JPWO2019054036A1 - 流量制御装置、および流量制御装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

高い燃料圧力に耐えられる強度を確保することができる流量制御装置、および流量制御装置の製造方法を提供する。燃料噴射弁１は、可動子１０２と、可動子１０２の外周側に位置し、可動子１０２を径方向内側において保持するノズルホルダ１０１と、を備え、ノズルホルダ１０１は、析出硬化系ステンレスを材料として成形された。またその製造方法は、ノズルホルダ１０１として、析出硬化系ステンレスを使用し、素材を鍛造により成形する工程と、鍛造成形工程後の素材に対し、固溶化熱処理を施す工程と、固溶化熱処理後の素材に対し、析出硬化熱処理を施す工程と、析出硬化熱処理後の素材を、仕上げ加工により成形する工程と、を有する。

Description

本発明は、流量制御装置、および流量制御装置の製造方法に関する。

特許文献１には、殊に内燃機関の燃料噴射装置のための電磁式に操作可能な弁であって、磁石コイルによって取り囲まれたコアと、定置の弁座と協働する弁閉鎖体を操作する可動子と、コアの下流に配置された管状の閉鎖部とを有しており、閉鎖部が可動子を半径方向で部分的に取り囲んでいる形式のものにおいて、コアと閉鎖部とが、磁気的な絞り箇所を介して直接磁石を通すように互いに接続されており、コアと絞り箇所と閉鎖部とが１つの部分より成る全体構造を形成している、電磁石式に操作可能な弁が記載されている。

特表平１１−５００５０９号公報

内燃機関に用いられる燃料噴射弁や、燃料噴射弁を備えた内燃機関へ加圧燃料を供給する高圧燃料ポンプ等の流量制御装置では、近年、排出ガス規制に応じて、燃料の高圧化に対応することが求められている。

特に、近年の排出ガス規制では、排気ガス中に含まれる粒子状物質の量、数量を低減する必要があり、ガソリンを使用する流量制御装置においても常用の最高燃圧が３５ＭＰａ程度まで大きくなる可能性がある。常用の最高燃圧が３５ＭＰａの場合、燃料噴射弁は例えば５５ＭＰａまで燃料を保持することが要求される。

燃料圧力が高くなると、その圧力によって流量制御装置には従来よりも大きな応力が発生し、強度への余裕度が低下する可能性がある。

特に、特に電磁的に駆動される可動子によって燃料通路を開閉するタイプである、ソレノイドを内蔵した流量制御装置においては、高い燃料圧力に耐える必要があるとともに、この高燃料圧に対抗して作動させるために大きな磁気吸引力を必要とする。

このような要求に対し、特許文献１に記載のような技術をさらに向上させた流量制御装置が望まれている。

本発明の目的は、高い燃料圧力に耐えられる強度を確保することができる流量制御装置、および流量制御装置の製造方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、流量制御装置であって、可動子と、前記可動子の外周側に位置し、前記可動子を径方向内側において保持する金属部材と、を備え、前記金属部材は、析出硬化系ステンレスを材料として成形されたものであることを特徴とする。

本発明によれば、高い燃料圧力に耐えられる強度を確保することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明流量制御装置の実施形態である燃料噴射弁と燃料配管の一部の断面図である。 本実施形態による燃料噴射弁の可動子周りの拡大断面図である。 本実施形態による燃料噴射弁のノズルホルダの製造工程を示すフロー図である。 本実施形態による燃料噴射弁のノズルホルダの製造過程における断面図と鍛流線を示す図である。 本実施形態による燃料噴射弁のノズルホルダの製造過程における断面図と鍛流線を示す図である。 本実施形態による燃料噴射弁のノズルホルダの製造過程における断面図と鍛流線を示す図である。 本実施形態による燃料噴射弁のノズルホルダの磁気絞り部の拡大断面図である。 本実施形態の別形態の燃料噴射弁のノズルホルダの製造過程における断面図と鍛流線を示す図である。 本実施形態の別形態の燃料噴射弁のノズルホルダの製造過程における断面図と鍛流線を示す図である。 本実施形態の別形態の燃料噴射弁のノズルホルダの磁気絞り部の拡大断面図である。

本発明の流量制御装置、および流量制御装置の製造方法の実施形態の構成及び作用効果について、図１乃至図１０を用いて説明する。

なお、本実施形態では流量制御装置の一例として、燃料噴射弁（燃料噴射装置）について説明するが、本発明の流量制御装置はこれに限定されるものではなく、例えば、高圧燃料ポンプにも適用することができる。

なお、図面において、機能を分かり易くするために部品の大きさや隙間の大きさは実際の比率よりも誇張されている場合があり、機能を説明するために不要な部品は省略されている場合がある。

