JP6294434B2 - 燃料噴射弁の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に用いられ、燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２０１１−１４００３６号公報（特許文献１）がある。この公報には、燃料噴射弁の燃料噴射孔を加工する装置として、孔に向けて燃料を噴射するノズルと、孔に向けて噴射される液体の内部にレーザー光を照射するレーザーヘッドと、被加工物を保持する保持具と、非加工部位に配置され、孔を通過したレーザー光を遮断するレーザー光遮断具とを備え、レーザー光遮断具には、孔に到達した液体を排出する排出路が設けられたレーザー加工装置が記載されている（要約）。さらにこの公報には、燃料噴射孔の加工方法として、気中レーザー光を被加工物に照射して微細孔を荒加工し、荒加工された微細孔をウォータージェットレーザーによって仕上げ加工する加工方法が記載されている（段落００２７）。ウォータージェットレーザーは、ノズルから高圧水を噴射することによって形成される水柱（ウォータージェット）の内部に、レーザーヘッドによって所望の径に絞られたレーザー光を照射することによって得られる（段落００３０−００３２）。この加工装置或いは加工方法によれば、燃料噴射孔をストレート形状に面粗さを小さくして加工することができ、熱影響を小さくできる（段落００４９）。尚、レーザー光遮断具は、孔を通過したウォータージェットレーザーのレーザー光が被加工物の非加工部位を加工するのを防止するために、用いられる（段落００５０）。

また、特開２０１０−０３８１２７号公報（特許文献２）には、燃料噴射孔と、燃料噴射孔の出口開口部に形成される凹部Ａ及び凹部Ｂとを、プレス加工により形成した燃料噴射弁が記載されている（段落００３１−００４２）。燃料噴射孔、凹部Ａ及び凹部Ｂはプレス加工により袋穴状に押し出し加工される。このとき、プレス加工により押し出された材料が、パンチによる押圧面とは反対側の面に、盛上り部を形成する。この盛上り部が弁座構成面の切削加工或いは放電加工により取り除かれると、燃料噴射孔がパンチによる押圧面側から反対側の面に貫通する。この燃料噴射弁では、盛上り部を取り除く弁座構成面の切削加工或いは放電加工の後、焼き入れを行い、さらに切削加工を実施して弁座構成面の仕上げ加工を行う。最後に、仕上げ加工で発生したバリがウォータージェット或いは流体研磨により取り除かれる。

特開２０１１−１４００３６号公報 特開２０１０−０３８１２７号公報

燃料噴射弁では、燃料噴射孔が形成される噴射孔形成部材の、特に燃料噴射孔が形成される部位の剛性は低い。複数の燃料噴射孔を形成する場合、一つの燃料噴射孔を形成することで、噴射孔形成部材の剛性は低下する。複数の燃料噴射孔の間で、燃料噴射弁の中心軸線に対する燃料噴射孔の傾斜角度が異なる場合、或いは傾斜方向が異なる場合、全ての燃料噴射孔を一度にプレス加工することはできず、一つずつプレス加工することになる。このため、全ての燃料噴射孔の加工を終えるまで、噴射孔形成部材はプレス加工に必要な剛性を有している必要がある。燃料噴射弁では、燃料噴射孔の径Ｄに対する燃料噴射孔の長さＬの比（Ｌ／Ｄ）を適切な値にするため、燃料噴射孔の出口開口部に外表面側から燃料流れの上流側（内側）に向かって窪んだ凹部が設けられる場合がある。この凹部が設けられる構造では特に、噴射孔形成部材の剛性が低下する。

噴射孔形成部材がプレス加工に必要な剛性を有していない場合、例えば特許文献２に記載されているように、先行するプレス加工で形成された燃料噴射孔が、後から加工される燃料噴射孔のプレス加工時に生じる応力で変形を生じる場合がある。この場合、燃料噴射孔の加工精度を高く維持することは困難になる。

従来、燃料噴射孔及び凹部をプレス加工によって形成する場合、噴射孔形成部材の剛性に配慮しながら燃料噴射孔の配置や傾斜角度を決定する必要があった。このため、所望の燃料噴霧を得るための燃料噴射孔の配置や傾斜角度の設計が簡単ではなかった。

しかしプレス加工では、加工面を全せん断面とすることにより、加工面の表面粗さを小さくでき、デポジットの付着を低減することができる。特許文献１に記載されたウォータージェットレーザー加工は、通常のレーザー加工（気中レーザー加工）による加工面に比べて表面粗さを小さくできるものの、プレス加工で適切に加工された加工面の表面粗さには及ばない。また、特許文献１の燃料噴射弁は、燃料噴射孔の出口開口部に凹部を有しておらず、燃料噴射孔と凹部との組合せを複数有する構造において、デポジットが付着しにくくし、燃料噴射孔の配置と傾斜角度との設計自由度を高めることについては、配慮されていなかった。

さらに従来の燃料噴射弁では、噴霧到達距離を短くすることについての配慮が十分ではなかった。本発明の目的は、噴霧到達距離を短くすることができ、デポジットが付着しにくく、燃料噴射孔の配置と傾斜角度との設計自由度が高い燃料噴射弁の製造方法を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁の製造方法は、
噴射孔形成部材の表面に形成された複数の凹部と、前記複数の凹部のそれぞれの内側に出口が開口し前記噴射孔形成部材の裏面に入口が開口する複数の燃料噴射孔とを有する燃料噴射弁の製造方法において、
プレス加工で前記複数の凹部を形成する凹部加工工程と、前記凹部加工工程の後に前記噴射孔形成部材の裏面に弁体が当接する弁座が設けられる弁座構成面を形成する弁座構成面加工工程と、前記弁座構成面加工工程の後に液体ジェットレーザー加工で前記複数の凹部のそれぞれに前記燃料噴射孔を形成する燃料噴射孔加工工程とを実行し、
前記燃料噴射孔加工工程で加工される燃料噴射孔は、前記入口が前記弁座構成面の上に開口するように形成されると共に、表面粗さが前記凹部の表面粗さよりも大きくなるように加工され、
前記燃料噴射孔は、液体ジェットレーザーの軸線を前記燃料噴射孔の中心軸線に対して傾斜させて加工されることにより、入口側から出口側に向かって縮径するように、或いは入口側から出口側に向かって断面積が次第に大きくなるように形成される。

