(57)【要約】  本発明は射出成形物の製造方法及びその製造方法による射出成形物を提供する。射出成形物の製造方法は、粉末を含む成形混合物を提供する段階と、前記成形混合物を射出して中間成形体を製造する段階と、前記中間成形体を切削加工する段階と、切削された前記中間成形体を焼結する段階とを含む。
2009527651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末を含む成形混合物を提供する段階と、
前記成形混合物を射出して中間成形体を製造する段階と、
前記中間成形体を切削加工する段階と、
切削された前記中間成形体を焼結する段階と
を含む射出成形物の製造方法。
【請求項２】
前記成形混合物はバインダをさらに含み、
前記中間成形体を切削加工する段階の前に、前記バインダの少なくとも一部が除去されるように前記中間成形体を脱脂する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項３】
前記成形混合物はバインダをさらに含み、
前記中間成形体を焼結する段階の前に、前記バインダの少なくとも一部が除去されるように、切削された前記中間成形体を脱脂する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項４】
前記中間成形体は、１０％〜９０％の気孔率を有するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項５】
前記粉末は、金属粉末、非金属粉末からなるグループの中から選択された少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項６】
前記中間成形体を製造する段階では前記中間成形体がノズル状に製造され、
前記切削加工する段階では前記中間成形体に噴射孔が形成されることを特徴とする請求項１に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項７】
前記切削加工する段階で前記噴射孔は複数個が同時に又は順次に形成されることを特徴とする請求項６に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項８】
前記噴射孔の直径Ｄと深さＬの割合Ｌ／Ｄは、１〜１００であることを特徴とする請求項６に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項９】
前記噴射孔は、マイクロドリルにより形成されることを特徴とする請求項６に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項１０】
前記マイクロドリルの直径は、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．２ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３ｍｍのうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項９に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項１１】
前記マイクロドリルを繰り返し往復移送し、前記噴射孔を形成することを特徴とする請求項９に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項１２】
前記噴射孔が形成される間に前記マイクロドリルの移送速度は一定に維持されることを特徴とする請求項９に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項１３】
粉末及び互いに異なる溶融点を有する複数のバインダを含む成形混合物を提供する段階と、
前記成形混合物を射出して中間成形体を製造する段階と、
前記バインダのうち相対的に溶融点の低いバインダが除去されるように前記中間成形体を脱脂する段階と、
脱脂された前記中間成形体を切削加工する段階と、
切削された前記中間成形体を焼結する段階と
を含む射出成形物の製造方法。
【請求項１４】
前記バインダは、プラスチックからなるグループの中から選択された少なくともいずれか一つとワックスを含むことを特徴とする請求項１３に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項１５】
前記中間成形体を脱脂する段階では前記ワックスが除去されることを特徴とする請求項１４に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項１６】
前記中間成形体を脱脂する段階で前記バインダのうち相対的に溶融点が低いバインダは溶媒を用いた溶媒脱脂方法により除去されることを特徴とする請求項１３に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項１７】
