JP2008544145A - 耐ブローアウト性溶接部のための構成部品幾何学形状及び方法 - Google Patents

Abstract

燃料噴射器に構成部品を取り付けるための環状溶接部の「ブローアウト」を抑制するための方法において、構成部品の半径方向に面した表面にリリーフ領域が形成される。リリーフ領域は圧入領域に隣接している。次に、構成部品が互いに押し付けられて、リリーフ領域において溶接が行われる。その結果、リリーフ領域において溶接部と圧入領域の間に密封ギャップが形成される。この密封ギャップによって、さもなければ液体溶接ビードの「ブローアウト」を生じる可能性のある閉じ込められたガスの膨張に備える。
【選択図】 図３

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００５年６月１６日に提出された「Ｂｌｏｗ−Ｏｕｔ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｗｅｌｄ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｆｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｗｅｌｄｓ」と題する米国仮出願第６０／６９１，２１５号の恩典を請求するものである。

本出願は、さらに本出願と同じ日に提出された「Ｂｌｏｗ−Ｏｕｔ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｗｅｌｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｗｅｌｄｓ ｆｏｒ Ｐｒｅｓｓ−Ｆｉｔ Ｐａｒｔｓ」と題する米国特許出願第１１／ｘｘｘ，ｘｘｘ号に関連する。

本発明は、一般に溶接の分野に関するものであり、とりわけ、燃料噴射器の組立てにおいて圧入構成部品間に密封された耐ブローアウト性溶接部を形成するための技法及びシステムに関するものである。

燃料噴射器には、圧力容器と、圧力容器の逃し弁と、弁を駆動するためのコイル駆動磁気回路が含まれている。圧力容器は稼動中に外部燃料漏れを呈してはならない。大部分の燃料噴射器設計では、互いに溶接されて、圧力容器を形成する複数の構成部品が利用される。

一般に、燃料噴射器圧力容器構成部品はレーザを用いて溶接される。レーザを用いることによって、構成部品の重なり合う表面が接合される重ね合わせ接合、２つの構成部品が、重なり合わないように端と端を突き合せて接合される突合せ接合、及び、接合接触部分の材料を除去して、溶接ビードのためのスペースが設けられる隅肉接合といった接合構造がうまく溶接された。レーザは、生産環境における小形で精密な構成部品の信頼できる迅速な溶接に適している。

多くの用途では、溶接すべき部品が移動または回転して、溶接部を形成する間、レーザビームは定常状態に保たれる。燃料噴射器に用いられる密封圧力容器を溶接するため、部品が回転している間、レーザビームは一般に定常状態に保たれる。燃料噴射器用圧力容器の構成部品のような管状構成部品に対するそのタイプの密封溶接の場合、レーザビームの「オン」時間は、部品が１回転するのに要する時間より長い。結果生じる溶接部の重なりによって、溶接部の機密性が確保される。

管状構成部品に対するこうしたレーザ溶接に関連した一般的な問題の１つが、溶接部の重なりが形成される際に発生する。特定の溶接条件及び接合設計には、通常、溶接部が最終的に重なり合う間に溶接ビードの「ブローアウト」を生じる傾向がある。その「ブローアウト」は、溶接に関連した急激な温度上昇のため溶接部の片側に対する内部圧力が急速に増大することによって生じる。「ブローアウト」は、溶接部が重なり合う際に発生するのが最も一般的であるが、特定の条件下では他の場合にも生じることが知られている。溶接接合部のいずれかの側の内部領域が十分な圧力上昇にさらされている場合、溶融池が圧力差によって加えられる力に耐えられなくなると、溶接部の「ブローアウト」が発生する。溶接部が「ブローアウト」すると、溶接ビードに穴またはギャップが残る。その穴によって、一般に組立てプロセス中の漏れに関連したスクラップが増大することになる。

例えば、隣接した「締まり嵌め」または圧入領域において、２つの構成部品を重ね溶接することが可能である。こうした溶接部は、重なり部分だけではなく比較的ランダムな位置にも「ブローアウト」領域を示すことがわかっている。それらの「ブローアウト」は、溶接部全体にわたって複数の半径方向位置に存在することが多い。圧入領域において、表面仕上げが不完全な構成部品が互いに押し付けられるため、理論上小さい空洞には閉じ込められた空気が含まれているものと想定される。レーザ溶接がそれら小さい空洞を対象とする場合、内部の空気は温度が急激に変化して、膨張する。その膨張によって溶融池が「ブローアウト」し、溶接部にボイドが残される。

代替案として、圧入せず、対向面間に遊びを持たせて２つの部品を接合することが可能である。圧力差が発生せず、従って、「ブローアウト」はほとんど生じない。しかしながら、燃料噴射器用途に用いられる場合、その接合設計には２つの重大な欠点がある。第１に、溶接プロセスによって生じる溶接スラグまたは酸化物が溶接接合部から漏出して弁本体に流入し、燃料噴射器の内部汚染を生じる可能性がある。燃料噴射器のような精密装置におけるこうした内部汚染は、望ましくない影響を及ぼす可能性がある。第２に、設計の多くは処理上の理由から２つの構成部品間の圧入を必要とする。

従って、本発明の目的は、燃料噴射器の管状構成部品を接合する密封溶接部を確実に形成するための方法及びシステムを提供することにある。発明者の知る限りでは、こうした技法は現在のところ得られない。

