JP5481396B2 - コモンレール、コモンレールホルダー、及びコモンレールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コモンレール、コモンレールホルダー、及びコモンレールの製造方法に関する。
本願は、２００９年１１月１９日に、日本に出願された特願２００９−２６４１７４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

近年、欧州を中心に、軽油を燃料とするディーゼルエンジンを搭載した乗用車が増加している。このため、燃料噴射装置の技術開発、特にコモンレールの高性能化が求められている。

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する、高圧燃料噴射蓄圧分配器であり、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置の中核部品である。コモンレール内に保持された軽油は、オリフィス（吐出口）から吐出され、各燃焼室の噴射ノズルまで、コモンレールホルダー（以下、単にホルダーと述べる場合がある）に取り付けられた配管を介して分配される。噴射ノズルまで送られた軽油は、燃焼用空気と混合され、エンジン燃焼室内に噴射され、爆発燃焼する。

軽油の燃焼効率を向上させるために、コモンレール内の軽油の圧力を高圧化することが望まれている。コモンレール内の軽油の圧力を高めることにより、不純物成分の少ない軽油を用いて、高出力、低燃費、さらには、大トルクが得られるようになる。そのため、燃料の高圧化を可能にするため、コモンレールの高性能化が要求されている。

通常、コモンレールは、鍛造によってコモンレール本体部とコモンレールホルダー部とを一体成形した後、複雑な分配管の機械加工を施すことにより製造される。この際、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最適化により、コモンレールの強度を向上させることができる。この方法により、１６０ＭＰａ以上の噴射燃料圧力に耐えうる、信頼性の高いコモンレールが実用化されている。

しかし、コモンレールに使用する鋼材を高強度化すると成形性や加工性が低下し、製造コストが増大する。そのため、従来の鍛造による一体成形及び機械加工による製造方法に替わるコモンレールの製造技術の開発が希求されていた。そこで、コモンレール本体とホルダーとを別々に製造し、それらを接合することによるコモンレールの製造技術が提案されている。

特許文献１には、図１のように、コモンレール本体１とホルダー２との接合面の間に非晶質合金箔５を介在させて矢印６０方向にホルダー２を加圧し、液相拡散接合を行う方法が開示されている。図１に示すように、コモンレール本体１の内部には、内部管路３と支管４が設けられている。内部管路３により、燃料タンク（図示せず）から燃料ポンプ（図示せず）で吸引された燃料（軽油）をコモンレール本体１の内部に導入する（図１中の矢印１１）。また、内部管路３は、支管４により、エンジン燃焼室の噴射ノズル（図示せず）まで燃料を送る（図１中の矢印１２）ための配管（図示せず）と連絡する。

図１には、便宜上、１つの支管４のみを示したが、通常のコモンレール本体１は、エンジン燃焼室の複数の噴射ノズルに対応する複数の支管４を備えている。また、コモンレール本体１には、複数の支管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複数の配管とを接続するために、複数の支管４に対応する複数のホルダー２が設けられている。ホルダー２とコモンレール本体１とを液相拡散接合によって接合すると、接合部では等温凝固によって均一な組織が形成される。その結果、良好な接合部の品質と高い形状精度とを維持しつつ、コモンレールの生産性を大幅に向上することができる。

また、特許文献２，３には、コモンレール本体とホルダーとの接合に適用できる、接合面間に非晶質合金箔を介在させ、加熱圧接（一次接合）後、液相拡散接合（二次接合）する機械部品の製造方法が開示されている。これは、加熱圧接により溶融圧接部を形成し、さらに、溶融圧接部を非晶質合金箔の融点以上に加熱し、保持して凝固過程を完了させる方法である。この方法によれば、液相拡散接合に要する時間の短縮が可能になり、機械部品の変形を抑制することができる。

さらに、特許文献４には、一次接合の際に、専用の治具を用いてコモンレール本体を拘束し、溶接電極表面と接合面とがなす角度を０．０３°以下に調整する方法が開示されている。この方法により、一次接合後、ホルダーの中心軸とコモンレール本体の支管の中心軸との軸間距離、すなわち、接合位置ずれ量が小さくなり、高精度の接合が可能になる。

