JP4691162B2 - 堅固なハウジングを製造するための方法 - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、堅固な（fest）ハウジングを製造するための方法、すなわち堅固なハウジング、特に電磁作動式の弁に用いられる弁ハウジングであって、該ハウジングが少なくとも３つのゾーンを有しており、しかもそれぞれ２つの直接に連続するゾーンが、互いに異なる磁気特性を有している形式のハウジングを製造するための方法に関する。

図１には、公知先行技術に基づき公知の燃料噴射弁が図示されている。この燃料噴射弁は、内側の金属製の流れ案内部分を成すと同時にハウジング構成部分を成す、３つの部分から成るクラシカルな構造を有している。この内側の弁管は、内側磁極を形成する流入管片と、非磁性の中間部分と、弁座を収容する弁座支持体とから形成される。このような内側の弁管については、実施例の説明において図１につき詳しく説明する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第３５０２２８７号明細書に基づき、磁化可能な２つのハウジング部分と、これらのハウジング部分の間に位置してこれらのハウジング部分を磁気的に分離する非磁性の１つの中間のハウジングゾーンとを備えた中空円筒状の金属製のハウジングを製造するための方法が既に公知である。この金属製のハウジングは、磁化可能なブランクから、外径における過剰寸法にまでワンピースに前加工され、この場合、ハウジングの内壁には、所望の中間のハウジングゾーンの幅に合わせて環状溝が切り込まれる。回転するハウジングにおいて、この環状溝には環状溝範囲の加熱下に、磁化不可能な充填材料が充填され、そしてハウジングの回転はこの充填材料が凝固するまで維持される。引き続き、ハウジングは外側で外径の最終寸法にまで過剰旋削加工されるので、磁化可能な両ハウジング部分の間にはもはや結合は存在しなくなる。このように製造された弁ハウジングは、たとえば自動車のアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）に用いられる電磁弁において使用され得る。

さらに、ドイツ連邦共和国特許第４２３７４０５号明細書に基づき、内燃機関のための噴射弁に用いられる堅固なコアを製造するための方法が公知である（同ドイツ連邦共和国特許明細書の図５）。この公知の方法は、直接に、または先行する変態プロセスを経てから、磁性のマルテンサイト系のスリーブ形の一体のワークが供給され、このワークが、磁性のマルテンサイト系のワークの真ん中もしくは中間の区分における局所的な熱処理を受けて、この中間の区分が、非磁性のオーステナイト系の真ん中もしくは中間の区分へ変態されることを特徴としている。択一的には、レーザを用いた局所的な熱処理の際に溶融されたオーステナイトもしくは溶融されたフェライトを形成する元素が、堅固なコアの非磁性のオーステナイト系の中間の区分を形成するために熱処理の現場で添加される。

発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する、堅固なハウジングを製造するための本発明による方法、すなわち
ａ）磁性の材料もしくは磁化可能な材料から成る金属薄板ストリップを供給し、
ｂ）該金属薄板ストリップの真ん中もしくは中間の範囲に添加剤を導入して溶融させることにより、該真ん中の範囲もしくは中間の範囲に磁化不可能な組織を形成し、
ｃ）該金属薄板ストリップを所定の長さに切断して、所望の幅の金属薄板片を形成し、
ｄ）該金属薄板片を変形させてスリーブ形状を形成し、
ｅ）こうして互いに向かい合って位置してスリーブの長手方向に延びる切断縁を互いに固定して、スリーブブランクを形成し、
ｆ）該スリーブブランクを、当該ハウジングの所望のジオメトリが達成されるまで最終加工する、
より成る方法ステップを実施することを特徴とする、堅固なハウジングを製造するための方法には、次のような利点がある。すなわち、磁気的な分離を有するハウジングが特に簡単かつ廉価に大規模シリーズ技術もしくは大量生産技術により信頼性良く製造可能となる。

特に、個別構成部分の単一化により、公知の製造方法に比べて減じられた特殊工具手間しか必要とならない。原材料としては、圧延によって簡単に製造可能なバンド材料（帯状材料）を、必要とされる金属薄板ストリップのために使用することができる。所定の長さに切断された金属薄板片を引き続き加工することも、極めて廉価な金属薄板変形加工プロセスによって行うことができる。

