JP4331237B2 - 非対称型パンチ - Google Patents

Description

本発明は広義には揮発性液体燃料を自動車の内燃機関内へ噴射する電動式燃料噴射装置に係わり、具体的には、そのような燃料噴射装置用の新規な薄型ディスク・オリフィスに係わる。

最近の燃料噴射装置は排気基準を満たすように、ある程度は特定のエンジンに合わせて設計できると考えられる。量産される自動車に関する厳しい排気基準を満たす条件の１つとして、例えば、吸気弁または燃焼シリンダを標的とする噴射スプレイまたは噴射流の形状にも照準にも一貫性が確保されねばならない。また、壁面が燃料で濡れるのを防止することも条件である。

マルチポイント燃料噴射装置を使用するエンジン型式は多種に亘るから、エンジンのシリンダ毎に噴射スプレイまたは噴射流の適正な形状と適正な照準を設定するには、エンジン型式の数に相当する多種に亘る噴射装置が必要になる。このような需要に対応するため、従来の燃料噴射装置は直線的噴射流、屈曲噴射流、スプリット噴射流、及びスプリット/屈曲噴射流の形で噴射が行われるように設計されている。ディスク・オリフィス部材を利用する燃料噴射装置の場合、このような噴射パターンは薄型ディスク・オリフィス部材に特殊な設計を施すだけで形成することができる。従って、必ずしも特定の用途に合わせてディスク・オリフィス部材以外の部品にも特殊な設計を施す必要がない、即ち、ディスク・オリフィス以外の多数の部品はエンジン型式に関係なく共通の設計でよいから、生産能率を著しく向上させることができる。

公知のオリフィスは下記のような手順で形成できると考えられる。扁平な計量ディスクに、このディスクをほぼ垂直に貫通するオリフィスを、即ち、“直線的オリフィス”を形成する。屈曲角度またはスプリット角度、即ち、燃料噴射装置の長手軸に対するオリフィスの角度を付与するには、長手軸に対して斜めにパンチングすることによってオリフィスを形成すれば“傾斜オリフィス”、即ち、計量ディスクの平坦面またはディスクの平坦な両面間を垂直に延びる長手軸に対して傾斜したオリフィスが得られる。

しかし、計量ディスクに斜めのオリフィスをパンチングすると、所要レベル以下の性能しか得られないことが実証されている。具体的には、被加工片に対して斜めに向けられた工具の作業端がパンチングの最中に折れる傾向がある。傾斜オリフィスのパンチング加工中にパンチング工具が折れなくても、パンチング工具が被加工片の表面との衝突でスキップしたり、滑ったり、撓みを生じたりする恐れがあり、結果的には、被加工片が損傷され、廃棄されることになりかねない。さらにまた、パンチング工具がスキップしたり、滑ったり、撓んだりすると、被加工片が左右または上下に動くことになる。被加工片の動きを封ずるためには、複雑な被加工片保持機構を利用して被加工片を支持面に対して固定しなければならない。

従って、公知パンチング工具に見られるような問題点を解消する工具を実現することが望まれる。

発明の概要

本発明は工具に係わる。本発明の好ましい実施例は被加工片を貫通するオリフィスを形成する非対称型パンチング工具を含む。この工具は工具軸に沿って第１工具端部及び第２工具端部間に延び、工具軸を中心に工具周縁を画定する細長いボディを含む。第１工具端部はパンチングに必要な力を受けるように形成されている。第２工具端部は頂点及び底面を有する円錐体を含む。頂点と底面はこれら両者間に延びる複数の直線を介して互いに連結して円錐面を画定する。頂点は工具の軸とほぼ一致し、底面は工具の軸に対して傾斜する平面上に位置し、底面の周縁が楕円形を呈する。

