(57)【要約】【課題】溶接による弁座部材の弁座が変形するのを抑制し、弁座部材を安価に製造する。【解決手段】弁座部材８とノズルプレート１８と一体的に固着する溶接部１９は、弁座部材８の噴射口８Ｃを囲むように連続して２回以上の繰返し溶接を施すことにより形成している。これにより、１周目の溶接部に重なるように連続して２回、３回と溶接を施すことにより、溶込量を全周に亘って均一にすることができるから、溶接による応力を均一に分散させて弁座部材８の弁座８Ｂが変形したり、歪んだりするのを抑えることができ、弁座８Ｂの真円度を高めることができる。この結果、弁座部材８を加工するときの加工精度を必要以上に高める必要がなくなるから、弁座部材８を安価に製造することができる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料通路が設けられたケーシングと、該ケーシングに設けられ噴射口を囲んで弁座が形成された弁座部材と、前記ケーシング内に変位可能に設けられアクチュエータが作動することにより該弁座部材の弁座に離着座する弁体と、前記弁座部材の噴射口を覆って設けられ該弁体の開弁時に前記ケーシング内の燃料を外部に噴射する複数のノズル孔が形成されたノズルプレートとからなる燃料噴射弁において、
前記弁座部材とノズルプレートとは前記噴射口を囲む位置に環状に形成された溶接部によって固着し、該溶接部は２周以上重ねて溶接を施すことにより形成する構成としたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記溶接部は整数回重ねて繰返し溶接することによって形成してなる請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記溶接部を形成するときの溶接の繰返し回数は２周以上５周以下の範囲に設定してなる請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用エンジンに燃料を噴射するのに用いて好適な燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、例えば自動車用エンジン等に用いられる燃料噴射弁は、燃料通路が設けられたケーシングと、該ケーシングに設けられ、噴射口を囲んで弁座が形成された弁座部材と、前記ケーシング内に変位可能に設けられ、電磁コイル等からなるアクチュエータが作動することにより該弁座部材の弁座に離着座する弁体と、前記弁座部材の噴射口を覆って設けられ、該弁体の開弁時に前記ケーシング内の燃料を外部に噴射する複数のノズル孔が形成されたノズルプレートとによって大略構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２１４８３９号公報
【０００４】
そして、従来技術による燃料噴射弁は、アクチュエータによって弁体を変位させることにより、該弁体を弁座部材の弁座から離座させ、ケーシング内の燃料通路に供給される燃料をノズルプレートの各ノズル孔からエンジンの吸気管等に向けて噴射することができる。
【０００５】
ここで、弁座部材とノズルプレートとは溶接によって固着されている。このときの溶接作業の手順は、各ノズル孔を噴射口に合わせるように弁座部材の端面にノズルプレートを押し当てる。この状態で弁座部材の噴射口（ノズル孔）を囲む位置で円を描くようにレーザ溶接を施すことにより、円環状の溶接部を形成し、この円環状の溶接部によって弁座部材とノズルプレートとを一体的に固着している。
【０００６】
また、円環状の溶接部は、溶接開始位置から円を描いて溶接開始位置に戻る１周（３６０°）に加え、弁座部材とノズルプレートとの間から燃料が漏れ出さないように、さらに溶接開始位置を越えて１周目の溶接部に例えば周方向の角度で約１５°重ねて溶接している。これにより、溶接部を形成するために施される溶接長さ寸法は、溶接周角度で約３７５°に設定されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術による燃料噴射弁では、噴射口を囲むようにレーザ溶接等を施すことにより、円環状の溶接部によって弁座部材とノズルプレートとを一体的に固着している。
