JP4583269B2

JP4583269B2 - コモンレールの製造方法

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Publication number: JP4583269B2
Application number: JP2005227089A
Authority: JP
Inventors: 竜一本間; 泰士長谷川; 豊高木
Original assignee: Nippon Steel Corp; Fukujukogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Fukujukogyo Co Ltd
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2025-08-04
Also published as: JP2007040244A

Description

本発明は、自動車用金属機械部品の製造方法に関し、特に、エンジンの燃焼室内に装着された噴射ノズルに接続される配管を取り付けるための円筒形のホルダーを備えたコモンレールの製造方法に関する。

近年、欧州ではディーゼルエンジンを搭載した乗用車が増加する傾向にあるが、これは、燃料噴射装置の技術開発によるところが大きく、特に、その中核部品として、コモンレールの高性能化（高圧化）により、不純物成分の少ない軽油を用い、高出力、低燃費、さらには、大トルクが得られるようになったことに起因するところが大きい。

燃料として軽油を用いるディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、コモンレールは、燃料タンクからポンプで吸引された軽油を一時的に高圧で保持し、該オリフィス（吐出口）から各燃焼室の噴射ノズルまで配管を介して軽油を圧出するための燃料蓄圧分配器である。

噴射ノズルまで圧送された軽油は、燃焼用空気と混合され、その後、エンジン燃焼室内に噴射され、爆発燃焼するが、この燃焼効率を向上させるために、コモンレール内の軽油圧力を高圧化することが望まれている。

このため、従来は、コモンレールに使用する鋼材の化学成分や熱処理などの製造条件の制御により、強度を向上させ、現在まで、噴射燃料圧力が１５０ＭＰａまでは十分に信頼性の高いコモンレールが開発され、既に実用化されている。このような１５０ＭＰａを超える高圧コモンレールの製造方法においては、現時点では、コモンレール本体を鍛造により一体成形した後、これに複雑な分配管の機械加工を施している。

しかし、コモンレール材料の高強度化による成形性や加工性の低下、高性能化に伴うコストの増大などの点から、従来の鍛造一体成形及び機械加工による製造方法に代替するコモンレールの製造技術の開発が課題となっていた。

本発明者らは、コモンレールなどの内部に中空の管路を有し、かつ、該管路と連通する支管を有する配管本体と、該配管本体の支管に対応する被接合鋼管の部材同士を液相拡散接合により接合する自動車用金属部品の製造方法を開発し、提案した（特許文献１、参照）。

この方法は、従来の鍛造一体成形及び機械加工を根本から見直し、金属部品内部の中空管路の中心軸を含む複数の面で分割し、各部品の分割面同士間に低融点非晶質合金箔を介して液相拡散接合することにより、均一組織を有する接合層を形成することで、自動車用金属部品の生産性を向上する方法である。

しかし、この方法では、各部品の分割面同士を液相拡散接合する際に、均一な組織の接合層を形成するためには、非晶質合金箔の融点以上の温度に加熱しかつ加圧し、その温度で保持する等温凝固拡散処理をする必要があり、この等温凝固拡散処理の工程時間が比較的長いことが、この方法の技術的課題であった。

また、自動車部品の製造方法として、Ａｌ系シリンダーヘッド本体とＦｅ系のバルブシートとの異種金属同士を液相拡散接合と通電式抵抗溶接を併用して接合する方法と、その装置が提案されている（例えば、特許文献２〜４、参照）。

しかし、これらの方法は、金属接合面に低融点の接合用ろう材を介在させて抵抗溶接をしたに過ぎず、抵抗溶接によりろう材を加圧溶融して形成された接合部の凝固組織は等温凝固拡散処理を行なっていない未等温凝固組織であるため、接合組織の均一化は図れず、噴射燃料圧力が１５０ＭＰａまでの高圧コモンレールに要求される接合品質を十分に満足することは困難である。

また、抵抗溶接法を用いて接合面に介在させた接合材料を溶融加圧して、所定厚みの接合層を形成する際に、溶接熱により被接合部材に反りなどの熱変形が生じ、接合継ぎ手の形状精度を低下させるという問題があった。

コモンレール本体に設けられた複数の燃料吐出口（オリフィス）に対応し、複数のホルダーをコモンレール本体に接合する場合には、全ての燃料吐出口（オリフィス）とホルダーとの中心軸間のずれ量が少ないことが、高い燃料内圧が負荷されるコモンレールの疲労寿命などの耐久性を向上させるために要求される。