最初に、図１および図２を用いて、本実施形態による燃料噴射弁の構成の概要を説明する。図１は本実施形態による燃料噴射弁やその周辺構造の縦断面図である。図２は燃料噴射弁の可動子周りの拡大断面図である。

内燃機関には、運転状態に応じた適切な燃料量を燃料噴射弁の噴射時間に変換する演算を行い、燃料を供給する燃料噴射弁を駆動させる燃料噴射制御装置２が備えられている。

図１に示すように、燃料噴射弁１は、可動子部１１４が円筒状の可動子１０２とこの可動子１０２の中心部に位置する針弁（弁体）１１４Ａとを含んで構成されている。中心部に燃料を導く燃料導入孔を有する固定コア１０７の端面と可動子１０２の端面との間とそれら固定コア１０７および可動子１０２の外周側に隙間が設けられている。この隙間を含む磁気通路部分に磁束を供給する電磁コイル１０５（ソレノイド）が備えられている。換言すれば、固定コア１０７は、図１に示すように、可動子１０２の上端部に対面するように配置される。

隙間を通る磁束によって可動子１０２の端面と固定コア１０７の端面との間に生起された磁気吸引力で可動子１０２を固定コア１０７側に引き付けて可動子１０２を駆動し、針弁１１４Ａを弁座シート部３９から引き離して弁座シート部３９に設けた燃料通路を開くように構成されている。換言すれば、可動子１０２は、針弁１１４Ａを駆動させる。

燃料噴射弁１のコア部分は固定コア１０７とノズルホルダ（金属部材）１０１との２部品から構成されている。ノズルホルダ１０１には固定コア１０７より降伏応力、引っ張り強さの大きな材料が使用されており、固定コア１０７には磁気特性の優れた材料が使用されている。これら２部品は、径方向で圧入された後、突合せ溶接部４０３で全周溶接によって固定されている。このようにコア部分を２部品で形成することで、コア部分に求められる様々な特性を容易に満たすことが可能となる。

図２に示すように、磁束１５１は電磁コイル１０５の周囲に閉回路を形成する。その経路は固定コア１０７、可動子１０２、ノズルホルダ１０１の可動子収納部２３、ハウジング１０３である。

磁気絞り部１５０は、ノズルホルダ１０１の可動子収納部２３の外周側に形成されており、その周囲よりも肉厚が小さい。このような磁気絞り部１５０は、可動子１０２を通らない磁束１５２を減らし、可動子１０２を通過する磁束を増やすことで固定コア１０７、可動子１０２間に作用する磁気吸引力を大きくする。

噴射される燃料量は、主に燃料の圧力と燃料噴射弁１の噴口部の雰囲気圧力との差圧、並びに針弁１１４Ａを開いた状態に維持し、燃料が噴射されている時間により決定される。

電磁コイル１０５への通電を停止すると、可動子１０２に作用する磁気吸引力が消失し、針弁１１４Ａを閉鎖方向に付勢するスプリング１１０の力と、針弁１１４Ａと固定コア１０７の間を流れる燃料の流速によって生じる圧力降下によって針弁１１４Ａ及び可動子１０２は閉鎖方向へと移動し、針弁１１４Ａが弁座シート部３９に着座することで燃料通路が閉じられる。針弁１１４Ａと弁座シート部３９の当接により燃料がシールされ、意図しないタイミングで燃料が燃料噴射弁１から漏れ出ることを防いでいる。

近年、燃料消費量低減という観点から、過給機と組み合わせて内燃機関の排気量を小さくし、熱効率の良い運転領域を使用することで車両搭載時の燃料消費量を低減させる試みが実施されている。この試みは特に燃料の気化による吸入空気充填量の向上、耐ノック特性の向上が見込まれる筒内直接噴射式の内燃機関と組み合わせることが有効である。

また幅広い車種で大幅な燃料消費量低減が求められているため、筒内直接噴射式の内燃機関の需要が増加する一方、回生エネルギの回収といったその他の燃料消費量低減に効果のあるデバイスを自動車に搭載する必要がある。また、総コストを低減する観点から各種デバイスのコスト低減が求められており、筒内直接噴射用の燃料噴射弁１へのコスト低減要求も同様に高まっている。

一方で、内燃機関の排出ガスに含まれる成分を一層低減することも求められており、特に粒子状物質の量、数量を低減するという観点から、燃料の噴射圧力を従来の２０ＭＰａから例えば３５ＭＰａ程度まで増加させ、噴射される燃料の液滴粒径を低減、気化を促進させる試みが実施されている。

図１の上部には燃料圧力によって燃料噴射弁１の軸方向に印加される荷重を模式的に示している。燃料噴射弁１は燃料配管２１１と接続され、Ｏリング２１２によって燃料はシールされているため、燃料配管内部２１３と燃料噴射弁１の内部は高圧の燃料で満たされている。