【０００８】
ここで、燃料噴射弁は、弁体を閉弁した状態では燃料が漏れ出さないように、弁体を弁座部材の弁座に着座させたときの油密特性を良好にする必要がある。しかし、弁座部材とノズルプレートとの間に１周（３６０°）と約１５°、即ち３７５°の溶接周角度をもってレーザ溶接を施すと、弁座部材が溶接による応力の影響を受けて変形、歪を生じることがあり、この状態では弁座の真円度が低下し、弁体が閉弁したときの油密特性が悪化してしまう。
【０００９】
このため、弁座部材を加工するときには、溶接作業によって弁座の真円度が低下することを見込んで、通常の加工精度よりも高い加工精度をもって弁座等を加工している。これにより、弁座部材が変形した場合でも、弁座の真円度を許容範囲に収めることができる。
【００１０】
しかし、弁座部材の加工精度を高めると、該弁座部材を加工するときの加工費が嵩んでしまうから、燃料噴射弁の製造コストが上昇してしまうという問題がある。
【００１１】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、溶接による弁座部材の変形を抑制することにより、弁座部材を安価に製造することができるようにした燃料噴射弁を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明によると、弁座部材とノズルプレートとは、弁座部材の噴射口を囲む位置に環状に形成された溶接部によって固着し、この溶接部は２周以上重ねて溶接を施すことによって形成する構成としている。
【００１３】
このように構成したことにより、噴射口を囲むように弁座部材とノズルプレートとの間に環状の溶接を施すと、１周目の溶接を開始した位置では、溶接の対象となる弁座部材、ノズルプレートが十分に温まっていないから溶込量が不安定になり、この溶込不安定領域によって溶接後に残留する応力が周方向で不均一となり、歪、変形等を生じる虞がある。しかし、１周目の溶接部に重なるように連続して２周目、３周目…と複数回の溶接を施すことにより、溶込量を全周に亘って均一にすることができる。これにより、溶接による応力を均一に分散させて弁座部材の変形、歪を抑えることができ、弁座部材の弁座の真円度を高めることができる。
【００１４】
従って、弁座部材を加工するときの加工精度を必要以上に高める必要がなくなるから、該弁座部材を安価に製造することができ、燃料噴射弁の製造コストを低減することができる。
【００１５】
また、請求項２の発明によると、溶接部は整数回重ねて繰返し溶接することによって形成したことにある。これにより、溶接を複数回に亘って施しても、溶接部の溶込量は周方向で異なることがなく、全周に亘って均一になるから、残留応力の不均一を抑制して弁座部材の弁座の真円度を高めることができる。
【００１６】
また、請求項３の発明によると、溶接部を形成するときの溶接の繰返し回数は２周以上５周以下の範囲に設定しているので、少ない溶接作業で弁座部材の変形を抑えることができる。また、溶接時の熱によって弁座部材が変形するような事態を未然に防ぐことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に適用される燃料噴射弁について、図１ないし図７に従って詳細に説明する。
【００１８】
１は燃料噴射弁の本体部分をなす略筒状のケーシングで、該ケーシング１は、後述の弁ケーシング２、燃料流入パイプ３、磁路形成部材５等を含んで構成されている。
【００１９】
２はケーシング１の先端部位を構成する筒段付き状の弁ケーシングで、該弁ケーシング２は、例えば電磁ステンレス鋼等の磁性材料からなり、基端側に後述の樹脂カバー１４が取付けられた大径筒部２Ａと、該大径筒部２Ａの先端側に一体形成された小径筒部２Ｂとにより構成されている。
【００２０】
