JP2008133817A - 高圧燃料噴射管の接続頭部構造 - Google Patents

高圧燃料噴射管の接続頭部構造 Download PDF

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Abstract

【課題】 頭部成形時におけるポケット部の亀裂発生、およびキャビテーションエロージョンによる亀裂の発生、並びにポケットの形成に伴う引張応力の発生を防止し、疲労破壊に強い高圧燃料噴射管の提供。
【解決手段】 厚肉細径鋼管の接続端部に、球面状のシート面と、環状フランジ部と、前記シート面に連なる円錐面を有し、ワッシャーと締付ナットを組込んでなる高圧燃料噴射管において、ｔ（肉厚）／Ｄ（外径）＜０．３の管材の場合は、接続頭部端末から環状フランジ部背面までの軸方向距離が０．３８Ｄ〜０．６Ｄ、シート面の球体半径が０．４５Ｄ〜０．６５Ｄ、環状フランジ部外径が１．２Ｄ〜１．４Ｄであって、該頭部内周面が略フラットな円筒状面あるいはコーン状面を有する接続頭部となし、ｔ（肉厚）／Ｄ（外径）≧０．３の管材の場合は、接続頭部端末から環状フランジ部背面までの軸方向距離が０．３８Ｄ〜０．７Ｄであることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばディーゼル内燃機関における燃料の供給路などとして配設多用される、比較的細径からなる厚肉鋼管による高圧燃料噴射管の接続頭部構造に関する。
従来、この種の接続頭部を有する高圧燃料噴射管としては、図１７に例示するように、比較的細径からなる厚肉鋼管１１１の接続端部に、球面状のシート面１１３と、該シート面１１３から軸芯方向に間隔をおいて設けた環状フランジ部１１５と、前記シート面１１３に連なって前記環状フランジ部１１５まで先端に向って先細りとなる円弧面１１４とから形成された接続頭部１１２を有するものが知られている（特許文献１の図４参照）。この種の接続頭部１１２は、外方からのパンチ部材による軸芯方向への押圧による挫屈加工によって成形されるのに関連して、該押圧による挫屈加工に伴う周壁の外側への拡がりによって、該頭部内周面に内径の大径化および応力集中により内表面の引張り応力の上昇したポケット（環状凹部）１１６を生ぜしめて構成され、かかる状態で使用に供されてきたが、配設使用時の高圧流体に起因して該ポケット部付近にキャビテーションエロージョンを生じたり、該接続頭部にポケットを起点に疲労破壊による径方向の亀裂が放射状に生じたり、ポケットの周囲に疲労破壊による円周方向の亀裂が生じるという問題があった。
かかる対策として、本出願人は、例えば比較的細径からなる厚肉鋼管の接続端部に、球面状のシート面と、該シート面から軸芯方向に間隔をおいて設けた環状フランジ部と、前記シート面に連なって前記環状フランジ部まで先端に向って先細りとなる円錐面とから形成された接続頭部を有する高圧燃料噴射管において、前記円錐面の一部に深さの浅い環状の湾曲凹溝を設けることによって、該接続頭部の成形に伴って生ずる該頭部内側のポケットを深さが浅くかつなだらかとする方法（特許文献１の図１参照）や、外側周面を相手座部への截頭円錐状、もしくは截頭円弧状のシート面とする接続頭部の成形に伴って生ずる該頭部内側のポケットを、該頭部内側に嵌着する金属製円筒部材で被覆する方法（特許文献２）等を先に提案した。
特開２００３−３３６５６０号公報 特開２００５−１８０２１８号公報
本発明は、頭部成形時における前記ポケットの形成に伴う当該ポケットの谷部の亀裂発生、および配設使用時の高圧流体の流れに起因して該ポケット部付近に発生するキャビテーションエロージョンによる亀裂の発生、並びに前記頭部成形時におけるポケットの形成に伴う内径の大径化および応力集中により内表面の引張応力の上昇現象の発生を防止する手段として、前記の先に提案した技術とほぼ同等あるいはそれ以上の効果が得られる高圧燃料噴射管の接続頭部構造を提案することを目的とするものである。
本発明に係る高圧燃料噴射管の接続頭部構造は、比較的細径からなる厚肉細径鋼管の接続端部に、球面状のシート面と、該シート面から軸芯方向に間隔をおいて形成された環状フランジ部と、前記シート面に連なって前記環状フランジ部または該環状フランジ部付近まで先端に向かって先細りとなる略球面に近い円錐面を有し、前記環状フランジ部の背面を直接もしくは間接に係合する締付ナットを組込んでなる高圧燃料噴射管の接続頭部において、ｔ（肉厚）／Ｄ（外径）＜０．３の厚肉細径鋼管の場合に、接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１が０．３８Ｄ〜０．６Ｄ、前記シート面の球体半径Ｒが０．４５Ｄ〜０．６５Ｄ、前記環状フランジ部外径Ｄ１が１．２Ｄ〜１．４Ｄであって、該頭部内周面が当該鋼管の内周面の径に近い管軸方向断面の輪郭が略フラットな円筒状面および／またはコーン状面を有する接続頭部であることを特徴とするものである。
また本発明は、高圧燃料噴射管の接続頭部構造として、比較的細径からなる厚肉細径鋼管の接続端部に、球面状のシート面と、該シート面から軸芯方向に間隔をおいて形成された環状フランジ部と、前記シート面に連なって前記環状フランジ部または該環状フランジ部付近まで先端に向かって先細りとなる略球面に近い円錐面を有し、前記環状フランジ部の背面を直接もしくは間接に係合する締付ナットを組込んでなる高圧燃料噴射管の接続頭部構造において、ｔ（肉厚）／Ｄ（外径）≧０．３の厚肉細径鋼管の場合に、接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１が０．３８Ｄ〜０．７Ｄ、前記シート面の球体半径Ｒが０．４５Ｄ〜０．６５Ｄ、前記環状フランジ部外径Ｄ１が１．２Ｄ〜１．４Ｄであって、該頭部内周面が当該鋼管の内周面の径に近い管軸方向断面の輪郭が略フラットな円筒状面および／またはコーン状面を有する接続頭部であることを特徴とするものである。
さらに本発明は、前記接続頭部の、前記球面状のシート面に連なって前記環状フランジ部または該環状フランジ部付近まで先端に向かって先細りとなる円錐面（押圧座面）の頂角の角度θが５０〜６０度、該円錐面の最大径Ｄ３が１．０３Ｄ〜１．０９Ｄであり、かつ前記円錐面の最大径部分と前記環状フランジ部が円錐面、または輪郭が凸状または凹状の円錐面、あるいは円筒状面で連なっていることを特徴とするものである。
本発明の前記接続頭部における前記環状フランジ部は、シート面を構成する球面の最大径より管径方向外方に突出した環状に形成されていることが望ましく、また、前記環状フランジ部の首下部に円筒状もしくはフランジ付き円筒状のワッシャーを密嵌もしくは遊嵌してもよい。さらに、前記環状フランジ部の背面側には、当該背面に連なって、前記ワッシャーの長さに相当する長さにわたり、管外径が１．０２Ｄ〜１．０８Ｄの大径部と、該大径部に連なって管軸方向に滑らかに外径が縮径するテーパー部を設けてもよい。前記ワッシャーの長さとしては、０．５Ｄ〜２．０Ｄが好ましい。また、前記ワッシャーの前記締付ナット当接面を、球半径が１．０Ｄ〜２．５Ｄの球面としてもよく、さらに、前記締付ナットのワッシャー当接面を、頂角θ１が９０〜１５０度の円錐面としてもよい。
