JP2021110417A - ２部品の接合構造及び燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】金属部材同士の焼き付き不良及び溶接不良の発生を抑制する。【解決手段】アウター部材（アダプタ２）とインナー部材（固定コア１）とを圧入する２部品の接合構造において、アウター部材２及びインナー部材１のいずれか一方の部材の圧入面１ｐ１’の近傍に、圧入面１ｐ１’から径方向内側に窪んだ逃げ部１ｐ３と、逃げ部１ｐ３から径方向外側に突出する凸部１ｐ２と、を備え、凸部１ｐ２は逃げ部１ｐ３に対して圧入方向前側に設けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の金属部材の接合構造に係り、複数の金属部材を圧入して溶接する２部品の接合構造に関する。本発明の２部品の接合構造は燃料噴射弁に用いられるのに適している。

燃料噴射弁には、複数の金属部材を接合した部品がしばしば含まれる。このような燃料噴射弁として、国際公開第２０１４／１９６２４０号パンフレット（特許文献１）に記載された電磁式燃料噴射弁が知られている。特許文献１の電磁式燃料噴射弁は、インナー側の金属部材（以下、インナー部材）であるコアをアウター側の金属部材（以下、アウター部材）であるメタルジョイントに圧入し、その後、コアとメタルジョイントとを溶接する。

国際公開第２０１４／１９６２４０号パンフレット

特許文献１の電磁式燃料噴射弁では、レーザ溶接に先行してインナー部材とアウター部材との圧入工程を行う場合に、圧入時の金属部材同士の焼付きを防止する必要があり、従来、潤滑油を用いることが一般的であった。しかしながら圧入部と溶接部とが近接している場合、圧入工程で使用した潤滑油が溶接の入熱でガス化し、ブローホール等の溶接不良が生じる場合がある。また、コスト低減の観点からも、溶接部の有無にかかわらず、潤滑油を不要にすること、或いは使用する潤滑油の量を減して、金属部材を圧入する時の焼き付きを低減することが好ましい。

本発明の目的は、金属部材を圧入する時の焼き付きを低減することができる２部品の接合構造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、
アウター部材とインナー部材とを圧入する２部品の接合構造において、 前記アウター部材及び前記インナー部材のいずれか一方の部材の圧入面の近傍に、前記圧入面から径方向内側に窪んだ逃げ部と、前記逃げ部から径方向外側に突出する凸部と、を備え、
前記凸部は前記逃げ部に対して圧入方向前側に設けられる。

本発明によれば、圧入作業で組み立てる金属部材同士の焼き付きを低減することができる。

本発明の一実施例に係る燃料噴射弁の概略構成を表す断面図である。 図１の燃料噴射弁における２部品の接合部を示す図であり、アウター部材（アダプタ）とインナー部材（固定コア）とを嵌め合わせた状態を表す断面図である。 本発明の一実施例に係る図であり、圧入表面の拡大イメージ図である。 本発明の一実施例に係る図であり、アウター部材とインナー部材とを圧入結合させる際に用いる押圧ユニットの断面を示す模式図である。 本発明の一実施例に係る図であり、圧入工程後にアウター部材とインナー部材との接合部を溶接した状態を表す断面図である。

電磁式燃料噴射弁では、レーザ溶接に先行してインナー部材とアウター部材との圧入工程を行う場合に、圧入時の金属部材同士の焼付きを防止する必要があり、従来、潤滑油を用いることが一般的であった。しかしながら圧入部と溶接部とが近接している場合、圧入工程で使用した潤滑油が溶接の入熱でガス化し、ブローホール等の溶接不良が生じる場合があり、その対策が必要になる。

一方、溶接時のブローホールを低減するために潤滑油を用いずに無潤滑で圧入する場合は、圧入部に焼付きが生じ易いばかりか、焼き付きが一度発生すると部品の押込みと共に焼き付き部が成長し、その結果、圧入途中でインナー部材とアウター部材とが固着してしまい、圧入作業自体が完遂できない場合がある。

