(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射口と該燃料噴射口に連通する燃料通路とが形成され電磁石を有する電磁式燃料噴射弁本体内に設けられ、
磁性体により構成されたプランジャー部と、該燃料噴射口を開閉するニードルシール部と、該プランジャー部と該ニードルシール部とを接続するニードル部とを有し、該ニードルシール部、該ニードル部、及び該プランジャー部は、金属射出成形法によって一体に成形され、相対密度が９５％以上の焼結体であり、該焼結体内に形成される空孔のうち独立空孔の占める割合が９５％以上に構成され、
該ニードルシール部は、該プランジャー部が該電磁石に引寄せられているときには該燃料噴射口を開放し、該プランジャー部が該電磁石に引付けられていないときには該燃料噴射口を閉鎖するニードルバルブであって、
該ニードルシール部、該ニードル部、及び該プランジャー部は軟磁性体である同一材料からなることを特徴とするニードルバルブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はニードルバルブに関し、特に内燃機関に燃料を供給するための電磁式燃料噴射弁に用いられるニードルバルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車等の内燃機関には、電子式燃料噴射弁が設けられている。燃料タンクから電子式燃料噴射弁へとガソリンが供給され、電子式燃料噴射弁は、供給されたガソリンを吸気マニホールド内等に、所定のタイミングで噴射する。
【０００３】
図２に示されるように、電子式燃料噴射弁の本体１０１は略円筒形状をしており、本体１０１の内周は略円柱形状をした燃料通路１０２を画成している。電子式燃料噴射弁の長手方向の一方の端部には、本体１０１内の燃料通路１０２と外部とを連通する燃料噴射口１０３が形成されている。燃料噴射口１０３の開口部面積は、燃料通路１０２の断面積よりも遥かに小さい。燃料噴射口１０３付近には、燃料噴射口１０３に向かって窄まった円錐形状の燃料通路円錐部１０２ａが形成されている。
【０００４】
燃料通路１０２内の、燃料噴射口１０３に対向する位置には、ニードルバルブ１０４が設けられている。ニードルバルブ１０４は略筒形状をしており、その軸心は燃料通路１０２の軸心と一致する位置関係にある。ニードルバルブ１０４は、略円筒形状をしたニードルバルブ前部１４１と、略円筒形状をしたプランジャー部１４２とから構成されている。プランジャー部１４２は、ニードルバルブ前部１４１に対して同軸的に接続されている。ニードルバルブ前部１４１は、ニードルバルブ１０４の中程の位置から一端までの部分を占めており、その一端は燃料噴射口１０３に対向している。プランジャー部１４２は、ニードルバルブ１０４の中程の位置から他端までの部分を占めている。
【０００５】
ニードルバルブ前部１４１は、ニードルシール部１４１Ａとニードル部１４１Ｂとから構成されている。ニードル部１４１Ｂの長手方向の一端は、プランジャー部１４２に直接接続されている。ニードル部１４１Ｂの他端には、円錐形状をしたニードルシール部１４１Ａが設けられており、ニードルシール部１４１Ａは、燃料噴射口１０３に対向している。ニードルシール部１４１Ａ、ニードル部１４１Ｂ、及びプランジャー部１４２はそれぞれ別体であり、プランジャー部１４２は、ニードル部１４１Ｂを介してニードルシール部１４１Ａに接続された構成となっている。
【０００６】
ニードルシール部１４１Ａは、燃料通路円錐部１０２ａと形状が一致しており、略筒形状をしたニードルバルブ１０４の一端を塞いでいる。ニードルシール部１４１Ａは、燃料通路円錐部１０２ａと面同士が当接可能に構成されており、ニードルシール部１４１Ａが燃料通路円錐部１０２ａに当接しているときには、ニードルシール部１４１Ａの先端が燃料噴射口１０３に嵌合して、燃料噴射口１０３を閉鎖するように構成されている。ニードル部１４１Ｂの一部であって、ニードルシール部１４１Ａからプランジャー部１４２が設けられている側へ向かって少し離間した位置には、ニードルバルブ前部１４１の内周と外周とを連通させる４つの連通口１４１ａが、ニードルバルブ前部１４１の周方向に沿って等間隔で形成されている。
