JPH06257532A

JPH06257532A - 高圧燃料噴射管用厚肉細径重合金属管及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06257532A
Application number: JP18224393A
Authority: JP
Inventors: Keizo Sugao; 敬三菅尾
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1994-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】炭素鋼製外管とステンレス鋼製内管が相互に
冶金的に重合された耐キャビテーションエロージョン性
や耐圧性に優れ、かつ経済性の高圧燃料噴射管用厚肉細
径重合金属管を提供する。【構成】外管としての炭素鋼鋼管と、内管としてのス
テンレス鋼鋼管を圧嵌重合して製作した高圧燃料噴射管
用の厚肉細径重合金属管において、該厚肉細径重合金属
管が、外管としての炭素鋼鋼管と、内管としてのステン
レス鋼鋼管を圧嵌重合して製作した外径が３０mm以下、
内径が前記外径の２０〜４０％、内管肉厚が全肉厚の１
０〜３０％の二重金属管であって、かつ内外管の重合面
が冶金的に結合されたものであることを特徴とする高圧
燃料噴射管用の厚肉細径重合金属管。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディ−ゼルエンジンな
どの燃料供給用の高圧燃料噴射管として使用される外径
が３０mm程度以下の、外管と内管が相互に冶金的に重合
された厚肉細径の複合金属管とその製造方法に関する。

【０００２】更に詳しくは、本発明は、特に炭素鋼製外
管とステンレス鋼製内管が相互に冶金的に重合された耐
キャビテーションエロージョン性などの特性に優れた高
圧燃料噴射管用厚肉細径重合金属管とその製造方法に関
するものである。

【０００３】

【従来の技術】この種のディ―ゼル内燃機関用などの高
圧燃料噴射管は、一般的にその噴射管内部において、噴
射時間が約５ミリ秒、流速が最大約１５ｍ／sec 、内圧
が２００〜６００kg／cm²（ピ―ク圧）の状態で高圧燃
料が流れ、かつ該燃料の流速、内圧が頻繁かつ急激に変
動という条件のもとで使用されるものである。従来、こ
の種のディ―ゼル内燃機関用などの燃料噴射管に供され
る重合金属管としては、例えば、予め重合周面に銅のメ
ッキ膜を有する大径及び小径の高圧配管用炭素鋼鋼管(J
IS G 3455 STS 38) を相互に圧嵌重合せしめ、更にその
後に加熱処理して重合周面に介在する銅メッキ膜をろう
材として相互にろう接合させて構成するか、あるいは単
に径の異なる二本の素管を他方の素管に挿入、引き抜き
加工等により相互に圧嵌重合させて構成している。

【０００４】しかし、これら従来技術において、前者に
おいては、管の内周面及び外周面に銅メッキを施すため
の複雑な工程を必要とし、そのために製品コストが増大
し、又ステンレス鋼鋼管ではメッキ、ロー付けが困難で
ある等の問題を有している。又、後者においては、単に
重合面を圧嵌重合するという構成であるため、燃料噴射
管として使用した際に重合周面に緩み現象が生じ、機械
的強度が低下するとともに、これがエンジン回転時の加
振、内圧の頻繁かつ急激な変動と相まってしばしば亀
裂、破損の事故を生起させるという欠点を有するもので
ある。

【０００５】特に、最近においては、馬力アップはもと
よりＮＯx の低減化や黒煙対策の１つとして、ますます
燃料噴射圧の高圧化の傾向が強まってきており、例えば
噴射時間が１〜２ミリ秒、流速が最大約５０ｍ／sec 、
内圧が６００〜１０００kg／cm²（ピ―ク圧）というよ
り過酷な条件下で安全に使用することができる高圧燃料
噴射管が要求されてきている。前記した厳しい使用条件
のもとにおいて、高圧燃料噴射管の要求特性としては、
繰返しの高圧負荷による疲労に対する耐久性、耐キ
ャビテ―ションエロージョン性、エンジンや車体から
の振動に対する耐久性、などが一層強く要求され、燃料
噴射管の亀裂、破損の安全対策は極めて重要な課題とな
っている。

