(57)【要約】【課題】  自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器（コモンレール）およびその製造方法を提供する。【解決手段】  コモンレールの本体に、等圧で燃料を分配するための複数の分岐通路からエンジンの燃焼室に挿入する噴射ノズルへの配管を取り付ける部品のホルダーを液相拡散接合等で接合した溶接式コモンレールで、ホルダーは、接合面側の外周端部の軸方向長さ２ｍｍ以上の範囲で、全周にわたって液相拡散接合等の熱間で形成された、ホルダー本体外周面から片側１ｍｍ以上外径が大きい突出部を有し、レール本体はホルダー接合位置決定用溝を有し、溝は、ホルダー接合部内周と嵌合可能な径の溝内周壁と、ホルダーとの接合面となる溝底面と、溝底面から３ｍｍ以上の深さでホルダー外径に片側１．５ｍｍ以内のクリアランスを加えた径を有する溝外周壁とからなり、溝外周壁には、ホルダー外周面の接合面側端部の突出部と嵌合する窪み部を有する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器（コモンレール）のレール本体に、等圧で燃料を分配するための複数の分岐通路からエンジンの燃焼室に挿入する噴射ノズルへの配管を取り付ける配管取付部品（ホルダー）を液相拡散接合等で接合した、溶接式コモンレールであって、前記ホルダーは、外周面の溶接接合面側の端部に、ホルダー軸方向長さ２ｍｍ以上にわたる範囲で、かつ、全周にわたって、前記液相拡散接合等の溶接の際の熱間で形成された、ホルダー本体外周面から片側１ｍｍ以上外径が大きい突出部を有し、前記レール本体は、ホルダー接合位置にホルダー接合位置決定用溝を有し、該溝は、ホルダー接合部内周と嵌合可能な径の溝内周壁と、ホルダーとの接合面となる溝底面と、溝底面から３ｍｍ以上の深さで、ホルダー外径に片側１．５ｍｍ以内のクリアランスを加えた径を有する溝外周壁とからなり、さらに、該溝外周壁には、ホルダー外周面の接合面側端部の突出部と嵌合する窪み部を有し、該溝外周壁の窪み部と前記ホルダーの突出部との嵌合によるアンカー効果で、ホルダーとレール本体の締結力を高めることを特徴とする、自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。
【請求項２】
前記ホルダーおよびレール本体は、引張り強さが室温で８００ＭＰａ以上、１５００ＭＰａ以下、さらには１０００℃以上の温度で２００ＭＰａ以下の鋼材であり、燃料噴射システムに内圧が付加されたときに生じる、ホルダー引き抜きの塑性変形開始応力（弾性限）が、１００℃までの範囲で２００ＭＰａ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。
【請求項３】
自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器（コモンレール）のレール本体に、等圧で燃料を分配するための複数の分岐通路からエンジンの燃焼室に挿入する噴射ノズルへの配管を取り付ける配管取付部品（ホルダー）を液相拡散接合等で接合する、自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法であって、前記レール本体は、ホルダー接合位置にホルダー接合位置決定用溝を有し、該溝は、ホルダー接合部内周と勘合可能な径の溝内周壁と、ホルダーとの溶接接合面となる溝底面と、溝底面から３ｍｍ以上の深さで、ホルダー外径に片側１．５ｍｍ以内のクリアランスを加えた径を有する溝外周壁とからなり、さらに、該溝外周壁には、溝底面から溝深さ方向長さ２ｍｍ以上にわたる範囲で、かつ、全周にわたって、該溝外周壁面から片側１ｍｍ以上外径が大きい窪み部を有するように、レール本体を加工した後、該レール本体に前記ホルダーを液相拡散接合等で接合する際の、１０００℃以上の高温に接合部が曝されている間に、ホルダー全体に１０ＭＰａ以上の応力を、継ぎ手接合時の必要な応力付加時間に加えて０．１〜６０秒間、付加することで、ホルダーの外周面の接合面側端部に、ホルダー軸方向長さ２ｍｍ以上にわたる範囲で、かつ、全周にわたって、ホルダー本体外周面から片側１ｍｍ以上外径が大きい突出部を熱間の塑性変形により形成して、該ホルダーの突出部を前記レール本体の溝外周壁の窪み部と嵌合させ、これによるアンカー効果で、ホルダーとレール本体の締結力を高めることを特徴とする、自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。
