JPH1172228A - 液体燃料用燃焼器具における燃焼芯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体燃料を吸い上げ、先端から燃焼させる燃
焼芯において、初期炎長をできるだけ長くし、着火後の
炎長の立ち上り時間をできるだけ短くするについて、芯
ホルダーからの突出量を低減する。 【解決手段】 上部燃焼芯６１の断面形状を非円形と
し、芯ホルダー７の上に露出する表面積を大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルコールを主体
とする液体燃料を用いた喫煙具用ライター、着火器等の
燃焼器具において、液体燃料を燃料タンク中より毛細管
現象を利用して吸い上げ燃焼させる燃焼芯に関するもの
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、ベンジンおよ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、燃料貯蔵部および燃
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、このベンジンお
よ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、燃料タンクおよび燃焼芯に対
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、下端吸上部分が燃料吸い上げに機能し、上端燃
焼部分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燃焼器具においては、この燃焼芯の
材質、寸法、形状により、着火後の初期炎長、炎長の変
化、飽和炎長等が異なるので、燃焼器具に対しての要望
特性を満たすように構成する必要がある。

【００１０】つまり、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等の燃焼器具を作製した場合
に、その燃焼芯に着火すると、燃焼芯の表面に存在する
燃料が燃焼を開始し炎を形成する。この炎の長さを初期
炎長とする。

【００１１】次のこの燃焼により燃焼芯は加熱され、燃
焼芯の表面よりの燃料の揮発量は増大し、炎長は伸び
る。しかし、燃焼芯表面の燃料の燃焼による温度上昇は
燃焼の進行と共に平衡状態となり停止し、炎長の伸長も
飽和し停止して飽和炎長となる。燃焼芯はその表面より
燃料が燃焼揮散するのに伴い、燃焼芯の内部よりその表
面に燃料を拡散すると共に燃料タンク内の燃料が燃焼芯
の吸上部分を通して吸い上げ補給される。

【００１２】そして、燃焼芯表面よりの燃料の消費と燃
焼芯内部よりの燃料供給と、さらに燃料タンクよりの燃
料の吸い上げ供給が行われれば燃料は平衡状態で継続し
炎長は安定する。上記燃焼芯表面よりの燃料の消費に対
し燃焼芯内部よりの燃料の供給が伴わなければ炎長は初
期炎長より変化し、燃料供給に応じた平衡状態となるか
消滅する。

【００１３】ところで、喫煙具用ライター、着火器等の
燃焼器具においては、着火直後の初期炎長は出来るだけ
長く、実用上ではこの値が少なくとも２０mm程度を有
し、炎長が２５mmに達する迄の時間を出来るだけ早く、
実用上では１０秒程度以内とし、また、着火経時後の飽
和炎長があまり長くならないように実用上では７０mm程
度とする燃焼条件を満足することが要求される。

【００１４】しかし、断面円形状の燃焼芯では、上記の
ような条件を達成するためには、燃焼芯の外径を小さく
すると芯ホルダーからの突出量が大きくなる一方、この
突出量を小さくするには外径を大きくする必要があり、
この燃焼芯よりの燃料の揮発を防止するための閉塞キャ
ップの大きさと開閉作動との関係により、これらの構造
のコンパクト化を図る際の障害となる。つまり、燃焼芯
の寸法は出来るだけ小さく、および燃焼芯の突出量を短
く構成することが要望される。

【００１５】本発明は上記事情に鑑み、アルコールを主
体とする液体燃料を用いる燃焼器具において最適な燃焼
状態を確保しつつ燃焼芯の突出量を小さくしてコンパク
ト化が実現できるようにした液体燃料用燃焼器具におけ
る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
明の液体燃料用燃焼器具における燃焼芯は、燃料タンク
に収容したアルコールを主体とする液体燃料を吸上部分
によって毛管現象により吸い上げ先端燃焼部分で燃焼さ
せる燃焼芯と、該燃焼芯を保持する芯ホルダーと、該燃
焼芯に着火する着火部材と、前記燃焼芯を開閉可能に密
閉する揮発防止用の閉塞キャップとを備え、前記燃焼芯
の燃焼部分の断面形状が非円形であることを特徴とする
ものである。

【００１７】前記燃焼芯の燃焼部分の非円形断面形状と
しては、楕円形、角形等に形成するのが望ましい。

【００１８】また、前記燃焼芯の燃焼部分を耐熱性繊
維、例えば、ガラス繊維、セラミック繊維、炭素繊維で
構成するのが好適である。

【００１９】前記燃焼芯の芯ホルダーより突出した部分
の表面積は、１７０mm² 以下に設けるのが好ましく、ま
た、３０mm² 以上に設けるのが好ましい。特に、上記表
面積が３０mm² 〜１７０mm² の範囲が良好である。