また、本発明における前記コーン状面は、前記厚肉細径鋼管の内径をＤｉｎとした場合に、前記接続頭部内面が、接続頭部開口部径ＤT が１．２Ｄｉｎ〜１．６Ｄｉｎ、当該コーン状面のテーパー深さＬTが０．６５Ｌ１〜１．３Ｌ１のコーン状となしていることが好ましい。さらに、前記環状フランジ部の背面が管軸に対し垂直な面もしくは管軸の後方に縮径する円錐面となしていることが好ましく、かつ前記環状フランジ部背面の円錐面の頂角θ２としては７５〜１２０度が好ましい。
またさらに、本発明は前記シート面の球体半径Ｒが０．５７Ｄ〜０．６５Ｄの場合には、前記接続頭部の内径部が前記コーン状となしていることが好ましく、また、前記環状フランジ部の背面が円錐面となしている場合には、前記接続頭部の内径部が前記コーン状となしていることが好ましく、さらに、前記厚肉細径鋼管の内径Ｄｉｎが０．４Ｄ〜０．６３Ｄの場合には、前記接続頭部の内径部が前記コーン状となしていることが好ましい。
なお、本発明に係る高圧燃料噴射管の接続頭部構造の前記シート面には軟質層を設けてもよく、また、前記軟質層は脱炭層であることが望ましい。さらに、頭部開口部はテーパー面取りもしくはＲ面取りされたラッパ状となしていることが好ましい。
本発明に係る高圧燃料噴射管の接続頭部構造は、該接続頭部内周面が当該鋼管の内周面に近い管軸方向断面の輪郭が略フラットな面を有することから、該接続頭部の内側に塑性加工により発生するポケット（環状凹部）がほとんど存在しないため、該頭部成形時におけるポケット部の谷部の亀裂の発生、および該頭部内での流体圧によるキャビテーションエロージョンによる亀裂の発生の憂い、並びに前記頭部成形時における該ポケットの形成に伴う内径の大径化および応力集中による内表面の引張応力の上昇現象をなくし、かつ接続頭部内周面が疲労破壊の起点となる可能性を大幅に減少させることができる。
また、接続頭部の円錐面の頂角の角度と最大径を大きくすることで、締結時の双方のシート面の幅が大きくなることにより、最大接触面圧が高くなることを防止して双方のシート面の変形を小さくすることができ、締結解除時の相手シート面の残留変形量を小さくすることができる。
さらに本発明の接続頭部構造は、高圧燃料噴射管の肉厚が比較的薄く、接続頭部シート面の球体が比較的大きい場合（例えば管内径Ｄｉｎが０．４Ｄ〜０．６３Ｄ、シート面の球体半径Ｒが０．５７Ｄ〜０．６５Ｄの場合）、接続頭部の内径部をコーン状とすることで、当該接続頭部を構成する空間のボリューム（体積）が増大することにより鋼材のボリュームが減少し、頭部成形時に芯金を積極的に内面に当接させることで座屈が少なくなりポケットをさらに小さくできる。さらにまた、例えば管内径Ｄｉｎが０．４Ｄ〜０．６３Ｄの範囲で環状フランジ部背面が円錐状であっても、ポケットをさらに小さくできる。またさらに、上記範囲外の、例えば管内径Ｄｉｎが０．４Ｄ未満、あるいはシート面の球体半径Ｒが０．５７Ｄ未満であっても、接続頭部の内径部をコーン状とすることでポケットをさらに小さくあるいはなくすことができる効果が得られる。
なお、本発明では、シート面に軟質層を設けることにより、コモンレール等の相手部品継ぎ手部のシール面（シート面）の塑性変形量を減じ、繰返し締結における高いシール性が得られる。さらに、本発明の接続頭部は、該頭部端末から環状フランジ部までの距離が比較的短縮されているため、球面状シート部の剛性が増して締結に伴う頭部開口部の狭塞等の永久変形を防止できると共に、相手部品継ぎ手部の受圧座面に対する座りも安定し、超高圧燃料流の繰返し加圧やディーゼル内燃機関等の振動に対しても燃料の洩れよる飛散や接続部の離脱の発生も防止され、前記ポケットがほとんど存在しないことによる燃料の流れの円滑化作用と相俟ってより正確な燃料噴射が可能となる。
本発明の接続頭部構造において、ｔ（肉厚）／Ｄ（外径）＜０．３の厚肉細径鋼管の場合に、接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１を０．３８Ｄ〜０．６Ｄと限定したのは、０．３８Ｄ未満では頭部を形成できず、他方、０．６Ｄを超えると、ポケットが発生するとともに該ポケットが次第に大きくなるためである。また、前記シート面の球体半径Ｒを０．４５Ｄ〜０．６５Ｄとしたのは、０．４５Ｄ未満では頭部を形成できず、他方、０．６５Ｄを超えると、ポケットが発生するとともに該ポケットが次第に大きくなるためである。さらに、前記環状フランジ部外径Ｄ１を１．２Ｄ〜１．４Ｄとしたのは、１．２Ｄ未満では相手部品と締結する際、高い軸力を伝達するめの広い押圧面積か確保できず、他方、１．４Ｄを超えるとポケットが発生するとともに該ポケットが次第に大きくなるためである。
さらにまた、本発明の接続頭部構造において、ｔ（肉厚）／Ｄ（外径）≧０．３の厚肉細径鋼管の場合に、接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１を０．３８Ｄ〜０．７Ｄと限定したのは、０．３８Ｄ未満では頭部を形成できず、他方、０．７Ｄを超えると、ポケットが発生するとともに該ポケットが次第に大きくなるためである。なお、前記シート面の球体半径Ｒおよび前記環状フランジ部外径Ｄ１の数値限定理由については、前記ｔ（肉厚）／Ｄ（外径）＜０．３の厚肉細径鋼管の場合と同様であるため省略する。
また、本発明において、球面状のシート面に連なって前記環状フランジ部または該環状フランジ部付近まで先端に向かって先細りとなる円錐面の頂角の角度θを５０〜６０度と限定したのは、以下に記載する理由による。
本発明の高圧燃料噴射管の接続頭部構造においては、噴射管側が相手部品より材質的に硬度の高いまたは相手部品の硬度に近い材料である場合、端末締付け時に接続頭部のシート面により相手シート面が塑性変形して当該シート面に圧痕（凹部）が生じることが危惧される。このため、本発明は接続頭部の円錐面の頂角の角度を適正に設定するという技術的手段を採用したのである。すなわち、接続頭部の円錐面の頂角の角度を大きくすることで、噴射管締結時に生じる相手シート面（受圧座面）との接触面の幅が大きくなることにより、最大接触面圧が高くなることを防止して相手シート面の変形（当り深さ）を小さくすることができ、相手シート面の残留変形量を小さくすることができることを知見し、その円錐面の頂角の適正な角度として５０〜６０度を見出した。ここで、円錐面の頂角の角度θが５０度未満では、相手シート面との接触面を大きくする効果が十分に得られず、相手シート面が変形しくぼみ（凹部）が生じ、他方、円錐面の頂角の角度θが６０度を超えると通常は頂角６０度の円錐面である相手シート面の頂角の角度より大きくなり組付けが不可となる。
なお、本発明において噴射管側の円錐面の頂角の角度θを５０〜６０度に限定したのは、噴射管側が相手部品より材質的に硬度の高いまたは相手部品の硬度に近い材料である場合を考慮したことによるが、相手部品側の硬度が噴射管側より高い場合には、噴射管側の円錐面の頂角の角度はポケットがより形成され難い２５〜４０度程度でも十分使用可能である。
