JP2016181493A - 点火プラグ、および、点火システム - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマを発生させる点火プラグの着火性能を向上する。【解決手段】トリガ放電用の電圧が印加された後に複数のピーク電圧が供給される点火プラグは、軸線方向に沿って延びる棒状の中心電極と、中心電極を保持する筒状の絶縁体と、絶縁体を保持する筒状の主体金具と、主体金具に接合され、中心電極の先端面との間に間隙を介して対向する接地電極と、を備える。接地電極には、中心電極の先端面と対向する位置を軸線方向に貫通する貫通孔が形成され、貫通孔は、後端側の孔と、後端側の孔より先端側に位置し、後端側の孔の先端と後端が連通する先端側の孔と、を含み、後端側の孔の軸線と垂直な方向の長さは、先端側から後端側に向かうにつれて長くなる。【選択図】 図３

Description

本明細書は、内燃機関等において混合気に点火するための点火プラグ、および、点火システムに関する。

内燃機関において、燃料ガスに点火するための点火プラグの１つとして、発火部に発生した火花に、高周波電源などを用いて電力を供給して、プラズマを発生させる点火プラグがある（例えば、特許文献１）。これにより、高エネルギーのプラズマを用いて、燃料ガスへの点火を行うことができるので、交流電源を用いない場合と比較して、着火性能が向上する。例えば、空燃比がより高い希薄混合気に対しても確実に点火することができる。

国際公開第２０１２／０３２８４６号

しかしながら、上記技術では、接地電極の構造について十分な工夫がなされているとは言えなかった。このために、例えば、接地電極によってプラズマの成長が妨げられて、着火性能が低下する可能性があった。

本明細書は、プラズマを発生させる点火プラグの着火性能を向上する技術を開示する。

本明細書に開示される技術は、以下の適用例として実現することが可能である。

［適用例１］軸線方向に沿って延びる棒状の中心電極と、
前記中心電極を保持する筒状の絶縁体と、
前記絶縁体を保持する筒状の主体金具と、
前記主体金具に接合され、前記中心電極の先端面と間隙を介して対向する接地電極と、
を備え、前記中心電極には、トリガ放電用の電圧が印加された後に複数のピーク電圧が供給される点火プラグであって、
前記接地電極には、前記中心電極の先端面と対向する位置を前記軸線方向に貫通する貫通孔が形成され、
前記貫通孔は、後端側の孔と、前記後端側の孔より先端側に位置し、前記後端側の孔の先端と後端が連通する先端側の孔と、を含み、
前記後端側の孔の前記軸線と垂直な方向の長さは、先端側から後端側に向かうにつれて長くなることを特徴とする、点火プラグ。

上記構成によれば、貫通孔のうち、後端側の孔の軸線と垂直な方向の長さは、先端側から後端側に向かって長くなっているので、間隙に発生したプラズマが、貫通孔を通って、接地電極より先端側に放出されやすくなる。この結果、点火プラグの着火性能を向上することができる。

［適用例２］適用例１に記載の点火プラグであって、
前記中心電極の先端面の径Ｗ１と、前記後端側の孔のうちの最後端の前記軸線と垂直な方向の長さＷ２と、前記先端側の孔の前記軸線と垂直な方向の長さＷ３とは、Ｗ３＜Ｗ１＜Ｗ２を満たすことを特徴とする、点火プラグ。

上記構成によれば、間隙に発生したプラズマを、より効率良く貫通孔に誘導できる。この結果、さらに、点火プラグの着火性能を向上することができる。

［適用例３］適用例１または２に記載の点火プラグであって、
前記先端側の孔の前記軸線の方向の長さＬ１と、前記貫通孔の前記軸線の方向の長さＬ２とは、１．２ｍｍ≦Ｌ２≦１．７ｍｍ、かつ、０．４≦（Ｌ１／Ｌ２）≦０．７を満たすことを特徴とする、点火プラグ。

上記構成によれば、貫通孔を通ったプラズマの方向性が向上するとともに、接地電極による熱引き量を抑制することができる。この結果、さらに、点火プラグの着火性能を向上することができる。

［適用例４］適用例１〜３のいずれかに記載の点火プラグであって、
前記先端側の孔は、先端と後端の間に、前記軸線方向と垂直な方向の長さが先端および後端より短い部分を含むことを特徴とする、点火プラグ。

上記構成によれば、貫通孔を通るプラズマの放出速度をより速くすることができる。この結果、点火プラグの着火性能をより向上することができる。

［適用例５］適用例１〜４のいずれかに記載の点火プラグと、
前記トリガ放電用の電圧および前記複数のピーク電圧を、前記中心電極に供給する電圧供給部と、を備えることを特徴とする、点火システム。

［適用例６］適用例１に記載の点火プラグであって、
前記中心電極は、前記絶縁体の軸孔の内部に配置され、
前記接地電極は、前記貫通孔が形成され、前記絶縁体の先端側に配置される、板状の部材であり、
前記中心電極の先端側の表面と、前記絶縁体の内面と、前記接地電極の後端側の表面と、によってキャビティが形成され、
前記中心電極の先端面の径Ｒ１と、前記後端側の孔のうちの最後端の前記軸線と垂直な方向の長さＲ２と、前記先端側の孔の前記軸線と垂直な方向の長さＲ３とは、Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２を満たし、
前記中心電極の先端と、前記接地電極の前記貫通孔が形成された部分の前記後端側の表面と、の前記軸線方向の距離Ｄは、０．５ｍｍ≦Ｄ≦２．０を満たすことを特徴とする、点火プラグ。

上記構成によれば、放電発生に必要な電圧の上昇を抑制しつつ、放電発生中の放電の長さを長くすることができるので、着火性能をより向上することができる。

［適用例７］適用例６に記載の点火プラグであって、
前記中心電極の表面から前記絶縁体の内面を経由して前記接地電極の後端側の表面に至る最短経路の長さＥは、Ｅ≧５Ｄを満たすことを特徴とする、点火プラグ。

上記構成によれば、放電の発生経路が、キャビティ内の気体中を通る気中経路となる確率を高くし、絶縁体の内面を経由する沿面経路となる確率を低減することができる。この結果、着火性能をさらに向上することができる。

なお、本明細書に開示される技術は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、点火プラグを搭載する内燃機関や、点火システムを搭載する内燃機関等の態様で実現することができる。

本実施形態の点火システムのブロック図である。 実施形態の点火プラグの一例の断面図である。 点火プラグ１００の先端近傍の拡大図である。 比較形態のサンプルの説明図である。 第２実施形態の点火プラグの接地電極３０ｂの説明図である。 第３実施形態の点火プラグの先端部近傍を軸線ＣＯが含まれる面で切断した断面図である。 図６の断面のうちキャビティ形成部１３５の近傍の拡大図である。 変形例の点火プラグの接地電極３０ｆの説明図である。 変形例の点火プラグの接地電極３０ｇの説明図である。 変形例の点火プラグの接地電極７０Ｂ、７０Ｃの説明図である。

Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．点火システムの構成：
図１は、本実施形態の点火システムのブロック図である。点火システム６００は、点火プラグ１００と、放電用電源６４０と、高周波電源６５０と、混合回路６６０と、インピーダンスマッチング回路６７０と、制御装置６８０と、点火プラグ１００の端子金具と接続されたプラグコード６９０と、を備えている。

放電用電源６４０は、図示しないバッテリと混合回路６６０とに接続されている。放電用電源６４０は、例えば、点火コイルを含み、バッテリの電力を用いて比較的高電圧、例えば、５ｋＶから３０ｋＶのトリガ電圧を生成する。生成されたトリガ電圧は、混合回路６６０とプラグコード６９０とを介して点火プラグ１００に供給される。

高周波電源６５０は、図示しないバッテリとインピーダンスマッチング回路６７０とに接続されている。高周波電源６５０は、例えば、ＤＣ／ＡＣコンバータを含み、バッテリの電力を用いて比較的高周波数（例えば、５０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ）の電圧（本実施形態では、交流電圧）を生成する。生成された交流電圧は、インピーダンスマッチング回路６７０と混合回路６６０とプラグコード６９０とを介して点火プラグ１００に供給される。

インピーダンスマッチング回路６７０は、混合回路６６０と高周波電源６５０とに接続されている。インピーダンスマッチング回路６７０は、高周波電源６５０側の出力インピーダンスと混合回路６６０側の入力インピーダンスとを整合させる。これによって、点火プラグ１００に供給される交流電圧の減衰が抑制される。