（２）（１）において、前記燃料噴射孔は、断面が楕円形であるとよい。

（３）（２）において、前記凹部は、断面が楕円形であるとよい。

本発明によれば、噴霧到達距離を短くすることができ、デポジットが付着しにくく、燃料噴射孔の配置と傾斜角度との設計自由度が高い燃料噴射弁の製造方法を提供することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係る電磁式燃料噴射弁の構造を示す断面図であり、中心軸線１００ａに平行な切断面を示す縦断面図である。 本発明の一実施例に係る電磁式燃料噴射弁の構造を示す断面図であり、中心軸線１００ａに平行な切断面を示す縦断面図である。 噴射孔形成部材３０１に燃料噴射孔３０１ｎと凹部３０１ｏとを加工する工程を示すフローチャートである。 燃料噴射孔３０１ｎと凹部３０１ｏとを加工するためのブランクを示す図である。 図４のＶ−Ｖ断面を示す断面図である。 図３に示す加工工程Ｓ２における加工状態を示す断面図である。 図３に示す加工工程Ｓ３における加工状態を示す断面図である。 図３に示す加工工程Ｓ３までを終了した状態の噴射孔形成部材３０１の外観を示す斜視図である。 図８のIX−IX断面を示す断面図である。 図３に示す加工工程Ｓ６までを終了した状態の噴射孔形成部材３０１について、図９と同様な断面を示す断面図である。 燃料噴射孔のウォータージェットレーザー加工について説明する模式図である。 図３に示す加工工程Ｓ８までを終了した状態の噴射孔形成部材３０１について、図９と同様な断面を示す断面図である。 燃料噴射孔３０１ｎの第１の例を示す。 燃料噴射孔３０１ｎの第２の例を示す。 燃料噴射孔３０１ｎの第３の例を示す。

以下、本発明に係る実施例について説明する。

図１及び図２を用いて、電磁式燃料噴射弁１００の構成について説明する。図１は本発明の一実施例に係る電磁式燃料噴射弁の構造を示す断面図であり、中心軸線１００ａに平行な切断面を示す縦断面図である。図２は本発明の一実施例に係る電磁式燃料噴射弁の構造を示す断面図であり、中心軸線１００ａに平行な切断面を示す縦断面図である。

電磁式燃料噴射弁１００は、燃料を供給する燃料供給部２００と、燃料の流通を許したり遮断したりする弁部３００ａが先端部に設けられたノズル部３００と、弁部３００ａを駆動する電磁駆動部４００とで、構成される。本実施例では、ガソリンを燃料とする内燃機関用の電磁式燃料噴射弁を例にとり、説明する。本発明は、例えば圧電素子で駆動される燃料噴射弁、或いはディーゼルエンジンに用いられるような形態のような、電磁式燃料噴射弁以外の燃料噴射弁にも適用可能である。

本実施例の電磁式燃料噴射弁１００では、図面の上端側に燃料供給部２００が、下端側にノズル部３００が構成され、燃料供給部２００とノズル部３００との間に電磁駆動部４００が構成されている。すなわち、中心軸線１００ａ方向に沿って、燃料供給部２００、電磁駆動部４００及びノズル部３００がこの順に配置されている。

燃料供給部２００は、ノズル部３００に対して反対側の端部が図示しない燃料配管に連結される。ノズル部３００は、燃料供給部２００に対して反対側の端部が、図示しない吸気管或いは内燃機関の燃焼室形成部材（シリンダブロック、シリンダヘッド等）に形成された取付穴に挿入される。電磁式燃料噴射弁１００は燃料供給部２００を通じて燃料配管から燃料の供給を受け、ノズル部３００の先端部から吸気管或いは燃焼室内に燃料を噴射する。電磁式燃料噴射弁１００の内部には、燃料供給部２００の前記端部からノズル部３００の先端部まで、燃料がほぼ電磁式燃料噴射弁１００の中心軸線１００ａ方向に沿って流れるように、燃料通路１０１（１０１ａ〜１０１ｈ）が構成されている。

以下の説明においては、電磁式燃料噴射弁１００の中心軸線１００ａに沿う方向の両端部について、ノズル部３００に対して反対側に位置する燃料供給部２００の端部或いは端部側を基端部或いは基端側と呼び、燃料供給部２００に対して反対側に位置するノズル部３００の端部或いは端部側を先端部或いは先端側と呼ぶことにする。また、図１の上下方向を基準として、電磁式燃料噴射弁を構成する各部に「上」又は「下」を付けて説明する。これは、説明を分かり易くするために行うものであり、内燃機関に対する電磁式燃料噴射弁の実装形態をこの上下方向に限定するものではない。

以下、燃料供給部２００、電磁駆動部４００及びノズル部３００の構成について、詳細に説明する。

燃料供給部２００は、後述する電磁駆動部４００を構成する固定鉄心４０１の一端部から延設された燃料パイプ２０１によって構成される。すなわち本実施例では、固定鉄心４０１と燃料パイプ２０１とが一つの部材で一体的に成形されている。

燃料パイプ２０１の上端部には燃料通路１０１ａに連通する燃料供給口２０１ａが開口している。燃料供給口２０１ａに対して下方の外周面には拡径して段部を構成する拡径部２０１ｂが設けられている。この拡径部２０１ｂと燃料供給口２０１ａとの間にＯリング２０２が取り付けられている。さらに、Ｏリング２０２と拡径部２０１ｂとの間には、バックアップリング２０３が設けられている。

