(57)【要約】【課題】  粘性流体が熱膨張したときの室内からの溢流を防止できる熱膨張差吸収機構及びそれを備えた燃料噴射弁を提供する。【解決手段】  アクチュエータ９によってシリンダ３をスライドさせることで、粘性流体及びピストン７を介してニードル弁１０を作動させる燃料噴射弁１であって、二つの室５、６のうち、アクチュエータ９によってシリンダ３をスライドさせたときに内圧が上昇する室６に、絞り部４１（４１ａ、４１ｂ）を介して気室４０を連通し、絞り部４１の寸法及び／又は形状は、シリンダ７をアクチュエータ９によってスライドさせたときに室５、６内に生じる圧力上昇速度では粘性流体が絞り部４１を通過せず、粘性流体の熱膨張によって室５、６内に生じる、上記速度よりも遅い圧力上昇速度では膨張した粘性流体が絞り部４１を通過するように設定されている。【選択図】  図１
2005315100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内にスライド可能に収容されたシリンダと、
該シリンダ内を二つの室に仕切るピストンと、
上記二つの室内にそれぞれに充満された粘性流体とを備え、
上記シリンダをスライドさせることで、上記粘性流体を介して上記ピストンを移動させる膨張差吸収機構であって、
上記二つの室のうち、上記シリンダ又はピストンをスライドさせたときに内圧が上昇する室に、絞り部を介して気室を連通し、
上記絞り部の流路抵抗は、
上記シリンダ又はピストンをスライドさせたときに上記室内に生じる所定の圧力上昇速度以上では上記粘性流体が上記絞り部を通過せず、
上記粘性流体の熱膨張によって上記室内に生じる、上記速度よりも遅い圧力上昇速度では膨張した粘性流体が上記絞り部を通過するように設定されている
ことを特徴とする膨張差吸収機構。
【請求項２】
バレル内にスライド可能に収容されたシリンダと、
該シリンダ内を二つの室に仕切るピストンと、
上記二つの室内にそれぞれに充満された粘性流体と、
上記シリンダをスライドさせるアクチュエータと、
上記ピストンに連結されたニードル弁とを備え、
上記アクチュエータによって上記シリンダをスライドさせることで、上記粘性流体及びピストンを介して上記ニードル弁をリフトさせる膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁であって、
上記二つの室のうち、上記アクチュエータによって上記シリンダをスライドさせたときに内圧が上昇する室に、絞り部を介して気室を連通し、
上記絞り部の流路抵抗は、
上記シリンダを上記アクチュエータによってスライドさせたときに上記室内に生じる圧力上昇速度では上記粘性流体が上記絞り部を通過せず、
上記粘性流体の熱膨張によって上記室内に生じる、上記速度よりも遅い圧力上昇速度では膨張した粘性流体が上記絞り部を通過するように設定されている
ことを特徴とする膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁。
【請求項３】
上記アクチュエータは、上記シリンダを上方にスライドさせるものであり、
上記ピストンは、上記シリンダ内を上下に上室と下室とに仕切るものであり、
上記気室は、該上室の上方に配置され、
上記絞り部は、上記下室及び上室を連通する第１絞り部と、上記上室及び気室を連通する第２絞り部とからなり、
上記第１絞り部の流路抵抗は、
上記シリンダを上記アクチュエータによってスライドさせたときに上記下室内に生じる圧力上昇速度では上記粘性流体が上記第１絞り部を通過せず、
上記粘性流体の熱膨張によって上記各室内に生じる、上記速度よりも遅い圧力上昇速度では膨張した粘性流体が上記第１絞り部を通過するように設定されている
請求項２記載の膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁。
【請求項４】
上記第１絞り部の流路抵抗は、上記第２絞り部の流路抵抗よりも小さく設定された請求項３記載の膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁。
【請求項５】
上記絞り部及び気室が、上記シリンダ及び／又は上記ピストンの内部に設けられた請求項２〜４記載の膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁。
【請求項６】
上記アクチュエータは、磁歪素子又は電歪素子を備える請求項２〜５記載の膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁。
【請求項７】
