專利名稱：電磁致動器及其制造方法以及燃油噴射閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁致動器、電磁致動器的制造方法以及一種燃油噴射閥，并且尤其是涉及一種電磁致動器定子鐵心的技術(shù)應(yīng)用，一種由固化鐵粉和樹脂鐵粉構(gòu)成的復(fù)合磁性材料(在下面被稱為“SMC”(軟復(fù)合磁性材料))。
背景技術(shù)：
下面將對一種燃油噴射裝置之燃油噴射閥的已有實(shí)例予以描述。近年，為了改善環(huán)境，汽車工業(yè)已提出了減少CO2的排放以及尾氣的凈化。
針對上述問題，內(nèi)燃機(jī)承受了燃油噴射壓力的增高，多點(diǎn)噴射等等。因此，電磁閥(使用一電磁致動器的閥)必須具有快速反應(yīng)特性。為了實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)特性，人們建議對所述快速反應(yīng)特性起作用的定子鐵心使用由鐵粉和樹脂粉固化構(gòu)成的SMC材料(例如，參見專利文獻(xiàn)1JP-2001-065319-A)。
與此同時(shí)，進(jìn)年來，為了增大反應(yīng)速度，旨在增大一電樞之磁特性的研究已經(jīng)展開。針對一個(gè)用以增大所述電樞之磁特性的裝置而言，一項(xiàng)通過一軸以及一移動鐵心由一種強(qiáng)磁性材料構(gòu)成以增強(qiáng)對所述定子鐵心之吸附力的技術(shù)(非公知技術(shù))已被研制。此外，通過使用一硅鋼或類似材料作為一磁性材料構(gòu)成所述移動鐵心而增加所述電樞之所述磁特性的技術(shù)也已被研制。
因此，一個(gè)定子鐵心必須響應(yīng)一磁特性特優(yōu)的電樞。當(dāng)SMC的樹脂含量比減少時(shí)，所述SMC磁通密度以及定子吸力的增大是已知的。但是，當(dāng)樹脂含量降低時(shí)，影響動吸力的鐵心損耗將明顯的增大。因此，當(dāng)所述SMC用于所述定子鐵心并且所述樹脂含量因此而減少時(shí)，所述磁通密度增大，但是反應(yīng)特性由于鐵心損耗的增大而變差。因此，具有快速反應(yīng)特性的電磁致動器無法得以提供。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述的問題而設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種電磁致動器以及燃油噴射閥，通過例如控制構(gòu)成一定子鐵心之SMC的樹脂粉粒子的直徑以使得一電樞以及定子鐵心的磁特性大致均衡，從而使得所述致動器及噴射閥的吸力以及反應(yīng)特性具佳。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種電磁致動器。一種電樞以及一種電磁閥也被提供。所述電樞可軸向移動地受到支撐并且包括一個(gè)具有一磁特性的移動鐵心。所述電磁閥包括一個(gè)由于電流的傳導(dǎo)而產(chǎn)生磁勢的線圈以及一個(gè)由所述線圈產(chǎn)生磁勢而吸附所述移動鐵心的定子鐵心。在此，所述定子鐵心由一復(fù)合磁性材料制成，所述復(fù)合磁性材料由固化鐵粉以及樹脂粉組成，同時(shí)所述定子鐵心以及所述移動鐵心的直流磁特性彼此幾乎是相同的。
在這種結(jié)構(gòu)中，即使當(dāng)具有一良好磁特性的移動鐵心被研制，所述定子鐵心以及移動鐵心的直流磁特性也能夠通過例如控制構(gòu)成所述定子鐵心之所述SMC的磁通密度或鐵心損耗而大致均衡。因此，所述定子鐵心以及移動鐵心的磁特性能夠一起充分地發(fā)揮。這就能夠提供一種優(yōu)良的電磁致動器以及燃油噴射閥。


通過下面參照附圖所進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述以及其它目的，特征以及有益效果將變得更加明顯。在附圖中
圖1是安裝于燃油噴射閥上的一個(gè)電磁閥的剖面圖；圖2是燃油噴射閥的剖面圖；圖3是表示電樞以及定子鐵心之間的直流磁特性(B-H特性)的圖表；圖4是表示樹脂含量比與鐵心損耗以及磁通密度之間關(guān)系的圖表；圖5是表示樹脂粒子直徑與鐵心損耗之間關(guān)系的圖表；圖6是表示當(dāng)樹脂粒子直徑變化時(shí)樹脂含量比與鐵心損耗之間關(guān)系的圖表；圖7是表示表示樹脂含量比與鐵心損耗以及磁通密度之間關(guān)系的圖表；圖8是表示當(dāng)使用霧化鐵粉時(shí)樹脂含量比與密度之間關(guān)系的圖表；圖9是表示當(dāng)使用霧化鐵粉時(shí)樹脂含量比與徑向擠壓強(qiáng)度之間關(guān)系的圖表；圖10是表示當(dāng)使用霧化鐵粉時(shí)樹脂含量比與磁通密度之間關(guān)系的圖表；圖11是表示當(dāng)使用霧化鐵粉時(shí)樹脂含量比與鐵心損耗(鐵損)之間關(guān)系的圖表；圖12是表示當(dāng)使用熱塑PI或熱固PI時(shí)減少的鐵含量比與密度之間關(guān)系的圖表；圖13是表示當(dāng)使用熱塑PI或熱固PI時(shí)減少的鐵含量比與徑向擠壓強(qiáng)度之間關(guān)系的圖表；圖14是表示當(dāng)使用熱塑PI或熱固PI時(shí)減少的鐵含量比與磁通密度之間關(guān)系的圖表；圖15是表示當(dāng)使用熱塑PI或熱固PI時(shí)減少的鐵含量比與鐵心損耗(鐵損)之間關(guān)系的圖表；
圖16是表示當(dāng)使用熱塑PI或熱固PI時(shí)減少的鐵含量比與密度之間關(guān)系的圖表；圖17是表示當(dāng)熱固PI的含量比發(fā)生變化時(shí)減少的鐵含量比與磁通密度之間關(guān)系的圖表；圖18是表示密度與磁通密度之間關(guān)系的圖表；圖19是表示當(dāng)熱固PI的含量比發(fā)生變化時(shí)減少的鐵含量比與鐵心損耗(鐵損)之間關(guān)系的圖表；圖20是表示當(dāng)添加或不添加PTFE時(shí)減少的鐵含量比與密度之間關(guān)系的圖表；圖21是表示當(dāng)添加或不添加PTFE時(shí)減少的鐵含量比與密度之間關(guān)系的比較；以及圖22是表示當(dāng)添加或不添加PTFE時(shí)減少的鐵含量比與鐵心損耗(鐵損)之間關(guān)系的比較。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1中的一個(gè)電磁致動器包括一個(gè)軸向可移動地受到支撐的電樞以及一個(gè)電磁閥。所述電樞具有一個(gè)具有磁特性的移動鐵心。所述電磁閥具有一個(gè)通過電流的傳導(dǎo)而產(chǎn)生磁勢的線圈以及一個(gè)通過所述線圈產(chǎn)生的磁力而吸附所述移動鐵心的定子鐵心。所述定子鐵心是一種由固化鐵粉以及樹脂粉組成的SMC(軟磁復(fù)合材料或復(fù)合磁性材料)。所述定子鐵心以及所述移動鐵心的直流磁特性大致相同。
實(shí)施例2中的一個(gè)燃油噴射閥包括一個(gè)通過進(jìn)口供給高壓燃油的壓力控制腔，一個(gè)隨著所述壓力控制腔的燃油壓力而移動的針閥以及一個(gè)由所述針閥開啟并關(guān)閉的燃油噴射孔。此外，所述電磁致動器的定子鐵心是由固化鐵粉以及樹脂粉組成的SMC。所述定子鐵心以及所述移動鐵心的直流磁特性大致相同。
(實(shí)施例1)下面將通過實(shí)施例1對本發(fā)明之一電磁致動器予以描述，其中本發(fā)明針對將燃油噴射至內(nèi)燃機(jī)之每一缸中的燃油噴射閥(噴射器)。
(燃油噴射閥的說明)圖2所示的一個(gè)燃油噴射閥1用于例如壓力匯聚型燃油噴射裝置中，并且將共軌(未示出)提供的高壓燃油噴射至發(fā)動機(jī)燃燒腔中。所述燃油噴射閥1包括一個(gè)噴嘴(下面將描述)，一個(gè)噴嘴支撐裝置2，一個(gè)控制活塞3，一個(gè)孔板4，一個(gè)電磁閥5等等。
