JP2003214300A - インジェクタノズル製造方法 - Google Patents

インジェクタノズル製造方法

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JP2003214300A
JP2003214300A JP2002009954A JP2002009954A JP2003214300A JP 2003214300 A JP2003214300 A JP 2003214300A JP 2002009954 A JP2002009954 A JP 2002009954A JP 2002009954 A JP2002009954 A JP 2002009954A JP 2003214300 A JP2003214300 A JP 2003214300A
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wire
sintering
manufacturing
core
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Eisaku Kakiuchi
栄作 垣内
Maki Terada
真樹 寺田
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Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のドリル加工やレーザ加工では、インジ
ェクタノズルに微細な孔を精度良く作製することができ
なかった。 【解決手段】 インジェクタノズルをラピッドプロトタ
イプ装置を用いて造形する途中において所定の位置にワ
イヤを設置し、ワイヤが貫通したインジェクタノズルを
造形する。このワイヤを引き抜いて除去することによ
り、インジェクタノズルに所望の径の貫通孔を形成する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インジェクタノズ
ルの製造方法に関する。特に本発明は、ラピッドプロト
タイプ装置を用いてインジェクタノズルを製造する方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、内燃機関等の燃料噴射弁等で
は、バルブの開閉によって、確実に燃料を遮断または適
量の流量を流さなければならない。インジェクタノズル
はノズルホルダ先端に装着され、高圧燃料がノズルの周
辺部に入り、ニードル弁を押し上げて燃料を噴射する。
このインジェクタノズルの内面形状は、燃焼室形状に適
した燃料噴霧とするために高仕上げ面が要求されてい
る。
【０００３】一方、ガソリンエンジンの性能は、噴射さ
れるガソリンの噴射特性に支配されるため、最近ではそ
の均一性が重要となっており、大きさとして４０〜１０
０μｍ径（主として約８０μｍ径）の単孔もしくは多孔
における孔開け加工の仕上がり状態は厳格なレベルが要
求されてきた。
【０００４】従来、インジェクタノズルの先端部に、円
筒状の単孔または多孔を設ける孔開け加工はドリル加工
が主流であった。これ以外の加工方法としては、レーザ
ービーム、放電加工等の高エネルギー加工方法が一部に
採用されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ドリル加工に
より微細孔を作製する場合には、ドリルの強度、剛性を
十分に得ることができないため、加工可能な孔の深さ
（長さ）に制約があった。また、ドリル出側の溶融物の
付着が避けられなかった。
【０００６】また高エネルギー加工方法においては、レ
ーザ等の特性から孔の拡大を来たし精度上からも問題が
あった。
【０００７】そこで本発明は、上記の課題を解決するこ
とのできるインジェクタノズルの製造方法を提供するこ
とを目的とする。より具体的には、本発明は、インジェ
クタノズルの先端部に微細な孔を精度良く作製すること
を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、造形物
の連続する所定厚さの断面形状を、エネルギー放射によ
って金属粉末を溶融焼結して順次積層形成することによ
り、前記造形物を作成するラピッドプロトタイプ装置を
用いてインジェクタノズルを製造する方法であって、前