上記シリンダを上記アクチュエータに押し付ける方向に付勢する第一付勢手段と、上記ニードル弁をその閉弁方向に付勢する第二付勢手段とを備えた請求項２〜６記載の膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品間の熱膨張差を吸収する膨張差吸収機構及びそれを備えた燃料噴射弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
比較的長尺の部材を備えた機構においては、各部材の熱膨張係数（材質）の違い及び各部材の温度の違いによって、各部材間に大きな熱膨張差が生じ、所望の作動が得られないケースが生じ得る。このような長尺部材を備えた機構として、エンジンのシリンダヘッド等に装着される燃料噴射弁が挙げられる。
【０００３】
例えば、図５に示すように、本発明者等が開発中の気体燃料用の燃料噴射弁１００は、比較的長尺のバレル１０１内にスライド可能に収容されたシリンダ１０２と、シリンダ１０２内を上室１０３と下室１０４とに仕切るピストン１０５と、上室１０３及び下室１０４内にそれぞれに充満された粘性流体（ドットで表す）と、シリンダ１０２をスライドさせるアクチュエータ１０６と、ピストン１０５に連結されたニードル弁１０７とを備え、アクチュエータ１０６によってシリンダ１０２を上昇させることで、下室１０３内の粘性流体を介してピストン１０５を上昇させ、ピストン１０５に連結されたニードル弁１０７をリフトさせ、バレル１０１の先端（下端）に形成された噴射孔１０８を開放するものである。
【０００４】
詳しくは、上記シリンダ１０２は、バレル１０１内に上下方向に摺動可能に収容されており、有底筒体状のシリンダ本体１０２ａと、その上部を螺合して覆うシリンダキャップ１０２ｂとから構成される。シリンダ１０２内には、バレル１０１に対するシリンダ１０２の摺動方向と同方向（上下方向）に摺動可能にピストン１０５が収容されており、ピストン１０５によって仕切られた上室１０３及び下室１０４内に非圧縮性の粘性流体が充満されている。粘性流体は図示しない注入通路を介して充満され、上室１０３及び下室１０４内は完全に脱気されている。粘性流体の注入通路は粘性流体を注入した後に栓で塞がれる。
【０００５】
ピストン１０５の下面にはニードル弁１０７が連結されており、このニードル弁１０７は、シリンダ本体１０２ａの底壁に設けられた貫通穴１０９を貫通して下方に延び、その下端がバレル１０１の先端内部に形成されたシート部１１０に当接されている。上記貫通穴１０９には、貫通穴１０９とニードル弁１０７との間を液密にシールするシール部材１１１（Ｏリング）が設けられている。また、シート部１１０には、バレル１０１の上端に設けられた燃料供給口１２２からバレル１０１内に供給された燃料が、各部材間を通って流れ込むようになっている。
【０００６】
ピストン１０５の上面にはロッド１１２が設けられており、このロッド１１２は、シリンダキャップ１０２ａに形成した貫通穴１１３に摺動可能に挿入され、中間部材１１４を介して皿バネ１１５によって下方に付勢されている。上記貫通穴１１３には、貫通穴１１３とロッド１１２との間を液密にシールするシール部材１１６（Ｏリング）が設けられている。ニードル弁１０７が皿バネ１１５によって下方に付勢されることで、ニードル弁１０７の下端部がシート部１１０に所定の力で着座され、噴射孔１０８が閉じられる。
【０００７】
アクチュエータ１０６は、ニードル弁１０７の外方に配置された磁歪素子１０６ａと、磁歪素子１０６ａの外方に配置されたコイル１０６ｂとを有する。磁歪素子１０６ａは、その上端がシート１１７を介してシリンダ本体１０２ａの下面に当接し、下端がシート１１８を介してバレル１０１内の段差面部１１９に当接している。また、シリンダ１０２の上方には、シリンダ１０２を下方に付勢し、シリンダ１０２をシート１１７を介して磁歪素子１０６ａに押し付ける皿バネ１２０が配置されている。皿バネ１２０の付勢力は、皿バネ１１５の付勢力よりも大きい。
【０００８】
バレル１０１に設けた外部端子１２１からコイル１０６ｂに通電が行われない場合、皿バネ１１５によりニードル弁１０７が下方に付勢されているため、ニードル弁１０７の下端部がシート部１１０に所定圧力で押し付けられ噴射孔１０８を閉じる。従って、燃料は噴射孔１０８まで到達せず、燃料噴射は行われない。
【０００９】