そのため、金属部材を圧入する時の焼き付きを低減すること及び、圧入した金属部材同士の溶接部にブローホール等の不良が発生し難い２部品の接合構造および接合方法を採用することが好ましい。

本発明に係る２部品の接合構造および接合方法は、燃料機器としての燃料噴射弁や高圧燃料供給ポンプに好適な接合構造および製造方法として用いるのに好適である。

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で用いる断面図は、燃料噴射弁の中心軸線３０ａ（図１参照）に平行、且つ中心軸線３０ａを含む断面を示している。

−燃料噴射弁の概略構成−
図１は、本発明の一実施例に係る燃料噴射弁３０の概略構成を表す断面図である。図１に示した燃料噴射弁３０は電磁駆動式のものであり、磁気回路部、バルブ部、アダプタ２等を含んで構成されている。

以下の説明において、上下方向を指定して説明する場合があるが、この上下方向は図１の上下方向に基づいており、燃料噴射弁３０の実装状態における上下方向とは必ずしも一致しない。また図１において、燃料噴射弁３０の下端（オリフィスカップ８が設けられる側の端部）を先端と呼び、上端（オリフィスカップ８が設けられる側とは反対側の端部）を基端と呼んで説明する場合がある。また燃料噴射弁３０の中心軸線３０ａに沿う方向を軸方向と呼んで説明する。なお本実施例では、中心軸線３０ａは固定コア１、可動子９及びプランジャロッド５の中心軸線と一致している。

磁気回路部は、固定コア（ソレノイドコア）１、アダプタ２、ハウジング３、ノズルホルダ４、可動子（可動コア）９、コイル６及びターミナル７等を含んで構成されている。ノズルホルダ４は筒状の部品であり、筒状の固定コア１の先端側（同図中の下側）に装着されている。固定コア１の外周にはコイル６が設けられている。これら固定コア１及びコイル６の周囲は更にハウジング３で包囲されている。

アダプタ２は燃料噴射弁３０を燃料供給管（不図示）に接続する配管継手であり、固定コア１の基端側（同図中の上側）に溶接されている。アダプタ２、固定コア１及びノズルホルダ４にはそれぞれ中心孔２ａ，１ａ，４ａが設けられており、これらの中心孔２ａ，１ａ，４ａが連なって燃料通路ＦＰが形成されている。この燃料通路ＦＰには、高圧燃料ポンプ（不図示）からの燃料が燃料供給管を介して供給される。なお本実施例では、アダプタ２は固定コア１に一体に接合される部品であり、固定コア１と共に磁気回路部の一部として取り扱っているが、アダプタ２には磁気回路は構成されない。

バルブ部は、プランジャロッド５及びオリフィスカップ８等を含んで構成されている。オリフィスカップ８は複数の燃料噴射孔及び弁座を持つ燃料噴射部であり、ノズルホルダ４の先端に装着されている。プランジャロッド５は燃料噴射弁３０の弁体であり、燃料通路ＦＰに軸方向に移動可能に収容されている。プランジャロッド５によって構成される弁体は、オリフィスカップ８に形成された弁座と協働して、燃料噴射孔に通じる燃料通路の開閉を行う。

プランジャロッド５の基端側（コア１側）の端部（基端部）には可動子９が装着されている。固定コア１の燃料通路ＦＰにはスプリングＳが収容されており、スプリングＳでプランジャロッド５の先端がオリフィスカップ８の弁座に押し付けられている。プランジャロッド５がオリフィスカップ８の弁座に押し付けられることで、オリフィスカップ８の燃料噴射孔が閉止されている。

