JP3628512B2 - 液体燃料燃焼器具の燃焼芯 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルコールを主体とする液体燃料を用いる喫煙具用ライター、着火器等の液体燃料燃焼器具において、液体燃料を燃料タンク中より毛管現象を利用して吸い上げ燃焼させる燃焼芯に関し、特に、燃焼を行う燃焼部の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、喫煙具用ライター、着火器、トーチ、照明具等の燃焼器具における燃料としては、エチルアルコール等のアルコール燃料、ガソリンを含む石油ベンジン系のベンジン燃料、ブタンガス、プロパンガス等の液化ガス燃料が利用されている。
【０００３】
そして、使用燃料の種類に応じてそれぞれの燃焼器具の性能、使い勝手、設計構造が異なり、それぞれの特徴を有する。
【０００４】
例えば、石油ベンジン系炭化水素化合物の混合物によるベンジン燃料の場合は、この燃料がそれぞれ沸点の異なる化合物の混合体であり、燃焼器具に着火した使用初期は沸点の低いベンジン成分が揮発し、順次沸点の高い炭化水素へと揮発成分が移行するため、燃焼時間に応じて燃焼器具内に残留する燃料組成が変化し、このために炎長の変化を生起する、ガソリンでも同様である。また、ベンジン及びガソリンは揮発性が高くこれを使用する燃焼器具においては、燃料貯蔵部及び燃焼芯の部分から揮発を低減する密閉構造が必要であり、この密閉が不十分であると燃料が揮発して失われ、燃料の補充頻度が高く煩雑であり、さらに、このベンジン及びガソリンには特有の臭いがあり、好まれない場合がある。
【０００５】
液化ガス燃料の場合には、燃焼器具の使用温度範囲でガス圧が高く、燃料を貯蔵する容器は耐圧構造が必要とされる。また、上記ガス圧の変動に応じて炎長が変化し、特にそのガス圧は温度に対し対数的に大きく変化する特性があり、温度に対する炎長の変化が大きい問題を有する。この炎長変化を少なくするためには燃焼器具の燃料供給機構に温度補償を行う特別な設計対策を要し、構造が複雑になると共にコスト面で不利となる。
【０００６】
一方、アルコール燃料の場合には、エチルアルコール、メチルアルコール、プロピルアルコール等の低級１価アルコール等のアルコールを主体とする液体燃料は常温で液体であり、蒸気圧も比較的低く、燃料貯蔵部の耐圧容器が不要で、燃料タンク及び燃焼芯に対する密閉はアルコールが揮発しない程度の密閉構造でよく、燃焼器具の構造の簡素化、コスト面で有利となる。
【０００７】
また、このアルコールを主体とした液体燃料を用いる燃焼器具では、液体燃料を燃料貯蔵部から燃焼部への燃料供給を行う手段として、一般には、液体燃料の表面張力を利用して、連続細孔または細い繊維を束ねた細隙を毛管現象により吸い上げ、先端部で燃焼させる燃焼芯を使用している。
【０００８】
具体的には、上記燃焼芯は、燃料の吸い上げには繊維を撚った紐状のもの、ガラス繊維を束ねたもの、或いはこの両者を使用しガラス繊維を綿糸で包み込み、これが解けないよう金属細線で巻回したものなどを利用し、下端吸上部が燃料吸い上げに機能し、上端燃焼部で燃焼を行うようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかして、上記のような燃焼芯を使用する喫煙具用ライター、着火器等の燃焼器具においては、この燃焼芯の材質、形態により、着火後の初期炎長、炎長の変化、飽和炎長及び炎の太さ等が異なるので、燃焼器具の使用形態に対応した要望特性を満たすように構成する必要がある。
【００１０】
つまり、前記従来例の燃焼芯を用いて喫煙具用ライター、着火器を作製し、先端燃焼部に着火すると、その炎は燃焼部の先端面及び先端外周部より液体燃料が揮発したガスが燃焼して形成され、さらに燃焼部の下部外周部よりも液体燃料が揮発上昇し、これに着火するとさらに太く長い炎が形成されることになる。この燃焼状態はローソクへの着火による炎の形態と同様のものであり、必要な炎長を得るための燃焼芯を検討する場合に、継続燃焼を考えると燃焼芯はある程度の太さすなわち先端面の大きさを必要とする。しかし、この燃焼芯の太さと炎の太さとには比例関係があり、太い燃焼芯では炎の太さも大きくなる。
【００１１】
そして、例えば、燃焼器具として喫煙具用ライターの場合には、炎の太さはたばこに火をつける目的としては、細いほうが使い勝手がよくなるので炎の長さを確保しながら炎の太さを細くしたいという相反した要求がある。
【００１２】
また、前記のような燃焼芯への着火については、発火石若しくは放電による火花が作用する部分の燃焼芯の近傍には、液体燃料が揮発した状態で存在している必要がある。しかも、燃焼芯の上端面から揮発した燃料に加えて、芯側面から揮発した燃料が存在することが着火性を確保する上で重要であり、特に低温において着火率への影響が大きくなることが判明した。
【００１３】
さらに、燃焼器具を設計する場合に、前記燃焼芯に火花をとばして着火する着火部材は燃焼芯に近付ける方が着火性が良好となるが、炎が太いものでは、この炎の縁部が着火部材に接近してヤスリ車等の着火部材の温度上昇を招く問題がある。例えばヤスリ車が加熱されると、そのプラスチックで形成されている支持部に伝熱して、この支持部が溶融し、ヤスリ車に対して押し付けられている発火石の押し付け力によりヤスリ車が脱落して使用不能となる恐れがある。特に燃焼芯と着火部材が接近すると、燃焼芯周辺の空気の流れが変化して、炎が着火部材側に膨らむ傾向があり、上記過熱の問題が生じる場合がある。
【００１４】