所述噴嘴由在其末端具有噴射孔6a的噴嘴體6以及一個(gè)可滑動地插入所述噴嘴體6內(nèi)的針閥7構(gòu)成。所述噴嘴通過一個(gè)定位螺母8固定在所述噴嘴支撐裝置2的下部。所述噴嘴支撐裝置2包括所述控制活塞插入其中的氣缸9；一個(gè)將來自所述共軌之所述高壓燃油引導(dǎo)至所述噴嘴的燃油通道11；一個(gè)將來自所述共軌之所述高壓燃油引導(dǎo)至所述孔板的卸料通道13等等。
所述控制活塞3可滑動地插入所述噴嘴支撐裝置2之所述氣缸9中，并且通過其末端與所述針閥7相連。一個(gè)壓力桿14環(huán)繞所述控制活塞3以及所述針閥7之間的一個(gè)連接部而放置，并且通過位于所述壓力桿14上方且與其相連的一個(gè)彈簧15的偏壓而向下(關(guān)閉所述閥的方向)推動所述針閥7。
所述孔板4放置于所述氣缸9向上打開的所述噴嘴支撐裝置2的邊緣表面上，并且構(gòu)成了一個(gè)與所述氣缸9流體連通的壓力控制腔16。如圖1所示，所述孔板4包括分別位于所述壓力控制腔16之上游以及下游的一個(gè)入口17以及一個(gè)出口18。所述入口17位于一個(gè)提供高壓燃油的燃油通道12以及所述壓力控制腔16之間。所述出口18在所述壓力控制腔16的上方形成并且可供流體通過地介于所述壓力控制腔16以及所述卸料通道13(低壓端)之間。
(電磁閥的說明)所述電磁閥5包括一個(gè)開啟并關(guān)閉所述出口1 8的球閥23(開啟/關(guān)閉閥)以及一個(gè)用于驅(qū)動所述球閥23的電磁致動器。所述電磁致動器包括一個(gè)電樞24，一個(gè)閥體25，一個(gè)彈簧26，一個(gè)電磁閥27等等。所述球閥23安裝于所述電樞24的底端。所述閥體25支撐所述可上下滑動的電樞24。所述彈簧26向下偏壓所述電樞24(關(guān)閉所述閥的方向)。所述電磁閥27向上驅(qū)動所述電樞24(開啟所述閥的方向)。所述電磁致動器通過所述孔板4裝配至所述噴嘴支撐裝置2上并且通過一個(gè)定位螺母28固定于其上。
所述電磁閥27包括通過電流的傳導(dǎo)產(chǎn)生磁勢的線圈31；通過磁力吸附所述電樞24之所述移動鐵心34(下面將描述)的定子鐵心32；以及一個(gè)強(qiáng)磁性材料(例如SMC415)止擋塊33，所述止擋塊33的疲勞強(qiáng)度優(yōu)良并且在所述電樞24被吸附時(shí)與其接觸并配合。所述定子鐵心32是一種由固化鐵粉及樹脂粉構(gòu)成的SMC，并且包含圍繞一線圈架纏繞且通過一種樹脂等等模制的所述線圈31。在此，所述復(fù)合及生產(chǎn)方法將在下面予以描述。
所述電樞24通過具有一磁特性的移動鐵心34與所述軸35的一體化而得以形成。在此，所述移動鐵心受到所述定子鐵心32的磁吸附；所述閥體25使得所述軸35可軸向移動地受到支撐。所述移動鐵心34通過固化由粉末冶金構(gòu)成的燒結(jié)金屬而形成，并且與由耐磨強(qiáng)度優(yōu)良的鋼制成的所述軸35的邊緣接觸。在此，所述移動鐵心34以及所述軸35的復(fù)合及其生產(chǎn)方法將在下面予以描述。
當(dāng)所述電磁閥27處于一關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，所述彈簧26的偏壓力將所述電樞24向下偏壓，因此所述球閥23座于所述孔板4的頂表面以閉塞所述出口18。當(dāng)所述電磁閥27處于開啟狀態(tài)時(shí)，所述電樞24克服所述彈簧26的偏壓力而向上移動，因此所述球閥23由所述孔板4的所述頂表面被向上提升，從而使得所述出口18開啟。
(所述燃油噴射閥操作的說明)由所述共軌提供的進(jìn)入所述噴射閥1中的高壓燃油被引入一個(gè)內(nèi)部通道29(圖2中示出)以及所述壓力控制腔16中。在此，當(dāng)所述電磁閥5處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)(所述球閥23關(guān)閉所述出口18)，被引入所述壓力控制腔16中的高壓燃油的壓力通過控制活塞3作用于所述針閥7上，從而沿所述彈簧15向下(關(guān)閉所述閥的方向)有力地偏壓所述針閥7。
與之相比，被引入所述噴嘴之所述內(nèi)部通道29中的所述高壓燃油作用于所述針閥7之一個(gè)壓力接受面(所述噴嘴之有效的座落區(qū)域)上，從而向下(關(guān)閉所述閥的方向)有力地偏壓所述針閥7。在此，當(dāng)所述電磁閥5處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，一個(gè)向下推動所述針閥7的力大于上面所述的相應(yīng)的力，因此所述針閥7被保持關(guān)閉所述噴射孔6a而不被提升。所述燃油因此不會被噴射。
當(dāng)所述電磁閥5轉(zhuǎn)至開啟狀態(tài)時(shí)，所述球閥23打開所述出口18，因此所述出口18與所述卸料通道13流體連通。因而所述壓力控制腔16中的燃油經(jīng)由所述出口18排至所述卸料通道13中，故所述壓力控制腔16中的壓力降低。當(dāng)所述壓力控制腔16中的壓力降至一個(gè)能夠開啟所述閥的設(shè)定壓力時(shí)，所述提升所述針閥7的力超過所述向下的偏壓力。所述針閥7因此被提升而使得所述噴射孔6a開啟，因而所述燃油的噴射被啟動。
當(dāng)所述電磁閥5轉(zhuǎn)至關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，所述球閥23關(guān)閉所述出口18，因此所述壓力控制腔16中的壓力增大。當(dāng)所述壓力控制腔16中的壓力增大至一個(gè)能夠關(guān)閉所述閥的設(shè)定壓力時(shí)，所述向下的偏壓力超過所述提升力。所述針閥7因此下降而使得所述噴射孔6a關(guān)閉，因而所述燃油的噴射停止。
(所述電樞24的說明)正如上面所述，所述電樞24包括沿軸向可滑動地受到所述閥體25支撐的所述軸35以及固定于所述軸35上的所述移動鐵心34。構(gòu)成所述移動鐵心34的所述軟磁性材料由鐵中含硅的硅鋼制造而成。實(shí)施例1中使用重量上包含1％-3％(相應(yīng)的在體積上包含3.3％-10％)的硅的硅鋼(1LSS-3LSS)。在此，從重量％到體積％的換算基于硅的密度為2.33(25℃)而計(jì)算。
構(gòu)成所述移動鐵心34的所述軟磁性材料是通過粉末冶金方法形成的燒結(jié)金屬。即實(shí)施例1中的所述移動鐵心34通過重量上包含1％-3％硅的加壓燒結(jié)的硅鋼模壓形成一個(gè)受壓的粉末體，隨后對其進(jìn)行燒結(jié)及固化而得以形成。所述移動鐵心34因此具有優(yōu)良的磁特性(靜態(tài)吸附力，動態(tài)吸附力)。與之相反，實(shí)施例1中的所述軸35是一種由強(qiáng)磁性材料制成的鋼。
因此，所述移動鐵心34通過固化重量上包含1％-3％硅的燒結(jié)硅鋼而得以形成，所述軸35由一種強(qiáng)磁性材料構(gòu)成，因此所述電樞24的磁特性增強(qiáng)，從而得到如圖3虛線所示的直流磁特性(B-H特性)。即所述電樞24的反應(yīng)及吸附力增強(qiáng)。
當(dāng)所述電樞24的反應(yīng)及吸附力增強(qiáng)時(shí)，通過所述彈簧26之所述偏壓力的增大，開啟所述閥的時(shí)間縮短，同時(shí)關(guān)閉所述閥的時(shí)間也被縮短。即所述電磁閥5的反應(yīng)能夠被增強(qiáng)，因而所述具有一快速反應(yīng)的燃油噴射閥1能夠得以實(shí)現(xiàn)。