特開２００３−２１４２９１号公報 特開２００５−３２４２４５号公報 特開２００６−１５９２１２号公報 特開２００７−０４０２４４号公報

しかし、本発明者らが更に検討を進めた結果、一次接合として抵抗溶接を行う際に、部品の形状や材質によっては、一部のホルダーで、図２のような変形が生じ、ホルダーの形状の精度が損なわれることがわかった。図２の破線は、変形前のホルダー２の形状を示しており、実線は変形後のホルダー２の形状を示している。図２に示したように、ホルダー２の中心軸ａとコモンレール本体１の支管４の中心軸ｂとの間の接合位置ずれｃや、一次接合後のホルダー２の内側開き量２１、ホルダー２の内径側とコモンレール本体１の内径側との隙間２２が大きくなる。この原因は、一次接合を行う際に、短時間ではあるが、ホルダー２全体が、高温になった状態で加圧されるためであることがわかった。

また、一次接合における通電時間、電流値、加圧力のいずれかが、何らかの要因で変動すると、その変動に応じてホルダー２の変形量が変化する。その結果、ホルダー２を一次接合する毎に、例えば、ホルダー２の高さや内径側に加工されているネジ山の間隔が変動するという問題があった。

図３に、一次接合前後のホルダー２の形状の概略を示す。破線が接合前のホルダー２の形状、実線が接合後のホルダー２の形状を示している。図３に示した例は、図２に示した例よりも適正な条件で一次接合を行った例である。しかしながら、一次接合後はホルダー２の全体の肉厚が増加し、ネジ部３１も変形している。

コモンレールには複数個のホルダー２が設けられるが、そのうち一つでも変形すると、コモンレールが不良品となるか、又は、形状修正などの追加行程が必要となる。

本発明は、このような実情に鑑み、部品の形状の変化を抑制し、接合後の形状修正加工を要さずに、必要な継手特性と精密な形状を得ることができる、生産性の高い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、上述の課題を解決するために以下の構成及び方法を採用する。

（１）本発明の第一の態様は、加熱圧接接合及び液相拡散接合を利用して、コモンレール本体と、加圧面及び接合凸面を有するコモンレールホルダーとを接合することにより形成されるコモンレールであって、前記接合凸面の高さＨが
１μｍ≦Ｈ≦５０μｍ （式１）
を満たし、前記コモンレールホルダーが、前記加圧面と平行な断面の面積が前記加圧面の面積よりも小さい変形誘導部を有するコモンレールである。

（２）上記（１）に記載のコモンレールでは、前記加熱圧接接合前の、前記変形誘導部の高さｈが
１．０ｍｍ≦ｈ≦５．０ｍｍ （式２）
を満たし、前記加圧面の厚さＴと前記接合凸面の厚さｔとが
０．３ｍｍ≦Ｔ−ｔ≦１ｍｍ （式３）
を満たしてもよい。

（３）上記（１）又は（２）に記載のコモンレールでは、前記加熱圧接接合前の、前記接合凸面の外径Ｄと前記接合凸面の厚さｔとが、
４．３５≦Ｄ／ｔ≦２１．７ （式４）
を満たしてもよい。

（４）上記（１）〜（３）の何れか一項に記載のコモンレールでは、前記接合凸面の外径Ｄと、前記接合凸面の厚さｔと、前記変形誘導部の高さｈとが、
Ｄ／ｔ≦ｈ／０．２３ （式５）
を満たしてもよい。

（５）上記（１）〜（４）の何れか一項に記載のコモンレールでは、前記変形誘導部の厚さが前記接合凸面に向けて先細りしてもよい。

（６）本発明の第２の態様は、加熱圧接接合及び液相拡散接合を利用し、コモンレール本体に接合してコモンレールを形成するための、加圧面及び接合凸面を有するコモンレールホルダーであって、前記接合凸面の高さＨが
１μｍ≦Ｈ≦５０μｍ （式１）
を満たし、前記コモンレールホルダーは、前記加圧面と平行な断面の面積が前記加圧面の面積よりも小さい変形誘導部を有し、前記変形誘導部の高さｈが
１．０ｍｍ≦ｈ≦５．０ｍｍ （式２）
を満たし、前記加圧面の厚さＴと前記接合凸面の厚さｔとが
０．３ｍｍ≦Ｔ−ｔ≦１ｍｍ （式３）
を満たすコモンレールホルダーである。

（７）上記（６）に記載のコモンレールホルダーでは、前記接合凸面の外径Ｄと前記接合凸面の厚さｔとが、
４．３５≦Ｄ／ｔ≦２１．７ （式４）
を満たしてもよい。

（８）上記（６）又は（７）に記載のコモンレールホルダーでは、前記接合凸面の外径Ｄと、前記接合凸面の厚さｔと、前記変形誘導部の高さｈとが、
Ｄ／ｔ≦ｈ／０．２３ （式５）
を満たしてもよい。

