(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側に配置され噴孔が形成される部材と、前記噴孔の開閉を行う弁体と、を備えた燃料噴射弁の製造方法において、
前記噴孔が形成される部材の表面は、シリコーン系の膜が形成され、かつ前記シリコーン系の膜の上にパーフルオロポリエーテル化合物あるいはパーフルオロアルキル化合物が反応固定した層が形成される撥液膜が設けられ、
前記撥液膜を形成するために前記噴孔が形成される部材にＰＳＱ（シルセスキオキサン）とＭＥＫ（メチルエチルケトン）の混合液を塗布する工程を有することを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
【請求項２】
請求項１の燃料噴射弁の製造方法であって、
前記混合液が塗布された後に前記ＰＳＱを硬化処理し、Ｏ２プラズマ処理を施す工程と、
Ｏ２プラズマ処理された前記ＰＳＱの固体表面をフッ素系の溶液に浸漬させる工程と、
前記固体表面を硬化処理する工程と、を有することを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２の燃料噴射弁の製造方法であって、
前記弁体と、前記噴孔が形成される前記部材は、金属あるいはセラミックスで形成されることを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２の燃料噴射弁の製造方法であって、シリコーン系膜はシルセスオキサン化合物であることを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は２の燃料噴射弁の製造方法であって、
前記シリコーン系の膜と、前記パーフルオロポリエーテル化合物あるいは前記パーフルオロアルキル化合物が反応固定した層とは、前記噴孔が形成される前記部材の先端側一部と前記弁体の弁体側シート面との双方に形成されることを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
【請求項６】
請求項１又は２の燃料噴射弁の製造方法であって、
前記噴孔は前記部材に１箇所のみ形成され、軸方向から見た形状が円、又は長方形となるように形成されることを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
【請求項７】
請求項１又は２の燃料噴射弁の製造方法であって、
前記シリコーン系の膜と、前記パーフルオロポリエーテル化合物あるいは前記パーフルオロアルキル化合物が反応固定した層とは、前記弁体と前記噴孔が形成される前記部材との双方に形成されることを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料噴射弁の表面に燃料の燃焼による生成物が堆積物すると、噴射される燃料の噴射量の低下を招く。すると、このような燃料噴射弁が適用される筒内噴射式エンジンや排ガス浄化装置は性能が低下する。該生成物は燃料由来の固形物である。このような固形物が堆積することを防ぐ目的で、燃料噴射弁の表面に撥液性を有するコーティングを施す方法が考案されている（特許文献１、２）。
【０００３】
特許文献１（特開平１１−３１１１６８号公報）では、燃料噴射弁の先端部の表面にアルコキシシラン残基を有するパーフルオロポリエーテル系化合物の反応固定膜を設けることで、該固形物が堆積しない燃料噴射弁を提供する。また特許文献２（特開２００４−３３０６６４号公報）は、特許文献１で撥液膜で課題であった耐摩耗を改善するもので、部品と部品が摺動するにおいても膜が摩耗することなく撥液性を保つことができる。これらの特許文献が提供する固形物が堆積することを防ぐ方法は、従来の鉱油由来の燃料に対しては有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３１１１６８号公報
