(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト系ステンレス鋼又は炭素含有量が０．２％未満である低炭素鋼よりなる第１部材と，マルテンサイト系ステンレス鋼又は炭素含有量が０．２％以上である高炭素鋼よりなる第２部材とを重ね合わせ，上記第１部材の表面にレーザ光を照射して溶融凝固部を形成してなる溶接構造において，
上記溶融凝固部は，上記第１部材の表面側から内部に向けて徐々に幅が狭くなる略逆三角形状の断面形状を有していると共に，上記第１部材と上記第２部材の接合界面よりも上記第１部材の表面側には低硬度層を上記接合界面よりも上記第２部材側には該低硬度層よりも硬度が高くＨｖ４００以上である高硬度層を有しており，
かつ，上記高硬度層は，第１層と該第１層よりも硬度が低い第２層とを溶接進行方向に交互に繰返し積層してなることを特徴とする金属部材のレーザ溶接構造。
【請求項２】
請求項１において，上記第２部材は上記第１部材よりも耐溶接割れ性が低いことを特徴とする金属部材のレーザ溶接構造。
【請求項３】
請求項１又は２において，上記溶融凝固部の深さは，上記第１部材の厚みの１．１〜２．２倍であることを特徴とする金属部材のレーザ溶接構造。
【請求項４】
フェライト系ステンレス鋼又は炭素含有量が０．２％未満である低炭素鋼よりなる第１部材と，マルテンサイト系ステンレス鋼又は炭素含有量が０．２％以上である高炭素鋼よりなる第２部材とを重ね合わせ，上記第１部材の表面にレーザ光をパルス的に照射して溶融凝固部を形成するレーザ溶接方法において，
上記レーザ光の照射は，第１パルスのレーザ光により上記第１部材及び上記第２部材を溶融させてなる第１溶融部を形成した後，該第１溶融部の凝固の成長がレーザ光軸の移動距離に達するまでに第２パルスのレーザ光の照射を開始すると共に，該第２パルスのレーザ光により上記第１溶融部と一部重なるように第２溶融部を形成し，次いで，順次同様に第３以降のパルスのレーザ光を所定のインターバルでオン・オフしながら照射することにより，上記第１部材と上記第２部材の接合界面よりも上記第１部材の表面側には低硬度層を上記接合界面よりも上記第２部材側には該低硬度層よりも硬度が高くＨｖ４００以上である高硬度層を有しており，かつ，上記高硬度層は，第１層と該第１層よりも硬度が低い第２層とを溶接進行方向に交互に繰返し積層してなる溶融凝固部を形成することを特徴とする金属部材のレーザ溶接方法。
【請求項５】
請求項４において，上記レーザ光のパルス周波数は１００Ｈｚ以上であることを特徴とする金属部材のレーザ溶接方法。
【請求項６】
請求項４又は５において，上記レーザ光のパルスは，レーザ光を発射し続ける時間であるオン時間をＴON，レーザ光を止めている時間であるオフ時間をＴOFFとした場合，（ＴON／（ＴON＋ＴOFF））×１００により示されるパルスオンデューティが３０〜７５％であることを特徴とする金属部材のレーザ溶接方法。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項において，上記レーザ光は，上記第１部材と上記第２部材との接合界面における上記レーザ光と上記各部材との相対速度である溶接速度が５ｍｍ／秒以上となるように照射することを特徴とする金属部材のレーザ溶接方法。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項において，上記レーザ光は，溶融部の深さが上記第１部材の厚みの１．１〜２．２倍となるように照射することを特徴とする金属部材のレーザ溶接方法。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか１項において，上記溶融部は，上記レーザ光のパルス周期に合わせてその周期毎に，オン時間における加熱とオフ時間における冷却とを繰り返すことにより，オフ時間ごとに段階的に進行する凝固の，接合界面位置における各周期毎の凝固長さは，レーザ光の移動方向において１００μｍ以下であることを特徴とする金属部材のレーザ溶接方法。
【請求項１０】
請求項４〜９のいずれか１項において，上記レーザ光がパルス・インターバル時間内に移動する距離は，上記溶融部接合界面の幅寸法の１／５以下であることを特徴とする金属部材のレーザ溶接方法。
【請求項１１】
請求項４〜１０のいずれか１項において，上記レーザ光のパルス平均出力は，スロープ状又はステップ状に低下させて，上記溶融部の溶融深さが所定深さの範囲内に収まるように制御することを特徴とする金属部材のレーザ溶接方法。
【請求項１２】
請求項４〜１１のいずれか１項において，溶接終端部においては，上記レーザ光の平均出力をスロープ状に低下させてから上記レーザ光の照射を終了させることを特徴とする金属部材のレーザ溶接方法。
【請求項１３】
燃料を供給するための燃料供給路を有する固定コアと，該固定コアを囲うハウジングと，該ハウジングの先端に設けられ上記燃料を噴出するための噴出口を有する弁ボディと，該弁ボディ内において上記噴出口を開閉するよう進退可能に設けられたニードル弁と，該ニードル弁に接合されていると共に上記ハウジング内において電磁力により進退可能に設けられた可動コアとを有する内燃機関用の燃料噴射弁において，
上記ニードル弁と上記可動コアとの接合は，請求項４〜１２のいずれか１項に記載の金属部材のレーザ溶接方法を用いて行っていることを特徴とする内燃機関用の燃料噴射弁。
【請求項１４】