前記バインダのうち相対的に溶融点の高いバインダが除去されるように切削された前記中間成形体を脱脂する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項１８】
前記バインダはプラスチックからなるグループの中から選択された少なくともいずれか一つとワックスを含み、
切削された前記中間成形体を脱脂する段階では前記プラスチックからなるグループのうち少なくともいずれか一つが除去されることを特徴とする請求項１７に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項１９】
切削された前記中間成形体を脱脂する段階で前記バインダのうち相対的に溶融点が高いバインダは熱分解脱脂方法により除去されることを特徴とする請求項１７に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項２０】
前記中間成形体は、１０％〜９０％の気孔率を有するように形成されることを特徴とする請求項１３に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項２１】
前記粉末は、金属粉末、非金属粉末からなるグループの中から選択された少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１３に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項２２】
前記中間成形体を製造する段階では前記中間成形体がノズル状に製造され、
前記切削加工する段階では前記中間成形体に噴射孔が形成されることを特徴とする請求項１３に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項２３】
前記切削加工する段階で前記噴射孔は複数個が同時に又は順次に形成されることを特徴とする請求項２２に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項２４】
前記噴射孔の直径Ｄと深さＬの割合Ｌ／Ｄは、１〜１００であることを特徴とする請求項２２に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項２５】
前記噴射孔は、マイクロドリルにより形成されることを特徴とする請求項２２に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項２６】
前記マイクロドリルの直径は、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．２ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３ｍｍのうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項２５に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項２７】
前記マイクロドリルを繰り返し往復移送し、前記噴射孔を形成することを特徴とする請求項２５に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項２８】
前記マイクロドリルの移送速度は一定に維持されることを特徴とする請求項２５に記載の射出成形物の製造方法。
【請求項２９】
請求項１又は請求項２８の製造方法のうちいずれか１つの製造方法により製造される射出成形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は射出成形物の製造方法及びその製造方法による射出成形物に係り、さらに詳しくは、製造工程の容易化を提供し、加工精度を向上させることができるだけでなく、生産性に優れており、製造コストを低減させることができる射出成形物の製造方法及びその製造方法による射出成形物に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ノズルとは液体又は気体を高速で自由空間に噴出させるために流路の端部に取り付ける細い管のことをいい、高圧の流体を噴出させるとき、噴出を小さくすれば、圧力エネルギーが速度エネルギーに変わる現象を用いる。ノズルの一例として、ディーゼルエンジンに用いられるディーゼルエンジン用噴射ノズルが挙げられる。ディーゼルエンジン用噴射ノズルは、ディーゼルエンジンの燃焼室内で高圧の燃料が噴霧状態で噴射され得るように設置される。
【０００３】
このようなディーゼルエンジン用噴射ノズルは、ノズルボディ、ニードル弁、ノズルバネ及びプッシュロードなどを含んで構成される。燃料噴射ポンプから供給される高圧の燃料がデリバリーパイプ（Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｐｉｐｅ)及び燃料注入通路に沿ってノズルボディに形成されている圧力室に伝達されると、ニードル弁に高圧が作用してニードル弁がノズルバネを圧縮しながら上方に作動するようになり、このようなニードル弁の作動によって選択的に開放されるノズルを介して燃料が燃焼室に噴射される。