（９）上記（６）〜（８）の何れか一項に記載のコモンレールホルダーでは、前記変形誘導部の厚さが前記接合凸面に向けて先細りしてもよい。

（１０）本発明の第３の態様は、コモンレール本体と、加圧面及び接合凸面を有するコモンレールホルダーとを接合することにより形成されるコモンレールの製造方法であって、前記コモンレール本体と、前記加圧面と平行な断面の面積が前記加圧面の面積よりも小さい変形誘導部を有する前記コモンレールホルダーとの間に非晶質合金箔を配置して、加熱圧接を行い溶融圧接部を形成し、前記溶融圧接部を前記非晶質合金箔の融点以上の温度に加熱し、その温度を保持して前記溶融圧接部を凝固させる液相拡散接合を行うコモンレールの製造方法である。

（１１）上記（１０）に記載のコモンレールの製造方法では、前記変形誘導部の高さｈが
１．０ｍｍ≦ｈ≦５．０ｍｍ （式２）
を満たし、前記加圧面の厚さＴと前記接合凸面の厚さｔとが
０．３ｍｍ≦Ｔ−ｔ≦１ｍｍ （式３）
を満たしてもよい。

（１２）上記（１０）又は（１１）に記載のコモンレールの製造方法では、前記加熱圧接接合前の、前記接合凸面の外径Ｄと前記接合凸面の厚さｔとが、
４．３５≦Ｄ／ｔ≦２１．７ （式４）
を満たしてもよい。

（１３）上記（１０）〜（１２）の何れか一項に記載のコモンレールの製造方法では、前記接合凸面の外径Ｄと前記接合凸面の厚さｔと、前記変形誘導部の高さｈとが、
Ｄ／ｔ≦ｈ／０．２３ （式５）
を満たしてもよい。

（１４）上記（１０）〜（１３）の何れか一項に記載のコモンレールの製造方法では、前記変形誘導部の厚さが前記接合凸面に向けて先細りしてもよい。

上述の構成及び方法によれば、コモンレールホルダーに設けられる変形誘導部により、加熱圧接接合（一次接合）でのホルダーの変形量を極めて小さくすることができる。そのため、加熱圧接接合後に液相拡散接合（二次接合）を行うことで製造されるコモンレールにおいて、接合後の形状修正加工を要さずに、必要な継手特性と精密な形状とを得ることができる。特に、上述の構成及び方法によれば、ホルダーの内径側に設けたネジ山の間隔や嵌合部の形状が、一次接合の前後でほとんど変化しない。そのため、接合前のホルダーに精密加工を施しても、接合後に修正加工を行うことなく、部品組み付け行程等の次工程へ移行できる。このような効果により、従来に比べて高いコモンレールの生産性を実現することができる。

さらに、生産性や製造コストを改善しつつ、簡便な方法で、接合後のホルダー形状のばらつき、欠陥発生率を低減したコモンレールを製造することができる。特に、噴射燃料圧力が２５０ＭＰａまでの高圧コモンレールの製造が可能になる。その結果、軽油を燃料とするディーゼルエンジンの高出力化、低燃費化、さらには、大トルク化を達成できる。

従来のコモンレールの製造方法における、ホルダーの一次接合の概略を示す図である。 従来のコモンレールの製造方法において、ホルダーが一次接合後に変形した様子を示す図である。 従来のコモンレールの製造方法において、一次接合後にネジ山の間隔が変動したホルダー内側の概略を示す図である。 従来のホルダーの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、段差状の変形誘導部（減厚圧潰部）を有するホルダーの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、テーパー状の変形誘導部（減厚圧潰部）を有するホルダーの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るコモンレールの製造方法における、一次接合前後のホルダー変形の概略を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
従来のホルダーは、図４のように、抵抗溶接機の電極に接する加圧面側からコモンレール本体と接する接合面側までの肉厚が一定であった。

本発明の実施形態に係るコモンレールのホルダーは、図５のように、ホルダーの接合面の近傍に、積極的に変形させるための変形誘導部（減厚圧潰部）を有する。接合面側の肉厚をその他の部分に比べて薄くすることにより、一次接合の抵抗溶接の際に接合面側を優先的に加熱し、ホルダー全体の変形を大幅に低減することができ、かつ、ホルダーの形状のばらつきを抑制することができる。