【請求項４】
前記ホルダーの突出部を、予め片側１ｍｍ以上、機械加工、冷間プレスあるいは冷間鍛造、熱間鍛造あるいは熱間プレスと機械加工による研削の組み合わせにより形成するとともに、該ホルダー突出部のホルダー外周面に繋がる斜面のホルダー外周面と成す角度を４５°以上とすることを特徴とする、請求項３に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。
【請求項５】
前記ホルダーおよびレール本体は、引張り強さが室温で８００ＭＰａ以上、１５００ＭＰａ以下、さらには１０００℃以上の温度で２００ＭＰａ以下の鋼材であり、燃料噴射システムに内圧が付加されたときに生じる、ホルダー引き抜きの塑性変形開始応力（弾性限）が、１００℃までの範囲で２００ＭＰａ以上であることを特徴とする、請求項３または４に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器およびその製造方法に関し、特に、内圧１２００気圧を超える圧力に耐える自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器（コモンレール）を液相拡散接合あるいはその他の溶接で組み立てて製造する際、接合部に不可避的に発生する接合不良が原因で生じる接合部強度低下と接合部からの破壊を、継ぎ手部位の形状設計で締結力を上げることにより確実に防止することのできる、自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用燃料に軽油を用いる場合、各燃焼室に軽油を空気と混合して均一に噴射し、その爆発燃焼効果を最も効率よくエンジンの動力に変換する技術として、コモンレールシステムが用いられる。これは、燃料をエンジンの各燃焼室へ高圧で気体との混合物として均一に噴射し、その噴射圧力を電子制御で調節することで、排出ガスの有害物質低減にも有効な技術である。欧州では乗用車に多用されていることもあり、不純物成分の少ない軽油を用いることで、高出力、低燃費、さらには大トルクを得られるようになるなど、そのシステム技術開発が続けられてきた。本システムの主要構成は、燃料タンクから軽油をポンプで吸引し、コモンレールと呼ばれる燃料蓄圧器に一時的に高圧で保持し、ここからオリフィスと呼ばれる細径の吐出口と配管を介して噴射ノズルへと送られる。噴射ノズルでは、圧送された燃料を燃焼用空気と混合し、均一にエンジン燃焼室へと送り込む集合配管と噴射機能が備えられている。噴射ノズルから吐出する燃料は均一に噴霧するほど燃焼効率が高く、かつ高圧であるほどこの目的を達成しやすい。すなわち、極力高圧の燃料噴射システムを形成することが、有害物質排出の少ない自動車用エンジンを開発する上で重要な技術要素となっている。ところが、現在のコモンレールシステムでは、最初の蓄圧器に燃料が圧入されるとき、その吐出口に至る過程で、蓄圧器そのものが燃料の圧力に耐えられず、内圧疲労破壊する場合があった。これを解決するために、コモンレール素材の鋼材強度を上げることが重要との認識のもと、鋼材の化学成分の調整、熱処理の調整で対応する技術開発が進み、噴射燃料圧力は１２００気圧までは十分に信頼性の高いコモンレールシステムが既に実用化されている。
【０００３】
しかし、１２００気圧を超える高圧用のコモンレールでは、現時点では成形鍛造で一体成形し、これに複雑な機械加工を施して製造している。このことは、材料強度が高くなれば成形性が劣り、かつ加工が困難であるため、大きなコストの増大を招くこととなり、高圧用コモンレールの実用化の課題として未解決のままである。現時点では、１５００気圧までの高圧用コモンレールが一部で実用化されているものの、製造方法は鍛造と機械加工の組み合わせ以外の方法を採択できないため、上記の課題は依然として未解決のままであった。図１にコモンレールの形状の例を示す。図１において、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【０００４】
本発明者らは、この高圧用コモンレールの製造方法を根本から見直し、各部位を簡単形状の部品に分割して部位毎に量産し、溶接によってそれらを組み立てて製品とする方法に着目した。元来１体成型によって部品を形成し、形状が複雑である場合には型打ち鍛造や据え込み鍛造、あるいは鋳造や一部削りだし工程を経て製造すべき部品を、単純形状の部品に分割して製造し、それらを液相拡散接合によって組み立てる技術については特許文献１および２に記載がある。これらの技術は、液相拡散接合という精密接合技術の利点を用い、複雑形状の部品を接合によって実現する技術であるが、液相拡散接合が融点降下元素の拡散律速で進行する性質を有するため、高温で接合面に応力を負荷し続けなければならず、工程時間が比較的長く、かつ接合装置のコストが高いこともあって工業的には普及している状況にはない。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０８６２７９号公報
