JP6656266B2 - 電磁弁及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、処理前に全体が強磁性であるパイプに局所弱磁性化処理を施したパイプを用いた電磁弁及びその製造方法に関するものである。
近年、自動車の燃費規制が厳しくなり、自動車用エンジンには低燃費化が求められている。自動車用のエンジンには、電磁弁の１つとして燃料噴射弁が用いられている。低燃費化のためには、燃料噴射弁では、燃料の微小噴射量制御が必須である。自動車等の内燃機関においては、エンジン制御ユニットからの電気信号により駆動する電磁式の燃料噴射弁が広く用いられている。
強磁性材料からなるパイプの外側には、ソレノイドコイルが配置されている。また、パイプの内側には、パイプコネクタと、弁体が取り付けられたアンカと、が配置されている。そして、閉弁時には、弁体がバネの力を受けて弁座側に付勢される構造となっている。ソレノイドコイルにパルス電圧が印加されて発生する電磁力によってソレノイドコイルの周囲に磁気回路が形成され、アンカがパイプコネクタに吸引される。その結果、弁体が弁座から離れて開弁し、燃料が燃料噴射弁の先端より噴射される。
アンカとパイプコネクタとの接触面に磁束を集中させ、アンカとパイプコネクタに吸引力を発生させるためには、パイプの一部分は、磁束漏れを抑制する目的で非磁性または弱磁性でなければならない。パイプの一部分を非磁性または弱磁性にする方法として、レーザ等の高エネルギー密度ビームをパイプの外周面に照射する方法が知られている。
上記の、高エネルギー密度ビームをパイプの外周面に照射する方法として、特許文献１には、磁性材料の中空部材の外周面の一部に改質材料を添加しつつ、ビームを照射して非磁性または弱磁性となる改質部を形成するに当たり、中空部材の内部に非酸化性のシールドガスを供給しながらビーム照射を行う方法が開示されている。
また、上記の、高エネルギー密度ビームをパイプの外周面に照射する別の方法として、特許文献２には、アルミ合金製ライナの外周面にビームを照射する際、ライナ内に銅製チラーを嵌挿することで銅製チラーによってライナの内周面から熱を吸収させ、ライナの変形を抑制しつつアルミ合金中のシリコンを均一に微細化する方法が開示されている。
特許文献１に記載された方法では、中空部材の内周面から処理部分を支える媒体がシールドガスのみであるため、中空部材の処理部の内周面側への落ち込み変形量と外周面側の凹み変形量とを所定の値以下に抑制または低減できるように制御することが困難であるという課題がある。
また、特許文献２に記載された方法は、円筒部材の外周面より高エネルギー密度ビームを照射するのみであり、処理部分を局所的に弱磁性化できないため、電磁弁の製造には採用できない。また、この方法では、ビーム照射によって処理部分が酸化されるため、処理部分の強度が低下するという課題がある。
そこで、本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたものであり、局所的に弱磁性化された、寸法精度の高いパイプ及びこのパイプを用いた電磁弁を得ることを目的とする。また、本発明は、処理前には全体が強磁性であって処理後には局所的に弱磁性化されたパイプにおいて、少ない工数および容易な処理により、処理部（改質部）の内周面側の落ち込み変形量及び外周面側の凹み変形量を小さくすることを目的とする。
本発明の電磁弁は、１５質量％以上１８質量％以下のＣｒを含有する強磁性材料で形成されたパイプと、電磁コイルと、弁体と、を含み、パイプの一部には、改質部を有し、改質部は、強磁性材料の成分にＮｉ含有材料の成分が混合した構成であり、パイプの改質部の近傍における肉厚ｄに対する改質部の外周面側の最大変形量ｅの比であるｅ／ｄが０．５以下であり、かつ、パイプの肉厚ｄに対する改質部の内周面側への最大変形量ｃの比であるｃ／ｄが０．５以下である。
本発明の電磁弁の製造方法は、１５質量％以上１８質量％以下のＣｒを含有する強磁性材料で形成されたパイプと、電磁コイルと、弁体と、を含み、パイプの一部には、改質部を有する電磁弁を製造する方法であって、パイプの内周面側に１００℃における熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である変形抑制部材を嵌挿する工程と、パイプの一部にＮｉ含有材料の供給又は付設をする工程と、Ｎｉ含有材料の供給又は付設をした部位に外部より熱を与えることにより改質部を形成する工程と、を含む。
本発明によれば、局所的に弱磁性化された、寸法精度の高いパイプ、及びこのパイプを用いた電磁弁を得ることができる。
さらに、本発明によれば、処理前には全体が強磁性であって処理後には局所的に弱磁性化されたパイプにおいて、処理部（改質部）の内周面側の落ち込み変形量及び外周面側の凹み変形量を小さくすることができる。