以下、図５を参照して、用語を説明する。

ホルダーの接合面４１とはホルダーがコモンレール本体と接する面を指す。
ホルダーの加圧面４２とは、ホルダーとコモンレール本体とを接合する際にホルダーが抵抗溶接機の電極に接する面を指す。
変形誘導部５１とは、接合面４１側に設けられた、加圧面４２側と比較して、肉厚が薄い部分を指す。すなわち、ホルダーは、加圧面４２に平行な断面の面積が加圧面４２の面積よりも小さい変形誘導部を有する。
変形誘導部５１の高さｈとは、変形誘導部５１のホルダー管軸方向の長さを指す。

なお、ホルダーには溶接電流を集中させるために接合面４１側に接合凸部４３（開先部）を設けてもよい。この接合凸部４３は、ホルダーの座屈変形を抑制する変形誘導部５１とは異なる部位であり、変形誘導部の高さｈは接合凸部４３の高さは含まない。
ここで、接合凸部４３の高さＨは、
１μｍ≦Ｈ≦５０μｍ （式１）
を満たすことが好ましい。Ｈが１μｍより小さい場合には、溶接電流を集中させる効果を十分に得られない。また、Ｈが５０μｍより大きい場合には、十分な接合面積を得ることができない。

本実施形態に係るコモンレールの製造方法では、コモンレール本体とホルダーとの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を行う。一次接合により、コモンレール本体とホルダーとは、非晶質合金箔を介して溶融圧接される。このとき、溶融圧接部では、非晶質合金箔の一部が溶融メタルとして排出され、薄い接合合金層が形成される。一次接合に続いて、溶融圧接部を非晶質合金箔の融点以上に加熱する二次接合（液相拡散接合）を行う。二次接合では、溶融圧接部の未等温凝固組織が完全に消失するまで保持し、等温凝固を完了させる。

本実施形態に係るコモンレールの製造方法では、一次接合によって、溶融圧接部に薄い接合合金層が形成されている。このため、液相拡散接合の等温凝固が完了するまでの保持時間を大幅に短縮することができる。その結果、接合品質を良好に維持しつつ、接合継手の生産性を大幅に短縮できる。また、本実施形態では、一次接合によるホルダーの変形量が極めて小さいので、形状修正加工を要さずに必要な継手特性と精密な形状を得ることができる。

一方、例えば、液相拡散接合を行わずに、プロジェクション溶接等の抵抗溶接単独で接合すると、ホルダーが大きく変形し、その後の行程での形状修正加工が避けられない。

また、液相拡散接合を単独で行う場合、非晶質合金箔の厚みを低減することが好ましいが、厚みの低減は１０μｍ程度が限界である。そのため、非晶質合金及びその近傍を溶融させ、等温凝固を完了させるには、加圧力を高めるか、保持時間を長くすることが必要である。しかし、加圧力を高くしすぎると継手に変形が生じるため、変形を抑制して等温凝固を完了させるためには、１００秒間以上の保持時間が必要であった。

一方、本実施形態に係るコモンレールでは、光学顕微鏡による継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が、５μｍ以下となることが確認されている。一次接合で形成された極めて薄い接合合金層は、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。

本発明者らは、被接合材料として、通常、炭素鋼を用いる場合では、約３０秒間の保持によって等温凝固組織が得られ、必要とする継手性能が得られることを、実験により確認している。このように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するまで、すなわち、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大幅に短縮することができる。したがって、一次接合（加熱圧接）後、二次接合（液相拡散接合）を行うことにより、接合品質を良好に維持しつつ、接合時間を短縮し、コモンレールの生産性を大幅に向上することができる。

本実施形態に係るコモンレールでは、一次接合を行う前のホルダーの端部のうち、抵抗溶接機の電極に接する加圧面側の肉厚よりも、接合面側の肉厚が薄くされている。ホルダーの接合面側の肉厚を薄くし、変形誘導部を設けると、接合面の近傍に歪みを集中させることができる。また、接合面の近傍の肉厚を薄くすると、一次接合の抵抗溶接の際に、接合面側が優先的に加熱される。その結果、ホルダー全体の変形を大幅に低減することができ、かつ、ホルダーの形状のばらつきをも抑制することができる。尚、変形誘導部は、例えばコモンレールホルダーの一部を切削加工することにより得られる。

従来、一次接合前のホルダーは、加圧面側から接合面側までの肉厚が一定であった。この場合、一次接合時に加圧すると、ホルダー全体に一定の応力が加わる。そのため、加熱圧接する際には、抵抗発熱によって、高温となる接合面の近傍から徐々に歪み、最終的にホルダー全体が変形する。