Ｏリング２０２は、燃料供給口２０１ａが燃料配管に取り付けられた際に、燃料漏れを防止するシールとして機能する。また、バックアップリング２０３はＯリング２０２をバックアップするためのものである。バックアップリング２０３は複数のリング状部材が積層されて構成される場合もある。燃料供給口２０１ａの内側には燃料に混入した異物を濾しとるフィルタ２０４が配設されている。

ノズル部３００は、その先端部（下端部）に弁部３００ａを備え、弁部３００ａの上流側に燃料通路１０１ｆを構成する中空の筒状体（ノズル体）３００ｂを備えている。尚、ノズル体３００ｂの先端部外周面にはチップシール１０３が設けられている。

弁部３００ａは、噴射孔形成部材３０１と、ガイド部材３０２と、プランジャロッド１０２の一端部（先端側）に設けられた弁体３０３とを備えている。

噴射孔形成部材３０１の内側には上端面３０１ａから下方に向けて凹形状部３０１ｂが形成されている。凹形状部３０１ｂには、中心軸線１００ａに平行な円筒形状を成す内周面３０１ｃが上端面３０１ａから凹形状部３０１ｂの奥側に向けて形成されている。内周面３０１ｃの下端には段部３０１ｄが形成され、段部３０１ｄの内周から凹形状部３０１ｂの奥側に向けて内周壁面３０１ｅが形成されている。段部３０１ｄには、後述するガイド部材３０２が載置される。内周壁面３０１ｅは奥側に向かって縮径するように形成され、燃料室３０１ｆを形成している。内周壁面３０１ｅの下端には円錐形状の弁座構成面３０１ｇが形成され、弁座構成面３０１ｇを形成する円錐形状の頂点部には、弁体３０３との干渉を避ける逃げ部３０１ｈが設けられている。

円錐形状の弁座構成面３０１ｇには弁体３０３と接触する弁座３０１ｂが環状に設けられている。弁座構成面３０１ｇと弁体３０３との接触幅は非常に狭く、線接触に近い。このため、弁座構成面３０１ｇと弁体３０３との接触幅に相当する環状部分を弁座３０１ｂと呼び、弁座３０１ｂと弁座構成面３０１ｇとを区別している。しかし、弁座３０１ｂは弁座構成面３０１ｇの上端と下端との間に構成されており、弁座構成面３０１ｇを弁座３０１ｂと呼ぶ場合もある。

噴射孔形成部材３０１の外側には、上端面３０１ａから下方に向けて中心軸線１００ａに平行な外周面３０１ｉが円筒形状に形成されている。外周面３０１ｉの下端は端面（下端面）３０１ｊに接続されている。端面３０１ｊには、その中心部に、面から突出する曲面部（或いは球面部）３０１ｋが形成されている。

上述した構成により、噴射孔形成部材３０１は、内周面３０１ｃと外周面３０１ｉとによって構成される筒状部３０１ｌと、内周壁面３０１ｅと弁座構成面３０１ｇと逃げ部３０１ｈと曲面部（或いは球面部）３０１ｋを含む端面３０１ｊとによって構成される底部３０１ｍとを有しており、有底筒状に形成されている。

噴射孔形成部材３０１の底部３０１ｍには、底部３０１ｍを貫通するように、燃料噴射孔３０１ｎと凹部３０１ｏとが形成されている。凹部３０１ｏは、曲面部３０１ｋの外面から凹形状部３０１ｂ側に向けて円筒形状に形成された内周面３０１ｏａと、平坦に形成された底面３０１ｏｂとを有している。燃料噴射孔３０１ｎは、その出口が凹部３０１ｏの底面３０１ｏｂに開口し、その入口が噴射孔形成部材３０１の裏面側（弁座構成面３０１ｇ側）に開口している。内周面３０１ｏａの中心軸線は燃料噴射孔３０１ｎの中心軸線と一致している。底面３０１ｏｂは燃料噴射孔３０１ｎの中心軸線に垂直である。複数の燃料噴射孔３０１ｎのそれぞれに凹部３０１ｏが個別に設けられ、燃料噴射孔３０１ａと凹部３０１ｏとのセットが複数設けられている。

噴射孔形成部材３０１は後述する加工工程により製作され、ノズル体３００ｂの先端部に形成された凹部内周面３００ｂａに挿入されて固定されている。このとき、噴射孔形成部材３０１の先端面の外周とノズル体３００ｂの先端面内周とが溶接され、燃料をシールしている。

ガイド部材３０２は噴射孔形成部材３０１の内側に配置されている。ガイド部材３０２の中心部には、上端面から下端面に貫通する貫通孔３０２ａが形成されている。貫通孔３０２ａはプランジャロッド１０２の先端側（下端側）のガイド面を構成し、中心軸線１００ａに沿う方向（開閉弁方向）におけるプランジャロッド１０２の移動を案内する。ガイド部材３０２の外周面には燃料通路１０１ｇが形成され、ガイド部材３０２の下端面には燃料通路１０１ｈが形成されている。

弁体３０３は閉弁時に弁部３０１ａが弁座３０１ｂと接触し、弁座３０１ｂと協働して燃料をシールする。弁部３００ａは、燃料を噴射する主要部であり、燃料噴霧を形成する噴霧形成部を構成する。

電磁駆動部４００は、固定鉄心４０１と、コイル４０２と、外周ヨーク４０３と、可動鉄心４０４と、第１ばね部材（コイルばね）４０５と、ばね力調整部材４０６と、第２ばね部材（スプリング）４０７と、ばね座部材４０８とで構成されている。