金属薄板ストリップとしてエンドレス金属薄板バンド、つまり無端の金属薄板帯状物が使用されると、製作プロセスを廉価にかつサイクルタイム低減して行うことができる。

さらに、たとえば長さ、外径、段付けにおけるハウジング自体のジオメトリ（幾何学的形状）の形成における高い自在性が可能となることも有利である。

ハウジングの大規模シリーズ技術的な製作により、汎用の製造技術においてはクリティカルとなる溶接シームを、この場合には良好なアクセス性（つまり外部に対して露出しているので障害なく直接に作業することができること）および最適に調節可能なパラメータによってプロセス確実性に合わせて極めて良好に最適化することができる。

請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の方法の有利な改良および改善が可能となる。

図面
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１は、ハウジングとして３つの部分から成る内側の金属製の弁管を備えた、公知先行技術による燃料噴射弁を示す断面図であり、図２〜図９は、それぞれ堅固なハウジングを製造するための本発明による方法の種々の方法ステップを示す概略図であり、図１０は、本発明により製造されたハウジングを備えた燃料噴射弁の一部を示す概略図であり、図１１は、図１０のＸＩで示した部分の拡大図である。

実施例の説明
図２〜図９につき、堅固なハウジングを製造するための本発明による方法の方法ステップを説明する前に、図１につき、本発明により製造されたハウジングのための可能となる使用製品として公知先行技術による燃料噴射弁を挙げて詳しく説明する。

図１に例示的に図示された電磁作動式の弁は、混合気圧縮型の火花点火式内燃機関の燃料噴射装置に用いられる噴射弁として形成されている。この弁は、電磁コイル１により取り囲まれた、燃料流入管片および内側磁極として働く管状のコア２を有している。このコア２は、たとえばその全長にわたって一定の外径を有している。電磁コイル１の巻成体は半径方向で段付けされたコイル枠体３によって収容されている。このコイル枠体３はコア２と相まって電磁コイル１の範囲における噴射弁のコンパクトな構造を可能にする。

コア２の下側のコア端部９には、弁長手方向軸線１０に対して同心的に、金属製でかつ非磁性の管状の中間部分１２が溶接により密に結合されている。この中間部分１２はコア端部９を部分的に軸方向で取り囲んでいる。コイル枠体３と中間部分１２との下流側には、管状の弁座支持体１６が延びている。この弁座支持体１６は中間部分１２に固く結合されている。弁座支持体１６内には、軸方向に運動可能な弁ニードル１８が配置されている。この弁ニードル１８の下流側の端部２３には、ボール状の弁閉鎖体２４が設けられている。この弁閉鎖体２４の周面には、燃料流を傍らに通して案内するために、たとえば５つの平坦部２５が設けられている。

前記噴射弁の作動は公知の形式で電磁的に行われる。弁ニードル１８を軸方向に運動させ、ひいては戻しばね２６のばね力に抗して噴射弁を開放するか、もしくは噴射弁を閉鎖するためには、電磁コイル１とコア２とアーマチュア２７とを有する電磁回路が働く。管状のアーマチュア２７は弁ニードル１８の、弁閉鎖体２４とは反対の側の端部に、たとえば溶接シームによって固く結合されていて、コア２に向けて位置調整されている。弁座支持体１６の、コア２とは反対の側の、下流側に位置する端部内には、堅固な弁座３０を有する円筒状の弁座体２９が溶接により密に組み付けられている。

弁ニードル１８のボール状の弁閉鎖体２４は弁座体２９に設けられた、流れ方向で円錐台形状に先細りになっている弁座３０と協働する。弁座体２９の下側の端面は、たとえばポット状に形成された噴射孔付き板３４に、たとえばレーザにより形成された溶接シームによって固くかつ密に結合されている。この噴射孔付き板３４には、浸食加工（Erodieren）または打抜き加工により加工成形された少なくとも１つ、たとえば４つの噴射開口３９が設けられている。

電磁コイル１の通電時にアーマチュア２７を最適に作動させ、ひいては弁を確実にかつ正確に開閉させるための磁束をアーマチュア２７に案内するためには、電磁コイル１が、たとえばヨークとして形成された、強磁性のエレメントとして働く少なくとも１つの案内エレメント４５によって取り囲まれている。この案内エレメント４５は電磁コイル１を周方向で少なくとも部分的に取り囲んでいる。さらに、案内エレメント４５はその一方の端部ではコア２に、他方の端部では弁座支持体１６にそれぞれ接触していて、たとえば溶接、ろう接もしくは接着によりコア２および弁座支持体１６に結合可能である。互いに固く結合されて全体的に燃料噴射弁の全長にわたって延びているコア２と非磁性の中間部分１２と弁座支持体１６とは、燃料噴射弁の基本骨格、ひいては燃料噴射弁のハウジングとしての内側の金属製の弁管を形成している。弁の別の全ての機能群はこの弁管の内部またはこの弁管の周囲に配置されている。弁管のこのような配置は、弁のような電磁作動式のユニットに用いられるハウジングの、３つの構成部分から成るクラシカルな構造である。この場合、このハウジングは強磁性の、もしくは磁化可能な２つのハウジング範囲を有しており、これらのハウジング範囲は、アーマチュア２７の範囲における磁気回路線の有効な案内のために、非磁性の中間部分１２によって磁気的に互いに分離されているか、または少なくとも磁気的な絞り部を介して互いに結合されている。

