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JP2018115629A - 燃料噴射弁及びその製造方法 - Google Patents

燃料噴射弁及びその製造方法 Download PDF

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JP2018115629A JP2017008221A JP2017008221A JP2018115629A JP 2018115629 A JP2018115629 A JP 2018115629A JP 2017008221 A JP2017008221 A JP 2017008221A JP 2017008221 A JP2017008221 A JP 2017008221A JP 2018115629 A JP2018115629 A JP 2018115629A
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Abstract

【課題】耐摩耗性と耐久性と油密性とを確保する燃料噴射弁の提供。【解決手段】弁ハウジング10は、内燃機関へ燃料を噴射する噴孔18よりも上流側にて円形内輪郭の弁座部19を有する。弁部材40は、弁ハウジング10内に収容されており、弁座部19に対して同軸上に離着座する円形外輪郭の弁体部48を有し、当該離着座により噴孔18からの燃料噴射を断続させる。弁座部19及び弁体部48のうち「特定弁部」としての後者は、研磨状態の下地面70aを有する基材70と、研磨状態の外表面71aに0.6μm以下の真円度を与えているDLC膜を2μm超過の厚さにて有し、下地面70aに積層されている被覆層71とを、含んで構成されている。【選択図】図2

Description

本発明は、弁ハウジングの噴孔から内燃機関へ燃料を噴射する燃料噴射弁及びその製造方法に、関する。
従来、噴孔よりも上流側にて弁ハウジングの有する円形内輪郭の弁座部に対し、弁ハウジング内に収容された弁部材の有する円形外輪郭の弁体部を同軸上に離着座させる燃料噴射弁は、広く知られている。このような燃料噴射弁では、弁座部に対する弁体部の離着座により噴孔からの燃料噴射が断続する。ここで、弁座部に対する弁体部の着座箇所では、それら両要素同士の摺動が製造公差の範囲で着座と同時的に生じるため、耐摩耗性が求められる。例えば省燃費への要求から燃圧上昇の傾向にある直噴ガソリンエンジン用等の燃料噴射弁では、摺動が生じる着座箇所での耐摩耗性を高めておくことを求められている。
こうした状況下、燃料噴射弁において弁部材とその相手部材との摺動部位の少なくとも一方にダイヤモンドライクカーボン(以下、DLC)膜を設けて耐摩耗性を確保する技術が、特許文献1に開示されている。
特許第3891433号公報
さて、特許文献1の開示技術では、弁部材の相手部材としてガイドが想定されていると共に、DLC膜の厚さが0.3μm〜2.0μmと比較的薄く設定されている。一方、例えば上述の如き直噴ガソリンエンジン用等の燃料噴射弁では、燃圧上昇に対応させるべく、弁座部及び弁体部の少なくとも一方にDLC膜を厚く成膜することで、繰り返しの衝突でも基材の露出が抑えられる程度に耐久性を高めておくことを求められている。
そこで本発明者らは、弁座部及び弁体部の少なくとも一方にDLC膜を厚めの0.2μm超過にて成膜した結果、新たな問題の生じることを知見したのである。その問題とは、特許文献1の開示技術の如くDLC膜を成膜する基材の表面粗さを小さく抑えたとしても、厚い成膜直後のダイヤモンドライクカーボン膜では表面凹凸が大きくなって真円度が悪化する、というものである。ここで真円度の悪化は、着座状態での弁座部及び弁体部間にて油密性を低下させて燃料漏れを生じさせてしまうため、排ガス浄化の観点から望ましくないのである。
本発明は、以上説明した本発明者らの知見による真円度悪化のメカニズムに鑑みてなされたものであって、その目的は、耐摩耗性と耐久性と油密性とを確保する燃料噴射弁及びその製造方法を、提供することにある。
