JP2016197585A - プラズマジェットプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】沿面放電を発生し難くして安定して気中放電を行わせることができ、チャンネリングの発生を抑制できる技術を提供する。
【解決手段】プラズマジェットプラグは、軸線方向に沿って延びる軸孔を有する筒状の絶縁体と、前記軸孔の内部に配置された中心電極と、前記絶縁体の外周に配置された主体金具と、前記主体金具に電気的に接続され前記絶縁体の先端側に配置されたオリフィス電極と、を備え、前記中心電極の表面と前記絶縁体の内面と前記オリフィス電極の内面とによってプラズマ生成用のキャビティが形成されている。このプラズマジェットプラグは、前記キャビティ内におい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オリフィス電極の内面に至る沿面経路の最短の経路長Ｄ１が、前記中心電極と前記オリフィス電極の間の最短距離である気中ギャップＧの５倍以上ある。
【選択図】図４

Description

本発明は、プラズマを噴射することによって燃料混合気を着火させるプラズマジェットプラグに関する。

プラズマジェットプラグは、キャビティと呼ばれるプラズマを生成するための空間を有する点火プラグである（特許文献１）。キャビティの出口には開口を有するオリフィス電極（「接地電極」とも呼ばれる）が設けられており、キャビティの内部にはオリフィス電極とギャップを介して中心電極が設けられている。キャビティ内の壁面は、オリフィス電極と中心電極以外の部分は絶縁体で構成されている。このキャビティに大電流を投入し、大量のプラズマでキャビティ空間を満たして噴出させることによって、燃料混合気を着火させる。キャビティに大電流を投入する際には、先ず、オリフィス電極と中心電極との間に高電圧を印加することによって絶縁破壊を生じさせてキャビティ内に放電経路を形成し、その後に低電圧で大電流を重ね合わせる。

特開２００８−０４５４４９号公報

キャビティ内の放電経路としては、キャビティの壁面から離れた空間中の経路である気中経路と、キャビティの壁面（特に絶縁体の表面）に沿った沿面経路とが形成され得る。通常は、気中経路よりも沿面経路が形成され易い。沿面経路が形成されると、絶縁破壊時の電流によって、沿面経路と接する絶縁体の表面が溝状に溶融する「チャンネリング」と呼ばれる現象が発生する。チャンネリングが発生するとキャビティ形状が大きく変化し、プラズマ噴出性能が悪化する。さらには、チャンネリングで形成された溝に放電が集中して、より深い溝が形成されるという問題が生じる。そこで、沿面放電を発生し難くして安定して気中放電を行わせることができ、チャンネリングの発生を抑制できる技術が望まれている。

本願の発明者は、また、キャビティ内における中心電極の露出部分の長さが大きい場合には、中心電極がプラズマに接触する面積が大きくなり、プラズマの熱による中心電極の消耗が過度に大きくなってしまうという問題があることを見出した。本願の発明者は、更に、オリフィス電極の内面がキャビティ内に露出していると、プラズマの熱によってオリフィス電極の内面が過度に消耗してしまうという問題があることを見出した。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、プラズマジェットプラグが提供される。このプラズマジェットプラグは、軸線方向に沿って延びる軸孔を有する筒状の絶縁体と、前記軸孔の内部に配置された中心電極と、前記絶縁体の外周に配置された主体金具と、前記主体金具に電気的に接続され前記絶縁体の先端側に配置されたオリフィス電極と、を備え、前記中心電極の表面と前記絶縁体の内面と前記オリフィス電極の内面とによってプラズマ生成用のキャビティが形成されている。このプラズマジェットプラグは、前記キャビティ内におい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オリフィス電極の内面に至る沿面経路の最短の経路長Ｄ１が、前記中心電極と前記オリフィス電極の間の最短距離である気中ギャップＧの５倍以上あることを特徴とする。
このプラズマジェットプラグによれば、沿面経路の最短の経路長Ｄ１が気中ギャップGに比べて十分に大きいので、沿面放電が発生し難く、安定して気中放電を行わせることができ、チャンネリングの発生を抑制できる。

（２）上記プラズマジェットプラグにおいて、前記絶縁体の内面は、前記沿面経路において凹状経路を形成する１つ以上の溝部を有し、前記溝部の溝幅が０．１ｍｍ以上であるものとしてもよい。
この構成によれば、絶縁体の内面に溝部を設けることにより、キャビティの容積を小さく抑えてプラズマを噴出し易くしつつ沿面経路の最短の経路長Ｄ１を長くすることができ、また、溝部の溝幅を０．１ｍｍ以上とすることにより、沿面経路の最短の経路長Ｄ１の実効的な長さを溝部に沿った長さとすることができるので、より安定して気中放電を行わせることができる。

（３）上記プラズマジェットプラグにおいて、前記溝部の深さが前記溝幅の３倍以下であるものとしてもよい。
この構成によれば、溝部の深さを溝幅の３倍以下とすることにより、沿面経路の最短の経路長Ｄ１を長くしつつ、キャビティの容積を小さく抑えてプラズマを噴出し易くすることが可能である。

（４）上記プラズマジェットプラグにおいて、前記キャビティに面する前記中心電極の側面の表面積が、２０ｍｍ²以下であるものとしてもよい。
この構成によれば、キャビティに面する中心電極の側面の表面積を２０ｍｍ²以下とすることにより、中心電極によってプラズマが冷却されてしまう現象を抑制でき、プラズマを噴出し易くすることができる。

（５）上記プラズマジェットプラグにおいて、前記キャビティに面する前記絶縁体が複数の部材から構成されているものとしてもよい。
この構成によれば、キャビティに面する絶縁体を複数の部材から構成すれば、沿面経路の経路長Ｄ１を長くするようにキャビティに面する絶縁体の内面形状を形成し易い。

（６）上記プラズマジェットプラグにおいて、前記絶縁体の前記複数の部材は、前記中心電極の外周側に設けられた第１部材と、前記第1部材の外周側に設けられた第２部材とを含み、前記第１部材は、前記第２部材よりも熱伝導率が高い第１の絶縁材料で形成されており、前記第２部材は、前記第１部材よりも耐電圧が高い第２の絶縁材料で形成されているものとしてもよい。
この構成によれば、第１部材の熱伝導率が第２部材の熱伝導率よりも高いので、第１部材による中心電極からの熱引きを増大させることができ、中心電極の耐久性を向上させることができる。また、第２部材の耐電圧が第１部材よりも高いので、絶縁体全体の耐電圧性を向上させることができる。

（７）上記プラズマジェットプラグにおいて、前記キャビティ内における前記中心電極の側面が絶縁材料で覆われており、前記中心電極の側面に設けられた前記絶縁材料の先端から前記中心電極の先端までの距離Ｌが、０．４ｍｍ以下であるものとしてもよい。
この構成によれば、絶縁材料から露出する中心電極の先端部分の長さＬが０．４ｍｍ以下と短いので、プラズマの熱による中心電極の消耗を抑制することができる。

（８）上記プラズマジェットプラグにおいて、前記軸線方向と垂直な方向に沿って測ったときの前記中心電極の側面と前記キャビティの内壁面との間の距離Ｈが、前記気中ギャップＧよりも大きいものとしてもよい。
この構成によれば、軸線方向と垂直な方向に沿って中心電極の側面からキャビティの内壁面に至る経路に沿って沿面放電が発生し難くなるので、安定して気中放電を行わせることができる。

