JP2007263080A

JP2007263080A - 段付きチューブの製造方法

Info

Publication number: JP2007263080A
Application number: JP2006092395A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Ishibashi; 光治石橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】切削加工や特殊加工に頼ることなく、マルエージング鋼を素材とする段付きチューブを製造できる方法を提供する。
【解決手段】マルエージング鋼の帯板（シート）を分断して得たブランク１０を裁断して、製造すべき本体ケースを展開した形状の異形シート１１を製作する。そして、この異形シートを段付き形状にＵ字曲げおよび円筒曲げして段付き筒状体を製作し、次に、前記段付き筒状体の左・右エッジ部の突合せ部を溶接して一体とし、最終的に溶体化および時効の熱処理を行って段付きチューブを完成させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マルエージング鋼を素材とする段付きチューブの製造方法に関する。

例えば、エンジンの燃料噴射弁に用いられる本体ケースは、図６に符号１にて示されるように、大径部２と小径部３とを段部４にて連接した段付き形状となっている。図示の燃料噴射弁は、特許文献１に記載されるものと実質同じものであり、本体ケース１の大径部２は、ニードル部材５を駆動する２つの磁気回路６，７の収納部として、その小径部３は燃料噴射口８を先端に有するノズル９の接続部としてそれぞれ供されるようになっている。なお、各磁気回路６，７は、コイルを内蔵する電磁石６ａ，７ａとニードル部材５に作動連結されたアーマチャ６ｂ，７ｂとからなっており、電磁石６ａ，７ａへの通電に応じてアーマチャ６ｂ，７ｂを介してニードル部材５が駆動され、燃料噴射口８からの燃料噴射量が２段に変更されるようになっている。

ところで、上記した燃料噴射弁の本体ケース１としては、エンジン搭載性を考慮して、できるだけ肉厚の薄いものが用いられるが、従来一般に用いられている低合金鋼（例えば、ＳＣＭ４４０）では、強度的な制約から思うように薄肉化が図れないという問題があった。

そこで最近、超高張力鋼の一種であるマルエージング鋼（粗材：引張強さ９００ＭＰａ、硬さＨｖ３００）により本体ケース１を製作することが検討され、一部で実用化されている。しかるに、本体ケース１の製作には、丸棒からの削り出しが採用されており、汎用の低合金鋼に比べて著しく材料コストが高い（汎用の高張力鋼の約１０倍）マルエージング鋼を用いた場合は、前記削り出しによる材料歩留りの低さが製造コストを高騰させる大きな原因になっていた。また、マルエージング鋼は、汎用の低合金鋼に比べて被削性が悪いため、前記した削り出しに長時間を要し、このことも、製造コストを上昇させる大きな原因になっていた。

なお、例えば、特許文献２には、無端金属ベルトの製造方法に関する発明であるが、マルエージング鋼のシートを円筒状に成形して、その左・右エッジの突合せ部を溶接することが記載されており、この方法により上記した本体ケース１を製作することが考えられる。しかしながら、この場合は、溶接によって得られたチューブがストレート形状となるため、別途、特殊加工（平行スエージ加工、液圧バルジ加工等）を追加して段付き形状とする必要があり、新たにコスト負担が生じて製造コストの低減にはつながらない。

特開２００３−２５４１８９号公報特開２００１−１５００７４号公報

本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、切削加工や特殊加工に頼ることなく、マルエージング鋼を素材とする段付きチューブを容易に製造できる方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、マルエージング鋼のシートを裁断して、製造すべき段付きチューブを展開した形状の異形シートを製作する切断工程、前記異形シートを曲げ加工して段付き筒状体を製作する曲げ工程、前記筒状体の左・右エッジの突合せ部を溶接する溶接工程、および最終的に溶体化および時効の熱処理を行う熱処理工程を含むことを特徴とする。

このように行う段付きチューブの製造方法においては、製造すべき段付きチューブを展開した形状の異形シートを曲げ加工して段付き筒状体とした後、その左・右エッジの突合せ部を溶接して段付きチューブとするので、切削加工が不要になるばかりか、段付き形状とするための特殊加工が不要になる。

本発明において、上記曲げ工程は、異形シートを段付き形状にＵ字曲げするＵ字曲げ工程と、前記Ｕ字曲げされた部材を円筒形状に曲げる円筒曲げ工程とを含むようにしてもよく、これにより円滑にかつ精度よく段付き筒状体を得ることができる。

