燃料噴射インジェクタの製造方法およびノズル焼結体
【課題】金属製のノズルの先端部に微細な燃料噴射口を、高額な設備を必要とすることなく、短時間で確実に形成できる燃料噴射インジェクタの製造方法を提供すること。
【解決手段】燃料噴射インジェクタの製造方法において、型閉め後、形成しようとするノズルの形状に対応した射出成形用金型のキャビティに、ノズルの先端部に形成しようとする微細な燃料噴射口に応じた径、数量、位置および角度のスライドピンを射出成形用金型から突出させるピン挿入工程と、キャビティにバインダー添加粉末金属を加圧充填し、固化させ、ノズル成形体とする射出成形工程と、スライドピンを射出成形用金型に後退させるピン後退工程と、ノズル成形体を射出成形用金型から取り出し、焼結させ前記スライドピンに対応した細長い管状空隙を備えたノズル焼結体を生成する焼成工程と、を有する。
【解決手段】燃料噴射インジェクタの製造方法において、型閉め後、形成しようとするノズルの形状に対応した射出成形用金型のキャビティに、ノズルの先端部に形成しようとする微細な燃料噴射口に応じた径、数量、位置および角度のスライドピンを射出成形用金型から突出させるピン挿入工程と、キャビティにバインダー添加粉末金属を加圧充填し、固化させ、ノズル成形体とする射出成形工程と、スライドピンを射出成形用金型に後退させるピン後退工程と、ノズル成形体を射出成形用金型から取り出し、焼結させ前記スライドピンに対応した細長い管状空隙を備えたノズル焼結体を生成する焼成工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射インジェクタの製造方法およびノズル焼結体に関する。詳しくは、金型によって成形した粉末金属を焼成することによって形成したノズルを備える燃料噴射インジェクタの製造方法およびその製造方法を用いて製造される燃料噴射インジェクタのノズル焼結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の燃料噴射インジェクタは、インジェクタ本体部の先端側及び後端側にそれぞれ、燃料噴射口を通じてインジェクタ外へ燃料を噴射する部分であるノズル部（噴射部）と、インジェクタを駆動するための駆動部とを有して構成されている。
なお、ノズル部は、例えばインジェクタ本体部の先端に、別体の金属製のノズルが装着されて形成される。
【０００３】
また、インジェクタの燃料噴射口（噴孔）は、ノズル部に設けられている。詳しくは、ノズル部は、円筒状の外形を形成するノズルボディを主体に構成され、そのノズルボディが先端側に向かうにつれて縮径されることにより、その最先端に先端部が形成されている。そして、この先端部には、インジェクタの内外を連通する燃料噴射口として噴孔（微小孔）が必要な数だけ（例えば６〜８個）穿設されている。
【０００４】
これらの噴孔（微小孔）は、金属製のノズルの先端部に対する、マイクロドリルを用いた超微小深穴加工、微細放電加工機を用いた微細穴加工、レーザー光（ファイバーレーザー、ＹＡＧレーザー、ＣＯ２レーザー、又はＵＶ個体レーザー）を用いたレーザー加工、または電子ビーム（真空中で高温に加熱されたフィラメントより発した電子を高電圧で光速近くまで加速させ、更に電磁レンズを用いて極めて細く集束させ、加工対象物の微小面に衝突させ超高熱を発生させる）を用いた電子ビーム加工などの方法によって穿設されている（特許文献１、２及び３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−８７６６５号公報（特願昭６０−２２６８１７号）
【特許文献２】特開昭６２−８９５９０号公報（特願昭６０−２２６８１６号）
【特許文献３】特開平１−１１６２８０号公報（特願昭６３−２４２６６８号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の燃料噴射インジェクタの製造方法では、それぞれ次の課題を有する。
金属製のノズルの先端部に対する、マイクロドリルを用いた超微小深穴加工においては、要求される微小孔がしばしばドリル加工の最少径限界を超え、また最少径限界近くでは刃先の摩耗による孔径の変化を抑えるため加工に非常な時間を掛ける必要がある。
放電加工においても、要求される微小孔がしばしば加工の最少径限界を超え、同様に最少径限界近くでは加工に非常な時間を掛ける必要がある。
レーザー加工、または電子ビーム加工では、要求される微小孔の加工は可能であるが、加工を行うためには非常に高額な設備を必要とする。
【０００７】
本発明は、金属製のノズルの先端部に微細な燃料噴射口を、高額な設備を必要とすることなく、短時間で確実に形成できる燃料噴射インジェクタの製造方法およびノズル焼結体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１） 型閉め後、形成しようとするノズルの形状に対応した射出成形用金型のキャビティにノズルの先端部に形成しようとする微細な燃料噴射口に応じた径、数量、位置および角度のスライドピンを射出成形用金型から突出させるピン挿入工程と、キャビティにバインダー添加粉末金属を加圧充填し、固化させ、ノズル成形体とする射出成形工程と、スライドピンを射出成形用金型に後退させるピン後退工程と、ノズル成形体を射出成形用金型から取り出し、焼結させスライドピンに対応した細長い管状空隙を備えたノズル焼結体を生成する焼成工程と、を有する燃料噴射インジェクタの製造方法。
【０００９】
（１）の発明によれば、型閉め後、形成しようとするノズルの形状に対応した射出成形用金型のキャビティに、ノズルの先端部に形成しようとする微細な燃料噴射口に応じた径、数量、位置及び角度のスライドピンを射出成形用金型から突出させる。
【００１０】
次に、射出成形用金型のキャビティにバインダー添加粉末金属を加圧充填し、固化させる射出成形を行う。これにより、キャビティ内の空間は、先ず射出成形用金型から突出しているスライドピンが配置されている細長い管状空間を除きバインダー添加粉末金属で満たされる。バインダー添加粉末金属は、キャビティ内の空間で固化し、ノズル成形体が形成される。ここで、射出成形用金型のキャビティに配置されたスライドピンはそのままノズル成形体の中に残されている。
【００１１】
次に、スライドピンを射出成形用金型に後退させる。これにより、スライドピンに対応した細長い管状空隙を備えたノズル成形体が形成される。
【００１２】
次に、ノズル成形体を射出成形用金型から取り出しバインダー除去した後、焼結させスライドピンに対応した細長い管状空隙を備えたノズル焼結体を生成する。これにより、ピン挿入工程で突出させたスライドピンに対応した細長い管状空隙を有するノズル焼結体が形成されるが、スライドピンはノズルの先端部に形成しようとする微細な燃料噴射口に応じた径、数量、位置及び角度に設定されているため、生成されたノズル焼結体は、ノズルの先端部に形成しようとした径、数量、位置及び角度を有する微細な燃料噴射口を備える。
【００１３】
以上より、金属製のノズルの先端部に微細な燃料噴射口を、高額な設備を必要とすることなく、短時間で確実に形成できる。
【００１４】
（２） （１）に記載の燃料噴射インジェクタの製造方法において、細長い管状空隙を形成した後に、細長い管状空隙に対して、サンドブラスト、液体ホーニング、超音波バリ取り、粘性流体バリ取り、酸洗い、および化学研磨からなる表面処理または調整法のうち、少なくともいずれか一つを行う表面処理調整工程を更に有する燃料噴射インジェクタの製造方法。
【００１５】
（２）の発明によれば、ノズル焼結体に形成された細長い管状空隙の焼結肌を機械加工により除去する必要がない。
【００１６】
（３） （２）に記載の燃料噴射インジェクタの製造方法において、細長い管状空隙を形成した後に、細長い管状空隙に対して、コーティングを行う表面処理調整工程を更に有する燃料噴射インジェクタの製造方法。
【００１７】
（３）の発明によれば、ノズル焼結体に形成された細長い管状空隙の焼結肌を機械加工により除去する必要がない。
【００１８】
（４） （１）に記載の製造方法を用いて製造される燃料噴射インジェクタのノズル焼結体において、ノズル焼結体は、焼成される際に、スライドピンに対応した細長い成形体管状空隙から生成された燃料噴射口に対応する細長い管状空隙が形成されている燃料噴射インジェクタのノズル焼結体。
【００１９】
（４）の発明によれば、ノズル成形体を焼成することによって、ノズル成形体に保持されているスライドピンに対応した細長い成形体管状空隙からノズル焼結体内に対応する細長い管状空隙を生成する。ここで、スライドピンはノズルの先端部に形成しようとする微細な燃料噴射口に応じた径、数量、位置及び角度に設定されており、生成されたノズル焼結体に形成される細長い管状空隙は、ノズルの先端部に形成しようとした径、数量、位置及び角度を有する微細な燃料噴射口となる。