（９）上記プラズマジェットプラグにおいて、前記オリフィス電極の貫通孔の周囲における前記オリフィス電極の内面が、前記貫通孔に隣接する露出面を残して絶縁材料で覆われており、前記軸線方向と垂直な方向に沿って測ったときの前記露出面の最外周位置と前記中心電極の側面との間の距離Ｊが、前記距離Ｈよりも小さいものとしてもよい。
この構成によれば、オリフィス電極の内面が、貫通孔に隣接する露出面を残して絶縁材料で覆われているので、プラズマによるオリフィス電極の内面の消耗を抑制することができる。

（１０）上記プラズマジェットプラグにおいて、前記露出面の最外周位置と前記中心電極の先端との間の距離Ｋが、前記気中ギャップＧよりも大きいものとしてもよい。
この構成によれば、中心電極の先端から、オリフィス電極の貫通孔の周囲の内面を覆う絶縁材料に至る経路に沿って沿面放電が発生し難くなるので、安定して気中放電を行わせることができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、プラズマジェットプラグやプラズマジェットプラグを用いた点火装置、そのプラズマジェットプラグを搭載する内燃機関や、そのプラズマジェットプラグを用いた点火装置を搭載する内燃機関等の態様で実現することができる。

一実施形態としてのプラズマジェットプラグの部分断面図。 プラズマジェットプラグの先端部分を拡大した断面図。 点火装置のブロック図。 第１実施形態と変形例のプラズマジェットプラグの先端部分の断面の拡大図。 第２実施形態のプラズマジェットプラグの先端部分の断面の拡大図。 第３実施形態のプラズマジェットプラグの先端部分の断面の拡大図。 第４実施形態のプラズマジェットプラグの先端部分の断面の拡大図。 第５実施形態のプラズマジェットプラグの先端部分の断面の拡大図。 第６実施形態のプラズマジェットプラグの先端部分の断面の拡大図。 Ｄ１／Ｇに関する試験結果を示す説明図。 溝幅に関する試験結果を示す説明図。 溝深さと溝幅の関係に関する試験結果を示す説明図。 キャビティに面する中心電極の側面の表面積に関する試験結果を示す説明図。 第７実施形態のプラズマジェットプラグの先端部分の断面の拡大図。 第８実施形態のプラズマジェットプラグの先端部分の断面の拡大図。 第９実施形態のプラズマジェットプラグの先端部分の断面の拡大図。 第１０実施形態のプラズマジェットプラグの先端部分の断面の拡大図。 中心電極の露出長さに関する試験結果を示す説明図。 オリフィス電極内面の絶縁体被覆に関する試験結果を示す説明図。

Ａ．全体構成：
図１は、本発明の一実施形態としてのプラズマジェットプラグ１００の部分断面図である。また、図２は、プラズマジェットプラグ１００の先端部分を拡大した断面図である。図１，２において、プラズマジェットプラグ１００の軸線Ｏの方向に沿って下側をプラズマジェットプラグ１００の先端側と呼び、上側を後端側と呼ぶ。また、軸線Ｏと交差し、軸線Ｏに垂直な方向を「径方向」と呼ぶ。

図１において、軸線Ｏより右側はプラズマジェットプラグ１００の外観を示し、軸線Ｏの左側は断面図を示している。プラズマジェットプラグ１００は、絶縁体１０と、絶縁体１０を保持する主体金具５０と、絶縁体１０の内部に保持された中心電極２０と、主体金具５０の先端部５７に配置されたオリフィス電極３０と、絶縁体１０の後端部に配置された端子金具４０とを備えている。

絶縁体１０は、アルミナ等のセラミックス材料を焼成して形成されており、軸線Ｏ方向に延びる軸孔１２を有する筒状の絶縁部材である。軸線Ｏ方向の略中央には外径が最も大きな鍔部１９が形成されており、これより後端側には後端側胴部１８が形成されている。また、鍔部１９より先端側には後端側胴部１８より外径の小さな先端側胴部１７と、その先端側胴部１７よりも先端側で先端側胴部１７よりも更に外径の小さな脚長部１３とが形成されている。この脚長部１３と先端側胴部１７との間は段状に形成されている。軸孔１２のうち脚長部１３の内周にあたる部分は、電極収容部１５として形成されている。この電極収容部１５は、先端側胴部１７と鍔部１９と後端側胴部１８のいずれの内周部分よりも縮径されている。この電極収容部１５の内部には中心電極２０が保持される。絶縁体１０の脚長部１３の先端側には、脚長部１３よりも内径が大きな拡大内径部１６が形成されている。

中心電極２０は、軸線Ｏに沿って延びる棒状の導電性部材であり、絶縁体１０の軸孔１２の内部に配置されている。本実施形態では、中心電極２０は、タングステン等の高融点材料で形成された一体成形品である。ただし、中心電極２０の構成としては、他の種々の構成を採用可能である。例えば、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。

図２に示すように、中心電極２０は、最も後端側の頭部２１と、頭部２１よりも先端側に位置し頭部２１より外径が小さい脚部２２とを有している。中心電極２０の脚部２２は、電極収容部１５に収容され、中心電極２０の頭部２１は、軸孔１２の縮内径部１０ｚから後端側の部分に収容されている。頭部２１の先端側の面と縮内径部１０ｚの後端側の面とが密着しており、その周方向の全周に亘って封止されている。

図１に示すように、中心電極２０は、軸孔１２の内部に設けられた金属とガラスの混合物からなる導電性のシール体４を経由して、後端側の端子金具４０に電気的に接続されている。このシール体４により、中心電極２０および端子金具４０が、軸孔１２内で固定されると共に、相互に導通する。端子金具４０にはプラグキャップ（図示外）を介して高圧ケーブル（図示外）が接続される。

主体金具５０は、内燃機関のエンジンヘッドにプラズマジェットプラグ１００を固定するための円筒状の金具であり、絶縁体１０を取り囲むようにして保持している。主体金具５０は、プラグレンチが嵌合する工具係合部５１と、エンジンヘッドに螺合するねじ部５２とを備えている。主体金具５０の工具係合部５１より後端側には加締部５３が設けられている。工具係合部５１から加締部５３にかけての主体金具５０と、絶縁体１０の後端側胴部１８との間には円環状のリング部材６，７が介在されており、２つのリング部材６，７の間にタルク９（滑石）の粉末が充填されている。そして、加締部５３を加締めることにより、リング部材６，７およびタルク９を介して絶縁体１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。これにより、絶縁体１０の脚長部１３と先端側胴部１７との間の段状の部位が、主体金具５０の内周面に段状に形成された係止部５６に環状のパッキン８０を介して支持されて、主体金具５０と絶縁体１０とが一体にされる。このパッキン８０によって、主体金具５０と絶縁体１０との間の気密は保持され、燃焼ガスの流出が防止される。また、工具係合部５１とねじ部５２との間には鍔部５４が形成されており、ねじ部５２の後端側近傍、すなわち鍔部５４の座面５５にはガスケット５が嵌挿されている。

