WO2017168975A1 - 流量制御装置 - 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燃料噴射装置を提供する。 燃料境界を２部品以上で構成し、２部品が内径と外径で圧入され、突き当て面で接触し、この突き当て面と並行に近い方向から突合せ溶接がなされる燃料噴射装置において、内径側で嵌合、圧入される部品の突き当て面の内径側角部が突き当て面に直行する方向に長い面取りを施し突き当て長さより溶接結合長を大きくし、溶接結合長は溶接深さ未満とし、溶接溶かし込み深さは材料厚さ以上とし、溶接の中心は接合面よりも外径が大きい母材側にある。

Description

流量制御装置

　本発明は、流量制御装置に関する。

　従来技術の一例として、電磁式燃料噴射弁装置において、可動弁を素材組成の異なる電磁コアおよび可動ニードル部で形成し、該両部材を溶接接合してなる前記可動弁は電磁コア端面部と可動ニードル部とが突き合わせ溶接され、可動ニードル部に鍔部を有し、該鍔部および電磁コア端面部の突き合わせ面を局所的に溶融凝固させた溶接継手構造体からなり、かつ溶接溶込み深さを前記突き合わせ面の長さより大きな溶融部としてあるものが開示されている。（例えば、特許文献１の図２参照）
　可動ニードル部と電磁コアを少なくとも一部突き合わせ、突き合わせ部にＹＡＧレーザ光を照射して突き合わせ面より長い距離を溶接することにより、耐久性の優れた燃料噴射弁を量産可能にして提供できる。

特開平１１－１９３７６２号公報

　特許文献１に記載の実施形態の燃料噴射弁において、突き合わせ溶接部の突き合わせ面長さより溶接溶け込み深さを大きくすることが述べられているが、突き合せ部の隅部、角部の形状と溶融、再凝固後の金属の形状に関する工夫は述べられていない。

　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燃料噴射弁においても常用の最高燃圧が３５ＭＰ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。

　すると燃料圧力によって溶接部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。

　本発明の目的は、高い燃料圧力に耐えられる溶接部強度を確保することができる燃料噴射装置の製造コストを下げ、安価に提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明は第１部品と、前記第１部品の一面に対向する対向面を有する第２部品と、を備えた流量制御装置において、前記第１部品の前記一面と前記第２部品の前記対向面との間において互いに接触する突き当て面と、前記第１部品と前記第２部品との前記突き当て面において、前記突き当て面と沿うように形成された溶接部と、を備え、前記溶接部と前記第１部品と前記第２部品とで空隙を形成し、かつ、前記溶接部の溶接方向先端部は突き当て面の溶接方向先端部に対して、溶接方向側に位置す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溶接強度を、必要最小限の溶接で確保し、安価な燃料噴射装置を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態による燃料噴射装置と燃料配管の一部の断面図である。 本発明の実施形態による燃料噴射装置と燃料配管の一部の別の断面図である。 燃料噴射弁内部の燃料圧力と燃料噴射弁軸方向に印加される荷重の関係を示したグラフである。 比較例による燃料噴射装置の全体断面図である。 比較例による燃料噴射装置の溶接部の拡大断面図である。 本発明の実施例による燃料噴射装置の構成部品の断面図である。 本発明の実施例による燃料噴射装置の溶接部の拡大断面図である。 本発明の実施例による燃料噴射装置の溶接部の拡大断面図である。 比較例による燃料噴射装置の溶接部の拡大断面図である。 本発明の実施例による燃料噴射装置の溶接部の拡大断面図である。 本発明の実施例による燃料噴射装置の溶接部の拡大断面図である。 比較例による燃料噴射装置の溶接部の拡大断面図である。 比較例による燃料噴射装置の溶接部の拡大断面図である。

　以下、図面を用いて本発明を実施するための具体的な形態について説明する。

　以下、図面を用いて、本発明の流量制御装置の実施例について、特にその構成及び作用効果について説明する。本実施例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、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば高圧の燃料圧力によって溶接部に大きな応力が発生することで、溶接部の強度がもたなくなる虞がある高圧燃料ポンプにおいて、溶接部で接合される二部品に対しても適用が可能である。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。各実施例において同一の構成要素には同一の符号が与えられており、重複する説明は省略している。