【００２０】
（５） （４）に記載の燃料噴射インジェクタのノズル焼結体において、燃料噴射口に対応する細長い管状空隙は、ノズルの外側の方が内側より内径の大きい段付き孔である燃料噴射インジェクタのノズル焼結体。
【００２１】
（５）の発明によれば、スライドピンの形状を、形成しようとする「ノズルの外側の方が内側より内径の大きい段付き孔」に対応した形状にすることにより、燃料噴射口を「ノズルの外側の方が内側より内径の大きい段付き孔」にできる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、金属製のノズルの先端部に微細な燃料噴射口を、高額な設備を必要とすることなく、短時間で確実に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料噴射インジェクタの製造方法によって製造したノズルの要部を示す部分断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】前記実施形態に係る射出成形機の側面図である。
【図４】前記実施形態に係る射出成形用金型の要部を示す部分概要断面図である。
【図５】前記実施形態に係る型閉め工程を示す部分概要断面図である。
【図６】前記実施形態に係るピン挿入工程を示す部分概要断面図である。
【図７】前記実施形態に係る射出成形工程を示す部分概要断面図である。
【図８】前記実施形態に係るピン後退工程を示す部分概要断面図である。
【図９】前記実施形態に係る型開放工程を示す部分概要断面図である。
【図１０】ａは、前記実施形態に係るワーク分離工程を示す部分概要断面図であり、ｂは、ワークであるノズル成形体の先端側から見た正面図である。
【図１１】ａは、前記実施形態に係る焼成工程を示す部分概要断面図であり、ｂは、ワークであるノズル焼成体の先端側から見た正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料噴射インジェクタの製造方法によって製造したノズル１００を示す。このノズル１００は、直噴式エンジン、直噴式ディーゼルエンジンに好適なものである。
【００２５】
ノズル１００は、ノズル外面１００ｈおよびノズル内面１００ｇを有するとともに、円筒状のノズル本体部１００ａと、ノズル本体部１００ａの先端に一体的に形成されたほぼ半球状又は円錐状の先端部１００ｂとからなり、先端部１００ｂには内部の中空部１００ｎと連通する複数の燃料噴射口１００ｃを有する。中空部１００ｎは燃料流路となるとともに、その内部に針弁（図示せず）が挿入される。
【００２６】
図１及び２に示すように、ノズル１００は、先端部１００ｂにおいて円周方向に等間隔に分布する６つの燃料噴射口１００ｃを有する。各燃料噴射口１００ｃの径、数量、位置及び角度は、燃焼室の形状、エンジンの諸元によりそれぞれ決定される。燃料噴射口１００ｃの断面形状は真円でも良いが、燃焼効率の向上のために、矩形、星形、十字形、ひょうたん形等の異形状であってもよい。各燃料噴射口１００ｃの出口端部には、ロート形状の座ぐり形状１００ｄを設けるのが好ましい。
【００２７】
各燃料噴射口１００ｃの出口端部にロート形状の座ぐり形状１００ｄを設け、ノズルの外側の方が内側より内径の大きい段付き孔とすることにより、以下の利点がある。
すなわち、燃料噴射口の内径を微細化すると（Φ０．１５ｍｍ以下）、運転時の燃料の燃焼の熱により、当該燃料噴射口から噴霧される燃料の一部が煤およびタールのいずれかに変質し、いわゆるカーボン・デポジットとして、それらのものが燃焼されずに燃料噴射口に堆積する。カーボン・デポジットは燃料噴射口を狭め、必要な燃料の流量が確保できない虞がある。ここで、ノズルの外側の方の内径を内側より内径の大きい段付き孔（例えば、外側の内径Φ３ｍｍ以上）とすると、変質された煤およびタールが、エンジン燃焼室内を対流してノズルの燃料噴射口に堆積しても燃料噴射口の開口は確保され、必要な燃料の流量が確保される。また、変質された煤およびタールが、ノズルの燃料噴射口に堆積または堆積しようとする際に、内側の内径の小さい部分から間欠噴射される燃料により吹き飛ばされて、燃料と共に燃焼される。
【００２８】
また、燃料噴射口１００ｃ出口端部の形状は、ロート形状、すなわち、ノズル外側の大口径部と内側の小口径部とが傾斜内面で連結されている例を示したが、ノズル外側の大口径部と内側の小口径部とが直結されているものも同様の利点を有する。
【００２９】
以下、本発明の実施形態に係る燃料噴射インジェクタの製造方法について、ノズル１００を製造するまでの工程につき図３乃至図１１を参照しつつ説明する。
【００３０】
ノズル１００は、バインダー添加粉末金属Ｍ（図７参照）を射出成形によってノズル成形体Ｗ（図９、１０参照）とし、次にノズル成形体Ｗを焼成によってノズル焼結体Ｘとすることによって製造される。
【００３１】
先ず、射出成形によるノズル成形体Ｗの形成に原料として用いるバインダー添加粉末金属Ｍについて説明する。
粉末金属は、アトマイズ法（溶融金属を空気、不活性ガスなどのジェット流で破砕）、遠心力アトマイズ法（溶融金属を高速回転ディスクで破砕）、プラズマ・アトマイズ法回転電極法、機械的プロセス、化学的プロセスなどの方法から適宜選択して製造されたものが使用される。また、粉末金属は、必要に応じて複数の種類の粉末金属、又は異なる製法で製造した粉末金属を混合して調製してもよい。粉末金属の組成は、耐熱性を有する合金組成とするのが好ましく、具体的には構造用鋼、ステンレス鋼、工具鋼等の粉末合金、又は純Ｆｅ粉にＮｉ粉末やＣ粉末を混合したもの、構造用鋼にＣ粉末を混合したもの等であってよい。また、粉末金属の平均粒径は、射出成形時の流動性や焼結時の高密度化、さらに燃料噴射口１００ｃの形状の精密性等を考慮して、出来るだけ微細であるのが好ましい。
【００３２】
粉末金属に添加されるバインダーは、射出成形性や脱脂性に優れたものであれば特に限定されず、公知の熱可塑性バインダーを使用することができる。熱可塑性バインダーに必要に応じて可塑剤や潤滑剤、界面活性剤、脱脂促進剤等を添加しても良い。熱可塑性バインダーは熱可塑性樹脂及び／又はワックスを主体としたものである。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリアセタール、ＡＢＳ樹脂等が挙げられる。またワックスとしては、カルナバワックス、キャンデリラワックス、モンタンワックス等の天然ワックスや、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、低分子量ポリエチレン等の合成ワックスが挙げられる。これらのバインダーは２種以上混合して用いても良い。バインダー添加粉末金属Ｍは、良好な射出成形性を得るために金属粉末のタップ充填時の空隙量以上の量のバインダーを添加されているのが好ましい。
【００３３】
バインダー添加粉末金属Ｍは、粉末金属とバインダーとをプラネタリーミキサーや加圧ニーダー等を用いて混練して調製する。得られたコンパウンドは、必要に応じてペレタイザーや粉砕機等で造粒し、ペレット化する。
【００３４】
次に、射出成形によるノズル成形体Ｗの形成に用いる製造設備について説明する。
図３は、射出成形機５０の側面図を示す。
射出成形機５０は、脚部６４に支持され、固定盤６１、及び支持部材６２を備えている。固定盤６１、及び支持部材６２の間には、お互いに平行に配列した４本の案内ロッド６３が固定され、案内ロッド６３には、可動盤６０が摺動可能に配置されている。支持部材６２には、型締め装置３０の一端が支持されており、型締め装置３０の他端は連結部材３１を介して可動盤６０に接続されている。この構成により、図示しない制御装置からの指示に従って型締め装置３０を作動させることにより、可動盤６０を案内ロッド６３に沿ってスライドさせることができる。型締め装置３０は、油圧駆動方式、電動サーボ機駆動方式のいずれであってもよい。また、連結部材３１は、トグル機構を含んでいてよい。
【００３５】
雄金型１１および雌金型１２は、雄金型１１が可動盤６０に、雌金型１２が固定盤６１にそれぞれ固定され、可動盤６０および固定盤６１の間に向かい合うように配置される。雌金型１２および雄金型１１は、両者で射出成形用金型Ｄを形成し、射出成形用金型Ｄは、型締め装置３０の作動に基づく可動盤６０の往復動により周期的な型閉め状態、および型開放状態が可能である。射出成形用金型Ｄは、型閉め状態のとき、雌金型１２および雄金型１１の組み合わせによってキャビティＣ（図４参照）を形成する。
【００３６】
射出成形ユニット５１は、固定盤６１の雌金型１２とは反対側に配置され、固定盤６１の開口を介して雌金型１２に接続されている。射出成形ユニット５１は、型閉め状態の所定のタイミングに図示しない制御装置からの指示に従って、バインダーを添加された粉末金属をキャビティＣに加圧充填できる。
