WO2007015566A1

WO2007015566A1 - 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器およびその製造方法

Info

Publication number: WO2007015566A1
Application number: PCT/JP2006/315555
Authority: WO
Inventors: Yasushi Hasegawa; Ryuichi Honma; Yutaka Takagi
Original assignee: Nippon Steel Corporation; Fukujukogyo Co., Ltd.
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2007-02-08
Also published as: EP1914418A4; EP1914418A1; KR20080028475A; US7900603B2; EP1914418B1; KR100937058B1; US20100095934A1

Description

自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器およびその製造方法技術分野

本発明は、一般に、コモンレールと称する自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器およびその製造方法に関する。特に、 1 0 0 o °c以上の温度での液相拡散接合または明その他の接合方法を用いて組み立てて製造した、内圧 1 2 O M P a を超える圧力に耐える自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器であって、接合部に書不可避的に発生する接合不良が原因で生じる強度低下に対して耐性を有し、さらには、燃料に印加される圧力に起因する接合部からの内圧疲労破壊に対する耐久性に優れた自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器と、その製造方法に関する。背景技術

自動車用燃料として軽油を用いる場合、各燃焼室に軽油と空気を混合して、均一に噴射し、その爆発燃焼効果を最も効率よくェンジンの動力に変換する技術として、コモンレールシステムが用いられる。これは、燃料の噴射圧力を電子制御で調節する技術であり、排出ガス中の有害物質の低減にも有効な技術である。欧州では、乗用車に多用されていることもあり、不純物成分の少ない軽油を用いることで、高出力、低燃費、さらには、大トルクが得られるようになるなど、そのシステム技術の開発が続けられてきた。

上記コモンレールシステムの主要な構成は、燃料タンクから燃料 (軽油）をポンプで吸引し、吸引した燃料をコモンレールと称する燃料蓄圧器に一時的に高圧で保持し、ここから、燃料を、オリフィスと称する細径の吐出口から配管を介して噴射ノズルへと圧送し、燃焼用空気と燃料をノズル内部で混 D して、均にェンジン燃焼室へ噴射する機能を備えている。

燃料を噴射ノズルから吐出する際燃料を均一に噴霧するほど燃焼効率が高 <、カゝつ、高圧で噴霧するほどこの的を達成しゃすい

。すなわち、燃料を、極力、高圧で噴射する燃料噴射システムを構成することが、有害物質の排出が少ない自動車用ェンジンを開発する上で重要な技術課題となっている o

ところが、現在のコモンレールシス丁ムでは、最初の蓄圧器に燃料が圧入されるとき、その吐出口に至る過程で、蓄圧器そのものが燃料の圧力に耐えられず、内圧疲労破壊する場合がある

これを解決するために、コモンレール材の鋼材強度を上げることが重要であるとの認識のもとに、鋼材の化学成分の調整や、熱処理条件の調整で対応する技術開発が進み、噴射燃料圧力が 1 2 0 Μ P aまでは十分に信頼できるコモンレールシステムが既に実用化されている

1 2 0 M P a を超える高圧用のコモンレールは、現時、よ、熱間鍛造で一体成形し、これに複雑な機械加ェを施し、さらに強度を確保するために、調質処理を施して製造されるが、材料強度が高くなるにつれ成形性が劣り、かつ、加工が困難になるので、この製造方法では、大きなコス卜の増大を招くことになり、また、コモンレ一ルの内圧をより高める技術を開発するとは困難であ。

現 B#点では、 1 5 0 M P a までの高圧用コモンレールが一部で実用化されているものの、製造方法は、鍛造と機械加工の組み合わせ以外の方法が確立できていないため、コモンレールの内圧をさらに高めていくという課題は、依然として未解決のままである。

本発明者らは、高圧用コモンレールの製造方法を根本から見直し、各部位を単純な形状の部品に分割して部位毎に量産し、接合によつて、それらを組み立てて製品とする方法に着目した。

元来、一体成形によって部品を形成し、形状が複雑である場合には、型打ち鍛造や据え込み鍛造、あるいは、铸造ゃ一部削りだしェ程を経て、製造すべき部品を、単純形状の部品に分割して大量に製造し、それらを液相拡散接合によって組み立てる技術については、特開 2 0 0 2 - 0 8 6 2 7 9号公報および特開 2 0 0 2 - 2 6 3 8 5 7号公報に開示されている。

これらの技術は、液相拡散接合という精密接合技術の利点を用い、複雑形状の部品を接合によって実現する技術であるが、液相拡散接合が、融点降下元素の拡散律速で進行する性質を有するため、高温で接合面に応力を負荷し続けなければならず、工程時間が接合だけでも 1分以上と比較的長く、かつ、接合装置のコストが高いこともあって、工業的には普及している状況にはない。

さらに、特開 2 0 0 2 — 0 8 6 2 7 9号公報および特開 2 0 0 2 一 2 6 3 8 5 7号公報には、接合面への負荷応力が、接合治具あるいは部品形状、さらには、加工精度の問題から、均一とならない場合や、加熱を均一に実施しない場合に、接合面に局部変形が生じても、接合面の精密突き合わせを安定して形成する技術については開示されていない。

自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器は、適用する部位の性質上、接合強度が設計に厳格に反映し、内燃機関の信頼性獲得に、最も重要な部位である。したがって、例えば、接合工程において管理が困難な因子、すなわち、上記したような原因による不完全接合部が万が一発生した場合は、例え、後の検査技術を万全にしたとしても、生産コストという観点からは、歩留まり向上が果たせず、部品のコスト高騰につながり、また、検査の精度を下げて製造する場合は、ェ業製品として十分な信頼性を獲得でぎないという課題が依然として未解決であつた。

液相拡散接合などの面接合技術は、精密継ぎ手を形成することは可能ではあるが、反面、ごく僅かな開先形状の異常、すなわち、開先の突き合わせの平行度や開先間の距離（開先の開き、ともいう）に対して鋭敏であって、信頼性の高い継ぎ手を得る上で、解決すベき課題が残っている。発明の開示

そこで、本発明は、自動車燃料噴射部品であるコモンレ一ルの燃料分岐管をレール本体に接続するのに必要なホルダーを、レール本体とは別個に製造し、それを、液相拡散接合や抵抗溶接のような接合技術、あるいは、それらを複合した接合技術によって、 1 0 0 0 で以上の高温で接合した場合に、接合部の耐内圧疲労特性を高めることがでさ、それにより、部品の信頼性を大きく高めることができる、自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器およびその製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、上記のような従来技術の問題点、すなわち、接合技術で形成したコモンレール本体とホルダ一との接合が、引張強度等の機械的特性を満足していたとしても、非破壊検査等で確認できない微小欠陥や、ヒューマンエラーに基づく欠陥の見逃しがあって、部品が必要とする特性、特に、長時間にわたる内圧疲労耐久特性を実現できないという事態を漏れなく防止することを目的になされたものであって、その要旨とするところは、以下のとおりである。

( 1 ) 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器のレール本体に、燃料を噴射ノズルへ等圧で分配する燃料分配配管を取り付ける配管取付用ホルダーを液相拡散接合等で接合した自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器であって、

前記ホルダーは、配管側の円筒部とレール本体側端部の部分円錐状の裾部（テーパー部）からなり、

前記ホルダ一裾部は、ホルダーの接合面側の端部外周のホルダー軸方向長さ 2 m m以上の範囲に、ホルダー円筒部側面から 1 0 ° 以上の角度を有して接合面端部に向かって部分円錐状に広がる形状を有し、

前記レール本体は、ホルダー接合位置に、ホルダー接合位置決定用ガイド溝を有し、

前記ガイド溝は、ホルダー接合部内周と嵌合可能な径の溝内周壁と、ホルダーとの接合面となる溝底面と、ホルダー裾部と平行で、溝底面から 2 m m以上の深さの、ホルダー側に向かって内側に張り出す部分円錐形状の溝外周壁とからなり、

前記ホルダー裾部と前記溝外周壁との間の、接合面に平行な 0 . 5 m m以上の間隙に、塑性変形を受けて圧入された金属製リングを有し、これにより、冷間にて、接合面に、恒久的に圧縮応力が負荷されている

ことを特徴とする自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。

( 2 ) 前記金属製リングの降伏強度が 1 0 0 M P a以上、 5 0 0 M P a以下であることを特徴とする上記（ 1 ) に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。

( 3 ) 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器に内圧が負荷され、ホルダーを引き抜く力が作用したときに発生する前記金属製リングとレール本体またはホルダーとの間の摩擦抵抗、および、前記金属製リングの塑性変形圧入後の剛性の合力に起因する引き抜き時の塑性変形開始応力（弾性限）カ^ 内圧発生によって接合部に負荷される最高応力以上であることを特徴とする上記（ 1 ) または（ 2 ) に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。

( 4 ) 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器のレール本体に、燃料を噴射ノズルへ等圧で分配する燃料分配配管を取り付ける配管取付用ホルダーを液相拡散接合等で接合する自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法であって、

前記ホルダーは、外形形状を、配管側の円筒部とレール本体側端部の部分円錐状の裾部からなり、該ホルダーの裾部が、ホルダーの接合面側の端部外周のホルダー軸方向長さ 2 m m以上の範囲にわたり、ホルダー円筒部側面から 1 0 ° 以上の角度で接合面端部に向かつて広がる形状となるように加工し、

前記レール本体には、ホルダー接合位置にホルダー接合位置決定用ガイド溝を、ホルダー接合部内周と嵌合可能な径の溝内周壁と、ホルダーとの接合面となる溝底面と、ホルダー裾部と平行で、溝底面から 2 m m以上の深さの、さらには、ホルダー裾部との間の、接合面に平行な 0 . 5 m m以上の間隙を隔てて、ホルダー側に向かつて内側に張り出す部分円錐形状の溝外周壁とからなるように加工し、その後、

前記ホルダーと前記レール本体を液相拡散接合等で接合し、さらに、所定の熱処理を施し、その後、

ホルダー円筒部外径と同一の内径、あるいは、さらに 0 . 5 m m 以内のクリアランスを加えた内径を有し、かつ、 0 . 5 m m以上の厚さを有する金属製リングを、冷間にて、接合面に、恒久的に圧縮応力が負荷されるように、前記ホルダー裾部と前記溝外周壁の間隙に塑性変形させて圧入する

ことを特徴とする自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。

( 5 ) 前記金属製リングの高さを、前記ガイド溝の深さと同一か、あるいは、それ以上の高さとすることを特徴とする上記（ 4 ) に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。

( 6 ) 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器のレール本体に、燃料を噴射ノズルへ等圧で分配する燃料分配配管を取り付ける配管取付用ホルダーを液相拡散接合等で接合した自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器であって、

前記ホルダーは、外周面の接合面側の端部に、ホルダー軸方向長さ 2 mm以上の範囲で、かつ、全周に、前記液相拡散接合等の接合の際の熱で形成された、外径がホルダー本体外周面から片側 1 mm 以上大きい突出部を有し、