【０００４】
また、前記のように厳しい環境条件の下で用いられるディーゼルエンジン用噴射ノズルは、要求される物理的特性を満たすことができるように、一般に耐摩耗性高強度の金属母材を用いて形成される。
【０００５】
このような従来のディーゼルエンジン用噴射ノズルの製造方法を説明する。図１は、従来のディーゼルエンジン用噴射ノズルの製造方法を説明する順序図である。
【０００６】
図１に示すように、従来のディーゼルエンジン用噴射ノズルのノズルボディは、耐摩耗性の金属母材１０を提供する段階、前記耐摩耗性の金属母材１０の内外面を切削してノズル状に加工する段階、前記耐摩耗性の金属母材１０の先端部に噴射孔１１を形成する段階により製造されるように構成されている。
【０００７】
ところが、従来のディーゼルエンジン用噴射ノズルのノズルボディは、耐摩耗性の金属母材１０で形成されるため、切削加工が難しく、噴射孔１１は放電加工（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ；ＥＤＭ）又はレーザ加工などのような別途の特殊な加工方法により形成されなければならなかった。
【０００８】
ここで、図面符号２０は切削加工を行うための切削工具であり、図面符号３０は放電加工を行うための放電加工工具である。
【０００９】
このように、従来は噴射孔１１が放電加工又はレーザ加工により形成されるようになっており、製造コストが上昇するだけでなく、加工速度が遅いため、大量生産に非常に不利であるという問題点があった。
【００１０】
また、前記噴射孔１１は直径の大きさ及び加工精度に応じて噴射特性が変更され得るため、燃料がシリンダの内部で最適に噴射され得るように、小型で高い加工精度を有するように形成されなければならない。しかしながら、放電加工又はレーザ加工の場合、噴射孔１１を一定以上小型に加工し難いという問題があり、放電加工又はレーザ加工により噴射孔１１が一定以上小型に加工される場合には相対的に加工精度が低下してしまうという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、その目的は、製造工程の容易化を提供し、製造コストを低減させることができる機械部品の製造方法を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の目的は、製造が迅速かつ容易であるため、大量生産に有利であり、加工精度を向上させることができる機械部品の製造方法を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、優れた加工精度を有するディーゼルエンジン用噴射ノズルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するための本発明の一態様によれば、射出成形物の製造方法は、粉末を含む成形混合物を提供する段階、成形混合物を射出して中間成形体を製造する段階、中間成形体を切削加工する段階、切削された中間成形体を焼結する段階を含む。
【００１５】
前記粉末としては金属粉末が使用されることができ、場合によっては金属粉末と共に非金属粉末が混合されて使用されてもよく、その他、各種物理的な特性を向上させるための機能性添加剤が混合されてもよい。また、バインダは互いに異なる溶融点（ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）を有する複数のバインダを含んで構成されることができる。一例として、バインダはプラスチックからなるグループのうち選択された少なくともいずれか１つとワックスを含んで構成されることができ、その他にもバインダとして結合材、潤滑剤、可塑剤及び界面活性剤など及びその混合物が添加されることができる。
【００１６】
中間成形体の形状は、要求される条件に応じて多様に形成されることができ、中間成形体を切削加工する段階では孔加工及び内外面加工などが行われることができる。
【００１７】
また、中間成形体の焼結前には中間成形体を脱脂する段階がさらに追加されることができ、中間成形体を脱脂する段階ではバインダのうちの少なくとも一部が除去されることができる。
【００１８】
バインダが互いに異なる特性（例えば、溶融点）を有する複数のバインダを含んで構成される場合、脱脂段階は実質的に複数回にわたる脱脂工程に分けられる。例えば、脱脂段階はバインダのうち相対的に溶融点の低いバインダを除去する第１脱脂工程と、バインダのうち相対的に溶融点の高いバインダを除去する第２脱脂工程とを含んで構成されることができる。第１脱脂工程では相対的に溶融点の低いワックスが除去されることができ、第２脱脂工程では相対的に溶融点の高いプラスチックからなるグループの中から選択された少なくともいずれか１つが除去され得る。
【００１９】
