WO2019012855A1

WO2019012855A1 - 燃料噴射弁及びその製造方法

Info

Publication number: WO2019012855A1
Application number: PCT/JP2018/021313
Authority: WO
Inventors: 良平松竹; 克哉大貫; 伸也中谷; 拓矢渡井
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2018-06-04
Publication date: 2019-01-17
Also published as: JP6749494B2; DE112018002615T5; JPWO2019012855A1

Abstract

本発明の目的は、噴霧の微粒化に適した噴射孔を有する燃料噴射弁を提供すること、また噴霧の微粒化に適した噴射孔を有する燃料噴射弁の製造方法を提供することにある。このため、本発明は、噴射孔３０１ｏを有する噴射孔形成部材３０１を先端側に備えた燃料噴射弁の製造方法であって、先端側の離れた位置から噴射孔形成部材３０１に向かってレーザ５００を照射して噴射孔３０１ｏの入口開口３０１ｏｉ側から出口開口３０１ｏｏ側に向かって断面積が小さくなるように噴射孔３０１ｏの第一内壁面部３０１ｏａを形成し、先端側の離れた位置から噴射孔形成部材３０１に向かってレーザを照射して第一内壁面部３０１ｏａに対して出口開口側に位置し第一内壁面部３０１ｏａの表面粗さに対して大きな表面粗さを有する、噴射孔３０１の第二内壁面部３０１ｏｂを形成する。

Description

燃料噴射弁及びその製造方法

　本発明は、内燃機関に用いられ、燃料を噴射する燃料噴射弁及びその製造方法に関する。

　本技術分野の背景技術として、特開２０１６―２００１３４号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、燃料が噴射される噴孔を形成するボディ部を備える燃料噴射装置であって、ボディ部は、噴孔の燃料の流入口に接続し燃料の流路である入口側流路を形成する入口側流路形成部、および、入口側流路と噴孔の燃料の流出口とに接続し、燃料の流路である出口側流路を形成する出口側流路形成部を有し、出口側流路形成部の表面粗さが、入口側流路形成部の表面粗さに比べて大きくなるように形成された燃料噴射装置が記載されている（要約参照）。

　さらに特許文献１には、出口側流路形成部の表面粗さが、入口側流路形成部の表面粗さよりも大きい態様として、例えば出口側流路形成部に複数の凸部（段落００６４及び図８等参照）または溝（段落００５１及び図４等参照）を設けることが記載されている。特許文献１には、凸部の効果として、段落００６９に次のような効果が記載されている。燃料の流速は、表面粗さが比較的小さな入口側流路形成部を通る際に維持されやすい。そして、燃料は、表面粗さが比較的大きい出口側流路形成部を通過する際に、流れが乱されやすくなる。そして、流れが乱された燃料は流出口から噴射される際に、様々な方向に拡散されることで微粒化される。

　また、特許文献１には、噴孔は、ボディ部の外側からレーザ照射を行うことで形成されることが記載されている（段落００１８参照）。

　レーザ照射を行う噴孔の製造方法の背景技術として、特開平０９―２３６０６６号公報（特許文献２）がある。特許文献２では、仕上げ工程の取りしろ除去にレーザビームを照射して行うが、この場合、レーザ照射は、安定性を保つために、電力容量及び焦点を一定にして行われる。この焦点は、取りしろの始端位置、すなわち噴孔の入口側部に合わせられる（段落００２９参照）。

　特許文献２では、レーザ照射の課題として、噴孔仕上げ前の下孔の中心軸に対してレーザビームを平行にして、ノズル本体を回転させつつレーザ照射を行い〔レーザの焦点は、孔の入口側（始端位置）ａに合わせられる〕、このレーザビームの熱エネルギによって取りしろを溶解、除去する方法が記載されている（段落００１２参照）。そして、噴孔の入口側に対して出口側の仕上げ孔径が小さくなることが課題として挙げられている。

　特許文献２には、この課題を解決する方法として、下孔の中心軸に対してレーザビームを傾けて照射する方法が開示されている（段落００３０参照）。この場合のレーザビームの傾きは、レーザビームの照射方向の延長線が取りしろ領域より外側に次第にそれる方向に設定される。このレーザビームの照射方法により、入口部から出口部に至るまで孔径が均一な円筒状の噴孔が得られる（段落００３３参照）。

特開２０１６―２００１３４号公報特開平０９―２３６０６６号公報

　燃料噴射弁の噴霧の微粒化は、燃料噴射弁へ燃料を供給する燃料ポンプの供給圧力、又は噴射孔の入口側流路形成部から出口側流路形成部に向かう経路形状で決定される流体の擾乱が支配的であり、噴射孔の出口側流路形成部の凹凸だけではその効果は限定的である。

　特許文献１の燃料噴射装置（以下、燃料噴射弁という）のように、出口側流路形成部の開口径と入口側流路形成部の開口径が同じ噴射孔や、出口側流路形成部の開口径が入口側流路形成部の開口径より大きい噴射孔では、燃料は噴射孔内で拡散し始めてしまう。このため燃料は、凸部または溝への接触が少ないまま、燃焼機関筒内へと噴出されてしまい、燃料が凹凸に接触することによる噴霧の微粒化の効果は小さい。燃料の凹凸への接触を増やし、噴霧を微粒化することが必要である。

　特許文献２では、噴射孔を加工する場合、焦点位置をレーザ入射側の上面（出口側流路形成部側）で固定するため、上面側はエネルギ密度が高いが下面側（入口側流路形成部側）に向かうに連れて徐々にエネルギ密度が小さなり、加工に必要なエネルギを得にくくなる。そのため、下面側では材料の除去に時間が掛かり、加工が遅くなってしまう。

