JP2008008168A - 噴孔プレートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】母材となる板部材へ与える影響が低減され、微小なバリが除去され、形状精度の高い噴孔プレートの製造方法を提供する。
【解決手段】噴孔プレートとなる板部材に噴孔となる細孔５１が打ち抜かれると、板部材にはレーザ光６０が照射される。レーザ光６０は、板部材と細孔５１との境界となる板部材の内周面５６を跨いで板部材と細孔５１との双方に照射される。細孔５１の打ち抜きによって生じるバリは、内周面５６から細孔５１側へ突出している。内周面５６を跨ぐレーザ光６０を照射することにより、バリは確実に除去される。また、レーザ光６０は、互いに重なるように内周面５６の全周にわたり複数回照射される。そのため、バリにはレーザ光６０が複数回照射される。その結果、レーザ光６０の出力を低減しつつ、バリは確実に除去される。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体噴射弁の噴孔プレートの製造方法に関する。

従来、例えば燃料噴射弁やインクジェットプリンタなどの流体噴射弁のノズルでは、流体を噴射する微細な噴孔が要求される。このような微細な噴孔を形成する場合、例えば板部材をプレスによって打ち抜いて噴孔が形成される。プレスによって噴孔を形成する場合、打ち抜かれた板部材には微小なバリが生じる。
そこで、従来では、打ち抜かれた板部材の端面を研磨することにより、微小なバリは除去されている。このような研磨によるバリの除去は安定して微小なバリを除去することはできるものの、例えばブラシなどの機械的な研磨装置を噴孔が形成された板部材に押し付ける必要がある。そのため、噴孔の軸方向の端部が噴孔側へ入り込みやすく、噴孔の端部における形状精度の確保が困難であるという問題がある。また、エッチングなどの化学的な研磨を実施する場合、例えばエッチング前のバリの形状などによってエッチング後の形状は異なる。そのため、噴孔の端部における形状精度の確保、および個体間の形状精度の均一化が困難である。また、エッチング液による環境への負荷の増大、およびエッチング液による板部材の腐食の影響も考慮する必要がある。

そこで、板部材を打ち抜いた後、研磨あるいはレーザ光を照射することにより、微小なバリを除去する技術が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１に提案されている技術の場合、照射範囲が噴孔の全体を覆うレーザ光が照射される。そのため、レーザ光照射装置には大きな出力が要求される。また、大出力のレーザ光を照射することにより、母材となる板部材に組織の変化などの影響を与えるおそれがある。

特開平６−９９５８１号公報

そこで、本発明の目的は、母材となる板部材へ与える影響が低減され、微小なバリが除去され、形状精度の高い噴孔プレートの製造方法を提供することにある。

請求項１から４のいずれか一項記載の発明では、レーザ光は細孔と板部材との境界となる板部材の内周面を跨いで照射される。そして、レーザ光は、この内周面の全周に複数回に分けて照射される。内周面を跨いでレーザ光を照射することにより、噴孔となる細孔と母材である板部材との間に生じる微細なバリは除去される。レーザ光は、複数回に分けて照射されるため、レーザ光の出力は低減されるとともに、照射範囲は狭められる。したがって、レーザ光の照射による板部材への影響を低減しつつ、微小なバリを除去することができる。また、レーザ光の照射によって微細なバリを除去することにより、噴孔となる細孔の軸方向両端部の形状は精密に維持される。したがって、噴孔プレートの形状精度を高めることができる。

請求項２記載の発明では、レーザ光は照射範囲が互いに重なって照射される。すなわち、レーザ光は、前回照射された範囲と一部が重なりつつ後続の照射が実施される。そのため、レーザ光の出力を低減しても、板部材に生じるバリは除去される。したがって、レーザ光が母材となる板部材に与える影響を低減しつつ、微細なバリを高精度に除去することができる。

請求項３記載の発明では、レーザ光は細孔が打ち抜かれた板部材の打ち抜き方向において下流側の端面に照射される。板部材の一方の端面から他方の端面へ細孔を打ち抜くとき、打ち抜きによるバリは打ち抜き時の下流側すなわち打ち抜き部材の先端側に形成される。そのため、板部材の打ち抜き方向下流側の端面にレーザ光を照射することにより、打ち抜きによって形成されたバリは容易に除去される。したがって、噴孔プレートの形状精度を維持しつつ、微細なバリを高精度に除去することができる。