オリフィス電極３０は、主体金具５０の先端部５７に設けられている。図２に示すように、主体金具５０の先端部５７の内周側には凹部５７Ａが形成されており、この凹部５７Ａ内にオリフィス電極３０が嵌め込まれている。オリフィス電極３０は、中央に貫通孔３１を有する円環状の板状部材である。この貫通孔３１は、プラズマを噴出する噴出孔として機能する。オリフィス電極３０の周縁は、全周に亘ってレーザー溶接などによって主体金具５０に接合されている。主体金具５０とオリフィス電極３０は電気的に導通している。主体金具５０はエンジンヘッドに螺合されて接地されるので、オリフィス電極３０も接地される。また、オリフィス電極３０は、主体金具５０の先端方向の開口を覆っている。

プラズマを生成するためのキャビティＣＶは、図２に示すように、絶縁体１０の先端部分の内面と、中心電極２０の先端部分の表面と、オリフィス電極３０の内面との間に形成されている。中心電極２０とオリフィス電極３０との間に電圧を印加することによって、プラズマが生成される。

図３は、プラズマジェットプラグ１００を点火させる点火装置１２０の構成を示すブロック図である。この点火装置１２０は、火花放電回路部１４０と、プラズマ放電回路部１６０と、これらを制御する２つの制御回路部１３０，１５０とを有している。制御回路部１３０，１５０は、自動車のＥＣＵに接続される。

火花放電回路部１４０は、プラズマジェットプラグ１００の中心電極２０とオリフィス電極３０の間のギャップに高電圧を印加することによって絶縁破壊を生じさせて火花放電を開始させる、いわゆるトリガー放電を行うための電源回路である。プラズマ放電回路部１６０は、トリガー放電により絶縁破壊が生じたギャップに大電流を供給するための電源回路である。プラズマ放電回路部１６０は、電気エネルギーを蓄えておくコンデンサ１６２と、コンデンサ１６２を充電するための高電圧発生回路１６１と、を有している。コンデンサ１６２の一端は接地され、他端は中心電極２０に接続されている。中心電極２０とオリフィス電極３０との間のギャップで放電が生じると、点火装置１２０から供給される大電流によってキャビティＣＶ内の気体が励起されてプラズマが形成される。キャビティＣＶ内に形成されたプラズマが膨張し、キャビティＣＶ内の圧力が高まると、キャビティＣＶ内のプラズマは、オリフィス電極３０の貫通孔３１から噴出される。噴出されたプラズマによって、内燃機関の燃焼室内の混合気が着火する。

Ｂ．プラズマジェットプラグの先端部分の各種実施形態：
図４（Ａ）は、プラズマジェットプラグの第１実施形態の先端部分の断面の拡大図であり、図４（Ｂ）はその変形例の先端部分の断面の拡大図である。なお、図４では、図１及び図２とは上下が逆であり、図４の上側がプラズマジェットプラグの先端側であり、図４の下側がプラズマジェットプラグの後端側である。

図４（Ａ）に示す第１実施形態のプラズマジェットプラグ１００において、中心電極２０の先端部分は円柱形状の脚部２２として形成されている。絶縁体１０の先端近傍の脚長部１３には、脚長部１３よりも内径が大きな拡大内径部１６が形成されている。なお、脚長部１３を「小内径部１３」とも呼ぶ。脚長部１３と拡大内径部１６との間には縮径部１４が形成されている。この例では、縮径部１４は軸線Ｏに垂直な面として形成されているが、テーパ状に形成されていてもよい。絶縁体１０の縮径部１４の外縁には、縮径部１４の表面よりも後端側に窪んだ円環状の溝部Ｇｒ１が形成されている。この溝部Ｇｒ１は、沿面経路に凹状経路を形成するものである。溝部Ｇｒ１の大きさは、溝部Ｇｒ１の幅Ｗａ１と深さＷｄ１とで規定される。溝部Ｇｒ１を形成する効果については後述する。

キャビティＣＶは、中心電極２０の表面２０ｓと、絶縁体１０の内面１０ｉｎと、オリフィス電極３０の内面３０ｉｎとによって囲まれる空間である。但し、キャビティＣＶは、オリフィス電極３０の貫通孔３１の部分を含んでおらず、貫通孔３１が無いと仮定したときのオリフィス電極３０の内面３０ｉｎの内側の空間を意味している。なお、中心電極２０の脚部２２の外周面と絶縁体１０の内面との間には、両者の組み付けのために微少な隙間（０．０６ｍｍ未満）が形成されている。隙間が０．０６ｍｍ未満の空間は微少であり、プラズマが発生しないので、キャビティＣＶの一部として機能しない。本明細書において、「キャビティ」とは、プラズマが生成される空間を意味し、隙間が０．０６ｍｍ以上の空間を意味する。より具体的に言えば、図４（Ａ）の第１実施形態における「キャビティ」は、絶縁体１０の先端部分の内面１０ｉｎと、中心電極２０の先端部分の表面と、オリフィス電極３０の内面３０ｉｎとの間に形成される空間のうち、隙間が０．０６ｍｍ以上の空間を意味し、隙間が０．０６ｍｍ未満の空間を含まない。

図４（Ａ）では、更に、以下の寸法が示されている。
（１）Ｄ１：中心電極２０の表面２０ｓから絶縁体１０の内面を経由してオリフィス電極３０の内面３０ｉｎに至るまでの沿面経路の最短長さ（以下、「沿面最短経路長」と呼ぶ）。図４（Ａ）では、この沿面最短経路長Ｄ１は、溝部Ｇｒ１に沿った凹状経路の長さを含んでいる。
（２）Ｅ：オリフィス電極３０の貫通孔３１の内径。
（３）Ｇ：オリフィス電極３０の内面３０ｉｎと、中心電極２０の先端面２０ｔとの間の軸線方向の距離Ｇ。この距離Ｇを「気中ギャップＧ」とも呼ぶ。気中ギャップＧの典型的な値の範囲は、例えば０．３ｍｍ〜１．５ｍｍである。

なお、オリフィス電極３０の貫通孔３１の内径Ｅは、中心電極２０の先端にある脚部２２の外径よりも小さいことが好ましい。これは、気中ギャップＧにおいて気中放電を生じ易くするためである。

図４（Ｂ）は、変形例としてのプラズマジェットプラグ１００ｒの先端部分の断面の拡大図である。このプラズマジェットプラグ１００ｒは、第１実施形態のプラズマジェットプラグ１００から、絶縁体１０の溝部Ｇｒ１を省略したものであり、他の構成は第１実施形態と同じである。この変形例における沿面最短経路長Ｄ１ｒは、溝部Ｇｒ１の長さ（＝Ｗａ１＋２×Ｗｄ１）の分だけ第１実施形態における沿面最短経路長Ｄ１よりも短い。

図４（Ａ）に示す第１実施形態では、絶縁体１０の内面１０ｉｎの一部に溝部Ｇｒ１を設けているので、変形例に比べて沿面最短経路長Ｄ１を長くすることができる。この結果、沿面放電を発生し難くすることができ、安定して気中放電を行わせることができる。この観点からは、特に、沿面最短経路長Ｄ１を気中ギャップＧの５倍以上とすることが好ましい。但し、図４（Ｂ）に示した変形例においても、沿面最短経路長Ｄ１ｒを気中ギャップＧの５倍以上とすれば、沿面放電を発生し難くすることができ、安定して気中放電を行わせることが可能なので、本発明の実施形態として採用することが可能である。但し、図４（Ａ）に示す第１実施形態のように、沿面経路において凹状経路を形成する溝部Ｇｒ１を設けるようにすれば、キャビティＣＶの容積を過度に増大させること無く沿面最短経路長Ｄ１を長くできる点で好ましい。