【特許文献２】特開２００４−３３０６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、従来の鉱油由来の燃料に変わるものとして、生物由来のバイオ燃料(OH基あるいはエステル結合を有する燃料)が生産・流通するようになっている。また海外の一部の国・地域ではバイオ燃料の含有比率は、日本国内のそれ以上であり、それに対応した燃料噴射弁の提供が必要である。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、バイオ燃料、あるいはバイオ燃料の含油比率が多い燃料でも、燃料噴射弁に燃料由来の堆積物が付きにくくして、信頼性の高い燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明は、先端側に配置され噴孔が形成される部材と、前記噴孔の開閉を行う弁体と、を備えた燃料噴射弁の製造方法において、前記噴孔が形成される部材の表面は、シリコーン系の膜が形成され、かつ前記シリコーン系の膜の上にパーフルオロポリエーテル化合物あるいはパーフルオロアルキル化合物が反応固定した層が形成される撥液膜が設けられ、前記撥液膜を形成するために前記噴孔が形成される部材にＰＳＱ（シルセスキオキサン）とＭＥＫ（メチルエチルケトン）の混合液を塗布する工程を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、鉱油由来の燃料、生物由来のバイオ燃料、あるいはそれらが混合した燃料が燃焼の際に発生する堆積物が燃料噴射弁の表面に付着することを防止し、あるいは付着した堆積物が脱離し易くすることができ、したがって信頼性の高い燃料噴射弁を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による燃料噴射弁の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】燃料噴射弁の模式図。
【図３】各撥液膜の加熱時間と水の接触角との関係を示す図である。
【図４】各撥液膜の加熱時間とドデカンの接触角との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施例について以下、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１０】
本実施例は撥液膜、その製造方法、そして当該膜を適用した燃料噴射弁に関わり、特に鉱油、バイオ燃料、そしてそれら混合燃料が燃焼の際に発生する堆積物が該燃料噴射弁の表面に付着することを抑制した燃料噴射弁とそれを用いた自動車に関する。
【００１１】
筒内噴射式エンジンシステムの燃料噴射弁はエンジン内筒に装着されているため高温度の燃焼ガスに曝される。また主にディーゼルエンジンシステムに用いられる排ガス浄化装置の燃料噴射弁も排ガス浄化装置に捉えられた煤を燃焼する燃焼ガスに曝される。ここに挙げた、筒内噴射式エンジンシステムの燃料噴射弁と排ガス浄化装置の燃料噴射弁の両方の燃料噴射弁は構成もほぼ同じで、燃料噴射と同時に燃料の燃焼によって高温にさらされるということ、そして以下に示す堆積物に対する課題も同じである。従って特に断らない限り、本明細書における燃料噴射弁とは、少なくともここに挙げた２種類の燃料噴射弁を含む、燃料を規定の場所に、規定の時間内に噴射することができる燃料噴射弁を示す。
【００１２】
近年、従来の鉱油由来の燃料に変わるものとして、生物由来のバイオ燃料が注目されている。バイオの使用形態は、各国・地域様々である。主に鉱油とバイオ燃料を混ぜた混合燃料として使われる例が多い。また鉱油や天然ガス由来のアルコール燃料も、それ単独や従来の鉱油由来の燃料と混ぜた混合燃料として使われることも考えられる。現在、日本国内で流通しているガソリンはプレミアムガソリン（オクタン価９６以上）とレギュラー（オクタン価８９以上）と共に、エタノール容量％は３以下で、日本国内では該固形物が堆積する事例は極めて少ない。軽油については、バイオディーゼル燃料で特に脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ；Ｆａｔｔｙ  Ａｃｉｄ  Ｍｅｔｈｙｌ  Ｅｓｔｅｒ）の含有量に規定がある。ＦＡＭＥが含有させる質量分率はＦＡＭＥを混合した軽油（軽油（Ｂ５））質量分率で０．１質量％超５．０％以下、ＦＡＭＥを混合しない軽油（軽油（Ｂ０））質量分率で０．１質量％以下である。日本国内の軽油を使う自動車においても、該固形物が堆積する事例は極めて少ない。
