JP4458541B2 - バックアップリングの製造方法、及びバックアップリング、並びに燃料噴射弁のシール構造 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明は、フランジ部の厚さ及び高さをともに所定以上確保して、強度を向上させることができる、バックアップリングの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような製造方法により得られるバックアップリング、及び当該バックアップリングを用いてシール性の向上を図った燃料噴射弁のシール構造を併せて提供する。
本発明の第1の実施の形態は、剛性を有する平板状の基材に対してバーリング加工法を施して製造されるバックアップリングであって、中央の開口部と、当該開口部の周囲に配置された平板部と、開口部及び平板部の間に配置され、平板部と連なるとともに当該平板部に対して垂直方向に立ち上げられたフランジ部と、を有し、インジェクタハウジングと、バルブピストンを摺動可能に挿入したバルブボディと、の間に形成される間隙から、圧力導入室内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするために圧力導入室に設けられる環状のシール部材を備えてなる燃料噴射弁のシール構造に用いられ、間隙とシール部材との間に配設されたシール部材を補強するためのバックアップリングの製造方法において、基材に対して下穴を形成する工程と、下穴の直径よりも大きい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第1のパンチ部材を用いて、第1のパンチ部材のテーパ状の部分で下穴の縁部を押圧することにより、当該縁部を曲げ処理する工程と、第1のパンチ部材の直径よりも小さい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状をなす第2のパンチ部材であって、テーパ状となった部分における第2のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ2が第1のパンチ部材のテーパ状となった部分における第1のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ1よりも小さい第2のパンチ部材を用いて、第2のパンチ部材のテーパ状の部分で曲げ処理された下穴の縁部を押圧しながら、第2のパンチ部材を下穴に圧入することにより、フランジ部を形成する工程と、を順次に行うことを特徴とする。
以下、燃料噴射弁のシール構造に用いられるバックアップリングの製造方法について詳細に説明する。
まず、図1(a)に示すように、バックアップリングとなる基材51を準備する。この基材51は、鉄等の剛性を有する材料からなり、所定厚さを有する平板状の基材であって、本実施形態のように、バックアップリングの製造用に用いられる基材であれば、例えば、0.2〜0.4mmの範囲内の厚さとすることができる。
また、基材は、複数のバックアップリングを連続的に加工、製造することができるように、所定長さを有する板状の基材であることが好ましい。このように実施することにより、基材を順次ずらしながら、後述する溝加工、下穴抜き、曲げ処理、バーリング加工をそれぞれ行うことにより、基板の異なる領域に対して同時に複数の工程を実施することができるため、複数のバックアップリングを効率的に製造することができる。
次いで、図1(b)に示すように、基材51に対して溝加工を行う。この溝加工工程で形成される溝42は、製造されるバックアップリングにおける、フランジ部が立上げられた面とは反対側の面に形成される径方向溝42となる。この径方向溝42は、図6に示すように、バックアップリング31が燃料噴射弁に用いられた際に、バックアップリング31が圧力導入室21内にセットされた状態での低圧側の隙間28に臨むように配置される。そして、シール部材22をこえて低圧側に漏れてくるとともに、さらに後述する厚さ方向切り欠き部を介してこの径方向溝42に流れ込んできた燃料を、速やかに隙間28に流し込ませる機能を有することとなる。
また、形成する溝41は、最終工程でリング状に型抜きされる際の円周部において、円周方向に沿った形状で、複数個所、例えば3〜4箇所に形成することができる。また、溝を形成することによって基材の強度が著しく低下することのないように、燃料が隙間方向に流れることができるだけの最小限の深さH1、例えば0.5mm以下となるように加工する。
次いで、図1(c)に示すように、溝加工された基材51に対して下穴55を形成する。この下穴形成工程で形成される下穴55は、製造されるバックアップリングの開口部の元となる穴である。また、下穴55は、前工程で複数の溝42が形成された領域の中心部分に形成される。
かかる下穴を形成する方法は特に制限されるものではなく、例えば、図1(c)に示すように、所定の直径に加工されたパンチ部材(下穴用パンチ部材と称する場合がある)57によって押圧し、基材51の一部を型抜きすることにより形成することができる。
ここで、形成する下穴55の直径(下穴用パンチ部材の直径)は、製造するバックアップリングの開口部の大きさ及びフランジ部の高さを考慮して定めることができる。すなわち、バックアップリングの開口部の直径に比べて小さいことが必須である一方、著しく小さい場合には、バーリング加工を施した際に下穴の縁部が過度に延ばされることになり、割れが生じる場合がある。したがって、形成する下穴の直径を、製造するバックアップリングの開口部の直径(r)に対して0.90r以上とすることが好ましい。
