(57)【要約】【課題】弁密性を向上しつつ、接合による組付が可能な弁装置の製造方法を提供する。【解決手段】弁座２１を有する弁ボディ２０と、弁座２１に当接、離間可能なノズルニードル３０と、弁ボディ２０と接合するホルダ１０（詳しくは磁性パイプ１１）とを備え、弁ボディ２０と磁性パイプ１１とを準備し、磁性パイプ１１に弁ボディ２０を挿入した状態で両者２０、１１を接合する弁装置の製造方法であって、弁ボディ２０と磁性パイプ１１を押圧しながら両者２０、１１を溶接する溶接工程を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁座を有する弁ボディと、前記弁座に当接、離間可能な弁部材と、前記弁ボディと接合するホルダとを備え、前記弁ボディと前記ホルダとを準備し、前記ホルダに前記弁ボディを挿入した状態で両者を接合する弁装置の製造方法であって、
前記弁ボディと前記ホルダを押圧しながら両者を溶接する溶接工程を備えていることを特徴とする弁装置の製造方法。
【請求項２】
前記ホルダは、略円筒状体であって、前記略円筒状体の開口端から挿入された前記弁ボディを係止可能な段差部を備え、
前記溶接工程では、前記弁ボディと前記ホルダとに軸方向の押圧力を加えることを特徴とする請求項１に記載の弁装置の製造方法。
【請求項３】
前記ホルダに前記弁ボディを挿入した状態において、前記弁ボディと前記ホルダとの間に挟み込まれるスペーサを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の弁装置の製造方法。
【請求項４】
前記ホルダに前記弁ボディを挿入した状態において、前記弁部材を弁座に付勢する付勢手段を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の弁装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弁装置の製造方法に関し、特に弁ボディに所定部材であるホルダを溶接等により接合する弁装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弁装置としては、流体の流通、遮断を正確に行なうため、弁座と弁部材とが当接、離間するシール部を精密に加工することが必要である。例えば自動車用内燃機関に用いられる燃料供給装置としての燃料噴射弁において、弁装置の開弁期間を可変にすることで燃料噴射量の調整を行なう際に、弁全閉時に燃料が燃焼室内へ流入すると、燃料の不完全燃焼により排出ガス中の炭化水素（ＨＣ）等の有害物質が増加し環境に悪影響を及ぼすため、弁全閉時の燃料漏れ量を極小化させる必要がある。
【０００３】
このような流量調整を行なう弁装置の弁密性を向上させる製造方法としては、例えば特許文献１では弁座の円錐台斜面を精密加工する製造方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１０５３７０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の製造方法では、いずれも、弁座または弁部材のシール部を単体で精密加工するものであり、部材単体を高精度に加工することは可能であっても、他の部材と組付けて弁装置をなした後に弁密を確保するには限界があった。例えば、他の部品を接合するための圧入による変形、または溶接による熱歪み等によりシール部に隙間が生じる可能性がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、弁密性を向上しつつ、接合による組付が可能な弁装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１によると、弁座を有する弁ボディと、弁座に当接、離間可能な弁部材と、弁ボディと接合するホルダとを備え、弁ボディとホルダとを準備し、ホルダに弁ボディを挿入した状態で両者を接合する弁装置の製造方法であって、弁ボディとホルダを押圧しながら両者を溶接する溶接工程を備えている。
【０００８】
一般に、溶接による被接合物を構成する弁ボディとホルダは、高エネルギー熱源である溶接よって、熱エネルギーが加わると熱歪みが生じ易い。すなわち、溶接過程において、弁ボディのうち、溶接によって熱エネルギーが注入された部分については、溶融して熱膨張する。一方、その熱エネルギーの注入が停止されると、溶融されていた部分は、自然冷却等の冷却によって逆に収縮する。この際、溶融されていた部分と溶融されていなかった部分との熱収縮差から収縮応力つまり引張応力が生じ、その結果、残留応力となって弁ボディに熱歪みが生じる。
【０００９】