このような構成により、ターミナル７（駆動回路）を介して供給される電流がコイル６に流れると、コア１が励磁されて磁気吸引力を発生させ、スプリングＳの復元力に抗して可動子９を吸引する。この可動子９の移動に伴ってプランジャロッド５がオリフィスカップ８から離れ、オリフィスカップ８の燃料噴射孔が開き、高圧燃料ポンプで加圧された燃料通路ＦＰ内の燃料が燃料噴射孔から噴出する。

−アウター部材／インナー部材−
本明細書に言う「アウター部材」及び「インナー部材」は燃料噴射弁３０の部品であり、アウター部材にインナー部材が圧入により接合され、その後、溶接（例えばレーザ溶接）によりアウター部材とインナー部材とが互いに接合される。本実施例においては、アウター部材及びインナー部材の両方に、軸方向に延設された中心孔が備わっている。本実施例では、アダプタ２をアウター部材、固定コア１をインナー部材とした場合を例に挙げて説明する。

図２は、図１の燃料噴射弁３０における２部品１，２の接合部を示す図であり、アウター部材（アダプタ）２とインナー部材（固定コア）１とを嵌め合わせた状態を表す断面図である。なお図２では、固定コア１とアダプタ２との上下関係が図１と逆になっており、コア１の凸部１ｐがアダプタ２の凹部２ｒに圧入結合された状態を示している。

本実施例では、２部品１，２を圧入により嵌め合わせた圧入部は、凸部１ｐと凹部２ｒとにより構成される。凸部１ｐは、円筒状の外周面１ｐ１を有し、固定コア１の基端側端部に設けられる。凸部１ｐの外周面１ｐ１は、固定コア１において、凸部１ｐに対して先端側に位置する部分（外周面）１ｂよりも小径に形成される。言い換えれば、外周面１ｂは凸部１ｐの外周面１ｐ１よりも大径に形成されている。以下、凸部１ｐよりも先端側の部分１ｂを大径部と呼び、凸部１ｐを小径部と呼んで説明する場合がある。固定コア１の大径部１ｂと小径部１ｐと間には段差面１ｂｐが形成される。

一方、アダプタ２の固定コア１側の端部（先端側端部）には、凸部１ｐが嵌め合わされる凹部２ｒが形成されている。凹部２ｒは凹部圧入面２ｒ１が円筒状の内周面として形成され、凹部圧入面２ｒ１に固定コア１の凸部１ｐの外周面１ｐ１が圧入される。圧入後の固定コア１及びアダプタ２は、アダプタ２の端面２ｂが固定コア１の段差面１ｂｐに当接している。一方、凹部２ｒの底面２ｒ２と凸部１ｐの上端面（基端側端面）１ｐ２との間には、軸方向の隙間が存在しており、これによりアダプタ２の端面２ｂを固定コア１の段差面１ｂｐに確実に当接させることができる。

固定コア１の凸部１ｐは、アダプタ２の端面２ｂが当接する段差面１ｂｐから基端側に突出する突出部として形成される。

−燃料噴射弁の製造方法（１）−
図３は、本発明の一実施例に係る図であり、圧入表面の拡大イメージ図である。

圧入部となる凸部１Ｐや凹部２ｒは一般的には旋削加工され、旋削面をミクロ的に観察するとノコギリ刃のように尖鋭な三角形状の山部２ｅが形成されている。

圧入作業は、この尖鋭な三角形状の山部２ｅ同士が擦れあうように行われる。圧入作業で生じる焼き付きは、圧入作業時に図３の圧入部表面イメージ図に示すような面粗さの山部２ｅの頂部が局部的に擦れあうことによりせん断され、新生面が現れることで生じ易くなる。すなわち圧入作業での焼き付きは、出現直後の新生面における材料同士が溶着することにより発生する。従って、焼き付きを防止するためには、圧入面に存在する山部２ｅの頂部を予めせん断して、または圧し潰して平坦状にし、更に酸化膜が形成されてから行うことが有効である。