【特許文献２】特開２００２−２６３８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１、２に記載の発明は、接合面への負荷応力が接合治具あるいは部品形状、さらには加工精度の問題から均一とならない場合や、加熱を均一に実施しない場合に生じる局部変形による接合面の精密突き合わせを安定して形成する技術については開示がない。自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器は適用される部位の性質上接合強度は設計に厳格に反映され、機関の信頼性獲得に最も重要な部位である。従って、例えば接合工程において管理が困難な因子、すなわち上記したような原因による不完全接合部が万が一発生した場合は、たとえ後の検査技術を万全にしたとしても生産コストという観点からは歩留まり向上が果たせず、部品のコスト高騰につながり、工業製品として好ましくない製造方法しか採ることができないという課題が未解決であった。
【０００７】
液相拡散接合などの面接合技術は精密継ぎ手を形成可能ではあるが、反面ごく僅かな開先形状の異常にも鋭敏であって、信頼性の高い継ぎ手を得る上では解決すべき課題が残っている。
【０００８】
そこで、本発明は、自動車燃料噴射部品であるコモンレールの燃料分岐管をレール本体に燃料の圧力損失や漏洩無く接続する為に必要なホルダーを、液相拡散接合やその他の接合技術、あるいはそれらの複合技術により接合する際の信頼性を大きく高めることのできる、自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記のような従来技術の問題点、すなわち接合で形成したコモンレール本体とホルダーとの接合が、引張り強度等の機械的特性を満足していたとしても、非破壊検査等で確認できない微小欠陥や、ヒューマンエラーに基づく欠陥の見逃しがあって、部品が必要とする特性、特に長時間の内圧疲労耐久特性が実現できないという事態を漏れなく防止することを目的になされたものであって、その骨子とするところは以下のとおりである。
（１）  自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器（コモンレール）のレール本体に、等圧で燃料を分配するための複数の分岐通路からエンジンの燃焼室に挿入する噴射ノズルへの配管を取り付ける配管取付部品（ホルダー）を液相拡散接合等で接合した、溶接式コモンレールであって、前記ホルダーは、外周面の溶接接合面側端部に、ホルダー軸方向長さ２ｍｍ以上にわたる範囲で、かつ、全周にわたって、前記液相拡散接合等の溶接の際の熱間で形成された、ホルダー本体外周面から片側１ｍｍ以上外径が大きい突出部を有し、前記レール本体は、ホルダー接合位置にホルダー接合位置決定用溝を有し、該溝は、ホルダー接合部内周と嵌合可能な径の溝内周壁と、ホルダーとの接合面となる溝底面と、溝底面から３ｍｍ以上の深さで、ホルダー外径に片側１．５ｍｍ以内のクリアランスを加えた径を有する溝外周壁とからなり、さらに、該溝外周壁には、ホルダー外周面の接合面側端部の突出部と嵌合する窪み部を有し、該溝外周壁の窪み部と前記ホルダーの突出部との嵌合によるアンカー効果で、ホルダーとレール本体の締結力を高めることを特徴とする、自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。
（２）  前記ホルダーおよびレール本体は、引張り強さが室温で８００ＭＰａ以上、１５００ＭＰａ以下、さらには１０００℃以上の温度で２００ＭＰａ以下の鋼材であり、燃料噴射システムに内圧が付加されたときに生じる、ホルダー引き抜きの塑性変形開始応力（弾性限）が、１００℃までの範囲で２００ＭＰａ以上であることを特徴とする、上記（１）に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。