【００３７】
図４は、射出成形用金型Ｄの、要部を示す部分断面図である。
射出成形用金型Ｄは、ワークであるノズル成形体Ｗの外面を成形するための雌金型１２と、ノズル成形体Ｗの内面を成形するための雄金型１１とを有している。雌金型１２と雄金型１１を組み合わせることによって形成されるキャビティＣの形状は、得ようとするノズル成形体Ｗの形状に対応している。すなわち、雌金型１２のキャビティ面１２ｓとノズル成形体Ｗの外面が正確に対応しており、雄金型１１のキャビティ面１１ｓとノズル成形体Ｗの内面が正確に対応している。ここで、ノズル成形体Ｗの外面およびノズル成形体Ｗの内面は、ノズル成形体Ｗに対する焼成工程における設計収縮分を考慮して設定されている。
【００３８】
雄金型１１は、雄金型基部１１ｃと、雄金型基部１１ｃから突出した雄金型柱状部１１ｂとを有する。雄金型柱状部１１ｂは、その先端に先端円錐面１１ａを有する。雄金型１１のキャビティ面１１ｓは、主に雄金型柱状部１１ｂの側面および先端円錐面１１ａによって構成されている。
【００３９】
雌金型１２には、雌金型１２の外部とキャビティＣとを連通するゲート１５が形成されている。ゲート１５が雌金型１２の外部に開口する箇所に、射出成形ユニット５１のランナー１７のノズル１６が取り付けられている。ゲート１５とノズル１６とランナー１７は、バインダー添加粉末金属Ｍの射出部を構成し、ランナー１７が所定の圧力でバインダー添加粉末金属Ｍを押し出すことにより、バインダー添加粉末金属Ｍはゲート１５からキャビティＣに充填される。
【００４０】
雌金型１２は、スライドピン貫通孔１２ａと、スライドピン貫通孔１２ａ内を摺動可能なスライドピン１３とを備えている。スライドピン１３は、電磁弁、油圧シリンダ等によって構成される駆動機構Ｋ１とリンクＬ１を介して連結されスライドピン１３の軸方向に可動となっている。スライドピン１３は、雌金型１２から前進しスライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接するまで突出でき、逆に雌金型１２に向かって後退しスライドピン１３の先端面１３ａが雌金型１２内に収納されるまで後退できるように構成されている。駆動機構Ｋ１は図示しない制御装置に接続されており、スライドピン１３は、図示しない制御装置からの指示に従って突出および後退を制御される。
【００４１】
スライドピン１３は、雌金型１２から前進しスライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接するとき、製造しようとするノズル１００の複数の燃料噴射口１００ｃに対応した径、数量、位置および角度に設定されている。このときのスライドピン１３の径、数量、位置および角度は、ノズル成形体Ｗに対する焼成工程における設計収縮分を考慮して設定されている。
【００４２】
燃料噴射口１００ｃを「ノズルの外側の方が内側より内径の大きい段付き孔」に形成しようとするときは、スライドピン１３の形状を「ノズルの外側の方が内側より内径の大きい段付き孔」に対応した形状にするだけで同様に形成できる。
【００４３】
スライドピン１３は、スライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接した後も、駆動機構Ｋ１による駆動力によって所定の圧力で継続的にスライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接する。
【００４４】
また、スライドピン１３にバネ（図示せず）により押圧力が付与されていて、スライドピン１３は内側に押され、所定の圧力で継続的にスライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接するように構成されていてよい。この場合、駆動機構Ｋ１によってスライドピン１３の突出および後退を行い、バネ（図示せず）によってスライドピン１３の先端面１３ａを雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接させてもよい。
【００４５】
スライドピン１３によってノズル成形体Ｗに形成される各細孔の内側開口端部にバリが生じないようにするためには、スライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａと隙間なく当接しなければならない。そのためには先端円錐面１１ａにスライドピン１３の軸に垂直な面を持つ、スライドピン１３用の台座１４を設けるのが好ましい。スライドピン１３用の台座１４には、スライドピン１３の位置決めのために凹部を設けてもよい。
【００４６】
ノズル１００に設けようとする燃料噴射口１００ｃの形状は、真円に限られず、楕円形、矩形、星形、十字形、ひょうたん形等の異形状であってもよい。この場合スライドピン１３の断面形状を、設けようとする燃料噴射口１００ｃの形状に対応して、楕円形、矩形、星形、十字形、ひょうたん形等の異形状に設定し、スライドピン１３の周方向の取り付け角度を設定すればよい。
【００４７】
また、雄金型１１は、雄金型基部１１のキャビティＣに面した位置にエジェクタピン１８を備える。エジェクタピン１８は、その先端に先端部１８ａを有するとともに、電磁弁、油圧シリンダ等によって構成される駆動機構Ｋ２にリンクＬ２を介して連結され、雄金型柱状部１１ｂの軸と略平行に可動となっている。駆動機構Ｋ２は図示しない制御装置に接続されており、エジェクタピン１８は、図示しない制御装置からの指示に従ってキャビティＣ内に突出できる。
【００４８】
次に、射出成形によるノズル成形体Ｗの形成の各工程について説明する。
【００４９】
先ず、型閉め工程につき説明する。図５は、型閉め工程によって射出成形用金型Ｄが型閉め状態になったときを示す部分概要断面図である。
説明上、最初の状態として、射出成形用金型Ｄが型開放状態であるものとする（初期状態）。すなわち、可動盤６０はその周期的な往復動の中で固定盤６１と最も離れた位置にあり、雌金型１２および雄金型１１はお互いに十分離れており、雌金型１２のキャビティ面１２ｓおよび雄金型１１のキャビティ面１１ｓは、外部に面している。
型閉め工程では、この初期状態から、図示しない制御装置からの指示に従って型締め装置３０を作動させることにより、可動盤６０を案内ロッド６３に沿って固定盤６１に向かってスライドさせ、射出成形用金型Ｄの雌金型１２および雄金型１１が組み合わされた型閉め状態にする。図５は、型閉め工程によって射出成形用金型Ｄが型閉め状態になったときを示す。型閉め状態では、雌金型１２および雄金型１１は、それらの組み合わせによってキャビティＣを形成する。
【００５０】
型閉め工程では、スライドピン１３は、後退した状態であり、雌金型１２に収納されている。
【００５１】
次に、ピン挿入工程につき説明する。図６は、ピン挿入工程によってスライドピン１３が突出した状態を示す部分概要断面図である。
スライドピン１３は、図示しない制御装置からの指示に従って、駆動機構Ｋ１によってリンクＬ１を介して駆動され、雌金型１２から突出しスライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接するまで前進する。スライドピン１３は、スライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接した後も、所定の圧力で継続的にスライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接し、設定された位置を保持する。
【００５２】
次に、射出成型工程につき説明する。図７は、射出成形工程を示す部分概要断面図である。
射出成形ユニット５１は、スライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接した後、図示しない制御装置からの所定のタイミングの指示に従って、バインダー添加粉末金属ＭをキャビティＣに加圧充填する。具体的には、ランナー１７が所定の圧力（射出圧力）でバインダー添加粉末金属Ｍを射出すると、バインダー添加粉末金属Ｍはゲート１５からキャビティＣに充填されていく。これにより、キャビティＣ内の空間は、先ず射出成形用金型の雌金型１２から突出しているスライドピン１３が配置されている細長い管状空間を除きバインダー添加粉末金属Ｍで満たされる。
【００５３】
バインダー添加粉末金属ＭをキャビティＣに充填し終えると、ランナー１７の射出圧を射出圧力より低い所定の圧力（保持圧力）に降下させ、所定の時間バインダー添加粉末金属Ｍを保持圧力に保持する。保持圧力は、キャビティＣに充填されたバインダー添加粉末金属Ｍの冷却および凝固に伴う収縮によってバインダー添加粉末金属Ｍが雌金型１２のキャビティ面１２ｓおよび雄金型１１のキャビティ面１１ｓから剥離することを防ぐものである。
