JPH0476267A

JPH0476267A - フュエルインジェクタ

Info

Publication number: JPH0476267A
Application number: JP18915890A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Tsuchiya; 詔一土屋; Hirohisa Miura; 三浦　宏久; Kunihiko Imahashi; 今橋　邦彦; Yoshio Fuwa; 良雄不破; Yoshiteru Nakagawa; 喜照中川
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1990-07-17
Filing date: 1990-07-17
Publication date: 1992-03-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、内燃機関のシリンダや吸気管路に燃料を噴射
するフュエルインジェクタ（燃料噴射装置）に関し、特
に、そのノズルに関する。

［従来の技術］火花点火機関のフュエルインジェクタや圧縮点火機関の
フュエルインジェクタは、燃料を噴射するノズルを有し
ており、このノズルは、先端の噴射口に連通ずるニード
ル孔を有するバルブボディと、ニードル孔に活動自在に
保持され所定の開弁圧力で後退して噴射口から燃料油を
噴射する二トルとを備えている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来のフュエルインジェクタでは、なん
らかの障害により燃料油の供給が停止すると、ニードル
がバルブボディに焼付いてしまう。

また、バルブボディが水分などで酸化する場合があり、
その結果としてニードルの摺動不良が起きる可能性があ
る。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、
優れた耐焼付き性及び耐酸化性を有するノズルを備える
フュエルインジェクタを提供することを、その目的とし
ている。

［課題を解決するための手段］第１発明のフュエルインジェクタは、先端の噴射口に連
通ずるニードル孔を有するバルブボディと、前記ニード
ル孔に摺動自在に保持され所定の開弁圧力で後退して前
記噴射口から燃料油を噴射するニードルとからなるノズ
ルを備えるフュエルインジェクタにおいて、前記バルブ
ボディは、炭素マトリックス中に炭素繊維があるいは炭
素繊維及び無機微小体が一体的に埋設された組織を有し
、該炭素マトリックスは偏光顕微鏡で見て光学異方性の
微粒子が均一に密集したモザイク構造をもち、該炭素繊
維と該炭素マトリックスとの間の界面で剥離している界
面の割合が全界面に対して１０％以下でありかつ密度が
１．６５以上でおる炭素繊維強化炭素焼結体を用いて構
成されていることを特徴としている。

第２発明のフュエルインジェクタは、先端の噴射口に連
通するニードル孔を有するバルブボディと、前記ニード
ル孔に摺動自在に保持され所定の開弁圧力で後退して前
記噴射口から燃料油を噴射するニードルとからなるノズ
ルを備えるフュエルインジェクタにおいて、前記バルブ
ボディは、未炭化炭素質繊維をあるいは未炭化炭素質繊
維及び無機微小体を埋設した自己焼結性を有する炭素質
粉末からなる複・合体を焼結して得られる炭素繊維強化
炭素焼結体を用いて構成されていることを特徴としてい
る。

本発明の７ユエルインジエクタに用いられるノズルは、
ホール型やピン型など各種型式のものを採用することが
できる。

この炭素繊維強化炭素焼結体は、炭素マトリックス中に
炭素繊維があるいは炭素繊維および無機微小体が一体的
に埋設された組織構造を有している。炭素マトリックス
は偏光顕微鏡で見て光学的異方性の微粒子が均一に密集
したモザイク構造をもち、炭素繊維と炭素マトリックス
との間の全界面面積に対する剥離している界面の割合は
１０％以下とされている。

この炭素繊維強化炭素焼結体を構成する炭素繊維は、焼
結体の強度を確保するためのもので、偏光顕微鏡で見て
、異方性を示すものでも等方性を示すものでもよい。炭
素繊維は、切断された短繊維でも、長繊維でもよい。ま
た、炭素繊維はマトリックス中に一定方向に配向してい
るものでも逆にランダムに配向しているものでもよい。

炭素繊維強化炭素焼結体における炭素繊維の配合割合は
１０〜５０（２〜７０）重量％程度が好ましい。

炭素繊維強化炭素焼結体の構成部分となりうる無機微小
体としては、微小な金属やセラミックスで構成できる。

これら無機微小体の形状は、粉末状、ウィスカ等の繊維
状、箔片状等でもよい。炭素繊維強化炭素焼結体におけ
る無機微小体の配合割合は５〜１０（３〜３０）重量％
程度が好ましい。

炭素繊維強化炭素焼結体の構成成分である炭素マトリッ
クスは偏光顕微鏡で見て光学的異方性の微粒子が均一に
密集したモザイク構造をもつ。偏光顕微鏡で見て光学的
異方性をもつとは、炭素が一定方向に規則的に配列した
組織をもつものと考えられる。即ち、この炭素マトリッ
クスは、光学的異方性をもつ炭素粒子が密集した状態で
押し固められた状態にある。均一に密集したとは、炭素
粒子が流動して形成される流れ線等の模様が無いことを
意味する。偏光顕微鏡下でモザイク状に観察される炭素
粒子の大きさは１〜１０μｍ程度が好ましい。

