(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成母材が単結晶シリコンである、供給燃料に旋回力を付与する旋回素子であって、その中央部流路の側壁部に流路抵抗を増大させる凸部が設けられている当該旋回素子を有する内燃機関用の燃料噴射弁の製造方法において、
前記凸部が、前記単結晶シリコンの構成母材の一方の側からエッチング加工する工程と、前記単結晶シリコンの構成母材の他方の側からエッチング加工する工程の組合せによって形成されることを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射弁の製造方法において、
前記凸部が、前記構成母材を両側からエッチング加工した際の継ぎ目として形成されることを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は燃料噴射弁に関し、特に内燃機関に搭載され、燃料を供給するための燃料噴射弁に関する。本発明は単結晶シリコン等の脆性材料で形成される旋回素子（スワラ構造）を備えた内燃機関用燃料噴射弁に関する。
【背景技術】  内燃機関用燃料噴射弁は、一般的に、燃料噴射孔と、この燃料噴射孔の近傍に配設される弁座と、供給された燃料に旋回力を与える旋回素子（スワラ構造）と、弁座と対向する位置に、軸方向に摺動可能に支持された弁体と、この弁体を軸方向に駆動するための駆動力発生部と、弁体を弁座に押し付けるスプリングとを備える。
燃料噴射弁に供給された燃料は、燃料噴射弁内部の燃料通路を通って、燃料噴射孔付近に導かれる。スプリングの押圧力によって、弁体が弁座に押し付けられている状態では、燃料噴射孔が閉じているため、燃料の噴射は行われない。
駆動力発生部が、弁体に対し、上記スプリングの押圧力と反対方向の力を発生すると、弁体は弁座から離れた状態となる。この状態では、燃料噴射孔が開かれるため、燃料の噴射が行われる。このとき、燃料噴射孔の近傍に配設された旋回素子に設けられた燃料旋回流路のはたらきにより、燃料に旋回力が付与される。旋回力をもった状態で燃料噴射孔から噴射された燃料は、厚さの薄い液膜となり、粒径の小さい液滴へと分裂させていくことができる。
内燃機関の燃焼を安定化するためまたは、内燃機関から排出される排気に含まれる有害成分を低減するためには、粒径の小さい燃料噴霧を供給できる燃料噴射弁が必要である。
このための従来技術として特許文献（特開平１０−１２２０９５号公報の図２，４，５，及び図７）が挙げられる。この特許文献では、燃料噴射弁のオリフィスプレートを単結晶シリコン製として、この単結晶シリコン製オリフィスプレートに旋回室とオリフィスを形成するものである。
上記の従来技術では、燃料噴射弁の単結晶シリコン製オリフィスプレートに、凹部である旋回室と、貫通孔であるオリフィスを設けている。
しかしながら、上記従来技術では、貫通孔であるオリフィスの形状や成形方法について配慮がされていない。
また、従来技術である燃料噴射弁の上記オリフィスプレートでは、旋回室は単結晶シリコンで形成されているが、この旋回室の中央部に小径のオリフィスが設けられているのみである。旋回室が弁座の下流に設けられているので、単結晶シリコン製オリフィスプレートに弁体を挿入する構成ではない。
従って、旋回素子が弁座の上流にある形式、即ち上流旋回型の燃料噴射弁の微粒化性能を向上するために、旋回素子を単結晶シリコン等の脆性材料で形成して、旋回力の強い旋回流路形状を形成しようとすると、以下のような課題を解決する必要がある。
上流旋回型の燃料噴射弁では、旋回素子の中央部に設けた貫通孔に、弁体が挿入される構成となる。よって、旋回素子の中央部には、弁体が挿入されるための中央部流路（貫通孔）が必要となる。この旋回素子に形成された中央部流路と弁体の外周部との間には、わずかな隙間を設けることが必要であるが、この隙間は極力小さくすることが必要である。
隙間が大きい場合には、この隙間を通る燃料、すなわち旋回素子の旋回流路を通らない旋回力のかからない燃料の流量が増加するため、燃料噴射弁の微粒化特性を悪化させてしまう可能性があるからである。よって、燃料噴射弁の旋回素子を単結晶シリコンで形成する場合において、旋回力のかからない燃料の流量を減らすことが課題となる。
