JP2004190781A

JP2004190781A - Valve element for solenoid valve, and manufacturing method for the same

Info

Publication number: JP2004190781A
Application number: JP2002359044A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Kitagawa; 和寿北川; Hiroyuki Hara; 浩之原; Kazuhiro Yoneshige; 和裕米重; Toshio Arai; 敏夫新井; Hitoshi Ofuna; 仁大船; Hiroshi Ishida; 石田　　央
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd; YKK Corp
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd; YKK Corp
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-07-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase durability and reliability and reduce production man-hours for a valve element. <P>SOLUTION: This valve element 1 for solenoid valve comprises a valve part 2b operated by the suction force of a solenoid and opening/closing a valve seat 2b. A body part 2 having the valve part 2b is formed of a metallic glass as a material. An armature 3 as a core is formed of a magnetic material. The valve part 2b and the armature 3 are formed integrally with each other by precision casting. By casting the metallic glass as a material while pressing with the armature 3 of the magnetic material used as a core, the body part 2 having the valve part 2 can be formed integrally with the armature 3. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電磁石の吸引力により動作すると共に弁座に対して開閉する弁部を含む電磁弁用弁体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電磁弁の一つとして、例えば、エンジンに燃料を噴射供給するために使用される電磁式燃料噴射弁（インジェクタ）がある。下記の特許文献１には、この種のインジェクタと、そのインジェクタに使用される弁体としてのニードルバルブについて記載されている。
【０００３】
このニードルバルブは、ニードルシール部と、ニードル部と、プランジャー部とが同一材料（軟磁性材料）により金属射出成形法（ＭＩＭ法）により一体成形される。このように、ニードルバルブを、同一材料によりＭＩＭ法により一体成形することにより、製造のための加工工数を減らし、バリの発生を抑え、設計上の自由度を広げるなどの効果を得るようにしている。又、ニードルバルブを、軟磁性材料により構成して、優れた磁気特性を得て電磁石に対する応答性を確保するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１９３５９６号公報（第２−５頁，図１，図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記特許文献１に記載のニードルバルブでは、所定の磁気特性を得るために全体が軟磁性材料により構成されるため、全体的に耐摩耗性や耐食性に劣る傾向があった。このため、表面を硬くするために、硬質クロムメッキ等の表面処理を施す必要があった。
【０００６】
又、前記特許文献１に記載のニードルバルブでは、ＭＩＭ法による一体成形により、製造のための加工工数を減らせるものの、成形、脱脂及び焼結を行った後、最小限の機械加工として、一部側面を研削する機械加工が必要となった。このため、仕上げのための後工程を完全に省くことができなかった。
【０００７】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、製造工数を減らし、耐久性と信頼性を向上させることを可能にした電磁弁用弁体及びそ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】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電磁石の吸引力により動作すると共に弁座に対して開閉する弁部を含む電磁弁用弁体であって、弁部が金属ガラスを素材として構成されることと、磁性材料からなるコアとを備え、弁部及びコアが一体成形されたことを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、弁部と一体成形されたコアが電磁弁においてアーマチュアとして機能する。従って、コアに電磁石の吸引力が作用することにより、弁部がコアと一体的に移動し、弁部が弁座に対して開閉する。
ここで、金属ガラスとは、金属でありながら、酸化物ガラスのように安定な非晶質（アモルファス）で、高温で容易に変形（粘性流動）するものである。変形特性については、金属ガラスは、原子配列がランダムであるため、結晶合金に存在する特定の滑り面が無く、機械的強度に優れる。材料特性については、金属ガラスは、引張強度が相対的に高く、ヤング率が相対的に低い。耐食性については、金属ガラスは、構造・組成が均質であるため表面に形成される不働態被膜も均質となり、粒界が無いため、耐食性に優れる。
具体的には、下記の一般式で示される組成を有する合金が好適に使用できる。
一般式：Ｍ^１ａＭ^２ｂＬｎｃＭ^３ｄＭ^４ｅＭ^５ｆ