この炭素繊維強化炭素焼結体を構成する炭素繊維と炭素
マトリックスとの間の全界面面積に対する剥離している
界面の割合は、１０％以下である必要がある。炭素マト
リックスと炭素繊維とが剥離していると炭素１！雑の補
強効果が充分でない。

このため界面の剥離面積は全界面の１０％以下より好ま
しくは３％以下かよい。

この炭素繊維と炭素マトリックスとの剥離は走査型電子
顕微鏡（以下、ＳＥＸと称する。）で観察測定できる。

また、この炭素ｌ！雑強化炭素焼結体の気孔率は１０％
以下であるのが好ましい。この焼結体の気孔は偏光顕微
鏡で観察すると黒い点として観察される。従って観察し
ている面積に占める黒い点の面積より気孔率が計算でき
る。

本発明にかかる炭素繊維強化炭素焼結体の密度か１．６
５以上とは、炭素マトリックスの緻密性、気孔が少なく
かつ炭素Ｉｌｉ雑と炭素マトリックスとの界面が剥離し
ていない等が総合された特性である。従って、これらマ
トリックスの緻密性が欠けたり、気孔率が高すぎたり、
ｉ雑とマトリックスとの間の剥離が多いと、比重は１．
６５以下となる。

この炭素繊維強化炭素焼結体を構成する炭素繊維の配合
割合、無機微小体の材質および配合割合、炭素ｌ！維と
炭素マトリックスとの間の剥離面積の割合、気孔率は、
直接にこの炭素繊維強化炭素焼結体の機械的強度に影響
する。この炭素繊維強化炭素焼結体の機械的特性を曲げ
強度で規定すると、この焼結体の曲げ強度は６００ｋＣ
］／ｃｆｆ１２以上であるのが好ましい。

本発明の炭素繊維強化炭素焼結体としては、未炭化炭素
質繊維をあるいは未炭化炭素質繊維および無機微小体を
埋設した自己焼結性炭素質粉末とからなる複合体を焼結
して得られる焼結体を採用できる。

ここで、未炭化炭素質繊維とは、通常の炭化処理の施さ
れていない状態の炭素質繊維をいう。換言すれば、さら
に熱処理をすることにより、さらに炭化する余地を有す
る炭素質粉末をいう。具体的には、原料ピッチを使用し
た場合には、紡糸したままのｍ雑または紡糸後に表面処
理された繊維を５５０’Ｃを越えない温度で不融化した
ｌ維をいう。ＰＡＮ　（ポリアクリロニトリル）系、レ
ーヨン系などの高分子系の繊維では分解工程を終えた黒
鉛化処理前の繊維をいう。この種の炭素質繊維としては
、例えば、石炭系または石油系の原料ピッチを紡糸して
得たピッチ繊維またはこれを不融化して得た不融化繊維
などがある。

この原料ピッチの紡糸および不融化は常法に従って行え
ばよく、条件などは特に限定されない。

通常、ピッチ繊維は、原料ピッチを紡糸ノズルに供給し
、３００〜４００℃程度に加熱した状態で不活性ガスに
よる加圧下にて紡糸ノズルから押出して得ることができ
る。また、このようなピッチ繊維をさらに酸化性雰囲気
中１５０〜５００℃程度で０．５〜５時間程度保持して
不融化ｍ維とすることができる。なあ、この原料ピッチ
は、光学的等方性のものでも、光学的異方性のものでも
よい。

未炭化炭素質繊維の繊維長さは、短繊維、長繊維に限ら
ない。しかし、短繊維の場合には０．０１〜５０ｍｍの
ものを使用することができる。特に、０．０３〜１０ｍ
ｍのものが混合のしやすさ、アスペクト比の関係から好
ましい。長すぎては繊維同士が絡みあい分散性か低下し
、ひいては製品特性の等方性に劣り、また０、０１ｍｍ
より短くては製品の強度が急激に低下して好ましくない
。

また、ｌｉＭ雑径としては、５〜２５μｍ程度のものが
好ましい。さらに、これらの繊維からなる不織布または
コーティング布として使用することもできる。

未炭化炭素質繊維は、ざらにタール、ピッチ、有機高分
子などの粘結成分を含有する材料で表面処理し、結合材
とのなじみ性を向上させることが好ましい。この表面処
理は、炭素質繊、ｌｆｆ１１００重量部に１００〜１０
０００重量部程度の上記粘結成分含有材料を加えて撹拌
し、有機溶媒により洗浄後、乾燥して行うことができる
。