さらに、本発明において、前記円錐面の最大径Ｄ３を１．０３Ｄ〜１．０９Ｄと限定したのは、１．０３Ｄ未満では、端末締付け時に該円錐面の最大径部のエッジが相手シート面に当たり、その部分の接触面圧が高くなり相手シート面（受圧座面）の変形が大きくなり、他方、１．０９Ｄを超えると該接続頭部の外側のボリュームが大きくなり過ぎて、該接続頭部の内面に皺等ができることが危惧されるためである。
さらにまた、前記ワッシャーの長さを０．５Ｄ〜２．０Ｄとしたのは、０．５Ｄ未満では該ワッシャーの高圧燃料噴射管への組付け作業性が悪化し、他方、２．０Ｄを超えるとナットの全長が長くなりレイアウト性が悪くなり、かつ重くコストアップにつながるためである
なお、本発明における厚肉細径鋼管の鋼種としては、ステンレス鋼管、トリップ鋼鋼管、炭素鋼鋼管等が好適である。
本発明の接続頭部構造において、前記環状フランジ部を、シート面を構成する球面の最大径より管径方向外方に突出した環状に形成することとしたのは、相手部品と締結する際、高い軸力を伝達するため広い押圧面積を確保するためである。
さらに、前記ワッシャーの締付ナット当接面を球面となし、該球半径を１．０Ｄ〜２．５Ｄと限定したのは、１．０Ｄ未満ではナットとの当接部がワッシャーの内径付近となってワッシャーを内径側に変形させて管表面に食い込みを生じることが危惧され、他方、２．５Ｄを超えるとナットとの当接部がワッシャーの外周付近となってワッシャー外周端部を外径側に変形させてナット内周面に当接することが危惧されるためである。
さらにまた、前記締付ナットのワッシャー当接面を円錐面となし、該円錐面の頂角θ１を９０〜１５０度と限定したのは、９０度未満ではワッシャーとの当接部が該ワッシャーの外周付近となってナットの内周面を外径側に変形させて軸力を低下させることが危惧され、他方、１５０度を超えるとワッシャーとの当接部が該ワッシャーの内径付近となってワッシャーを内径側に変形させて管表面に食い込みを生じることが危惧されるためである。
また、本発明の接続頭部構造において、前記コーン状面の形成条件として、前記厚肉細径鋼管の内径をＤｉｎとした場合に、前記接続頭部の内面に、接続頭部開口部径ＤT を１．２Ｄｉｎ〜１．６Ｄｉｎ、当該コーン状面のテーパー深さＬTを０．６５Ｌ１〜１．３Ｌ１としたのは、以下に示す理由による。
接続頭部開口部径ＤT が１．２Ｄｉｎ未満では接続頭部を構成する空間が小さく鋼材のボリュームを多く必要としてポケットが小さくなり難く、他方、１．６Ｄｉｎを超えると接続頭部先端部の肉厚が非常に薄くなり幾何形状的に成立しなくなると共に相手部品との締結時に接続頭部の先端部が変形し易くなるためである。
また、テーパー深さＬT が０．６５Ｌ１未満では接続頭部先端部の空間のボリュームを大きくし、鋼材のボリュームを小さくする効果が十分に得られず、他方、１．３Ｌ１を超えると成形型の芯金とチャックで挟まれた肉厚が元の肉厚より小さくなり加工が困難となると共に耐振動曲げ疲労性が低下するためである。
なお、本発明において頭部開口部をラッパ状としたのは、管内への燃料の流入抵抗を減らして圧力損失を減少させるためである。
［実施例］
図１は本発明に係る高圧燃料噴射管の接続頭部構造の第１実施例を示す縦断側面図、図２は同じく接続頭部構造の第２実施例を示す縦断側面図、図３は図２に示す第２実施例のシート面部を拡大して示す縦断側面図、図４は同じく接続頭部構造の第３実施例の要部を拡大して示す縦断側面図、図５は同じく接続頭部構造の第４実施例の要部を拡大して示す縦断側面図、図６は同じく接続頭部構造の第５実施例の要部を拡大して示す縦断側面図、図７は同じく接続頭部構造の第６実施例の要部を拡大して示す縦断側面図、図８は本発明の実施例における相手シート面の変形量（当り深さｈ）の説明図、図９は図１に示す接続頭部にワッシャー（スリーブワッシャー）を嵌合した状態を示す側面図、図１０は同上ワッシャーとナットの当接係合部を拡大して示す縦断面図、図１１は同じく本発明に係る高圧燃料噴射管の接続頭部構造の第７実施例を示す縦断側面図、図１２は同じく接続頭部構造の第８実施例を示す縦断側面図、図１３は同じく接続頭部構造の第９実施例を示す縦断側面図、図１４は同じく接続頭部構造の第１０実施例を示す縦断側面図、図１５は図１に示す接続頭部の成形方法に係る加工工程の一例を示す縦断面による説明図、図１６は同じく図１に示す接続頭部の成形方法に係る加工工程の他の例を示す縦断面による説明図であり、１は厚肉細径鋼管、２は接続頭部、２ａはコーン状面、３は球面状のシート面（押圧座面）、４、４ａ、４ｂ、４ｃは略円錐面、４ｄは円筒状面、５は環状フランジ部、５ａは円錐状面（テーパー面）となした背面、６は相手部品、６ａはシート面（受圧座面）、７は頭部開口部、８はワッシャー（スリーブワッシャー）、９は締付ナット、１０、１０´はチャック、１１はパンチ部材である。
厚肉細径鋼管１は、予め定寸に切断されたステンレス鋼、トリップ鋼、高圧配管用炭素鋼、合金鋼等の鋼材よりなる管径Ｄが６ｍｍ乃至１０ｍｍ、肉厚ｔが１．２５ｍｍ乃至３．５ｍｍ程度の比較的細径厚肉管からなる。
図１に示す第１実施例の高圧燃料噴射管の接続頭部構造は、厚肉細径鋼管１の接続端部に、外側周面を相手座部への球面状のシート面３と、該シート３面から軸芯方向に間隔をおいて設けた環状フランジ部５と、前記シート面３に連なって前記環状フランジ部５まで先端に向って先細りとなる管軸方向断面の輪郭が曲線または直線状の円錐面４と、ラッパ状となした頭部開口部７とから構成され、かつ該厚肉鋼管１の内部に当該鋼管の内周面の径に近い管軸方向断面の輪郭が略フラットな円筒面を有することからポケットがほとんど存在しない接続頭部２を有する。なお、前記シート面３には軟質層（脱炭層）を設けることができる。
上記の接続頭部２において、接続頭部端末から前記環状フランジ部５背面までの軸方向距離Ｌ１は、厚肉細径鋼管１のｔ／Ｄが０．３未満であれば０．３８Ｄ〜０．６Ｄ、厚肉細径鋼管１のｔ／Ｄが０．３以上であれば０．３８〜０．７Ｄ、前記シート面３の球体半径Ｒは０．４５Ｄ〜０．６５Ｄ、前記環状フランジ部５の外径Ｄ１は１．２Ｄ〜１．４Ｄである。ここで、前記シート面３の球体中心位置Ｐは、環状フランジ部５の管先端側位置より管軸方向に非管先端側に位置している。
図２、図３に示す第２実施例の高圧燃料噴射管の接続頭部構造は、外側周面を相手座部への球面状のシート面３と、該シート面３から軸芯方向に間隔をおいて設けた環状フランジ部５と、前記球面状のシート面３に連なって前記環状フランジ部側に頂角の角度θが５０〜６０度であって、最大径Ｄ３が１．０３Ｄ〜１．０９Ｄの円錐面４と、該円錐面４の最大径部分に連なって前記環状フランジ部５間に形成された円筒状面４ｄと、ラッパ状となした頭部開口部７とから構成され、かつ該厚肉鋼管１の内部に当該鋼管の内周面の径に近い管軸方向断面の輪郭が略フラットな面を有することからポケットがほとんど存在しない接続頭部２を有する。