【００５４】
バインダー添加粉末金属Ｍは、キャビティ内の空間で冷却によって固化し、ノズル成形体Ｗが形成される。ただし、この段階では、雌金型１２から突出し射出成形用金型ＤのキャビティＣに配置されたスライドピン１３は、そのままノズル形成体Ｗの中に残されている。
【００５５】
次に、ピン後退工程につき説明する。図８は、ピン後退工程によってスライドピン１３が後退した状態を示す部分概要断面図である。
この工程では、図示しない制御装置からの指示に従って、スライドピン１３は、駆動機構Ｋ１によってリンクＬ１を介して駆動され、スライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接した状態から雌金型１２に向かって後退し、雌金型１２内に収納される。これにより、それぞれのスライドピン１３に対応した複数の細長い成形体管状空隙９８ｃを備えたノズル成形体Ｗが、雌金型１２および雄金型１１の組み合わせによって形成されたキャビティＣの内部に形成される。
【００５６】
次に、型開放工程につき説明する。図９は、型開放工程によって射出成形用金型Ｄが型開放状態になったときを示す部分概要断面図である。
型開放工程では、ノズル成形体Ｗが雌金型１２および雄金型１１の組み合わせによって形成されたキャビティＣの内部に形成された状態から、図示しない制御装置からの指示に従って型締め装置３０を作動させることにより、可動盤６０を案内ロッド６３に沿って固定盤６１から遠ざかるようにスライドさせ、雌金型１２および雄金型１１を開放する。このとき、ノズル成形体Ｗは、雄金型１１の雄金型柱状部１１ｂおよび先端円錐面１１ａに密着しており、雄金型１１の移動に伴い、雌金型１２から分離される。ノズル成形体Ｗに形成されたスライドピン１３に対応した細長い成形体管状空隙９８ｃは、ノズル成形体Ｗ内に保持される。
【００５７】
次に、ワーク分離工程につき説明する。図１０（ａ）は、ワーク分離工程によって射出成形用金型Ｄからワークを分離する状態を示す部分概要断面図であり、図１０（ｂ）は、ワークであるノズル成形体の先端側から見た正面図である。
型開放工程の後、雄金型１１の雄金型基部１１のキャビティＣに面した位置に配置されたエジェクタピン１８は、図示しない制御装置からの指示に従って駆動機構Ｋ２によってリンクＬ２を介して駆動され、雄金型柱状部１１ｂの軸と略平行にキャビティＣ内に突出する。エジェクタピン１８がキャビティＣ内に突出すると、エジェクタピン１８の先端の先端部１８ａは、雄金型１１の雄金型柱状部１１ｂおよび先端円錐面１１ａに密着しているノズル成形体Ｗを雄金型柱状部１１ｂの軸と平行に押して、ノズル成形体Ｗを雄金型１１から分離する。
【００５８】
ノズル成形体Ｗに形成された細長い成形体管状空隙９８ｃは、ノズル成形体Ｗが射出成形用金型Ｄから分離されてもノズル成形体Ｗ内に保持されている。尚、ノズル成形体Ｗが分離されると、射出成形用金型Ｄは初期状態に戻り、次のノズル成形体Ｗの形成サイクルに備えた状態になる。
【００５９】
次に、焼成工程につき説明する。射出成形用金型Ｄから取り出したノズル成形体Ｗは、ゲート１５に対応して形成されたその先端の突起部を除去された後、焼成装置２０を用いて焼成される。焼成装置２０は、ＳｉＣ発熱体を用いたメッシュベルト焼成炉などを用いることができる。焼成工程は、真空、不活性ガスまたは還元性ガスの雰囲気中で行う。焼成温度は、１２５０Ｋ乃至１６５０Ｋであるのが好ましく、また焼成雰囲気の圧力は、常圧、減圧、または加圧のいずれでもよい。
【００６０】
ノズル成形体Ｗを焼成することによって、ノズル成形体Ｗを形成するバインダー添加粉末金属Ｍを焼結させ、ノズル成形体Ｗに保持されているスライドピン１３に対応した細長い成形体管状空隙９８ｃからノズル焼結体Ｘ内に対応する細長い管状空隙９９ｃを生成する。ここで、スライドピン１３はノズル１００の先端部１００ｂに形成しようとする微細な燃料噴射口１００ｃに応じた径、数量、位置及び角度に設定され、しかもスライドピン１３の径、数量、位置および角度は、ノズル成形体Ｗからノズル焼結体Ｘを生成する焼成工程における設計収縮分を考慮して設定されているため、生成されたノズル焼結体Ｘに形成される細長い管状空隙９９ｃは、ノズル１００の先端部１００ｂに形成しようとした径、数量、位置及び角度を有する微細な燃料噴射口１００ｃとなっている。
【００６１】
射出成形用金型Ｄから取り出したノズル成形体Ｗに対して、焼成工程を行う前に、バインダーを除去する脱脂工程を設けてもよい。脱脂方法としては、ノズル成形体Ｗを加熱しバインダーを加熱分解またはガス化する方法や、有機溶媒を用いてバインダーの一部を溶出除去する一次脱脂工程の後、残りのバインダーを加熱分解する二次脱脂工程を行う方法などが挙げられる。バインダーは７５０Ｋ乃至９００Ｋの温度でほぼ１００％除去されるので、脱脂温度を７５０Ｋ乃至９００Ｋとすれば良い。
【００６２】
脱脂工程と焼成工程は、例えば前段を７５０Ｋ乃至９００Ｋに設定し、後段を１２５０Ｋ乃至１６５０Ｋに設定した一つの炉で行ってもよく、また別の炉で行ってもよい。
【００６３】
最後に、形状調整工程につき説明する。
焼成工程によって生成されたノズル焼結体Ｘに対して、機械加工によりノズル内面１００ｇの形状調整（例えば、ネジ生成）、先端部１００ｂの周辺部分の形状調整を行ってよい。ノズル焼結体Ｘに形成された細長い管状空隙９９ｃは、実質的に焼結肌のままで燃料噴射口１００ｃとして用いることができ、機械的後加工を必要としない。尚、必要に応じて、生成されたノズル焼結体Ｘに対して各種公知の表面処理又は調整を行っても良い。このような表面処理または調整法として、サンドブラスト、液体ホーニング、超音波バリ取り、粘性流体バリ取り、酸洗い又は化学研磨等が挙げられる。表面処理又は調整により、細長い管状空隙９９ｃの肌が洗浄されたりコーティングされたりすることがあるが、その焼結肌を機械加工により除去する必要はない。
【００６４】
以上より、金属製のノズル１００の先端部１００ｂに微細な燃料噴射口１００ｃを、高額な設備を必要とすることなく、短時間で確実に形成できる。
【００６５】
図１、図２、図１０で示した燃料噴射口１００ｃ出口端部の形状がロート形状、すなわち、ノズル外側の大口径部と内側の小口径部とが傾斜内面で連結されている段付き孔であっても、高額な設備を必要とすることなく、短時間で確実に形成できる。
また、燃料噴射口１００ｃ出口端部の形状がノズル外側の大口径部と内側の小口径部とが直結されているものも同様に、高額な設備を必要とすることなく、短時間で確実に形成できる。
【００６６】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６７】
１３ スライドピン
９８ｃ 細長い成形体管状空隙
９９ｃ 細長い管状空隙
１００ ノズル
１００ｂ 先端部
１００ｃ 燃料噴射口
Ｃ キャビティ
Ｄ 射出成形用金型
Ｍ バインダー添加粉末金属
Ｗ ノズル成形体
Ｘ ノズル焼結体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射インジェクタの製造方法およびノズル焼結体に関する。詳しくは、金型によって成形した粉末金属を焼成することによって形成したノズルを備える燃料噴射インジェクタの製造方法およびその製造方法を用いて製造される燃料噴射インジェクタのノズル焼結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の燃料噴射インジェクタは、インジェクタ本体部の先端側及び後端側にそれぞれ、燃料噴射口を通じてインジェクタ外へ燃料を噴射する部分であるノズル部（噴射部）と、インジェクタを駆動するための駆動部とを有して構成されている。
なお、ノズル部は、例えばインジェクタ本体部の先端に、別体の金属製のノズルが装着されて形成される。
【０００３】
また、インジェクタの燃料噴射口（噴孔）は、ノズル部に設けられている。詳しくは、ノズル部は、円筒状の外形を形成するノズルボディを主体に構成され、そのノズルボディが先端側に向かうにつれて縮径されることにより、その最先端に先端部が形成されている。そして、この先端部には、インジェクタの内外を連通する燃料噴射口として噴孔（微小孔）が必要な数だけ（例えば６〜８個）穿設されている。
【０００４】
これらの噴孔（微小孔）は、金属製のノズルの先端部に対する、マイクロドリルを用いた超微小深穴加工、微細放電加工機を用いた微細穴加工、レーザー光（ファイバーレーザー、ＹＡＧレーザー、ＣＯ２レーザー、又はＵＶ個体レーザー）を用いたレーザー加工、または電子ビーム（真空中で高温に加熱されたフィラメントより発した電子を高電圧で光速近くまで加速させ、更に電磁レンズを用いて極めて細く集束させ、加工対象物の微小面に衝突させ超高熱を発生させる）を用いた電子ビーム加工などの方法によって穿設されている（特許文献１、２及び３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−８７６６５号公報（特願昭６０−２２６８１７号）
