(57)【要約】【課題】ピエゾインジェクタの圧電性部材を保護する弾性部材において、突合せ溶接部位が存在する角度方向で応力が過大となるのを防止することにある。【解決手段】弾性部材の素材である多孔板部材４１は、端部４２、４３が突合わされても新たに孔４０を形成しないように設けられている。つまり、多孔板部材４１の両端に設けられる孔４０は、突合せ溶接部位に対し周方向にずれている。このため、端部４２、４３を溶接しても孔４０の形状に差異は発生しない。この結果、突合せ溶接部位で応力が過大になるのを防止することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性部材の伸縮を利用して背圧室を開閉する制御弁体と、前記背圧室の開閉に伴う背圧の増減により噴孔を開閉する噴射弁体とを備える燃料噴射弁に用いられ、
多孔板部材の両端が突合わされて円筒状に成形されるとともに前記圧電性部材と同軸的に配置されて、前記圧電性部材に圧縮荷重を与える弾性部材において、
前記多孔板部材の両端に設けられる孔は、両端が突合わされて形成される突合せ線に対し、周方向にずれていることを特徴とする弾性部材。
【請求項２】
請求項１に記載の弾性部材において、
前記多孔板部材の両端に設けられる突合せ部が互いに嵌め合わされることで、円筒状に成形されることを特徴とする弾性部材。
【請求項３】
請求項１に記載の弾性部材において、
前記多孔板部材の両端に設けられる突合せ部が互いに螺旋状に接触することで、円筒状に成形されることを特徴とする弾性部材。
【請求項４】
請求項１に記載の弾性部材において、
前記突合せ線は、周方向に所定長さを占める領域であって孔が存在しない非孔帯に含まれることを特徴とする弾性部材。
【請求項５】
請求項４に記載の弾性部材において、
前記非孔帯は、前記突合せ線を含む領域以外にも設けられ、
各々の非孔帯は、等角度間隔で設けられていることを特徴とする弾性部材。
【請求項６】
請求項１に記載の弾性部材において、
２枚以上の前記多孔板部材が円筒状に成形され、同軸的に配置されていることを特徴とする弾性部材。
【請求項７】
請求項１に記載の弾性部材を用いた燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁に用いられる弾性部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
〔従来の技術〕
従来から、圧電性部材の伸縮を利用して背圧を制御することで噴孔の開閉を行う燃料噴射弁（以下、「ピエゾインジェクタ」と呼ぶ）が公知である。ところで、周知のごとく、圧電性部材を構成する圧電素子は引張応力に弱いため、圧電性部材は、予め圧縮荷重が与えられた状態でピエゾインジェクタに組み込まれている。
【０００３】
そして、図９および図１０に示すように、圧電性部材に予め圧縮荷重を与える弾性部材１００として、多数の孔１０１が設けられた板状の部材１０２（多孔板部材１０２とする）の両方の端部１０３が突合わされて円筒状に成形され溶接されたものが公知となっている。この弾性部材１００は、孔１０１の存在により軸方向に弾性を発揮するものであり、圧電性部材と同軸的に配置されることで、圧電性部材に圧縮荷重を与えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
〔従来技術の不具合〕
ところで、この弾性部材１００では、多孔板部材１０２の端部１０３同士が突き合わされると、新たな孔１０４が形成される。すなわち、弾性部材１００の素材である多孔板部材１０２は、円筒状の弾性部材１００を、孔１０４を２分割するように切断して展開した構造を有している。このため、端部１０３同士を溶接すると（端部１０３同士の溶接部位を突合せ溶接部位１０５として図示）、端部１０３同士の突合せにより形成される新たな孔１０４は、他の孔１０１と微妙に異なる形状となる。
【０００５】
この結果、弾性部材１００の周方向の応力分布は、突合せ溶接部位１０５が存在する角度方向で大きく偏ってしまい、応力が過大になる虞がある。
【特許文献１】国際公開第００／０８３５３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、ピエゾインジェクタの圧電性部材を保護する弾性部材において、突合せ溶接部位が存在する角度方向で応力が過大となるのを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の弾性部材は、圧電性部材の伸縮を利用して背圧室を開閉する制御弁体と、背圧室の開閉に伴う背圧の増減により噴孔を開閉する噴射弁体とを備える燃料噴射弁に用いられる。この弾性部材は、多孔板部材の両端が突合わされて円筒状に成形されるとともに圧電性部材と同軸的に配置されて、圧電性部材に圧縮荷重を与える。そして、弾性部材の素材である多孔板部材の両端に設けられる孔は、両端が突合わされて形成される突合せ線に対し、周方向にずれている。