該ガイド溝は、ホルダー接合部内周と嵌合可能な径の溝内周壁と、ホルダーとの接合面となる溝底面と、溝底面から 3 mm以上の深さで、ホルダー外径に片側 1. 5 m m以内のクリアランスを加えた径を有する溝外周壁とからなり、さらに、

前記溝外周壁は、ホルダー外周面の接合面側端部の突出部と嵌合する窪み部を有し、該溝外周壁の窪み部と前記ホルダーの突出部との嵌合によるアンカー効果で、前記ホルダーとレール本体との締結力を高める

ことを特徴とする自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。

( 7 ) 前記ホルダーおよびレール本体は、引張強度が、室温で 8 0 0 M P a以上、 1 5 0 0 M P a以下、さらには、 1 0 0 0で以上の.温度で、 2 0 0 M P a以下の鋼材からなり、燃料噴射システムに内圧が付加されたときに生じる、ホルダー引き抜き時の塑性変形開始応力（弾性限）力 1 0 0 °Cまでの範囲で 2 0 0 M P a以上であることを特徴とする上記（ 6 ) に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。 ( 8 ) 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器のレール本体に、燃料を噴射ノズルへ等圧で分配する燃料分配配管を取り付ける配管取付用ホルダーを液相拡散接合等で接合する自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法であって、

前記レール本体には、ホルダー接合位置にホルダー接合位置決定用ガイド溝を、ホルダー接合部内周と嵌合可能な径の溝内周壁と、ホルダーとの接合面となる溝底面と、溝底面から 3 m m以上の深さで、ホルダー外径に片側 1 . 5 m m以内のクリアランスを加えた径を有する溝外周壁を加工し、さらに、

該溝外周壁には、溝底面から溝深さ方向長さ 2 m m以上の範囲で、かつ、全周に、外径が溝外周壁面から片側 1 m m以上大きい窪み部を加工し、その後、

前記レール本体に前記ホルダーを液相拡散接合等で接合する際の、 1 0 0 0で以上の高温に接合部が曝されている間に、前記ホルダ一全体に、 l O M P a以上の応力を、接合時に必要な応力付加時間に加えて 0 . 1〜 6 0秒間、付加することで、ホルダーの外周面の接合面側端部において、ホルダー軸方向長さ 2 m m以上の範囲で、かつ、全周に、外径がホルダー本体外周面から片側 1 m m以上大きい突出部を熱間塑性変形により形成して、該突出部を前記溝外周壁の窪み部と嵌合させ、これによるアンカー効果で、ホルダーとレール本体の締結力を高める

( 9 ) 前記突出部を、予め、片側 l m m以上、機械加工、冷間プレスあるいは冷間鍛造、熱間鍛造あるいは熱間プレスと機械加工の組み合わせにより形成するとともに、該突出部のホルダー外周面に繋がる斜面のホルダー外周面となす角度を 4 5 ° 以上とすることを特徴とする、上記（ 8 ) に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。

( 1 0 ) 前記ホルダ一およびレール本体は、引張強度が、室温で 8 0 0 M P a以上、 1 5 0 0 M P a以下、さらには、 1 0 0 0。c 以上の温度で、 2 0 0 M P a以下の鋼材からなり、燃料噴射システムに内圧が付加されたときに生じる、ホルダー引さ抜き時の塑性変形開始応力（弾性限）力 l o o :までの範囲で 2 0 0 M P a以上であることを特徴とする上記（ 8 ) または（ 9 ) に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法

( 1 1 ) 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器のレ ―ル本体に、、、料を噴射ノズルへ等圧で分配する燃料分配配管を取り付ける配管取付用ホルダーを液相拡散接合等で接合した自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器であって、

前記レール本体は、ホルダー接合位置に、円筒状のガイド溝を有し、

前記ガイド溝は、ホルダーの接合部側内周と嵌合可能な径の内周壁と、ホルダーとの溶接接合面となる底面と、内ネジが加工された外周壁とからなり、

前記ホルダーは、配管側の小径円筒部と、中間にショルダー部となる段部を挟んで、レール本体側の大径円筒部とからなる同軸二段円筒形の外形形状を有するものであり、さらに、

前記ホルダ一の小径円筒部およびショルダー部に周回自在に外嵌する内面形状を有するとともに、前記レール本体のガイド溝の内ネジに螺嵌する外ネジ部を有し、かつ、ホルダー軸方向寸法がホルダ一寸法を超えない補強ネジ部材が、前記ホルダーに外嵌されて、該補強ネジ部材の締め付けにより、レール本体の前記ガイド溝底面の前記ホルダーとの接合面に、圧縮応力が付与されていることを特徴とする自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。 ( 1 2 ) 前記ショルダー部が、.ホルダーの外周壁平行部と 3 0 〜 9 0 ° のテーパーを有することを特徴とする上記（ 1 1 ) に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。

( 1 3 ) 前記補強ネジ部材の降伏耐力が 4 0 0 M P a以上であることを特徴とする上記（ 1 1 ) または（ 1 2 ) に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。

( 1 4 ) 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器のレール本体に、燃料を噴射ノズルへ等圧で分配する燃料分配配管を取り付ける配管取付用ホルダーを液相拡散接合等で接合する自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法であって、

前記レール本体のホルダー接合位置に、ホルダーの接合部側内周と嵌合可能な径の内周壁と、ホルダーとの溶接接合面となる底面と、内ネジを有する外周壁とからなる円筒状のガイド溝を形成し、配管側に小径円筒部、レール本体側に大径円筒部をそれぞれ設けるとともに、これらの中間に段部となるショルダー部を設けた同軸二段円筒形状の前記ホルダーを、液相拡散接合等の接合手段を用いてレール本体の前記底面に接合し、

前記ホルダ一の小径円筒部およびショルダー部に周回自在に外嵌する内面形状を有するとともに、前記レール本体ガイド溝の内ネジに螺嵌する外ネジ部を有し、ホルダ一軸方向寸法がホルダー寸法を超えない補強ネジ部材を、前記ホルダーに外嵌するとともにレール本体ガイド溝の内ネジに螺嵌し、さらに締め付けて、前記レール本体のガイド溝底面の前記ホルダーとの溶接接合面に圧縮応力を発生させる

( 1 5 ) 前記補強ネジ部材の締め付けトルクを、レール本体に内圧が印加された場合に生ずる接合面への最高負荷応力と燃料分配配管をメタル夕ツチシールで連結する際の締結力の和以上とすることを特徴とする上記（ 1 4 ) に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。

( 1 6 ) 前記ホルダーと前記レール本体を接合した後、接合部を調質する熱処理を行い、その後、前記補強ネジ部材の締め付けを行うことを特徴とする上記（ 1 4 ) または（ 1 5 ) に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。

本発明によれば、特に、内圧 1 2 0 M P aを超える圧力に耐える自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器を、液相拡散接合あるいはその他の接合方法を用いて組み立てて製造する際、接合部に不可避的に発生する接合不良が原因で生じる強度低下や、接合部からの破壊を有利に補完することができる。

また、接合で形成した自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器のレール本体とホルダーとの接合が、引張り強度等の機械的特性を満足していたとしても、非破壊検査等で確認できない微小欠陥や、ヒユーマンエラーに基づく欠陥の見逃しによって、接合部位において長時間の圧疲労耐久特性を実現することができないという事態が生じる場合があるが、本発明によれば、そのような事態の発生を防止することができる。図面の簡単な説明

図 1 は、自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の構造を示す図であり、（ a ) は平面図、（ b ) は正面図である。

図 2は、金属製リングを圧入する要領を示す図である。（ a ) は、圧入前の状態を示し、（ b ) は、圧入後の状態を示す。

図 3は、配管取付用ホルダーの接合部の形状と金属製リングの圧入前後の態様を示す図である。（ a ) は、圧入前の状態を示し、（ b ) は、圧入後の状態を示す。

図 4は、配管取付用ホルダー裾部のテーパー角度と引き抜き時の変形降伏開始応力との関係を示す図である。

図 5 は、配管取付用ホルダー裾部のテーパー角度が 1 0 ° の場合における必要リング高さを示す図である。

図 6 は、配管取付用ホルダーのレール本体への取付け態様を示す図である。（ a ) は、自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の幅方向断面を示し、（ b ) は、接合部を拡大して示す。

図 7 は、配管取付用ホルダーの接合端部に、接合直後、上方から応力を負荷して 1 0 0 0で以上で塑性変形させ、突出部を成形する過程を示す図である。（ a ) は、成形開始前の状態 Aを示し、（ b ) は、成形途中の状態 Bを示し、（ c ) は、成形終了後の状態 Cを示す。

図 8 は、配管取付用ホルダーの外周面端部に予め突出部を加工し、接合直後、上方から応力を負荷して 1 0 0 0 °C以上で塑性変形させて突出部を膨出させ、レール本体の溝外周壁の窪み部に嵌合させる過程を示す図である。（ a ) は、成形開始前の状態 Aを示し、（ b ) は、成形途中の状態 Bを示し、（ c ) は、 - 成形終了後の状態 C を示す。

図 9 は、配管取付用ホルダーに形成した突出部の外径の該ホルダ一外径からの片側増分と、該ホルダーの引き抜き時の塑性変形開始応力との関係を示す図である。

図 1 0 は、配管取付用ホルダーに突出部を接合時の塑性変形で形成する場合における、該突出部の外径の該ホルダー外径からの片側増分と、該ホルダーの引き抜き時の塑性変形開始応力との関係を示す図である。

図 1 1 は、自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の幅方向の断面構造と、一部拡大した断面構造を示す図である。

図 1 2 は、配管取付用ホルダーのショルダー部のテーパー角度 Θ と、該ホルダーの引き抜き時の塑性変形開始応力との関係を示す図である。

図 1 3 は、補強ネジ部材の厚みと、配管取付用ホルダーの引き抜き時の塑性変形開始応力との関係を示す図である。

図 1 4は、本発明の方法で製造した自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の内圧疲労試験結果と従来技術の結果を比較して示す図である図 1 5 は、本発明の別の方法で製造した自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の内圧疲労試験結果と従来技術の結果を比較して示す図である。

図 1 6 は、本発明の別の方法で製造した自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の内圧疲労試験結果と従来技術の結果を比較して示す図である。発明を実施するための最良の形態

自動車用燃料噴射システムである自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器（以下、コモンレールということがある）を接合で組み立てて製造する際に、接合部に現行技術では不可避的に潜在する欠陥を検出できない場合に、本発明は、該コモンレールの接合部に、確実に信頼性を付与し、その機能を完全に発揮させるものである。