なお、この接続頭部の場合も、接続頭部端末から前記環状フランジ部５背面までの軸方向距離Ｌ１、前記シート面３の球体半径Ｒおよびシート面３の球体中心位置は、前記図１に示すものと同じである。図中、６は相手部品、６ａは相手部品６のシート面である。
図４に示す第３実施例の高圧燃料噴射管の接続頭部構造は、前記図２、図３に示すものと同様、外側周面を相手座部への球面状のシート面３と、該シート面３から軸芯方向に間隔をおいて設けた環状フランジ部５と、前記球面状のシート面３に連なって前記環状フランジ部側に頂角の角度θが５０〜６０度であって、最大径Ｄ３が１．０３Ｄ〜１．０９Ｄの円錐面４と、該円錐面４の最大径Ｄ３部分に連なって前記環状フランジ部５間に形成された円錐面４ａとから構成されたものである。
なお、この接続頭部の場合も、接続頭部端末から前記環状フランジ部５背面までの軸方向距離Ｌ１、前記シート面３の球体半径Ｒおよびシート面３の球体中心位置は、前記図１に示すものと同じである。
図５に示す第４実施例の高圧燃料噴射管の接続頭部構造は、前記図４に示すものと同様、外側周面を相手座部への球面状のシート面３と、該シート面３から軸芯方向に間隔をおいて設けた環状フランジ部５と、前記球面状のシート面３に連なって前記環状フランジ部側に頂角の角度θが５０〜６０度であって、最大径Ｄ３が１．０３Ｄ〜１．０９Ｄの円錐面４と、該円錐面４の最大径Ｄ３部分に連なって前記環状フランジ部５間に形成された円筒状面４ｄとから構成されたものである。
なお、この接続頭部の場合も、接続頭部端末から前記環状フランジ部５背面までの軸方向距離Ｌ１、前記シート面３の球体半径Ｒおよびシート面３の球体中心位置は、前記図１に示すものと同じである。
図６に示す第５実施例の高圧燃料噴射管の接続頭部構造は、外側周面を相手座部への球面状のシート面３と、該シート面３から軸芯方向に間隔をおいて設けた環状フランジ部５と、前記球面状のシート面３に連なって前記環状フランジ部側に頂角の角度θが５０〜６０度であって、最大径Ｄ３が１．０３Ｄ〜１．０９Ｄの円錐面４と、該円錐面４の最大径Ｄ３部分に連なって前記環状フランジ部５間に形成された半径Ｒ１で管軸方向断面輪郭がほぼ円弧状で凹状の円錐面４ｂとから構成されたものである。
なお、この接続頭部の場合も、接続頭部端末から前記環状フランジ部５背面までの軸方向距離Ｌ１、前記シート面３の球体半径Ｒおよびシート面３の球体中心位置は、前記図１に示すものと同じである。
図７に示す第６実施例の高圧燃料噴射管の接続頭部構造は、外側周面を相手座部への球面状のシート面３と、該シート面３から軸芯方向に間隔をおいて設けた環状フランジ部５と、前記球面状のシート面３に連なって前記環状フランジ部側に略球面に近くかつ角度θが５０〜６０度であって、最大径Ｄ３が１．０３Ｄ〜１０．９Ｄの円錐面４と、該円錐面４の最大径Ｄ３部分に連なって前記環状フランジ部５間に形成された半径Ｒ２のほぼ円弧に近い管軸方向断面輪郭が凸状の円錐面４ｃとから構成されたものである。
なお、この接続頭部の場合も、接続頭部端末から前記環状フランジ部５背面までの軸方向距離Ｌ１、前記シート面３の球体半径Ｒおよびシート面３の球体中心位置は、前記図１に示すものと同じである。
前記図１に示す高圧燃料噴射管の接続頭部構造の場合は、前記したごとく該噴射管の硬度が相手部品より高いかまたは相手部品の硬度に近い場合には、図８に示すごとく締付けトルクが高くなるほど相手部品６のシート面６ａ（受圧座面）に接続頭部のシート面３が食い込んで双方が変形し相手シート面６ａに当り深さｈで示す圧痕６ａ′が生じるおそれがある。しかしながら、図２〜図７に示す高圧燃料噴射管の接続頭部構造の場合は、接続頭部の円錐面４の角度が大きいことにより締結時の接触面の幅が大きくなるので、噴射管の硬度が相手部品６より高いかまたは相手部品の硬度に近くても相手シート面６ａに生じる圧痕６ａ′の深さｈを改善することが可能となり、相手シート面の残留変形量を小さくすることが可能となる。
また、図９、図１０に示す本発明におけるワッシャー８は、環状フランジ部５の首下部にかしめ等の手段により密嵌、あるいは遊嵌されている。このワッシャー８の締付ナット９当接面８−１は球面となし、該球半径Ｒ２は１．０Ｄ〜２．５Ｄである。さらに、前記締付ナット９のワッシャー８当接面９−１は円錐面となし、該円錐の頂角θ１は９０〜１５０度である。
なお、環状フランジ部５の首下部に密嵌もしくは遊嵌されるワッシャーとしては、円筒状のもの以外に、頭部先端側あるいは後端側にフランジを有する円筒状のワッシャー等もある。頭部の後端側にフランジを有する円筒状のワッシャーの場合も締付ナット当接面は球面となす。また、前記の後端側にフランジを有する円筒状のワッシャーの場合、締付ナット９との当接面は管軸に垂直な平坦面や管軸の後方へ縮径するテーパー面、あるいは凸状の球面であってもよい。
図１１に示す第７実施例の高圧燃料噴射管の接続頭部２は、前記環状フランジ部５の背面に連なって、前記ワッシャー８の長さにほぼ相当する長さにわたり、管外径Ｄ２が１．０２Ｄ〜１．０８Ｄの大径部２−１を有し、かつ該大径部２−１に連なって管軸方向に滑らかに外径が縮径するテーパー部２−２を有する。
また、図１２に示す第８実施例は、管肉厚が比較的薄く（内径Ｄｉｎが例えば０．４Ｄ〜０．６３Ｄ）、先端シート面の球体が比較的大きい（シート面の球体半径Ｒが例えば０．５７Ｄ〜０．６５Ｄ）高圧燃料噴射管の接続頭部２を例示した場合で、この接続頭部２は、厚肉細径鋼管１の内径をＤｉｎとした場合に、該接続頭部の内面に、該接続頭部開口部径ＤT が１．２Ｄｉｎ〜１．６Ｄｉｎ、コーン状面のテーパー深さＬTが０．６５Ｌ１〜１．３Ｌ１のコーン状面２ａを形成したものである。このように接続頭部２の内径部にコーン状面２ａを設けることにより当該接続頭部を構成する空間のボリューム（体積）を増大させて鋼材のボリュームを減らすことができ、後述する芯金を採用する頭部成形方法による頭部成形時に前記芯金を積極的に頭部内面に当接させることにより座屈が少なくなるとともに、ポケットをなくしあるいは可及的に小さくすることができる。
さらに、図１３に示す第９実施例は、前記図１２に示す第８実施例に示す高圧燃料噴射管と同様、管肉厚が比較的薄い厚肉細径鋼管（内径Ｄｉｎが例えば０．４Ｄ〜０．６３Ｄ）１であって、前記接続頭部の内面に、該接続頭部２の開口部径ＤT が１．２Ｄｉｎ〜１．６Ｄｉｎ、コーン状面のテーパー深さＬTが０．６５Ｌ１〜１．３Ｌ１のコーン状面２ａを形成し、かつ環状フランジ部５の背面５ａが管軸の後方に縮径する円錐面（テーパー面）となしたものである。この管内径Ｄｉｎが例えば０．４Ｄ〜０．６３Ｄの範囲での環状フランジ部５の背面５ａが円錐面となした接続頭部２の場合も、内径部がコーン状となすことにより当該接続頭部を構成する空間のボリューム（体積）を増大させて鋼材のボリュームを減らすことができるので、頭部内面にできるポケットをなくしあるいは可及的に小さくすることができる。なお、本実施例の接続頭部構造におけるＬ１は、図示のように接続頭部端末から環状フランジ部５の背面側端部間での軸方向距離である。