在此，由所述燒結(jié)金屬制成的所述移動鐵心34通過燒結(jié)連接與所述軸35一體化。所述軸35是具有優(yōu)良的耐磨強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度的鋼。由于所述軸35在下座時(shí)重復(fù)地受到?jīng)_擊，因此其需要具有較高的疲勞強(qiáng)度。所述機(jī)械強(qiáng)度能夠通過硬度的增加而增強(qiáng)。在此，所述軸35與所述采用燒結(jié)金屬的移動鐵心34相連，并隨后通過燒結(jié)而連接，因此所述軸35有可能在高溫?zé)Y(jié)期間受到諸如晶粒擴(kuò)大的明顯的復(fù)合成分的變化。因此，所述軸最好通過一體化之后的一個(gè)熱處理來恢復(fù)硬度。
通過上面的觀點(diǎn)可以看出，構(gòu)成所述軸35的鋼最好采用諸如高速工具鋼等等的鋼，其包括一個(gè)強(qiáng)磁特性并且能夠通過淬火等等的熱處理而恢復(fù)硬度。具體的說，所述鋼的種類最好選自在JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))中以SKH表示的鋼。在此，合金工具鋼、馬氏體不銹鋼或軸承鋼中的任意一種均能夠替代高速工具鋼，這是由于它們能夠?qū)崿F(xiàn)與所述高速工具鋼相類似的作用。
下面將對采用燒結(jié)金屬的所述移動鐵心34以及所述軸35之間的燒結(jié)連接予以描述。所述燒結(jié)具有下列的功能增強(qiáng)所述受壓的粉末體之粉末間的擴(kuò)散連接，通過細(xì)度的增強(qiáng)而加強(qiáng)強(qiáng)度以及一磁特性；同時(shí)實(shí)現(xiàn)所述受壓的粉末體以及所述軸35之間的擴(kuò)散連接。當(dāng)所述燒結(jié)溫度在1000℃以下時(shí)，上述被增強(qiáng)的細(xì)度不能充分地實(shí)現(xiàn)，其將導(dǎo)致所述強(qiáng)度以及所述磁特性不足。此外，其將導(dǎo)致不充分的擴(kuò)散連接。因此，所述燒結(jié)溫度的下限被設(shè)置成1000℃，最好不小于1100℃。
然而，當(dāng)所述燒結(jié)溫度升高時(shí)，所述軸35以及所述燒結(jié)金屬之間的擴(kuò)散增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固的連接。但是，當(dāng)所述溫度過度高時(shí)，即使所述軸35采用高速工具鋼，通過一熱處理恢復(fù)所述硬度也變得不可能。因此，所述燒結(jié)溫度的上限被設(shè)置成1300℃。當(dāng)所述燒結(jié)溫度低于1300℃時(shí)，在利用燒結(jié)使得所述軸以及所述移動鐵心一體化之后，通過淬火以及回火的熱處理，所述硬度能夠被恢復(fù)。因此，所述軸35面對重復(fù)的沖擊所需具有的較高而耐磨強(qiáng)度以及較高的疲勞強(qiáng)度得以實(shí)現(xiàn)。所述燒結(jié)溫度的上限最好被設(shè)置成不超過1200℃。
此外，就用于燒結(jié)的氣體而言，一種氧化氣體通過在所述受壓的粉末體內(nèi)使鐵氧化而使得鐵減少，從而降低所述磁特性，因此非氧化氣體需要被準(zhǔn)備。此外，即使當(dāng)所述非氧化的氣體被準(zhǔn)備時(shí)，一種具有一滲碳特性的氣體使得碳擴(kuò)散至在所述受壓的粉末體內(nèi)的鐵中。此外，上述碳的擴(kuò)散還增進(jìn)了燒結(jié)期間所述受壓粉末體膨脹的趨勢，因此與所述軸35的連接變得不充分。相應(yīng)地，所述燒結(jié)氣體最好是不包括具有滲碳特性氣體的非氧化氣體。
所述軸35以及所述受壓粉末體之間的連接及配合尺寸偏差是重要的。即所述尺寸偏差是指所述受壓的粉末體內(nèi)孔的內(nèi)徑以及所述軸35之所述外徑之間的尺寸偏差。在燒結(jié)前，所述受壓的粉末體內(nèi)孔的內(nèi)徑最好被設(shè)置成較小，同時(shí)所述軸35受壓而插入所述內(nèi)孔中。當(dāng)所述軸35插入所述內(nèi)孔中的長度增大時(shí)，所述軸35以及所述移動鐵心34之間的附著程度增大。但是，為了防止對具有一薄弱結(jié)構(gòu)的所述受壓粉末體的破壞，所述長度最好被設(shè)置成不大于20微米，更好的是不大于5微米。
下面將對所述電樞24的制造方法予以描述。首先，通過使用一種潤滑劑的一金屬模的壓縮而模壓燒結(jié)金屬粉末，一具有內(nèi)孔的受壓粉末體得以產(chǎn)生(移動鐵心制造步驟)。隨后，所述軸35被插入所述受壓粉末體之所述內(nèi)孔中(軸插入步驟)。通過固化所述受壓粉末體而形成的所述移動鐵心34以及所述軸35隨后借助不包括滲碳?xì)怏w的非氧化氣體通過在1000-1300℃范圍內(nèi)的溫度所進(jìn)行的熱處理而得以一體化(燒結(jié)步驟)。此外，通過淬火及回火步驟的實(shí)施，所述軸35所需的用于克服重復(fù)沖擊的較高的耐磨強(qiáng)度以及較高的疲勞強(qiáng)度被恢復(fù)(熱處理步驟)。最后，通過對所述移動鐵心34實(shí)施一切割或一研磨步驟，所述電樞24得以完成(精修步驟)。通過上述的步驟，所述電磁閥5之所述電樞24得以制造而成。
(所述定子鐵心32的說明)如前所述，所述定子鐵心32是通過固化鐵粉以及樹脂粉而形成的SMC。
(所述鐵粉的說明)所述定子鐵心32之所述SMC使用的鐵粉可以包括通過一霧化方法，一粉碎方法等等而得到的鐵粉(霧化的鐵粉，被粉碎的鐵粉)。所述鐵粉粒子的直徑根據(jù)所需的磁通密度等等而選擇。盡管通常在粉末冶金中所使用的不超過20微米的粒子直徑在本實(shí)施例中也可被使用，但是鑒于一壓縮特性的要求，所使用的粒子直徑不超過150微米。由于渦流損耗隨著所述鐵粉粒子直徑的減少而減少，因此所述粒子直徑最好被設(shè)置成不超過100微米。盡管所述粒子直徑的下限不必受到限制，但是較小直徑的配置將削弱所述受壓粉末的壓縮特性以及所述粉末的流動特性，從而無法得到一高密度的受壓鐵心。因此，所述鐵粉的粒子直徑最好不小于1微米。
當(dāng)表面覆蓋一磷化合物的鐵粉被使用時(shí)，所述覆蓋薄膜作為一絕緣層具有抑制鐵粉粒子間渦流產(chǎn)生的作用。由于用于連接的樹脂的存在，這一作用進(jìn)一步得以增強(qiáng)。對于覆蓋所述鐵粉的磷化合物而言，磷鐵，磷錳，磷鋅，磷鈣最好被選用。在市場產(chǎn)品中，覆蓋磷化合物的鐵粉可被使用。
(樹脂粉的說明)對于所述定子鐵心32之所述SMC所使用樹脂粉，具有一優(yōu)良耐熱性能的聚苯撐硫(polyphenylene-sulfide)(在下面被稱作PPS)或具有一優(yōu)良特性的熱塑聚酰亞胺(polyimide)(在下面被稱作PI)最好被采用。由所述SMC構(gòu)成的所述定子鐵心32在高溫(例如超過180℃)下的長期使用有可能帶來所述定子鐵心32尺寸或形狀的變化或者使得所述定子鐵心32的絕緣性能惡化。這些隨時(shí)間而造成的變化的起因被假定為源于通過壓縮而模制的過程中所產(chǎn)生的復(fù)雜的殘余應(yīng)力。所述絕緣性能惡化的原因被假定為源于所述鐵粉粒子間絕緣樹脂厚度的減小。
為了解決上述問題，在所述PPS或PI中摻入具有一較高的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的樹脂是有效的。這是由于在所述鐵粉粒子間具有不同熱性能的樹脂的混合狀態(tài)很難在使用期間造成形狀的變化或移動。在此，具有較高的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的樹脂的含量比應(yīng)當(dāng)在不超過原始材料(PPS，熱塑PI)含量的范圍內(nèi)。當(dāng)所述PPS以及所述熱塑PI被混合使用時(shí)，所述鐵粉粒子之間的樹脂產(chǎn)生上述之包括不同的熱性能，有可能在使用狀態(tài)下抑制變形或移動的混合狀態(tài)。上述問題因此得以解決。