混合回路６６０は、放電用電源６４０とインピーダンスマッチング回路６７０とプラグコード６９０とに接続されている。混合回路６６０は、放電用電源６４０とプラグコード６９０との間に接続されたコイル６６２と、インピーダンスマッチング回路６７０とプラグコード６９０との間に接続されたコンデンサ６６３と、を備えている。混合回路６６０は、放電用電源６４０と高周波電源６５０との一方から他方へ電流が流れることを抑制しつつ、放電用電源６４０からのトリガ電圧と高周波電源６５０から交流電圧との双方を、プラグコード６９０を介して点火プラグ１００に供給する。コイル６６２は、放電用電源６４０からの比較的低周波数の電流が流れることを許容し、高周波電源６５０からの比較的高周波数の電流が流れることを抑制する。コンデンサ６６３は、高周波電源６５０からの比較的高周波数の電流が流れることを許容し、放電用電源６４０からの比較的低周波数の電流が流れることを抑制する。尚、放電用電源６４０に含まれる点火コイルによって、コイル６６２が代用されても良い。

制御装置６８０は、放電用電源６４０と高周波電源６５０とに接続されている。制御装置６８０は、例えば、プロセッサとメモリとを含むコンピュータである。制御装置６８０は、放電用電源６４０から点火プラグ１００にトリガ電圧が供給されるタイミングと、高周波電源６５０から点火プラグ１００に交流電圧が供給されるタイミングと、を制御する。

点火システム６００の動作を簡単に説明する。制御装置６８０は、放電用電源６４０を制御して、トリガ電圧を点火プラグ１００に供給する。この結果、点火プラグ１００の中心電極と接地電極との間にトリガ電圧が供給され、これらの電極間の間隙にて絶縁破壊による火花放電が発生する。絶縁破壊による火花放電をトリガ放電とも呼ぶ。制御装置６８０は、トリガ電圧の供給直後に、高周波電源６５０を制御して、交流電圧を点火プラグ１００に供給する。この結果、トリガ電圧により発生したトリガ放電に、交流電圧のエネルギーが供給されてプラズマが生成される。生成されたプラズマのエネルギーによって、内燃機関の燃焼室内の混合気へ点火される。このような点火システム６００で利用される点火プラグ１００は、高周波プラズマプラグとも呼ばれる。

なお、本実施形態の高周波電源６５０は、交流電圧を生成するが、交流電圧に代えて、複数個の矩形のパルス電圧を含む電圧を生成しても良い。交流電圧や、複数個の矩形のパルス電圧を含む電圧は、いずれも複数個のピーク電圧を含む電圧であると言うことができる。すなわち、高周波電源６５０は、高周波の複数のピーク電圧を含む電圧（例えば、交流電圧やパルス電圧）を生成すれば良い。放電用電源６４０と高周波電源６５０との全体は、トリガ放電用のトリガ電圧と、プラズマ生成用の複数のピーク電圧と、を点火プラグ１００に供給する電圧供給部と、呼ぶことができる。

Ａ−２．点火プラグの構成：
図２は、実施形態の点火プラグの一例の断面図である。図示されたラインＣＯは、点火プラグ１００の軸線を示している。図示された断面は、軸線ＣＯを含む断面である。軸線ＣＯと平行な方向を「軸線方向」とも呼ぶ。軸線ＣＯを中心とし軸線ＣＯと垂直な面上の円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、当該円の円周方向を「周方向」とも呼ぶ。軸線ＣＯと平行な方向のうち、図１における下方向を先端方向ＦＤと呼び、上方向を後端方向ＢＤとも呼ぶ。先端方向ＦＤは、後述する端子金具４０から電極２０、３０に向かう方向である。また、先端方向ＦＤ側を点火プラグ１００の先端側と呼び、後端方向ＢＤ側を点火プラグ１００の後端側と呼ぶ。

点火プラグ１００は、絶縁体としての絶縁碍子１０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０と、主体金具５０と、を備える。

絶縁碍子１０はアルミナ等を焼成して形成されている。絶縁碍子１０は、軸線方向に沿って延び、絶縁碍子１０を貫通する軸孔１２を有する略円筒状の部材である。絶縁碍子１０は、鍔部１９と、後端側胴部１８と、先端側胴部１７と、段部１５と、脚長部１３とを備えている。後端側胴部１８は、鍔部１９より後端側に位置し、鍔部１９の外径より小さな外径を有している。先端側胴部１７は、鍔部１９より先端側に位置し、鍔部１９の外径より小さな外径を有している。脚長部１３は、先端側胴部１７より先端側に位置し、先端側胴部１７の外径よりも小さな外径を有している。脚長部１３は、点火プラグ１００が内燃機関（図示せず）に取り付けられた際には、その燃焼室に曝される。段部１５は、脚長部１３と先端側胴部１７との間に形成されている。

主体金具５０は、導電性の金属材料（例えば、低炭素鋼材）で形成され、内燃機関のエンジンヘッド（図示省略）に点火プラグ１００を固定するための略円筒状の部材である。主体金具５０は、軸線ＣＯに沿って貫通する挿入孔５９が形成されている。主体金具５０は、絶縁碍子１０の外周に配置される。すなわち、主体金具５０の挿入孔５９内に、絶縁碍子１０が挿入・保持されている。絶縁碍子１０の先端は、主体金具５０の先端より先端側に突出している。絶縁碍子１０の後端は、主体金具５０の後端より後端側に突出している。

主体金具５０は、プラグレンチが係合する六角柱形状の工具係合部５１と、内燃機関に取り付けるための取付ネジ部５２と、工具係合部５１と取付ネジ部５２との間に形成された鍔状の座部５４と、を備えている。取付ネジ部５２の呼び径は、例えば、Ｍ８（８ｍｍ（ミリメートル））、Ｍ１０、Ｍ１２、Ｍ１４、Ｍ１８のいずれかとされている。

主体金具５０の取付ネジ部５２と座部５４との間には、金属板を折り曲げて形成された環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、点火プラグ１００が内燃機関に取り付けられた際に、点火プラグ１００と内燃機関（エンジンヘッド）との隙間を封止する。

主体金具５０は、さらに、工具係合部５１の後端側に設けられた薄肉の加締部５３と、座部５４と工具係合部５１との間に設けられた薄肉の圧縮変形部５８と、を備えている。主体金具５０における工具係合部５１から加締部５３に至る部位の内周面と、絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外周面との間に形成される環状の領域には、環状のリング部材６，７が配置されている。当該領域における２つのリング部材６，７の間には、タルク（滑石）９の粉末が充填されている。加締部５３の後端は、径方向内側に折り曲げられて、絶縁碍子１０の外周面に固定されている。主体金具５０の圧縮変形部５８は、製造時において、絶縁碍子１０の外周面に固定された加締部５３が先端側に押圧されることにより、圧縮変形する。圧縮変形部５８の圧縮変形によって、リング部材６、７およびタルク９を介し、絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。金属製の環状の板パッキン８を介して、主体金具５０の取付ネジ部５２の内周に形成された段部５６（金具側段部）によって、絶縁碍子１０の段部１５（絶縁碍子側段部）が押圧される。この結果、内燃機関の燃焼室内のガスが、主体金具５０と絶縁碍子１０との隙間から外部に漏れることが、板パッキン８によって防止される。

中心電極２０は、軸線方向に延びる棒状の中心電極本体２１と、中心電極本体２１の先端に接合された円柱状の中心電極チップ２９と、を備えている。中心電極本体２１は、絶縁碍子１０の軸孔１２の内部の先端側の部分に配置されている。中心電極本体２１は、電極母材２１Ａと、電極母材２１Ａの内部に埋設された芯部２１Ｂと、を含む構造を有する。電極母材２１Ａは、例えば、ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金、本実施例では、インコネル６００（「ＩＮＣＯＮＥＬ」は、登録商標））で形成されている。芯部２１Ｂは、電極母材２１Ａを形成する合金よりも熱伝導性に優れる銅または銅を主成分とする合金、本実施例では、銅で形成されている。

また、中心電極本体２１は、軸線方向の所定の位置に設けられた鍔部２４（フランジ部とも呼ぶ。）、鍔部２４よりも後端側の部分である頭部２３（電極頭部）と、鍔部２４よりも先端側の部分である脚部２５（電極脚部）と、を備えている。鍔部２４は、絶縁碍子１０の段部１６に支持されている。脚部２５の先端部分、すなわち、中心電極本体２１の先端は、絶縁碍子１０の先端より先端側に突出している。

端子金具４０は、軸線方向に延びる棒状の部材である。端子金具４０は、導電性の金属材料（例えば、低炭素鋼）で形成され、端子金具４０の表面には、防食のための金属層（例えば、Ｎｉ層）がめっきなどによって形成されている。端子金具４０は、軸線方向の所定位置に形成された鍔部４２（端子顎部）と、鍔部４２より後端側に位置するキャップ装着部４１と、鍔部４２より先端側の脚部４３（端子脚部）と、を備えている。端子金具４０のキャップ装着部４１は、絶縁碍子１０より後端側に露出している。端子金具４０の脚部４３は、絶縁碍子１０の軸孔１２に挿入されている。キャップ装着部４１には、プラグコード６９０が接続されたプラグキャップが装着され、上述したトリガ電圧や交流電圧が供給される。