請求項１３において，上記可動コアは，内孔を有する円筒状の接合筒部を有し，一方，上記ニードル弁は上記接合筒部の内孔内に挿入可能な接合端部を有し，両者は，上記接合筒部の内孔内に上記接合端部を挿入した状態で上記接合筒部の外方からその表面にレーザ光を照射して上記溶融凝固部を形成してなることを特徴とする内燃機関用の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，例えば磁性材料と摺動部材との接合等の異種金属部材の接合技術に関するものであり，レーザ接合技術における健全な溶接構造及びその溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
例えば，図１０に示すごとく，磁気駆動アクチュエータの駆動部分は耐摩耗性に優れた摺動部材９１と磁気特性に優れた磁性部材９２の組み合わせにより成り立っている。この組み合わせには各種接合法が用いられている。
代表的な接合方法としては，図１１に示すごとく，機械的かしめ法がある。即ち，摺動部材９１の接合部に予め凹部９１５を設けておき，磁性部材９２を被せて外部からしごくことにより，磁性部材９２の内面部が凹部９１５にめり込んで摺動部材９１と磁性部材９２とが接合される。しかしながら，この方法においては，かしめ強度が低く接合信頼性に劣るという欠点がある。
【０００３】
また，いわゆるろう付け法もある。しかしながら，この接合方法においては，部材全体を加熱する必要があるため，耐摩耗材の焼き入れ硬化効果が低下し，また熱歪みによる寸法精度悪化等の特性上の問題が生じ加工コスト的にも不利となる。
【０００４】
また，図１２に示すごとく，摺動部材９１と磁性部材９２との重ね合わせ部分にレーザ光８を照射してレーザ溶接する接合法がある。この方法によれば，局部加熱であり加熱による寸法精度低下，硬度低下の問題もなく接合強度も高く加工速度も速い。そのため，レーザ溶接は，生産性に優れた低コスト接合法であるといえる。
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来のレーザ溶接により得られた溶接構造においては，次の問題がある。
即ち，例えば，磁性部材と摺動部材とをレーザ溶接する場合を例にとれば，磁性部材としてはフェライト系ステンレス鋼またはニッケル鉄系材料が，摺動部材としては焼き入れ硬化性に優れたマルテンサイト系ステンレス等の高炭素鋼が通常用いられる。
【０００６】
上記フェライト系ステンレス鋼やニッケル鉄系材料は，比較的良好な溶接性を有しているものの，上記マルテンサイト系ステンレス鋼等の高炭素鋼は溶接性が悪く，溶接割れを発生しやすい。そのため，これらの異種金属部材をレーザ溶接した場合には，溶接性の悪い高炭素鋼の影響により，その溶融凝固部に溶接割れ欠陥を生じる可能性が高い。
具体的には，図１３，図１４に示すごとく，溶融凝固部２に割れ９９が所々生じる場合がある。
【０００７】
この溶接割れを防止するためには，
（ａ）摺動部材の溶融深さを低下させ磁性材料の溶融体積比率を高め溶融部内の割れ成分である炭素成分量を低下させる方法，
（ｂ）磁性材料をパーマロイ等の高ニッケル鋼に変更して溶接性を向上させる方法，および摺動部材の炭素成分を低下する方法，
（ｃ）溶融凝固部に引張応力が生じにくい溶接継手とする方法，
等が考えられる。
【０００８】
しかしながら，上記（ａ）〜（ｃ）の方法においては新たな問題が生じ，根本的な対策とはならない。
即ち，（ａ）の方法は溶融部深さおよび溶融部硬さが低下し溶接強度が不安定となり信頼性に久ける。（ｂ）の方法は磁気特性の低下および材料費のアップを伴う。さらに（ｃ）の方法は製品設計上の自由度を阻害し製品構造，コスト的に不利となる。
このような問題は，磁性部材と摺動部材とのレーザ溶接の場合に限らず，種々の異種金属材料のレーザ溶接においても同様である。
【０００９】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，異種材質の金属部材であっても，溶接割れ等のない健全な溶融凝固部を有する，レーザ溶接構造及びそのレーザ溶接方法を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，フェライト系ステンレス鋼又は炭素含有量が０．２％未満である低炭素鋼よりなる第１部材と，マルテンサイト系ステンレス鋼又は炭素含有量が０．２％以上である高炭素鋼よりなる第２部材とを重ね合わせ，上記第１部材の表面にレーザ光を照射して溶融凝固部を形成してなる溶接構造において，
上記溶融凝固部は，上記第１部材の表面側から内部に向けて徐々に幅が狭くなる略逆三角形状の断面形状を有していると共に，上記第１部材と上記第２部材の接合界面よりも上記第１部材の表面側には低硬度層を上記接合界面よりも上記第２部材側には該低硬度層よりも硬度が高くＨｖ４００以上である高硬度層を有しており，
かつ，上記高硬度層は，第１層と該第１層よりも硬度が低い第２層とを溶接進行方向に交互に繰返し積層してなることを特徴とする金属部材のレーザ溶接構造にある。
【００１１】
本発明において最も注目すべきことは，上記溶融凝固部は，上記略逆三角形状（例えばワインカップ形状）の断面形状を有していると共に，上記低硬度層と高硬度層とを有していることである。そして，上記低硬度層は上記溶融凝固部における表面側に，上記高硬度層は溶融凝固部の内部側に位置する。即ち，低硬度層は逆三角形状の底辺寄りの幅広部分に，高硬度層は頂点寄りの狭幅部分に位置する。
【００１２】
