図1乃至図7を用いて、本発明に係る第1の実施例について説明する。
図1を用いて、電磁式燃料噴射弁1における全体構成について説明する。図1は本発明の実施例に係る電磁式燃料噴射弁の構造を示す縦断面図である。
電磁式燃料噴射弁1は、燃料を供給する燃料供給部2と、燃料の流通を許したり遮断したりする弁部3と、弁部3を駆動する電磁駆動部4とで、構成される。本実施例では、ガソリンを燃料とする内燃機関用の電磁式燃料噴射弁を例にとり、説明する。本実施例の電磁式燃料噴射弁1では、中心軸1a方向に沿って、燃料供給部2、電磁駆動部4、弁部3がこの順に配置されている。燃料供給部2側が図示しない燃料配管側に取り付けられ、弁部3側が図示しない吸気管内或いはシリンダ内に臨むように取り付けられる。電磁式燃料噴射弁1の燃料は、燃料供給部2から弁部3まで、ほぼ電磁式燃料噴射弁1の中心軸方向に沿って流れる。即ち、電磁式燃料噴射弁1内の燃料通路は、ほぼ電磁式燃料噴射弁1の中心軸1a方向に沿って構成されている。このために、燃料パイプ201及び内周側固定鉄心401aの中央に中心軸方向に貫通する貫通孔105によって燃料通路106が構成されている。第1の可動鉄心402aの貫通孔150の開口部と対向する部分には、燃料通路となる貫通孔402a−5が形成されている。プランジャロッド101の拡径部101aの貫通孔402a−5の開口部に対向する部分には、燃料通路となる凹部101a−2と、凹部101a−2の内周側と拡径部101aの外周側とを連通して燃料通路を構成する連通孔101a−3とが設けられている。第2の可動鉄心402bの第1の可動鉄心402aを収容する凹部の底面には、燃料通路なる貫通孔402b−8が設けられている。これにより、燃料は、燃料パイプ201の燃料通路106、貫通孔402a−5、凹部101a−2、連通孔101a−3、貫通孔402b−8の順に流れ、ノズル体111内の燃料通路106へ流れる。
燃料供給部2は、後述する電磁駆動部4を構成する内周側固定鉄心401aの一端部から延設された燃料パイプ201によって構成され、燃料パイプ201の端部には燃料供給口201aが開口している。燃料パイプ201の燃料供給口201aの近傍には拡径して段部を構成する拡径部201bが設けられている。この拡径部201bと燃料供給口201aとの間にOリング202が取り付けられている。さらに、Oリング202と拡径部201bとの間には、バックアップリング203aと203bとが積層して配置されている。Oリング202は、燃料供給口201aが燃料配管に取り付けられた際に、燃料漏れを防止するシールとして機能する。また、バックアップリング203a,203bはOリング202をバックアップするためのものである。燃料供給口201aの内側には燃料に混入した異物を濾しとるフィルタ204が配設されている。
弁部3は、燃料噴射孔301a及び弁座301bが形成された噴射孔形成部材301と、噴射孔形成部材301の内側に配置されたガイド部材302と、プランジャロッド101の一端部(先端側)に設けられた弁体303とを備えている。噴射孔形成部材301はノズル体111の先端部に形成された凹部の内周面111aに嵌装されている。プランジャロッド101の一端部はガイド部材302によって、電磁式燃料噴射弁1の中心軸1a方向(開閉弁方向)の移動を案内されている。弁体303は閉弁時に弁座301bに接触し、弁座301bと協働して燃料をシールする。ガイド部材302には、上流側の燃料を、弁体303と弁座301bとの間に構成され、閉弁時には燃料をシールし、開弁時には燃料を流す燃料通路部に送る燃料通路302aが形成されている。弁部3は、燃料噴霧を噴射する主要部であり、噴霧を形成する噴霧形成部を構成する。
電磁駆動部4は、電磁力を発生する電磁石を構成する固定鉄心401、可動鉄心402及びコイル403と、可動鉄心402を閉弁方向に付勢する第1のばね部材(スプリング)404と、ばね部材404のばね力を調整するばね力調整部材405とを備えている。弁体303は、この電磁駆動部4によって駆動され、弁座301から離れたり弁座301と接触することにより、開閉弁動作する。尚、本実施例では、後述するように、可動鉄心402を第1の可動鉄心402aと第2の可動鉄心402bとで構成しており、可動鉄心402を開弁方向に付勢する第2のばね部材(スプリング)406が設けられている。
ノズル体111は電磁駆動部401における可動鉄心402が収容される部分から弁部3までのハウジング部材でもある。
次に、図2を用いて、電磁駆動部4について詳細に説明する。図2は、電磁駆動部4の構造を拡大して示す縦断面図である。尚、図2は、コイルへの通電が遮断されて閉弁している時の状態を示している。
まず、固定子鉄心401の構成について、詳細に説明する。固定子鉄心401は、ボビン407に巻かれたコイル403を挟んで、内周側に設けられる内周側固定鉄心401aと、外周側に設けられる外周側固定鉄心401bと、内周側固定鉄心401a及び外周側固定鉄心401bの各端部で内周側固定鉄心401aと外周側固定鉄心401bとを接続する上部固定鉄心401cとを備えて構成されている。外周側固定鉄心401bは外周側継鉄部(第1の継鉄部)、内周側固定鉄心401aは内周側継鉄部(第2の継鉄部)、上部固定鉄心401cは上部継鉄部(第3の継鉄部)である。
