JP2003334479A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周囲環境の変動が大きくても、燃料等の液体
を均一に微粒子化して噴射することができる液体噴射装
置を提供すること。 【解決手段】 この液体噴射装置１０は、内燃機関の吸
気管２０等により形成される液体噴射空間２１に取り付
けられた噴射ユニット１４と、液体貯蔵タンク２２から
の液体を噴射可能な圧力にまで加圧し、前記噴射ユニッ
トに供給する加圧ポンプ１１とを備えている。噴射ユニ
ットは、加圧ポンプにより供給された液体を微粒子化す
るために、少なくともその壁面に圧電／電歪素子を形成
したチャンバーと、液体吐出用ノズルとを複数個備えて
いる。これにより、噴射ユニットのチャンバー内におい
て、加圧された液体に圧電／電歪素子による振動エネル
ギーが付与され、同液体が微粒子化されて液体吐出用ノ
ズルの先端から液体噴射空間内に噴射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体噴射空間に噴
射された液体原料、及び燃料等を利用する各種機械に適
用され、前記液体噴射空間内に液体を微粒子化して噴射
する液体噴射装置、及びその液体噴射装置が有する噴射
ユニットの共振周波数調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の液体噴射装置には、内燃機関用
燃料噴射装置が知られている。内燃機関用燃料噴射装置
は、液体を加圧するための加圧ポンプと、電磁式噴射弁
とを有してなる所謂電気制御燃料噴射装置であり、広く
実用化されている。ところが、電気制御燃料噴射装置に
おいては、加圧ポンプで加圧された燃料が電磁噴射弁の
噴射口より噴射されるようになっているため、噴射され
た燃料の液滴の大きさは、一般に、最小でも１００μｍ
程度と比較的大きく、またその大きさが均一でない。こ
のような燃料の液滴の大きさや大きさの不均一性は、燃
焼時の未燃燃料を増加させることになり、ひいては有害
排出ガスの増加をまねいている。

【０００３】一方、特開昭５４−９０４１６号公報に開
示されているように、ピエゾ電歪素子の作動により液体
供給通路内の液体を加圧し、同液体を微小液滴として吐
出口から吐出する液滴吐出装置が提案されている。この
ような装置は、例えば、特開平６−４００３０号公報等
に開示されたインクジェット吐出装置の原理を応用して
いて、吐出液滴（噴射される燃料の液滴）を上記電気制
御燃料噴射装置に比べて小さく、且つ均一とすることが
できるので、燃料の微粒子化の点で優れた装置であると
いえる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、インクジェ
ット吐出装置は、温度、圧力等の変動が少なく、比較的
定常的な周囲環境下（例えば、事務所、学校等の室内）
で使用された場合、液体を微細な粒子として噴射すると
いう所期の性能を発揮し得る。しかしながら、内燃機関
等の様に、運転条件等の変動等により激しく変動する周
囲環境下で使用された場合、上記燃料を微粒子化する性
能を十分に発揮することが一般に困難である。従って、
インクジェット吐出装置の原理を応用した装置であっ
て、内燃機関のように周囲環境が激しく変化する機械装
置に対し、液体の微粒子化を十分に達成した上で同液体
を噴射し得る液体（燃料）噴射装置は未だ提供できてい
ないのが現状である。

【０００５】従って、本発明の目的は、噴射する液体の
液滴が小さく、且つその大きさが均一であり、液体の微
粒子化を安定的に達成して同液体を噴射することができ
る液体噴射装置を提供することにある。また、本発明の
他の目的は、液体噴射空間等の液体噴射装置の使用環境
が、激しく且つ突然に変動するような条件下でも、安定
して液体を噴射できる構造を備えた液体噴射装置を提供
することにある。

【０００６】

【発明の概要】本発明は、上記課題に対処すべくなされ
たものであって、その一つは、液体噴射空間に一端が露
呈した液体吐出用ノズルと、同液体吐出用ノズルの他端
と第１の液体供給管の一端とが連通したチャンバーとを
含んでなる流路形成部を備えた噴射ユニットと、所定の
周波数を有する駆動電圧信号を発生する駆動電圧発生手
段と、前記第１の液体供給管の他端が接続された吐出部
を有するとともに、液体貯蔵タンクと連通した導入部を
有し、同導入部から導入した同液体貯蔵タンク内の液体
を加圧して同吐出部から吐出することにより、同液体を
前記噴射ユニットの液体吐出用ノズルを介して前記液体
噴射空間に噴射する加圧手段と、を備えた液体噴射装置
であって、前記噴射ユニットは、前記液体吐出用ノズル
を複数個備えるとともに、前記チャンバーの壁面の一部
に同チャンバーの容積を変化させるための圧電／電歪素
子を含む加圧部を備え、前記駆動電圧発生手段からの駆
動電圧信号により前記圧電／電歪素子を作動させて前記
液体吐出用ノズルから噴射される液体を微粒子化するよ
うに構成した液体噴射装置である。なお、「連通」と
は、直接、又は間接的に接続されていることを意味す
る。また、本明細書において、「管」は「通路」と同義
であるものとして使用される。

【０００７】この装置によれば、加圧手段で加圧された
液体は、複数の液体吐出用ノズルから細分化されて噴射
されるので、液体中に気泡が発生した場合でも、同気泡
が細かく分断され、その結果、気泡の存在による噴射量
の大きな変動が回避され得る。また、圧電／電歪素子の
作動によりチャンバーの容積が変動し、これにより噴射
される液体に振動エネルギー（単に、「振動」と云うこ
ともある。）が付与されるので、液体は液体吐出用ノズ
ルから微粒子化された液滴として噴射される。

【０００８】この場合、微粒子化された液滴の大きさ
は、液体に印加される圧力、圧電／電歪素子の振動の振
幅・周波数、流路の形状、流路の寸法、及び液体の粘度
・表面張力等の物性等により変化するが、液体に加わる
振動の周期が、液体が液体吐出用ノズル内の同ノズルの
端部（液体噴射空間に露呈した開口）近傍において、同
ノズルの端部の直径分に相当する長さだけ移動する時間
より小さい場合、同噴射される液滴の大きさは、おおよ
そ液体吐出ノズルの端部の直径以下となる。従って、例
えば、前記液体吐出用ノズルの液体噴射空間に露呈した
端部（開口）の直径を数十μｍ以下に設計すれば、上記
液体噴射装置は極めて均一に微細化された液滴を噴射す
ることが可能となり、例えば、内燃機関用燃料噴射装置
として使用した場合、噴射する燃料を適切な径の液滴に
微粒子化できるので、内燃機関の燃費の向上、及び有害
排出ガスの低減を実現することができる。

【０００９】また、上記構成によれば、液体の噴射に必
要な圧力は加圧手段により発生されることから、適用す
る機械の運転条件等の変動などにより、液体噴射空間の
環境（例えば、圧力や温度）が激しく変動しても、同液
体を所望の微細な粒子として安定して噴射、供給するこ
とができる。

【００１０】更に、従来のキャブレター（気化器）は、
液滴吐出空間（液体噴射空間）である吸気管内の空間の
空気流速に応じて燃料（液体）流量が決定され、霧化の
程度も同空気流速に依存して変化したが、上記本発明の
液体噴射装置によれば、空気流速に拘らず良好な霧化状
態を維持した燃料（液体）を必要量だけ吐出することが
できる。加えて、本発明による液体噴射装置によれば、
従来の燃料噴射用インジェクタのノズル部にアシストエ
アを供給することで燃料の霧化を促進する装置のよう
に、アシストエアを供給するためのコンプレッサを必要
としないので、装置を廉価なものとすることができる。

【００１１】ここで、請求項２に係る発明のように、前
記液体噴射装置が、前記液体噴射空間に露呈する液体噴
射口、同液体噴射口に連通した液体通路、及び同液体通
路を開閉する電磁弁を備えた噴射弁と、前記噴射弁の液
体通路と前記加圧手段の吐出部とを連通するための第２
の液体供給管とを更に備えることが望ましい。

【００１２】これにより、液体が、前記第１の液体供給
管、及び噴射ユニットを介する経路とは別系統の第２の
液体供給管、及び噴射弁を介して噴射され得るので、必
要に応じて液体を大量に噴射することができる。

【００１３】更に、請求項３に係る発明のように、前記
第１の液体供給管に介装されるとともに、前記加圧手段
により発生された液体の圧力を低減するレギュレターを
備えることが好適である。

【００１４】前記噴射ユニットを採用した液体噴射装置
においては、前記圧電／電歪素子の作動により液体を微
粒子化するため、同液体の微粒子化のために高い圧力を
必要としないので、加圧手段に要求される発生圧力は本
来的には小さい。換言すると、加圧手段には、例えば、
その発生圧力が数気圧以下という安価な低圧ポンプを採
用することができる。しかしながら、上記請求項２に係
る発明のように、噴射弁を介した別系統の液体供給経路
にて液体を噴射する場合（即ち、所謂電気制御燃料噴射
装置のような装置を追加設置した場合）、同噴射弁から
噴射される液体を微粒子化するために、加圧手段として
相対的に発生圧力の高い高圧ポンプを使用する必要があ
る。このとき、請求項３に係る発明のように、加圧手段
により発生する液体の圧力を、レギュレターによって低
減するように構成すれば、別途、低圧ポンプを採用する
必要がないので、液体噴射装置のコストを低減すること
ができる。

【００１５】また、上記何れかの液体噴射装置は、請求
項４に係る発明のように、前記圧電／電歪素子の作動に
よる前記チャンバーの容積の変化量に対する前記チャン
バーの容積の比（チャンバー容積／容積変化量）が２以
上で３０００以下の値であるように構成されることが望
ましい。

【００１６】これは、前記比（チャンバー容積／容積変
化量）が３０００を超えると、チャンバー内の液体に伝
わる振動のエネルギー量が少なくなるため、液体の十分
な微粒子化が実現されないからであり、同比（チャンバ
ー容積／容積変化量）が２より小さくなると、チャンバ
ー内の液体の圧力が大きく変動するため、吐出量（噴射
流量）が不安定となるとともに、液体がガソリン燃料の
ように揮発性である場合には、液体内部に気泡が多量に
発生して安定した噴射ができなく惧れがあるからであ
る。なお、前記比（チャンバー容積／容積変化量）は、
２以上で１５００以下の値であることがより好ましい。

【００１７】また、上記何れかの液体噴射装置は、請求
項５に係る発明のように、前記チャンバーが、前記第１
の液体供給管側から前記液体吐出用ノズル側に向け前記
液体の流れる流路部を含み、同液体の流れる方向と直交
する平面にて切断した同流路部の断面の形状が略長方形
となるように構成されるとともに、同長方形の少なくと
も一辺を含む同チャンバーの壁面の少なくとも一部に前
記圧電／電歪素子が固定され、同一辺の長さに対する同
一辺に直交する辺の長さの比が１より小さくなるように
構成されることが好適である。

【００１８】また、上記何れかの液体噴射装置は、請求
項６に係る発明のように、前記チャンバーが、一の端部
にて液体導入孔を介して前記第１の液体供給管の一端に
連通するとともに、他の端部にて前記液体吐出用ノズル
の他端に接続され、同一の端部から同他の端部に向けて
前記液体が流れるように構成された流路部を含み、同液
体の流れる方向と直交する平面にて切断した前記流路部
の断面の面積が、前記液体導入孔の断面積、及び前記液
体吐出用ノズルの前記液体噴射空間に露呈した一端にお
ける断面積のそれぞれより大きくなるように構成される
ことが好適である。

【００１９】チャンバーが上記のように構成されれば、
チャンバー内を流れる液体に圧電／電歪素子による振動
のエネルギーを効率的に伝えることができるとともに、
同振動のエネルギーを液体全体に隈なく伝えることがで
きるので、液体の種類に拘らず、同液体を確実に微粒子
化することが可能となる。

【００２０】また、請求項７に係る発明のように、前記
液体吐出用ノズルの前記液体噴射空間に露呈した一端に
おける断面積が前記液体導入孔の断面積より大きくなる
ように構成されることが好適である。

【００２１】これによれば、チャンバー内の液体に加わ
る圧電／電歪素子の振動エネルギーが液体導入孔を介し
て第１の液体供給管内の液体に伝達され同第１の液体供
給管内で減衰され難くなり、同振動エネルギーが液体吐
出用ノズルの一端から吐出される液体に効率よく伝達さ
れるので、同液体の微粒化が確実に達成される。

【００２２】なお、上記チャンバー、及び／又は圧電／
電歪素子の配置・構成は、それぞれ単独に採用しても、
その効果を発揮するが、組み合わせて採用することによ
って、より大きな効果を発揮する。

【００２３】また、請求項８に係る発明のように、上記
何れかの液体噴射装置の噴射ユニットは、液体通路と同
液体通路を開閉する電磁弁とを含むとともに、前記第１
の液体供給管の一端と前記チャンバーとを同液体通路に
より連通するように配設された電磁式開閉弁を備え、前
記電磁式開閉弁の電磁弁が開弁されたときに前記液体吐
出用ノズルから前記液体を噴射するように構成されるこ
とが好適である。

【００２４】これにより、例えば、従来から内燃機関用
燃料噴射装置に広く採用されている電磁式燃料噴射弁の
ような電磁式開閉弁を制御することで、噴射ユニットか
らの噴射量を精細にコントロールすることが可能とな
る。従って、例えば、内燃機関用燃料供給装置として係
る構造の液体噴射装置を使用した場合、液体の微粒子化
に加えて噴射量が精密に制御されるから、同内燃機関の
燃費の向上、同内燃機関からの有害排出ガスの低減をよ
り確実に実現できる。

【００２５】更に、請求項９に係る発明のように、上記
何れかの液体噴射装置が、前記第１の液体供給管に介装
されるとともに同第１の液体供給管の通路を開閉する電
磁式開閉弁と、前記第１の液体供給管の前記電磁式開閉
弁と前記加圧手段の吐出部の間と、前記液体貯蔵タンク
とを、前記加圧手段に対して並列に連通するとともに、
前記電磁式開閉弁と前記加圧手段の吐出部の間の前記第
１の液体供給管内の液体の圧力が所定圧力以上となった
ときにのみ、前記電磁式開閉弁と前記加圧手段の吐出部
の間の前記第１の液体供給管から前記液体貯蔵タンクへ
の液体の流れを許容する逆止弁を介装したバイパス管と
を備えることが好適である。

【００２６】これにより、電磁式開閉弁を制御して噴射
ユニットからの噴射量を精細にコントロールすることが
可能となるので、液体の微粒子化の効果と相乗し、例え
ば、内燃機関用燃料供給装置として係る構造の液体噴射
装置を使用した場合、燃費の向上、有害排出ガスの低減
をより確実に実現できる。また、上記バイパス管によ
り、前記第１の液体供給通路内の液体の圧力が所定圧力
を超えて上昇した場合、同液体を液体貯蔵タンクへ戻し
て同圧力を同所定圧力以下に低下させ得るので、装置の
破損、不要な液体漏れ等を防止することができる。

【００２７】また、請求項１０に係る発明のように、上
記何れかの液体噴射装置の噴射ユニットの流路形成部は
ジルコニアセラミックスから形成されるとともに、その
流路形成部と加圧部の圧電／電歪素子とが焼成により一
体的に形成されてなることが好適である。

【００２８】これによれば、ジルコニアセラミックスの
特性により、圧電／電歪素子による壁面の頻繁な変形に
対して高い耐久性を維持し得る流路形成部を備えるとと
もに、複数の液体吐出用ノズルを有する噴射ユニット
を、全長で数ｃｍ以下という小ささで実現できる。ま
た、流路形成部をセラミックスの一体焼成により容易に
形成できるとともに、圧電／電歪素子である加圧部を流
路形成部に対し焼成により容易且つ強固に接合すること
が可能になり、同加圧部の発生する力を前記チャンバー
に確実に伝達させることができる。

【００２９】また、請求項１１に係る発明のように、上
記何れかの液体噴射装置の噴射ユニットは、前記流路形
成部と前記加圧部とが別体として構成されるとともに、
同加圧部の圧電／電歪素子は前記チャンバーの壁面に接
着されてなることが好適である。

【００３０】これによれば、流路形成部と加圧部の圧電
／電歪素子とを一体的に焼成しないので、同流路形成部
の特にチャンバーの壁面を構成する部材（振動板）の材
料の選択幅を広げることができる。即ち、チャンバーの
壁面部材をジルコニア等のセラミックスだけでなく、セ
ラミックス以外の材料で形成することができるから、例
えば、チャンバーの壁面を靭性の良好な金属材料で形成
すれば、噴射ユニットの耐久性を向上することができ
る。また、加圧部である圧電／電歪素子の材料が流路形
成部の一部であるチャンバーの壁面に焼成により浸透し
て同チャンバー壁面の靱性を低下させることがないか
ら、仮に、チャンバーの壁面部材がセラミックスで構成
されたとしても、優れた耐久性を備える噴射ユニットが
提供され得る。なお、セラミックス以外の流路形成部の
材料例としては、各種ステンレス鋼（ＳＵＳ）、又は各
種ばね鋼鋼材等の鉄系材料、ベリリウム銅、リン青銅、
ニッケル、又はニッケル鉄合金等の非鉄系材料を挙げる
ことができる。

【００３１】また上記のように、圧電／電歪素子を流路
形成部に接着した液体噴射装置の場合、請求項１２に係
る発明のように、前記加圧部が前記流路形成部の前記チ
ャンバーの壁面を押圧して同チャンバーの容積を変化さ
せるように構成されてなることが好適である。

【００３２】これによれば、圧電／電歪素子の押圧力に
よりチャンバーの壁面を変形するから、圧電／電歪素子
と流路形成部との間の接着強度に拘らず長期間に渡り確
実にチャンバーの容積を変更することが可能で、従っ
て、耐久性に優れた液体噴射装置を提供することができ
る。

【００３３】また、請求項１３に係る発明のように、前
記加圧部は、前記加圧部により押圧されるチャンバー壁
面（上壁）よりも剛性が高く、且つ（同チャンバーの壁
面が前記加圧部により変形せしめられていない場合にお
ける）同チャンバーの壁面に対して一定の距離を隔てて
前記流路形成部に移動不能に固定されたセラミックスの
板を含み、前記圧電／電歪素子は、薄板状に形成される
とともに、一面において前記セラミックの板に対し焼成
により一体的に接合され、他面において前記加圧部によ
り押圧されるチャンバーの壁面に接着されてなることが
好適である。