此外，具有高于所述熱塑PI之玻璃轉(zhuǎn)變溫度的樹脂可以被使用，例如非熱塑PI，聚酰胺-酰亞胺，聚氨基-雙馬來酰亞胺等等。此外，具有高于所述PPS之玻璃轉(zhuǎn)變溫度的樹脂可以被使用，例如聚苯氧化物，聚砜，聚醚砜(polyether-sulfone)，多芳基化合物，聚醚酰亞胺，非熱塑PI，聚酰胺-酰亞胺，聚氨基-雙馬來酰亞胺等等。
(鐵粉與樹脂粉混合的說明)所述樹脂粉用作一粘接劑，同時(shí)還通過所述鐵粉粒子之間的絕緣間隔抑制渦流的產(chǎn)生。在所述鐵粉壓縮成型期間，其上覆蓋由磷化合物的所述鐵粉有可能由于剝落而使絕緣受到破壞。但是，樹脂的存在可以防止所述絕緣受到破壞，并因此抑制所述渦流的產(chǎn)生。
所述樹脂在制造過程中以粉末摻入。在這種情況下，所述樹脂粉末粒子直徑的減少增強(qiáng)了混合狀態(tài)以及耐熱性能。此外，另一種方式可以被采用，即覆蓋有一種有機(jī)溶劑(例如正甲基-2-比咯烷酮(n-methyl-2-pyrrolidone))的樹脂粉末被制造并與未覆蓋有機(jī)溶劑的樹脂粉末混合。通過使用覆蓋有有機(jī)溶劑的樹脂粉末，所述絕緣性能能夠得以增強(qiáng)。
(形成受壓粉末體)通過壓縮鐵粉以及樹脂粉末而構(gòu)成的受壓粉末體利用一金屬模壓縮而得以形成。在壓縮成型過程中，在一金屬模的表面最好以和粉末冶金通常所使用的相同方式施加一種潤滑劑，從而增強(qiáng)壓縮性或在抽出所述受壓粉末體時(shí)減小磨損。在此，施加潤滑劑的實(shí)施可以包括利用靜電作用在所述金屬模上施加諸如硬脂鋅、亞乙基-硬脂酰胺的成形粉末的技術(shù)。此外，通過下面所列方式中的任意一種方式可以得到較高密度的構(gòu)造(1)將用于連接的樹脂粉末加熱至未熔融的溫度，(2)第一次壓縮成形在所述鐵粉以及樹脂粉末未加熱的情形下實(shí)施，第二次壓縮成形在所述鐵粉以及樹脂粉末受到加熱而所述樹脂粉末未熔融的情形下實(shí)施，以及(3)所述壓縮成形在所述樹脂被加熱至軟化且熔融的情形下實(shí)施。
作為在上述步驟之后的一個(gè)步驟，在所述形成體(受壓粉末體)冷卻至室溫后實(shí)施一熱處理(下面將要描述)的方法可被采用。此外，在所述形成體成形之后仍熱時(shí)實(shí)施一熱處理的方法也可被采用，其能夠消除能量損失以及冷卻時(shí)間。
(加熱處理)在加熱處理過程中，用于連接的樹脂被熔融，同時(shí)樹脂特性的穩(wěn)定旨在用于連接之所述樹脂的結(jié)晶。所述加熱溫度就時(shí)間根據(jù)所使用樹脂的類型而選擇。所述溫度在從熔點(diǎn)至所述樹脂未受到熱損傷的范圍內(nèi)，即對于PPS而言，溫度范圍在250-400℃，對于PI而言，溫度范圍在300-450℃。所述加熱時(shí)間為0.5-1小時(shí)。
加熱期間所用的氣體可以是空氣。但是，空氣中的氧可能會降低樹脂的強(qiáng)度及機(jī)械特性。這是由于氧的存在會加速樹脂的聚合反應(yīng)，并且有可能在樹脂內(nèi)產(chǎn)生氣體凝結(jié)。因此，在空氣中加熱之前，最好在諸如氮?dú)獾亩栊詺怏w中加熱。此外，在減壓的空氣中加熱可以減少空氣中氧的含量，并且能夠驅(qū)散樹脂中的氣體凝結(jié)。這些空氣狀態(tài)可以隨需要相互組合。在熱處理的冷卻階段，在320-150℃的溫度范圍下長時(shí)間的冷卻還能夠起到用于穩(wěn)定的熱處理的作用。
(用于穩(wěn)定的熱處理步驟)所述熱處理使得與所述鐵粉粒子相連之所述樹脂的特性穩(wěn)定，并且可以在所述定子鐵心32高溫下使用時(shí)抑制由所述SMC構(gòu)成之所述定子鐵心32隨時(shí)間而發(fā)生的變化。在此，可以采用下面的方法，即將在熱處理之后被冷卻的所述受壓粉末體在大約150-320℃的溫度下保持1至2小時(shí)。
(精修步驟)通過對使用上述的步驟生產(chǎn)的定子鐵心32進(jìn)行切割或研磨，所述定子鐵心32得以完工。所述電磁閥5之所述定子鐵心32采用上述的步驟制造而成。
如上所述，各種樹脂混合物可以添加至所述鐵粉(或其表面覆蓋有磷化合物的鐵粉)中，例如PPS，熱塑PI，PPS及熱塑PI的混合物，PPS及熱塑PI之一與較上述樹脂具有一較高的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的樹脂的混合物；以及上述樹脂(PPS，熱塑PI)與較PPS具有一較高的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的樹脂的混合物。在此，通過將一樹脂的含量控制在在重量上不超過0.1％可以使得所述定子鐵心32具有高的磁傳遞系數(shù)以及高的機(jī)械強(qiáng)度。所述定子鐵心32具有所述的強(qiáng)度，則即使實(shí)施一切割，研磨或鉆孔工序時(shí)，其也很難破損或斷裂。此外，當(dāng)所述定子鐵心32在高溫下使用時(shí)，所述高的磁特性能夠得以保證并且不會產(chǎn)生強(qiáng)度的降低以及尺寸的變化。同時(shí)制造成本也能夠得到控制。
(實(shí)施例1的特征)如上所述，在實(shí)施例1中，通過采用由一強(qiáng)磁性材料制成的軸35，所述電樞24自身的磁特性得以增強(qiáng)。此外，所述電樞24包括所述移動鐵心34，所述移動鐵心34由硅鋼(1LSS-3LSS)形成的燒結(jié)金屬鐵粉制造而成，因此所述電樞24的所述磁特性能夠大幅地得以增強(qiáng)。
所述定子鐵心32隨之需和具有良好的磁特性的電樞24配合。由圖4實(shí)線A所示可知，當(dāng)樹脂含量比減少時(shí)，磁通密度增大并且靜吸力增大。但是，正如圖4實(shí)線B所示，當(dāng)樹脂含量比減少時(shí)，影響一動吸力的鐵損增大。因此，當(dāng)樹脂含量比減少時(shí)，盡管所述磁通密度增大，但是鐵損的增大導(dǎo)致所述電磁閥5的反應(yīng)變差。因此提供一個(gè)具有優(yōu)良的反應(yīng)特性的燃油噴射閥1變得不可能。相反，當(dāng)樹脂含量比增大時(shí)，盡管鐵損減少，但是所述磁通密度也減少。所述吸力因此降低，并且所述反應(yīng)惡化。因此，通常很難使得所述高的磁通密度與所述低的鐵損彼此協(xié)調(diào)。
本申請的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)所述樹脂含量比以及所述鐵損之間的關(guān)系明顯取決于一樹脂粒子的直徑。具體地說，正如圖5所示，在一樹脂含量比保持在w1的狀況下，當(dāng)所述樹脂的粒子直徑減小時(shí)，所述鐵損能夠被抑制。此外，對所述鐵損的抑制在所述粒子的直徑不超過50微米的范圍內(nèi)能夠快速地增強(qiáng)。
如圖6所示，當(dāng)所述樹脂粒子的直徑以及所述樹脂含量比發(fā)生變化時(shí)，在所述樹脂含量比減少的情況下，所述鐵損隨著所述樹脂粒子直徑的減少而減少。特別地，當(dāng)所述樹脂粒子的直徑不超過50微米時(shí)，具有一向下凸出部(大曲率)的曲線得以形成；此外，當(dāng)所述樹脂粒子的直徑不超過25微米時(shí)，具有一小半徑凸出部的曲線得以形成。
下面將參照圖6及7對所選擇的具體的樹脂含量比以及樹脂粒子直徑的實(shí)施予以描述。當(dāng)所述樹脂含量比減少時(shí)，所述磁通密度增大，所述吸力因此而增大。正如圖7所示，首先，具有一高磁通密度的樹脂含量比的范圍(w0-w2)被確定。所述樹脂含量比的范圍w0-w2由重量百分比為0.005-0.1而確定(與體積百分比為0.03-0.6相比)。在此，由重量百分比到體積百分比的換算基于鐵的密度為7.87(25℃)，熱塑PI的密度為1.30(25℃)。
