燃料噴射インジェクタの製造方法
【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】形成しようとするノズルの形状に対応したノズル成形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及び数量のカーボンファイバーを、燃料噴射口に応じた位置及び角度にて配置する配置工程と、キャビティに粉末金属を充填する充填工程と、充填された粉末金属をノズル成形金型によって圧縮してノズル成形品を成形する成形工程と、ノズル成形品を焼結させると共に、ノズル成形品の中に残されたカーボンファイバーを燃焼させカーボンファイバーに対応した細長い管状空隙を備えたノズル焼結品を生成する焼成工程と、ノズル焼結品を機械加工しノズル焼結品の形状を調整する形状調整工程と、を有する。
【解決手段】形成しようとするノズルの形状に対応したノズル成形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及び数量のカーボンファイバーを、燃料噴射口に応じた位置及び角度にて配置する配置工程と、キャビティに粉末金属を充填する充填工程と、充填された粉末金属をノズル成形金型によって圧縮してノズル成形品を成形する成形工程と、ノズル成形品を焼結させると共に、ノズル成形品の中に残されたカーボンファイバーを燃焼させカーボンファイバーに対応した細長い管状空隙を備えたノズル焼結品を生成する焼成工程と、ノズル焼結品を機械加工しノズル焼結品の形状を調整する形状調整工程と、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に関する。詳しくは、金型によって成形した粉末金属を成形及び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】
本発明の燃料噴射インジェクタの製造方法は、燃料噴射インジェクタの製造方法において、形成しようとするノズルの形状に対応したノズル成形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及び数量のカーボンファイバーを、燃料噴射口に応じた位置及び角度にて配置する配置工程と、キャビティに粉末金属を充填する充填工程と、充填された粉末金属をノズル成形金型によって圧縮してノズル成形品を成形する成形工程と、ノズル成形品を焼結させると共に、ノズル成形品の中に残されたカーボンファイバーを燃焼させカーボンファイバーに対応した細長い管状空隙を備えたノズル焼結品を生成する焼成工程と、ノズル焼結品を機械加工しノズル焼結品の形状を調整する形状調整工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、先ず、形成しようとするノズルの形状に対応したノズル成形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燃料噴射口に応じた径及び数量のカーボンファイバーを、燃料噴射口に応じた位置及び角度にて配置する。これにより、ノズルの先端部に形成しようとする燃料噴射口の径、数量、位置及び角度が決定される。
【００１０】
次に、ノズル成形金型のキャビティに粉末金属を充填する。これにより、キャビティ内の空間が、カーボンファイバーが配置されている細長い管状空間を除き、粉末金属で満たされる。
【００１１】
次に、充填された粉末金属をノズル成形金型によって圧縮してノズル成形品を成形する。これにより、充填された粉末金属が、ノズル成形金型の型形状に対応したノズル形成品に成形される。また、このときノズル成形金型のキャビティに配置されていたカーボンファイバーが、そのままノズル形成品の中に残される。
【００１２】
次に、ノズル成形品の中に残されたカーボンファイバーを燃焼させカーボンファイバーに対応した細長い管状空隙を備えたノズル焼成品を生成する。これにより、ノズル成形品を形成している粉末金属が焼成によって焼結されると共に、ノズル成形品の中に残されたカーボンファイバーが燃焼され、ノズル焼成品の中に細長い管状空隙が形成される。この細長い管状空隙は、配置工程で配置されたカーボンファイバーの径、数量、位置及び角度に対応している。
【００１３】
次に、ノズル焼成品を機械加工しノズル焼成品の形状を調整する。これによって、不要部分の除去と形状の調整が行われ、ノズルが形成できる。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
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】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射インジェクタの製造方法に係るノズル成形金型にカーボンファイバー組み立て体を配置した状態を示す断面図である。
【図２】前記実施形態に係るカーボンファイバー組み立て体の斜視図である。
【図３】前記実施形態に係るノズル成形金型に粉末金属を充填した状態を示す断面図である。
【図４】前記実施形態に係るノズル成形金型によって粉末金属を圧縮しノズル成形品を成形した状態を示す断面図である。
【図５】前記実施形態に係るノズル焼成品の断面図である。
【図６】前記実施形態に係るノズル焼成品を機械加工し形状調整した状態を示す断面図である。
【図７】前記実施形態に係るノズルを示す斜視図である。
【図８】本発明の第二の実施形態に係る燃料噴射インジェクタの製造方法に係るノズル成形金型に配置するカーボンファイバー組み立て体の断面図である。
【図９】前記実施形態に係るカーボンファイバー組み立て体の斜視図である。
【図１０】前記実施形態に係るノズル成形金型に前記カーボンファイバー組み立て体を配置し粉末金属を充填した状態を示す断面図である。
【図１１】前記実施形態に係るノズル成形金型によって粉末金属を圧縮した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[第１の実施形態]
以下、本発明の第１の実施形態について、その先端部１００ｂに微細な燃料噴射口１００ｃを備えたノズル１００を製造するまでの工程につき図１乃至図７を参照しつつ説明する。
【００１８】
先ず、配置工程について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射インジェクタの製造方法に係るノズル成形金型１０にカーボンファイバー組み立て体２０を配置した状態を示す断面図である。
【００１９】
ノズル成形金型１０は、図７に示すノズル１００を成形するための金型である。このノズル成形金型１０の主な構成は、上下に可動とされた図示しないダイプレートにより支持され、内部が円形の中空に形成されたダイスＤと、ダイスＤの上部に位置し、ダイスＤの内部へ上から挿入可能とされた上パンチＰＴと、ダイスＤの内部に下から挿入可能とされた下パンチＰＢとを備えている。
【００２０】