これに対して、溶接工程で弁ボディとホルダに押圧力つまり圧縮応力を加えながら両者を溶接するため、この圧縮応力によって熱歪みの原因となる収縮応力を相殺または低減できる。したがって、溶接工程にて弁ボディとホルダに押圧力を加えながら溶接することによって、溶接による熱歪みの影響を相殺または緩和できので、弁ボディの閉弁時の弁密性つまり弁シール性の向上が図れる。
【００１０】
本発明の請求項２によると、ホルダは、略円筒状体であって、略円筒状体の開口端から挿入された弁ボディを係止可能な段差部を備え、溶接工程では、弁ボディとホルダとに軸方向の押圧力を加える。
【００１１】
これにより、弁ボディとホルダに加える押圧力として、軸方向の押圧力を加えるので、熱歪みの影響による弁ボディとホルダの軸ずれ等の変形を抑制することができる。したがって、溶接による熱歪みの影響を効果的に低減することができる。例えば溶接熱源を照射して全周溶接する場合、弁ボディの円周方向の熱歪みによる変形を抑制することができる。
【００１２】
本発明の請求項３によると、ホルダに弁ボディを挿入した状態において、弁ボディとホルダとの間に挟み込まれるスペーサを有する。
【００１３】
これにより、弁ボディとホルダとの間にスペーサを挟み込む弁装置の場合において、弁ボディとスペーサ、スペーサとホルダとの密着性が向上する。その密着性向上により、熱歪みの影響によるこれら部材間の隙間等の発生防止が可能である。
【００１４】
本発明の請求項４によると、ホルダに弁ボディを挿入した状態において、弁部材を弁座に付勢する付勢手段を有する。
【００１５】
付勢手段として、例えば弁装置を構成し、閉弁方向に弁部材を付勢する付勢スプリングを用い、これを組付けた状態で溶接する。その付勢手段の付勢力によって、閉弁時弁ボディの弁座に当接する弁部材のシール部を、弁座に押し当てるので、弁座が熱歪みによって変形しようとしたとしても、シール部に沿って変形するため、熱歪みによる弁座の変形を抑制する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の弁装置の製造方法を、具体化した実施形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態の弁装置の製造方法を表す模式的部分断面図である。図２は、本実施形態に係る弁装置としての燃料噴射弁の概略構成を示す断面図である。図３は、本実施形態の弁装置の製造方法に係る溶接方法を示す模式図であって、弁ボディとホルダ接合する熱溶接部を示す模式的断面図である。
【００１７】
弁装置としての燃料噴射弁９は、内燃機関、特にガソリンエンジンに用いられ、内燃機関へ燃料噴射するものである。この燃料噴射弁９は、開弁期間を可変にすることで、燃料噴射量の調整を行なえるように構成されている。
【００１８】
燃料噴射弁９のケーシング１０は、図２に示すように、磁性パイプ１１、固定鉄心１２、電磁駆動部４０などを覆うモールド樹脂である。固定鉄心１２と非磁性パイプ１３、非磁性パイプ１３と磁性パイプ１１とはそれぞれレーザ溶接などにより接合されている。
【００１９】
固定鉄心１２は略円筒形状であり、内部を燃料が流通可能である。固定鉄心１２の反噴孔側の端部には、燃料に含まれている微細な不純物を除去するためのフィルタ１４が設けられている。また、固定鉄心１２の内部には、付勢手段としてのスプリング１６及びスプリング１６の付勢力を調整するためのアジャスティングパイプ１５が収容されている。アジャスティングパイプ１５の噴孔側端部は、弁座２１方向にノズルニードル３０を付勢するスプリング１６に当接している。
【００２０】
弁ボディ２０は、ＳＵＳ３０４等のステンレス材からなり磁性パイプ１１とレーザ溶接により接合されている。なお、磁性パイプ１１は、図２に示すように、略円筒状体であり、弁ボディ２０が挿入されている。磁性パイプ１１の内周には、弁ボディ２０が挿入される開口端１１ａ側に、スペーサ２７を介して弁ボディ２０を係止する段差部１１ｂが形成されている。また、この磁性パイプ１１の外周には、円環状に形成された円環状段差部１１ｈが形成されている。
【００２１】
図２に示すように、弁ボディ２０には略円錐台傾斜面からなる弁座２１が形成されている。弁ボディ２０の燃焼室側端部には、カップ状に形成された噴孔カップ２３がレーザ溶接により固定されている。噴孔カップ２３には噴孔２３ａが形成されている。
【００２２】
弁部材としてのノズルニードル３０は、磁性パイプ１１及び弁ボディ２０の内部に収容されており、弁ボディ２０の内周壁面に支持されることで弁ボディ２０の中心軸上を往復移動することができる。ノズルニードル３０は図２に示すように噴孔側縁部が面取りされ円錐台傾斜面３５が形成されている。弁ボディ２０の中心軸に対する弁座２１の傾斜角とノズルニードル３０の円錐台傾斜面３５の傾斜角は互いに異なっているため、円錐台傾斜面３５の反噴孔側縁部がシール部３１を構成する。