溝部Ｇｒ１の溝幅Ｗａ１は０．０６ｍｍ以上であれば良いが、０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。溝幅Ｗａ１が過度に小さいと、溝部Ｇｒ１が沿面経路を延長する機能を有さない（すなわち溝部Ｇｒ１を飛び越えて放電が生じる）可能性があるからである。溝幅Ｗａ１が０．１ｍｍ以上である溝部Ｇｒ１を設けるようにすれば、キャビティの容積を小さく抑えつつ、沿面最短経路長Ｄ１を長くすることができる点で好ましい。なお、溝幅Ｗａ１の最大値には特に制限は無いが、例えば溝幅Ｗａ１を０．５ｍｍ以下とすることが好ましく、０．３ｍｍ以下とすることが更に好ましい。

また、溝部Ｇｒ１の深さＷｄ１は、溝幅Ｗａ１の３倍以下とすることが好ましい。こうすれば、沿面最短経路長Ｄ１を長くしつつ、キャビティＣＶの容積を小さく抑えてプラズマを噴出し易くすることが可能である。

図５は、第２実施形態におけるプラズマジェットプラグ１００ａの先端部分の断面の拡大図である。このプラズマジェットプラグ１００ａは、第１実施形態のプラズマジェットプラグ１００（図４（Ａ））の絶縁体１０の内面１０ｉｎに円環状の第２の溝部Ｇｒ２を追加したものであり、他の構成は第１実施形態と同じである。すなわち、第２実施形態のプラズマジェットプラグ１００ａは、絶縁体１０の内面１０ｉｎに２つの溝部Ｇｒ１，Ｇｒ２を設けている。第２の溝部Ｇｒ２の溝深さＷｄ１は図５の例では第１の溝部Ｇｒ１の溝深さと同じであるが、両者の深さは変えても良い。また、第２の溝部Ｇｒ２の溝幅Ｗａ２は、第１の溝部Ｇｒ１の溝幅Ｗａ１と同じでも良く、異なっていても良い。更に、溝部を３つ以上設けても良い。また、図５の例では、絶縁体１０の縮径部１４に溝部Ｇｒ１，Ｇｒ２を設けているが、軸線Ｏに沿った絶縁体１０の円筒内面に溝部を形成してもよい。

図６は、第３実施形態におけるプラズマジェットプラグ１００ｂの先端部分の断面の拡大図である。このプラズマジェットプラグ１００ｂは、第１実施形態のプラズマジェットプラグ１００（図４（Ａ））のキャビティＣＶの部分を軸線Ｏの方向に沿って引き延ばしたものであり、他の構成は第１実施形態と同じである。すなわち、第２実施形態のプラズマジェットプラグ１００ｂでは、キャビティＣＶに面している中心電極２０の側面２０ｆが、第１実施形態に比べて長くなっている。中心電極２０の側面２０ｆの表面積Ｓ_20fは、以下で表される。
Ｓ_20f＝２πＲ・Ｌ …（１）
ここで、Ｒは中心電極２０の露出部分の半径、Ｌは中心電極２０の露出部分の軸線方向の長さである。半径Ｒの典型的な値の範囲は、例えば０．２５ｍｍ〜１ｍｍである。また、長さＬの典型的な値の範囲は、例えば０ｍｍ〜５ｍｍである。

中心電極２０の側面２０ｆの表面積Ｓ_20fが過度に大きくなると、中心電極２０によってプラズマが冷却されてしまい、プラズマ噴出性能が低下する可能性がある。この点を考慮すると、中心電極２０の側面２０ｆの表面積Ｓ_20fを２０ｍｍ²以下とすることが好ましい。こうすれば、中心電極２０によってプラズマが冷却されてしまう現象を抑制でき、プラズマを噴出し易くすることができる。

図７は、第４実施形態におけるプラズマジェットプラグ１００ｃの先端部分の断面の拡大図である。このプラズマジェットプラグ１００ｃは、キャビティＣＶに面する絶縁体１０を、複数の部材１３ｃ、１６ｃで構成したものであり、他の構成は第１実施形態と同じである。より具体的には、絶縁体１０の脚長部１３及びその先端側に続く拡大内径部１６の部分を、中心電極２０の外周側に設けられた第１部材１３ｃと、その外周側に設けられた第２部材１６ｃの２つの部材に分離した。第１部材１３ｃは、図４（Ａ）の脚長部１３に相当するものであり、脚長部１３に比べて小さな外径を有するように形成されている。また、第２部材１６ｃは略円環状の部材であり、第１部材１３ｃの外周側にはめ込まれて固定されている。

また、図７では、第１部材１３ｃと第２部材１６ｃとが接する位置に、沿面経路において凹状経路を形成する溝部Ｇｒ１が形成されている。この溝部Ｇｒ１は、２つの部材１３ｃ、１６ｃの境界部分に形成されている。キャビティＣＶに面する絶縁体１０を複数の部材１３ｃ，１６ｃで構成するようにすれば、溝部Ｇｒ１をより形成しやすいという利点がある。但し、溝部Ｇｒ１を省略して、図４（Ｂ）と同様の形状にしてもよい。

また、キャビティＣＶに面する絶縁体１０を複数の部材１３ｃ，１６ｃで構成するとともに、それらの材質を変えることによって、更なる利点を得ることができる。例えば、内周側の第１部材１３ｃを、外周側の第２部材１６ｃよりも熱伝導率が高い第１の絶縁材料（例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ））で形成するとともに、外周側の第２部材１６ｃを、内周側の第１部材１３ｃよりも耐電圧が高い第２の絶縁材料（例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃））で形成するようにしてもよい。このような構成を採用すれば、第１部材１３ｃによる中心電極２０からの熱引きを増大させることができ、中心電極２０の耐久性を向上させることができる。また、第２部材１６ｃの耐電圧が第１部材１３ｃよりも高いので、絶縁体１０全体の耐電圧性を向上させることができる。

図８は、第５実施形態におけるプラズマジェットプラグ１００ｄの先端部分の断面の拡大図である。このプラズマジェットプラグ１００ｄは、第４実施形態（図７）と同様に、キャビティＣＶに面する絶縁体１０を、複数の部材１３ｄ、１６ｄで構成したものである。また、図８では、絶縁体１０の第１部材１３ｄに第１の溝部Ｇｒ１を設けるとともに、第１部材１３ｄと第２部材１６ｄの境界位置に第２の溝部Ｇｒ２を設けている。換言すれば、第２の溝部Ｇｒ２の壁面の一部は第１部材１３ｄの表面で構成されており、他の部分は第２部材１６ｄの表面で構成されている。この結果、複数の溝部Ｇｒ１，Ｇｒ２によって、沿面最短経路長Ｄ１を十分に長くすることが容易である。

図９は、第６実施形態におけるプラズマジェットプラグ１００ｅの先端部分の断面の拡大図である。このプラズマジェットプラグ１００ｅは、第４実施形態（図７）及び第５実施形態（図８）と同様に、キャビティＣＶに面する絶縁体１０を、複数の部材１３ｅ、１６ｅで構成したものである。図９では、第２部材１６ｄの先端に小さな開口を有する先端開口部１６ｐを設けて、オリフィス電極３０の内面３０ｉｎを覆っている点が図７と異なっている。なお、第２部材１６ｄの先端開口部１６ｐは、オリフィス電極３０の内面３０ｉｎの全体を覆っても良く、その一部のみを覆っても良い。このように、第２部材１６ｄに先端開口部１６ｐを設けて、オリフィス電極３０の内面３０ｉｎを覆うようにすれば、沿面最短経路長Ｄ１を更に長くすることが可能である。

