JP6348760B2 - 燃料噴射装置用ノズルプレートの製造方法、燃料噴射装置用ノズルプレートの金型、及び燃料噴射装置用ノズルプレート - Google Patents

燃料噴射装置用ノズルプレートの製造方法、燃料噴射装置用ノズルプレートの金型、及び燃料噴射装置用ノズルプレート Download PDF

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Description

この発明は、燃料噴射装置の燃料噴射口に取り付けられ、燃料噴射口から流出した燃料を微粒化して噴射する燃料噴射装置用ノズルプレート(以下、適宜ノズルプレートと略称する)の製造方法、ノズルプレートの金型、及びノズルプレートに関するものである。
自動車等の内燃機関(以下、「エンジン」と略称する)は、燃料噴射装置から噴射された燃料と吸気管を介して導入された空気とを混合して可燃混合気を形成し、この可燃混合気をシリンダ内で燃焼させるようになっている。このようなエンジンは、燃料噴射装置から噴射された燃料と空気との混合状態がエンジンの性能に大きな影響を及ぼすことが知られており、特に、燃料噴射装置から噴射された燃料の微粒化がエンジンの性能を左右する重要な要素となることが知られている。
このような燃料噴射装置は、噴霧中の燃料の微粒化を図るため、バルブボディの燃料噴射口にノズルプレートを取り付けて、このノズルプレートに形成した複数の微小なノズル孔から燃料を噴射するようになっている(特許文献1乃至2参照)。そして、このようなノズルプレートにおいて、ノズル孔の孔径dとノズルプレートの板厚tとの比(d/t)を特定の範囲に設定することは、噴霧中の燃料粒子の微粒化を図る上で重要な要素となることが知られている(特許文献3参照)。なお、ノズル孔の孔径dは、0.1〜0.3mmの範囲で設定されることが多く、ノズルプレートの板厚(ノズル孔長さ)tは、0.1〜0.2mmの範囲で設定されることが多い。
また、燃料噴射装置のノズルプレートは、バルブボディの燃料噴射口と対向する面側にスワール室を彫り込むようにして形成し、燃料噴射口から噴射された燃料がスワール室を介してノズル孔まで導かれるようにして、スワール室において燃料に旋回力を付与し、旋回力が付与された燃料をノズル孔から噴射することにより、燃料の微粒化を図るようにしたものが知られている(特許文献4参照)。
(従来例1)
以上のような従来のノズルプレートは、金属の薄板に微小なノズル孔を複数形成したものであり、金属製のバルブボディに溶接で固定されており、燃料噴射装置の運搬時やエンジンへの取付時等に、ノズル孔及びその周辺が損傷を受けやすい。このような問題を解消するため、図14に示すような構造の燃料噴射装置100が開発された。この図14に示す燃料噴射装置100は、ノズルプレート101が固定されたバルブボディ102の先端に、ノズルプレート101のノズル孔103及びその周辺を保護するための樹脂又は金属製のスリーブ104が取り付けられるようになっている(特許文献5参照)。
(比較例1)
近年、ポート噴射式のエンジンに取り付けられる燃料噴射装置は、製造コストの低減化、小型軽量化等の観点から、図14に示したノズルプレート101とスリーブ104が一体化したような形状のノズルプレートを樹脂で形作り(射出成形し)、この樹脂製のノズルプレートをバルブボディ102の先端に取り付けることが検討されている。図15は、このような樹脂製のノズルプレート105を示すものである。
図15に示すノズルプレート105は、バルブボディの先端側の外周に固定される円筒状嵌合部106と、円筒状嵌合部106の一端側を塞ぐように円板状に形成されたプレート本体部107と、を有している。このノズルプレート105のプレート本体部107は、バルブボディの燃料噴射口に対向するように配置されるものであり、薄板状部分108がノズルプレート105の中心軸110の周囲に等間隔に複数形成され、この薄板状部分108にノズル孔111が形成されている。
図16は、ノズルプレート105を射出成形するために使用される金型112の断面図である。この図16に示すように、金型112のキャビティ113は、プレート本体部107を形作る第1キャビティ部分114と、円筒状嵌合部106を形作る第2キャビティ部分115に大別される。そして、この金型112は、射出成形工程の最終段階において、キャビティ113内に射出した樹脂がキャビティ113内の隅々まで充填されるように射出圧を確保する必要、及び成形されるノズルプレート105の精度を向上させるために保圧を加える必要から、薄板状部分108よりも厚肉の部分を形作るキャビティ部分にゲート116が開口するようになっている。例えば、従来、ゲート116のキャビティ113側の開口位置は、第1キャビティ部分114のうちの第2キャビティ部分115寄りの位置(図16(a)に示す第1ゲート開口位置)、第1キャビティ部分114のうちの第1ゲート開口位置よりも径方向内方側で且つ薄板状部分108を形作る部分よりも径方向外側の位置(図16(b)に示す第2ゲート開口位置)、第2キャビティ部分115のうちの第1キャビティ部分114寄りの位置(図16(c)に示す第3ゲート開口位置)、又は、第2キャビティ部分115のうちの第1キャビティ部分114から離れた位置(図16(d)に示す第4ゲート開口位置)になっている。なお、キャビティ113内には、ノズル孔111を形成するためのノズル孔形成ピン117が突出している。
(従来例2)
図17は、従来例2に係るノズルプレート201が固定された燃料噴射装置200の先端側断面図である。この従来例2に係るノズルプレート201は、金属製の板状部材の薄板状部分202に複数のノズル孔203が形成されており、金属製バルブボディ204の先端に溶接で固定されている(特許文献6参照)。この従来例2に係るノズルプレート201は、従来例1に係るノズルプレート101と同様の観点から樹脂化が検討されている。
(比較例2)