　最初に、図１Ａ及び図１Ｂを用いて、本実施例による燃料噴射弁の構成の概要を説明する。図１Ａ、図１Ｂは本実施例による燃料噴射弁の縦断面図である。

　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（不図示）が備えられている。

　図１Ａに示すように、燃料噴射弁では、例えば、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１１４Ａ（弁体）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（固定子）の端面と可動子１０２の端面との間に隙間が設けられている。この隙間を含む磁気通路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（固定子）は、図１Ａに示すように、可動子１０２に対向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（弁座）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（弁体）を駆動させる。

　噴射される燃料量は、主に燃料の圧力と燃料噴射弁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弾性部材の力と、針弁１１４Ａと固定コア１０７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を閉じる。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。

　燃料圧力を増加させると燃料配管２１１、燃料噴射弁の燃料通路面積に比例して軸方向に印加される荷重も増加する。よって高い燃料圧力に耐えられる燃料噴射弁とするには、燃料配管２１１との接続部の燃料通路径を小さくして軸方向の荷重を低減する必要がある。

　同様に燃料圧力を増加させる場合、燃料噴射弁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軸方向に印加される荷重を減らすには、燃料配管２１１との接続部の燃料通路径を小さくして軸方向の荷重を低減しつつ、燃料噴射弁内部に針弁１１４Ａやスプリング１１０、調整子５４を納められる内径を確保する必要があるため、肉厚を大きくすることは難しい。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。

　燃料噴射弁の固定コア１０７は電磁ソレノイドの一部を構成しているため、磁気特性に優れた材料が使用される。磁気特性に優れた材料は一般に降伏応力、引っ張り強さが小さいため、前述のように肉厚が小さく、高い剛性が要求される燃料配管２１１との接続部に使用するのは不向きである。
よって高燃圧に対応する燃料噴射弁では、固定コア１０７とアダプタ１４０の２部品に分割され、アダプタ１４０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を使用し、固定コア１０７には磁気特性の優れた材料を使用し、２部品を径方向で圧入させた後、４０３ａで全周溶接して固定される場合がある。

　したがって、燃料圧力の増加に対して、燃料配管２１１との燃料通路径を小さくして軸方向の荷重を低減しながら、固定コア１０７の磁気特性を悪化させることのない燃料噴射弁を、コスト上昇を抑えて製作することができる。

　　同様の理由で固定コア１０７とノズルホルダ２３の２部品に分割され、ノズルホルダ２３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を使用し、固定コア１０７には磁気特性の優れた材料を使用し、２部品を径方向で圧入させた後、４０３ｂで全周溶接して固定される場合がある。

　図１Ａの上部には燃料圧力によって燃料噴射弁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と燃料噴射弁内部は高圧の燃料で満たされている。燃料配管内径φＲによって燃料配管断面積が決まり、燃料配管断面積と燃料圧力の積を燃圧荷重と定義する。

　燃料配管２１１は図示していないエンジンに固定されているため、燃料噴射弁は矢印２１４の方向に燃圧荷重を受ける。燃料噴射弁は例えばハウジング１０３のテーパ面２１５で図示していないエンジンと接触しているため、燃料噴射弁を構成するアダプタ１４０、固定コア１０７、噴孔カップ支持体１０１、ハウジング１０３を介して前述の燃圧荷重が伝達する。

　図１Ｂに示す燃料噴射弁では、プレート２５１を介して燃料配管２１１に吊り下げられ、位置決めされている。　
　図２は燃料噴射弁内部に印加される燃料圧力に対する燃料噴射装置軸方向の荷重を算出したグラフである。従来、最高燃料圧力は例えば２０ＭＰａで使用されており、その際の燃圧によって燃料噴射弁の軸方向に印加される荷重は例えば１８００Ｎである。燃料圧力を３５ＭＰａにすると燃圧荷重はおよそ１．５倍の３２００Ｎとなる。また燃料圧力が３５ＭＰａのシステムでは安全の余裕度を考慮して、例えば燃料圧力５５ＭＰａまで構造強度を保つ必要があり、その場合の軸方向荷重はおおよそ７７００Ｎにも達する。前述の通り、燃料噴射弁を構成する部品には、燃圧による軸方向荷重が伝達するため、燃圧の増加に伴い各部品に発生する応力は増加する。燃料噴射弁を構成する部品の形状、材料、溶接形状を従来から変更しない場合、強度の余裕度が減少する。一方で強度の大きい材料や複雑な溶接方法を使用することはコストの増加につながる。