この表面処理に使用するタール、ピッチは、石炭系およ
び石油系のいずれでおってもよい。ピッチを使用する場
合には、撹拌時に１４０〜１７０°Ｃ程度の加熱が必要
となるので、粘結成分含有材料としてはタールの方がよ
り好ましく、また後続の炭化および黒鉛化工程での炭化
歩留りの点からは、石炭系のものがより好ましい。

この表面処理に使用する有機高分子として、フェノール
樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコールなどを挙
げることができる。

この表面処理中の洗浄において使用する有機溶媒には、
トルエン、キシレンなどの芳香族系溶媒を使用すること
ができる。未炭化炭素質繊維と粘結成分含有材料との混
合物１００重量部に対して上記溶媒を１００〜１０００
重１部程度を加え、撹拌洗浄する。この洗浄により、揮
発成分が多く含まれる軽質油分が除去される。洗浄を終
えた未炭化炭素質繊維は、たとえば、窒素、アルゴンな
どの非酸化性雰囲気中で、加熱および／または減圧など
の条件下で乾燥処理される。しかし、乾燥処理は洗浄に
使用した有機溶媒が除去されるものであれば、これらの
方法に限定されるものではない。

さらに、乾燥を終え表面処理された未炭化炭素質繊維は
、必要に応じて分散処理される。すなわち、乾燥させた
繊維が、塊状化または凝集していることがあるので、こ
のような場合には、通常の粉体ミル、アトマイザ−、パ
ルパライザーなどの任意の手段により分散を行う。

無機微小体は未炭化炭素質ＭＡＲとともに、本発明の炭
素繊維強化炭素焼結体の原料となる。この無機微小体は
、目的とするフュエルインジェクタの用途に応じて、そ
の摩擦係数μを低く安定したものとしたり、比較的高い
値の摩擦係数μであっても高耐摩耗性を付与したりする
ために、添加するものである。この無機微小体は、融点
１０００°Ｃ以上で炭素と反応しないもの、より好まし
くはＨＶ１０００以上のものがよい。

かかる無機微小物として、無機酸化物、無機炭化物、無
機窒化物、無機ホウ化物などを挙げることができる。無
機酸化物として、たとえばＡ、Ｉｌ　２０３、ＴｌＯ２
、ＺｒＯ２、ＭＣｌ０などを挙げることができる。無機
炭化物として、たとえばＢ４Ｃ，Ｔ　ｉ　Ｃ，ＴａＣ，
ＺｒＣなどを挙げることができる。無機窒化物として、
たとえばＢＮを除き、Ｔ　ｉ　Ｎ、Ｃｒ２Ｎ、ＴａＮ、
Ａ、ｌ！　Ｎ、ＺｒＮなどを挙げることができる。無機
ホウ化物として、たとえば丁Ｉ８２、ＺｒＢ２．８４Ｃ
，ＮｉＢ、ＣＯＢ、ＢＮ、ＴａＢ２などを挙げることが
できる。

さらに、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎ　ｉ　、Ｎｂ、ＳＶ、Ｔ
Ｉ、Ｗなどの無機物も使用することができる。なお、こ
れらの無機物は、金属の状態で添加することも可能であ
る。また、無機微小体としては、微粒子状のもののばか
ウィスカ、セラミックス繊維が含まれる。

前記した無機微小体のうちから、適切なものを選択する
ことによって、フュエルインジェクタの用途に応じて、
その摩擦係数μ、耐摩耗特性、耐焼付き特性などを好適
な特性に管理することができる。特に、摺動特性を好適
なものとするため、すなわち、フュエルインジェクタを
高強度で耐摩耗性に優れ、かつ焼付き荷重か２００ｋｑ
ｆ以上であって、摩擦係数が０．１５以下を示すものと
するために、無機微小体としてホウ素化合物を使用する
ことができる。

かかるホウ素化合物として、焼結温度以下で分解または
融解しないものが好ましいが、ＭＣｌ８２、ＣＯＢのよ
うに焼結温度で分解するが、分解したホウ素が炭素と反
応して炭化ホウ素を形成するものである場合には、焼結
温度で分解するものも使用できる。このようなホウ素化
合物として、炭化ホウ素の他、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈａ、Ｚｒ
、Ａ、ｌ）、Ｎ、ＭＱ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＶＳＷなと
のホウ化物を挙げることができる。なお、これらの添加
物は、金属の状態で添加することも可能である。

無機微小体として無機粉末を使用した場合は、マトリッ
クス材とのなじみ性、分散性およびでき上った焼結体の
強度と耐摩耗性を考慮して、粒径０．１〜５μｍのもの
が好ましく、より好ましくは０．２〜４μｍである。

