JP3814815B2 - 噴孔プレートおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を噴射する噴孔を有する噴孔プレートおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体を噴射する噴孔を薄板状の母材に形成し噴孔プレートを製造する場合、放電加工またはプレス加工により噴孔を形成することが一般的である。噴射量は、噴孔の孔径、噴孔を形成する内周面、噴孔の流体入口角部および流体出口角部の加工状態により変動する。ここで孔径とは、流体入口および流体出口を除いた噴孔の流路径を表す。噴射量は、特に噴孔の孔径と流体入口角部の加工状態により大きく変動する。例えば流体入口角部にだれ（以降、本明細書内では「鈍り」ともいう）が生じ噴射量が増加する。
【０００３】
放電加工で噴孔を形成すると、流体入口角部は鈍ることなく形成される。しかし、孔径のばらつきが大きいので噴孔プレート毎に噴射量がばらつくという問題がある。
プレス加工で噴孔を形成する場合、同一径のパンチを用いたプレス加工により噴孔を打ち抜けば孔径のばらつきは殆ど発生しない。しかし、プレス加工による噴孔の形成は薄板状の母材の一部を機械的に打ち抜く加工であるから、噴孔の流体入口角部および流体出口角部に鈍りが発生する。鈍り量は、パンチの経時変化による摩耗、母材の機械的特性等の要因によりばらつく。特に噴孔の流体入口角部の鈍り量は噴射量を大きく変動させる要因となるので、この鈍り量がばらつくと噴孔プレート毎の噴射量が大きく変動する。噴射量の変動は噴孔プレートに形成する噴孔の数が多いほど大きくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、噴孔を形成した個々の噴孔プレートの噴射量を測定し、測定結果に応じた孔径調整加工または流体入口の角部の鈍り除去加工を行い噴射量のばらつきを低減することが考えられる。
鈍り除去は、従来から用いられている流体研磨、砥石を用いた研削により行うことができる。しかし、研磨または研削は加工に長い時間を必要とするので、測定結果に応じて個々の噴孔プレートの鈍り除去加工を研磨または研削により行うと膨大な加工時間を要する。また、噴孔プレートの製造は、通常フープ材による連続加工か多数の薄板状母材をセットしてのバッチ処理になるので、個々の小さな噴孔プレート毎に研磨または研削を行うことは困難である。
【０００５】
また、噴孔プレートの噴射量を微調整したり、噴孔に流れ込む流体流れを妨げないために、噴孔プレートに複数形成した噴孔の内一部だけを加工するか、噴孔の流体入口周囲の一部だけを加工することが要求されることがある。しかし、流体研磨のブラシまたは砥石の大きさをある程度以上小さくすることはできないので、微小範囲の加工は困難である。さらに、研磨および研削による加工は、鈍りを除去することはできるが、孔径のばらつきを修正することはできない。
【０００６】
本発明の目的は、短い加工時間で所望の噴射量を得ることができる噴孔プレートおよびその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、噴射量の微調整を可能にする噴孔プレートおよびその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、噴孔に流入する流体流れを妨げない噴孔プレートおよびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の噴孔プレートの製造方法によると、噴孔から噴射される噴孔プレートの噴射量に基づき噴孔の開口周囲の母材を凹ませることにより、母材の材質が噴孔に向けて押し出される。これにより、噴孔の開口角部に形成される鈍り量および噴孔の孔径を調整することができる。開口周囲の母材は例えばパンチを用いたコイニング加工またはノッチ加工等により容易に凹ませることができる。パンチによるプレス加工は短時間で容易に母材を加工することができるので、噴孔プレート毎の噴射量を短時間で調整することができる。したがって、噴孔プレート毎の噴射量のばらつきを容易に低減したり、噴孔プレート毎に所望の噴射量に容易に調整することができる。
