(57)【要約】【課題】従来のスペーサは組付けのために略馬蹄形を呈しており、切欠部を介してスペーサの外まで作動流体が導かれる。このため、Ｏリングを用いてシールしていたが、作動流体として液化ガスを用いる場合はシールできない。【解決手段】スペーサ１１には中心穴１１ａと組付穴１１ｂが設けられ、外周縁部１１ｃは全周に亘って切れ目なく連続する。組付けは、ニードル弁１５の鍔部１５ｂを組付穴１１ｂに差し入れ、次にスペーサ１１の中心に小径部１５ｃを差し入れ、そのままノズルボディ１２内に組付ける。その後、ハウジング２の小径筒部２ｄ内に組み入れ、リテーニングナット１４を締結する。この結果、スペーサ１１の外周縁部１１ｃが、ハウジング２とノズルボディ１２によって強固に挟み付けられて、高剛性のシール構造が形成される。作動流体として液化ガスを用いる場合でも、高いシール性を確保できる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
小径部の軸方向の両側に前記小径部より大径の鍔部と頭部を備え、作動流体が満たされるスペース内を軸方向に変位する可動子と、
前記小径部が軸方向に移動可能に挿通され、軸方向に変位する前記可動子の前記鍔部に当接して前記可動子の移動位置を規制するスペーサと、
このスペーサを軸方向の両側から挟み付けて固定する２つの固定部材と、
を備える軸方向変位規制装置であって、
前記スペーサは、前記鍔部または前記頭部の少なくとも一方を軸方向から挿通可能な組付穴を備えるものであり、前記２つの固定部材によって挟み付けられる前記スペーサの外周縁部は全周に亘って連続していることを特徴とする軸方向変位規制装置。
【請求項２】
小径部の軸方向の両側に前記小径部より大径の鍔部と頭部を備え、作動流体が満たされるスペース内を軸方向に変位する可動子と、
前記小径部が軸方向に移動可能に挿通され、軸方向に変位する前記可動子の前記鍔部に当接して前記可動子の移動位置を規制するスペーサと、
このスペーサを軸方向の両側から挟み付けて固定する２つの固定部材と、
を備える軸方向変位規制装置であって、
前記スペーサは、軸芯に前記小径部を軸方向に移動可能に挿通させる中心穴と、この中心穴に連通するとともに、前記スペーサの中心から外れた偏心位置にあって前記鍔部または前記頭部の少なくとも一方を軸方向から挿通可能な組付穴とを備えるものであり、前記２つの固定部材によって挟み付けられる前記スペーサの外周縁部は全周に亘って連続していることを特徴とする軸方向変位規制装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２の軸方向変位規制装置において、
前記スペース内に満たされる作動流体は、超臨界となる可能性がある液化ガスであることを特徴とする軸方向変位規制装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作動流体が満たされたスペース内で軸方向に変位する可動子の軸方向位置を規制する軸方向変位規制装置に関するものであり、特に内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁に用いて好適な技術である。
【０００２】
【従来の技術】
軸方向変位規制装置が適用された燃料噴射弁を参照して従来の技術を説明する。図５に開示される特許第２５４５７８２号公報の燃料噴射弁Ｊ１は、電磁コイルＪ２が通電されてステータＪ３が吸引磁力を発生すると、ニードル弁Ｊ４（可動子）の上端に設けられた磁性体材料よりなる頭部Ｊ５がステータＪ３に吸引されてニードル弁Ｊ４がリフトする。これによって、ノズルボディＪ６に形成された噴射孔Ｊ７が開いてニードル弁Ｊ４の周囲に満たされていた高圧燃料が噴射孔Ｊ７から噴射される。
ステータＪ３の通電が停止されると、ニードル弁Ｊ４はリターンスプリングＪ８の付勢力によってノズルボディＪ６に着座して噴射孔Ｊ７が閉じられる。
