レーザ溶接方法、及びその方法によって接合されるパイプ接合体。
【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】金属製の第１パイプ１１と、第１パイプ１１の径外側に嵌合する第２パイプとを溶接するレーザ溶接方法は、不活性ガス注入工程、溶接工程および冷却工程を含む。不活性ガス注入工程では、ガス注入ノズル２１から第１パイプ１１の内側に不活性ガスＧ１を注入するとともに内側の空気Ｇ０を外側へ排出することで溶接時の内壁の酸化を防止する。溶接工程では、第１パイプ１１および第２パイプ１２を中心軸の回りに回転させながらレーザ照射ヘッド５１から第２パイプ１２の外周にレーザ光Ｌを照射し、溶け込み部の先端が第１パイプ１１の板厚内に位置するように金属を溶け込ませる。冷却工程では、不活性ガス注入工程から継続注入される不活性ガスＧ１によって、溶接された箇所を冷却する。
【解決手段】金属製の第１パイプ１１と、第１パイプ１１の径外側に嵌合する第２パイプとを溶接するレーザ溶接方法は、不活性ガス注入工程、溶接工程および冷却工程を含む。不活性ガス注入工程では、ガス注入ノズル２１から第１パイプ１１の内側に不活性ガスＧ１を注入するとともに内側の空気Ｇ０を外側へ排出することで溶接時の内壁の酸化を防止する。溶接工程では、第１パイプ１１および第２パイプ１２を中心軸の回りに回転させながらレーザ照射ヘッド５１から第２パイプ１２の外周にレーザ光Ｌを照射し、溶け込み部の先端が第１パイプ１１の板厚内に位置するように金属を溶け込ませる。冷却工程では、不活性ガス注入工程から継続注入される不活性ガスＧ１によって、溶接された箇所を冷却する。
【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、その方法によって接合されるパイプ接合体に関する。
【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、照射するレーザのエネルギ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。
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。
【０００６】
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、照射するレーザのエネルギ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。
【０００７】
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】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、金属製の第１パイプと、第１パイプの径外方向に嵌合する金属製の第２パイプとを周方向に沿って溶接しパイプ接合体を形成するレーザ溶接方法である。このレーザ溶接方法は、不活性ガス注入工程および溶接工程を含む。
不活性ガス注入工程では、第１パイプの内側に不活性ガスを注入するとともに第１パイプの内側の空気を外側へ排出する。
溶接工程では、「被照射側部材」である第２パイプの径外方向からレーザ照射し、溶け込み部の先端が「被溶融側部材」である第１パイプの板厚内に位置するように溶け込み深さを調整して金属を溶け込ませる。
【０００９】
第１パイプの内側に酸素が存在すると、レーザ照射による熱で第１パイプの内壁の酸化が起こりやすい。それに対し本発明では、第１パイプの内側に不活性ガスを注入することにより第１パイプの内壁の酸化を防止する。また、不活性ガスが第１パイプの内壁を冷却するため溶け込み部の温度が安定する。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。
なお、溶接工程において、例えば第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。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、不活性ガス注入工程において、第１パイプまたは第２パイプの不活性ガス注入側と反対側の端部に不活性ガスの流出を抑える閉塞部材を当接させる。
第１パイプまたは第２パイプの不活性ガス注入側と反対側の端部が開放していると、注入された不活性ガスのうち、第１パイプの内側に滞留せずにそのまま流出する不活性ガスの割合が高くなる。そこで、不活性ガス注入側と反対側の端部を閉塞することにより、不活性ガスを第１パイプの内側に効率的に滞留させることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、閉塞部材は、不活性ガスの注入に伴い空気を排出するための空気抜き穴を有する。
これにより、第１パイプの内側にあった空気を短時間で効率よく不活性ガスに置換することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、溶接工程で溶接された箇所を冷却する冷却工程をさらに含む。
溶接工程後も、溶接箇所の温度が比較的高い期間は、酸素が触れると酸化しやすい状態が続く。冷却工程によって溶接箇所の温度を迅速に低下させることで、第１パイプの内壁の酸化をより確実に防止することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、不活性ガス注入工程に加え、溶接工程においても不活性ガスを注入する。さらに、請求項６に記載の発明では、不活性ガス注入工程から冷却工程まで継続して不活性ガスを注入する。
不活性ガスを溶接工程後も続けて注入することで、冷却工程専用に別の冷却ガス等を使用する必要がなく、冷却工程を効率的に実施することができる。
請求項７に記載の発明では、注入される不活性ガスの温度は大気温度よりも低い。
これにより、冷却効果が一層向上し、冷却時間を短縮することができる。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発明における不活性ガス注入工程および溶接工程に代えて低圧溶接工程を含む。低圧溶接工程では、第１パイプの内側を大気圧より低圧とし、「被照射側部材」である第２パイプの径外方向からレーザ照射し、溶け込み部の先端が「被溶融側部材」である第１パイプの板厚内に位置するように溶け込み深さを調整して金属を溶け込ませる。請求項９に記載の発明は、低圧溶接工程で溶接された箇所を冷却する冷却工程をさらに含む。
【００１５】
第１パイプの内側を大気圧より低圧とすることにより、第１パイプの内側は、酸素濃度が大気中よりも低い「希酸素状態」となるため、第１パイプの内壁の酸化を抑制することができる。したがって、不活性ガスを注入する方法よりも簡易的に溶け込み深さを調整することができる。また、冷却工程によって溶接箇所の温度を迅速に低下させることで、第１パイプの内壁の酸化をより確実に防止することができる。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９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に係る発明である。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１〜９に記載のレーザ溶接方法によると、溶け込み部の温度が安定し、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１〜９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。