【０００６】前記した厳しい使用条件に対応する方策と
して、一般的には高圧燃料噴射管として、外径が３０mm
以下で、かつ外径に対し２０〜４０％の内径を有する厚
肉の細径管を用い、噴射管の内壁面を流過抵抗の発生原
因となる波面状の不規則な変形（うねり）がないよう
に、例えば研削、研磨加工を行なっている。なお流過抵
抗の増大は、キャビテーションを発生させ、内管の内壁
面はキャビテーションエロージョンにより侵食され、内
管が破損するようになるためその対策は重要である。い
うまでもないことであるが、内管が破損するとやがて外
管も破損することになる。しかしながら、前記した過酷
な使用条件下で長期に亘り安全に使用することができる
ディーゼル内燃機関用などの高圧燃料噴射管が開発され
ていないのが現状である。

【０００７】

【発明が解決しようとする問題点】本発明は、上記した
従来の問題点を解決しようとするものであり、鋭意検討
を加えた結果、特定の材質からなる大径と小径の鋼管を
圧嵌重合し、重合面に高い面圧力を加えて所定構造の重
合素管を製作すると共に、次いで無酸化雰囲気中で加熱
処理するという技術的構成を採用することにより、従来
技術が有していた問題点を解決することができることを
見い出し、本発明を完成するに至った。

【０００８】本発明の特定材質から成る重合金属管、即
ち炭素鋼製の外管とステンレス鋼製の内管から構成され
る重合金属管は、その内外管相互の結合力が一層高めら
れ、あたかも一体の管であるようになり、この一体管を
最終製品として所望形状のものに成形加工するに際し
て、内外両管は剥離や座屈変形することがない。また、
内管がステンレス鋼製であるため高圧燃料噴射管に対す
る要求特性に十分に答えることが出来る。

【０００９】従って、本発明により耐キャビテーション
エロージョン性、耐圧性、機械的強度に優れるとともに
所望形状の接続頭部を成形加工することができるディー
ゼルエンジン用などの高圧燃料噴射管に好適な厚肉細径
の重合金属管が提供される。

【００１０】

【問題点を解決するための手段】本発明を概説すると、
第一の発明は、高圧燃料噴射管用の厚肉細径重合金属管
において、該厚肉細径重合金属管が、外管としての炭素
鋼鋼管と、内管としてのステンレス鋼鋼管を圧嵌重合し
て製作した外径が３０mm以下、内径が前記外径の２０〜
４０％、内管肉厚が全肉厚の１０〜３０％の二重金属管
であって、かつ内外管の重合面が冶金的に結合されても
のであることを特徴とする高圧燃料噴射管用厚肉細径重
合金属管に関するものである。

【００１１】また、第二の発明は、前記厚肉細径重合金
属管の効率的、経済的な製造方法に関するものであり、
本発明の前記厚肉細径重合金属管は、(1) 大径の外管と
しての炭素鋼鋼管の内部に、小径の内管としてのステン
レス鋼鋼管を挿入する工程、(2) 内外管を引き抜き加工
により縮径して、外径を３０mm以下、内径を前記外径の
２０〜４０％、内管肉厚を全肉厚に対し１０〜３０％に
なるように圧嵌重合する工程、(3) 次いで、無酸化雰囲
気炉内で１０００〜１２００℃の温度に加熱処理して、
内外管の重合面を冶金的に結合する工程、以上の工程を
結合することにより製造されるものである。

【００１２】以下、本発明の技術的構成について詳しく
説明する。

【００１３】本発明において、外管としては炭素鋼鋼管
が、又内管としてはステンレス鋼鋼管が使用される。

【００１４】本発明において、外管に炭素鋼管を使用す
る理由は、高圧燃料噴射管が内燃機関に近接して、かつ
種々の形状に成形加工されて配設されることから、内燃
機関からの振動（このほか車体からの振動）に対する耐
振動疲労性、高い噴射圧が繰返し作用することから耐内
圧繰返し疲労特性、及び耐キャビテーションエロージョ
ン性に優れており、かつ管体の曲げ及び頭部のプレス加
工などの曲げ加工性、プレス成形性に優れているからで
ある。更に内管の材質との関連において、内外管を完全
に冶金的結合させるためである。