これによれば、多孔板部材の両端が突合わされても、多孔板部材の両端に設けられる孔は、突合せ線（すなわち、突合せ溶接部位）に渡って開口することがない。つまり、円筒状の弾性部材を、突合せ線に沿って切断して展開し多孔板部材に戻しても、両端に分割される孔は存在しない。よって、このような多孔板部材の両端を突合わせても、新たに孔は形成されない。このため、端部同士の溶接による孔形状の差異は発生しない。この結果、突合せ溶接部位で応力が過大になるのを防止することができる。
【０００８】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の弾性部材は、多孔板部材の両端に設けられる突合せ部が互いに嵌め合わされることで、円筒状に成形される。
これによれば、両端の突合せ部は、互いに嵌め合わせるために凹凸状に設けられる。このため、凸状に設けられる部分に、分割されていない孔を設けることができる。そして、凸状部分に分割されていない孔を設けておけば、両端の突合せにより新たに孔を形成することなく、突合せ溶接部位が存在する角度方向に孔を配置することができる。この結果、突合せ溶接部位が存在する角度方向の弾性定数と、他の角度方向の弾性定数との差を極めて小さくすることができる。
【０００９】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の弾性部材は、多孔板部材の両端に設けられる突合せ部が互いに螺旋状に接触することで、円筒状に成形される。
これによれば、弾性部材において、全角度方向に、一様に、突合せ溶接部位を配置することができる。このため、全角度方向で弾性定数を均一にすることができる。
【００１０】
〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の弾性部材では、突合せ線が、周方向に所定長さを占める領域であって孔が存在しない非孔帯に含まれる。
これによれば、突合せ線（すなわち、突合せ溶接部位）が非孔帯に含まれるので、多孔板部材両端の形状の自由度が大きくなる。このため、加工、製作の都合に合わせて両端形状を選択できる余地が大きくなる。
なお、非孔帯が存在する角度方向の弾性定数は、孔が存在しないために他の角度方向の弾性定数よりも大きくなる。しかし、他の角度方向の弾性定数がより小さくなるように孔形状等を設ければ、弾性部材全体として弾性定数を所望値に一致させることができる。
【００１１】
〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の弾性部材では、非孔帯が突合せ線を含む領域以外にも設けられ、各々の非孔帯は、等角度間隔で設けられている。
これによれば、２つ以上の角度方向で弾性定数が大きくなる。このため、１つの角度方向で弾性定数が大きくなるときよりも、局所的な弾性定数の偏りを小さくすることができる。
【００１２】
〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の弾性部材では、２枚以上の多孔板部材が円筒状に成形され、同軸的に配置されている。
鋼板に孔を設ける加工（プレス、エッチング等）は、板厚が薄いほど容易である。そこで、弾性部材の必要厚さの２分の１の鋼板を２枚準備し、各々に孔加工を施して多孔板部材とし、これら２枚の多孔板部材を円筒状に成形し同軸的に配置すれば、同じ特性の弾性部材をより低コストで製造することができる。なお、この効果は、ｎを３以上の整数として、必要板厚のｎ分の１の鋼板をｎ枚用いても同様に得られる。
【００１３】
〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の燃料噴射弁は、請求項１に記載の弾性部材を用いたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
最良の形態１の弾性部材は、圧電性部材の伸縮を利用して背圧室を開閉する制御弁体と、背圧室の開閉に伴う背圧の増減により噴孔を開閉する噴射弁体とを備える燃料噴射弁に用いられる。この弾性部材は、多孔板部材の両端が突合わされて円筒状に成形されるとともに圧電性部材と同軸的に配置されて、圧電性部材に圧縮荷重を与える。また、多孔板部材の両端に設けられる孔は、両端が突合わされて形成される突合せ線に対し、周方向にずれている。そして、弾性部材は、多孔板部材の両端に設けられる突合せ部が互いに嵌め合わされることで、円筒状に成形される。
【００１５】
最良の形態２の弾性部材は、多孔板部材の両端に設けられる突合せ部が互いに螺旋状に接触することで、円筒状に成形されている。