本 ¾明は、コモンレールの蓄圧構造と燃料分岐経路を内蔵し、内部の圧力検知あるいは圧力フィードバック機構を接続することが可能なレール本体（以下、単に、レールともいう）と、レール本体に形成された燃料分配経路と噴射ノズルへの燃料分配配管を接続するコネクターである内ネジ式または外ネジ式の接続用突起（以下、この部位を、コモンレールから切り離し、レール本体に接合する部品を、配管取付用ホルダー、または、単に、ホルダ一という）と、さらに、ホルダーをレールに接合した後に、熱処理等で必要な調質処理を実'施した後に、レール本体とホルダ一の接合面に恒久的に圧縮残留応力を付与する金属製リング（以下、単に、リングともいう）、または、円筒状のネジ式締結部材（以下、補強ネジ部材、ということがある）からなる。

図 1 に、コモンレールの一形態（内ネジ式ホルダー型）を示し、レール本体 2 とホルダ一 1 を示す。（ b ) は、コモンレールの内部配管を透視した図で、（ a ) は、ホルダー側からみた図である。コモンレールは、内部に貫通孔を有し、孔の軸方向に垂直な方へ燃料を分配するためのオリフィスを有している。

なお、ここでは、図 1 に示すコモンレールを例として説明するが、基本的に、燃料の蓄圧器であるコモンレールの形状には制限が無く、断面は、今回のように矩形でも円形でも良く、エンジンへの燃料供給と配管の取り回しの利便性に応じて、適宜、コモンレールの形態を変化させることができる。ただし、貫通孔と分岐管構造だけは必須の要素である。 -

1 ) 請求の範囲 1 〜 5の発明

コモンレールの構成と、接合部へ圧縮残留応力を付与する方法について、具体的に説明する。

図 2 に、コモンレールを幅方向に切断した断面構造とともに、金属製.リングを圧入する方法を示した。図 2 において、（ a ) は、金属製リングを圧入する前の状態を示し、（ b ) は、金属製リングを圧入した後の状態を示す。

すなわち、

( 1 ) レール本体とホルダーは別々に製造した簡易形状の部品であって、一体成形したものではない。

( 2 ) レール本体とホルダーは、液相拡散接合等の面接合で継ぎ手を形成することで、母材と同等の引張強度で接合される。接合に際しては、ホルダーの軸心とレール本体のオリフィス部分を高精度で連結し、メタルシールで配管を接続した際に生じる燃料漏れを防止するために、レール本体に、ホルダーを位置ずれなく正確に接合するためのガイド溝 3 を設ける。

ガイド溝の深さは、その機能から 2 m m以上とする。これ以下の深さでは、ホルダー軸心がメタルシールで連結する配管の軸心と大きくずれてしまい、締結の際に、締め付けが達成できず、部分的に燃料が漏洩して圧力損失が生じ、燃料噴射機能が十分でなくなる場合がある。本発明者らは、このことを実験的に確認した。

( 3 ) ホルダーは、ホルダーの接合端から 2 m m以上の高さまで、 1 0 ° 以上の傾斜を有する裾広がりの形状を有することが特徴である。この傾斜面に対抗するレール本体のガイド溝は、傾斜に平行な逆傾斜を有しており、この逆傾斜のガイド溝 3 ' に、金属製リング 4 を圧入する。

( 4 ) 圧入応力は、金属製リングの材質に応じて負荷すれば良い。図 3 に示すように、降伏耐カ以上の応力で金属製リング 4 を間隙に圧入する。金属製リングの材質については、降伏強度を目安に実験を実施したが、 1 0 0 M P a以下の降伏強度では、ホルダーに発生した内圧応力負荷時の引き抜き応力、すなわち、実験時の最大内圧 2 0 0 0気圧から計算される応力 2 0 0 M P a未満で、上記リングが塑性流動してホルダーが抜けることから、金属製リングの降伏強度の下限は 1 0 O M P a とした。

また、降伏強度の上限値には、特別な規制はないが、あまりにも高い場合は、圧入時の塑性変形が生じ難く、かえって、レール本体またはホルダーが塑性変形して、金属製リングが、接合部に残留応力を付与することができない場合があつたので、降伏強度の上限値を 5 0 0 M P a にした。ホルダーとレ一ル本体の強度を高めれば、降伏強度の上限値は特に規制されるものではない。

( 5 ) 金属製リング 4の圧入は、ホルダーとレール本体の間隙を完全に充填するまで実施する（図 3 ( b ) の金属製リング 9、参照 ) 。充填は、リングの高さ 1 1 と溝深さを予め計算 · 測定しておき、金属製リングが完全に溝底に達したと考えられる深さまで圧入すればよい。このとき、金属製リング 4の高さ 1 1 が溝深さよりも低い場合は、上記計算 · 測定による方法で圧入完了の確認ができないばかり力、、実質的に、完全に圧入を確認できない。

( 6 ) 圧入の実際と圧入応力の関係は、金属製リングを圧入した後に断面を切断して確認し、（ 5 ) の圧入条件で十分であることを確認した。

( 7 ) ホルダーとレール本体の接合は、十分な接合条件を選択し、非破壊検査にて欠陥検出を実施すれば、工業的な安全係数を用いて、接合部の特性を保証することができる。しかし、非破壊検査で検出できない小さな欠陥、あるいは、探傷子から入射される超音波の波長に比較して極めて小さな欠陥、さらには、. 溶接方法に起因する種々の微小欠陥や溶接割れを見逃す場合があり、接合部の特性を 1 0 0 %保証することは難しい。

接合部に要求される特性は、内圧変動時に接合面と垂直な方向に繰り返し生じる引張応力に耐える疲労特性であるが、その繰り返し引張応力の蓄積による疲労破壊が最も予測し難く、それ故、部品設計において最重要保証項目となる。

上記疲労破壊を防止する目的で、接合部に圧縮残留応力を負荷すベく、本発明では、金属製リングを圧入して、接合面と垂直な方向へ、圧縮残留応力の分力を与えて、内圧疲労環境における疲労条件を緩和することが、本発明の目的である。

ただし、疲労破壊を完全に防止するためには、配管をメタルシ一ルで締結する際に発生する残留引張応力（締結引張応力）と、それに負荷される内圧変動起因の繰り返し引張応力よりも、本発明によつて接合部に負荷する圧縮残留応力が勝ることが必要である。内圧が高くなつたとしても、締結引張応力と内圧起因のホルダーの最大引き抜き応力の和が、圧縮残留応力を超えることがなければ、接合部に引張応力が発生することは、恒久的にない。

すなわち、コモンレールに内圧が負荷され、ホルダーを引き抜く力が作用したときに発生する金属製リングとレール本体またはホルダ一との間の摩擦抵抗、および、金属製リングを塑性変形させて圧入した後の剛性の合計応力が勝り、常に、接合面の応力が圧縮側にあれば良い。

もちろん、接合面の応力が引張側にあつたとしても、継ぎ手強度が、引張応力の 2倍以上であれば、工業的には信頼できる継手と考えて良いが、全ての部品の保証を確実に実施するためには、請求の範囲 4 に記載の条件が必要である。 - なお、本発明において、ホルダ一の裾部を裾広がりの形状とし、少なくとも 2 m mの高さ以上に 1 0 ° 以上のテーパーを付与する条件は、以下のような実験に基づくものである。

ここで、接合端部の形状を明確に示すために、図 2 に示す接合部近傍を拡大して、図 3 に示す。なお、図中、 5 は、ホルダーの軸心位置である。図 3 において、 ( a ) は、金属製リング圧入前の状態を示し、（ b ) は、金属製リング圧入後の状態を示す。

ホルダー裾部（テーパー部）の接合端からの距離（ホルダー裾部の高さ） 6 を 2 m mとした場合において、テーパー部の角度 7 を種々に変えて、ホルダーの引き抜き時の応力を引張試験機で測定した

。内圧 2 0 0 0気圧を付与したと想定する場合において、ホルダーに生じる接合部の引き抜き応力の弾性限は、最大で約 2 0 0 M P a と計算できたので、この値をしきい値とした。

図 4 に、テーパー角度と引き抜き時の降伏開始応力（弾性限）との関係を示す。図 4から明らかなように、テーパー角度が 1 0 ° を境にして、引ぎ抜き時の降伏開始応力（弾性限）は、 2 0 0 M P a 以上へ遷移する。すなわち、 2 0 0 M P a以上の引き抜き時の変形開始応力を得るためには、テーパー角度は 1 0 ° 以上が必要である。テーパー高さとの関係についても、別途、同様の実験を、最大 5 m mまで実施したが、テーバー角度選定のための実験結果とほぼ同様な結果となった。

また、図 5 に、テーパー角度 1 0 ° の場合における金属製リングの高さと引き抜き時の降伏開始応力との関係を示す。金属製リングの高さ 1 1 (図 3 、参照）は、この場合、ガイド溝 3 の溝深さと同一で、溝深さが深いほどテーパー部深さも深くなり、金属製リングとホルダ一またはレール本体との接触面積が大きくなるので、摩擦力は大きくなる。すなわち、金属製リングの高さには、必要な値が存在し、今回の実験結果では、 2 m m以上であることが判明した。

また、十分な剛性を付与する目的において、金属製リング 4の厚み 1 0 (図 3、参照）は、少なくとも 0 . 5 m mが必要で、これよりも薄い場合には、金属製リングの部分的な塑性流動が生じて断裂が起.こり、ホルダーが 2 0 0 M P a未満の引き抜き応力で抜ける場合があった。

なお、レール本体とホルダーを製造するに際して、材料は、内圧とコモンレールの設計最大主応力との関係で選ぶことができ、引張強度 8 0 0〜 1 5 0 O M P aの間で適宜選択することができる。高強度鋼の場合、清浄度の高い高強度鋼を選択すれば、介在物に起因する破壊を防止できるので、清浄度の高い高強度鋼から適宜、適切な材料を選択すれば良く、材料の化学成分に関する規制はない。

さらに、コモンレールを製造するに当って、オリフィス径ゃ、内部蓄圧領域の主管の径等は、目的とするコモンレールの機能に応じて、適宜選択すればよい。これらの選択は、本発明の効果に対し全く支障が無く、むしろ、高圧コモンレール設計の自由度を高め、重量軽減等にも有効であって、本発明の効果を高めることになる。

2 ) 請求の範囲 6 ~ 1 0の発明

図 6 に、コモンレールを幅方向に切断した断面構造を示し、図 7 に、接合端部における塑性変形による突出部の成形を示し、また、図 8 に、予め機械加工で突出部を形成した場合における継ぎ手の嵌合態様を示す。

すなわち、

( 1 ) レール本体とホルダーを別々に製造し、接合 · 組み立て用部品とした。

( 2 ) レール本体とホルダーは、液相拡散接合等の面接合で継ぎ手を形成することで、母材と同等の引張強度で接合される。接合に際しては、ホルダ一とレール本体のオリフィス部分 1 2 を高精度で連結し、メタルシールで配管を接続した際に生じる燃料漏れを防止するために、レール本体にホルダーを位置ずれなく正確に接合するためのホルダー接合位置決定用ガイド溝（図 6 中の部分拡大図（ b ) 、参照）を設ける。

