(57)【要約】【課題】弁体として製造工数を減らし、耐久性と信頼性を向上させること。【解決手段】電磁弁用弁体１は、ソレノイドの吸引力により動作すると共に弁座に対して開閉する弁部２ｂを含む。弁部２ｂを含む本体部２は、金属ガラスを素材として構成される。コアとしてのアーマチュア３は、磁性材料により掲載される。弁部２ｂ及びアーマチュア３は、精密鋳造により一体成形される。ここでは、磁性材料からなるアーマチュア３を中子として、金属ガラスを素材として加圧しながら鋳込むことにより、弁部２ｂを含む本体部２をアーマチュア３とが一体成形される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁石の吸引力により動作すると共に弁座に対して開閉する弁部を含む電磁弁用弁体であって、
前記弁部が金属ガラスを素材として構成されることと、
磁性材料からなるコアと
を備え、前記弁部及び前記コアが一体成形されたことを特徴とする電磁弁用弁体。
【請求項２】
電磁石の吸引力により動作すると共に弁座に対して開閉する弁部を含む電磁弁用弁体の製造方法において、
磁性材料からなるコアを中子とし、金属ガラスを素材として鋳込むことにより、前記弁部を前記コアと一体成形することを特徴とする電磁弁用弁体の製造方法。
【請求項３】
電磁石の吸引力により動作すると共に弁座に対して開閉する弁部を含む電磁弁用弁体の製造方法において、
金型に磁性材料からなるコアを中子として填め込むコア填め込み工程と、
前記コアが填め込まれた金型のキャビティに対して金属ガラスを素材として注湯する注湯工程と、
前記弁部を前記コアと一体成形するために前記注湯された素材にプランジャで圧力を加える加圧工程と、
前記金型から前記一体成形品を弁体として取り出す取出工程と
を備えたことを特徴とする電磁弁用弁体の製造方法。
【請求項４】
前記加圧工程から前記取出工程までの間で前記一体成形品を冷却装置で冷却し、その冷却の過程で前記コアを磁気焼鈍することを特徴とする請求項３に記載の電磁弁用弁体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電磁石の吸引力により動作すると共に弁座に対して開閉する弁部を含む電磁弁用弁体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電磁弁の一つとして、例えば、エンジンに燃料を噴射供給するために使用される電磁式燃料噴射弁（インジェクタ）がある。下記の特許文献１には、この種のインジェクタと、そのインジェクタに使用される弁体としてのニードルバルブについて記載されている。
【０００３】
このニードルバルブは、ニードルシール部と、ニードル部と、プランジャー部とが同一材料（軟磁性材料）により金属射出成形法（ＭＩＭ法）により一体成形される。このように、ニードルバルブを、同一材料によりＭＩＭ法により一体成形することにより、製造のための加工工数を減らし、バリの発生を抑え、設計上の自由度を広げるなどの効果を得るようにしている。又、ニードルバルブを、軟磁性材料により構成して、優れた磁気特性を得て電磁石に対する応答性を確保するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１９３５９６号公報（第２−５頁，図１，図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記特許文献１に記載のニードルバルブでは、所定の磁気特性を得るために全体が軟磁性材料により構成されるため、全体的に耐摩耗性や耐食性に劣る傾向があった。このため、表面を硬くするために、硬質クロムメッキ等の表面処理を施す必要があった。
【０００６】
又、前記特許文献１に記載のニードルバルブでは、ＭＩＭ法による一体成形により、製造のための加工工数を減らせるものの、成形、脱脂及び焼結を行った後、最小限の機械加工として、一部側面を研削する機械加工が必要となった。このため、仕上げのための後工程を完全に省くことができなかった。
【０００７】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、製造工数を減らし、耐久性と信頼性を向上させることを可能にした電磁弁用弁体及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電磁石の吸引力により動作すると共に弁座に対して開閉する弁部を含む電磁弁用弁体であって、弁部が金属ガラスを素材として構成されることと、磁性材料からなるコアとを備え、弁部及びコアが一体成形されたことを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、弁部と一体成形されたコアが電磁弁においてアーマチュアとして機能する。従って、コアに電磁石の吸引力が作用することにより、弁部がコアと一体的に移動し、弁部が弁座に対して開閉する。
