(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化物を含有し熱によって調質されたことにより高硬度となった高硬度部材（１２，１９，６１）と，熱による調質がされていない低硬度部材（１１，１８，６２）との接合面（Ｆ）をレーザビーム（Ｂ）又は電子ビームにより溶接する，硬度が異なる二部材のビーム溶接方法であって，
レーザビーム（Ｂ）又は電子ビームの照射点（Ｐ）を前記高硬度部材（１２，１９，６１）及び前記低硬度部材（１１，１８，６２）の相互に密着する接合面（Ｆ）より前記低硬度部材（１１，１８，６２）側に所定距離（ｅ）オフセットした位置に設定し，前記低硬度部材（１１，１８，６２）にのみ前記ビームを照射して，前記ビームの照射による溶け込み（Ａ）が前記低硬度部材（１１，１８，６２）から前記高硬度部材（１２，１９，６１）に広がるようにしたことを特徴とする，硬度が異なる二部材のビーム溶接方法。
【請求項２】
請求項１記載の硬度が異なる二部材のビーム溶接方法において，
前記高硬度部材が電磁式燃料噴射弁（Ｉ）の，炭化物を含有し熱によって調質された球状の弁体であり，また前記低硬度部材が前記弁体（１９）に溶接される未調質の弁杆（１８）であり，これら弁体（１９）及び弁杆（１８）の相互に密着する接合面（Ｆ）より弁杆（１８）側に所定距離（ｅ）オフセットした照射点（Ｐ）にレーザビーム（Ｂ）又は電子ビームを発射して，このビームによる溶け込み（Ａ）が弁杆（１８）側から弁体（１９）側に広がるようにしたことを特徴とする，硬度が異なる二部材のビーム溶接方法。
【請求項３】
請求項１記載の硬度が異なる二部材のビーム溶接方法において，
前記高硬度部材が電磁式燃料噴射弁（Ｉ）の，炭化物を含有し熱によって調質された弁座部材（１２）であり，また低硬度部材が前記弁座部材（１２）の後端部に溶接される未調質の弁ハウジング本体（１１）であり，これら弁座部材（１２）及び弁ハウジング本体（１１）の相互に密着する接合面（Ｆ）より弁ハウジング本体（１１）側に所定距離（ｅ）オフセットした照射点（Ｐ）にレーザビーム（Ｂ）又は電子ビームを発射して，このビームによる溶け込み（Ａ）が弁ハウジング本体（１１）側から弁座部材（１２）側に広がるようにしたことを特徴とする，硬度が異なる二部材のビーム溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，高硬度部材及び低硬度部材の接合面をレーザビーム又は電子ビームにより溶接する，硬度が異なる二部材のビーム溶接方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，高硬度部材及び低硬度部材の接合面をレーザビーム又は電子ビームにより溶接する場合でも，同一硬度の二部材を溶接する場合と同様に，レーザビーム又は電子ビームの照射点を二部材の接合面に設定していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが，炭化物を含有し熱によって調質されたことにより高硬度となった高硬度部材と熱による調質がされていない低硬度部材との接合面をレーザビーム又は電子ビームにより溶接する際，レーザビーム又は電子ビームの照射点を二部材の接合面に設定して行うと，次のような理由により溶接不良がしばしば起こる。
(1) 高硬度部材にとっては入熱が強過ぎるため，再焼き入れの状態となり，割れが発生する。
(2) 溶接直後，高硬度部材に割れが発生しなくとも，使用中の温度変化により，割れが発生することがある。
(3) 高硬度部材にとっては溶接時の溶け込みが大きいため，その凝固時に炭化物が多く析出し，これが溶接部の割れの原因となる。
【０００４】