【００１７】
請求項１１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に係る発明である。この燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴射ノズル、噴射ノズルに連通する燃料通路を形成する燃料通路部材、燃料通路部材の内側に往復移動可能に収容され噴射ノズルを開放または閉塞する弁部材、及び、弁部材を駆動する駆動部を備える。
燃料通路部材は、請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法における第１パイプとして溶接される。そして、燃料通路部材の内壁が溶接前の金属光沢を維持する。
【００１８】
この場合、第１パイプである燃料通路部材と嵌合し溶接される第２パイプとして、例えば、コイルを収容するホルダが相当する。第１パイプとしての燃料通路部材は、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、本発明のレーザ溶接方法が燃料噴射弁の燃料通路部材に適用されると、特に大きな効果が得られる。
【００１９】
また、この燃料噴射弁は、燃料通路部材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、この燃料噴射弁の燃料通路部材は、本発明のレーザ溶接方法における第１パイプとして溶接されるため、溶け込み部の温度が安定し、溶け込み部の先端が燃料通路部材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。そのため、燃料通路部材の内壁は焼けたり酸化したりすることがない。よって、燃料通路部材の内壁を観察することにより、本発明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ことを判定することができる。
【００２０】
ところで、本発明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パイプに相当し、燃料通路部材が第２パイプに相当する。
このように噴射ノズルが第１パイプに相当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】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態によるレーザ溶接方法を示す模式図である。
【図２】（ａ）：図１の要部拡大図である。（ｂ）：比較例のレーザ溶接方法を示す要部拡大図である。
【図３】本発明の第２実施形態によるレーザ溶接方法を示す模式図である。
【図４】（ａ）：本発明の第３実施形態による燃料噴射弁のハウジングアセンブリを示す模式図である。（ｂ）：（ａ）の先端部拡大図である。
【図５】燃料噴射弁の要部を示す模式図である。
【図６】本発明の第４実施形態による燃料噴射弁のハウジングアセンブリを示す模式図である。
【図７】本発明のその他の実施形態によるレーザ溶接方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態によるレーザ溶接方法について図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるレーザ溶接方法は、図１に示すように、金属製の第１パイプ１１と、第１パイプの径外方向に嵌合する金属製の第２パイプ１２とを溶接してパイプ接合体１０を形成する方法である。第１パイプ１１は「被溶融側部材」に相当し、第２パイプ１２は「被照射側部材」に相当する。なお、以下の説明では、図１の上側を上、図１の下側を下として説明する。
【００２３】
第１パイプ１１は、下端面１１ｂが平板状のガス滞留用治具２３に当接して置かれる。ガス滞留用治具２３は、特許請求の範囲に記載の「閉塞部材」に相当する。
第２パイプ１２は、長さが第１パイプ１１とほぼ等しく、内径が第１パイプ１１の外径よりわずかに大きい。第２パイプ１２は、第１パイプ１１の径外方向に嵌合している。ガス滞留用治具２３は、回転台２９の上に設置される。回転台２９の回転軸Ｚは、第１パイプ１１の中心軸に略一致している。
ガス注入ノズル２１は、先端が第１パイプ１１の上側の開口１１ａに挿入される。
【００２４】
レーザ溶接方法は、不活性ガス注入工程、溶接工程、及び、冷却工程を含む。
不活性ガス注入工程では、ガス注入ノズル２１のノズル孔２１ａから第１パイプ１１の内側に不活性ガスＧ１を注入する。このとき、第１パイプ１１の内部にあった空気Ｇ０は、開口１１ａから排出される。不活性ガスＧ１は、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等である。
【００２５】
溶接工程では、回転台２９およびガス滞留用治具２３を所定の速度で回転軸Ｚの回りに回転させ、それに伴って第１パイプ１１および第２パイプ１２を中心軸の回りに回転させる。そして、第１パイプ１１および第２パイプ１２を回転させながら、レーザ照射ヘッド５１から第２パイプ１２の外周にレーザ光Ｌを照射し、第２パイプ１２から第１パイプ１１へ金属を溶け込ませる。このとき、溶け込み部１５の先端が第１パイプ１１の板厚内に位置するようにレーザ照射のエネルギ値および照射時間を調整する。
冷却工程では、不活性ガス注入工程から継続して注入される不活性ガスＧ１によって、溶接工程で溶接された箇所を冷却する。なお、不活性ガスＧ１の温度は大気温度よりも低いため、冷却効率がよく、冷却時間を短縮することができる。
【００２６】
（効果）
次に、図２（ａ）を参照して本発明の実施形態によるレーザ溶接方法の効果を説明する。
第１パイプ１１の内側に不活性ガスを注入することにより第１パイプ１１の内壁の酸化を防止する。また、不活性ガスが第１パイプ１１の内壁を冷却するため、溶け込み部１５の温度が安定する。したがって、溶け込み部の先端が第１パイプ１１の板厚内に位置するように溶け込み深さＤｍや溶け込み幅Ｗｍ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１０の溶接品質を向上することができる。
【００２７】
また、第１実施形態によるレーザ溶接方法では、被溶融側部材である第１パイプ１１の内壁が焼けたり酸化したりすることがなく、溶接前の金属光沢を維持している。したがって、第１パイプ１１の内壁を観察することにより、本発明のレーザ溶接方法によって製造されたパイプ接合体１０であることを判定することができる。
【００２８】
（比較例）
次に、比較例のレーザ溶接方法を説明する。
図２（ｂ）に示すように、比較例のパイプ接合体６０は大気中でレーザ溶接される。第１パイプ６１の内側には酸素が存在し、レーザ照射による熱で第１パイプ６１の内壁の酸化が起こりやすくなっている。また、第１パイプ６１の内壁が冷却されないため、溶け込み部６５の温度は上昇し続ける。そのため、溶け込み部の温度が安定せず、照射するレーザのエネルギ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６５の先端が第１パイプ６１の内壁まで貫通する「突き抜け」不良が生じたり、「突き抜け」に伴って第１パイプ６１の内壁にスパッタ６６が発生したりするため、パイプ接合体６０の溶接品質が劣悪となる。
【００２９】
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態を図３に基づいて説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第２実施形態では、閉塞部材として空気抜き孔２４ａを有するガス滞留用治具２４が用いられる。これにより、第１パイプ１１の内部にあった空気Ｇ０は、ガス注入ノズル２１から不活性ガスＧ１が注入されるのに伴い空気抜き孔２４ａから排出される。よって、空気Ｇ０を短時間で効率よく不活性ガスＧ１に置換することができる。