また、上流旋回型の燃料噴射弁では、旋回素子の中央部流路の内側壁を弁体の摺動案内として用いることが多い。旋回素子を単結晶シリコンで形成する場合には、耐久性の問題から、旋回素子の中央部流路の内側壁を摺動案内とすることができない可能性がある。よって、燃料噴射弁の旋回素子を単結晶シリコン等の脆性材料で形成する場合において、旋回素子の中央部流路の内側壁に適切な摺動案内を設けることが課題となる。
さらに、旋回素子を単結晶シリコン等の脆性材料で形成する場合には、組立て時に作用する応力により、旋回素子が破損しないようにすることが課題となる。
さらに、旋回素子を単結晶シリコンのみで形成する場合、燃料が直接シリコンに接触する構造となる。このため、微量のシリコンが燃料中に溶け出す場合には、内燃機関の補機類にシリコンが付着し、補機類の性能を劣化させる可能性がある。よって、燃料が単結晶シリコンの旋回素子に直接接触しないようにすることが課題となる。
【発明の開示】
本発明の目的は、上記課題を解決し、脆性材料からなる旋回素子を搭載することを可能とし、旋回流路の形状成形自由度を向上し、微粒化特性の良好な燃料噴射弁を得ることにある。
そのため本発明では、燃料に旋回力を付与する旋回素子を備え、前記旋回素子を脆性材料で形成する燃料噴射弁において、前記旋回素子の中央部に設ける中央部流路は、前記旋回素子の上流側から中央部流路を形成する工程と、前記旋回素子の下流側から中央部流路を形成する工程とを組み合わせた工程により形成する。
さらに本発明では、燃料に旋回力を付与する旋回素子を備え、前記旋回素子を脆性材料で形成する燃料噴射弁において、前記旋回素子の中央部に設ける中央部流路の側壁部の軸方向略中央部に凸部を形成する。
さらに本発明では、燃料に旋回力を付与する旋回素子を備え、前記旋回素子を脆性材料で形成し、前記旋回素子の中央部に略円形の中央部流路を有する燃料噴射弁において、前記中央部流路の、前記旋回素子の旋回流路を有する面側の流路直径は、前記旋回素子の旋回流路を有する面と反対側の流路直径よりも小さくする。
さらに本発明では、燃料に旋回力を付与する旋回素子を備える燃料噴射弁において、前記旋回素子の旋回流路の側壁と、前記旋回素子の内径部に設けられる中央部流路の側壁とによって形成される鋭角形状部の先端部角アールが０〜０．０１ｍｍの範囲にあるようにする。
さらに本発明では、燃料に旋回力を付与する旋回素子と、燃料噴射量を制御するための弁体とを備える燃料噴射弁において、前記旋回素子を保持して、ノズルに固定するための旋回素子保持部材を設け、前記旋回素子保持部材の内径部において、前記弁体を摺動案内する。
さらに本発明では、燃料に旋回力を付与する旋回素子を備える燃料噴射弁において、前記旋回素子の内径部に、前記弁体を摺動案内するための、摺動部材を設ける。
さらに本発明では、燃料に旋回力を付与する旋回素子を備える燃料噴射弁において、前記旋回素子の、旋回流路を有する側の端面と、前記旋回素子に接する固定部材の、前記旋回素子の端面に接する端面とのうち、少なくとも何れか一方の端面の、前記旋回素子の内径部に設けられる中央部流路の近傍に、前記旋回素子と前記固定部材とが接触しないためのテーパまたは段差部を設ける。
さらに本発明では、燃料に旋回力を付与する旋回素子を備え、前記旋回素子を単結晶シリコンで形成する燃料噴射弁において、前記旋回素子の母材である単結晶シリコンが、燃料に直接接触することのないように、前記旋回素子の表面に表面層を設ける。
さらに本発明では、前記表面層はシリコンの酸化膜とする。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の燃料噴射弁の一実施形態を示す断面図である。図２Ａは、本発明の燃料噴射弁の旋回素子を示す平面図である。図２Ｂは、本発明の燃料噴射弁の旋回素子を示す断面図である。図３は、本発明の燃料噴射弁の旋回素子付近の構造を拡大した部分断面図である。図４は、本発明の燃料噴射装弁の旋回素子とロッドを拡大した断面図である。図５Ａは、本発明の燃料噴射弁の旋回素子保持部材を示す平面図である。