上パンチＰＴは、ダイスＤの内面に摺接する略円筒状に形成された上アウターパンチＰ１と、上アウターパンチＰ１の内部に配置され、上アウターパンチＰ１の内面に摺接する略円柱状に形成された上インナーパンチＰ２とから構成される。上アウターパンチＰ１は、油圧シリンダなどによって構成される高さ調整機構Ｋ１とリンク機構Ｌ１を介して連結され上下に可動となっている。上インナーパンチＰ２は、油圧シリンダなどによって構成される高さ調整機構Ｋ２とリンク機構Ｌ２を介して連結され上下に可動となっている。上インナーパンチＰ２の上アウターパンチＰ１に対する相対的な上下動に伴って、上インナーパンチＰ２は、上アウターパンチＰ１の内面に対して摺動することが可能とされている。
【００２１】
他方、下パンチＰＢは、ダイスＤの内面に摺接する略円筒状に形成された下アウターパンチＰ３と、下アウターパンチＰ３の内部に配置され、下アウターパンチＰ３の内面に摺接する略円柱状に形成された下インナーパンチＰ４とから構成される。下アウターパンチＰ３は、油圧シリンダなどによって構成される高さ調整機構Ｋ３とリンク機構Ｌ３を介して連結され上下に可動となっている。下インナーパンチＰ４は、油圧シリンダなどによって構成される高さ調整機構Ｋ４とリンク機構Ｌ４を介して連結され上下に可動となっている。下インナーパンチＰ４の下アウターパンチＰ３に対する相対的な上下動に伴って、下インナーパンチＰ４は、下アウターパンチＰ３の内面に対して摺動することが可能とされている。
【００２２】
この状態で、下アウターパンチＰ３はダイスＤの内部に所定の位置まで挿入された状態で固定され、下インナーパンチＰ４は下アウターパンチＰ３の環状の上面１２より所定の位置まで突出した状態で固定されている。
ここで、ダイスＤの内面１１と、下アウターパンチＰ３の上面１２と、下インナーパンチＰ４の上面１６及び側面１３とから構成され、圧縮すべき粉末金属Ｍが投入されるキャビティＣが形成される。尚、下インナーパンチＰ４の上面１６は、その中心が最も凹んだ逆円すい形状に形成されている。
キャビティＣは、形成しようとするノズル１００の形状に対応している。また、キャビティＣの容積を所定のものとするように、下アウターパンチＰ３及び下インナーパンチＰ４の固定位置は、圧縮成形するノズル成形品の設計圧縮率に応じて調整されている。
【００２３】
他方、上パンチＰＴは、ダイスＤから上方に離れた位置に保持されている。
ここで、アウターパンチＰ１は、環状の下面１４を備え、上インナーパンチＰ２は、その中心が最も突出した逆円すい形状に形成された下面１５を備える。この上インナーパンチＰ２の下面１５と下インナーパンチＰ４の上面１６は、同一形状に形成されている。
【００２４】
キャビティＣの上方には、カーボンファイバー組み立て体２０が配置される。カーボンファイバー組み立て体２０は、図２に示す通り、ピン２１の一端から略逆円すい形状に沿って放射状に伸びる複数のカーボンファイバーＣＦ、カーボンファイバーＣＦの他端が連結したリング２２、及びリング２２から半径方向外側に伸びる複数のスペーサ２３によって構成される。
カーボンファイバー組み立て体２０は、ピン２１の他端が下インナーパンチＰ４の逆円すい形状上面１６の中心に、スペーサ２３がダイスＤの内面１１に当接することにより、キャビティＣの中の所定の位置に正確に配置されるように構成されている。
ここで、カーボンファイバー組み立て体２０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に応じた径及び数量のカーボンファイバーＣＦが、その燃料噴射口１００ｃに応じた位置及び角度にてキャビティＣの中に配置されるように構成されている。
別途作製したカーボンファイバー組み立て体２０を、上述のようにノズル成形金型１０に配置することによって配置工程を行うことができる。
【００２５】
次に、充填工程について説明する。
図３は、ノズル成形金型１０に粉末金属Ｍを充填した状態を示す断面図である。充填される粉末金属Ｍ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Ｍ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。
【００２６】
ノズル成形金型１０のキャビティＣへの粉末金属Ｍの充填は、図示しないフィーダーによって所定量の粉末金属ＭをキャビティＣに投入することによって行われる。
キャビティＣへの粉末金属Ｍの充填が進むと、キャビティＣの中に配置されているカーボンファイバー組み立て体２０は粉末金属Ｍによって埋められるが、カーボンファイバー組み立て体２０のキャビティＣに対する位置関係、特にカーボンファイバーＣＦのキャビティＣに対する位置関係が変わらないように充填される。
【００２７】
粉末金属ＭのキャビティＣへの充填が終了すると、次に、ダイスＤから上方に離れた位置に保持されていた上パンチＰＴを、高さ調整機構Ｋ１及び高さ調整機構Ｋ２を駆動することにより、ダイスＤに向かって降下させる。
【００２８】
次に、成形工程につき説明する。
図４は、ノズル成形金型１０によって粉末金属Ｍを圧縮しノズル成形品９７を成形した状態を示す断面図である。
先ず、ダイスＤに向かって降下した上アウターパンチＰ１と上インナーパンチＰ２から構成された上パンチＰＴは、ダイスＤの内部に挿入され、上アウターパンチＰ１の下面１４及び上インナーパンチＰ２の下面１５によって、キャビティＣに充填されている粉末金属Ｍを圧縮する。
上パンチＰＴは、上パンチＰＴがキャビティＣに充填されている粉末金属Ｍへ所定の圧縮力を与えるまで、粉末金属Ｍの圧縮を継続する。
【００２９】
粉末金属Ｍの中に埋められたカーボンファイバーＣＦは、粉末金属Ｍの圧縮によって粉末金属Ｍが移動するため、カーボンファイバーＣＦの近傍の粉末金属Ｍの移動に伴い移動する。
キャビティＣの周辺部分の粉末金属Ｍは、下アウターパンチＰ３の上面１２と上アウターパンチＰ１の下面１４との比較的長い距離の間で圧縮されるため、キャビティＣの周辺部分ではカーボンファイバーＣＦの近傍の粉末金属Ｍは無視できない距離移動する。従って、キャビティＣの周辺部分に位置するカーボンファイバーＣＦは、粉末金属Ｍの圧縮により、最初に配置した位置から無視できない距離だけ移動する。
他方、キャビティＣの中心部分の粉末金属Ｍは、下インナーパンチＰ４の上面１６と上インナーパンチＰ２の下面１５との短い距離の間で圧縮されるため、キャビティＣの中心部分ではカーボンファイバーＣＦの近傍の粉末金属Ｍの移動は、非常に小さく無視できる。従って、キャビティＣの中心部分に位置するカーボンファイバーＣＦは、粉末金属Ｍの圧縮・成形によっても、最初に配置した位置から移動しない。
【００３０】
上パンチＰＴによる粉末金属Ｍの圧縮が終了すると、ノズル成形金型１０の中にノズル成形品９７が生成される。ノズル成形品９７を、キャビティＣから取り出すために、上パンチＰＴをダイスＤから抜き、ダイスＤの上方に移動させる。そして、下パンチＰＢのうち下インナーパンチＰ４を、高さ調整機構Ｋ４を駆動させることにより、下インナーパンチＰ４の上面１６が下アウターパンチＰ３の上面１２とほぼ同じ高さ位置になるまで降下させる。続いて、ダイスＤの上面が下アウターパンチＰ３の上面１２とほぼ同じ高さ位置になるまで、ダイスＤを降下させる。この降下が完了した後に、ノズル成形品９７は、ノズル成形金型１０から取り出すことが可能となる。