一方、アルコールを主体とした液体燃料を使用する燃焼器具においては、燃料に炎色反応を示す材料を添加してもなおかつ炎が見え難いことがある。このためさらに炎に着色して炎の形態をより一層明確とする要求もある。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑み、使用目的に合った炎の形態、特に細くて長い炎が得られるようにした液体燃料燃焼器具の燃焼芯を提供せんとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明の液体燃料燃焼器具の燃焼芯は、液体燃料を燃料タンクに収容した中綿に含有させ、該中綿と吸上部が接触して毛管現象によって液体燃料を吸い上げ先端燃焼部で燃焼させる燃焼芯と、前記燃焼部への着火を行う着火部材とを備えたものにおいて、前記燃焼芯を多孔質材料によって構成すると共に、少なくとも上端面を除く燃焼部の側面に、液体燃料の揮発を抑制する外皮層を設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、前記外皮層を設けた燃焼芯は、側面全周で液体燃料が均等に揮発するように設けるか、着火部材側の側面における液体燃料の揮発抑制作用が他の側面の揮発抑制作用より小さくなるように設ける。その場合、着火部材側の側面には外皮層を例えばスリット状に除去して部分的に形成するか、外皮層を形成しないことで、液体燃料の揮発抑制作用を他の側面より小さくすることが可能であり、これらのものでは外皮層を液体燃料に対する浸透性が全くない素材で形成してもよい。
【００１８】
前記外皮層を燃焼芯側面の全周又は部分的に設けるについて、該外皮層を芯内部における液体燃料の浸透性より低い浸透性を有する多孔質皮膜として、液体燃料が浸透し表面から揮発するように設けるのが好適である。
【００１９】
例えば、前記外皮層は、酸化金属粉体に固着剤を混合したものを塗布又は浸漬乾燥固化してなる。また、前記外皮層は、耐熱性無機化合物粉体又は金属粉体或いはこの混合物に固着剤を混合したものを塗布又は浸漬乾燥固化してなる。前記酸化金属粉体としては、酸化チタン、酸化アルミニウム等を単独で又は混合して用いる。前記固着剤として、ケイ酸ナトリウム又はケイ酸カリウム等よりなる水ガラス材若しくは低融点ガラス材を使用するのが好適である。前記外皮層の厚さを０．２ｍｍ〜０．５ｍｍに設けるのが好ましい。
【００２０】
前記外皮層は、耐熱性塗料を塗布又は浸漬乾燥してもよい。また、前記外皮層には、炎色反応を示す金属化合物を含むのが望ましい。一方、前記外皮層にカーボンを添加してもよい。また、前記外皮層の形成後に、カーボンを含む塗布液をコートしてもよい。
【００２１】
前記外皮層の液体燃料の浸透性が、燃焼部の上端部とそれ以外の部分とで異なるようにしてもよく、例えば、燃焼部の上端部で浸透性が高く下部で低くなるように、又はその逆に設ける。その際、外皮層の厚みを、燃焼部の上端部の厚さとそれ以外の部分の厚さとで異なるように設ければよい。
【００２２】
前記外皮層を設けた燃焼芯の先端面を傾斜面に形成し、該傾斜面を着火部材に向けて配設するようにしてもよい。
【００２３】
前記燃焼芯としては、セラミック繊維、ガラス繊維等の耐熱性材料で断面矩形の角棒状に形成するのが好適であり、多孔質セラミック或いは多孔質ガラス材で形成してもよい。また、前記燃焼芯をその軸方向と直交する方向に圧縮成形した多孔質材料で構成し、外皮層の形成により全体的に側面からの揮発量が大きい場合には、圧縮成形時の圧縮面を着火部材に向けて配設して、着火部材の過熱防止を図るか、外皮層の形成により全体的に側面からの揮発量が小さい場合には、圧縮成形時の圧縮面と直交する面を着火部材に向けて配設して着火率を高めるようにしてもよい。
【００２４】
上記のような本発明の液体燃料燃焼器具の燃焼芯では、燃焼部の側面よりの液体燃料の揮発を外皮層の形成によって着火可能な程度に抑制制御することにより、炎の長さを確保しつつ太さを細くしてなる。つまり、燃焼芯の燃焼部側面の全体を液体燃料の浸透性のない外皮層で密閉被覆して、この側面からの燃料の揮発が全くないようにしたものでは、液体燃料は燃焼芯の上端面より揮発した燃料のみによる炎となるため細い炎となるが、一般的に燃焼芯への着火は側面から行うため、このような側面から液体燃料の揮発が生じないものでは着火が困難となる。
【００２５】
この点、本発明では、側面から火花をとばして着火が可能であり、かつ炎の太さを大きくしないために、燃焼芯の燃焼部の外周側面より液体燃料が着火可能な程度に浸透揮発する多孔質外皮層を形成するか、着火部材側の側面の揮発抑制作用を他の側面より小さくして、着火部材による良好な着火を可能としつつ、燃焼芯の上端面には液体燃料の吸い上げ揮散能力の高い燃焼芯材の面を露出させて、長く細い炎形状を得ると共に一般的な着火が行える燃焼芯となった。
【００２６】
アルコールを主体とする液体燃料としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコールまたはプロピルアルコールによる低級１価アルコールを主成分とし、これに炎に着色するためのヘキサンまたはヘプタン等の飽和炭化水素を混合したものが使用される。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の液体燃料燃焼器具の燃焼芯によれば、燃焼芯を多孔質材料によって構成すると共に、少なくとも燃焼部の上端面を除く側面に芯側面からの液体燃料の揮発を抑制する外皮層を設けたことにより、着火部材側の側面から揮発した燃料により着火部材による側方からの着火性を確保する一方、燃焼芯の上端面の大きさをある程度確保して上端面からの十分な燃料揮発による炎の長さを確保しつつ、前記外皮層により外周面からの燃料の揮発量を抑制することで炎の太さ特に下端部の太さが大きくなるのを阻止して細くでき、炎が着火部材に接近することによる着火部材の昇温が防止でき、従来得られなかった細くて長い炎の形態を簡単な構造によって得ることができる。これにより、炎の形態の自由度を拡大して、例えば、喫煙具用ライター、着火器等の燃焼器具の使用目的に合致した特性を得ることができ、その商品価値を高めることができる。