また、無機微小体として無機繊維を使用した場合は、マ
トリックス材とのなじみ性、分散性、出来上った焼結体
の強度と耐摩耗性および繊維の離脱を考慮して、直径０
．７〜４０μｍ、長さ０゜０１〜Ｂｍｍのものが好まし
く、より好ましくは直径１〜１５μｍ、長さ０．０５〜
３ｍｍである。

特に、摺動特性を好適なものとするために、無機微小体
としてホウ素化合物を使用した場合は、ホウ素化合物粉
末の粒径は０．１〜１０μｍが好ましく、より好ましく
は０．３〜５μｍである。粒径が０．１μｍより小さい
と、均一混合が難しく、粒径が１０μｍより大きいと、
異常（アグレッシブ）摩耗を起こす可能性が増す。

炭素質粉末は、本発明の炭素繊維強化炭素焼結体の結合
材を構成するものである。この炭素質粉末は自己焼結性
を有し、未炭化、または完全に炭化されていないもので
ある。この自己焼結性炭素質粉末としては、石油系およ
び石炭系のいずれであってもよく、具体的には、メソカ
ーボンマイクロビーズ、バルクメソフェーズ粉砕品、低
温か焼コークス粉砕品などを挙げることができる。これ
らの中では、粒径および組成の均一性、安定性などの観
点から、石油系および石炭系のメソカーホンマイクロビ
ーズが好ましく、炭化歩留りの観点から石炭系のものが
より好ましい。自己焼結性炭素質粉末としては、粒径３
０μｍ以下、β−レジン量が３〜５０％程度のものが好
ましい。なお、このβ−レジン輔は、より好ましくは６
〜３０％、さらに好ましくは８〜２５％である。

本発明の焼結体は、たとえば第１図に示すような乾式混
合、乾式成形および焼成という簡単な工程で製造できる
。

未炭化炭素質繊維と、無機微小体（無機粉末または無機
繊維）と、自己焼結性炭素質粉末とは、混合、成形され
て複合体を構成する。このときの混合手段は特に限定さ
れないが、強度および耐摩耗性を等方的にするためには
、前記した原料を均一に混合することが好ましい。また
、自己焼結性炭素質粉末と未炭化炭素質繊維との配合割
合は、前者１００重量部に対して、後者２〜７０重量部
程度であり、より好ましくは前者１ｏｏｓｅ部に対して
後者１０〜５０重量部程度である。また、無機微小体の
添加量は、全体を１００重量％としたとき３〜３０重量
％が好ましく、より好ましくは５〜１０重量％である。

特に、摺動特性を好適なものとするために、無機微小体
としてホウ素化合物を使用した場合は、ホウ素化合物粉
末の添加量は、全体を１００重量％としたとき１〜５０
重量％が好ましく、より好ましくは３〜３５重醋％であ
る。ホウ素化合物粉末の添加量が５０重量％を超えると
焼結体の切削加工性が不良となり、かつ強度が若干低下
する。

本発明にかかる焼結体の成形は、常法によって行うこと
ができ、通常１〜１０　ｔ　Ｏｎ／Ｃｍ２程度の加圧下
に所定の形状に成形すればよい。または、ＣＩＰ法、Ｈ
ＩＰ法、ホットプレス法などによって成形を行ってもよ
い。成形は、常温でまたは不活性雰囲気下５００℃程度
までの加熱下に行うことができる。

複合体は、焼結されて本発明にかかる焼結体となる。な
お、ここで焼結とは、常圧で７００〜２ＯＯＯ℃程度に
焼成して未炭化炭素質繊維および自己焼結性炭素質粉末
を炭化固結させることをいう。なお、必要に応じてこの
炭化された複合体を黒鉛化炉で焼結温度以上に加熱して
黒鉛化させてもよい。炭化の条件は、特に限定されない
か、通常非酸化性雰囲気中０．１〜３００’Ｃ／時間程
度の速度で常温から１５００℃程度の温度まで昇温し、
０．５〜１０時間程時間待して行えばよい。

なお、焼結時においてより高温で焼結することにより複
合体の一部は炭化の後、黒鉛化する。

また、黒鉛化の条件も、特に限定されず、非酸化性雰囲
気中で焼結時の温度から０．１〜ｂの温度まで昇温し、
０．５〜１０時間程時間待すればよい。黒鉛化を行った
場合には、黒鉛結晶が十分に成長するとともに秩序正し
く配向し、これにより製品の密度、強度および耐摩耗性
などかさらに向上する。