前記パイプを電磁弁に用いることで、電磁コイルに印加するパルス電圧に対する電磁弁の開閉の応答性を高めることができる。さらに、前記電磁弁を燃料噴射弁として自動車用エンジンに用いた場合、前記自動車の燃費向上に貢献できる。
本発明は、処理前に全体が強磁性であって局所的に弱磁性化処理を施したパイプ及びこれを用いた電磁弁に関する。言い換えると、本発明は、強磁性のパイプの一部に弱磁性化処理を施すことにより改質部を形成し、このパイプを用いた電磁弁に関する。
本発明は、処理前に全体が強磁性であるパイプにおいて、内周面側の落ち込み変形量および外周面側の凹み変形量を小さく制御し、さらに処理部が局所的に弱磁性化されたパイプを電磁弁に用いることにより、電磁弁の応答性を向上する。
パイプの内周面側の改質部の幅ｂに対するパイプの外周面側の改質部の幅ａの比であるａ／ｂは、１．４以上であることが望ましい。
パイプの内周面側の改質部の幅ｂに対するパイプの内周面側への最大変形量ｃの比であるｃ／ｂは、０．０２５以下であることが望ましい。
改質部の１．６×１０６Ａ／ｍの印加磁場における飽和磁化値は、０．６Ｔ未満であることが望ましい。
改質部は、パイプの薄肉部に形成されていることが望ましい。
改質部は、パイプに環状に形成されていることが望ましい。
本発明の電磁弁の製造方法においては、パイプは、変形抑制部材を回転軸として回転することが望ましい。
パイプの周囲には、シールドガスを供給することが望ましい。
Ｎｉ含有材料の供給又は付設をする部位は、パイプの外周面のうち、アンカとパイプコネクタとの接触面の近傍となる部分であることが望ましい。
Ｎｉ含有材料は、ワイヤ、粉末又は被膜であることが望ましい。
ワイヤの断面形状は、円、楕円又は矩形であり、中実又は中空であることが望ましい。
ワイヤは、パイプの外周面の一部への巻き付け、又は、パイプの外周面の一部への連続送給により供給することが望ましい。
粉末は、中実又は中空の粒子で構成されていることが望ましい。
被膜は、熱を与える前に、パイプの外周面の少なくとも一部に形成することが望ましい。
熱は、レーザ照射、電子ビーム照射又は高周波誘導加熱により供給することが望ましい。
以下、電磁弁の代表例として燃料噴射弁を例示し、図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、本発明の電磁弁は、燃料ポンプやブレーキシステム等など、燃料、油、水、空気などの流体のオン・オフ制御が必要な機能部を持つ車載用機器の他、車載用以外の流体のオン・オフ制御機器全般にも用いることができる。また、本発明の電磁弁は以下に示す実施形態に限定されるものではない。
〔燃料噴射弁の構成と動作原理〕
図１は、燃料噴射弁１の軸方向に平行する断面を示したものである。
図１は、燃料噴射弁１の軸方向に平行する断面を示したものである。
本図において、燃料噴射弁１は、自動車用ガソリンエンジンに用いられるものであって、インテークマニホールド内に向けて燃料を噴射する、低圧用の燃料噴射弁である。以下では、図１において燃料噴射弁１の紙面上方を上流、紙面下方を下流と記す。
燃料噴射弁１は、強磁性材料からなるパイプ２と、このパイプ２の内部に収容されるパイプコネクタ３と、アンカ４と、アンカ４に固定された弁体５と、閉弁時に弁体５により閉鎖される弁座６を含む弁座部材７と、開弁時に燃料が噴射される燃料噴射孔を有するノズルプレート８と、通電時に弁体５を開弁方向に作動させる電磁コイル９と、磁束線を誘導するヨーク１０と、を備えている。
パイプ２は、例えば電磁ステンレス鋼等の磁性金属材料により形成された金属パイプ等からなり、深絞り等のプレス加工、研削加工等の手段を用いることにより、図１に示すように段付き筒状をなして形成されている。パイプ２は、大径部２１と、大径部２１よりも小径である小径部２２とを有している。
小径部２２には、一部を薄肉化した薄肉部２３が形成されている。小径部２２は、薄肉部２３より上流側にパイプコネクタ３を収容するパイプコネクタ収容部２４と、薄肉部２３より下流側にアンカ４、弁体５及び弁座部材７からなる弁部材１１を収容する弁部材収容部２５と、で構成されている。薄肉部２３は、パイプコネクタ３とアンカ４とがパイプ２に収容された状態で、パイプコネクタ３とアンカ４との間の隙間部分を取り囲むように形成されている。薄肉部２３は、パイプコネクタ収容部２４と弁部材収容部２５との間の磁気抵抗を増大させ、パイプコネクタ収容部２４と弁部材収容部２５との間を磁気的に遮断している。
大径部２１の内側には、弁部材１１に燃料を送る燃料通路２６が形成されている。一方、大径部２１の上流側には、燃料を濾過する燃料フィルタ１２が設けられている。
パイプコネクタ３は、中空部３１を有する円筒形に形成されており、パイプ２のパイプコネクタ収容部２４に圧入されている。中空部３１には、圧入等の手段により固定されたばね受部材３２が収容されている。このばね受部材３２の中心部には、軸方向に貫通した燃料通路３３が形成されている。