前記噴射弁はプラスチック射出成形被覆体５１により十分に取り囲まれている。このプラスチック射出成形被覆体５１はコア２を起点として軸方向に電磁コイル１と前記少なくとも１つの案内エレメント４５とを越えて弁座支持体１６にまで延びており、この場合、前記少なくとも１つの案内エレメント４５は軸方向と周方向とにおいて完全に覆われている。このプラスチック射出成形被覆体５１には、たとえば一緒に射出成形された電気的な接続コネクタ５２が所属している。

図２〜図９に示した、堅固なハウジングを製造するための本発明による方法の方法ステップを用いると、種々様々な使用目的のための、特に有利には電磁作動式の弁のための、上で説明した３つの部分から成る弁管の代わりに使用することのできる肉薄なハウジング６６を特に簡単かつ廉価に製造することが可能となるので有利である。

第１の方法ステップ（図２）においては、扁平な金属薄板ストリップ６０が供給される。この場合、この金属薄板ストリップ６０は強磁性材料および／または軟磁性材料もしくは磁化可能な材料から成っていて、たとえばフェライト系またはマルテンサイト系の材料組織を有している。供給したい前記金属薄板ストリップ６０は、扁平に圧延され、正確に加工されかつ、所定の寸法に裁断された、つまりいわば仕立てられた「テラードブランク（taylored blank）」と呼ばれる金属薄板区分である。圧延された基本材料としては、たとえば材料１．４４１８（DIN;X4 CrNiMo 16 5=C≦0.06/Cr15-17/Ni4-6/Mo0.8-1.3％）または材料１．４０１６（DIN;X6Cr17, JIS;SUS=430）を使用することができる。金属薄板ストリップ６０はハウジング６６の特に有効な製造のために扁平なエンドレスバンド（無端帯状物）として供給され得る。金属薄板ストリップ６０が矢印５５で示したようにエンドレスバンドの長手方向に運動させられる間、ニッケル、マンガン、炭素または窒素の配合（Einlegierung）が単独でまたは組み合わされた形で添加線材６１または粉末によって金属薄板ストリップ６０の真ん中の範囲もしくは中間の範囲において行われ、しかもこの場合、この配合は、磁化不可能な組織が生じるような量で行われる。ニッケルまたは別の添加剤を混入配合するための添加線材６１または粉末の溶接技術的な溶融は、溶接ユニット６２によって行われる。溶融のための方法としては、レーザ溶接、電子ビーム溶接、プラズマ溶接等を使用することができる。添加線材６１または添加粉末の代わりに、所望の添加剤を既に溶融の前に部分的なコーティングまたはローラ塗布によって金属薄板ストリップ６０に被着させることもできる。金属薄板ストリップ６０の真ん中もしくは中間の範囲に生じる配合ゾーン６３は最終的には磁気的な分離を行う範囲を成す。金属薄板ストリップ６０には、オプショナルに配合ゾーン６３の範囲において長手方向溝６４が設けられていてよい。これによって添加剤による材料盛上がりが最小限に抑えられる。長手方向溝６４は、たとえば溝付きローラ（profiliert. Walze）によって配合前に金属薄板ストリップ６０に導入され得る。金属薄板ストリップ６０の輪郭を制限する輪郭制限縁６５は、たとえば面取り部を備えており、これによりあとで、互いに向かい合って位置する輪郭制限縁６５の溶接が最適化される（図８）。

金属薄板ストリップ６０の真ん中もしくは中間部にニッケルが配合されることにより、長手方向に向けられた３つのゾーンが生じる。これら３つのゾーンは、それぞれ直接に連続して、溶封された材料に基づいて互いに異なる磁気特性を有している。この場合、金属薄板ストリップ６０の外側の両ゾーンは同じ磁気特性を有している。それに対して、真ん中の配合ゾーン６３は磁化不可能な、特にオーステナイト系の材料組織を取り、両外側のゾーンとは磁気的に分離されている。

