JP5298048B2 - オリフィス加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の内燃機関に用いられる燃料噴射弁における燃料噴射孔となる複数のオリフィスをオリフィスプレートに対してプレス加工により歩留まり良く精巧に形成するためのオリフィス加工方法に関する。

従来、オリフィスプレートに対してプレス加工により複数のオリフィスを形成する場合、オリフィスプレートの一面側に形成された凹み開口部の底部から凸状に隆起する形状の曲面部に対して、燃料噴射弁の中心軸線からの傾斜角度が異なる複数の凹部をプレス加工により形成した後、各凹部の底面部に対してそれぞれプレス加工に基づいて開口して略同芯状に複数のオリフィスの基本形状を形成する手法が汎用的である。尚、各オリフィス自体は、オリフィスプレートにおける曲面部の他面側（プレス加工前は一面側と略同芯状の形状となっている）を略円錐状に削除加工してシート面（弁座）を形成したときに上流側が開口され、貫通するように形成されるものである。

このようなオリフィスプレートの曲面部に対してプレス加工に基づいてオリフィスを形成するための周知技術としては、例えば一方向又は多方向に偏向したオリフィスを容易に加工できるように、オリフィスプレートの一方の面の球面部に平面部を形成し、その平面部にオリフィスを形成すべく、オリフィスの形成に要する初期的な凹部を形成するためのパンチ曲げ低減機能と凹部に対するオリフィス長の調整機能とを持たせた「噴射弁及びオリフィスの加工方法」（特許文献１参照）、更に、この特許文献１の場合と同様なオリフィスを加工するため、凹部についてはオリフィスを開口する第２の凹部と、これよりも径が大きくて曲面部に開口する第１の凹部との２段構成とし、第１の凹部の形成にパンチ曲げ低減機能を持たせ、第２の凹部の形成にオリフィス長の調整機能を持たせた「噴射弁及びオリフィスの加工方法」（特許文献２参照）等が挙げられる。

特開２００７−７７８４３号公報 特開２００８−１０１４９９号公報

上述した特許文献１や特許文献２に係るオリフィスプレートの曲面部に対するプレス加工に基づくオリフィスの形成技術は、オリフィスや凹部を加工形成する途中でオリフィスプレート部材の強度が小さくなると、他のオリフィスや凹部を加工形成するときにプレス加工の塑性流動により隣接するオリフィスや凹部を変形させることが配慮されていないため、オリフィスの数が増えて隣接するもの同士の間隔が狭くなる程、プレス加工の難しさが増すことになり、結果として規格された寸法のオリフィスプレートの曲面部に対するオリフィスの設計自由度（穴数、傾斜角度、間隔等）が制限されてしまうという問題がある。

特に、燃料噴射弁の中心軸線に対するオリフィスの傾斜角度をオリフィス毎に異ならせ、オリフィスを所望の方向へと指向性を持たせようとすると、特定の凹部間、或いは凹部及びオリフィス間で間隔距離が小さくなり、プレス加工時に凹部同士、或いは凹部とオリフィスとが変形し易くなる。このように凹部やオリフィスが変形すると、噴霧の狙い位置である噴射方向のずれた構造となってしまうため、不具合になる。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、プレス加工によりオリフィスプレートに複数のオリフィスを形成するときに隣接するもの同士の間隔が非常に狭くても、極力変形を抑制して歩留まり良く精巧にオリフィスを形成し得るオリフィス加工方法を提供することにある。

上記技術的課題を達成するために、本発明のオリフィス加工方法の１つは、オリフィスプレートに対して燃料噴射弁の中心軸線からの傾斜角度が異なるように複数のオリフィスをプレス加工に基づいて形成するオリフィス加工方法において、複数のオリフィスのうちの隣り合うもの同士の下流側の最小肉厚Ｌｍｉｎと口径の寸法Ｄとの間に０．２５Ｄ≦Ｌｍｉｎ＜０．５Ｄの関係がる場合、一方のオリフィス形成位置に対してパンチ押込み深さＹと口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるようにオリフィスの一部分を形成する第１のプレス工程と、他方のオリフィス形成位置に対してパンチ押込み深さＹと口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるようにオリフィスの一部分を形成する第２のプレス工程と、を振り分けて複数回繰り返して実施し、当該複数のオリフィスのうちの隣り合うものの基本形状を形成することを特徴とする。

このオリフィス加工方法において、第１のプレス工程及び第２のプレス工程は、オリフィスプレートのブランクをチャックした後に当該チャックを解除せずに継続して行うこと、更にオリフィスプレートのブランクは、炭素量が０.２５％以上のマルテンサイト系ステンレス鋼であり、焼入れ後の硬さがＨＲＣ５２以上であること、はそれぞれ好ましい。

また、本発明のオリフィス加工方法のもう１つは、一面側に形成された凹み開口部の底部から凸状に隆起する形状の曲面部を有するオリフィスプレートにおける当該曲面部に対して燃料噴射弁の中心軸線からの傾斜角度が異なる複数の凹部をプレス加工により形成すると共に、当該複数の凹部の底面部に対してそれぞれ当該プレス加工に基づいて開口して略同芯状に複数のオリフィスの基本形状を形成するオリフィス加工方法において、複数の凹部のうちの隣り合うもの同士の下流側の最小肉厚Ｌｍｉｎと口径の寸法Ｄとの間に０．２５Ｄ≦Ｌｍｉｎ＜０．５Ｄの関係がある場合、一方の凹部形成位置に対してパンチ押込み深さＹと口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるように凹部の一部分を形成する第１のプレス工程と、他方の凹部形成位置に対してパンチ押込み深さＹと口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるように凹部の一部分を形成する第２のプレス工程と、を振り分けて複数回繰り返して実施し、当該複数の凹部のうちの隣り合うものを形成する手順を有することを特徴とする。

