(57)【要約】【課題】インジェクタノズルの噴孔内部の形態等を、非破壊で観察する方法を提供する。【解決手段】インジェクタノズルの先端部にレプリカ樹脂を配置し、インジェクタノズルの噴孔内にレプリカ樹脂を含浸させる含浸工程と、レプリカ樹脂を硬化させる硬化工程と、硬化工程によりレプリカ樹脂を硬化させてなる先端部レプリカをインジェクタノズルから脱離する脱離工程と、先端部レプリカを、噴孔内部の形状が転写されてなる噴孔レプリカを一つ含む部位ごとに切断する切断工程と、部位ごとに噴孔レプリカを観察する観察工程と、を上記順に有する、インジェクタノズル噴孔内部の観察方法とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジェクタノズルの先端部にレプリカ樹脂を配置し、前記インジェクタノズルの噴孔内に前記レプリカ樹脂を含浸させる含浸工程と、
前記レプリカ樹脂を硬化させる硬化工程と、
前記硬化工程により前記レプリカ樹脂を硬化させてなる先端部レプリカを前記インジェクタノズルから脱離する脱離工程と、
前記先端部レプリカを、前記噴孔内部の形状が転写されてなる噴孔レプリカを一つ含む部位ごとに切断する切断工程と、
前記部位ごとに前記噴孔レプリカを観察する観察工程と、
を上記順に有する、インジェクタノズル噴孔内部の観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インジェクタノズルの噴孔内部を観察する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジン等の内燃機関に使用されるインジェクタにおいて、インジェクタの先端に設けられるノズル（インジェクタノズル）の噴孔内部の形態、形状、状態等（以下において、単に「形態等」ということがある。）は、燃焼効率等に影響を及ぼすため、極めて重要である。詳細には、インジェクタノズルの噴孔内部の形態等は、燃料の噴霧長や噴霧角を決定し、燃料の微粒化、均一化の程度に影響を及ぼす。また、噴孔内部の形態等は、負圧時の流体過流量防止性能にも影響を及ぼす。
かかる観点から、インジェクタノズルの噴孔内部の形態等を正確に把握するための技術が求められている。
【０００３】
インジェクタノズルの噴孔内部の状態を評価する技術として、例えば特許文献１には、インジェクタノズルの噴孔に、所定の表面張力を有する検査液を発泡させた上で供給し、噴孔から流出した検査液の状態に基づいて噴孔の内壁面における親液性処理の状態を評価する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４００１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている方法では、インジェクタノズルの噴孔内部の形態等について得られる情報が限られていた。噴孔内部の形態等をより詳細に把握するためには、噴孔を切断する方法があり得るが、噴孔の向きが分からない状態で切断しても、綺麗な切断面をとることは困難であった。また、噴孔の孔径はΦ１ｍｍ以下と微細であるため、噴孔の向きが分かっている状態で、かつ、顕微鏡を備えた切断機を用いたとしても、噴孔の略中央を噴孔の長手方向に沿って、ずれずに切断することは至難の業であり、切断により噴孔内部の形態等を精密に測定することは非常に困難であった。また、仮に切断面がとれたとしても、破壊観察となるため、噴孔内部の形態等の経時的な変化を捉えた評価ができないという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、インジェクタノズルの噴孔内部の形態等を、非破壊で観察する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意検討の結果、従来、試料表面の形態等を観察するために用いられていたレプリカ作製用の樹脂（以下において、「レプリカ樹脂」という。）を用いて、インジェクタノズルの噴孔を含む先端部が転写されたレプリカ（以下において、「先端部レプリカ」という。）を作製し、さらに、先端部レプリカを噴孔内部が転写された部分（以下において、「噴孔レプリカ」という。）を一つ含む部位ごとに切断して観察することにより、インジェクタノズルを破壊することなく、噴孔内部の形態等を観察できることを見出し、本発明を完成するに至った。従来、レプリカは試料の表面的な性状（表面傷、孔食等）を見るために用いられていたため、噴孔のような長孔を観察するために用いることは想定されていなかった。そのため、インジェクタノズルを観察するためにレプリカを用いることは考えられてこなかった。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。