さらに注目すべきことは，上記高硬度層は，溶接進行方向に上記第１層と第２層とを交互に積層して構成されており，かつ，上記第２層は上記第１層よりも硬度が低いことである。
【００１３】
次に，本発明の作用効果につき説明する。
本発明のレーザ溶接構造においては，上記溶融凝固部が上記略逆三角形状を有していると共に，その表面側に上記低硬度層を，内部側に上記高硬度層を有している。さらに，この高硬度層は上記第１層と第２層とを交互に積層してなる。そのため，本発明のレーザ溶接構造は，溶接割れ等の欠陥を有しない健全な構造となる。
【００１４】
この理由は次のように考えられる。
即ち，レーザ溶接時の溶融部が凝固する際には，その熱収縮によって溶融凝固部に強い引張応力が発生する。この引張応力は溶融凝固部のうち幅の広い表面側において最も大きくなる。
【００１５】
本発明においては，溶融凝固部の表面側には上記低硬度層を配している。この低硬度層は，上記高硬度層に対して硬度が低く，靱性に優れた性質を有している。
そのため，低硬度層を有する溶融凝固部は，冷却時の引張応力に十分に耐えることができ，従来のような溶接割れを発生することがないと考えられる。
【００１６】
また，溶融凝固部の内部側においては，その溶融幅が狭く熱収縮時の発生応力は表面側に対して小さいが，靱性が低すぎる場合には耐溶接割れ性等が低下する。これに対し，本発明においては，溶融凝固部の内側部に上記第１層と第２層とを交互に積層させてなる高硬度層を設けている。そして，硬度が低い第２層は，優れた靱性を発揮するので，その介在により高硬度層全体の靱性を従来より大幅に向上させる。それ故，溶融凝固部の内側部においても従来のような溶接割れを発生させることがない。
【００１７】
なお，溶融凝固部における上記低硬度層と高硬度層との形成及び該高硬度層内における上記第１層と第２層の交互組織の形成は，例えば後述する発明にかかるレーザ溶接方法等によって実現することができる。
【００１８】
したがって，本発明によれば，異種材質の金属部材であっても，溶接割れ等のない健全な溶融凝固部を有する，レーザ溶接構造を提供することができる。
【００１９】
次に，請求項２の発明のように，上記第２部材は上記第１部材よりも耐溶接割れ性が低い場合には，特に上記効果を有効に発揮させることができる。即ち，第１部材としては溶接割れ性が比較的優れた材料を，第２部材としてはこれよりも溶接割れ性が低い材料を使用した場合に，溶接割れを発生させることなく上記溶融凝固部を形成することができる。
【００２０】
また，本発明では，上記第１部材はフェライト系ステンレス鋼又は低炭素鋼であり，一方，上記第２部材はマルテンサイト系ステンレス鋼又は高炭素鋼とする。即ち，従来，フェライト系ステンレス鋼又は低炭素鋼とマルテンサイト系ステンレス鋼又は高炭素鋼とのレーザ溶接を行った場合には，溶接割れが生じることが多かった。これに対して，溶融凝固部の構造を本発明の構造とすることにより，溶接割れの抑制を図ることができる。ここで，高炭素鋼とは，炭素を０．２％以上含有するものをいう。
【００２１】
また，請求項３の発明のように，上記溶融凝固部の深さは，上記第１部材の厚みの１．１〜２．２倍であることが好ましい。１．１倍未満の場合には，十分な接合強度が得られないという問題があり，一方，２．２倍を超える場合には，第２部材である高炭素鋼成分の影響が溶融部上部にまで及び，有効な低硬度層の形成を得ることができないという問題がある。
【００２２】
次に，上記の優れたレーザ溶接構造を得る方法としては，次の発明がある。
即ち，請求項４の発明のように，フェライト系ステンレス鋼又は炭素含有量が０．２％未満である低炭素鋼よりなる第１部材と，マルテンサイト系ステンレス鋼又は炭素含有量が０．２％以上である高炭素鋼よりなる第２部材とを重ね合わせ，上記第１部材の表面にレーザ光をパルス的に照射して溶融凝固部を形成するレーザ溶接方法において，
上記レーザ光の照射は，第１パルスのレーザ光により上記第１部材及び上記第２部材を溶融させてなる第１溶融部を形成した後，該第１溶融部の凝固の成長がレーザ光軸の移動距離に達するまでに第２パルスのレーザ光の照射を開始すると共に，該第２パルスのレーザ光により上記第１溶融部と一部重なるように第２溶融部を形成し，次いで，順次同様に第３以降のパルスのレーザ光を所定のインターバルでオン・オフしながら照射することにより，上記第１部材と上記第２部材の接合界面よりも上記第１部材の表面側には低硬度層を上記接合界面よりも上記第２部材側には該低硬度層よりも硬度が高くＨｖ４００以上である高硬度層を有しており，かつ，上記高硬度層は，第１層と該第１層よりも硬度が低い第２層とを溶接進行方向に交互に繰返し積層してなる溶融凝固部を形成することを特徴とする金属部材のレーザ溶接方法がある。
【００２３】
本レーザ溶接方法において最も注目すべきことは，上記レーザ光の照射タイミングを上記のごとく制御することである。
以下，本発明の内容を作用効果と共に説明する。
本発明においては，まず第１パルスのレーザ光により上記第１溶融部を形成する。この第１溶融部は，第１パルスのレーザ光の照射が停止した直後から自己放熱により凝固を開始する。次いで，第２パルスのレーザ光は，第１溶融部の凝固の成長がレーザ光軸の移動距離に達するまでに照射を開始する。
【００２４】
これにより，第１溶融部の凝固は，上記第２パルスのレーザ光を照射するまでは従来と同様に急冷凝固され，一方，第２パルスのレーザ光を照射開始した後にはその入熱により凝固速度が緩和された状態で凝固・冷却（緩冷凝固・冷却）が進行する。また，これと並行して第２溶融部が形成される。
