JP2009058067A - シール方法およびインジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】金属部材の合わせ面からの流体の漏れを容易に防止することができ、かつコストの低減を図ることができるシール方法およびインジェクタを提供する。
【解決手段】二つの金属部材２３、３が、互いに突き合わされる合わせ面１３、１４を各々有し、それら突き合わされた合わせ面１３、１４の間から流体が漏れるのを防止するためのシール方法において、予め二つの金属部材２３、３の一方または両方の合わせ面１３、１４に、金属部材３、２３よりも軟らかい材質の微細粒子９を含有させた樹脂バインダー８を塗布し、樹脂バインダー８が塗布された金属部材３、２３の合わせ面１３、１４を互いに突き合わせ、突き合わした合わせ面１３、１４を互いに押し付けて該合わせ面１３、１４の間に挟み込まれた微細粒子９を弾性変形させ、微細粒子９が弾性変形したままで合わせ面１３、１４を押し付けた状態で保持して、合わせ面１３、１４の間をシールするものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、接合された金属部材の合わせ面の間から流体が漏れるのを防止するためのシール方法と、そのシール方法が適用されたインジェクタに関するものである。

従来、接合された部材の合わせ面から流体が漏れるのをシールする方法として、例えば、それら合わせ面の間に、液状のシール材を塗布するもの（例えば、特許文献１参照）や、金属ガスケットなどを挟み込むものが知られている。

ここで、ディーゼルエンジンにおけるコモンレール噴射系（噴射システム）において、インジェクタ、高圧ポンプなどの噴射系部品には、油路が多岐にわたり形成されており、それら噴射系部品は、精密部品が多く、比較的小さな部品が多くシール部材（高圧用の金属環リングなど）を使用できない箇所が多い。

また、近年の排出ガス低減対策により、コモンレール噴射系で使用されるコモンレール噴射圧力は上昇しており、シール漏れなどの発生の確率が高くなっている。

そこで、一般的には、上述した液状のシール材あるいは金属ガスケットの代わりに、シール漏れの虞のある部位に、金属部材間の当接面の面粗度を上げるために、例えばＲａ（中心線平均粗さ）＝０．０２μｍ以下に仕上げ研削あるいはラップ仕上げなどが通常行われている。

特開２００５−２８１６１７号公報

しかしながら、上述した面粗度を上げる処理を行う場合、その処理にコストがかかることから、そのような処理を省略可能なシール方法が望まれていた。

すなわち、噴射系部品の製造段階において、ラップ仕上げは行程が短くできずコスト高となる。研削仕上げも当接部を凸面とした形状の場合には高精度管理が必要であり、歩留まりが悪くコスト高を招く。

その他にも、軽油などと比較しジメチルエーテル（以下、ＤＭＥという）などの分子径が小さい流体（あるいは低粘性の液体）をシールするには、同じ圧力においても耐シール要求性は厳しくなり（例えば、極端には気体の場合の水素をシールする場合など）、上記加工精度を上回る更なる加工精度が必要となる。

以上のように、従来の面粗度の向上によるシール方法にはコストが増大するという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、金属部材の合わせ面からの流体の漏れを容易に防止することができ、かつコストの低減を図ることができるシール方法およびインジェクタを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、二つの金属部材が、互いに突き合わされる合わせ面を各々有し、それら突き合わされた合わせ面の間から流体が漏れるのを防止するためのシール方法において、予め上記二つの金属部材の一方または両方の合わせ面に、上記金属部材よりも軟らかい材質の微細粒子を含有させた樹脂バインダーを塗布し、上記樹脂バインダーが塗布された上記金属部材の合わせ面を互いに突き合わせ、上記突き合わした合わせ面を互いに押し付けて該合わせ面の間に挟み込まれた上記微細粒子を弾性変形させ、上記微細粒子が弾性変形したままで上記合わせ面を押し付けた状態で保持して、上記合わせ面の間をシールするものである。

好ましくは、上記微細粒子が、沈降性硫酸バリウムまたは炭酸カルシウムからなり、かつ粒子径が０．０１〜０．１μｍであるものである。

好ましくは、上記樹脂バインダーが、ダンマル樹脂、コハクなどの天然樹脂からなるものである。

上記目的を達成するために本発明は、燃料を噴射するための噴孔が形成されたノズルが、燃料供給手段に接続された本体の先端に、互いの合わせ面を突き合わせて締結手段により締結され、上記燃料供給手段から上記噴孔に燃料を供給するための燃料供給通路が、上記ノズルと上記本体との合わせ面を貫通して形成されたインジェクタにおいて、上記ノズルと本体との合わせ面を、上記請求項１から３いずれかのシール方法によりシールしたものである。

