JP3629698B2 - 流体噴射ノズルの噴孔加工装置、および流体噴射ノズルの噴孔加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体入口から流体出口に向けて径が広がる末広がり形状の噴孔を有する噴孔付きプレートを備えた流体噴射ノズルの噴孔加工方法に関するもので、例えば内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁の燃料噴射ノズルの噴孔加工方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばノズルニードルとバルブボディの弁座とが形成する弁部の燃料下流側に複数個の噴孔を形成した薄板の噴孔付きプレートを配設し、各噴孔から燃料を噴射する電磁式燃料噴射弁が知られている。噴孔付きプレートに形成される噴孔は、燃料入口から燃料出口まで同一径であることが一般的であったが、米国特許第４９０７７８４号では、燃料入口から燃料出口に向けて径が広がる末広がり形状の噴孔を形成した噴孔付きプレートが示されている。
【０００３】
近年、電磁式燃料噴射弁における噴霧燃料の高微粒化に対するニーズが高まっており、バルブボディの先端部に形成される開口部を閉塞するようにバルブボディの先端面に組み付けられる噴孔付きプレートに形成される噴孔の高精度加工が求められている。これまで、電磁式燃料噴射弁における噴霧燃料の微粒化に対しては噴孔の微細化、大角度化によって対応してきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の噴孔付きプレートの噴孔加工前の板状材料に末広がり形状の噴孔を形成する噴孔加工方法としては、これまで加工時間が数十秒間かかる放電加工等の除去加工しか実施されておらず、寸法精度が悪く、噴霧燃料の流量精度が悪いという問題が生じると同時に、市場ニーズに対応できるだけの数量を生産する目的で、放電加工機の台数を多くすると、設備投資費用が非常に多くかかり、製造コストが上昇するという問題が生じている。
【０００５】
そこで、上述の問題を解決することが可能な噴孔加工方法として、パンチを用いた押し出し成形が考えられるが、噴孔中心軸線が噴孔付きプレートの噴孔加工前の板状材料（素材）面の法線、つまり板状材料面に直交する垂線に対して傾斜している（テーパ斜め孔）の場合には、パンチ先端が板状材料に当たった時に生じる側方力（パンチの中心軸線に対して垂直方向の力）によりパンチ折損が生じる可能性がある。このため、上記の噴孔加工方法として、パンチを用いた押し出し成形を採用することが困難であった。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、製造コストを低減することができ、且つ生産性を向上することのできる流体噴射ノズルの噴孔加工方法を実現することを目的とする。また、放電加工等の除去加工やプレス孔抜き加工では得られなかった寸法精度や流量精度を得ることを目的とする。さらに、パンチを用いた押し出し成形を採用しても、パンチ折損が生じることのない流体噴射ノズルの噴孔加工装置およびその噴孔加工方法を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、流体噴射ノズルの噴孔付きプレートの噴孔加工前の板状材料が載置されるダイスと、先端部形状が前記板状材料面に直交する垂線に対して第１の傾斜角および第２の傾斜角を持つ略円錐台形状のパンチと、このパンチの中心軸線が前記板状材料面に直交する垂線に対して傾斜するようにパンチを摺動自在に支持する支持孔を有するパンチガイドと、このパンチガイドの中心軸線方向にパンチを前進させるパンチ駆動手段とを備えた流体噴射ノズルの噴孔加工装置を採用している。
【０００８】
そして、パンチガイドは、噴孔中心軸線が板状材料面に直交する垂線に対して傾斜している場合に、噴孔加工時に生じるパンチの先端部の側方力を内面で受けることが可能な型構造を用いたことにより、噴孔内面はプレス孔抜き加工のような破断面が生じることはなく、噴孔内面全域に渡って均一な面性状を得ることができる。これにより、製造コストを低減することができ、且つ生産性を向上できる流体噴射ノズルの噴孔加工方法を実現することができる。
【０００９】
また、パンチを用いた押し出し成形を採用することにより、放電加工等の除去加工やプレス孔抜き加工では得られなかった寸法精度や流量精度を得ることができる。さらに、パンチの先端部が噴孔加工時に生じる側方力（パンチの中心軸線に対して垂直方向の力）を板状材料と反対側のパンチガイドの摺動面で受けることができ、その反力で側方力は相殺され、パンチの折損を生じさせるような曲げモーメントが発生しない。したがって、パンチの先端部が噴孔加工時に生じる側方力によりパンチ折損が生じることはない。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、パンチガイドの内面のうちパンチの先端部が摺動する摺動面は、板状材料面に直交する垂線に対して前記第１の傾斜角を有し、パンチの先端部形状を、パンチの中心軸線に対して板状材料と反対方向に傾斜させてパンチガイドの摺動面に沿う形状とすることにより、請求項１に記載の発明と同様の効果を更に期待することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、噴孔加工時に、ダイスとパンチガイドとの間に前記板状材料を保持した状態で、パンチガイドの中心軸線方向にパンチを前進させてパンチの先端部を板状材料に押し当て、パンチの先端部が押し退けたボリューム分の押し出し部を板状材料面より前方に押し出すことで、パンチの先端部形状を板状材料に転写して板状材料に前記所望の形状の噴孔を形成する押し出し成形を行うことにより、請求項１に記載の発明と同様の効果を更に期待することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、パンチの先端部とダイスとのクリアランスを、板状材料の板厚に対して所定範囲内に設定したプレス成形型を備えている。そして、前記押し出し成形の後に、パンチの先端部が押し退けたボリューム分の押し出し部を、板状材料面の高さ位置で切断または切削または研削することにより取り除く除去工程を行うことにより、板状材料に所望の噴孔形状を形成することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明によれば、パンチの先端部とダイスとのクリアランスを所定値以下に設定したプレス成形型を備えている。そして、前記押し出し成形時に、パンチの先端部が押し退けたボリューム分の押し出し部が板状材料から離脱するまでパンチを押し込むことにより、板状材料に所望の噴孔形状を形成することができる。これにより、除去工程を廃止できるので、製造コストを低減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
〔第１実施例の構成〕
図１ないし図９は本発明の第１実施例を示したもので、図２は流体噴射ノズルをガソリンエンジンの電磁式燃料噴射弁に適用した例を示した図で、図３（ａ）は電磁式燃料噴射弁の燃料噴射ノズルを示した図で、図３（ｂ）は燃料入口側から見た噴孔付きプレートを示した図である。
【００１５】
本実施例の電子制御燃料噴射装置は、燃料供給系統、吸気系統、内燃機関の稼働状態を検出するセンサ、およびそれらを統合制御する電子制御装置（ＥＣＵ）等から構成されている。これらのうち、燃料供給系統は、電動式のフューエルポンプ（図示せず）により燃料を一定の圧力に加圧してデリバリパイプ（図示せず）を経て電磁式燃料噴射弁１へ送り、最適なタイミングで燃料を噴射できるようにしたシステムである。
【００１６】
その電磁式燃料噴射弁１は、ガソリンエンジン等の内燃機関（以下エンジンと呼ぶ）のインテークバルブ（吸入弁）近く（インテークポート）へタイミング良く噴射する噴霧燃料の微粒化を促進させる機能（噴孔付きプレート）を備えたフューエルインジェクタである。そして、電磁式燃料噴射弁１は、エンジンの気筒数に応じた本数が燃焼用の空気を供給するインテークマニホールド（吸気管）に組み付けられている。
【００１７】
電磁式燃料噴射弁１は、デリバリパイプの各ホルダーに組み付けられるハウジングモールド２と、このハウジングモールド２内に配設された樹脂製のコイルボビン３の外周に巻装された電磁コイル（ソレノイドコイル）４と、ハウジングモールド２内に固定された略円筒状の固定鉄心（ステータ）５と、軸方向に移動可能な可動鉄心（アーマチュア）６と、ハウジングモールド２の先端側に設けられたバルブボディ７と、このバルブボディ７内に収容されたノズルニードル８と、このノズルニードル８の軸方向の一端面（先端面）との間に燃料通路９を形成する噴孔付きプレート（オリフィスプレート）１０とから構成されている。
