JPH11323652A - ノズルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非酸化性ガス雰囲気にてノズル本体とノ
ズルピースとを良好にろう付けする。 【解決手段】 ノズル本体１の貫通孔２とノズルピース
５の側面とにそれぞれ、互いに対応する段部３、４、
６、７を設け、ノズルピース５を貫通孔２内の固定位置
に配置し、これら段部間の小空間にろう材８、９を配置
し、非酸化性ガス中でろう付けしてノズルピース５と貫
通孔２壁との隙間１０にろうを流動させて接合する。 【効果】 ろう材が雰囲気ガスに接触するのを極力
抑えてろう材の酸化を防止する。その結果、貫通孔とノ
ズルピースとの小隙間に良好にろうが流動してノズル本
体とノズルピースとが良好に接合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、合繊繊維の紡糸に
使用する紡糸ノズル等のノズルの製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】紡糸ノズルの分野において、紡糸孔の耐
摩耗性およびノズル製造の容易性の観点から、セラミッ
クス等の耐摩耗性に優れた材料からなるノズルピース
を、ステンレス製ノズル本体の貫通孔内に配置して一体
化する紡糸用ノズルの製造方法が提案されている。そし
て、上記における一体化の方法としては、通常、機械的
嵌合、圧入、焼き嵌め、ろう付け、溶接等が用いられて
いるが、この中でろう付け法は、接合が容易で生産性が
高い方法の一つである。従来のろう付け方法では、図
２、３に示すように、ノズル本体２０にノズルピース２
１より僅かに大きな貫通孔２２または３２を形成し、こ
の貫通孔２２または３２の所定位置にノズルピース２１
を配置し、ろう材２３の一部或いはろう材３３の全部を
外部に露出した状態で配置した後、これらを真空雰囲気
中でろう付け温度に加熱し、ノズルピース２１と貫通孔
２２または３２の隙間にろうを充填して両者をろう付け
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ノズル本体
には、ＳＵＳ４３０で代表されるフェライト系ステンレ
ス鋼が多く使用されているが、ノズルピースを使用する
場合には、耐摩耗性材料であるノズルピースとフェライ
ト系ステンレス鋼からなるノズル本体との熱膨張率差が
大きくて、ろう付け不良や残留応力による不具合等が生
じる場合があり、また、より高強度の材料の使用も望ま
れている。このため、ノズル本体の材料として、耐熱性
材料に熱膨張率が近く、しかも高強度であるＳＵＳ６３
０で代表されるマルテンサイト系ステンレス鋼を使用す
ることが考えられる。

【０００４】しかし、上記材料は高温で変態が生じるた
め、従来のろう付け加熱温度（例えば８００℃を超える
温度）においてろう付けを行うとノズル本体に割れが発
生するという問題がある。これを回避するためには、よ
り融点が低いろう材を使用して、ろう付け加熱温度を低
くすることが考えられるが、融点の低い材料（例えば、
ＢＡｇ−７で示されるろう材）にはＺｎが含まれている
ため真空でのろう付けが困難になる。ところが、ノズル
ピースの一体化ろう付けでは、小隙間にろうを充填する
ため、高いぬれ性が要求されており、ろう材が酸化して
ろうのぬれ性が低下することは極力避けなければならな
い。そこで、非酸化性ガス雰囲気（不活性ガス、水素ガ
ス等）中で上記ろう材を用いてろう付けを行う方法が考
えられる。

【０００５】しかし、このガス雰囲気中でろう付けする
場合にも、雰囲気中には僅かながらも水分や酸素が残存
しており、高純度のガスを使用してもこれらの存在を皆
無とすることは困難である。この雰囲気中において従来
の方法によりろう付けを行うと、ろう材が直接雰囲気に
曝されるため、酸化してろうが溶けなかったり、溶けた
としても流動性が悪く、容易にろう付けすることは難し
い。これらの事情のため、ノズル本体の材料として、Ｓ
ＵＳ６３０等のマルテンサイト系ステンレス鋼を使用す
ることは困難であると考えられていた。

