レーザ溶接方法、パイプ接合体、および、それを用いた燃料噴射弁
【課題】金属製薄肉パイプの重ね合わせ溶接において溶け込み深さを安定させ溶接品質を向上するレーザ溶接方法を提供する。
【解決手段】嵌合工程では金属製の燃料通路部材３０の外壁と金属製の第１筒部４１の内壁とが対面するよう燃料通路部材３０と第１筒部４１とを嵌合する。予熱工程では燃料通路部材３０と第１筒部４１との嵌合面８０の温度が燃料通路部材３０および第１筒部４１の融点より低い第１温度に収束するよう加熱する。溶接工程では、第１筒部４１にレーザを照射することで嵌合面８０の温度が前記融点以上の第２温度に収束するよう加熱し、当該加熱により嵌合面８０近傍を溶融させることで燃料通路部材３０と第１筒部４１とを接合する。溶接工程において、レーザの出力および照射時間は、第２温度が、嵌合面８０近傍が溶融することで生じる溶け込み部８１の先端が燃料通路部材３０の板厚内に位置する程度の温度となるよう設定される。
【解決手段】嵌合工程では金属製の燃料通路部材３０の外壁と金属製の第１筒部４１の内壁とが対面するよう燃料通路部材３０と第１筒部４１とを嵌合する。予熱工程では燃料通路部材３０と第１筒部４１との嵌合面８０の温度が燃料通路部材３０および第１筒部４１の融点より低い第１温度に収束するよう加熱する。溶接工程では、第１筒部４１にレーザを照射することで嵌合面８０の温度が前記融点以上の第２温度に収束するよう加熱し、当該加熱により嵌合面８０近傍を溶融させることで燃料通路部材３０と第１筒部４１とを接合する。溶接工程において、レーザの出力および照射時間は、第２温度が、嵌合面８０近傍が溶融することで生じる溶け込み部８１の先端が燃料通路部材３０の板厚内に位置する程度の温度となるよう設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製薄肉パイプの重ね合わせ溶接に適用されるレーザ溶接方法、その方法によって形成されるパイプ接合体、および、それを用いた燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エネルギが高く指向性が良いレーザ光は、金属製部材の精密な溶接等に利用される。例えば、特許文献１、２、３には、ステンレスパイプや鋼板端面の溶接に適したレーザ溶接方法、並びにレーザ溶接において気泡などの欠陥の発生を抑える方法が開示されている。
【０００３】
ところで、車両用内燃機関等の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁は、一般に燃料通路部材が薄肉のパイプ状に形成されるため、燃料通路部材と噴射ノズルの嵌合部等との精密な接合にレーザ溶接を利用することが有効である。例えば、特許文献４、５には、燃料噴射弁のレーザ溶接において溶接歪み等を防止する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１３２２６２号公報
【特許文献２】特開平９−２９５０１１号公報
【特許文献３】特開２００１−２０５４６４号公報
【特許文献４】特開平１１−２７０４３９号公報
【特許文献５】特開２００２−３１７７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般にレーザ溶接では、「被溶融側部材」に「被照射側部材」を重ね合わせ、被照射側部材にレーザ照射して被照射側部材から被溶融側部材へ金属を溶け込ませる。そして、照射するレーザの出力値および照射時間を制御することで被照射側部材から被溶融側部材への溶け込み深さおよび溶け込み幅を制御する。
【０００６】
パイプ同士を嵌合し重ね合わせ部分を溶接する場合、内側パイプが「被溶融側部材」に相当し、外側パイプが「被照射側部材」に相当する。そして、外側パイプの内壁と内側パイプの外壁との嵌合面に跨って金属を溶け込ませる。ここで、例えば燃料噴射弁のように内側パイプの内壁の面粗度や異物付着等について高レベルの品質が要求される製品では、溶け込み部が内側パイプの内壁まで達することを回避し、溶け込み部の先端が内側パイプの板厚内に位置するように溶け込み深さを調整することが望まれる。
【０００７】
しかしながら、薄肉のパイプは、部材が受容できる熱容量が小さく、かつ、溶接時の部材の温度が環境温度に影響されやすい。そのため、溶け込み部の温度が安定せず、照射するレーザの出力値および照射時間の制御だけで溶け込み深さを正確に制御することが困難である。溶け込み深さが深いと、溶け込み部の先端が内側パイプの内壁まで貫通する「突き抜け」不良が生じるおそれがある。また、「突き抜け」に伴って内側のパイプの内壁にスパッタが発生するおそれがある。このように、溶接品質が劣悪となるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、金属製薄肉パイプの重ね合わせ溶接において溶け込み深さを安定させ溶接品質を向上するレーザ溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、嵌合工程と、予熱工程と、溶接工程とを含むレーザ溶接方法の発明である。嵌合工程では、金属製の第１パイプの外壁と金属製の第２パイプの内壁とが対面するよう第１パイプと第２パイプとを嵌合する。予熱工程では、第１パイプと第２パイプとの嵌合面の温度が第１パイプおよび第２パイプの融点より低い第１温度に収束するよう加熱する。ここで、前記嵌合面は、第１パイプと第２パイプとが嵌合する箇所の面であって、第１パイプの外壁および第２パイプの内壁の両方を指すものとする。溶接工程では、第２パイプにレーザを照射することで前記嵌合面の温度が前記融点以上の第２温度に収束するよう加熱し、当該加熱により前記嵌合面近傍を溶融させることで第１パイプと第２パイプとを接合してパイプ接合体を形成する。本発明では、溶接工程において、レーザの出力および照射時間は、第２温度が、前記嵌合面近傍が溶融することで生じる溶け込み部の先端が第１パイプの板厚内に位置する程度の温度となるよう設定される。
【００１０】
このように、本発明では、予熱工程において前記嵌合面の温度が略第１温度となるよう予め加熱しておく。これにより、溶接工程におけるレーザ照射による加熱の際、前記嵌合面の急激な温度上昇を回避することができる。そのため、溶接工程において前記嵌合面の温度が略第２温度となるよう、レーザの出力および照射時間を設定するのが容易になる。したがって、溶け込み部の先端が第１パイプの板厚内に位置するように溶け込み深さを正確に制御することができる。よって、突き抜け不良やスパッタの発生を防止し、パイプ接合体の溶接品質を向上することができる。
また、本発明では、予熱工程において前記嵌合面を予熱しておくことにより、予熱しない場合に比べ、溶接工程で溶接時に必要となるレーザの出力を低減することができる。なお、溶接工程において、例えば嵌合状態の第１パイプおよび第２パイプを中心軸の回りに回転させながら溶接を実施することにより、全周均一な溶接が可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、予熱工程において、第２パイプにレーザを照射することにより、前記嵌合面の温度が第１温度に収束するよう加熱する。よって、本発明では、予熱工程における前記嵌合面の予熱と溶接工程における前記嵌合面の加熱とを、一連の流れの中で連続して、１つのレーザ照射装置により実施可能である。また、本発明では、レーザ照射によって加熱することにより、比較的短時間で前記嵌合面の温度を略第１温度にすることができる。したがって、予熱工程の時間を短縮することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明および請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明での予熱に関し、より具体的な方法を例示するものである。
請求項３に記載の発明では、予熱工程において、レーザ照射の始期から終期まで一定の出力でレーザを照射する。本発明では、例えば嵌合状態の第１パイプおよび第２パイプを中心軸の回りに回転させながらレーザ照射することにより、前記嵌合面の温度が全周に亘って略第１温度となるよう予熱することが可能である。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、予熱工程において、レーザ照射の始期から終期にかけてレーザの出力を徐々に高めつつレーザを照射する。本発明では、例えば嵌合状態の第１パイプおよび第２パイプを中心軸の回りに比較的高速で回転させながらレーザ照射することにより、前記嵌合面の温度が全周に亘って略第１温度となるよう予熱することが可能である。本発明は、第１パイプおよび第２パイプの径および板厚が比較的小さく、予熱時の回転速度が比較的高い場合に好適である。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、予熱工程において、嵌合状態の第１パイプおよび第２パイプを加熱室に設置し、当該加熱室内の気体を加熱することにより、前記嵌合面の温度が第１温度に収束するよう加熱する。本発明では、第１パイプおよび第２パイプの１組あたりの予熱には所定の時間を要するものの、例えば複数の第１パイプおよび第２パイプの組を加熱室内で一度に予熱すれば、作業効率を高めることができる。また、本発明では、予熱にレーザを用いないため、予熱にもレーザを用いる方法に比べ、レーザ照射装置に供給する電力を低減することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５に記載のレーザ溶接方法によって形成されるパイプ接合体の発明である。このパイプ接合体は、第１パイプの内壁が溶接前の金属光沢を維持する。「溶接前の金属光沢を維持する」とは、「焼け」または酸化による変色が無いことを意味する。すなわち、請求項１〜５に記載のレーザ溶接方法によると、溶け込み部の先端が第１パイプの板厚内に位置するように溶け込み深さを正確に制御することができるため、第１パイプの内壁は焼けたり酸化したりすることがない。したがって、第１パイプの内壁を観察することにより、請求項１〜５に記載のレーザ溶接方法によって形成されたパイプ接合体であることを判定することができる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁の発明である。この燃料噴射弁は、噴射ノズルと、燃料通路部材と、ホルダと、弁部材と、駆動部と、を備える。噴射ノズルは、燃料が噴射される噴孔を形成する。燃料通路部材は、噴射ノズルに接合し、噴孔に連通する燃料通路を形成する。ホルダは、燃料通路部材の噴射ノズルとは反対側に接合するよう設けられる。弁部材は、燃料通路部材の内側に往復移動可能に収容され、噴孔を開閉する。駆動部は、ホルダに収容され、弁部材を駆動する。
【００１７】