　いずれの場合も、燃料噴射弁においては２部品を径方向で圧入させた後、全周溶接して固定される。その溶接固定部に加わる荷重は燃料圧力と共に増加するため、高い燃料圧力に耐えられる溶接強度を、必要最小限の溶接で確保し、安価な燃料噴射装置を提供する必要がある。

　　（構成の詳細）
　次に、図１Ａから図６Ｂを用いて、本発明の実施例による燃料噴射弁の構成を詳細に説明する。

　まず図１Ａを使用して燃料噴射弁の動作について説明する。　
　噴孔カップ支持体１０１は直径が小さい小径筒状部２２と直径が大きい大径筒状部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（燃料噴射孔形成部材）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。噴孔カップ支持体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を構成する針弁１１４Ａをガイドする針弁案内部１１３（針弁案内部材）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、図示されていないが案内部１２７は一部面取り部が設けられ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１１２が保持されている。

　頭部１１４Ｃの段付き部１２９の直径より貫通孔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。

　噴孔カップ支持体１０１の大径筒状部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。この溶接接合により噴孔カップ支持体１０１の大径筒状部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、アダプタ１４０（パイプ）の下面（下流側の面）と、固定コア１０７（固定子）の上面（上流側の面）とが直接、接触することで圧入により、アダプタ１４０と固定コア１０７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。

　噴孔カップ支持体１０１の大径筒状部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、貫通孔には噴孔カップ支持体１０１の大径筒状部２３が挿通されている。ハウジング１０３の外周壁の部分は噴孔カップ支持体１０１の大径筒状部２３の外周面に対面する外周ヨーク部を形成している。

　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、噴孔カップ支持体１０１の大径筒状部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（１０４、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、図示しないコントローラによって通電、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３Ａは比較例による燃料噴射弁の断面図を示している。固定コア４０７はノズルホルダ２３に圧入後、重ね溶接で接合されている。　
　図３Ｂは図３に記載の燃料噴射弁の重ね溶接部分の近傍４６０を拡大したものである。燃料圧力によってノズルホルダ２３は外径方向、燃料噴射弁軸方向下向きに荷重３０５を受けるが、固定コア４０７は軸方向に固定されているため、重ね溶接部３０１に対して主に作用する荷重は燃料圧力によってノズルホルダ２３が燃料噴射弁軸方向下向きになる。

　固定コア４０７とノズルホルダ２３の重ね溶接中の境界面を３０２とするとき、境界面３０２にはせん断荷重が生じる。せん断荷重により境界面３０２の上端３０３には高い応力が発生する。重ね溶接中の境界面を３０２の長さを大きくしても、ノズルホルダ２３に燃料噴射弁軸方向下向きの荷重が印加されると上端３０３に応力が集中するためである。

　燃料圧力が２０ＭＰａの場合、図２に示すとおり軸方向荷重は小さいため、境界面３０２の上端３０３に発生する応力は比較的小さく、十分な強度を確保することができる。

　一方、燃料圧力が従来より大きい、例えば３５ＭＰａで使用される際には、図２で示したように軸方向荷重は増加する。よって重ね溶接は荷重方向と母材境界が平行なためせん断力によって母材と溶接境界部に発生する応力も大きくなり、十分な強度を確保することができない可能性がある。

　図４Ａは本発明の実施例による燃料噴射弁を構成するアダプタ１４０と固定コア１０７のみの断面図である。アダプタ１４０はＯリング取付部２５０の厚さが小さいため、強度優先の材料を選定する。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。

　換言すれば、固定コア１０７（固定子）の飽和磁束密度は、固定コア１０７と別体の部材で構成され、かつ固定コア１０７に直接、圧入により固定されるアダプタ１４０（パイプ）の飽和磁束密度よりも大きい。これにより、例えば、固定コア１０７の磁気特性を確保しつつ、アダプタ１４０の製造コストを低減することができる。

