JP2009036198A - 点火またはプラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関における空気・燃料混合気の点火を火花放電とマイクロ波との両エネルギを用いて行う場合において、燃焼室内の共振手段を不要とし、また、燃焼室内の電極構造を簡略化することができる点火またはプラズマ発生装置を提供する。
【解決手段】高電圧パルス発生装置１１からの高電圧パルスとマイクロ波発生装置１２からのマイクロ波エネルギとを混合する混合回路１３と、この混合回路１３からの出力が供給されこの出力を内燃機関の燃焼室１４に導入する点火プラグ２７とを備え、混合回路１３から点火プラグ２７に供給される出力は、マイクロ波エネルギと高電圧パルスとが同じ伝送線路に重畳されて供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関において火花放電とマイクロ波エネルギを併用した点火を行う点火またはプラズマ発生装置に関する。

内燃機関における空気・燃料混合気の点火は、通常は、点火プラグによる火花放電によって行われている。一方、燃焼効率向上などを目的として、数ギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波数を有する電磁波、すなわち、マイクロ波を用いて点火するマイクロ波点火装置が提案されている。

マイクロ波だけで確実な点火を行うには、極めて高い電界強度を要するため、キャビティを共振状態にする必要がある。この問題を解決する試みとして、特許文献１及び特許文献２には、燃焼室内に共振周波数を調整するためのスタブ構造を設けることが提案されている。また、特許文献３には、高電界を得るために、プラグ内に共振構造を設けることが提案されている。

また、特許文献４には、火花放電とマイクロ波エネルギとを併用するための手段が提案されている。この特許文献４に記載の技術においては、火花放電のための電極と、マイクロ波エネルギの印加を受ける電極とは、それぞれ別個にキャビティ内に設けられており、マイクロ波放射電極とは物理的に離れた火花放電電極の領域で、高電界になるように構成されている。

特開２０００−２３０４２６公報 特開２００１−７３９２０公報 特開２００４−８７４９８公報 特開２００４−２２１０１９公報

ところで、内燃機関内で空気・燃料混合気を電気的エネルギによって点火するための装置において、マイクロ波エネルギ単独での点火を行う場合には、微妙な調整を要する共振手段が必要となる。また、火花放電とマイクロ波との両エネルギを用いて点火する場合には、火花放電の電極と、マイクロ波放射電極との２つを燃焼室内に設けなければならず、構造が複雑となる難点があった。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、内燃機関における空気・燃料混合気の点火を火花放電とマイクロ波との両エネルギを用いて行う場合において、燃焼室内の共振手段を不要とし、また、燃焼室内の電極構造を簡略化することができる点火またはプラズマ発生装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係る点火またはプラズマ発生装置は、以下の構成のいずれか一を有するものである。

〔構成１〕
熱機関またはプラズマ装置において燃焼反応、化学反応、または、プラズマ反応が行われる反応領域に対し、放電と電磁波のエネルギとを併用して前記燃焼反応、化学反応、または、プラズマ反応を始動させる点火またはプラズマ発生装置であって、放電のためのエネルギと電磁波発生装置からの電磁波のエネルギとを混合する混合手段と、前記混合手段からの出力が供給され、この出力を前記反応領域に導入するプラグとを備え、前記混合手段から前記プラグに供給される出力は、前記電磁波のエネルギと前記放電のためのエネルギとが同じ伝送線路に重畳されて供給されることを特徴とするものである。

この点火装置においては、火花放電を発生させるためのパルス電圧と、電磁波とを、単一の伝送線路において混合させることにより、火花放電電極とマイクロ波を放射する電極とを兼用することができる。

〔構成２〕
構成１を有する点火またはプラズマ発生装置において、放電のためのエネルギは、パルス電圧であって、混合手段は、電磁波のエネルギの入力を受ける第１の入力部と、パルス電圧の入力を受ける第２の入力部と、第２の入力部に接続された出力部とを備え、第１の入力部は、電界結合により出力部と電気的に結合されていることを特徴とするものである。

〔構成３〕
構成１を有する点火またはプラズマ発生装置において、放電のためのエネルギは、パルス電圧であって、混合手段は、電磁波のエネルギの入力を受ける第１の入力部と、パルス電圧の入力を受ける第２の入力部と、第２の入力部に接続された出力部とを備え、第１の入力部は、磁界結合により出力部と電気的に結合されていることを特徴とするものである。

〔構成４〕
構成１を有する点火またはプラズマ発生装置において、放電のためのエネルギは、パルス電圧であって、混合手段は、電磁波のエネルギの入力を受ける第１の入力部と、パルス電圧の入力を受ける第２の入力部と、第２の入力部に接続された出力部とを備え、第１の入力部は、直列に接続された磁界結合と電界結合とを介して出力部と電気的に結合されていることを特徴とするものである。

〔構成５〕
構成１乃至構成４のいずれか一を有する点火またはプラズマ発生装置において、前記放電のためのエネルギは、パルス電圧であって、混合手段は、パルス電圧の入力部が、自己インダクタンスを有する誘導素子を通して出力部と電気的に接続されていることを特徴とするものである。

〔構成６〕
構成２、または、構成４を有する点火またはプラズマ発生装置において、混合手段は、誘電体基板を有して構成され、第２の入力部は、誘電体基板の一方の面に構成され、第１の入力部及び出力部は、誘電体基板の他方の面に構成され、電界結合は、誘電体基板の両面に対向配置された導電パターンからなるコンデンサの容量によりなされることを特徴とするものである。

〔構成７〕
構成６を有する点火またはプラズマ発生装置において、コンデンサを形成する導電パターンの幅は、第２の入力部が受ける電磁波の波長の１／４以下であることを特徴とするものである。

〔構成８〕
構成６を有する点火またはプラズマ発生装置において、コンデンサを形成する導電パターンは、矩形であることを特徴とするものである。

〔構成９〕
構成６を有する点火またはプラズマ発生装置において、コンデンサを形成する導電パターンは、概ね円形であることを特徴とするものである。

〔構成１０〕
構成２乃至構成９のいずれか一を有する点火またはプラズマ発生装置において、第２の入力部は、電磁波の伝送線路の特性インピーダンスと整合を取るスタブを有することを特徴とするものである。

〔構成１１〕
構成２乃至構成１０のいずれか一を有する点火またはプラズマ発生装置において、 前記パルス電圧は、点火コイルを介して入力され、混合手段を金属導体ケースで密閉するとともに、この金属導体ケースと点火コイルとをモールド樹脂にて一体化したことを特徴とするものである。

〔構成１２〕
構成２乃至構成１０のいずれか一を有する点火またはプラズマ発生装置において、プラグはスパークプラグであることを特徴とするものである。

〔構成１３〕
構成２乃至構成１０のいずれか一を有する点火またはプラズマ発生装置において、プラグは、スパークプラグであって、混合手段をスパークプラグ及びアンテナと一体化したことを特徴とするものである。