本発明は工具を利用して燃料噴射装置のためのオリフィス・ディスクを形成する方法にも係わる。オリフィス・ディスクは互いにほぼ平行な第１及び第２面を有する部材を含む。この方法はほぼ円筒状の外面を有する第１工具を駆動して、上記部材の互いにほぼ平行な第１及び第２面を貫通させることにより、第１及び第２面とほぼ直交する円筒状の壁を画定する内面を有するオリフィスを第１及び第２面間に形成するステップと；頂点及び底面を有する円錐体を含み、この円錐体において、頂点及び底面がこれら両者間に介在する複数の直線を介して連結されて概ね円錐面を画定し、頂点が工具の軸とほぼ一致し、底面が工具の軸に対してほぼ斜めの平面上に位置するように構成された工具端部を有する第２工具を駆動して上記オリフィスを貫通させることによりオリフィスの壁を変形させて、第１面から距離を隔て、ほぼ平坦な第１及び第２面と概ね直交する過渡部分、及びこの過渡部分を第１面と連結し、第１面に対して第１傾斜角度で広がる入口部分を形成するとともに第１傾斜角度を長手軸に対して連続的に変化させるステップを含む。

本明細書の一部として添付する図面は本発明の好ましい実施例を示し、上記概要及び以下の詳細な説明と共に本発明の特徴を明らかにするためのものである。

図１、１Ａ−１Ｂ、及び２Ａ−Ｄは好ましい実施例を示す。図１は円筒型パンチと併用することによってオリフィス・ディスクに、傾斜したオリフィス、即ち、オリフィスの中心軸に対して斜めの壁を有するオリフィスをエミュレートする非対称型定量オリフィス３２を形成するのに利用できる工具５０を示す。尚、この傾斜したオリフィスを形成するのに工具を中心軸に対して傾斜させる必要がない。具体的には、パンチング工具５０の断面がオリフィスの軸２００（図２Ｃ、２Ｄ）を中心に非対称となるように、工具軸Ｙ−Ｙの周りに少なくとも２つの前縁が配置され、頂点５２を有するパンチング工具５０によって非対称型オリフィス３２が形成される。

図１に示すように、工具５０は工具の中心軸Ｙ−Ｙに沿って第１工具端部６０ａと第２工具端部６０ｂの間を延びて工具中心軸Ｙ−Ｙの周りに工具周面６４を画定する細長い胴体を含む。第１工具端部６０ａは工具に加わるパンチング力Ｆを受けるように構成される。第２工具端部６０ｂは頂点６６ａと底面６６ｂを有する円錐部６６を含む。頂点６６ａと底面６６ｂは頂点６６ａ及び底面６６ｂを起点とする複数の直線６４ａ、６４ｂ、６４ｃ．．．を介してつながり、円錐面６６ｃを画定している。頂点６６ａはほぼ工具軸Ｙ−Ｙ上に位置し、底面６６ｂは工具軸Ｙ−Ｙに対して斜めに広がる平面上に位置するから、頂点６６ａをパイロット・オリフィスへ進入させることによってディスクに燃料噴射装置のための非対称型オリフィスが形成される。本発明の工具の好ましい実施例とその長所を明らかにするため、工具５０との関連において燃料噴射装置の詳細を以下に説明する。

燃料噴射装置１００は図１Ａに示すようにその長手軸に沿って延びる噴射口側端部の近傍に定量オリフィス・ディスク１４０を有する。燃料噴射装置１００は燃料注入チューブ１１０、調整チューブ１１２、フィルタ集合体１１４、コイル集合体１１８、コイルばね１１６、アーマチュア１２０、閉鎖部材集合体１２２、非磁性シェル１２４、燃料噴射装置オーバーモールド１３４、ボディ１２８、ボディ・シェル１３０、ボディ・シェル・オーバーモールド１３２、コイル集合体ハウジング１２６、閉鎖部材集合体１２２のための案内部材１３６、座部１３８、及びオリフィス・ディスク１４０を含む。燃料噴射装置１００の構成は本願と共通の出願人による米国特許第４，８５４，０２４号；５，１７４，５０５号；及び６，５２０，４２１号に開示されている構成と同様のタイプであればよく、これらの文献の内容が参考のため本願明細書中に引用した。

図１Ｂはオリフィス・ディスク１４０を有する電磁操作燃料噴射装置１００におけるボディ１２８の噴射口側端部を示す。燃料噴射装置１００の噴射口側端部もまた、スタック構造を含めて、上記特許に開示されている噴射口側端部と同様である。スタック構造は軸方向にオリフィス・ディスク１４０よりも内側に配置された案内部材１３６及び座部１３８を含む。スタック構造はロック手段を含む保持リップを使用するか、またはディスク１４０を座部１３８に溶接し、座部１３８をボディ１２８に溶接するなど、適当な技術によって保持することができる。