　ここで、固定コア１０７（固定子）の引っ張り強さは、固定コア１０７に直接、圧入により固定されるアダプタ１４０（パイプ）の引っ張り強さよりも小さい。これにより、例えば、アダプタ１４０の強度を確保しつつ、固定コア１０７の形状が複雑になったとしてもその加工を容易に行うことが可能となる。

　突き合わせ部は部品Ａと部品Ｂから構成され、燃料噴射弁内部６０１に満たされている高圧燃料を保持する必要がある。　
　燃料噴射弁のアダプタ１４０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。溶接前にアダプタ１４０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アダプタ１４０の倒れを抑制できる。

　換言すれば、固定コア１０７（固定子）は上流側に取付部４０２（固定子側取付部）を有するとともに、アダプタ１４０（パイプ）は下流側に取付部４０１（パイプ側取付部）を有する。取付部４０２及び取付部４０１が径方向において直接、接触して圧入される。これにより、取付部４０２及び取付部４０１として容易に製造可能とし、また取付部４０２及び取付部４０１により圧入固定が可能となる。

　また、取付部４０１（パイプ側取付部）の下流側先端部４０１ａが取付部４０２（固定子側取付部）の上面（上流側の面）と接触して、この接触部において突き合わせ溶接がなされる。詳細には、取付部４０１（パイプ側取付部）が取付部４０２（固定子側取付部）よりも外周側に位置し、取付部４０１の下流側先端部４０１ａが軸方向に固定コア１０７に接触し、該接触部において突合せ溶接される。

　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。アダプタ１４０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。

　ここで、固定コア１０７（固定子）は、取付部４０２（固定子側取付部）よりも下流側に外周側に突出する突出部１０７ａ（つば部）が形成され、突出部１０７ａと固定コア１０７と一体の部材で形成される。また、固定コア１０７は冷間鍛造により形成される。これにより、突出部１０７ａがあったとしても材料の無駄を少なくして安く製造することが可能となる。

　なお、仮にもっと硬い部材で冷間鍛造が採用できないものを固定コア１０７に採用すると、突出部１０７ａ（つば部）を含めて機械加工で削り出す必要がある。これは部材の無駄が大きく、コストのデメリットが大きい。また突出部１０７ａを別体にして溶接することも考えられるが、これは位置決めの難しさ、また溶接による生産コストの増加につながる。

　ちなみに、突出部１０７ａ（つば部）により、突出部１０７ａとこれに対向するハウジング１０３の端部（上端）の間で磁路が良好に形成され、磁気回路１４０Ｍ（図１Ａ参照）を確実に構成することができる。

　図１Ｂに示すように燃料噴射弁が燃料配管２１１にプレート２５１を介して接続される場合、燃料噴射弁内部の燃料圧力による燃圧荷重によって、固定コア１０７はアダプタ１４０に対して下流側に引っ張られる。

　図４Ｂは燃料噴射弁のアダプタ１４０と固定コア１０７を突き合わせ溶接とした場合の突き合わせ溶接部の拡大断面図を示している。溶接により溶融した金属が再凝固した形状を４０３で表している。アダプタ１４０と固定コア１０７の突き合わせ面６０９は主な荷重方向５１０に対して直角となっている。よって荷重５１０を突き合わせ面６０９でほぼ均等に受けるため、発生する最大応力は図３Ｂの重ね溶接に比べて小さくなる。

　つまり、本実施例の燃料噴射弁は、アダプタ１４０の取付部４０１（第１部品）と、この第１部品の一面（下流面）に対向する対向面（上流面）を有する固定コア１０７の取付部４０２（第２部品）と、を備える。また、第１部品の一面（下流面）と前記第２部品の対向面（上流面）との間において互いに接触する突き当て面が形成され、この突き当て面において、突き当て面と沿うように突合せ溶接部４０３が形成される。さらに突合せ溶接部４０３と第１部品と第２部品とで空隙を形成し、かつ、突合せ溶接部４０３の溶接方向先端部は突き当て面の溶接方向先端部に対して、溶接方向側（図４Ｂにおいて右方向側）に位置するように形成する。