また、前記のような脱脂工程のうち相対的に溶融点の低いバインダ（例えば、ワックス）を除去する第１脱脂工程は、中間成形体を切削加工する前に行われることが好ましい。その理由は、ワックスの溶融点が相対的に低いため、切削加工時に加工部位で発生する熱によりワックスが溶融され、切削加工中にチップの排出を妨害し、加工部位に溶けてくっつくという問題があるからである。即ち、中間成形体の切削加工時に中間成形体にワックスが含まれていれば、切削加工時に発生する熱によりワックスが溶融され、チップ排出の負荷量及び切削回転の負荷量が増加するという問題があるため、脱脂工程のうち相対的に溶融点の低いバインダを除去する第１脱脂工程は、中間成形体を切削加工する前に行われることが好ましい。
【００２０】
さらに、脱脂工程のうち相対的に溶融点の高いバインダ（例えば、プラスチックからなるグループの中から選択された少なくともいずれか１つ）を除去する第２脱脂工程は中間成形体を切削加工した後に行われることができ、場合によっては、第２脱脂工程が前述した第１脱脂工程の後に連続的に行われるように構成できる。
【００２１】
本発明における射出成形物は、自動車、家電、精密機械などに用いられる機械部品に広範囲に使用され得る。
【発明の効果】
【００２２】
以上で説明した通り、本発明に係る射出成形物の製造方法によれば、粉末射出成形工法により射出成形物を製造し、中間成形体の焼結前に要求される条件に応じて切削加工が行われるようにすることで、製造工程の容易化を提供し、製造コストを低減させることができるという効果を奏する。
【００２３】
また、本発明は中間成形体を切削加工する前にワックスのように相対的に溶融点の低いバインダが除去され得るようにすることで、切削加工時に発生する熱によりワックスが溶融されることによるチップ排出の負荷量及び切削回転の負荷量の増加を未然に防止できるようにする。
【００２４】
さらに、本発明は中間成形体を製造する段階で中間成形体の形状を要求される形状に応じて多様に構成できるようにすることで、別途の切削工程を排除させることができるようにし、不要な加工スクラップの発生を低減させることができるようにする。
【００２５】
特に、本発明はディーゼルエンジンに用いられる噴射ノズルの製造工程を簡素化でき、大量生産に有利であり、それに伴う製造コストを削減して製品単価を低減させることができるようにする。
【００２６】
また、本発明は高精度を維持し、超小型の直径を有する噴射孔の形成を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施形態により制限されたり、限定されるものではない。
【００２８】
図２は、本発明に係る機械部品の製造方法を説明する順序図である。
【００２９】
図２に示すように、本発明に係る機械部品の製造方法は、粉末及びバインダを含む成形混合物を提供する段階Ｓ１、前記成形混合物を用いて中間成形体を製造する段階Ｓ２、前記中間成形体を切削加工する段階Ｓ３、前記中間成形体を焼結する段階Ｓ４を含む。
【００３０】
成形混合物を提供する段階Ｓ１では比重の互いに異なる粉末及びバインダ（ｂｉｎｄｅｒ）を含む成形混合物を提供する。前記成形混合物は、粉末及びバインダを所定の混合比で適正な温度で混合することで提供され得る。また、前記成形混合物は後述する射出成形器への供給が容易に行われ得るように、一定の大きさのフィードストック（ｆｅｅｄ ｓｔｏｃｋ）単位で形成されることができる。
【００３１】
前記粉末としては、耐摩耗鋼（例えば、ＳＫＤ、ＳＣＭなど）やステンレススチール（例えば、４４０Ｃ、４２０、６３０など）などの金属粉末又はこれらの混合物が使用されることができ、場合によっては、金属粉末以外に超硬（ＷＣ−Ｃｏ）粉末、セラミック粉末（ジルコニア、アルミナなど）などのような非金属粉末及び非金属粉末の混合物が混合されて使用されることができ、その他、各種物理的な特性を向上させるための機能性添加剤が混合されることができる。
【００３２】
前記バインダは射出成形時に粉末形態で流動性を与え、粉末を硬い形状に維持できるように添加される。このようなバインダは、互いに異なる溶融点を有する複数のバインダを含んで構成されることができる。一例として、前記バインダはプラスチックからなるグループのうち選択された少なくともいずれか１つとワックスを含んで構成されることができる。前記プラスチック系のバインダとしては、溶融点が略１５０〜１８０℃である通常のポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）又はポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）が使用されることができ、前記ワックス（ｗａｘ）としては溶融点が略５０〜７０℃である通常のワックスが使用されることができる。その他にも、前記バインダとして、結合材、潤滑剤、可塑剤及び界面活性剤など及びその混合物が添加され得る。
【００３３】
中間成形体を製造する段階Ｓ２では前記成形混合物を用いて所定形状を有する中間成形体を形成するようになるが、このような中間成形体はプラスチック産業で用いられていた射出成形技術と、粉末冶金産業で発達した金属粉末の焼結技術の両側の利点を融合させた通常の金属粉末射出成形（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ；ＭＩＭ）工法により製造されることができる。