　本発明の目的は、噴霧の微粒化に適した噴射孔を有する燃料噴射弁を提供すること、また噴霧の微粒化に適した噴射孔を有する燃料噴射弁の製造方法を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁の製造方法は、
　噴射孔を有する噴射孔形成部材を先端側に備えた燃料噴射弁の製造方法であって、
　先端側の離れた位置から前記噴射孔形成部材に向かってレーザを照射して前記噴射孔の入口開口側から出口開口側に向かって断面積が小さくなるように前記噴射孔の第一内壁面部を形成する第一内壁面部形成工程と、
　先端側の離れた位置から前記噴射孔形成部材に向かってレーザを照射して前記第一内壁面部に対して前記出口開口側に位置し前記第一内壁面部の表面粗さに対して大きな表面粗さを有する、前記噴射孔の第二内壁面部を形成する第二内壁面部形成工程と、を有する。
また、上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、
　複数の噴射孔を有する噴射孔形成部材を先端側に備えた燃料噴射弁において、
　前記噴射孔は、入口開口側から出口開口側に向かって断面積が小さくなるように形成された第一内壁面部と、前記第一内壁面部に対して前記出口開口側に形成され前記第一内壁面部の表面粗さに対して大きな表面粗さを有する第二内壁面部と、を有する。

　本発明によれば、噴霧の微粒化に適した噴射孔を有する燃料噴射弁を提供することができる。また、噴霧の微粒化に適した噴射孔を有する燃料噴射弁の製造方法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。

本発明の一実施例に係る電磁式燃料噴射弁１００の構造を示す断面図であり、中心軸線１００ａに平行な切断面を示す断面図である。図１の噴射孔形成部材３０１の近傍を拡大して示す拡大断面図である。噴射孔形成部材３０１の外観（先端面）を示す平面図である。図２の噴射孔３０１ｏの近傍（図３のＹ－Ｙ断面）を拡大して示す拡大断面図である。噴射孔３０１ｏの出口開口縁にＲ部を設けた例を示す図であり、図２の噴射孔３０１ｏの近傍（図３のＹ－Ｙ断面）を拡大して示す拡大断面図である。噴射孔３０１ｏの加工においてレーザ焦点位置をレーザ入射側の上面（第二レーザ照射面側）で固定した場合のレーザ照射状態を示す模式図である。本発明の一実施例に係る噴射孔３０１ｏの加工方法（レーザ照射状態）を示す模式図である。第二レーザ照射面３０１ｏｂの形成過程とレーザエネルギの消費位置を説明する図である。

　以下、本発明に係る実施例について説明する。

　以下の説明で用いる上下関係は図１又は図２における上下関係に基づいて定義し、この上下関係は電磁式燃料噴射弁１００の実装状態における上下関係を限定するものではない。また、電磁式燃料噴射弁１００の上端部を基端部と呼び、電磁式燃料噴射弁１００の下端部を先端部と呼んで説明する場合がある。従って、電磁式燃料噴射弁１００上の任意の位置を基準として基端側という場合には、その任意の位置に対して電磁式燃料噴射弁１００の基端部の側を、電磁式燃料噴射弁１００上の任意の位置を基準として先端側という場合には、その任意の位置に対して電磁式燃料噴射弁１００の先端部の側を、それぞれ意味する。なお図１において、Ａ側は基端側であり、燃料の流れる方向において上流側であり、開閉弁方向における開弁方向である。また、Ｂ側は先端側であり、燃料の流れる方向において下流側であり、開閉弁方向における閉弁方向である。

　図１及び図２を用いて、電磁式燃料噴射弁１００の構成について説明する。図１は、本発明の一実施例に係る電磁式燃料噴射弁１００の構造を示す断面図であり、中心軸線１００ａに平行な切断面を示す断面図である。図２は、図１の噴射孔形成部材３０１の近傍を拡大して示す拡大断面図である。

　電磁式燃料噴射弁１００は、燃料を供給する燃料供給部２００と、燃料の流通を許したり遮断したりする弁部３００ａが先端部に設けられたノズル部３００と、弁部３００ａを駆動する電磁駆動部４００と、で構成される。本実施例では、ガソリンを燃料とする内燃機関用の電磁式燃料噴射弁を例にとり、説明する。本発明は、例えば圧電素子で駆動される燃料噴射弁、或いはディーゼルエンジンに用いられるような燃料噴射弁にも適用可能である。

　本実施例の電磁式燃料噴射弁１００では、図面の上端側に燃料供給部２００が、下端側にノズル部３００が構成され、燃料供給部２００とノズル部３００との間に電磁駆動部４００が構成されている。すなわち、中心軸線１００ａ方向に沿って、燃料供給部２００、電磁駆動部４００及びノズル部３００が上端側から下端側に向かってこの順に配置されている。燃料はＡ側の燃料供給部２００から供給され、Ｂ側のノズル部３００から噴射される。Ａ側を上流側、Ｂ側を下流側と呼ぶ。

　燃料供給部２００は、ノズル部３００に対して反対側の端部が図示しない燃料配管に連結される。ノズル部３００は、燃料供給部２００に対して反対側の端部が、図示しない吸気管或いは内燃機関の燃焼室形成部材（シリンダブロック、シリンダヘッド等）に形成された取付穴に挿入される。電磁式燃料噴射弁１００は燃料供給部２００を通じて燃料配管から燃料の供給を受け、ノズル部３００の先端部から吸気管或いは燃焼室内に燃料を噴射する。電磁式燃料噴射弁１００の内部には、燃料供給部２００の前記端部からノズル部３００の先端部まで、燃料がほぼ電磁式燃料噴射弁１００の中心軸線１００ａ方向に沿って流れるように、燃料通路１０１（１０１ａ～１０１ｈ）が構成されている。

　以下、燃料供給部２００、電磁駆動部４００及びノズル部３００の構成について、詳細に説明する。

　燃料供給部２００は、後述する電磁駆動部４００を構成する固定鉄心４０１の一端部から延設された燃料パイプ２０１によって構成される。すなわち本実施例では、固定鉄心４０１と燃料パイプ２０１とが一つの部材で一体的に成形されている。

　燃料パイプ２０１の上端部には燃料通路１０１ａに連通する燃料供給口２０１ａが開口している。燃料供給口２０１ａに対して下方の外周面には拡径して段部を構成する拡径部２０１ｂが設けられている。この拡径部２０１ｂと燃料供給口２０１ａとの間にＯリング２０２が取り付けられている。さらに、Ｏリング２０２と拡径部２０１ｂとの間には、バックアップリング２０３が設けられている。