　なお、空隙の上側において、アダプタ１４０の取付部４０１（第１部品）と、固定コア１０７の取付部４０２（第２部品）とが径方向において圧入される圧入部が形成される。つまり、アダプタ１４０の取付部４０１（第１部品）と、固定コア１０７の取付部４０２（第２部品）とは、この圧入部に加え、上記した突合せ溶接部４０３により強固に固定する。そしてその際の溶接部が図３Ｂに示した方法によれば、応力が集中することで、固定強度が足らなくなる虞があったが、図４Ｂの方法により、固定強度を向上させることが可能である。

　これにより、突き合わせ溶接部４０３はその燃圧荷重にも耐えられる強度を有するように溶接される。突合せ溶接は従来の燃料噴射弁で実施されている重ね溶接に対し継ぎ手効率が高く、同じ溶け込み量に対して強度は向上する。

　図４Ｃは突き合わせ部と溶接による溶融、再凝固の形状を更に拡大して示している。二部品の突き合わせでは突き合わせ面６０９が密着するように部材Ｂの隅側を図示のように掘り込む、もしくは図示しないが部材Ａの角部に面取りを施すなどして隙間６０５を形成する。突き合わせ部を溶接する場合、前述の隙間６０５を溶融金属で全て埋めるために、６０６に示すような形状でレーザー溶接を施す。溶融金属で全て埋めるのは、二部品に図中矢印方向の荷重が印加された場合、隙間部の形状によっては応力が大きくなり、溶接部の強度を低下させる可能性があるからである。つまり、突合せ溶接でも突き当て隙間にはみ出た溶接部形状が応力集中を引きこす虞がある。

　これに対して、図４Ｃの突合せ溶接部６０６、６０７、６０８のように、溶接方向先端部がアダプタ１４０の取付部４０１（第１部品）と、固定コア１０７の取付部４０２（第２部品）との間で径方向において圧入される圧入部に対して、更に溶接方向側（図４Ｃにおいて右方向側）に位置するように形成する。そして、溶接部６０６、６０７、６０８は溶接前に第１部品４０１と第２部品４０２との間に形成されていた隙間を全て埋めるように形成される。これにより隙間部の形状により応力が大きくなり、溶接部の強度を低下させる虞を抑制することができる。

　なお、溶接の溶け込み深さ６１０は製造工程において、狙った目標に対してばらつきを有しており、６０６の溶け込み形状を目標として狙って溶接を行っても、実際には、それよりも小さな溶け込み形状６１１となり、溶接後に隙間が残る可能性がある。よって図４Ｃの隙間６０５を全て溶融金属で埋めるには溶接形状６０７を狙い、ばらつきが発生し溶け込み深さが小さくなっても溶け込み形状６０６となるようにする。

　一方で燃料噴射弁には同軸精度が要求されるため、溶接時の入熱量は出来るだけ小さくしたいという要望がある。図４Ｃに示した溶接形状の場合、６０７の溶け込み形状を狙う場合でも上記したばらつきの発生を考慮して、溶け込みが大き目の６０８とすることが考えられる。しかし、このように部品Ｂの厚み６１２の２／３以上を溶かし込むような場合、溶接時の変形量が大きく、燃料噴射弁の同軸精度が悪化する可能性がある。

　図４Ｄは同軸の悪化を抑制するために、突き合わせ溶接の溶け込み深さを６１４とした場合の溶接部形状ある。突き当て長さ以下の溶け込み深さとなる場合、荷重方向６００に対して溶接部形状の端部６１５が応力集中を引きこすことは明白である。よって突合せ溶接においても、突き合わせ長さに対し溶接溶け込み形状を短くした場合、高い燃料圧力によって生じる荷重に対して異十分な剛性、強度を確保することができない可能性がある。

　図５Ａは本発明の燃料噴射装置の実施例による燃料境界を構成する部品とその溶接形状である。高圧燃料と大気の境界を部品Ａ、Ｂの２部品以上で構成し、段付き部を設けた部品の小径側外径と、もう一方の部品の内径側で嵌合、圧入され、突き当て面で接触し位置決めされる。部品Ａが図４の溶接方向先端部がアダプタ１４０の取付部４０１（第１部品）に対応し、部品Ｂが固定コア１０７の取付部４０２（第２部品）に対応する。第１部品Ａと第２部品Ｂとの間の突き当て面と並行に近い方向から突合せ溶接がなされ、突合せ溶接部５０９が形成される。