【００２０】なお、セラミック繊維による燃焼芯の場合
には、前記表面積が４０mm² 以上で、特に、４０mm² 〜
１７０mm² の範囲が好適である。

【００２１】また、前記燃焼芯を、耐熱性繊維を結束す
るか、または、耐熱性繊維に微量のバインダーを添加し
て成形するか或いはフェルト状としたもので構成するこ
とが可能である。

【００２２】一方、前記燃焼芯を吸上部分と燃焼部分と
の間で分割し、分割部分の少なくとも一方を他方に対し
て接離移動が可能なように設け、その接触時に吸上部分
より燃焼部分へ燃料を供給し、分離に伴って燃料供給を
遮断し所定量の燃料を燃焼させるように設けることで、
定量燃焼用の燃焼芯が構成できる。

【００２３】上記のような本発明における燃焼芯は、燃
料吸上部分と燃焼部分とが同一素材で一体に形成された
もの、または、燃料吸上部分と燃焼部分とが異なる材料
によって形成され、両者が接続されたものなどによって
構成される。

【００２４】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。

【００２５】上記のような燃焼芯を具備するアルコール
を主体とする液体燃料を用いる喫煙具用ライタ−、着火
器等の燃焼器具を作製する場合、着火直後の初期炎長、
炎長が２５mmに達する迄の時間、着火経時後の飽和炎長
は燃焼芯の寸法形状、材質が関連する。

【００２６】液体燃料はタンク中より燃焼芯の吸上部分
を通じて吸い上げられ、燃焼部分に移動し、その表面よ
り揮発する。揮発した液体燃料に着火すると２次空気を
混入して炎燃焼する。そして、この炎燃焼の際の燃焼特
性は燃焼芯の芯ホルダーより突出した部分の表面積と係
わることが判明した。

【００２７】つまり、上記燃焼器具の燃焼芯で前述のよ
うな条件を満足する所期の燃焼状態を得るために、燃焼
芯の表面積を所定量確保することが必要であり、この場
合に燃焼芯の断面形状を非円形にすることにより表面積
が拡大し、その燃焼芯の芯ホルダーよりの突出量を小さ
くすること、また所定のスペースに燃焼芯を配設するこ
とが可能となる。

【００２８】また、燃焼芯は液体燃料を吸い上げ、その
表面より揮発させるため多孔質であり、且つ耐熱性材料
で構成され、さらに表面よりの燃料の揮発に対する内部
よりの供給を必要とするので液体燃料の保持力が必要と
なり、このため、耐熱性繊維で構成すると効果的であ
り、この具体化材料としてガラス繊維、セラミック繊
維、炭素繊維が適切である。

【００２９】この燃焼器具において燃焼芯に着火すると
その炎長は着火直後より経時的に伸長し、飽和炎長とな
る。この飽和炎長は後述の実験例に示すように燃焼芯の
芯ホルダーより突出した露出部分の表面積と相関関係が
あり、飽和炎長を所望の長さ以下にするためには、燃焼
芯の燃焼に寄与する露出表面積に限定が必要となる。つ
まり、飽和炎長を７０mm以下にする場合には燃焼芯の表
面積は１７０mm² 以下とすべきである。

【００３０】同様にこの燃焼器具において燃焼芯へ着火
直後の初期炎長を長く、また炎長が２５mmに達する迄の
時間を短くするためには、燃焼芯の芯ホルダーより突出
する露出部分の表面積が係わっている。つまり、着火器
としての実用上の必要特性として着火直後の初期炎長を
２０mm以上とする場合には燃焼芯の上記表面積は３０mm
² 以上、着火後炎長が２５mmに達する迄の時間を１０秒
以下にする場合には同じく表面積は３０mm² 以上を必要
とする。

【００３１】さらに、燃焼芯として安定した燃焼を継続
するには、燃焼芯の燃焼部分の表面に内部より燃料の供
給が必要である。このためには、燃焼芯はその内部に液
体燃料の保持が必要で、この燃焼芯の燃料保持量は燃焼
芯の構成により異なる。従って燃焼芯の表面積よりの単
位時間の燃料消費量を勘案して燃焼芯を設計することが
必要である。

【００３２】また、燃焼芯を着火時に分離する定量燃焼
方式とする場合は、着火より消火迄の時間を想定し、こ
の間に燃焼芯の表面積よりの単位時間当りの燃焼消費量
に応じた燃料の保持量を設定することが必要となる。

【００３３】

【発明の効果】本発明の液体燃料用燃焼器具における燃
焼芯によれば、燃焼芯の燃焼部分の断面形状を非円形と
したことにより、初期炎長等の所定の燃焼条件を得るた
めに必要な表面積を確保するについて、断面形状が円形
状のものに比べて楕円形または角形等の非円形状のもの
では単位長さ当たりの表面積が大きくなって、芯ホルダ
ーから突出する燃焼部分の突出量が小さくできるもので
あり、閉塞キャップ等との関係における設計自由度が増
大すると共に、コンパクト化が実現できるものである。

