JP4458541B2 - バックアップリングの製造方法、及びバックアップリング、並びに燃料噴射弁のシール構造 - Google Patents

Description

本発明は、バックアップリングの製造方法、及びバックアップリング、並びに燃料噴射弁のシール構造に関する。特に、蓄圧器（コモンレール）などから供給される高圧燃料を所定のタイミングで噴射する燃料噴射弁に用いられるバックアップリングの製造方法、及び当該バックアップリングの製造方法によって製造されたバックアップリング、並びにこのようなバックアップリングを用いた燃料噴射弁のシール構造に関する。

従来、内燃機関の燃料噴射システムにおいて、内燃機関の気筒内に燃料を供給するための燃料噴射弁は、主として、インジェクタハウジングと、ノズルボディと、ノズルニードルと、バルブピストンと、バルブボディと、背圧制御部と、コネクティングロッドと、を含む構成とされている。そして、燃料噴射システムに蓄圧器（コモンレール）を備える場合には、燃料タンクから燃料ポンプにより高圧として圧送された高圧燃料が、コモンレール（蓄圧器）に蓄えられ、コネクティングロッドから燃料噴射弁に供給され、ノズルボディの先端部に形成された燃料の噴射孔が開放されたときに噴射可能となる。

このような燃料噴射弁におけるバルブボディ及び背圧制御部の要部拡大断面図を図９に示す。この図９に示すように、バルブボディ３０６の上方中央部には制御圧室３１９が形成され、バルブピストン３０５の先端部を下方側からこの制御圧室３１９に臨ませてある。制御圧室３１９は、バルブボディ３０６に形成した導入側オリフィス３２０に連通している。導入側オリフィス３２０は、バルブボディ３０６とインジェクタハウジング３０２との間に形成した圧力導入室３２１を介して燃料通路３１３に連通し、コモンレール３１２からの導入圧力を制御圧室３１９に供給している。圧力導入室３２１の下端部には、樹脂材、ゴム材あるいは銅材その他の軟質材によるシール部材３２２が設けられ、圧力導入室３２１の高圧側と、インジェクタハウジング３０２及びバルブボディ３０６の間の低圧側（隙間３２８）とが遮断されている。

このような燃料噴射弁において、圧力導入室３２１における燃料圧力は、噴射孔（図示せず）からの燃料噴射量及び噴射時期を制御する制御圧室３１９への入り口部に存在することになるため、噴射圧と同等であり、シール部材３２２には噴射圧力と同等の高圧力がかかることになる。一方、バルブピストン３０５とバルブボディ３０６との間はノズルニードル（図示せず）と一体運動をするバルブピストン３０５の軸方向の摺動を許容するクリアランスが必要である。このバルブボディ３０６をインジェクタハウジング３０２内に圧入する構造を採用すると、バルブボディ３０６がわずかに内方に変形してバルブピストン３０５の摺動を阻害するおそれがあるために、インジェクタハウジング３０２とバルブボディ３０６との間にもわずかな間隙３２８が設けられている。したがって、シール部材３２２は、圧力導入室３２１における高圧力により、インジェクタハウジング３０２とバルブボディ３０６との間の隙間３２８（低圧側）にその一部が押し出されてしまうおそれがある。

さらに、部品精度や偏芯など、あるいは組み立て時の悪条件が重なると、シール部材３２２が隙間３２８方向に押し出されてしまって、そのシール機能を保持することができなくなるおそれもある。このようなシール機能の低下により、背圧制御部（図示せず）における噴射タイミングのずれや応答性の低下はもとより、燃料噴射弁（図示せず）の寿命低下にもつながるおそれがある。

そこで、燃料噴射弁の圧力導入室におけるシール機能を向上させて、シール部材及び燃料噴射弁の耐久性や寿命の向上を図るとともに、シール機能を安定化し、かつ部品精度を過剰に必要とせず安価に製造可能な燃料噴射弁のシール構造が開示されている。より具体的には、図６に示すように、インジェクタハウジング２と、バルブピストン５を摺動可能に挿入したバルブボディ６との間の高圧の圧力導入室２１にシール部材２２を設けて、圧力導入室２１と低圧側（隙間２８）との間をシールする燃料噴射弁１のシール構造であって、シール部材２２の低圧側にサポートリング（バックアップリング）３１を設けることを特徴とする燃料噴射弁のシール構造である（特許文献１参照）。
特開２００３−２８０２１号 （図１及び図２）

しかしながら、近年、コモンレールシステムによって供給される燃料がより高圧化しているとともに、燃料の噴射等に伴い内部圧力が変動するため、特許文献１に記載の燃料噴射弁に備えられたバックアップリングでは、バックアップリングとシールリングとの間に形成される燃料室の高い圧力によって、バックアップリングが破損してしまうおそれがあった。これに対し、バックアップリングの強度を高めるためにはバックアップリングの厚さを厚くすることが有効ではあるものの、厚さを確保すると、バックアップリングのフランジ部の高さが確保できないために、シールリングの押し出しが発生することが考えられる。すなわち、燃料噴射弁に用いるバックアップリングは極めて小さいものであり、いわゆるバーリング加工により製造されるが、厚さが厚いと曲げ応力が大きくなることから、バーリング加工を施す際に変形しにくいため、高さを確保しづらくなる。一方、過度に押圧して材料をしごきながら高さを確保した場合には、形成されるフランジ部の厚さが薄くなって強度が低下したり、極端な場合にはフランジ部が割れてしまったりするという問題もある。

そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、仕上げ処理としてのバーリング加工を行う前段階で、あらかじめ所定程度曲げ処理を施すことにより、基材の厚さが比較的厚い場合であってもフランジ部の厚さ及び高さをともに確保でき、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明は、フランジ部の厚さ及び高さをともに所定以上確保して、強度を向上させることができる、バックアップリングの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような製造方法により得られるバックアップリング、及び当該バックアップリングを用いてシール性の向上を図った燃料噴射弁のシール構造を併せて提供する。

