JP2011528494A - 金属製の複合部材、特に電磁弁用の金属製の複合部材を製造する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、磁化の異なる少なくとも２つの区分（６１，６２，６３）を備えていて、該少なくとも２つの区分（６１，６２，６３）が一体の複合部材（６０）において互いに直に連続して位置している、金属製の複合部材（６０）を製造する方法に関する。このような方法において本発明では、複合部材（６０）を製造するための出発材料が、セミオーステナイト鋼であり、該セミオーステナイト鋼を円筒形のブランクとして準備し、該ブランクを次いで複数段階の変形プロセス及び／又は熱処理プロセスにおいて、複合部材（６０）の所望の形状に変形し、かつ磁化可能にし、この際に熱処理を、部材がＪ_ｓ＝０.９Ｔ〜１.５Ｔの飽和分極を有するように行い、最後に、部分領域において局部的な熱処理を行い、この際に同時に、異なった磁化領域（６１，６２，６３）の間における狭く制限された移行領域を規定するために、複合部材（６０）の磁気特性が変化しない領域を冷却する。このようにして製造された複合部材（６０）は特に、例えば内燃機関の燃料噴射弁のような電磁弁における使用のために、適している。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の、金属製の複合部材、特に電磁弁用の金属製の複合部材を製造する方法、すなわち、磁化の異なる少なくとも２つの区分を備えていて、該少なくとも２つの区分が一体の複合部材において互いに直に連続して位置している、金属製の複合部材、特に電磁弁用の金属製の複合部材を製造する方法に関する。

図１には、従来技術による公知の燃料噴射弁が示されており、この燃料噴射弁は、内部の金属製の流れ案内部分と同時にハウジング部分の、古典的な３つの部分から成る構造を有している。この内側の弁管は、内極を形成する流入管片と、非磁性の中間部分と、弁座を受容する弁座保持体とから形成されており、これについては後で図１を参照しながら詳しく述べる。

ＤＥ３５０２２８７Ａ１に基づいて既に、２つの磁化可能なハウジング部分と、その間に位置していて両ハウジング部分を磁気的に隔てている１つの非磁性のハウジング領域とを備えた、中空円筒形の金属製のハウジングを製造する方法が公知である。この金属製のハウジングは、磁化可能なブランクから一体に、外径において過度の寸法をもって予め加工され、この際にハウジングの内壁には所望の真ん中のハウジング領域の幅においてリング溝が形成される。ハウジングの回転時に、磁化不能な充填材料がリング溝内に、リング溝領域の加熱下で満たされ、ハウジングの回転は、充填材料が凝固するまで維持される。次いでハウジングは外側において外径の最終寸法が得られるまで高速回転させられ、その結果磁化可能なハウジング部分の間にはもはや結合部は存在しなくなる。このようにして製造された弁ハウジングは、例えば自動車のアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）用の電磁弁において使用することができる。

さらにＤＥ４２３７４０５Ｃ２に基づいて、内燃機関用の噴射弁のための固定のコアを製造する方法（明細書の図５）が公知である。この公知の方法は、直接的に、又は先行する変形プロセスを介して、スリーブ形の一体のマルテンサイト磁性材料を準備し、このマルテンサイト磁性材料は該マルテンサイト磁性材料の中央区分において、この中央区分をオーステナイト非磁性中央区分に変化させるために、局部的な熱処理を施される。択一的に、局部的な熱処理時にレーザを用いて溶融されるオーステナイトもしくは溶融されるフェライトを形成するエレメントを、固定のコアのオーステナイト非磁性中央区分を形成するために、熱処理の箇所に付け加えることが可能である。

