JP3824524B2

JP3824524B2 - アーマチュアの製造方法

Info

Publication number: JP3824524B2
Application number: JP2001367287A
Authority: JP
Inventors: 重善佐藤; 俊輔竹口; 浩史佐藤
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: JP2003166454A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射弁の可動体を構成するアーマチュアの製造方法に係り、とくにアーマチュアの仕上精度の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の内燃機関に使用される燃料噴射弁は、ソレノイドコイルの通電により吸引作用を受けて移動する可動体を備えている。可動体は、中空軸状に形成されたアーマチュアと、該アーマチュアの先端開口部を塞ぐ弁体とから構成されている。また、アーマチュアの先端部側壁には、横孔が形成され、アーマチュアの中空部と横孔とにより、可動体に燃料通路が形成される。
【０００３】
従来、このアーマチュアは、管状材を鍛造により所定形状に成形したのち、側壁に切削加工により横孔を形成して、製造されていた。しかし、このような製造方法では、製造工程が多くなり生産性が向上しないうえ、切削工程により生じるバリの除去工程が必要となり、工程が複雑となりアーマチュアの製造コストが高くなるという問題があった。
【０００４】
このような問題に対し、例えば、特開平11-200979 号公報には、燃料噴射弁の可動体に、金属射出成形法により成形されたアーマチュアを使用することが提案されている。アーマチュアを金属射出成形により製造することにより、切削加工やバリ取り加工の必要がなく、可動体の製造コストの低減が可能となるとしている。
【０００５】
【発明の解決しようとする課題】
しかしながら、特開平11-200979 号公報に記載された技術で使用される金属射出成形法で製造された燃料噴射弁のアーマチュアには、金属射出成形法特有のゲート部が、通常、アーマチュアのプランジャー部に残存する。このようなゲート部は１種のバリであり、後の研削工程でゲート部が凸状に残存しているとゲート除去の為の切削工程が必要となり、製造コストが高騰するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、アーマチュアのプランジャー部に残存する、金属射出成形法特有のゲート部を安定して精度良く除去できる、安価で、仕上寸法精度に優れたアーマチュアの製造方法を提案することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するために、アーマチュアのプランジャー部に残存するゲート部の除去を安定して精度良くできる加工方法について、鋭意研究した。その結果、ゲート部をシェービング加工を適用して除去することが、寸法精度高く、しかも安定して生産性高くアーマチュアを製造できることに思い至った。そして、さらに特殊なシェービング治具を用いることが寸法精度の向上に有効であることを見いだした。
【０００８】
本発明は、これらの知見に基づいて、さらに検討を加えて完成されたものである。
すなわち、本発明は、金属射出成形法により成形され、焼結された焼結体である、燃料噴射弁可動体用アーマチュアを受け治具に装入したのち、該受け治具に押し治具を嵌合し、押し圧するシェービング加工により、前記燃料噴射弁可動体用アーマチュアのプランジャー部に残存するゲート部を除去し前記プランジャー部の外周をサイジングすることを特徴とするアーマチュアの製造方法である。また、本発明では、前記受け治具が、前記アーマチュアのプランジャー部の外径より大きく、かつ前記プランジャー部の外周に残存するゲート部を含めた外径より小さい、該プランジャー部が通過可能で、かつ、前記プランジャー部の外周に残存するゲート部が通過できない、孔径の孔部を有し、該孔部の入り側には前記ゲート部を装入、保持可能な溝状段付き部が形成されてなる筒状治具であり、前記押し治具が、前記受け治具の孔部に嵌合可能でかつ押圧可能な先端部を有することが好ましく、また、本発明では、前記溝状段付き部は、該溝状段付き部の出側肩部が鋭角に構成されることが好ましい。