【００１５】また、本発明において、内管としてステン
レス鋼管を使用する理由は、前記外管で説明した諸特性
がより優れており、特に内管内壁面の腐蝕、キャビテー
ションエロージョンによる侵食、及び繰り返しの圧力変
動に対する耐久性をより向上させ、前記した要求特性を
十分に満足させるためである。更に、本発明の重合金属
管は、前記した特定の外径、特定の内径の外径に対する
割合、及び特定の内管肉厚の全肉厚に対する割合から明
らかのように、内管として高価なステンレス鋼管を配設
するものの、その肉厚が外管と比較して極めて薄肉のも
のであることから経済的なものである。

【００１６】素管としての内管の外径は、外管の内径よ
り僅かに小であればいずれでもよいが、挿入作業を円滑
に行なうことができるとともに挿入状態での重合面間の
隙間が可及的に小さいものであることが望ましい。

【００１７】本発明の高圧燃料噴射管用の厚肉細径重合
金属管は、前記外管と内管を素管材料として製造される
ものである。以下、本発明を製造方法を中心にして説明
する。本発明において、外管に内管を挿入した状態から
高圧燃料噴射管用の厚肉細径重合金属管を製作するに際
して、前記した外径と内径をもつように引き抜き加工さ
れる。一般にこの種の高圧燃料噴射管として使用されて
いるものは、外径が３０mm以下であり、その内径は外径
の２０〜４０％のもの、別言すれば厚肉の細径重合管が
使用されている。従って、本発明においても、前記した
材質の外管と内管の素管から引き抜き加工により、前記
した外径と内径のものが製作される。

【００１８】本発明において、特徴的な点は外管と内管
は、引き抜き加工後の重合金属管の全肉厚に対し、外管
の肉厚が７０〜９０％、内管の肉厚が１０〜３０％とな
る重合金属管が得られるように引き抜き加工されるとい
う点である。本発明において引き抜き加工後に内管の肉
厚を前記のように規定するのは、引き抜き加工後の重合
面の圧嵌状態を良好に維持することができるためであ
る。即ち、前記引き抜き工程（縮径工程）の後には、通
常、矯正工程が付加されるのが常態である。そして矯正
ロールを使用した矯正工程において、内管の肉厚が全肉
厚の１０％以下のものは、内管壁面に不規則なうねり
（変形）が発生し、キャビテ―ションエロ―ジョンが生
じやすくなる。一方３０％以上のものはその高い剛性の
ために矯正工程において内外管の剥離が生じ、その後の
加熱処理工程における冶金的結合に支障をきたすためで
ある。

【００１９】引き抜き加工は内部にプラグを挿入し、１
回の引き抜き加工で断面減縮率を３０〜５０％で行うこ
とが望ましく、これにより引き抜き加工後の重合面を相
互に高い面圧力を保持して密接させることができ、その
後の加熱処理による効果を充分に発現させることができ
る。

【００２０】本発明において、引き抜き加工後の加熱処
理は１０００〜１２００℃の温度、所定の時間のもとで
行なわれ、これにより内外管が冶金的に結合して高い結
合力が得られる。なお、加熱処理時間は、前記温度下で
両管の当接面においてそれぞれの管材の金属成分が相互
拡散して十分な冶金的結合力が得られる時間であればい
ずれでもよい。本発明においては、後述する実施例に示
されるように、加熱処理時間としては、２．５分〜２０
分以下で十分である。なお、本発明において、１０００
℃以下では冶金的結合を得るのに長時間を要して不経済
であり、また、１２００℃以上では、それぞれの管材、
特に外管である炭素鋼の機械的性質を低下させるので好
ましくない。

【００２１】本発明において、前記した加熱処理は、無
酸化雰囲気下で行なうことが必要である。なぜなら、酸
素の存在下で加熱処理を行なうと管の表面に酸化に伴な
うスケール等の異物が生じ、重合管内壁面における酸化
物スケールの生成に伴なってキャビテーションエロージ
ョンが発生し、かつ内外管境界面での冶金的結合が阻止
または結合力が低下するため、高圧燃料噴射管として使
用する場合、その性能を低下させてしまうからである。
これに対して、無酸化雰囲気下で加熱処理を行なう場
合、前記問題が生じないとともに管の表面汚損がないた
め商品価値の高い製品が得られる。無酸化雰囲気として
は、一般にこの種の加熱処理で採用される雰囲気を使用
すればよく、例えば窒素やアルゴンなどの不活性ガス、
あるいは酸素を実質的に含まない混合ガス（窒素、水
素、炭酸ガス、一酸化炭素の混合ガスなど）を使用する
ことができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
する。なお、本発明は実施例のものに限定されないこと
はいうまでもないことである。