【００３４】具体的には、前記燃焼芯の設計を考える場
合、断面円形状で前記燃焼条件を満足するものとして、
例えば外径Ｄ＝φ４mmで芯ホルダーよりの突き出し長さ
Ｌ＝５mmの燃焼芯の表面積を計算すると、 １／４πＤ²＋πＤ×Ｌ＝１／４×３．１４×４² ＋
３．１４×４×５＝７５．４ｍｍ^２ となる。この燃焼芯と燃焼器具としての初期炎長等の３
特性を同じにして、すなわち表面積が同一で燃焼芯の断
面形状を角形で４ｍｍ角とすると、その突き出し長さＬ
は、 Ｌ＝（７５．４−４×４）／（４×４）＝３．７mm となり、燃焼芯の芯ホルダーよりの突き出し長さＬを
３．７mmと短くできる。これは着火器等の小型燃焼器具
の設計上、燃焼芯に対しては不使用時の密閉構造を考え
ると有利になる。

【００３５】また、ここでガラス繊維を使用するか、セ
ラミック繊維を使用するかの場合、前者の繊維の充填密
度を１５０mg／cm³ 、後者を２００mg／cm³ とした場
合、ガラス繊維を用いて断面形状を円形にして燃焼芯の
芯ホルダーよりの突き出し長さＬを５mmとした場合の燃
焼部の体積は、 １／４πＤ² ×Ｌ＝１／４×３．１４×４×４×５＝６
２．８mm³ となる。このガラス繊維燃焼芯の単位体積当りのアルコ
ールの保持量は０．６mg／mm³ であって、燃焼芯の芯ホ
ルダーより突き出した部分のアルコールの保持量は、 ６２．８mm³ ×０．６mg／mm³ ＝３８mg となる。また、セラミック繊維を用いた断面角形（Ｗ４
mm×Ｔ４mm）の燃焼芯の場合、芯ホルダーよりの突き出
し長さＬを４mmとすると、突き出した燃焼部分の体積
は、 Ｗ×Ｔ×Ｌ＝４×４×４＝６４mm³ となる。この燃焼芯の芯ホルダーより突き出した部分の
アルコールの保持量は、セラミック繊維燃焼芯の単位体
積当りのアルコールの保持量は１．１mg／mm³ となり、 ６４mm³ ×１．１mg／mm³ ＝７０mg となる。燃焼芯のアルコールの保持量が多いことは燃焼
芯として乾燥或いは燃焼による燃焼消費に対する補給と
して有利である。

【００３６】さらに、燃焼芯の燃焼部分を着火時に吸上
部分より分離する構造とし、燃焼芯に保持された燃料を
燃焼し尽くして消火する定量燃焼式とする場合は、その
燃料の保持量と燃料消費量とが係わり、所定の定量燃焼
時間、燃焼特性を得るために、形状材質を選定するもの
である。

【００３７】上記のように、液体燃料用燃焼器具におけ
る燃焼芯の燃焼部分の断面非円形状を含む形状、材質の
選定により、各種用途に適した燃焼器具における燃焼芯
の設計が行える。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の液体燃料用燃焼器
具における燃焼芯の実施の形態を図面に沿って説明す
る。

【００３９】＜第１の実施の形態＞図１に液体燃料用燃
焼器具の一例としての喫煙具用ライターの平面図および
概略断面構造を示す。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の内部には繊維材３
（中綿）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。

【００４０】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５cm³に設けられている。
繊維材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／cm³ で押し込ん
でなり、この繊維材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。

【００４１】さらに、前記上蓋４を燃料タンク２内に垂
直に貫通して芯ホルダー７で固定された燃焼芯６が配設
されている。燃焼芯６は、上部燃焼芯６１と下方の吸上
芯６２とに異なる素材で分離形成され、上部燃焼芯６１
の下端部と吸上芯６２の上端部とが接触された状態で、
両者が金属製の断面形状が内面の１辺が４mmの正方形の
角筒状の芯ホルダー７によって結合されている。

【００４２】前記吸上芯６２の下端部は前記燃料タンク
２内の繊維材３に接触し、該繊維材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。そして、この燃焼
芯６の上部燃焼芯６１の芯ホルダー７より上方に突出し
た芯先端燃焼部分に着火され炎を生じて燃焼する。

【００４３】前記上部燃焼芯６１は、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を
加えて繊維の充填密度が２００mg／cm³ となるよう、厚
さが４mmの板状に成形したものを幅４mm、長さ１０mmに
切断して角棒状に構成したものを前記芯ホルダー７に挿
入している。この上部燃焼芯６１の燃焼部分は芯ホルダ
ー７より３．７mmの長さ突き出しており、突出した燃焼
部分の表面積は７５．２mm² で、体積は５９．２mm³ と
なっている。また、前記上部燃焼芯６１の芯ホルダー７
より突き出している燃焼部分には６５．１mgの液体燃料
が含有される。

