JPH11510437A - 研磨剤スラリによりオリフィスを整形する方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 微小穴（５２）を研磨し且つその縁に丸みを付けるシステムおよびプロセスである。特定のレオロジー特性のある液体スラリが、微小穴（５２）を通って流れるとき加速して微小穴（５２）の縁を研磨する。流量が目標流量に達すると、プロセスは停止して微小穴（５２）が正しく調整される。

Description

【発明の詳細な説明】 研磨剤スラリによりオリフィスを整形する方法と装置発明の分野 本発明は、微小穴の縁に丸みを付け、微小穴を平滑にするのに研磨剤液体スラ リを使用することに関する。発明の背景と要旨 燃料噴射器ノズル先端、気化器噴出口、タービン機関構成要素を通る冷却空気 流、精密軸受などのための潤滑油の計量のような多数の用途において、流量の計 測は非常に重要である。しかし、製造時のアーティファクトのため、流量の計測 は非常に難しい。製造公差の微小な変化でさえ流動抵抗および流動を実質的に変 化させることがある。 流体流オリフィスを有する部品は、多岐にわたる鋳造および機械加工手順で製 作される。たとえば、このような部品の製造に高品質インベストメント鋳造法が 頻繁に採用されている。高品質部品にさえ寸法、特にわずかな中子の不整列また は中子の移動の一因になり得る肉厚の変化、および表面粗さ、凹み、刻み目、溝 、気泡、または押込み金属などの表面状態のばらつきがある。極端な場合には、 中子の非常にわずかな亀裂が内部の通路に突出する薄い壁を生ずることがある。 これら人工生成物はすべて、実質的に流体の流動を妨げる。 従来の錐もみ、放電加工といった普通に採用されている機械加工法、およびレ ーザ、電子ビーム、電気化学的技法のような通常あまり使用されない技法は、流 動抵抗の実質的変動の発生を回避するほど十分精密ではない。恐らく、これらの 内で最も精密である放電加工でさえ、非一様ＥＤＭ状態が不可避であって、かつ 大きさ、形状、表面仕上げ、および穴縁状態のばらつきを生ずることがあるので 、完全に一様な流動抵抗をもたらさない。 このような偏差は広い限度内で許容され、設計自由度、性能、および効率に関 して付随する妥協が不可避的に受容されている。たとえば、加圧燃料噴射による 内燃機関への装填燃料の分配には噴射器ノズルを通る流れの計量が必要である。 流動を精密に調整できればできるほど、燃料効率および機関動作の経済性は大き くなる。 現時点では、このような燃料噴射器ノズルの設計は、実際の流動抵抗の測定に 基づいて行われることが多い。ノズルは、構成要素が規定公差の範囲内で少なく とも近似的な一致を与えるように、異なる流動範囲のパラメータに分離されてい る。構成要素を調整するためにかなりの在庫を必要とするため非常に経費がかか る。その他、かなりな数の構成要素を、許容偏差外として排除せねばならず、ま た相当な費用をかけて再加工するか、廃棄せねばならない。 ジーゼル燃料噴射器ノズルの場合、応力増大源を排除するために噴射器の微小 穴の入口側の縁に丸みを付け、ノズルの設計寿命の間放出の変化を極小にするた めに上流側の縁に予め丸みを付けるのが望ましいことがわかっている。通常の研 磨剤流動機械加工法は、微小穴に効果的に丸みを作ることができるが、最終噴射 器流量を精密に制御することは不可能である。通常の研磨剤流動媒体のパテ様の 高い粘度および高い弾性特性はジーゼル燃料の特性と根本的に異なっているため 、このプロセスのインプロセス計測または適応制御が行えない。さらに、所要の 丸みを生ずるのに必要なごく少量の研磨剤流動媒体がプロセスの解決を制限して いる。 手短に言えば、微小穴の研磨剤流動加工（ＡＦＭ）において、材料の流量は、 目標液体の流量とはよく相関していない。したがって、微小穴の実際の調整は段 階的な精密調節プロセスである。微小穴をＡＦＭでの縁丸み付けおよび平滑化を 行ってから、目標液体または調整液体がその微小穴の中で試験され、微小穴が更 に加工され、目標液体または調整液体が再び試験、その他が行われ、それを目標 液体が正しく試験するまで続ける。 