（３）  自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器（コモンレール）のレール本体に、等圧で燃料を分配するための複数の分岐通路からエンジンの燃焼室に挿入する噴射ノズルへの配管を取り付ける配管取付部品（ホルダー）を液相拡散接合等で接合する、自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法であって、前記レール本体は、ホルダー接合位置にホルダー接合位置決定用溝を有し、該溝は、ホルダー接合部内周と勘合可能な径の溝内周壁と、ホルダーとの溶接接合面となる溝底面と、溝底面から３ｍｍ以上の深さで、ホルダー外径に片側１．５ｍｍ以内のクリアランスを加えた径を有する溝外周壁とからなり、さらに、該溝外周壁には、溝底面から溝深さ方向長さ２ｍｍ以上にわたる範囲で、かつ、全周にわたって、該溝外周壁面から片側１ｍｍ以上外径が大きい窪み部を有するように、レール本体を加工した後、該レール本体に前記ホルダーを液相拡散接合等で接合する際の、１０００℃以上の高温に接合部が曝されている間に、ホルダー全体に１０ＭＰａ以上の応力を、継ぎ手接合時の必要な応力付加時間に加えて０．１〜６０秒間、付加することで、ホルダーの外周面の接合面側端部に、ホルダー軸方向長さ２ｍｍ以上にわたる範囲で、かつ、全周にわたって、ホルダー本体外周面から片側１ｍｍ以上外径が大きい突出部を熱間の塑性変形により形成して、該ホルダーの突出部を前記レール本体の溝外周壁の窪み部と嵌合させ、これによるアンカー効果で、ホルダーとレール本体の締結力を高めることを特徴とする、自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。
（４）  前記ホルダーの突出部を、予め片側１ｍｍ以上、機械加工、冷間プレスあるいは冷間鍛造、熱間鍛造あるいは熱間プレスと機械加工による研削の組み合わせにより形成するとともに、該ホルダー突出部のホルダー外周面に繋がる斜面のホルダー外周面と成す角度を４５°以上とすることを特徴とする、上記（３）に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。
（５）  前記ホルダーおよびレール本体は、引張り強さが室温で８００ＭＰａ以上、１５００ＭＰａ以下、さらには１０００℃以上の温度で２００ＭＰａ以下の鋼材であり、燃料噴射システムに内圧が付加されたときに生じる、ホルダー引き抜きの塑性変形開始応力（弾性限）が、１００℃までの範囲で２００ＭＰａ以上であることを特徴とする、上記（３）または（４）に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、特に、内圧１２００気圧を超える圧力に耐える自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器（コモンレール）を液相拡散接合あるいはその他の溶接で組み立てて製造する際、接合部に不可避的に発生する接合不良が原因で生じる接合部強度低下や接合部からの破壊を有利に補完することができるため、その産業上の効果は計り知れない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、自動車用燃料噴射システムであるコモンレールを接合で組み立てて製造する際に、継ぎ手に現行技術では不可避的に潜在する接合部欠陥を検出できない場合に、当該コモンレールに確実な継ぎ手信頼性を付与し、その機能を完全に発揮させるためのものである。本発明は、コモンレールの蓄圧構造と燃料分岐経路を内包し、内部の圧力検知あるいは圧力フィードバック機構を接続可能なレール本体（以降、本発明では、単に、レールともいう。）と、その燃料分配経路と配管を接続するコネクターである内ネジ式あるいは外ネジ式接続突起（以降、この部位をコモンレールのレール本体とは別に製造し、接合でレール本体に結合させる部品を、単に、ホルダーともいう。）からなる。ここでは、ホルダーとレールの接合部の詳細形状と構成、接合部の締結力向上機構について具体的に説明する。
【００１２】
図１には既にコモンレールの一形態（内ネジ式ホルダー型）を示し、レール本体２とホルダー１を図示した。レールは内部に貫通孔を有し、ここから孔の軸方向に垂直な方向へ燃料の分配のためのオリフィスを有している。なお、ここでは図１のコモンレールを例として解説するが、基本的に燃料の蓄圧器であるレールの形状には制限が無く、断面は今回のように矩形でも円形でも良く、エンジンへの燃料供給と配管の取り回しの利便性に応じて適宜形態を変化させることができる。ただし、貫通孔と分岐管構造だけは必須の要素である。図２には、レールを幅方向に切断した際の断面構成図を、図３には接合端部の塑性変形による突出部の成型を、図４には予め機械加工で突出部を形成した場合の継ぎ手の勘合の様子を詳細に示した。すなわち、