【００４４】また、前記吸上芯６２は、アクリル繊維を
束ねて固着させ、径の大きい頭部６２ａを有する棒状に
形成してなり、この頭部６２ａを前記芯ホルダー７の下
部に挿入して、前記上部燃焼芯６１の下端部６１ｂに接
触させ、この状態で芯ホルダー７の上端部および下端部
をかしめて、上部燃焼芯６１と吸上芯６２とを結合して
一体化している。

【００４５】例えば、前記吸上芯６２は、頭部外径が
３．４mmで長さが３mm、下方の脚部は外径が３．０mmで
長さが３７mmに形成されている。アクリル繊維の太さは
３デニールで、固着成形後の空隙率は６０％となってい
る。

【００４６】前記上蓋４には上部燃焼芯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。

【００４７】前記上部燃焼芯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１
６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、上部燃焼芯６
１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。なお、上蓋４の上面には表板１８が
設けられている。

【００４８】前記芯ホルダー７には、前記閉塞キャップ
１６が閉じられた際、前記内蓋１６ａの内側に位置し、
燃料タンク２内の燃料貯蔵部５と外部とを連通する、１
mm角の通気孔２０が設けられている。

【００４９】上記第１の実施の形態のライターの比較用
として用意した、喫煙具用ライターの平面構造を図２に
示す。

【００５０】この比較例の燃焼芯６の上部燃焼芯６１の
断面形状は円形であり、これを保持する芯ホルダー７の
形状も円筒形（内径φ４mm）に設けられている。その他
は図１と同一構造である。

【００５１】前記上部燃焼芯６１は、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を
加えて繊維の充填密度が２００mg／cm³ 、外径がφ４mm
としたものを芯ホルダー７に挿入している。前記上部燃
焼芯６１の燃焼部分は芯ホルダー７より５mmの長さ突き
出しており、燃焼部分の表面積は７５．４mm² で、体積
は６２．８mm³ となっている。また、この上部燃焼芯６
１の燃焼部分には６９．１mgの液体燃料が含有される。

【００５２】上記のような図１および図２の喫煙具用ラ
イターを用いて、着火から連続２分間燃焼させた場合の
炎長の変化を測定すると、断面円形状の燃焼芯（突出量
５mm）による比較用の喫煙具用ライター（図２）では、
着火直後の炎長が２７mmで、そこから徐々に炎長が伸
び、着火から約３０秒後に炎長が４７mmとなり、その後
炎長は変化せず平衡状態となった。一方、断面角形の燃
焼芯（突出量３．７mm）による本発明の喫煙具用ライタ
ー（図１）では、着火直後の炎長が２７mmで、そこから
徐々に炎長が伸び、着火から約３０秒後に炎長が４７mm
となり、その後炎長は変化せず平衡状態となり、上記比
較例と同様の測定結果が得られた。

【００５３】つまり、本発明燃焼芯６では前記上部燃焼
芯６１の芯ホルダー７より突き出している燃焼部分の長
さが、比較例の５mmから３．７mmと短くなっているが、
断面形状が角形となって燃焼部分の露出表面積がほぼ同
等であることにより、喫煙具用ライターとしての要求燃
焼条件を満たす炎長変化特性が得られた。

【００５４】上記のような燃焼部分の表面積と炎長変化
特性との関係は、後述の実験例２により詳述する。

【００５５】＜第２の実施の形態＞この例は図３に示
し、燃焼芯の上部燃焼芯と吸上芯とを分離可能な構造と
し、着火後一定時間燃焼した後に自動的に消火する定量
燃焼式の喫煙具用ライタ−である。

【００５６】燃焼芯６における上部燃焼芯６１は断面角
形で上下方向に摺動自在に芯ホルダー７を介して上蓋４
に支持される一方、吸上芯６２は上端頭部６２ａが上蓋
４に固着され、下部が燃料貯蔵部５内に挿入されてい
る。上部燃焼芯６１はその上下摺動に伴い、下端部が吸
上芯６２の上端部に接触した状態と、分離した状態に接
離移動される。

【００５７】上記上部燃焼芯６１および芯ホルダー７は
弾性手段としてのコイルスプリング１５によって分離方
向（上方）に付勢されている。このコイルスプリング１
５は上蓋４の上面と芯ホルダー７の上端との間に縮装さ
れ、このスプリング１５の付勢力によって上部燃焼芯６
１が上昇移動したときには、その下端部は吸上芯６２の
上端部から分離して両者間に隙間が形成されるように設
けられている。また、上蓋４と芯ホルダー７の間にはＯ
リング２１が介装され、両者間のシールが行われる。

