JP2001087882A - 硬度が異なる二部材のビーム溶接方法 - Google Patents

硬度が異なる二部材のビーム溶接方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 硬度が異なる二部材レーザビーム又は電子ビ
ームにより溶接する際，高硬度部材側に割れを生ずるよ
うな溶接不良を極力回避する。 【解決手段】 高硬度部材１９及び低硬度部材１８の接
合面ＦをレーザビームＢ又は電子ビームにより溶接する
際，レーザビームＢ又は電子ビームの照射点Ｐを高硬度
部材１９及び低硬度部材１８の接合面Ｆより低硬度部材
１８側に所定距離ｅオフセットし，前記ビームによる溶
け込みＡが低硬度部材１８側から高硬度部材１９側に広
がるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，高硬度部材及び低
硬度部材の接合面をレーザビーム又は電子ビームにより
溶接する，硬度が異なる二部材のビーム溶接方法の改良
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，高硬度部材及び低硬度部材の接合
面をレーザビーム又は電子ビームにより溶接する場合で
も，同一硬度の二部材を溶接する場合と同様に，レーザ
ビーム又は電子ビームの照射点を二部材の接合面に設定
していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが，高硬度部材
及び低硬度部材の接合面をレーザビーム又は電子ビーム
により溶接する際，レーザビーム又は電子ビームの照射
点を二部材の接合面に設定して行うと，次のような理由
により溶接不良がしばしば起こる。 (1) 高硬度部材にとっては入熱が強過ぎるため，再焼き
入れの状態となり，割れが発生する。 (2) 溶接直後，高硬度部材に割れが発生しなくとも，使
用中の温度変化により，割れが発生することがある。 (3) 高硬度部材にとっては溶接時の溶け込みが大きいた
め，その凝固時に炭化物が多く析出し，これが溶接部の
割れの原因となる。
【０００４】本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたも
ので，上記のような溶接不良を極力回避できるようにし
た，前記硬度が異なる二部材のビーム溶接方法を提供す
ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に，本発明は，高硬度部材及び低硬度部材の接合面をレ
ーザビーム又は電子ビームにより溶接する，ビーム溶接
方法であって，レーザビーム又は電子ビームの照射点を
高硬度部材及び低硬度部材の接合面より低硬度部材側に
所定距離オフセットした位置に設定し，前記ビームによ
る溶け込みが低硬度部材側から高硬度部材側に広がるよ
うにしたことを第１の特徴とする。尚，前記高硬度部材
は，後述する本発明の実施例における弁座部材１２及び
弁体１９に対応し，前記低硬度部材は，同実施例におけ
るハウジング本体１１及び弁杆１８に対応する。
【０００６】この第１の特徴によれば， (1) レーザビーム又は電子ビームによる溶接を開始する
と，先ず低硬度部材側で溶け込みが起こり，その溶け込
みが周囲にに広がって高硬度部材側へ波及する。したが
って，高硬度部材では，ビームによる直接の入熱を受け
ずに，溶け込みが比較的緩徐に行われることになり，割
れを生じ易い再焼き入れの状態とはならない。 (2) 低硬度部材の溶け込みは，高硬度部材側より大きい
ので，割れ難い低硬度部材が高硬度材に溶け込むと共
に，高硬度部材中の割れ原因元素が低硬度部材によって
希釈される。 (3) 高硬度部材の溶け込みは，低硬度部材側より小さい
ため，凝固までの温度変化も比較的小さく，高硬度部材
からの炭化物の析出を抑えることができる。
【０００７】以上の結果，高硬度部材及び低硬度部材の
接合部を，高硬度部材の割れ等の溶接不良を極力回避し
ながら溶接することができる。また両部材の使用中で
も，それらの溶接部に割れが発生することを防ぐことが
できる。
【０００８】また本発明は，第１の特徴に加えて，前記
高硬度部材が電磁式燃料噴射弁の球状の弁体であり，ま
た低硬度部材が前記弁体に溶接される弁杆であり，これ
ら弁体及び弁杆の接合面より弁杆側に所定距離オフセッ
トした照射点にレーザビーム又は電子ビームを発射し
て，このビームによる溶け込みが弁杆側から弁体側に広