発明の利点
請求項１の特徴部記載のような、金属製の複合部材を製造する方法、すなわち、複合部材を製造するための出発材料が、セミオーステナイト鋼であり、該セミオーステナイト鋼をブランクとして準備し、該ブランクを次いで複数段階の変形プロセス及び／又は熱処理プロセスにおいて、複合部材の所望の形状に変形し、かつ磁化可能にし、この際に熱処理を、部材がＪ_ｓ＝０.９Ｔ〜１.５Ｔの飽和分極を有するように行い、最後に部分領域において局部的な熱処理を行い、この際に同時に、複合部材の磁気特性が変化しない領域を冷却する、本発明による方法には、次のような利点がある。本発明による方法では、特に簡単かつ安価な形式で、一体の、例えばスリーブ状の複合部材における磁気的な分離を、狭く限定された移行領域をもって実現することができ、しかもこの複合部材は大量生産によって製造可能である。本発明によって製造された複合部材は次のことによって、すなわち磁化の異なる少なくとも２つの隣接した区分が設けられており、第１の区分に対して減じられた飽和分極Ｊ_ｓを有する第２の区分によって形成された、複合体における磁気的な絞りが、有利な形式で、非磁性であるか又は、電磁弁におけるこのような複合部材の理想的な使用を可能にするような値をもつ部分磁性体であることによって、傑出している。

複合材料のための出発材料として、セミオーステナイトのステンレス鋼（例えば１７−７ＰＨ、１５−８ＰＨ）が後の複合部材のためのブランクの形で使用されると、特に有利である。この材料は基本的に変形もしくは深絞りが困難である。なぜならば、このような材料は変形マルテンサイトを形成し、かつひずみ硬化もしくは加工硬化する傾向があるからである。材料に内在するこのようなメカニズムに対して、本発明において使用される温度助成は、反対に作用することができるので、その結果、飽和分極の異なった最終的に隣接する複数の区分を、１つの複合部材において確実に形成することができる。

さらに、例えば長さ、外径、段付けのような、複合部材自体のジオメトリ構成において、大きなフレキシビリティが可能である、という利点がある。

請求項２以下には、本発明による方法の別の有利な構成が記載されている。

少なくとも１つの磁性の区分と少なくとも１つの非磁性の区分とから成っているか、又は少なくとも１つの磁性の区分と部分的に減じられた飽和分極を有する少なくとも１つの区分とから成っている複合部材を、製造すると、有利である。

局部的な熱処理を瞬時に制御もしくは調整すると、特に有利であり、この場合制御回路は、誘導式の発熱装置、高温計及び制御装置を有しており、高温計を用いて無接触式の温度測定が行われる。誘導式の発熱装置の代わりに、ビーム（レーザビーム、電子ビーム）を用いて熱を供給することも可能である。

次に図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

３つの部分から成る内部の金属製の弁管をハウジングとして備えた、従来技術による燃料噴射弁を示す断面図である。 ３つの区分から成る本発明による複合部材を示す図である。 方法を実施するための配置構成を示す概略図である。 測定装置を示す概略図である。 使用可能性を明らかにするために、本発明による方法によって製造された複合部材を備えた噴射弁を示す図である。

実施形態の記載
図２及び図５を参照して本発明によって製造される金属製の複合部材６０の特性について記載する前に、図１を参照しながら、このような複合部材６０を使用できる製品としての従来技術の燃料噴射弁について詳説する。

混合気圧縮型火花点火式の内燃機関の燃料噴射装置用の噴射弁として形成された、図１に例示された電磁作動式の弁は、マグネットコイル１によって取り囲まれていて燃料流入管片及び内極として働く管状のコア２を有しており、このコア２は例えばその全長に亘って、一定の外径を有している。半径方向において段付けされたコイル体３は、マグネットコイル１の巻線を受容していて、コア２との関連において、マグネットコイル１の領域における噴射弁のコンパクトな構造を可能にしている。

コア２の下側のコア端部９には、弁長手方向軸線１０に対して同心的に密に、管状の金属製の非磁性の中間部材１２が溶接によって結合されていて、この中間部材１２はコア端部９を軸方向において部分的に取り囲んでいる。コイル体３及び中間部材１２の下流側には、管状の弁座保持体１６が延びており、この弁座保持体１６は中間部材１２と堅く結合されている。弁座保持体１６内には、軸方向可動の弁ニードル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、球形の弁閉鎖体２４が設けられており、この弁閉鎖体２４の周囲には、燃料を流すための５つの面取り部２５が設けられている。