【０００８】
また、噴孔の開口周囲の母材を凹ませる工具の形状、加工位置、加工荷重等をパラメータとし、これらパラメータと噴射量との関係を予め把握しておくことにより高精度に噴孔の孔径および鈍り量を調整し、噴射量を高精度に調整することができる。
噴射量は噴孔の流体入口および流体出口の両開口の内、流体入口の形状により大きく変動する。本発明の請求項２記載の噴孔プレートの製造方法によると、噴孔の流体入口周囲の母材を凹ませるので、小さな凹みで噴射量を調整することができる。したがって、凹み加工により噴孔の流路形状が変形することを極力抑制することができる。
【０００９】
本発明の請求項３記載の噴孔プレートの製造方法によると、複数の噴孔を形成し、その内一部の噴孔の開口周囲の母材を凹ませるので、全ての噴孔の開口周囲の母材を凹ませる場合に比べ、同じ凹み量であれば噴射量の変化量が少ない。したがって、噴射量の微調整が可能である。
本発明の請求項４記載の噴孔プレートの製造方法によると、噴孔の開口周囲の母材の一部を凹ませるので、開口周囲の母材の全周を凹ませる場合に比べ、同じ凹み量であれば噴射量の変化量が少ない。したがって、噴射量の微調整が可能である。
【００１０】
さらに、噴孔に流入する流体流れを妨げない位置に凹みを設ければ、流体流れを妨げ、流体流れのエネルギーを低減することを防止できる。これにより、噴孔から微粒化した流体を噴射することができる。
本発明の請求項５記載の噴孔プレートによると、請求項１〜４のいずれか一項記載の噴孔プレートの製造方法により噴孔プレートを形成するので、噴孔プレートから噴射される噴射量のばらつきが少ない。また、所望の噴射量に容易に調整することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す一実施例を図に基づいて説明する。
本発明をガソリン機関用燃料供給装置の燃料噴射弁に適用した一実施例を図２に示す。
図２に示すように、燃料噴射弁１０の樹脂製のハウジングモールド１１の内部に、強磁性材料からなる固定コア２１が収容されている。
【００１２】
磁性材料からなる可動コア２２は筒状に形成されており、非磁性パイプ２３および磁性パイプ２４の内部空間に配設されている。可動コア２２の外径は非磁性パイプ２３の内径より僅かに小さく設定され、可動コア２２は非磁性パイプ２３に摺動可能に支持されている。可動コア２２は、固定コア２１と軸方向に対向し、固定コア２１の下端面と所定の隙間を形成するように配設されている。
【００１３】
非磁性パイプ２３は、固定コア２１の可動コア側端部外周に嵌合し、レーザ溶接等により固定されている。非磁性パイプ２３の反固定コア側端部には、磁性材料からなり段付きパイプ状に形成された磁性パイプ２４が接続されている。なお、非磁性パイプ２３の反固定コア側は可動コア２２の案内部をなしている。
弁部材としてのニードル弁２５の燃料噴射側の先端面はほぼ平坦に形成されており、ニードル弁２５の他方の端部には接合部２５ａが形成されている。そして、接合部２５ａと可動コア２２とがレーザ溶接され、ニードル弁２５と可動コア２２とが一体に連結される。接合部２５ａの外周には燃料通路としての二面取りが設けられている。
【００１４】
圧縮コイルスプリング２６の一端は可動コア２２に設けられたスプリング座２２ａに当接し、圧縮コイルスプリング２６の他端はアジャスティングパイプ２７の底部に当接している。圧縮コイルスプリング２６は、可動コア２２とニードル弁２５とを図２の下方、つまり当接部２５ｂがバルブボディ３０の弁座３１ａに着座する方向に付勢している。
