JPWO2004085833A1 - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

液体噴射装置１０は、電磁式開閉吐出弁２４から液体燃料が供給される液体供給通路１０−２、チャンバー１０−３、スリットを備えた波体導入通路部１０−４、及び圧電／電歪素子を含むアクチュエータ１１を備えている。アクチュエータ１１は、液体導入通路部１０−４のスリットの通路面積を周期的に変更する。これにより、スリットを通流する液体に圧力変動及び／又は流速変動が付与される。
加圧ポンプにより加圧された液体は、電磁式開閉吐出弁、燃料供給通路、液体導入通路、及びチャンバーの順に通流し、チャンバーの液体噴射孔１０−３ａから噴射される。噴射される液体は、前記圧力変動及び／又は流速変動が付与されているから、液体噴射空間で微粒子化する。

Description

本発明は、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に関する。

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式噴射弁の噴射口から噴射されるようになっているため、特に、電磁式噴射弁の開弁作動時及び閉弁作動時に噴射される液体の速度（噴射速度）が小さい。このため、噴射された燃料の液滴の大きさが大きくなり、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。
一方、従来より、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。（例えば、特開昭５４−９０４１６号公報（第２頁、第５図）参照）。このような装置は、従来のインクジェット吐出装置の原理（例えば、特開平６−４００３０号公報（第２−第３頁、第１図）参照。）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。
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は一般に困難である。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。

従って、本発明の目的は、液体を噴射する空間（液体噴射空間）の状況が激しく変動するような場合であっても、粒径の小さい液滴を安定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にある。
本発明による液体噴射装置は、複数の液体噴射用ノズルを備えたチャンバーと、液体を加圧する加圧手段と、前記加圧手段に接続された液体通路と同液体通路を開閉する開閉弁とを備えてなり同液体通路が同開閉弁により開放されたとき同加圧手段からの加圧された液体を同液体通路の吐出口から吐出する吐出弁と、前記チャンバー及び前記吐出弁の吐出口に接続されるとともに同吐出口から吐出された液体を同チャンバーに向けて通流させる液体導入通路を形成する液体導入通路部と、アクチュエータとを具備し、前記アクチュエータの作動により前記液体導入通路を介して前記チャンバーに供給された液体を微粒子化して前記液体噴射用ノズルから噴射する液体噴射装置であって、前記液体導入通路は前記吐出弁の液体通路及び前記複数の液体噴射用ノズルを除いたチャンバーを構成する部分よりも大きい流路抵抗を示すように構成され、前記アクチュエータは前記液体導入通路の通路面積（流路断面積）を周期的に増減（変更）するように構成されたことを特徴としている。
これによれば、加圧手段で加圧された液体は、吐出弁の液体通路が同吐出弁の開閉弁によって開放されたとき、同吐出弁の液体通路を介して液体導入通路部へ吐出され、更に、同液体導入通路部の液体導入通路を介してチャンバーに供給される。その結果、液体はチャンバーの液体噴射用ノズルから噴射される。前記液体導入通路は前記吐出弁の液体通路よりも大きい流路抵抗を示し且つ前記複数の液体噴射用ノズルを除いたチャンバーを構成する部分よりも大きい流路抵抗を示すように構成されている。一方、例えば、圧電／電歪素子等からなるアクチュエータは、液体導入通路の通路面積を周期的に増減するように作動する。これにより、液体は、液体導入通路において圧力変動及び／又は流速変動が与えられながらチャンバー内へと流れ込む。従って、液体噴射用ノズルから噴射される液体には前記圧力変動及び／又は流速変動に伴うくびれ部が発生し、同液体はそのくびれ部からちぎれるようにして離脱する。この結果、微粒子化された液体が噴射される。
このように、本発明による液体噴射装置によれば、液体の噴射に必要な圧力が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。
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（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ずしも必要としないので、装置を廉価なものとすることができる。
なお、本明細書において、「ノズル」は「流体のもつ圧力や熱のエネルギーを運動エネルギーに変換して流れを増速させる目的で、流れの方向に断面積を変化させた流路」のみでなく、「壁に設けられた中空円筒状の貫通孔（即ち、流れの方向に断面積を変化させていない流路）」をも含む用語として使用される。
更に、本発明による液体噴射装置は、チャンバーの容積を増減することによるのではなく、液体導入通路の通路面積を増減することにより液体に圧力変動及び／又は流速変動を与えて液体を微粒子化するものであるので、万一、チャンバー内に気泡が発生したとしても、液体に振動エネルギーが付与され、その結果、液体を均一に微粒子化することができる。
この場合、前記液体導入通路部は変形可能なダイヤフラムを備え、前記アクチュエータは前記ダイヤフラムを変形させることにより前記液体導入通路の通路面積を増減するように構成されることが好適である。
このように、液体導入通路部の一部をダイヤフラムで構成することにより、液体導入通路の通路面積を容易に増減し得る構造が得られる。
この場合、
（１）前記複数の液体噴射用ノズルは互いに同一の円形形状を有する噴射口を一つの端面（例えば、液体噴射空間に露呈した端面）に備えるとともに各噴射口の直径は３乃至１００μｍであり、
（２）前記液体導入通路の通路面積に対する前記複数の液体噴射用ノズルの噴射口の面積の総和の比が０．２乃至５０であり、
（３）前記液体導入通路の通路面積が最大となっているときの面積に対する同液体導入通路の通路面積が最小となっているときの面積の比が０．５乃至０．９９９９９８であり、
（４）前記複数の液体噴射用ノズルの前記チャンバー側の他の端面から同液体噴射用ノズルに対向する同チャンバーの壁面までの距離に対する同液体噴射用ノズルの噴射口の直径の比が０．００２乃至１であることが好適である。
このように各値を設定する理由は以下の通りである。（１）液体噴射用ノズルの円形形状の噴射口の直径が３μｍより小さいと、液体中に含まれる異物により同液体噴射用ノズルが詰まるので、安定した噴射ができなくなる。液体噴射用ノズルの円形形状の噴射口の直径が１００μｍより大きいと、液体を微粒子化することができない。