アンカ４は、磁性部材で形成され、その下流側で溶接によって弁体５と固定されている。アンカ４は、上流側にパイプ２の小径部２２の内周よりも若干小径な外径を有する大径部４１と、大径部４１より小径な外径を有する小径部４２と、を有する。
大径部４１の内側には、ばね収容部４３が形成されている。ばね収容部４３の内径は、パイプコネクタ３の中空部３１の内径とほぼ同径に形成されている。ばね収容部４３の底部には、ばね収容部４３の内周よりも小径な貫通孔である燃料通路孔４４が形成されている。ばね収容部４３の底部には、ばね受部４５が設けられている。
弁体５の外形状は、略球体状であり、外周表面には燃料噴射弁１の軸方向に対して平行に削られ穿孔された燃料通路５１を有する。
弁座部材７には、略円錐状の弁座６と、弁座６より上流側に弁体４の径とほぼ同一に形成された弁体保持孔７１と、弁体保持孔７１から上流側に向かうにつれて大径に形成された上流開口部７２と、弁座６の下流側に開口する下流開口部７３と、が形成されている。弁座６は、弁体保持孔７１から下流開口部７３へ向かって径が小さくなるように形成され、閉弁時には弁体５が弁座６に座るようになっている。弁座部材７の下流側には、ノズルプレート８が溶接されている。
アンカ４及び弁体５は、パイプ２内に軸方向に動作できるように配設されている。アンカ４のばね受部４５とばね受部材３２との間にコイルばね１３が設けられ、アンカ４及び弁体５を下流側に付勢している。弁座部材７は、パイプ２に挿入され、溶接によりパイプ２に固定されている。なお、パイプ２の上流部外周には、燃料を送るポンプの配管に接続するためのＯリング１４が設けられている。
パイプ２のパイプコネクタ３の外周部には、電磁コイル９が配設されている。電磁コイル９は、樹脂材料により形成されたボビン９１と、このボビン９１に巻回されたコイル９２と、から構成されている。コイル９２は、コネクタピン１５を介して電磁コイル制御装置に接続されている。
ヨーク１０は、中空の貫通孔を有し、上流側に形成された大径部１０１と、大径部１０１より小径に形成された中径部１０２と、中径部１０２より小径に形成され下流側に形成された小径部１０３と、から構成されている。小径部１０３は、弁部材収容部２５の外周部に嵌合されている。中径部１０２の内周部には、電磁コイル９が配設されている。大径部１０１の内周部には、連結コア１６が配置されている。
連結コア１６は、磁性金属材料等により形成されている。連結コア１６により大径部１０１とパイプ２とが接続している。つまり、ヨーク１０は、小径部１０３及び大径部１０１においてパイプ２と接続しており、電磁コイル９の両端部でパイプ２と磁気的に接続されている。ヨーク１０の下流側には、パイプ２の先端を保護するためのプロテクタ１７が取り付けられている。
コネクタピン１５を介して電磁コイル９に給電されると磁界が発生し、この磁界の磁力によって、アンカ４及び弁体５をコイルばね１３の付勢力に抗して開弁する。これにより、ポンプから供給された燃料がエンジンの燃焼室に噴射される。
〔改質方法〕
図２Ａは、パイプの改質装置の要部を示す縦断面図である。図２Ｂは、パイプの改質装置の要部を示す横断面図である。
図２Ａは、パイプの改質装置の要部を示す縦断面図である。図２Ｂは、パイプの改質装置の要部を示す横断面図である。
パイプ２は、強磁性材料であるフェライト系ステンレス鋼が望ましい。一例としては、Ｃｒを１６．４９質量％、Ｓｉを０．４４質量％、Ｎｉを０．１９質量％、Ｃを０．０１質量％、Ｍｎを０．２５質量％含有するものが挙げられる。パイプ２の組成はこれに限定されるものではなく、ＳＵＳ４３０などのフェライト系ステンレス鋼を用いることができる。
改質は、パイプ２の外周面に有する薄肉部２３（図１に図示）にＮｉ含有材料を添加して行う。本実施形態におけるＮｉ含有材料は、純Ｎｉ材料であり、断面形状が中実の円形状のワイヤ１８１である。
外部からの熱供給は、レーザ照射（波長１０７０ｎｍのファイバーレーザ）により行う。レーザ発振器からファイバコア径０．１ｍｍのファイバで伝送された円状のレーザビームを、集光レンズ１８３を介してレーザビーム１８４をパイプ２の外周面に照射する。集光レンズ１８３にはシリンドリカルレンズを用い、焦点位置でのレーザビーム１８４の形状が線状（幅５ｍｍ、奥行き０．２ｍｍ）となるように変換する。パイプ２の外周面（改質部）に対するレーザビーム１８４の焦点外し距離は０ｍｍとし、焦点位置でのレーザビーム１８４の幅方向がパイプ２の長手方向と平行になるようにパイプ２の外周面に照射する。