本発明では、燃料通路部材およびホルダは、それぞれ、請求項６に記載のパイプ接合体の第１パイプおよび第２パイプに対応する。つまり、パイプ接合体を構成する燃料通路部材およびホルダは、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法によって溶接されている。よって、第１パイプとしての燃料通路部材の内壁は、溶接前の金属光沢を維持する。燃料通路部材は、高圧燃料の流動抵抗を低減するため、また、高圧の燃料流により内壁から剥離する異物が燃料に混入することを防ぐため、内壁の面粗度等について高レベルの品質が要求される。したがって、上述のレーザ溶接方法が燃料噴射弁の燃料通路部材の溶接方法として適用されると、特に大きな効果が得られる。
【００１８】
本発明の燃料噴射弁は、上述のように、燃料通路部材の内壁が溶接前の金属光沢を維持する。よって、燃料通路部材の内壁を観察することにより、上述のレーザ溶接方法を適用して製造された燃料噴射弁であるか否かを判定することができる。
【００１９】
ところで、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法は、例えば、燃料噴射弁の先端に設けられる噴射ノズルと、噴射ノズルの径外側に嵌合する燃料通路部材との溶接に適用することもできる。この場合、噴射ノズルが第１パイプに対応し、燃料通路部材が第２パイプに対応する。このように噴射ノズルが第１パイプに対応する場合でも、上記と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を示す断面図。
【図２】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の燃料通路部材とホルダの第１筒部とのレーザ溶接方法を説明するための図であって、（Ａ）は嵌合工程を示す図、（Ｂ）は予熱工程を示す図、（Ｃ）は溶接工程を示す図。
【図３】（Ａ）は本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の燃料通路部材とホルダとのレーザ溶接方法の予熱工程および溶接工程におけるレーザ光の出力値の変化を示す図、（Ｂ）は予熱工程および溶接工程における燃料通路部材とホルダとの嵌合面の温度の変化を示す図。
【図４】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の燃料通路部材とホルダとの溶接箇所近傍を示す拡大断面図。
【図５】（Ａ）は比較例による燃料噴射弁の燃料通路部材とホルダとのレーザ溶接方法の溶接工程におけるレーザ光の出力値の変化を示す図、（Ｂ）は溶接工程における燃料通路部材とホルダとの嵌合面の温度の変化を示す図、（Ｃ）は比較例による燃料噴射弁の燃料通路部材とホルダとの溶接箇所近傍を示す拡大断面図。
【図６】（Ａ）は本発明の第２実施形態による燃料噴射弁の燃料通路部材とホルダとのレーザ溶接方法の予熱工程および溶接工程におけるレーザ光の出力値の変化を示す図、（Ｂ）は予熱工程および溶接工程における燃料通路部材とホルダとの嵌合面の温度の変化を示す図。
【図７】本発明の第３実施形態による燃料噴射弁の燃料通路部材とホルダとのレーザ溶接方法を説明するための図であって、（Ａ）は嵌合工程を示す図、（Ｂ）は予熱工程を示す図、（Ｃ）は溶接工程を示す図。
【図８】（Ａ）は本発明の第３実施形態による燃料噴射弁の燃料通路部材とホルダとのレーザ溶接方法の溶接工程におけるレーザ光の出力値の変化を示す図、（Ｂ）は溶接工程における燃料通路部材とホルダとの嵌合面の温度の変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を図１に示す。燃料噴射弁１０は、図示しない内燃機関の燃料噴射装置に用いられ、燃料を内燃機関に噴射供給する。
【００２２】
まず、燃料噴射弁１０の構成について説明する。燃料噴射弁１０は、噴射ノズル２０、燃料通路部材３０、ホルダ４０、弁部材５０および駆動部としてのコイル６０等を備えている。
噴射ノズル２０は、金属により形成され、略円筒状の筒部２１、および当該筒部２１の一方の端部を塞ぐ底部２２を有している。すなわち、噴射ノズル２０は、有底筒状に形成されている。底部２２には、噴孔２３が形成されている。
【００２３】
燃料通路部材３０は、金属により略円筒状に形成されている。噴射ノズル２０と燃料通路部材３０とは、筒部２１の外壁と燃料通路部材３０の内壁とが対面するよう嵌合し、この部分がレーザ溶接により溶接されている。筒部２１の外壁と燃料通路部材３０の内壁との嵌合面７０には、レーザ溶接により生じた溶け込み部７１が形成されている。ここで、嵌合面７０は、筒部２１と燃料通路部材３０とが嵌合する箇所の面であって、筒部２１の外壁面および燃料通路部材３０の内壁面の両方を指すものとする。溶け込み部７１は、嵌合面７０の全周に亘って略円環状に形成されている。これにより、筒部２１の外壁と燃料通路部材３０の内壁との間は液密に保たれている。また、筒部２１および燃料通路部材３０の中心軸に沿った断面において、溶け込み部７１の先端は、筒部２１の板厚内に位置している。
【００２４】
燃料通路部材３０の噴射ノズル２０とは反対側の端部には、非磁性材料からなる筒部材１１が接続している。さらに、筒部材１１の燃料通路部材３０とは反対側の端部には、筒部材１２が接続している。筒部材１１および筒部材１２の内径は、燃料通路部材３０の内径と同等に設定されている。
【００２５】
ホルダ４０は、金属により形成され、略円筒状の第１筒部４１、当該第１筒部４１の一方の端部から径方向外側に延びて略円環状に形成される接続部４２、および、当該接続部４２の外縁部から略円筒状に延びる第２筒部４３を有している。燃料通路部材３０とホルダ４０とは、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁とが対面するよう嵌合し、この部分がレーザ溶接により溶接されている。燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁との嵌合面８０には、レーザ溶接により生じた溶け込み部８１が形成されている。ここで、嵌合面８０は、燃料通路部材３０と第１筒部４１とが嵌合する箇所の面であって、燃料通路部材３０の外壁面および第１筒部４１の内壁面の両方を指すものとする。溶け込み部８１は、嵌合面８０の全周に亘って略円環状に形成されている。これにより、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁との間は液密に保たれている。また、燃料通路部材３０および第１筒部４１の中心軸に沿った断面において、溶け込み部８１の先端は、燃料通路部材３０の板厚内に位置している。
噴射ノズル２０と燃料通路部材３０とのレーザ溶接、および、燃料通路部材３０とホルダ４０とのレーザ溶接については、後に詳述する。
【００２６】
弁部材５０は、金属により形成され、略円筒状の筒部５１、および当該筒部５１の一方の端部を塞ぐ底部５２を有している。すなわち、弁部材５０は、有底筒状に形成されている。弁部材５０は、燃料通路部材３０の内側に往復移動可能に収容されている。弁部材５０は、底部５２が噴射ノズル２０の底部２２から離間または底部２２に当接することで、噴孔２３を開閉可能である。筒部５１には、内壁と外壁とを連通する孔５３および孔５４が形成されている。
【００２７】
弁部材５０の底部５２とは反対側には、可動コア１３が圧入されている。可動コア１３は、金属により形成され、燃料通路部材３０と筒部材１１との接続部分の内側に位置するよう設けられている。可動コア１３の外径は、燃料通路部材３０および筒部材１１の内径よりもやや小さく設定されている。これにより、可動コア１３は、燃料通路部材３０および筒部材１１の内側で、弁部材５０とともに円滑に往復移動可能である。
【００２８】
筒部材１１および筒部材１２の内側には、固定コア１４が圧入されている。固定コア１４は、金属により筒状に形成されている。固定コア１４は、可動コア１３と当接可能であり、可動コア１３が噴射ノズル２０とは反対側へ移動するのを規制している。よって、可動コア１３および弁部材５０は、固定コア１４と噴射ノズル２０の底部２２との間で往復移動可能である。
【００２９】
固定コア１４の内側には、筒状のアジャスティングパイプ１５が圧入されている。アジャスティングパイプ１５と可動コア１３との間には、付勢部材１６が設けられている。付勢部材１６は、軸方向に伸びる力を有している。そのため、弁部材５０は、可動コア１３とともに噴射ノズル２０の底部２２側へ付勢されている。
【００３０】
略円筒状のコイル６０は、ホルダ４０の第２筒部４３の内側に収容され、筒部材１１および筒部材１２の径方向外側に位置するよう設けられている。コイル６０は、電力が供給されることにより磁力を発生する。これにより、可動コア１３が固定コア１４に吸引される。このとき、弁部材５０の底部５２は噴射ノズル２０の底部２２から離間し、噴孔２３は開放された状態となる。
【００３１】
筒部材１２の筒部材１１とは反対側には、略円筒状の燃料導入パイプ１７が圧入されている。燃料導入パイプ１７の径方向外側は、樹脂によりモールドされている。当該モールド部分にコネクタ１８が形成されている。コネクタ１８には、コイル６０へ電力を供給するための端子１９がインサート成形されている。
【００３２】
燃料導入パイプ１７の導入口１７１から流入した燃料は、燃料導入パイプ１７、アジャスティングパイプ１５、固定コア１４、筒部材１１、可動コア１３および弁部材５０の内側、孔５３および孔５４、燃料通路部材３０の内側、ならびに、噴射ノズル２０の筒部２１の内側を流通し、噴孔２３に導かれる。このように、燃料通路部材３０は、内側に、燃料が流通する燃料通路３１を形成している。
【００３３】
次に、燃料噴射弁１０の作動について説明する。
コイル６０に通電されると、可動コア１３は固定コア１４に吸引される。これにより、弁部材５０は、可能コア１３と一体に固定コア１４側へ移動し、噴射ノズル２０の底部２２から離間する。これにより、噴孔２３は開放された状態（開弁状態）となる。
【００３４】
燃料導入パイプ１７の導入口１７１から流入した燃料は、燃料導入パイプ１７、アジャスティングパイプ１５、固定コア１４、筒部材１１、可動コア１３および弁部材５０の内側、孔５３および孔５４、燃料通路部材３０の内側、ならびに、噴射ノズル２０の筒部２１の内側を流通し、噴孔２３から噴射される。
一方、コイル６０への通電がオフされると、弁部材５０が噴射ノズル２０の底部２２に当接し、燃料噴射弁１０が閉弁する。よって、燃料噴射が遮断される。
【００３５】
次に、本実施形態による燃料噴射弁１０の燃料通路部材３０とホルダ４０とのレーザ溶接方法について、図２〜４に基づいて説明する。なお、図２では、製造途中の燃料噴射弁１０の燃料通路部材３０およびホルダ４０の第１筒部４１の模式的な断面を示している。ここでは、燃料通路部材３０が特許請求の範囲における「第１パイプ」に対応し、第１筒部４１が「第２パイプ」に対応するものとして説明を進める。
【００３６】