一方、本実施形態に係るホルダーは、図５に一例を示したように、接合面側の肉厚を、電極の加圧面側の肉厚よりも薄くしている。この場合は、電極の加圧面側よりも、断面積が小さい接合面近傍の温度が高くなり、また、相対的に強度が低くなった変形誘導部に変形が集中し、それ以外の部分はほとんど変形しない。そのため、変形誘導部以外では、一次接合によるホルダー各部の寸法変化が極めて少ない。

また、本発明らは更に検討を行い、試験結果に基づいて、ホルダーの変形誘導部の最適な形状を決定した。すなわち、本実施形態に係るコモンレールのホルダーの形状は、変形誘導部の高さｈ［ｍｍ］、及び、加圧面の肉厚Ｔ［ｍｍ］と接合面の肉厚ｔ［ｍｍ］との差（Ｔ−ｔ）［ｍｍ］（以下、減厚量）が、
１．０ｍｍ≦ｈ≦５．０ｍｍ （式２）
及び／又は
０．３ｍｍ≦Ｔ−ｔ≦１ｍｍ （式３）
を満たすように決定してもよい。これにより、一次接合後の形状のばらつきを大幅に低減することができる。

（式２）においては変形誘導部の高さｈ［ｍｍ］に関し、下限値として１．０ｍｍ、上限値として５．０ｍｍを設定している。高さｈが１．０ｍｍ以上である場合には、ホルダー全体の変形を抑える効果を十分に得ることができる。また、高さｈが５．０ｍｍ以下である場合には、変形誘導部における座屈変形を抑えることができる。また、高さｈを大きくする場合には、そのための加工量が増大する。このような観点から、高さｈを４．０ｍｍ以下としてもよい。
尚、変形誘導部の高さｈは、図５に示した形状では、接合面から、減厚量（Ｔ−ｔ）［ｍｍ］が０超になる部位、すなわち段差までの加圧軸方向の高さである。図５には、ホルダーの外面側を薄くして変形誘導部を形成した例を示しているが、外面側と内面側の一方又は双方を減厚することにより変形誘導部を形成してもよい。

（式３）においては減厚量Ｔ−ｔ［ｍｍ］に関し、下限値として０．３ｍｍ、上限値として１．０ｍｍを設定している。減厚量が０．３ｍｍ以上である場合には、ホルダー全体の変形を抑える効果を十分に得ることができる。また、減厚量が１．０ｍｍ以下である場合には、変形誘導部における座屈変形を抑えることができる。

一方、減厚量が増えると、加工量が増えるため、生産性の観点から減厚量を０．８ｍｍ以下に設定してもよい。

また、変形例として、ホルダーの変形誘導部の形状は、図６に示すように徐々に肉厚を変化させるテーパー状にしてもよい。すなわち、前記変形誘導部の厚さが前記接合凸面に向けて先細りしてもよい。この場合は、変形誘導部の高さｈは、接合面、すなわちテーパーの先端から、減厚量（Ｔ−ｔ）［ｍｍ］が０になる部位までの加圧軸方向の高さである。なお、図６には、ホルダーの外面側をテーパー状に薄くした例を示しているが、内面側を薄くしてもよい。又は、外面側及び内面側の双方を薄くしてもよい。

さらに、本発明者らが検討を行った結果、変形誘導部の形状によっては、変形誘導部が座屈変形しやすくなることがわかった。ホルダーの変形誘導部が座屈変形すると、一次接合の加圧による応力が非晶質合金箔に伝達されず、箔厚を一定以上に薄くすることが難しくなる。そのため、二次接合として液相拡散接合を行うと、接合面で最も箔厚が薄くなりにくい外径側の端部に、未等温凝固組織が残存する場合がある。この場合、継手性能に影響はないが、接合後に行う超音波探傷検査時に誤って欠陥と判定される場合がある。

そこで、ホルダーを座屈変形させることなく一次接合を完了するために好適な、変形誘導部の高さｈ、接合面の外径Ｄ、肉厚ｔの条件について、検討を行った。

その結果、
４．３５≦Ｄ／ｔ≦２１．７ （式４）
又は
Ｄ／ｔ≦ｈ／０．２３ （式５）
が満たされる場合に、座屈変形が発生せずにホルダーの一次接合できることがわかった。
また、特に、（式４）と（式５）とが共に満たされる場合には、座靴変形の発生をより確実に抑えることができることがわかった。したがって、コモンレール製造における欠陥発生率の観点から、（式４）及び（式５）を満たすことが好ましい。

