JP2009505028A - 堅固なケーシングを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

堅固なケーシング（６６）、特に電磁的に操作可能な弁のための弁ケーシングを製造するための本発明による方法は、次の方法ステップ、即ち、
ａ）磁性の若しくは磁化可能な材料から成る基本体（５５）を準備し、
ｂ）磁化不能な組織を拡散区域（５８）の領域に形成するために、熱処理下で炭素及び／又は窒素を拡散侵入させることにより、基本体（５５）の少なくとも１つの部分領域を浸炭及び／又は浸窒し、
ｃ）ケーシング（６６）の所望のジオメトリを得るまで、このように形成された基本体（５）を最終加工する、の方法ステップを有していることを特徴としている。
このケーシング（６６）は特に、混合気圧縮型火花点火式の内燃機関の燃料噴射装置における燃料噴射弁での使用に適している。

Description

背景技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の堅固なケーシングを製造するための方法を基点としている。

図１には、先行技術により公知の燃料噴射弁が示されており、この燃料噴射弁は従来のように、内側に金属製の流れガイド部分とケーシング構成部分の３つの部分から成る構造を有している。このような内側の弁管は、内極を形成する入口管片と、非磁性の中間部分と、弁座を有する弁支持体とから成っていて、図１につき詳しく説明されている。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第３５０２２８７号明細書により既に、２つの磁化可能なケーシング部分と、その間に位置する、これらケーシング部分を磁気的に分離している、非磁性のケーシング区域とを有する中空円筒状の金属製ケーシングを製造する方法が公知である。この金属製ケーシングはこの場合、磁化可能な素材から、外径が過剰であるように一体的に予め加工されており、ケーシングの内壁には、所望の真ん中のケーシング区域の幅で、環状溝が突っ切られている。ケーシングを回転させた状態で、磁化不能な充填材料が、環状溝領域を加熱しながら環状溝に充填され、ケーシングの回転は、充填材料が硬化するまで維持される。次いでケーシングは外側で、外径の最終寸法になるまで回転され、これにより、磁化可能なケーシング部分の間はもはや接続していない。このように形成された弁ケーシングは例えば、自動車のアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）のための電磁弁において使用することができる。

さらに、ドイツ連邦共和国特許第４２３７４０５号明細書により、内燃機関のための噴射弁の堅固なコアを製造するための方法が公知である（明細書の図５）。この方法では、直接的に、又は事前の変質プロセスを介して、一体的なスリーブ状の磁気的なマルテンサイトのワークを準備し、このワークを、磁気的なマルテンサイトのワークの中間区分において局所的に熱処理して、この中間区分を、非磁性のオーステナイトの中間区分に変化させる。選択的に、局所的な熱処理の際に、レーザによって溶融されたオーステナイトもしくは溶融されたフェライトを成す元素を、コアの磁気的でないオーステナイトの中間区分を形成するために熱処理する場所に添加することができる。

発明の効果
請求項１の特徴を有する、本発明による堅固なケーシングを製造するための方法には、特に簡単かつ安価な形式で、磁気的な分離部を有するケーシングを大量生産的に確実に製造することができるという利点がある。

特に、個々の構成部分の単純性により、特別な工具における公知の製造方法よりも減じられた唯一の手間しか必要でない。

さらに有利には、ケーシング自体のジオメトリの構成に関して、例えば、長さ、外径、段部等に関して高い柔軟性が得られる。

請求項２以下に記載された手段により、請求項１に記載の方法の有利な別の構成及び改良形が可能である。

特に有利には、基本体の少なくとも１つの部分領域の浸炭及び／又は浸窒を、Ｃ含有及び／又はＮ含有の雰囲気内で行うことができる。この場合、基本体の縁部層における炭素分子若しくは窒素分子の拡散を可能にするために、相応の熱処理が、高温で、またはプラズマ誘導により行われる。

実施例の説明
図２〜図９について、堅固なケーシングを製造するための本発明による方法ステップを説明する前に、図１につき、本発明により製造されるケーシングのための可能な挿入製品としての、先行技術の燃料噴射弁を詳しく説明する。

図１に例示された、混合気圧縮型火花点火式内燃機関の燃料噴射装置のための噴射弁としての電磁操作可能な弁は、磁石コイル１によって取り囲まれた、燃料入口管片及び内極として働く管状のコア２を有している。このコア２は例えば全長にわたって一定の外径を有している。半径方向で段付けされたコイル枠体３は、磁石コイル１の巻線を収容しており、コア２と結合した状態で、磁石コイル１の領域における噴射弁のコンパクトな構成を可能にする。

