(57)【要約】【課題】シリンダが一体成型されているボディを備える高圧燃料ポンプに関して、ボディの加工性を低下させることなくシリンダの強度を確保する。【解決手段】高圧燃料ポンプ１０は、シリンダ１３が一体成型されているボディ１１を備えている。高圧燃料ポンプ１０は、シリンダ１３に収容されていてカム４２の回転によって駆動されるプランジャ３１と、シリンダ１３とプランジャ３１とによって区画される加圧室２５と、を備えている。ボディ１１におけるシリンダ１３の内壁に、焼入れされた領域としていずれも円環状の第１硬化部１５及び第２硬化部１７と、焼入れされていない非硬化部１６と、が設けられている。非硬化部１６は、シリンダ１３の中心軸が延びる軸線方向において第１硬化部１５と第２硬化部１７との間に位置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダが一体成型されているボディと、前記シリンダに収容されていてカムの回転によって駆動されるプランジャと、前記シリンダと前記プランジャとによって区画される加圧室と、を備え、前記シリンダ内を前記プランジャが往復移動することによって前記加圧室の容積を変更することで、燃料を前記加圧室に吸引し、前記加圧室内の燃料を加圧して吐出する高圧燃料ポンプであって、
前記ボディにおける前記シリンダの内壁に、焼入れされた領域としていずれも円環状の第１硬化部及び第２硬化部と、焼入れされていない非硬化部と、が設けられており、前記シリンダの中心軸が延びる軸線方向において前記第１硬化部と前記第２硬化部との間に前記非硬化部が位置している
高圧燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸引した燃料を加圧して吐出する高圧燃料ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されている高圧燃料ポンプでは、プランジャを収容するシリンダは、マルテンサイト系ステンレスによって形成されている。さらにシリンダは、吸入弁及び吐出弁が取り付けられるボディ（特許文献１では「ハウジング本体」と記載。）に一体成型されている。そして、シリンダが高周波焼入れによって硬化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６‐２５７９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シリンダがボディと一体成型されている場合にシリンダを高周波焼入れによって硬化させるにはボディ全体を焼入れすることが考えられるが、ボディ全体を焼入れによって硬化させると、焼入れ後に硬化したボディに対して切削加工を行いにくいという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための高圧燃料ポンプは、シリンダが一体成型されているボディと、前記シリンダに収容されていてカムの回転によって駆動されるプランジャと、前記シリンダと前記プランジャとによって区画される加圧室と、を備え、前記シリンダ内を前記プランジャが往復移動することによって前記加圧室の容積を変更することで、燃料を前記加圧室に吸引し、前記加圧室内の燃料を加圧して吐出する高圧燃料ポンプであって、前記ボディにおける前記シリンダの内壁に、焼入れされた領域としていずれも円環状の第１硬化部及び第２硬化部と、焼入れされていない非硬化部と、が設けられており、前記シリンダの中心軸が延びる軸線方向において前記第１硬化部と前記第２硬化部との間に前記非硬化部が位置していることをその要旨とする。
【０００６】
上記構成では、シリンダが一体成型されているボディを備える高圧燃料ポンプにおいて、ボディ全体が焼入れされているのではなく、シリンダの内壁に硬化部が設けられている。これによって、シリンダ内壁の焼入れによりシリンダの強度を確保しつつも、ボディの切削加工を行いやすい高圧燃料ポンプが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】高圧燃料ポンプの一実施形態についてその断面構造を示す図。