パイプ２の外周面へレーザビーム１８４を照射する際、パイプ２の内周面側２０２に断面形状が中実または中空の変形抑制部材１８９を嵌挿する。パイプ内周面用シールドガス１８７の経路を確保するため、変形抑制部材１８９の断面形状は中空であることが好ましい。変形抑制部材１８９の外径は、パイプ２の内周面側２０２への嵌挿および取り外しのため、パイプ２の内径よりも小さくしなければならない。しかし、変形抑制部材１８９を嵌挿することによって、レーザビーム１８４を照射した際のパイプ２の内周面側２０２への変形量を極力小さくすることを目的としているため、変形抑制部材１８９の外径は、パイプ２の内周面側２０２への嵌挿および取り外しが可能な範囲内で大きくすることが望ましい。なお、本実施形態においては、外部からの熱供給としてレーザビーム照射を実施したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電子ビーム照射や高周波誘導加熱を利用することもできる。
また、変形抑制部材１８９の長さは、パイプ２の改質部１８５の内周面側２０２の幅ｂよりも大きく、変形抑制部材１８９が改質部１８５の全体を覆っていることが好ましい。変形抑制部材１８９は、パイプ２の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する金属材料を用いる。パイプ２に用いるフェライト系ステンレス鋼の場合、１００℃での熱伝導率は３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満である。よって、変形抑制部材１８９の１００℃での熱伝導率は３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。更に好ましくは、変形抑制部材１８９は、外部からの熱供給によってＣｒおよびＦｅが溶込まない材質で構成されていることである。本実施形態では、変形抑制部材１８９は無酸素銅などの銅で形成されている。無酸素銅などの銅の１００℃における熱伝導率は３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、変形抑制部材１８９として特に望ましい。
パイプ２の外周面へのレーザビーム１８４の照射中には、改質部１８５の酸化防止のため、パイプ外周面用シールドガス１８６およびパイプ内周面用シールドガス１８７を使用する。シールドガス種はいずれもＮ２である。パイプ２の改質部１８５の内周面側２０２は変形抑制部材１８９で覆われるため、パイプ内周面用シールドガス１８７は、改質部１８５の内周面に直接作用しないが、改質部１８５の内周面側２０２近傍の酸化を防止するのに有効である。パイプ２の改質部１８５の外周面側２０１および内周面側２０２（近傍）の両方のシールドを有効にするために、処理部シールド治具１８８を使用する。
改質部１８５の形成に際しては、パイプ２が溶け過ぎないように、かつ、その領域でステンレス鋼が残らないようにパイプ２をｐの方向に所定の速度で回転させ、パイプ２の外周面にワイヤ１８１を所定の速度で連続送給し、パイプ外周面用シールドガス１８６およびパイプ内周面用シールドガス１８７を所定量流しながらレーザビーム１８４をワイヤ１８１およびパイプ２の外周面に照射する。なお、本実施形態においては、Ｎｉ含有材料としてワイヤ（線状部材）を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｎｉ含有材料として粉末を供給してもよいし、あらかじめパイプ２の外周面側２０１にＮｉ含有材料の被膜を形成しておいてもよい。中実または中空の粒子からなる粉末は、溶剤等に懸濁させてペースト化することにより、パイプ２の外周面側２０１に固定化することができる。被膜は、スパッタリングなどの真空蒸着法やコールドスプレー法により形成することができる。
図２Ｃは、上述の改質方法、すなわち、パイプの製造方法の工程をまとめて示したものである。
本図においては、パイプの内周面側に変形抑制部材を嵌挿し、回転軸に固定する（Ｓ１０１）。その後、パイプの周囲にシールドガスを供給し（Ｓ１０２）、パイプを回転軸の周りに回転する（Ｓ１０３）。そして、パイプを回転した状態で、パイプの薄肉部にワイヤを供給するとともにレーザビームを照射することにより、改質部を形成する（Ｓ１０４）。
〔改質部の断面の構成〕
図４は、パイプの回転軸を含む断面における改質部の形状を模式的に示したものである。
図４は、パイプの回転軸を含む断面における改質部の形状を模式的に示したものである。
図１に示すように、改質部１８５は、パイプ２の薄肉部に形成されている。また、改質部１８５は、パイプ２に環状（円環状）に形成されている。
図４においては、パイプ２における外周面側２０１の改質部１８５の幅をａ、パイプ２における内周面側２０２の改質部１８５の幅をｂ、パイプ２における改質部１８５の内周面側２０２への最大変形量をｃ、パイプ２の改質部１８５の近傍における肉厚をｄ、パイプ２における外周面側２０１の最大変形量をｅとする。
