JP4801629B2 - 筒体壁面の貫通孔製造方法及び筒体構造 - Google Patents
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Description
図6に示す燃料噴射ノズル1は、円筒形状とした筒体2の壁面を貫通して燃料の流体を噴射するノズル孔3を備えている。このノズル孔3は、筒体2の外周側からドリル等の工具を用いて穿設した貫通孔であり、工具が壁面を突き抜ける際に、筒体2の内壁面(中空部)側へ突出する加工バリが発生する。このような加工バリの存在は流量係数(Cd値)に悪影響を及ぼすので、燃料噴射量の正確な制御にとって障害となる。すなわち、流量係数のバラツキを低減して燃料噴射量の正確な制御を可能にするためには、ノズル孔3の内壁面側に形成される加工バリ(以下、「内バリ」とも呼ぶ)をなくし、シャープエッジに形成することが重要になる。
また、金属製のワークにドリル加工を行って孔の表面縁部に生じるバリに関する従来技術としては、穴あけ加工と同時にバリを除去することができるバリ取り兼用の孔明け方法及び孔明けドリルが提案されている。この提案は、ドリル先端の縮径部で穴あけを行った後、ドリルの軸方向に対して略45度の傾斜角度を有する肩部により表バリを削ってバリ取りを行うものである。(たとえば、特許文献1参照)
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、円筒部材の壁面に加工バリを残さないで貫通孔を穿設する作業を、熟練者に依存することなく容易かつ確実に実施できる筒体壁面の貫通孔製造方法及び筒体構造を提供することにある。
本発明は、筒体壁面に工具を貫通させて穿設した貫通孔の内壁面側に加工バリを生じさせない筒体壁面の貫通孔製造方法であって、
筒体軸線と直交または略直交するように筒体外側から工具を貫通させて前記筒体壁面に一または複数対の貫通孔を穿設する穴あけ工程と、前記筒体より熱伝導性のよい素材の溶接治具を用い、前記工具が前記筒体の外壁面側から内壁面側に貫通して穿設された貫通孔を溶接により塞ぐ溶接工程とを具備し、前記工具が前記筒体の内壁面側から外壁面側へ貫通して穿設された貫通孔を残すことを特徴とするものである。
筒体壁面に筒体軸線と直交または略直交するように筒体外側から工具を貫通させて前記筒体壁面に穿設した一または複数対の貫通孔と、前記工具が前記筒体の外壁面側から内壁面側に貫通して穿設された貫通孔を溶接により塞ぐ封止部材とを備え、前記工具が前記筒体の内壁面側から外壁面側へ貫通して穿設された貫通孔を、内壁面側に加工バリのない貫通孔として残したことを特徴とするものである。
図1は、筒体壁面に工具を貫通させて穿設した貫通孔の内壁面側に加工バリを生じさせない筒体壁面の貫通孔製造方法を示す工程図である。以下の説明では、ガスタービン燃焼器の燃料噴射ノズル(筒体壁面)1にノズル孔(貫通孔)3を穿設するものとする。
この製造方法が適用される燃料噴射ノズル1は、図2及び図3に示すように、筒体2の壁面を放射状に貫通する3つのノズル孔3を備えている。これら3つのノズル孔3は、燃料噴射ノズル1の軸線と直交する断面内において、120度ピッチの放射状に配設されている。なお、図2及び図3において、図中の符号4は後述する封止部材である。
こうして穿設された貫通孔2a,2bには、工具11を筒体2の内壁面側へ貫通させる貫通孔2aにおいて内壁面側へ突出する加工バリ(内バリ)6aが形成され、さらに、工具11を筒体2の外壁面側へ貫通させる貫通孔2bにおいて外壁面側へ突出する加工バリ(外バリ)6bが形成される。
すなわち、この溶接工程は、穴径が同じ貫通孔2aでも流量係数のバラツキを大きくする原因になる加工バリ6aを除去する代わりに、内バリのある貫通孔2aを封止部材4により塞いで、ノズル孔3として使用できないようにするシール溶接の工程である。
すなわち、工具11が筒体2の内壁面側から外壁面側へ貫通して穿設された貫通孔2bについては、加工バリ6bとともにそのまま残すことでノズル孔3となる。なお、この場合の加工バリ6bは、筒体2の外壁面側にあるので、除去が必要な場合であってもその作業は容易である。
ここで、TIG溶接の場合を一例にあげて、図5(a)を用いて具体的に説明する。