コア２の下方のコア端部９には、弁長手方向軸線１０に対して同心的に、金属性で非磁性の管状の中間部分１２が溶接によって結合されており、コア端部９を軸方向で部分的に取り囲んでいる。コイル枠体３と中間部分１２の下流には管状の弁座支持体１６が延びており、この弁座支持体１６は中間部分１２に不動に結合されている。弁座支持体１６内には、軸方向可動な弁ニードル１８が配置されている。弁ニードル１８の下流側の端部２３にはボール状の弁閉鎖体２４が設けられており、この弁閉鎖体２４の周面には例えば５つの平らに面取りされた部分２５が、燃料の通流のために設けられている。

噴射弁の操作は公知のように電磁的に行われる。弁ニードル１８の軸方向の運動のために、ひいては、戻しばね２６のばね力に抗した開放のため、もしくは噴射弁の閉鎖のためには、磁石コイル１、コア２、可動子２７を備えた電磁的な回路が働く。管状の可動子２７は、弁ニードル１８の、弁閉鎖体２４とは反対側の端部に、例えば溶接シームによって不動に結合されていて、コア２に整列されている。弁座支持体１６の、コア２とは反対側の下流側に位置する端部内には、固定の弁座３０を備えた円筒状の弁座体２９が溶接によって密に組み付けられている。

弁ニードル１８のボール状の弁閉鎖体２４は、流れ方向で円錐台形状に減径する、弁座体２９の弁座３０と協働する。弁座体２９の下方の端面には、例えばポット状に形成された噴射孔プレート３４が不動かつ密に、例えばレーザにより形成された溶接シームによって結合されている。噴射孔プレート３４には、腐食又は打ち抜きにより成形された少なくとも１つの、例えば４つの噴射開口３９が設けられている。

磁石コイル１の通電時に可動子２７の最良の操作を行うために、ひいては弁の確実かつ正確な開閉を行うために、磁束を可動子２７に案内するために、磁石コイル１は、例えばＵ字形部材として形成された強磁性のエレメントとして働く少なくとも１つの導体エレメント４５によって取り囲まれている。この導体エレメント４５は磁石コイル１を周方向で少なくとも部分的に取り囲んでおり、一方の端部でコア２に、他方の端部で弁座支持体１６に当接しており、これらに例えば溶接、ろう接、もしくは接着によって結合することができる。基本構造としての内側の金属製の弁管、ひいては燃料噴射弁のケーシングも、互いに固定的に結合されており、全体として燃料噴射弁の全長にわたって延びているコア２、非磁気的な中間部分１２、弁座支持体１６が形成している。弁のその他全ての機能構成群は、弁管の内側または弁管を取り囲んで配置されている。弁管のこのような配置は、弁のような電磁的に操作可能なユニットのためのケーシングの従来の３部分から成る構造である。このケーシングは、強磁性のもしくは磁化可能な２つのケーシング領域を有しており、可動子２７の領域で磁気回路磁力線を効果的に案内するために、非磁性の中間部分１２によって磁気的に互いに分離されている、又は、少なくとも、磁気的な絞り個所を介して互いに結合されている。

噴射弁はほぼ、プラスチック射出成形部５１によって取り囲まれており、この射出成形部５１はコア２を基点として軸方向で磁石コイル１及び少なくとも１つの導体エレメント４５を越えて弁座支持体１６にまで延びている。この場合、少なくとも１つの導体エレメント４５は完全に軸方向で、かつ周方向でカバーされている。このプラスチック射出成形部５１には例えば、電気的な接続コネクタ５２が一緒に射出成形されている。

図２〜図９に概略的に示した、堅固なケーシングを製造するための本発明による方法の方法ステップによれば、有利には、特に簡単かつ安価に肉薄のケーシング６６を、種々様々な使用目的のために、とりわけ有利には電磁的に操作可能な弁のために製造することができ、このケーシングを上述した３部分から成る弁管に代替することができる。