電磁弁に用いるパイプ２の改質部１８５の形状は、ｅ／ｄが０．５以下かつｃ／ｄが０．５以下であることが好ましい。本発明の電磁弁を燃料噴射弁として採用した場合、パイプコネクタ３およびアンカ４とパイプ２の改質部１８５との干渉を防止するため、更に好ましくは、パイプ２の改質部１８５の形状は、ｅ／ｄを０．２５以下とすることである。また、パイプ２の改質部１８５の内周面側２０２に１００℃での熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である変形抑制部材１８９（図２Ａ）を嵌挿することが好ましい。それによって、溶融状態にある改質部１８５をパイプ２の内周面側２０２へ落ち込まないように変形抑制部材１８９で支えるとともに、高熱伝導率の変形抑制部材１８９によって溶融状態にある改質部１８５を急速に冷却でき、ｃが小さい状態のまま固化することができる。つまり、ｅ／ｄを０．５以下かつｃ／ｄを０．５以下とするには、パイプ２の改質部１８５の内周面側２０２に１００℃での熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である変形抑制部材１８９を嵌挿するプロセスを採用する必要がある。
また、電磁弁に用いるパイプ２の改質部１８５の形状は、ａ／ｂが１．４以上であることが好ましい。パイプ２の改質部１８５の内周面側２０２に１００℃での熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である変形抑制部材１８９を嵌挿することによって、溶融状態にある改質部１８５を急速に冷却でき、ｂが小さい状態のまま固化することができる。急速に冷却されないパイプ２の外周面側２０１の改質部１８５の幅ａは変形抑制部材１８９の嵌挿による影響を受けない。つまり、変形抑制部材１８９を嵌挿した場合、嵌挿しない場合と比べてａ／ｂを大きくすることができ、具体的には、１．４以上とすることができる。
また、パイプ２の改質部１８５の内周面側２０２に１００℃での熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である変形抑制部材１８９を嵌挿することによって、溶融状態にある改質部１８５を急速に冷却でき、パイプ２の改質部１８５の内周面側２０２を平滑に保つことができる。改質部１８５の内周面側２０２の平滑性をｃ／ｂで定義する。本発明の電磁弁を燃料噴射弁として採用し、作動するアンカ４がパイプ２の改質部１８５と接触した場合、ｃ／ｂを０．０２５以下であることによってアンカ４とパイプ２の改質部１８５との接触面圧を低減でき、アンカ４の動作を妨害しない。そのため、電磁弁に用いるパイプ２の改質部１８５の形状は、ｃ／ｂが０．０２５以下であることが好ましい。
なお、パイプ２の完成品において、改質部１８５は、エッチングをすることにより、その他の領域と判別することができる。
〔飽和磁化の評価方法〕
図５は、本実施形態において飽和磁化の評価に用いた試料振動型磁力計１９０（以下、ＶＳＭ（＝Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｓａｍｐｌｅ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ）と称する。）の原理図である。
図５は、本実施形態において飽和磁化の評価に用いた試料振動型磁力計１９０（以下、ＶＳＭ（＝Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｓａｍｐｌｅ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ）と称する。）の原理図である。
ＶＳＭでは、加振器１９１を用いて、試料１９２を微小な振幅で振動させることで、試料の磁化によって生じる磁束の時間変化を試料近傍の検出コイル１９３で誘導起電力として検出し、その誘導起電力から試料の磁化を測定することができる。誘導起電力は微弱であるため、ロックインアンプ１９４を通すことで磁化を高感度に測定することができる。
なお、符号１９５は振幅センサであり、符号１９６は磁界センサであり、符号１９７は振動制御部であり、符号１９８はプリアンプであり、符号１９９は磁石である。
飽和磁化値は、パイプ２の改質部１８５（図４）を切り出し、ＶＳＭを用いて改質部１８５の磁化曲線を測定し、磁界が１．６×１０６Ａ／ｍのときの磁化値として得られるものである。なお、改質前のパイプ２の飽和磁化値は１．６Ｔである。
以下、実施例および比較例について説明する。
図２Ａ及び２Ｂに示すように、パイプ２の内周面側２０２に変形抑制部材１８９を嵌挿したのち、パイプ２をｐの方向に回転し、純Ｎｉ材料で断面形状が中実の円形状のワイヤ１８１を、パイプ２の薄肉部２３（図１に図示）に送給添加しながら、レーザビーム１８４をパイプ２の外周面及びワイヤ１８１に照射し、改質部１８５を形成した。レーザビーム１８４の出力を１１００Ｗ、パイプ２の回転速度を１５００ｍｍ／ｍｉｎ、ワイヤ１８１の送給速度を７００ｍｍ／ｍｉｎ、ワイヤ１８１の送給時間およびレーザビーム１８４の照射時間を１０７６ｍｓｅｃ、パイプ外周面用シールドガス１８６の流量を１０Ｌ／ｍｉｎ、パイプ内周面用シールドガス１８７の流量を２０Ｌ／ｍｉｎに設定して改質を行った。