ノズル成形品９７の中には、カーボンファイバーＣＦが残されているが、ノズル成形品９７の中心部分９７ｈの内部に残されているカーボンファイバーＣＦは、以下の特徴を有する。すなわち、この部分を構成している粉末金属Ｍは、前述の通り、下インナーパンチＰ４の上面１６と上インナーパンチＰ２の下面１５との短い距離の間で圧縮されるのでこの部分の粉末金属Ｍは粉末金属Ｍの圧縮・成形によっても、最初に配置した位置から移動しないため、配置工程で配置された通り、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、位置及び角度のカーボンファイバーＣＦがノズル成形品９７の中に残される。
【００３１】
次に、焼成工程につき説明する。
ノズル成形金型１０から取り出したノズル成形品９７は、図示しない焼成装置（ＳｉＣ発熱体を用いたメッシュベルト焼成炉など）を用いて焼成する。ノズル成形品９７を焼成することによって、ノズル成形品９７を形成する粉末金属Ｍを焼結させると共に、ノズル成形品９７の中に残されたカーボンファイバーＣＦを燃焼させることができる。
この結果、図５にその断面図を示す通り、ノズル成形品９７に残されたカーボンファイバーＣＦの位置、及び形状に対応した細長い管状空隙９８ｃをその内部に備えたノズル焼成品９８が得られる。
従って、ノズル焼成品９８の中心部分９８ｈの内部に形成される管状空隙９８ｃは、配置工程において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、位置及び角度にてノズル成形金型１０のキャビティＣに配置されたカーボンファイバーＣＦに対応した径、数量、位置及び角度に形成される。
ノズル焼成品９８の周辺部分に形成された管状空隙９８ｃは、成形工程において、キャビティＣの周辺部分に位置する粉末金属Ｍは下アウターパンチＰ３の上面１２と上アウターパンチＰ１の下面１４との比較的長い距離の間で圧縮されるため、キャビティＣの周辺部分に位置するカーボンファイバーＣＦは、粉末金属Ｍの圧縮に伴い最初に配置した位置から無視できない距離移動するため、予め設定した位置に設けることは困難である。しかしながら、後述するように、ノズル焼成品９８の先端部分９８ｂは形状調整工程において除去され、ノズル１００に残らないため問題にならない。
【００３２】
最後に、形状調整工程につき説明する。
図６（ａ）は、図５に示すノズル焼成品９８に対して、先端部分９８ｂを加工基準面９５まで、中心部分９８ｈの下面を加工基準面９６までそれぞれ機械加工し切削中間品９９に形状調整した状態を示す。また、図６（ｂ）は、更に機械加工により、切削中間品９９の先端部分９９ｂの周辺部分の形状調整、内面９９ｅの形状調整などを行い、先端部１００ｂに微細な燃料噴射口１００ｃを備えたノズル１００を形成した状態を示す。
図７は、形状調整工程によって形成したノズル１００を示す斜視図である。
【００３３】
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。
【００３４】
[第２の実施形態]
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態において、第１の実施形態との重複部分については説明を簡略化し、相違点を中心に図８乃至図１１を参照しつつ説明する。
【００３５】
先ず、配置工程について説明する。
図１０に示すように、本実施形態に係るノズル成形金型５０の下パンチＰＢは、第１の実施形態のノズル成形金型１０の下パンチＰＢがダイスＤの内面１１に摺接する略円筒状に形成された下アウターパンチＰ３と、下アウターパンチＰ３の内部に配置され、下アウターパンチＰ３の内面に摺接する略円柱状に形成された下インナーパンチＰ４とから構成されるのに対して、ダイスＤの内面５１に摺接する略円筒状に形成された下一体パンチＰ７のみによって構成される。下一体パンチＰ７は、油圧シリンダなどによって構成される高さ調整機構Ｋ７とリンク機構Ｌ７を介して連結され上下に可動となっている。
また、本実施形態に係るノズル成形金型５０の上パンチＰＴは、第１の実施形態のノズル成形金型１０の上パンチＰＴと同様に、略円筒状に形成された上アウターパンチＰ５と、上アウターパンチＰ５の内部に配置され、上アウターパンチＰ５の内面に摺接する略円柱状に形成された上インナーパンチＰ６とから構成されるが、第１の実施形態の上アウターパンチＰ１がダイスＤの内面１１に摺接する略円筒状に形成されているのに対して、本本実施形態の上アウターパンチＰ５は、その外面５５がダイスＤの内面５１より所定の距離（距離ｔ）だけ離れるように小径に形成されている。
【００３６】
図８、９は、本実施形態に係るカーボンファイバー組み立て体３０の断面図、及び斜視図を示す。
本実施形態のカーボンファイバー組み立て体３０は、第１の実施形態のカーボンファイバー組み立て体２０がピン２１から略円すい形状に沿って放射状に伸びる複数のカーボンファイバーＣＦ、カーボンファイバーＣＦの他端が連結したリング２２、及びリング２２から半径方向に伸びる複数のスペーサ２３によって構成されるのに対して、中空円筒壁３３と底部３２を備えるカセット３１、底部３２の中央に設けられた中子３７、中子３７に配置されたピン４１から略円すい形状に沿って放射状に中空円筒壁３３まで伸びる複数のカーボンファイバーＣＦによって構成される。
【００３７】
カセット３１は、所定の厚み（厚みｔ）の中空円筒壁３３と所定の厚みの底部３２を備え、図１０に示すように、中空円筒壁３３の外面がダイスＤの内面５１に摺接し、底部３２が下一体パンチＰ７の上面５２に当接するように、ノズル成形金型５０に配置できる。
カセット３１は、ノズル成形金型５０に配置されたとき、カセット３１の中空円筒壁３３の厚みｔと、上アウターパンチＰ５の外面５５とダイスＤの内面５１との距離ｔとが等しく形成されているため、上アウターパンチＰ５の外面５５はカセット３１の内面３４に摺接可能である。
【００３８】
カセット３１の底部３２の中央に設けられた中子３７は硬質材料で形成され、中子３７の上面３９は、その中心が最も凹んだ逆円すい形状に形成されている。
ここで、本実施形態の圧縮すべき粉末金属Ｍが投入されるキャビティＣは、第１の実施形態では、ダイスＤの内面１１と、下アウターパンチＰ３の上面１２と、下インナーパンチＰ４の上面１６及び側面１３とから構成されるのに対して、カセット３１の中空円筒壁３３の内面３４と、カセット３１の底部３２の上面３５と、中子３７の上面３９及び側面３８とから構成される。
キャビティＣは、第１の実施形態と同様に、形成しようとするノズル１００の形状に対応している。また、キャビティＣの容積を所定のものとするように、中子３７の形状及び下インナーパンチＰ７の固定位置は、圧縮成形するノズル成形品の設計圧縮率に応じて調整されている。
【００３９】