【０００７】
ニードルシール部１４１Ａと接続されているニードル部１４１Ｂの一端に対する他端の外周は、プランジャー部１４２の一端の内周によって環装された状態でプランジャー部１４２に接続されている。プランジャー部１４２の外径、内径はそれぞれニードル部１４１Ｂの外径、内径よりも大きい。プランジャー部１４２の内径よりもニードル部１４１Ｂの内径の方が小さいため、プランジャー部１４２に接続されているニードル部１４１Ｂの端部は、プランジャー部１４２の半径方向内側に突出する段部１４１Ｃをなしている。プランジャー部１４２の一端であってニードル部１４１Ｂに接続されていない側には、開口部１４２ａが形成されている。
【０００８】
プランジャー部１４２の内周とニードル部１４１Ｂの内周とは互いに連通しており、プランジャー部１４２内周からニードル部１４１Ｂ内周へと燃料が通過可能に構成されている。より具体的には、燃料は、開口部１４２ａからプランジャー部１４２内に流入し、プランジャー部１４２内からニードル部１４１Ｂ内へと流れてゆき、連通口１４１ａからニードル部１４１Ｂ外部へと流出してゆくように構成されている。開口部１４２ａ内に流入する燃料は、燃料通路の、燃料噴射口１０３が設けられている側に対して反対の側から流れてくる。換言すれば、ニードルバルブ１０４の軸方向であって、プランジャー部１４２からニードル部１４１Ｂへと向かう方向に流れてくるように構成されている。
【０００９】
燃料通路１０２の一部であって、燃料通路円錐部１０２Ａの直ぐ上流の部分には、ニードル部１４１Ｂの外径よりも若干径の大きい燃料通路大径部１０２ｂが形成されている。燃料通路大径部１０２ｂの直ぐ上流には、ニードル部１４１Ｂの外径と略同一の径を有する燃料通路小径部１０２ｃが形成されている。ニードル部１４１Ｂは、燃料通路小径部１０２ｃと摺動可能に構成されている。
【００１０】
本体１０１に形成された燃料通路１０２の、ニードルバルブ１０４が設けられている位置よりも上流には、段部１０１Ａが形成されている。段部１０１Ａとニードルバルブ１０４内の段部１４１Ｃとの間には、圧縮バネ１０５が設けられており、圧縮バネ１０５が拡張しようとする付勢力によって、ニードルバルブ１０４は燃料通路１０２内を下流の方向、即ち、燃料通路円錐部１０２ａの方向へと付勢され、初期状態においてニードルシール部１４１Ａは燃料通路円錐部１０２ａに当接している。電子式燃料噴射弁の本体１０１の長手方向の中程の位置であって段部１０１Ａが設けられている部分付近、即ち、ニードルバルブ１０４が設けられている位置よりも上流の位置には、ソレノイドコイルにより構成される電磁石１０６が設けられている。これらの電磁石１０６は、燃料通路１０２と同心の位置関係で配置されている。電磁石１０６が作動し、ニードルバルブ１０４のプランジャー部１４２が電磁石１０６の方へ引寄せられると、燃料噴射口１０３へのニードルシール部１４１Ａの先端の部分の嵌合が解除されことによって、燃料噴射口１０３が開放される。燃料噴射口１０３の開放により、ニードルバルブ１０４内部を通過し燃料通路大径部１０２ｂにまで至った燃料が、燃料噴射口１０３から本体１０１外部へと噴射されるように構成されている。
【００１１】
