JP2024062346A - 精密ノズルおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
超硬合金で形成され、注入口から吐出口まで貫通する貫通孔を有し、かつ前記貫通孔が、前記吐出口を起点として前記注入口に向かって内径が増大する方向に延びるテーパ状孔部を少なくとも含む精密ノズルの製造方法であって、
前記貫通孔を形成するための転写型を用いて、原料粉末を圧縮成形し、前記注入口に対応する開口部を有し、かつ貫通していない穴部を有する成形体を得る圧粉成形工程、
前記成形体を焼結し、前記成形体に対応する焼結体を得る焼結工程、
前記焼結体の穴部に電極を挿入して放電加工する放電加工工程、
放電加工した焼結体を、注入口となる開口部の反対側から研削し、吐出口を開口する研削工程を含む。
超硬合金で形成され、
注入口から吐出口まで貫通する貫通孔を有し、
前記貫通孔が、前記吐出口から前記注入口に向かって内径が増大する方向に延びるテーパ状孔部を含み、
前記吐出口の口径が45μm未満であり、かつ
前記テーパ状孔部のノズル軸心方向の長さが1mm以上である、精密ノズルも含まれる。
前記吐出口の口径が1μm以上30μm未満であり、
前記テーパ状孔部のノズル軸心方向の長さが1~20mmであり、
前記テーパ状孔部のノズル軸心方向の長さが、前記吐出口の口径に対して100倍以上であり、
前記吐出口の形状が円形状であり、かつ前記吐出口の真円度が5μm以下であり、
前記吐出口における精密ノズルの外形状が円形状であり、かつ前記外形状と前記吐出口との同心度が10μm以下であり、かつ
前記テーパ状孔部の傾斜角が4~50°である態様である。
本発明の精密ノズルの材質である超硬合金は、特に限定されない。代表的な超硬合金としては、周期表4~6族金属炭化物を含む合金が挙げられ、なかでも、炭化タングステンWC(タングステンカーバイト)を含む合金(WC系合金)が汎用される。
本発明の精密ノズルの形状は、注入口から吐出口まで貫通する貫通孔を有するとともに、前記貫通孔が、前記吐出口を起点として前記注入口に向かって内径が増大する方向に延びるテーパ状孔部を少なくとも含む形状であれば、特に限定されない。本発明のノズルの詳細な形状について、以下に図面を用いて説明する。
本発明の精密ノズルの製造方法は、ノズルの貫通孔を形成するための転写型を用いて、原料粉末を圧縮成形し、前記注入口に相当する開口部を有し、かつ貫通していない穴部を有する成形体を得る圧粉成形工程を含む。
原料粉末は、超硬合金の種類に応じて適宜選択でき、通常、超硬合金の構成成分が、それぞれ粒子の形態で使用される。WC系合金では、原料粉末として、結合成分粒子に加えて、必要に応じて他の金属炭化物粒子、他の金属粒子が使用される。
原料粉末の圧縮成形では、ノズルの貫通孔を形成するための転写型を用いることにより、前記注入口に相当する開口部を有し、かつ貫通していない穴部(いわゆる「下穴」に相当)を有する成形体(粉末成形体)を得ることができる。
本発明の精密ノズルの製造方法は、前記圧粉成形工程で得られた粉末成形体を焼結し、前記注入口に対応する開口部を有し、かつ貫通していない穴部を有する焼結体を得る焼結工程をさらに含む。
本発明の精密ノズルの製造方法は、前記焼結体の穴部に電極を挿入して放電加工する放電加工工程(型彫り放電加工工程)をさらに含む。
本発明の精密ノズルの製造方法は、前記型彫り放電加工で放電加工した焼結体を、注入口となる開口部の反対側から研削し、吐出口を開口する研削工程を含む。前記型彫り放電工程で得られた焼結体の内部には、精密ノズルの貫通孔に対応した形状の穴部が形成されているが、穴部の底に相当する円錐の先端部は、焼結体を貫通していない。そこで、研削工程では、穴部としての円錐の先端部まで焼結体を研削して吐出口を開口させる。
[プレスピンの作製]
光学式倣い研削盤を用いて、超硬合金をプロファイル研削(PG)加工することにより、先端に限りなくストレートランドが無いシャープエッジが形成されたピンを作製した。得られたプレスピン(転写型)の先端部の顕微鏡写真を図11に示す。プレスピンの先端径は5μmであった。
光学式倣い研削盤を用いて、タングステンW丸棒をPG加工することにより、先端に限りなくストレートランドが無いシャープエッジを成形されたピンを作製した。得られた電極の先端部およびその拡大部分の顕微鏡写真を図12に示す。電極の先端径は4μmであった。
粉末状炭化タングステンWC(平均粒径2.5μm程度)92gと、粉末状コバルトCo 8gと、パラフィン0.8gとを混ぜて作製した混合末を、図8に示すダイと下パンチとで形成された型内に必要量充填し、前記プレスピンを装着した上パンチを用いて150MPaで加圧し、粉末成形体を得た。
