JP2011528495A - 金属製の複合部材、特に電磁弁用の金属製の複合部材 - Google Patents

Abstract

本発明による複合部材は、磁化の異なる少なくとも２つの区分（６１，６２）が設けられていて、該少なくとも２つの区分（６１，６２）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形式のものにおいて、複合部材（６０）の出発材料が、セミオーステナイト鋼であり、第１の区分（６１）が、隣接した第２の区分（６２）に比べて高い飽和分極Ｊ_ｓを有しており、第２の区分（６２）がこの場合０.１Ｔ〜１.３Ｔの最小の飽和分極Ｊ_ｓ及び／又は２〜１５０の最大の相対的な透磁率μ_ｒを有している、ことによって特徴付けられている。この複合部材（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、すなわち複合部材、特に電磁弁用の複合部材であって、磁化の異なる少なくとも２つの区分が設けられていて、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形式のものに関する。

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に構成された複合部材、すなわち、冒頭に述べた形式の複合部材において、複合部材の出発材料が、セミオーステナイト鋼であり、第１の区分が、隣接した第２の区分に比べて高い飽和分極Ｊ_ｓを有しており、第２の区分が０.１Ｔ〜１.３Ｔの最小の飽和分極Ｊ_ｓ及び／又は２〜１５０の最大の相対的な透磁率μ_ｒを有しているように構成された、金属製の複合部材には、次のような利点がある。すなわち本発明による複合部材では、特に簡単かつ安価な形式で、一体の、例えばスリーブ形の複合部材における磁気的な分離が実現されており、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。この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、非磁性ではなく、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。

本発明による複合部材はさらに、例えば長さ、外径、段付けにおける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、という利点を有している。

請求項２以下には、本発明による金属製の複合部材の別の有利な構成が記載されている。

複合材料のための出発材料として、１７−７ＰＨ又は１５−８ＰＨのようなセミオーステナイトのステンレス鋼が使用されると、特に有利である。単数又は複数回の熱処理と、形状付与中又は形状付与後における急速冷却とによって、材料は磁化される。その後で部分領域において、局部的な熱処理が、レーザビーム、誘導加熱又は電子ビーム又はこれに類したものを用いて行われ、これによって冷却後に、減じられた飽和分極を有する第２の区分が生ぜしめられる。

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の第１実施形態を示す図である。 ３つの区分から成る本発明による複合部材の第２実施形態を示す図である。 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３を参照して本発明による金属製の複合部材６０，６０′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６０，６０′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６１，６２，６１から成る本発明による複合部材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、部分的に減じられた飽和分極Ｊ_ｓを備えた２つの区分６２が接続されている。減じられた飽和分極Ｊ_ｓを備えた少なくとも１つの区分６２はこの場合、０.１〜１.３Ｔの最小の飽和分極Ｊ_ｓ及び／又は２〜１５０の最大の相対的な透磁率μ_ｒを有している。

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。場合によっては急速冷却（Tiefkuehlung）を伴う単数又は複数回の熱処理によって、又は場合によっては急速冷却を伴う例えばスリーブ形状への形状付与によって、材料が磁化される。部分領域においてその後で局部的な熱処理が、レーザビーム、誘導加熱又は電子ビーム又はこれに類したものを用いて行われ、これによって冷却後に部分磁性の区分６２が生ぜしめられる。

１つの磁性の区分６１もしくは両方の磁性の区分６１における材料は、この場合残留オーステナイト含有率が０〜５０％の場合に０.８〜１.５Ｔの飽和分極Ｊ_ｓを有していることによって、際立っている。これに対して、部分的に減じられた飽和分極Ｊ_ｓを備えた２区分６２における材料は、フェライト又はマルテンサイトの含有量が＞０の場合に少なくとも０.１Ｔの飽和Ｊ_ｓを有している。