但し、「Ｍ^１」はＺｒ及びＨｆから選ばれる１種又は２種の元素である。「Ｍ^２」はＮｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ａｌ及びＧａよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。「Ｌｎ」はＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｙｂ及びＭｍ（希土類元素の集合体であるミッシュメタル）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。「Ｍ^３」はＢｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ及びＯよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。「Ｍ^４」はＴａ、Ｗ及びＭｏよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。「Ｍ^５」はＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ及びＡｇよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。「ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ」はそれぞれ原子％で、「２５≦ａ≦８５」、「１５≦ｂ≦７５」、「０≦ｃ≦３０」、「０≦ｄ≦３０」、「０≦ｅ≦１５」及び「０≦ｆ≦１５」である。特に、Ｚｒ系金属ガラスでは、酸化処理することにより、表面にジルコニア膜が形成され、耐摩耗性が向上する。高密度性については、金属ガラスの鋳造では、金型の寸法に応じて、型の形状が鋳物に高精度に転写（再現）される。金属ガラスでは、過冷却液体領域があるため、凝固収縮を考慮する必要がなく、アモルファスのため、表面が滑らかになり、金型の表面状態が高精度に再現される。
従って、弁部とコアとの一体成形品として、寸法精度が高く、後加工が不要となる。又、一体成形品として機械的強度が大きく、弁部の表面の耐食性が大きい。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、電磁石の吸引力により動作すると共に弁座に対して開閉する弁部を含む電磁弁用弁体の製造方法において、磁性材料からなるコアを中子とし、金属ガラスを素材として鋳込むことにより、弁部をコアと一体成形することを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、コアと弁部が鋳造により高精密に一体成形されることから、仕上加工等の後工程が不要となる。又、弁部が金属ガラスで成形されることから、機械的強度に優れ、耐食性及び耐摩耗性に優れる。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、電磁石の吸引力により動作すると共に弁座に対して開閉する弁部を含む電磁弁用弁体の製造方法において、金型に磁性材料からなるコアを中子として填め込むコア填め込み工程と、コアが填め込まれた金型のキャビティに対して金属ガラスを素材として注湯する注湯工程と、弁部をコアと一体成形するために注湯された素材にプランジャで圧力を加える加圧工程と、金型から一体成形品を弁体として取り出す取出工程とを備えたことを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明と同様の作用が得られる。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、加圧工程から取出工程までの間で一体成形品を冷却装置で冷却し、その冷却の過程でコアを磁気焼鈍することを趣旨とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、冷却装置による冷却の過程でコアが磁気焼鈍されるので、磁気焼鈍のための特別な工程が不要となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電磁弁用弁体及びその製造方法を具体化した一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１に、本実施の形態における電磁弁用弁体１の正面図を拡大して示す。
この弁体１は、軸部２ａと、その軸部２ａの先端に設けられた円錐形状をなす弁部２ｂと、軸部２ａの基端に設けられたコアとしてのアーマチュア３とから構成される。この実施の形態で、軸部２ａ及び弁部２ｂは、金属ガラスを素材として、本体部２として一体形成される。この実施の形態では、比較的容易に作成可能な「Ｚｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ合金」からなる金属ガラスが素材として使用される。有底円筒状をなすアーマチャ３は、「パーマロイ、電磁ステンレス」等の磁性材料から形成される。これら軸部２ａと弁部２ｂとから構成される本体部２及びアーマチュア３は、精密鋳造により一体成形されている。
【００１８】
図２に、上記の弁体１を含む電磁弁としてのインジェクタ４を断面図に示す。このインジェクタ４は、ハウジング５の中に設けられたコア６と、コア６の中に設けられた調整パイプ７と、ハウジング５とコア６の先端側に設けられた電磁石（ソレノイド）８と、ハウジング５の先端側に設けられたロワボディ９と、ロワボディ９の内側に設けられたノズルボディ１０及びストッパ１１と、ノズルボディ１０の先端に設けられたキャップ１２と、ノズルボディ１０とキャップ１２との間に設けられたオリフィスプレート２１とを備える。
【００１９】
コア６の基端部は、デリバリパイプ（図示略）に接続される配管コネクタ１３となっている。配管コネクタ１３の周囲には、Ｏリング１４が装着される。配管コネクタ１３の内側には、ストレーナ１５が設けられる。ハウジング５には、配線コネクタ１６が一体形成される。配線コネクタ１６には、ターミナル１７が設けられる。
【００２０】
ソレノイド８は、コイル１８とボビン１９から構成される。ボビン１９は、ターミナル１７に接続される。この実施の形態では、コア６とソレノイド８とにより、本発明の電磁石が構成される。ノズルボディ１０には、弁座１０ａ及び噴孔１０ｂが形成される。この噴孔１０ｂに対応して、オリフィスプレート２１には、燃料噴射用の一つ又は複数のオリフィス（図示略）が設けられる。この実施の形態で、弁体１は、ロワボディ９とノズルボディ１０の内部に組み付けられる。弁体１のアーマチュア３は、ソレノイド８に隣接して配置される。アーマチュア３は、磁性材料より形成されることから、ソレノイド８の磁力に吸引される。弁体１の弁部２ｂは、弁座１０ａに整合して配置される。アーマチュア３と調整パイプ７との間には、スプリング２０が設けられる。