【００２５】
また，上記第１溶融部の凝固の成長方向は，上記第２パルスのレーザ光の入熱による温度勾配によって，溶接の進行方向となる。そのため，上記第１部材を主体として構成される溶融部分と，上記第２部材を主体として構成される溶融部分とがあまり混じり合うことなく凝固し，さらに表面側の溶融体積が大きく凝固・冷却速度が内部側に対して遅いため表面側の低硬度層と内部側の高硬度層が形成されていく。
【００２６】
また，第２パルスのレーザ光の照射位置は，第１パルスの照射位置から溶接方向に向けて移動させ，第１溶融部と一部重なるように第２溶融部を形成する。またこの第１溶融部と第２溶融部とのずれ量によって，上記緩冷凝固・冷却部の大きさが決定される。
【００２７】
次に，第２溶融部は，上記第２パルスのレーザ光照射が停止した直後に，急冷凝固を開始する。そして，上記と同様に，第２溶融部の急冷凝固の成長がレーザ光軸の移動距離未満の時点で第３パルスのレーザ光を照射する。これにより，第２溶融部は，第３パルスのレーザ光からの入熱により，凝固・冷却速度を緩和した状態で凝固・冷却を進行させる。また，これと並行して第３溶融部が形成される。
【００２８】
また，第３パルスのレーザ光の照射位置は，上記と同様に，第２パルスの照射位置から溶接方向に向けて移動させ，第２溶融部と一部重なるように第３溶融部を形成する。
さらに同様に，第４，第５．．以降のパルスのレーザ光を順次照射する。
【００２９】
このように，本発明のレーザ溶接方法においては，レーザ光をパルス的に照射し，かつ，その照射タイミングを上記のごとく制御する。そのため，第１，第２，第３以降の各溶融部が凝固して形成される溶融凝固部は，略逆三角形状の断面を有すると共に，その表面側には低硬度層を内部側には高硬度層を有するものとなる。
【００３０】
また，第１，第２および第３以降の各溶融部は，上記のごとく，順次急冷凝固部と緩冷凝固・冷却部とを形成して凝固が溶接方向に進行する。そのため，少なくとも上記高硬度層内部においては，急冷凝固された第１層と緩冷凝固・冷却された第２層とが交互に積層された状態で形成される。そして，第２層は凝固・冷却速度の関係から第１層よりも硬度が低く形成される。
【００３１】
したがって，本発明によれば，表面側には低硬度層を内部側には高硬度層を有しており，かつ，上記高硬度層は第１層（高硬度）と第２層（低高度）とを溶接進行方向に交互に繰返し積層してなる溶融凝固・冷却部を形成することができる。
【００３２】
それ故，得られた溶接構造は，その冷却時における強い引張応力が生じても，割れを発生することなく，健全な構造を維持することができる。
このように，本発明によれば，異種材質の金属部材であっても，溶接割れ等のない健全な溶融凝固部を得ることができるレーザ溶接方法を提供することができる。
【００３３】
次に，請求項５の発明のように，上記レーザ光のパルス周波数は１００Ｈｚ以上であることが好ましい。１００Ｈｚ未満の場合には，上記タイミングでのレーザ光の照射が困難であるという問題がある。一方，その上限値は，凝固時の冷却速度の変化が明瞭に現れないという理由により３００Ｈｚ以下であることが好ましい。
【００３４】
また，請求項６の発明のように，上記レーザ光のパルスは，レーザ光を発射し続ける時間であるオン時間をＴON，レーザ光を止めている時間であるオフ時間をＴOFFとした場合，（ＴON／（ＴON＋ＴOFF））×１００により示されるパルスオンデューティが３０〜７５％であることが好ましい。
【００３５】
このパルスオンデューティが３０％未満の場合には，オン時間における加熱とオフ時間における冷却とのバランスが冷却過多の傾向となり，上記低硬度層と高硬度層に分離した溶融凝固部の形成が困難となるという問題がある。一方，７５％を超える場合には，上記バランスが加熱過多となってレーザ光の連続照射時と同様に上記第１層と第２層の交互の積層状態が実現できないという問題がある。
【００３６】
また，請求項７の発明のように，上記レーザ光は，上記第１部材と上記第２部材との接合界面の溶接速度が５ｍｍ／秒以上となるように照射することが好ましい。ここで，上記接合界面の溶接速度とは，接合界面におけるレーザ光の移動速度をいう。
この接合界面の溶融速度が５ｍｍ／秒未満の場合にはレーザ光の単位時間当たりの移動量が少ないので，溶融部の上下の撹拌が進み上記低硬度層と高硬度層が形成されにくいという問題がある。
【００３７】
また，請求項８の発明のように，上記レーザ光は，溶融部の深さが上記第１部材の厚みの１．１〜２．２倍となるように照射することが好ましい。１．１倍未満の場合には，接合界面での接合面積が不安定となり強度が安定しないという問題があり，一方，２．２倍を超える場合には溶融部の上下の撹拌が起こりやすくなり，上記低硬度層と高硬度層の形成が困難となるという問題がある。
【００３８】
また，請求項９の発明のように，上記溶融部は，上記レーザ光のパルス周期に合わせてその周期毎に，オン時間における加熱とオフ時間における冷却とを繰り返すことにより，オフ時間ごとに段階的に進行する凝固の，接合界面位置における各周期毎の凝固長さは，レーザ光の移動方向において１００μｍ以下であることが好ましい。ここで，上記凝固長さは，上述した急冷凝固部と緩冷凝固部とを合わせた長さをいう。
【００３９】
この場合には，上記の段階的に凝固して得られる結晶長さを１００μｍ以下とすることができ，溶融凝固部の組織の微細化を図ることができる。なお，上記凝固長さの下限値は，上記高硬度層と低硬度層とを安定的に形成させるため，２０μｍ以上であることが好ましい。