したがって、複数のホルダーを備えたコモンレールの製造方法において、従来法に比べて、良好な接合部の良好な品質と高い形状精度を維持しつつ、生産性の向上とコスト低減が図れるコモンレールの製造方法が望まれている。

特に、ガソリン燃料に比べ、軽油燃料を使用するディーゼルエンジンでは、高出力、低燃費、さらには大トルクが得られるように、燃料噴射装置の中核を構成するコモンレールには高圧化、高性能化が要求され、コモンレール内では、１５０ＭＰａを超える燃料が管内を通過する。

このため、ホルダーとコモンレールの燃料吐出口（オリフィス）の接合位置の接合精度を満足しない場合には、使用時に、高圧の燃料が漏れたり、疲労破壊が生じる恐れがあり、本発明者らの検討によれば、ホルダーとコモンレールとの取り付け精度は、１００μｍ以内での管理が必要である。

特開２００５―３４８４６号公報特開平１１―９０６１９号公報特開平１１―９０６２０号公報特開平１１―９０６２１号公報

本発明は、上述した従来技術が抱える問題点に鑑みて、複数のホルダーを備えたコモンレールの製造において、従来に比べて生産性や製造コストを改善しつつ、ホルダーを接合後に、後加工なしでホルダーの中心軸とコモンレールの分岐配管の中心軸との軸間距離、つまり、接合位置のずれ量が１００μｍ以下の高精度の接合を可能とするコモンレールの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は次のとおりである。

（１）コモンレール本体と円筒形ホルダーとのリング状接合面間に非晶質合金箔を介在させ、一次接合として抵抗溶接により溶融圧接して継ぎ手部を形成し、次いで、二次接合として、前記継ぎ手部を非晶質合金箔の融点以上に再加熱した後、保持して、前記継ぎ手部の凝固過程を完了させる液相拡散接合を行い、前記ホルダーを備えたコモンレールを製造する方法において、前記ホルダーのコモンレール本体側と反対側の端面及び前記コモンレール本体のホルダー側と反対側の面に配置した溶接電極と、前記ホルダーと前記コモンレール本体との接合面間に加圧力を負荷する応力付加機構とを備えた抵抗溶接装置により、前記一次接合を行う際に、前記コモンレール側のリング状接合面に、溝深さが１ｍｍ以上となるようにリング状溝を機械加工して前記ホルダーの水平方向の移動を拘束し、コモンレール変形拘束機構を備える専用治具を用いて前記コモンレール本体の円筒形ホルダーの中心軸方向に拘束力を負荷しつつ、前記ホルダーのコモンレール本体側と反対側の端面に配置した溶接電極表面と接合面とがなす角度を０．０３°以下に調整して抵抗溶接を行うことを特徴とするコモンレールの製造方法。

（２）前記一次接合の際に、前記溶接電極の中心軸と、前記円筒形ホルダーの中心軸との軸間距離が０．２ｍｍ以下であることを特徴とする上記（１）記載のコモンレールの製造方法。

本発明によれば、抵抗溶接を用いて一次接合した後、液相拡散接合を用いて二次接合することにより、従来に比べて生産性や製造コストを改善しつつ、一次接合時の拘束制御により、接合後に矯正などの後加工をすることなしに、ホルダーの中心軸とコモンレールの分岐配管の中心軸との軸間距離、つまり、接合位置のずれ量が１００μｍ以下の高精度の接合を可能とするコモンレールの製造方法を提供することができる。

特に、本発明を噴射燃料圧力が１２００ＭＰａまでの高圧コモンレールの製造に適用することで、軽油を燃料とするディーゼルエンジンの高出力、低燃費、さらには、大トルクを達成できるので、本発明の産業上の貢献は計り知れない。

以下に、本発明の詳細を説明する。

本発明法のホルダーを備えたコモンレールの製造方法においては、図１に示すようなコモンレール本体１と円筒形のホルダー２とで形成されるリング状の接合面間に液相拡散接合用の非晶質合金箔５を介在させて突合せた後、一次接合として、抵抗溶接により、前記非晶質合金箔５と前記コモンレール本体１及びホルダー２とを溶融圧接して、まず、継ぎ手部を形成する。

