JP2006183657A - インジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の昇温性能のよいインジェクタを提供する。
【解決手段】マイクロノズル１１０に設けられた外部取出電極に電圧を印加すると、マイクロノズル１１０を構成する半導体基板が発熱するため、半導体基板に設けられた貫通孔を通過する燃料に半導体基板からの熱が伝わりやすく、燃料の昇温時間を短縮することができる。またインジェクタ１００の針弁１０５の下流側に、燃料を昇温させるマイクロノズル１１０を配置し、毎回噴射に用いられる少量の燃料のみを昇温するため、噴射に使われることのない燃料まで昇温することがなく、昇温のためのエネルギー効率が高い。
【選択図】図１

Description

本発明は、高温高圧の流体を噴射するインジェクタに関し、たとえば燃料を高温高圧の状態で内燃機関燃焼室に噴射するのに適したインジェクタに関する。

従来、インジェクタによって燃料を高温高圧状態の液体状態または超臨界状態にして内燃機関の燃焼室に噴射することによって、燃焼室内に噴射した燃料の微粒化および気化を促進したり、燃焼を良好にしたりするといったことが行われていた。
このようなインジェクタとして、たとえば特開平１０−１４１１７０号公報に記載のものがある。
これはインジェクタ内部にヒータを備え、インジェクタに供給された燃料をヒータによって過熱し、加熱後の燃料を噴射量の制御を行う可動弁を通過させて適正量に調整した後、燃焼室内に噴射するものである。
特開平１０−１４１１７０号公報

しかしながら、このような従来のインジェクタにおいては、ヒータによって加熱する燃料は毎回の噴射に必要な量だけでなく、余分な燃料もあらかじめ昇温するといった構成であるため、ヒータ等の昇温部が比較的大きなものとなり、また多くの燃料を昇温させるため、燃料を高温状態にするまでに時間がかかってしまっていた。
そのため、自動車の始動時や始動直後には高温状態の燃料を燃焼室内に噴射することができず、その間の微粒化性能、気化性能が低下し、燃焼状態を良好に制御することができないといった問題があった。

そこで本発明はこのような問題点に鑑み、燃料の昇温性能のよいインジェクタを提供することを目的とする。

本発明は、ケーシング内に設けられた油圧室に所定の圧力が印加された燃料が供給され、弁によって油圧室内の燃料を流量調節孔から噴出し、該燃料を、エネルギー供給部からエネルギーが供給される加熱手段と、少なくとも１つ以上の貫通孔とより構成されるマイクロノズルの貫通孔を通過させ、エネルギー供給部から供給されるエネルギーによって貫通孔を通過する燃料の昇温を行うものとした。

本発明によれば、エネルギー供給部から供給されるエネルギーによってマイクロノズルを構成する加熱手段が発熱するため、貫通孔を通過する燃料に加熱手段からの熱が伝わりやすく、燃料の昇温時間を短縮することができる。また弁の下流側に、燃料を昇温させるマイクロノズルを配置したことにより、毎回噴射に用いられる少量の燃料のみが昇温され、噴射に使われることのない燃料まで昇温することがなく、昇温のためのエネルギー効率が高い。

次に本発明の実施の形態を実施例により説明する。
まず第１の実施例について説明する。
図１に、本実施例におけるインジェクタの燃料噴射部近傍の断面を示す。
図示しない燃料ポンプによって加圧された燃料が、燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタ１００に供給される。
インジェクタ１００は、特に燃料噴射部分においてケーシング１０１によって外周が囲まれている。
ケーシング１０１の内部には、燃料ポンプによって加圧された燃料を蓄える油圧室１０３が形成され、ケーシング１０１の燃料噴射側（図１中の下方側）には油圧室１０３と連通する流量調節孔１０４が形成されている。

油圧室１０３には図１中の上下方向に移動可能な針弁１０５が備えられ、上下に移動させることにより針弁１０５の先端によって流量調節孔１０４を塞いだり、開口させたりすることができる。
この針弁１０５を上下に移動させることによって、油圧室１０３内から流量調節孔１０４を通って噴出される燃料の流量を制御することができる。
ケーシング１０１の燃料噴射側には、流量調節孔１０４を覆うようにして保持具１０２が取り付けられる。

また保持具１０２において、流量調節孔１０４の開口と対向する位置にはマイクロノズル１１０が取り付けられている。
また保持具１０２は、マイクロノズル１１０から伸びる電極１１２を外部に引き出す。
マイクロノズル１１０は、自身に設けられた貫通孔を通過する燃料を昇温しながら燃焼室内（図１中におけるインジェクタ１００の下方側）に噴射するものである。
このように、油圧室１０３に供給された燃料は、針弁１０５の動作によって流量調節孔１０４から噴出される流量が制御され、流量調節孔１０４から噴出された燃料はマイクロノズル１１０によって昇温されて燃焼室内に噴射される。

次に、マイクロノズル１１０の詳細について説明する。
図２は、マイクロノズルの一部破断図である。
マイクロノズル１１０は主として円柱形状に形成されたＳｉ等の半導体基板２００によって構成され、半導体基板２００には円柱形状軸方向両端面（以下、表裏面と呼ぶ）をつなぐ複数の貫通孔２０４が設けられている。
この貫通孔２０４は、保持具１０２に保持された状態で流量調節孔１０４側と燃焼室側とを連通させている。