ニードルシール部１４１Ａ、ニードル部１４１Ｂ、プランジャー部１４２は、同一材料又は異なる材料で、全く別個に製造された後に接続されてニードルバルブ１０４となる。これらを一体に成形しない理由は、ニードルシール部１４１Ａ、ニードル部１４１Ｂ、プランジャー部１４２の各々には、これらを成形した後に内部、外部等に精密な加工が施されるためであり、これらが一体に形成されたのでは、精密な加工が困難となるためである。又、ニードルシール部１４１Ａ、ニードル部１４１Ｂ、プランジャー部１４２それぞれに要求される特性が異なるからである。つまり、電磁式燃料噴射弁は自動車用のエンジン等で用いられるため、ニードルバルブ１０４は、エンジンの高回転時に非常に短時間で動作することが要求されるのであるが、ニードルシール部１４１Ａは、燃料通路円錐部１０２ａに当接するため耐久性、耐摩耗性が要求され、一方、プランジャー部１４２は、電磁石１０６による摺動動作が俊敏となるように高い透磁率と低い保磁力が要求されるためである。これらの要求を満たすため、プランジャー部１４２の材料としては、「ＪＩＳ  Ｃ  ２５３１  鉄ニッケル磁性合金板及び条」に示されているような軟磁性材料、特に、比較的安価で高い比透磁率を示すＰＢ１種のＰＢパーマロイと呼ばれる合金が用いられる。又、ニードルシール部１４１Ａには、プランジャー部１４２に用いられた材料と同一の材料、又は、焼入れした鋼材が用いられる。これらの材料が用いられ、鋳造、機械加工、熱処理、めっき、表面研磨等の多くの加工工程を経て、ニードルバルブ１０４が製造される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の電磁式燃料噴射弁に用いられているニードルバルブ１０４では、前述のように、多くの加工工程を経て製造されているため、価格低減に限界が生じていた。又、ニードルバルブ１０４に要求される性能を充足するために、ニードルバルブ１０４に様々な形状が要求される場合があるが、前述の加工工程を経て様々な形状を成形しなければならないため、成形できる形状の自由度が制限されていた。
【００１３】
一方、ＰＢパーマロイ材等のニッケルを多く含有する鉄系合金は、一般に機械加工性が悪く、加工に時間がかかると共にバリが発生し易く、バリの除去とバリの除去の確実性とに問題があった。バリの除去が完全でなく、エンジンの稼働中にバリが燃料噴射弁内で脱落し、燃料通路１０２やバルブのシール面に挟まった場合には、燃料が正常に噴射されなくなり、エンジン性能の低下や、最悪の場合にはエンジンの機能停止を生ずる。又、脱落したバリが燃料噴射弁内に留まらずに燃料噴射口１０３から燃焼室に出てしまった場合には、バリがピストンリングや、シリンダ壁や、バルブ類に傷を付けたり、スカッフィングや異常摩耗を生ずることもあり、これらは、エンジンにとっては重大な問題であった。
【００１４】
そこで本発明は、ニードルバルブの製造にかかる加工工程が少なく、バリが発生しないニードルバルブを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、燃料噴射口と該燃料噴射口に連通する燃料通路とが形成され電磁石を有する電磁式燃料噴射弁本体内に設けられ、磁性体により構成されたプランジャー部と、該燃料噴射口を開閉するニードルシール部と、該プランジャー部と該ニードルシール部とを接続するニードル部とを有し、該ニードルシール部、該ニードル部、及び該プランジャー部は、金属射出成形法によって一体に成形され、相対密度が９５％以上の焼結体であり、該焼結体内に形成される空孔のうち独立空孔の占める割合が９５％以上に構成され、該ニードルシール部は、該プランジャー部が該電磁石に引寄せられているときには該燃料噴射口を開放し、該プランジャー部が該電磁石に引付けられていないときには該燃料噴射口を閉鎖するニードルバルブであって、該ニードルシール部、該ニードル部、及び該プランジャー部は軟磁性体である同一材料からなるニードルバルブを提供している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態によるニードルバルブについて図１に基づき説明する。本発明の実施の形態によるニードルバルブ４の形状は、連通口４１ａの数が異なる点を除いて、従来のニードルバルブ１０４と同一である。
【００１７】