【００２８】
前記外皮層を設けた燃焼芯の着火部材側の側面の揮発抑制作用を他の側面より小さくしたものでは、着火用の揮発量の確保が容易に行えると共に、他の側面での揮発抑制で炎の太さを細くすることとの両立を簡易に得ることができる。
【００２９】
また、上記のような外皮層を形成することにより、燃焼芯の燃焼部の硬度が高くなって強度の増大が図れ、使用に対し燃焼部の耐久寿命を長くすることができる。
【００３０】
さらに、着火後の連続燃焼における炎の経時変化では、着火直後から炎長の伸長の立ち上がりが速く、また、飽和炎長は短くなり、着火器等の燃焼特性として好適なものが得られる。
【００３１】
また、炎は燃焼芯の燃焼部の上端面より揮発した燃料の燃焼によって主に形成され、燃焼部側面からの揮発量に依存しないことで、燃焼芯の燃焼部の芯ホルダーからの突出量の短縮化が図れ、揮発防止用に燃焼部を覆う閉塞キャップの設計が容易となる。
【００３２】
上記のような燃焼部の側面よりの燃料の揮発を外皮層の形成により制御することで細くて長い炎の形成が行えることにより、同じ長さで太かった炎による燃焼に比べて燃料の消費量が低減し、使用回数、使用時間を同一燃料量に対し大幅に増大することができた。
【００３３】
一方、燃焼状態における炎の形状形態が見えることが有利な燃焼器具の場合、外皮層にナトリウム等の炎色成分を含ませることにより、この外皮層中の炎色成分が燃焼に伴って炎色反応を生起して炎に着色することになって炎の形態を明確化することができるものである。また外皮層にカーボンを含ませるか、その上にカーボンを含むコートを行ったものでも、同様に燃焼に伴ってカーボンが遊離して炎に黄色の発色を得ることができ、炎が目視しやすくなる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液体燃料燃焼器具の燃焼芯の各実施の形態を図面に沿って説明する。
【００３５】
まず図１（Ａ）に、本発明の燃焼芯の基本構造を示す。燃焼芯６の本体は多孔質材料で形成され、芯ホルダー７より上方に突出した部分が燃焼部６１に、芯ホルダー７より下方で後述の液体燃料を含浸保持した中綿３（図３参照）に接触する部分が吸上部６２に設けられる。
【００３６】
そして、上記燃焼芯６の燃焼部６１の上端面６ａを除く側面の一部又は全周に、側面からの液体燃料の揮発を抑制する外皮層８を設ける。この外皮層８は、例えば芯内部を毛管現象によって吸い上げられる液体燃料が透過して表面から揮発する浸透性を有する多孔質とし、その浸透性は芯内部における本体素材の浸透性より低くなるように設けてなる。
【００３７】
具体的には、後の実施の形態により詳述するが、燃焼芯６はセラミック繊維、アクリル繊維、ガラス繊維、多孔質セラミック、多孔質ガラス材等の内部に毛管通路が形成される多孔質材料によって例えば角棒状に形成され、その燃焼部６１から芯ホルダー７に保持される部分の外周に、酸化チタン、酸化アルミニウム等の酸化金属粉体、耐熱性無機化合物粉体、金属粉体等に、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム等よりなる水ガラス材又は低融点ガラス材による固着剤を混合してなる塗布液若しくは耐熱性塗料を塗布又は浸漬乾燥して、厚みが０．２〜０．５ｍｍの外皮層８を形成してなる。
【００３８】
そして、燃焼部６１の上端面６ａには、前記セラミック繊維等の芯素材面が露出するように、上記塗布液を塗布しないか、塗布後に先端面を切断する。また、上記塗布液の塗布厚みを調整することにより、着火性能と炎の太さとの関係の調整を行う。さらに、先端面６ａを斜めに形成してもよい。
【００３９】
図１（Ｂ）には、外皮層を形成していない比較例の燃焼芯６０の燃焼状態を示すものであり、燃焼部６１の外周面は浸透性が高く、矢印で示すように多量の燃料が揮発し、これが側面分で着火燃焼した炎と、上端面６ａからの揮発ガスによる炎とが一体となり、全体として太く大きい炎が形成される。特に下端部分が太くなる。また、着火後の燃焼の継続による温度上昇により先端面６ａ及び外周面からの揮発量が増大して、炎が大きくなり図示のような飽和状態となる。
【００４０】
これに対して、図１（Ａ）の本発明による燃焼芯６での燃焼状態は、先端面６ａからは上記と同様に燃料が揮発するが、燃焼部６１の外周面からは外皮層８の形成により燃料の揮発が抑制されて低減し、この側面からの揮発ガスに着火した炎は小さく全体の炎は下端部が細くなり、炎長も多少短くなるが必要な長さは得られる。そして、着火後の昇温により揮発量が増大しても外周面からの揮発量の増大は抑制され、飽和炎長の伸長が抑制される。また、燃焼芯６の燃焼部６１の上端面６ａよりの燃料の揮発により炎の形成が主に行われるため、芯ホルダー７よりの燃焼部６１の突き出し長さを３ｍｍ程度と外皮層を形成しないものより短くできる。
【００４１】
また、図２には前記外皮層８を厚く形成して燃焼部６１の側面の燃料の浸透性をさらに低くした場合の燃焼を示し、この外皮層８よりの透過揮発性が低くなると、その燃焼部６１に着火すると炎の形成と同時に温度による上昇気流が燃焼部６１の側面に生起しており、外皮層８より揮発した燃料ガスはこの側面では炎を形成することなく上昇し、燃焼部６１の上端面６ａより揮発する燃料ガスによる炎と合流して燃焼することになり、この場合は炎の下端部の太さはさらに細くなる。このように燃焼器具の目的用途に合わせて炎の太さ、長さを設定することが可能となった。その際、着火率を高めるために、着火側の側面の外皮層８を部分的又は全面的に除去して揮発抑制作用を小さくし、着火用の揮発量を増大するようにしてもよい。