【００５８】前記上部燃焼芯６１の突出部を開閉可能に
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
上端部に当接し、上部燃焼芯６１を覆って密閉する内蓋
１６ａが設けられている。また、内蓋１６ａの下端部に
はシール部材１６ｂが取り付けられ、上蓋４の上面に圧
接して密閉性を高めている。その他は図９に示した第１
の実施の形態と同様である。

【００５９】そして、前記閉塞キャップ１６の閉塞時に
は、内蓋１６ａの下端部のシール部材１６ｂが芯ホルダ
ー７の上端部に当接してこれをスプリング１５に抗して
押し下げて、上部燃焼芯６１の下端部を吸上芯６２の上
端部に接触させて、上部燃焼芯６１へ燃料を供給すると
共に、上部燃焼芯６１の燃焼部分を密閉して液体燃料の
揮発を防止する。

【００６０】一方、点火使用のために閉塞キャップ１６
を開くと、スプリング１５の付勢力によって芯ホルダー
７と共に上部燃焼芯６１が上方に移動し、その下端部は
吸上芯６２の上端部から分離し、上部燃焼芯６１への燃
料の供給が遮断される。この状態で上部燃焼芯６１の燃
焼部分に点火されると、この上部燃焼芯６１に保持され
た燃料が燃焼し尽くした時点で炎が消火する定量燃焼が
行われる。

【００６１】ここで、前記上部燃焼芯６１の断面形状が
４mm×４mmの角形で、長さが１０mmに設けた場合に、上
部燃焼芯６１の全体の体積は１６０mm³ であり、この部
分には液体燃料が１７６mg保持される。また、芯ホルダ
ー７からの突き出し長さは３．７mmとなっている。

【００６２】本例の実施の形態による定量燃焼式の喫煙
具用ライタ−を用いて、着火後の炎長の変化を測定する
と、着火直後の炎長は２７mmで、そこから徐々に炎長が
伸び、着火から約３０秒後に炎長が４７mmとなり、その
後炎長は変化せず平衡状態となった。着火から約４０秒
経過した時点で炎長は急激に短くなり、約４４秒後に自
然消火した。

【００６３】上記のような定量燃焼における燃焼時間の
設計について説明すれば、図１１にはガラス繊維燃焼芯
とセラミック繊維燃焼芯における燃焼部分の表面積と燃
焼に伴う燃料消費量との関係を示している。この図１１
から分かるように、燃料消費量も前記表面積と相関関係
を有すると共に、ガラス繊維とセラミック繊維との材質
による燃料消費量には殆ど差がなく略同じ値を示してい
る。

【００６４】前述の第２の実施の形態における燃焼芯の
場合には、セラミック繊維燃焼芯で上部燃焼芯の長さが
１０mmで、芯ホルダーからの突き出し長さが３．７mmで
あり、前述のように燃料アルコールの保持量が１７６m
g、燃焼部の表面積が７５．２mm² であるので、１秒間
の燃料消費量は図１１より約４mgと求められ、上記１７
６mgの燃料を燃焼し尽くすのに要する燃焼時間は約４４
秒となる。これに対し、例えば、ガラス繊維燃焼芯で断
面形状が円形で燃焼芯の長さを１０mmとし、芯ホルダー
より燃焼部分が５mmの長さ突き出した燃焼部構造による
定量燃焼については、燃料アルコールの保持量は７５．
４mgで、燃焼芯表面積は７５．４mm² であり、図１１よ
り１秒間の燃料消費量は約４mgと求まり、上記７５．４
mgの燃料を燃焼させると約１９秒で燃え尽きる計算とな
る。

【００６５】次に、本発明のライター等の燃焼器具にお
ける燃焼芯の先端燃焼部分の断面形状は非円形であり、
上記実施の形態のような角形のほか、楕円形状その他の
非円形状に構成可能である。つまり、芯ホルダーから突
出した燃焼部分の表面積を大きくするために断面非円形
状としているものであって、燃焼特性（炎長変化特性）
と表面積との関係を求めた実験を次に示す。

【００６６】まず、各種実験を行った燃焼器具としての
基準サンプルを図４に示す。燃料タンクとしての容器３
５にアルコールを主体とする液体燃料を含浸する中綿３
４を詰め、この中綿３４に接して燃焼芯３０の吸上部３
２を挿入し、容器５の開口部には上蓋３６を締め付け
る。この上蓋３６の中心部には上記吸上部３２の上端部
を支持した治具保持部３８を固着し、この治具保持部３
８上に燃焼芯３０の燃焼部３１を保持した芯ホルダーと
しての芯保持治具３７を取り付けて、吸上部３２の上端
に燃焼部３１の下端部を接続してなる。