固定鉄心４０１は、燃料パイプ２０１に対して反対側の端部（下端部）に形成された下端面４０１ａと、中心部に燃料通路１０１ｃを構成する貫通孔４０１ｂと、燃料パイプ２０１が延設される側の端部に径方向に張り出して形成されたフランジ部４０１ｃとを有する。固定鉄心４０１の外周面４０１ｄはノズル体３００ｂに形成された拡径部３００ｂａの内周面に嵌合されている。固定鉄心４０１及びノズル体拡径部３００ｂａの外周側にはコイル４０２が巻回されている。

外周ヨーク４０３はコイル４０２の外周側を囲むように設けられ、電磁式燃料噴射弁１００のハウジング部材を兼ねている。外周ヨーク４０３の上端側内周面４０３ａが固定鉄心４０１のフランジ部４０１ｃの外周面に接続されて固定されている。また、外周ヨーク４０３の下端側内周面４０３ｂは、ノズル体拡径部３００ｂａの外周面に接続されて固定されている。

固定鉄心４０１の下端部側には、可動鉄心４０４が配置されている。可動鉄心４０４の端面４０４ａは固定鉄心４０１の端面４０１ａと対向している。また、可動鉄心４０４の外周面はノズル体拡径部３００ｂａの内周面と僅かな隙間を介して対向しており、可動鉄心４０４はノズル体拡径部３００ｂａの内側で中心軸線１００ａに沿う方向に移動可能に設けられている。

可動鉄心４０４の中央部には、上端面４０４ａ側から下端面４０４ｂ側に窪んだ凹部４０４ｃが形成されている。凹部４０４ｃの底面に中心軸線１００ａに沿う方向に下端面４０４ｂまで貫通する貫通孔４０４ｄが形成されている。貫通孔４０４ｄを挿通するようにプランジャロッド１０２が設けられている。可動鉄心４０４とプランジャロッド１０２とは、中心軸線１００ａに沿う方向に、相対変位可能に構成されている。可動鉄心４０４の貫通孔４０４ｄの周囲には、凹部４０４ｃの底面に開口し、下端面４０４ｂに貫通する貫通孔により形成された燃料通路１０１ｄが設けられている。

プランジャロッド１０２は第１ばね４０５により閉弁方向（下方向）に付勢され、下端部に構成された弁体３０３が弁座３０１ｂに接触している。このために、第１ばね４０５の上端部はばね力調整部材４０６の下端面に当接し、第１ばね４０５の下端部はプランジャロッド１０２の上端部に形成された拡径部１０２ａの上端面に当接している。可動鉄心４０４は第２ばね部材４０７により開弁方向（上方向）に付勢され、凹部４０４ｃの底面がプランジャロッド１０２の拡径部１０２ａの下端面と接触している。このために、第２ばね部材４０７の上端部は可動鉄心４０４の下端面４０４ｂに当接し、第２ばね部材４０７の下端部はばね座部材４０８のばね座面４０８ａに当接している。

第１ばね４０５の付勢力は第２ばね４０７の付勢力よりも大きく設定されている。このため、弁体３０３は弁座３０１ｂに接触した状態を維持することができる。一方、可動鉄心４０４はプランジャロッド１０２の拡径部１０２ａによって、開弁方向への変位を規制されている。本実施例では、上述した構成により、第１ばね４０５の付勢力はプランジャロッド拡径部１０２ａを介して可動鉄心４０４に伝達され、可動鉄心４０４が受ける開弁方向の付勢力、即ち第２ばね４０７の付勢力及び固定鉄心４０１による磁気吸引力は、可動鉄心４０４を介してプランジャロッド１０２に伝達される。

第１ばね４０５の付勢力を調整するために、燃料パイプ２０１の中空部２０１ｃ内に、ばね力調整部材４０６が設けられている。また、第１ばね４０５は下側部分が固定鉄心４０１の貫通孔４０１ｂ内に配置され、上側部分が燃料パイプ２０１の中空部２０１ｃ内に配置されている。第１ばね４０５とばね力調整部材４０６とは燃料通路１０１ａ，１０１ｃ内に配置され、ばね力調整部材４０６の中心部には燃料通路１０１ｂが構成されている。

上述した固定鉄心４０１、コイル４０２及び外周ヨーク４０３は、可動鉄心４０４に対する磁気吸引力を発生する電磁石を構成する。

上述したばね座部材４０８には、中心部に中心軸線１００ａに沿う方向に貫通する貫通孔４０８ｂが形成されている。貫通孔４０８ｂはプランジャロッド１０２の上端側のガイド面を構成し、中心軸線１００ａに沿う方向（開閉弁方向）におけるプランジャロッド１０２の移動を案内する。ばね座部材４０８には燃料通路１０１ｅが形成されている。

コイル４０２はボビンに巻かれた状態で固定鉄心４０１及びノズル体拡径部３００ｂａの外周側に組み付けられ、その周囲には樹脂材がモールドされている。このモールドに使用される樹脂材により、コイル４０２から引き出されたターミナル１０４を有するコネクタ１０５が一体的に成形されている。

次に、電磁式燃料噴射弁１００の動作について説明する。

コイル４０２に通電されていない状態では、プランジャロッド１０２を閉弁方向に付勢する第１ばね部材の付勢力により、弁体３０３が弁座３０１ｂに当接して閉弁している。この状態を閉弁静止状態という。このとき、可動鉄心４０４は第２ばね部材４０７によって開弁方向に付勢され、凹部４０４ｃの底面がプランジャロッド拡径部１０２ａと当接している。可動鉄心４０４は開弁方向への変位がプランジャロッド拡径部１０２ａによって規制され、上端面４０４ａと固定鉄心下端面４０１ａとの間には弁体３０３のストロークに対応するギャップが生じている。