以上の図４〜図９の実施形態から理解できるように、中心電極２０の表面２０ｓから絶縁体１０の内面を経由してオリフィス電極３０の内面３０ｉｎに至るまでの最短の沿面経路にある絶縁体１０の内面に、１つ以上の溝部を設けるようにすれば、沿面最短経路長Ｄ１を十分に長くとることが可能である。この結果、沿面放電を発生し難くすることができ、安定して気中放電を行わせることができる。また、図７〜図９の例から理解できるように、キャビティＣＶに面する絶縁体１０を複数の部材で構成するようにすれば、沿面最短経路長Ｄ１を長くするようにキャビティに面する絶縁体の内面形状を形成し易いという利点がある。

Ｃ．試験結果：
以下では、図４〜図９に示したプラズマジェットプラグの好ましい寸法に関する試験結果について順次説明する。

図１０は、沿面最短経路長Ｄ１と気中ギャップＧとの比Ｄ１／Ｇに関する試験結果を示す説明図である。図１０（Ａ）は試験装置の模式的な平面図である。この試験では、圧力チャンバ内に、溝部２１２を有する絶縁体２１０を設置するとともに、絶縁体２１０の表面上に溝部２１２を挟んで第１電極２２０と第２電極２３０とを対向させた状態で設置した。絶縁体２１０はアルミナで形成した。２つの電極２２０，２３０のギャップＤｇは、０．５ｍｍの一定値に設定した。溝部２１２の溝幅Ｄａは０．２ｍｍの一定値とし、溝部２１２の溝深さＤｄを変えることによって溝部経路長ＤＬを変更した。「溝部経路長ＤＬ」は、溝部２１２の内面を辿る最短の経路長であり、ＤＬ＝Ｄａ＋２Ｄｄで与えられる。

２つの電極２２０，２３０は、中心電極２０とオリフィス電極３０を模擬している。２つの電極２２０，２３０の間の放電経路としては、次の２つが生じ得る。
（１）第１放電経路ＲＴ１：絶縁体２１０の上表面２１０ｓ付近において溝部２１２を飛び越える放電経路（図１０（Ａ）に黒矢印で示す）。
（２）第２放電経路：絶縁体２１０の上表面２１０ｓと溝部経路長ＤＬとを辿る沿面経路（図示省略）。
これらの２つの放電経路は、絶縁体２１０の上表面２１０ｓに沿った経路部分は共通しているので、両者の差は、第１放電経路ＲＴ１では溝幅Ｄａの気中経路を通り、第２放電経路では溝部経路長ＤＬの凹状の沿面経路を通る点だけである。そこで、この構造を図４の構造に当てはめて考えると、溝幅Ｄａは図４の気中ギャップＧを模擬する寸法としての役割を有しており、溝部経路長ＤＬは沿面最短経路長Ｄ１を模擬する寸法としての役割を有していることが理解できる。

図１０の放電経路確認試験では、圧力チャンバ内を０．４ＭＰａ，１．２ＭＰａ，２．０ＭＰａ（いずれも大気）に加圧した状態でそれぞれ１００回の放電を行った。そして、高速度カメラを用いて放電経路を撮影し、１００回の放電のうちで上述した第２放電経路で放電が生じた回数の割合を測定し、これを「沿面放電割合」とした。ここで、「沿面放電」とは上述した第２放電経路に沿った放電を意味し、「気中放電」とは第１放電経路ＲＴ１に沿った放電を意味する。

図１０（Ｂ）は、比ＤＬ／Ｄａの値と沿面放電割合との関係を示している。この試験結果によれば、比ＤＬ／Ｄａの値が増加するに従って沿面放電割合が減少し、ＤＬ／Ｄａが５以上になると沿面放電が発生せず、すべて気中放電となった。この結果は、次のように理解することができる。すなわち、図１０（Ａ）の溝部経路長ＤＬが大きくなると、上述した第２放電経路を経由する沿面放電が発生し難くなり、第１放電経路ＲＴ１を経由する気中放電が発生し易くなる。従って、ＤＬ／Ｄａを５以上に設定することによって、安定して気中放電を生じさせることができる。ところで、前述したように、溝部経路長ＤＬは図４の沿面最短経路長Ｄ１を模擬しており、溝幅Ｄａは気中ギャップＧを模擬している。従って、図１０（Ｂ）の横軸は、沿面最短経路長Ｄ１と気中ギャップＧとの比Ｄ１／Ｇを模擬しているものと考えることができる。この試験結果を考慮すると、プラズマジェットプラグにおいて、沿面最短経路長Ｄ１と気中ギャップＧとの比Ｄ１／Ｇの値を５以上に設定することが好ましい。換言すれば、沿面最短経路長Ｄ１は、気中ギャップＧの５倍以上とすることが好ましい。こうすれば、キャビティＣＶ内における沿面放電の発生を抑制して、安定して気中放電を行わせることができる。

図１１は、溝部Ｇｒ１の溝幅Ｗａ１に関する試験結果を示す説明図である。図１１（Ａ）に示す試験装置は、図１０（Ａ）に示したものと同じものであるが、寸法の設定が図１０の試験と異なる。すなわち、図１１の試験では、溝幅Ｄａを幾つかの値に変更し、また、溝深さＤｄが溝幅Ｄａと等しくなるように溝深さＤｄも変更した。さらに、気中ギャップＤｇは、溝幅Ｄａに０．３ｍｍを加えた値に設定した。この試験において、溝幅Ｄａは、図４における溝部Ｇｒ１の溝幅Ｗａ１を模擬している。また、この放電経路確認試験では、圧力チャンバ内を０．８ＭＰａ（大気）に加圧した状態でそれぞれ１００回の放電を行い、１００回の放電のうちで第１放電経路ＲＴ１で放電が生じた回数の割合を測定し、これを「気中放電割合」とした。

図１１（Ｂ）は、溝幅Ｄａの値と気中放電割合との関係を示している。この試験結果によれば、溝幅Ｄａの値が増加するに従って気中放電割合が減少し、溝幅Ｄａが０．１ｍｍ以上になると気中放電が発生せず、すべて沿面放電となった。この結果は、次のように理解することができる。すなわち、溝幅Ｄａが小さい場合には、溝部２１２に沿った凹状の沿面経路（第２放電経路）を経由することなく、第１放電経路ＲＴ１に沿って気中放電が生じ易い。一方、溝幅Ｄａが大きくなるに従って、溝部２１２に沿った凹状の沿面経路に沿った沿面放電が生じ易くなる。換言すれば、溝部２１２の溝幅Ｄａが０．１ｍｍ未満の場合には溝部２１２に沿った凹状の経路が放電経路としての機能を果たし難いのに対して、溝幅Ｄａが０．１ｍｍ以上になると溝部２１２に沿った凹状の経路が放電経路としての機能を十分に果たすようになる。この試験結果を考慮すると、図４のプラズマジェットプラグにおいて、溝部Ｇｒ１の溝幅Ｗａ１を０．１ｍｍ以上に設定することが好ましい。他の溝部Ｇｒ２（図５、図８）の溝幅も同様である。溝幅Ｗａ１を０．１ｍｍ以上に設定すれば、溝部Ｇｒ１によって沿面経路を実質的に長くすることができるので、キャビティＣＶ内における沿面放電の発生を更に抑制して、安定して気中放電を行わせることができる。