図５Ｂは、本発明の燃料噴射弁の旋回素子保持部材を示す断面図である。図６は、本発明の燃料噴射装弁の旋回素子とロッドを拡大した断面図である。図７は、本発明の燃料噴射弁の旋回素子とその表面層を示す断面図である。図８は、本発明の燃料噴射弁の旋回素子とこの旋回素子の内周部に設けた摺動部材を示す平面図である。図９Ａは、本発明の燃料噴射弁の他の実施例の旋回素子を示す平面図である。図９Ｂは、本発明の燃料噴射弁の他の実施例の旋回素子を示す断面図である。図９Ｃは、本発明の燃料噴射弁の他の実施例の旋回素子を示す裏面図である。図１０Ａは、本発明の燃料噴射弁のノズルを示す平面図である。図１０Ｂは、本発明の燃料噴射弁のノズルを示す断面図である。図１１Ａは，本発明の燃料噴射弁の他の実施例の旋回素子（スワラ構造）を示す平面図である。図１１Ｂは，本発明の燃料噴射弁の他の実施例の旋回素子（スワラ構造）を示す断面図であり、図１１ＡのＡ−Ｂ線に沿って断面した図である。図１２は、旋回素子（スワラ構造）の加工方法を示す図で、加工プロセス（ａ）−（ｇ）を示している。
【発明を実施するための最良の形態】  図１〜５を用いて本発明の燃料噴射弁の一実施形態について説明する。
はじめに、図１を用いて本発明の燃料噴射弁の一実施形態の構成及び基本動作について説明する。
図１は本発明の燃料噴射弁の一実施形態を示す断面図である。ノズル１１の下端部には、弾性部材２１を介して、旋回素子保持部材２２を設ける。旋回素子保持部材２２の内側に、燃料に旋回力を付与するための単結晶シリコン製の旋回素子１２を設ける。ステンレス鋼製のオリフィスプレート１を、ノズル１１の下端部に挿入し、溶接等の方法により固定する。オリフィスプレート１には燃料噴射孔２、弁座３が設けられる。
弁体４は、ガイドプレート１３の中央部に設けられる孔と、旋回素子保持部材２２の内径部とによって摺動案内される。
弁体４は、可動鉄心５と、筒状部材６、ロッド７を溶接等の方法により結合して構成されている。可動鉄心５の内部に設けられるダンパプレート８は、筒状部材６の上端面によってその外周部が上下方向について支持されている。連動部材１０は内側固定鉄心９の内部に、軸方向に摺動可能なように支持されている。連動部材１０の先端部はダンパプレート８の内周部に接触している。ダンパプレート８は、その外周部が支持され、内周部が軸方向にたわむことにより、板ばねとして機能する。
ノズル１１は、ノズルハウジング１４の内部に固定される。ノズル１１の上端部には、弁体４のストロークを調整するためのリング１５を設ける。内側固定鉄心９の内部にはスプリングピン１９が固定さる。スプリングピン１９の下端部を固定端として、スプリング２０が圧縮状態で設けられる。スプリング２０のスプリング力は、連動部材１０及びダンパプレート８を介して、弁体４に伝達され、弁体４は弁座３に押し付けられる。この閉弁状態では、燃料通路が閉じられるため、燃料供給口２３から供給された燃料は燃料噴射弁内部に留まり、燃料噴射孔２からの燃料噴射は行われない。
ノズルハウジング１４、可動鉄心５、内側固定鉄心９、プレートハウジング１６、外側固定鉄心１７によって、コイル５０の周りを一巡する磁気回路が構成される。
噴射指令パルスがオンの状態になると、コイル５０に電流が流れ、可動鉄心５は内側固定鉄心９に電磁力によって吸引され、弁体４は、その上端面が内側固定鉄心９の下端面に接触する位置まで移動する。この開弁状態では、弁体４と弁座３の間に隙間ができるため、燃料通路が開かれ、燃料供給口２３から供給された燃料が、旋回素子１２によって旋回力を与えられて、燃料噴射孔２から噴射される。
噴射指令パルスがオフの状態になると、コイル５０に電流が流れなくなり、電磁力が消滅するため、スプリング２０のスプリング力によって弁体４は閉弁状態に戻り、燃料の噴射が終わる。
燃料噴射弁のはたらきは、上記のように、噴射指令パルスに従って、弁体４の位置を開弁状態と閉弁状態に切り替え、燃料供給量を制御することである。さらに、旋回素子１２によって、旋回力を付与された燃料を、燃料噴射孔２から噴射することにより、燃料粒径の小さい、すなわち微粒化特性の良好な燃料噴霧を形成することである。