コイル４０２に通電されると、固定鉄心４０１、コイル４０２及び外周ヨーク４０３によって構成された電磁石により磁束が発生する。この磁束は、コイル４０２を囲むように構成された固定鉄心４０１（フランジ部４０１ｃを含む）、外周ヨーク４０３、ノズル体拡径部３００ｂａ及び可動鉄心４０４を環状に流れる。このとき、可動鉄心上端面４０４ａと固定鉄心下端面４０１ａとの間に磁気吸引力が作用し、可動鉄心４０４が固定鉄心４０１に向けて引き付けられる。プランジャロッド１０２は可動鉄心４０４によって引き上げられ、弁体３０３の弁部３０１ａが弁座３０１ｂから離れる。これにより、弁体３０３と弁座３０１ｂとの間の燃料通路が開く。

可動鉄心上端面４０４ａが固定鉄心下端面４０１ａと当接すると、可動鉄心上端面４０４ａは固定鉄心下端面４０１ａに吸着された状態となって動きを止めるが、プランジャロッド１０２は開弁方向への移動を続ける。やがて、プランジャロッド１０２は第１ばね部材４０５の付勢力により開弁方向への移動を続けることができなくなり、第１ばね部材４０５により閉弁方向に押し戻される。閉弁方向に押し戻されたプランジャロッド１０２はプランジャロッド拡径部１０２ａの下端面が可動鉄心凹部４０４ｃの底面に当接して静止状態となる。この状態を開弁静止状態という。また、通電を開始して閉弁静止状態から開弁静止状態に至るまでの期間を開弁動作期間という。

開弁静止状態でコイル４０２への通電を遮断すると、可動鉄心上端面４０４ａと固定鉄心下端面４０１ａとの間に磁気吸引力が小さくなり、この磁気吸引力と第２ばね部材４０７の付勢力との合力よりも第１ばね部材の付勢力が大きくなると、プランジャロッド１０２及び可動鉄心４０４は閉弁方向に移動を始める。弁体３０３の弁部３０１ａが弁座３０１ｂに当接すると、プランジャロッド１０２は閉弁方向への移動を止める。この後も可動鉄心４０４は閉弁方向への移動を継続するが、やがて第２ばね部材４０７の付勢力により閉弁方向への移動を続けることができなくなる。さらに可動鉄心４０４は第２ばね部材４０７により開弁方向に押し戻され、可動鉄心凹部４０４ｃの底面がプランジャロッド拡径部１０２ａの下端面に当接して静止状態（閉弁静止状態）となる。この閉弁静止状態では、弁体３０３と弁座３０１ｂとの間の燃料通路が閉じられる。

本実施例では、プランジャロッド１０２と可動鉄心４０４とが相対変位可能な電磁式燃料噴射弁について説明したが、プランジャロッド１０２と可動鉄心４０４とが固定された構造であってもよい。或いは、プランジャロッド１０２と可動鉄心４０４とが他の相対変位可能な構造であってもよい。また、固定鉄心４０１、コイル４０２及び外周ヨーク４０３によって構成した電磁石も、本実施例と異なる構成にしても構わない。

次に、図３乃至図１２を用いて、製造方法について説明する。特に、製造方法として特徴のある、燃料噴射孔３０１ｎ及び凹部３０１ｏの加工方法について説明する。図３は、噴射孔形成部材３０１に燃料噴射孔３０１ｎと凹部３０１ｏとを加工する工程を示すフローチャートである。図４は、燃料噴射孔３０１ｎと凹部３０１ｏとを加工するためのブランク（半加工品）を示す図である。図５は、図４のＶ−Ｖ断面を示す断面図である。図６は、図３に示す加工工程Ｓ２における加工状態を示す断面図である。図７は、図３に示す加工工程Ｓ３における加工状態を示す断面図である。図８は、図３に示す加工工程Ｓ３までを終了した状態の半加工品３０１’（噴射孔形成部材３０１）の外観を示す斜視図である。図９は、図８のIX−IX断面を示す断面図である。図１０は、図３に示す加工工程Ｓ６までを終了した状態の噴射孔形成部材３０１について、図９と同様な断面を示す断面図である。図１１は、燃料噴射孔３０１ｎのウォータージェットレーザー加工について説明する模式図である。図１２は、図３に示す加工工程Ｓ８までを終了した完成状態の噴射孔形成部材３０１について、図９と同様な断面を示す断面図である。

加工工程Ｓ１で噴射孔形成部材３０１の半加工品３０１’を用意する。この半加工品３０１’を図４及び図５に示す。尚、図４及び図５では、図１及び図２に対して上下が逆転しているが、「上」「下」はあくまでも図１及び図２を基準とする。後述する図６乃至図１１の説明も同様である。

半加工品３０１’には、上端面３０１ａと、内側の凹形状部３０１ｂのうち、内周面３０１ｃ、段部３０１ｄ、内周壁面３０１ｅ及び逃げ部３０１ｈとが形成されている。また、半加工品３０１’の外側では、外周面３０１ｉと、端面（下端面）３０１ｊと、曲面部（或いは球面部）３０１ｋとが形成されている。

半加工品３０１’では、弁座３０１ｂを構成する弁座構成面３０１ｇは完成しておらず、未完成状態の弁座構成面３０１ｇ’が荒加工されている。当然ではあるが、燃料噴射孔３０１及び凹部３０１ｏは形成されていない。半加工品３０１’は、弁座構成面３０１ｇが完成していないものの、有底筒状に形成されている。このような半加工品３０１’は切削加工や塑性加工で製作することができる。

加工工程Ｓ２では、図６に示すように、半加工品３０１’をダイ４０１の上面に設置し、外周をコレットチャック４０２で強固に保持する。更に、パンチ４０３の切り刃部４０３ａで曲面部３０１ｋの外周の平面部３０１ｐを押圧し、位置決め穴３０１ｑａ（図８参照）をプレス加工する。同様に位置決め穴３０１ｑｂ、及び機種判別穴３０１ｑｃを加工する。

