JP5294101B1 - ラバールノズル電気鋳造方法および電気鋳造ラバールノズル - Google Patents

Abstract

【課題】 航空宇宙関係や様々な産業分野で使用されるノズルの中で、煩雑な機械加工や切削工具の届かないラバールノズルを電気鋳造法で製造することである。また、複数のコンバージェント部、スロート部、ダイバージェント部、通路部を有する複合型ジェットノズルの製造を電気鋳造法で提供する。
【解決手段】コンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成するセパレート方式複数芯金のテーパー状先端を当接させ連結した状態で、同時に電解液の中で電解をおこない、前記芯金外周の電析物と、前記芯金を分離させてジェットノズルを製造する。また、芯金連結に不具合がある場合には連結部外周に補助連結部を製作し補修後、電解液の中で電解をおこない、前記芯金外周の電析物と、前記芯金を分離させてジェットノズルを製造する。
【選択図】図７

Description

本発明は、機械加工で切削工具の届きにくい煩雑な内径加工や、切削工具の届かない内径形状の場合においても、ラバールノズルや複数のコンバージェント部、ダイバージェント部、通路部を有する複合型ジェットノズルを簡便に製造する電気鋳造製造法である。

古くから、コンバージェント部、スロート部、ダイバージェント部から構成されたラバール構造を有するラバールノズルは存在する。（例えば、非特許文献１）その代表的な製造方法は機械加工である。また、電気鋳造によるノズルの製造はインクジェットや、ノズル先端部分を超精細とした超精細ノズルの内径テーパー形状ノズル電気鋳造法が知られている。（例えば、特許文献１）

しかしながら、ラバールノズルの製造は、機械加工で切削工具の届き難い場合には、ラバールノズルの製造は煩雑であり、切削工具の届かない場合にはラバールノズルの製造が出来ない。さらに、複数のコンバージェント部、スロート部、ダイバージェント部、通路部を有する複合型ジェットノズルの加工には、手間がかかり煩雑である。

特許公開２００６‐２３３２４４号 公報

National Advisory Committee for Aeronautics technicalNOTE NO.1651 SUPERSONIC NOZZLE DESICN JUNE 1948

したがって、本発明の課題は、煩雑な機械加工や切削工具の届かないラバールノズル（ジェットノズル）の製造を、電気鋳造法で製造することである。また、複数のコンバージェント部、スロート部、ダイバージェント部、通路部を有する複合型ジェットノズルの製造を提供することである。

また、ラバールノズルおよび複合型ジェットノズルの通路部には超音速の流動エネルギーで加圧されるので電析物の厚みを５０μｍ〜５０ｍｍとする必要があり、煩雑な機械加工や切削工具の届かないスロート部の直径を、φ１μｍ〜５ｍｍとする必要がある。

本発明者等は、電気鋳造の実験・研究の過程で、ラバールノズルや複合型ジェットノズルを得るために、テーパー芯金で電気鋳造ノズルを製作し、コンバージェント部やダイバージェント部の機械加工を試みたが、精度よくジャストでスロート部となる内径テーパーの先端を捉えることが困難である。

また、本発明者等は、アルミニウム、鉛、ビスマス、電導性ワックス等の素材で一体型のラバールノズルや複合型ノズルの芯金を製作することを考案したが芯金を溶解させ毎回、ラバールノズル形状や複合型ジェット形状の芯金を製作しなければならないので煩雑であり、また分割方式の芯金の場合には、機械加工での公差や誤差で芯金連結部に補修が必要となる。

本発明は、ラバールノズルのコンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成するセパレート方式複数芯金のテーパー状先端を当接させ連結した状態で、同時に電解液の中で電解をおこない、前記芯金外周の電析物と、前記芯金を分離させてジェットノズルを製造することを特徴とするラバールノズル電気鋳造方法で、更に、芯金のテーパー状先端当接部の連結不具合連結部外周を補修後、電解液の中で電解をおこない、芯金外周の電析物と、前記芯金を分離させてラバールノズルを製造した。

また、電析物のせん断方向に平行な力を加える離形治具を上記芯金の一端に取付けて、電析物を上記芯金から離形させて、ラバールノズルを製造した。なお、電気鋳造方法で形成された電析物の厚みは、５０μｍ〜５０ｍｍとし、スロート部の直径をφ１μｍ〜５ｍｍとした。上記の電気鋳造方法で形成された電析物の分離方法として、離形治具は、電析物をテーパー芯金とせん断方向に平行な力を加える治具構造であり、電析物をチャッキングすることがなく、芯金形状が変わっても離形治具の製作も容易にできるシンプルな構造で、前記の離形治具を最適に使用するために、予め電析物端面を機械加工で研削して離形治具との接触面を平面化してから使用すると電析物と芯金の離形が容易にできることを特徴とするラバールノズル電気鋳造方法の離形方法である。

上記の電気鋳造方法で形成された電析物の厚みが、強度を確保するために５０μｍ〜５０ｍｍからなり、煩雑な機械加工や切削工具の届かないスロート部がφ１μｍ〜５ｍｍからなることを特徴とする電気鋳造ラバールノズルである。