ガイド溝の深さ 1 3は、その機能から 3 m m以上とする。これ以下の深さでは、ホルダ一軸心がメタルシールで連結する配管の軸心と大きくずれてしまい、締結の際に、締め付けが達成できず、部分的に燃料が漏洩して圧力損失が生じ、燃料噴射機能が十分でなくなる場合がある。

また、ホルダー溶接接合面端に至るホルダー外面側の突出部と、レール本体のガイド溝に設けた、突出部に整合する外周壁窪み部 1 5 (図 6中の部分拡大図（ b ) 、参照）と力接合後に十分に嵌合せず、ホルダーの引き抜き応力が 2 0 0 M P aを下回る場合がある。本発明者は、これらのことを、それぞれ、実験的に確認した。

( 3 ) ホルダ一外周面の接合端側に形成する l mm以上の突出部 8は、ホルダー軸方向の高さ 1 4 (図 6中の部分拡大図（ b ) 、参照）力 2 m m以上、レール本体のガイド溝深さ（図 6 ( a ) 中、

1 3 ) 以下であることが必要である。

突出部 8を機械加工で予め成形する際には、ホルダー外壁と突出部が、ホルダー外壁に対するテーパー角度 1 6が 4 5 ° 以上のテーパー面で繋がっている必要があり、かつ、レール本体側にも、この突出部に整合する溝外周壁窪み部を形成する必要がある。

レール本体の溝外周壁窪み部とホルダー突出部のテーパー部が、ホルダーに引き抜き応力が発生した際に、摩擦力と嵌合によるアンカー効果で、締結力を向上させる。テ一パ一角度が 4 5 ° 未満で、ホルダー突出部のホルダー軸心方向の高さが 2 m mの場合には、単純に、幾何学的に 1 mmの突出部を予め成形することができず、また、これに嵌合するレール本体の溝外周壁窪み部の形状も同じ制限を受けることによる。

また、テーパー角度が、実質的に 9 0 ° 以上の場合には、レール本体の溝外周壁窪み部側の加工が不可能となるので、テーパー角度に制限は設けないものの、 9 0 ° 以上のテーパー角度は現実的ではない。

( 4 ) レール本体の溝外周壁窪み部へのホルダー突出部の嵌合は、図 7 ( a ) 〜（ c ) に示すように、接合時の 1 0 0 0 以上の予熱を利用する高温塑性変形によって達成する。突出部が、高温塑性変形により、成形過程 8 ' を経て最終形態 8 " に至る。高温塑性変形のための応力は、液相拡散接合の場合には、接合部開先へ応力を付加する時に同時に与えることができる。

他の溶接（電気抵抗溶接、摩擦圧接）の場合は、応力付加が必須となるので、接合継ぎ手の変形に必要な応力を付加した直後に、さらに、塑性変形を促して成形し、ホルダー突出部とレール本体の溝外周壁窪み部の嵌合を達成する。

この嵌合の達成は、嵌合後に接合部を切断して断面を観察して確認した。その観察結果に基づいて、応力の大きさと応力付加の時期を決定し、応力または応力付加時期を工程管理することにより、締結力を確保することが可能である。また、空隙が残留しているか否かは、超音波検査あるいは X線検査で確認することもできる。

この応力と応力付加時期は、コモンレールの材質、 1 0 0 0で以上での材料の機械的特性、特に、変形降伏応力で決定する因子であり、必要に応じて、適宜決定できる。

( 5 ) ホルダーとレール本体の接合は、十分な接合条件を選択し、非破壊検査にて欠陥検出を実施すれば、工業的な安全係数を用いて、接合部の特性を保証することができる。 'しかし、非破壊検査で検出できない小さな欠陥、あるいは、探傷子から入射される超音波の波長に比較して極めて小さな欠陥、さらには、溶接方法に起因する種々の微小欠陥や溶接割れを見逃す場合があり、接合部の特性を 1 0 0 %保証することは難しい。

接合部に要求される特性は、内圧変動時に接合面と垂直な方向に繰り返し生じる引張応力に耐える疲労特性であるが、その繰り返し引張応力の蓄積による疲労破壊が最も予測し難く、かつコモンレールの部品設計において最重要保証項目となる。上記疲労破壊を防止する目的で、本発明では、接合部にホルダー突出部とレール本体の溝外周壁窪み部を設け、それらの嵌合によるアンカー効果で、締結力を十全に確保するが、完全な疲労破壊を防止するためには、配管をメタルシールで締結する際に発生する残留引張応力と、それに負荷される、内圧変動に起因する繰り返し引張応力に対し、ホルダーの引き抜き時の塑性変形開始応力（弾性限）が勝る必要があり、さらには、疲労破壊を考慮すれば、引き抜き時の塑性変形開始応力は、接合部に負荷されるホルダー引き抜き応力の 2倍が必要である。

内圧が高くなつたとしても、締結力が、内圧起因のホルダーの最大引き抜き時の降伏開始応力の 2倍を超えていれば、疲労破壊は理論的に発生することはない。本発明の方法で締結したホルダーとレール本体の引き抜き時の塑性変形開始応力は、接合面に微小な欠陥が存在していても、締結力を発生させる面を、接合面のみでなく、 2面に分散しているので、本発明の接合部は、突出部を有しない従来の溶接式コモンレールに比較して、内圧疲労特性に優れている。

( 6 ) ホルダーの材質については、化学成分の規定を特に設けない。ただし、高圧用コモンレールとして、内圧疲労特性に優れることが必要であり、そのために、材料の引張強度は、化学成分ゃ熱処理等の調質処理、あるいは冷間加工などを適宜使用し、コモンレール組み立て完了後の最終製品形態において、 8 0 O M P a以上確保する必要がある。

引張強度の上限は、本発明が接合技術を使用することから、この部分に接合中に侵入するごく僅かな水素が長距離を拡散してコモンレール内部の最大応力発生位置に集積した場合を想定し、水素起因の脆化が生じないよう 1 5 0 O M P a とする。水素脆化感受性の観点から、引張強度に上限値を設けた。また、本発明の最大の特徴である、接合直後の余熱を利用してホルダー端部を塑性変形させ、突出部を成形あるいは張り出す加ェが実質的に可能となるためには、鋼材の 1 0 0 0 °c以上での強度 ( 1

0 0 0 以上では、実質的には強度が温度の上昇に伴って下降するので、 1 0 0 ox:の引張強度が、強度を代表することとなる。 ) で

、 2 0 0 M P a以下であることが必要である。 2 0 0 M P aを超える高温強度を有する材料は、セラミックスや超高温用特殊合金のみとなるものの、重要な材質の要求仕様であるので、上限値として 2

0 0 M P aを規定する。

上記材料強度の規定を前提として、上述した本発明の効果を評価する際、すなわち、ホルダーの引き抜き時の塑性変形開始応力（実質的に、ホルダーが接合面と垂直な方向にレールから分離する方向へ変形し、接合部の接合強度だけで、ホルダーの離脱を防止している状態になる応力〔弾性限〕）力エンジンに搭載されたコモンレールが曝されると推定される最高加熱温度 1 0 0 °Cまで、 2 0 0 M P a以上であれば、接合したホルダーは、本発明の接合端部における突出部のアンカー効果と接合部の接合強度によって、実用上、接合部から離脱することはない。 - なお、本発明でホルダー外周面の接合面側端部に設ける突出部の形状を、外径方向で l mm以上とし、また、ホルダー本体外周面と突出部の斜面とのなすテーパー角度を 4 5 ° 以上とする制限は、以下のような実験に基づいて決定した。

まず、外径 2 4 m m、厚み 6 m mの内ネジ式ホルダーを、突出部外径を 2 4 mmから 0. l mm単位で徐々に増加して準備した。

これに対応するレール本体側のホルダー接合位置決定用ガイド溝は、内径 1 7. 8 mm、外径 2 4. 5 mm、深さを 3 mmとし、さらには、ホルダー突出部に倣った窪み部をレール本体の溝外周壁に、ホルダー突出部の外径の試験水準に合わせて加工して、準備したまた、ホルダー外周面に突出部を持たないホルダー、および、これに対応させたレール本体の溝外周壁の窪み部のみを 0 . 1 m m単位で変化させたホルダー本体も用意した。

これらの部品を、液相拡散接合、または、電気抵抗溶接あるいは抵抗溶接後に液相拡散接合を実施する複合接を実施してコモンレ一ルを試作し、ホルダーの引き抜き時の塑性久形開始応力を測定した。なお、予め、窪み部にホルダ一突出部が兀全に整合す際に必要な変形量は、間接的にホルダーに応力を負した場合に生じるホルダ一高さの減少分を測定し、最適値を求め、この減少高さで管理した。

図 9 に、予め、突出部をホルダーの切削加工時に設けた場合における、初期突出部外径のホルダー平行部外周面からの片側増分と、ホルダ ―の引き抜き時の塑性変形開始応力（弾性限）の関係を不した。突出部の平行部外周面からの片側増分が丁度 1 m mのところで

、引さ抜き時の塑性変形開始応力が、 2 0 O M P a を超えることが判る。 - このデータをもって、機械加工で突出部を成形する場合は、突出部のホルダー外径の必要な片側増分量を 1 m m以上と決定した。なお、片側増分に上限規制は設けていないが、あまりに過大（実質的には、 3 m m以上であることを実験で知見した）である場合には、事前の機械加工の際に切削代が大きくなりすぎて、材料加工コス卜の問題が生じるので、限界はある。しかし、機構上は、実質的な上限規制は無い。

図 1 0 に、予め、突出部を設けない場合において、接合時の塑性変形によって突出部を成形する場合の突出量を、接合後にホルダーの軸心位置で幅方向にコモンレールを切断して実際に測定した結果と、同一変形量の場合のホルダー引き抜き時の塑性変形開始応力の関係を示す。

予め、突出部を設けない場合でも、結局、レール本体側の窪み部に整合するように塑性変形部が張り出すので、同じく、 1 m mの突出部外径増分のところで、ホルダー引き抜き時の塑性変形開始応力が 2 0 0 M P a を超える。

この場合、ホルダーの接合端部の塑性変形量は、実質的に突出部を事前加工した場合に比較して大きくなり、ホルダ一の高さ変化が大きいが，完成する継ぎ手形状は、突出部を予め設けた場合と相似であった。塑性変形量が異なっていても突出部の形状が相似となつたのは、突出部に連なるホルダー外周面も塑性変形によって外径を増しているためである。

3 ) 請求の範囲 1 1 〜 1 6 の発明

本発明のコモンレールの構成と、溶接接合部への圧縮残留応力の付与方法、および、ホルダ一とのアンカ一効果を発揮するに必要な補強ネジ部材のホルダーへの嵌合方式について、図 1および図 1 1 を用いて説明する。 - 図 1 1 に、コモンレールをホルダー軸芯断面で幅方向に切断した際の断面構造を示し、併せて、補強ネジ部材 3 とホルダー側のショルダ一部 4の形状を示す。