なお、前記コモンレール本体１及びホルダー２に使用する金属材料としては、鉄鋼材料が一般に用いられる。金属材料の機械的特性は、特に限定する必要はなく、コモンレールの使用環境下である内圧１５０ＭＰａまでに耐えられる強度などの特性を備えたものが好ましい。

コモンレール本体１の内部には、燃料タンクから燃料ポンプで吸引された燃料（軽油）を導入するための内部管路３と、エンジン燃焼室の噴射ノズル（図示せず）まで燃料を圧送するための配管（図示せず）と、前記内部管路３とを連絡するための支管４が設けられている。

なお、図１は、便宜上、１つの支管４のみを示すものであるが、通常は、エンジン燃焼室の複数の噴射ノズルに対応し、複数の支管４を備えている。また、ホルダー２は、これらの支管４と、エンジン燃焼室の噴射ノズルまで燃料を圧送するための配管とを接続するためにコモンレール本体１の支管４に対応して複数設けられている。

上記一次接合は、例えば、溶接電流を供給してホルダー２とコモンレール本体１との接合面（突合せ面）で生じる抵抗発熱により加熱溶融させるための電極を、各ホルダー２のコモンレール本体１側と反対側の端面、及び、コモンレール本体１のホルダー２側と反対側の面に配置し、圧接するために必要な加圧力を突合せ面間に負荷するための応力付加機構を備えた、例えば、油圧作動インストロン型の引張・圧縮装置などを適用した抵抗溶接装置により行う。

この一次接合では、抵抗溶接の溶接入熱により、ホルダー２とコモンレール本体の接合面の一部と液相拡散接合用合金箔が溶融し、抵抗溶接の電極による加圧力でアップセットされて、加熱溶融時に、接合面で生成した酸化物及び爽雑物が溶融メタルと共に接合面外に排出される。

液相拡散接合用の非晶質合金箔５は、少なくとも接合面積をカバーするリング状に切断加工されていることが好ましい。また、液相拡散接合用の非晶質合金箔５の組成は、Ｎｉ又はＦｅを基材とし、拡散原子としてＢ、Ｐ及びＣのうちの１種又は２種以上を各々０．１〜２０．０原子％含有し、さらに、酸化雰囲気下での一次接合の際に接合面間において生成される酸化物を低融点化する作用を有するＶを０．１〜１０．０原子％含有するものであることが好ましい。

液相拡散接合用合金箔中のＢ、Ｐ及びＣは、二次接合としての液相拡散接合を達成するために必要な等温凝固を実現させるための拡散元素として、又は、融点を被接合材よりも低くするために必要な元素であり、その作用を充分に得るために、０．１原子％以上含有する必要があるが、過度に添加すると、結晶粒に粗大な硼化物、金属化合物、又は、炭化物が生成し接合部強度が低下するため、その上限を２０．０原子％とするのが好ましい。

液相拡散接合用合金箔中のＶは、一次接合としての酸化雰囲気下での抵抗溶接時に、開先面間で生成した酸化物又は残留酸化物（Ｆｅ₂Ｏ₃）と瞬時に反応し、低融点複合酸化物（Ｖ₂Ｏ₅−Ｆｅ₂Ｏ₃、融点：約８００℃以下）に変える作用を有し、抵抗溶接時の加圧力により、低融点複合酸化物を溶融金属とともに溶融・排出し、接合部の酸化物系介在物を低減する効果が得られる。

この作用・効果は、特に酸素濃度０．１％以上の酸化雰囲気下で接合する場合に顕著に発揮され、この作用・効果を充分に得るためには、Ｖを０．１原子％以上含有させるのが好ましい。

一方、Ｖを、１０．０原子％を超えて過度に添加すると、Ｖ系酸化物の個数が増加し、残留酸化物が却って増加し、また、液相拡散接合用合金箔の融点を高め、二次接合としての液相拡散接合を困難とするため、その上限を１０．０原子％とするのが好ましい。

また、本発明において、一次接合として用いる抵抗溶接としては、通電加熱方式のスポット溶接、プロジェクション溶接、アップセット溶接、及び、フラシュバット溶接のうちの何れか１種の溶接方法が用いられる。

通常、スポット溶接、プロジェクション溶接、及び、アップセット溶接は、比較的接合面積が小さく、高い接合強度を要求しない場合の接合に適し、また、フラシュバット溶接は、大電流で高い加圧力を付加できるため、比較的接合面積の大きい開先を接合する場合に適している。