請求項４記載の発明では、細孔が打ち抜かれた板部材は打ち抜き方向の下流側の端面が研磨される。これにより、板部材の研磨される側の端面すなわち打ち抜き方向の下流側の端面には細孔内に突出するバリが形成される。この研磨される側の端面にレーザ光を照射することにより、細孔内に形成された微細なバリは除去される。そのため、細孔の打ち抜きによって生じたバリを研磨によっておおまかに除去した後、細孔内へ突出する微細なバリはレーザ光の照射によって除去される。したがって、噴孔プレートの形状精度を維持しつつ、微細なバリを高精度に除去することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（燃料噴射弁）
本発明の第１実施形態による噴孔プレートを備えた流体噴射弁（以下、流体噴射弁を「インジェクタ」という。）を図２に示す。第１実施形態によるインジェクタ１０は、例えばガソリンエンジンの燃焼室に吸入される吸気に流体としての燃料を噴射する。なお、インジェクタ１０は、ガソリンエンジンの燃焼室に直接燃料を噴射する直噴式のガソリンエンジン、またはディーゼルエンジンなど他の形式のエンジンに適用してもよい。また、インジェクタ１０は、燃料に限らず、例えばインクなどの他の流体であってもよい。

インジェクタ１０は、収容パイプ１１を備えている。収容パイプ１１は、薄肉の筒状に形成されている。収容パイプ１１は、第一磁性部１２、非磁性部１３および第二磁性部１４を有している。非磁性部１３は、第一磁性部１２と第二磁性部１４との磁気的な短絡を防止している。収容パイプ１１は、一方の端部に燃料入口１５を有している。インジェクタ１０の燃料入口１５側の端部には、燃料フィルタ１６が設置されている。燃料フィルタ１６は、図示しない燃料レールを経由してインジェクタ１０に供給された燃料に含まれる異物を捕集する。

収容パイプ１１の燃料入口１５とは反対側、すなわち第一磁性部１２の内周側には弁ボディ２０が設置されている。弁ボディ２０は、略円筒状に形成され、第一磁性部１２の内周側に固定されている。弁ボディ２０は、図３に示すように先端に近づくにつれて内径が小さくなる円錐状の内壁面２１に弁座２２を有している。弁ボディ２０は、内壁面２１の収容パイプ１１とは反対側の端部に開口部２３を有している。弁ボディ２０の収容パイプ１１とは反対側の端部には、噴孔プレート２４が設けられている。噴孔プレート２４は、弁ボディ２０の開口部２３の外側を覆っている。噴孔プレート２４は、弁ボディ２０側の端面と弁ボディ２０とは反対側の端面とを接続する噴孔２５を有している。噴孔プレート２４の弁ボディ２０とは反対側すなわち噴孔プレート２４の外側は、スリーブ２６によって覆われている。

弁部材としてのニードル３０は、収容パイプ１１の第一磁性部１２および弁ボディ２０の内周側に軸方向へ往復移動可能に収容されている。ニードル３０は、収容パイプ１１および弁ボディ２０と概ね同軸上に配置されている。ニードル３０は、噴孔プレート２４側の端部近傍にシール部３１を有している。シール部３１は、弁ボディ２０に形成されている弁座２２に着座可能である。ニードル３０は、弁ボディ２０との間に燃料が流れる燃料通路３２を形成する。ニードル３０のシール部３１が弁座２２から離座することにより、燃料通路３２と噴孔２５とは開口部２３を経由して連通する。本実施形態の場合、ニードル３０は筒状に形成されている。そのため、ニードル３０は内部に燃料通路３３を形成している。ニードル３０は、燃料通路３２と燃料通路３３とを接続する燃料孔３４を有している。なお、ニードル３０は、筒状に限らず中実の柱状であってもよい。