【００３４】これによれば、セラミックの板に焼成によ
り一体的に接合された圧電／電歪素子が、振動板として
機能するチャンバーの壁面（圧電／電歪素子を備えた壁
面）を繰り返し押圧することにより、チャンバー内の液
体に振動が加えられ、噴射される液体が微粒子化する。
このとき、圧電／電歪素子による振動に実質的に関与す
る部分は、前記チャンバー、前記チャンバーの壁面、前
記圧電／電歪素子、及び前記セラミックスの板となり、
同セラミックスの板の剛性が高いことから、これらで構
成された部分の共振周波数が上昇する。

【００３５】ところで、一般に、前記振動板として機能
するチャンバーの壁面が前記共振周波数以下の周波数で
振動せしめられると、同振動板として機能するチャンバ
ーの壁面は、同壁面とチャンバーを構成する他の壁面と
の交線のみを振動の節として変形するので（即ち、前記
振動板として機能する壁面が単一の腹を有するように変
形するので）、液体を所望の粒径の微粒子として噴射す
るために必要な振動を同液体に確実に加えることができ
る。

【００３６】これに対し、前記振動板として機能するチ
ャンバーの壁面が、前記圧電／電歪素子による振動に実
質的に関与する部分の共振周波数より大きな周波数で振
動せしめられると、同壁面は複数の波面を有するように
変形してしまい、噴射する液体を所望の粒径の微粒子と
するための振動を同液体に加え難くなる。

【００３７】以上のことから、上記構成によれば、前記
圧電／電歪素子による振動に実質的に関与する部分の共
振周波数が上昇せしめられるから、チャンバーの壁面を
より高周波数で振動させても液体を確実に微粒子化する
ことが可能となり、従って、噴射する液体の粒径をより
小さくすることができる。或いは、加圧手段の発生圧力
を高めて単位時間当りの噴射量を増大した場合にあって
も、前記上昇した高周波数までの高い周波数でチャンバ
ーの壁面を振動させることにより、液体を確実に微粒子
化することができるから、同微粒子化された液滴を多量
に供給することができる。

【００３８】また、請求項１４に係る発明のように、前
記加圧部は、層状の圧電／電歪素子と層状の電極とを交
互に多層にわたり積層してなることが好適である。

【００３９】これにより、低い電圧でも、加圧部がチャ
ンバーの壁面を変形させる力（変形力、加圧力）を大き
くすることができ、従って、前記チャンバーの壁面の変
位量（同チャンバーの容積変化量）を大きくすることが
できるので、液体噴射装置の消費電力を低下させること
ができる。また、前記圧電／電歪素子を備えたチャンバ
ーの壁面の幅、及び／又は長さを小さくすると、同壁面
の剛性が大きくなって同壁面は変形し難くなるところ、
上記構成によれば同チャンバーの壁面を変形させる力が
大きいので、同チャンバーの壁面を所望の量だけ変形で
き、チャンバーの容積変化量を確保できる。従って、チ
ャンバーの壁面の幅、及び／又は長さを小さくしても、
噴射される液体が微粒子化されるように同液体を加圧で
きるので、噴射ユニットを小型化することができる。

【００４０】また、請求項１５に係る発明のように、前
記チャンバーは液体導入孔を介して前記第１の液体供給
管の一端に接続されてなり、前記駆動電圧発生手段は、
前記駆動電圧信号の電圧を所定電圧まで増大して前記チ
ャンバーの容積を減少させることにより同チャンバー及
び前記液体導入孔内の液体の圧力を上昇させた後、同液
体導入孔内の液体の圧力が前記加圧手段によって発生せ
しめられる圧力に実質的に低下するまで前記電圧を前記
所定電圧に維持し、その後前記電圧を減少するように構
成されることが好適である。

【００４１】本発明の液体噴射装置は、液体を加圧し得
る圧電／電歪素子と加圧手段とを備えているので、圧電
／電歪素子の加圧動作直後においては液体導入孔内部に
て同圧電／電歪素子による圧力上昇と同加圧手段による
圧力上昇が重畳し、従って、同部における液体の圧力は
相当に大きくなっている。このため、かかる状態から直
ちに駆動電圧信号の電圧の減少を開始すると、同部にお
ける液体の圧力変化が急激となるので、気泡が発生する
惧れがある。そこで、上記のように、圧電／電歪素子に
付与する駆動電圧信号の電圧を所定電圧まで増大してチ
ャンバー及び液体導入孔内の液体の圧力を上昇させた後
は、同液体導入孔内の液体の圧力が前記加圧手段によっ
て発生せしめられる圧力に実質的に低下するまで前記電
圧を前記所定電圧に維持し、その後前記電圧を減少する
ように構成すれば、上記圧力の急変が回避されて気泡が
発生しないので、液体の噴射を安定して行うことができ
る。

【００４２】また、請求項１６に係る発明のように、前
記液体噴射装置は、前記駆動電圧信号の所定の周波数と
前記噴射ユニットの共振周波数とが実質的に一致するよ
うに構成されることが好適である。

【００４３】これによれば、少ないエネルギーで噴射ユ
ニットの壁面を大きく振動させることができるので、液
体噴射装置の消費電力を小さくすることができる。

【００４４】また、請求項１７に係る発明のように、前
記噴射ユニットは前記チャンバーを複数備えるととも
に、前記複数のチャンバーのうちの少なくとも一つは前
記液体吐出用ノズルを複数備えることが好適である。

【００４５】これによれば、噴射ユニットの大きさを変
えることなく、均一で微細な粒径を有する液滴を一時に
多量に噴射することが可能な液体噴射装置が提供され得
る。

【００４６】また、請求項１８に係る発明のように、前
記液体吐出用ノズルの前記液体噴射空間に露呈した一端
の液体噴射口の形状は、略楕円形状、略長円形状、及び
略長方形状のうちの何れか一つであることが好適であ
る。

【００４７】これによれば、略楕円形状、略長円形状、
及び略長方形状のうちの何れか一つの形状とした液体噴
射口の断面積を、形状を円形とした液体噴射口と同じ断
面積とすると、楕円，長円，又は長方形の短軸は円の直
径よりも短くなり、チャンバー内で液体に加えられた振
動により生じる吐出液体のくびれ部の最小径が、同液体
噴射口の形状が円形である場合よりも小さくなる。ま
た、液体は空間内において表面張力によって球形になろ
うとする性質がある。この結果、略楕円形状、略長円形
状、及び略長方形状のうちの何れか一つである形状の液
体噴射口から吐出される液体は、液体噴射口の形状が円
形形状である場合よりも小さくなる最小径部分から分離
し、小さな直径を有する球形の微粒子となるので、より
一層の微粒子化が達成される。

【００４８】換言すると、液体噴射口の形状を長軸と短
軸を有する略楕円形状等の形状とすれば、吐出される液
体の粒径を同液体噴射口の形状を円形形状とした場合と
同じ大きさとするとき、同略楕円形状等の短軸を円形形
状の直径と同じとすればよく、その結果、長軸は円形形
状の直径よりも大きくできるので、液体噴射口の面積を
大きくすることができ、その結果、噴射される液体の量
（吐出流量）を大きくすることができる。

【００４９】この場合、上述した何れかの液体噴射装置
であって、更に、前記噴射ユニットは前記液体噴射空間
に一端が露呈した気流用ノズルを備え、前記液体吐出用
ノズルを介する液体の噴射とともに前記気流用ノズルを
介して気体を噴射するように構成されることが好適であ
る。これによれば、微粒子化されて直進性が低下した微
粒子状の液滴を噴射される気体が形成する気流により所
望の位置・方向に輸送することができる。また、液滴同
士が滞留して結合し、粒径が大きくなることを回避でき
る。

【００５０】また、上述した何れかの液体噴射装置であ
って、前記液体吐出用ノズルの前記液体噴射空間に露呈
した一端は前記噴射ユニットの下面に開口した液体噴射
口を構成し、前記気流用ノズルの一端は前記噴射ユニッ
トの前記下面に開口した気体噴射口を構成してなること
が好適である。これによれば、液体噴射口と気体噴射口
が同一平面に形成されるので、液体噴射口に残存する液
膜を気流により除去することができ、液膜によって大き
な粒径の液滴が発生することを回避することが可能とな
る。また、かかる液体噴射装置の噴射ユニットは、前記
液体噴射口と前記気体噴射口とをそれぞれ複数有すると
ともに、同液体噴射口と同気体噴射口とが（同噴射ユニ
ットの下面において）交互に配置されることが好適であ
る。これによれば、液体の噴射流と気体の噴射流とが隣
り合うので、前記液膜をより効果的に除去するととも
に、液滴を気流によって所望の位置・方向へ効果的に輸
送することができる。この場合、例えば、液体噴射口及
び気体噴射口が正方格子（長方格子でもよい）の格子点
上に配置されるとき、一の液体噴射口に対して最短距離
で隣接する格子点上に気体噴射口を配置してもよく、液
体噴射口及び気体噴射口がそれぞれ列状に配置されると
き、隣接する列が異なる噴射口の列となるように（つま
り、液体噴射口の列を気体噴射口の列が挟むように）配
置してもよい。

【００５１】更に、上述した気流用ノズルを備えた液体
噴射装置であって、前記液体の噴射開始前に前記気体の
噴射を開始し、同液体の噴射終了後に同気体の噴射を終
了する噴射制御手段（電気制御装置等）を採用すること
が好適である。これによれば、噴射前及び噴射後に液体
吐出用ノズルの一端（液体噴射口）に付着した液膜を除
去できるので、噴射開始時において液膜によって大きな
粒径の液滴が発生することを回避することが可能とな
る。

【００５２】また、上述した気流用ノズルを備えた液体
噴射装置であって、前記噴射ユニットは、前記気流用ノ
ズルを介する気体の噴射方向を制御・規制する気流方向
制御壁を備えることが好適である。これによれば、気流
の方向を制御できるので、同気流により輸送される液滴
の進行方向も所望の方向とすることが可能となる。

【００５３】この場合、液体吐出用ノズルの一端（液体
噴射口）と前記気流方向制御壁との間（より具体的に
は、前記液体吐出用ノズルの一端と、前記気流方向制御
壁と前記噴射ユニットの下面との交線の間）に気流用ノ
ズルの一端（気体噴射口）を配置することが好適であ
る。これによれば、噴射された液滴が気流方向制御壁に
付着することを回避することができる。また、液体吐出
用ノズルの一端（液体噴射口）と気流用ノズルの一端
（気体噴射口）とは、より効率的に気流によって液滴を
輸送するため、前記噴射ユニットの下面において交互に
配置されることが有利である。更に、液体吐出用ノズル
と気流用ノズルは、液体と気体を互いに平行に噴射する
ように構成されることが好適である。これによれば、液
体の噴射を気流に容易に乗せることができる。また、噴
射される気流を確実な気流とするため、液体噴射速度は
気体噴射速度より小さくなるように構成することが好適
である。

【００５４】本発明の他の特徴は、液体噴射空間に一端
が露呈した液体吐出用ノズルと、前記液体吐出用ノズル
の他端と第１の液体供給管の一端とが連通したチャンバ
ーと、同チャンバーの壁面に形成された下部電極と、前
記下部電極に対向するように形成された上部電極と、前
記下部電極と前記上部電極との間に形成された圧電／電
歪素子とを有する噴射ユニットと、前記上部電極と前記
下部電極との間に所定周波数の駆動電圧信号を与えるこ
とにより前記圧電／電歪素子に電界を付与し、この電界
により前記圧電／電歪素子を作動させて前記チャンバー
の壁面を振動させる駆動電圧発生手段と、前記第１の液
体供給管の他端が接続された吐出部を有するとともに、
液体貯蔵タンクと連通した導入部を有し、同導入部から
導入した同液体貯蔵タンク内の液体を加圧して同吐出部
から吐出することにより、同液体を前記噴射ユニットの
液体吐出用ノズルを介して前記液体噴射空間に噴射する
加圧手段と、を備えてなり、前記液体吐出用ノズルから
噴射される液体を前記圧電／電歪素子の作動により微粒
子化するように構成した液体噴射装置における前記噴射
ユニットの共振周波数調整方法であって、前記上部電極
の一部をトリミングして同上部電極と前記下部電極とに
よって前記圧電／電歪素子の前記電界が付与される領域
を変化させることにより、前記噴射ユニットの共振周波
数を前記駆動電圧信号の所定周波数近傍の周波数と一致
するように調整するようにしたことにある。

【００５５】これによれば、レーザー等による上部電極
のトリミングによって、噴射ユニットの共振周波数と駆
動電圧信号の周波数とを簡単に略一致させることができ
る。また、チャンバーを複数備えた場合、各チャンバー
間の共振周波数を容易に調整し、それらを略同一とする
ことができるので、同各チャンバー毎に周波数が異なる
駆動電圧信号を発生する駆動電圧発生手段を備える必要
がなく、装置を廉価とすることができる。

【００５６】

【発明の実施の形態】以下、本発明による液体噴射装置
の各実施形態を詳細に説明する。図１に概略的にその構
成を示した本発明の第１実施形態に係る液体噴射装置
（液体噴霧装置、液体供給装置、液滴吐出装置）１０
は、例えば、内燃機関の吸気管２０等により形成される
燃料噴射空間２１に微粒子化された液体（液体燃料）を
噴射するためのものであって、加圧手段としての加圧ポ
ンプ１１（この実施形態では、低圧ポンプ１１）、第１
の液体供給通路を構成する第１の液体供給管１２、第１
の液体供給管１２の一端が接続されるととともに、液体
中のゴミ、異物等を除去するフィルター１３、フィルタ
ー１３を介して前記第１の液体供給管１２の一端と連通
され、噴射する液体を微粒子化するために少なくともそ
の壁面に圧電／電歪素子を形成したチャンバーと吐出用
ノズルとを複数個備えた噴射ユニット（噴霧ユニット）
１４、及び噴射ユニット１４を吸気管２０に接続する吐
出管１５とを備えている。

【００５７】加圧ポンプ１１は、液体貯蔵タンク２２の
底部に連通されるとともに同液体貯蔵タンク２２から液
体が供給される導入部１１ａと、第１の液体供給管１２
の他端に接続される吐出部１１ｂとを備えている。この
加圧ポンプ１１は、前記導入部１１ａから導入した液体
貯蔵タンク２２からの液体を、噴射ユニット１４を介し
て（仮に、噴射ユニット１４の圧電／電歪素子が作動さ
れていない場合であっても）液体噴射空間２１に対し噴
射し得る圧力まで加圧し、前記吐出部１１ｂから第１の
液体供給管１２内に吐出するようになっている。

【００５８】噴射ユニット１４は、その平面図である図
２、及び図２の１−１線に沿った平面で同噴射ユニット
１４を切断した断面図である図３に示したように、各辺
が互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸に平行に延びる略直方体
形状を有し、順に積層・圧着される複数のセラミックス
の薄板体（以下、「セラミックシート」と称呼する。）
１４ａ〜１４ｆからなる流路形成部１４Ａと、セラミッ
クシート１４ｆの外側面（Ｚ軸正方向のＸ−Ｙ平面に沿
った平面）に固着された圧電／電歪素子１４ｇからなる
加圧部１４Ｂとから構成されている。この噴射ユニット
１４は、その内部に液体供給通路１４−１と、互いに独
立した複数（ここでは７個）のチャンバー１４−２と、
各チャンバー１４−２と液体供給通路１４−１とを連通
する複数の液体導入孔１４−３と、各チャンバー１４−
２と噴射ユニット１４の外部とを連通させるように各一
端が液体噴射空間２１に吐出管１５を介して実質的に露
呈してなる複数の液体吐出用ノズル１４−４と、フィル
ター１３が連結される液体注入口１４−５とを備えてい
る。

【００５９】液体供給通路１４−１は、セラミックシー
ト１４ｃに形成され、長軸及び短軸がそれぞれＸ軸方向
及びＹ軸方向に沿う長円形の切欠き部の側壁面、セラミ
ックシート１４ｂの上面、及びセラミックシート１４ｄ
の下面により画定された空間であって、液体注入口１４
−５、フィルター１３、第１の液体供給管１２、及び加
圧ポンプ１１を介して液体貯蔵タンク２２と連通されて
いて、噴射（噴霧）すべき液体が加圧ポンプ１１により
加圧された状態にて供給されるようになっている。

【００６０】複数のチャンバー１４−２の各々は、セラ
ミックシート１４ｅに形成され、長軸及び短軸がそれぞ
れＹ軸方向及びＸ軸方向に沿う長円形の切欠き部の側壁
面、セラミックシート１４ｄの上面、及びセラミックシ
ート１４ｆの下面により画定された長尺空間（長手方向
を有する液体の流路部）である。各チャンバー１４−２
のＹ軸正方向の一の端部は、液体供給通路１４−１の上
部にまで延びていて、各チャンバー１４−２は、この一
の端部にてセラミックシート１４ｄに設けられた直径ｄ
を有する中空円筒状の液体導入孔１４−３により液体供
給通路１４−１と連通している。なお、以下において
は、前記直径ｄを単に「導入孔直径ｄ」とも称呼する。
また、各チャンバー１４−２のＹ軸負方向の他の端部
は、前記液体吐出用ノズル１４−４の他端に接続されて
いる。以上の構成により、前記流路部には、第１の液体
供給管１２側から液体吐出用ノズル１４−４側に向けて
前記液体が流れるようになっている。

【００６１】複数の液体吐出用ノズル１４−４の各々
は、セラミックシート１４ａに設けられた直径がＤであ
る中空円筒状の貫通孔であって前記液体噴射空間２１に
実質的に露呈した一端（液体噴射口，液体噴射空間に露
呈した開口又は開口部，吐出孔）１４−４ａと、同液体
噴射口１４−４ａからチャンバー１４−２に向かって順
次大きさ（直径）が大きくなる各セラミックシート１４
ｂ〜１４ｄに形成された中空円筒状の連通孔１４−４ｂ
〜１４−４ｄとにより形成されている。各液体吐出用ノ
ズル１４−４の軸線はＺ軸と平行となっている。なお、
以下においては、前記直径Ｄを単に「ノズル直径Ｄ」と
も称呼する。