次に、加工工程Ｓ３では、図７に示すように、半加工品３０１’をチャックしたままの状態で、パンチ４０４の切り刃部４０４ａで曲面部３０１ｋの外面を押圧し、曲面部３０１ｋ上に凹部３０１ｏを袋穴状にプレス加工する。このとき、凹部３０１ｏが袋穴状にプレス加工されることにより、未完成状態の弁座構成面３０１ｇ’側に材料が押し出され、押出し部３０１ｒ’が形成される。凹部３０１ｏをプレス加工することにより、凹部３０１ｏの内周面３０１ｏａは全せん断面に加工され、面粗さの小さい凹部３０１ｏを形成することができる。

凹部３０１ｏは燃料噴射孔３０１ｎの個数分プレス加工される。本実施例では、燃料噴射孔３０１ｎを６個備えているため、凹部３０１ｏを６個プレス加工する。燃料噴射孔３０１ｎの個数は１個でも６個以外の複数個でもよい。

燃料噴射孔３０１ｎの中心軸線は中心軸線１００ａに対して０°よりも大きな傾斜角度を有して傾斜している。凹部３０１ｏの中心軸線は燃料噴射孔３０１ｎの中心軸線と一致するため、凹部３０１ｏをプレス加工するために、パンチ４０４はその中心軸線４０４ｂが中心軸線１００ａに対して傾斜角度Ａｐを有するようにして曲面部３０１ｋに押し付けられる。また複数個の燃料噴射孔３０１ｎの間で、中心軸線の傾斜角度は異なっている。このため、傾斜角度Ａｐは燃料噴射孔３０１ｎごとに調整される。

加工工程Ｓ３が終了した段階では、半加工品３０１’は図８のような外観をしている。

次に、加工工程Ｓ４では、弁座構成面３０１ｇ’を切削加工により荒加工し、加工工程Ｓ３で形成された押出し部３０１ｒ’を取り除く。加工工程Ｓ４を終了した段階では、図８のIX−IX断面は図９に示すような断面形状になる。このとき、未完成状態の弁座構成面３０１ｇ’’が形成されている。

次に、加工工程Ｓ５で、半加工品３０１’を焼き入れ加工し、硬度を高める。この焼き入れにより、完成後の弁座構成面３０１ｇの耐摩耗性が向上する。

次に、加工工程Ｓ６で、弁座構成面３０１ｇ’’を仕上げ加工（切削加工）して、弁座構成面３０１ｇを完成させる。この仕上げ加工により、弁座構成面ｇの真円度及び面粗さが向上し、高い油密性を確保することができる。弁座構成面ｇは円錐形状をしており、円錐側面の上端と下端の途中に弁体３０３の弁部３０３ａと当接する円環状の弁座３０１ｂが構成されている。

加工工程Ｓ６が終了した段階では、図８のIX−IX断面は図１０に示すような断面形状になる。

加工工程Ｓ６が終了すると、燃料噴射孔３０１ｎの加工工程が実行される。燃料噴射孔３０１ｎの加工工程は加工工程Ｓ７と加工工程Ｓ８とで実行される。

加工工程Ｓ７は、ウォータージェットレーザー５００による仕上げ加工（加工工程Ｓ８）を実行する前に、半加工品３０１’の燃料噴射孔３０１ｎを形成する部位に、予め貫通孔３０１ｎ’を加工する工程である。特許文献１にも記載されているように、小径のウォータージェットレーザーではレーザーパワーが小さく貫通孔を形成するのが困難であり、大径のウォータージェットレーザーでは孔の真円度、円筒度などが劣化する。また、レーザーパワーを大きくすると表面粗さ（面精度）が悪化することが考えられる。このため、貫通孔３０１ｎ’を形成し、貫通孔３０１ｎ’の加工面を小径のウォータージェットレーザー５００で仕上げ加工することにより、燃料噴射孔３０１ｎの加工精度（真円度、円筒度、表面粗さ等）を高める。

尚、本実施例では、水を使用するウォータージェットレーザー５００について説明するが、水以外の液体を用いるものであっても構わない。水以外の液体を用いる場合、本明細書で用いている用語「ウォーター」は「液体」として説明される。

加工工程Ｓ７では、半加工品３０１’に貫通孔３０１ｎ’を形成する。貫通孔３０１ｎ’の加工は通常のレーザー加工（気中レーザー加工）、放電加工、ウォータージェットレーザー加工等で行う。これら以外の加工方法であってもよいが、半加工品３０１’に大きな応力が生じる加工方法は、上述したように、半加工品３０１’の剛性の制約を受けて燃料噴射孔の配置や傾斜角度の設計が簡単ではなくなるので、避けた方がよい。

次に、加工工程Ｓ８では、図１１に示すように、貫通孔３０１ｎ’の側壁をウォータージェットレーザーで仕上げ加工して、燃料噴射孔３０１ｎを完成する。すなわち、燃料噴射孔３０１ｎの側壁面がウォータージェットレーザー５００で形成される。図示しないレーザー発生装置で発生させたレーザー光５０１は光ファイバー等でフォーカスレンズ５０２に導かれる。フォーカスレンズ５０２で絞られたレーザー光は水容器（液体容器）５０３に設けられた窓５０３ａから水容器５０３内に導入される。水容器５０３は給水口（液体供給口）５０３ｂと高圧のウォータージェット５００ａを噴出するノズル５０３ｃとを備えている。水容器５０３内に導入されたレーザー光はウォータージェット（水柱）５００ａの内部に照射される。レーザー光はウォータージェット５００ａの内面で全反射する現象を繰り返し、ウォータージェット５００ａの中に閉じ込められた状態で進む。この加工方法によれば、ウォータージェット５００ａが平行ビームを形成するため、ウォータージェットレーザー５００の平行ビームに対する半加工品３０１’の位置及び角度を変化させて所望の径、傾斜角度、形状を有する燃料噴射孔３０１ｎを形成することができる。また、水による冷却効果により半加工品３０１’に加わる熱量を抑え、燃料噴射孔３０１ｎの加工面の表面粗さを小さくすることができる。