この特殊な炭素繊維強化炭素焼結体は、焼結前の複合体
を、未炭化炭素質繊維および無機微小体（無機粉末また
は無機縁Ｎ）と、この無機微小体を埋設した自己焼結性
未決化炭素質粉末とで構成したもので必る。したがって
、複合体を焼結する場合、強化材としての炭素質繊維が
未炭化、または完全に炭化されていないものであるため
、この未炭化炭素質繊維と自己焼結性を有する未炭化炭
素質粉末とは、炭化される際に同程度の物理的性質（強
度、収縮率など）をもつ。このため、これら炭素質繊維
と炭素質粉末との界面密着性が向上し、したかつて、高
強度および優れた耐摩耗性を得ることかできる。要する
に、複合体を焼結する場合、未炭化同士の炭素質繊維と
炭素質粉末とが同程度に収縮して結合するので、これら
の界面密着性が高まり、摺動部材の強度および耐摩耗性
が向上する。

また、無機粉末または無機繊維を添加した炭素繊維強化
炭素焼結体で作られた部品は、相手材との間に機械的な
抵抗力か動き、これにより摩擦係数μが高く、安定した
ものとなる。すなわち、添加された無機粉末または無機
繊維が、相手材（対して機械的な抵抗力を及ぼすので、
摺動部材の摩擦係数μが高く、安定したものとなる。

たとえば、無機粉末を添加した場合には、粉末状である
ため荷重の増加に伴い炭素マトリックス部から離脱しや
すくなり、この無機粉末の＠脱と炭素マトリックス部の
凝着とがつり合うことにより、荷重の変動に対して摩擦
係数μか安定したものとなる。また、無＠繊維を添加し
た場合には、荷重が増加しても繊維状であるため炭素マ
トリックス部から離脱しにくく、このため摩擦係数μが
高い値となる。

また、前記したように結合材としての自己焼結性炭素質
粉末は、液状炭素質材料からなる従来の結合材の使用を
不要とする。したがって、液状結合材の使用により発生
する気孔を充填するために、含浸、焼成を繰返す必要が
なく、本発明にかかる特殊炭素繊維強化炭素焼結体は、
前記したように第１図に示す乾式混合、乾式成形、焼成
という簡単な工程などで、安価に製造することができる
。

なお、適切な無機粉末または無機繊維を選択することに
よって、炭素繊維強化炭素焼結体で作られた部品の摩擦
係数μを、その用途に応じた好適な値に管理することか
できる。特に、無機粉末としてホウ素化合物を添ｈＯｔ
、た場合、このホウ素化合物粉末か、高荷重すなわち高
温にざらされると熱分解し、その液相が生じる。この液
相によって、摺動部材の耐焼付き性が向上し、かつその
摩擦係数μを低く押えることができるものと考えられる
。

たとえば、無機粉末を無機ホウ化物とした場合、摺動部
品の摩擦係数μを０．０５〜０．２の範囲に管理するこ
とができ、無機粉末を無機炭化物とした場合、摺動部品
の摩擦係数μを０．１５〜０゜３５の範囲に管理するこ
とができ、無機粉末を無機窒化物とした場合、摺動部品
の摩擦係数μを０゜１〜０．３５の範囲に管理すること
ができ、そして無機粉末を無機酸化物とした場合、摺動
部品の摩擦係数μを０．２５〜０．５の範囲に管理する
ことができる。

なお、添加する無機粉末または無機繊維によって摺動部
品の摩擦係数μが大きく変化するのは、１習動に伴う発
熱により、無機粉末または無機繊維の状態が変化するた
めと考えられている。たとえば、酸化物は耐熱性が高い
ため、摺動時にもその粒子とか繊維の形状を残し、この
ため、高い摩擦係数μを示すものと考えられている。ま
た、ホウ化物は、酸化物とは逆に摺動時の熱により、分
解し液相を形成し、摩擦係数μを低下させていると考え
られている。

さらに、未炭化炭素質繊維をタール、ピッチ、有機高分
子などの粘結成分を含有する材料により表面処理した場
合には、炭素質繊維の界面の濡れ性が高まり、これによ
り結合材としての炭素質粉末とのなじみ性が高まるので
、これら炭素質繊維と炭素質粉末との界面密着性がさら
に向上する。

本発明のフュエルインジェクタのバルブボディは前記し
た炭素繊維強化炭素焼結体で作られている。なお、この
バルブボディは、成型後に焼結しても、焼結体から機械
加工してもよい。

［実施例］（第１実施例）以下、本発明の実施例を第３図〜第５図で説明する。

この実施例は、ディーゼルエンジン用のフュエルインジ
ェクタのノズルに用いられるもので市って、ノズル２０
のバルブボディ２２にはその先端の噴射口２３に連通す
るニードル孔２４が設けられている。ニードル孔２４に
はニードル２５が摺動自在に嵌入されており、ニードル
２５は図示しないスプリングにより噴射口２３を閉じて
いる。

そして、バルブボディ２２の吸油孔２７の燃料油圧力が
所定の開弁圧以上に増大するとニードル２５は図示しな
いスプリングの付勢に抗して後退し、その結果、ノズル
２５の先端２５ｂと噴射口２３との間隙から燃料油が噴
射される。