これらの抵抗溶接方法の選択は、特に限定する必要はなく、各溶接方法の特徴と、接合継ぎ手の要求特性及び溶接条件などに応じて適時選択し、生産性向上のために、溶接時間を１０秒以下とするのが好ましい。

また、一次接合における抵抗溶接の溶接入熱は、開先面及び開先面間の液相拡散接合用の非晶質合金箔を短時間で溶融するために、電流密度を１００Ａ／ｍｍ²以上とする必要がある。一方、過度に電流密度を上げると、非晶質合金箔の溶融金属が乱れて、開先面に、所定厚みで均一に分布させることが困難となるので、その上限を、１００，０００Ａ／ｍｍ²以下とする必要がある。

したがって、抵抗溶接の電流密度を１００〜１００，０００Ａ／ｍｍ²とするのが好ましい。

また、一次接合における抵抗溶接の加圧力は、開先面間の液相拡散接合用の非晶質合金箔を溶融、凝固して形成される接合合金層の厚みを１０μｍ以下までに低減し、二次接合としての液相拡散接合の接合時間を短縮化するために、１０ＭＰａ以上必要である。

一方、過度に加圧力が高いと、接合継ぎ手の変形が生じるので、１０００ＭＰａ以下とする必要がある。したがって、抵抗溶接の加圧力は、１０〜１０００ＭＰａとするのが好ましい。

なお、接合継ぎ手の変形程度は、被接合材料の溶接温度でのヤング率によって変化するので、加圧力の上限は、被接合材料の材質によって調整するのがより好ましい。

さらに、一次接合における抵抗溶接により形成した継ぎ手部の継ぎ手効率（鉄鋼材料の開先面の面積／非晶質合金箔と鉄鋼材料を溶融圧接した後の継ぎ手部位の面積）は、開先の形状に起因する接合後の継ぎ手拘束効果を加味し、継ぎ手の静的引張強さを、母材並み以上の引張強さとするために、０．５以上が好ましく、また、抵抗溶接時の高加圧力によって継ぎ手部位が膨潤する結果、継ぎ手部面積が母材部断面積より広くなる場合を考慮し、良好な継ぎ手特性を得るために、その上限を２．０とすることが好ましい。

上述した一次接合により、接合面間に挿入した液相拡散接合用の非晶質合金箔を短時間で溶融圧接することにより、非晶質合金が溶融、凝固して形成される極めて薄い厚みの接合合金層を形成できる。

本出願人らによる実験では、光学顕微鏡による継ぎ手断面組織の観察結果から、一次接合で得られた非晶質合金箔が溶融、凝固した組織からなる接合合金層の厚みは５μｍ以下となることを確認している。

このように、極めて薄い液相拡散接合用の非晶質合金が溶融、凝固して形成される接合合金層は、その後の二次接合としての液相拡散接合において、非晶質合金箔の融点以上の温度で約１５秒間保持されることにより、実質的に、等温凝固をほぼ終了する。

本出願人は、例えば、約３０秒間の保持であれば、被接合材料として、通常、炭素鋼を用いる場合では、完全な等温凝固組織が得られ、必要とする継ぎ手性能が得られることを、実験により確認している。

従来の液相拡散接合法では、接合部の加圧力の増加により、液相拡散接合用非晶質合金箔の溶融・凝固により形成される合金層の厚みを、ある程度まで低減することは可能であるが、継ぎ手変形の発生を抑制するために、その厚みは、１０μｍまでが限界であり、それ以上薄くすることは困難であった。

そのため、合金層の溶融凝固組織を均質な等温凝固組織とするために要する等温凝固完了までの保持時間は１００秒以上必要であった。この等温凝固保持時間が十分でなければ、接合継ぎ手の接合部の合金層中に非晶質合金箔の未等温凝固組織が残留し、継ぎ手の強度、靱性などの特性が、母材に比較して著しく低下する問題が生じる。

これに対して、本発明法では、一次接合（例えば、抵抗溶接）により、液相拡散接合用の非晶質合金箔が溶融、凝固して生成した接合合金層の平均厚みを、開先面積が３００ｍｍ²を超える大面積の開先条件でも、７μｍ以下に低減することができる。

このため、この一次接合に続く二次接合（液相拡散接合）により、液相拡散接合の等温凝固完了（接合部の合金層中の未等温凝固組織が完全に消失する）までの保持時間を３０秒以下に短縮することができ、接合品質を良好に維持しつつ、接合継ぎ手の生産性を大幅に短縮できるのである。