図18は、金属製のノズルプレート201に置き換えて使用することが検討されている樹脂材料製のノズルプレート205を示すものである。この図18に示すノズルプレート205は、円板形状に形成されており、中央部の裏面側を円錐台状に凹ませることにより薄板状部分206が形成され、この薄板状部分206に複数のノズル孔207が形成されている。
図19は、ノズルプレート205を射出成形するために使用される金型208の断面図である。この図19に示すように、金型208は、射出成形工程の最終段階において、キャビティ210内に射出した樹脂がキャビティ210内の隅々まで充填されるように射出圧を確保する必要、及び成形されるノズルプレート205の精度を向上させるために保圧を加える必要から、薄板状部分206よりも厚肉の部分を形作るキャビティ部分にゲート211が開口するようになっている。例えば、ゲート211のキャビティ210側の開口位置は、キャビティ210のうちでノズルプレート205の厚肉の部分を形作るキャビティ部分の径方向中間位置(図19(a)に示す第1ゲート開口位置)か、又は、キャビティ210の径方向外方端側面(図19(b)に示す第2ゲート開口位置)になっている。なお、キャビティ210内には、ノズル孔207を形成するためのノズル孔形成ピン212が突出している。
特開2000−45913号公報 特開2005−207274号公報 特許第4097056号公報 特開2012−215135号公報 特開2004−211552号公報 特開2002−115628号公報
しかしながら、図16及び図19に示す金型112,208を使用してノズルプレート105,205を射出成形すると、板厚が急激に薄くなる薄板状部分108,206(ノズル孔111,207の周辺部分)を形作るキャビティ部分に溶融樹脂が流れにくく、複数のノズル孔111,207及びその周辺を形作るキャビティ部分への溶融樹脂の充填が遅れるため、ノズル孔111,207及びその周辺を高精度に形作るのが難しくなると共に、ゲート116,211から離れた位置にあるノズル孔111,207の周辺にガス焼け等の成形不良が生じやすくなるという問題を有していた。
そこで、本発明は、ノズル孔及びその周辺の成形を高精度にでき、成形不良が生じにくいノズルプレートの製造方法、ノズルプレートの金型、及びノズルプレートを提供する。
本発明は、図1乃至図13に示すように、燃料噴射装置4の燃料噴射口6に対向して配置されるプレート本体部11の1又は複数の薄板状部分16,34,37に、前記燃料噴射口6から噴射された燃料を通過させる複数のノズル孔7が形成され、前記プレート本体部11のうちの前記薄板状部分16,34,37を取り囲む位置に厚肉部分17,35,41が形成された、燃料噴射装置用ノズルプレート1の製造方法に関するものである。この発明において、前記プレート本体部は、前記燃料噴射口に対向する面を裏面とし、この裏面の反対側に位置する面を表面とすると、前記薄板状部分が前記厚肉部分の前記表面よりも凹んだ位置に形成されている。また、前記プレート本体部を形作るキャビティの前記厚肉部分を形作るキャビティ部分のうちで、前記複数のノズル孔で取り囲まれる前記厚肉部分を形作るキャビティ部分には、前記キャビティ内に溶融樹脂を射出するゲートが形成されている。また、前記ゲートは、前記複数のノズル孔で取り囲まれる前記厚肉部分を形作る前記キャビティ部分のうち、前記プレート本体部の前記表面を形作る側に開口部が位置するように形成されている。そして、前記ゲート3から前記キャビティ21内に射出された溶融樹脂が、前記ノズル孔7を形作る部分に向けて放射状に流動させられる。
また、本発明は、図1乃至図13に示すように、燃料噴射装置4の燃料噴射口6に対向して配置されるプレート本体部11の1又は複数の薄板状部分16,34,37に、前記燃料噴射口6から噴射された燃料を通過させる複数のノズル孔7が形成され、前記プレート本体部11のうちの前記薄板状部分16,34,37を取り囲む位置に厚肉部分17,35,41が形成された、燃料噴射装置用ノズルプレート1の金型2に関するものである。この発明において、前記プレート本体部は、前記燃料噴射口に対向する面を裏面とし、この裏面の反対側に位置する面を表面とすると、前記薄板状部分が前記厚肉部分の前記表面よりも凹んだ位置に形成されている。また、前記プレート本体部を形作るキャビティの前記厚肉部分を形作るキャビティ部分のうちで、前記複数のノズル孔で取り囲まれる前記厚肉部分を形作るキャビティ部分には、前記キャビティ内に溶融樹脂を射出するゲートが形成されている。また、前記ゲートは、前記複数のノズル孔で取り囲まれる前記厚肉部分を形作る前記キャビティ部分のうち、前記プレート本体部の前記表面を形作る側に開口部が位置するように形成されている。そして、前記ゲート3から前記キャビティ21内に射出された溶融樹脂が、前記ノズル孔7を形作る部分に向けて放射状に流動させられるようになっている。
また、本発明は、図1乃至図13に示すように、燃料噴射装置4の燃料噴射口6に対向して配置されるプレート本体部11の1又は複数の薄板状部分16,34,37に、前記燃料噴射口6から噴射された燃料を通過させる複数のノズル孔7が形成され、前記プレート本体部11のうちの前記薄板状部分16,34,37を取り囲む位置に厚肉部分17,35,41が形成された、燃料噴射装置用ノズルプレート1に関するものである。この発明に係る燃料噴射装置用ノズルプレート1は、溶融樹脂がゲート3から金型のキャビティ21内に射出されることによって形成される。そして、前記プレート本体部は、前記燃料噴射口に対向する面を裏面とし、この裏面の反対側に位置する面を表面とすると、前記薄板状部分が前記厚肉部分の前記表面よりも凹んだ位置に形成されている。また、前記ゲートの切り離し痕は、前記プレート本体部の前記表面側で、且つ、前記複数のノズル孔で囲まれた厚肉部分に位置している。
本発明によれば、噴霧特性に大きな影響を及ぼす複数のノズル孔の形成時間(溶融樹脂の充填速度)のずれを抑えることにより、ノズル孔及びその周辺の成形不良を防止でき、ノズル孔及びその周辺の形状を高精度に形作ることができる。