本発明によれば、剛性を有する平板状の基材に対してバーリング加工法を施して製造されるバックアップリングであって、中央の開口部と、当該開口部の周囲に配置された平板部と、開口部及び平板部の間に配置され、平板部と連なるとともに当該平板部に対して垂直方向に立ち上げられたフランジ部と、を有し、インジェクタハウジングと、バルブピストンを摺動可能に挿入したバルブボディと、の間に形成される間隙から、圧力導入室内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするために圧力導入室に設けられる環状のシール部材を備えてなる燃料噴射弁のシール構造に用いられ、間隙とシール部材との間に配設されたシール部材を補強するためのバックアップリングの製造方法において、基材に対して下穴を形成する工程と、下穴の直径よりも大きい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第１のパンチ部材を用いて、第１のパンチ部材のテーパ状の部分で下穴の縁部を押圧することにより、当該縁部を曲げ処理する工程と、第１のパンチ部材の直径よりも小さい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状をなす第２のパンチ部材であって、テーパ状となった部分における第２のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ２が第１のパンチ部材のテーパ状となった部分における第１のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ１よりも小さい第２のパンチ部材を用いて、第２のパンチ部材のテーパ状の部分で曲げ処理された下穴の縁部を押圧しながら、第２のパンチ部材を下穴に圧入することにより、フランジ部を形成する工程と、を順次に行うことを特徴とするバックアップリングの製造方法が提供され、上述した問題を解決することができる。

また、本発明の別の態様は、インジェクタハウジングと、バルブピストンを摺動可能に挿入したバルブボディと、の間に形成される間隙から、圧力導入室内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするために圧力導入室に設けられる環状のシール部材を備えてなる燃料通路のシール構造に用いられ、間隙とシール部材との間に配設されたシール部材を補強するためのバックアップリングであって、中央の開口部と、当該開口部の周囲に配置された平板部と、開口部及び平板部の間に配置され、平板部と連なるとともに当該平板部に対して垂直方向に立ち上げられたフランジ部と、を有し、剛性を有する基材に対して下穴を形成した後、下穴の直径よりも大きい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第１のパンチ部材を用いて、第１のパンチ部材のテーパ状の部分で下穴の縁部を押圧することにより、当該縁部を曲げ処理し、さらに、第１のパンチ部材の直径よりも小さい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状をなす第２のパンチ部材であって、テーパ状となった部分における第２のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ２が第１のパンチ部材のテーパ状となった部分における第１のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ１よりも小さい第２のパンチ部材を用いて、第２のパンチ部材のテーパ状の部分で曲げ処理された下穴の縁部を押圧しながら、第２のパンチ部材を下穴に圧入することにより、フランジ部を形成したことを特徴とするバックアップリングである。

また、本発明のさらに別の態様は、インジェクタハウジングと、バルブピストンを摺動可能に挿入したバルブボディと、の間に形成される間隙から、圧力導入室内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするために圧力導入室に設けられる環状のシール部材を備えてなる燃料噴射弁のシール構造において、間隙とシール部材との間に、シール部材を補強するためのバックアップリングであって、中央の開口部と、当該開口部の周囲に配置された平板部と、開口部及び平板部の間に配置され、平板部と連なるとともに当該平板部に対して垂直方向に立ち上げられたフランジ部と、を有し、剛性を有する基材に対して下穴を形成した後、下穴の直径よりも大きい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第１のパンチ部材を用いて、第１のパンチ部材のテーパ状の部分で下穴の縁部を押圧することにより、当該縁部を曲げ処理し、さらに、第１のパンチ部材の直径よりも小さい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状をなす第２のパンチ部材であって、テーパ状となった部分における第２のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ２が第１のパンチ部材のテーパ状となった部分における第１のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ１よりも小さい第２のパンチ部材を用いて、第２のパンチ部材のテーパ状の部分で曲げ処理された下穴の縁部を押圧しながら、第２のパンチ部材を下穴に圧入することにより、フランジ部を形成したバックアップリングを備えることを特徴とする燃料噴射弁のシール構造である。

なお、本明細書中、「フランジ部の高さ」とは、図４（ｂ）に示すように、フランジ部３２を上方にしてリング状部材３１を置いた状態での平板部３３の底面から、曲面部３４と連続するフランジ部３２の内周面の最上部３２Ａまでの垂直距離（Ｈ）を意味する。

本発明のバックアップリングの製造方法によれば、下穴の縁部をあらかじめ所定程度曲げ処理を行った後、仕上げ処理としてのバーリング加工を行うことにより、比較的厚い基材を用いてバックアップリングを製造する場合であっても、形成されるフランジ部の厚さ及び高さをともに確保できるようになった。したがって、耐圧性や耐衝撃性に優れたバックアップリングを効率的に製造することができる。なお、所定形状のバックアップリングを、鍛造で製造する場合と比較しても、より経済的にかつ効率的に製造することができる。

また、本発明のバックアップリング及び当該バックアップリングを用いた燃料噴射弁のシール構造によれば、平板部の厚さが比較的厚く、フランジ部の厚さ及び高さがともに確保され、強度の向上が図られているために、燃料の圧力が比較的高い場合であっても、シール部材の押出しや、それに伴う内燃機関の停止を有効に防止することができるようになった。