燃料圧力を増加させる場合、燃料噴射弁１の外部に対して内部の燃料圧力を保持する部材に発生する応力が増加する。高い燃料圧力で発生する応力に対して強度の余裕を持たせるには、厚みを増加させて剛性を確保するか、強度の大きい材料を使用する必要がある。

しかしながら前述のとおり磁気絞り部１５０は肉厚を小さくして可動子１０２を通らない磁束１５２を減らし、可動子１０２を通過する磁束を増やすことで固定コア１０７、可動子１０２間に作用する磁気吸引力を大きくする機能を有しているため、肉厚を大きくすることは難しい。そこで、高い応力でも強度に対する余裕度を維持するには、降伏応力、引っ張り強さの大きい材料を選定することが有効である。

一方で磁気絞り部１５０を別部材とし、磁気絞り部１５０のみに強度の大きい材料を使用することは可能であるが、その場合、磁気絞り部１５０をノズルホルダ１０１の可動子収納部２３と接合する必要がある。よって接合部位の強度が低下するリスクがあると共にコストの増加につながる恐れがある。

同様に磁気絞り部１５０を別部材とし、磁気絞り部１５０のみに非磁性材料を使用することで肉厚を大きくすることは可能であるが、その場合、磁気絞り部１５０をノズルホルダ１０１の可動子収納部２３と接合する必要がある。よって接合部位の強度が低下するリスクがあると共にコストの増加につながる恐れがある。

棒材からノズルホルダ１０１を全て削り出しで作製する場合、加工量が大きく、材料の無駄、加工時間の無駄が生じ、コストを低減することは困難である。また強度の高い材料は一般に加工が難しく、加工時間が伸びるためコストを低減することは困難である。

そこで本発明では、棒状のステンレスを鍛造、特に冷間鍛造によって最終のノズルホルダ１０１の形状に近いブランク材と呼ぶ部品を製作する。その後ブランク材に対して各種熱処理と仕上げ加工を実施することで、必要最小限の加工でノズルホルダ１０１を製作するものとする。またノズルホルダ１０１に可動子収納部２３、磁気絞り部１５０を一体とすることで無駄な接合部位が減り、強度を維持することができる。

前述よりノズルホルダ１０１は可動子収納部２３を含むため、図２に示すように可動子１０２へ磁束を通す必要があり、材料に磁性が必要となる。前述の通り可動子１０２と固定コア１０７に高い磁気吸引力を発生させるには可動子１０２を通らずに固定コア１０７から可動子収納部２３に流れる磁束１５２を小さくする必要があり、そのためには磁気絞り部１５０を薄くする必要がある。

ここで、磁気絞り部１５０を薄くすると、一般にステンレス材料内部に存在する介在物（ステンレス以外の成分）によって強度が低下する確率が増加する。

そこで、本実施形態では、磁気絞り部１５０が形成されるノズルホルダ１０１の素材として、磁性、高強度、高耐食な析出硬化系ステンレス、特に好適には、ＪＩＳ−ＳＵＳ６３０（１７−４ＰＨ等）相当のステンレスからなる棒材や、ＪＩＳ−ＳＵＳ６３１（１７−７ＰＨ等）相当のステンレスからなる棒材を使用する。

そして、この析出硬化系ステンレスを焼鈍の後、可動子収納部２３および磁気絞り部１５０の形状に沿うように冷間鍛造してブランク材を製作する。このうち、磁気絞り部１５０は、可動子１０２と固定コア１０７との中間部分の外周側に成形する。

その後、固溶化熱処理を施すことで冷間鍛造時の金属組織の歪みを除去して、特に可動子収納部２３の磁気特性を改善する。その後に析出硬化熱処理を施し、強度を向上させる。

最後に、ノズルホルダ１０１の全内周（スプリング収納部１１２Ａ等を成形するとともに、針弁１１４Ａや噴孔カップ１１６を挿入するためのスペース等を成形）と全外周（磁気絞り部１５０や、チップシール１３１を保持する溝等）を切削により仕上げ加工する。磁気絞り部１５０に付いては、固定コア１０７から可動子収納部２３へ漏れる磁束１５２を十分に小さくできる厚さとすることで磁気吸引力を向上させる。

