JP2005069410A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁弁において，磁性領域及び非磁性領域を軸方向に隣接して有する中空の円筒部材を，部品点数の増加を抑えると共に，特殊な処理工程を実施することなく得る。
【解決手段】磁性領域Ａ，Ｃ及び非磁性領域Ｂを軸方向に隣接して有する中空の円筒部材４を備えた電磁弁において，円筒部材４を磁性素材で一体に構成すると共に，該円筒部材４の一部を，その部分にレーザ照射による環状の溶け込みビード３７を形成して非磁性領域Ｂとした。
【選択図】 図２

Description

本発明は，内燃機関用電磁式燃料噴射弁等の電磁弁に関し，特に，磁性領域及び非磁性領域を軸方向に隣接して有する中空の円筒部材を備えた電磁弁の改良に関する。

従来，かゝる電磁弁の円筒部材として，次のようなものが知られている。
（１）特許文献１に開示されているように，磁性領域に対応する部分を磁性円筒体で，非磁性領域に対応する部分を磁性円筒体でそれぞれ構成し，これら円筒体を軸方向に一体に連結したもの。
（２）特許文献２に開示されているように，磁性を有する単一の円筒部材の一部に，Ｈ₂ 系の燃料でつくられる火炎を照射しながら，その火炎にオーステナイト生成元素を添加し，該部材の一部を合金化して非磁性領域としたもの。
特開２００３−１０６２３７号公報 特開平１０−２１２５８８号公報

ところで，上記（１）の円筒部材は，磁性円筒体及び非磁性円筒体の複数の部材を結合して構成されるので，部品点数が多く，コスト高となるを免れない。また上記（２）の円筒部材では，部品点数の削減を図ることはできるものゝ，非磁性領域を得るために，合金生成元素を添加しながらの火炎照射という，特殊な処理工程を経なければならず，それがコストの低減の妨げとなる。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，部品点数を削減すると共に，合金生成元素の添加のような特殊な処理工程を実施することなく，磁性領域及び非磁性領域を軸方向に隣接して有する中空の円筒部材が得られるようにした電磁弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，磁性領域及び非磁性領域を軸方向に隣接して有する中空の円筒部材を備えた電磁弁において，前記円筒部材を磁性素材で一体に構成すると共に，該円筒部材の一部を，その部分にレーザ照射による環状の溶け込みビードを形成して前記非磁性領域としたことを第１の特徴とする。

尚，前記電磁弁は，後述する本発明の実施例中の電磁式燃料噴射弁Ｖに対応する。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記円筒部材の，前記非磁性領域での肉厚を，磁性領域での肉厚より薄く設定したことを第２の特徴とする。

さらに本発明の第１又は第２の特徴に加えて，前記円筒部材に，少なくとも前記非磁性領域の軸方向両端に位置する２条の溶け込みビードを形成したことを第３の特徴とする。

さらにまた本発明は，第１〜第３の何れかに加えて，前記溶け込みビードの深さを前記円筒部材の肉厚の略１／２に設定したことを第４の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，非磁性領域は，単一の円筒部材に単純なレーザ照射による環状の溶け込みビードを形成することで得られるので，特別な非円筒部材を用いずに済み，部品点数の削減及び構造の簡素化をもたらすことができ，しかも合金生成元素を添加するような特殊な処理をする必要もないから，製作が容易であり，全体としてコストの低減に寄与し得る。

また本発明の第２の特徴によれば，溶け込みビードの非磁性効果と，薄肉部の磁路絞り効果とにより，非磁性領域の非磁性特性を一層高めることができる。

さらに本発明の第３の特徴によれば，少なくとも２条の溶け込みビームにより，比較的広い範囲の非磁性領域を円筒部材に形成することができる。

さらにまた本発明の第４の特徴によれば，非磁性領域に充分な非磁性を付与し得ると共に，レーザ照射による入熱を少なくして，円筒部材の歪みを極力防ぐことができる。

本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

図１は本発明の第１実施例に係る内燃機関用電磁式燃料噴射弁の縦断面図，図２は図１の２部拡大図，図３は本発明の第２実施例を示す，図２に対応した断面図，図４は溶け込みビードの深さと，その非磁性特性との関係のテスト結果を示すグラフ，図５は溶け込みビードの幅と，その非磁性特性との関係のテスト結果を示すグラフである。