以下、図面を参照して、本発明のバックアップリングの製造方法、及びバックアップリング、並びに燃料噴射弁のシール構造に関する実施形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態は、剛性を有する平板状の基材に対してバーリング加工法を施して製造されるバックアップリングであって、中央の開口部と、当該開口部の周囲に配置された平板部と、開口部及び平板部の間に配置され、平板部と連なるとともに当該平板部に対して垂直方向に立ち上げられたフランジ部と、を有し、インジェクタハウジングと、バルブピストンを摺動可能に挿入したバルブボディと、の間に形成される間隙から、圧力導入室内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするために圧力導入室に設けられる環状のシール部材を備えてなる燃料噴射弁のシール構造に用いられ、間隙とシール部材との間に配設されたシール部材を補強するためのバックアップリングの製造方法において、基材に対して下穴を形成する工程と、下穴の直径よりも大きい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第１のパンチ部材を用いて、第１のパンチ部材のテーパ状の部分で下穴の縁部を押圧することにより、当該縁部を曲げ処理する工程と、第１のパンチ部材の直径よりも小さい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状をなす第２のパンチ部材であって、テーパ状となった部分における第２のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ２が第１のパンチ部材のテーパ状となった部分における第１のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ１よりも小さい第２のパンチ部材を用いて、第２のパンチ部材のテーパ状の部分で曲げ処理された下穴の縁部を押圧しながら、第２のパンチ部材を下穴に圧入することにより、フランジ部を形成する工程と、を順次に行うことを特徴とする。
以下、燃料噴射弁のシール構造に用いられるバックアップリングの製造方法について詳細に説明する。

１．準備工程
まず、図１（ａ）に示すように、バックアップリングとなる基材５１を準備する。この基材５１は、鉄等の剛性を有する材料からなり、所定厚さを有する平板状の基材であって、本実施形態のように、バックアップリングの製造用に用いられる基材であれば、例えば、０．２〜０．４ｍｍの範囲内の厚さとすることができる。
また、基材は、複数のバックアップリングを連続的に加工、製造することができるように、所定長さを有する板状の基材であることが好ましい。このように実施することにより、基材を順次ずらしながら、後述する溝加工、下穴抜き、曲げ処理、バーリング加工をそれぞれ行うことにより、基板の異なる領域に対して同時に複数の工程を実施することができるため、複数のバックアップリングを効率的に製造することができる。

２．溝加工工程
次いで、図１（ｂ）に示すように、基材５１に対して溝加工を行う。この溝加工工程で形成される溝４２は、製造されるバックアップリングにおける、フランジ部が立上げられた面とは反対側の面に形成される径方向溝４２となる。この径方向溝４２は、図６に示すように、バックアップリング３１が燃料噴射弁に用いられた際に、バックアップリング３１が圧力導入室２１内にセットされた状態での低圧側の隙間２８に臨むように配置される。そして、シール部材２２をこえて低圧側に漏れてくるとともに、さらに後述する厚さ方向切り欠き部を介してこの径方向溝４２に流れ込んできた燃料を、速やかに隙間２８に流し込ませる機能を有することとなる。

ここで、基材５１に対して溝加工を行う方法は特に制限されるものではなく、例えば、図１（ｂ）に示すように、基材５０に対して溝形状に一致するように加工された先端部を有するパンチ部材（溝用パンチ部材と称する場合がある）５３によって押圧することにより形成することができる。
また、形成する溝４１は、最終工程でリング状に型抜きされる際の円周部において、円周方向に沿った形状で、複数個所、例えば３〜４箇所に形成することができる。また、溝を形成することによって基材の強度が著しく低下することのないように、燃料が隙間方向に流れることができるだけの最小限の深さＨ１、例えば０．５ｍｍ以下となるように加工する。

３．下穴形成工程
次いで、図１（ｃ）に示すように、溝加工された基材５１に対して下穴５５を形成する。この下穴形成工程で形成される下穴５５は、製造されるバックアップリングの開口部の元となる穴である。また、下穴５５は、前工程で複数の溝４２が形成された領域の中心部分に形成される。
かかる下穴を形成する方法は特に制限されるものではなく、例えば、図１（ｃ）に示すように、所定の直径に加工されたパンチ部材（下穴用パンチ部材と称する場合がある）５７によって押圧し、基材５１の一部を型抜きすることにより形成することができる。
ここで、形成する下穴５５の直径（下穴用パンチ部材の直径）は、製造するバックアップリングの開口部の大きさ及びフランジ部の高さを考慮して定めることができる。すなわち、バックアップリングの開口部の直径に比べて小さいことが必須である一方、著しく小さい場合には、バーリング加工を施した際に下穴の縁部が過度に延ばされることになり、割れが生じる場合がある。したがって、形成する下穴の直径を、製造するバックアップリングの開口部の直径（ｒ）に対して０．９０ｒ以上とすることが好ましい。

４．曲げ処理工程
次いで、図２（ａ）に示すように、形成された下穴５５に対して、下穴５５の直径よりも大きい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第１のパンチ部材（曲げ処理用パンチ部材と称する場合がある）５９を用いて、下穴５５の縁部６１を押圧することにより、当該縁部６１を曲げ処理する。このように、仕上げ処理としてのバーリング加工を施す前段階で、下穴５５の縁部６１をあらかじめ所定程度曲げ処理しておくことにより、基材の厚さが比較的厚い場合であってもバーリング加工時に変形しやすくすることができる。
より具体的には、従来、基材の厚さが比較的厚い場合において、下穴に対して直接バーリング加工を施す場合には、基材の応力が大きいために変形しにくいものである。そのため、フランジ部の高さをある程度確保するためには、基材をしごきながら（薄く延ばしながら）加工する必要がある。すなわち、バーリング加工で用いられるパンチ部材は、形成する開口部の直径と一致する直径のパンチ部材であって、一度でフランジ部を形成しようとするものであるため、フランジ部の高さを確保するためには、下穴の縁部を徐々に薄く延ばしながらパンチ部材を挿通させる必要がある。そうすると、形成されるフランジ部の厚さが薄くなってしまうために、バックアップリングの強度を確保しづらくなる。さらに、極端な場合には、フランジ部の上部付近で割れが発生することとなる。
そこで、本発明のバックアップリングの製造方法では、バーリング加工工程の前に所定の曲げ処理工程を実施することにより、基材を変形しやすくし、後工程のバーリング加工によって形成されるフランジ部の高さ及び厚さを確保できるようにしている。