【特許文献２】特開昭６２−８９５９０号公報（特願昭６０−２２６８１６号）
【特許文献３】特開平１−１１６２８０号公報（特願昭６３−２４２６６８号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の燃料噴射インジェクタの製造方法では、それぞれ次の課題を有する。
金属製のノズルの先端部に対する、マイクロドリルを用いた超微小深穴加工においては、要求される微小孔がしばしばドリル加工の最少径限界を超え、また最少径限界近くでは刃先の摩耗による孔径の変化を抑えるため加工に非常な時間を掛ける必要がある。
放電加工においても、要求される微小孔がしばしば加工の最少径限界を超え、同様に最少径限界近くでは加工に非常な時間を掛ける必要がある。
レーザー加工、または電子ビーム加工では、要求される微小孔の加工は可能であるが、加工を行うためには非常に高額な設備を必要とする。
【０００７】
本発明は、金属製のノズルの先端部に微細な燃料噴射口を、高額な設備を必要とすることなく、短時間で確実に形成できる燃料噴射インジェクタの製造方法およびノズル焼結体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１） 型閉め後、形成しようとするノズルの形状に対応した射出成形用金型のキャビティにノズルの先端部に形成しようとする微細な燃料噴射口に応じた径、数量、位置および角度のスライドピンを射出成形用金型から突出させるピン挿入工程と、キャビティにバインダー添加粉末金属を加圧充填し、固化させ、ノズル成形体とする射出成形工程と、スライドピンを射出成形用金型に後退させるピン後退工程と、ノズル成形体を射出成形用金型から取り出し、焼結させスライドピンに対応した細長い管状空隙を備えたノズル焼結体を生成する焼成工程と、を有する燃料噴射インジェクタの製造方法。
【０００９】
（１）の発明によれば、型閉め後、形成しようとするノズルの形状に対応した射出成形用金型のキャビティに、ノズルの先端部に形成しようとする微細な燃料噴射口に応じた径、数量、位置及び角度のスライドピンを射出成形用金型から突出させる。
【００１０】
次に、射出成形用金型のキャビティにバインダー添加粉末金属を加圧充填し、固化させる射出成形を行う。これにより、キャビティ内の空間は、先ず射出成形用金型から突出しているスライドピンが配置されている細長い管状空間を除きバインダー添加粉末金属で満たされる。バインダー添加粉末金属は、キャビティ内の空間で固化し、ノズル成形体が形成される。ここで、射出成形用金型のキャビティに配置されたスライドピンはそのままノズル成形体の中に残されている。
【００１１】
次に、スライドピンを射出成形用金型に後退させる。これにより、スライドピンに対応した細長い管状空隙を備えたノズル成形体が形成される。
【００１２】
次に、ノズル成形体を射出成形用金型から取り出しバインダー除去した後、焼結させスライドピンに対応した細長い管状空隙を備えたノズル焼結体を生成する。これにより、ピン挿入工程で突出させたスライドピンに対応した細長い管状空隙を有するノズル焼結体が形成されるが、スライドピンはノズルの先端部に形成しようとする微細な燃料噴射口に応じた径、数量、位置及び角度に設定されているため、生成されたノズル焼結体は、ノズルの先端部に形成しようとした径、数量、位置及び角度を有する微細な燃料噴射口を備える。
【００１３】
以上より、金属製のノズルの先端部に微細な燃料噴射口を、高額な設備を必要とすることなく、短時間で確実に形成できる。
【００１４】
（２） （１）に記載の燃料噴射インジェクタの製造方法において、細長い管状空隙を形成した後に、細長い管状空隙に対して、サンドブラスト、液体ホーニング、超音波バリ取り、粘性流体バリ取り、酸洗い、および化学研磨からなる表面処理または調整法のうち、少なくともいずれか一つを行う表面処理調整工程を更に有する燃料噴射インジェクタの製造方法。
【００１５】
（２）の発明によれば、ノズル焼結体に形成された細長い管状空隙の焼結肌を機械加工により除去する必要がない。
【００１６】
（３） （２）に記載の燃料噴射インジェクタの製造方法において、細長い管状空隙を形成した後に、細長い管状空隙に対して、コーティングを行う表面処理調整工程を更に有する燃料噴射インジェクタの製造方法。
【００１７】
（３）の発明によれば、ノズル焼結体に形成された細長い管状空隙の焼結肌を機械加工により除去する必要がない。
【００１８】
（４） （１）に記載の製造方法を用いて製造される燃料噴射インジェクタのノズル焼結体において、ノズル焼結体は、焼成される際に、スライドピンに対応した細長い成形体管状空隙から生成された燃料噴射口に対応する細長い管状空隙が形成されている燃料噴射インジェクタのノズル焼結体。
【００１９】
（４）の発明によれば、ノズル成形体を焼成することによって、ノズル成形体に保持されているスライドピンに対応した細長い成形体管状空隙からノズル焼結体内に対応する細長い管状空隙を生成する。ここで、スライドピンはノズルの先端部に形成しようとする微細な燃料噴射口に応じた径、数量、位置及び角度に設定されており、生成されたノズル焼結体に形成される細長い管状空隙は、ノズルの先端部に形成しようとした径、数量、位置及び角度を有する微細な燃料噴射口となる。
【００２０】
（５） （４）に記載の燃料噴射インジェクタのノズル焼結体において、燃料噴射口に対応する細長い管状空隙は、ノズルの外側の方が内側より内径の大きい段付き孔である燃料噴射インジェクタのノズル焼結体。
【００２１】
（５）の発明によれば、スライドピンの形状を、形成しようとする「ノズルの外側の方が内側より内径の大きい段付き孔」に対応した形状にすることにより、燃料噴射口を「ノズルの外側の方が内側より内径の大きい段付き孔」にできる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、金属製のノズルの先端部に微細な燃料噴射口を、高額な設備を必要とすることなく、短時間で確実に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料噴射インジェクタの製造方法によって製造したノズルの要部を示す部分断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】前記実施形態に係る射出成形機の側面図である。
【図４】前記実施形態に係る射出成形用金型の要部を示す部分概要断面図である。
【図５】前記実施形態に係る型閉め工程を示す部分概要断面図である。
【図６】前記実施形態に係るピン挿入工程を示す部分概要断面図である。
【図７】前記実施形態に係る射出成形工程を示す部分概要断面図である。
【図８】前記実施形態に係るピン後退工程を示す部分概要断面図である。
【図９】前記実施形態に係る型開放工程を示す部分概要断面図である。
【図１０】ａは、前記実施形態に係るワーク分離工程を示す部分概要断面図であり、ｂは、ワークであるノズル成形体の先端側から見た正面図である。
【図１１】ａは、前記実施形態に係る焼成工程を示す部分概要断面図であり、ｂは、ワークであるノズル焼成体の先端側から見た正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料噴射インジェクタの製造方法によって製造したノズル１００を示す。このノズル１００は、直噴式エンジン、直噴式ディーゼルエンジンに好適なものである。
【００２５】
ノズル１００は、ノズル外面１００ｈおよびノズル内面１００ｇを有するとともに、円筒状のノズル本体部１００ａと、ノズル本体部１００ａの先端に一体的に形成されたほぼ半球状又は円錐状の先端部１００ｂとからなり、先端部１００ｂには内部の中空部１００ｎと連通する複数の燃料噴射口１００ｃを有する。中空部１００ｎは燃料流路となるとともに、その内部に針弁（図示せず）が挿入される。
【００２６】
図１及び２に示すように、ノズル１００は、先端部１００ｂにおいて円周方向に等間隔に分布する６つの燃料噴射口１００ｃを有する。各燃料噴射口１００ｃの径、数量、位置及び角度は、燃焼室の形状、エンジンの諸元によりそれぞれ決定される。燃料噴射口１００ｃの断面形状は真円でも良いが、燃焼効率の向上のために、矩形、星形、十字形、ひょうたん形等の異形状であってもよい。各燃料噴射口１００ｃの出口端部には、ロート形状の座ぐり形状１００ｄを設けるのが好ましい。
【００２７】
各燃料噴射口１００ｃの出口端部にロート形状の座ぐり形状１００ｄを設け、ノズルの外側の方が内側より内径の大きい段付き孔とすることにより、以下の利点がある。