【００１５】
アジャスティングパイプ２７は固定コア２１の内周に圧入されている。組付け時にアジャスティングパイプ２７の圧入位置を調整することにより圧縮コイルスプリング２６の付勢力を調整可能である。
バルブボディ３０は、スペーサ２８を介して磁性パイプ２４に挿入され、磁性パイプ２４とレーザ溶接等により固定されている。スペーサ２８の厚みは固定コア２１と可動コア２２とのエアギャップを所定値にするように調節される。バルブボディ３０の内径は先端付近から噴孔プレート３２に向かうにしたがい縮径しており、流体通路としての燃料通路を形成する内壁面３１は円錐状に形成されている。ニードル弁２５の当接部２５ｂは内壁面３１に形成された弁座３１ａに着座可能である。
【００１６】
ステンレス製の噴孔プレート３２はカップ状に形成されており、バルブボディ３０の先端に溶接、例えば全周溶接により接合されている。ニードル弁２５の先端面、バルブボディ３０の内壁面３１、および噴孔プレート３２のニードル弁２５との対向面により、略円板状の燃料室３５が形成されている。図３に示すように、噴孔プレート３２には４個の噴孔３４が形成されている。図２に示すニードル弁２５が弁座３１ａから離座すると燃料室３５から噴孔３４を通って燃料が噴射される。
【００１７】
電磁コイル５０は樹脂製のスプール５１の外周に巻回されており、スプール５１は固定コア２１、非磁性パイプ２３、磁性パイプ２４の外周に配設されている。電磁コイル５０およびスプール５１の外周にハウジングモールド１１が樹脂成形され、ハウジングモールド１１により電磁コイル５０が包囲されている。図示しない電子制御装置によってターミナル５２からリード線を介して電磁コイル５０に励磁電流が流れると、ニードル弁２５および可動コア２２が圧縮コイルスプリング２６の付勢力に抗して固定コア２１の方向へ吸引され、当接部２５ｂが弁座３１ａから離座する。
【００１８】
ターミナル５２はハウジングモールド１１に埋設されており、電磁コイル５０に電気的に接続されている。ターミナル５２は図示しない電子制御装置にワイヤハーネスを介して接続されている。
２枚の金属プレート６１および６２は、電磁コイル５０への通電時の磁束を通す磁路を形成する部材であり、上方の一端が固定コア２１の外周に接し、下方の他端が磁性パイプ２４の外周に接するように設けられている。この２枚の金属プレート６１、６２により電磁コイル５０が保護されている。
【００１９】
フィルタ６３は固定コア２１の上方に配設されており、燃料タンクから燃料ポンプ等によって圧送され、燃料噴射弁１０内に流入する燃料中のゴミ等の異物を除去する。固定コア２１内にフィルタ６３を通して流入した燃料は、アジャスティングパイプ２７からニードル弁２５の接合部２５ａに形成された二面取り部との隙間、さらには、バルブボディ３０とニードル弁２５との摺動部に形成された四面取り部との隙間を通過し、ニードル弁２５の当接部２５ｂと弁座３１ａとよりなる弁部に到る。当接部２５ｂが弁座３１ａから離座すると、当接部２５ｂと弁座３１ａとが形成する開口部から燃料が燃料室３５に流入する。
【００２０】
燃料噴射弁１０の作動について説明する。
(1) 電磁コイル５０への通電オフ時、可動コア２２およびニードル弁２５は圧縮コイルスプリング２６の付勢力により図２の下方に付勢され、ニードル弁２５の当接部２５ｂが弁座３１ａに着座する。これにより、噴孔３４からの燃料噴射が遮断される。
【００２１】
(2) 電磁コイル５０への通電をオンすると、圧縮コイルスプリング２６の付勢力に抗して可動コア２２が固定コア２１に吸引されるので、ニードル弁２５の当接部２５ｂが弁座３１ａから離座する。これにより、当接部２５ｂと弁座３１ａとの開口部から燃料室３５に燃料が流入する。燃料室３５に流入した燃料は、内壁面３１、ニードル弁２５の先端面、噴孔プレート３２のニードル弁２５との対向面に案内されて燃料室３５の中央部に向かう。中央部に向かう燃料は中央部で互いに衝突して内周側から噴孔３４に向かう流れを生じ、この内周側から噴孔３４に向かう燃料流れと外周側から噴孔３４に向かう燃料流れとが噴孔３４上で衝突する。このように噴孔３４の全周からほぼ均等に噴孔３４に流れ込み噴孔３４の直上で衝突した燃料が噴孔３４から噴射されると、燃料噴霧の微粒化が促進される。