ここで、曲げ処理工程では、図２（ａ）に示すように、下穴５５の直径よりも大きい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第１のパンチ部材（曲げ処理用パンチ部材）５９のテーパ部分を利用して、下穴５５の縁部６１を押圧する。このように実施することにより、下穴５５に対して第１のパンチ部材５９が入り込みにくくなり、下穴５５の縁部６１がしごかれることがなくなる。一方で、第１のパンチ部材５９の先端部分のテーパ角によって、曲げ処理される下穴５５の縁部６１の角度を規定することもできる。

また、第１のパンチ部材の先端部分のテーパ形状に関し、第１のパンチ部材の軸線方向（Ｘ方向）に対する角度が比較的大きなテーパ状であることが好ましい。この理由は、フランジ部となる部分をできる限り変形させることなく（薄く延ばされることなく）曲げることができるためである。すなわち、パンチ部材の軸線方向に対する角度が小さいと、パンチ部材が下穴に圧入されやすくなり、その結果、下穴の縁部をしごいてしまうことになることから、当該角度を比較的大きくするものである。
したがって、第１のパンチ部材５９の先端部分のテーパ部における、第１のパンチ部材５９の軸線方向（Ｘ方向）に対する角度（θ１）を２５〜６５度の範囲内の値とすることが好ましく、３０〜５０度の範囲内の値とすることがより好ましい。

なお、本実施形態のバックアップリングの製造方法において、下穴５５の縁部６１における曲げ処理される箇所は、曲げ処理される部分に、前工程の溝加工工程で形成された溝４２が相当するように行われる。これによって、燃料噴射弁に備えられた際に、高圧側から漏れてくる燃料を、速やかに低圧側に流し込むことができる。

５．バーリング加工工程
次いで、図２（ｂ）に示すように、縁部６１が曲げ処理された下穴５５に対して、第１のパンチ部材（曲げ処理用パンチ部材）５９の直径よりも小さい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第２のパンチ部材（バーリング加工用パンチ部材と称する場合がある）６３を圧入することによりフランジ部３２を形成する。このとき、本発明のバックアップリングの製造方法によれば、下穴５５の縁部６１があらかじめ曲げ処理されていることから、当該縁部６１を変形させやすくなっており、バーリング加工を容易に行うことができる。したがって、すでに曲げ処理された下穴５５の縁部６１をしごく（薄く延ばす）ことなくフランジ部３２を形成できるために、基材の厚さが比較的厚い場合であっても、フランジ部３２の高さを確保しつつ、フランジ部３２の厚さも維持することができる。

ここで、第２のパンチ部材（バーリング加工用パンチ部材）６３の直径は、形成するバックアップリングの開口部の直径と等しくされている。すなわち、第２のパンチ部材６３を圧入して挿通させることにより、フランジ部３２が形成されるとともに、所望の大きさの開口部３９が形成される。
また、図２（ｂ）に示す第２のパンチ部材（バーリング加工用パンチ部材）６３のテーパ状となった部分における第２のパンチ部材の軸線方向（Ｘ方向）に対する傾斜角（θ２）を、図２（ａ）に示す第１のパンチ部材（曲げ処理用パンチ部材）５９のテーパ状となった部分における第１のパンチ部材５９の軸線方向（Ｘ方向）に対する傾斜角（θ１）よりも小さくすることが好ましい。この理由は、あらかじめ曲げ処理された下穴５５の縁部６１を押圧しながら、第２のパンチ部材６３を圧入しやすくすることができるためである。
したがって、第２のパンチ部材６３の先端部分のテーパ部における、第２のパンチ部材６３の軸線方向（Ｘ方向）に対する角度を５〜２０度の範囲内の値とすることが好ましく、１０〜１５度の範囲内の値とすることがより好ましい。

また、バーリング加工工程において形成されるフランジ部３２は、例えば、図４（ｂ）に示すように、基材の厚さ（Ｔ１）をｔ（ｍｍ）としたときに、フランジ部の高さ（Ｈ）を１．５ｔ〜２．５ｔ（ｍｍ）の範囲内、フランジ部の厚さ（Ｔ２）を０．７ｔ〜０．９ｔ（ｍｍ）の範囲内の値とすることが適している。逆に言えば、基材の厚さが比較的薄い場合や、フランジ部の高さが比較的低い場合、さらには、フランジ部の厚さが比較的薄い場合には、基材に対して直接バーリング加工を施すことによっても、所定形状のバックアップリングを製造することができるが、基材の厚さが比較的厚い場合や、基材の厚さとフランジ部の高さ又は厚さとの関係が上述のような関係になる場合には、基材を変形させにくいことから、バーリング加工を行う前に、あらかじめ曲げ処理しておくことにより、効率的に所定のフランジ部を形成することができる。

６．型抜き工程
次いで、図２（ｃ）に示すように、所定以上の厚さ及び高さがともに確保されたフランジ部３２を形成した基材５１に対して、バックアップリング３１の外形に一致させた形状のパンチ部材（型抜き用パンチ部材と称する場合がある）６５を用いて、型抜きを行う。例えば、このバックアップリング３１の外形（型抜き用パンチ部材のパンチ形状）は、配置される燃料噴射弁のインジェクタハウジングの内周の大きさと実質的に等しい大きさとされている。
これによって、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、中央の開口部３９と、当該開口部３９の周囲に配置された平板部３３と、開口部３９及び平板部３３の間に配置され、平板部３３と連なるとともに当該平板部３３に対して垂直方向に立ち上げられたフランジ部３２と、を有するバックアップリング３１を製造することができる。

また、本実施形態のバックアップリングの製造方法においては、型抜きをするにあたり、図３（ｃ）に示すように、外形が複数の凹部４３を含むように型抜きすることが好ましい。これによって形成される凹部４３が上述した厚さ方向切り欠き部４３となり、径方向溝４２と相俟って、燃料噴射弁に備えられた際に、高圧側から漏れてきた燃料を速やかに低圧側に流し込むことができる。