　Ｏリング２０２は、燃料供給口２０１ａが燃料配管に取り付けられた際に、燃料漏れを防止するシールとして機能する。また、バックアップリング２０３はＯリング２０２をバックアップするためのものである。バックアップリング２０３は複数のリング状部材が積層されて構成される場合もある。燃料供給口２０１ａの内側には燃料に混入した異物を濾しとるフィルタ２０４が配設されている。

　ノズル部３００は、その先端部（下端部）に弁部３００ａを備え、弁部３００ａから上流側に向かって燃料通路１０１ｆを構成する、中空の筒状体（ノズル体）３００ｂを備えている。尚、ノズル体３００ｂの先端部外周面にはチップシール１０３が設けられている。

　弁部３００ａは、例えばマルテンサイト系ステンレス等の金属により形成されている噴射孔形成部材３０１と、ガイド部材３０２と、プランジャロッド１０２の一端部（先端側）に設けられた弁体３０３とを備えている。

　噴射孔形成部材３０１の内側には上端面３０１ａから下方に向けて凹形状部３０１ｐが形成されている。凹形状部３０１ｐには、中心軸線１００ａに平行な円筒形状を成す内周面３０１ｃが上端面３０１ａから凹形状部３０１ｐの奥側（下方）に向かって形成されている。内周面３０１ｃの下端には段部３０１ｄが形成され、段部３０１ｄの内周から凹形状部３０１ｐの奥側に向けて内周壁面３０１ｅが形成されている。

　段部３０１ｄには、ガイド部材３０２が載置される。内周壁面３０１ｅは奥側に向かって縮径するように形成され、燃料室３０１ｆを形成している。内周壁面３０１ｅの下端には円錐形状（円錐台形状）の弁座構成面３０１ｇが形成され、弁座構成面３０１ｇを形成する円錐形状の頂点部には、弁体３０３との干渉を避ける逃げ部３０１ｈが設けられている。

　円錐形状の弁座構成面３０１ｇには弁体３０３と接触する弁座（シート部）３０１ｂが環状に設けられている。弁座構成面３０１ｇと弁体３０３との接触幅は非常に狭く、線接触に近い。このため、弁座構成面３０１ｇと弁体３０３との接触幅に相当する環状部分を弁座３０１ｂと呼び、弁座３０１ｂと弁座構成面３０１ｇとを区別している。しかし、弁座３０１ｂは弁座構成面３０１ｇの上端と下端との間に構成されており、弁座構成面３０１ｇを弁座３０１ｂと呼ぶ場合もある。

　噴射孔形成部材３０１の外側には、上端面３０１ａから下方に向けて中心軸線１００ａに平行な外周面３０１ｉが円筒形状に形成されている。外周面３０１ｉの下端は端面（下端面）３０１ｊに接続されている。端面３０１ｊには、その中心部に、端面３０１ｊから下方に突出する曲面部（或いは球面部）３０１ｋが形成されている。

　上述した構成により、噴射孔形成部材３０１は、内周面３０１ｃと外周面３０１ｉとによって構成される筒状部３０１ｌと、内周壁面３０１ｅと弁座構成面３０１ｇと逃げ部３０１ｈと曲面部（或いは球面部）３０１ｋを含む端面３０１ｊとによって構成される底部３０１ｍとを有しており、有底筒状に形成されている。

　噴射孔形成部材３０１の底部３０１ｍには、底部３０１ｍを貫通するように、噴射孔３０１ｏが形成されている。噴射孔３０１ｏは、その出口が噴射孔形成部材３０１の底部３０１ｍの外側面（下面）に開口し、その入口が噴射孔形成部材３０１の裏面側（弁座構成面３０１ｇ側に構成される内側面）に開口している。曲面部（或いは球面部）３０１ｋには噴射孔３０１ｏが複数設けられている。

　噴射孔形成部材３０１は後述する加工工程により製作され、ノズル体３００ｂの先端部に形成された凹部内周面３００ｂａに挿入されて固定されている。このとき、噴射孔形成部材３０１の先端面の外周とノズル体３００ｂの先端面内周とが溶接され、燃料をシールしている。

　ガイド部材３０２は噴射孔形成部材３０１の内側に配置されている。ガイド部材３０２の中心部には、上端面から下端面に貫通する貫通孔３０２ａが形成されている。貫通孔３０２ａはプランジャロッド１０２の先端側（下端側）のガイド面を構成し、中心軸線１００ａに沿う方向（開閉弁方向）におけるプランジャロッド１０２の移動を案内する。ガイド部材３０２の外周面には燃料通路１０１ｇが形成され、ガイド部材３０２の下端面には燃料通路１０１ｈが形成されている。

　弁体３０３は閉弁時に弁部３０１ａが弁座３０１ｂと接触し、弁座３０１ｂと協働して燃料をシールする。弁部３００ａは、燃料を噴射する主要部であり、燃料噴霧を形成する噴霧形成部を構成する。

　電磁駆動部４００は、固定鉄心４０１と、コイル４０２と、外周ヨーク４０３と、可動鉄心４０４と、第１ばね部材（コイルばね）４０５と、ばね力調整部材４０６と、第２ばね部材（スプリング）４０７と、ばね座部材４０８とで構成されている。

　固定鉄心４０１は、燃料パイプ２０１に対して反対側の端部（下端部）に形成された下端面４０１ａと、中心部に燃料通路１０１ｃを構成する貫通孔４０１ｂと、燃料パイプ２０１が延設される側の端部に径方向に張り出して形成されたフランジ部４０１ｃとを有する。固定鉄心４０１の外周面４０１ｄはノズル体３００ｂに形成された拡径部３００ｂａの内周面に嵌合されている。固定鉄心４０１及びノズル体拡径部３００ｂａの外周側にはコイル４０２が巻回されている。

　外周ヨーク４０３はコイル４０２の外周側を囲むように設けられ、電磁式燃料噴射弁１００のハウジング部材を兼ねている。外周ヨーク４０３の上端側内周面４０３ａが固定鉄心４０１のフランジ部４０１ｃの外周面に接続されて固定されている。また、外周ヨーク４０３の下端側内周面４０３ｂは、ノズル体拡径部３００ｂａの外周面に接続されて固定されている。