外部端子１２１に所定の電力を供給すると、コイル１０６ｂが磁化してその磁力（磁場）に応じて磁歪素子１０６ａが伸長する。このとき、磁歪素子１０６ａの下端がシート１１８を介して段差面部１１９と当接しているため、磁歪素子１０６ａはシリンダ１０２を皿バネ１２０の付勢力に対抗して上方に押し上げるように伸長する。シリンダ１０２が押し上げられると、下室１０４内の粘性流体を介してピストン１０５が持ち上げられ、ピストン１０５に連結されたニードル弁１０７がリフトして噴射孔１０８が開放され、燃料噴射が行われる。
【００１０】
このような燃料噴射弁１００は例えば特許文献１にも開示されている。
【００１１】
上記燃料噴射弁１００では、ニードル弁１０７に必要とされる最大リフト量を確保するために、磁歪素子１０６ａの長さ（上下方向寸法）をある程度長くする必要がある。その結果、磁歪素子１０６ａの寸法に合わせてバレル１０１、ニードル弁１０７等の寸法も長くする必要がある。
【００１２】
上述したように、長尺の部材を備えた機構では、各部材間の熱膨張差（熱膨張又は熱収縮により生じる寸法変化の差）が問題となる。特に、燃料噴射弁１００では、ニードル弁１０７のリフト量、即ちアクチュエータ１０６の変位量（磁歪素子１０６ａの伸長量）等が比較的小さい（数十μｍ）ので、僅かな熱膨張差が作動に影響を与えてしまうおそれがある。
【００１３】
そこで、図５に示した燃料噴射弁１００では、各部材間の熱膨張差が生じたときに、粘性流体がシリンダ１０２の内面とピストン１０５の外面との間の僅かな隙間（クリアランス）を通って上室１０３と下室１０４との間を移動できるようにしている。
【００１４】
例えば、ニードル弁１０７の熱膨張よりも磁歪素子１０６ａの熱膨張の方が大きい場合、非常に遅い速度でシリンダ１０２が上昇し、下室１０３内における粘性流体の圧力上昇速度が極めて小さい。このとき下室１０４内の粘性流体は、シリンダ１０２とピストン１０５とのクリアランスを通って上室１０３へ移動する。これにより、シリンダ１０２がピストン１０５に対して上方に相対移動し、ニードル弁１０７と磁歪素子１０６ａとの熱膨張差が吸収される。この結果、ピストン１０５及びニードル弁１０７の位置は不変となり、作動に影響を与えることはない。
【００１５】
他方、噴射孔１０８から燃料噴射を行うべく、磁歪素子１０６ａを伸長させてシリンダ１０２を上方にリフトさせるときには、上記速度より遙かに速い速度でシリンダ１０２が上昇されるため、下室１０３内における粘性流体の圧力上昇速度は上述した熱膨張時の圧力上昇速度よりも大幅に大きくなる。このとき下室１０４内の粘性流体は固体として機能し、シリンダ１０２とピストン１０５とのクリアランスを通って上室１０３へ移動することはなく、ピストン１０５及びニードル弁１０７がシリンダ１０２と一体的にリフトして燃料噴射がなされる。
【００１６】
【特許文献１】特表２００３−５１２５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところで、上記燃料噴射弁１００においては、シリンダ１０２内の上室１０３及び下室１０４のトータルの容積は、ピストン１０５が移動したとしても一定である。よって、粘性流体がシリンダ１０２以上に熱膨張した場合、シリンダ１０２内の粘性流体の圧力が上昇し、シール部材１１１、１１６が外れる・欠ける等して粘性流体が上室１０３、下室１０４内から流出するという問題や、粘性流体を注入するための注入通路を塞ぐ栓が外れて粘性流体が流出するという問題が生じる。
【００１８】
この点、詳述すると、粘性流体の熱膨張による容積変化と、シリンダ１０２の熱膨張による上室１０３及び下室１０４のトータルの容積変化とは、実際には二桁近く異なる。このため、燃料噴射弁１００の全体がシリンダヘッド等から受ける熱によって高温となって粘性流体及びシリンダ１０２の温度が例えば略同温度に上昇した場合、粘性流体が大きく熱膨張するのに対して、シリンダ１０２はそれ程熱膨張しないため上室１０３及び下室１０４のトータルの容積はそれ程大きくならず、基本的に非圧縮性である粘性流体は上室１０３及び下室１０４内において逃げ場を探す。
【００１９】
ここで、上室１０３及び下室１０４内は完全に脱気されているため、シリンダ１０２の内圧が上昇し、膨張した粘性流体が、上室１０３及び下室１０４内を密閉空間として形成する上で比較的弱い部分である上記シール部材１１１、１１６や注入通路を塞ぐ栓等を破損させ、溢れてしまう。なお、上室１０３及び下室１０４内を完全脱気する理由は、仮に上室１０３及び下室１０４内に気泡が存在すると、磁歪素子１０６ａを伸長させてシリンダ１０２を上昇させたとき、気泡が圧縮されてピストン１０５がシリンダ１０２と一体的に上昇せず、ニードル弁１０７のリフトが遅れ又は困難となるからである。
【００２０】