次いで、図2(a)に示すように、形成された下穴55に対して、下穴55の直径よりも大きい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第1のパンチ部材(曲げ処理用パンチ部材と称する場合がある)59を用いて、下穴55の縁部61を押圧することにより、当該縁部61を曲げ処理する。このように、仕上げ処理としてのバーリング加工を施す前段階で、下穴55の縁部61をあらかじめ所定程度曲げ処理しておくことにより、基材の厚さが比較的厚い場合であってもバーリング加工時に変形しやすくすることができる。
より具体的には、従来、基材の厚さが比較的厚い場合において、下穴に対して直接バーリング加工を施す場合には、基材の応力が大きいために変形しにくいものである。そのため、フランジ部の高さをある程度確保するためには、基材をしごきながら(薄く延ばしながら)加工する必要がある。すなわち、バーリング加工で用いられるパンチ部材は、形成する開口部の直径と一致する直径のパンチ部材であって、一度でフランジ部を形成しようとするものであるため、フランジ部の高さを確保するためには、下穴の縁部を徐々に薄く延ばしながらパンチ部材を挿通させる必要がある。そうすると、形成されるフランジ部の厚さが薄くなってしまうために、バックアップリングの強度を確保しづらくなる。さらに、極端な場合には、フランジ部の上部付近で割れが発生することとなる。
そこで、本発明のバックアップリングの製造方法では、バーリング加工工程の前に所定の曲げ処理工程を実施することにより、基材を変形しやすくし、後工程のバーリング加工によって形成されるフランジ部の高さ及び厚さを確保できるようにしている。
したがって、第1のパンチ部材59の先端部分のテーパ部における、第1のパンチ部材59の軸線方向(X方向)に対する角度(θ1)を25〜65度の範囲内の値とすることが好ましく、30〜50度の範囲内の値とすることがより好ましい。
次いで、図2(b)に示すように、縁部61が曲げ処理された下穴55に対して、第1のパンチ部材(曲げ処理用パンチ部材)59の直径よりも小さい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第2のパンチ部材(バーリング加工用パンチ部材と称する場合がある)63を圧入することによりフランジ部32を形成する。このとき、本発明のバックアップリングの製造方法によれば、下穴55の縁部61があらかじめ曲げ処理されていることから、当該縁部61を変形させやすくなっており、バーリング加工を容易に行うことができる。したがって、すでに曲げ処理された下穴55の縁部61をしごく(薄く延ばす)ことなくフランジ部32を形成できるために、基材の厚さが比較的厚い場合であっても、フランジ部32の高さを確保しつつ、フランジ部32の厚さも維持することができる。
また、図2(b)に示す第2のパンチ部材(バーリング加工用パンチ部材)63のテーパ状となった部分における第2のパンチ部材の軸線方向(X方向)に対する傾斜角(θ2)を、図2(a)に示す第1のパンチ部材(曲げ処理用パンチ部材)59のテーパ状となった部分における第1のパンチ部材59の軸線方向(X方向)に対する傾斜角(θ1)よりも小さくすることが好ましい。この理由は、あらかじめ曲げ処理された下穴55の縁部61を押圧しながら、第2のパンチ部材63を圧入しやすくすることができるためである。
したがって、第2のパンチ部材63の先端部分のテーパ部における、第2のパンチ部材63の軸線方向(X方向)に対する角度を5〜20度の範囲内の値とすることが好ましく、10〜15度の範囲内の値とすることがより好ましい。
次いで、図2(c)に示すように、所定以上の厚さ及び高さがともに確保されたフランジ部32を形成した基材51に対して、バックアップリング31の外形に一致させた形状のパンチ部材(型抜き用パンチ部材と称する場合がある)65を用いて、型抜きを行う。例えば、このバックアップリング31の外形(型抜き用パンチ部材のパンチ形状)は、配置される燃料噴射弁のインジェクタハウジングの内周の大きさと実質的に等しい大きさとされている。
これによって、図3(a)〜(c)に示すように、中央の開口部39と、当該開口部39の周囲に配置された平板部33と、開口部39及び平板部33の間に配置され、平板部33と連なるとともに当該平板部33に対して垂直方向に立ち上げられたフランジ部32と、を有するバックアップリング31を製造することができる。
本発明の第2の実施の形態は、インジェクタハウジングと、バルブピストンを摺動可能に挿入したバルブボディと、の間に形成される間隙から、圧力導入室内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするために圧力導入室に設けられる環状のシール部材を備えてなる燃料噴射弁のシール構造である。