本発明は、微小穴を通る液体研磨剤スラリの流量と目標液体の流量との間の統 計的に有意の相関を基礎としている。液体研磨剤スラリが所定の流量に到達する と、微小穴は目標液体に対して正しく調整される。 本出願に採用されている液体研磨剤スラリの流動には、切削流体、ホーニング 流体、などのような、流体媒体に懸濁されたまたは浮遊している研磨剤の流動が あり、これは半固体重合組成物とは異なる。 本発明は、すべての加工品における微小穴、たとえば、燃料噴射器ノズル、ス ピナレットの縁の丸み付け、研磨、および平滑化に有用である。液体研磨剤スラ リは、微小穴を流れる。研磨剤液体の流量は、液体、たとえば、それについて燃 料噴射ノズルを設計するジーゼル燃料の目標流量と相関している。システムの液 体研磨剤スラリが所定の流量に達すると、プロセスは停止する。微小穴は、更に は反復調節ステップを行わずに、目標液体、すなわち、ジーゼル燃料に使用する ために正しく調整される。 当業者が理解するように、微小穴を研磨し且つ縁の丸みを付けようとするとき 目標圧力は任意に選択され、スラリがここに開示したように調合される。所定の 流量で、プロセスが停止し、微小穴が調整される。微小穴が正しく調整されなけ れば、プロセスは継続し、他の流量で停止する。このシーケンスは微小穴が正し く調整されるまで継続する。特定の微小穴について最適圧力および流量が知られ ると、以後のすべての類似微小穴を本発明の教示に従ってそれ以上調整ステップ を行わずに調整できる。特定の微小穴を研磨し、アール取りするための正しい流 量、圧力およびスラリの組成を最初に決定するに際し、当業者には、三つのパラ メータ、すなわち圧力、流量、およびスラリの調合のどれもを単独でまたは組み 合わせて変えることができることが明らかである。 本発明の好適実施形態を微小穴の丸み付け、研磨、および平滑化を参照して説 明しているが、それには非円形穴、すなわち、長方形スロット、正方形、楕円構 成などの平滑化および研磨も含まれる。非円形穴の正方形区域は、通常約３ｍｍ ２未満である。 好適実施形態では、本発明は、ジーゼル燃料噴射器の微小穴を、特定のレオロ ジー特性を有する液体研磨剤スラリを使用して、縁丸み付けおよびサイジングを 行うことを目的としている。微小穴の入口縁での研磨作用は、スラリが微小穴に 入るときのスラリ速度の加速から生ずる。作られる丸みおよび微小穴に与えられ る仕上がりは、研磨剤流動加工のものと同じである。しかし、比較的低いスラリ 粘度および低粘度におけるその低い研磨性のため、スラリ流路に流量計を使用す ることができ、これによりスラリの流量およびスラリの質量流量をリアルタイム で直接に且つ正確に監視することができる。したがって、通常の研磨剤流動加工 に比較して厳密なプロセス制御が達成される。本発明の好適実施形態では、スラ リの流れはジーゼル燃料の流量に相関している。これは、それらの指定流量に合 わせてノズルの個別スラリ処理を可能とする。 微小穴の縁丸み付けおよびサイジングの方法を提供するのが本発明の目的であ る。 他の目的は、微小穴を通る所定の流動抵抗を、目標液体の流量に相関する流量 を有する研磨剤液体スラリを用いて達成する方法を提供することである。 更に他の目的は、再現可能な精密な、所定の流動抵抗のあるオリフィスを有す る燃料噴射器ノズルを提供することである。図面の簡単な説明 図１は、本発明を採用するシステムの概略流れ図である。 図２は、ジーゼル燃料噴射器ノズルの概略図である。 図３ａは、縁の丸み付けおよび平滑化を行う前の燃料噴射器ノズルの図である 。 図３ｂは、縁の丸み付けおよび平滑化を行った後の燃料噴射器ノズルの図であ る。 図４は、本発明のシステムで制御される種々のプロセスパラメータを示す図で ある。好ましい実施形態の説明 図１を参照すると、システムは全般に１０で示されており、関連する弁１４の 付いた入口タンク１２を備えている。入口タンク１２は、関連する弁１８を有す るスラリシリンダ１６と連通している。油圧シリンダ２０は、シリンダ１６と連 通してシリンダ１６からスラリを追い出す。スラリはコリオリ流量計２２を通っ て流れる。流量計２２の下流に、関連する圧力トランスデューサ２６の付いたフ ィルタ２４がある。