JP2781112B2 - ノズルの製造方法及び燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流体を噴出するノズルに
係わり、特に流量を計量するオリフィスを有するノズル
の製造方法及びこの方法で製造したノズルを備えた燃料
噴射弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ノズルの製造におけるオリフィス
の加工方法として研削加工及び研磨による方法がある
が、加工機械の高精度要求及び砥石の摩耗管理の必要性
等により低生産性・高コストとなることに難があった。

【０００３】そこでこれらの難点を解決すべく、打ち抜
き加工を用いた塑性加工による方法が提唱されており、
この方法でオリフィスを加工するノズルの製造方法の公
知技術例として以下のものがある。１．電磁バルブのノ
ズルの製造方法（特開平４−１９１５７５）この公知技
術は、パンチによりノズル素材をシート部の形状に成形
した後、ノズル素材底部をさらに別のパンチにより穿孔
することにより先の成形でノズル底部下面から押し出さ
れる微小な突出部分を除去し、これにより製造工程の合
理化を図るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記公知
技術には以下の問題点が存在する。すなわち、ノズル素
材の上面すなわちオリフィス入口側から打ち抜き加工を
行うので出口側にはバリが発生しやすく、バリ取り作業
の工程が別途必要となりその分生産性が悪くなる。

【０００５】本発明の第１の目的は、オリフィス出口側
でのバリの発生を防止しつつ生産性を向上させることが
できるノズルの製造方法及びこの方法で製造したノズル
を備えた燃料噴射弁を提供することにある。

【０００６】本発明の第２の目的は、オリフィス出口側
でのバリの発生を防止し入口側を精度よく加工しつつ生
産性を向上させることができるノズルの製造方法及びこ
の方法で製造したノズルを備えた燃料噴射弁を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明は、流体を計量するオリフィスを有す
るノズルの製造方法において、ノズルブランクに前記オ
リフィスの出口側から打抜きパンチで打抜き加工を行い
該オリフィスを形成する。

【０００８】

【０００９】また上記第２の目的を達成するために、本
発明は、流体を計量するオリフィスを有するノズルの製
造方法において、略円錐形の凹部を形成したノズルブラ
ンクに該凹部の反対側から打抜きパンチで打抜き加工を
行い前記オリフィスの出口部及びこれに続く貫通孔を形
成し、その後該凹部の側から成形パンチで加圧成形加工
を行い前記オリフィスの入口部に前記略円錐形の凹部に
続く滑らかな曲面を形成する。

【００１０】上記第１の目的を達成するために、好まし
くは、前記ノズルの製造方法において、前記ノズルブラ
ンクを前記打抜きパンチの外径より打抜きクリアランス
分大きい内径の孔を有するダイで支持し、前記オリフィ
スの出口側から前記打抜きパンチを該ダイの孔に貫入さ
せる。

【００１１】また好ましくは、前記クリアランスは前記
打抜きパンチの外径の５％〜１０％の大きさである。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】上記第１の目的を達成するために、本発明
は、電磁石により作動する弁体と、前記弁体を収容しバ
ルブを構成する弁座と、前記弁座の下流側にオリフィス
を設けたノズルとを有し、前記電磁石の作用により前記
バルブを開閉させて燃料を前記オリフィスから噴射する
燃料噴射弁において、前記オリフィスは、前記オリフィ
スの出口部に、オリフィスの出口側から打抜き加工され
ることにより形成された微小だれを伴うエッジ部と、こ
のエッジ部に続くせん断円筒面とを有する。

【００２３】上記第２の目的を達成するために、好まし
くは、前記オリフィスは、オリフィスの入口部にオリフ
ィスの入口側から加圧成形加工されることにより形成さ
れた滑らかな曲面を有し、前記弁座は前記オリフィスの
入口部の滑らかな曲面に続く略円錐形の面を有する。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【作用】以上のように構成した本発明においては、オリ
フィスの出口側から打抜きパンチで打抜き加工を行い前
記オリフィスを形成することにより、オリフィス出口側
にバリ等の発生がなく良好な形状を得る。