その後に、エンドレスな金属薄板ストリップ６０は所望の長さに分断され、この場合、金属薄板片６０´が生じる。この金属薄板片６０´の幅ｂは最終的には、あとから形成されるハウジング６６の円周に相当している。図３には、規定された幅ｂを有する扁平な金属薄板片６０´が図示されている。この金属薄板片６０´は輪郭制限縁６５の他に、互いに背中合わせに位置する２つの切断縁７２によって輪郭制限されている。図４には、図３に示した金属薄板片６０´の切断縁７２を矢印方向ＩＶで見た図が示されている。図４からは、添加材料ニッケルを備えた配合ゾーン６３が、たとえば金属薄板片６０´の全厚さにわたって延びているのではなく、部分範囲、たとえば厚さの２／３の範囲にわたってしか延びていないことが判る。

択一的には、配合ゾーン６３は金属薄板片６０´の全厚さにわたって延びていてもよい。金属薄板ストリップ６０にフライス加工またはローリング加工された長手方向溝６４によって、たとえば金属薄板厚さを越えた材料溜まりを最小限に抑えることもできる。

引き続き、次の加工ステップにおいて、このように提供された金属薄板片６０´が、丸め加工（Rollen）もしくはローリング加工（Rollieren）または曲げ加工によってスリーブ形状にもたらされ、しかもこの場合、金属薄板片６０´の３つの全てのゾーンにわたって延びる両切断縁７２が互いに近接して向かい合って位置するか、もしくは互いに接触する状態にまでもたらされる。金属薄板片６０´の丸め曲げは、多段式に行うことができる。この場合、たとえば心棒状の工具が使用される（図５）。図６には、輪郭制限縁６５における金属薄板片６０´の側面図が図示されている。金属薄板ストリップ６０の輪郭制限縁６５と同様に、たとえば切断縁７２も各１つの面取り部を備えており、これらの面取り部は丸め曲げの前に設けられる。これらの面取り部は、相互固定のための、切断縁７２の改善された向かい合わせのために役立つ。

この方法ステップの後に、スリーブブランク６８が得られる。このスリーブブランク６８の、互いに向かい合って位置して長手方向に延びる両切断縁７２は突合わせ縁を形成している。これらの突合わせ縁において相互固定が行われる（図７）。丸められた金属薄板片６０´もしくは曲げられた金属薄板片６０´の切断縁７２のこのような相互接合は、溶接ユニット６２によるレーザ溶接によって行うことができる。スリーブブランク６８はこうして、互いに向かい合って位置する切断縁７２において長手方向に沿って溶接されて、閉じたスリーブを形成する（図８）。図９には、丸め加工もしくは曲げ加工が行われかつ長手方向に延びる溶接シーム６９を設けることによる切断縁７２の溶接の後に得られた、３つの磁気ゾーンを備えた、周方向で閉じられたハウジング６６が認められる。

このハウジング６６を弁またはその他のユニットに組み込む前に、該ハウジング６６は最終加工に施され、これにより堅固なハウジング６６が所望のジオメトリで提供される。本発明により製造されたハウジング６６が燃料噴射弁において使用される場合には、ハウジング６６を、製作技術的な手段、たとえば延伸、ローリング加工、ロータリスエージング、縁曲げ加工および／またはチューリップ状拡開加工（Auftulpen）により固有に加工成形することが有利になり得る。ハウジング６６を用いて、図１に示した公知の燃料噴射弁において、コア２と中間部分１２と弁座支持体１６とから成る弁管の機能の総和を完全に引き受けることのできる１つの構成部分、ひいてはたとえば燃料噴射弁の全軸方向長さにわたって延びる１つの構成部分が提供される。

図１０には、本発明により製造されたハウジング６６を備えた燃料噴射弁の一部が概略的に図示されている。このハウジング６６は肉薄なスリーブとして燃料噴射弁に取り付けられていて、コア２とアーマチュア２７とを半径方向および周方向で取り囲んでいる。ハウジング６６自体は電磁コイル１によって取り囲まれている。図１１には、図１０のＸＩ部分の拡大図が示されている。この場合、磁気回路線を最適にかつ有効に磁気回路内に案内するために、ハウジング６６の配合ゾーン６３の、磁気特性の変えられた、たとえばオーステナイト系の真ん中もしくは中間の範囲が、コア２とアーマチュア２７との間に位置していることが判る。

本発明は、燃料噴射弁またはアンチブロックブレーキシステムのための電磁弁における使用に限定されるものではなく、種々異なる使用分野の、電磁的に操作可能な全ての弁および一般に、連続した種々異なる磁気特性のゾーンが必要とされるようなユニットにおけるあらゆる堅固なハウジングに関するものである。本発明によれば、連続する３つのゾーンを備えたハウジング６６が製造可能となるだけでなく、３つよりも多いゾーンを備えたハウジング６６も製造可能となる。