本実施例では、図２の拡大部に示すように、コア１の小径部１ｐの基端側端部に局部的な凸部１ｐ２を設ける。凸部１ｐ２は、凸部１ｐの外周面１ｐ１に径方向内側に窪んだ逃げ部１ｐ３を形成することにより、設けられる。すなわち凸部１ｐ２は、逃げ部１ｐ３の底面から径方向外側に突出する突出部として形成される。凸部１ｐ２は、軸方向において、逃げ部１ｐ３に対して先端側（圧入方向前側）に設けられる。また凸部１ｐ２及び逃げ部１ｐ３は、圧入面１ｐ１の周方向の全周に亘って形成されている。

さらに凸部１ｐ２及び逃げ部１ｐ３は、アダプタ（アウター部材）２とコア（インナー部材）１との圧入部１ｐ１，２ｒ１において、圧入方向前側の端部に設けられる。

また凸部は、圧入方向前側に圧入の導入面１ｐ２ａを有し、導入面１ｐ２ａと逃げ面１ｐ３とに滑らかにつながっている。この場合、凸部１ｐ２は凸部先端が曲面形状であることが好ましい。これにより、アダプタ（アウター部材）２とコア（インナー部材）１との圧入が滑らかに行われる。

アダプタ２にコア１を圧入する際に、アダプタ２の凹部圧入面２ｒ１の表面はコア１の小径部１ｐの凸部１ｐ２によるしごき加工を受けて平坦部が新生面として出現する。加工痕である山部２ｅは、凸部１ｐ２でしごき加工することにより略平坦状になる。このとき凸部１ｐ２の先端側、すなわち圧入方向前側（圧入押し込み方向）に対して後側に逃げ部１ｐ３が設けられているため、出現した新生面（平坦部）は逃げ部１ｐ３に達すると瞬時に酸化される。このためこの新生面は、圧入作業の押し込みが進み、コア１の圧入面１ｐ１が押し込まれる時には、既に焼き付きを起こし難い酸化面に変化しており、コア１の圧入面１ｐ１と凹部圧入面２ｒ１との固着が防止される。

また、局部的な凸部１ｐ２と凹部圧入面２ｒ１との間で焼き付きが発生した場合でも、凹部圧入面２ｒ１が逃げ部１ｐ３に移動することにより局部的な凸部１ｐ２と凹部圧入面２ｒ１とが離れるため、焼き付きによるかじりの成長が遮断され、凸部１ｐ２と凹部圧入面２ｒ１との固着が防止される。

凸部１ｐ２及び逃げ部１ｐ３は、コア（インナー部材）１の圧入面１ｐ１側に設けられる構成に限定される訳ではなく、アダプタ（アウター部材）２又はコア（インナー部材）１のいずれか一方の部材の圧入面の近傍に設けられれば良い。しかし、インナー部材となるコア１側では圧入面１ｐ１が外周面となることで、コア（インナー部材）１の圧入面１ｐ１側に設ける方が凸部１ｐ２及び逃げ部１ｐ３の加工が容易になる。

図２に示すように、凸部１ｐ２、逃げ部１ｐ３及び逃げ部１ｐ３の圧入方向後側の端部から圧入方向後側に構成されるコア１の圧入面１ｐ１’は、軸方向における長さＬａ，Ｌｂ，ＬｃがＬａ＜Ｌｂ＜Ｌｃの関係となるように、形成されている。これにより、凸部１ｐ２によるしごき加工を受けて出現した新生面の酸化を確実に行うことで、凸部１ｐ２と凹部圧入面２ｒ１との焼き付きによる固着を防ぎ、かつ凹部圧入面２ｒ１と圧入面１ｐ１’との接合力を大きくすることができる。

凸部１ｐ２は、上述した様に、凸部先端が曲面形状であることが好ましい。これにより、後述する凸部１ｐ２と凹部圧入面２ｒ１との焼き付きによる固着を防ぐことが容易になる。