かかる燃料噴射弁のシール構造は、間隙とシール部材との間に、シール部材を補強するためのバックアップリングであって、中央の開口部と、当該開口部の周囲に配置された平板部と、開口部及び平板部の間に配置され、平板部と連なるとともに当該平板部に対して垂直方向に立ち上げられたフランジ部と、を有し、剛性を有する基材に対して下穴を形成した後、下穴の直径よりも大きい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第1のパンチ部材を用いて、第1のパンチ部材のテーパ状の部分で下穴の縁部を押圧することにより、当該縁部を曲げ処理し、さらに、第1のパンチ部材の直径よりも小さい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状をなす第2のパンチ部材であって、テーパ状となった部分における第2のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ2が第1のパンチ部材のテーパ状となった部分における第1のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ1よりも小さい第2のパンチ部材を用いて、第2のパンチ部材のテーパ状の部分で曲げ処理された下穴の縁部を押圧しながら、第2のパンチ部材を下穴に圧入することにより、フランジ部を形成したバックアップリングを備えることを特徴とする。
まず、本実施形態の燃料噴射弁のシール構造30を図5〜図7にもとづき説明する。図5は、燃料噴射弁1の断面図であり、図6は、燃料噴射弁1におけるバルブボディ6及び背圧制御部7の要部拡大断面図であって、燃料噴射弁1のシール構造30を示している。また、図7は、図6のI部拡大図を示している。ただし、それぞれの図中、同一の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
一方、マグネット25を消磁することにより、バルブボール24が開閉用オリフィス23を閉鎖すれば、制御圧室19内の圧力がバルブピストン5を介してノズルニードル4をそのシート位置(シート部17)にシートさせ、噴射孔16を閉鎖し、燃料噴射を終了させる。
次に、本実施形態の燃料噴射弁のシール構造に用いられるバックアップリングについて詳細に説明する。
バックアップリング31は、図6に示すように、圧力導入室21においてバルブボディが挿通される中央の開口部と、当該開口部の周囲に配置され、インジェクタハウジング2の内壁段部2Bに沿う平板部33と、開口部及び平板部の間に配置され、平板部33と連なるとともに当該平板部に対して直角に直径方向に延びてバルブボディ6の外周面6Bに沿うフランジ部32と、からなる。すなわち、フランジ部32がバルブボディ6の外周面6Bに当接し、平板部33が圧力導入室21におけるインジェクタハウジング2の内周面(内壁段部2B)に当接してシール機能を補助するとともに、シール部材22が隙間28側に押し出されないように保持している。
したがって、平板部33の厚さを従来のものと比較して厚くできる上に、フランジ部32の高さ及び厚さがともに所定以上確保されているために、強度に優れたバックアップリング31となっている。よって、コモンレール等から送られてくる燃料の圧力が高い場合であっても破損しにくく、シール部材22が間隙に押出されることがない。
これらの図に示すように、バックアップリング31は、フランジ部32及び平板部33を有するとともに、平板部33からフランジ部32にかけて何個所かに(図示の例では、120度間隔で3個所)径方向溝42が形成されている。特に、図3(b)に示すように、径方向溝42は、平板部33の底面から曲面部34の底面にかけてこれを形成し、フランジ部32の上端部にはバルブボディ6の外周面6Bに当接する平面当接部44を残すようにしてある。また、平板部33の周縁部においても、平坦部分を残すようにしてある。また、平板部33の外周部には、径方向溝42と重ならない位置に、弧状の厚さ方向切欠き部43が形成されている。
より具体的には、本発明のバックアップリング31は、基材の厚さが0.2〜0.4mmの範囲内の値であり、フランジ部の高さが0.4〜0.6mmの範囲内、フランジ部の厚さが0.15〜0.35mmの範囲内の値であることが好ましい。このようなバックアップリングであれば、燃料噴射弁の内部構造を大きく変更することなく、高強度を有したバックアップリングとして、燃料噴射弁に使用することができる。
図8(a)に示すように、インジェクタハウジング2の内壁段部2Bにバックアップリング31をセットし、さらにシール部材22をその上側にセットした状態で、バルブボディ6を中央上方から挿入する。次いで、図8(b)に示すように、バルブボディ6の挿入セットにより、バルブボディ6とシール部材22及びバックアップリング31との間の摩擦作用で、バックアップリング31は、その平板部33の円周側部分が内壁段部2Bから浮き上がるように塑性変形する。次いで、図8(c)に示すように、通常の燃料噴射弁1の運転状態では、圧力導入室21に高圧燃料が充満し、その圧力でシール部材22及びバックアップリング31はバルブボディ6の外周面6B側、並びにインジェクタハウジング2の内壁段部2B及び圧力導入室側内壁面2C側に押し付けられ、そのシール機能を果たすセット状態に保持される。
Claims (3)
- 剛性を有する平板状の基材に対してバーリング加工法を施して製造されるバックアップリングであって、中央の開口部と、当該開口部の周囲に配置された平板部と、前記開口部及び平板部の間に配置され、前記平板部と連なるとともに当該平板部に対して垂直方向に立ち上げられたフランジ部と、を有し、インジェクタハウジングと、バルブピストンを摺動可能に挿入したバルブボディと、の間に形成される間隙から、圧力導入室内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするために前記圧力導入室に設けられる環状のシール部材を備えてなる燃料噴射弁のシール構造に用いられ、前記間隙と前記シール部材との間に配設された前記シール部材を補強するためのバックアップリングの製造方法において、