前記図１２、図１３に示す実施例はそれぞれ、コーン状面のテーパー深さＬT が１．３Ｌ１の、深さが環状フランジ部５背面までの軸方向距離Ｌ１より長いコーン状面２ａを形成した接続頭部を示したものであるが、図１４に示す第１０実施例は、コーン状面のテーパー深さＬTが０．７Ｌ１の、深さが環状フランジ部５背面までの軸方向距離Ｌ１より短いコーン状面２ａを形成した接続頭部を示したものである。この接続頭部２の場合も、内径部がコーン状となすことにより当該接続頭部を構成する空間のボリューム（体積）を増大させて鋼材のボリュームを減らすことができるので、頭部内面にできるポケットをなくしあるいは可及的に小さくすることができる。
次に、本発明に係る図１に示す高圧燃料噴射管の接続頭部２の頭部成形方法を図１５、図１６に基づいて説明する。
本発明では接続頭部２の加工代Ｌを設けてチャック１０、１０´にてチャックし、そのパンチ部材１１として、接続頭部２の球面状のシート面３、円錐面４、環状フランジ部５、ワッシャー８、接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１、環状フランジ部外径Ｄ１、シート面３の球体半径Ｒのそれぞれに対応する球面１１−１、円錐面１１−２、フラット部１１−３、芯金１１−４を形成したものを用いる。
図１５に示す頭部成形方法の場合、成形に際しては、規定の製品長さに切断されかつ開口端部を面取り加工した厚肉細径鋼管１の端部に、予め先端側に接続頭部の頭部加工代Ｌを残して短寸筒状のワッシャー８を組込み、しかる後当該鋼管１をチャック１０に保持した状態で当該鋼管１の先端部を前記パンチ部材１１により軸芯方向へ押圧する。この押圧により厚肉鋼管１の頭部加工代の部分が塑性流動し、厚肉鋼管１の先端部に、外側周面を相手座部への球面状のシート面３と、該シート３面から軸芯方向に間隔をおいて設けた環状フランジ部５と、前記シート面に連なって前記環状フランジ部５まで先端に向って先細りとなる円錐面４と、ラッパ状となした頭部開口部７とから構成され、かつ該頭部内周面が当該鋼管の内周面に近い略フラットな面を有し、さらに該頭部内周付近に圧縮残留応力を有する接続頭部２が得られる。この方法の場合は、予め先端側に接続頭部の頭部加工代Ｌを残してワッシャー８を組込み、しかる後に端部付近をチャック１０に保持した状態でプレス成形するので、前記ワッシャー８は頭部首下部に圧嵌されるが、ワッシャー８をチャック１０から離して当該鋼管に遊嵌せしめた状態でプレス成形した後、該頭部首下部に該ワッシャー８を嵌着してもよい。このワッシャー８を遊嵌せしめた状態で接続頭部を成形する方法としては、図１６にその一例を示すように規定の製品長さに切断されかつ開口端部を面取り加工した厚肉細径鋼管１に前記ワッシャー８をチャック１０´から離して当該鋼管に遊嵌せしめた状態で頭部加工代Ｌを残してチャック１０´に保持し、この状態で当該鋼管１の先端部をパンチ部材１１により軸芯方向へ押圧する。この押圧により前記と同様、厚肉鋼管１の頭部加工代Ｌの部分が塑性流動し、厚肉鋼管１の先端部に、外側周面を相手座部への球面状のシート面３と、該シート３面から軸芯方向に間隔をおいて設けた環状フランジ部５と、前記シート面に連なって前記環状フランジ部５まで先端に向って先細りとなる円錐面４と、ラッパ状となした頭部開口部７とから構成され、かつ該頭部内周面が当該鋼管の内周面に近い略フラットな面を有し、さらに該頭部内周付近に圧縮残留応力を有する接続頭部２が得られる。この方法の場合は、プレス成形後にワッシャー８を頭部首下部に移動させて嵌着する。
なお、図１１に示す大径部２−１とテーパー部２−２を有する接続頭部を成形する場合は、該大径部２−１とテーパー部２−２のサイズに応じたチャック１０、１０´を用いることはいうまでもない。また、接続頭部開口端部がラッパ状やＣ面、Ｒ面となした高圧燃料噴射管、あるいは内径部がコーン状となした高圧燃料噴射管の接続頭部の場合は、前記図１２に示す頭部成形方法におけるパンチ部材１１の芯金１１−４部の付け根部をテーパー状に大径としたものを用いて成形することができる（特公昭５５−３５２２０号の第１２図／第１３図／第１４図／第１５図参照）。
すなわち、前記本発明の成形方法によれば、接続頭部２の端末から前記環状フランジ部５背面までの軸方向距離Ｌ１は厚肉細径鋼管のｔ／Ｄが０．３未満であれば０．３８Ｄ〜０．６Ｄ、同じくｔ／Ｄが０．３以上であれば０．３８〜０．７Ｄ、前記シート面３の球体半径Ｒは０．４５Ｄ〜０．６５Ｄ、前記環状フランジ部５外径Ｄ１は１．２Ｄ〜１．４Ｄであって、環状フランジ部５の首下部にワッシャー８が密嵌もしくは遊嵌され、かつ該頭部内周面が当該鋼管の内周面に近い略フラットな面を有することから該頭部内周面にはほとんどポケットが存在せず、該頭部内周付近に圧縮残留応力を有する接続頭部２が得られる。また、管肉厚が比較的薄く、先端シート面の球体が比較的大きい（シート面の球体半径Ｒが例えば０．５７Ｄ〜０．６５Ｄ）高圧燃料噴射管の接続頭部２の場合であっても、前記軸方向距離Ｌ１、シート面３の球体半径Ｒおよび環状フランジ部５外径Ｄ１の条件に加え、接続頭部の内部を開口部径ＤT が１．２Ｄｉｎ〜１．６Ｄｉｎ、コーン状面のテーパー深さＬTが０．６５Ｌ１〜１．３Ｌ１のコーン状とすることにより、ポケットをなくしあるいは可及的に小さくすることができる。
なお、前記図２〜図７に示す高圧燃料噴射管の接続頭部構造は、相手部品のシート面の変形（凹部）を防止する手段として接続頭部側の円錐面の頂角の角度と円錐面の最大径を特定したが、これとは反対に相手部品のシート面に該相手部品のシート面の変形量を見込んだ凸部を予め形成しておくことも考えられる。この場合の相手部品側に形成する凸部の条件としては、噴射管及び相手部品の材質やシート面の硬度、接触面の幅等を考慮して設定することはいうまでもない。
前記した本発明の接続頭部２において、前記シート面３に設ける軟質層（脱炭層）は、成形加工前もしくは成形加工後に熱処理によって設ける。
なお、ここでは接続頭部２の環状フランジ部５の背面が管軸に対して垂直な環状の平坦面と、管軸の後方に縮径する円錐面（テーパー面）を有するものを示したが、この環状フランジ部５の背面は、管軸に垂直な環状の平坦面および管軸の後方に縮径する円錐面（テーパー面）に限らず、環状の凸球面や凹球面、もしくは管軸の後方に縮径する凸状もしくは曲面であってもよいことはいうまでもない。
管径Ｄが８．０ｍｍ、管内径Ｄｉｎが４．０ｍｍ、肉厚ｔが２．０ｍｍの厚肉細径鋼管（ｔ／Ｄ＝０．２５）（材質：ＥＮ Ｅ３５５）を用い、該鋼管の開口端部を面取り加工した後、図１５に示す頭部成形方法により図１に示す接続頭部を成形した。本実施例における各厚肉細径鋼管の管径Ｄ、肉厚ｔに対し、得られた接続頭部の接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１、シート面の球体半径Ｒ、環状フランジ部外径Ｄ１はそれぞれＬ１＝３．９ｍｍ、Ｒ＝４．２ｍｍ、Ｄ１＝１０．０ｍｍであったが、接続頭部内周面にポケット（環状凹部）の発生は確認されなかった。