【００４２】
さらに、外皮層８を上端部で浸透性を高く下部で低く、又はその逆とするように、塗布厚さを変えることなどによって異ならせると、炎の形状をさらに変化させることが可能である。
【００４３】
なお、外皮層８を透過した揮発量は、着火性を得るのに十分な量が必要であるが、着火部材の着火性能等によりその必要量は変化する。
【００４４】
さらに、炎の形状形態を見やすくするため、前記外皮層８中に炎色反応を示す金属化合物又はカーボンを添加するか或いはカーボンを混合した塗料を外皮層８上にコートする。
【００４５】
＜第１の実施の形態＞
図３に前述のような燃焼芯６を組み込む液体燃料燃焼器具の一例としての喫煙具用ライターの概略断面構造を示す。また、燃焼芯６の具体例も示す。
【００４６】
ライター１は、有底筒状の燃料タンク２を有し、この燃料タンク２の内部には液体燃料を含浸保持する繊維材による中綿３が挿入され、燃料タンク２の上部には上蓋４が固着されて、液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵部５が構成されている。この中綿３は燃料タンク２の底部側に充填され、上部空間２ａが形成されている。
【００４７】
例えば、上記燃料タンク２は、ポリプロピレンによる成形品で内容積が５ｃｍ^３ に設けられている。中綿３は、太さが６デニールのポリプロピレン繊維を、燃料タンク２内に密度０．０５ｇ／ｃｍ^３ で装填してなり、この中綿３にエチルアルコール９５ｗｔ％、ｎ−ヘキサン５ｗｔ％を混合した液体燃料が４ｇ注入含浸されて貯蔵される。
【００４８】
さらに、前記上蓋４を燃料タンク２内に垂直に貫通して金属製の芯ホルダー７が固着されている。この芯ホルダー７には、棒状の燃焼芯６が上下方向に装着されている。燃焼芯６は、上記芯ホルダー７から上方に突出する先端の燃焼部６１と、下方の前記中綿３に接触する吸上部６２とが同一素材により一体に形成されている。
【００４９】
上記燃焼芯６はセラミック繊維で形成され、例えば、太さが２．８μｍのアルミナとシリカを主体とした原料を繊維化したセラミック繊維に、微量の有機質のバインダー及び硬化剤を加えて繊維の充填密度が０．１６ｇ／ｃｍ^３ となるよう板状に成形し、これを切断して、断面が３ｍｍ×４ｍｍの角形で、長さ７０ｍｍの棒状に設けられたものを、内径が５．０ｍｍφ、外径が６．０ｍｍφ、長さ７．０ｍｍの前記芯ホルダー７に挿入している。この燃焼芯６の燃焼部６１は、芯ホルダー７の上端面からの突き出し長さが３ｍｍになるように固定され、吸上部６２は下端から４５ｍｍの長さが前記中綿３に挿入されている。
【００５０】
そして、前記燃焼芯６の少なくとも燃焼部６１の外周側面には、多孔質でかつ液体燃料の浸透性が内部素材より低い外皮層８が被覆されている。この外皮層８は燃焼芯６の上端から所定の長さ（例えば１０ｍｍ）の側面に形成され、上端面６ａ及び吸上部６２の側面には前述のセラミック繊維の面が露出している。
【００５１】
本例における外皮層８は、ケイ酸ナトリウム５０ｗｔ％＋水５０ｗｔ％で混合したものを７０ｗｔ％、二酸化チタンを３０ｗｔ％の配合比で混合してなる塗布液を調合し、この塗布液を乾燥後の厚さが０．３ｍｍとなるように塗着した後、乾燥させて形成してなる。
【００５２】
そして、上記のような燃焼芯６は、吸上部６２によって中綿３に含浸された液体燃料を毛管現象を用いて吸い上げるもので、吸い上げた液体燃料を燃焼部６１に供給し、芯ホルダー７より上方に突出した燃焼部６１に着火され炎を生じて燃焼する。
【００５３】
なお、前記燃焼芯６は燃焼部６１と吸上部６２とで異なる素材によって構成するようにしてもよく、その場合、燃焼部６１は上記のセラミック繊維で形成され、吸上部６２は例えばアクリル繊維で形成され、両者を接触接合してなる。この吸上部６２は、繊維太さが３デニールのアクリル繊維にバインダー及び硬化剤を添加して束ねて棒状に成形固化させ、固着成形後の空隙率は６０％であり、外径が３．４ｍｍφに形成される。
【００５４】
また、前記上蓋４には燃焼部６１の先端と対向して着火部材１０が配設され、この着火部材１０は上蓋４に固定されるブラケット１１内に上下方向に移動可能に発火石１２が挿入され、ブラケット１１の上蓋には回転ヤスリ１３が設けられ、該回転ヤスリ１３の周囲に発火石１２の先端が石押しスプリング１４の付勢力によって押圧される構造に設けられ、回転ヤスリ１３の回転操作によって燃焼芯６に向けて火花が飛ぶように設けられている。
【００５５】
前記燃焼部６１を芯ホルダー７の突出部と共に、開閉可能に覆う揮発防止用の閉塞キャップ１６が設けられ、この閉塞キャップ１６は前記燃料タンク２における上蓋４の上面の一端部にピン１７によって回動可能に枢支されている。閉塞キャップ１６の内面には、前記芯ホルダー７の外周部を囲繞し、燃焼部６１の先端を覆って密閉する内蓋１６ａが設けられている。また、上記芯ホルダー７の外周根元部分に水平にＯリング１９が取り付けられ、内蓋１６ａの内周面に圧接して密閉性を高めている。上蓋４の上面には表板１８が設けられている。
【００５６】
なお、前記芯ホルダー７の円形内周面と、燃焼部６１の断面矩形状外周面との間に形成される隙間は、燃料タンク２内の上部空間２ａと外部とを連通する通気孔として機能する。
【００５７】
