JP3882960B2

JP3882960B2 - 高圧燃料噴射管の製造方法および該方法により得られた高圧燃料噴射管

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Publication number: JP3882960B2
Application number: JP21816297A
Authority: JP
Inventors: 光正大高
Original assignee: Usui Co Ltd
Current assignee: Usui Co Ltd
Priority date: 1997-07-29
Filing date: 1997-07-29
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2017-07-29
Also published as: JPH1144277A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はディーゼル内燃機関にあって、燃料供給路としてシリンダーヘッド側と燃料ポンプ側とのそれぞれノズルホルダーに接続して配置される管径２０ｍｍ程度以下の比較的細径からなる高圧燃料噴射管の製造方法および該方法によって得られた高圧燃料噴射管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のディーゼル内燃機関用高圧燃料噴射管材としては、本出願人が所有する特公平１−４６７１２号公報が知られている。この公報記載の高圧燃料噴射管材は、厚肉の鋼管からなる外管に、内側に流通路が形成されたステンレス鋼管からなる薄肉の内管を圧嵌して二重金属管を構成し、かつ内管の肉厚を二重金属管材全体の外径に対し、１．２ないし８．５％としたものである。
【０００３】
そしてこの公報記載の高圧燃料噴射管材は、ＮＯｘの低減や黒煙対策の１つとして噴射時間１〜２ミリ秒、流速が最大で５０ｍ／ｓｅｃ、内圧６００〜１０００ｂａｒ（ピーク圧）という最近の燃料の噴射圧の高圧化に対応した条件で動作させて試験しても、内周面におけるキャビテーション・エロージョン・コロージョン（以下キャビテーションという）の発生が防止できるのみならず、繰り返し高圧疲労に対する耐久性もほぼ満足できるものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
さて実際の使用条件下では、燃料供給路としてシリンダーヘッド側と燃料ポンプ側とのそれぞれノズルホルダーに接続して配置するためには前記した高圧燃料噴射管材の管端部に截頭円錐状、円弧状、または算盤球状の接続頭部をプレス加工などにより成形する必要がある。
【０００５】
しかしながら前記公報記載の高圧燃料噴射管材に、プレス加工などにより接続頭部成形を実施すると該接続頭部の内周面に位置する内管に図６に示すような座屈が生じる場合があった。この原因は定かではないが、内管が外管に比べて極めて硬度が高く、またプレス加工により成形される接続頭部の形状が特殊であるためと推察される。
【０００６】
本出願人はこのような内管の座屈現象の発生を防止するため特公昭６０−４４５４７号公報に記載のような接続頭部の成形方法を提案した。この公報によると、厚肉の外管の端面より適当な長さ没した位置に内管を設けて二重金属管からなる高圧燃料噴射管材を形成し、このように形成された管材の接続端部に接続頭部の成形を施すと、該接続頭部の内周面に設けられた内管の座屈などの変形が防止されるというものである。
【０００７】
この公報記載の方法は、接続頭部における内管の座屈を効果的に防止できたが、外管の端面より適当な長さ没した位置に内管を設けるには、該内管を該位置に精度よくかつ確実に圧嵌するか、あるいは一旦外管の端面と内管の端面とを一致するよう圧嵌した後に該内管を一定長さ取り除く作業が必要となり、特に自動車業界のような量産体制下においては余りに手間がかかり複雑な工程を要するという理由で実用化が敬遠され、その改善が望まれていた。
