JPH04347360A

JPH04347360A - 噴射ノズルの製造方法

Info

Publication number: JPH04347360A
Application number: JP14660991A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Kita; 英紀北
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1991-05-23
Filing date: 1991-05-23
Publication date: 1992-12-02
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: JP3033252B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、セラミック粒子を含
むセラミックス等の材料から作製した噴孔を有する噴射
ノズル及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、セラミック粒子等を含むセラミッ
ク材料で噴射ノズルの先端チップ等の小形精密部品を製
作する成形方法として、射出成形法、又はワックス中子
を使用してスリップキャスティングで成形した後、ワッ
クス中子を加熱溶出する方法等が知られている。

【０００３】また、窒化珪素質セラミックスの泥しょう
鋳込み成形方法として、特開昭６４−５９７７号公報に
開示されたものがある。該成形方法は窒化珪素質セラミ
ックスの泥しょうに解膠剤としてポリアクリル酸のアン
モニウム塩を泥しょうの粉末に対し　０．１〜０．７　
重量％添加し、且つバインダとしてアクリルエマルジョ
ンを泥しょう中に添加して鋳込み成形したものである。

【０００４】また、セラミックスから成るノズルチップ
を有する噴射ノズルとして、実開昭５７−１２２７７８
号公報に開示されたものがある。該噴射ノズルは、ノズ
ルチップに形成した各噴孔がセラミック部材で構成され
、該セラミック部材がノズル本体の弁座部に焼き嵌めし
たものである。

【０００５】また、噴射ノズルのノズル先端部に異形噴
孔を形成する場合には、機械加工、或いはレーザ加工、
放電加工で形成されているのが一般的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上記射出成形法では、高圧によって組成物を型内に充填
するため、例えば、ディーゼルエンジンの噴射ノズルの
噴孔形成用ピン（径：０．３ｍｍ）等は加圧時に破損す
る恐れがある。

【０００７】また、スリップキャスティングで成形した
後にワックス中子を加熱溶出する方法は、精度上問題が
あり、高精度の孔等を形成することができず、成形乾燥
時に着肉部の収縮に起因する割れが発生することがある
。また、前掲特開昭６４−５９７７号公報に開示された
成形方法も同様な問題を有している。

【０００８】そこで、本出願人は、上記の問題を解決す
るため、セラミック部材の成形方法、セラミック部材の
成形装置及び成形方法で製作した噴射ノズルを開発し、
先に特願平２−４１５０８６号として出願した。しかし
ながら、この発明によるセラミック部材の成形方法では
、異形噴孔を形成できるが、該噴孔を螺旋状にねじった
形状の噴孔及びがねじり噴孔を形成する方法については
、開示されていないものである。

【０００９】また、噴射ノズルのノズル先端部に異形噴
孔を形成する場合には、機械加工、或いはレーザ加工、
放電加工で形成できるが、噴孔をねじれた形状に機械加
工、或いはレーザ加工、放電加工することは不可能であ
った。

【００１０】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、セラミック材料で多角形等の形状
を有し且つ流れ方向にねじれた形状の噴孔を高精度で形
成することができ、該噴孔より噴射された燃料に旋回流
を与え、エアエントレインを向上させることができる噴
射ノズル及びその製造方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、流れ方向にねじれ形状の噴孔を有すること
を特徴とする噴射ノズルに関する。

【００１２】この噴射ノズルにおいて、前記噴孔の断面
形状が四角形又は楕円形に形成されているものである。

【００１３】この噴射ノズルにおいて、前記噴孔を形成
する周囲部分がセラミックスで構成されているものであ
る。

【００１４】或いは、この発明は、ねじれ噴孔成形用ピ
ンを配置した金型のキャビティにスラリーを注入する工
程、スラリーの水分を多孔質型に吸水させて着肉固化部
を形成する工程、前記着肉固化部から前記ねじれ噴孔成
形用ピンを所定の角度にわたってねじりながら抜き取っ
てチップ成形体を作製する工程、乾燥固化した前記チッ
プ成形体を焼成してチップ焼結体を作製する工程、及び
前記チップ焼結体をノズル本体に接合する工程から成る
噴射ノズルの製造方法に関する。