〔構成１４〕
構成１乃至構成１２のいずれか一を有する点火またはプラズマ発生装置において、混合手段からプラグに供給される出力は、マイクロ波エネルギと高電圧パルスとが同じ同軸ケーブルに重畳され、アイソレータを介して供給されることを特徴とするものである。

〔構成１５〕
構成１乃至構成１１のいずれか一を有する点火またはプラズマ発生装置であって、前記電磁波のエネルギは無線にて前記混合回路に伝送されることを特徴とするものである。

〔構成１６〕
構成１乃至構成１５のいずれか一を有する点火またはプラズマ発生装置であって、さらに、光、音、衝撃波、摩擦及び熱のうち少なくとも一のエネルギが前記同じ伝送線路に重畳されて供給されることを特徴とするものである。

〔構成１７〕
構成１２を有する点火またはプラズマ発生装置において、スパークプラグは、導電体からなる主体金具と、主体金具を貫通する筒状の碍子と、碍子内に収容され、一端が碍子の一方の端部より露出する第１の中心導体と、碍子内に第１の中心導体から離間して収容され一端が碍子の他方の端部より露出する第２の中心導体と、第１の中心導体及び第２の中心導体に挟まれた空間に碍子の内壁に沿って設けられた抵抗層と、第１の中心導体及び第２の中心導体に挟まれた空間に形成された誘電層とを備え、第１の中心導体、第２の中心導体及び誘電層によりコンデンサが形成され、抵抗層は、このコンデンサに対し並列に、第１の中心導体及び第２の中心導体を電気的に接続していることを特徴とするものである。

〔構成１８〕
構成１２を有する点火またはプラズマ発生装置において、スパークプラグは、導電体からなる主体金具と、主体金具を貫通する筒状の碍子と、碍子内に収容され両端が碍子より露出する導電体からなる中心導電部とを備え、主体金具、碍子及び中心導体部により形成される同軸線路の特性インピーダンスは、混合手段から反応領域に向かう方向のインピーダンスが反応領域に近づくに従って低くなるように選ばれていることを特徴とするものである。

〔構成１９〕
構成１を有する点火またはプラズマ発生装置において、プラグは、導電体からなり一端が混合手段の中心線路に接続された中心導体と、導電体からなり中心導体の他端において接続されたアンテナ兼中心電極部と、導電体からなり一端が混合回路の接地線路に接続され中心導体及びアンテナ兼中心電極部を囲うように中心導体及びアンテナ兼中心電極部から離間配置されアンテナ兼中心電極部付近に孔が設けられた外側導体と、中心導体及び外側導体の間隙の中心導体及びアンテナ兼中心電極部の接点より混合手段側に充填された誘電体部材とを備え、外側導体と中心電極部及びアンテナ兼中心電極部との絶縁距離は、孔の付近で最短となり、かつ、アンテナ兼中心電極部、外側導体、及び誘電体部材により規定された空間の容積は、該空間にプラズマが発生した際の該空間の圧力上昇により、該空間と孔を介して該空間に連通する空間との間に所定値以上の圧力差が生じるよう選ばれていることを特徴とするものである。

〔構成２０〕
構成１９を有する点火またはプラズマ発生装置において、アンテナ兼中心電極部、外側導体及び誘電体部材により規定された空間へのガスの導入路を有することを特徴とするものである。

〔構成２１〕
構成１を有する点火またはプラズマ発生装置において、プラグは、接地電極が短縮され、または、取り除かれたスパークプラグと、概ね両端開口筒状の一方の開口が窄められた形状をなす導電体からなり他方の開口付近の内面がスパークプラグの主体金具に羅合するキャップとを備え、キャップとスパークプラグの中心電極との絶縁距離は窄められた開口の付近で最短となり、かつ、スパークプラグ及びキャップにより規定された空間の容積は、該空間にプラズマが発生した際の該空間の圧力上昇により該空間と孔を介して連通する空間との間に所定値以上の圧力差が生じるよう選ばれていることを特徴とするものである。

〔構成２２〕
構成１９を有する点火またはプラズマ発生装置において、スパークプラグ及びキャップにより規定された空間へのガスの導入路を有していることを特徴とするものである。

〔構成２３〕
構成１乃至構成２２のいずれか一を有する点火またはプラズマ発生装置において、放電のためのエネルギは、交流電圧であることを特徴とするものである。

〔構成２４〕
構成２３を有するプラズマ発生装置において、放電のためのエネルギの伝送路上に、交流電圧及び電磁波の周波数に基づいて選ばれた逆流防止手段を備えることを特徴とするものである。

〔構成２５〕
構成１乃至構成１１のいずれか一を有する点火またはプラズマ発生装置において、プラグは、このプラグが設置される空間の周囲に存在する接地された導電体との間で放電を行うことを特徴とするものである。

〔構成２６〕
試料をプラズマに曝露させてこの試料を励起させ、その結果を検出する分析装置であって、試料に曝露させるプラズマを構成１９乃至構成２２のいずれか一を有する点火またはプラズマ装置を用いて発生させることを特徴とするものである。

構成１を有する本発明に係る点火またはプラズマ発生装置においては、混合手段から点火プラグに供給される出力は、マイクロ波エネルギと高電圧パルスとが同じ伝送線路に重畳されて供給されるので、火花放電電極とマイクロ波を放射する電極とを兼用することができる。

そのため、この点火またはプラズマ発生装置においては、火花放電の領域及びその近辺が自動的にマイクロ波の高電界領域となり、火花放電を種火として、マイクロ波によるプラズマ生成が可能となる。

これにより、複雑な構造の点火プラグや燃焼室内のマイクロ波の入射特性に共振特性を与えるための特別な構造などが不要となり、従来から使用されている火花放電用の点火プラグや従来構造の燃焼室のエンジンシステムに対して、火花放電とマイクロ波エネルギとを併用して、燃焼効率を向上させることができる。

本発明に係る点火またはプラズマ発生装置における混合手段は、構成２乃至構成５のいずれかを有することにより、第１の入力部を電界結合により出力部と電気的に結合させ、または、第１の入力部を磁界結合により出力部と電気的に結合させ、または、第１の入力部を直列に接続された磁界結合と電界結合とを介して出力部と電気的に結合させ、あるいは、高電圧パルス発生装置からの入力部を自己インダクタンスを有する誘導素子を通して出力部と電気的に接続させて構成することができる。

また、本発明に係る点火またはプラズマ発生装置における混合手段は、構成６乃至構成１０のいずれかを有することにより、プリント基板によりで構成することができ、容易に量産することができる。