（２）液体導入通路の通路面積に対する前記複数の液体噴射用ノズルの噴射口の面積の総和の比Ｒ１（＝ノズル噴射口総面積／液体導入通路の通路面積）が０．２より小さいと、ノズル噴射口総面積を固定とすれば液体導入通路の通路面積が非常に大きいことを意味するため、液体導入通路の変形による液体の圧力変動及び／又は流速変動がチャンバー内に効率的に伝達されず、噴射する液体の微粒子化が困難になる。また、この面積の比Ｒ１が５０より大きいと、ノズル噴射口総面積を固定とすれば液体導入通路の通路面積が非常に小さいことを意味するため、大量の噴射を行うことが難しくなる。
（３）前記液体導入通路の通路面積が最大となっているときの面積に対する同液体導入通路の通路面積が最小となっているときの面積の比Ｒ２（＝導入通路最小面積／導入通路最大面積）が０．５より小さいと、圧力変動が過大となって液体中に気泡の発生を招き易くなる。更に、導入通路最大面積が一定であるとすると、導入通路最小面積が小さいことになるので、その場合、液体導入通路内を通過する液体の量が減少して大量の噴射ができない。また、この比Ｒ２が０．９９９９９８より大きいと、液体に付与される圧力変動及び／又は流速変動が過小であって、噴射する液体を微粒子化できない。
（４）前記複数の液体噴射用ノズルの前記チャンバー側の他の端面から同液体噴射用ノズルに対向する同チャンバーの壁面までの距離に対する同液体噴射用ノズルの噴射口の直径の比Ｒ３（＝噴射口直径／チャンバー壁面までの距離）が０．００２より小さいと、噴射口直径を固定と考えれば、チャンバーの容積が非常に大きいことになり、アクチュエータの作動によって与えられる圧力変動及び／又は流速変動が同チャンバー内で吸収され、噴射する液体の微粒子化が困難となる。また、この比Ｒ３が１より大きいと、噴射口直径を固定と考えれば、チャンバー壁面までの距離が短いことになり、この場合、チャンバーの形状に依存して各液体噴射用ノズルに到達する際の液体の流速がばらつくので、各液体噴射用ノズルの噴射口から噴射される液体の噴射量にばらつきが生じる。
また、上記液体噴射装置においては、前記吐出弁の吐出口から吐出された液体が前記液体噴射用ノズルの噴射口に到達するまでに同液体の流れ方向が少なくとも一回は直角に曲げられるように構成されることが好適である。
これによれば、液体の流れ方向が少なくとも一回は直角に曲げられるから、吐出弁の開閉弁が開閉することに伴う液体圧力の脈動が低減され、安定した液滴の噴射を行うことが可能となる。換言すると、吐出弁の開閉弁が開閉することに伴う液体の動圧が静圧となり、その静圧下で燃料が噴射されることになる。この結果、液体を各液体噴射用ノズルから安定して噴射することが可能となる。
この場合、前記液体導入通路は、同液体導入通路内を通流する液体の流れ方向に直交する平面に沿った断面が略長方形状をなしていることが好適である。この場合、長方形の長辺の一辺が湾曲していても良い。
これによれば、高い流路抵抗を示しながら、大量の液体を通過させることが可能な液体導入通路を単純な構成で提供することができる。
更に、前記アクチュエータは、前記液体導入通路の断面である長方形状の長辺を含む壁面を変形するように構成されることが好適である。また、前記液体導入通路の断面である長方形状の長辺を含む壁面が変形可能なダイヤフラムで形成され、前記アクチュエータは前記ダイヤフラムを変形させるように構成されることが望ましい。
これによれば、アクチュエータによる液体導入通路の壁面（ダイヤフラム）の変形量が小さくても、液体導入通路の通路面積の変化を大きくでき、液体に十分な大きさの圧力変動及び／又は流速変動を与えることができる。この結果、アクチュエータを駆動するための電力消費量を低減することができる。
また、前記液体導入通路の断面である長方形状の長辺の長さに対する同長方形状の短辺の長さの比Ｒ４（＝短辺の長さ／長辺の長さ）が０．０００１以上で１より小さくなるように構成されることが好適である。この比Ｒ４は０．０００５以上で１より小さいことが更に望ましい。
このように規定するのは、比Ｒ４が０．０００１より小さいと液体導入通路の流路抵抗が過大となって噴射量が減少してしまうからであり、比Ｒ４が１以上であるとアクチュエータによる液体導入通路の壁面の変形量を大きくしない限り、十分な圧力変動及び／又は流速変動が液体に加えられず、噴射される液体の微粒子化が困難となるからである。
この場合、少なくとも前記液体導入通路部は、互いに積層された板体の対向する平面部により形成されることが好適である。
これによれば、液体導入通路部の液体導入通路の断面形状が同液体導入通路全体に渡って均一になり易いので、チャンバーの各部に均一な流量（流速）の液体を供給することができる。
また、少なくとも前記液体導入通路部は、金属体をエッチングして形成された溝部と同溝部に対向するダイヤフラムとにより形成されることが好適である。
これによれば、エッチング可能という金属の特性を利用しながら液体導入通路部を簡単な構成で形成することができる。

図１は、内燃機関に適用した本発明の第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は、図１に示した電磁開閉式吐出弁の正面図である。
図３は、図１に示した液体噴射装置の平面図である。
図４は、図３の１−１線に沿った平面にて液体噴射装置を切断した断面図及び図２に示した電磁開閉式吐出弁の部分拡大正面図である。
図５は、図３の２−２線に沿った平面にて液体噴射装置を切断した断面図である。
図６は、図１に示した液体噴射装置から噴射される液体の状態を示した図である。
図７は、図３に示した液体噴射装置の第１の製造方法を説明するための図である。
図８は、図３に示した液体噴射装置の第２の製造方法を説明するための図である。
図９は、本発明の第２実施形態に係る液体噴射装置の平面図である。
図１０は、図９の５−５線に沿った平面にて液体噴射装置を切断した断面図である。
図１１は、図９の６−６線に沿った平面にて液体噴射装置を切断した断面図である。
図１２Ａは、本発明の第３実施形態に係る液体噴射装置の断面図である。
図１２Ｂは、図１２Ａの７−７線に沿った平面にて液体導入通路及びアクチュエータを切断した断面図である。
図１３Ａは、本発明の第４実施形態に係る液体噴射装置の断面図である。
図１３Ｂは、図１３Ａの８−８線に沿った平面にて液体導入通路及びアクチュエータを切断した断面図である。
図１４Ａは、本発明の第５実施形態に係る液体噴射装置の断面図である。
図１４Ｂは、図１４Ａの９−９線に沿った平面にて液体導入通路及びアクチュエータを切断した断面図である。

以下、本発明による液体噴射装置（液体噴霧装置、液体供給装置、液滴吐出装置）の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る液体噴射装置１０は、図１の概略構成図に示したように、例えば、微粒子化された液体（燃料）を必要とする機械装置としての内燃機関に対する電子式燃料噴射制御装置（電子式液体噴射制御装置）として使用される。
電子式燃料噴射制御装置は、内燃機関の吸気管（又は吸気ポート）３０等により形成される燃料噴射空間（液体噴射空間）３１に、内燃機関の吸気弁３２の背面に向けて、微粒子化された液体（液体燃料、例えばガソリン、以下、単に「燃料」と云うこともある。）を噴射するようになっている。電子式燃料噴射制御装置は、アクチュエータとしての圧電／電歪素子を備えた液体噴射装置１０、加圧手段としての加圧ポンプ（燃料ポンプ）２１、液体供給管（燃料配管）２２、プレッシャレギュレータ２３、電磁開閉式吐出弁（吐出弁、開閉弁）２４、燃料タンク（液体貯蔵タンク）２５、及び電気制御装置４０を含んでいる。加圧ポンプ２１及びプレッシャレギュレータ２３は液体供給管２２に介装されている。