【００１８】
ハウジングモールド２は、樹脂材料により一体成形されている。このハウジングモールド２の内部には、コイルボビン３と固定鉄心５と外部接続端子（ターミナル）１１とが一体成形されている。そして、コイルボビン３および電磁コイル４の外周には、電磁コイル４を包囲する樹脂モールド５５が一体成形されている。また、ハウジングモールド２の図示上方には、ハウジングモールド２の外壁から所定の傾斜角度で斜めに突出するようにコネクタ部１２が設けられている。そして、電磁コイル４に電気的に接続される外部接続端子（ターミナル）１１は、コネクタ部１２および樹脂モールド５６に埋設されている。また、外部接続端子１１は、図示しないＥＣＵにワイヤーハーネスを介して接続されている。
【００１９】
固定鉄心５は、強磁性材料よりなり、ハウジングモールド２の図示上端面より上方に突出するように樹脂ハウジングモールド２内に設けられている。そして、固定鉄心５の内部には、軸方向の燃料通路１３が形成されている。この固定鉄心５の内周面には、内部に軸方向孔１４を有する略円筒形状のアジャスティングパイプ１５が設けられている。アジャスティングパイプ１５は、固定鉄心５内を軸方向に変位させることで、コイルスプリング１６のセット荷重（開弁圧）を設定するもので、設定後は、固定鉄心５の内周面に固定される。
【００２０】
そして、アジャスティングパイプ１５の先端面には、コイルスプリング１６の一端が当接している。このコイルスプリング１６の他端は、可動鉄心６に溶接固定されるノズルニードル８の図示上端面に当接している。そのコイルスプリング１６は、可動鉄心６およびノズルニードル８を図示下方に付勢することで、ノズルニードル８のシート部２２をバルブボディ７の弁座２１に着座させる。そして、ＥＣＵによって外部接続端子１１から電磁コイル４に励磁電流が流れると、可動鉄心６およびノズルニードル８がコイルスプリング１６の付勢力（スプリング力）に抗して固定鉄心５の方向へ吸引される。
【００２１】
また、固定鉄心５の軸方向の一方側には、非磁性パイプ１７および磁性パイプ１８が配設されている。非磁性パイプ１７は、非磁性材料よりなり、略円筒状に形成されている。この非磁性パイプ１７は、固定鉄心５の図示下端に接続されている。また、磁性パイプ１８は、磁性材料よりなり、段付きパイプ状に形成されている。この磁性パイプ１８は、非磁性パイプ１７の図示下端に接続されている。これらの非磁性パイプ１７および磁性パイプ１８の内部空間には、磁性材料よりなり円筒状に形成される可動鉄心６が設けられている。
【００２２】
そして、磁性パイプ１８の内部には、中空円盤状のスペーサ１９を介してバルブボディ７が挿入されレーザ溶接されている。そのスペーサ１９の厚さは、固定鉄心５と可動鉄心６との間のエアギャップを所定値に保持するように調節されている。ここで、ハウジングモールド２、電磁コイル４、固定鉄心５、可動鉄心６、非磁性パイプ１７および磁性パイプ１８等によって電磁式アクチュエータが構成される。
【００２３】
次に、本実施例のバルブボディ７およびノズルニードル８の構造を図２および図３に基づいて簡単に説明する。これらのバルブボディ７およびノズルニードル８は、ＳＵＳ等の金属材料により所定の形状に形成されている。そして、バルブボディ７の内部には、流体通路としての燃料通路２０が形成されている。バルブボディ７の円筒面２３とノズルニードル８の摺動部２４に形成された四面取り部との間には、燃料が通過する隙間が形成される。そして、バルブボディ７の弁座２１とノズルニードル８の先端のシート部２２とで弁部が構成されている。
【００２４】
ノズルニードル８は、バルブボディ７の弁座２１に着座することにより燃料通路２０を閉塞し、弁座２１から離座することにより燃料通路２０を開放する弁体である。このノズルニードル８の図示上部には、接合部２５が形成されている。そして、この接合部２５と可動鉄心６とがレーザ溶接されることにより、可動鉄心６とノズルニードル８とが一体的に連結されている。その接合部２５の外周には、燃料通路としての面取りが設けられている。また、ノズルニードル８は、電磁コイル４に起磁力が発生することで可動鉄心６が固定鉄心５に吸引されると、スペーサ１９にフランジ部２６が当接するまでリフトする。
【００２５】
ここで、バルブボディ７および噴孔付きプレート１０によって電磁式燃料噴射弁１の弁本体が構成され、ノズルニードル８によって電磁式燃料噴射弁１の弁体が構成される。一方、固定鉄心５内に形成される燃料通路１３の図示上方には、フィルタ５７が装着されている。このフィルタ５７は、燃料タンクからフューエルポンプ等によって圧送されて、電磁式燃料噴射弁１内に流入する燃料中のゴミ等の異物を除去する異物除去手段である。なお、固定鉄心５の図示上端部には、Ｏリング５４の抜け止め部材５８が装着されている。
【００２６】
次に、本実施例の噴孔付きプレート１０の構造を図２ないし図４に基づいて簡単に説明する。ここで、図４（ａ）、（ｂ）は噴孔付きプレートの噴孔形状を示した図である。
【００２７】
噴孔付きプレート１０は、バルブボディ７の図示下端面（先端面）に形成された丸穴状の開口部２９を塞ぐように、バルブボディ７の先端面にレーザ溶接等の溶接手段を用いて固定されている。この噴孔付きプレート１０は、ＳＵＳ等の金属材料よりなる。そして、噴孔付きプレート１０には、噴霧燃料の方向を制御すると共に、噴霧燃料の微粒化を促進させる複数個の噴孔（オリフィス）３０ａ〜３０ｄが形成されている。これらの噴孔３０ａ〜３０ｄは、本発明に係るプレス１工程でのテーパ形状成形加工（噴孔加工）にて開けられ、その電磁式燃料噴射弁１（噴孔付きプレート１０）の中心軸線を中心とした一重円の想像線上に４個配置されている。
【００２８】
複数個の噴孔３０ａ〜３０ｄは、それぞれ燃料入口３１から燃料出口３２に向かって、電磁式燃料噴射弁１の中心軸線が燃料通路９の燃料流れ方向に対して上流側に戻る方向に所定の傾斜角度だけ傾斜し、且つ燃料入口３１から燃料出口３２に向けて徐々に広がるように噴孔付きプレート１０に貫通形成されている。すなわち、各噴孔３０ａ〜３０ｄは、燃料入口３１から燃料出口３２に向けて徐々に広がる末広がり形状（テーパ形状）の断面を有する。
【００２９】
そして、各噴孔３０ａ〜３０ｄは、燃料噴射方向に向け噴孔付きプレート１０面に直交する垂線（中心軸線）３３から離れるように形成されている。各噴孔３０ａ〜３０ｄの形状および大きさは同一であり、後述するθ１、θ２およびθ３の大きさは等しい。噴孔３０ａと噴孔３０ｂ、並びに噴孔３０ｃと噴孔３０ｄは、噴孔付きプレート１０の中心軸線３３に対しそれぞれ同じ方向に形成されている。噴孔３０ａ、３０ｂより燃料が噴射する方向と、噴孔３０ｃ、３０ｄより燃料が噴射する方向とは１８０°反対を向いており、電磁式燃料噴射弁１は２方向噴射を行う。
【００３０】
ここで、図３および図４に示したように、噴孔中心軸線３４を含み噴孔付きプレート１０と直交する仮想面と、各噴孔３０ａ〜３０ｄを形成する噴孔付きプレート１０の噴孔内周面３５との交線のうち、噴孔中心軸線３４と噴孔付きプレート１０の燃料入口側端面３８とが形成する鈍角側にある第１の交線３６と中心軸線３３と形成する第１の傾斜角をθ１、噴孔中心軸線３４と噴孔付きプレート１０の燃料入口側端面３８とが形成する鋭角側にある第２の交線３７と中心軸線３３と形成する第２の傾斜角をθ２とすると、θ１＜θ２の関係を有している。つまり各噴孔３０ａ〜３０ｄにおいて、噴孔中心軸線３４に対し噴孔付きプレート１０の中心軸線３３から遠い噴孔内周面３５は、噴孔中心軸線３４に対し噴孔付きプレート１０の中心軸線３３から近い噴孔内周面３５よりも中心軸線３３に対し傾斜している。
【００３１】
なお、第１の傾斜角をθ１とすると、θ１＝１５°〜４５°またはθ１は１５°以上とされている。また、θ３はθ２−θ１としたとき、θ３＝１５°〜３０°またはθ３は１５°以上とされている。さらに、噴孔付きプレート１０の板厚をｔとすると、ｔ＝０．０５〜０．１５ｍｍまたはｔは０．０５ｍｍ以上である。
【００３２】
〔第１実施例の作用〕
次に、本実施例の電磁式燃料噴射弁１の作用を図２ないし図４に基づいて簡単に説明する。
【００３３】
ＥＣＵによって電磁式燃料噴射弁１の電磁コイル４が通電されると、可動鉄心６がコイルスプリング１６の付勢力に抗して固定鉄心５に吸引されて、可動鉄心６に接合部２５がレーザ溶接されたノズルニードル８が、そのフランジ部２６がスペーサ１９に当接するまでリフトする。すると、バルブボディ７の弁座２１とノズルニードル８のシート部２２よりなる弁部が開かれる。これにより、フューエルポンプにより燃料を一定の圧力に加圧してデリバリパイプを経て電磁式燃料噴射弁１の固定鉄心５内に形成される燃料通路１３にフィルタ５７を通して流入した燃料は、アジャスティングパイプ１５内に形成される軸方向孔１４からノズルニードル８の接合部２５に形成された二面取り部との隙間を通過する。