【図２】同実施形態にかかる高圧燃料ポンプのシリンダを示す断面図。
【図３】同実施形態にかかる高圧燃料ポンプのプランジャの動作を説明する模式図。
【図４】同実施形態にかかる高圧燃料ポンプのプランジャの動作を説明する模式図。
【図５】同実施形態にかかる高圧燃料ポンプの製造に用いる焼入れ装置を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、高圧燃料ポンプの一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、高圧燃料ポンプ１０は、シリンダ１３が形成されているボディ１１と、シリンダ１３に収容されているプランジャ３１と、プランジャ３１を駆動する駆動機構３０と、を備えている。高圧燃料ポンプ１０は、ボディ１１に取り付けられているカバー２１を備えている。ボディ１１とカバー２１とによって区画されている空間には、弾性変形が可能なダイヤフラムを有するパルセーションダンパ２２が設けられている。
【０００９】
ボディ１１には、パルセーションダンパ２２が設けられている空間に燃料を導入する吸入口１２が形成されている。ボディ１１は、燃料を吐出する吐出ポート１８を備えている。また、ボディ１１は、高圧燃料ポンプ１０を設置する際に高圧燃料ポンプ１０の固定に用いられるフランジ部１９を備えている。ボディ１１は、シリンダ１３と吐出ポート１８とフランジ部１９とが一体に成形されている。ボディ１１は、金属材料によって成形されている。金属材料としては、マルテンサイト系ステンレス等を用いることができる。
【００１０】
高圧燃料ポンプ１０は、シリンダ１３とプランジャ３１とによって区画されている加圧室２５を備えている。
ボディ１１には、吸入弁２４が取り付けられている。吸入弁２４は、電磁アクチュエータによって開閉操作が可能な電磁弁である。吸入弁２４の弁体は、吸入口１２から加圧室２５に到る経路上に位置している。ボディ１１の吐出ポート１８には、吐出弁２３が取り付けられている。吐出弁２３は、加圧室２５の内圧が規定圧以上になったときに開弁するように構成されている。
【００１１】
駆動機構３０は、カムシャフト４１の回転運動によってプランジャ３１を駆動する。カムシャフト４１には、三つのカム山を有しているカム４２が設けられている。駆動機構３０は、カム４２のカム山によってボディ１１側に押し上げられるリフタ３２を備えている。リフタ３２は、プランジャ３１を支持する支持部３６と、支持部３６に取り付けられているローラー３４と、によって構成されている。支持部３６には、ローラー３４を回動可能に支持する支軸３３が取り付けられている。ローラー３４は、ベアリング３５を介して支軸３３に支持されている。ボディ１１と支持部３６との間には、スプリング３７が取り付けられている。スプリング３７は、リフタ３２をカム４２側に付勢している。カム４２のカム山によってリフタ３２がボディ１１側に押し上げられることで、カムシャフト４１の回転運動がプランジャ３１の往復運動に変換される。
【００１２】
高圧燃料ポンプ１０では、プランジャ３１がシリンダ１３から突出する方向に移動、すなわちプランジャ３１が下降して加圧室２５の容積が大きくされたときに吸入弁２４が開弁状態にされることで、吸入口１２から燃料が吸引される。吸入弁２４が閉弁状態であるときにプランジャ３１が上昇すると、加圧室２５の容積が小さくされることによって加圧室２５内の燃料が圧縮される。加圧室２５の内圧が上昇して吐出弁２３が開弁することによって、加圧された燃料が吐出ポート１８から吐出される。
【００１３】
次に、図１及び図２を参照して、シリンダ１３について説明する。