第１の方法ステップ（図２）では、例えば円筒状の基本体５５が準備される。この基本体５５からケーシング６６が製造され、この基本体５５は、磁気的もしくは磁化可能な材料から成っており、例えば強磁性であって、またはフェライトの又はマルテンサイトの材料組織を有している。基本体５５は最初は内実に形成されていて良く、例えば特に効果的な製造では、多数のケーシング６６を長い棒材料から形成することができる。局所的に磁気特性を調整するために、基本体５５の１つの部分領域に熱処理を施す。この際、炭素及び／又は窒素が個々にまたは組み合わされて基本体５５の材料に拡散される。小さく選択された領域でのみ、磁気特性を変化させるために、基本体５５のその他の領域には、例えば２部分から成るポット状のカバー５７が設けられている。このカバー５７は基本体５５を、処理したい拡散区域５８の外側で、炭素及び／又は窒素の拡散侵入から保護する。拡散区域５８の領域における基本体５５の浸窒または浸炭は、基本体５５をＣ含有若しくはＮ含有雰囲気５９内にもたらすことにより行われ、即ち、磁化不能な、特にオーステナイトの組織が拡散区域５８に生じるまで行われる。高温でまたはプラズマ誘導により、炭素若しくは窒素分子が磁気的な材料の縁部層に拡散侵入される。

基本体５５の影響を与えるべきでない領域のカバー５７は、図２に示したように、機械的な保護カバーによって行われるが、例えば熱保護ペースト又はこのために適したように輪郭づけられた基本体５５の材料自体による被覆によって行われても良い（図７〜図９）。

例えば、基本体５５の真ん中の領域に生じた拡散区域５８は、図３に示したように、最終的には磁気的な分離の領域を成す。

基本体５５への炭素及び／又は窒素の拡散侵入により、それぞれ直接的に連続していて、炭素及び／又は窒素の添加を伴う熱処理により異なる磁気特性を有する長手方向に延びる区域が生じる。この場合、基本体５５の外側の両区域は同じ磁気特性を有しているが、真ん中の拡散区域５８は、磁化不能なまたは磁化しにくい、極めて僅かしか飽和磁化されていない、又は全く飽和磁化されていない特にオーステナイトの、または部分的にオーステナイトの材料組織を有しており、両外側の区域からは磁気的に分離されている（図４及び図６）。

局所的に浸窒及び／又は浸炭を伴う熱処理後に初めて、内実の基本体５５内に、管状のケーシング６６を形成するために内側の長手方向孔６０を形成する一方で（図３及び図４）、内側の長手方向開口６０を備えた予め管状の基本体５５を出発管材として、これに局所的に拡散区域５８を所望の個所に設けることもできる（図５及び図６）。熱処理前に既に管状の基本体５５では、基本体５５の外壁及び内壁から、オーステナイト安定化性の元素Ｃ及び／又はＮを拡散させることができるという利点が得られる。

既に説明したように、カバー５７は基本体５５自体の材料により形成することができ、基本体５５にはこのために適当に輪郭を形成しなければならない。図７〜図９につき、基本体５５のこのような輪郭がどのようなものであるかを説明する。後の所望の拡散区域５８となる領域には例えば、環状の溝のような若しくは突っ切り溝のような凹部６２が設けられており、基本体５５は、後にこの基本体５５から製造されるケーシング６６よりも大きな外径を有している。この基本体５５は、Ｃ含有若しくはＮ含有の雰囲気５９内でその縁部区域６３まで一貫して磁気的に影響される。熱処理後は基本体５５は、縁部区域６３が凹部６２を除いて広く除去されるように後処理される。これは例えば公知の機械的又は機械的でない除去の方法で、例えばフライス加工、研磨、電気侵食又は電子ビーム又はレーザービームによる熱的除去、電気化学的な除去（ＥＣＭ、エッチング）又は化学的除去により行われる。図９に示したように、縁部区域６３の除去は、所望の領域でのみ変化した磁気特性を有する拡散区域５８を有しているケーシング６６が形成されるまで行われる。材料厚さは縮尺通り示されていない。

図７〜図９の実施例の場合も、内実の基本体５５には、局所的な浸窒及び／又は浸炭を伴う熱処理前でも熱処理後でも、管状のケーシング６６を形成するために内側の長手方向孔を設けることができる。

ケーシング６６を弁に又は別のユニットに組み込む前に、堅固なケーシング６６は所望のジオメトリを有するために最終加工される。本発明により製造されたケーシング６６を燃料噴射弁で使用する場合には、ケーシング６６を、スピニング、ローラバニシング、回転捏ね加工、フランジ付け及び／又はフレアリングのような製造技術的な手段によって特別に成形すると有利である。このケーシング６６によって、図１に示した公知の燃料噴射弁において、コア２、中間部分１２、弁座支持体１６から成る弁管の機能の全てを完全に果たすことができ、従って、例えば燃料噴射弁の軸方向全長にわたって延びてもいる１つの構成部分が形成される。