本発明の実施形態の１つは、燃料入口及び燃料出口と、縦軸に沿って燃料入口から燃料出口まで延びる燃料通路を備えた燃料噴射器を形成するための方法である。この方法には、半径方向の外側に面した環状表面を含む第１の燃料噴射器構成部品を製作するステップと、半径方向の内側に面した環状表面を含む第２の燃料噴射器構成部品を製作するステップと、これらの表面が重なり合うと、表面間にギャップを有する非接触領域と、第１の表面と第２の表面が接触する圧入領域が形成されて、非接触領域と圧入領域が隣接するように、環状表面の少なくとも一方を成形するステップと、環状表面を重ね合わせることによって第１と第２の構成部品を組み立てるステップと、非接触領域において環状表面を互いに溶接して、環状溶接ビードを形成し、溶接ビードと接触領域によってギャップのほぼ密封された部分が囲まれるようにするステップが含まれている。

非接触領域における表面の間隔は０．００５〜０．０２５ｍｍとすることが可能である。溶接ビードの中心は接触領域から少なくとも１ｍｍとすることが可能である。

第１の燃料噴射器構成部品は磁極片とし、一方、第２の燃料噴射器構成部品は非磁性シェルとすることが可能である。

環状表面を溶接するステップは、レーザ溶接作業である。レーザ溶接作業には、組み立てられた第１と第２の構成部品を縦軸まわりで回転させるステップと、レーザ溶接ビームを照射するステップを含むことが可能である。すなわち、レーザ溶接作業には、組み立てられた第１と第２の構成部品を２００ＲＰＭで回転させるステップと、８５０ワットで２８５ミリ秒間にわたってレーザ溶接ビームを照射し、さらに、８２０ワットで４５ミリ秒間にわたってレーザ溶接ビームを照射するステップを含むことが可能である。

成形ステップによって、燃料噴射器の弁本体と向かい合った圧入領域の縦方向側に非接触領域を形成することが可能である。

本発明のもう１つの実施形態は、燃料入口及び燃料出口と、縦軸に沿って燃料入口から燃料出口まで延びる燃料通路を備えた燃料噴射器である。燃料噴射器は、さらに、第１の構成部品入口、出口、及び、縦軸に沿って第１の構成部品入口から第１の構成部品出口まで延びている通路を具備しており、さらに、半径方向の外側に面した外部表面を具備している第１の燃料噴射器構成部品と、第２の構成部品入口、出口、及び、縦軸に沿って第２の構成部品入口から第２の構成部品出口まで延びている通路を具備しており、さらに、半径方向の内側に面した内部表面を具備している第２の燃料噴射器構成部品を含んでいることと、第１の構成部品の外部表面と第２の構成部品の内部表面が向かい合っていることと、さらに、内部表面と外部表面を接続する環状溶接ビードと、縦方向において環状溶接ビードからオフセットした環状圧入領域を含んでいることと、内部表面と外部表面が、圧入領域内で接触していることと、環状溶接ビードと環状圧入領域によって、内部表面と外部表面の間隔をあけた密封された環状遊び領域が形成されることを特徴とする。

燃料噴射器の環状遊び領域は、長さと幅の比が１０を超えるようにすることが可能である。内部表面と外部表面は、環状遊び領域において０．００５〜０．０２５ｍｍの間隔をあけることが可能である。溶接ビードの中心は、圧入領域から少なくとも１ｍｍとすることが可能である。第１の燃料噴射器構成部品は磁極片とし、第２の燃料噴射器構成部品は非磁性シェルとすることが可能である。

環状溶接ビードはレーザ溶接ビードとすることが可能である。燃料噴射器には、さらに、燃料噴射器弁本体を含むことが可能であり、非接触領域は弁本体と向かい合った圧入領域の縦方向側に位置している。

本発明のさらにもう１つの実施形態では、半径方向の外側に面した環状表面を具備する磁極片と半径方向の内側に面した環状表面を具備した非磁性シェルを組み立てるための方法が提供される。この方法には、環状表面の少なくとも一方に環状リリーフ領域を形成するステップと、環状表面が重なり合うように非磁性シェルと磁極片を組み立てるステップと、第１と第２の表面が圧入領域において接触し、第１と第２の表面によってリリーフ領域においてその間にギャップが形成されるようにするステップと、リリーフ領域において環状溶接ビードを溶接して、溶接ビードが環状表面に接合し、溶接ビードと圧入領域によってギャップのほぼ密封された部分が囲まれるようにするステップが含まれている。

発明者によって、燃料噴射器用圧力容器を溶接する際における上述の問題に対処する技法及び燃料噴射器設計が開発された。図１には、本発明の実施形態の１つによる燃料噴射器１００の断面図が示されている。本発明はその典型的な燃料噴射器に関連して説明されるが、当業者には明らかなように、本発明の方法及び装置は、他の燃料噴射器設計にも適用可能である。本発明の実施形態は、さらに、溶接「ブローアウト」が問題になる他の溶接用途にも用いることが可能である。

図１を参照すると、電磁操作燃料噴射器１００によって、内燃機関（不図示）で燃焼されることになる量の燃料が供給される。燃料噴射器１００は、第１の噴射器端２００Ａと第２の噴射器端２００Ｂの間を縦軸Ａ−Ａに沿って延び、弁グループサブアセンブリ２００と動力グループサブアセンブリ３００を含んでいる。弁グループサブアセンブリ２００は、例えば、燃料流路を形成したり、噴射器１００を通る燃料流を妨げるといった流体操作機能を実施する。動力グループサブアセンブリ３００は、例えば、電気信号を駆動力に変換して、燃料が噴射器１００を流れることができるようにする電気的機能を実施する。