【００２２】
次に、噴孔プレート３２の製造工程を説明する。
(1) 図１の（Ａ）に示すように、薄板状の母材１００に図示しないパンチによるプレス加工により所定の傾斜角度で噴孔３４を形成する。プレス加工により噴孔３４を形成すると、噴孔３４の流体入口３４ａの母材１００の角部に鈍り（だれ）１００ａ、ならびに流体出口３４ｂの母材１００の角部に破断面１００ｂが形成される。流体入口３４ａの角部にだれ１００ａが形成されないと、噴孔プレート３２の燃料上流側端面に沿った燃料流れが噴孔３４に入っていく際に急に流れ方向が変化する。これにより、噴孔３４の流体入口３４ａで燃料流れが一度絞られるので流量が減少する。一方、流体入口３４ａの角部にだれ１００ａが形成されると絞り効果が緩和され、だれが大きくなるほど流量が増加する。
【００２３】
パンチの先端が経時変化で摩耗したり、母材の機械的特性等がばらついても、同一径のパンチを使用すれば噴孔３４の孔径のばらつきは少ない。しかし、流体入口３４ａ周囲の母材１００の角部に形成される鈍り量、ならびに流体出口３４ｂ周囲の母材１００の角部に形成される破断面量のばらつきは大きくなる。
(2) 母材１００に形成した噴孔３４の噴孔プレート毎の噴射量を測定し、目標値との差を検出する。そして、測定値に基づき噴孔プレート毎に異なる条件で次工程で噴孔プレートを加工する。
【００２４】
また、本実施例のようにプレス加工で噴孔３４を形成する場合、連続した加工個数の範囲内において噴射量のばらつきが小さければ、この加工個数の噴孔プレートを一つのグループとし、サンプリングした噴孔プレートの噴射量に基づき、次工程においてグループ単位に同じ条件で加工してもよい。
また、噴孔プレート毎に噴射量を測定し、ばらつきの小さい範囲内で噴孔プレートをグループ化し、次工程においてグループ単位に同じ条件で加工してもよい。
【００２５】
(3) 図１の（Ｂ）に示すように、噴孔３４を形成した母材１００を受けプレート１０２に載置し、環状の突起１０１ａを有するパンチ１０１を用いたプレス加工により噴孔３４の流体入口周囲の母材１００をノッチ加工する。図１の（Ｃ）に示すように、噴孔３４の流体入口３４ａ周囲の母材１００を凹ませ、図３に示す環状溝１１０を形成することにより噴孔プレート３２が形成される。本実施例では図３に示すように、４個の噴孔３４の内２個の噴孔３４の流体入口３４ａ周囲の母材１００に環状溝１１０を形成した。
【００２６】
流体入口３４ａ周囲の母材１００に環状溝１１０を形成すると、流体入口３４ａに向けて母材１００の材質が押し出され鈍り１００ａが小さくなる。これにより、噴孔プレート３２から噴射される燃料噴射量が減少する。環状溝１１０の凹みをさらに大きくすると流体入口３４ａの口径が噴孔３４の流路径よりも小さくなるので、燃料噴射量がさらに減少する。
【００２７】
本実施例では、４個の噴孔３４の内２個の噴孔３４の流体入口３４ａ周囲の母材１００に環状溝１１０を形成し、環状溝１１０を形成した噴孔３４の噴射量を減少している。したがって、噴孔プレート３２の噴射量を調整する場合、４個全ての噴孔３４の流体入口３４ａ周囲の母材１００に環状溝１１０を形成する場合に比べ、同じ凹み量であれば噴孔プレート３２の噴射量減少量が少ない。したがって、噴射量の微調整が可能となる。噴射量の調整量が多い場合、４個の噴孔３４全ての流体入口３４ａ周囲の母材１００に環状溝１１０を形成してもよい。
【００２８】
（変形例）