すなわち、燃料噴射口の内径を微細化すると（Φ０．１５ｍｍ以下）、運転時の燃料の燃焼の熱により、当該燃料噴射口から噴霧される燃料の一部が煤およびタールのいずれかに変質し、いわゆるカーボン・デポジットとして、それらのものが燃焼されずに燃料噴射口に堆積する。カーボン・デポジットは燃料噴射口を狭め、必要な燃料の流量が確保できない虞がある。ここで、ノズルの外側の方の内径を内側より内径の大きい段付き孔（例えば、外側の内径Φ３ｍｍ以上）とすると、変質された煤およびタールが、エンジン燃焼室内を対流してノズルの燃料噴射口に堆積しても燃料噴射口の開口は確保され、必要な燃料の流量が確保される。また、変質された煤およびタールが、ノズルの燃料噴射口に堆積または堆積しようとする際に、内側の内径の小さい部分から間欠噴射される燃料により吹き飛ばされて、燃料と共に燃焼される。
【００２８】
また、燃料噴射口１００ｃ出口端部の形状は、ロート形状、すなわち、ノズル外側の大口径部と内側の小口径部とが傾斜内面で連結されている例を示したが、ノズル外側の大口径部と内側の小口径部とが直結されているものも同様の利点を有する。
【００２９】
以下、本発明の実施形態に係る燃料噴射インジェクタの製造方法について、ノズル１００を製造するまでの工程につき図３乃至図１１を参照しつつ説明する。
【００３０】
ノズル１００は、バインダー添加粉末金属Ｍ（図７参照）を射出成形によってノズル成形体Ｗ（図９、１０参照）とし、次にノズル成形体Ｗを焼成によってノズル焼結体Ｘとすることによって製造される。
【００３１】
先ず、射出成形によるノズル成形体Ｗの形成に原料として用いるバインダー添加粉末金属Ｍについて説明する。
粉末金属は、アトマイズ法（溶融金属を空気、不活性ガスなどのジェット流で破砕）、遠心力アトマイズ法（溶融金属を高速回転ディスクで破砕）、プラズマ・アトマイズ法回転電極法、機械的プロセス、化学的プロセスなどの方法から適宜選択して製造されたものが使用される。また、粉末金属は、必要に応じて複数の種類の粉末金属、又は異なる製法で製造した粉末金属を混合して調製してもよい。粉末金属の組成は、耐熱性を有する合金組成とするのが好ましく、具体的には構造用鋼、ステンレス鋼、工具鋼等の粉末合金、又は純Ｆｅ粉にＮｉ粉末やＣ粉末を混合したもの、構造用鋼にＣ粉末を混合したもの等であってよい。また、粉末金属の平均粒径は、射出成形時の流動性や焼結時の高密度化、さらに燃料噴射口１００ｃの形状の精密性等を考慮して、出来るだけ微細であるのが好ましい。
【００３２】
粉末金属に添加されるバインダーは、射出成形性や脱脂性に優れたものであれば特に限定されず、公知の熱可塑性バインダーを使用することができる。熱可塑性バインダーに必要に応じて可塑剤や潤滑剤、界面活性剤、脱脂促進剤等を添加しても良い。熱可塑性バインダーは熱可塑性樹脂及び／又はワックスを主体としたものである。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリアセタール、ＡＢＳ樹脂等が挙げられる。またワックスとしては、カルナバワックス、キャンデリラワックス、モンタンワックス等の天然ワックスや、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、低分子量ポリエチレン等の合成ワックスが挙げられる。これらのバインダーは２種以上混合して用いても良い。バインダー添加粉末金属Ｍは、良好な射出成形性を得るために金属粉末のタップ充填時の空隙量以上の量のバインダーを添加されているのが好ましい。
【００３３】
バインダー添加粉末金属Ｍは、粉末金属とバインダーとをプラネタリーミキサーや加圧ニーダー等を用いて混練して調製する。得られたコンパウンドは、必要に応じてペレタイザーや粉砕機等で造粒し、ペレット化する。
【００３４】
次に、射出成形によるノズル成形体Ｗの形成に用いる製造設備について説明する。
図３は、射出成形機５０の側面図を示す。
射出成形機５０は、脚部６４に支持され、固定盤６１、及び支持部材６２を備えている。固定盤６１、及び支持部材６２の間には、お互いに平行に配列した４本の案内ロッド６３が固定され、案内ロッド６３には、可動盤６０が摺動可能に配置されている。支持部材６２には、型締め装置３０の一端が支持されており、型締め装置３０の他端は連結部材３１を介して可動盤６０に接続されている。この構成により、図示しない制御装置からの指示に従って型締め装置３０を作動させることにより、可動盤６０を案内ロッド６３に沿ってスライドさせることができる。型締め装置３０は、油圧駆動方式、電動サーボ機駆動方式のいずれであってもよい。また、連結部材３１は、トグル機構を含んでいてよい。
【００３５】
雄金型１１および雌金型１２は、雄金型１１が可動盤６０に、雌金型１２が固定盤６１にそれぞれ固定され、可動盤６０および固定盤６１の間に向かい合うように配置される。雌金型１２および雄金型１１は、両者で射出成形用金型Ｄを形成し、射出成形用金型Ｄは、型締め装置３０の作動に基づく可動盤６０の往復動により周期的な型閉め状態、および型開放状態が可能である。射出成形用金型Ｄは、型閉め状態のとき、雌金型１２および雄金型１１の組み合わせによってキャビティＣ（図４参照）を形成する。
【００３６】
射出成形ユニット５１は、固定盤６１の雌金型１２とは反対側に配置され、固定盤６１の開口を介して雌金型１２に接続されている。射出成形ユニット５１は、型閉め状態の所定のタイミングに図示しない制御装置からの指示に従って、バインダーを添加された粉末金属をキャビティＣに加圧充填できる。
【００３７】
図４は、射出成形用金型Ｄの、要部を示す部分断面図である。
射出成形用金型Ｄは、ワークであるノズル成形体Ｗの外面を成形するための雌金型１２と、ノズル成形体Ｗの内面を成形するための雄金型１１とを有している。雌金型１２と雄金型１１を組み合わせることによって形成されるキャビティＣの形状は、得ようとするノズル成形体Ｗの形状に対応している。すなわち、雌金型１２のキャビティ面１２ｓとノズル成形体Ｗの外面が正確に対応しており、雄金型１１のキャビティ面１１ｓとノズル成形体Ｗの内面が正確に対応している。ここで、ノズル成形体Ｗの外面およびノズル成形体Ｗの内面は、ノズル成形体Ｗに対する焼成工程における設計収縮分を考慮して設定されている。
【００３８】
雄金型１１は、雄金型基部１１ｃと、雄金型基部１１ｃから突出した雄金型柱状部１１ｂとを有する。雄金型柱状部１１ｂは、その先端に先端円錐面１１ａを有する。雄金型１１のキャビティ面１１ｓは、主に雄金型柱状部１１ｂの側面および先端円錐面１１ａによって構成されている。
【００３９】
雌金型１２には、雌金型１２の外部とキャビティＣとを連通するゲート１５が形成されている。ゲート１５が雌金型１２の外部に開口する箇所に、射出成形ユニット５１のランナー１７のノズル１６が取り付けられている。ゲート１５とノズル１６とランナー１７は、バインダー添加粉末金属Ｍの射出部を構成し、ランナー１７が所定の圧力でバインダー添加粉末金属Ｍを押し出すことにより、バインダー添加粉末金属Ｍはゲート１５からキャビティＣに充填される。
【００４０】
雌金型１２は、スライドピン貫通孔１２ａと、スライドピン貫通孔１２ａ内を摺動可能なスライドピン１３とを備えている。スライドピン１３は、電磁弁、油圧シリンダ等によって構成される駆動機構Ｋ１とリンクＬ１を介して連結されスライドピン１３の軸方向に可動となっている。スライドピン１３は、雌金型１２から前進しスライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接するまで突出でき、逆に雌金型１２に向かって後退しスライドピン１３の先端面１３ａが雌金型１２内に収納されるまで後退できるように構成されている。駆動機構Ｋ１は図示しない制御装置に接続されており、スライドピン１３は、図示しない制御装置からの指示に従って突出および後退を制御される。
【００４１】
スライドピン１３は、雌金型１２から前進しスライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接するとき、製造しようとするノズル１００の複数の燃料噴射口１００ｃに対応した径、数量、位置および角度に設定されている。このときのスライドピン１３の径、数量、位置および角度は、ノズル成形体Ｗに対する焼成工程における設計収縮分を考慮して設定されている。
【００４２】
燃料噴射口１００ｃを「ノズルの外側の方が内側より内径の大きい段付き孔」に形成しようとするときは、スライドピン１３の形状を「ノズルの外側の方が内側より内径の大きい段付き孔」に対応した形状にするだけで同様に形成できる。
【００４３】
スライドピン１３は、スライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接した後も、駆動機構Ｋ１による駆動力によって所定の圧力で継続的にスライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接する。