以下、課題を達成するための発明の技術的手段について、説明する。尚、発明の技術的手段を開示する特許請求の範囲及び本欄に記載された括弧内の符号は、後に詳述する実施形態に記載された具体的手段との対応関係を示すものであり、発明の技術的範囲を限定するものではない。
上述の課題を解決するために開示された第一発明の燃料噴射弁は、
内燃機関へ燃料を噴射する噴孔(18)、及び噴孔よりも上流側にて円形内輪郭の弁座部(19)を有する弁ハウジング(10)と、
弁ハウジング内に収容されており、弁座部に対して同軸上に離着座する円形外輪郭の弁体部(48)を有し、当該離着座により噴孔からの燃料噴射を断続させる弁部材(40)と、
弁座部及び弁体部のうち少なくとも一方である特定弁部は、
研磨状態の下地面(70a)を有する基材(70)と、
研磨状態の外表面(71a)に0.6μm以下の真円度を与えているDLC膜(74)を2μm超過の厚さにて有し、下地面に積層されている被覆層(71)とを、含んで構成されている。
このような第一発明によると、弁座部及び弁体部のうち少なくとも一方である特定弁部にて基材の下地面に積層されている被覆層は、耐摩耗性を確保するためのDLC膜を2μm超過の厚さにて有することで、耐久性も確保できる。しかも、研磨状態の下地面に積層された被覆層を構成する2μm超過の厚いDLC膜であっても、研磨状態の外表面にて真円度が0.6μm以下に抑えられることで、着座状態での弁座部及び弁体部間にて油密性を確保できる。
また、開示された第二発明の製造方法は、第一発明の燃料噴射弁を製造する方法であって、
基材に超仕上げを施すことにより、下地面を研磨状態に形成する第一研磨工程(S20)と、
DLC膜を有する被覆層を、研磨状態の下地面に積層する積層工程(S30)と、
DLC膜に超仕上げを施すことにより、外表面を研磨状態に形成する第二研磨工程(S40)とを、含む。
このような第二発明では、第一研磨工程の超仕上げによって基材の下地面が研磨状態に形成された後、積層工程にて当該下地面に積層される被覆層のうちDLC膜が与える外表面も、第二研磨工程の超仕上げによって研磨状態に形成される。これにより特定弁部では、DLC膜を2μm超過の厚さに形成して耐摩耗性及び耐久性を確保できるだけでなく、研磨状態の外表面真円度を0.6μm以下に抑えて油密性を確保できる。
一実施形態による燃料噴射弁を示す断面図である。 図1の燃料噴射弁を部分的に拡大して示す断面図である。 図2に示す基材及び被覆層について説明するための断面図である。 図1の燃料噴射弁におけるDLC膜の厚さと真円度との関係を示すグラフである。 図1の燃料噴射弁におけるDLC膜の屈折率と摩耗量との関係を示すグラフである。 図1の燃料噴射弁におけるDLC膜の真円度と油密性との関係を示すグラフである。 図1の燃料噴射弁におけるDLC膜の厚さと基材に対する真円度差との関係を示すグラフである。 図1の燃料噴射弁の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図8の準備工程S10を説明するための断面図である。 図8の第一研磨工程S20を説明するための模式図である。 図8の積層工程S30を説明するための模式図である。 図8の第二研磨工程S40を説明するための模式図である。 図2の変形例を示す断面図である。 図2の変形例を示す断面図である。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に示すように本発明の一実施形態による燃料噴射弁1は、「内燃機関」としての直噴ガソリンエンジンに設置される。燃料噴射弁1は、ガソリンエンジンにおいて気筒内の燃焼室へと燃料を噴射する。尚、燃料噴射弁1は、ガソリンエンジンの燃焼室に連通する吸気通路へと燃料を噴射するもの等であってもよい。
(基本構成)
まず、燃料噴射弁1の基本構成を説明する。燃料噴射弁1は、弁ハウジング10、固定コア20、可動コア30、弁部材40、スプリング50,51及び電磁駆動部60を備えている。
弁ハウジング10は、磁気回路部材12、入口部材13及びノズル部材14等から構成されている。円筒状の磁気回路部材12は、第一磁性部120、非磁性部121及び第二磁性部122を、軸方向の閉弁側から開弁側へ向かってこの順で、有している。金属磁性体からなる各磁性部120,122と、金属非磁性体からなる非磁性部121とは、例えばレーザ溶接等により結合されている。非磁性部121は、第一磁性部120と第二磁性部122の間における磁束の短絡を遮断している。