本発明において、製造すべき段付きチューブの使用目的は任意であるが、燃料噴射弁用の本体ケースとすることができる。この場合、該本体ケースは、大径部と小径部とを段部にて連接してなっており、前記大径部はニードルを駆動する磁気回路の収納部として、前記小径部が燃料噴射口を先端に有するノズルの接続部としてそれぞれ供される。

本発明に係る段付きチューブの製造方法によれば、切削加工や特殊加工に頼ることなく、マルエージング鋼のシートを素材として用いて段付きチューブを製造できるので、材料歩留りの著しい向上はもちろん、加工時間の大幅な短縮を達成でき、製造コストが大幅に低減する。

また、燃料噴射弁の本体ケースの製造に適用する場合は、マルエージング鋼の使用による薄肉化効果を最大限に発揮させることができ、エンジン搭載性に優れた燃料噴射弁を実現できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基いて説明する。

本実施形態は、前出図６に示した燃料噴射弁の本体ケース（段付きチューブ）１をマルエージング鋼により製造するものである。本体ケース１は、ここでは、その大径部２の外径が１９ｍｍ、その小径部３の外径が１７ｍｍ、全長が１２０ｍｍとなっており、また、その肉厚は１.５ｍｍとなっている。本発明の実施に際しては、先ず図１に示されるように、板厚が１.５ｍｍのマルエージング鋼の帯板（シート）を分断して得たブランク１０を裁断して、製造すべき本体ケース１を展開した形状の異形シート１１を製作する（切断工程）。

異形シート１１は、前記本体ケース１の大径部２を展開した広幅部１１ａと、その小径部３を展開した狭幅部１１ｂとその段部４を展開したテーパ部１１ｃとからなっている。ブランク１０は、異形シート１１の広幅部１１ａの幅Ｗと同じ幅を有する帯板を、前記異形シート１１の全長Ｌと同じ長さに分断することによって得られる。したがって、ブランク１０のせん断によって発生するスクラップ１２は、前記狭幅部１１ｂおよびテーパ部１１ｃの両側のわずかな領域となり、結果として材料歩留りは著しく向上する。

次に、上記のように製作された異形シート１１を、図２および３に示すプレス型２０を用いて段付き形状にＵ字曲げする（Ｕ字曲げ工程）。プレス型２０は、成形溝２１を有するダイ２２とダイ２２の成形溝２１に前記異形シート１１を押込むポンチ２３とからなっている。ダイ２２の成形溝２１は、製造すべき本体ケース１の大径部２の外径と同じ溝幅の広幅部２１ａと、本体ケース１の小径部３の外径と同じ溝幅の狭幅部２１ｂとをテーパ形状の段部２１ｃにより連接してなっており、また、その底面は、本体ケース１の外周面に倣う湾曲形状となっている。一方、ポンチ２３も、前記成形溝２１と相似形をなす段付き形状となっている。

Ｕ字曲げに際しては、異形シート１１の広幅部１１ａ、狭幅部１１ｂ、テーパ部１１ｃ（図１）がそれぞれ成形溝２１の広幅部２１ａ、狭幅部２１ｂおよび段部２１ｃに整合するようにダイ２２上に異形シート１１を位置決め載置した後、ポンチ２３を下動させる。すると、異形シート１１は次第に成形溝２１内に押込まれ、これによって成形溝２１の広幅部２１ａ、狭幅部２１ｂおよび段部２１ｃに沿って対応する部位が絞り込まれる。そして、遂には、図２に示されるように異形シート１１が成形溝２１の底面に密着するまで押込まれ、これにより段付き形状のＵ字部材２４が成形される。

ここで、上記したＵ字曲げに際しては、成形溝２１内の段部２１ｃと広幅部２１ａおよび狭幅部２１ｂとの連接部２５（図３）のアール（Ｒ）があまり小さいと、材料に割れが発生する危険がある。そこで、割れの発生限界を把握するため、板厚１.５ｍｍで縦２０ｍｍ×横５０ｍｍのマルエージング鋼製シートを用意し、ＪＩＳＺ２２４８に準拠して、先端アール（Ｒ）を種々に変化させたＶブロックを用いて曲げ試験を行った。表１は、前記曲げ試験の結果を示したものである。この結果、アール（Ｒ）が２ｍｍ以上では割れの発生が認められないのに対し、アール（Ｒ）が１ｍｍでは割れの発生が認められた。したがって、前記連接部２５のアール（Ｒ）は２ｍｍ以上に設定するのが望ましいことが分かった。