本発明では、上記接合方法において、上記一次接合の際に、専用治具を用いてコモンレール本体を円筒形ホルダーの中心軸方向から拘束し、溶接電極表面と接合面とがなす角度を０．０３°以下に調整して抵抗溶接を行うことを特徴とする。

これにより、一次接合後、図２に示す、ホルダー２の中心軸ｆとコモンレール本体１の支管４の中心軸ｇとの軸間距離、即ち、接合位置ずれ量ｈを１００μｍ以下にする高精度接合が可能となることを、本発明者らは実験などにより確認した。

図３に示すように、一次接合の際に、抵抗溶接の電極９の表面（加圧軸方向に対してほぼ垂直な面）に対して、コモンレール本体１とホルダー２との接合面とが僅かでも傾いていた場合には、電極９による加圧力６によって、接合面の水平方向に分力７が生じる。

本一次接合では、通電加熱により接合面に介在した非晶質合金箔が溶融し、数１０μｍの液相が生成するため、この潤滑作用により、接合面の水平方向に生じた分力に対する抵抗は、通常の抵抗溶接法と比較して非常に小さい。

そのため、図３に示す電極表面Ｙに対する接合面Ｘの傾きθが大きい程、ホルダー２は接合面の水平方向に生じる分力７が大きくなり、一次接合後、図２に示す接合位置ずれ量ｈが大きくなる。

また、図３に示す電極表面Ｙに対する接合面Ｘの傾きθは、主に、一次接合（抵抗溶接）時の溶接熱サイクルによるコモンレール本体１の反り変形量ｋにより生じるところが大きい（図５、参照）。

そこで、本発明者らは、一次接合（抵抗溶接）時の上記電極表面Ｙに対する接合面Ｘの傾きθと、一次接合後の接合位置ずれ量ｈ（ホルダーとコモンレールの支管との中心軸間距離）との関係について実験などにより検討した。

その結果、図４に示すように、一次接合（抵抗溶接）時の上記電極表面Ｙに対する接合面Ｘの傾きθを０．０３°以下となるようにすることで、上記接合位置ずれ量ｈが０．１ｍｍ以下の高い精度で接合できることが解った。

したがって、本発明では、一次接合の際に、専用治具を用いてコモンレール本体を円筒形ホルダーの中心軸方向から拘束し、溶接電極表面と接合面とがなす角度を０．０３°以下に調整して抵抗溶接を行う。

上記専用治具として、例えば、図６に示すように、電極９のコモンレール本体１の長手方向（内部管路３の方向）の両側面に配置された門型のコモンレール変形拘束機構８を用いて、コモンレール本体１のホルダー２の中心軸方向に拘束力を負荷しつつ一次接合を行うことで、前記溶接電極表面と接合面とがなす角度を０．０３°以下にすることが可能となる。

また、このような僅かな傾きは、溶接機自体の剛性不足から生じる電極面の傾きよっても容易に生じ、従来考えられてきた溶接精度の想定外であるが、できるだけ剛性の高い溶接機、例えば、門型の加圧機構を備えた溶接機を用いるのが望ましい。

また、図７に示すように、一次接合の際に、コモンレール本体１の長手方向（内部管路３の方向）に垂直な方向において、抵抗溶接の電極９の中心軸（溶接機加圧軸）ｉと、ホルダー２の中心軸ｆとがずれた場合に、電極９による加圧力６によってホルダー２に回転モーメント（図７では、右回転の回転モーメント）が生じ、接合面が傾く結果、接合面の水平方向に分力７が生じる。

このため、抵抗溶接の電極９の中心軸（溶接機加圧軸）ｉと、ホルダー２の中心軸ｆとのずれ量ｊが大きい程、接合面の水平方向に生じる分力７が大きくなり、一次接合後、図２に示す接合位置ずれ量ｈが大きくなる。

図８は、一次接合（抵抗溶接）時のホルダーの中心軸ｆと抵抗溶接電極の中心軸ｉとの軸ずれ量ｊと、接合位置ずれ量ｈとの関係を示す図である。なお、このときの電極表面に対する接合面の傾きθをゼロにして、各接合を行った。