図１０には本発明により製造されたケーシング６６を有する燃料噴射弁の概略的な図が示されている。ケーシング６６は肉薄のスリーブとして弁内に組み込まれており、この場合、コア２と可動子２７とを半径方向かつ周方向で取り囲んでおり、この場合、ケーシング６６自体は磁石コイル１によっても取り囲まれている。ケーシング６６の拡散区域５８の、磁気特性が変化された例えばオーステナイトの領域が、作業エアギャップ７０の軸方向の延在領域で、コア２と可動子２７との間にあることが明らかであり、これにより磁気回路の磁力線が良好かつ効果的に磁気回路内に案内される。図１に示したＵ字形の導体エレメント４５の代わりに、例えば磁石ポット４６のような外側の磁気回路構成部分が形成されており、この場合、磁気回路は、磁石ポット４６とケーシング６６との間でカバーエレメント４７によって閉じられている。本発明による方法により、比較的大きな肉厚を有するケーシング６６の磁気特性を局所的に変化させることも可能であり、これにより、有利な磁力のために磁気的に有効な領域が最小化されているにも関わらず比較的高い内圧耐性が保証されている。

本発明は、燃料噴射弁又はアンチロックブレーキシステムのための電磁弁での使用に限定されるものではなく、種々様々な使用分野の全ての電磁操作可能な弁や、区分ごとに種々異なる磁性が連続している必要のあるユニットの全ての堅固なケーシングのために使用可能である。本発明によれば、３つの連続した区分を有するケーシング６６が製造可能であるだけでなく、３つ以上の区分を有するケーシング６６も製造することができる。

ケーシングとして３つの部分か成る内側の金属性の弁管を有した先行技術による燃料噴射弁を示した図である。 堅固なケーシングを製造するための本発明による方法ステップを概略的に示した図である。 図２の方法ステップに続く方法ステップを示した図である。 図３の方法ステップに続く方法ステップを示した図である。 堅固なケーシングを製造するための本発明による別の実施例の方法ステップを概略的に示した図である。 図５の方法ステップに続く方法ステップを示した図である。 堅固なケーシングを製造するための本発明によるさらに別の実施例の方法ステップを概略的に示した図である。 図７の方法ステップに続く方法ステップを示した図である。 図８の方法ステップに続く方法ステップを示した図である。 本発明により製造されたケーシングを備えた噴射弁の一部を概略的に示した図である。

Claims (11)

1. 堅固なケーシング（６６）、特に電磁的に操作可能な弁のための弁ケーシングを製造するための方法であって、
   ケーシング（６６）が少なくとも３つの区域を有しており、それぞれ２つの互いに直接的に連続している区域が異なる磁気特性を有していて、次の方法ステップ、即ち、
   ａ）磁性の若しくは磁化可能な材料から成る基本体（５５）を準備し、
   ｂ）磁化不能な組織を形成するために、熱処理下で炭素及び／又は窒素を拡散侵入させることにより、基本体（５５）の少なくとも１つの部分領域を浸炭及び／又は浸窒し、
   ｃ）ケーシング（６６）の所望のジオメトリを得るまで、このように形成された基本体（５）を最終加工する、
   の方法ステップを有していることを特徴とする、堅固なケーシングを製造するための方法。
2. 基本体（５５）が強磁性であって、又は、フェライトの又はマルテンサイトの材料組織を有している、請求項１記載の方法。
3. 円筒状の基本体（５５）を準備する、請求項１または２記載の方法。
4. 熱処理前及び磁気特性の変更前に、内実な中実円筒状の、又は内側の長手方向孔（６０）を備えた中空円筒状の基本体（５５）を準備する、請求項３記載の方法。
5. 基本体（５５）の少なくとも１つの部分領域の浸炭及び／又は浸窒を、Ｃ含有及び／又はＮ含有の雰囲気（５９）内で行う、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 炭素及び／又は窒素の拡散侵入により、磁化不可能な区域を形成する拡散区域（５８）を形成する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 基本体（５５）の前記拡散区域（５８）の外側にカバー（５７）を設ける、請求項６記載の方法。
8. カバー（５７）を機械的な保護カバーまたは、特に熱保護ペーストが塗布された被膜として形成する、請求項７記載の方法。
9. 浸炭及び／又は浸窒が基本体（５５）で一貫して行われ、完全に磁気的に影響された縁部区域（６３）が生じるように、基本体（５５）を輪郭づける、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
10. 基本体（５５）に溝状の凹部（６２）を形成し、この個所にのみ、前記縁部区域（６３）の除去後に局所的な拡散区域（５８）が残る、請求項９記載の方法。
11. 基本体（５５）の最終加工を、スピニング、ローラバニシング、回転捏ね加工、フランジ付け、及び／又はフレアリングにより行う、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。

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