本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，上記のような溶接不良を極力回避できるようにした，前記硬度が異なる二部材のビーム溶接方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【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，炭化物を含有し熱によって調質されたことにより高硬度となった高硬度部材と，熱による調質がされていない低硬度部材との接合面をレーザビーム又は電子ビームにより溶接する，ビーム溶接方法であって，レーザビーム又は電子ビームの照射点を前記高硬度部材及び前記低硬度部材の相互に密着する接合面より前記低硬度部材側に所定距離オフセットした位置に設定し，前記低硬度部材にのみ前記ビームを照射して，前記ビームによる溶け込みが前記低硬度部材から前記高硬度部材に広がるようにしたことを第１の特徴とする。尚，前記高硬度部材は，後述する本発明の実施例における弁座部材１２及び弁体１９に対応し，前記低硬度部材は，同実施例におけるハウジング本体１１及び弁杆１８に対応する。
【０００６】
この第１の特徴によれば，
(1) レーザビーム又は電子ビームによる溶接を開始すると，先ず低硬度部材側で溶け込みが起こり，その溶け込みが周囲に広がって高硬度部材側へ波及する。したがって，高硬度部材では，ビームによる直接の入熱を受けずに，溶け込みが比較的緩徐に行われることになり，割れを生じ易い再焼き入れの状態とはならない。
(2) 低硬度部材の溶け込みは，高硬度部材側より大きいので，割れ難い低硬度部材が高硬度材に溶け込むと共に，高硬度部材中の割れ原因元素が低硬度部材によって希釈される。
(3) 高硬度部材の溶け込みは，低硬度部材側より小さいため，凝固までの温度変化も比較的小さく，高硬度部材からの炭化物の析出を抑えることができる。
【０００７】
以上の結果，熱によって調質されたことにより高硬度となった高硬度部材と，熱による調質がされていない低硬度部材との接合部を，高硬度部材の割れ等の溶接不良を極力回避しながら溶接することができる。また両部材の使用中でも，それらの溶接部に割れが発生することを防ぐことができる。
【０００８】
また本発明は，第１の特徴に加えて，前記高硬度部材が電磁式燃料噴射弁の，炭化物を含有し熱によって調質された球状の弁体であり，また低硬度部材が前記弁体に溶接される未調質の弁杆であり，これら弁体及び弁杆の相互に密着する接合面より弁杆側に所定距離オフセットした照射点にレーザビーム又は電子ビームを発射して，このビームによる溶け込みが弁杆側から弁体側に広がるようにしたことを第２の特徴とする。
【０００９】
この第２の特徴によれば，電磁式燃料噴射弁における弁体及び弁杆の接合部を，割れ等の溶接不良を極力回避しながら溶接することができる。また弁体及び弁杆の使用中でも，それらの溶接部に割れが発生することを防ぐことができる。
【００１０】
さらに本発明は，第１の特徴に加えて，前記高硬度部材が電磁式燃料噴射弁の，炭化物を含有し熱によって調質された弁座部材であり，また低硬度部材が前記弁座部材の後端部に溶接される未調質の弁ハウジング本体であり，これら弁座部材及び弁ハウジング本体の相互に密着する接合面より弁ハウジング本体側に所定距離オフセットした照射点にレーザビーム又は電子ビームを発射して，このビームによる溶け込みが弁ハウジング本体側から弁座部材側に広がるようにしたことを第３の特徴とする。
【００１１】
この第３の特徴によれば，電磁式燃料噴射弁における弁座部材及び弁ハウジング本体の接合部を，割れ等の溶接不良を極力回避しながら溶接することができる。また弁座部材及び弁ハウジング本体の使用中でも，それらの溶接部に割れが発生することを防ぐことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の実施例に基づいて以下に説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施例を適用して製作した内燃機関用電磁式燃料噴射弁の縦断面図，図２は図１の要部拡大図，図３は図２の要部をビーム溶接する溶接装置の側面図，図４は本発明の他の実施例を示す断面図である。
【００１４】
先ず，図１及び図２において，内燃機関用電磁式燃料噴射弁Ｉの弁ハウジング１０は，円筒状の弁ハウジング本体１１（磁性体）と，この弁ハウジング本体１１の前端部内周面に嵌合して溶接される有底円筒状の弁座部材１２とから構成され，弁座部材１２は，その前端面に開口する弁孔１３と，その後縁に連なる円錐状の弁座１２ａとを有する。弁座部材１２の前端面には，上記弁孔１３と連通する複数（図示例では一対）の燃料噴孔１４を有する鋼板製のインジェクタプレート１５が全周溶接される。