　内径側で嵌合、又は圧入される第１部品Ａにおいて突き当て面の内径側角部が突き当て面に直行する方向に長い面取り５０１を設けられる。また、第１部品Ａと第２部品Ｂとの突き当て長さ５０２より溶接結合長５０３が大きくなるように突合せ溶接部５０９が形成される。つまり、突合せ溶接部５０９の溶接方向先端部は第１部品Ａと第２部品Ｂと突合せ溶接部５０９とで形成される空隙の溶接方向先端部に対して溶接方向側に位置（図５Ａの右側方向）する。

　また突合せ溶接部５０９の溶接溶け込み深さ５０５は、圧入深さ５０４以上とする。圧入深さとは突合せ溶接部５０９の圧入方向における長さのことである。溶接溶け込み中心５０６は突き当て面５０７よりも外径側で嵌合、圧入される部品側に位置させる。つまり、突合せ溶接部５０９の溶接方向（図５Ａの右側方向）と直交する方向（図５Ａの上下方向）における中心部５０６が突き当て面５０７よりも突き当て方向側（図５Ａの下側方向）に位置する。

　突合せ溶接部５０９は溶接により溶融、再凝固した形状を表している。溶融、再凝固した金属である突合せ溶接部５０９と第１部材Ａが交わる位置、すなわち突合せ溶接部５０９のうち、第１部材Ａと溶接で固定される部分の溶接結合長５０３の端部において、溶融、再凝固した突合せ溶接部５０９のうち、空隙を形成する部分に引かれる接線と、第１部品Ａのうち突合せ溶接部５０９とで空隙を形成する面５０１に引かれる接線とでなす角を５０８とする。なお、上記したように本実施例では、第１部品Ａのうち突合せ溶接部５０９とで空隙を形成する面５０１は面取りにより形成される。

　また、第１部品Ａと第２部品Ｂとは、対向面（突き当て面５０７）とほぼ直交する側面において圧入により固定され、第２部品Ｂと第１部品Ａとを固定する圧入面（圧入部）に対し圧入方向側（図５Ａの下方向側）に空隙が形成される。上記面取り部５０１は、図５Ａに示すように、第１部品Ａの圧入方向端部において、圧入方向（図５Ａの下方向）に向かうにつれて圧入面（圧入部）と離れる方向に形成される。また面取り部５０１は圧入方向における長さが、圧入方向と直交する方向（図５Ａの左右方向）における長さに対し長くなるように形成される。さらにこの空隙は突き当て方向（図５Ａの下方向側）における長さが、突き当て方向と直交する方向（図５Ａの左右方向）における長さに対し長くなるように形成されることが望ましい。

　図４Ｄに示した比較例に対して、荷重方向５１０に対して溶接部形状の端部のなす角５０８が大きいため、応力集中による応力の増加は低減され、溶接部の強度を保つことが可能である。なお、この角５０８は１８０度近傍であることが望ましく、４５度以上であれば、燃料噴射弁において所望の固定強度を保つことが可能である。

　図５Ｂを用いて面取り部５０１と、溶融、再凝固した突合せ溶接部５０９の形状の詳細について述べる。前述の通り、溶接結合長５０３の長さが等しい場合、突合せ溶接部５０９と面取り部５０１のなす角５０８は大きいほうが応力の集中を緩和できる。突合せ溶接部５０９の上面部５１２と突き当て面５０７のなす角５１３はレーザー溶接の特性上、最大でも並行になる程度である。よって突合せ溶接部５０９の上面部５１２と面取り５０１のなす角５０８を出来るだけ大きくするには第１部品Ａの面取り５０１のなす角５１１は小さい方が好ましい。ただしあまり小さくしすぎると部品Ａと部品Ｂの圧入距離を確保することができないため、例えば３０度程度（２０度≦角５１１≦４０度）とする。