内燃機関の燃焼を安定化するため、または内燃機関から排出される排気に含まれる有害成分を低減するため、粒径のより小さい、すなわち微粒化特性の良好な燃料噴霧を供給できる燃料噴射弁が必要となっている。
ここで図２〜５により、本発明の燃料噴射弁の一実施形態において、良好な微粒化特性を得るために用いている手段の詳細及び作用、効果について詳述する。
図２Ａ及び図２Ｂは本発明の燃料噴射弁の一実施形態に用いられる旋回素子１２を示し、図２Ａは旋回素子１２の平面図、図２Ｂは、旋回素子１２の断面図である。
旋回素子１２の材料は単結晶シリコンで形成されている。旋回素子１２の中央部には、弁体４のロッド７が挿入されるための貫通孔である中央部流路１０８が形成される。旋回素子１２の下端面には、燃料に旋回力を付与するための複数の凹部である旋回流路１０１が形成される。
凸部１０２に、各々の旋回流路１０１の側壁を形成する。単結晶シリコン製の旋回素子１２に形成される中央部流路１０８及び旋回流路１０１はエッチングによって形成する。
エッチング加工を用いることにより、単結晶シリコン製の旋回素子１２の中央部流路１０８及び、旋回流路１０１の形状を高精度にすることが可能となる。
第一に、隣り合う旋回流路１０１の側壁と中央部流路１０８の側壁とによって囲まれる部分である鋭角形状部１０７の先端を鋭いエッジとしている。いいかえれば、鋭角形状部１０７は、凸部１０２の内径部が中央部流路１０８に接する先端部分である。
切削加工や型を用いる焼結加工によって、旋回流路１０１を形成する場合には、鋭角形状部１０７の先端にある程度の丸みをもたせる必要がある。エッチング加工を用いることにより、鋭角形状部１０７の先端部の角アール（角丸み部）を０〜０．０１ｍｍ程度とすることが可能となる。
鋭角形状部１０７の先端部の角アールが大きい場合には、そこで発生する燃料の渦により、燃料の旋回力を弱めてしまう可能性がある。エッチング加工により、鋭角形状部１０７の先端部の角アールを０〜０．０１ｍｍ程度とすることができれば、燃料渦の発生を抑制することが可能となり、強い燃料旋回力を得て、燃料噴射弁の微粒化特性を向上させることが可能となる。
第二に、旋回流路１０１の側壁を、旋回素子１２の端面に対し略垂直とすることが可能となる。切削加工や型を用いる焼結加工によって、旋回流路１０１を形成する場合には、旋回流路１０１の側壁には、比較的におおきな傾斜や、角アールを設ける必要がある。
エッチング加工により旋回流路１０１の側壁を略垂直とすることにより、旋回流路１０１の幅を深さ方向について均一にすることができる。よって燃料の流速分布も、上記深さ方向について略均一にすることができるため、旋回力のむらが発生しにくく、均一で強い燃料旋回力を得て、燃料噴射弁の微粒化特性を向上させることが可能となる。
尚、図２Ａにおいては、旋回流路１０１が６本の場合を例にとり説明しているが、旋回流路の本数が何本（２本以上）であっても、本発明の効果が損なわれるものではない。例えば旋回流路１０１の本数は４本でもよい。
さらに、図２Ａにおいては、旋回流路１０１の側壁は直線状である場合を例にとり説明しているが、旋回流路の側壁は曲線状であっても、本発明を適用することが可能である。
また、図２においては、旋回流路１０１の側壁は、中央部流路１０８の接線方向である場合を例にとり説明しているが、旋回流路１０１の側壁は必ずしも、中央部流路１０８の接線方向である必要はない。
図３は本発明の燃料噴射弁の一実施形態のうち燃料噴射孔２の近傍を拡大した部分断面図である。
旋回素子保持部材２２を設け、その内径部に旋回素子１２を保持する。旋回素子保持部材２２の材料としてはステンレス鋼が好適であるが、これに限定するものではない。旋回素子保持部材２２の内径は、旋回素子１２の内径よりも僅かに小さくしておく。旋回素子保持部材２２の内径部を、ロッド７の摺動案内として用いるようにする。
これにより、旋回素子１２の内径部を摺動案内として用いる必要がなくなるため、旋回素子１２の材料として単結晶シリコンを選択することが可能となる。
さらに、旋回素子保持部材２２の上面には、単結晶シリコンよりも縦弾性係数の小さい材料からなる弾性部材２１を設ける。弾性部材２１の材料は、ゴム等の合成樹脂や銅を主成分とする合金を用いることが望ましいが、これに限定するものではなく、単結晶シリコンよりも弾性係数の小さい材料であればよい。