その手段として、ラバールノズルは、コンバージェント部、スロート部、ダバージェント部を構成するセパレート方式の２種類以上の芯金を外径加工で、製作する。このコンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、を構成するセパレート方式の２種類以上の芯金で表現される形状は煩雑な機械加工や切削工具の届かないコンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成するなることを特徴とするラバールノズルの内径形状（通路形状）である。

上記、芯金は、コンバージェント部、スロート部、ダバージェント部を構成するセパレート方式で２種類以上の芯金を使用するので、連結治具で当接させ、この連結させた状態で電解液の中で電解をおこなう。電解で得られた電析物を離形治具で離形を行い、芯金と電析物を分離することで、ラバールノズルを電気鋳造で製造する方法を提供することである。

また、複合型ジェットノズルの芯金は、コンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成するセパレート方式の３種類以上の芯金を外径加工で、製作する。このコンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成するセパレート方式の３種類以上の芯金で表現される形状は煩雑な機械加工や切削工具の届かないスロート部がφ１μｍ〜５ｍｍからなることを特徴とする複合型ジェットノズルの内径形状（通路形状）である。

上記、芯金は、コンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成するセパレート方式で３種類以上の芯金を使用するので、連結治具で連結させ、この連結させた状態で電解液の中で電解をおこなう。電解で得られた電析物を離形治具で離形を行い、芯金と電析物を分離することで、複数のコンバージェント部、ダイバージェント部、スロート部、通路部を有する複合型ジェットノズルを電気鋳造で製造する方法を提供することである。

本発明に用いられる芯金は、コンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成するセパレート方式なので、一体式のコンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成する芯金よりも外径加工が簡易にできる。また、セパレート方式の複数芯金にすることで芯金のテーパー状先端を、φ１μｍ〜５ｍｍとする外径加工も簡易にでき、あわせてコンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成するセパレート方式の芯金を電析物から離形できる形状にすることを目的としている。

芯金のテーパー状先端のスロート部の直径が、φ１μｍ〜５ｍｍであることが好ましく、より好ましくはφ１０μｍ〜２．５ｍｍであることが好ましく、さらに好ましくはφ５０μｍ〜０．５ｍｍの範囲内である。上記範囲より小さいと、芯金製作や電気鋳造が困難であり、上記範囲より大きいと、煩雑な機械加工や切削工具の届かないスロート部が得られないからである。

本発明に用いられる芯金素材としては、電気を通すものであれば特に限定されるものではない。好適に用いられる芯金素材としては、ステンレス鋼等を使用する。しかしながら、煩雑な離形形状の場合には、芯金素材は、アルミニウム、鉛、ビスマス、電導性ワックス等であれば特に限定されるものではない。

セパレート方式の芯金の連結治具としては、コンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成する複数の芯金を正確に連結させれば特に限定されるものではない。

上記のセパレート芯金連結の最適な方法として、芯金連結部に連結不具合がある場合には連結部外周に補助連結部の補修をおこなう。芯金連結部はおもに、ラバールノズルや複合型ジェットノズルのスロート部に位置するので、滑らかなスロート部を得ることができるからである。

セパレート方式の芯金を使用するので、連結時の精度不足を補うことと、機械加工で製作するので公差や誤差を考慮した芯金連結部の補修方法である。

また、上記のセパレート方式芯金の連結部分の連結補助材としては、例えば、電導性ワックス、電導性パテ、鉛、ビスマス等が挙げられる。中でも、連結部の補助材は比較的軟らかく電導性があることが好ましい。補修性に優れる補助連結部を得ることができるからである。好適には、電導性ワックスを使用する。

電解液に含まれる金属としては、例えば、ニッケル、銅、亜鉛、すず、鉛、鉄、クロム、金および銀等が挙げられ、またこれらの合金が挙げられる。中でも、電気鋳造金属は比較的硬い金属であることが好ましい。耐磨耗性に優れる電気鋳造を得ることができるからである。このような電気鋳造金属としては、例えば、ニッケル、銅、鉄、クロム等を挙げることができ、特にニッケルが好ましい。

また、電解液がニッケルである場合は、スルファミン酸浴であってもよくワット浴であってもよい。中でも、スルファミン酸浴、すなわちスルファミン酸ニッケル液が好ましい。スルファミン酸浴は、電着応力が小さいことで、航空・宇宙部品用の主流となっているからである。

電解時の電流密度としては、電解液を用いて芯金に電解を施すのに適した条件であればよく、電鋳金属の種類に応じて適宜調整される。電鋳金属がニッケルである場合、電解時の電流密度は０．５Ａ／ｄｍ²〜２０Ａ／ｄｍ²程度とすることが好ましく、より好ましくは２Ａ／ｄｍ²〜１５Ａ／ｄｍ²の範囲内である。電流密度が小さすぎると、電解に時間がかかるからである。逆に、電流密度が大きすぎると、平滑で緻密な電気鋳造を得られない場合があるからである。

上記電流密度で電圧を印加する時間としては、一般的な範囲であれば特に限定されるものではなく、電鋳金属の種類および目的とする電気鋳造の厚みが５０μｍ〜５０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１００μｍ〜３０ｍｍであることが好ましく、さらに好ましくは２００μｍ〜１５ｍｍの範囲内である。上記範囲より小さいと、強度を確保することができず、上記範囲より大きいと、電気鋳造が困難になり、小型ラバールノズルが得られない場合があるからである。