【００３４】
即ち、成形混合物は射出成形器のシリンダ内に送られて可塑化されながら輸送され、シリンダのノズルから金型に圧入されて冷却固化されることで、中間成形体が抽出されることができるようにする。
【００３５】
中間成形体を切削加工する段階Ｓ３では要求される条件に応じて前記中間成形体を切削加工する。
【００３６】
ここで、切削加工は大きく工具による切削と、粒子による切削とに区分されることができ、そのうち工具による切削としては、旋削、平削、ミーリング、ドリルリング、ボーリングなどが挙げられ、粒子による切削としては、研削、ホーニング、ラッピングなどが挙げられる。
【００３７】
最後に、中間成形体を焼結する段階Ｓ４では前記中間成形体の気孔が除去され得るように高温の焼結炉で焼結工程を行うことにより、射出成形物の製造が完了する。
【００３８】
また、前記中間成形体の焼結前には中間成形体を脱脂する段階がさらに追加されることができ、中間成形体を脱脂する段階では前述したバインダのうちの少なくとも一部が除去されることができる。
【００３９】
即ち、射出成形を行うために用いられるバインダは焼結時に不要になるので、中間成形体の焼結前に通常の脱脂炉を用いた脱脂工程により蒸発／分解されることができる。場合によっては、中間成形体の形状維持のために、若干のバインダが残されることができ、このようなバインダの残留量は脱脂条件に応じて変更され得る。
【００４０】
このとき、前記バインダが互いに異なる特性（例えば、溶融点）を有する複数のバインダを含んで構成される場合、脱脂段階は実質的に複数回にわたる脱脂工程に分けられることができる。例えば、前記バインダがプラスチックからなるグループの中から選択された少なくともいずれか１つとワックスを含んで構成される場合、脱脂段階はバインダのうち相対的に溶融点の低いバインダを除去する第１脱脂工程と、バインダのうち相対的に溶融点の高いバインダを除去する第２脱脂工程とを含んで構成されることができる。前記第１脱脂工程では相対的に溶融点の低いワックスが除去されることができ、前記第２脱脂工程では相対的に溶融点の高いプラスチックからなるグループの中から選択された少なくともいずれか１つが除去されることができる。
【００４１】
また、前記ワックスを除去するための第１脱脂工程は、Ｎ−ヘキサン（Ｎ−Ｈｅｘａｎｅ）、ヘプタン（Ｈｅｐｔａｎｅ）、シンナー（Ｔｈｉｎｎｅｒ）などのような溶媒を用いた通常の溶媒脱脂方法により実現されることができ、前記プラスチックからなるグループの中から選択された少なくともいずれか１つを除去するための第２脱脂工程は、通常の熱分解脱脂方法により実現されることができる。場合によっては、前述した第１及び第２脱脂工程に適用される脱脂方法の代わりに、電解脱脂、超音波脱脂など他の通常の脱脂方法が適用されることもできる。
【００４２】
さらに、前記のような脱脂工程のうち相対的に溶融点の低いバインダ（例えば、ワックス）を除去する第１脱脂工程は、中間成形体を切削加工する前に行われることが好ましい。その理由は、ワックスの溶融点が相対的に低いため、切削加工時に加工部位で発生する熱によりワックスが溶融され、切削加工中にチップの排出を妨害し、加工部位に溶けてくっつくという問題があるからである。即ち、中間成形体の切削加工時に中間成形体にワックスが含まれていれば、切削加工時に発生する熱によりワックスが溶融され、チップ排出の負荷量及び切削回転の負荷量が増加するという問題があるため、脱脂工程のうち相対的に溶融点の低いバインダ（例えば、ワックス）を除去する第１脱脂工程は中間成形体を切削加工する前に行われることが好ましい。
【００４３】
また、脱脂工程のうち相対的に溶融点の高いバインダ（例えば、プラスチックからなるグループの中から選択された少なくともいずれか１つ）を除去する第２脱脂工程は、中間成形体を切削加工した後に行われることができ、場合によっては、前記第２脱脂工程が前述した第１脱脂工程の後に連続的に行われるように構成できる。
【００４４】
一方、前記中間成形体の密度勾配は粉末の粒度を調節するか、バインダの材質を変更することによって調節できる。
【００４５】
このように本発明は粉末射出成形工法により射出成形物を製造し、中間成形体の焼結前に要求される条件に応じて切削加工が行われるようにすることで、製造工程の容易化を提供し、製造コストを低減させることができるようにする。
【００４６】
即ち、本発明は耐摩耗性の金属母材に比べて相対的に強度の弱い中間成形体の状態で要求される条件に応じて孔加工などの切削加工が行われるようにすることで、耐摩耗性の金属母材に直接切削加工を行う方法に比べて切削加工の容易化を提供し、製造コストを低減させることができるようにする。
【００４７】