【００６２】各チャンバー１４−２の形状、及び大きさ
について付言すると、各チャンバー１４−２は、それぞ
れの各中央部（流路部）において、液体の流れる方向と
直交する平面にて切断した同流路部の断面の形状が略四
角形（長方形）となっている。また、長尺形状である流
路部の長軸Ｌ（Ｙ軸に沿った長さ）及び短軸Ｗ（Ｘ軸に
沿った長さであって、前記四角形の一辺の長さ）は、そ
れぞれ３．５ｍｍと０．３５ｍｍであり、その高さＴ
（Ｚ軸に沿った長さであって、前記四角形の一辺に直交
する辺の長さ）は、０．１５ｍｍである。即ち、流路部
の断面の形状である四角形において、圧電／電歪素子を
備えた一辺（短軸Ｗ）の長さに対する、同一辺に直交す
る辺の長さ（高さＴ）の比（Ｔ／Ｗ）は、０．１５／
０．３５＝０．４３であり、この比（Ｔ／Ｗ）は０より
大きく１より小さいことが望ましい。また、液体吐出用
ノズルの端部１４−４ａの直径Ｄと、液体導入孔１４−
３の直径ｄは、それぞれ０．０３１ｍｍ、０．０２５ｍ
ｍとした。この場合、前記チャンバー１４−２の流路の
断面の面積Ｓ１（＝Ｗ×Ｔ）は、液体吐出用ノズルの端
部１４−４ａの断面積Ｓ２（＝π・（Ｄ／２）²）よりも
大きく、且つ、液体導入孔１４−３の断面積Ｓ３（＝π
・（ｄ／２）²）よりも大きいことが望ましい。また、液
体の微粒子化のためには、断面積Ｓ２は断面積Ｓ３より
大きいことが望ましい。

【００６３】各圧電／電歪素子１４ｇは、平面視で（Ｚ
軸正方向から見て）各チャンバー１４−２よりも僅かに
小さく、同平面視でチャンバー１４−２の内側に配設さ
れるようにセラミックシート１４ｆの上面（チャンバー
１４−２の前記流路部の断面である四角形の一辺を含む
壁面）に固着（焼成により接合）されていて、同各圧電
／電歪素子１４ｇの上面及び下面に設けられた図示しな
い電極間に図示しない電気制御装置（駆動装置、即ち、
駆動電圧信号発生手段）によって付与される電位差に基
づき作動して（駆動されて）、同セラミックシート１４
ｆ（チャンバー１４−２の上壁）を変形させ、これによ
り、チャンバー１４−２の容積をΔＶだけ変化させるよ
うになっている。

【００６４】上記セラミックシート１４ａ〜１４ｆと、
その積層体の形成方法については、下記の方法を採用し
た。 １；粒径が０．１〜数μｍのジルコニア粉末を用いてセ
ラミックグリーンシートを形成する。 ２；このセラミックグリーンシートに対し、金型パンチ
とダイを用いた打ち抜き加工を施し、図３に示したセラ
ミックシート１４ａ〜１４ｅに対応する切欠き部（チャ
ンバー１４−２、液体導入孔１４−３、液体供給通路１
４−１、液体吐出用ノズル１４−４、液体注入口１４−
５（図２を参照）に対応する空隙）を形成する。 ３；各セラミックグリーンシートを積層、加熱圧着後、
１４５０℃−２ｈにて焼成、一体化する。

【００６５】こうして出来あがったセラミックシートの
積層体のチャンバー部分に相当する個所の上面に、電極
に挟持された圧電／電歪素子１４ｇを形成し、噴射ユニ
ット１４を作製した。

【００６６】以上のように構成された液体噴射装置１０
を内燃機関に適用し、同液体噴射装置１０を用いて吸気
管２０内にガソリンを噴霧し、同内燃機関を稼動させ
た。即ち、加圧ポンプ１１にて加圧されたガソリンを第
１の液体供給管１２、フィルター１３を介して噴射ユニ
ット１４に供給し、噴射ユニット１４内のチャンバー１
４−２内を流れるガソリンに対し、圧電／電歪素子１４
ｇを所定周期（所定の駆動周波数）で振動させることに
より生じる振動（振動エネルギー）を与え、この振動で
ガソリンを微粒子化して液体吐出用ノズル１４−４の液
体噴射口１４−４ａから噴射した。

【００６７】この場合、液体に与える振動の強さは、圧
電／電歪素子１４ｇの上面及び下面に設けられた図示し
ない電極間に付与される電位差（即ち、圧電／電歪１４
ｇに加わる電界の強さ）や、セラミックシート１４ｆ
（チャンバー１４−２の上壁）の厚さ等により変化す
る。本例においては、圧電／電歪素子１４ｇの作動によ
りセラミックシート１４ｆを変形させ、これにより得ら
れるチャンバー１４−２の容積変化量ΔＶは、チャンバ
ー１４−２の容積Ｖに関する比Ｖ／ΔＶ（即ち、チャン
バー容積／容積変化量）で表すと、同比Ｖ／ΔＶが１５
００となるようにした。なお、この比Ｖ／ΔＶは、２以
上で３０００以下の値、特に、２以上で１５００以下の
値であることが好ましい。

【００６８】以上の条件にて噴射されるガソリンの液滴
径は３０μｍで均一となり、その結果、燃費の向上、有
害排出ガスの低減が実現できた。

【００６９】次に、本発明の第２実施形態に係る液体噴
射装置３０について、同装置３０の概略を示した図４を
参照しながら説明する。この液体噴射装置３０は、第１
実施形態の液体噴射装置１０に対し、一対の噴射ユニッ
ト１４が吸気管２０に対し左右２箇所に各吐出管１５を
介して接続されている点と、一対の電磁式開閉弁３１、
逆止弁３３を介装したバイパス管３２、及び圧力センサ
３４を備える点とで相違している。

【００７０】各噴射ユニット１４の構成は、第１実施形
態（図１の場合）と同じであり、各第１の液体供給管１
２が、液体中のゴミ、異物等を除去する各フィルター１
３を介して、噴射する液体を微粒子化するために少なく
ともその壁面に圧電／電歪素子を形成したチャンバーと
液滴吐出用ノズルとを複数個だけ備えた各噴射ユニット
１４に連結されている。液体貯蔵タンク２２、及び、液
体を加圧する加圧ポンプ１１は一対の噴射ユニット１４
に対し共通であり各１個だけ設けられている。

【００７１】電磁式開閉弁３１は、第１の液体供給管
（第１の液体供給通路）１２にそれぞれ介装されるとと
もに、同第１の液体供給管１２の各通路を図示しない電
気制御装置からの指示信号に応じて開閉するようになっ
ている。バイパス管３２は、各第１の液体供給管１２の
電磁式開閉弁３１と加圧ポンプ１１の吐出部１１ｂの間
と、液体貯蔵タンク２２とを、加圧ポンプ１１に対して
並列に連通するとともに、逆止弁（リリーフ弁）３３を
介装している。逆止弁３３は、電磁式開閉弁３１と加圧
ポンプ１１の吐出部１１ｂの間の第１の液体供給管１２
内の液体の圧力が所定圧力以上となったときにのみ、電
磁式開閉弁３１と加圧ポンプ１１の吐出部１１ｂの間の
第１の液体供給管１２から液体貯蔵タンク２２への液体
の流れを許容するようになっている。圧力センサ３４
は、吸気管２０の内部の圧力を検出して、同検出した圧
力を図示しない電気制御装置に送出するようになってい
る。

【００７２】以上のように構成された液体噴射装置３０
を内燃機関に適用し、同液体噴射装置３０を用いて吸気
管２０内にガソリンを噴霧し、同内燃機関を稼動させ
た。即ち、加圧ポンプ１１にて加圧されたガソリンを、
各一対の第１の液体供給管１２、電磁式開閉弁３１、及
びフィルター１３を介して噴射ユニット１４に供給し、
噴射ユニット１４内のチャンバー１４−２内を流れるガ
ソリンに対し、圧電／電歪素子１４ｇを所定周期で振動
させることにより生じる振動（振動エネルギー）を与
え、この振動でガソリンを微粒子化して液体吐出用ノズ
ル１４−４の液体噴射口１４−４ａから噴射した。

【００７３】液体噴射装置３０は、２つの噴射ユニット
１４を用いることにより、先の液体噴射装置１０に比べ
より多量のガソリンが同時に噴射でき、また噴射の実質
的なＯＮ／ＯＦＦ（噴射、及び噴射停止）を電磁式開閉
弁３１で行うことができるので、より細やかな噴射量、
及び噴射タイミングの制御が実現できた。この結果、液
体噴射装置１０と同様に液体噴射装置３０による（即
ち、噴射ユニット１４による）液体の微粒子化に富んだ
液滴の噴霧と相俟って、より一層の燃費の向上、有害排
出ガスの低減が実現できた。

【００７４】また、吸気管２０内の圧力を検出する圧力
センサ３４の信号に応じて加圧ポンプ１１の出力を調整
すること、即ち吸気管２０内の圧力が設定値より大きい
ときは、加圧ポンプ１１の出力を上げて吐出部１１ｂか
ら吐出される液体の圧力を増大し、同吸気管２０内の圧
力が低いときは同加圧ポンプ１１の出力を下げて同液体
の圧力を減少させる等の調整を行うことができたので、
周囲環境に拘らず、均一に微粒子化された液滴を噴射す
ることができ、更に噴射量の精度を向上することができ
た。また、加圧ポンプ１１と並列に逆止弁３３を介装し
たバイパス管３２（バイパス）を備えているため、電磁
式開閉弁３１が第１の液体供給管１２の通路を閉じた状
態で加圧ポンプ１１が駆動され、同液体供給管１２内の
圧力が所定圧力以上に上昇したときは、同液体供給管１
２内の液体を液体貯蔵タンク２２に戻すことができるの
で、液体噴射装置３０の破損や不要な液体漏れ等の発生
を回避することができた。

【００７５】次に、本発明の第３実施形態に係る液体噴
射装置４０について、その概略を示した図５を参照しな
がら説明する。この液体噴射装置４０は、第２実施形態
の液体噴射装置３０の構成に対し、更に、噴射弁４１、
第２の液体供給管（第２の液体供給通路）４２、加圧ポ
ンプ１１に代わる高圧ポンプである加圧手段としての加
圧ポンプ４３、第３の液体供給管４４、燃料ポンプ（液
体供給用ポンプ）４５、及びレギュレター４６を備えて
いる点で相違している。

【００７６】各噴射ユニット１４の構成は、図４に示し
た第２実施形態の液体噴射装置３０と同様であり、一対
の噴射ユニット１４が吸気管２０に対し左右２箇所に各
吐出管１５を介して取り付けられている。各第１の液体
供給管１２は、液体中のゴミ、異物等を除去するフィル
ター１３を介して、噴射する液体を微粒子化するために
少なくともその壁面に圧電／電歪素子を形成したチャン
バーと吐出用ノズルとを複数個備えた各噴射ユニット１
４に連結されている。また、液体噴射装置４０は、電磁
式開閉弁３１を１個だけ備え、同電磁式開閉弁３１は各
噴射ユニット１４，１４に向けて第１の液体供給管１２
が分枝する前の同第１の液体供給管１２（即ち、第１の
液体供給管１２の集合部）に介装されている。

【００７７】噴射弁４１は、吸気管２０の形成する液体
噴射空間２１の適宜箇所に露呈した液体噴射口４１ａ
と、同液体噴射口４１ａに連通した液体通路４１ｂ、及
び同液体通路４１ｂを開閉する電磁弁４１ｃを備えてい
て、液体通路４１ｂは第２の液体供給管４２を介して、
加圧ポンプ４３の吐出部４３ｂに連通されている。即
ち、第３実施形態においては、加圧ポンプ４３の吐出部
４３ｂが、第１の液体供給管１２を介する経路とは別系
統の第２の液体供給管４２を介して、その末端に電磁弁
４１ｃと液体噴射口４１ａとを備えた噴射弁４１に接続
されていて、これにより、所謂、電気制御燃料噴射装置
が追加的に設置された構造となっている。

【００７８】第３の液体供給管（第３の液体供給通路）
４４は、一端が液体貯蔵タンク２２に接続され、他端が
加圧ポンプ４３の導入部４３ａに接続されていて、燃料
ポンプ４５を介装している。燃料ポンプ４５は、液体貯
蔵タンク２２からの液体を加圧ポンプ４３に供給するよ
うになっている。なお、燃料ポンプ４５は低圧ポンプで
あって、これによる加圧では燃料を吸気管２０内に噴射
することができず、加圧ポンプ４３が燃料を吸気管２０
内に噴射可能となる圧力まで加圧するようになってい
る。また、本実施形態においては、通常の車両と同様
に、液体貯蔵タンク２２が噴射ユニット１４から離れた
位置に備えられているので、同液体貯蔵タンク２２から
の燃料を燃料ポンプ４５によって噴射ユニット１４の近
傍に配置された加圧ポンプ４３に供給する。このような
配置構成を採用することにより、加圧ポンプ４３から吐
出される液体の圧力の減衰等が抑えられ、効率的かつ精
度よく液体が噴射できた。

【００７９】レギュレター４６は、第１の液体供給管１
２に介装された電磁式開閉弁３１と加圧ポンプ４３の吐
出部４３ｂとの間に介装され、加圧ポンプ４３により吐
出された液体の圧力を低減し、同減圧した液体を同電磁
式開閉弁３１等を経由して各噴射ユニット１４に供給す
るようになっている。加圧ポンプ４３で発生させる圧力
は、別系統の第２の液体供給管４２を介して、従来の噴
射弁４１（所謂、電気制御燃料噴射装置）に付与される
圧力であるため、同噴射弁４１から燃料を微粒子化して
噴射するために数気圧以上の高圧が必要となる。従っ
て、もう一方の燃料噴射系統である噴射ユニット１４に
はレギュレター４６にて圧力を調整（低下）した燃料を
供給する。こうすることで、コストを増大させる要因と
なる高価なポンプを２系統で共有することができ、その
結果、装置のコストダウンを図ることができた。

【００８０】電気制御装置４７は、図示を省略したマイ
クロコンピュータを主たる構成要素とするものであっ
て、エンジン冷却水の温度を検出するエンジン水温セン
サ４７ａ、エンジンの回転速度を検出するエンジン回転
数センサ４７ｂ、アクセル開度を検出するアクセル開度
センサ４７ｃ、前述の圧力センサ３４、及び加圧ポンプ
４３と接続され、これらのセンサ等からの信号を入力す
るようになっている。また、電気制御装置４７は、各噴
射ユニット１４（噴射ユニット１４の各圧電／電歪素子
１４ｇ）、電磁式開閉弁３１、噴射弁４１、及び加圧ポ
ンプ４３等と接続されていて、これらに必要な駆動信号
を送出するようになっている。

【００８１】以上のように構成された液体噴射装置４０
を内燃機関に適用し、同液体噴射装置４０を用いて吸気
管２０内にガソリンを噴霧し、同内燃機関を稼動させ
た。即ち、内燃機関の稼動状態を各種センサ３４，４７
ａ〜４７ｃ等によりモニターしながら、加圧ポンプ４３
からの信号を参照しつつ、電気制御装置４７から噴射ユ
ニット１４、電磁式開閉弁３１、噴射弁４１（所謂、電
気制御燃料噴射装置）、及び加圧ポンプ４３の各駆動信
号を出力し、ガソリンを噴射した。電磁式開閉弁３１と
２つの噴射ユニット１４、及び噴射弁４１の駆動は、求
められる噴射量、要求される噴射ガソリンの粒子径等に
応じて、個別に駆動、若しくは両方駆動を使い分けた。
こうすることにより、内燃機関始動時から、定常状態に
至るまでの幅広い領域で、更により一層の燃費の向上、
有害排出ガスの低減が実現できた。

【００８２】次に、上記第１〜第３実施形態の液体噴射
装置において、噴射ユニット１４のノズル直径Ｄ、及び
導入孔直径ｄと、液滴の吐出状況との関係について調査
するための実験を行った。この実験においては、上記チ
ャンバー１４−２の長軸の長さＬが３．５ｍｍ、チャン
バー１４−２の断面の一辺の長さＷ、及び高さＴが、そ
れぞれ０．３５ｍｍ、及び０．１５ｍｍである噴射ユニ
ット１４を用い、吐出液体としてガソリンを使用した。
また、噴射時（吐出時）において、加圧ポンプ１１，４
３によりチャンバー１４−２内の液体圧力を０．１ＭＰ
ａまで昇圧するとともに、圧電／電歪素子１４ｇに駆動
周波数ｆが４５ｋＨｚ、同信号の最大電圧値Ｖ０が２０
Ｖの図９（Ｂ）に示した駆動電圧信号を付与した。実験
結果を表１に示す。なお、この実験では、液体噴射口１
４−４ａの端部から噴射空間側に５ｍｍだけ離れた位置
における液滴の大きさがノズル直径Ｄより小さく、かつ
噴射が安定して行われている場合を吐出状況が良好であ
るとし（表１中では「○」で示す。）、それ以外の場合
を不良であるとした（表１中では「×」で示す。）。

【００８３】

【表１】

【００８４】表１から理解されるように、導入孔直径ｄ
に対するノズル直径Ｄの比（Ｄ／ｄ）が６．２００より
大きくなると、安定した吐出が行われなかった（サンプ
ル１を参照）。これは、ノズル直径Ｄに対して導入孔直
径ｄが過度に小さくなると、液体導入孔１４−３におけ
る流路抵抗が過大となるために、チャンバー１４−２内
に流入する液体量が不足するからであると考えられる。
従って、前記比Ｄ／ｄは６．２００より小さいこと（好
ましくは５．０００以下、更に好ましくは４．４２９以
下（サンプル２を参照）であること）が望ましい。

【００８５】また、表１から理解されるように、前記比
Ｄ／ｄが１．０００より小さくなると、安定した吐出が
行われなかった（サンプル５を参照）。これは、導入孔
直径ｄがノズル直径Ｄに対して過度に大きいため、液体
に加えられた圧電／電歪素子１４ｇの振動（振動エネル
ギー）が液体導入孔１４−３を介して液体供給通路１４
−１側で吸収されてしまい、チャンバー１４−２から吐
出ノズル１４−４を介して噴射される液体に同振動（振
動エネルギー）が十分加わらなかったためと考えられ
る。