【００２１】
従って、この実施の形態の弁体１は、アーマチュア３にソレノイド８の磁力による吸引力が作用することにより、スプリング２０に抗して本体部２がアーマチュア３と一体的に移動し、弁部２ｂが弁座１０ａから離れて開く。これにより、配管コネクタ１３からコア６の内部に供給される燃料が、ノズルボディ１０の噴孔１０ｂ及びオリフィスプレート２１のオリフィスを通じて噴射される。一方、アーマチュア３に対するソレノイド８の吸引力が消失することにより、スプリング２０により押されて本体部２がアーマチュア３と一体的に反対方向へ移動し、弁部２ｂが弁座１０ａに密着して閉じる。これにより、噴孔１０ｂ及びオリフィスからの燃料噴射が停止する。
【００２２】
次に、弁体１の製造方法について説明する。図３（ａ）〜（ｅ）に、一連の製造手順を工程図に示す。弁体１の製造には、第１金型３１と第２金型３２が使用される。この実施の形態では、第１金型３１及び第２金型３２とにより、本発明の金型が構成される。第１金型３１には、弁体１の本体部２を成形するための弁体キャビティ３３と、アーマチュア３を填めるための凹部３４が形成される。第１金型３１の内部には、冷却装置を構成する水通路３１ａが形成される。この水通路３１ａに水が通されることにより、成形品の冷却が行われる。第２金型３２には、通孔３５に対してプランジャ３６が往復動可能に設けられる。第２金型３２の通孔３５の先端側には、アーマチュア３に整合する凹部３７が形成される。第１金型３１と第２金型３２が互いに型締めされた状態では、弁体キャビティ３３及び通孔３５等により一つのキャビティが構成される。
【００２３】
ここで、金属ガラスは全く収縮しない訳ではないので、第１金型３１の弁体キャビティ３３の寸法は、わずかな収縮量（１％程度）を見込んだ精度で設定する必要がある。弁体キャビティ３３の抜き勾配は、ネットシェイプ（正確な転写）の点からは、できるだけ小さくすることが望ましい。
【００２４】
弁体１を製造するには、先ず図３（ａ）に示すコア填め込み工程で、第１金型３１の凹部３４にコアであるアーマチュア３を中子として填め込む。
【００２５】
次に、図３（ｂ）に示す注湯工程では、第１金型３１と第２金型３２とを互いに型締めし、両金型３１，３２より構成されたキャビティに対して（第２金型３２の通孔３５の中に）金属ガラスを素材４０として注湯する。この素材４０は、第２金型３２に設けられた所定のランナ（図示略）から通孔３５に投入される。ここで、金属ガラスの溶湯の温度は、例えば「１１００℃」に設定される。
【００２６】
次に、図３（ｃ）に示す加圧工程では、弁部２ｂを含む本体部２をアーマチュア３と一体成形するために、プランジャ３６を往動させることにより、注湯された素材４０に圧力を加える。このときの鋳造圧力は、例えば「数十ＭＰａ」である。このとき、プランジャ３６の先端は、アーマチュア３の底壁から所定距離隔てて止められる。この加圧状態で、鋳造物を所定時間放置する。この放置時間において、水通路３１ａに水を流すことにより、本体部２とアーマチュア３との一体成形品を冷却する。この冷却により第１金型３１を所定温度に維持し、その冷却の過程でアーマチュア３を磁気焼鈍する。
【００２７】
次に、図３（ｄ）に示す取出工程では、プランジャ３６を復動させながら第１金型３１と第２金型３２を互いに型開きする。これにより、図３（ｅ）に示すように、一体成形品を取り出すことにより、弁体１の完成品が得られる、
【００２８】
つまり、この実施の形態の製造方法では、磁性材料からなるアーマチュア３を中子とし、金属ガラスを素材として加圧しながら鋳込むことにより、弁部２ｂを含む本体部２をアーマチュア３と一体成形している。このような製造方法により、本体部２が金属ガラスを素材として構成され、その本体部２とアーマチュア３とが精密鋳造により一体成形された弁体１が得られる。
【００２９】
ここで、上記製造方法は、真空雰囲気中で行われる。その理由は、金属ガラスの溶湯の酸化を防止するためである。
【００３０】
以上説明したこの実施の形態の弁体１によれば、インジェクタ４において、弁部２ｂを含む本体部２と一体成形されたアーマチュア３がソレノイド８の磁力を受けて機能する。従って、アーマチュア３にソレノイド８の吸引力が作用することにより、弁部２ｂを含む本体部２がアーマチュア３と一体的に移動し、弁部２ｂが弁座１０ａに対して開閉するように動作する。
【００３１】
ここで、本体部２に素材４０として使用される金属ガラスとは、金属でありながら、酸化物ガラスのように安定な非晶質（アモルファス）であり、高温で容易に変形（粘性流動）するものである。
【００３２】
変形特性については、図４（ａ），（ｂ）に示す原子配列モデルから分かるように、金属ガラスは、結晶合金に比べ、原子配列がランダムであるため、結晶合金に存在する特定の滑り面が無く、機械的強度に優れる。このため、この金属ガラス使用した本体部２を備えた弁体１として、耐久性を向上させることができる。
【００３３】
耐食性については、図５（ａ）（ｂ）の断面モデル図からも分かるように、金属ガラスは、結晶合金に比べ、構造・組成が均質であるため表面に形成される不働態被膜も均質となる。又、金属ガラスは、結晶粒界が無いため、耐食性に優れる。更に、Ｚｒ系の金属ガラスは、酸化処理することにより、表面にジルコニア膜が形成されるので、耐摩耗性が向上する。この意味でも、金属ガラスを使用した本体部２を備えた弁体１として、耐久性を向上させることができる。
【００３４】
材料特性については、図６の表からも分かるように、金属ガラス（Ｚｒ系：Ｚｒ_５５Ａｌ_１０Ｎｉ_５Ｃｕ_３０（ａｔ％））は、ステンレス（ＳＵＳ３０４）に比べ、密度が低く、引張強度が高く、ヤング率が低く、硬質である。この結果、金属ガラスを使用した本体部２を備えた弁体１として、油密性を向上させることができ、弁座１０ａとの接触騒音を低減させることができる。
【００３５】
高密度性については、金属ガラスの鋳造では、金型の寸法に応じて、金型の形状が鋳物に高精度に転写（再現）される。金属ガラスでは、過冷却液体領域があるため、凝固収縮を考慮する必要がなく、アモルファスのため、表面が滑らかになり、金型の表面状態が高精度に再現される。この意味でも、弁体１として、仕上加工等の後工程の必要がなく、製造工数を減らすことができる。
【００３６】
従って、この実施の形態の弁体１では、弁部２ｂを含む本体部２とアーマチュア３との一体成形品として、寸法精度が高く、仕上加工等の後加工が不要となる。このため、弁体１の製造工数を減らすことができる。又、一体成形品として機械的強度が大きく、弁部２ｂの表面の耐食性が大きい。このため、弁体１としての耐久性と信頼性を向上させることができる。