次に、上記Ｕ字曲げにより得られた段付きのＵ字部材２４を、図４に示すプレス型２６を用いて円筒形状に曲げ加工する（円筒曲げ工程）。このプレス型２６は、断面半円形の成形溝部２７ａを有する下型２７と同じく断面半円形の成形溝部２８ａを有する上型２８とからなっている。下型２７および上型２８の成形溝部２７ａ、２８ａは、製造すべき本体ケース１の外周面に倣う段付き形状となっており、図示のように下型２７に上型２８を合せた型閉じ状態で、両者の間には本体ケース１の外周面に整合する断面円形の閉鎖空間２９が形成される。

円筒曲げに際しては、上記段付きのＵ字部材２４を、その底部側が下向きとなるように下型２７の成形溝部２７ａに位置決め載置した後、上型２８を下動させる。すると、Ｕ字部材２４の両側のエッジ部分が上型２８の成形溝部２８ａの内面に沿って次第に湾曲形状に変形し、遂には、図示の型閉じ状態で両側のエッジ部が完全に閉じられ、この結果、製造すべき本体ケース１と同じ寸法形状を有する段付き筒状体３０が得られる。なお、この円筒曲げに際しては、段付きの芯金（マンドレル）をＵ字部材２４内に入れるようにしてもよく、これにより得られる段付き筒状体３０の形状精度が向上する。また、形状精度のさらなる向上を図るため、成形溝部２８の湾曲度が異なる複数の上型２８を用意し、例えば、順送プレス装置により複数工程をかけて円筒曲げを行うようにしてもよい。

次に、上記のようにして得られた段付き筒状体３０に対し、図５に示すように、その左・右エッジ部３０ａ，３０ｂの突合せ部を溶接トーチ３１により溶接する（溶接工程）。この場合、溶接方法は任意であるが、できるだけ熱影響が少ない溶接方法、例えばレーザ溶接やプラズマアーク溶接を選択するのが望ましい。この溶接によって前記段付き筒状体３０は一体となり、前記ケース本体１と同じ寸法形状を有する段付きチューブが完成する。なお、この溶接に際しては、図示のようにクランプユニット３２を構成する左・右押えブロック３３，３４によって筒状体３０を側方からクランプするようにしてもよい。この場合は、筒状体３０の左・右エッジ部３０ａ、３０ｂが確実に突合せ状態を維持するので、寸法形状精度に優れた段付きチューブが得られる。

その後は、上記のようにして得られた段付きチューブに溶体化および時効の熱処理を施す（熱処理工程）。この時の熱処理条件としては、マルエージング鋼に標準の条件を選択する。代表的な１８％Ｎｉマルエージング鋼の場合、溶体化温度は８００〜８５０℃、時効温度は４５０〜５５０℃となり、この熱処理によって引張強さ２０００ＭＰａ以上、硬さＨｖ５００以上の強靭な本体ケース１が完成する。

本発明に係る段付きチューブの製造方法における切断工程を示す平面図である。本製造方法におけるＵ字曲げ工程を示す断面図である。本Ｕ字曲げ工程で用いるプレス型の構造を示す断面図である。本製造方法における円筒曲げ工程を示す断面図である。本製造方法における溶接工程を示す正面図である。本製造方法で得られる本体ケースを備えた燃料噴射弁の構造を示す断面図である。

符号の説明

１燃料噴射弁の本体ケース（段付きチューブ）
２大径部
３小径部
４段部
６，７磁気回路
８燃料噴射口
９ノズル
１０ブランク
１１異形シート
２０Ｕ字曲げ用プレス型
２４段付きＵ字部材
２６円筒曲げ用プレス型
３０段付き筒状体
３１溶接トーチ

Claims

マルエージング鋼のシートを裁断して、製造すべき段付きチューブを展開した形状の異形シートを製作する切断工程、前記異形シートを曲げ加工して段付き筒状体を製作する曲げ工程、前記筒状体の左・右エッジの突合せ部を溶接する溶接工程、および最終的に溶体化および時効の熱処理を行う熱処理工程を含むことを特徴とする段付きチューブの製造方法。
曲げ工程が、異形シートを段付き形状にＵ字曲げするＵ字曲げ工程と、前記Ｕ字曲げされた部材を円筒形状に曲げる円筒曲げ工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の段付きチューブの製造方法。
段付きチューブが、燃料噴射弁用の本体ケースであり、該本体ケースは、大径部と小径部とを段部にて連接してなっており、前記大径部はニードル部材を駆動する磁気回路の収納部として、前記小径部が燃料噴射口を先端に有するノズルの接続部としてそれぞれ供されることを特徴とする請求項１または２に記載の段付きチューブの製造方法。