加工工程Ｓ８が終了した段階では、図８のIX−IX断面は図１２に示すような断面形状になる。

プレス加工で燃料噴射孔３０１ｎを全せん断面に加工する場合、燃料噴射孔３０１ｎを袋穴状に押出し加工した後に弁座構成面３０１ｇを切削加工で仕上げる（特許文献２参照）。このような加工手順の場合、燃料噴射孔３０１ｎの弁座構成面３０１ｇへの開口部にバリが発生するため、このバリを取り除く工程が必要になる。本実施例では、弁座構成面３０１ｇの仕上げ行う切削加工（加工工程Ｓ６）を、燃料噴射孔３０１ｎの加工を行う加工工程Ｓ７及び加工工程Ｓ８に先行して行っている。本実施例では、燃料噴射孔３０１ｎをウォータージェットレーザー５００で加工することにより、燃料噴射孔３０１ｎを加工しながらウォータージェットで加工面の清掃を行うことができる。このため、加工工程Ｓ６、加工工程Ｓ７及び加工工程Ｓ８の手順により、バリ取りの工程が不要になる。

バリ取りの工程を不要にするためには、加工工程Ｓ６の後に加工工程Ｓ８を行うだけでも良い。このため、加工工程Ｓ７、加工工程Ｓ６及び加工工程Ｓ８の手順で行ってもよい。また、加工工程Ｓ７は必ずしも必要でない場合もある。この場合、加工工程Ｓ７は実行せず、加工工程Ｓ６、加工工程Ｓ８の順に実行してもよい。この場合は、燃料噴射孔３０１ｎの荒加工無しに、燃料噴射孔３０１ｎの側壁面がウォータージェットレーザー５００で形成される。本実施例では、特に、加工工程Ｓ３、加工工程Ｓ６及び加工工程Ｓ８の３つの順番が入れ替わらないように実行することが重要であり、その他の加工工程は必要に応じて省略することができる。或いは、図３に記載していないその他の加工工程を加えてもよい。

本実施例の製造方法により製造された燃料噴射弁では、プレス加工により形成された凹部３０１ｏは噴射孔形成部材３０１の外表面に露出しているが、その加工面の表面粗さが小さく、デポジットが付着しにくい。ウォータージェットレーザー加工により形成された燃料噴射孔３０１ｎは、表面粗さが凹部３０１ｏの表面粗さよりも大きくなるが、表面粗さを小さい値にすることができ、また燃料噴射により常時洗われるため、デポジットが付着するのを防ぐことができる。

ウォータージェットレーザー加工により凹部の底面に燃料噴射孔３０１ｎを形成する際には、噴射孔形成部材３０１の剛性が低下した状態で噴射孔形成部材３０１に大きな荷重が作用せず、噴射孔形成部材３０１に大きな応力が発生しないため、燃料噴射孔３０１ｎの配置と傾斜角度とにおける設計自由度が高まる。

また、燃料噴射孔３０１ｎを放電加工で加工しても、プレス加工のような大きな荷重が半加工品３０１’に作用することは防ぐことができる。しかし、放電加工では温度が高くなりすぎて燃料噴射孔３０１ｎの加工面の表面粗さが悪化し易い。特に、本実施例の構造のように、燃料噴射孔３０１ｎが複数個形成され、さらにその出口部に燃料噴射孔３０１ｎよりも径の大きな凹部３０１ｏが形成されると、熱の逃げる経路の断面積が小さくなる。これにより、放電加工による温度上昇が増え、加工面の表面粗さの悪化につながる。また、複数の燃料噴射孔を加工する場合、半加工品３０１’が高温になって熱変形した状態で次々に燃料噴射孔を加工すると、燃料噴射孔の加工精度が低下する恐れがある。燃料噴射孔３０１ｎをウォータージェットレーザー加工で加工することにより、上述した課題を解決することができる。

図１３乃至図１５を用いて、燃料噴射孔３０１ｎの例について説明する。図１３は燃料噴射孔３０１ｎの第１の例を示す。図１４は燃料噴射孔３０１ｎの第２の例を示す。図１５は燃料噴射孔３０１ｎの第３の例を示す。

図１３に示す第１の例では、燃料噴射孔３０１ｎ及び凹部３０１ｏは上述した構成と変わりない。燃料噴射孔３０１ｎは入口開口３０１ｎａから出口開口３０１ｎｂまで径が一定のストレートな丸孔で構成されている。

本例のような燃料噴射孔３０１ｎを形成する場合、ウォータージェットレーザー５００の軸線の角度は動かさず、燃料噴射孔３０１ｎの周方向にウォータージェットレーザー５００の軸線を半加工品３０１’に対して相対的に移動させればよい。この場合、ウォータージェットレーザー５００の軸線と半加工品３０１’のいずれか一方を移動させてもよいし、両方を移動させてもよい。或いは、条件によっては、ウォータージェットレーザー５００の軸線を固定したまま、ウォータージェットレーザー５００の直径に等しい燃料噴射孔３０１ｎを形成することも可能である。

本例の燃料噴射孔３０１ｎでは、入口開口３０１ｎａで燃料流れに剥離（６００ａ，６００ｂ）が生じるため、燃料噴射孔３０１ｎの実質的な直径が実際の形状的な寸法Ｄよりも小さいＤ’（ΦＤ’＜ΦＤ）になる。このため、本例の燃料噴射孔３０１ｎでは、燃料の噴射速度が速くなり、燃料噴霧の到達距離が長くなる傾向にある。

