JP4594338B2 - 噴射弁、噴射弁のオリフィスプレートおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体を噴射するためのオリフィスを有するオリフィスプレートおよび該オリフィスプレートを備えた噴射弁に係わり、特に、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁に用いるオリフィスプレートに好適な、優れた表面仕上げ精度および高いアスペクト比のオリフィスを有するオリフィスプレートおよび噴射弁に関する。

内燃機関の燃料噴射弁は、弁（バルブ）の開閉によって適量の流量を制御することが要求される。また、近年増加しているガソリン筒内噴射用燃料噴射弁では、噴射量の制御に加えて、噴霧形状や噴霧方向の制御性に高性能化が要求され、燃料噴射弁の噴射孔（オリフィス）およびオリフィスプレートにおける形状・寸法の高精度化、オリフィスの多孔化および/またはオリフィスの軸線方向（噴射方向）などが重要なポイントとなっている。

例えば、特許文献１（特開平６−１５９１９９号公報）のノズルの製造方法では、オリフィスの下流側となる位置から打抜き加工を行ってオリフィスを得ることにより、オリフィス出口側にバリ等の発生がなく良好な形状を得るとともに、打抜きの際に発生する破断面を成形するため、オリフィス入口部をＲ状に曲面成形してオリフィスの入口側を精度よく加工する製造方法が開示されている。

また、特許文献２（特開２００５−６６６６４号公報）の穿孔プレス装置では、穿孔用のダイを用い（該穿孔用ダイには孔径やダイ上面に対する角度の異なる多数の打ち抜き孔が予めダイ上面に開口するように設けられている）、ダイとパンチの協働により、ダイの上面にセットされる板状ワークに所定の孔径と角度を有する多数の噴射孔を穿孔する燃料噴射弁のインジェクタープレートの製造方法が例示されている。

しかしながら、燃料に強力な旋回力を与える上流旋回式燃料噴射弁の場合（例えば、筒内噴射燃料噴射弁の場合）、特許文献１に記載のノズルのようにオリフィスの入口部を曲面とすると流量がばらつきやすいという問題が考えられる。また、噴射弁ノズルの軸線に対してオリフィスの軸線が傾いている（以下、偏向オリフィスと称す）場合、オリフィス入口部を均一に曲面成形することが困難であることから、オリフィス入口部に破断面が残りやすい。この破断面の残存は、計量精度や噴霧の均質性に関する問題を発生させる可能性がある。また、特許文献２に記載のインジェクタープレートにおいても、打抜き加工の際に発生するバリや破断面は避けられず、同様の問題が生じる。

さらに、偏向オリフィスの加工においては、被加工材（ワーク）に対してパンチが片当たりするため、パンチに曲げ応力が掛かり、パンチが折損しやすい問題がある。この問題は、特に、パンチに超硬材を用いた場合に顕著である。一方、パンチの折損防止を考慮した場合、加工できるオリフィスのアスペクト比（オリフィスの軸長/オリフィス径、または、被加工材の肉厚/オリフィス径）は１程度に限定され、結果として薄板（薄肉材）にしかプレス加工ができない問題が生じる。なお、オリフィスの偏向角度どおりに噴射するためには、オリフィスのアスペクト比として１．５以上が望まれている。

上記のような問題を解決するものとして、特許文献３（特開２００１−９６１９６号公報）のノズルの製造方法がある。特許文献３に開示されている偏向オリフィスの加工方法では、後工程で形成されるオリフィスの軸線と略垂直となる平面を、予めブランクに設けておき、該平面と直角になるように位置決めしてオリフィスを該平面側から押出し加工する。次に、押出し加工により生じた押出し部に対し、オリフィスの上流側から削除するための機械加工を行い、オリフィスを貫通させる。特許文献３に記載の偏向オリフィスの加工方法は、パンチに掛かる曲げ応力が回避されることからパンチの折損が回避され、少なくとも１より大きいアスペクト比を有するオリフィスを形成できることが期待できる。

一方、一般に燃料中にはオイル、添加物、水分等の異物が存在しており、これらが燃料噴射弁（特に、オリフィス）に付着・堆積すると、その堆積物（デポジットと称す）が燃料等の流れを妨げてしまう。また、筒内噴射方式は、吸気管内噴射方式と異なり、噴射弁先端は燃焼室内にあるため、常に燃焼ガスにさらされている。そのため、ススの付着物（これもデポジットと称する）が噴射弁先端（特に、オリフィス）に付着しやすい。従って、燃料噴射弁（特に、オリフィス）を高精度に構成したとしても、このような堆積物の存在により燃料等の流れが妨げられ、燃料噴射弁の機能を発揮できなくなってしまう場合がある。

この問題に対し、特許文献４（特開平１０−１５９６８８号公報）に開示されているような燃料噴射弁がある。特許文献４に開示されている燃料噴射弁では、表面粗さＲzを１ミクロン以下としたその燃料噴射孔表面に、金属アルコキシドとアルコキシル基の一部がフルオロアルキル基で置換されたフルオロアルキル基置換アルコキシドを含む被覆溶液を塗布し焼成した撥液性の被覆膜を設けることにより、デポジット付着抑制機能を向上させられるとしている。