先ず，図１及び図２に示す本発明の第１実施例の説明より始める。

内燃機関用電磁式燃料噴射弁Ｉの弁ハウジング２は，前端に弁座８を有する円筒状の弁座部材３と，この弁座部材３の後端部に同軸に結合される磁性円筒部材４とで構成される。その磁性円筒部材４は，例えば東北特殊綱Ｋ−Ｍ５７のような，Ｆｅをベースにして，Ｃ ０．１８ｗｔ％，Ｍｏ，Ｓｉ，Ａｌ １２ｗｔ％以下，Ｃｕ ２ｗｔ％，Ｎｉ ４ｗｔ％，Ｃｒ ９〜２０ｗｔ％，Ｔｉ ０．５ｗｔ％以下及びその他不純物元素を含むフェライト系の磁性素材であって，硬度がＨｍｖ３５０〜４５０程度に調整されたもので構成される。

弁座部材３は，その外周面から環状肩部３ｂを存して後端側に突出する連結筒部３ａを有しており，この連結筒部３ａを磁性円筒部材４の前端部内周面に圧入される。そして磁性円筒部材４の前端面を環状肩部３ｂに当接させた上で，それら当接部に全周に亙りレーザ溶接による環状の溶接ビード３５が形成される。こうして弁座部材３及び磁性円筒部材４は互いに同軸且つ液密に結合される。

弁座部材３は，その前端面に開口する弁孔７と，この弁孔７の内端に連なる円錐状の弁座８と，この弁座８の大径部に連なる円筒状のガイド孔９とを備えている。弁座部材３の前端面には，上記弁孔７と連通する複数の燃料噴孔１１を有する鋼板製のインジェクタプレート１０がその全周に亙りレーザ溶接により液密に接合される。

磁性円筒部材４の内周面には，その後端側から中空円筒状の固定コア５が嵌合され，磁性円筒部材４の後端と固定コア５の環状肩部５ｃとの当接部に全周に亙りレーザ溶接による環状の溶接ビード３６が形成される。こうして磁性円筒部材４及び固定コア５は互いに同軸且つ液密に結合される。

上記のように，弁座部材３と磁性円筒部材４，磁性円筒部材４と固定コア５の各間の溶接時，磁性円筒部材４の所定の中間部，具体的には固定コア５の内端に対応する位置と，その位置から弁座部材３側へ所定距離離間隔を置いた位置とに，同一のレーザ溶接機のレーザ照射による環状の溶け込みビード３７，３７も同時に形成される。

而して，各溶け込みビード３７は，その部分の磁性を著しく低下させる非磁性効果を持つもので，これによって磁性円筒部材４の２条の溶け込みビード３７，３７に挟まれる部分は非磁性領域Ｂとされる。したがって単一の磁性円筒部材４には，前端側（弁座部材３側）から前部磁性領域Ａ，非磁性領域Ｂ及び後部磁性領域Ｃが軸方向に隣接して設けられることになる（図２参照）。

磁性円筒部材４の前端部には，固定コア５と嵌合しない部分が残され，その部分から弁座部材３に至る弁ハウジング２内に弁組立体１５が収容される。

弁組立体１５は，前記弁座８と協働して弁孔７を開閉する半球状の弁部１６及びそれを支持する弁杆部１７からなる弁体１８と，弁杆部１７に連結されて固定コア５に同軸で対置される可動コア１２とからなっている。弁杆部１７は，前記ガイド孔９より小径に形成されており，その外周には，半径方向外方に突出して，前記ガイド孔９の内周面に摺動可能に支承される前後一対のジャーナル部１７ａ，１７ａが一体に形成される。その際，両ジャーナル部１７ａ，１７ａは，両者の軸方向間隔を極力あけて配置される。

前記可動コア１２は，前部磁性領域Ａから非磁性領域Ｂに亙り磁性円筒部材４内に摺動可能に配置される。

弁組立体１５には，可動コア１２の後端面から弁部１６の手前で終わる縦孔１９と，この縦孔１９を，可動コア１２外周面に連通する複数の第１横孔２０ａと，同縦孔１９を両ジャーナル部１７ａ，１７ａ間の弁杆部１７外周面に連通する複数の第２横孔２０ｂと，同縦孔１９を弁部１６外周面に連通する複数の第３横孔２０ｃとが設けられる。その際，縦孔１９の途中には，固定コア５側を向いた環状のばね座２４が形成される。

固定コア５は，可動コア１２の縦孔１９と連通する縦孔２１を有し，この縦孔２１に内部が連通する燃料入口筒２６が固定コア５の後端に一体に連設される。燃料入口筒２６は，固定コア５の後端に連なる縮径部２６ａと，それに続く拡径部２６ｂとからなっており，その縮径部２６ａから縦孔２１に挿入又は軽圧入されるパイプ状のリテーナ２３と前記ばね座２４との間に可動コア１２を弁体１８の閉弁側に付勢する弁ばね２２が縮設される。その際，リテーナ２３の縦孔２１への嵌合深さにより弁ばね２２のセット荷重が調整され，その調整後は縮径部２６ａの外周壁を部分的に内方へかしめることでリテーナ２３は縮径部２６ａに固定される。拡径部２６ｂには燃料フィルタ２７が装着される。

