(57)【要約】      （修正有）【課題】アーマチャ部と摺動部とが一体となっている可動部材を備える電磁弁において、可動部材の耐摩耗性を向上しつつ、磁気特性の悪化による吸引力の低下を抑えることにある。【解決手段】可動部材２７の表面に、プラズマ窒化による表面硬化処理が施されて硬化層が形成される。このため、硬化層の存在により可動部材２７の表面は硬度が上昇するため、可動部材２７の耐摩耗性が向上し、良好な摺動特性を得ることができる。また、プラズマ窒化による表面硬化処理では、硬化層が形成されるのみであり、母材内部への窒素の拡散がほとんどみられないので、母材表面から離れた母材内部の比較的深い位置での透磁率の悪化を抑えることができる。この結果、可動部材２７の耐摩耗性を向上しつつ、磁気特性の悪化による吸引力の低下を抑えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部材と、
前記コア部材に対向して往復移動可能に配され、電磁コイルへの通電により前記コア部材とともに磁路を形成し、前記コア部材との間に生じる吸引力により移動する可動部材とを備える電磁弁であって、
前記可動部材は、前記磁路を形成するアーマチャ部と、前記可動部材の往復移動のために摺動自在に支持される摺動部とを一体的に有し、
前記可動部材の表面に、プラズマ窒化による表面硬化処理が施されていることを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁弁において、
前記摺動部の表面のみに、プラズマ窒化による表面硬化処理が施されていることを特徴とする電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁弁に関するものであり、例えばエンジンへの燃料噴射を行うインジェクタに使用される電磁弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コア部材と、コア部材に対向して往復移動する可動部材とを備え、コイルへの通電により磁路が形成されることにより、可動部材が移動して弁体を開閉する電磁弁であって、可動部材が、磁路を形成するアーマチャ部と、往復移動のために摺動自在に支持される摺動部とを一体的に有しているものが公知である（特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、アーマチャ部と摺動部が一体となっている可動部材では、耐摩耗性の向上のために焼入れや焼き戻しを施すと、耐摩耗性は向上するが、磁気特性が悪化するため、吸引力が低下し、アーマチャ部の機能が損なわれる。
そこで、磁気特性の悪化を抑えつつ耐磨耗性を向上させるため、可動部材に軟窒化処理をして硬化層（Ｆｅ２Ｎ、Ｆｅ２−３Ｎ、Ｆｅ４Ｎ等の窒化鉄を組成とする層）を形成する技術、および、ＮｉＰやＤＬＣなどのコーティングを施す技術が開示されている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、軟窒化処理では、焼入れや焼き戻しと比較して磁気特性の悪化が顕著ではないものの、窒素が母材内部へ拡散して、硬化層の下に０．５〜１ｍｍ程度の拡散層（母材にＦｅ４Ｎの析出等がみられる層）が形成されるため、拡散層での磁気特性の悪化が吸引力に与える影響を無視できないものとなっている。
また、ＮｉＰやＤＬＣなどのコーティングは、母材表面上に数μｍ程度のコーティングがされるだけであるので磁気特性に影響はないものの、コーティングの欠けや剥がれの虞があり、十分な耐摩耗性を得られない虞がある。
【特許文献１】特開２００２−３４９７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、アーマチャ部と摺動部とが一体となっている可動部材を備える電磁弁において、可動部材の耐摩耗性を向上しつつ、磁気特性の悪化による吸引力の低下を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の電磁弁は、コア部材と、コア部材に対向して往復移動可能に配され、電磁コイルへの通電によりコア部材とともに磁路を形成し、コア部材との間に生じる吸引力により移動する可動部材とを備える。
そして、可動部材は、磁路を形成するアーマチャ部と、可動部材の往復移動のために摺動自在に支持される摺動部とを一体的に有し、可動部材の表面に、プラズマ窒化による表面硬化処理が施されている。
【０００７】
本発明者らは、プラズマ窒化による表面硬化処理により、母材の表層部に薄い硬化層が形成されるのみであり、母材内部への窒素の拡散がほとんどみられないことを見い出した。
このため、本発明によれば、硬化層が形成されることにより可動部材の耐磨耗性が向上するとともに、可動部材の母材内部への窒素の拡散による磁気特性の悪化が生じず、吸引力の低下が生じない。すなわち、可動部材の耐摩耗性を向上しつつ、磁気特性の悪化による吸引力の低下を抑えることができる。
【０００８】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の電磁弁は、摺動部の表面のみに、プラズマ窒化による表面硬化処理が施されている。
