JP2000345213A

JP2000345213A - 複合部材、その製造方法および複合部材を用いた電磁弁

Info

Publication number: JP2000345213A
Application number: JP11164087A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Sato; 日出之佐藤; Hisatoshi Tsukahara; 久敏塚原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2000-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】製造コストを低減することができ、接合部の
強度が高く、かつ材料本来の特性を有している複合部
材、その製造方法およびそれを用いた電磁弁を提供す
る。【解決手段】接合部７３に凸部７２１および凹部７１
１を設けることにより接合強度を向上させることができ
る。また、角部に曲面部７４を設けることにより、角部
に作用する応力の集中を防止することができるため、引
っ張りあるいは曲げに対する疲労強度を向上させること
ができる。また、焼成することで複合部材７０に収縮が
起こるため、矢印Ｆ方向に作用する力が発生する。その
ため、第２材料部７２の凸部７２１は周囲にある第１材
料部７１の凸部７１１から締め付けられ、接合部７３に
作用する引っ張りあるいは曲げ応力に対する強度を向上
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異なる組成の粉末
から成形される成形体を接合して形成される複合部材、
その製造方法および複合部材を用いた電磁弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、組成の異なる材料からなる部
材を接合する場合、あらかじめ所定の形状に成形された
部材を溶接などにより接合することが一般的である。

【０００３】例えば内燃機関（以下、内燃機関を「エン
ジン」という。）の燃料噴射弁などに用いられる電磁弁
の可動部材は、コイルに発生する磁力により吸引される
軟磁性体材料からなる磁性部材と、高強度材料からなる
弁軸などの高強度部材とから構成されている。上記の電
磁弁に用いられている可動部材の磁性部材と高強度部材
とを、例えばレーザ溶接などにより接合する場合、溶接
前の部品形状を溶接に適合するように設定する必要があ
る。そのため、部品点数、および溶接後の部品形状の自
由度などに制約がある。さらに、溶接による接合部の信
頼性を従来以上に向上させることは困難である。また溶
接による接合では、部品の形状あるいは寸法精度の確保
が困難であるという問題がある。

【０００４】上記のような欠点を解決するために、粉末
を利用して異なる組成の部材を一体化させる方法が提案
されている。例えば特開昭６３−１３７１０６号公報
に開示されているようにあらかじめ成形された金属材料
上に組成の異なる粉末を圧縮成形し焼成により金属材料
と粉末成形体とを一体化する方法、特開平３−８１０
９８号公報に開示されているようにあらかじめ成形した
圧粉体を金型に挿入しさらに粉末を投入して一体成形し
た後に焼成一体化する方法などが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開
昭６３−１３７１０６号公報、および特開平３−８１
０９８号公報に開示されている方法は、あらかじめ金属
材料を成形、あるいは圧粉体を成形する必要がある。そ
のため、成形時に複数の準備工程を必要とし、製造コス
トが上昇するという問題がある。また、異なる組成の材
料の界面における拡散が十分に行われないため、接合部
に必要な強度を十分に確保することができないという問
題がある。

【０００６】そこで、異なる組成の材料の界面における
拡散を十分に行うために特開昭６０−１００６０４号
公報には粉末に銅やホウ素などの拡散促進物質を添加す
る方法、特開昭５９−１２３７０３号公報には異なる
組成の材料の界面にろう材などの第３相を介在させるこ
とにより焼結接合する方法が開示されている。しかし、
拡散促進物質の添加、または第３相の介在などにより母
材の磁気性能あるいは強度が低下したり、製造コストが
増大するという問題がある。

【０００７】そこで、本発明の目的は、製造コストを低
減することができ、接合部の強度が高く、かつ材料本来
の特性を有している複合部材、その製造方法およびそれ
を用いた電磁弁を提供することにある。また、本発明の
他の目的は、寸法、形状の精度を向上することができ、
かつ製造コストを低減することができる複合部材の製造
方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
複合部材によると、第１成形体と第２成形体との接合部
には、第１成形体と第２成形体とのどちらか一方に凸部
が設けられ、他方にはこの凸部に対応する凹部が設けら
れる。第１、第２成形体との接合部に、凸部およびこれ
に対応する凹部が設けられることにより、両成形体間の
接合強度が優れた複合部材を得ることができる。このた
め、接合部の強度を向上させるために、例えば添加物あ
るいは第３相を介在させる必要がない。そのため、材料
本来の磁気性能または強度が低下することがなく、製造
コストが増大することなく接合部の強度を向上させるこ
とができる。