【００３０】
（第３実施形態）
次に、本発明のレーザ溶接方法を燃料噴射弁に適用した実施形態を図４に基づいて説明する。図４に示すハウジングアセンブリ３０は、燃料噴射弁の中間製造物である。
ここで、まず、完成品である燃料噴射弁の要部について図５に基づいて説明する。燃料噴射弁４０は、自動車等の内燃機関の燃料噴射装置に用いられる。燃料噴射弁４０の要部は、案内パイプ３２、コイル３５、噴射ノズル４１、弁部材４３、可動コア４４、固定コア４５、アジャスティングパイプ４６およびスプリング４７等から構成される。
【００３１】
案内パイプ３２は、第１磁性部３２ａ、非磁性部３２ｂ、第２磁性部３２ｃから構成される。第１磁性部３２ａ、非磁性部３２ｂ、第２磁性部３２ｃは、図５の下側から、この順で配列される。第１磁性部３２ａおよび第２磁性部３２ｃは、可動コア４４、固定コア４５と磁気回路を構成する。非磁性部材３２ｂは、第１磁性部材３２ａと第２磁性部材３２ｃとの間で磁束が短絡することを防ぐ。
コイル３５は、非磁性部３２ｂおよび第２磁性部３２ｃの外側に設けられ、通電されて磁界を発生する。
【００３２】
噴射ノズル４１は、案内パイプ３２の先端（図５の下方）に設けられている。噴射ノズル４１は有底円筒状で、先端に噴孔４１ｂを有している。
カップ状の噴孔プレート４２は噴射ノズル４１の外周壁に溶接により固定されている。
【００３３】
弁部材４３は有底円筒状の中空である。弁部材４３は、先端面４３ａが噴射ノズル４１の底面に設けられる弁座４１ｃに着座可能である。また、弁部材４３は、側壁を貫通する燃料孔４３ｂを有している。弁部材４３内に流入した燃料は、燃料孔４３ｂを内側から外側に通過する。
【００３４】
可動コア４４は、弁部材４３の噴射ノズル４１と反対側に溶接等により接合され、弁部材４３と一体に往復移動可能である。固定コア４５は、可動コア４４に対し噴射ノズル４１と反対側であって案内パイプ３２の非磁性部３２ｂおよび第２磁性部３２ｃの内側に、溶接または圧入により固定されている。
【００３５】
スプリング４７は、一端がアジャスティングパイプ４６に当接し、他端が可動コア４４に当接している。スプリング４７は、可動コア４４および弁部材４３を、弁部材４３が弁座４１ｃに着座する方向（図５の下方向）に付勢している。アジャスティングパイプ４６は、軸方向の設置位置を変更することでスプリング４７の荷重を調節可能である。
【００３６】
続いて、燃料噴射弁４０の作動について説明する。
コイル３５に通電されると、可動コア４４は固定コア４５に吸引される。これにより、弁部材４３は、可能コア４４と一体に図５の上方へ移動し、弁座４１ｃから離座する。なお、図５は、燃料噴射弁４０の開弁状態を示している。
図５の上方から燃料通路４８に流入した燃料は、弁部材４３内の内側から燃料孔４３ｂを通過し、さらに弁部材４３の先端面４３ａと弁座４１ｃとの間の空間を経由して、噴孔４１ｂから噴射される。
一方、コイル３５への通電がオフされると、弁部材４３が弁座４１ｃに着座し、燃料噴射弁４０が閉弁する。よって、燃料噴射が遮断される。
コイル３５、可動コア４４および固定コア４５は、特許請求の範囲に記載の「駆動部」に相当する。
【００３７】
次に、図４に戻り、本発明のレーザ溶接方法が適用されるハウジングアセンブリについて説明する。ハウジングアセンブリ３０は、パイプアセンブリ３１、ホルダ３４、コイル３５、ハウジングプレート３６、樹脂モールド部３７、電気コネクタ３８等から構成されている。
【００３８】
パイプアセンブリ３１は、案内パイプ３２と流入パイプ３３とが一体に形成されている。案内パイプ３２および流入パイプ３３は、板厚が約０．３５ｍｍのステンレス製パイプである。案内パイプ３２は直管状で、外径が約６ｍｍ、内径が約５．３ｍｍである。流入パイプ３３は、燃料の流入側の端部が広がっている。案内パイプ３２および流入パイプ３３は、高圧燃料の流路を構成する。
案内パイプ３２、及び、案内パイプ３２を含むパイプアセンブリ３１は、特許請求の範囲に記載の「燃料通路部材」に相当する。
【００３９】
ホルダ３４は、案内パイプ３２の径外方向にコイル３５を収容する。ホルダ３４の嵌合部３４ａは、案内パイプ３２の外壁に嵌合する。
電気コネクタ３８のターミナル３８ａには、コイル３５へ通電する電流が接続される。
【００４０】
パイプアセンブリ３１、ホルダ３４、コイル３５、ハウジングプレート３６、電気コネクタ３８は、樹脂モールド部３７の射出成形において金型にインサートされて一体成形される。このインサート成形後の段階では、ホルダ３４と案内パイプ３２とは嵌合しているのみで、まだ接合されていない。
【００４１】
この後、「ホルダ３４を案内パイプ３２に溶接する工程」、及び、「案内パイプ３２の先端に噴射ノズル４１を溶接する工程」を実施する。この２箇所の溶接工程の順番は、いずれの溶接工程が先でもよい。第３実施形態では、「案内パイプ３２の先端に噴射ノズル４１を溶接する工程」を先に実施する例を説明する。
【００４２】
図４に示すように、まず、案内パイプ３２に噴射ノズル４１を嵌合させる。その後、不活性ガス注入工程および溶接工程を実施する。噴射ノズル４１は、嵌合部４１ａが案内パイプ３２の先端部の内壁に嵌合する。噴射ノズル４１は、先端に噴射孔４１ｂを有する。噴射ノズル４１は、特許請求の範囲に記載の「閉塞部材」に相当する。
【００４３】
不活性ガス注入工程では、パイプアセンブリ３１の流入パイプ３３の口元に当接させたガス注入ノズル２１から不活性ガスＧ１が注入されるとともに、パイプアセンブリ３１の内側にあった空気Ｇ０が噴射孔４１ｂから排出される。すなわち、噴射ノズル４１の噴射孔４１ｂは、閉塞部材の空気抜き孔として機能する。
【００４４】
パイプアセンブリ３１の内側の空気を不活性ガスＧ１に置換した後、ハウジングアセンブリ３０および噴射ノズル４１を中心軸の回りに回転させながら、レーザ照射ヘッド５１からレーザ光Ｌを「被照射側部材」である案内パイプ３２の外周に照射し、案内パイプ３２から「被溶融側部材」である噴射ノズル４１の嵌合部４１ａへ金属を溶け込ませる。このとき、溶け込み部１６の先端が噴射孔４１ａの板厚内に位置するようにレーザ照射のエネルギ値および照射時間を調整する。
【００４５】
続いて、同様にレーザ照射ヘッド５１からレーザ光Ｌを「被照射側部材」であるホルダ３４の嵌合部３４ａの外周に照射し、嵌合部３４ａから「被溶融側部材」である案内パイプ３２へ金属を溶け込ませる。このとき、溶け込み部１５の先端が案内パイプ３２の板厚内に位置するようにレーザ照射のエネルギ値および照射時間を調整する。
不活性ガスＧ１は、不活性ガス注入工程から継続して溶接工程の後まで注入される。溶接工程で溶接された箇所は、不活性ガスＧ１によって冷却される。
【００４６】
第３実施形態では、第１、第２実施形態と同様の効果を奏する。
燃料噴射弁４０は、案内パイプ３２および噴射ノズル４１の内側に高圧燃料が流れる。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、本発明のレーザ溶接方法が燃料噴射弁のハウジングアセンブリに適用されると特に大きな効果が得られる。
【００４７】
また、第３実施形態による燃料噴射弁のハウジングアセンブリは、溶接工程において被溶融側部材である案内パイプ３２または噴射ノズル４１の内壁が焼けたり酸化したりすることがなく、溶接前の金属光沢を維持している。したがって、案内パイプ３２または噴射ノズル４１の内壁を観察することにより、本発明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ことを判定することができる。