このような構成によれば、ステンレス鋼製等からなるのオリフィスプレート１をノズル１１に挿入、固定する工程において発生する軸方向の力を弾性部材２１が変形することによって吸収するため、単結晶シリコン製の旋回素子１２に過大な圧縮応力が作用することを防止することができる。よって、旋回素子１２の材料として単結晶シリコン等の脆性材料を用いることが可能となる。さらに、オリフィスプレート１の旋回素子１２に対向する端面の内側には微小テーパ部１０９を設けることが望ましい。
これによれば、旋回素子１２の内径部の鋭角形状部１０７と、オリフィスプレート１が接触することがなくなる。よって、鋭角形状部１０７に過大な応力がかかることがなくなるため、鋭角形状部１０７の破損を防止することが可能となる。
尚、微小テーパ部１０９のテーパ角は、十分小さくしておく。望ましくは１度から３度程度であるが、これに限定するものではない。
また、微小テーパ部１０９の替わりに、段差状の逃げを設けても、同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに、微小テーパ部１０９または段差状の逃げは、オリフィスプレート１側に設けるのではなく、旋回素子１２の下側端面に設けても同様の効果が得られる。
さらに、単結晶シリコン製の旋回素子１２に作用する圧縮応力が問題とならない場合には、弾性部材２１は設けなくてもよい。
尚、図３において、燃料は流れ１０４に示すようになる。ノズル１１の上流から供給される燃料は、旋回素子保持部材２２の貫通孔１０６を通り、旋回素子１２の外周から、旋回流路１０１を通って、燃料噴射孔２へと流れるようにする。
図４は本発明の燃料噴射弁の一実施形態のうちロッド７の一部と旋回素子１２の一部を拡大した部分断面図である。
単結晶シリコン製の旋回素子１２の中央部流路１０８に面する旋回素子１２の内側壁１０３には、旋回素子１２から内径側に突出した部分である凸部１００を設ける。中央部流路１０８の形成方法は、旋回素子１２の上側端面からエッチングにより中央部流路１０８を形成する工程と、旋回素子１２の下側端面からエッチングにより中央部流路１０８を形成する工程とを組み合わせる方法とすることが好ましい。このような単結晶シリコン製の旋回素子１２の形成方法をとることにより、上側端面から加工した孔形状と下側端面から加工した孔形状の継ぎ目として凸部１００を容易に設けることが可能となる。
上記の凸部１００を単結晶シリコン製の旋回素子１２に設けることによる作用・効果を説明する。
燃料噴射弁の微粒化特性を向上するためには、図３で示したとおり、燃料の流れは、旋回素子１２の外周から旋回流路を通って、燃料噴射孔２へと流れるようにすることが必要である。しかしながら、燃料噴射弁を構成するうえで、ロッド７の外周部と旋回素子１２の内径部との間にも、環状隙間１１５を設けざるを得ない。
この環状隙間１１５を通って、燃料噴射孔２へ直接流れる燃料には旋回力が作用しないため、微粒化特性を悪化させる可能性がある。よって、環状隙間１１５を通って流れる燃料の流量は極力小さくする必要がある。
このため、本発明の一実施形態では、環状隙間１１５の途中に、燃料流れを遮るための、凸部１００を設けている。これによれば、環状隙間１１５を燃料が通過するときの流路抵抗が増大するため、環状隙間１１５を流れる燃料流量を小さくすることが可能となり、燃料の微粒化特性を向上させることが可能となる。
さらに、中央部流路１０８を、旋回素子１２の上下両端面から加工することによる別の作用効果について説明する。貫通孔である中央部流路１０８を、たとえば、旋回素子１２の上側端面からのみエッチング加工し、貫通させようとすれば、旋回素子１２の下側端面に形成される中央部流路１０８の近傍において、孔形状の真円度が悪化したり、下側端面の面粗さが劣化したりする可能性がある。上下両端面から中央部流路１０８をエッチング加工する工程を組み合わせれば、上記のような形状劣化を防ぐことが可能となる。
尚、この加工方法及び作用効果は、単結晶シリコンからなる材料に、貫通する燃料流路を設けようとするいかなる場合にも適用することができる。例えば、旋回流路を設けずに、貫通する燃料流路だけを設ける場合にも同様の作用・効果を得ることができる。