上記のような図１の喫煙具用ライター１を用いて、着火から連続燃焼させた場合の炎長の変化を測定すると、着火直後の炎長は１８ｍｍで、そこからすぐに炎長が伸びて５秒後には炎長は３５ｍｍとなり、その後、１０秒後に炎長は３８ｍｍとなって飽和し平衡状態となった（図６の実験例１参照）。また、炎の太さも最大で７ｍｍであった。さらに、着火後所定時間経過した燃焼状態の炎は、外皮層８中のケイ酸ナトリウムの炎色反応に伴うオレンジ色の発色を呈した。このように、喫煙具用ライターとしての要求燃焼条件を満たす細くて長い炎形状が得られた。
【００５８】
なお、前記二酸化チタンに代えて、酸化アルミニウム粉末（アルミナ粉末）を配合しても同様の外皮層が形成できた。また、ケイ酸ナトリウムに代えて、ケイ酸カリウムを配合しても同様の外皮層が形成できた。
【００５９】
＜第２の実施の形態＞
この例は、外皮層８の形成素材が異なり、低融点ガラス（ガラスフリット）を固着剤（結合剤）として使用したものであり、その他は第１の実施の形態と同様に設けられている。
【００６０】
本例の外皮層８は、ガラスフリット８０ｗｔ％と二酸化チタン２０ｗｔ％を混合し、これにバインダーとしてポリビニールアルコールの５％溶液を、１：１の割合で混合して塗布液を調合し、この塗布液を燃焼芯６の燃焼部６１の外周に上端面から１０ｍｍの長さの外周側面に塗布（０．３ｍｍ厚）し、乾燥後、８００℃×１０分（昇温速度１０℃／ｍｉｎ）で焼結してなる。上記ガラスフリットの組成例は、ＳｉＯ_２：１０％、ＺｎＯ：６５％、Ｂ_２Ｏ_３：２５％である。
【００６１】
本例の実施の形態におけるライターを用いて着火後の炎長の変化を見たところ、着火直後の炎長は２０ｍｍで、その後、５秒後には４０ｍｍに達し、そのまま飽和して平衡状態となった。また、炎の太さも最大で７ｍｍで、第１の実施の形態と同様の細くて長い炎形状が得られた。
【００６２】
＜第３の実施の形態＞
この例は第１の実施の形態と同様に形成した燃焼芯６の外皮層８の表面に、さらにコート層を設けたものである。
【００６３】
つまり、外皮層８として、ケイ酸ナトリウム５０ｗｔ％＋水５０ｗｔ％の混合物を７０ｗｔ％、二酸化チタンを３０ｗｔ％混合した塗布液を塗布した塗着面に、カーボンを含有した油性インクをコートし、乾燥してなる。
【００６４】
上記ライターを用いて着火後の炎長の変化を測定したところ、着火後の炎長変化、炎の太さは第１の実施の形態と同様の結果が得られ、さらに、カーボンを含むコート層の形成によりカーボンの炎色作用により炎がさらにオレンジ色の発色を示した。
【００６５】
＜第４の実施の形態＞
この例は、図４に示すように外皮層８を設けた燃焼芯６の先端面６ａを傾斜面に形成し、この傾斜先端面６ａを着火部材１０に向けて配置してなる。
【００６６】
回転ヤスリ１３の回転に伴う火花の飛散に対し、燃焼芯６の傾斜先端面６ａが対向することで、この先端面６ａに火花を受けやすく、着火性能が向上するもので、外皮層８の種類又は厚さにより、外皮層８を設けた側面よりの燃料の揮発が少ない場合に着火性を向上するために有効な構造である。
【００６７】
＜第５の実施の形態＞
この例は、燃焼芯６の外形は第１の実施の形態と同様であり、燃焼芯６内部の多孔質材料に関するもので、その一部表面の素材密度が高くなっている。燃焼芯６は前述のようなセラミック繊維で形成され、このセラミック繊維に微量の有機質のバインダー及び硬化剤を加えて板状に圧縮成形し、これを切断して、断面が３ｍｍ×４ｍｍの角形で、長さ７０ｍｍの棒状に設け、その燃焼部６１の側面に同様に外皮層８が形成されている。
【００６８】
上記のように作製された燃焼芯６は、その軸方向（長手方向）と直交する方向に圧縮成形されたものであり、その圧縮面（圧縮時に押圧力を受けた表面）は内部より素材密度が高く液体燃料の浸透性が低い性質となっている。
【００６９】
そして、前記外皮層８による燃焼芯６の側面からの液体燃料の揮発抑制が小さい場合には、上記燃焼芯６の圧縮面を前記着火部材１０に向けて配設し、切断面が側方に向くようにしている。この配置によれば、燃焼芯６の圧縮面は切断面に比較して燃料の揮発が少なく、着火部材１０に対向した部分の炎の膨らみは切断面を対向させた場合に比べて少なくなり、全体としての炎はそれ程細くないが、着火部材１０への炎の接触が抑制できて過熱防止が図れる。
【００７０】
また、前記外皮層８による燃焼芯６の側面からの液体燃料の揮発抑制が大きい場合には、上記燃焼芯６の圧縮面に直交する切断面を前記着火部材１０に向けて配設し、圧縮面が側方に向くようにしている。この配置によれば、燃焼芯６の切断面は圧縮面に比較して燃料の揮発が多く、着火部材１０に対向した部分の液体燃料の揮発量を増大して、着火部材１０による着火率を向上することができ、全体としての炎を細くできる。この圧縮面の向きと着火率との関係は後述の実験例７に示している。
【００７１】
＜第６の実施の形態＞
この例は、外皮層８を形成した燃焼芯６の着火部材１０側の側面６ｂにおける液体燃料の揮発抑制作用を他の側面の揮発抑制作用より小さく設けた例である。
【００７２】
図５にこの実施の形態の燃焼芯６を備えたライター１の閉塞キャップ１６を除いた状態の平面図を示し、燃焼芯６はセラミック繊維からなり断面形状が３ｍｍ×３ｍｍの角形で、長さ７０ｍｍであり、その上端面６ａから１０ｍｍの長さに、着火部材１０側の側面６ｂを除く他の３つの側面に外皮層８を形成してなる。外皮層８の構成は、ケイ酸カリウム７０ｗｔ％、二酸化チタン３０ｗｔ％の配合比で混合したものを、厚さ０．３ｍｍで塗着、乾燥させ、燃焼芯６の上端面６ａと着火部材１０側の側面６ｂには外皮層８を塗着せずに内部素材を露出させている。この燃焼芯６を突き出し長さが３ｍｍとなるように芯ホルダー７に挿入、固定している。その他は第１の実施の形態と同様である。
【００７３】