【００６７】前記燃焼芯３０の燃焼部３１としては、ガ
ラス繊維を結束したガラス繊維芯によるものと、セラミ
ック繊維芯によるものとを使用する。これらの燃焼部３
１の繊維径および空隙率を適切に選定し、アクリル繊維
による吸上部３２と接続してなり、この吸上部３２は燃
焼部での燃焼に伴う消費量以上の補給が行える能力を有
する。

【００６８】なお、ガラス繊維芯として、繊維径が６μ
ｍ、繊維密度が１５０mg／cm³のものを使用したが、こ
れはこの前後の寸法条件のものを用いても燃焼芯表面へ
の燃料消費に対する燃料供給能力が満たされればよい。
また、セラミック繊維芯としても、繊維径が２．８μ
ｍ、繊維密度が２００mg／cm³のものを使用したが、こ
れも上記と同様である。また、この実験においては、特
定のガラス繊維およびセラミック繊維を用いて実施した
が、他の材料を使用しても耐熱性と吸上拡散能力が同様
であれば、この結果は同様に適用可能である。

【００６９】上記のような燃焼部３１のガラス繊維芯お
よびセラミック繊維芯の寸法（外径、長さ）を各種変更
したものを用意すると共に、これに対応した形状の芯保
持治具３７を用意して突き出し長さおよび露出部分の表
面積を変更して設置し、次のような実験例１および実験
例２のような燃焼試験を行った。なお、液体燃料として
は前記第１の実施の形態に例示したものを使用してい
る。

【００７０】＜実験例１＞燃焼芯として、ファイバー径
６μｍのガラス繊維、および、アルミナ、シリカを主体
とするファイバー径２．８μｍのセラミック繊維を用い
て、それぞれ断面形状が外径φ４mmの円形のもの、およ
び、４mm角の角形に成形したものを、前記図４に示す実
験用ライターに組込み、上部燃焼芯の芯ホルダーよりの
突き出し長さをそれぞれ３mmと５mmに設定して、着火燃
焼に伴う炎長変化における必要特性を比較測定した。

【００７１】ここでガラス繊維芯の場合は、繊維の充填
密度が１５０mg/cm³ になるように、且つ断面形状がφ
４mmの円形と４mm角の角型に成形結束したものを作製
し、これを係止する芯ホルダーを作製、燃焼芯の芯ホル
ダーよりの突き出し長さを３mmと５mmのものを試験サン
プルとして供試した。

【００７２】一方セラミック繊維燃焼芯は、上記のファ
イバー径２．８μｍのセラミック繊維に有機バインダー
を加え、厚さ４mmに板状に繊維の充填密度が２００mg／
cm³になるように成形したものを、ガラス繊維燃焼芯の
場合と同様にその断面形状がφ４mmの円形のものと４mm
角の角型のものを作製し試験サンプルとした。これも上
記と同様燃焼芯の芯ホルダーよりの突き出し長さを３mm
と５mmとした。

【００７３】前述の各試験サンプルの燃焼芯について着
火燃焼を行い、その炎長の変化を測定した結果を表１に
示す。

【００７４】

【表１】

【００７５】ここで、ガラス繊維を繊維の充填密度が１
５０mg／cm³ となるように結束したものにつき、含有さ
れる燃料アルコールの単位体積当りの保持量を測定した
値は０．６ｇ／cm³ であった。一方、セラミック繊維を
繊維の充填密度が２００mg／cm³ となるように成形した
ものにつき、同様に含有される燃料アルコールの単位体
積当りの保持量は１．１ｇ／cm³ で、両者の燃料の保持
量は大きく異なっている。

【００７６】これらガラス繊維燃焼芯とセラミック繊維
燃焼芯の特性が異なるなかで、前記表１の燃焼芯として
必要特性としての、着火直後の初期炎長、炎長が２５mm
になる迄の時間および飽和炎長についてみると、その諸
特性は燃焼芯が異なり、またその表面状態が微視的には
多孔質で微細孔をもつ凹凸粗面で構成材質により芯の表
面状態が異なるに関わらず、断面形状が円形の場合でそ
の直径φＤmmの芯ホルダーの上端よりの突き出し長さＬ
mmより単純に計算したその表面積１／４πＤ²＋πＤ×
Ｌとの関係、および、断面形状が１辺Ｗの角型の場合の
表面積Ｗ² ＋４Ｗ×Ｌとの関係をみると、燃焼芯の構成
材料により異なるが、上記外寸より単純に計算した表面
積が上記３特性と係わることが分かった。

【００７７】＜実験例２＞上記の実験結果をふまえ、ガ
ラス繊維燃焼芯とセラミック繊維燃焼芯について、さら
に詳細な燃焼芯の寸法形状に対する炎長特性変化を測定
する実験を行った。