この実施例では、まず、バルブボディ２２の根元部２６
が径大円筒形状を有し、根元部２６の凹部２８に実施例
１で説明した実施例量１〜４からなるコラム２９を圧入
、固着し、その後、ニードル孔２４の根元部２４ａおよ
び吸油孔２７を形成した。

したかつて、ニードル２５の根元部外周面２５ａが本発
明にかかるバルブボディの炭素繊維強化炭素焼結体に摺
接することになる。

（実施例量１の製造方法）まず、バルブボディ２２の実施例量１用に次の方法で炭
素繊維強化炭素焼結体（炭素焼結体１）を製造した。

石炭系の光学的等方性ピッチから常法により紡糸して得
られた、糸径１５μｍ、糸長さが３ｍｍの不融化繊維か
らなる未炭化炭素室繊維を準備した。この未炭化炭素至
繊維を強化材としてこの未炭化炭素室繊維３００重量部
に、中心粒径７μｍのコールタール系メソカーボンマイ
クロビーズからなる自己焼結性炭素質粉末７００重量部
を加えた後、均一に混合し、得られた混合物を２１ｏｎ
／７の成形圧力で成形して柱状の複合体とした。

次に、この複合体を非酸化性雰囲気中、１５０℃／時間
の速度で１０００’Ｃまで昇温し、同温度で１時間保持
して焼成して、未炭化炭素室繊維及び自己焼結性炭素質
粉末を炭化固結させた。そして、ざらに非酸化性雰囲気
中、５００℃／時間の速度で２０００°Ｃまで加熱し、
２０分間保持して焼結した。

このようにして得られた炭素繊維強化炭素焼結体く炭素
焼結体１）を機械加工して、バルブボディ２２を製造し
た（実施例量１．５Ｔ３０ともいう）。

なお、この炭素繊維強化炭素焼結体の一部を用いて、偏
光顕微鏡による表面観察、走査型電子顕微鏡によるマト
リックスと強化繊維の界面状態の観察、密度および曲げ
強度を測定した。偏光顕微鏡による観察では、マトリッ
クスが焼結した炭素粒子が互いに密着し個々の粒子が異
なる色模様に輝くモザイク状に観察され、ｗ４維はこの
マトリックス中に点在した一様の色をもつ島状に観察さ
れた。また、気孔を示す黒い点が所々に観察された。こ
れら黒い点の面積は、全体の面積を１００面積％とした
とき約３面積％であった。走査型電子顕微鏡で観察した
マトリックスと強化繊維の界面状態は両者が一体的に結
合された状態が観察され、マトリックスと強化繊維とが
剥離している状態は観察されなかった。また、この炭素
繊維強化炭素焼結体の密度は１．７６ｇ／ｃｍ３　、曲
げ強度は９．３ｋｇ／ｍｍ２Ｔあった。

（実施例量２．３の製造方法）更に、バルブボディ２２の実施例量２用に次の方法で新
たな炭素繊維強化炭素焼結体く炭素焼結体２）から製造
した。

この炭素焼結体２を製造するに当たり、まず、石炭系の
光学的等方性ピッチを紡糸ノズルに供給し、３４０℃に
加熱した状態で不活性ガスによる加圧下で紡糸ノズルか
ら押出して得られたピッチ繊維を、更に酸化性雰囲気中
３５０℃で２時間保持して不融化し、繊維径１５μｍ、
繊維長さ０゜５ｍｍの不融化未炭化炭素質繊４ｍ３０重
量部と、自己焼結性炭素質粉末としての中心粒径７μｍ
のコールタール系メソカーボンマイクロビーズ７０重量
部とを混合したもの９０重量部に対し、粒径４μｍのＴ
ｉＢ２粉末（無機微小体）を１０重量部加えて均一に混
合し、得られた混合物を２ｔ。

ｎ　／　Ｃｍ　　の成形圧力で成形して複合体を得た。

次に、この複合体を常圧の非酸化性雰囲気中で、１５０
℃／時間の速度で１０００’Ｃまで昇温し、同温度で１
時間保持して焼成して、未炭化炭素質繊維及び自己焼結
性炭素質粉末を炭化固結させた。

そして、さらに非酸化性雰囲気中、５００　’Ｃ／時間
の速度で２０００　’Ｃまで加熱し、２０分間保持して
さらに焼結した。得られた炭素繊維強化炭素焼結体（炭
素焼結体２）を機械加工して、バルブボディ２２を製造
した（実施例量２．５Ｔ３０Ｃともいう）。