加圧ポンプ２１は、液体供給管２２を介して液体貯蔵タンク２５の底部に連通された導入部２１ａと、同液体供給管２２を介してプレッシャレギュレータ２３に接続された吐出部２１ｂとを備えている。加圧ポンプ２１は、燃料タンク２５内の燃料を導入部２１ａから導入して加圧するとともに、同加圧した燃料を吐出部２１ｂから吐出するようになっている。加圧ポンプ２１は、仮に液体噴射装置１０の圧電／電歪素子が作動されていない場合であっても、燃料がプレッシャレギュレータ２３と電磁開閉式吐出弁２４と液体噴射装置１０とを介して液体噴射空間３１に対し噴射され得る圧力（この圧力を「加圧ポンプ吐出圧」と云う。）以上にまで加圧するようになっている。
プレッシャレギュレータ２３は、図示しない配管により吸気管３０内の圧力が与えられている。プレッシャレギュレータ２３は、この吸気管３０内の圧力に基づいて加圧ポンプ２１により加圧された燃料の圧力を減圧（又は、調圧）するようになっている。この結果、プレッシャレギュレータ２３と電磁開閉式吐出弁２４との間の液体供給管２２内の燃料の圧力は、吸気管３０内の圧力よりも所定（一定）圧力だけ高い圧力（この圧力を「調整圧」と云う。）となるように調整される。従って、電磁開閉式吐出弁２４が所定時間だけ開弁されると、同所定時間に略比例した燃料量の燃料が吸気管３０内の圧力に拘らず同吸気管３０内に噴射される。
電磁開閉式吐出弁２４は、従来から内燃機関の電子式燃料噴射制御装置に広く採用されている周知のフューエルインジェクタ（電磁噴射弁）である。図２は、この電磁開閉式吐出弁２４の正面図であって、その先端側部位を同電磁開閉式吐出弁２４の中心線を含む平面にて切断した断面により示している。
電磁開閉式吐出弁２４は、液体供給管２２が接続されてプレッシャレギュレータ２３に連通した液体導入口２４ａと、同液体導入口２４ａに連通した液体通路２４ｂを形成する外筒部２４ｃと、電磁式開閉弁として作動する開閉弁（ニードル弁）２４ｄと、外筒部２４ｃの先端に形成されるとともに開閉弁２４ｄの先端により開閉される吐出孔２４ｅと、開閉弁２４ｄを駆動する図示しない電磁機構とを備えている。電磁開閉式吐出弁２４の液体通路２４ｂは吐出孔２４ｅを介して液体噴射装置１０に接続されている。これにより、電磁開閉式吐出弁２４は、液体通路２４ｂ（吐出孔２４ｅ）が開閉弁２４ｄにより開放されたとき、プレッシャレギュレータ２３を介して加圧ポンプ２１から供給される加圧された燃料を同液体通路２４ｂ及び吐出孔２４ｅを介して液体噴射装置１０に供給・吐出するようになっている。
液体噴射装置１０は、チャンバーと、そのチャンバーを構成する一つの壁に形成された液体噴射孔（液体噴射用ノズル）とを含む噴射デバイスであり、図３〜図５に詳細に示されている。
液体噴射装置１０は、各辺が互いに直交するＸ，Ｙ及びＺ軸に対して平行に延びる略直方体形状を有している。液体噴射装置１０は、図４及び図５に示したように、順に積層された複数の金属の薄板（以下、「金属板」と云う。）１０ａ〜１０ｃと、金属板１０ｃの外側面（Ｚ軸正方向のＸ−Ｙ平面に沿った平面）に固着されたアクチュエータ１１とからなっている。金属板１０ａ〜１０ｃの材質は、この例においてはステンレス（ＳＵＳ３０４又はＳＵＳ３１６）である。金属板１０ｃは極めて薄く容易に変形及び復元するダイヤフラムである。なお、後述する他の実施形態に係る金属板の材質も金属板１０ａ〜１０ｃと同様である。
液体噴射装置１０は、液体導入口１０−１と、液体供給通路１０−２と、チャンバー１０−３と、液体供給通路１０−２とチャンバー１０−３とを連通する液体導入通路部１０−４と、前述したアクチュエータ１１とを備えている。
液体導入口１０−１は、金属板１０ｃに形成された円形の貫通穴である。液体導入口１０−１は、金属板１０ｃのＹ軸方向中央であってＸ軸負方向端部近傍に設けられている。液体導入口１０−１には、図４に示したように、電磁開閉式吐出弁２４の吐出孔２４ｅがスリーブ２５により液密に接続されている。
液体供給通路１０−２は、金属板１０ａの上面と、金属板１０ｂに設けられた貫通穴を形成する側壁面と、金属板１０ｃの下面とにより画定された空間である。液体供給通路１０−２の平面形状（Ｚ軸正方向から見た形状）は、図３に示したように、液体導入口１０−１の円弧と一致する一つの頂部Ｐと、同頂部ＰからＸ軸正方向に所定距離だけ隔てた位置においてＹ軸に沿った底辺Ｔを有する略二等辺三角形である。底辺Ｔの長さはＷである。
チャンバー１０−３は、金属板１０ａの上面と、液体供給通路１０−２に対してＸ軸正方向に所定距離隔てた位置において金属板１０ｂに設けられた貫通穴を形成する側壁面と、金属板１０ｃの下面とにより画定された空間である。チャンバー１０−３の平面形状は、図３に示したように、Ｙ軸及びＸ軸にそれぞれ沿う長辺ＬＨ及び短辺ＳＨを有する略長方形である。長辺ＬＨの長さは、液体供給通路１０−２の底辺Ｔの長さＷより僅かだけ長くなっている。一対の短辺ＳＨの位置は、底辺Ｔの両端部よりＹ軸方向の外側（Ｙ軸正方向外側及びＹ軸負方向外側）に位置している。
チャンバー１０−３を構成している一つの壁（下壁）である金属板１０ａには、複数（この例では、全部で１５×８＝９０個）の貫通孔が液体噴射孔（液体噴射用ノズル）１０−３ａとして形成されている。各液体噴射孔１０−３ａは、Ｚ軸方向に軸を有する底面の半径がｒ（直径２・ｒ）である円筒状の空間である。従って、金属板１０ａの下面には、半径ｒの円形の噴射口が複数個形成されている。複数の液体噴射孔１０−３ａは正方格子状に配列されている。即ち、複数の液体噴射孔１０−３ａの各中心点は、一定の距離を隔てて配列された複数のＸ軸に平行な線と、同じ一定の距離を隔てて配列された複数のＹ軸に平行な線との交点に一致している。
なお、本明細書においては、「液体噴射孔」は「液体噴射用ノズル」の一態様である。即ち、「液体噴射用ノズル」は「流体のもつ圧力や熱のエネルギーを運動エネルギーに変換して流れを増速させる目的で、流れの方向に断面積を変化させた液体噴射用の流路」のみでなく、「液体噴射孔１０−３ａのようにチャンバー１０−３を構成する壁に設けられた中空円筒状の液体噴射用貫通孔（即ち、流れの方向に断面積を変化させていない流路）」をも含む用語として使用される。
液体導入通路部１０−４は、金属板１０ｂのＸ軸方向略中央部の上面及びこの上面のＹ軸方向両端部にて立設した側壁の内面と、金属板１０ｃの下面とにより画定された中空薄板状の空間（即ち、スリット）である液体導入通路を構成する部分である。金属板１０ｂのＸ軸方向略中央部の高さは、金属板１０ｂのＸ軸方向両端部の高さより僅かな距離ｔだけ低くなっている。
液体導入通路部１０−４のスリット（液体導入通路）の平面形状は、図３に示したように、Ｙ軸及びＸ軸にそれぞれ沿う長辺ＬＩと短辺ＳＩを有する略長方形である。長辺ＬＩは液体供給通路１０−２の底辺Ｔと同じ長さＷである。一方の長辺ＬＩは液体供給通路１０−２の底辺Ｔと一致している。従って、一対の短辺ＳＩの始点は、底辺Ｔの両端部と一致している。
以上から明らかなように、液体導入通路部１０−４は中空薄板状のスリットを含み、そのスリットをＹ−Ｚ平面に沿った平面にて切断した断面は長さｔの短辺及び長さＷの長辺を有する長方形状となっている。後述するように、金属板１０ｃがアクチュエータ１１により変形されていないとき、液体導入通路部１０−４のスリットの通路面積（Ｙ−Ｚ平面に沿った平面にて切断した断面積であり、この場合、通路面積は最大となる。）Ｓはｔ×Ｗである。この通路面積Ｓは小さいので、液体導入通路部１０−４のスリットは、電磁開閉式吐出弁２４の液体通路２４ｂよりも大きい流路抵抗を示し、且つ、複数の液体噴射孔１０−３ａを除いたチャンバー１０−３を構成する部分よりも大きい流路抵抗を示すようになっている。