【００１５】
弁ハウジング本体１１には可動コア１６が収容され，その前端に一体に突設された弁杆１８に上記弁座１２ａに着座し得る球状の弁体１９が溶接される。この弁体１９の，弁杆１８軸線を囲む四方向の側面は平坦面１９ａに形成され，弁体周りの燃料流路を可及的に大きくするようになっている。
【００１６】
弁ハウジング本体１１の後端面には摺動案内筒２０（非磁性体）が全周溶接され，この摺動案内筒２０の内周面によって上記可動コア１６が摺動自在に支承される。
【００１７】
また摺動案内筒２０の後端部内周面には，固定コア１７が嵌合して全周溶接され，この固定コア１７の前端面に対して，可動コア１６は，弁体１９の開弁ストロークに相当する間隙を存して対向する。
【００１８】
また弁ハウジング本体１１の後端部外周面には，段付き円筒状のコイルハウジング２１（磁性体）の小径部２１ａが嵌合して溶接される。このコイルハウジング２１には，弁ハウジング１０の後端部，摺動案内筒２０及び可動コア１６を囲繞するコイル組立体２２が収納される。コイル組立体２２は，ボビン２３と，これに巻装されるコイル２４とからなっている。コイルハウジング２１，コイル組立体２２及び固定コア１７は合成樹脂製の被覆体２５内に埋封され，この被覆体２５の前端には，前記弁ハウジング本体１１の外周から半径方向に立ち上がる段部２６と，この段部２６の外周縁から後方に向かって大径となるテーパ状のストッパ面２７が形成される。またこの被覆体２５の中間部には，前記コイル２４に連なる接続端子２８を備えたカプラ２９が一体に連設される。
【００１９】
固定コア１７は，可動コア１６の通孔３０を介して弁ハウジング１０内と連通する中空部３１を有しており，その中空部３１に，可動コア１６を弁座１２ａへの着座方向に付勢するコイル状の弁ばね３２と，この弁ばね３２の後端を支承するパイプ状のリテーナ３３とが収容される。このリテーナ３３は，中空部３１の内周面に圧入されるもので，その圧入深さを調節することにより，弁ばね３２のセット荷重が調整される。さらに固定コア１７の後端には，パイプ状のリテーナ３３を介して固定コア１７の中空部３１に連通する入口筒３４が一体に連設され，これに燃料フィルタ３５が装着される。
【００２０】
前記被覆体２５の段部２６から前方に露出した弁ハウジング本体１１の外周には，上記段部２６に当接する合成樹脂製のシール位置決め環３９が嵌合される。また前記弁座部材１２の前端部に合成樹脂製のキャップ４２が弾力的に嵌着され，このキャップ４２とシール位置決め環３９との間においてＯリング４１が弁座部材１２の外周に装着される。
【００２１】
キャップ４２は，前記燃料噴孔１４からの燃料噴射を妨げないように開口部４４を前面に有する。
【００２２】
電磁式燃料噴射弁Ｉの入口筒３４の外周には，燃料分配管５１の供給口５２がシール部材５３を介して嵌合され，その際，燃料分配管５１と被覆体２５の中間部段部５４との間に，前記ストッパ面２７を吸気マニホールド５との当接状態に押圧する弾性部材５５が介裝される。燃料分配管５１は，一側に取付ボス５６を備えており，これがインシュレータカラー５７を挟んで吸気マニホールド５外面の支持ボス５８にボルト５９により固着される。こうして，前記Ｏリング４１の装着孔７内周面への密接状態が保持される。
【００２３】
而して，コイル２４を消磁した状態では，弁ばね３２の付勢力で可動コア１６及び弁体１９が前方に押圧され，弁体１９を弁座１２ａに着座させている。したがって，燃料分配管５１から燃料フィルタ３５及び入口筒３４を通して弁ハウジング１０内に供給された高圧燃料は，弁ハウジング１０内に保持される。
【００２４】
コイル２４に通電すると，それにより生ずる磁束が固定コア１７，可動コア１６，弁ハウジング１０及びコイルハウジング２１を順次走り，磁力により可動コア１６が弁体１９を伴って固定コア１７に吸着され，弁座１２ａが開放されるので，弁ハウジング１０内の高圧燃料が燃料噴孔１４から吸気弁に向かって噴射される。
【００２５】
前記弁体１９と可動コア１６付きの弁杆１８，前記弁座部材１２と弁ハウジング本体１１は，それぞれ本発明のビーム溶接方法によって溶接される。
【００２６】