【００４０】
また，請求項１０の発明のように，上記レーザ光がパルス・インターバル時間内に移動する距離は，上記溶融部接合界面の幅寸法の１／５以下であることが好ましい。１／５を超える場合には，上記各溶融部のずれ量が小さくなって凝固長さが長くなるので撹拌効果が増加して，上記低硬度層と高硬度層との安定的形成が困難となるという問題がある。一方，上記移動距離が短すぎる場合にはレーザ光の連続照射とどうようとなるため，１／２０以上であることが好ましい。
なお，上記パルス・インターバル時間とは，オンオフを繰り返すパルスにおいてパルスオン開始から次のパルスオン開始までの時間をいう。
【００４１】
また，請求項１１の発明のように，上記レーザ光のパルス平均出力は，スロープ状又はステップ状に低下させて，上記溶融部の溶融深さが所定深さの範囲内に収まるように制御することが好ましい。この場合には，レーザ光の照射の繰り返しによる金属部材内の蓄熱による溶融凝固部が深くなることを防止することができる。
【００４２】
また，請求項１２の発明のように，溶接終端部においては，上記レーザ光の平均出力をスロープ状に低下させてから上記レーザ光の照射を終了させることが好ましい。これにより，急激な入熱の終了による熱収縮応力による割れの発生を防止することができる。
【００４３】
次に，上記優れたレーザ溶接方法を用いて作製したものとして，次の発明がある。
即ち，請求項１３の発明のように，燃料を供給するための燃料供給路を有する固定コアと，該固定コアを囲うハウジングと，該ハウジングの先端に設けられ上記燃料を噴出するための噴出口を有する弁ボディと，該弁ボディ内において上記噴出口を開閉するよう進退可能に設けられたニードル弁と，該ニードル弁に接合されていると共に上記ハウジング内において電磁力により進退可能に設けられた可動コアとを有する内燃機関用の燃料噴射弁において，上記ニードル弁と上記可動コアとの接合は，請求項４〜１２のいずれか１項に記載の金属部材のレーザ溶接方法を用いて行っていることを特徴とする内燃機関用の燃料噴射弁がある。
【００４４】
本発明において最も注目すべきことは，上記ニードル弁と可動コアとの接合を上記の金属部材のレーザ溶接方法を用いて行ったことである。
上記ニードル弁は，上記噴出口の開閉動作を行うために，弁ボディとの当接動作を繰り返すので，靱性に優れた鋼，例えばフェライト系ステンレス鋼又は低炭素鋼等が使用される。一方，上記可動コアは，強磁性を得るために，例えばマルテンサイト系ステンレス鋼又は高炭素鋼等が用いられる。即ち，これら２部材には，異種金属が用いられる。
【００４５】
ここで，本発明においては，異種金属であるニードル弁と可動コアとの溶接を，上記優れたレーザ溶接方法により溶接する。これにより，これら２部品の間に得られるレーザ溶接構造は，上記のごとく，溶接割れ等の欠陥を有しない健全な構造となる。それ故，ニードル弁と可動コアとの間の溶接部の耐久性が大きく向上し，ひいては燃料噴射弁の耐久性の向上が得られる。
【００４６】
また，請求項１５の発明のように，上記可動コアは，内孔を有する円筒状の接合筒部を有し，一方，上記ニードル弁は上記接合筒部の内孔内に挿入可能な接合端部を有し，両者は，上記接合筒部の内孔内に上記接合端部を挿入した状態で上記接合筒部の外方からその表面にレーザ光を照射して上記溶融凝固部を形成してなることが好ましい。
この場合には，上記ニードル弁と可動コアとの接合部をさらに強固にすることができる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかるレーザ溶接構造及びそのレーザ溶接方法につき，図１，図２を用いて説明する。
本例のレーザ溶接構造１は，図１（ａ）（ｂ）に示すごとく，異種材質の金属材料よりなる第１部材１１と第２部材１２とを重ね合わせ，第１部材１１の表面にレーザ光を照射して溶融凝固部２を形成してなる溶接構造である。
【００４８】
溶融凝固部２は，図１（ｂ）に示すごとく，第１部材１１の表面側から内部に向けて徐々に幅が狭くなる略逆三角形状の断面形状を有している。また溶融凝固部２は，その表面側には低硬度層２１を内部側には高硬度層２２を有している。かつ，高硬度層２２は，第１層２３と該第１層２３よりも硬度が低い第２層２４とを溶接進行方向に交互に繰返し積層してなる。
【００４９】
また，本例における第１部材１１としては，フェライト系ステンレス鋼を，一方，第２部材１２としてはマルテンサイト系ステンレス鋼を用いた。
また，溶融凝固部２の深さＤは，第１部材１１の厚みＴの１．１〜２．２倍の範囲内に収めた。
【００５０】
次に，上記レーザ溶接構造１を得るためのレーザ溶接方法につき説明する。
本例においては，第１部材１１と第２部材１２とを重ね合わせ，第１部材１１の表面にレーザ光をパルス的に照射して溶融凝固部２を形成した。
まず，図２に示すごとく，第１パルスのレーザ光８１により第１部材１１及び第２部材１２を溶融させてなる第１溶融部３１を形成した。
【００５１】
次いで，第１溶融部３１の凝固の成長がレーザ光軸の移動距離の約１／２に達した時点において第２パルスのレーザ光８２の照射を開始した。これにより，第１溶融部３１と一部重なるように第２溶融部３２を形成した。
次いで，順次同様に第３以降のパルスのレーザ光８３，８４．．．を所定のインターバルでオン・オフしながら照射した。
【００５２】
このレーザ溶接方法につき，さらに詳しく作用と共に説明する。