【００４８】
（第４実施形態）
第４実施形態は、本発明のレーザ溶接方法を燃料噴射弁に適用した別の実施形態である。第４実施形態では、図６に示すように、ハウジングアセンブリ３０の案内パイプ３２の先端に、空気抜き孔２４ａを有するガス滞留用治具２４を当接させ、不活性ガス注入工程、及び、「ホルダ３４と案内パイプ３２との溶接工程」を実施する。
【００４９】
この場合、不活性ガス注入工程では、パイプアセンブリ３１の流入パイプ３３の口元に当接させたガス注入ノズル２１から不活性ガスＧ１が注入されるとともに、パイプアセンブリ３１の内側にあった空気Ｇ０が空気抜き孔２４ａから排出される。続いて、ホルダ３４と案内パイプ３２との溶接工程および冷却工程が第３実施形態と同様に実施される。
こうしてハウジングアセンブリ３０として完成した後、「案内パイプ３２と噴射ノズル４１との溶接工程」は、別工程で実施される。
第４実施形態では、第３実施形態と同様の効果を奏する。
【００５０】
（その他の実施形態）
（ア）図７に示すレーザ溶接方法は、上記の実施形態の不活性ガス注入工程および溶接工程に代えて低圧溶接工程を含む。低圧溶接工程では、第１パイプ１１の内側を大気圧より低圧とする。この実施形態では、第１パイプ１１の上端の開口１１ａに真空ノズル２２が装着される。真空ノズル２２は、図示しない真空ポンプに接続されている。真空ノズル２２は、気密のため、第１パイプ１１の内壁に当接するＯリング２２ｂを設けている。第１パイプ１１の下端の開口は閉塞治具２５によって閉塞される。
【００５１】
真空ポンプの作動によって真空ノズル２２が第１パイプ１１の内側の空気Ｇ０を吸引することで、第１パイプ１１の内側は、大気圧より低圧となる。これにより、第１パイプ１１の内側は、酸素濃度が大気中よりも低い「希酸素状態」となり、第１パイプ１１の内壁の酸化を抑制することができる。
なお、この場合、不活性ガスＧ１による冷却効果が得られない。そこで、別途冷却ガス等を使用するか、自然冷却の場合は溶接箇所が充分に冷却するまで「希酸素状態」を維持することが好ましい。
【００５２】
（イ）不活性ガス注入工程を含む実施形態においても、溶接工程後まで不活性ガスＧ１の注入を継続せず、自然冷却によって溶接箇所を冷却してもよい。
（ウ）上記の実施形態では、鉛直方向に設置されるパイプに対して不活性ガスＧ１が天方向から注入され、また、レーザ光Ｌが水平方向から照射される。しかし、不活性ガスの注入方向およびレーザ照射方向はこれに限定されない。例えば、水平方向に設置されるパイプに対して、レーザ光がパイプの軸と直交する方向から照射されてもよい。
【００５３】
（エ）上記の実施形態では、大気中に置かれるパイプに対して不活性ガスＧ１を注入する。その他、例えば搬送ロボットによって不活性ガスが充満した部屋内にパイプを置き、溶接工程を実施してもよい。この場合は、不活性ガスが充満した部屋にパイプを置くこと自体が「不活性ガス注入工程」に相当する。
【００５４】
（オ）上記の実施形態では、溶接工程において、レーザ照射ヘッド５１が固定され、第１パイプおよび第２パイプが中心軸の回りに回転する。その他、固定された第１パイプおよび第２パイプの周囲をレーザ照射ヘッドが回転し、溶接工程が実施されてもよい。
（カ）第１パイプおよび第２パイプとレーザ照射ヘッドとの相対回転中、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」されてもよい。
【００５５】
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０ ・・・パイプ接合体
１１ ・・・第１パイプ
１２ ・・・第２パイプ
１５、１６ ・・・溶け込み部
２１ ・・・ガス注入ノズル
２３、２４ ・・・ガス滞留用治具（閉塞部材）
２４ａ ・・・空気抜き孔
３０ ・・・（燃料噴射弁の）ハウジングアセンブリ
３１ ・・・パイプアセンブリ（燃料通路部材）
３２ ・・・案内パイプ（燃料通路部材）
３３ ・・・流入パイプ
３４ ・・・ホルダ
３４ａ ・・・嵌合部
４０ ・・・燃料噴射弁
４１ ・・・噴射ノズル（閉塞部材）
４１ａ ・・・嵌合部
４１ｂ ・・・噴射孔（空気抜き孔）
４３ ・・・弁部材
５１ ・・・レーザ照射ヘッド
６６ ・・・スパッタ
Ｇ０ ・・・空気
Ｇ１ ・・・不活性ガス
Ｌ ・・・レーザ光
Ｄｍ ・・・溶け込み深さ
Ｗｍ ・・・溶け込み幅
Ｚ ・・・回転軸
【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、その方法によって接合されるパイプ接合体に関する。
【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、照射するレーザのエネルギ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。
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。
【０００６】
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、照射するレーザのエネルギ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。
【０００７】
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】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、金属製の第１パイプと、第１パイプの径外方向に嵌合する金属製の第２パイプとを周方向に沿って溶接しパイプ接合体を形成するレーザ溶接方法である。このレーザ溶接方法は、不活性ガス注入工程および溶接工程を含む。
不活性ガス注入工程では、第１パイプの内側に不活性ガスを注入するとともに第１パイプの内側の空気を外側へ排出する。
溶接工程では、「被照射側部材」である第２パイプの径外方向からレーザ照射し、溶け込み部の先端が「被溶融側部材」である第１パイプの板厚内に位置するように溶け込み深さを調整して金属を溶け込ませる。
【０００９】
第１パイプの内側に酸素が存在すると、レーザ照射による熱で第１パイプの内壁の酸化が起こりやすい。それに対し本発明では、第１パイプの内側に不活性ガスを注入することにより第１パイプの内壁の酸化を防止する。また、不活性ガスが第１パイプの内壁を冷却するため溶け込み部の温度が安定する。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。
なお、溶接工程において、例えば第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。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、不活性ガス注入工程において、第１パイプまたは第２パイプの不活性ガス注入側と反対側の端部に不活性ガスの流出を抑える閉塞部材を当接させる。
第１パイプまたは第２パイプの不活性ガス注入側と反対側の端部が開放していると、注入された不活性ガスのうち、第１パイプの内側に滞留せずにそのまま流出する不活性ガスの割合が高くなる。そこで、不活性ガス注入側と反対側の端部を閉塞することにより、不活性ガスを第１パイプの内側に効率的に滞留させることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、閉塞部材は、不活性ガスの注入に伴い空気を排出するための空気抜き穴を有する。
