JP2006194136A - 燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の燃料噴射弁に使用される特性のよいオリフィスプレートを容易に製造すること。
【解決手段】このため、本発明では、金属フープ材１０に、所定のピッチで金属フープ材の板厚よりも薄い円形状の凹部１２を形成するにあたり、金属フープ材１０の一方の面に成形プレスにより凹部１２を形成し、次いで前記成形プレスにより突出した金属フープ材の突出面１３を研削加工で除去する第１の工程と、前記円形状の凹部１２に噴射孔５をプレスにより形成する第２の工程と、前記噴射孔５が形成された円形状凹部１２を中心にして所定の外形に打ち抜き、その外縁部分をプレスにより曲げ成形する第３の工程とからなることを特徴とする燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射弁に関し、特にこの燃料噴射弁の先端部に配置されて燃料噴霧の微粒化を図り、しかも噴射圧力に耐える剛性の高い段付きオリフィスプレートの製造方法に関する。

（１）従来例１
ガソリンエンジンなど、内燃機関の燃料噴射弁において、複数の方向付けられた小孔つまりオリフィスを有するプレートを弁座の下流側に配置し、燃料噴霧の微粒化をはかることは特許文献１に記載の如く公知である。
特開２０００−７３９１８号公報 （２）従来例２ 従来のオリフィスプレートの他の例を図７により説明する。図７は、丸いお盆状のオリフィスプレートを中央部より半分に切断した断面図（Ａ）及びその斜視図（Ｂ）である。

図７において、１００はオリフィスプレート、１０１は本体部、１０２は開口部、１０３は平面部プレート、１０４は斜穴状態のオリフィス、１０５はレーザ溶接部、ｄは斜穴１０５の径、ｔは平面部プレート１０３の板厚である。

オリフィスプレート１００は、例えば厚さ０．１ｍｍ程度のステンレス板にその底部平面部に開口部１０２を形成し、それからその周辺をしぼり込んで丸盆状に形成した後、この開口部１０２に、厚さ０．１ｍｍ程度のステンレス板に０．２ｍｍ程度の径のオリフィス１０４を複数個形成した平面部プレート１０３をレーザ溶接部１０５で溶接して一体化したものである。この際、平面部プレート１０３とレーザ溶接部１０５では段付き状態となり、段付きオリフィスプレートが構成される。

燃料は矢印方向に噴出され、このオリフィスプレート１００の中央部に設けられたオリフィス１０４から燃料を噴射するが、燃料噴射弁の噴霧特性や噴射量特性はオリフィスプレートの平面部プレート１０３の厚さ（オリフィスの長さ）ｔとオリフィス１０４の径ｄの比率ｔ／ｄに依存することが知られており、これらのパラメータやオリフィスの数を要求される仕様により設定することが行われている。

そして近年燃料の燃焼効率または排ガス中の有害物質を低減するために、噴射される燃料を微粒化することが求められている。このためにはオリフィス径を小さくするとともに、平面部プレートの厚さを小さくすることが効果的であり、平面部プレートの薄板化が要求されている。

しかし、平面部プレートの厚さｔをあまり薄くすると、たとえば０．１ｍｍ程度まで薄くすると、オリフィスプレートの入り口面に印加される燃料圧力によりオリフィスプレートにたわみが生じて振動が生じ、目的とする噴霧特性および燃料噴射量が得られないという問題がある。

このため中央部に孔を開けた円盤状のバックアップ部材をオリフィスプレートの出口面に、孔をオリフィスプレートの噴孔が形成された中央部に合うように溶接などの手段によって接合・強化することが行われていた。

しかし、前記図７に示す如き、従来例２では、このようなバックアップ部材を溶接したオリフィスプレートの製造にあたっては、レーザ溶接する２部品を別々に製造し、これを正確に位置合わせしながら溶接しなければならず、その製造工数は大きなものであった。しかも、レーザ溶接することによって薄いオリフィスプレートに歪を生じ、所定の噴霧特性が得られないという問題もおきていた。

また前記特許文献１に記載のものでは、弁ボディ、オリフィスプレート、バックアップ部材の３点を同時に溶接するという方法も提案されているが、これまた正確に位置合わせしながら溶接しなければならず、問題の解決は十分ではなかった。

上記課題を解決するため、本発明では下記（１）〜（５）の燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法を提供する。