まず，本例におけるレーザ光８としてはパルスＹＡＧレーザーを用い，そのパルス周波数を２００Ｈｚ，パルスオンデューティを５０％とした。これによりレーザオン時間（ＴON）とレーザオフ時間（ＴOFF）とは同じ２．５ｍｓとなる。図２には，レーザ光の出力を縦軸に，時間を横軸にして示すと共に，各時点における溶接状態を（ａ）〜（ｅ）に示した。
【００５３】
図２（ａ）に示すごとく，第１パルスのレーザ光８１により形成された第１溶融部３１は，図２（ｂ）に示すごとく，第２パルスのレーザ光８２を照射する直前においてもレーザ光軸の移動距離の約１／２の凝固成長である。また，この凝固部分の凝固速度は速く，内部側の高硬度層２２においては高硬度の第１層２３となる。一方，上記凝固部分の表面側においては，フェライト系ステンレス鋼の第１部材を主体に凝固部分が構成され，さらに表面側の溶融体積が大きく凝固・冷却速度が内部側に対して遅いため，高硬度層２２よりは硬度が低く靱性の高い状態で低硬度層２１として凝固する。
【００５４】
次いで，図２（ｃ）に示すごとく，第２パルスのレーザ光８２を照射することにより，第１溶融部３１と一部が重なるように第２溶融部３２が形成される。一方，図２（ｃ）に示すごとく，第１溶融部３１のうちまだ凝固が完了していない部分は，第２パルスのレーザ光からの入熱により，冷却速度が緩和された状態で凝固・冷却（緩冷凝固・冷却）を進めていく。
【００５５】
そして，第１溶融部３１の表面側は上記内部側より遅い凝固・冷却により形成された低硬度層２１に連なって同様の低硬度層２１となる。また，第１溶融部３１の内部側は上記緩冷凝固・冷却によって第１層２３よりも硬度の低い第２層２４として凝固し，高硬度層２２を構成する。なお，本例における第２層２４の厚みは第１層２３の厚みとほぼ同様となった。
【００５６】
また，これら低硬度層２１及び高硬度層２２により構成される溶融凝固部２の凝固方向，即ち結晶の成長方向は，レーザ光の移動方向（接合界面に平行な方向）となる。
次いで，第２パルスのレーザ光の照射が完了した時点で第２溶融部３２の急冷凝固が開始され，上記と同様に，溶融部の表面側においては低硬度層２１を更に連ねて成長させ，内部側においては高硬度層２２として第１層２３が形成される。
【００５７】
次いで，第３パルスのレーザ光８３の照射を開始することにより，第２溶融部の未だ凝固していなかった部分は，冷却速度を緩和させた状態で凝固を進める。これにより，第２溶融部の表面側においては更に低硬度層２１が成長すると共に，内部側においては再び第２層２４が形成されて高硬度層２２が成長する。
【００５８】
そして，図２（ｄ）に示すごとく，第３パルスのレーザ光８３が照射完了する時点においては，第２溶融部３２と一部重なるように第３の溶融部３３が形成される。
次いで，第３パルスのレーザ光８３が停止した直後から第３溶融部３３が急冷凝固を始める。
【００５９】
そして，図２（ｅ）に示すごとく，これ以降，第４，第５．．．パルスのレーザ光照射を上記タイミングにおいて繰り返すことにより，上記と同様に，溶融部の表面側では低硬度層２１が成長を続け，内部側では第１層２３と第２層２４の形成が繰り返されて高硬度層２２が成長を続ける。また，これらの成長は，レーザ光の照射タイミングに合わせて段階的に進行する。
【００６０】
その結果，溶融凝固部２は，段階的に成長した結晶の集合となり，非常に複雑な組織となる。また，溶融凝固部２は，低硬度層２１と高硬度層２２を有する２層構造の状態で形成される。さらに高硬度層２２は，比較的高硬度の第１層２３とこれによりも低高度の第２層２４とを交互に積層させた状態で形成される。
なお，低硬度層２１の硬度はＨｖ２３０〜２８０，高硬度層２２の硬度はＨｖ４００〜８００であった。
【００６１】
このように，本例において得られる溶融凝固部２は，低硬度層２１と高硬度層２２とを有し，かつ高硬度層２２には上記第１層２３と第２層２４を交互に積層してなる。そのため，その冷却時においては，割れを生じない。
即ち，溶融凝固部２の冷却時には引張応力が生じ，その応力は幅の広い表面側ほど大きなものとなる。溶融凝固部２の表面側には，上記のごとく低硬度層２１が位置している。低硬度層２１は硬度が低く，優れた靱性を有している。そのため，熱収縮による強い引張応力が加えられてもこれに耐えることができる。
【００６２】
また，高硬度層２２は，上記のごとく第１層２３と第２層２４とを交互に積層して形成されている。また，第２層２４は，比較的高度が低く優れた靱性を発揮する層である。そのため，高硬度層２２全体においても優れた靱性が発揮され，溶融凝固部２の内部側の割れ防止をも図ることができる。
従って，本例のレーザ溶接構造１は，割れのない健全な状態で得られる。
【００６３】
比較例１
次に，本例の効果をさらに明確にするため，従来のレーザ溶接方法により第１部材１１及び第２部材１２をレーザ溶接した。
具体的には，図３に示すごとく，パルスＹＡＧレーザの周波数を１０Ｈｚとし，また，パルスオンデューティを２０％とした。これによりレーザＯＮ時間は２０ｍｓ，レーザオフ時間は８０ｍｓとなる。
【００６４】
その他の条件は実施形態例１と同様の条件とした。
本比較例においては，図３に示すごとく，第１パルスのレーザ光８１を照射完了したのちのパルスオフ時間（ＴOFF）が実施形態例１の場合よりも十分に長い。そのため，レーザ光８１により形成された溶融部３１は，第２パルスのレーザ光８２を照射する前に凝固が完了して溶融凝固部９０２が形成される。  この溶融凝固部９０２は，この時点においては硬い内部層９２２と軟らかい外部層９２１とに分かれて完全に凝固する。また，その冷却過程において，溶融凝固部９０２には割れ９９が生じてしまう。