さらに、本発明に係る点火またはプラズマ発生装置における混合手段は、構成１１を有することにより、点火コイルと一体のモジュール構造にすることができ、内燃機関本体を改良することなく、また、一般的な点火プラグを用いて、マイクロ波エネルギと高電圧パルスとの両方を燃焼室内に導入して燃焼室内の空気・燃料混合気を点火することができるとともに、従来の点火コイルと同等の組立てコストにより製造することができる。

さらに、本発明に係る点火またはプラズマ発生装置における混合手段は、構成１２を有することにより、点火プラグ及びアンテナと一体のモジュール構造にすることができ、内燃機関本体を改良することなく、また、一般的な点火コイルを用いて、マイクロ波エネルギと高電圧パルスとの両方を燃焼室内に導入して燃焼室内の空気・燃料混合気を点火することができる。

さらに、本発明に係る点火またはプラズマ発生装置は、構成１３を有することにより、同軸ケーブル及びアイソレータを介してマイクロ波エネルギと高電圧パルスとの両方を燃焼室内に導入し、配線の取り回しが容易になるとともに、マイクロ波エネルギの反射波の混合手段への逆流を防止、または、低減することができる。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置１０の基本的な構成を示す。

この点火またはプラズマ発生装置１０においては、図１に示すように、高電圧パルス発生装置１１及びマイクロ波発生装置１２のそれぞれから発生されたエネルギは、混合手段となる混合回路１３に伝達される。混合回路１３は、高電圧パルス発生装置１１及びマイクロ波発生装置１２から与えられたエネルギを混合する。混合回路１３において混合されたエネルギは、その伝送路となる混合出力ケーブル２６を介して、燃焼室１４に挿入された点火プラグ２７へ供給される。

図２は、点火装置における混合回路１３の回路構成を示す。

混合回路１３において、高電圧パルス発生装置１１からの高電圧パルスは、図２に示すように、第１の入力端子２５に入力される。第１の入力端子２５は、自己インダクタンスを有するコイル２４を介して出力端子２８に接続されている。この出力端子２８が、混合出力ケーブル２６に接続される。

また、混合回路１３において、マイクロ波発生装置１２から発生されたマイクロ波エネルギは、第２の入力端子２１に入力される。第２の入力端子２１は、コンデンサ２２Ａ及び２２Ｂを介して出力端子２８に接続される。なお、コンデンサ２２Ａとコンデンサ２２Ｂとの間には、インピーダンス調整用のコイル２３の一端が接続され、その他端は接地されている。

コンデンサ２２Ａ及び２２Ｂとしては、数ピコファラッドから数十ピコファラッド程度の小容量のものが選ばれる。コンデンサ２２Ａ及び２２Ｂがこのような特性を有するため、第２の入力端子２１と出力端子２８との間で、数ギガヘルツ（GHｚ）のマイクロ波は通過するが、短波帯の周波数は通過しない。また、コイル２４としては、数十ナノヘンリから数マイクロヘンリまでのインダクタンスのものが選ばれる。コイル２４がこのような特性を有するため、マイクロ波の通過は阻止され、短波帯の周波数は通過できる。

従って、第１の入力端子２５から入力された高電圧パルスは、コイル２４を通過して出力端子２８に伝達されるが、コンデンサ２２Ａ及び２２Ｂがあるために、第２の入力端子２１へは流出しない。また、第２の入力端子２１から入力されたマイクロ波は、コンデンサ２２Ａ及び２２Ｂを通過して出力端子２８に伝達されるが、コイル２４があるために、第１の入力端子２５への流出は阻止される。その結果、第１の入力端子２５から入力される高電圧パルスと第２の入力端子２１から入力されるマイクロ波とは、混合されて出力端子２８より出力される。混合された出力は、混合出力ケーブル２６を経由して、点火プラグ２７に供給される。

〔第２の実施形態〕
図３は、第１の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置の混合回路１３に代えて用いることのできる第２の実施形態に係る混合回路３０の回路構成を示す。

この混合回路３０においては、図３に示すように、第２の入力端子２１は、高周波トランス３３の一次巻線に接続されている。高周波トランス３３の二次巻線の一端は、第１の実施形態におけるコイル２４と同様の特性を備えるコイル３４を介して、第１の入力端子２５に接続され、二次巻線の他端は、出力端子２８に接続されている。なお、高周波トランス３３の二次巻線の一端とコイル３４との接続は、グランドとの間に浮遊容量３６が生じるように配線されている。このため、この部分は、マイクロ波帯でグランドに接地されたのと等価になっている。従って、第２の入力端子２１に入力されたマイクロ波エネルギは、第１の入力端子２５に流出することなく、出力端子２８に伝達される。

〔第３の実施形態〕
図４は、第１の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置の混合回路１３に代えて用いることのできる第３の実施形態に係る混合回路４０の回路構成を示す。

この混合回路４０においては、図４に示すように、第２の入力端子２１と出力端子２８とは、直列に接続された磁界結合と電界結合とを介して出力端子２８と電気的に結合されている。この混合回路４０においては、第２の入力端子２１は、高周波トランス４３の一次巻線に接続されている。高周波トランス４３の二次巻線の一端は接地され、他端はコンデンサ４４を介して出力端子２８に結合されている。第１の入力端子２５は、第１の実施形態のコイル２４と同様の特性を備えるコイル４５を介して、出力端子２８に接続されている。

〔第４の実施形態〕
図５は、第１の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置の混合回路１３に代えて用いることのできる第４の実施形態に係る混合回路５０の回路構成を示す。

この混合回路５０は、図５に示すように、第１の実施形態に係る混合回路のものとそれぞれ同一の第１の入力端子２５、第２の入力端子２１と、コンデンサ２２Ａ及び２２Ｂと、コイル２３及び２４と、出力端子２８とを有する。

この混合回路５０は、さらに、入力端子２１とコンデンサ２２Ａとの間に、調整スタブ５３が設けられている。この調整スタブ５３により、マイクロ波発生装置１２からの伝送線路の特性インピーダンスと、入力端子２１とのインピーダンスとを整合させることができる。

〔第５の実施形態〕
図６は、第５の実施形態に係る点火装置の回路基板６０の側面からの概観図を示す。

上述した第１から第４の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置における混合回路は、いずれも回路基板上に実装することができる。この回路基板６０は、図６に示すように、混合回路１３を、誘電体からなる両面基板（以下、単に「基板」と称す。）６６上に構成したものである。この回路基板６０においては、基板６６を挟んで対向する位置に、導電パターン６４Ａ及び６４Ｂが形成されている。導電パターン６４Ａ及び６４Ｂは、基板６６を誘電体とするコンデンサを形成する。