３は例えば電磁ステンレス鋼等の磁性材料により筒状に形成された燃料流入パイプで、該燃料流入パイプ３は、非磁性材料からなる筒状の連結部材４を介して弁ケーシング２の基端側に設けられている。また、燃料流入パイプ３は、後述する電磁コイル１３の外周側に配設された磁性金属片等からなる磁路形成部材５を介して弁ケーシング２と磁気的に連結されている。
【００２１】
これにより、電磁コイル１３に給電したときには、弁ケーシング２、燃料流入パイプ３、磁路形成部材５および後述する弁体９の吸着部１１を介して閉磁路を形成することができる。また、ケーシング１内には、燃料流入パイプ３の基端側から弁ケーシング２内を介して後述する弁座部材８の位置まで軸方向に延びた燃料通路６と、該燃料通路６内に供給される燃料を濾過する燃料フィルタ７とが設けられている。
【００２２】
８は弁ケーシング２の小径筒部２Ｂ内に挿嵌して設けられた弁座部材で、該弁座部材８は、図２に示す如く、金属材料を用いて段付筒状に形成されている。また、弁座部材８の内周側には、基端側に開口した弁体挿通穴８Ａと、該弁体挿通穴８Ａの先端側に形成された略円錐状の弁座８Ｂと、該弁座８Ｂにより囲まれた円形状の噴射口８Ｃとが設けられている。また、弁座部材８には、その先端面８Ｄに後述のノズルプレート１８が固着される。
【００２３】
ここで、弁座８Ｂは、後述する弁体９の弁部１２と共に燃料の噴射、停止を行なうものである。従って、弁座８Ｂに弁部１２が着座した閉弁状態では、該弁座８Ｂと弁部１２との間から燃料が漏れ出さないように、弁座８Ｂは高精度に形成されている。
【００２４】
９は弁ケーシング２内に変位可能に設けられた弁体で、該弁体９は、図１、図２に示す如く、金属板等を筒状に折曲げることにより形成され軸方向に延びた弁軸１０と、該弁軸１０の基端側に固着された磁性材料等からなる筒状の吸着部１１と、弁軸１０の先端側に固着して設けられ、弁座部材８の弁座８Ｂに離着座する球状の弁部１２とから構成されている。また、弁部１２の外周側には周方向の複数箇所に面取り部１２Ａが設けられ、該各面取り部１２Ａは弁座部材８の内周側との間に燃料を流通させるための隙間を形成するものである。
【００２５】
そして、弁体９の閉弁時には、その弁部１２が後述する弁ばね１６のばね力によって弁座部材８の弁座８Ｂに着座した状態に保持され、このとき吸着部１１と燃料流入パイプ３とは、軸方向の隙間を挟んで対面している。また、電磁コイル１３に給電したときには、電磁コイル１３により磁界が形成され、弁体９は、その吸着部１１が燃料流入パイプ３により磁気的に吸着されることにより、弁ばね１６のばね力に抗して軸方向に変位し、弁部１２が弁座８Ｂから離座して開弁するものである。
【００２６】
１３は燃料流入パイプ３の外周側に設けられたアクチュエータとしての電磁コイルで、該電磁コイル１３は、図１に示す如く、弁ケーシング２と燃料流入パイプ３とに亘って固着された樹脂カバー１４により覆われている。そして、電磁コイル１３は、樹脂カバー１４に設けられたコネクタ１５を用いて給電されることにより磁界を発生し、弁体９を開弁させるものである。
【００２７】
１６は燃料流入パイプ３内に圧縮状態で配置された弁ばねで、該弁ばね１６は、燃料流入パイプ３内に固着された筒体１７と弁体９との間に設けられ、弁体９を弁座部材８に向けて閉弁方向に付勢している。そして、弁体９が弁ばね１６のばね力に抗して開弁したときには、燃料通路６内の燃料が後述のノズルプレート１８から左，右方向に分岐して噴射されるものである。
【００２８】
１８は弁座部材８の噴射口８Ｃを外側から覆って設けられたノズルプレートで、該ノズルプレート１８は、図２ないし図４に示す如く、金属材料を用いて円板状に形成され、その中心部分には複数個、例えば４個のノズル孔１８Ａが形成されている。ここで、ノズルプレート１８は、弁座部材８の先端面９Ａに該弁座部材８とほぼ同軸に配置され、後述の溶接部１９によって一体的に固着されている。
【００２９】
そして、ノズルプレート１８は、弁体９が開弁したときにケーシング１内の燃料通路６から供給される燃料を、各ノズル孔１８Ａを介してエンジンの吸気管等に微粒化した状態で、かつ所望の噴霧パターンで噴射するものである。
【００３０】