本実施形態におけるレーザ溶接方法は、嵌合工程と、予熱工程と、溶接工程とを含む。
（嵌合工程）
図２（Ａ）に示すように、嵌合工程では、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁とが対面するよう燃料通路部材３０と第１筒部４１とを嵌合する。そして、嵌合状態の燃料通路部材３０および第１筒部４１を、燃料通路部材３０および第１筒部４１の中心軸が回転台２の回転軸Ｒと一致するよう、回転台２に設置する。本実施形態では、嵌合状態の燃料通路部材３０および第１筒部４１は、大気圧の空気中に設置される。
【００３７】
（予熱工程）
図２（Ｂ）に示すように、予熱工程では、回転台２を所定の速度で回転させることで燃料通路部材３０および第１筒部４１を中心軸の回りに回転させつつ、レーザ照射装置３から第１筒部４１の外壁に向けてレーザ光Ｌを照射する。これにより、第１筒部４１のレーザ光Ｌが照射された箇所に熱が生じるとともに、当該熱は燃料通路部材３０側へ伝達していく。
【００３８】
このときのレーザ照射装置３からのレーザ光Ｌの出力値を図３（Ａ）の左側に示す。レーザ照射開始時の回転台２（燃料通路部材３０および第１筒部４１）の回転角度を０°とすると、０°から３６０°の間、すなわち回転台２が１回転する間、レーザ光Ｌの出力値が一定となるようレーザ照射装置３を制御する。これにより、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁との嵌合面８０の温度は、図３（Ｂ）の左側に示すように変化する。嵌合面８０の温度は、レーザ照射開始直後は、第１温度より高くなるものの、やがて第１温度に収束する。ここで、第１温度とは、燃料通路部材３０および第１筒部４１の融点よりも低い所定の温度である。
【００３９】
このように、予熱工程では、第１筒部４１の外壁にレーザ照射することにより、嵌合面８０の温度が第１温度に収束するよう加熱（予熱）する。レーザ照射が開始されて回転台２が１回転する間の期間が予熱工程に対応する。
【００４０】
（溶接工程）
本実施形態では、予熱工程の直後に溶接工程を開始する。図３（Ａ）の右側に示すように、予熱工程の直後、すなわち回転台２が１回転すると、レーザ光Ｌの出力値を増大させ、この時点から回転台２が１回転する間、レーザ光Ｌの出力値が一定になるようレーザ照射装置３を制御する。これにより、嵌合面８０の温度は、図３（Ｂ）の右側に示すように変化する。嵌合面８０の温度は、溶接工程開始直後は、第２温度より高くなるものの、やがて第２温度に収束する。ここで、第２温度とは、燃料通路部材３０および第１筒部４１の融点以上の所定の温度である。
【００４１】
図２（Ｃ）および図４に示すように、溶接工程では、レーザ照射により第１筒部４１および燃料通路部材３０が溶融し、第１筒部４１の外壁から嵌合面８０近傍にかけて溶け込み部８１が生じる。回転台２（燃料通路部材３０および第１筒部４１）が回転することで、溶け込み部８１は、略円環状に形成される。これにより、燃料通路部材３０と第１筒部４１とは溶接（接合）され、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁との間は液密に保たれた状態となる。ここで、燃料通路部材３０および第１筒部４１とが接合した状態のものは、特許請求の範囲における「パイプ接合体」に対応する。
【００４２】
なお、前記第２温度は、溶け込み部８１の先端が燃料通路部材３０の板厚内に位置する程度の温度である。すなわち、本実施形態では、レーザ光Ｌの出力値、および、照射時間すなわち回転台２の回転速度を調節することで、溶け込み部８１の溶け込み深さＤｍおよび溶け込み幅Ｗｍが所定の値になるよう制御している。本実施形態では、溶接工程の直前に嵌合面８０の温度が第１温度となるよう予熱を行っているため、溶接工程において嵌合面８０の温度が急激に上昇することはない。そのため、溶け込み部８１の溶け込み深さＤｍおよび溶け込み幅Ｗｍを容易に制御することができる。
本実施形態では、燃料通路部材３０および第１筒部４１の板厚は約０．３５ｍｍ、燃料通路部材３０の外径は約６ｍｍである。また、回転台２の回転速度は、２００〜４００ｒｐｍ程度である。
【００４３】
このように、上述の溶接工程を経て形成された「パイプ接合体」（燃料通路部材３０および第１筒部４１）では、溶け込み部８１の先端が燃料通路部材３０の板厚内に位置している。そのため、燃料通路部材３０の内壁は、溶接前の金属光沢を維持し、面粗度等が高レベルに保たれている。
【００４４】
なお、本実施形態では、噴射ノズル２０および燃料通路部材３０も、上述のレーザ溶接方法により接合（溶接）される。この場合、噴射ノズル２０の筒部２１が「第１パイプ」に対応し、燃料通路部材３０が「第２パイプ」に対応する。この方法で溶接することで、筒部２１の外壁と燃料通路部材３０の内壁との嵌合面７０近傍が溶融することにより生じる溶け込み部７１の先端は、筒部２１の板厚内に位置する。その結果、筒部２１の内壁は、溶接前の金属光沢を維持する。
【００４５】
次に、比較例によるレーザ溶接方法について、図５に基づいて説明する。
比較例は、上述の本実施形態におけるレーザ溶接方法とは異なり、「予熱工程」を実施しないレーザ溶接方法である。つまり、比較例は従来のレーザ溶接方法に類似する。
【００４６】
比較例では、嵌合工程の後、上述のような予熱工程を経ずして溶接工程を開始する。このときの、レーザ光Ｌの出力値は、図５（Ａ）の左側に実線で示すとおり、本実施形態における溶接工程でのレーザ光Ｌの出力値（図５（Ａ）の右側に示す点線）よりも大きい値で一定に保たれている。これにより、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁との嵌合面８０の温度は、図５（Ｂ）の左側に実線で示すとおり、急激に第２温度以上の温度になる。この急激な温度上昇により、溶け込み部８１の先端は燃料通路部材３０の内壁まで達し、当該内壁にスパッタＳが付着する結果となる（図５（Ｃ）参照）。
【００４７】
このように、比較例によるレーザ溶接方法では、予熱工程を実施しないため、溶接工程において嵌合面８０の温度が急激に上昇する。そのため、溶け込み部８１の先端の位置、すなわち溶け込み深さ、および、溶け込み幅等を正確に制御するのが困難となり、溶接による「突き抜け」や「スパッタの付着」が生じるおそれがある。
また、比較例の溶接工程で必要となるレーザ光Ｌの出力値は、本実施形態の溶接工程で必要となる出力値よりも大きい。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態による燃料噴射弁１０の燃料通路部材３０とホルダ４０とのレーザ溶接方法は、嵌合工程と、予熱工程と、溶接工程とを含む。嵌合工程では、金属製の燃料通路部材３０（「第１パイプ」）の外壁と金属製のホルダ４０の第１筒部４１（「第２パイプ」）の内壁とが対面するよう燃料通路部材３０と第１筒部４１とを嵌合する。予熱工程では、燃料通路部材３０と第１筒部４１との嵌合面８０の温度が燃料通路部材３０およびホルダ４０の融点より低い第１温度に収束するよう加熱する。溶接工程では、第１筒部４１にレーザを照射することで嵌合面８０の温度が前記融点以上の第２温度に収束するよう加熱し、当該加熱により嵌合面８０近傍を溶融させることで燃料通路部材３０と第１筒部４１とを接合して「パイプ接合体」を形成する。本実施形態では、溶接工程において、レーザ光Ｌの出力値および照射時間は、第２温度が、嵌合面８０近傍が溶融することで生じる溶け込み部８１の先端が燃料通路部材３０の板厚内に位置する程度の温度となるよう設定される。
【００４９】
このように、本実施形態では、予熱工程において嵌合面８０の温度が略第１温度となるよう予め加熱しておく。これにより、溶接工程におけるレーザ照射による加熱の際、嵌合面８０の急激な温度上昇を回避することができる。そのため、溶接工程において嵌合面８０の温度が略第２温度となるよう、レーザ光Ｌの出力値および照射時間を設定するのが容易になる。したがって、溶け込み部８１の先端が燃料通路部材３０の板厚内に位置するように溶け込み深さ（Ｄｍ）を正確に制御することができる。よって、突き抜け不良やスパッタの発生を防止し、「パイプ接合体」の溶接品質を向上することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、予熱工程において嵌合面８０を予熱しておくことにより、予熱しない場合に比べ、溶接工程で溶接時に必要となるレーザ光Ｌの出力値を低減することができる。また、溶接工程において、嵌合状態の燃料通路部材３０および第１筒部４１を中心軸の回りに回転させながら溶接を実施することにより、全周均一な溶接が可能となる。
【００５１】
また、本実施形態では、予熱工程において、第１筒部４１にレーザを照射することにより、嵌合面８０の温度が第１温度に収束するよう加熱する。よって、本実施形態では、予熱工程における嵌合面８０の予熱と溶接工程における嵌合面８０の加熱とを、一連の流れの中で連続して、１つのレーザ照射装置３により実施可能である。また、本実施形態では、レーザ照射によって加熱することにより、比較的短時間で嵌合面８０の温度を略第１温度にすることができる。したがって、予熱工程の時間を短縮することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、予熱工程において、レーザ照射の始期から終期まで一定の出力でレーザを照射する。本実施形態では、嵌合状態の燃料通路部材３０および第１筒部４１を中心軸の回りに回転させながらレーザ照射することにより、嵌合面８０の温度が全周に亘って略第１温度となるよう予熱することが可能である。
【００５３】
本実施形態のレーザ溶接方法により形成された「パイプ接合体」は、燃料通路部材３０の内壁が溶接前の金属光沢を維持する。したがって、燃料通路部材３０の内壁を観察することにより、当該レーザ溶接方法によって形成された「パイプ接合体」であることを判定することができる。
【００５４】
燃料通路部材３０は、高圧燃料の流動抵抗を低減するため、また、高圧の燃料流により内壁から剥離する異物が燃料に混入することを防ぐため、内壁の面粗度等について高レベルの品質が要求される。したがって、上述のレーザ溶接方法が燃料噴射弁１０の燃料通路部材３０の溶接方法として適用されると、特に大きな効果が得られる。
【００５５】
なお、本実施形態では、噴射ノズル２０と燃料通路部材３０との溶接にも、上述のレーザ溶接方法が適用されている。この場合、噴射ノズル２０が「第１パイプ」に対応し、燃料通路部材３０が「第２パイプ」に対応する。この場合でも、上述した効果と同様の効果が得られる。
【００５６】
（第２実施形態）
第２実施形態による燃料噴射弁について、図６に基づいて説明する。第２実施形態は、燃料噴射弁の構成については第１実施形態と同様であるが、レーザ溶接方法の一部（予熱工程）が第１実施形態と異なる。
【００５７】