【００１６】
最良の形態３の弾性部材では、突合せ線が、周方向に所定長さを占める領域であって孔が存在しない非孔帯に含まれる。
【００１７】
最良の形態４の弾性部材では、非孔帯が突合せ線を含む領域以外にも設けられ、各々の非孔帯は、等角度間隔で設けられている。
【００１８】
最良の形態５の弾性部材では、２枚以上の多孔板部材が円筒状に成形され、同軸的に配置されている。
【実施例１】
【００１９】
〔実施例１の構成〕
実施例１の弾性部材１およびこれを備える燃料噴射弁２の構成を、図１ないし図３を用いて説明する。ここで、弾性部材１を備える燃料噴射弁２は、図１に示すように、圧電性部材３の伸縮を利用して背圧を制御することで噴孔４の開閉を行うピエゾインジェクタである（以下、燃料噴射弁２をピエゾインジェクタ２とする）。
【００２０】
ピエゾインジェクタ２は、例えば、燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレールから燃料の供給を受けるとともに、エンジンに燃料を噴射供給するものである。ピエゾインジェクタ２は、弾性部材１、圧電性部材３、圧電性部材３の伸縮を利用して背圧室５を開閉する制御弁体６、背圧室５の開閉に伴う背圧の増減により噴孔４を開閉する噴射弁体７、これらを収容するボディ８を備える。
【００２１】
ここで、ボディ８では、先端側に噴射弁体７が収容され、後端側に圧電性部材３が収容されている。そして、噴射弁体７と圧電性部材３との間に、制御弁体６が収容されている。また、噴孔４はボディ８の先端に設けられ、背圧室５は噴射弁体７の反噴孔側に設けられている。なお、背圧室５には、噴射弁体７を先端側に付勢するスプリング１２が収容されている。
【００２２】
また、ボディ８には、コモンレールから噴孔４まで高圧の燃料を導くための高圧流路１３、背圧室５から燃料を排出するための低圧流路１４、高圧流路１３から背圧室５へ燃料を供給するための背圧供給流路１５、制御弁体６の位置に応じて、背圧室５への燃料供給および背圧室５からの燃料排出が切り換えられる背圧給排流路１６、制御弁体６を移動自在に収容する弁室１７、弁室１７および背圧給排流路１６を介して、背圧供給流路１５とは別に背圧室５へ燃料を供給するための第２背圧供給流路１８などが形成されている。なお、弁室１７には、制御弁体６を後端側に付勢するスプリング１９が収容されている。
【００２３】
そして、背圧供給流路１５には、背圧室５への供給流量を規制するインオリフィス２３が設けられ、背圧給排流路１６には、背圧室５からの排出流量を規制するアウトオリフィス２４が設けられている。なお、インオリフィス２３およびアウトオリフィス２４は、背圧を所望の大きさに低下させることができるような孔径に設定されている。
【００２４】
また、ボディ８には、高圧流路１３が開口してコモンレールと、常時、連通する溜まり部２５が設けられている。そして、溜まり部２５の先端側には、噴射弁体７の先端が離接するシート部２６が設けられ、さらに、シート部２６の先端側に噴孔４が開口するサック室２７が設けられている。
【００２５】
圧電性部材３は、圧電素子３０と電極板３１とを交互に積層してなるピエゾスタックである。そして、圧電素子３０が電圧印加を受けることで伸長し、この伸長により生じる荷重変化が、後記する荷重伝達機構を介して制御弁体６に伝達される。これにより、制御弁体６が先端側に駆動される。
【００２６】
噴射弁体７は、針状に形成されたニードル型のスプール弁体であり、後端部が摺動軸部３３をなし、溜まり部２５の後端側に設けられた軸受け面３４により摺動自在に支持されている。また、摺動軸部３３の後端面は背圧室５を形成する。
【００２７】
また、噴射弁体７は、先端が円錐状に縮径され、シート部２６に着座する。そして、噴射弁体７は、シート部２６に着座することで、噴孔４と溜まり部２５との間を遮断して噴孔４を閉鎖する。また、噴射弁体７は、シート部２６から離座することで、噴孔４と溜まり部２５との間を連通させて噴孔４を開放する。
【００２８】
これにより、噴射弁体７には、先端側に噴射弁体７を付勢して噴孔４を閉鎖する閉孔付勢力として、背圧による付勢力およびスプリング１２による付勢力等が作用し、後端側に噴射弁体７を付勢して噴孔４を開放する開孔付勢力として、溜まり部２５の燃料の圧力による付勢力等が作用している。そして、背圧が低下して閉孔付勢力が開孔付勢力よりも弱くなると、噴射弁体７が後端側に変位し噴孔４が開放される。また、背圧が増加して閉孔付勢力が開孔付勢力よりも強くなると、噴射弁体７が先端側に変位し噴孔４が閉鎖される。
【００２９】