【００３４】
そして、燃料は、バルブボディ７の円筒面２３とノズルニードル８の摺動部２４に形成された四面取り部との隙間を通過し、バルブボディ７の弁座２１とノズルニードル８のシート部２２との間から燃料通路９内に到る。そして、弁座２１とシート部２２との間を通過した燃料は、燃料通路９内において噴孔付きプレート１０の通路壁面に衝突して、噴孔付きプレート１０の通路壁面に沿うように流れる。そして、燃料通路９から噴孔３０ａ〜３０ｄの燃料入口３１に流入した燃料は、噴孔３０ａ〜３０ｄの燃料入口３１の回りで渦を作ることなく、燃料通路９内から噴孔３０ａ〜３０ｄの通路壁面に向かって曲がりながら流入し、噴孔３０ａ〜３０ｄの燃料出口３２からエンジンのインテークバルブ近くにタイミング良く噴射される。
【００３５】
〔第１実施例の噴孔加工方法〕
次に、本実施例の電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を図１ないし図９に基づいて簡単に説明する。ここで、図５（ａ）〜図５（ｃ）は電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を示した工程図（比較例）である。
【００３６】
ここで、噴孔付きプレート１０の噴孔加工装置は、噴孔加工前の噴孔付きプレート１０であるＳＵＳ等の金属材料よりなるロール状で、且つ板厚がｔの板状材料４０を順次送る順送り装置と、上型と下型よりなるプレス金型と、上型を駆動する上型駆動装置（図示せず）とを備えている。
【００３７】
プレス金型の上型は、中心軸線が板状部材面に直交する垂線（中心軸線３３）に対して傾斜したパンチ４１、およびこのパンチ４１を中心軸線方向に往復移動可能に支持するためのパンチホルダ（本発明のパンチガイドに相当する）４２を有し、プレス金型の下型は、端面上に板状部材４０が送り込まれた後に、パンチホルダ４２との間に板状部材４０を挟み込んで保持するダイス４３を有する。なお、パンチ４１の先端部には、所定の噴孔形状を転写するため、噴孔３０と同じ形状である末広がり（テーパ）形状にしたテーパ部４４が形成されている。
【００３８】
先ず、プレス金型において、パンチ４１の中心軸線が板状材料４０の板厚方向に対して所定の傾斜角度を持つようにパンチ駆動装置（パンチ駆動手段）によってパンチ４１を軸線方向に移動するように駆動することにより、順送り装置より送り込まれた板状材料４０にパンチ４１のテーパ部４４を押し当て、パンチ４１の先端部形状を板状材料４０に転写する（図５（ａ）参照）。
【００３９】
すると、板状材料４０のパンチ４１のテーパ部４４を押し当てた反対面にパンチ４１のテーパ部４４が押し退けたボリューム分の不要部４５が残存する。次に、その不要部４５を、板状材料４０の高さ位置で取り除く（図５（ｂ）参照）。これにより、所望の噴孔形状、すなわち、燃料入口３１から燃料出口３２に向けて径が広がる末広がり（テーパ）形状の噴孔３０を形成することができる（図５（ｃ）参照）。
【００４０】
この噴孔加工方法によれば、噴孔３０の内面はプレス孔抜き加工のような破断面が生じることがなく、噴孔３０の内面全域に渡って均一な面性状を得ることができる。これにより、低コストで、且つ高生産性の噴孔加工方法を実現することができると共に、放電加工等の除去加工やプレス孔抜き加工では得られなかった寸法精度や流量精度を得ることができる。
【００４１】
そして、上記の噴孔加工を噴孔付きプレート１０に配置する個数分だけ開けるように板状材料４０を下型上で回転させるか、あるいはプレス成形機をずらす。このような噴孔加工を繰り返すことで、多大な設備投資をすることなく、燃料入口３１から燃料出口３２に向けて徐々に広がるテーパ形状の噴孔３０を有する噴孔付きプレートを市場ニーズに対応できるだけの数量を生産することができる。
【００４２】
ここで、電磁式燃料噴射弁１の噴孔３０の中心軸線（噴孔中心軸線３４）が板状材料面に直交する垂線に対して傾斜している（テーパ斜め孔）場合には、図６（ａ）、（ｂ）に示したように、パンチ４１の先端部が板状材料４０に当たった時、つまり噴孔加工時に生じる側方力（パンチ４１の中心軸線に対して垂直方向の力：Ｆｓ）によりパンチ４１の折損が生じる可能性がある。この場合には、図１および図７に示すプレス金型構造を採用することにより、パンチ４１の折損が生じることはなく、プレス１工程でテーパ斜め孔を板状材料４０に貫通形成することができる。つまり、パンチ４１の先端部（テーパ部４６）をパンチ４１の中心軸線５１に対して板状材料４０と反対方向に傾斜させるようにしてパンチホルダ４２の摺動面（内面）に沿った形状としている。
【００４３】
このパンチ４１のテーパ部４６は、板状材料面に直交する垂線（中心軸線３３）に対して第１の傾斜角θ１および第２の傾斜角θ２を持つテーパ斜め形状（略楕円錐形状）を有している。また、パンチホルダ４２には、パンチ４１の全周を覆うと共に、パンチ４１を中心軸線５１が傾斜するようにパンチ４１を摺動自在に支持するための支持孔４７がパンチホルダ４２の中心軸線５２方向に形成されている。そして、パンチホルダ４２の内面のうちパンチ４１のテーパ部４６が摺動する摺動面は、板状材料面に直交する垂線（噴孔付きプレート１０の中心軸線３３）に対して第１の傾斜角θ１を有している。なお、上端面に板状材料４０が載置されるダイス４３には、不要部４５を排出することが可能な排出孔４８がダイス４３の中心軸線５３方向に形成されている。
【００４４】
また、図８（ａ）、（ｂ）に示したように、パンチ４１のテーパ部４６が押し退けたボリューム分の不要部（押し出し部）４５を押し出し成形する噴孔加工時に、パンチ４１のテーパ斜め形状のテーパ部４６とダイス４３の上端面とのクリアランスをＣｒ１、Ｃｒ２としたとき、Ｃｒ１は板状材料４０の板厚（ｔ）の０〜４０％とされ、Ｃｒ２は板状材料４０の板厚（ｔ）の０〜１２０％とされている。なお、図８（ｂ）においてＢはパンチ４１の断面形状を示し、Ｃはダイス４３の断面形状（パンチ４１の断面形状と相似の楕円形状）を示す。
【００４５】
この噴孔付きプレート１０の噴孔加工方法によれば、噴孔加工時に、図１、図７および図８（ａ）、（ｂ）に示したように、ダイス４３の上端面とパンチホルダ４２の下端面との間に板状材料４０を挟み込んで保持した状態で、パンチホルダ４２の中心軸線方向にパンチ４１を前進させてパンチ４１のテーパ部４６を板状材料４０に押し当て、パンチ４１のテーパ部４６が押し退けたボリューム分の不要部４５を板状材料面より前方に押し出すことで、パンチ４１のテーパ部４６形状を板状材料４０に転写して板状材料４０に所望の形状の噴孔３０を高精度に形成することが可能な押し出し成形を行う（図９（ａ）参照）。次に、この押し出し成形の後に、その不要部４５を、板状材料４０の高さ位置で取り除く（図９（ｂ）参照）。
【００４６】
これにより、電磁式燃料噴射弁１の噴孔３０の中心軸線（噴孔中心軸線３４）が板状材料面に直交する垂線に対して傾斜している（テーパ斜め孔）場合でも、図１（ｂ）に示したように、パンチ４１の先端部が板状材料４０に当たった時、つまり噴孔加工時に生じる側方力（Ｆｓ）を板状材料４０と反対側のパンチホルダ４２の支持孔４７の摺動面（内面）で受けることができ、その反力（Ｆｒ）で側方力は相殺され、パンチ４１の折損を生じさせるような曲げモーメントが発生しない。なお、パンチ４１の材料としては、噴孔加工時に生じる側方力（Ｆｓ）よりもパンチ４１の強度が大きくなるような材料（例えば超硬材）を用いることが望ましい。また、パンチホルダ４２の材料としては、側方力（Ｆｓ）を受けることが可能な材料を用いることが望ましい。本実施例では、パンチ４１の全周囲をパンチホルダ４２で覆うようにしているが、側方力（Ｆｓ）方向のみにパンチホルダが存在するようにしても良い。例えば部分円弧形状のパンチホルダを用いる。
【００４７】
〔第１実施例の効果〕
以上のように、プレス１工程でテーパ形状の噴孔成形を行う噴孔加工方法を採用することによって、内燃機関へタイミング良く噴射する噴霧燃料の高微粒化を促進させる機構、すなわち、噴孔付きプレート１０による製品特性上での付加価値を向上するだけでなく、低サイクルタイムな高生産性の加工、且つ高寸法精度の加工が可能となるため、設備投資費用を軽減でき、大きなコストダウン効果をもたらすことができる。
【００４８】