マイクロ波の入力端子６１に入力されたマイクロ波エネルギは、伝送路６７Ａ及び６７Ｂ、並びに、特性調整用のチップ６８を介して、導電パターン６４Ｂに伝わる。このマイクロ波エネルギは、導電パターン６４Ｂから導電パターン６４Ａに伝わる。そして、マイクロ波エネルギは、伝送路６７Ｇ及び６７Ｈを介して混合出力端子６３に伝達される。

一方、高電圧パルスの入力端子６２に入力された高電圧パルスは、伝送路６７Ｄ及び６７Ｅ、並びに、コイル６５を経由して、伝送路６７Ｆに伝わる。この高電圧パルスは、導電パターン６４Ａを通過し、伝送路６７Ｇ及び６７Ｈを介して、混合出力端子６３に伝達される。その結果、混合出力端子６３において、マイクロ波エネルギと高電圧パルスとが重畳されて出力される。

〔第６の実施形態〕
図７は、第４の実施形態に係る混合回路５０を実装した回路基板７０の一方の面を、図８は、回路基板７０の他方の面をそれぞれ示す。

回路基板７０の一方の面には、図７に示すように、マイクロ波入力端子６１が設置されている。この回路基板７０においては、伝送路６７Ｂと伝送路６７Ｃとが、チップ７８Ｂを介して接続されている。また、伝送路６７Ｃは、チップ７８Ａを介して、接地領域に接続されている。これらは、回路基板７０の特性を微調整するものである。回路基板７０は、さらに、伝送路６７Ｂにつながる基板パターンで構成されたインピーダンス調整用スタブ７３と、インピーダンス調整用スタブ７３上に挿入された短絡素子７２とを備える。これらは、短絡線路７２の挿入位置によって、インピーダンス調整を行うスタブの機能を果たしている。一般に、伝送線路の特性インピーダンスをＺ０とすると、終端を短絡したときの入力端からみたインピーダンスＺは、以下のように示される。
Ｚ＝ｊＺ０tanβＬ（ただし、βは、位相常数、Ｌは、入力端から短絡点までの長さ）

即ち、短絡点の位置までの長さＬは、λ／２を最大長として、その長さを調整することにより、等価的に、並列に挿入したインピーダンスを変化させることができ、混合回路の入力インピーダンスを調整することができることになる。

そして、回路基板７０の他方の面には、図８に示すように、高電圧パルスの入力端子６２及びコイル６５、並びに、導電パターン６４と対向に位置する導電パターン６４Ｂ、並びに、混合出力端子６３、並びに、これらを接続する伝送路６７Ｄ、６７Ｅ、６７Ｆ、６７Ｇ及び６７Ｈが設置されている。

この回路基板７０においては、コンデンサを形成する導電パターン６４Ａ及び６４Ｂの幅Ｌ１及びＬ２は、いずれもλ／４以下となっている。これにより、コンデンサの電極に挟まれた誘電体の電界分布は、均一となる。このコンデンサの容量Ｃは、電極パターンの面積をＳ、基板の厚みをｄ、誘電率をεとすると、以下のように示される。
Ｃ＝εＳ／ｄ

例えば、厚み１ｍｍ、比誘電率３．５のガラス入りＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）基板を用いた場合には、１０ＰＦの容量を得るには、３．２ｃｍ^２の面積が必要であり、電極形状を正方形（矩形）とすると、１辺は、√３．２（約１．８）ｃｍとなる。マイクロ波の周波数を２．４ギガヘルツ（ＧＨｚ）とすると、波長は１２．５ｃｍであり、１／４λ以下の条件を満足する。

なお、この回路基板７０において、コンデンサを形成する導電パターン６４Ａ及び６４Ｂは、矩形ではなく、円形としてもよい。

〔第７の実施形態〕
図９は、第２の実施形態に係る混合回路３０を実装した回路基板８０の一方の面を、図１０は、回路基板８０の他方の面をそれぞれ示す。

この回路基板８０においては、図９及び図１０に示すように、高周波トランス一次側コイル用導電パターン８１及び二次側コイル用導電パターン８２は、基板６６の両面において互いに対向され、それぞれを一次および二次コイルとして高周波トランスを形成している。マイクロ波入力端子６１に入力されたマイクロ波は、高周波トランス一次側コイル用導電パターン８１に流れる際に発生する誘導磁界により、基板６６の反対面に対向している高周波トランス二次側コイル用導電パターン８２にマイクロ波を誘起する。高周波トランス二次側コイル用導電パターン８２に誘起されたマイクロ波に関して、コイル６５側の端部６７Ｆは、他面のパターンで形成される浮遊容量を経由して接地されたのと等価になるため、グランドと混合出力端子６３に、誘起されたマイクロ波が出力されることになる。

〔第８の実施形態〕
図１１は、点火コイルと回路基板６０とを一体化した第８の実施形態に係る点火装置のモジュール９０の構成を示す。

第５の実施形態から第７の実施形態に係る回路基板は、図１１に示すように、点火コイルと一体化したモジュール９０として構成することができる。このモジュール９０においては、混合回路をなす回路基板６０は、マイクロ波の入力端子６１と混合出力端子６３とを外部に露出した状態で、マイクロ波が漏洩しないように、金属ケース９６にてシールドされ、ハウジング９５に収納されている。ハウジング９５には、金属ケース９６とともに、点火コイル９４が収納されている。点火コイル９４の一次側は端子９１に接続され、二次側は回路基板６０に接続されている。ハウジング９５内は、モールド樹脂で充填されている。

ただし、金属ケース９６は密閉構造であり、その内部にモールド樹脂は侵入せず、中空構造となっている。これにより、混合回路部の高周波特性は、モールド樹脂に影響されることはない。

混合出力端子６３は、同軸構造の混合出力ケーブル９３に接続されている。この混合出力ケーブル９３の中心導体は、図示しない点火プラグの中心電極に接続される。また、混合出力ケーブル９３の外側導体は、点火プラグの主体金具を覆って接続されている。このようにすると、混合出力ケーブル９３からのマイクロ波の漏洩を防止することができる。

さらに、混合出力ケーブル９３からなる伝送線路上にアイソレータを設けると、マイクロ波の逆流を防止、または、低減することができ、安全性が向上する。

このようなモジュール９０を用いれば、内燃機関本体を改良することなく、また、一般的な点火プラグを用いて、マイクロ波エネルギと高電圧パルスとの両方を燃焼室内に導入し、燃焼室内の空気・燃料混合気に点火を行うことができる。

なお、第８の実施形態では、混合基板を点火コイルと一体化したが、混合基板を点火プラグと一体化してもよい。さらに、混合基板と点火プラグとアンテナとを一体のモジュール構造にすれば、内燃機関本体を改良することなく、また、一般的な点火コイルを用いて、マイクロ波エネルギと高電圧パルスとの両方を燃焼室内に導入して燃焼室内の空気・燃料混合気を点火することができる。