前記固定コア７はフェライト系の高硬度磁性材製とされる。

一方，可動コア１２には，固定コア５の吸引面５ａと対向する吸引面１２ａに凹部１３（図２参照）が形成され，この凹部１３に，前記弁ばね２２を囲繞するカラー状のストッパ要素１４が嵌合，固定される。その固定には，圧入やかしめ，溶接が用いられる。このストッパ要素１４は非磁性材料，例えばＪＩＳ ＳＵＳ３０４材で構成される。

このストッパ要素１４は可動コア１２の吸引面１２ａから突出していて，通常，弁体１８の開弁ストロークに相当する間隙ｓを存して固定コア５の吸引面５ａと対置される。また可動コア１２の吸引面１２ａは，ストッパ要素１４が固定コア５に当接したとき，所定のエアギャップｇを存して対向する基準吸引面Ｆと，この基準吸引面Ｆから固定コア５側に突出する突出吸引面ｆとで構成される。

前記所定のエアギャップｇは，コイル３０を励磁状態から消磁したとき，両コア５，１２間の残留磁束が速やかに消失するように設定される。一方，突出吸引面ｆの，基準吸引面Ｆからの突出量は，ストッパ要素１４が固定コア５に当接したときでも，突出吸引面ｆが固定コア５の吸引面に接触しない範囲で設定されるものであるが，その際，この突出吸引面ｆが残留磁気の消失を妨げないように，その面積が基準吸引面Ｆの面積より狭く設定される。

弁ハウジング２の外周には，固定コア５及び可動コア１２に対応してコイル組立体２８が嵌装される。このコイル組立体２８は，磁性円筒部材４の外周面に嵌合するボビン２９と，これに巻装されるコイル３０とからなっており，このコイル組立体２８を囲繞するコイルハウジング３１の前端が磁性円筒部材４の前部磁性領域Ａ外周面に溶接され，その後端は，固定コア５の後端部外周からフランジ状に突出するヨーク５ｂの外周面に溶接される。コイルハウジング３１は円筒状をなし，且つ一側に軸方向に延びるスリット３１ａが形成されている。

上記コイルハウジング３１，コイル組立体２８，固定コア５及び燃料入口筒２６の前半部は，射出成形による合成樹脂製の被覆体３２に埋封される。その際，，コイルハウジング３１内への被覆体３２の充填はスリット３１ａを通して行われる。また被覆体３２の中間部には，前記コイル３０に連なる接続端子３３を収容する備えたカプラ３４が一体に連設される。

次に，この第１実施例の作用について説明する。

コイル３０を消磁した状態では，弁ばね２２の付勢力で弁組立体１５は前方に押圧され，弁体１８を弁座８に着座させている。したがって，図示しない燃料ポンプから燃料入口筒２６に圧送された燃料は，パイプ状のリテーナ２３内部，弁組立体１５の縦孔１９及び第１〜第３横孔２０ａ〜２０ｃを通して弁座部材３内に待機させられ，弁体１８のジャーナル部１７ａ，１７ａ周りの潤滑に供される。

コイル３０を通電により励磁すると，それにより生ずる磁束がコイルハウジング３１，固定コア５，可動コア１２，磁性円筒部材４の前部磁性領域Ａ，コイルハウジング３１へと順次走り，それに伴ない発生する磁力により弁組立体１５の可動コア１２が弁ばね２２のセット荷重に抗して固定コア５に吸引され，弁体１８が弁座８から離座するので，弁孔７が開放され，弁座部材３内の高圧燃料が弁孔７を出て，燃料噴孔１１からエンジンの吸気弁に向かって噴射される。

その際，磁性円筒部材４の非磁性領域Ｂは，固定コア５から磁性円筒部材４の前部磁性領域Ａへの磁束の短絡を阻止するので，固定コア５及び可動コア１２間に多量の磁束が流れ，磁力による強力な吸引力を発生させることができる。しかも，非磁性領域Ｂは，単一の磁性円筒部材４に単純なレーザ照射による環状の溶け込みビード３７，３７を形成することで設けられるので，特別な非磁性円筒部材を用いずに済み，部品点数の削減及び構造の簡素化をもたらすことができ，しかも合金生成元素を添加するような特殊な処理をする必要もないから，製作が容易であり，全体としてコストの低減に寄与し得る。

特に，このような溶け込みビード３７，３７は，弁座部材３と磁性円筒部材４，磁性円筒部材４と固定コア５の各間のレーザ溶接工程で，同一のレーザ溶接機をもって同時に設けることができるから，電磁式燃料噴射弁Ｖの製造上，加工工程の増加を招くこともなく，部品点数の削減及び構造の簡素化と相俟って，コストの低減に寄与するところが大である。