得られた粉末成形体を、真空下、1400℃で5時間焼結し、焼結体を得た。
型彫り放電加工機((株)ソディック製AQ35L)および限りなくシャープエッジに成形された電極を用いて、荒加工・中仕上げ加工・仕上げ加工に分割して前記焼結体を複数回型彫り放電加工した。
円盤状砥石を備えた研削機(アマダマシナリー(株)製「TECSTAR 52」)を用いて、研削工程において、CCDカメラを用いて研削面を画像で確認しながら、放電加工した焼結体に対して加工を行った。画像確認の結果、研削面に孔が確認できなかった場合には、孔が確認できるまで研削および研削面の画像の確認を繰り返した。孔が貫通し最初に吐出口が観察できた精密ノズルの先端部の顕微鏡写真を図13に示す。吐出口の口径はφ5μmであった。写真中央に確認できる微小な白色の円形状開口部が口径5μmの吐出口である。得られた精密ノズルのテーパ状孔部の深さLは4240μmであり、吐出口の口径φに対するテーパ状孔部の深さ(アスペクト比L/φ)は848であった。前記テーパ状孔部の傾斜角θは10°であった。
実施例1と同様にして放電加工した焼結体を製造し、研削工程において、研削面の画像を確認する時期および頻度を変更し、最終的に、吐出口の口径φが39.1μmである精密ノズルを製造した。各確認時期における口径およびテーパ状孔部の深さを測定し、アスペクト比を算出し、吐出口の真円度を測定した結果を表1に示す。なお、最初および最後に確認した研削面については、精密ノズル先端部の同心度(吐出口における精密ノズルの外形状と吐出口との同心度)も評価した。
実施例1と同様にして放電加工した焼結体を製造し、研削工程において、研削面の画像を確認する時期および頻度を変更し、最終的に、吐出口の口径φが39.5μmである精密ノズルを製造した。各確認時期における口径およびテーパ状孔部の深さを測定してアスペクト比を算出し、吐出口の真円度を測定した結果を表2に示す。
実施例1と同様にして放電加工した焼結体を製造し、研削工程において、研削面の画像を確認する時期および頻度を変更し、最終的に、吐出口の口径φが39.3μmである精密ノズルを製造した。各確認時期における口径およびテーパ状孔部の深さを測定してアスペクト比を算出し、吐出口の真円度を測定した結果を表3に示す。なお、最後に確認した研削面については、精密ノズル先端部の同心度も評価した。
実施例1と同様にして放電加工した焼結体を製造し、研削工程において、研削面の画像を確認する時期および頻度を変更し、最終的に、吐出口の口径φが39.2μmである精密ノズルを製造した。各確認時期における口径およびテーパ状孔部の深さを測定してアスペクト比を算出し、吐出口の真円度を測定した結果を表4に示す。なお、最後に確認した研削面については、精密ノズル先端部の同心度も評価した。
放電加工時の仕上げ加工を複数回追加した以外は実施例1と同様にして放電加工した焼結体を製造した。円盤状砥石を備えた研削機を用いて、研削工程において、CCDカメラを用いて研削面を画像で確認しながら、放電加工した焼結体に対して加工を行った。各確認時期における口径およびテーパ状孔部の深さを測定してアスペクト比を算出し、吐出口の真円度を測定した結果を表5に示す。なお、最初および最後に確認した研削面については、精密ノズル先端部の同心度も評価した。
実施例6と同様にして放電加工した焼結体を製造し、この焼結体を用いて、研削工程において、研削面の画像を確認する時期を変更し、吐出口の口径φが42.5μmである精密ノズルを製造した。得られた精密ノズルのテーパ状孔部の深さLは4133μmであり、吐出口の口径φに対するテーパ状孔部の深さ(アスペクト比L/φ)は97であった。吐出口の真円度は0.8μmであり、精密ノズル先端部の同心度は3μmであった。
実施例6と同様にして放電加工した焼結体を製造し、研削工程において、研削面の画像を確認する時期および頻度を変更し、最終的に、吐出口の口径φが39.9μmである精密ノズルを製造した。各確認時期における口径およびテーパ状孔部の深さを測定してアスペクト比を算出し、吐出口の真円度および精密ノズル先端部の同心度を測定した結果を表6に示す。
圧粉成形工程において、粉末状炭化タングステンWCとして、より細かい粉末状炭化タングステンWC(平均粒径0.8μm程度)を用いる以外は実施例1と同様にして放電加工した焼結体を製造した。円盤状砥石を備えた研削機を用いて、研削工程において、CCDカメラを用いて研削面を画像で確認しながら、放電加工した焼結体に対して加工を行った。各確認時期における口径φおよびテーパ状孔部の深さLを測定してアスペクト比を算出した結果を表7に示す。なお、最初に確認した研削面については、精密ノズル先端部の同心度も評価し、5回目に確認した研削面については、吐出口の真円度も評価し、最初および最後に確認した研削面については、吐出口の真円度および精密ノズル先端部の同心度も評価した。