本発明の第1実施形態に係る製造方法及び金型によって形成されるノズルプレートとゲート位置との関係を示す図である。図1(a)がノズルプレートの正面側におけるゲート位置を示す図であり、図1(b)が図1(a)のA1−A1線に沿って切断して示すノズルプレートの断面上におけるゲート位置を示す図であり、図1(c)が燃料噴射装置用ノズルプレートの背面図である。 本発明の第1実施形態に係る金型の断面図である。 第1実施形態の変形例1を示す図であり、変形例1に係る製造方法及び金型によって形成されるノズルプレートとゲート位置との関係を示す図である。図3(a)がノズルプレートの正面側におけるゲート位置を示す図であり、図3(b)が図3(a)のA2−A2線に沿って切断して示すノズルプレートの断面上におけるゲート位置を示す図であり、図3(c)がノズルプレートの背面図である。 第1実施形態の変形例1に係る金型の断面図である。 第1実施形態の変形例2に係る製造方法及び金型によって形成されるノズルプレートとゲート位置との関係を示す図であり、図1(a)に対応する図である。 第1実施形態の変形例3に係る製造方法及び金型によって形成されるノズルプレートとゲート位置との関係を示す図であり、図1(a)に対応する図である。 本発明の第2実施形態に係る製造方法及び金型によって形成される燃料噴射装置用ノズルプレートとゲート位置との関係を示す図である。図7(a)が燃料噴射装置用ノズルプレートの正面側におけるゲート位置を示す図であり、図7(b)が図7(a)のA3−A3線に沿って切断して示す燃料噴射装置用ノズルプレートの断面上におけるゲート位置を示す図であり、図7(c)が燃料噴射装置用ノズルプレートの背面図である。 本発明の第2実施形態に係る金型の断面図である。 本発明の第3実施形態に係る製造方法及び金型によって形成される燃料噴射装置用ノズルプレートとゲート位置との関係を示す図である。図9(a)が燃料噴射装置用ノズルプレートの正面側におけるゲート位置を示す図であり、図9(b)が図9(a)のA4−A4線に沿って切断して示す燃料噴射装置用ノズルプレートの断面図におけるゲート位置を示す図であり、図9(c)が燃料噴射装置用ノズルプレートの背面図である。 図10(a)が図9(a)の一部を拡大して示す図であり、図10(b)が図10(a)のA5−A5線に沿って切断して示す断面図である。 本発明の第3実施形態に係る金型の断面図である。 本発明の第4実施形態を説明する図である。図12(a)が燃料噴射装置用ノズルプレートの正面側におけるゲート位置を示す図であり、図12(b)が図12(a)のA6−A6線に沿って切断して示す燃料噴射装置用ノズルプレートの断面図におけるゲート位置を示す図である。 本発明の第5実施形態を説明する図である。図13(a)が燃料噴射装置用ノズルプレートの正面側におけるゲート位置を示す図であり、図13(b)が図13(a)のA7−A7線に沿って切断して示す燃料噴射装置用ノズルプレートの断面図におけるゲート位置を示す図であり、図13(c)が燃料噴射装置用ノズルプレートの背面図である。 従来例1のノズルプレートが取り付けられた燃料噴射装置の先端側断面図である。 図15(a)が比較例1としてのノズルプレートの正面側におけるゲート位置を示す図であり、図15(b)が図15(a)のA8−A8線に沿って切断して示すノズルプレートの断面上におけるゲート位置を示す図であり、図15(c)がノズルプレートの背面側から見たゲート位置を示す図である。 図15に示した比較例1としてのノズルプレートを射出成形するために使用される金型の断面図である。 従来例2のノズルプレートが取り付けられた燃料噴射装置の先端側断面図である。 図18(a)が比較例2としてのノズルプレートの正面側におけるゲート位置を示す図であり、図18(b)が図18(a)のA9−A9線に沿って切断して示すノズルプレートの断面上におけるゲート位置を示す図であり、図18(c)がノズルプレートの背面側から見たゲート位置を示す図である。 図18に示した比較例2としてのノズルプレートを射出成形するために使用される金型の断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係る燃料噴射装置用ノズルプレート1(以下、ノズルプレートと略称する)、ノズルプレート1の製造方法、及びノズルプレート1の金型2を、図1乃至図2に基づき詳述する。なお、図1は、ノズルプレート1と射出成形用のゲート3との関係を示す図である。また、図2は、ノルプレート1の金型2の断面図である。
図1に示すように、射出成形されるノズルプレート1は、燃料噴射装置4のバルブボディ5の先端に取り付けられ、バルブボディ5の燃料噴射口6から噴射された燃料を複数(本実施形態においては6箇所)のノズル孔7から吸気管8側へ噴霧するようになっている。このノズルプレート7は、円筒状嵌合部10とこの円筒状嵌合部10の一端側に一体に形成されたプレート本体部11とからなる合成樹脂材料(例えば、PPS、PEEK、POM、PA、PES、PEI、LCP)製の有底筒状体である。そして、このノズルプレート7は、円筒状嵌合部10がバルブボディ5の先端側外周に隙間無く嵌合され、プレート本体部11の内面12がバルブボディ5の先端面13に当接させられた状態で、バルブボディ5に固定される。
プレート本体部11は、円板形状に形作られ、中心軸14の周りに等間隔で複数のノズル孔7が形成されている。このノズル孔7は、プレート本体部11を円錐台状に座繰るようにして形成されたノズル孔形成凹所15の底面部分に位置する円板状の薄板状部分16の中心に形成されている。そして、プレート本体部11は、薄板状部分16を取り囲むように厚肉部分17が形成され、この厚肉部分17が薄板状部分16を補強するようになっている。なお、厚肉部分17は、例えば、薄板状部分16の肉厚を0.1mmとすると、0.5mm程度に形成される。そして、ノズル孔7は、薄板状部分16を表裏に貫通する丸孔であり、薄板状部分16の肉厚が0.1mmの場合に、直径が0.2mmとなるように形成されている。ただし、これら厚肉部分17、薄板状部分16、及びノズル孔7の寸法は、発明内容の理解を容易にするための例示であり、噴霧中の燃料微粒子の微粒化に最適な数値が選択される。また、プレート本体部11と一体に形成される円筒状嵌合部10は、プレート本体部11よりも肉厚に形成されている。