上パンチＰＴは、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、ダイスＤから上方に離れた位置に保持されている。アウターパンチＰ５は、環状の下面１３を備え、上インナーパンチＰ６は、その中心が最も突出した逆円すい形状に形成された下面５４を備える。この上インナーパンチＰ２の下面５４と中子３７の上面３９は、同一形状に形成されている。
【００４０】
中子３７の上面３９の中心にはピン４１が設けられ、ピン４１の先端から複数のカーボンファイバーＣＦが略逆円すい形状に沿って放射状に中空円筒壁３３の接続点４０まで伸びている。
カーボンファイバー組み立て体３０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に応じた径及び数量のカーボンファイバーＣＦが、その燃料噴射口１００ｃに応じた位置及び角度にてキャビティＣの中に正確に配置されるように構成されている。
従って、本実施形態によれば、図１０に示すように、別途作製されたカーボンファイバー組み立て体３０を上述のように（図１０参照）ノズル成形金型５０に配置することによって配置工程を行うことができる。
【００４１】
次に、充填工程について説明する。
図１０は、ノズル成形金型５０に配置されたカセット３０のキャビティＣの中に粉末金属Ｍを充填した状態を示す断面図である。
充填される粉末金属Ｍは、第１の実施形態と同様のものであってよい。また、粉末金属Ｍの充填は、図示しないフィーダーによって所定量の粉末金属ＭをキャビティＣに投入することによって行われる。
キャビティＣへの粉末金属Ｍの充填が進むと、キャビティＣの中に配置されているカーボンファイバーＣＦは粉末金属Ｍによって埋められるが、カーボンファイバーＣＦのキャビティＣに対する位置関係は変わらないように充填される。
【００４２】
粉末金属ＭのキャビティＣへの充填が終了すると、次に、ダイスＤから上方に離れた位置に保持されていた上パンチＰＴを、高さ調整機構Ｋ５及び高さ調整機構Ｋ６を駆動することにより、ダイスＤに向かって降下させる。
【００４３】
次に、成形工程につき説明する。
図１１は、ノズル成形金型５０によって粉末金属Ｍを圧縮しノズル成形品９７を成形した状態を示す断面図である。
本実施形態のノズル成形金型５０においては、第１の実施形態のノズル成形金型１０において、上アウターパンチＰ１と上インナーパンチＰ２から構成された上パンチＰＴが、ダイスＤの内部に挿入され上アウターパンチＰ１の下面１４及び上インナーパンチＰ２の下面１５によってキャビティＣに充填されている粉末金属Ｍを圧縮するのに対して、上アウターパンチＰ５と上インナーパンチＰ６から構成された上パンチＰＴが、カセット３０の中空円筒壁３３の内面３４に挿入され上アウターパンチＰ５の下面５３及び上インナーパンチＰ６の下面５４によってキャビティＣに充填されている粉末金属Ｍを圧縮する。
上パンチＰＴは、第１の実施形態と同様に、上パンチＰＴがキャビティＣに充填されている粉末金属Ｍへ所定の圧縮力を与えるまで、粉末金属Ｍの圧縮を継続する。
【００４４】
キャビティＣの中心部分の粉末金属Ｍは、第１の実施形態と同様に、中子３７の上面３９と上インナーパンチＰ６の下面５４との短い距離の間で圧縮されるため、キャビティＣの中心部分ではカーボンファイバーＣＦの近傍の粉末金属Ｍの移動は、非常に小さく無視できる。従って、キャビティＣの中心部分に位置するカーボンファイバーＣＦは、粉末金属Ｍの圧縮・成形によっても、最初に配置した位置から移動しない。
【００４５】
上パンチＰＴによる粉末金属Ｍの圧縮が終了すると、第１の実施形態と同様に、ノズル成形金型５０の中にノズル成形品９７が生成される。ノズル成形品９７を、キャビティＣから取り出すために、上パンチＰＴをダイスＤから抜き、ダイスＤの上方に移動させる。そして、ダイスＤの上面が下パンチＰＢである下一体パンチＰ７の上面５２とほぼ同じ高さ位置になるまで、ダイスＤを降下させる。この降下が完了した後に、ノズル成形品９７は、カセット３０と共にノズル成形金型５０から取り出すことが可能となる。ノズル成形品９７は、図示しない加工機により、カセット３０から取り外すと共にノズル成形品９７から中子３７を取り外す。
【００４６】
ノズル成形品９７の中には、第１の実施形態と同様に、カーボンファイバーＣＦが残されているが、ノズル成形品９７の中心部分９７ｈの内部に残されているカーボンファイバーＣＦは、以下の特徴を有する。すなわち、この部分を構成している粉末金属Ｍは、前述の通り、中子３７の上面３９と上インナーパンチＰ６の下面５４との短い距離の間で圧縮されるのでこの部分の粉末金属Ｍは粉末金属Ｍの圧縮・成形によっても、最初に配置した位置から移動しないため、配置工程で配置された通り、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、位置及び角度のカーボンファイバーＣＦがノズル成形品９７の中に残される。
【００４７】
次に、焼成工程につき説明する。
ノズル成形金型５０から取り出したノズル成形品９７は、第１の実施形態においてノズル成形金型１０から取り出すノズル成形品９７と同等であるため、焼成工程に関しては第１の実施形態における工程と同じ工程を行えばよく、詳細説明を省略する。
本実施形態においても、ノズル焼成品９８の中心部分９８ｈの内部に形成される管状空隙９８ｃは、配置工程において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、位置及び角度にてノズル成形金型１０のキャビティＣに配置されたカーボンファイバーＣＦに対応した径、数量、位置及び角度に形成される。
【００４８】
最後に、形状調整工程であるが、この工程に関しても、第１の実施形態の形状調整工程と同じ工程を行えばよい。
【００４９】
本実施形態においても、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。
【００５０】
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。上記実施形態では、粉末金属を圧縮することで成形するいわゆる圧縮成型方式によりインジェクタを製造したが、これに限らない。例えば、上述のダイスＤやパンチＰＴ等を使用して、いわゆる金属粉末射出成形によりインジェクタを製造してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０、５０ ノズル形成金型
９７ ノズル形成品
９８ ノズル焼成品
９８ｃ 細長い管状空隙
１００ ノズル
１００ｂ 先端部
１００ｃ 微細な噴射口
Ｃ キャビティ
ＣＦ カーボンファイバー
Ｍ 粉末金属
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射インジェクタの製造方法に関する。詳しくは、金型によって成形した粉末金属を成形及び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】