すなわち、本発明は、インジェクタノズルの先端部にレプリカ樹脂を配置し、インジェクタノズルの噴孔内に前記レプリカ樹脂を含浸させる含浸工程と、前記レプリカ樹脂を硬化させる硬化工程と、硬化工程により前記レプリカ樹脂を硬化させてなる先端部レプリカを前記インジェクタノズルから脱離する脱離工程と、前記先端部レプリカを、噴孔内部の形状が転写されてなる噴孔レプリカを一つ含む部位ごとに切断する切断工程と、前記部位ごとに前記噴孔レプリカを観察する観察工程と、を上記順に有する、インジェクタノズル噴孔内部の観察方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、インジェクタノズルの噴孔内部の形態等を、非破壊で観察する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】含浸工程Ｓ１から脱離工程Ｓ３までの様子を概念的に示す図である。
【図２】含浸工程Ｓ１に採用可能な押し湯方式を説明する図である。
【図３】切断工程Ｓ４を説明する図である。
【図４】切断工程Ｓ４に使用可能な治具の使用例を示す図である。
【図５】切断工程Ｓ４により奏する効果を説明する図である。
【図６】観察工程Ｓ５に使用可能な治具を示す図である。
【図７】含浸工程から脱離工程までを実際に行っている様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されない。
【００１２】
本発明は、インジェクタノズルの先端部にレプリカ樹脂を配置し、前記インジェクタノズルの噴孔内にレプリカ樹脂を含浸させる含浸工程（Ｓ１）と、前記レプリカ樹脂を硬化させる硬化工程（Ｓ２）と、硬化工程により前記レプリカ樹脂を硬化させてなる先端部レプリカをインジェクタノズルから脱離する脱離工程（Ｓ３）と、前記先端部レプリカを、噴孔内部の形状が転写されてなる噴孔レプリカを一つ含む部位ごとに切断する切断工程（Ｓ４）と、前記部位ごとに前記噴孔レプリカを観察する観察工程（Ｓ５）と、を上記順に有する、インジェクタノズル噴孔内部の観察方法である。
図１に含浸工程（Ｓ１）から脱離工程（Ｓ３）までの様子を概念的に示した。また、図３に切断工程（Ｓ４）を説明する図を示した。
【００１３】
１．含浸工程（Ｓ１）
含浸工程（以下において、「Ｓ１」という。）は、インジェクタノズルの先端部にレプリカ樹脂を配置し、前記インジェクタノズルの噴孔内にレプリカ樹脂を含浸させる工程である。Ｓ１において、図１左端に示すように、まず、インジェクタノズル（ここでは分かりやすさのため直方体で表し、上面部分を先端部とする。）が有する噴孔（図１には段付噴孔が表れている。）の出口側が上方を向くようにインジェクタノズルを配置する。次に、インジェクタノズルの先端部に流動性のあるレプリカ樹脂を配置し、図１の「含浸工程Ｓ１」に表れているように、噴孔内にレプリカ樹脂を含浸させる。
なお、図１においては、分かりやすさのため、噴孔内部のみにレプリカ樹脂が流入している様子が表れているが、Ｓ１後においては、噴孔内部にレプリカ樹脂が充填され、かつ、インジェクタノズルの先端部（図１の直方体の上面）にレプリカ樹脂が配置される。これにより、後述の脱離工程（Ｓ３）において、インジェクタノズルから先端部レプリカを脱離することにより、先端部レプリカに含まれる複数の噴孔レプリカを一度に、かつ、容易に得ることが可能となる。また、後述の観察工程（Ｓ５）において噴孔内部全体の形態等を観察することが可能となる。
【００１４】
Ｓ１に使用可能なレプリカ樹脂としては、通常、試料表面のレプリカ作製に用いられるシリコーンゴム等を使用可能である。但し、微細な噴孔内に充填し易くする観点から、レプリカ樹脂の粘度は３００００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、２００００ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましく、１００００ｍＰａ・ｓ以下であることが更に好ましい。