【００４４】
また、スライドピン１３にバネ（図示せず）により押圧力が付与されていて、スライドピン１３は内側に押され、所定の圧力で継続的にスライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接するように構成されていてよい。この場合、駆動機構Ｋ１によってスライドピン１３の突出および後退を行い、バネ（図示せず）によってスライドピン１３の先端面１３ａを雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接させてもよい。
【００４５】
スライドピン１３によってノズル成形体Ｗに形成される各細孔の内側開口端部にバリが生じないようにするためには、スライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａと隙間なく当接しなければならない。そのためには先端円錐面１１ａにスライドピン１３の軸に垂直な面を持つ、スライドピン１３用の台座１４を設けるのが好ましい。スライドピン１３用の台座１４には、スライドピン１３の位置決めのために凹部を設けてもよい。
【００４６】
ノズル１００に設けようとする燃料噴射口１００ｃの形状は、真円に限られず、楕円形、矩形、星形、十字形、ひょうたん形等の異形状であってもよい。この場合スライドピン１３の断面形状を、設けようとする燃料噴射口１００ｃの形状に対応して、楕円形、矩形、星形、十字形、ひょうたん形等の異形状に設定し、スライドピン１３の周方向の取り付け角度を設定すればよい。
【００４７】
また、雄金型１１は、雄金型基部１１のキャビティＣに面した位置にエジェクタピン１８を備える。エジェクタピン１８は、その先端に先端部１８ａを有するとともに、電磁弁、油圧シリンダ等によって構成される駆動機構Ｋ２にリンクＬ２を介して連結され、雄金型柱状部１１ｂの軸と略平行に可動となっている。駆動機構Ｋ２は図示しない制御装置に接続されており、エジェクタピン１８は、図示しない制御装置からの指示に従ってキャビティＣ内に突出できる。
【００４８】
次に、射出成形によるノズル成形体Ｗの形成の各工程について説明する。
【００４９】
先ず、型閉め工程につき説明する。図５は、型閉め工程によって射出成形用金型Ｄが型閉め状態になったときを示す部分概要断面図である。
説明上、最初の状態として、射出成形用金型Ｄが型開放状態であるものとする（初期状態）。すなわち、可動盤６０はその周期的な往復動の中で固定盤６１と最も離れた位置にあり、雌金型１２および雄金型１１はお互いに十分離れており、雌金型１２のキャビティ面１２ｓおよび雄金型１１のキャビティ面１１ｓは、外部に面している。
型閉め工程では、この初期状態から、図示しない制御装置からの指示に従って型締め装置３０を作動させることにより、可動盤６０を案内ロッド６３に沿って固定盤６１に向かってスライドさせ、射出成形用金型Ｄの雌金型１２および雄金型１１が組み合わされた型閉め状態にする。図５は、型閉め工程によって射出成形用金型Ｄが型閉め状態になったときを示す。型閉め状態では、雌金型１２および雄金型１１は、それらの組み合わせによってキャビティＣを形成する。
【００５０】
型閉め工程では、スライドピン１３は、後退した状態であり、雌金型１２に収納されている。
【００５１】
次に、ピン挿入工程につき説明する。図６は、ピン挿入工程によってスライドピン１３が突出した状態を示す部分概要断面図である。
スライドピン１３は、図示しない制御装置からの指示に従って、駆動機構Ｋ１によってリンクＬ１を介して駆動され、雌金型１２から突出しスライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接するまで前進する。スライドピン１３は、スライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接した後も、所定の圧力で継続的にスライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接し、設定された位置を保持する。
【００５２】
次に、射出成型工程につき説明する。図７は、射出成形工程を示す部分概要断面図である。
射出成形ユニット５１は、スライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接した後、図示しない制御装置からの所定のタイミングの指示に従って、バインダー添加粉末金属ＭをキャビティＣに加圧充填する。具体的には、ランナー１７が所定の圧力（射出圧力）でバインダー添加粉末金属Ｍを射出すると、バインダー添加粉末金属Ｍはゲート１５からキャビティＣに充填されていく。これにより、キャビティＣ内の空間は、先ず射出成形用金型の雌金型１２から突出しているスライドピン１３が配置されている細長い管状空間を除きバインダー添加粉末金属Ｍで満たされる。
【００５３】
バインダー添加粉末金属ＭをキャビティＣに充填し終えると、ランナー１７の射出圧を射出圧力より低い所定の圧力（保持圧力）に降下させ、所定の時間バインダー添加粉末金属Ｍを保持圧力に保持する。保持圧力は、キャビティＣに充填されたバインダー添加粉末金属Ｍの冷却および凝固に伴う収縮によってバインダー添加粉末金属Ｍが雌金型１２のキャビティ面１２ｓおよび雄金型１１のキャビティ面１１ｓから剥離することを防ぐものである。
【００５４】
バインダー添加粉末金属Ｍは、キャビティ内の空間で冷却によって固化し、ノズル成形体Ｗが形成される。ただし、この段階では、雌金型１２から突出し射出成形用金型ＤのキャビティＣに配置されたスライドピン１３は、そのままノズル形成体Ｗの中に残されている。
【００５５】
次に、ピン後退工程につき説明する。図８は、ピン後退工程によってスライドピン１３が後退した状態を示す部分概要断面図である。
この工程では、図示しない制御装置からの指示に従って、スライドピン１３は、駆動機構Ｋ１によってリンクＬ１を介して駆動され、スライドピン１３の先端面１３ａが雄金型柱状部１１ｂの先端円錐面１１ａに当接した状態から雌金型１２に向かって後退し、雌金型１２内に収納される。これにより、それぞれのスライドピン１３に対応した複数の細長い成形体管状空隙９８ｃを備えたノズル成形体Ｗが、雌金型１２および雄金型１１の組み合わせによって形成されたキャビティＣの内部に形成される。
【００５６】
次に、型開放工程につき説明する。図９は、型開放工程によって射出成形用金型Ｄが型開放状態になったときを示す部分概要断面図である。
型開放工程では、ノズル成形体Ｗが雌金型１２および雄金型１１の組み合わせによって形成されたキャビティＣの内部に形成された状態から、図示しない制御装置からの指示に従って型締め装置３０を作動させることにより、可動盤６０を案内ロッド６３に沿って固定盤６１から遠ざかるようにスライドさせ、雌金型１２および雄金型１１を開放する。このとき、ノズル成形体Ｗは、雄金型１１の雄金型柱状部１１ｂおよび先端円錐面１１ａに密着しており、雄金型１１の移動に伴い、雌金型１２から分離される。ノズル成形体Ｗに形成されたスライドピン１３に対応した細長い成形体管状空隙９８ｃは、ノズル成形体Ｗ内に保持される。
【００５７】
次に、ワーク分離工程につき説明する。図１０（ａ）は、ワーク分離工程によって射出成形用金型Ｄからワークを分離する状態を示す部分概要断面図であり、図１０（ｂ）は、ワークであるノズル成形体の先端側から見た正面図である。
型開放工程の後、雄金型１１の雄金型基部１１のキャビティＣに面した位置に配置されたエジェクタピン１８は、図示しない制御装置からの指示に従って駆動機構Ｋ２によってリンクＬ２を介して駆動され、雄金型柱状部１１ｂの軸と略平行にキャビティＣ内に突出する。エジェクタピン１８がキャビティＣ内に突出すると、エジェクタピン１８の先端の先端部１８ａは、雄金型１１の雄金型柱状部１１ｂおよび先端円錐面１１ａに密着しているノズル成形体Ｗを雄金型柱状部１１ｂの軸と平行に押して、ノズル成形体Ｗを雄金型１１から分離する。
【００５８】
ノズル成形体Ｗに形成された細長い成形体管状空隙９８ｃは、ノズル成形体Ｗが射出成形用金型Ｄから分離されてもノズル成形体Ｗ内に保持されている。尚、ノズル成形体Ｗが分離されると、射出成形用金型Ｄは初期状態に戻り、次のノズル成形体Ｗの形成サイクルに備えた状態になる。
【００５９】
次に、焼成工程につき説明する。射出成形用金型Ｄから取り出したノズル成形体Ｗは、ゲート１５に対応して形成されたその先端の突起部を除去された後、焼成装置２０を用いて焼成される。焼成装置２０は、ＳｉＣ発熱体を用いたメッシュベルト焼成炉などを用いることができる。焼成工程は、真空、不活性ガスまたは還元性ガスの雰囲気中で行う。焼成温度は、１２５０Ｋ乃至１６５０Ｋであるのが好ましく、また焼成雰囲気の圧力は、常圧、減圧、または加圧のいずれでもよい。