上記オリフィス加工方法において、第１のプレス工程及び第２のプレス工程を振り分けて繰り返して複数のオリフィスの形成に要する複数の凹部をプレス加工により全て形成した後、当該複数の凹部の底面部に対してそれぞれ開口して形成される複数のオリフィスのうちの隣り合うもの同士の下流側の最小肉厚Ｌｍｉｎと口径の寸法Ｄとの間に０．２５Ｄ≦Ｌｍｉｎ＜０．５Ｄの関係がある場合、一方のオリフィス形成位置に対してパンチ押込み深さＹと口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるようにオリフィスの一部分を形成する第３のプレス工程と、他方のオリフィス形成位置に対してパンチ押込み深さＹと口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるようにオリフィスの一部分を形成する第４のプレス工程と、を振り分けて複数回繰り返して実施し、当該複数のオリフィスのうちの隣り合うものの基本形状を形成する手順を有することは好ましい。

また、上記何れかのオリフィス加工方法において、オリフィスプレートにおける曲面部は、球面形状であることは好ましい。

更に、上記何れかのオリフィス加工方法において、第１のプレス工程及び第２のプレス工程と第３のプレス工程及び第４のプレス工程とは、オリフィスプレートのブランクをチャックした後に当該チャックを解除せずに継続して行うことは好ましい。

加えて、上記オリフィス加工方法において、オリフィスプレートのブランクは、炭素量が０.２５％以上のマルテンサイト系ステンレス鋼であり、焼入れ後の硬さがＨＲＣ５２以上であることは好ましい。

本発明によれば、プレス加工によりオリフィスプレートに複数のオリフィスを形成するときに、隣接するもの同士の間隔が非常に狭いものについては、プレス工程を振り分けて複数回繰り返し行うため、隣接するオリフィスの形成時に変形を極力抑制することができるようになり、従来に無くオリフィスの設計自由度（穴数、傾斜角度、間隔等）と加工容易性とが高められ、所望の噴射方向を定めるオリフィスが精度高く形成されたオリフィスプレートを歩留まり良く作製することが可能となる。

本発明のオリフィス加工方法により形成された各オリフィスを有するオリフィスプレートを備えた燃料噴射弁の全体構成を示した縦方向での断面図である。 図１に示す燃料噴射弁に備えられたオリフィスプレートの細部構成を示した斜視図である。 図２のＡ−Ａ線断面方向におけるオリフィスプレートの断面図である。 本発明のオリフィス加工方法の前半を担う第１のプレス工程及び第２のプレス工程の一回実施による第１凹部の形成を説明するために示した図２のＢ−Ｂ線方向におけるオリフィスプレートの部分拡大断面図である。 本発明のオリフィス加工方法の前半を担う第１のプレス工程及び第２のプレス工程の二回実施による凹部の形成を説明するために示した図２のＢ−Ｂ線方向におけるオリフィスプレートの部分拡大断面図である。 図５に示す状態の凹部を１回のプレス工程で形成した場合の状態を説明するために示した図２のＢ−Ｂ線方向におけるオリフィスプレートの部分拡大断面図である。 図４及び図５で説明した本発明のオリフィス加工方法の前半を担う第１のプレス工程及び第２のプレス工程によるオリフィスプレートの球面部に対する凹部の形成を説明するために示した凹部加工用のパンチとダイ及びコレクトチャックとを用いた要部の部分拡大断面図である。 本発明のオリフィス加工方法の後半を担う第３のプレス工程及び第４のプレス工程によるオリフィスプレートの凹部の底面部に対するオリフィスの形成を説明するために示したオリフィス加工用のパンチとダイ及びコレクトチャックとを用いた要部の部分拡大断面図である。

以下に、本発明のオリフィス加工方法について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明のオリフィス加工方法により形成された各オリフィス５４、５５、５６、５７を有するオリフィスプレート１５を備えた燃料噴射弁の全体構成を示した縦方向での断面図である。

この燃料噴射弁は、自動車のエンジンにガソリン等の燃料を噴射するために用いられるもので、燃料噴射弁本体１がコア２、ヨーク３、ハウジング４、及び可動子５からなる磁気回路と、磁気回路を励磁するコイル６と、コイル６に通電する端子ボビン７とを備えて構成されている。コア２とハウジング４との間にはシールリング８が結合され、コイル６に燃料等の流体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、具体的には可動子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とをジョイント１３で結合したものであり、可動コア１２とジョイント１３との間にはパイプ１８と共同して可動子５が閉弁した時のバウンドを抑えるプレート１４が備えられている。

外套部材を構成するハウジング４とノズル９とは、ノズル９の装着部９ｂをハウジング４内部に組み付けた状態で可動子５の周囲を覆っている。ノズル９には、先端に円錐面を成すシート面（弁座）１５ａ及びオリフィス５４〜５７を有するオリフィスプレート１５と、ガイドプレート１６と共に可動子５を摺動可能にガイドする他のガイドプレート１７とが設けられている。ここでのオリフィスプレート１５及びガイドプレート１７は、ノズル９に対してそれぞれ別体として構成されていても、或いは一体化して構成されていても良い。

コア２の内部には弁体１１をシート面１５ａにパイプ１８とプレート１４とを介して押圧するスプリング１９、このスプリング１９の押圧荷重を調整するアジャスタ２０、外部からのコンタミの進入を防ぐフィルタ２１が配置されている。