本例の実施の形態におけるライター１の燃焼状態における炎の太さは、若干着火部材側に膨らむものの全体としては外皮層８により側面からの揮発が抑制されて細くて長い炎形状が得られた。また、着火性については着火部材１０側の側面６ｂからの揮発量が多いことで良好であり、後述の実験例７と同様に着火部材１０に対して燃焼芯６の位置を変更して着火試験を行ったところ、回転ヤスリ１３の中心線から燃焼芯６の中心線までの距離が７〜１２ｍｍ、燃焼芯６の上端面６ａから上方への発火石１２の上端面の位置が−１〜６ｍｍの広範囲で良好な着火率が得られた。
【００７４】
＜第７の実施の形態＞
この例は、外皮層８を形成した燃焼芯６の着火部材１０側の側面６ｂにおける液体燃料の揮発抑制作用を他の側面の揮発抑制作用より小さく設けた他の例である。
【００７５】
図６に燃焼芯６の先端部の外形のみ示し、第６の実施の形態と同様に構成された燃焼芯６に対して、その燃焼部６１の上端から１０ｍｍの範囲の全周に前例と同様の組成の外皮層８を設け、さらに、燃焼部６１の着火部材１０側の側面６ｂにおける外皮層８の中心部を上下方向に所定幅（０．５〜２ｍｍ）に除去したスリット８ａを設け、芯素材を露出させることで着火部材１０側の側面６ｂの液体燃料の揮発抑制作用を他の側面の揮発抑制作用より小さくしたものである。
【００７６】
本例の実施の形態における燃焼芯６を組み込んだライターの着火状態における炎の太さは、スリット幅の大きさにより若干着火部材１０側に膨らむものの、全体としては外皮層８により側面からの揮発が抑制されて細くて長い炎形状が得られた。さらに、着火性については着火部材１０側の側面６ｂからの揮発量が増大することで良好であり、後述の実験例７に示すように、着火部材１０に対して燃焼芯６の位置を変更して着火試験を行ったところ、スリット幅が１ｍｍのもので、回転ヤスリ１３の中心線から燃焼芯６の中心線までの距離が８〜１２ｍｍ、燃焼芯６の上端面６ａから上方への発火石１２の上端面の位置が−１〜６ｍｍの広範囲で良好な着火性能が得られた。
【００７７】
＜第８の実施の形態＞
この例は、燃焼芯６の材料が異なり、アクリル繊維にバインダーを加えて押し出し、丸棒に成形したものを用いている。そして、その先端部を燃焼部６１とし、その外周に前記第１ないし３の実施の形態と同様に外皮層８を形成してなる。
【００７８】
このアクリル繊維による燃焼芯６は、液体燃料の吸上能力が高い素材であり、耐熱性では前記セラミック繊維による燃焼芯６に比べて低いが、例えば、固着剤としてケイ酸ナトリウムを用いた耐熱性のある多孔質の外皮層８を形成したことにより、十分使用に耐える燃焼芯６となり、燃焼における炎の形態及び炎長の変化特性は、セラミック繊維による燃焼芯６と同様の特性が得られた。
【００７９】
次に、本発明の燃焼芯の効果を確認した実験例１〜７を示す。実験例１〜６で使用した燃焼芯は、繊維径２．８μｍよりなるセラミック繊維にバインダーを添加し、ボード状に厚さ３ｍｍに成形固化したものを幅４ｍｍに切断した細長い棒状のもので、燃焼部と吸上部を同一素材で一体化している。上記燃焼芯を図７に示す実験用燃焼器１００に収納し、この燃焼器１００の燃料タンク２にはポリプロピレン繊維による中綿３を詰め、無水エタノール９５％にヘキサン５％を添加した液体燃料を含有させ、前記燃焼芯６の下部吸上部６２を中綿３に挿入し、燃焼部６１は燃料タンク２の上壁に設けられた芯ホルダー７を貫通して上方に突出し、上記燃料タンク２の上壁には通気孔２０が開口されている。そして、上記燃焼芯６の燃焼部６１の上端より１０ｍｍの範囲で外周面に各種外皮層８を形成し、燃焼試験を行ったものである。
【００８０】
＜実験例１＞
この実験における外皮層は、前記第１の実施の形態と同様のもの、すなわち、ケイ酸ナトリウム５０ｗｔ％に水５０ｗｔ％を混合し、この水ガラス溶液７０ｗｔ％に二酸化チタン３０ｗｔ％を加え、攪拌混合したものを塗布乾燥して、燃焼芯表面に通気性の多孔質塗膜を０．３ｍｍの厚さに塗着してなるものである。上記燃焼芯における芯ホルダーよりの燃焼部の突き出し長さは３ｍｍであり、着火後の炎長変化と炎太さを測定し、上記のような外皮層を形成していない燃焼芯によるものと比較した。
【００８１】
測定結果を図８に示す。着火直後の初期炎長は比較例のもので約２７ｍｍであるのに対し、本発明によるものでは約２０ｍｍと短くなる。しかし、その後の炎長の伸長は本発明によるものが速く、着火１０秒後の炎長は比較例で３５ｍｍ、本発明で４１ｍｍとなり、その後の飽和炎長は比較例で４８ｍｍ、本発明で４１ｍｍとなっている。
【００８２】
一方、炎の太さは、比較例が１３ｍｍφであるのに対し、本発明では７ｍｍφと細くなり、さらに、その炎は固着剤のケイ酸ナトリウム中のナトリウムによる炎色反応で橙黄色に発色して炎の形状が見やすくなり、着火器特に喫煙具用ライターに使用する場合に適した燃焼特性を示した。
【００８３】
＜実験例２＞
この実験における外皮層は、上記実験例１におけるケイ酸ナトリウムをケイ酸カリウムに変更したもので、その他は同様に設けられている。
【００８４】
その燃焼試験における測定結果は、前記図８に示し、炎長変化傾向は実験例１と同様であり、初期炎長は１８ｍｍ、１０秒後の炎長及び飽和炎長が約３８ｍｍとなり、炎の太さは７ｍｍであって、細く長い炎形状が得られた。
【００８５】
＜実験例３＞
この実験における外皮層は、前記第２の実施の形態と同様のもの、すなわち、ガラスフリット（ＳｉＯ_２：１０％、ＺｎＯ：６５％、Ｂ_２Ｏ_３：２５％）８０ｗｔ％に 二酸化チタン２０ｗｔ％を混合したものを塗布液として塗布し焼結したものであり、その他は実験例１と同様であり、測定結果を図９に示す。
【００８６】
この実験例においても、炎長変化傾向は実験例１と同様であり、初期炎長は２０ｍｍ、１０秒後の炎長及び飽和炎長が約４０ｍｍとなり、炎の太さは７ｍｍであって、細く長い炎形状が得られた。
【００８７】
＜実験例４＞