管径Ｄが８．０ｍｍ、管内径Ｄｉｎが４．０ｍｍ、肉厚ｔが２．０ｍｍの厚肉細径鋼管（ｔ／Ｄ＝０．２５）（材質：ＥＮ Ｅ３５５）を用い、該鋼管の開口端部を面取り加工した後、図１５に示す頭部成形方法により芯金１１−４の付け根部をテーパー状に大径としたパンチ部材１１を採用して図３に示す断面構造の接続頭部を成形した。本実施例における厚肉細径鋼管の管径Ｄ、肉厚ｔに対し、得られた接続頭部の接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１、シート面の球体半径Ｒ、環状フランジ部外径Ｄ１、円錐面の頂角の角度θおよび円錐面の最大径Ｄ３はそれぞれＬ１＝３．９ｍｍ、Ｒ＝４．２ｍｍ、Ｄ１＝１０．０ｍｍ、θ＝５６度、Ｄ３＝８．５ｍｍであって、シート面付近の硬さはＨｖ３２０であった。
この接続頭部を有する噴射管をシート面付近の硬さがＨｖ２８０の相手部品に組付けした後に解除した際の相手部品のシート面（受圧座面）の変形を調査するため、締付け荷重２５ｋＮで該噴射管を相手部品に締結し、その後解除したところ、シート面に残留する当り深さｈは図１に示す接続頭部の場合は２５μｍであったのに対し、本実施例の接続頭部の場合は１５μｍと、相手部品のシート面に残留する変形量を４０％改善することができた。
管径Ｄが６．０ｍｍ、管内径Ｄｉｎが３．０ｍｍ、肉厚ｔが１．５ｍｍの厚肉細径鋼管（ｔ／Ｄ＝０．２５）（材質：ＥＮ Ｅ３５５）を用い、該鋼管の開口端部を面取り加工した後、図１５に示す頭部成形方法により芯金１１−４の付け根部をテーパー状に大径としたパンチ部材１１を採用して図１２に示すコーン状面付き接続頭部を成形した。本実施例における各厚肉細径鋼管の管径Ｄ、管内径Ｄｉｎ、肉厚ｔに対し、得られた接続頭部の接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１、シート面の球体半径Ｒ、環状フランジ部外径Ｄ１、コーン状面のテーパー深さＬT 、先端開口部径ＤTはそれぞれＬ１＝３．０ｍｍ、Ｒ＝３．７５ｍｍ、Ｄ１＝８．４ｍｍ、ＬT ＝２．８ｍｍ、ＤT ＝４．２ｍｍであったが、接続頭部内周面にポケット（環状凹部）の発生はほとんど確認されなかった。
管径Ｄが６．０ｍｍ、管内径Ｄｉｎが３．０ｍｍ、肉厚ｔが１．５ｍｍの厚肉細径鋼管（ｔ／Ｄ＝０．２５）（材質：ＥＮ Ｅ３５５）を用い、該鋼管の開口端部を面取り加工した後、それぞれ図１５に示す頭部成形方法により芯金１１−４の付け根部をテーパー状に大径としたパンチ部材１１を採用して図１２に示すコーン状面付き接続頭部を成形した。本実施例における各厚肉細径鋼管の管径Ｄ、管内径Ｄｉｎ、肉厚ｔに対し、得られた接続頭部の接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１、シート面の球体半径Ｒ、環状フランジ部外径Ｄ１、コーン状面のテーパー深さＬT 、先端開口部径ＤT、環状フランジ部５の背面５ａの頂角θ２はそれぞれＬ１＝２．８ｍｍ、Ｒ＝３．７５ｍｍ、Ｄ１＝８．４ｍｍ、ＬT＝３．５ｍｍ、ＤT ＝３．８ｍｍ、θ２＝９０度であったが、接続頭部内周面にポケット（環状凹部）は極僅かしか発生しなかった。
管径Ｄが６．３５ｍｍ、管内径Ｄｉｎが４．０ｍｍ、肉厚ｔが１．６７５ｍｍの厚肉細径鋼管（ｔ／Ｄ＝０．２６４）（材質：ＥＮ Ｅ３５５）を用い、該鋼管の開口端部を面取り加工した後、図１５に示す頭部成形方法により図１に示す接続頭部を成形した。本実施例における各厚肉細径鋼管の管径Ｄ、肉厚ｔに対し、得られた接続頭部の接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１、シート面の球体半径Ｒ、環状フランジ部外径Ｄ１はそれぞれＬ１＝２．５ｍｍ、Ｒ＝３．７５ｍｍ、Ｄ１＝８．２ｍｍであったが、接続頭部内周面にポケット（環状凹部）の発生は確認されなかった。
管径Ｄが９．０ｍｍ、管内径Ｄｉｎが４．０ｍｍ、肉厚ｔが２．５ｍｍの厚肉細径鋼管（ｔ／Ｄ＝０．２７８）（材質：ＥＮ Ｅ３５５）を用い、該鋼管の開口端部を面取り加工した後、図１５に示す頭部成形方法により芯金１１−４の付け根部をテーパー状に大径としたパンチ部材１１を採用して図３に示す断面構造の接続頭部を成形した。本実施例における厚肉細径鋼管の管径Ｄ、肉厚ｔに対し、得られた接続頭部の接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１、シート面の球体半径Ｒ、環状フランジ部外径Ｄ１、円錐面の頂角の角度θおよび円錐面の最大径Ｄ３はそれぞれＬ１＝４．５ｍｍ、Ｒ＝４．７５ｍｍ、Ｄ１＝１２ｍｍ、θ＝５６度、Ｄ３＝９．４ｍｍであって、シート面付近の硬さはＨｖ３２０であった。
この接続頭部を有する噴射管をシート面付近の硬さがＨｖ２８０の相手部品に組付けした後に解除した際の相手部品のシート面（受圧座面）の変形を調査するため、締付け荷重２５ｋＮで該噴射管を相手部品に締結し、その後解除したところ、シート面に残留する当り深さｈは図１に示す接続頭部の場合は２５μｍであったのに対し、本実施例の接続頭部の場合は１５μｍと、相手部品のシート面に残留する変形量を４０％改善することができた。
管径Ｄが７．０ｍｍ、管内径Ｄｉｎが３．０ｍｍ、肉厚ｔが２．０ｍｍの厚肉細径鋼管（ｔ／Ｄ＝０．２８６）（材質：ＥＮ Ｅ３５５）を用い、該鋼管の開口端部を面取り加工した後、図１５に示す頭部成形方法により芯金１１−４の付け根部をテーパー状に大径としたパンチ部材１１を採用して図１２に示すコーン状面付き接続頭部を成形した。本実施例における各厚肉細径鋼管の管径Ｄ、管内径Ｄｉｎ、肉厚ｔに対し、得られた接続頭部の接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１、シート面の球体半径Ｒ、環状フランジ部外径Ｄ１、コーン状面のテーパー深さＬT 、先端開口部径ＤTはそれぞれＬ１＝３．５ｍｍ、Ｒ＝３．７ｍｍ、Ｄ１＝９．２ｍｍ、ＬT ＝３．０ｍｍ、ＤT ＝３．７ｍｍであったが、接続頭部内周面にポケット（環状凹部）の発生はほとんど確認されなかった。
管径Ｄが１０ｍｍ、管内径Ｄｉｎが４．０ｍｍ、肉厚ｔが３．０ｍｍの厚肉細径鋼管（ｔ／Ｄ＝０．３）（材質：ＥＮ Ｅ３５５）を用い、該鋼管の開口端部を面取り加工した後、図１５に示す頭部成形方法により図１に示す接続頭部を成形した。本実施例における各厚肉細径鋼管の管径Ｄ、肉厚ｔに対し、得られた接続頭部の接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１、シート面の球体半径Ｒ、環状フランジ部外径Ｄ１はそれぞれＬ１＝５．０ｍｍ、Ｒ＝５．５ｍｍ、Ｄ１＝１３．０ｍｍであったが、接続頭部内周面にポケット（環状凹部）の発生は確認されなかった。