その他、図１に示す状態ではコア２の端面２ａと可動コア１２の端面１２ａが当接され、ジョイント１３の燃料経路１３ａからノズル９内の弁体１１周囲の通路９ａを通ったガソリン等の燃料がガイドプレート１７の側壁１７ｂの内側に繋がるように形成された通路１７ａ、１７ｃを通ってオリフィスプレート１５のシート面１５ａへ流れる。

以下は、この燃料噴射弁の動作について簡単に説明する。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に結合された弁体１１の先端の弁シート部１１ａとオリフィスプレート１５のシート面１５ａとの間に隙間ができて開弁状態となる。

この開弁状態において、加圧された燃料は、コア２、アジャスタ２０、パイプ１８から可動子５内のジョイント１３の燃料通路１３ａを経てノズル９内に入り、ガイドプレート１６の通路１６ａ、ノズル９の通路９ａからガイドプレート１７の通路１７ａ、１７ｃに入り、弁シート部１１ａとシート面１５ａとの隙間からオリフィスプレート１５のオリフィス５４〜５７を経て噴射される。因みに、ここでのオリフィス５４〜５７は、燃料噴射弁の中心軸線に対して偏向した方向へと異なる角度で形成されている。

また、コイル６の通電を遮断（電流を遮断）した場合には、可動子５がスプリング１９の付勢力に屈してコア２から離れる方向に移動し、可動子５に結合された弁体１１の先端の弁シート部１１ａがシート面１５ａに当接し、弁シート部１１ａ及びシート面１５ａの間の隙間が塞がって閉弁状態となる。

図２は、ここでの燃料噴射弁に備えられたオリフィスプレート１５の細部構成を示した斜視図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ線断面方向におけるオリフィスプレート１５の断面図である。

以下は、図２及び図３を参照し、オリフィスプレート１５及びオリフィス５４〜５７の細部構成を説明する。

ここでのオリフィスプレート１５は、略円板状の金属製のプレートからなり、一面側の略中央部には、凹み開口部の底部から凸状に隆起する形状の曲面部である球面部３０が一体的に設けられており、球面部３０と反対の他面側には、弁座を構成する略円錐形状のシート面１５ａが設けられている。

ここでの球面部３０には、燃料噴射弁の中心軸線を示すノズル軸線１５ｂからの傾斜角度θが異なる複数（ここでは４つ）の凹部５４４、５５５、５６６、５７７がプレス加工により形成されると共に、下流側となる各凹部５４４、５５５、５６６、５７７の底面部に対してそれぞれプレス加工に基づいて開口して略同芯状に燃料を噴射するための複数（ここでは４つ）のオリフィス５４〜５７の基本形状が形成され、更に、プレス加工前には一面側と略同芯状の形状となっている他面側を略円錐状に削除加工してシート面１５ａを形成したときに上流側となるオリフィス５４〜５７が開口形成されている。

図３に示す例では、ノズル軸線１５ｂから口径φがＤの凹部５４４及びオリフィス５４の軸線５４ｉまでの傾斜角θよりもノズル軸線１５ｂから口径φがＤの凹部５６６及びオリフィス５６の軸線５６ｉまでの傾斜角θが大きくなる方向、即ち、オリフィス５４、５６の軸線５４ｉ、５６ｉが偏向した方向に形成されている。

ここでは、傾斜角θがオリフィス５４〜５７毎に異なっており、オリフィス５４〜５７がそれぞれ所望の方向を指向するように形成されている場合を示すが、勿論、傾斜角θが同じに形成されたものが含まれていても良い。

因みに、上述した弁体１１は、その先端部分がオリフィス５４〜５７の上流側にあるシート面１５ａに対して接触してオリフィス５４〜５７を塞いだり、或いは離れて開口するように略円錐形状となっている。

また、図２を参照すれば、各凹部５４４、５５５、５６６、５７７の隣り合うものにおける下流側の肉厚Ｌについて、凹部５５５と凹部５６６との肉厚をＬ１、凹部５４４と凹部５５５との肉厚をＬ２、凹部５４４と凹部５７７との肉厚をＬ３、凹部５６６と凹部５７７との肉厚をＬ４とした場合、各凹部５４４、５５５、５６６、５７７の口径φの寸法Ｄとの関係において、Ｄ＜Ｌ１、０．２５Ｄ≦Ｌ２＜０．５Ｄ、Ｄ＜Ｌ３、Ｄ＜Ｌ４が満たされるように形成されている。ここでは、凹部５４４と凹部５５５との肉厚Ｌ２が最小肉厚Ｌｍｉｎとなっている。

オリフィス５４〜５７は、凸状の球面部３０の球面上に形成された凹部５４４、５５５、５６６、５７７の底面部５４４ｓ、５５５ｓ、５６６ｓ、５７７ｓに出口側の開口を有し、シート面１５ａを構成する略円錐形状の面上に入口側の開口を有する。

オリフィス５４〜５７の長さはペネトレーションの長さへの感度が大きく、凹部５４４、５５５、５６６、５７７の深さ（段差）を適時変更することにより、長さを最適に設定することができる。これにより、噴霧形状を最適にしたり、加工性を容易にすることができるため、オリフィス５４〜５７毎に凹部５４４、５５５、５６６、５７７の少なくとも２つの間で深さが異なるように形成している。こうした場合、オリフィスプレート１５の先端部１５ｃの厚みを変える必要がないため、オリフィスプレート１５の剛性が落ちない。従って、オリフィスプレート１５の先端部１５ｃに加わる圧力が大きい１０ＭＰａ以上の高燃圧タイプの噴射弁に好適である。