弁グループサブアセンブリ２００には、第１の噴射器端２００Ａと第２の噴射器端２００Ｂの間を縦軸Ａ‐‐Ａに沿って延びる管アセンブリ２０２が含まれている。管アセンブリ２０２には、少なくとも入口管２０４、非磁性シェル２１０、及び、弁本体２０６を含むことが可能である。入口管２０４は第１の燃料噴射器端２００Ａに近接した第１の入口管端２０２Ａを備えている。入口管２０４は、入口端２０２Ａにおいてフレア状になり、Ｏリング１０を保持するフランジ２０２Ｃを形成している。入口管２０４の第２の入口管端２０２Ｂは、非磁性シェル２１０の第１のシェル端２１０Ａに接続されている。非磁性シェル２１０の第２のシェル端２１０Ｂは、弁本体２０６の第１の弁本体端２０６Ａのほぼ平らな横断面に接続することが可能である。弁本体２０６の第２の弁本体端２０６Ｂは、第２の管アセンブリ端２００Ｂに近接して配置されている。入口管２０４は、深絞り成形法または圧延作業によって形成することが可能である。独立磁極片２０８は、入口管２０４及び非磁性シェル２１０の第１のシェル端２１０Ａに接続することが可能である。磁極片には、ＳＳ ４３０ＦＲ（ＡＳＴＭ８３８−００）のようなステンレス鋼材料を含むことが可能である。非磁性シェル２１０には、例えばＳＳ ３０５（ＥＮ １００８８−２）といった３００系列のステンレス鋼のような非磁性ステンレス鋼、または、同様の構造特性及び磁気特性を有する他の材料を含むことが可能である。

図１に示すように、入口管２０４は溶接部２０５によって磁極片２０８に取り付けられている。磁極片２０８の外部表面に磁極片肩２０８Ａが形成されており、これが、コイルサブアセンブリのボビンの嵌め合い肩と連係して、２つのサブアセンブリの組み付け時に確実なマウンティングストップの働きをする。磁極片２０８の長さは固定されているが、入口管２０４の長さは特定の燃料噴射器設計の動作要件に従って変わる可能性がある。磁極片２０８とは別個に入口管２０４を形成することにより、組立工程中に異なる入口管長を利用して異なる長さの噴射器を製造することが可能になる。入口管２０４は、磁極片２０８に対しその内周面に取り付けることが可能である。代わりに、非磁性シェル２１０の内周面に一体化された入口管及び磁極片を取り付けることが可能である。

管アセンブリ２０２内に電機子アセンブリ２１２が配置されている。電機子アセンブリ２１２には、強磁性体部分または電機子部分２１４を備えた第１の電機子アセンブリ端と、密封部分を備えた第２の電機子アセンブリ端が含まれている。電機子アセンブリ２１２は、電機子２１４の肩２１４Ａが磁極片２０８の肩２０８Ｂに突き当たるように管アセンブリ２０２内に配置される。密封部分には、例えば球形弁体のような、弁座２１８及びその密封面２１８Ａに対して移動可能な密閉部材２１６を含むことが可能である。密閉部材２１６は、図１に示す密閉配置と開放配置（不図示）との間で移動可能である。密閉配置において、密閉部材２１６は、密封面２１８Ａと連続的に係合し、流体が開口部を通るのを阻止する。開放配置において、密閉部材２１６は弁座２１８から間隔をおいた位置につき、開口部を流体が通ることができるようにする。電機子アセンブリ２１２には、強磁性体部分または電機子部分２１４を密閉部材２１６に接続する独立した中間部分２２０を含むことも可能である。中間部分または電機子管２２０は、溶接ビード２１５、２１７によって電機子２１４及び密閉部材２１６にそれぞれ取り付けることが可能である。

端部２０８Ｂ及び２１４Ａの少なくとも一方に表面処理を施して、電機子の応答を改善し、衝突面の摩耗及びそれぞれの端部２０８Ｂと２１４Ａの間の有効エアギャップの変動を低減することが可能である。表面処理には、コーティング、メッキ、または、肌焼きを含むことが可能である。コーティングまたはメッキには、制限するわけではないが、硬質クロムメッキ、ニッケルメッキ、または、ｋｅｒｏｎｉｔｅコーティングを含むことが可能である。一方、肌焼きには、制限するわけではないが、窒化、浸炭、浸炭窒化、青化処理、加熱硬化、火炎焼入れ、放電硬化、または、高周波焼入れを含むことが可能である。

電機子アセンブリ２１２を通る燃料流は、少なくとも１つの軸方向に延びる貫通孔２１４Ｂと電機子２１２の壁を通る少なくとも１つの開口２２０Ａによって供給することが可能である。任意の形状をとることが可能な開口２２０Ａは、気泡の通過を促進するため、例えば軸方向に細長いような、非円形であることが望ましい。開口２２０Ａによって、少なくとも１つの貫通孔２１４Ｂと弁本体２０６の内部との間を流体が通じるようになる。従って、開放配置において、燃料は、貫通孔２１４Ｂから開口２２０Ａ及び弁本体２０６の内部を通り、密閉部材２１６を回って、オリフィスディスク２２２の調量オリフィス開口を通り、エンジン（不図示）内に流入する。

もう１つの代替案として、電機子部分が密閉部材に直接接続されたツーピース電機子を利用することが可能である。スリーピース電機子アセンブリとツーピース電機子アセンブリの両方とも互換性があるが、本発明による燃料噴射器１００の磁気回路からの漏洩磁束を低減できるので、スリーピース電機子アセンブリが望ましい。留意すべきは、スリーピース電機子アセンブリの電機子管２２０が、例えば、プレートを圧延し、その継目を溶接するとか、あるいは、ブランクを深絞りして、継目無管を形成するといったさまざまな技法によって製作可能であるという点である。