また、電磁式燃料噴射弁１の噴孔３０の中心軸線（噴孔中心軸線３４）が板状材料面に直交する垂線に対して傾斜している（テーパ斜め孔）場合でも、パンチ４１のテーパ部４６が噴孔加工時に生じる側方力を板状材料４０と反対側のパンチホルダ４２の摺動面で受けることができ、その反力で側方力は相殺され、パンチ４１のテーパ部４６の折損を生じさせるような曲げモーメントが発生しない。したがって、パンチ４１のテーパ部４６が板状材料４０に当たった時、つまり噴孔加工時に生じる側方力によりパンチ４１の折損が生じることはない。さらに、パンチホルダ４２の支持孔４７の中心軸線５２に平行で、且つ同一軸線上にダイス４３の排出孔４８の中心軸線５３を配しているので、パンチ４１とダイス４３の芯合わせを作業者が目で見ながら調整することができるので、高寸法精度の加工が可能となる。
【００４９】
〔第２実施例〕
図１０は本発明の第２実施例を示したもので、噴孔付きプレートの噴孔加工方法を示した図である。
【００５０】
本実施例では、パンチ４１のテーパ部４６とダイス４３の上端面とのクリアランスをＣｒ１、Ｃｒ２としたとき、Ｃｒ１＝２〜２０％、Ｃｒ２＝２〜２０％としている。このように、パンチ４１のテーパ部４６とダイス４３の上端面とのクリアランスを所定値以下に小さくすることで、押し出し成形時に、板状材料４０のパンチ４１のテーパ部４６を押し当てた反対面に押し出される、パンチ４１のテーパ部４６が押し退けたボリューム分の不要部（押し出し部）４５が板状材料４０の反対面から離脱するまでパンチ４１を押し込むことで、排出孔４８より不要部４５が第１実施例のような除去工程を実施しなくても自動的に排出される。
【００５１】
〔第３実施例〕
図１１は本発明の第３実施例を示したもので、噴孔付きプレートの噴孔加工方法を示した図である。
【００５２】
本実施例では、板状材料面に直交する垂線上に、ダイス４３の排出孔４８の中心軸線５３を配しているので、板状材料４０を次工程に送る際に、図９（ａ）に示した不要部４５がダイス４３に引っ掛かり送り不良を起こす可能性が少ない。これにより、板状材料４０を次工程に送る際のリフトアップが容易となる。
【００５３】
〔第４実施例〕
図１２は本発明の第４実施例を示したもので、図１２（ａ）は電磁式燃料噴射弁の燃料噴射ノズルを示した図で、図１２（ｂ）は燃料入口側から見た噴孔付きプレートを示した図である。
【００５４】
本実施例の噴孔付きプレート１０には、１２個の噴孔３０ａ〜３０ｌが形成されている。噴孔３０ａ〜３０ｄは、内周側の円周上に燃料入口３１が配置されており、噴孔３０ｅ〜３０ｌは外周側の円周上に燃料入口３１が配置されている。また、噴孔３０ａ、３０ｂ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈより燃料が噴射する方向と、噴孔３０ｃ、３０ｄ、３０ｉ、３０ｊ、３０ｋ、３０ｌより燃料が噴射する方向とは１８０°反対を向いており、２方向噴射を実現している。なお、各噴孔３０ａ〜３０ｌにおいてθ１とθ２とθ３との関係は第１実施例と同一である。
【００５５】
本実施例では、第１実施例と同量の燃料噴射量であれば、噴孔１個当たりの噴射量は減少し、噴孔径を小さくできるので、燃料噴霧の微粒化が促進される。なお、複数個の噴孔３０の配置は、噴霧燃料の微粒化を促進させる効果を低下させない範囲内で自由に配置できる。
【００５６】
〔変形例〕
本実施例では、電磁式燃料噴射弁（フューエルインジェクタ）１等の内燃機関用燃料噴射弁をガソリンエンジンのインテークマニホールドに取り付けた例を説明したが、内燃機関用燃料噴射弁をエンジンの気筒に取り付けても良く、また、燃料噴射弁を湯沸器、石油ストーブ等の燃焼装置に取り付けても良い。なお、電磁式燃料噴射弁１では、ある一定の微粒化促進性能を維持する目的で、噴孔付きプレート１０の板厚ｔ（ｍｍ）と噴孔３０の噴孔径（燃料入口径または燃料出口径）との比をある特定の範囲内に設定することが望ましい。
【００５７】
本実施例では、燃料噴射ノズルの弁体を構成するノズルニードル８を電磁式アクチュエータにより軸方向に往復変移させる電磁式燃料噴射弁１に適用した例を説明したが、弁体を機械的に軸方向に往復変移させる燃料噴射弁に適用しても良い。例えばバルブボディ内に燃料が供給されて所定の油圧力に達すると、弁体が開弁する燃料噴射ノズルに本発明を適用しても良い。これ以外にも、流体を微粒化して噴射したいのであれば、そのような用途に本発明の流体噴射ノズルを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を示した模式図である（第１実施例）。
【図２】電磁式燃料噴射弁の全体構成を示した断面図である（第１実施例）。
【図３】（ａ）は電磁式燃料噴射弁の燃料噴射ノズルを示した拡大断面図で、（ｂ）は燃料入口側から見た噴孔付きプレートを示した平面図である（第１実施例）。
【図４】（ａ）は噴孔付きプレートの噴孔形状を示した平面図で、（ｂ）は噴孔付きプレートの噴孔形状を示した断面図である（第１実施例）。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を示した模式図である（比較例）。
【図６】（ａ）、（ｂ）はパンチが折損する例を示した模式図である（比較例）。
【図７】電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を示した模式図である（第１実施例）。
【図８】（ａ）は電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を示した模式図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である（第１実施例）。
【図９】（ａ）、（ｂ）電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を示した模式図である（第１実施例）。
【図１０】電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を示した模式図である（第２実施例）。
【図１１】電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を示した模式図である（第３実施例）。
【図１２】（ａ）は電磁式燃料噴射弁の燃料噴射ノズルを示した拡大断面図で、（ｂ）は燃料入口側から見た噴孔付きプレートを示した平面図である（第４実施例）。
【符号の説明】
１ 電磁式燃料噴射弁
７ バルブボディ
８ ノズルニードル（弁体）
９ 燃料通路
１０ 噴孔付きプレート
２０ 燃料通路（流体通路）
２１ 弁座
２２ シート部
２９ バルブボディの開口部
３０ 噴孔
３１ 燃料入口（流体入口）
３２ 燃料出口（流体出口）
３３ 中心軸線（噴孔付きプレート面に直交する垂線、板状材料面に直交する垂線）
３４ 噴孔中心軸線
４０ 板状材料
４１ パンチ
４２ パンチホルダ（パンチガイド）
４３ ダイス
４７ 支持孔
４８ 排出孔
５１ 中心軸線
５２ 中心軸線
５３ 中心軸線
３０ａ 噴孔
３０ｂ 噴孔
３０ｃ 噴孔
３０ｄ 噴孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体入口から流体出口に向けて径が広がる末広がり形状の噴孔を有する噴孔付きプレートを備えた流体噴射ノズルの噴孔加工方法に関するもので、例えば内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁の燃料噴射ノズルの噴孔加工方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばノズルニードルとバルブボディの弁座とが形成する弁部の燃料下流側に複数個の噴孔を形成した薄板の噴孔付きプレートを配設し、各噴孔から燃料を噴射する電磁式燃料噴射弁が知られている。噴孔付きプレートに形成される噴孔は、燃料入口から燃料出口まで同一径であることが一般的であったが、米国特許第４９０７７８４号では、燃料入口から燃料出口に向けて径が広がる末広がり形状の噴孔を形成した噴孔付きプレートが示されている。
【０００３】
近年、電磁式燃料噴射弁における噴霧燃料の高微粒化に対するニーズが高まっており、バルブボディの先端部に形成される開口部を閉塞するようにバルブボディの先端面に組み付けられる噴孔付きプレートに形成される噴孔の高精度加工が求められている。これまで、電磁式燃料噴射弁における噴霧燃料の微粒化に対しては噴孔の微細化、大角度化によって対応してきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の噴孔付きプレートの噴孔加工前の板状材料に末広がり形状の噴孔を形成する噴孔加工方法としては、これまで加工時間が数十秒間かかる放電加工等の除去加工しか実施されておらず、寸法精度が悪く、噴霧燃料の流量精度が悪いという問題が生じると同時に、市場ニーズに対応できるだけの数量を生産する目的で、放電加工機の台数を多くすると、設備投資費用が非常に多くかかり、製造コストが上昇するという問題が生じている。