以上に説明したように、オリフィス５４〜５７をノズル軸線１５ｂに対して偏向した方向に異なる角度で形成することで、燃料を任意の方向に噴射可能であるため、噴射方向を変えることで各種メーカのエンジン仕様に合わせた燃焼コンセプトに対応する様々な噴霧パターンを形成することができる。吸気バルブを避けて噴射し、点火プラグ回りに燃料を集めれば燃焼室内に均一に噴射することができ、微粒化を損なうことなく極めて理想的に空気との混合気を形成できる。

ところで、オリフィス５４〜５７の入口をオリフィスプレート１５の弁座面（シート面１５ａ）に開口させる形態では、厚さが薄くて均一な板状部材にオリフィスを形成する場合と比べ、オリフィスを加工する部材の厚みが厚くなる。特にオリフィスの入口となる開口をノズル軸線１５ｂ（燃料噴射弁の中心軸線に一致）を中心とする円周上に配置し、ノズル軸線１５ｂに対するオリフィス５４〜５７の傾斜角度θを相互間で異ならせて形成する場合、オリフィス５４〜５７の出口となる開口はノズル軸線１５ｂを中心とする円周上に並ばなくなる。こうした場合、オリフィス５４〜５７を貫通させる距離がオリフィス５４〜５７毎に異なることになり、結果としてオリフィス５４〜５７の長さが異なってしまう。

従って、このような形態では、特に凹部５４４、５５５、５６６、５７７の深さを変えることで、オリフィス５４〜５７の長さを一定にすることが重要になってくる。即ち、所望の噴霧形状によりオリフィス５４〜５７の長さが決定され、それに応じて凹部５４４、５５５、５６６、５７７のそれぞれの深さが決定される。

一般に、オリフィスプレート１５に対して多数のオリフィスをプレス加工により形成する場合、各凹部の下流側の最小肉厚Ｌが各凹部の口径φの寸法Ｄ以下となった場合には、各凹部の隣り合うものが塑性流動により変形し易くなる。特にノズル軸線１５ｂに対する傾斜角度θを各オリフィス５４〜５７毎に異ならせ、各オリフィス５４〜５７を所望の方向へ指向させようとすると、特定の凹部間で変形が起こり易くなる。こうした場合、凹部５４４、５５５、５６６、５７７の口径、凹部５４４、５５５、５６６、５７７の深さ、及び凹部５４４、５５５、５６６、５７７の傾斜角度θを自由に変更することが難しくなる。

そこで、本発明のオリフィス加工方法では、オリフィスプレート１５に形成する各凹部の下流側の最小肉厚Ｌｍｉｎと各凹部の口径φの寸法Ｄとの間に、０.２５Ｄ≦Ｌｍｉｎ≦０.５Ｄなる関係が成立している場合、オリフィス形成のためのプレス加工を数回に分けて行うことにより、上述した問題を解決した。この結果、加工精度が高くて加工が容易であり、しかも設計自由度の高い凹部及びオリフィスを形成することができる。

以下は、本発明のオリフィス加工方法についての技術的要旨を説明する。

図４は、本発明のオリフィス加工方法の前半を担う第１のプレス工程及び第２のプレス工程の一回実施による第１凹部５４４ａ、５５５ａの形成を説明するために示した図２のＢ−Ｂ線方向におけるオリフィスプレート１５の部分拡大断面図である。また、図５は、同様に本発明のオリフィス加工方法の前半を担う第１のプレス工程及び第２のプレス工程の二回実施による凹部５４４、５５５の形成を説明するために示した図２のＢ−Ｂ線方向におけるオリフィスプレート１５の部分拡大断面図である。

ここでの第１凹部５５５ａ、凹部５５５は、第１凹部５４４ａ、凹部５４４との間の肉厚Ｌ２が最小肉厚Ｌｍｉｎとなっており、口径φの寸法Ｄとの間に０.２５Ｄ≦Ｌｍｉｎ≦０.５Ｄなる関係が成立している。尚、オリフィスプレート１５のプレス加工前のブランクは、球面部３０の反対の他面側に、椀状凹部３０ａが形成されている。

そこで、図４を参照すれば、第１のプレス工程において、オリフィスプレート１５の球面部３０における一方の浅めの第１凹部５４４ａを形成する位置に対して、凹部加工用のパンチ４３の刃先部４３ａを軸線５４ｉに沿うように押圧しての一回目のプレス加工によりパンチ押込み深さＹと口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるように凹部５４４の一部分となる第１凹部５４４ａを形成した後、同様にオリフィスプレート１５の球面部３０における他方の浅めの第１凹部５５５ａを形成位置に対して、パンチ４３の刃先部４３ａを軸線５５ｉに沿うように押圧しての一回目のプレス加工によりパンチ押込み深さＹと口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるように凹部５５５の一部分となる第１凹部５５５ａを形成する第２のプレス工程を実施する。ここでの第１凹部５４４ａの底面部５４４ａｓと第１凹部５５５ａの底面部５５５ａｓとは、ほぼ同じ深さで形成される。

このとき、第１凹部５４４ａと第１凹部５５５ａとの間の穴間肉厚部７０ａの剛性は、プレス加工の塑性流動による圧力に対して十分に余裕があるため、第１凹部５５５ａの形成時に第１凹部５４４ａは殆ど変形しない。また、球面部３０の反対の他面側の椀状凹部３０ａには、軸線５４ｉ、５５ｉに沿って低背の盛り上がり部５４４ａｅ、５５５ａｅが形成される。尚、第１凹部５５５ａの一回のプレス加工では、体積５５５ａｖが押しのけられる。