　固定鉄心４０１の下端部側には、可動鉄心４０４が配置されている。可動鉄心４０４の端面（上端面）４０４ａは固定鉄心４０１の端面（下端面）４０１ａと対向している。また、可動鉄心４０４の外周面はノズル体拡径部３００ｂａの内周面と僅かな隙間を介して対向しており、可動鉄心４０４はノズル体拡径部３００ｂａの内側で中心軸線１００ａに沿う方向に移動可能に設けられている。

　可動鉄心４０４の中央部には、上端面４０４ａ側から下端面４０４ｂ側に窪んだ凹部４０４ｃが形成されている。凹部４０４ｃの底面に中心軸線１００ａに沿う方向に下端面４０４ｂまで貫通する貫通孔４０４ｄが形成されている。貫通孔４０４ｄを挿通するようにプランジャロッド１０２が設けられている。可動鉄心４０４とプランジャロッド１０２とは、中心軸線１００ａに沿う方向に、相対変位可能に構成されている。可動鉄心４０４の貫通孔４０４ｄの周囲には、凹部４０４ｃの底面に開口し、下端面４０４ｂに貫通する貫通孔により形成された燃料通路１０１ｄが設けられている。

　プランジャロッド１０２は第１ばね４０５により閉弁方向（下方向）に付勢され、下端部に構成された弁体３０３が弁座３０１ｂに接触している。このために、第１ばね４０５の上端部はばね力調整部材４０６の下端面に当接し、第１ばね４０５の下端部はプランジャロッド１０２の上端部に形成された拡径部１０２ａの上端面に当接している。可動鉄心４０４は第２ばね部材４０７により開弁方向（上方向）に付勢され、凹部４０４ｃの底面がプランジャロッド１０２の拡径部１０２ａの下端面と接触している。このために、第２ばね部材４０７の上端部は可動鉄心４０４の下端面４０４ｂに当接し、第２ばね部材４０７の下端部はばね座部材４０８のばね座面４０８ａに当接している。

　第１ばね４０５の付勢力は第２ばね４０７の付勢力よりも大きく設定されている。このため、弁体３０３は弁座３０１ｂに接触した状態を維持することができる。一方、可動鉄心４０４はプランジャロッド１０２の拡径部１０２ａによって、開弁方向への変位を規制されている。本実施例では、上述した構成により、第１ばね４０５の付勢力はプランジャロッド拡径部１０２ａを介して可動鉄心４０４に伝達され、可動鉄心４０４が受ける開弁方向の付勢力、即ち第２ばね４０７の付勢力及び固定鉄心４０１による磁気吸引力は、可動鉄心４０４を介してプランジャロッド１０２に伝達される。

　第１ばね４０５の付勢力を調整するために、燃料パイプ２０１の中空部２０１ｃ内に、ばね力調整部材４０６が設けられている。また、第１ばね４０５は下側部分が固定鉄心４０１の貫通孔４０１ｂ内に配置され、上側部分が燃料パイプ２０１の中空部２０１ｃ内に配置されている。第１ばね４０５とばね力調整部材４０６とは燃料通路１０１ａ、１０１ｃ内に配置され、ばね力調整部材４０６の中心部には燃料通路１０１ｂが構成されている。

　上述した固定鉄心４０１、コイル４０２及び外周ヨーク４０３は、可動鉄心４０４に対する磁気吸引力を発生する電磁石を構成する。

　上述したばね座部材４０８には、中心部に中心軸線１００ａに沿う方向に貫通する貫通孔４０８ｂが形成されている。貫通孔４０８ｂはプランジャロッド１０２の上端側のガイド面を構成し、中心軸線１００ａに沿う方向（開閉弁方向）におけるプランジャロッド１０２の移動を案内する。ばね座部材４０８には燃料通路１０１ｅが形成されている。

　コイル４０２はボビンに巻かれた状態で固定鉄心４０１及びノズル体拡径部３００ｂａの外周側に組み付けられ、その周囲には樹脂材がモールドされている。このモールドに使用される樹脂材により、コイル４０２から引き出されたターミナル１０４を有するコネクタ１０５が一体的に成形されている。

　次に、電磁式燃料噴射弁１００の動作について説明する。

　コイル４０２に通電されていない状態では、プランジャロッド１０２を閉弁方向に付勢する第１ばね部材４０５の付勢力により、弁体３０３が弁座３０１ｂに当接して閉弁している。この状態を閉弁静止状態という。このとき、可動鉄心４０４は第２ばね部材４０７によって開弁方向に付勢され、凹部４０４ｃの底面がプランジャロッド拡径部１０２ａと当接している。可動鉄心４０４は開弁方向への変位がプランジャロッド拡径部１０２ａによって規制され、上端面４０４ａと固定鉄心下端面４０１ａとの間には弁体３０３のストロークに対応するギャップが生じている。

　コイル４０２に通電されると、固定鉄心４０１、コイル４０２及び外周ヨーク４０３によって構成された電磁石により磁束が発生する。この磁束は、コイル４０２を囲むように構成された固定鉄心４０１（フランジ部４０１ｃを含む）、外周ヨーク４０３、ノズル体拡径部３００ｂａ及び可動鉄心４０４を環状に流れる。このとき、可動鉄心上端面４０４ａと固定鉄心下端面４０１ａとの間に磁気吸引力が作用し、可動鉄心４０４が固定鉄心４０１に向けて引き付けられる。プランジャロッド１０２は可動鉄心４０４によって引き上げられ、弁体３０３の弁部３０１ａが弁座３０１ｂから離れる。これにより、弁体３０３と弁座３０１ｂとの間の燃料通路が開く。

　可動鉄心上端面４０４ａが固定鉄心下端面４０１ａと当接すると、可動鉄心上端面４０４ａは固定鉄心下端面４０１ａに吸着された状態となって動きを止めるが、プランジャロッド１０２は開弁方向への移動を続ける。やがて、プランジャロッド１０２は第１ばね部材４０５の付勢力により開弁方向への移動を続けることができなくなり、第１ばね部材４０５により閉弁方向に押し戻される。閉弁方向に押し戻されたプランジャロッド１０２はプランジャロッド拡径部１０２ａの下端面が可動鉄心凹部４０４ｃの底面に当接して静止状態となる。この状態を開弁静止状態という。また、通電を開始して閉弁静止状態から開弁静止状態に至るまでの期間を開弁動作期間という。