【００２３】実施例１図１に示されるように、外管として材質ＪＩＳＧ３４
５５ＳＴＳ３８，外径９．０mm，肉厚２．３mmの炭素
鋼鋼管(1) と、内管として材質ＳＵＳ３０４，外径４．
０mm、肉厚０．４mmのステンレス鋼鋼管(2) のそれぞれ
を清浄化処理し、特に外管の内周面側、内管の外周面側
の油脂類、カ−ボン、スケ−ル等の異物を除去して、内
管(2) を外管(1) 内に挿入する。次に図２に示さるよう
に伸管装置により、内管内に固定プラグ(3) を挿入し、
孔ダイス(4) へ内外管を一体に通し、先端をクランプし
て矢印方向に引き抜き加工を行なう。引き抜きリダクシ
ョンは断面減縮率４５％で行ない、内外管が相互に密嵌
した外径６．３５mm、内径２．０mmの重合管を得た。な
お、外管肉厚は１．８mm、内管肉厚は０．３８mmであっ
た。更に無酸化雰囲気の連続熱処理炉内を通し、温度１
１００℃、保持時間５分の熱処理を施して重合面間が相
互に冶金的に一体に結合した重合金属管を製造した。な
お、炉は電気ヒ―タ―加熱炉を使用し、炉内に水素６
％、炭酸ガス８％、一酸化炭素８％、窒素残部の混合ガ
スを供給し、無酸化雰囲気とした。

【００２４】以上のようにして製造された重合金属管
は、図３に示されるように接続頭部(5) を有するように
成型加工して高圧燃料噴射管とすることができる。加工
応力の集中する部位（Ａ部）において、内外管（１、
２）の接合状態が維持されている。なお、図４に示され
るものは、従来技術に属するロー付けも加熱処理も行な
っていない圧嵌重合させた重合金属管から製造した図３
に対応するものである。図示されるようにチューブ端部
における接続頭部(15)の成型加工に際し、内管(12)に軸
方向へのズレを生じてＡ部において座屈変形(16)し、燃
料流通路を狭めてしまい性能上に問題があることを示し
ている。即ち、図３と図４からみて明らかのように、本
発明の厚肉細径重合金属管を高圧燃料噴射管として使用
した場合、優れた効果を発揮することがわかる。

【００２５】また、図５は、重合金属管の重合部断面に
おける金属組織を説明する図である。図５の(a) は、重
合部断面の部位（Ｂ部）を説明する図である。図５の
(b) は、「従来材」即ち、実施例１における熱処理を施
す前の顕微鏡写真（２００倍）である。図５の(c) は、
「本発明材」、即ち、実施例１により製造された重合金
属管の顕微鏡写真（５００倍）である。図示されるよう
に、「本発明材」は「従来材」と比較して外管と内管の
境界面が完全に冶金的に一体化結合し、緻密な構造を呈
している。

【００２６】更に図６は、「本発明材」の管端成型部に
おける金属組織を説明する図である。図６の(a) は、管
端成型部の内周面部位（Ｃ部）を説明する図である。図
６の(b) は、実施例１により得られた本発明材、即ち重
合金属管を燃料噴射管としてプレスにより成形加工した
接続頭部のＣ部（図３におけるＡ部に相当）の断面拡大
顕微鏡写真（２５倍）である。図６から明らかのよう
に、「本発明材」はプレス成形という塑性域に達する強
力な応力負荷にもかかわらず、外管と内管の境界面は剥
離することなく、プレス成形後も完全に一体化している
ことがわかる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の厚肉細径の高圧燃料噴射管は、
特定材質の外管（炭素鋼製）と内管（ステンレス鋼製）
を複合させた特定構造（特定の外径と内径、及び特定の
全肉厚に対する内管肉厚を有するもの）の重合管であっ
て、かつ内外管の重合面が冶金的に一体的に結合された
ものであるため、最近にみられる燃料噴射圧の高圧化に
対して優れた特性を発揮することができる。