【００２３】
図２に示すように、ノズルニードル３０の反噴孔側には、可動鉄心３３が固定されている。可動鉄心３３は略円筒状に形成され、磁性パイプ１１の内周壁面により往復移動自在に支持されている。
【００２４】
図２に示すように、電磁駆動部４０は固定鉄心１２の外周に設けられている。電磁駆動部４０は、スプール４２、スプール４２に巻回されたコイル４１、スプール４２の周囲を覆う金属プレート４３等から構成されている。コイル４１は、非磁性パイプ１３、並びに非磁性パイプ１３を挟むように位置する磁性パイプ１１および固定鉄心１２の周囲を覆うようにケーシング１０内に位置している。コイル４１はターミナル４４と電気的に接続されている。コイル４１に通電すると、磁性パイプ１１、固定鉄心１２、可動鉄心３３及び金属プレート４３により磁気回路が形成される。
【００２５】
スペーサ２７は、図２に示すように、弁ボディ２０と磁性パイプ１１（詳しくは段差部１１ｂ）との間に軸方向に挟み込まれている。このスペーサ２７の軸方向厚さは、固定鉄心１２に対する可動鉄心３３の軸方向最大移動量が所定量になるように調節される（言い換えると、固定鉄心１２と可動鉄心３３のエアギャップを所定量に調整する）。
【００２６】
なお、ここで、ケーシング１０は、モールド樹脂で磁性パイプ１１等を一体的に形成しており、弁ボディ２０を磁性パイプ１１を通じて挿入するホルダを構成している。弁ボディ２０と磁性パイプ１１を溶接により接合するとき、弁ボディ２０は、ケーシング１０に一体的になった磁性パイプ１１に挿入される。
【００２７】
以上説明した構成を有する燃料噴射弁９の作動を説明する。図示しない燃料配管からフィルタ１４を通じて固定鉄心１２の内部に燃料が流入し、この燃料は弁ボディ２０の内部空間に供給される。スプリング１６により可動鉄心３３とともにノズルニードル３０は弁座２１側に付勢されているため、コイル４１への通電がオフのとき、ノズルニードル３０は弁座２１に着座している。一方、コイル４１に通電すると、固定鉄心１２が可動鉄心３３を吸引し、可動鉄心３３とともにノズルニードル３０が弁座２１から離座する。このとき、ノズルニードル３０のシール部３１が弁ボディ２０の弁座２１から離座すると、シール部３１と弁座２１との間に形成される空隙を燃料が通過し、噴孔２３ａから燃料が噴射される。
【００２８】
ここで、弁装置としての燃料噴射弁９の製造方法、特に本発明の特徴である弁ボディ２０とホルダ１０（詳しくは磁性パイプ１１）とを接合する接合工程を以下図１および図３に従って説明する。なお、この接合工程以外については、説明を省略する。
【００２９】
図１に示すように、弁ボディ２０と磁性パイプ１１とが被接合物を構成している。
【００３０】
接合装置１は、被接合物を溶接するためにエネルギーを放出する熱源２と、被接合物を構成する弁ボディ２０と磁性パイプ１１を押圧する押圧手段３とを含んで構成されている。溶接手段としての熱源２は、被接合物を溶接によって接合できるものであって、高密度なエネルギーを放射可能な熱源であれば、例えばアーク、電子ビーム、レーザ等を熱源として用いてもよい。なお、本実施形態で使用する熱源２としては、以下、レーザを用いた溶接用熱源（以下、レーザヘッドと呼ぶ）とする。このレーザヘッド２は、図３に示すように、被接合物２０、１１の円周方向に沿って相対的に移動可能である。例えば、レーザヘッド２は固定しておき、後述の保持冶具４を回転駆動させることによって、被接合物に対して、図３に示す矢印方向にレーザヘッド２を回転移動させてもよい。あるいはレーザヘッド２自体を被接合物を中心に回転駆動してもよい。レーザヘッド２により被接合物（詳しくは、弁ボディ２０と磁性パイプ１１）を全周溶接することで、内燃機関に燃料噴射する燃料噴射弁９の油密を確保する。なお、図１および図２に示すように、弁ボディ２０と磁性パイプ１１を溶接する溶接部１００が環状に形成される。
【００３１】
押圧手段３は、弁ボディ２０は磁性パイプ１１に挿入され、段差部１１ｂによって係止されているため、弁ボディ２０および磁性パイプ１１のうち少なくともいずれか一方を押圧するものであれば、プレス加工用プレス機、あるいは圧入用駆動装置の加圧冶具等、いずれの押圧装置でもよい。以下、本実施形態では、押圧手段３として、弁ボディ２０を押圧する加圧冶具として説明する。
【００３２】
保持冶具４は、押圧手段３による弁ボディ２０への作用する押圧力に抗して、弁ボディ２０および磁性パイプ１１を支持する。保持冶具４は、図１に示すように、磁性パイプ１１の外周に設けられた円環状段差部１１ｈに嵌合し、磁性パイプ１１を係止する爪部が設けられている。なお、この保持冶具４は、図１に示すように、略半円筒状の部材に分割可能な略円筒状体である。