【００１３】
しかし今後は、ＦＡＭＥの質量比率が軽油（Ｂ５）の規定の質量比率よりも高いものが使われることが考えられる。この場合には、燃料噴射弁の先端に堆積物の付着する虞がある。ＦＡＭＥはそれを構成する分子がエステル結合を有する。ＦＡＭＥは高温に曝されると、エステル結合の部分が切れ際結合する、あるいは二重結合同志が反応し架橋化するため、結果的に高分子量化する。高分子量化したＦＡＭＥは、高分子量化する前のＦＡＭＥに比べ高粘度化し吸着力を増す。そのようなＦＡＭＥが堆積物となり燃料噴射弁の先端に着くと、容易には先端から離脱しないことが分かる。このようなことは、エタノールを多く含むガソリンでも同じようなことが起こり、結果的に高分子量化し吸着力の増した堆積物が燃料噴射弁の先端に付くことになる。
【００１４】
ここで上記特許文献１、２に記載の発明では、従来の鉱油由来の燃料に対しては、該固形物が堆積せず有用である。また日本国内で流通しているような燃料に対しても有効である。しかし、バイオ燃料の混合比率が日本国内で流通している燃料より高い燃料を使うことを想定すると、明らかに多くの固形物が堆積してしまう。特許文献１、２を適用した場合でも多くの該固形物が堆積する理由としては、次の二つが挙げられる。
【００１５】
一つはバイオ燃料およびバイオ燃料から生成する堆積物の接着力が、鉱油および鉱油から生成される堆積物の接着力よりも高いことである。もう一つは、前記特許文献１と２を適用した膜は、１５０℃から２００℃の高温下に長時間（１００時間以上）曝されると劣化し、撥液の特性の一部の要素である撥水性が低下し、該膜が親水性となるためである。ただし、特許文献１、２を適用した膜は、高温に曝されても撥液の特性の撥油性はほとんど劣化しないため、従来の鉱油由来の燃料やバイオ燃料が少ないものに対しては、堆積物が付かず、有用である。
【００１６】
ここで、特許文献１を適用した膜で、撥液の特性の一部の要素である撥水性が低下する理由は、パーフルオロポリエーテル化合物あるいはパーフルオロアルキル化合物を反応固定した層が下地の影響を受け易く、１５０℃から２００℃の高温に長時間曝されると、下地の影響が上記の膜を通してその最表面に現れるためである。
【００１７】
特許文献２を適用した膜で、撥液の特性の一部の要素である撥水性が低下する理由の一つとして、パーフルオロポリエーテル化合物あるいはパーフルオロアルキル化合物を反応固定した層が下地の影響を受けることが考えられる。また下地の上に付けられたふっ素樹脂の膜は１５０℃から２００℃の高温に長時間曝されると劣化し、結果的に特許文献１と同じように、下地の影響が特許文献２を適用した膜を通してその最表面に現れるためである。
【００１８】
環境保全意識の高まりから、今後、バイオ燃料の含有比率は高くなる可能性がある。また海外の一部の国・地域ではバイオ燃料の含有比率は、日本国内のそれ以上であり、それに対応した燃料噴射弁の提供が必要である。本実施例は、このような事情に鑑みてなされたものであり、バイオ燃料、あるいはバイオ燃料の含油比率が多い燃料でも、燃料噴射弁に燃料由来の堆積物が付かない方法の提供を課題とする。すなわち、本実施例の目的は、鉱油由来の燃料、生物由来のバイオ燃料、あるいはそれらが混合した燃料が燃焼の際に発生する堆積物が燃料噴射弁の表面に付着することを抑制し、あるいは付着した堆積物が脱離し易くした燃料噴射弁を提供することにある。
【００１９】
そのため、析出物が離脱し易くなるよう、燃料噴射弁の表面に形成されたシリコーン樹脂膜と、その上にパーフルオロポリエーテル鎖又はパーフルオロアルキル鎖を有する撥液化合物が結合している構造の撥液膜を有する物品が提供される。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態による燃料噴射弁の全体構成を示す縦断面図である。  