放電加工時の仕上げ加工を複数回追加した以外は実施例1と同様にして、吐出口の口径φが5μm(真円度0.4μm)である精密ノズルを得た。
2…注入口
3…貫通孔
3a…円筒状孔部
3b…テーパ状孔部
4…吐出口
Claims (21)
- 超硬合金で形成され、注入口から吐出口まで貫通する貫通孔を有し、かつ前記貫通孔が、前記吐出口を起点として前記注入口に向かって内径が増大する方向に延びるテーパ状孔部を少なくとも含む精密ノズルの製造方法であって、
前記貫通孔を形成するための転写型を用いて、原料粉末を圧縮成形し、前記注入口に対応する開口部を有し、かつ貫通していない穴部を有する成形体を得る圧粉成形工程、
前記成形体を焼結することにより、前記成形体に対応する焼結体を得る焼結工程、
前記焼結体の穴部に電極を挿入して放電加工する放電加工工程、
放電加工した焼結体を、注入口となる開口部の反対側から研削し、吐出口を開口する研削工程を含む、精密ノズルの製造方法。 - 前記貫通孔の断面形状が円形状、楕円形状または多角形状である請求項1記載の製造方法。
- 前記貫通孔の断面形状が円形状である請求項2記載の製造方法。
- 前記圧粉成形工程において、前記転写型の形状が、前記貫通孔の形状に対応し、かつ前記テーパ状孔部に対応するテーパ部の形状が円錐状、楕円錐状または多角錐状である請求項1または2記載の製造方法。
- 前記テーパ状孔部に対応するテーパ部の形状が円錐状である請求項4記載の製造方法。
- 前記テーパ状孔部に対応する前記転写型の円錐状部の先端径が5μm以下である請求項5記載の製造方法。
- 前記放電加工工程において、前記電極の形状が、前記転写型の形状に対応している請求項1または2記載の製造方法。
- 前記テーパ状孔部に対応する前記電極の形状が円錐状であり、かつ前記テーパ状孔部に対応する前記電極の円錐状部の先端径が5μm以下である請求項7記載の製造方法。
- 前記研削工程において、カメラを用いて研削面を撮像した画像に基づいて、吐出口となる孔の発生の有無およびその口径を確認する請求項1または2記載の製造方法。
- 前記貫通孔が、前記テーパ状孔部と、前記テーパ状孔部から前記注入口まで延びる円筒状孔部とからなる請求項1または2記載の製造方法。
- 前記吐出口の口径が30μm未満である請求項1または2記載の製造方法。
- 前記精密ノズルが電子部品用ノズルである請求項1または2記載の製造方法。
- 前記精密ノズルが、半田ボールを溶融して吐出するためのリフローノズルである請求項1または2記載の製造方法。
- 超硬合金で形成され、
注入口から吐出口まで貫通する貫通孔を有し、
前記貫通孔が、前記吐出口から前記注入口に向かって内径が増大する方向に延びるテーパ状孔部を含み、
前記吐出口の口径が45μm未満であり、かつ
前記テーパ状孔部のノズル軸心方向の長さが1mm以上である、精密ノズル。 - 前記テーパ状孔部のノズル軸心方向の長さが、前記吐出口の口径に対して10倍以上である請求項14記載の精密ノズル。
- 前記吐出口の形状が円形状であり、かつ前記吐出口の真円度が5μm以下である請求項14または15記載の精密ノズル。
- 前記吐出口における精密ノズルの外形状が等方形状であり、前記吐出口の形状が円形状であり、かつ前記外形状と前記吐出口との同心度が10μm以下である請求項14または15記載の精密ノズル。
- 前記テーパ状孔部の傾斜角が3~60°である請求項14または15記載の精密ノズル。
- 前記吐出口の口径が30μm未満である請求項14または15記載の精密ノズル。
- 前記吐出口の口径が1μm以上30μm未満であり、
前記テーパ状孔部のノズル軸心方向の長さが1~20mmであり、
前記テーパ状孔部のノズル軸心方向の長さが、前記吐出口の口径に対して100倍以上であり、
前記吐出口の形状が円形状であり、かつ前記吐出口の真円度が5μm以下であり、
前記吐出口における精密ノズルの外形状が円形状であり、かつ前記外形状と前記吐出口との同心度が10μm以下であり、かつ
前記テーパ状孔部の傾斜角が4~50°である請求項14または15記載の精密ノズル。 - 前記超硬合金が炭化タングステンを含む合金である請求項14または15記載の精密ノズル。
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