ここで、金属ガラスとは、金属でありながら、酸化物ガラスのように安定な非晶質（アモルファス）で、高温で容易に変形（粘性流動）するものである。変形特性については、金属ガラスは、原子配列がランダムであるため、結晶合金に存在する特定の滑り面が無く、機械的強度に優れる。材料特性については、金属ガラスは、引張強度が相対的に高く、ヤング率が相対的に低い。耐食性については、金属ガラスは、構造・組成が均質であるため表面に形成される不働態被膜も均質となり、粒界が無いため、耐食性に優れる。
具体的には、下記の一般式で示される組成を有する合金が好適に使用できる。
一般式：Ｍ１ａＭ２ｂＬｎｃＭ３ｄＭ４ｅＭ５ｆ
但し、「Ｍ１」はＺｒ及びＨｆから選ばれる１種又は２種の元素である。「Ｍ２」はＮｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ａｌ及びＧａよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。「Ｌｎ」はＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｙｂ及びＭｍ（希土類元素の集合体であるミッシュメタル）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。「Ｍ３」はＢｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ及びＯよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。「Ｍ４」はＴａ、Ｗ及びＭｏよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。「Ｍ５」はＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ及びＡｇよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。「ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ」はそれぞれ原子％で、「２５≦ａ≦８５」、「１５≦ｂ≦７５」、「０≦ｃ≦３０」、「０≦ｄ≦３０」、「０≦ｅ≦１５」及び「０≦ｆ≦１５」である。特に、Ｚｒ系金属ガラスでは、酸化処理することにより、表面にジルコニア膜が形成され、耐摩耗性が向上する。高密度性については、金属ガラスの鋳造では、金型の寸法に応じて、型の形状が鋳物に高精度に転写（再現）される。金属ガラスでは、過冷却液体領域があるため、凝固収縮を考慮する必要がなく、アモルファスのため、表面が滑らかになり、金型の表面状態が高精度に再現される。
従って、弁部とコアとの一体成形品として、寸法精度が高く、後加工が不要となる。又、一体成形品として機械的強度が大きく、弁部の表面の耐食性が大きい。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、電磁石の吸引力により動作すると共に弁座に対して開閉する弁部を含む電磁弁用弁体の製造方法において、磁性材料からなるコアを中子とし、金属ガラスを素材として鋳込むことにより、弁部をコアと一体成形することを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、コアと弁部が鋳造により高精密に一体成形されることから、仕上加工等の後工程が不要となる。又、弁部が金属ガラスで成形されることから、機械的強度に優れ、耐食性及び耐摩耗性に優れる。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、電磁石の吸引力により動作すると共に弁座に対して開閉する弁部を含む電磁弁用弁体の製造方法において、金型に磁性材料からなるコアを中子として填め込むコア填め込み工程と、コアが填め込まれた金型のキャビティに対して金属ガラスを素材として注湯する注湯工程と、弁部をコアと一体成形するために注湯された素材にプランジャで圧力を加える加圧工程と、金型から一体成形品を弁体として取り出す取出工程とを備えたことを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明と同様の作用が得られる。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、加圧工程から取出工程までの間で一体成形品を冷却装置で冷却し、その冷却の過程でコアを磁気焼鈍することを趣旨とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、冷却装置による冷却の過程でコアが磁気焼鈍されるので、磁気焼鈍のための特別な工程が不要となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電磁弁用弁体及びその製造方法を具体化した一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１に、本実施の形態における電磁弁用弁体１の正面図を拡大して示す。