　開弁静止状態でコイル４０２への通電を遮断すると、可動鉄心上端面４０４ａと固定鉄心下端面４０１ａとの間に磁気吸引力が小さくなり、この磁気吸引力と第２ばね部材４０７の付勢力との合力よりも第１ばね部材４０５の付勢力が大きくなると、プランジャロッド１０２及び可動鉄心４０４は閉弁方向に移動を始める。弁体３０３の弁部３０１ａが弁座３０１ｂに当接すると、プランジャロッド１０２は閉弁方向への移動を止める。この後も可動鉄心４０４は閉弁方向への移動を継続するが、やがて第２ばね部材４０７の付勢力により閉弁方向への移動を続けることができなくなる。さらに可動鉄心４０４は第２ばね部材４０７により開弁方向に押し戻され、可動鉄心凹部４０４ｃの底面がプランジャロッド拡径部１０２ａの下端面に当接して静止状態（閉弁静止状態）となる。この閉弁静止状態では、弁体３０３と弁座３０１ｂとの間の燃料通路が閉じられる。

　本実施例では、プランジャロッド１０２と可動鉄心４０４とが相対変位可能な電磁式燃料噴射弁について説明したが、プランジャロッド１０２と可動鉄心４０４とが固定された構造であってもよい。或いは、プランジャロッド１０２と可動鉄心４０４とが他の相対変位可能な構造であってもよい。また、固定鉄心４０１、コイル４０２及び外周ヨーク４０３によって構成した電磁石も、本実施例と異なる構成にしても構わない。

　次に、図３乃至図８を用いて、電磁式燃料噴射弁１００の製造方法について説明する。
特に本発明は、噴射孔３０１ｏの加工方法に製造方法として特徴がある。以下、噴射孔３０１ｏの加工方法について、詳細に説明する。

　最初に、図３乃至図５を用いて、加工された噴射孔３０１ｏの形態について、説明する。

　図３は、噴射孔形成部材３０１の外観（先端面）を示す平面図である。図４は、図２の噴射孔３０１ｏの近傍（図３のＹ－Ｙ断面）を拡大して示す拡大断面図である。

　本実施例では、図３に示すような噴射孔形成部材３０１に複数の噴射孔３０１ｏを形成する。なお本実施例では、噴射孔形成部材３０１に６個の噴射孔３０１ｏを形成する。

　図４に示すように、噴射孔３０１ｏは、上流側に形成された第一レーザ照射面３０１ｏａと、下流側に形成された第二レーザ照射面３０１ｏｂとを有する。第一レーザ照射面３０１ｏａ及び第二レーザ照射面３０１ｏｂはレーザを照射することにより形成される噴孔内周面である。

　第一レーザ照射面３０１ｏａは、噴射孔形成部材３０１の内側面３０１ｑに開口する開口面３０１ｏｉを有し、開口面３０１ｏｉの開口縁３０１ｏｉｅで内側面３０１ｑに接続される。また、第一レーザ照射面３０１ｏａの下流側端部は、境界３００ｏｃで第二レーザ照射面３０１ｏｂに接続される。第二レーザ照射面３０１ｏｂは、噴射孔形成部材３０１の外側面３０１ｒに開口する開口面３０１ｏｏを有し、開口面３０１ｏｏの開口縁３０１ｏｏｅで外側面３０１ｒに接続される。また、第二レーザ照射面３０１ｏｂの上流側端部は、境界３００ｏｃで第一レーザ照射面３０１ｏａに接続される。第二レーザ照射面３０１ｏｂは第一レーザ照射面３０１ｏａに対して噴射孔３０１ｏの入口（開口面３０１ｏｉ）側に位置し、第一レーザ照射面３０１ｏａは第二レーザ照射面３０１ｏｂに対して噴射孔３０１ｏの出口（開口面３０１ｏｏ）側に位置する。

　第二レーザ照射面３０１ｏｂの表面粗さは、第一レーザ照射面３０１ｏａの表面粗さよりも大きい。第一レーザ照射面３０１ｏａ及び第二レーザ照射面３０１ｏｂは、噴射孔３０１ｏの入口（開口面３０１ｏｉ）から出口（開口面３０１ｏｏ）まで、上流側（入口開口面３０１ｏｉ側）から下流方向（出口開口面３０１ｏｏ側）に向かって断面積が小さくなるように形成される。すなわち、第一レーザ照射面３０１ｏａ及び第二レーザ照射面３０１ｏｂは、入口開口面３０１ｏｉ側から出口開口面３０１ｏｏ側に向かって、断面積が漸減するように形成される。このため本実施例では、出口開口縁３０１ｏｏｅに囲まれる出口開口面３０１ｏｏの面積Ｓ３０１ｏｏは、第一レーザ照射面３０１ｏａと第二レーザ照射面３０１ｏｂとの境界線３００ｏｃに囲まれる面積Ｓ３００ｏｃに対して小さい。

　噴射孔３０１ｏの断面積は、中心軸３０１ｃに垂直な断面の面積とする。以下の説明でも同様である。

　図５は、噴射孔３０１ｏの出口開口縁にＲ部を設けた例を示す図であり、図２の噴射孔３０１ｏの近傍（図３のＹ－Ｙ断面）を拡大して示す拡大断面図である。なお、図４に示す構成と同様な構成には同じ符号を付し、説明を省略する。

　図５に示すように、第二レーザ照射面３０１ｏｂは上流側から下流方向に向かって断面積が大きくなるように形成してもよい。このため本例では、出口開口縁３０１ｏｏｅに囲まれる出口開口面３０１ｏｏの面積Ｓ３０１ｏｏは、第一レーザ照射面３０１ｏａと第二レーザ照射面３０１ｏｂとの境界線３００ｏｃに囲まれる面積Ｓ３００ｏｃに対して大きい。

　次に、図６を用いて、本発明の比較例となる加工方法を用いて噴射孔３０１ｏを形成する場合について説明する。図６は、噴射孔３０１ｏの加工においてレーザ焦点位置をレーザ入射側の上面（第二レーザ照射面側）で固定した場合のレーザ照射状態を示す模式図である。

