JP2005177984A - 加工部品の金属材料を除去するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば燃料噴射弁を製造するための加工部品の金属材料の除去を改良する。
【解決手段】電極（１３，２３，３３，４３，６３）と加工部品（１１，２１，３１，４１，５１，６１）との間で行われる相対運動、及び少なくとも１つの別のプロセスパラメータを時間に関連して調整するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工部品の金属材料を除去する方法及びこの方法を実施するための装置に関する。

金属の加工部品の表面を加工若しくは構造化するためには、特に電気化学的な方法が使用される。この「電気化学的な加工プロセス（ＥＣＭ：electrochemical-machining-Prozesse）」は、加工部品の構造化したい表面の金属材料の除去に基づいている。このためには、加工部品は陽極として接続されており、電解質溶液に浸漬される。陽極として接続された加工部品と、別個の陰極として形成された電極との間には、十分に高い電圧が印可されるか、若しくは十分に大きい電流が伝導される。このような手段により加工部品において材料除去を行うことができる。

これにまでには、この形式のＥＣＭプロセスは、主に場合によっては別の除去法により大まかにあらかじめ構造化された表面を構造化若しくは微細構造化するために使用されている。

欧州特許公開第３５２９２６号明細書につき、燃料噴射弁を形成する方法が記載されている。この場合には、孔が、電極を使用してノズルの外部から電子浸食による加工を施すことにより形成される。前記電極は、孔の軸線を中心とした円錐状の運動軌道を描くように精度を調整されて案内される。

この形式の浸食プロセス（ＥＤＭ）のための電極は、比較的大きい手間により形成されなければならず、ＥＤＭ穿孔プロセスの間には、無視することのできない摩耗の影響を受ける。このようなことを背景にしては、複雑な噴射孔幾何学形状を有する噴射弁は、公知の方法、例えば浸食法、レーザ穿孔法、マイクロ電気めっき加工（Mikrogalvanoformen）などによっては、製造可能ではないか、又は著しい手間と高いコストをかけてのみ製造可能である。

米国特許第６２９０４６１号明細書につき、ＥＣＭプロセスのための方法及び装置が記載されている。この装置は、少なくとも２つの電極を有しており、これらの電極の表面は部分的に絶縁されて被覆されている。この被覆層はパターンを有しており、これにより、加工したい加工部品の材料除去は、少なくとも１つの電極が加工部品の開口に位置決めされた場合には、質的に影響される。この場合には、このＥＣＭ法を、付加的な手間をかけ、かつわずかな精度でしか制御可能ではない、電解質溶液の流れによって最適化することを想定している。
欧州特許公開第３５２９２６号明細書 米国特許第６２９０４６１号明細書

そこで本発明の課題は、例えば燃料噴射弁を製造するための加工部品の金属材料の除去を改良することである。

この課題を解決した本発明の手段によれば、電極と加工部品との間で行われる相対運動、及び少なくとも１つの別のプロセスパラメータを時間に関連して調整するようになっており、電流を提供するための電流／電圧源が設けられており、該電流／電圧源が、電極及び加工部品に接続されており、前記電極と加工部品との間に電解質を提供するためのリザーバが設けられており、電極と加工部品との間の時間に関連した相対運動を提供するための少なくとも１つの装置が設けられており、電流／電圧源を時間に関連して調整するための少なくとも１つの装置が設けられている。

加工部品の金属材料を除去するための本発明による方法は、電解質の存在時に電極と加工部品との間の電流により行われる。この場合に、電極と加工部品との間では時間に関係した相対運動が行われる。特に、少なくとも１つの別のプロセスパラメータが時間に関連して調整及び／又は変更されるようになっている。前記相対運動は、連続的及び／又は非連続的に行われる。