（１）金属フープ材に、所定のピッチで金属フープ材の板厚よりも薄い円形状の凹部を形成するにあたり、金属フープ材の一方の面に成形プレスにより凹部を形成し、次いで前記成形プレスにより突出した金属フープ材の突出面を除去するように研削加工する第１の工程と、前記円形状の凹部に噴射孔をプレスにより形成する第２の工程と、前記噴射孔が形成された円形状凹部を中心にして所定の外形に打ち抜き、その外縁部分をプレスにより曲げ成形する第３の工程と、からなることを特徴とする燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法。

（２）金属フープ材に、所定のピッチで金属フープ材の板厚よりも薄い円形状の凹部を形成するにあたり、金属フープ材の一方の面に放電加工により凹部を形成する第１の工程と、前記円形状の凹部に噴射孔をプレスにより形成する第２の工程と、前記噴射孔が形成された円形状凹部を中心にして所定の外形に打ち抜き、その外縁部分をプレスにより曲げ成形する第３の工程と、からなることを特徴とする燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法。

（３）金属フープ材に所定のピッチで金属フープ材の板厚よりも薄い円形状の凹部を形成するにあたり、金属フープ材の一方の面に切削加工により凹部を形成する第１の工程と、前記円形状の凹部に噴射孔をプレスにより形成する第２の工程と、前記噴射孔が形成された円形状凹部を中心にして所定の外形に打ち抜き、その外縁部分をプレスにより曲げ成形する第３の工程と、からなることを特徴とする燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法。

（４）金属フープ材に所定のピッチで金属フープ材の板厚よりも薄い円形状の凹部を形成するにあたり、金属フープ材の一方の面に成形プレスと焼鈍を複数回繰り返して凹部を形成する第１の工程と、前記円形状の凹部に噴射孔をプレスにより形成する第２の工程と、前記噴射孔が形成された円形状凹部を中心にして所定の外形に打ち抜き、その外縁部分をプレスにより曲げ成形する第３の工程と、からなることを特徴とする燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法。

（５）金属フープ材に所定のピッチで金属フープ材の板厚よりも薄い円形状の凹部を形成するにあたり、金属フープ材を２枚のフープ材で構成するとともに、所定のピッチで円形を打ち抜いたフープ材と、前記円形が打ち抜かれないフープ材とを拡散接合することにより、金属フープ材に円形状の凹部を形成する第１の工程と、前記円形状の凹部に噴射孔をプレスにより形成する第２の工程と、前記噴射孔が形成された円形状凹部を中心にして所定の外形に打ち抜き、その外縁部分をプレスにより曲げ成形する第３の工程と、からなることを特徴とする燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法。

本発明によれば、金属フープ材に所定のピッチでこの金属フープ材の板厚よりも薄い円形状の凹部を、金属フープ材表面に成形プレスにより凹部を形成したので、量産向きの燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法を提供できる。

本発明によれば、放電加工により金属フープ材にこの金属フープ材の板厚よりも薄い円形状の凹部を形成したので、精密加工が可能となり、試作品生産向きの少量精密生産に好適な燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法を提供できる。

本発明によれば、切削加工により金属フープ材にこの金属フープ材の板厚よりも薄い円形状の凹部を形成したので、精密加工が可能となり、試作品生産向きの少量精密生産に好適な燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法を提供できる。

本発明によれば、成形プレスと焼鈍を複数回繰り返すことにより金属フープ材にこの金属フープ材の板厚よりも薄い円形状の凹部を形成したので、成形プレスされた面と反対面に突出面を生成することなく凹部を形成することができる。

本発明によれば金属フープ材を２枚のフープ材で構成するとともに、その一方のフープ材に所定のピッチで円形を打ち抜き、他方のフープ材と拡散接合することにより、金属フープ材に所定のピッチで凹部を形成したので、安価な打ち抜き加工によりこの凹部を形成することが可能となり、安価で大量生産に好適な燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態を図１及び図２にもとづき説明する。図１は本発明により製造された燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの一例の断面図及び斜視断面図、図２は本発明の燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法（その１）を示す。

図中、同符号は同一部分を示し、１は本発明により製造される燃料噴射弁用段付きオリフィスプレート、２は底面薄部、３は底面厚部、４は側面部、５は燃料噴射孔、１０は金属フープ材、１１はパイロット穴、１２は凹部、１３は突出面である。

まず図１により、本発明にもとづき製造される燃料噴射弁用段付きオリフィスプレート（以下オリフィスプレートという）１について説明する。

オリフィスプレート１は、複数の燃料噴射孔（オリフィス）５が斜めに形成された底面薄部２と、この底面薄部２と連続的に形成された底面厚部３と、この底面厚部３の周辺に形成され底面厚部３と同じ厚さの側面部４により構成され、後述するように１枚もしくは積層された２枚のフープ材により丸盆状に一体構成されている。