プランジャ３１がシリンダ１３内を往復移動する際には、シリンダ１３の内壁１４をプランジャ３１が摺動する。図１及び図２に示すように、シリンダ１３の内壁１４は、第１硬化部１５と、第２硬化部１７とを有している。第１硬化部１５及び第２硬化部１７は、シリンダ１３の内壁１４が焼入れによって円環状に硬化されている領域である。
【００１４】
図２には、シリンダ１３の中心軸Ｃ１を表示している。第１硬化部１５及び第２硬化部１７は、中心軸Ｃ１が延びる軸線方向に並んでいる。第１硬化部１５は、第２硬化部１７よりも加圧室２５側に位置している。中心軸Ｃ１が延びる軸線方向において、第１硬化部１５と第２硬化部１７との間には、焼入れされていない非硬化部１６が位置している。
【００１５】
ここで、図３及び図４を参照して、プランジャ３１がシリンダ１３内を往復移動する際にプランジャ３１がシリンダ１３の内壁１４と摺動し得る部分である摺動領域について説明する。図３には、カム４２の回転がリフタ３２のローラー３４を介してプランジャ３１に伝わり、プランジャ３１が上昇している状態を模式的に示している。図４には、カム４２の回転によってカム山がリフタ３２を押し上げる力が解消されて、プランジャ３１が下降している状態を模式的に示している。
【００１６】
カム４２の回転が往復移動に変換されて駆動されるプランジャ３１の姿勢は、シリンダ１３の中心軸Ｃ１が延びる方向に対して僅かに傾斜する。例えば、プランジャ３１が上昇する際には、図３に示すように時計回りに回転するカム４２に押されてリフタ３２が右手側に移動し、これに伴ってプランジャ３１の端部３１Ａが左手側に振れるようにプランジャ３１が傾斜する。図３に示すように傾斜した状態でプランジャ３１が上昇するため、シリンダ１３の内壁１４は、プランジャ３１が摺動しない領域を有している。同様に、プランジャ３１が下降する際には、図４に示すようにローラー３４がカム４２のカム山の頂点を乗り越えたことによってリフタ３２が左手側に移動し、これに伴ってプランジャ３１の端部３１Ａが右手側に振れるようにプランジャ３１が傾斜する。図４に示すように傾斜した状態でプランジャ３１が下降するため、シリンダ１３の内壁１４は、プランジャ３１が摺動しない領域を有している。なお、図３及び図４におけるプランジャ３１の傾斜角度や各部の寸法は模式的なものであり実際の寸法関係を示すものではない。
【００１７】
プランジャ３１が傾斜を伴って往復移動することに基づいて、図３及び図４には、シリンダ１３の内壁１４におけるプランジャ３１との摺動領域についてプランジャ３１の端部３１Ａが摺動する上部摺動領域ＳＳ１を表示している。なお、プランジャ３１は、シリンダ１３の開口部１３Ａとも接触し、摺動する。高圧燃料ポンプ１０では、第１硬化部１５は、上部摺動領域ＳＳ１をすべて含む範囲に設けられている。第２硬化部１７は、シリンダ１３の開口部１３Ａを含む範囲に設けられている。
【００１８】
続いて、高圧燃料ポンプ１０の製造方法に関して、ボディ１１の製造方法及び製造装置について説明する。
図５には、レーザーの照射によって部分的な焼入れを行う焼入れ装置５０を示している。焼入れ装置５０は、照射部５１を備えている。照射部５１は、レーザー発振部５２と、アルゴンや窒素等の不活性ガスを供給するガス供給部５３と、を備えている。
【００１９】
照射部５１には、案内通路５５が形成されている円筒形状のヘッド部５４が取り付けられている。照射部５１から照射されるレーザー及び供給されるガスは、ヘッド部５４の案内通路５５を介して焼入れを行う対象部分に案内される。ヘッド部５４の側壁には、ヘッド部５４の内外を連通する開口５６が形成されている。ヘッド部５４の先端には、ミラー部５７が設けられている。ミラー部５７は、照射部５１から照射されてヘッド部５４内を通過するレーザーを開口５６側に反射する鏡面５７Ａを有している。ヘッド部５４の寸法は、焼入れを行う対象であるワークの形状に合わせて設定されている。本実施形態では、ヘッド部５４の直径がワークとしてのボディ１１が有するシリンダ１３の内径よりも小さくされている。