燃料噴射弁では、燃料噴霧の到達距離（ペネトレーション）をコントロールするために、燃料噴射孔の直径Ｄに対する長さＬの比（Ｌ／Ｄ）を適切な値に調整する必要がある。特に、燃焼室内に直接燃料を噴射する場合は燃焼室を構成するシリンダ壁面やピストン表面に燃料が付着しないよう、また、吸気管内に燃料を噴射する場合は吸気管内壁面に燃料が付着しないよう、到達距離の短い（低ペネトレーションの）燃料噴霧を噴射することが求められる。図１４及び図１５に示す燃料噴射孔３０１ｎは、到達距離の短い燃料噴霧を実現するための燃料噴射孔の具体例である。

図１４に示す第２の例では、燃料噴射孔３０１ｎは入口開口３０１ｎａから出口開口３０１ｎｂに向かって縮径している。凹部３０１ｏは上述した構成と変わりない。弁座構成面３０１ｇから燃料噴射孔３０１ｎへ流れ込んだ燃料は燃料噴射孔３０１ｎの中で径方向に圧縮されながら流れた後噴射される。径方向の拡がり成分はやや弱くなるが、燃料噴射孔３０１ｎの長さＬを燃料が整流しきらない長さとしているため、径方向の拡がり成分は残存している。この場合、噴射速度は遅くなり、結果として噴霧の到達距離を短くすることが可能である。

本例のような燃料噴射孔３０１ｎを形成する場合、燃料噴射孔３０１ｎの中心軸線３０１ｎｄに対してウォータージェットレーザー５００の軸線を傾斜させる。また、ウォータージェットレーザー５００の軸線に対して半加工品３０１’を燃料噴射孔３０１ｎの中心軸線３０１ｎｄを中心として回転させることにより加工することができる。これ以外にも、半加工品３０１’を固定し、ウォータージェットレーザー５００を動かして加工することも可能である。ただし、ウォータージェットレーザー５００を動かすと、ウォータージェット５００ａに乱れが生じる可能性があり、燃料噴射孔３０１ｎの加工精度が悪化する可能性がある。このため、半加工品３０１’位置及び角度を動かしながら加工する方が現実的と考えられる。

図１５に示す第３の例では、燃料噴射孔３０１ｎが楕円形状になっている。凹部３０１ｏは丸孔としてもよいが、燃料噴射孔３０１ｎに合わせて楕円形状にする方がよい。本例における燃料噴射孔の径（Ｄ）は、燃料噴射孔の入口開口３０１ｎａおける楕円の面積（本例では長辺がａ１３、短辺がｂ１３）と面積が等しくなる円の直径Ｄを採用する。この楕円の面積は燃料噴射孔３０１ｎの中で最小の面積となる。また、楕円の面積は入口３０１ｎａから出口開口３０１ｎｂまでは孔の断面積が次第に大きくなっている。

本例の構成によると、弁座構成面３０１ｇの上流から流入する流れに対して、入口開口３０１ｎaが大きく開孔しているために、真円である場合に比べ、剥離を抑えることが可能となる。入口開口３０１ｎａから流れ込んできた燃料が燃料噴射孔３０１ｎの中で径方向に広がりながら流れた後噴射される。それによって、径方向拡がり成分を大きく、噴射軸方向の噴射速度を遅くすることが可能となるため、燃料噴射弁の噴霧到達距離をさらに短くすることが可能である。

本例の燃料噴射孔３０１ｎは第２の例と同様にして、燃料噴射孔３０１ｎの中心軸線３０１ｎｄに対してウォータージェットレーザー５００の軸線を傾斜させて加工することができる。

なお、本実施例における噴射孔凹部は、デポジットが付きにくければ良く、一般的には、プレス加工が良い。表面処理等を行うことによりデポジットが問題にならないならば、切削加工や放電加工により凹部３０１ｏを加工してもよい。その他にプレス加工並みの性能が出る加工方法があれば、その加工方法により凹部３０１ｏを加工し、ウォータージェットレーザー加工によってオリフィス（燃料噴射孔）を加工するようにしてもよい。

なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

３０１…噴射孔形成部材、３０１’…半加工品、３０１ｇ…弁座構成面、３０１ｇ’，３０１ｇ’’…未完成状態の弁座構成面、３０１ｎ…燃料噴射孔、３０１ｎ’…未完成状態の燃料噴射孔、３０１ｏ…凹部、３０１ｒ’…押出し部、４０３，４０４…パンチ、５００…ウォータージェットレーザー、５００ａ…ウォータージェット、５０１…レーザー光、５０２…フォーカスレンズ、５０３…水容器（液体容器）、５０３ａ…窓、５０３ｂ…給水口（液体供給口）、５０３ｃ…ノズル、Ｓ１〜Ｓ８加工工程。

Claims (3)

1. 噴射孔形成部材の表面に形成された複数の凹部と、前記複数の凹部のそれぞれの内側に出口が開口し前記噴射孔形成部材の裏面に入口が開口する複数の燃料噴射孔とを有する燃料噴射弁の製造方法において、
   プレス加工で前記複数の凹部を形成する凹部加工工程と、前記凹部加工工程の後に前記噴射孔形成部材の裏面に弁体が当接する弁座が設けられる弁座構成面を形成する弁座構成面加工工程と、前記弁座構成面加工工程の後に液体ジェットレーザー加工で前記複数の凹部のそれぞれに前記燃料噴射孔を形成する燃料噴射孔加工工程とを実行し、
   前記燃料噴射孔加工工程で加工される燃料噴射孔は、前記入口が前記弁座構成面の上に開口するように形成されると共に、表面粗さが前記凹部の表面粗さよりも大きくなるように加工され、
   前記燃料噴射孔は、液体ジェットレーザーの軸線を前記燃料噴射孔の中心軸線に対して傾斜させて加工されることにより、入口側から出口側に向かって縮径するように、或いは入口側から出口側に向かって断面積が次第に大きくなるように形成されることを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁の製造方法において、
   前記燃料噴射孔は、断面が楕円形であることを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
3. 請求項２に記載の燃料噴射弁の製造方法において、
   前記凹部は、断面が楕円形であることを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。

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