本発明により、ＥＣＭ降下法が実施可能である。このＥＣＭ降下法には、必要な孔幾何学形状に応じて、時間に関連したパルス式−ＥＣＭプロセスが重ねられる。時間に関連して行われる相対運動には、加工部品に対して相対的に電極の最小の振動を重ねることができるようになっており、これにより、電解質の完全な混合が支援される。この運動の間には種々異なった時点で、少なくとも１つの別のプロセスパラメータが変更され、これにより、孔幾何学形状、例えば種々異なった直径が質的及び量的に影響される。

時間に関連して制御及び／又は変更可能な少なくとも１つの別のプロセスパラメータとしては、本発明による方法に伴う電磁的な値、例えば電極と加工部品との間に流れる電流、又は加工部品と電極との間に印可される電圧が設けられている。

本発明による方法により、加工部品に対して相対的に電極を適宜に案内すること及び／又は電極に対して相対的に加工部品を適宜に案内することにより、加工部品に、若しくは加工部品の内部には望ましい除去幾何学形状が生ぜしめられる。この場合には、電極が適当な速度で、例えば材料除去に関連して、加工部品の内部に、若しくは加工部品の内部で前進せしめられる。このことは、典型的には無接触に行われる。これにより、加工部品は、高い技術的な要請に適うように加工及び成形することができる。

本発明による手段により、ＥＣＭプロセスを次のように、すなわち、加工部品の内部で金属材料の高精度な除去が行われるように制御することが可能である。この場合に、流れている電流及び／又は印加されている電圧に関連した、時間に関連した相対運動を同調的に若しくは同時的に制御し、調整し、かつ／又は変更することが可能である。

本発明の方法を実施するためには種々異なった変化態様が可能である。従って、例えば電極が、一定不変の速度で加工部品に対して相対的に運動せしめられ、これにより、加工部品の開口の内部には、等距離の直径を有する孔を提供するために金属材料のほぼ均一な除去が可能である。

電極と加工部品との間の非連続的な相対運動時には、所定の時間にわたって電極を停止しておきながら、ＥＣＭプロセスを継続することも当然のことながら可能である。電流及び／又は電圧を連続的／又は非連続的に変化させて電極を停止した場合には、孔の内部では直径を部分的に変更するか、若しくは孔の壁を形作ることができるようになっており、これにより、孔の内部には膨らみが形成される。

本発明の方法の有利な構成では、電極が、加工部品の表面に対して垂直方向に運動せしめられる。本発明による手段によれば、加工部品の内部の孔は、例えば第１の直径を有する第１の開口及び第２の直径を有する第２の開口を有している。

このようにして、加工部品の内部には、流れの中に位置する手段、有利には燃料噴射弁のための通路を形成することができる。この形式の燃料噴射弁は、理想的には円錐状の形状を有している。電極の適宜な案内により、対応した円錐状の形状を有する孔若しくは通路が特に簡単な形式で形成可能である。

燃料噴射弁は、車両の内燃機関における燃料供給を支援する。燃料噴射弁の幾何学形状により、燃料噴射弁は燃料の噴射形状及び液滴サイズに影響を及ぼす。本発明により形成された燃料噴射弁により、燃料の炭化（積層化）が最小化される。燃料噴射のための噴射孔円板においては、本発明による方法により液滴サイズを調節した場合には付加的な自由度が達成可能である。

当然のことながら、本発明による方法により、必ずしも孔又は通路ではない別の除去幾何学形状も形成可能である。除去幾何学形状は、さらに電極若しくは電極の部分の形状により影響される。

したがって、有利には電極は円錐状に形成されていてよい。このような手段に基づいて、孔若しくは通路の望ましい円錐状の形成が次のことにより、すなわち、電極が適宜な速度で、材料除去を伴いつつ、孔が次第に拡大されながら、無接触に加工部品の内部へ案内されることにより支援される（ＥＣＭ降下法）。

本発明の構成では、この目的のために、電流を提供するための電流源／圧力源が直流又は脈動する電流を形成するようになっている。一定不変の直流に電流パルスを重ねることも可能である。これにより、加工部品の除去したい表面に形成される電流密度が変化せしめられる。除去される材料の量は、この電流密度に関係している。