図１２は、溝部Ｇｒ１の溝深さＷｄ１と溝幅Ｗａ１に関する試験結果を示す説明図である。この試験では、溝部Ｇｒ１の溝深さＷｄ１と溝幅Ｗａ１が異なる複数種類のサンプルを作成した。これらのサンプルでは、Ｌ＋Ｇ（Ｌは中心電極２０の露出部分の長さ、Ｇは気中ギャップ）を３．５ｍｍに設定し、また、中心電極２０の外径２Ｒを１．５ｍｍに、絶縁体１０の拡大内径部１６の内径を３．５ｍｍにそれぞれ設定した。また、溝幅Ｗａ１は、０．２ｍｍ，０．３ｍｍ，０．５ｍｍの３つの値に設定し、溝深さＷｄ１は、Ｗｄ１／Ｗａ１の値が０．５〜５．０の範囲に亘るように設定した。そして、圧力チャンバ内を０．６ＭＰａ（大気）に加圧した状態でプラズマジェットプラグのサンプルを放電させ、オリフィス電極３０の貫通孔３１から噴出されたプラズマを側方から撮影してシュリーレン画像を取得した。そして、シュリーレン画像を二値化して、高密度部分を表す画素と低密度部分を表す画素とに分類し、高密度部分を表す画素の個数を、噴出されたプラズマのサイズとして算出した。なお、サンプルごとに１０回のシュリーレン撮影を実行し、１０回の撮影により算出されたプラズマの画素数の平均値を噴出面積とした。

図１２（Ｂ）は、溝深さＷｄ１と溝幅Ｗａ１の比Ｗｄ１／Ｗａ１の値とプラズマの噴出面積との関係を示している。この試験結果によれば、溝幅Ｗａ１の値に拘わらず、Ｗｄ１／Ｗａ１の値が３以上になるとＷｄ１／Ｗａ１の値が増加するほどプラズマの噴出面積が低下した。この理由は、溝深さＷｄ１を過度に増加させるとキャビティＣＶの容積が過度に増大してしまい、プラズマが噴出し難くなるためであると推定される。この試験結果を考慮すると、溝部Ｇｒ１の深さＷｄ１は、溝幅Ｗａ１の３倍以下とすることが好ましい。他の溝部Ｇｒ２の溝幅も同様である。こうすれば、沿面最短経路長Ｄ１を長くしつつ、キャビティＣＶの容積を小さく抑えてプラズマを噴出し易くすることが可能である。

図１３は、キャビティに面する中心電極の側面の表面積に関するプラズマ噴出試験の結果を示している。この試験では、図６に示したように、キャビティＣＶに露出している中心電極２０の長さＬを変更することによって、キャビティＣＶに面する中心電極２０の側面２０ｆの表面積Ｓ_２０ｆが異なる複数種類のサンプルを作成した。また、これらのサンプルでは、気中ギャップＧを０．５ｍｍ又は１．０ｍｍに設定し、また、中心電極２０の外径２Ｒを１ｍｍ、溝幅Ｗａ１を０．２ｍｍ、溝深さＷｄ１を０．４ｍｍの一定値とした。そして、図１２と同様の条件でシュリーレン撮影を実行し、１０回の撮影により算出されたプラズマの画素数の平均値を噴出面積とした。

図１３（Ｂ）は、キャビティＣＶに面する中心電極２０の側面２０ｆの表面積Ｓ_２０ｆとプラズマの噴出面積との関係を示している。この試験結果から理解できるように、中心電極２０の側面２０ｆの表面積Ｓ_２０ｆの値が大きくなるほどプラズマの噴出面積が小さくなる傾向にある。この試験結果を考慮すると、中心電極２０の側面２０ｆの表面積Ｓ_２０ｆの値は小さいことが好ましい。但し、表面積Ｓ_２０ｆの値が２０ｍｍ^２より小さくなってもプラズマの噴出面積はそれほど増大しないので、表面積Ｓ_２０ｆの値を２０ｍｍ^２以下とすれば十分である。なお、キャビティＣＶに面する中心電極２０の長さＬをマイナスにした形状（中心電極２０の先端の脚部２２を絶縁体１０の縮径部１４よりも後端側に引っ込ませた形状）とすることも可能である。但し、このような形状は、却って沿面放電を生じ易くする可能性がある。この点を考慮すれば、キャビティＣＶに面する中心電極２０の長さＬを０ｍｍ以上とすること、すなわち、キャビティＣＶに面する中心電極２０の側面２０ｆの表面積Ｓ_２０ｆを０ｍｍ^２以上とすることが好ましい。

Ｄ．他の実施形態：
図１４は、第７実施形態におけるプラズマジェットプラグ１００ｆの先端部分の断面の拡大図である。このプラズマジェットプラグ１００ｆは、キャビティＣＶに面する絶縁体１０を複数の部材１３ｆ、１６ｆで構成した点は第４実施形態（図７）と共通しており、以下の２つの点で第４実施形態と異なっている。第１の差異は、絶縁体１０の縮径部１４ｆが、中心電極２０の先端部分の一部を露出させた状態で中心電極２０の先端部分（脚部２２）の側面を覆うように延びている点である。このとき、中心電極２０の側面に設けられた縮径部１４ｆ（絶縁材料）の先端１４ｔから中心電極２０の先端までの距離Ｌは、０．４ｍｍ以下に設定されていることが好ましい。こうすれば、距離Ｌ（「中心電極２０の露出長さＬ」と呼ぶ）が十分に短くなるので、プラズマの熱による中心電極の消耗を抑制することができる。第２の差異は、軸線Ｏ方向と垂直な方向に沿って測ったときの中心電極２０の側面とキャビティＣＶの内壁面との間の距離Ｈが、第４実施形態（図７）よりも小さい点である。但し、この場合にも、この距離Ｈは、気中ギャップＧよりも大きいことが好ましい。こうすれば、軸線Ｏ方向と垂直な方向に沿って中心電極２０の側面からキャビティＣＶの内壁面に至る経路に沿って沿面放電が発生し難くなるので、安定して気中放電を行わせることができる。なお、Ｇ＜Ｈであるという条件は、他の各種実施形態も満足することが好ましい。

図１５は、第８実施形態におけるプラズマジェットプラグ１００ｇの先端部分の断面の拡大図である。このプラズマジェットプラグ１００ｇが第７実施形態（図１４）と異なる点は、絶縁体１０の縮径部１４ｆの代わりに、絶縁体１０とは異なる絶縁部材１４ｇで中心電極２０の先端部分（脚部２２）の側面を覆っている点であり、他の構成は第７実施形態と同じである。絶縁部材１４ｇは、例えば、アルミナなどの任意の絶縁材料で形成することが可能である。この絶縁部材１４ｇは、メッキなどの任意の方法を利用して中心電極２０の周囲を被覆するように形成することが可能である。