第２実施形態では、図６（Ａ）の左側に示すように、予熱工程において、回転台２（燃料通路部材３０および第１筒部４１）の回転角度が０°から３６０°の間、すなわち回転台２が１回転する間、レーザ光Ｌの出力値が徐々に高くなるようレーザ照射装置３を制御する。これにより、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁との嵌合面８０の温度は、図６（Ｂ）の左側に示すように変化する。ここで、図６（Ｂ）の左側に示す実線は、嵌合面８０の周方向の箇所毎（回転角度毎）の温度を表している。実際には、燃料通路部材３０および第１筒部４１は回転しながら予熱されるため、嵌合面８０の温度の平均値は、予熱工程において略第１温度に収束する。
予熱工程の後、第１実施形態と同様、溶接工程が実施され、燃料通路部材３０とホルダ４０とが溶接（接合）される。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態では、予熱工程において、レーザ照射の始期から終期にかけてレーザの出力を徐々に高めつつレーザを照射する。本実施形態では、例えば嵌合状態の燃料通路部材３０および第１筒部４１を中心軸の回りに比較的高速で回転させながらレーザ照射することにより、嵌合面８０の温度が全周に亘って略第１温度となるよう予熱することが可能である。本実施形態は、燃料通路部材３０および第１筒部４１の径および板厚が比較的小さく、予熱時の回転速度が比較的高い場合に好適である。
【００５９】
（第３実施形態）
第３実施形態による燃料噴射弁について、図７および８に基づいて説明する。第３実施形態は、燃料噴射弁の構成については第１実施形態および第２実施形態と同様であるが、レーザ溶接方法の一部（予熱工程）が第１実施形態および第２実施形態と異なる。
【００６０】
第３実施形態では、予熱工程において、レーザを用いないで予熱を行う点が第１実施形態および第２実施形態と異なる。
以下、第３実施形態による燃料噴射弁の燃料通路部材３０とホルダ４０とのレーザ溶接方法を説明する。
【００６１】
（嵌合工程）
図７（Ａ）に示すように、嵌合工程では、燃料通路部材３０と第１筒部４１とを、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁とが対面するよう嵌合する。
（予熱工程）
図７（Ｂ）に示すように、予熱工程では、嵌合状態の燃料通路部材３０および第１筒部４１を、加熱室４内の回転台２に設置する。このとき、燃料通路部材３０および第１筒部４１を、燃料通路部材３０および第１筒部４１の中心軸が回転台２の回転軸Ｒと一致するよう、回転台２に設置する。そして、加熱室４内の気体（本実施形態では空気）を加熱することにより、嵌合面８０の温度が第１温度に収束するよう加熱（予熱）する。ここで、第１温度とは、燃料通路部材３０および第１筒部４１の融点よりも低い所定の温度である。
【００６２】
（溶接工程）
溶接工程では、回転台２を所定の速度で回転させることで燃料通路部材３０および第１筒部４１を中心軸の回りに回転させつつ、レーザ照射装置３から第１筒部４１の外壁に向けてレーザ光Ｌを照射する。回転台２（燃料通路部材３０および第１筒部４１）の回転角度が０°から３６０°の間、すなわち回転台２が１回転する間、レーザ光Ｌの出力値は、図８（Ａ）に示す実線のとおり、一定である。これにより、嵌合面８０の温度は、図８（Ｂ）に示す実線のように変化する。嵌合面８０の温度は、溶接工程開始直後は、第２温度より高くなるものの、やがて第２温度に収束する。ここで、第２温度とは、燃料通路部材３０および第１筒部４１の融点以上の所定の温度である。
【００６３】
図７（Ｃ）に示すように、溶接工程では、レーザ照射により第１筒部４１および燃料通路部材３０が溶融し、第１筒部４１の外壁から嵌合面８０近傍にかけて溶け込み部８１が生じる。回転台２（燃料通路部材３０および第１筒部４１）が回転することで、溶け込み部８１は、略円環状に形成される。これにより、燃料通路部材３０と第１筒部４１とは溶接（接合）され、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁との間は液密に保たれた状態となる。
【００６４】
本実施形態では、溶接工程の直前に嵌合面８０の温度が第１温度となるよう予熱を行っているため、溶接工程において嵌合面８０の温度が急激に上昇することはない。そのため、溶け込み部８１の溶け込み深さ、および、溶け込み幅を容易に制御することができる。
このように、上述の溶接工程を経て形成された「パイプ接合体」（燃料通路部材３０および第１筒部４１）では、溶け込み部８１の先端が燃料通路部材３０の板厚内に位置している。そのため、燃料通路部材３０の内壁は、溶接前の金属光沢を維持し、面粗度等が高レベルに保たれている。
【００６５】
なお、比較のため、図８（Ａ）に、上述の比較例の溶接工程で必要となるレーザ光の出力値を点線で示す。この図から、本実施形態では、予熱を行わない比較例と比べ、溶接工程で必要となるレーザ光の出力値が低いことがわかる。
また、図８（Ｂ）に点線で示すとおり、比較例の溶接工程では、レーザ照射開始直後、嵌合面８０の温度が急激に上昇する。一方、図８（Ｂ）に実線で示すとおり、本実施形態の溶接工程では、レーザ照射開始直後の嵌合面８０の温度の急激な温度上昇（単位時間当たりの温度上昇率）が抑えられる。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態では、予熱工程において、嵌合状態の燃料通路部材３０および第１筒部４１を加熱室４に設置し、当該加熱室４内の気体を加熱することにより、嵌合面８０の温度が第１温度に収束するよう加熱する。本実施形態では、燃料通路部材３０および第１筒部４１の１組あたりの予熱には所定の時間を要するものの、例えば複数の燃料通路部材３０および第１筒部４１の組を加熱室４内で一度に予熱すれば、作業効率を高めることができる。また、本実施形態では、予熱にレーザを用いないため、予熱にもレーザを用いる方法（第１実施形態および第２実施形態）に比べ、レーザ照射装置３に供給する電力を低減することができる。
【００６７】
（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、予熱工程において、「第１パイプ」と「第２パイプ」との嵌合面の温度が略第１温度に収束するのであれば、照射するレーザの出力および回転台の回転速度は、どのように制御してもよい。また、溶接工程において、前記嵌合面の温度が略第２温度に収束するのであれば、照射するレーザの出力および回転台の回転速度は、どのように制御してもよい。
【００６８】
上述の実施形態では、溶接工程において、大気圧の空気中でレーザ溶接する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、例えば窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス中、あるいは低圧の空気中でレーザ溶接することとしてもよい。あるいは、溶接箇所に不活性ガスを噴き付けつつレーザ溶接を行うこととしてもよい。
【００６９】
上述の実施形態では、予熱工程および溶接工程において、レーザ照射装置を固定し、「第１パイプ」および「第２パイプ」を回転させることで「第２パイプ」の外壁の周方向にレーザ照射を行う例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、「第１パイプ」および「第２パイプ」を固定し、レーザ照射装置を回転させることで「第２パイプ」の外壁の周方向にレーザ照射を行うこととしてもよい。
【００７０】
また、「第１パイプ」および「第２パイプ」とレーザ照射装置との相対回転中、レーザ光が連続して照射されてパイプの全周を均一に溶接する実施形態に限らず、断続的に照射されて「点溶接」されることとしてもよい。この場合、「第１パイプ」と「第２パイプ」との間の液密性は低下するが、「第１パイプ」と「第２パイプ」との間に例えばＯリング等のシール部材を設ければ液密性を確保することができる。
【００７１】
本発明の他の実施形態では、上述のレーザ溶接方法により形成する「パイプ接合体」を、燃料噴射弁に限らず、種々の装置または機器類等の部品として用いてもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００７２】
２１ ・・・筒部（第１パイプ、パイプ接合体）
３０ ・・・燃料通路部材（第１パイプ、第２パイプ、パイプ接合体）
４１ ・・・第１筒部（第２パイプ、パイプ接合体）
７０、８０ ・・・嵌合面
７１、８１ ・・・溶け込み部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製薄肉パイプの重ね合わせ溶接に適用されるレーザ溶接方法、その方法によって形成されるパイプ接合体、および、それを用いた燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エネルギが高く指向性が良いレーザ光は、金属製部材の精密な溶接等に利用される。例えば、特許文献１、２、３には、ステンレスパイプや鋼板端面の溶接に適したレーザ溶接方法、並びにレーザ溶接において気泡などの欠陥の発生を抑える方法が開示されている。
【０００３】
ところで、車両用内燃機関等の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁は、一般に燃料通路部材が薄肉のパイプ状に形成されるため、燃料通路部材と噴射ノズルの嵌合部等との精密な接合にレーザ溶接を利用することが有効である。例えば、特許文献４、５には、燃料噴射弁のレーザ溶接において溶接歪み等を防止する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１３２２６２号公報
【特許文献２】特開平９−２９５０１１号公報
【特許文献３】特開２００１−２０５４６４号公報
【特許文献４】特開平１１−２７０４３９号公報
【特許文献５】特開２００２−３１７７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般にレーザ溶接では、「被溶融側部材」に「被照射側部材」を重ね合わせ、被照射側部材にレーザ照射して被照射側部材から被溶融側部材へ金属を溶け込ませる。そして、照射するレーザの出力値および照射時間を制御することで被照射側部材から被溶融側部材への溶け込み深さおよび溶け込み幅を制御する。
【０００６】
パイプ同士を嵌合し重ね合わせ部分を溶接する場合、内側パイプが「被溶融側部材」に相当し、外側パイプが「被照射側部材」に相当する。そして、外側パイプの内壁と内側パイプの外壁との嵌合面に跨って金属を溶け込ませる。ここで、例えば燃料噴射弁のように内側パイプの内壁の面粗度や異物付着等について高レベルの品質が要求される製品では、溶け込み部が内側パイプの内壁まで達することを回避し、溶け込み部の先端が内側パイプの板厚内に位置するように溶け込み深さを調整することが望まれる。