【０００８】
本発明は、前記公報において問題となった製造上の手間や複雑な工程を省いて簡単かつ容易に製造できるのみならず、高圧の燃料を使用してもその内周面において十分な耐キャビテーション性能を発揮し得る高圧燃料噴射管の製造方法および該方法により得られた高圧燃料噴射管を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、接続端部の各部分の軸方向の寸法、すなわち成形された接続頭部の軸芯方向の長さ、接続頭部成形による縮み代、およびこれらの総和である接続頭部成形前のチャック端面と噴射管材の先端部の端面との間の加工代などと、前記内管の外径とが、接続頭部成形時の内管の座屈の発生に緊密に関係しており、この関係を考慮に入れて接続頭部成形を実施することにより内管の座屈を効果的に防止できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち上記目的を達成するため本発明の第１の実施態様は、厚肉の鋼管からなる外管に、硬度（Ｈｖ）を４００〜５５０の薄肉の鋼管からなる内管を内挿せしめ両管を伸管加工により圧嵌せしめて二重金属管を形成し、ついで前記二重金属管の接続端部に截頭円錐状、円弧状または算盤珠状の接続頭部を成形する際し、下記式
ｌ_１≦１．３Ｄ＋ｌ_２
［但し（Ｄ）は内管の外径、（ｌ_２）は成形した接続頭部の軸芯方向の長さである］
を満足するような加工代（ｌ_１）をもってチャックして前記接続頭部を成形する高圧燃料噴射管の製造方法を特徴とするものである。
【００１１】
また本発明の第２の実施態様は、厚肉の鋼管からなる外管に、硬度（Ｈｖ）を４００〜５５０の薄肉の鋼管からなる内管を圧嵌して形成した二重金属管の接続端部に截頭円錐状、円弧状または算盤珠状の接続頭部を頭部成形により成形し、前記接続頭部の長さ（ｌ_２）を
ｌ_２≧ｌ_１−１．３Ｄ
［但し（Ｄ）は内管の外径、（ｌ_１）は接続頭部成形のための加工代である］
に形成した高圧燃料噴射管を特徴とするものである。
【００１２】
このように本発明によれば、厚肉の鋼管からなる外管に、硬度（Ｈｖ）を４００〜５５０の薄肉の鋼管からなる内管を緩やかに内挿し、両管を伸管加工により圧嵌せしめて二重金属管を形成し、ついで前記二重金属管の接続端部付近を割型チャックでチャックしてパンチ部材によるプレス加工により截頭円錐状、円弧状または算盤珠状の接続頭部を成形する際し、
下記式
ｌ_１≦１．３Ｄ＋ｌ_２
［但し（Ｄ）は内管の外径、（ｌ_２）は成形した接続頭部の軸芯方向の長さである］
を満足するような加工代（ｌ_１）をもってチャックして前記接続頭部を成形するものであり、したがって製造上の手間や複雑な工程を省いて簡単かつ容易に製造できるのみならず、前記接続頭部の長さ（ｌ_２）を
ｌ_２≧ｌ_１−１．３Ｄ
［但し（Ｄ）は内管の外径、（ｌ_１）は接続頭部成形のための加工代である］
に形成するとともに、その内周面に圧嵌された４００〜５５０の硬度（Ｈｖ）を有する内管を用いることにより接続頭部における内管の座屈がなくかつ高圧の燃料を使用しても十分な耐キャビテーション性能を発揮し得る高圧燃料噴射管を提供できるである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて説明すれば、図１は本発明の高圧燃料噴射管を示す図で、（ａ）は一実施例の縦断側面図、（ｂ）は他の実施例の一部切欠による側面図、図２は本発明のその製造方法の一工程を示す接続頭部成形前の断面による説明図、図３は接続頭部成形後の断面による説明図、図４は本発明の実施例１により製造された高圧噴射燃料管を顕微鏡により観察した金属組織の写真で、（ａ）は１２倍の写真、（ｂ）は５０倍の写真、図５は本発明の実施例２により製造された高圧噴射燃料管を顕微鏡により観察した金属組織の写真で、（ａ）は１２倍の写真、（ｂ）は５０倍の写真であって、１は管径２０ｍｍ以下の比較的厚肉で細径の内径を有する高圧配管用鋼管で、例えば炭素鋼から形成された単層または多重巻管からなる外管であり、例えば２２０〜２４０の硬度（Ｈｖ）を有するものである。
