JP2822628B2 - セラミックノズルの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、燃焼室内に露出する噴孔から該燃焼室に
燃料を噴射するセラミックノズルの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、燃焼室に燃料を噴霧する燃料噴射ノズルは、例
えば、第４図に示す構造をしている。この燃料噴射ノズ
ルは、主として、ノズル本体20、該ノズル本体20の先端
部に形成された複数個の噴孔22、及び該噴孔22を開閉す
るための針弁21から成る。ノズル本体20は、金属材料で
製作され、筒体上部24と先端が封止した筒体先端部25と
から成る。筒体上部24の内周面と針弁21の外周面との間
には、燃料供給通路23が形成されている。また、筒体先
端部25には複数個の噴孔22が形成されている。これらの
噴孔22は、針弁21が上下動することによって針弁21の先
端のテーパ面26が筒体先端部25のテーパ面27に接離する
ことで開閉される。

また、セラミック燃料噴射ノズルの製造方法として、
特開昭61−58967号公報に開示されたものがある。該セ
ラミック燃料噴射ノズルの製造方法は、窒化ケイ素と焼
結助剤とから成るセラミック材料粉末に有機バインダを
混合した射出成形によって弁穴部、燃料供給穴部、燃料
噴射穴部を有する成形体を一度に成形し、しかる後常圧
で焼結するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、燃料噴射ノズルにおいて、筒体先端部25に
形成された噴孔22については、噴孔径及び噴孔数は、燃
焼状態に大きな影響を及ぼす条件であり、噴孔に対する
これらの諸条件の決定は、エンジン性能とも関係してエ
ンジン性能の向上に重要な要素となる。また、噴孔径及
び噴孔数についてのみでなく、形状、噴孔角度等の噴孔
形状も燃焼に大きな影響を及ぼすことは、従来からも分
かっている要素であるが、円形以外の微細な形状、即ち
異形形状の噴孔を製造するのは極めて困難で、能率的で
なかった。

従来、燃料噴射ノズルの噴孔を円形以外の異形形状に
形成する場合には、レーザ加工機や放電加工機を用いて
ノズル本体に孔加工を施しているが、レーザ加工機によ
るレーザ加工の場合には、レーザ照射面では適正な形状
がえられるが、レーザ照射面とは反対側の面では、所定
の噴孔の形状に加工し難いという問題を有している。ま
た、放電加工機による放電加工については、形彫放電加
工は勿論のこと、ワイヤ電極を用いて放電加工を行う場
合には、ワイヤ電極を工作物のスタートホールに通す必
要があり、工作物即ちノズル本体の筒体先端部に異なっ
た角度で孔を穿孔することは不可能なことであった。

そこで、従来から燃料噴射ノズルの噴孔を微細な円形
以外の異形形状の噴孔を効率良く製作し、且つ精度に富
んだ状態の形状に形成する方法が望まれていた。

この発明の目的は、上記の課題を解決することであ
り、燃焼室内に露出する噴孔から該燃焼室に燃料を噴射
するセラミックノズルの製造方法において、ノズル本体
を筒体上部と筒体先端部から構成し、該筒体先端部に円
形の微細な噴孔は勿論のこと、円形以外の異形形状の微
細な噴孔をサイズ、噴孔径、噴孔角度を自由に選択して
決定でき、且つ精度良く製造することであり、セラミッ
ク粉体の混練物から成るグリーンシートに所望の噴孔を
形成し、巻回成形して焼成することによってノズル本体
を製造して燃料噴射ノズルを製作するセラミックノズル
の製造方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、上記目的を達成するため、次のように構
成されている。即ち、この発明は、セラミック粉体を含
む混練成形原料を製造する工程、該混練成形原料を押出
し成形して平板状グリーンシートを作る工程、該グリー
ンシートを所定の形状に且つ噴孔となる所定の孔を打抜
き加工して打抜き成形シートを形成する工程、該打抜き
成形シートを巻回して辺部を接合すると共に一端を封止
し且つ他端を開放して筒体先端部を形成する工程、及び
該筒体先端部の開放側の筒体上部の端部に接合して焼成
する工程から成るセラミックノズルの製造方法に関す
る。

ここで、前記混練成形材料としては、セラミック粉
体、ポリエチレン及びオイルを混練したものから構成で
きる。

また、このセラミックノズルの製造方法において、前
記セラミック粉体は窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニ
ア又はアルミナの粉末から選定された材料である。