【０００３】
燃料噴射弁Ｊ１は、ニードル弁Ｊ４の応答性を高めるために、全開時におけるニードル弁Ｊ４のリフト量を規制している。
ニードル弁Ｊ４のリフト量を規制する従来の手段（軸方向変位規制装置）を説明する。
軸方向変位規制装置は、ニードル弁Ｊ４の途中部分に鍔部Ｊ９を設けるとともに、ハウジングＪ１０とノズルボディＪ６の間にスペーサＪ１１を挟み付けたものであり、ニードル弁Ｊ４が所定量リフトすると、ニードル弁Ｊ４の鍔部Ｊ９がスペーサＪ１１に当接することで、ニードル弁Ｊ４のリフト量が所定の位置に規制される。
【０００４】
ニードル弁Ｊ４には、スペーサＪ１１が配置される小径部Ｊ１２の両側に頭部Ｊ５と鍔部Ｊ９が設けられているため、スペーサＪ１１を頭部Ｊ５と鍔部Ｊ９の間の小径部Ｊ１２に配置するために、スペーサＪ１１は図６に示されるように略馬蹄形に設けられており、組付けの際は図７に示されるようにスペーサＪ１１の周縁の切欠部Ｊ１３から頭部Ｊ５と鍔部Ｊ９の間の小径部Ｊ１２を差し込んでいた。
しかるに、このようにスペーサＪ１１が略馬蹄形を呈すると、スペーサＪ１１の切欠部Ｊ１３に浸入した作動流体（燃料）が、ハウジングＪ１０とノズルボディＪ６の間の隙間を通って外部に漏れる可能性がある。そこで、従来ではハウジングＪ１０とノズルボディＪ６の間にＯリングＪ１４を配置して、作動流体が外部に漏れないようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
作動流体の圧力が低い場合には、上記のようなＯリングＪ１４によるシールも可能であるが、作動流体の圧力が１０ＭＰａを越えるような高圧の場合では、ＯリングＪ１４によるシールでは信頼性が得られない。そこで、ＯリングＪ１４を装着する溝にバックアップリングを装着することで信頼性を高めることも考えられるが、バックアップリングを配置するためのスペースを余分に確保する必要が生じるため、燃料噴射弁Ｊ１の体格（軸方向）が大きくなってしまう。
【０００６】
また、作動流体の圧力が超高圧になると、スペーサＪ１１の切欠部Ｊ１３に浸入した超高圧の作動流体が、ハウジングＪ１０とノズルボディＪ６を引き離す方向に強く作用し、燃料噴射弁Ｊ１の強度が低下する懸念が生じる。
【０００７】
一方、作動流体としてジメチルエーテル、ＬＰＧ等の液化ガスを用いる場合は、作動流体が超臨界となる可能性があるが、超臨界に達した流体は一般に浸透性が極端に高くなるため、ＯリングＪ１４でのシールは困難になる。
また、作動流体としてジメチルエーテルのようなエラストマと化学反応する場合は、材質ＮＢＲ製のＯリングＪ１４を使用する必要があるが、電磁弁を用いた燃料噴射弁Ｊ１のように発熱し、高温になる部位には耐熱が低くて使用できないという問題があった。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸方向変位規制装置において、可動子が触れる流体が、高圧な作動流体であっても、超臨界に達する作動流体であっても、エラストマと反応する作動流体であっても、体格を大型化することなく、高いシール性を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１、２の手段〕
請求項１、２の手段を採用する軸方向変位規制装置は、組付時において、スペーサの組付穴に鍔部あるいは頭部を軸方向から差し入れ、それから可動子またはスペーサを径方向へ移動して鍔部がスペーサに当接可能な状態にし、２つの固定部材によってスペーサの外周縁部を両側から挟み付けたものである。
このように組付けられている軸方向変位規制装置は、可動子が軸方向に変位した際は、可動子の鍔部がスペーサに当接することで可動子の移動位置が規制される。
【００１０】
