JP5798054B2 - スパークプラグ - Google Patents
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Description
軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
自身の先端部が前記絶縁体から露出するように前記軸孔の先端に設けられた中心電極と、
前記絶縁体の周囲を取り囲む筒状の主体金具と、
前記中心電極と電気的に接続され、インダクタンス成分を有するインダクタンス部材と、を有し、
交流電力の供給を受けて前記中心電極の先端部でプラズマを発生させるスパークプラグであって、
前記インダクタンス部材よりも先端側の部分の静電容量は、10pF以下であることを特徴とする、スパークプラグ。
この構成によれば、スパークプラグに印加される電圧を大きくすることができるので、プラズマを安定的に発生させることができる。
適用例1に記載のスパークプラグであって、
前記インダクタンス部材は、前記軸孔の内部のうち前記中心電極より後端側に配置されることを特徴とする、スパークプラグ。
この構成によれば、インダクタンス部材の位置を、スパークプラグ内で安定させることができる。
適用例1または適用例2に記載のスパークプラグであって、
前記スパークプラグの先端からインダクタンス部材の後端までの部分の静電容量は、35pF以下であることを特徴とする、スパークプラグ。
この構成によれば、スパークプラグに印加される電圧を大きくすることができるので、プラズマを安定的に発生させることができる。
適用例1から適用例3のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記主体金具は、前記スパークプラグを内燃機関のエンジンヘッドに取り付けるための取付ネジ部を有しており、
前記インダクタンス部材の少なくとも一部は、前記軸孔の内部のうち、径方向外側に前記取付ネジ部が存在している箇所に位置していることを特徴とする、スパークプラグ。
この構成によれば、インダクタンス部材の熱は、取付ネジ部を介してエンジンヘッドに伝達しやすくなるので、インダクタンス部材の温度の上昇を抑制することができる。この結果、インダクタンス部材の酸化による寿命の低下を抑制することができる。また、温度の上昇に伴うインダクタンスの変化を抑制することができるので、共振周波数がずれることによってプラズマの発生が不安定となってしまうことを抑制することができる。
適用例1から適用例4のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記インダクタンス部材の先端は、前記主体金具の先端よりも先端側にあることを特徴とする、スパークプラグ。
この構成によれば、インダクタンス部材よりも先端側の部分の静電容量をさらに小さくすることができるので、スパークプラグに印加される電圧をさらに大きくすることができ、プラズマをさらに安定的に発生させることができる。
軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
自身の先端部が前記絶縁体から露出するように前記軸孔の先端に設けられた中心電極と、
前記絶縁体の外表面に形成された金属皮膜層と、
インダクタンス成分を有し、前記軸孔の内部のうち前記中心電極より後端側に配置されたインダクタンス部材と、を有し、
交流電力の供給を受けて前記中心電極の先端部でプラズマを発生させるスパークプラグであって、
前記インダクタンス部材よりも先端側の部分の静電容量は、10pF以下であることを特徴とする、スパークプラグ。
この構成によれば、スパークプラグの静電容量を小さくすることができるので、スパークプラグに印加される電圧を大きくすることができ、プラズマを安定的に発生させることができる。
適用例6に記載のスパークプラグであって、
前記金属皮膜層は、少なくとも、前記絶縁体の外表面のうち前記インダクタンス部材の先端よりも先端側に形成されていることを特徴とする、スパークプラグ。
この構成によれば、絶縁体とエンジンヘッドとの間における放電を抑制することができる。
適用例1から適用例7のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記インダクタンス部材は、コイルであることを特徴とする、スパークプラグ。
この構成によれば、スパークプラグの構成を複雑化することなく、スパークプラグに対してインダクタンス成分を付与することができる。
A〜E.第1実施形態〜第5実施形態:
F.実験例:
F1.静電容量とプラズマの発生電力との関係についての実験例1:
F2.静電容量とプラズマの発生電力との関係についての実験例2:
F3.コイル70の位置と放熱との関係についての実験例:
G.変形例:
図1は、本発明の一実施形態としてのスパークプラグ100の断面構成を示す説明図である。以下では、図1においてスパークプラグ100の軸線方向ODを図面における上下方向とし、下側(発火部側)をスパークプラグの先端側、上側(端子側)を後端側として説明する。
図2は、第2実施形態におけるスパークプラグ100bの断面構成を示す説明図である。図1に示した第1実施形態との違いは、コイル70の少なくとも一部が、軸孔12の内部のうち、径方向外側に取付ネジ部52が存在している箇所に位置している点と、コイル70とガラスシール体4との間に補助電極3が設けられている点であり、他の構成は第1実施形態と同じである。補助電極3は、例えば、中心電極20と同様の材料で形成することができる。なお、本実施形態においても、コイル70よりも先端側の部分の静電容量は、10pF以下となっている。
図3は、第3実施形態におけるスパークプラグ100cの断面構成を示す説明図である。図2に示した第2実施形態との違いは、コイル70の先端71が主体金具50の先端50zよりも先端側にあるという点であり、他の構成は第2実施形態と同じである。なお、本実施形態においても、コイル70よりも先端側の部分の静電容量は、10pF以下となっている。
図4は、第4実施形態におけるスパークプラグ100dの断面構成を示す説明図である。図1に示した第1実施形態との違いは、絶縁碍子10の周囲に主体金具50が存在しておらず、スパークプラグ100dが接続部材400によってエンジンヘッド200に固定されている点であり、他の構成は第1実施形態と同じである。なお、本実施形態においても、コイル70よりも先端側の部分の静電容量は、10pF以下となっている。また、本実施形態においても、絶縁碍子10の外表面には、金属皮膜層110が形成されている。
図5は、第5実施形態におけるスパークプラグ100eの断面構成を示す説明図である。図4に示した第4実施形態との違いは、スパークプラグ100dのエンジンヘッド200への取り付け手段が異なっている点であり、他の構成は第4実施形態と同じである。なお、本実施形態においても、コイル70よりも先端側の部分の静電容量は、10pF以下となっている。
F1.静電容量とプラズマの発生電力との関係についての実験例1:
本実験例では、スパークプラグ100のうち、コイル70よりも先端側の部分の静電容量と、プラズマの発生のしやすさとの関係を調べた。具体的には、コイル70よりも先端側の部分の静電容量の異なるスパークプラグのサンプルを複数用意し、それぞれのサンプルに対して供給する交流電力を大きくしていき、プラズマが発生したときの最小の電力を測定した。
本実験例では、スパークプラグ100の先端20zからコイル70の後端72までの部分の静電容量と、プラズマの発生のしやすさとの関係を調べた。具体的な実験方法は、上記実験例1と同じである。ただし、コイル70よりも先端側の部分の静電容量を8pFに固定した上で、スパークプラグ100の先端からコイル70の後端までの部分の静電容量を変更した。
本実験例では、コイル70が配置される位置と、コイル70の放熱との関係を調べた。具体的には、コイル70の位置の異なる2つのサンプル1、2を用意した。そして、各サンプルを水冷チャンバーに取り付けてプラズマを発生させた後、5分後における主体金具50の工具係合部51の温度を測定した。なお、各サンプルに対して供給された高周波電力は、500W、繰返し周波数は、60Hzである。
なお、この発明は上記の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り、例えば次のような変形も可能である。
上記実施形態では、インダクタンス部材としてコイル70が用いられていたが、コイル70の代わりに、インダクタンス成分を有する他の形状の部材を用いることも可能である。例えば、インダクタンス成分を有する階段状の導電性の部材を用いることも可能である。また、上記実施形態において、コイルの先端部より先端側の軸孔12の内表面に、導電性の金属めっき(例えば、銅めっき)が形成されていてもよい。
図10は、変形例2におけるスパークプラグ100fの先端近傍の断面構成を示す説明図である。この図10に示すように、絶縁碍子10を主体金具50の先端近傍にのみに配置し、コイル70の周囲を樹脂500で充填することとしてもよい。このようにしても、スパークプラグが有する静電容量Cを小さくすることができる。なお、上記実施形態においても、コイル70の周囲を樹脂で充填することとしてもよい。