座部１３８は案内部材１３６から座部１３８の中心通路１３８ｂに、さらにオリフィス・ディスク１４０の中心部１４０ｂに至る円錐台形着座面１３８ａを含む。案内部材１３６は閉鎖部材集合体１２２の密閉端部が軸方向に往復動することを可能にする中心案内孔１３６ａと、燃料が密閉端部を通過して座部１３８の周りの空間に流入できるように中心案内孔１３６ａの周りに配置された複数の透孔１３６ｂを含む。図１Ｂは座部１３８に着座して燃料が燃料噴射装置内を流動するのを阻止する閉鎖部材集合体１２２の半球形密閉端部を示す。閉鎖部材集合体１２２が座部１３８から離脱すると、燃料は通路１３８ｂを通過し、オリフィス・ディスク１４０を貫通するオリフィス３２を通って燃料噴射装置１００から噴射される。

オリフィス・ディスク１４０はほぼ円形を呈し、燃料噴射装置の中心軸上に位置する中心部１４０ｂを囲む円形外周縁部１４０ａを含む。オリフィス・ディスク１４０の中心部１４０ｂは燃料がオリフィス・ディスク１４０を通過できるように設けた１つまたは２つ以上の非対称オリフィス３２の存在を除いて無孔である。個数に関係なく、非対称オリフィス３２は、燃料を標的に向かって定量噴射するという燃料噴射装置本来の目的にオリフィス・ディスク１４０を利用できるように長手軸Ａ−Ａを中心に適当な配列に構成すればよい。好ましい実施例では、オリフィス・ディスク１４０を貫通する（図面で見えるのは２個だけであるが）４個の非対称オリフィス３２を長手軸Ａ−Ａを中心に配設する。

図２Ａ及び２Ｂに示すオリフィス・ディスク１４０の好ましい実施例は以下に述べる手順で形成することができる。先ず、貫通するオリフィスが未だ１個も形成されていない、互いに厚さ方向に距離を保つ第１及び第２面２０及び４０を有するほぼ平坦な被加工片１０を用意する。第１及び第２面２０、４０間の距離は５０乃至６００μであればよい。適当な技術、例えば、パンチング、コイニング、ボール盤加工またはレーザ加工によって被加工片１０を貫通することにより、パイロット透孔またはパイロット・オリフィス３０を形成する。パイロット・オリフィスは被加工片１０の第１及び第２面２０、４０とほぼ直交する適当な工具の軸Ｙ−Ｙを中心に非対称の関係にあって軸Ｙ−Ｙに沿って延びるものであればよい。好ましくは、第１及び第２面２０、４０間に垂直な平滑な壁部分３０ａを形成する円筒状パンチ２５によって形成され、この円筒状パンチ２５が第２面４０まで貫通するのに伴って円筒状パンチ２５による材料の脱落（即ち、破砕）で非平滑な面取り部が形成される。

非対称透孔またはオリフィス３０はあらたに適当な工具を貫通させることで形成することができる。非対称オリフィス３２を形成する工具は図１に示すパンチング工具であることが好ましい。

図２Ｂに示すように、円錐綿６６ｃは第１前縁５４及び第２前縁５６を有する。第１前縁５４は軸Ｙ−Ｙに対して、第２前縁５６とは第２リード角度φ°とは異なる第１リード角度ω°を有する。好ましい実施例の１つでは、第１リード角度ω°が約２５°であり、第２リード角度φ°が約３０°である。図１に示すように、前縁５４及び５６の間には、工具軸Ｙ−Ｙに対してそれぞれのリード角度で複数の表面形状が互いに連続している。工具軸Ｙ−Ｙを中心とする円錐面のリード角度は第１及び第２リード角度の間に連続的に変化する角度を含むことが好ましい。工具５０はその長手軸を中心に約０．５ｍｍ乃至約１０ｍｍの外径を有し、適当な材料、例えば、工具鋼、超硬スチール、またはその他の合金から形成することができる。工具は約１．５ｍｍの外径を有し、超硬スチールから成ることが好ましい。