分配弁２８がフィルタ２４の下流にあり、取付け具３２に対 しては上流にある。ノズル３０は、取付け具３２に固定されている。ノズル３０ を通って流れるスラリは、出口タンク３４に放出される。代わりに、スラリを入 口タンク１２に循環して戻すことができる。また、一般的データ収集の目的で温 度トランスデューサ３６が存在する。 比例制御弁４０、方向切換弁４２、および流量制御弁４４と組み合わせられて いる油圧パワーユニット３８は、説明するように、油圧シリンダ２０を駆動して 、ノズル３０を通って流れるスラリの圧力を一定に維持する。一般的データ収集 の目的で、トランスデューサ４６が油圧シリンダ２０に加えられる圧力を測定す る。 プロセス制御器（たとえば、プログラム可能論理制御器）４８は、圧力トラン スデューサ２６と４６および流量計２２からデータを受け取り、また弁１４、１ ８、２８、４０、および４２と連通してそれらを制御する。 本発明の液体研磨剤スラリは、低粘度のナフテン鉱油およびレオロジー添加剤 を基準としており、＃４００−＃１０００メッシュの研磨剤、すなわち、炭化珪 素、炭化硼素、ガーネット、ダイアモンドが含まれている。スラリは、低ずり速 度で十分な粘度を有して均質を維持し、研磨粒子の一様分布を維持している。高 いずり速度で、微小穴に入ると、粘度は高粘度流動を可能とするのに十分な低い 値まで降下しなければならない。本発明のシキソトロピックスラリの一例は、１ ｒｐｍ未満で回転するブルックフィールド・スピンドル＃３で約１００，０００ ｃｐｓの粘度を有し、１００ｒｐｍではスピンドル＃３で約８００ｃｐｓの粘度 を有する。 本発明を燃料噴射器ノズルの微小穴の縁丸み付けおよび研磨を参照して説明す ることにする。微小穴は直径が通常１ｍｍ未満、たとえば、約０．２５ｍｍであ る。 理解されるように、処理すべき穴を通って流れる研磨剤スラリの流れを制限す るように加工品を保持する必要がある。液体研磨剤スラリを微小穴に対して出し 入れするには特殊なアダプタまたは工具が必要になる可能性がある。 図２を参照すると、燃料噴射器ノズル３０は微小穴５２と連通している流動室 ５０を備えている。丸み付けおよび研磨を行う前の微小穴５２を図３ａに一層詳 細に示してある。上流側の縁５４は鋭く、穴は非一様で、研磨されていない。図 ３ｂに示すとおり、研磨剤スラリが微小穴を通って流れてから、上流側の縁５４ は丸みが付けられ、微小穴は研磨されている。 本発明のシステムでは、燃料噴射器ノズル３０の直ぐ上流の圧力は、一定圧力 に維持されている。燃料噴射器ノズルの微小穴５０を通る流量は、目標流量が、 流れが止まる点に到達するまで増加する。 本発明の動作に関する図１を参照すると、弁１４は、最初開いており、弁１８ および２８は閉じている。スラリシリンダ１６は充填されている。 入口タンク弁１４が閉じ、分配弁２８は閉じたままであり、弁１８が開く。油 圧パワーユニット３８が動作して圧力トランスデューサ２６の読みに基づいてシ ステムを所要圧力まで加圧する。この閉ループシステムでは、システムは設定圧 力で安定となる。 分配弁２８は、このとき開き、スラリがノズル３０の微小穴５２を通って入口 タンク３４の中に流れ始める。 流量計２２からの流量は、油圧パワーユニットが一定ノズル圧力を維持してい る間絶えず測定される。 図４は、ノズルの微小穴を通るスラリの流量、ノズルの直ぐ上流に維持されて いる圧力、および油圧パワーユニットにより発生される圧力の図表である。この 図は、本発明のプロセスを示している。この特定の例については、設計流量は、 直径０．００８″、６個の微小穴で、毎時７２．８７２ポンドであった。図示し たとおり、微小穴の丸み付けおよび研磨は毎時約４０ポンドのスラリ流量で開始 された。ノズルの直ぐ上流の圧力は、プロセスを通じて約４００ｐｓｉに一定に 維持された。油圧パワーユニットにより発生される圧力は増大し続け、図４に使 用した範囲に基づいている。６７５ｐｓｉから後は図に現われていない。 設計流量に到達すると、プロセスを停止し、図３ｂに示したように、微小穴を 研磨し、縁の丸み付けを行った。 本発明の場合、加工品の丁度上流で測った一定圧力で加工品を通る所定流量は その目的とする加工環境で設計流体の目標流量に直接相関している。