図８に示すように、一次接合（抵抗溶接）時のホルダーの中心軸ｆと溶接機電極の中心軸iの軸ずれ量ｊを０．２ｍｍ以下にすることにより、接合面の水平方向に生じる分力を低減し、接合位置ずれ量ｈを０．１ｍｍ以下の高い精度に保ち接合できることが解った。

特に、電極表面に対する接合面の傾きθがある場合には、この傾きθに起因して接合面の水平方向に生じる分力が加わり、一次接合後の接合位置ずれ量ｈが助長される。

したがって、本発明では、一次接合の際に、専用治具を用いてコモンレール本体を円筒形ホルダーの中心軸方向から拘束し、溶接電極表面と接合面とがなす角度を０．０３°以下に調整することに加えて、前記溶接電極の中心軸と、前記円筒形ホルダーの中心軸との軸間距離を０．２ｍｍ以下にして抵抗溶接を行うことが好ましい。

また、本発明では、上記電極表面に対する接合面の傾きθが生じる場合、又は、上記溶接電極の中心軸と、前記円筒形ホルダーの中心軸との軸ずれ量ｊが生じる場合には、一次接合の際に、前記接合面の水平方向に生じる分力を低減し、一次接合後の接合位置ずれ量ｈを小さくするために、図２及び図９に示すように、コモンレール本体１側のリング状接合面に、溝１１を加工し、ホルダー２の接合面水平方向の移動を物理的に止めることが有効である。

一次接合前及び一次接合後のホルダー２と溝１１の位置関係を、図２の左及び図２の右に、それぞれ示す。

図２の右に示すように、一次接合における加圧通電加熱時には、ホルダー２の接合面近傍は軟化するため、加圧力により、その接合面近傍が、僅かに外向きに開いたラッパ状に変形する。

このため、例えば、図３に示す上記電極表面に対する接合面の傾きθが生じる場合、又は、図７に示す上記溶接電極の中心軸と、前記円筒形ホルダーの中心軸との軸ずれ量ｊが生じる場合に、一次接合の際に、前記接合面に水平方向の右向きに分力が生じた場合には、コモンレール側のリング状接合面に形成された溝１１の内径側の側面（図中、左側の溝の側面）がホルダー２の内面（図中、左側のホルダー内面）と接触することで、ホルダー２の右方向の移動を拘束する。

このホルダーの拘束効果を十分に発揮するためには、図４に示すように、コモンレール本体側のリング状接合面に形成する溝深さを、１ｍｍ以上とする必要があることが解った。

したがって、本発明では、一次接合の際に前記接合面の水平方向に生じる分力に起因するホルダーの移動を拘束し、一次接合後の接合位置ずれ量ｈをより小さくする高い精度の接合をするために、コモンレール本体側のリング状接合面に、図９に示す溝深さｃが１ｍｍ以上となるようにリング状溝を機械加工するのが好ましい。

なお、溝深さｃが大きくなる程、上記ホルダーの移動を拘束する効果は大きくなるが、一方、溝の深さｃを３ｍｍ超に過度に深くすると、一次接合の際の通電加熱時に溝の壁面へ流れる溶接電流が増加し、接合界面を十分に加熱溶融することができず、健全な接合面を形成するのが困難となる。

したがって、コモンレール本体側のリング状接合面に形成する溝深さｃの上限は３ｍｍとするのが望ましい。

また、図９に示すコモンレール側のリング状接合面に形成する溝の外径ｂをホルダーの外径ｅと同じ大きさにした場合、一次接合の際に、図２の右に示すように、ホルダー２の接合面近傍が、外側にラッパ状に変形し、溝外径ｂ側の側面と接触するため、溝外径ｂ側の側面に流れる電流が集中し、接合界面全体を均一かつ十分に加熱溶融することが困難となる。

このため、接合界面全体を均一かつ十分に加熱溶融し、健全な接合面を形成するために、コモンレール本体１側のリング状接合面に形成する溝の外径ｂは、ホルダーの外径ｅよりも大きくする方が望ましい。

なお、溝の壁面部分に絶縁処理を施し、溝へ電流が流れなくすることは可能であり、その場合、必要に応じて溝の深さｃを深くし、溝の外径ｂをホルダーの外径ｅと同じ大きさにしてもよい。

また、一次接合の際に接合面の水平方向に生じる分力に起因するホルダーの移動を拘束し、一次接合後の接合位置ずれ量ｈをより小さくするためには、図９に示すコモンレール本体１側のリング状接合面に形成する溝の内径ａとホルダー内径ｄとの間隔を小さくする方がよく、その間隔は、５０μｍ以内にすることが好ましい。