更に、図５を参照すれば、第１のプレス工程において、一方の浅めの第１凹部５４４ａの底面部５４４ａｓに対して、再度パンチ４３の刃先部４３ａを軸線５４ｉに沿うように押圧しての二回目のプレス加工によりパンチ押込み深さＹと口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるように凹部５４４を形成した後、同様にオリフィスプレート１５の球面部３０における他方の浅めの第１凹部５５５ａの底面部５５５ａｓに対して、再度パンチ４３の刃先部４３ａを軸線５５ｉに沿うように押圧しての二回目のプレス加工によりパンチ押込み深さＹと口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるように凹部５５５を形成する第２のプレス工程を実施する。ここでの凹部５４４の底面部５４４ｓと凹部５５５の底面部５５５ｓとについても、ほぼ同じ深さで形成される。

このとき、凹部５４４と凹部５５５との間の穴間肉厚部７０の剛性は、プレス加工の塑性流動による圧力に対して十分余裕があるため、凹部５５５の形成時に凹部５４４は殆ど変形しない。また、球面部３０の反対の他面側の椀状凹部３０ａには、軸線５４ｉ、５５ｉに沿ってやや隆起した盛り上がり部５４４ｅ、５５５ｅが形成される。尚、凹部５５５ａの二回目のプレス加工では、体積５５５ｂｖが押しのけられる。

以上は凹部５４４、５５５を第１のプレス加工及び第２のプレス加工を振り分けて二回繰り返して形成する場合について説明したが、二回の繰り返しで所望の深さに到達しない場合は、凹部５４４、５５５が所望の深さになるまで以上の手順を繰り返すようにすれば良い。

図６は、図５に示す状態の凹部５４４、５５５を１回のプレス工程で形成した場合の状態を説明するために示した図２のＢ−Ｂ線方向におけるオリフィスプレート１５の部分拡大断面図である。

図６を参照すれば、第１のプレス工程において、オリフィスプレート１５の球面部３０における一方の凹部５４４を形成する位置に対して、パンチ４３の刃先部４３ａを軸線５４ｉに沿うように押圧してのプレス加工により凹部５４４を形成した後、同様にオリフィスプレート１５の球面部３０における他方の凹部５５５を形成する位置に対して、パンチ４３の刃先部４３ａを軸線５５ｉに沿うように押圧してのプレス加工により凹部５５５を形成する第２のプレス工程を実施することになる。

ここでは、凹部５４４及び盛り上り部５４４ｅの形成後に球面部３０の凹部５５５を形成する位置に対して、パンチ４３の刃先部４３ａで軸線５５ｉに沿って押圧すると、パンチ４３により押しのけられる大部分が椀状凹部３０ａ内に流れて盛り上り部５５５ｅを形成するが、一部が径方向又は椀状凹部３０ａと反対側の後方に流れる。このとき、穴間肉厚部７０の剛性が低くてプレス加工の塑性流動量が多ければ、プレス加工の塑性流動の圧力により図６中に示されるように、隣りに存在する凹部５４４を変形させてしまう。

凹部５４４の深さは図４で説明した第１凹部５４４ａと比べて深いため、凹部５４４、５５５を一回のプレス加工で形成した場合の穴間肉厚部７０は、凹部５４４、５５５を二回に分けてプレス加工して形成した場合の穴間肉厚部７０ａよりも剛性が低い。また、凹部５４４、５５５を一回でプレス加工して形成した場合、パンチ４３により押しのけられる体積５５５ｖは、凹部５４４、５５５を二回に分けてプレス加工して形成した場合における第１のプレス工程及び第２のプレス工程の一回目の実行で押しのけられる体積５５５ａｖ、及び第１のプレス工程及び第２のプレス工程の二回目の実行で押しのけられる体積５５５ｂｖと比べて大きいため、塑性流動量が多い。

このため、凹部５５５の形成時に凹部５４４と凹部５５５との間の穴間肉厚部７０がプレス加工の塑性流動による圧力に耐えられず、凹部５４４の下流側の一部分に変形部６０を生じ、こうした状態では噴霧の均質化を阻害する要因となる。

因みに、図４及び図５で説明した本発明のオルフィス加工方法を適用しても、穴の向き（凹部５４４、５５５、５６６、５７７の向き）によっては、隣の穴（隣接する凹部）への塑性流動による圧力が著しく増加する場合があり、変形部６０の発生を防止できなくなることも起こり得るが、その変形量は円筒度で０．０１以下と微小な値であるため、概ね噴霧の均質化を阻害しないものとなる。

ところで、図２中に示したその他の凹部５６６、５７７については、穴間肉厚部７０が口径φの寸法Ｄよりも大きく、穴間肉厚部７０の剛性が高いため、プレス加工の順番は適時設定して構わない。

何れにしても、凹部５４４、５５５、５６６、５７７を形成した後には、それぞれの底面部５４４ｓ、５５５ｓ、５６６ｓ、５７７ｓに対してプレス加工によりオリフィス５４〜５７の基本形状を形成する。この際、オリフィス５４〜５７のうちの隣り合うもの同士の下流側の最小肉厚Ｌｍｉｎと口径の寸法Ｄとの間に０．２５Ｄ≦Ｌｍｉｎ＜０．５Ｄの関係がある場合、凹部形成の場合と同様に、一方のオリフィス形成位置に対してパンチ押込み深さＹと口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるようにオリフィスの一部分を形成する第３のプレス工程と、他方のオリフィス形成位置に対してパンチ押込み深さＹと口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるようにオリフィスの一部分を形成する第４のプレス工程と、を実施し、更に、ここでの第３のプレス工程及び第４のプレス工程を振り分けて複数回繰り返して実施し、オリフィス５４〜５７のうちの隣り合うもの（オリフィス５４、５５）の基本形状を形成する。