以上の工程により、高強度と高磁気吸引力を低コストで実現可能な燃料噴射弁１を提供することができるようになる。

次に、図１乃至図５を用いて、本発明の実施形態による燃料噴射弁１の構成を詳細に説明する。

まず図１および図２を使用して燃料噴射弁１の動作について説明する。ノズルホルダ１０１は直径が小さい小径筒状部２２と直径が大きい可動子収納部２３とを備えている。小径筒状部２２の先端部分の内部に、案内部１１５、燃料噴射孔１１７を備えた噴孔カップ１１６が挿入または圧入され、噴孔カップ１１６の先端面の外周の縁部が全周溶接される。これにより、噴孔カップ１１６は、小径筒状部２２に固定される。案内部１１５は可動子部１１４を構成する針弁１１４Ａの先端に設けられた弁体先端部１１４Ｂが燃料噴射弁１の軸方向に上下運動する際に、外周を案内する機能を有する。

噴孔カップ１１６には案内部１１５の下流側に円錐状の弁座シート部３９が形成されている。この弁座シート部３９には針弁１１４Ａの先端に設けた弁体先端部１１４Ｂが当接または離反することで、燃料の流れを遮断したり燃料噴射孔に導いたりする。ノズルホルダ１０１の外周には溝が形成されており、この溝に樹脂材製のチップシール１３１に代表される燃焼ガスのシール部材が嵌め込まれている。

固定コア１０７の内周下端部には可動子１０２を構成する針弁１１４Ａをガイドする針弁案内部１１３が設けられている。針弁１１４Ａには案内部１２７が設けられており、案内部１２７は一部面取り部が設けられており、燃料通路を形成している。細長い形状の針弁１１４Ａは針弁案内部１１３によって径方向の位置を規定され、かつ軸方向にまっすぐに往復運動するようガイドされる。なお、開弁方向は弁軸方向の上、閉弁方向は弁軸方向の下に向かう方向である。

針弁１１４Ａの弁体先端部１１４Ｂが設けられている端部とは反対の端部には針弁１１４Ａの直径より大きい外径を有する段付き部１２９を有する頭部１１４Ｃが設けられている。段付き部１２９の上端面には針弁１１４Ａを閉弁方向に付勢するスプリング１１０の着座面が設けられており、頭部１１４Ｃと併せてスプリング１１０を保持する。

可動子部１１４は針弁１１４Ａが貫通する貫通孔１２８を中央に備えた可動子１０２を有する。可動子１０２と針弁案内部１１３との間に可動子１０２を開弁方向に付勢するゼロスプリング（可動子ばね）１１２がスプリング収納部１１２Ａに保持されている。

頭部１１４Ｃの段付き部１２９の直径に比べて貫通孔１２８の直径の方が小さいので、針弁１１４Ａを噴孔カップ１１６の弁座に向かって押付けるスプリング１１０の付勢力もしくは重力の作用下においては、ゼロスプリング１１２によって保持された可動子１０２の上側面と針弁１１４Ａの段付き部１２９の下端面が当接し、両者は係合している。

これによりゼロスプリング１１２の付勢力もしくは重力に逆らう上方への可動子１０２の動き、あるいは、ゼロスプリング１１２の付勢力もしくは重力に沿った下方への針弁１１４Ａの動きに対して両者は協働して動くことになる。しかし、ゼロスプリング１１２の付勢力もしくは重力に関係なく針弁１１４Ａを上方へ動かす力、あるいは可動子１０２を下方へ動かす力が独立して両者に作用したとき、両者は別々の方向に動くことができる。

ノズルホルダ１０１の可動子収納部２３の内周部には固定コア１０７が圧入され、圧入接触位置で溶接接合されている（突合せ溶接部４０３部分）。この溶接接合によりノズルホルダ１０１の可動子収納部２３の内部と外気との間に形成される隙間が密閉される。固定コア１０７は中心に直径φＣｎの貫通孔１０７Ｄが燃料導入通路として設けられている。

換言すれば、固定コア１０７の下面（下流側の面）と、ノズルホルダ１０１の取付部４０１の上面（上流側の面）とが直接、接触することで圧入により、固定コア１０７とノズルホルダ１０１が固定される。

固定コア１０７の下端面や、可動子１０２の上端面及び衝突端面にはメッキを施して耐久性を向上させることがある。可動子１０２に比較的軟らかい軟磁性ステンレス鋼を用いた場合においても、硬質クロムメッキや無電解ニッケルメッキを用いることで、耐久信頼性を確保することができる。

針弁１１４Ａの頭部１１４Ｃに設けられた段付き部１２９の上端面に形成されたスプリング受け面には初期荷重設定用のスプリング１１０の下端が当接しており、スプリング１１０の他端が調整子５４で受け止められる。これにより、スプリング１１０が頭部１１４Ｃと調整子５４の間に保持されている。調整子５４の固定位置を調整することでスプリング１１０が針弁１１４Ａを弁座シート部３９に押付ける初期荷重を調整することができる。