特開平６−１５９１９９号公報 特開２００５−６６６６４号公報 特開２００１−９６１９６号公報 特開平１０−１５９６８８号公報

しかしながら、互いに方向の異なる複数の偏向オリフィスを有する噴射弁ノズルの製造に対し、例えば、特許文献３の方法を適用しようとした場合、次のような問題が生じると考えられる。
（１）ブランク形成において、ノズル先端のような小面積の平板領域に、互いに法線方向の異なる複数の面（オリフィス加工面）を精度良く形成すること自体が高度な技術を要し、コスト高の要因となる。
（２）オリフィス加工時には、オリフィスの軸線とオリフィス加工面（オリフィス出口面）が直角となるように位置合せをする必要がある。そのためには、位置決め用のマークを必要とし、位置決めするための画像認識装置等の高価な設備を必要とするばかりか、位置合せ時間を要し、結果として生産性を悪化させる懸念がある。
（３）平板領域に偏向オリフィスの加工面を形成すると、オリフィス加工部（パンチを押し当てる部分）よりも薄肉の部分が必然的に生じる。特に偏向角度の大きいオリフィスの場合には、押出し加工の際、この薄肉部に応力が集中することでオリフィス加工面の角度がずれて、結果としてオリフィスの偏向角度がずれたり、オリフィス表面が乱れたり（荒れたり）する可能性がある。

一方、筒内噴射式の燃料噴射弁においては、噴射形状や噴射方向を制御するために、近年、偏向オリフィスによる多孔化が求められている。これは、一噴射燃料量を一定と仮定した場合、各オリフィス径が単孔オリフィスの場合よりも必然的に細径化することを意味する。加えて、オリフィスの細径化は、デポジットの付着抑制機能がますます重要になることを意味する。

また、筒内噴射式の燃料噴射弁において、ノズル先端部（すなわちオリフィス近傍）は約20MPaの燃料圧力と約80MPaの燃焼圧力を受けると言われており、燃焼時のデポジット対策がより重要であることが解る。特許文献４に記載の燃料噴射弁は、フルオロアルキル基による撥液性が機能の根幹であることから、高温高圧の燃焼ガスに対する長期安定性（耐久性）に懸念がある。言い換えると、表面仕上げ精度自体の高いオリフィスを形成することが必要不可欠と考えられる。

従って、本発明の目的は、上記のような課題を解決し、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁に用いるオリフィスプレートに好適な、優れた表面仕上げ精度および高いアスペクト比のオリフィスを有するオリフィスプレートおよび該オリフィスプレートを備えた噴射弁を提供することにある。さらには、高性能なオリフィスを有するオリフィスプレートの生産性の高い製造方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁に用いる燃料を噴射するための偏向オリフィスを備えたオリフィスプレートであって、前記オリフィスプレートは、一方の面に凸状の曲面部が設けられており、前記凸状曲面部には局所的な平面部が形成されており、前記平面部には前記平面部に略垂直でアスペクト比が２以上の前記オリフィスが形成されており、前記オリフィスプレートの他方の面には弁体を収容する弁座が形成されており、かつ前記オリフィスプレートのビッカース硬さ（HV）が525以上であり、前記オリフィスの表面の平均粗さR_aが0.1μｍ以下であることを特徴とするオリフィスプレートを提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁に用いる燃料を噴射するための偏向オリフィスを備えたオリフィスプレート用のオリフィスプレート部材であって、前記オリフィスプレート部材は、一方の面に凸状の曲面部が設けられており、前記凸状曲面部には局所的な平面部が形成されており、前記平面部には前記平面部に略垂直でアスペクト比が２以上の前記オリフィスが形成されており、前記オリフィスプレート部材の他方の面には弁体を収容する弁座が形成されており、かつ前記オリフィスプレート部材のビッカース硬さ（HV）が160以上250以下であり、前記オリフィスの表面の平均粗さR_aが0.05μｍ以下であることを特徴とするオリフィスプレート部材を提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係るオリフィスプレートまたはオリフィスプレート部材であって、前記平面部および前記オリフィスが、前記凸状曲面部に複数形成されていることを特徴とするオリフィスプレートまたはオリフィスプレート部材を提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係るオリフィスプレートまたはオリフィスプレート部材であって、前記平面部が、前記凸状曲面部に設けた凹状の底面によって形成されていることを特徴とするオリフィスプレートまたはオリフィスプレート部材を提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、燃料を噴射するための偏向オリフィスを有するオリフィスプレートを備えた筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁において、前記オリフィスプレートは、一方の面に凸状の曲面部が設けられており、前記凸状曲面部には局所的な平面部が形成されており、前記平面部には前記平面部に略垂直でアスペクト比が２以上の前記オリフィスが形成されており、前記オリフィスプレートの他方の面には弁体を収容する弁座が形成されており、かつ前記オリフィスプレートのビッカース硬さ（HV）が525以上であり、前記オリフィスの表面の平均粗さR_aが0.1μｍ以下であることを特徴とする燃料噴射弁を提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁に用いる燃料を噴射するための偏向オリフィスを備えたオリフィスプレート用のオリフィスプレート部材の製造方法であって、前記オリフィスプレート部材の一方の面に凸状の曲面部が形成され、かつ前記オリフィスプレート部材のビッカース硬さ（HV）が160以上250以下に調質されたブランクを準備するブランク加工工程と、前記凸状曲面部に局所的な平面部を形成する平面部加工工程と、前記平面部にオリフィス形成用のパンチを用いて、前記平面部に対して略直角方向に押出し加工または半抜き加工を行うことにより、完成後のオリフィスより長い袋孔状のオリフィス部を形成するオリフィス部加工工程と、前記オリフィスプレート部材の他方の面から、前記押出し加工または半抜き加工により生じた押出し部ならびに前記オリフィス部の未貫通部分を削除する切削加工を行い、前記オリフィスと前記弁座を形成する弁座加工工程を有し、
前記平面部加工工程の後に前記オリフィス部加工工程が行われ、前記オリフィス部加工工程の後に前記弁座加工工程が行われ、かつ少なくとも前記平面部加工工程と前記オリフィス部加工工程が被加工材をチャックしたまま行われることを特徴とするオリフィスプレート部材の製造方法を提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁に用いる燃料を噴射するための偏向オリフィスを備えたオリフィスプレート用のオリフィスプレート部材の製造方法であって、前記オリフィスプレート部材の一方の面に凸状の曲面部が形成され、かつ前記オリフィスプレート部材のビッカース硬さ（HV）が160以上250以下に調質されたブランクを準備するブランク加工工程と、前記凸状曲面部に局所的な平面部を形成する平面部加工工程と、前記平面部にオリフィス形成用のパンチを用いて、前記平面部に対して略直角方向に打抜き加工を行うことにより、完成後のオリフィスより長いオリフィス部を形成するオリフィス部加工工程と、前記オリフィスプレート部材の他方の面から、前記打抜き加工により生じた破断面を削除する切削加工を行い、前記オリフィスと前記弁座を形成する弁座加工工程を有し、
前記平面部加工工程の後に前記オリフィス部加工工程が行われ、前記オリフィス部加工工程の後に前記弁座加工工程が行われ、かつ少なくとも前記平面部加工工程と前記オリフィス部加工工程が被加工材をチャックしたまま行われることを特徴とするオリフィスプレート部材の製造方法を提供する。