燃料噴射弁本体１は、コア２、ヨーク３、ハウジング４、可動子５からなる磁気回路、磁気回路を励磁するコイル６、及びコイル６に通電する端子ボビン７から構成されている。コア２とハウジング４の間にはシールリング８が結合され、コイル６に燃料が流入するのを防いでいる。
【００２１】
ハウジング４の内部にはバルブ部品が収納され、可動子５、ノズル９、可動子５のストローク量を調整するリング１０が配置されている。可動子５は、弁体１１と可動コア１２をジョイント１３で結合したものであり、可動コア１２とジョイント１３の間にはパイプ１８と共同して可動子５が閉弁した時のバウンドを抑えるプレート１４を備えている。
【００２２】
外套部材を構成するハウジング４とノズル９は、可動子５の周囲を覆ってなり、ノズル９は、先端に弁座側シート面１５ａ、オリフィス２２（噴孔）を有するオリフィスプレート１５と、ガイドプレート１６と共に可動子５を摺動可能にガイドし燃料に旋回力を与えるスワラー１７を備えている。なお、噴孔が形成されていればプレートである必要はなく、それ以外の部材でも構わない。
【００２３】
また、本実施例ではオリフィス２２（噴孔）は１箇所のみに円筒形状に形成される。これにより、簡単にオリフィス２２（噴孔）を形成できるため、生産コストの低減を図ることが可能である。なお、オリフィス２２（噴孔）は円筒形状でなくとも、つまり軸方向から見た断面図が円形状でなくとも、軸方向から見た断面図が長方形になるように形成しても良い。
【００２４】
コア２の内部には弁体１１を弁座側シート面１５ａにパイプ１８とプレート１４を介して押圧するスプリング１９、スプリング１９の押圧荷重を調整するアジャスタ２０、外部からのコンタミの進入を防ぐフィルター２１が配置されている。
【００２５】
次に、上記燃料噴射弁本体１の動作について詳細に説明する。  
コイル６に通電すると、可動子５がスプリング１９の付勢力に抗してコア２の方向に吸引され、可動子５の先端の弁体側シート部１１ａと弁座側シート面１５ａとの間に隙間ができる（開弁状態）。加圧されている燃料はまずコア２、アジャスタ２０、パイプ１８から可動子５内の燃料通路１３ａを経てノズル９内に入る。次にガイドプレート１６の燃料通路１６ａ、ノズルの通路９ａから、スワラー１７の通路１７ａ、１７ｂに入り、スワラー１７の旋回溝１７ｃによって旋回力を与えられる。旋回力を与えられた燃料は弁体側弁シート部１１ａと弁座側シート面１５ａの隙間からオリフィス２２を経て噴射される。
【００２６】
一方、コイル６の電流を遮断した場合には、可動子５の弁体側シート部１１ａがスプリング１９の力で弁座側シート面１５ａに当接し、閉弁状態となる。
【００２７】
ここでディーゼルエンジンは、排ガスに含まれるＰＭ（粒子状物質）をフィルターで捕集する微粒子除去装置が取り付けられており、この微粒子除去装置によって捕集され堆積したディーゼル排ガス中のＰＭを燃焼させて微粒子除去装置を再生させるシステムが知られている。本実施例の燃料噴射弁は一例として、このシステムに取り付けられるものであり、ディーゼル排ガス中のＰＭを燃焼させるための燃料をフィルターに向かって噴射するものである。この場合、燃料噴射弁を継続して燃料を吹き続けると、オリフィス２２に堆積物が付着し、オリフィス２２の内径を狭め、オリフィス２５を通過する燃料の流れを妨げる虞がある。これを放置しておくと、燃料噴射弁から燃料を吹くことができなくなり燃焼させることができなるので、微粒子除去装置によりＰＭを除去することができない虞がある。
【００２８】
図２の上図は、図１のオリフィス付近の拡大図である。下側は本実施例の撥液膜の断面の構成図である。本実施例の撥液膜は、主にオリフィス入口２４からオリフィス２２までの範囲の表面に適用される。また必要に応じて、弁体２２の先端部の表面にも適用される。あるいは必要に応じて、オリフィスプレート１５の特に先端部２６にも適用される。なお、本実施例では、図１の上図の太線２６で示す箇所が表面処理塗布位置を示しており、この位置に撥液膜が形成される。具体的には弁座側シート面１５ａを含むオリフィスプレート１５の先端側一部と弁体１１の弁体側シート面１１ａの先端側一部に撥液膜が形成されるように構成される。なお、弁体１１については弁体側シート面１１ａには限らず、弁体の先端側の一部に撥液膜が形成されていれば良い。