弁座２１８は管アセンブリ２０２の第２の端部に固定される。特定の燃料噴霧パターンを得て、狙いを定めるため、弁座２１８との接続にオリフィスディスク２２２を用いて、少なくとも１つのサイズ及び配向が正確なオリフィスを設けることが可能である。正確なサイズ及び配向のオリフィスは、オリフィスディスク２２２の中心軸上に配置することもできるし、できれば軸をはずして配置し、燃料噴射器１００の１つ以上の基準点に対して任意の望ましい角配置をなすように配向を施すことも可能である。留意すべきは、弁座２１８及びオリフィスディスク２２２は、両方とも、例えばレーザ溶接、圧着、及び、摩擦溶接または通常の溶接を含む既知の従来の取り付け技法によって弁本体２０６にしっかりと取り付けられるという点である。オリフィスディスク２２２は、特定の燃料噴霧パターンを形成して、燃料噴霧の狙いを定めることができるようにするため、弁座２１８に対してある固定空間配向をなすように仮付け溶接するのが望ましい。

球形弁体が密閉部材２１６をなす場合、球形弁体は、球形弁体の直径未満の直径位置において電機子アセンブリ２１２に接続することが可能である。こうした接続は、球形弁体の弁座２１８との連続接触とは反対側で行われる。弁座２１８に近接して管アセンブリ２０２内に下部電機子アセンブリガイド２２４を配置することが可能であり、球形弁体の直径に滑り係合することになる。下部電機子アセンブリガイド２２４によって、縦軸Ａ‐‐Ａに沿った電機子アセンブリ２１２のアライメントを容易にとることが可能になる。

管アセンブリ２０２内には弾性部材２２６が配置され、電機子アセンブリ２１２を弁座２１８の方に偏倚させる。管アセンブリ２０２内には、フィルタ２３０及び予加重調整器２３２を含むフィルタアセンブリ２２８も配置される。フィルタアセンブリ２２８には、第１のフィルタアセンブリ端２２８Ａ及び第２のフィルタアセンブリ端２２８Ｂが含まれている。フィルタ２３０は、フィルタアセンブリ２２８の一方の端部に配置され、さらに管アセンブリ２０２の第１の端部２００Ａに近接し、弾性部材２２６からは離れるように配置されるが、予加重調整器２３２は管アセンブリ２０２のもう一方の端部にほぼ近接して配置される。予加重調整器２３２は、弾性部材２２６に係合して、管アセンブリ２０２に対する弾性部材２２６の偏倚力を調整する。すなわち、予加重調整器２３２は、動力グループサブアセンブリ３００が消勢されると、噴射器弁１００を閉じるため、弾性部材２２６の反動対象となる反動部材をなす。入口管２０４に対する予加重調整器２３２の位置は、予加重調整器２３２の外側表面と管アセンブリ２０２の内側表面との間の締まり嵌めによって保持することが可能である。従って、入口管２０４に対する予加重調整器２３２の位置を利用して、電機子アセンブリ２１２の所定の動特性を設定することが可能である。

弁グループサブアセンブリ２００は、下記のように組み立てることが可能である。非磁性シェル２１０が磁極片２０８を介して入口管２０４に接続され、さらに弁本体２０６に接続される。非磁性シェル２１０と磁極片２０８が溶接ビード２８１によって接合される。非磁性シェルの組立ては、図２〜４に関連してさらに詳細に後述するレーザ溶接技法を用いて実施することが可能である。

フィルタアセンブリ２２８が管アセンブリ２０２の第１の端部２００Ａから軸Ａ‐‐Ａに沿って挿入される。次に、弾性部材２２６と（既に組み立てられた）電機子アセンブリ２１２が、弁本体２０６の噴射器出口端２００Ｂから軸Ａ‐‐Ａに沿って挿入される。調整管２３２、フィルタアセンブリ２２８を入口管２０４に所定の距離だけ挿入し、調整管２３２によって弾性部材２２６に予加重をかけることが可能である。入口管２０４に対するフィルタアセンブリ２２８、従って、調整管２３２の位置決めを利用して、例えば電機子アセンブリ２１２が噴射パルス中浮き上がるとか跳ねることが絶対にないように、弾性部材２２６の動特性を調整することが可能である。次に、弁座２１８及びオリフィスディスク２２２が弁本体２０６の第２の弁本体端２０６Ｂから軸Ａ‐‐Ａに沿って挿入される。弁座２１８及びオリフィスディスク２２２は、レーザ溶接、圧着、摩擦溶接、通常の溶接等の既知の取り付け技法によって互いにまたは弁本体２０６に対してしっかりと取り付けることが可能である。弁グループサブアセンブリ２００の他の望ましい変形態様については、参考までに本明細書においてそっくりそのまま援用されている、２００２年４月２５日に公告された米国特許公告２００２００４７０５４に記載され、例示されている。

動力グループサブアセンブリ３００には、電磁コイル３０２、少なくとも１つの端子３０４、コイルハウジング３０６、及び、オーバモールド３０８が含まれている。電磁コイル３０２には、ボビン３１４に巻きつけて、ボビン３１４の電気接点３１６に電気的に接続することが可能な線が含まれている。付勢されると、コイル３０２は、磁束を発生させて、電機子アセンブリ２１２を開放配置になるように移動させ、その結果、燃料が開口を通って流れることが可能になる。電磁コイル３０２を消勢すると、弾性部材２２６によって電機子アセンブリ２１２を密閉配置に戻すことが可能になり、その結果、燃料流が遮断される。磁束の戻り経路をなすハウジングには、一般に、電磁コイル３０２を包囲する強磁性シリンダと、シリンダから軸Ａ‐‐Ａに向かって延びる磁束ワッシャ３１８が含まれている。磁束ワッシャ３１８はシリンダと一体化して形成することもできるし、あるいは、シリンダと別個に形成することも可能である。コイルハウジング３０６には、コイル３０２に付勢すると生じる可能性のある渦電流を中断する穴、スロット、または、他の特徴を含むことが可能である。