本発明によれば、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁に用いるオリフィスプレートに好適な、優れた表面仕上げ精度および高いアスペクト比の偏向オリフィスを有する高性能なオリフィスプレートおよび該オリフィスプレートを備えた噴射弁を提供することができる。また、高性能なオリフィスを有するオリフィスプレートの生産性の高い製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
（燃料噴射弁）
図１は、本発明が適用される燃料噴射弁の全体構成の１例を示す縦断面図である。噴射弁本体１は、コア２、ヨーク３、ハウジング４、可動子５からなる磁気回路、磁気回路を励磁するコイル６、及びコイル６に通電する端子ボビン７から構成されている。コア２とハウジング４の間にはシールリング８が結合され、コイル６に燃料が流入するのを防いでいる。

ハウジング４の内部にはバルブ部品が収納され、可動子５、ノズル９、可動子５のストローク量を調整するリング１０が配置されている。可動子５は、弁体１１と可動コア１２をジョイント１３で結合したものであり、可動コア１２とジョイント１３の間にはパイプ１８と協働して可動子５が閉弁した時のバウンドを抑えるプレート１４を備えている。

外套部材を構成するハウジング４とノズル９は、可動子５の周囲を覆っている。ノズル９の先端には、シート面（弁座）１５ａおよびオリフィス１５１を有するオリフィスプレート１５と、ガイドプレート１６と協働して可動子５を摺動可能にガイドし、かつ燃料に旋回力を与えるスワラー１７とが設けられている。また、コア２の内部には、パイプ１８とプレート１４を介して弁体１１をシート面１５ａに押圧するスプリング１９、スプリング１９の押圧荷重を調整するアジャスタ２０、および外部からの異物の進入を防ぐフィルター２１が配置されている。

次に、上記噴射弁本体１の動作について説明する。コイル６に通電すると、可動子５がスプリング１９の付勢力に抗してコア２の方向に吸引され、可動子５の先端の弁シート部１１ａとシート面１５ａとの間に隙間ができる（開弁状態）。加圧されている燃料はまずコア２、アジャスタ２０、パイプ１８から可動子５内の燃料通路１３ａ経てノズル９内に入る。次にガイドプレート１６の燃料通路１６ａ、ノズルの燃料通路９ａから、スワラー１７の燃料通路１７ａに入り、スワラー１７の旋回溝１７ｂによって旋回力を与えられる。旋回力を与えられた燃料は弁シート部１１ａとシート面１５ａの隙間からオリフィス１５１を経て噴射される。一方、コイル６の電流を遮断した場合には、可動子５の弁シート部１１ａがスプリング１９の力でシート面１５ａに当接し、閉弁状態となる。

以上述べたような構成からなる噴射弁本体１のオリフィスプレート１５が、本発明の適用対象となる。以下、その構成および製造方法について説明する。

〔本発明の第１の実施の形態〕
（オリフィスプレートの構成）
本実施の形態におけるオリフィスプレートは、一方の面に凸状の曲面部が設けられており、前記凸状曲面部には局所的な平面部が形成されており、前記平面部には前記平面部に略垂直でアスペクト比が２以上の前記オリフィスが形成されており、前記オリフィスプレートの他方の面には弁体を収容する弁座が形成されており、かつ前記オリフィスプレートのビッカース硬さ（HV）が525以上であり、前記オリフィスの表面の平均粗さR_aが0.1μｍ以下であることを特徴とする。

図２は、本実施の形態に係るオリフィスプレートの概略を示す模式図である（図２（a）：斜視図、図２（b）：Ｙ１軸に沿った断面図）。なお、第１の実施の形態の説明においては、説明を簡単化するために単孔タイプのオリフィスプレートを例示したが、要点が同じであれば、多孔タイプのそれでもよい。