絶縁碍子１０の軸孔１２内において、端子金具４０の先端（脚部４３の先端）と中心電極２０の後端（頭部２３の後端）との間は、導電性シール６０によって埋められている。導電性シール６０は、例えば、Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系等のガラス粒子と金属粒子（Ｃｕ、Ｆｅなど）とを含む組成物で形成されている。

Ａ−３．点火プラグ１００の先端部分の構成：
上記の点火プラグ１００の先端近傍の構成について、さらに、詳細に説明する。図３は、点火プラグ１００の先端近傍の拡大図である。図３（Ａ）には、点火プラグ１００の先端近傍を軸線ＣＯが含まれる面で切断した断面図が示されている。図３（Ａ）の断面は、さらに、接地電極３０の後端部の周方向の中心を通っている。このために、図３（Ａ）の断面は、接地電極３０の断面を含んでいる。

中心電極チップ２９は、中心電極本体２１の先端（脚部２５の先端）に、例えば、レーザ溶接を用いて、接合されている。図３（Ａ）の符号２７で示す部分は、中心電極チップ２９を接合する際に、レーザ溶接によって形成された溶融部である。中心電極チップ２９は、高融点の貴金属を主成分とする材料で形成されている。中心電極チップ２９の材料には、例えば、イリジウム（Ｉｒ）や、Ｉｒを主成分とする合金が用いられ、本実施形態では、Ｉｒに、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）を添加した合金が用いられる。

接地電極３０は、断面が四角形の湾曲した棒状体である。接地電極３０は、導電性を有し、かつ、耐腐食性の高い金属、例えば、ニッケル合金、本実施例では、インコネル６０１を用いて形成されている。接地電極３０の後端３１は、主体金具５０の先端面５０Ａに接合されている。これによって、主体金具５０と接地電極３０とは、電気的に接続される。接地電極３０の先端３２は、自由端である。

接地電極３０は、後端３１を含む湾曲部３３と、先端３２を含む対向部３４と、を備えている。対向部３４は、中心電極チップ２９の先端面２９Ｓと、間隙ｇを介して軸線方向に対向している。図３（Ｂ）には、対向部３４を、軸線ＣＯに沿って後端側から先端方向ＦＤに向かって見た図である。

対向部３４には、中心電極２０の先端面２９Ｓと対向する位置、本実施形態では、軸線ＣＯと対向部３４とが交差する位置を軸線方向に貫通する貫通孔３５が形成されている。貫通孔３５は、後端側の孔３６と、後端側の孔３６より先端側に位置し、後端側の孔３６の先端と後端が連通する先端側の孔３７と、を含んでいる。後端側の孔３６は、先端側から後端側に向かうにつれて拡径している。すなわち、後端側の孔３６の軸線ＣＯと垂直な方向の長さは、先端側から後端側に向かうにつれて長くなっている。先端側の孔３７は、軸線方向の位置に拘わらずに、径が一定である円筒状の孔である。先端側の孔３７の径と、後端側の孔３６の最先端の径と、は等しい。

上述したトリガ電圧が点火プラグ１００の電極（中心電極２０および接地電極３０）に供給されると、チップ２９の先端面２９Ｓと、接地電極３０の後端側の孔３６を形成する拡径面３６Ｓと、の間に、トリガ放電ＴＥが発生する（図３（Ａ））。図３（Ｂ）では、拡径面３６Ｓに、ハッチングが付されている。

中心電極２０の先端面２９Ｓの径、本実施例では、中心電極チップ２９の先端面２９Ｓの径をＷ１とする。また、接地電極３０の後端側の孔３６の最後端の径（軸線と垂直な方向の長さ）をＷ２とする。接地電極３０の先端側の孔３７の径（軸線と垂直な方向の長さ）をＷ３とする。貫通孔３５のうちの先端側の孔３７の軸線方向の長さをＬ１とする。接地電極３０の対向部３４の軸線方向の長さ、すなわち、貫通孔３５の軸線方向の長さをＬ２とする。また、対向部３４の後端面３４Ａと、中心電極２０の先端面２９Ｓと、のギャップ距離をＬ３とする。

接地電極３０の先端側の孔３７の径Ｗ３は、中心電極２０の先端面２９Ｓの径Ｗ１より小さくされる（Ｗ３＜Ｗ１）。もし、接地電極３０の先端側の孔３７の径Ｗ３は、中心電極２０の先端面２９Ｓの径Ｗ１より大きいと、先端面２９Ｓと軸線方向に対向する部分の全体が貫通孔３５となってしまうので、トリガ放電ＴＥが発生し難くなるからである。

Ａ−４：第１評価試験
第１評価試験では、表１に示すように、１８種類の点火プラグのサンプルＡ１〜Ａ１８を作成し、着火性能の試験と、耐消耗性能の試験と、を行った。各サンプルに共通な寸法は、以下の通りである。
先端側の孔３７の軸線方向の長さＬ１：０．４ｍｍ
貫通孔３５の軸線方向の長さＬ２：１．５ｍｍ
対向部３４の後端面３４Ａと中心電極２０の先端面２９Ｓと、の距離Ｌ３：０．８ｍｍ

１８種類のサンプルでは、先端面２９Ｓの径Ｗ１と、後端側の孔３６の最後端の径Ｗ２と、先端側の孔３７の径Ｗ３と、のうちの少なくとも１つの値が互いに異なっている。先端面２９Ｓの径Ｗ１は、１．６ｍｍ、１．２ｍｍ、２ｍｍのいずれかの値とされている。後端側の孔３６の最後端の径Ｗ２は、０．８ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍ、２．５ｍｍのいずれかの値とされている。先端側の孔３７の径Ｗ３は、０．８ｍｍ、１ｍｍ、１．２ｍｍのいずれかの値とされている。上述した理由から、全てのサンプルで、先端側の孔３７の径Ｗ３は、先端面２９Ｓの径Ｗ１より小さくされている。

１８種類のサンプルのうち、２種類のサンプルＡ１１、Ａ１８は、第１比較形態のサンプルであり、他の１６種類のサンプルは、上述した第１実施形態のサンプルである。図４は、比較形態のサンプルの説明図である。図４（Ａ）には、第１比較形態のサンプルの接地電極３０ｄが図示されている。第１比較形態のサンプルの接地電極３０ｄの対向部３４ｄに形成されている貫通孔３７ｄは、第１実施形態の点火プラグ１００と異なり、全体が等径の筒状の孔である。すなわち、第１比較形態のサンプルの接地電極３０ｄの対向部３４ｄは、拡径面３６Ｓによって形成される後端側の孔３６を有していない。このために、表１において、第１比較形態のサンプルＡ１１、Ａ１８では、径Ｗ２と径Ｗ３とが等しくなっている。

着火性能の試験では、１８種類のサンプルの着火限界の空燃比（混合気における燃料に対する空気の比率）を調べた。具体的には、試験容器内にプロパンガスと空気の混合気を０．１５ＭＰａの圧力で充填し、当該試験容器内で、サンプルの１回の点火を行った。１回の点火では、図１の点火システム６００を用いて、トリガ電圧と交流電圧の供給を行い、５００ｍＪのエネルギーをサンプルに供給した。そして、１回の点火ごとに試験容器内の混合気の入れ替えを行い、１種類のサンプルと１種類の混合気の組み合わせで５回の点火を行い、５回とも着火が成功した場合に、当該サンプルと混合気の組み合わせを合格とした。そして、段階的に混合気の空燃比を０．１刻みで増加させて、合格となる最大の空燃比を調べた。着火限界の空燃比が高いほど、着火性能に優れている。

また、基準となる着火限界の空燃比を決定するために、図４（Ｂ）に示す第２比較形態のサンプル（比較プラグとも呼ぶ）を用いて同様の試験を行った。比較プラグの接地電極３０ｅの対向部３４ｅには、貫通孔が形成されていない。比較プラグの他の部分の構成は、他のサンプルと同じである。比較プラグでは、先端面２９Ｓの径Ｗ１を１．６ｍｍとし、他の寸法は、上述した共通の寸法とした。

そして、比較プラグと各サンプルとの間で、着火限界の空燃比を比較して、各サンプルの評価を行った。サンプルの着火限界の空燃比ＡＦ１と、比較プラグの着火限界の空燃比ＡＦ２と、の差分（ＡＦ１−ＡＦ２）が、０以下であるサンプルの評価を「Ｅ」とし、０より大きく０．３未満のサンプルの評価「Ｄ」とした。差分（ＡＦ１−ＡＦ２）が、０．３以上０．５未満のサンプルの評価を「Ｃ」とし、０．５以上１．０未満のサンプルの評価を「Ｂ」とした。また、差分（ＡＦ１−ＡＦ２）が、１．０以上１．５未満の評価を「Ａ」とし、１．５以上であるサンプルの評価を「Ｓ」とした。