図 1 と図 1 1 において、レール本体 2 は、内部に、レール軸方向の中心孔 2 9 を有し、さらに、燃料分配のためのオリフィス 2 7 を、同図の例においては、中心孔 2 9の軸方向に垂直な方向で有している。中心孔 2 9 とオリフィス 2 7 のなす角度は、材料の強度に応じて応力集中度を低減するために、適宜変更することが可能であり、本発明の適用範囲や効果の発現には影響がない。なお、ここでは、図 1 および図 1 1 に示すようなコモンレ一ルを例にして本発明について説明するが、燃料の蓄圧器であるレ一ル本休の形状には、基本的に制限が無く、レール本体の断面は、こでの例のように矩形でも、また、円形でも良く、エンジンへの燃料供給と配管の取り回しの利便性に応じて、適宜形態を変化させることができる。ただし、中心孔と分岐管構造だけは必須である

また、レール本体のホルダーが接合される側の表面 2 1 は、その表面粗さが R m a X値で 1 0 0 m以下であることが望まし < 、そのためには、この面は、機械加工で加工されることが望ましいまた、この表面 2 0 には、ホルダー 1 を必要な位置に精密に接合するためのガイド溝 3 5や、ホルダーの内周に加工された内ネジ 3 1 によって反力を得てレール本体と燃料分配用配管を連結する連結用部品 3 0 の先端をメタル夕ツチシールするためのシート面 2 8等を加工する精密加工が施されるが、これらの表面も、全て同じ精度で加工することが望ましい。

これは、本発明の補強ネジ部材 1 7 の適用効果を十全に発現させるうえで、望ましい要件である。

ホルダー 1 は、配管側を小径円筒部、レール本体側を大径円筒部とされ、これら中間に、段部となるショルダー部 1 8が設けられ、全体で、同軸二段円筒形の外形形状を有するように成形されている。また、内周に内ネジ 3 1 を有しており、このネジで、配管連結部品 3 0 をメタル夕ツチシート面 2 8 にてレール本体 2 に接続している。 .

本発明では、ホルダー 1 とレール本体 2 とを、ホルダーのレール側端部 3 2で 1 0 0 0 °C以上にて実施する液相拡散接合あるいは抵抗溶接、または、それらを複合した接合方法などで、レール本体に接合して、コモンレールに組み立てる。このような組立て式のコモンレールは、未だ工業的には普及していない。この理由は、ホルダ一とレール本体の接合部の信頼性を、工業的に信頼できるものとする技術が未完成だからである。

そこで、本発明では、上記の接合が終了し、後熱処理が不要な場合には接合後に、または、接合後に熱処理が必要な場合には熱処理の後に、ホルダー 1 とレール本体 2 の接合部の継手強度向上を目的として、ホルダー 1 の小径円筒部およびショルダー部 1 8 に周回自在に外嵌する内面形状を有し、レール本体ガイド溝 3 5 の内ネジ 2 3 に螺嵌する外ネジ部 4 2 を有し、ホルダー軸方向の寸法 1 9がホルダ一寸法 4 3 を超えないように加工した補強ネジ部材 1 7 を、ホルダー 1 に外嵌するとともに、レール本体ガイド溝 3 5 の内ネジ 1 3 に螺嵌し、さらに、締め付けるようにした。

このようにすることで、本発明は、ホルダーのショルダー部 1 8 に圧縮応力を生じさせ、これがホルダー 1 の剛性によって接合面 4 1 に伝わり、レール本体のガイド溝底面 3 9 のホルダーとの接合面 4 1 に、圧縮応力を恒久的に付与することができる構造を有するコモンレールを提供でき、また、補強ネジ部材 3 を用いて組み立てるコモンレールの製造方法を提供できる。

ホルダー側のショルダー部分の張り出し幅 3 3 は、片側 0 . 5 m m以上であることが好ましい。この場合、ホルダーの円筒軸心 3 4 方向に垂直なショルダー部の断面積と補強ネジ部材の同様な断面積 (ここでは、補強ネジ部材の断面の中で、応力を伝達する断面積という意味で、ショルダー部と外ネジ部の間の平行部における断面積をいう）を十分に大きく取れば、補強ネジ部材 1 7 の降伏耐力が十分である場合に、接合面 4 1 に、必要な圧縮残留応力を付加することができる。

補強ネジ部材 1 7 のショルダー部と外ネジ部との間の平行部の厚み 2 4は、ホルダーのショルダー部で受ける反力を、レール本体側のガイド溝 3 5の外周壁 3 8 (構造上限られた深さとなり、後述のとおり、好ましくは、 3〜 5 m m ) に設けた内ネジ 2 3 を通じて締結反力を受け止めることから、 0 . 5 m m以上であることが好ましい。

この内ネジ 2 3 の形状には特段の制約はないカ^ 補強ネジ部材 1 7 の外ネジ 4 2が破損あるいは離脱しないためのピッチとねじ山高さを、材質特性に応じて決定すればよい。

補強ネジ部材 1 7 の外ネジ 4 2のネジ長さ、ないし、ガイド溝外周壁の内ネジ 2 3 のネジ長さ 2 2 (実質的に、レール本体側のガイド溝 3 5の深さに一致する場合がある）は、 3 m m以上であることが望ましい。例えば、 0 . 5 m mピッチの嵌合ネジ山を 5周以上確保できない場合には、各ネジ山へ付加される応力が高くなりすぎて、ネジ山の破損が懸念される。これらの値は、全て、幾何学的計算と応力の推定計算および実際の実験によって得た推奨値である。また、補強ネジ部材 1 7 に加工するレール本体側端部の外ネジ 4 2 の形状も同様で、ネジ長さ 2 2が 3 m m以上であれば、締結治具のネジ嵌合による反力を確実に受けることができる。

なお、溝深さを 5 m m以上とする場合は、レール本体内部に貫通した中心孔 2 9 とガイド溝底面 3 9が接近し、ガイド溝底面 3 9 と内周壁 3 7 とが接するコーナー部と中心孔 2 9の距離がレール本体 2 の周方向応力を決定する因子となる。このことから、両者を連結する破壊が発生する可能性を排除するため、ガイド溝 3 5の深さは 5 m m以内であることが望ましい。ただし、この値は、本発明においては、レール本体の材料特性に応じて変化する場合がある。

ホルダ一 1 のレール本体側の厚み 2 5 には制限を設けない。ただし、ホルダー 1 のレール本体側外壁と補強ネジ部材 1 7 の内径との間には 0. 2 mm以上の.クリアランスをとることが望ましい。これは、接合等の製造工程において、ホルダー 1が塑性変形して接合端 3 2側が外周側に膨出する場合に、補強ネジ部材 1 7 をホルダー 1 のショルダー 1 8 と完全に嵌合するまで締め付けられないという事態を回避するためである。

なお、以上のような精密な部品形状が、十全に機能を発揮するためには、既に述べたように、レール本体のホルダーが接合される面 2 1 を、溝の加工面まで含めて、少なくとも Rm a x値で 1 0 O n m以下の凹凸となるよう機械加工することが望ましい。この加工により、上記のような補強ネジ部材を用いる本発明の効果を、十分に奏することができる。

ホルダー 1 に設けるショルダー部 1 8の位置には、特段の制約はないが、レール本体 2側の端面から 1 0 m m以上離れていれば、ネジ部とショルダー部とが軸方向で重複して十分な嵌合長さを確保できないという事態を回避することができる。また、補強ネジ部材 1 7 において、ホルダーのショルダー部と嵌合する部位より上端までの長さにも制約はないが、補強ネジ部材の軸方向長さ 1 9がホルダ一軸方向長さ 4 3を超えないほうカ^ コモンレールの配管部品のとりまわしが困難となる場合がなく、好ましい。

ホルダ一 1 に付加される応力は、（ a ) 配管連結用部品 3 0 とホルダー 1の締め付けトルクの約 3 0 k N程度で発生する、ホルダーの接合面 4 1への引張応力（約 l O O M P a程度）と、（ b ) 内圧が最大 2 0 O M P a程度付加される場合に発生する、ホルダーの引き抜き方向への応力（概略、 2 0〜 5 0 M P a程度）の複合、すなわち、 1 2 0〜 1 5 0 M P aとなる。内圧がかからない場合、 1 0 0〜 1 5 0 M P aの応力サイクルが、溶接接合面に付加されることになる。従来の技術では、この応力を、そのまま接合面が負担していた。

本発明の特徴は、上記応力を減ずる対策である補強ネジ部材 1 7 を適用することにある。そして、補強ネジ部材の締め付けトルクを、レール本体に内圧が印加された場合に生ずる接合面への最高負荷応力と燃料分配配管をメタル夕ツチシールで連結する際の締結力の和以上とすれば、すなわち、前記 1 2 0〜 1 5 0 1^ 3の圧縮応カをホルダー 1 とレール本体 2 の接合面 4 1 に、補強ネジ部材 3の締め付けトルクによって付加すれば、接合面 4 1 には、内圧変動時であっても、常に、圧縮応力を付加することができ、その結果、接合面 4 1 には、実質的に、内圧変動による引張応力が発生しないか、または、引張応力が発生しても、疲労限以下の引張応力に止めることとなる。

また、締め付けトルクがコモンレール稼働中に低下した場合であつても、ネジ部分の形状によるアンカー効果で、補強ネジ部材 1 7 がレール本体 2から離脱する際の応力は、補強ネジ部材が存在しない場合に比較して高くなることは明らかである。

このため、接合によって得られたホルダー 1 とレール本体 2 の接合部は、補強ネジ部材 1 7が完全に破損して脱落するか、あるいは、補強ネジ部材 1 7 の全てのネジ山が疲労破壊して欠損しなければ、レール本体から外れる可能性がなく、該接合部からの疲労破壊については、懸念が無いといえる。

しかも、この接合部には、元々、接合で得た継手強度があり、この強度は、例えば、液相拡散接合等の物質の拡散移動による一体化接合技術であれば、継手係数が母材強度の 8 .0 %以上と極めて高いことを、本発明者らは、研究の結果、明らかにしている。

そのため、欠陥が存在したとしても、継手は疲労破壊寿命が長く、接合部からの破壊は発生し難いので、補強ネジ部材 1 7 を適用する限りは、レール本体とホルダーの接合強度は、補強ネジ部材を適用しない場合に比較して、確実に高くなる。この効果は、特に、液相拡散接合を単独で、あるいは、他の接合と併用して用いる場合に、従来の溶接式コモンレールに比較して、顕著である。

なお、コモンレール稼働中に、補強ネジ部材の締め付けトルクが、エンジンや車体の振動等で低下する事態が生じた場合においても、定期点検等で、再度十分な締め付けトルクを付与することで、溶接部への圧縮残留応力を回復できる点も、本発明の特徴である。