【０００７】
しかしながら、薄肉のパイプは、部材が受容できる熱容量が小さく、かつ、溶接時の部材の温度が環境温度に影響されやすい。そのため、溶け込み部の温度が安定せず、照射するレーザの出力値および照射時間の制御だけで溶け込み深さを正確に制御することが困難である。溶け込み深さが深いと、溶け込み部の先端が内側パイプの内壁まで貫通する「突き抜け」不良が生じるおそれがある。また、「突き抜け」に伴って内側のパイプの内壁にスパッタが発生するおそれがある。このように、溶接品質が劣悪となるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、金属製薄肉パイプの重ね合わせ溶接において溶け込み深さを安定させ溶接品質を向上するレーザ溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、嵌合工程と、予熱工程と、溶接工程とを含むレーザ溶接方法の発明である。嵌合工程では、金属製の第１パイプの外壁と金属製の第２パイプの内壁とが対面するよう第１パイプと第２パイプとを嵌合する。予熱工程では、第１パイプと第２パイプとの嵌合面の温度が第１パイプおよび第２パイプの融点より低い第１温度に収束するよう加熱する。ここで、前記嵌合面は、第１パイプと第２パイプとが嵌合する箇所の面であって、第１パイプの外壁および第２パイプの内壁の両方を指すものとする。溶接工程では、第２パイプにレーザを照射することで前記嵌合面の温度が前記融点以上の第２温度に収束するよう加熱し、当該加熱により前記嵌合面近傍を溶融させることで第１パイプと第２パイプとを接合してパイプ接合体を形成する。本発明では、溶接工程において、レーザの出力および照射時間は、第２温度が、前記嵌合面近傍が溶融することで生じる溶け込み部の先端が第１パイプの板厚内に位置する程度の温度となるよう設定される。
【００１０】
このように、本発明では、予熱工程において前記嵌合面の温度が略第１温度となるよう予め加熱しておく。これにより、溶接工程におけるレーザ照射による加熱の際、前記嵌合面の急激な温度上昇を回避することができる。そのため、溶接工程において前記嵌合面の温度が略第２温度となるよう、レーザの出力および照射時間を設定するのが容易になる。したがって、溶け込み部の先端が第１パイプの板厚内に位置するように溶け込み深さを正確に制御することができる。よって、突き抜け不良やスパッタの発生を防止し、パイプ接合体の溶接品質を向上することができる。
また、本発明では、予熱工程において前記嵌合面を予熱しておくことにより、予熱しない場合に比べ、溶接工程で溶接時に必要となるレーザの出力を低減することができる。なお、溶接工程において、例えば嵌合状態の第１パイプおよび第２パイプを中心軸の回りに回転させながら溶接を実施することにより、全周均一な溶接が可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、予熱工程において、第２パイプにレーザを照射することにより、前記嵌合面の温度が第１温度に収束するよう加熱する。よって、本発明では、予熱工程における前記嵌合面の予熱と溶接工程における前記嵌合面の加熱とを、一連の流れの中で連続して、１つのレーザ照射装置により実施可能である。また、本発明では、レーザ照射によって加熱することにより、比較的短時間で前記嵌合面の温度を略第１温度にすることができる。したがって、予熱工程の時間を短縮することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明および請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明での予熱に関し、より具体的な方法を例示するものである。
請求項３に記載の発明では、予熱工程において、レーザ照射の始期から終期まで一定の出力でレーザを照射する。本発明では、例えば嵌合状態の第１パイプおよび第２パイプを中心軸の回りに回転させながらレーザ照射することにより、前記嵌合面の温度が全周に亘って略第１温度となるよう予熱することが可能である。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、予熱工程において、レーザ照射の始期から終期にかけてレーザの出力を徐々に高めつつレーザを照射する。本発明では、例えば嵌合状態の第１パイプおよび第２パイプを中心軸の回りに比較的高速で回転させながらレーザ照射することにより、前記嵌合面の温度が全周に亘って略第１温度となるよう予熱することが可能である。本発明は、第１パイプおよび第２パイプの径および板厚が比較的小さく、予熱時の回転速度が比較的高い場合に好適である。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、予熱工程において、嵌合状態の第１パイプおよび第２パイプを加熱室に設置し、当該加熱室内の気体を加熱することにより、前記嵌合面の温度が第１温度に収束するよう加熱する。本発明では、第１パイプおよび第２パイプの１組あたりの予熱には所定の時間を要するものの、例えば複数の第１パイプおよび第２パイプの組を加熱室内で一度に予熱すれば、作業効率を高めることができる。また、本発明では、予熱にレーザを用いないため、予熱にもレーザを用いる方法に比べ、レーザ照射装置に供給する電力を低減することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５に記載のレーザ溶接方法によって形成されるパイプ接合体の発明である。このパイプ接合体は、第１パイプの内壁が溶接前の金属光沢を維持する。「溶接前の金属光沢を維持する」とは、「焼け」または酸化による変色が無いことを意味する。すなわち、請求項１〜５に記載のレーザ溶接方法によると、溶け込み部の先端が第１パイプの板厚内に位置するように溶け込み深さを正確に制御することができるため、第１パイプの内壁は焼けたり酸化したりすることがない。したがって、第１パイプの内壁を観察することにより、請求項１〜５に記載のレーザ溶接方法によって形成されたパイプ接合体であることを判定することができる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁の発明である。この燃料噴射弁は、噴射ノズルと、燃料通路部材と、ホルダと、弁部材と、駆動部と、を備える。噴射ノズルは、燃料が噴射される噴孔を形成する。燃料通路部材は、噴射ノズルに接合し、噴孔に連通する燃料通路を形成する。ホルダは、燃料通路部材の噴射ノズルとは反対側に接合するよう設けられる。弁部材は、燃料通路部材の内側に往復移動可能に収容され、噴孔を開閉する。駆動部は、ホルダに収容され、弁部材を駆動する。
【００１７】
本発明では、燃料通路部材およびホルダは、それぞれ、請求項６に記載のパイプ接合体の第１パイプおよび第２パイプに対応する。つまり、パイプ接合体を構成する燃料通路部材およびホルダは、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法によって溶接されている。よって、第１パイプとしての燃料通路部材の内壁は、溶接前の金属光沢を維持する。燃料通路部材は、高圧燃料の流動抵抗を低減するため、また、高圧の燃料流により内壁から剥離する異物が燃料に混入することを防ぐため、内壁の面粗度等について高レベルの品質が要求される。したがって、上述のレーザ溶接方法が燃料噴射弁の燃料通路部材の溶接方法として適用されると、特に大きな効果が得られる。
【００１８】
本発明の燃料噴射弁は、上述のように、燃料通路部材の内壁が溶接前の金属光沢を維持する。よって、燃料通路部材の内壁を観察することにより、上述のレーザ溶接方法を適用して製造された燃料噴射弁であるか否かを判定することができる。
【００１９】
ところで、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法は、例えば、燃料噴射弁の先端に設けられる噴射ノズルと、噴射ノズルの径外側に嵌合する燃料通路部材との溶接に適用することもできる。この場合、噴射ノズルが第１パイプに対応し、燃料通路部材が第２パイプに対応する。このように噴射ノズルが第１パイプに対応する場合でも、上記と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を示す断面図。
【図２】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の燃料通路部材とホルダの第１筒部とのレーザ溶接方法を説明するための図であって、（Ａ）は嵌合工程を示す図、（Ｂ）は予熱工程を示す図、（Ｃ）は溶接工程を示す図。
【図３】（Ａ）は本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の燃料通路部材とホルダとのレーザ溶接方法の予熱工程および溶接工程におけるレーザ光の出力値の変化を示す図、（Ｂ）は予熱工程および溶接工程における燃料通路部材とホルダとの嵌合面の温度の変化を示す図。
【図４】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の燃料通路部材とホルダとの溶接箇所近傍を示す拡大断面図。
【図５】（Ａ）は比較例による燃料噴射弁の燃料通路部材とホルダとのレーザ溶接方法の溶接工程におけるレーザ光の出力値の変化を示す図、（Ｂ）は溶接工程における燃料通路部材とホルダとの嵌合面の温度の変化を示す図、（Ｃ）は比較例による燃料噴射弁の燃料通路部材とホルダとの溶接箇所近傍を示す拡大断面図。
【図６】（Ａ）は本発明の第２実施形態による燃料噴射弁の燃料通路部材とホルダとのレーザ溶接方法の予熱工程および溶接工程におけるレーザ光の出力値の変化を示す図、（Ｂ）は予熱工程および溶接工程における燃料通路部材とホルダとの嵌合面の温度の変化を示す図。
【図７】本発明の第３実施形態による燃料噴射弁の燃料通路部材とホルダとのレーザ溶接方法を説明するための図であって、（Ａ）は嵌合工程を示す図、（Ｂ）は予熱工程を示す図、（Ｃ）は溶接工程を示す図。
【図８】（Ａ）は本発明の第３実施形態による燃料噴射弁の燃料通路部材とホルダとのレーザ溶接方法の溶接工程におけるレーザ光の出力値の変化を示す図、（Ｂ）は溶接工程における燃料通路部材とホルダとの嵌合面の温度の変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を図１に示す。燃料噴射弁１０は、図示しない内燃機関の燃料噴射装置に用いられ、燃料を内燃機関に噴射供給する。
【００２２】
まず、燃料噴射弁１０の構成について説明する。燃料噴射弁１０は、噴射ノズル２０、燃料通路部材３０、ホルダ４０、弁部材５０および駆動部としてのコイル６０等を備えている。
噴射ノズル２０は、金属により形成され、略円筒状の筒部２１、および当該筒部２１の一方の端部を塞ぐ底部２２を有している。すなわち、噴射ノズル２０は、有底筒状に形成されている。底部２２には、噴孔２３が形成されている。