底面薄部２の厚さｔ₁ は例えば０．１ｍｍ、燃料噴射孔５の直径ｄは例えば０．２ｍｍ、オリフィスプレート１の外径は例えば８ｍｍである。

図１より明らかなように、オリフィスプレート１の底面薄部２と底面厚部３との間には段差が存在している。

底面薄部２の厚さは、良好な噴霧特性を得るため最適の厚さが０．１ｍｍ程度であることが知られており、また底面薄部２の周囲がこの程度の厚みでは燃料噴射のときオリフィスプレートが振動を生じ良好な特性が得られないことを防止するため、その周辺にはその２倍程度の厚み部分が必要である。

側面部４は、オリフィスプレート１の位置決めと保持のため、図示省略したバックアップ部材で保持するものであり、燃料は図１（Ａ）の矢印方向にオリフィスプレート１より噴射される。

なおオリフィスプレート１の材料は、ステンレスが使用されるが、これに限定されるものではない。

このように、本発明によるオリフィスプレート１は、その中央部の板厚が薄く、ここにオリフィスすなわち燃料噴射孔５が斜めに形成されている。そして燃料噴射孔５が形成されている以外の部分の板厚は、およそ中央部板厚の２倍であり、十分な剛性を有する。このようなオリフィスプレートを使用することにより、燃料噴射弁は目的とする噴射特性を得ることができる。

このようなオリフィスプレートの本発明の製造方法を図２に示す、製造工程にもとづき説明する。

先ず、板厚が０．２ｍｍの、ステンレス製の薄い金属フープ材１０をサイドカットし、一定間隔毎にパイロット穴１１の穴抜きを行い、この金属フープ材１０に形成プレスによりこれまた一定間隔毎に、燃料噴射孔の穿孔範囲に、底面薄部２となる円形状の凹部１２を形成する。

この形成プレスにより、金属フープ材１０の裏面からは凹部１２の反対部分が突出面１３を生ずることになる。それ故、自動研削盤によりこの突出面１３を連続的に研削し、凹部１２の板厚が元の金属フープ材１０の板厚のおよそ５０％となるように研削する。このようにして、第１の工程により金属フープ材１０の一方の面に約５０％の深さの円形状の凹部１２を形成し、反対側の面は平面状に研削する。これにより円形状の薄型の凹部１２−０を形成する。

次に第２の工程で、円形状の薄板となった前記凹部１２−０に燃料噴射のための複数の燃料噴射孔５つまりオリフィスをプレスにより、図２（Ｂ）に示す如く、斜めに穴抜きを行い、この穿孔が正確に行われたか否かのチェックをコンピュータによる画像処理により外観検査でチェックし、その後超音波振動によりバリ取りを行う。

続く、第３の工程で前記バリ取り結果のチェックを、これまた画像処理による外観検査で行い、それから金属フープ材１０から平板状のオリフィスプレートを打ち抜き、最後に所定の形状に曲げ、アルファベットや数字などを金型により製品に刻み、オリフィスプレート１を製造することができる。

前記図１に示すオリフィスプレートの本発明の製造方法の第２の実施例を図３に示す製造工程にもとづき説明する。

板厚が０．２ｍｍのステンレス製の薄い金属フープ材１０をサイドカットし、一定間隔毎にパイロット穴１１の穴抜きを行い、一定間隔毎に、燃料噴射孔の穿孔範囲に底面薄部２となる円形状の凹部１２を放電加工により形成する。

この放電加工により、円形状の凹部１２には、所定の板厚、例えば金属フープ材１０の厚さが０．２ｍｍの場合はその５０％の０．１ｍｍの厚さを基準にして±１０〜１５μｍのむらの存在する凹部１２が形成される。この大きさの加工むらでは燃料噴射孔をプレスにより斜め方向に製造することが困難のため成形プレスにより仕上げプレスを行ない、そのむらが±３〜５μｍの円形状の薄形の凹部１２−０を形成する。このように第１の工程により金属フープ材１０に円形状の薄形の凹部１２−０を形成する。

次に第２の工程で、円形状の薄板となった前記凹部１２−０に燃料噴射のための複数の燃料噴射孔５つまりオリフィスをプレスにより、図３（Ｂ）に示す如く、斜めに穴抜きを行い、この穿孔が正確に行われたか否かのチェックをコンピュータによる画像処理により外観検査でチェックし、その後超音波振動によりバリ取りを行う。