このような補強ネジ部材 1 7 の材料特性としては、配管連結用部品 3 0 の締結トルクによって発生する応力と内圧変動による応力の双方を弾性限度内で吸収する材料特性が必要である。そのためには、補強ネジ部材 1 7 は、発生する最大応力に、疲労の一般的な安全係数 2 を掛け合わせた 3 0 O M P a以上の降伏耐カを有していることが好ましい。

本発明では、さらに工業的な安全裕度として約 1 . 3 を設け、厚みが最も薄い 0 . 5 m mの時にも、疲労破壊しないと推定される降伏耐力として 4 0 0 P aの降伏耐カを、補強ネジ部材の好ましい機械的特性として設定した。

補強ネジ部材の降伏強度を、材料や熱処理条件の選択によってさらに高めることは、当然、有効であるが、非常に高い強度の補強ネジ部材を切削加工で製造する場合には、該補強ネジ部材が極めて削り代の大きい形状のものであるために、コス卜が上昇することと切削性悪化により生産性が低下することに起因して、降伏強度の向上には限界がある。一方、補強ネジ部材の厚みの上限について、本発明では規制しなかったが、補強ネジ部材の厚みは、レール本体の重量軽減と補強ネジ部材の剛性を併せ考え、さらに、形状またはコストと生産性、締結部品の安全裕度のバランス等を考慮して、適宜決定すればよい。

各加工、組み立て、接合工程を経て製造したコモンレールは、従来の一体成形型のコモンレールに比較して、生産性の観点から、極めてコスト競争力が高く、また、従来の溶接接合式コモンレールに比較して、接合部に十分な信頼性を有しており、極めて高い内圧である 2 0 O M P a以上での仕様に耐える機能を有するものである。

コモンレールの各部の応力状態を設計時に推定計算すれば、レール本体が、接合後に、 l O O O M P a以上の降伏耐カを有する場合、 2 0 O M P aの内圧疲労耐久性に優れたコモンレルを得ることができる。

なお、ホルダ一 1 の外壁に、補強ネジ部材 1 7 と嵌合させるショルダ一部 1 8を設ける必要がある力ショルダ一部 1 8 に必要な角度 0 (図中、 6 ) および補強ネジ部材 1 7の厚み 2 4は、以下の実験によって求めた。

降伏耐カ 4 9 0 P aを有する鋼材から、切削加工で補強ネジ部材 1 7 を製造した。その際、高さ 2 0 mmで、ホルダーのショルダ一部 1 8のホルダ一外壁の平行部からの角度 Θ を 1 0 ° から 9 0 ° まで変化させた。 - 次に、これに隙間無く嵌合する補強ネジ部材の内面形状を加工し、補強ネジ部材 1 7の厚み 2 4を、 0. 2 mmから 6 mmまで変化させた。これらを螺嵌し、ホルダー 1 を、接合面 4 1 に垂直な方向に引張試験機を用いて引張り、その応力一歪み（ホルダー 1 の軸心方向 3 4の伸びで代表した）曲線を採取した。

この時、応力一歪み曲線は、応力が小さな値の間は直線の相関を示すが、一定の値になると直線則から外れ、応力の増加に対して歪みの増加が大きくなる、いわゆる、塑性変形を始めた。この塑性変形開始点すなわち弾性限を、本発明では「ホルダーの引き抜き時の塑性変形開始応力」と称している。

既に述べたごとく、ホルダー 1 への配管連結部品 3 0 の締め付けトルクは、概略 3 0 k N程度で、燃料の漏洩、圧力低下を防止できることが知られているので、これと内圧による接合部への負荷荷重をホルダー 1 の接合面の面積で除した値が、接合面に負荷される恒久的応力と変動応力となる。さらに、これらの値から応力分布を解析的に計算すると、ホルダー 1 の引き抜き時の塑性変形開始応力が、 2 0 0 M P a以上であれば、接合式コモンレールは、接合部から破損することは無いことが導かれる。

そこで、この値をしきい値として、ショルダー部 1 8 のテーパー角度 0 (補強ネジ部材 1 7 の内面形状が有する嵌合部のテーパー角度と同じ）、および、補強ネジ部材 1 7の厚み 2 4の関係を調べた。図 1 2 に、ショルダー部のテーパー角度 Θ とホルダーの引き抜き時の塑性変形開始応力の関係を示す。テーパー角度 0が 3 0 ° を超えるとホルダーの引き抜き時の塑性変形開始応力が 2 0 0 M P a以上となることが判る。

同様に、図 1 3 に、補強ネジ部材の片側厚みと引き抜き時の塑性変形開始応力の関係を示す。厚みが 0 . 5 m m以上の場合に、引き抜き時の塑性変形開始応力は 2 0 0 M P a以上となることが判る。実施例

以下、本発明の実施例について説明する。

(実施例 1 )

請求の範囲 1 〜 5の発明に係る実施例である。

図 1 に示すコモンレールを、次のように試作した。すなわち、 2 3 0 m m長、 3 0 m m角のレール本体と、 2 4 m m外径、厚み 5 m mのホルダ一の内径側に最大ネジ山高さ 2 m mのネジを有する燃料分配のための分岐配管接続用ホルダーを、表 1 に示す 3種類の化学成分を有する鋼板あるいは棒鋼を用いて、圧延、引き抜き、切削等で製造した。

レール本体には、図 3に示す、深さ 3 m mのホルダー接合用のガイド溝を加工し、ホルダー端部には、図 3に示すように、テーパー角 1 5 ° 、高さ 3 mmの裾部を設けたこれと対面するレール側溝外壁には、裾部テーパーが同じ 1 5 ° となるように研削加工を施し、レール側溝外壁とホルダー端部裾部の外面との距離が 0. 5 m mとなるように、溝形状を調整した。

レール本体とホルダーとを、液相拡散接合および電気抵抗溶接、摩擦圧接、あるいは、それらの組み合わせ接合技術を用いて接合した後、接合後の冷却によって、あるいは、熱処理を実施して、材料の強度を 1 2 0 O M P aとなし、ホルダ一外壁とレール溝外壁の間の間隙に、厚み 0. 5 m m、高さ 3 m mの鋼製リングを、ホルダー接合部に、圧縮応力を残留させる目的で 8 0 O M P aの圧力で圧入し、コモンレールを組み立てた。

組み立て後にホルダーを引き抜く実験を実施したところ、引き抜き時の塑性変形開始応力（弾性限）は、引き抜き力を鋼製リングのホルダー軸方向から見た圧入前の面積で除した値で、 4 5 0 M P aであった。この場合の鋼製リングの鋼材は、 J I S G 3 1 0 6の S M 4 9 0鋼であり、圧入前、加工ままでの降伏応力は、 3 6 4 M P aであった。すなわち、鋼製リングは、圧入により加工硬化したまた、完成したコモンレールを、別途加工して取り付けた固定用治具を介して、内圧疲労試験装置にセットし、最大噴射圧力 3 0 0 0気圧にて、 1 5 H zで 1 0 0 0万回の内圧疲労試験を実施した。試験にあたっては、ホルダー上部の開口端を塞ぐネジを、ホルダー内径側に加工したネジ形状に合うよう選択して、 3 t o nの最大トルクで締結し、実際のエンジンにおける使用環境を再現した。

疲労破壊に至る内圧負荷繰り返し数 Nと付加圧力から計算される接合部応力の関係を、図 1 4に、内部圧力一疲労破壊寿命線として示す。この塲合、接合部に付与される最大付加圧力は、形状と内圧で決定するが、内圧 2 0 0 M P aで発生する接合部最大主応力は 1 9 0 M P aと推定計算でき、また、同様に、 3 0 0 ^4 ? £1では 2 7 O M P a と推定計算できる。

図 1 4に示す結果において、黒丸は、レール本体から破壊したことを示し、 →を有する黒丸は、 1 0 0 0万回でも疲労破壊が発生しなかったことを示し、さらに、黒三角は、ホルダーとレール本体の接合部から破壊したことを示している。

実際のコモンレールに付加される内部圧力は、 2 2 0 M P aが想定される内部圧力の中で最大である。図 1 4に示すデータによれば、疲労限度の圧力は、 2 3 O M P aであると読み取ることができ、製造したコモンレールは、最高 2 2 O M P aの内圧で 1 0 0 0万回の疲労試験にも耐え得ることを、図 1 4は示している。

図中には、点線で、本発明のような突出部を設けない溶接式コモンレールの結果も、比較のために、代表線として示した。疲労限界の応力はやや低下しているが、これは、 3 7 2万回および 5 6 1万回で、接合部から破壊したデ一夕を疲労限の値として有しているためであり、本発明で組み立てたコモンレールの接合部における強度信頼性が、従来技術に対して、明確に向上していることは明らかである。 O画AVoi 9:扁2讓

( % SSEID)

(実施例 2 )

請求の範囲 5〜 1 0の発明に係る実施例である。

図 1 に示すコモンレールを、次のように試作した。すなわち、 2 3 0 m m長、 3 0 mm角のレール本体と、 2 4 mm外径、厚み 5 m mのホルダーの内径側に最大ネジ山高さ 2 m mのネジを有する燃料分配のための分岐配管接続用ホルダーを、表 2 に示す化学成分を有する鋼板あるいは棒鋼を用いて、圧延、引き抜き、切削等で製造した。

レール本体には、図 6に示す、深さ 3 mmのホルダー接合位置決定用のガイド溝を加工した。

図 6 において、（ a ) は、レール本体を示し、（ b ) は、ホルダ一接合部を拡大図して示す。ホルダー端部は、図 7および図 8に示すように、突出部を予め設けたもの、および、突出部を設けないものの両方を準備した。

図 7 において、（ a ) は、状態 A ：接合ままの状態を示し、（ b ) は、状態 B ：接合直後に応力を負荷し、接合面が塑性変形して、ホルダー外壁がレールスリットへ膨出を開始した状態を示し、（ c ) は、状態 C ：状態 Bに更に応力を負荷し続け、温度が 1 0 0 0 °C 以上の状態で、突出部をスリットに完全に充填し、成形を完了した状態を示す。

図 8 において、（ a ) は、状態 A ：接合ままの状態を示し、（ b ) は、状態 B ：接合直後に応力を負荷し、接合端部が塑性変形して、予め加工した突出部がレールスリットへ膨出を開示した状態を示し、（ c ) は、状態 Bに更に応力を負荷し続け、温度が 1 0 0 0 °C 以上の状態で、突出部をスリットに完全に充填し、成形を完了した状態を示す。

なお、図 8 ( b ) において、斜線部は膨出部 8 ' であり、同様に図 8 ( c ) において、斜線部は膨出部 8 " であり、予め加工した突出部が、スリットに整合している。