ニードルバルブ４は略筒形状をしており、略円筒形状をしたニードルバルブ前部４１と、略円筒形状をしたプランジャー部４２とから構成されている。プランジャー部４２は、ニードルバルブ前部４１に対して同軸的に一体に成形され接続されている。ニードルバルブ前部４１は、ニードルバルブ４の中程の位置から一端までの部分を占めており、又、プランジャー部４２は、ニードルバルブ４の中程の位置から他端までの部分を占めている。
【００１８】
ニードルバルブ前部４１は、ニードルシール部４１Ａとニードル部４１Ｂとから構成されている。ニードル部４１Ｂの長手方向の一端は、プランジャー部４２に直接接続されている。ニードル部４１Ｂの他端には、円錐形状をしたニードルシール部４１Ａが設けられている。ニードルシール部４１Ａ、ニードル部４１Ｂ、及びプランジャー部４２は、同一材料で金属射出成形法により一体に成形されたものである。
【００１９】
ニードルシール部４１Ａは、略筒形状をしたニードルバルブ４の一端を塞いでいる。ニードル部４１Ｂの一部であってニードルシール部４１Ａからプランジャー部４２の方向へ少し離間した位置には、ニードル部４１Ｂの内周と外周とを連通させる２つの連通口４１ａが、ニードル部４１Ｂの周方向に沿って等間隔で形成されている。これらは、２つの連通口４１ａを通る架空の直線がニードル部４１Ｂの直径をなす位置関係にある。
【００２０】
プランジャー部４２の外径、内径はそれぞれニードル部４１Ｂの外径、内径よりも大きく構成されている。プランジャー部４２は、前述のようにニードル部４１Ｂと一体に成形され接続されているが、プランジャー部４２の内径よりもニードル部４１Ｂの内径の方が小さいため、プランジャー部４２に接続されているニードル部４１Ｂの端部は、従来のニードルバルブ同様、プランジャー部４２の半径方向内側に突出する図示せぬ段部をなしている。プランジャー部４２の一端であってニードル部４１Ｂに接続されていない側には、開口部４２ａが形成されている。
【００２１】
本実施の形態によるニードルバルブ４の製造方法は、公知のＭＩＭ法（金属射出成形法）によるものであり、従来の鋳造、機械加工、熱処理等が行われる代わりに、成形、脱脂、焼結等が行われる。ＭＩＭ法で用いられる材料粉末は、公知のガスアトマイズ法、水アトマイズ法、又はカーボニル法によって作られたものであり、どの方法によるものも好適である。ニードルバルブ４の材料粉末の成分は、カーボンを０．１５質量％以下、ニッケルを４６．０乃至４８．０質量％、不可避微量成分を含み、残量を鉄としたものであり、これは、ＰＢパーマロイ相当材の軟磁性材料である。粉末の粒径は、平均値が５μｍ、粒径の採りうる値の範囲は２０μｍ以下であり、球状アトマイズ粉である。この材料を用いてＭＩＭ法によって生成される焼結体は、相対密度が９５％以上の高密度なものである。焼結体内に形成される空孔は、連続していない独立空孔が主要をなしており、焼結体の表層部では、空孔のほとんどが独立空孔であることが好ましい。焼結体内に形成される空孔のうち、独立空孔の占める割合は９５％以上である。ＭＩＭ法による成形、脱脂、焼結が行われた後、最後に、最小限の機械加工、即ち、ニードルバルブの最外径部たるプランジャー部４２の外周側面及びニードルシール部４１Ａのみを研削する機械加工が行われ、ニードルバルブ４の完成製品を得る。
【００２２】
ニードルバルブ４の製造方法としてＭＩＭ法を用いたため、従来より使用されていた材料と同種類の粉末合金を用いてもニアネットシェープ化が可能となり、後加工をほとんど必要としない高精度の焼結体を得ることができる。従って、焼結体からニードルバルブ４を得るためには、一部の仕上げ研削を行う機械加工のみを行えばよいため、コストダウンとバリの発生の防止との両方を図ることができる。又、従来より使用されていた材料と同種類の粉末合金を用いたため、理想的なヒステリシス曲線特性を得ることができ、エンジンの高回転時に要求される非常に短時間の動作を可能とすることができる。即ち、従来の鋳造による製品の磁気特性に比べて遜色の無い、優れた磁気特性を得ることができる。
【００２３】