【００２３】
燃料通路部材３０は、金属により略円筒状に形成されている。噴射ノズル２０と燃料通路部材３０とは、筒部２１の外壁と燃料通路部材３０の内壁とが対面するよう嵌合し、この部分がレーザ溶接により溶接されている。筒部２１の外壁と燃料通路部材３０の内壁との嵌合面７０には、レーザ溶接により生じた溶け込み部７１が形成されている。ここで、嵌合面７０は、筒部２１と燃料通路部材３０とが嵌合する箇所の面であって、筒部２１の外壁面および燃料通路部材３０の内壁面の両方を指すものとする。溶け込み部７１は、嵌合面７０の全周に亘って略円環状に形成されている。これにより、筒部２１の外壁と燃料通路部材３０の内壁との間は液密に保たれている。また、筒部２１および燃料通路部材３０の中心軸に沿った断面において、溶け込み部７１の先端は、筒部２１の板厚内に位置している。
【００２４】
燃料通路部材３０の噴射ノズル２０とは反対側の端部には、非磁性材料からなる筒部材１１が接続している。さらに、筒部材１１の燃料通路部材３０とは反対側の端部には、筒部材１２が接続している。筒部材１１および筒部材１２の内径は、燃料通路部材３０の内径と同等に設定されている。
【００２５】
ホルダ４０は、金属により形成され、略円筒状の第１筒部４１、当該第１筒部４１の一方の端部から径方向外側に延びて略円環状に形成される接続部４２、および、当該接続部４２の外縁部から略円筒状に延びる第２筒部４３を有している。燃料通路部材３０とホルダ４０とは、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁とが対面するよう嵌合し、この部分がレーザ溶接により溶接されている。燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁との嵌合面８０には、レーザ溶接により生じた溶け込み部８１が形成されている。ここで、嵌合面８０は、燃料通路部材３０と第１筒部４１とが嵌合する箇所の面であって、燃料通路部材３０の外壁面および第１筒部４１の内壁面の両方を指すものとする。溶け込み部８１は、嵌合面８０の全周に亘って略円環状に形成されている。これにより、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁との間は液密に保たれている。また、燃料通路部材３０および第１筒部４１の中心軸に沿った断面において、溶け込み部８１の先端は、燃料通路部材３０の板厚内に位置している。
噴射ノズル２０と燃料通路部材３０とのレーザ溶接、および、燃料通路部材３０とホルダ４０とのレーザ溶接については、後に詳述する。
【００２６】
弁部材５０は、金属により形成され、略円筒状の筒部５１、および当該筒部５１の一方の端部を塞ぐ底部５２を有している。すなわち、弁部材５０は、有底筒状に形成されている。弁部材５０は、燃料通路部材３０の内側に往復移動可能に収容されている。弁部材５０は、底部５２が噴射ノズル２０の底部２２から離間または底部２２に当接することで、噴孔２３を開閉可能である。筒部５１には、内壁と外壁とを連通する孔５３および孔５４が形成されている。
【００２７】
弁部材５０の底部５２とは反対側には、可動コア１３が圧入されている。可動コア１３は、金属により形成され、燃料通路部材３０と筒部材１１との接続部分の内側に位置するよう設けられている。可動コア１３の外径は、燃料通路部材３０および筒部材１１の内径よりもやや小さく設定されている。これにより、可動コア１３は、燃料通路部材３０および筒部材１１の内側で、弁部材５０とともに円滑に往復移動可能である。
【００２８】
筒部材１１および筒部材１２の内側には、固定コア１４が圧入されている。固定コア１４は、金属により筒状に形成されている。固定コア１４は、可動コア１３と当接可能であり、可動コア１３が噴射ノズル２０とは反対側へ移動するのを規制している。よって、可動コア１３および弁部材５０は、固定コア１４と噴射ノズル２０の底部２２との間で往復移動可能である。
【００２９】
固定コア１４の内側には、筒状のアジャスティングパイプ１５が圧入されている。アジャスティングパイプ１５と可動コア１３との間には、付勢部材１６が設けられている。付勢部材１６は、軸方向に伸びる力を有している。そのため、弁部材５０は、可動コア１３とともに噴射ノズル２０の底部２２側へ付勢されている。
【００３０】
略円筒状のコイル６０は、ホルダ４０の第２筒部４３の内側に収容され、筒部材１１および筒部材１２の径方向外側に位置するよう設けられている。コイル６０は、電力が供給されることにより磁力を発生する。これにより、可動コア１３が固定コア１４に吸引される。このとき、弁部材５０の底部５２は噴射ノズル２０の底部２２から離間し、噴孔２３は開放された状態となる。
【００３１】
筒部材１２の筒部材１１とは反対側には、略円筒状の燃料導入パイプ１７が圧入されている。燃料導入パイプ１７の径方向外側は、樹脂によりモールドされている。当該モールド部分にコネクタ１８が形成されている。コネクタ１８には、コイル６０へ電力を供給するための端子１９がインサート成形されている。
【００３２】
燃料導入パイプ１７の導入口１７１から流入した燃料は、燃料導入パイプ１７、アジャスティングパイプ１５、固定コア１４、筒部材１１、可動コア１３および弁部材５０の内側、孔５３および孔５４、燃料通路部材３０の内側、ならびに、噴射ノズル２０の筒部２１の内側を流通し、噴孔２３に導かれる。このように、燃料通路部材３０は、内側に、燃料が流通する燃料通路３１を形成している。
【００３３】
次に、燃料噴射弁１０の作動について説明する。
コイル６０に通電されると、可動コア１３は固定コア１４に吸引される。これにより、弁部材５０は、可能コア１３と一体に固定コア１４側へ移動し、噴射ノズル２０の底部２２から離間する。これにより、噴孔２３は開放された状態（開弁状態）となる。
【００３４】
燃料導入パイプ１７の導入口１７１から流入した燃料は、燃料導入パイプ１７、アジャスティングパイプ１５、固定コア１４、筒部材１１、可動コア１３および弁部材５０の内側、孔５３および孔５４、燃料通路部材３０の内側、ならびに、噴射ノズル２０の筒部２１の内側を流通し、噴孔２３から噴射される。
一方、コイル６０への通電がオフされると、弁部材５０が噴射ノズル２０の底部２２に当接し、燃料噴射弁１０が閉弁する。よって、燃料噴射が遮断される。
【００３５】
次に、本実施形態による燃料噴射弁１０の燃料通路部材３０とホルダ４０とのレーザ溶接方法について、図２〜４に基づいて説明する。なお、図２では、製造途中の燃料噴射弁１０の燃料通路部材３０およびホルダ４０の第１筒部４１の模式的な断面を示している。ここでは、燃料通路部材３０が特許請求の範囲における「第１パイプ」に対応し、第１筒部４１が「第２パイプ」に対応するものとして説明を進める。
【００３６】
本実施形態におけるレーザ溶接方法は、嵌合工程と、予熱工程と、溶接工程とを含む。
（嵌合工程）
図２（Ａ）に示すように、嵌合工程では、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁とが対面するよう燃料通路部材３０と第１筒部４１とを嵌合する。そして、嵌合状態の燃料通路部材３０および第１筒部４１を、燃料通路部材３０および第１筒部４１の中心軸が回転台２の回転軸Ｒと一致するよう、回転台２に設置する。本実施形態では、嵌合状態の燃料通路部材３０および第１筒部４１は、大気圧の空気中に設置される。
【００３７】
（予熱工程）
図２（Ｂ）に示すように、予熱工程では、回転台２を所定の速度で回転させることで燃料通路部材３０および第１筒部４１を中心軸の回りに回転させつつ、レーザ照射装置３から第１筒部４１の外壁に向けてレーザ光Ｌを照射する。これにより、第１筒部４１のレーザ光Ｌが照射された箇所に熱が生じるとともに、当該熱は燃料通路部材３０側へ伝達していく。
【００３８】
このときのレーザ照射装置３からのレーザ光Ｌの出力値を図３（Ａ）の左側に示す。レーザ照射開始時の回転台２（燃料通路部材３０および第１筒部４１）の回転角度を０°とすると、０°から３６０°の間、すなわち回転台２が１回転する間、レーザ光Ｌの出力値が一定となるようレーザ照射装置３を制御する。これにより、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁との嵌合面８０の温度は、図３（Ｂ）の左側に示すように変化する。嵌合面８０の温度は、レーザ照射開始直後は、第１温度より高くなるものの、やがて第１温度に収束する。ここで、第１温度とは、燃料通路部材３０および第１筒部４１の融点よりも低い所定の温度である。
【００３９】
このように、予熱工程では、第１筒部４１の外壁にレーザ照射することにより、嵌合面８０の温度が第１温度に収束するよう加熱（予熱）する。レーザ照射が開始されて回転台２が１回転する間の期間が予熱工程に対応する。
【００４０】
（溶接工程）
本実施形態では、予熱工程の直後に溶接工程を開始する。図３（Ａ）の右側に示すように、予熱工程の直後、すなわち回転台２が１回転すると、レーザ光Ｌの出力値を増大させ、この時点から回転台２が１回転する間、レーザ光Ｌの出力値が一定になるようレーザ照射装置３を制御する。これにより、嵌合面８０の温度は、図３（Ｂ）の右側に示すように変化する。嵌合面８０の温度は、溶接工程開始直後は、第２温度より高くなるものの、やがて第２温度に収束する。ここで、第２温度とは、燃料通路部材３０および第１筒部４１の融点以上の所定の温度である。
【００４１】
図２（Ｃ）および図４に示すように、溶接工程では、レーザ照射により第１筒部４１および燃料通路部材３０が溶融し、第１筒部４１の外壁から嵌合面８０近傍にかけて溶け込み部８１が生じる。回転台２（燃料通路部材３０および第１筒部４１）が回転することで、溶け込み部８１は、略円環状に形成される。これにより、燃料通路部材３０と第１筒部４１とは溶接（接合）され、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁との間は液密に保たれた状態となる。ここで、燃料通路部材３０および第１筒部４１とが接合した状態のものは、特許請求の範囲における「パイプ接合体」に対応する。
【００４２】
なお、前記第２温度は、溶け込み部８１の先端が燃料通路部材３０の板厚内に位置する程度の温度である。すなわち、本実施形態では、レーザ光Ｌの出力値、および、照射時間すなわち回転台２の回転速度を調節することで、溶け込み部８１の溶け込み深さＤｍおよび溶け込み幅Ｗｍが所定の値になるよう制御している。本実施形態では、溶接工程の直前に嵌合面８０の温度が第１温度となるよう予熱を行っているため、溶接工程において嵌合面８０の温度が急激に上昇することはない。そのため、溶け込み部８１の溶け込み深さＤｍおよび溶け込み幅Ｗｍを容易に制御することができる。
本実施形態では、燃料通路部材３０および第１筒部４１の板厚は約０．３５ｍｍ、燃料通路部材３０の外径は約６ｍｍである。また、回転台２の回転速度は、２００〜４００ｒｐｍ程度である。