図 7 または図 8 に示す工程で、ホルダーとレール本体とを、液相拡散接合または抵抗溶接、あるいは、抵抗溶接と液相拡散接合の複合接合で接合した。

接合直後（複合接合の場合は、最初の抵抗溶接時）の余熱により、ホルダーの接合端部が 1 0 0 0 °C以上にあることを、レール本体表面位置よりも 0 . 2 m m高いホルダー外壁の温度を放射温度計で測定することにより確認しつつ、ホルダーの接合面の反対側の.端面より応力を付加し、予め別途計測して設定したホルダー高さの減少量を、ホルダーのクロスヘッドの変位量で計測して、必要なホルダ —端部の塑性変形が、突出部を予め設けた場合と設けない場合において、変形量が必要な変形量に達したことを確認して応力を除去し、続いて、冷却して、ホルダーの高さが、必要とされる仕様を満足することを確認した。

この時の突出部を成形するため、あるいは、突出部をレール本体溝外周壁窪み部に完全に嵌合させるための負荷応力は、ホルダーに付加した応力値で、抵抗溶接の場合に 1 8 M P a、液相拡散接合の場合に 1 5 M P a とした。

さらに、コモンレール全体を不活性雰囲気中で 1 1 5 0 °Cに再加熱し、 1 0分間保持した後に、焼準および焼戻して組織を調質し'、コモンレールの引張強度を、 2 0 O M P aの内圧疲労に耐えられるように、 l O O O M P a とした。

全く同一条件で製造したコモンレールを 2 0体製造し、 1体は、ホルダー中心軸を通るコモンレールの幅方向に切断して、突出部がレール本体の溝外周壁の窪み部に嵌合し、ホルダー接合両側端部の突出部のレール本体溝外周壁の外径に対する片側増分が、 1 . 1 2 から 1 . 4 7 m mの範囲にあることを測定し、確認した。

この範囲で、 1体のコモンレールの全てのホルダー突出部の外径は変動したが、 1 . 0 m mを下回ることはなかった。ホルダー突出部の高さは 2 . 0 m mとなるようにホルダー端部を加工し、突出部の外径とホルダ一外周径との接合前の片側増分は 1 . 1 ± 0 . 0 5 m mに管理するとともに、ホルダー端部の突出部加工の有無にかかわらず、レール本体の溝外周壁の窪み部を、その窪み代が、ホルダ一端部の塑性変形によって、 1 . 1 ± 0 . 0 5 m mとなるように加ェした。

ホルダー端部の突出部がホルダー本体外周面と繋がるテーパー角度は 6 0 ° とした。これに嵌合するレール本体の溝外周壁の窪み部も同じ逆テーパーを設けた。なお、レール本体外周壁の外径とホルダー外径のクリアランスは、突出部を予め設けた場合、片側に 1 . 2 m m、突出部を予め加工しない場合は、 1 . 0 m mとした。

以上の工程で組み立てたコモンレールのホルダーを引抜く評価試験を実施し、. ホルダーの接合しない端部側の面積で引抜き力を除して引抜き応力を計測し、その変形が弾性から塑性に変化する点の応力を計測したところ、 4 0 0 M P aであった。

また、完成したコモンレールを、 1 0体以上、別途加工して取り付けた固定用治具を介して、内圧疲労試験装置にセットし、最大噴射圧力 3 0 0 M P aにて、 1 5 H z で 1 ◦ 0 0万回の内圧疲労試験を実施した。試験にあたっては、ホルダー上部の開口端を塞ぐネジを、ホルダー内径側に加工したネジ形状に合うよう選択して、 3 t o nの最大トルクで締結し、実際のエンジンにおける使用環境を再現した。

疲労破壊に至る内圧負荷繰り返し数 Nと付加圧力から計算される接合部応力の関係を、図 1 5 に、内部圧力一疲労破壊寿命線図として示す。この場合、接合部に付与される最大付加圧力は、形状と内圧で決定するが、内圧 2 0 O M P aで発生する接合部最大主応力は 1 9 0 M P a と推定計算でき、また、同様に、 3 0 0 M P aでは 2 7 O M P a と推定計算できる。

図 1 5 に示す結果において、黒丸は、レール本体から破壊したことを示し、 —を有する黒丸は、 1 0 0 0万回でも疲労破壊が発生しなかったことを示し、さらに、黒三角は、ホルダーとレール本体の接合部から破壊したことを示している。

実際のコモンレールに付加される内部圧力は、 2 2 0 M P aが想定される内部圧力の中で最大である。図 1 5 に示すデ一夕によれば、疲労限度の圧力は、 2 3 O M P aであると読み取ることができ、製造したコモンレールは、最高 2 2 0 P aの内圧で 1 0 0 0万回の疲労試験にも耐え得ることが判る。

図中 1 2 は、点線で、ホルダーに突起部を、また、レール本体溝外周壁に窪み部を付さない場合の結果も、代表線として示した。疲労限界の応力はやや低下しているが、これは、 3 7 0万回および 5 6 0万回で、接合部から破壊したデータを疲労限の値として有しているためであり、本発明で組み立てたコモン'レールの接合部における強度信頼性が、従来技術に対して、明確に向上していることは明らかである。 '

表 2

( ma s s % )

(実施例 3 )

請求の範囲 1 1 〜 1 6 の発明に係る実施例である。図 1 に示すコモンレールを、次のように試作した。すなわち、長さ 2 3 0 mm、幅.4 0 mm、厚み 3 0 mmのレール本体と、高さ 2 5 mm, 外径 2 4 m m、厚み 4 m mのホルダーの内径側に最大ネジ山高さ 2 m mのネジを有する燃料分配のための分岐配管取付用のホルダーを、表 3に示す化学成分を有する鋼板あるいは棒鋼を用いて、圧延、引き抜き、切削等で製造した。

レール本体には、図 1 1 に示す、深さ 4 m m、幅 7 m mのホルダ一接合位置決定用のガイド溝を加工した。さらに、該ガイド溝の溝外周部には、最大ネジ山高さ 1 m m、 0 . 5 m mピッチのネジをネジ長さ 4 m mにわたつて加工した。

表面粗さは全て R m a x値で、 l O O ^ m以下とした。ホルダーには、レール本体側端面から 1 5 m mの位置に、ホルダ一外壁との角度 0が 5 0 ° 、ホルダー外壁からの張り出し幅 0 . 6 m mのショルダ一部を、機械加工で設けた。

補強ネジ部材には、降伏耐カ 5 2 O M P aの鋼材を使用し、その加工において、平行部の厚みを 2 . 5 m mとし、上記ホルダーのショルダ一部に隙間無く嵌合するような逆テーパー部を、所定の位置に配設した。また、補強ネジ部材のレール本体側の外周には、レール本体のガイド溝外周壁の内ネジに嵌合するネジ長さ 4 m mの外ネジを切削加工で形成した。上記加工により、補強ネジ部材を必要数準備した。

次に、液相拡散接合、または、抵抗溶接、または、抵抗溶接と液相拡散接合の複合接合により、レール本体とホルダーを接合した。このときの接合条件は以下の通りである。

液相拡散接合にてホルダーをレール本体に接合する場合は、表 4 に示す 2種類の接合箔をホルダーとレール本体の間に、接合面の形状に倣うように加工して介在させ、高周波誘導加熱にて 1 0 °C Z s で昇温し、 1 1 5 0 °Cにて 1 0分間、接合応力 5 M P aを終始付加した状態で保持し、その後、加熱を終了して、窒素ガスを 0 . 5 m ³ 分で吹き付けながら冷却する工程にて、接合を実施した。表 4

( mas s % )

抵抗溶接にてホルダーをレール本体に接合する場合は、ホルダーの接合開先が 6 0 ° の V開先となるように予め加工した状態で突き合わせ、 1 5 0 mA mm²の電流を 0. 6秒間通電し、 2 0 0 M P aの応力を付加しながら、接合を実施した。

また、抵抗溶接と液相拡散接合の複合接合の場合は、開先の角度を 8 0 ° の鈍角とし、開先間に 3 0 mの厚みを有する表 4に示す接合箔を介在させて、前記した抵抗溶接単独の場合の接合条件と同一の接合条件で、液相拡散接合箔を介する抵抗溶接（一次接合と称し、仮付けと液相拡散接合時の応力付加を不要とする効果を有する ) を行い、続いて、 1 2 5 0 °Cの炉中で 3 0分間加熱して、液相拡散接合の等温凝固を終了（二次接合と称する）し、その後、炉から取り出して、窒素ガスを 0. 5 m³Z分で吹き付けて冷却する工程にて、接合を実施した。

一次と二次の接合技術が異なっていることから、本発明では、この接合工程を複合接合と称する。開先、接合面の加工精度は、全て、 Rm a x値で 1 0 0 111以下に管理した6

さらに、抵抗溶接を用いる接合では、部品の強度を確保するための調質熱処理（実質的には、焼入れ一焼戻工程である。接合した部品を抵抗加熱炉にて 9 5 0 °Cで 3 0分保持の後に室温の油中に焼き入れし（冷却速度は、部品表面に取り付けた熱電対で測定し、 8 0 0 °Cから 5 0 0 °Cまでの冷却速度は、平均で概略 5 °C / s ) 、続いて、 6 5 0 の抵抗加熱炉にて、 3 0分保持した後に空中で放冷）の後に、また、液相拡散接合を用いる接合では、接合後に、レールに設けたホルダー接合用ガイド溝とホルダー外壁の間に補強ネジ部材を螺合させて装着し、ショルダー部と補強ネジ部材の内面を嵌合させて、溶接接合面に 4 0 O M P aの圧縮残留応力が発生するように、トルクレンチで締め付けた。

この締め付け力は、コモンレールに内圧が負荷された状態で発生する最大応力 1 5 O M P aの 2倍以上である。

以上の工程で組み立てたコモンレールのホルダーを引抜く評価試験を引張試験機を用いて実施し、ホルダーを接合しない端部側の面積で引抜き力を除した引抜き応力を計測し、その変形が弾性から塑性に変化する点の応力を計測したところ、 5 4 0 P aであった。

また、完成したコモンレールを、別途加工して取り付けた固定用治具を介して、内圧疲労試験装置にセットし、最大噴射圧力 3 0 0 M P aにて、 1 5 H zで 1 0 0 0万回の内圧疲労試験を実施した。試験にあたっては、ホルダー上部の開口端を塞ぐネジを、ホルダー内径側に加工したネジ形状に合うよう選択して、 3 0 k Nの最大トルクで締結し、実際のエンジンにおける使用環境を再現した。

疲労破壊に至る内圧負荷繰り返し数 Nと付加圧力から計算される接合部応力の関係を、図 1 6に、内部圧力一疲労破壊寿命線として示す。この場合、接合部に付与される最大付加圧力は、形状と内圧で決定するが、内圧 2 0 O M P aで発生する接合部最大主応力は 1 5 O M P a と推定計算でき、また、同様に、内圧 3 0 O M P aでは接合部最大主応力は 2 0 O M P aと推定計算できる。