図３に示された本発明の第２実施形態において、複合部材６０′は第１実施形態に比べて幾分異なっている。この複合部材６０′において重要なことは、少なくとも１つの区分６１′が部分的に減じられた飽和分極Ｊ_ｓを備えており、この少なくとも１つの区分６１′に直に一体に、さらに強く減じられた飽和分極Ｊ_ｓを有する第２の区分６２′が接続している。減じられた飽和分極Ｊ_ｓを有する少なくとも１つの区分６１′はこの場合、０.１〜１.７Ｔの飽和分極Ｊ_ｓを有しているが、Ｂ４０００≦０.３Ｔ（Ｈ＝４０００Ａ／ｍ）の磁気誘導を有している。さらに強く減じられた飽和分極Ｊ_ｓを有する第２の区分６２′は、０.１〜１.３Ｔの飽和分極Ｊ_ｓ及び／又は２〜１５０の最大の相対的な透磁率μ_ｒを有している。

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。場合によっては急速冷却を伴う単数又は複数回の熱処理によって、又は場合によっては急速冷却を伴う例えばスリーブ形状への形状付与によって、材料は磁化される。そして部分領域においてその後で局部的な熱処理が、レーザビーム、誘導加熱又は電子ビーム又はこれに類したものを用いて行われ、これによって冷却後に区分６２′が生ぜしめられる。

部分的に減じられた飽和分極Ｊ_ｓを有する両方の区分６１′における材料は、残留オーステナイト含有量が＞０の場合、つまり残留オーステナイトを含有する場合に、０.８〜１.５Ｔの飽和分極Ｊ_ｓを有していることによって、際立っている。これに対してさらに強く減じられた飽和分極Ｊ_ｓを有する区分６２′における材料は、フェライト又はマルテンサイトの含有量が＞０の場合に少なくとも０.１Ｔの飽和Ｊ_ｓを有している。

従って区分６１，６１′に対して減じられた飽和分極Ｊ_ｓを有する区分６２，６２′によって形成された、複合部材６０，６０′における磁気的な絞りは、有利な形式において非磁性ではなく、電磁弁においてこのような複合部材６０，６０′の理想的な使用を可能にする値を有する部分磁性体である。

図４には、本発明による複合部材６０，６０′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６０，６０′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４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く、種々様々な使用分野のすべての電磁作動式の弁と、相前後して位置する異なった磁性ゾーンを必要とする、ユニットにおける一般的にすべての不動のハウジングとに関する。本発明による複合部材６０，６０′は、単に３つの相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 (8)

1. 複合部材、特に電磁弁用の複合部材であって、磁化の異なる少なくとも２つの区分（６１，６２，６１′，６２′）が設けられていて、該少なくとも２つの区分（６１，６２，６１′，６２′）が一体の複合部材（６０，６０′）において互いに直に連続して位置している形式のものにおいて、
   複合部材（６０，６０′）の出発材料が、セミオーステナイト鋼であり、第１の区分（６１，６１′）が、隣接した第２の区分（６２，６２′）に比べて高い飽和分極Ｊ_ｓを有しており、第２の区分（６２，６２′）が０.１Ｔ〜１.３Ｔの最小の飽和分極Ｊ_ｓ及び／又は２〜１５０の最大の相対的な透磁率μ_ｒを有していることを特徴とする、金属製の複合部材。
2. 第２の区分（６２，６２′）における材料がフェライト又はマルテンサイトを含有する、請求項１記載の複合部材。
3. 少なくとも１つの第１の区分（６１）における材料が、残留オーステナイト含有量が０〜５０％の場合に０.８Ｔ〜１.５Ｔの飽和分極Ｊ_ｓを有している、請求項１又は２記載の複合部材。
4. 少なくとも１つの第１の区分（６１′）が、０.１Ｔ〜１.７Ｔの飽和分極Ｊ_ｓを有しているが、Ｂ４０００≦０.３Ｔの磁気誘導を有している、請求項１又は２記載の複合部材。
5. 第１の区分（６１′）における材料が、残留オーステナイトを含有する場合、０.８Ｔ〜１.５Ｔの飽和分極Ｊ_ｓを有している、請求項４記載の複合部材。
6. 第２の区分（６２，６２′）が、複合部材（６０，６０′）において部分磁性の磁気的な絞りを形成している、請求項１から５までのいずれか１項記載の複合部材。
7. 複合部材（６０，６０′）が中空円筒形のスリーブ形状である、請求項１から６までのいずれか１項記載の複合部材。
8. 複合部材（６０，６０′）が、電磁弁において、弁スリーブ又はコア（２）として使用可能である、請求項１から７までのいずれか１項記載の複合部材。

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