噴射弁の作動は公知の形式で電磁式に行われる。弁ニードル１８の軸方向運動のため、ひいては戻しばね２６のばね力に抗した噴射弁の開放のためもしくは閉鎖のためには、マグネットコイル１とコア２と可動子２７とを備えた電磁回路が働く。管状の可動子２７は、弁ニードル１８の、弁閉鎖体２４とは反対側の端部と、例えば溶接シームによって堅く結合されていて、かつコア２に向かって方向付けられている。弁座保持体１６の、コア２とは反対側に位置する端部、つまり下流側に位置する端部には、円筒形の弁座体２９が溶接によって密につまりシール作用をもって取り付けられており、この弁座体２９は不動の弁座３０を有している。

弁ニードル１８の球形の弁閉鎖体２４は、流れ方向において円錐台形状に先細になる、弁座体２９の弁座３０と共働する。弁座体２９はその下端面において、例えばポット形に形成された噴射孔ディスク３４と堅くかつ密に、例えばレーザを用いて形成された溶接シームによって結合されている。噴射孔ディスク３４には、例えば侵食もしくはエロージョン又は打抜きによって形成された、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。

マグネットコイル１への給電時における可動子２７の最適な操作、ひいては弁の確実かつ正確な開閉を目的として、磁束を可動子２７に向かって案内するために、マグネットコイル１は、例えば湾曲部材として形成されかつ強磁性エレメントとして働く、少なくとも１つの案内エレメント４５によって取り囲まれており、この案内エレメント４５は、マグネットコイル１を周方向において少なくとも部分的に取り囲み、かつその一端でコア２に接触し、かつ他端で弁座保持体１６に接触していて、この弁座保持体１６と、例えば溶接、ろう接もしくは接着によって結合可能である。燃料噴射弁の基本フレーム構造ひいては燃料噴射弁のハウジングでもある内部の金属製の弁管を、コア２と非磁性の中間部材１２と弁座保持体１６とが形成しており、これらの部材２，１２，１６は、互いに堅く結合されていて、全部で、燃料噴射弁の全長に亘って延在している。弁のその他のすべての機能群は、弁管の内部又は弁管の回りに配置されている。上に述べた弁管の配置構成は、弁のような電磁作動式のユニットのためのハウジングの、３つの部分から成る古典的な構造であり、このハウジング構造では、強磁性のもしくは磁化可能な２つのハウジング領域が設けられていて、両ハウジング領域は、磁束線の効果的な出力のために可動子２７の領域において、非磁性の中間部材１２を用いて磁気的に互いに分離されているか、又は少なくとも磁気的な絞り箇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包埋射出成形部５１によって取り囲まれており、このプラスチック包埋射出成形部５１はコア２を起点として軸方向でマグネットコイル１と少なくとも１つの案内エレメント４５とを介して、弁座保持体１６にまで延びており、この場合少なくとも１つの案内エレメント４５は、完全に軸方向及び周方向において覆われている。このプラスチック包埋射出成形部５１には例えば、一緒に射出成形された電気的な接続コネクタ５２が属している。

図２には、３つの区分６１，６２，６３から成る本発明によって製造された複合部材６０が示されている。この複合部材６０において重要なことは、少なくとも１つの良好に磁化可能な区分６１が設けられていて、この区分６１には直に一体に、減じられた飽和分極Ｊ_ｓを備えた第２の区分６２が接続されている。

複合部材６０のための出発材料としては、セミオーステナイトのステンレス鋼（例えば１７−７ＰＨ、１５−８ＰＨ）が使用される。本発明による方法では、例えば前記材料製の円筒形のブランクが準備される。このブランクは次いで、一方では複数段階の変形プロセスにおいて、複合部材６０の所望の形状に変形され、かつ他方では複数段階の熱処理サイクルにおいて処理される。理想的には、ブランクのためのすべての熱処理ステップ及び急速冷却過程（Tiefkuehlungvorgaenge）は、ただ１つの熱処理装置において行われる。