【００１４】
また３は前記外管１の内側に位置するよう圧嵌されて内部に流通路を形成する４００〜５５０の硬度（Ｈｖ）を有する鋼管からなる内管であって、例えば加工硬化され、かつ／またはばね調質されたＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４などのようなステンレス鋼管などから形成されたものである。前記内管３の硬度（Ｈｖ）を４００〜５５０とした理由は、４００未満では燃料噴射管に用いる高圧燃料に対する耐キャビテーション性能が得られず、一方５５０を超えると硬度が高すぎて接続頭部成形時に図５に示すような接続端部の内周面における内管に座屈が発生する可能性が大となるからである。
【００１５】
そして前記外管１に該内管３を内挿した後、伸管加工により圧嵌して二重金属管からなる噴射管材を形成するが、この際、形成された二重金属管の外径に対する内管３の肉厚の割合は、前記特公平１−４６７１２号公報記載と同様に１．２〜８．５％である。
なお特願平９−５８５１０号に記載したように後工程でばね調質されるオーステナイト系ステンレス鋼管を内管として用いることもできる。
【００１６】
つぎに上記のように形成された二重金属管からなる噴射管材の接続端部に接続頭部２を成形するに際して、本発明では内管の外径Ｄと、接続頭部成形による縮み代Δｌ、加工代ｌ_１、成形された接続頭部の軸芯方向の長さｌ_２との関係を図２および図３のように成形するものである。
【００１７】
すなわち、図２のように接続端部の先端部の端面２ａから加工代ｌ_１を保持した位置にその端面が来るように割型チャック６により前記噴射管材をチャックして、該噴射管材の軸方向に突出、移動するパンチ部材７によりプレス加工して接続頭部２を成形するものである。この際本発明者らは、各種の実験によって前記加工代ｌ_１から成形後の接続頭部の軸芯方向の長さであるｌ_２を差し引いた頭部成形による縮み代Δｌ、すなわちΔｌ＝ｌ_１−ｌ_２が、前記内管３の外径をＤとした時、１．３Ｄ以下、好ましくは１．０Ｄ以下となるよう予め設定された長さとすると、前記成形された接続頭部２の内周面における内管３の座屈が効果的に防止できることを知見した。
【００１８】
換言すると、この知見に基づき上記式Δｌ＝ｌ_１−ｌ_２≦１．３Ｄを満足するように各種の条件、すなわち成形される接続頭部の形状や長さ、接続端部の加工代、内管や外管の材質、二重金属管からなる噴射管材の外径や肉厚、パンチ部材のストロークなどを予め実験により定めておけば、実際の接続頭部成形加工時に式ｌ_１≦１．３Ｄ＋ｌ_２を満足する所定の加工代ｌ_１をもってチャックしてプレス加工すれば内管３の座屈なしに成形でき、また前記（ｌ_１−１．３Ｄ）以下の長さｌ_１を有する接続頭部２を形成すれば内管３に座屈のない高圧燃料噴射管が得られるのである。
なお接続頭部２の縮み代Δｌを１．３Ｄ以下としなければならない理由は、１．３Ｄを超えると内管３に図６に示されるような座屈が生ずる可能性が急激に増加するからである。そして前記縮み代Δｌは、小さい方が内管３の座屈が生ずる可能性がなくなるため好ましいが、０．７Ｄ未満では接続頭部２の押圧座面２′を相手インジェクションノズルホルダー、インジェクションポンプデリバリーホルダー（図示せず）などの相手部材の受圧座面へ当接しても必要なシール性が得られず接続頭部２として役目を果たさないため、０．７Ｄ以上としなければならない。
【００１９】
そして上記のような値に対応する位置になるように加工代ｌ_１をもってチャック６によりチャックした噴射管材の接続端部をパンチ部材７によりプレス加工して、図３に図示するように截頭円錐状（図１（ａ）参照）、円弧状、算盤珠状（図１（ｂ）参照）などからなる軸芯方向に長さ１_２を有する接続頭部２を成形して高圧燃料噴射管が形成されるものである。