第二磁性部122において非磁性部121とは反対側端部には、入口部材13が同軸上に固定されている。金属からなる円筒状の入口部材13は、燃料ポンプからの燃料供給を受ける燃料流入口15を、形成している。この燃料流入口15へと供給される燃料を濾過するために入口部材13内には、燃料フィルタ16が位置決め状態にて収容されている。
第一磁性部120において非磁性部121とは反対側端部には、ノズル部材14が同軸上に固定されている。金属からなる有底円筒状のノズル部材14は、燃料を流通させる燃料通路17を、磁気回路部材12と共同して内周側に形成している。ノズル部材14は、噴孔18及び弁座部19を有している。
噴孔18は、弁ハウジング10の中心軸線C周りに複数設けられている。各噴孔18は、ノズル部材14を貫通する貫通孔状に、形成されている。これにより各噴孔18は、外部となる燃焼室と、燃料通路17との間を連通する。
図1,2に示すように弁座部19は、ノズル部材14のうち燃料通路17を囲む内周面において、各噴孔18よりも上流側となる開弁側に設けられている。弁座部19は、中心軸線Cと心合わせされた円錐面状(即ち、テーパ面状)に形成され、下流側となる閉弁側へ向かうほど縮径している。これにより弁座部19は、中心軸線Cに垂直な横断面における円形の内輪郭を、中心軸線Cに沿う所定長さの軸方向領域にて有している。
図1に示すように、金属磁性体からなる円筒状の固定コア20は、弁ハウジング10のうち磁気回路部材12内に同軸上に収容されている。固定コア20は、非磁性部121及び第二磁性部122の内周面に固定されている。固定コア20内には、金属からなる円筒状のアジャスティングパイプ24が同軸上に圧入されている。固定コア20は、上流側の燃料流入口15と連通する連通通路22を、アジャスティングパイプ24と共同して内周側に形成している。連通通路22は、上流側の燃料流入口15から流入した燃料を下流側へと導く。
金属磁性体からなる円筒状の可動コア30は、弁ハウジング10のうち磁気回路部材12内の燃料通路17に同軸上に収容されている。可動コア30は、固定コア20よりも下流側となる閉弁側に、位置している。可動コア30は、開弁側と閉弁側とへの往復移動に伴って非磁性部121及び第一磁性部120の内周面と摺動可能に、配置されている。可動コア30は、軸方向に延伸する円筒孔状の軸方向孔34を、中心軸線Cと心合わせして内周側に有している。
金属非磁性体からなる細長円柱状(即ち、ニードル状)の弁部材40は、弁ハウジング10のうち磁気回路部材12及びノズル部材14内の燃料通路17に同軸上に収容されている。弁部材40は、軸方向に延伸する円柱状の弁軸部42を、中心軸線Cと心合わせして有している。弁軸部42は、軸方向孔34内を同軸上に嵌通している。これにより弁部材40は、開弁側と閉弁側とへの往復移動に伴って可動コア30と一体移動又は軸方向孔34の内周面に対して相対摺動可能に、配置されている。
弁部材40は、弁軸部42から外周側に突出する円形鍔状(即ち、フランジ状)の突部44を、中心軸線Cと心合わせして有している。突部44は、弁部材40の開弁側端部に設けられている。突部44は、固定コア20内に同軸上に嵌入されている。これにより突部44は、開弁側と閉弁側とへの往復移動に伴って固定コア20の内周面と摺動可能に、配置されている。
突部44は、軸方向孔34よりも大径に形成されている。突部44のうち閉弁側を向く軸方向端面44aは、可動コア30のうち開弁側を向く軸方向端面30aと接離可能に、配置されている。これにより軸方向端面44a,30a同士の接触時には、開弁側と閉弁側とへの往復移動に伴って弁部材40及び可動コア30が一体移動可能となっている。
弁部材40は、弁軸部42及び突部44に跨って貫通する燃料孔46を、内周側に有している。燃料孔46は、連通通路22と燃料通路17との間を連通している。これにより燃料孔46は、弁部材40及び可動コア30の任意の移動位置において、上流側の連通通路22から下流側の燃料通路17へと燃料を流通させる。