次にマイクロノズル１１０の詳細について説明する。
図３は、図２における領域Ａの拡大図であり、図４は、マイクロノズルの上面図である。なお図４は、貫通孔２０４の配置を示すためのものであり、保護膜２０３や外部取出電極２０１、高濃度不純物層２０５を省略して図示する。
貫通孔２０４が形成された半導体基板２００の表裏面には、高濃度不純物層２０５が設けられ、さらに高濃度不純物層２０５の上から外部取出電極２０１が形成されている。
この外部取出電極２０１と、保持具１０２に設けられた電極１１２とが接続されている。

また貫通孔２０４の燃料噴射側（図３の下方側）の開口は、内径が絞られて噴出孔２０７が形成されている。
さらに、燃料と接する貫通孔２０４の内周面および半導体基板２００の表裏面は、燃料による腐食を防ぐために保護膜２０３によって覆われている。保護膜２０３としては、たとえばＳｉＯ２等、燃料と化学反応を起こし難い材料を用いる。

外部取出電極２０１に電圧を印加すると、すべての貫通孔２０４に沿って平行に電流が流れ、ジュール熱により半導体基板２００全体が発熱する。
燃料は図３の上方から圧送されてくるが、貫通孔２０４には内径が絞られた噴出孔２０７が形成されているため、燃料の流速を適度に設定することが可能となり、貫通孔２０４の内周面によって燃料の温度を瞬時に昇温させて、噴出孔２０７から燃焼室内へ高温高圧状態の燃料を噴射することができる。

次に、マイクロノズル１１０の製造方法について説明する。
図５の（ａ）〜（ｃ）に、マイクロノズルの製造工程を示す。
図５の（ａ）に示すように、Ｓｉ等によって形成された円柱形状の半導体基板の表裏面に、高濃度不純物層２０５を形成することにより、低抵抗のオーミックコンタクト層が形成される。
次に図５の（ｂ）に示すように、半導体基板２００の表裏面において、高濃度不純物層２０５の上に金属の外部取出電極２０１を設ける。外部取出電極２０１としては、アルミニウムやニッケル、クロム等を用いることができ、高温に耐えることができる金属が好ましい。なお、外部取出電極２０１の所定位置には複数の穴が設けられている。この穴が後に貫通孔２０４の一部となる。

さらに、Ｄｅｅｐ ＲＩＥ等の異方向エッチングにより、後に燃料を噴出する噴出孔２０７となる凹部２１０を形成する。
この凹部２１０は、高濃度不純物層２０５を貫通し半導体基板２００の一部を削り取っている。
なお凹部２１０は、半導体基板２００の図５の（ｂ）の下面側から見た場合に、円形となっている。

次に図５の（ｃ）に示すように、図５の（ｃ）の上方側（燃料の流入する側）から凹部２１０に向かってＤｅｅｐ ＲＩＥ等の異方向エッチングにより大径孔２２０を形成する。
この大径孔２２０の内径は、凹部２１０よりも大径に形成する。
このように大径孔２２０と凹部２１０とによって、噴出孔２０７を有する貫通孔２０４が形成される。
その後、外部取出電極２０１と高濃度不純物層２０５とが積層された半導体基板２００の表裏面、および貫通孔２０４の内周面に保護膜２０３を形成することによってマイクロノズル１１０が形成される。
なお本実施例において、針弁１０５が本発明における弁を構成し、半導体基板２００が本発明における導電性基板を構成する。

本実施例は以上のように構成され、外部取出電極２０１に電圧を印加すると半導体基板２００が発熱するため、半導体基板２００に設けられた貫通孔２０４を通過する燃料に半導体基板２００からの熱が伝わりやすく、燃料の昇温時間を短縮することができる。
またインジェクタ１００の針弁１０５の下流側に、燃料を昇温させるマイクロノズル１１０を配置し、毎回噴射に用いられる少量の燃料のみを昇温するため、噴射に使われることのない燃料まで昇温することがなく、昇温のためのエネルギー効率が高い。

また、マイクロノズル１１０によって昇温された高温高圧状態の燃料を直接燃焼室内に噴射することが可能なため、燃料の高温状態が維持され、燃焼室内での燃料の微粒化、気化を大幅に促進することができ、燃焼状態を良好にすることが可能となる。
針弁１０５によって流量が調節された後の燃料をマイクロノズル１１０によって昇温させるため、昇温後の燃料がたとえば針弁１０５等の可動部を通過することがなく、機械的な信頼性を向上させることができる。

次に第２の実施例について説明する。
なお本実施例におけるマイクロノズルのインジェクタへの取り付け位置は、第１の実施例と同じであり説明を省略する。
図６は、本実施例におけるマイクロノズルの断面図である。図７は、図６におけるＢ−Ｂ部断面図であり、図８は、図６におけるＣ−Ｃ部断面図である。また図９は、図７におけるＤ−Ｄ部断面図である。
なお図６は、図７におけるＥ−Ｅ部断面図である。さらに図７および図８はは、保護膜２０３Ａを省略して図示してある。
マイクロノズル１１０Ａは主として円柱形状に形成されたＳｉ等の半導体基板２００Ａによって構成されている。