〔第９の実施形態〕
上述した各実施形態においては、点火またはプラズマ装置のプラグとして、一般的なスパークプラグを用いた。しかし、プラグは、電磁波の伝送により適した構造のものであってもよい。以下、そのような実施形態に係るプラグを例示する。

図１２は、第１〜第８の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置のプラグとして好適なプラグ１００の断面図である。この図に示すプラグ１００は、一般的なスパークプラグと同様に、導電体からなる主体金具１０１と、主体金具１０１を貫通する筒状の碍子１０２とを備える。碍子１０２には、それぞれ棒状の第１の中心導体１０３と第２の中心導体１０４とが互いに他と異なる側の端部より挿入され離間して収容される。第１の中心導体１０３の一方の端部は碍子１０２から露出しており、この部分が混合回路との接続部となる。第２の中心導体１０４の一方の端部は、この接続部とは反対側で碍子１０２から露出しており、この部分が放電電極の陰極と電磁波の放射アンテナとを兼ねる。主体金具１０１の陰極兼アンテナ側には、主体金具１０１の陰極兼アンテナ側に対向するように突起１０５が設けられており、この部分が放電電極の陽極となる。

いわゆる抵抗入りプラグと称されるものにおいては、第１の中心導体１０３と第２の中心導体１０４との間が抵抗によって接続される。プラグ１００においては、第１の中心導体１０３と第２の中心導体１０４との間が、抵抗に代えてＣＲ複合素子１１０により接続される。

図１３に、ＣＲ複合素子１１０の断面図を示し、図１４にＣＲ複合素子１１０の等価回路図を示す。図１３を参照して、ＣＲ複合素子１１０は、第１の中心導体１０３と第２の中心導体１０４との間に碍子１０２の内壁に沿うように設けられた筒状の抵抗層１１１と、第１の中心導体１０３、第２の中心導体１０４及び抵抗層１１１に囲まれた空間に形成された誘電層１１２とを備える。第１の中心導体１０３、第２の中心導体１０４及び誘電層１１２はコンデンサを形成する。抵抗層１１１は、図１４に示すように、電気的にはコンデンサ１２０と並列に接続されることとなる。

抵抗層１１１は、一般的な抵抗体からなる。成型の容易性に鑑みれば、炭素繊維膜、導電性ガラス繊維膜等が好適であるが、抵抗層１１１の材質はこのようなものには限定されない。誘電層１１２は、一般的な誘電体からなる。その材質の詳細については問わない。または、誘電層１１２の部分を真空にしてもよい。ただし、誘電層は、このプラグ１００に印加される高圧パルス電圧に対し十分な絶縁性を有することが望ましい。

図１４を参照して、第１の中心導体１０３に直流の高圧パルス電圧を印加すると、この高圧パルス電圧は、コンデンサ１２０を透過せず、抵抗層１１１を介して第２の中心導体１０４へ伝送される。第２の中心導体１０４から逆流する直流ノイズもまた、抵抗層１１１を介して第１の中心導体へ流れようとする。その結果、ＣＲ複合素子１１０は、直流パルス電圧に対しては、一般的な抵抗入りプラグにおける抵抗と同様のノイズ低減効果を奏する。

コンデンサ１２０により、第１の中心導体１０３と第２の中心導体とは電界結合（容量結合）している。そのため、第１の中心導体１０３及び主体金具１０１からなる同軸線路に電磁波を印加すると、この電磁波は、抵抗層１１１を介して第２の中心導体１０４へ伝送されるだけでなく、コンデンサ１２０を透過して第２の中心導体へ伝送される。コンデンサを介して伝送される分、一般的な抵抗入りプラグより高い伝送効率で電磁波を伝送できる。

以上のように、本実施形態に係るプラグによれば、直流高圧パルス電圧の反射ノイズに対して従来の抵抗入りプラグと同様のノイズ低減効果を確保しつつ、電磁波の伝送効率を確保することが可能になる。

なお、抵抗層は、誘電層を全周に亘り囲うものであってもよく、誘電層の一部を囲うものであってもよい。また抵抗層は、必ずしも誘電層と接触していることを要しない。

〔第１０の実施形態〕
図１５は、第１〜第８の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置のプラグとして好適な別のプラグ１３０の断面図である。このプラグ１３０は、一般的なスパークプラグと同様に、導電体からなる主体金具１３１と、主体金具１３１を貫通する筒状の碍子１３２とを備える。碍子１３２には、概ね棒状の中心導体１３３が収容される。中心導体１３３の両端は碍子１３２から露出しており、一方の端部は、混合回路との接続部を形成しており、他方の端部は放電電極とアンテナとを兼ねる。主体金具１３１の放電電極兼アンテナ側には、突出部１３４が設けられており、この突出部１３４が接地電極となる。

図１６に、プラグ１３０のＡ−Ａ´、Ｂ−Ｂ´、Ｃ−Ｃ´の横断面図を示す。プラグ１３０の横断面においては、中心導体１３３の径に対する主体金具１３１の内面の径の比が混合回路との接続部側から電極兼アンテナ側に近づくに従い大きくなる形状をなしている。この形状により、接続部から電極兼アンテナ側へ向かう方向のインピーダンスは、電極側に近づくに従い低下する。これにより、混合回路側と放電電極側との間のインピーダンスの整合が取られ、伝送ロスが低減する。

なお、インピーダンスの調整は、中心導体１３３の径に対する主体金具１３１の内面の径の比によるものに限らず、碍子１３２の材質によってもよい。具体的には、放電電極側に近づくに従い誘電率が高くなるよう碍子１３２の材質を選べばよい。

〔第１１の実施形態〕
上述の各実施形態においては、プラグの先端は一般的なスパークプラグと同様の形状であった。さらに、プラズマを所定の方向に噴き出すようにすれば、各実施形態に係る点火またはプラズマ装置をプラズマ源として利用する際の利便性が増す。

図１７は、プラズマを所定の方向に噴き出す構造を備えたプラグの先端部を模式的に示す図である。この図に示すプラグ１４０においては、中心導体１４１が混合回路の出力部の中心線路に接続される。中心導体１４１の先端側（すなわち混合回路との接続部とは反対側）には、アンテナ兼中心電極部１４２が接続または一体成型される。さらにプラグ１４０は、この中心導体１４１及びアンテナ兼中心電極部１４２を先端まで囲う外側導体１４３を備える。さらに、中心導体１４１と外側導体１４３との間は、誘電体部材１４４で充填される。