【００４３】
このように、上述の溶接工程を経て形成された「パイプ接合体」（燃料通路部材３０および第１筒部４１）では、溶け込み部８１の先端が燃料通路部材３０の板厚内に位置している。そのため、燃料通路部材３０の内壁は、溶接前の金属光沢を維持し、面粗度等が高レベルに保たれている。
【００４４】
なお、本実施形態では、噴射ノズル２０および燃料通路部材３０も、上述のレーザ溶接方法により接合（溶接）される。この場合、噴射ノズル２０の筒部２１が「第１パイプ」に対応し、燃料通路部材３０が「第２パイプ」に対応する。この方法で溶接することで、筒部２１の外壁と燃料通路部材３０の内壁との嵌合面７０近傍が溶融することにより生じる溶け込み部７１の先端は、筒部２１の板厚内に位置する。その結果、筒部２１の内壁は、溶接前の金属光沢を維持する。
【００４５】
次に、比較例によるレーザ溶接方法について、図５に基づいて説明する。
比較例は、上述の本実施形態におけるレーザ溶接方法とは異なり、「予熱工程」を実施しないレーザ溶接方法である。つまり、比較例は従来のレーザ溶接方法に類似する。
【００４６】
比較例では、嵌合工程の後、上述のような予熱工程を経ずして溶接工程を開始する。このときの、レーザ光Ｌの出力値は、図５（Ａ）の左側に実線で示すとおり、本実施形態における溶接工程でのレーザ光Ｌの出力値（図５（Ａ）の右側に示す点線）よりも大きい値で一定に保たれている。これにより、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁との嵌合面８０の温度は、図５（Ｂ）の左側に実線で示すとおり、急激に第２温度以上の温度になる。この急激な温度上昇により、溶け込み部８１の先端は燃料通路部材３０の内壁まで達し、当該内壁にスパッタＳが付着する結果となる（図５（Ｃ）参照）。
【００４７】
このように、比較例によるレーザ溶接方法では、予熱工程を実施しないため、溶接工程において嵌合面８０の温度が急激に上昇する。そのため、溶け込み部８１の先端の位置、すなわち溶け込み深さ、および、溶け込み幅等を正確に制御するのが困難となり、溶接による「突き抜け」や「スパッタの付着」が生じるおそれがある。
また、比較例の溶接工程で必要となるレーザ光Ｌの出力値は、本実施形態の溶接工程で必要となる出力値よりも大きい。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態による燃料噴射弁１０の燃料通路部材３０とホルダ４０とのレーザ溶接方法は、嵌合工程と、予熱工程と、溶接工程とを含む。嵌合工程では、金属製の燃料通路部材３０（「第１パイプ」）の外壁と金属製のホルダ４０の第１筒部４１（「第２パイプ」）の内壁とが対面するよう燃料通路部材３０と第１筒部４１とを嵌合する。予熱工程では、燃料通路部材３０と第１筒部４１との嵌合面８０の温度が燃料通路部材３０およびホルダ４０の融点より低い第１温度に収束するよう加熱する。溶接工程では、第１筒部４１にレーザを照射することで嵌合面８０の温度が前記融点以上の第２温度に収束するよう加熱し、当該加熱により嵌合面８０近傍を溶融させることで燃料通路部材３０と第１筒部４１とを接合して「パイプ接合体」を形成する。本実施形態では、溶接工程において、レーザ光Ｌの出力値および照射時間は、第２温度が、嵌合面８０近傍が溶融することで生じる溶け込み部８１の先端が燃料通路部材３０の板厚内に位置する程度の温度となるよう設定される。
【００４９】
このように、本実施形態では、予熱工程において嵌合面８０の温度が略第１温度となるよう予め加熱しておく。これにより、溶接工程におけるレーザ照射による加熱の際、嵌合面８０の急激な温度上昇を回避することができる。そのため、溶接工程において嵌合面８０の温度が略第２温度となるよう、レーザ光Ｌの出力値および照射時間を設定するのが容易になる。したがって、溶け込み部８１の先端が燃料通路部材３０の板厚内に位置するように溶け込み深さ（Ｄｍ）を正確に制御することができる。よって、突き抜け不良やスパッタの発生を防止し、「パイプ接合体」の溶接品質を向上することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、予熱工程において嵌合面８０を予熱しておくことにより、予熱しない場合に比べ、溶接工程で溶接時に必要となるレーザ光Ｌの出力値を低減することができる。また、溶接工程において、嵌合状態の燃料通路部材３０および第１筒部４１を中心軸の回りに回転させながら溶接を実施することにより、全周均一な溶接が可能となる。
【００５１】
また、本実施形態では、予熱工程において、第１筒部４１にレーザを照射することにより、嵌合面８０の温度が第１温度に収束するよう加熱する。よって、本実施形態では、予熱工程における嵌合面８０の予熱と溶接工程における嵌合面８０の加熱とを、一連の流れの中で連続して、１つのレーザ照射装置３により実施可能である。また、本実施形態では、レーザ照射によって加熱することにより、比較的短時間で嵌合面８０の温度を略第１温度にすることができる。したがって、予熱工程の時間を短縮することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、予熱工程において、レーザ照射の始期から終期まで一定の出力でレーザを照射する。本実施形態では、嵌合状態の燃料通路部材３０および第１筒部４１を中心軸の回りに回転させながらレーザ照射することにより、嵌合面８０の温度が全周に亘って略第１温度となるよう予熱することが可能である。
【００５３】
本実施形態のレーザ溶接方法により形成された「パイプ接合体」は、燃料通路部材３０の内壁が溶接前の金属光沢を維持する。したがって、燃料通路部材３０の内壁を観察することにより、当該レーザ溶接方法によって形成された「パイプ接合体」であることを判定することができる。
【００５４】
燃料通路部材３０は、高圧燃料の流動抵抗を低減するため、また、高圧の燃料流により内壁から剥離する異物が燃料に混入することを防ぐため、内壁の面粗度等について高レベルの品質が要求される。したがって、上述のレーザ溶接方法が燃料噴射弁１０の燃料通路部材３０の溶接方法として適用されると、特に大きな効果が得られる。
【００５５】
なお、本実施形態では、噴射ノズル２０と燃料通路部材３０との溶接にも、上述のレーザ溶接方法が適用されている。この場合、噴射ノズル２０が「第１パイプ」に対応し、燃料通路部材３０が「第２パイプ」に対応する。この場合でも、上述した効果と同様の効果が得られる。
【００５６】
（第２実施形態）
第２実施形態による燃料噴射弁について、図６に基づいて説明する。第２実施形態は、燃料噴射弁の構成については第１実施形態と同様であるが、レーザ溶接方法の一部（予熱工程）が第１実施形態と異なる。
【００５７】
第２実施形態では、図６（Ａ）の左側に示すように、予熱工程において、回転台２（燃料通路部材３０および第１筒部４１）の回転角度が０°から３６０°の間、すなわち回転台２が１回転する間、レーザ光Ｌの出力値が徐々に高くなるようレーザ照射装置３を制御する。これにより、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁との嵌合面８０の温度は、図６（Ｂ）の左側に示すように変化する。ここで、図６（Ｂ）の左側に示す実線は、嵌合面８０の周方向の箇所毎（回転角度毎）の温度を表している。実際には、燃料通路部材３０および第１筒部４１は回転しながら予熱されるため、嵌合面８０の温度の平均値は、予熱工程において略第１温度に収束する。
予熱工程の後、第１実施形態と同様、溶接工程が実施され、燃料通路部材３０とホルダ４０とが溶接（接合）される。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態では、予熱工程において、レーザ照射の始期から終期にかけてレーザの出力を徐々に高めつつレーザを照射する。本実施形態では、例えば嵌合状態の燃料通路部材３０および第１筒部４１を中心軸の回りに比較的高速で回転させながらレーザ照射することにより、嵌合面８０の温度が全周に亘って略第１温度となるよう予熱することが可能である。本実施形態は、燃料通路部材３０および第１筒部４１の径および板厚が比較的小さく、予熱時の回転速度が比較的高い場合に好適である。
【００５９】
（第３実施形態）
第３実施形態による燃料噴射弁について、図７および８に基づいて説明する。第３実施形態は、燃料噴射弁の構成については第１実施形態および第２実施形態と同様であるが、レーザ溶接方法の一部（予熱工程）が第１実施形態および第２実施形態と異なる。
【００６０】
第３実施形態では、予熱工程において、レーザを用いないで予熱を行う点が第１実施形態および第２実施形態と異なる。
以下、第３実施形態による燃料噴射弁の燃料通路部材３０とホルダ４０とのレーザ溶接方法を説明する。
【００６１】
（嵌合工程）
図７（Ａ）に示すように、嵌合工程では、燃料通路部材３０と第１筒部４１とを、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁とが対面するよう嵌合する。
（予熱工程）
図７（Ｂ）に示すように、予熱工程では、嵌合状態の燃料通路部材３０および第１筒部４１を、加熱室４内の回転台２に設置する。このとき、燃料通路部材３０および第１筒部４１を、燃料通路部材３０および第１筒部４１の中心軸が回転台２の回転軸Ｒと一致するよう、回転台２に設置する。そして、加熱室４内の気体（本実施形態では空気）を加熱することにより、嵌合面８０の温度が第１温度に収束するよう加熱（予熱）する。ここで、第１温度とは、燃料通路部材３０および第１筒部４１の融点よりも低い所定の温度である。
【００６２】
（溶接工程）
溶接工程では、回転台２を所定の速度で回転させることで燃料通路部材３０および第１筒部４１を中心軸の回りに回転させつつ、レーザ照射装置３から第１筒部４１の外壁に向けてレーザ光Ｌを照射する。回転台２（燃料通路部材３０および第１筒部４１）の回転角度が０°から３６０°の間、すなわち回転台２が１回転する間、レーザ光Ｌの出力値は、図８（Ａ）に示す実線のとおり、一定である。これにより、嵌合面８０の温度は、図８（Ｂ）に示す実線のように変化する。嵌合面８０の温度は、溶接工程開始直後は、第２温度より高くなるものの、やがて第２温度に収束する。ここで、第２温度とは、燃料通路部材３０および第１筒部４１の融点以上の所定の温度である。
【００６３】
図７（Ｃ）に示すように、溶接工程では、レーザ照射により第１筒部４１および燃料通路部材３０が溶融し、第１筒部４１の外壁から嵌合面８０近傍にかけて溶け込み部８１が生じる。回転台２（燃料通路部材３０および第１筒部４１）が回転することで、溶け込み部８１は、略円環状に形成される。これにより、燃料通路部材３０と第１筒部４１とは溶接（接合）され、燃料通路部材３０の外壁と第１筒部４１の内壁との間は液密に保たれた状態となる。
【００６４】