なお、この炭素繊維強化炭素焼結体の一部を用いて、実
施例１と同様に、偏光顕微鏡による表面観察、走査型電
子顕微鏡によるマトリックスと強化繊維の界面状態の観
察、密度および曲げ強度を測定した。偏光顕微鏡による
観察では、マトリックスが焼結した炭素粒子か互いに密
着し個々の粒子か異なる色模様に輝くモザイク状に観察
され、繊維はこのマトリックス中に点在した一様の色を
もつ島状に観察され、また、アルミナ粒子は白い点状に
観察された。また、気孔を示す黒い点が所々に観察され
た。これら黒い点の面積は、全体の面積を１００面積％
としたとき約３面積％であった。走査型電子顕微鏡で観
察したマトリックスと強化繊維の界面状態は両者が一体
的に結合された状態が観察され、マトリックスと強化繊
維とか剥離している状態は観察されなかった。また、こ
の炭素繊維強化炭素焼結体の密度は１．７６Ｃｌ／Ｃｍ
３　、曲げ強度は８．５ｋｇ／ｍｍ２であった。

また、実施例量２と同一条件でただ、繊維径１５μｍ、
繊維長さＱ、５ｍｍの不融生来炭化炭素質繊維３０重量
部と、自己焼結性炭素質粉末としての中心粒径７μｍの
コールタール系メソカーボンマイクロビーズ７０重量部
とを混合したちの９５重量部に対し、粒径１μｍのＺｒ
Ｏ２粉末を５重量部を加えた組成とした素材によりバル
ブボディ２２を製造した（実施例量３．５Ｔ３０Ｃとも
いう）。

（実施例量４の製造方法）実施例量４は、実施例量２と同一条件でただ、繊維径１
５μｍ、繊維長ざＱ、５ｍｍの不融生来炭化炭素質繊維
３０重量部と、自己焼結性炭素質粉末としての中心粒径
７μｍのコールタール系メソカーボンマイクロビーズ７
０重量部とを混合したちの９５重量部に対し、粒径２μ
ｍ（７）８４Ｃ粉末を５重量部を加えた組成とした素材
により製造した（実施例量４．５Ｔ３０Ｃともいう）。

他に、比較例量として、従来採用されている炭素繊維強
化炭素焼結体製のバルブボディ２２（比較例量１）と、
３０Ｍ２２（浸炭焼入れ）を素材とするバルブボディ２
２（比較例量２）についても焼付き試験した。ただし、
ニードル材料としては５ＫＨ２を素材とした。

これらのバルブボディ２２の性能試験として、実施例量
１〜４及び比較例量１．２のブロック試験品を製作し、
摩耗試験及び焼付き試験を実施した。

この焼付き試験は、以下の試験条件で実施した。

この焼付き試験は、機械試験新式摩擦摩耗試験機を用い
て無潤滑下で行われた。ニードル材料としてリング試験
片（内径２０ｍｍ、外径２５．６ｍｍ、高さ１６ｍｍ＞
を使用し、バルブボディ材料としてブロック試験片（３
０ｍｍｘ３０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）を使用した。そして、
無潤滑下でリング試験片を１６Ｏｒｐｍで回転しつつブ
ロック試験片の上面にリング試験片の下面を押圧し、試
験荷重を２分間に１０ｋｇｆづつ増加させていき、摩擦
係数μが０．２以上若しくは摩耗量となった時の荷重を
もって焼付荷重とした。

第６図に試験結果を示す。

第６図かられかるように、実施例量２．４は高い焼付き
荷重を有するが、これは液相の８２０３相が生じるため
ではないかと考えられる。

摩耗試験は、ＬＦＷ摩擦摩耗試験機を用いて軽油潤滑下
で実施した。バルブボディ側のブロック試験片の寸法は
’ｌ　５ｍｍＸ　１０ｍｍｘ７ｍｍとし、リング試験片
を’＋ｅｏｒｐｍで回転させつつブロック試験片に、加
圧力１５ｋＣｌｆで１５分間押圧し、ブロック試験片の
摩耗量を調べた。なお、リング試験片は、５ＫＨ２を素
材とし、直径３５ｍｍ、肉厚３．７ｍｍに加工して用い
た。

第７図に試験結果を示す。

第７図かられかるように、実施例量１〜４は、各比較例
量に対し摩耗量が大幅に少なく、耐摩耗性が格段に改善
されることが判明した。この高い耐摩耗性は、第１に炭
素焼結体と炭素繊維との結合性が高くかつ高密度である
ためと考えられる。

次に、このバルブボディの摺動特性を定量化する目的で
、本発明に係る炭素焼結体１．２、及び後述する炭素焼
結体５（実施例量５）と、従来使用されている合金とを
摩擦摩耗試験機にかけて試験した。

なお、上記の炭素焼結体５は、無機微小体として、粒径
１．４μｍ（日本新金属製）、粒径５゜０μｍ（井守窯
業（株）製）のホウ化チタンを使用したこと以外は、炭
素焼結体２と同様の方法により作った。