内周側固定鉄心401aの可動鉄心402と対向する端面401a−1には内周側磁極が構成され、端面401a−1から他端側に向かって内周側磁路が構成される。外周側固定鉄心401bは、可動鉄心部402と対向する第1の外周側固定鉄心部401b−1とコイル403の外周側を覆う第2の外周側固定鉄心部401b−2とで構成されている。外周側固定鉄心401bの可動鉄心402と対向する端面401b−3には外周側磁極が構成され、端面401b−3から他端側に向かって外周側磁路が構成される。上部固定鉄心401cは上部(架橋部)磁路を構成する。
内周側固定鉄心401aの端面401a−1が形成された端部401a−2と、外周側固定鉄心401bの端面401b−3が形成された端部401b−4との間には、非磁性部401dが設けられている。非磁性部401dは、可動子402を経由することなく、内周側固定鉄心401aの端面401a−1が形成された端部と、外周側固定鉄心401bの端面401b−3が形成された端部との間を短絡して流れる磁束(漏れ磁束)を低減するために設けられる。尚、本実施例では、内周側固定鉄心401a及び外周側固定鉄心401bは磁性を有する金属材料からなり、非磁性部401dは非磁性の金属材料からなる部材で構成されている。
可動鉄心部402の構成について、詳細に説明する。可動鉄心部402は第1の可動鉄心402aと第2の可動鉄心402bとで構成されている。第2の可動鉄心402bの上端面(固定鉄心401と対向する端面)402b−2には、他方の端面(下面)側に向けて窪んだ凹部402b−1が形成されている。第1の可動鉄心402aは凹部402b−1の内側に収容されている。
第1の可動鉄心402aは、上端面402a−2の外周側の部分が内周側固定鉄心401aの端面401a−1と対向し、中心側(内周側)の部分には第1のばね部材404の下端部が当接する。即ち、上端面402a−2の外周側には磁束が通過する磁路が構成され、内周側は第1のばね部材404のばね座を構成する。第1の可動鉄心402aは、第1のばね部材404により、閉弁方向に付勢されている。また、第1の可動鉄心402aには上端面402a−2と反対側の端面(下端面)側から上端面402a−2側に向けて窪んだ凹部402a−3が形成され、この凹部402a−3にプランジャロッド101の上端部に形成された拡径部101aが挿入されている。第1の可動鉄心402aとプランジャロッド101の拡径部101aとは固定されておらず、中心軸1a方向(開閉弁動作方向)に相対変位が可能である。拡径部101aの外周面が第1の可動鉄心402aの凹部402a−3の内周面に摺接し、プランジャロッド101(弁体303)の開閉弁方向の移動が凹部402a−3の内周面によって案内される構成になっている。
第2の可動鉄心402bには、円盤部402b−5が形成されており、この円盤部402b−5に形成された上端面402b−2は、内周側固定鉄心401aの端面401a−1及び外周側固定鉄心401bの端面401b−3と対向している。第2の可動鉄心402bの上端面402b−2とは反対側の端面(下端面)402b−3には第2のばね部材406の上端が当接している。第2のばね部材406の下端は、ノズル体111に形成された、可動鉄心402及び第2のばね部材406の収容室の下端面(底面)111bに、当接している。即ち、この収容室の下端面111bは第2のばね部材406のばね座を構成している。また、この収容室の下端面111bと第2の可動鉄心402bの下端面402b−3とは対向している。第2の可動鉄心402bは、第2のばね部材406により、開弁方向に付勢されている。
第2の可動鉄心402bには、円盤部402b−4の下側の小径部に、周方向に環状に形成された凸状部402b−5が形成されている。凸状部402b−5がノズル体111の内周面111cに当接し、第2の可動鉄心402bは中心軸1a方向の移動を内周面111cによってガイドされている。すなわち、内周面111cは第2の可動鉄心402bの開閉弁方向の移動を案内する案内面を構成する。第1の可動鉄心402aは、外周面402a−1が第2の可動鉄心402bの凹部402b−1の内周面402b−6と当接し、第1の可動鉄心402aは中心軸1a方向の移動を内周面402b−6によってガイドされている。すなわち、内周面402b−6は第1の可動鉄心402aの開閉弁方向の移動を案内する案内面を構成する。第1の可動鉄心402aと第2の可動鉄心402bとは中心軸1a方向に相対変位可能に構成されており、第1の可動鉄心402aは第2の可動鉄心402bを介して内周面111cによってガイドされている。