表１には、各サンプルの着火性能の試験の評価結果が示されている。評価が「Ｅ」であるサンプルはなかった。すなわち、全てのサンプルで比較プラグより着火性能の向上が見られた。全てのサンプルで接地電極に貫通孔が形成されているので、間隙ｇに発生したプラズマが、当該貫通孔を通って接地電極より先端側（すなわち、混合気側）に放出されるので、プラズマの成長を促進できる。これに対して比較プラグの接地電極３０ｅには、貫通孔が形成されていないので、プラズマの混合気側への放出が妨げられて、プラズマは軸方向と垂直な方向に発散してしまう。この結果、プラズマの成長が促進されない。このために、比較プラグと比較すると、全てのサンプルの着火性能が向上していると考えられる。

第１比較形態の２種類のサンプルＡ１１、Ａ１８の評価は、「Ｄ」であった。これに対して、全ての実施形態のサンプルＡ１〜Ａ１０、Ａ１２〜Ａ１７の評価は、「Ｃ」以上であった。

この理由は、以下のように推定される。実施形態のサンプルＡ１〜Ａ１０、Ａ１２〜Ａ１７の評価は、第１比較形態の２種類のサンプルＡ１１、Ａ１８と異なり、拡径面３６Ｓによって形成される後端側の孔３６を有している。この結果、後端側の孔３６によって、プラズマが貫通孔３５を通るように誘導される。このために、後端側の孔３６がない場合と比較して、間隙に発生したプラズマが、貫通孔３５を通って接地電極より先端側に放出されやすくなる。この結果、点火プラグの着火性能がより向上する。

さらに、実施形態のサンプルＡ１〜Ａ１０、Ａ１２〜Ａ１７のうち、後端側の孔３６の最後端の径Ｗ２が中心電極チップ２９の先端面２９Ｓの径Ｗ１より小さい（Ｗ１＞Ｗ２）サンプルＡ３、Ａ４、Ａ７、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１５の評価は、「Ｃ」であった。そして、後端側の孔３６の最後端の径Ｗ２が中心電極チップ２９の先端面２９Ｓの径Ｗ１より大きい（Ｗ１＜Ｗ２）サンプルＡ１、Ａ２、Ａ５、Ａ６、Ａ８、Ａ９、Ａ１３、Ａ１４、Ａ１６、Ａ１７の評価は、「Ｂ」であった。

この理由は、以下のように推定される。トリガ放電ＴＥは、中心電極チップ２９の先端面２９Ｓのうちでも外縁に近い位置で発生しやすい。このために、プラズマも中心電極チップ２９の先端面２９Ｓのうちでも外縁に近い位置で発生しやすい。このために、後端側の孔３６の最後端の径Ｗ２が先端面２９Ｓの径Ｗ１より大きい場合には、後端側の孔３６の最後端の径Ｗ２が先端面２９Ｓの径Ｗ１より小さい場合と比較して、発生したプラズマをより効率良く、貫通孔３５に誘導できる。この結果、間隙に発生したプラズマが、貫通孔３５を通って接地電極より先端側に放出されやすくなる。この結果、さらに、点火プラグの着火性能がより向上することができる。

第１評価試験では、さらに、耐消耗性能を確認するための試験を行った。耐消耗性能の試験では、１８種類のサンプルのそれぞれについて、０．１５ＭＰａの窒素雰囲気の試験容器内で１秒あたり３０回の点火を２０時間に亘って繰り返した。１回の点火では、図１の点火システム６００を用いて、トリガ電圧と交流電圧の供給を行い、５００ｍＪのエネルギーをサンプルに供給した。そして、試験前のギャップ距離Ｌ３と比較することによって、試験後のギャップ距離Ｌ３の増加量を調べた。ギャップ距離Ｌ３の増加量が小さいほど、耐消耗性能に優れている。

そして、ギャップ距離Ｌ３の増加量が、０．１ｍｍ以内であるサンプルの評価を「Ａ」とし、０．１ｍｍより大きいサンプルの評価を「Ｂ」とした。表１には、各サンプルの耐消耗性能の試験の評価結果が示されている。全てのサンプルＡ１〜Ａ１８の評価が「Ａ」であり、評価が「Ｂ」であるサンプルはなかった。

この理由は、次のように推定される。上述したように、トリガ放電ＴＥは、中心電極チップ２９の先端面２９Ｓのうちでも外縁に近い位置で発生しやすい。先端面２９Ｓと対向する部分に、後端側の孔３６が形成されていたとしても、中心電極チップ２９の先端面２９Ｓの外縁と軸線方向に対向する位置には、拡径面３６Ｓがある。このために、後端側の孔３６を設けてもトリガ放電ＴＥが発生するための接地電極側の放電面の面積が不十分とはならない。したがって、例えば、接地電極３０の局所にトリガ放電ＴＥが集中して接地電極３０が過度に消耗するような現象は発生せず、比較形態のプラグと比較して耐消耗性能が劣ることはない。

以上のように、第１評価試験の結果に基づいて、拡径面３６Ｓによって形成される後端側の孔３６と、先端側の孔３７と、を含む貫通孔３５を、接地電極３０に形成することによって、点火プラグの着火性能を向上できること、および、対消耗性能が損なわれることはないこと、が確認できた。

Ａ−５：第２評価試験
第２評価試験では、６種類のサンプル群Ｂ１、Ｂ２、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１３、Ｂ１７を作成し、第１評価試験と同様に、着火性能の試験と、耐消耗性能の試験と、を行った。６種類のサンプル群Ｂ１、Ｂ２、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１３、Ｂ１７は、それぞれ、末尾の数字が同じ表１のサンプルＡ１、Ａ２、Ａ８、Ａ９、Ａ１３、Ａ１７をベースに作成されている。各サンプル群は、８種類ずつのサンプルを含む。すなわち、第２評価試験では、（６×８）＝４８種類のサンプルについて評価が行われた。１種類のサンプル群に含まれる６種類のサンプルは、貫通孔３５の軸線方向の長さＬ２に対する先端側の孔３７の軸線方向の長さＬ１の割合（Ｌ１／Ｌ２）が、互いに異なる。これらの８種類のサンプルの割合（Ｌ１／Ｌ２）は、それぞれ、０．１８、０．３３、０．４０、０．５３、０．５８、０．７０、０．８３、０．８８である。

割合（Ｌ１／Ｌ２）は、第１評価試験では共通の値であった貫通孔３５の軸線方向の長さＬ２と、および、先端側の孔３７の軸線方向の長さＬ１を以下の値に設定することによって変更されている。
（Ｌ１／Ｌ２）＝０．１８：Ｌ１＝０．３ｍｍ、Ｌ２＝１．７ｍｍ
（Ｌ１／Ｌ２）＝０．３３：Ｌ１＝０．４ｍｍ、Ｌ２＝１．２ｍｍ
（Ｌ１／Ｌ２）＝０．４０：Ｌ１＝０．６ｍｍ、Ｌ２＝１．５ｍｍ
（Ｌ１／Ｌ２）＝０．５３：Ｌ１＝０．９ｍｍ、Ｌ２＝１．７ｍｍ
（Ｌ１／Ｌ２）＝０．５８：Ｌ１＝０．７ｍｍ、Ｌ２＝１．２ｍｍ
（Ｌ１／Ｌ２）＝０．７０：Ｌ１＝１．２ｍｍ、Ｌ２＝１．７ｍｍ
（Ｌ１／Ｌ２）＝０．８３：Ｌ１＝１ｍｍ、Ｌ２＝１．２ｍｍ
（Ｌ１／Ｌ２）＝０．８８：Ｌ１＝１．５ｍｍ、Ｌ２＝１．７ｍｍ

このように、貫通孔３５の軸線方向の長さＬ２は、１．２ｍｍ≦Ｌ２≦１．７ｍｍの範囲に設定されている。

６種類のサンプル群Ｂ１、Ｂ２、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１３、Ｂ１７の長さＬ１、Ｌ２以外の寸法は、ベースとなるサンプルＡ１、Ａ２、Ａ８、Ａ９、Ａ１３、Ａ１７と同じである。

表２では、１個のセルに示された評価のうち、左側が着火性能の評価結果であり、右側が耐消耗性能の評価結果を示す。例えば、評価が「Ｂ／Ａ」であるサンプルは、着火性能の評価が「Ｂ」であり、耐消耗性能の評価が「Ａ」である。