インジェクタ１０は、図２に示すようにニードル３０を駆動する駆動部４０を有している。駆動部４０は、電磁駆動部である。駆動部４０は、コイル部４１、プレートハウジング４２、ホルダ４３、固定コア４４および可動コア４５を有している。プレートハウジング４２およびホルダ４３は、いずれも磁性材料から形成され、互いに磁気的に接続されている。プレートハウジング４２は、コイル部４１の外周側を覆っている。ホルダ４３は、収容パイプ１１の外周側に配置され、噴孔２５側からコイル部４１を保持している。コイル部４１、プレートハウジング４２、ホルダ４３および収容パイプ１１の外周側は、樹脂モールド４６によって覆われている。コイル部４１は、配線部材４７を経由してコネクタ４８に設置されているターミナル４９と電気的に接続している。

固定コア４４は、収容パイプ１１を挟んでコイル部４１の内周側に固定されている。固定コア４４は、例えば鉄などの磁性材料により略円筒状に形成されている。固定コア４４は、可動コア４５との間に所定の隙間を形成して設置される。この固定コア４４と可動コア４５との間の隙間は、ニードル３０のリフト量に対応する。

可動コア４５は、収容パイプ１１の内周側に収容されている。可動コア４５は、収容パイプ１１の内周側を軸方向へ往復移動可能である。可動コア４５は、噴孔２５とは反対側の端部が固定コア４４と対向している。可動コア４５は、例えば鉄などの磁性材料から略円筒状に形成されている。ニードル３０は、シール部３１とは反対側の端部が可動コア４５の内周側に固定されている。これにより、ニードル３０および可動コア４５は、一体となって軸方向へ往復移動する。

可動コア４５は、弾性部材としてのスプリング１７と接している。スプリング１７は、軸方向の一方の端部が可動コア４５と接し、他方の端部がアジャスティングパイプ１８と接している。アジャスティングパイプ１８は、例えば圧入などにより固定コア４４の内周側に固定されている。スプリング１７は、軸方向へ伸びる力を有している。そのため、一端がアジャスティングパイプ１８に固定されているスプリング１７は、他端側において一体の可動コア４５およびニードル３０を弁座２２側へ押し付ける。スプリング１７の荷重は、アジャスティングパイプ１８の固定コア４４への圧入量により調整される。コイル部４１に通電していないとき、一体の可動コア４５およびニードル３０は弁座２２側へ押し付けられる。これにより、シール部３１は、弁座２２に着座する。

次に、上記の構成のインジェクタ１０の作動を簡単に説明する。
コイル部４１に通電していないとき、固定コア４４と可動コア４５との間には磁気吸引力が発生しない。そのため、可動コア４５は、スプリング１７の押し付け力によって弁ボディ２０側へ移動している。これにより、可動コア４５と一体のニードル３０も弁ボディ２０側へ移動し、シール部３１は弁座２２に着座している。その結果、燃料通路３２と噴孔２５との間は遮断され、噴孔２５から燃料は噴射されない。

コイル部４１に通電すると、コイル部４１に発生した磁界により、プレートハウジング４２、第二磁性部１４、固定コア４４、可動コア４５、第一磁性部１２およびホルダ４３には磁束が流れる磁気回路が形成される。そのため、固定コア４４と可動コア４５との間には磁気吸引力が発生する。発生した磁気吸引力がスプリング１７の押し付け力よりも大きくなると、ニードル３０と一体の可動コア４５は固定コア４４側へ吸引される。これにより、ニードル３０のシール部３１は、弁ボディ２０の弁座２２から離座する。シール部３１が弁座２２から離座すると、燃料通路３２の燃料はシール部３１と弁座２２との間を経由して噴孔プレート２４が形成する噴孔２５へ流入する。その結果、噴孔２５から燃料が噴射される。

コイル部４１への通電を停止すると、固定コア４４と可動コア４５との間の磁気吸引力は消滅する。そのため、スプリング１７の押し付け力によって、可動コア４５およびニードル３０は弁ボディ２０側へ移動する。ニードル３０のシール部３１が弁ボディ２０の弁座２２に着座すると、噴孔２５からの燃料の噴射は停止される。