【０００９】
これにより、アーマチャ部にはプラズマ窒化処理がなされないため、可動部材の磁気特性に影響を与えることなく、摺動部での耐摩耗性を向上させて、可動部材の摺動特性を向上させることができる。
なお、プラズマ窒化による表面硬化処理では、マスキングするためにめっき処理をする必要がなく、軟窒化による表面硬化処理と比較して、マスキングがしやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
最良の形態１の電磁弁は、コア部材と、コア部材に対向して往復移動可能に配され、電磁コイルへの通電によりコア部材とともに磁路を形成し、コア部材との間に生じる吸引力により移動する可動部材とを備える。
そして、可動部材は、磁路を形成するアーマチャ部と、可動部材の往復移動のために摺動自在に支持される摺動部とを一体的に有し、可動部材の表面に、プラズマ窒化による表面硬化処理が施されている。
【００１１】
最良の形態２の電磁弁は、摺動部の表面のみに、プラズマ窒化による表面硬化処理が施されている。
【実施例１】
【００１２】
〔実施例１の構成〕
実施例１の電磁弁１の構成を、図１、２を用いて説明する。
電磁弁１は、例えば、コモンレール式燃料噴射システムのインジェクタ２に用いられる。
インジェクタ２は、燃料を噴射するノズル３と、コモンレール（図示せず）から受け入れた燃料をノズルへ導く本体４と、ノズル３を動作させる電磁弁１とを備える。
【００１３】
ノズル３は、他端に噴孔７が設けられるノズルボディ８、ノズルボディ８内に摺動自在に収容されるとともに噴孔７を開閉するノズルニードル９を有する。また、ノズルニードル９の一端には、本体４に支持されるコマンドピストン１０が当接し、コマンドピストン１０の一端に、背圧室１３が形成されている。
【００１４】
そして、背圧室１３の燃料圧（以下、背圧と呼ぶ）は、コマンドピストン１０を介してノズルニードル９を他端側（閉弁方向）へ付勢する。また、ノズルニードル９の他端側にはノズル室１４が形成され、ノズル室１４の燃料圧はノズルニードル９を一端側（開弁方向）へ付勢する。さらに、コマンドピストン１０の周囲にスプリング１５が配設され、ノズルニードル９を他端側へ付勢している。
【００１５】
背圧室１３の一端側には、高圧流路１７から背圧室１３への燃料の流入を規制する絞り１８を有するオリフィスプレート１９、および、背圧室１３から低圧流路２０への燃料の流出を規制する絞り２１を有するオリフィスプレート２２が配されている。
そして、インジェクタ２は、背圧室１３への燃料の流出入により背圧を操作し、背圧の増減によりコマンドピストン１０及びノズルニードル９を移動させることでノズルニードル９に噴孔７を開閉させる。
ここで、電磁弁１は、絞り２１を開閉して、背圧室１３を低圧流路２０に対して開閉することで背圧を操作するアクチュエータとして作動する。
【００１６】
〔電磁弁１の説明〕
電磁弁１は、オリフィスプレート２２の一端側に配されて、本体４とともにオリフィスプレート１９、２２を軸方向に挟み込むように、リテーニングナット２３により本体４に固定されており、電磁コイル２５、コア部材２６、可動部材２７、絞り２１を開閉する弁体２８、弁体２８を収容するバルブボディ２９等により構成されている。
【００１７】
電磁コイル２５は、通電を受けることにより起磁力を発生してコア部材２６及び可動部材２７を磁化するものであり、コア部材２６に形成されたコイル収納部３２に収容されている。
コア部材２６は、電磁コイル２５への通電により可動部材２７と共に磁路を形成するものであり、コア部材２６の他端側には、コア部材２６に対向して往復移動可能に可動部材２７が配されている。
【００１８】
可動部材２７は、磁路を形成するアーマチャ部３３と、可動部材２７の往復移動のために摺動自在に支持される摺動部３４とからなっており、アーマチャ部３３と摺動部３４とは軟磁性材料（純鉄または低炭素鋼等）を素材とした一部材で一体的に形成されている。
アーマチャ部３３は、自身の一端面がコア部材２６の他端面に対向するように設けられており、摺動部３４はアーマチャ部３３の他端側にアーマチャ部３３よりも径小に設けられ、摺動部３４の他端側には弁体２８が配されている。
なお、可動部材２７は、コア部材２６の内周側に保持されたスプリング３５により他端側（閉弁方向）に付勢されている。
【００１９】
バルブボディ２９は、オリフィスプレート２２の一端側に配され、略筒状を呈しており、内周面３８には筒状の摺動筒体３９が固着されている。そして、摺動部３４が摺動筒体３９内に配され、摺動部３４は摺動筒体３９を介してバルブボディ２９に軸方向へ摺動自在に支持されている。
【００２０】
〔実施例１の特徴〕
実施例１の電磁弁１では、可動部材２７の表面に、プラズマ窒化による表面硬化処理が施されている。
プラズマ窒化を施すと、可動部材２７の表層部がＦｅ２Ｎ、Ｆｅ２−３Ｎ、Ｆｅ４Ｎ等の窒化鉄に変化し、薄い硬化層が形成される。具体的には、可動部材２７の表面から７〜２０μｍ（例えば約１４μｍ）に亘って硬化層が形成される。
【００２１】
〔インジェクタ２及び電磁弁１の作動〕