図2に示す閉弁時の状態(閉弁静止状態)では、第1の可動鉄心402aの上端面402a−2と内周側固定鉄心401aの端面401a−1との間との間には、それぞれギャップg1が存在する。第2の可動鉄心402bの上端面402b−2と内周側固定鉄心401aの端面401a−1及び外周側固定鉄心401bの端面401b−3との間には、ギャップg2が存在する。ギャップg1の大きさはギャップg2の大きさよりも大きく設定されている。第1の可動鉄心402aは第1のばね部材404によって閉弁方向に付勢されており、凹部402a−3の底面がプランジャロッド101の拡径部101aの上端面に当接した状態で静止している。このとき、第1の可動鉄心402aの下端面402a−4と第2の可動鉄心402bの底面402b−7とが当接することにより、第1の可動鉄心402aが第2のばね部材406により開弁方向に付勢された第2の可動鉄心402bを閉弁方向に押し戻す。これにより、プランジャロッド101の拡径部101aの下端面101a−1と第2の可動鉄心402bの底面402b−7と間には、ギャップg3が存在することになる。ギャップg3の大きさはギャップg2の大きさよりも小さい。ギャップg1は後述する予備ストロークを得るために設けられている。
図2を参照して、電磁駆動部4における磁路の構成と電磁式燃料噴射弁1の開閉弁動作とについて、説明する。閉弁した状態(図2の状態)において、コイル403に通電されると、発生した磁束は内周側固定鉄心401a、可動鉄心402、外周側固定鉄心401b、第1の外周側固定鉄心部401b−1、第2の外周側固定鉄心部401b−2及び上部固定鉄心401cから構成される環状の磁路Bを流れる。このとき、内周側固定鉄心401aから第1の可動鉄心402aを経由して第2の可動鉄心402bに流れる磁束の磁路Baと、内周側固定鉄心401aから第1の可動鉄心402aを経由することなく直接第2の可動鉄心402bに流れる磁束の磁路Bbとが存在する。
内周側固定鉄心401aの端面401a−1と外周側固定鉄心401bの端面401b−3とはそれぞれ磁極を構成し、第1の可動鉄心402a及び第2の可動鉄心402bを吸引する。
尚、磁束が磁路Bを流れる向きは、図2に示す矢印の向きと逆向きにすることも可能である。
コイル403に通電されて磁路Bに磁束が発生すると、第1の可動鉄心402aは磁極401a−1に吸引され、第2の可動鉄心402bは磁極401a−1及び磁極401b−3に吸引され、それぞれ開弁方向に移動する。第2の可動鉄心402bが上述したギャップ(予備ストローク)g3を移動すると、第2の可動鉄心402bの底面402b−7がプランジャロッド101の拡径部101aの下端面101a−1に当接する。この当接により、第2の可動鉄心402bとプランジャロッド101とが一体となって開弁方向に移動する。プランジャロッド101は第2の可動鉄心402bが当接するまで閉弁しており、第2の可動鉄心402bの当接後に移動を開始して開弁する。これにより、コイルへの通電開始から第2の可動鉄心402bが磁気吸引力を受けて移動を開始するまでの遅れ時間が、プランジャロッド101の動作に影響するのを防ぐことができる。
第1の可動鉄心402aの上端面(吸引面)402a−2及び第2の可動鉄心402bの上端面(吸引面)402b−2が、内周側固定鉄心401aの端面401a−1及び外周側固定鉄心401bの端面401b−3に当接すると、開弁動作が完了して開弁静止状態となる。
この開弁静止状態では、プランジャロッド101の拡径部101aが燃料圧力を受けて閉弁方向に付勢されるため、拡径部101aの下端面101a−1が第2の可動鉄心402bの底面402b−7に当接している。このため、第1の可動鉄心402aの凹部402a−3の底面と拡径部101aの上端面との間に、ギャップg3に相当するギャップが予備ストロークとして形成される。また、第1の可動鉄心402aの下端面402a−4と第2の可動鉄心402bの底面402b−7との間には、ギャップ(g1−g2)が生じている。
閉弁静止状態において第1の可動鉄心402aと第2の可動鉄心402bとが磁気吸引力を受け始めた時点から、フルストロークを移動して開弁静止状態に至るまでの期間を、開弁動作期間と呼ぶ。
コイル403への通電が遮断されると、磁気吸引力が急激に低下する。このとき、第1の可動鉄心402aは第1の付勢ばね部材404により閉弁方向に付勢されているため、磁気吸引力が第1の付勢ばね部材404の付勢力に抗しきれなくなると、第1の可動鉄心402aは閉弁方向に移動を開始する。このとき、第2の可動鉄心402bは、第2のばね部材406により開弁方向に付勢されているため、静止したままである。プランジャロッド101は第2の可動鉄心402bを介して第2のばね部材406により開弁方向に付勢されているため、プランジャロッド101も静止したままである。第1の可動鉄心402aが第2の可動鉄心402bの底面402b−7との間に生じているギャップ(g1−g2)を移動すると、第1の可動鉄心402aの下端面402a−4が第2の可動鉄心402bの底面402b−7に当接し、第1の可動鉄心402aと第2の可動鉄心402bとが一体となって閉弁方向に移動する。これに伴って、プランジャロッド101も閉弁方向に移動する。