図2に示す金型2は、第1金型18と第2金型20の間にキャビティ21が形成され、ノズル孔7を形成するためのノズル孔形成ピン22がキャビティ21内に突出している。ノズル孔形成ピン22は、先端が第1金型18のキャビティ内面23に突き当てられている。第1金型18のノズル孔形成ピン22が突き当てられる箇所は、ノズル孔形成凹所15を形作るための凸部24である。キャビティ21は、プレート本体部11を形作る第1キャビティ部分25と、円筒状嵌合部10を形作る第2キャビティ部分26とからなっている。そして、第1キャビティ部分25の中心には、溶融樹脂をキャビティ21内に射出するゲート3が開口している。ゲート3の開口部27の中心は、キャビティ21の中心軸28上に位置しており、複数のノズル孔7の中心(ノズル孔形成ピン22の中心)から等距離に位置している(図1(a)〜(b)参照)。
このような金型2は、ゲート3から溶融樹脂がキャビティ21内に射出されると、溶融樹脂がキャビティ21内を放射状に流動し、第1キャビティ部分25で且つ複数のノズル孔7が形作られる部分(複数のノズル孔形成ピン22を取り囲むキャビティ部分)に同時に溶融樹脂が到達し、溶融樹脂が複数のノズル孔形成ピン22を取り囲むキャビティ部分(25)に充填された後、溶融樹脂が第1キャビティ部分25の径方向外方端へ向かって同心円状に均等に流動し、その後に溶融樹脂が第2キャビティ部分26に充填される。しかも、本実施形態の金型2は、薄板状部分16及びノズル孔7を形作るキャビティ部分(25)がゲート3の近くに位置しており、射出圧及び保圧が薄板状部分16及びノズル孔7を形作るキャビティ部分(25)に均等に且つ確実に加えられるため、ノズル孔7及びその周辺の形状が高精度に形作られる。なお、射出成形後のノズルプレート1は、プレート本体部11の中心(各ノズル孔7の中心から等距離の位置)にゲート3の切り離し痕(ゲート痕)が形成される。
以上のような、本実施形態に係るノズルプレート1の製造方法及び金型2によれば、噴霧特性に大きな影響を及ぼす複数のノズル孔7が同時に形成されることになり、ノズル孔7の形成時間(溶融樹脂の充填速度)のずれに起因する成形不良を防止でき、ノズル孔7及びその周辺の形状を高精度に形作ることができる。
(変形例1)
第1実施形態に係るノズルプレート1、その製造方法及び金型2の変形例1を、図3乃至図4に基づき詳述する。なお、図3は、ノズルプレート1と射出成形用のゲート3との関係を示す図である。また、図4は、ノルプレート1の金型2の断面図である。また、本変形例を示す図3乃至図4において、上記第1実施形態を示す図1乃至図2に対応する部分には同一符号を付し、上記第1実施形態の説明と重複する説明を適宜省略する。
本変形例に係るノズルプレート7は、第1実施形態に係るノズルプレート7の円筒状嵌合部10を省略した形状であり、第1実施形態に係るノズルプレート7のプレート本体部11に対応する部分のみからなっている。本変形例に係るノズルプレート7は、第1実施形態に係るノズルプレート7と同様に、プレート本体部11の内面12がバルブボディ5の先端面13に当接させられた状態で、バルブボディ5に固定される。
図4に示す金型2は、第1金型18と第2金型20の間にキャビティ21が形成され、ノズル孔7を形成するためのノズル孔形成ピン22がキャビティ21内に突出している。ノズル孔形成ピン22は、先端が第1金型18のキャビティ内面23に突き当てられている。第1金型18のノズル孔形成ピン22が突き当てられる箇所は、ノズル孔形成凹所15を形作るための凸部24である。キャビティ21は、第1実施形態に係る金型2のキャビティ21における第2キャビティ部分26を省略した形状になっており、第1実施形態に係る金型のキャビティ21における第1キャビティ部分25に対応する。そして、キャビティ21の中心には、溶融樹脂をキャビティ21内に射出するゲート3が開口している。ゲート3の開口部27の中心は、キャビティ21の中心軸28上に位置しており、複数のノズル孔7の中心(ノズル孔形成ピン22の中心)から等距離に位置している(図3(a)〜(b)参照)。
このような金型2は、ゲート3から溶融樹脂がキャビティ21内に射出されると、溶融樹脂がキャビティ21内を放射状に流動し、キャビティ21内の複数のノズル孔7が形作られる部分(複数のノズル孔形成ピン22を取り囲むキャビティ部分)に同時に溶融樹脂が到達し、溶融樹脂が複数のノズル孔形成ピン22を取り囲むキャビティ部分に充填された後、溶融樹脂がキャビティ21の径方向外方端へ向かって同心円状に均等に流動し、溶融樹脂がキャビティ21の全体に充填される。しかも、本実施形態の金型2は、薄板状部分16及びノズル孔7を形作るキャビティ部分がゲート3の近くに位置しており、射出圧及び保圧が薄板状部分16及びノズル孔7を形作るキャビティ部分に均等に且つ確実に加えられるため、ノズル孔7及びその周辺の形状が高精度に形作られる。なお、射出成形後のノズルプレート1は、プレート本体部11の中心(各ノズル孔7の中心から等距離の位置)にゲート3の切り離し痕(ゲート痕)が形成される。このような本変形例は、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(変形例2)
図5は、第1実施形態に係るノズルプレート1、その製造方法及び金型2の変形例2を示す図であり、図1(a)に対応する図である。
図5に示すように、ゲート3は、複数のノズル孔7の中心を通る円30の中心31がノズルプレート1の中心軸14に対して偏心(e)している場合、キャビティへの開口部27の中心が各ノズル孔7の中心(ノズル孔形成ピンの中心)から等距離(円30の中心31)に配置されるため、キャビティの中心軸(ノズルプレート1の中心軸14)に対して偏心した位置に設けられる。このような本変形例は、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(変形例3)
図6は、第1実施形態に係るノズルプレート1、その製造方法及び金型2の変形例3を示す図であり、図1(a)に対応する図である。