摩耗試験は、機械試験新式摩擦摩耗試験機により無潤滑
下の摩擦係数及び焼付荷重、そしてＬＦＷ摩擦摩耗試験
機による油潤滑下での１５分及び６０分間の摩耗量を測
定した。これらの値を第１表に示す。

なお、機械試験新式摩擦摩耗試験機による試験は、試験
片を３Ｑｍｍ角、厚さ５ｍｍの板とし、この試験片の上
面に外径２５．６ｍｍ、内径２０ｍｍ、高さ１５ｍｍの
５ＫＨ２製の円筒状加圧体の下面を押圧し、１０ｋＣ１
ｆの押圧力をかけて試験片を無潤滑下で１６０回転／分
で回転させ、焼付の有無を測定するものである。そして
焼付か生じない場合は次ぎ次ぎに１０ｋＣｌｆの押圧力
を追加して同じ条件で試験し、焼付が生じた荷重を測定
するものである。

また、ＬＦＷ摩擦摩耗試験機による試験は、相手材とし
て外径３５ｍｍ、内径３１　ｍｍ、軸方向の長さｇｍｍ
のリングを使用し、■滑油としてＳＡＥ規格の５Ｗ−３
０ベースオイルを使用し、回転速度１６０回転／分で、
相手材の外周面に縦１５ｍｍ、横’ｌ　Ｑｍｍ、高さ７
ｍｍの試験片を荷重’１５ｋｇｆて加圧し、１５分及び
６０分摺動させ、その時の摩擦係数および摩耗量を測定
した。なあ、第１表相手材としては５ＫＨ２材を使用した。

なお、上記実施例では添加する無機微小体を一種とした
が、例えば摩擦係数低減に優れたものと、耐摩耗性が優
れたものを適切な比率で混合すれば更によい特性が得ら
れるであろう。

更に、上記実施例ではフュエルインジェクタのノズルに
バルブボディに新しい炭素焼結体を用いた。同様の条件
でディーゼル用のプランジャポンプを構成するシリンダ
としてこの新しい炭素焼結体を用いることができ、また
、ニードルや上記プランジャポンプのプランジャにこの
新しい炭素焼結体を用いても同様の効果を奏するであろ
う。

なお、上記実施例ではディーゼルエンジンのフュエルイ
ンジェクタについて説明したが、当然ガソリンエンジン
用のフュエルインジェクタ（第２図参照）にも発明は適
用することかできる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明のフュエルインジェクタは
、新しい炭素繊維強化炭素焼結体を用いてそのバルブボ
ディを製造している。

このフュエルインジェクタは従来のものに対し、格段に
優れた耐摩耗性及び耐焼付き性を有し、かつ、腐蝕環境
下でも化学的に安定である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いるフュエルインジェクタの製法を
示す工程図、第２図はこの実施例のガソリン機関用のフ
ュエルインジェクタのノズルの断面図、第３図はディー
ゼル機関用のフュエルインジェクタのノズルの断面図、
第４図はディーゼル機関用の７ユエルインジエクタのニ
ードルの平面図、第５図は第３図のフュエルインジェク
タのノズル部分の半製品の断面図、第６図は第１実施例
にあける焼付き試験の結果を表す図、第７図は第１実施
例における摩粁試験結果の結果を示す図である。２２・・・バルブボディ２４・・・ニードル孔２５・・・ニードル第２図第５図第３図第１図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）先端の噴射口に連通するニードル孔を有するバル
ブボディと、前記ニードル孔に摺動自在に保持され所定
の開弁圧力で後退して前記噴射口から燃料油を噴射する
ニードルとからなるノズルを備えるフュエルインジエク
タにおいて、前記バルブボディは、炭素マトリックス中に炭素繊維があるいは炭素繊維及び
無機微小体が一体的に埋設された組織を有し、該炭素マ
トリックスは偏光顕微鏡で見て光学異方性の微粒子が均
一に密集したモザイク構造をもち、該炭素繊維と該炭素
マトリックスとの間の界面で剥離している界面の割合が
全界面に対して１０％以下でありかつ密度が１．６５以
上である炭素繊維強化炭素焼結体を用いて構成されてい
ることを特徴とするフュエルインジエクタ。
（２）先端の噴射口に連通するニードル孔を有するバル
ブボディと、前記ニードル孔に摺動自在に保持され所定
の開弁圧力で後退して前記噴射口から燃料油を噴射する
ニードルとからなるノズルを備えるフュエルインジエク
タにおいて、前記バルブボディは、未炭化炭素質繊維をあるいは未炭
化炭素質繊維及び無機微小体を埋設した自己焼結性を有
する炭素質粉末からなる複合体を焼結して得られる炭素
繊維強化炭素焼結体を用いて構成されていることを特徴
とするフュエルインジエクタ。