この実験は、燃焼部の芯ホルダーよりの突き出し長さを変えた場合の炎長変化を測定したものである。
【００８８】
この実験における外皮層は、前記実験例１（第１の実施の形態）と同様の組成であり、燃焼部の芯ホルダーよりの突き出し長さを１ｍｍ〜４ｍｍ迄変更したときの、燃焼における炎長の経時変化を測定し、その結果を図１０に示す。また、その飽和炎長と突き出し長さとの関係を図１１に示す。
【００８９】
燃焼部の突き出し長さが長くなるに従って飽和炎長は長くなる。これは、燃焼芯の先端面よりの燃料揮発ガスに、燃焼部の突き出し長さに対応する外周側面よりの燃料揮発ガスが加わることによるが、突き出し長さを長くするに従って燃焼芯の断面積と液体燃料の吸い上げ能力により飽和炎長は突き出し長さに比例せずに限界に達する（図１１参照）。
【００９０】
上記点から、燃焼芯としては、その太さ、吸い上げ能力に応じ、その飽和炎長が限界に達する近辺までで着火器の必要とされる飽和炎長が得られるよう突き出し長さを設定する。これは、燃焼部の外周に外皮層を設けていないものに比べ、燃焼芯の芯ホルダーよりの突き出し長さを短くすることも可能で設計上有利となる。つまり、燃焼器具の保管時に燃料が揮発しないように閉塞キャップを設けて燃焼芯先端部の密閉を行うについて、燃焼芯の突き出し長さを短くして、その設計構造を容易にし得る。
【００９１】
＜実験例５＞
この実験は、外皮層の形成に伴う燃料消費量の変化を求めたものである。この実験における外皮層及びその他の形態は、前記実験例１と同様である。
【００９２】
実験としては、まず燃焼芯の燃焼部に着火し、２．５秒間燃焼させた後に消火し、燃焼芯を密閉して５秒間放置する処理を２５回繰り返して１サイクルとする。この１サイクルの着火繰り返しの後には、燃焼部の温度が上昇しているので、燃焼芯を密閉したまま５分以上放置し常温に戻した後、次の着火繰り返しの１サイクルを実施する。そして、実験開始時に燃料タンクに３．３ｇの液体燃料を入れたものが、その燃焼芯に着火しなくなるまで、上記着火サイクルを実施した。このときの総着火回数と総燃料消費量（初期燃料量−残留燃料量）より１回着火当たりの燃料の消費量を算出した結果を、下記表１に示す。なお、残留燃料量は、中綿に保持されているが吸い上げ不能な燃料である。
【００９３】
本発明の外皮層を有する燃焼芯では、燃焼部側面からの燃料揮発を抑制し、炎の太さが細くなることで、燃料消費量は外皮層を有しない比較例のものより大幅に低下している。
【００９４】
この実験で燃焼時間を２．５秒間としたのは、外皮層を設けたものと設けていないものとでは前述のように着火直後の炎長が異なるが、着火後２．５秒経過した時点では炎長が２８ｍｍと同じ長さになることにより（図８参照）、この時間に設定した。また、喫煙具用ライターの場合には、通常の煙草への着火おける燃焼時間は、２．５秒以内となることから実用上でも適合する時間である。
【００９５】
【表１】

【００９６】
＜実験例６＞
この実験は、外皮層の厚みと炎長との関係を求めたものである。この実験における外皮層は前記実験例１と同様の組成であり、外皮層厚み以外の形態は同様に設けられている。
【００９７】
そして、塗布液の塗布量を変更することにより外皮層の厚みを、０．１ｍｍ〜０．７ｍｍに変更して燃焼試験を行い、外皮層厚みと初期炎長、２秒後の炎長、飽和炎長との関係を図１２に、外皮層厚みと炎の太さとの関係を図１３に示す。
【００９８】
この結果より、外皮層の厚みはその揮発抑制作用に関連し、その厚さが大きくなる程各種炎長が短くなると共に、炎の太さが細くなり、その作用は厚みが０．３ｍｍを越えると飽和してほぼ一定となる。このことから、外皮層厚みは０．２〜０．５ｍｍに設けるのが好適である。
【００９９】
上記のような実験から多孔質外皮層を燃焼芯の燃焼部に塗着することにより、着火直後の初期炎長よりの炎の伸長の速度を上げかつ飽和炎長を塗布しないものより短く抑えることができると同時に、炎の太さを細くすることができることが分かった。
【０１００】
＜実験例７＞
前記第７の実施の形態による燃焼芯を使用したライターの着火試験である。つまり、着火部材側の側面中央に所定幅のスリットを形成し、そのスリット幅を０ｍｍ（全面外皮層）〜３ｍｍ（全面露出）に変更すると共に、着火部材との距離及び高さを変更している。繊維芯及び外皮層の材質等は第７の実施の形態と同様である。着火試験の結果を図１４及び図１５に示す。
【０１０１】
着火部材との距離については、発火石と回転ヤスリとの接触中心から燃焼芯の中心線までの距離Ｌであり、７〜１２ｍｍに１ｍｍ毎に変化させている。なお、回転ヤスリの直径が６ｍｍ、横車の直径が８ｍｍ、発火石の直径が２ｍｍである。一方、高さＨは、燃焼芯の上端位置を基準として、回転ヤスリと発火石との接触点が上方に移動した位置をプラス、下方の位置をマイナスとしている。各距離Ｌで高さＨを−２〜６ｍｍに１ｍｍ毎に変化させた。
【０１０２】
図１４は燃焼芯の圧縮面の外皮層にスリットを設けて着火部材に向けて配置した場合であり、図１５は圧縮面と直交する切断面の外皮層にスリットを設けて着火部材に向けて配置した場合である。
【０１０３】
着火試験は、燃焼芯と着火部材を実線で囲まれた実験範囲の各位置関係として行い、１回又は２回の着火操作で着火した着火良好範囲を白地で、３回以上の着火操作を要した着火不良の範囲を斜線で示している。
【０１０４】
図１４及び図１５から、スリット幅が１ｍｍ程度以上のスリットが形成されると、広い範囲での良好な着火性が得られている。また、燃焼芯の切断面を着火部材に向けた方が圧縮面を向けた場合よりも着火可能範囲が拡大している。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）に本発明の燃焼芯の基本構造における燃焼状態を、（Ｂ）に比較例の燃焼芯の燃焼状態をそれぞれ示す説明図
