JP4478907B2 - 弁装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は弁装置の製造方法に関し、特に弁ボディに所定の部材をレーザ溶接する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弁装置においては、流体の流通及び遮断を正確に制御するため、弁座と弁部材のシール部を精密に加工することが必要である。例えば、自動車エンジンに用いられる燃料噴射装置においては、弁全閉時に燃料が燃焼室内へ流入すると、燃料の不完全燃焼により排出ガス中の炭化水素（ＨＣ）等の有害物質が増加し環境に悪影響を及ぼすため、弁全閉時の燃料漏れ量を極小化させる必要がある。
このような要請から種々の技術が提案されており、例えば特開平８−１０５３７０号公報では弁座の円錐台斜面を精密加工する技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に開示される技術をはじめとして弁座又は弁部材のシール部を単体で精密加工する技術によると、部材単体を高精度に加工することは可能であっても他の部材との組み付け時における弁ボディの変形等の影響による弁座漏れ量の増大を抑制することはできなかった。例えば、弁ボディと他の部材をレーザ溶接或いは圧入接合すると、弁ボディに加えられるエネルギーにより弁ボディが変形して円錐台傾斜面から構成される弁座の真円度が悪化し漏れ量が増大する。
【０００４】
本発明はこのような問題を解決するために創作されたものであって、弁全閉時の弁座漏れ量を低減する弁装置の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は弁全閉時における弁座と弁部材のシール部との接触面積を増大させて弁座漏れ量を低減する弁装置の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は全閉時の弁座漏れ量を低減する弁装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の弁装置の製造方法によると、弁ボディに所定の部材をレーザ溶接している間、レーザビームにより弁ボディに加わるエネルギーによって弁ボディが変形しようとするとき、シール部を弁座に押し当てる方向に弁部材に荷重が加えられているため、弁座は弁部材のシール部に沿って変形する。したがって、請求項１記載の弁装置の製造方法によると、レーザビームにより弁ボディに加わるエネルギーによって弁ボディが変形したとしてもその変形によって弁全閉時の漏れ量が増大することが抑制され、弁全閉時の漏れ量を低減することができる。
【０００６】
請求項２記載の弁装置の製造方法によると、弁部材に荷重を加えて弁座に弁部材のシール部を押し当てることにより弁座に環状溝部を形成し、弁全閉時における弁座とシール部との接触面積を増大させて漏れ量を低減することができる。
【０００７】
請求項３記載の弁装置の製造方法によると、弁部材のシール部を弁座に押し当てる方向と逆向きの荷重を弁ボディに加えるため、弁ボディの変形を抑制することができる。
【０００８】
請求項４記載の弁装置によると、弁座にシール部に沿った環状溝部が形成されているため、弁全閉時における弁座とシール部との接触面積が増大し漏れ量を低減することができる。また、シール部を弁座に押し当てる方向に弁部材に荷重を加えるときレーザ溶接するため、弁部材に対して加える荷重を小さくすることができる。したがって、請求項４記載の弁装置によると、弁座に環状溝部を形成することにより生ずる弁ボディの変形を抑制することができる。
【０００９】
【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面に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施例に係る弁装置としてガソリンエンジンの燃料噴射装置を図２及び図３に示す。
燃料噴射装置１のケーシング１０は、磁性パイプ１１、固定鉄心１２、電磁駆動部４０などを覆うモールド樹脂である。固定鉄心１２と非磁性パイプ１３、非磁性パイプ１３と磁性パイプ１１とはそれぞれレーザ溶接などにより接合されている。
【００１０】
固定鉄心１２は略円筒形状であり、内部を燃料が流通可能である。固定鉄心１２の反噴孔側の端部には、燃料に含まれている微細な不純物を除去するためのフィルタ１４が設けられている。また、固定鉄心１２の内部には、スプリング１６及びスプリング１６の付勢力を調整するためのアジャスティングパイプ１５が収容されている。アジャスティングパイプ１５の噴孔側端部は、弁座２１方向にノズルニードル３０を付勢するスプリング１６に当接している。