【００１５】

【作用】この発明による噴射ノズル及びその製造方法は
、上記のように構成されており、次のように作用する。即ち、この噴射ノズルは、流れ方向にねじれ形状の噴孔
を有するので、該噴孔より噴射された燃料にきりもみ状
旋回流を与え、エアエントレインを向上させることがで
きる。

【００１６】また、この噴射ノズルの製造方法は、ねじ
れ噴孔成形用ピンを配置した金型のキャビティにスラリ
ーを注入し、該スラリーの水分を多孔質型に吸水させて
着肉固化部を形成し、該着肉固化部から前記ねじり噴孔
成形用ピンを所定の角度にわたってねじりながら抜き取
ってチップ成形体を作製したので、前記多孔質型にスラ
リーの水分は吸水され、着肉部に保形性が発現した固化
状態で金型に着脱可能に設定した前記ねじり噴孔成形用
ピンをねじりながら抜き取ることで、ねじり形状の噴孔
が形成され、保形性が発現する状態では着肉部には収縮
はほとんど発生していない状態であるから、前記ねじり
噴孔成形用ピンは前記着肉固化部に形成する孔の所定の
形状を維持した状態で抜き取ることができ、ねじり噴孔
形状の破壊は発生しない。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による噴射
ノズル及びその製造方法の実施例を説明する。まず、こ
の発明による噴射ノズルを、図１及び図２を参照して説
明する。図１はこの発明による噴射ノズルのノズルチッ
プに形成した噴孔の形状の一実施例を示す概略断面図、
図２は図１の噴射ノズルの噴孔方向即ち矢印Ａから見た
拡大図、及び図３は図１のノズルチップの斜視図である
。

【００１８】この発明による噴射ノズルは、図１、図２
又は図３に示すように、流れ方向にねじれ形状の噴孔１
７がノズルチップ２０に複数個形成された多噴孔を有し
ている。ノズルチップ２０は、端面２３がノズル本体に
接合されて噴射ノズルを構成し、ノズルチップ２０の内
側にはノズルサック１９が形成される。これらのねじり
噴孔１７は、断面形状を長方形、多角形、楕円形等の形
状に形成され、しかもノズルサック１９に開口する入口
２１から外部に開口する出口２２へ向けて所定の角度に
わたってねじれた形状に形成されている。また、ノズル
チップ２０は、耐熱性に富んだ高温高強度の窒化ケイ素
（Ｓｉ３　Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミッ
クスで構成されている。この噴射ノズルのねじり噴孔１
７の一例として、ねじり噴孔１７の断面形状を０．２ｍ
ｍ×０．６ｍｍの長方形に形成し、ノズルサック１９側
に開口する入口２１と外側に開口する出口２２とを相対
的に４５°の角度にねじれた形状に形成されている。

【００１９】従って、この噴射ノズルについては、燃料
噴射ポンプ等の燃料供給手段からの燃料圧が噴射ノズル
の針弁にかかり、燃料通路が開放して燃料が噴射ノズル
の燃料溜まり部即ち噴射室からノズルサック１９に流入
し、該ノズルサック１９からねじり噴孔１７を通じて外
部に噴射される。ねじり噴孔１７から噴射された噴射燃
料は、ねじり形状の噴孔通路を通ることによって旋回ベ
クトルを得ることになり、きりもみ状旋回流れとなって
噴射される。それ故に、該旋回流れは周囲の空気を巻き
込むことになってエアエントレインが向上する。この発
明による噴射ノズルについて、ねじり噴孔１７を上記の
ように、断面形状を０．２ｍｍ×０．６ｍｍの長方形に
且つ４５°の角度にねじれた形状に形成し、該ねじり噴
孔１７を有する噴射ノズルと上記長方形で且つねじるこ
となくストレートに形成した噴孔を有する噴射ノズルと
の噴射性能について比較したところ、ねじり噴孔１７を
有する噴射ノズルは、ねじっていない噴孔を有する噴射
ノズルよりエアエントレインを約５％向上させることが
できた。