制御弁体６は、略球状に形成されたボール弁体である。制御弁体６は、弁室１７においてスプリング１９により後端側に付勢され、低圧流路１４への開口部を閉鎖している。ここで、弁室１７には、低圧流路１４以外に背圧給排流路１６および第２背圧供給流路１８も開口しており、背圧給排流路１６と第２背圧供給流路１８とが連通している。そして、制御弁体６は、後記する荷重伝達機構を介して圧電性部材３から荷重を受けている。そして、制御弁体６は、この荷重が増加すると先端側に変位し、低圧流路１４の開口部を開放するとともに第２背圧供給流路１８の開口部を閉鎖する。
【００３０】
これにより、制御弁体６は、背圧給排流路１６と低圧流路１４とが連通する開弁状態と、背圧給排流路１６と第２背圧供給流路１８とが連通する閉弁状態とを切り換える三方弁として機能する。閉弁状態では、背圧給排流路１６と低圧流路１４とは遮断され、背圧給排流路１６と第２背圧供給流路１８とが連通している。このため、背圧室５へ、直接、通じる２つの流路（背圧供給流路１５および背圧給排流路１６）は両方とも高圧の燃料が満たされ背圧は高圧に保たれる。開弁状態では、背圧給排流路１６と第２背圧供給流路１８とは遮断され、背圧給排流路１６と低圧流路１４とが連通している。このため、背圧給排流路１６から低圧流路１４に背圧室５の燃料が排出され背圧は低下する。
【００３１】
また、ボディ８では、圧電性部材３と制御弁体６との間に、圧電性部材３の荷重変化を制御弁体６に伝達する荷重伝達機構が設けられている。荷重伝達機構は、圧電性部材３の側に配置される大径ピストン３６と、大径ピストン３６よりも小径であって制御弁体６の側に配置される小径ピストン３７とを有する。なお、本実施例では、小径ピストン３７の先端が、直接、制御弁体６に当接している。また、荷重伝達機構では、大径ピストン３６と小径ピストン３７との間に低圧の燃料の給排を受ける燃料室３８が形成され、燃料室３８は、後端側で大径ピストン３６の先端面により封鎖され、先端側で小径ピストン３７の後端面により封鎖されている。
【００３２】
これにより、荷重伝達機構は、圧電性部材３から制御弁体６に荷重変化を伝達するとともに、燃料室３８を介在させることで圧電性部材３の伸縮を拡大して制御弁体６に伝達することができる。また、燃料室３８は、低圧の燃料の給排を受けることで、初期寸法のばらつき、磨耗による寸法変化、ボディ８と圧電性部材３との素材の違いに基づく温度寸法変化の差などの寸法変動要因を吸収している。
【００３３】
弾性部材１は、図２および図３に示すように、多数の孔４０が設けられた板状の部材（多孔板部材）４１の端部４２、４３が突合わされて円筒状に成形され溶接されたものであり、孔４０の存在により軸方向に弾性を発揮する。そして、弾性部材１は、図１に示すように、大径ピストン３６の後端側鍔部４４により軸方向に圧縮されて所定の収容部４５に収容されるとともに、大径ピストン３６や圧電性部材３と同軸的に配置されている。これにより、弾性部材１は、圧電性部材３に圧縮荷重を与えている。
【００３４】
以上のような構成により、圧電性部材３に電圧が印加され制御弁体６に負荷される荷重が増加すると、制御弁体６が開弁して背圧が低下する。この結果、噴射弁体７が後端側に変位して噴孔４が開放され、噴射が始まる。また、圧電性部材３への電圧印加状態が解除され、制御弁体６に負荷される荷重が減少すると、制御弁体６が閉弁して背圧が上昇する。この結果、噴射弁体７が先端側に変位して噴孔４が閉鎖され、噴射が終了する。
【００３５】
〔実施例１の特徴〕
実施例１の特徴を、図２および図３を用いて説明する。
実施例１の弾性部材１の素材となる多孔板部材４１は、図２に示すように端部４２、４３が凹凸状に設けられている。そして、一方の端部４２には孔４０の形状に沿って凸部４８が設けられ、他方の端部４３には凸部４８が嵌合する凹部４９が設けられている。端部４２と端部４３とは、図３に示すように、互いに嵌め合わされ突き合わされた後、溶接されて突合せ線（突合せ溶接部位）５０をなす。また、端部４２と端部４３とは、互いに突き合わされても新たに孔４０を形成しない。つまり、多孔板部材４１の両端に設けられる孔４０は、突合せ溶接部位５０に対し周方向にずれている。
【００３６】
〔実施例１の効果〕
実施例１の弾性部材１の素材である多孔板部材４１は、端部４２、４３が突合わされても新たに孔４０を形成しないように設けられている。
このため、端部４２、４３を溶接しても孔４０の形状に差異は発生しない。この結果、突合せ溶接部位５０で応力が過大になるのを防止することができる。
【００３７】
また、多孔板部材４１は、凹凸状に設けられた端部４２、４３が、互いに嵌め合わされることで円筒状に成形される。そして、端部４２には孔４０の形状に沿って凸部４８が設けられている。
これにより、１つの孔４０を端部４２、４３に分割して配置しなくても端部４２、４３を設けることができる。このため、端部４２、４３の突合せにより新たな孔４０を形成することなく、突合せ溶接部位５０が存在する角度方向に孔４０を配置することができる。この結果、突合せ溶接部位５０が存在する角度方向の弾性定数と、他の角度方向の弾性定数との差を極めて小さくすることができる。