【００８６】図６（Ａ）は、本発明による液体噴射装置
において、圧電／電歪素子１４ｇの振動エネルギーが吐
出する液体に適切に加わった状態を示した図である。こ
のように、圧電／電歪素子１４ｇによる振動エネルギー
が吐出する液体に適切に加わると、液体噴射口１４−４
ａの端面から液滴吐出空間に向けて加圧ポンプ１１,４
３の圧力で押し出される液体にくびれ部が発生し、同液
体はその先端部において同くびれ部からちぎれるように
離脱して微粒子化するのである。これに対し、図６
（Ｂ）は、導入孔直径ｄがノズル直径Ｄに比して過大で
あって、圧電／電歪素子１４ｇによる振動エネルギーが
吐出しようとする液体に十分に加わらなかった状態を示
した図である。このように、圧電／電歪素子１４ｇの振
動エネルギーが液体に適切に加わらないと、吐出されつ
つある液体にくびれ部が発生せず、同液体はその先端で
同液体の表面張力のみに依存した大きさとなって離脱す
るため、同液体は微粒子化されないのである。以上の説
明から理解されるように、吐出する液体に圧電／電歪素
子１４ｇの振動が十分に伝わるようにするため、前記比
Ｄ／ｄは１．０００より大きいこと（好ましくは１．２
４０以上であること）、即ち、ノズル直径Ｄで決まる液
体吐出用ノズル１４−４の前記液体噴射空間に露呈した
一端における断面積（液体噴射口１４−４ａの断面積）
は、導入孔直径ｄで決る液体導入孔１４−３の断面積よ
り大きくなるように構成されることことが好適である。

【００８７】また、ノズル直径Ｄを種々の値として同様
な実験を行ったところ、同ノズル直径Ｄは、０．１ｍｍ
以下であることが望ましく、さらに、０．０２〜０．０
４ｍｍであることがより望ましいことが判明した。これ
は、ノズル直径Ｄが０．１ｍｍより大きくなると噴射さ
れる液滴の微粒子化が困難となり、同ノズル直径Ｄが
０．０２ｍｍより小さくなると液体（燃料等）に含まれ
るゴミが液体噴射口１４−４ａに詰まり易くなって実用
性が損なわれるからである。

【００８８】次に、上記第１〜第３実施形態の液体噴射
装置において、圧電／電歪素子１４ｇの電極間に周波数
ｆの正弦波状の電位差（駆動周波数ｆ＝１／Ｔの駆動電
圧信号、周期Ｔ）を与え、その場合における圧電／電歪
素子１４ｇの最大変位量（図３における圧電／電歪素子
１４ｇのＺ軸方向の変位量の最大値）について検討し
た。実験の結果を図７に示す。なお、図７の縦軸は、駆
動周波数ｆを５ｋＨｚとした場合の圧電／電歪素子１４
ｇの最大変位量Ｄ_０に対する、各駆動周波数ｆにおける
同圧電／電歪素子１４ｇの最大変位量Ｄ_ｆの比率（Ｄ_ｆ
／Ｄ_０）とした。

【００８９】図７が示すように、比率（Ｄ_ｆ／Ｄ_０）は
駆動周波数ｆが５０ｋＨｚ近傍であるときに最大となっ
た。この５０ｋＨｚ近傍の周波数は、チャンバー１４−
２の構造、液体吐出用ノズル１４−４の構造、ノズル直
径Ｄ、導入孔直径ｄ、圧電／電歪素子１４ｇのセラミッ
クシート１４ｆの変形を発生させる部分の形状、及び液
体の種類等により決定される噴射ユニットの共振周波数
（固有振動数）と等しい。即ち、駆動電圧信号の駆動周
波数ｆを噴射ユニット１４の共振周波数近傍の周波数と
一致させることにより、駆動電圧信号の振幅が同一であ
っても圧電／電歪素子１４ｇに大きな振動を生じさせる
ことができ、より小さいエネルギーで液体の圧力を大き
く振動させ得ることが判明した。以上より、本発明によ
る液体噴射装置にあっては、圧電／電歪素子１４ｇの駆
動周波数ｆを上記噴射ユニット１４の共振周波数近傍の
周波数（共振周波数の０．７倍〜１．３倍の周波数、即
ち、共振周波数の±３０％内）とすることが好ましいこ
とが判明した。

【００９０】次に、噴射ユニット１４の駆動周波数ｆを
共振周波数近傍の周波数とするための方法について説明
する。一般に、このような液体噴射装置にあっては、電
気制御装置内に圧電／電歪素子１４ｇの駆動電圧発生回
路（駆動電圧発生手段、印加電圧発生手段、又は駆動
源）が組込まれていて、その駆動電圧発生回路の発生す
る駆動電圧信号の駆動周波数ｆを同装置の完成後に調整
することは容易でない。そこで、本発明の各実施形態に
おいては、以下に述べる圧電／電歪素子１４ｇの上部電
極のトリミングにより前記共振周波数を変更し、これに
より共振周波数を駆動周波数ｆに一致させる。

【００９１】以下、かかるトリミングによる共振周波数
の調整方法について具体的に述べると、図８（Ａ）は上
記噴射ユニット１４のセラミックシート１４ｆ、及び圧
電／電歪素子１４ｇの部分拡大断面図であり、図８
（Ｂ）は上記圧電／電歪素子１４ｇの平面図である。こ
れらの図に示したように、下部電極１４ｇ１は、平面視
で略長方形の薄板状となるように、図８（Ａ），（Ｂ）
において右から左に延びた形でセラミックシート１４ｆ
の上に形成されている。圧電／電歪素子１４ｇは、平面
視で略長方形の薄板状であって、外周部がセラミックシ
ート１４ｆの上に、中央部が下部電極１４ｇ１の上に形
成されている。上部電極１４ｇ２は平面視で略長方形の
薄板状であって、図８（Ａ），（Ｂ）において左から右
に延びた形でセラミックシート１４ｆ、及び圧電／電歪
素子１４ｇの上に、下部電極１４ｇ１と対向するように
形成されている。この結果、圧電／電歪素子１４ｇは、
平面視で上部電極１４ｇ２と下部電極１４ｇ１とが重な
った部分（図８（Ｂ）の斜線を付した部分）において、
同上部電極１４ｇ２と同下部電極１４ｇ１との間に挟ま
れていて、この部分に前記駆動電圧信号による電界が加
わり、従って、同部分がセラミックシート１４ｆを変形
させる力を発生するようになっている。

【００９２】そして、共振周波数の調整を行う場合、図
８（Ａ）と同様な圧電／電歪素子１４ｇ等の断面図であ
る図８（Ｃ）、及び図８（Ｂ）と同様な圧電／電歪素子
１４ｇ等の平面図である図８（Ｄ）に示したように、上
部電極１４ｇ２の一部を短軸方向（長手方向に直行する
方向）に沿ってレーザーにより切除（トリミング）す
る。これにより、図８（Ｄ）の斜線部により示したよう
に、平面視で上部電極１４ｇ２と下部電極１４ｇ１とが
重なった部分の面積（即ち、駆動電圧信号によりセラミ
ックシート１４ｆを変形させる力を発生する部分の面
積）が、図８（Ｂ）の場合に比べて小さくなり、上記共
振周波数が変化する。

【００９３】本実施形態においては、このような上部電
極１４ｇ２のトリミングを行うことにより、共振周波数
を駆動周波数ｆと略一致させるようにした。この方法に
よれば、図３に示したように、噴射ユニット１４が圧電
／電歪素子１４ｇ、及びチャンバー１４−２等からなる
ユニットを複数個備える場合であっても、各圧電／電歪
素子１４ｇの上部電極１４ｇ２をトリミングすることに
より、各ユニットの共振周波数を単一の駆動電圧発生回
路の駆動周波数ｆに略一致させることが可能となる。従
って、本実施形態によれば、駆動周波数の異なる複数の
駆動電圧発生回路を備えることなく、小さいエネルギー
で噴射燃料の微粒子化を効率よく達成することができ
た。

【００９４】次に、上記圧電／電歪素子１４ｇに印加す
る駆動電圧信号の波形について検討した。図９（Ａ）
は、従来のインクジェット装置のように、上記実施形態
の加圧ポンプ１１，４３を備えない液滴吐出装置におけ
る圧電／電歪素子への駆動電圧信号の一般的な波形を示
している。この駆動電圧信号によれば、時刻ｔ１〜ｔ２
において所定の電圧変化速度で駆動電圧を電圧Ｖ０まで
上昇させ、これによりチャンバー内の液体を加圧して液
体噴射ノズルから吐出する。そして、時刻ｔ２〜ｔ３に
おいて電圧Ｖ０を維持し、時刻ｔ３〜ｔ４において所定
の電圧変化速度で徐々に駆動電圧を低下させてチャンバ
ー内を減圧し、これにより同チャンバー内に液体を液体
供給通路から液体導入孔を介して導入する。

【００９５】このように、減圧時（液体導入時）におけ
る電圧変化速度（Ｖ０／（ｔ４−ｔ３））の絶対値を、
加圧時（吐出時）における電圧変化速度（Ｖ０／（ｔ２
−ｔ１））の絶対値に比べて小さくするのは、加圧ポン
プ１１，４３が存在しない場合にチャンバー内に十分に
液体を導入するためである。換言すると、減圧速度が大
きすぎる場合、液体導入孔の流路抵抗が大きいので、液
体が液体供給通路から同チャンバー内に十分導入され
ず、気泡が発生する惧れがあるからである。従って、従
来の液体噴射装置において、気泡の発生を回避するため
には、上記図９（Ａ）の駆動電圧信号のように減圧速度
を小さくする必要が生じるが、これでは同駆動電圧信号
の周期Ｔが長くなって単位時間当たりの吐出量を十分大
きくすることができない。

【００９６】これに対し、本発明による液体噴射装置
は、加圧ポンプ１１，４３を備えているので、減圧速度
を大きくしても液体導入孔１４−３の流量が確保され、
気泡が発生しない。従って、図９（Ｂ）の時刻ｔ３０〜
ｔ４０に示したように、従来の減圧速度よりも大きな減
圧速度が得られるような電圧変化速度（Ｖ０／（ｔ４０
−ｔ３０））で駆動電圧信号の電圧を減少することとし
た。これにより、駆動電圧信号の周期Ｔを短くでき、単
位時間当たりの吐出量を大きくとることができた。

【００９７】その一方、本発明による液体噴射装置にあ
っては、加圧終了直後（時刻ｔ２０直後）において駆動
電圧信号の電圧の減少（減圧）を開始すると、液体導入
孔１４−３内部、及びその近傍に気泡が発生する場合が
ある。これは、液体導入孔１４−３内部、及びその近傍
においては、前記ポンプ１１，４３の加圧による圧力上
昇と圧電／電歪素子１４ｇの加圧による圧力上昇とが重
なり、液体の圧力が相当大きくなっていて、その状態で
減圧を開始すると圧力変動が過大となるためである。

【００９８】そこで、本発明による液体噴射装置におい
ては、時刻ｔ１０〜ｔ２０の間で駆動電圧信号の電圧を
増大してチャンバー１４−２内の液体を加圧した後、液
体導入孔１４−３内、及びその近傍の圧力がポンプ１
１，４３により加圧された圧力に復帰する時刻ｔ３０ま
で電圧の減少（駆動電圧信号による強制的な減圧）を行
わず、一定電圧Ｖ０を維持し、その後、時刻ｔ３０〜ｔ
４０にて急激に電圧を減少することとした。以上によ
り、液体導入孔１４−３の内部、及びその近傍に気泡が
発生することを回避できるとともに、単位時間当たりの
液体噴射量を多量とすることができた。

【００９９】次に、本発明の第４実施形態に係る液体噴
射装置について、図１０〜図１４を参照して説明する。
図１０に正面図、図１１に平面図、及び図１２に側面図
を示したこの液体噴射装置の噴射ユニット５１は、図１
３に側面図を、図１４に正面図を示したように、内燃機
関の吸気通路であって液体噴射空間を構成する吸気管６
１に吐出管６２を介して固定されるようになっていて、
燃料噴射用インジェクタ５２と、圧電／電歪素子を用い
た液体微粒子化用噴射ユニット５３とを備えている。

【０１００】燃料噴射用インジェクタ５２は、従来より
電気制御式燃料噴射装置に広く採用されている周知のイ
ンジェクタであって、ここでは電磁式開閉弁（電磁式開
閉吐出弁）として機能するもので、液体導入口５２ａ
と、図示しない液体通路と、その液体通路を開閉する図
示しない電磁開閉式ニードル弁（電磁弁）と、液体吐出
口５２ｂとを備えている。液体導入口５２ａには、第１
〜第３実施形態の液体噴射装置と同様に、何れも図示を
省略した液体貯蔵タンクからの燃料が加圧ポンプにより
供給されるようになっていて、このインジェクタ５２
は、電磁開閉式ニードル弁が電気制御装置からの開弁駆
動信号により開弁されたとき、同燃料を液体吐出口５２
ｂから吐出するようになっている。なお、液体導入口５
２ａに供給される燃料の圧力は、図示しないプレッシャ
レギュレータにより一定値に維持されている。

【０１０１】液体微粒子化用噴射ユニット５３は、図２
及び図３を参照して説明したものと同様の構成を有して
いて、図２及び図３に示した液体噴射口１４−４ａが形
成される平面が前記インジェクタ５２の軸方向と直交す
るように配置されるとともに、図２に示した液体注入口
１４−５が燃料噴射用インジェクタ５２の液体吐出口５
２ｂに接続されている。そして、前述したように、この
噴射ユニット５１は、吐出管６２を介して噴射ユニット
５３からの噴射の主軸方向が吸気管６１の軸線と平行な
向きに鋭角をもって交差するように同吸気管６１に固定
され、微粒子化された燃料を同吸気管６１内に噴射する
ようになっている。

【０１０２】このように、第４実施形態に係る液体噴射
装置は、従来の燃料噴射用インジェクタを僅かに変更し
たインジェクタ５２に、微粒子化用噴射ユニット５３を
取り付けた構造を有しているので、安価で信頼性の高い
ものとなった。

【０１０３】次に、本発明の第５実施形態に係る液体噴
射装置について説明する。この液体噴射装置は、図１
５、及び図１６に示した噴射ユニット７１を、上記各実
施形態の噴射ユニットに代えて採用したものである。な
お、図１５は噴射ユニット７１の平面図であり、図１６
は図１５の２−２線に沿った平面にて噴射ユニット７１
を切断した断面図である。

【０１０４】この噴射ユニット７１は、流路形成部７２
と、加圧部７３とを備えている。流路形成部７２は、上
述した噴射ユニット１４の流路形成部１４Ａと同様の構
造を有している。即ち、流路形成部７２は、その内部に
液体供給通路７２−１と、互いに独立した複数（ここで
は９個）のチャンバー７２−２と、各チャンバー７２−
２と液体供給通路７２−１とを連通する複数の液体導入
孔７２−３と、各チャンバー７２−２と噴射ユニット７
１の外部とを連通させる複数の液体吐出用ノズル７２−
４と、液体注入口７２−５とを備えている。

【０１０５】また、流路形成部７２は、チャンバー７２
−２の上壁（壁面）７２ａを除き、ジルコニアセラミッ
クスにより形成されている。以下、このセラミックスで
形成された部分をセラミックスシート部７２ｂとも称呼
する。チャンバー７２−２の上壁面を構成する上壁７２
ａは、噴射ユニット１４のセラミックシート１４ｆと同
様に振動板として機能するものであり、ここではステン
レス鋼により形成されていて、前記セラミックスシート
部７２ｂの上面に接着固定されている。

【０１０６】加圧部７３は、固定部７３ａと圧電／電歪
素子部７３ｂとを備えている。固定部７３ａは断面形状
が逆Ｌ字形の剛体であり、一端面である下面にて流路形
成部７２の上壁７２ａの上面であってチャンバー７２−
２の直上でない位置に固定され、上部（上部の下側面）
にて圧電／電歪素子部７３ｂを固定・保持している。

【０１０７】圧電／電歪素子部７３ｂは、Ｘ，Ｙ及びＺ
軸方向に沿った各辺を有する略直方体形状を有してい
て、層状の圧電／電歪素子と層状の電極とを交互に多層
にわたり積層することで形成された「積層ピエゾアクチ
ュエータ」である。

【０１０８】この圧電／電歪素子部７３ｂは、断面図で
ある図１７に示したように、櫛歯状電極７３ｂ１、櫛歯
状電極７３ｂ２、及び複数の層状の圧電／電歪素子（圧
電／電歪体）７３ｂ３を備えている。櫛歯状電極７３ｂ
１，７３ｂ２は、Ｘ−Ｙ平面と平行な面内に形成された
共通電極部からＸ−Ｚ平面に沿う面内に互いに等間隔を
もって配置された複数の電極指をそれぞれ備えている。
櫛歯状電極７３ｂ１，７３ｂ２の電極指は、交互に互い
に対向するように配置され、対向した電極指の各間に層
状の圧電／電歪素子７２ｂ３が形成されている。

【０１０９】圧電／電歪素子部７３ｂの下面は、チャン
バー７２−２の上方の固定部７３ａ側の端部近傍（液体
吐出用ノズル７２−４の直上部近傍）であって上壁（振
動板）７２ａの上面に接着剤からなる層（接着層）によ
り接着固定されている。図１５の３−３線に沿う平面に
て噴射ユニット７１を切断した断面の拡大図である図１
８に示したように、この接着層７４は、各チャンバー７
２−２の上部の上壁７２ａと、圧電／電歪素子部７３ｂ
の下面との間に形成され、各接着層７４のＸ軸方向に沿
う辺の長さ（幅Ｗａ）は各チャンバー７２−２のＸ軸方
向に沿う辺の長さ（幅Ｗｃｈ）よりも僅かに小さくなっ
ている。

【０１１０】このように構成された噴射ユニット７１に
おいては、圧電／電歪素子部７３ｂの櫛歯状電極７３ｂ
１，７３ｂ２間に駆動電圧信号による正及び負の電圧が
時間的に交互に付与されると、同圧電／電歪素子部７３
ｂは図１６及び図１７の矢印にて示した方向（上下方
向、Ｚ軸方向、圧電／電歪素子７３ｂ３の平面方向）に
伸縮する。即ち、圧電／電歪素子部７３ｂは縦効果タイ
プである。そして、この圧電／電歪素子部７３ｂの伸縮
作用により、チャンバー７２−２の上壁７２ａが押圧さ
れて変形するので、チャンバー７２−２の容積が変化す
る。これにより、チャンバー７２−２内の液体に振動が
伝達されるので、液体吐出ノズル７２−４から噴射され
る液体が微粒子化される。