【００２７】

【００２８】また、本発明においては、あらかじめ略円
錐形の凹部を形成したノズルブランクに対して打抜き加
工を行うことにより、打抜き加工を円滑に行い生産性が
向上する。また、その後の加圧成形加工で前記略円錐形
の凹部に続く滑らかな曲面を形成することにより、オリ
フィスの入口側を精度よく加工するとともに流体の流れ
を滑らかにし乱れの発生を抑える。

【００２９】また、前記打抜きパンチを貫入させるダイ
は打抜きパンチの外径より打抜きクリアランス分大きい
内径の孔を有することより、オリフィス出口側のバリの
発生を効果的に防止する。

【００３０】また、本発明においては、オリフィスは、
前記オリフィスの出口部に打抜き加工により形成された
微小だれを伴うエッジ部とせん断円筒面とを有すること
より、オリフィスの流体計量部はバリのない良好な形状
のこれら２つの面で構成されかつ生産性が向上する。

【００３１】また、前記オリフィスの入口部に加圧成形
加工されることにより形成された滑らかな曲面を有する
ことにより、流体の流れを滑らかにし乱れの発生を抑え
る。さらに、前記オリフィスの上流側に前記滑らかな曲
面に続く略円錐形の面を有することにより、流体をオリ
フィスへと滑らかに導く。また、前記滑らかな曲面から
前記せん断円筒面に続くテーパ面を有することにより、
先細状のオリフィスを有するノズルを得る。さらに、前
記滑らかな曲面から前記せん断円筒面に続く成形円筒面
を有することにより、ストレートオリフィスを有するノ
ズルを得る。

【００３２】

【実施例】本発明の実施例を図１〜図１３により説明す
る。以下、第１〜第５の実施例は、本発明を燃料噴射弁
に使用するノズルを製造する場合に適用した場合であ
る。本発明の第１の実施例を図１〜図３により説明す
る。本実施例のノズルの製造方法を実施するにあたり、
まず、あらかじめ機械加工若しくは塑性加工等により加
工されたノズルブランク６３を準備する。これを図２に
示す。

【００３３】図２において、ノズルブランク６３は断面
形状がほぼＨ型形状をしており、加工後に弁座となる略
円錐形（若しくは略載頭円錐形）の凹部６４があらかじ
め中央部分に形成されている。凹部６４は、加工後に弁
体が着座する弁座面となる略円錐形の面６４ａを有す
る。

【００３４】次に、ノズルブランク６３に対して中央部
にオリフィスを形成する加工を行う。この加工を実施す
るための加工装置を図３に示す。図において加工装置
は、上ダイセット本体１、上ダイセット本体１に取付け
られたパンチホルダ２、パンチホルダ２に固定されたパ
ンチ３、ストリッパ７、下ダイセット本体９、下ダイセ
ット本体９にボルト１１により固定されたダイホルダ１
０、及びダイホルダ１０の中心に設置されたダイ１２を
有する。

【００３５】パンチホルダ２にはパンチ３の他にサブガ
イドピン４が取り付けられており、ストリッパ７はスト
リッパボルト５とスプリング６とを介しサブガイドピン
４をガイドとしてパンチ３を摺動させつつ上下動する。
またストリッパ７にはパンチガイド８が固定され、パン
チ３の芯出しとワークであるノズルブランク６３のノッ
クアウトを行う。

【００３６】この加工装置を用いて実施する加工手順を
以下に説明する。図３において、まず、加工装置のダイ
セット本体９上に配置されたダイ１２の円錐状の切刃１
２ａにノズルブランク６３を凹部６４を下にして載置し
て嵌合させ、切刃１２ａと凹部６４の中心を一致させ芯
出しを行う。次に、図示しないメカプレス・油圧プレス
等で上ダイセット本体１を加圧し、パンチ３を押し下げ
て凹部６４の反対側からノズルブランク６３の中央を打
抜き加工する。このときの要部拡大図を図１に示す。図
１及び図３において、ノズルブランク６３を打抜き加工
してオリフィス１４を備えたノズル１３を形成する。ま
た、抜きカス１５はダイ１２の切刃孔１２ｂに落下す
る。