以上の構成により、インジェクタ２は、以下のように作動して噴孔７の開閉を行う。
電磁コイル２５に通電されると、コア部材２６とアーマチャ部３３との間に吸引力が生じ、吸引力と背圧の合力がスプリング１５の付勢力よりも大きくなると、可動部材２７が一端側に移動する。すると、弁体２８が一端側へ移動して絞り２１を開放し、背圧室１３から低圧流路２０への燃料の流出が始まり、背圧が低下する。このため、コマンドピストン１０およびノズルニードル９を他端側に押圧する力が低下し、ノズルニードル９が一端側に移動して噴孔７が開放される。
【００２２】
また、電磁コイル２５への通電が停止されると、スプリング１５の付勢力によって、可動部材２７が他端側に移動して、弁体２８が絞り２１を閉鎖するため、背圧室１３から低圧流路２０への燃料の流出が止まり、高圧流路１７から背圧室１３への燃料の流入により背圧が上昇する。このため、コマンドピストン１０およびノズルニードル９を他端側に押圧する力が上昇し、ノズルニードル９が他端側に移動して噴孔７が閉鎖される。
【００２３】
〔実施例１の効果〕
実施例１の電磁弁１は、可動部材２７の表面に、プラズマ窒化による表面硬化処理が施されて硬化層が形成される。このため、硬化層の存在により可動部材２７の表面は硬度が上昇するため、可動部材２７の耐摩耗性が向上し、良好な摺動特性を得ることができる。
【００２４】
ところで、軟窒化処理を施した場合は、母材内部への窒素の拡散が生じて、硬化層の下に拡散層が形成される。なお、拡散層とは、母材に窒素が拡散して、Ｆｅ４Ｎの析出等がみられる層である。
しかし、プラズマ窒化による表面硬化処理では、硬化層が形成されるのみであり、母材内部への窒素の拡散がほとんどみられず、拡散層に相当する層が生じないことを本発明者らは見い出した。
【００２５】
このため、プラズマ窒化を施した場合は、硬化層の形成される母材の表層部のみで透磁率が低下するだけであり、母材表面から離れた母材内部の比較的深い位置では、透磁率の悪化が抑えられ、良い透磁率を得ることができる（図３の実線ａ参照）。
一方、軟窒化処理を施した場合は、拡散層の影響により、母材内部の比較的深い位置でも低い透磁率しか得られない（図３の実線ｂ参照）。
【００２６】
この結果、図４に示すように、プラズマ窒化により表面硬化処理を施した場合（実線ａ）の方が、軟窒化により表面硬化処理を施した場合（実線ｂ）に比べて、大きな吸引力を得ることができる。
なお、可動部材２７の表面の硬度については、プラズマ窒化により表面硬化処理を施した場合と、軟窒化により表面硬化処理を施した場合とで、ほぼ同等の硬度を得ることができる。
【００２７】
以上のように、本実施例によれば、硬化層が形成されることにより可動部材２７の耐磨耗性が向上するとともに、可動部材２７の母材内部への窒素の拡散による磁気特性の悪化が生じず、吸引力の低下が生じない。
すなわち、可動部材２７の耐摩耗性を向上しつつ、磁気特性の悪化による吸引力の低下を抑えることができる。
【実施例２】
【００２８】
実施例２の電磁弁１は、摺動部３４の表面のみに、プラズマ窒化による表面硬化処理が施されている。
これによれば、アーマチャ部３３にはプラズマ窒化処理がなされないため、可動部材２７の磁気特性に影響を与えることなく、摺動部３４での耐摩耗性を向上させて、可動部材２７の摺動特性を向上させることができる。
【００２９】
なお、軟窒化による表面硬化処理では、窒素を含むガス中で熱処理して窒化するため、マスキングするには、ガスに触れないようにめっき処理をし、窒化処理の後にめっきを除去するという作業が必要である。しかし、プラズマ窒化による表面硬化処理は、減圧した窒化性雰囲気中でグロー放電によるプラズマを用いて窒化するものであるため、マスキングするには、グロー放電が起こらないようにすればよい。そのため、窒化処理しない部分を覆う部材を、母材との間にグロー放電が生じない程度の隙間を隔てて設ければよく、めっき処理の必要がなく、軟窒化による表面硬化処理と比較してマスキングがしやすい。
【００３０】
〔変形例〕
実施例１及び２では、可動部材２７を軟磁性材料としたが、保持力の大きい硬磁性材料でなければよく、軟磁性材料よりも磁気特性に劣る軸受鋼などを可動部材２７に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】電磁弁の断面図である（実施例１）。
【図２】インジェクタの断面図である（実施例１）。
【図３】プラズマ窒化の場合（実線ａ）と軟窒化の場合（実線ｂ）における、母材表面からの距離と透磁率との関係を示す図である（実施例１）。
【図４】プラズマ窒化の場合（実線ａ）と軟窒化の場合（実線ｂ）における、起磁力と吸引力の関係を示す図である（実施例１）。
【符号の説明】
【００３２】
１    電磁弁
２５  電磁コイル
２６  コア部材
２７  可動部材
２８  弁体
３３  アーマチャ部
３４  摺動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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