JP2008544150A - 加工物の内部を処理するノズル及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、加工物の、特に機械的に処理された内部（１、２）を、少なくとも１つのノズルチャネル（４）から流出する高圧に加圧された流体媒体を用いて処理するノズルに関する。ノズルチャネル（４）は、盲孔の形態で設けられた供給穿孔（５）から分岐する。ノズルは、ノズルチャネル（４）が、供給穿孔（５）の底端部領域を起点として、流入流れ方向に供給穿孔（５）に対して９０°以下の角度で延在し、供給穿孔の底部に隆起部（６）が設けられ、それによって、ノズルチャネル（４）への遷移領域を狭めるように設計されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルによるノズルに関し、加工物の内部を処理する方法に関する。

小型化、動力密度の向上、軽量化が要求されることにより、多くの加工物、特に機械の構成要素の設計、及びそれらを製造する方法が変化している。

したがって、例えば、連続的に製造される、エンジンの噴射システムの構成要素中の孔及び流路は、ますます小さくなり、使用される材料は高度な要求のためにますます高強度になってゆく。

機械加工によってそのような部品を製造するとき、孔及びステップの境目に、バリが常に発生し、そのバリは機械的バリ取り工具では接近できない。切り子、小さい粒子、夾雑残留物が加工物中に残り、従来の方法では、除去することができないか、又は不十分にしか除去できない。同時に、他方で、製品の全寿命サイクルに亘る作動における構成要素の信頼性を保証することができるようにするために、清浄性及び一定の表面品質に対する要求が厳しくなり続けている。

従来技術では、加工物の外部に配置したノズルを用いて液体噴流を発生させ、前記液体噴流を孔及び開口中に噴射させる、洗浄及びバリ取り方法が開示されている。ノズル通路から高圧下で噴出する流体媒体、好ましくは水又は乳濁液は、媒体の高運動エネルギーによって、孔及び開口の内面上の夾雑物及びバリを剥ぎ取るものと考えられる。

別の方法では、例えば鋼玉など研磨作用を有する粒子が媒体と併せて使用され、噴出液体噴流の効果的な高速度が、予め高圧膨張をさせることによって達成される。

これらの粒子は、処理すべき表面領域に衝突しそこで効果を発揮するように、偏向板によって加工物内で偏向される。

既知の方法は、全て大きな欠点を有しており、処理の品質に対する要件を所望のレベルまで満たしていない。

更に、第一に、ノズルと処理すべき面とがかなり遠くなることによりエネルギーの変換が不十分になり、第二に、高圧噴流が、流れ去る液体によって妨害されるので、加工物の外部から用いられるノズルの効果は不十分になる。

更に、水のクッションによる緩衝効果により、肝心の領域を噴流に直接曝すことができないので、処理プロセスが損なわれる。したがって、例えば、確実に除去することができるのは、大き目の孔の中のぐらぐらしたり、取れかかっているバリのみである。根元のバリの除去は、エネルギーの変換が不十分になるために、実際には不可能である。

研磨効果のある粒子を上記のように使用すると、用いられている偏向板の磨耗が生じ、その対処が更に比較的難しく、効率的な製造に対して障害になる。

更に、研磨粒子による汚染及び目詰まりがしばしば生じ、それにより全体に高操業コストが発生する。

加工物の内部の処理に対する既知の実行可能策は、連続製造の要求を満足しない。

したがって、本発明の目的は、要求を満足する処理が可能であり、同時にノズルの耐用寿命が向上するように汎用タイプのノズル及び方法を開発することである。

この目的は、請求項１の特徴を有するノズル、及び請求項１０の特徴を有する方法によって達成される。

新規のノズルとあいまって、本方法では、運動エネルギーを、それが表面を所望通りに効果的に変えようとする領域に最適に送り込むことができる。

これは、例えばコーティングの下拵え、固く張り付いた汚れ若しくは固く張り付いた層の除去、又は、バリを除去すべき輪郭線に円周上に固く付いている根元のバリの除去のための特定の荒仕上げになり得る。既述のように、従来これを適切に行うことが不可能だったので、本発明は、自動車産業用噴射構成要素の製造プロセスにおいて著しく重要である。

本発明によれば、新規のノズルは少なくとも１つのノズル通路、但し好ましくは少なくとも２つのノズル通路を有し、それらノズル通路は、互いに対向して配置され、供給孔の底端部領域を起点として、流入流れ方向に供給孔に対して９０°以下の角度で延在する。この場合、供給孔の底部は、部分的に隆起するように設計され、その結果、ノズル通路への遷移領域が狭窄される。