【００６０】
ノズル成形体Ｗを焼成することによって、ノズル成形体Ｗを形成するバインダー添加粉末金属Ｍを焼結させ、ノズル成形体Ｗに保持されているスライドピン１３に対応した細長い成形体管状空隙９８ｃからノズル焼結体Ｘ内に対応する細長い管状空隙９９ｃを生成する。ここで、スライドピン１３はノズル１００の先端部１００ｂに形成しようとする微細な燃料噴射口１００ｃに応じた径、数量、位置及び角度に設定され、しかもスライドピン１３の径、数量、位置および角度は、ノズル成形体Ｗからノズル焼結体Ｘを生成する焼成工程における設計収縮分を考慮して設定されているため、生成されたノズル焼結体Ｘに形成される細長い管状空隙９９ｃは、ノズル１００の先端部１００ｂに形成しようとした径、数量、位置及び角度を有する微細な燃料噴射口１００ｃとなっている。
【００６１】
射出成形用金型Ｄから取り出したノズル成形体Ｗに対して、焼成工程を行う前に、バインダーを除去する脱脂工程を設けてもよい。脱脂方法としては、ノズル成形体Ｗを加熱しバインダーを加熱分解またはガス化する方法や、有機溶媒を用いてバインダーの一部を溶出除去する一次脱脂工程の後、残りのバインダーを加熱分解する二次脱脂工程を行う方法などが挙げられる。バインダーは７５０Ｋ乃至９００Ｋの温度でほぼ１００％除去されるので、脱脂温度を７５０Ｋ乃至９００Ｋとすれば良い。
【００６２】
脱脂工程と焼成工程は、例えば前段を７５０Ｋ乃至９００Ｋに設定し、後段を１２５０Ｋ乃至１６５０Ｋに設定した一つの炉で行ってもよく、また別の炉で行ってもよい。
【００６３】
最後に、形状調整工程につき説明する。
焼成工程によって生成されたノズル焼結体Ｘに対して、機械加工によりノズル内面１００ｇの形状調整（例えば、ネジ生成）、先端部１００ｂの周辺部分の形状調整を行ってよい。ノズル焼結体Ｘに形成された細長い管状空隙９９ｃは、実質的に焼結肌のままで燃料噴射口１００ｃとして用いることができ、機械的後加工を必要としない。尚、必要に応じて、生成されたノズル焼結体Ｘに対して各種公知の表面処理又は調整を行っても良い。このような表面処理または調整法として、サンドブラスト、液体ホーニング、超音波バリ取り、粘性流体バリ取り、酸洗い又は化学研磨等が挙げられる。表面処理又は調整により、細長い管状空隙９９ｃの肌が洗浄されたりコーティングされたりすることがあるが、その焼結肌を機械加工により除去する必要はない。
【００６４】
以上より、金属製のノズル１００の先端部１００ｂに微細な燃料噴射口１００ｃを、高額な設備を必要とすることなく、短時間で確実に形成できる。
【００６５】
図１、図２、図１０で示した燃料噴射口１００ｃ出口端部の形状がロート形状、すなわち、ノズル外側の大口径部と内側の小口径部とが傾斜内面で連結されている段付き孔であっても、高額な設備を必要とすることなく、短時間で確実に形成できる。
また、燃料噴射口１００ｃ出口端部の形状がノズル外側の大口径部と内側の小口径部とが直結されているものも同様に、高額な設備を必要とすることなく、短時間で確実に形成できる。
【００６６】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６７】
１３ スライドピン
９８ｃ 細長い成形体管状空隙
９９ｃ 細長い管状空隙
１００ ノズル
１００ｂ 先端部
１００ｃ 燃料噴射口
Ｃ キャビティ
Ｄ 射出成形用金型
Ｍ バインダー添加粉末金属
Ｗ ノズル成形体
Ｘ ノズル焼結体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
型閉め後、形成しようとするノズルの形状に対応した射出成形用金型のキャビティに、前記ノズルの先端部に形成しようとする微細な燃料噴射口に応じた径、数量、位置および角度のスライドピンを前記射出成形用金型から突出させるピン挿入工程と、
前記キャビティにバインダー添加粉末金属を加圧充填し、固化させ、ノズル成形体とする射出成形工程と、
前記スライドピンを前記射出成形用金型に後退させるピン後退工程と、
前記ノズル成形体を前記射出成形用金型から取り出し、焼結させ前記スライドピンに対応した細長い管状空隙を備えたノズル焼結体を生成する焼成工程と、
を有する燃料噴射インジェクタの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射インジェクタの製造方法において、
前記細長い管状空隙を形成した後に、前記細長い管状空隙に対して、サンドブラスト、液体ホーニング、超音波バリ取り、粘性流体バリ取り、酸洗い、および化学研磨からなる表面処理または調整法のうち、少なくともいずれか一つを行う表面処理調整工程を更に有する燃料噴射インジェクタの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料噴射インジェクタの製造方法において、
前記細長い管状空隙を形成した後に、前記細長い管状空隙に対して、コーティングを行う表面処理調整工程を更に有する燃料噴射インジェクタの製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の製造方法を用いて製造される燃料噴射インジェクタのノズル焼結体において、
前記ノズル焼結体は、焼成される際に、前記スライドピンに対応した細長い成形体管状空隙から生成された燃料噴射口に対応する細長い管状空隙が形成されている燃料噴射インジェクタのノズル焼結体。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料噴射インジェクタのノズル焼結体において、
前記燃料噴射口に対応する細長い管状空隙は、ノズルの外側の方が内側より内径の大きい段付き孔である燃料噴射インジェクタのノズル焼結体。
【請求項１】
型閉め後、形成しようとするノズルの形状に対応した射出成形用金型のキャビティに、前記ノズルの先端部に形成しようとする微細な燃料噴射口に応じた径、数量、位置および角度のスライドピンを前記射出成形用金型から突出させるピン挿入工程と、
前記キャビティにバインダー添加粉末金属を加圧充填し、固化させ、ノズル成形体とする射出成形工程と、
前記スライドピンを前記射出成形用金型に後退させるピン後退工程と、
前記ノズル成形体を前記射出成形用金型から取り出し、焼結させ前記スライドピンに対応した細長い管状空隙を備えたノズル焼結体を生成する焼成工程と、
を有する燃料噴射インジェクタの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射インジェクタの製造方法において、
前記細長い管状空隙を形成した後に、前記細長い管状空隙に対して、サンドブラスト、液体ホーニング、超音波バリ取り、粘性流体バリ取り、酸洗い、および化学研磨からなる表面処理または調整法のうち、少なくともいずれか一つを行う表面処理調整工程を更に有する燃料噴射インジェクタの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料噴射インジェクタの製造方法において、
前記細長い管状空隙を形成した後に、前記細長い管状空隙に対して、コーティングを行う表面処理調整工程を更に有する燃料噴射インジェクタの製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の製造方法を用いて製造される燃料噴射インジェクタのノズル焼結体において、
前記ノズル焼結体は、焼成される際に、前記スライドピンに対応した細長い成形体管状空隙から生成された燃料噴射口に対応する細長い管状空隙が形成されている燃料噴射インジェクタのノズル焼結体。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料噴射インジェクタのノズル焼結体において、
前記燃料噴射口に対応する細長い管状空隙は、ノズルの外側の方が内側より内径の大きい段付き孔である燃料噴射インジェクタのノズル焼結体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−９９４０６（Ｐ２０１１−９９４０６Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５５５５４（Ｐ２００９−２５５５５４）
【出願日】平成２１年１１月６日（２００９．１１．６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月６日（２００９．１１．６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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