JP5620137B2 - 超音速ノズルおよび切削工具 - Google Patents
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Description
1.ノズル設計
特性曲線法を使用して以下のようにして超音速ノズル1を設計した。なお、本実施形態としてはスロート部直径を0.8mm、流体流出口でのガス流速をマッハ数4.2に設定した。
超硬材料として住友電気工業株式会社製のAF1を使用し、上記設計に基づき、図7のS6〜S8のステップに従って本実施形態のノズルを製造するための切削工具を作製した。該切削工具の概略図および切削刃形成部の断面図を図3に示す。プログラム設計によって決定されたノズルの内部空洞部の形状は、この切削工具に反映され、当該切削工具を使用して切削加工することにより設計通りのノズルが製造されることになる。第1の実施例の切削工具を図3および5に示す。図3が流体流入口側空洞部を切削する切削工具であり、図5が流体流出口側空洞部を切削する切削工具である。
旋盤に、ノズルの原材料であるステンレス(SUS 316)棒を装着し、外形加工用の超硬製切削工具を使用して旋削し、ノズルの外形形状を作製する(S3)。つづいて、マシニングセンタ(安田工業株式会社製 CNC JIGBORER YBN950V)に粗加工用の超硬製ドリル(直径0.6mm)を装着し、外形加工の終了したノズルに空洞部(流体流入口側、流体流出口側、およびスロート部)形成のための下穴加工(一次加工)を実施した(S4)。次に、超硬製ボールエンドミルに切り替えて、ヘリカル切削によりノズル空洞部の粗仕上げ加工を行った(S5)。このとき、最終仕上げ工具による切削代が0.05mm〜0.1mm程度になるように粗加工を実施した。
スロート部直径を0.4mm、流体流入口2からスロート部4までを等加速度となるように設計した以外は、基本的には、第1の実施例と同様にして設計から製造までを行った。本実施形態によって設計して製造したノズルの断面形状を図2に示す。また、本実施形態のノズルを製造するための切削工具の概略図を図4および図6に示す。図4が流体流入口側空洞部を切削する切削工具であり、図6が流体流出口側空洞部を切削する切削工具である。なお、当該切削工具の材質は第1の実施の形態と同じである。
本応用例においては、基板上へのナノ粒子の高速での堆積により皮膜を形成する、超音速フリージェット(SFJ:Supersonic Free Jet)−物理蒸着(PVD:Physical Vapor Deposition)法を用いて、多結晶シリコン膜を形成した。すなわち、多結晶シリコン膜は、シリコン蒸発源の加熱によりシリコン微粒子が生成され、得られたシリコン微粒子が移送され、超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出されて、真空チャンバー中に配置された基板上に物理蒸着されて、基板上に形成された、シリコン微粒子からなる膜である。上記のSFJ−PVD法により形成された本応用例の多結晶シリコン膜は、SFJ−PVD装置により短時間に形成された良好な特性の多結晶シリコン膜である。
2 流体流入口
3 流体流入口側空洞部
4 スロート部
5 流体流出口側空洞部
6 流体流出口
10、20 切削工具
11、21 切削刃非形成部
12、22 切削刃形成部(切削刃の形成領域)
13、23 中心点
14、15、24、25 中心点から最遠の角
16、17、26、27 多角形の角
100 蒸発チャンバー
101 排気管
102 マスフローコントロール
103 ガス供給源
104 るつぼ
105 シリコン蒸発源
106 加熱部
107 移送管
110 成膜チャンバー
111 排気管
112 基板ホルダー
113 基板
Claims (12)
- 前記流体流出口の内部直径が、前記流体流入口の内部直径の1/10〜1/3である、
請求項1に記載の超音速ノズル。 - 前記スロート部に接続する前記流体流入口側空洞部の内部直径が、前記スロート部側に向かって漸減する形状を有し、
前記漸減が開始する境界部の内部直径は前記流体流入口の直径と同じであり、
前記境界部から前記スロート部までの距離が、前記流体流入口の内部直径以下である、
請求項1または2に記載の超音速ノズル。 - 前記スロート部から前記流体流出口までの距離が、3mm〜80mmである、
請求項1〜3いずれか一項に記載の超音速ノズル。 - 前記スロート部の内部直径が0.2mm〜0.9mmである、
請求項1〜4いずれか一項に記載の超音速ノズル。 - 切削装置への装着部分は円柱状形状を有し、
切削刃の形成側において、該切削刃が無ければ円柱状である領域が、少なくとも2枚の前記切削刃を形成するように加工され、
前記切削刃の形成領域の断面の形状は、該断面の中心点を対称点とした回転対称の形状である、
請求項1〜5いずれか一項に記載の超音速ノズルの、流体流入口側空洞部からスロート部までを形成するための切削工具。 - 前記切削刃の形成領域の前記断面の形状は、前記中心点を対称点とする回転対称の多角形であり、
前記中心点より最遠の角の部分が前記切削刃を形成し、
前記切削刃を二つまたは三つ有する、
請求項6に記載の流体流入口側空洞部からスロート部までを形成するための切削工具。 - 前記切削刃が形成されていなければその断面の形状が円形である、前記切削刃の形成領域において、
該円形の直径が前記切削刃の先端部に向かって漸減し、該先端部の直径が反対端部の直径の1/8〜1/20であり、直径の漸減が始まる境界部から前記先端部までの距離が前記反対端部の直径以下である、
請求項6または7に記載の流体流入口側空洞部からスロート部までを形成するための切削工具。 - 切削装置への装着部分は円柱状形状を有し、
切削刃の形成側において、該切削刃が無ければ円柱状である領域が、少なくとも2枚の前記切削刃を形成するように加工され、
前記切削刃の形成領域の断面の形状は、該断面の中心点を対称点とした回転対称の形状である、
請求項1〜5いずれか一項に記載の超音速ノズルの、流体流出口側空洞部からスロート部までを形成するための切削工具。 - 前記切削刃の形成領域の前記断面の形状は、前記中心点を対称点とする回転対称の多角形であり、
前記中心点より最遠の角の部分が前記切削刃を形成し、
前記切削刃を二つまたは三つ有する、
請求項9に記載の流体流出口側空洞部からスロート部までを形成するための切削工具。 - 前記切削刃が形成されていなければその断面の形状が円形である、前記切削刃の形成領域において、
該円形の直径が前記切削刃の先端部に向かって漸減し、該先端部の直径が反対端部の直径の1/2〜1/8である、
請求項9または10に記載の流体流出口側空洞部からスロート部までを形成するための切削工具。 - 前記切削工具は、平均粒径が1μm以下の超微粒子を材料として形成された超硬合金である超硬材料で形成される、
請求項6〜11いずれか一項に記載の切削工具。
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