記金属粉末の溶融焼結により、前記インジェクタノズル
を所定の高さまで順次積層形成する前積層工程と、前記
金属粉末より融点が高い材料で形成された所定の長さお
よび形状を有する中子を、前記前積層工程で形成された
前積層断面上の所定の位置において所定の向きに前積層
断面上に平らに設置する中子仕込工程と、前記前積層断
面上に前記中子が設置された状態で、前記金属粉末の溶
融焼結を再開し、前記インジェクタノズルの積層形成を
完成させる後積層工程と、前記積層形成が完成したイン
ジェクタノズルに含まれる前記中子を除去することによ
り、前記インジェクタノズルに噴射孔を形成する中子除
去工程と、を備える。
【０００９】本発明の前記ワイヤ除去工程は、前記ワイ
ヤを前記インジェクタノズルから引き抜くワイヤ引抜工
程を含んでもよい。
【００１０】本発明の前記ワイヤは導電性を有し、前記
ワイヤ除去工程は、前記ワイヤに通電することにより、
前記ワイヤ周囲の造形物を溶融させるワイヤ通電工程
と、前記インジェクタノズルの前記ワイヤ周囲が溶融し
た状態で、前記ワイヤを前記造形物から引き抜くワイヤ
引抜工程と、を備えてもよい。
【００１１】本発明は、前記ワイヤ除去によって形成さ
れた噴射孔に、前記噴射孔の径よりも小さい径の導電性
ワイヤを通し、前記導電性ワイヤに通電することによ
り、前記噴射孔を放電加工する噴射孔加工工程をさらに
備えてもよい。
【００１２】また、本発明は、樹脂をバインダとする金
属粉末へのエネルギー放射により前記樹脂を溶融焼結し
て造形物の連続する所定厚さの断面形状を順次積層形成
することにより、前記造形物を作成するラピッドプロト
タイプ装置を用いてインジェクタノズルを製造する方法
であって、前記樹脂の溶融焼結により、前記インジェク
タノズルを所定の高さまで順次積層形成する前積層工程
と、前記金属粉末より融点が低い材料で形成された所定
の長さおよび形状を有する中子を、前記前積層工程で形
成された前積層断面上の所定の位置において所定の向き
に前積層断面上に平らに設置する中子仕込工程と、前記
前積層断面上に前記中子が設置された状態で、前記樹脂
の溶融焼結を再開し、前記インジェクタノズルの積層形
成を完成させる後積層工程と、前記積層形成が完成した
インジェクタノズルに含まれる金属粉末を焼結させると
ともに、前記樹脂および前記中子を溶融除去する焼結工
程と、前記焼結したインジェクタノズルに金属を溶浸さ
せることにより、焼結により生じた空孔を埋める金属溶
浸工程と、を備える。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を通じて
本発明を説明する。
【００１４】図１は、実施形態にかかる３次元物体製造
装置１０の構成を示すブロック概略図である。
【００１５】造形側支持台２０は、形成されるべき造形
物１２を支持する。造形側支持台２０は、垂直移動機構
２２により垂直方向の位置を変えることができる。
【００１６】成形物質側支持台３０は、粉末状の成形物
質１４を支持する。なお、粉末状の成形物質１４として
は、粉末金属材料（たとえば、鉄、アルミ。より好まし
くはＳＵＳ４４０Ｃ（マルテンサイト系）を用いること
により、焼き入れおよび焼き処理を行なうことにより、
Ｈｖ＝７００以上の硬さにすることができ、ガソリンに
対する耐腐食性を高めることができる。）を用いること
が好ましい。成形物質側支持台３０は、垂直移動機構３
２により垂直方向の位置を変えることができる。
【００１７】ワイパ４０は、水平かつ平滑な下面を有す
る部材で構成されている。ワイパ４０は、その下面が所
定の高さ（以下、供給高さという）に位置した状態で、
造形側支持台２０と成形物質側支持台３０とを結ぶ線上
を水平移動機構４２により水平移動することができる。
ワイパ４０の下面が成形物質側支持台３０上の成形物質
１４の上面より所定の距離だけ下に位置する状態で、ワ
イパ４０が成形物質側支持台３０から造形側支持台２０
の方向に水平移動することにより、成形物質側支持台３
０上の所定量の成形物質１４が造形側支持台２０に供給
される。
【００１８】レーザ発生装置５０から照射されたレーザ
光５２は、造形側支持台２０の上方に設けられた偏光鏡
６０によって反射される。反射光５４は、造形側支持台
２０に供給された成形物質の最上部を焼結固化するのに
用いられる。偏光鏡６０は、回転機構６２により回転す