【００１５】
インジェクタノズルの先端部にレプリカ樹脂を配置する方法は特に限定されず、硬化工程（Ｓ２）における硬化反応を進行させるための硬化剤とレプリカ樹脂とを混合後、公知の転写用ガンからインジェクタノズル内へ向けて打ち出す方法等を挙げることができる。レプリカ樹脂は流動性を有するため、噴孔の出口側を上方に向けた状態で、インジェクタノズルの先端部にレプリカ樹脂を配置することにより、重力によりレプリカ樹脂を噴孔内に含浸させることが可能である。なお、含浸量が不足しないように、図２に示すように、押し湯方式を採用し、レプリカ樹脂をインジェクタノズルの先端部全面に充填する方法としてもよい。
【００１６】
２．硬化工程（Ｓ２）
硬化工程（以下において、「Ｓ２」という。）は、レプリカ樹脂を硬化させる工程である（図１の「硬化工程Ｓ２」参照。）。上記Ｓ１において、従来のようにレプリカ樹脂と硬化剤とを混合して用いる場合、Ｓ１の後、そのまま放置することにより、レプリカ樹脂の硬化反応を進めることが可能である。なお、レプリカ樹脂として熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂を用い、Ｓ１の後、加熱又は光照射により硬化反応を進める形態としてもよい。
Ｓ２において、レプリカ樹脂を放置する温度、すなわちレプリカ樹脂の硬化温度は作業性（作業時間や作業設備）に影響を及ぼす。作業性を良くする観点から、特別な加熱設備を必要としないで硬化できるものが好ましく、冷却するまでの冷却時間が短い室温に近い温度で温度あることが好ましい。Ｓ２において、室温で硬化反応が進む場合、通常５〜１５分程度放置することにより、硬化反応を完了させることが可能である。
【００１７】
３．脱離工程（Ｓ３）
脱離工程（以下において、「Ｓ３」という。）は、Ｓ２によりレプリカ樹脂を硬化させてなる先端部レプリカをインジェクタノズルから脱離する工程である（図１の「脱離工程Ｓ３」参照。）。Ｓ３において、インジェクタノズルから先端部レプリカを脱離する方法は特に限定されず、インジェクタノズルと先端部レプリカとの接合部の端部から、先端部レプリカを引き剥がしていくことにより、インジェクタノズルから脱離することが可能である。先端部レプリカには、インジェクタノズルの噴孔を含む先端部が転写されている。従って、Ｓ３において、インジェクタノズルから先端部レプリカを脱離することにより、複数の噴孔内部が転写されてなる複数の噴孔レプリカを一度に、かつ、容易に剥離することが可能となる。
【００１８】
Ｓ３において先端部レプリカを脱離する際に先端部レプリカが千切れたり折れたりすることを防止する観点から、先端部レプリカの引張強度は１０ＭＰａ以下であることが好ましく、７ＭＰａ以下であることがより好ましく、５ＭＰａ以下であることが更に好ましい。また、先端部レプリカは、脱離の際に変形が生じた場合でも、元の形状（すなわちインジェクタノズルの先端部が転写された状態）に回復する形状記憶性能を有していることを要する。
【００１９】
４．切断工程（Ｓ４）
切断工程（以下において、「Ｓ４」という。）は、先端部レプリカを、噴孔内部の形状が転写されてなる噴孔レプリカを一つ含む部位ごとに切断する工程である。図３にＳ４を説明する図を示す。上述の通り、インジェクタノズルの噴孔は孔径Φ１ｍｍ以下と微細であるため、噴孔内部が転写された噴孔レプリカも同様に微細である。従って、Ｓ４は図３の左端に示すように、顕微鏡で観察しながら行うことが好ましい。図３においては、左端の顕微鏡を覗く人物からの吹き出し部分中央に表れているように、一つの先端部レプリカが２つの噴孔レプリカを有している場合を想定する。このような場合、先端部レプリカを、噴孔レプリカを一つ含む部位ごとに切断するためには、吹き出し部分左側の図に表れているように、噴孔レプリカと噴孔レプリカとの間をカッター等により切断すればよい。
【００２０】
図３の吹き出し部分中央に表れているように、噴孔レプリカ間の距離は、通常０．５〜０．８ｍｍであるのに対し、人の手によりカッターを操作すると、吹き出し部分右側の図に表れているように、手ブレ等により０．５〜２．５ｍｍのブレが生じ得る。