離形治具は、電析物をテーパー芯金とせん断方向に平行な力を加える治具構造である。電析物をチャッキングすることがないことを特徴とし、芯金形状が変わっても離形治具の製作も容易にできるシンプルな構造であれば特に限定されるものではない。

また、上記の離形治具を最適に使用するために、予め電析物端面を機械加工で研削して離形治具との接触面を平面化してから使用すると電析物と芯金の離形が容易にできる。

電析物の機械加工は、一般的な範囲であれば特に限定されるものではなく、機械加工の種類は電析物の目的とする厚みが５０μｍ〜５０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１００μｍ〜３０ｍｍであることが好ましく、さらに好ましくは２００μｍ〜１５ｍｍの範囲内である。上記範囲より小さいと、強度を確保することができず、上記範囲より大きいと、電気鋳造が困難になり、小型ラバールノズルが得られない場合があるからである。

本発明の電気鋳造方法は、コンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成するセパレート方式の複数芯金のテーパー状先端を当接させ連結した状態にすることで、一体式のコンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成する芯金よりも外径加工が簡易にできる。

また、セパレート方式の複数芯金にすることで芯金のテーパー状先端を、φ１μｍ〜５ｍｍとする外径加工も簡易にでき、あわせてコンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成するセパレート方式の芯金を電析物から簡易に離形できる形状にする。

本発明の電気鋳造方法は、単体のテーパー芯金で得られる電析物では、後加工でコンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部のいずれかを作製しないとジェットノズルを得られないが、コンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成するセパレート方式の複数芯金のテーパー状先端を当接させ連結した状態で、同時に電解液の中で電解をおこない、前記芯金外周の電析物と、前記芯金を分離させてジェットノズルを製造することで、後加工が不要となる。

また、後加工で精度よくジャストでスロート部となる内径テーパーの先端を捉えることが出来ず加工に困難であるが、コンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成するセパレート方式の複数芯金のテーパー状先端を当接させ連結した状態で、同時に電解液の中で電解をおこない、前記芯金外周の電析物と、前記芯金を分離させてジェットノズルを製造することで、精度よくジャストでスロート部となる内径テーパーの先端を捉える加工も不要となる効果がある。

本発明のジェットノズル電気鋳造方法の芯金連結部補修方法は、コンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成するセパレート方式複数芯金のテーパー状先端の当接部に連結不具合がある場合には連結部外周に補助連結部を製作し補修後、電解液の中で電解をおこない、前記芯金外周の電析物と、前記芯金を分離させてジェットノズルを製造することを特徴とするセパレート方式の芯金を使用するので、連結時の精度不足を補うことと、機械加工で製作するので公差や誤差を考慮した芯金連結部の補修方法である。

また、上記の芯金連結部の補修方法に関しては、芯金連結面がジャストに連結している状態を１００％とし、連結不具合部芯金連結面の不具合を引いた面積に換算したときの平均連結面積比率が、７０〜８０％以上であることが好ましく、より好ましくは８５%〜９５%の範囲内、さらに好ましくは９５%〜１００%の範囲内である。上記範囲より小さいと、スロート部に欠陥部分が形成され均一なジェット流が得られない場合があるからである。
芯金連結部の補修が、上記範囲であれば、スロート部に欠陥部分がなく均一なジェット流が得られる効果がある。

本発明の電気鋳造方法で形成された電析物の分離方法として、離形治具は、電析物をテーパー芯金とせん断方向に平行な力を加える治具構造であり、電析物をチャッキングすることがないので、チャッキング時の電析物への変形や歪を軽減し、複数芯金で電気鋳造ジェットノズルを製造するので芯金形状が変わっても離形治具の製作も容易にできるシンプルな構造としており複数芯金ごとの離形治具製作も簡便にできる。

上記の離形治具を最適に使用するために、予め電析物端面を機械加工で研削して離形治具との接触面を平面化してから使用すると電析物と芯金の離形が容易にできる離形方法であり、例えば、複数の芯金の素材がステンレス鋼でφ６〜φ０．１、長さ５５mmであり、電析物の厚みが３ｍｍであり、離形用ボルトがＭ８である場合の離形に要するせん断力量をトルクに換算したときの離形用ボルトの平均トルクは、１０〜７N・m以下であることが好ましく、より好ましくは５〜３N・m以下、さらに好ましくは１．０〜０．１ N・m以下の範囲内である。上記範囲より大きいと、芯金と電析物に面圧が高くなり擦り傷が生じる場合があるからである。

また、上記範囲内であれば芯金と電析物にかじり（摺動面の異常摩擦）が発生せず、スムーズに離形出来ることを特徴とするものであり、電析物をテーパー芯金からスムーズに離形出来き、複数芯金ごとの離形治具も簡便に製作できる。

本発明の電気鋳造ジェットノズルは、コンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成するセパレート方式の複数芯金のテーパー状先端を当接させ連結した状態にすることで、一体式のコンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成する芯金よりも外径加工が簡易にでき、セパレート方式の複数芯金にすることで芯金のテーパー状先端を、φ１μｍ〜５ｍｍとする外径加工も簡易にできるので煩雑な機械加工や切削工具の届かないスロート部の直径がφ１μｍ〜５ｍｍで簡易に形成できる。