電極が、種々異なった速度により加工部品に対して相対的に運動せしめられる、又はそれだけでなく一時停止せしめられることにより、除去幾何学形状が影響される。電極が加工部品の所定の位置により長く滞留すれば滞留するほど、又は前記所定の位置がよりゆっくりと通過されれば通過されるほど、それだけ多くの材料がその箇所で除去される。

部分的に絶縁された電極により、前成形された除去幾何学形状、例えば本発明によるＥＣＭ降下法により形成された円筒状の孔の内部には、種々異なった構造的な効果が形成可能である。部分的に電気的に絶縁された材料により被覆された電極が、孔の内部で時間に関連して運動せしめられ、ＥＣＭ法が実施された場合には、電極の、絶縁部を有していない範囲の近傍に配置された、加工部品の箇所においてのみ材料除去が行われる。

したがって、本発明により、孔壁の内部で、若しくは孔壁に沿って、ＥＣＭプロセスの電流により、かつ／又は加工部品と電極との間の相対運動の速度及び／又は電極の構造的な形成により、種々異なった量の材料が除去可能である。これらの全ての手段は、加工される加工部品の幾何学形状に量的にも質的にも影響を及ぼす。これにより、特に孔の内部には膨らみも形成可能である。

本発明によるＥＣＭプロセスによる除去幾何学形状の提供は、従来技術による浸食を用いた形成よりも著しく有利である。ＥＣＭプロセスのための電極は、摩耗に影響されない。

さらに、本発明により方法により形成される噴射孔は、自動車分野以外の噴射孔用途のためにも、例えばインクジェットプリンタのノズルのため、又はラッカー塗布及び噴霧洗浄時の噴射孔のためにも有利であり得る。

電解質の存在時に電極と加工部品との間の電流を用いて、加工部品の金属材料を除去するための本発明による装置は、電流を提供するための電流／電圧源を有している。この電流／電圧源は、電極及び加工部品に接続されている。さらに、本発明による装置は、電極と加工部品との間に電解質を提供するためのリザーバを有しており、電極と加工部品との間に時間に関連した相対運動を提供するための少なくとも１つの装置と、電流／電圧源を時間に関連して調整するための少なくとも１つの装置とを有している。

本発明の別の利点と構成が、以下の説明と付随の図面から明らかである。

上に述べ、さらに以下に説明する特徴は、それぞれ示された組合せにおいてのみならず、本発明の枠を逸脱することなしに別の組合せ又は単独で使用可能であることは自明のことである。

次に本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１は、第１の開口１９と第２の開口１７とが設けられた孔１５を有する加工部品１１並びに電極１３を示している。この電極１３の尖端は円錐状に成形されている。本発明による方法を実施するためには、電極１３が矢印の方向に運動せしめられる。

円錐状に形成された噴射孔１５の形成は、本発明による降下式−ＥＣＭ（電気化学的加工）法により、第１の開口１９（大きい尖端直径）の側から行われる。この変化態様では、孔１５の形状は電極１３の形状により影響される。

図２は、第１の開口２９と第２の開口２７とが設けられた孔２５を有する加工部品２１並びに電極２３を示している。この電極２３は、本発明の方法を実施するためには矢印の方向に運動せしめられる。

図１と同様に、図２では円錐状の噴射孔１５が形成される。この場合、加工はより小さい噴射孔直径を備えた開口２７の側から行われる。この場合には、まず本発明による降下式ＥＣＭ加工により、破線で示した線２６ａ，２６ｂにより限定された円筒状の孔が形成される。前側の範囲が円錐状に拡大された電極２３が、この場合に孔の内部で固定された位置に滞留し、パルス式ＥＣＭ加工により前記孔を最終的には孔２５の形になるように一様に円錐状に拡大する。

図１及び図２が明確に示すように、本発明による方法により、大きい正の補正係数も負の補正係数も生ぜしめることができる。このことは、加工部品１１，２１と電極１３，２３との間でいずれの方向に相対運動が行われるのか、噴射孔１５，２５の流入側又は流出側（第１若しくは第２の開口１７，２７，１９，２９）から加工されるのかとは関係なく起こり得る（円錐状の噴射孔の場合には、補正係数は、流入直径と流出直径の差を１０で割った値として規定される）。