ノズルホルダ１０１の可動子収納部２３の外周にはカップ状のハウジング１０３が固定されている。ハウジング１０３の底部には中央に貫通孔が設けられており、貫通孔にはノズルホルダ１０１の可動子収納部２３が挿通されている。

ハウジング１０３によって形成される筒状空間内には環状を成すように巻回された電磁コイル１０５が配置されている。電磁コイル１０５は半径方向外側に向かって開口する断面がＵ字状の溝を持つ環状のコイルボビン１０４と、この溝の中に巻きつけられた銅線で形成される。電磁コイル１０５の巻き始め、巻き終わり端部には剛性のある導体１０９が固定されており、固定コア１０７に設けた貫通孔より引き出されている。

この導体１０９と固定コア１０７、ノズルホルダ１０１の可動子収納部２３の外周は、ハウジング１０３の上端開口部内周から絶縁樹脂を注入して、モールド成形され、樹脂成形体１２１で覆われる。かくして、電磁コイル１０５の周りにトロイダル状の磁気通路が形成される。

導体１０９の先端部に形成されたコネクタ４３Ａには高電圧電源、バッテリ電源より電力を供給するプラグが接続され、燃料噴射制御装置２によって通電、非通電が制御される。電磁コイル１０５に通電中は、磁気回路１４０Ｍを通る磁束によって磁気吸引ギャップにおいて可動子部１１４の可動子１０２と固定コア１０７との間に磁気吸引力が発生し、可動子１０２がスプリング１１０の設定荷重を超える力で吸引されることで上方へ動く。

このとき可動子１０２は針弁１１４Ａの頭部１１４Ｃと係合して、針弁１１４Ａと一緒に上方へ移動し、可動子１０２の上端面が固定コア１０７の下端面に衝突するまで移動する。その結果、針弁１１４Ａの先端の弁体先端部１１４Ｂが弁座シート部３９より離間し、燃料が燃料通路を通り、噴孔カップ１１６先端にある燃料噴射孔１１７から内燃機関の燃焼室内に噴出する。

針弁１１４Ａの先端の弁体先端部１１４Ｂが弁座シート部３９より離間し、上方に引き上げられている間、細長い形状の針弁１１４Ａは針弁案内部１１３と、噴孔カップ１１６の案内部１１５の２箇所によって弁軸方向に沿ってまっすぐに復動するようガイドされる。

電磁コイル１０５への通電が断たれると、磁束が消滅し、磁気吸引ギャップにおける磁気吸引力も消滅する。この状態では、針弁１１４Ａの頭部１１４Ｃを反対方向に押す初期荷重設定用のスプリング１１０のばね力がゼロスプリング１１２の力に打ち勝って可動子部１１４全体（可動子１０２、針弁１１４Ａ）に作用する。その結果、可動子１０２はスプリング１１０のばね力によって、弁体先端部１１４Ｂが弁座シート部３９に接触する閉弁位置に押し戻される。

針弁１１４Ａの先端の弁体先端部１１４Ｂが弁座シート部３９に接触し閉弁位置にある間、細長い形状の針弁１１４Ａは針弁案内部１１３のみによりガイドされており、噴孔カップ１１６の案内部１１５とは接触していない。

このとき、頭部１１４Ｃの段付き部１２９が可動子１０２の上面に当接して可動子１０２を、ゼロスプリング１１２の力に打ち勝って針弁案内部１１３側へ移動させる。弁体先端部１１４Ｂが弁座シート部３９に衝突すると、可動子１０２は針弁１１４Ａと別体であるため、慣性力によって針弁案内部１１３方向への移動を継続する。このとき針弁１１４Ａの外周と可動子１０２の内周との間に流体による摩擦が発生し、弁座シート部３９から再度開弁方向に跳ね返る針弁１１４Ａのエネルギが吸収される。

慣性質量の大きな可動子１０２が針弁１１４Ａから切り離されているので、跳ね返りエネルギ自体も小さくなる。また、針弁１１４Ａの跳ね返りエネルギを吸収した可動子１０２は自らの慣性力がその分だけ減少し、ゼロスプリング１１２を圧縮した後に受ける反発力も小さくなるため、可動子１０２自体の跳ね返り現象によって針弁１１４Ａが開弁方向に再び動かされる現象は発生し難くなる。かくして、針弁１１４Ａの跳ね返りは最小限に抑えられ、電磁コイル１０５への通電が断たれた後に弁が開いて、燃料が不作為に噴射される、いわゆる二次噴射現象が抑制される。

図２に示すように、磁気絞り部１５０は厚さがその周辺部分に比べて薄いため、ノズルホルダ１０１は強度優先の材料として析出硬化系ステンレスを選定する。強度を優先した選択した材料の為、燃料圧力３５ＭＰａで発生する応力に耐えられる。固定コア１０７は磁気回路を構成するため、薄肉部はない。よって固定コア１０７には磁性に優れる材料を選定する。肉厚が大きいため強度の小さい材料を選定しても燃料圧力３５ＭＰａで発生する応力に耐えられる。