【０００６】本発明は、上記事情を背景としてなされた
ものであり、真空雰囲気以外の非酸化性ガス雰囲気にお
いてもノズルピースとノズル本体とを良好にろう付けす
ることができるノズルの製造方法を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のノズルの製造方法のうち第１の発明は、ノ
ズル本体の貫通孔内に筒状のノズルピースを配置し、前
記貫通孔壁とノズルピースとの間で形成される隙間にろ
うを充填させてノズル本体とノズルピースをろう付けす
るノズルの製造方法において、前記貫通孔に、軸方向に
対し段部を設けると共にノズルピースの側面に、該貫通
孔の段部に沿い、かつ配置時に該段部との間で小空間が
形成されるように段部を設けておき、前記ノズルピース
を、その段部が貫通孔の段部と対向するように貫通孔内
の固定予定位置に配置するとともに、これら段部間の小
空間にろう材を配置し、その後、非酸化性ガス中でろう
付け温度に加熱して前記ろう材を溶融させ、該ろう材が
溶融したろうを、毛細管流動によりノズルピースと貫通
孔壁との隙間にろうを流動させてノズル本体とノズルピ
ースとをろう付け接合することを特徴とする。

【０００８】第２の発明は、第１の発明において、ろう
が流動するノズルピースと貫通孔壁との隙間間隔が０．
０１〜０．１ｍｍであることを特徴とする。

【０００９】本発明の製造方法は、多数のノズルを形成
する必要のある紡糸ノズルの製造に好適であるが、適用
対象となるノズルの種別が特に限定されるものではな
く、その他用途のノズル、例えば、押出機等のノズルの
製造に適用することも可能である。また、本発明は、本
来、ノズル本体の材料としてノズルピースとの熱膨張率
差が小さいものを使用して非酸化性ガス雰囲気で良好に
ろう付けを可能にすることを目的としているが、本発明
の適用においては、上記に限定されず、ノズル本体やノ
ズルピースには各種材料を使用することができ、それぞ
れ要求される特性に基づいて適宜材料が選択することが
できる。例えば、ノズル本体には加工が容易なステンレ
ス鋼等の金属材料を使用し、ノズルピースには耐摩耗性
に優れたセラミック、サーメットや超硬合金等を使用す
ることができる。また、ノズルピースのろう付け面に
は、所望によりＴｉ等の活性金属被膜を形成することも
可能である。また、ろう材としても、前述したようにＺ
ｎ含有のろう材に限定されるものではなく、ノズル本体
とノズルピースとのろう付けに適した材料を適宜選定す
ることができ、例えば、Ｔｉ等の活性金属を含有した銀
ろうを例示することができる。

【００１０】ノズル本体に形成される貫通孔は、通常は
断面円状、楕円状、多角形状等に形成され、その内面に
軸方向において段部が設けられるが、貫通孔の断面形状
および段部形状について特に限定されるものではない。
また、貫通孔および段部の形成方法等が特に限定される
ものではない。ただし、上記段部は、貫通孔の全周に亘
って設けるのが望ましい。上記段部の段差高は、ノズル
ピースの最小必要径等も考慮して適宜定められる。な
お、貫通孔に一段の段部を設けることは勿論のこと、階
段状に設ける段部（段部同士が近接している必要はな
い）であれば複数段の段部を設けることも可能である。
なお、ノズルピースには、貫通孔の段部に対応させて同
じく段部が形成されている。この段部においても全周に
亘って形成するのが望ましく、また、貫通孔の段部に合
わせて複数段の段部を設けることも可能である。

【００１１】次に、ノズルピースを貫通孔に配置する際
には、両者の段部面同士を対向させ、その間にろう材を
配置する。したがって、両者の段部形成においては、ろ
う材を配置できる小空間が確保されるように段部を形成
する。上記ろう材には厚肉の筒状ろう材を用いたり、薄
板のリング板状ろう材を積層したものを用いることがで
きる。また、複数のろう材片を筒状やリング状に配置し
たものであってもよい。なお、ノズルピースは、ろう付
けによって固定される予定の位置、すなわち固定予定位
置に配置する。