上記実施形態では、インダクタンス部材としてのコイル70は、絶縁碍子10の軸孔12の内部に配置されていたが、インダクタンス部材は、絶縁碍子10の軸孔12の内部以外に配置されていてもよい。例えば、インダクタンス部材は、図11に示す変形例3のスパークプラグ100gのように、端子金具40の上部、換言すれば、端子金具40と高周波電源150との間に配置されていてもよい。
4…ガラスシール体
5…ガスケット
6…リング部材
9…タルク
10…絶縁碍子
10e…取付ネジ部
12…軸孔
13…脚長部
15…段部
17…先端側胴部
18…後端側胴部
19…鍔部
20…中心電極
20z…スパークプラグの先端
40…端子金具
50…主体金具
50z…主体金具の先端
51…工具係合部
52…取付ネジ部
53…加締め部
54…鍔部
55…座面
58…座屈部
59…ネジ首
70…コイル
71…コイルの先端
72…コイルの後端
100…スパークプラグ
100b…スパークプラグ
100c…スパークプラグ
100d…スパークプラグ
100e…スパークプラグ
100f…スパークプラグ
110…金属皮膜層
150…高周波電源
200…エンジンヘッド
201…取付ネジ孔
205…開口周縁部
220…固定部
222…ネジ溝
300…同軸ケーブル
302…内部導体
304…外部導体
400…接続部材
402…ネジ山
430…板パッキン
440…板パッキン
450…板パッキン
500…樹脂
Claims (9)
- 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
自身の先端部が前記絶縁体から露出するように前記軸孔の先端に設けられた中心電極と、
前記絶縁体の周囲を取り囲む筒状の主体金具と、
前記中心電極と電気的に接続され、インダクタンス成分を有するインダクタンス部材と、を有し、
交流電力の供給を同軸ケーブルによって受けて前記中心電極の先端部でプラズマを発生させるスパークプラグであって、
前記インダクタンス部材よりも先端側の部分の静電容量は、10pF以下であることを特徴とする、スパークプラグ。 - 請求項1に記載のスパークプラグであって、
前記絶縁体の後端側に取り付けられた端子金具を備え、
前記同軸ケーブルは、内部導体と、前記内部導体の外周に配置された筒状の外部導体とを有しており、
前記内部導体は、前記端子金具に接続され、
前記外部導体は、前記主体金具に接続されることを特徴とする、スパークプラグ。 - 請求項1または請求項2に記載のスパークプラグであって、
前記インダクタンス部材は、前記軸孔の内部のうち前記中心電極より後端側に配置されることを特徴とする、スパークプラグ。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記スパークプラグの先端から前記インダクタンス部材の後端までの部分の静電容量は、35pF以下であることを特徴とする、スパークプラグ。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記主体金具は、前記スパークプラグを内燃機関のエンジンヘッドに取り付けるための取付ネジ部を有しており、
前記インダクタンス部材の少なくとも一部は、前記軸孔の内部のうち、径方向外側に前記取付ネジ部が存在している箇所に位置していることを特徴とする、スパークプラグ。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記インダクタンス部材の先端は、前記主体金具の先端よりも先端側にあることを特徴とする、スパークプラグ。 - 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
自身の先端部が前記絶縁体から露出するように前記軸孔の先端に設けられた中心電極と、
前記絶縁体の外表面に形成された金属皮膜層と、
インダクタンス成分を有し、前記軸孔の内部のうち前記中心電極より後端側に配置されたインダクタンス部材と、を有し、
交流電力の供給を同軸ケーブルによって受けて前記中心電極の先端部でプラズマを発生させるスパークプラグであって、
前記インダクタンス部材よりも先端側の部分の静電容量は、10pF以下であることを特徴とする、スパークプラグ。 - 請求項7に記載のスパークプラグであって、
前記金属皮膜層は、少なくとも、前記絶縁体の外表面のうち前記インダクタンス部材の先端よりも先端側に形成されていることを特徴とする、スパークプラグ。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記インダクタンス部材は、コイルであることを特徴とする、スパークプラグ。
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