図1,2に示すように弁部材40は、弁軸部42のうち燃料通路17に露出する外周面に、弁体部48を有している。弁体部48は、弁部材40の閉弁側端部に設けられ、突部44とは反対側となる弁座部19側に位置している。弁体部48は、中心軸線Cと心合わせされた円錐面状(即ち、テーパ面状)に形成され、下流側と閉弁側へ向かうほど縮径している。これにより弁体部48は、中心軸線Cに垂直な横断面における円形の外輪郭を、中心軸線Cに沿う所定長さの軸方向領域にて有している。
弁体部48は、弁座部19よりも上流側となる開弁側に位置することで、弁座部19に対して同軸上に離着座可能に配置されている。これにより弁部材40は、開弁側への移動に伴って弁体部48を弁座部19から離座させることで、各噴孔18を燃料通路17に対して開放する。その結果、燃料通路17の燃料が各噴孔18から燃焼室へと噴射される。一方で弁部材40は、閉弁側への移動によって弁体部48を弁座部19に着座させることで、各噴孔18を燃料通路17に対して閉塞する。その結果、各噴孔18からの噴射が停止する。このように弁部材40は、往復移動に伴って弁体部48を弁座部19に対して離着座させる開閉弁作動により、各噴孔18からの燃料噴射を断続させる。
図1に示すように、金属からなる閉弁スプリング50は、圧縮コイルスプリングである。閉弁スプリング50は、弁ハウジング10内のうち固定コア20内の連通通路22に、同軸上に収容されている。閉弁スプリング50は、アジャスティングパイプ24と突部44との間に介装されている。これにより閉弁スプリング50は、要素24,44間での圧縮に応じて弾性復原力を発生することで、弁部材40を閉弁側へと付勢する。
金属からなる開弁スプリング51は、圧縮コイルスプリングである。開弁スプリング51は、弁ハウジング10のうち磁気回路部材12内の燃料通路17に、同軸上に収容されている。開弁スプリング51は、弁軸部42の外周側にて可動コア30と第一磁性部120との間に介装されている。これにより開弁スプリング51は、要素30,120間での圧縮に応じて弾性復原力を発生することで、可動コア30を開弁側へと付勢する。
電磁駆動部60は、ソレノイドコイル61、樹脂ボビン62、ターミナル63及びコネクタ64等から構成されている。ソレノイドコイル61は、円筒状の樹脂ボビン62に金属線材を巻回して形成されている。ソレノイドコイル61は、固定コア20の外周側に同軸上に配置されている。ソレノイドコイル61は、磁性部120,122及び非磁性部121の外周面に樹脂ボビン62を介して固定されている。金属からなるターミナル63は、樹脂からなるコネクタ64に埋設されている。ターミナル63は、外部の制御回路と内部のソレノイドコイル61との間を電気接続する。この電気接続によりソレノイドコイル61への通電は、制御回路により制御可能となっている。
以上の如き基本構成の燃料噴射弁1は、開弁作動及び開弁作動を実現する。まず開弁作動では、制御回路により通電されたソレノイドコイル61が励磁することで、第一磁性部120、可動コア30、固定コア20及び第二磁性部122に磁束が案内される。即ち、それら要素120,30,20,122を磁束が通過するように、磁気回路が形成される。すると、互いに対向するコア20,30間には、可動コア30を固定コア20側へと吸引する磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力を受けて可動コア30は、軸方向端面30aに接触している突部44を閉弁スプリング50の弾性復原力に抗して押圧しながら、開弁側へと移動する。これにより、弁部材40が可動コア30と一体に開弁側へと移動することで、弁体部48が弁座部19から離座して燃料が各噴孔18から噴射される。
次に開弁作動後の閉弁作動では、制御回路により通電の停止されたソレノイドコイル61が消磁するので、コア20,30間の磁気吸引が消失する。このとき弁部材40は、開弁スプリング51よりも大きな弾性復原力を閉弁スプリング50から受けることで、軸方向端面44aに接触している可動コア30を押圧しながら、閉弁側へと移動する。これにより、弁部材40が可動コア30と一体に閉弁側へと移動することで、弁体部48が弁座部19に着座して各噴孔18からの燃料噴射が停止する。
(弁体部の詳細構成)