（１）レールとホルダーを別々に製造し、接合式組み立て用部品とした。
（２）レールとホルダーは液相拡散接合等の面接合で継ぎ手を形成することで母材と同等の引張り強度で接合される。この溶接に際しては、ホルダーとレールのオリフィス部分を高精度で連結し、メタルシールで配管を接続する際の燃料漏れを防止するためにレールへホルダーを位置ずれなく正確に接合するためのホルダー接合位置決定用溝（ガイド溝）（図２中の部分拡大図（ｂ）参照。）を設ける。ガイド溝の深さはその機能から３ｍｍ以上とする。これ以下の深さでは、ホルダー軸心がメタルシールで連結する配管の軸心と大きくずれてしまい、締結の際に締め付けが達成できず、部分的に燃料が漏洩して圧力損失が生じ、燃料噴射機能が十分でなくなる場合があるか、または、ホルダー溶接接合面端に至るホルダー外面側の突出部と、レール本体ガイド溝に設けた、突出部に整合する外周壁窪み部（図２中の部分拡大図（ｂ）参照。）とが、接合後に十分に勘合せず、ホルダーの引き抜き応力が２００ＭＰａを下回る場合があることをそれぞれ実験的に確認した。
（３）ホルダー外周面の接合端側に成型する１ｍｍ以上の突出部は、ホルダー軸方向に高さ２ｍｍ以上、レール本体のガイド溝深さ以下であることが必要であり、かつ突出部は機械加工で予め成型する際にはホルダー外壁と突出部がホルダー外壁に対して４５°以上のテーパー面で繋がっている必要があり、レール本体側もこれに整合する溝外周壁窪み部を有している必要がある。この整合するレール本体溝外周壁窪み部とホルダー突出部のテーパー部が、ホルダーに引き抜き応力が発生した際に、摩擦力と嵌合によるアンカー効果で締結力を向上させる効果を発揮する。テーパー角度が４５゜未満の場合は、ホルダー突出部のホルダー軸心方向の高さが２ｍｍの場合に単純に幾何学的に１ｍｍの突出部を予め加工成形できず、これに勘合するレール本体の溝外周壁窪み部の形状も同じ制限を受ける。また、実質的に９０°以上の角度の加工はレール本体の溝外周壁窪み部側の加工が不可能となるために、制限は設けないものの現実的ではない。
（４）ホルダー突出部のレール本体溝外周壁窪み部への嵌合は、溶接接合時の１０００℃以上の予熱を利用する高温塑性変形によって達成する。この高温塑性変形のための応力は、液相拡散接合の場合には、接合部開先への応力付加時に同時に与えることができ、例えば、他の溶接（電気抵抗溶接、摩擦圧接）では、応力付加が接合の際に必須となることから、接合の継ぎ手変形に必要な応力を付加直後にさらに塑性変形を促して形成し、ホルダー突出部とレール本体溝外周壁窪み部の嵌合を達成する。この嵌合の達成は、嵌合後に接合部を切断して断面を観察し、その観察結果に基づいて応力の大きさと応力付加の時期を決定し、該応力または該応力付加時期を工程管理しても締結力の確保は可能である。また、空隙が残留するか否かは超音波検査あるいはＸ線検査で確認することもできる。この応力と応力付加時期はコモンレールの材質、１０００℃以上での材料の機械的特性、特に変形降伏応力で決定する因子であり、必要に応じて適宜決定できる。
（５）ホルダーとレール本体の溶接接合は十分な接合条件を選択し、非破壊検査にて欠陥検出を実施すれば工業的な安全係数を用いて特性を保証することができる。しかし、非破壊検査で検出できない小さな欠陥、あるいは探傷子から入射される超音波の波長に比較して極めて小さな欠陥、さらには溶接方法起因の種々の微小欠陥や溶接割れを見逃す場合を１００％保証することは難しい。該接合部に要求される特性は、内圧変動時に生じる接合面と垂直な繰り返し引張り応力に耐える疲労特性となる。その繰り返し応力の蓄積による疲労破壊が最も予測しがたく、かつコモンレールの部品設計において最重要保証項目となる。この疲労破壊を防止する目的で接合部にホルダー突出部とレール本体溝外周壁窪み部を設け、それらの嵌合によるアンカー効果で締結力を十全に確保できるわけであるが、完全な疲労破壊の防止の為には、配管をメタルシールで締結する際に発生する残留引張り応力と、それに負荷される内圧変動に起因する繰り返し引張り応力に、ホルダーの引き抜き時塑性変形開始応力（弾性限）が勝っている必要があり、さらには、疲労破壊を考慮すれば、引き抜き時塑性変形開始応力は、接合部に負荷されるホルダー引き抜き応力の２倍が必要である。内圧が高くなったとしても、締結応力が内圧起因のホルダーの最大引き抜き時降伏開始応力の２倍を超えていれば疲労破壊は理論的に発生することはない。本発明の方法で締結したホルダーとレール本体の引き抜き時塑性変形開始応力は、溶接接合面に微小な欠陥が存在したとしても、締結力を発生させている面が溶接接合面のみでなく、２面に分散していることにより、突出部を有しない従来の溶接式コモンレールに比較して内圧疲労特性に優れる。