【００１２】また、上記貫通孔とノズルピースとの間で
は、上記配置後に、継手用に所定の間隙が生じることが
必要であり、該間隙は上記段部間の間隙に連通している
必要がある。上記間隙では、溶融ろうが毛細管現象によ
り良好に湯流れできることが必要であり、適切な間隙量
が得られるように貫通孔とノズルピースに寸法差を設け
る。この寸法差は、上記観点から０．０１ｍｍ以上とす
るのが望ましく、さらに、同様の理由で間隙量を０．０
２ｍｍ以上とするのが一層望ましい。また、ろう材と雰
囲気ガスとの直接の接触を避けて、ろう付け加熱時に雰
囲気中の酸素によって段部間に配置したろう材が酸化し
ないように、上記間隙量は０．１ｍｍ以下とするのが望
ましく、さらに、０．０５ｍｍ未満とするのが一層望ま
しい。なお、上記間隙量の範囲は、貫通孔壁とノズルピ
ースとの間隙の全てにおいて満足するのが望ましいが、
上記上限を超える間隙が部分的に含まれていてもよい。

【００１３】上記各材料を用いたろう付は、非酸化性ガ
ス雰囲気で行う。非酸化性ガスとしては、アルゴン、窒
素等の不活性ガス、水素ガス等の還元性ガスが例示され
る。さらに、ろう付では、所定温度・所定時間の加熱を
行う。この加熱温度および加熱時間は、ろう材の種別や
ノズル本体およびノズルピースの材質、雰囲気等によっ
て適宜定められるが、Ｚｎを含むろう材を使用して比較
的低い温度（例えば７００℃以下）でろう付けすること
も可能である。

【００１４】上記ろう付において各材料が所定のろう付
温度に加熱されると、ろう材は溶融し、溶融ろうは貫通
孔壁とノズルピースとの間の間隙に流れ込み、毛細管現
象により、この間隙を前進する。しかも、この際にろう
材は、貫通孔内で貫通孔の段部とノズルピースの段部と
で囲まれており、外部との接触は、上記間隙を通すのみ
であるので、雰囲気ガスとの接触が少なく、ろう材の酸
化が抑制される。したがって、ろう材の酸化によってろ
うのぬれ性が低下するのを防止して、前記間隙に溶融ろ
うを確実に充填して、ノズルピースとノズル本体とを良
好にろう付けする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態を図
１に基づき説明する。紡糸ノズル本体１はＳＵＳ６３０
ステンレス鋼で構成されており、４８個の円筒状の貫通
孔が形成されている。なお、図１では１つの貫通孔２の
みが示されているが、各貫通孔は同一形状を有してお
り、またノズルピースのろう付作業も同様に適用される
ので、以下の説明はこの貫通孔２に対してのみ行うもの
とする。

【００１６】貫通孔２は、その上部側に、軸下方向に対
して内側に突出する段部３が全周に亘って設けられてお
り、さらに下部側に、上記段部３と同方向に突出する全
周に亘る段部４が段階状に設けられている。一方、ノズ
ルピース５はジルコニアで構成されており、円筒状の側
面に上記段部３、４に沿うように下方に向けて内側に低
くくなった段部６、７が全周に亘って設けられている。
このノズルピース５は、貫通孔２に配置した際に、段部
間を除いて、貫通孔２の壁面と０．０１〜０．１ｍｍ
（望ましく０．０２〜０．０５ｍｍ未満）の間隙が生ず
る寸法に形成されている。なお、段部３と段部６との間
および段部４と段部７との間は、上記に比べて大きく、
かつ後述するろう材の配置に十分な小空間が確保されて
いる。また、ろう材８、９はＺｎを含有する活性化金属
ろう（融点；約６２０〜６５０℃）からなり、上記段部
間の小空間に合ったリング形状を有している。

【００１７】ろう付に際し、ノズル本体１を、貫通孔２
の段部４が下方側に位置するように配置し、貫通孔２の
段部３および段部４の面上にろう材８、９を配置する。
次いで、ノズルピース５を、その段部７が下方に位置す
るようにして貫通孔２内に挿入する。この状態では、ノ
ズルピース４と貫通孔２の壁面とは全周に亘って小隙間
１０を有しており、段部３、６間にろう材８が位置し、
段部４、７間にろう材９が位置している。

【００１８】このように配置した紡糸ノズル本体１とノ
ズルピース５とろう材８、９とを非酸化性ガス加熱炉
（図示しない）に装入し、これらをステンレス製の容器
（図示しない）で覆うとともに、容器内にＡｌやＴｉか
らなる被酸化材料（図示しない）を配置する。次いで、
炉内を６５０〜６７０℃まで昇温させて数分から数十分
間保持した後、冷却してろう付を終了する。上記昇温中
には、ろう材８、９は雰囲気ガスとの直接接触は極力阻
止されており、徐々に溶融して、貫通孔２とノズルピー
ス５との小間隙１０に毛細管現象により良好に流動し
て、該間隙に隙間なく溶融ろうが充填される。