図 1 6 に示す結果において、黒丸は、レール本体から破壊したことを示し、 →を有する黒丸は、 1 0 0 0万回でも疲労破壊が発生しなかったことを示し、さらに、黒三角は、ホルダーとレール本体の接合部から破壊したことを示している。実際のコモンレールに付加される内部圧力は、 2 2 0 M P aが想定される内部圧力の中で最大である。図 1 6 に示すデータによれば、疲労限度の圧力は 2 3 O M P aであると読み取ることができ、製造したコモンレールは、最高 2 2 O M P aの内圧で 1 0 0 0万回の疲労試験にも耐え得ることが判る。

図中には、補強ネジ部材を適用しない場合の同一設計からなるコモンレールの内圧疲労試験結果も、代表線として示した。疲労限界の応力はやや低下している力これは、 2 2 0万回および 4 6 0万回で接合部に生じた欠陥あるいは大型介在物から破壊したデータを疲労限の値として有しているためであり、本発明で組み立てたコモンレールの接合部における強度信頼性が、従来技術に対して、明確に向上していることは明らかである。

なお、疲労試験結果と接合方法の種類の間には明瞭な対応が無く、どの接合方法の場合でも、同様な挙動となったため、図 1 6 に示す疲労試験結果は、液相拡散接合単独、抵抗溶接単独、液相拡散接合と抵抗溶接の複合接合の結果を合わせて示すものである。産業上の利用可能性

前述したように、本発明によれば、特に、内圧 1 2 0 M P a を超える圧力に耐える自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器を、液相拡散接合あるいはその他の接合方法を用いて組み立てて製造する際、接合部に不可避的に発生する接合不良が原因で生じる接合部強度低下や接合部からの破壊を有利に補完することができる。

また、接合で形成したコモンレールのレール本体とホルダーとの接合が、引張強度等の機械的特性を満足していたとしても、非破壊検査等で確認できない微小欠陥や、ヒューマンエラーに基づく欠陥の見逃しによって、接合部位の長時間内圧疲労耐久特性が実現できないという事態が生じる場合があるが、本発明によれば、そのような事態の発生を防止することができる。

よって、本発明は自動車産業において、利用可能性が高いものである。

Claims

請求の範囲

1 . 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器のレール本体に、燃料を噴射ノズルへ等圧で分配する燃料分配配管を取り付ける配管取付用ホルダーを液相拡散接合等で接合した自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器であつて、

前記ホルダー裾部は、ホルダーの接合面側の端部外周のホルダー軸方向長さ 2 m m以上の範囲に、ホルダー円筒部側面から 1 0 ° 以上の角度を有して接合面端部に向かって部分円錐状に広がる形状を有し、

前記レール本体は'、ホルダー接合位置に、ホルダー接合位置決定用ガイド溝を有し、

前記ガイド溝は、ホルダー接合部内周と嵌合可能な径の溝内周壁と、ホルダーとの接合面となる溝底面と、ホルダー裾部と平行で、溝底面から 2 m m以上の深さの、ホルダー側に向かって内側に張り出す部分円錐形状の溝外周壁とからなり、 - 前記ホルダー裾部と前記溝外周壁との間の'、接合面に平行な 0 . 5 m m以上の間隙に、塑性変形を受けて圧入された金属製リングを有し、これにより、冷間にて、接合面に、恒久的に圧縮応力が負荷されている

ことを特徴とする自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。

2 . 前記金属製リングの降伏強度が 1 0 0 M P a以上、 5 ひ 0 M

P a以下であることを特徴とする請求の範囲 1 に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。

3 . 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器に内圧が負荷され、ホルダ一を引き抜く力が作用したときに発生する前記金属製リングとレール本体またはホルダーとの間の摩擦抵抗、および、前記金属製リングの塑性変形圧入後の剛性の合力に起因する引き抜き時の塑性変形開始応力（弾性限）力内圧発生によって接合部に負荷される最高応力以上であることを特徴とする請求の範囲 1 または 2 に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。

4 . 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器のレール本体に、燃料を噴射ノズルへ等圧で分配する燃料分配配管を取り付ける配管取付用ホルダーを液相拡散接合等で接合する自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法であって、

前記ホルダーは、外形形状が、配管側の円筒部とレール本体側端部の部分円錐状の裾部からなり、該ホルダーの裾部が、ホルダーの接合面側の端部外周のホルダー軸方向長さ 2 m m以上の範囲にわたり、ホルダー円筒部側面から 1 0 ° 以上の角度で接合面端部に向かつて広がる形状となるように加工し、

前記ホルダ一と前記レール本体を液相拡散接合等で接合し、さらに、所定の熱処理を施し、その後、

ホルダ一円筒部外径と同一の内径、あるいは、さらに 0 . 5 m m 以内のクリアランスを加えた内径を有し、かつ、 0 . 5 m m以上の厚さを有する金属製リングを、冷間にて、接合面に、恒久的に圧縮応力が負荷されるように、前記ホルダー裾部と前記溝外周壁の間隙に塑性変形させて圧入する

5. 前記金属製リングの高さを、前記ガイド溝の深さと同一か、あるいは、それ以上の高さとすることを特徴とする請求の範囲 4に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。

6. 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器のレール本体に、燃料を噴射ノズルへ等圧で分配する燃料分配配管を取り付ける配管取付用ホルダーを液相拡散接合等で接合した自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器であって、

該ガイド溝は、ホルダー接合部内周と嵌合可能な径の溝内周壁と、ホルダ一との接合面となる溝底面と、溝底面から 3 mm以上の深さで、ホルダー外径に片側 1. 5 m m以内のクリアランスを加えた径を有する溝外周壁とからなり、さらに、

ことを特徴とする自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。

7. 前記ホルダーおよびレール本体は、引張強度が、室温で 8 0 O M P a以上、 1 5 0 0 M P a以下、さらには、 1 0 0 0 以上の温度で、 2 0 0 M P a以下の鋼材からなり、燃料噴射システムに内圧が付加されたときに生じる、ホルダー引き抜き時の塑性変形開始応力（弾性限）力、 1 0 0 °Cまでの範囲で 2 0 0 M P a以上であることを特徴とする請求の範囲 6に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。

8. 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器のレール本体に、燃料を噴射ノズルへ等圧で分配する燃料分配配管を取り付ける配管取付用ホルダーを液相拡散接合等で接合する自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法であって、

前記レール本体には、ホルダー接合位置にホルダー接合位置決定用ガイド溝を、ホルダー接合部内周と嵌合可能な径の溝内周壁と、ホルダーとの接合面となる溝底面と、溝底面から 3 mm以上の深さで、ホルダー外径に片側 1. 5 mm以内のクリアランスを加えた径を有する溝外周壁を加工し、さらに、

該溝外周壁には、溝底面から溝深さ方向長さ 2 mm以上の範囲で、かつ、全周に、外径が溝外周壁面から片側 1 mm以上大きい窪み部を加工し、その後、

前記レール本体に前記ホルダーを液相拡散接合等で接合する際の、 1 0 0 0 °C以上の高温に接合部が曝されている間に、前記ホルダ一全体に、 1 0 M P a以上の応力を、接合時に必要な応力付加時間に加えて 0. 1〜 6 0秒間、付加することで、ホルダ一の外周面の接合面側端部において、ホルダー軸方向長さ 2 mm以上の範囲で、かつ、. 全周に、外径がホルダー本体外周面から片側 1 mm以上大きい突出部を熱間塑性変形により形成して、該突出部を前記溝外周壁の窪み部と嵌合させ、これによるアンカ一効果で、ホルダーとレール本体の締結力を高める

9. 前記突出部を、予め、片側 l mm以上、機械加工、冷間プレスあるいは冷間鍛造、熱間鍛造あるいは熱間プレスと機械加工の組み合わせにより形成するとともに、該突出部のホルダー外周面に繋がる斜面のホルダ一外周面となす角度を 4 5 ° 以上とすることを特徴とする請求の範囲 8に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。

1 0. 前記ホルダーおよびレール本体は、引張強度が、室温で 8 O O M P a以上、 1 5 0 0 M P a以下、さらには、 1 0 0 0 °C以上の温度で、 2 0 0 M P a以下の鋼材からなり、燃料噴射システムに内圧が付加されたときに生じる、ホルダー引き抜き時の塑性変形開始応力（弾性限）が、 1 0 0 °Cまでの範囲で 2 0 0 M P a以上であることを特徴とする請求の範囲 8または 9 に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。

1 1. 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器のレール本体に、燃料を噴射ノズルへ等圧で分配する燃料分配配管を取り付ける配管取付用ホルダーを液相拡散接合等で接合した自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器であって、

前記ガイド溝は、ホルダーの接合部側内周と嵌合可能な径の内周壁と、ホルダ一との溶接接合面となる底面と、内ネジが加工された外阖壁とからなり、

前記ホルダーの小径円筒部およびショルダー部に周回自在に外嵌する内面形状を有するとともに、前記レール本体のガイド溝の内ネジに螺嵌する外ネジ部を有し、かつ、ホルダー軸方向寸法がホルダ一寸法を超えない補強ネジ部材が、前記ホルダーに外嵌されて、該補強ネジ部材の締め付けにより、レール本体の前記ガイド溝底面の前記ホルダ一との接合面に、圧縮応力が付与されていることを特徴とする自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。

1 2 . 前記ショルダー部が、ホルダーの外周壁平行部と 3 0〜 9 0 ° のテーパーを有することを特徴とする請求の範囲 1 1 に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。

1 3 . 前記補強ネジ部材の降伏耐力が 4 0 0 M P a以上であることを特徴とする請求の範囲 1 1 または 1 2 に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。

1 4 . 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器のレール本体に、燃料を噴射ノズルへ等圧で分配する燃料分配配管を取り付ける配管取付用ホルダーを、液相拡散接合等で接合する自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法であって、

前記ホルダーの小径円筒部およびショルダー部に周回自在に外嵌する内面形状を有するとともに、前記レール本体ガイド溝の内ネジに螺嵌する外ネジ部を有し、ホルダー軸方向寸法がホルダー寸法を超えない補強ネジ部材を、前記ホルダーに外嵌するとともにレール本体ガイド溝の内ネジに螺嵌し、さらに締め付けて、前記レール本体のガイド溝底面の前記ホルダーとの溶接接合面に圧縮応力を発生させる

1 5 . 前記補強ネジ部材の締め付けトルクを、レール本体に内圧が印加された場合に生ずる接合面への最高負荷応力と燃料分配配管をメタル夕ツチシールで連結する際の締結力の和以上とすることを特徴とする請求の範囲 1 4に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。

1 6 . 前記ホルダーと前記レール本体を接合した後、接合部を調質する熱処理を行い、その後、前記補強ネジ部材の締め付けを行うことを特徴とする請求の範囲 1 4または 1 5 に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。