【００６５】
次に，第２パルスのレーザ光８２を照射することにより，第１溶融部３１により形成された溶融凝固部９０２と一部重なるように第２溶融部３２が形成される。この溶融部３２が形成されても，溶融凝固部９０２における割れ９９は完全には消失しない。
【００６６】
また，溶融部３２は，次の第３パルスのレーザ光を照射する前に凝固が完了し，溶融凝固部９０２が拡大する。また，溶融凝固部９０２における硬い内部層９２２は徐々に上方へ成長し，ついには深さ方向全面において硬い内部層２２が存在するようになる。そして，溶融凝固部９０２においては，上記の残存した割れ９９を起点として，収縮時に新たな割れ９９が発生する。
即ち，本比較例においては，凝固と溶融とが繰り返し行われると共に，頻度の高い割合で割れが発生する。
【００６７】
以上の比較例１と実施形態例１との結果から，異種材質よりなる第１部材１１及び第２部材１２を溶接する場合においては，従来のレーザ溶接方法によれば割れが発生するが，本発明のレーザ溶接方法を用いることにより，割れの発生を回避することができ，上記の健全なレーザ溶接構造１を得ることができることがわかる。
【００６８】
実施形態例２
本例においては，図４に示すごとく，従来例で示した摺動部材９１と磁性部材９２（図１０）を組み合わせて溶接した具体例である。
本例においては，実施形態例１と同様のレーザ溶接方法を用いると共に，図４（ｂ）に示すごとく，そのレーザ光のパルス平均出力Ｐｍを，途中から連続的に低下させた。その他は実施形態例１と同様とした。
【００６９】
本例により得られたレーザ溶接構造は，図４（ａ）に示すごとく，溶融凝固部２が表面側に位置する低硬度層２１と内部側に位置する高硬度層２２とよりなる２層構造となった。さらに高硬度層２２は，高硬度の第１層と低高度の第２層を溶接方向に交互に積層した構造となった。
また，溶融凝固部２は，レーザ溶接開始部Ｓから終了部Ｅまでの間において，殆ど均一な深さに制御された。また，割れの発生は認められなかった。
【００７０】
次に，本例においては，比較のため，図５（ｂ）に示すごとく，上記レーザ光のパルス平均出力Ｐｍを最初から最後まで同じにしたレーザ溶接も行った。その他は上記と同様とした。
その結果，図５（ａ）に示すごとく，得られた溶接構造は，レーザ溶接開始部Ｓから終了部Ｅに向かって，徐々に溶融凝固部２の深さが深くなった。これは，第１部材１１及び第２部材１２への蓄熱の影響と考えられる。
また，溶融凝固部２の深さが深くなった部分には，割れ９９も発生した。
【００７１】
上記の結果から，溶融凝固部２を比較的長い距離に形成する場合には，その深さが深くなりすぎないように，レーザ光８のパルス平均出力Ｐｍを途中で低下させることが重要であることがわかる。
なお，本例においては，パルス平均出力Ｐｍを連続的にスロープ状に低下させたが，これに代えてステップ状に低下させても同様の効果が得られる。
【００７２】
実施形態例３
本例においては，図６（ｂ）に示すごとく，レーザ光のパルス平均出力Ｐｍを途中でステップ状に低下させると共に，さらにレーザ光照射終了時には，徐々にスロープ状に低下させて最終的に出力を０から出力スロープ低下前の１／２以下とした。その他は実施形態例２と同様とした。
【００７３】
この結果，図６（ａ）に示すごとく，溶融凝固部２は，低硬度層２１と高硬度層２２とを有すると共に，高硬度層２２内には高硬度の第１層と低高度の第２層を溶接方向に交互に積層した構造となり，割れのない健全な溶接構造となった。また，この場合には，レーザ光の照射を終えた際に生じる可能性のある，急激な入熱の終了による熱衝撃的な応力による割れの発生を確実に防止することができる。
その他は実施形態例１，２と同様の効果が得られる。
【００７４】
実施形態例４
本例は，実施形態例１のレーザ溶接方法を利用して作製した製品である，燃料噴射弁４の具体例である。
図７に示すごとく，本例の燃料噴射弁４は，燃料を供給するための燃料供給路５０を有する固定コア５と，該固定コア５を囲うハウジング４０と，該ハウジング４０の先端に設けられ上記燃料を噴出するための噴出口６０を有する弁ボディ６とを有する。
【００７５】
また，燃料噴射弁４は，弁ボディ６内において上記噴出口６０を開閉するよう進退可能に設けられたニードル弁６５と，該ニードル弁６５に接合されていると共にハウジング４内において電磁力により進退可能に設けられた可動コア７とを有する。
そして，上記ニードル弁６５と可動コア７との接合は，実施形態例１に示したレーザ溶接方法を用いて行った。
【００７６】
以下，これを詳説する。
本例のハウジング４０は，図７に示すごとく，第１ハウジング４０１，第２ハウジング４０２，第３ハウジング４０３を組合わせて構成してある。このハウジング４０には，上記固定コア５が保持されていると共に，その下方に，可動コア７，スペーサ６９を介して弁ボディ６が配設されている。
【００７７】
上記固定コア５は，同図に示すごとく，その内部に燃料供給路５０を有していると共に，その上流端には，燃料の流入口５１を有すると共に，異物混入防止のためのフィルター５２を配設してある。フィルター５２の下流には，スプリング５４の付勢力を調整するための，円筒状のアジャスティングパイプ５３を配設してある。
【００７８】
固定コア５の下方には，第１ハウジング４０１内において進退可能に保持された可動コア７を配設してある。