【００３７】またこのとき、ノズル１３において、オリ
フィス出口部に位置し打抜き特有の微小だれを伴うエッ
ジ部１４ｃと、エッジ部１４ｃに続くほぼ直線断面形状
を有するせん断円筒面１４ａと、せん断円筒面１４ａに
続く略円錐状の破断面１４ｂとが発生する。

【００３８】このときダイ１２の切刃孔１２ｂの径は、
所定の寸法、例えばパンチ３の切刃部３ｂに対し５〜１
０％くらいの打抜きクリアランス分大きくなっており、
せん断円筒面１４ａは、オリフィス長さ（せん断円筒面
１４ａの厚み＋破断面１４ｂの厚み）ｔ1の１／２以上
の厚みを得ることができる。また、打ち抜き部にあらか
じめ加工硬化を与えておいて加工硬化係数（ｎ値）を小
さくする（例えばブランク６３を塑性加工する若しくは
凹部６４を塑性加工で成形する）ことにより、だれをほ
ぼ完全になくすことができる。

【００３９】本実施例によれば、オリフィス１４の出口
側から打ち抜き加工を行ってノズル１３にオリフィス１
４を形成するので、加工時にオリフィス１４の出口側に
バリが発生せずせん断円筒面１４ａで燃料の最終計量部
を構成することができる。したがって、高精度のオリフ
ィス１４を備えたノズル１３を高い生産性をもって製造
することができる。

【００４０】本発明の第２の実施例を図４〜図６により
説明する。

【００４１】上記第１の実施例による方法で得たノズル
１３において、さらにオリフィス１４の計量精度を上げ
る場合は、流体の流れを滑らかにして乱れの発生を抑え
るためオリフィス１４の入口側の形状のばらつきを抑え
加工精度を向上させる必要がある。本実施例はこのオリ
フィス１４の計量精度の向上を目的として、オリフィス
１４の入口付近の加圧成形加工を行うものである。以
下、この加工手順を説明する。第１の実施例と共通の部
品については共通の番号で示す。

【００４２】打抜き加工を行う手順までは、図１〜図３
により説明した第１の実施例と同様である。すなわち、
ダイ１２の上にノズルブランク６３の凹部６４を下にし
て載置し芯出しを行い、その後パンチ３を押し下げてノ
ズルブランク６３の中央を打抜き加工し、オリフィスの
出口部とそれに続く貫通孔とを形成したノズル１３を得
る。

【００４３】打ち抜き加工を行った後、加圧成形加工を
行うにあたり、まず、先に打ち抜き加工で使用した加工
装置において、図４に示すように、ダイセット本体９上
のダイ１２（図３参照）をダイ１７に取り替えてオリフ
ィスの出口部と貫通孔とが形成されたノズル１３を上下
を逆に弁座１３ａを上にしてダイ１７に載置する。その
後、図示しない油圧プレス等で上ダイセット本体１を所
定の荷重でパンチ１６を加圧し、同一形状を転写成形し
たノズル７３を得る。この成形におけるオリフィス１４
付近の詳細を図５に示す。

【００４４】この加圧成形加工において、パンチ１６の
頭部１６ａの突起根元部分の径にあたるｄ1は打抜き加
工の際使用した図１に示したダイ１２の切刃孔１２ｂの
径とほぼ同じ寸法であり、これにより図１の破断面１４
ｂを打抜き加工における打ち抜き径Ｄ1（＝オリフィス
１４の内径）の維持に良好な５〜１０゜程度の角度を有
するテーパ面１４ｄに成形する（５゜以下でも問題はな
い）。したがって、図１の破断面１４ｂをオリフィス長
さ（せん断円筒面１４ａの厚み＋テーパ面１４ｄの厚み
の合計）ｔ2の１／２以上の厚みを有するテーパ面１４
ｄに成形することができる。しかしこのときせん断円筒
面１４ａを約０.１mm以上残すことにより打抜き加工時
のオリフィスの精度を十分維持することができる。ま
た、パンチ１６の頭部１６ａの突起根元部分に存在する
曲面１６ｃはＲ＝０.２ｍｍ程度の球面の一部であり、
オリフィス１４の入口部に位置しテーパ面１４ｄ続く曲
面１４ｅを転写成形する。さらにパンチ１６の先端部１
６ｂの外径ｄ2はオリフィス１４の内径Ｄ1より１０〜３
０μｍ小さく、加圧成形加工の際の良好なガイドとな
る。また、ダイ１７の孔１７ａは潤滑油の逃げ穴として
の役割を果たし、オリフィス１４の径より小さい方が望
ましいが大きくても精度上の問題はない。