前記基材に対して下穴を形成する工程と、
前記下穴の直径よりも大きい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第1のパンチ部材を用いて、前記第1のパンチ部材の前記テーパ状の部分で前記下穴の縁部を押圧することにより、当該縁部を曲げ処理する工程と、
前記第1のパンチ部材の直径よりも小さい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状をなす第2のパンチ部材であって、前記テーパ状となった部分における前記第2のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ2が前記第1のパンチ部材の前記テーパ状となった部分における前記第1のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ1よりも小さい第2のパンチ部材を用いて、前記第2のパンチ部材の前記テーパ状の部分で前記曲げ処理された下穴の縁部を押圧しながら、前記第2のパンチ部材を前記下穴に圧入することにより、前記フランジ部を形成する工程と、
を順次に行うことを特徴とするバックアップリングの製造方法。 - インジェクタハウジングと、バルブピストンを摺動可能に挿入したバルブボディと、の間に形成される間隙から、圧力導入室内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするために前記圧力導入室に設けられる環状のシール部材を備えてなる燃料通路のシール構造に用いられ、前記間隙と前記シール部材との間に配設された前記シール部材を補強するためのバックアップリングであって、
中央の開口部と、当該開口部の周囲に配置された平板部と、前記開口部及び平板部の間に配置され、前記平板部と連なるとともに当該平板部に対して垂直方向に立ち上げられたフランジ部と、を有し、
剛性を有する基材に対して下穴を形成した後、前記下穴の直径よりも大きい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第1のパンチ部材を用いて、前記第1のパンチ部材の前記テーパ状の部分で前記下穴の縁部を押圧することにより、当該縁部を曲げ処理し、さらに、前記第1のパンチ部材の直径よりも小さい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状をなす第2のパンチ部材であって、前記テーパ状となった部分における前記第2のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ2が前記第1のパンチ部材の前記テーパ状となった部分における前記第1のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ1よりも小さい第2のパンチ部材を用いて、前記第2のパンチ部材の前記テーパ状の部分で前記曲げ処理された下穴の縁部を押圧しながら、前記第2のパンチ部材を前記下穴に圧入することにより、前記フランジ部を形成したことを特徴とするバックアップリング。 - インジェクタハウジングと、バルブピストンを摺動可能に挿入したバルブボディと、の間に形成される間隙から、圧力導入室内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするために前記圧力導入室に設けられる環状のシール部材を備えてなる燃料噴射弁のシール構造において、
前記間隙と前記シール部材との間に、前記シール部材を補強するためのバックアップリングであって、
中央の開口部と、当該開口部の周囲に配置された平板部と、前記開口部及び平板部の間に配置され、前記平板部と連なるとともに当該平板部に対して垂直方向に立ち上げられたフランジ部と、を有し、
剛性を有する基材に対して下穴を形成した後、前記下穴の直径よりも大きい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状となった第1のパンチ部材を用いて、前記第1のパンチ部材の前記テーパ状の部分で前記下穴の縁部を押圧することにより、当該縁部を曲げ処理し、さらに、前記第1のパンチ部材の直径よりも小さい直径を有するとともに先端部に向けてテーパ状をなす第2のパンチ部材であって、前記テーパ状となった部分における前記第2のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ2が前記第1のパンチ部材の前記テーパ状となった部分における前記第1のパンチ部材の軸線方向に対する傾斜角θ1よりも小さい第2のパンチ部材を用いて、前記第2のパンチ部材の前記テーパ状の部分で前記曲げ処理された下穴の縁部を押圧しながら、前記第2のパンチ部材を前記下穴に圧入することにより、前記フランジ部を形成したバックアップリングを備えることを特徴とする燃料噴射弁のシール構造。
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