本発明の燃料噴射インジェクタの製造方法は、燃料噴射インジェクタの製造方法において、形成しようとするノズルの形状に対応したノズル成形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及び数量のカーボンファイバーを、燃料噴射口に応じた位置及び角度にて配置する配置工程と、キャビティに粉末金属を充填する充填工程と、充填された粉末金属をノズル成形金型によって圧縮してノズル成形品を成形する成形工程と、ノズル成形品を焼結させると共に、ノズル成形品の中に残されたカーボンファイバーを燃焼させカーボンファイバーに対応した細長い管状空隙を備えたノズル焼結品を生成する焼成工程と、ノズル焼結品を機械加工しノズル焼結品の形状を調整する形状調整工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、先ず、形成しようとするノズルの形状に対応したノズル成形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燃料噴射口に応じた径及び数量のカーボンファイバーを、燃料噴射口に応じた位置及び角度にて配置する。これにより、ノズルの先端部に形成しようとする燃料噴射口の径、数量、位置及び角度が決定される。
【００１０】
次に、ノズル成形金型のキャビティに粉末金属を充填する。これにより、キャビティ内の空間が、カーボンファイバーが配置されている細長い管状空間を除き、粉末金属で満たされる。
【００１１】
次に、充填された粉末金属をノズル成形金型によって圧縮してノズル成形品を成形する。これにより、充填された粉末金属が、ノズル成形金型の型形状に対応したノズル形成品に成形される。また、このときノズル成形金型のキャビティに配置されていたカーボンファイバーが、そのままノズル形成品の中に残される。
【００１２】
次に、ノズル成形品の中に残されたカーボンファイバーを燃焼させカーボンファイバーに対応した細長い管状空隙を備えたノズル焼成品を生成する。これにより、ノズル成形品を形成している粉末金属が焼成によって焼結されると共に、ノズル成形品の中に残されたカーボンファイバーが燃焼され、ノズル焼成品の中に細長い管状空隙が形成される。この細長い管状空隙は、配置工程で配置されたカーボンファイバーの径、数量、位置及び角度に対応している。
【００１３】
次に、ノズル焼成品を機械加工しノズル焼成品の形状を調整する。これによって、不要部分の除去と形状の調整が行われ、ノズルが形成できる。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
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】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射インジェクタの製造方法に係るノズル成形金型にカーボンファイバー組み立て体を配置した状態を示す断面図である。
【図２】前記実施形態に係るカーボンファイバー組み立て体の斜視図である。
【図３】前記実施形態に係るノズル成形金型に粉末金属を充填した状態を示す断面図である。
【図４】前記実施形態に係るノズル成形金型によって粉末金属を圧縮しノズル成形品を成形した状態を示す断面図である。
【図５】前記実施形態に係るノズル焼成品の断面図である。
【図６】前記実施形態に係るノズル焼成品を機械加工し形状調整した状態を示す断面図である。
【図７】前記実施形態に係るノズルを示す斜視図である。
【図８】本発明の第二の実施形態に係る燃料噴射インジェクタの製造方法に係るノズル成形金型に配置するカーボンファイバー組み立て体の断面図である。
【図９】前記実施形態に係るカーボンファイバー組み立て体の斜視図である。
【図１０】前記実施形態に係るノズル成形金型に前記カーボンファイバー組み立て体を配置し粉末金属を充填した状態を示す断面図である。
【図１１】前記実施形態に係るノズル成形金型によって粉末金属を圧縮した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[第１の実施形態]
以下、本発明の第１の実施形態について、その先端部１００ｂに微細な燃料噴射口１００ｃを備えたノズル１００を製造するまでの工程につき図１乃至図７を参照しつつ説明する。
【００１８】
先ず、配置工程について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射インジェクタの製造方法に係るノズル成形金型１０にカーボンファイバー組み立て体２０を配置した状態を示す断面図である。
【００１９】
ノズル成形金型１０は、図７に示すノズル１００を成形するための金型である。このノズル成形金型１０の主な構成は、上下に可動とされた図示しないダイプレートにより支持され、内部が円形の中空に形成されたダイスＤと、ダイスＤの上部に位置し、ダイスＤの内部へ上から挿入可能とされた上パンチＰＴと、ダイスＤの内部に下から挿入可能とされた下パンチＰＢとを備えている。
【００２０】
上パンチＰＴは、ダイスＤの内面に摺接する略円筒状に形成された上アウターパンチＰ１と、上アウターパンチＰ１の内部に配置され、上アウターパンチＰ１の内面に摺接する略円柱状に形成された上インナーパンチＰ２とから構成される。上アウターパンチＰ１は、油圧シリンダなどによって構成される高さ調整機構Ｋ１とリンク機構Ｌ１を介して連結され上下に可動となっている。上インナーパンチＰ２は、油圧シリンダなどによって構成される高さ調整機構Ｋ２とリンク機構Ｌ２を介して連結され上下に可動となっている。上インナーパンチＰ２の上アウターパンチＰ１に対する相対的な上下動に伴って、上インナーパンチＰ２は、上アウターパンチＰ１の内面に対して摺動することが可能とされている。
【００２１】
他方、下パンチＰＢは、ダイスＤの内面に摺接する略円筒状に形成された下アウターパンチＰ３と、下アウターパンチＰ３の内部に配置され、下アウターパンチＰ３の内面に摺接する略円柱状に形成された下インナーパンチＰ４とから構成される。下アウターパンチＰ３は、油圧シリンダなどによって構成される高さ調整機構Ｋ３とリンク機構Ｌ３を介して連結され上下に可動となっている。下インナーパンチＰ４は、油圧シリンダなどによって構成される高さ調整機構Ｋ４とリンク機構Ｌ４を介して連結され上下に可動となっている。下インナーパンチＰ４の下アウターパンチＰ３に対する相対的な上下動に伴って、下インナーパンチＰ４は、下アウターパンチＰ３の内面に対して摺動することが可能とされている。
【００２２】
この状態で、下アウターパンチＰ３はダイスＤの内部に所定の位置まで挿入された状態で固定され、下インナーパンチＰ４は下アウターパンチＰ３の環状の上面１２より所定の位置まで突出した状態で固定されている。
ここで、ダイスＤの内面１１と、下アウターパンチＰ３の上面１２と、下インナーパンチＰ４の上面１６及び側面１３とから構成され、圧縮すべき粉末金属Ｍが投入されるキャビティＣが形成される。尚、下インナーパンチＰ４の上面１６は、その中心が最も凹んだ逆円すい形状に形成されている。
キャビティＣは、形成しようとするノズル１００の形状に対応している。また、キャビティＣの容積を所定のものとするように、下アウターパンチＰ３及び下インナーパンチＰ４の固定位置は、圧縮成形するノズル成形品の設計圧縮率に応じて調整されている。