【図２】本発明の燃焼芯における外皮層の浸透性がより低い場合の燃焼状態を示す説明図
【図３】本発明の実施の形態における燃焼芯を組み込んだ液体燃料燃焼器具の一例としての喫煙具用ライターの概略断面図
【図４】他の実施の形態における燃焼芯を組み込んだ液体燃料燃焼器具の一例としての喫煙具用ライターの概略断面図
【図５】さらに他の実施の形態における燃焼芯を組み込んだ液体燃料燃焼器具の一例としての喫煙具用ライターの概略平面図
【図６】他の実施の形態における燃焼芯の上部の斜視図
【図７】実験例に使用した燃焼器の構造を示す断面図
【図８】実験例１及び実験例２における炎長変化特性を比較例と共に示すグラフ
【図９】実験例３における炎長変化特性を比較例と共に示すグラフ
【図１０】実験例４における燃焼部突き出し長さに対する炎長変化特性を示すグラフ
【図１１】実験例４における燃焼部突き出し長さと飽和炎長との関係を示すグラフ
【図１２】実験例６における外皮層厚みと各種炎長との関係を示すグラフ
【図１３】実験例６における外皮層厚みと炎の太さとの関係を示すグラフ
【図１４及び図１５】実験例７における着火性を示す図
【符号の説明】
１ ライター（液体燃料燃焼器具）
２ 燃料タンク
３ 中綿
４ 上蓋
６ 燃焼芯
６ａ 上端面
６ｂ 着火部材側の側面
６１ 燃焼部
６２ 吸上部
７ 芯ホルダー
８ 外皮層
８ａ スリット
１０ 着火部材

Claims (22)

1. 液体燃料を燃料タンクに収容した中綿に含有させ、該中綿と吸上部が接触して毛管現象によって液体燃料を吸い上げ先端燃焼部で燃焼させる燃焼芯と、前記燃焼部への着火を行う着火部材とを備えた液体燃料燃焼器具において、
   前記燃焼芯を多孔質材料によって構成すると共に、少なくとも上端面を除く燃焼部の側面に、液体燃料の揮発を抑制する外皮層を設けたことを特徴とする液体燃料燃焼器具の燃焼芯。
2. 前記外皮層を設けた燃焼芯は、着火部材側の側面における液体燃料の揮発抑制作用が、他の側面の揮発抑制作用より小さいことを特徴とする請求項１に記載の燃焼芯。
3. 前記燃焼芯の着火部材側の側面には、外皮層を部分的に形成したことを特徴とする請求項２に記載の燃焼芯。
4. 前記燃焼芯の着火部材側の側面には、外皮層を形成しないことを特徴とする請求項２に記載の燃焼芯。
5. 前記外皮層は、芯内部における液体燃料の浸透性より低い浸透性を有する多孔質皮膜であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼芯。
6. 前記外皮層は、酸化金属粉体に固着剤を混合したものを塗布又は浸漬乾燥固化してなることを特徴とする請求項１に記載の燃焼芯。
7. 前記酸化金属粉体が、酸化チタン、酸化アルミニウムの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の燃焼芯。
8. 前記外皮層は、耐熱性無機化合物粉体又は金属粉体或いはこの混合物に固着剤を混合したものを塗布又は浸漬乾燥固化してなることを特徴とする請求項１に記載の燃焼芯。
9. 前記固着剤が、ケイ酸ナトリウム又はケイ酸カリウム等よりなる水ガラス材であることを特徴とする請求項６又は８に記載の燃焼芯。
10. 前記固着剤が、低融点ガラス材であることを特徴とする請求項６又は８に記載の燃焼芯。
11. 前記外皮層は、耐熱性塗料を塗布又は浸漬乾燥してなることを特徴とする請求項１に記載の燃焼芯。
12. 前記外皮層は、炎色反応を示す金属化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃焼芯。
13. 前記外皮層にカーボンを添加したことを特徴とする請求項１に記載の燃焼芯。
14. 前記外皮層の形成後に、カーボンを含む塗布液をコートしたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼芯。
15. 前記外皮層の液体燃料の浸透性が、燃焼部の上端部とそれ以外の部分とで異なることを特徴とする請求項１に記載の燃焼芯。
16. 前記外皮層が、燃焼部の上端部の厚さとそれ以外の部分の厚さとが異なることを特徴とする請求項１５に記載の燃焼芯。
17. 前記外皮層の厚みが０．２ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の燃焼芯。
18. 前記燃焼芯は、セラミック繊維、ガラス繊維等の耐熱性材料で断面矩形の角棒状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼芯。
19. 前記燃焼芯は、多孔質セラミック或いは多孔質ガラス材よりなることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼芯。
20. 前記外皮層を設けた燃焼芯の先端面を傾斜面に形成し、該傾斜面を着火部材に向けて配設することを特徴とする請求項１に記載の燃焼芯。
21. 前記燃焼芯が、燃焼芯の軸方向と直交する方向に圧縮成形された多孔質材料で構成され、外皮層の形成により全体的に側面からの揮発量が大きい場合に、前記圧縮成形時の圧縮面を着火部材に向けて配設することを特徴とする請求項１，２又は１８に記載の燃焼芯。
22. 前記燃焼芯が、燃焼芯の軸方向と直交する方向に圧縮成形された多孔質材料で構成され、外皮層の形成により全体的に側面からの揮発量が小さい場合に、前記圧縮成形時の圧縮面と直交する面を着火部材に向けて配設することを特徴とする請求項１，２又は１８に記載の燃焼芯。

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