（６）ホルダーの材質については、化学成分の規定を特に設けない。ただし、高圧用コモンレールとして、内圧疲労特性に優れることが必要であり、そのために、材料の引張強度は、化学成分や熱処理等の調質処理、あるいは冷間加工などを適宜使用し、コモンレール成形組み立て完了後の最終製品形態において、８００ＭＰａ以上が必要である。引張強度の上限は、本発明が溶接・接合技術を使用することから、この部分に接合中に侵入するごく僅かな水素が長距離を拡散してコモンレール内部の最大応力発生位置に集積した場合を想定し、水素起因の脆化が生じないよう１５００ＭＰａ以下とする、水素脆化感受性の観点からの強度上限値を設けた。また、本発明の最大の特徴である、接合直後の余熱を利用してホルダー端部の高温塑性変形により突出部を成形あるいは張り出す加工が実質的に可能となるためには、鋼材の１０００℃以上での強度（１０００℃以上では、実質的には強度が温度の上昇に伴って下降するので、１０００℃の引張り強さがこれを代表することとなる。）で２００ＭＰａ以下であることが必要で、これを越える高温強度を有する材料はセラミックスや超高温用特殊合金のみとなるものの、重要な材質の要求仕様であるため、この値を規定する。これらの材料強度の規定を前提として、上述した本発明の効果を評価する際、すなわちホルダーの引き抜き時の塑性変形降伏開始応力（実質的にホルダーが溶接接合面と垂直方向にレールから分離する方向へ変形し、接合部の接合強度だけでホルダーの離脱を防止している状態になる応力、弾性限）が、エンジンに搭載されたときにコモンレールが曝されると推定される最高加熱温度１００℃まで、２００ＭＰａ以上であれば、接合したホルダーは、本発明の接合端部における突出部のアンカー効果と接合部の接合強度によって、実用上、接合部から破壊することはない。
【００１３】
なお、本発明でホルダー外周面の接合面側端部に設ける突出部の形状を、外径方向で１ｍｍ以上、また、ホルダー本体外周面と突出部の斜面との成すテーパー角度４５°以上という制限は、以下のような実験に基づいて決定した。すなわち、まず、外径２４ｍｍ、厚み６ｍｍの内ネジ式ホルダーを、突出部外径について、２４ｍｍから０．１ｍｍ単位で徐々に増加させて準備した。これに対応するレール本体側のホルダー接合位置決定用ガイド溝は、内径１７．８ｍｍ、外径２４．５ｍｍ、深さを３ｍｍとし、さらには、ホルダー突出部に倣った窪み部をレール本体溝外周壁に、ホルダー突出部の外径の試験水準の種類に合わせて加工して、準備した。また、ホルダー外周面に突出部を持たないホルダー、およびこれに対応させたレール本体溝外周壁の窪み部のみを０．１ｍｍ単位で変化させたホルダー本体も用意した。
【００１４】
これらの部品を、液相拡散接合、電気抵抗溶接あるいは抵抗溶接後に液相拡散接合を実施する、複合接合を実施してコモンレールを試作し、ホルダーの引き抜き時塑性変形開始応力を測定した。なお、予め窪み部にホルダー突出部が完全に整合する際に必要な変形量は、間接的にホルダーに応力を負荷した場合に生じるホルダー高さの減少分を測定し、最適値を求め、この減少高さで管理した。
【００１５】
図５は、予め突出部をホルダーの切削加工時に設けた場合の、初期突出部外径のホルダー平行部外周面からの片側増分とホルダーの引き抜き応力時塑性変形開始応力（弾性限）の関係を示した。突出部の平行部外周面からの片側増分が丁度１ｍｍを境に、引き抜き時塑性変形開始応力が２００ＭＰａを超えることが判る。このデータをもって、機械加工で突出部を成形する場合は突出部のホルダー外径の必要な片側増分量を１ｍｍ以上と決定した。なお、片側増分に上限規制は設けていないが、あまりに過大（実質的には３ｍｍ以上であることを実験で知見した）である場合には、事前機械加工の場合に切削代が大きくなりすぎて材料加工コストの問題があるため、限界はある。しかし、機構上は実質的な上限規制は無い。
【００１６】