本発明の効果を実施例により説明する。

表１に示す記号Ａ、Ｂ２種類の化学成分と融点を有する液相拡散用の非晶質合金箔と、表２に示す化学成分を有する鉄鋼を用いてコモンレールを製造した。

なお、表３及び表４に示すＮｏ.１〜１３は、以下に示すような要領でコモンレールを製造したものである。

図１は、角断面のコモンレール本体１の内部管路３の長手方向中央部の上面に形成された支管４に、別のホルダー２を接合することにより、内部にＴ分岐配管を有するコモンレールを製造する場合の実施例を説明するための模式図である。

なお、図１は、コモンレールの斜視図であり、図２は、接合後のホルダー２の中心軸を通り、コモンレール長手方向に垂直な断面図を示す。

図７に示すように、ホルダー２接合面とコモンレール本体１の接合面とをリング状の非晶質合金箔５を介して突合せた後、ホルダー２及びコモンレール本体１にそれぞれ密着した電極８、９により接合面に電流を流すと同時に、鉛直方向１０に加圧力を負荷した。

なお、加圧力は、ホルダー２のコモンレール本体１と反対側の端面から油圧で作動する応力伝達板（図示せず）を通じて負荷した。その結果、ホルダーの接合面は圧壊して、図２の断面図のように変形し、また、ホルダー２とコモンレール本体１の接合面間に介在させた非晶質合金箔合金箔５は、一度溶融後凝固して合金層を形成するものの、接合時間が極短時間であるために、平均厚みが３μｍの未等温凝固組織、つまり、拡散律速等温凝固が終了していない、いわゆる「ろう付け組織」となっていた。

次に、二次接合として、この接合継ぎ手を、高周波誘導加熱コイル及び抵抗発熱体を有する電気炉で、１１５０℃の再加熱温度に昇温し、所定時間保持することにより、一次接合で形成された接合合金層を等温凝固せしめ、その後、冷却した。

その後、専用の治具を用いて、接合位置ずれ量ｈを測定した。

表３に示すように、本発明の方法により本発明範囲内の条件でコモンレールにホルダーを接合したＮｏ.１〜８は、いずれも接合位置ずれ量ｈが１００μｍ以下であった。

接合面Ｘと電極面Ｙの傾きθが０．０３°以下に加えて、コモンレールの溝深さｃや、ホルダーの中心軸ｆと溶接機電極の中心軸ｉの軸ずれ量ｊが発明範囲内であるＮｏ.４とＮｏ.８では、本発明の相乗効果により、接合位置ずれ量ｈがさらに低減されている。また、継ぎ手強度が母材以上、接合応力付加方向の変形量が５％以下、継ぎ手の最大結晶粒度が５００μｍ以下と微細であり、継ぎ手靭性も良好である。接合部の修正などの後加工をしないまま行った、最大負荷圧力２０００気圧の内圧疲労試験でも、１０⁷回まで燃料の漏れがなく、コモンレールとして使用性能が満足できるものであった。

表４に示すＮｏ.９〜１３は、いずれも何らかの値が本発明の範囲から外れる比較例である。Ｎｏ.９は、いずれの値も本発明の範囲が外れる場合であり、この場合は、接合位置ずれ量ｈが１００μｍを大きく上回っている。

Ｎｏ．１０は、接合面Ｘと電極面Ｙの傾きθが０．０３°以上で、コモンレールに溝がない場合である。この場合、ホルダーには接合面水平方向への応力が生じ、かつ、レールに溝がないためホルダーが移動し、接合位置ずれ量ｈが１００μｍ以上となっている。

Ｎｏ．１１は、接合面Ｘと電極面Ｙの傾きθが０．０３°以上で、レールには深さ１ｍｍ以上の溝が存在するものの、ホルダーの中心軸ｆと溶接機電極の中心軸ｉの軸ずれ量ｊが２５０μｍ以上ある場合である。この場合、ホルダーには大きな水平方向の応力が生じており、かつ、ホルダー接合面近傍はラッパ状に変形しているため、溝があったとしても、ホルダーは水平方向に移動し、接合位置ずれ量ｈが１００μｍ以上となっている。