【００１１】
弁ボディとしてのノズルボディ２０は、ＳＵＳ３０４等のステンレス材からなり磁性パイプ１１とレーザ溶接により接合されている。図３に示すように、ノズルボディ２０には略円錐台傾斜面からなる弁座２１が形成されている。図４に示すように弁座２１には深さ０．３μｍ程度の環状溝部２２が形成されている。図３に示すように、ノズルボディ２０の燃焼室側端部にカップ状に形成された噴孔カップ２３がレーザ溶接により固定されている。噴孔カップ２３には噴孔２３ａが形成されている。
【００１２】
弁部材としてのノズルニードル３０は、磁性パイプ１１及びノズルボディ２０の内部に収容されており、ノズルボディ２０の内周壁面に支持されることでノズルボディ２０の中心軸上を往復移動することができる。ノズルニードル３０は図４に示すように噴孔側縁部が面取りされ円錐台傾斜面３５が形成されている。ノズルボディ２０の中心軸に対する弁座２１の傾斜角とノズルニードル３０の円錐台傾斜面３５の傾斜角は互いに異なっているため、円錐台傾斜面３５の反噴孔側縁部がシール部３１を構成する。環状溝部２２は、図５に示すようにノズルニードル３０が弁全閉位置にあるときシール部３１がはまるように、すなわちシール部３１の形状に沿って形成されている。
【００１３】
図２に示すようにノズルニードル３０の反噴孔側に可動鉄心３３が固定されている。可動鉄心３３は略円筒状に形成され、磁性パイプ１１の内周壁面により往復移動自在に支持されている。
電磁駆動部４０は固定鉄心１２の外周に設けられている。電磁駆動部４０は、スプール４２、スプール４２に巻回されたコイル４１、スプール４２の周囲を覆う金属プレート４３等から構成されている。コイル４１は、非磁性パイプ１３、並びに非磁性パイプ１３を挟むように位置する磁性パイプ１１及び固定鉄心１２の周囲を覆うようにケーシング１０内に位置している。コイル４１はターミナル４４と電気的に接続されている。コイル４１に通電すると、磁性パイプ１１、固定鉄心１２、可動鉄心３３及び金属プレート４３により磁気回路が形成される。
【００１４】
以上、燃料噴射装置１の構成を説明した。以下、燃料噴射装置１の作動を説明する。
図示しない燃料配管からフィルタ１４を通じて固定鉄心１２の内部に燃料が流入し、この燃料はノズルボディ２０の内部空間に供給される。スプリング１６により可動鉄心３３とともにノズルニードル３０は弁座２１側に付勢されているため、コイル４１への通電がオフのとき、ノズルニードル３０は弁座２１に着座している。このとき、図５に示すようにシール部３１は環状溝部２２にはまっており、シール部３１と環状溝部２２とは面接触している。コイル４１に通電することにより、固定鉄心１２が可動鉄心３３を吸引し、可動鉄心３３とともにノズルニードル３０が弁座２１から離座する。ノズルニードル３０のシール部３１がノズルボディ２０の弁座２１から離座すると、シール部３１と弁座２１との間に形成される空隙を燃料が通過し、噴孔２３ａから燃料が噴射される。
【００１５】
以上、燃料噴射装置１の作動を説明した。以下、燃料噴射装置１の製造方法を説明する。ただし、ノズルボディ２０に環状溝部２２を形成し、ノズルボディ２０と磁性パイプ１１及び噴孔カップ２３とを接合する工程以外については、説明を省略する。
【００１６】
図１及び図６に示すようにノズルボディ２０に環状溝部２２を形成し、ノズルボディ２０と磁性パイプ１１と噴孔カップ２３とを接合する工程は、フィルタ１４、アジャスティングパイプ１５及びスプリング１６を固定鉄心１２に収納する前の段階で行われる。
【００１７】
図６に示す状態では、ノズルボディ２０は磁性パイプ１１に挿入され、噴孔カップ２３はノズルボディ２０にかぶせられ、これらの部材が仮組されている。噴孔カップ２３は支持台３により下方から支持されている。支持台３はノズルニードル３０の中心軸を回転軸として仮組みされた燃料噴射装置を回転させることができる。また、図１に示す矢印で示す２カ所にレーザビームを照射する図示しないレーザが設置されている。また、図６に示す状態では、ノズルボディ２０には環状溝部２２が形成されておらず、ノズルニードル３０は自重により弁座２１に着座している。押圧ピン４は、固定鉄心１２の内径よりやや小さい外径をもち、固定鉄心１２に挿入され、先端部がノズルニードル３０に当接している。
【００１８】
ノズルボディ２０に環状溝部２２を形成する工程と、ノズルボディ２０と磁性パイプ１１と噴孔カップ２３とを接合する工程とは同時進行にて次のように行われる。図１に示すように、押圧ピン４の反ノズルニードル側端部に所定の大きさの軸方向圧縮荷重を加えつつ、ノズルボディ２０に磁性パイプ１１と噴孔カップ２３とを接合するために磁性パイプ１１及び噴孔カップ２３の外周壁にレーザビームを照射する。図７に示すように、レーザビームを照射する間に支持台３を駆動して仮組みされた燃料噴射装置を３６０°以上回転させ、ノズルボディ２０の全周と磁性パイプ１１の全周とを溶接し、ノズルボディ２０の全周と噴孔カップ２３の全周とを溶接する。図７にはパルスレーザを用いてレーザ溶接したときのノズルボディ２０と噴孔カップ２３との溶け込みの様子を示している。