ることにより、反射光５４を造形側支持台２０上の任意
の位置に向かわせることができる。
【００１９】制御部１００は、垂直移動制御部１２０、
垂直移動制御部１３０、水平移動制御部１４０、レーザ
制御部１５０、および回転制御部１６０を備える。
【００２０】垂直移動制御部１２０は垂直移動機構２２
を制御し、造形側支持台２０の垂直方向の位置を所望の
位置に変えることができる。
【００２１】垂直移動制御部１３０は、垂直移動機構３
２を制御し、成形物質側支持台３０の垂直方向の位置を
所望の位置に変えることができる。
【００２２】水平移動制御部１４０は、水平移動機構４
２を制御し、ワイパ４０を成形物質側支持台３０側と造
形側支持台側の両端間で水平移動させる。
【００２３】レーザ制御部１５０は、レーザ発生装置５
０におけるレーザ照射のオンオフや出力を制御する。
【００２４】回転制御部１６０は、回転機構６２を制御
し、レーザ発生装置５０からのレーザ光５２の反射によ
る反射光５４を造形側支持台２０上の任意の位置に向か
わせる。
【００２５】制御部１００は、造形すべき造形物１２の
３Ｄデータを受け付け、この３Ｄデータを所定の厚さを
有する複数の水平な層に分割した形状データをメモリ等
に記憶している。この形状データに基づいて上記各制御
部が制御されることにより、造形物１２が造形される。
【００２６】[インジェクタノズルの製造方法１]成形物
質側支持台３０上の成形物質１４の上面が供給面３８よ
り所定の高さだけ上に位置し、造形側支持台２０（初期
状態では、造形側支持台２０上には何も載せられていな
い。）の上面が供給面３８より所定の高さだけ下に位置
する状態で、ワイパ４０が成形物質側支持台３０側の位
置３４から造形側支持台２０の位置３６へ移動する（図
２参照）。これにより、所定量（上記形状データの１層
分）の成形物質１４が造形側支持台２０上に供給される
（造形側支持台２０上に供給された成形物質を符号１６
で表す。）。
【００２７】造形すべき造形物１２の形状データに基づ
いて、偏光鏡６０が回転制御されることにより、造形側
支持台２０上の１層分（約０．０５ｍｍ）の成形物質１
６に反射光５４が照射される（図３参照）。これによ
り、１層分の成形物質１６の所定領域が焼結される。
【００２８】造形側支持台２０が１層分下降したの後、
ワイパ４０は位置３４に移動する。続いて、成形物質側
支持台３０が所定の高さだけ上昇する（図４参照）。
【００２９】上記、成形物質１４の供給、レーザによる
焼結、並びに支持台およびワイパ４０の移動を所定回数
繰り返した後、造形側支持台２０上の成形物質１６の上
面に中子としてワイヤ７０が所定の方向に設置される
（図５参照）。ワイヤ７０は、成形物質１４に用いた粉
末金属材料よりも融点が高い物質、たとえば、タングス
テンで形成されている。ワイヤ７０の径は、造形側支持
台２０上の成形物質の１層分（０．０５ｍｍ）以下とす
る。なお、ワイヤ７０は、成形物質１６の１層分の厚み
内に設置されている限りは、ワイパ４０の移動の障害と
ならない。すなわち、成形物質１６の１層分の厚み内の
水平方向に関しては自由度を有し、所望の形状、および
角度を取ることができる。
【００３０】次に、成形物質１４の供給、レーザによる
焼結、並びに支持台およびワイパ４０の移動の一連の動
作が再開され、この動作を所定回数繰り返すことによ
り、造形物１２の造形を完成させる。
【００３１】図６は、以上の工程により製造された造形
物１２の外観を示す斜視図である。ワイヤ７０が所定の
位置において造形物１２を貫通している。このワイヤ７
０を造形物１２から引き抜いて除去し、造形物１２に貫
通孔８０を設けることができる（図７参照）。
【００３２】なお、貫通孔８０より径が小さい金属ワイ
ヤ９０を貫通孔８０に通した状態で、放電加工を行なう
ことによって、貫通孔８０の径の微調整を行なうことが
できる（図８参照）。
【００３３】[造形例１]造形工程において、造形物３０
０の中心軸Ｇに対して、所定の角度θだけ傾けてワイヤ
７０を設置することにより、図９のようにワイヤ７０が
中心軸Ｇに対して傾いて貫通した造形物３００を造形す
ることができる。この造形物３００から、ワイヤ７０を
引き抜いて除去することにより、所望の方向を向いた貫
通孔を造形物１２に形成することができる。
【００３４】これによれば、貫通孔（噴射孔）が所望の
