(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
ナフテン油、＃４００−＃１０００メッシュの研磨剤、および揺変性を与える添加剤を全重量の２〜１２％の量含んだ研磨剤液体スラリを研磨すべき微小穴より大径の供給導管を介して当該研磨すべき微小穴に流すステップ、
前記微小穴の上流の上流側の圧力を測定するステップ、
前記微小穴の上流側の圧力を一定に維持するステップ、
前記揺変性を有する研磨剤液体スラリの毎時流量を測定するステップ、および
その測定した毎時流量が設計液体の毎時流量に相関する「流量値」に到達したとき前記微小穴を通る前記研磨剤液体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。
【請求項２】
前記供給管に配置された流量計により、前記研磨剤液体スラリの毎時流量を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。
【請求項３】
前記微小穴に前記研磨剤液体スラリを流す前に、当該研磨剤液体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。
【請求項４】
揺変性の研磨剤液体スラリにより微小穴を研磨する装置であって、
ナフテン油、＃４００−＃１０００メッシュの研磨剤、および揺変性を与える添加剤を全重量の２〜１２％の量含んだ研磨剤液体スラリを一定圧力で微小穴を通して流す手段、
前記研磨剤液体スラリの毎時流量が増加するとき圧力を一定に維持する手段、
前記研磨剤液体スラリの毎時流量を測定する手段、および
前記測定された研磨剤液体毎時流量が設計液体の毎時流量に相関する「流量値」に到達したとき前記微小穴を通る研磨剤液体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装置。
【請求項５】
前記研磨剤液体スラリの毎時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４に記載の装置。
【請求項６】
前記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４に記載の装置。
【請求項７】
液体媒体と；
揺変性を与える添加剤と；
研磨粒子と
を含む、微小穴を研磨し丸みをつけるための所定粘度に調整された研磨剤液体スラリであって、一定圧力で前記微小穴に送り込まれる研磨剤液体スラリであって、前記揺変性を与える添加剤がポリエチレンからなるとともに、この揺変性を与える添加剤が該研磨剤液体スラリの全量を基準として２〜１２重量％含まれていることを特徴とする研磨剤液体スラリ。
【請求項８】
前記液体媒体が切削流体またはホーニング流体であることを特徴とする請求項７に記載の研磨剤液体スラリ。
【請求項９】
前記液体媒体がナフテン鉱油であることを特徴とする請求項７に記載の研磨剤液体スラリ。
【請求項１０】
前記研磨粒子が、炭化珪素、炭化硼素、ガーネット、およびダイアモンドからなる群から選択されることを特徴とする請求項９に記載の研磨剤液体スラリ。
【請求項１１】
前記研磨粒子が、重量で全スラリ重量の５〜５０％の量添加されることを特徴とする請求項１０に記載の研磨剤液体スラリ。
【請求項１２】
液体媒体と揺変性を与える添加剤と研磨粒子とを含有し、微小穴を加工するための揺変性の研磨剤液体スラリであって：
前記液体媒体は切削流体、ホーニング流体、または低粘度油であり；前記揺変性を与える添加剤がポリエチレンからなるとともに、この揺変性を与える添加剤は前記研磨剤液体スラリの全重量の２〜１２％の量添加され；前記研磨粒子は前記研磨剤液体スラリの全重量の５〜５０％の量添加され、一定圧力で前記微小穴に送り込まれることを特徴とする研磨剤液体スラリ。
【請求項１３】
前記研磨粒子が、炭化珪素、炭化硼素、ガーネット、およびダイアモンドからなる群から選択されることを特徴とする請求項１２に記載の研磨剤液体スラリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
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。
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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、条件を一様にすることは困難であって、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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
従来技術においては、研磨剤液体スラリの流れをいつ止めれば、マイクロホールが所望の大きさ及び研磨度に達しているか、定められなかった。また、スラリの流量は設計流体の目標流量に十分に相関するものではなかったためマイクロホールの実際の校正は、試行錯誤的なプロセスであった。すなわち、研磨剤液体スラリを用いた加工に際しては、定期的に研磨剤液体スラリの供給を止めてマイクロホールがどの程度研磨されたかを検査することが必要であった。特に、マイクロホールの最初の研磨（丸み付け及び平滑化）後に、設計流体（校正流体）をそのマイクロホールに流してその流量を測定し、この測定した流量が目標流量に一致するまで、上記研磨剤による研磨と設計流体による流量の測定とが繰り返される。このような、定期的な検査は煩わしいものである。
この発明は、このような試行錯誤的な検査を行う必要性をなくしたものである。本願の研磨剤液体スラリには揺変性を与える添加剤が添加されたものであり、研磨剤液体スラリの流量を設計流体の目標流量に相関可能にしたものである。適切な流量は、最初に本願明細書に記載されたスラリをつくることによって決定される。次いで、マイクロホールを第１回目のサイジング及び研磨のために、そのスラリを当該マイクロホールに流し込む。この第１回目のサイジングの間、そのスラリの流量が測定される。この第１回目のサイジング中は、従来の逐一のチェック法と同様に、定期的にスラリの流し込みを停止させて所望のサイズ及び研磨度に達したか否かチェックする。そして、所望のサイズ及び研磨度に達した後に、本願発明の研磨剤スラリの最終の流量が記録される。この記録された流量はそれ以降のサイジングの際の停止ポイントとして使用される。これにより、同じ研磨剤液体スラリを使用して多数の同一構造の部品を製造できる。
【０００８】
言い換えれば、後続のサイジングにおいて、マイクロホールのスラリ加工は、その流量が第１回目のサイジングの際の最終流量に達したときに自動的に停止されるようにする。本願の揺変性を与える添加剤はこのような流量相関を可能にするものである。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
当業者が理解するように、微小穴が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。
【００１２】
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３ｍｍ２未満である。
【００１３】
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、特定の揺変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。
【００１４】
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。
【００１５】
【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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、１８、２８、４０、および４２と連通してそれらを制御する。
【００１９】
本発明の液体研磨剤スラリは、ナフテン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。本発明の揺変性スラリの一例は、１ｒｐｍ未満で回転するブルックフィールド・スピンドル＃３で約１００，０００ｃｐｓ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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、目標流量に到達した時点でとまる。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
分配弁２８は、このとき開き、スラリがノズル３０の微小穴５２を通って出口タンク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。
【００２７】
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″（０．２０３ｍｍ）、６個の微小穴で、毎時７２．８７２ポンド（３３．０５４Ｋｇ）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（１８．１４Ｋｇ）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（２．７６×１０6パスカル）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（４．６５×１０6パスカル）から後は図に現われていない。
【００２８】
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。
【００２９】
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″）（０．２０３ｍｍ）に対する設計流量が毎時約２５０ポンド（１１３．３８Ｋｇ）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４００ｐｓｉ（２．７６×１０6パスカル）で毎時９８ポンド（４４．４５Ｋｇ）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。
【００３０】
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３１５である。
【００３１】
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。
【００３２】
スラリに揺変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。
【００３３】
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（０．６９×１０6パスカルと１３．８×１０6パスカル）との間、好適には４００と１０００ｐｓｉ（２．７６×１０6パスカルと６．９×１０6パスカル）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（０．９１Ｋｇ〜２２．６７Ｋｇ）の間、好適には毎時２０乃至３０ポンド（９．０７Ｋｇ〜１３．６１Ｋｇ）の間で変えることができる。
【００３４】
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。
【図１】
0004262775.tif 000002
【図２】
0004262775.tif 000003
【図３Ａ】
0004262775.tif 000004
【図３Ｂ】
0004262775.tif 000005
【図４】
0004262775.tif 000006