パイプ２の肉厚ｄに対する改質部１８５の外周面側２０１の最大変形量ｅの比、ｅ／ｄは０．２３、パイプ２の肉厚ｄに対する改質部１８５の内周面側２０２への変形量ｃの比、ｃ／ｄは０．１１、改質部１８５の内周面側２０２の幅ｂに対する改質部１８５の外周面側２０１の幅ａの比、ａ／ｂは１．７４、改質部１８５の内周面側２０２の幅ｂに対する改質部１８５の内周面側２０２への最大変形量ｃの比、ｃ／ｂは０．０１４であった。また、改質部１８５のみを切断し、飽和磁化値を測定した結果、０．０６Ｔであった。
本実施例によれば、処理後の改質部１８５の変形量を低減でき、更に、改質前に対して飽和磁化値を約９６％低減できた。つまり、処理前に全体が強磁性であるパイプにおいて、内周面側２０２の落ち込み変形量および外周面側２０１の凹み変形量を小さく制御し、さらに処理部が局所的に弱磁性化できた。本実施例で得られたパイプを電磁弁に用いることにより、処理加工費用が安価で高応答性の電磁弁を提供できる。また、本実施例で得られた電磁弁を燃料噴射弁１として自動車に搭載することで、自動車の燃費向上に貢献できる。
また、パイプ２の肉厚ｄに対する改質部１８５の外周面側２０１の最大変形量ｅの比ｅ／ｄ、および、パイプ２の肉厚ｄに対する改質部１８５の内周面側２０２への変形量ｃの比ｃ／ｄが本実施例と同一となるように、レーザビームの代わりに電子ビームを照射した場合、処理後の改質部１８５の変形量を低減でき、更に、改質前に対して飽和磁化値を同程度低減できることを確認した。
図２Ａ及び２Ｂに示すように、パイプ２の内周面側２０２に変形抑制部材１８９を嵌挿したのち、パイプ２をｐの方向に回転し、純Ｎｉ材料で断面形状が中実の円形状のワイヤ１８１を、パイプ２の薄肉部２３（図１に図示）に送給添加しながら、レーザビーム１８４をパイプ２の外周面及びワイヤ１８１に照射し、改質部１８５を形成した。レーザビーム１８４の出力を１２００Ｗ、パイプ２の回転速度を１５００ｍｍ／ｍｉｎ、ワイヤ１８１の送給速度を７００ｍｍ／ｍｉｎ、ワイヤ１８１の送給時間およびレーザビーム１８４の照射時間を１０７６ｍｓｅｃ、パイプ外周面用シールドガス１８６の流量を１０Ｌ／ｍｉｎ、パイプ内周面用シールドガス１８７の流量を２０Ｌ／ｍｉｎに設定して改質を行った。
パイプ２の肉厚ｄに対する改質部１８５の外周面側２０１の最大変形量ｅの比、ｅ／ｄは０．１７、パイプ２の肉厚ｄに対する改質部１８５の内周面側２０２への変形量ｃの比、ｃ／ｄは０．３１、改質部１８５の内周面側２０２の幅ｂに対する改質部１８５の外周面側２０１の幅ａの比、ａ／ｂは１．４９、改質部１８５の内周面側２０２の幅ｂに対する改質部１８５の内周面側２０２への最大変形量ｃの比、ｃ／ｂは０．０１７であった。また、改質部１８５のみを切断し、飽和磁化値を測定した結果、０．０８Ｔであった。
本実施例によれば、処理後の改質部１８５の変形量を低減でき、更に、改質前に対して飽和磁化値を約９５％低減できた。つまり、処理前に全体が強磁性であるパイプにおいて、内周面側２０２の落ち込み変形量および外周面側２０１の凹み変形量を小さく制御し、さらに処理部が局所的に弱磁性化できた。本実施例で得られたパイプを電磁弁に用いることにより、処理加工費用が安価で高応答性の電磁弁を提供できる。また、本実施例で得られた電磁弁を燃料噴射弁１として自動車に搭載することで、自動車の燃費向上に貢献できる。
また、パイプ２の肉厚ｄに対する改質部１８５の外周面側２０１の最大変形量ｅの比ｅ／ｄ、および、パイプ２の肉厚ｄに対する改質部１８５の内周面側２０２への変形量ｃの比ｃ／ｄが本実施例と同一となるように、レーザビームの代わりに高周波加熱を利用した場合、処理後の改質部１８５の変形量を低減でき、更に、改質前に対して飽和磁化値を同程度低減できることを確認した。
（比較例１）
図３Ａ及び３Ｂに示すように、パイプ２の内周面側２０２に変形抑制部材を嵌挿せずに、パイプ２をｐの方向に回転し、純Ｎｉ材料で断面形状が中実の円形状のワイヤ１８１を、パイプ２の薄肉部２３（図１に図示）に送給添加しながら、レーザビーム１８４をパイプ２の外周面及びワイヤ１８１に照射し、改質部１８５を形成した。レーザビーム１８４の出力を８５０Ｗ、パイプ２の回転速度を１５００ｍｍ／ｍｉｎ、ワイヤ１８１の送給速度を７５０ｍｍ／ｍｉｎ、ワイヤ１８１の送給時間およびレーザビーム１８４の照射時間を１０７６ｍｓｅｃ、パイプ外周面用シールドガス１８６の流量を２０Ｌ／ｍｉｎ、パイプ内周面用シールドガス１８７の流量を１０Ｌ／ｍｉｎに設定して改質を行った。