以上のように製造されたバックアップリングであれば、平板部の厚さを厚くした場合であっても、フランジ部の高さを確保できるとともに、フランジ部の厚さを厚い状態のまま維持できるため、高圧燃料の圧力にも耐えられ、強度に優れたバックアップリングとすることができる。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態は、インジェクタハウジングと、バルブピストンを摺動可能に挿入したバルブボディと、の間に形成される間隙から、圧力導入室内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするために圧力導入室に設けられる環状のシール部材を備えてなる燃料噴射弁のシール構造である。
かかる燃料噴射弁のシール構造は、間隙とシール部材との間に、シール部材を補強するためのバックアップリングであって、中央の開口部と、当該開口部の周囲に配置された平板部と、開口部及び平板部の間に配置され、平板部と連なるとともに当該平板部に対して垂直方向に立ち上げられたフランジ部と、を有し、剛性を有する基材に対して下穴を形成した後、下穴の直径よりも大きい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第１のパンチ部材を用いて、第１のパンチ部材のテーパ状の部分で下穴の縁部を押圧することにより、当該縁部を曲げ処理し、さらに、第１のパンチ部材の直径よりも小さい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状をなす第２のパンチ部材であって、テーパ状となった部分における第２のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ２が第１のパンチ部材のテーパ状となった部分における第１のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ１よりも小さい第２のパンチ部材を用いて、第２のパンチ部材のテーパ状の部分で曲げ処理された下穴の縁部を押圧しながら、第２のパンチ部材を下穴に圧入することにより、フランジ部を形成したバックアップリングを備えることを特徴とする。

１．燃料噴射弁及びシール構造
まず、本実施形態の燃料噴射弁のシール構造３０を図５〜図７にもとづき説明する。図５は、燃料噴射弁１の断面図であり、図６は、燃料噴射弁１におけるバルブボディ６及び背圧制御部７の要部拡大断面図であって、燃料噴射弁１のシール構造３０を示している。また、図７は、図６のＩ部拡大図を示している。ただし、それぞれの図中、同一の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。

図５に示すように、燃料噴射弁１は、例えば、インジェクタハウジング２と、ノズルボディ３と、ノズルニードル４と、バルブピストン５と、バルブボディ６と、背圧制御部７と、コネクティングロッド８と、から構成することができる。

インジェクタハウジング２は、その先端部にノズルボディ３がノズルナット９により取り付けられ、そのさらに上方部にコネクティングロッド８が取り付けられる。そして、燃料タンク１０から燃料ポンプ１１により高圧として圧送され、コモンレール１２（蓄圧器）に蓄えられた高圧燃料が、コネクティングロッド８から燃料噴射弁１に供給される。すなわち、コネクティングロッド８からインジェクタハウジング２及びノズルボディ３にかけて燃料通路１３が形成され、ノズルニードル４の受圧部４Ａに対向して燃料溜まり室１４が形成される。さらに、コネクティングロッド８から燃料通路１３の一部を図５中上方に延ばすことにより、背圧制御部７部分から燃料還流路１５が形成され、燃料タンク１０に燃料を還流可能とされている。

また、ノズルボディ３は、その先端部に燃料の噴射孔１６を任意の数だけ備え、噴射孔１６につながるシート部１７にノズルニードル４の先端部がシートして噴射孔１６が閉鎖される。そして、ノズルニードル４がシート部１７からリフトすることにより噴射孔１６が開放されて燃料が噴射可能とされている。

また、ノズルニードル４の上方部には、ノズルニードル４をシート部１７へのシート方向に付勢するノズルスプリング１８が設けられるとともに、ノズルニードル４に一体のバルブピストン５がさらに上方に延ばされている。このバルブピストン５は、インジェクタハウジング２の摺動孔２Ａ及びバルブボディ６の摺動孔６Ａ内に摺動可能に挿入されている。

また、図６に示すように、バルブボディ６における上方中央部に制御圧室１９が形成され、バルブピストン５の先端部を下方側からこの制御圧室１９に臨ませている。制御圧室１９は、バルブボディ６に形成した導入側オリフィス２０に連通している。導入側オリフィス２０は、バルブボディ６とインジェクタハウジング２との間に形成した圧力導入室２１を介して燃料通路１３に連通し、コモンレール１２からの導入圧力を制御圧室１９に供給している。圧力導入室２１の下端部には、樹脂材、ゴム材あるいは銅材その他の軟質材によるシール部材２２が設けられている。

制御圧室１９は、開閉用オリフィス２３にも連通し、開閉用オリフィス２３は背圧制御部７のバルブボール２４がこれを開閉可能としている。なお、制御圧室１９におけるバルブピストン５の頂部５Ａの受圧面積は、ノズルニードル４の受圧部４Ａ（図５）の受圧面積より大きくされている。

また、図５に示すように、背圧制御部７は、マグネット２５と、バルブスプリング２６と、アーマチュア２７と、このアーマチュア２７に一体の上記バルブボール２４と、上述の制御圧室１９と、を有する。マグネット２５への駆動信号の供給により、マグネット２５はバルブスプリング２６の付勢力に抗してアーマチュア２７を吸引し、バルブボール２４を開閉用オリフィス２３からリフトさせ、制御圧室１９の圧力を燃料還流路１５側に解放可能とする。したがって、バルブボール２４の動作により、制御圧室１９の圧力を制御して、バルブピストン５を介してノズルニードル４の背圧を制御し、ノズルニードル４のシート及びリフトを操作する。