以下は、図２及び図３に示すオリフィスプレート１５の作製手順について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、本発明のオリフィス加工方法の前半を担う図４及び図５で説明した第１のプレス工程及び第２のプレス工程によるオリフィスプレート１５の球面部３０に対する凹部５４４、５５５、５６６、５７７の形成を説明するために示した凹部加工用のパンチ４３とダイ４１及びコレクトチャック４２とを用いた要部の部分拡大断面図である。また、図８は、本発明のオリフィス加工方法の後半を担う第３のプレス工程及び第４のプレス工程によるオリフィスプレート１５の凹部５４４、５５５、５６６、５７７の底面部５４４ｓ、５５５ｓ、５６６ｓ、５７７ｓに対するオリフィス５４〜５７の形成を説明するために示したオリフィス加工用のパンチ４５とダイ４１及びコレクトチャック４２とを用いた要部の部分拡大断面図である。

図７を参照すれば、オリフィスプレート１５の作製する場合、まずオリフィスプレート１５のプレス加工前のブランクをダイ４１の上面に設置し、その外径をコレットチャック４２で強固に保持したままパンチ４３の刃先部４３ａで球面部３０における凹部５４４、５５５、５６６、５７７を形成する位置を押圧してプレス加工し、上述した第１のプレス工程及び第２のプレス工程を複数回繰り返して袋穴状に凹部５４４、５５５、５６６、５７７を押出し加工して形成する。尚、図７中では凹部５６６をプレス加工により形成している様子を示している。

このとき、椀状凹部３０ａ側には内部へ向かって盛り上り部５４４ｅ、５５５ｅ、５６６ｅ、５７７ｅが形成される。尚、凹部５４４、５５５、５６６、５７７は、プレス加工するに伴って表面を加工硬化させるものであることが好ましい。このように、プレス加工により凹部５４４、５５５、５６６、５７７を形成することで、面粗度の良い凹部５４４、５５５、５６６、５７７が得られる。

図８を参照すれば、凹部５４４、５５５、５６６、５７７を全て形成した後、オリフィスプレート１５のブランクをコレットチャック４２で保持したままの状態で凹部５４４、５５５、５６６、５７７の底面部５４４ｓ、５５５ｓ、５６６ｓ、５７７ｓに対して、それらと直角な方向でパンチ４３の刃先部４３ａよりも口径の小さな他のパンチ４５の刃先部４５ａを押圧してプレス加工し、上述した第３のプレス工程及び第４のプレス工程を複数回繰り返して袋穴状にオリフィス５４〜５７を袋穴状に押出し加工して形成する。尚、図８中ではオリフィス５６をプレス加工により形成している様子を示している。

このとき、椀状凹部３０ａ側には、内部へ向かって盛り上り部５４４ｅ、５５５ｅ、５６６ｅ、５７７ｅよりも大きく隆起した盛り上り部５４ｆ、５５ｆ、５６ｆ、５７ｆが形成される。このように、オリフィスプレート１５に対してプレス加工を複数に分けてオリフィス５４〜５７を成形することで、図２に示したような凹部５４４、５５５、５６６、５７７の底面部５４４ｓ、５５５ｓ、５６６ｓ、５７７ｓにオリフィス５４〜５７が設けられた構造のオリフィスプレート１５を作製する。

尚、ここでのオリフィスプレート１５のブランクは、コレットチャック４２で保持された状態であるため、略図する位置決め穴を基準として、各凹部５４４、５５５、５６６、５７７及びオリフィス５４〜５７とそれらの中心軸線５４ｉ、５５ｉ、５６ｉ、５７ｉとがほぼ一直線となるように、位置精度や同軸度を良好にして加工することができる。また、オリフィス５４〜５７は、袋穴状にプレス加工されることにより内面を全剪断面に加工でき、表面粗さを著しく向上することができる。ここでは、凹部形成時に盛り上り部５４４ｅ、５５５ｅ、５６６ｅ、５７７ｅが形成されているため、パンチ４５を椀状凹部３０ａの内側まで挿入しても、パンチ４５の刃先部４５ａが及ぼす材料の引張り力を小さくすることができ、盛り上り部５４４ｅ、５５５ｅ、５６６ｅ、５７７ｅに破断が走らず、オリフィス５４〜５７を全剪断面で形成できることにより、噴霧ばらつきを抑制することができる。

最後に、オリフィス５４〜５７を袋穴状に形成したことにより球面部３０の反対の他面側に形成された盛り上り部５４ｆ、５５ｆ、５６ｆ、５７ｆについて、図３に示すように略円錐状のシート面１５ａ（弁座）となるように削除加工し、これによってオリフィス５４〜５７がシート面１５ａ側に貫通する。ここでの加工方法は旋削、或いは放電加工で行うことが好ましく、これによってオリフィス５４〜５７を全剪断面で形成することができる。

ところで、燃料が定圧時の流量はオリフィス径の感度が大きく、流量管理には穴の口径の正確な管理が必要である。本実施形態によれば、穴の口径の管理はパンチ径の管理のみで済むため、管理が容易である。これに対し、打ち抜き加工で形成したオリフィスは破断面の穴の口径が大きくなり、また破断面の長さがばらつくため、本実施形態で作製されるオリフィスプレート１５と比べて穴の口径管理が困難である。また、放電加工によりオリフィスを形成した場合には、電極径の管理の他、加工速度や電圧等の加工条件の管理が必要であり、本実施形態で作製されるオリフィスプレート１５と比べて穴の口径管理が困難である。