可動コア７は，同図に示すごとく，上記スプリング５４により，下方に向けて付勢されている。そして，可動コア７には，上記スペーサ６９を貫通して配された上記ニードル弁６５が接合されている。
ニードル弁６５は，上記可動コア７と共に進退し，その先端部６５１を弁ボディ６に当接させることにより，上記噴出口６０を閉じることができるよう構成されている。
【００７９】
また，上記固定コア５と第１ハウジング４０１との間には，樹脂製のスプール４５に巻回された電磁コイル４６が配設されている。電磁コイル４６への電力供給は，樹脂製のコネクタ４７内に設けたターミナル４８を介して行うよう構成してある。そして，本例の燃料噴射弁４は，この電磁コイル４６により所定の磁界を生じさせることによって，磁性体である上記可動コア７の進退制御を行うように構成してある。
【００８０】
次に，図８に示すごとく，上記可動コア７とニードル弁６５とは，互いの接合筒部７６と接合端部６５９とを係合させた状態でレーザ溶接した。本例では，ニードル弁６５としてはフェライト系ステンレス鋼を，一方，可動コア７としてはマルテンサイト系ステンレス鋼を用いた。
【００８１】
上記可動コア７は，図７，図８に示すごとく，可動コア７は，内孔７５を有する円筒状の接合筒部７６を有する。なお，可動コア７は，その上面にスプリング５４を受ける凹部７８（図７）を有すると共に，中央に燃料通過用の貫通穴７９を有している。
【００８２】
上記ニードル弁６５は接合筒部７６の内孔７５内に挿入可能な接合端部６５９を有している。接合端部６５９は，円の一部をその上下において切断した断面形状（図９参照）を有している。また，ニードル弁６５は，上記当接部６５１を有する第１軸部６５２と，これと径の異なる第２軸部６５３，第３軸部６５４を順次連ねて有すると共に，弁ボディ６の内孔６０５と摺動する摺動部６５５を有している。摺動部６５５は，円の４方を切断した形状を有している。また，摺動部６５５の上方には，第４軸部６５６，大径のストッパ部６５７，第５軸部６５８を介して上記接合端部６５９が設けられている。
【００８３】
そして，図９に示すごとく，これら２部品の接合は，可動コア７の接合筒部７６の内孔７５内にニードル弁６５の接合端部６５９を挿入した状態で，接合筒部７６の外方からその表面にレーザ光を照射して溶融凝固部２を形成することにより行った。また，この溶融凝固部２の形成は，同図に示すごとく，接合筒部７６と接合端部６５９の２箇所の接触部（接合端部６５９の円弧部）において行った。
【００８４】
レーザ溶接の条件等は，実施形態例１と同様とした。
得られた溶融凝固部２は，上述した図１（ａ）（ｂ）に示すごとく，実施形態例１の場合と同様の構造となった。
そして，ニードル弁６５と可動コア７との接合部は，溶接割れ等の欠陥のない健全な構造となった。それ故，ニードル弁６５と可動コア７との間の溶接部の耐久性が大きく向上し，燃料噴射弁全体の耐久性の向上を図ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１のレーザ溶接構造の，（ａ）横断面，（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面，の説明図。
【図２】実施形態例１における，レーザ溶接方法を示す説明図。
【図３】比較例１における，レーザ溶接方法を示す説明図。
【図４】実施形態例２における，（ａ）レーザ溶接構造，（ｂ）レーザ光の出力推移，を示す説明図。
【図５】実施形態例２中の比較例における，（ａ）レーザ溶接構造，（ｂ）レーザ光の出力推移，を示す説明図。
【図６】実施形態例３における，（ａ）レーザ溶接構造，（ｂ）レーザ光の出力推移，を示す説明図。
【図７】実施形態例４における，燃料噴射弁の構造を示す説明図。
【図８】実施形態例４における，燃料噴射弁の，（ａ）ニードル弁，（ｂ）可動コアを示す説明図。
【図９】実施形態例４における，溶接構造を示す，図７のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図１０】従来例における，（ａ）摺動部材，（ｂ）磁性部材，の斜視図。
【図１１】従来例における，機械的かしめによる接続構造を示す説明図。
【図１２】従来例における，レーザ溶接法による溶接構造を示す説明図。
【図１３】従来例における，レーザ溶接構造の不具合を示す説明図。
【図１４】図１４のＢ−Ｂ先矢視断面図。
【符号の説明】
１．．．レーザ溶接構造，
１１．．．第１部材，
１２．．．第２部材，
２．．．溶融凝固部，
２１．．．低硬度層，
２２．．．高硬度層，
【図１】
0003941269.tif 000002
【図２】
0003941269.tif 000003
【図３】
0003941269.tif 000004
【図４】
0003941269.tif 000005
【図５】
0003941269.tif 000006
【図６】
0003941269.tif 000007
【図７】
0003941269.tif 000008
【図８】
0003941269.tif 000009
【図９】
0003941269.tif 000010
【図１０】
0003941269.tif 000011
【図１１】
0003941269.tif 000012
【図１２】
0003941269.tif 000013
【図１３】
0003941269.tif 000014
【図１４】
0003941269.tif 000015