こうした構成の燃料噴射弁１において、コモンレール１２からの高圧燃料は、コネクティングロッド８から燃料通路１３を介して燃料溜まり室１４におけるノズルニードル４の受圧部４Ａに供給されるとともに、圧力導入室２１及び導入側オリフィス２０を介して制御圧室１９におけるバルブピストン５の頂部５Ａに供給される。したがって、ノズルニードル４は、バルブピストン５を介して制御圧室１９の背圧を受け、ノズルスプリング１８の付勢力と併せて、ノズルボディ３のシート部１７にシートし、噴射孔１６を閉鎖している。

このような状態において、マグネット２５に所定タイミングで駆動信号を供給することにより、アーマチュア２７を吸引し、バルブボール２４が開閉用オリフィス２３を解放すると、制御圧室１９の高圧が開閉用オリフィス２３を介し燃料還流路１５を通って燃料タンク１０に還流する。そうすると、制御圧室１９におけるバルブピストン５の頂部５Ａに作用していた高圧が解放され、ノズルニードル４は受圧部４Ａの高圧によりノズルスプリング１８の付勢力に抗してシート部１７からリフトし、噴射孔１６を解放して燃料が噴射される。
一方、マグネット２５を消磁することにより、バルブボール２４が開閉用オリフィス２３を閉鎖すれば、制御圧室１９内の圧力がバルブピストン５を介してノズルニードル４をそのシート位置（シート部１７）にシートさせ、噴射孔１６を閉鎖し、燃料噴射を終了させる。

ここで、圧力導入室２１における燃料圧力は、噴射孔１６からの燃料噴射量及び噴射時期を制御する制御圧室１９への入り口部に位置することになるため、噴射圧と同等であり、シール部材２２には噴射圧力と同等の高圧力がかかることになる。ただし、図６に示すように、バルブピストン５とバルブボディ６との間はノズルニードル４と一体運動をするバルブピストン５の軸方向の摺動を許容するクリアランスが必要である。このバルブボディ６をインジェクタハウジング２内に圧入する構造を採用すると、バルブボディ６がわずかに内方に変形してバルブピストン５の摺動を阻害するおそれがあるために、インジェクタハウジング２とバルブボディ６との間にもわずかなクリアランス（間隙）２８が設けられている。そのため、本発明の燃料噴射弁のシール構造３０では、圧力導入室２１の底部に配置してあるシール部材２２の下部側（低圧部側）に隙間２８に臨んでバックアップリング３１を設けている。これによって、シール部材２２が、圧力導入室２１における高圧力により、インジェクタハウジング２とバルブボディ６との間の隙間２８（低圧側）にその一部が押し出されてしまうことを防止している。

こうした構成の燃料噴射弁のシール構造３０においては、バックアップリング３１がシール部材２２の低圧側部（隙間２８側）を保持して、シール部材２２の隙間２８方向への押し出しを阻止するストッパー機能を有し、シール部材２２のシール機能を長く保持し、耐久性及び寿命を向上させることができる。したがって、インジェクタハウジング２と、バルブボディ６との間の隙間２８の公差を、従来より粗く設計することが可能であるとともに、シール部材２２、バックアップリング３１、インジェクタハウジング２及びバルブボディ６などの部品精度及び組み立て精度もきびしくする必要がなくなり、従来より安価に製造することができる。

２．バックアップリング
次に、本実施形態の燃料噴射弁のシール構造に用いられるバックアップリングについて詳細に説明する。
バックアップリング３１は、図６に示すように、圧力導入室２１においてバルブボディが挿通される中央の開口部と、当該開口部の周囲に配置され、インジェクタハウジング２の内壁段部２Ｂに沿う平板部３３と、開口部及び平板部の間に配置され、平板部３３と連なるとともに当該平板部に対して直角に直径方向に延びてバルブボディ６の外周面６Ｂに沿うフランジ部３２と、からなる。すなわち、フランジ部３２がバルブボディ６の外周面６Ｂに当接し、平板部３３が圧力導入室２１におけるインジェクタハウジング２の内周面（内壁段部２Ｂ）に当接してシール機能を補助するとともに、シール部材２２が隙間２８側に押し出されないように保持している。

ここで、本実施形態の燃料噴射弁１のシール構造３０に用いられるバックアップリング３１は、上述した第１の実施の形態のバックアップリングの製造方法により製造されたバックアップリング３１であることを特徴とする。すなわち、剛性を有する基材に対して下穴を形成した後、下穴の直径よりも大きい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第１のパンチ部材を用いて、第１のパンチ部材のテーパ状の部分で下穴の縁部を押圧することにより、当該縁部を曲げ処理し、さらに、第１のパンチ部材の直径よりも小さい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状をなす第２のパンチ部材であって、テーパ状となった部分における第２のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ２が第１のパンチ部材のテーパ状となった部分における第１のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ１よりも小さい第２のパンチ部材を用いて、第２のパンチ部材のテーパ状の部分で曲げ処理された下穴の縁部を押圧しながら、第２のパンチ部材を下穴に圧入することにより、フランジ部を形成したことを特徴とするバックアップリングである。
したがって、平板部３３の厚さを従来のものと比較して厚くできる上に、フランジ部３２の高さ及び厚さがともに所定以上確保されているために、強度に優れたバックアップリング３１となっている。よって、コモンレール等から送られてくる燃料の圧力が高い場合であっても破損しにくく、シール部材２２が間隙に押出されることがない。

図３（ａ）に、バックアップリング３１の斜視図を、図３（ｂ）に、バックアップリング３１を背面側から見た斜視図を、図３（ｃ）に、バックアップリング３１の平面図をそれぞれ示す。また、図４（ａ）に、バックアップリング３１の断面図を、図４（ｂ）に、図４（ａ）のＩＩ部拡大断面図をそれぞれ示す。
これらの図に示すように、バックアップリング３１は、フランジ部３２及び平板部３３を有するとともに、平板部３３からフランジ部３２にかけて何個所かに（図示の例では、１２０度間隔で３個所）径方向溝４２が形成されている。特に、図３（ｂ）に示すように、径方向溝４２は、平板部３３の底面から曲面部３４の底面にかけてこれを形成し、フランジ部３２の上端部にはバルブボディ６の外周面６Ｂに当接する平面当接部４４を残すようにしてある。また、平板部３３の周縁部においても、平坦部分を残すようにしてある。また、平板部３３の外周部には、径方向溝４２と重ならない位置に、弧状の厚さ方向切欠き部４３が形成されている。