【０１１１】以上説明したように、第５実施形態の液体
噴射装置は、噴射ユニット７１における加圧部７３の圧
電／電歪素子部７３ｂの下面が、流路形成部７２の振動
板である上壁７２ａに接着により固定される構造を有し
ているから、上壁７２ａは圧電／電歪素子部７３ｂを焼
成によって一体化し得るセラミックである必要がない。
従って、振動板７２ａを、液体を振動により微粒子化し
て噴射するために靱性などの点から見て適切な金属等の
材質（本例ではステンレス鋼）で形成することができ
る。

【０１１２】更に、本噴射ユニット７１においては、上
記他の実施形態の噴射ユニット１４のように、圧電／電
歪素子部７３ｂを上壁７２ａに一体焼成しないので、同
焼成において圧電／電歪素子部７３ｂを構成する材料が
上壁７２ａに浸透して同上壁７２ａの靭性等の性能を劣
化させることもない。この結果、優れた耐久性を有する
噴射ユニット７１を提供することができる。

【０１１３】また、第５実施形態の液体噴射装置によれ
ば、噴射ユニット７１の加圧部７３の圧電／電歪素子部
７３ｂに「縦効果タイプの積層ピエゾアクチュエータ」
を採用しているから、櫛歯状電極７３ｂ１，７３ｂ２間
に付与する電圧を低くしても上壁７２ａを変形させる力
（変形力、加圧力）を大きくでき、同上壁７２ａを大き
く変位させることができるので、液体噴射装置の低電力
化を達成することができる。更に、圧電／電歪素子部７
３ｂを上下方向（Ｚ軸方向）に大きくすることによって
も、前記変形力を大きくできる。

【０１１４】以上のことから、チャンバー７２−２の長
軸の長さ（Ｙ軸方向長さ）、及び／又は、短軸の長さ
（Ｘ軸方向の長さ）を小さくして上壁７２ａの剛性が高
くなっても、同上壁７２ａを所望の量だけ変形でき、チ
ャンバー７２−２の容積変化量ΔＶを確保できる。これ
により、液体吐出用ノズル７２−４の吐出口が設けられ
た噴射ユニット７１の噴射面の面積（流路形成部７２ｂ
の下面（Ｘ−Ｙ平面）の面積）を小さくすることができ
るとともに、各液体吐出用ノズル７２−２の吐出口間の
距離（隣接する吐出口のＸ軸方向の距離）を小さくする
ことができる。この結果、本液体噴射装置によれば、例
えば、液体（ガソリン）の噴射面が内燃機関の吸気系の
適切な位置に配置され得るとともに、同機関の吸気系の
適切な位置に高密度の微粒子化されたガソリンの液滴を
噴射することが可能となる。

【０１１５】また、各接着層７４のＸ軸方向に沿う辺の
長さ（幅Ｗａ）は各チャンバー７２−２のＸ軸方向に沿
う辺の長さ（幅Ｗｃｈ）よりも僅かに小さくなっている
ので、圧電／電歪素子部７３ｂの発生する変形力が各チ
ャンバー７２−２の振動板として機能する上壁７２ａに
効率的に伝達される。従って、上壁７２ａは小さな力で
も確実に変形するので、各チャンバー７２−２の容積が
確実に変化せしめられ、これにより噴射する液体の微粒
子化が確実に達成され得る。

【０１１６】次に、本発明の第６実施形態に係る液体噴
射装置について説明する。この液体噴射装置は、図１
９、及び図２０に示した噴射ユニット８１を、上記各実
施形態の噴射ユニットに代えて採用したものである。な
お、図１９は噴射ユニット８１の平面図であり、図２０
は図１９の４−４線に沿った平面にて噴射ユニット８１
を切断した断面図である。

【０１１７】この噴射ユニット８１は、噴射ユニット７
１の流路形成部７２と同一の流路形成部と、加圧部８３
とを備えている。加圧部８３は、噴射ユニット７１の固
定部７３ａと同一の固定部８３ａと、圧電／電歪素子部
８３ｂとを備えている。即ち、噴射ユニット８１は、噴
射ユニット７１の圧電／電歪素子部７３ｂを圧電／電歪
素子部８３ｂに置換した点のみにおいて、同噴射ユニッ
ト７１と異なっている。従って、以下、圧電／電歪素子
部８３ｂについてのみ詳述する。

【０１１８】圧電／電歪素子部８３ｂは、層状の圧電／
電歪素子と層状の電極とを交互に多層にわたり積層する
ことで形成された「横効果タイプの積層ピエゾアクチュ
エータ」である。即ち、この圧電／電歪素子部８３ｂ
は、断面図である図２１に示したように、櫛歯状電極８
３ｂ１、櫛歯状電極８３ｂ２、及び複数の層状の圧電／
電歪素子８３ｂ３を備えていて、櫛歯状電極８３ｂ１，
８３ｂ２は、Ｘ−Ｚ平面と平行な面内に形成された共通
電極部からＸ−Ｙ平面に平行な面内に互いに等間隔をも
って配置された複数の電極指をそれぞれ備えている。櫛
歯状電極８３ｂ１，８３ｂ２の電極指は、交互に互いに
対向するように配置され、対向した電極指の各間に層状
の圧電／電歪素子８３ｂ３が形成されている。

【０１１９】このように構成された噴射ユニット８１に
おいては、圧電／電歪素子部８３ｂの櫛歯状電極８３ｂ
１，８３ｂ２間に駆動電圧信号による正及び負の電圧が
時間的に交互に付与されると、同圧電／電歪素子部８３
ｂが図２０及び図２１の矢印にて示した方向（上下方
向、Ｚ軸方向）、即ち、圧電／電歪素子８３ｂ３の平面
に直交する方向に伸縮する。そして、この圧電／電歪素
子部８３ｂの伸縮作用により、チャンバー７２−２の上
壁７２ａが押圧されて変形し、チャンバー７２−２の容
積が変化する。これにより、チャンバー７２−２内の液
体に振動が伝達されるので、液体吐出ノズル７２−４か
ら噴射される液体が微粒子化される。

【０１２０】かかる第６実施形態の液体噴射装置によれ
ば、第５実施形態の液体噴射装置と同様の効果が得られ
る。即ち、噴射ユニット８１における加圧部８３の圧電
／電歪素子部８３ｂの下面が、流路形成部７２の上壁７
２ａに接着により固定される構造であるから、上壁７２
ａを液体を振動により微粒子化して噴射するために靱性
などの点から適切な材料により形成することができる。
また、圧電／電歪素子部８３ｂが「横効果タイプの積層
ピエゾアクチュエータ」であるから、櫛歯状電極８３ｂ
１，８３ｂ２間に付与する電圧を低くしても上壁７２ａ
を変形させる力（変形力、加圧力）を大きくでき、同上
壁７２ａを大きく変位させることができるので、液体噴
射装置の低電力化を達成することができる。更に、圧電
／電歪素子部８３ｂを上下方向（Ｚ軸方向）に大きくす
ることによっても、前記変形力を大きくできる。

【０１２１】以上のことから、本実施形態に係る液体噴
射装置は、チャンバー７２−２の長軸の長さ（Ｙ軸方向
長さ）、及び／又は、短軸の長さ（Ｘ軸方向の長さ）を
小さくして上壁７２ａの剛性が高くなっても、同上壁７
２ａを所望の量だけ変形でき、チャンバー７２−４の容
積変化量ΔＶを確保できる。従って、第５実施形態と同
様の理由により、噴射ユニット８１の噴射面の面積を小
さくすることができる。

【０１２２】次に、本発明の第７実施形態に係る液体噴
射装置について説明する。この液体噴射装置は、図２２
及び図２３に示した噴射ユニット９１を、上記各実施形
態の噴射ユニットに代えて採用したものである。なお、
図２２は噴射ユニット９１の平面図であり、図２３は図
２２の５−５線に沿った平面にて噴射ユニット９１を切
断した断面図である。

【０１２３】この噴射ユニット９１は、噴射ユニット１
４の流路形成部１４Ａと同一の流路形成部と、加圧部９
２とを備えている。加圧部９２は、圧電／電歪素子部で
もあり、Ｘ，Ｙ及びＺ軸方向に沿った各辺を有する略直
方体形状を有していて、層状の圧電／電歪素子と層状の
電極とを交互に多層にわたり積層することで形成された
「積層ピエゾアクチュエータ」である。即ち、加圧部９
２は、図２１に示した圧電／電歪素子部８３ｂのＺ軸方
向の長さを短くし、Ｙ軸方向の長さを大きくしたものと
同様の構造を有している。

【０１２４】この加圧部９２のＹ軸方向長さは、チャン
バー１４−２のＹ軸方向長さと略同一であるか、又は僅
かだけ短く、Ｘ軸方向長さは同チャンバー７２−２のう
ちのＸ軸正方向端部に位置するものとＸ軸負方向端部に
位置するものとの距離よりも僅かだけ長くなっている。
また、加圧部９２の下面は、チャンバー１４−２の上方
であって同チャンバーの上壁であるセラミックシート１
４ｆの上面に焼成により一体的に接合されている。

【０１２５】このように構成された噴射ユニット９１に
おいては、加圧部９２の一対の櫛歯状電極間に駆動電圧
信号の正及び負の電圧が時間的に交互に付与されると、
同加圧部９２が噴射ユニット１４の圧電／電歪素子１４
ｇと同様に作動してセラミックシート１４ｆを変形さ
せ、チャンバー１４−２の容積をΔＶだけ変化させる。
これにより、チャンバー１４−２内の液体に振動が伝達
されることで、液体吐出ノズル１４−４から噴射される
液体が微粒子化される。

【０１２６】以上説明したように、第７実施形態の液体
噴射装置によれば、加圧部９２が積層ピエゾアクチュエ
ータであるから、噴射ユニット１４と比較して低電圧で
大きな変位を得ることができ、その結果、液体噴射装置
の低電力化を達成することができる。

【０１２７】なお、かかる第７実施形態の液体噴射装置
において、セラミックスシート１４ｆを第５実施形態の
上壁７２ａに代えるとともに、加圧部９２の下面を上壁
７２ａの上面に接着により接合してもよい。このように
すれば、第５，第６実施形態と同様、上壁７２ａを、液
体を振動により微粒子化して噴射するために靱性などの
点から見て適切な金属等の材質（本例ではステンレス
鋼）で形成することができる。また、この場合、図１８
に示したように、チャンバー１４−２の直上部のみに接
着層を設けることが好適である。

【０１２８】次に、本発明の第８実施形態に係る液体噴
射装置について説明する。この液体噴射装置は、図２
４、及び図２５に示した噴射ユニット１０１を、上記各
実施形態の噴射ユニットに代えて採用したものである。
なお、図２４は噴射ユニット１０１の平面図であり、図
２５は図２４の６−６線に沿った平面にて噴射ユニット
１０１を切断した断面図である。

【０１２９】この噴射ユニット１０１は、噴射ユニット
７１の流路形成部７２と同一の流路形成部と、加圧部１
０２とを備えている。加圧部１０２は、固定部１０２
ａ、複数の圧電／電歪素子部１０２ｂ、圧電／電歪素子
保持部１０２ｃ、スペーサ部１０２ｄ、及び蓋体部１０
２ｅを備え、全体としてＸ，Ｙ及びＺ軸方向に沿った各
辺を有する略直方体形状を有している。

【０１３０】固定部１０２ａは、図２４に示したよう
に、平面視において外周形状及び内周形状が、何れもＸ
軸、及びＹ軸に沿った辺を有する長方形状の枠体であ
り、その下面が上壁７２ａの上面に接着されている。内
周形状のＹ軸に沿った一辺の長さは流路形成部７２のチ
ャンバー７２−２のＹ軸方向の長さと略等しく、Ｘ軸方
向長さは同チャンバー７２−２のうちのＸ軸正方向端部
に位置するものとＸ軸負方向端部に位置するものとの距
離よりよりも僅かだけ長くなっている。

【０１３１】各圧電／電歪素子部１０２ｂは、平面視に
おいて、その幅（Ｘ軸方向長さ）がチャンバー７２−２
の幅（Ｘ軸方向長さ）と略同一か同チャンバー７２−２
の幅よりも僅かだけ短く、長さ（Ｙ軸方向長さ）がチャ
ンバー７２−２の長さ（Ｙ軸方向長さ）よりも短い長方
形状を有し、薄板体状に形成されている。圧電／電歪素
子部１０２ｂは、チャンバー７２−２と同数存在し、各
チャンバー７２−２のＹ軸方向中央部上方において同各
チャンバー７２−２と重なるように配置されている（即
ち、平面視において、圧電／電歪素子部１０２ｂは、そ
の長軸がチャンバーの長軸と略一致するように配置され
ている）。圧電／電歪素子部１０２ｂの下面は、流路形
成部７２の上壁７２ａの上面に接着されている。

【０１３２】圧電／電歪素子保持部１０２ｃは、平面視
で長方形のセラミックの板（ジルコニア板）であり、そ
の外周形状は前記固定部１０２ａの内周形状と同一であ
る。この圧電／電歪素子保持部１０２ｃは、その下面に
おいて前記圧電／電歪素子部１０２ｂを焼成により一体
的に接合している。圧電／電歪素子保持部１０２ｃは、
剛体である必要はないが、流路形成部７２の上壁７２ａ
の剛性より高い剛性を有している。

【０１３３】スペーサ部１０２ｄは、平面視において、
外周形状及び内周形状が、何れもＸ軸、及びＹ軸に沿っ
た辺を有する長方形状の枠体である。スペーサ部１０２
ｄの外周形状は前記固定部１０２ａの内周形状と一致し
ている。スペーサ部１０２ｄの内周形状は、平面視にお
いて圧電／電歪素子部１０２ｂと重なることがない程度
の大きさとなっている。スペーサ部は、圧電／電歪素子
保持部１０２ｃの上であって、固定部１０２ａの内側に
配置されている。

【０１３４】蓋体部１０２ｅは、平面視において、外周
形状が固定部１０２ａの内周形状と一致する剛性の高い
板体であり、スペーサ部１０２ｄの上であって、固定部
１０２ａの内側に配置されている。この結果、圧電／電
歪素子部１０２ｂの上部には、圧電／電歪素子保持部１
０２ｃ、スペーサ部１０２ｄ、及び蓋体部１０２ｅとに
より画定される空隙部１０２−１が形成される。また、
圧電／電歪素子保持部１０２ｃであるセラミックスの板
は、チャンバー７２−２の上壁７２ａの壁面が変形せし
められていない場合において、同チャンバー７２−２の
上壁７２ａに対して一定の距離を隔てて流路形成部７２
に移動不能に固定され、圧電／電歪素子部１０２ｂは、
そのセラミックスの板１０２ｃと上壁７２ａの間に密着
・配置されることになる。なお、蓋体部１０２ｅには複
数の貫通孔１０２−２が設けられていて、空隙部１０２
−１の容積変化があったとき、同空隙部１０２−１内外
との間で空気が出入りするようになっている。

【０１３５】上述した固定部１０２ａ、圧電／電歪素子
保持部１０２ｃ、スペーサ部１０２ｄ、及び蓋体部１０
２ｅは、セラミックスにより形成され、焼成により一体
化されている。

【０１３６】このように構成された、第８実施形態に係
る液体噴射装置の噴射ユニット１０１によれば、セラミ
ックの板である圧電／電歪素子保持部１０２ｃに焼成に
より一体的に接合された圧電／電歪素子部１０２ｂが、
振動板として機能するチャンバーの上壁７２ａを繰り返
し押圧する。これにより、チャンバー７２−２の容積が
変化して噴射される液体を微粒子化する。

【０１３７】この場合、圧電／電歪素子部１０２ｂによ
る振動に実質的に関与する部分が、チャンバー７２−
２、振動板である上壁７２ａ、圧電／電歪素子部１０２
ｂ、及び圧電／電歪素子保持部１０２ｃとなり、同圧電
／電歪素子保持部１０２ｃの剛性が上壁７２ａの剛性よ
りも高いことから、これらで構成された振動に関与する
部分の共振周波数が、噴射ユニット１４の振動に関与す
る部分の共振周波数よりも上昇する。

【０１３８】ところで、一般に、前記振動板として機能
する上壁（振動板）７２ａ（チャンバー７２−２の変形
される上壁面）が、同振動板７２ａの振動に関与する部
分の共振周波数以下の周波数で振動せしめられると、同
振動板７２ａは、同振動板７２ａと、チャンバー７２−
２を構成する他の壁面との交線（即ち、チャンバー７２
−２の上方（Ｚ軸正方向）角部）のみを振動の節として
変形する。つまり振動板７２ａは、単一の腹を有するよ
うに変形する。この結果、チャンバー７２−２内の液体
を所望の粒径の微粒子として噴射するために必要な振動
を同液体に確実に加えることができる。

【０１３９】これに対し、前記振動板７２ａが、前記振
動に実質的に関与する部分の共振周波数より大きな周波
数で振動せしめられると、同振動板７２ａは複数の波面
を有するように変形してしまい、噴射する液体を所望の
粒径の微粒子とするために必要な振動を同液体に適切に
加え難くなる。

【０１４０】以上の説明から明らかなように、上記第８
実施形態に係る噴射ユニット１０１の構成によれば、前
記圧電／電歪素子部１０２ｂによる振動に実質的に関与
する部分の共振周波数が上昇せしめられるから、チャン
バー７２−２の上壁７２ａをより高周波数で振動させて
も液体を確実に微粒子化することが可能となり、従っ
て、噴射する液体の粒径をより小さくすることができ
る。或いは、加圧手段としての加圧ポンプ１１の発生圧
力（吐出圧）を高めて単位時間当りの噴射量を増大した
場合にあっても、前記上昇した高周波数までの高い周波
数でチャンバー７２−２の上壁７２ａを振動させること
により、液体を確実に微粒子化することができるから、
同微粒子化された液滴を多量に供給することができる。