燃料噴射弁１のノズルホルダ１０１の取付部４０１と固定コア１０７の取付部４０２は径方向で接触し、圧入され、燃料を封止するために突合せ溶接部４０３で全周突き合わせ溶接されている。溶接前にノズルホルダ１０１の取付部４０１と固定コア１０７の取付部４０２部が圧入固定されているため、溶接時に生じるひずみによって生じるノズルホルダ１０１の倒れを抑制できる。

これにより、取付部４０２及び取付部４０１の突き合わせ溶接を可能とし、安価にかつ強固に双方を製造、固定することができる。ノズルホルダ１０１に使用する材料は固定コア１０７よりも強度が大きいので、応力の高い外周側に配置するのが理にかなっている。また強度が大きい材料だと薄くでき、溶接もし易い、との利点を有している。

次に、本実施形態に係る燃料噴射弁１の製造方法について説明する。

最初に、燃料噴射弁１を構成する、上記図１および図２を用いて説明したノズルホルダ１０１を含む各部品（可動子１０２の上端部に対面する固定コア１０７、固定コア１０７の外周側に配置された電磁コイル１０５、可動子１０２に係合した針弁１１４Ａ、等）を準備する。燃料噴射弁１を構成する各部品のうち、ノズルホルダ１０１以外の各部品は、その仕様に応じたものを公知の様々な方法で準備することができる。ノズルホルダ１０１については、後述する図３に示す製造方法によって製造する。その詳細は詳しくは後述する。

次いで、準備したノズルホルダ１０１を含む各部品を組み立てて、完成品として適宜検査を実施した後に燃料噴射弁１を用いる部品へ組み込む工程に移行する。

次に、本実施形態に係るノズルホルダ１０１の製造方法について図３乃至図１０を参照して説明する。

図３は、本実施形態における燃料噴射弁１の製造方法のうち、ノズルホルダ１０１の製造工程の一例を示すフローチャートである。図４乃至図６は、本実施形態による燃料噴射弁１のノズルホルダの製造過程における断面図と鍛流線を示す図である。図７は、本実施形態による燃料噴射弁１のノズルホルダの磁気絞り部１５０の拡大断面図である。図８および図９は、本実施形態の別態様の燃料噴射弁１のノズルホルダの製造過程における断面図と鍛流線を示す図である。図１０は、本実施形態の別態様の燃料噴射弁１のノズルホルダの磁気絞り部１５０の拡大断面図である。

図３に示すように、まず、ノズルホルダ１０１の材料として、析出硬化系ステンレスであるＪＩＳ−ＳＵＳ６３０（１７−４ＰＨ等）相当のステンレスからなる棒材や、ＪＩＳ−ＳＵＳ６３１（１７−７ＰＨ等）相当のステンレスからなる棒材を準備する（工程Ｓ２５９）。以下ではＳＵＳ６３０を使用する場合を例に説明する。

このように、析出硬化系ステンレスとして、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ６３１、１７−４ＰＨ、１７−７ＰＨのうち、いずれかの材料を用いることで、ノズルホルダ１０１の材料費の高騰を抑制することができ、より低コストでの燃料噴射弁１の提供が可能となる。

次いで、図４に示すように、棒材で供給される素材を所定の長さに切断する（工程Ｓ２６０）。図４中破線は鍛流線４１０を示し、棒材の製造工程ではステンレスの塊が徐々に棒材長手方向に引き伸ばされるため、図４に示す方向の鍛流線４１０を有している。金属に通常含まれる極微量の介在物もこの鍛流線４１０に沿って存在することが一般に知られている。

次に焼鈍を実施する（工程Ｓ２６１）。焼鈍の条件は例えば８３０℃×９０分、急冷等であるが、これは材料に依存するため一例である。

その後、焼鈍後の析出硬化系ステンレス棒材に対し冷間鍛造を実施（工程Ｓ２６２）し、図５に示すようなブランク形状に塑性加工する。その際の形状は可動子収納部２３、磁気絞り部１５０の形状に沿うように冷間鍛造することを特長とする。この可動子収納部２３、磁気絞り部１５０に沿う形状で素材を冷間鍛造することで、図５に示すように、材料内の鍛流線４１１も可動子収納部２３、磁気絞り部１５０の外径形状に沿うものとなる。