【０００９】本発明の請求項２記載の複合部材による
と、凸部および凹部の角部には曲面部が設けられてい
る。この曲面部により、接合部の角部に作用する応力の
集中を防止する。そのため、引っ張りあるいは曲げに対
する疲労強度が向上する。

【００１０】本発明の請求項３記載の複合部材による
と、曲面部は、相当半径Ｒが０．１ｍｍ≦Ｒ≦３．０ｍ
ｍであるように形成されている。したがって、複合部材
の寸法、または複合部材に要求される強度に応じて曲面
部の半径を設定することができ、複合部材の設計の自由
度が向上する。

【００１１】本発明の請求項４、５記載の複合部材によ
ると、凹部を形成する粉末は、凸部を形成する粉末に比
べ、熱膨張率が大きい、あるいは焼成時の収縮量が大き
いものが採用される。これにより、焼成時において凹部
がいわば凸部を焼きばめするように作用し、凹部が強固
に凹部を締め付ける圧力がかかることになる。従って複
合部材をより接合強度を優れたものとすることができ
る。さらに、焼成時に凹部が凸部へ作用する圧力によっ
て、両者の相互の拡散が進みやすくなるため、接合強度
がより強大となる。

【００１２】本発明の請求項６記載の電磁弁によると、
請求項１〜５のいずれか一項記載の複合部材を備えてい
る。複合部材は強度が高く製造コストが低いため、低コ
ストかつ信頼性の高い電磁弁を得ることができる。

【００１３】本発明の請求項７または８記載の複合部材
の製造方法によると、第１粉末投入工程と第２粉末投入
工程とを同一の型内で実施することができるため、複合
部材の寸法および形状の精度を容易に向上させることが
できる。また、１つの型で第１成形体と第２成形体とを
成形することにより、例えば複数の成形型を必要としな
いため、製造工数を低減することができ、低コストで複
合部材を製造することができる。

【００１４】さらに、第１粉末を型内に投入し加圧した
後、第２粉末を型内に投入し再び加圧するため、第１粉
末と第２粉末との界面における粉末相互の密着性を向上
させることができる。したがって、焼成工程時に粉末相
互の拡散が十分に起こるので、接合部の強度の高い強固
な複合部材を得ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示す
ように複合部材７０は、第１材料部７１と第２材料部７
２とが接合部７３で接合された円柱形状の複合部材であ
る。接合部７３の第２材料部７２側には円柱形状の凸部
７２１が設けられ、第１材料部７１側には凸部７２１に
対応する形状の凹部７１１が設けられている。

【００１６】凸部７２１および凹部７１１の角部には、
曲面形状の曲面部７４が設けられている。曲面部７４の
相当半径Ｒは、０．１ｍｍ≦Ｒ≦３．０ｍｍとなるよう
に形成されている。この曲面部７４の相当半径Ｒは、形
成する複合部材７０の寸法、または複合部材７０に要求
される強度特性に応じて設定することが可能である。

【００１７】次に、上述の複合部材７０の製造方法を図
２に基づいて説明する。第１粉末投入工程図２に示すように、成形型９０内に第１粉末８１を投入
する。投入された第１粉末８１を第１加圧部材としての
パンチ９１により加圧し成形型９０内に充填する。パン
チ９１の加圧面側には、複合部材７０の接合部７３の凹
部７１１に対応する形状の突出部９１１が形成されてい
る。また、成形した複合部材７０の凸部７２１および凹
部７１１の角部に曲面部７４が設けられるように、突出
部９１１の突出面の角部および根元部の周囲は曲面形状
になっている。このとき、成形型９０の形状を変更する
ことにより、複雑な形状の複合部材を形成することが可
能である。

【００１８】仮成形工程成形型９０内の第１粉末８１がパンチ９１により加圧充
填され、第１成形体としての第１粉末成形体８２が仮成
形される。第１粉末成形体８２は、パンチ側の端部に凹
部７１１が形成されている。仮成形された第１粉末成形
体８２を構成する第１粉末８１の充填率は、５０％〜９
０％である。

【００１９】第２粉末投入工程仮成形された第１粉末成形体８２の上方に、第２粉末８
３を投入する。第２粉末８３は、仮成形されている第１
粉末成形体８２が充填されている成形型９０へそのまま
投入される。