断面の狭窄により、媒体は、ノズル通路内のキャビテーション及びノズル通路出口での浸食磨耗が大幅に避けられるように導かれる。これは、噴出液体噴流が、その形及び方向を安定して維持することを意味する。意外にも分かったのは、そのようなノズルは、耐用寿命が著しく増加し、それにより、従来技術に比較して顕著な進歩を示すことである。

供給孔の底部を隆起させる設計は、極めて多種多様に形成することができる。隆起部は、中央に形成するのが適切である。

本発明の更に有利な設計が、従属請求項に特徴付けられている。

本発明の例示的実施形態が、添付図面を参照して以下に記載されている。

図に示されているのは、全体に符号３を付されたノズルであり、そのノズルを用いて加工物の内部１、２を処理することができる。

例示的実施形態で図示されているノズル３は、対向する２つのノズル通路４を有し、そのノズル通路４から、中央の供給孔５を介して供給された高圧下の流体媒体が噴出する。

この場合、ノズル通路４は、盲孔として設計された供給孔５の底端部領域を起点として、流入流れ方向１４に供給孔５に対して９０°以下の角度で延在する。

供給孔５の底部は、図１及び２に示された例では符号６を付された隆起部を有する。この隆起部６は、図３に示された例示的実施形態では、球形２０、ベル形２１、円錐形２２、円錐台形２３、及び円筒形２４になるように設計されており、ノズル通路４への遷移領域を狭窄させている。

図１では、内部１は内部２に開口するが、製造中に合わせ目の縁１０、１１の領域に根元のバリが発生し、この根元のバリがノズル通路４から噴出する液体噴流によって除去される。

処理に際し、ポンプ（図示せず）が、液体媒体、通常は水又は乳濁液を４００〜４０００バール、好ましくは１５００〜２５００バールの圧力に設定する。圧力がノズル通路４内で膨張し、ポテンシャルエネルギーが運動エネルギーに変換される。液体噴流が縁１０、１１又はそこに存在する根元のバリを高速で叩き、所望の縁形状が達成されるまで、根元のバリを除去する。

流れを鋭角で導くことにより、ノズル通路への遷移領域の狭窄部とあいまって、ノズル通路内部又は通路出口の磨耗領域１９が形成されず、又は極めて緩やかにしか形成されないことが保証される。ノズル通路４が通るこの角度α_１及びα_２は、図１及び２において符号７及び８を付されている。

内部１の表面処理へのノズルの使用法が、図２に示されている。

ノズル通路４の配置又は存在範囲は、図１に示されるそれに対応する。

領域１９の磨耗の抑制に加えて、通路の鋭角７、８によって、良好な流れ去る流体の帰還流１３が達成される。

この場合、液体噴流と内部１の処理すべき表面１２との間にクッションが形成されることなく、残留物が確実に洗い流される。

隆起物６及び２０〜２４の実施形態の諸変形形態の形状及び正確な位置は、媒体の圧力、体積流量、供給孔５の直径、並びにノズル通路４の数及び直径などのパラメータに依存する。

断面積が小さい方の内部１から断面積が大きい方の内部２への移行状態が図４に示されている。根元のバリを除去するために縁１１を処理する際の、品質及び処理時間に関する最適な結果は、液体噴流が、角度β（符号１８）の半分に対応する角度αでノズル通路４から出る場合に達成される。縁１１がその全長に亘って変化する場合には、最適な角度αは、最大と最小の縁の角度β１８の算術平均に対応するべきである。

図５及び６では、ノズル３が、ノズル通路４から遠いその端部にカラー２５を有するランスノズルとして設計され、前記カラー２５はノズル保持部１５の支承開口１７中に保持されていることが分かる。

カラー２５は、その下面で、支承開口１７の基部に配置されたシール１６上に載っている。

水圧が上昇すると、前記圧力が、カラー２５及びシール１６に作用する。これが、シール１６の環状面積に対するカラー２５の円の面積の比に付加圧力を掛けた積に対応する封止圧力を自動的に実現する。

したがって、ノズル３は、ノズル３の配向に悪影響を及ぼし、したがって本方法の精度に悪影響を及ぼし得る因子である外部負荷予備荷重によって、事前に負荷を掛けることはない。

ノズル３は、流入流れ方向１４に向かって軸方向に移動することができるので、ノズルが、前進しているとき障害物に当たったり、正しくない位置に来た場合、圧力が掛かっていない状態で、ノズル３を衝突から防止することができる。