先ず，弁体１９及び弁杆１８を溶接する本発明のビーム溶接方法について，図２及び図３により説明する。
【００２７】
弁体１９は焼き入れ硬化された高硬度材製であり，例えばマルテンサイト系ステンレス材（ＳＵＳ４４０Ｃ）やＳＫ材から削り出した後，焼き入れ処理をしたものである。すなわち、炭化物を含有し、熱によって調質されたことにより高硬度となった部材である。したがって，この弁体１９は高い耐摩耗性を有する。一方，弁杆１８は低硬度材製であり，例えば，弁体１９と同じ材料からなるものゝ，未調質としたものである。これら弁体１９及び弁杆１８の接合面Ｆは球面に形成される。
【００２８】
さて，弁体１９及び弁杆１８の溶接に当たっては，弁杆１８と一体の可動コア１６を第１治具６３で保持し，また第２治具６４をもって弁体１９を保持しつゝ，接合面Ｆにおいて弁杆１８に密着させる。
【００２９】
このような状態で，レーザトーチ６０を，それが発射するレーザビームＢの照射点Ｐが弁体１９及び弁杆１８の接合面Ｆより低硬質の弁杆１８側に所定距離ｅオフセットした位置に来るように配置する。
【００３０】
次いで，第１及び第２治具６３，６４を同期回転させながら，レーザトーチ６０からレーザビームＢを発射すると，その照射点Ｐが弁体１９及び弁杆１８の接合面Ｆより弁杆１８側にオフセットされているため，レーザビームＢは低硬度部材である弁杆１８のみに照射される。したがって、先ず弁杆１８側で溶け込みＡが起こり，その溶け込みＡが周囲に広がって，弁体１９側にも及ぶことになる。このように，弁体１９では，レーザビームＢによる直接の入熱を受けずに，溶け込みが比較的緩徐に行われるので，再焼き入れの状態とはならない。しかも，弁杆１８の低硬度材が弁体１９の高硬度材に溶け込むと共に，弁体１９の高硬度材中の割れ原因元素が低硬度材によって希釈される。さらに，弁体１９の高硬度材の溶け込みは，弁杆１８の低硬度材より小さいため，凝固までの温度変化も比較的小さく，弁体１９からの炭化物の析出を抑えることができる。
【００３１】
以上の結果，第１及び第２治具６３，６４が一回転する間に，弁体１９及び弁杆１８の接合部を，割れ等の溶接不良を極力回避しつゝ溶接することができる。また弁体１９及び弁杆１８の使用中でも，それらの溶接部に割れが発生することを防ぐことができる。
【００３２】
次に，弁座部材１２と弁ハウジング本体１１のビーム溶接方法について，図２により説明する。
【００３３】
弁座部材１２は，前記弁体１９と同様に高硬度材製であり，弁ハウジング本体１１は，前記弁杆１８と同様に低硬度材製である。すなわち、弁座部材１２は、炭化物を含有し、熱によって調質されたことにより高硬度となった高硬度部材であり、弁ハウジング本体１１は、熱による調質がされていない低硬度部材である。
【００３４】
溶接に当たっては，先ず弁座部材１２の後端部を弁ハウジング本体１１内に所定深さ嵌合し，その状態でレーザトーチ６０を，それの発射するレーザビームＢの方向が弁ハウジング本体１１の端面に対して斜めになり，且つ照射点Ｐが弁座部材１２及び弁ハウジング本体１１の接合面Ｆより低硬度の弁ハウジング本体１１側へ所定距離ｅオフセットした位置を占めるように配置する。そして，この場合も図示しない治具で弁座部材１２及び弁ハウジング本体１１を同期回転させながら，レーザトーチ６０からレーザビームＢを発射すれば，上記弁体１９及び弁杆１８の溶接時と同様の作用により，弁座部材１２及び弁ハウジング本体１１の接合部を，割れ等の溶接不良を極力回避しつゝ溶接することができる。また弁座部材１２及び弁ハウジング本体１１の使用中でも，それらの溶接部に割れが発生することを防ぐことができる。
【００３５】
図４は本発明の他の実施例を示すもので，高硬度部材６１の側面に低硬度部材６２を溶接する場合には，レーザトーチ６０（図３）を，それの発射するレーザビームＢの方向が高硬度部材６１の側面と略平行し，且つ照射点Ｐが両部材６１，６２の接合面Ｆより低硬度部材６２側へ所定距離ｅオフセットした位置に来るように配置する。そして，レーザトーチ６０からレーザビームＢを発射させれば，前実施例の場合と同様の作用により，高硬度部材６１及び低硬度部材６２の接合部を，割れ等の溶接不良を極力回避しつゝ溶接することができる。また両部材６１，６２の使用中でも，それらの溶接部に割れが発生することを防ぐことができる。