【００２０】本成形工程仮成形された第１粉末成形体８２ならびに投入された第
２粉末８３を第２加圧部材としてのパンチ９２により加
圧し、成形型９０内に充填する。パンチ９２により加圧
することで、第１粉末成形体８２が本成形されるととも
に、第２粉末８３が成形され第２成形体としての第２粉
末成形体８４が成形される。なお、第２粉末８３が第１
粉末成形体８２の凹部７１１内に侵入し、これが成形さ
れることにより第２粉末成形体８４に凸部７２１が形成
される。そして、第１粉末成形体８２と第２粉末成形体
８４とは接合部７３で接合された複合成形体８６とな
る。なお、パンチ９２の加圧面側は平坦な平滑面である
ため、複合成形体８６のパンチ側の端部は平坦面とな
る。

【００２１】焼成工程形成された複合成形体８６を成形型９０から取り出し、
焼成する。上記の〜の手順で図１に示すように第１
材料部７１と第２材料部７２とが一体的に接合された複
合部材７０が製造される。

【００２２】以上、説明したように本実施例の複合部材
７０によると、接合部７３の凸部７２１ならびに凸部７
２１に対応する凹部７１１を設けることにより、第１材
料部７１と第２材料部７２との接合強度を向上させるこ
とができる。さらに凸部７２１および凹部７１１の角部
に曲面部７４を設けることにより、角部に作用する応力
の集中を防止することができるため、引っ張りあるいは
曲げに対する疲労強度を向上させることができる。

【００２３】また、第１材料部７１として第２材料部７
２よりも熱膨張率が大きい材質、または第１材料部７１
として第２材料部７２よりも焼成時の収縮率が多きい材
質を用いることで、焼成による複合部材７０の収縮にと
もなって、図１の矢印Ｆ方向に作用する力が発生する。
そのため、第２材料部７２の凸部７２１が周囲にある第
１材料部７１の凹部７１１から締め付けられ、接合部７
３に作用する引っ張りあるいは曲げ応力に対する強度を
向上させることができる。

【００２４】さらに、本実施例の複合部材７０による
と、焼成した複合部材７０は切削等の後加工を必要とし
ないので、製造コストを低減できるとともに、材料の歩
留まりを向上させることができる。

【００２５】さらにまた、本実施例の複合部材７０によ
ると、焼成により組成の異なる材料からなる成形体を形
成することができるので、原料の粉末として金属粉末だ
けでなく、セラミックス等種々の材料を使用することが
でき、材料の組み合わせ自由度を向上させることができ
る。

【００２６】本実施例の複合部材７０の製造方法による
と、第１粉末８１と第２粉末８３とを同一の成形型９０
内で成形するので、複合部材７０の形状および寸法精度
の確保が容易である。また、第１粉末８１を仮成形し、
第２粉末８３を投入した後に本成形をするので、第１粉
末８１と第２粉末８３との界面における粉末同士の密着
性が向上する。したがって、焼成時における材料の拡散
が十分に行われるので、接合部が強固な複合部材７０を
得ることができる。

【００２７】また、同一型内で第１粉末８１と第２粉末
８３とを成形することができるので、複数の成形型９０
を用意しそれぞれの成形型で成形体を成形する必要がな
い。さらに、成形型９０を変更するだけで種々の形状を
した複合部材を容易に形成することができるので、形成
した複合部材に例えば切削などの後加工をする必要がな
い。したがって、複合部材の製造工数が低減され、低コ
ストで製造することができる。

【００２８】上記の実施例では円柱形状の複合部材につ
いて説明したが、図３に示すように複合部材７０の内部
を中空構造とすることもできる。また、上記の実施例で
は単数の円柱形状の凹部およびそれに対応する凸部が設
けられた複合部材について説明したが、図４（ａ）に示
すように凸部７２１およびこれに対応する凹部を多角形
柱形状とすることもでき、凸部７２１および凹部を多角
柱形状にすることによりねじれ方向に作用する力に対す
る強度が向上する。さらに、図４（ｂ）に示すように凸
部７２１およびそれに対応する凹部を複数形成してもよ
く、図４（ｃ）に示すように凸部７２１およびそれに対
応する凹部をテーパ形状とすることもできる。

【００２９】次に本発明による複合部材を適用する一例
として、蓄圧式燃料噴射装置のインジェクタに備えられ
る電磁弁の可動部材に適用した実施例を図６に示す。な
お、上記のインジェクタは、図示しないディーゼルエン
ジンの燃焼室内へ間欠的に燃料を噴射する。

【００３０】電磁弁４０は、図示しない圧力制御室と低
圧燃料室４１とを断続する電磁二方弁である。アジャス
ティングピン４２は、可動部材６０を図６の下方に付勢
するスプリング４３の付勢力を調節する。このスプリン
グ４３は、コア４５の内部のばね室４６に収容されてい
る。コイル４４は、コア４５の外周部に巻装されてお
り、コネクタ１２に埋設されたターミナル１２１から電
力が供給される。