弁体303が弁座301bに接触すると、プランジャロッド101は閉弁方向への動きを止める。このとき、プランジャロッド101に多少の跳ね返りが生じる場合もある。プランジャロッド101が閉弁方向への動きを止めると、第1の可動鉄心402aの凹部402a−3の底面がプランジャロッド101の拡径部101aの上端面に当接し、第1の可動鉄心402aとプランジャロッド101とが一体化する。プランジャロッド101が閉弁方向への動きを止めた後も、第2の可動鉄心402bは慣性力により第1の可動鉄心402aから切り離されて閉弁方向への移動を続ける。第2の可動鉄心402bは閉弁方向にある程度移動することによってその慣性力が第2のばね部材406の付勢力により減衰され、移動を停止する。その後、第2の可動鉄心402bは第2のばね部材406の付勢力により開弁方向に押し戻され、第2の可動鉄心402bの底面402b−7が第1の可動鉄心402aの下端面402a−4に当接し、第1の可動鉄心402aと第2の可動鉄心402bとが一体化した状態で閉弁動作を完了する。コイル403への通電の遮断から閉弁動作を完了して閉弁静止状態に至るまでの期間を閉弁動作期間と呼ぶ。
閉弁時、特に弁体303の着座時に、第2の可動鉄心402bを第1の可動鉄心402aから切り離す動作により、可動子の質量を小さくして、弁体303(プランジャロッド101)の跳ね返りを抑制することができる。
次に、図3,4を用いて、固定鉄心401に設ける非磁性部401dと、電磁駆動部4の組立方法について、説明する。図3は、図2に破線による円Aで示した磁極401a−1,401b−3近傍を拡大して示す縦断面図である。図4は、固定鉄心401の組立体の構成を示す縦断面図である。
内周側固定鉄心401aの端面401a−1が形成された端部401a−2と、外周側固定鉄心401bの端面401b−3が形成された端部401b−4との間には、非磁性部401dが設けられている。非磁性部401dは環状部材で構成されており、外周面側に周方向に沿って環状凹部401d−1が形成されている。環状凹部401d−1の底部をW1で示すように全周を溶接することにより、環状凹部401d−1を内周側固定鉄心401aに固定すると共に、非磁性部401dの内周面と内周側固定鉄心401aの外周面との間をシールする。また、第1の外周側固定鉄心部401b−1と非磁性部401dとはW1で示す位置で全周溶接することにより固定され、非磁性部401dの外周面と第1の外周側固定鉄心部401b−1の内周面との間をシールする。
W1で示す全周溶接は、内周側固定鉄心401aの外周面に非磁性部401dを組み付けた段階で行う。このとき、ボビン407に巻回されたコイル403、外周側固定鉄心401b、上部固定鉄心401c及びノズル体111は組み付けられていない。従って、非磁性部401dの外周面側から溶接のためのエネルギを加えて、溶接を行うことができる。溶接方法としては、例えばレーザ溶接を用いることができる。レーザ溶接を用いる場合、非磁性部401dの外周面側から凹部401d−1の底面にレーザビームを照射する。尚、非磁性部401dは内周側固定鉄心401aに圧入によって組み付けた状態で、非磁性部401dを内周側固定鉄心401aに全周溶接すると良い。
W2で示す全周溶接は、内周側固定鉄心401aと非磁性部401dとの組付体に、第1の外周側固定鉄心部401b−1を組み付けた段階で行う。このとき、ボビン407に巻回されたコイル403、第2の外周側固定鉄心部401b−2、上部固定鉄心401c及びノズル体111は組み付けられていない。従って、非磁性部401d及び第1の外周側固定鉄心部401b−1の可動鉄心402と対向する端面401b−3とは反対側の面に溶接のためのエネルギを加えて、溶接を行うことができる。溶接方法としては、例えばレーザ溶接を用いることができる。レーザ溶接を用いる場合、非磁性部401d及び第1の外周側固定鉄心部401b−1の可動鉄心402と対向する端面401b−3とは反対側の端面側から、この端面にレーザビームを照射する。尚、第1の外周側固定鉄心部401b−1と非磁性部401dとを圧入によって組み付けた状態で、全周溶接W2を実施すると良い。
全周溶接W2を実施する時点では、第2の外周側固定鉄心部401b−2が組み付けられていないため、溶接部へエネルギを加える作業、レーザ溶接の場合はレーザビームの照射が容易になる。第1の外周側固定鉄心部401b−1の上端部は、第2の外周側固定鉄心部401b−2を取り付けるために、薄肉部401b−1aが設けてある。レーザビームの照射を容易にするためには、第2の外周側固定鉄心部401b−2との固定精度及び剛性を確保した上で、この薄肉部401b−1aの高さhを低くすることが好ましい。
本実施例によれば、溶接W1及びW2が、固定鉄心401の可動鉄心402と対向する端面(第1の外周側固定鉄心部401b−1の端面401b−3及び内周側固定鉄心部401aの端面401a−1)とは異なる面にエネルギを加えることにより実施できる。このため、固定鉄心401の可動鉄心402と対向する端面側に生じる歪や変形を防止或いは抑制することができる。また、溶接時に生じるスパッタが固定鉄心401の可動鉄心402と対向する端面に付着するのを防止できる。また、溶接W1は非磁性部401d及び内周側固定鉄心401aの外周面に対して垂直方向から実施できるので、溶接部の信頼性が向上する。