さらに、本発明は中間成形体を製造する段階で中間成形体の形状を要求される形状に応じて多様に構成できるが、このような方法は耐摩耗性の金属母材を要求される形状に形成するための別途の内外面切削工程を排除させることができるようにし、不要な加工スクラップの発生を低減させることができるようにする。
【００４８】
以下、射出成形物の一例として、ディーゼルエンジン用噴射ノズルが本発明に係る製造方法により製造された例を挙げて説明する。
【００４９】
図３〜図６は、本発明に係る射出成形物の製造方法を示すものであって、図３は、射出成形による中間成形体を製作する様子を示す断面図であり、図４は、中間成形体に噴射孔を形成する様子を示す断面図であり、図５は、脱脂炉における中間成形体の脱脂工程を示す断面図であり、図６は、焼結炉における中間成形体の焼結工程を示す断面図である。
【００５０】
図示のように、射出成形物は粉末及びバインダを備える成形混合物１１０を提供する段階、前記成形混合物１１０を用いてノズル状の中間成形体１００を製造する段階、前記中間成形体１００に噴射孔１１１を形成する段階、前記中間成形体１００を焼結する段階により製造され得る。
【００５１】
まず、比重の互いに異なる粉末及びバインダを含む成形混合物１１０を提供する。前記成形混合物１１０は、粉末及びバインダを所定の混合比で適正な温度で混合することで提供され得る。また、前記成形混合物１１０は後述する射出成形器２１０への供給が容易に行われ得るように、一定の大きさのフィードストック単位で形成されることができる。
【００５２】
前記粉末としては、耐摩耗鋼（例えば、ＳＫＤ、ＳＣＭなど）やステンレススチール（例えば、４４０Ｃ、４２０、６３０など）などの金属粉末又はこれらの混合物が使用されることができ、場合によっては、金属粉末以外に超硬（ＷＣ−Ｃｏ）粉末、セラミック粉末（ジルコニア、アルミナなど）などのような非金属粉末及び非金属粉末の混合物が混合されて提供されることができ、その他、各種物理的な特性を向上させるための機能性添加剤が混合されて提供されることができる。
【００５３】
前記バインダは射出成形時に粉末形態で流動性を与え、粉末を硬い形状に維持できるように添加される。このようなバインダは、互いに異なる溶融点を有する複数のバインダを含んで構成されることができる。一例として、前記バインダは、プラスチックからなるグループの中から選択された少なくともいずれか１つとワックスを含んで構成されることができる。前記プラスチック系のバインダとしては、溶融点が略１５０〜１８０℃である通常のポリエチレン又はポリプロピレンが使用されることができ、前記ワックスとしては、溶融点が略５０〜７０℃である通常のワックスが使用されることができる。その他にも前記バインダとして、結合材、潤滑剤、可塑剤及び界面活性剤など及びその混合物が添加され得る。
【００５４】
このような成形混合物のうち粉末の体積割合は略３５％〜６５％で構成されることができ、成形混合物のうちバインダの体積割合も略３５％〜６５％で構成されることができる。粉末とバインダとの体積割合は、要求される条件及び設計仕様に応じて多様に変更されることができ、粉末とバインダとの体積割合により本発明が制限されたり、限定されるものではない。
【００５５】
次に、前記成形混合物１１０を用いて金属粉末射出成形（ＭＩＭ）工法により一端は開放され、他端は閉鎖され、閉鎖された端部に行くほど縮小された直径を有するノズル状の中間成形体１００を形成する。
【００５６】
即ち、成形混合物１１０は、射出成形器２１０のシリンダ２１１内に送られて可塑化されながら輸送され、シリンダ２１１のノズルから金型２２０に圧入されて冷却固化されることで、ノズル状の中間成形体１００が抽出され得るようにする。
【００５７】
また、前記中間成形体１００の密度勾配は粉末の粒度を調節するか、バインダの材質を変更することによって調節できる。そして、前記中間成形体１００は少なくとも１０％以上の気孔率を有するように形成されることができ、好ましくは、１０％〜９０％の気孔率を有するように形成される。
【００５８】
次に、ノズル状の中間成形体１００に含まれるバインダのうちの少なくとも一部が除去されるように通常の脱脂炉３１０を用いた脱脂工程を行うことができる。
【００５９】
このとき、前記バインダが互いに異なる特性（例えば、溶融点）を有する複数のバインダを含んで構成される場合、脱脂段階は実質的に複数回にわたる脱脂工程に分けられることができる。例えば、前記バインダがプラスチックからなるグループの中から選択された少なくともいずれか１つとワックスを含んで構成される場合、脱脂工程はバインダのうち相対的に溶融点の低いバインダを除去する第１脱脂工程と、バインダのうち相対的に溶融点の高いバインダを除去する第２脱脂工程とを含んで構成されることができる。前記第１脱脂工程では相対的に溶融点の低いワックスが除去されることができ、前記第２脱脂工程では相対的に溶融点の高いプラスチックからなるグループの中から選択された少なくともいずれか一つが除去されることができる。
【００６０】