ノズルの微 小穴（直径０．００８″）（０．２５ｍｍ）に対する設計流量が毎時約２５０ポ ンドであるジーゼル校正流体について、本発明に従う研磨剤液体スラリが４００ ｐｓｉで毎時９８ポンドの流量に達すると、これは燃料噴射器ノズルに対する目 標または設計流量に相関することが見いだされている。 本発明に使用するスラリは、レオロジー添加剤を有し、細かく分割された研磨 剤粒子が中に入っている液体材料である。レオロジー添加剤は揺変性スラリを作 る。 研磨剤粒子を支持する適切な流体の一つは、ナフテン油エクソン・テルラ３１ ５である。 明らかに、液体に使用される研磨剤は、研磨されて丸み付けされる微小穴に適 するよう変えられる。ジーゼル燃料噴射器の微小穴で動作するのに使用される満 足な研磨剤は、炭化珪素である。研磨剤を、スラリの全重量を基準として重量で ５乃至５０％の量、好適には重量で１５乃至３５％、添加することができる。 スラリにレオロジー性を与える添加剤は、低分子量のポリエチレンであるアラ イド・シグナルＡＣ−９である。添加剤を、スラリの全重量を基準として重量で ２乃至１２％の量、好適には４乃至８％、油に添加することができる。 微小穴、すなわち、１ｍｍ未満の穴を研磨し縁の丸み付けする場合、噴射器加 工品または噴射器燃料ノズルの丁度上流の圧力を、約１００と２０００ｐｓｉと の間、好適には４００と１０００ｐｓｉとの間にすることができる。流量計を通 るスラリの流量（穴あたりの等価流量）は、毎時２乃至５０ポンドの間、好適に は毎時２０乃至３０ポンドの間で変えることができる。 これまでの説明は本発明の特定の実施形態に限定されてきた。しかし、本発明 の長所の幾らかまたは全部を達成して、本発明に変形および修正を行うことがで きることは明らかである。したがって、このようなすべての変形および修正を本 発明の真の精神および範囲の中に入るものとして包含することが付記した請求の 範囲の目的である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．設計液体として研磨剤液体スラリにより微小穴を研磨する方法であって、 研磨剤液体スラリを第１の高い粘度および第１の低いずり速度で供給導管を通 して流すステップ、 スラリを第２の低い粘度および第２の高いずり速度で微小穴を通して流すステ ップ、 微小穴の上流の圧力を測定するステップ、 微小穴の上流の圧力を一定に維持するステップ、 スラリの流量を測定するステップ、および 流量が設計流体の流量に相関する値に到達したとき微小穴を通るスラリの流れ を止めるステップ、 を備えていることを特徴とする方法。 ２．スラリは揺変性であり、 有効量のナフテン油、＃４００−＃１０００メッシュの研磨剤、および揺変性 添加剤を備えていることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．圧力を１００から２０００ｐｓｉまでの間に維持するステップを備えてい ることを特徴とする請求項１記載の方法。 ４．微小穴の直径は１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の方法。 ５．スラリを毎時２乃至５０ポンドの割合で微小穴を通して流すステップを備 えていることを特徴とする請求項１記載の方法。 ６．流量を直接測定するステップを備えていることを特徴とする請求項１記載 の方法。 ７．スラリを微小穴を通して流す前にスラリを濾過するステップを備えている ことを特徴とする請求項１記載の方法。 ８．設計液体として研磨剤揺変性液体スラリにより微小穴を研磨するシステム であって、 スラリを一定圧力で微小穴を通して流す手段、 スラリの流量が増加するとき圧力を一定に維持する手段、 スラリの流量を測定する手段、および 流量が設計液体の流量に相関する値に到達したとき微小穴を通るスラリの流れ を止める手段、 を備えていることを特徴とするシステム。 ９．流量を測定する手段はコリオリ流量計を備えていることを特徴とする請求 項８に記載のシステム。 １０．圧力を一定に維持する手段は油圧シリンダを備えていることを特徴とす る請求項８に記載のシステム。