図１６は、第９実施形態におけるプラズマジェットプラグ１００ｈの先端部分の断面の拡大図である。このプラズマジェットプラグ１００ｈは、以下の２つの点で第７実施形態（図１４）と異なっている。第１の差異は、絶縁体１０の縮径部１４ｈは、その先端部分１４ｅが中心電極２０の先端部分を被覆しているが、先端部分１４ｅの下側（後端側）にはギャップＧＰが形成されている点である。但し、このギャップＧＰは無くても良い。第２の差異は、軸線Ｏ方向と垂直な方向に沿って測ったときの中心電極２０の側面とキャビティＣＶの内壁面との間の距離Ｈが、第７実施形態（図１４）よりも大きい点である。但し、この第２の差異の重要性は低いので、この差異は設けなくてもよい。

上述した第７〜第９実施形態から理解できるように、キャビティＣＶ内における中心電極２０の側面を覆う絶縁材料としては、絶縁体１０の一部を利用することもでき、また、絶縁体１０とは異なる絶縁材料（例えば図１５の絶縁部材１４ｇ）を利用することも可能である。これらの実施形態では、中心電極２０の露出長さＬが十分に短いので、プラズマの熱による中心電極の消耗を抑制することができる。

図１７は、第１０実施形態におけるプラズマジェットプラグ１００ｊの先端部分の断面の拡大図である。このプラズマジェットプラグ１００ｊが第７実施形態（図１４）と異なる点は、図９に示した第６実施形態と同様に、絶縁体１０の第２部材１６ｊの先端に、小さな開口を有する先端開口部１６ｐを設けて、オリフィス電極３０の内面を覆っている点である。但し、先端開口部１６ｐの開口はオリフィス電極３０の貫通孔３１よりも大きくなっており、オリフィス電極３０の内面には先端開口部１６ｐで覆われていない露出面３２が残存している。この露出面３２は、オリフィス電極３０の貫通孔３１に隣接する位置に存在する。また、露出面３２の最外周位置３２ｅは、中心電極２０の先端のエッジ部よりも径方向外側に位置することが好ましい。ここで、「径方向」とは、軸線Ｏ方向と垂直な方向を意味する。このとき、径方向に沿って測ったときの露出面３２の最外周位置３２ｅと中心電極２０の側面との間の距離Ｊは、中心電極２０の側面とキャビティＣＶの内壁面との間の距離Ｈよりも小さいことが好ましい。こうすれば、オリフィス電極３０の内面が、貫通孔３１に隣接する露出面３２を残して絶縁材料で覆われるので、プラズマによるオリフィス電極３０の内面の消耗を抑制することができる。

第１０実施形態では、更に、露出面３２の最外周位置３２ｅと中心電極２０の先端との間の直線的な距離Ｋが、気中ギャップＧよりも大きいという特徴も有する。このＧ＜Ｋという条件を満足すれば、中心電極２０の先端から、オリフィス電極３０の貫通孔３１の周囲の内面を覆う絶縁材料（先端開口部１６ｐ）に至る経路に沿って沿面放電が発生し難くなるので、安定して気中放電を行わせることができる。なお、第１０実施形態において、オリフィス電極３０の貫通孔３１の周囲の内面を覆う絶縁材料としては、絶縁体１０の一部である第２部材１６ｊの先端開口部１６ｐを用いていたが、この代わりに、絶縁体１０とは異なる絶縁材料を用いても良い。

なお、第７〜第１０実施形態では、絶縁体１０を複数の部材（例えば図１４では２つの部材１３ｆ、１６ｆ）で構成しているが、この代わりに、絶縁体１０を１つの部材で構成してもよい。

図１８は、中心電極２０の露出長さＬに関する試験結果を示す説明図である。図１８（Ａ）はサンプルの形状を示しており、これは、図１４に示した第７実施形態に即した形状である。この試験では、以下のパラメータを使用した。
・沿面最短経路長Ｄ１：３．５ｍｍ
・オリフィス電極３０の貫通孔３１の内径Ｅ：０．５ｍｍ
・気中ギャップＧ：０．５ｍｍ
・中心電極２０の外径２Ｒ：１．５ｍｍ
・キャビティＣＶの内径Ｄｃｖ（拡大内径部１６ｆの内径）：３．５ｍｍ
・中心電極２０の側面とキャビティＣＶの内壁面との間の距離Ｈ：１．０ｍｍ
・中心電極２０の露出長さＬ（絶縁部材１４ｆによる遮蔽有の場合）：０〜０．６ｍｍ
・中心電極２０の露出長さＬ（絶縁部材１４ｆによる遮蔽無の場合）：２．０ｍｍ

図１８（Ｂ）は、中心電極２０の露出長さＬと、中心電極２０の先端の消耗量との関係に関する試験結果を示すグラフである。縦軸は、中心電極２０の側面の遮蔽有りの場合における中心電極２０の先端の消耗量を、遮蔽無しの場合における消耗量で除した比率を示している。ここで、「中心電極２０の側面の遮蔽有り」とは、中心電極２０の先端部分の側面を絶縁体１０の縮径部１４ｆで覆っている場合（Ｌ＝０〜０．６ｍｍ）を意味している。また、「中心電極２０の側面の遮蔽無し」とは、中心電極２０の先端部分の側面を絶縁体１０の縮径部１４ｆで覆っていない場合（Ｌ＝２．０ｍｍ）を意味している。また、「消耗量」は、３０Ｈｚで３０時間の火花放電耐久試験を行った後に、中心電極２０の先端部分から消失した体積を測定した値である。

図１８（Ｂ）の結果から理解できるように、中心電極２０の側面を絶縁材料で遮蔽すると、遮蔽無しの場合に比べて中心電極２０の先端における消耗量が低下する。特に、中心電極２０の露出長さＬを０．４ｍｍ以下に設定すれば、プラズマの熱による中心電極の消耗を抑制する効果が顕著である。

図１９は、オリフィス電極３０の内面の絶縁体被覆に関する試験結果を示す説明図である。図１９（Ａ）はサンプルの形状を示しており、これは、図１７に示した第１０実施形態に即した形状である。この試験では、以下のパラメータを使用した。
・沿面最短経路長Ｄ１：４．０ｍｍ
・オリフィス電極３０の貫通孔３１の内径Ｅ：０．５ｍｍ
・気中ギャップＧ：０．５ｍｍ
・中心電極２０の外径２Ｒ：１．５ｍｍ
・キャビティＣＶの内径Ｄｃｖ（拡大内径部１６ｆの内径）：３．５ｍｍ
・中心電極２０の側面とキャビティＣＶの内壁面との間の距離Ｈ：１．０ｍｍ
・オリフィス電極３０の内面の露出面３２の外径Ｄ３２：１．４〜１．７ｍｍ

なお、露出面３２の外径Ｄ３２は、オリフィス電極３０の貫通孔３１の周囲の内面を覆う先端開口部１６ｐの内径と同じである。また、径方向に沿って測ったときの露出面３２の最外周位置３２ｅと中心電極２０の側面との間の距離Ｊは、Ｊ＝（Ｄ３２−２Ｒ）／２に等しい。

図１９（Ｂ）は、オリフィス電極３０の内面の露出面３２の外径Ｄ３２と、オリフィス電極３０の内面の消耗量との関係に関する試験結果を示すグラフである。縦軸は、オリフィス電極３０の内面の遮蔽有りの場合におけるオリフィス電極３０の内面の消耗量を、遮蔽無しの場合における消耗量で除した比率を示している。ここで、「オリフィス電極３０の内面の遮蔽有り」とは、オリフィス電極３０の内面を絶縁体１０の先端開口部１６ｐで覆っている場合を意味している。また、「オリフィス電極３０の内面の遮蔽無し」とは、オリフィス電極３０の内面を絶縁体１０の先端開口部１６ｐで覆っていない場合を意味している。「消耗量」は、３０Ｈｚで３０時間の火花放電耐久試験を行った後に、オリフィス電極３０の内面から消失した体積を測定した値である。