【００２８】特に、燃料噴射圧の高圧化に対しては、エ
ンジンや車体からの振動に対する耐振動疲労性はもとよ
り、繰返しの高圧負荷による疲労に対する耐内圧繰返し
疲労特性、耐キャビテーションエロージョン性などが要
求されるが、本発明はこれら要求特性に十分に答えるこ
とが出来る。

【００２９】また、この種の厚肉細径の高圧燃料噴射管
は内燃機関への配設に際して曲げ加工はもとより、その
端部は接続端部とするためにプレス成形されることが常
態である。この点、本発明の厚肉細径の高圧燃料噴射管
は、内外管相互の重合面が冶金的に一体的に結合される
ため、これらの成形加工において内管がずれて座屈変形
することがなく、平滑な内部流通路を有し、かつ所望の
頭部形状を有する高圧燃料噴射管が経済的に製造され
る。

【００３０】更に、本発明は、内外管の接合のために銅
メッキなどのロ−付け用ろう材を管壁面に施すための複
雑な処理を必要とせず、製造コストの低減を図れると同
時に、特に内管として薄肉のステンレス鋼鋼管を使用す
ることにより、全体の材料費を増加させることなく耐キ
ャビテーションエロージョン性、耐腐蝕性に優れ、内部
流圧に対する耐圧強度を向上させた厚肉細径重合金属管
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の重合金属管の製造工程において、外
管に内管を挿入した状態のものの要部切欠き縦断面図で
ある。

【図２】本発明の重合金属管の製造工程において、抜
き加工工程を説明するための要部切欠き縦断面図であ
る。

【図３】本発明の重合金属管を接続頭部を有するよう
に成形加工したものにおいて、該接続頭部の一部切欠き
縦断面図である。

【図４】従来の重合金属管の図３に対応する図であ
る。

【図５】重合金属管の重合部断面の金属組織を説明す
る図であり、図５の(a) は重合部断面の部位、図５の
(b) は「従来材」の顕微鏡写真、図５の(c) は「本発明
材」の顕微鏡写真、を示す。

【図６】本発明の重合金属管の管端成形部の金属組織
を説明する図であり、図６の(a) は管端成形部の部位、
図６の(b) は顕微鏡写真、を示す。

【符号の説明】

１……………外管２……………内管３……………固定プラグ４……………孔ダイス５、１５……接続頭部１６…………座屈変形部ＳＴＳ３８………炭素鋼材ＳＵＳ３０４……ステンレス鋼材

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【手続補正書】

【提出日】平成５年１２月１４日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】重合金属管の重合部断面の金属組織を説明す
る写真であり、図５の（ａ）は重合部断面の部位、図５
の（ｂ）は「従来材」の顕微鏡写真、図５の（ｃ）は
「本発明材」の顕微鏡写真、を示す。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】本発明の重合金属管の管端成形部の金属組織
を説明する写真であり、図６の（ａ）は管端成形部の部
位、図６の（ｂ）は顕微鏡写真、を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高圧燃料噴射管用の厚肉細径重合金属管
において、該厚肉細径重合金属管が、外管としての炭素
鋼鋼管と、内管としてのステンレス鋼鋼管を圧嵌重合し
て製作した外径が３０mm以下、内径が前記外径の２０〜
４０％、内管肉厚が全肉厚の１０〜３０％の二重金属管
であって、かつ内外管の重合面が冶金的に結合されたも
のであることを特徴とする高圧燃料噴射管用厚肉細径重
合金属管。
【請求項２】高圧燃料噴射管用の厚肉細径重合金属管
の製造方法において、 (1) 大径の外管としての炭素鋼鋼鋼管の内部に、小径の
内管としてのステンレス鋼鋼管を挿入する工程、 (2) 内外管を引き抜き加工により縮径して、外径を３０
mm以下、内径を前記外径の２０〜４０％、内管肉厚を全
肉厚に対し１０〜３０％になるように圧嵌重合する工
程、 (3) 次いで、無酸化雰囲気炉内で１０００〜１２００℃
の温度に加熱処理して、内外管の重合面を冶金的に結合
する工程、以上の工程からなることを特徴とする高圧燃料噴射管用
厚肉細径重合金属管の製造方法。