このような粘性流体の熱膨張による溢流を防止する対策として、粘性流体とシリンダ１０２とに熱膨張係数が略同一のものを採用することが考えられるが、このようなものは実際上ほとんど存在しない。実際上、粘性流体及びシリンダ１０２として用いられる物質・材質では、粘性流体とシリンダ１０２との間には、まず一桁は熱膨張差が存在する。
【００２１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、粘性流体が熱膨張したときにおける室内からの溢流を防止できる熱膨張差吸収機構及びそれを備えた燃料噴射弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、ケーシング内にスライド可能に収容されたシリンダと、該シリンダ内を二つの室に仕切るピストンと、上記二つの室内にそれぞれに充満された粘性流体とを備え、上記シリンダをスライドさせることで、上記粘性流体を介して上記ピストンを移動させる膨張差吸収機構であって、上記二つの室のうち、上記シリンダ又はピストンをスライドさせたときに内圧が上昇する室に、絞り部を介して気室を連通し、上記絞り部の流路抵抗は、上記シリンダ又はピストンをスライドさせたときに上記室内に生じる所定の圧力上昇速度以上では上記粘性流体が上記絞り部を通過せず、上記粘性流体の熱膨張によって上記室内に生じる、上記速度よりも遅い圧力上昇速度では膨張した粘性流体が上記絞り部を通過するように設定されている。
【００２３】
請求項２に係る発明は、バレル内にスライド可能に収容されたシリンダと、該シリンダ内を二つの室に仕切るピストンと、上記二つの室内にそれぞれに充満された粘性流体と、上記シリンダをスライドさせるアクチュエータと、上記ピストンに連結されたニードル弁とを備え、上記アクチュエータによって上記シリンダをスライドさせることで、上記粘性流体及びピストンを介して上記ニードル弁をリフトさせる膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁であって、上記二つの室のうち、上記アクチュエータによって上記シリンダをスライドさせたときに内圧が上昇する室に、絞り部を介して気室を連通し、上記絞り部の流路抵抗は、上記シリンダを上記アクチュエータによってスライドさせたときに上記室内に生じる圧力上昇速度では上記粘性流体が上記絞り部を通過せず、上記粘性流体の熱膨張によって上記室内に生じる、上記速度よりも遅い圧力上昇速度では膨張した粘性流体が上記絞り部を通過するように設定されている。
【００２４】
請求項３に係る発明は、上記アクチュエータは、上記シリンダを上方にスライドさせるものであり、上記ピストンは、上記シリンダ内を上下に上室と下室とに仕切るものであり、上記気室は、該上室の上方に配置され、上記絞り部は、上記下室及び上室を連通する第１絞り部と、上記上室及び気室を連通する第２絞り部とからなり、上記第１絞り部の流路抵抗は、上記シリンダを上記アクチュエータによってスライドさせたときに上記下室内に生じる圧力上昇速度では上記粘性流体が上記第１絞り部を通過せず、上記粘性流体の熱膨張によって上記各室内に生じる、上記速度よりも遅い圧力上昇速度では膨張した粘性流体が上記第１絞り部を通過するように設定されている。
【００２５】
請求項４に係る発明は、上記第１絞り部の流路抵抗は、上記第２絞り部の流路抵抗よりも小さく設定されたものである。
【００２６】
請求項５に係る発明は、上記絞り部及び気室が、上記シリンダ及び／又は上記ピストンの内部に設けられたものである。
【００２７】
請求項６に係る発明は、上記アクチュエータは、磁歪素子又は電歪素子を備えたものである。
【００２８】
請求項７に係る発明は、上記シリンダを上記アクチュエータに押し付ける方向に付勢する第一付勢手段と、上記ニードル弁をその閉弁方向に付勢する第二付勢手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、粘性流体が熱膨張したときにおける室内からの溢流を防止できるという優れた効果を発揮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３１】
本実施形態は、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、プロパンガス又は水素等の気体燃料をエンジンの燃焼室内に噴射するための燃料噴射弁に本発明の膨張差吸収機構を適用したものである。
【００３２】