がるようにしたことを第２の特徴とする。
【０００９】この第２の特徴によれば，電磁式燃料噴射
弁における弁体及び弁杆の接合部を，割れ等の溶接不良
を極力回避しながら溶接することができる。また弁体及
び弁杆の使用中でも，それらの溶接部に割れが発生する
ことを防ぐことができる。
【００１０】さらに本発明は，第１の特徴に加えて，前
記高硬度部材が電磁式燃料噴射弁の弁座部材であり，ま
た低硬度部材が前記弁座部材の後端部に溶接される弁ハ
ウジング本体であり，これら弁座部材及び弁ハウジング
本体の接合面より弁ハウジング本体側に所定距離オフセ
ットした照射点にレーザビーム又は電子ビームを発射し
て，このビームによる溶け込みが弁ハウジング本体側か
ら弁座部材側に広がるようにしたことを第３の特徴とす
る。
【００１１】この第３の特徴によれば，電磁式燃料噴射
弁における弁座部材及び弁ハウジング本体の接合部を，
割れ等の溶接不良を極力回避しながら溶接することがで
きる。また弁座部材及び弁ハウジング本体の使用中で
も，それらの溶接部に割れが発生することを防ぐことが
できる。
【００１２】さらにまた本発明は，第１〜第３の何れか
の特徴に加えて，前記接合面に対する照射点のオフセッ
ト距離を０．５〜１．５ｍｍとしたことを第４の特徴と
する。
【００１３】この第４の特徴によれば，高硬度部材の割
れを回避しつゝ，両部材の溶接強度を確保することがで
きる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を，添付図面
に示す本発明の実施例に基づいて以下に説明する。
【００１５】図１は本発明の一実施例を適用して製作し
た内燃機関用電磁式燃料噴射弁の縦断面図，図２は図１
の要部拡大図，図３は図２の要部をビーム溶接する溶接
装置の側面図，図４は本発明の他の実施例を示す断面図
である。
【００１６】先ず，図１及び図２において，内燃機関用
電磁式燃料噴射弁Ｉの弁ハウジング１０は，円筒状の弁
ハウジング本体１１（磁性体）と，この弁ハウジング本
体１１の前端部内周面に嵌合して溶接される有底円筒状
の弁座部材１２とから構成され，弁座部材１２は，その
前端面に開口する弁孔１３と，その後縁に連なる円錐状
の弁座１２ａとを有する。弁座部材１２の前端面には，
上記弁孔１３と連通する複数（図示例では一対）の燃料
噴孔１４を有する鋼板製のインジェクタプレート１５が
全周溶接される。
【００１７】弁ハウジング本体１１には可動コア１６が
収容され，その前端に一体に突設された弁杆１８に上記
弁座１２ａに着座し得る球状の弁体１９を溶接される。
この弁体１９の，弁杆１８軸線を囲む四方向の側面は平
坦面１９ａに形成され，弁体周りの燃料流路を可及的に
大きくするようになっている。
【００１８】弁ハウジング本体１１の後端面には摺動案
内筒２０（非磁性体）が全周溶接され，この摺動案内筒
２０の内周面によって上記可動コア１６が摺動自在に支
承される。
【００１９】また摺動案内筒２０の後端部内周面には，
固定コア１７が嵌合して全周溶接され，この固定コア１
７の前端面に対して，可動コア１６は，弁体１９の開弁
ストロークに相当する間隙を存して対向する。
【００２０】また弁ハウジング本体１１の後端部外周面
には，段付き円筒状のコイルハウジング２１（磁性体）
の小径部２１ａが嵌合して溶接される。このコイルハウ
ジング２１には，弁ハウジング１０の後端部，摺動案内
筒２０及び可動コア１６を囲繞するコイル組立体２２が
収納される。コイル組立体２２は，ボビン２３と，これ
に巻装されるコイル２４とからなっている。コイルハウ
ジング２１，コイル組立体２２及び固定コア１７は合成
樹脂製の被覆体２５内に埋封され，この被覆体２５の前
端には，前記弁ハウジング本体１１の外周から半径方向
に立ち上がる段部２６と，この段部２６の外周縁から後
方に向かって大径となるテーパ状のストッパ面２７が形
成される。またこの被覆体２５の中間部には，前記コイ
ル２４に連なる接続端子２８を備えたカプラ２９が一体
に連設される。
【００２１】固定コア１７は，可動コア１６の通孔３０
を介して弁ハウジング１０内と連通する中空部３１を有
しており，その中空部３１に，可動コア１６を弁座１２
ａへの着座方向に付勢するコイル状の弁ばね３２と，こ
の弁ばね３２の後端を支承するパイプ状のリテーナ３３
とが収容される。このリテーナ３３は，中空部３１の内
周面に圧入されるもので，その圧入深さを調節すること
により，弁ばね３２のセット荷重が調整される。さらに