オリフィスプレート３５は一方の面に凸状の曲面部３１を有し、凸状曲面部３１に局所的な平面部３３が形成され、平面部３３には平面部３３と略垂直でアスペクト比が２以上の偏向オリフィス３５１が形成されている。また、オリフィスプレート３５の他方の面には、偏向オリフィス３５１に通じるように略円錐状のシート面（弁座）３５ａが形成されている。

また、オリフィスのアスペクト比に関して、詳細には燃料噴射の設計に依存するが、オリフィスの偏向角度どおりに噴射するためのアスペクト比は２以上が望ましい。より望ましくは２以上４以下であり、更に望ましくは２．１以上３以下である。

図２（a）に示すように、偏向オリフィス３５１の位置は平面部３３内にあればよく、オリフィスプレート３５の中心線（Ｘ１、Ｙ１軸）および/または平面部３３の中心線（Ｘ２、Ｙ２軸）から偏芯していても問題は無い。なお、マーカー３０は、噴射弁組み立て作業におけるオリフィスプレートの取り付け向きを示すものであり、その形状や形成位置に特段の限定は無い。

上記に加えて、オリフィスプレート３５は、そのビッカース硬さ（HV）が525以上であることが望ましい。ビッカース硬さ（HV）が525より小さいと、内燃機関の筒内に露出するオリフィスプレート３５の機械的な耐久性が低下する。より望ましくは535以上であり、更に望ましくは545以上である。なお、オリフィスプレートの破壊靱性を考慮すると、ビッカース硬さ（HV）の上限は、635以下であることが望ましい。より望ましくは625以下であり、更に望ましくは615以下である。

さらに、偏向オリフィス３５１の表面の平均粗さR_aは、0.1μｍ以下であることが望ましい。平均粗さR_aが0.1μｍより大きくなると、デポジットが付着・堆積しやすくなり、噴射弁としての機能が低下する要因となる。より望ましくは平均粗さR_aが0.08μｍ以下であり、更に望ましくは0.06μｍ以下である。また、偏向オリフィス３５１の表面粗さを十点平均粗さR_zで表すと、0.4μｍ以下が望ましく、0.3μｍ以下がより望ましく、0.2μｍ以下が更に望ましい。また、偏向オリフィス３５１の表面粗さを最大高さR_maxで表すと、0.5μｍ以下が望ましく、0.4μｍ以下がより望ましく、0.3μｍ以下が更に望ましい。なお、R_a、R_z、R_maxは、JIS B 0601に準拠するものとする。

以上のようにすることで、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁に用いるオリフィスプレートに好適な、優れた表面仕上げ精度および高いアスペクト比の偏向オリフィスを有するオリフィスプレートを得ることができる。また、オリフィスの出口面がオリフィスの軸線と略直角となるため、燃料の噴射タイミングがオリフィス全周で略同一となり、噴霧の均質性を向上させることができる。

（オリフィスプレートの製造方法）
図３は、本発明のオリフィスプレートの製造工程の例を示すフロー図である。また、図４は、第１の実施の形態に係る代表的な工程における断面模式図である（図４（a）：マーカー加工工程、図４（b）：平面部加工工程、図４（c）：オリフィス部加工工程）。

まず、一方の面に凸状の曲面部を設け、かつビッカース硬さ（HV）を160以上250以下に調質したブランクを作製する（ブランク加工工程）。ブランクの作製方法に特段の制限は無く、切削加工、プレス加工、鍛造加工など通常の金属加工方法を用いることができる。上記ビッカース硬さ（HV）に関する詳細な説明は後述する。

図４（a）はマーカー加工工程を表した断面模式図である。用意した上記ブランク（または被加工材）３４を加工用受け（ダイ）４０の上面に設置し、コレットチャック８３で保持・固定する。その後、ブランク３４を保持したままマーカー加工ツール４１のマーカー加工部４１ａで押圧し、マーカー３０を加工する。マーカー３０の加工は、プレス加工のほか、切削加工（例えば、ドリル加工）によるものでもよい。

図４（b）は平面部加工工程を表した断面模式図である。被加工材３４を前工程（例えば、マーカー加工工程）からコレットチャック８３で保持したままの状態で、凸状曲面部３１に平面部加工ツール４３の平面加工部４３ａを押圧し、所定の位置に平面部３３を加工する。平面部３３の加工は、プレス加工のほか、切削加工や研削加工によるものでもよい。

図４（c）はオリフィス部加工工程を表した断面模式図である。被加工材３４を平面部加工工程からコレットチャック８３で保持したままの状態で、平面部３３にオリフィス加工ツール４５の切刃部４５ａを略直角に押圧し、オリフィス部３５２を袋穴状に押出し加工する。このとき、所定のオリフィス長さよりも長く押出し加工または半抜き加工することが望ましい。オリフィス部加工をプレス加工で行うことにより、オリフィスの下流側端面がエッジ形状で、表面状態が全せん断面となるオリフィス部３５２を成形することができる。

被加工材３４は前工程からコレットチャック８３で保持され続けた状態にあるため、マーカー３０を基準として、平面部３３及びオリフィス部３５２を位置精度良く加工することができる。なお、上記説明では、「マーカー加工工程」→「平面部加工工程」→「オリフィス部加工工程」の順に説明したが、被加工材がコレットチャック８３で保持され続けた状態にある限り、「マーカー加工工程」の順序に制限は無い。例えば、「平面部加工工程」→「オリフィス部加工工程」の後に「マーカー加工工程」を行ってもよい。