（噴孔プレートの製造の第１実施形態）
上述のインジェクタ１０に適用される噴孔プレート２４の製造方法の第１実施形態を図４に基づいて説明する。
噴孔プレート２４は、図４（Ａ）に示すように例えばステンレスなどの金属の母材からなる板部材５０によって形成される。図３（Ｂ）に示すように噴孔プレート２４は、複数の噴孔２５を有している。図４では、説明の簡単のため、一つの噴孔２５の形成について説明する。

準備された板部材５０は、図４（Ｂ）に示すようにプレスによって細孔５１が形成される。細孔５１は、板部材５０を板厚方向へパンチ５２で打ち抜くことにより形成される。パンチ５２は、板部材５０の一方の端面５３側から他方の端面５４側へ打ち込まれる。これにより、板部材５０には、端面５３側から端面５４側へ貫く細孔５１が形成される。この細孔５１は噴孔２５となる。ここで、パンチ５２は、端面５３から端面５４へ向けて打ち込まれる。そのため、端面５３は打ち込み方向において上流側の端面であり、端面５４は打ち込み方向において下流側の端面となる。噴孔プレート２４に複数の噴孔２５を形成する場合、複数のパンチ５２によって噴孔２５となる複数の細孔５１が形成される。細孔５１が形成されると、パンチ５２は打ち込み方向とは逆に端面５３側へ引き抜かれる。

パンチ５２を打ち込むことによって板部材５０に細孔５１を形成すると、下流側の端面５４にはバリ５５が形成される。バリ５５は、端面５４から突出したり、細孔５１の径方向内側へ突出して不規則に形成される。すなわち、バリ５５は、細孔５１を形成する板部材５０の内周面５６から細孔５１側へ突出して形成される。

パンチ５２が引き抜かれると、図４（Ｃ）に示すように端面５４側にレーザ光６０が照射される。レーザ光６０は、図１に示すように細孔５１と板部材５０との境界部となる板部材５０の内周面５６を跨いで照射される。すなわち、レーザ光６０は、板部材５０の内周面５６を跨いで板部材５０および細孔５１の双方に照射される。これにより、レーザ光６０は、図４（Ｃ）に示すように端面５４側に形成されるバリ５５に照射される。レーザ光６０は、図１に示すように細孔５１の径方向であるｘ方向、およびｘ方向に垂直なｙ方向へ移動しながら板部材５０に照射される。図１に示す場合、レーザ光６０は、まず図１のｙ方向へ移動しながら板部材５０に照射される。そして、ｙ方向において細孔５１の端部に到達すると、ｙ方向において初期位置側へ移動するとともにｘ方向へ移動する。このように、ｘ方向およびｙ方向へ移動しながらレーザ光６０を照射することにより、細孔５１を形成する板部材５０の内周面５６の全周にわたりレーザ光６０が照射される。

細孔５１を形成する板部材５０の内周面５６の全周にわたりレーザ光６０を照射することにより、端面５４に形成されたバリ５５は溶融あるいは気化する。そのため、図４（Ｄ）に示すように端面５４に形成されたバリ５５は除去される。レーザ光６０は、ｘ方向およびｙ方向の移動距離が照射範囲の内径よりも小さい。そのため、複数回照射されるレーザ光６０の照射範囲は、互いに重なっている。レーザ光６０を照射範囲が重なるように照射することにより、バリ５５にはレーザ光６０が複数回照射される。その結果、レーザ光６０の出力が低くても、端面５４に形成されたバリ５５は確実に除去される。

本実施形態の場合、レーザ光６０は端面５４側に照射される。すなわち、レーザ光６０は、パンチ５２の打ち込み方向において下流側の端面５４に照射される。上述のように、パンチ５２によって細孔５１を形成する場合、パンチ５２の打ち込み方向において下流側すなわち端面５４側に微小なバリ５５が形成されやすい。そこで、端面５４側にレーザ光６０を照射することにより、端面５４側に形成された微小なバリ５５は確実に除去される。

レーザ光６０の照射によるバリ５５の除去が完了すると、板部材５０の細孔５１の形成は終了する。レーザ光６０の照射により端面５４のバリ５５を除去することにより、細孔５１の端面５４側における端部の形状は安定する。
上述の手順によって細孔５１が形成された板部材５０は、例えばプレスなどにより所定の形状に打ち抜かれる。そして、打ち抜かれた板部材５０は、カップ状または板状の噴孔プレート２４として形成される。また、形成された細孔５１は噴孔２５として機能する。