図6に示すように、ゲート3は、複数のノズル孔7がノズルプレート1の中心軸14の周りに不等間隔で且つY軸と平行な中心線32に対して線対称となるように形成される場合、キャビティへの開口部27の中心がキャビティの中心軸(ノズルプレート1の中心軸14)上に位置し、キャビティへの開口部27の中心が各ノズル孔7の中心(ノズル孔形成ピンの中心)から等距離に位置するように設けられる。このような本変形例は、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態に係るノズルプレート1、その製造方法及び金型2を、図7乃至図8に基づき詳述する。なお、図7は、本実施形態に係るノズルプレート1と射出成形用のゲート3との関係を示す図である。また、図8は、本実施形態に係るノルプレート1の金型2の断面図である。
図7に示すように、射出成形されるノズルプレート1は、第1実施形態に係るノズルプレート1と同様に、円筒状嵌合部10とこの円筒状嵌合部10の一端側に一体に形成されたプレート本体部11とからなる合成樹脂材料(例えば、PPS、PEEK、POM、PA、PES、PEI、LCP)製の有底筒状体である。
プレート本体部11は、円板形状に形作られ、中心軸14の周りに等間隔で複数のノズル孔7が形成されている。このノズル孔7は、プレート本体部11を中空円板状に座繰るようにして形成されたノズル孔形成凹所33の底面部分に位置する薄板状部分34に形成されている。そして、プレート本体部11は、薄板状部分34を取り囲むように厚肉部分35が形成され、この厚肉部分35が薄板状部分34を補強するようになっている。なお、薄板状部分34の肉厚、厚肉部分35の肉厚、及びノズル孔7の孔径は、上記第1実施形態のノズルプレート1と同様に決定される。
図8に示す金型2は、第1金型18と第2金型20の間にキャビティ21が形成され、ノズル孔7を形成するためのノズル孔形成ピン22がキャビティ21内に突出している。ノズル孔形成ピン22は、先端が第1金型18のキャビティ内面23に突き当てられている。第1金型18のノズル孔形成ピン22が突き当てられる箇所は、中空円板状のノズル孔形成凹所33を形作るための凸部36である。キャビティ21は、プレート本体部11を形作る第1キャビティ部分25と、円筒状嵌合部10を形作る第2キャビティ部分26とからなっている。そして、第1キャビティ部分25の中心には、溶融樹脂をキャビティ21内に射出するゲート3が開口している。ゲート3の開口部27の中心は、キャビティ21の中心軸28上に位置しており、複数のノズル孔7の中心(ノズル孔形成ピン22の中心)から等距離に位置している(図7(a)〜(b)参照)。
このような金型2は、ゲート3から溶融樹脂がキャビティ21内に射出されると、溶融樹脂がキャビティ21内を放射状に流動し、第1キャビティ部分25で且つ複数のノズル孔7が形作られる部分(複数のノズル孔形成ピン22を取り囲むキャビティ部分)に同時に溶融樹脂が到達し、溶融樹脂が複数のノズル孔形成ピン22を取り囲むキャビティ部分に充填された後、溶融樹脂がプレート本体部11の径方向外方端へ向かって均等に流動し、その後に溶融樹脂が第2キャビティ部分26に充填される。しかも、本実施形態の金型2は、第1キャビティ部分25のうちの薄板状部分34及びノズル孔7を形作るキャビティ部分がゲート3の近くに位置しており、保圧が薄板状部分34及びノズル孔7を形作るキャビティ部分に均等に且つ確実に加えられるため、ノズル孔7及びその周辺の形状が高精度に形作られる。射出成形後のノズルプレート1は、薄板状部分34によって取り囲まれた厚肉のゲート座29で、且つ、プレート本体部11の中心(各ノズル孔7の中心から等距離の位置)にゲート3の切り離し痕(ゲート痕)が形成される。ゲート座29は、ゲート3をノズルプレート1から切り離す際に、ゲート3の周りが千切れて破損しないようにするため、プレート本体部11の厚肉部分35と同一の肉厚に形成することにより、ゲート3の切り離し時に作用する力に耐え得る強度が確保されている(図7参照)。また、このゲート座29を形作るキャビティ部分29aは、プレート本体部11の薄板状部分34を形作るのに十分な溶融樹脂量を溜めることができる容積の空間になっている(図8参照)。なお、ゲート座29は、ゲート3の切り離し時に作用する力に耐え得る強度を確保するため、プレート本体部11の厚肉部分35よりも厚く形成してもよい。また、ゲート座29は、ゲート3の切り離し時に作用する力に耐え得る強度が確保されることを条件として、プレート本体部11の厚肉部分35よりも薄く形成してもよい。
以上のような、本実施形態に係るノズルプレート1の製造方法及び金型2によれば、噴霧特性に大きな影響を及ぼす複数のノズル孔7が同時に形成されることになり、ノズル孔7の形成時間(溶融樹脂の充填速度)のずれに起因する成形不良を防止でき、ノズル孔7及びその周辺の形状を高精度に形作ることができる。
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態に係るノズルプレート1、その製造方法及び金型2を、図9乃至図11に基づき詳述する。なお、図9は、本実施形態に係るノズルプレート1と射出成形用のゲート3との関係を示す図である。また、図10(a)は、図9(a)の一部を拡大して示す図である。また、図10(b)は、図10(a)のA5−A5線に沿って切断して示す断面図である。また、図11は、本実施形態に係るノルプレート1の金型2の断面図である。
図9乃至図10に示すように、射出成形されるノズルプレート1は、第1乃至第2実施形態に係るノズルプレート1と同様に、円筒状嵌合部10と、円筒状嵌合部10の一端側を塞ぐように形成されたプレート本体部11と、を有している。また、プレート本体部11は、ノズル孔7が形成された薄板状部分37(ノズル孔プレート部分)と、3個の干渉体38が形成された干渉体プレート部分40と、これら薄板状部分37及び干渉体プレート部分40を取り囲むように位置している厚肉部分41と、を有している。干渉体プレート部分40は、プレート本体部11の中心軸14の周りを中空円板状に凹ませることにより形作られている。また、薄板状部分37は、干渉体プレート部分40のうちのノズル孔7の周辺を部分的に座繰ることによって形成されたような形状になっており、干渉体プレート部分40よりも薄肉に形成されている。また、プレート本体部11は、ノズル孔7及び薄板状部分37が中心軸14の周りに等間隔で複数形成されており、ノズル孔7の一部が薄板状部分37の表裏を貫通するように(表裏に開口するように)形成されている。また、プレート本体部11は、ノズル孔7の一部を塞ぐ干渉体38が干渉体プレート部分40に形成されている。