方向を向いたインジャクタノズルを製造することがで
き、貫通孔の向きに応じて、噴射特性を変えることがで
きる。
【００３５】[造形例２]造形工程において、造形物３２
０の貫通部分において所定の形状を有するワイヤ３１０
を用いることにより、図１０のようにワイヤ３１０が所
定の経路を通って貫通した造形物３２０を造形すること
ができる。この造形物３２０から、ワイヤ３１０を引き
抜いて除去することにより、従来のドリル加工等では実
現不可能な、所望の経路を有する貫通孔を造形物３２０
に形成することができる。
【００３６】これによれば、貫通孔の経路に応じて、イ
ンジェクタノズルの噴射特性を変えることができる。
【００３７】[ワイヤ引き抜きの変形例]上記、造形物１
２からワイヤ７０を引き抜く際に、造形物１２に貫通し
たワイヤ７０に通電し発熱させ、ワイヤ７０の周囲の造
形物１２を溶融させる。これによって、造形物１２から
ワイヤ７０を引き抜き易くさせることができる。
【００３８】[インジェクタノズルの製造方法２]本製造
方法においても、３次元物体製造装置１０が使用され、
造形工程に関しては、[インジェクタノズルの製造方法
１]と同様であり、説明を省略する。本製造方法におい
ては、成形物質１４として、樹脂をバインダとした金属
粉末が用いられる。ワイヤ７０としては、金属粉末より
も融点が低くバインダ樹脂よりも融点が高い金属（例え
ば銅）を用いる。レーザ発生装置５０の出力は、バイン
ダ樹脂を溶融することができ、かつ、金属粉末を溶かさ
ないような範囲内とする。
【００３９】このような条件の下、[インジェクタノズ
ルの製造方法１]で説明したような手順にしたがって、
造形物１３を造形する。この段階において、本製造方法
においては、レーザ発生装置５０からの反射光５４の照
射により、バインダ樹脂２００が焼結することにより、
所定位置においてワイヤ７０が貫通した造形物１３を形
成することができる（図１１参照）。
【００４０】次に、造形が完了した造形物１３を焼結炉
（図示せず）にて焼結する。この焼結により、低融点金
属で形成されたワイヤ７０およびバインダ樹脂２００が
溶融し、除去される。ワイヤ７０の除去により、造形物
１３に貫通孔２１０が設けられる（図１２参照）。ま
た、バインダ樹脂２００の除去により、造形物１３に
は、微小な空孔２２０が生じている。
【００４１】次に、造形物１３をブロンズなどに溶浸さ
せることにより、造形物１３に生じた空孔２２０が埋め
られる。
【００４２】
【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明に
よれば、インジェクタノズルの先端部に微細な孔を精度
良く作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態にかかる３次元物体製造装置１０の
構成を示すブロック概略図である。
【図２】 ３次元物体製造装置１０を用いてインジェク
タノズルを製造する工程を示す図である。
【図３】 ３次元物体製造装置１０を用いてインジェク
タノズルを製造する工程を示す図である。
【図４】 ３次元物体製造装置１０を用いてインジェク
タノズルを製造する工程を示す図である。
【図５】 ３次元物体製造装置１０を用いてインジェク
タノズルを製造する工程を示す図である。
【図６】 製造された造形物１２の外観を示す斜視図で
ある。
【図７】 貫通孔８０が設けられた造形物の外観を示す
斜視図である。
【図８】 貫通孔８０の径の微調整方法を示す図であ
る。
【図９】 インジェクタノズルの造形例を示す図であ
る。
【図１０】 インジェクタノズルの造形例を示す図であ
る。
【図１１】 ワイヤ７０が貫通した造形物１３を示す図
である。
【図１２】 貫通孔２１０が設けらた造形物１３を示す
図である。
【符号の説明】
１０ ３次元物体製造装置、１２ 造形物、１４ 成形
物質、２０ 造形側支持台、２２ 垂直移動機構、３０
成形物質側支持台、３２ 垂直移動機構、３８ 供給
面、４０ ワイパ、４２ 水平移動機構、５０ レーザ
発生装置、５２レーザ光、５４ 反射光、６０ 偏光
鏡、６２ 回転機構、７０ ワイヤ、８０ 貫通孔、１
００ 制御部、１２０,１３０ 垂直移動制御部、１４
０ 水平移動制御部、１５０ レーザ制御部、１６０