以下では、図2に拡大して示す弁座部19及び弁体部48のうち、「特定弁部」として本実施形態では機能する弁体部48の詳細構成を、説明する。弁体部48は、弁部材40の基材(即ち、母材)70と、当該基材70を被覆する被覆層71とを、含んで構成されている。
基材70は、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼等の鉄系金属から形成されている。弁体部48を形成する箇所75にて基材70は、円形外輪郭の円錐面状(即ち、テーパ面状)を呈している。図2,3に示す基材70の最外周面は、被覆層71に対する下地面70aとなっている。下地面70aには、後に詳述する超仕上げによって鏡面加工が施されている。その結果として研磨状態となっている下地面70aには、真円度が0.05μm以上且つ0.4μm以下の範囲にて与えられている。
尚、下地面70aの真円度は、MZC最小領域中心法に従って横断面の円形輪郭を挟む同心二円の半径差が最小となる中心座標を当該円形輪郭の中心と想定した場合に、かかる同心二円の半径差を意味している。そこで下地面70aの真円度は、弁体部48の形成される軸方向領域内の任意の横断面にて、円形輪郭を挟む同心二円の半径差が上述の範囲を満たすように、設定される。
被覆層71は、下地面70aの周方向全域に亘って広がる、実質均一厚さの複合層状に積層されている。被覆層71は、弁部材40の大半部分を構成する基材70のうち、本実施形態では弁体部48の形成箇所75にのみ設けられているが、基材50の他の箇所まで跨って又は全体に設けられていてもよい。図3に示すように被覆層71は、中間膜72,73及びDLC膜74を有している。
第一中間膜72は、基材70との親和性の高い、例えばクロム(Cr)等の金属から形成されている。第一中間膜72は、下地面70aに直接成膜されている。第一中間膜72の厚さは、成膜部分全体にて実質均一となる0.1μm程度に、設定されている。第二中間膜73は、DLC膜74との親和性の高い、例えばタングステンカーバイド(WC)及びDLCの合成材から形成されている。第二中間膜73は、第一中間膜72を介して下地面70aに成膜されている。第二中間膜73の厚さは、成膜部分全体にて実質均一となる0.2μm程度に、設定されている。以上により中間膜72,73は、基材70とDLC膜74との間を繋いで密着力を確保する機能を発揮可能な限りにて、DLC膜74よりも十分に薄い合算厚さに設けられている。
被覆層71の最外殻部分をなすDLC膜74は、例えば20at%程度の水素を含むDLCから形成されている。DLC膜74は、中間膜72,73を介して下地面70aに成膜されている。DLC膜74の厚さは、成膜部分全体にて実質均一となる値であって、図4,7に示す2μm超過且つ5μm以下の範囲に、設定されている。ここで、厚さが2μm以下のDLC膜とすると、弁座部19及び弁体部48間での着座時の衝撃に対して必要な耐久性が得られずに、基材70までを露出させるおそれがある。一方、厚さが5μm超過のDLC膜とすると、中間膜72,73を介した基材70への密着性が低下して、成膜不良や着座時の剥がれを招来するおそれがある。尚、DLC膜74の厚さについてさらに好適には、2.5μm以上且つ4.5μm以下の範囲に設定される。
DLC膜74には、膜硬さと相関する光学物理量としての屈折率が、図5に示す2.2以上且つ2.4以下の範囲に設定されている。ここで、屈折率が2.2未満のDLC膜とすると、弁座部19及び弁体部48間での繰り返しの着座による摩耗量が図5の如き許容上限値(燃料噴射弁の作動回数が5000万回後に0.5μm程度)を上回って、耐摩耗性を低下させるおそれがある。一方、屈折率を2.4超過のDLC膜とすると、成膜に必要な温度が上昇して、外乱等に起因した成膜温度不足による成膜不良を招来するおそれがある。
尚、屈折率は、900nm〜1600nm程度の波長にてDLC膜74へと照射した光の最外周面(即ち、後述する外表面71a)での反射成分と、DLC膜74を透過した当該光の最内周面での反射成分とにつき、光干渉法に従って光路差による位相ずれに起因した光干渉スペクトルを測定し、当該光干渉スペクトルに現れるスペクトル強度から算出される。これにより、最外周面が円錐面状のDLC膜74に対して、適正な耐摩耗性を与えることが可能となる。