【００３１】絞り板５０には絞り孔５１が形成されてお
り、圧力制御室から低圧燃料室４１へ流入する燃料の流
量を規制している。絞り孔５１の周囲には平面弁座５２
が設けられ、この平面弁座５２に可動部材６０に設けら
れている球状部材６１が着座可能である。球状部材６１
が平面弁座５２から離座することにより圧力制御室内の
高圧燃料が低圧燃料室４１へ流出し、圧力制御室内の燃
料の圧力が低下する。圧力制御室内の燃料の圧力が低下
すると、圧力制御室内の高圧燃料の圧力により図示しな
いニードル弁は開弁する。

【００３２】一方、球状部材６１が平面弁座５２に着座
すると、圧力制御室から低圧燃料室４１への高圧燃料の
流出が停止し、圧力制御室内の圧力が上昇する。圧力制
御室内の圧力が上昇すると、圧力制御室内の高圧燃料の
圧力によりニードル弁は閉弁する。低圧燃料室４１へ流
出した燃料は、低圧燃料通路４７、後述する可動部材６
０のアーマチャ部６３に設けられている低圧燃料通路６
４、アーマチャ部６３とコア４５との間の空隙６５、コ
ア４５内に設けられたばね室４６、ならびにアジャステ
ィングピン４２の内部に形成された低圧燃料通路４８を
経由して低圧燃料通路４９に流出する。

【００３３】次に、可動部材６０について説明する。可
動部材６０は本発明の複合部材から構成されている。図
６に示すように可動部材６０は、第１成形体としての高
強度材料からなる弁軸部６２と第２成形体としての軟磁
性材料からなるアーマチャ部６３とから形成されてい
る。弁軸部６２は高強度材料から形成されており、弁軸
部６２と絞り板５０の平面弁座５２との衝突による弁軸
部６２の破損および劣化を防止し、耐久性および耐摩耗
性を向上させている。アーマチャ部６３は軟磁性材料か
ら形成されているおり、図２に示すコイル４４に通電す
ることで発生する磁力によりコア４５に吸引される。可
動部材６０の弁軸部６２の端部には球状部材６１を支持
するための支持部６２ａが形成されている。支持部６２
ａに球状部材６１が支持され、この球状部材６１は絞り
板５０の絞り孔５１の周囲に形成されている平面弁座５
２に着座可能である。

【００３４】アーマチャ部６３の外周部には、低圧燃料
室４１からリークするための低圧燃料通路６４が形成さ
れている。また、可動部材６０は、アーマチャ部６３の
反弁軸側端部に高強度材料からなる突出部６６が形成さ
れている。アーマチャ部６３の反弁軸側端部に突出部６
６を形成することによりアーマチャ部６３とコア４５と
の衝突によるアーマチャ部６３の摩耗を低減させること
が可能である。

【００３５】次に、上述の可動部材６０に適用されてい
る複合部材について説明する。ここでは簡単のため図５
に示すように可動部材６０の支持部６２ａなど複雑な形
状に対応する部分が形成されていない複合部材について
説明する。

【００３６】図５に示すように複合部材７０は、可動部
材６０の弁軸部６２となる高強度材料の第１材料部７１
と可動部材６０のアーマチャ部６３となる磁性材料の第
２材料部７２とからなる。第１材料部７１と第２材料部
７２とは、接合部７３において接合されている。第１材
料部７１の原料としては、高速度工具鋼（ハイス）、工
具鋼、軸受け鋼、マルテンサイト系ステンレスなどを使
用することが可能である。また、第２材料部７２の原料
としては、純鉄、低炭素鋼、フェライト系ステンレス、
硅素鋼などを使用することが可能である。

【００３７】図５に示すように接合部７３には、凸部７
２１と、これに対して組み合わされる形状の凹部７１１
とがそれぞれ設けられている。また、複合部材７０の第
２材料部７２の端部に前述の可動部材６０の突出部６６
となる突出部７５を形成することが可能である。従来は
図６に示すような可動部材６０のアーマチャ部６３の反
弁軸側端部に硬質材料をメッキすることによりアーマチ
ャ部６３の摩耗を防止していたため、製造工数および製
造コストが増大していた。しかし、複合部材７０の成形
時に突出部７５を形成することが可能であるため、製造
工数および製造コストを低減することが可能である。ま
た、第２材料部７２には、可動部材６０の低圧燃料通路
６４となる燃料通路溝７６が形成されている。