　以上の通り、本実施例の燃料噴射装置は、高圧燃料と大気の境界を２部品以上で構成され、段付き部を設けた部品の小径側外径と、もう一方の部品の内径側で嵌合、圧入され、突き当て面で接触し位置決めされる。この突き当て面と並行に近い方向から突き合わせ溶接がなされる部位を含む。また内径側で嵌合、圧入される第１部品Ａは、突き当て面の内径側角部が突き当て面に直行する方向に長い面取りを有する。また溶接溶け込み深さは内径側で嵌合、圧入される第１部品Ａの圧入部の厚さ以上とし、溶接の圧入方向における中心が突き当て面よりも外径側で嵌合、圧入される第２部品Ｂの側に位置する。

　図６Ａ、Ｂを用いて本実施例が種々の場合において高い燃料圧力に耐えられる強度を確保できることを、反例を用いて説明する。図６Ａは溶接中心位置が狙いに対して図中の第１部品Ａの側にずれた場合を示す。溶接後の溶融、再凝固金属である突合せ溶接部５０９と第２部品Ｂの隅部にはわずかな隙間７０２が残る。この隙間形状は燃料圧力による軸方向荷重６００に対して、溶接部形状の端部のなす角７０１が小さいため応力が集中し応力を高めることとなり、溶接部の強度を低下させる。以上より溶接溶け込み中心５０６は突き当て面５０７よりも外径側で嵌合、圧入される部品側に位置させる必要がある。

　図６Ｂは溶け込み深さ５０５が圧入深さ５０４より浅い場合をに示す。このような溶接の形状の場合、溶融、再凝固後の金属５０９の一部７０４が局所的に膨らんで、第１部品Ａ、第２部品Ｂとの隙間７０５にはみ出す可能性がある。この隙間形状は燃料圧力による軸方向荷重６００に対して、溶接部形状の端部のなす角７０３が小さいため応力が集中し応力を高めることとなり、溶接部の強度を低下させる。以上より溶接溶け込み深さ５０５は圧入深さ５０４より深くする必要がある。

　溶接中心位置が狙いに対して第２部品Ｂの側にずれた場合は図５に示す通りである。荷重方向６００に対して溶接部形状の端部のなす角５０８が大きいため、応力集中による応力の増加は低減され、溶接部の強度を最小限に保つことができる。

　また図５に示す本発明の実施例の溶接形状であれば、第１部品Ａ、第２部品Ｂに複雑な形状を要求せず、部品の製造コストを上昇させないメリットがある。また溶け込み中心５０６位置や角度をレーザー溶接中に変更する必要がないため、溶接設備のコストを上昇させないメリットがある。また溶け込み中心５０６位置や角度をレーザー溶接中に変更しないので、溶接に必要な時間が増加することがなく、溶接設備のコスト上昇抑制できる。

　以上より図５に示す本発明の実施例によって、突合せ溶接部の溶け込み量を最小にし、かつ溶接に要する時間や設備費用を低減しつつも荷重に対して過渡な応力集中が発生することを抑制する突合せ溶接構造を実現できる。

　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例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るものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

２２…噴孔カップ支持体の小径筒状部
２３…噴孔カップ支持体の大径筒状部
３９…弁座シート部（シート部材のシート部）
４３Ａ…コネクタ
１０１…噴孔カップ支持体
１０２…可動子
１０３…ハウジング
１０４…コイルボビン
１０５…電磁コイル（ソレノイド）
１０７、４０７…固定コア（固定子）
１０７Ｄ…固定子貫通孔（燃料通路）
１０９…導体
１１０…スプリング
１１２…ゼロスプリング
１１３…針弁案内部（肩部）
１１４…可動子部
１１４Ａ…針弁
１１４Ｂ…弁体先端部
１１４Ｃ…針弁の頭部（スプリングガイド用突起）
１１５…案内部１１６…噴孔カップ
１１７…燃料噴射孔
１２１…樹脂成形体
１２６…燃料通路
１２７…案内部
１２８…貫通孔
１３６…隙間
１４０…アダプタ（パイプ）
２０１…弁体先端の被案内部
２０２…噴孔カップの案内部
２０３…弁体先端の弁体シート部
２１５…ハウジングのテーパ面
２５１…プレート
３０１…重ね溶接部
３０２…重ね溶接中の境界面
３０３…境界面３０２の上端
３０４…境界面３０２の下端
３０５、５１０…荷重方向
４０１…アダプタ１４０の取付部
４０２…固定コア１０７の取付部
４０３…突合せ溶接部
５０１…面取り
５０２…突き当て長さ
５０３…溶接結合長
５０４…圧入深さ
５０５…溶接溶け込み深さ
５０６…溶接溶け込み中心
５０７…突き当て面
５０８、７０１、７０３…なす角
５０９…溶融、再凝固金属（突合せ溶接部）
６０１…燃料噴射弁内部
６０５、７０２、７０５…隙間
６０６、６０７、６０８、６１１、６１３…溶接形状
６０９…突合せ面
６１０、６１４…溶け込み深さ
６１２…部品Ｂの厚み
６１５…溶接部形状の端部
７０４…溶融、再凝固後の金属の一部