以上説明したように、第１実施形態による噴孔プレート２４の製造方法では、レーザ光６０は細孔５１と板部材５０との境界部である板部材５０の内周面５６を跨いで照射される。これにより、端面５４側に形成されたバリ５５は、レーザ光６０の照射によって除去される。したがって、細孔５１を形成するために板部材５０を打ち抜くことによって形成された微小なバリ５５を確実に除去することができ、噴孔プレート２４の形状精度を高めることができる。また、噴孔プレート２４の各噴孔２５の形状、および噴孔プレート２４の個体間における噴孔２５の形状を均一化することができる。

また、第１実施形態では、レーザ光６０は互いに重なりながら細孔５１を形成する板部材５０の内周面５６の全周に照射される。そのため、形成された微小なバリ５５にはレーザ光６０が複数回照射される。その結果、レーザ光６０の出力が低くても、微小なバリ５５は確実に除去される。出力の低いレーザ光６０を照射することにより、板部材５０が加熱されたり、変質したりすることはない。したがって、レーザ光６０の照射による母材となる板部材５０への影響を低減することができる。

（噴孔プレートの製造の第２実施形態）
本発明の第２実施形態による噴孔プレート２４の製造方法を図５に基づいて説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第２実施形態では、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように母材となる板部材５０にパンチ５２によって細孔５１が形成される。板部材５０への細孔５１の形成は、第１実施形態と同一である。第２実施形態では、細孔５１が形成されると、図５（Ｃ）に示すようにパンチ５２の打ち込み方向において下流側の端面５４は例えばブラシや砥石などの研磨装置５７によって研磨される。研磨装置５７によって板部材５０を研磨することにより、端面５４側から端面５３とは反対側へ突出したバリ５５は除去される。また、比較的大きなバリ５５も研磨装置５７による研磨によって除去される。一方、研磨装置５７によって研磨しても、細孔５１の内周側へ突出するバリ５５および比較的小さなバリ５５は除去されにくい。また、研磨装置５７での研磨によって、端面５４側から端面５３とは反対側へ突出した微小なバリ５５が細孔５１内へ押し込まれる場合がある。

そこで、研磨装置５７による研磨が終了すると、図５（Ｄ）に示すように端面５４側にレーザ光６０が照射される。レーザ光６０は、第１実施形態と同様に内周面５６を跨ぎつつ内周面５６の全周に照射される。これにより、端面５４側の微小なバリ５５、および細孔５１内へ突出して形成された微小なバリ５５は除去される。

第２実施形態の場合、レーザ光６０は端面５４側に照射される。すなわち、レーザ光６０は、パンチ５２の打ち込み方向において下流側の端面５４であって研磨装置によって研磨される端面５４に照射される。上述のように、パンチ５２によって細孔５１を形成する場合、パンチ５２の打ち込み方向において下流側すなわち端面５４側に微小なバリ５５が形成されやすい。また、研磨装置５７で研磨しても、細孔５１内へ突出する微小なバリの除去は困難である。そこで、端面５４側にレーザ光６０を照射することにより、端面５４側に形成された微小なバリ５５は確実に除去される。

レーザ光６０の照射によるバリ５５の除去が完了すると、図５（Ｅ）に示すように細孔５１の形成は終了する。レーザ光６０の照射により端面５４のバリ５５を除去することにより、細孔５１の端面５４側における端部の形状は安定する。
第２実施形態では、研磨装置５７による研磨によって比較的大きなバリを除去した後、レーザ光６０の照射によって微小なバリを除去している。したがって、レーザ光６０の出力をより低減することができ、母材である板部材５０への影響をさらに低減することができる。また、研磨装置５７による研磨は、レーザ光６０の照射によるバリ５５の除去の予備的なものである。そのため、研磨の際に板部材５０に加わる力は低減され、研磨による板部材５０の形状の変化は低減される。したがって、噴孔プレート２４の形状精度を高めることができる。