【００７８】ガラス繊維燃焼芯については断面形状を円
形とし、その外径をφ１mm〜φ５mm、燃焼芯の芯ホルダ
ーからの突き出し長さを１mm〜９mmの範囲内で変更して
測定した諸特性を、燃焼芯の外径とその突き出し長さよ
り単純計算した燃焼芯の表面積との関係について求めた
結果を図５、図６、図７に示す。

【００７９】セラミック繊維燃焼芯については３mm厚さ
の板を幅１mm〜５mm、燃焼芯の芯ホルダーからの突き出
し長さを１mm〜９mmの範囲内で変更して測定した諸特性
を、燃焼芯の寸法とその突き出し長さより単純計算した
燃焼芯の表面積との関係について求めた結果を図８、図
９、図１０に示す。

【００８０】ここで図５、図６、図７と図８、図９、図
１０を見たとき、燃焼芯の構成材質が同じで、その外寸
より算出した単純表面積が同じであれば、このような着
火器の燃焼芯としての実用になる範疇で同じ特性を示す
ことが分かった。

【００８１】この事象を使用すれば燃焼芯の断面形状を
円形より角形或いは楕円形等の非円形にすることによ
り、その外周寸法を大きくとることができ、表面積を同
じにする場合には燃焼芯の芯ホルダーからの突き出し長
さを短くすることが可能になることが分かった。

【００８２】これらの測定値における燃焼芯の表面積
は、ガラス繊維、セラミック繊維を用いたいずれの燃焼
芯の表面も微視的には凹凸があり、その実表面積は大き
くなると考えられるが、ここでは燃焼芯の支持部よりの
露出表面積をその外形寸法に基づき、側面積と先端端面
積を単純計算した値で示している。

【００８３】具体的には、まず、図５は、ガラス繊維芯
を用いた場合の燃焼芯表面積と初期炎長の関係を示した
ものであり、２０mm以上の初期炎長を得るためには、燃
焼部表面積は３０mm² 以上必要となる。この図より、燃
焼芯の表面積が１００mm² の場合、寸法形状がこの実験
範囲内では初期炎長は３５mm程度であり、表面積が１７
０mm² と寸法形状が大きくなっても初期炎長は４０mm程
度であり、着火器としての使用上適切な炎長であると考
えられる。

【００８４】図６は、同様にガラス繊維芯を用いた場合
の燃焼芯表面積と炎長が２５mmに達する迄の時間との測
定結果で、この時間を１０秒程度以下とするためには、
表面積は３０mm² 以上は必要とされる。

【００８５】図７は、同様にガラス繊維芯を用いた場合
の燃焼芯表面積と着火後炎長が伸長し平衡した飽和炎長
との測定結果であり、燃焼芯表面積が前述の１７０mm²
では、飽和炎長が６５mmであり、飽和炎長が６０mm〜７
０mm以下とするためにはこの表面積以下でよい。さら
に、喫煙具用ライターのような用途で飽和炎長が５０mm
〜６０mm以下とするのが好ましいものでは、燃焼芯表面
積は１００mm² 迄とすればよい。

【００８６】次に、セラミック繊維を用いた燃焼芯の実
験結果は図８〜図１０であり、図８は燃焼芯表面積と初
期炎長との関係を示し、２０mm以上の初期炎長を得るた
めには、燃焼部表面積は４０mm² 以上必要となる。ま
た、燃焼芯の表面積が１７０mm² と寸法形状が大きくな
ると初期炎長は４５mm程度となり、やや長く着火器とし
ての初期炎長としてはこの程度迄と考えられる。上記表
面積が１００mm² とすると、初期炎長は３５mm程度とな
り、着火器の使用用途により、特に喫煙具用ライターに
おいては適切な初期炎長の上限と考えられる。

【００８７】図９は、同様にセラミック繊維芯を用いた
場合の燃焼芯表面積と炎長が２５mmに達する迄の時間と
の測定結果で、この時間を１０秒程度以下とするために
は、表面積は４０mm² 以上は必要とされる。

【００８８】図１０は、同様にセラミック繊維芯を用い
た場合の燃焼芯表面積と飽和炎長との測定結果であり、
燃焼芯表面積が前述の１７０mm² では、飽和炎長が６５
mmであり、飽和炎長が６０mm〜７０mm以下とするために
はこの表面積以下でよい。さらに、喫煙具用ライターの
ような用途で飽和炎長が５０mm〜６０mm以下とするのが
好ましいものでは、燃焼芯表面積は１００mm² 迄とすれ
ばよい。

【００８９】上記のような実験結果に基づき、ガラス繊
維燃焼芯またはセラミック燃焼芯について、その燃焼芯
の表面積と形状について前述のような範囲に限定するこ
とにより、良好な燃焼特性を有するアルコールを主体と
する液体燃料を用いる燃焼器具の燃焼芯を得ることがで
きるものである。