また、Ｄ／ｔが大きい場合、すなわち、鋼管の外径が肉厚に対して大きい場合は、一次接合の通電及び加熱過程において、図２に示すように、ホルダー２の接合面近傍が、外側にラッパ状に開く。この場合、ホルダー内側開き量１３に応じて、接合位置ずれｉが生じ、後行程でホルダーに接続する部品を取り付けられなくなる。したがって、Ｄ／ｔの上限は、２１．７が好ましい。これは、変形誘導部の高さｈが５ｍｍの場合に相当する。なお、接合位置ずれｉは、一次接合後にホルダー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との軸間距離である。

また、図６に示すテーパー状の変形誘導部では、加圧面の肉厚Ｔが徐々に薄くなり、接合面で肉厚ｔとなるように滑らかに加工する。この場合も、（式４）及び／又は（式５）を満足することにより、ホルダーの変形を最小限にしながら、一次接合後の溶融圧接部の非晶質箔の厚みを薄くすることが可能である。

また、コモンレール本体及びホルダー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。

液相拡散接合用の非晶質合金箔は、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％含有するものであることが好ましい。

一次接合では、ホルダーとコモンレール本体との接合面（突合せ面）に抵抗発熱が生じるように溶接電流を供給し、非晶質金属箔及びその近傍を加熱溶融させ、圧接する。この一次接合では、抵抗溶接の溶接入熱により、ホルダーとコモンレール本体と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る。その結果、加熱溶融時に、接合面で生成した酸化物及び夾雑物は、溶融メタルとともに接合面外に排出される。

一次接合は、例えば、電極を各ホルダーの上下に配置し、突合せ面間に加圧力を付加する応力付加機構として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。また、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いずれか１種の溶接方法が用いられる。これらの抵抗溶接方法は、特に限定されるものではなく、各溶接方法の特徴と接合継手の要求特性及び溶接条件などに応じて、適時選択すればよい。

一次接合の溶接時間は、生産性向上のために１０秒間以下とするのが好ましい。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、一次接合における抵抗溶接では、電流密度を１００Ａ／ｍｍ²以上とすることが好ましい。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。したがって、抵抗溶接の電流密度の上限を、１００，０００Ａ／ｍｍ²以下とすることが好ましい。

一次接合における抵抗溶接の加圧力は、接合面で生成した酸化物及び夾雑物を溶融メタルとともに接合面外に排出するため、１０ＭＰａ以上とすることが好ましい。これにより、溶融圧接部に形成される接合合金層の厚みを１０μｍ以下までに低減することができ、二次接合の接合時間が短縮化される。過度に加圧力が高いと、接合継手の変形が生じるので、上限は１０００ＭＰａ以下とするのが好ましい。なお、接合継手の変形程度は、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溶融圧接部の継手効率（溶融圧接前の開先面の面積／溶融圧接後の継手部位の面積）は、０．５以上が好ましい。開先の形状に起因する接合後の継手拘束効果を加味すれば、継手効率を０．５以上にすることにより、継手の静的引張強さを、母材並み以上の引張強さとすることができる。また、抵抗溶接時の高加圧力によって継手部位が変形すると、継手部面積が母材部断面積より広くなる。このような場合でも良好な継手特性を得るためには、継手効率の上限を２．０以下とすることが好ましい。

図７に、本実施形態に係るコモンレールのホルダーの、コモンレール本体との一次接合前後の形状変化の概略を示す。破線が接合前のホルダーの形状、実線が接合後のホルダー形状を示している。

本実施形態に係るコモンレールのホルダーを用いれば、一次接合の前後の変形は、変形誘導部５１の肉厚が増加し、高さが減少するだけであり、ネジ部３１が変形したり、ホルダー２全体が変形することを防ぐことができる。

表１に示す化学成分と融点を有する液相拡散用の非晶質合金箔Ａ又はＢと、表２に示す化学成分を有する鋼材ＳＴＰＡ２８とを用いて、コモンレールを製造した。ホルダーの接合面とコモンレール本体の接合面とをリング状の非晶質合金箔を介して突合せ、一次接合（加熱圧接接合）を行った。一次接合では、ホルダー及びコモンレール本体にそれぞれ密着した抵抗溶接機の電極により、接合面に電流を流すと同時に、鉛直方向に加圧力を、ホルダーの上方から油圧で作動する応力伝達板（図示せず）を通じて付加した。

次に、二次接合（液相拡散接合）として、この接合継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℃の加熱温度に昇温させた。加熱温度で所定時間保持し、一次接合で形成された接合合金層が等温凝固した後、冷却した。