この弁体１は、軸部２ａと、その軸部２ａの先端に設けられた円錐形状をなす弁部２ｂと、軸部２ａの基端に設けられたコアとしてのアーマチュア３とから構成される。この実施の形態で、軸部２ａ及び弁部２ｂは、金属ガラスを素材として、本体部２として一体形成される。この実施の形態では、比較的容易に作成可能な「Ｚｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ合金」からなる金属ガラスが素材として使用される。有底円筒状をなすアーマチャ３は、「パーマロイ、電磁ステンレス」等の磁性材料から形成される。これら軸部２ａと弁部２ｂとから構成される本体部２及びアーマチュア３は、精密鋳造により一体成形されている。
【００１８】
図２に、上記の弁体１を含む電磁弁としてのインジェクタ４を断面図に示す。このインジェクタ４は、ハウジング５の中に設けられたコア６と、コア６の中に設けられた調整パイプ７と、ハウジング５とコア６の先端側に設けられた電磁石（ソレノイド）８と、ハウジング５の先端側に設けられたロワボディ９と、ロワボディ９の内側に設けられたノズルボディ１０及びストッパ１１と、ノズルボディ１０の先端に設けられたキャップ１２と、ノズルボディ１０とキャップ１２との間に設けられたオリフィスプレート２１とを備える。
【００１９】
コア６の基端部は、デリバリパイプ（図示略）に接続される配管コネクタ１３となっている。配管コネクタ１３の周囲には、Ｏリング１４が装着される。配管コネクタ１３の内側には、ストレーナ１５が設けられる。ハウジング５には、配線コネクタ１６が一体形成される。配線コネクタ１６には、ターミナル１７が設けられる。
【００２０】
ソレノイド８は、コイル１８とボビン１９から構成される。ボビン１９は、ターミナル１７に接続される。この実施の形態では、コア６とソレノイド８とにより、本発明の電磁石が構成される。ノズルボディ１０には、弁座１０ａ及び噴孔１０ｂが形成される。この噴孔１０ｂに対応して、オリフィスプレート２１には、燃料噴射用の一つ又は複数のオリフィス（図示略）が設けられる。この実施の形態で、弁体１は、ロワボディ９とノズルボディ１０の内部に組み付けられる。弁体１のアーマチュア３は、ソレノイド８に隣接して配置される。アーマチュア３は、磁性材料より形成されることから、ソレノイド８の磁力に吸引される。弁体１の弁部２ｂは、弁座１０ａに整合して配置される。アーマチュア３と調整パイプ７との間には、スプリング２０が設けられる。
【００２１】
従って、この実施の形態の弁体１は、アーマチュア３にソレノイド８の磁力による吸引力が作用することにより、スプリング２０に抗して本体部２がアーマチュア３と一体的に移動し、弁部２ｂが弁座１０ａから離れて開く。これにより、配管コネクタ１３からコア６の内部に供給される燃料が、ノズルボディ１０の噴孔１０ｂ及びオリフィスプレート２１のオリフィスを通じて噴射される。一方、アーマチュア３に対するソレノイド８の吸引力が消失することにより、スプリング２０により押されて本体部２がアーマチュア３と一体的に反対方向へ移動し、弁部２ｂが弁座１０ａに密着して閉じる。これにより、噴孔１０ｂ及びオリフィスからの燃料噴射が停止する。
【００２２】
次に、弁体１の製造方法について説明する。図３（ａ）〜（ｅ）に、一連の製造手順を工程図に示す。弁体１の製造には、第１金型３１と第２金型３２が使用される。この実施の形態では、第１金型３１及び第２金型３２とにより、本発明の金型が構成される。第１金型３１には、弁体１の本体部２を成形するための弁体キャビティ３３と、アーマチュア３を填めるための凹部３４が形成される。第１金型３１の内部には、冷却装置を構成する水通路３１ａが形成される。この水通路３１ａに水が通されることにより、成形品の冷却が行われる。第２金型３２には、通孔３５に対してプランジャ３６が往復動可能に設けられる。第２金型３２の通孔３５の先端側には、アーマチュア３に整合する凹部３７が形成される。第１金型３１と第２金型３２が互いに型締めされた状態では、弁体キャビティ３３及び通孔３５等により一つのキャビティが構成される。
【００２３】
ここで、金属ガラスは全く収縮しない訳ではないので、第１金型３１の弁体キャビティ３３の寸法は、わずかな収縮量（１％程度）を見込んだ精度で設定する必要がある。弁体キャビティ３３の抜き勾配は、ネットシェイプ（正確な転写）の点からは、できるだけ小さくすることが望ましい。
【００２４】
弁体１を製造するには、先ず図３（ａ）に示すコア填め込み工程で、第１金型３１の凹部３４にコアであるアーマチュア３を中子として填め込む。
【００２５】
次に、図３（ｂ）に示す注湯工程では、第１金型３１と第２金型３２とを互いに型締めし、両金型３１，３２より構成されたキャビティに対して（第２金型３２の通孔３５の中に）金属ガラスを素材４０として注湯する。この素材４０は、第２金型３２に設けられた所定のランナ（図示略）から通孔３５に投入される。ここで、金属ガラスの溶湯の温度は、例えば「１１００℃」に設定される。
【００２６】