次に、１９は弁座部材８とノズルプレート１８とを一体的に固着する溶接部で、該溶接部１９は、弁座部材８の噴射口８Ｃ（ノズルプレート１８のノズル孔１８Ａ）を囲む位置で、弁座部材８、ノズルプレート１８とほぼ同心となる円を描くようにレーザ溶接等を施すことにより、円環状に形成されている。また、円環状の溶接部１９は、図３、図４に示すように、溶接開始位置ａから反時計回り（または時計回り）に円を描くようにレーザ溶接を施し、１回まわって同じ溶接開始位置ａに戻るまでを１周とし、この１周目の溶接軌跡に重なるように連続して２回以上（２周以上）の溶接を施すことにより形成されている。
【００３１】
ここで、溶接部１９を２回以上（７２０°以上）重ねて繰返し溶接することにより形成している理由について説明する。
【００３２】
まず、１周の溶接では、図５に模式的に示すように、溶接部１９はレーザの発振パルスに応じた溶込み１９Ａが得られる。このときの溶込み１９Ａは、溶込量の深い部分と浅い部分との差が大きく、溶接後に応力が残り易い。
【００３３】
また、従来技術で述べたように、弁座部材８とノズルプレート１８との間から燃料が漏れないように、１周目の溶接に重なるように約１５°の溶接を加えて溶接周角度を約３７５°とした場合には、図７に示す特性線図のように、この３７５°の位置で残留応力のばらつき（不均一）が周方向で大きくなることがわかる。従って、従来技術となる溶接周角度３７５°の溶接では、弁座部材８が変形したり、歪んだりしてしまう虞がある。
【００３４】
そこで、図３に示す如く、１周目の溶接に重ねるように２周目の溶接を連続して施した場合には、図６に模式的に示すように、１周目の溶込み１９Ａの間に２周目の溶込み１９Ｂが形成されるから、このときには１周目の溶込み１９Ａと２周目の溶込１９Ｂとは、溶込量の深い部分と浅い部分との差を小さくするから、溶接によって生じる応力を全周に均一に分散させることができる。このことは、図７に示す特性線図をみても、溶接周角度が２周目となる約７２０°の位置で残留応力のばらつきが小さいことからもわかる。従って、２周（約７２０°）の溶接では、少ない溶接作業で弁座部材８の変形、歪を抑えることができ、弁座８Ｂの真円度を高めることができる。
【００３５】
次に、図４に示す如く、２周目の溶接に重ねて３周目の溶接を施した場合には、溶接部１９の溶込み１９Ａ，１９Ｂの間隔は、さらに密になって溶込量の深い部分と浅い部分との差がほぼ無くなるから、溶接による応力をより一層小さくすることができる。このことは、図７に示す特性線図をみても、溶接周角度が３周目となる約１０８０°の位置で残留応力のばらつきが２周目に続いて小さくなっていることからもわかる。従って、３回重ねて繰返し溶接を施して溶接部１９を形成した場合でも、２回溶接を繰返した場合と同様に、弁座部材８（弁座８Ｂ）の変形、歪を抑えることができる。
【００３６】
また、溶接部１９は、溶接開始位置ａから溶接を始め、１回まわって同じ溶接開始位置ａに戻るまでを１周とし、これを整数回、例えば２周以上重ねるように繰返し溶接することによって形成しているから、溶接部１９の溶込量は全周に亘って均一にすることができ、これによっても弁座部材８（弁座８Ｂ）の変形、歪を抑えることができる。
【００３７】
即ち、本実施の形態においては、溶接部１９を形成するときに施される溶接長さ寸法Ｗは、溶接の繰返し回数を２以上の整数ｎとしたときに、下記数１のように設定される。
【００３８】
【数１】
Ｗ＝３６０°×ｎ
但し、ｎ＝２，３，４，５，…
【００３９】
また、溶接部１９の溶接長さ寸法Ｗは、溶接の繰返し回数を２回以上５回以下として、下記数２の範囲に設定することにより、少ない溶接作業で弁座部材８の変形を抑えることができる。また、溶接時の熱によって弁座部材８が変形するような事態を未然に防ぐことができる。
【００４０】
【数２】
３６０°×２≦Ｗ≦３６０°×５
【００４１】
さらに、溶接部１９の溶接長さ寸法Ｗは、溶接の繰返し回数を２回以上３回以下として、下記数３の範囲に設定するのがより好ましい。
【００４２】
【数３】
３６０°×２≦Ｗ≦３６０°×３
【００４３】
本実施の形態による燃料噴射弁は上述の如き構成を有するもので、以下、その作動について説明する。