【００２３】
他方、上パンチＰＴは、ダイスＤから上方に離れた位置に保持されている。
ここで、アウターパンチＰ１は、環状の下面１４を備え、上インナーパンチＰ２は、その中心が最も突出した逆円すい形状に形成された下面１５を備える。この上インナーパンチＰ２の下面１５と下インナーパンチＰ４の上面１６は、同一形状に形成されている。
【００２４】
キャビティＣの上方には、カーボンファイバー組み立て体２０が配置される。カーボンファイバー組み立て体２０は、図２に示す通り、ピン２１の一端から略逆円すい形状に沿って放射状に伸びる複数のカーボンファイバーＣＦ、カーボンファイバーＣＦの他端が連結したリング２２、及びリング２２から半径方向外側に伸びる複数のスペーサ２３によって構成される。
カーボンファイバー組み立て体２０は、ピン２１の他端が下インナーパンチＰ４の逆円すい形状上面１６の中心に、スペーサ２３がダイスＤの内面１１に当接することにより、キャビティＣの中の所定の位置に正確に配置されるように構成されている。
ここで、カーボンファイバー組み立て体２０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に応じた径及び数量のカーボンファイバーＣＦが、その燃料噴射口１００ｃに応じた位置及び角度にてキャビティＣの中に配置されるように構成されている。
別途作製したカーボンファイバー組み立て体２０を、上述のようにノズル成形金型１０に配置することによって配置工程を行うことができる。
【００２５】
次に、充填工程について説明する。
図３は、ノズル成形金型１０に粉末金属Ｍを充填した状態を示す断面図である。充填される粉末金属Ｍ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Ｍ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。
【００２６】
ノズル成形金型１０のキャビティＣへの粉末金属Ｍの充填は、図示しないフィーダーによって所定量の粉末金属ＭをキャビティＣに投入することによって行われる。
キャビティＣへの粉末金属Ｍの充填が進むと、キャビティＣの中に配置されているカーボンファイバー組み立て体２０は粉末金属Ｍによって埋められるが、カーボンファイバー組み立て体２０のキャビティＣに対する位置関係、特にカーボンファイバーＣＦのキャビティＣに対する位置関係が変わらないように充填される。
【００２７】
粉末金属ＭのキャビティＣへの充填が終了すると、次に、ダイスＤから上方に離れた位置に保持されていた上パンチＰＴを、高さ調整機構Ｋ１及び高さ調整機構Ｋ２を駆動することにより、ダイスＤに向かって降下させる。
【００２８】
次に、成形工程につき説明する。
図４は、ノズル成形金型１０によって粉末金属Ｍを圧縮しノズル成形品９７を成形した状態を示す断面図である。
先ず、ダイスＤに向かって降下した上アウターパンチＰ１と上インナーパンチＰ２から構成された上パンチＰＴは、ダイスＤの内部に挿入され、上アウターパンチＰ１の下面１４及び上インナーパンチＰ２の下面１５によって、キャビティＣに充填されている粉末金属Ｍを圧縮する。
上パンチＰＴは、上パンチＰＴがキャビティＣに充填されている粉末金属Ｍへ所定の圧縮力を与えるまで、粉末金属Ｍの圧縮を継続する。
【００２９】
粉末金属Ｍの中に埋められたカーボンファイバーＣＦは、粉末金属Ｍの圧縮によって粉末金属Ｍが移動するため、カーボンファイバーＣＦの近傍の粉末金属Ｍの移動に伴い移動する。
キャビティＣの周辺部分の粉末金属Ｍは、下アウターパンチＰ３の上面１２と上アウターパンチＰ１の下面１４との比較的長い距離の間で圧縮されるため、キャビティＣの周辺部分ではカーボンファイバーＣＦの近傍の粉末金属Ｍは無視できない距離移動する。従って、キャビティＣの周辺部分に位置するカーボンファイバーＣＦは、粉末金属Ｍの圧縮により、最初に配置した位置から無視できない距離だけ移動する。
他方、キャビティＣの中心部分の粉末金属Ｍは、下インナーパンチＰ４の上面１６と上インナーパンチＰ２の下面１５との短い距離の間で圧縮されるため、キャビティＣの中心部分ではカーボンファイバーＣＦの近傍の粉末金属Ｍの移動は、非常に小さく無視できる。従って、キャビティＣの中心部分に位置するカーボンファイバーＣＦは、粉末金属Ｍの圧縮・成形によっても、最初に配置した位置から移動しない。
【００３０】
上パンチＰＴによる粉末金属Ｍの圧縮が終了すると、ノズル成形金型１０の中にノズル成形品９７が生成される。ノズル成形品９７を、キャビティＣから取り出すために、上パンチＰＴをダイスＤから抜き、ダイスＤの上方に移動させる。そして、下パンチＰＢのうち下インナーパンチＰ４を、高さ調整機構Ｋ４を駆動させることにより、下インナーパンチＰ４の上面１６が下アウターパンチＰ３の上面１２とほぼ同じ高さ位置になるまで降下させる。続いて、ダイスＤの上面が下アウターパンチＰ３の上面１２とほぼ同じ高さ位置になるまで、ダイスＤを降下させる。この降下が完了した後に、ノズル成形品９７は、ノズル成形金型１０から取り出すことが可能となる。
ノズル成形品９７の中には、カーボンファイバーＣＦが残されているが、ノズル成形品９７の中心部分９７ｈの内部に残されているカーボンファイバーＣＦは、以下の特徴を有する。すなわち、この部分を構成している粉末金属Ｍは、前述の通り、下インナーパンチＰ４の上面１６と上インナーパンチＰ２の下面１５との短い距離の間で圧縮されるのでこの部分の粉末金属Ｍは粉末金属Ｍの圧縮・成形によっても、最初に配置した位置から移動しないため、配置工程で配置された通り、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、位置及び角度のカーボンファイバーＣＦがノズル成形品９７の中に残される。
【００３１】
次に、焼成工程につき説明する。
ノズル成形金型１０から取り出したノズル成形品９７は、図示しない焼成装置（ＳｉＣ発熱体を用いたメッシュベルト焼成炉など）を用いて焼成する。ノズル成形品９７を焼成することによって、ノズル成形品９７を形成する粉末金属Ｍを焼結させると共に、ノズル成形品９７の中に残されたカーボンファイバーＣＦを燃焼させることができる。
この結果、図５にその断面図を示す通り、ノズル成形品９７に残されたカーボンファイバーＣＦの位置、及び形状に対応した細長い管状空隙９８ｃをその内部に備えたノズル焼成品９８が得られる。
従って、ノズル焼成品９８の中心部分９８ｈの内部に形成される管状空隙９８ｃは、配置工程において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、位置及び角度にてノズル成形金型１０のキャビティＣに配置されたカーボンファイバーＣＦに対応した径、数量、位置及び角度に形成される。
ノズル焼成品９８の周辺部分に形成された管状空隙９８ｃは、成形工程において、キャビティＣの周辺部分に位置する粉末金属Ｍは下アウターパンチＰ３の上面１２と上アウターパンチＰ１の下面１４との比較的長い距離の間で圧縮されるため、キャビティＣの周辺部分に位置するカーボンファイバーＣＦは、粉末金属Ｍの圧縮に伴い最初に配置した位置から無視できない距離移動するため、予め設定した位置に設けることは困難である。しかしながら、後述するように、ノズル焼成品９８の先端部分９８ｂは形状調整工程において除去され、ノズル１００に残らないため問題にならない。