図５Ａは、本発明の燃料噴射弁の一実施形態の旋回素子保持部材２２を示す平面図である。図５Ｂは、本発明の燃料噴射弁の一実施形態の旋回素子保持部材２２を示す断面図である。
旋回素子保持部材２２に、貫通孔１０６を設ける。貫通孔１０６を通った燃料は、旋回素子１２の外周部に導かれるように、燃料通路としての凹部１１４を設ける。このとき、貫通孔１０６の、燃料流れに垂直な面についての断面積は、図４で示した環状隙間１１５の断面積よりも十分に大きくしておく。さらに、凹部１１４の、燃料流れに垂直な面についての断面積は、図４で示した環状隙間１１５の断面積よりも十分に大きくしておく。
このような構成により、大部分の燃料は、旋回素子１２の旋回流路１０１を通ることになるため、燃料旋回力を強化することが可能となり、微粒化特性を向上させることができる。
図６は本発明の燃料噴射弁の他の実施形態のうちロッド７と旋回素子１２を拡大した部分断面図である。
旋回素子１２の中央部燃料流路の下流側の直径は、上流側の直径よりも小さくする。このような構成によっても、環状隙間１１５を燃料が通過するときの流路抵抗が増大するため、環状隙間１１５を流れる燃料流量を小さくすることが可能となり、燃料の微粒化特性を向上させることが可能となる。
また下流側の直径を小さくすることの作用効果は、燃料噴射孔２に近い部分に、滞留する燃料体積を小さくすることである。これにより、滞留した燃料が、旋回力を付与されずに燃料噴射孔２から噴射されることがなくなり、微粒化特性を向上させることが可能となる。
図７は本発明の燃料噴射弁の他の実施形態に用いられる旋回素子１２の断面図である。
旋回素子１２は、燃料に直接接触する部材である。旋回素子１２を単結晶シリコンで形成する場合には、微量のシリコンが燃料中に溶け出す可能性がある。内燃機関に設けられる機構部品や電子部品、センサー類、触媒等の補機類は、微量のシリコンにより、その性能が劣化する可能性がある。そこで、旋回素子１２の母材である単結晶シリコンと、燃料とが直接接触することがないように、旋回素子１２の外周部には、燃料に溶けることのないシリコンの酸化膜からなる表面層１１０を設ける。これにより、微量のシリコンが燃料中に溶け出すことを防止できるため、補機類への悪影響を懸念することなく、旋回素子１２を単結晶シリコンで形成することができるようになる。
尚、表面層１１０は、シリコンの酸化膜とすることが望ましい。シリコンの酸化膜は化学的に安定であり、燃料に溶け出すことはないからである。
尚、旋回素子１２に表面層１１０を設け、旋回素子１２の材料成分が燃料中に溶け出さないようにする方法は、旋回素子１２を単結晶シリコン以外の材料で形成する場合にも用いることができる。
図８は本発明の燃料噴射弁の他の実施形態に用いられる旋回素子１２の断面図である。
旋回素子１２の内径部に、旋回素子１２の材料とは異なる材料からなるリング状の摺動部材１１１を設ける。摺動部材１１１の材料はステンレス鋼が好適であるが、これに限定するものではない。
このような摺動部材１１１を有する旋回素子１２の構成によれば、燃料噴射弁に旋回素子保持部材２２を用いることなく、ロッド７の摺動案内をすることが可能となり、燃料噴射弁の部品構成を簡単にすることができる。
図９Ａは、本発明の燃料噴射弁の他の実施形態に用いられる旋回素子１２の平面図である。図９Ｂは、本発明の燃料噴射弁の他の実施形態に用いられる旋回素子１２の断面図である。図９Ｃは、本発明の燃料噴射弁の他の実施形態に用いられる旋回素子１２の裏面図である。
旋回素子１２の上側の端面に、燃料流路１１２を設けている。燃料流路１１２は、エッチング加工によって形成することが好適であるが、これに限定するものではない。
このような構成によれば、旋回素子保持部材２２を用いることなく、燃料流路１１２を介して、燃料を旋回素子１２の外周部に導くことが可能となるため、部品構成を簡単にすることができる。
図１０Ａは、本発明の燃料噴射弁の他の実施形態に用いられるノズル１１の平面図である。図１０Ｂは、本発明の燃料噴射弁の他の実施形態に用いられるノズル１１の断面図である。