このように、液体導入通路部１０−４のスリットは平面視において長方形状をなすとともに同長方形の対向する一対の辺（短辺ＳＩ，ＳＩ）は液体の通流方向（Ｘ軸方向）と平行であり、複数の液体噴射孔１０−３ａは同平面視において前記液体の通流方向と平行である一対の辺を仮想的に延長した直線ＩＭＬ１，ＩＭＬ２で規定される領域の内側（仮想線ＩＭＬ１のＹ軸正方向側であって、且つ、仮想線ＩＭＬ２のＹ軸負方向側）に配設されている。
従って、液体は各液体噴射孔１０−３ａに対してほぼ同じ圧力を有しながら到達することができ、各液体噴射孔１０−３ａ内における流速が互いに略等しくなる。この結果、各液体噴射孔１０−３ａから噴射される液体の速度が互いに略同一となるから、各液体噴射孔１０−３ａから噴射される液滴の粒径を略均一にすることが可能となる。
アクチュエータ１１は、固定部１１ａと圧電／電歪素子部１１ｂとを備えている。固定部１１ａは、図５に示したように、断面形状がコ字形の金属製の剛体である。固定部１１ａは、両端の下面にて金属板１０ｃの上面であって液体導入通路部１０−４のＹ軸方向両外側位置に接着により固定されている。固定部１１ａは、その上部（上部の下側面）にて圧電／電歪素子部１１ｂを固定・保持している。
圧電／電歪素子部１１ｂ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「縦効果タイプの積層ピエゾアクチュエータ」である。圧電／電歪素子及び電極の厚み方向はＸ軸方向であり、それらの層面はＹ−Ｚ平面に平行である。層状の電極は一対の共通電極１１ｃ，１１ｄに交互に接続され、一対の櫛歯状電極を形成している。
圧電／電歪素子部１１ｂは、図３に示したように、平面視で液体導入通路部１０−４のスリットよりも僅かに小さく、同平面視で同スリットの内側に配設されている。圧電／電歪素子部１１ｂの下面は、金属板１０ｃの上面に固着されている。
このアクチュエータ１１においては、圧電／電歪素子部１１ｂの一対の櫛歯状電極間に電位差が付与されると、同圧電／電歪素子部１１ｂはＺ軸方向に伸縮する。そして、この圧電／電歪素子部１１ｂの伸縮作用により、液体導入通路部１０−４のスリットの上壁を構成する金属板１０ｃ（ダイヤフラム）が押圧されて変形する。これにより、液体導入通路部１０−４のスリットの通路面積が変化（増減）し、スリット内を通流する液体に圧力変動及び／又は流速変動が与えられる。
電気制御装置４０は、マイクロコンピュータを含む回路であり、図１に示したように、エンジン回転速度センサ４１、及び吸気管圧力センサ４２等のセンサと接続されている。電気制御装置４０は、これらのセンサからエンジン回転速度Ｎや吸気管圧力Ｐを入力して内燃機関に必要な燃料量及び噴射開始タイミングを決定するとともに、同決定した燃料量及び噴射開始タイミングに応じて電磁開閉式吐出弁２４の電磁機構に吐出弁駆動信号ＩＮＪを供給するようになっている。
また、電気制御装置４０は、吐出弁駆動信号ＩＮＪが供給さている期間、アクチュエータ１１の櫛歯状電極間に駆動周波数ｆで０（Ｖ）とＶｍａｘ（Ｖ）との間を変化する圧電素子駆動電圧信号ＤＶを送出するようになっている。
以上の構成により、電磁開閉式吐出弁２４の吐出孔２４ｅから吐出された燃料（加圧ポンプ２１により加圧されている燃料）は、液体注入口１０−１を介して液体供給通路１０−２に供給され、その後、液体導入通路部１０−４のスリットを介して（スリット内をＸ軸方向に通流して）チャンバー１０−３内に導入される。そして、チャンバー１０−３内に導入された液体は液体噴射孔１０−３ａ（液体噴射孔１０−３ａの噴射口）を介して吸気管３０内に押し出される（噴射される）。
このとき、圧電素子駆動電圧信号ＤＶに基づくアクチュエータ１１の作動により液体導入通路部１０−４のスリットの通路面積が周波数ｆをもって周期的に増減しているので、液体は液体導入通路部１０−４において圧力変動及び／又は流速変動が与えられながらチャンバー１０−３内へと流れ込む。従って、図６に示したように、液体噴射孔１０−３ａから噴射された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する。この結果、均一で精細に微粒子化された燃料が吸気管３０の燃料噴射空間３１内に噴射される。
次に、上記液体噴射装置１０の製造方法について図７及び図８を参照して説明する。なお、図７において、左側に配置された図は各金属板又は接合後の金属体（接合体）の平面図であり、右側に配置された図は各図の左側の金属板又は接合体を３−３線に沿った平面で切断した断面図である。同様に、図８において、左側に配置された図は各金属板又は接合後の金属体の平面図であり、右側に配置された図は各図の左側の金属板又は接合後の金属体を４−４線に沿った平面で切断した断面図である。
（第１の製造方法）
第１の製造方法は以下のステップを備える。
ステップ１：図７の（１）に示したように、極めて薄い金属板に液体導入口１０−１と対応する貫通穴をパンチ加工により形成する。これにより、金属板１０ｃを得る。
ステップ２：図７の（２）に示したように、やや厚みのある金属板（金属体）を準備し、その金属板に液体供給通路１０−２の側壁及びチャンバー１０−３の側壁を形成するための貫通穴ＰＨ１及び貫通穴ＰＨ２を金属エッチングにより形成する。また、液体導入通路部１０−４のスリットの下壁ＳＷとなる部分を、その金属板をハーフエッチングする（所定の深さｔの溝をエッチングにより得る）ことにより形成する。これにより、金属板１０ｂを得る。
ステップ３：図７の（３）に示したように、図７の（１）及び（２）に示した金属板の中間の厚みを有する金属板を準備し、その金属板に液体噴射孔１０−３ａとなる貫通孔を所定の位置にパンチ加工により形成する。これにより、金属板１０ａを得る。
ステップ４：このように形成した金属板１０ａ，１０ｂ及び１０ｃを順に積層し、それらを金属拡散接合（又は熱圧着）により互いに接合する。これにより、図７の（４）に示した接合体ＳＧを得る。
ステップ５：一方、金属加工により固定部１１ａを形成するとともに、圧電／電歪膜と電極膜を交互に積層して圧電／電歪素子部１１ｂを形成し、これらを接着してアクチュエータ１１を形成しておく。そして、接合体ＳＧの金属板１０ｃ上に、アクチュエータ１１を接着により固定する。
以上により、液体噴射装置１０が作製される。なお、液体噴射孔１０−３ａ及び上記貫通穴ＰＨ１，ＰＨ２等の加工は、上述した加工法に限定されることはなく、例えば、レーザ加工による加工法も好適に使用され得る。
（第２の製造方法）
第２の製造方法は、第１の製造方法のステップ２と異なる方法で金属板１０ｂを得る点のみにおいて同第１の製造方法と異なっている。即ち、第２の製造方法においては、図８の（１）に示したように、厚さｔを有する金属板に、平面視で液体導入口１０−１、液体供給通路１０−２、チャンバー１０−３及び液体導入通路部１０−４の外郭（輪郭）線を外形とする貫通穴ＰＨ３をパンチ加工により形成する。これにより、金属板１０ｂ１を得る。