続く、第３の工程で前記バリ取り結果のチェックを、これまた画像処理による外観検査で行い、それから金属フープ材１０から平板状のオリフィスプレートを打ち抜き、最後に所定の形状に曲げ、アルファベットや数字などを金型により製品に刻み、オリフィスプレート１を製造することができる。

前記図１に示すオリフィスプレートの本発明の製造方法の第３の実施例を図４に示す製造工程にもとづき説明する。

板厚が０．２ｍｍのステンレス製の薄い金属フープ材１０をサイドカットし、一定間隔毎にパイロット穴１１の穴抜きを行い、一定間隔毎に、燃料噴射孔の穿孔範囲に底面薄部２となる円形状の凹部１２を例えばエンドミルなどを用いて切削加工法により形成する。

この切削加工により、円形状の凹部１２には、所定の板厚、例えば金属フープ材１０の厚さが０．２ｍｍの場合にはその５０％の０．１ｍｍの厚さを基準にして±１０〜１５μｍのむらの存在する凹部１２が形成される。この大きさの加工むらでは燃料噴射孔をプレスにより斜め方向に製造することが困難のため成形プレスにより仕上げプレスを行ない、そのむらが±３〜５μｍの円形状の薄形の凹部１２−０を形成する。それからバリ取りを行う。このように第１の工程により金属フープ材１０に円形状の薄形の凹部１２−０を形成する。

次に第２の工程で、円形状の薄板となった前記凹部１２−０に燃料噴射のための複数の燃料噴射孔５つまりオリフィスをプレスにより、図４（Ｂ）に示す如く、斜めに穴抜きを行い、この穿孔が正確に行われたか否かのチェックをコンピュータによる画像処理により外観検査でチェックし、その後超音波振動によりバリ取りを行う。

続く、第３の工程で前記バリ取り結果のチェックを、これまた画像処理による外観検査で行い、それから金属フープ材１０から平板状のオリフィスプレートを打ち抜き、最後に所定の形状に曲げ、アルファベットや数字などを金型により製品に刻み、オリフィスプレート１を製造することができる。

前記図１に示すオリフィスプレートの本発明の製造方法の第４の実施例を図５に示す製造工程にもとづき説明する。

板厚が０．２ｍｍのステンレス製の薄い金属フープ材１０をサイドカットし、一定間隔毎にパイロット穴１１の穴抜きを行い、一定間隔毎に、燃料噴射孔の穿孔範囲に底面薄部２となる円形状の凹部１２を成形プレスとアニールを複数回繰り返して円形状の薄形の凹部１２−０を形成する。

この場合、強い力で一回で形成せずに弱い力でその反対面が突出しないように形成し、アニールして金属フープ材１０を少し軟らかくしたあと再び成形プレスするというプレス成形と焼鈍を何度も繰り返し、所定の厚みの円形状の薄形の凹部１２−０を形成する。このように第１の工程により金属フープ材１０に、成形プレス面と反対面に突出面を形成させることなく、円形状の薄形の凹部１２−０を形成することができる。

次に第２の工程で、円形状の薄板となった前記凹部１２−０に燃料噴射のための複数の燃料噴射孔５つまりオリフィスをプレスにより、図５（Ｂ）に示す如く、斜めに穴抜きを行い、この穿孔が正確に行われたか否かのチェックをコンピュータによる画像処理により外観検査でチェックし、その後超音波振動によりバリ取りを行う。

続く、第３の工程で前記バリ取り結果のチェックを、これまた画像処理による外観検査で行い、それから金属フープ材１０から平板状のオリフィスプレートを打ち抜き、最後に所定の形状に曲げ、アルファベットや数字などを金型により製品に刻み、オリフィスプレート１を製造することができる。

前記図１に示すオリフィスプレートの本発明の製造方法の第５の実施例を図６に示す製造工程にもとづき説明する。

図６に示す如く、ステンレス製の金属フープ材１６を同じ厚さの、例えば０．１ｍｍ厚さの２枚のフープ材１４，１５で構成する。フープ材１４，１５はそれぞれサイドカットし、一定間隔毎にパイロット穴１１の穴抜きを行う。そしてフープ材１４には、さらに所定のピッチで例えばプレスにより円形状に打ち抜かれた円形穴１７が形成される。それから、この円形穴１７の打ち抜かれたフープ材１４と、パイロット穴１１のみが穴抜きされたフープ材１５を、それらのパイロット穴１１，１１が一致するように重ねてロールで加圧しながら６００〜１１００℃、好ましくは９００〜１０００℃で加熱する。これによりフープ材１４，１５の接合面に金属原子が互いに拡散して拡散接合が行われる。このように第１の工程により、金属フープ材１６に円形状の凹部１２を形成することができる。