【００２０】
なお図１において、４は必要に応じ接続頭部２の首下部に嵌合したスリーブワッシャーであり、同時にその背後に接続頭部２の押圧座面２′を相手部材の受圧座面へ当接した状態で該相手部材に螺合する締付けナット５を組込んでなるものである。
【００２１】
つぎに本発明にかかる高圧燃料噴射管を製造する方法について説明すると、それぞれ清浄化のための前処理を施された鋼管からなる外管１の内部に、加工硬化性および／またはばね調質性を有する鋼管からなる内管３を緩やかに内挿せしめる。そして外管１の内部に内管３を緩やかに内挿した状態で固定したダイスを用いて一方側へ一体絞りすることによる伸管加工を行って、両管１、３全体を全長に亘り縮径して圧嵌せしめると同時に引き伸ばして硬度（Ｈｖ）が４００〜５５０となった内管を有する二重金属管からなる噴射管材を形成する。
【００２２】
なお内管３にオーステナイト系ステンレス鋼管を用いた場合は、特願平９−５８５１０号記載のように伸管加工して圧嵌した二重金属管からなる噴射管材を、その後加熱炉に装入して３７５〜４５５℃で、３０分〜２４時間の間加熱処理を実施するとオーステナイト系ステンレス鋼管からなる内管３が、ばね調質されてその硬度（Ｈｖ）を４００〜５５０に向上させることができる。
【００２３】
このようにして形成された二重金属管の接続端部に接続頭部２を成形するに際し、前述の通り加工代ｌ_１が所定の長さとなるように図２のようにチャック６により保持された二重金属管からなる噴射管材の接続端部を、図３のようにパンチ部材７によりプレス加工して截頭円錐状、円弧状あるいは算盤珠状などの所望形状からなる接続頭部２を成形して高圧燃料噴射管が形成され、通常その後にディーゼル内燃機関付近に配管するために曲げ加工が施される。
なお、接続端部における接続頭部２の成形に先だって前記したスリーブワッシャー４を接続端部に嵌合し、該スリーブワッシャーを前記所定長さの加工代ｌ_１をおいて位置せしめてプレス加工によって接続頭部２を成形することもできる。
【００２４】
【実施例】
つぎに本発明の実施例を比較例とともに以下に説明する。
実施例１
それぞれ清浄化のための前処理を施して長さ３２００ｍｍに切断したＳＴＳ３７０に相当する鋼管からなりかつ硬度（Ｈｖ）が１１０の外管（外径１１．０ｍｍ、内径６．２ｍｍ、肉厚２．４ｍｍ）と、長さ３２００ｍｍのＳＵＳ３０１からなりかつ硬度（Ｈｖ）が２２０のステンレス鋼管の内管（外径４．５ｍｍ、内径３．５ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ）とをもって、前記外管の内部に前記内管を緩やかに内挿せしめた。ついで固定したダイスにより一方側へ一体絞りによる伸管加工を１回行って全体に亘り縮径せしめ、その後矯正加工して外径７．０ｍｍ、内径２．５ｍｍ、肉厚２．２５ｍｍで、内管の外径が１．７５ｍｍでその硬度（Ｈｖ）が４９０、外管の硬度（Ｈｖ）が２２４に加工硬化した二重金属管からなる噴射管材を得、しかる後に３００ｍｍの長さに切断した試料を２０本準備した。
【００２５】
このように準備した２０本の二重金属管からなる噴射管材を管端部から９ｍｍの加工代をもって割型チャックによりチャックして縮み代が前記内管の外径の約１．０倍となるようにパンチ部材によるプレス加工によって二重金属管からなる噴射管材の接続端部に、円弧状からなりかつその長さを５．５ｍｍとした接続頭部を成形して高圧燃料噴射管を得た。
得られた各試料について前記接続頭部の内周面における内管の座屈状態を観察したが、全てについて図４のように座屈の発生は見られなかった。
【００２６】
実施例２
外管として硬度（Ｈｖ）が１５０のＳＴＳ４１０に相当する鋼管を、また内管として硬度（Ｈｖ）が３８０のＳＵＳ３０４からなるステンレス鋼管を用い、またた以外は実施例１と同様にして二重金属管からなる噴射管材を得た。この際、内管の肉厚は実施例１と同様であったが、施された伸管加工による加工硬化によって内管の硬度（Ｈｖ）は４４０、外管の硬度（Ｈｖ）は２４３となった。しかる後に３００ｍｍの長さに切断して２０本の試料とした。