次に、オリフィス３５１を貫通させるために、押出し加工により生じた押出し部３５ｂを、オリフィスプレートの他方の面（オリフィスの上流側）から削除し、シート面（弁座）３５ａを形成するための切削加工を行う（弁座加工工程）。このとき、弁座３５ａの加工と同時にオリフィス３５１を貫通させるような寸法関係・作業方法とすることが作業効率の点でより好ましい。以上の工程により、後述するオリフィスプレート部材が製造される。

なお、「オリフィス部加工工程」において、所定のオリフィス長さよりも長いオリフィス部３５２の加工は、打抜き加工によるものでもよい。この場合、オリフィス部３５２の打抜き出口近傍（平面部と反対側の面）に、表面状態が破断面となる領域が形成されるが、後工程の「弁座加工工程」において該破断面領域を削除することにより、押出し加工による場合と同様のオリフィスプレート部材が製造できる。

図５は、オリフィスプレート部材の加工装置の構成例を示した模式図である。加工装置本体８０は、Ｘ方向（紙面の水平方向）に移動可能なＸ軸８７およびＹ方向（紙面に垂直方向）に移動可能なＹ軸８８上に設置されたステージ８９と、Ｚ方向（紙面の垂直方向）に移動可能なＺ軸８１上に設置された昇降機構８２と、加工ツールを交換する機構であるツールチェンジャ９０を有している。ブランクまたは被加工材（図示せず）を保持・固定するコレットチャック８３は、Ａ方向に揺動可能なＡ軸８４上およびＣ方向に回転可能なＣ軸８５上に設置された回転機構８６に固定され、回転機構８６は、ステージ８９上に固定されている。また、各種加工ツール（例えば、マーカー加工ツール４１、平面部加工ツール４３、オリフィス加工ツール４５）は、ツールホルダ９１に強固に固定され、ツールホルダ９１と共に昇降機構８２に保持されてＺ方向に昇降する。

上記のような加工装置を用いることにより、互いに異なる方向に偏向したオリフィスを一台の加工装置で加工することができる。なお、ステージ８９、回転機構８６、昇降機構８２およびツールチェンジャ９０は、プログラミングによる数値制御（ＮＣ）で連動することが望ましい。

次に、オリフィスプレートのビッカース硬さ（HV）を525以上にするために、焼入れ硬化工程を行う。このときの熱処理条件としては、例えば、材質としてSUS420J2を用いた場合、窒素雰囲気中1010〜1030℃で1時間保持後、室温まで窒素冷却する熱処理が挙げられる。

次に、シート面（弁座）３５ａの仕上げ加工を行う（弁座仕上げ加工工程）。このとき、弁座を研削加工すると、オリフィスの入口部はより安定したシャープエッジとなり、流量係数の極めて安定した形状が得られる。また、必要に応じて、オリフィス入口部のバリ取り加工を行うことは、より好ましい。以上の工程により、図２に示したようなオリフィスプレート３５を得ることができる。

〔本発明の第２の実施の形態〕
（オリフィスプレートの構成）
本実施の形態におけるオリフィスプレートは、第１の実施の形態に加えて、平面部が凸状曲面部に設けた凹状の底面によって形成されていることを特徴とする。

図６は、本実施の形態に係るオリフィスプレートの概略を示す模式図である（図６（a）：斜視図、図６（b）：ＡＡ軸に沿った断面図）。オリフィスプレート５５は一方の面（例えば、オリフィスの下流側）が凹状になっており、内壁面５６の底面となる内底面５７に凸状の曲面部５１が形成されている。また、凸状曲面部５１に局所的な平面部５３が形成され、該平面部には各平面部と略垂直でアスペクト比が２以上の偏向オリフィス５５１が形成されている。さらに、オリフィスプレート５５の他方の面には、各オリフィスに通じるように略円錐状のシート面（弁座）５５ａが形成されている。

なお、第１の実施の形態と共通する構成に関する詳細な説明は、重複を避けるために省略する。

各々のオリフィス５５１はそれぞれ異なる方向に開口しており、局所的な平面部５３は凸状曲面部５１に対して設けた凹状の底面によって形成されている。ここで、噴射弁における噴霧形状の設計上、オリフィス５５１の長さを異なる長さに設定する場合には、凹状の底面平面部５３の深さを適宜変更すればよい。このように、オリフィスの下流側となる凸状曲面部にオリフィスの軸線と略直角となる凹状の底面平面部を設け、凹状の底面平面部の深さを変えることによりオリフィスの長さを変えることができ、噴霧形状を最適化することが可能となる。

（オリフィスプレートの製造方法）
図７〜９を用いて、オリフィスプレート５５の製造方法の概略を説明する。図７は、マーカー加工工程を表した断面模式図である。図８は、平面部加工工程を表した断面模式図である。図９は、オリフィス部加工工程を表した断面模式図である。

まず、オリフィスの下流側が凹状になっており、内壁面の底面となる内底面に凸状の曲面部を設け、かつビッカース硬さ（HV）を160以上250以下に調質したブランクを作製する（ブランク加工工程）。ブランクの作製方法に特段の制限は無く、切削加工、プレス加工、鍛造加工など通常の金属加工方法を用いることができる。なお、ブランク５４において、凸状曲面部５１の裏面側に逃げ部５１ａを形成する場合がある。ブランクに逃げ部５１ａを設けることで凸状曲面部５１の板厚が薄くなり、平面部やオリフィス部の加工における材料流れが容易になることから、平面部やオリフィス部の加工応力を低減することができる。また、上記ビッカース硬さ（HV）に関する詳細な説明は後述する。