次に、図5及び図6を用いて、本実施例における非磁性部401dを構成する部材について、説明する。図5は、非磁性部401dを構成する部材の斜視図である。図6は、非磁性部401dを構成する部材について、図5のVI−VI断面を示す図である。
図3では、非磁性部401dを構成する部材の面401d-6と面401d−7とを第1の外周側固定鉄心401b−1の内周面に当接させている。これにより、第1の外周側固定鉄心401b−1が中心軸1a方向において非磁性部401dを構成する部材によって支持される長さが長くなり、組付け時における第1の外周側固定鉄心401b−1の傾きが生じ難くなる。
その一方で、第1の外周側固定鉄心401b−1と非磁性部401dを構成する部材とを圧入固定する際に、圧入荷重が大きくなる。そこで、図6に示すように、面401d-7を面401d-6よりもS3だけ低くして、面401d-7が第1の外周側固定鉄心401b−1の内周面に当接しないようにしている。このとき、面401d-6側に溶接W2を実施するため、面401d-6側を第1の外周側固定鉄心401b−1の内周面に当接させる必要がある。また、中心軸1a方向において第1の外周側固定鉄心401b−1を支持する長さを長くするため、中心軸1a方向における面401d-6の長さS1を面401d-7の長さS2よりも長くしている。これにより、圧入荷重の過度な上昇を防ぐことができる。
また、図6に破線で示すように、面401d-7を環状凹部401d−1の底面と同じ高さにして、環状凹部401d−1の底面と共に一つの面にしてもよい。
溶接W1及びW2が完了した、内周側固定鉄心401aと非磁性部401dと第1の外周側固定鉄心部401b−1との組付体に対して、第2の外周側固定鉄心部401b−2を組み付ける。この組み付けも圧入によって行う。第1の外周側固定鉄心部401b−1及び第2の外周側固定鉄心部401b−2の嵌合部にはそれぞれ薄肉部401b−1a及び401b−2aが設けられている。この薄肉部401b−1aの外周面からエネルギを加えることにより溶接W3が行われ、薄肉部401b−1aと薄肉部401b−2aとが固定される。溶接方法としては、例えばレーザ溶接を用いることができる。また、溶接W3にはシール機能は要求されないため、全周溶接を行う必要はなく、スポット溶接でもよい。
上述した溶接工程を経て、内周側固定鉄心401aと非磁性部401dと第1の外周側固定鉄心部401b−1と第2の外周側固定鉄心部401b−2との組立体150が完成する。この組立体150の縦断面図を図4に示す。内周側固定鉄心401aと燃料パイプ201とは一体化され、一つの部材に一体成型されている。この一つの部材の中に、燃料供給口201aから内周側固定鉄心401aの可動鉄心402と対向する端面に形成された開口部まで、中心軸1aに沿ってほぼ直線状に形成された中心軸方向の貫通孔105が形成されている。この中心軸方向貫通孔105は燃料通路として使用されると共に、第1のばね部材404とばね力調整部材405とを収容する収容スペースを兼ねる。また、この時点では、上部固定鉄心401cは組み付けられておらず、内周側固定鉄心401aの外周面と第2の外周側固定鉄心部401b−2の内周面との間には、コイル403を収容する収容スペース401eが構成されている。
組立体150の収容スペース401eにボビン407に巻回されたコイル403が装着され、その後、収容スペース401eの上部開口部に上部固定鉄心401cが取り付けられる。上部固定鉄心401cは内周側固定鉄心401aの外周面に圧入され、外周側固定鉄心部401b−2の外周面からエネルギを加えることにより溶接W4を行う。溶接方法としては、例えばレーザ溶接を用いることができる。また、ターミナル119の配線との関係から全周溶接を行うことはできないが、溶接W4にはシール機能は要求されないため問題はない。溶接W4はスポット溶接でもよい。これにより、外周側固定鉄心部401b−2と上部固定鉄心401cとが固定される。また、上部固定鉄心401cの上面からの溶接W5によって、上部固定鉄心401cが内周側固定鉄心401aに固定される。また、溶接W5はシール機能が要求されないため、スポット溶接でもよい。
上部固定鉄心401cからはコイル403に電気的に接続されたターミナル119が引き出されている。収容スペース401e(図4参照)内のコイル403の周囲や、上部固定鉄心401cの上部のターミナル119の周囲は、樹脂モールド120が施される。この樹脂モールド120により、ターミナル119の周囲にコネクタ120aが形成される。
固定鉄心401側の組立体が完成すると、可動鉄心402及びプランジャロッド101で構成される可動子と第2のばね部材406とが、ノズル体111の収容スペース111dに収容され、ノズル体111が固定鉄心401側の組立体に固定される。この固定は、ノズル体111の上端部111eの外周面からエネルギを加えて全周溶接W6を行うことにより実施される。溶接方法としては、例えばレーザ溶接を用いることができる。このとき、ノズル体111には噴射孔形成部材301とガイド部材302とが組み付けられた状態であってもよいし、ノズル体111を固定鉄心401側の組立体に組み付けた後に噴射孔形成部材301及びガイド部材302をノズル体111に組み付けてもよい。弁体303(プランジャロッド101)のストローク調整を行う必要があり、そのやり方によって噴射孔形成部材301及びガイド部材302とノズル体111との組付け手順を変えることができる。尚、ストローク調整については、説明を省略する。