上記実施例では、噴孔３４の流体入口３４ａ周囲の母材１００に凹みとして環状溝１１０を形成したが、噴孔３４の流体入口３４ａ周囲の母材１００の一部だけに、図４に示すように噴孔プレート３２の半径方向に沿って一対の円弧状溝１１１を形成してもよい。その他、図５の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、直線状、ポイント状等噴孔３４の流体入口周囲を凹ませて噴孔に変形を及ぼすものならば形状は問わない。
【００２９】
このように噴孔３４の流体入口周囲の母材１００の一部だけに凹みを設けることにより、噴孔プレート３２の外周部および内周部から噴孔３４に流入する燃料流れが円弧状溝１１１に妨げられることを防止し、燃料流れのエネルギーが低減することを防止できる。したがって、噴孔３４から噴射される燃料を微粒化できる。
【００３０】
変形例のように、噴孔３４の流体入口３４ａ周囲の特定位置にパンチを用いて凹みを形成する場合、前工程においてパンチで噴孔３４を形成したときのパイロット孔を利用すれば、凹みの形成位置を容易にかつ高精度に求めることができる。
（実験例）
次に、噴孔３４の流体入口周囲にポイント状の凹みを打刻した変形例において、打刻距離と流量変化率との関係、ならびに打刻点数と流量変化率との関係について実験を行った結果を図６および図７に示す。図６および図７において、打刻距離とは、噴孔３４の孔縁から凹みまでの距離を表し、流量変化率とは凹み打刻前の流量に対する凹み打刻後の流量の変化率（増減率）を表す。
【００３１】
また図６および図７において、◆、▲および■はそれぞれ噴孔３４の流体入口周囲における凹みの形成位置を表している。◆は鈍角側、▲は鋭角側、■は中間である。図８に示すように、鈍角側◆は噴孔３４と噴孔プレート３２とが形成する角度が鈍角である噴孔周囲を示し、鋭角側▲は噴孔３４と噴孔プレート３２とが形成する角度が鋭角である噴孔周囲を示している。中間■は鈍角側◆と鋭角側▲との中間位置を示し、噴孔３４と噴孔プレート３２とが形成する角度が直角である噴孔周囲を示している。表１に実験に使用した噴孔プレート３２の仕様を示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
表２に凹みの形成条件を示す。噴孔３４の流体入口周囲への凹みの打刻は、マイクロビッカース硬度計により行った。凹みの打刻は４つの噴孔全てに同じ形状で行った。０．５kgf 以下の荷重では流量の変化は見られなかった。
【００３４】
【表２】

【００３５】
表１および表２に示す条件で凹みの打刻前後の流量変化率を測定した。打刻距離と流量変化率との関係を図６に示す。各打刻マークを縦に貫く直線は、流量変化率の測定幅を示している。打刻により流量を減少させることが狙いである。図６より、打刻位置（噴孔孔縁と凹みの中心との距離）が噴孔孔縁に近いほど流量変化率（流量の減少）が大きいことが判る。さらに、本実験の条件下では鈍角側◆に凹みを形成しても噴孔形状に変化が見られず、打刻距離による流量変化は殆どなかった。これに対し、鋭角側▲または中間■に打刻すると、打刻前の流量に対し、最大１．２％程度の流量減少が得られた。
【００３６】
さらに、打刻距離を一定の５０μｍとし、打刻点数と流量変化率との関係を図７に示す。流量変化の大きい鋭角側▲の半周領域に対し１点、３点、５点の凹みを打刻して流量変化率を測定した。図７に示すように、本実験の条件下では、打刻点数を増加するほどより大きな流量変化が得られ、最大１．８％程度の流量減少を得られることが判った。
【００３７】
以上説明した本発明の実施の形態を示す上記実施例および変形例では、噴孔３４の流体入口３４ａ周囲の母材１００に凹みを設けることにより、流体入口角部に形成される鈍りの鈍り量を低減し、噴射量を減少している。これにより、噴孔プレート毎の噴射量のばらつきを抑制するとともに、噴孔プレート毎に所望の噴射量に調整することができる。さらに、プレス加工により凹みを形成するので、短時間で容易に加工を行うことができる。