図3に示すDLC膜74の最外周面は、被覆層71の外表面71aとなっている。外表面71aには、後に詳述する超仕上げによって鏡面加工が施されている。その結果として研磨状態となっている外表面71aには、図4,6に示す0.05μm以上且つ0.6μm以下の範囲にて真円度が与えられている。ここで、真円度が0.6μm超過の外表面とすると、着座状態の弁座部19及び弁体部48間での燃料漏れ量によって表される油密性が、図6の如き許容上限値(燃料圧力8MPaの条件で0.5cc/min程度)を上回るおそれがある。一方、製品回転用の調整砥石スピンドルの回転振れ精度の限界から、真円度は0.05μm未満にすることが困難である。尚、外表面71aの真円度についてさらに好適には、0.05μm以上且つ0.4μm以下の範囲に設定される。
さらに、外表面71aの真円度について下地面70aの真円度との差は、図7に示す0μm以上且つ0.2μm以下の範囲に設定されている。これは、後に詳述する各面70a,71aへの超仕上げによって外表面71aの真円度を、0.6μm以下まで抑え易くするためである。
尚、下地面70aの真円度と同様に外表面71aの真円度は、MZC最小領域中心法に従って横断面の円形輪郭を挟む同心二円の半径差を、意味している。そこで外表面71aの真円度は、弁体部48の形成される軸方向領域内の任意の横断面にて、円形輪郭を挟む同心二円の半径差が上述の範囲を満たすように、設定される。
(製造方法)
以下では、燃料噴射弁1の製造方法として特に、弁体部48を有した弁部材40を製造する方法を説明する。
まず、図8に示す準備工程S10では、基材70において弁軸部42の弁体部48を形成する箇所75の下地面70aに被覆層71が積層されていない弁部材40を、図9に示すように準備する。
続いて、図8に示す第一研磨工程S20では、準備工程S10にて準備した弁部材40の基材70に超仕上げを施すことで、下地面70aを研磨状態に形成する。具体的に第一研磨工程S20では図10に示すように、回転ローラ1000,1001間に挟んだ弁部材40を中心軸線Cまわりに回転させながら、例えばキュービックボロンナイト(cBN)等の砥石1002を基材70に押し当てて振動させる。
このときまず、ローラ1000,1001の回転速度を350rpm、砥石1002の押し当て圧を0.019MPa、加工時間を0.5sにそれぞれ設定した荒処理を、実施する。次に、ローラ1000,1001の回転速度を400rpm、砥石1002の押し当て圧を0.019MPa、加工時間を3sにそれぞれ設定した中間処理を、実施する。さらに、ローラ1000,1001の回転速度を400rpm、砥石1002の押し当て圧を0.019MPa、加工時間を1sにそれぞれ設定した仕上げ処理を、行う。以上の各処理を含む超仕上げによって研磨された下地面70aには、0.05μm以上且つ0.4μm以下の真円度が与えられることとなる。
さらに続いて、図8に示す積層工程S30では、第一研磨工程S20にて研磨状態となった下地面70aに中間膜72,73及びDLC膜74を順次成膜することで、同面70aに被覆層71を積層する。具体的に積層工程S30では、まず図11(a)に示すように、真空チャンバ1003内に弁部材40を投入した状態下、アルゴンイオン(Ar)及び水素イオン(H)を基材70に衝突させることで、下地面70a上の酸化皮膜を除去する。次に図11(b)に示すように、真空チャンバ1003内に弁部材40を収容した状態下、Arを衝突させたターゲット1004から放出されるターゲット材料原子を基材70に付着させる。このとき、ターゲット1004にCrを採用することで第一中間膜72を0.1μmの厚さに成膜後、ターゲット1004をWCに変更してからDLCを加えていくことで第二中間膜73を0.2μmの厚さに成膜する。
さらに、積層工程S30では図11(c)に示すように、真空チャンバ1003内に弁部材40を収容した状態下、アセチレン(C)ガスをプラズマ分解して基材70上で再結合させる。これにより、2μm超過且つ5μm以下の厚さと、2.2以上且つ2.4以下の屈折率とをもって、DLC膜74が成膜される。