スペーサの外周縁部は、全周に亘って切れ目なく連続するものであり、その外周縁部が２つの固定部材によって軸方向の両側から挟み付けられるものであるため、固定部材とスペーサとの全周に亘る接触面で高いシール性が確保される。
この結果、作動流体の圧力が１０ＭＰａを越えるような高圧の場合であっても、作動流体が漏れる不具合がない。
また、全周に亘る外周縁部と固定部材との接触面の間に作動流体が浸入しない構造であるため、外周縁部と固定部材との間に浸入した作動流体の圧力によって固定部材をスペーサから引き離す作用が生じない。このため、作動流体が高圧であっても組付け強度が低下する不具合が抑えられる。
さらに、固定部材とスペーサとの全周に亘る接触面で高いシール性が確保されるため、従来用いていたＯリングを廃止することができ、またバックアップリングを用いる必要もないため、体格（軸方向）が大型化する不具合がない。
【００１１】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段を採用し、スペース内に満たされる作動流体が、超臨界となる可能性のある液化ガス（ジメチルエーテル、ＬＰＧ等）であっても良い。
この場合、作動流体が超臨界に達して浸透性が極端に高くなっても、固定部材とスペーサとの全周に亘る接触面で高いシール性が確保されるため、作動流体が漏れる不具合がない。
また、作動流体としてジメチルエーテルのようにエラストマと化学反応する場合であっても、Ｏリングを使用する必要がなく、不具合が生じない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、２つの実施例と変形例を用いて説明する。
〔第１実施例〕
図１〜図４を参照して第１実施例を説明する。まず、燃料としてジメチルエーテル、ＬＰＧ等の液化ガスが使用可能な燃料噴射弁の構造を図１を参照して説明する。
【００１３】
燃料噴射弁１のハウジング２は、複数の段付きの筒形状を成すものであり、内部が大径の大径筒部２ａ、中間径筒部２ｂ、最小筒部２ｃ、小径筒部２ｄからなる。
中間径筒部２ｂには、樹脂３によってモールドされた電磁コイル４が配置してある。樹脂３には、上方より筒状のステータ５が貫通配置されている。ステータ５の上端部は、燃料供給管の接続のために開口して設けられており、開口内にはフィルタ６が取り付けられている。
また、ステータ５の筒壁から突出したフランジ部５ａは、ハウジング２の大径筒部２ａの上端部によって絞め固定されている。ステータ５の内壁面には、フィルタ６からの燃料通路をなすアジャストパイプ７が密着固定されている。
【００１４】
ハウジング２およびフランジ部５ａの上面には、給電コネクタ８が樹脂によって一体成形されている。給電コネクタ８の内部に突出配置されたコネクタピン９は、給電コネクタ８およびフランジ部５ａの内部を通って電磁コイル４に接続されている。
ハウジング２の小径筒部２ｄの上端面（以下、リング状段差面２ｅ）には略円板形状を呈したスペーサ１１が配置され、それと対向するノズルボディ１２の上端開口部（以下、リング状平面１２ａ）によって絞め固定されている。
つまり、略円板形状を呈したスペーサ１１は、スペーサ１１の軸方向の両側に配置されたハウジング２（固定部材の一方）のリング状段差面２ｅと、ノズルボディ１２（固定部材の他方）のリング状平面１２ａとの間において、強固に挟み付けられた状態で組付けられている。スペーサ１１の詳細は後述する。
【００１５】
ノズルボディ１２の細くなった先端部は、ハウジング２の小径筒部２ｄより突出しており、ノズルボディ１２の先端には噴射孔１２ｂが形成されている。
ノズルボディ１２は、ハウジング２の外周に締結された固定用スリーブ１３にねじ込まれるリテーニングナット１４によって組付けられるものであり、リテーニングナット１４を強固に締結することによって、ハウジング２とリテーニングナット１４の間で、スペーサ１１およびノズルボディ１２が軸方向に締め付けられる。