【００３８】
また、噴孔３４を形成するパンチが経時変化により摩耗し噴射量がばらついても、流体入口３４ａ周囲の母材１００に凹みを形成することにより噴射量を調整できるので、パンチを使用可能な期間が延びる。これにより、パンチの交換時期が延びるので製造コストが低下する。
上記実施例および変形例では、噴孔３４はパンチを用いたプレス加工により形成したが、放電加工により噴孔を形成してもよい。放電加工により噴孔を形成すると、噴孔の開口角部は殆ど鈍らないが、孔径がばらつき易い。この場合にも、噴孔の開口周囲の母材を凹ませることにより孔径を小さくすることができるので、噴射量を容易に短時間で調整することができる。
【００３９】
上記実施例および変形例では、噴孔３４の流体入口３４ａ周囲の母材１００だけに凹みを形成したが、流体出口３４ｂ周囲の母材１００に凹みを形成してもよいし、両開口周囲の母材１００に凹みを形成してもよい。
またノッチ加工により噴孔の開口周囲の母材に凹みを形成したが、コイニング加工により凹みを形成してもよい。
【００４０】
上記実施例および変形例では、本発明の製造方法により製造した噴孔プレートを燃料噴射弁に用いたが、他の流体噴射弁の噴孔プレートに用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の一実施例による噴孔プレートの母材に噴孔を形成した状態を示す模式的断面図であり、（Ｂ）は母材にノッチ加工を施す状態を示す模式的断面図であり、（Ｃ）はノッチ加工後の噴孔プレートを示す模式的断面図である。
【図２】本実施例の噴孔プレートを用いた燃料噴射弁を示す断面図である。
【図３】本実施例における噴孔の開口周囲の状態を示す模式的説明図である。
【図４】本実施例の変形例による噴孔の開口周囲の状態を示す模式的説明図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、本実施例の変形例による噴孔の開口周囲の状態を示す模式的説明図である。
【図６】ポイント状の凹みを形成した変形例による、凹みの打刻距離と流量変化率との関係を示す特性図である。
【図７】ポイント状の凹みを形成した変形例による、凹みの打刻点数と流量変化率との関係を示す特性図である。
【図８】（Ａ）は（Ｂ）のＡ方向矢視図であり、（Ｂ）は変形例の噴孔プレートを示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 燃料噴射弁
２１ 固定コア
２２ 可動コア
２５ ニードル弁（弁部材）
３０ ノズルボディ
３１ａ 弁座
３２ 噴孔プレート
３４ 噴孔
３４ａ 流体入口
３４ｂ 流体出口
１００ 母材
１０１ パンチ
１０２ 受けプレート
１１０ 環状溝（凹み）
１１１ 円弧状溝（凹み）

Claims (5)

1. 流体を噴射する噴孔を有する噴孔プレートの製造方法であって、
   薄板状の母材に噴孔を形成する工程と、
   前記噴孔から噴射される噴孔プレートの噴射量に基づき、前記噴孔の開口周囲の母材を凹ませる工程とを有することを特徴とする噴孔プレートの製造方法。
2. 前記噴孔の流体入口周囲の母材を凹ませることを特徴とする請求項１記載の噴孔プレートの製造方法。
3. 複数の噴孔を形成し、その内一部の噴孔の開口周囲の母材を凹ませることを特徴とする請求項１または２記載の噴孔プレートの製造方法。
4. 前記開口周囲の母材の一部を凹ませることを特徴とする請求項１、２または３記載の噴孔プレートの製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項記載の噴孔プレートの製造方法により形成されることを特徴とする噴孔プレート。

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