【００１９】なお、ノズル本体１およびノズルピース５
は、上記容器で囲まれているため、上記ろう材８、９の
酸化がより防止されるとともに、容器内に配置した被酸
化材によって容器内の酸素が捕捉されるので、ろう材
８、９の酸化防止が一層確実になる。上記容器の配置お
よび被酸化材の配置は、本発明の構成と組み合わせない
で行うことも可能であるが、本発明との組合せによって
ろう材の酸化防止効果が顕著になる。上記ろう付け加熱
後は、冷却に従って溶融ろうは凝固し、図１に示すよう
に、所定位置にあるノズルピース５とノズル本体１と
は、凝固ろう１１によってろう付接合される。以上のよ
うにして製造された紡糸ノズルは、溶融ろうが小隙間１
０を円滑に流動してノズル本体１と多数のノズルピース
５とが良好に接合された。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のノズルの
製造方法によれば、ノズル本体の貫通孔に軸方向におい
て段部を設けると共にノズルピースの側面に、該貫通孔
の段部に沿い、かつ該段部との間で小空間が形成される
ように段部を設けておき、前記ノズルピースを、その段
部が貫通孔の段部と対向するように貫通孔内の固定予定
位置に配置するとともに、これら段部間の間隙にろう材
を配置し、その後、非酸化性ガス中でろう付け温度に加
熱して前記ろう材を溶融させ、該ろう材が溶融したろう
を、毛細管流動によりノズルピースと貫通孔壁との隙間
に流動させてノズル本体とノズルピースとをろう付け接
合するので、非酸化性ガス雰囲気においてもノズル本体
とノズルピースとの間で良好にろうを流動させて確実に
ろう付けすることができる。したがってＺｎを含有する
ろう材を用いてより低い温度でろう付けすることが可能
になり、ノズルピースとして高温で変態するマルテンサ
イト系ステンレス鋼を使用することが可能になる。

【００２１】また、ろうが流動するノズルピースと貫通
孔壁との隙間間隔を０．０１〜０．１ｍｍの範囲内にす
れば、ろう材が雰囲気ガスに必要以上に曝されるのをよ
り確実に防ぐことができ、それによりろう材の酸化を阻
止して良好なろう付け接合を確実にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明のノズルの製造方法の一実施
形態を示す一部断面図である。

【図２】 図２は、従来のノズルの製造方法を示す一部
断面図である。

【図３】 図３は、同じく他のノズルの製造方法を示す
一部断面図である。

【符号の説明】

１ ノズル本体 ２ 貫通孔 ３ 段部 ４ 段部 ５ ノズルピース ６ 段部 ７ 段部 ８ ろう材 ９ ろう材 １０ 小隙間 １１ 凝固ろう

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河村 英克 千葉県四街道市鷹の台１丁目３番 株式会 社日本製鋼所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル本体の貫通孔内に筒状のノズルピ
   ースを配置し、前記貫通孔壁とノズルピースとの間で形
   成される隙間にろうを充填させてノズル本体とノズルピ
   ースをろう付けするノズルの製造方法において、前記貫
   通孔に軸方向において段部を設けると共にノズルピース
   の側面に、該貫通孔の段部に沿い、かつ配置時に該段部
   との間で小空間が形成されるように段部を設けておき、
   前記ノズルピースを、その段部が貫通孔の段部と対向す
   るように貫通孔内の固定予定位置に配置するとともに、
   これら段部間の小空間にろう材を配置し、その後、非酸
   化性ガス中でろう付け温度に加熱して前記ろう材を溶融
   させ、該ろう材が溶融したろうを、毛細管流動によりノ
   ズルピースと貫通孔壁との隙間に流動させてノズル本体
   とノズルピースとをろう付け接合することを特徴とする
   ノズルの製造方法
2. 【請求項２】 ろうが流動するノズルピースと貫通孔壁
   との隙間間隔が０．０１〜０．１ｍｍであることを特徴
   とするノズルの製造方法