干渉体プレート部分40に形成された干渉体38は、ノズル孔7を部分的に塞いでオリフィス42を形成している。また、干渉体38は、ノズル孔7を通過する燃料の一部が衝突する衝突面43を有している。そして、ノズル孔7を通過する燃料の流れは、干渉体38の衝突面43に衝突することにより、擾乱が誘起される。
また、プレート本体部11において、薄板状部分37の外表面と干渉体プレート部分40の外表面とを接続する側面(傾斜面)44は、薄板状部分37に開口するノズル孔7の出口側開口部45からほぼ等距離に位置するように、ノズル孔7の出口側開口部45から離して形成され、ノズル孔7から噴射される噴霧を邪魔しないようになっている。また、干渉体プレート部分40の外表面と厚肉部分41の外表面とを接続する側面(傾斜面)46は、ノズル孔7から噴射される噴霧を邪魔しない位置に形成されている。なお、ノズルプレート1の薄板状部分37、ノズル孔7、干渉体38は、ノズルプレート1の中心軸14の周りに放射状に配置されている。
図11に示す金型2は、第1金型18と第2金型20の間にキャビティ21が形成され、ノズル孔7を形成するためのノズル孔形成ピン22がキャビティ21内に突出している。ノズル孔形成ピン22は、先端が第1金型18のキャビティ内面23に突き当てられている。第1金型18のノズル孔形成ピン22が突き当てられる箇所は、薄板状部分37及び干渉体38の輪郭を形作るための凸部47である。キャビティ21は、プレート本体部11を形作る第1キャビティ部分25と、円筒状嵌合部10を形作る第2キャビティ部分26とからなっている。そして、第1キャビティ部分25の中心には、溶融樹脂をキャビティ21内に射出するゲート3が開口している。ゲート3の開口部27の中心は、キャビティ21の中心軸28上に位置しており、複数のノズル孔7の中心(ノズル孔形成ピン22の中心)から等距離に位置している(図9(a)〜(b)参照)。
このような金型2は、ゲート3から溶融樹脂がキャビティ21内に射出されると、溶融樹脂がキャビティ21内を放射状に流動し、第1キャビティ部分25で且つ複数のノズル孔7が形作られる部分(複数のノズル孔形成ピン22を取り囲むキャビティ部分)に同時に溶融樹脂が到達し、溶融樹脂が複数のノズル孔形成ピン22を取り囲むキャビティ部分に充填された後、溶融樹脂がプレート本体部11の径方向外方端へ向かって均等に流動し、その後に溶融樹脂が第2キャビティ部分26に充填される。しかも、本実施形態の金型2は、第1キャビティ部分25のうちの干渉体38、薄板状部分37及びノズル孔7を形作るキャビティ部分がゲート3の近くに位置しており、保圧が干渉体38と薄板状部分37及びノズル孔7を形作るキャビティ部分に均等に且つ確実に加えられるため、ノズル孔7及びその周辺の形状が高精度に形作られる。なお、射出成形後のノズルプレート1は、干渉体プレート部分40によって取り囲まれた厚肉のゲート座29で、且つ、プレート本体部11の中心(各ノズル孔7の中心から等距離の位置)にゲート3の切り離し痕(ゲート痕)が形成される。ゲート座29は、ゲート3をノズルプレート1から切り離す際に、ゲート3の周りが千切れて破損しないようにするため、プレート本体部11の厚肉部分41と同一の肉厚に形成することにより、ゲート3の切り離し時に作用する力に耐え得る強度が確保されている(図9参照)。また、このゲート座29を形作るキャビティ部分29aは、プレート本体部11のノズル孔7の周辺を形作るのに十分な溶融樹脂量を溜めることができる容積の空間になっている(図11参照)。なお、ゲート座29は、ゲート3の切り離し時に作用する力に耐え得る強度を確保するため、プレート本体部11の厚肉部分41よりも厚く形成してもよい。また、ゲート座29は、ゲート3の切り離し時に作用する力に耐え得る強度が確保されることを条件として、プレート本体部11の厚肉部分41よりも薄く形成してもよい。
以上のような、本実施形態に係るノズルプレート1の製造方法及び金型2によれば、噴霧特性に大きな影響を及ぼす複数のノズル孔7が同時に形成されることになり、ノズル孔7の形成時間(溶融樹脂の充填速度)のずれに起因する成形不良を防止でき、ノズル孔7及びその周辺の形状を高精度に形作ることができる。
また、本実施形態に係るノズルプレート1の製造方法及び金型2によれば、上述のように、ノズル孔7及びその周辺の形状を高精度に形作ることができるため、干渉体38の円弧状外縁部48とノズル孔7の出口側開口部45とで形作られるコーナー部分50、及び干渉体38と干渉体38との突き合わせ部に形作られるコーナー部分51が、丸みのない鋭利な形状に形成される。その結果、本実施形態に係る製造方法及び金型2によって形成されたノズルプレート1は、オリフィス42を通過する燃料の液膜の端部を空気との摩擦で微粒化し易い鋭利な尖った形状にすることができ、噴霧中の燃料微粒子の微粒化を促進することができる。
[第4実施形態]
図12は、本発明の第4実施形態に係るノズルプレート1と射出成形用のゲート3との関係を示す図であり、金型の一部を変更して形成されたノズルプレート1を示す図である。なお、図12は、第1実施形態の変形例を示す図であり、第1実施形態の図1と共通する部分に同一符号を付し、第1実施形態の説明と重複する説明を省略する。
この図12に示すように、ノズルプレート1のゲート3が配置される部分(プレート本体部11の表面11a側であって、且つ、複数のノズル孔7から等距離の部分)に肉盛り部分52を形成し、そのプレート本体部11の表面11aから出っ張るように形成された肉盛り部分52を射出成形後に削ることにより、ゲート痕を除去することができる。このような本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