また、このセラミックノズルの製造方法において、前
記グリーンシートに形成する前記孔の形状は円及び円以
外の異形形状に形成できる。

〔作用〕

この発明によるセラミックノズルの製造方法は、上記
のように構成され、次のように作用する。即ち、このセ
ラミックノズルの製造方法は、セラミック粉体を含む混
練成形原料を押出し成形して平板状のグリーンシートを
製造し、該グリーンシートを所定の形状に切断して所定
の形状の孔を打抜き加工し、該成形シートを巻回して一
端を封止した筒体先端部を形成し、該筒体先端部の開放
端部を筒体上部の端部に接合して焼成したので、平板状
の前記グリーンシートの平らな面に対して孔を打ち抜く
のであるから、該孔の数、孔径、孔形状、孔に位置、位
置段数を所望に応じて選択でき、特に、孔の形状を円形
の形状は勿論のこと、楕円形、角形等の異形形状に自由
に選定して容易に且つ正確に打抜くことができる。次い
で、この打抜き成形シートを巻回して接合した筒体先端
部をノズル本体を構成する筒体上部の端部に接合して焼
成することによってノズル本体を製作し、該ノズル本体
の筒体先端部に精度に富んだ異形形状の噴孔を簡単に且
つ能率的に形成することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明によるセラミックノ
ズルの製造方法の実施例を説明する。

この発明によるセラミックノズルの製造方法を、第１
図、第２図及び第３図を参照して説明する。第１図はこ
のセラミックノズルの製造方法の一実施例を達成する各
工程を示す説明図、第２図はこのセラミックノズルの製
造方法で製造した燃料噴射ノズルの一部を示す断面図、
及び第３図は第１図のセラミックノズルの製造方法の処
理工程を示すブロック図である。

このセラミックノズルの製造方法は、主として、セラ
ミック粉体を含む混練成形原料を製造する工程、該混練
成形材料を押出し成形して平板状のグリーンシートを作
る工程、該グリーンシートを所定の形状に切断し且つ所
定の形状の孔を打抜き加工して打抜き成形シートを形成
する工程、該打抜き成形シートを巻回して辺部を接合し
て一端を封止し且つ他端を開放した筒体先端部を形成す
る工程、及び該筒体先端部の開放端部をノズル本体を構
成する筒体上部の端部に接合して焼成する工程から成る
ものである。セラミック粉体としては、窒化ケイ素、炭
化ケイ素、ジルコニア又はアルミナの粉体から選定する
ことができる。

このセラミックノズルの製造方法において、燃焼室に
最適なセラミック粉体を選定し、該セラミック粉体をポ
リエチレン及びオイルを構成し、これらの原料を十分に
練り混ぜて混練して混練成形原料を製造する（ステップ
10）。混練成形原料としては、セラミック粉体を70重量
％、熱可塑性であるポリエチレンを25％、及びオイルを
５重量％を混練した混合スリップから成るものであり、
該混合スリップは、押出して所定の長さに切断し、押出
し成形用原料に作ったものである。

次いで、混練成形原料を、加温した押出し機に投入
し、第１図の（ａ）に示すように、該押出し機によって
所定の厚さ、例えば、1.3mmの厚さのグリーンシートGS
に押出し成形する（ステップ11）。

更に、第１図の（ｂ）に示すように、グリーンシート
GSを、打抜き機によって所定の形状のサイズ、図では、
三角形即ち扇形に打抜くと共に、多噴孔を形成する噴孔
となる複数個の孔４を打抜き加工して打抜き成形シート
FSを形成する（ステップ12）。この時、打抜き加工する
孔４については、孔径、孔の形状、角度、サイズ等の条
件は、所望に予め選定することができるものである。し
かも、グリーンシートGSは平らな面であるので、孔の打
抜き加工は極めて容易に且つ正確に所定の形状、サイズ
等のものに加工することができる。例えば、孔の形状
を、円形形状は勿論のこと、四角形等の異形形状に形成
することができる。

更に、第１図の（ｃ）に示すように、打抜き加工を施
した打抜き成形シートFSを巻回して辺部７を接合し、一
端2Aを封止し且つ他端2Eを開放した筒体先端部２を形成
する（ステップ13）。打抜き成形シートFSは三角形であ
るので、該打抜き成形シートFSを巻回することによって
円錐筒体即ち筒体先端部２が形成され、錐面の周囲に噴
孔となる複数個の孔４が形成された形状に構成される。

次いで、第１図の（ｅ）で示すように、この筒体先端
部２の開放端部2Bを、ノズル本体を構成する筒体上部３
の端部3Eに接合部６で接合し、筒体先端部２と筒体上部
３とを組み合わせてノズル本体成形体５を形成する（ス
テップ14）。