【００３７】
即ち、従来例の弁体（ニードルバルブ）では、全体が軟磁性材料により構成されるため、耐摩耗性や耐食性に劣る傾向があり、表面を強くするために、表面処理を施す必要があった。これに対して、本実施の形態の弁体１によれば、アーマチュア３のみを磁性材料により形成し、弁部２ｂを含む本体部２を金属ガラスで形成していることから、弁体１の主要部である弁部２ｂにつき、耐摩耗性や耐食性を向上させることができる。又、表面処理等の後工程を不要にできる分だけ製造工数を減らすことができるのである。
【００３８】
又、従来例の弁体（ニードルバルブ）では、成形、脱脂及び焼結を行った後、一部側面を研削する機械加工が必要となり、仕上げのための後工程を完全に省くことができなかった。これに対して、この実施の形態の弁体１では、本体部２とアーマチュア３との一体成形品を金型３１，３２から取り出すだけで、弁体１としての完成品が得られるので、仕上加工等の後工程が不要となり、製造工数を減らすことができるのである。
【００３９】
この実施の形態の弁体１の製造方法によれば、磁性材料からなるアーマチュア３を中子とし、金属ガラスを素材として加圧しながら鋳込むことにより、弁部２ｂを含む本体部２をアーマチュア３と一体成形している。具体的には、コア填め込み工程、注湯工程、加圧工程及び取出工程から、本体部２をアーマチュア３と一体成型した弁体１が得られる。従って、弁部２ｂを含む本体部２とアーマチュア３とが鋳造により高精密に一体成形されるので、仕上加工等の後工程が不要となる。又、弁部２ｂが金属ガラスで成形されることから、機械的強度に優れ、耐食性及び耐摩耗性に優れる。このため、上記のように耐久性と信頼性に優れた弁体１を、少ない工数で製造することができる。
【００４０】
この実施の形態の弁体の製造方法によれば、加圧工程から取出工程までの間で一体成形品を冷却し、その冷却の過程でアーマチュアを磁気焼鈍するようにしている。従って、冷却過程でアーマチュアが磁気焼鈍されるので、磁気焼鈍のための特別な工程が不要となる。この意味でも弁体１のための製造工数を更に削減することができる。
【００４１】
尚、この発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
【００４２】
（１）前記実施の形態では、円錐形の弁部２ｂを含む弁体１に具体化したが、球状の弁部を含む弁体に具体化することもできる。又、前記実施の形態では、通直な軸部２ａを含む弁体１に具体化したが、軸部にフランジ状の膨出部を有する弁体に具体化することもできる。即ち、コアや弁部を含む弁体の形状は特定のものには限定されない。
【００４３】
（２）前記実施の形態では、金属ガラスとして、「Ｚｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ」からなるＺｒ系の金属ガラスを使用したが、金属ガラスの組成としてはこれに限られるものではない。例えば、「Ｔｉ系材料」からなる金属ガラスを使用することもできる。
【００４４】
（３）前記実施の形態では、電磁弁用弁体として、エンジンのインジェクタ４に使用される弁体１に具体化した。これに対し、電磁弁としてはインジェクタ４に限られるものではなく、油圧回路等で使用される一般的な電磁弁に使用される弁体に具体化することもできる。
【００４５】
（４）前記実施の形態では、磁性材料からなるコアとしてのアーマチュア３を中子とし、金属ガラスを素材として加圧しながら鋳込むことにより、弁部２ｂをアーマチュア３と一体成形するようにしたが、磁性材料からなるコアを中子とし、金属ガラスを素材として自重により鋳込むことにより、弁部をコアと一体成形するようにしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の構成によれば、弁体として製造工数を減らすことができ、耐久性と信頼性を向上させることができる。
【００４７】
請求項２に記載の発明の構成によれば、耐久性と信頼性に優れた弁体を、少ない工数で製造することができる。
【００４８】
請求項３に記載の発明の構成によれば、請求項２に記載の製造方法を、コア填め込み工程、注湯工程、加圧工程及び取出工程により特定することにより、請求項２に記載の発明と同等の効果を得ることができる。
【００４９】
請求項４に記載の発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の効果に対し、弁体のための製造工数を更に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態に係り、電磁弁用弁体を拡大して示す正面図である。
【図２】弁体を含むインジェクタの断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、一連の製造手順を示す工程図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、原子配列モデルを示す模式図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、断面モデルを示す模式図である。
【図６】材料特性を示す表である。
【符号の説明】
１弁体
２ｂ弁部
３アーマチュア（コア）
４インジェクタ
６コア
８ソレノイド
１０ａ弁座
３１第１金型
３１ａ水通路
３２第２金型
３３弁体キャビティ
４０素材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a valve body for an electromagnetic valve including a valve portion that operates by an attractive force of an electromagnet and opens and closes with respect to a valve seat, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as one of electromagnetic valves, for example, there is an electromagnetic fuel injection valve (injector) used to inject and supply fuel to an engine. Patent Literature 1 below describes this type of injector and a needle valve as a valve body used in the injector.