このように、オリフィス５４〜５７の下流側となる球面部３０にオリフィス５４〜５７の中心軸線５４ｉ、５５ｉ、５６ｉ、５７ｉと同芯で略垂直な面をもった凹部５４４、５５５、５６６、５７７を形成することにより、それぞれ噴射方向の異なるオリフィス５４〜５７をプレス加工で精度良く容易に形成することができる。従って、オリフィスプレート１５のブランクとして、材質が炭素量０.２５％以上のマルテンサイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ４２０Ｊ２）であっても、アスペクト比１.５以上のオリフィス５４〜５７をプレス加工で容易に形成することができる。尚、炭素量０.２５％以上のマルテンサイト系ステンレス鋼は、焼入れ後の硬さがＨＲＣ５２以上であることがより望ましい。

また、オリフィス５４〜５７の加工順番を最適化することにより、凹部５４４、５５５、５６６、５７７の下流側が変形しないため、凹部５４４、５５５、５６６、５７７の変形部６０に噴霧が当って噴霧に筋が入るような事態を回避できると共に、凹部５４４、５５５、５６６、５７７の変形部６０に当った燃料がエンジンのシリンダー内に滴下し、カーボン等の異物が発生するような事態も回避できる。

更に、オリフィス５４〜５７の出口がオリフィス５４〜５７の軸線５４ｉ、５５ｉ、５６ｉ、５７ｉと直角面となるため、流体の噴射タイミングが全周で同一になり、噴射弁の軸線（ノズル軸線１５ｂ）に対して偏向したオリフィス５４〜５７であっても、ペネトレーションの長さを均一にでき、噴霧の均質性を向上することができる。

加えて、凹部５４４、５５５、５６６、５７７とオリフィス５４〜５７とをプレス加工で形成することができるため、例えば放電加工や切削加工でオリフィスを形成したものと比べて面粗度を良好にできる。これにより、筒内噴射時に燃料が燃焼して生じるカーボン等の燃えカスが凹部５４４、５５５、５６６、５７７やオリフィス５４〜５７へ付着されるのを低減することができ、噴霧の微粒化及び形状・位置精度の向上が可能となる。

例えば、ガソリン車の実車走行試験において、放電加工によりオリフィス５４〜５７を形成したオリフィスプレート１５を使用した燃料噴射弁は、３０，０００ｋｍ走行時に、燃えカスが凹部５４４、５５５、５６６、５７７及びオリフィス５４〜５７に付着し、これによって流量が１５％低下することが実験的に明らかになっている。これに対し、本実施形態で作製されたオリフィスプレート１５を使用した場合には、凹部５４４、５５５、５６６、５７７及びオリフィス５４〜５７の同軸度と面粗度とが良いため、燃えカスの凹部５４４、５５５、５６６、５７７及びオリフィス５４〜５７への付着を低減することができ、流量の変化が１.７％以下に抑制されることが判った。

その他、オリフィスプレート１５のブランクをチャックしたまま、凹部５４４、５５５、５６６、５７７及びオリフィス５４〜５７をプレス加工により形成することにより、噴射弁の軸線（ノズル軸線１５ｂ）に対して偏向したオリフィス５４〜５７を位置合わせを必要とすること無く容易にして精巧に形成することができる。

また、本実施形態によりオリフィス５４〜５７をプレス加工して形成する手法は、放電加工でオリフィス５４〜５７を形成する手法と比べ、１穴当りの加工時間を１／３０程度に短縮できるため、設備投資を抑えることができ、放電加工の場合と比べて安価にオリフィスプレート１５を作製することができる。

以上、本発明のオリフィス加工方法の実施形態について、図２〜図８を参照して具体的に説明したが、本発明はオリフィスプレート１５に設けられた凹部５４４、５５５、５６６、５７７及びオリフィス５４〜５７の数や形状を含め、開示したものに限定されない。

例えば上述した実施形態では、凹部５４４、５５５、５６６、５７７が一段である構造について説明したが、凹部について、曲面部（球面部３０）に開口する第１の凹部、及びオリフィスを開口する第２の凹部による二段構造で形成し、第１の凹部の口径を第２の凹部の口径に対して大きく形成し、且つ第１の凹部の深さを第２の凹部の深さに対して浅くして形成しても良い。

また、上述した実施形態では、凹部５４４、５５５、５６６、５７７が形成される被形成領域を球面部３０として説明したが、この被形成領域は球面以外の曲面状の形状であっても良い。

更に、上述した実施形態では、オリフィス５４〜５７を押出し加工により形成した場合を説明したが、打抜き加工によってオリフィス５４〜５７を成形した後、上流側からシート面１５ａを削除又は放電加工によって形成する際、オリフィス５４〜５７の破断面を削除して、全剪断面でオリフィス５４〜５７を形成するものであっても良い。

加えて、上述した実施形態では、オリフィス５４〜５７をオリフィスプレート１５の球面部３０に形成した凹部５４４、５５５、５６６、５７７の底面部５４４ｓ、５５５ｓ、５６６ｓ、５７７ｓに対してプレス加工して形成する場合を説明したが、オリフィスプレート１５のブランクが硬質で厚さが肉薄であり、曲面がやや平坦に近ければ、オリフィスプレート１５に対して燃料噴射弁の中心軸線（ノズル軸線１５ｂ）からの傾斜角度θが異なるように直接的に各オリフィスをプレス加工に基づいて形成することも可能である。但し、ここでも各オリフィスのうちの隣り合うもの同士の下流側の最小肉厚Ｌｍｉｎと口径の寸法Ｄとの間に０．２５Ｄ≦Ｌｍｉｎ＜０．５Ｄの関係がある場合、一方のオリフィス形成位置に対してパンチ押込み深さＹと口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるように一部分を形成する第１のプレス工程と、他方のオリフィス形成位置に対してパンチ押込み深さＹと口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるように一部分を形成する第２のプレス工程と、を複数回繰り返して各オリフィスのうちの隣り合うものの基本形状を形成すれば良い。