Claims (10)

1. 　第１部品と、前記第１部品の一面に対向する対向面を有する第２部品と、を備えた流量制御装置において、
   　前記第１部品の前記一面と前記第２部品の前記対向面との間において互いに接触する突き当て面と、
   　前記第１部品と前記第２部品との前記突き当て面において、前記突き当て面と沿うように形成された溶接部と、を備え、
   　前記溶接部と前記第１部品と前記第２部品とで空隙を形成し、かつ、前記溶接部の溶接方向先端部は突き当て面の溶接方向先端部に対して、溶接方向側に位置す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、
   　前記溶接部の溶接方向先端部は前記空隙の溶接方向先端部に対して溶接方向側に位置す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、
   　前記溶接部の溶接方向と直交する方向における中心部が前記突き当て面よりも突き当て方向側に位置する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、
   　前記第２部品のうち、前記第１部品との前記対向面とほぼ直交する側面において、前記第１部品と前記第２部品とを固定する圧入部を有し、
   　前記第２部品と前記第１部品との圧入部に対し圧入方向側に前記空隙が形成され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、
   　前記第２部品のうち、前記第１部品との前記対向面とほぼ直交する側面において、前記第１部品と前記第２部品とを固定する圧入部を有し、
   　前記第１部品の圧入方向端部に圧入方向に向かうにつれて前記圧入部と離れる方向に形成される面取り部が形成されたことを特徴とする流量制御装置。
6. 　請求項１に記載の流量制御装置において、
   　前記第２部品のうち、前記第１部品との前記対向面とほぼ直交する側面において、前記第１部品と前記第２部品とを固定する圧入部を有し、
   　前記第１部品の圧入方向端部に圧入方向に向かうにつれて前記圧入部と離れる方向に形成される面取り部が形成され、
   　前記面取り部は圧入方向における長さが、前記圧入方向と直交する方向における長さに対し長くなるように形成されたことを特徴とする流量制御装置。
7. 　請求項１に記載の流量制御装置において、
   　前記空隙は突き当て方向における長さが、前記突き当て方向と直交する方向における長さに対し長くなるように形成されたことを特徴とする流量制御装置。
8. 　請求項１に記載の流量制御装置において、
   　前記溶接部のうち、前記空隙を形成する部分に引かれる接線と、前記第１部品のうち前記溶接部とで前記空隙を形成する面に引かれる接線とでなす角が４５度以上であることを特徴とする流量制御装置。
9. 　請求項１に記載の流量制御装置において、
   　前記第２部品のうち、前記第１部品との前記対向面とほぼ直交する側面において、前記第１部品と前記第２部品とを固定する圧入部を有し、
   　前記第１部品の圧入方向端部に圧入方向に向かうにつれて前記圧入部と離れる方向に形成される面取り部が形成され、前記圧入部と前記面取り部とで形成される角度が２０度以上、４０度以下となるように構成されたことを特徴とする流量制御装置。
10. 　請求項１に記載の流量制御装置において、
    　流路の開閉を行う弁体と、
    　前記第２部材は磁気吸引力を生じさせる磁気コアで、
    　前記第１部材が前記磁気コアが前記弁体の移動方向において突き合わせられて固定される固定部材であることを特徴とする流量制御装置。

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