【００４４】
まず、コネクタ１５を通じて電磁コイル１３に対する給電が行われると、弁ケーシング２、燃料流入パイプ３、磁路形成部材５等によって磁界が形成され、弁体９の吸着部１１は、燃料流入パイプ３の端面に磁気的に吸着される。
【００４５】
これにより、弁体９は、その弁部１２が弁座部材８の弁座８Ｂから離座し、弁ばね１６に抗して開弁する。そして、燃料通路６内の燃料は、弁座部材８の噴射口８Ｃからノズルプレート１８の各ノズル孔１８Ａを介してエンジンの吸気管（図示せず）に噴射される。
【００４６】
また、電磁コイル１３に対する給電を停止すると、弁ばね１６の付勢力によって弁体９の弁部１２が弁座部材８の弁座８Ｂに着座する。このときに、弁座８Ｂは良好な真円度で形成されているから、弁部１２との間から燃料が漏れ出るのを防止でき、燃料噴射弁としての性能を向上することができる。
【００４７】
かくして、本実施の形態によれば、弁座部材８とノズルプレート１８と一体的に固着する溶接部１９は、弁座部材８の噴射口８Ｃを囲むように連続して２回以上（溶接周角度７２０°以上）繰返して溶接を施すことにより形成しているから、１周目の溶接部位に重なるように連続して２周目、３周目と溶接を施すことにより、溶込量を全周に亘って均一にすることができる。
【００４８】
これにより、溶接による応力を均一に分散させて弁座部材８の弁座８Ｂが変形したり、歪んだりするのを抑えることができるから、弁座８Ｂの真円度を高めることができる。この結果、弁座部材８を加工するときの加工精度を必要以上に高める必要がなくなるから、該弁座部材８を安価に製造することができ、燃料噴射弁の製造コストを削減することができる。
【００４９】
また、溶接部１９は、２回以上の整数回重ねて繰返し溶接することにより形成しているから、溶接部１９の溶込量は全周に亘って均一にすることができる。これにより、溶接による残留応力のばらつきを小さくして弁座部材８（弁座８Ｂ）の変形、歪を抑え、弁座８Ｂの真円度をより一層高めることができる。
【００５０】
さらに、溶接部１９を形成するときの溶接の繰返し回数を、２回以上で３回以下の範囲に設定すれば、少ない溶接作業で弁座部材８の変形を抑えることができ、作業性を向上することができる。しかも、溶接時の熱によって弁座部材８が大きく変形するような事態を未然に防ぐことができ、この点においても弁座８Ｂの真円度を高めることができる。
【００５１】
なお、実施の形態では、実施の形態では、弁座部材８とノズルプレート１８とを溶接するのに、レーザ溶接を用いた場合を例示したが、本発明はこれに限らず、例えば電子ビーム溶接等の他の溶接手段を用いて弁座部材８とノズルプレート１８とを溶接する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による燃料噴射弁を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す燃料噴射弁の先端側を拡大して示す要部拡大縦断面図である。
【図３】２回の繰返し溶接で形成した溶接部をノズルプレートと一緒に示す底面図である。
【図４】３回の繰返し溶接で形成した溶接部をノズルプレートと一緒に示す底面図である。
【図５】溶接を１回施した溶接部の溶込み状態を模式的に示す模式図である。
【図６】溶接を２回施した溶接部の溶込み状態を模式的に示す模式図である。
【図７】溶接周角度と残留応力のばらつきとの関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
１  ケーシング
８  弁座部材
８Ｂ  弁座
８Ｃ  噴射口
９  弁体
１２  弁部
１３  電磁コイル（アクチュエータ）
１８  ノズルプレート
１８Ａ  ノズル孔
１９  溶接部
１９Ａ，１９Ｂ  溶込み
Ｗ  溶接周角度
【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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