こうした場合にも、第１のプレス工程及び第２のプレス工程については、オリフィスプレート１５のブランクをチャックした後にチャックを解除せずに継続して行えば、各オリフィスの形成に際して隣り合うものにおける変形を防止することができ、各オリフィスの設計自由度（穴数，傾斜角度，間隔等）を高めることができる。因みに、ここでもオリフィスプレート１５のブランクは、材質が炭素量０.２５％以上のマルテンサイト系ステンレス鋼から成るものであり、焼入れ後の硬さがＨＲＣ５２以上であることが望ましい。

１ 噴射弁本体
１５ オリフィスプレート
１５ａ シート面
３０ 球面部
４１ ダイ
４２ コレットチャック
４３、４５ パンチ
４３ａ、４５ａ 刃先部
５４、５５、５６、５７ オリフィス
６０ 変形部
５４４、５５５、５６６、５７７ 凹部
５４４ａ、５５５ａ、５６６ａ、５７７ａ 第１凹部

Claims (8)

1. オリフィスプレートに対して燃料噴射弁の中心軸線からの傾斜角度が異なるように複数のオリフィスをプレス加工に基づいて形成するオリフィス加工方法において、
   前記複数のオリフィスのうちの隣り合うもの同士の下流側の最小肉厚Ｌｍｉｎと口径の寸法Ｄとの間に０．２５Ｄ≦Ｌｍｉｎ＜０．５Ｄの関係がある場合、一方のオリフィス形成位置に対してパンチ押込み深さＹと前記口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるようにオリフィスの一部分を形成する第１のプレス工程と、他方のオリフィス形成位置に対して前記パンチ押込み深さＹと前記口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるようにオリフィスの一部分を形成する第２のプレス工程と、を振り分けて複数回繰り返して実施し、当該複数のオリフィスのうちの隣り合うものの基本形状を形成することを特徴とするオリフィス加工方法。
2. 請求項１記載のオリフィス加工方法において、前記第１のプレス工程及び前記第２のプレス工程は、前記オリフィスプレートのブランクをチャックした後に当該チャックを解除せずに継続して行うことを特徴とするオリフィス加工方法。
3. 請求項２記載のオリフィス加工方法において、前記オリフィスプレートのブランクは、炭素量が０.２５％以上のマルテンサイト系ステンレス鋼であり、焼入れ後の硬さがＨＲＣ５２以上であることを特徴とするオリフィス加工方法。
4. 一面側に形成された凹み開口部の底部から凸状に隆起する形状の曲面部を有するオリフィスプレートにおける当該曲面部に対して燃料噴射弁の中心軸線からの傾斜角度が異なる複数の凹部をプレス加工により形成すると共に、当該複数の凹部の底面部に対してそれぞれ当該プレス加工に基づいて開口して略同芯状に複数のオリフィスの基本形状を形成するオリフィス加工方法において、
   前記複数の凹部のうちの隣り合うもの同士の下流側の最小肉厚Ｌｍｉｎと口径の寸法Ｄとの間に０．２５Ｄ≦Ｌｍｉｎ＜０．５Ｄの関係がある場合、一方の凹部形成位置に対してパンチ押込み深さＹと前記口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるように凹部の一部分を形成する第１のプレス工程と、他方の凹部形成位置に対してパンチ押込み深さＹと前記口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるように凹部の一部分を形成する第２のプレス工程と、を振り分けて複数回繰り返して実施し、当該複数の凹部のうちの隣り合うものを形成する手順を有することを特徴とするオリフィス加工方法。
5. 請求項４記載のオリフィス加工方法において、前記第１のプレス工程及び前記第２のプレス工程を振り分けて繰り返して前記複数のオリフィスの形成に要する前記複数の凹部を前記プレス加工により全て形成した後、当該複数の凹部の底面部に対してそれぞれ開口して形成される前記複数のオリフィスのうちの隣り合うもの同士の下流側の最小肉厚Ｌｍｉｎと口径の寸法Ｄとの間に０．２５Ｄ≦Ｌｍｉｎ＜０．５Ｄの関係がある場合、一方のオリフィス形成位置に対してパンチ押込み深さＹと前記口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるようにオリフィスの一部分を形成する第３のプレス工程と、他方のオリフィス形成位置に対して前記パンチ押込み深さＹと前記口径の寸法Ｄとの関係がＹ≦０．３Ｄとなるようにオリフィスの一部分を形成する第４のプレス工程と、を振り分けて複数回繰り返して実施し、当該複数のオリフィスのうちの隣り合うものの基本形状を形成する手順を有することを特徴とするオリフィス加工方法。
6. 請求項４又は５記載のオリフィス加工方法において、前記オリフィスプレートにおける前記曲面部は、球面形状であることを特徴とするオリフィス加工方法。
7. 請求項５又は６記載のオリフィス加工方法において、前記第１のプレス工程及び前記第２のプレス工程と前記第３のプレス工程及び前記第４のプレス工程とは、前記オリフィスプレートのブランクをチャックした後に当該チャックを解除せずに継続して行うことを特徴とするオリフィス加工方法。
8. 請求項７記載のオリフィス加工方法において、前記オリフィスプレートのブランクは、炭素量が０.２５％以上のマルテンサイト系ステンレス鋼であり、焼入れ後の硬さがＨＲＣ５２以上であることを特徴とするオリフィス加工方法。

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