[0003]
In this needle valve, the needle seal portion, the needle portion, and the plunger portion are integrally formed of the same material (soft magnetic material) by a metal injection molding method (MIM method). As described above, by integrally molding the needle valve by the MIM method using the same material, effects such as reducing the number of processing steps for manufacturing, suppressing generation of burrs, and increasing the degree of freedom in design can be obtained. I have. Further, the needle valve is made of a soft magnetic material so as to obtain excellent magnetic characteristics and ensure responsiveness to the electromagnet.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-193596 (pages 2 to 5, FIGS. 1 and 2)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the needle valve described in Patent Literature 1, since the entirety is formed of a soft magnetic material in order to obtain predetermined magnetic characteristics, there is a tendency that the wear resistance and the corrosion resistance are generally inferior. For this reason, in order to harden the surface, it was necessary to perform a surface treatment such as hard chrome plating.
[0006]
Further, in the needle valve described in Patent Document 1, although the number of processing steps for production can be reduced by integral molding by the MIM method, after the molding, degreasing and sintering are performed, a minimum machining is performed. Machine processing to grind the side of the part became necessary. For this reason, the post-process for finishing could not be omitted completely.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a valve body for an electromagnetic valve and a method for manufacturing the same, which can reduce the number of manufacturing steps and improve durability and reliability. It is in.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is a valve body for an electromagnetic valve including a valve portion that operates by an attractive force of an electromagnet and opens and closes with respect to a valve seat, wherein the valve portion is made of metallic glass. And a core made of a magnetic material, and the valve portion and the core are integrally formed.
[0009]
According to the configuration of the present invention, the core integrally formed with the valve portion functions as an armature in the solenoid valve. Therefore, when the attraction force of the electromagnet acts on the core, the valve unit moves integrally with the core, and the valve unit opens and closes with respect to the valve seat.
Here, the metallic glass is an amorphous material that is stable like an oxide glass, but is easily deformed (viscous flow) at a high temperature. Regarding the deformation characteristics, the metallic glass has a random atomic arrangement, so there is no specific sliding surface existing in the crystalline alloy, and the metallic glass is excellent in mechanical strength. Regarding material properties, metallic glass has relatively high tensile strength and relatively low Young's modulus. Regarding the corrosion resistance, the metallic glass has a homogeneous structure and composition, so that the passive film formed on the surface is also uniform, and has no grain boundaries, and thus has excellent corrosion resistance.
Specifically, an alloy having a composition represented by the following general formula can be suitably used.
General formula: M ¹ aM ² bLncM ³ dM ⁴ eM ⁵ f
However, “M ¹ ” is one or two elements selected from Zr and Hf. “M ² ” is at least one element selected from the group consisting of Ni, Cu, Fe, Co, Mn, Nb, Ti, V, Cr, Zn, Al and Ga. “Ln” is at least one element selected from the group consisting of Y, La, Ce, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Yb, and Mm (mish metal which is an aggregate of rare earth elements). “M ³ ” is at least one element selected from the group consisting of Be, B, C, N, and O. “M ⁴ ” is at least one element selected from the group consisting of Ta, W and Mo. “M ⁵ ” is at least one element selected from the group consisting of Au, Pt, Pd and Ag. “A, b, c, d, e, f” are each atomic%, and “25 ≦ a ≦ 85”, “15 ≦ b ≦ 75”, “0 ≦ c ≦ 30”, “0 ≦ d ≦ 30” , “0 ≦ e ≦ 15” and “0 ≦ f ≦ 15”. In particular, in the case of Zr-based metallic glass, a zirconia film is formed on the surface by the oxidation treatment, and the wear resistance is improved. Regarding high density, in casting of metallic glass, the shape of the mold is transferred (reproduced) with high precision to the casting according to the dimensions of the mold. In the case of metallic glass, since there is a supercooled liquid region, there is no need to consider solidification shrinkage, and since the surface is amorphous, the surface becomes smooth, and the surface state of the mold is reproduced with high precision.
Therefore, as an integrally molded product of the valve portion and the core, the dimensional accuracy is high and post-processing is not required. Moreover, the mechanical strength is large as an integrally molded product, and the corrosion resistance of the surface of the valve portion is large.
[0010]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 2 is a method for manufacturing a valve body for an electromagnetic valve including a valve portion that operates by an attractive force of an electromagnet and opens and closes with respect to a valve seat, wherein the method comprises a magnetic material. By casting the core as a core and using metallic glass as a material, the valve portion is integrally formed with the core.
[0011]
According to the configuration of the present invention, since the core and the valve portion are integrally formed with high precision by casting, a post-process such as a finishing process is not required. Further, since the valve portion is formed of metallic glass, it has excellent mechanical strength, corrosion resistance and abrasion resistance.
[0012]
In order to achieve the above object, according to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a valve body for an electromagnetic valve including a valve portion which operates by an attractive force of an electromagnet and opens and closes a valve seat. A core filling step of filling a core made of a material as a core, a pouring step of pouring a metallic glass into a cavity of a mold in which the core is filled, and a valve part integrally formed with the core. Therefore, a pressurizing step of applying pressure to the poured material by a plunger and a removing step of taking out an integrally molded product as a valve from a mold are provided.
[0013]
According to the configuration of the above invention, the same operation as the invention described in claim 2 can be obtained.