本発明によれば、金属部材の合わせ面からの流体の漏れを容易に防止することができ、かつコストの低減を図ることができるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本実施形態のシール方法は、燃料通路が複数の継ぎ合わせられた金属部材により区画形成されたインジェクタに適用される。例えば、ＤＭＥ燃料を高い噴射圧で噴射するコモンレール式ディーゼルエンジンのインジェクタに適用される。

まず、図１および図２に基づき本実施形態のシール方法が対象とするインジェクタの概略構造を説明する。図１は、インジェクタの模式的な断面図であり、図２は、インエジェクタの先端部分の詳細部分図である。

図１に示すように、インジェクタ１は、上下に延びる本体２と、その本体２の下端（先端）に組み付けられたノズル３と、そのノズル３および本体２内に昇降可能に収容されたニードル（針弁）４と、そのニードル４を昇降させるためのニードル昇降手段５と、本体２およびノズル３を通る燃料供給通路６とを備える。

ノズル３は、燃料を噴射するための複数の噴孔３１と、その噴孔３１を開閉するニードル４を収容するためのノズル側収容穴３２とを有する。

図例では、ノズル３は、上下に延びる円筒形状を有する。そのノズル３の下端には円錐部３３が形成され、ノズル３の上部には拡径部（以下、ノズル拡径部という）３４が形成される。ノズル３は、金属部材であり、例えば、鋼やアルミ合金などからなる。

噴孔３１は、ノズル３の円錐部３３に周方向に間隔を隔てて配置される。

ノズル側収容穴３２は、円錐部３３の噴孔３１からノズル拡径部３４の上端まで上下に延びる。ノズル側収容穴３２の底部は円錐状に形成され、その底部（壁面）に噴孔３１が接続されると共に、噴孔３１より上方の円錐状の底部によりニードル４を着座させるためのノズルシート３５が形成される。また、ノズル拡径部３４内のノズル側収容穴３２が一部拡径され、燃料溜まり部３６が形成される。

本体２は、上下に延びる円柱状のインジェクタボディ２１と、そのインジェクタボディ２１の下端にノズル３を取り付けるためのリテーニングナット２２と、インジェクタボディ２１の下端とノズル３との間に挟まれたディスタンスピース２３とを備える。

インジェクタボディ２１およびディスタンスピース２３内には、ノズル側収容穴３２から連続して上方に延びニードル４を収容する本体側収容穴２４が形成される。

インジェクタボディ２１の上部には、側方に突出する突出部２１１が設けられ、その突出部２１１に、図示しない燃料供給手段をなすコモンレールからの配管が接続される。

インジェクタボディ２１の下端部は、ノズル拡径部３４と略同径に形成される。インジェクタボディ２１の下端部の外周面には、リテーニングナット２２と螺合する雄ねじ部２５が形成される。

ディスタンスピース２３は、上下に延び、インジェクタボディ２１の下端部およびノズル拡径部３４と略同径の円筒形状を有する。ディスタンスピース２３の上端面１２が、インジェクタボディ２１の下端面１１に突き合わされ、かつディスタンスピース２３の下端面１３が、ノズル拡径部３４の上端面１４に突き合わされる。

ディスタンスピース２３には、ニードル４を下方に付勢するためのニードルスプリング２６（図１のみに示す）が設けられる。

これらインジェクタボディ２１およびディスタンスピース２３は、金属部材であり、例えば、鋼やアルミ合金などからなる。

リテーニングナット２２は、ノズル拡径部３４、ディスタンスピース２３、およびインジェクタボディ２１の下端部よりも大径の円筒形状を有する。そのリテーニングナット２２内には、ノズル拡径部３４およびディスタンスピース２３が収容されると共にインジェクタボディ２１の下端部が嵌め込まれる。

リテーニングナット２２の下端には、ノズル３の円錐部３３を下方に突出させるための貫通穴を有する底板２２１が設けられ、その底板２２１がノズル拡径部３４の下端面に係合する。リテーニングナット２２の上部の内周面には、インジェクタボディ２１の雄ねじ部２５に螺合する雌ねじ部２７が形成される。