誘電体部材１４４は、碍子のように陶磁器からなるものであってもよく、また、ガラス、樹脂等の一般的な樹脂であってもよい。なお、このプラグ１４０においては、混合回路との接続部から中心導体１４１とアンテナ兼中心電極部１４２までの区間の構造は、一般的なスパークプラグと同様のものであっても、上述した第９または第１０の実施形態のものと同様の構造のものであってもよい。

アンテナ兼中心電極部１４２の周囲には、誘電体部材１４４は充填されない。アンテナ兼中心電極部１４２、外側導体１４３及び誘電体部材１４４により所定容積の空間１４５が規定される。外側導体１４３のアンテナ兼中心電極部１４２付近には、開口１４６が設けられている。この開口１４６を介して空間１４５と外界とが連通する。

アンテナ兼中心電極１４２と外側導体１４３との絶縁距離は、開口１４６の付近で最短となることが望ましい。このようにしておくと、開口１４６付近で放電が発生しプラズマが生じるとともに、電磁波によりこの領域に強い電場が形成されプラズマが拡大する。

このプラグ１４０が混合回路からエネルギを受けると、空間１４５内の開口１４６付近でプラズマが生じる。生じたプラズマによって空間１４５内のガスが加熱され、空間１４５内の圧力が高くなる。これにより、空間１４５内と外界との間に圧力差が生じる。生じた圧力差によって、開口１４６付近に生じたプラズマは外界へと押し出される。その結果、プラズマが開口１４６の部分から噴き出す。

本実施形態に係るプラグ１４０は、圧力差を利用してプラズマを噴き出す構造であるため、空間１４５の容積は、プラズマによる加熱に伴う空間１４５内の圧力上昇によってプラズマを噴き出すのに十分な圧力差が得られるよう選ばれる。プラズマを噴き出すのに十分な圧力差は、発生させるプラズマの粘性等の物理的性状と、温度上昇に関わるプラグ１４０への投入エネルギにより定められる。したがって、投入エネルギ、及びプラズマの原料ガスに応じて、適宜容積を定めればよい。

さらに、図１８に示すように空間１４５へのガスの導入路１４７を設けてもよい。ガスの導入路１４７から導入するガスを選択することにより、プラズマの原料ガスの選択が可能になる。また、ガスの導入により空間１４５の内圧を高めることができ、プラズマの噴き出しが容易になる。

〔第１２の実施形態〕
図１９は、プラズマを所定の方向に噴き出す構造を備えた別のプラグの先端部を模式的に示す図である。この図１９に示すプラグ１５０は、一般的なスパークプラグ、第９の実施形態に係るプラグ、または第１０の実施形態に係るプラグと同様の内部構造を備え接地電極が取り除かれたプラグ本体１５１と、プラグ本体１５１の先端側を囲うようにプラグ１５１の栓体部分に螺合される導電体製のキャップ１５２とを備える。

キャップ１５２は、螺合部分と反対側が窄められた筒状の形状をなしており、窄められた側の開口１５３を介して、キャップ内外の空間が連通する。キャップ１５２は、プラグ１５１の中心電極と開口１５３付近で絶縁距離が最短となる。プラグ本体１５１及びキャップ１５２により囲われた空間の容積については、第１１の実施形態における空間１４５の容積と同様に定めればよい。また、キャップ１５２内の空間へのガスの導入路を設けてもよい。

本実施形態によれば、従来のスパークプラグ、第９の実施形態に係るプラグ、または第１０の実施形態に係るプラグを利用して、プラズマの噴き出しを実現できる。また、プラグ本体１５１とキャップ１５２とを螺合する構造を選択することにより、プラズマが発生する空間の容積の調整が容易になる。

〔第１３の実施形態〕
第１１または第１２の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置により、小型かつ簡素な構造のプラグを用いてプラズマを噴き出すことが可能になる。このプラズマは、内燃機関等の点火に用いてもよいし、成分分析用のプラズマ源として用いてもよい。本実施形態では、プラズマ源としての適用の一例として、プラズマを用いた分析装置を示す。

図２０は、本実施形態に係る分析装置の概略構成を示す図である。この図２０に示す分析装置１６０は、第１２の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置１５０と、点火またはプラズマ発生装置１５０から噴き出すプラズマの存在する領域に試料を導入または配置するための試料導入器１６１と、点火またはプラズマ発生装置１５０からのプラズマに試料を曝露させた結果の分析を行う分析器１６２と、分析器１６２により分析された結果を所定形式の信号に変換して出力する検出器１６３と、検出器１６３からの信号に対し処理を行い、検出及び分析の結果をユーザに提示する信号処理器１６４とを備える。

試料導入器１６１は、点火またはプラズマ装置１５０が噴き出すプラズマに試料が曝露するよう試料を配置できるものであればよい。例えば試料が固体であれば、試料と点火またはプラズマ装置１５０との相対位置の可能な支持具であってもよい。試料が流体であれば、その流体の流路管、貯留容器、または、噴射器であってもよい。また、試料が流体であれば、試料導入器１６１のさらに上流にクロマトグラフ用のカラム等を設置してもよい。

分析器１６２は、想定される試料に応じて適宜選択すればよい。例えば、磁場偏向型、四重極型、イオントラップ型、飛行時間型、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴型、タンデム型等、励起した試料を電場または磁場により分離分析するものであってもよい。または、受光器及び分光器と受光器−分光器間の光路を確保する光学系とからなる光学的な分析器であってもよい。

検出器１６３は、分析器１６２の分析方式に応じたものを適宜選択すればよい。例えば電子増倍管、マイクロチャネルプレート等により励起した試料により輸送される電子を増感して検出するものであってもよい。ファラデーカップ等を用いて励起した試料を計数するものであってもよい。霧箱及び撮像装置からなる検出器であってもよい。分析器１６２が光学的な分析器であれば、光電子増倍管、相補性金属酸化膜半導体素子、または、電荷結合素子等を用いた光センサ、または、イメージセンサであってもよい。

信号処理器１６４は、具体的にはコンピュータ（すなわちコンピュータハードウェア、そのコンピュータハードウェア上で動作するプログラム及びそのコンピュータに与えられるデータ）により実現される。信号処理方法及び結果のユーザへの提示方法については、分析対象とする分析器１６２及び検出器１６３の種類または型式等に応じて適宜周知の一般的な手法を行えばよい。コンピュータ自体の動作については、周知であり、ここでは説明を繰り返さない。

なお、この分析装置自体が内燃機関の点火装置として動作するようにしてもよい。この場合、信号処理器１６４による信号処理の結果を内燃機関の制御器に与え、制御器による内燃機関の制御に利用させてもよい。

〔その他変形例〕
上述の実施形態では、容量結合のためのコンデンサの極板形状として、矩形及び円形を例示したが、本発明はこのような実施形態には限定されない。良好な電界結合が得られるならば、その形状を問わない。