[0014]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 4 is the invention according to claim 3, wherein the integrally molded article is cooled by a cooling device between the pressurizing step and the removing step, and the cooling process is performed. The purpose is to perform magnetic annealing of the core.
[0015]
According to the configuration of the present invention, in addition to the function of the invention described in claim 3, the core is magnetically annealed in the course of cooling by the cooling device, so that a special step for magnetic annealing becomes unnecessary.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a valve body for an electromagnetic valve according to the present invention and a method for manufacturing the same will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is an enlarged front view of a valve body 1 for an electromagnetic valve according to the present embodiment.
The valve element 1 includes a shaft portion 2a, a conical valve portion 2b provided at the tip of the shaft portion 2a, and an armature 3 as a core provided at a base end of the shaft portion 2a. . In this embodiment, the shaft portion 2a and the valve portion 2b are integrally formed as a main body portion 2 using metal glass as a material. In this embodiment, a metallic glass made of a "Zr-Al-Ni-Cu alloy" that can be relatively easily formed is used as a material. The armature 3 having a bottomed cylindrical shape is formed from a magnetic material such as “Permalloy, electromagnetic stainless steel”. The main body 2 and the armature 3 composed of the shaft 2a and the valve 2b are integrally formed by precision casting.
[0018]
FIG. 2 is a sectional view showing an injector 4 as an electromagnetic valve including the valve element 1 described above. The injector 4 includes a core 6 provided in a housing 5, an adjustment pipe 7 provided in the core 6, an electromagnet (solenoid) 8 provided on the tip side of the housing 5 and the core 6, 5, a lower body 9, a nozzle body 10 and a stopper 11 provided inside the lower body 9, a cap 12 provided at a tip of the nozzle body 10, and a space between the nozzle body 10 and the cap 12. And an orifice plate 21 provided at the bottom.
[0019]
The base end of the core 6 is a piping connector 13 connected to a delivery pipe (not shown). An O-ring 14 is mounted around the piping connector 13. A strainer 15 is provided inside the piping connector 13. A wiring connector 16 is formed integrally with the housing 5. The wiring connector 16 is provided with a terminal 17.
[0020]
The solenoid 8 includes a coil 18 and a bobbin 19. Bobbin 19 is connected to terminal 17. In this embodiment, the electromagnet of the present invention is constituted by the core 6 and the solenoid 8. The nozzle body 10 has a valve seat 10a and an injection hole 10b. The orifice plate 21 is provided with one or more orifices (not shown) for fuel injection corresponding to the injection holes 10b. In this embodiment, the valve body 1 is assembled inside the lower body 9 and the nozzle body 10. The armature 3 of the valve body 1 is arranged adjacent to the solenoid 8. Since the armature 3 is formed of a magnetic material, it is attracted by the magnetic force of the solenoid 8. The valve portion 2b of the valve body 1 is arranged in alignment with the valve seat 10a. A spring 20 is provided between the armature 3 and the adjustment pipe 7.
[0021]
Therefore, in the valve element 1 of this embodiment, the main body 2 moves integrally with the armature 3 against the spring 20 by the attraction force of the solenoid 8 acting on the armature 3, and the valve section 2 b Opens away from the valve seat 10a. Thereby, the fuel supplied from the pipe connector 13 into the core 6 is injected through the injection hole 10 b of the nozzle body 10 and the orifice of the orifice plate 21. On the other hand, when the suction force of the solenoid 8 with respect to the armature 3 disappears, the main body 2 is pushed by the spring 20 and moves in the opposite direction integrally with the armature 3, and the valve portion 2b closes and closes to the valve seat 10a. . Thereby, the fuel injection from the injection hole 10b and the orifice stops.
[0022]
Next, a method for manufacturing the valve body 1 will be described. 3A to 3E show a series of manufacturing procedures in a process chart. A first mold 31 and a second mold 32 are used for manufacturing the valve body 1. In this embodiment, the first mold 31 and the second mold 32 constitute the mold of the present invention. In the first mold 31, a valve body cavity 33 for molding the main body 2 of the valve body 1 and a concave portion 34 for fitting the armature 3 are formed. Inside the first mold 31, a water passage 31a that forms a cooling device is formed. By passing water through the water passage 31a, the molded product is cooled. A plunger 36 is provided in the second mold 32 so as to reciprocate with respect to the through hole 35. A recess 37 is formed at the end of the through hole 35 of the second mold 32 so as to match the armature 3. When the first mold 31 and the second mold 32 are clamped to each other, one cavity is formed by the valve body cavity 33, the through hole 35, and the like.
[0023]
Here, since the metallic glass does not necessarily shrink at all, the dimensions of the valve body cavity 33 of the first mold 31 need to be set with an accuracy that allows for a slight shrinkage amount (about 1%). It is desirable that the draft of the valve body cavity 33 be as small as possible from the viewpoint of net shape (accurate transfer).
[0024]
To manufacture the valve body 1, first, in a core inserting step shown in FIG. 3A, the armature 3 as a core is inserted into the concave portion 34 of the first mold 31 as a core.
[0025]
Next, in the pouring step shown in FIG. 3B, the first mold 31 and the second mold 32 are clamped to each other, and the second mold 31 and the cavity formed by the molds 32 are closed (second mold). The metal glass is poured as the raw material 40 (in the through hole 35 of the mold 32). The material 40 is put into the through hole 35 from a predetermined runner (not shown) provided in the second mold 32. Here, the temperature of the molten metal glass is set to, for example, “1100 ° C.”.