これも図２から明らかなように、オリフィス３２を形成するには、軸Ｙ−Ｙの方向にパンチング工具５０に対して力Ｆを加えればよい。あるいは、パンチング力Ｆとともに回転トルクＲを加えてもよい。回転トルクＲを利用しない場合、オリフィス３２は図２Ｄに斜視図で示すような形状を有することが好ましい。この好ましい構成のオリフィス３２は燃料がオリフィス軸に対して斜めにオリフィスを貫流することを可能にする。

図２Ｃには、オリフィス軸２００に沿って工具５０が半加工材料を貫通した後のオリフィス３２を示す。オリフィス３２は第１壁部分３２ａ、第２壁部分３２ｂ及び第３壁部分３２ｃを含んで第１及び第２面２０、４０を連続させる壁を有する。第１壁部分３２ａは第１面２０とはつながっておらず、第１及び第２のほぼ平坦な面２０、４０に対してほぼ垂直に且つオリフィス軸２００を中心に延びて、オリフィス３２の通路を囲む過渡周面４２を画定する。第２壁部分３２ｂは第１壁部分３２ａを第１面２０に連続させることによって第１面側の入口周面４４を画定する。

入口周面３３ａはオリフィス軸２００（図２Ｃ）を中心にこのオリフィス軸２００に向かって収斂する面３２ｂ及び３２ｅを含む収斂面を有する。収斂面３２ｂ及び３２ｅは第１壁部分３２ａ、３２ｄと交差することによって過渡周縁４２を画定し、この過渡周縁４２は収斂面３２ｂ、３２ｅと第１壁部分３２ａ、３２ｄの交差線において楕円形を有する。図２Ｃ及び２Ｄに示すように、この楕円はオリフィス軸２００に対する傾斜平面上に位置する。図２Ｃに示すように、壁の第３部分３２ｃは第２面４０に対して第２傾斜角度で延び、この傾斜角度はオリフィス軸２００を中心にほぼ一定である。面２０に対する第１及び第２面取り部分３２ｂ、３２ｅが合流して長手軸２００（図２Ｄ及び２Ｃ）に対して位置ずれした幾何的中心３３ｂを有する第１周縁３３ａを形成することができる。周縁３３ａはほぼ楕円形の周縁であることが好ましい。

第１入口面取り部分３２ｂは第１壁面３２ａは長手軸２００を中心とする第１角度範囲Ｘ°に亘って位置し、第２角度範囲Φ°（図２Ｄ）に亘って位置する第２壁面３２ｄと融合するから、第１及び第２壁面３２ａ、３２ｄは軸２００を挟んで非対称である。第１壁面３２ａ及び第２壁面３２ｄは工具軸Ｙ−Ｙと平行であることが好ましく、この場合、両壁面軸２００を中心とする円筒状壁面を形成するように工具軸Ｙ−Ｙがオリフィス軸２００と一致する。第１及び第２面取り部分３２ｂ、３２ｅと第１及び第２壁面３２ａ、３２ｄとが合流して、第１および第２面２０、４０に対して傾斜した平面上に位置する第２周縁３３ｃを形成する（図２Ｄ）。

第１壁面３２ａは第１出口側面取り部分３２ｃに合流することができる。同様に、第２壁面３２ｄは第２出口側面取り部分３２ｃと合流することができる。第２面４０の出口側面取り部分３２ｃは軸２００と一致する、または軸２００に対して位置ずれした幾何的中心を有する第３周縁３３ｄを形成することができる。

上述したように、本発明のパンチング工具５０は数々の利点を提供する筈である。その理由として、被加工材料に垂直な方向に移動して傾斜オリフィスをエミュレートする工具によって、しかも被加工材料に垂直な方向に対して工具を傾斜することなしに傾斜した定量オリフィスを形成することができるからである。さらにまた、好ましいパンチング工具５０によって形成されるオリフィスの幾何形状は燃料流れ３４がオリフィス３２の壁に付着するのを防止するのに効果的であり、従って、燃料の大部分を噴霧することを可能にすると考えられる。また、パンチング工具５０によって形成される収斂面３２ｂ、３２ｅはオリフィス３２を貫流する燃料の一部を、長手軸を中心に回転しながら長手軸に沿って流動させるように作用する。結果として、本発明の工具５０は、従来の傾斜オリフィスの形成に伴う問題、例えば、被加工片の面に対して斜めに設定される工具が破損したり、折れ曲ったりする問題に悩まされることなく傾斜オリフィスを形成することができる。