【００３３】
以上説明した接合装置１の接合方法を以下説明する。まず、弁ボディ２０、スペーサ２７、ホルダ１０、およびノズルニードル３０を準備し、弁ボディ２０を磁性パイプ１１の内周に挿入する挿入工程を備える。このとき、弁ボディ２０にノズルニードル３０を予め組み込んでおく。また、スペーサ２７は弁ボディ２０を磁性パイプ１１へ挿入する前に、磁性パイプに挿入されている。
【００３４】
次に溶接工程では、挿入工程にて組み込まれた弁ボディ２０および磁性パイプ１１のうち、磁性パイプ１１を保持冶具４で支持する。そして、弁ボディ２０と磁性パイプ１１１を押圧するように、加圧冶具３により弁ボディ２０の軸方向に押圧する。このとき、加圧冶具３により弁ボディ２０と磁性パイプ１１を押圧しながら、レーザヘッド２により両者２０、１１の溶接部１００に熱エネルギーを照射して溶接する。
【００３５】
なお、ここで、加圧冶具３によって弁ボディ２０に加えられる押圧力は、実験により以下のことを確認した。実験では、押圧力として８００〜２０００Ｎの荷重範囲で評価した。この結果、８００Ｎ、１０００Ｎ、１３００Ｎ、１６００Ｎと押圧力を増加するに従って弁シール性が向上がみられ、高い弁密性が得られた。２０００Ｎの荷重を押圧力として加えた場合、弁シール性の低下がみられた。
【００３６】
また、弁ボディ２０と磁性パイプ１１（詳しくは段差部１１ｂ）の間に挟み込まれるスペーサ２７は、弁ボディ２０と磁性パイプ１１を加圧冶具３で押圧しない従来の接合方法に比べて、弁ボディ２０とスペーサ２７、スペーサ２７と段差部１１ｂの密着性が向上した。溶接後において、これら弁ボディ２０とスペーサ２７、スペーサ２７と段差部１１ｂの間に隙間が発生する現象等の熱歪みの影響はみられない。
【００３７】
上記挿入工程において、ホルダ１０（詳しくは、磁性パイプ）に弁ボディ２０を挿入した状態で、ノズルニードル３０を閉弁方向に付勢するように、スプリング１６が組み込まれている場合、そのスプリング１６が組み込まれている場合と比較して、弁座２１の熱歪みによる変形が小さい。なお、スプリング１６が組み込まれている挿入状態で溶接を行なう際、スプリング１６の付勢力によって、ノズルニードル３０のシール部３１が弁座２１に押し当てられるので、弁座２１が熱歪みによって変形しようとしたとしても、シール部３１に沿って変形するため、熱歪みによる弁座２１の変形を抑制する相乗効果がある。
【００３８】
以上説明した実施形態において、溶接工程で弁ボディ２０と磁性パイプ１１に押圧力つまり圧縮応力を加えながら両者２０、１１を溶接するため、この圧縮応力によって熱歪みの原因となる収縮応力を相殺または低減できる。したがって、溶接工程にて弁ボディ２０と磁性パイプ１１に押圧力を加えながら溶接することによって、溶接による熱歪みの影響を相殺または緩和できので、弁ボディ２０の閉弁時の弁密性つまり弁シール性の向上が図れる。
【００３９】
以上説明した実施形態において、弁ボディ２０と磁性パイプ１１に加える押圧力として、軸方向の押圧力を加えるので、熱歪みの影響による弁ボディ２０と磁性パイプ１１の軸ずれ等の変形を抑制することができる。溶接熱源を照射して全周溶接する本実施例の場合、弁ボディの円周方向の熱歪みによる変形を抑制し、溶接による熱歪みの影響を効果的に低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の弁装置の製造方法を表す模式的部分断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る弁装置としての燃料噴射弁の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態の弁装置の製造方法に係る溶接方法を示す模式図であって、弁ボディとホルダ接合する熱溶接部を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１  接合装置１
２  熱源（溶接手段）
３  加圧冶具（押圧手段９
４  保持冶具
４ａ  爪部
９  燃料噴射弁（弁装置）
１１  磁性パイプ（ホルダの一部）
１１ａ  開口端
１１ｂ  段差部
１１ｈ  円環状段差部
１２  固定鉄心
２０  弁ボディ
２１  弁座
２３噴孔カップ
２３ａ  噴孔
２７  スペーサ
３０  ノズルニードル（弁部材）
３１  シール部
３３  可動鉄心
４０  電磁駆動部
１００  溶接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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