半導体基板２００Ａは、貫通孔２０４Ａが形成される貫通孔形成部２５１と、該貫通孔形成部２５１の外周に配置された円筒形状の基板外周部２５０とより構成される。
貫通孔２０４Ａには、燃料噴出側（図６中、下方側）の開口部の内径を絞ることによって噴出孔２０７Ａが形成されている。
貫通孔形成部２５１は、特に図８、９に示されるように貫通孔２０４Ａを形成する円筒部２５２と、隣接する円筒部２５２同士を連結する連結部２５３とより構成される。また連結部２５３は基板外周部２５０とも連結している。

円筒部２５２と連結部２５３とによって、または円筒部２５２と連結部２５３と基板外周部２５０とによって囲まれる空間を図７、８に示すように熱分離孔２５５とする。
半導体基板２００Ａの表裏面に、オーミックコンタクトをとるために高濃度不純物層２０５Ａが形成される。
基板外周部２５０の軸方向側の一方の面（図６における上側）には、基板外周部２５０と逆の導電型を持つ不純物層２０６が形成されている。

不純物層２０６が形成された状態で、半導体基板２００Ａの表裏面には高濃度不純物層２０５Ａが形成される。これにより図６に示すように、不純物層２０６が形成された基板外周部２５０の表裏面と、貫通孔形成部２５１の円筒部２５２および連結部２５３の表裏面とに高濃度不純物層２０５Ａが形成される。
なお高濃度不純物層２０５Ａは、不純物層２０６と逆の導電型を持つものとする。
また半導体基板２００Ａ、高濃度不純物層２０５Ａおよび不純物層２０６の導電型としては、たとえば、半導体基板２００Ａと高濃度不純物層２０５Ａとをｎ型を選択した場合には、不純物層２０６としてｐ型を選択する。

半導体基板２００Ａの表裏面には、高濃度不純物層２０５Ａの上にリング形状の外部取出電極２０１Ａが備えられている。
半導体基板２００Ａは酸化膜等の電気絶縁体３００によって囲まれ、さらに熱分離孔２５５にも電気絶縁体３００が充満している。ただし、円筒部２５２の内径側、すなわち貫通孔２０４Ａ内には電気絶縁体３００は充満させず、また外部取出電極２０１Ａも電気絶縁体３００によって覆わない。

一般に酸化膜のような電気抵抗の高い物質は熱抵抗も高く、電気絶縁と熱絶縁が同時になされることになる。したがって上記のような電気絶縁体３００の配置とすることにより、貫通孔形成部２５１で発生した熱は基板外周部２５０へと伝達されない。また表裏面に備えられた外部取出電極２０１Ａから高濃度不純物層２０５Ａに外部から電位差を与えても、基板外周部２５０においては逆接続のダイオードとしての高濃度不純物層２０５Ａと不純物層２０６とが形成されているため、基板外周部２５０には電流が流れない。
それぞれの貫通孔２０４Ａの周囲には、同一の導電型しか存在しないため、すべての貫通孔２０４Ａを形成する円筒部２５２にほぼ平行に電流が流れ、ジュール熱により円筒部２５２が発熱する。

次に、マイクロノズル１１０Ａの製造方法について説明する。
図１０の（ａ）〜（ｃ）、図１１の（ａ）〜（ｂ）に、マイクロノズルの製造工程を示す。
図１０の（ａ）に示すように、Ｓｉ等によって形成された円柱形状の半導体基板２００Ａの外周部（基板外周部２５０）の表面に不純物層２０６を形成し、不純物層２０６が形成された半導体基板２００Ａの表裏面に高濃度不純物層２０５Ａを形成する。
これらの層は、一般的な、イオン注入と熱拡散とによって形成される。
その後、基板外周部２５０の内径側の貫通孔形成部２５１に、後に熱絶縁領域となる熱分離孔２５５を形成する。
次に図１０の（ｂ）に示すように、半導体基板２００Ａ全体を電気絶縁体３００によって被覆する。なお電気絶縁体３００は、熱分離孔２５５内を充填しながら、半導体基板２００Ａの周囲に熱酸化もしくはＣＶＤ法等により形成される。

次に図１０の（ｃ）に示されるように、半導体基板２００Ａの貫通孔形成部２５１に、裏面（図中、下側）から、電気絶縁体３００および高濃度不純物層２０５Ａを貫通する凹部２１０Ａを形成する。凹部２１０Ａが、後に燃料を噴出する噴出孔２０７Ａとなる。
なお凹部２１０Ａは、Ｄｅｅｐ ＲＩＥ等の異方向エッチングにより形成される。
また凹部２１０Ａは、半導体基板２００Ａの下面側から見た場合に、円形となっている。

続いて図１１の（ａ）に示すように、貫通孔形成部２５１に図１１の（ａ）の上方側（燃料の流入する側）から大径孔２２０Ａを形成する。なおＤｅｅｐ ＲＩＥ等の異方向エッチングにより大径孔２２０Ａを形成する。
この大径孔２２０Ａの内径は、凹部２１０Ａよりも大径に形成する。
このように大径孔２２０Ａと凹部２１０Ａとによって、噴出孔２０７Ａを有する貫通孔２０４Ａが形成される。