【０００５】
そこで、上述の問題を解決することが可能な噴孔加工方法として、パンチを用いた押し出し成形が考えられるが、噴孔中心軸線が噴孔付きプレートの噴孔加工前の板状材料（素材）面の法線、つまり板状材料面に直交する垂線に対して傾斜している（テーパ斜め孔）の場合には、パンチ先端が板状材料に当たった時に生じる側方力（パンチの中心軸線に対して垂直方向の力）によりパンチ折損が生じる可能性がある。このため、上記の噴孔加工方法として、パンチを用いた押し出し成形を採用することが困難であった。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、製造コストを低減することができ、且つ生産性を向上することのできる流体噴射ノズルの噴孔加工方法を実現することを目的とする。また、放電加工等の除去加工やプレス孔抜き加工では得られなかった寸法精度や流量精度を得ることを目的とする。さらに、パンチを用いた押し出し成形を採用しても、パンチ折損が生じることのない流体噴射ノズルの噴孔加工装置およびその噴孔加工方法を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、流体噴射ノズルの噴孔付きプレートの噴孔加工前の板状材料が載置されるダイスと、先端部形状が前記板状材料面に直交する垂線に対して第１の傾斜角および第２の傾斜角を持つ略円錐台形状のパンチと、このパンチの中心軸線が前記板状材料面に直交する垂線に対して傾斜するようにパンチを摺動自在に支持する支持孔を有するパンチガイドと、このパンチガイドの中心軸線方向にパンチを前進させるパンチ駆動手段とを備えた流体噴射ノズルの噴孔加工装置を採用している。
【０００８】
そして、パンチガイドは、噴孔中心軸線が板状材料面に直交する垂線に対して傾斜している場合に、噴孔加工時に生じるパンチの先端部の側方力を内面で受けることが可能な型構造を用いたことにより、噴孔内面はプレス孔抜き加工のような破断面が生じることはなく、噴孔内面全域に渡って均一な面性状を得ることができる。これにより、製造コストを低減することができ、且つ生産性を向上できる流体噴射ノズルの噴孔加工方法を実現することができる。
【０００９】
また、パンチを用いた押し出し成形を採用することにより、放電加工等の除去加工やプレス孔抜き加工では得られなかった寸法精度や流量精度を得ることができる。さらに、パンチの先端部が噴孔加工時に生じる側方力（パンチの中心軸線に対して垂直方向の力）を板状材料と反対側のパンチガイドの摺動面で受けることができ、その反力で側方力は相殺され、パンチの折損を生じさせるような曲げモーメントが発生しない。したがって、パンチの先端部が噴孔加工時に生じる側方力によりパンチ折損が生じることはない。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、パンチガイドの内面のうちパンチの先端部が摺動する摺動面は、板状材料面に直交する垂線に対して前記第１の傾斜角を有し、パンチの先端部形状を、パンチの中心軸線に対して板状材料と反対方向に傾斜させてパンチガイドの摺動面に沿う形状とすることにより、請求項１に記載の発明と同様の効果を更に期待することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、噴孔加工時に、ダイスとパンチガイドとの間に前記板状材料を保持した状態で、パンチガイドの中心軸線方向にパンチを前進させてパンチの先端部を板状材料に押し当て、パンチの先端部が押し退けたボリューム分の押し出し部を板状材料面より前方に押し出すことで、パンチの先端部形状を板状材料に転写して板状材料に前記所望の形状の噴孔を形成する押し出し成形を行うことにより、請求項１に記載の発明と同様の効果を更に期待することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、パンチの先端部とダイスとのクリアランスを、板状材料の板厚に対して所定範囲内に設定したプレス成形型を備えている。そして、前記押し出し成形の後に、パンチの先端部が押し退けたボリューム分の押し出し部を、板状材料面の高さ位置で切断または切削または研削することにより取り除く除去工程を行うことにより、板状材料に所望の噴孔形状を形成することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明によれば、パンチの先端部とダイスとのクリアランスを所定値以下に設定したプレス成形型を備えている。そして、前記押し出し成形時に、パンチの先端部が押し退けたボリューム分の押し出し部が板状材料から離脱するまでパンチを押し込むことにより、板状材料に所望の噴孔形状を形成することができる。これにより、除去工程を廃止できるので、製造コストを低減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
〔第１実施例の構成〕
図１ないし図９は本発明の第１実施例を示したもので、図２は流体噴射ノズルをガソリンエンジンの電磁式燃料噴射弁に適用した例を示した図で、図３（ａ）は電磁式燃料噴射弁の燃料噴射ノズルを示した図で、図３（ｂ）は燃料入口側から見た噴孔付きプレートを示した図である。
【００１５】
本実施例の電子制御燃料噴射装置は、燃料供給系統、吸気系統、内燃機関の稼働状態を検出するセンサ、およびそれらを統合制御する電子制御装置（ＥＣＵ）等から構成されている。これらのうち、燃料供給系統は、電動式のフューエルポンプ（図示せず）により燃料を一定の圧力に加圧してデリバリパイプ（図示せず）を経て電磁式燃料噴射弁１へ送り、最適なタイミングで燃料を噴射できるようにしたシステムである。
【００１６】
その電磁式燃料噴射弁１は、ガソリンエンジン等の内燃機関（以下エンジンと呼ぶ）のインテークバルブ（吸入弁）近く（インテークポート）へタイミング良く噴射する噴霧燃料の微粒化を促進させる機能（噴孔付きプレート）を備えたフューエルインジェクタである。そして、電磁式燃料噴射弁１は、エンジンの気筒数に応じた本数が燃焼用の空気を供給するインテークマニホールド（吸気管）に組み付けられている。
【００１７】
電磁式燃料噴射弁１は、デリバリパイプの各ホルダーに組み付けられるハウジングモールド２と、このハウジングモールド２内に配設された樹脂製のコイルボビン３の外周に巻装された電磁コイル（ソレノイドコイル）４と、ハウジングモールド２内に固定された略円筒状の固定鉄心（ステータ）５と、軸方向に移動可能な可動鉄心（アーマチュア）６と、ハウジングモールド２の先端側に設けられたバルブボディ７と、このバルブボディ７内に収容されたノズルニードル８と、このノズルニードル８の軸方向の一端面（先端面）との間に燃料通路９を形成する噴孔付きプレート（オリフィスプレート）１０とから構成されている。
【００１８】
ハウジングモールド２は、樹脂材料により一体成形されている。このハウジングモールド２の内部には、コイルボビン３と固定鉄心５と外部接続端子（ターミナル）１１とが一体成形されている。そして、コイルボビン３および電磁コイル４の外周には、電磁コイル４を包囲する樹脂モールド５５が一体成形されている。また、ハウジングモールド２の図示上方には、ハウジングモールド２の外壁から所定の傾斜角度で斜めに突出するようにコネクタ部１２が設けられている。そして、電磁コイル４に電気的に接続される外部接続端子（ターミナル）１１は、コネクタ部１２および樹脂モールド５６に埋設されている。また、外部接続端子１１は、図示しないＥＣＵにワイヤーハーネスを介して接続されている。
【００１９】
固定鉄心５は、強磁性材料よりなり、ハウジングモールド２の図示上端面より上方に突出するように樹脂ハウジングモールド２内に設けられている。そして、固定鉄心５の内部には、軸方向の燃料通路１３が形成されている。この固定鉄心５の内周面には、内部に軸方向孔１４を有する略円筒形状のアジャスティングパイプ１５が設けられている。アジャスティングパイプ１５は、固定鉄心５内を軸方向に変位させることで、コイルスプリング１６のセット荷重（開弁圧）を設定するもので、設定後は、固定鉄心５の内周面に固定される。
【００２０】
そして、アジャスティングパイプ１５の先端面には、コイルスプリング１６の一端が当接している。このコイルスプリング１６の他端は、可動鉄心６に溶接固定されるノズルニードル８の図示上端面に当接している。そのコイルスプリング１６は、可動鉄心６およびノズルニードル８を図示下方に付勢することで、ノズルニードル８のシート部２２をバルブボディ７の弁座２１に着座させる。そして、ＥＣＵによって外部接続端子１１から電磁コイル４に励磁電流が流れると、可動鉄心６およびノズルニードル８がコイルスプリング１６の付勢力（スプリング力）に抗して固定鉄心５の方向へ吸引される。