又、成形を行うための金型の構成を工夫することにより、様々な形状のニードルバルブを製造できるため、従来行っていたような機械加工による成形よりも、製品形状の自由度を大きくすることができる。このため、更なるエンジンの高性能化、低コスト化に貢献できる可能性を広げることができる。
【００２４】
更に、本実施の形態により製造されたニードルバルブ４は、相対密度が９５％以上の高密度な焼結体からなるものであり、又、焼結体内に形成されている空孔のほとんどは連続しない独立空孔となっている。このため、燃料がニードルバルブ４の組織を透過して洩れることがない。
【００２５】
本発明によるニードルバルブは上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、ＭＩＭ法により焼結体を得た後に、最外径の部分であるプランジャー部４２の側面とニードルシール部４１Ａとを研削仕上げする前に、焼結体の外周に硬質クロムメッキを施してもよい。このメッキによって、ニードルシール部４１Ａ及びプランジャー部４２の側面の耐摩耗性を改善することができ、高い耐摩耗性要求に応じることができる。
【００２６】
又、ニードルシール部４１Ａの形状を、円錐ではなく球面の一部としてもよい。
【００２７】
又、本実施の形態では、材料粉末としてＰＢパーマロイ相当の軟磁性材料を使用したが、これに代えて、ＰＣパーマロイ相当の軟磁性材料や、センダスト相当の軟磁性材料等の、透磁率が高く且つ保磁力の低い材料を用いてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１記載のニードルバルブによれば、ニードルシール部とニードル部とプランジャー部とを、同一材料で金属射出成形法によって一体に成形したため、ニアネットシェープ化が可能となり、ニードルシール部とニードル部とを接続するための加工や後加工、又は、ニードル部とプランジャー部とを接続するための加工や後加工をほとんど必要としない、高精度の焼結体を得ることができる。このため、加工工数を極端に減らすことができるので、従来必要であった後加工処理等にかかっていたコストを低減させることができ、安価で高性能な電磁式燃料噴射弁を製造することができる。又、バリの発生を防止することができるため、エンジンの信頼性を高くすることができる。又、後加工処理をほとんど必要とせずに様々な形状とすることができるため、部品の設計の自由度が広くなり、燃料噴射弁の性能向上の可能性を広げることができる。又、ニードル部とプランジャー部とを接続する必要がなくなるため、ニードル部の端部をプランジャー部の端部で環装する構成とする必要がなくなり、プランジャー部及びプランジャー部を有するニードルバルブの小型軽量化を図ることができる。このため、エンジンの高速化に対応することができる。
【００２９】
また、ニードルバルブを構成するニードルシール部とニードル部とプランジャー部とが軟磁性材料により構成されているため、従来の鍛造材に匹敵する優れた磁気特性が得られ、電磁石に対するニードルバルブの高い応答性を確保することができる。
【００３０】
また、ＭＩＭ法によって製造されたニードルバルブをなすニードルシール部とニードル部とプランジャー部とが、相対密度が９５％以上の高密度な焼結体から構成され、焼結体内の組織に形成される空孔のうち、連続しない独立空孔の占める割合が９５％以上であるため、燃料がニードルバルブ内の組織を透過して外部に洩れてしまうことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態によるニードルバルブを示す斜視図。
【図２】  従来のニードルバルブを有する電磁式燃料噴射弁を示す断面図。
【符号の説明】
４      ニードルバルブ
４１    ニードル部
４１Ａ  ニードルシール部
４１Ｃ  ニードルシール部
４２    プランジャー部
【図１】
0003913953.tif 000002
【図２】
0003913953.tif 000003