最後に、図8に示す第二研磨工程S40では、積層工程S30にて積層された被覆層71のうち最外殻のDLC膜74に超仕上げを施すことで、外表面71aを研磨状態に形成する。具体的に第二研磨工程S40では図12に示すように、回転ローラ1000,1001間に挟んだ弁部材40を中心軸線Cまわりに回転させながら、例えばダイヤモンド等の砥石1005を被覆層71に押し当てて振動させる。
このときまず、ローラ1000,1001の回転速度を350rpm、砥石1005の押し当て圧を0.017MPa、加工時間を0.5sにそれぞれ設定した荒処理を、実施する。次に、ローラ1000,1001の回転速度を400rpm、砥石1005の押し当て圧を0.017MPa、加工時間を3sにそれぞれ設定した中間処理を、実施する。さらに、ローラ1000,1001の回転速度を400rpm、砥石1005の押し当て圧を0.017MPa、加工時間を1sにそれぞれ設定した仕上げ処理を、行う。以上の各処理を含む超仕上げによって研磨された外表面71aには、下地面70aの真円度とは0以上且つ0.2μmの差となるように、0.05μm以上且つ0.6μm以下の真円度が与えられることとなる。
尚、こうした各工程S10〜S40を経て製造された弁部材40等が、別途製造された弁ハウジング10内に収容されることで、燃料噴射弁1の製造は完了する。
(作用効果)
以上説明した燃料噴射弁1及びその製造方法による作用効果を、以下に説明する。
燃料噴射弁1によると、弁座部19及び弁体部48のうち後者である「特定弁部」にて基材70の下地面70aに積層されている被覆層71は、耐摩耗性を確保するためのDLC膜74を図4,7の如く2μm超過の厚さにて有することで、耐久性も確保できる。しかも、研磨状態の下地面70aに積層された被覆層71を構成する2μm超過の厚いDLC膜74であっても、研磨状態の外表面71aにて真円度が図4,6の如く0.6μm以下に抑えられることで、着座状態での弁座部19及び弁体部48間にて図6の如く油密性を確保できる。尚、本実施形態との比較のために図4,6,7には、研磨なしのDLC膜74の場合が示されている。
また燃料噴射弁1によると、製品回転用の調整砥石スピンドルの回転振れ精度の限界から、DLC膜74の外表面71aには、0.05μm以上の真円度を与えることが好ましい。
さらに燃料噴射弁1によると、DLC膜74の屈折率を図5の如く2.2以上とすることで、弁座部19及び弁体部48間での着座時に懸念されるDLC膜74の摩耗量を低減して、耐摩耗性を高めることができる。それと共に、DLC膜74の屈折率を図5の如く2.4以下とすることで、DLC膜74の成膜に必要な温度を可及的に低く抑えて、外乱等に起因した成膜温度不足によるDLC膜74の成膜不良を抑止できる。
またさらに燃料噴射弁1によると、DLC膜74の厚さを図4,7の如く5μm以下とすることで、DLC膜74の密着性を確保し得る。故に、密着不足によるDLC膜74の成膜不良を抑止できると共に、弁座部19及び弁体部48間での着座時に懸念されるDLC膜74の剥がれも抑止できる。
加えて燃料噴射弁1の製造方法では、第一研磨工程S20の超仕上げによって基材70の下地面70aが研磨状態に形成された後、積層工程S30にて当該下地面70aに積層される被覆層71のうちDLC膜74が与える外表面71aも、第二研磨工程S40の超仕上げによって研磨状態に形成される。これにより「特定弁部」としての弁体部48では、DLC膜74を図4,7の如く2μm超過の厚さに形成して耐摩耗性及び耐久性を確保できるだけでなく、研磨状態にした外表面71aの真円度を図4,6の如く0.6μm以下に抑えて油密性を確保できる。
また加えて燃料噴射弁1の製造方法では、第二研磨工程S40の超仕上げによって基材70の下地面70aとの真円度差が0.2μm以下となる研磨状態に、DLC膜74の外表面71aが形成される。これによれば、第一研磨工程S20の超仕上げによって基材70の下地面70aを研磨状態にしておくことで、当該下地面70aに積層される被覆層71のうちDLC膜74が外表面71aに与える真円度を、第二研磨工程S40の超仕上げによって図4,6の如き0.6μm以下まで簡単に抑え得る。故に、油密性を確保する効果の信頼性を、高めることができる。