次に、厚さｔと同程度の厚さを有する金属板に、平面視で液体供給通路１０−２の外郭（輪郭）線を外形とする貫通穴ＰＨ４と、同じく平面視でチャンバー１０−３の外郭（輪郭）線を外形とする貫通穴ＰＨ５と、をパンチ加工により形成する。これにより、金属板１０ｂ２を得る。そして、図７の（３）に示した金属板１０ａの上に、複数の金属板１０ｂ２及び一枚の金属板１０ｂ１を順に積層し（図８の（４）に示した金属板１０ｂを参照。）、更に、図７の（１）に示した金属板１０ｃを積層し、それらを金属拡散接合（又は熱圧着）により互いに接合する。以上により、図７の（４）に示した接合体ＳＧを得る。圧電／電歪素子１１を固定するステップは、第１の製造方法と同じであるので説明を省略する。
ここで、各部位の寸法について付言する。
（１）複数の液体噴射孔（液体噴射用ノズル）１０−３ａは互いに同一の円形形状を有する噴射口一つの端面（液体噴射空間３１に露呈した側の端面）を備えるとともに、各噴射口の直径（２・ｒ）は３乃至１００μｍの値とされている。
これは、液体噴射孔１０−３ａの円形形状の噴射口の直径（２・ｒ）が３μｍより小さいと、液体中に含まれる異物により同液体噴射用ノズルが詰まるので、安定した噴射ができなくなるからである。液体噴射孔１０−３ａの円形形状の噴射口の直径（２・ｒ）が１００μｍより大きいと、液体を微粒子化することができないからである。
（２）液体導入通路部１０−４のスリット（液体導入通路）の通路面積（アクチュエータ１１の非作動時におけるスリットの液体通路断面積）Ｓに対する複数（ｎ個）の液体噴射孔１０−３ａの噴射口の面積（π・ｒ^２）の総和 ＳＵＭ（＝ｎ・π・ｒ^２）の比Ｒ１（＝ノズル噴射口総面積／液体導入通路部の通路面積＝ＳＵＭ／Ｓ）は、０．２乃至５０の値とされている。
これは、比Ｒ１が０．２より小さいと、ノズル噴射口総面積ＳＵＭを固定とすれば液体導入通路の通路面積Ｓが非常に大きいことを意味するため、液体導入通路部１０−４（金属板１０ｃ）の変形による液体の圧力変動及び／又は流速変動がチャンバー１０−３内に効率的に伝達されず（液体供給通路１０−２に圧力が大きく伝搬する）、噴射する液体の微粒子化が困難になるからである。また、この比Ｒ１が５０より大きいと、ノズル噴射口総面積ＳＵＭを固定とすれば液体導入通路の通路面積Ｓが非常に小さいことを意味するため、大量の噴射を行うことが難しくなるからである。
（３）液体導入通路の通路面積が最大となっているとき（アクチュエータ１１の非作動時）の面積Ｓ０（この場合は面積Ｓ）に対する同液体導入通路の通路面積が最小となっているとき（アクチュエータ１１の作動時であって最も伸長しているとき）の面積Ｓｖの比Ｒ２（＝導入通路最小面積／導入通路最大面積＝Ｓｖ／Ｓ０）が０．５乃至０．９９９９９８の値とされている。
これは、比Ｒ２（＝Ｓｖ／Ｓ０）が０．５より小さいと、圧力変動が過大となって液体中に気泡の発生を招き易くなるからである。更に、導入通路最大面積Ｓ０が一定であるとすると、導入通路最小面積Ｓｖが小さいことになるので、その場合、液体導入通路部１０−４内を通過する液体の量が減少して大量の噴射ができなくなるからである。また、この比Ｒ２が０．９９９９９８より大きいと、液体に付与される圧力変動が過小であって、噴射する液体を微粒子化できないからである。
（４）複数の液体噴射用孔１０−３ａのチャンバー１０−３側の他の端面から同液体噴射孔１０−３ａに対向するチャンバー１０−３の壁面（内壁面）までの距離Ｌ１（図４及び図５を参照。）に対する同液体噴射孔１０−３ａの噴射口の直径２・ｒの比Ｒ３（＝噴射口直径／チャンバー壁面までの距離＝２・ｒ／Ｌ１）が０．００２乃至１の値とされている。
これは、比Ｒ３（＝２・ｒ／Ｌ１）が０．００２より小さいと、噴射口直径２・ｒを固定と考えれば、チャンバー１０−３の容積が非常に大きい（距離Ｌ１が非常に大きい）ことになり、アクチュエータ１１の作動によって与えられる圧力変動及び／又は流速変動がチャンバー１０−３内で吸収され、噴射する液体の微粒子化が困難となるからである。また、この比Ｒ３が１より大きいと、噴射口直径２・ｒを固定と考えれば、チャンバー１０−３壁面までの距離Ｌ１が短いことになり、この場合、チャンバー１０−３の形状に依存して（例えば、チャンバー１０−３内に絞り部ができているため）各液体噴射孔１０−３ａに到達する際の液体の流速がばらつくので、各液体噴射用孔１０−３ａの噴射口から噴射される液体の噴射量にばらつきが生じ、且つ、液体の粒径が不均一となるからである。
（５）液体導入通路部１０−４のスリットの断面（液体導入通路部１０−４のスリット内を通流する液体の流れ方向（Ｘ軸方向）に直交する平面（Ｙ−Ｚ平面）に沿ったスリットの断面）である長方形状の長辺の長さＷに対する同長方形状の短辺の長さｔの比Ｒ４（＝短辺の長さ／長辺の長さ＝ｔ／Ｗ）が０．０００１以上で１より小さい値とされている。
これは、比Ｒ４が０．０００１より小さいと液体導入通路部１０−４のスリットの流路抵抗が過大となってチャンバー１０−３内に供給される液体量が低下し、従って、噴射量が減少してしまうからである。また、比Ｒ４が１以上であるとアクチュエータ１１によるスリットの壁面の変形量を大きくしない限り、十分な圧力変動及び／又は流速変動が液体に加えられず、噴射される液体の微粒子化が困難となるからである。
以上、説明したように、第１実施形態に係る液体噴射装置１０によれば、加圧手段２１で加圧された液体は、電磁開閉式吐出弁２４の液体通路２４ｂ（吐出孔２４ｅ）が開閉弁２４ｄによって開放されたとき、液体通路２４ｂ、液体導入口１０−１、及び液体供給通路１０−２を介して液体導入通路部１０−４へ供給され、更に、液体導入通路部１０−４（のスリット）にて圧力変動及び／又は流速変動が付与されてチャンバー１０−３に供給される。その結果、液体はチャンバー１０−３の液体噴射孔１０−３ａ（の液体噴射空間３１に露呈した噴射口）から噴射され、微粒子化する。
このように、液体噴射装置１０においては、液体の噴射に必要な圧力が加圧手段２１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３１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。
更に、液体噴射装置１０は、チャンバー１０−３の容積を増減することによるのではなく、液体導入通路部１０−４の通路面積を増減することにより液体に圧力変動及び／又は流速変動を与えて液体を微粒子化している。従って、万一、チャンバー１０−３の内部に気泡が発生したとしても、液体に振動エネルギーを確実に付与することが可能である。その結果、液体噴射装置１０は液体を均一に微粒子化することができる。
また、前記液体導入通路部１０−４は変形可能なダイヤフラム（金属板１０ｃ）を備え、アクチュエータ１１はそのダイヤフラムを変形させることにより液体導入通路部１０−４のスリットの通路面積（スリットの断面積）を増減するように構成されている。即ち、液体噴射装置１０は、液体導入通路部１０−４の一部をダイヤフラムで構成することにより、スリットの通路面積を容易に増減し得る簡単な構造を備えている。
また、液体噴射装置１０においては、吐出弁２４の吐出口２４ｅから吐出された液体が液体噴射孔１０−３ａの噴射口に到達するまでに同液体の流れ方向が少なくとも一回は直角に曲げられるように構成されている。即ち、吐出弁２４の吐出口２４ｅから吐出される液体の流れ方向はＺ軸負方向であり、その液体の流れ方向は液体供給通路１０−２内でＸ軸正方向（Ｚ軸負方向に対して直交する方向）に変更されるようになっている。