表３及び表４に、接合箔（合金箔）の種類、ホルダー形状、ホルダー寸法、及びホルダー評価結果を示す。ホルダーの形状に関しては、「図５」が段差状の変形誘導部を有するホルダーの形状を意味し、「図６」がテーパー状の変形誘導部を有するホルダーの形状を意味する。

表３及び表４におけるホルダー評価結果は、それぞれ以下の基準に基づき行った。
（接合位置ずれ）
一次接合後に専用の治具を用いてホルダーの中心軸とコモンレール本体の支管の中心軸との軸間距離を測定した結果、軸間距離が０．１ｍｍ以下の場合を“ＧＯＯＤ”、０．１ｍｍ以上の場合を“ＰＯＯＲ”と評価した。
（形状修正）
接合後に、ネジ山の修正、あるいはコモンレールホルダー高さの修正が必要であった場合は“有り”とし、修正の必要がなかった場合は“無し”と評価した。
（接合面の組織）
超音波探傷により接合面の欠陥の有無を検査した結果、全く欠陥がなかった場合は“ＶＥＲＹ ＧＯＯＤ”、非常に軽微な欠陥があったが性能に問題なかった場合は“ＧＯＯＤ”、大きな欠陥があった場合は“ＰＯＯＲ”と評価した。
（内圧疲労試験）
負荷応力最大２０００気圧とし、繰り返し数１０の７乗回までに燃料漏れを生じなかった場合は“ＧＯＯＤ”、燃料漏れを生じた場合は“ＰＯＯＲ”と評価した。

表３に示すように、本発明に対応する実施例１〜１０は、いずれの評価も良い結果が示された。特に、実施例２、３、５、１０は、変形誘導部の高さｈ［ｍｍ］、接合面の肉厚ｔ［ｍｍ］、接合面の外径Ｄ［ｍｍ］が、
４．３５＜Ｄ／ｔ＜２１．７ （式４）
及び
Ｄ／ｔ≦ｈ／０．２３ （式５）
を満たしており、ホルダーの座屈変形が抑制され、二次接合後の超音波探傷による検査で、全く欠陥が検出されなかった。

表４に示す比較例１１〜１６はいずれも、何らかの値が本発明の好ましい範囲から外れる例である。比較例１１、１４は変形誘導部の減厚量（Ｔ−ｔ）が小さく、ホルダーの変形量がやや大きかった。比較例１２、１５は、変形誘導部の高さ（ｈ）が低く、一次接合により変形誘導部で座屈変形が生じ、内圧疲労試験も、好ましい範囲の実施例と比較すると、やや劣る結果となった。比較例１３、１６は変形誘導部の高さ（ｈ）が大きく、一次接合により、ホルダーの接合面近傍が、外側にラッパ状に開き、接合位置にずれが生じた。

比較例１７、１８は変形誘導部を有しないホルダーを用いた比較例で、接合位置ずれ、ホルダー変形量がともに大きく、内圧疲労試験の結果も、本発明の実施例と比較して劣る結果となった。

本発明によれば、噴射燃料圧力が２５０ＭＰａまでの高圧コモンレールの製造が可能になる。その結果、軽油を燃料とするディーゼルエンジンの高出力化、低燃費化、さらには、大トルク化を達成できるなど、本発明の産業上の貢献が極めて顕著である。

１ コモンレール本体
２ ホルダー
３ 内部管路
４ 支管
５ 非晶質合金箔
６ 加圧力
１１ 燃料ポンプからコモンレールの燃料の流れ
１２ コモンレールからエンジンへの燃料の流れ
２１ 一次接合後のホルダー内側開き量
２２ 一次接合後のホルダー内径側とコモンレール内径側の隙間
３１ ネジ部
４１ 接合面
４２ 加圧面
４３ 接合凸部（開先部）
５１ 変形誘導部（減厚圧潰部）
ａ ホルダーの中心軸
ｂ コモンレール本体の支管の中心軸
ｃ 接合位置ずれ
Ｄ ホルダーの接合面の外径
ｄ ホルダーの内径
ｈ ホルダーの変形誘導部の高さ
Ｔ ホルダーの加圧面の肉厚
ｔ ホルダーの接合面の肉厚
ｖ 一次接合前のホルダー高さ
ｗ 一次接合前のネジ部の高さ
ｙ 一次接合によるホルダー全体の圧潰量
ｚ 一次接合によるネジ部の圧潰量

Claims (14)