図７に示すように、用意した上記ブランク（または被加工材）５４を加工用受け（ダイ）４０の上面に設置し、コレットチャック８３で保持・固定する。その後、ブランク５４を保持したままマーカー加工ツール１０１のマーカー加工部１０１ａで押圧し、マーカー５０を加工する。マーカー７０の加工は、プレス加工のほか、切削加工（例えば、ドリル加工）によるものでもよい。なお、前述と同様に、被加工材がコレットチャック８３で保持され続けた状態にある限り、「マーカー加工工程」の順序に制限は無い。

図８に示すように、被加工材５４を前工程（例えば、マーカー加工工程）からコレットチャック８３で保持したままの状態で、凸状曲面部５１に平面部加工ツール１０３の切刃部１０３ａを押圧し、所定の位置に凹状の底面による平面部５３を加工する。このとき、必要とされるオリフィス長さに応じて、凹状の底面平面部の深さを制御する。また、凹状の底面平面部の加工は、プレス加工のほか、切削加工や研削加工によるものでもよい。

次に、図９に示すように、被加工材５４を平面部加工工程からコレットチャック８３で保持したままの状態で、凹状の底面平面部５３にオリフィス加工ツール１０３の切刃部１０３ａを略直角に押圧し、オリフィス部５５２を袋穴状に押出し加工する。このとき、所定のオリフィス長さよりも長く押出し加工または半抜き加工することが望ましい。オリフィス部加工をプレス加工で行うことにより、オリフィスの下流側端面がエッジ形状で、表面状態が全せん断面となるオリフィス部５５２を成形することができる。

次に、オリフィス５５１を貫通させるために、押出し加工により生じた押出し部５５ｂを、オリフィスプレートの他方の面（オリフィスの上流側）から削除し、シート面（弁座）５５ａを形成するための切削加工を行う（弁座加工工程）。以上の工程により、後述するオリフィスプレート部材が製造される。

なお、「オリフィス部加工工程」において、所定のオリフィス長さよりも長いオリフィス部５５２の加工は、打抜き加工によるものでもよい。この場合、オリフィス部５５２の打抜き出口近傍（平面部と反対側の面）に、表面状態が破断面となる領域が形成されるが、後工程の「弁座加工工程」において該破断面領域を削除することにより、押出し加工による場合と同様のオリフィスプレート部材が製造できる。

次に、第１の実施の形態と同様に、「焼入れ硬化工程」と「弁座仕上げ加工工程」を施すことにより、図６に示したようなオリフィスプレート５５を得ることができる。

〔本発明の第３の実施の形態〕
（オリフィスプレート部材の構成）
本実施の形態におけるオリフィスプレート部材は、一方の面に凸状の曲面部が設けられており、前記凸状曲面部には局所的な平面部が形成されており、前記平面部には前記平面部に略垂直でアスペクト比が２以上の前記オリフィスが形成されており、前記オリフィスプレート部材の他方の面には弁体を収容する弁座が形成されており、かつ前記オリフィスプレート部材のビッカース硬さ（HV）が160以上250以下であり、前記オリフィスの表面の平均粗さR_aが0.05μｍ以下であることを特徴とする。

本実施の形態に係るオリフィスプレート部材は、そのビッカース硬さ（HV）が160以上250以下であることが望ましい。オリフィスプレート部材のビッカース硬さ（HV）が160より小さいと、焼入れ硬化工程を行ってもオリフィスプレートとして望ましい硬さが得られない。一方、ビッカース硬さ（HV）が250より大きいと、オリフィス加工ツールの切刃部の劣化（磨耗）が進行しやすく、オリフィス加工ツールの寿命が短くなり、結果としてコスト高の要因となる。より望ましくは170以上230以下であり、更に望ましくは180以上220以下である。

なお、本発明のオリフィスプレート部材の素材としては、マルテンサイト系ステンレス鋼（例えば、SUS420J2など）が好適に用いられる。上記の硬さに調質することで、アスペクト比が２以上の細長いオリフィスを安定して加工することができる。

さらに、オリフィスプレート部材における偏向オリフィスの表面の平均粗さR_aは、0.05μｍ以下であることが望ましい。平均粗さR_aが0.05μｍより大きくなると、該部材に焼入れ処理等を施した際に偏向オリフィスの表面の平均粗さが大きくなり（例えば、0.1μｍ以上）、結果としてデポジットが付着・堆積しやすいオリフィスプレートになる。より望ましくは平均粗さR_aが0.04μｍ以下であり、更に望ましくは0.03μｍ以下である。また、該部材の偏向オリフィスの表面粗さを十点平均粗さR_zで表すと、0.2μｍ以下が望ましく、0.15μｍ以下がより望ましく、0.1μｍ以下が更に望ましい。また、該部材の偏向オリフィスの表面粗さを最大高さR_maxで表すと、0.25μｍ以下が望ましく、0.2μｍ以下がより望ましく、0.15μｍ以下が更に望ましい。なお、R_a、R_z、R_maxは、JIS B 0601に準拠するものとする。

上記のようなオリフィスプレート部材は、前述したオリフィスプレートの製造方法と同様の手順で作製できる。また、上記のようなオリフィスプレート部材に硬化処理（例えば、焼入れ熱処理）を施すことで、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁に用いるオリフィスプレートに好適な、優れた表面仕上げ精度および高いアスペクト比の偏向オリフィスを有するオリフィスプレートを得ることができる。