また、コンデンサの電極に挟まれた誘電体の電界分布の均一性を問わなければ、コンデンサを形成する導電体パターンの幅は、電磁波の波長の1／４以上であってもよい。

上述の実施形態では、プラグとしてスパークプラグ、及び、同軸状の伝送経路を備えたプラグを例示したが、本発明に係るプラグはこのようなものには限定されない。電磁波を良好に伝送し放射することができる構造であれば、同軸状の構造を備えることを必ずしも要しない。例えば平行線路を備えたプラグであってもよい。また、グロープラグに放電電極を設置したものであってもよい。この放電電極をなす導電体対のうち一方は、グロープラグのフィラメント、または、グロープラグのフィラメントに接続された導電体であってもよい。

また、プラグ自体が必ずしも接地電極を備えていることを要しない。放電を行う電極となる導電体のうち接地側は、プラグと別体をなしていてもよい。例えば、プラグを金属物に取り付ける場合、または、金属物のごく近傍に取り付ける場合、その金属物が接地されていれば、これを接地電極として用いることができる。

上述の実施形態では、放電のためのエネルギとして直流のものを例示したが、本発明はこのようなものには限定されない。放電のためのエネルギは、交流であってもよく、その周波数は高周波であってもよい。放電のためのエネルギが交流である場合、さらに、放電のエネルキーの伝送路のうち電磁波のエネルギの重畳部より前段で電界結合または磁界結合により結合を行うようにすれば、放電のエネルギの伝送路への電磁波の逆流を低減できる。ただし、このような場合、放電のエネルギの周波数が電磁波の周波数と異なっていることが好ましい。

上述の実施形態では、点火プラグに印加されるパルス電圧と、マイクロ波とを同じ伝送線路に重畳したが、さらに、光、音、衝撃波、摩擦、または、熱のエネルギを同じ伝送線路に重畳して供給するようにしてもよい。これらのエネルギを利用しての点火、プラズマの発生が可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置の混合回路の構成を示す回路図である。 本発明の第２の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置の混合回路の構成を示す回路図である。 本発明の第３の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置の混合回路の構成を示す回路図である。 本発明の第４の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置の混合回路の構成を示す回路図である。 本発明の第５の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置の回路基板の構成を示す断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置の回路基板の一方の面のパターンおよび部品配置を示す平面図である。 本発明の第６の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置の回路基板の他方の面のパターンおよび部品配置を示す平面図である。 本発明の第７の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置の回路基板の一方の面のパターンおよび部品配置を示す平面図である。 本発明の第７の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置の回路基板の他方の面のパターンおよび部品配置を示す平面図である。 本発明の第８の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置において回路基板を点火コイルと一体化してモジュール構造とした場合の構成を示す断面図である。 第１〜第８の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置のプラグとして好適なプラグの断面図である。 ＣＲ複合素子の断面図である。 ＣＲ複合素子の等価回路図である。 第１〜第８の実施形態に係る点火またはプラズマ発生装置のプラグとして好適な別のプラグの断面図である。 プラグのＡ−Ａ´、Ｂ−Ｂ´、Ｃ−Ｃ´の横断面図である。 プラズマを所定の方向に噴き出す構造を備えたプラグの先端部を模式的に示す図である。 プラズマを所定の方向に噴き出す構造を備えたプラグの他の例を示す図である。 プラズマを所定の方向に噴き出す構造を備えた別のプラグの先端部を模式的に示す図である。 本実施形態に係る分析装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

２１，３１，４１，５１，６１ マイクロ波の入力端子
２５，３２，４１，５２，６２ 高電圧パルスの入力端子
３５，４６，５８，６３ 混合出力端子
２２，４４，５４，５５ コンデンサ
２３，２４，３４，４５，６５ コイル
２６，９３ 混合出力ケーブル
２７ 点火プラグ
３３，４３ 高周波トランス
３６ 浮遊容量
６４Ａ，６４Ｂ，７１ コンデンサを形成する導電パターン
６６ 基板
７２ 短絡素子
７３ インピーダンス調整用スタブ
８１ 高周波トランス一次側コイル用導電パターン
８２ 高周波トランス二次側コイル用導電パターン
９１ 端子
９２ マイクロ波の入力
９４ 点火コイル
９５ ハウジング
９６ 金属ケース
９７ 混合回路部の基板

Claims (26)