固定コア１７の後端には，パイプ状のリテーナ３３を介
して固定コア１７の中空部３１に連通する入口筒３４が
一体に連設され，これに燃料フィルタ３５が装着され
る。
【００２２】前記被覆体２５の段部２６から前方に露出
した弁ハウジング本体１１の外周には，上記段部２６に
当接する合成樹脂製のシール位置決め環３９が嵌合され
る。また前記弁座部材１２の前端部に合成樹脂製のキャ
ップ４２が弾力的に嵌着され，このキャップ４２とシー
ル位置決め環３９との間においてＯリング４１が弁座部
材１２の外周に装着される。
【００２３】キャップ４２は，前記燃料噴孔１４からの
燃料噴射を妨げないように開口部４４を前面に有する。
【００２４】電磁式燃料噴射弁Ｉの入口筒３４の外周に
は，燃料分配管５１の供給口５２がシール部材５３を介
して嵌合され，その際，燃料分配管５１と被覆体２５の
中間部段部５４との間に，前記ストッパ面２７を吸気マ
ニホールド５との当接状態に押圧する弾性部材５５が介
裝される。燃料分配管５１は，一側に取付ボス５６を備
えており，これがインシュレータカラー５７を挟んで吸
気マニホールド５外面の支持ボス５８にボルト５９によ
り固着される。こうして，前記Ｏリング４１の前記装着
孔７内周面への密接状態が保持される。
【００２５】而して，コイル２４を消磁した状態では，
弁ばね３２の付勢力で可動コア１６及び弁体１９が前方
に押圧され，弁体１９を弁座１２ａに着座させている。
したがって，燃料分配管５１から燃料フィルタ３５及び
入口筒３４を通して弁ハウジング１内に供給された高圧
燃料は，弁ハウジング１内に保持される。
【００２６】コイル２４に通電すると，それにより生ず
る磁束が固定コア１７，可動コア１６，弁ハウジング１
０及びコイルハウジング２１を順次走り，磁力により可
動コア１６が弁体１９を伴って固定コア１７に吸着さ
れ，弁座１２ａが開放されるので，弁ハウジング１０内
の高圧燃料が燃料噴孔１４から吸気弁６に向かって噴射
される。
【００２７】前記弁体１９と可動コア１７付きの弁杆１
８，前記弁座部材１２と弁ハウジング本体１１は，それ
ぞれ本発明のビーム溶接方法によって溶接される。
【００２８】先ず，弁体１９及び弁杆１８を溶接する本
発明のビーム溶接方法について，図２及び図３により説
明する。
【００２９】弁体１９は焼き入れ硬化された高硬度材製
であり，例えばマルテンサイト系ステンレス材（ＳＵＳ
４４０Ｃ）やＳＫ材から削り出した後，焼き入れ処理を
したものである。したがって，この弁体１９は高い耐摩
耗性を有する。一方，弁杆１８は低硬度材製であり，例
えば，弁体１９と同じ材料からなるものゝ，未調質とし
たもの，或いは焼き入れ硬化性を持たないＳＶＭ，オー
ステナイト又はフェライト系ステンレス材から削り出し
たものである。これら弁体１９及び弁杆１８の接合面Ｆ
は球面に形成される。
【００３０】さて，弁体１９及び弁杆１８の溶接に当た
っては，弁杆１８と一体の可動コア１６を第１治具６３
で保持し，また第２治具６４をもって弁体１９を保持し
つゝ，接合面Ｆにおいて弁杆１８に密着させる。
【００３１】このような状態で，レーザトーチ６０を，
それが発射するレーザビームＢの照射点Ｐが弁体１９及
び弁杆１８の接合面Ｆより低硬質の弁杆１８側に所定距
離ｅオフセットした位置に来るように配置する。
【００３２】次いで，第１及び第２治具６３，６４を同
期回転させながら，レーザトーチ６０からレーザビーム
Ｂを発射すると，その照射点Ｐが弁体１９及び弁杆１８
の接合面Ｆより弁杆１８側にオフセットされているた
め，先ず弁杆１８側で溶け込みＡが起こり，その溶け込
みＡが周囲にに広がって，弁体１９側にも及ぶことにな
る。このように，弁体１９では，レーザビームＢによる
直接の入熱を受けずに，溶け込みが比較的緩徐に行われ
るので，再焼き入れの状態とはならない。しかも，弁杆
１８の低硬度材が弁体１９の高硬度材に溶け込むと共
に，弁体１９の高硬度材中の割れ原因元素が低硬度材に
よって希釈される。さらに，弁体１９の高硬度材の溶け
込みは，弁杆１８の低硬度材より小さいため，凝固まで
の温度変化も比較的小さく，弁体１９からの炭化物の析
出を抑えることができる。
【００３３】以上の結果，第１及び第２治具６３，６４
が一回転する間に，弁体１９及び弁杆１８の接合部を，
割れ等の溶接不良を極力回避しつゝ溶接することができ
る。また弁体１９及び弁杆１８の使用中でも，それらの
溶接部に割れが発生することを防ぐことができる。