図7乃至9を用いて、非磁性部401dを構成する部材の形状を変更した例を説明する。図7乃至9は、図3と同様に、図2に破線による円で示した磁極401a−1,401b−3近傍を拡大して示す縦断面図である。
非磁性部401dを構成する部材は、図7のような形状にしてもよい。即ち、中心軸1aを含み中心軸1aに平行な断面(縦断面)上において、非磁性部401dを構成する部材の断面が、楔形状をしている。このとき、楔形状は可動鉄心402との対向面側の幅を反対向面側(コイル403側)の幅よりも広くしている。非磁性部401dを構成する部材には可動鉄心402との対向面側からコイル403側に向けて燃料圧力が作用する。楔形状にすることにより、燃料圧力は非磁性部401dを構成する部材に対してシール性を高める向きに作用することになる。従って、非磁性部401dを構成する部材を図5の形状にすることにより、非磁性部401dを構成する部材によるシールの信頼性を高めることができる。
また、本例においても、非磁性部401dと内周側固定鉄心401aとの溶接部W1と、非磁性部401dと第1の外周側固定鉄心部401b−1との溶接部W2とは、可動鉄心402との対向面とは異なる面にエネルギを加える(レーザビームを照射する)ことにより、実施されている。特に、本例では、2箇所の溶接W1,W2が、共に可動鉄心402との対向面とは反対側の面に実施することができる。このため、非磁性部401dを構成する部材を、内周側固定鉄心401aに組み付ける前に第1の外周側固定鉄心部401b−1に組み付け、その後で、内周側固定鉄心401aに組み付けることも可能である。
非磁性部401dを構成する部材は、その縦断面形状を楔形状ではなく、図8のような長方形(もしくは正方形)にしてもよい。即ち、非磁性部401dを構成する部材を、単純な円筒形状にしている。ただし、中心軸1aに対する傾きを防ぐためには、内周側固定鉄心401a及び第1の外周側固定鉄心部401b−1との中心軸1a方向の接触長さを長くすることが好ましい。また、可動子鉄心402と対向する第1の外周側固定鉄心部401b−1の端面401b−3及び内周側固定鉄心401aの端面401a−1の径方向の長さを長くして磁極面の面積を大きくすることが好ましい。このため、非磁性部401dを構成する部材の縦断面形状は、正方形よりも長方形が好ましい。溶接W1、W2については、図7の形状と同様である。
また、非磁性部401dを構成する部材は、その縦断面形状を、図9に示すように、90度(直角)に折れ曲がった形状にしてもよい。即ち、非磁性部401dを構成する部材は、円筒形状部と円筒形状部の上端に接続された環状の円盤部(フランジ部)とを有する形状をしている。本例でも、溶接W1,W2を、共に可動鉄心402との対向面とは反対側の面に実施することができる。さらに、本例では、非磁性部401dを構成する部材がフランジ部を有することにより、う溶接W2を行う際に、溶接位置の精度が図3、図7及び図8の形状に比べて厳しくない。
図10乃至図12を用いて、本発明に係る第2の実施例について説明する。
図10乃至図12は、図3と同様に、図2に破線による円で示した磁極401a−1,401b−3近傍を拡大して示す縦断面図である。
まず、図10の構成について説明する。本実施例では、図10の構成が基本形となる。
本実施例では、内周側固定鉄心401aと第1の外周側固定鉄心部401b−1とが非磁性部分401d−2で接続された一つの部品(一部材)で構成されている。このとき、非磁性部分401d−1は、もともとは磁性材料であるが、熱処理などの非磁性化処理を行って非磁性化している。非磁性部分401d−1の可動鉄心402との対向面側には空隙部401d−2が形成されており、この空隙部401d−2による空隙部401d−2と非磁性部分401d−1とで非磁性部401dを構成している。空隙部401d−2は、内周側固定鉄心401aの端面401a−1と第1の外周側固定鉄心部401b−1の端面401b−3との間に形成された環状の凹部(溝)によって構成されている。
本実施例においては、溶接の必要はないが、非磁性部分401d−1を構成するための熱処理などの非磁性化処理が必要である。この非磁性化処理として、非磁性部分401d−1の可動鉄心402との対向面とは反対側の面に、レーザビームを照射して、熱処理を行うためのエネルギを加えている。レーザビームを照射することによりその照射面に歪が生じたとしても、可動鉄心402との対向面とは反対側の面であるので、可動鉄心402との対向面側への影響を小さくすることができる。
また本実施例では部品点数を少なくでき、各部品の位置合わせに要する手間を少なくし、組立時間を短縮することができる。また、本実施例では、内周側固定鉄心401a、非磁性部分401d−1及び第1の外周側固定鉄心部401b−1が一部品であるため、この部分でのシール性が確保されている。