また、凸部１ｐ２の直径と圧入面１ｐ１’の直径とは同じであり、凸部１ｐ２は圧入面１ｐ１に逃げ部１ｐ３を形成することにより、形成される。これにより、凸部１ｐ２を簡単に形成することができる。

−燃料噴射弁の製造方法（２）−
本実施例における燃料噴射弁３０の製造方法は、インナー部材である固定コア１とアウター部材であるアダプタ２との接合工程を除き、一般的な製造工程と同様とすることができる。従って、ここでは固定コア１とアダプタ２との接合工程について説明する。

図４は、本発明の一実施例に係る図であり、アウター部材２とインナー部材１とを圧入結合させる際に用いる押圧ユニットの断面を示す模式図である。

まず、図４に示すように、押圧ユニットによりインナー部材（固定コア）１を押圧することで、アダプタ２の凹部２ｒにコア１の凸部１ｐを所定の位置まで圧入する。この際、圧入部１Ｐ，２ｒに対する潤滑油の塗布は行わないことが好ましい。同図に示す押圧ユニットは、固定コア１を上から押圧するパンチ１０、押圧中の固定コア１及びアダプタ２を覆うガイド１１、ガイド１１に拘束されて固定コア１とアダプタ２を受ける治具１２ａ等を含んで構成されている。

パンチ１０における固定コア１との接触部は平面であり、パンチ１０は固定コア１の可動子９と対向する端面の全体に面接触する。特に図示していないが、固定コア１とアダプタ２の外周を拘束する治具１２ｂ，１２ｃを用いることで、押圧時にコア１とアダプタ２との軸ずれを抑制できる。また押圧時のコア１の押し込み量を制限するストッパ（不図示）を用いることで、コア１及びアダプタ２からなる結合部品の軸方向長さのばらつきを抑えることができる。

図５は、本発明の一実施例に係る図であり、圧入工程後にアウター部材とインナー部材との接合部を溶接した状態を表す断面図である。

コア１及びアダプタ２の圧入作業が完了した後、組み立てられたコア１及びアダプタ２を押圧ユニットから取出し、コア１の段差面１ｂｐとアダプタ２の端面２ｂとの対向部を外周側から全周に亘って、溶融部２０の様に溶接する。

その後は、接合されたコア１及びアダプタ２に対して各部品を取付けて燃料噴射弁３０を完成させる。完成品は適宜検査を実施した上でエンジン等の対象製品に組み込まれる。

−効果−
本実施例においては、圧入する場合に焼き付き防止として一般的に必要とされる潤滑油が不要になるため、固定コア１とアダプタ２との圧入部に対する潤滑油の塗布工程、圧入後の油分除去（洗浄）工程を省略できる。

そして、上記のように予め固定コア１とアダプタ２とを組み立てておくことで一つの部品として取り扱うことができ、両者を溶接により精度良く接合することができる。また、コア１とアダプタ２との組み立てのための潤滑油が不要であるため、溶接時に油によるブローホールの発生も抑制できる。このようにブローホールの発生を効果的に抑制して固定コア１及びアダプタ２の溶接不良を低減することができ、両者をより強固にシール性良く結合することができる。

上述した実施例は、以下の特徴を備える。

（１）アウター部材（アダプタ２）とインナー部材（固定コア１）とを圧入す２部品の接合構造において、アウター部材２及びインナー部材１のいずれか一方の部材の圧入面１ｐ１’の近傍に、圧入面１ｐ１’から径方向内側に窪んだ逃げ部１ｐ３と、逃げ部１ｐ３から径方向外側に突出する凸部１ｐ２と、を備え、凸部１ｐ２は逃げ部１ｐ３に対して圧入方向前側に設けられる。