【００４５】上記の打ち抜き加工及び加圧成形加工によ
り得られるノズル７３の全体構造図を図６に示す。図６
及び図５において、ノズル７３は、先の打抜き加工によ
りオリフィス１４の出口部に形成された微小だれを伴う
エッジ部１４ｃ及びせん断円筒面１４ａと、せん断円筒
面１４ａに続く先細状のテーパ面１４ｄと、オリフィス
１４の入口部に位置しテーパ面１４ｄに続く滑らかな曲
面１４ｅとにより構成されるオリフィス１４と、オリフ
ィス１４の上流側に位置し曲面１４ａに続く略円錐形の
弁座面１３ｂとを有し、したがってすべてせん断面若し
くは成形面で構成されるので、バリの発生がなくオリフ
ィス１４は高い精度を有する。

【００４６】本実施例によれば、第１の実施例において
得られた効果に加え、打抜き加工の後ノズルの上下を逆
にして反対のオリフィス１４の入口側からパンチ１６で
ノズル１３を転写成形するのでオリフィス入口側を高精
度に加工し、かつ高い生産性をもってノズル７３のオリ
フィス１４を加工できる。

【００４７】本発明の第３の実施例を図７及び図８によ
り説明する。図７及び図８は、本実施例のノズルの製造
方法の手順を示す図である。第１及び第２の実施例と共
通の部品については共通の番号で示す。本実施例におい
ては、打抜き加工の手順は第１及び第２の実施例と同一
であり、加圧成形加工の手順において使用するパンチの
形状のみが異なるものである。すなわち、第１の実施例
において図１により説明した打ち抜き加工の手順を行っ
た後、図７及び図８において、オリフィス２４を打抜き
加工により形成したノズルをダイ２７に載置し、パンチ
１８を加圧して転写成形したノズル８３を得る。

【００４８】パンチ１８はオリフィス２４の内径Ｄ2と
ほぼ同一の径を有するストレート部１８ｂを有し、スト
レート部１８ｂは、滑らかな曲面２４ｅからオリフィス
２４の出口部へ続く成形円筒面２４ｆを加圧成形加工す
る。またストレート部１８ｂはその先端に１０゜前後の
角度のテーパ面を備えガイドの役割を果たすのぞき１８
ａを有している。なお、この場合打抜き加工の手順にお
ける打抜きクリアランスは５％以下が望ましい。

【００４９】本実施例によれば、ストレートオリフィス
２４が形成されたノズル８３を得る。

【００５０】本発明の第４の実施例を図９及び図１０に
より説明する。図９及び図１０は、本実施例のノズルの
製造方法の手順を示す図である。第１〜第３の実施例と
共通の部品については共通の番号で示す。本実施例は、
略球面状の弁座３７を有するノズル９３を加工する場合
である。打ち抜き加工の手順で用いるダイ２８の切刃２
８ａは略球面形状を有し、また加圧成形加工の手順で用
いるパンチ２９は弁座３７を転写成形する球面部分２９
ｂを有する。その他の点は第１の実施例とほぼ同様であ
る。本実施例によれば、略球面状の弁座３７を有するノ
ズル９３が得られる。