〔実施の形態の効果〕
上記の本発明の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）凸状曲面部にオリフィスの軸線と略直角となる平面部を設け、平面部に対し略直角にオリフィスをプレス加工することにより、パンチ（オリフィス加工ツール）への曲げ応力を抑制でき、パンチの折損を防止しながらアスペクト比が２以上の細長い偏向オリフィスを安定して加工することができる。
（２）オリフィス部加工をプレス加工で行うことにより、オリフィスの下流側端面がエッジ形状で、かつ優れた表面仕上げ精度を有する偏向オリフィスを成形することができる。
（３）オリフィスの出口面がオリフィスの軸線と略直角となるため、偏向オリフィスにおいても燃料の噴射タイミングがオリフィス全周で略同一となり、噴霧の均質性を向上させることができる。
（４）オリフィスの下流側となる凸状曲面部にオリフィスの軸線と略直角となる凹状の平面部を設け、凹状の平面部の深さを変えることによりオリフィスの長さを変えることができ、噴霧形状を最適化することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明はこれに限られることなく、発明の技術的思想の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記の説明では、平面部が形成される領域を凸状の曲面部として説明したが、全体として凸状であればよく、局所的に凹凸な領域が存在してもよい。

また、本発明の噴射弁は、燃料以外の液体、例えば、水，油，インク等にも適用可能である。

本発明が適用される燃料噴射弁の全体構成の１例を示す縦断面図である。 第１の実施の形態に係るオリフィスプレートの概略を示す模式図である（図２（a）：斜視図、図２（b）：Ｙ１軸に沿った断面図）。 本発明のオリフィスプレートの製造工程の例を示すフロー図である。 第１の実施の形態に係る代表的な工程における断面模式図である（図４（a）：マーカー加工工程、図４（b）：平面部加工工程、図４（c）：オリフィス部加工工程）。 オリフィスプレート部材の加工装置の構成例を示した模式図である。 第２の実施の形態に係るオリフィスプレートの概略を示す模式図である（図６（a）：斜視図、図６（b）：ＡＡ軸に沿った断面図）。 マーカー加工工程を表した断面模式図である。 平面部加工工程を表した断面模式図である。 オリフィス部加工工程を表した断面模式図である。

符号の説明

１…噴射弁本体、２…コア、３…ヨーク、４…ハウジング、５…可動子、６…コイル、７…端子ボビン、８…シールリング、９…ノズル、９ａ…燃料通路、１０…リング、１１…弁体、１１ａ…弁シート部、１２…可動コア、１３…ジョイント、１３ａ…燃料通路、１４…プレート、１５…オリフィスプレート、１５ａ…シート面（弁座）、１６…ガイドプレート、１６ａ…燃料通路、１７…スワラー、１７ａ…燃料通路、１７ｂ…旋回溝、１８…パイプ、１９…スプリング、２０…アジャスタ、２１…フィルター、３０…マーカー、３１…凸状曲面部、３３…平面部、３４…ブランク（または被加工材）、３５…オリフィスプレート、３５ａ…シート面（弁座）、３５ｂ…押出し部、４０…加工用受け（ダイ）、４１…マーカー加工ツール、４１ａ…マーカー加工部、４３…平面部加工ツール、４３ａ…平面加工部、４５…オリフィス加工ツール、４５ａ…切刃部、５０…マーカー、５１…凸状曲面部、５１ａ…逃げ部、５３…平面部、５４…ブランク（または被加工材）、５５…オリフィスプレート、５５ａ…シート面（弁座）、５５ｂ…押出し部、５６…内壁面、５７…内底面、８０…加工装置本体、８１…Ｚ軸、８２…昇降機構、８３…コレットチャック、８４…Ａ軸、８５…Ｃ軸、８６…回転機構、８７…Ｘ軸、８８…Ｙ軸、８９…ステージ、９０…ツールチェンジャ、９１…ツールホルダ、１０１…マーカー加工ツール、１０１ａ…マーカー加工部、１０３…平面部加工ツール、１０３ａ…平面加工部、１０５…オリフィス加工ツール、１０５ａ…切刃部、１５１…オリフィス、３５１…偏向オリフィス、３５２…オリフィス部、５５１…偏向オリフィス、５５２…オリフィス部。

Claims (8)