ノズル１１の下端部付近に、放射状燃料流路１１３を設ける。
このような構成によっても、旋回素子保持部材２２を用いることなく、燃料流路１１３を介して、燃料を旋回素子１２の外周部に導くことが可能となるため、部品構成を簡単にすることができる。
尚、図１〜図１０を用いて説明した本発明の実施形態は、単結晶シリコン以外の材料からなる旋回素子を備えた燃料噴射弁に適用してもよい。
さらに、図１では、弁体を電磁吸引力によって駆動する方式の燃料噴射弁を例にとって説明したが、図１〜図１０を用いて説明した本発明の実施形態は、いかなる駆動方式の燃料噴射弁に適用してもよい。例えば、ピエゾ素子や超磁歪素子を用いて弁体を駆動する場合や、燃料圧力を利用して弁体を駆動する場合にも本発明を適用することが可能である。
さらに、板状部材に貫通する旋回流路および貫通する中央部流路を設けて、この板状部材の上下に積層される板状部材を設けて、旋回素子を形成する場合がある。この場合にも、図１〜図１０を用いて説明した本発明を適用することが可能である。
本発明のスワラ（旋回素子）構造に関する他の一実施例を図１１Ａ，１１Ｂおよびその加工方法を図１２に示す。なお、図１１Ａは、スワラ（旋回素子）構造の平面図、図１１Ｂは図１１ＡのＡ−Ｂ破線部の断面図を示す。
スワラチップ（旋回素子チップ）の構造は中央部に貫通孔１１０８が形成されており、平面部１１０６と突起部が円周上において任意の角度をもって等分割に形成されている。突起部の先端部は、貫通孔１１０８の接線と交わるように細長く形成されている。一方、外周部の形状はアール部１１０３と直線部１１０５から形成されている。
スワラは、他の構造体に組み込むことから、貫通孔の内径寸法および外周部アール部間の外径寸法に高精度が要求される。
本発明の高精度スワラ加工方法に関する一実施例を次に示す。
図１２はシリコン材料とマイクロマシニング技術を用いてスワラを加工するプロセスを示す。はじめに、図１２の（ａ）に示すように厚さ１０００μｍ（１００）方位の熱酸化膜１１０１が形成されたシリコンウエハ１１００を準備する。次にホトリソプロセスを用いて、シリコンウエハ１１００の表面に形成された熱酸化膜１１０１上にレジスト塗布・パターン露光・現像・熱酸化膜のエッチングを片面から行い、図１２の（ｂ）に示すように突起部のマスクパターン１１０７ａを形成する。
次に、パターンが形成された面にスパッタリング装置により厚さ０．３μｍのアルミニウム薄膜を形成する。薄膜形成方法としては蒸着装置や電子ビーム蒸着装置などを用いても良い。その後、図１２の（ｃ）に示すように、ホトリソプロセスを用いてシリコンウエハ１１００の表面に形成されたアウミニウム薄膜１１０２上にレジスト塗布・パターン露光・現像・アルミニウム薄膜のエッチングを片面から行い、外周部のアール部１１０３と直線部１１０５および貫通孔１１０８のマスクパターン１１０４を形成する。このように異なるパターンを重ねて形成する多層マスクは、異なる深さの孔を時間差で一括してエッチング加工を行うために用いた。
この方式を適用しない加工法では、はじめに外周部および貫通孔の段差部をエッチングで加工し、その後、突起部パターンをパターニングする必要がある。しかし、個々にエッチングを行うと、最初のエッチングで高段差部が存在するために、次のホトリソ工程で高段差部へのレジスト形成が困難となる問題が生じる。
そのため、本発明のスワラ加工には、多層マスク法を適用することが有効となる。また、多層マスクの形成では第一のマスクと第二のマスクで位置ずれが考えられる。そのため、位置ずれの発生を考慮して、第一のマスクに対して第二のマスクは５μｍくらい小さく形成し、位置ずれに対するパターン誤差を吸収している。
図１２の（ｄ）に示すようにアルミニウム薄膜をマスクとしてシリコンのドライエッチング加工を任意の深さ、例えば２００μｍまで行う。この加工によって、貫通孔１１０８および外周部のアール部１１０３と直線部１１０５は深さ２００μｍまで加工される。その後、アルミニウム薄膜マスクを除去した後、図１２の（ｅ）に示すように熱酸化膜をマスクとしてシリコンのドライエッチング加工を任意の深さ、例えば３２０μｍまで行う。