オーバモールド３０８によって、電磁コイル３０２、少なくとも１つの端子３０４、及び、コイルハウジング３０６の相対配向及び位置が保持される。オーバモールド３０８には、端子３０４の一部が露出する電気ハーネスコネクタ３２０部分が含まれる。端子３０４及び電気ハーネスコネクタ３２０は、電磁コイル３０２に付勢する電源（不図示）に対して噴射器１００を接続しやすくするため、例えば車両配線ハーネス（不図示）の一部のような嵌合コネクタに係合することが可能である。

望ましい実施形態の１つによれば、電磁コイル３０２によって生じた磁束は、磁極片２０８、電機子アセンブリ２１２、弁本体２０６、コイルハウジング３０６、及び、磁束ワッシャ３１８を含む回路に流入する。磁束は、磁性部分または電機子２１４の均質な材料と弁本体２０６との間の寄生エアギャップを横切って、電機子アセンブリ２１２に流入し、端部２０８Ｂと２１４Ａの間の有効エアギャップを横切って磁極片２０８に向かい、その結果、密閉部材２１６が弁座２１８から浮き上がることになる。

浮き上がり（リフト）を設定する、すなわち、適正な噴射器の浮き上がり距離を確保するため、いくつかの技法を利用することが可能である。望ましい技法によれば、リフトスリーブ２３４が弁本体２０６内において軸方向に変位させられる。リフトスリーブ２３４の位置はリフトスリーブ２３４を軸方向に移動させることによって調整される。浮き上がり距離は、テストプローブ（不図示）によって測定される。所望の浮き上がり距離に到達すると、スリーブが、例えばレーザ溶接によって弁本体２０６に溶接される。次に、弁本体２０６が、溶接、できれば、レーザ溶接によって入口管２０４アセンブリに取り付けられる。次に、組み立てられた燃料グループサブアセンブリ２００が、例えば漏れについて検査される。

（ａ）コイルハウジング３０６、（ｂ）端子３０４を含むボビンアセンブリ、（ｃ）磁束ワッシャ３１８、及び、（ｄ）オーバモールド３０８を含むことが可能な動力グループサブアセンブリ３００の準備は、燃料グループサブアセンブリとは別個に実施することが可能である。

望ましい実施形態の１つによれば、電気コネクタ部分３１６を備えるあらかじめ成形されたボビン３１４に線を巻きつけて、ボビンアセンブリが形成される。ボビンアセンブリがあらかじめ成形されたコイルハウジング３０６に挿入される。磁極片２０８とコイルハウジング３０６の間に磁束の戻り経路を設けるため、磁束ワッシャ３１８がボビンアセンブリに装着される。軸方向に延びるコネクタ部分を備えるあらかじめ曲げられた端子３０４が、コイルの電気接点部分３１６に結合されて、ろう付けされるか、ハンダ付けされるか、溶接されるか、または、できれば抵抗溶接される。次に、部分的に組み立てられた動力グループアセンブリがモールド（不図示）内に収容される。モールド内にポリマが流し込まれるかまたは注入される際、そのあらかじめ曲げられた形状のため、端子３０４はハーネスコネクタ３２０に対して適正な配向をなす位置につくことになる。代替案として、２つの独立したモールド（不図示）を利用して、前述のようにツーピース・オーバモールドを形成することも可能である。さらに、コイルハウジング３０６の一部が、オーバモールド３０８の端部を越えて軸方向に延び、噴射器が長さの異なる噴射器先端に対応できるようになっている。延長部分には、Ｏリング１０のような密封部材を保持するフランジ３０６Ａを形成することが可能である。

組み立てられた動力グループサブアセンブリ３００は、試験台に取り付けて、コイルの付勢中にソレノイドが飽和した際のソレノイドの引張り力、コイル抵抗、及び、電圧降下を測定することが可能である。

動力グループサブアセンブリ３００への燃料グループサブアセンブリ２００の挿入には、動力グループサブアセンブリ３００に対する燃料グループサブアセンブリ２００の相対的回転配向を合わせることが必要になる可能性がある。望ましい実施形態によれば、燃料グループ及び動力グループサブアセンブリは、オリフィスディスク２２２の基準点（その開口を含む）と噴射器ハーネスコネクタ３２０の基準点との間の開先角度が所定の角度範囲内になるように回転させることが可能である。相対的配向は、ロボットカメラまたはコンピュータ画像化装置を用いて、サブアセンブリのそれぞれの所定の基準点を熟視し、アライメントをとるのに必要な角回転を計算して、サブアセンブリに配向を施し、さらに、サブアセンブリの配向が適正になるまで、さらなる熟視等によって確認することによって合わせることが可能である。所望の配向が実現すると、サブアセンブリは互いに挿入される。挿入作業は２つの方法、すなわち、「トップダウン」と「ボトムアップ」の一方によって実施することが可能である。前者によれば、動力グループサブアセンブリ３００を燃料グループサブアセンブリ２００の上部から下方にスライドさせ、後者によれば、動力グループサブアセンブリ３００を燃料グループサブアセンブリ２００の下部から上方にスライドさせることになる。入口管２０４アセンブリにフレア状の第１の端部が含まれている状況では、ボトムアップ法が必要になる。またそうした状況では、フレア状の第１の端部によって保持されるＯリング１０は、燃料グループサブアセンブリ２００をスライドさせて動力グループサブアセンブリ３００に挿入する前に、動力グループサブアセンブリ３００のまわりに配置することが可能である。燃料グループサブアセンブリ２００を動力グループサブアセンブリ３００に挿入した後、それら２つのサブアセンブリは例えばレーザ溶接のような溶接によって互いに固定される。望ましい実施形態によれば、オーバモールド３０８には、コイルハウジング３０６の一部を露出する開口部３０８Ａが含まれている。この開口部３０８Ａによって、弁本体２０６に対してコイルハウジング３０６を溶接するための溶接手段の進入が可能になる。もちろん、他の方法またはサブアセンブリの相互固定を利用することも可能である。最後に、燃料噴射器の一方の端部のＯリング１０を取り付けることが可能になる。