このリテーニングナット２２とインジェクタボディ２１の雄ねじ部２５とにより、ノズル３を本体２の先端（ディスタンスピース２３）に締結するための締結手段が構成される。

ニードル４は、上下に延びる略円柱状に形成され、ノズル側収容穴３２および本体側収容穴２４内に上下に摺動可能に設けられる。

ニードル４の下端（先端）は、ノズル３の噴孔３１を閉塞しつつノズルシート３５に着座可能なように、円錐状に形成される。ニードル４の下部には、ノズル３の燃料溜まり部３６内の高圧燃料から上向きの圧力を受けるための受圧部４１が形成される。その受圧部４１の上方のニードル４には、ニードルスプリング２６に係合するスプリング係合部（図示せず、例えば鍔部など）が形成される。

ニードル昇降手段５は、ニードル４を下向きに付勢する高圧燃料が導入されるバランスチャンバ５１と、そのバランスチャンバ５１から高圧燃料を排出するためのアマチュアチャンバ５２とを備える。

バランスチャンバ５１は、本体側収容穴２４の上端を拡径して形成されると共に、アマチュアチャンバ５２に排出路（図例ではオリフィス）５３を介して接続される。

アマチュアチャンバ５２内には、排出路５３を開閉するためのアマチュア５４と、そのアマチュア５４を閉側に（下方に）付勢するためのアマチュアスプリング５５と、そのアマチュアスプリング５５の付勢力に抗してアマチュア５４を開側に（上方に）作動させるためのソレノイド５６とが設けられる。

ソレノイド５６の非通電時（非噴射時）は、排出路５３が閉塞されてバランスチャンバ５１内に高圧燃料が保持される。このとき、バランスチャンバ５１内の高圧燃料とニードルスプリング２６による下降力が、ニードル４の受圧部４１にかかる上昇力を超え、ニードル４は噴孔３１を閉塞する。

他方、ソレノイド５６の通電時（噴射時）は、排出路５３が開放されてバランスチャンバ５１内の燃料がアマチュアチャンバ５２に排出される。このとき、ニードル４に作用する下降力が上昇力よりも弱くなり、ニードル４は噴孔３１を開放する。

バランスチャンバ５１の下方には、バランスチャンバ５１からニードル４を伝いリークした燃料を溜める中間室５７（図１のみに示す）が設けられる。

中間室５７は、バランスチャンバ５１の下方の本体側収容穴２４を一部拡径して形成される。その中間室５７には、余剰燃料をアマチュアチャンバ５２に戻すための第１戻し通路５７１が接続され、アマチュアチャンバ５２には、余剰燃料を、燃料タンク（図示せず）に戻すための第２戻し通路５２１が接続される。

燃料供給通路６は、コモンレール（図示せず）が接続された本体２の突出部２１１からノズル３の噴孔３１に燃料を供給すべく、本体２およびノズル３内に形成される。

本実施形態の燃料供給通路６は、インジェクタボディ２１の突出部２１１内に形成された導入通路６１と、その導入通路６１をノズル側収容穴３２（燃料溜まり部３６）に連通する高圧油路６２（ノズル側供給通路）とで構成される。また、導入通路６１には、バランスチャンバ５１に燃料を導入するためのバランスチャンバ側供給通路５１１が接続される。

高圧油路６２は、断面略円形で、インジェクタボディ２１、ディスタンスピース２３およびノズル３を貫通して上下に延びる。

具体的には、図２に示すように、高圧油路６２は、インジェクタボディ２１およびディスタンスピース２３との両合わせ面（インジェクタボディ２１の下端面１１およびディスタンスピース２３の上端面１２）と、ディスタンスピース２３とノズル拡径部３４との両合わせ面（ディスタンスピース２３の下端面１３およびノズル拡径部３４の上端面１４）とを上下に貫通する。

ここで、本実施形態では、高圧油路６２を、比較的高い圧力（コモンレール圧、噴射圧）に加圧された粘度の低い液体燃料（例えば、数十〜数百ＭＰａ程度のＤＭＥ）が流通する。

そこで、高圧油路６２内の燃料が漏れるのを防止するためのシール層７が、各合わせ面１１、１２および１３、１４の間に各々設けられる。

図３に示すように、シール層７は、樹脂バインダー８と、その樹脂バインダー８内に含有された微細粒子９とからなる。

微細粒子９は、無定形あるいは球形で非常に細かく、シール対象の合わせ面１１−１４を形成する母材（インジェクタボディ２１、ディスタンスピース２３およびノズル３）の材質よりも軟らかい材質が望まれる。

例えば、微細粒子９は、顔料などで用いられる沈降性硫酸バリウムなどが好ましく、炭酸カルシウムなどでもよい。

また、微細粒子９の粒子径に関しては微細なものが好ましい。微細粒子９の粒子径は、合わせ面１１−１４の平面研削粗さの表面形状にもより、例えば、合わせ面１１−１４の平面研削粗さＲａが０．０５μｍの場合、粒子径は０．０１〜０．１μｍ程度（平面研削粗さＲａの２０％〜２００％）が望ましい。また、微細粒子９は、粒子径が一様なものが好ましい。