これにより、第１パイプの内側にあった空気を短時間で効率よく不活性ガスに置換することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、溶接工程で溶接された箇所を冷却する冷却工程をさらに含む。
溶接工程後も、溶接箇所の温度が比較的高い期間は、酸素が触れると酸化しやすい状態が続く。冷却工程によって溶接箇所の温度を迅速に低下させることで、第１パイプの内壁の酸化をより確実に防止することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、不活性ガス注入工程に加え、溶接工程においても不活性ガスを注入する。さらに、請求項６に記載の発明では、不活性ガス注入工程から冷却工程まで継続して不活性ガスを注入する。
不活性ガスを溶接工程後も続けて注入することで、冷却工程専用に別の冷却ガス等を使用する必要がなく、冷却工程を効率的に実施することができる。
請求項７に記載の発明では、注入される不活性ガスの温度は大気温度よりも低い。
これにより、冷却効果が一層向上し、冷却時間を短縮することができる。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発明における不活性ガス注入工程および溶接工程に代えて低圧溶接工程を含む。低圧溶接工程では、第１パイプの内側を大気圧より低圧とし、「被照射側部材」である第２パイプの径外方向からレーザ照射し、溶け込み部の先端が「被溶融側部材」である第１パイプの板厚内に位置するように溶け込み深さを調整して金属を溶け込ませる。請求項９に記載の発明は、低圧溶接工程で溶接された箇所を冷却する冷却工程をさらに含む。
【００１５】
第１パイプの内側を大気圧より低圧とすることにより、第１パイプの内側は、酸素濃度が大気中よりも低い「希酸素状態」となるため、第１パイプの内壁の酸化を抑制することができる。したがって、不活性ガスを注入する方法よりも簡易的に溶け込み深さを調整することができる。また、冷却工程によって溶接箇所の温度を迅速に低下させることで、第１パイプの内壁の酸化をより確実に防止することができる。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９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に係る発明である。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１〜９に記載のレーザ溶接方法によると、溶け込み部の温度が安定し、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１〜９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。
【００１７】
請求項１１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に係る発明である。この燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴射ノズル、噴射ノズルに連通する燃料通路を形成する燃料通路部材、燃料通路部材の内側に往復移動可能に収容され噴射ノズルを開放または閉塞する弁部材、及び、弁部材を駆動する駆動部を備える。
燃料通路部材は、請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法における第１パイプとして溶接される。そして、燃料通路部材の内壁が溶接前の金属光沢を維持する。
【００１８】
この場合、第１パイプである燃料通路部材と嵌合し溶接される第２パイプとして、例えば、コイルを収容するホルダが相当する。第１パイプとしての燃料通路部材は、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、本発明のレーザ溶接方法が燃料噴射弁の燃料通路部材に適用されると、特に大きな効果が得られる。
【００１９】
また、この燃料噴射弁は、燃料通路部材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、この燃料噴射弁の燃料通路部材は、本発明のレーザ溶接方法における第１パイプとして溶接されるため、溶け込み部の温度が安定し、溶け込み部の先端が燃料通路部材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。そのため、燃料通路部材の内壁は焼けたり酸化したりすることがない。よって、燃料通路部材の内壁を観察することにより、本発明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ことを判定することができる。
【００２０】
ところで、本発明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パイプに相当し、燃料通路部材が第２パイプに相当する。
このように噴射ノズルが第１パイプに相当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】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態によるレーザ溶接方法を示す模式図である。
【図２】（ａ）：図１の要部拡大図である。（ｂ）：比較例のレーザ溶接方法を示す要部拡大図である。
【図３】本発明の第２実施形態によるレーザ溶接方法を示す模式図である。
【図４】（ａ）：本発明の第３実施形態による燃料噴射弁のハウジングアセンブリを示す模式図である。（ｂ）：（ａ）の先端部拡大図である。
【図５】燃料噴射弁の要部を示す模式図である。
【図６】本発明の第４実施形態による燃料噴射弁のハウジングアセンブリを示す模式図である。
【図７】本発明のその他の実施形態によるレーザ溶接方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態によるレーザ溶接方法について図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるレーザ溶接方法は、図１に示すように、金属製の第１パイプ１１と、第１パイプの径外方向に嵌合する金属製の第２パイプ１２とを溶接してパイプ接合体１０を形成する方法である。第１パイプ１１は「被溶融側部材」に相当し、第２パイプ１２は「被照射側部材」に相当する。なお、以下の説明では、図１の上側を上、図１の下側を下として説明する。
【００２３】
第１パイプ１１は、下端面１１ｂが平板状のガス滞留用治具２３に当接して置かれる。ガス滞留用治具２３は、特許請求の範囲に記載の「閉塞部材」に相当する。
第２パイプ１２は、長さが第１パイプ１１とほぼ等しく、内径が第１パイプ１１の外径よりわずかに大きい。第２パイプ１２は、第１パイプ１１の径外方向に嵌合している。ガス滞留用治具２３は、回転台２９の上に設置される。回転台２９の回転軸Ｚは、第１パイプ１１の中心軸に略一致している。
ガス注入ノズル２１は、先端が第１パイプ１１の上側の開口１１ａに挿入される。
【００２４】
レーザ溶接方法は、不活性ガス注入工程、溶接工程、及び、冷却工程を含む。
不活性ガス注入工程では、ガス注入ノズル２１のノズル孔２１ａから第１パイプ１１の内側に不活性ガスＧ１を注入する。このとき、第１パイプ１１の内部にあった空気Ｇ０は、開口１１ａから排出される。不活性ガスＧ１は、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等である。
【００２５】