次に図１１の（ｂ）に示すように、酸化膜等の保護膜２０３Ａを、熱酸化もしくはＣＶＤ法等により貫通孔２０４Ａの内周面および半導体基板２００Ａの表裏面に形成する。
次に図６に示すように基板外周部２５０の外周側の表裏面に、リング形状の外部取出電極２０１Ａを形成する。
外部取出電極２０１Ａの一面は高濃度不純物層２０５Ａに接し、他方の面は、保護膜２０３に覆われることなく、露出している。
なお本実施例において、半導体基板２００Ａが本発明における導電性基板を構成し、電気絶縁体３００が本発明における断熱材を構成する。また、不純物層２０６が本発明における第１の不純物層を構成し、高濃度不純物層２０５が本発明における第２の不純物層を構成する。さらに、円筒部２５２が本発明における貫通孔を形成した部分を構成する。

本実施例は以上のように構成され、半導体基板２００Ａの外周部（基板外周部２５０）の表裏面には逆接続の高濃度不純物層２０５Ａと不純物層２０６とを形成したことにより、マイクロノズル１１０Ａの基板外周部２５０には熱が発生せず、マイクロノズル１１０Ａの内径側の貫通孔形成部２５１のみが発熱する。また、電気絶縁体３００によって貫通孔形成部２５１と基板外周部２５０とは熱絶縁が行われているため、貫通孔形成部２５１が発熱した場合にも基板外周部２５０の熱上昇を抑えることができる。
よって、外部への電極の取り出しのために基板外周部２５０に備えられた外部取出電極２０１Ａの近傍が高温になることがなく、信頼性の高い電気的接続および機械的接続が可能となる。
外部取出電極２０１Ａ以外のすべてのマイクロノズル１１０Ａの表面は、保護膜２０３によって被覆されているので、高温高圧の燃料による腐食を防ぐことができる。

次に第３の実施例について説明する。
なお本実施例におけるマイクロノズルのインジェクタへの取り付け位置は、第１の実施例と同じであり説明を省略する。
本実施例におけるマイクロノズル１１０Ｂは、第１の実施例における半導体基板２００とマイクロノズルの高濃度不純物層２０５の構成を変更したものである。
図１２は、本実施例におけるマイクロノズルの断面図である。
電気絶縁性基板４００に、表裏面を貫通する貫通孔２０４Ｂが設けられている。
また貫通孔２０４Ｂには、燃料噴出側の開口部の内径を絞ることによって噴出孔２０７Ｂが形成されている。

電気絶縁性基板４００の表裏面と、貫通孔２０４Ｂの内周面には、導電性薄膜４０１によって覆われている。
導電性薄膜４０１は、無電解メッキ等で形成する。また無電解メッキで良好な厚み、特性が得られ難い場合には、無電解メッキの後、電解メッキを施す。
電気絶縁性基板４００の表裏面には、導電性薄膜４０１で覆われた上から外部取出電極２０１が形成される。
この外部取出電極２０１によって、各貫通孔２０４Ｂの内周面に形成された導電性薄膜４０１に均等に電流が流れ、均一に発熱する。

燃料が流れる貫通孔２０４Ｂの内周面および電気絶縁性基板４００の表裏面には、燃料による腐食を防ぐため保護膜２０３Ｂによって被覆されている。
なおマイクロノズル１１０Ｂの製造方法については、上記第１、第２の実施例において説明したマイクロノズルの製造方法の変形であり容易に推測できるため、説明を省略する。
本実施例において、電気絶縁性基板４００が本発明における絶縁性基板を構成する。

本実施例は以上のように構成され、電気絶縁性基板４００の表裏面に形成された外部取出電極２０１に電位差を与えると、各貫通孔２０４Ｂの内周面に形成されている導電性薄膜４０１に電流が流れる。この状態で各貫通孔２０４Ｂに燃料を流すとジュール熱によって燃料温度が上昇する。また、貫通孔２０４Ｂの燃料噴出側に内径を一部絞った噴出孔２０７Ｂが形成されていることにより、貫通孔２０４Ｂの出口付近で燃料を所望の高温高圧状態にすることができ、超臨界状態の燃料を直接燃焼室に噴出することができる。

また電気絶縁性基板４００自体の熱抵抗が高いため、導電性薄膜４０１から発生した熱は有効に燃料に伝達され、エネルギーロスが少なく、また燃料の昇温時間も短縮することができる。
さらに電気絶縁性基板４００自体の熱抵抗が高いため、導電性薄膜４０１から発生した熱はマイクロノズル１１０Ｂの周囲に伝わることが無く、マイクロノズル１１０Ｂをインジェクタ先端に実装する際に、マイクロノズル１１０Ｂと接触する部分において耐高温部材を使用する必要が無くなり、信頼性を向上させることができる。

次に、第４の実施例について説明する。
図１３に、燃料噴射部近傍の断面を示す。
図示しない燃料ポンプによって加圧された燃料が、燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタ１００Ａに供給される。
インジェクタ１００Ａを構成するケーシング１０１の燃料噴射側には、流量調節孔１０４を覆うようにして保持具１０２Ａが取り付けられる。
また保持具１０２Ａにおいて、流量調節孔１０４の開口と対向する位置には熱分離構造体５０１を介してマイクロノズル５００が取り付けられている。
熱分離構造体５０１は、セラミックスや石英などの熱伝導率の小さい材料によって構成されている。