図６によって示されるように、ノズル３は、回転駆動装置によって回転運動状態に設定することができ、作業の性質及び処理する材質に応じて、５０〜３０００回転／分、好ましくは２００〜１５００回転／分の範囲内の速度で作動させることができる。ノズル３は、自動装置により、長手方向軸周りの旋回運動及び／又は繰返し往復運動を行うことができる。

交差する内部１、２及び交差する縁１０、１１の場合、ノズル３は、バリ取りのために個々に小さい方の内部１に挿入され、その最小直径は、１〜３０ｍｍの範囲、好ましくは２〜１０ｍｍの範囲内にある。

本発明によるノズルを示す側方断面図である。 図１とは別の例での本発明によるノズルを示す側方断面図である。 ノズルの様々な例示的実施形態を示す同様な側方断面図である。 別の作動位置におけるノズルを示す側方断面図である。 嵌合されたノズルを示す長手方向断面図である。 嵌合されたノズルを示す長手方向断面図である。

符号の説明

１…内部、２…内部、３…ノズル、４…ノズル通路、５…供給孔、６…隆起部、７…通路角度、８…通路角度、９…遷移領域、１０…縁、１１…縁、１２…内部、１３…帰還流、１４…流入流れ方向、１５…ノズル保持部、１６…シール、１７…支承開口、１８…角度、１９…磨耗領域、２０…球形隆起部、２１…ベル形隆起部、２２…円錐形隆起部、２３…円錐台形隆起部、２４…円筒形隆起部、２５…カラー

Claims (17)

1. 加工物の、特に機械的に処理された内部（１、２）を、少なくとも１つのノズル通路（４）から流体媒体を噴出し、高圧下にある流体媒体を用いて処理するノズルであって、前記ノズル通路（４）が、盲孔状に設計された供給孔（５）から分岐するノズルにおいて、
   前記ノズル通路（４）が、前記供給孔（５）の底端部領域を起点とし、流入流れの方向に前記供給孔（５）に対して９０°以下の角度で延在し、前記供給孔の底部が、隆起部（６）を備え、処理に際し、前記ノズル通路（４）への遷移領域を狭窄させることを特徴とするノズル。
2. 前記隆起部（６）が、球形（２０）、ベル形（２１）、円錐形（２２）、円錐台形（２３）又は円筒形（２４）であることを特徴とする、請求項１に記載のノズル。
3. 前記隆起部（６）が中央に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のノズル。
4. ２つのノズル通路（４）が互いに対向して設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のノズル。
5. ノズル保持部（１５）内に装着されるランスノズルとして設計されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のノズル。
6. ノズル通路（４）から遠いその端部にカラー（２５）を有し、
   前記カラー（２５）が、前記ノズル保持部（１５）の支承開口（１７）内に保持されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のノズル。
7. 前記カラー（２５）と前記支承開口（１７）の基底部との間にシール（１６）が配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のノズル。
8. 前記ノズル保持部（１５）中に軸方向に移動可能であるように装着されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のノズル。
9. 前記ノズル保持部（１５）と共に回転可能であり、
   当該ノズルの長手方向軸の周りに旋回することができ、及び／又は、軸方向に往復するように移動可能であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のノズル。
10. 加工物の、特に機械的に処理された内部を、請求項１に記載の特徴を有するノズルを用いて処理する方法において、前記ノズル（３）が、処理すべき前記内部（１、２）に導き入れられ、前記噴出する流体媒体が、処理すべき位置へ直接導かれることを特徴とする方法。
11. 前記ノズル通路（４）から噴出する前記流体媒体が、２つの内部（１、２）間の縁（１０、１１）に形成されたバリに直接導かれることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記ノズル通路（４）から噴出する前記流体媒体が、前記内部（１、２）の表面に直接導かれることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の方法。
13. 前記縁（１０、１１）に形成されたバリに作用するとき、前記流体媒体が、前記形成された縁（１０、１１）の角度の、放射断面で、２等分面に対応する角度で前記バリを叩くことを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記縁（１０、１１）の角度が場所によって変化する場合、前記流体媒体の方向が、放射断面で、前記縁（１０、１１）の角度の２等分面の最大角度と最小角度の平均値に対応することを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記ノズル（３）が、作動位置では、水圧によってノズル保持部（１５）内のシール（１６）上に自動的に押し付けられることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記供給される流体媒体の圧力が、４００〜４０００バール、好ましくは１５００〜２５００バールであることを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記ノズル（３）が、５０〜３０００回転／分、好ましくは２００〜１５００回転／分の速度で回転することを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の方法。

Images