詳しくは後述するが、図４に示すように、これら微細粒子９は、リテーニングナット２２の締め付け力により合わせ面１１−１４から押圧されて弾性変形した状態に保持される。

なお、シリカ、アルミナなどの母材より硬い材質で形成された粒子は、母材の表面（合わせ面１１−１４）へのかみこみ、あるいは合わせ面１１−１４より剥離してのノズルシート３５などへのかみこみ、精密摺動部材のすきま（受圧部４１より上方のニードル４とノズル拡径部３４とのすきまなど、２〜４μｍ）への混入などがあり、当該部位（シール対象とする合わせ面１１−１４）以外の他の部位でのシート不良、摩耗促進などを起こすので、本実施形態の微細粒子９としては使用できない。

バインダーとしての樹脂（樹脂バインダー８）は、天然樹脂（例えばダンマル樹脂、コハクなど）などのワニスとして用いられる適度に軟らかいものが望ましい。

次に、図３から図５に基づき本実施形態のシール方法を説明する。

本実施形態のシール方法は、二つの金属部材（インジェクタボディ２１とディスタンスピース２３、およびディスタンスピース２３とノズル３）が、互いに突き合わされる合わせ面１１−１４（インジェクタボディ２１の下端面１１とディスタンスピース２３の上端面１２、およびディスタンスピース２３の下端面１３とノズル拡径部３４の上端面１４）を各々有し、それら突き合わされた合わせ面１１−１４の間から流体が漏れるのを防止するためのものである。

図５は、本実施形態のシール方法が対象とするノズル拡径部３４の上端面１４の面精度を測定した結果である。図５に示すように、合わせ面１１−１４は、製造コストの増大を招くような仕上げ研削あるいはラップ仕上げが行われておらず、平面研削粗さＲａが０．０５μｍである。

本実施形態のシール方法では、まず、インジェクタボディ２１の下端面１１と、ディスタンスピース２３の上端面１２および下端面１３と、ノズル拡径部３４の上端面１４とに、インジェクタボディ２１、ディスタンスピース２３およびノズル拡径部３４よりも軟らかい材質の微細粒子９を含有させた樹脂バインダー８を塗布する。

樹脂バインダー８の塗布は、例えば、テレピン精油やキシレンなどの揮発性有機溶剤に、ダンマル樹脂やコハクなどの樹脂バインダー８を溶かすと共に沈降性硫酸バリウムや炭酸カルシウムなどの微細粒子９を混合してシール溶液を生成し、そのシール溶液を、予め洗浄したインジェクタボディ２１の下端面１１と、ディスタンスピース２３の上端面１２および下端面１３と、ノズル拡径部３４の上端面１４とに、各々塗布し、乾燥させて（揮発性有機溶剤を揮発させて）行われる。

次に、ノズル拡径部３４およびディスタンスピース２３をリテーニングナット２２内に収容し、そのリテーニングナット２２の雌ねじ部２７をインジェクタボディ２１の雄ねじ部２５に螺合させて、リテーニングナット２２をインジェクタボディ２１の下端部に取り付ける。

これにより、インジェクタボディ２１の下端面１１とディスタンスピース２３の上端面１２とが塗布された樹脂バインダー８および微細粒子９を介して突き合わされる。同様にディスタンスピース２３の下端面１３とノズル拡径部３４の上端面１４とが塗布された樹脂バインダー８および微細粒子９を介して突き合わされる。

次に、リテーニングナット２２を締め付けて、リテーニングナット２２の底板２２１とインジェクタボディ２１の下端面１１との間で、ディスタンスピース２３およびノズル拡径部３４を上下方向に挟み込む。

これにより、インジェクタボディ２１の下端面１１とディスタンスピース２３の上端面１２とが互いに押し付けられ、それらの合わせ面１１−１４により微細粒子９が弾性変形する。同様に、ディスタンスピース２３の下端面１３とノズル拡径部３４の上端面１４とが互いに押し付けられて、合わせ面１１−１４間の微細粒子９が弾性変形する。

さらに、リテーニングナット２２を締め付けたまま保持し、合わせ面１１−１４を押し付けた状態で保持することで、微細粒子９により合わせ面１１−１４の間が弾性シールされる。