スロート部の直径がφ１μｍ〜５ｍｍとなるので、ジェットノズルの設計革新で、ラバールノズルは超音速のエネルギーで微細化される部品の加工や、少量のエネルギーでの高出力吹き付けが期待され、航空宇宙関係で、超小型のマッハジェットでの推進力を得ることが出来る可能性があり、複数のコンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成する複合型ジェットノズルには、超音速のエネルギーで混合物を吹き付けたり、微細な化合物を生成させたりすることが期待される。また、強度を確保するために５０μｍ〜５０ｍｍからなる電気鋳造ジェットノズルである。

ラバールノズルの（ａ）セパレート方式で２種類以上の芯金、（ｂ）連結治具及び芯金の連結、（ｃ）電解後の芯金と電析物の概念図を示す。 ラバールノズルの（ａ）電解後の芯金と電析物と離形治具、（ｂ）離形後のラバールノズルの概念図を示す。 複合型ジェットノズルの（ａ）セパレート方式で３種類以上の芯金、（ｂ）連結治具及び芯金の連結、（ｃ）電解後の芯金と電析物の概念図を示す。 複合型ジェットノズルの（ａ）電解後の芯金と電析物と離形治具、（ｂ）離形後の複合型ジェットノズルの概念図を示す。 （ａ）補修前の芯金連結部（拡大）及び、（ｂ）補修後の芯金連結部（拡大）の概念図を示す。 ２種類以上の芯金のテーパー状先端を当接させた状態で、同時に電解液の中で電解をおこなうラバールノズルの概念図を示す。 ３種類以上の芯金のテーパー状先端を当接させた状態で、同時に電解液の中で電解をおこなう複合型ジェットノズルの概念図を示す。

以下、ラバールノズル及び複合型ジェットノズルの電気鋳造方法について詳細に説明する。

ラバールノズルの電気鋳造方法
まず、本発明のラバールノズルの電気鋳造製造方法について説明する。
図１はラバールノズルの（ａ）セパレート方式で２種類以上の芯金の概念図を示し、ラバールノズルは、セパレート方式の２種類以上の芯金を外径加工で、第１の芯金１０１、第２の芯金１０２を作製する。このセパレート方式の２種類以上の芯金で表現される形状は煩雑な機械加工や切削工具の届かないラバールノズルの内径形状（通路形状）である。

上記、芯金は、セパレート方式で２種類以上の芯金を使用するので、第１の連結治具１０３で連結させ、この連結させた状態で電解液の中で電解をおこなう。電解で得られた電析物を第１の離形治具２０１の治具で離形を行い、芯金と電析物を分離することで、ラバールノズルを電気鋳造で製造する方法を提供することである。

本発明は、三段階の工程でラバールノズルを製造する。
第一段階、セパレート方式で２種類以上の芯金連結工程
第二段階、連結させた芯金の電解液の中で電解工程
第三段階、離形をおこない電析物と芯金とを分離する工程
以下、本発明の各工程について説明する。

第一段階、セパレート方式で２種類以上の芯金連結工程
本発明における芯金連結工程は、図１（ｂ）に図示する如く、第１の芯金１０１、第２の芯金１０２を、第１の連結治具１０３に装着させ、第１のボルト１０４、第１のナット１０５で適宜調整されセッティングをおこない固定する。芯金を正確に連結させれば特に限定されるものではない。

上記のセパレート芯金連結の最適な方法として、図５（ａ）に図示の補修前の芯金連結部（拡大）及び、（ｂ）補修後の芯金連結部（拡大）の概念図に示す如く、連結部分の第１の芯金１０１と第２の芯金１０２の当接部１００に連結不具合部５０１がある場合には連結部外周に補助連結部５０２の補修をおこなう。連結部はおもに、ラバールノズルのスロート部に位置するので、滑らかなスロート部を得ることができるからである。また、芯金先端部直径Ｈは概ねφ０．０５〜０．１５ｍｍである。

セパレート方式の芯金を使用するので、連結時の精度不足を補うことと、機械加工で製作するので公差や誤差を考慮した芯金連結部の補修方法である。

また、上記のセパレート芯金の連結部分の連結補助材としては、例えば、電導性ワックス、電導パテ、鉛、ビスマス等が挙げられる。中でも、連結部の補助材は比較的軟らかく電導性があることが好ましい。補修性に優れる補助連結部を得ることができるからである。
好適には、電導性ワックスを使用する。

また本発明に用いられる正確な連結精度に関しては、芯金連結面がジャストに連結している状態を１００％とし、連結不具合部５０１に示される芯金連結面の不具合を引いた面積に換算したときの平均連結面積比率が、７０〜８０％以上であることが好ましく、より好ましくは８５%〜９５%の範囲内、さらに好ましくは９５%〜１００%の範囲内である。上記範囲より小さいと、スロート部に欠陥部分が形成され均一なジェット流が得られない場合があるからである。

第二段階、連結させた芯金の電解液の中で電解工程
本発明における電気鋳造工程は、上記の工程で得られた図１（ｂ）に図示の連結治具及び芯金の連結を電解液の中で電解をおこない電析物を得る工程である。一般的な電気鋳造法で電解をおこなう。