このようなブレを防止し、噴孔レプリカと噴孔レプリカとの間を精度よく切断するために、Ｓ４においては、図４に示すような切断機構を有する治具を使用してもよい。このような治具を用いることにより、回転ステージと移動ステージにより、切断ミスを無くすことができる。また、このような治具を用いることにより、図４右下の図に表れているように、先端部レプリカを中心部分からケーキを切り分けるように切断することが可能となる。
【００２１】
５．観察工程（Ｓ５）
観察工程（以下において、「Ｓ５」という。）は、噴孔レプリカを一つ含む部位ごとに噴孔レプリカを観察する工程である。Ｓ５で行う観察としては、例えば、実体顕微鏡や走査型電子顕微鏡を用いた噴孔レプリカの形態観察や形状測定が挙げられる。
なお、面粗さを観察する場合、レーザー顕微鏡等の非接触式の粗さ計を用いることが好ましい。噴孔レプリカは上記引張強度を有し、柔軟性を有するため、触針式の粗さ計では、スタイラス（触針の針）が引っ張られて正確な値が取れない場合があるためである。
【００２２】
インジェクタノズルに形成される噴孔の向きが四方に向いていると同時に先端部が丸みを帯びている場合には、先端部レプリカは、図５左端の写真に示すように、大きな窪みの中に噴孔レプリカが形成されているものとなる。このような場合に上記Ｓ４を経ずに（先端部レプリカのまま）噴孔レプリカの観察を行おうとすると、噴孔レプリカの位置によっては、噴孔レプリカの一部が窪みに隠れた状態で観察を行わなければならず、噴孔長の測定値が正確さに欠ける場合があった。
本発明においては、上記Ｓ４を有することにより、Ｓ５において、噴孔レプリカを一つ含む部位ごとに噴孔レプリカを観察することができる。これにより、それぞれの噴孔レプリカを個別に水平度をもった形で観察・測定することができる。そのため、図５の右側囲み中に示すように、噴孔レプリカが窪みに隠れない状態で観察又は測定を行うことができ、観察又は測定の精度を高めることが可能である。なお、噴孔レプリカが隠れて見えなくなることを抑えるために、図６に示すような治具に固定して、観察を行ってもよい。
【実施例】
【００２３】
＜レプリカ樹脂の選定＞
表１に示した３種類のレプリカ樹脂（シリコン系樹脂レプリカ材）を用いて、含浸工程、硬化工程、及び、脱離工程を行い、先端部レプリカを作製した。図７に丸本ストルアス（株）製「ＲｅｐｌｉＳｅｔ−Ｆ５」を用いて、これら３工程を行ったときの様子を示す。
また、それぞれのレプリカ樹脂を用いた場合について、性状（レプリカ樹脂の粘度、硬化工程における硬化温度、先端部レプリカの引張強度）の評価を行った。表１には、使用したレプリカ樹脂のメーカー、品名、性状の評価の結果を示す。レプリカ樹脂の粘度は、１００００ｍＰａ・ｓ以下である場合を「◎」、１００００ｍＰａ・ｓより大きく３００００ｍＰａ・ｓ以下である場合を「○」とした。硬化工程における硬化温度は、室温（Ｒ．Ｔ．）である場合を「◎」、加熱設備を要し、室温以上２００℃以下である場合を「○」とした。先端部レプリカの引張強度は、５ＭＰａ以下である場合を「◎」、５ＭＰａより大きく１０ＭＰａ以下である場合を「○」、１０ＭＰａより大きい場合を「△」とした。先端部レプリカの引張強度を適正化することで、靱性をもったレプリカ樹脂を選定することができる。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
上記３種類のレプリカ樹脂を用いて含浸工程、硬化工程、及び、脱離工程を行った結果、性状評価がいずれも「◎」又は「○」であった「ＲｅｐｌｉＳｅｔ−Ｆ５」及び「ＳＩＭ−２４０」については、問題なく先端部レプリカを作製することができた。これらのうち、含浸工程における噴孔へのレプリカ樹脂の充填のし易さは、粘度が低い「ＳＩＭ−２４０」が優れていたが、「ＲｅｐｌｉＳｅｔ−Ｆ５」は室温で硬化するため、加熱設備を必要とせず、冷却のための時間が必要ではないことから、「ＳＩＭ−２４０」よりも硬化工程の作業性が良く、また、引張強度が低いため、「ＳＩＭ−２４０」よりも先端レプリカの脱離が容易であった。一方、引張強度の評価に劣る「Ｐｒｏｔｅｍｐ４」は脱離工程において、先端部レプリカが折れてしまい、本発明に用いるシリコン樹脂としては不適当であった。
【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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