本発明を幾つかの好ましい実施態様を例にとって説明したが、別掲の特許請求項に定義する本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更を試みることができる。従って、本発明は上述した実施例に制限されるものではなく、別掲の特許請求項の文言、及びこれと等価の内容によってその範囲を制限されるものである。

パンチング工具の好ましい実施例を示す斜視図である。 好ましい実施態様に基づく燃料噴射装置の断面図である。 図１Ａに示した燃料噴射装置の噴射口側端部の断面図である。 好ましい実施例のオリフィス・ディスクを形成する方法の一部を示す説明図である。 好ましい実施例のオリフィス・ディスクを形成する方法の一部を示す説明図である。 図２Ｂのオリフィス・ディスクの細部を部分断面図で示す説明図である。 図２Ｂのオリフィス・ディスクの細部を部分斜視図で示す説明図である。

Claims (9)

1. 被加工片を貫通するオリフィスを形成するための非対称型パンチング工具において、前記工具が
   工具軸に沿って第１工具端部と第２工具端部の間を工具軸に沿って延びて工具軸を中心とする工具周縁を画定する細長いボディを含み、前記第１工具端部がパンチングに必要な力を受ける形状を呈し、前記第２工具端部が
   頂点及び底面を有する円錐体を含み、前記円錐体において、前記頂点及び底面がこれら両者間に介在する複数の直線を介して連結されて概ね円錐面を画定し、前記頂点が前記工具軸とほぼ一致し、前記底面が前記工具軸に対してほぼ斜めの平面上に位置することにより、前記底面の周縁が楕円形を呈すること
   を特徴とする前記非対称型パンチング工具。
2. 前記円錐面が第１リード角度で前記頂点から前記底面に至る第１表面形状を有する第１面と、前記第１リード角度とは異なる第２リード角度で前記頂点から前記底面に至る第２表面形状を有する第２面とを含むことを特徴とする請求項１に記載の工具。
3. 前記第１リード角度が約２５°であり、前記第２リード角度が約３０°であることを特徴とする請求項２に記載の工具。
4. 前記第１及び第２面が互いに連続する複数の面を含み、これら複数の面が２５°乃至３０°のそれぞれ連続的に変化するリード角度で前記頂点から前記底面に至る複数の表面形状を画定することを特徴とする請求項３に記載の工具。
5. 工具周縁が約４ｍｍの直径で画定される周縁であることを特徴とする請求項４に記載の工具。
6. 前記工具を超硬スチールで形成したことを特徴とする請求項５に記載の工具。
7. 互いにほぼ平行な第１及び第２面を有する部材を含む、燃料噴射装置用オリフィス・ディスクを形成する方法において、前記方法が
   ほぼ円筒状の外面を有する第１工具を駆動して、前記部材の互いにほぼ平行な第１及び第２面を貫通させることにより、前記第１及び第２面とほぼ直交する円筒状の壁を画定する内面を有するオリフィスを前記第１及び第２面間に形成し；
   頂点及び底面を有する円錐体を含み、前記円錐体において、前記頂点及び底面がこれら両者間に介在する複数の直線を介して連結されて概ね円錐面を画定し、前記頂点が工具の軸とほぼ一致し、前記底面が前記工具の軸に対してほぼ斜めの平面上に位置するように構成された工具端部を有する第２工具を駆動して前記オリフィスを貫通させてオリフィスの壁を変形させることにより、前記第１面から距離を隔て、ほぼ平坦な前記第１及び第２面と概ね直交する過渡部分、及び前記過渡部分を前記第１面と連結し、前記第１面に対して第１傾斜角度で広がる入口部分を形成するとともに前記第１傾斜角度を長手軸に対して連続的に変化させるステップを含むことを特徴とする前記燃料噴射装置用オリフィスを形成する方法。
8. 前記オリフィスを変形させるステップがパンチング、ドリルリング、シェービング、及びコイニングの少なくとも１つであることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記オリフィスを変形させるステップがパンチ・フォーミング及びコイニングの少なくとも１つであることを特徴とする請求項８に記載の方法。

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