その後、固溶化熱処理（例えば１０２０±−５℃−急冷）を施し（工程Ｓ２６３）、冷間鍛造前の焼鈍によって析出した°元素（例えば銅元素）を再度固溶化させる。さらにこの固溶化熱処理では例えば１０２０Ｃ程度まで加熱するため、冷間鍛造時の金属組織の歪みを緩和する効果もある。特に可動子収納部２３はハウジング１０３と可動子１０２の間の磁路となるため、この固溶化熱処理によって磁気特性を改善することができる。

その後、析出硬化熱処理（例えば５８０±１０℃−空冷）を施し（工程Ｓ２６４）、元素を析出させて強度を向上させる。

最後に、磁気絞り部１５０を含めたノズルホルダ１０１の全部位を仕上げ加工する（工程Ｓ２６５）。この仕上げ加工では、磁気絞り部１５０を最終的に切削加工により成形する。また、ノズルホルダ１０１のスプリング収納部１１２Ａ等を成形するとともに、針弁１１４Ａ、噴孔カップ１１６を挿入するためのスペース等を切削により成形する。更には、チップシール１３１を保持する溝等を切削により成形する。

このように、すべての熱処理後に仕上げ加工を実施することで、熱処理による歪みの影響を回避し、高精度な寸法が求められる他部品との圧入部や磁気絞り部１５０の形状、肉厚を精度良く仕上げることができる。

また、この仕上げ成形工程では、磁気絞り部１５０を切削加工により成形することにより、磁気絞り部１５０をより高精度で成形することができる。

更に、仕上げ成形工程では、可動子１０２を固定コア１０７の方向に付勢するゼロスプリング１１２を収納するスプリング収納部１１２Ａを素材に成形することで、可動子１０２を高精度に固定コア１０７の方向に付勢することでき、開弁精度の更なる向上を図ることができる。

工程Ｓ２６２の鍛造と工程Ｓ２６５の仕上げ加工によって、図６に示すように、ノズルホルダ１０１は、可動子１０２を保持する可動子収納部２３の底面を構成する部分に、底面に沿うように径方向に鍛流線４１２が形成されている。また、この鍛流線４１２に沿って存在する可能性のある介在物も、鍛流線４１２と同様にノズルホルダ１０１完成品の内部に閉じる可能性が高くなり、高圧燃料が存在する内部と外部が連通するリスクは非常に小さくすることができる。

更に、磁気絞り部１５０に存在する可能性のある介在物は、図７の介在物４２０に示すように、鍛造によりノズルホルダ１０１の長手方向に潰され、仕上げ加工後に介在物４２０が表面に表れるリスクを低減させることができる。

以上の効果により、高強度と高磁気吸引力を低コストで実現可能な燃料噴射弁１用のノズルホルダ１０１を提供できる。

鍛造、特に冷間鍛造とそれ以外、例えば切削加工のみの場合の対比例として、棒材からノズルホルダ１０１を切削によって削り出す場合の工程を図８および図９に示す。棒材からノズルホルダ１０１の完成品をそのまま切削によって削り出す場合、図８に示す棒材で供給された際の鍛流線３１０が、図９に示すように内外で貫通した鍛流線３１１となる。また、図１０に示すように、介在物４２１が押しつぶされていないため、可動子収納部２３Ａや磁気絞り部１５０Ａの表面に露出する可能性が図４乃至図７に示す場合に比べて高い可能性がある。そのため、このような介在物が存在しないことを種々の検査で確認する必要があり、従来に比べて検査コストを低減する効果が図４乃至図７に示す場合に比べて小さくなる可能性がある。

＜その他＞
なお、本発明は上記の実施形態に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述した実施形態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、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。

例えば、上記実施形態では、図３の工程Ｓ２６２の鍛造を冷間鍛造とする場合について説明したが、図３の工程Ｓ２６２の鍛造は冷間鍛造の替わりに熱間鍛造とすることができる。ただし、冷間鍛造とすることで、熱間鍛造に比べてより低コストで鍛造を実施することができ、より低コストで燃料噴射弁１を提供することができる、との移転が得られることから、冷間鍛造とすることが望ましい。

また、電磁的に駆動される可動子１０２によって燃料通路を開閉するタイプの燃料噴射弁１を例に説明したが、燃料噴射弁として、圧電素子（ピエゾ素子）を用いるタイプの燃料噴射弁に対しても本発明を適用することが可能である。このような圧電素子タイプの燃料噴射弁のノズルホルダに用いる場合、磁気絞り部１５０は不要である。

１…燃料噴射弁
２３，２３Ａ…可動子収納部
１０１…ノズルホルダ（金属部材）
１０２…可動子
１０５…電磁コイル
１０７…固定コア
１０７Ｄ…貫通孔（燃料通路）
１１０…スプリング
１１２…ゼロスプリング
１１２Ａ…スプリング収納部
１１４Ａ…針弁
１４０Ｍ…磁気回路
１５０，１５０Ａ…磁気絞り部
４０３…突合せ溶接部
３１０，３１１，４１０，４１１，４１２…鍛流線
４２０，４２１…介在物