【００１６】
燃料噴射弁１の内部には、噴射孔１２ｂを開閉するニードル弁１５（可動子に相当する）が組付けられている。ニードル弁１５は、ノズルボディ１２の内孔で軸方向に摺動自在に移動可能なものであり、ニードル弁１５の上端には、ステータ５に吸引される磁性体材料（鉄等）よりなる頭部１５ａが取り付けられている。
また、頭部１５ａは、アジャストパイプ７の下面に配置されたリターンスプリング１６によって閉弁方向に付勢されている。
一方、ニードル弁１５の略中央には、ニードル弁１５が上方へ変位するとスペーサ１１に当接して、ニードル弁１５のリフト量を規制する円板形状を呈した鍔部１５ｂが形成されている。
【００１７】
上記燃料噴射弁１は、以下のように作動する。
電磁コイル４を通電すると、頭部１５ａがリターンスプリング１６の押圧力に抗してステータ５側に吸引され、スペーサ１１と鍔部１５ｂとが当接するまでニードル弁１５が上方へ移動し、噴射孔１２ｂが開かれる。すると、アジャストパイプ７を経てニードル弁１５の周囲に供給された高圧燃料が噴射孔１２ｂより噴射される。
電磁コイル４の通電を停止すると、ステータ５に発生していた吸引磁力が無くなるため、頭部１５ａがリターンスプリング１６の押圧力によって閉弁側に押し戻され、噴射孔１２ｂが閉じられて、噴射が終了する。
【００１８】
次に、ニードル弁１５のリフト位置を規定する軸方向変位規制装置について、図１の他に図２〜図４を参照して説明する。
ニードル弁１５は、上述したように、上端部に頭部１５ａが設けられるとともに、略中間部に鍔部１５ｂを備えるものであり、頭部１５ａと鍔部１５ｂの間の小径部１５ｃがスペーサ１１に挿通された状態で組付けられる。なお、鍔部１５ｂは頭部１５ａより径が小さいものであり、また小径部１５ｃの下側では鍔部１５ｂが最大径のものである。
【００１９】
スペーサ１１は、略円板形状を呈するものであり、図２に示されるように、中央に中心穴１１ａを開け、偏心した位置に組付穴１１ｂを開けたものであり、ハウジング２のリング状段差面２ｅとノズルボディ１２のリング状平面１２ａによって挟み付けられるスペーサ１１の外周縁部１１ｃ（図２中、外周端と外周側破線αの間部分）は全周に亘って切れ目なく連続するものである。
【００２０】
中心穴１１ａは、ニードル弁１５の小径部１５ｃを軸方向に移動可能に挿通させる穴であり、中心穴１１ａの穴径ｄＡは、図２中の破線で示す鍔部１５ｂの径ｄＳより小さく、且つ図２中の破線で示す小径部１５ｃの径ｄＮよりわずかに大きいものである（ｄＳ＞ｄＡ＞ｄＮ）。
中心穴１１ａの穴径ｄＡと鍔部１５ｂの径ｄＳとの差が大きいほど、スペーサ１１と鍔部１５ｂとの当接面積が大きくなり、ニードル弁１５がリフトして鍔部１５ｂがスペーサ１１に当たったときのバウンスを小さくできる。
【００２１】
しかし、中心穴１１ａの穴径ｄＡと小径部１５ｃの径ｄＮとの差が小さくなりすぎると、ニードル弁１５が摺動クリアランスの範囲内で傾斜した際に、ニードル弁１５の小径部１５ｃがスペーサ１１に接触して作動不良を引き起こす可能性がある。
さらに、スペーサ１１も、スペーサ１１が組付けられるハウジング２の小径筒部２ｄの内径面との間に組付け上のクリアランスがあるため、スペーサ１１の中心とニードル弁１５の中心はズレを生じる可能性がある。
以上のことを考慮して、例えば、中心穴１１ａの穴径ｄＡは、小径部１５ｃの径ｄＮより１ｍｍ程度大きく設定することが望ましい（ｄＡ＝ｄＮ＋１ｍｍ）。
【００２２】
組付穴１１ｂは、中心穴１１ａと連通したものであり、組付け時においてニードル弁１５の鍔部１５ｂを軸方向から挿通可能に設けられたものである。組付穴１１ｂの穴径ｄＢは、図２中の破線で示す鍔部１５ｂの径ｄＳより大きければ良いものである。