【００２０】
焼入れ装置５０は、駆動部５８を備えている。焼入れ装置５０では、駆動部５８がボディ１１を載置する台座を構成している。駆動部５８は、シリンダ１３の中心軸Ｃ１が延びる方向に移動可能な機構を備えている。さらに駆動部５８は、上記移動方向を中心軸として回転可能な機構を備えている。
【００２１】
図５に示す焼入れ装置５０を用いたボディ１１の焼入れ方法の一例について説明する。まず、事前工程として、駆動部５８にボディ１１を載置する。次に、位置合わせ工程に移行して、駆動部５８を移動させてボディ１１のシリンダ１３にヘッド部５４を挿入する。このとき、第１硬化部１５を形成する位置にヘッド部５４の開口５６が位置するように駆動部５８の移動量を調整する。ヘッド部５４をシリンダ１３に挿入した後、一次照射工程に移行する。一次照射工程では、照射部５１のレーザー発振部５２からヘッド部５４のミラー部５７に向けてレーザーを照射する。レーザー照射を継続しながら駆動部５８を移動及び回転させることによって第１硬化部１５を形成する。このとき、レーザーの照射とともに、照射部５１のガス供給部５３から不活性ガスをヘッド部５４に供給する。第１硬化部１５の形成後、レーザー照射を停止して待機工程に移行する。待機工程では、レーザー照射を停止した状態で、第２硬化部１７を形成する位置にヘッド部５４の開口５６が位置するように駆動部５８を移動させる。続いて、二次照射工程に移行して、第１硬化部１５の形成と同様にレーザーを照射して第２硬化部１７を形成する。このとき、照射部５１のガス供給部５３から不活性ガスをヘッド部５４に供給する。第２硬化部１７の形成後、レーザー照射を停止する。その後、後工程に移行して、駆動部５８を移動させてシリンダ１３からヘッド部５４を取り出す。シリンダ１３からヘッド部５４を取り出した後、この焼入れ方法を終了する。こうした焼入れ方法によって、第１硬化部１５及び第２硬化部１７が焼入れされ、第１硬化部１５と第２硬化部１７との間に焼入れされていない非硬化部１６が位置するシリンダ１３を有するボディ１１が製造される。
【００２２】
本実施形態の作用及び効果について説明する。
高圧燃料ポンプ１０は、シリンダ１３が一体成型されているボディ１１を備えている。このため、シリンダが別体としてボディに取り付けられている高圧燃料ポンプと比較して、ボディを構成する部品点数が少なくボディ１１の剛性が高い。これによって、シリンダが別体である高圧燃料ポンプと比較して、加圧室２５の内圧の上昇に対する耐久性を向上させることができる。
【００２３】
シリンダが一体成型されているボディを備える高圧燃料ポンプにおいて焼入れによってシリンダを硬化させるには、例えば、ボディ全体に高周波焼入れを行うことが考えられる。この場合、焼入れ後に硬化したボディに対して切削加工を行いにくいという問題がある。この点、高圧燃料ポンプ１０では、シリンダ１３の内壁１４がレーザーによる部分的な焼入れによって硬化されており、第１硬化部１５及び第２硬化部１７が設けられている。第１硬化部１５と第２硬化部１７とは、それぞれ、プランジャ３１がシリンダ１３の内壁１４と摺動し得る上部摺動領域ＳＳ１とシリンダ１３の開口部１３Ａとをすべて含む範囲に設けられている。これによって、シリンダ１３が一体成型されているボディ１１のうち第１硬化部１５及び第２硬化部１７を除く部分の切削加工を行いやすいとともに、シリンダ１３の強度を確保することができる。
【００２４】
レーザー照射による焼入れを行う場合、シリンダ１３の内壁１４に対して連続したレーザー照射を行うと、レーザーが照射されて温度が上昇した部分からの熱がヘッド部５４に伝わり、ヘッド部５４が変形する虞がある。この点、高圧燃料ポンプ１０では、第１硬化部１５と第２硬化部１７との間に、焼入れによって硬化されていない非硬化部１６が設けられている。このため、高圧燃料ポンプ１０の製造方法においては、第１硬化部１５と第２硬化部１７とを形成する間にレーザー照射が行われない時間を確保することができ、レーザー照射が継続される時間を短くすることができる。これによって、ヘッド部５４の温度上昇を軽減でき、ヘッド部５４の変形を抑制することができる。