與之相反，正如圖5中所示，所述鐵損隨著所述樹脂粒子直徑的減少而減少。因此，為了增加所述定子鐵心32的磁特性同時(shí)抑制鐵損，盡可能地減少所述樹脂粉末之粒子的直徑是有益的。如上所述，由于抑制鐵損的作用在樹脂之粒子的直徑不超過50微米時(shí)增大，因此所述樹脂粒子的直徑范圍在0.005微米(可能是最小直徑)至50微米是有益的。
特別地，為了增大所述定子鐵心32的磁通密度同時(shí)抑制鐵損，所述樹脂粒子的直徑需不能大于25微米，因此所述樹脂粒子的直徑范圍在0.005微米至25微米是有益的。但是，過度地減少樹脂粉末之粒子的直徑將造成所述樹脂粉末的制造困難，因此所述樹脂粉末的制造成本將明顯地增加。因而，為了增大磁通密度同時(shí)抑制鐵損并控制制造成本的增加，所述樹脂粒子的直徑范圍在5微米至25微米是有益的。為了增強(qiáng)磁特性同時(shí)抑制所述定子鐵心32內(nèi)的鐵損，所述樹脂粒子的直徑范圍不大于25微米是有益的。為了控制所述樹脂粉末的制造成本，所述樹脂粒子的直徑范圍不小于5微米是有益的。因此所述樹脂粒子的直徑在5微米至25微米的范圍內(nèi)有益于制造成本與磁通密度的均衡。
在實(shí)施例1中，為了使得所述磁通密度較高，所述樹脂粉末的粒子直徑或樹脂含量比在所述樹脂含量比較低的情況下受到控制(例如，樹脂含量重量百分比從0.005-0.1)。因此所述定子鐵心32的直流磁特性受到控制而大致與所述電樞24之所述直流磁特性相同。
具體地，正如圖3所示，當(dāng)所述電樞24之所述直流磁特性(B-H參數(shù))被假定為100％時(shí)，所述定子鐵心32之所述直流磁特性(B-H參數(shù))被控制在80％-120％的范圍內(nèi)。即當(dāng)所述電樞24之所述直流磁特性如圖3虛線所示時(shí)，所述定子鐵心32之所述直流磁特性被設(shè)定在兩條實(shí)線X，Y之內(nèi)。
當(dāng)所述電樞24之所述直流磁特性如圖3虛線A所示，同時(shí)所述定子鐵心32通過使其直流磁特性按照一實(shí)線W而最小化所述樹脂粒子直徑來形成時(shí)，所述定子鐵心32之所述磁特性明顯超過所述電樞24之所述磁特性。因此，即使當(dāng)所述定子鐵心32之所述磁特性增大時(shí)，所述電樞24的吸力及閥反應(yīng)速度由磁特性差于所述定子鐵心32之所述磁特性的所述電樞24的磁特性決定。因此，基于高的制造成本而使得所述定子鐵心32的性能增加變得無用，即所述定子鐵心32之制造成本無用的增加不會必然的導(dǎo)致所述電磁閥5之性能的增強(qiáng)。
相反，假定通過略微的增加所述定子鐵心32之所述樹脂含量比，增大所述樹脂粒子的直徑等等而使得所述定子鐵心32的磁特性差于如圖3實(shí)線Z所示的移動鐵心34的磁特性。在此，所述電磁閥5的性能取決于變差的所述定子鐵心32之所述磁特性。因此所述電磁閥5的性能不足。
下面的表格1、2表示所述電樞24之吸力以及閥反應(yīng)速度的測試結(jié)果，所述結(jié)果基于所述定子鐵心32具有圖3中點(diǎn)化線W，實(shí)線X，實(shí)線Y以及虛線Z所示之磁特性而測得。
(表格1)

(表格2)

(實(shí)施例1的效果)如上所述，在實(shí)施例1中，即使所述電樞24的磁特性增大，通過控制所述定子鐵心32的磁密度或鐵損，所述定子鐵心32以及所述電樞24的直流磁特性也可彼此大致相同。上述可通過控制構(gòu)成所述定子鐵心32之所述SMC的樹脂含量比及其樹脂粒子的直徑而實(shí)現(xiàn)。因此，所述定子鐵心32以及所述電樞24之直流磁特性的大致均衡可以使得兩者的磁性能有效的發(fā)揮，并且可提供一個(gè)能夠很好地平衡成本及性能的優(yōu)良的燃油噴射閥1。
(實(shí)施例2)在上述的實(shí)施例1中，構(gòu)成所述定子鐵心32之所述SMC的樹脂粉末包括下列所述中的任何一個(gè)(1)PPS(2)熱塑PI(3)PPS及熱塑PI的混合物(4)PPS以及玻璃轉(zhuǎn)變溫度高于PPS的一種樹脂的混合物(5)熱塑PI以及玻璃轉(zhuǎn)變溫度高于PPS的一種樹脂的混合物(6)PPS，熱塑PI以及玻璃轉(zhuǎn)變溫度高于PPS的一種樹脂的混合物與之相反，在實(shí)施例2中，構(gòu)成所述定子鐵心32之所述SMC的樹脂粉末包括下列所述中的任何一個(gè)(1)熱固PI(2)熱固PI以及聚四氟乙烯(下面被稱作PTFE)的混合物此外，所述定子鐵心32(SMC)中的所述鐵粉使用霧化鐵及粉碎鐵。
用于實(shí)驗(yàn)的制造所述定子鐵心32的所述粉末以及所述受壓粉末樣本將參照下面的制造方法及其性能測試方法予以描述。
1.鐵粉(1)霧化鐵粉，其粒子直徑不超過200微米，具有一個(gè)覆蓋一種含磷材料的絕緣薄表面(2)被粉碎的鐵粉，其粒子直徑不超過200微米，具有一個(gè)覆蓋一種含磷材料的絕緣薄表面2.樹脂粉末(1)熱塑PI，其平均粒子直徑為20微米(2)熱固PI，其平均粒子直徑為20微米(3)PTFE，其平均粒子直徑為5微米3.粉末的成形(形成受壓粉末體)所述粉末體提供下面的步驟形成將一種潤滑劑放入酒精中形成一種液體；將所述液體放入一個(gè)被加熱至100℃的成形金屬膜的內(nèi)表面；干燥所述金屬膜；將受熱的鐵粉以及樹脂粉混合物充滿所述金屬膜；以及在1560兆帕的壓力下壓縮混合物而形成所述粉末體。
4.受壓粉末體的熱處理(1)對于包括熱塑PI的受壓粉末體在氮?dú)庵校?00℃，一個(gè)小時(shí)(2)對于包括熱固PI的受壓粉末體在空氣中，200℃，二個(gè)小時(shí)5.樣本對所述經(jīng)熱處理后的SMC的邊緣面以及內(nèi)表面進(jìn)行切割，從而形成一個(gè)內(nèi)徑為10毫米，外徑為23毫米，高度為10毫米的樣本。
6.特性(1)磁通密度(T)在一個(gè)8000的磁場中測得的值；(2)鐵損(千瓦/立方米)在磁通密度為0.25T(特斯拉)，頻率為5千赫茲下測得的值；(3)徑向擠壓強(qiáng)度(兆帕)根據(jù)JIS22507-1979(用于燒結(jié)的油擋軸承鋼的實(shí)驗(yàn)方法)；(4)密度(千克/立方米)根據(jù)JISZ2505-1979(用于燒結(jié)金屬材料的燒結(jié)密度的實(shí)驗(yàn)方法)。
在下面，性能曲線用于接下的說明。
1.樹脂的種類及其含量比圖8-11示出了當(dāng)采用霧化鐵粉并且熱塑PI及熱固PI的含量比變化時(shí)一個(gè)受壓粉末鐵心的性能。如圖8所示，當(dāng)樹脂的含量比增加時(shí)，所述密度減小。當(dāng)使用熱固PI時(shí)，所述密度增大。如圖9所示，當(dāng)樹脂含量增加時(shí)，所述徑向擠壓強(qiáng)度減小。就熱塑PI而言，當(dāng)樹脂含量增加時(shí)，所述徑向擠壓強(qiáng)度減小。但是，就熱固PI而言，即使當(dāng)樹脂含量重量百分比不小于0.1時(shí)，所述徑向擠壓強(qiáng)度也一直保持不變。
圖10中示出了一個(gè)磁通密度，當(dāng)樹脂含量比增加時(shí)，所述磁通密度減小。熱固PI磁通密度的減少小于熱塑PI磁通密度的減少。所述磁通密度隨圖8所示的密度而得以修正。
圖11中示出了鐵損，當(dāng)樹脂含量比增加時(shí)，所述鐵損明顯地減小并且在某些含量下保持穩(wěn)定。當(dāng)使用熱固PI時(shí)，所述鐵損減少的更多，并且在樹脂含量重量百分比不小于0.1時(shí)保持穩(wěn)定。
上述實(shí)驗(yàn)的總結(jié)如下(1)熱固PI優(yōu)于熱塑PI。使用熱固PI可得到一個(gè)較高的密度以及一個(gè)具有較高磁通密度的受壓粉末體，并且能夠增大徑向擠壓強(qiáng)度。
(2)當(dāng)熱固PI的含量比減小時(shí)，所述受壓粉末體具有一個(gè)較高的密度，較高的徑向擠壓強(qiáng)度以及較高的磁通密度。
(3)當(dāng)所述熱固PI的重量含量百分比增加至0.1％時(shí)，鐵損明顯地減?。坏?，當(dāng)所述百分比大于0.15％時(shí)，所述鐵損不再減小。