本実施形態では、溶接工程の直前に嵌合面８０の温度が第１温度となるよう予熱を行っているため、溶接工程において嵌合面８０の温度が急激に上昇することはない。そのため、溶け込み部８１の溶け込み深さ、および、溶け込み幅を容易に制御することができる。
このように、上述の溶接工程を経て形成された「パイプ接合体」（燃料通路部材３０および第１筒部４１）では、溶け込み部８１の先端が燃料通路部材３０の板厚内に位置している。そのため、燃料通路部材３０の内壁は、溶接前の金属光沢を維持し、面粗度等が高レベルに保たれている。
【００６５】
なお、比較のため、図８（Ａ）に、上述の比較例の溶接工程で必要となるレーザ光の出力値を点線で示す。この図から、本実施形態では、予熱を行わない比較例と比べ、溶接工程で必要となるレーザ光の出力値が低いことがわかる。
また、図８（Ｂ）に点線で示すとおり、比較例の溶接工程では、レーザ照射開始直後、嵌合面８０の温度が急激に上昇する。一方、図８（Ｂ）に実線で示すとおり、本実施形態の溶接工程では、レーザ照射開始直後の嵌合面８０の温度の急激な温度上昇（単位時間当たりの温度上昇率）が抑えられる。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態では、予熱工程において、嵌合状態の燃料通路部材３０および第１筒部４１を加熱室４に設置し、当該加熱室４内の気体を加熱することにより、嵌合面８０の温度が第１温度に収束するよう加熱する。本実施形態では、燃料通路部材３０および第１筒部４１の１組あたりの予熱には所定の時間を要するものの、例えば複数の燃料通路部材３０および第１筒部４１の組を加熱室４内で一度に予熱すれば、作業効率を高めることができる。また、本実施形態では、予熱にレーザを用いないため、予熱にもレーザを用いる方法（第１実施形態および第２実施形態）に比べ、レーザ照射装置３に供給する電力を低減することができる。
【００６７】
（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、予熱工程において、「第１パイプ」と「第２パイプ」との嵌合面の温度が略第１温度に収束するのであれば、照射するレーザの出力および回転台の回転速度は、どのように制御してもよい。また、溶接工程において、前記嵌合面の温度が略第２温度に収束するのであれば、照射するレーザの出力および回転台の回転速度は、どのように制御してもよい。
【００６８】
上述の実施形態では、溶接工程において、大気圧の空気中でレーザ溶接する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、例えば窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス中、あるいは低圧の空気中でレーザ溶接することとしてもよい。あるいは、溶接箇所に不活性ガスを噴き付けつつレーザ溶接を行うこととしてもよい。
【００６９】
上述の実施形態では、予熱工程および溶接工程において、レーザ照射装置を固定し、「第１パイプ」および「第２パイプ」を回転させることで「第２パイプ」の外壁の周方向にレーザ照射を行う例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、「第１パイプ」および「第２パイプ」を固定し、レーザ照射装置を回転させることで「第２パイプ」の外壁の周方向にレーザ照射を行うこととしてもよい。
【００７０】
また、「第１パイプ」および「第２パイプ」とレーザ照射装置との相対回転中、レーザ光が連続して照射されてパイプの全周を均一に溶接する実施形態に限らず、断続的に照射されて「点溶接」されることとしてもよい。この場合、「第１パイプ」と「第２パイプ」との間の液密性は低下するが、「第１パイプ」と「第２パイプ」との間に例えばＯリング等のシール部材を設ければ液密性を確保することができる。
【００７１】
本発明の他の実施形態では、上述のレーザ溶接方法により形成する「パイプ接合体」を、燃料噴射弁に限らず、種々の装置または機器類等の部品として用いてもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００７２】
２１ ・・・筒部（第１パイプ、パイプ接合体）
３０ ・・・燃料通路部材（第１パイプ、第２パイプ、パイプ接合体）
４１ ・・・第１筒部（第２パイプ、パイプ接合体）
７０、８０ ・・・嵌合面
７１、８１ ・・・溶け込み部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の第１パイプの外壁と金属製の第２パイプの内壁とが対面するよう前記第１パイプと前記第２パイプとを嵌合する嵌合工程と、
前記第１パイプと前記第２パイプとの嵌合面の温度が前記第１パイプおよび前記第２パイプの融点より低い第１温度に収束するよう加熱する予熱工程と、
前記第２パイプにレーザを照射することで前記嵌合面の温度が前記融点以上の第２温度に収束するよう加熱し、当該加熱により前記嵌合面近傍を溶融させることで前記第１パイプと前記第２パイプとを接合してパイプ接合体を形成する溶接工程と、を含み、
前記溶接工程において、レーザの出力および照射時間は、前記第２温度が、前記嵌合面近傍が溶融することで生じる溶け込み部の先端が前記第１パイプの板厚内に位置する程度の温度となるよう設定されることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記予熱工程において、前記第２パイプにレーザを照射することにより、前記嵌合面の温度が前記第１温度に収束するよう加熱することを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記予熱工程において、レーザ照射の始期から終期まで一定の出力でレーザを照射することを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記予熱工程において、レーザ照射の始期から終期にかけてレーザの出力を徐々に高めつつレーザを照射することを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記予熱工程において、嵌合状態の前記第１パイプおよび前記第２パイプを加熱室に設置し、当該加熱室内の気体を加熱することにより、前記嵌合面の温度が前記第１温度に収束するよう加熱することを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法によって形成され、
前記第１パイプの内壁が溶接前の金属光沢を維持することを特徴とするパイプ接合体。
【請求項７】
内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁であって、
燃料が噴射される噴孔を形成する噴射ノズルと、
前記噴射ノズルに接合し、前記噴孔に連通する燃料通路を形成する燃料通路部材と、
前記燃料通路部材の前記噴射ノズルとは反対側に接合するよう設けられるホルダと、
前記燃料通路部材の内側に往復移動可能に収容され、前記噴孔を開閉する弁部材と、
前記ホルダに収容され、前記弁部材を駆動する駆動部と、を備え、
前記燃料通路部材および前記ホルダは、それぞれ、請求項６に記載のパイプ接合体の前記第１パイプおよび前記第２パイプに対応することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項１】
金属製の第１パイプの外壁と金属製の第２パイプの内壁とが対面するよう前記第１パイプと前記第２パイプとを嵌合する嵌合工程と、
前記第１パイプと前記第２パイプとの嵌合面の温度が前記第１パイプおよび前記第２パイプの融点より低い第１温度に収束するよう加熱する予熱工程と、
前記第２パイプにレーザを照射することで前記嵌合面の温度が前記融点以上の第２温度に収束するよう加熱し、当該加熱により前記嵌合面近傍を溶融させることで前記第１パイプと前記第２パイプとを接合してパイプ接合体を形成する溶接工程と、を含み、
前記溶接工程において、レーザの出力および照射時間は、前記第２温度が、前記嵌合面近傍が溶融することで生じる溶け込み部の先端が前記第１パイプの板厚内に位置する程度の温度となるよう設定されることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記予熱工程において、前記第２パイプにレーザを照射することにより、前記嵌合面の温度が前記第１温度に収束するよう加熱することを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記予熱工程において、レーザ照射の始期から終期まで一定の出力でレーザを照射することを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記予熱工程において、レーザ照射の始期から終期にかけてレーザの出力を徐々に高めつつレーザを照射することを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記予熱工程において、嵌合状態の前記第１パイプおよび前記第２パイプを加熱室に設置し、当該加熱室内の気体を加熱することにより、前記嵌合面の温度が前記第１温度に収束するよう加熱することを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法によって形成され、
前記第１パイプの内壁が溶接前の金属光沢を維持することを特徴とするパイプ接合体。
【請求項７】
内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁であって、
燃料が噴射される噴孔を形成する噴射ノズルと、
前記噴射ノズルに接合し、前記噴孔に連通する燃料通路を形成する燃料通路部材と、
前記燃料通路部材の前記噴射ノズルとは反対側に接合するよう設けられるホルダと、
前記燃料通路部材の内側に往復移動可能に収容され、前記噴孔を開閉する弁部材と、
前記ホルダに収容され、前記弁部材を駆動する駆動部と、を備え、
前記燃料通路部材および前記ホルダは、それぞれ、請求項６に記載のパイプ接合体の前記第１パイプおよび前記第２パイプに対応することを特徴とする燃料噴射弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２４５５４６（Ｐ２０１１−２４５５４６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２４３１４（Ｐ２０１０−１２４３１４）
【出願日】平成２２年５月３１日（２０１０．５．３１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月３１日（２０１０．５．３１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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