表２に示すように、４８種類のサンプルのうち、割合（Ｌ１／Ｌ２）が０．４０以上、かつ、０．７０以下である全てのサンプルの着火性能の評価は、「Ａ」であった。４８種類のサンプルのうち、割合（Ｌ１／Ｌ２）が０．４０未満、または、０．７０より大きな全てのサンプルの着火性能の評価は、「Ｂ」であった。

この理由は、以下のように推定される。割合（Ｌ１／Ｌ２）が０．４０未満であると、貫通孔３５の軸線方向の長さＬ２に対して先端側の孔３７の軸線方向の長さＬ１が過度に短くなる。等径の先端側の孔３７が過度に短い場合には、貫通孔３５を通るプラズマの放出方向が軸線方向に沿って方向付けすることができなくなる。この結果、貫通孔３５から先端側に放出されたプラズマが先端方向ＦＤに拡がらずに、軸線と垂直な方向（径方向）に拡がりやすくなる。この結果、割合（Ｌ１／Ｌ２）が０．４０以上０．７０以下の場合と比較してプラズマが拡がり難くなる。

また、割合（Ｌ１／Ｌ２）が０．７０より大きいと、貫通孔３５の軸線方向の長さＬ２に対して先端側の孔３７の軸線方向の長さＬ１が過度に長くなる。径が比較的小さな先端側の孔３７をプラズマが通過する際の接地電極３０による熱引き量は、径が比較的大きな後端側の孔３６をプラズマが通過する際の接地電極３０による熱引き量より大きくなる。このために、先端側の孔３７の軸線方向の長さＬ１が過度に長いと、接地電極３０による熱引き量が過度に大きくなる。この結果、割合（Ｌ１／Ｌ２）が０．４０以上０．７０以下の場合と比較してプラズマの熱エネルギーが失われやすくなる。

また、耐消耗性能の試験については、４８種類の全てのサンプルの評価が「Ａ」であり、評価が「Ｂ」であるサンプルはなかった。すなわち、４８種類の全てのサンプルについて、耐消耗性能は損なわれていなかった。

以上のように、第２評価試験の結果に基づいて、少なくとも１．２ｍｍ≦Ｌ２≦１．７ｍｍの範囲では、径Ｗ１〜Ｗ３の値に拘わらずに、０．４≦（Ｌ１／Ｌ２）≦０．７を満たされることが着火性能を向上する観点から好ましいことが解った。こうすれば、貫通孔３５を通ったプラズマの方向性が向上するとともに、接地電極３０による熱引き量を抑制することができる。この結果、さらに、点火プラグの着火性能を向上することができる。また、耐消耗性能が損なわれることもないことが解った。

また、着火性能の試験によって、着火性能が向上することが解った割合（Ｌ１／Ｌ２）の値は、０．４０、０．５３、０．５８、０．７０あった。これらの値のうちの任意の値を、割合（Ｌ１／Ｌ２）の好ましい範囲の上限値および／または下限として採用可能である。例えば、割合（Ｌ１／Ｌ２）の好ましい範囲として、０．５３以上０．７０以下の範囲を採用可能である。

Ｂ．第２実施形態：
Ｂ−１．点火プラグの構成
図５は、第２実施形態の点火プラグの接地電極３０ｂの説明図である。図５（Ａ）には、接地電極３０ｂを軸線ＣＯが含まれる面で切断した図が示されている。図５（Ｂ）には、接地電極３０ｂの対向部３４ｂを、軸線ＣＯに沿って後端側から先端方向ＦＤに向かって見た図が示されている。

対向部３４ｂの先端側の孔３７ｂの軸線方向の中央部には、絞り部３８ｂが形成されている。絞り部３８ｂの内径Ｗ４は、先端側の孔３７ｂの先端および後端の径Ｗ３より小さい。絞り部３８ｂは、先端側の孔３７ｂを形成する内周面から径方向の内側に突出した突出部が、該内周面の周方向の全周に亘って形成された部分である。第２実施形態の点火プラグの他の部分の構成は、第１実施形態の点火プラグ１００と同一であるので、その説明を省略する。

Ｂ−２．第３評価試験
第３評価試験では、表３に示すように、第２実施形態の点火プラグの８種類のサンプルＣ１−１、Ｃ９−１、Ｃ１３−１、Ｃ１７−１、Ｃ１−２、Ｃ９−２、Ｃ１３−２、Ｃ１７−２を作成し、第１評価試験と同様に、着火性能の試験と、耐消耗性能の試験と、を行った。８種類のサンプルＣ１−１、Ｃ９−１、Ｃ１３−１、Ｃ１７−１、Ｃ１−２、Ｃ９−２、Ｃ１３−２、Ｃ１７−２は、Ｃの後の数字が同じ表１のサンプルＡ１、Ａ９、Ａ１３、Ａ１７をベースに作成されている。各サンプルには、先端側の孔３７ｂに、上述した絞り部３８ｂが設けられている。絞り部の内径Ｗ４は、表３に示すように、０．６ｍｍ、０．９ｍｍのいずれかである。

４種類のサンプルＣ１−１、Ｃ９−１、Ｃ１３−１、Ｃ１７−１は、上述した割合（Ｌ１／Ｌ２）の値が、０．４０となるように、Ｌ１＝０．６ｍｍ、Ｌ２＝１．５ｍｍに設定されている。また、別の４種類のサンプルＣ１−２、Ｃ９−２、Ｃ１３−２、Ｃ１７−２は、割合（Ｌ１／Ｌ２）の値が、０．７０となるように、Ｌ１＝１．２ｍｍ、Ｌ２＝１．７ｍｍに設定されている。

８種類のサンプルＣ１−１、Ｃ９−１、Ｃ１３−１、Ｃ１７−１、Ｃ１−２、Ｃ９−２、Ｃ１３−２、Ｃ１７−２のＷ４、Ｌ１、Ｌ２以外の寸法は、ベースとなるサンプルＡ１、Ａ９、Ａ１３、Ａ１７と同じである。

表３に示すように、第２実施形態の８種類のＣ１−１、Ｃ９−１、Ｃ１３−１、Ｃ１７−１、Ｃ１−２、Ｃ９−２、Ｃ１３−２、Ｃ１７−２の着火性能の評価は、「Ｓ」であった。すなわち、第２実施形態の８種類のＣ１−１、Ｃ９−１、Ｃ１３−１、Ｃ１７−１、Ｃ１−２、Ｃ９−２、Ｃ１３−２、Ｃ１７−２は、絞り部３８ｂがないサンプルＡ１、Ａ９、Ａ１３、Ａ１７より着火性能が高かった。

この理由は、以下のように推定される。先端側の孔３７に絞り部３８ｂが設けられていることによって、先端側の孔３７を通るプラズマの速度が、絞り部３８ｂがない場合と比較して速くなる。この結果、プラズマの先端方向への放出速度をより速くすることができる。この結果、プラズマの成長速度を速くすることで、プラズマの拡がる範囲を広げて、点火プラグの着火性能をより向上することができる。

また、耐消耗性能の試験については、８種類の全てのサンプルの評価が「Ａ」であり、評価が「Ｂ」であるサンプルはなかった。すなわち、８種類の全てのサンプルについて、耐消耗性能は損なわれていなかった。

以上のように、第３評価試験の結果に基づいて、先端側の孔３７に絞り部３８ｂを設けることが着火性能を向上する観点から好ましいことが解った。こうすれば、貫通孔を通るプラズマの放出速度をより速くすることによって、点火プラグの着火性能をより向上することができる。

Ｃ.第３実施形態
Ｃ−１.点火プラグの構成
図６は、第３実施形態の点火プラグの先端部近傍を軸線ＣＯが含まれる面で切断した断面図である。第３実施形態の点火プラグにおける板パッキン８より後端側の構成は、第１実施形態および第２実施形態の点火プラグと同じである。

第３実施形態の絶縁碍子１０Ｂの段部１５より先端側の脚長部１３Ｂの外径は、図２の第１実施形態の脚長部１３と異なり、一定である。そして、第３実施形態の主体金具５０Ｂの取付ネジ部５２Ｂのうち、段部５６より先端側の部分５２Ｆの内径は、段部５６より後端側の部分５２Ｅの内径より小さくなっており、脚長部１３Ｂの外径より僅かに小さい。そして、取付ネジ部５２Ｂの先端面５２ＢＴ（すなわち、主体金具５０の先端面）と、脚長部１３Ｂの先端面１３ＢＴ（すなわち、絶縁碍子１０の先端面）とは、軸線方向の位置がほぼ等しい。

第３実施形態の接地電極７０は、略円盤状の板部材である。接地電極７０は、例えば、タングステンやニッケル合金等の高融点金属で形成されている。接地電極７０の外縁部の後端側は、主体金具５０Ｂの先端面５２ＢＴに、例えば、抵抗溶接によって接合されている。この結果、主体金具５０Ｂと接地電極７０とは電気的に結合されている。