【００２９】
本撥液膜の固体表面への塗布方法は次の通りである。まず、塗布の前に固体表面膜、すなわち弁座側シート面１５ａを含むオリフィスプレート１５、又は弁体側シート面１１ａの表面膜、を滑らかに仕上げておく。表面粗さはＲｚ＝０．８μｍ以下に仕上げることが望ましい。固体表面のアセトン等で脱脂洗浄する。次に、シルセルオキサン（ＰＳＱ）をメチルエチルケトン（ＭＥＫ）に溶解を該固体表面に塗布する。ＰＳＱとＭＥＫの混合比率は、質量比でＰＳＱが１０ｍａｓｓ％が望ましい。量は使用する容器と、塗布するインジェクタの大きさに合わせ適宜定める。溶液の塗布方法は、ディッピングとスピンコートどちらでも構わない。溶液を塗布後、余分な溶液が残っている際は、空気等のガスを吹き付け、完全に乾くようにする。
【００３０】
乾燥が済んだ固体表面は、１５０℃のオーブンに入れる。このオーブンに入れる目的は、塗布に含まれるＰＳＱの硬化である。Ｏ２プラズマ処理を施す。当該処理の出力と出力時間（処理時間）は、装置の性能によって個々に必要があるが、本発明で実施した設定は、出力１００Ｗ、出力時間１００秒、処理モードはＲｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇとした。オプツールＤＳＸをふっ素系の溶液に０．３ｗｔ％で溶解させた溶液に、Ｏ２プラズマ処理したＰＳＱを硬化処理した固体表面を１分間浸漬させた。浸漬後、ＰＳＱを硬化処理した固体表面を該溶液から取り出し、該硬化処理した固体表面の隙間などに残った該溶液をエアガンで飛ばし、簡易的に乾燥させた。次は該固体表面を電気炉で硬化処理させた。設定温度は１５０℃、時間は１０分である。その後、該電気炉から該固体表面を取り出し、空気中で自然冷却させた。最後に３ＭフリナートＨＦＥ７１００で洗浄した。以上が本実施例の撥液膜を形成するための塗布作業の手順である。
【００３１】
これにより図２の下図に示すように、固体表面に形成される撥液膜は、固体表面から離れる方向に向かって基板２７、シリコーン系の層２８、結合部位２９、パーフルオロポリエーテル鎖３０（あるいはパーフルオロアルキル鎖を有する部位）の順に各層が形成される。
【００３２】
なお、実際の塗布作業は、燃料噴射弁を組み立てた後に、溶液に浸けることで撥液膜を形成することが作業工程、あるいは生産工程を減らすうえで望ましい。これにより生産コストの低減を図ることが可能となる。
【００３３】
コイル６が通電されていない状態においては、弁体１１がスプリング１９により弁座側シート面に付勢されているため、燃料噴射弁を組み立てた後に、溶液に浸けると、本実施例の撥液膜がオリフィスプレート１５の先端側一部と弁体１１の弁体側シート面１１ａの先端側一部との双方に形成されることになる。
【００３４】
本実施例では上記したように、固体表面に形成されたシリコーン系の膜２８（あるいはダイヤモンドカーボンの膜）と、その上にパーフルオロポリエーテル鎖３０（又はパーフルオロアルキル鎖）を有する撥液化合物が結合している構造の撥液膜を有する物品（燃料噴射弁）が提供される。なお、上記固体は金属、セラミックス、プラスチックス、ガラスのいずれか又はそれらの組み合わせである。
【００３５】
本実施例の特徴である、固体表面に形成されたシリコーン系の膜２８（あるいはダイヤモンドカーボンの膜）は、１５０℃から２００℃の高温に長時間曝されても劣化せず、結果的に、その上に反応固定でつけられるパーフルオロポリエーテル鎖又はパーフルオロアルキル鎖を有する撥液化合物は、下地、あるいは下地の層の影響を受けずに済む。結果として、バイオ燃料を使用した場合でも、長期間に渡って堆積物が付かない撥液膜と、撥液膜を適用した燃料噴射弁の提供が可能となる。