また保持具１０２Ａは、マイクロノズル５００から伸びる電極１１２Ａ、１１２Ｂを外部に引き出す。
マイクロノズル５００は、自身に設けられた貫通孔を通過する燃料を昇温しながら燃焼室内（図１３中におけるインジェクタ１００Ａの下方側）に噴射するものである。
インジェクタ１００Ａの他の構成は、第１の実施例と同じであり、同一番号を付して説明を省略する。

針弁１０５は駆動部５０２によって駆動され、図１３中の上下方向に移動して流量調節孔１０４を開閉する。
マイクロノズル５００を加熱するための電力源、および針弁１０５を駆動するための電力源となる電源５０４が、コントローラ５０３を介して電極１１２Ａ、１１２Ｂおよび駆動部５０２に接続される。
コントローラ５０３は、電極１１２Ａ、１１２Ｂに電力を供給するかどうか、および駆動部５０２を制御することによって針弁１０５を開口させるかどうかを制御する。

次に、マイクロノズル５００の詳細について説明する。
図１４は、マイクロノズルの断面図であり、図１５は、マイクロノズルの各部を示す分解斜視図である。なお図１５は、上側構造体５１５、ヒータ５２０、下側構造体５１０のみを示す。
マイクロノズル５００は、燃料を昇温させるためのヒータ５２０と、該ヒータ５２０の上下面を覆う上側構造体５１５、下側構造体５１０とより構成される。
ヒータ５２０は熱伝導率が大きく導電性を有する材料（たとえば金属、Ｓｉ）によって構成され、上側構造体５１５、下側構造体５１０は熱伝導率が小さく電気的絶縁性を有する材料（たとえば非金属）によって構成されている。
ヒータ５２０と上側構造体５１５の間、ヒータ５２０と下側構造体５１０の間はそれぞれ接合されている。

ヒータ５２０は、円柱形状のヒータ部５２１と、ヒータ部５２１の外周から外方に向けて延びる延設部５２２Ａ、５２２Ｂとより構成される。
ヒータ部５２１には、下側構造体５１０と接合される面と、上側構造体５１５と接合される面とをつなぐ複数の貫通孔５２４、５２５が形成される。
貫通孔５２４は断面が円形状の孔であり、該孔を燃料が通過する。貫通孔５２５は断面が四角形状の孔であり、該貫通孔５２５は熱絶縁部５１８（詳しくは後述する）が充満している。
下側構造体５１０、上側構造体５１５には、ヒータ５２０と接合されたときに貫通孔５２４と対応する位置に、それぞれ貫通孔５１１、５１６が形成されている。
これにより上側構造体５１５の貫通孔５１６が、ヒータ５２０に燃料を引き込む流路となり、下側構造体５１０の貫通孔５１１がヒータ５２０で昇温された燃料を内燃機関側へ供給する流路となる。
なお下側構造体５１０、上側構造体５１５の貫通孔５２５と対応する位置は開口しておらず、貫通孔５２５は下側構造体５１０、上側構造体５１５によって密閉される。

延設部５２２Ａ、５２２Ｂの上側構造体５１５側の面には、それぞれ電極５２３Ａ、５２３Ｂが形成されている。
また上側構造体５１５には、ヒータ５２０に上側構造体５１５が接合されたときに電極５２３Ａ、５２３Ｂと対応する位置にそれぞれ電極孔５１７Ａ、５１７Ｂが設けられている。
上側構造体５１５、ヒータ５２０、下側構造体５１０とが接合された状態で、上側構造体５１５、下側構造体５１０の外周部近傍は、たとえばセラミックスや石英などの熱伝導率の小さい材料で形成された熱分離構造体５０１によって囲まれている。
熱分離構造体５０１は、マイクロノズル５００が嵌め込まれた状態で、上側構造体５１５の電極孔５１７Ａ、５１７Ｂと対応する位置にそれぞれ電極孔５０５Ａ、５０５Ｂが形成されている。

電極孔５０５Ａ、電極孔５１７Ａには、一端が電極５２３Ａと接続され、他端側が熱分離構造体５０１から露出して、図１３に示す電極１１２Ａが接続される取出電極５１９Ａが備えられている。
同様に、電極孔５０５Ｂ、電極孔５１７Ｂには、一端が電極５２３Ｂと接続され、他端側が熱分離構造体５０１から露出して、図１３に示す電極１１２Ｂと接続される取出電極５１９Ｂが備えられている。
この取出電極５１９Ａ、５１９Ｂに電圧を印加することにより、図１４中の左右方向に電流が流れる。

マイクロノズル５００が熱分離構造体５０１に嵌め込まれた状態で、ヒータ５２０の外周面と熱分離構造体５０１の間には、ヒータ５２０よりも熱抵抗の高い熱絶縁部５１８が充填されている。
また貫通孔５２５内にも熱絶縁部５１８が充填されている。
貫通孔５２５に熱絶縁部５１８が充填されることにより、熱的に絶縁領域となり、ヒータ５２０に電流を流したときに貫通孔５２４の近傍のみを発熱させることができる。

電極１１２Ａ、１１２Ｂに電圧を印加することにより、ヒータ５２０がジュール加熱される。これにより、針弁１０５から送られた燃料は、上側構造体５１５の貫通孔５１６を通ってヒータ５２０の貫通孔５２４において急速加熱され、下側構造体５１０の貫通孔５１１を通って高温、高圧の状態で燃焼室内へ向けて噴射される。
またコントローラ５０３は、電極１１２Ａ、１１２Ｂに印加する電圧、および駆動部５０２を制御し、針弁１０５が開くタイミングで電極１１２Ａ、１１２Ｂに電圧を印加してヒータ５２０を加熱させる。
これにより、ヒータ５２０の貫通孔５２４に燃料が流れるときにのみ、ヒータ５２０に電力が供給される。