溶接工程では、回転台２９およびガス滞留用治具２３を所定の速度で回転軸Ｚの回りに回転させ、それに伴って第１パイプ１１および第２パイプ１２を中心軸の回りに回転させる。そして、第１パイプ１１および第２パイプ１２を回転させながら、レーザ照射ヘッド５１から第２パイプ１２の外周にレーザ光Ｌを照射し、第２パイプ１２から第１パイプ１１へ金属を溶け込ませる。このとき、溶け込み部１５の先端が第１パイプ１１の板厚内に位置するようにレーザ照射のエネルギ値および照射時間を調整する。
冷却工程では、不活性ガス注入工程から継続して注入される不活性ガスＧ１によって、溶接工程で溶接された箇所を冷却する。なお、不活性ガスＧ１の温度は大気温度よりも低いため、冷却効率がよく、冷却時間を短縮することができる。
【００２６】
（効果）
次に、図２（ａ）を参照して本発明の実施形態によるレーザ溶接方法の効果を説明する。
第１パイプ１１の内側に不活性ガスを注入することにより第１パイプ１１の内壁の酸化を防止する。また、不活性ガスが第１パイプ１１の内壁を冷却するため、溶け込み部１５の温度が安定する。したがって、溶け込み部の先端が第１パイプ１１の板厚内に位置するように溶け込み深さＤｍや溶け込み幅Ｗｍ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１０の溶接品質を向上することができる。
【００２７】
また、第１実施形態によるレーザ溶接方法では、被溶融側部材である第１パイプ１１の内壁が焼けたり酸化したりすることがなく、溶接前の金属光沢を維持している。したがって、第１パイプ１１の内壁を観察することにより、本発明のレーザ溶接方法によって製造されたパイプ接合体１０であることを判定することができる。
【００２８】
（比較例）
次に、比較例のレーザ溶接方法を説明する。
図２（ｂ）に示すように、比較例のパイプ接合体６０は大気中でレーザ溶接される。第１パイプ６１の内側には酸素が存在し、レーザ照射による熱で第１パイプ６１の内壁の酸化が起こりやすくなっている。また、第１パイプ６１の内壁が冷却されないため、溶け込み部６５の温度は上昇し続ける。そのため、溶け込み部の温度が安定せず、照射するレーザのエネルギ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６５の先端が第１パイプ６１の内壁まで貫通する「突き抜け」不良が生じたり、「突き抜け」に伴って第１パイプ６１の内壁にスパッタ６６が発生したりするため、パイプ接合体６０の溶接品質が劣悪となる。
【００２９】
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態を図３に基づいて説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第２実施形態では、閉塞部材として空気抜き孔２４ａを有するガス滞留用治具２４が用いられる。これにより、第１パイプ１１の内部にあった空気Ｇ０は、ガス注入ノズル２１から不活性ガスＧ１が注入されるのに伴い空気抜き孔２４ａから排出される。よって、空気Ｇ０を短時間で効率よく不活性ガスＧ１に置換することができる。
【００３０】
（第３実施形態）
次に、本発明のレーザ溶接方法を燃料噴射弁に適用した実施形態を図４に基づいて説明する。図４に示すハウジングアセンブリ３０は、燃料噴射弁の中間製造物である。
ここで、まず、完成品である燃料噴射弁の要部について図５に基づいて説明する。燃料噴射弁４０は、自動車等の内燃機関の燃料噴射装置に用いられる。燃料噴射弁４０の要部は、案内パイプ３２、コイル３５、噴射ノズル４１、弁部材４３、可動コア４４、固定コア４５、アジャスティングパイプ４６およびスプリング４７等から構成される。
【００３１】
案内パイプ３２は、第１磁性部３２ａ、非磁性部３２ｂ、第２磁性部３２ｃから構成される。第１磁性部３２ａ、非磁性部３２ｂ、第２磁性部３２ｃは、図５の下側から、この順で配列される。第１磁性部３２ａおよび第２磁性部３２ｃは、可動コア４４、固定コア４５と磁気回路を構成する。非磁性部材３２ｂは、第１磁性部材３２ａと第２磁性部材３２ｃとの間で磁束が短絡することを防ぐ。
コイル３５は、非磁性部３２ｂおよび第２磁性部３２ｃの外側に設けられ、通電されて磁界を発生する。
【００３２】
噴射ノズル４１は、案内パイプ３２の先端（図５の下方）に設けられている。噴射ノズル４１は有底円筒状で、先端に噴孔４１ｂを有している。
カップ状の噴孔プレート４２は噴射ノズル４１の外周壁に溶接により固定されている。
【００３３】
弁部材４３は有底円筒状の中空である。弁部材４３は、先端面４３ａが噴射ノズル４１の底面に設けられる弁座４１ｃに着座可能である。また、弁部材４３は、側壁を貫通する燃料孔４３ｂを有している。弁部材４３内に流入した燃料は、燃料孔４３ｂを内側から外側に通過する。
【００３４】
可動コア４４は、弁部材４３の噴射ノズル４１と反対側に溶接等により接合され、弁部材４３と一体に往復移動可能である。固定コア４５は、可動コア４４に対し噴射ノズル４１と反対側であって案内パイプ３２の非磁性部３２ｂおよび第２磁性部３２ｃの内側に、溶接または圧入により固定されている。
【００３５】
スプリング４７は、一端がアジャスティングパイプ４６に当接し、他端が可動コア４４に当接している。スプリング４７は、可動コア４４および弁部材４３を、弁部材４３が弁座４１ｃに着座する方向（図５の下方向）に付勢している。アジャスティングパイプ４６は、軸方向の設置位置を変更することでスプリング４７の荷重を調節可能である。
【００３６】
続いて、燃料噴射弁４０の作動について説明する。
コイル３５に通電されると、可動コア４４は固定コア４５に吸引される。これにより、弁部材４３は、可能コア４４と一体に図５の上方へ移動し、弁座４１ｃから離座する。なお、図５は、燃料噴射弁４０の開弁状態を示している。
図５の上方から燃料通路４８に流入した燃料は、弁部材４３内の内側から燃料孔４３ｂを通過し、さらに弁部材４３の先端面４３ａと弁座４１ｃとの間の空間を経由して、噴孔４１ｂから噴射される。
一方、コイル３５への通電がオフされると、弁部材４３が弁座４１ｃに着座し、燃料噴射弁４０が閉弁する。よって、燃料噴射が遮断される。
コイル３５、可動コア４４および固定コア４５は、特許請求の範囲に記載の「駆動部」に相当する。
【００３７】
次に、図４に戻り、本発明のレーザ溶接方法が適用されるハウジングアセンブリについて説明する。ハウジングアセンブリ３０は、パイプアセンブリ３１、ホルダ３４、コイル３５、ハウジングプレート３６、樹脂モールド部３７、電気コネクタ３８等から構成されている。
【００３８】
パイプアセンブリ３１は、案内パイプ３２と流入パイプ３３とが一体に形成されている。案内パイプ３２および流入パイプ３３は、板厚が約０．３５ｍｍのステンレス製パイプである。案内パイプ３２は直管状で、外径が約６ｍｍ、内径が約５．３ｍｍである。流入パイプ３３は、燃料の流入側の端部が広がっている。案内パイプ３２および流入パイプ３３は、高圧燃料の流路を構成する。
案内パイプ３２、及び、案内パイプ３２を含むパイプアセンブリ３１は、特許請求の範囲に記載の「燃料通路部材」に相当する。
【００３９】
ホルダ３４は、案内パイプ３２の径外方向にコイル３５を収容する。ホルダ３４の嵌合部３４ａは、案内パイプ３２の外壁に嵌合する。
電気コネクタ３８のターミナル３８ａには、コイル３５へ通電する電流が接続される。
【００４０】
パイプアセンブリ３１、ホルダ３４、コイル３５、ハウジングプレート３６、電気コネクタ３８は、樹脂モールド部３７の射出成形において金型にインサートされて一体成形される。このインサート成形後の段階では、ホルダ３４と案内パイプ３２とは嵌合しているのみで、まだ接合されていない。