【００３６】
実験によれば，上記各実施例において，レーザビームＢの照射点Ｐを，高硬度部材１２，１９，６１及び低硬度部材１１，１８，６２の接合面Ｆからの低硬度部材１１，１８，６２側へオフセットする距離ｅは，０．５〜１．５ｍｍの範囲で設定することが望ましい。何故ならば，照射点Ｐのオフセット距離が０．５ｍｍ未満であると，高硬度部材１２，１９，６１へのレーザビームによる入熱が激しくなり，割れ防止の効果が少なく，１．５ｍｍを超えると，高硬度部材１２，１９，６１の溶け込みが過少となり，溶接強度の確保が困難となるからである。高硬度部材１２，１９，６１の割れを回避しつゝ溶接強度の確保に最も有効なオフセット距離ｅは略１．０ｍｍであった。
【００３７】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，溶接に際して，レーザビームに代えて電子ビームを用いることもできる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば，炭化物を含有し熱によって調質されたことにより高硬度となった高硬度部材と，熱による調質がされていない低硬度部材との接合面をレーザビーム又は電子ビームにより溶接する，ビーム溶接方法であって，レーザビーム又は電子ビームの照射点を高硬度部材及び低硬度部材の相互に密着する接合面より低硬度部材側に所定距離オフセットした位置に設定し，前記低硬度部材にのみ前記ビームを照射して，前記ビームの照射による溶け込みが低硬度部材から高硬度部材に広がるようにしたので，高硬度部材及び低硬度部材の接合部を，割れ等の溶接不良を極力回避しながら溶接することができ，しかも両部材の使用中でも，それらの溶接部に割れが発生することを防ぐことができる。
【００３９】
また本発明の第２の特徴によれば，前記高硬度部材が電磁式燃料噴射弁の，炭化物を含有し熱によって調質された球状の弁体であり，また低硬度部材が前記弁体に溶接される未調質の弁杆であり，これら弁体及び弁杆の相互に密着する接合面より弁杆側に所定距離オフセットした照射点にレーザビーム又は電子ビームを発射して，このビームによる溶け込みが弁杆側から弁体側に広がるようにしたので，電磁式燃料噴射弁における弁体及び弁杆の接合部を，割れ等の溶接不良を極力回避しながら溶接することができ，しかも弁体及び弁杆の使用中でも，それらの溶接部に割れが発生することを防ぐことができる。
【００４０】
さらに本発明の第３の特徴によれば，前記高硬度部材が電磁式燃料噴射弁の，炭化物を含有し熱によって調質された弁座部材であり，また低硬度部材が前記弁座部材の後端部に溶接される未調質の弁ハウジング本体であり，これら弁座部材及び弁ハウジング本体の相互に密着する接合面より弁ハウジング本体側に所定距離オフセットした照射点にレーザビーム又は電子ビームを発射して，このビームによる溶け込みが弁ハウジング本体側から弁座部材側に広がるようにしたので，電磁式燃料噴射弁における弁座部材及び弁ハウジング本体の接合部を，割れ等の溶接不良を極力回避しながら溶接することができ，しかも弁座部材及び弁ハウジング本体の使用中でも，それらの溶接部に割れが発生することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例を適用して製作した内燃機関用電磁式燃料噴射弁の縦断面図。
【図２】  図１の要部拡大図。
【図３】  図２の要部をビーム溶接する溶接装置の側面図。
【図４】  本発明の他の実施例を示す断面図。
【符号の説明】
Ａ・・・・・溶け込み
Ｂ・・・・・ビーム
Ｆ・・・・・接合面
Ｐ・・・・・照射点
ｅ・・・・・オフセット距離
Ｉ・・・・・電磁式燃料噴射弁
１１・・・・低硬度部材（弁ハウジング本体）
１２・・・・高硬度部材（弁座部材）
１８・・・・低硬度部材（弁杆）
１９・・・・高硬度部材（弁体）
６１・・・・高硬度部材
６２・・・・低硬度部材
【図１】
0003793379.tif 000002
【図２】
0003793379.tif 000003
【図３】
0003793379.tif 000004
【図４】
0003793379.tif 000005