【００２５】
さらに、高圧燃料ポンプ１０の製造方法は、不活性ガスをヘッド部５４に供給する工程を含む。不活性ガスの供給によって、ヘッド部５４及びシリンダ１３の内壁１４が冷却される。これによって、ヘッド部５４の温度上昇を軽減でき、ヘッド部５４の変形を抑制することができる。また、不活性ガスを噴きつけることによって、製造工程中にミラー部５７及びシリンダ１３の内壁１４に付着した異物の除去を行うことができる。
【００２６】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記焼入れ装置５０では、駆動部５８がワークを固定する台座を構成している。これに替えて、移動機構及び回転機構を備えていない台座を採用してもよい。この場合、中心軸Ｃ１の延びる方向にヘッド部５４を移動可能であり、中心軸Ｃ１を軸としてヘッド部５４を回転可能な機構を採用することによって、上記製造方法と同様に、第１硬化部１５及び第２硬化部１７を形成することができる。
【００２７】
・上記製造方法では、第１硬化部１５の形成後に第２硬化部１７を形成したが、第２硬化部１７の形成後に第１硬化部１５を形成してもよい。
・上記製造方法では、一次照射工程及び二次照射工程において不活性ガスを供給する工程を含むが、必ずしも不活性ガスの供給を行わなくてもよい。ワーク及びヘッド部５４の冷却のために不活性ガスを供給しない場合でもレーザー照射を停止する時間を確保できれば、ヘッド部５４の温度上昇を軽減することができる。また、一次照射工程及び二次照射工程以外のタイミングで不活性ガスを供給することもできる。例えば、待機工程に不活性ガスを供給することでレーザー照射を停止した後に冷却を行うこともできる。
【００２８】
・上記実施形態では、シリンダ１３と吐出ポート１８とフランジ部１９と一体に成形されているボディ１１を例示したが、ボディ１１としてはシリンダ１３が一体に成形されていればよい。すなわち、ボディ１１と別体として成形されている吐出ポート１８又はフランジ部１９をボディ１１に組み合わせた構成を採用してもよい。
【００２９】
・図１及び図２に例示した第１硬化部１５を設ける領域及び第２硬化部１７を設ける領域は、プランジャ３１の移動可能範囲や、シリンダ１３の長さや、カム４２の形状等に応じて位置及び大きさが決定される領域である。すなわち、第１硬化部１５及び第２硬化部１７を設ける領域は、プランジャ３１が摺動する領域が硬化部に含まれるように適宜変更される。第１硬化部１５と第２硬化部１７との間に非硬化部１６が位置していれば、第１硬化部１５及び第２硬化部１７を形成する際にレーザー照射を停止する時間を確保してレーザー照射を継続する時間を短くすることができる。これによって、ヘッド部５４の温度上昇を軽減でき、ヘッド部５４の変形を抑制する効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０…高圧燃料ポンプ、１１…ボディ、１２…吸入口、１３…シリンダ、１４…内壁、１５…第１硬化部、１６…非硬化部、１７…第２硬化部、１８…吐出ポート、１９…フランジ部、２１…カバー、２２…パルセーションダンパ、２３…吐出弁、２４…吸入弁、２５…加圧室、３０…駆動機構、３１…プランジャ、３１Ａ…端部、３２…リフタ、３４…ローラー、４１…カムシャフト、４２…カム、５０…焼入れ装置、５１…照射部、５２…レーザー発振部、５３…ガス供給部、５４…ヘッド部、５５…案内通路、５６…開口、５７…ミラー部、５７Ａ…鏡面、５８…駆動部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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