【００２１】
また、固定鉄心５の軸方向の一方側には、非磁性パイプ１７および磁性パイプ１８が配設されている。非磁性パイプ１７は、非磁性材料よりなり、略円筒状に形成されている。この非磁性パイプ１７は、固定鉄心５の図示下端に接続されている。また、磁性パイプ１８は、磁性材料よりなり、段付きパイプ状に形成されている。この磁性パイプ１８は、非磁性パイプ１７の図示下端に接続されている。これらの非磁性パイプ１７および磁性パイプ１８の内部空間には、磁性材料よりなり円筒状に形成される可動鉄心６が設けられている。
【００２２】
そして、磁性パイプ１８の内部には、中空円盤状のスペーサ１９を介してバルブボディ７が挿入されレーザ溶接されている。そのスペーサ１９の厚さは、固定鉄心５と可動鉄心６との間のエアギャップを所定値に保持するように調節されている。ここで、ハウジングモールド２、電磁コイル４、固定鉄心５、可動鉄心６、非磁性パイプ１７および磁性パイプ１８等によって電磁式アクチュエータが構成される。
【００２３】
次に、本実施例のバルブボディ７およびノズルニードル８の構造を図２および図３に基づいて簡単に説明する。これらのバルブボディ７およびノズルニードル８は、ＳＵＳ等の金属材料により所定の形状に形成されている。そして、バルブボディ７の内部には、流体通路としての燃料通路２０が形成されている。バルブボディ７の円筒面２３とノズルニードル８の摺動部２４に形成された四面取り部との間には、燃料が通過する隙間が形成される。そして、バルブボディ７の弁座２１とノズルニードル８の先端のシート部２２とで弁部が構成されている。
【００２４】
ノズルニードル８は、バルブボディ７の弁座２１に着座することにより燃料通路２０を閉塞し、弁座２１から離座することにより燃料通路２０を開放する弁体である。このノズルニードル８の図示上部には、接合部２５が形成されている。そして、この接合部２５と可動鉄心６とがレーザ溶接されることにより、可動鉄心６とノズルニードル８とが一体的に連結されている。その接合部２５の外周には、燃料通路としての面取りが設けられている。また、ノズルニードル８は、電磁コイル４に起磁力が発生することで可動鉄心６が固定鉄心５に吸引されると、スペーサ１９にフランジ部２６が当接するまでリフトする。
【００２５】
ここで、バルブボディ７および噴孔付きプレート１０によって電磁式燃料噴射弁１の弁本体が構成され、ノズルニードル８によって電磁式燃料噴射弁１の弁体が構成される。一方、固定鉄心５内に形成される燃料通路１３の図示上方には、フィルタ５７が装着されている。このフィルタ５７は、燃料タンクからフューエルポンプ等によって圧送されて、電磁式燃料噴射弁１内に流入する燃料中のゴミ等の異物を除去する異物除去手段である。なお、固定鉄心５の図示上端部には、Ｏリング５４の抜け止め部材５８が装着されている。
【００２６】
次に、本実施例の噴孔付きプレート１０の構造を図２ないし図４に基づいて簡単に説明する。ここで、図４（ａ）、（ｂ）は噴孔付きプレートの噴孔形状を示した図である。
【００２７】
噴孔付きプレート１０は、バルブボディ７の図示下端面（先端面）に形成された丸穴状の開口部２９を塞ぐように、バルブボディ７の先端面にレーザ溶接等の溶接手段を用いて固定されている。この噴孔付きプレート１０は、ＳＵＳ等の金属材料よりなる。そして、噴孔付きプレート１０には、噴霧燃料の方向を制御すると共に、噴霧燃料の微粒化を促進させる複数個の噴孔（オリフィス）３０ａ〜３０ｄが形成されている。これらの噴孔３０ａ〜３０ｄは、本発明に係るプレス１工程でのテーパ形状成形加工（噴孔加工）にて開けられ、その電磁式燃料噴射弁１（噴孔付きプレート１０）の中心軸線を中心とした一重円の想像線上に４個配置されている。
【００２８】
複数個の噴孔３０ａ〜３０ｄは、それぞれ燃料入口３１から燃料出口３２に向かって、電磁式燃料噴射弁１の中心軸線が燃料通路９の燃料流れ方向に対して上流側に戻る方向に所定の傾斜角度だけ傾斜し、且つ燃料入口３１から燃料出口３２に向けて徐々に広がるように噴孔付きプレート１０に貫通形成されている。すなわち、各噴孔３０ａ〜３０ｄは、燃料入口３１から燃料出口３２に向けて徐々に広がる末広がり形状（テーパ形状）の断面を有する。
【００２９】
そして、各噴孔３０ａ〜３０ｄは、燃料噴射方向に向け噴孔付きプレート１０面に直交する垂線（中心軸線）３３から離れるように形成されている。各噴孔３０ａ〜３０ｄの形状および大きさは同一であり、後述するθ１、θ２およびθ３の大きさは等しい。噴孔３０ａと噴孔３０ｂ、並びに噴孔３０ｃと噴孔３０ｄは、噴孔付きプレート１０の中心軸線３３に対しそれぞれ同じ方向に形成されている。噴孔３０ａ、３０ｂより燃料が噴射する方向と、噴孔３０ｃ、３０ｄより燃料が噴射する方向とは１８０°反対を向いており、電磁式燃料噴射弁１は２方向噴射を行う。
【００３０】
ここで、図３および図４に示したように、噴孔中心軸線３４を含み噴孔付きプレート１０と直交する仮想面と、各噴孔３０ａ〜３０ｄを形成する噴孔付きプレート１０の噴孔内周面３５との交線のうち、噴孔中心軸線３４と噴孔付きプレート１０の燃料入口側端面３８とが形成する鈍角側にある第１の交線３６と中心軸線３３と形成する第１の傾斜角をθ１、噴孔中心軸線３４と噴孔付きプレート１０の燃料入口側端面３８とが形成する鋭角側にある第２の交線３７と中心軸線３３と形成する第２の傾斜角をθ２とすると、θ１＜θ２の関係を有している。つまり各噴孔３０ａ〜３０ｄにおいて、噴孔中心軸線３４に対し噴孔付きプレート１０の中心軸線３３から遠い噴孔内周面３５は、噴孔中心軸線３４に対し噴孔付きプレート１０の中心軸線３３から近い噴孔内周面３５よりも中心軸線３３に対し傾斜している。
【００３１】
なお、第１の傾斜角をθ１とすると、θ１＝１５°〜４５°またはθ１は１５°以上とされている。また、θ３はθ２−θ１としたとき、θ３＝１５°〜３０°またはθ３は１５°以上とされている。さらに、噴孔付きプレート１０の板厚をｔとすると、ｔ＝０．０５〜０．１５ｍｍまたはｔは０．０５ｍｍ以上である。
【００３２】
〔第１実施例の作用〕
次に、本実施例の電磁式燃料噴射弁１の作用を図２ないし図４に基づいて簡単に説明する。
【００３３】
ＥＣＵによって電磁式燃料噴射弁１の電磁コイル４が通電されると、可動鉄心６がコイルスプリング１６の付勢力に抗して固定鉄心５に吸引されて、可動鉄心６に接合部２５がレーザ溶接されたノズルニードル８が、そのフランジ部２６がスペーサ１９に当接するまでリフトする。すると、バルブボディ７の弁座２１とノズルニードル８のシート部２２よりなる弁部が開かれる。これにより、フューエルポンプにより燃料を一定の圧力に加圧してデリバリパイプを経て電磁式燃料噴射弁１の固定鉄心５内に形成される燃料通路１３にフィルタ５７を通して流入した燃料は、アジャスティングパイプ１５内に形成される軸方向孔１４からノズルニードル８の接合部２５に形成された二面取り部との隙間を通過する。
【００３４】
そして、燃料は、バルブボディ７の円筒面２３とノズルニードル８の摺動部２４に形成された四面取り部との隙間を通過し、バルブボディ７の弁座２１とノズルニードル８のシート部２２との間から燃料通路９内に到る。そして、弁座２１とシート部２２との間を通過した燃料は、燃料通路９内において噴孔付きプレート１０の通路壁面に衝突して、噴孔付きプレート１０の通路壁面に沿うように流れる。そして、燃料通路９から噴孔３０ａ〜３０ｄの燃料入口３１に流入した燃料は、噴孔３０ａ〜３０ｄの燃料入口３１の回りで渦を作ることなく、燃料通路９内から噴孔３０ａ〜３０ｄの通路壁面に向かって曲がりながら流入し、噴孔３０ａ〜３０ｄの燃料出口３２からエンジンのインテークバルブ近くにタイミング良く噴射される。
【００３５】
〔第１実施例の噴孔加工方法〕
次に、本実施例の電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を図１ないし図９に基づいて簡単に説明する。ここで、図５（ａ）〜図５（ｃ）は電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を示した工程図（比較例）である。
【００３６】
ここで、噴孔付きプレート１０の噴孔加工装置は、噴孔加工前の噴孔付きプレート１０であるＳＵＳ等の金属材料よりなるロール状で、且つ板厚がｔの板状材料４０を順次送る順送り装置と、上型と下型よりなるプレス金型と、上型を駆動する上型駆動装置（図示せず）とを備えている。
【００３７】