図１９（Ｂ）の下端に示すように、Ｄ３２＝１．４ｍｍ，１．５ｍｍの場合は、露出面３２の最外周位置３２ｅと中心電極２０の先端との間の距離Ｋが、気中ギャップＧと等しい。これらの場合には、絶縁体１０の先端開口部１６ｐにチャンネリングが若干発生していた。一方、Ｄ３２＝１．６ｍｍ，１．７ｍｍの場合は、露出面３２の最外周位置３２ｅと中心電極２０の先端との間の距離Ｋが、気中ギャップＧよりも大きい。これらの場合には、絶縁体１０の先端開口部１６ｐにチャンネリングは発生していなかった。この理由は、Ｇ＜Ｋを満足する場合には、中心電極２０の先端から、オリフィス電極３０の貫通孔３１の周囲の内面を覆う絶縁材料（先端開口部１６ｐ）に至る経路に沿って沿面放電が発生し難くなるからであると推定される。

図１９（Ｂ）の結果から理解できるように、オリフィス電極３０の内面を絶縁材料で遮蔽すると、遮蔽無しの場合に比べてオリフィス電極３０の内面における消耗量が低下する点で好ましい。また、沿面放電が発生し難くするためには、Ｇ＜Ｋを満足するようにオリフィス電極３０の貫通孔３１の周囲の内面を絶縁材料で覆うことが好ましいことが理解できる。

・変形例
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

・変形例１：
プラズマジェットプラグの構成としては、図４〜図９に示した構成以外の種々の構成を採用可能である。例えば、中心電極２０の先端付近の形状が単純な円柱形でなく、表面に凹凸を設けてもよい。

また、中心電極２０の先端は、鋭角なエッジ状ではなく、Ｒ面取りやＣ面取りなどの面取りが施されていてもよい。こうすれば、電界集中が生じ難いので、プラズマの熱による中心電極２０の消耗を更に抑制することが可能である。

４…シール体
５…ガスケット
６…リング部材
９…タルク
１０…絶縁体
１０ｚ…絶縁体の縮内径部
１０ｉｎ…絶縁体の内面
１２…絶縁体の軸孔
１３…絶縁体の脚長部（小内径部）
１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ…第１部材
１４…絶縁体の縮径部
１５…絶縁体の電極収容部
１６…絶縁体の拡大内径部
１６ｃ〜１６ｊ…絶縁体の第２部材
１６ｐ…絶縁体の先端開口部
１７…絶縁体の先端側胴部
１８…絶縁体の後端側胴部
１９…絶縁体の鍔部
２０…中心電極
２０ｆ…中心電極の側面
２０ｓ…中心電極の表面
２０ｔ…中心電極の先端面
２１…中心電極の頭部
２２…中心電極の脚部
３０…オリフィス電極
３０ｉｎ…オリフィス電極の内面
３１…オリフィス電極の貫通孔
３２…オリフィス電極の露出面
３２ｅ…オリフィス電極の露出面の最外周位置
４０…端子金具
５０…主体金具
５１…主体金具の工具係合部
５２…主体金具のねじ部
５３…主体金具の加締部
５４…主体金具の鍔部
５５…主体金具の座面
５６…主体金具の係止部
５７…主体金具の先端部
５７Ａ…主体金具の先端部の凹部
８０…パッキン
１００，１００ａ〜１００ｊ，１００ｒ…プラズマジェットプラグ
１２０…点火装置
１３０…制御回路部
１４０…火花放電回路部
１６０…プラズマ放電回路部
１６１…高電圧発生回路
１６２…コンデンサ
２１０…絶縁体
２１０ｓ…絶縁体の上表面
２１２…絶縁体の溝部
２２０…第１電極
２３０…第２電極

Claims (10)

1. 軸線方向に沿って延びる軸孔を有する筒状の絶縁体と、前記軸孔の内部に配置された中心電極と、前記絶縁体の外周に配置された主体金具と、前記主体金具に電気的に接続され前記絶縁体の先端側に配置されたオリフィス電極と、を備え、前記中心電極の表面と前記絶縁体の内面と前記オリフィス電極の内面とによってプラズマ生成用のキャビティが形成されたプラズマジェットプラグにおいて、
   前記キャビティ内におい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オリフィス電極の内面に至る沿面経路の最短の経路長Ｄ１が、前記中心電極と前記オリフィス電極の間の最短距離である気中ギャップＧの５倍以上あることを特徴とするプラズマジェットプラグ。
2. 請求項１に記載のプラズマジェットプラグであって、
   前記絶縁体の内面は、前記沿面経路において凹状経路を形成する１つ以上の溝部を有し、
   前記溝部の溝幅が０．１ｍｍ以上であることを特徴とするプラズマジェットプラグ。
3. 請求項２に記載のプラズマジェットプラグであって、
   前記溝部の深さが前記溝幅の３倍以下であることを特徴とするプラズマジェットプラグ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマジェットプラグであって、
   前記キャビティに面する前記中心電極の側面の表面積が、２０ｍｍ²以下であることを特徴とするプラズマジェットプラグ。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載のプラズマジェットプラグであって、
   前記キャビティに面する前記絶縁体が複数の部材から構成されていることを特徴とするプラズマジェットプラグ。
6. 請求項５に記載のプラズマジェットプラグであって、
   前記絶縁体の前記複数の部材は、前記中心電極の外周側に設けられた第１部材と、前記第1部材の外周側に設けられた第２部材とを含み、
   前記第１部材は、前記第２部材よりも熱伝導率が高い第１の絶縁材料で形成されており、前記第２部材は、前記第１部材よりも耐電圧が高い第２の絶縁材料で形成されていることを特徴とするプラズマジェットプラグ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマジェットプラグであって、
   前記キャビティ内における前記中心電極の側面が絶縁材料で覆われており、
   前記中心電極の側面に設けられた前記絶縁材料の先端から前記中心電極の先端までの距離Ｌが、０．４ｍｍ以下であることを特徴とするプラズマジェットプラグ。
8. 請求項７に記載のプラズマジェットプラグであって、
   前記軸線方向と垂直な方向に沿って測ったときの前記中心電極の側面と前記キャビティの内壁面との間の距離Ｈが、前記気中ギャップＧよりも大きいことを特徴とするプラズマジェットプラグ。
9. 請求項７又は８に記載のプラズマジェットプラグであって、
   前記オリフィス電極の貫通孔の周囲における前記オリフィス電極の内面が、前記貫通孔に隣接する露出面を残して絶縁材料で覆われており、
   前記軸線方向と垂直な方向に沿って測ったときの前記露出面の最外周位置と前記中心電極の側面との間の距離Ｊが、前記距離Ｈよりも小さいことを特徴とするプラズマジェットプラグ。
10. 請求項９に記載のプラズマジェットプラグであって、
    前記露出面の最外周位置と前記中心電極の先端との間の距離Ｋが、前記気中ギャップＧよりも大きいことを特徴とするプラズマジェットプラグ。

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