【００４１】
この後、「ホルダ３４を案内パイプ３２に溶接する工程」、及び、「案内パイプ３２の先端に噴射ノズル４１を溶接する工程」を実施する。この２箇所の溶接工程の順番は、いずれの溶接工程が先でもよい。第３実施形態では、「案内パイプ３２の先端に噴射ノズル４１を溶接する工程」を先に実施する例を説明する。
【００４２】
図４に示すように、まず、案内パイプ３２に噴射ノズル４１を嵌合させる。その後、不活性ガス注入工程および溶接工程を実施する。噴射ノズル４１は、嵌合部４１ａが案内パイプ３２の先端部の内壁に嵌合する。噴射ノズル４１は、先端に噴射孔４１ｂを有する。噴射ノズル４１は、特許請求の範囲に記載の「閉塞部材」に相当する。
【００４３】
不活性ガス注入工程では、パイプアセンブリ３１の流入パイプ３３の口元に当接させたガス注入ノズル２１から不活性ガスＧ１が注入されるとともに、パイプアセンブリ３１の内側にあった空気Ｇ０が噴射孔４１ｂから排出される。すなわち、噴射ノズル４１の噴射孔４１ｂは、閉塞部材の空気抜き孔として機能する。
【００４４】
パイプアセンブリ３１の内側の空気を不活性ガスＧ１に置換した後、ハウジングアセンブリ３０および噴射ノズル４１を中心軸の回りに回転させながら、レーザ照射ヘッド５１からレーザ光Ｌを「被照射側部材」である案内パイプ３２の外周に照射し、案内パイプ３２から「被溶融側部材」である噴射ノズル４１の嵌合部４１ａへ金属を溶け込ませる。このとき、溶け込み部１６の先端が噴射孔４１ａの板厚内に位置するようにレーザ照射のエネルギ値および照射時間を調整する。
【００４５】
続いて、同様にレーザ照射ヘッド５１からレーザ光Ｌを「被照射側部材」であるホルダ３４の嵌合部３４ａの外周に照射し、嵌合部３４ａから「被溶融側部材」である案内パイプ３２へ金属を溶け込ませる。このとき、溶け込み部１５の先端が案内パイプ３２の板厚内に位置するようにレーザ照射のエネルギ値および照射時間を調整する。
不活性ガスＧ１は、不活性ガス注入工程から継続して溶接工程の後まで注入される。溶接工程で溶接された箇所は、不活性ガスＧ１によって冷却される。
【００４６】
第３実施形態では、第１、第２実施形態と同様の効果を奏する。
燃料噴射弁４０は、案内パイプ３２および噴射ノズル４１の内側に高圧燃料が流れる。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、本発明のレーザ溶接方法が燃料噴射弁のハウジングアセンブリに適用されると特に大きな効果が得られる。
【００４７】
また、第３実施形態による燃料噴射弁のハウジングアセンブリは、溶接工程において被溶融側部材である案内パイプ３２または噴射ノズル４１の内壁が焼けたり酸化したりすることがなく、溶接前の金属光沢を維持している。したがって、案内パイプ３２または噴射ノズル４１の内壁を観察することにより、本発明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ことを判定することができる。
【００４８】
（第４実施形態）
第４実施形態は、本発明のレーザ溶接方法を燃料噴射弁に適用した別の実施形態である。第４実施形態では、図６に示すように、ハウジングアセンブリ３０の案内パイプ３２の先端に、空気抜き孔２４ａを有するガス滞留用治具２４を当接させ、不活性ガス注入工程、及び、「ホルダ３４と案内パイプ３２との溶接工程」を実施する。
【００４９】
この場合、不活性ガス注入工程では、パイプアセンブリ３１の流入パイプ３３の口元に当接させたガス注入ノズル２１から不活性ガスＧ１が注入されるとともに、パイプアセンブリ３１の内側にあった空気Ｇ０が空気抜き孔２４ａから排出される。続いて、ホルダ３４と案内パイプ３２との溶接工程および冷却工程が第３実施形態と同様に実施される。
こうしてハウジングアセンブリ３０として完成した後、「案内パイプ３２と噴射ノズル４１との溶接工程」は、別工程で実施される。
第４実施形態では、第３実施形態と同様の効果を奏する。
【００５０】
（その他の実施形態）
（ア）図７に示すレーザ溶接方法は、上記の実施形態の不活性ガス注入工程および溶接工程に代えて低圧溶接工程を含む。低圧溶接工程では、第１パイプ１１の内側を大気圧より低圧とする。この実施形態では、第１パイプ１１の上端の開口１１ａに真空ノズル２２が装着される。真空ノズル２２は、図示しない真空ポンプに接続されている。真空ノズル２２は、気密のため、第１パイプ１１の内壁に当接するＯリング２２ｂを設けている。第１パイプ１１の下端の開口は閉塞治具２５によって閉塞される。
【００５１】
真空ポンプの作動によって真空ノズル２２が第１パイプ１１の内側の空気Ｇ０を吸引することで、第１パイプ１１の内側は、大気圧より低圧となる。これにより、第１パイプ１１の内側は、酸素濃度が大気中よりも低い「希酸素状態」となり、第１パイプ１１の内壁の酸化を抑制することができる。
なお、この場合、不活性ガスＧ１による冷却効果が得られない。そこで、別途冷却ガス等を使用するか、自然冷却の場合は溶接箇所が充分に冷却するまで「希酸素状態」を維持することが好ましい。
【００５２】
（イ）不活性ガス注入工程を含む実施形態においても、溶接工程後まで不活性ガスＧ１の注入を継続せず、自然冷却によって溶接箇所を冷却してもよい。
（ウ）上記の実施形態では、鉛直方向に設置されるパイプに対して不活性ガスＧ１が天方向から注入され、また、レーザ光Ｌが水平方向から照射される。しかし、不活性ガスの注入方向およびレーザ照射方向はこれに限定されない。例えば、水平方向に設置されるパイプに対して、レーザ光がパイプの軸と直交する方向から照射されてもよい。
【００５３】
（エ）上記の実施形態では、大気中に置かれるパイプに対して不活性ガスＧ１を注入する。その他、例えば搬送ロボットによって不活性ガスが充満した部屋内にパイプを置き、溶接工程を実施してもよい。この場合は、不活性ガスが充満した部屋にパイプを置くこと自体が「不活性ガス注入工程」に相当する。
【００５４】
（オ）上記の実施形態では、溶接工程において、レーザ照射ヘッド５１が固定され、第１パイプおよび第２パイプが中心軸の回りに回転する。その他、固定された第１パイプおよび第２パイプの周囲をレーザ照射ヘッドが回転し、溶接工程が実施されてもよい。
（カ）第１パイプおよび第２パイプとレーザ照射ヘッドとの相対回転中、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」されてもよい。
【００５５】
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０ ・・・パイプ接合体
１１ ・・・第１パイプ
１２ ・・・第２パイプ
１５、１６ ・・・溶け込み部
２１ ・・・ガス注入ノズル
２３、２４ ・・・ガス滞留用治具（閉塞部材）
２４ａ ・・・空気抜き孔
３０ ・・・（燃料噴射弁の）ハウジングアセンブリ
３１ ・・・パイプアセンブリ（燃料通路部材）
３２ ・・・案内パイプ（燃料通路部材）
３３ ・・・流入パイプ
３４ ・・・ホルダ
３４ａ ・・・嵌合部
４０ ・・・燃料噴射弁
４１ ・・・噴射ノズル（閉塞部材）
４１ａ ・・・嵌合部
４１ｂ ・・・噴射孔（空気抜き孔）
４３ ・・・弁部材
５１ ・・・レーザ照射ヘッド
６６ ・・・スパッタ
Ｇ０ ・・・空気
Ｇ１ ・・・不活性ガス
Ｌ ・・・レーザ光
Ｄｍ ・・・溶け込み深さ
Ｗｍ ・・・溶け込み幅
Ｚ ・・・回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の第１パイプと、前記第１パイプの径外側に嵌合する金属製の第２パイプとを周方向に沿って溶接しパイプ接合体を形成するレーザ溶接方法であって、