（２）凸部１ｐ２及び逃げ部１ｐ３は、アウター部材２とインナー部材１との圧入部１ｐ１，２ｒ１において、圧入方向前側の端部に設けられる。

（３）凸部１ｐ２の直径と圧入面１ｐ１’の直径とは、同じであることが好ましい。

（４）凸部１ｐ２は、圧入の導入面１ｐ２ａを有し、導入面１ｐ２ａと逃げ面１ｐ３とに滑らかにつながっていることが好ましい。

（５）凸部１ｐ２は凸部先端が曲面形状であることが好ましい。

（６）凸部１ｐ２、逃げ部１ｐ３及び逃げ部１ｐ３の圧入方向後側の端部から圧入方向後側に構成されるコア１の圧入面１ｐ１’は、軸方向における長さＬａ，Ｌｂ，ＬｃがＬａ＜Ｌｂ＜Ｌｃの関係となるように、形成されている。

（７）アウター部材２とインナー部材１との圧入部１ｐ１，２ｒ１の近傍に溶接部（溶融部）２０を設ける。ここで、圧入部１ｐ１，２ｒ１の近傍とは、溶接部２０の入熱により潤滑剤がガス化し、ブローホール等の溶接不良が生じる範囲である。

（８）磁気回路部を構成する固定コアに配管継手となるアダプタを圧入した部品を有する燃料噴射弁において、固定コア１はインナー部材として構成され、アダプタ２はアウター部材として構成され、インナー部材１とアウター部材２との接合構造は、（１）乃至（６）のいずれかに記載の２部品の接合構造を有する。

１…固定コア（インナー部材）、１ｐ…凸部、１ｐ１，１ｐ１’…圧入面、１ｐ２…凸部、１ｐ２ａ…圧入の導入面、１ｐ３…逃げ部、１ｂｐ…端面、２…アダプタ（アウター部材）、２ｅ…山部（加工痕）、２ｒ…凹部、２ｒ１…凹部圧入面、２ｂ…端面、２０…溶融部、３０…燃料噴射弁、ＦＰ…燃料通路（中心孔）。

Claims (8)

1. アウター部材とインナー部材とを圧入する２部品の接合構造において、 前記アウター部材及び前記インナー部材のいずれか一方の部材の圧入面の近傍に、前記圧入面から径方向内側に窪んだ逃げ部と、前記逃げ部から径方向外側に突出する凸部と、を備え、
   前記凸部は前記逃げ部に対して圧入方向前側に設けられることを特徴とする２部品の接合構造。
2. 請求項１に記載の２部品の接合構造において、
   前記凸部及び前記逃げ部は、前記アウター部材と前記インナー部材との圧入部において、圧入方向前側の端部に設けられることを特徴とする２部品の接合構造。
3. 請求項１に記載の２部品の接合構造において、
   前記凸部の直径と前記圧入面の直径とは、同じであることを特徴とする２部品の接合構造。
4. 請求項１に記載の２部品の接合構造において、
   前記凸部は、圧入の導入面を有し、前記導入面と前記逃げ面とに滑らかにつながっていることを特徴とする２部品の接合構造。
5. 請求項１に記載の２部品の接合構造において、
   前記凸部は凸部先端が曲面形状であることを特徴とする２部品の接合構造。
6. 請求項１に記載の２部品の接合構造において、
   前記凸部、前記逃げ部及び前記逃げ部の圧入方向後側の端部から圧入方向後側に構成される前記圧入面は、軸方向における長さＬａ，Ｌｂ，ＬｃがＬａ＜Ｌｂ＜Ｌｃの関係となるように、形成されていることを特徴とする２部品の接合構造。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の２部品の接合構造において、
   前記アウター部材と前記インナー部材との圧入部の近傍に溶接部を設けたことを特徴とする２部品の接合構造。
8. 磁気回路部を構成する固定コアに配管継手となるアダプタを圧入した部品を有する燃料噴射弁において、
   前記固定コアはインナー部材として構成され、
   前記アダプタはアウター部材として構成され、
   前記インナー部材と前記アウター部材との接合構造は、請求項１乃至７のいずれかに記載の２部品の接合構造を有することを特徴とする燃料噴射弁。

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