プレス金型の上型は、中心軸線が板状部材面に直交する垂線（中心軸線３３）に対して傾斜したパンチ４１、およびこのパンチ４１を中心軸線方向に往復移動可能に支持するためのパンチホルダ（本発明のパンチガイドに相当する）４２を有し、プレス金型の下型は、端面上に板状部材４０が送り込まれた後に、パンチホルダ４２との間に板状部材４０を挟み込んで保持するダイス４３を有する。なお、パンチ４１の先端部には、所定の噴孔形状を転写するため、噴孔３０と同じ形状である末広がり（テーパ）形状にしたテーパ部４４が形成されている。
【００３８】
先ず、プレス金型において、パンチ４１の中心軸線が板状材料４０の板厚方向に対して所定の傾斜角度を持つようにパンチ駆動装置（パンチ駆動手段）によってパンチ４１を軸線方向に移動するように駆動することにより、順送り装置より送り込まれた板状材料４０にパンチ４１のテーパ部４４を押し当て、パンチ４１の先端部形状を板状材料４０に転写する（図５（ａ）参照）。
【００３９】
すると、板状材料４０のパンチ４１のテーパ部４４を押し当てた反対面にパンチ４１のテーパ部４４が押し退けたボリューム分の不要部４５が残存する。次に、その不要部４５を、板状材料４０の高さ位置で取り除く（図５（ｂ）参照）。これにより、所望の噴孔形状、すなわち、燃料入口３１から燃料出口３２に向けて径が広がる末広がり（テーパ）形状の噴孔３０を形成することができる（図５（ｃ）参照）。
【００４０】
この噴孔加工方法によれば、噴孔３０の内面はプレス孔抜き加工のような破断面が生じることがなく、噴孔３０の内面全域に渡って均一な面性状を得ることができる。これにより、低コストで、且つ高生産性の噴孔加工方法を実現することができると共に、放電加工等の除去加工やプレス孔抜き加工では得られなかった寸法精度や流量精度を得ることができる。
【００４１】
そして、上記の噴孔加工を噴孔付きプレート１０に配置する個数分だけ開けるように板状材料４０を下型上で回転させるか、あるいはプレス成形機をずらす。このような噴孔加工を繰り返すことで、多大な設備投資をすることなく、燃料入口３１から燃料出口３２に向けて徐々に広がるテーパ形状の噴孔３０を有する噴孔付きプレートを市場ニーズに対応できるだけの数量を生産することができる。
【００４２】
ここで、電磁式燃料噴射弁１の噴孔３０の中心軸線（噴孔中心軸線３４）が板状材料面に直交する垂線に対して傾斜している（テーパ斜め孔）場合には、図６（ａ）、（ｂ）に示したように、パンチ４１の先端部が板状材料４０に当たった時、つまり噴孔加工時に生じる側方力（パンチ４１の中心軸線に対して垂直方向の力：Ｆｓ）によりパンチ４１の折損が生じる可能性がある。この場合には、図１および図７に示すプレス金型構造を採用することにより、パンチ４１の折損が生じることはなく、プレス１工程でテーパ斜め孔を板状材料４０に貫通形成することができる。つまり、パンチ４１の先端部（テーパ部４６）をパンチ４１の中心軸線５１に対して板状材料４０と反対方向に傾斜させるようにしてパンチホルダ４２の摺動面（内面）に沿った形状としている。
【００４３】
このパンチ４１のテーパ部４６は、板状材料面に直交する垂線（中心軸線３３）に対して第１の傾斜角θ１および第２の傾斜角θ２を持つテーパ斜め形状（略楕円錐形状）を有している。また、パンチホルダ４２には、パンチ４１の全周を覆うと共に、パンチ４１を中心軸線５１が傾斜するようにパンチ４１を摺動自在に支持するための支持孔４７がパンチホルダ４２の中心軸線５２方向に形成されている。そして、パンチホルダ４２の内面のうちパンチ４１のテーパ部４６が摺動する摺動面は、板状材料面に直交する垂線（噴孔付きプレート１０の中心軸線３３）に対して第１の傾斜角θ１を有している。なお、上端面に板状材料４０が載置されるダイス４３には、不要部４５を排出することが可能な排出孔４８がダイス４３の中心軸線５３方向に形成されている。
【００４４】
また、図８（ａ）、（ｂ）に示したように、パンチ４１のテーパ部４６が押し退けたボリューム分の不要部（押し出し部）４５を押し出し成形する噴孔加工時に、パンチ４１のテーパ斜め形状のテーパ部４６とダイス４３の上端面とのクリアランスをＣｒ１、Ｃｒ２としたとき、Ｃｒ１は板状材料４０の板厚（ｔ）の０〜４０％とされ、Ｃｒ２は板状材料４０の板厚（ｔ）の０〜１２０％とされている。なお、図８（ｂ）においてＢはパンチ４１の断面形状を示し、Ｃはダイス４３の断面形状（パンチ４１の断面形状と相似の楕円形状）を示す。
【００４５】
この噴孔付きプレート１０の噴孔加工方法によれば、噴孔加工時に、図１、図７および図８（ａ）、（ｂ）に示したように、ダイス４３の上端面とパンチホルダ４２の下端面との間に板状材料４０を挟み込んで保持した状態で、パンチホルダ４２の中心軸線方向にパンチ４１を前進させてパンチ４１のテーパ部４６を板状材料４０に押し当て、パンチ４１のテーパ部４６が押し退けたボリューム分の不要部４５を板状材料面より前方に押し出すことで、パンチ４１のテーパ部４６形状を板状材料４０に転写して板状材料４０に所望の形状の噴孔３０を高精度に形成することが可能な押し出し成形を行う（図９（ａ）参照）。次に、この押し出し成形の後に、その不要部４５を、板状材料４０の高さ位置で取り除く（図９（ｂ）参照）。
【００４６】
これにより、電磁式燃料噴射弁１の噴孔３０の中心軸線（噴孔中心軸線３４）が板状材料面に直交する垂線に対して傾斜している（テーパ斜め孔）場合でも、図１（ｂ）に示したように、パンチ４１の先端部が板状材料４０に当たった時、つまり噴孔加工時に生じる側方力（Ｆｓ）を板状材料４０と反対側のパンチホルダ４２の支持孔４７の摺動面（内面）で受けることができ、その反力（Ｆｒ）で側方力は相殺され、パンチ４１の折損を生じさせるような曲げモーメントが発生しない。なお、パンチ４１の材料としては、噴孔加工時に生じる側方力（Ｆｓ）よりもパンチ４１の強度が大きくなるような材料（例えば超硬材）を用いることが望ましい。また、パンチホルダ４２の材料としては、側方力（Ｆｓ）を受けることが可能な材料を用いることが望ましい。本実施例では、パンチ４１の全周囲をパンチホルダ４２で覆うようにしているが、側方力（Ｆｓ）方向のみにパンチホルダが存在するようにしても良い。例えば部分円弧形状のパンチホルダを用いる。
【００４７】
〔第１実施例の効果〕
以上のように、プレス１工程でテーパ形状の噴孔成形を行う噴孔加工方法を採用することによって、内燃機関へタイミング良く噴射する噴霧燃料の高微粒化を促進させる機構、すなわち、噴孔付きプレート１０による製品特性上での付加価値を向上するだけでなく、低サイクルタイムな高生産性の加工、且つ高寸法精度の加工が可能となるため、設備投資費用を軽減でき、大きなコストダウン効果をもたらすことができる。
【００４８】
また、電磁式燃料噴射弁１の噴孔３０の中心軸線（噴孔中心軸線３４）が板状材料面に直交する垂線に対して傾斜している（テーパ斜め孔）場合でも、パンチ４１のテーパ部４６が噴孔加工時に生じる側方力を板状材料４０と反対側のパンチホルダ４２の摺動面で受けることができ、その反力で側方力は相殺され、パンチ４１のテーパ部４６の折損を生じさせるような曲げモーメントが発生しない。したがって、パンチ４１のテーパ部４６が板状材料４０に当たった時、つまり噴孔加工時に生じる側方力によりパンチ４１の折損が生じることはない。さらに、パンチホルダ４２の支持孔４７の中心軸線５２に平行で、且つ同一軸線上にダイス４３の排出孔４８の中心軸線５３を配しているので、パンチ４１とダイス４３の芯合わせを作業者が目で見ながら調整することができるので、高寸法精度の加工が可能となる。
【００４９】
〔第２実施例〕
図１０は本発明の第２実施例を示したもので、噴孔付きプレートの噴孔加工方法を示した図である。
【００５０】
本実施例では、パンチ４１のテーパ部４６とダイス４３の上端面とのクリアランスをＣｒ１、Ｃｒ２としたとき、Ｃｒ１＝２〜２０％、Ｃｒ２＝２〜２０％としている。このように、パンチ４１のテーパ部４６とダイス４３の上端面とのクリアランスを所定値以下に小さくすることで、押し出し成形時に、板状材料４０のパンチ４１のテーパ部４６を押し当てた反対面に押し出される、パンチ４１のテーパ部４６が押し退けたボリューム分の不要部（押し出し部）４５が板状材料４０の反対面から離脱するまでパンチ４１を押し込むことで、排出孔４８より不要部４５が第１実施例のような除去工程を実施しなくても自動的に排出される。
【００５１】
〔第３実施例〕
図１１は本発明の第３実施例を示したもので、噴孔付きプレートの噴孔加工方法を示した図である。
【００５２】
本実施例では、板状材料面に直交する垂線上に、ダイス４３の排出孔４８の中心軸線５３を配しているので、板状材料４０を次工程に送る際に、図９（ａ）に示した不要部４５がダイス４３に引っ掛かり送り不良を起こす可能性が少ない。これにより、板状材料４０を次工程に送る際のリフトアップが容易となる。