1. 加熱圧接接合及び液相拡散接合を利用して、コモンレール本体と、加圧面及び接合凸面を有するコモンレールホルダーとを接合することにより形成されるコモンレールであって、
   前記接合凸面の高さＨが
   １μｍ≦Ｈ≦５０μｍ
   を満たし、
   前記コモンレールホルダーが、前記加圧面と平行な断面の面積が前記加圧面の面積よりも小さい変形誘導部を有する
   ことを特徴とするコモンレール。
2. 前記加熱圧接接合前の、前記変形誘導部の高さｈが
   １．０ｍｍ≦ｈ≦５．０ｍｍ
   を満たし、
   前記加圧面の厚さＴと前記接合凸面の厚さｔとが
   ０．３ｍｍ≦Ｔ−ｔ≦１ｍｍ
   を満たす
   ことを特徴とする請求項１に記載のコモンレール。
3. 前記加熱圧接接合前の、前記接合凸面の外径Ｄと前記接合凸面の厚さｔとが、
   ４．３５≦Ｄ／ｔ≦２１．７
   を満たす
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のコモンレール。
4. 前記接合凸面の外径Ｄと、前記接合凸面の厚さｔと、前記変形誘導部の高さｈとが、
   Ｄ／ｔ≦ｈ／０．２３
   を満たす
   ことを特徴とする請求項１〜３何れか一項に記載のコモンレール。
5. 前記変形誘導部の厚さが前記接合凸面に向けて先細りする
   ことを特徴とする請求項１〜４何れか一項に記載のコモンレール。
6. 加熱圧接接合及び液相拡散接合を利用し、コモンレール本体に接合してコモンレールを形成するための、加圧面及び接合凸面を有するコモンレールホルダーであって、
   前記接合凸面の高さＨが
   １μｍ≦Ｈ≦５０μｍ
   を満たし、
   前記コモンレールホルダーは、前記加圧面と平行な断面の面積が前記加圧面の面積よりも小さい変形誘導部を有し、
   前記変形誘導部の高さｈが
   １．０ｍｍ≦ｈ≦５．０ｍｍ
   を満たし、
   前記加圧面の厚さＴと前記接合凸面の厚さｔとが
   ０．３ｍｍ≦Ｔ−ｔ≦１ｍｍ
   を満たす
   ことを特徴とするコモンレールホルダー。
7. 前記接合凸面の外径Ｄと前記接合凸面の厚さｔとが、
   ４．３５≦Ｄ／ｔ≦２１．７
   を満たす
   ことを特徴とする請求項６に記載のコモンレールホルダー。
8. 前記接合凸面の外径Ｄと、前記接合凸面の厚さｔと、前記変形誘導部の高さｈとが、
   Ｄ／ｔ≦ｈ／０．２３
   を満たす
   ことを特徴とする請求項６又は７に記載のコモンレールホルダー。
9. 前記変形誘導部の厚さが前記接合凸面に向けて先細りしている
   ことを特徴とする請求項６〜８の何れか一項に記載のコモンレールホルダー。
10. コモンレール本体と、加圧面及び接合凸面を有するコモンレールホルダーとを接合することにより形成されるコモンレールの製造方法であって、
    前記コモンレール本体と、前記加圧面と平行な断面の面積が前記加圧面の面積よりも小さい変形誘導部を有する前記コモンレールホルダーとの間に非晶質合金箔を配置して、加熱圧接を行い溶融圧接部を形成し、
    前記溶融圧接部を前記非晶質合金箔の融点以上の温度に加熱し、その温度を保持して前記溶融圧接部を凝固させる液相拡散接合を行う
    ことを特徴とするコモンレールの製造方法。
11. 前記変形誘導部の高さｈが
    １．０ｍｍ≦ｈ≦５．０ｍｍ
    を満たし、
    前記加圧面の厚さＴと前記接合凸面の厚さｔとが
    ０．３ｍｍ≦Ｔ−ｔ≦１ｍｍ
    を満たす
    ことを特徴とする請求項１０に記載のコモンレールの製造方法。
12. 前記加熱圧接接合前の、前記接合凸面の外径Ｄと前記接合凸面の厚さｔとが、
    ４．３５≦Ｄ／ｔ≦２１．７
    を満たす
    ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のコモンレールの製造方法。
13. 前記接合凸面の外径Ｄと前記接合凸面の厚さｔと、前記変形誘導部の高さｈとが、
    Ｄ／ｔ≦ｈ／０．２３
    を満たす
    ことを特徴とする請求項１０〜１２の何れか一項に記載のコモンレールの製造方法。
14. 前記変形誘導部の厚さが前記接合凸面に向けて先細りしている
    ことを特徴とする請求項１０〜１３の何れか一項に記載のコモンレールの製造方法。

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