【０１４１】なお、上記噴射ユニット１０１において
は、蓋体部１０２ｅが設けられていたが、同蓋体部１０
２ｅはなくてもよい。また、圧電／電歪素子保持部１０
２ｃの剛性が高いほど前記共振周波数を高くすることが
できるので、同圧電／電歪素子保持部１２ｃの厚み（Ｚ
軸方向長さ）を大きくする等により、同剛性を上昇させ
ることが望ましい。

【０１４２】更に、噴射ユニット１０１においても、上
壁７２ａと圧電／電歪素子部１０２ｂとが接着されてい
る。従って、これらを焼成により接合する噴射ユニット
のように、焼成の際に圧電／電歪素子部１０２ｂを構成
する材料が同上壁７２ａに浸透して同上壁７２ａの靭性
等の性能を劣化させない。また、上壁７２ａと圧電／電
歪素子１０２ｂとを一体焼成可能な材料とする必要もな
いので、上壁７２ａの材料選択の幅が広がる。これらか
ら、振動に対する耐久性に優れた上壁７２ａを備えるこ
とができるので、噴射ユニット１０１（液体噴射装置）
の耐久性を向上することができる。また、圧電／電歪素
子部１０２ｂは、積層ピエゾアクチュエータであっても
良い。

【０１４３】次に、本発明の第９実施形態に係る液体噴
射装置について説明する。この液体噴射装置は、上述し
た噴射ユニット１４に代えて、同噴射ユニット１４の一
部を変形した噴射ユニット１４’を採用したものであ
る。従って、以下、図２６〜図２８を参照しながら噴射
ユニット１４との相違点について主として説明する。

【０１４４】上記噴射ユニット１４においては、一つの
チャンバー１４−２に対して液体噴射口をなす連通孔１
４−４ａが一つだけ設けられ、液体吐出用ノズル１４−
４は同液体噴射口１４−４ａと、同液体噴射口１４−４
ａからチャンバー１４−２に向かって順次大きさ（直
径）が大きくなる各セラミックシート１４ｂ〜１４ｄに
形成された中空円筒状の連通孔１４−４ｂ〜１４−４ｄ
とにより形成されていた。また、液体噴射口の形状は円
形形状であった。

【０１４５】これに対し、第９実施形態の噴射ユニット
１４’においては、液体吐出用ノズル１４−４’が、セ
ラミックシート１４ｄに設けられた中空円筒状の連通孔
１４−４ｄと、この連通孔１４−４ｄと同軸であって直
径が同連通孔１４−４ｄより小さいセラミックシート１
４ｃに設けられた中空円筒状の連通孔１４−ｃと、図２
７に示したように、この連通孔１４−４ｃと同軸であっ
てセラミックシート１４ｂに設けられるとともに断面が
長円形状の中空柱状の連通孔１４−４ｂ’と、この連通
孔１４−４ｂ’にそれぞれ連通した複数個（この例で
は、３行×６列の合計１８個）の中空柱状連通孔１４−
４ａ’…１４−４ａ’とから構成されていて、一つのキ
ャビティ１４−２に対して複数の液体噴射口が設けられ
ている。図２７に拡大して示したように、連通孔１４−
４ｂ’の短軸の長さは連通孔１４−４ｃの直径と等しく
なっている。また、図２８に拡大して示したように、連
通孔１４−４ａ’の断面形状（液体噴射口の形状）は、
長軸長さがＬＬで短軸長さがＬＳである楕円形状であ
る。

【０１４６】このように、断面が楕円形状である連通孔
１４−４ａ’は、電子ビーム法、パンチング法、レーザ
ー加工法等により形成することができる。この場合、焦
点位置の調整が容易であり、狙いとする楕円形状を確実
に得られるレーザー加工法が好ましい。中でも、微細孔
を加工するに際してビーム径を必要なだけ絞ることが可
能なＹＡＧレーザーの３次高調波又は４次高調波を用い
た加工が、連通孔１４−４ａ’を形成する上で最も好適
である。

【０１４７】なお、本例では、ＹＡＧレーザの４次高調
波を用い、繰り返し発信周波数を２ｋＨｚ、レーザーパ
ワーを１ｍＷとして、部分安定化ジルコニアからなり厚
さ０．０１ｍｍの被加工対象（即ち、連通孔１４−４
ａ’を形成するセラミックシート１４ａ）に、長軸ＬＬ
＝０.００７ｍｍ、及び短軸ＬＳ＝０．００５ｍｍの連
通孔１４−４ａ’を加工・形成した。

【０１４８】以上のように構成された第９実施形態に係
る液体噴射装置１０を内燃機関に適用し、同液体噴射装
置１０を用いて吸気管２０内にガソリンを噴霧した。こ
のとき、液体噴射口の形状を円形としたものと比較する
実験を行った。実験結果を表２に示す。なお、この実験
では、位相ドップラーレーザー粒子分析計を用い、噴射
された１００００個の液滴の平均粒径を測定した。

【０１４９】

【表２】

【０１５０】また、上記表２に示した結果が得られた実
験における燃料の吐出流量（噴射流量）は表３に示した
とおりであった。

【０１５１】

【表３】

【０１５２】表２から明らかなように、液体噴射口の形
状（連通孔１４−４ａ’の断面形状）を楕円形状とすれ
ば、同液体噴射口の形状を同楕円形状の面積と略同一の
断面積を有する円形形状とした場合に比べ、吐出される
平均粒径が小さくなった。

【０１５３】この理由は次のように考えられる。即ち、
液体噴射口の形状を所定の直径Ｄを有する円形とした場
合と同じ開口面積を有するように同液体噴射口の形状を
楕円形状とすると、その楕円の短軸ＬＳは円の直径Ｄよ
りも短くなり、チャンバー内で液体に加えられた振動に
より生じる吐出液体のくびれ部の最小径が、同液体噴射
口の形状が円形である場合よりも小さくなる。また、液
体は空間内において表面張力によって球形になろうとす
る性質がある。従って、楕円形状である液体噴射口から
吐出される液体は、液体噴射口の形状が円形形状である
場合よりも小さくなる最小径部分からより一層容易に分
離し、同液体噴射口の形状が円形形状である場合よりも
小さな直径を有する球形の微粒子となる。

【０１５４】また、表２及び表３から明らかなように、
液体噴射口の形状を楕円形状とすれば、吐出される液体
の粒径を同液体噴射口の形状を円形形状とした場合と同
じ大きさ以下の大きさとしながら、吐出流量を大きくす
ることができた。換言すると、吐出される液体の粒径を
同液体噴射口の形状を円形形状とした場合と同じ大きさ
とするためには、液体噴射口の楕円形状の短軸長さＬＳ
を円形形状の直径Ｄと略同一値とすればよく、その結
果、楕円形状の長軸長さＬＬは円形形状の直径Ｄよりも
大きくできるので、液体噴射口の面積を大きくすること
ができ、従って、噴射される液体の量（吐出流量）を大
きくすることができる。

【０１５５】更に、同じ粒径の液滴を噴射する場合、液
体噴射口を楕円形状としたときの長軸長さＬＬは同液体
噴射口を円形形状としたときの直径Ｄよりも大きくする
ことができるので、同液体噴射口を楕円形状とした場合
の方が、液体（液体燃料）中に多く含まれる線状の異物
（ゴミ）を容易に排出することができ、その結果、吐出
ノズルの目詰まりがより回避され易くなる。なお、液体
噴射口を楕円形状としたときの短軸長さＬＳに対する長
軸長さＬＬの比（ＬＬ／ＬＳ）は、１．５以上であるこ
とが好ましい。

【０１５６】次に、上記第９実施形態の噴射ユニット１
４’のように一つのキャビティ１４−２に対して複数の
液体噴射口を設けたものについて、キャビティ１４−２
内の液体圧力（加圧力）を変化させ、霧化の状態を調べ
る実験を行った。結果を、表４に示す。なお、この実験
においては、各液体噴射口を、長軸が０．００７ｍｍ、
及び短軸が０．００５ｍｍの楕円形状とした。また、一
つのキャビティあたり１８個の液体噴射口を設け、キャ
ビティ数は全体で３００個とした。つまり、液体噴射口
を合計で５４００個（＝１８×３００）とした。

【０１５７】

【表４】

【０１５８】表４から理解できるように、一つのキャビ
ティあたりに複数の液体噴射口を設ければ、より低圧で
所望の噴霧が得られるので、加圧ポンプの消費電力を低
減できる。また、低圧で霧化状態の良好な噴射が可能と
なるので、噴射液滴の貫徹力（進行方向への速度）を小
さくでき、その結果、液体噴射空間を形成する吸気管壁
面への燃料の付着量を低減でき、内燃機関の燃費の向
上、同内燃機関からの有害排出ガスの低減を実現でき
た。

【０１５９】なお、上記液体噴射口１４−４ａ'（又は
液体吐出用ノズル７２−４の液体噴射口）の形状（液体
吐出用ノズルの軸方向から見た形状）は、楕円形である
必要はなく、図２９に示したように長軸及び短軸を有す
る長円であってもよく、図３０に示したように長方形で
あってもよい。

【０１６０】この場合においても、長円の短軸、若しく
は長方形の短辺（短軸）を円形の直径よりも短くしなが
ら、同長円の面積、若しくは同長方形の面積と同円形の
面積とをそれぞれ等しくすることができる。従って、液
体噴射口１４−４ａの形状を長円、若しくは長方形とす
ることにより、チャンバー１４−２内で液体に加えられ
た振動により生じる吐出液体のくびれ部の最小径が、同
液体噴射口１４−４ａの形状が円形である場合よりも小
さくなり、同液体は同最小径部分から分離するので微粒
子化し易くなる。

【０１６１】換言すると、液体噴射口１４−４ａ（又
は、液体吐出用ノズル７２−４の液体噴射口等）の形状
を上記楕円のほか、長円、若しくは長方形のように、短
軸と長軸とを有する形状とすることで、噴射する液体を
微粒子化するためのチャンバー１４−２（又はチャンバ
ー７２−２）の容積変化量ΔＶを小さくすることがで
き、圧電／電歪素子１４ｇ（又は、加圧部７３、８３、
９２、１０２）による振動板としてのセラミックシート
１４ｆ（又は、上壁７２ａ）の変位量を小さくすること
ができる。この結果、圧電／電歪素子１４ｇ（又は、加
圧部７３、８３、９２、１０２）に印加する駆動電圧信
号の電圧を低い電圧としても液体の微粒子化を行うこと
ができるので、噴射ユニットの消費電力を減少すること
ができる。

【０１６２】次に、本発明の第１０実施形態に係る液体
噴射装置について説明すると、この液体噴射装置は、図
３１に示したように、内燃機関の吸気通路であって液体
噴射空間を構成する吸気管６１に固定されるようになっ
ていて、図１０を参照して説明した燃料噴射用インジェ
クタ５２と、空気通路を構成する空気管６３と、空気管
６３に介装された電磁式開閉弁６４と、コンプレッサ６
５と、圧電／電歪素子を用いた液体微粒子化用噴射ユニ
ット１１０とを備えている。インジェクタ５２は、イン
ジェクタ駆動信号が「オン」（ハイレベル）となったと
きに内部の燃料通路を開放するニードル弁を備えてい
て、この燃料通路には図示を省略した液体貯蔵タンクか
らプレッシャレギュレータにより調圧された燃料が供給
されるようになっている。

【０１６３】噴射ユニット１１０は、液体噴射空間２１
に微粒子化された液体（液体燃料）を噴射することに加
え、同液体噴射空間２１に気体（空気）を噴射するよう
になっている。このとき、液体噴射方向（液体噴射方向
の主軸）と気体噴射方向（気体噴射方向の主軸）は互い
に平行となっている。

【０１６４】具体的に述べると、この噴射ユニット１１
０は、平面図である図３２、及び図３２の７−７線に沿
った平面にて同噴射ユニット１１０を切断した断面図で
ある図３３に示したように、各辺が互いに直交するＸ，
Ｙ，Ｚ軸に平行に延びる略直方体形状を有し、順に積層
・圧着される複数のセラミックシート１１０ａ〜１１０
ｅからなる流路形成部と、セラミックシート１１０ｆの
外側面に固着された圧電／電歪素子１１０ｆからなる加
圧部とを備えている。

【０１６５】この噴射ユニット１１０は、液体供給系と
して、その内部に液体供給通路１１０−１と、互いに独
立した複数（ここでは一列が９個で４列に及び、合計で
３６個）のチャンバー１１０−２と、各チャンバー１１
０−２と液体供給通路１１０−１とを連通する複数の液
体導入孔１１０−３と、各チャンバー１１０−２と噴射
ユニット１１０の外部とを連通させるように各一端が液
体噴射空間に実質的に露呈してなる複数の液体吐出用ノ
ズル１１０−４と、上記燃料噴射用インジェクタ５２の
液体吐出口が連結される液体注入口１１０−５とを備え
ている。

【０１６６】この液体供給系の構成は、液体注入口１１
０−５がＹ軸方向中央部に１箇所だけ設けられ、これに
連通する液体供給通路１１０−１がＹ軸方向両側に伸
び、同Ｙ軸方向に伸びた部分からＸ軸方向に伸びる４列
の通路に分岐している。また、分岐した液体供給通路１
１０−１の各列は、同各列毎に９個の液体導入孔１１０
−３を介して９個のチャンバー１１０−２と連通してい
る。チャンバー１１０−２は、圧電／電歪素子１１０ｆ
の作動により容積が変更されるようになっている。

【０１６７】噴射ユニット１１０は、気体供給系とし
て、Ｙ軸方向両端部に設けられた一対の気体供給通路１
１０−６と、互いに独立した複数（ここでは一列が９個
で２列に及び、合計で１８個）のチャンバー１１０−７
と、各チャンバー１１０−７と各気体供給通路１１０−
６とを連通する複数の気体導入孔１１０−８と、各チャ
ンバー１１０−７と噴射ユニット１１０の外部とを連通
させるように各一端が液体噴射空間２１に実質的に露呈
してなる複数の気流用ノズル１１０−９と、上記空気管
６３の一端が連結されるとともに一対の気体供給通路１
１０−６，１１０−６にそれぞれ連通した一対の気体注
入口１１０−１０，１１０−１０とを備えている。

【０１６８】気体供給通路１１０−６は、液体供給通路
１１０−３と同様な構成を有していて、セラミックシー
ト１１０ｂに形成され、長軸及び短軸がそれぞれＸ軸方
向及びＹ軸方向に沿う長円形の切欠き部の側壁面、セラ
ミックシート１１０ａの上面、及びセラミックシート１
１０ｃの下面により画定された空間である。この気体供
給通路１１０−６は、セラミックシート１１０ｃ〜１１
０ｅに形成された気体注入口１１０−１０及び空気管６
３を介してコンプレッサ６５と連通されていて、電磁式
開閉弁６４が開弁せしめられたときに噴射すべき空気が
加圧された状態にて供給されるようになっている。

【０１６９】複数のチャンバー１１０−７の各々は、チ
ャンバー１１０−２と同様にセラミックシート１１０ｄ
に形成され、長軸及び短軸がそれぞれＹ軸方向及びＸ軸
方向に沿う長円形の切欠き部の側壁面、セラミックシー
ト１１０ｃの上面、及びセラミックシート１１０ｅの下
面により画定された長尺空間である。各チャンバー１１
０−７の一の端部は、気体供給通路１１０−６の上部に
まで延びていて、各チャンバー１１０−７は、この一の
端部にてセラミックシート１１０ｃに設けられた中空円
筒状の気体導入孔１１０−８により気体供給通路１１０
−６と連通している。

【０１７０】複数の気流用ノズル１１０−９の各々は、
セラミックシート１１０ａ〜１１０ｃに設けられた中空
円筒状のＺ軸方向に軸線を有する貫通孔であって液体噴
射空間２１に実質的に露呈した一端である気体噴射口１
１０−９ａを有し、同液体噴射空間とチャンバー１１０
−７とを連通している。

【０１７１】噴射ユニット１１０は、また、セラミック
シート１１０ａの下部（Ｚ軸負方向）であってＹ軸方向
両端に一対の気流方向制御壁部１１０−１１を備えてい
る。この一対の気流方向制御壁部１１０−１１は、それ
ぞれＸ，Ｙ，及びＺ軸方向に伸びる辺を有する直方体形
状を有していて、上面（Ｘ−Ｙ平面と平行な面）にてセ
ラミックシート１１０ａの下面に接着されている。ま
た、気流方向制御壁１１０−１１のＸ−Ｚ平面と平行な
一対の壁面（気流方向制御壁面）１１０−１１ａ，１１
０−１１ａは互いに対向し、各気流方向制御壁面１１０
−１１ａ，１１０−１１ａは、図３５に拡大して示した
ように、噴射ユニット１１０のＹ軸方向両端に位置する
各気体噴射口１１０−９ａ，１１０−９ａのそれぞれよ
りも僅かな距離だけＹ軸方向外側に設けられている。

【０１７２】以上の構成により、噴射ユニット１１０
は、Ｘ軸方向に沿う各列毎に９個の液体噴射口又は９個
の気体噴射口を同噴射ユニット１１０の下面（下平面）
に備え、この例では、Ｙ軸負方向端部からＹ軸正方向に
向けて、順に気体噴射口の列、４つの液体噴射口の列、
及び気体噴射口の列を備えている。

【０１７３】この噴射ユニット１１０においては、図示
しない電気制御装置からインジェクタ５２、各圧電／電
歪素子１１０ｆ、及び電磁式開閉弁６４に図３４に示し
たようなインジェクタ駆動信号、圧電／電歪素子駆動信
号、及び電磁式開閉弁駆動信号がそれぞれ供給されるよ
うになっている。なお、電気制御装置は、エンジン回転
速度Ｎ、及び吸気管圧力Ｐ等のエンジン運転状態を入力
して所定の演算を行い、上記各駆動信号を出力するよう
になっている。