次に、図３（ｃ）に示す加圧工程では、弁部２ｂを含む本体部２をアーマチュア３と一体成形するために、プランジャ３６を往動させることにより、注湯された素材４０に圧力を加える。このときの鋳造圧力は、例えば「数十ＭＰａ」である。このとき、プランジャ３６の先端は、アーマチュア３の底壁から所定距離隔てて止められる。この加圧状態で、鋳造物を所定時間放置する。この放置時間において、水通路３１ａに水を流すことにより、本体部２とアーマチュア３との一体成形品を冷却する。この冷却により第１金型３１を所定温度に維持し、その冷却の過程でアーマチュア３を磁気焼鈍する。
【００２７】
次に、図３（ｄ）に示す取出工程では、プランジャ３６を復動させながら第１金型３１と第２金型３２を互いに型開きする。これにより、図３（ｅ）に示すように、一体成形品を取り出すことにより、弁体１の完成品が得られる、
【００２８】
つまり、この実施の形態の製造方法では、磁性材料からなるアーマチュア３を中子とし、金属ガラスを素材として加圧しながら鋳込むことにより、弁部２ｂを含む本体部２をアーマチュア３と一体成形している。このような製造方法により、本体部２が金属ガラスを素材として構成され、その本体部２とアーマチュア３とが精密鋳造により一体成形された弁体１が得られる。
【００２９】
ここで、上記製造方法は、真空雰囲気中で行われる。その理由は、金属ガラスの溶湯の酸化を防止するためである。
【００３０】
以上説明したこの実施の形態の弁体１によれば、インジェクタ４において、弁部２ｂを含む本体部２と一体成形されたアーマチュア３がソレノイド８の磁力を受けて機能する。従って、アーマチュア３にソレノイド８の吸引力が作用することにより、弁部２ｂを含む本体部２がアーマチュア３と一体的に移動し、弁部２ｂが弁座１０ａに対して開閉するように動作する。
【００３１】
ここで、本体部２に素材４０として使用される金属ガラスとは、金属でありながら、酸化物ガラスのように安定な非晶質（アモルファス）であり、高温で容易に変形（粘性流動）するものである。
【００３２】
変形特性については、図４（ａ），（ｂ）に示す原子配列モデルから分かるように、金属ガラスは、結晶合金に比べ、原子配列がランダムであるため、結晶合金に存在する特定の滑り面が無く、機械的強度に優れる。このため、この金属ガラス使用した本体部２を備えた弁体１として、耐久性を向上させることができる。
【００３３】
耐食性については、図５（ａ）（ｂ）の断面モデル図からも分かるように、金属ガラスは、結晶合金に比べ、構造・組成が均質であるため表面に形成される不働態被膜も均質となる。又、金属ガラスは、結晶粒界が無いため、耐食性に優れる。更に、Ｚｒ系の金属ガラスは、酸化処理することにより、表面にジルコニア膜が形成されるので、耐摩耗性が向上する。この意味でも、金属ガラスを使用した本体部２を備えた弁体１として、耐久性を向上させることができる。
【００３４】
材料特性については、図６の表からも分かるように、金属ガラス（Ｚｒ系：Ｚｒ５５Ａｌ１０Ｎｉ５Ｃｕ３０（ａｔ％））は、ステンレス（ＳＵＳ３０４）に比べ、密度が低く、引張強度が高く、ヤング率が低く、硬質である。この結果、金属ガラスを使用した本体部２を備えた弁体１として、油密性を向上させることができ、弁座１０ａとの接触騒音を低減させることができる。
【００３５】
高密度性については、金属ガラスの鋳造では、金型の寸法に応じて、金型の形状が鋳物に高精度に転写（再現）される。金属ガラスでは、過冷却液体領域があるため、凝固収縮を考慮する必要がなく、アモルファスのため、表面が滑らかになり、金型の表面状態が高精度に再現される。この意味でも、弁体１として、仕上加工等の後工程の必要がなく、製造工数を減らすことができる。
【００３６】
従って、この実施の形態の弁体１では、弁部２ｂを含む本体部２とアーマチュア３との一体成形品として、寸法精度が高く、仕上加工等の後加工が不要となる。このため、弁体１の製造工数を減らすことができる。又、一体成形品として機械的強度が大きく、弁部２ｂの表面の耐食性が大きい。このため、弁体１としての耐久性と信頼性を向上させることができる。
【００３７】
即ち、従来例の弁体（ニードルバルブ）では、全体が軟磁性材料により構成されるため、耐摩耗性や耐食性に劣る傾向があり、表面を強くするために、表面処理を施す必要があった。これに対して、本実施の形態の弁体１によれば、アーマチュア３のみを磁性材料により形成し、弁部２ｂを含む本体部２を金属ガラスで形成していることから、弁体１の主要部である弁部２ｂにつき、耐摩耗性や耐食性を向上させることができる。又、表面処理等の後工程を不要にできる分だけ製造工数を減らすことができるのである。
【００３８】
又、従来例の弁体（ニードルバルブ）では、成形、脱脂及び焼結を行った後、一部側面を研削する機械加工が必要となり、仕上げのための後工程を完全に省くことができなかった。これに対して、この実施の形態の弁体１では、本体部２とアーマチュア３との一体成形品を金型３１，３２から取り出すだけで、弁体１としての完成品が得られるので、仕上加工等の後工程が不要となり、製造工数を減らすことができるのである。