内周側固定鉄心401aと非磁性部分401d−1と第1の外周側固定鉄心部401b−1とは、図11及び図12に示すように、2部品で構成することもできる。図11の構成では、非磁性部分401d−1が第1の外周側固定鉄心部401b−1側に形成されて、非磁性部分401d−1と第1の外周側固定鉄心部401b−1とが一部品で構成されている。非磁性部分401d−1の内周側固定鉄心401a側の端部に内周側固定鉄心401aとの接合面401d−4が形成されている。非磁性部分401d−1と内周側固定鉄心401aとの接合部に対して、全周溶接W1を一箇所実施することにより、シール性を確保できる。溶接W1は、非磁性部401d−1及び内周側固定鉄心401aの可動鉄心402との対向面とは反対側の面にレーザビームを照射して、溶接を行うためのエネルギを加えている。レーザビームを照射することによりその照射面に歪が生じたとしても、可動鉄心402との対向面とは反対側の面であるので、可動鉄心402との対向面側への影響を小さくすることができる。尚、非磁性部分401d−1と内周側固定鉄心401aとは圧入により組み付けて溶接W1を行うとよい。
一方、図12の構成では、非磁性部分401d−1が内周側固定鉄心401a側に形成されて、非磁性部分401d−1と内周側固定鉄心401aとが一部品で構成されている。非磁性部分401d−1の第1の外周側固定鉄心部401b−1側の端部に第1の外周側固定鉄心部401b−1との接合面401d−5が形成されている。このため、非磁性部分401d−1と第1の外周側固定鉄心部401b−1との接合部に対して、全周溶接W2を一箇所実施することにより、シール性を確保できる。溶接W2は、非磁性部分401d−1及び第1の外周側固定鉄心部401b−1の可動鉄心402との対向面とは反対側の面にレーザビームを照射して、溶接を行うためのエネルギを加えている。レーザビームを照射することによりその照射面に歪が生じたとしても、可動鉄心402との対向面とは反対側の面であるので、可動鉄心402との対向面側への影響を小さくすることができる。尚、非磁性部分401d−1と第1の外周側固定鉄心部401b−1とは圧入により組み付けて溶接W2を行うとよい。
図11及び図12の構成では、図10の構成に比べると部品点数は一つ増えるが、実施例1と比べて部品点数を一つ少なくできる。
以下、実施例1及び実施例2に共通する特徴的事項を、図2及び図3を参照しながら説明する。尚、非磁性部401は固定鉄心401の一部とみなして説明する。
実施例1及び実施例2では、固定子鉄心401の可動鉄心402との対向面(第1の面という)とは反対側の面(第2の面という)に対して、溶接や非磁性化処理のためのエネルギが注入される。このため、第2の面に生じる歪や変形が第1の面に影響しないか、影響しにくくなる。溶接や非磁性化処理が対象物にレーザビームを照射して行われる場合、第2の面にレーザビームが照射される。以下、レーザ溶接或いはレーザビームによる非磁性化処理を対象として説明する。
第2の面にレーザビームを照射する場合、レーザビームの照射部は内周側固定鉄心401aと外周側固定鉄心401bとに囲まれた環状の凹部の底に位置する。そのため、外周側固定鉄心401bを2部品(第1の外周側固定鉄心401b−1,第2の外周側固定鉄心401b−2)に分割している。外周側固定鉄心401bを第1の外周側固定鉄心401b−1と第2の外周側固定鉄心401b−2とに分割する位置は、コイル403の巻回部の上端部403よりも低い位置(端面401b-3側)である。従って、第1の外周側固定鉄心401b−1と第2の外周側固定鉄心401b−2との溶接接合位置W3もコイル403の巻回部の上端部403よりも低い位置である。
第2の外周側固定鉄心401b−2の外周面と第1の外周側固定鉄心401b−1の外周面とが、それぞれ電磁駆動部4の最も上部に位置する金属材製ハウジングの外周面とその下部に位置する金属材製ハウジングの外周面とを構成している。
電磁駆動部4の可動鉄心402の外周を囲む金属材製ハウジングの外周面はノズル体111の外周面で構成されている。可動鉄心402、第2のばね部材406及びプランジャロッド101を組み付けるため、ノズル体111は、第2の外周側固定鉄心401b−2の外周面と第1の外周側固定鉄心401b−1の外周面とによって構成される金属材製ハウジングの外周面に対して、分割されていなければならない。その分割位置は、固定鉄心401の可動鉄心側端面、すなわち第1の外周側固定鉄心401b−1の端面401b−3よりも上部(第2の外周側固定鉄心401b−2の外周面側)に設けている。また、電磁駆動部4を囲む金属材製ハウジングの外周面は3つの金属材製部品の外周面で構成されている。