また磁性円筒部材４の非磁性領域Ｂは，その軸方向両端に位置する２条の溶け込みビード３７，３７により設けられるので，両溶け込みビード３７，３７の間隔の選定により，非磁性領域Ｂの範囲を自由に設定することができる。この場合，非磁性領域Ｂの中間にも溶け込みビード３７を形成すれば，該領域Ｂの非磁性効果を高めることができる。

図４は，溶け込みビードの深さと，その非磁性特性との関係のテスト結果を示すグラフで，横軸が磁界強さ，縦軸が透磁率低下率を示す。テストは，溶け込みビード３７の深さと磁性円筒部材４の肉厚との比，ｔ２／ｔ１を，５％，２５％，５０％，７５％，１００％と相違させた５種類のテストピースについて行った。

このテスト結果から分かるように，ｔ２／ｔ１が増加するに応じて透磁率低下率は増加するものゝ，ｔ２／ｔ１が５０％を超えると，透磁率低下率の増加は極めて緩慢になるので，非磁性効果を上げながら，溶接入熱を少なくして磁性円筒部材４の熱歪みを極力抑えるために，ｔ２／ｔ１を略５０％とすることが有効である。実際にｔ２／ｔ１＝５０％のテストピースでは，溶け込みビード３７による寸法変化は，軸方向長さ及び内径の何れににおいても加工精度上許容される範囲に収まる数μｍ程度であり，問題がない。

図５は，溶け込みビードの幅と，その非磁性特性との関係のテスト結果を示すグラフで，横軸が磁界強さ，縦軸が透磁率低下率を示す。テストは，溶け込みビード３７の幅ｗを，０．２ｍｍ，０．５ｍｍ，０．７ｍｍと相違させた３種類のテストピースについて行った。

このテスト結果から分かるように，ｗ≧０．２ｍｍとすれば，実用上充分な非磁性効果を得ることができる。

次に，図３に示す本発明の第２実施例について説明する。

この第２実施例では，磁性円筒部材４を固定コア５と一体に形成した点，並びに該磁性円筒部材４の，溶け込みビード３７，３７を形成して非磁性領域Ｂとする部分を，肉厚が他の部分より薄い薄肉部４ａに形成した点を除けば，前実施例と同様の構成であり，図３中，前実施例と対応する部分には同一の参照符号を付して，その説明を省略する。

この第２実施例によれば，溶け込みビード３７，３７の非磁性効果と，薄肉部４ａの磁路絞り効果とにより，非磁性領域Ｂの非磁性特性を一層高め，固定コア５及び可動コア１２相互の磁力特性の向上を図ることができる。

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，第２実施例の薄肉部４ａは，第１実施例の磁性円筒部材４にも適用することができる。また磁性円筒部材４は，マルテンサイト系の磁性素材で構成することができる。また非磁性領域Ｂの形成のための溶け込みビード３７の条数は，要求特性に応じて自由に設定することができる。

本発明の第１実施例に係る内燃機関用電磁式燃料噴射弁の縦断面図。 図１の２部拡大図。 本発明の第２実施例を示す，図２に対応した断面図。 溶け込みビードの深さと，その非磁性特性との関係のテスト結果を示すグラフ。 溶け込みビードの幅と，その非磁性特性との関係のテスト結果を示すグラフ。

符号の説明

Ｖ・・・・電磁弁（電磁式燃料噴射弁）
Ａ，Ｃ・・磁性領域
Ｂ・・・・非磁性領域
ｔ１・・・溶け込みビードの深さ
ｔ２・・・円筒部材の肉厚
４・・・・円筒部材
４ａ・・・薄肉部
３７・・・溶け込みビード

Claims (4)

1. 磁性領域（Ａ，Ｃ）及び非磁性領域（Ｂ）を軸方向に隣接して有する中空の円筒部材（４）を備えた電磁弁において，
   前記円筒部材（４）を磁性素材で一体に構成すると共に，該円筒部材（４）の一部を，その部分にレーザ照射による環状の溶け込みビード（３７）を形成して前記非磁性領域（Ｂ）としたことを特徴とする電磁弁。
2. 請求項１記載の電磁弁において，
   前記円筒部材（４）の，前記非磁性領域（Ｂ）での肉厚を，磁性領域（Ａ，Ｃ）での肉厚より薄く設定したことを特徴とする電磁弁。
3. 請求項１又は２記載の電磁弁において，
   前記円筒部材（４）に，少なくとも前記非磁性領域（Ｂ）の軸方向両端に位置する２条の溶け込みビード（３７）を形成したことを特徴とする電磁弁。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の電磁弁において，
   前記溶け込みビード（３７）の深さ（ｔ１）を前記円筒部材（４）の肉厚（ｔ２）の略１／２に設定したことを特徴とする，電磁弁。