Claims (15)

1. 流量制御装置であって、
   可動子と、
   前記可動子の外周側に位置し、前記可動子を径方向内側において保持する金属部材と、を備え、
   前記金属部材は、析出硬化系ステンレスを材料として成形されたものである
   ことを特徴とする流量制御装置。
2. 請求項１に記載の流量制御装置において、
   前記可動子に対して対向して配置された固定コアを更に備え、
   前記金属部材は、前記可動子と前記固定コアとの中間部分の外周側に磁気絞り部が形成されている
   ことを特徴とする流量制御装置。
3. 請求項１に記載の流量制御装置において、
   前記金属部材は、前記析出硬化系ステンレスとして、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ６３１、１７−４ＰＨ、１７−７ＰＨのうち、いずれかの材料が用いられた
   ことを特徴とする流量制御装置。
4. 請求項１に記載の流量制御装置において、
   前記金属部材は、前記可動子を保持する可動子収納部の底面を構成する部分に、前記底面に沿うように径方向に鍛流線が形成されている
   ことを特徴とする流量制御装置。
5. 請求項１に記載の流量制御装置において、
   前記可動子の上端部に対面する固定コアと、
   前記固定コアの外周側に配置されたソレノイドと、
   前記可動子に係合した弁体と、を更に備え、
   前記ソレノイドに通電することにより磁気吸引力を発生させて、前記可動子を前記固定コアへ吸引し、前記弁体を開放するよう構成されている
   ことを特徴とする流量制御装置。
6. 可動子と、前記可動子の外周側に位置し、前記可動子を径方向内側において保持する金属部材と、を備えた流量制御装置の製造方法であって、
   前記金属部材の素材として、析出硬化系ステンレスを使用し、
   前記素材を鍛造により成形する工程と、
   前記鍛造成形工程後の前記素材に対し、固溶化熱処理を施す工程と、
   前記固溶化熱処理後の前記素材に対し、析出硬化熱処理を施す工程と、
   前記析出硬化熱処理後の前記素材を仕上げ加工により成形して前記金属部材とする工程と、を有する
   ことを特徴とする流量制御装置の製造方法。
7. 請求項６に記載の流量制御装置の製造方法において、
   前記流量制御装置は、前記可動子に対して対向して配置された固定コアを更に備え、
   前記鍛造成形工程では、前記素材の前記可動子と前記固定コアとの中間部分の外周側に磁気絞り部を形成するための絞り部を成形する
   ことを特徴とする流量制御装置の製造方法。
8. 請求項７に記載の流量制御装置の製造方法において、
   前記仕上げ成形工程では、前記磁気絞り部を最終的に成形する
   ことを特徴とする流量制御装置の製造方法。
9. 請求項６に記載の流量制御装置の製造方法において、
   前記鍛造成形工程は、冷間鍛造とする
   ことを特徴とする流量制御装置の製造方法。
10. 請求項６に記載の流量制御装置の製造方法において、
    前記素材としてＳＵＳ６３０、ＳＵＳ６３１、１７−４ＰＨ、１７−７ＰＨのうちいずれかを使用する
    ことを特徴とする流量制御装置の製造方法。
11. 請求項８に記載の流量制御装置の製造方法において、
    前記仕上げ成形工程では、前記磁気絞り部を切削加工により成形する
    ことを特徴とする流量制御装置の製造方法。
12. 請求項６に記載の流量制御装置の製造方法において、
    前記金属部材は、前記可動子を保持する可動子収納部の底面を構成する部分に、前記底面に沿うように径方向に鍛流線が形成されている
    ことを特徴とする流量制御装置の製造方法。
13. 請求項６に記載の流量制御装置の製造方法において、
    前記流量制御装置は、前記可動子の上端部に対面する固定コアと、前記固定コアの外周側に配置されたソレノイドと、前記可動子に係合した弁体と、を更に備え、前記ソレノイドに通電することにより磁気吸引力を発生させて、前記可動子を前記固定コアへ吸引し、前記弁体を開放するよう構成されている
    ことを特徴とする流量制御装置の製造方法。
14. 請求項１３に記載の流量制御装置の製造方法において、
    前記仕上げ成形工程では、前記可動子を前記固定コアの方向に付勢する可動子ばねを収納する収納部を前記素材に成形する
    ことを特徴とする流量制御装置の製造方法。
15. 請求項１３に記載の流量制御装置の製造方法において、
    前記仕上げ成形工程後に、前記固定コアの外周部と前記金属部材の筒状部の内周部とを接合する
    ことを特徴とする流量制御装置の製造方法。

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