溶接工程においては、溶接トーチ30で貫通孔2aの外表面2cの周縁2dを狙ってアークを発生させ、周縁2dに沿って周溶接する。この過程では、筒体2の一部の母材2g及び溶加棒31が溶融して、封止部材4が形成される。溶加棒31は筒体2と同等の材料が使われる。この場合、できるだけ入熱を抑えるため、電流値を絞り、高速度で溶接することが望ましい。このような溶接方法を採用すれば、貫通孔2aの内壁2eと溶接治具12の先端部12aとにより形成される金属溜め部2fには溶融した封止部材4が充填され、この封止部材4が固化することにより貫通孔2aが完全に塞がれる。
また、溶接治具12の先端部12aから末端部12bまでの間は、熱伝導度の大きい材料が用いられているため、溶融した封止部材4が滞留する金属溜め部2fと比較して緩やかな温度勾配となる(図5(b)の領域B)。
このような組合せを見出したことにより、溶接治具12の先端部12aでは温度が融点以下に維持されるので、溶接終了後直ちに溶接治具12を筒体2から取り外すことができる条件が成立する。
また、上述した溶接行程において、溶接トーチ30が、貫通孔2aの内壁2eを狙わずに周縁2dを狙うのは、筒体2の一部の母材2gを溶融させながら、溶接治具12の先端部12aからできるだけ離れた地点を狙うためである。すなわち、溶接治具12の先端部12aから近い地点を狙うと、先端部12aが高温となるため、先端部12aと封止部材4とが溶着して溶接終了後の溶接治具12の取外しが困難となることを防止するものである。
すなわち、燃料噴射ノズル1に流量係数のバラツキが少ないノズル孔3を形成する際、専用特殊工具の使用や熟練者によるバリ取り作業が不要になるので、作業の汎用性が向上する。従って、筒体壁面の貫通孔製造において、作業時間を短縮するとともに個人差等による製品のバラツキをなくすことができる。
すなわち、本発明の筒体構造において、流量係数に影響を受ける内壁面側が加工バリのないシャープエッジになる貫通孔2bは、内壁面側から外壁面側へ流体を流出させるノズル孔3として好適であり、従って、安定した流量係数のノズル孔3を筒体2に容易に穿設することができる。
たとえば図4に示す他の実施形態のように、二重筒体20の外筒21及び内筒22を工具が外側から貫通して穿設した貫通孔23,24においても、矢印25で示すように流れる流体を噴出させるノズル孔として穿設孔24を採用することができる。この場合の穿設孔24においては、流体出口側となる角部24bに加工バリが形成され、流体入口側となる角部24aはシャープエッジとなるので、このような流体流れ方向のノズル孔は流量係数にバラツキがないものとなる。
また、上述した本発明は、たとえば90度ピッチで4つのノズル孔3を形成する場合のように封止部材4により塞ぐ貫通孔とノズル孔3として使用する貫通孔とが一致したり、あるいは互いに干渉する配置の場合を除いて、貫通孔の対数(ノズル孔3の数)など実施形態の記載に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
2 筒体
2a,2b 貫通孔
3 ノズル孔
4 封止部材
6a,6b 加工バリ
11 工具
12 溶接治具
20 二重筒体
21 外筒
22 内筒
23,24 貫通孔
Claims (4)
- 筒体壁面に工具を貫通させて穿設した貫通孔の内壁面側に加工バリを生じさせない筒体壁面の貫通孔製造方法であって、
筒体軸線と直交または略直交するように筒体外側から工具を貫通させて前記筒体壁面に一または複数対の貫通孔を穿設する穴あけ工程と、
前記筒体より熱伝導性のよい素材の溶接治具を用い、前記工具が前記筒体の外壁面側から内壁面側に貫通して穿設された貫通孔を溶接により塞ぐ溶接工程とを具備し、
前記工具が前記筒体の内壁面側から外壁面側へ貫通して穿設された貫通孔を残すことを特徴とする筒体壁面の貫通孔製造方法。 - 筒体壁面に工具を貫通させて穿設した貫通孔の内壁面側に加工バリがない筒体構造であって、
筒体壁面に筒体軸線と直交または略直交するように筒体外側から工具を貫通させて前記筒体壁面に穿設した一または複数対の貫通孔と、
前記工具が前記筒体の外壁面側から内壁面側に貫通して穿設された貫通孔を溶接により塞ぐ封止部材とを備え、
前記工具が前記筒体の内壁面側から外壁面側へ貫通して穿設された貫通孔を、内壁面側に加工バリのない貫通孔として残したことを特徴とする筒体構造。 - 前記内壁面側に加工バリのない貫通孔が、前記内壁面側から前記外壁面側へ流体を流出させるノズル孔として用いられることを特徴とする請求項2に記載の筒体構造。
- 前記筒体がガスタービン燃焼器の燃料噴射ノズルであることを特徴とする請求項3に記載の筒体構造。
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