図３は、孔３５並びに電極３３を有する加工部品３１を示している。前記電極３３は、本発明による方法を実施するためには矢印の方向に運動せしめられる。この場合にも、どのようにして電極３３の可能な具体的な構成が、孔３５の幾何学形状に影響を及ぼすことができるかが明確化されている。孔３５の延びは、複数の幾何学形状、例えば異なった半径を有する円錐状の範囲、段部並びに円筒状の区分の組合せにより特徴づけられている。

この場合には、孔横断面は必ずしも円形になっている必要はなく、本発明による方法を実施して、任意の別の幾何学形状も形成可能であることを述べておく。これにより、孔３５の可変な壁輪郭、並びに孔深さにわたって変化する直径を形成することができる。

図４は、第１の開口４９と第２の開口４７とが設けられた孔４５を有する加工部品４１並びに電極４３を示している。この電極４３は、本発明による方法を実施するためには、矢印の方向に運動せしめられる。本実施例では、電極４３は部分的に絶縁されている。

この場合に形成される、特に膨らみ４６を有する孔４５の形状は、電極の電流密度、送り速度及び／又は構成の変化態様により形成することができる。これにより、正の補正係数も負の補正係数も生ぜしめることができる。

ＥＣＭプロセスを実施して電極４３を加工部品４１内に挿入することにより、まずほぼ円筒状の孔が前成形される。電極４３に沿って部分的に存在する絶縁部に基づき、前成形された円筒状の孔に沿って、部分的にのみ、ＥＣＭ加工による付加的な除去が行われる。このことが結果的に孔４５の構造をもたらす。

前記構成は、噴射孔幾何学形状に関して複数の自由度を有している。例えばレーザ加工によってはこのように丸みを付けられた孔延び又はキャビティは形成することはできないことを強調しておきたい。本発明により形成された電極４３により、本発明によるＥＣＭ法により、小さいキャビティ４６を噴射孔４５に設けることができる。

図５は、本発明による方法により設けられた複数の噴射孔５５を有する加工部品５１を示している。大量生産の枠内では、同時的に案内される複数の電極により、１つの加工部品５１の内部に複数の噴射孔５５を設けることができる。

別の噴射孔幾何学形状及び噴射孔延びを適宜な電極により形成することができる。

図６は、複雑な形状を有する本発明による電極７３の可能な変化形を、側方から観察した図（図６ａ）及び下方から観察した図（図６ｂ）を示している。前記電極７３により、本発明による方法を実施した場合に、加工部品６１の内部に、特別な技術的用途のための膨らみ６９を有する孔６５，６６を形成することが可能である。

電極６３は、本体７３と２つのロッド７１とを有している。これらの本体７３とロッド７１とは、ロッド７５を介して互いに結合されている。この場合に、ロッド７１は、本体７３よりも長く形成されている。

加工部品６１の内部の材料を除去するためには、電極６３がＥＣＭプロセスを実施して上方から下方へ沈降される。ロッド７１により形成された孔６６が、加工部品６１の内部に貫通して形成されている。本体７３により形成された孔６５は、部分的にのみ加工部品６１内に設けられている。膨らみ６９は、電極６３が加工部品６１の内部で一時停止し、ＥＣＭプロセスがその間に継続されることにより形成される。

この構成（図６ｃ及び図６ｄ）では、例えばスワールチャンバにより噴流変向をもたらすための燃料噴射装置のための、孔６５，６６と混合・渦流チャンバとの接続が問題となっている。孔６５，６６は異なった幅に沈められており、例えば異なった側を基点として沈められていてもよい。