セミオーステナイトのステンレス鋼からブランクを所望のように熱処理することによって、この材料を異なった組織状態にし、かつ磁気特性を変化させることができ、これは、製造される複合部材６０のために利用される。２段階式の熱処理によって、焼鈍された状態において磁化不能であるこれらの材料を、特別な形式で、磁化可能にすることができる。第１の熱処理ステップはコンディショニングであり、第２の熱処理ステップは硬化と呼ばれる。間において行われる急速冷却及び／又は次に行われる急速冷却によって、磁化可能な成分は、さらに最大化されることができる。コンディショニング時に及び硬化時における最適化された温度選択と単数又は複数の急速冷却過程とによって、残留オーステナイト成分が可能な限り最小になるので、Ｊ_ｓ＝０.９〜１.５Ｔの最大の飽和分極を得ることができる。

最後の変形プロセス及び／又は前記熱処理サイクルの後で、後処理が部分領域における熱の作用下で行われ、これによって製造される複合部材６０の区分６２を規定することができる。磁気特性を極めて正確に規定された領域においてだけ変化させるためには、局部的な熱処理は、極めて狭く制限されて行われることが望ましい。複合部材６０の部分的な加熱のためには、特に、誘導式の加熱（誘導加熱による焼鈍）が適しているが、しかしながらまたレーザビーム又は電子ビームを用いて処理も可能である。

加熱ゾーンの狭い局部的な制限は、有利には、他の部材領域における熱の排出によって達成することができる。図３に示されているように、熱の排出は、ガス擦過流を用いた対流（例えば窒素冷却（Stichstoffkuehlung））又は、媒体による周囲を洗う流れ（例えば水中焼き入れ（Unterwasserhaerten））によって行うことができる。窒素を用いたガス擦過流では、複合部材６０は例えば、ガラスベルとして形成された部材受容体６５内にもたらされる。この部材受容体６５を通して、熱を複合部材６０から直に排出することができる保護ガスの容積流が導かれ、これによって複合部材６０において極めて狭い移行領域を実現することができる。局部的な加熱は、誘導コイル６６を用いた誘導焼き鈍し時に行われる。加熱及び冷却プロセスは、所望の磁化結果が熱処理された区分６２において規定された熱処理によって調節されることによって、傑出している。決定的なプロセスパラメータは、熱処理プロセスにおいて瞬時に調整される加熱時間及び加熱温度である。図４に略示されているように、調整は例えば、無接触式の温度測定（測定ビーム６８）のための高温計６７を用いて行われる。この場合制御回路は、誘導式の発熱装置、高温計６７及び制御装置を有している。熱処理は少なくとも７００℃の温度でかつ少なくとも２.５ｓの時間にわたって行われる。熱降下装置としては、複合部材６０に付加的に又は択一的に、冷却リングが設けられてもよい。さらに複合部材６０の緊締受容体も冷却されることができる。

部分的な熱処理の結果は、熱処理されたゾーン（区分６２）が例えば１〜１０ｍｍの規定された長さを有していて、この長さに亘って前記ゾーンが等しい磁気特性を有しており、区分６２と磁性の区分６１，６３との間における移行領域が極めて短い長さ（例えば１ｍｍ）を有していることによって、傑出している。

上に述べた局部的な熱処理は次のように、すなわち、複合部材６０が少なくとも１つの磁性の区分６１（飽和分極Ｊ_ｓ＝０.９〜１.５Ｔ）と少なくとも１つの非磁性の区分６２（飽和分極Ｊ_ｓ＝０Ｔ）とから成っているか、又は複合部材６０が少なくとも１つの磁性の区分６１（飽和分極Ｊ_ｓ＝０.９〜１.５Ｔ）と部分的に減じられた飽和分極（飽和分極Ｊ_ｓ＝０.０１〜０.３Ｔ）を有する少なくとも１つの区分６２とから成っているように、実行される。