[0026]
Next, in the pressurizing step shown in FIG. 3C, in order to integrally mold the main body 2 including the valve 2b with the armature 3, the plunger 36 is moved forward to apply pressure to the poured material 40. Add. The casting pressure at this time is, for example, “several tens MPa”. At this time, the tip of the plunger 36 is stopped at a predetermined distance from the bottom wall of the armature 3. In this pressurized state, the casting is left for a predetermined time. During this standing time, water is allowed to flow through the water passage 31a to cool the integrally molded product of the main body 2 and the armature 3. The first mold 31 is maintained at a predetermined temperature by this cooling, and the armature 3 is magnetically annealed in the course of the cooling.
[0027]
Next, in the removal process shown in FIG. 3D, the first mold 31 and the second mold 32 are opened while the plunger 36 is moved backward. As a result, as shown in FIG. 3 (e), a completed product of the valve body 1 is obtained by taking out the integrally molded product.
[0028]
That is, in the manufacturing method of the present embodiment, the armature 3 made of a magnetic material is used as a core, and the main body 2 including the valve portion 2b is integrally formed with the armature 3 by casting while pressing the metal glass as a raw material. ing. According to such a manufacturing method, the valve element 1 in which the main body 2 is made of metal glass and the main body 2 and the armature 3 are integrally formed by precision casting is obtained.
[0029]
Here, the above manufacturing method is performed in a vacuum atmosphere. The reason is to prevent the oxidation of the molten metal glass.
[0030]
According to the valve body 1 of this embodiment described above, in the injector 4, the armature 3 integrally formed with the main body 2 including the valve portion 2b functions by receiving the magnetic force of the solenoid 8. Accordingly, when the suction force of the solenoid 8 acts on the armature 3, the main body 2 including the valve 2b moves integrally with the armature 3, and the valve 2b operates to open and close with respect to the valve seat 10a. .
[0031]
Here, the metallic glass used as the material 40 for the main body 2 is a stable amorphous material such as oxide glass, which is a metal, and easily deforms (viscous flow) at high temperatures. Things.
[0032]
Regarding the deformation characteristics, as can be seen from the atomic arrangement models shown in FIGS. 4A and 4B, the metallic glass has a random atomic arrangement as compared with the crystalline alloy, and thus a specific sliding surface existing in the crystalline alloy. No mechanical strength and excellent mechanical strength. Therefore, the durability of the valve body 1 including the main body 2 using the metallic glass can be improved.
[0033]
Regarding the corrosion resistance, as can be seen from the cross-sectional model diagrams of FIGS. 5 (a) and 5 (b), the metallic glass has a more uniform structure and composition than the crystalline alloy, so that the passive film formed on the surface is also homogeneous. Become. Further, metallic glass has no crystal grain boundaries, and thus has excellent corrosion resistance. Furthermore, since the zirconia film is formed on the surface of the Zr-based metallic glass by performing the oxidation treatment, the wear resistance is improved. Also in this sense, the durability of the valve body 1 including the main body 2 using the metallic glass can be improved.
[0034]
As for the material properties, as can be seen from the table of FIG. 6, metallic glass (Zr-based: Zr ₅₅ Al ₁₀ Ni ₅ Cu ₃₀ (at%)) has a lower density and a lower tensile strength than stainless steel (SUS304). High, low Young's modulus, hard. As a result, oil tightness can be improved as the valve body 1 including the main body 2 using metal glass, and contact noise with the valve seat 10a can be reduced.
[0035]
Regarding the high density, in the casting of metallic glass, the shape of the mold is transferred (reproduced) with high precision to the casting according to the dimensions of the mold. In the case of metallic glass, since there is a supercooled liquid region, there is no need to consider solidification shrinkage, and since the surface is amorphous, the surface becomes smooth, and the surface state of the mold is reproduced with high precision. Also in this sense, the valve body 1 does not require a post-process such as finishing, and the number of manufacturing steps can be reduced.
[0036]
Therefore, in the valve element 1 of this embodiment, as the integrally molded product of the main body 2 including the valve portion 2b and the armature 3, the dimensional accuracy is high, and post-processing such as finishing is unnecessary. Therefore, the number of man-hours for manufacturing the valve body 1 can be reduced. Further, the mechanical strength is large as an integrally molded product, and the corrosion resistance of the surface of the valve portion 2b is large. Therefore, the durability and reliability of the valve element 1 can be improved.
[0037]
That is, in the conventional valve element (needle valve), since the whole is made of a soft magnetic material, it tends to be inferior in wear resistance and corrosion resistance, and it is necessary to perform a surface treatment to strengthen the surface. . In contrast, according to the valve element 1 of the present embodiment, only the armature 3 is formed of a magnetic material, and the main body 2 including the valve section 2b is formed of metallic glass. The wear resistance and corrosion resistance of the valve portion 2b, which is the main portion, can be improved. Further, the number of manufacturing steps can be reduced by the amount that the post-process such as the surface treatment can be omitted.