【００２０】次に、この発明による噴射ノズルの製造方
法を、図４及び図５を参照して説明する。図４はこの発
明による噴射ノズルを製造するためのセラミック部材の
成形装置を示す断面図、及び図５は図４に示す成形装置
の要部の拡大断面図である。このセラミック部材の成形
装置は、例えば、ディーゼルエンジンに使用する燃料噴
射ノズルのノズルチップを製作するのに適用されている
。この成形装置において、金型１にはスラリー注入口２
と該スラリー注入口２に通じるキャビティ３が形成され
ていると共に、先端に多角形等のねじり形状を有する金
属製のねじり噴孔形成用ピン５を備えたピン抜き差し回
転治具６を着脱可能に取付けるための貫通孔４が形成さ
れている。キャビティ３は金型１の下面に形成され、ス
ラリー注入口２は金型１の上面からキャビティ３へと通
じている。キャビティ３の形状は、燃料噴射ノズルの先
端チップの外形の形状を有している。

【００２１】金型１は、位置決め台８上に設定される。位置決め台８の上面１１は、金型１の下面１２に当接し
て配置されている。位置決め台８には、穴部１３が形成
されると共に、成形用ピンとなる中子１４及び該中子１
４を取付けた中子昇降治具１０を昇降させるための貫通
孔１５が形成されている。中子昇降治具１０はねじ等の
適宜な固着手段で位置決め台８に着脱自在に固定され、
キャビティ３内へ突出可能なノズルサック１９の成形用
ピンの機能を果たす。

【００２２】位置決め台８に形成した穴部１３には、石
膏等から成る多孔質型９が配置される。この多孔質型９
は、スラリー注入口２からキャビティ３に注入されたス
ラリーＳから水分を吸水してスラリー着肉部７を固化さ
せる作用を有している。多孔質型９にはキャビティ３に
対向する位置に貫通孔１６が形成され、該貫通孔１６を
中子１４が昇降自在に移動できるように構成されている
。中子１４は、貫通孔１６を上昇して金型１に形成した
キャビティ３内へ突出できる状態に設定される。場合に
よっては、中子１４の外面に凹み部１８を形成し、該凹
み部１８にねじり噴孔成形用ピン５の先端が嵌合するよ
うに構成することもできる。或いは、ねじり噴孔成形用
ピン５の先端面を中子１４の外形に対応する形状に形成
することもできる。又は、中子１４の表面にワセリン等
を塗布してねじり噴孔成形用ピン５を中子１４に当接さ
せて隙間を無くした状態に設定し、スラリーＳをスラリ
ー注入口２からキャビティ３に注入すれば、成形孔を正
確に且つ精度良く形成することができる。この中子１４
は、キャビティ３内に突出した状態に設定されることに
よって、例えば、燃料噴射ノズルのノズルサック１９を
形成することになる。

【００２３】このセラミック部材の成形装置は、上記の
ように構成されており、該成形装置を使用してセラミッ
ク部材であるこの発明による噴射ノズルを次のようにし
て製作することができる。即ち、この噴射ノズルの製造
方法は、この実施例ではセラミック成形法の１つである
スリップキャスティングにより噴射ノズルを製作するも
のである。即ち、この噴射ノズルの製造方法は、ねじり
噴孔成形用ピン５を配置した金型１の上部に形成したス
ラリー注入口２からキャビティ３にスラリーＳを注入す
る工程、スラリーＳの水分を多孔質型９に吸水させる工
程、着肉固化部７に保形性が発現した状態でねじり噴孔
成形用ピン５を着肉固化部７から抜き取って着肉固化部
７にねじり噴孔１７を形成する工程、更にスラリーＳの
水分を多孔質型９に吸水させて着肉固化部７を一層固化
させる工程を有しているものである。キャビティ３に注
入したスラリーＳは、多孔質型９によって水分が吸水さ
れると共に、多孔質型９及び中子１４上に着肉固化層７
を形成するものである。