第１のマスキング６０３に示されるように、電気鋳造部以外を一般的な絶縁マスキング材（絶縁テープやマゴム材やテフロン（登録商標）等）でマスキングをおこなう。

前処理工程としては、一般的な電気鋳造法の前処理工程であれば特に限定されるものではなく、電気鋳造部を一般的な脱脂工程で脱脂をおこない、エッチングや酸洗いなどで表面の活性化工程はおこなわないで、脱脂後に電解液に浸漬する。

上記の浸漬後は、速やかに、図６に図示の２種類以上の芯金のテーパー状先端を当接させた状態で、同時に電解液の中で電解をおこなうラバールノズルの概念図を示す如く、電気鋳造部に陰極電解をおこなう。

本発明に用いられる電解液としては、電気鋳造金属を含有するものであれば特に限定されるものではなく、一般的な電解液を用いることができる。

電解液に含まれる金属としては、例えば、ニッケル、銅、亜鉛、すず、鉛、鉄、クロム、金および銀等が挙げられ、またこれらの合金が挙げられる。中でも、電気鋳造金属は比較的硬い金属であることが好ましい。耐磨耗性に優れる電気鋳造を得ることができるからである。このような電気鋳造金属としては、例えば、ニッケル、銅、鉄、クロム等を挙げることができ、特にニッケルが好ましい。

また、電解液がニッケルである場合は、スルファミン酸浴であってもよくワット浴であってもよい。中でも、スルファミン酸浴、すなわちスルファミン酸ニッケル液が好ましい。スルファミン酸浴は、電着応力が小さいことで、航空・宇宙部品用の主流となっているからである。

電気鋳造は、めっき技術の応用であるので一般的なめっき液を利用してもよい。すなわち、電気鋳造は、電気めっきで得る電析物を芯金から分離して電気鋳造としているからである。

電解液は、光沢剤、ピット防止剤、ｐＨ緩衝剤、錯化剤等の添加剤を含有していてもよい。電解液に使用される添加剤の種類としては、電気鋳造金属の種類に応じて適宜選択される。

また、電解液を用いた電気鋳造方法としては、特に限定されるものではなく、一般的な電解方法を適用することができる。

電解時の電解液のｐＨとしては、一般的な電解液のｐＨ範囲であれば特に限定されるものではなく、電鋳金属の種類に応じて適宜調整される。例えば電鋳金属がニッケルである場合、ニッケル液のｐＨは３．０〜６．０程度とすることが好ましく、より好ましくは４．０〜５．６の範囲内である。ニッケル液のｐＨが上記範囲であれば、ニッケル液が安定で電気鋳造の品質を良好に維持できるからである。

また、電解液の温度としては、一般的な液の温度範囲であれば特に限定されるものではなく、電鋳金属の種類に応じて適宜調整される。例えば電鋳金属がニッケルである場合、電解時の液温度は４０℃〜６５℃の範囲内であることが好ましく、より好ましくは５０℃〜６０℃の範囲内である。温度が上記範囲であれば、ニッケルの析出速度が良好となるからである。

電解時の電流密度としては、電解液を用いて芯金に電解を施すのに適した条件であればよく、電鋳金属の種類に応じて適宜調整される。電鋳金属がニッケルである場合、電解時の電流密度は０．５Ａ／ｄｍ²〜２０Ａ／ｄｍ²程度とすることが好ましく、より好ましくは２Ａ／ｄｍ²〜１５Ａ／ｄｍ²の範囲内である。電流密度が小さすぎると、電解に時間がかかるからである。逆に、電流密度が大きすぎると、平滑で緻密な電気鋳造を得られない場合があるからである。

上記電流密度で電圧を印加する時間としては、一般的な範囲であれば特に限定されるものではなく、電鋳金属の種類および目的とする電気鋳造の厚みが５０μｍ〜５０ｍｍに応じて適宜調整される。

図１ラバールノズルの（ｃ）電解後の芯金と電析物の概念図に示す如く、上記、電解液での電解が終了したらマスキングを外し、第１のボルト１０４、第１のナット１０５を緩め、第１の連結治具１０３を外し、第１の電析物１０６と第１の芯金１０１、第２の芯金１０２の状態にする。

第三段階、離形をおこない電析物と芯金とを分離する工程
本発明における分離工程は、上記の電解工程で得られた第１の電析物１０６と第１の芯金１０１、第２の芯金１０２を第１の離形治具２０１の治具で離形を行う。

図１（ｃ）に図示の電解後の芯金と電析物を、図２（ａ）に図示の電解後の芯金と電析物と離形治具のように、第１の離形治具２０１を装着させる。第２のボルト２０６および第２のナット２０７で第２のフラットバー２０４と第２の芯金１０２を固定する。

図２（ｂ）は、離形後のラバールノズルの概念図を示し、第１の複数の離形用ネジ穴２０８を利用し、第１の複数の離形用ボルト２０５をゆっくりと第１のフラットバー２０３側に回し、第２の芯金１０２を離形させる。第１のフラットバー２０３と第２のフラットバー２０４は常に平行状態でなければならない。第１の芯金１０１も同様に離形させ、離形後にラバールノズル２０９を得る。