【００５３】
〔第４実施例〕
図１２は本発明の第４実施例を示したもので、図１２（ａ）は電磁式燃料噴射弁の燃料噴射ノズルを示した図で、図１２（ｂ）は燃料入口側から見た噴孔付きプレートを示した図である。
【００５４】
本実施例の噴孔付きプレート１０には、１２個の噴孔３０ａ〜３０ｌが形成されている。噴孔３０ａ〜３０ｄは、内周側の円周上に燃料入口３１が配置されており、噴孔３０ｅ〜３０ｌは外周側の円周上に燃料入口３１が配置されている。また、噴孔３０ａ、３０ｂ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈより燃料が噴射する方向と、噴孔３０ｃ、３０ｄ、３０ｉ、３０ｊ、３０ｋ、３０ｌより燃料が噴射する方向とは１８０°反対を向いており、２方向噴射を実現している。なお、各噴孔３０ａ〜３０ｌにおいてθ１とθ２とθ３との関係は第１実施例と同一である。
【００５５】
本実施例では、第１実施例と同量の燃料噴射量であれば、噴孔１個当たりの噴射量は減少し、噴孔径を小さくできるので、燃料噴霧の微粒化が促進される。なお、複数個の噴孔３０の配置は、噴霧燃料の微粒化を促進させる効果を低下させない範囲内で自由に配置できる。
【００５６】
〔変形例〕
本実施例では、電磁式燃料噴射弁（フューエルインジェクタ）１等の内燃機関用燃料噴射弁をガソリンエンジンのインテークマニホールドに取り付けた例を説明したが、内燃機関用燃料噴射弁をエンジンの気筒に取り付けても良く、また、燃料噴射弁を湯沸器、石油ストーブ等の燃焼装置に取り付けても良い。なお、電磁式燃料噴射弁１では、ある一定の微粒化促進性能を維持する目的で、噴孔付きプレート１０の板厚ｔ（ｍｍ）と噴孔３０の噴孔径（燃料入口径または燃料出口径）との比をある特定の範囲内に設定することが望ましい。
【００５７】
本実施例では、燃料噴射ノズルの弁体を構成するノズルニードル８を電磁式アクチュエータにより軸方向に往復変移させる電磁式燃料噴射弁１に適用した例を説明したが、弁体を機械的に軸方向に往復変移させる燃料噴射弁に適用しても良い。例えばバルブボディ内に燃料が供給されて所定の油圧力に達すると、弁体が開弁する燃料噴射ノズルに本発明を適用しても良い。これ以外にも、流体を微粒化して噴射したいのであれば、そのような用途に本発明の流体噴射ノズルを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を示した模式図である（第１実施例）。
【図２】電磁式燃料噴射弁の全体構成を示した断面図である（第１実施例）。
【図３】（ａ）は電磁式燃料噴射弁の燃料噴射ノズルを示した拡大断面図で、（ｂ）は燃料入口側から見た噴孔付きプレートを示した平面図である（第１実施例）。
【図４】（ａ）は噴孔付きプレートの噴孔形状を示した平面図で、（ｂ）は噴孔付きプレートの噴孔形状を示した断面図である（第１実施例）。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を示した模式図である（比較例）。
【図６】（ａ）、（ｂ）はパンチが折損する例を示した模式図である（比較例）。
【図７】電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を示した模式図である（第１実施例）。
【図８】（ａ）は電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を示した模式図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である（第１実施例）。
【図９】（ａ）、（ｂ）電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を示した模式図である（第１実施例）。
【図１０】電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を示した模式図である（第２実施例）。
【図１１】電磁式燃料噴射弁の噴孔加工方法を示した模式図である（第３実施例）。
【図１２】（ａ）は電磁式燃料噴射弁の燃料噴射ノズルを示した拡大断面図で、（ｂ）は燃料入口側から見た噴孔付きプレートを示した平面図である（第４実施例）。
【符号の説明】
１ 電磁式燃料噴射弁
７ バルブボディ
８ ノズルニードル（弁体）
９ 燃料通路
１０ 噴孔付きプレート
２０ 燃料通路（流体通路）
２１ 弁座
２２ シート部
２９ バルブボディの開口部
３０ 噴孔
３１ 燃料入口（流体入口）
３２ 燃料出口（流体出口）
３３ 中心軸線（噴孔付きプレート面に直交する垂線、板状材料面に直交する垂線）
３４ 噴孔中心軸線
４０ 板状材料
４１ パンチ
４２ パンチホルダ（パンチガイド）
４３ ダイス
４７ 支持孔
４８ 排出孔
５１ 中心軸線
５２ 中心軸線
５３ 中心軸線
３０ａ 噴孔
３０ｂ 噴孔
３０ｃ 噴孔
３０ｄ 噴孔
Claims (5)
- （ａ）内部に流体通路を形成すると共に、弁座を有するバルブボディ、このバルブボディの先端面に配置されて、流体入口から流体出口に向けて径が広がるような所望の形状の噴孔を有する噴孔付きプレート、および前記弁座に着座することにより前記流体通路を閉塞し、前記弁座から離座することにより前記流体通路を開放する弁体を具備し、
前記噴孔の流体入口の中心と前記流体出口とを結ぶ噴孔中心軸線は、前記噴孔付きプレート面に直交する垂線に対して傾斜しており、
前記噴孔中心軸線を含み前記噴孔付きプレートと直交する仮想面と前記噴孔付きプレートの噴孔内周面との２本の交線は、前記噴孔付きプレート面に直交する垂線に対して前記噴孔中心軸線と同じ方向に傾斜しており、
前記噴孔中心軸線と前記流体入口側端面とが形成する鈍角側にある第１の交線が前記噴孔付きプレート面に直交する垂線と形成する第１の傾斜角をθ１、前記噴孔中心軸線と前記流体入口側端面とが形成する鋭角側にある第２の交線が前記噴孔付きプレート面に直交する垂線と形成する第２の傾斜角をθ２としたとき、
θ１≧１５°、θ１＜θ２
の関係を満足する流体噴射ノズルと、
（ｂ）この流体噴射ノズルの噴孔付きプレートの噴孔加工前の板状材料が載置されるダイスと、
（ｃ）先端部形状が前記板状材料面に直交する垂線に対して前記第１の傾斜角および前記第２の傾斜角を持つ略円錐台形状のパンチと、
（ｄ）このパンチの中心軸線が前記板状材料面に直交する垂線に対して傾斜するように前記パンチを摺動自在に支持する支持孔を有するパンチガイドと、
（ｅ）このパンチガイドの中心軸線方向に前記パンチを前進させるパンチ駆動手段とを備えた流体噴射ノズルの噴孔加工装置であって、
前記パンチガイドは、前記噴孔中心軸線が前記板状材料面に直交する垂線に対して傾斜している場合に、噴孔加工時に生じる前記パンチの先端部の側方力を内面で受けることが可能な型構造を用いたことを特徴とする流体噴射ノズルの噴孔加工装置。 - 請求項１に記載の流体噴射ノズルの噴孔加工装置において、
前記パンチガイドの内面のうち前記パンチの先端部が摺動する摺動面は、前記板状材料面に直交する垂線に対して前記第１の傾斜角を有し、
前記パンチの先端部形状を、前記パンチの中心軸線に対して前記板状材料と反対方向に傾斜させて前記パンチガイドの摺動面に沿う形状としたことを特徴とする流体噴射ノズルの噴孔加工装置。 - 請求項１または請求項２に記載の流体噴射ノズルの噴孔加工装置において、
噴孔加工時に、前記ダイスと前記パンチガイドとの間に前記板状材料を保持した状態で、前記パンチガイドの中心軸線方向に前記パンチを前進させて前記パンチの先端部を前記板状材料に押し当て、前記パンチの先端部が押し退けたボリューム分の押し出し部を前記板状材料面より前方に押し出すことで、前記パンチの先端部形状を前記板状材料に転写して前記板状材料に前記所望の形状の噴孔を形成する押し出し成形を行うことを特徴とする流体噴射ノズルの噴孔加工方法。 - 請求項３に記載の流体噴射ノズルの噴孔加工方法において、
前記パンチの先端部と前記ダイスとのクリアランスを、前記板状材料の板厚に対して所定範囲内に設定したプレス成形型を備え、
前記押し出し成形の後に、
前記押し出し部を、前記板状材料面の高さ位置で切断または切削または研削することにより取り除く除去工程を行うことを特徴とする流体噴射ノズルの噴孔加工方法。 - 請求項３に記載の流体噴射ノズルの噴孔加工方法において、
前記パンチの先端部と前記ダイスとのクリアランスを所定値以下に設定したプレス成形型を備え、
前記押し出し成形時に、
前記押し出し部が前記板状材料から離脱するまで前記パンチを押し込むことを特徴とする流体噴射ノズルの噴孔加工方法。
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