図３Ａ及び３Ｂに示すように、パイプ２の内周面側２０２に変形抑制部材を嵌挿せずに、パイプ２をｐの方向に回転し、純Ｎｉ材料で断面形状が中実の円形状のワイヤ１８１を、パイプ２の薄肉部２３（図１に図示）に送給添加しながら、レーザビーム１８４をパイプ２の外周面及びワイヤ１８１に照射し、改質部１８５を形成した。レーザビーム１８４の出力を８５０Ｗ、パイプ２の回転速度を１５００ｍｍ／ｍｉｎ、ワイヤ１８１の送給速度を７５０ｍｍ／ｍｉｎ、ワイヤ１８１の送給時間およびレーザビーム１８４の照射時間を１０７６ｍｓｅｃ、パイプ外周面用シールドガス１８６の流量を２０Ｌ／ｍｉｎ、パイプ内周面用シールドガス１８７の流量を１０Ｌ／ｍｉｎに設定して改質を行った。
パイプ２の肉厚ｄに対する改質部１８５の外周面側２０１の最大変形量ｅの比、ｅ／ｄは１．６１、パイプ２の肉厚ｄに対する改質部１８５の内周面側２０２への変形量ｃの比、ｃ／ｄは１．４８、改質部１８５の内周面側２０２の幅ｂに対する改質部１８５の外周面側２０１の幅ａの比、ａ／ｂは１．３１、改質部１８５の内周面側２０２の幅ｂに対する改質部１８５の内周面側２０２への最大変形量ｃの比、ｃ／ｂは０．１２であった。また、改質部１８５のみを切断し、飽和磁化値を測定した結果、０．１２Ｔであった。
本比較例によれば、改質前に対する飽和磁化値の低減率は約９３％と大幅に低減できたが、処理後の改質部１８５の変形量（内周面側２０２の落ち込み変形量および外周面側２０１の凹み変形量）を小さく制御できなかった。したがって、本比較例で得られたパイプをそのまま電磁弁に付設した場合、高応答性の電磁弁を提供できない。また、ｅ／ｄが１を超えているため、パイプ２の内周面側２０２から加工を施すことで改質部１８５に孔が生じてしまう。つまり、パイプ２の内周面側２０２からの加工を施したとしても高応答性の電磁弁を提供できない。本比較例で得られた電磁弁を燃料噴射弁１として自動車に搭載した場合、自動車の燃費向上に貢献できない。
（比較例２）
図３Ａ及び３Ｂに示すように、パイプ２の内周面側２０２に変形抑制部材を嵌挿せずに、パイプ２をｐの方向に回転し、純Ｎｉ材料で断面形状が中実の円形状のワイヤ１８１を、パイプ２の薄肉部２３（図１に図示）に送給添加しながら、レーザビーム１８４をパイプ２の外周面及びワイヤ１８１に照射し、改質部１８５を形成した。レーザビーム１８４の出力を９３０Ｗ、パイプ２の回転速度を１５００ｍｍ／ｍｉｎ、ワイヤ１８１の送給速度を７００ｍｍ／ｍｉｎ、ワイヤ１８１の送給時間およびレーザビーム１８４の照射時間を１０７６ｍｓｅｃ、パイプ外周面用シールドガス１８６の流量を２０Ｌ／ｍｉｎ、パイプ内周面用シールドガス１８７の流量を１０Ｌ／ｍｉｎに設定して改質を行った。
図３Ａ及び３Ｂに示すように、パイプ２の内周面側２０２に変形抑制部材を嵌挿せずに、パイプ２をｐの方向に回転し、純Ｎｉ材料で断面形状が中実の円形状のワイヤ１８１を、パイプ２の薄肉部２３（図１に図示）に送給添加しながら、レーザビーム１８４をパイプ２の外周面及びワイヤ１８１に照射し、改質部１８５を形成した。レーザビーム１８４の出力を９３０Ｗ、パイプ２の回転速度を１５００ｍｍ／ｍｉｎ、ワイヤ１８１の送給速度を７００ｍｍ／ｍｉｎ、ワイヤ１８１の送給時間およびレーザビーム１８４の照射時間を１０７６ｍｓｅｃ、パイプ外周面用シールドガス１８６の流量を２０Ｌ／ｍｉｎ、パイプ内周面用シールドガス１８７の流量を１０Ｌ／ｍｉｎに設定して改質を行った。
パイプ２の肉厚ｄに対する改質部１８５の外周面側２０１の最大変形量ｅの比、ｅ／ｄは１．７７、パイプ２の肉厚ｄに対する改質部１８５の内周面側２０２への変形量ｃの比、ｃ／ｄは１．７３、改質部１８５の内周面側２０２の幅ｂに対する改質部１８５の外周面側２０１の幅ａの比、ａ／ｂは１．０５、改質部１８５の内周面側２０２の幅ｂに対する改質部１８５の内周面側２０２への最大変形量ｃの比、ｃ／ｂは０．１４であった。また、改質部１８５のみを切断し、飽和磁化値を測定した結果、０．６３Ｔであった。
本比較例によれば、改質前に対する飽和磁化値の低減率はわずか６０％程度に留まり、また、処理後の改質部１８５の変形量（内周面側２０２の落ち込み変形量ｃおよび外周面側２０１の凹み変形量ｅ）も小さく制御できなかった。したがって、本比較例で得られたパイプを電磁弁に付設した場合、磁気特性および改質部１８５の形状のいずれの観点においても、高応答性の電磁弁を提供できない。本比較例で得られた電磁弁を燃料噴射弁１として自動車に搭載した場合、自動車の燃費向上に貢献できない。
表１は、上述の実施例及び比較例の結果をまとめて示したものである。