　レーザ５００は集光レンズ５０１で集光し、噴射孔形成部材３０１へ照射され、噴射孔３０１ｏが加工される。図６では、レーザ５００は噴射孔形成部材３０１の先端面３０１ｒ側の外側から噴射孔形成部材３０１に照射される。このとき、下流側の断面積に対して上流側の断面積が大きくなる噴射孔３０１oは、比較例の加工方法では、焦点５００ｄの位置（焦点位置）が先端面３０１ｒ上に固定された状態で、出口開口縁３０１ｏｏｅ上を移動する。このため、レーザ照射面３０１ｏｓでは、出口開口３０１ｏｏ（出口開口縁３０１ｏｏｅ）から離れるほどエネルギ密度が低くなり、噴射孔３０１ｏの加工時間が長くなる。上流側と下流側の断面積の比は、レーザ５００の中心軸５００ｃを噴射孔３０１ｏの中心軸３０１ｃに対して傾斜させた状態で、レーザ５００を噴射孔３０１ｏ内に入射し、中心軸５００ｃの傾斜角度を変えることにより調整する。

　この比較例では、レーザ５００の中心軸５００ｃと噴射孔３０１ｏの中心軸３０１ｃとは、ともに直線である。そして、レーザ５００の中心軸５００ｃは、噴射孔３０１ｏの中心軸３０１ｃと交差しない。すなわち、レーザ５００の中心軸５００ｃと噴射孔３０１ｏの中心軸３０１ｃとを含む仮想平面（図６）上において、レーザ５００の中心軸５００ｃは、噴射孔３０１ｏの中心軸３０１ｃに対して、焦点位置５００ｄと同じ側にある。

　なお、この加工方法では、表面粗さが異なる第一レーザ照射面３０１ｏａと第二レーザ照射面３０１ｏｂとを形成することは、意図していない。

　次に、図７及び図８を用いて、本実施例に係る噴射孔３０１ｏの加工方法について説明する。

　図７は、本発明の一実施例に係る噴射孔３０１ｏの加工方法（レーザ照射状態）を示す模式図である。

　本実施例では、レーザ５００は噴射孔形成部材３０１の先端面３０１ｒ側の離れた位置から噴射孔形成部材３０１に向かって照射される。レーザ５００は、中心軸５００ｃを噴射孔３０１ｏの中心軸３０１ｃに対して傾斜させた状態で、噴射孔３０１ｏ内に入射される。レーザ５００の焦点５００ｄの位置は、最初、先端面３０１ｒ上に合わせられる。またこのときの焦点５００ｄは、完成する噴射孔３０１ｏの出口開口縁３０１ｏｏｅよりも内側に位置するように設定される。

　レーザ５００による加工が始まると、焦点５００ｄの位置は、噴射孔３０１ｏの内周面に沿うように歳差運動（円周運動）させながら、完成後のレーザ照射面３０１ｏａに沿うように下流側（出口開口縁３０１ｏｏｅ側）から上流側（入口開口縁３０１ｏｉｅ側）へ下降させる。本実施例では、レーザ５００の焦点５００ｄの位置をレーザ照射面３０１ｏａに沿って移動させながら加工を行うため、第一レーザ照射面３０１ｏａのどの箇所でも高密度のレーザで加工することができ、噴射孔３０１ｏを高速に加工できる。

　また、レーザ５００の焦点５００ｄの位置を下降させるに従って、レーザ５００の傾き角度を小さくして、レーザ５００を立てるように設定する。焦点５００ｄがレーザ５００の入射側から見てレーザ照射面３０１ｏａの奥側に位置する場合に、レーザ５００は噴射孔３０１ｏの出口開口縁３０１ｏｏｅと干渉する場合がある。この場合、レーザ５００の焦点５００ｄの位置を下降させるに従って、レーザ５００の傾き角度を小さくすることにより、レーザ５００が出口開口縁３０１ｏｏｅと干渉するのを防ぐことができる。

　本実施例では、レーザ５００の中心軸５００ｃと噴射孔３０１ｏの中心軸３０１ｃとは、ともに直線である。そして、レーザ５００の中心軸５００ｃは噴射孔３０１ｏの中心軸３０１ｃと交差するように設定される。すなわち、レーザ５００の中心軸５００ｃと噴射孔３０１ｏの中心軸３０１ｃとを含む仮想平面（図７）上において、レーザ５００の中心軸５００ｃは、噴射孔３０１ｏの中心軸３０１ｃに対して、交差するように設定される。

　また、第二レーザ照射面３０１ｏｂは下流側（出口開口面３０１ｏｏ側）に向かって噴射孔３０１ｏの断面積が大きくなるように形成する。すなわち、第二レーザ照射面３０１ｏｂは出口開口面３０１ｏｏ側に向かって噴射孔３０１ｏの断面積が漸増するように形成する。このために、レーザ５００の焦点５００ｄの位置が噴射孔３０１ｏの径方向において調整される。本実施例では、焦点５００ｄを第一レーザ照射面３０１ｏａに沿って下降させながら、径方向外方（噴射孔３０１ｏの中心軸３０１ｃから離れる方向）に向かって移動させる。

　図８を用いて、第二レーザ照射面３０１ｏｂの形成過程、及びレーザエネルギの消費位置について、説明する。図８は、第二レーザ照射面３０１ｏｂの形成過程とレーザエネルギの消費位置を説明する図である。

　図８では、図５に示す第二レーザ照射面３０１ｏｂの形成過程（形成工程）を示している。第二レーザ照射面３０１ｏｂの加工点５００ｌは、レーザ５００のごく一部のレーザ５１０ａで加工される。この時、５００ｂのレーザ部分は、第二レーザ照射面３０１ｏｂで遮断されるため、第一レーザ照射面３０１ｏａには到達しない。

　この場合、レーザ５００の焦点５００ｄが加工点５００ｈに到達する時点、又はその直前に、レーザ５００が出口開口３０１ｏｏ側の開口縁（完成する前の開口縁）と干渉するように、レーザ５００の傾き角度を設定する。或いは、レーザ５００の焦点５００ｄが加工点５００ｈに到達した時点、またはその直後に、レーザ５００の傾き角度が大きくなるようにレーザ照射角度を変化させ、レーザ５００が出口開口３０１ｏｏ側の開口縁（完成する前の開口縁）と干渉するようにする。すなわち、レーザ５００は、第二レーザ照射面３０１ｏｂを形成するために、その一部が噴射孔形成部材３０１と干渉するように設定される。