(4)密度，徑向擠壓強(qiáng)度以及磁通密度隨熱固PI含量比的增加而減小，因此所述熱固PI的含量比較低。
(5)在切割工序之后，所述受壓粉末鐵心上會產(chǎn)生粗糙面以及輕微的角裂，因此還需進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。
下面將對使用霧化鐵粉以及被粉碎鐵粉的一個(gè)受壓粉末體的性能予以描述。上述使用霧化鐵粉的受壓粉末鐵心的性能不利于所述切割工序。其原因被認(rèn)定為所述鐵粉的粒子在切割過程中易于脫落。另外的原因是霧化鐵粉具有一個(gè)較小的穩(wěn)定面且其表面系數(shù)相當(dāng)?shù)男?。?dāng)使用具有相當(dāng)大的表面系數(shù)的被粉碎的鐵粉時(shí)，以上述類似方式形成的一個(gè)受壓粉末鐵心樣本受到切割時(shí)，其經(jīng)處理的表面在實(shí)驗(yàn)中呈現(xiàn)出一令人滿意的性能。但是，當(dāng)被粉碎的鐵粉被使用時(shí)，所述鐵粉的壓縮特性相當(dāng)?shù)夭?，因此形成一個(gè)高密度受壓粉末體非常困難，同時(shí)一個(gè)高的磁通密度無法很容易的得到。
基于上述的知識，下面將對由霧化鐵粉以及被粉碎鐵粉形成一混合物時(shí)，磁通密度，鐵損以及可切割性的相互作用予以說明。
圖12至圖15示出了依下面的條件所形成的受壓粉末鐵心樣本用作樹脂粉末的熱塑PI或熱固PI的重量含量百分比為0.1；所述鐵心或只是霧化鐵粉(即被粉碎的鐵粉含量為0％)，或是霧化鐵粉以及被粉碎鐵粉1∶1(重量比)的混合物。
圖12示出了一密度，包括被粉碎鐵粉的混合物較只有霧化鐵粉的鐵心具有一較低的密度。當(dāng)包括被粉碎鐵粉的混合物被使用時(shí)，所述熱固PI的性能大幅地降低。
圖13示出了徑向擠壓強(qiáng)度，包括被粉碎鐵粉的混合物具有較高的強(qiáng)度。此外，當(dāng)使用熱固PI并且包括被粉碎鐵粉時(shí)，所述徑向擠壓強(qiáng)度有一較小的增加趨勢。
圖14示出了磁通密度，包括被粉碎鐵粉的樣本具有較小的磁通密度。此外，當(dāng)使用熱固PI并且包括被粉碎鐵粉的樣本時(shí)，所述磁通密度有較大的減小。
圖15示出了鐵損，當(dāng)使用熱塑PI并且包括被粉碎鐵粉的樣本時(shí)，所述鐵損明顯大幅地增加。相反，當(dāng)使用熱固PI并且只包括霧化鐵粉的樣本時(shí)，所述鐵損較小，即使當(dāng)添加所述被粉碎的鐵粉時(shí)，所述鐵損也很難加大。即，即使所述熱固PI與包括被粉碎鐵粉的樣本混合時(shí)，其相應(yīng)的鐵損也很難增大。就可切割性而言，包括被粉碎鐵粉的樣本的可切割性較優(yōu)。
通過上述就被粉碎鐵粉與霧化鐵粉的混合所進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的總結(jié)，下面的內(nèi)容可被證實(shí)(1)當(dāng)所述被粉碎的鐵粉被包括時(shí)，其壓縮性能差于只包括霧化鐵粉的樣本的壓縮性能。因此，所述密度減小，從而導(dǎo)致一較低磁通密度。
(2)當(dāng)所述被粉碎的鐵粉被包括時(shí)，所述徑向擠壓強(qiáng)度增強(qiáng)。
(3)當(dāng)所述被粉碎的鐵粉被包括時(shí)，包括熱固PI的樣本較包括熱塑PI的樣本具有一較低的鐵損。
(4)當(dāng)所述被粉碎的鐵粉被包括時(shí)，所述可切割性得到明顯地改善。
由上述(1)至(4)可看出，另外包括被粉碎的鐵粉的樣本較之包括霧化鐵粉的樣本具有一個(gè)較低的密度以及一個(gè)較低的磁通密度。但是，但所述熱固PI被包括時(shí)，所述鐵損減少同時(shí)可切割性得以改善。因此，這種樣本適于用作一定子鐵心32。
下面將對霧化鐵粉和被粉碎鐵粉的混合量以及所述熱固PI的添加量予以說明。
圖16至圖19示出了包括不同的被粉碎鐵粉含量比以及不同的熱固PI含量比的受壓粉末鐵心的特性。
正如圖16所示，當(dāng)被粉碎鐵粉的含量比或熱固PI的含量比增大時(shí)，密度減小。
正如圖17所示，當(dāng)被粉碎鐵粉的含量比或熱固PI的含量比增大時(shí)，磁通密度減小。
圖18示出了密度以及磁通密度之間的關(guān)系。所述密度以及所述磁通密度彼此具有一個(gè)補(bǔ)償，而這種補(bǔ)償與樹脂的含量比以及被粉碎鐵粉的含量比無關(guān)。所述曲線大致示出了B＝1.7d-11.14，其中“B”是磁通密度，“d”是密度。
此外，正如圖19所示，當(dāng)所述被粉碎鐵粉的量增加時(shí)，鐵損增大。在所述熱固PI的重量含量百分比在0.10％-0.30％的范圍內(nèi)時(shí)，所述鐵損的特性類似；與之相反，當(dāng)所述熱固PI的重量含量百分比不大于0.05％時(shí)，所述鐵損增加。
就一切割面而言，所述被粉碎的鐵粉的重量含量百分比為5％的樣本具有一個(gè)被認(rèn)可的作用，而這種作用與樹脂含量比無關(guān)。當(dāng)所述被粉碎的鐵粉增加時(shí)，所述切割面變得更好。
上述實(shí)驗(yàn)的總結(jié)如下(1)當(dāng)熱固PI的重量含量百分比不大于0.15％，同時(shí)被粉碎鐵粉的重量含量百分比不大于50％時(shí)，磁通密度不小于1.8特斯拉。與所述鐵粉采用霧化鐵粉以及樹脂采用重量含量百分比為0.3％的PPS的一個(gè)受壓粉末鐵心之1.7特斯拉的磁通密度相比，1.8特斯拉的磁通密度被認(rèn)為是一個(gè)較高的級別。
(2)當(dāng)磁通密度的目標(biāo)值被設(shè)定成“不小于1.75特斯拉”，即高于相比較之受壓粉末鐵心的磁通密度時(shí)，若所述熱固PI的重量含量百分比不大于0.15％，同時(shí)被粉碎鐵粉的重量含量百分比不大于70％，上述目標(biāo)值可以得到。
(3)當(dāng)一鐵損的目標(biāo)值被設(shè)定成“不大于3000千瓦/立方米”時(shí)，若所述熱固PI的重量含量百分比不小于0.10％，同時(shí)被粉碎鐵粉的重量含量百分比不大于70％，上述目標(biāo)值可以得到。
(4)當(dāng)對鐵損的特性無限制時(shí)，磁通密度隨著樹脂含量比的增大而增大。
(5)當(dāng)所述鐵粉包括被粉碎的鐵粉時(shí)，受壓粉末體切割后之表面的粗糙度及斷裂得到改善。為了確保一切割面得到改善，被粉碎鐵粉的重量含量百分比需不小于5％。此外，當(dāng)被粉碎鐵粉的含量比增加時(shí)，所述切割面變得更好。
通過上述的描述可以看出，一最佳實(shí)施例基于被粉碎鐵粉的重量含量百分比從5％-50％以及熱固PI的重量含量百分比從0.10％-0.15％而得到。在此，所述最佳實(shí)施例改善了可切割性，磁通密度不小于1.8特斯拉，同時(shí)鐵損不大于3000千瓦/立方米。此外，當(dāng)磁通密度需為1.75特斯拉且鐵損可以較高時(shí)，這一需求可以通過被粉碎鐵粉的重量含量百分比從5％-50％以及熱固PI的重量含量百分比不大于0.15％而實(shí)現(xiàn)。另外，當(dāng)磁通密度需較高且鐵損可以較高時(shí)，這一需求可以通過熱固PI的重量含量百分比的最小值為0.01％而實(shí)現(xiàn)。但是，如上所述，所述磁通密度最好盡可能的高，同時(shí)所述鐵損盡可能的低，因此被粉碎鐵粉的重量含量百分比不應(yīng)超過50％。
下面將對由于PTFE的添加而造成的所述受壓粉末體性能的增強(qiáng)予以描述。如上所述，鐵粉的增加可以改善切割過程中的可加工性。但是，壓縮性能較使用霧化鐵粉的相應(yīng)的性能變差。為了增大磁通密度，潤滑粉需被添加。PTFE被研究作為潤滑粉。