【０１７４】次に、上記第１０実施形態に係る液体噴射
装置の作動について説明する。電気制御装置（噴射制御
手段）はエンジン回転速度Ｎ、及び吸気管圧力Ｐ等のエ
ンジン運転状態に基づいてインジェクタ駆動信号（ハイ
レベル信号の長さ）を決定するとともに、同インジェク
タ駆動信号を出力するタイミング（図３４の時点t102）
を決定する。そして、電気制御装置は、時点t102から所
定時間だけ前の時点t101となると、周波数ｆの圧電／電
歪素子駆動信号を圧電／電歪素子１１０ｆの電極間に付
与し始めるとともに、電磁式開閉弁駆動信号を「オン」
（ハイレベル）とする。これにより、チャンバー１１０
−２の容積変化が開始されるとともに、図３３及び図３
５に矢印にて示したように、各気体噴射口１１０−９ａ
から空気が噴射され、気流方向制御壁面１１０−１１ａ
に沿ってＺ軸負方向に向う気流が発生する。

【０１７５】その後、電気制御装置は、時点t101から僅
かに遅れた時点t102になると、インジェクタ駆動信号を
「オン」（ハイレベル）とする。この結果、図示しない
インジェクタ５２のニードル弁が移動されるため、燃料
が噴射ユニット１１０の液体注入口１１０−５を介して
液体供給通路１１０−１内に吐出・供給され始め、その
後、燃料は液体導入孔１１０−３を介してチャンバー１
１０−２に流入する。そして、チャンバー１１０−２内
の燃料の圧力が十分な圧力まで上昇すると、同燃料は燃
料吐出ノズル１１０−４の液体噴射口から吸気管６１内
の液体噴射空間に向けて押し出される（噴射される）。
このとき、圧電／電歪素子１１０ｆの作動による振動エ
ネルギーがチャンバ−１１０−２内において燃料に加え
られているから、同燃料にくびれ部が発生し、同燃料は
その先端部において同くびれ部からちぎれるように離脱
し、均一で精細に微粒子化された燃料が噴射される。

【０１７６】その後、電気制御装置は、時点t103になる
とインジェクタ駆動信号を「オフ」（ローレベル）とす
る。この結果、インジェクタ５２のニードル弁が初期位
置に復帰するため、燃料の吐出・供給が停止し、燃料吐
出ノズル１１０−４からの燃料噴射が停止する。そし
て、電気制御装置は、時点t103から僅かな時間だけ遅れ
た時点t104になると、圧電／電歪素子駆動信号の付与を
停止するとともに、電磁式開閉弁６４に対する電磁式開
閉弁駆動信号を「オフ」（ローレベル）とする。これに
より、気流用ノズル１１０−９からの空気噴射（気体噴
射）が停止する。その後、電気制御装置は、図３４の時
点t105〜t108に示したように、同様な燃料噴射制御を繰
り返し実行する。

【０１７７】このように、第１０実施形態に係る液体噴
射装置においては、燃料の噴射中において気体噴射口か
ら液体噴射空間に空気が噴射され（即ち、燃料の噴射と
空気の噴射が略同期してなされ）、燃料の噴射中に所定
の方向（燃料噴射の主軸方向と略平行な方向）への気流
が発生しているので、微粒子化されて直進性が小さくな
っている燃料液滴がこの気流に乗って液体噴射空間の所
望の位置へ輸送される。また、これにより、霧化した液
滴が滞留して連結することもないので、液滴の粒径が大
きくなることも回避できる。これらの結果、吸気管６１
の壁面に付着する燃料量が減少するので、内燃機関の燃
費の向上、同内燃機関からの有害排出ガスの低減をより
効果的に実現できた。

【０１７８】また、本実施形態では、燃料噴射の開始時
点t102より前の時点t101において気体噴射口からの空気
の噴射が開始され、燃料噴射の終了時点t103より後の時
点ｔ４まで同空気の噴射が継続される。この結果、噴射
ユニット１１０の気体噴射口１１０−９ａ近傍の部分拡
大図である図３５に示したように、燃料噴射終了時点で
液体噴射口１１０−４ａ近傍の壁面（セラミックシート
１１０ａの下面）に残留・付着する液膜EMの量を少なく
することができるとともに、次回の燃料噴射前において
同液膜EMを気流に乗せて霧化し、除去しておくことが可
能となる。この結果、燃料噴射開始時に燃料の微粒子化
を確実に行うことができるとともに、液膜EMにより大き
な粒径の液滴が発生することを回避することができ、内
燃機関からの有害排出ガスの低減をより確実に実現でき
た。

【０１７９】また、本実施形態においては、気流方向制
御壁部１１０−１１の気流方向制御壁面１１０−１１ａ
が設けられていて、この気流方向制御壁面１１０−１１
ａの近傍位置から空気が噴射されるから、形成される気
流の主成分を略同一の向き（この場合、Ｚ軸負方向）と
できるので、噴射液滴を所定の位置へ確実に輸送するこ
とができた。更に、気流方向制御壁面１１０−１１ａと
液体噴射口との間（気流方向制御壁面１１０−１１ａと
噴射ユニット１１０の液体噴射口が設けられた下面との
交線と、液体噴射口と、の間）に気体噴射口が配置され
ているから、噴射された液滴が気流方向制御壁面１１０
−１１ａに付着することを回避することができた。

【０１８０】次に、本発明の第１１実施形態に係る液体
噴射装置について説明すると、この液体噴射装置は、第
１０実施形態の噴射ユニット１１０に代えて、図３６〜
図３９に示した噴射ユニット１３０を採用した点におい
てのみ、第１０実施形態と異なっている。従って、以
下、かかる相違点を中心として説明する。なお、図３６
は噴射ユニット１３０の平面図であり、図３７〜図３９
は図３６に示した８−８線、９−９線、及び１０−１０
線に沿ったそれぞれの平面で噴射ユニット１３０を切断
した断面図である。

【０１８１】この噴射ユニット１３０は、噴射ユニット
１１０と同様に、燃料とともに空気を噴射するようにな
っている。ただし、噴射ユニット１３０は、一つの列
（Ｘ軸に沿った列）内において液体噴射口と気体噴射口
が噴射ユニット１３０の下面（下平面）にて交互に配列
されている点において、噴射ユニット１１０と異なって
いる。

【０１８２】より具体的に述べると、噴射ユニット１３
０は、各辺が互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸に平行に延び
る略直方体形状を有し、順に積層・圧着される複数のセ
ラミックシート１３０ａ〜１３０ｇからなる流路形成部
と、セラミックシート１３０ｇの外側面（Ｚ軸正方向の
Ｘ−Ｙ平面に沿った平面）に固着された圧電／電歪素子
１３０ｈからなる加圧部とから構成されている。

【０１８３】この噴射ユニット１３０は、液体供給系と
して、その内部に液体供給通路１３０−１と、互いに独
立した複数（ここでは、各列に５個で２列に及び、合計
１０個）の液体加圧用チャンバー１３０−２と、各チャ
ンバー１３０−２と液体供給通路１３０−１とを連通す
る複数の液体導入孔１３０−３と、各チャンバー１３０
−２と噴射ユニット１３０の外部とを連通させるように
各一端が液体噴射空間に実質的に露呈してなる複数の液
体吐出用ノズル１３０−４と、上記燃料噴射用インジェ
クタ５２の液体吐出口が連結される液体注入口１３０−
５とを備えている。

【０１８４】液体供給通路１３０−１は、セラミックシ
ート１３０ｄに形成された空洞の側壁と、セラミックシ
ート１３０ｅの下面と、セラミックシート１３０ｃの上
面とで画定される空間である。チャンバー１３０−２
は、セラミックシート１３０ｆに形成された空洞の側壁
と、セラミックシート１３０ｇの下面と、セラミックシ
ート１３０ｅの上面とで画定される空間である。液体導
入孔１３０−３は、セラミックシート１３０ｅを貫通す
るように設けられた中空円筒状の空間であり、液体供給
通路１３０−１とチャンバー１３０−２を連通してい
る。液体吐出用ノズル１３０−４は、セラミックシート
１３０ａ〜１３０ｅに設けられた中空円筒状の貫通孔で
あり、チャンバ１３０−２と噴射ユニット１３０の外部
とを連通するように形成されている。

【０１８５】この液体供給系においては、液体注入口１
３０−５がＹ軸方向中央部でＸ軸負方向端部近傍に１個
だけ設けられ、これに連通する液体供給通路１３０−１
がＹ軸に沿って両外側方向に伸び、更に、同外側に伸び
た部分からＸ軸正方向に伸びて一対の（２列の）液体供
給通路１３０−１を構成している。そして、液体供給通
路１３０−１の一列毎に５個の液体加圧用チャンバー１
３０−２が５個の液体導入孔１３０−３を介してそれぞ
れ連通している。また、チャンバー１１０−２は、圧電
／電歪素子１１０ｆの作動により容積が変更されるよう
になっている。

【０１８６】噴射ユニット１３０は、気体供給系とし
て、気体供給通路１３０−６と、互いに独立した複数
（ここでは各列に４個で２列に及び、合計８個）の気体
用チャンバー１３０−７と、各チャンバー１３０−７と
各気体供給通路１３０−６とを連通する複数の気体導入
孔１３０−８と、各チャンバー１３０−７と噴射ユニッ
ト１３０の外部とを連通させるように各一端が液体噴射
空間に実質的に露呈してなる複数の気流用ノズル（気体
吐出用ノズル）１３０−９と、図３１に示した空気管６
３の一端が連結されるとともに気体供給通路１３０−６
に連通した気体注入口１３０−１０とを備えている。

【０１８７】気体供給通路１３０−６は、セラミックシ
ート１３０ｂに形成された空洞の側壁と、セラミックシ
ート１３０ｃの下面と、セラミックシート１３０ａの上
面とで画定される空間である。チャンバー１３０−７
は、セラミックシート１３０ｆに形成された空洞の側壁
と、セラミックシート１３０ｇの下面と、セラミックシ
ート１３０ｅの上面とで画定される空間である。気体導
入孔１３０−８は、図セラミックシート１３０ｃ〜１３
０ｅを貫通するように設けられ、気体供給通路１３０−
６とチャンバ１３０−７とを連通する中空円筒状の空間
である。気流用ノズル１３０−９は、セラミックシート
１３０ａ〜１３０ｅに設けられた軸線がＺ軸方向に伸び
る中空円筒状の空間であり、チャンバ１３０−７と噴射
ユニット１３０の外部とを連通するように形成されてい
る。

【０１８８】この気体供給系においては、気体注入口１
３０−１０がＹ軸方向中央部でＸ軸正方向端部近傍に１
個だけ設けられ、これに連通する気体供給通路１３０−
６がＹ軸に沿って両外側方向に伸び、更に、同外側に伸
びた部分からＸ軸負方向に伸びて一対の（２列の）気体
供給通路を構成している。そして、気体供給通路１３０
−６の一列毎に４個の気体用チャンバー１３０−７が４
個の気体導入孔１３０−８を介してそれぞれ連通してい
る。

【０１８９】この噴射ユニット１３０においても、上記
噴射ユニット１１０と同様に、図示しない電気制御装置
からインジェクタ５２、各圧電／電歪素子１１０ｆ、及
び電磁式開閉弁６４に対し、図３４に示したようなイン
ジェクタ駆動信号、圧電／電歪素子駆動信号、及び電磁
式開閉弁駆動信号がそれぞれ供給されるようになってい
る。

【０１９０】従って、この液体噴射装置においても、燃
料噴射と空気噴射が同期して行われるので、チャンバー
１３０−２の容積変化により微粒子化された液滴が気流
にのって所望の位置に輸送される。また、これにより、
霧化した液滴が滞留して連結することもないので、液滴
の粒径が大きくなることも回避できる。これらの結果、
吸気管６１の壁面に付着する燃料量が減少するので、内
燃機関の燃費の向上、同内燃機関からの有害排出ガスの
低減をより効果的に実現できた。

【０１９１】更に、本液体噴射装置においても、燃料噴
射前後に気流が存在しているので、液体噴射口近傍の壁
面（セラミックシート１３０ａの下面）に残留・付着す
る液膜量を少なくすることができるとともに、次回の燃
料噴射前において同液膜を気流に乗せて霧化し、除去し
ておくことが可能となる。この結果、燃料噴射開始時に
燃料の微粒子化を確実に行うことができるとともに、液
膜により大きな粒径の液滴が発生することを回避するこ
とができ、内燃機関からの有害排出ガスの低減をより確
実に実現できた。

【０１９２】また、本液体噴射装置においては、液体噴
射口と気体噴射口とが交互に配列されているから、噴射
された液滴が気流により容易に輸送されるので、噴射し
た液滴の結合を抑制できるとともに、液体噴口近傍の液
膜を容易に除去することができる。

【０１９３】また、燃料とともに空気を噴射する上記第
１０実施形態及び上記第１１実施形態においては、燃料
の噴射方向と空気の噴射方向の各主軸を同一方向（ここ
では、Ｚ軸負方向）として互いに平行な向きとしている
ので、噴射された液滴の直進性を増すことができ、所望
の場所へ容易に液滴を到達させることができた。

【０１９４】さらに、上記第１０実施形態及び上記第１
１実施形態においては、例えば、上記コンプレッサの圧
縮力を調整することで、燃料の噴射速度より気体の噴射
速度を大きくなるように設計することが好適である。こ
の理由は、燃料の噴射速度より気体の噴射速度が小さい
と、噴射された液滴自体によって発生する気流に噴射し
た気流が打ち勝つことができず、その結果、液滴を所望
の位置に輸送できなくなるからである。

【０１９５】なお、上記第１０実施形態及び上記第１１
実施形態においては、コンプレッサ６５を用いて空気を
噴射しているが、図３１の一点鎖線にて示したように、
空気管６３の他端を内燃機関のスロットル弁６６上流の
吸気管６１と連通させ、同スロットル弁６１の上流と下
流の差圧によって噴射ユニット１１０，１３０から空気
を噴射するように構成してもよい。この場合、電磁式開
閉弁６４を省略してもよい。また、空気管６３の他端を
大気に開放し、大気圧とスロットル弁下流の負圧との差
圧により空気を噴射するように構成することもできる。
このようにすれば、高価なコンプレッサ６５等の圧力印
加手段が不要となるので、液体噴射装置全体のコストを
低減することができる。

【０１９６】また、上記第１０実施形態及び上記第１１
実施形態にて示した噴射ユニット１１０，１３０の構造
（エアーアシスト構造）は、加圧ポンプ１１等の加圧手
段により液体（燃料）を加圧して噴射する所謂加圧式に
限らず、例えば、特開２０００−１５０８１号公報に開
示されているような、所謂「差圧調整管方式」の液体噴
射装置や、圧電／電歪素子の作動によるチャンバーの容
積変化により燃料噴射圧力を発生するインクジェット装
置等にも適用することができる。

【０１９７】以上、説明したように、本発明の各実施形
態に係る液体噴射装置によれば、均一に微粒子化された
液体（ガソリン）を、エンジンの運転状態（即ち、液体
噴射装置の周囲環境）に拘らず、安定して噴射すること
ができた。また、従来のキャブレター（気化器）は、液
滴吐出空間である吸気管内の空間の空気流速に応じて燃
料流量が決定され、霧化の程度も同空気流速に依存して
変化したが、上記各実施形態によれば、同空気流速に拘
らず良好な霧化状態を維持した燃料を必要量だけ吐出す
ることができた。更に、本発明による液体噴射装置によ
れば、従来の燃料噴射量用インジェクタのノズル部にア
シストエアを供給することで燃料の霧化を促進する装置
のように、アシストエアを供給するためのコンプレッサ
を必要としないので、装置のコストを廉価なものとする
ことができた。

【０１９８】また、本発明による液体噴射装置において
は、噴射（噴霧）する液体がガソリン、灯油等の石油系
炭化水素、又は合成炭化水素であることが好適である。
これは、上記液体噴射装置における噴射ユニット（噴射
ユニットの流路形成部）がセラミックスにより構成され
ているとき、このような液体との濡れ性が良好であり、
従って、流路内に気泡が留まって大きくなる事態が生じ
難いからである。更に、本液体噴射装置により噴射され
る液体の密度が１ｇ／ｃｍ^３以下、且つ、その粘度が
０．５〜１．０ｍＰａ・ｓの液体であることが特に好適
である。噴射する液体が前記密度を有する液体であれ
ば、圧電／電歪素子によるチャンバー１４−２の容積変
化量ΔＶをあまり大きくする必要がなく良好な霧化状態
で液滴を噴射できるからである。また、噴射される液体
が前記粘度を有する液体であれば、吐出される液体が、
図６（Ａ）で示したようにその先端部で分離し易く、従
って、微粒化が容易に達成され得るからである。

【０１９９】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ことはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採
用することができる。たとえば、上記第３実施形態にお
いて、第２の液体供給管４２は、その一端が加圧ポンプ
４３の吐出部４３ｂに接続されていたが、同一端が加圧
ポンプ４３の吐出部４３ｂとレギュレター４６の間の第
１の液体供給管１２の部分１２ａに接続され、同部分か
ら分岐して、前記噴射弁４１の液体通路４１ｂに接続さ
れてもよい。また、上記各実施形態の液体噴射装置は、
内燃機関に適用されていたが、微粒子化された液体原料
の液滴で材料を形成する他の機械装置等に適用すること
もできる。また、圧電／電歪素子１７は、加圧室内の液
圧を上昇できる限り、複数の加圧室に対し共通の素子
（単一の素子）であってもよい。

【０２００】また、図４０に拡大部分平面図を示した液
体噴射装置の噴射ユニットのように、一つのチャンバー
１４−２に対して複数の液体噴射口（吐出孔）１４−４
ａを設けてもよい。このようにすれば、噴射ユニットの
大きさを変えることなく、均一で微細な粒径を有する液
滴を一時に多量に噴射することができる。

【０２０１】また、液体噴射口１４−４ａの周囲であっ
て、セラミックスシート１４ａの外側（下面側）にフッ
素樹脂等からなる撥液処理層を、同液体噴射口１４−４
ａを取り囲むように、例えば、リング状に形成してもよ
い（詳細については、本出願人による、特願２０００−
１８５４９４を参照。）。これによれば、撥液処理層が
液体噴射口１４−４ａの周囲に設けられているから、吐
出された液滴が同吐出口の付近に付着し難い。従って、
液体噴射終了時に、液体噴射口１４−４ａの周囲に液体
が残存し難くなり、このような残存した液体が次の液体
噴射開始時に吐出されてしまうことがないので、噴射さ
れる液滴の粒径を常に均一にすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る液体噴射装置の
概略を示した図である。