【００３４】次に，弁座部材１２と弁ハウジング本体１
１のビーム溶接方法について，図２により説明する。
【００３５】弁座部材１２は，前記弁体１９と同様に高
硬度材製であり，弁ハウジング本体１１は，前記弁杆１
８と同様に低硬度材製である。
【００３６】溶接に当たっては，先ず弁座部材１２の後
端部を弁ハウジング本体１１内に所定深さ嵌合し，その
状態でレーザトーチ６０を，それの発射するレーザビー
ムＢの方向が弁ハウジング本体１１の端面に対して斜め
になり，且つ照射点Ｐが弁座部材１２及び弁ハウジング
本体１１の接合面Ｆより低硬度の弁ハウジング本体１１
側へ所定距離ｅオフセットした位置を占めるように配置
する。そして，この場合も図示しない治具で弁座部材１
２及び弁ハウジング本体１１を同期回転させながら，レ
ーザトーチ６０からレーザビームＢを発射すれば，上記
弁体１９及び弁杆１８の溶接時と同様の作用により，弁
座部材１２及び弁ハウジング本体１１の接合部を，割れ
等の溶接不良を極力回避しつゝ溶接することができる。
また弁座部材１２及び弁ハウジング本体１１の使用中で
も，それらの溶接部に割れが発生することを防ぐことが
できる。
【００３７】図４は本発明の他の実施例を示すもので，
高硬度部材６１の側面に低硬度部材６２を溶接する場合
には，レーザトーチ６０を，それの発射するレーザビー
ムＢの方向が高硬度部材６１の側面と略平行し，且つ照
射点Ｐが両部材６１，６２の接合面Ｆより低硬度部材６
２側へ所定距離ｅオフセットした位置に来るように配置
する。そして，レーザトーチ６０からレーザビームＢを
発射させれば，前実施例の場合と同様の作用により，高
硬度部材６１及び低硬度部材６２の接合部を，割れ等の
溶接不良を極力回避しつゝ溶接することができる。また
両部材６１，６２の使用中でも，それらの溶接部に割れ
が発生することを防ぐことができる。
【００３８】実験によれば，上記各実施例において，レ
ーザビームＢの照射点Ｐを，高硬度部材１２，１９，６
１及び低硬度部材１１，１８，６２の接合面Ｆからの低
硬度部材１１，１８，６２側へオフセットする距離ｅ
は，０．５〜１．５ｍｍの範囲で設定することが望まし
い。何故ならば，照射点Ｐのオフセット距離が０．５ｍ
ｍ未満であると，高硬度部材１２，１９，６１へのレー
ザビームによる入熱が激しくなり，割れ防止の効果が少
なく，１．５ｍｍを超えると，高硬度部材１２，１９，
６１の溶け込みが過少となり，溶接強度の確保が困難と
なるからである。高硬度部材１２，１９，６１の割れを
回避しつゝ溶接強度の確保に最も有効なオフセット距離
ｅは略１．０ｍｍであった。
【００３９】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可
能である。例えば，溶接に際して，レーザビームに代え
て電子ビームを用いることもできる。
【００４０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば，高硬度部
材及び低硬度部材の接合面をレーザビーム又は電子ビー
ムにより溶接する，ビーム溶接方法であって，レーザビ
ーム又は電子ビームの照射点を高硬度部材及び低硬度部
材の接合面より低硬度部材側に所定距離オフセットした
位置に設定し，前記ビームの照射による溶け込みが低硬
度部材側から高硬度部材側に広がるようにしたので，高
硬度部材及び低硬度部材の接合部を，割れ等の溶接不良
を極力回避しながら溶接することができ，しかも両部材
の使用中でも，それらの溶接部に割れが発生することを
防ぐことができる。
【００４１】また本発明の第２の特徴によれば，前記高
硬度部材が電磁式燃料噴射弁の球状の弁体であり，また
低硬度部材が前記弁体に溶接される弁杆であり，これら
弁体及び弁杆の接合面より弁杆側に所定距離オフセット
した照射点にレーザビーム又は電子ビームを発射して，
このビームによる溶け込みが弁杆側から弁体側に広がる
ようにしたので，電磁式燃料噴射弁における弁体及び弁
杆の接合部を，割れ等の溶接不良を極力回避しながら溶
接することができ，しかも弁体及び弁杆の使用中でも，
それらの溶接部に割れが発生することを防ぐことができ
る。
【００４２】さらに本発明の第３の特徴によれば，前記
高硬度部材が電磁式燃料噴射弁の弁座部材であり，また
低硬度部材が前記弁座部材の後端部に溶接される弁ハウ
ジング本体であり，これら弁座部材及び弁ハウジング本
体の接合面より弁ハウジング本体側に所定距離オフセッ
トした照射点にレーザビーム又は電子ビームを発射し