図１は本実施形態の膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁の断面図であり、図２は図１の部分拡大図である。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態の燃料噴射弁１は、比較的長尺のバレル（ケーシング）２内に移動可能に収容されたシリンダ（チャンバ）３と、そのシリンダ３内に移動可能に収容され、シリンダ３内を上室５と下室６とに区画するピストン７と、上室５及び下室６内に充填された非圧縮性の粘性流体と、シリンダ３を上昇（移動）させるためのアクチュエータ９と、ピストン７に連結されたニードル弁１０とを備え、アクチュエータ９によりシリンダ３を上昇させることで下室６内の粘性流体とピストン７とを介してニードル弁１０を上昇（リフト）させ、バレル２の先端（下端）に形成された噴射孔（オリフィス）１１を開放して燃料を噴射するものである。
【００３４】
バレル２は、図示しないエンジンのシリンダヘッドに略鉛直に配置されるものであり、バレル本体２ａと、バレル本体２ａの下端にロックナット１２を介して一体的に取り付けられたチップ２ｂと、バレル本体２ａの上端に螺合されたキャップ２ｃとを備える。チップ２ｂの下端には燃料の噴射孔１１が放射状に複数形成され、キャップ２ｃには燃料をバレル本体２ａ内に導入するための燃料導入口１３が形成される。
【００３５】
バレル本体２ａ内には、シリンダ３が長手方向（上下方向）に摺動可能に保持されている。シリンダ３は有底円筒状のシリンダ本体３ａと、シリンダ本体３ａの上端に螺合されたシリンダキャップ３ｂとで構成される。シリンダ本体３ａとシリンダキャップ３ｂとの間はシール部材３３（ここではＯリング）により液密にシールされる。
【００３６】
シリンダ３内にはピストン７が、シリンダ３の摺動方向と同方向（上下方向）に摺動可能に収容され、このピストン７によりシリンダ３内の空間が上室５と下室６とに二分される。上室５及び下室６内には非圧縮性の粘性流体（例えばシリコン油等）が充填される。
【００３７】
ニードル弁１０はピストン７の下端に連結され、シリンダ本体３ａの底壁に形成した貫通穴１４を貫通して下方に延出するロッド１０ａと、ロッド１０ａの下端に一体的に取り付けられたニードル１０ｂとからなる。ニードル１０ｂの下端部は、チップ２ｂ内に形成されたシート部３０に当接している。貫通穴１４には、貫通穴１４とロッド１０ａとの間を液密にシールするシール部材１７（ここではＯリング）が設けられている。
【００３８】
ピストン７の上端には、シリンダキャップ３ｂに形成した貫通穴１８を貫通して上方に延出する大径ロッド１５と、大径ロッド１５の上端から上方に延出する小径ロッド１６とが一体的に形成されている。貫通穴１８には、貫通穴１８と大径ロッド１５との間を液密にシールするシール部材１９（ここではＯリング）が設けられている。
【００３９】
ニードル弁１０とバレル本体２ａとの間には、アクチュエータ９が設けられている。アクチュエータ９は、ニードル弁１０のロッド１０ａの周部にロッド１０ａから所定隙間を隔てて配置された磁歪素子９ａと、磁歪素子９ａの周部に磁歪素子９ａから所定隙間を隔てて配置されたコイル９ｂとを備える。磁歪素子９ａの下端はシート２２を介してバレル本体２ａ内の段差面部２０と当接し、上端はシート２３を介してシリンダ３の下面と当接する。
【００４０】
シリンダ３の上面とキャップ２ｃとの間には、シリンダ３を下方に付勢してシート２３及び磁歪素子２０に押し付ける第一付勢部材２５（ここではコイルスプリング）と、大径ロッド１５を下方に付勢してピストン７を介してニードル弁１０を下方（閉弁方向）に付勢する第二付勢部材２６（ここでは、コイルスプリング）が設けられる。これらスプリング２５，２６は、キャップ２ｃにより所定荷重で圧縮された状態で設けられ、スプリング２５の付勢力は、スプリング２６の付勢力よりも大きい。
【００４１】
本実施形態の特徴を図２を用いて説明する。
【００４２】
上記上室５の上方には、気室４０が配置されており、この気室４０は、絞り部４１を介して、下室６に連通している。下室６は、二つの室５、６のうち、シリンダ３を上方にスライドさせたとき、粘性流体が圧縮されて内圧が上昇する側の室である。気室４０には、後述のように絞り部４１を介して室５、６内の熱膨張した粘性流体の一部が収容される。
【００４３】
気室４０及び絞り部４１について詳述すると、気室４０はシリンダキャップ３ｂの肉厚内に形成される。他方、絞り部４１は、ピストン７に下室６と上室５とを連通して形成された第１絞り部４１ａ（細孔）と、シリンダキャップ３ｂに上室５と気室４０とを連通するために形成された第２絞り部４１ｂ（細孔）とからなる。