次に第２の工程で、円形状の薄板となった前記凹部１２−０に燃料噴射のための複数の燃料噴射孔５つまりオリフィスをプレスにより、図６（Ｂ）に示す如く、斜めに穴抜きを行い、この穿孔が正確に行われたか否かのチェックをコンピュータによる画像処理により外観検査でチェックし、その後超音波振動によりバリ取りを行う。

続く、第３の工程で前記バリ取り結果のチェックを、これまた画像処理による外観検査で行い、それから金属フープ材１０から平板状のオリフィスプレートを打ち抜き、最後に所定の形状に曲げ、アルファベットや数字などを金型により製品に刻み、オリフィスプレート１を製造することができる。

なお、図６の実施例では、フープ材１４，１５の厚さを変えることにより底面薄部や底面厚部の異なる種々の特性・仕様のオリフィスプレートを提供することが簡単にできる。

なお前記説明では金属フープ材としてステンレスを使用した場合について記載したが、勿論本発明はこれに限定されるものではない。

本発明により製造される段付きオリフィスプレートである。 本発明の段付きオリフィスプレートの製造方法（その１）である。 本発明の段付きオリフィスプレートの製造方法（その２）である。 本発明の段付きオリフィスプレートの製造方法（その３）である。 本発明の段付きオリフィスプレートの製造方法（その４）である。 本発明の段付きオリフィスプレートの製造方法（その５）である。 従来の段付きオリフィスプレートの説明図である。

符号の説明

１ オリフィスプレート
２ 底面薄部
３ 底面厚部
４ 側面部
５ 燃料噴射孔

Claims (5)

1. 金属フープ材に、所定のピッチで金属フープ材の板厚よりも薄い円形状の凹部を形成するにあたり、金属フープ材の一方の面に成形プレスにより凹部を形成し、次いで前記成形プレスにより突出した金属フープ材の突出面を除去するように研削加工する第１の工程と、
   前記円形状の凹部に噴射孔をプレスにより形成する第２の工程と、
   前記噴射孔が形成された円形状凹部を中心にして所定の外形に打ち抜き、その外縁部分をプレスにより曲げ成形する第３の工程と、
   からなることを特徴とする燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法。
2. 金属フープ材に、所定のピッチで金属フープ材の板厚よりも薄い円形状の凹部を形成するにあたり、金属フープ材の一方の面に放電加工により凹部を形成する第１の工程と、
   前記円形状の凹部に噴射孔をプレスにより形成する第２の工程と、
   前記噴射孔が形成された円形状凹部を中心にして所定の外形に打ち抜き、その外縁部分をプレスにより曲げ成形する第３の工程と、
   からなることを特徴とする燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法。
3. 金属フープ材に、所定のピッチで金属フープ材の板厚よりも薄い円形状の凹部を形成するにあたり、金属フープ材の一方の面に切削加工により凹部を形成する第１の工程と、
   前記円形状の凹部に噴射孔をプレスにより形成する第２の工程と、
   前記噴射孔が形成された円形状凹部を中心にして所定の外形に打ち抜き、その外縁部分をプレスにより曲げ成形する第３の工程と、
   からなることを特徴とする燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法。
4. 金属フープ材に所定のピッチで金属フープ材の板厚よりも薄い円形状の凹部を形成するにあたり、金属フープ材の一方の面に成形プレスと焼鈍を複数回繰り返して凹部を形成する第１の工程と、
   前記円形状の凹部に噴射孔をプレスにより形成する第２の工程と、
   前記噴射孔が形成された円形状凹部を中心にして所定の外形に打ち抜き、その外縁部分をプレスにより曲げ成形する第３の工程と、
   からなることを特徴とする燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法。
5. 金属フープ材に所定のピッチで金属フープ材の板厚よりも薄い円形状の凹部を形成するにあたり、金属フープ材を２枚のフープ材で構成するとともに、所定のピッチで円形を打ち抜いたフープ材と、前記円形が打ち抜かれないフープ材とを拡散接合することにより、金属フープ材に円形状の凹部を形成する第１の工程と、
   前記円形状の凹部に噴射孔をプレスにより形成する第２の工程と、
   前記噴射孔が形成された円形状凹部を中心にして所定の外形に打ち抜き、その外縁部分をプレスにより曲げ成形する第３の工程と、
   からなることを特徴とする燃料噴射弁用段付きオリフィスプレートの製造方法。

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