第１の離形治具２０１は、電析物をテーパー芯金とせん断方向に平行な力を加える治具構造である。電析物をチャッキングすることがないことを特徴とし、芯金形状が変わっても離形治具の製作も容易にできるシンプルな構造であれば特に限定されるものではない。

また、上記の離形治具を最適に使用するために、予め第１の研磨端面１０７を機械加工で研削して第１のフラットバー２０３の接触面を平面化してから使用すると電析物と芯金の離形が容易にできる。

例えば、上記の最適に使用する方法を用い、第２の芯金１０２の素材がステンレス鋼でφ６〜φ０．１、長さ５５ｍｍであり、第１の電析物１０６の厚みが３ｍｍであり、離形用ボルト２０５がＭ８である場合の離形に要するせん断力量をトルクに換算したときの離形用ボルト２０５の平均トルクは、１０〜７N・m以下であることが好ましく、より好ましくは５〜３N・m以下、さらに好ましくは１．０〜０．１ N・m以下の範囲内である。上記範囲より大きいと、芯金と電析物に擦り傷が生じる場合があるからである。また、上記範囲内であれば芯金と電析物にかじり（摺動面の異常摩擦）が発生せず、スムーズに離形出来ることを特徴とするものである。

電析物の機械加工は、一般的な範囲であれば特に限定されるものではなく、機械加工の種類は電析物の目的とする厚み５０μｍ〜５０ｍｍに応じて適宜調整される。

もし、補助連結部５０２の補修をおこなっていたら、離形後、連結補助材として例えば、電導性ワックスを使用した場合には、有機溶剤や超音波洗浄等を併用して離形後のラバールノズル２０９から完全に連結補助材を除去する。連結補助材が残っていると、スロート部に欠陥部分が形成され均一なジェット流が得られない場合があるからである。

本発明は、上記の三段階の工程でラバールノズルを製造する電気鋳造方法である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

複合型ジェットノズルの電気鋳造方法
まず、本発明の複合型ジェットノズルの電気鋳造製造方法について説明する。
図３に図示の複合型ジェットノズルの（ａ）セパレート方式で３種類以上の芯金の概念図に示すように、複合型ジェットノズルは、セパレート方式の３種類以上の芯金を外径加工で、第３の芯金３０１、第４の芯金３０２、第５の芯金３０３を作製する。このセパレート方式の３種類以上の芯金で表現される形状は煩雑な機械加工や切削工具の届かない複合型ジェットノズルの内径形状（通路形状）である。

上記、芯金は、セパレート方式で３種類以上の芯金を使用するので、第２の連結治具３０４で連結させ、この連結させた状態で電解液の中で電解をおこなう。電解で得られた電析物を第２の離形治具４０１の治具で離形を行い、芯金と電析物を分離することで、複合型ジェットノズルを電気鋳造で製造する方法を提供することである。

本発明は、三段階の工程で複合型ジェットノズルを製造する。
第一段階、セパレート方式で３種類以上の芯金連結工程
第二段階、連結させた芯金の電解液の中で電解工程
第三段階、離形をおこない電析物と芯金とを分離する工程
以下、本発明の各工程について説明する。

第一段階、セパレート方式で３種類以上の芯金連結工程
本発明における芯金連結工程は、図３（ｂ）に図示の複合型ジェットノズルの連結治具及び芯金の連結の概念図に示すように、第３の芯金３０１、第４の芯金３０２、第５の芯金３０３を、第２の連結治具３０４に装着させ、第３のボルト３０５、第３のナット３０６で適宜調整されセッティングをおこない固定する。芯金を正確に連結させれば特に限定されるものではない。

上記のセパレート芯金連結の最適な方法として、図５（ａ）に図示の補修前の芯金連結部（拡大）及び、（ｂ）補修後の芯金連結部（拡大）の概念図に示す如く、連結部分の第３の芯金３０１と第４の芯金３０２と第５の芯金３０３の当接部３００に連結不具合部５０１がある場合には連結部外周に補助連結部５０２の補修をおこなう。連結部はおもに、複合型ジェットノズルのスロート部に位置するので、滑らかなスロート部を得ることができるからである。また、芯金先端部直径Ｈは概ねφ０．０５〜０．１５ｍｍである。

セパレート方式の芯金を使用するので、連結時の精度不足を補うことと、機械加工で製作するので公差や誤差を考慮した芯金連結部の補修方法である。

また、上記のセパレート芯金の連結部分の連結補助材としては、例えば、電導性ワックス、電導パテ、鉛、ビスマス等が挙げられる。中でも、連結部の補助材は比較的軟らかく電導性があることが好ましい。補修性に優れる補助連結部を得ることができるからである。
好適には、電導性ワックスを使用する。

また本発明に用いられる正確な連結精度に関しては、芯金連結面がジャストに連結している状態を１００％とし、連結不具合部５０１に示される芯金連結面の不具合を引いた面積に換算したときの平均連結面積比率が、７０％〜８０以上であることが好ましく、より好ましくは８５%〜９５%の範囲内、さらに好ましくは９５%〜１００%の範囲内である。上記範囲より小さいと、スロート部に欠陥部分が形成され均一なジェット流が得られない場合があるからである。