【００３９】
この実施の形態の弁体１の製造方法によれば、磁性材料からなるアーマチュア３を中子とし、金属ガラスを素材として加圧しながら鋳込むことにより、弁部２ｂを含む本体部２をアーマチュア３と一体成形している。具体的には、コア填め込み工程、注湯工程、加圧工程及び取出工程から、本体部２をアーマチュア３と一体成型した弁体１が得られる。従って、弁部２ｂを含む本体部２とアーマチュア３とが鋳造により高精密に一体成形されるので、仕上加工等の後工程が不要となる。又、弁部２ｂが金属ガラスで成形されることから、機械的強度に優れ、耐食性及び耐摩耗性に優れる。このため、上記のように耐久性と信頼性に優れた弁体１を、少ない工数で製造することができる。
【００４０】
この実施の形態の弁体の製造方法によれば、加圧工程から取出工程までの間で一体成形品を冷却し、その冷却の過程でアーマチュアを磁気焼鈍するようにしている。従って、冷却過程でアーマチュアが磁気焼鈍されるので、磁気焼鈍のための特別な工程が不要となる。この意味でも弁体１のための製造工数を更に削減することができる。
【００４１】
尚、この発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
【００４２】
（１）前記実施の形態では、円錐形の弁部２ｂを含む弁体１に具体化したが、球状の弁部を含む弁体に具体化することもできる。又、前記実施の形態では、通直な軸部２ａを含む弁体１に具体化したが、軸部にフランジ状の膨出部を有する弁体に具体化することもできる。即ち、コアや弁部を含む弁体の形状は特定のものには限定されない。
【００４３】
（２）前記実施の形態では、金属ガラスとして、「Ｚｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ」からなるＺｒ系の金属ガラスを使用したが、金属ガラスの組成としてはこれに限られるものではない。例えば、「Ｔｉ系材料」からなる金属ガラスを使用することもできる。
【００４４】
（３）前記実施の形態では、電磁弁用弁体として、エンジンのインジェクタ４に使用される弁体１に具体化した。これに対し、電磁弁としてはインジェクタ４に限られるものではなく、油圧回路等で使用される一般的な電磁弁に使用される弁体に具体化することもできる。
【００４５】
（４）前記実施の形態では、磁性材料からなるコアとしてのアーマチュア３を中子とし、金属ガラスを素材として加圧しながら鋳込むことにより、弁部２ｂをアーマチュア３と一体成形するようにしたが、磁性材料からなるコアを中子とし、金属ガラスを素材として自重により鋳込むことにより、弁部をコアと一体成形するようにしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の構成によれば、弁体として製造工数を減らすことができ、耐久性と信頼性を向上させることができる。
【００４７】
請求項２に記載の発明の構成によれば、耐久性と信頼性に優れた弁体を、少ない工数で製造することができる。
【００４８】
請求項３に記載の発明の構成によれば、請求項２に記載の製造方法を、コア填め込み工程、注湯工程、加圧工程及び取出工程により特定することにより、請求項２に記載の発明と同等の効果を得ることができる。
【００４９】
請求項４に記載の発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の効果に対し、弁体のための製造工数を更に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態に係り、電磁弁用弁体を拡大して示す正面図である。
【図２】弁体を含むインジェクタの断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、一連の製造手順を示す工程図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、原子配列モデルを示す模式図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、  断面モデルを示す模式図である。
【図６】材料特性を示す表である。
【符号の説明】
１      弁体
２ｂ    弁部
３      アーマチュア（コア）
４      インジェクタ
６      コア
８      ソレノイド
１０ａ  弁座
３１    第１金型
３１ａ  水通路
３２    第２金型
３３    弁体キャビティ
４０    素材
【図１】
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【図２】
2004190781.tif 000004
【図３】
2004190781.tif 000005
【図４】
2004190781.tif 000006
【図５】
2004190781.tif 000007
【図６】
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