【００３６】
撥液化合物は下記一般式（１）で表される化合物の１種又は２種以上の混合物である。ここにおいて、Ｘは式（２）のいずれか、Ｙは式（３）のいずれかである。
【００３７】
【化１】
0006568711.tif 000002
【００３８】
【化２】
0006568711.tif 000003
【００３９】
【化３】
0006568711.tif 000004
【００４０】
本実施例によれば、鉱油由来の燃料、生物由来のバイオ燃料、あるいはそれらが混合した燃料が燃焼の際に発生する堆積物が筒内直噴エンジン用の燃料噴射弁の表面に付着することを防止し、あるいは付着した堆積物が脱離し易くした筒内直噴エンジン用燃料噴射弁が得られ、エンジン気筒内に設定した当該燃料濃度、空気流動の最適化を長期間持続することができる。以下、本実施例の燃料噴射弁の詳細について図面を用いて説明する。
【００４１】
図３と図４は本実施例の撥液膜の効果を示す実験データである。図３と図４とともに、本実施例の撥液膜をＳＵＳ４２０Ｊ２の基材の上に施したサンプルと、特許文献１の撥液膜をＳＵＳ４２０Ｊ２の基材の上に施したサンプルを用いて評価した。図３と図４は水とドデカンの接触角をそれぞれ、本実施例の撥液膜を適用したサンプルと本実施例の撥液膜を適用しないサンプルの表面で測定し、接触角がサンプルを長時間加熱されることでどのように変化したかを示す。
【００４２】
図４に示すように、本実施例の撥液膜を適用したサンプルと本実施例の撥液膜を適用しないサンプルのどちらでも、ドデカンの接触角は長時間熱に曝されてもほとんど変化が無かった。ドデカンは鉱油由来の燃料の主成分と特性が似ている。従って、本実施例の撥液膜を適用したサンプルと本発明を適用しないサンプルは、長時間熱に曝されても鉱油由来の燃料に対しては撥液性を保ったままであることが示された。
【００４３】
図３は図４の接触角の測定を水で行ったものである。本実施例の撥液膜を適用しないサンプルは、最初、接触角が高いが長時間高温に曝されると、接触角は４０度台まで下がり、その後決して元の１００度以上の接触角に戻ることはない。しかし本実施例の撥液膜を適用したサンプルは、長時間高温に曝されても、１００度以上の接触角を有している。バイオ燃料は水と似た特性を示す。従って図４の実験結果からは、バイオ燃料は本発明を適用しないサンプルに対しては水と同じように濡れ広がることが推測できる。
【００４４】
実際に本実施例の撥液膜を適用した燃料噴射弁で、バイオ燃料に対して堆積物が付かないか効果を試したところ、オリフィスに堆積物が付かないことが確かめられた。堆積物が付かない理由とて、図３に示すように、本実施例の撥液膜は長時間高温に曝されても水に対しても撥液性を有することが主要な理由となっていることが推察される。
【００４５】
以上の通り、本実施例の撥液膜を適用した燃料噴射弁によれば、たとえば微粒子除去装置を再生させるシステムに取り付けられ、長時間、高温に曝されたとしても高い接触角を維持することができ、高い撥液性を保つことが可能となる。したがって、ディーゼル排ガス中のＰＭを継続して燃焼させることが可能であり、信頼性の高い燃料噴射弁、あるいは微粒子除去装置を提供することが可能となる。また、エンジンに直接、噴射する直噴タイプの燃料噴射弁であれば、エンジン気筒内に設定した当該燃料濃度、空気流動の最適化を長期間維持することが可能となる。
【符号の説明】
【００４６】
１…燃料噴射弁本体、５…可動子、９…ノズル、１１…弁体、１１ａ…弁体側シート面、１５…オリフィスプレート、１５ａ…弁座側シート面、１６…ガイドプレート、１７…スワラー、２２…オリフィス、２４…オリフィス入口、２７…基板、２８…シリコーン系の層、２９…結合部位、３０…パーフルオロポリエーテル鎖３０（あるいはパーフルオロアルキル鎖を有する部位）。
【図１】
0006568711.tif 000005
【図２】
0006568711.tif 000006
【図３】
0006568711.tif 000007
【図４】
0006568711.tif 000008