しかし、組付穴１１ｂの穴径ｄＢが大きくなると燃料噴射弁１の体格（外径）も大きくなってしまうため、組付穴１１ｂの穴径ｄＢは、鍔部１５ｂの径ｄＳより０．５ｍｍ程度大きく設定することが望ましい（ｄＢ＝ｄＳ＋０．５ｍｍ）。
【００２３】
組付穴１１ｂの偏心量は、次の２つの要件を満足すれば良いものである。
１つ目は、中心穴１１ａと組付穴１１ｂが重なる部分の最短距離Ｌ１が、ニードル弁１５の小径部１５ｃの径ｄＮより大きい（Ｌ１＞ｄＮ）。
２つ目は、スペーサ１１を軸方向から挟み付けるリング状段差面２ｅとスペーサ１１の接触面、およびリング状平面１２ａとスペーサ１１の接触面の内径（図２中の破線α参照）と、組付穴１１ｂの端部との最短距離Ｌ２が離れている（Ｌ２≧０）。
【００２４】
次に、燃料噴射弁１における要部の組付け手順を図３、図４を参照して説明する。
まず、図３に示すように、ニードル弁１５の先端をスペーサ１１の組付穴１１ｂに差し入れる。鍔部１５ｂが組付穴１１ｂを通過したら、スペーサ１１の中心とニードルの中心とが一致するようにスペーサ１１（あるいはニードル弁１５）を径方向にずらし、中心穴１１ａ内に小径部１５ｃを配置させる。
この状態のまま図４に示すように、ニードル弁１５をノズルボディ１２内に組付ける。その後、図１に示されるように、組付けられたニードル弁１５、スペーサ１１、ノズルボディ１２を、ハウジング２の小径筒部２ｄ内に組み入れ、リテーニングナット１４を締結することで、組付けが完了する。
【００２５】
上記のように組付けられることにより、スペーサ１１の外周縁部１１ｃが、ハウジング２のリング状段差面２ｅとノズルボディ１２のリング状平面１２ａによって強固に挟み付けられる。つまり、ハウジング２とスペーサ１１の全周に亘る接触面、スペーサ１１とノズルボディ１２の全周に亘る接触面によって、高剛性のシール構造が形成される。
このため、従来用いていたＯリングＪ１４（図５参照）を用いなくてもニードル弁１５の周囲に満たされた高圧燃料が外部に漏れない。この結果、ニードル弁１５の周囲に満たされる燃料が１０ＭＰａを越えるような高圧の場合であっても、燃料が漏れる不具合がない。また、従来用いていたＯリングＪ１４を廃止することができ、バックアップリングを用いる必要もないため、燃料噴射弁１の体格が大型化する不具合がない。
【００２６】
また、上記高剛性のシール構造によって高いシール性が確保されるため、燃料として超臨界となる可能性のある液化ガス（ジメチルエーテル、ＬＰＧ等）を使用する場合であっても、燃料が漏れる不具合がない。
さらに、上述したようにＯリングＪ１４を用いなくても高圧燃料が外部に漏れないため、ジメチルエーテルのようにエラストマと化学反応する燃料を使用する場合であっても不具合が生じない。
一方、ハウジング２とスペーサ１１の間、およびスペーサ１１とノズルボディ１２の間に高圧燃料が浸入しない構造であるため、高圧燃料によってハウジング２とノズルボディ１２を軸方向に引き離す油圧力を小さくできる。これによって、燃料噴射弁１の強度低下を抑えることができる。
【００２７】
〔第２実施例〕
ソレノイドが頂部に設けられるタイプの燃料噴射弁１を参照して第２実施例を説明する。
なお、図８は本発明を適用した第２実施例の燃料噴射弁１の断面図であり、第１実施例で示した燃料噴射弁１と同一機能物は、同一符号を付して説明を省略する。また、図９は従来の燃料噴射弁Ｊ１の断面図であり、従来技術で示した燃料噴射弁Ｊ１と同一機能物は、同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
図９に示す従来の燃料噴射弁Ｊ１は、従来技術の項で示したように、スペーサＪ１１が略馬蹄形を呈するものであり、スペーサＪ１１の周縁の切欠部Ｊ１３に浸入した燃料が、ハウジングＪ１０とノズルボディＪ６の間の隙間を通って外部に漏れる可能性がある。そこで、図９に示す従来の燃料噴射弁Ｊ１は、ソレノイドの磁気回路の一部を構成する筒状ステータＪ１５とハウジングＪ１０の間にＯリングＪ１４を配置して、燃料が外部に漏れないようにしていた。