外周側固定鉄心401bは、その中心線401b−5が、図2に示すように、第1の外周側固定鉄心401b−1の部分で径方向に向きを変えている。すなわち、中心線401b−5が径方向に向きを変えた部分を境に、可動鉄心402との対向面側と反対向面側とで中心線401b−5が径方向にずれている。コイル403の下側に位置する第1の外周側固定鉄心401b−1の部分では、中心線401b−5は、コイル403の巻回部の外周側端部よりも径方向内側(中心側)にdだけずれた位置まで回り込んで、電磁式燃料噴射弁の中心軸1aと平行な部分を有している。これにより、外周側固定鉄心401bは、コイル403の巻回部の下側に内周側固定鉄心401aと平行な磁路部分を備えている。これにより、第1の外周側固定鉄心401b−1の磁極を構成する端面401b−3の少なくとも一部が、コイル403の巻回部と可動鉄心402とに挟まれた位置に配置される。
図2に示すように、外周側固定鉄心401bの磁路はコイル403の外周側からコイル403の下側に回り込むように設けられ、磁極面はコイル403の外周側端部よりも径方向内側(中心側)に位置している。これにより、電磁式燃料噴射弁1本体の外径を大きくすることなく、外周側固定鉄心401bの磁極面積を確保することができる。また、この構成に関連して、非磁性部401dの縦断面形状は径方向幅に対して中心軸1a方向長さが長い形状をしている。
磁性材料からなる部材に溶接のためのエネルギを注入して加熱すると、磁性が失われるか、低下する可能性がある。特に、シール機能の必要がない場合は、スポット溶接等を行い、加熱される部分を狭い範囲に限定するようにすると良い。また、溶接による加熱で低下した磁性は焼鈍により回復することができる。
特許文献1では、燃料パイプの小径円筒状部の下端部は内周側磁気通路端面及び外周側磁気通路端面からノズルニードル側に延出されている。この燃料パイプの小径円筒状部の下端部の外周及び大径円筒状部の外周に対して両軸端部が全周をレーザ溶接されたカバーが設けられている。このカバーと燃料パイプとで区画された内部空間に固定コア及びコイルが収容され、固定コア及びコイルへの燃料浸入を防止している(段落0040)。
また、カバーが小径円筒状部の下端部の外周及び大径円筒状部の外周にレーザ溶接される位置は、溶接の溶融熱による固定コアの磁気特性の劣化に配慮して、固定コアにおける可動コア側端面以外の部位、具体的には、固定コアにおける可動コア側端面から比較的離れた部位、或いは別部材にカバーを接合している(段落0050)。
さらに、特許文献1には、内周側磁気通路の端面と外周側磁気通路の端面との間に、コイル部分のみを覆う非磁性材からなるカバーを設けた電磁式燃料噴射弁が記載されている。このカバーにより、コイルへ燃料が浸入するのを防止している。尚、このカバーは薄く作られており、磁性材のカバーとしてもよく、さらに、磁性材のカバーとした場合に、内周側磁気通路の端面と外周側磁気通路の端面との間の架橋部の厚みを他の部分に比べて薄くすることが記載されている(段落0087−0089、図11、図12、図13)。
特許文献1には、内周側磁気通路の端面及び外周側磁気通路の端面と両端面の間のコイル部分とを覆うカバー、或いは、内周側磁気通路の端面と外周側磁気通路の端面との間のコイル部分のみを覆うカバーが記載されている。前者のカバーではコイルを覆う部分を非磁性材で構成すること、また後者のカバーではカバーを非磁性材で形成することが記載されている。これらのカバーは固定コア或いはコイルへの燃料浸入防止を目的として設けられており、特許文献1にはカバーを薄板状に形成した構成が開示されているにすぎない。そして、内周側磁気通路の端面と外周側磁気通路の端面との間のコイル部分のみを覆うカバーについては、溶接で固定することについての配慮がない。
特に、燃料の高圧化を考慮した場合、燃料圧力に耐え、シール性を長期間に亘って維持できるように、カバーを溶接固定することが好ましい。特許文献1の構成では、内周側磁気通路の端面と外周側磁気通路の端面との間のコイル部分のみを覆うカバーを溶接で固定しようとすると、内周側コア部の端面及び外周側コア部の端面に対してカバーの可動コアと対向する面側から溶接せざるを得なかった。
内周側コア部の端面及び外周側コア部の端面に対してカバーの可動コアと対向する面側から溶接すると、溶接時に発生するスパッタや溶融による変形、或いは熱による歪が、内周側コア部、外周側コア部及びカバーの可動コア側端面に、発生することになる。このため、電磁駆動部の歩留まりが悪くなったり、スパッタや変形を取り除くための後処理に要する時間や作業量が増加したりすることになる。
特許文献1では、溶接の溶融熱による固定コアの磁気特性の劣化に配慮しているものの、溶融熱による固定コアやカバーの歪を含む変形については配慮がない。
また、溶接に限らず、カバーにエネルギを加えて熱を生じさせる処理を行う場合も、カバーの可動コアと対向する端面側からエネルギを加えると、カバーの可動コアと対向する端面側に変形(歪)を生じ易い。以下、溶接を含めて、対処部材にエネルギを加えて熱を生じさせる処理を、熱処理という。
本発明に係る実施例によれば、内周側固定鉄心及び外周側固定鉄心の両端面が可動鉄心と対向し、両端面の間に金属材料からなる非磁性部を有する構造の電磁式燃料噴射弁において、熱処理を行う対象部材における可動鉄心と対向する面に熱処理の影響が現れ難い構造にすることができる。
なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。