弾性シールのシール力は、微細粒子９の弾性変形の度合い（歪）、すなわちリテーニングナット２２の締め付け力により調整することができる。シール力は、例えば、高圧燃料の圧力（コモンレール圧）、合わせ面１１−１４の表面粗さ、微細粒子９の材質、粒径などを考慮して適宜設定される。

さらに、図３に示すように、インジェクタ１の作動時に、高圧油路６２内に高圧燃料が導入されると、その高圧燃料の流体圧力により、高圧油路６２の周りの微細粒子９が、高圧油路６２の径方向外側向きに（内径側より外径側に）押されて、合わせ面１１−１４の間に内径側より外径側に向かって微細粒子９が入り込み、粒子弾性を強固にでき、合わせ面１１−１４の間の弾性シールが可能となる。

なお、インジェクタ１の分解後の再組立時には、微細粒子９の付着分布が一致しない（バラツキつきが生じる）ことから、合わせ面１１−１４を洗浄し上述したのと同様なシール方法処理を行う必要がある。

このように本実施形態では、合わせ面１１−１４が、従来の平面研削程度の加工技術（Ｒａ＝０．０５μｍ程度）の面粗度でも、合わせ面１１−１４に、揮発性有機成分（有機溶剤）および樹脂バインダー８などに混入させた微細粒子９を塗布し、その後、合わせ面１１−１４を当接させて締結することにより、合わせ面１１−１４の粗さ形状部分に微細粒子９が入り込み、微細粒子９自体の弾性変形によりシールすることが可能となる。

その結果、従来の平面研削程度の加工技術（Ｒａ＝０．０５μｍ程度）における面粗度においても、高圧のＤＭＥを使用するインジェクタ１の合わせ面１１−１４をシール可能となり、合わせ面１１−１４からの流体の漏れを容易に防止することができ、かつシールに要するコストを抑えることができる。

また、本実施形態では、沈降性硫酸バリウムや炭酸カルシウムなどの微細粒子９により弾性シールを行うため、弾性シールがない場合と比べて、耐高圧シールへの過剰な締結力を必要とせず、締結される母材変形などに対しても有利なシール方法となる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。

例えば、上述の実施形態では、微細粒子９を含有させた樹脂バインダー８を、突き合わせる合わせ面の両方に塗布したが、一方の合わせ面のみに塗布してもよい。

また、本発明のシール方法をインジェクタ以外のものに適用してもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係るインジェクタの模式的な断面図である。 図２は、本実施形態のインジェクタの部分詳細図である。 図３は、本実施形態のノズルとディスタンスピースとの合わせ面の拡大図である。 図４は、本実施形態の微細粒子による弾性シールを説明するための図である。 図５は、本実施形態の合わせ面の平面研削後の面粗度測定例を示す図である。

符号の説明

１ インジェクタ
２ 本体
３、２１、２３ 金属部材（ノズル、インジェクタボディ、ディスタンスピース）
６ 燃料供給通路
８ 樹脂バインダー
９ 微細粒子
１１−１４ 合わせ面
２２、２５ 締結手段（リテーニングナット、雄ねじ部）
３１ 噴孔

Claims (4)

1. 二つの金属部材が、互いに突き合わされる合わせ面を各々有し、それら突き合わされた合わせ面の間から流体が漏れるのを防止するためのシール方法において、
   予め上記二つの金属部材の一方または両方の合わせ面に、上記金属部材よりも軟らかい材質の微細粒子を含有させた樹脂バインダーを塗布し、
   上記樹脂バインダーが塗布された上記金属部材の合わせ面を互いに突き合わせ、
   上記突き合わした合わせ面を互いに押し付けて該合わせ面の間に挟み込まれた上記微細粒子を弾性変形させ、
   上記微細粒子が弾性変形したままで上記合わせ面を押し付けた状態で保持して、上記合わせ面の間をシールすることを特徴とするシール方法。
2. 上記微細粒子が、沈降性硫酸バリウムまたは炭酸カルシウムからなり、かつ粒子径が０．０１〜０．１μｍである請求項１記載のシール方法。
3. 上記樹脂バインダーが、ダンマル樹脂、コハクなどの天然樹脂からなる請求項１または２記載のシール方法。
4. 燃料を噴射するための噴孔が形成されたノズルが、燃料供給手段に接続された本体の先端に、互いの合わせ面を突き合わせて締結手段により締結され、上記燃料供給手段から上記噴孔に燃料を供給するための燃料供給通路が、上記ノズルと上記本体との合わせ面を貫通して形成されたインジェクタにおいて、
   上記ノズルと本体との合わせ面を、上記請求項１から３いずれかのシール方法によりシールしたことを特徴とするインジェクタ。

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