また、前記ワックスを除去するための第１脱脂工程は、Ｎ−ヘキサン、ヘプタン、シンナーなどのような溶媒を用いた通常の溶媒脱脂方法により実現されることができ、前記プラスチックからなるグループの中から選択された少なくともいずれか一つを除去するための第２脱脂工程は、通常の熱分解脱脂方法により実現されることができる。場合によっては、前述した第１及び第２脱脂工程に適用される脱脂方法の代わりに、電解脱脂、超音波脱脂など他の通常の脱脂方法が適用されることもできる。
【００６１】
さらに、前記のような脱脂工程のうち相対的に溶融点の低いバインダ（例えば、ワックス）を除去する第１脱脂工程は、中間成形体１００を切削加工する前に行われることが好ましい。その理由は、ワックスの溶融点が相対的に低いため、切削加工時に加工部位で発生する熱によりワックスが溶融され、切削加工中に発生するチップの排出を妨害し、加工部位に溶けてくっつくという問題があるためである。即ち、中間成形体１００の切削加工時に中間成形体１００にワックスが含まれていれば、切削加工時に発生する熱によりワックスが溶融され、チップ排出の負荷量及び切削回転の負荷量が増加するという問題があるため、脱脂工程のうち相対的に溶融点の低いバインダ（例えば、ワックス）を除去する第１脱脂工程は、中間成形体１００を切削加工する前に行われることが好ましい。
【００６２】
また、脱脂工程のうち相対的に溶融点の高いバインダ（例えば、プラスチックからなるグループの中から選択された少なくともいずれか一つ）を除去する第２脱脂工程は、後述する中間成形体１００を切削加工した後に行われることができ、場合によっては、前記第２脱脂工程が前述した第１脱脂工程の後に連続的に行われ、第２脱脂工程の後に切削加工が行われるように構成できる。
【００６３】
その後、前記中間成形体１００の閉鎖された端部領域に噴射孔１１１を形成する。前記噴射孔１１１は工具によるドリル加工又はレーザ加工により形成されることができ、要求される条件に応じて中間成形体１００の周囲方向に沿って複数形成され得る。また、前記複数の噴射孔１１１はドリルマシン２３０により同時に形成されるか、順次一つずつ形成されてもよい。
【００６４】
以下、前記噴射孔１１１が通常のマイクロドリルにより形成された例を挙げて説明する。また、場合によっては、放電加工など孔を形成するための多様な加工方法により噴射孔１１１が形成されるように構成できる。本発明の実施形態では、前記マイクロドリルにより中間成形体１００に微細な噴射孔１１１が加工された例を挙げて説明しているが、本発明における切削加工はマイクロドリルを用いて噴射孔１１１を加工することはもちろん、マイクロドリルと類似の工具を用いて噴射孔１１１と同一又は類似の大きさの多様なパターンを加工することまでも含むことができる。
【００６５】
前述したように、中間成形体１００の焼結前に切削加工が行われると共に、中間成形体１００の切削加工前に相対的に溶融点の低いワックスが除去され得ることにより、中間成形体１００には通常のマイクロドリルにより直径が非常に小さく、深い深さを有する微細な噴射孔１１１が形成され得る。前記噴射孔による噴射効率が向上し得るように前記噴射孔の直径Ｄと深さＬの割合Ｌ／Ｄは、なるべく大きく形成されることが好ましい。一例として、前記噴射孔の直径Ｄと深さＬの割合Ｌ／Ｄは、１〜１００で構成されることができる。
【００６６】
前記切削加工に用いられるマイクロドリルとしては、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．２ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３ｍｍのうちのいずれか一つの直径を有する商用化されたマイクロドリルが使用されることができ、その他にも要求される条件に応じて多様な直径を有するマイクロドリルが使用されることができる。
【００６７】
一例として、前記マイクロドリルにより加工される噴射孔１１１の直径Ｄと深さＬの割合は、２０（１ｍｍ／０．０５ｍｍ又は２ｍｍ／０．１ｍｍ）で構成されることができ、場合によっては、フルート（ｆｌｕｔｅ）の長さがさらに長いマイクロドリルを用いて噴射孔１１１の直径Ｄと深さＬの割合がより一層大きく形成されるように構成できる。
【００６８】
また、前述したように直径が非常に小さく、深い深さを有する微細な噴射孔１１１を高速で加工するためには、前記マイクロドリルの１分当りの回転数（ＲＰＭ）は通常１０、０００以上で構成されることが好ましく、より好ましくは、高速加工のために、マイクロドリルの１分当りの回転数が２０、０００以上で構成される。通常、ドリルの加工速度はドリルの直径と回転数に比例するので、マイクロドリルの１分当りの回転数を増加させるほど、加工速度を上げることができる。従って、マイクロドリルの制御が可能な範囲内では１分当りの回転数を上げることが好ましく、これは通常の制御方法に依存し得る。
【００６９】
それだけでなく、前記マイクロドリルを繰り返し往復移送し、噴射孔を形成することが好ましい。即ち、噴射孔の直径Ｄと深さＬの割合Ｌ／Ｄが大きい場合、チップの排出が容易に行われ得るように前記マイクロドリルが中間成形体１００に対して一定の深さまで移送された後には中間成形体１００からマイクロドリルを取り出してから再びマイクロドリルを挿入してその後の深さに対して切削を行う段階を繰り返して行うことで、チップの排出が容易に行われることができる。