圖20-22示出了在下列條件下得到的受壓粉末鐵心樣本的特性一樹脂的重量含量百分比在0.10％-0.15％之間變化；霧化鐵粉與被粉碎鐵粉的混合比發(fā)生變化；樹脂在熱固PI以及按1∶1的重量比混合的熱固PI和PTFE之間變化。這些受壓粉末體樣本以與上述實(shí)驗(yàn)相同的方式形成，并且熱處理與熱固PI的熱處理相同。
圖20示出了密度，包括熱固PI和PTFE的樣本較只包括熱固PI的樣本具有大約多出0.02千克/立方米的較大的密度。
圖21示出了磁通密度，包括熱固PI和PTFE的樣本的磁通密度隨著密度的增加而增加。即使當(dāng)被粉碎鐵粉的重量含量百分比為70％，同時(shí)熱固PI和PTFE混合物的重量含量百分比為0.01％時(shí)，所述磁通密度也超過1.8特斯拉。
正如圖22所示，采用熱固PI和PTFE混合物的樣本的鐵損略微大于只采用熱固PI樣本的鐵損。即使當(dāng)被粉碎鐵粉的重量含量百分比為70％，同時(shí)熱固PI和PTFE混合物的重量含量百分比為0.01％時(shí)，所述鐵損也不大于3000千瓦/立方米。
上述實(shí)驗(yàn)的總結(jié)如下(1)將所添加的熱塑PI的一部分由PTFE取代，所述粉末的壓縮性能得以加強(qiáng)，所得到密度較大，并因此可以得到具有一較高的磁通密度的受壓粉末鐵心。因此，所述被粉碎鐵粉的含量比可以增大。此外，通過添加PTFE，在所述受壓粉末體受到壓縮時(shí)，所述鐵粉以及所述金屬膜之間的磨損減小，因此所述金屬膜的使用期限得以延長。
(2)所述PTFE使得鐵損略微增大；但是，在所述PTFE的重量含量百分比為0.10％時(shí)，即使被粉碎鐵粉的重量含量百分比為70％，所述鐵損也可保持不超過3000千瓦/立方米。
通過上面的描述可以看出，即使所述樹脂含量比以及所述鐵粉含量比較大時(shí)，例如所述樹脂的重量含量百分比為0.15％時(shí)，所述被粉碎鐵粉的重量含量百分比為70％，所述受壓粉末體也可具有一較高的磁通密度，并且所述鐵損也能夠得到控制。所述包括PTFE的受壓粉末體還呈現(xiàn)出一較高的密度以及一較大的磁通密度，其中所述PTFE作為所述熱固PI的部分替代物，其重量含量百分比為0.01％-0.15％，最好為0.1％-0.15％。所述受壓粉末鐵心非常適用于安裝于一燃油噴射閥1中的定子鐵心32。
下面將對包括PTFE之所述定子鐵心32的制造方法予以說明。在上述的實(shí)驗(yàn)中，所述熱固PI及PTFE的重量含量比為1∶1，但是，這一比值是可以根據(jù)需要依所述被粉碎鐵粉的含量比而發(fā)生變化的，例如3∶1或1∶3，從而得到一令人滿意的鐵心。在此，與熱固PI相比，所述PTFE使得鐵損增大，因此所述PTFE的含量比最好不超過樹脂含量比的3/4。因此，在包括PTFE情況下的所述制造方法中，首先，利用金屬膜對構(gòu)成所述定子鐵心32之所述鐵粉以及樹脂粉末的混合物進(jìn)行壓縮成型。所述金屬膜中采用一種潤滑劑以形成一受壓粉末體(定子鐵芯受壓成型)。
接著，當(dāng)所述樹脂粉末中包括PTFE時(shí)，所述受壓粉末體被加熱至150℃-250℃，最好是200℃。因此所述受壓粉末體被牢固地固化。在所述PTFE軟化或熔融的一個(gè)較高的溫度下，所述熱固PI的性質(zhì)發(fā)生變化，因此一絕緣特性降低并且所述鐵損增大。因而，所述加熱溫度最好在150℃-250℃的范圍內(nèi)(固化步驟)。最后，對一吸附面以及類似面進(jìn)行切割或研磨，從而使得所述定子鐵心32得以完工(精修步驟)。
所述電磁閥5之所述定子鐵心32通過上述的步驟制造而成。通過采用實(shí)施例1中所示的技術(shù)，所述定子鐵心32的性能及成本得到了很好的平衡，其能夠提供一個(gè)優(yōu)良的燃油噴射閥1。在此，在實(shí)施例2中，構(gòu)成所述定子鐵心32之所述SMC的樹脂粉末可以只包括熱固PI，或者是熱固PI及PTFE的混合物；然而，所述PTFE也可被獨(dú)自采用。
在上述的實(shí)施例中，通過控制構(gòu)成所述定子鐵心32之所述SMC的樹脂含量比或樹脂粒子的直徑，所述定子鐵心32的直流磁特性可以與所述電樞24的直流磁特性相匹配。但是，當(dāng)所述電樞24中的所述移動鐵心34主要影響所述磁特性時(shí)，所述移動鐵心34之所述直流磁特性可以與所述電樞24的直流磁特性相匹配。
此外，通過控制構(gòu)成所述定子鐵心32之所述SMC的樹脂含量比或樹脂粒子的直徑，所述定子鐵心32的直流磁特性可以與所述電樞24(或所述移動鐵心34)的直流磁特性相匹配。與之相反，所述電樞24(或所述移動鐵心34)的直流磁特性能夠與所述定子鐵心32的直流磁特性相匹配。例如，通過使用SMC構(gòu)成所述移動34并且控制樹脂含量比或樹脂粒子的直徑等等，所述電樞24(或所述移動鐵心34)的直流磁特性能夠與所述定子鐵心32的直流磁特性相匹配。
在上述的實(shí)施例中，所述移動鐵心34采用由硅鋼燒結(jié)金屬形成的鐵粉。但，所述鐵粉可以包括軟磁性材料鐵，例如純鐵，軟鐵，多種鐵的混合物等等。就硅鋼的實(shí)例而言，重量上包含1％-3％硅的硅鋼被采用；但是，所述硅鋼還可以是與重量上包含1％-3％硅的硅鋼不同的硅鋼，或者是重量上包含1％-3％硅的硅鋼與與重量上包含1％-3％硅的硅鋼不同的硅鋼的混合物。
在上述的實(shí)施例中，所述移動鐵心34采用由燒結(jié)金屬形成的鐵粉；但是，所述移動鐵心34可以采用由一種已知的金屬材料形成的軟磁性材料(例如，純金屬)。在此，所述軟磁性材料可以包括硅鋼或諸如純鐵及軟鐵的一種軟磁性材料。
在上述的實(shí)施例中，所述移動鐵心34以及所述軸35通過燒結(jié)而相連；但是，其它的諸如堵縫，壓配合以及焊接等等的技術(shù)也可被采用。
在上述的實(shí)施例中，所述移動鐵心34以及所述軸35首先獨(dú)立制備，然后一體化；但是，所述移動鐵心34以及所述軸35可可制成一個(gè)一體件。
在上述的實(shí)施例中，本發(fā)明提及一種燃油噴射閥1之一電磁閥5；但是，本發(fā)明也可包括安裝于車輛上的諸如一EGR閥或一油路開起閥的其它閥。除了電磁閥外，其還可以包括一線性閥等等。
很顯然，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對上述本發(fā)明的實(shí)施例作出各種改進(jìn)。但是，本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍取決于下面的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種電磁致動器，其包括電樞，所述電樞包括一個(gè)具有一磁特性并且沿軸向可移動地受到支撐的移動鐵心；以及電磁閥，所述電磁閥包括一個(gè)由于電流的傳導(dǎo)而產(chǎn)生磁勢的線圈以及一個(gè)由所述線圈產(chǎn)生磁勢而吸附所述移動鐵心的定子鐵心，其特征在于所述定子鐵心由復(fù)合磁性材料制成，所述復(fù)合磁性材料由固化鐵粉以及樹脂粉末組成；以及所述定子鐵心以及所述移動鐵心的直流磁特性大致相同。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁制動器，其特征在于當(dāng)所述移動鐵心之所述直流磁特性被定義為100％時(shí)，所述定子鐵心32之所述直流磁特性在80％-120％的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電磁制動器，其特征在于形成所述定子鐵心之所述復(fù)合磁性材料中的樹脂粉末的重量含量百分比在0.005％-0.1％的范圍內(nèi)，并且其粒子直徑在0.005-25微米的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的電磁制動器，其特征在于形成所述定子鐵心之所述復(fù)合磁性材料中的樹脂粉末的重量含量百分比在0.005％-0.1％的范圍內(nèi)，并且其粒子直徑在5-50微米的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的電磁制動器，其特征在于形成所述定子鐵心之所述復(fù)合磁性材料中的樹脂粉末的重量含量百分比在0.005％-0.1％的范圍內(nèi)，并且其粒子直徑在5-25微米的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1或2所述的電磁制動器，其特征在于形成所述定子鐵心之所述復(fù)合磁性材料中的樹脂粉末可以是下面六種中的任何一種第一種是聚苯撐硫(PPS)；第二種是熱塑聚酰亞胺(PI)；第三種是PPS及熱塑PI的混合物；第四種是PPS以及玻璃轉(zhuǎn)變溫度高于PPS的一種樹脂的混合物；第五種是熱塑PI以及玻璃轉(zhuǎn)變溫度高于PI的一種樹脂的混合物；第六種是PPS、熱塑PI以及玻璃轉(zhuǎn)變溫度高于PPS的一種樹脂的混合物。