これによれば、吐出弁２４の開閉弁２４ｄが吐出孔２４ｅ（燃料通路２４ｂ）を開閉することに伴って発生する液体圧力の脈動が低減され、その安定した圧力の液体が液体導入通路１０−４内に流れ込み、次いで、チャンバー１０−３へと供給される。換言すると、吐出弁２４の開閉弁２４ｄが吐出孔２４ｅ（燃料通路２４ｂ）を開閉することに伴う液体の動圧が液体供給通路１０−２内にて静圧となり、その静圧下で液体が噴射されることになる。従って、チャンバー１０−３内の液体の圧力が安定するから、液体噴射装置１０は微粒子状の液滴の噴射を安定的に行うことができる。
また、上記液体噴射装置１０において、液体導入通路部１０−４のスリットは、同スリット内を通流する液体の流れ方向（Ｘ軸方向）に直交する平面（Ｙ−Ｚ平面）にそった断面が略長方形状をなしている。従って、液体導入通路部１０−４のスリットは、その長方形の短辺を短くすることで高い流路抵抗を示すとともに、その長方形の長辺を長くすることにより、大量の液体を通過させることができる。
更に、アクチュエータ１１は、液体導入通路部１０−４のスリットの断面である長方形状の長辺を含む壁面（スリットの上壁を構成する金属板１０ｃ）を変形するように構成されている。即ち、液体導入通路部１０−４のスリット内の液体の流れ方向に直交する平面（Ｙ−Ｚ平面）にそったスリットの断面である長方形状の長辺を含む壁面が、変形可能なダイヤフラムで形成されている。そして、アクチュエータ１１は、そのダイヤフラムを変形させるようになっている。
従って、アクチュエータ１１による液体導入通路部１０−４のスリットの壁面（ダイヤフラム）のＺ軸方向の変形量が小さくても、スリットの液体通路面積の変化を大きくでき、液体に十分な大きさの圧力変動及び／又は流速変動を与えることができる。この結果、アクチュエータ１１を駆動するための電力消費量を低減することができる。
また、液体噴射装置１０においては、互いに積層された金属の板体で形成されている。従って、液体噴射装置１０は、複数の金属の板体を金属拡散接合等により互いに接合することにより簡単に製造することが可能となる。また、特に、液体導入通路部１０−４は、互いに積層された板体１０ｂ，１０ｃの対向する平面部によりスリットを形成しているので、そのスリットの通路断面形状が同液体導入通路部１０−４全体に渡って均一になり易い。従って、チャンバー１０−３の各部に均一な流量の液体を供給し得るので、各液体噴射孔１０−３から噴射される液体が均一な粒径を有することができる。
また、少なくとも液体導入通路部１０−４は、第１の製造方法のステップ２及びステップ４に関して説明したように、金属体をエッチングして形成された溝部と同溝部に対向するダイヤフラムとにより形成され得る。従って、エッチング可能という金属の特性を利用しながら液体導入通路部１０−４のスリットを簡単に製作することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る液体噴射装置５０について説明する。第２実施形態に係る液体噴射装置５０は、第１実施形態に係る液体噴射装置１０のアクチュエータ１１をアクチュエータ１２に置換するとともに、液体導入通路部１０−４を液体導入通路部１０−５に置換した点のみにおいて同液体噴射装置１０と異なっている。従って、以下、係る相違点を中心として図９〜図１１を参照しながら説明する。
液体導入通路部１０−５は、液体噴射装置１０の金属板１０ｂに代わる金属板１０ｄ及び金属板１０ｃのＸ軸方向略中央部に形成される部分である。金属板１０ｄは、金属板１０ｂの液体導入通路部１０−４を構成する箇所に複数の支持部（桟部）１０−５ａを備える点のみにおいて同金属板１０ｂと相違している。具体的に述べると、各支持部１０−５ａは、金属板１０ｄのＸ軸方向略中央部上面においてＸ軸方向に延びている。複数の支持部１０−５ａはＹ軸方向に沿う所定の距離毎に配置される。支持部１０−５ａの高さ（Ｚ軸方向長さ）は前述した距離ｔであり、Ｙ軸方向長さは距離ｔよりも僅かだけ長い距離となっている。
液体導入通路部１０−５は、この複数の支持部１０−５ａにより、液体噴射装置１０の液体導入通路部１０−４のスリットを分割することにより形成される複数（ここでは５個）の独立したスリットを液体導入通路として備えている。複数のスリットは互いに同一形状を備える。各スリットをＹ−Ｚ平面に沿った平面にて切断した断面はＺ軸方向及びＹ軸方向に短辺及び長辺をそれぞれ有する長方形状となっている。この長方形の短辺の長さは前述の距離ｔであり、長辺の長さはＷ１である。長辺の長さＷ１を５倍した値は前述した液体導入通路部１０−４のスリットの長辺の長さＷと実質的に等しい。
アクチュエータ１２は、複数（ここでは５個）の圧電／電歪素子部１２ａと一対の共通電極１２ｂ，１２ｃとを含んでいる。アクチュエータ１２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る。アクチュエータ１２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。
各圧電／電歪素子部１２ａは、平面視で液体導入通路１０−５の分割された各スリットよりも僅かに小さく、同平面視で同各スリットの内側に配設されている。圧電／電歪素子部１２ａの下面は、金属板１０ｃの上面に固着されている。圧電／電歪素子及び電極の厚み方向はＺ軸方向であり、それらの層面はＸ−Ｙ平面に平行である。層状の電極は一対の共通電極１２ｂ，１２ｃに交互に接続されている。
このアクチュエータ１２においては、一対の共通電極１２ｂ，１２ｃ間に所定の電位差が付与されると、各圧電／電歪素子部１２ａが変形し、各圧電／電歪素子部１２ａの直下部の各スリットの上壁を構成する金属板１０ｃがＺ軸負方向に湾曲・変形せしめられる。これにより、液体導入通路部１０−５の各スリットの通路面積が変化（増減）し、各スリット内を通流する液体に圧力変動及び／又は流速変動が与えられる。
液体噴射装置５０は、液体噴射装置１０と同様に作動して、噴射する液体を微粒子化する。以上、説明したように、液体噴射装置５０の液体導入通路部１０−５は、液体導入通路部１０−４のスリットよりも平面視で幅狭（幅Ｗ１＜幅Ｗ）のスリットを液体導入通路として複数備えている。従って、液体導入通路部１０−５の各スリットは、その剛性が液体導入通路１０−４のスリットよりも高いので、チャンバー１０−３に安定して大量の液体を導入することができる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る液体噴射装置６０について、図１２Ａ及び図１２Ｂを参照しながら説明する。液体噴射装置６０は、チャンバー６１と液体導入通路部６２とアクチュエータ１３とからなっている。
チャンバー６１は略円錐形状（ロート形状）をなしている。その底壁６１ａには、上記液体噴射孔１０−３ａと同一である中空円筒状の液体噴射孔（液体噴射用ノズル）６１ａ１が複数個形成されている。液体噴射孔６１ａ１の直径は２・ｒである。液体噴射孔６１ａ１の前記チャンバー６１側の端面から同液体噴射孔６１ａ１に対向するチャンバー６１の壁面（内壁面）６１ｂまでの距離はＬ１である。
液体導入通路部６２は、図１２Ｂに示したように、容易に変形及び復元しうる金属の薄板で構成された管である。液体導入通路部６２は、チャンバー６１の頂部に接続されるとともに、図示しない電磁開閉式吐出弁２４の吐出孔２４ｅに接続されている。これにより、液体導入通路部６２は、電磁開閉式吐出弁２４の液体通路２４ｂ（吐出孔２４ｅ）が開閉弁２４ｄにより開放されたとき、プレッシャレギュレータ２３を介して加圧ポンプ２１から供給される加圧された燃料をチャンバー６１に流入せしめるようになっている。