Ｎｏ．１２とＮｏ．１３は、接合面Ｘと電極面Ｙの傾きθが０．０３°以上で、その他は本発明の範囲内である。この場合、接合面Ｘと電極面Ｙの傾きθによる水平方向の応力しか生じないものの、ホルダー接合面近傍はラッパ状に変形することから、溝の効果は限定的であり、接合位置ずれ量ｈは１００μｍ以上となっている。

これらＮｏ.９〜１３は、継ぎ手強度、接合応力付加方向の変形量、継ぎ手靭性は良好であるが、接合部の修正などの後加工をしないまま、最大負荷圧力２０００気圧の内圧疲労試験を行った結果、１０⁷回以前に燃料に漏れが生じ、全ての試験体で、コモンレールの使用性能を満足することはできなかった。

コモンレールに円筒形のホルダーを接合する場合の実施態様を示す斜視図である。一次接合後のコモンレールとホルダーの内部管路垂直方向からの断面透視図である。一次接合における接合面と電極面の傾きを示すコモンレール内部管路軸方向からの断面透視図である。本発明法の一次接合時の接合面と電極面の傾きθと接合後の接合位置ずれ量ｈとの関係を示す図である。一次接合における溶接熱サイクルによるコモンレールの反り変形様態を示す図である。図５の反り変形を拘束するための専用治具とその実施様態を示す図である。一次接合におけるホルダーの中心軸と溶接機電極の中心軸（溶接機加圧軸）との軸ずれ量ｊを示すコモンレールとホルダーの内部管路垂直方向からの断面透視図である。一次接合時のホルダーの中心軸と溶接機電極の中心軸の軸ずれ量ｊと接合後の接合位置ずれ量ｈとの関係を示す図である。コモンレールの溝形状とホルダーの開先を示すコモンレール内部管路垂直方向からの断面透視図とコモンレール接合面の溝形状を示すホルダー側からの図である。

符号の説明

１コモンレール本体
２ホルダー
３内部管路
４支管
５液相拡散接合用非晶質合金箔
６電極による加圧方向
７接合面の水平方向に生じる分力
８コモンレール変形拘束機構
９抵抗溶接の電極（上下）
１０接合面の垂直方向に生じる分力
１１コモンレール本体側に形成する溝
１３一次接合前のホルダー内面と溝内径側側面との間隔
１４一次接合前のホルダー外面と溝外径側側面との間隔
１５一次接合後のホルダー内面と溝内径側側面との間隔
１６一次接合後のホルダー外面と溝外径側側面との間隔
１７一次接合際に溝外径側側面に流れる溶接電流
ａコモンレール接合面溝の内径
ｂコモンレール接合面溝の外径
ｃコモンレール接合面溝の深さ
ｄホルダーの内径
ｅホルダーの外形
ｆホルダーの中心軸
ｇ配管の中心軸
ｈ接合後の接合位置ずれ量
ｉ溶接機電極の中心軸
ｊホルダーの中心軸と溶接機電極の中心軸との軸ずれ量
ｋコモンレール本体の反り変形量ｋ
Ｘ接合面と平行な面
Ｙ電極面
θ 一次接合時の接合面と電極面の傾き

Claims

コモンレール本体と円筒形ホルダーとのリング状接合面間に非晶質合金箔を介在させ、一次接合として抵抗溶接により溶融圧接して継ぎ手部を形成し、次いで、二次接合として、前記継ぎ手部を非晶質合金箔の融点以上に再加熱した後、保持して、前記継ぎ手部の凝固過程を完了させる液相拡散接合を行い、前記ホルダーを備えたコモンレールを製造する方法において、前記ホルダーのコモンレール本体側と反対側の端面及び前記コモンレール本体のホルダー側と反対側の面に配置した溶接電極と、前記ホルダーと前記コモンレール本体との接合面間に加圧力を負荷する応力付加機構とを備えた抵抗溶接装置により、前記一次接合を行う際に、前記コモンレール側のリング状接合面に、溝深さが１ｍｍ以上となるようにリング状溝を機械加工して前記ホルダーの水平方向の移動を拘束し、コモンレール変形拘束機構を備える専用治具を用いて前記コモンレール本体の円筒形ホルダーの中心軸方向に拘束力を負荷しつつ、前記ホルダーのコモンレール本体側と反対側の端面に配置した溶接電極表面と接合面とがなす角度を０．０３°以下に調整して抵抗溶接を行うことを特徴とするコモンレールの製造方法。