【００５１】以上、第１〜第４の実施例は、燃料噴射弁
に使用するノズルを製造する場合を例にとって説明した
が、本発明の用途はこれに限定されるものではなく、例
えば水を散布するのに用いる場合等の他の用途も含むノ
ズル一般の製造に適用できるものである。この場合、上
記実施例中オリフィスの入口部の滑らかな曲面に続く弁
座面に相当する面は、流体を滑らかに導くガイド面とな
る。

【００５２】本発明の第５の実施例を図１１及び図１２
により説明する。図１１及び図１２は、本実施例のノズ
ルの製造方法の手順を示す図である。第１〜第４の実施
例と共通の部品については共通の番号で示す。本実施例
は、弁座を有しないプレートタイプのノズル１００を加
工する場合である。打抜き加工の手順で準備するノズル
ブランクは凹部がなく平板状になること、加工に用いる
ダイ４３は平坦な切刃となること、加圧成形加工の手順
で用いるパンチ４４は弁座に対応する曲面がないこと、
またこのパンチ４４はオリフィス４１により全面をガイ
ドされるストレート部４４ａを有しストレート部４４ａ
によりオリフィス４１の出口側に成形円筒面４１ａが成
形されることが上記実施例と異なる。その他の点は前述
した実施例とほぼ同様である。本実施例によれば、弁座
を有しないノズル１００が得られる。

【００５３】本発明の第６の実施例を図１３により説明
する。本実施例は、例えば自動車のエンジンに用いられ
る電磁式燃料噴射弁を上記第１〜第４の実施例の製造方
法により製造したノズルを利用して構成したものであ
る。図において、電磁式燃料噴射弁５９は、磁気回路を
構成するヨーク５０、コア５１、及び電磁コイル５２
と、可動弁５３と、可動弁５３に付勢力を与えるスプリ
ング５４と、可動弁５３のストロークエンドとなるスト
ッパ５５と、燃料に旋回力を与え微粒化を促進するスワ
ラ５６と、燃料を噴射するノズル５７とを有する。ノズ
ル５７は、上記第１〜第５の実施例のうちいずれかの方
法により製造したノズル１３、７３、８３、９３、若し
くは１００である。上記構成において、電磁コイル５２
の通電により可動弁５３が上・下動し、ノズル５７に設
けられたオリフィス５８で燃料を計量し噴射を行う。

【００５４】本実施例によれば、電磁式燃料噴射弁５９
が高精度のオリフィス５８を備えたノズル５７を有する
ので高精度で燃料噴射量が計量され、例えばレーザ加工
でオリフィス５８を加工した場合に比べて噴射量のばら
つきを約１／２に押えることができる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、オリフィスの出口側か
ら打抜きパンチで打ち抜き加工を行いオリフィスを形成
するので、オリフィス出口側にバリの発生を防止しつつ
生産性を向上させることができる。したがって製造工程
の合理化、製造設備の簡易化、製造コストの低減を図る
ことができる。

【００５６】

【００５７】また、本発明によれば、あらかじめ略円錐
形の凹部を形成したノズルブランクに対して打抜き加工
を行うので生産性を向上させることができ、その後の加
圧成形加工により滑らかな曲面を形成するので流体の流
れを滑らかにし乱れの発生を抑えることができる。ま
た、打抜きパンチ外径より打抜きクリアランス分大きい
内径の孔を有するダイに打抜きパンチを貫入させるの
で、オリフィス出口側のバリの発生を効果的に防止する
ことができる。

【００５８】また、本発明の燃料噴射弁によれば、高精
度のオリフィスを備えたノズルを有するので、燃料噴射
弁の噴射量のばらつきを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例であるノズルの製造方法
の手順を示す図である。