金属製の第１パイプの内側に不活性ガスを注入するとともに前記第１パイプの内側の空気を外側へ排出する不活性ガス注入工程と、
前記第２パイプの径外方向からレーザ照射し、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ように溶け込み深さを調整して金属を溶け込ませる溶接工程と、
を含むことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記不活性ガス注入工程において、
前記第１パイプまたは前記第２パイプの不活性ガス注入側と反対側の端部に不活性ガスの流出を抑える閉塞部材を当接させ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】
前記閉塞部材は、不活性ガスの注入に伴い空気を排出するための空気抜き穴を有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】
前記溶接工程で溶接された箇所を冷却する冷却工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記溶接工程において不活性ガスを注入することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法。
【請求項６】
前記不活性ガス注入工程から前記冷却工程まで継続して不活性ガスを注入することを特徴とする請求項５に記載のレーザ溶接方法。
【請求項７】
注入される不活性ガスの温度は大気温度よりも低いことを特徴とする請求項６に記載のレーザ溶接方法。
【請求項８】
金属製の第１パイプと、前記第１パイプの径外側に嵌合する金属製の第２パイプとを周方向に沿って溶接しパイプ接合体を形成するレーザ溶接方法であって、
金属性の第１パイプの内側を大気圧より低圧とし、前記第２パイプの径外方向からレーザ照射し、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ように溶け込み深さを調整して金属を溶け込ませる低圧溶接工程と、
を含むことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項９】
前記低圧溶接工程で溶接された箇所を冷却する冷却工程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のレーザ溶接方法。
【請求項１０】
請求項１〜９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１１】
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、
燃料を噴射する噴射ノズルと、
前記噴射ノズル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内側に往復移動可能に収容され前記噴射ノズルを開放または閉塞する弁部材と、
前記弁部材を駆動する駆動部と、
を備え、
前記燃料通路部材は、請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法における前記第１パイプとして溶接され、
前記燃料通路部材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燃料噴射弁。
【請求項１】
金属製の第１パイプと、前記第１パイプの径外側に嵌合する金属製の第２パイプとを周方向に沿って溶接しパイプ接合体を形成するレーザ溶接方法であって、
金属製の第１パイプの内側に不活性ガスを注入するとともに前記第１パイプの内側の空気を外側へ排出する不活性ガス注入工程と、
前記第２パイプの径外方向からレーザ照射し、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ように溶け込み深さを調整して金属を溶け込ませる溶接工程と、
を含むことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記不活性ガス注入工程において、
前記第１パイプまたは前記第２パイプの不活性ガス注入側と反対側の端部に不活性ガスの流出を抑える閉塞部材を当接させ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】
前記閉塞部材は、不活性ガスの注入に伴い空気を排出するための空気抜き穴を有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】
前記溶接工程で溶接された箇所を冷却する冷却工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記溶接工程において不活性ガスを注入することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法。
【請求項６】
前記不活性ガス注入工程から前記冷却工程まで継続して不活性ガスを注入することを特徴とする請求項５に記載のレーザ溶接方法。
【請求項７】
注入される不活性ガスの温度は大気温度よりも低いことを特徴とする請求項６に記載のレーザ溶接方法。
【請求項８】
金属製の第１パイプと、前記第１パイプの径外側に嵌合する金属製の第２パイプとを周方向に沿って溶接しパイプ接合体を形成するレーザ溶接方法であって、
金属性の第１パイプの内側を大気圧より低圧とし、前記第２パイプの径外方向からレーザ照射し、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ように溶け込み深さを調整して金属を溶け込ませる低圧溶接工程と、
を含むことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項９】
前記低圧溶接工程で溶接された箇所を冷却する冷却工程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のレーザ溶接方法。
【請求項１０】
請求項１〜９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１１】
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、
燃料を噴射する噴射ノズルと、
前記噴射ノズル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内側に往復移動可能に収容され前記噴射ノズルを開放または閉塞する弁部材と、
前記弁部材を駆動する駆動部と、
を備え、
前記燃料通路部材は、請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーザ溶接方法における前記第１パイプとして溶接され、
前記燃料通路部材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燃料噴射弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２４０３９０（Ｐ２０１１−２４０３９０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１６２５３（Ｐ２０１０−１１６２５３）
【出願日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【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１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]