【００４４】
第２絞り部４１ｂは、中間穴４２を介して気室４０と連通している。すなわち、シリンダキャップ３ｂには、上室５と連通する第２絞り部４１ｂが形成されていると共に、第２絞り部４１ｂに接続させて第２絞り部４１ｂよりも大径の中間穴４２が形成され、更に中間穴４２に接続させて中間穴４２よりも大径のネジ穴４３がシリンダキャップ３ｂの上面に開口するように形成されている。
【００４５】
ネジ穴４３には、下面に気室４０が形成されたプラグ（栓）４４が螺合される。これにより、気室４０は、中間穴４２及び第２絞り部４１ｂを介して上室５と繋がる。第２絞り部４１ｂ、中間穴４２及びネジ穴４３の一部には、上室５内の粘性流体（ドットで表す）が浸入しているが、それより上方に位置する気室４０内には、重力の作用により粘性流体が浸入していない。
【００４６】
ピストン７には、上述のように第１絞り部４１ａが形成されているので、下室６は、第１絞り部４１ａを介して上室５と連通され、更に第２絞り部４１ｂを介して気室４０と連通されることになる。
【００４７】
上記第１絞り部４１ａ及び第２絞り部４１ｂは、図例では１８０度間隔で二個形成されている。
【００４８】
また、ピストン７の外周面とシリンダ本体３ａの内周面との間には、これらの間を液密にシールするシール部材２７が設けられている。よって、上室５内の粘性流体と下室６内の粘性流体とは、第１絞り部４１ａのみを通って行き来する。
【００４９】
第１絞り部４１ａの流路抵抗（寸法・形状）は、上室５及び下室６内の粘性流体が熱膨張したときに各室５、６内に生じる比較的遅い圧力上昇速度では、膨張した粘性流体が第１絞り部４１ａを通過し、且つシリンダ３をアクチュエータ９（磁歪素子９ａの伸長）によって上方にリフトさせたときに下室６内に生じる上記速度より速い圧力上昇速度では、下室６内の粘性流体が第１絞り部４１ａを通過しないように設定されている。実際には、第１絞り部４１ａの寸法・形状・個数等は、アクチュエータ９の駆動特性（駆動速度等）や粘性流体の特性（粘度等）等に基づいて適宜実験やシミュレーション等によって決定される。
【００５０】
第１絞り部４１ａの流路抵抗は、第２絞り部４１ｂの流路抵抗よりも小さく設定されている。具体的には、第１絞り部４１ａの穴径は、第２絞り部４１ｂの穴径よりも大きい。
【００５１】
シリンダ３内への粘性流体の注入方法を説明すると、シリンダ本体３ａを鉛直にセットし、上室５及び下室６内に粘性流体を満たし、ネジ穴４３にプラグ４４が取り付けられていないシリンダキャップ３ｂを、シリンダ本体３ａに粘性流体を溢れさせながら螺合させる。これにより、上室５及び下室６内における気泡の存在チャンスが略零となる。その後、ネジ穴４３から上室５内に粘性流体を追加して注入し、シリンダ３内の完全脱気を行う。最後に、プラグ４４をネジ穴４３に螺合させて固定する。これにより、シリンダ３及びピストン７のアッシー（組立体）が完成する。
【００５２】
上記燃料噴射弁１の噴射及び各部材の熱膨張差の吸収について説明する。
【００５３】
図１に示すキャップ２ｃの燃料導入口１３からバレル本体２ａ内に導入された燃料は、小径ロッド１６とキャップ２ｃとの隙間、シリンダ３とバレル本体２ａとの隙間、ニードル弁１０と磁歪素子９ａとの隙間、ニードル弁１０とチップ２ｂとの隙間等を通ってチップ２ｂのシート部３０まで流れ込む。この供給燃料の圧力は例えば１００〜２５０Ｂａｒ程度である。
【００５４】
アクチュエータ９のコイル９ｂに対する通電が行われない場合、スプリング２６によりニードル弁１０が下方に付勢されているため、ニードル弁１０の下端部がチップ２ｂのシート部３０に所定圧力で押し付けられ噴射孔１１を閉じる。従って、燃料は噴射孔１１まで到達せず、燃料噴射は行われない。
【００５５】
一方、図示しない制御器（ＥＣＵ等）により所望の値に制御された電力が、バレル本体２ａに設けた外部端子３１を介してコイル９ｂに供給されると、コイル９ｂが供給電力に応じた強度の磁場を発生させる。
【００５６】
コイル９ｂが磁化すると、磁歪素子９ａがその磁場強度に応じた長さだけ上下方向に伸長する。このとき、磁歪素子９ａは、その下端がシート２２を介してバレル本体２ａの段差面部２０と当接しているため、磁歪素子９ａはシリンダ３をスプリング２５、２６の付勢力に対抗して上方に押し上げるように伸長する。磁歪素子９ａの伸長速度、即ち、アクチュエータ９によるシリンダ３の駆動速度は比較的迅速（例えば、数μｍ／μｓ程度）である。
【００５７】