【００１９】
図８に環状溝部２２が形成される様子を模式的に示した。図８ではノズルボディ２０と噴孔カップ２３とをレーザ溶接するときにノズルニードル３０を弁座２１に押し当てて溝部２２を形成する様子を示している。ノズルボディ２０と噴孔カップ２３とを仮組みした図８（Ａ）に示す状態では前述したように溝部２２は形成されていない。図８（Ｂ）に示すように押圧ピン４によりノズルニードル３０に荷重を加えレーザビームを噴孔カップ２３の外周壁に照射するとレーザビームのエネルギーにより噴孔カップ２３及びノズルボディ２０が温度上昇し噴孔カップ２３がノズルボディ２０に溶け込む。ノズルボディ２０が温度上昇により変形するとき、ノズルニードル３０が弁座２１に押し当てられているため、弁座２１がシート部３１に沿うようにしてノズルボディ２０が変形し（すなわち弁座２１の真円度が向上し）、ノズルニードル３０のシール部３１が弁座２１にめり込むようにして溝部２２が弁座２１に形成される。そして、支持台３が下方から噴孔カップ２３及びノズルボディ２０を支持しているため、噴孔カップ２３及びノズルボディ２０にはノズルニードル３０に加えられる荷重の方向と逆向きの荷重が支持台３により加えられることとなり、大きな荷重が押圧ピン４によりノズルニードル３０に加えられたとしてもノズルボディ２０及び噴孔カップ２３が燃料噴射方向（図８の下向き）に突出したりノズルボディ２０と磁性パイプ１１との溶接部位が剥離することがない。尚、押圧ピン４に加える荷重が小さいときには噴孔カップ２３を支持台３で下支えする必要はない。
【００２０】
また、ノズルボディ２０に磁性パイプ１１及び噴孔カップ２３を接合する工程は同時に２本のレーザビームを照射して同時並行して行ってもよいし、またノズルボディ２０と磁性パイプ１１との接合と、ノズルボディ２０と噴孔カップ２３との接合とのうちいずれかを先に行ってもよい。前者のように接合を同時並行して行うとき少なくともレーザ照射の開始から終了までの期間、押圧ピン４に所定の荷重を加え続け、後者のように接合を同時並行して行わないとき、少なくともノズルボディ２０と噴孔カップ２３との接合のためのレーザ照射期間中、押圧ピン４に所定の荷重を加え続けることが望ましい。後者の場合、より弁座２１とノズルニードル３０との当接位置に近い部分にレーザ照射するときにノズルニードル３０を弁座２１に押し当てるためである。
【００２１】
押圧ピン４に加える荷重の大きさにより弁座２１に形成される環状溝部２２の深さｔ（図４参照）が異なる。実験によると押圧ピン４に２ｋｇ重の荷重を加えたとき約０．３μｍの深さの環状溝部２２が形成された。図９に溝部が形成された弁座２１の表面形状を示す。図９に示すグラフでは、横軸が弁座２１の傾斜方向の変位であり、縦軸が弁座斜面の法線方向の変位である。左側がより噴孔側を示している。
【００２２】
図１０にノズルニードル３０との当接部位における弁座円錐台斜面及びノズルニードル３０のシール部３１の真円度を測定した結果を示す。図１０（Ａ）はレーザ溶接前の弁座２１の真円度を示し、図１０（Ｂ）はレーザ溶接前におけるノズルニードル３０のシール部３１の真円度を示し、図１０（Ｃ）はレーザ溶接後の弁座２１の真円度を示す。図１０（Ａ）及び（Ｃ）に示す結果はレーザ溶接によりノズルニードル３０との当接部位における弁座円錐台斜面の真円度が向上したことを示している。
【００２３】
尚、ノズルニードル３０のシール部３１の真円度はレーザ溶接前後でほとんど変化が見られなかった。押圧ピン４に加える荷重の大きさを変化させて測定したところ、２００ｇ重以上の荷重を加えたときレーザ溶接後に弁座の理想的な真円度が得られることがわかった。また、２００ｇ重〜５００ｇ重程度の荷重を加えた場合には、弁座２１に顕著な環状溝部が形成されなかった。無論、これらの測定結果はノズルボディ２０、噴孔カップ２３、磁性パイプ１１の各部材の素材、肉厚、レーザ照射のエネルギー等に依存するものであるが、これらの測定結果からは、ある一定以上の荷重を押圧ピン４に加えながらレーザ溶接を行ったときに弁座円錐台斜面の真円度が向上し、さらにそれ以上の所定荷重を押圧ピン４に加えながらレーザ溶接を行ったときに弁座２１に環状溝部２２が形成されることがわかる。尚、環状溝部２２の深さは０．５μｍ以下であることが望ましい。環状溝部２２があまりに深いと弁座２１表面を流通する燃料の流れが乱れ、燃料噴射特性に悪影響を及ぼす恐れがあるからである。