【０００９】
また、本発明では、前記焼結体を、相対密度が95％以上を有することが好ましく、さらに前記焼結体は、該焼結体内に形成される空孔のうち、独立空孔の占める割合が95％以上であることが好ましい。
また、本発明では、前記焼結体が、強磁性金属粉製であり、質量％で、Ｃ：0.15％、Ni：46.0〜48.0％、残部鉄および不可避的不純物からなる組成を有する焼結体であることが好ましく、さらに、本発明では、前記焼結体が、電磁ステンレス鋼粉製、パーマロイ粉製であることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明におけるアーマチュアは、自動車等の内燃機関に使用される燃料噴射弁に用いられる可動体を構成する部品であり、強磁性材料を用いて中空軸状に形成される。可動体は、強磁性体材料からなるこのアーマチュアと、アーマチュアの先端開口部を塞ぐ球弁とから構成され、ソレノイドコイルの通電により吸引作用を受けて移動する。
【００１１】
本発明におけるアーマチュアは、金属射出成形法により成形され、焼結された焼結体からなる。本発明においては、金属射出成形法は、通常公知の方法がいずれも適用でき、とくに限定する必要はない。
金属射出成形法により成形され焼結された焼結体である、アーマチャアの断面形状の一例を模式的に図１に示す。
【００１２】
アーマチュア１は、中空軸状に形成され、球弁３を溶接により取り付ける先端開口部を有するニードル部11と、前記ニードル部11より外径が大きく形成されたプランジャー部12とからなる。ニードル部11の先端近傍の側壁には横孔２が形成されてなる。プランジャー部の中空部13と横孔２とにより、燃料噴射弁を構成したときの燃料経路が形成される。金属射出成形法により成形され焼結された、アーマチュア１のプランジャー部12には、金属射出成形法に特有のゲート部12a が存在する。
【００１３】
本発明では、このゲート部12a を、受け治具４と押し治具５を用いたシェービング加工により除去し、アーマチュアのプランジャー部外周をサイジングし、アーマチュアの仕上寸法精度を向上させる。
図２に、本発明におけるシェービング加工の概略を模式的に示す。ゲート部12a を有するアーマチュア１を受け治具４に装入する。図２（ａ）は、アーマチュア１を受け治具４に装入した状態を示す断面図である。アーマチュア１は、ゲート部12a が受け治具４の段付き部に支持されて保持された状態とされる。
【００１４】
ついで、受け治具４に押し治具５を嵌合し、油圧装置等により押し治具５を介しアーマチュア１を押し圧する。押し治具５によりアーマチュア１が押し圧された状態を図２（ｂ）に示す。ゲート部12a は、受け治具４の段付き部に支持されているため、押し治具５によりアーマチュア１本体が押し圧されることにより、ゲート部12a に剪断力が付与される。押し治具５をさらに押し圧することにより、ゲート部12a が剪断破壊してすなわち、シェービング加工されて、アーマチュア１のプランジャー部から除去される。押し治具５に負荷される荷重は、ゲート部12a に剪断破壊が生じるに充分な荷重であればよい。
【００１５】
図２（ｃ）に、ゲート部12a が除去された状態を示す。ゲート部12a が除去されたアーマチュア１は、受け治具４の排出用孔43から排出される。
このアーマチュア１のシェービング加工に好適な受け治具４の一例を図３に示す。
受け治具４は、アーマチュア１が通過可能な貫通する孔部41を有す筒状治具である。この孔部41は、少なくともプランジャー部12が通過可能なように、アーマチュアのプランジャー部12の外径より大きい孔径を有する孔部である。なお、シェービング加工の精度向上のためには、孔部41の孔径をプランジャー部12の外径に略等しくすることが好ましい。なお、孔部41の孔径は、プランジャー部12の外周に残存するゲート部12a が通過できないように、プランジャー部外周に残存するゲート部を含めた外径より小さい、孔径とする。
【００１６】