この場合、上述したように、下室６内の圧力上昇速度が所定値以上となり、下室６内の粘性流体は、第１絞り部４１ａを通過せず、固体として機能する。従って、磁歪素子９ａによりシリンダ３が押し上げられると、下室６内の粘性流体を介してピストン７及びニードル弁１０が一体的に持ち上げられ（リフトされ）、スプリング２５、２６を撓ませる。これにより、ニードル弁１０の下端がチップ２ｂのシート部３０から離れて噴射孔１１が開かれ、シート部３０まで供給されていた高圧燃料が噴射孔１１から噴霧となって外部（燃焼室内）へ噴射される。
【００５８】
また、各部材に熱膨張差が生じ、例えば磁歪素子９ａの熱膨張がニードル弁１０の熱膨張よりも大きいときには、シリンダ３を磁歪素子９ａの熱膨張によってリフトされる力が生じ、下室６内の圧力が緩やかに（アクチュエータ９による圧力上昇速度以下の速度で）上昇する。このとき、下室６内の粘性流体は、第１絞り部４１ａを通過して上室５に流出し、シリンダ７の位置が移動することなくシリンダ３のみがリフトする。よって、ピストン７に連結されたニードル弁１０が、磁歪素子９ａとニードル弁１０との熱膨張差によってリフトすることはない。
【００５９】
本実施形態に係る燃料噴射弁１の作用を述べる。
【００６０】
例えば、燃料噴射弁１の全体がシリンダヘッド等から熱を受けて加熱されると、シリンダ３及びその内部の粘性流体が略同温度に加熱される。すると、粘性流体（シリコン油等）の方がシリンダ３（鉄系金属）よりも約二桁程度も熱膨張係数が大きいため、粘性流体の容積が上室５及び下室６の容積に収まりきれなくなり、上室５及び下室６の内圧が緩やかに上昇する。
【００６１】
ここで、上室５と下室６とは第２絞り部４１ｂより大径の第１絞り部４１ａを介して連通されているので、上室５及び下室６内の粘性流体は略一体的に熱膨張し、上室５及び下室６の内圧が緩やかに上昇する。このように、上室５及び下室６内の圧力上昇速度が比較的遅い場合には、上述したように膨張した粘性流体の一部が第２絞り部４１ｂを通過して気室４０に浸入する。これにより、上室５及び下室６内の圧力が逃がされるので、粘性流体の熱膨張によるシール１７、１９やプラグ４４の破損を回避できる。
【００６２】
他方、ニードル弁１０を開弁させるべく、磁歪素子９ａによってシリンダ３がリフトされると、下室６内の粘性流体の圧力が上記粘性流体の熱膨張による圧力上昇速度より速い速度で素早く立ち上がる。すると、上述のように下室６内の粘性流体が第１絞り部４１ａを通過せず、ピストン７がシリンダ３と一体的にリフトする。よって、このとき上室５内に圧力上昇は殆ど生ぜず、上室５内の粘性流体が第２絞り部４１ｂを介して気室４０に流出することはない。
【００６３】
ところで、粘性流体が熱膨張した時、上室５と下室６とで内圧に差が生じている場合には、上室５及び下室６内の粘性流体は、第１絞り部４１ａを通って上下の内圧差をバランスさせるように流れると略同時に、第２絞り部４１ｂを通って気室４０に流出する。ここで、第１絞り部４１ａの方が第２絞り部４１ｂよりも大径であり流れ易いので流量が多くなり、第１絞り部４１ａを通過することによる内圧差のバランスの方が、第２絞り部４１ｂを通過することによる熱膨張の吸収よりも優先してなされる。よって、上記内圧差によって生じるニードル弁１０のリフト又はニードル弁１０のダウン（ニードル弁１０のシート部３０への過度の押し付け）を回避できる。
【００６４】
また、シリンダ３及びピストン７のアッシーを組み立てる場合には、粘性流体をネジ穴４３から上室５及び下室６内に気泡なく充満させた状態で、プラグ４４をネジ穴４３にねじ込んで粘性流体を密閉しているので、上室５及び下室６内の粘性流体がプラグ４４の気室４０内のエアを介して密閉されることになり、上室５及び下室６内の粘性流体の圧力が個々の個体（シリンダ・ピストン・アッシー）について略一定に管理できる。
【００６５】
この点、説明すると、背景技術の欄で説明した図５に示すタイプでは、シリンダ１０２内に粘性流体（非圧縮性）を満たしておいて注入通路を栓で蓋しているため、完全脱気して蓋しようとすると、シリンダ１０２内に内圧が存在する状態で蓋しなければならない。この内圧は、栓を注入通路に装着する工程において、栓によって粘性流体をシールできる内圧のシール始まり点のばらつきにより、個々の個体（ピストン・シリンダ・アッシー）毎に異なってしまう。よって、粘性流体とシリンダ１０２との熱膨張差による粘性流体の溢流限界温度にばらつきが生じていた。
【００６６】