　前者では、第一レーザ照射面３０１ｏａの加工と同時に、第二レーザ照射面３０１ｏｂを加工することができる。後者によれば、第一レーザ照射面３０１ｏａを加工した後で、第二レーザ照射面３０１ｏｂを個別に加工することができ、レーザ５００の設定を変更することができる。

　本実施例では、第二レーザ照射面３０１ｏｂはレーザ５００のごく一部のレーザ５１０ａで加工されるため、レーザ５１０ａのエネルギ密度は低い。また、レーザ５００のごく一部のレーザ５１０ａが遮られるだけなので、レーザ５００の照射経路が確保され、大部分のレーザ５００は加工点５００ｈ（焦点５００ｄの位置）に到達することができる。

　エネルギ密度の低い低密度レーザ５００ａでは溶融・蒸発・凝固による加工となる。すなわち、第二レーザ照射面３０１ｏｂでは、溶融及び蒸発により噴射孔形成部材３０１の材料が除去されて、第二レーザ照射面３０１ｏｂ（噴射孔３０１ｏの第二内壁面部）が加工される。なお、噴射孔３０１ｏを加工する対象物である、噴射孔３０１ｏが形成される前の噴射孔形成部材３０１をワークと呼んで説明する場合がある。

　一方、レーザ５００の大部分は第一レーザ照射面３０１ｏａの加工点５００ｈに集光し、第一レーザ照射面３０１ｏａを高密度レーザで加工することができる。このため、第一レーザ照射面３０１ｏａは昇華による加工となる。すなわち、第一レーザ照射面３０１ｏａでは、昇華により噴射孔形成部材３０１（ワーク）の材料が除去されて、第一レーザ照射面３０１ｏａ（噴射孔３０１ｏの第一内壁面部）が加工される。このため、第一レーザ照射面３０１ｏａは第二レーザ照射面３０１ｏｂと比べて滑らかである。すなわち、第二レーザ照射面３０１ｏｂの面粗さＲｚは第一レーザ照射面３０１ｏａの面粗さＲｚより大きい。また、第二レーザ照射面３０１ｏｂは、入口開口面３０１ｏｉ側から出口開口３０１ｏｏ側に向かって断面積が大きくなるように形成される。さらに第二レーザ照射面３０１ｏｂは、溶融した際に照射面にダレが生じてＲ部３０１ｏｒとなる。

　第二レーザ照射面３０１ｏｂのＲ部３０１ｏｒのＲ、又は第二レーザ照射面３０１ｏｂの中心軸３０１ｃ方向の範囲（長さ）は、噴射孔３０１ｏの孔径が小さくなるにつれて、又は噴射孔３０１ｏが深くなるにつれて大きくする。さらに、第一レーザ照射面３０１ｏａの入口面３０１ｏｉから出口面３０１ｏｏにかけての傾斜角度が大きくなるほど、第二レーザ照射面３０１ｏｂのＲ部３０１ｏｒのＲ又は第二レーザ照射面３０１ｏｂの中心軸３０１ｃ方向の範囲（長さ）を大きくする。上述したようにＲ部３０１ｏｒのＲ、又は第二レーザ照射面３０１ｏｂの中心軸３０１ｃ方向の範囲（長さ）を設定することにより、第一レーザ照射面３０１ｏａ及び第二レーザ照射面３０１ｏｂの加工のためのレーザ５００の設定が容易になる。

　図４に示す第二レーザ照射面３０１ｏｂを形成する場合、第二レーザ照射面３０１ｏｂの範囲ではレーザ５００の焦点を第二レーザ照射面３０１ｏｂからずらし、加工面が材料の溶融及び蒸発により形成されるようにする。この場合、加工面は昇華による加工面とはならず、加工面の表面粗さＲｚを大きくすることができる。

　本実施例の加工方法では、噴射孔３０１ｏの第一レーザ照射面（第一内壁面部）３０１ｏａを形成する第一内壁面部形成工程と、第二レーザ照射面（第二内壁面部）３０１ｏｂを形成する第二内壁面部形成工程と、を有する。第一内壁面部形成工程は、先端側の離れた位置から噴射孔形成部材３０１に向かってレーザ５００を照射して、噴射孔３０１ｏの入口開口３０１ｏｉ側から出口開口３０１ｏｏ側に向かって断面積が小さくなるように噴射孔３０１ｏの第一内壁面部３０１ｏａを形成する。第二内壁面部形成工程は、先端側の離れた位置から噴射孔形成部材３０１に向かってレーザ５００を照射して第一内壁面部３０１ｏａに対して出口開口３０１ｏｏ側に位置し第一内壁面部３０１ｏａの表面粗さＲｚに対して大きな表面粗さＲｚを有する、噴射孔３０１ｏの第二内壁面部３０１ｏｂを形成する。

　本実施例では、第一レーザ照射面３０１ｏａが上流側から下流側に向かって縮径するように構成されているため、表面粗さＲｚを大きくした第二レーザ照射面３０１ｏｂに接触するように燃料を誘導する。これにより、第二レーザ照射面３０１ｏｂに接触する燃料量を増やし、噴霧の微粒化を促進することができる。また、噴射孔３０１ｏにおける流路が収束することにより噴霧の指向性が安定する。

　なお、特許文献２に記載されているように、レーザの焦点を取りしろの始端位置、すなわち噴射孔の入口開口側に合わせ、且つ噴射孔仕上げ前の下孔の中心軸に対してレーザビームを平行にして、ノズル本体を回転させつつレーザ照射を行う方式では、噴射孔は、入口側に対して出口側の孔径が小さくなるテーパ状の孔になってしまっていた。しかしながら、近年のレーザ技術の発達によりレーザの集光効率が上がり、電力容量及び焦点を一定にした加工を行うと、入口側の孔径Φｄａより出口側の孔径Φｄｂが大きい逆テーパの噴射孔となる。