次に、マイクロノズル５００の製造方法について説明する。
図１６は、マイクロノズル５００の組み付け手順を示す断面図である。
あらかじめ、上側構造体５１５、下側構造体５１０に、それぞれ穴あけ加工によって貫通孔５１６、５１１を形成しておく。
なお、穴あけ加工はドリル加工、放電加工、エッチング、抜き打ち等の方法を用いることができる。
ヒータ５２０においても、あらかじめ燃料の流路となる貫通孔５２４、熱的に絶縁領域となる貫通孔５２５を設けておく。
ここで、ヒータ５２０の材料がＳｉである場合には、Ｄｅｅｐ ＲＩＥを用いて貫通孔５２４、５２５を設けることもできる。

ヒータ５２０の上側構造体５１５と接合される側の面にＷ、Ｎｉ、Ｐｔなどの金属電極を蒸着し、パターニングすることによって延設部５２２Ａ、５２２Ｂの上にのみ、それぞれ電極５２３Ａ、５２３Ｂを形成する。
上側構造体５１５において、ヒータ５２０と接合したときに電極５２３Ａ、５２３
と対応する位置に電極孔５１７Ａ、５１７Ｂを機械加工等によって設ける。

すべての貫通孔５１１、５１６、５２４、５２５、電極孔５１７Ａ、５１７Ｂが形成された後、燃料の流路が確保できるように、貫通孔５１６、５２４、５１１の位置合わせをして、上側構造体５１５、ヒータ５２０、下側構造体５１０を接合する。
なおこの接合は、拡散接合や摩擦圧接を用いる。

また、拡散接合の場合には、真空雰囲気あるいはアルゴンガス雰囲気、Ｎ２雰囲気を用いて行い、温度、圧力をできるだけ高くし、密着性を上げる。ここで、真空雰囲気中で拡散接合することにより、ヒータ５２０の貫通孔５２５内が真空状態となり、熱的に絶縁される。なお、本実施例においてこの貫通孔５２５内の真空状態が熱絶縁部５１８となっている。
上側構造体５１５、ヒータ５２０、下側構造体５１０を接合してマイクロノズル５００を形成した後、マイクロノズル５００の外周側に熱分離構造体５０１を設ける。

このときも真空状態で熱分離構造体５０１をマイクロノズル５００の外周に形成することにより、ヒータ部５２１と熱分離構造体５０１の間の空間が熱的に絶縁された真空状態となる。
なお、本実施例においてこのヒータ部５２１と熱分離構造体５０１の間の真空状態が熱絶縁部５１８となっている。
本実施例において、針弁１０５が本発明における弁を構成し、ヒータ５２０が本発明における加熱手段、導電性材料を構成する。またコントローラ５０３が本発明におけるエネルギー供給部を構成し、熱絶縁部５１８が本発明における熱絶縁手段を構成する。

本実施例は以上のように構成され、燃料が流れる貫通孔５２４の周囲に、熱絶縁部５１８を配置することにより、ヒータ５２０の熱容量を著しく低下させることができ、ヒータ５２０を加熱させて貫通孔５２４を通過する燃料の昇温時間を大幅に短くすることができる。
また、燃料が流れる貫通孔５２４の近傍にのみヒータ５２０があり、その貫通孔５２４の近傍のヒータ５２０の周囲を熱絶縁部５１８で囲むことにより、貫通孔５２４の周囲のヒータ５２０が熱的に絶縁されて熱損失を小さくすることができ、貫通孔５２４を通過する燃料の昇温時のエネルギー効率が向上する。

またコントローラ５０３は、針弁１０５が開くタイミングで電極１１２Ａ、１１２Ｂに電圧を印加してヒータ５２０を加熱させることにより、貫通孔５２４に燃料が流れるときにのみ、ヒータ５２０に電力が供給されることとなり、燃料を昇温させるためのエネルギー効率を向上させることができる。
ヒータ５２０の燃料噴射側の面に、熱伝導率の小さい下側構造体５１０を接合したことにより、マイクロノズル５００から噴射した燃料が跳ね返ってマイクロノズル５００の燃料噴射側の面に付着したとしても、付着した燃料によってヒータ５２０の熱容量が大きくなってしまうことを防止することができる。したがって効率よくヒータ５２０を通過する燃料を昇温することができる。

本実施例では、ヒータ５２０において図１４の横方向に電流を流してヒータ５２０を昇温させるものとしたが、これに限定されず、上記各実施例と同様に、図１４中、上面から下面へ向けて、または下面から上面へ向けて電流を流すこともできる。
熱絶縁部５１８を、真空状態によって形成するものとしたが、これに限定されず、熱低効率の高い他の材料を用いることもできる。

次に第４の実施例におけるマイクロノズルの製造方法の変形例について説明する。
図１７に、マイクロノズル５００の製造方法を示す。
ヒータ５２０に貫通孔５２５のみを形成する。
電極孔５１７Ａ、５１７Ｂのみが形成された上側構造体５１５と、貫通孔５２５のみが形成されたヒータ５２０と、穴あけ加工がされていない下側構造体５１０とを拡散接合によって接合する。
この拡散接合を真空雰囲気中で行うことにより、貫通孔５２５内が熱絶縁部５１８（真空状態）で充満される。