受け治具４には、図３に示すように、孔部41の入り側に溝状段付き部42が形成される。溝状段付き部42は、ゲート部12a を装入可能とする溝状で、かつアーマチュア１をゲート部12a で一時的に保持し、シェービング加工可能なように、段付き42a を有する。なお、溝状段付き部42の出側肩部、すなわち段付き42a の肩部、が鋭角に構成されることが好ましい。肩部を鋭角に構成することにより、シェービング加工の精度が向上する。
【００１７】
受け治具４の孔部41に続く出側は、シェービング加工済みアーマチュア１の排出が容易なように、孔部41にくらべ大きい径を有する排出用孔43とすることが好ましい。なお、孔部41と排出用孔43とは、傾斜面で接続されるのが好ましいのはいうまでもない。
また、押し治具５は、上記した受け治具４の孔部41に嵌合可能でかつ押圧可能な先端部51を有することが好ましい。アーマチュア１のシェービング加工に好適な押し治具５の一例を図４に示す。
【００１８】
図４では、先端部51の端面は、アーマチュア１のプランジャー部11の中空部13に嵌合可能な形状としている。アーマチュア１のプランジャー部の中空部13に嵌合可能な形状とすることにより、押圧時にアーマチュア１のプランジャー部の変形が少なく、アーマチュア１の寸法精度向上の観点からは好都合である。なお、押し治具５の先端部51の端部形状は、図４にしめされる形状に限定されるものではなく、受け治具４の孔部41に嵌合可能であれば端部を平坦としても何ら問題はない。
【００１９】
つぎに、本発明におけるアーマチュア形状に、金属射出成形法により成形・焼結される焼結体の好ましい製造方法について説明する。焼結体は、混練造粒工程、射出成形工程、脱脂工程、および焼結工程をこの順に施されて製造される。
まず、原料粉末とバインダーとを混合し、混練し造粒する、混練造粒工程を施す。
【００２０】
原料粉末としては、強磁性金属粉末とすることが好ましく、とくに、質量％で、Ｃ：0.15％、Ni：46.0〜48.0％、残部鉄および不可避的不純物からなる組成を有する合金鋼粉とすることが好ましい。また、電磁ステンレス鋼粉、パーマロイ粉としても何ら問題はない。
なお、本発明では、焼結体の密度を相対密度で95％以上の高密度とするために、使用する原料粉末を平均粒径20μｍ以下の球状アトマイズ粒とすることが好ましい。なお、より好ましくは、平均粒径５μｍ以下である。
【００２１】
バインダーとしては、ポリエチレンにワックス、油類等を混合したもの、あるいはポリエチレンに分離のないワックスとを組み合わせたものが好適である。この場合、温度に対する影響が小さく、流動性に富む安定した混練物（金属原料粉末とバインダとの混合物）となる。
原料粉末とバインダーとの混練方法は、とくに限定する必要はないが、なかでも加圧ニーダを用いることが好ましい。混練は室温で、混練時間は約60min とすることが好ましい。混練後、冷却してから粉砕しペレット状とすることが好ましい。
【００２２】
ついで、混練造粒工程を経てペレット状の混練物（コンパウンド）とされた原料粉末とバインダーは、射出成形工程を施される。射出成形工程では、コンパウンドを射出成形機により、射出成形用金型に射出し、所定形状のエレメント（射出成形材）に成形する。射出成形用金型は、予め15〜30℃に保持されることが好ましい。また、射出圧力は、1000〜2000kg/cm とすることが好ましい。
【００２３】
得られたエレメント（射出成形材）は、ついで脱脂工程を施される。脱脂工程では、得られたエレメント（射出成形材）を溶剤中に浸漬し、バインダーを溶剤抽出するＡＭＡＸ工法が用いることが好ましい。ＡＭＡＸ工法では、溶剤として、メチレンクロライドを用い、エレメント（射出成形材）を30±２℃に保持された溶剤中に３〜５ｈ浸漬することが好ましい。
【００２４】
脱脂工程を経たエレメント（射出成形材）は、ついで焼結工程を施され、焼結体とされる。焼結工程では、真空炉を用いて、1000〜1400℃の範囲の温度で行うことが好ましい。なお、加熱速度は 100〜 150℃／ｈとし、途中、650 ℃で２〜５ｈ保持して所定の焼結温度まで加熱することが好ましい。なお、真空雰囲気は10^-2〜10^-3torr程度とすることが好ましい。
【００２５】
上記した工程を経て得られた焼結体は、相対密度が95％以上の高密度で且つ空孔のうち独立空孔の占める割合が95％以上の焼結体となっているので燃料がアーマチュアの組織を通過して洩れることはない。