【００２９】
しかし、図９に示す従来の燃料噴射弁Ｊ１は、筒状ステータＪ１５にＯリングＪ１４を配置する構造であるため、筒状ステータＪ１５の軸方向が長くなってしまう。このため、従来技術の項で説明した従来の不具合に加え、磁気回路の体積が大きくなることにより、ニードル弁Ｊ４の吸引応答性が劣化する不具合があった。
【００３０】
これに対し、この第２実施例の燃料噴射弁１は、第１実施例と同様のスペーサ１１を採用し、そのスペーサ１１の外周縁部１１ｃの全周を、ハウジング２のリング状段差面２ｆと、筒状ステータ５ｂの下端のリング状平面５ｃとによって強固に挟み付ける構造を採用している。
この結果、上記第１実施例と同様の効果を奏することができるとともに、ＯリングＪ１４（図９参照）の廃止によって筒状ステータ５ｂの軸方向寸法を短縮することができ、磁気回路の体積を小さくできるため、ニードル弁１５の吸引応答性を高めることができる。
【００３１】
なお、ステータ５は、上部のフランジ部５ａと下部の筒状ステータ５ｂとの間が、非磁性体のショートリング５ｄで接合される構造になっており、カバー１７をハウジング２に締めつけることにより、ハウジング２のリング状段差面２ｆとカバー１７との間で、フランジ部５ａ、ショートリング５ｄ、筒状ステータ５ｂおよびスペーサ１１が強固に挟み付けられ、フランジ部５ａ、ショートリング５ｄ、筒状ステータ５ｂ、スペーサ１１の各接合部分から燃料が漏れないようになっている。
【００３２】
〔変形例〕
上記の実施例では、スペーサ１１に中心穴１１ａと組付穴１１ｂを区別して形成する例を示したが、スペーサ１１の外周縁部１１ｃが切れ目なく、組付時において軸方向からニードル弁１５（可動子）をスペーサ１１に挿通でき、組付け完了時に鍔部１５ｂがスペーサ１１に当接できる穴であれば良い。また、この条件を満たすものであれば、鍔部１５ｂからではなくて頭部１５ａからスペーサ１１に挿入して組付けを行うように設けても良い。
上記の実施例では、燃料噴射弁１の軸方向変位規制装置に本発明を適用した例を示したが、作動流体が満たされるスペース内で可動子の軸方向位置を規制する他の装置に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料噴射弁の断面図である（第１実施例）。
【図２】スペーサの平面図である（第１実施例）。
【図３】スペーサとニードル弁との組付け説明図である（第１実施例）。
【図４】スペーサが組付けられたニードル弁とノズルボディとの組付け説明図である（第１実施例）。
【図５】燃料噴射弁の断面図である（従来例）。
【図６】スペーサの平面図である（従来例）。
【図７】スペーサの組付け説明図である（従来例）。
【図８】燃料噴射弁の断面図である（第２実施例）。
【図９】燃料噴射弁の断面図である（従来例）。
【符号の説明】
２　　ハウジング（固定部材）
５ｂ　筒状ステータ（固定部材）
１１　　スペーサ
１１ａ　中心穴
１１ｂ　組付穴
１１ｃ　外周縁部
１２　　ノズルボディ（固定部材）
１５　　ニードル弁（可動子）
１５ａ　頭部
１５ｂ　鍔部
１５ｃ　小径部
【図１】
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【図２】
2004011529.tif 000004
【図３】
2004011529.tif 000005
【図４】
2004011529.tif 000006
【図５】
2004011529.tif 000007
【図６】
2004011529.tif 000008
【図７】
2004011529.tif 000009
【図８】
2004011529.tif 000010
【図９】
2004011529.tif 000011