次に、上側構造体５１５、ヒータ５２０、下側構造体５１０とが一体となった構造体に、ドリル５５０を用いて穴あけ加工によってそれぞれ貫通孔５１６、５２４、５１１を形成する。
この穴あけ加工は、ドリル５５０を用いた加工に限らず、放電加工、エッチング、打ち抜き等の方法を用いることができる。
このように、一体となった上側構造体５１５、ヒータ５２０、下側構造体５１０のそれぞれに貫通孔５１６、５２４、５１１を一度に形成することにより、それぞれの貫通孔５１６、５２４、５１１の位置ずれが防止され、燃料が通過する油路を容易に形成することができる。

次に、第４の実施例におけるヒータの変形例について説明する。
図１８の（ａ）に、本変形例におけるマイクロノズル５００Ａの上面を示し、図１８の（ｂ）に、図１８の（ａ）におけるＦ−Ｆ部断面を示す。図１９は、ヒータ５２０Ａの斜視図である。
１本の帯状の部材にスリット状に貫通孔５２４を形成し、略ウェーブ状に折り曲げることによってヒータ５２０Ａが形成される。
ヒータ５２０Ａは、貫通孔５１６Ａを有する上側構造体５１５Ａと、貫通孔５１１Ａを有する下側構造体５１０Ａとによって挟まれて接合されている。
このとき、上側構造体５１５Ａに設けられた貫通孔５１６Ａと、ヒータ５２０Ａに設けられた貫通孔５２４Ａと、下側構造体５１０Ａに設けられた貫通孔５１１Ａとが連通した状態となっている。
この貫通孔５１６Ａ、５２４Ａ、５１１Ａは、第４の実施例と同様の方法を用いて形成することができる。

ヒータ５２０Ａの端部において、上側構造体５１５Ａと接合される側の面に電極５３０Ａ、５３０Ｂがパターニングより形成される。
上側構造体５１５Ａには、ヒータ５２０Ａと接合したときに電極５３０Ａ、５３０Ｂと対応する位置に、それぞれ電極孔５０６Ａ、５０６Ｂが形成されている。
電極孔５０６Ａ、５０６Ｂには、第４の実施例における取出電極５１９Ａ、５１９Ｂと同様に取出電極５３１Ａ、５３１Ｂが配置され、取出電極５３１Ａ、５３１Ｂの差込方向先端側が電極５３０Ａ、５３０Ｂと接続され、他端側がヒータ５２０Ａに電力を供給するための図示しない電極に接続される。
マイクロノズル５００Ａの外周部は、第４の実施例と同様に図示しない熱分離構造体によって囲まれている。
これにより、上側構造体５１５Ａ、下側構造体５１０Ａ、熱分離構造体とで囲まれる空間が密閉され、第４の実施例と同様に熱絶縁部５１８Ａが形成される。

取出電極５３１Ａ、５３１Ｂを介して電極５３０Ａ、５３０Ｂに電圧が印加されると、ヒータ５２０Ａ内において電極５３０Ａ側から電極５３０Ｂ側へ向けて、または電極５３０Ｂ側から電極５３０Ａ側へ向けて電流が流れる。
したがってヒータ５２０Ａに形成されたすべての貫通孔５２４Ａに対して均等に電流を流すことができ、ヒータ５２０Ａの温度分布を均一化させることができる。
なお本変形例においては、ヒータ５２０Ａを略ウェーブ状に折り曲げるものとしたが、これ以外にもたとえば、帯状のヒータ部材を渦巻き型に形成するなど種々の形状に形成することもできる。

なお、第４の実施例において、針弁が開くタイミングでヒータに電力を供給する構成としたが、上記他の実施例、変形例においても、針弁の開閉に同期してヒータに通電を行って燃料を加熱するようにしてもよい。

第１の実施例における燃料噴射部近傍の断面図である。 マイクロノズルの一部破断図である。 図２における領域Ａの拡大断面図である。 マイクロノズルの上面図である。 マイクロノズルの製造工程を示す図である。 第２の実施例におけるマイクロノズルの断面図である。 図６におけるＢ−Ｂ部断面図である。 図６におけるＣ−Ｃ部断面図である。 図７におけるＤ−Ｄ部断面図である。 第２の実施例におけるマイクロノズルの製造工程を示す図である。 第２の実施例におけるマイクロノズルの製造工程を示す図である。 第３の実施例におけるマイクロノズルの断面図である。 第４の実施例における燃料噴射部近傍の断面図である。 マイクロノズルの断面図である。 マイクロノズルの分解斜視図である。 マイクロノズルの製造方法を示す図である。 マイクロノズルの製造方法の変形例を示す図である。 第４の実施例の変形例におけるマイクロノズルを示す図である。 第４の実施例の変形例におけるヒータを示す図である。