このバックアップリング３１において、径方向溝４２は、バックアップリング３１を圧力導入室２１内にセットしたとき低圧側の隙間２８に臨み、燃料が隙間２８方向に流れることができるだけの最小限の深さＨ１、例えば０．５ｍｍ以下とされている。厚さ方向切欠き部４３は、シール部材２２をこえて低圧側に漏れてきた燃料を、この厚さ方向切欠き部４３を介してバックアップリング３１の底面側にしみこませ、径方向溝４２に流れるようにするものであって、その径方向における切欠き長さＨ２も、必要最小限のものとされている。平面当接部４４は、バックアップリング３１とバルブボディ６との接触部からは燃料が漏れ出ないように、バックアップリング３１自体にシール機能を持たせようとするもので、必要な軸方向長さ（フランジ部の高さ）が確保されている。平坦部分４５を設け、厚さ方向切り欠き部４３と径方向溝４２とを重ならないようにしてあることにより、過度に燃料が流れることがないようにされている。

例えば、このバックアップリング３１は、平板部（基材）３３の厚さ（Ｔ１）をｔ（ｍｍ）としたときに、フランジ部３２の高さ（Ｈ）が１．５ｔ〜２．５ｔ（ｍｍ）の範囲内、フランジ部３２の厚さ（Ｔ２）が０．７ｔ〜０．９ｔ（ｍｍ）の範囲内の値であることが適している。このようなバックアップリング３１であれば、平板部３３の厚さが厚い場合であっても、フランジ部３２の高さ（Ｈ）を比較的高く、また、フランジ部３２の厚さ（Ｔ２）を比較的厚く確保できるために、シール部材の補強性能の向上を図ることができる。
より具体的には、本発明のバックアップリング３１は、基材の厚さが０．２〜０．４ｍｍの範囲内の値であり、フランジ部の高さが０．４〜０．６ｍｍの範囲内、フランジ部の厚さが０．１５〜０．３５ｍｍの範囲内の値であることが好ましい。このようなバックアップリングであれば、燃料噴射弁の内部構造を大きく変更することなく、高強度を有したバックアップリングとして、燃料噴射弁に使用することができる。

なお、バックアップリング３１は、平板部３３からフランジ部３２にかけて曲面部３４が形成されるため、圧力導入室２１の高圧に押されてバックアップリング３１により弾性変形したシール部材２２が、バックアップリング３１のフランジ部３２をバルブボディ６の外周面６Ｂの方向に付勢するような弾発力を発生させ、さらにシール機能を高めることができる。

さらに、上述のようなシール構造３０を採用できるため、インジェクタハウジング２とバルブボディ６との間の隙間２８のクリアランスを大きくすることが可能となり、外力によりインジェクタハウジング２が多少変形してもその変形の影響がバルブボディ６に及びにくくなり、バルブボディ６とバルブピストン５との間のクリアランスが設計どおりに維持されてバルブピストン５の摺動が損なわれるおそれがなくなる。

次に、図８（ａ）〜（ｃ）に、燃料噴射弁のシール構造３０（図５又は図６）の組み立てが正常に行われた場合のシール部材２２及びバックアップリング３１部分の要部拡大断面図を示す。
図８（ａ）に示すように、インジェクタハウジング２の内壁段部２Ｂにバックアップリング３１をセットし、さらにシール部材２２をその上側にセットした状態で、バルブボディ６を中央上方から挿入する。次いで、図８（ｂ）に示すように、バルブボディ６の挿入セットにより、バルブボディ６とシール部材２２及びバックアップリング３１との間の摩擦作用で、バックアップリング３１は、その平板部３３の円周側部分が内壁段部２Ｂから浮き上がるように塑性変形する。次いで、図８（ｃ）に示すように、通常の燃料噴射弁１の運転状態では、圧力導入室２１に高圧燃料が充満し、その圧力でシール部材２２及びバックアップリング３１はバルブボディ６の外周面６Ｂ側、並びにインジェクタハウジング２の内壁段部２Ｂ及び圧力導入室側内壁面２Ｃ側に押し付けられ、そのシール機能を果たすセット状態に保持される。

このセット状態では、バックアップリング３１のフランジ部３２がバルブボディ６の外周面６Ｂに当接し、平板部３３がインジェクタハウジング２の内壁段部２Ｂに当接するとともに、インジェクタハウジング２の圧力導入室側内壁面２Ｃと平板部３３の端部との間には、わずかに空隙部３７があいており、燃料噴射弁１の通常運転には何等の支障はない。

こうした構成の燃料噴射弁のシール構造３０において、高圧側の圧力導入室２１と低圧側の隙間２８とは、シール部材２２及びバックアップリング３１により互いにシールされているが、圧力導入室２１の燃料がシール部材２２をこえてバックアップリング３１側にわずかに漏れてくることを完璧に防止することは困難である。しかしながら、圧力導入室２１から漏れる燃料は、厚さ方向切欠き部４３及び径方向溝４２により隙間２８側に流出することが可能であり、シール部材２２とバックアップリング３１との間に燃料溜まり部が形成されることがなくなる。

このように、バックアップリング３１に厚さ方向切欠き部４３及び径方向溝４２を形成することにより、ほんのわずかずつ積極的に低圧側に流れることができるバックアップリング３１のドレイン機能を有する構成としてある。したがって、シール部材２２のシール機能及びバックアップリング３１の支持機能を安定して寿命を長く発揮することができる。