図６は、突出部を設けない場合、接合時に塑性変形によって突出部を成形する場合の突出量を、接合後にホルダーの軸心位置で幅方向にコモンレールを切断して実際に測定した結果と、同一変形量の場合のホルダー引き抜き時塑性変形開始応力の関係を示す図である。予め突出部を設けない場合でも、結局レール本体側の窪み部に整合するように塑性変形部が張り出すことから、同じく１ｍｍの突出部外径増分でホルダー引き抜き時塑性変形開始応力が２００ＭＰａを超える。この場合、ホルダーの接合端部の塑性変形量は実質的に突出部を事前加工した場合に比較して大きくなり、ホルダーの高さ変化が大きいが、完成する継ぎ手形状は突出部を予め設けない場合と相似であった。塑性変形量が異なっていても突出部の形状が相似となったのは突出部に連なるホルダー外周面も塑性変形によって外径を増しているため、同様な結果となったものである。
【実施例】
【００１７】
図１に示したコモンレールを、次のように試作した。すなわち、２３０ｍｍ長、３０ｍｍ角のレール本体と、２４ｍｍ外径、厚み５ｍｍのホルダーに内径側へ最大ネジ山高さ２ｍｍの燃料分配のための分岐配管接続用ホルダーを表１に示す化学成分を有する材料を用いて別々に圧延、引き抜き、切削等で鋼板あるいは棒鋼より加工した。レール本体には、図２に示した、深さ３ｍｍのホルダー接合位置決定用のガイド溝を加工した。図２において、（ａ）はレール本体を示した図で、（ｂ）はホルダー接合部の拡大図である。ホルダー端部は、図３、図４に示すような突出部を予め設けたもの、および突出部を設けない場合の両方について準備した。図３において、（ａ）は状態Ａ：接合ままの状態を示した図、（ｂ）は状態Ｂ：接合直後に応力を負荷し、接合面が塑性変形してホルダー外壁がレールスリットへ膨出開始した状態を示した図、（ｃ）は状態Ｃ：状態Ｂに更に応力を負荷し続け、温度が１０００℃以上の状態で突出部をスリットに完全に充填し成形完了した状態を示した図である。また、図４において、（ａ）は状態Ａ：接合ままの状態を示した図、（ｂ）は状態Ｂ：接合直後に応力を負荷し、接合端部が塑性変形して予め加工した突出部がレールスリットへ膨出開示した状態を示した図、（ｃ）は状態Ｂに更に応力を負荷し続け、温度が１０００℃以上の状態で突出部をスリットに完全に充填し成形完了した状態を示した図である。なお、図４（ｂ）において斜線部は膨出部８’であり、同様に図４（ｃ）において斜線部は膨出部８”であり、予め加工した突出部がスリットに整合する。次に、図３または図４に示した工程で、ホルダーとレール本体とを、液相拡散接合または抵抗溶接、あるいは抵抗溶接と液相拡散接合の複合接合で溶接接合し、接合直後（複合接合の場合は最初の抵抗溶接時）の余熱により、ホルダーの接合端部が１０００℃以上にあることを、ホルダー外壁がレール本体表面位置よりも０．２ｍｍ高い位置について放射温度計で温度を同時に測定して確認しつつ、ホルダーの接合面の反対側の端面より応力を付加し、予め別途計測して設定したホルダー高さの減少量をホルダーに応力を付加するクロスヘッドの変位量で計測して、必要なホルダー端部の塑性変形が、突出部を予め設けた場合と設けない場合に必要な変形量に達したことを確認して応力を除去し、続いて冷却してホルダーの高さが必要とされる仕様を満足することを確認した。この時の突出部成形のためあるいは突出部をレール本体溝外周壁窪み部に完全に嵌合させるための負荷応力は、ホルダーに付加した応力値で、抵抗溶接の場合に１８ＭＰａ、液相拡散接合の場合に１５ＭＰａとした。さらに、コモンレール全体を不活性雰囲気中で１１５０℃に再加熱して１０分保持後に、焼準および焼戻して組織を調質し、コモンレールの引張強度を２０００気圧の内圧疲労に耐えられるように１０００ＭＰａとした。全く同一条件で製造したコモンレールを２０体製造し、１体はホルダー中心軸を通る、コモンレールの幅方向に切断して突出部がレール本体溝外周壁窪み部に嵌合し、ホルダー接合両側端部の突出部のレール本体溝外周壁との外径の片側増分が１．１２から１．４７ｍｍの範囲にあることを測定・確認した。この範囲で１体のコモンレールの全てのホルダー突出部の外径は変動したが、１．０ｍｍを下回ることはなかった。ホルダー突出部の高さは２．０ｍｍとなるようにホルダー端部を加工し、突出部外径とホルダー外周径との接合前の片側増分は１．１±０．０５ｍｍに管理するとともに、ホルダー端部の突出部加工の有無にかかわらず、レール本体溝外周壁の窪み部の窪み代が、ホルダー端部の塑性変形によって１．１±０．０５ｍｍとなるように加工した。ホルダー端部の突出部がホルダー本体外周面と繋がるテーパー角度は６０°とした。これに勘合するレール本体溝外周壁の窪み部も同じ逆テーパーを設けた。なお、レール本体外周壁の外径とホルダー外径のクリアランスは、突出部を予め設けた場合、片側に１．２ｍｍ、突出部を予め加工しない場合では１．０ｍｍとした。