動作時、電磁コイル３０２が付勢され、その結果、磁気回路に磁束が発生する。磁束によって電機子アセンブリ２１２が一体化磁極片２０８に向かって移動し（望ましい実施形態の１つによれば軸Ａ‐‐Ａに沿って）、有効エアギャップを閉じる。電機子アセンブリ２１２のその移動によって、密閉部材２１６が弁座２１８から引き離され、燃料が燃料レール（不図示）から入口管２０４、貫通孔２１４Ｂ、開口２２０Ａ、及び、弁本体２０６を通って、弁座２１８と密閉部材２１６の間を流れ、開口部を通り、最後にオリフィスディスク２２２を通過して、内燃機関（不図示）に流入することが可能になる。電磁コイル３０２が消勢されると、電機子アセンブリ２１２は弾性部材２２６によって偏倚させられて、密閉部材２１６と弁座２１８を連続的に係合させ、その結果、噴射器１００を通る燃料流が阻止されることになる。

次に図２を参照すると、磁極片アセンブリ２８０には、磁極片２０８と非磁性シェル２１０が含まれている。磁極片２８０には、外部の外側に面した環状表面２８６が含まれている。非磁性シェル２１０には、内部の内側に面した環状表面２８５が含まれている。磁極片２０８及び非磁性シェル２１０は、最初に、縦軸Ａ‐‐Ａに沿って２つの構成部品を互いに押し付けることによって組み立てられる。外部環状表面２８６は、直径が内部環状表面２８５よりわずかに大きく、結果として圧入または締り嵌めが施されることになる。部品の組立てに必要な押し込み力を制御して、部品のかじり傷及びその他の損傷を回避するため、相対直径は綿密に制御される。オイルのような潤滑剤を利用して、それらの問題を改善することも可能である。典型的な実施形態の１つでは、磁極片２０８の外部表面２８６の公称直径は６．３９ｍｍである。

溶接ビード２８１によって、磁極片２０８と非磁性シェルが接続され、アセンブリを形成する。溶接ビード２８１は環状である、すなわち、接合された構成部品のまわりをリング状に延びている。本明細書において用いられる限りにおいて、溶接ビードという用語は、溶接によって接合される両方の構成部品から生じる材料の塊である。材料は、レーザビームのような溶接エネルギ源（２９９で略示されている）からのエネルギによって液化されている。接合された構成部品からの材料は、ある程度混合するが、ほとんどの場合完全には混合しない。液化材料は冷えて固相に戻るまでそのままにしておかれる。完成したアセンブリにおいて、溶接ビード２８１は、その外観、結晶構造、及び、他の冶金学的特性のため親部品と見分けがつく。

本発明は、溶接ビード２８１の「ブローアウト」問題に対応する。「ブローアウト」は、表面２８５、２８６間の小さいボイドまたはポケットに閉じ込められたガスによって生じるものと考えられる。例えば、表面の欠陥部分に閉じ込められた加熱空気または気化潤滑剤によって、溶融溶接ビード２８１の両端間に圧力差が生じる可能性がある。

図３に最も明瞭に示されているように、構成部品２０８、２１０のいずれかに小さい段差２９０が形成される。段差２９０は研削または旋削作業のような加工作業において形成されるか、あるいは、プレス作業において押型によって形成される可能性がある。

構成部品２０８、２１０が組み立てられて、表面２８５、２８６が重ね合わせられると、環状圧入領域２９２が生じ、２つの表面２８５、２８６が押し付けあって、部品を互いに締め付け、ほぼ気密のシールが形成される。圧入領域の全長（不図示）は約１．３ｍｍが望ましい。

段差２９０によって表面２８５、２８６の非接触領域２９１が生じる。非接触領域における表面２８５、２８６間のギャップ２８９は、０．００５〜０．０２５ｍｍの望ましい幅２８８を有している。

レーザビーム２９９によって形成された環状溶接ビード２８１によって、外部表面２８６と内部表面２８５が非接触領域２９１で接合される。溶接ビード２８１は、気密シールを形成して、液体及び気体が構成部品２０８、２１０間を通るのを阻止する。望ましい実施形態の１つでは、溶接ビード２８１の中心線２９３から圧入領域２９２までの公称縦方向距離２８７は１ｍｍである。他の実施形態では、この距離２８７は０．５ｍｍ〜５．０ｍｍになる可能性がある。

溶接ビード２８１及び圧入領域２９２によってギャップ２８９のほぼ密封された部分２９５が囲まれる。密封部分２９５は十分に大きいので、密封部分内の蒸気には、溶接プロセス中に溶接ビード２８１両端間の圧力差を最小限に抑えるのに十分な時間及び容積がある。例えば、密封領域は縦方向において約０．７５ｍｍの長さを有することが可能である。密封領域は約０．０３７ｍｍ³の全容積を備えることが可能である。

本発明者の発見によれば、溶接重なり部の「ブローアウト」を減少させるにはギャップはより狭いほうが望ましいということである（圧入にならなければ）。例えば、密封領域は１０を超える長さ対幅比を有することが可能である。長さ対幅比は５０くらいが望ましい。ギャップ幅が増すにつれて、密封領域内の蒸気が溶融池にさらされる面積が大きくなるものと理論上想定される。溶融池にさらされる面積が大きくなるほど、より急激な温度上昇を生じ、従って、より急激に蒸気が膨張し、圧力が高まることになる。逆に、ギャップが小さいと、溶融池にさらされる面積が小さくなるので、圧力の上昇率が最小限に抑えられる。