第１の実施の形態にかかるバックアップリングの製造方法を説明するために供する図である（その１）。 第１の実施の形態にかかるバックアップリングの製造方法を説明するために供する図である（その２）。 第２の実施形態にかかるバックアップリングの斜視図及び平面図である。 バックアップリングの断面図及び部分拡大断面図である。 燃料噴射弁の断面図である。 燃料噴射弁におけるバルブボディ及び背圧制御部の要部拡大断面図である。 燃料噴射弁のシール構造の部分拡大断面図である。 燃料噴射弁のシール構造の組み立てが正常に行われた状態を示す拡大断面図である。 従来の燃料噴射弁におけるバルブボディ及び背圧制御部の要部拡大断面図である。

符号の説明

１：燃料噴射弁、２：インジェクタハウジング、３：ノズルボディ、４：ノズルニードル、５：バルブピストン、６：バルブボディ、７：背圧制御部、８：コネクティングロッド、９：ノズルナット、１２：コモンレール、１６：噴射孔、１９：制御圧室、２１：圧力導入室、２２：シール部材、２７：アーマチュア、２８：間隙（クリアランス）、３０燃料噴射弁のシール構造、３１：バックアップリング、３２：フランジ部、３３：平板部、３４：曲面部、３９：開口部、４２：径方向溝、４３：厚さ方向切り欠き部、４４：平面当接部、４５：平坦部分、５１：基材、５３：溝加工用パンチ部材、５５：下穴、５７：下穴用パンチ部材、５９：第１のパンチ部材（曲げ処理用パンチ部材）、６１：下穴の縁部、６３：第２のパンチ部材（バーリング加工用パンチ部材）、６５：型抜き用パンチ部材

Claims (3)

1. 剛性を有する平板状の基材に対してバーリング加工法を施して製造されるバックアップリングであって、中央の開口部と、当該開口部の周囲に配置された平板部と、前記開口部及び平板部の間に配置され、前記平板部と連なるとともに当該平板部に対して垂直方向に立ち上げられたフランジ部と、を有し、インジェクタハウジングと、バルブピストンを摺動可能に挿入したバルブボディと、の間に形成される間隙から、圧力導入室内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするために前記圧力導入室に設けられる環状のシール部材を備えてなる燃料噴射弁のシール構造に用いられ、前記間隙と前記シール部材との間に配設された前記シール部材を補強するためのバックアップリングの製造方法において、
   前記基材に対して下穴を形成する工程と、
   前記下穴の直径よりも大きい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第１のパンチ部材を用いて、前記第１のパンチ部材の前記テーパ状の部分で前記下穴の縁部を押圧することにより、当該縁部を曲げ処理する工程と、
   前記第１のパンチ部材の直径よりも小さい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状をなす第２のパンチ部材であって、前記テーパ状となった部分における前記第２のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ２が前記第１のパンチ部材の前記テーパ状となった部分における前記第１のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ１よりも小さい第２のパンチ部材を用いて、前記第２のパンチ部材の前記テーパ状の部分で前記曲げ処理された下穴の縁部を押圧しながら、前記第２のパンチ部材を前記下穴に圧入することにより、前記フランジ部を形成する工程と、
   を順次に行うことを特徴とするバックアップリングの製造方法。
2. インジェクタハウジングと、バルブピストンを摺動可能に挿入したバルブボディと、の間に形成される間隙から、圧力導入室内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするために前記圧力導入室に設けられる環状のシール部材を備えてなる燃料通路のシール構造に用いられ、前記間隙と前記シール部材との間に配設された前記シール部材を補強するためのバックアップリングであって、
   中央の開口部と、当該開口部の周囲に配置された平板部と、前記開口部及び平板部の間に配置され、前記平板部と連なるとともに当該平板部に対して垂直方向に立ち上げられたフランジ部と、を有し、
   剛性を有する基材に対して下穴を形成した後、前記下穴の直径よりも大きい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第１のパンチ部材を用いて、前記第１のパンチ部材の前記テーパ状の部分で前記下穴の縁部を押圧することにより、当該縁部を曲げ処理し、さらに、前記第１のパンチ部材の直径よりも小さい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状をなす第２のパンチ部材であって、前記テーパ状となった部分における前記第２のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ２が前記第１のパンチ部材の前記テーパ状となった部分における前記第１のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ１よりも小さい第２のパンチ部材を用いて、前記第２のパンチ部材の前記テーパ状の部分で前記曲げ処理された下穴の縁部を押圧しながら、前記第２のパンチ部材を前記下穴に圧入することにより、前記フランジ部を形成したことを特徴とするバックアップリング。
3. インジェクタハウジングと、バルブピストンを摺動可能に挿入したバルブボディと、の間に形成される間隙から、圧力導入室内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするために前記圧力導入室に設けられる環状のシール部材を備えてなる燃料噴射弁のシール構造において、
   前記間隙と前記シール部材との間に、前記シール部材を補強するためのバックアップリングであって、
   中央の開口部と、当該開口部の周囲に配置された平板部と、前記開口部及び平板部の間に配置され、前記平板部と連なるとともに当該平板部に対して垂直方向に立ち上げられたフランジ部と、を有し、
   剛性を有する基材に対して下穴を形成した後、前記下穴の直径よりも大きい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第１のパンチ部材を用いて、前記第１のパンチ部材の前記テーパ状の部分で前記下穴の縁部を押圧することにより、当該縁部を曲げ処理し、さらに、前記第１のパンチ部材の直径よりも小さい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状をなす第２のパンチ部材であって、前記テーパ状となった部分における前記第２のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ２が前記第１のパンチ部材の前記テーパ状となった部分における前記第１のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ１よりも小さい第２のパンチ部材を用いて、前記第２のパンチ部材の前記テーパ状の部分で前記曲げ処理された下穴の縁部を押圧しながら、前記第２のパンチ部材を前記下穴に圧入することにより、前記フランジ部を形成したバックアップリングを備えることを特徴とする燃料噴射弁のシール構造。

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