1. 筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁に用いる燃料を噴射するためのオリフィスを備えたオリフィスプレートであって、
   前記オリフィスはその軸線が前記燃料噴射弁のノズルの軸線に対して傾いている偏向オリフィスであり、
   前記オリフィスプレートの一方の面には凸状の曲面部が設けられており、
   前記凸状曲面部には凹状の底面平面部がプレス加工により複数形成され前記複数の底面平面部の法線方向は前記燃料噴射弁のノズルの軸線に対して傾きかつ互いに方向が異なっており、
   前記複数の底面平面部のそれぞれには該底面平面部の法線方向と平行でアスペクト比が２以上の前記偏向オリフィスがプレス加工により形成されており、
   前記オリフィスプレートの他方の面には弁体を収容する弁座が形成されており、
   かつ前記オリフィスプレートのビッカース硬さ（HV）が525以上635以下であり、
   前記オリフィスの表面は平均粗さR_aが0.1μｍ以下で焼入れ熱処理が施された全剪断面であることを特徴とするオリフィスプレート。
2. 請求項１に記載のオリフィスプレートであって、
   前記複数の底面平面部のうちの少なくとも１つの深さが他の底面平面部の深さと異なっていることを特徴とするオリフィスプレート。
3. 筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁に用いる燃料を噴射するためのオリフィスを備えたオリフィスプレート用のオリフィスプレート部材であって、
   前記オリフィスはその軸線が前記燃料噴射弁のノズルの軸線に対して傾いている偏向オリフィスであり、
   前記オリフィスプレート部材の一方の面には凸状の曲面部が設けられており、
   前記凸状曲面部には凹状の底面平面部がプレス加工により複数形成され前記複数の底面平面部の法線方向は前記燃料噴射弁のノズルの軸線に対して傾きかつ互いに方向が異なっており、
   前記複数の底面平面部のそれぞれには該底面平面部の法線方向と平行でアスペクト比が２以上の前記偏向オリフィスがプレス加工により形成されており、
   前記オリフィスプレート部材の他方の面には弁体を収容する弁座が形成されており、
   かつ前記オリフィスプレート部材のビッカース硬さ（HV）が160以上250以下であり、
   前記オリフィスの表面は平均粗さR_aが0.05μｍ以下の全剪断面であることを特徴とするオリフィスプレート部材。
4. 請求項３に記載のオリフィスプレート部材であって、
   前記複数の底面平面部のうちの少なくとも１つの深さが他の底面平面部の深さと異なっていることを特徴とするオリフィスプレート部材。
5. 燃料を噴射するためのオリフィスを有するオリフィスプレートを備えた筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁において、
   前記オリフィスはその軸線が前記燃料噴射弁のノズルの軸線に対して傾いている偏向オリフィスであり、
   前記オリフィスプレートの一方の面には凸状の曲面部が設けられており、
   前記凸状曲面部には凹状の底面平面部がプレス加工により複数形成され前記複数の底面平面部の法線方向は前記燃料噴射弁のノズルの軸線に対して傾きかつ互いに方向が異なっており、
   前記複数の底面平面部のそれぞれには該底面平面部の法線方向と平行でアスペクト比が２以上の前記偏向オリフィスがプレス加工により形成されており、
   前記オリフィスプレートの他方の面には弁体を収容する弁座が形成されており、
   かつ前記オリフィスプレートのビッカース硬さ（HV）が525以上635以下であり、
   前記オリフィスの表面は平均粗さR_aが0.1μｍ以下で焼入れ熱処理が施された全剪断面であることを特徴とする燃料噴射弁。
6. 請求項５に記載の燃料噴射弁であって、
   前記複数の底面平面部のうちの少なくとも１つの深さが他の底面平面部の深さと異なっていることを特徴とする燃料噴射弁。
7. 筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁に用いる燃料を噴射するためのオリフィスを複数備え前記オリフィスの軸線が前記燃料噴射弁のノズルの軸線に対して傾いている偏向オリフィスであるオリフィスプレート用のオリフィスプレート部材の製造方法であって、
   前記オリフィスプレート部材の一方の面に凸状の曲面部が形成され、かつ前記オリフィスプレート部材のビッカース硬さ（HV）が160以上250以下に調質されたブランクを準備するブランク加工工程と、
   平面の法線方向が前記燃料噴射弁のノズルの軸線に対して傾いている凹状の底面平面部を底面平面部形成用のパンチを用いたプレス加工によって前記凸状曲面部に形成する底面平面部加工工程と、
   前記底面平面部にオリフィス形成用のパンチを用いて、前記底面平面部に対して直角方向に押出しまたは半抜きのプレス加工を行うことにより、完成後のオリフィスより長い袋孔状のオリフィス部を形成するオリフィス部加工工程と、
   前記オリフィスプレート部材の他方の面から、前記押出し加工または半抜き加工により生じた押出し部ならびに前記オリフィス部の未貫通部分を削除する切削加工を行い、前記オリフィスと前記弁座を形成する弁座加工工程とを有し、
   前記底面平面部加工工程の後に前記オリフィス部加工工程が行われることで複数のオリフィス部が形成され、前記複数のオリフィス部を形成した後に前記弁座加工工程が行われ、かつ少なくとも前記底面平面部加工工程と前記オリフィス部加工工程とが被加工材をチャックしたまま行われることを特徴とするオリフィスプレート部材の製造方法。
8. 筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁に用いる燃料を噴射するためのオリフィスを複数備え前記オリフィスの軸線が前記燃料噴射弁のノズルの軸線に対して傾いている偏向オリフィスであるオリフィスプレート用のオリフィスプレート部材の製造方法であって、
   前記オリフィスプレート部材の一方の面に凸状の曲面部が形成され、かつ前記オリフィスプレート部材のビッカース硬さ（HV）が160以上250以下に調質されたブランクを準備するブランク加工工程と、
   平面の法線方向が前記燃料噴射弁のノズルの軸線に対して傾いている凹状の底面平面部を底面平面部形成用のパンチを用いたプレス加工によって前記凸状曲面部に形成する底面平面部加工工程と、
   前記底面平面部にオリフィス形成用のパンチを用いて、前記底面平面部に対して直角方向に打抜きプレス加工を行うことにより、完成後のオリフィスより長いオリフィス部を形成するオリフィス部加工工程と、
   前記オリフィスプレート部材の他方の面から、前記打抜き加工により生じた破断面を削除する切削加工を行い、前記オリフィスと前記弁座を形成する弁座加工工程とを有し、
   前記底面平面部加工工程の後に前記オリフィス部加工工程が行われることで複数のオリフィス部が形成され、前記複数のオリフィス部を形成した後に前記弁座加工工程が行われ、かつ少なくとも前記底面平面部加工工程と前記オリフィス部加工工程とが被加工材をチャックしたまま行われることを特徴とするオリフィスプレート部材の製造方法。

Images