さらに、絶縁碍子１０Ｂの脚長部１３Ｂの先端面１３ＢＴには、円筒状のキャビティ形成部１３５が形成されている。

キャビティ形成部１３５の近傍の構成を、さらに、詳しく説明する。図７は、図６の断面のうち、キャビティ形成部１３５の近傍の拡大図である。

第３実施形態の中心電極２０Ｂの脚部２５Ｂの先端には、貴金属製のチップは取り付けられていない。この中心電極２０Ｂは、タングステンやニッケル合金等の高融点金属で形成されている。これに代えて、第１実施形態と同様に、母材と、母材内に埋設された芯材と、の２重構造を有する構成を採用してもよい。脚部２５Ｂの先端面２５ＢＴ（すなわち、中心電極２０Ｂの先端面）は、脚長部１３Ｂの先端面１３ＢＴより後端側に位置している。

図７に示すように、脚長部１３Ｂの内面（具体的には、キャビティ形成部１３５の底面１３５Ｓｂと、キャビティ形成部１３５の側面１３５Ｓａ）と、接地電極７０の後端側の面７３と、脚部２５Ｂの先端側の表面（具体的には、脚部２５Ｂの先端面２５ＢＴと側面２５ＢＳ）と、によって、キャビティＣＶが形成されている。図７から解るように、中心電極２０Ｂと接地電極７０との間の火花が形成される間隙（ギャップ）は、キャビティＣＶ内に位置している。

接地電極７０には、脚部２５Ｂの先端面２５ＢＴと対向する部分に、軸線方向に貫通する貫通孔７５が形成されている。本実施例では、貫通孔７５は、接地電極７０と軸線ＣＯとが交差する位置に形成されている。図７から解るように、貫通孔７５によって、キャビティＣＶと、キャビティＣＶの外側（使用時には、内燃機関の燃焼室）と、が連通している。

なお、脚長部１３Ｂの先端面１３ＢＴと、接地電極７０の後端側の面７３と、の間の隙間、および、脚部２５Ｂの側面２５ＢＳと、絶縁碍子１０Ｂの軸孔１２Ｂを形成する内周面との隙間は、それぞれ、極めて小さく（例えば、０．０５ｍｍ以下）、キャビティＣＶ内で発生するプラズマ（後述）、貫通孔７５からキャビティＣＶの外側に噴出するように構成されている。

貫通孔７５は、第１実施例の貫通孔３５と同様の構成を有している。すなわち、貫通孔７５は、後端側の孔７５２と、後端側の孔７５２より先端側に位置し、後端側の孔７５２の先端と後端が連通する先端側の孔７５１と、を含んでいる。後端側の孔７５２は、先端側から後端側に向かうにつれて拡径している。すなわち、後端側の孔７５２の軸線ＣＯと垂直な方向の長さは、先端側から後端側に向かうにつれて直線的に長くなっている。後端側の孔７５２を形成する面を拡径面７５２Ｓとも呼ぶ。先端側の孔７５１は、軸線方向の位置に拘わらずに、径が一定である円筒状の孔である。先端側の孔７５１の径と、後端側の孔７５２の最先端の径と、は等しい。

ここで、脚部２５Ｂの先端面２５ＢＴの径をＲ１とする。また、接地電極７０の後端側の孔７５２の最後端の径（軸線と垂直な方向の長さ）をＲ２とする。接地電極３０の先端側の孔７５１の径（軸線と垂直な方向の長さ）をＲ３とする。また、脚部２５Ｂの先端面２５ＢＴから、接地電極７０の後端側の面７３までの軸線方向の距離（以下、電極間距離とも呼ぶ）をＤとする。そして、中心電極２０の表面から絶縁碍子１０の内面に沿って接地電極７０の表面に至る経路のうちの最短の経路ＳＲ（以下、最短の沿面経路とも呼ぶ）の長さをＥとする。本実施形態では、図７に示すように、最短の沿面経路ＳＲは、脚部２５Ｂの側面２５ＢＳから、キャビティ形成部１３５の底面１３５Ｓｂと側面１３５Ｓａとを通って、接地電極７０の後端側の面７３に至る経路である。

ここで、キャビティ形成部１３５の径（キャビティ径とも呼ぶ）をＲ４とし、キャビティ形成部１３５の底面１３５Ｓｂから、接地電極７０の後端側の面７３までの軸線方向の距離（キャビティの軸線方向の長さとも呼ぶ）をＨ１とすると、最短の沿面経路の長さＥは、Ｅ＝［｛（Ｒ４−Ｒ１）／２｝＋Ｈ１］である。

また、接地電極７０の軸線方向の厚さ、すなわち、貫通孔７５の軸線方向の長さを、Ｈ２とし、貫通孔７５のうち、後端側の孔７５２の軸線方向の長さをＨ３とする。貫通孔７５のうち、先端側の孔７５１の軸線方向の長さは、（Ｈ２−Ｈ３）である。

この点火プラグは、以下のように動作する。上述したトリガ電圧が点火プラグの電極（中心電極２０Ｂおよび接地電極７０）に供給されると、脚部２５Ｂの先端面２５ＢＴと、接地電極７０の後端側の孔７５２を形成する拡径面７５２Ｓと、を最短距離で結ぶ位置ＳＰ１に、トリガ放電が発生する（図７（Ａ））。そして、トリガ放電に、交流電圧のエネルギーが供給されてキャビティＣＶ内でプラズマが生成される。生成されたプラズマは、貫通孔７５を通過して、内燃機関の燃焼室内に放出される。そして、プラズマのエネルギーによって、内燃機関内の混合気へ点火される。

以上説明した第３実施形態の点火プラグによれば、第１実施形態および第２実施形態の点火プラグと同様に、拡径面７５２Ｓによって形成される形成される後端側の孔３６を有している。この結果、キャビティＣＶ内のプラズマが、後端側の孔７５２によって、貫通孔７５を通るように誘導されるので、プラズマが、内燃機関の燃焼室内に、効率良く放出される。この結果、点火プラグの着火性能が向上する。

Ｃ−２.第４評価試験
第４評価試験では、表４に示すように、１８種類の第３実施形態の点火プラグのサンプルＤ１〜Ｄ１８を作成して、着火性能の試験を行った。各サンプルに共通な寸法は、以下の通りである。
接地電極７０の厚さＨ２：１．５ｍｍ
後端側の孔７５２の軸線方向の長さＨ３：０．５ｍｍ
後端側の孔７５２の最後端の径Ｒ２：２．５ｍｍ
先端側の孔７５１の径Ｒ３：０．５ｍｍ

１８種類のサンプルＤ１〜Ｄ１８では、先端面２５ＢＴの径Ｒ１と、電極間距離Ｄと、最短沿面経路の長さＥのうちの少なくとも１つの値が互いに異なっている。先端面２５ＢＴの径Ｒ１は、０．４ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ、２．６ｍｍのいずれかの値とされている。電極間距離Ｄは、０．３ｍｍ、０.５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍ、２．３ｍｍのいずれかの値とされている。電極間距離Ｄは、脚部２５の軸線方向の長さを調節することによって変更した。

最短沿面経路の長さＥは、１ｍｍ、４ｍｍ、８ｍｍのいずれかの値とされている。最短沿面経路の長さＥは、キャビティ径Ｒ４を４．０ｍｍに固定し、キャビティＣＶの軸線方向の長さＨ１を調整することによって変更した。

第４評価試験では、１８種類のサンプルＤ１〜Ｄ１８の着火限界の空燃比（混合気における燃料に対する空気の比率）を調べた。具体的には、サンプルを、排気量が１６００ｃｃである直列４気筒のエンジンに組み付け、１６００ｒｐｍの回転速度で、１０００サイクルの運転を行った。運転時には、図１の点火システム６００を用いて、トリガ電圧と交流電圧の供給を行い、５００ｍＪのエネルギーをサンプルに供給した。そして、１個のサンプルについて、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を段階的に増加させながら１つの空燃比あたり３回ずつ失火率（図示平均有効圧力の変動率）を測定した。そして、空燃比と失火率をプロットした結果から、各サンプルの失火率２％時の空燃比を近似計算によって算出し、着火限界の空燃比ＡＦＲとして採用した。着火限界の空燃比ＡＦＲが大きいほど、着火性能が優れていることを意味している。

そして、着火限界の空燃比ＡＦＲが２３以上のサンプルの評価を「Ａ」とし、着火限界の空燃比ＡＦＲが２２以上２３未満のサンプルの評価を「Ｂ」とし、着火限界の空燃比ＡＦＲが２２未満のサンプルの評価を「Ｃ」とした。

Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２を満たし、かつ、０．５ｍｍ≦Ｄ≦２．０ｍｍを満たす８個のサンプルＤ３、Ｄ４、Ｄ７、Ｄ８、Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１５、Ｄ１６の評価は、Ｂであった。

これに対して、Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２を満たさないサンプルの評価は、いずれも「Ｃ」であった。例えば、Ｒ３＞Ｒ１である４個のサンプルＤ２、Ｄ６、Ｄ１０、Ｄ１４の評価は、０．５ｍｍ≦Ｄ≦２．０を満たしているにも拘わらずに、「Ｃ」であった。また、Ｒ１＞Ｒ２である４個のサンプルＤ５、Ｄ９、Ｄ１３、Ｄ１７の評価は、０．５ｍｍ≦Ｄ≦２．０を満たしているにも拘わらずに、「Ｃ」であった。

また、０．５ｍｍ≦Ｄ≦２．０ｍｍを満たさないサンプルの評価は、いずれも「Ｃ」であった。例えば、Ｄ＝０．３ｍｍ、Ｄ＝２．３ｍｍのサンプルＤ１、Ｄ１８の評価は、Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２を満たしているにも拘わらずに、「Ｃ」であった。

すなわち、Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２を満たし、かつ、０．５ｍｍ≦Ｄ≦２．０ｍｍを満たす８個のサンプルは、Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２と０．５ｍｍ≦Ｄ≦２．０ｍｍのいずれかを満たさないサンプルよりも着火性能に優れていた。この理由は、以下のように、推定される。まず、第１実施形態の点火プラグが、Ｗ３＜Ｗ１＜Ｗ２を満たすことが好ましいのと同じ理由で、Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２を満たす場合には、プラズマが、効果的に誘導されて、燃焼室内に放出されることが考えられる。さらに、Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２を満たす場合には、トリガ放電は、位置ＳＰ１にて発生する。位置ＳＰ１は、図７に示すように、中心電極２０Ｂの先端面２５ＢＴの端と、拡径面７５２Ｓと、を最短距離で結ぶ位置である。その後、放電は、より放電の長さが長くなる位置、すなわち、軸線ＣＯに近い位置ＳＰ２に移動すると考えられる。

トリガ放電ＴＥの発生時には、放電の長さは短い方が絶縁破壊に要する電圧、すなわち、トリガ電圧を低くすることで放電不良が防止できるので、着火性能上好ましい。また、トリガ電圧を低くすることで、沿面経路ＳＲでの放電も発生し難くなり着火性能上好ましい。これに対して、一旦、放電が発生した後に、交流電圧のエネルギーが供給されている間は、放電の長さは長い方が、熱エネルギーが大きくなるので、着火性能上好ましい。Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２を満たす場合には、上述のように、比較的放電が短くなる位置ＳＰ１にて、放電が発生し、その後に比較的放電が長くなる位置ＳＰ２に放電が移動するので、トリガ電圧を低く抑制しつつも、放電の熱エネルギーを大きくすることができるので、着火性能が向上すると、考えられる。しかしながら、電極間距離Ｄが過度に短いと、例えば、０．５ｍｍ＞Ｄであると、例えば、Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２を満たしたとしても、位置ＳＰ２においても放電の長さが十分に長くならず、着火性能はそれほど向上しないと考えられる。また、電極間距離Ｄが過度に長いと、例えば、２．０ｍｍ＜Ｄであると、位置ＳＰ１においても放電の長さが十分に短くならずに、トリガ電圧が高くなり過ぎることによって放電不良が発生して、着火性能はそれほど向上しないと考えられる。以上より、Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２を満たし、かつ、０．５ｍｍ≦Ｄ≦２．０ｍｍを満たす場合には、これを満たさない場合と比較して、着火性能が向上すると考えられる。

Ｃ−３.第５評価試験
第５評価試験では、表５に示すように、１８種類の第３実施形態の点火プラグのサンプルＥ１〜Ｅ１８を作成して、着火性能の試験を行った。サンプルＥ１〜Ｅ１８の最短沿面経路の長さＥを除いた寸法は、表４のサンプルＤ１〜Ｄ１８のサンプルと同じである。表４のサンプルＤ１〜Ｄ１８では、最短の沿面経路の長さＥは、１ｍｍ、４ｍｍ、８ｍｍのいずれかに設定されており、この結果、電極間距離Ｄに対する最短沿面経路の長さＥの比率（Ｅ／Ｄ）は、５未満の範囲内の値、具体的には、２、２．６７、３．３３、３．４８、４のいずれかにされている。これに対して、表５のサンプルＥ１〜Ｅ１８では、最短の沿面経路の長さＥは、３ｍｍ、８ｍｍ、１２ｍｍのいずれかに設定されており、この結果、電極間距離Ｄに対する最短沿面経路の長さＥの比率（Ｅ／Ｄ）は、５以上の範囲内の値、具体的には、５．２１、５．３３、６、８、１０のいずれかにされている。

第５評価試験では、第４評価試験と同じ試験を同じ、同じ評価基準を用いて、１８種類のサンプルの着火性能を、上述した「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の三段階で評価した。

Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２を満たし、かつ、０．５ｍｍ≦Ｄ≦２．０ｍｍを満たす８個のサンプルＥ３、Ｅ４、Ｅ７、Ｅ８、Ｅ１１、Ｅ１２、Ｅ１５、Ｅ１６の評価は、「Ａ」であった。

これに対して、Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２、および、０．５ｍｍ≦Ｄ≦２．０ｍｍのうちのいずれかを満たさないサンプルの評価は、いずれも「Ｃ」であった。

以上より、Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２を満たし、かつ、０．５ｍｍ≦Ｄ≦２．０ｍｍを満たす表４の８個のサンプル（評価「Ｂ」）と、表５の８個のサンプル（評価「Ａ」）と、を比較すると、（Ｅ／Ｄ）が５以上である表５のサンプル、すなわち、Ｅ≧５Ｄを満たすサンプルは、Ｅ≧５Ｄを満たさない表４のサンプルより着火性能に優れていた。

この理由は、以下のように、推定される。まず、沿面経路は、単位長さあたりの電気抵抗が、絶縁碍子１０の表面に沿うことなく、空気中を通る気中経路（たとえば、図７の位置ＳＰ１の経路）と比較して低い。このために、最短沿面経路の長さＥが十分に長くない場合には、例えば、Ｅ≧５Ｄを満たさない場合には、気中経路での放電に代えて、沿面経路での放電が発生しやすくなる。沿面経路での放電は、キャビティＣＶ内において、貫通孔７５から離れた位置で発生する。このために、キャビティＣＶ内に、当該放電に基づくプラズマが発生しても、貫通孔７５から放出され難いために、着火性能が低下する。反対に、Ｅ≧５Ｄを満たす場合には、沿面経路での放電を十分に抑制できるので、より着火性能が向上すると考えられる。

以上、第４評価試験および第５評価試験によって、以下のことが解った。第３実施形態の点火プラグでは、中心電極２０Ｂの先端面３５ＢＴの径Ｒ１と、接地電極７０の後端側の孔７５２のうちの最後端の径Ｒ２と、先端側の孔７５１の径Ｒ３とは、Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２を満たし、かつ、中心電極２０Ｂの先端と、接地電極７０の貫通孔７５が形成された部分の後端側の表面と、の軸線方向の距離Ｄは、０．５ｍｍ≦Ｄ≦２．０を満たすことが好ましい。こうすれば、放電発生に必要な電圧の上昇を抑制しつつ、放電発生中の放電の長さを長くすることができるので、着火性能をより向上することができる。

さらに、中心電極２０Ｂの表面から絶縁碍子１０Ｂの内面を経由して接地電極７０の後端側の表面に至る最短経路の長さＥは、Ｅ≧５Ｄを満たすことが、さらに、好ましい。こうすれば、放電の発生経路が、キャビティＣＶ内の気体中を通る気中経路となる確率を高くし、絶縁碍子１０Ｂの内面を経由する沿面経路となる確率を低減することができる。この結果、着火性能をさらに向上することができる。

Ｄ．変形例：
（１）上記各実施形態では、先端側の孔３７の個数は、１個であるが、複数個（例えば、２個、３個、４個）であっても良い。また、上記各実施形態では、先端側の孔３７を軸線ＣＯと垂直な断面で切断した断面形状は、円であるが、円に限られない。図８は、変形例の点火プラグの接地電極３０ｆの説明図である。図８（Ａ）には、接地電極３０ｆを軸線ＣＯが含まれる面で切断した図が示されている。図８（Ｂ）には、接地電極３０ｆの対向部３４ｆを、軸線ＣＯに沿って後端側から先端方向ＦＤに向かって見た図が示されている。