[0038]
Further, in the conventional valve element (needle valve), after forming, degreasing and sintering, a machining process for grinding a part of the side face is required, and a post-process for finishing cannot be completely omitted. Was. On the other hand, in the valve body 1 of this embodiment, a finished product as the valve body 1 can be obtained only by taking out the integrally molded product of the main body 2 and the armature 3 from the molds 31 and 32, and thus the finish is achieved. No post-process such as processing is required, and the number of manufacturing steps can be reduced.
[0039]
According to the manufacturing method of the valve body 1 of this embodiment, the armature 3 made of a magnetic material is used as a core, and the main body 2 including the valve portion 2b is cast while being pressurized using metallic glass as a raw material. And is integrally molded. Specifically, the valve body 1 in which the main body 2 is integrally formed with the armature 3 is obtained from the core inserting step, the pouring step, the pressurizing step, and the removing step. Therefore, since the main body 2 including the valve portion 2b and the armature 3 are integrally formed with high precision by casting, a post-process such as finishing is not required. Further, since the valve portion 2b is formed of metallic glass, the valve portion 2b is excellent in mechanical strength, and is excellent in corrosion resistance and wear resistance. For this reason, the valve element 1 excellent in durability and reliability as described above can be manufactured with a small number of man-hours.
[0040]
According to the valve body manufacturing method of this embodiment, the integrally molded article is cooled between the pressurizing step and the removing step, and the armature is magnetically annealed in the cooling process. Therefore, since the armature is magnetically annealed in the cooling process, a special step for the magnetic annealing is not required. In this sense, the number of manufacturing steps for the valve body 1 can be further reduced.
[0041]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be carried out as follows without departing from the spirit of the invention.
[0042]
(1) In the above-described embodiment, the present invention is embodied in the valve body 1 including the conical valve portion 2b, but may be embodied in a valve body including a spherical valve portion. Further, in the above-described embodiment, the valve body 1 including the straight shaft portion 2a is embodied. That is, the shape of the valve body including the core and the valve portion is not limited to a specific shape.
[0043]
(2) In the above embodiment, a Zr-based metallic glass made of "Zr-Al-Ni-Cu" was used as the metallic glass, but the composition of the metallic glass is not limited to this. For example, metallic glass made of “Ti-based material” can be used.
[0044]
(3) In the above-described embodiment, the valve body 1 used for the injector 4 of the engine is embodied as the valve body for the electromagnetic valve. On the other hand, the electromagnetic valve is not limited to the injector 4, but may be embodied as a valve element used for a general electromagnetic valve used in a hydraulic circuit or the like.
[0045]
(4) In the above-described embodiment, the valve portion 2b is integrally formed with the armature 3 by casting while pressing the armature 3 as a core made of a magnetic material as a core and using a metallic glass as a material. Alternatively, the valve portion may be integrally formed with the core by casting the core made of a magnetic material as a core and using metallic glass as a material by its own weight.
[0046]
【The invention's effect】
According to the configuration of the first aspect of the invention, the number of manufacturing steps can be reduced as the valve body, and the durability and reliability can be improved.
[0047]
According to the configuration of the second aspect of the invention, a valve body having excellent durability and reliability can be manufactured with a small number of man-hours.
[0048]
According to the configuration of the third aspect of the invention, the manufacturing method according to the second aspect is specified by a core inserting step, a pouring step, a pressurizing step, and an unloading step. The same effect as the invention can be obtained.
[0049]
According to the configuration of the invention described in claim 4, the number of manufacturing steps for the valve body can be further reduced with respect to the effect of the invention described in claim 3.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged front view of a valve body for an electromagnetic valve according to an embodiment.
FIG. 2 is a sectional view of an injector including a valve body.
FIGS. 3A to 3E are process diagrams showing a series of manufacturing procedures.
FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams showing an atomic arrangement model.
FIGS. 5A and 5B are schematic diagrams showing a cross-sectional model.
FIG. 6 is a table showing material characteristics.
[Explanation of symbols]
1 Valve 2b Valve 3 Armature (core)
4 Injector 6 Core 8 Solenoid 10a Valve seat 31 First mold 31a Water passage 32 Second mold 33 Valve cavity 40 Material

Claims

A valve body for an electromagnetic valve including a valve portion that operates by an attractive force of an electromagnet and opens and closes with respect to a valve seat,
The valve portion is configured using metallic glass as a material,
A valve body for an electromagnetic valve, comprising a core made of a magnetic material, wherein the valve portion and the core are integrally formed.

In a method for manufacturing a valve body for an electromagnetic valve including a valve portion that operates by an attractive force of an electromagnet and opens and closes with respect to a valve seat,
A method of manufacturing a valve body for an electromagnetic valve, wherein the valve portion is integrally formed with the core by casting a core made of a magnetic material as a core and using a metallic glass as a raw material.

In a method for manufacturing a valve body for an electromagnetic valve including a valve portion that operates by an attractive force of an electromagnet and opens and closes with respect to a valve seat,
A core inserting step of inserting a core made of a magnetic material into a mold as a core,
A pouring step of pouring metal glass as a material into the cavity of the mold in which the core is filled,
A pressure step of applying pressure with a plunger to the poured material to integrally mold the valve portion with the core,
A step of taking out the integrally molded product from the mold as a valve body.

The valve body for an electromagnetic valve according to claim 3, wherein the integrally molded article is cooled by a cooling device between the pressurizing step and the removing step, and the core is magnetically annealed in the cooling process. Manufacturing method.