第二段階、連結させた芯金の電解液の中で電解工程
本発明における電気鋳造工程は、上記の工程で得られた図３（ｂ）に図示の連結治具及び芯金の連結を電解液の中で電解をおこない電析物を得る工程である。一般的な電気鋳造法で電解をおこなう。

第２のマスキング７０３に示されるように、電気鋳造部以外を一般的な絶縁マスキング材（絶縁テープやマゴム材やテフロン（登録商標）等）でマスキングをおこなう。

前処理工程としては、一般的な電気鋳造法の前処理工程であれば特に限定されるものではなく、電気鋳造部を一般的な脱脂工程で脱脂をおこない、エッチングや酸洗いなどで表面の活性化工程はおこなわないで、脱脂後に電解液に浸漬する。

上記の浸漬後は、速やかに、図７に図示の３種類以上の芯金のテーパー状先端を当接させた状態で、同時に電解液の中で電解をおこなう複合型ジェットノズルの概念図を示す如く、電気鋳造部に陰極電解をおこなう。

本発明に用いられる電解液としては、電気鋳造金属を含有するものであれば特に限定されるものではなく、一般的な電解液を用いることができる。

電解液に含まれる金属としては、例えば、ニッケル、銅、亜鉛、すず、鉛、鉄、クロム、金および銀等が挙げられ、またこれらの合金が挙げられる。中でも、電気鋳造金属は比較的硬い金属であることが好ましい。耐磨耗性に優れる電気鋳造を得ることができるからである。このような電気鋳造金属としては、例えば、ニッケル、銅、鉄、クロム等を挙げることができ、特にニッケルが好ましい。

また、電解液がニッケルである場合は、スルファミン酸浴であってもよくワット浴であってもよい。中でも、スルファミン酸浴、すなわちスルファミン酸ニッケル液が好ましい。スルファミン酸浴は、電着応力が小さいことで、航空・宇宙部品用の主流となっているからである。

電気鋳造は、めっき技術の応用であるので一般的なめっき液を利用してもよい。すなわち、電気鋳造は、電気めっきで得る電析物を芯金から分離して電気鋳造としているからである。

電解液は、光沢剤、ピット防止剤、ｐＨ緩衝剤、錯化剤等の添加剤を含有していてもよい。電解液に使用される添加剤の種類としては、電気鋳造金属の種類に応じて適宜選択される。

また、電解液を用いた電気鋳造方法としては、特に限定されるものではなく、一般的な電解方法を適用することができる。

電解時の電解液のｐＨとしては、一般的な電解液のｐＨ範囲であれば特に限定されるものではなく、電鋳金属の種類に応じて適宜調整される。例えば電鋳金属がニッケルである場合、ニッケル液のｐＨは３．０〜６．０程度とすることが好ましく、より好ましくは４．０〜５．６の範囲内である。ニッケル液のｐＨが上記範囲であれば、ニッケル液が安定で電気鋳造の品質を良好に維持できるからである。

また、電解液の温度としては、一般的な液の温度範囲であれば特に限定されるものではなく、電鋳金属の種類に応じて適宜調整される。例えば電鋳金属がニッケルである場合、電解時の液温度は４０℃〜６５℃の範囲内であることが好ましく、より好ましくは５０℃〜６０℃の範囲内である。温度が上記範囲であれば、ニッケルの析出速度が良好となるからである。

電解時の電流密度としては、電解液を用いて芯金に電解を施すのに適した条件であればよく、電鋳金属の種類に応じて適宜調整される。電鋳金属がニッケルである場合、電解時の電流密度は０．５Ａ／ｄｍ²〜２０Ａ／ｄｍ²程度とすることが好ましく、より好ましくは２Ａ／ｄｍ²〜１５Ａ／ｄｍ²の範囲内である。電流密度が小さすぎると、電解に時間がかかるからである。逆に、電流密度が大きすぎると、平滑で緻密な電気鋳造を得られない場合があるからである。

上記電流密度で電圧を印加する時間としては、一般的な範囲であれば特に限定されるものではなく、電鋳金属の種類および目的とする電気鋳造の厚み５０μｍ〜５０ｍｍに応じて適宜調整される。

図３は、複合型ジェットノズルの（ｃ）電解後の芯金と電析物の概念図を示す。
図３に図示する如く複合型ジェットノズルの（ｃ）電解後の芯金と電析物とは、上記、電解液での電解が終了したらマスキングを外し、第３のボルト３０５、第３のナット３０６を緩め、第２の連結治具３０４を外し、第２の電析物３０７と第３の芯金３０１、第４の芯金３０２、第５の芯金３０３の状態にする。

第三段階、離形をおこない電析物と芯金とを分離する工程
本発明における分離工程は、上記の電解工程で得られた第２の電析物３０７と第３の芯金３０１、第４の芯金３０２、第５の芯金３０３を第２の離形治具４０１の治具で離形を行う。

図３（ｃ）に図示する如く電解後の芯金と電析物を、図４（ａ）に図示する如く電解後の芯金と電析物と離形治具のように、第２の離形治具４０１を装着させる。第４のボルト４０６および第４のナット４０７で第４のフラットバー４０４と第４の芯金３０２を固定する。