【図２】 図１に示した液体噴射装置の噴射ユニットの
平面図である。

【図３】 図２の１−１線に沿った平面にて噴射ユニッ
トを切断した断面図である。

【図４】 本発明の第２実施形態に係る液体噴射装置の
概略を示した図である。

【図５】 本発明の第３実施形態に係る液体噴射装置の
概略を示した図である。

【図６】 図６（Ａ）は、本発明による液体噴射装置に
おいて、圧電／電歪素子による振動エネルギーが吐出す
る液体に適切に加わった状態を示した図であり、図６
（Ｂ）は、同振動エネルギーが吐出しようとする液体に
十分に加わらなかった状態を示した図である。

【図７】 圧電／電歪素子に加える駆動電圧信号の周波
数を変更した場合の同圧電／電歪素子の変位量の変化を
示したグラフである。

【図８】 図８（Ａ）は本発明による噴射ユニットのセ
ラミックシート、及び圧電／電歪素子の部分拡大断面
図、図８（Ｂ）は同圧電／電歪素子の平面図、図８
（Ｃ）は上部電極をトリミングした噴射ユニットのセラ
ミックシート、及び圧電／電歪素子の部分拡大断面図、
図８（Ｄ）は図８（Ｃ）に示した圧電／電歪素子の平面
図である。

【図９】 図９（Ａ）は、従来の液体噴射装置の圧電／
電歪素子への駆動電圧信号波形を示すタイムチャート、
図９（Ｂ）は本発明による液体噴射装置の圧電／電歪素
子への駆動電圧信号波形を示すタイムチャートである。

【図１０】 本発明の第４実施形態に係る液体噴射装置
の噴射ユニットの正面図である。

【図１１】 図１０に示した噴射ユニットの平面図であ
る。

【図１２】 図１０に示した噴射ユニットの側面図であ
る。

【図１３】 図１０に示した噴射ユニットを内燃機関の
吸気管に取り付けた状態を示す同噴射ユニット及び同吸
気管の側面図である。

【図１４】 図１３に示した噴射ユニットと吸気管の正
面図である。

【図１５】 本発明の第５実施形態に係る液体噴射装置
の噴射ユニットの平面図である。

【図１６】 図１５の２−２線に沿った平面にて噴射ユ
ニットを切断した断面図である。

【図１７】 図１５に示した圧電／電歪素子部の断面図
である。

【図１８】 図１５の３−３線に沿う平面にて噴射ユニ
ットを切断した断面の拡大図である。

【図１９】 本発明の第６実施形態に係る液体噴射装置
の噴射ユニットの平面図である。

【図２０】 図１９の４−４線に沿った平面にて噴射ユ
ニットを切断した断面図である。

【図２１】 図１９に示した圧電／電歪素子部の断面図
である。

【図２２】 本発明の第７実施形態に係る液体噴射装置
の噴射ユニットの平面図である。

【図２３】 図２２の５−５線に沿った平面にて噴射ユ
ニットを切断した断面図である。

【図２４】 本発明の第８実施形態に係る液体噴射装置
の噴射ユニットの平面図である。

【図２５】 図２４の６−６線に沿った平面にて噴射ユ
ニットを切断した断面図である。

【図２６】 本発明の第９実施形態に係る液体噴射装置
の噴射ユニットの断面図である。

【図２７】 図２６に示した噴射ユニットの液体噴射口
及びその近傍の部分拡大正面図である。

【図２８】 図２６に示した噴射ユニットの液体噴射口
の正面図である。

【図２９】 図２６に示した噴射ユニットの液体噴射口
の変形例の正面図である。

【図３０】 図２６に示した噴射ユニットの液体噴射口
の変形例の正面図である。

【図３１】 本発明の第１０実施形態に係る液体噴射装
置の噴射ユニットを内燃機関の吸気管に取り付けた状態
を示す同噴射ユニット及び同吸気管の側面図である。

【図３２】 図３１に示した噴射ユニットの平面図であ
る。

【図３３】 図３２の７−７線に沿った平面にて同噴射
ユニットを切断した断面図である。

【図３４】 図３１に示した液体噴射装置の各駆動信号
を示したタイムチャートである。

【図３５】 図３１に示した噴射ユニットの気体噴射口
近傍の部分拡大図である。

【図３６】 本発明の第１１実施形態に係る液体噴射装
置の噴射ユニットの平面図である。

【図３７】 図３６に示した８−８線に沿った平面にて
噴射ユニットを切断した断面図である。

【図３８】 図３６に示した９−９線に沿った平面にて
噴射ユニットを切断した断面図である。

【図３９】 図３６に示した１０−１０線に沿った平面
にて噴射ユニットを切断した断面図である。

【図４０】 本発明による液体噴射装置の噴射ユニット
の変形例の拡大部分平面図である。

【符号の説明】

１０…液体噴射装置、１１…加圧ポンプ、１１ａ…導入
部、１１ｂ…吐出部、１２…第１の液体供給管、１３…
フィルター、１４…噴射ユニット、１４ａ〜１４ｆ…セ
ラミックシート、１４ｇ…圧電／電歪素子、１４−１…
液体供給通路、１４−２…チャンバー、１４−３…液体
導入孔、１４−４…液体吐出用ノズル、１４−４ａ…液
体噴射口、１４−５…液体注入口、２０…吸気管、２１
…燃料噴射空間、２２…液体貯蔵タンク、３１…電磁式
開閉弁、３２…バイパス管、３３…逆止弁、３４…圧力
センサ、４１…噴射弁、４６…レギュレータ、７１，８
１，９１，１０１…噴射ユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 51/00 Ｆ０２Ｍ 51/06 Ｌ 51/06 Ｎ 51/08 Ｈ 51/08 Ｌ 55/00 Ｂ 55/00 Ｄ 61/02 61/02 61/18 ３６０Ｂ 61/18 ３６０ ３６０Ｄ 69/00 ３１０Ｅ 69/00 ３１０ ３１０Ｌ ３１０Ｓ ３１０Ｖ ３４０Ｓ ３４０ ３４０Ｚ 69/04 Ｇ 69/04 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｃ Ｈ０１Ｌ 41/083 Ｓ 41/09 Ｎ Ｆ０２Ｍ 31/12 ３２１Ｚ Ｆターム(参考） 3G066 AA01 AB02 AD10 BA03 BA17 BA23 BA61 CB01 CB07U CB16 CC06U CC24 CC26 CC37 CC46 CC66 CD02 CD14 CD18 CD26 CD28 CD30 CE13 CE22 CE27 CE30 4D074 AA04 BB02 BB04 DD04 DD09 DD22 DD32 DD42 DD45

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体噴射空間に一端が露呈した液体吐出用
   ノズルと、同液体吐出用ノズルの他端と第１の液体供給
   管の一端とが連通したチャンバーとを含んでなる流路形
   成部を備えた噴射ユニットと、 所定の周波数を有する駆動電圧信号を発生する駆動電圧
   発生手段と、 前記第１の液体供給管の他端が接続された吐出部を有す
   るとともに、液体貯蔵タンクと連通した導入部を有し、
   同導入部から導入した同液体貯蔵タンク内の液体を加圧
   して同吐出部から吐出することにより、同液体を前記噴
   射ユニットの液体吐出用ノズルを介して前記液体噴射空
   間に噴射する加圧手段と、 を備えた液体噴射装置であって、 前記噴射ユニットは、前記液体吐出用ノズルを複数個備
   えるとともに、前記チャンバーの壁面の一部に同チャン
   バーの容積を変化させるための圧電／電歪素子を含む加
   圧部を備え、前記駆動電圧発生手段からの駆動電圧信号
   により前記圧電／電歪素子を作動させて前記液体吐出用
   ノズルから噴射される液体を微粒子化するように構成し
   た液体噴射装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の液体噴射装置であって、 前記液体噴射空間に露呈する液体噴射口、同液体噴射口
   に連通した液体通路、及び同液体通路を開閉する電磁弁
   を備えた噴射弁と、 前記噴射弁の液体通路と前記加圧手段の吐出部とを連通
   するための第２の液体供給管とを更に備えた液体噴射装
   置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の液体噴射装置であって、 前記第１の液体供給管に介装されるとともに、前記加圧
   手段により発生された液体の圧力を低減するレギュレタ
   ーを備えた液体噴射装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載
   の液体噴射装置であって、 前記圧電／電歪素子の作動による前記チャンバーの容積
   の変化量に対する前記チャンバーの容積の比が２以上で
   ３０００以下の値である液体噴射装置。
5. 【請求項５】請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載
   の液体噴射装置であって、 前記チャンバーは、前記第１の液体供給管側から前記液
   体吐出用ノズル側に向け前記液体の流れる流路部を含
   み、同液体の流れる方向と直交する平面にて切断した同
   流路部の断面の形状が略長方形となるように構成される
   とともに、同長方形の少なくとも一辺を含む同チャンバ
   ーの壁面の少なくとも一部に前記圧電／電歪素子が固定
   され、同一辺の長さに対する同一辺に直交する辺の長さ
   の比が１より小さくなるように構成された液体噴射装
   置。
6. 【請求項６】請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載
   の液体噴射装置であって、 前記チャンバーは、 一の端部にて液体導入孔を介して前記第１の液体供給管
   の一端に連通するとともに、他の端部にて前記液体吐出
   用ノズルの他端に接続され、同一の端部から同他の端部
   に向けて前記液体が流れるように構成された流路部を含
   み、 同液体の流れる方向と直交する平面にて切断した前記流
   路部の断面の面積が、前記液体導入孔の断面積、及び前
   記液体吐出用ノズルの前記液体噴射空間に露呈した一端
   における断面積のそれぞれより大きくなるように構成さ
   れた液体噴射装置。
7. 【請求項７】請求項６に記載の液体噴射装置であって、 前記液体吐出用ノズルの前記液体噴射空間に露呈した一
   端における断面積が前記液体導入孔の断面積より大きく
   なるように構成された液体噴射装置。
8. 【請求項８】請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載
   の液体噴射装置であって、 前記噴射ユニットは、液体通路と同液体通路を開閉する
   電磁弁とを含むとともに、前記第１の液体供給管の一端
   と前記チャンバーとを同液体通路により連通するように
   配設された電磁式開閉弁を備えてなり、 前記電磁式開閉弁の電磁弁が開弁されたときに前記液体
   吐出用ノズルから前記液体を噴射するように構成されて
   なる液体噴射装置。
9. 【請求項９】請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載
   の液体噴射装置であって、 前記第１の液体供給管に介装されるとともに同第１の液
   体供給管の通路を開閉する電磁式開閉弁と、 前記第１の液体供給管の前記電磁式開閉弁と前記加圧手
   段の吐出部の間と、前記液体貯蔵タンクとを、前記加圧
   手段に対して並列に連通するとともに、前記電磁式開閉
   弁と前記加圧手段の吐出部の間の前記第１の液体供給管
   内の液体の圧力が所定圧力以上となったときにのみ、前
   記電磁式開閉弁と前記加圧手段の吐出部の間の前記第１
   の液体供給管から前記液体貯蔵タンクへの液体の流れを
   許容する逆止弁を介装したバイパス管とを備えた液体噴
   射装置。
10. 【請求項１０】請求項１乃至請求項９の何れか一項に記
    載の液体噴射装置であって、 前記噴射ユニットの流路形成部はジルコニアセラミック
    スから形成され、 前記噴射ユニットの前記流路形成部と前記加圧部の圧電
    ／電歪素子とが焼成により一体的に形成されてなる液体
    噴射装置。
11. 【請求項１１】請求項１乃至請求項９の何れか一項に記
    載の液体噴射装置であって、 前記噴射ユニットは、前記流路形成部と前記加圧部とが
    別体として構成されるとともに、同流路形成部と同加圧
    部の圧電／電歪素子とが接着されてなる液体噴射装置。
12. 【請求項１２】請求項１１に記載の液体噴射装置であっ
    て、 前記加圧部は前記流路形成部の前記チャンバーの壁面を
    押圧して同チャンバーの容積を変化させるように構成さ
    れてなる液体噴射装置。
13. 【請求項１３】請求項１２に記載の液体噴射装置であっ
    て、 前記加圧部は、前記加圧部により押圧されるチャンバー
    壁面よりも剛性が高く、且つ同チャンバーの壁面に対し
    て一定の距離を隔てて前記流路形成部に移動不能に固定
    されたセラミックスからなる板を含み、 前記圧電／電歪素子は、薄板状に形成されるとともに、
    一面において前記セラミックスからなる板に対し焼成に
    より一体的に接合され、他面において前記加圧部により
    押圧されるチャンバーの壁面に接着されてなる液体噴射
    装置。
14. 【請求項１４】請求項１０乃至請求項１３の何れか一項
    に記載の液体噴射装置であって、 前記加圧部は、層状の圧電／電歪素子と層状の電極とを
    交互に多層にわたり積層してなる液体噴射装置。
15. 【請求項１５】請求項１乃至請求項１４の何れか一項に
    記載の液体噴射装置であって、 前記チャンバーは液体導入孔を介して前記第１の液体供
    給管の一端に接続されてなり、 前記駆動電圧発生手段は、前記駆動電圧信号の電圧を所
    定電圧まで増大して前記チャンバーの容積を減少させる
    ことにより同チャンバー及び前記液体導入孔内の液体の
    圧力を上昇させた後、同液体導入孔内の液体の圧力が前
    記加圧手段によって発生せしめられる圧力に実質的に低
    下するまで前記電圧を前記所定電圧に維持し、その後前
    記電圧を減少するように構成された液体噴射装置。
16. 【請求項１６】請求項１乃至請求項１５の何れか一項に
    記載の液体噴射装置であって、 前記駆動電圧信号の所定の周波数と前記噴射ユニットの
    共振周波数とが実質的に一致するように構成されてなる
    液体噴射装置。
17. 【請求項１７】請求項１乃至請求項１６の何れか一項に
    記載の液体噴射装置であって、 前記噴射ユニットは前記チャンバーを複数備えるととも
    に、前記複数のチャンバーのうちの少なくとも一つは前
    記液体吐出用ノズルを複数備えてなる液体噴射装置。
18. 【請求項１８】請求項１乃至請求項１７の何れか一項に
    記載の液体噴射装置であって、 前記液体吐出用ノズルの前記液体噴射空間に露呈した一
    端の液体噴射口の形状は、長軸と短軸を有する略楕円形
    状、略長円形状、及び略長方形のうちの何れか一つであ
    る液体噴射装置。
19. 【請求項１９】請求項１乃至請求項１８の何れか一項に
    記載の液体噴射装置であって、 前記噴射ユニットは前記液体噴射空間に一端が露呈した
    気流用ノズルを備え、前記液体吐出用ノズルを介する液
    体の噴射とともに前記気流用ノズルを介して気体を噴射
    するように構成された液体噴射装置。
20. 【請求項２０】請求項１９に記載の液体噴射装置であっ
    て、 前記液体吐出用ノズルの前記液体噴射空間に露呈した一
    端は前記噴射ユニットの下面に開口した液体噴射口を構
    成し、前記気流用ノズルの一端は前記噴射ユニットの前
    記下面に開口した気体噴射口を構成してなる液体噴射装
    置。
21. 【請求項２１】請求項２０に記載の液体噴射装置であっ
    て、 前記噴射ユニットは、前記液体噴射口と前記気体噴射口
    とをそれぞれ複数有するとともに、同液体噴射口と同気
    体噴射口とが交互に配置された液体噴射装置。
22. 【請求項２２】請求項１９乃至請求項２１の何れか一項
    に記載の液体噴射装置であって、 前記液体吐出用ノズルを介する液体の噴射開始前に前記
    気流用ノズルを介する気体の噴射を開始し、同液体吐出
    用ノズルを介する液体の噴射終了後に同気流用ノズルを
    介する気体の噴射を終了する噴射制御手段を備えた液体
    噴射装置。
23. 【請求項２３】請求項１９乃至請求項２２の何れか一項
    に記載の液体噴射装置であって、 前記噴射ユニットは、前記気流用ノズルを介する気体の
    噴射方向を制御する気流方向制御壁を備えた液体噴射装
    置。
24. 【請求項２４】請求項２３に記載の液体噴射装置であっ
    て、 前記液体吐出用ノズルの一端と前記気流方向制御壁との
    間に前記気流用ノズルの一端を配置した液体噴射装置。
25. 【請求項２５】請求項１９乃至請求項２４の何れか一項
    に記載の液体噴射装置であって、 前記液体吐出用ノズルと前記気流用ノズルは、液体と気
    体を互いに平行に噴射するように構成された液体噴射装
    置。
26. 【請求項２６】請求項１９乃至請求項２５の何れか一項
    に記載の液体噴射装置であって、 前記液体の噴射速度は前記気体の噴射速度より小さくな
    るように構成した液体噴射装置。
27. 【請求項２７】液体噴射空間に一端が露呈した液体吐出
    用ノズルと、前記液体吐出用ノズルの他端と第１の液体
    供給管の一端とが連通したチャンバーと、同チャンバー
    の壁面に形成された下部電極と、前記下部電極に対向す
    るように形成された上部電極と、前記下部電極と前記上
    部電極との間に形成された圧電／電歪素子とを有する噴
    射ユニットと、 前記上部電極と前記下部電極との間に所定周波数の駆動
    電圧信号を与えることにより前記圧電／電歪素子に電界
    を付与し、この電界により前記圧電／電歪素子を作動さ
    せて前記チャンバーの壁面を振動させる駆動電圧発生手
    段と、 前記第１の液体供給管の他端が接続された吐出部を有す
    るとともに、液体貯蔵タンクと連通した導入部を有し、
    同導入部から導入した同液体貯蔵タンク内の液体を加圧
    して同吐出部から吐出することにより、同液体を前記噴
    射ユニットの液体吐出用ノズルを介して前記液体噴射空
    間に噴射する加圧手段と、 を備えてなり、前記液体吐出用ノズルから噴射される液
    体を前記圧電／電歪素子の作動により微粒子化するよう
    に構成した液体噴射装置における前記噴射ユニットの共
    振周波数調整方法であって、 前記上部電極の一部をトリミングして同上部電極と前記
    下部電極とによって前記圧電／電歪素子の前記電界が付
    与される領域を変化させることにより、前記噴射ユニッ
    トの共振周波数を前記駆動電圧信号の所定周波数近傍の
    周波数と一致するように調整する液体噴射装置の共振周
    波数調整方法。