[第5実施形態]
図13は、本発明の第5実施形態に係るノズルプレート1と射出成形用のゲート3との関係を示す図であり、第4実施形態に係るノズルプレート1の変形例を示す図である。なお、図13は、第4実施形態の変形例を示す図であり、第4実施形態の図12と共通する部分に同一符号を付し、第4実施形態の説明と重複する説明を省略する。
図13に示すように、本実施形態に係るノズルプレート1は、プレート本体部11の表面11a側に第1のノズル孔形成凹所15をノズル孔7と同数形成すると共に、プレート本体部11の裏面(内面12)側の中央部に円錐台形状の第2のノズル孔形成凹所53を形成することにより、第1のノズル孔形成凹所15の底面と第2のノズル孔形成凹所53の底面との間に複数の薄板状部分16を形成するようになっている。そして、このノズルプレート1は、ノズル孔7が薄板状部分16の表裏を貫通するように形成されている。このような本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
[第6実施形態]
本発明に係るノズルプレート1は、ゲート3の切り離し痕が複数のノズル孔7の中心から等距離に位置するようになっている上記各実施形態に限定されるものではない。また、本発明は、ゲート3が複数のノズル孔7(ノズル孔形成ピン22)の中心から等距離に位置するように配置された金型2を使用してノズルプレート1を製造する上記各実施形態の製造方法に限定されるものではない。すなわち、本実施形態に係るノズルプレート1は、ゲート3の切り離し痕が複数のノズル孔の中心から等距離に位置していなくても、ゲート3の切り離し痕がプレート本体部11で且つ複数のノズル孔7によって取り囲まれる部分に形成されるようになっていればよい。このような本実施形態に係るノズルプレート1の金型2は、ゲート3が複数のノズル孔7(ノズル孔形成ピン22)の中心から等距離に配置されない場合であっても、ゲート3がプレート本体部11で且つ複数のノズル孔7によって取り囲まれる部分を形作るキャビティ部分に配置されることにより、比較例1及び2と比較し、キャビティ21内の各ノズル孔7を形成するキャビティ部分(ノズル孔形成ピン22が突出するキャビティ部分)に溶融樹脂が到達する時間のずれを小さく抑えることができる。このような本実施形態に係るノズルプレート1を射出成形する場合、ゲート3からキャビティ21内に射出された溶融樹脂は、キャビティ21を放射状に径方向外方へ向かって流動することになるが、ノズル孔7及びその周辺の薄板状部分を形作るキャビティ部分に充填された後、キャビティ21内をさらに径方向外方へ向かって流動し、キャビティ21の全体に充填される。
このような本実施形態によれば、噴霧特性に大きな影響を及ぼす複数のノズル孔7の形成時間(溶融樹脂の充填速度)のずれを比較例1及び2よりも小さく抑えることができ、ノズル孔7及びその周辺の成形不良を防止できると共に、ノズル孔7及びその周辺の形状を高精度に形作ることができる。
なお、本実施形態において、金型2は、複数のノズル孔7の中心からゲート3の中心までの距離の差をできるだけ小さくすることが、ゲート3から各ノズル孔を形成するキャビティ部分への溶融樹脂の到達時間の差を極小にする観点から好ましい。
1……ノズルプレート(燃料噴射装置用ノズルプレート)、2……金型、3……ゲート、4……燃料噴射装置、6……燃料噴射口、7……ノズル孔、10……円筒状嵌合部、11……プレート本体部、16,34,37……薄板状部分、17,35,41……厚肉部分、21……キャビティ、25……第1キャビティ部分(キャビティ部分)

Claims (13)

  1. 燃料噴射装置の燃料噴射口に対向して配置されるプレート本体部の1又は複数の薄板状部分に、前記燃料噴射口から噴射された燃料を通過させる複数のノズル孔が形成され、
    前記プレート本体部のうちの前記薄板状部分を取り囲む位置に厚肉部分が形成された、
    燃料噴射装置用ノズルプレートの製造方法であって、
    前記プレート本体部は、前記燃料噴射口に対向する面を裏面とし、この裏面の反対側に位置する面を表面とすると、前記薄板状部分が前記厚肉部分の前記表面よりも凹んだ位置に形成され、
    前記プレート本体部を形作るキャビティの前記厚肉部分を形作るキャビティ部分のうちで、前記複数のノズル孔で取り囲まれる前記厚肉部分を形作るキャビティ部分には、前記キャビティ内に溶融樹脂を射出するゲートが形成され、
    前記ゲートは、前記複数のノズル孔で取り囲まれる前記厚肉部分を形作る前記キャビティ部分のうち、前記プレート本体部の前記表面を形作る側に開口部が位置するように形成され、
    前記ゲートから前記キャビティ内に射出された前記溶融樹脂が、前記ノズル孔を形作る部分に向けて放射状に流動させられる、
    ことを特徴とする燃料噴射装置用ノズルプレートの製造方法。
  2. 燃料噴射装置の燃料噴射口に対向して配置されるプレート本体部の1又は複数の薄板状部分に、前記燃料噴射口から噴射された燃料を通過させる複数のノズル孔が形成され、
    前記プレート本体部のうちの前記薄板状部分を取り囲む位置に厚肉部分が形成され、
    前記プレート本体部の外周側に、前記燃料噴射装置の前記燃料噴射口が形成された先端側外周に嵌合固定される円筒状嵌合部が一体に形成された、
    燃料噴射装置用ノズルプレートの製造方法であって、
    前記プレート本体部は、前記燃料噴射口に対向する面を裏面とし、この裏面の反対側に位置する面を表面とすると、前記薄板状部分が前記厚肉部分の前記表面よりも凹んだ位置に形成され、
    前記プレート本体部を形作るキャビティの前記厚肉部分を形作るキャビティ部分のうちで、前記複数のノズル孔で取り囲まれる前記厚肉部分を形作るキャビティ部分には、前記キャビティ内に溶融樹脂を射出するゲートが形成され、