一般に、密封部分２９５の縦方向の長さが増すほど、溶接重なり部における「ブローアウト」に対する設計がいっそう妨げられることになる。２つの構成部品２０８、２１０の比較的冷えた対向壁によって、膨張するガスが冷却され、内部圧力の上昇率が低下するものと理論上想定される。

圧入領域２９２によって、溶接作業中に生じる溶接スラグ及び酸化物が弁本体２０６（図１）に侵入し、それに含まれる精密構成部品を汚染する潜在的可能性を阻止するための有効密封が施される。圧入は、さらに、溶接前にアセンブリ２８０を取り扱うといった燃料噴射器のいくつかの処理ステップにも役立つ。

図４は、本発明の実施形態の１つによる方法４００を例示したフローチャートである。この方法は、燃料入口及び燃料出口と、燃料入口から燃料出口まで縦軸に沿って延びる燃料通路を備えた燃料噴射器を形成するためのものである。この方法には半径方向の外側に面した環状表面を含む第１の燃料噴射器構成部品を製作するステップ（ステップ４１０）が含まれる。第１の燃料噴射器構成部品は、例えば、磁極片とすることが可能である。半径方向の内側に面した環状表面を含む第２の燃料噴射器構成部品も製作される（ステップ４２０）。第２の構成部品は非磁性シェルとすることが可能である。

環状表面の少なくとも一方は、表面を重ね合わせると、表面間にギャップを有する非接触領域と、第１の表面と第２の表面が接触する圧入領域が形成されるように成形される（ステップ４３０）。非接触領域と圧入領域は隣接している。成形ステップ４３０は、形成ステップ４１０、４２０と組み合わせて実施することもできるし、あるいは、後続作業として実施することも可能である。

第１及び第２の構成部品は、環状表面が重なり合うようにして組み立てられる（ステップ４５０）。組立ては、それらの縦軸に沿って部品のアライメントをとり、所定の長さまで部品を同時に押し込むことによって実施される。部品は圧入領域で接触する。

環状表面は非接触領域で溶接されて（ステップ４６０）、環状溶接ビードが生じ、溶接ビードと接触領域によってギャップのほぼ密封された部分が囲まれる。望ましい実施形態において、溶接作業は、縦軸まわりで組み立てられた構成部品を回転させ、重なり合う非接触領域に定常レーザビームを照射することによって実施される。アセンブリの１回転よりわずかに長い間レーザを「オン」に保って、溶接重なり部が形成される。典型的な実施形態の１つでは、アセンブリは２００ＲＰＭで回転させられる。レーザは２８５ミリ秒間にわたって８５０ワットで出力され、その後４５ミリ秒間にわたって８２０ワットで出力される。

以上の詳細な説明は、あらゆる点において例証となる典型的なものであって、制限的なものではないと理解すべきであり、本明細書に開示の本発明の範囲は、本発明の説明から判断すべきではなく、特許法によって許可される最大の広さに基づいて解釈される請求項から判断すべきである。例えば、本明細書における本方法の開示は燃料噴射器の管状構成部品に関してなされているが、本発明の技法及び構成は気密溶接が必要とされる他の管状構成部品に適用することが可能である。もちろん、本明細書で示され、説明された実施形態は、ただ単に本発明の原理を例証したものであり、当業者であれば、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、さまざまな修正を施すことが可能である。

本発明の実施形態の１つによる燃料噴射器の断面図である。 本発明の実施形態の１つによる磁極片及び非磁性シェルアセンブリの断面図である。 図２の領域ＩＩＩ−ＩＩＩの拡大図である。 本発明の実施形態の１つによる方法を表わしたフローチャートである。

符号の説明

１０ Ｏリング
１００ 燃料噴射器
２００ 弁グループサブアセンブリ
２００Ａ 第１の噴射器端
２００Ｂ 第２の噴射器端
２０２ 管アセンブリ
２０２Ａ 入口管の第１の入口端
２０２Ｂ 入口管の第２の入口端
２０２Ｃ フランジ
２０４ 入口管
２０５ 溶接部
２０６ 弁本体
２０６Ａ 第１の弁本体端
２０６Ｂ 第２の弁本体端
２０８ 磁極片
２０８Ａ 磁極片肩
２０８Ｂ 磁極片肩
２１０ 非磁性シェル
２１０Ａ 第１のシェル端
２１０Ｂ 第２のシェル端
２１２ 電機子アセンブリ
２１４ 電機子
２１４Ａ 電機子肩
２１４Ｂ 貫通孔
２１５ 溶接ビード
２１６ 密閉部材
２１７ 溶接ビード
２１８ 弁座
２１８Ａ 密封面
２２０ 電機子管
２２０Ａ 開口
２２２ オリフィスディスク
２２４ 下部電機子アセンブリガイド
２２６ 弾性部材
２２８ フィルタアセンブリ
２３０ フィルタ
２３２ 予加重調整器
２３４ リフトスリーブ
２８１ 溶接ビード
２８５ 磁極片の内部環状表面
２８６ 磁極片の外部環状表面
２９０ 段差
２９２ 環状圧入領域
３００ 動力グループサブアセンブリ
３０２ 電磁コイル
３０４ 端子
３０６ コイルハウジング
３０８ オーバモールド
３０８Ａ オーバモールド開口部
３１４ ボビン
３１６ 電気接点
３１８ 電磁ワッシャ
３２０ ハーネスコネクタ

Claims (22)