【図２】ノズルブランクの断面図である。

【図３】ノズルの製造方法を実施する加工装置の全体構
造図である。

【図４】本発明の第２の実施例であるノズルの製造方法
の手順を示す図である。

【図５】成形されたノズル形状の詳細を示す断面図であ
る。

【図６】ノズルの全体構造図である。

【図７】本発明の第３の実施例であるノズルの製造方法
の手順を示す図である。

【図８】成形されたノズル形状の詳細を示す断面図であ
る。

【図９】本発明の第４の実施例であるノズルの製造方法
の手順を示す図である。

【図１０】本発明の第４の実施例であるノズルの製造方
法の手順を示す図である。

【図１１】本発明の第５の実施例であるノズルの製造方
法の手順を示す図である。

【図１２】本発明の第５の実施例であるノズルの製造方
法の手順を示す図である。

【図１３】本発明の第６の実施例である電磁式燃料噴射
弁の断面図である。

【符号の説明】

３ パンチ ３ａ パンチ切刃部 １２ ダイ １２ａ 切り刃 １２ｂ 切り刃孔 １３ ノズル １３ａ 弁座 １３ｂ 弁座面 １４ オリフィス １４ａ せん断円筒面 １４ｂ 破断面 １４ｃ エッジ部 １４ｄ テーパ面 １４ｅ 曲面 １６ パンチ １６ａ 頭部 １６ｂ 先端部 １６ｃ 曲面 １７ ダイ １８ パンチ １８ａ のぞき １８ｂ ストレート部 ２４ ストレートオリフィス ２４ｅ 曲面 ２４ｆ 成形円筒面 ２８ ダイ ２８ａ 切り刃 ２９ パンチ ２９ｂ 球面部分 ３３ ノズル ３７ 弁座 ４０ ノズル ４１ オリフィス ４１ａ 成形円筒面 ４２ パンチ ４３ ダイ ４４ パンチ ４４ａ ストレート部 ５７ ノズル ５８ オリフィス ５９ 電磁式燃料噴射弁 ６３ ノズルブランク ６４ 凹部 ６４ａ 略円錐形の面 ７３ ノズル ８３ ノズル ９３ ノズル １００ ノズル Ｄ1 オリフィスの内径 Ｄ2 オリフィスの内径 ｄ2 パンチ先端部の外径

フロントページの続き 審査官 金澤 俊郎 (56)参考文献 特開 平４−191575（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−19957（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−26837（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−249959（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−208250（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02M 61/18 F02M 61/16 F02M 51/06 B23P 15/16

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体を計量するオリフィスを有するノズ
   ルの製造方法において、 ノズルブランクに前記オリフィスの出口側から打抜きパ
   ンチで打抜き加工を行い該オリフィスを形成することを
   特徴とするノズルの製造方法。
2. 【請求項２】 流体を計量するオリフィスを有するノズ
   ルの製造方法において、 略円錐形の凹部を形成したノズルブランクに該凹部の反
   対側から打抜きパンチで打抜き加工を行い前記オリフィ
   スの出口部及びこれに続く貫通孔を形成し、その後該凹
   部の側から成形パンチで加圧成形加工を行い前記オリフ
   ィスの入口部に前記略円錐形の凹部に続く滑らかな曲面
   を形成することを特徴とするノズルの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のノズルの製造方法
   において、前記ノズルブランクを前記打抜きパンチの外
   径より打抜きクリアランス分大きい内径の孔を有するダ
   イで支持し、前記オリフィスの出口側から前記打抜きパ
   ンチを該ダイの孔に貫入させることにより前記打抜き加
   工を行うことを特徴とするノズルの製造方法。
4. 【請求項４】 電磁石により作動する弁体と、前記弁体
   を収容しバルブを構成する弁座と、前記弁座の下流側に
   オリフィスを設けたノズルとを有し、前記電磁石の作用
   により前記バルブを開閉させて燃料を前記オリフィスか
   ら噴射する燃料噴射弁において、 前記オリフィスは、前記オリフィスの出口部に、オリフ
   ィスの出口側から打抜き加工されることにより形成され
   た微小だれを伴うエッジ部と、このエッジ部に続くせん
   断円筒面とを有することを特徴とする燃料噴射弁。
5. 【請求項５】 請求項４記載の燃料噴射弁において、前
   記オリフィスは、オリフィスの入口部にオリフィスの入
   口側から加圧成形加工されることにより形成された滑ら
   かな曲面を有し、前記弁座は前記オリフィスの入口部の
   滑らかな曲面に続く略円錐形の面を有することを特徴と
   する燃料噴射弁。