ハウジングとして３つの部分から成る内側の金属製の弁管を備えた、公知先行技術による燃料噴射弁を示す断面図である。 堅固なハウジングを製造するための本発明による方法の第１の方法ステップを示す概略図である。 堅固なハウジングを製造するための本発明による方法の第２の方法ステップを示す概略図である。 堅固なハウジングを製造するための本発明による方法の第３の方法ステップを示す概略図である。 堅固なハウジングを製造するための本発明による方法の第４の方法ステップを示す概略図である。 堅固なハウジングを製造するための本発明による方法の第５の方法ステップを示す概略図である。 堅固なハウジングを製造するための本発明による方法の第６の方法ステップを示す概略図である。 堅固なハウジングを製造するための本発明による方法の第７の方法ステップを示す概略図である。 堅固なハウジングを製造するための本発明による方法の第８の方法ステップを示す概略図である。 本発明により製造されたハウジングを備えた燃料噴射弁の一部を示す概略図である。 図１０のＸＩで示した部分の拡大図である。

Claims (14)

1. 電磁作動式の弁に用いられる弁ハウジングであって、該弁ハウジング（６６）が少なくとも３つのゾーンを有しており、しかもそれぞれ２つの直接に連続するゾーンが、互いに異なる磁気特性を有している形式の弁ハウジング（６６）を製造するための方法において、
   ａ）磁性の材料もしくは磁化可能な材料から成る金属薄板ストリップ（６０）を供給し、
   ｂ）該金属薄板ストリップ（６０）の真ん中もしくは中間の範囲に添加剤を導入して溶融させることにより、該真ん中の範囲もしくは中間の範囲に磁化不可能な組織を形成し、
   ｃ）該金属薄板ストリップ（６０）を所定の長さに切断して、所望の幅（ｂ）の金属薄板片（６０´）を形成し、
   ｄ）該金属薄板片（６０´）を変形させてスリーブ形状を形成し、
   ｅ）こうして互いに向かい合って位置してスリーブの長手方向に延びる切断縁（７２）を互いに固定して、スリーブブランク（６８）を形成し、
   ｆ）該スリーブブランク（６８）を、当該弁ハウジング（６６）の所望のジオメトリが達成されるまで最終加工する、
   より成る方法ステップを実施することを特徴とする、電磁作動式の弁に用いられる弁ハウジングを製造するための方法。
2. 金属薄板ストリップ（６０）が、強磁性にかつ／または軟磁性に形成されているか、もしくはフェライト系またはマルテンサイト系の材料組織を有している、請求項１記載の方法。
3. 金属薄板ストリップ（６０）を、扁平に圧延されて所定の寸法に裁断された金属薄板区分として供給する、請求項１または２記載の方法。
4. 添加剤としてニッケル、マンガン、炭素または窒素を単独でまたは組合せの形で金属薄板ストリップ（６０）に導入する、請求項１または２または３記載の方法。
5. 添加剤を線材（６１）または粉末として供給する、請求項４記載の方法。
6. 添加剤を、部分的なコーティングまたはローラ塗布により金属薄板ストリップ（６０）に被着させる、請求項４記載の方法。
7. 溶融を、レーザ溶接、電子ビーム溶接またはプラズマ溶接によって行う、請求項４または５または６記載の方法。
8. 溶融後に、金属薄板ストリップ（６０）の全厚さにわたり延びているか、または全厚さの一部にわたってのみ延びていて、磁化不可能なゾーンを形成する配合ゾーン（６３）が生じるように前記溶融を行う、請求項４から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 添加剤の導入前に、金属薄板ストリップ（６０）に長手方向溝（６４）を加工成形する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 金属薄板片（６０´）の輪郭制限縁（６５）と切断縁（７２）とに面取り部を設ける、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. スリーブ形状への金属薄板片（６０´）の変形加工を、丸め加工、ローリング加工または曲げ加工によって行う、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 金属薄板片（６０´）の変形加工を多段式に行う、請求項１１記載の方法。
13. 変形加工後に互いに向かい合って位置してスリーブ長手方向に延びる両切断縁（７２）の相互固定をレーザ溶接によって行う、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
14. スリーブブランク（６８）の最終加工を、延伸、ローリング加工、ロータリスエージング加工、縁曲げ加工および／またはチューリップ状拡開加工によって行う、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。

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