【００３８】図５に示すように接合部７３を第１材料部
７１に設けることにより、磁気回路を構成する第２材料
部７２を大きくすることができるため、磁気飽和を防止
でき、複合部材７０自体の体格を小型化することが可能
である。さらに、接合部７３を第１材料部７１に設ける
ことにより、高価な高強度材料の使用量を低減すること
ができるので、複合部材７０の製造コストを低減するこ
とが可能である。

【００３９】本実施例の電磁弁４０によると、可動部材
６０として本発明の複合部材を適用することができる。
複合部材は材料の組み合わせ自由度が高いため、可動部
材６０の小型化、軽量化、ならびに信頼性を向上させる
ことができ、かつ製造コストを低減することができる。

【００４０】以上、本発明の複合部材を適用したものの
一例として燃料噴射装置のインジェクタに使用する電磁
弁の可動部材を説明したが、例えばガソリンエンジンの
電磁駆動式燃料噴射弁に用いられるニードル弁、または
オートマチックトランスミッションの電磁駆動弁に用い
られる弁体などインジェクタの電磁弁以外の装置の電磁
弁に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による複合部材の接合部を拡
大した断面図である。

【図２】本発明の複合部材の製造方法を説明するための
模式図である。

【図３】本発明の一実施例による複合部材の変形例を示
す断面図である。

【図４】本発明の一実施例による複合部材の複数の変形
例を示す断面図である。

【図５】本発明の複合部材を適用した燃料噴射装置のイ
ンジェクタの可動部材を示す図であって、（Ａ）は複合
部材の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ｂ方向から見た平
面図を示している。

【図６】本発明の複合部材を適用した燃料噴射装置のイ
ンジェクタの電磁弁を示す断面図である。

【符号の説明】

４０電磁弁６０可動部材（複合部材）６２弁軸部（第１成形体）６３アーマチャ部（第２成形体）７０複合部材７１第１材料部（第１成形体）７２第２材料部（第２成形体）７３接合部７４曲面部８０複合部材８１第１粉末８２第１粉末成形体８３第２粉末８４第２粉末成形体８５接合部８６複合成形体９０成形型９１パンチ（第１加圧部材）９２パンチ（第２加圧部材）７１１凹部７２１凸部９１１突出部

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１粉末から成形される第１成形体、な
らびに前記第１粉末と組成の異なる第２粉末から成形さ
れる第２成形体を接合し、焼成することにより成形され
ている複合部材であって、前記第１成形体と前記第２成形体との接合部には、前記
第１成形体と前記第２成形体とのどちらか一方に凸部が
設けられ、他方にはこの凸部に対応する凹部が設けられ
ることを特徴とする複合部材。
【請求項２】前記凸部および前記凹部の角部に曲面部
が設けられることを特徴とする請求項１記載の複合部
材。
【請求項３】前記曲面部は、相当半径Ｒが０．１ｍｍ
≦Ｒ≦３．０ｍｍであるように形成されることを特徴と
する請求項２記載の複合部材。
【請求項４】前記凹部を形成する粉末は、前記凸部を
形成する粉末に比べ熱膨張率が大きいことを特徴とする
請求項１〜３のいずれか一項記載の複合部材。
【請求項５】前記凹部を形成する粉末は、前記凸部を
形成する粉末に比べ焼成時の収縮量が大きいことを特徴
とする請求項１〜３のいずれか一項記載の複合部材。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか一項記載の複合
部材からなる可動部材を備えることを特徴とする電磁
弁。
【請求項７】第１粉末から成形される第１成形体、な
らびに前記第１粉末と組成の異なる第２粉末から成形さ
れる第２成形体を接合して形成されている複合部材の製
造方法であって、成形型内に第１粉末を投入する第１粉末投入工程と、投入された前記第１粉末を、加圧面側に所定の形状が形
成されている第１加圧部材により加圧し、第１成形体を
仮成形する仮成形工程と、仮成形した前記第１成形体が充填されている前記成形型
内に前記第２粉末を投入する第２粉末投入工程と、前記成形型内の前記第１成形体および前記第２粉末を第
２加圧部材により加圧し、第１成形体および第２成形体
が接合された複合成形体を成形する本成形工程と、成形された前記複合成形体を焼成する焼成工程と、を含むことを特徴とする複合部材の製造方法。
【請求項８】前記仮成形工程で加圧された前記第１粉
末の充填率は、５０％〜９０％であることを特徴とする
請求項７記載の複合部材の製造方法。