円錐状の孔を形成するための１変化形を示す概略図である。

円錐状の孔を形成するための別の１変化形を示す概略図である。

より複雑な孔を形成するための１変化形を示す概略図である。

より複雑な孔を形成するための別の１変化形を示す概略図である。

本発明による方法により形成された有利な構成を示す概略図である。

６ａ〜６ｄは、電極の別の構成及びこれにより形成可能な孔を示す概略図である。

符号の説明

１１ 加工部品、 １３ 電極、 １５ 孔、 １７ 開口、 １９ 開口、 ２１ 加工部品、 ２３ 電極、 ２５ 孔、２６ａ，２６ｂ 線、 ２７ 開口、 ２９ 開口、 ３１ 加工部品、 ３３ 電極、 ３５ 孔、 ４１ 加工部品、 ４３ 電極、 ４５ 孔、４６ 膨らみ、 ４７ 開口、 ４９ 開口、 ５１ 加工部品、 ５５ 噴射孔、 ６１ 加工部品、 ６３ 電極、 ６５，６６ 孔、６９ 膨らみ、 ７１ ロッド、 ７３ 電極、

Claims (12)

1. 電解質の存在時に電極（１３，２３，３３，４３，６３）と加工部品（１１，２１，３１，４１，５１，６１）との間の電流により前記加工部品（１１，２１，３１，４１，５１，６１）の金属材料を除去する方法において、電極（１３，２３，３３，４３，６３）と加工部品（１１，２１，３１，４１，５１，６１）との間で行われる相対運動、及び少なくとも１つの別のプロセスパラメータを時間に関連して調整することを特徴とする、加工部品の電極材料を除去する方法。
2. 電極（１３，２３，３３，４３，６３）と加工部品（１１，２１，３１，４１，５１，６１）との間で連続的な相対運動を行う、請求項１記載の方法。
3. 電極（１３，２３，３３，４３，６３）と加工部品（１１，２１，３１，４１，５１，６１）との間で、非連続的な相対運動を行う、請求項１記載の方法。
4. 少なくとも１つの別のプロセスパラメータとして、電極（１３，２３，３３，４３，６３）と加工部品（１１，２１，３１，４１，５１，６１）との間に流れる電流を、時間に関連して調整する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 少なくとも１つの別のプロセスパラメータとして、電極（１３，２３，３３，４３，６３）と加工部品（１１，２１，３１，４１，５１，６１）との間に印可された電圧を、時間に関連して調整する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 電極（１３，２３，３３，４３，６３）を、加工部品（１１，２１，３１，４１，５１，６１）の表面に対して垂直方向に運動させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 加工部品（１１，２１，３１，４１，５１，６１）の内部に、第１の直径を備えた第１の開口（１９，２９，３９，４９）と、第２の直径を備えた第２の開口（１７，２７，３７，４７）とを有する孔（１５，２５，３５，４５，６６）を形成する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 流れに位置する手段のための通路（１５，２５，３５，４５，６６）を形成する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 燃料噴射弁を形成するために用いる、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 電解質の存在時に電極（１３，２３，３３，４３，６３）と加工部品（１１，２１，３１，４１，５１，６１）との間の電流により前記加工部品（１１，２１，３１，４１，５１，６１）の金属材料を除去するための装置であって、電流を提供するための電流／電圧源が設けられており、該電流／電圧源が、電極（１３，２３，３３，４３，６３）及び加工部品（１１，２１，３１，４１，５１，６１）に接続されており、前記電極（１３，２３，３３，４３，６３）と加工部品（１１，２１，３１，４１，５１，６１）との間に電解質を提供するためのリザーバが設けられており、電極（１３，２３，３３，４３，６３）と加工部品（１１，２１，３１，４１，５１，６１）との間の時間に関連した相対運動を提供するための少なくとも１つの装置が設けられており、電流／電圧源を時間に関連して調整するための少なくとも１つの装置が設けられていることを特徴とする、加工部品の金属材料を除去するための装置。
11. 電流／電圧源により時間に関連した電流が形成可能である、請求項１０装置。
12. 電極（１３，２３，３３，４３，６３）が、少なくとも部分的に円錐状に形成されている、請求項１０又は１１記載の装置。

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