【００２４】
比較例として、ノズルニードル３０と弁座２１とを当接させずに他の条件は上記と同じにしてレーザ溶接を行った後の弁座円錐台斜面の真円度の測定結果を図１０（Ｄ）に示す。図１０（Ｄ）に示す結果からは、従来のように弁座２１にノズルニードル３０を押し当てずにレーザ溶接を行った場合にはレーザ溶接により弁座円錐台斜面の真円度が悪化することがわかる。
【００２５】
以上説明した工程では、ノズルニードル３０を弁座２１に押し当てながらノズルボディ２０と磁性パイプ１１と噴孔カップ２３とのレーザ溶接を行うことにより、レーザビームのエネルギーを弁座円錐台斜面の真円度向上に役立て、弁座２１とノズルニードル３０との密閉性を向上させ弁座漏れ量を低減させている。さらには、弁座２１に環状溝部２２を形成する程度の荷重を押圧ピン４に加えることにより、弁座２１とノズルニードル３０とを面接触させて接触面積を増大させ、さらに密閉性を向上させ弁座漏れ量を低減させている。また、弁座２１にノズルニードル３０が当接した状態でレーザ溶接するため、ノズルボディ２０からノズルニードル３０への熱伝導が生じ、ノズルボディ２０の変形量を小さくすることができる。また、溝部２２の形成にあたっては、レーザ溶接と同時並行して行うため、押圧ピン４に加える荷重をそれほど大きくしなくとも溝部２２を形成することができる。したがってノズルボディ２０と磁性パイプ１１との剥離を防止し、及びノズルボディ２０が燃料噴射方向に変形する大きさを小さくすることができる。
【００２６】
以上説明したことから、上記工程を含む製造方法によれば、燃料噴射装置１において弁全閉時に燃料が燃焼室内へ漏出することを防止でき、これにより燃料の不完全燃焼を防止し、排出ガス中に含まれるＨＣ等の有害物質を低減することができる。
また、弁座２１が変形することにより変形前の弁座２１の公差を吸収することができるため、弁座２１を高精度に切削加工しなくとも弁座漏れ量の少ない燃料噴射装置を製造することができ、このことが製造コストの低減に寄与する。
【００２７】
以上説明した実施例では、燃料噴射装置に本発明を適用した例に限って説明したが、無論本発明はＡＴリニアソレノイド、ＯＣＶ、逆止弁等の種々の弁装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による燃料噴射装置の製造方法を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施例による燃料噴射装置を示す断面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】図３のＩＶ部拡大図である。
【図５】図３のＩＶ部拡大図である。
【図６】本発明の一実施例による燃料噴射装置の製造方法を示す模式図である。
【図７】本発明の一実施例による燃料噴射装置の製造方法を示す模式図である。
【図８】本発明の一実施例による燃料噴射装置の製造方法を示す模式図である。
【図９】本発明の一実施例による燃料噴射装置の弁座に形成された溝部の深さを示すグラフである。
【図１０】本発明の一実施例による燃料噴射装置の弁座及びノズルニードルの真円度を示す図であって、（Ａ）はレーザ溶接前の弁座の真円度を示し、（Ｂ）はレーザ溶接前のノズルニードルの真円度を示し、（Ｃ）及び（Ｄ）はレーザ溶接後の弁座の真円度を示す。
【符号の説明】
１ 燃料噴射装置（弁装置）
３ 支持台
４ 押圧ピン
１１ 磁性パイプ（所定の部材）
１２ 固定鉄心
２０ ノズルボディ（弁ボディ）
２１ 弁座
２２ 環状溝部
２３ａ 噴孔
２３ 噴孔カップ（所定の部材）
３０ ノズルニードル（弁部材）
３１ シール部
３３ 可動鉄心
４０ 電磁駆動部

Claims (4)

1. 弁ボディの弁座に弁部材のシール部を当接させる第一段階と、
   前記シール部を前記弁座に押し当てる方向に前記弁部材に荷重を加えつつ前記弁ボディに所定の部材をレーザ溶接する第二段階と、
   を含むことを特徴とする弁装置の製造方法。
2. 前記第二段階において、前記弁部材に荷重を加えることにより前記弁座に環状溝部を形成することを特徴とする請求項１記載の弁装置の製造方法。
3. 前記第二段階において、前記シール部を前記弁座に押し当てる方向と逆向きの荷重を前記弁ボディに加えることを特徴とする請求項１又は２記載の弁装置の製造方法。
4. 弁座が形成されている弁ボディと、
   前記弁座に当接するシール部が形成されている弁部材とを備え、
   前記弁座は、前記シール部を前記弁座に押し当てる方向に前記弁部材に荷重を加えつつ前記弁ボディに所定の部材をレーザ溶接することにより前記シール部が前記弁座にめり込むようにして形成された環状溝部を有することを特徴とする弁装置。

Images