1. 燃料入口及び燃料出口と、前記燃料入口から前記燃料出口まで縦軸に沿って延びる燃料通路を備えた燃料噴射器を形成するための方法において、
   半径方向の外側に面した環状表面を含む第１の燃料噴射器構成部品を製作するステップと、
   半径方向の内側に面した環状表面を含む第２の燃料噴射器構成部品を製作するステップと、
   前記表面が重なり合うと、前記表面間にギャップを有する非接触領域と、第１の表面と第２の表面が接触する圧入領域が形成されて、前記非接触領域と前記圧入領域が隣接するように、前記環状表面の少なくとも一方を成形するステップと、
   前記環状表面を重ね合わせることによって前記第１と第２の構成部品を組み立てるステップと、
   前記非接触領域において前記環状表面を互いに溶接して、環状溶接ビードを形成し、前記溶接ビードと前記接触領域によってギャップのほぼ密封された部分が囲まれるようにするステップ
   が含まれていることを特徴とする方法。
2. 前記被接触領域における前記表面の間隔が０．００５〜０．００２５ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記溶接ビードの中心が前記接触領域から少なくとも１ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の燃料噴射器構成部品が磁極片であり、前記第２の燃料噴射器構成部品が非磁性シェルであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記環状表面を互いに溶接するステップにレーザ溶接が含まれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記レーザ溶接ステップに、さらに、
   前記組み立てられた第１と第２の構成部品を縦軸まわりで回転させるステップと、
   レーザ溶接ビームを照射するステップ
   が含まれることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記レーザ溶接ステップに、さらに、
   前記組み立てられた第１と第２の構成部品を２００ＲＰＭで回転させるステップと、
   ８５０ワットで２８５ミリ秒間にわたってレーザ溶接ビームを照射し、その後、８２０ワットで４５ミリ秒間にわたって前記レーザ溶接ビームを照射するステップ
   が含まれることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記成形ステップに、前記燃料噴射器の弁本体に向かい合った前記圧入領域の縦方向側に前記非接触領域を形成するステップが含まれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
9. 燃料入口及び燃料出口と、縦軸に沿って前記燃料入口から前記燃料出口まで延びる燃料通路を備えた燃料噴射器であって、
   第１の構成部品入口、出口、及び、縦軸に沿って前記第１の構成部品入口から前記第１の構成部品出口まで延びている通路を具備しており、さらに、半径方向の外側に面した外部表面を具備している第１の燃料噴射器構成部品と、
   第２の構成部品入口、出口、及び、前記縦軸に沿って前記第２の構成部品入口から前記第２の構成部品出口まで延びている通路を具備しており、さらに、半径方向の内側に面した内部表面を具備していて、前記第１の構成部品の外部表面と前記第２の構成部品の内部表面が向かい合っている第２の燃料噴射器構成部品と、
   前記内部表面と前記外部表面を接続する環状溶接ビードと、
   縦方向において前記環状溶接ビードからオフセットした環状圧入領域を含んでおり、前記内部表面と前記外部表面が、前記圧入領域内で接触していることと、前記環状溶接ビードと前記環状圧入領域によって、前記内部表面と前記外部表面の間隔をあけた密封された環状遊び領域が形成される
   ことを特徴とする燃料噴射器。
10. 前記環状遊び領域の長さ対幅比が１０を超えることを特徴とする、請求項９に記載の燃料噴射器。
11. 前記内部表面と前記外部表面の前記環状遊び領域における間隔が０．００５〜０．０２５ｍｍであることを特徴とする、請求項９に記載の燃料噴射器。
12. 前記溶接ビードの中心が前記圧入領域から少なくとも１ｍｍであることを特徴とする、請求項９に記載の燃料噴射器。
13. 前記第１の燃料噴射器構成部品が磁極片であり、前記第２の燃料噴射器構成部品が非磁性シェルであることを特徴とする、請求項９に記載の燃料噴射器。
14. 前記環状溶接ビードがレーザ溶接ビードであることを特徴とする、請求項９に記載の燃料噴射器。
15. さらに、燃料噴射器弁本体が含まれることと、前記非接触領域が前記弁本体に向かい合った前記圧入領域の縦方向側に位置することを特徴とする、請求項９に記載の燃料噴射器。
16. 燃料噴射器の半径方向の外側に面した環状表面を具備する磁極片と半径方向の内側に面した環状表面を具備する非磁性シェルを組み立てるための方法であって、
    前記環状表面の少なくとも一方に環状リリーフ領域を形成するステップと、
    前記環状表面が重なり合うように前記非磁性シェルと磁前記極片を組み立て、前記第１と第２の表面が圧入領域において接触し、前記第１と第２の表面によって前記リリーフ領域においてその間にギャップが形成されるようにするステップと、
    前記リリーフ領域において環状溶接ビードを溶接して、前記溶接ビードが前記環状表面に接合し、前記溶接ビードと前記圧入領域によって前記ギャップのほぼ密封された部分が囲まれるようにするステップが含まれている、
    ことを特徴とする方法。
17. 前記ギャップの前記密封部分の容積が少なくとも．０３７ｍｍ³であることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ギャップにおける前記表面の間隔が０．００５〜０．０２５ｍｍであることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
19. 前記溶接ビードの中心が前記圧入領域から少なくとも１ｍｍであることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
20. 前記溶接ビードを溶接するステップにレーザ溶接が含まれることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
21. 前記レーザ溶接ステップに、さらに、
    前記組み立てられた前記非磁性シェルと前記磁極片を縦軸まわりで回転させるステップと、
    レーザ溶接ビームを照射するステップ
    が含まれることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 前記レーザ溶接ステップに、さらに、
    前記組み立てられた前記非磁性シェルと前記磁極片を２００ＲＰＭで回転させるステップと、
    ８５０ワットで２８５ミリ秒間にわたってレーザ溶接ビームを照射し、その後、８２０ワットで４５ミリ秒間にわたって前記レーザ溶接ビームを照射するステップ
    が含まれることを特徴とする請求項２１に記載の方法。

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