回転制御部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２２Ｆ 5/10 Ｂ２２Ｆ 5/10 // Ｂ２９Ｃ 67/00 Ｂ２９Ｃ 67/00 Ｆターム(参考） 3G066 AB02 BA51 BA53 BA54 CC01 CC21 4F213 AB16 AC04 WA22 WA38 WA43 WA92 WB01 WL02 WL10 WL25 WL26 WL85 WL87 WL92 WL96 4K018 AA01 AA03 CA09 CA50 DA12 DA23 EA51 FA32 GA04 HA10 KA07

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 造形物の連続する所定厚さの断面形状
    を、エネルギー放射によって金属粉末を溶融焼結して順
    次積層形成することにより、前記造形物を作成するラピ
    ッドプロトタイプ装置を用いてインジェクタノズルを製
    造する方法であって、 前記金属粉末の溶融焼結により、前記インジェクタノズ
    ルを所定の高さまで順次積層形成する前積層工程と、 前記金属粉末より融点が高い材料で形成された所定の長
    さおよび形状を有する中子を、前記前積層工程で形成さ
    れた前積層断面上の所定の位置において所定の向きに前
    積層断面上に平らに設置する中子仕込工程と、 前記前積層断面上に前記中子が設置された状態で、前記
    金属粉末の溶融焼結を再開し、前記インジェクタノズル
    の積層形成を完成させる後積層工程と、 前記積層形成が完成したインジェクタノズルに含まれる
    前記中子を除去することにより、前記インジェクタノズ
    ルに噴射孔を形成する中子除去工程と、 を備えることを特徴とするインジェクタノズル製造方
    法。
  2. 【請求項２】 前記ワイヤ除去工程は、前記ワイヤを前
    記インジェクタノズルから引き抜くワイヤ引抜工程を含
    むことを特徴とする請求項１に記載のインジェクタノズ
    ル製造方法。
  3. 【請求項３】 前記ワイヤは導電性を有し、前記ワイヤ
    除去工程は、前記ワイヤに通電することにより、前記ワ
    イヤ周囲の造形物を溶融させるワイヤ通電工程と、 前記インジェクタノズルの前記ワイヤ周囲が溶融した状
    態で、前記ワイヤを前記造形物から引き抜くワイヤ引抜
    工程と、 を備えることを特徴とする請求項１に記載のインジェク
    タノズル製造方法。
  4. 【請求項４】 前記ワイヤ除去によって形成された噴射
    孔に、前記噴射孔の径よりも小さい径の導電性ワイヤを
    通し、 前記導電性ワイヤに通電することにより、前記噴射孔を
    放電加工する噴射孔加工工程をさらに備えることを特徴
    とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインジェクタ
    ノズル製造方法。
  5. 【請求項５】 樹脂をバインダとする金属粉末へのエネ
    ルギー放射により前記樹脂を溶融焼結して造形物の連続
    する所定厚さの断面形状を順次積層形成することによ
    り、前記造形物を作成するラピッドプロトタイプ装置を
    用いてインジェクタノズルを製造する方法であって、 前記樹脂の溶融焼結により、前記インジェクタノズルを
    所定の高さまで順次積層形成する前積層工程と、 前記金属粉末より融点が低い材料で形成された所定の長
    さおよび形状を有する中子を、前記前積層工程で形成さ
    れた前積層断面上の所定の位置において所定の向きに設
    置する中子仕込工程と、 前記前積層断面上に前記中子が設置された状態で、前記
    樹脂の溶融焼結を再開し、前記インジェクタノズルの積
    層形成を完成させる後積層工程と、 前記積層形成が完成したインジェクタノズルに含まれる
    金属粉末を焼結させるとともに、前記樹脂および前記中
    子を溶融除去する焼結工程と、 前記焼結したインジェクタノズルに金属を溶浸させるこ
    とにより、焼結により生じた空孔を埋める金属溶浸工程
    と、 を備えることを特徴とするインジェクタノズル製造方
    法。
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