筒体先端部２と筒体上部３とを組み合わせたノズル本
体成形体５を焼成してノズル本体１を製造する（ステッ
プ15）。この焼成時、ポリエチレンは脱脂焼成され、第
２図に示すように、多噴孔が形成されたセラミック製の
ノズル本体１が形成される。

この発明によるセラミックノズルの製造方法におい
て、上記の各工程によって製造した燃料噴射ノズルのノ
ズル本体１に形成された噴孔４の精度については、次の
ような結果を得ることができた。即ち、この発明による
セラミックノズルの製造方法によって得られた噴孔４
を、従来のレーザ加工で形成した噴孔と比較すると、結
果は下記表に示すとおりであった。

但し、噴孔のサイズ及び形状は、200μｍの正方形の
ものに形成した。

〔発明の効果〕

この発明によるセラミックノズルの製造方法は、上記
のように構成されており、次のような効果を有する。即
ち、このセラミックノズルの製造方法は、セラミック粉
体を含む混練成形原料を製造する工程、該混練成形原料
を押出し成形して平板状グリーンシートを作る工程、該
グリーンシートを所定の形状に且つ噴孔となる所定の孔
を打抜き加工して打抜き成形シートを形成する工程、該
打抜き成形シートを巻回して辺部を接合すると共に一端
を封止し且つ他端を開放して筒体先端部を形成する工
程、及び該筒体先端部の開放側を筒体上部の端部に接合
して焼成する工程から成るので、平らな板即ち前記グリ
ーンシートに対して所定の形状のサイズに切断すると共
に、噴孔となる所定の形状の孔を打抜き加工することに
なり、孔加工を極めて能率的に行うことができると共
に、寸法精度が極めて良く且つ種々の形状をした噴孔を
自由に選定して形成することができ、しかも前記孔を多
数形成して多噴孔に形成することができ、しかも完成し
たノズル本体はセラミック材料から構成されるので、耐
熱性、耐腐食性に富んだノズル本体を製作することがで
きる。

従って、このセラミックノズルの製造方法によってノ
ズル本体を製作し、該ノズル本体を用いて燃料噴射ノズ
ルを構成すれば、エンジンに最適の形状、サイズ、角度
等を有する噴孔を形成でき、燃焼室での燃焼状態を良好
にでき、エンジン性能を向上できる。

また、このセラミックノズルの製造方法において、前
記セラミック粉体は窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニ
ア又はアルミナの粉体を選定できるので、燃焼室に最適
のセラミック材料で製作したノズル本体を提供できる。

更に、このセラミックノズルの製造方法において、前
記グリーンシートに形成する前記孔の形状は円形形状は
勿論のこと、円形以外の異形形状に形成できるので、燃
焼室に最も最適な形状の噴孔を容易に且つ精度に富んだ
状態の形状に形成することができ、エンジン性能を向上
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこのセラミックノズルの製造方法の一実施例を
達成する各工程を示す説明図、第２図はこのセラミック
ノズルの製造方法で製作した燃料噴射ノズルの一部を示
す断面図、第３図は第１図のセラミックノズルの製造方
法の処理工程を示すブロック図、及び第４図は従来の燃
料噴射ノズルの一例を示す概略図である。 １……ノズル本体、２……筒体先端部、2A……封止端
部、2B……開放端部、３……筒体上部、４……孔（噴
孔）、５……ノズル本体成形体、６……接合部、GS……
グリーンシート、FS……成形体シート。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック粉体を含む混練成形原料を製造
   する工程、該混練成形原料を押出し成形して平板状グリ
   ーンシートを作る工程、該グリーンシートを所定の形状
   に且つ噴孔となる所定の孔を打抜き加工して打抜き成形
   シートを形成する工程、該打抜き成形シートを巻回して
   辺部を接合すると共に一端を封止し且つ他端を開放して
   筒体先端部を形成する工程、及び該筒体先端部の開放側
   を筒体上部の端部に接合して焼成する工程から成るセラ
   ミックノズルの製造方法。
2. 【請求項２】前記セラミック粉体は窒化ケイ素、炭化ケ
   イ素、ジルコニア又はアルミナの粉体である請求項１に
   記載のセラミックノズルの製造方法。
3. 【請求項３】前記グリーンシートに加工する前記孔の形
   状は円形及び円形以外の異形形状に形成できる請求項１
   に記載のセラミックノズルの製造方法。