符号の説明

１００、１００Ａ インジェクタ
１０１ ケーシング
１０２ 保持具
１０３ 油圧室
１０４ 流量調節孔
１０５ 針弁
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、５００、５００Ａ マイクロノズル
１１２、１１２Ａ、１１２Ｂ、 電極
２００、２００Ａ 半導体基板
２０１、２０１Ａ 外部取出電極
２０４、２０４Ａ、２０４Ｂ 貫通孔
２０５、２０５Ａ 高濃度不純物層
２０６ 不純物層
２０７、２０７Ａ、２０７Ｂ 噴出孔
２２０ 大径孔
２５０ 基板外周部
２５１ 貫通孔形成部
２５２ 円筒部
２５３ 連結部
２５５ 熱分離孔
３００ 電気絶縁体
５０１ 熱分離構造体
５０２ 駆動部
５０３ コントローラ
５０４ 電源
５０５Ａ、５０５Ｂ、５０６Ａ、５０６Ｂ、５１７Ａ、５１７Ｂ 電極孔
５１０、５１０Ａ 下側構造体
５１１、５１１Ａ、５１６、５１６Ａ、５２４、５２５ 貫通孔
５１５、５１５Ａ 上側構造体
５１８、５１８Ａ 熱絶縁部
５１９Ａ、５１９Ｂ、５３１Ａ、５３１Ｂ 取出電極
５２０、５２０Ａ ヒータ
５２１ ヒータ部
５２３Ａ、５２３Ｂ、５３０Ａ、５３０Ｂ 電極

Claims (12)

1. 燃焼室に燃料を噴射するインジェクタにおいて、
   所定の圧力が印加された燃料が供給される油圧室を備えたケーシングと、
   該油圧室内の燃料を噴出する流量調節孔と、
   該流量調節孔の開閉を行う弁と、
   該弁の下流側に設けられたマイクロノズルと、
   該マイクロノズルにエネルギーを供給するエネルギー供給部と、を備え、
   該マイクロノズルは、
   少なくとも１つ以上の貫通孔と、
   該貫通孔を通過する燃料を加熱するための加熱手段とより構成され、
   前記エネルギー供給部から前記加熱手段にエネルギーを供給することによって、前記加熱手段が熱を発生し、前記流量調節孔から噴出されて前記貫通孔を通過する燃料を昇温可能としたことを特徴とするインジェクタ。
2. 前記エネルギー供給部は、前記貫通孔を燃料が通過するタイミングで、前記加熱手段にエネルギーを供給することを特徴とする請求項１に記載のインジェクタ。
3. 前記エネルギーは電力であり、前記加熱手段は通電されることによって熱を発生することを特徴とする請求項１または２に記載のインジェクタ。
4. 前記電力は、前記マイクロノズルの表面から裏面へ、または裏面から表面へ向けて流れることを特徴とする請求項３に記載のインジェクタ。
5. 前記マイクロノズルは、
   前記貫通孔を備え、前記加熱手段を構成する導電性基板と、
   該導電性基板の表裏面のそれぞれに設けられた外部取出電極とを有し、
   前記電力を前記外部取出電極に印加することによって、前記導電性基板に電流が流れ、前記流量調節孔から噴出されて前記貫通孔を通過する燃料を昇温可能としたことを特徴とする請求項４に記載のインジェクタ。
6. 前記マイクロノズルは、
   基板外周部と、該基板外周部に囲まれて前記貫通孔が形成される貫通孔形成部とで構成され、前記加熱手段を構成する導電性基板と、
   前記貫通孔形成部において前記貫通孔を形成した部分の周囲に配置された断熱材と、
   前記基板外周部において前記導電性基板の表裏面のうち一方側の面を覆う第１の不純物層と、
   該第１の不純物層が設けられた状態で、前記導電性基板の表裏面のそれぞれを覆う第２の不純物層と、
   前記基板外周部の表裏面のそれぞれを覆う前記第２の不純物層に形成された外部取出電極とを有し、
   前記第１の不純物層と第２の不純物層とは互いに反対の導電型を持ち、
   前記貫通孔が複数設けられている場合に、前記貫通孔形成部の表裏面において前記貫通孔の周囲に形成された前記第２の不純物層は、各面において互いに一部を連結し、
   該外部取出電極に電圧を印加することによって、前記第２の不純物層から前記貫通孔形成部へ電流が流れ、前記流量調節孔から噴出されて前記貫通孔を通過する燃料を昇温可能としたことを特徴とする請求項４に記載のインジェクタ。
7. 前記マイクロノズルは、
   前記貫通孔を備えた絶縁性基板と、
   該絶縁性基板の表裏面および前記貫通孔の内周面とを被覆し、前記加熱手段を構成する導電性薄膜と、
   前記絶縁性基板の周囲に設けられた外部取出電極とを有し、
   前記電力を前記外部取出電極に印加することによって、前記導電性薄膜に電流が流れ、前記流量調節孔から噴出されて前記貫通孔を通過する燃料を昇温可能としたことを特徴とする請求項４に記載のインジェクタ。
8. 前記マイクロノズルは、前記燃料と触れる部位に保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１に記載のインジェクタ。
9. 前記導電性基板は、半導体材料であることを特徴とする請求項１から６、８に記載のインジェクタ。
10. 前記マイクロノズルは、
    前記貫通孔を備え、前記加熱手段を構成する導電性材料と、
    前記導電性材料における前記貫通孔の周囲に配置された熱絶縁手段とより構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載のインジェクタ。
11. 前記熱絶縁手段は、空気、または真空によって構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のインジェクタ。
12. 前記導電性材料は、金属によって構成されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載のインジェクタ。

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