１：燃料噴射弁、２：パイプ、３：パイプコネクタ、４：アンカ、５：弁体、６：弁座、７：弁座部材、８：ノズルプレート、９：電磁コイル、１０：ヨーク、１１：弁部材、１２：燃料フィルタ、１３：コイルばね、１４：Ｏリング、１５：コネクタピン、１６：連結コア、１７：プロテクタ、２１：（パイプの）大径部、２２：（パイプの）小径部、２３：薄肉部、２４：パイプコネクタ収容部、２５：弁部材収容部、２６：（パイプの）燃料通路、３１：（パイプコネクタの）中空部、３２：ばね受部材、３３：（パイプコネクタの）燃料通路、４１：（アンカの）大径部、４２：（アンカの）小径部、４３：ばね収容部、４４：（アンカの）燃料通路孔、４５：（アンカの）ばね受部、５１：（弁体の）燃料通路、７１：弁体保持孔、７２：上流開口部、７３：下流開口部、９１：ボビン、９２：コイル、１０１：（ヨークの）大径部、１０２：（ヨークの）中径部、１０３：（ヨークの）小径部、１８１：ワイヤ、１８３：集光レンズ、１８４：レーザビーム、１８５：改質部、１８６：パイプ外周面用シールドガス、１８７：パイプ内周面用シールドガス、１８８：処理部シールド治具、１８９：変形抑制部材、１９０：試料振動型磁力計、１９１：加振器、１９２：試料、１９３：検出コイル、１９４：ロックインアンプ、１９５：振幅センサ、１９６：磁界センサ、１９７：振動制御部、１９８：プリアンプ、１９９：磁石、２０１：（パイプの）外周面側、２０２：（パイプの）内周面側。
Claims (15)
- １５質量％以上１８質量％以下のＣｒを含有する強磁性材料で形成されかつ局所的に弱磁性化された改質部を有するパイプと、
電磁コイルと、
弁体と、を含み、
前記改質部は、前記強磁性材料の成分にＮｉ含有材料の成分が混合した構成であり、その外表面及び内表面が酸化されていない状態であり、
前記パイプの前記改質部の近傍における肉厚ｄに対する前記改質部の外周面側の最大変形量ｅの比であるｅ／ｄが０．５以下であり、かつ、前記パイプの肉厚ｄに対する前記改質部の内周面側への最大変形量ｃの比であるｃ／ｄが０．５以下であり、
前記パイプの内周面側の前記改質部の幅ｂに対する前記パイプの外周面側の前記改質部の幅ａの比であるａ／ｂが１．４以上であり、
前記改質部は、前記パイプの内周面側に変形抑制部材を嵌挿し、前記パイプの一部に前記Ｎｉ含有材料の供給又は付設をし、前記Ｎｉ含有材料の供給又は付設をした部位に外部よりレーザ照射、電子ビーム照射又は高周波誘導加熱により供給される熱を与えることにより形成したものであり、
前記熱の供給の際には、前記パイプの外表面及び内表面に同時にシールドガスを供給し、
前記シールドガスは、前記パイプの外側を覆う処理部シールド治具を使用して供給する、電磁弁。 - 前記パイプの内周面側の前記改質部の幅ｂに対する前記パイプの内周面側への最大変形量ｃの比であるｃ／ｂが０．０２５以下である、請求項１記載の電磁弁。
- 前記改質部の１．６×１０６Ａ／ｍの印加磁場における飽和磁化値が０．６Ｔ未満である、請求項２記載の電磁弁。
- 前記改質部は、前記パイプの薄肉部に形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電磁弁。
- 前記改質部は、前記パイプに環状に形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電磁弁。
- 前記変形抑制部材は、中空である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電磁弁。
- １５質量％以上１８質量％以下のＣｒを含有する強磁性材料で形成されかつ局所的に弱磁性化された改質部を有するパイプと、
電磁コイルと、
弁体と、を含む電磁弁を製造する方法であって、
前記パイプの内周面側に１００℃における熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である変形抑制部材を嵌挿する工程と、
前記パイプの一部にＮｉ含有材料の供給又は付設をする工程と、
前記Ｎｉ含有材料の供給又は付設をした部位に外部より熱を与えることにより前記改質部を形成する工程と、を含み、
前記熱は、レーザ照射、電子ビーム照射又は高周波誘導加熱により供給し、その際、前記パイプの外表面及び内表面に同時にシールドガスを供給し、
前記シールドガスは、前記パイプの外側を覆う処理部シールド治具を使用して供給する、電磁弁の製造方法。 - 前記パイプは、前記変形抑制部材を回転軸として回転する、請求項７記載の電磁弁の製造方法。
- 前記Ｎｉ含有材料の供給又は付設をする部位は、前記パイプの外周面のうち、アンカとパイプコネクタとの接触面の近傍となる部分である、請求項７又は８に記載の電磁弁の製造方法。
- 前記Ｎｉ含有材料は、ワイヤ、粉末又は被膜である、請求項７〜９のいずれか一項に記載の電磁弁の製造方法。
- 前記ワイヤの断面形状は、円、楕円又は矩形であり、中実又は中空である、請求項１０記載の電磁弁の製造方法。
- 前記ワイヤは、前記パイプの外周面の一部への巻き付け、又は、前記パイプの外周面の一部への連続送給により供給する、請求項１０記載の電磁弁の製造方法。
- 前記粉末は、中実又は中空の粒子で構成されている、請求項１０記載の電磁弁の製造方法。
- 前記被膜は、前記熱を与える前に、前記パイプの外周面の少なくとも一部に形成する、請求項１０記載の電磁弁の製造方法。
- 前記変形抑制部材は、中空である、請求項７〜１４のいずれか一項に記載の電磁弁の製造方法。
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