【００３２】
最後に、形状調整工程につき説明する。
図６（ａ）は、図５に示すノズル焼成品９８に対して、先端部分９８ｂを加工基準面９５まで、中心部分９８ｈの下面を加工基準面９６までそれぞれ機械加工し切削中間品９９に形状調整した状態を示す。また、図６（ｂ）は、更に機械加工により、切削中間品９９の先端部分９９ｂの周辺部分の形状調整、内面９９ｅの形状調整などを行い、先端部１００ｂに微細な燃料噴射口１００ｃを備えたノズル１００を形成した状態を示す。
図７は、形状調整工程によって形成したノズル１００を示す斜視図である。
【００３３】
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。
【００３４】
[第２の実施形態]
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態において、第１の実施形態との重複部分については説明を簡略化し、相違点を中心に図８乃至図１１を参照しつつ説明する。
【００３５】
先ず、配置工程について説明する。
図１０に示すように、本実施形態に係るノズル成形金型５０の下パンチＰＢは、第１の実施形態のノズル成形金型１０の下パンチＰＢがダイスＤの内面１１に摺接する略円筒状に形成された下アウターパンチＰ３と、下アウターパンチＰ３の内部に配置され、下アウターパンチＰ３の内面に摺接する略円柱状に形成された下インナーパンチＰ４とから構成されるのに対して、ダイスＤの内面５１に摺接する略円筒状に形成された下一体パンチＰ７のみによって構成される。下一体パンチＰ７は、油圧シリンダなどによって構成される高さ調整機構Ｋ７とリンク機構Ｌ７を介して連結され上下に可動となっている。
また、本実施形態に係るノズル成形金型５０の上パンチＰＴは、第１の実施形態のノズル成形金型１０の上パンチＰＴと同様に、略円筒状に形成された上アウターパンチＰ５と、上アウターパンチＰ５の内部に配置され、上アウターパンチＰ５の内面に摺接する略円柱状に形成された上インナーパンチＰ６とから構成されるが、第１の実施形態の上アウターパンチＰ１がダイスＤの内面１１に摺接する略円筒状に形成されているのに対して、本本実施形態の上アウターパンチＰ５は、その外面５５がダイスＤの内面５１より所定の距離（距離ｔ）だけ離れるように小径に形成されている。
【００３６】
図８、９は、本実施形態に係るカーボンファイバー組み立て体３０の断面図、及び斜視図を示す。
本実施形態のカーボンファイバー組み立て体３０は、第１の実施形態のカーボンファイバー組み立て体２０がピン２１から略円すい形状に沿って放射状に伸びる複数のカーボンファイバーＣＦ、カーボンファイバーＣＦの他端が連結したリング２２、及びリング２２から半径方向に伸びる複数のスペーサ２３によって構成されるのに対して、中空円筒壁３３と底部３２を備えるカセット３１、底部３２の中央に設けられた中子３７、中子３７に配置されたピン４１から略円すい形状に沿って放射状に中空円筒壁３３まで伸びる複数のカーボンファイバーＣＦによって構成される。
【００３７】
カセット３１は、所定の厚み（厚みｔ）の中空円筒壁３３と所定の厚みの底部３２を備え、図１０に示すように、中空円筒壁３３の外面がダイスＤの内面５１に摺接し、底部３２が下一体パンチＰ７の上面５２に当接するように、ノズル成形金型５０に配置できる。
カセット３１は、ノズル成形金型５０に配置されたとき、カセット３１の中空円筒壁３３の厚みｔと、上アウターパンチＰ５の外面５５とダイスＤの内面５１との距離ｔとが等しく形成されているため、上アウターパンチＰ５の外面５５はカセット３１の内面３４に摺接可能である。
【００３８】
カセット３１の底部３２の中央に設けられた中子３７は硬質材料で形成され、中子３７の上面３９は、その中心が最も凹んだ逆円すい形状に形成されている。
ここで、本実施形態の圧縮すべき粉末金属Ｍが投入されるキャビティＣは、第１の実施形態では、ダイスＤの内面１１と、下アウターパンチＰ３の上面１２と、下インナーパンチＰ４の上面１６及び側面１３とから構成されるのに対して、カセット３１の中空円筒壁３３の内面３４と、カセット３１の底部３２の上面３５と、中子３７の上面３９及び側面３８とから構成される。
キャビティＣは、第１の実施形態と同様に、形成しようとするノズル１００の形状に対応している。また、キャビティＣの容積を所定のものとするように、中子３７の形状及び下インナーパンチＰ７の固定位置は、圧縮成形するノズル成形品の設計圧縮率に応じて調整されている。
【００３９】
上パンチＰＴは、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、ダイスＤから上方に離れた位置に保持されている。アウターパンチＰ５は、環状の下面１３を備え、上インナーパンチＰ６は、その中心が最も突出した逆円すい形状に形成された下面５４を備える。この上インナーパンチＰ２の下面５４と中子３７の上面３９は、同一形状に形成されている。
【００４０】
中子３７の上面３９の中心にはピン４１が設けられ、ピン４１の先端から複数のカーボンファイバーＣＦが略逆円すい形状に沿って放射状に中空円筒壁３３の接続点４０まで伸びている。
カーボンファイバー組み立て体３０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に応じた径及び数量のカーボンファイバーＣＦが、その燃料噴射口１００ｃに応じた位置及び角度にてキャビティＣの中に正確に配置されるように構成されている。
従って、本実施形態によれば、図１０に示すように、別途作製されたカーボンファイバー組み立て体３０を上述のように（図１０参照）ノズル成形金型５０に配置することによって配置工程を行うことができる。
【００４１】
次に、充填工程について説明する。
図１０は、ノズル成形金型５０に配置されたカセット３０のキャビティＣの中に粉末金属Ｍを充填した状態を示す断面図である。
充填される粉末金属Ｍは、第１の実施形態と同様のものであってよい。また、粉末金属Ｍの充填は、図示しないフィーダーによって所定量の粉末金属ＭをキャビティＣに投入することによって行われる。
キャビティＣへの粉末金属Ｍの充填が進むと、キャビティＣの中に配置されているカーボンファイバーＣＦは粉末金属Ｍによって埋められるが、カーボンファイバーＣＦのキャビティＣに対する位置関係は変わらないように充填される。
【００４２】
粉末金属ＭのキャビティＣへの充填が終了すると、次に、ダイスＤから上方に離れた位置に保持されていた上パンチＰＴを、高さ調整機構Ｋ５及び高さ調整機構Ｋ６を駆動することにより、ダイスＤに向かって降下させる。
【００４３】
次に、成形工程につき説明する。
図１１は、ノズル成形金型５０によって粉末金属Ｍを圧縮しノズル成形品９７を成形した状態を示す断面図である。