1. 熱機関またはプラズマ装置において燃焼反応、化学反応、または、プラズマ反応が行われる反応領域に対し、放電と電磁波のエネルギとを併用して前記燃焼反応、化学反応、または、プラズマ反応を始動させる点火またはプラズマ発生装置であって、
   放電のためのエネルギと電磁波発生装置からの電磁波のエネルギとを混合する混合手段と、
   前記混合手段からの出力が供給され、この出力を前記反応領域に導入するプラグとを備え、
   前記混合手段から前記プラグに供給される出力は、前記電磁波のエネルギと前記放電のためのエネルギとが同じ伝送線路に重畳されて供給される
   ことを特徴とする点火またはプラズマ発生装置。
2. 前記放電のためのエネルギは、パルス電圧であって、
   前記混合手段は、前記電磁波のエネルギの入力を受ける第１の入力部と、前記パルス電圧の入力を受ける第２の入力部と、前記第２の入力部に接続された出力部とを備え、
   前記第１の入力部は、電界結合により前記出力部と電気的に結合されている
   ことを特徴とする請求項１記載の点火またはプラズマ発生装置。
3. 前記放電のためのエネルギは、パルス電圧であって、
   前記混合手段は、前記電磁波のエネルギの入力を受ける第１の入力部と、前記パルス電圧の入力を受ける第２の入力部と、前記第２の入力部に接続された出力部とを備え、
   前記第１の入力部は、磁界結合により前記出力部と電気的に結合されている
   ことを特徴とする請求項１記載の点火またはプラズマ発生装置。
4. 前記放電のためのエネルギは、パルス電圧であって、
   前記混合手段は、前記電磁波のエネルギの入力を受ける第１の入力部と、前記パルス電圧の入力を受ける第２の入力部と、前記第２の入力部に接続された出力部とを備え、
   前記第１の入力部は、直列に接続された磁界結合と電界結合とを介して前記出力部と電気的に結合されている
   ことを特徴とする請求項１記載の点火またはプラズマ発生装置。
5. 前記放電のためのエネルギは、パルス電圧であって、
   前記混合手段は、前記パルス電圧の入力部が、自己インダクタンスを有する誘導素子を通して出力部と電気的に接続されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の点火またはプラズマ発生装置。
6. 前記混合手段は、誘電体基板を有して構成され、
   前記第２の入力部は、前記誘電体基板の一方の面に構成され、
   前記第１の入力部及び前記出力部は、前記誘電体基板の他方の面に構成され、
   前記電界結合は、前記誘電体基板の両面に対向配置された導電パターンからなるコンデンサの容量によりなされる
   ことを特徴とする請求項２、または、請求項４記載の点火またはプラズマ発生装置。
7. 前記コンデンサを形成する導電パターンの幅は、前記第２の入力部が受ける電磁波の波長の１／４以下である
   ことを特徴とする請求項６記載の点火またはプラズマ発生装置。
8. 前記コンデンサを形成する導電パターンは、矩形である
   ことを特徴とする請求項６記載の点火またはプラズマ発生装置。
9. 前記コンデンサを形成する導電パターンは、概ね円形である
   ことを特徴とする請求項６記載の点火またはプラズマ発生装置。
10. 前記第２の入力部は、前記電磁波発生装置からの伝送線路の特性インピーダンスと整合を取るスタブを有する
    ことを特徴とする請求項２乃至請求項９のいずれか一に記載の点火またはプラズマ発生装置。
11. 前記パルス電圧は、点火コイルを介して入力され、
    前記混合手段を金属導体ケースで密閉するとともに、この金属導体ケースと点火コイルとをモールド樹脂にて一体化した
    ことを特徴とする請求項２乃至請求項１０のいずれか一に記載の点火またはプラズマ発生装置。
12. 前記プラグは、スパークプラグである
    ことを特徴とする、請求項１乃至請求項１１のいずれか一に記載の点火またはプラズマ発生装置。
13. 前記プラグは、スパークプラグであって、
    前記混合手段をスパークプラグ及びアンテナと一体化した
    ことを特徴とする請求項２乃至請求項１０のいずれか一に記載の点火またはプラズマ発生装置。
14. 前記混合手段から前記プラグに供給される出力は、前記電磁波のエネルギと前記パルス電圧とが同じ同軸ケーブルに重畳され、アイソレータを介して供給される
    ことを特徴とする、請求項２乃至請求項１２のいずれか一に記載の点火またはプラズマ発生装置。
15. 前記電磁波のエネルギは無線にて前記混合回路に伝送される
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一に記載の点火またはプラズマ発生装置。
16. さらに、光、音、衝撃波、摩擦及び熱のうち少なくとも一のエネルギが前記同じ伝送線路に重畳されて供給される
    ことを特徴とする、請求項１乃至請求項１５のいずれか一に記載の点火またはプラズマ発生装置。
17. 前記スパークプラグは、導電体からなる主体金具と、主体金具を貫通する筒状の碍子と、前記碍子内に収容され、一端が碍子の一方の端部より露出する第１の中心導体と、前記碍子内に前記第１の中心導体から離間して収容され一端が前記碍子の他方の端部より露出する第２の中心導体と、前記第１の中心導体及び前記第２の中心導体に挟まれた空間に前記碍子の内壁に沿って設けられた抵抗層と、前記第１の中心導体及び前記第２の中心導体に挟まれた空間に形成された誘電層とを備え、
    前記第１の中心導体、前記第２の中心導体及び誘電層によりコンデンサが形成され、前記抵抗層は、このコンデンサに対し並列に、前記第１の中心導体及び前記第２の中心導体を電気的に接続している
    ことを特徴とする請求項１２記載の点火またはプラズマ発生装置。
18. 前記スパークプラグは、導電体からなる主体金具と、主体金具を貫通する筒状の碍子と、前記碍子内に収容され両端が碍子より露出する導電体からなる中心導電部とを備え、
    前記主体金具、碍子及び中心導体部により形成される同軸線路の特性インピーダンスは、前記混合手段から前記反応領域に向かう方向のインピーダンスが前記反応領域に近づくに従って低くなるように選ばれている
    ことを特徴とする請求項１２記載の点火またはプラズマ発生装置。
19. 前記プラグは、導電体からなり一端が前記混合手段の中心線路に接続された中心導体と、導電体からなり前記中心導体の他端において接続されたアンテナ兼中心電極部と、導電体からなり一端が前記混合回路の接地線路に接続され前記中心導体及び前記アンテナ兼中心電極部を囲うように前記中心導体及び前記アンテナ兼中心電極部から離間配置され前記アンテナ兼中心電極部付近に孔が設けられた外側導体と、前記中心導体及び外側導体の間隙の前記中心導体及び前記アンテナ兼中心電極部の接点より前記混合手段側に充填された誘電体部材とを備え、
    前記外側導体と前記中心電極部及び前記アンテナ兼中心電極部との絶縁距離は、前記孔の付近で最短となり、かつ、前記アンテナ兼中心電極部、外側導体、及び前記誘電体部材により規定された空間の容積は、該空間にプラズマが発生した際の該空間の圧力上昇により、該空間と前記孔を介して該空間に連通する空間との間に所定値以上の圧力差が生じるよう選ばれている
    ことを特徴とする請求項１記載の点火またはプラズマ発生装置。
20. 前記アンテナ兼中心電極部、外側導体及び前記誘電体部材により規定された空間へのガスの導入路を有する
    ことを特徴とする請求項１９記載の点火またはプラズマ発生装置。
21. 前記プラグは、接地電極が短縮され、または、取り除かれたスパークプラグと、概ね両端開口筒状の一方の開口が窄められた形状をなす導電体からなり他方の開口付近の内面が前記スパークプラグの主体金具に羅合するキャップとを備え、
    前記キャップと前記スパークプラグの中心電極との絶縁距離は窄められた開口の付近で最短となり、かつ、前記スパークプラグ及びキャップにより規定された空間の容積は、該空間にプラズマが発生した際の該空間の圧力上昇により該空間と前記孔を介して連通する空間との間に所定値以上の圧力差が生じるよう選ばれている
    ことを特徴とする請求項１記載の点火またはプラズマ発生装置。
22. 前記スパークプラグ及びキャップにより規定された空間へのガスの導入路を有している
    ことを特徴とする請求項１９記載の点火またはプラズマ発生装置。
23. 前記放電のためのエネルギは、交流電圧である
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項２２のいずれか一に記載の点火またはプラズマ発生装置。
24. 放電のためのエネルギの伝送路上に、前記交流電圧及び前記電磁波の周波数に基づいて選ばれた逆流防止手段を備える
    ことを特徴とする請求項２３記載のプラズマ発生装置。
25. 前記プラグは、このプラグが設置される空間の周囲に存在する接地された導電体との間で放電を行う
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一に記載の点火またはプラズマ発生装置。
26. 試料をプラズマに曝露させてこの試料を励起させ、その結果を検出する分析装置であって、
    前記試料に曝露させるプラズマを請求項１９乃至請求項２２のいずれか一に記載の点火またはプラズマ装置を用いて発生させる
    ことを特徴とする分析装置。

Images