アクチュエータ１３は、円筒状の圧電／電歪素子からなっている。アクチュエータ１３の内径は液体導入通路部６２の外径と略一致している。アクチュエータ１３は液体導入通路部６２の外周に固着されている。アクチュエータ１３の図示しない電極に所定の電位差が付与されると、アクチュエータ１３はその内径を減少させるように収縮する。この結果、液体導入通路部６２の内径も減少する。
液体噴射装置６０の作動は、液体噴射装置１０の作動と同様である。即ち、アクチュエータ１３の図示しない電極に所定の周波数を有する圧電素子駆動電圧信号ＤＶが印加されて液体導入通路部６２の内径が周期的に変化されることにより、液体は液体導入通路部６２を通流するときに圧力変動及び／又は流速変動が付与される。これにより、液体噴射孔６１ａ１から噴射される液体が微粒子化される。
液体噴射装置６０においても、複数の液体噴射孔６０ａ１のチャンバー６１側上面から同液体噴射孔６０ａ１に対向するチャンバーの壁面６１ｂまでの距離Ｌ１に対する同液体噴射孔６１ａ１の直径２・ｒの比Ｒ３（＝噴射口直径／チャンバー壁面までの距離＝２・ｒ／Ｌ１）は０．００２乃至１の値とされている。
これにより、液体は、チャンバー６１の底面６１ａの最外周部に形成された液体噴射孔６１ａ１にも、同底面６１ａの中央部に形成された液体噴射孔６１ａ１と略同一の流速で到達する。従って、各液体噴射孔６１ａ１内における流速が互いに略等しくなる。この結果、各液体噴射孔６１ａ１から噴射される液体の速度が互いに略同一となるから、各液体噴射孔６１ａ１から噴射される液体の粒径を略均一にすることが可能となる。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る液体噴射装置７０について、図１３Ａ及び図１３Ｂを参照しながら説明する。液体噴射装置７０は、チャンバー７１と液体導入通路部７２とアクチュエータ１４とからなっている。
チャンバー７１はチャンバー６１と同様に略円錐形状（ロート形状）をなしている。その底壁７１ａには、液体噴射孔６１ａ１と同一である中空円筒状の液体噴射孔７１ａ１（液体噴射用ノズル）が複数個形成されている。液体噴射孔７１ａ１の直径は２・ｒである。液体噴射孔７１ａ１の前記チャンバー７１側の端面から同液体噴射孔７１ａ１に対向するチャンバー７１の壁面（内壁面）７１ｂまでの距離はＬ１である。
液体導入通路部７２は、図１３Ｂに示したように、通路断面が略長方形状をなす中空空間を液体導入通路として含んでいる。その中空空間を形成する一つの壁は、容易に変形及び復元しうる金属の薄板（ダイヤフラム、金属板）７２ａで構成されている。
液体導入通路部７２は、チャンバー７１の頂部に接続されるとともに、図示しない電磁開閉式吐出弁２４の吐出孔２４ｅに接続されている。これにより、液体導入通路部７２は、電磁開閉式吐出弁２４の液体通路２４ｂ（吐出孔２４ｅ）が開閉弁２４ｄにより開放されたとき、プレッシャレギュレータ２３を介して加圧ポンプ２１から供給される加圧された燃料をチャンバー７１に流入せしめるようになっている。
アクチュエータ１４は、アクチュエータ１２と同様の「横効果タイプの積層ピエゾアクチュエータ」である。アクチュエータ１４の下面は、液体導入通路７２の金属板７２ａに固着されている。アクチュエータ１４の図示しない電極に所定の電位差が付与されると、アクチュエータ１４は金属板７２ａを変形させ、これにより液体導入通路部７２の液体導入通路面積が減少する。なお、アクチュエータ１４は、アクチュエータ１１と同様な「縦効果タイプの積層ピエゾアクチュエータ」であってもよい。
液体噴射装置７０の作動は、液体噴射装置１０の作動と同様である。即ち、液体導入通路部７２の液体導入通路面積がアクチュエータ１４の作動により周期的に変化されることで、液体は液体導入通路部７２を通流するときに圧力変動及び／又は流速変動が付与される。これにより、液体噴射孔７１ａ１から噴射される液体が微粒子化される。
液体噴射装置７０においても、複数の液体噴射孔７１ａ１のチャンバー７１側上面から同液体噴射孔７１ａ１に対向するチャンバーの壁面７１ｂまでの距離Ｌ１に対する同液体噴射孔７１ａ１の直径２・ｒの比Ｒ３（＝噴射口直径／チャンバー壁面までの距離＝２・ｒ／Ｌ１）は０．００２乃至１の値とされている。従って、液体噴射装置６０と同様に、各液体噴射孔７１ａ１から噴射される液体の速度が互いに略同一となるから、各液体噴射孔７１ａ１から噴射される液体の粒径を略均一にすることが可能となる。
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係る液体噴射装置８０について、図１４Ａ及び図１４Ｂを参照しながら説明する。液体噴射装置８０は、チャンバー８１と液体導入通路部８２とアクチュエータ１５とからなっている。
チャンバー８１は、Ｘ，Ｙ及びＺ軸に平行な辺を有する略直方体形状をなしている。その底壁８１ａのＸ軸方向略中央部からＸ軸正方向端部の領域には、液体噴射孔１０−３ａと同一である中空円筒状の液体噴射孔（液体噴射用ノズル）８１ａ１が複数個形成されている。液体噴射孔８１ａ１の直径は２・ｒである。液体噴射孔８１ａ１の前記チャンバー８１側の端面から同液体噴射孔８１ａ１に対向するチャンバー８１の壁面（内壁面）８１ｂまでの距離はＬ１である。
液体導入通路部８２及びアクチュエータ１５は、図１４Ｂに示したように、容易に変形及び復元しうる金属の薄板で構成された管と、その管の外周に固着された圧電／電歪素子であり、液体噴射装置６０の液体導入通路部６２及びアクチュエータ１３と同様な構成を有している。液体導入通路部８２は、チャンバー８１の上面端部でＸ軸負方向端部に接続されるとともに、図示しない電磁開閉式吐出弁２４の吐出孔２４ｅに接続されている。液体導入通路部８２の長手方向（流線方向、即ち、Ｘ軸方向）とチャンバー８１の長手方向（流線方向、即ち、Ｚ軸方向）は直交している。
これにより、液体導入通路部８２は、電磁開閉式吐出弁２４の液体通路２４ｂ（吐出孔２４ｅ）が開閉弁２４ｄにより開放されたとき、プレッシャレギュレータ２３を介して加圧ポンプ２１から供給される加圧された燃料をチャンバー８１に流入せしめるようになっている。
液体噴射装置８０の作動は、液体噴射装置１０の作動と同様である。即ち、液体導入通路部８２の液体導入通路面積がアクチュエータ１５の作動により周期的に変化され、液体は液体導入通路部８２を通流するときに圧力変動及び／又は流速変動が付与される。これにより、液体噴射孔８１ａ１から噴射される液体が微粒子化される。
液体噴射装置８０においても、複数の液体噴射孔８１ａ１のチャンバー８１側上面から同液体噴射孔８１ａ１に対向するチャンバーの壁面までの距離Ｌ１に対する同液体噴射孔８１ａ１の直径２・ｒの比Ｒ３（＝噴射口直径／チャンバー壁面までの距離＝２・ｒ／Ｌ１）は０．００２乃至１の値とされている。従って、液体噴射装置６０と同様に、各液体噴射孔８１ａ１から噴射される液体の速度が互いに略同一となるから、各液体噴射孔８１ａ１から噴射される液体の粒径を略均一にすることが可能となる。
また、液体噴射装置８０は、図示しない電子開閉式吐出弁２４の吐出口２４ｅから吐出された液体が液体噴射孔８１ａ１の噴射口に到達するまでに同液体の流れ方向が少なくとも一回（ここでは、二回）だけ直角に曲げられるように構成されている。
従って、電磁開閉式吐出弁２４の開閉弁２４ｄが開閉することに伴う液体の動圧が静圧となり、その静圧下で燃料が噴射されることになる。この結果、液体噴射装置８０は、液体を各液体噴射用ノズルから安定して噴射することができる。