本実施形態のノズル成形金型５０においては、第１の実施形態のノズル成形金型１０において、上アウターパンチＰ１と上インナーパンチＰ２から構成された上パンチＰＴが、ダイスＤの内部に挿入され上アウターパンチＰ１の下面１４及び上インナーパンチＰ２の下面１５によってキャビティＣに充填されている粉末金属Ｍを圧縮するのに対して、上アウターパンチＰ５と上インナーパンチＰ６から構成された上パンチＰＴが、カセット３０の中空円筒壁３３の内面３４に挿入され上アウターパンチＰ５の下面５３及び上インナーパンチＰ６の下面５４によってキャビティＣに充填されている粉末金属Ｍを圧縮する。
上パンチＰＴは、第１の実施形態と同様に、上パンチＰＴがキャビティＣに充填されている粉末金属Ｍへ所定の圧縮力を与えるまで、粉末金属Ｍの圧縮を継続する。
【００４４】
キャビティＣの中心部分の粉末金属Ｍは、第１の実施形態と同様に、中子３７の上面３９と上インナーパンチＰ６の下面５４との短い距離の間で圧縮されるため、キャビティＣの中心部分ではカーボンファイバーＣＦの近傍の粉末金属Ｍの移動は、非常に小さく無視できる。従って、キャビティＣの中心部分に位置するカーボンファイバーＣＦは、粉末金属Ｍの圧縮・成形によっても、最初に配置した位置から移動しない。
【００４５】
上パンチＰＴによる粉末金属Ｍの圧縮が終了すると、第１の実施形態と同様に、ノズル成形金型５０の中にノズル成形品９７が生成される。ノズル成形品９７を、キャビティＣから取り出すために、上パンチＰＴをダイスＤから抜き、ダイスＤの上方に移動させる。そして、ダイスＤの上面が下パンチＰＢである下一体パンチＰ７の上面５２とほぼ同じ高さ位置になるまで、ダイスＤを降下させる。この降下が完了した後に、ノズル成形品９７は、カセット３０と共にノズル成形金型５０から取り出すことが可能となる。ノズル成形品９７は、図示しない加工機により、カセット３０から取り外すと共にノズル成形品９７から中子３７を取り外す。
【００４６】
ノズル成形品９７の中には、第１の実施形態と同様に、カーボンファイバーＣＦが残されているが、ノズル成形品９７の中心部分９７ｈの内部に残されているカーボンファイバーＣＦは、以下の特徴を有する。すなわち、この部分を構成している粉末金属Ｍは、前述の通り、中子３７の上面３９と上インナーパンチＰ６の下面５４との短い距離の間で圧縮されるのでこの部分の粉末金属Ｍは粉末金属Ｍの圧縮・成形によっても、最初に配置した位置から移動しないため、配置工程で配置された通り、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、位置及び角度のカーボンファイバーＣＦがノズル成形品９７の中に残される。
【００４７】
次に、焼成工程につき説明する。
ノズル成形金型５０から取り出したノズル成形品９７は、第１の実施形態においてノズル成形金型１０から取り出すノズル成形品９７と同等であるため、焼成工程に関しては第１の実施形態における工程と同じ工程を行えばよく、詳細説明を省略する。
本実施形態においても、ノズル焼成品９８の中心部分９８ｈの内部に形成される管状空隙９８ｃは、配置工程において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、位置及び角度にてノズル成形金型１０のキャビティＣに配置されたカーボンファイバーＣＦに対応した径、数量、位置及び角度に形成される。
【００４８】
最後に、形状調整工程であるが、この工程に関しても、第１の実施形態の形状調整工程と同じ工程を行えばよい。
【００４９】
本実施形態においても、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。
【００５０】
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。上記実施形態では、粉末金属を圧縮することで成形するいわゆる圧縮成型方式によりインジェクタを製造したが、これに限らない。例えば、上述のダイスＤやパンチＰＴ等を使用して、いわゆる金属粉末射出成形によりインジェクタを製造してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１０、５０ ノズル形成金型
９７ ノズル形成品
９８ ノズル焼成品
９８ｃ 細長い管状空隙
１００ ノズル
１００ｂ 先端部
１００ｃ 微細な噴射口
Ｃ キャビティ
ＣＦ カーボンファイバー
Ｍ 粉末金属
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射インジェクタの製造方法において、
形成しようとするノズルの形状に対応したノズル成形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及び数量のカーボンファイバーを、前記燃料噴射口に応じた位置及び角度にて配置する配置工程と、
前記キャビティに粉末金属を充填する充填工程と、
充填された前記粉末金属を前記ノズル成形金型によって圧縮してノズル成形品を成形する成形工程と、
前記ノズル成形品を焼結させると共に、前記ノズル成形品の中に残された前記カーボンファイバーを燃焼させ前記カーボンファイバーに対応した細長い管状空隙を備えたノズル焼結品を生成する焼成工程と、
前記ノズル焼結品を機械加工し前記ノズル焼結品の形状を調整する形状調整工程と、を有する燃料噴射インジェクタの製造方法。
【請求項１】
燃料噴射インジェクタの製造方法において、
形成しようとするノズルの形状に対応したノズル成形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及び数量のカーボンファイバーを、前記燃料噴射口に応じた位置及び角度にて配置する配置工程と、
前記キャビティに粉末金属を充填する充填工程と、
充填された前記粉末金属を前記ノズル成形金型によって圧縮してノズル成形品を成形する成形工程と、
前記ノズル成形品を焼結させると共に、前記ノズル成形品の中に残された前記カーボンファイバーを燃焼させ前記カーボンファイバーに対応した細長い管状空隙を備えたノズル焼結品を生成する焼成工程と、
前記ノズル焼結品を機械加工し前記ノズル焼結品の形状を調整する形状調整工程と、を有する燃料噴射インジェクタの製造方法。
【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２０１１−２１５２０（Ｐ２０１１−２１５２０Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６６１５０（Ｐ２００９−１６６１５０）
【出願日】平成２１年７月１４日（２００９．７．１４）
【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２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１４日（２００９．７．１４）
【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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