【００７０】
さらに、前記マイクロドリルにより噴射孔１１１が形成される間にマイクロドリルの移送速度は一定に維持されることが好ましく、このような速度制御は通常の制御部により制御され得る。
【００７１】
最後に、前記中間成形体１００の気孔が除去され得るように、高温の焼結炉３２０で焼結工程を行うことで、射出成形物の製造が完了する。
【００７２】
図７は、図４の噴射孔の焼結前と後の直径の変化を説明する断面図である。
【００７３】
このような構造は、図７に示すように、前記中間成形体１００が焼結されることで中間成形体１００内の気孔が除去され、中間成形体１００が収縮すると同時に中間成形体１００に形成された噴射孔１１１の直径Ｄ１も収縮するので、超小型の直径Ｄ２を有する噴射孔１１１の形成を可能にする。
【００７４】
即ち、前記のような方法は機械的な加工方法により加工可能な噴射孔１１１の最小直径Ｄ１よりさらに小さな直径Ｄ２を有する噴射孔１１１を形成できるようにする。また、射出成形による中間成形体１００の密度がほぼ均一であるため、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向の焼結収縮率が同一になることができ、これにより、噴射孔１１１も比較的に高精度を維持できるようになる。
【００７５】
このような製造方法により形成された最終製品２００は図８で確認することができ、このように形成された最終製品２００はディーゼルエンジン用噴射ノズルのノズルボディとして使用され得る。
【００７６】
ここで、図面符号１２０は燃料噴射ポンプから供給された燃料が伝達される圧力室である。
【００７７】
場合によっては、中間成形体１００が焼結されて形成される最終製品２００の精度及び完成度を上げることができるように、焼結後に後加工処理を追加できる。
【００７８】
このように本発明はディーゼルエンジン用噴射ノズルのノズルボディを粉末射出成形工法により製造し、中間成形体１００の焼結前に噴射孔１１１の加工が行われることができるようにすることで、製造工程の容易化を提供し、製造コストを低減させることができるようにする。
【００７９】
即ち、本発明は耐摩耗性の金属母材に比べて相対的に強度が弱い中間成形体１００の状態で噴射孔１１１の加工が行われるようにすることで、耐摩耗性の金属母材に直接切削加工を行う方法に比べて切削加工の容易化を提供し、製造コストを低減させることができるようにする。
【００８０】
また、本発明は中間成形体を切削加工する前にワックスのように相対的に溶融点の低いバインダが除去され得るようにすることで、切削加工時に発生する熱によりワックスが溶融されることによるチップ排出の負荷量及び切削回転の負荷量の増加を未然に防止できるようにする。
【００８１】
さらに、本発明は中間成形体１００を製造する段階で中間成形体１００の形状をノズル状に形成できるが、このような方法は耐摩耗性の金属母材をノズル状に形成するための別途の内外面切削工程を排除させることができるようにし、不要な加工スクラップの発生を低減させることができるようにする。
【００８２】
また、本発明は中間成形体１００が焼結され、収縮することによって噴射孔１１１の直径も共に収縮し、超小型の直径を有する噴射孔１１１の形成を可能にする。
【００８３】
さらに、前述及び図示した本発明の実施形態では、本発明の製造方法によってディーゼルエンジン用噴射ノズルを製造する例を挙げて説明しているが、その他、自動車、家電、精密機械などに用いられる機械部品を製造するのに本発明を適用できることはもちろんである。
【００８４】
前述したように、本発明の好適な実施形態を参照して説明したが、当該技術分野において熟練した当業者であれば、前述した請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】従来のノズルの製造方法を説明する順序図である。
【図２】本発明に係る射出成形物の製造方法を説明する順序図である。
【図３】本発明に係る射出成形物の製造方法を示すものであって、射出成形による中間成形体を製作する様子を示す断面図である。
【図４】本発明に係る射出成形物の製造方法を示すものであって、脱脂炉における中間成形体の脱脂工程を示す断面図である。
【図５】本発明に係る射出成形物の製造方法を示すものであって、中間成形体に噴射孔を形成する様子を示す断面図である。
【図６】本発明に係る射出成形物の製造方法を示すものであって、焼結炉における中間成形体の焼結工程を示す断面図である。
【図７】図４の噴射孔の焼結前と後の直径の変化を説明する断面図である。
【図８】本発明の製造方法に係る射出成形物の構造を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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