【００２４】この噴射ノズルの製造方法では、着肉層か
ら適当量の水分が吸水され且つ着肉層内に適当量の水分
が残存している状態の着肉層即ち着肉固化部７には、該
着肉固化部７には収縮が発生していない。そして、着肉
固化部７に保形性が発現しているが、着肉固化層７に収
縮が発生していない状態の時に、ねじり噴孔成形用ピン
５を着肉固化部７から所定の角度にわたってねじりなが
ら抜き取ることで、着肉固化部７に高精度の強固なねじ
り噴孔１７を形成することができる。更に、ノズルサッ
ク１９を形成する形成用ピンである中子１４を位置決め
台８から下降させて着肉固化部７から抜き取る。次いで
、ねじり噴孔成形用ピン５及び中子１４を着肉固化部７
から抜き取った後に、更に多孔質型９によって着肉部７
から水分を完全に吸水し、この時、着肉固化部７には収
縮が発生するが、既にねじり噴孔成形用ピン５は着肉固
化部７から抜き取られているので、着肉固化部７は破壊
されることがなく、セラミック材料から成る成形体が形
成される。更に、金型１を位置決め台８から取外し、着
肉固化部７で構成される成形体を型から取り外す。この
成形体は本焼成することによって焼結体となり、燃料噴
射ノズルのノズルチップ２０が製作される。このノズル
チップ２０をノズル本体に接合することによって噴射ノ
ズルを製作することができる。

【００２５】この噴射ノズルの製造方法において、成分
やその構成濃度の異なる複数種類のスラリーＳをキャビ
ティ３に順次注入することによって、例えば、図４に示
すような成形体を製作することができる。即ち、成形体
の高さ方向について目的に応じて成分の異なったものに
成形でき、該成形体を焼成することによって異なったセ
ラミック材料から成る焼結体を製作することができる。次いで、この成形体で噴射ノズルを製作する場合には、
該噴射ノズルのノズルチップ２０については、ノズル本
体との接合面近傍部分、該接合面近傍部分に隣接する部
分及び該部分に隣接し且つねじり噴孔１７を形成した先
端部分は、セラミック材料の構成成分の種類や組成比を
互いに異なって構成することも可能である。例えば、先
端部分を耐熱性で且つ高強度のセラミック材料で製作し
、また、金属製ノズル本体との接合面近傍部分はＡｌ２
　Ｏ３　やＹ２　Ｏ３　がリッチな組成のセラミックス
材料で製作でき、セラミックスに含まれた金属とノズル
本体に含まれた金属同志で、金属対金属の接合部分を形
成でき、先端部分と金属製ノズル本体との接合を強固に
できる。

【００２６】次に、この噴射ノズルの製造方法の具体的
な例について説明する。まず、窒化珪素（Ｓｉ３　Ｎ４
　）のセラミック粉末、焼結助剤、解膠剤、水及び有機
バインダとしてポリビニルアルコールを所定量配合した
。次いで、ボールミルで混合してスラリーＳを得た。こ
のようにして得たスラリーＳを、図４及び図５に示す噴
射ノズルにおけるノズルチップのノズルチップ作製用型
即ち金型１に形成したスラリー注入口２からキャビティ
３内に流し込んだ。キャビティ３に注入されたスラリー
Ｓは多孔質型９によって水分が吸水され、キャビティ３
内で着肉して着肉層を形成するが、そこで所定時間経過
後に、着肉層に保形性が発現した時点で、金型１に取付
けたねじり噴孔成形用ピン５を着肉固化部７から所定の
角度（例えば、４５°）にわたってねじりながら抜き取
ると共に、位置決め台８に取付けた形成用ピンである中
子１４を着肉固化部７から抜き取る。この状態で着肉固
化部７を型内に放置し、多孔質型９によって着肉固化部
７から水分を更に吸水して排出し、着肉固化部７を固化
させる。着肉固化部７が固化してセラミック部材の成形
体を形成させた後に、該成形体を型から外し、ねじり噴
孔１７を有するノズルチップ成形体を得た。このノズル
チップ成形体を焼成することによってノズルチップ焼結
体を得ることができ、このノズルチップ焼結体がセラミ
ック製ノズルチップ２０である。このノズルチップ２０
を、場合によっては加工してノズル本体に接合すること
で噴射ノズルを完成することができる。