管径Ｄが９ｍｍ、管内径Ｄｉｎが３．５ｍｍ、肉厚ｔが２．７５ｍｍの厚肉細径鋼管（ｔ／Ｄ＝０．３０６）（材質：ＥＮ Ｅ３５５）を用い、該鋼管の開口端部を面取り加工した後、図１５に示す頭部成形方法により芯金１１−４の付け根部をテーパー状に大径としたパンチ部材１１を採用して図３に示す断面構造の接続頭部を成形した。本実施例における厚肉細径鋼管の管径Ｄ、肉厚ｔに対し、得られた接続頭部の接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１、シート面の球体半径Ｒ、環状フランジ部外径Ｄ１、円錐面の頂角の角度θおよび円錐面の最大径Ｄ３はそれぞれＬ１＝４．５ｍｍ、Ｒ＝４．７５ｍｍ、Ｄ１＝１２．０ｍｍ、θ＝５６度、Ｄ３＝９．４ｍｍであって、シート面付近の硬さはＨｖ３２０であった。
この接続頭部を有する噴射管をシート面付近の硬さがＨｖ２８０の相手部品に組付けした後に解除した際の相手部品のシート面（受圧座面）の変形を調査するため、締付け荷重２５ｋＮで該噴射管を相手部品に締結し、その後解除したところ、シート面に残留する当り深さｈは図１に示す接続頭部の場合は２５μｍであったのに対し、本実施例の接続頭部の場合は１５μｍと、相手部品のシート面に残留する変形量を４０％改善することができた。
管径Ｄが８ｍｍ、管内径Ｄｉｎが３．０ｍｍ、肉厚ｔが２．５ｍｍの厚肉細径鋼管（ｔ／Ｄ＝０．３１３）（材質：ＥＮ Ｅ３５５）を用い、該鋼管の開口端部を面取り加工した後、図１５に示す頭部成形方法により芯金１１−４の付け根部をテーパー状に大径としたパンチ部材１１を採用して図１２に示すコーン状面付き接続頭部を成形した。本実施例における各厚肉細径鋼管の管径Ｄ、管内径Ｄｉｎ、肉厚ｔに対し、得られた接続頭部の接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１、シート面の球体半径Ｒ、環状フランジ部外径Ｄ１はそれぞれＬ１＝５．１ｍｍ、Ｒ＝４．３２５ｍｍ、Ｄ１＝１１．０ｍｍであったが、接続頭部内周面にポケット（環状凹部）の発生はほとんど確認されなかった。
管径Ｄが９ｍｍ、管内径Ｄｉｎが３．０ｍｍ、肉厚ｔが３ｍｍの厚肉細径鋼管（ｔ／Ｄ＝０．３３３）（材質：ＥＮ Ｅ３５５）を用い、該鋼管の開口端部を面取り加工した後、それぞれ図１５に示す頭部成形方法により芯金１１−４の付け根部をテーパー状に大径としたパンチ部材１１を採用して図１２に示すコーン状面付き接続頭部を成形した。本実施例における各厚肉細径鋼管の管径Ｄ、管内径Ｄｉｎ、肉厚ｔに対し、得られた接続頭部の接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１、シート面の球体半径Ｒ、環状フランジ部外径Ｄ１、コーン状面のテーパー深さＬT 、先端開口部径ＤT、環状フランジ部５の背面５ａの頂角θ２はそれぞれＬ１＝６．３ｍｍ、Ｒ＝４．７５ｍｍ、Ｄ１＝１２．０ｍｍ、ＬT＝４．０ｍｍ、ＤT ＝３．７ｍｍ、θ２＝９０度であったが、接続頭部内周面にポケット（環状凹部）は極僅かしか発生しなかった。
管径Ｄが１０ｍｍ、管内径Ｄｉｎが３．０ｍｍ、肉厚ｔが３．５ｍｍの厚肉細径鋼管（ｔ／Ｄ＝０．３５）（材質：ＥＮ Ｅ３５５）を用い、該鋼管の開口端部を面取り加工した後、図１５に示す頭部成形方法により図１に示す接続頭部を成形した。本実施例における各厚肉細径鋼管の管径Ｄ、肉厚ｔに対し、得られた接続頭部の接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１、シート面の球体半径Ｒ、環状フランジ部外径Ｄ１はそれぞれＬ１＝７．０ｍｍ、Ｒ＝５．５ｍｍ、Ｄ１＝１３．０ｍｍであったが、接続頭部内周面にポケット（環状凹部）の発生は確認されなかった。
本発明に係る高圧燃料噴射管の接続頭部は、該接続頭部の内側に塑性加工により発生するポケット（環状凹部）がほとんど存在しないため、該頭部成形時におけるポケット部の谷部の亀裂の発生、および該頭部内での流体圧によるキャビテーションエロージョンを生じたことに伴う亀裂の発生の憂い、並びに前記頭部成形時における該ポケットの形成に伴う内径の大径化および応力集中による内表面の引張応力の上昇現象をなくし、かつ接続頭部内周面が疲労破壊の起点となる可能性を大幅に減少させることができる。また、接続頭部の円錐面の頂角の角度と最大径を大きくすることで、締結時の双方のシート面の接触面の幅が大きくなることにより、最大接触面圧が高くなることを防止して双方のシート面の変形を小さくすることができ、締結解除時の相手シート面の残留変形量を小さくできる。 さらに本発明の接続頭部構造は、高圧燃料噴射管の肉厚が比較的薄く、接続頭部シート面の球体が比較的大きい場合でも、接続頭部の内径部をコーン状とすることで、ポケットを小さくすることができ、さらにまた、環状フランジ部背面が円錐状であっても、ポケットを小さくできる。
またさらに、シート面に軟質層を設けた場合には、コモンレール等の相手部品継ぎ手部のシール面（シート面）の塑性変形をより減少させることができ、繰返し締結における高いシール性が得られる。さらに、本発明の接続頭部は、該頭部端末から環状フランジ部までの距離が比較的短縮されているため、球面状シート部の剛性が増して締結に伴う頭部開口部の狭塞等の永久変形を防止できると共に、相手部品継ぎ手部の受圧座面に対する座りも安定し、超高圧燃料流の繰返し加圧やディーゼル内燃機関等の振動に対しても燃料の洩れよる飛散や接続部の離脱の発生も防止され、前記ポケットがほとんど存在しないことによる燃料の流れの円滑化作用と相俟ってより正確な燃料噴射が可能となる。
したがって、本発明は、ディーゼル内燃機関における燃料の供給路として配設多用される高圧燃料噴射管に限らず、比較的細径からなる厚肉鋼管による接続頭部を有する各種の高圧金属配管にも適用可能である。
本発明に係る高圧燃料噴射管の接続頭部構造の第１実施例を示す縦断側面図である。 同じく接続頭部構造の第２実施例を示す縦断側面図である。 図２に示す第２実施例のシート面部を拡大して示す縦断側面図である。 同じく接続頭部構造の第３実施例の要部を拡大して示す縦断側面図である。 同じく接続頭部構造の第４実施例の要部を拡大して示す縦断側面図である。 同じく接続頭部構造の第５実施例の要部を拡大して示す縦断側面図である。 同じく接続頭部構造の第６実施例の要部を拡大して示す縦断側面図である。 本発明の実施例における相手シート面の変形量（当り深さｈ）の説明図である。 図１に示す接続頭部にワッシャー（スリーブワッシャー）を嵌合した状態を示す側面図である。 同上ワッシャーとナットの当接係合部を拡大して示す縦断面図である。 同じく本発明に係る高圧燃料噴射管の接続頭部構造の第７実施例を示す縦断側面図である。 同じく接続頭部構造の第８実施例を示す縦断側面図である。 同じく接続頭部構造の第９実施例を示す縦断側面図である。 同じく接続頭部構造の第１０実施例を示す縦断側面図である。 図１に示す接続頭部の成形方法に係る加工工程の一例を示す縦断面による説明図である。 図１に示す接続頭部の成形方法に係る加工工程の他の例を示す縦断面による説明図である。 本発明の対象とする従来の高圧燃料噴射管の接続頭部の一例を示す縦断側面図である。
符号の説明
１ 厚肉細径鋼管
２ 接続頭部
２ａ コーン状面