(他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
具体的に変形例1では、図13に示す「特定弁部」としての弁座部19を形成する基材70の下地面70aに対して、DLC膜74(図3参照)を有する被覆層71が積層されていてもよい。変形例2では、図14に示す「特定弁部」としての弁座部19及び弁体部48をそれぞれ形成する基材70の下地面70aに対して、DLC膜74(図3参照)を有する被覆層71が積層されていてもよい。
変形例3では、例えばDLC膜74に求められる摩耗量の許容上限値等に応じて、DLC膜74の屈折率が2.2未満又は2.4超過の値に設定されていてもよい。変形例4では、例えばDLC膜74の成膜に必要な温度等に応じて、DLC膜74の屈折率が2.4超過の値に設定されていてもよい。変形例5では、例えばDLC膜74に求められる基材70への密着性等に応じて、DLC膜74の厚さが5μm超過の値に設定されていてもよい。変形例6では、例えば基材70の下地面70aにて達成可能な真円度等に応じて、下地面70aとDLC膜74の外表面71aとの真円度差が0.2μm超過の値に設定されていてもよい。
1 燃料噴射弁、10 弁ハウジング、18 噴孔、19 弁座部、40 弁部材、48 弁体部、70 基材、70a 下地面、71 被覆層、71a 外表面、72 第一中間膜、73 第二中間膜、74 DLC膜、1000,1001 ローラ、1002,1005 砥石、1003 真空チャンバ、1004 ターゲット、C 中心軸線、S10 準備工程、S20 第一研磨工程、S30 積層工程、S40 第二研磨工程
そこで本発明者らは、弁座部及び弁体部の少なくとも一方にDLC膜を厚めの2μm超過にて成膜した結果、新たな問題の生じることを知見したのである。その問題とは、特許文献1の開示技術の如くDLC膜を成膜する基材の表面粗さを小さく抑えたとしても、厚い成膜直後のダイヤモンドライクカーボン膜では表面凹凸が大きくなって真円度が悪化する、というものである。ここで真円度の悪化は、着座状態での弁座部及び弁体部間にて油密性を低下させて燃料漏れを生じさせてしまうため、排ガス浄化の観点から望ましくないのである。

Claims (6)

  1. 内燃機関へ燃料を噴射する噴孔(18)、及び前記噴孔よりも上流側にて円形内輪郭の弁座部(19)を有する弁ハウジング(10)と、
    前記弁ハウジング内に収容されており、前記弁座部に対して同軸上に離着座する円形外輪郭の弁体部(48)を有し、当該離着座により前記噴孔からの燃料噴射を断続させる弁部材(40)と、
    前記弁座部及び前記弁体部のうち少なくとも一方である特定弁部は、
    研磨状態の下地面(70a)を有する基材(70)と、
    研磨状態の外表面(71a)に0.6μm以下の真円度を与えているダイヤモンドライクカーボン膜(74)を2μm超過の厚さにて有し、前記下地面に積層されている被覆層(71)とを、含んで構成されている燃料噴射弁。
  2. 前記ダイヤモンドライクカーボン膜は、0.05μm以上の真円度を前記外表面に与えている請求項1に記載の燃料噴射弁。
  3. 前記ダイヤモンドライクカーボン膜は、2.2以上且つ2.4以下の屈折率をもって成膜されている請求項1又は2に記載の燃料噴射弁。
  4. 前記ダイヤモンドライクカーボン膜は、5μm以下の厚さにて成膜されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の燃料噴射弁を製造する方法であって、
    前記基材に超仕上げを施すことにより、前記下地面を研磨状態に形成する第一研磨工程(S20)と、
    前記ダイヤモンドライクカーボン膜を有する前記被覆層を、研磨状態の前記下地面に積層する積層工程(S30)と、
    前記ダイヤモンドライクカーボン膜に超仕上げを施すことにより、前記外表面を研磨状態に形成する第二研磨工程(S40)とを、含む燃料噴射弁の製造方法。
  6. 前記第二研磨工程では、研磨状態の前記下地面との真円度差が0.2μm以下の研磨状態に前記外表面を形成する請求項5に記載の燃料噴射弁の製造方法。
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