これに対し、本実施形態では、上記気室４０内のエアを介して粘性流体が密閉されているので、個々の個体毎のシリンダ３内の内圧のばらつきが気室４０内のエアが適宜圧縮されることで吸収されることになり、個々の個体について略一定した粘性流体の内圧が達成される。よって、上記溢流限界温度の管理が容易となる。なお、気室４０内のエアは、上述のようにアクチュエータ９によるシリンダ３のリフト時には、ピストン７及びニードル弁１０のリフトに影響を及ぼさない。
【００６７】
気室４０及び第２絞り部４１ｂの変形例を図３に示す。
【００６８】
この変形例は、シリンダキャップ３ｂに第２絞り部４１ｂ’としての細孔を形成すると共に、第２絞り部４１ｂ’の上部にネジ穴４３’を形成し、このネジ穴４３’に第２絞り部４１ｂ’に繋がる細孔４５及び気室４０’が形成されたプラグ４４’をねじ込んだものである。上記第２絞り部４１ｂ’、細孔４５及び気室４０’内の一部には、上室５内の粘性流体の一部が浸入している。この変形例は、その他の構成が上記実施形態と同様となっているので、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００６９】
別の変形例を図４に示す。
【００７０】
この変形例は、図２に示す実施形態の第２絞り部４１ｂ、中間穴４２、ネジ穴４３及びプラグ４４を、シリンダキャップ３ｂではなく、ピストン７の大径ロッド１５内に形成した点のみが図２に示す実施形態と異なる。この変形例においても上記実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００７１】
本発明は、上記実施形態に限定はされない。例えば、図２〜図４に示す第２絞り部４１ｂ及び気室４０を、上室５ではなく下室６に接続してもよく、上室５及び下室６の双方に接続してもよい。
【００７２】
このように、下室６（アクチュエータ９によってシリンダ３を上方にスライドさせたときに内圧が上昇する側の室６）に、直接第２絞り部４１ｂ及び気室４０を直接接続した場合には、第２絞り部４１ｂの流路抵抗（寸法・形状等）は、図２及び図４に示す第１絞り部４１ａの流路抵抗と等しく設定してもよい。図２及び図４に示す実施形態と同様の作用・効果を奏するためである。
【００７３】
また、第１絞り部４１ａ及び第２絞り部４１ｂの数は二つに限定されず、一つ又は三つ以上としても良い。また、図５に示したピストン１０５に第１絞り部４１ａが形成されないタイプにも本発明を適用でき、その場合、ピストン１０５とシリンダ１０２との間のクリアランスが第１絞り部４１ａに相当する。すなわち、図１、図２及び図４に示すピストン７に形成される第１絞り部４１ａ及びシール部材２７を省略すると共に、ピストン７とシリンダ３との間に所定のクリアランスを設定し、このクリアランスを請求項３に記載の第１絞り部４１ａとしてもよい。
【００７４】
また、アクチュエータ９は磁歪素子９ａを用いたものに限定されず、供給電力に応じて伸長する電歪素子等を用いても良い。また、各シール部材１３，１７，１９，２７はＯリングに限定されず、他のシール部材を用いても良い。また、第一付勢手段２５及び第二付勢手段２６はコイルスプリングに限定されず、皿バネ等、他の付勢手段を用いても良い。
【００７５】
また、上記実施形態では気体燃料用の燃料噴射弁に適用した例を示したが、本発明は、軽油、ガソリン用の燃料噴射弁等にも勿論適用可能である。更に、上述した膨張差吸収機構は燃料噴射弁以外の機構の熱膨張差を吸収するために用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態に係る膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁の断面図である。
【図２】図１の部分拡大断面図である。
【図３】絞り部及び気室の変形例を示す断面図である。
【図４】別の変形例を示す部分拡大断面図である（図２に相当）。
【図５】本発明者が先に開発した燃料噴射弁の断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１  燃料噴射弁
２  バレル（ケーシング）
３  シリンダ
５  上室
６  下室
７  ピストン
９  アクチュエータ
９ａ  磁歪素子
９ｂ  コイル
１０  ニードル弁（作動部材）
１１  噴射孔
２５  第一付勢手段（スプリング）
２６  第二付勢手段（スプリング）
２９  連通孔
４０  気室
４１  絞り部
４１ａ  第１絞り部
４１ｂ  第２絞り部
【図１】
2005315100.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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