２−１ 大径部
２−２ テーパー部
３ 球面状のシート面
４、４ａ、４ｂ、４ｃ 略球面に近い円錐面
４ｄ 円筒状面
５ 環状フランジ部
５ａ 環状フランジ部の背面
６ 相手部品
６ａ シート面
６ａ′ 圧痕
７ 頭部開口部
８ ワッシャー
９ 締付ナット
１０、１０´ チャック
１１ パンチ部材

Claims (18)

  1. 比較的細径からなる厚肉細径鋼管の接続端部に、球面状のシート面と、該シート面から軸芯方向に間隔をおいて形成された環状フランジ部と、前記シート面に連なって前記環状フランジ部または該環状フランジ部付近まで先端に向かって先細りとなる略球面に近い円錐面を有し、前記環状フランジ部の背面を直接もしくは間接に係合する締付ナットを組込んでなる高圧燃料噴射管の接続頭部構造において、ｔ（肉厚）／Ｄ（外径）＜０．３の厚肉細径鋼管の場合に、接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１が０．３８Ｄ〜０．６Ｄ、前記シート面の球体半径Ｒが０．４５Ｄ〜０．６５Ｄ、前記環状フランジ部外径Ｄ１が１．２Ｄ〜１．４Ｄであって、該頭部内周面が当該鋼管の内周面の径に近い管軸方向断面の輪郭が略フラットな円筒状面および／またはコーン状面を有する接続頭部であることを特徴とする高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
  2. 比較的細径からなる厚肉細径鋼管の接続端部に、球面状のシート面と、該シート面から軸芯方向に間隔をおいて形成された環状フランジ部と、前記シート面に連なって前記環状フランジ部または該環状フランジ部付近まで先端に向かって先細りとなる略球面に近い円錐面を有し、前記環状フランジ部の背面を直接もしくは間接に係合する締付ナットを組込んでなる高圧燃料噴射管の接続頭部構造において、ｔ（肉厚）／Ｄ（外径）≧０．３の厚肉細径鋼管の場合に、接続頭部端末から前記環状フランジ部背面までの軸方向距離Ｌ１が０．３８Ｄ〜０．７Ｄ、前記シート面の球体半径Ｒが０．４５Ｄ〜０．６５Ｄ、前記環状フランジ部外径Ｄ１が１．２Ｄ〜１．４Ｄであって、該頭部内周面が当該鋼管の内周面の径に近い管軸方向断面の輪郭が略フラットな円筒状面および／またはコーン状面を有する接続頭部であることを特徴とする高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
  3. 前記接続頭部の、前記球面状のシート面に連なって前記環状フランジ部または該環状フランジ部付近まで先端に向かって先細りとなる円錐面の頂角の角度θが５０〜６０度、該円錐面の最大径Ｄ３が１．０３Ｄ〜１．０９Ｄであり、かつ前記円錐面の最大径部分と前記環状フランジ部が円錐面、または輪郭が凸状または凹状の円錐面、あるいは円筒状面で連なっていることを特徴とする請求項１または２に記載の高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
  4. 前記環状フランジ部が、シート面を構成する球面の最大径より管径方向外方に突出した環状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
  5. 前記環状フランジ部の首下部に円筒状もしくはフランジ付き円筒状のワッシャーが密嵌もしくは遊嵌されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
  6. 前記環状フランジ部背面に連なって、前記ワッシャーの長さに相当する長さにわたり、管外径が１．０２Ｄ〜１．０８Ｄの大径部を有し、かつ該大径部に連なって管軸方向に滑らかに外径が縮径するテーパー部を有することを特徴とする請求項５に記載の高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
  7. 前記ワッシャー全長が０．５Ｄ〜２．０Ｄであることを特徴とする請求項５または６に記載の高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
  8. 前記ワッシャーの前記締付ナット当接面を球面となし、該球半径が１．０Ｄ〜２．５Ｄであることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
  9. 前記締付ナットのワッシャー当接面が円錐面となし、該円錐面の頂角θ１が９０〜１５０度であることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１項に記載の高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
  10. 前記シート面に軟質層を有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
  11. 前記軟質層が脱炭層であることを特徴とする請求項１０に記載の高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
  12. 頭部開口部がテーパー面取りもしくはＲ面取りされたラッパ状となしていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
  13. 前記コーン状面は、前記厚肉細径鋼管の内径をＤｉｎとした場合に、前記接続頭部の内面が、該接続頭部開口部径ＤT が１．２Ｄｉｎ〜１．６Ｄｉｎ、当該コーン状面のテーパー深さＬTが０．６５Ｌ１〜１．３Ｌ１であることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
  14. 前記環状フランジ部の背面が管軸に対し垂直な面もしくは管軸の後方に縮径する円錐面となしていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
  15. 前記環状フランジ部背面の円錐面の頂角θ２が７５〜１２０度であることを特徴とする請求項１４に記載の高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
  16. 前記シート面の球体半径Ｒが０．５７Ｄ〜０．６５Ｄの場合に、前記接続頭部の内径部が前記コーン状となしていることを特徴とする請求項１３に記載の高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
  17. 前記環状フランジ部の背面が円錐面となしている場合に、前記接続頭部の内径部が前記コーン状となしていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
  18. 前記厚肉細径鋼管の内径Ｄｉｎが０．４Ｄ〜０．６３Ｄの場合に、前記接続頭部の内径部が前記コーン状となしていることを特徴とする請求項１３に記載の高圧燃料噴射管の接続頭部構造。
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