接地電極３０ｆの対向部３４ｆに形成される後端側の孔３６は、第１実施形態の後端側の孔３６（図３）と同じである。そして、変形例の対向部３４ｆでは、後端側の孔３６の先端に底面３６ＢＴが形成されており、当該底面３６ＢＴを先端方向ＦＤに貫通する複数個の先端側の孔３７ｆ１、３７ｆ２が、形成されている。そして、先端側の孔３７ｆ１、３７ｆ２を軸線ＣＯと垂直な断面で切断した断面形状は、円ではなく、四角形である。先端側の孔３７ｆ１、３７ｆ２の断面形状は、星型、楕円、３または５以上の辺を持つ多角形であっても良い。

（２）上記各実施形態では、後端側の孔３６を軸線ＣＯと垂直な断面で切断した断面形状は、円であるが、円に限られない。図９は、変形例の点火プラグの接地電極３０ｇの説明図である。図９には、接地電極３０ｇの対向部３４ｇを、軸線ＣＯに沿って後端側から先端方向ＦＤに向かって見た図が示されている。

接地電極３０ｆの対向部３４ｆに形成される後端側の孔３６ｇを、軸線ＣＯと垂直な断面で切断した断面形状は、四角形である。そして、後端側の孔３６ｇの軸線ＣＯと垂直な方向のうち、図９（Ｂ）の上下方向の長さは、先端側から後端側に向かうに連れて長くなっている。同様に、後端側の孔３６ｇの軸線ＣＯと垂直な方向のうち、図９（Ｂ）の左右方向の長さは、先端側から後端側に向かうに連れて長くなっている。そして、対向部３４ｆに形成される先端側の孔３７ｇを、軸線ＣＯと垂直な断面で切断した断面形状も、四角形である。後端側の孔３６ｇの断面形状は、星型、楕円、３または５以上の辺を持つ多角形であっても良い。

このように、そして、後端側の孔３６ｇが円形でない場合に、後端側の孔３６ｇの最後端の軸線ＣＯと垂直な方向の長さの最大値および最小値を、Ｗ２ｍａｘ、Ｗ２ｍｉｎとする。先端側の孔３７ｇが円形でない場合に、先端側の孔３７ｇの軸線ＣＯと垂直な方向の長さの最大値および最小値を、Ｗ２ｍａｘ、Ｗ２ｍｉｎとする。この場合には、中心電極２０の中心電極チップ２９の先端面２９Ｓの径Ｗ１の関係は、Ｗ３ｍｉｎ＜Ｗ１＜Ｗ２ｍａｘを満たすことが好ましく、Ｗ３ｍａｘ＜Ｗ１＜Ｗ２ｍｉｎを満たすことがさらに好ましい。こうすれば、プラズマを効率良く貫通孔に誘導して、点火プラグの着火性能を向上することができる。

（３）上記各実施形態では、後端側の孔の径は、先端側から後端側に向かうにつれて直線的に長くなっているが、これに限られない。例えば、後端側の孔の径は、先端側から後端側に向かうにつれて曲線状に長くなっていても良いし、先端側から後端側に向かう途中に部分的に径が一定になる部分を含んでも良い。図１０は、変形例の点火プラグの接地電極の説明図である。図１０（Ａ）には、接地電極７０Ｂを軸線ＣＯが含まれる面で切断した図が示されている。図１０（Ｂ）には、接地電極７０Ｃを軸線ＣＯが含まれる面で切断した図が示されている。図１０（Ａ）の接地電極７０Ｂの後端側の孔７５２Ｂの径は、先端側から後端側に向かうにつれて長くなる度合いが小さくなり、その結果、後端側の孔７５２Ｃの断面は、下に凸の形状を有している。また、図１０（Ｂ）の接地電極７０Ｃの後端側の孔７５２Ｃの径は、先端側から後端側に向かうにつれて長くなる度合いが大きくなり、その結果、後端側の孔７５２Ｃの断面は、上に凸の形状を有している。接地電極７０Ｂ、７０Ｃの他の構成は、図７の接地電極７０と同じである。

（４）上記各実施形態の点火プラグの着火性能の向上は、上述したように、後端側の孔３６を設けたことや、各種の寸法Ｗ１〜Ｗ４、Ｌ１、Ｌ２を好ましい範囲に設定されることによって達成されると考えられる。したがって、これらのパラメータ以外の要素、例えば、主体金具５０の材質や細部の寸法、絶縁碍子１０の材質や細部の寸法などは、様々に変更可能である。例えば、主体金具５０の材質は、亜鉛めっきまたはニッケルめっきされた低炭素鋼でも良いし、めっきがなされていない低炭素鋼でも良い。また、絶縁碍子１０の材質は、アルミナ以外の様々な絶縁性セラミックスでもよい。

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。

５...ガスケット、６...リング部材、８...板パッキン、９...タルク、１０...絶縁碍子、１２...軸孔、１３...脚長部、１５...段部、１６...段部、１７...先端側胴部、１８...後端側胴部、１９...鍔部、２０...電極、２０...中心電極、２１...中心電極本体、２１Ａ...電極母材、２１Ｂ...芯部、２３...頭部、２４...鍔部、２５...脚部、２９...中心電極チップ、３０...接地電極、３４...対向部、３５...貫通孔、３６...後端側の孔、３６Ｓ...拡径面、３７...先端側の孔、３７ｇ...孔、３８ｂ...絞り部、４０...端子金具、４１...キャップ装着部、４２...鍔部、４３...脚部、５０...主体金具、５１...工具係合部、５２...取付ネジ部、５３...加締部、５４...座部、５６...段部、５８...圧縮変形部、５９...挿入孔、６０...導電性シール、１００...点火プラグ、６００...点火システム、６４０...放電用電源、６５０...高周波電源、６６０...混合回路、６６２...コイル、６６３...コンデンサ、６７０...インピーダンスマッチング回路、６８０...制御装置、６９０...プラグコード

Claims (7)

1. 軸線方向に沿って延びる棒状の中心電極と、
   前記中心電極を保持する筒状の絶縁体と、
   前記絶縁体を保持する筒状の主体金具と、
   前記主体金具に接合され、前記中心電極の先端面と間隙を介して対向する接地電極と、
   を備え、前記中心電極には、トリガ放電用の電圧が印加された後に複数のピーク電圧が供給される点火プラグであって、
   前記接地電極には、前記中心電極の先端面と対向する位置を前記軸線方向に貫通する貫通孔が形成され、
   前記貫通孔は、後端側の孔と、前記後端側の孔より先端側に位置し、前記後端側の孔の先端と後端が連通する先端側の孔と、を含み、
   前記後端側の孔の前記軸線と垂直な方向の長さは、先端側から後端側に向かうにつれて長くなることを特徴とする、点火プラグ。
2. 請求項１に記載の点火プラグであって、
   前記中心電極の先端面の径Ｗ１と、前記後端側の孔のうちの最後端の前記軸線と垂直な方向の長さＷ２と、前記先端側の孔の前記軸線と垂直な方向の長さＷ３とは、Ｗ３＜Ｗ１＜Ｗ２を満たすことを特徴とする、点火プラグ。
3. 請求項１または２に記載の点火プラグであって、
   前記先端側の孔の前記軸線の方向の長さＬ１と、前記貫通孔の前記軸線の方向の長さＬ２とは、１．２ｍｍ≦Ｌ２≦１．７ｍｍ、かつ、０．４≦（Ｌ１／Ｌ２）≦０．７を満たすことを特徴とする、点火プラグ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の点火プラグであって、
   前記先端側の孔は、先端と後端の間に、前記軸線方向と垂直な方向の長さが先端および後端より短い部分を含むことを特徴とする、点火プラグ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の点火プラグと、
   前記トリガ放電用の電圧および前記複数のピーク電圧を、前記中心電極に供給する電圧供給部と、を備えることを特徴とする、点火システム。
6. 請求項１に記載の点火プラグであって、
   前記中心電極は、前記絶縁体の軸孔の内部に配置され、
   前記接地電極は、前記貫通孔が形成され、前記絶縁体の先端側に配置される、板状の部材であり、
   前記中心電極の先端側の表面と、前記絶縁体の内面と、前記接地電極の後端側の表面と、によってキャビティが形成され、
   前記中心電極の先端面の径Ｒ１と、前記後端側の孔のうちの最後端の前記軸線と垂直な方向の長さＲ２と、前記先端側の孔の前記軸線と垂直な方向の長さＲ３とは、Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２を満たし、
   前記中心電極の先端と、前記接地電極の前記貫通孔が形成された部分の前記後端側の表面と、の前記軸線方向の距離Ｄは、０．５ｍｍ≦Ｄ≦２．０を満たすことを特徴とする、点火プラグ。
7. 請求項６に記載の点火プラグであって、
   前記中心電極の表面から前記絶縁体の内面を経由して前記接地電極の後端側の表面に至る最短経路の長さＥは、Ｅ≧５Ｄを満たすことを特徴とする、点火プラグ。

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