て，このビームによる溶け込みが弁ハウジング本体側か
ら弁座部材側に広がるようにしたので，電磁式燃料噴射
弁における弁座部材及び弁ハウジング本体の接合部を，
割れ等の溶接不良を極力回避しながら溶接することがで
き，しかも弁座部材及び弁ハウジング本体の使用中で
も，それらの溶接部に割れが発生することを防ぐことが
できる。
【００４３】さらにまた本発明第４の特徴によれば，前
記接合面に対する照射点のオフセット距離を０．５〜
１．５ｍｍとしたので，高硬度部材の割れを回避しつ
ゝ，両部材の溶接強度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を適用して製作した内燃機関
用電磁式燃料噴射弁の縦断面図。
【図２】図１の要部拡大図。
【図３】図２の要部をビーム溶接する溶接装置の側面
図。
【図４】本発明の他の実施例を示す断面図。
【符号の説明】
Ａ・・・・・溶け込み Ｂ・・・・・ビーム Ｆ・・・・・接合面 Ｐ・・・・・照射点 ｅ・・・・・オフセット距離 Ｉ・・・・・電磁式燃料噴射弁 １１・・・・低硬度部材（弁ハウジング本体） １２・・・・高硬度部材（弁座部材） １８・・・・低硬度部材（弁杆） １９・・・・高硬度部材（弁体） ６１・・・・高硬度部材 ６２・・・・低硬度部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 103:18 Ｂ２３Ｋ 103:18

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高硬度部材（１２，１９，６１）及び低
    硬度部材（１１，１８，６２）の接合面（Ｆ）をレーザ
    ビーム（Ｂ）又は電子ビームにより溶接する，硬度が異
    なる二部材のビーム溶接方法であって，レーザビーム
    （Ｂ）又は電子ビームの照射点（Ｐ）を高硬度部材（１
    ２，１９，６１）及び低硬度部材（１１，１８，６２）
    の接合面（Ｆ）より低硬度部材（１１，１８，６２）側
    に所定距離（ｅ）オフセットした位置に設定し，前記ビ
    ームの照射による溶け込み（Ａ）が低硬度部材（１１，
    １８，６２）側から高硬度部材（１２，１９，６１）側
    に広がるようにしたことを特徴とする，硬度が異なる二
    部材のビーム溶接方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の硬度が異なる二部材の溶
    接方法において，前記高硬度部材が電磁式燃料噴射弁
    （Ｉ）の球状の弁体であり，また低硬度部材が前記弁体
    （１９）に溶接される弁杆（１８）であり，これら弁体
    （１９）及び弁杆（１８）の接合面（Ｆ）より弁杆（１
    ８）側に所定距離（ｅ）オフセットした照射点（Ｐ）に
    レーザビーム（Ｂ）又は電子ビームを発射して，このビ
    ームによる溶け込み（Ａ）が弁杆（１８）側から弁体
    （１９）側に広がるようにしたことを特徴とする，硬度
    が異なる二部材のビーム溶接方法。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の硬度が異なる二部材のビ
    ーム溶接方法において，前記高硬度部材が電磁式燃料噴
    射弁（Ｉ）の弁座部材（１２）であり，また低硬度部材
    が前記弁座部材（１２）の後端部に溶接される弁ハウジ
    ング本体（１１）であり，これら弁座部材（１２）及び
    弁ハウジング本体（１１）の接合面（Ｆ）より弁ハウジ
    ング本体（１１）側に所定距離（ｅ）オフセットした照
    射点（Ｐ）にレーザビーム（Ｂ）又は電子ビームを発射
    して，このビームによる溶け込み（Ａ）が弁ハウジング
    本体（１１）側から弁座部材（１２）側に広がるように
    したことを特徴とする，硬度が異なる二部材のビーム溶
    接方法。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３の何れかに記載の硬度が異
    なる二部材のビーム溶接方法において，前記接合面
    （Ｆ）に対する照射点（Ｐ）のオフセット距離を０．５
    〜１．５ｍｍとしたことを特徴とする，硬度が異なる二
    部材のビーム溶接方法。
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