　本実施例では、レーザ５００の焦点５００ｄを第一レーザ照射面３０１ｏａ上で移動させる加工方法により、入口開口面３０１ｏｉ側から出口開口面３０１ｏｏ側に向かって第一レーザ照射面３０１ｏａが縮径する噴射孔３０１ｏを確実に形成することができる。

　第一レーザ照射面３０１ｏａの表面粗さＲｚは、１．６未満となるようにすることが好ましく、１．０以上１．６未満の範囲にすると良い。第二レーザ照射面３０１ｏｂの表面粗さＲｚは、１．６以上８．０以下となるようにすることが好ましく、より好ましくは３．０以上８．０以下の範囲にすると良い。

　噴射孔３０１ｏが形成される前の噴射孔形成部材３０１（ワーク）に本実施例の加工方法により噴射孔３０１ｏを形成し、適宜仕上げ加工を施して噴射孔３０１ｏが形成された噴射孔形成部材３０１を完成する。完成した噴射孔形成部材３０１は燃料噴射弁１００のノズル体３００ｂの先端部に組み付けられる。

　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、上記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、必ずしも全ての構成・材料を備えるものに限定されるものではない。また、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。

　３０１…噴射孔形成部材、３０１ｇ…弁座構成面、３０１ｊ…噴射孔形成部材３０１の端面、３０１ｋ…噴射孔形成部材３０１の曲面部、３０１ｍ…噴射孔形成部材３０１の底部、３０１ｏ…噴射孔、３０１ｏａ…噴射孔３０１ｏの第一レーザ照射面（第一内壁面部）、３０１ｏｂ…噴射孔３０１ｏの第二レーザ照射面（第二内壁面部）、３０１ｏｉ…噴射孔３０１ｏの入口開口面、３０１ｏｏ…噴射孔３０１ｏの出口開口面、３０１ｒ…噴射孔形成部材３０１の先端面、５００…レーザ、５００ａ…第二レーザ照射面３０１ｏｂを加工するレーザ、５００ｂ…第二レーザ照射面３０１ｏｂの加工で第一レーザ照射面３０１ｏａに到達しなくなるレーザ、５００ｃ…レーザの中心軸、５００ｈ…第一レーザ照射面３０１ｏａを加工する高エネルギ密度レーザの加工点、５００ｌ…第二レーザ照射面３０１ｏｂを加工する低エネルギ密度レーザの加工点、５０１…集光レンズ。

Claims

　噴射孔を有する噴射孔形成部材を先端側に備えた燃料噴射弁の製造方法であって、
　先端側の離れた位置から前記噴射孔形成部材に向かってレーザを照射して前記噴射孔の入口開口側から出口開口側に向かって断面積が小さくなるように前記噴射孔の第一内壁面部を形成する第一内壁面部形成工程と、
　先端側の離れた位置から前記噴射孔形成部材に向かってレーザを照射して前記第一内壁面部に対して前記出口開口側に位置し前記第一内壁面部の表面粗さに対して大きな表面粗さを有する、前記噴射孔の第二内壁面部を形成する第二内壁面部形成工程と、を有する燃料噴射弁の製造方法。
　請求項１に記載の燃料噴射弁の製造方法において、
　前記第二内壁面部形成工程は、前記第二内壁面部を前記入口開口側から前記出口開口側に向かって断面積が大きくなるように形成する燃料噴射弁の製造方法。
　請求項２に記載の燃料噴射弁の製造方法において、
　前記第一内壁面部は昇華により前記噴射孔形成部材の材料が除去されて形成され、前記第二内壁面部は溶融及び蒸発により前記噴射孔形成部材の材料が除去されて形成される燃料噴射弁の製造方法。
　請求項３に記載の燃料噴射弁の製造方法において、
　前記第一内壁面部形成工程は、レーザの焦点を前記第一内壁面部の面上に合わせ、前記焦点を前記第一内壁面部に沿って前記出口開口側から前記入口開口側に移動させて前記第一内壁面部を形成する燃料噴射弁の製造方法。
　請求項４に記載の燃料噴射弁の製造方法において、
　前記第二内壁面部形成工程は、前記第一内壁面部形成工程で前記第一内壁面部を形成するレーザの一部が前記噴射孔形成部材と干渉するようにして、前記第二内壁面部を形成する燃料噴射弁の製造方法。
　請求項５に記載の燃料噴射弁の製造方法において、
　前記第一内壁面部形成工程で、レーザの中心軸を前記噴射孔の中心軸と交差するように設定する燃料噴射弁の製造方法。
　請求項６に記載の燃料噴射弁の製造方法において、
　前記第一内壁面部形成工程で、前記焦点を第一レーザ内壁面部に沿って前記出口開口側から前記入口開口側に移動させながら、前記噴射孔の径方向外方に向かって移動させる燃料噴射弁の製造方法。
　請求項７に記載の燃料噴射弁の製造方法において、
　前記第一内壁面部形成工程で、前記焦点を第一レーザ内壁面部に沿って前記出口開口側から前記入口開口側に移動させながら、前記噴射孔の中心軸に対するレーザの中心軸の傾き角度を小さくする燃料噴射弁の製造方法。
　請求項８に記載の燃料噴射弁の製造方法において、
　前記第二内壁面部形成工程で、前記噴射孔の中心軸に対するレーザの中心軸の傾き角度を大きくして、前記第二内壁面部を形成する燃料噴射弁の製造方法。
　複数の噴射孔を有する噴射孔形成部材を先端側に備えた燃料噴射弁において、
　前記噴射孔は、入口開口側から出口開口側に向かって断面積が小さくなるように形成された第一内壁面部と、前記第一内壁面部に対して前記出口開口側に形成され前記第一内壁面部の表面粗さに対して大きな表面粗さを有する第二内壁面部と、を有する燃料噴射弁。
　請求項１０に記載の燃料噴射弁において、
　前記第二内壁面部は、前記入口開口側から前記出口開口側に向かって断面積が大きくなるように形成された燃料噴射弁。
　請求項１１に記載の燃料噴射弁において、
　前記第一内壁面部は前記噴射孔形成部材の材料が昇華した状態の表面により構成され、前記第二内壁面部は前記噴射孔形成部材の材料が溶融及び蒸発した状態の表面により構成される燃料噴射弁。