7.如權(quán)利要求6所述的電磁制動器，其特征在于具有比所述熱塑PI高的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的樹脂是非熱塑PI、聚酰胺-酰亞胺、聚氨基-雙馬來酰亞胺中的一種。
8.如權(quán)利要求6所述的電磁制動器，其特征在于具有高于所述PPS之玻璃轉(zhuǎn)變溫度的樹脂可以是聚苯氧化物，聚砜，聚醚砜，多芳基化合物，聚醚酰亞胺，非熱塑PI，聚酰胺-酰亞胺以及聚氨基-雙馬來酰亞胺中的一種。
9.如權(quán)利要求6所述的電磁制動器，其特征在于具有高于所述PPS或所述PI之玻璃轉(zhuǎn)變溫度的樹脂分別包括等于或小于50％的PPS或PI。
10.如權(quán)利要求1或2所述的電磁制動器，其特征在于形成所述定子鐵心之所述復(fù)合磁性材料中的樹脂粉末可以是下面三種中的任何一種第一種是熱固聚酰亞胺(PI)；第二種是聚四氟乙烯(PTFE)第三種是熱固聚酰亞胺(PI)及聚四氟乙烯(PTFE)的混合物。
11.如權(quán)利要求1或2所述的電磁制動器，其特征在于形成所述定子鐵心之所述復(fù)合磁性材料中的鐵粉由霧化鐵粉，被粉碎的鐵粉以及霧化鐵粉與被粉碎鐵粉的混合物中的一種形成。
12.如權(quán)利要求1或2所述的電磁制動器，其特征在于所述電樞還包括一個(gè)軸，所述軸可軸向滑動地受到支撐并且所述移動鐵心固定于其上，所述移動鐵心由一種軟磁性材料制成，以及所述軟磁性材料由形成所述定子鐵心的所述復(fù)合磁性材料構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求1或2所述的電磁制動器，其特征在于所述電樞還包括一個(gè)軸，所述軸可軸向滑動地受到支撐并且所述移動鐵心固定于其上，所述移動鐵心由一種軟磁性材料制成，以及所述軟磁性材料由鐵內(nèi)含硅的硅鋼形成。
14.如權(quán)利要求13所述的電磁制動器，其特征在于形成所述移動鐵心之所述軟磁性材料是硅鋼，所述硅鋼中硅的重量含量百分比為1％-3％。
15.如權(quán)利要求13所述的電磁制動器，其特征在于形成所述移動鐵心的所述軟磁性材料是由通過粉末冶金方法制造而成的燒結(jié)金屬形成。
16.如權(quán)利要求15所述的電磁制動器，其特征在于所述軟磁性材料的移動鐵心通過燒結(jié)連接與所述軸一體化。
17.如權(quán)利要求16所述的電磁制動器，其特征在于所述軸是一鋼材，所述軸在燒結(jié)連接過程中受熱后硬度的恢復(fù)可以通過一熱處理而實(shí)現(xiàn)。
18.如權(quán)利要求16所述的電磁制動器，其特征在于所述軸可以是高速工具鋼、合金工具鋼、馬氏體不銹鋼以及軸承鋼中的一種。
19.如權(quán)利要求13所述的電磁制動器，其特征在于所述軸是由一強(qiáng)磁性材料形成的鋼材制造而成。
20.一種用于電磁制動器之一種復(fù)合磁性材料的制造方法，其中所述電磁制動器包括電樞，所述電樞包括一個(gè)具有一磁特性并且沿軸向可移動地受到支撐的移動鐵心；以及電磁閥，所述電磁閥包括一個(gè)由于電流的傳導(dǎo)而產(chǎn)生磁勢的線圈以及一個(gè)由所述線圈產(chǎn)生磁勢而吸附所述移動鐵心的定子鐵心，所述定子鐵心由一復(fù)合磁性材料制成，所述復(fù)合磁性材料由固化鐵粉以及樹脂粉末組成；以及所述定子鐵心以及所述移動鐵心的直流磁特性彼此大致相同，用于復(fù)合磁性材料的制造步驟包括使用一個(gè)其中具有一潤滑劑的金屬膜通過壓縮而模制所述鐵粉以及所述樹脂粉末的混合物；使得所述被模制的混合物在150℃-250℃的范圍內(nèi)受到一熱處理；對經(jīng)熱處理后的所述混合物進(jìn)行一切割或研磨。
21.一種用于電磁制動器之燒結(jié)金屬的制造方法，其中所述電磁制動器包括電樞，所述電樞軸向可移動地受到支撐，并且包括一個(gè)具有一磁特性的移動鐵心以及一個(gè)沿軸向可移動地受到支撐并且所述移動鐵心固定其上的軸；以及一個(gè)電磁閥，所述電磁閥包括一個(gè)由于電流的傳導(dǎo)而產(chǎn)生磁勢的線圈以及一個(gè)由所述線圈產(chǎn)生磁勢而吸附所述移動鐵心的定子鐵心，所述定子鐵心由一復(fù)合磁性材料制成，所述復(fù)合磁性材料由固化鐵粉以及樹脂粉末組成；以及所述定子鐵心以及所述移動鐵心的直流磁特性彼此大致相同，所述移動鐵心由一種軟磁性材料制成，所述軟磁性材料由鐵內(nèi)含硅的硅鋼形成，以及所述燒結(jié)金屬通過用于所述軟磁性材料的一種粉末冶金的方法制造而成，用于所述燒結(jié)金屬的制造方法包括如下步驟利用一金屬膜通過壓縮形成一個(gè)具有一內(nèi)孔的受壓粉末體；將所述軸插入所述受壓粉末體的所述內(nèi)孔中，接著在一非氧環(huán)境中對其進(jìn)行一熱處理，從而使得由所述受壓粉末體形成的移動鐵心與所述軸一體化；以及實(shí)施一淬火處理。
22.一種燃油噴射閥，其包括一個(gè)通過一入口供給高壓燃油的壓力控制腔；一個(gè)根據(jù)所述壓力控制腔中的燃油壓力而移動的針閥；一個(gè)噴嘴體，所述噴嘴體具有一個(gè)由所述針閥開啟或關(guān)閉的燃油噴射孔；以及一個(gè)用于開啟或關(guān)閉在所述壓力控制腔中形成的一個(gè)出口的電磁制動器，其特征在于所述電磁制動器包括一電樞，所述電樞包括一個(gè)具有一磁特性的移動鐵心并且沿軸向可移動地受到支撐；一個(gè)電磁閥，所述電磁閥包括一個(gè)由于電流的傳導(dǎo)而產(chǎn)生磁勢的線圈以及一個(gè)由所述線圈產(chǎn)生磁勢而吸附所述移動鐵心的定子鐵心，所述定子鐵心由一復(fù)合磁性材料制成，所述復(fù)合磁性材料由固化鐵粉以及樹脂粉末組成；以及所述定子鐵心以及所述移動鐵心的直流磁特性彼此大致相同，所述電磁制動器開啟或關(guān)閉所述出口，從而使得所述燃油壓力發(fā)生變化，進(jìn)而使得所述針閥移動以開啟或關(guān)閉所述燃油噴射孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電磁致動器、電磁致動器的生產(chǎn)方法以及一種燃油噴射閥。其中電樞的磁特性由于包括1LSS－3LSS之燒結(jié)金屬的一個(gè)移動鐵芯以及一個(gè)強(qiáng)磁性材料的軸而得以增強(qiáng)。與之相反，為了增大磁特性，減小鐵損，一定子鐵芯包括重量含量百分比為0.005％－0.1％，粒子直徑被設(shè)定成50微米或更小的樹脂。因此，所述定子鐵芯以及所述電樞的直流磁特性大致相同，故具有一優(yōu)良的吸力及反應(yīng)的電磁致動器以及燃油噴射閥得以提供。
文檔編號F02M59/46GK1598382SQ20041007523
公開日2005年3月23日 申請日期2004年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月17日
發(fā)明者東條千太, 阿保真治 申請人:株式會社電裝