図５には、本発明による複合部材６０を備えた燃料噴射弁を部分的に示す断面図であり、この場合複合部材６０は、薄壁のスリーブとして燃料噴射弁に使用されていて、コア２及び可動子２７を半径方向及び周方向において取り囲んでいて、それ自体はマグネットコイル１によって取り囲まれている。図５から明らかなように、複合部材６０の中央の区分６２は、コア２と可動子２７との間における作業空隙７０の軸方向における延在領域に位置しており、このようになっていることによって、磁束線を最適かつ効果的に磁気回路において導くことができる。図１に示されたＵ字形の案内エレメント４５の代わりに、外側の磁気回路構成部材は例えばマグネットポット４６として形成されており、この場合マグネットポット４６とハウジング６６との間における磁気回路はカバーエレメント４７を介して閉鎖されている。金属製の複合部材６０は、単に弁スリーブとして電磁弁において使用可能であるのみならず、例えばコア２としても使用可能である。

本発明は、燃料噴射弁における使用又はアンチロックブレーキシステム用の電磁弁における使用に制限されるものではない。本発明のように製造された複合部材６０は、相前後して位置する異なった磁性ゾーンを必要とする、ユニットにおいて一般的に使用可能である。本発明による複合部材６０は、単に２つ又は３つの前後して連続した区分をもって製造できるのみならず、４つ以上の区分をもって製造することも可能である。

Claims (11)

1. 磁化の異なる少なくとも２つの区分（６１，６２，６３）を備えていて、該少なくとも２つの区分（６１，６２，６３）が一体の複合部材（６０）において互いに直に連続して位置している、金属製の複合部材（６０）を製造する方法、特に電磁弁用の金属製の複合部材を製造する方法において、
   複合部材（６０）を製造するための出発材料が、セミオーステナイト鋼であり、該セミオーステナイト鋼をブランクとして準備し、該ブランクを次いで複数段階の変形プロセス及び／又は熱処理プロセスにおいて、複合部材（６０）の所望の形状に変形し、かつ磁化可能にし、この際に熱処理を、部材がＪ_ｓ＝０.９Ｔ〜１.５Ｔの飽和分極を有するように行い、最後に部分領域において局部的な熱処理を行い、この際に同時に、複合部材（６０）の磁気特性が変化しない領域を冷却することを特徴とする、金属製の複合部材を製造する方法。
2. 最後に行われる局部的な後処理を、誘導式の焼き鈍し工程として熱の影響下で行う、請求項１記載の方法。
3. 局部的な熱処理中に、ガス擦過流を用いた対流によって、複合部材（６０）から熱を排出する、請求項１又は２記載の方法。
4. 部材受容体（６５）内において複合部材（６０）の回りに窒素を流す、請求項３記載の方法。
5. 部材受容体（６５）がガラスベルの形で形成されている、請求項４記載の方法。
6. 加熱時間及び加熱温度を、局部的な熱処理プロセスにおいて瞬時に調整する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 局部的な熱処理を、少なくとも７００℃の温度でかつ少なくとも２.５ｓの時間にわたって行う、請求項６記載の方法。
8. 局部的な熱処理中に、高温計（６７）を用いて無接触式に温度を測定する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 熱降下装置として複合部材（６０）に、ガス擦過流に加えて又は択一的に、冷却リングを取り付け、かつ／又は複合部材（６０）の緊締受容体を冷却する、請求項３記載の方法。
10. 局部的な熱処理中に、熱処理された区分（６２）と隣接した磁性の区分（６１，６３）との間における少なくとも１つの移行領域の長さが１ｍｍとなるように、冷却を行う、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 複合部材（６０）が中空円筒形にスリーブ状になり、かつ弁スリーブ又はコア（２）として使用可能であるように、該複合部材（６０）を成形する、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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