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おいては、液体の噴射に必要な圧力が加圧ポンプ２１により発生されることから、液体噴射空間３１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することができる。
更に、各液体噴射装置は、各液体導入通路部の液体導入通路の通路面積を増減することにより同液体導入通路部を通流する液体に圧力変動及び／又は流速変動を与えて液体を微粒子化している。従って、万一、チャンバーの内部に気泡が発生したとしても、液体に振動エネルギーを確実に付与することが可能である。その結果、液体噴射装置１０は液体を均一に微粒子化することができる。
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。例えば、上記各実施形態の液体導入通路部の液体導入通路は、液体の流れ方向に直交する平面にそった断面が長軸と短軸とを有する楕円又は長円形状であってもよい。また、液体導入通路の中空空間の下面（下壁）は下方に湾曲した略Ｕ字形状をなし、上面（上壁）は平坦となっていてもよい。
また、例えば、上記実施形態の液体噴射装置は、吸気管（吸気ポート）内に燃料を噴射する形式のガソリン内燃機関に適用されていたが、本発明による液体噴射装置を、気筒内に燃料を直接噴射する所謂「直噴式ガソリン内燃機関」に適用することもできる。
即ち、従来のフューエルインジェクタを用いた電気制御式燃料噴射装置により気筒内に直接的に燃料を噴射すると、シリンダーとピストンとの隙間（クレビス）に燃料が溜まることがあり、未燃ＨＣ（ハイドロカーボン）量が増大する場合があったのに対し、本発明による液体噴射装置を用いて気筒内に直接的に燃料を噴射すると、燃料が微粒子化された状態で気筒内に噴射されるので、気筒内壁面への燃料付着量が低減でき、あるいはシリンダーとピストンとの隙間に侵入する燃料量を低減できるから、未燃ＨＣの排出量を低減することができる。
更に、本発明による液体噴射装置を、ディーゼルエンジン用の直噴インジェクタとして用いることも有効である。即ち、従来のインジェクタによれば、特にエンジンの低負荷時には燃料圧力が低いことから、微粒子化した燃料を噴射することができないという問題がある。この場合、コモンレール方式の噴射装置を用いれば、エンジン低回転時でもある程度まで燃料圧力を高圧化できるので噴射燃料の微粒子化を促進できるものの、エンジン高回転時に比べれば燃料圧力は低いから、燃料を十分に微粒子できない。これに対し、本発明による液体噴射装置は、エンジンの負荷に拘らず（即ち、エンジンが低負荷時であっても）、アクチュエータ（圧電／電歪素子）の作動により燃料を微粒子化するものであるから、十分に微粒子化された燃料を噴射することができる。
また、アクチュエータとしては、圧電／電歪素子１１，１２等に代えて、反強誘電体膜からなる膜型圧電素子を使用することもできる。さらに、マイクロマシン研究で盛んに研究されている、ギャップを介して対向する電極間に生じる静電力や、通電加熱により形状記憶合金に生じる変形力を、圧電／電歪素子１１，１２等の発生する力に代えて使用し、これらの力により液体導入通路部の通路面積を変更させてもよい。また、本発明による各実施形態の液体噴射孔は、液体のもつ圧力等を運動エネルギーに変換して流れを増速させる目的で、流れの方向（液体噴射方向）に断面積を次第に小さくさせた所謂先細りのノズル（液体噴射用ノズル）であってもよい。

Claims (10)

1. 複数の液体噴射用ノズルを備えたチャンバーと、
   液体を加圧する加圧手段と、
   前記加圧手段に接続された液体通路と同液体通路を開閉する開閉弁とを備えてなり同液体通路が同開閉弁により開放されたとき同加圧手段からの加圧された液体を同液体通路の吐出口から吐出する吐出弁と、
   前記チャンバー及び前記吐出弁の吐出口に接続されるとともに同吐出口から吐出された液体を同チャンバーに向けて通流させる液体導入通路を形成する液体導入通路部と、
   アクチュエータとを具備し、
   前記アクチュエータの作動により前記液体導入通路を介して前記チャンバーに供給された液体を微粒子化して前記液体噴射用ノズルから噴射する液体噴射装置であって、
   前記液体導入通路は前記吐出弁の液体通路及び前記複数の液体噴射用ノズルを除いたチャンバーを構成する部分よりも大きい流路抵抗を示すように構成され、
   前記アクチュエータは前記液体導入通路の通路面積を周期的に増減するように構成された液体噴射装置。
2. 請求の範囲１に記載の液体噴射装置であって、
   前記液体導入通路部は変形可能なダイヤフラムを備え、
   前記アクチュエータは前記ダイヤフラムを変形させることにより前記液体導入通路の通路面積を増減するように構成された液体噴射装置。
3. 請求の範囲１又は２に記載の液体噴射装置であって、
   前記複数の液体噴射用ノズルは互いに同一の円形形状を有する噴射口を一つの端面に備えるとともに各噴射口の直径は３乃至１００μｍであり、
   前記液体導入通路の通路面積に対する前記複数の液体噴射用ノズルの噴射口の面積の総和の比が０．２乃至５０であり、
   前記液体導入通路の通路面積が最大となっているときの面積に対する同液体導入通路の通路面積が最小となっているときの面積の比が０．５乃至０．９９９９９８であり、
   且つ、
   前記複数の液体噴射用ノズルの前記チャンバー側の他の端面から同液体噴射用ノズルに対向する同チャンバーの壁面までの距離に対する同液体噴射用ノズルの噴射口の直径の比が０．００２乃至１である液体噴射装置。
4. 請求の範囲１乃至３の何れか一項に記載の液体噴射装置であって、
   前記吐出弁の吐出口から吐出された液体が前記液体噴射用ノズルの噴射口に到達するまでに同液体の流れ方向が少なくとも一回は直角に曲げられるように構成された液体噴射装置。
5. 請求の範囲１乃至４の何れか一項に記載の液体噴射装置であって、
   前記液体導入通路は、同液体導入通路内を通流する液体の流れ方向に直交する平面に沿った断面が略長方形状をなしている液体噴射装置。
6. 請求の範囲５に記載の液体噴射装置であって、
   前記アクチュエータは、前記液体導入通路の断面である長方形状の長辺を含む壁面を変形するように構成された液体噴射装置。
7. 請求の範囲５又は６に記載の液体噴射装置において、
   前記液体導入通路の断面である長方形状の長辺を含む壁面が変形可能なダイヤフラムで形成され、
   前記アクチュエータは前記ダイヤフラムを変形させるように構成された液体噴射装置。
8. 請求の範囲５乃至７の何れか一項に記載の液体噴射装置において、
   前記液体導入通路の断面である長方形状の長辺の長さに対する同長方形状の短辺の長さの比が０．０００１以上で１より小さくなるように構成された液体噴射装置。
9. 請求の範囲１乃至８の何れか一項に記載の液体噴射装置であって、
   少なくとも前記液体導入通路部は、互いに積層された板体の対向する平面部により形成された液体噴射装置。
10. 請求の範囲１乃至８の何れか一項に記載の液体噴射装置であって、
    少なくとも前記液体導入通路部は、金属体をエッチングして形成された溝部と同溝部に対向するダイヤフラムとにより形成された液体噴射装置。

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