（その他の実施形態）
上述の複数の実施形態では、図３に示すようにカップ状の噴孔プレート２４をインジェクタ１０に適用する例について説明した。しかし、図６に示すように板状の噴孔プレート７０をインジェクタ１０の弁ボディ２０に取り付ける構成としてもよい。

また、上述の複数の実施形態では、図１に示すようにレーザ光６０をｙ方向へ一列照射した後、ｘ方向へ移動して再び照射する例について説明した。しかし、以下に説明するように、細孔５１を形成する板部材５０の内周面５６を跨ぎ、かつ板部材５０の内周面５６の全周にレーザ光６０を照射するのであれば、レーザ光６０を照射する際の軌跡は任意に設定することができる。例えば、図７（Ａ）に示すように、レーザ光６０は、ｙ方向へ往復移動しつつｘ方向へ移動することにより、内周面５６の全周に照射してもよい。また、レーザ光６０は、図７（Ｂ）に示すように細孔５１を形成する板部材５０の内周面５６の円周上に沿って、内周面５６を跨ぎつつ照射してもよい。さらに、レーザ光６０は、図７（Ｃ）に示すように細孔５１を形成する内周面５６に沿って、内周面５６の内周側と外周側とを往復しながらジグザグ状に照射してもよい。

上述の複数の実施形態では、パンチ５２によって細孔５１が打ち抜かれた板部材５０において、打ち抜き方向の下流側の端面５４にレーザ光６０を照射する例について説明した。しかし、板部材５０の打ち抜き方向上流側の端面５３にレーザ光６０を照射してもよい。
また、上述の複数の実施形態では、流体噴射弁として燃料を噴射するインジェクタ１０を例に説明した。しかし、本発明による噴孔プレートの製造方法は、インジェクタ１０に限らず、例えばインクジェットプリンタのインクジェットノズルなど、流体を噴射する微細な噴孔を有する流体噴射弁に適用することができる。

以上説明したように、本発明は、上記実施形態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実施形態に適用可能である。

本発明の第１実施形態による噴孔プレートの製造方法において、細孔へのレーザ光の照射軌跡を示す模式図。 本発明の第１実施形態による噴孔プレートを適用したインジェクタの概略を示す断面図。 本発明の第１実施形態による噴孔プレートを適用したインジェクタの噴孔近傍を示す概略図であって、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線から噴孔プレートを見た図。 本発明の第１実施形態による噴孔プレートの製造方法の概略を示す断面図。 本発明の第２実施形態による噴孔プレートの製造方法の概略を示す断面図。 本発明のその他の実施形態による噴孔プレートを適用したインジェクタの噴孔近傍の概略を示す断面図。 本発明のその他の実施形態による噴孔プレートの製造方法において、細孔へのレーザ光の照射軌跡を示す模式図。

符号の説明

１０：インジェクタ（流体噴射弁）、２４、７０：噴孔プレート、２５：噴孔、５０：板部材、５１：細孔、５３：端面、５４：端面、５６：内周面、６０：レーザ光、７０：噴孔プレート

Claims (4)

1. 流体が流れる噴孔を有する流体噴射弁の噴孔プレートの製造方法であって、
   前記噴孔となる細孔が形成された板部材の板厚方向において少なくとも一方の端面に、前記細孔と前記板部材との境界となる前記板部材の内周面を跨ぐレーザ光を、前記内周面の全周に複数回に分けて照射する段階、
   を含む噴孔プレートの製造方法。
2. 複数回に分けて照射される前記レーザ光は、照射範囲が互いに重なっている請求項１記載の噴孔プレートの製造方法。
3. 前記レーザ光を照射する前に、前記板部材を板厚方向に打ち抜いて前記細孔を形成する段階を含み、
   前記レーザ光は、打ち抜かれた前記板部材の打ち抜き方向の下流側の端面に照射する請求項１または２記載の噴孔プレートの製造方法。
4. 前記レーザ光を照射する前に、前記板部材を板厚方向に打ち抜いて前記細孔を形成する段階と、
   前記板部材の打ち抜き方向の下流側の端面を研磨する段階を含み、
   前記レーザ光は、前記板部材の研磨された端面に照射する請求項１または２記載の噴孔プレートの製造方法。
   
   
   
   

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