【００９０】なお、前記ガラス繊維およびセラミック繊
維のファイバー径を数値で表現しているが、これは平均
的な代表寸法を示したものであり、この表示ファイバー
径に対し実際寸法はそれぞれ分布をもち、表示値は代表
表現であり、これより太いもの細いもの各種混在してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における燃焼器具の
一例としての喫煙具用ライターの平面図および概略断面
図

【図２】比較用喫煙具用ライターの平面図

【図３】第２の実施の形態における喫煙具用ライターの
概略断面図

【図４】実験に使用した燃焼器具の基本サンプルの断面
図

【図５】ガラス繊維燃焼芯の例における燃焼芯表面積と
初期炎長との関係を示すグラフ

【図６】ガラス繊維燃焼芯の例における燃焼芯表面積と
炎長２５mmに達する時間との関係を示すグラフ

【図７】ガラス繊維燃焼芯の例における燃焼芯表面積と
飽和炎長との関係を示すグラフ

【図８】セラミック繊維燃焼芯の例における燃焼芯表面
積と初期炎長との関係を示すグラフ

【図９】セラミック繊維燃焼芯の例における燃焼芯表面
積と炎長２５mmに達する時間との関係を示すグラフ

【図１０】セラミック繊維燃焼芯の例における燃焼芯表
面積と飽和炎長との関係を示すグラフ

【図１１】燃焼芯表面積と燃料消費量の関係を示すグラ
フ

【符号の説明】

１ ライター（液体燃料用燃焼器具） ２ 燃料タンク ３ 中綿 ４ 上蓋 ６１ 燃焼芯 ６２ 吸上芯 ７ 芯ホルダー １０ 着火部材 １５ スプリング １６ 閉塞キャップ １９，２１ Ｏリング ２０ 通気孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚本 貴史 静岡県駿東郡小山町須走下原３−４ 株式 会社東海本部工場内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料タンクに収容したアルコールを主体
   とする液体燃料を吸上部分によって毛管現象により吸い
   上げ先端燃焼部分で燃焼させる燃焼芯と、該燃焼芯を保
   持する芯ホルダーと、該燃焼芯に着火する着火部材と、
   前記燃焼芯を開閉可能に密閉する揮発防止用の閉塞キャ
   ップとを備えた液体燃料用燃焼器具において、 前記燃焼芯の燃焼部分の断面形状が非円形であることを
   特徴とする液体燃料用燃焼器具における燃焼芯。
2. 【請求項２】 前記燃焼芯の燃焼部分の断面形状が楕円
   形であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼芯。
3. 【請求項３】 前記燃焼芯の燃焼部分の断面形状が角形
   であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼芯。
4. 【請求項４】 前記燃焼芯の燃焼部分が耐熱性繊維より
   なることを特徴とする請求項１、２または３に記載の燃
   焼芯。
5. 【請求項５】 前記耐熱性繊維がガラス繊維であること
   を特徴とする請求項４に記載の燃焼芯。
6. 【請求項６】 前記耐熱性繊維がセラミック繊維である
   ことを特徴とする請求項４に記載の燃焼芯。
7. 【請求項７】 前記耐熱性繊維が炭素繊維であることを
   特徴とする請求項４に記載の燃焼芯。
8. 【請求項８】 前記燃焼芯の芯ホルダーより突出した部
   分の表面積が１７０mm² 以下であることを特徴とする請
   求項１〜７のいずれかに記載の燃焼芯。
9. 【請求項９】 前記燃焼芯の芯ホルダーより突出した部
   分の表面積が３０mm² 以上であることを特徴とする請求
   項１〜７のいずれかに記載の燃焼芯。
10. 【請求項１０】 前記燃焼芯の芯ホルダーより突出した
    部分の表面積が３０mm² 〜１７０mm² の範囲であること
    を特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の燃焼芯。
11. 【請求項１１】 前記燃焼芯の芯ホルダーより突出した
    部分の表面積が４０mm² 以上であることを特徴とする請
    求項６に記載の燃焼芯。
12. 【請求項１２】 前記燃焼芯の芯ホルダーより突出した
    部分の表面積が４０mm² 〜１７０mm² の範囲であること
    を特徴とする請求項６または１１に記載の燃焼芯。
13. 【請求項１３】 前記燃焼芯を、耐熱性繊維を結束する
    か、または、耐熱性繊維に微量のバインダーを添加して
    成形するか或いはフェルト状としたもので構成したこと
    を特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の燃焼
    芯。
14. 【請求項１４】 前記燃焼芯を吸上部分と燃焼部分との
    間で分割し、分割部分の少なくとも一方を他方に対して
    接離移動が可能なように設け、その接触時に吸上部分側
    より燃焼部分側へ燃料を供給し、分離に伴って燃料供給
    を遮断し所定量の燃料を燃焼させるように設けたことを
    特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の燃焼芯。