    前記ゲートは、前記複数のノズル孔で取り囲まれる前記厚肉部分を形作る前記キャビティ部分のうち、前記プレート本体部の前記表面を形作る側に開口部が位置するように形成され、
    前記ゲートから前記キャビティ内に射出された前記溶融樹脂が、前記ノズル孔を形作る部分に向けて放射状に流動させられる、
    ことを特徴とする燃料噴射装置用ノズルプレートの製造方法。
  3. 前記ゲートの前記開口部の中心は、前記複数のノズル孔の中心から等距離に位置し、
    前記ゲートから前記キャビティ内に射出された溶融樹脂、前記ノズル孔を形作る部分に同時に到達する
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料噴射装置用ノズルプレートの製造方法。
  4. 燃料噴射装置の燃料噴射口に対向して配置されるプレート本体部の1又は複数の薄板状部分に、前記燃料噴射口から噴射された燃料を通過させる複数のノズル孔が形成され、
    前記プレート本体部のうちの前記薄板状部分を取り囲む位置に厚肉部分が形成された、
    燃料噴射装置用ノズルプレートの金型であって、
    前記プレート本体部は、前記燃料噴射口に対向する面を裏面とし、この裏面の反対側に位置する面を表面とすると、前記薄板状部分が前記厚肉部分の前記表面よりも凹んだ位置に形成され、
    前記プレート本体部を形作るキャビティの前記厚肉部分を形作るキャビティ部分のうちで、前記複数のノズル孔で取り囲まれる前記厚肉部分を形作るキャビティ部分には、前記キャビティ内に溶融樹脂を射出するゲートが形成され、
    前記ゲートは、前記複数のノズル孔で取り囲まれる前記厚肉部分を形作る前記キャビティ部分のうち、前記プレート本体部の前記表面を形作る側に開口部が位置するように形成され、
    前記ゲートから前記キャビティ内に射出された前記溶融樹脂が、前記ノズル孔を形作る部分に向けて放射状に流動させられる、
    ことを特徴とする燃料噴射装置用ノズルプレートの金型。
  5. 燃料噴射装置の燃料噴射口に対向して配置されるプレート本体部の1又は複数の薄板状部分に、前記燃料噴射口から噴射された燃料を通過させる複数のノズル孔が形成され、
    前記プレート本体部のうちの前記薄板状部分を取り囲む位置に厚肉部分が形成され、
    前記プレート本体部の外周側に、前記燃料噴射装置の前記燃料噴射口が形成された先端側外周に嵌合固定される円筒状嵌合部が一体に形成された、
    燃料噴射装置用ノズルプレートの金型であって、
    前記プレート本体部は、前記燃料噴射口に対向する面を裏面とし、この裏面の反対側に位置する面を表面とすると、前記薄板状部分が前記厚肉部分の前記表面よりも凹んだ位置に形成され、
    前記プレート本体部を形作るキャビティの前記厚肉部分を形作るキャビティ部分のうちで、前記複数のノズル孔で取り囲まれる前記厚肉部分を形作るキャビティ部分には、前記キャビティ内に溶融樹脂を射出するゲートが形成され、
    前記ゲートは、前記複数のノズル孔で取り囲まれる前記厚肉部分を形作る前記キャビティ部分のうち、前記プレート本体部の前記表面を形作る側に開口部が位置するように形成され、
    前記ゲートから前記キャビティ内に射出された前記溶融樹脂が、前記ノズル孔を形作る部分に向けて放射状に流動させられる、
    ことを特徴とする燃料噴射装置用ノズルプレートの金型。
  6. 前記ゲートの前記開口部の中心は、前記複数のノズル孔の中心から等距離に位置し、
    前記ゲートから前記キャビティ内に射出された溶融樹脂、前記ノズル孔を形作る部分に同時に到達する
    ことを特徴とする請求項4又は5に記載の燃料噴射装置用ノズルプレートの金型。
  7. 前記ゲートの前記開口部の中心は、前記キャビティの中心軸と合致するように形成された、
    ことを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載の燃料噴射装置用ノズルプレートの金型。
  8. 燃料噴射装置の燃料噴射口に対向して配置されるプレート本体部の1又は複数の薄板状部分に、前記燃料噴射口から噴射された燃料を通過させる複数のノズル孔が形成され、
    前記プレート本体部のうちの前記薄板状部分を取り囲む位置に厚肉部分が形成された、
    燃料噴射装置用ノズルプレートであって、
    溶融樹脂がゲートから金型のキャビティ内に射出されることによって形成され、
    前記プレート本体部は、前記燃料噴射口に対向する面を裏面とし、この裏面の反対側に位置する面を表面とすると、前記薄板状部分が前記厚肉部分の前記表面よりも凹んだ位置に形成され、
    前記ゲートの切り離し痕は、前記プレート本体部の前記表面側で、且つ、前記複数のノズル孔で囲まれた厚肉部分に位置している、
    ことを特徴とする燃料噴射装置用ノズルプレート。
  9. 前記ゲートの切り離し痕が前記複数のノズル孔の中心から等距離に位置している、
    ことを特徴とする請求項8に記載の燃料噴射装置用ノズルプレート。
  10. 前記溶融樹脂が前記キャビティの前記ノズル孔を形作る部分に同時に到達させられることによって形成された、
    ことを特徴とする請求項8又は9に記載の燃料噴射装置用ノズルプレート。
  11. 前記ゲートの切り離し痕は、前記プレート本体部の中心に位置する、
    ことを特徴とする請求項8〜10のいずれかに記載の燃料噴射装置用ノズルプレート。
  12. 前記ゲートの切り離し痕は、前記プレート本体部の前記表面から出っ張るように形成された肉盛り部分に位置し、射出成形後に前記肉盛り部分が削られることにより除去される、
    ことを特徴とする請求項8乃至11のいずれかに記載の燃料噴射装置用ノズルプレート。
  13. 前記プレート本体部は、前記燃料噴射装置の前記燃料噴射口が形成された先端側外周に嵌合固定される円筒状嵌合部の一端側を塞ぐように、前記円筒状嵌合部に一体に形成された、
    ことを特徴とする請求項8乃至12のいずれかに記載の燃料噴射装置用ノズルプレート。
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