焼結体は、上記したようなシェービング加工により、ゲート部を除去されて製品（アーマチュア）とされる。本発明によるシェービング加工によりゲート部を除去することにより、アーマチュアのプランジャー部の外径の寸法精度は 0.1mm以下とすることができる。
【００２６】
【実施例】
図１に示す形状のアーマチュア用の焼結体を金属射出成形法により作製した。使用した金属粉は、質量％で、Ｃ：0.15％以下、Ni：46.0〜48.0％を含み、残部鉄および不可避的不純物からなる組成の強磁性金属粉とした。これら金属粉に、バインダーとしてポリエチレンとワックス油と混合したものを用いて混合し、加圧ニーダで混練して混練物とした。ついで、これら混練物を射出成形機から20℃に予熱した金型に、180Mpaの圧力で射出し、アーマチュア（射出成形材）とした。ついで、得られたアーマチュア（射出成形材）にＡＭＡＸ工法による脱脂工程を施したのち、真空中の1280℃で３ｈの焼結工程を施し、焼結体とした。
【００２７】
得られた焼結体は、0.3 mm高さのゲート部がアーマチュアのプランジャー部に残存していた。これらの焼結体を、図３に示す受け治具に装入し、図４に示す押し治具を使用して押し圧して、アーマチュアのプランジャー部に残存するゲート部を除去した。
得られたアーマチュアについて、プランジャー部の外径寸法の精度（ばらつき）を調査した。
【００２８】
なお、比較例として、ゲート部の除去をヤスリによる切削作業により除去した。
この結果、本発明例では、安定して、ゲート部高さを 0.1mm以下に調整できる。また、比較例の単位時間内の生産量を100 とした場合に、本発明例では、200 と生産効率を顕著に向上させることができる。しかも製造されるアーマチュアの寸法精度は比較例にくらべ平均で80％以上向上した。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料噴射弁可動体用アーマチュアのプランジャー部外周に残存する、金属射出成形法特有のゲイト部を安定して精度良く除去でき、仕上寸法精度に優れたアーマチュアを安価に安定して製造でき、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属射出成形法により成形・焼結されたアーマチュアの形状の一例を示す断面模式図である。
【図２】本発明のアーマチュアの製造方法におけるシェービング加工方法を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明に好適な受け治具の一例を示す模式図である。
【図４】本発明に好適な押し治具の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１アーマチュア
２横孔
３球弁
４受け治具
５押し治具
11 ニードル部
12 プランジャー部
12a ゲート部
13 中空部
41 孔部
42 溝状段付き部
42a 段付き
43 排出用孔
51 先端部

Claims

金属射出成形法により成形され、焼結された焼結体である、燃料噴射弁可動体用アーマチュアを受け治具に装入したのち、該受け治具に押し治具を嵌合し、押圧するシェービング加工により、前記燃料噴射弁可動体用アーマチュアのプランジャー部外周に残存するゲート部を除去し前記プランジャー部外周をサイジングすることを特徴とするアーマチュアの製造方法。
前記受け治具が、前記燃料噴射弁可動体用アーマチュアのプランジャー部の外径より大きく、かつ前記プランジャー部の外周に残存するゲート部を含めた外径より小さい、孔径の孔部を有し、該孔部の入り側には前記ゲート部を装入、保持可能な溝状段付き部が形成されてなる筒状治具であり、前記押し治具が、前記受け治具の孔部に嵌合可能でかつ押圧可能な先端部を有することを特徴する請求項１に記載のアーマチュアの製造方法。
前記溝状段付き部は、該溝状段付き部の出側肩部が鋭角に構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のアーマチュアの製造方法。
前記焼結体が、相対密度：95％以上を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のアーマチュアの製造方法。