この加工によって、貫通孔１１０８および外周部のアール部１１０３と直線部１１０５は深さ５２０μｍまで、平面部１１０６は深さ３２０μｍまで加工される。また、この加工によって図１１Ｂに示した突起部１１０７の先端部まで高精度に加工することができる。
前記、ドライエッチング加工装置には誘導結合型のプラズマエッチング「ＩＣＰ−ＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ−ＲＩＥ」装置を用いることによりアスペクト比２０程度の垂直な壁を有するエッチング加工を行える。
ドライエッチング加工では加工条件によってエッチング加工面、特に加工底面にマイクログラスのような微小な針が形成される場合が存在する。そのため、図１２の（ｅ）のエッチング加工が終了した後、熱酸化膜をマスク材として、常温の水酸化カリウム水溶液に数分間、浸漬することでマイクログラスを除去することができる。
その他にマイクログラスを除去する方法として、水酸化カリウム水溶液だけではなく、その他のウエットエッチング液、例えば、エチレンジアミンピロカテコール、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、ヒドラジンを用いることができる。また、微小なガラスビーズを吹き付けて除去する方法、回転ブラシなどを押し付けて除去する方法を用いても良い。
次に、熱酸化膜を除去した後、熱酸化膜１１０１およびアルミニウム薄膜１１０２をシリコンウエハ１１００の両側全面に形成する。その後、図１２の（ｆ）に示すようにホトリソプロセスを用いて、裏面側に貫通孔１１０８および外周部のアール部１１０３と直線部１１０５のパターン形成を行う。シリコンのドライエッチング加工を行うことで、貫通孔１１０８および外形が形成される。次にアルミニウム薄膜、熱酸化膜の順にマスクを除去した後、ダイシング加工を行うことでスワラ形状ができる。最後にスワラ全面に熱酸化膜を形成し、完成する（図１２の（ｇ））。
前記の加工プロセスでは貫通孔１１０８および外周部の加工を両側からドライエッチング加工を用いて行った。これは片面からの加工では、エッチング深さが深くなるにつれて、壁面のサイドエッチング量が大きくなり、例えば貫通孔１１０８の寸法が精度内に入らない可能性がある。
なお、今回は１０００μｍ厚さのシリコンウエハを用いたが、それより薄いシリコンウエハ、例えば５００μｍ厚さを用いた場合には図１２の（ｅ）のプロセスまで行い、ダイシング後、全面に熱酸化膜を形成するプロセスを用いることができる。
さらにスワラ構造で特に重要な部分は、図１１Ｂに示した突起部１１０７の先端部形状であることから、突起部１１０７の形成をシリコンのドライエッチングを用いて加工し、貫通孔１１０８および外周部のアール部１１０３と直線部１１０５の加工を他の加工法、例えば、マイクロブラスト加工、超音波加工、ダイヤモンドドリルなどを組み合わせて加工を行うことにより、低コストのスワラ構造を提供することもできる。
本発明の旋回素子（スワラ構造）に用いる材料はシリコンに限らず、アルミナやジルコニアなどのセラミックス、切削性や研削性に優れたセラミックス、あるいはガラス等の脆性材料を用いることができる。
本発明によれば、旋回素子を単結晶シリコン等の脆性材料で形成できるようになるため、旋回力の強い旋回流路が形成できるようになる。また、旋回素子内径部を通過する燃料流量を低減できるため、燃料に強い旋回力を付与できるようになる。よって、微粒化特性の良好な燃料噴射弁を得ることができるようになる。
【産業上の利用可能性】  本発明は内燃機関用の燃料噴射弁に利用できる。特に燃料噴射弁において、単結晶シリコンからなる旋回素子を旋回素子保持部に保持し、弾性部材を介して、ノズルとオリフィスプレートの間に固定する。旋回素子の中央部流路には、凸部を設け、旋回素子の外径と、旋回素子の内径との間の環状隙間を狭くする。上記環状隙間を流れる燃料流量を抑制し、燃料に強い旋回力を付与する。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１２】
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