図４（ｂ）に図示する如く、離形後の複合型ジェットノズルは、第２の複数の離形用ネジ穴４０８を利用し、第２の複数の離形用ボルト４０５をゆっくりと第３のフラットバー４０３側に回し、第４の芯金３０２を離形させる。第３のフラットバー４０３と第４のフラットバー４０４は常に平行状態でなければならない。第３の芯金３０１、第５の芯金３０３も同様に離形させ、離形後に複合型ジェットノズル４０９を得る。

第２の離形治具４０１は、電析物をテーパー芯金とせん断方向に平行な力を加える治具構造である。電析物をチャッキングすることがないことを特徴とし、芯金形状が変わっても離形治具の製作も容易にできるシンプルな構造であれば特に限定されるものではない。

また、上記の離形治具を最適に使用するために、予め第２の研磨端面３０８を機械加工で研削して第３のフラットバー４０３の接触面を平面化してから使用すると電析物と芯金の離形が容易にできる。

例えば、上記の最適に使用する方法を用い、第４の芯金３０２の素材がステンレス鋼でφ６〜φ０．１、長さ５５mmであり、第２の電析物３０７の厚みが３ｍｍであり、離形用ボルト４０５がＭ８である場合の離形に要するせん断力量をトルクに換算したときの離形用ボルト４０５の平均トルクは、１０〜７N・m以下であることが好ましく、より好ましくは５〜３N・m以下、さらに好ましくは１．０〜０．１ N・m以下の範囲内である。上記範囲より大きいと、芯金と電析物に擦り傷が生じる場合があるからである。また、上記範囲内であれば芯金と電析物にかじり（摺動面の異常摩擦）が発生せず、スムーズに離形出来ることを特徴とするものである。

電析物の機械加工は、一般的な範囲であれば特に限定されるものではなく、機械加工の種類は電析物の目的とする厚み５０μｍ〜５０ｍｍに応じて適宜調整される。

もし、補助連結部５０２の補修をおこなっていたら、離形後、連結補助材として例えば、電導性ワックスを使用した場合には、有機溶剤や超音波洗浄等を併用して離形後の複合型ジェットノズル４０９から完全に連結補助材を除去する。連結補助材が残っていると、スロート部に欠陥部分が形成され均一なジェット流が得られない場合があるからである。

本発明は、上記の三段階の工程で複合ジェットノズルを製造する電気鋳造方法である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１００ 第１の芯金と第２の芯金の当接部
１０１ 第１の芯金
１０２ 第２の芯金
１０３ 第１の連結治具
１０４ 第１のボルト
１０５ 第１のナット
１０６ 第１の電析物
１０７ 第１の研磨端面
２０１ 第１の離形治具
２０２ 第１の研磨端面と第１の電析物側フラットバーの接触面
２０３ 第１のフラットバー
２０４ 第２のフラットバー
２０５ 第１の複数の離形用ボルト
２０６ 第２のボルト
２０７ 第２のナット
２０８ 第１の複数の離形用ネジ穴
２０９ 離形後のラバールノズル
３００ 第３の芯金と第４の芯金と第５の芯金の当接部
３０１ 第３の芯金
３０２ 第４の芯金
３０３ 第５の芯金
３０４ 第２の連結治具
３０５ 第３のボルト
３０６ 第３のナット
３０７ 第２の電析物
３０８ 第２の研磨端面
４０１ 第２の離形治具
４０２ 第２の研磨端面と第２の電析物側フラットバーの接触面
４０３ 第３のフラットバー
４０４ 第４のフラットバー
４０５ 第２の複数の離形用ボルト
４０６ 第４のボルト
４０７ 第４のナット
４０８ 第２の複数の離形用ネジ穴
４０９ 離形後の複合型ジェットノズル
５００ 当接部
５０１ 連結不具合部
５０２ 補助連結部
Ｈ 芯金先端部直径
６０１ 第１の陽極
６０２ 第１の陰極
６０３ 第１のマスキング
６０４ 第１の電解液
６０５ 第１の電解槽
７０１ 第２の陽極
７０２ 第２の陰極
７０３ 第２のマスキング
７０４ 第２の電解液
７０５ 第２の電解槽

Claims (4)

1. ラバールノズルのコンバージェント部、スロート部、ダバージェント部、通路部を構成するセパレート方式複数芯金のテーパー状先端を当接させ連結した状態で、同時に電解液の中で電解をおこない、前記芯金外周の電析物と、前記芯金を分離させてジェットノズルを製造することを特徴とするラバールノズル電気鋳造方法。
2. 上記芯金のテーパー状先端当接部の連結不具合連結部外周を補修後、電解液の中で電解をおこない、前記芯金外周の電析物と、前記芯金を分離させてラバールノズルを製造することを特徴とする請求項１記載のラバールノズル電気鋳造方法。
3. 上記電析物のせん断方向に平行な力を加える離形治具を上記芯金の一端に取付けて、上記電析物を上記芯金から離形させることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載のラバールノズル電気鋳造方法。
4. 請求項１及び請求項２及び請求項３のいずれか一項に記載の電気鋳造方法で形成された電析物の厚みが５０μｍ〜５０ｍｍからなり、スロート部がφ１μｍ〜５ｍｍからなることを特徴とする電気鋳造ラバールノズル。

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