【００２７】
このように準備した２０本の二重金属管からなる噴射管材にスリーブワッシャーを嵌合し管端部から７．４ｍｍに位置せしめて、この位置を加工代として割型チャックによりチャックして縮み代が前記内管の外径の約０．９倍となるように接続端部に、実施例１と同様の形状でその長さを４．２ｍｍとした接続頭部を成形して高圧燃料噴射管を得た。
得られた各試料について前記接続頭部の内周面における内管の座屈状態を観察したが、全てについて図５のように座屈の発生は見られなかった。
【００２８】
比較例
実施例２と同様の材質をもって実施例１と同様にして二重金属管からなる噴射管材を得、しかる後に３００ｍｍの長さに切断した試料を２０本準備した。なお内管の肉厚は実施例１と同様であった。
このように準備した２０本の二重金属管からなる噴射管材を管端部から１２ｍｍの加工代をもって割型チャックによりチャックして縮み代が前記内管の外径の約１．７倍となるようにパンチ部材によるプレス加工によって二重金属管からなる噴射管材の接続端部に、円弧状からなりかつその長さを６ｍｍとした接続頭部を成形して高圧燃料噴射管を得た。
得られた各試料について接続頭部の内周面における内管の座屈状態を観察したところ、２０本の試料すべてについて図６のような座屈の発生が見られた。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べた通り本発明によれば、従来技術において問題となった製造上の手間や複雑な工程を省いて簡単かつ容易に製造できるのみならず、高圧の燃料を使用してもその内周面において十分な耐キャビテーション性能を発揮し得る高圧燃料噴射管の製造方法および該方法により得られた高圧燃料噴射管を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高圧燃料噴射管を示す図で、（ａ）は一実施例の縦断側面図、（ｂ）は他の実施例の一部切欠による側面図である。
【図２】本発明の製造方法の一工程を示す接続頭部成形前の断面による説明図である。
【図３】本発明の製造方法の一工程を示す接続頭部成形後の断面による説明図である。
【図４】本発明の実施例１により製造された高圧噴射燃料管を顕微鏡により観察した金属組織の写真で、（ａ）は一部の拡大写真、（ｂ）は（ａ）のさらに拡大した写真である。
【図５】本発明の実施例２により製造された高圧噴射燃料管を顕微鏡により観察した金属組織の写真で、（ａ）は一部の拡大写真、（ｂ）は（ａ）のさらに拡大した写真である。
【図６】従来技術により製造された高圧噴射燃料管を顕微鏡により観察した金属組織の写真で、（ａ）は一部の拡大写真、（ｂ）は（ａ）のさらに拡大した写真である。
【符号の説明】
１外管
２接続頭部
２′ 押圧座面
２ａ端面
３内管
４スリーブワッシャー
５締付けナット
６チャック
７パンチ部材
Ｄ内管の外径
ｌ_１加工代
ｌ_２接続頭部の長さ
Δｌ縮み代

Claims

厚肉の鋼管からなる外管に、硬度（Ｈｖ）を４００〜５５０の薄肉の鋼管からなる内管を内挿せしめ両管を伸管加工により圧嵌せしめて二重金属管を形成し、ついで前記二重金属管の接続端部に截頭円錐状、円弧状または算盤珠状の接続頭部を成形する際し、下記式
ｌ_１≦１．３Ｄ＋ｌ_２
［但し（Ｄ）は内管の外径、（ｌ_２）は成形した接続頭部の軸芯方向の長さである］
を満足するような加工代（ｌ_１）をもってチャックして前記接続頭部を成形することを特徴とする高圧燃料噴射管の製造方法。
厚肉の鋼管からなる外管に、硬度（Ｈｖ）を４００〜５５０の薄肉の鋼管からなる内管を圧嵌して形成した二重金属管の接続端部に截頭円錐状、円弧状または算盤珠状の接続頭部を頭部成形により成形し、前記接続頭部の長さ（ｌ_２）を
ｌ_２≧ｌ_１−１．３Ｄ
［但し（Ｄ）は内管の外径、（ｌ_１）は接続頭部成形のための加工代である］に形成したことを特徴とする高圧燃料噴射管。