【００１８】
以上の工程で組み立てたコモンレールのホルダーを引抜く評価試験を実施し、ホルダーの接合しない端部側の面積で引抜き力を除した引抜き応力を計測し、その変形が弾性から塑性に変化する点の応力を計測したところ４００ＭＰａであった。
【００１９】
また、完成したコモンレールを、１０体以上別途加工して取り付けた固定用治具を介して内圧疲労試験装置にセットし、最大噴射圧力３０００気圧にて１５Ｈｚで１０００万回の内圧疲労試験を実施した。試験にあたっては、ホルダー上部の開口端を塞ぐネジをホルダー内径側に加工したネジ形状に合うよう選択して３ｔｏｎの最大トルクで締結し、実際のエンジンにおける使用環境を再現した。
【００２０】
疲労破壊に至る内圧負荷繰り返し数Ｎと付加圧力から計算される接合部応力の関係を図７に内部圧力−疲労破壊寿命線図で示した。この場合、接合部に付与される最大付加圧力は形状と内圧で決定するが、内圧２０００気圧で発生する接合部最大主応力は１９０ＭＰａと推定計算でき、また同様に３０００気圧では２７０ＭＰａとなる。図７の結果において、黒丸はレール本体からの破壊、→を有する黒丸は１０００万回でも疲労破壊が発生しなかったデータを、さらに黒三角はホルダーとレールの接合部から破壊した場合を示した。実際のコモンレールに付加される内部圧力は２２００気圧が想定されるものの中で最大であり、図７のデータによれば疲労限度の圧力を２３００気圧と読み取ることができ、製造したコモンレールは最高２２００気圧の内圧に１０００万回の疲労試験でも耐えうることがわかる。さらに、図中では点線でホルダーに突起部を、また、レール本体溝外周壁に窪み部を付さない場合の結果も代表線として示した。疲労限界の応力はやや低下しているが、これは３７０万回および５６０万回で接合部から破壊したデータを疲労限の値として有しているためであり、本発明の技術によって接合で組み立てたコモンレールの接合部強度信頼性が従来技術に対して明確に向上していることが明らかである。
【００２１】
【表１】
2007040247.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】コモンレールの構造を内部も含めて詳細に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】（ａ）は本発明に係る溶接式コモンレールの幅方向断面図と、（ｂ）はその一部の突出部を設けたホルダーと、レール本体溝外周壁に設けた窪み部との勘合状態の断面拡大図を示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、ホルダーの接合端部に溶接接合直後上方から応力を負荷して１０００℃以上で塑性変形させ、突出部を成形する過程を示す図である。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、ホルダーの外周面端部に予め突出部を加工し、接合直後に上方から応力を負荷して１０００℃以上で塑性変形させて突出部を膨出させてレール本体溝外周壁窪み部と勘合させる過程を示す図である。
【図５】予め加工した突出部外径のホルダー外径からの片側増分とホルダーの引き抜き応力時塑性変形開始応力の関係を示す図である。
【図６】突出部を接合時の塑性変形で形成する場合の突出部外径のホルダー外径からの片側増分とホルダーの引き抜き応力時塑性変形開始応力の関係を示す図である。
【図７】本発明の方法で製造したコモンレールの内圧疲労試験結果と従来技術の比較を示した図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    配管取付部品（ホルダー）
２    レール本体
３    分岐細管（オリフィス）
４    ホルダーをレール本体に接合する際のガイド溝深さ
５    ホルダーの突出部のホルダー軸方向高さ
６    レール本体溝外周壁の窪み部
７    ホルダー突出部のテーパー角度
８    ホルダー突出部
８’    ホルダー外周面端部の高温塑性変形による突出部の成形過程
８”    ホルダー外周面端部の高温塑性変形による突出部の最終形態
【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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