【実施例２】
【００３８】
実施例２の弾性部材１の素材となる多孔板部材４１は、図４に示すように、平行四辺形をなすように設けられている。また、端部４２、４３は、軸方向に対し斜めに形成されている。これにより、端部４２、４３は、互いに突き合わされ円筒状に成形されることで螺旋状に接触する。
このため、弾性部材１の全角度方向に、一様に、突合せ溶接部位５０を配置することができるので、全角度方向で弾性定数を均一にすることができる。
【実施例３】
【００３９】
実施例３の弾性部材１では、図５に示すように、突合せ溶接部位５０が、周方向に所定長さを占める領域であって孔４０が存在しない非孔帯５２に含まれる。
このため、本実施例の弾性部材１の素材となる多孔板部材４１は、図６に示す端部４２、４３の形状の自由度が大きくなる。この結果、加工、製作の都合に合わせて両端形状を選択できる余地が大きくなる。本実施例では、図５、６に示すように、端部４２、４３の縁形状を単一の直線状としている。
なお、非孔帯５２が存在する角度方向の弾性定数は、孔４０が存在しないために他の角度方向の弾性定数よりも大きくなる。しかし、他の角度方向の弾性定数がより小さくなるように孔４０の形状等を設ければ、弾性部材１全体として弾性定数を所望値に一致させることができる。
【実施例４】
【００４０】
実施例４の弾性部材１では、非孔帯５２が突合せ溶接部位５０を含む領域以外にも設けられ、非孔帯５２は、１８０°間隔で配置される。このため、本実施例の弾性部材１の素材となる多孔板部材４１では、図７に示すように非孔帯５２が、端部４２、４３の中間部に帯状に設けられている。また、端部４２、４３の縁形状は単一の直線状であり、端部４２、４３は互いに突き合わされ溶接されても、新たに孔４０を形成することなく非孔帯５２をなす。
【００４１】
実施例４の弾性部材１によれば、２つの角度方向で孔４０がまったく存在しないため、この２つの角度方向で弾性定数が大きくなる。このため、１つの角度方向で弾性定数が大きくなるときよりも、局所的な弾性定数の偏りを小さくすることができる。
【実施例５】
【００４２】
実施例５の弾性部材１では、図８に示すように、２枚の多孔板部材４１が円筒状に成形され、同軸的に配置されている。
鋼板に孔４０を設ける加工（プレス、エッチング等）は、板厚が薄いほど容易である。そこで、弾性部材１の必要厚さの２分の１の鋼板を２枚準備し、各々に孔加工を施して多孔板部材４１とし、これら２枚の多孔板部材４１を円筒状に成形し同軸的に配置すれば、同じ特性の弾性部材１をより低コストで製造することができる。
【００４３】
〔変形例〕
実施例４では弾性部材１の２つの角度方向に非孔帯５２を設けたが、３つ以上の角度方向に非孔帯５２を設けるようにしてもよい。また、実施例５では、２枚の多孔板部材４１により弾性部材１を形成したが、３枚以上の多孔板部材４１により弾性部材１を形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ピエゾインジェクタの構成図である。
【図２】多孔板部材の平面図である（実施例１）。
【図３】（ａ）は弾性部材の正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である（実施例１）。
【図４】多孔板部材の平面図である（実施例２）。
【図５】（ａ）は弾性部材の正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である（実施例３）。
【図６】多孔板部材の平面図である（実施例３）。
【図７】多孔板部材の平面図である（実施例４）。
【図８】（ａ）は弾性部材の正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である（実施例５）。
【図９】（ａ）は弾性部材の正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である（従来例）。
【図１０】多孔板部材の平面図である（従来例）。
【符号の説明】
【００４５】
１  弾性部材
２  ピエゾインジェクタ（燃料噴射弁）
３  圧電性部材
４  噴孔
５  背圧室
６  制御弁体
７  噴射弁体
４０  孔
４１  多孔板部材
４２  端部（突合せ部）
４３  端部（突合せ部）
５０  突合せ溶接部位（突合せ線）
５２  非孔帯  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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