【００２７】このセラミック部材の成形方法において、
上記セラミック粉末は、窒化珪素の他に、チタン酸アル
ミニウム、ムライト、ジルコニア、チタン酸カリウム等
を使用することができる。また、有機バインダとしては
、ポリビニルアルコールの他にセラミック部材の製造工
程における寸法収縮を抑制することができる熱可塑性ア
クリル樹脂を使用することができる。

【００２８】

【発明の効果】この発明による噴射ノズル及びその製造
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、この発明による噴射ノズルは、ノズル
チップに形成された噴孔の形状が流れ方向にねじれ形状
に形成されているので、該ねじり噴孔を通じて燃料を噴
射した場合に、燃料はきりもみ状態に旋回して噴射され
、空気の巻き込み即ちエアエントレインを向上させるこ
とができる。この場合に、前記ねじり噴孔の断面形状を
長方形等の四角形に形成すると、噴射燃料が空気に接す
る面積が増大し、エアエントレインの点から好ましいも
のである。また、前記ねじり噴孔を形成する周囲部分、
例えば、ノズルチップをセラミックスで構成する場合に
は、前記ねじり噴孔を極めて容易に且つ高精度に形成す
ることができる。

【００２９】また、この発明による噴射ノズルの製造方
法は、ねじれ噴孔成形用ピンを配置した金型のキャビテ
ィにスラリーを注入し、該スラリーの水分を多孔質型に
吸水させて着肉固化部を形成し、次いで前記着肉固化部
から前記ねじれ噴孔成形用ピンを所定の角度にわたって
ねじりながら抜き取ってねじり噴孔を有するチップ成形
体を作製したので、セラミック成形体の前記着肉固化部
に形成されるねじり噴孔は、ねじり孔形状を維持した状
態を保持でき、正確に、確実に且つ高精度に製作するこ
とができる。しかも、噴孔をねじり形状に形成したので
、燃焼形態を改善できるエアエントレインを向上する良
好な噴霧パターンで噴射させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による噴射ノズルの製造方法で形成し
た噴孔の形状の一実施例を示す概略断面図である。

【図２】図１の噴孔の噴孔方向から見た拡大図である。

【図３】図１の噴射ノズルのノズルチップを示す概略斜
視図である。

【図４】この発明による噴射ノズルの製造方法を達成で
きる成形装置の一実施例を示す概略断面図である。

【図５】図４の成形装置の要部の拡大断面図である。

【符号の説明】

１　　　　金型３　　　　キャビティ５　　　　ねじり噴孔成形用ピン７　　　　着肉固化部９　　　　多孔質型１４　　中子（形成用ピン）１７　　ねじり噴孔１９　　ノズルサック２０　　ノズルチップ２１　　入口２２　　出口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　流れ方向にねじれ形状の噴孔を有する
ことを特徴とする噴射ノズル。
【請求項２】　　前記噴孔の断面形状を四角形或いは楕
円形に形成したことを特徴とする請求項１に記載の噴射
ノズル。
【請求項３】　　前記噴孔を形成する周囲部分がセラミ
ックスで構成されていることを特徴とする請求項１に記
載の噴射ノズル。
【請求項４】　　ねじれ噴孔成形用ピンを配置した金型
のキャビティにスラリーを注入する工程、スラリーの水
分を多孔質型に吸水させて着肉固化部を形成する工程、
前記着肉固化部から前記ねじれ噴孔成形用ピンを所定の
角度にわたってねじりながら抜き取ってチップ成形体を
作製する工程、乾燥固化した前記チップ成形体を焼成し
てチップ焼結体を作製する工程、及び前記チップ焼結体
をノズル本体に接合する工程から成る噴射ノズルの製造
方法。