(57)【要約】【課題】弁機構において、弁体の製造を容易とする。【解決手段】弁座３ａが当接する平面状の当接面を有する弁体３ｂと、前記弁体３ｂを前記当接面に直交する当接方向の一方側に付勢する付勢部材３ｃとを備え、流体の流路Ｒ１中に設けられる弁機構３であって、前記弁体３ｂは、前記当接面の中央部に前記当接方向の他方側に凹むように形成される内側凹面３ｂ１と、前記当接面の前記当接方向の他方側に前記当接面と対向すると共に前記付勢部材３ｃが当接する面に、前記内側凹面と同心かつ略相似形状であり、前記付勢部材３ｃの内径よりも径が小さく前記当接方向の他方側に盛り上がる外側凸面３ｂ２とが形成され、前記付勢部材３ｃは、前記外側凸面３ｂ２が挿入されることで前記当接方向と直交する方向への移動が規制される。【選択図】図２
2019173873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁座が当接する平面状の当接面を有する弁体と、前記弁体を前記当接面に直交する当接方向の一方側に付勢する付勢部材とを備え、流体の流路中に設けられる弁機構であって、
前記弁体は、
前記当接面の中央部に前記当接方向の他方側に凹むように形成される内側凹面と、
前記当接面の前記当接方向の他方側に前記当接面と対向すると共に前記付勢部材が当接する面に、前記内側凹面と同心かつ略相似形状であり、前記付勢部材の内径よりも径が小さく前記当接方向の他方側に盛り上がる外側凸面と
が形成され、
前記付勢部材は、前記外側凸面が挿入されることで前記当接方向と直交する方向への移動が規制される
ことを特徴とする弁機構。
【請求項２】
前記弁体の表面が加工硬化により硬化されていることを特徴とする請求項１記載の弁機構。
【請求項３】
請求項１または２に記載の弁機構と、弁体の弁座側から弁体に当接し、移動されることにより該弁体を弁座から離間させて流路を開放状態とする保持ピンとを備えることを特徴とする燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁機構及び燃料ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、高圧ポンプのハウジング本体に設けられる弁部材（弁体）が開示されている。この弁部材は、スプリング（付勢部材）に付勢されることにより弁座に当接することにより燃料通路を閉鎖しており、ニードルにより弁座から離間されることで、燃料通路を開放する。また、スプリングを弁部材に当接させるため、スプリングは、弁部材に設けられた突起に外嵌されることで保持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５６２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されるような弁機構は、一般的に高圧流体の流路中に設けられるため、強度が必要となる。また、弁体の重量が大きいと弁座との衝突時の衝撃が大きくなるため、弁体を軽量化する必要がある。さらに、弁体は、付勢部材により付勢されるため、付勢部材を保持する形状が必要となる。このため、このような弁機構の弁体は、形状が複雑となり、製造が容易ではない。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、弁機構に組み込まれる弁体の製造を容易とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、弁機構に係る第１の手段として、弁座が当接する平面状の当接面を有する弁体と、前記弁体を前記当接面に直交する当接方向の一方側に付勢する付勢部材とを備え、流体の流路中に設けられる弁機構であって、前記弁体は、前記当接面の中央部に前記当接方向の他方側に凹むように形成される内側凹面と、前記当接面の前記当接方向の他方側に前記当接面と対向すると共に前記付勢部材が当接する面に、前記内側凹面と同心かつ略相似形状であり、前記付勢部材の内径よりも径が小さく前記当接方向の他方側に盛り上がる外側凸面とが形成され、前記付勢部材は、前記外側凸面が挿入されることで前記当接方向と直交する方向への移動が規制される、という構成を採用する。
【０００７】
弁機構に係る第２の手段として、上記第１の手段において、上記弁体の表面が加工硬化により硬化されている、という構成を採用する。
【０００８】
燃料ポンプに係る第１の手段として、請求項１または２に記載の弁機構と、弁体の弁座側から弁体に当接し、移動されることにより該弁体を弁座から離間させて流路を開放状態とする保持ピンとを備える、という構成を採用する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、外側凸面が付勢部材に挿入されることで、付勢部材の移動が規制される。また、内側凹面と外側凸面とが同心かつ相似形状とされている。これにより、弁体の内側の面からプレス成型を行うことにより弁体に内側凹面と外側凸面とを同時に設けることができる。したがって、弁体の形状を単純化することができ、弁体の製造が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態におけるプランジャポンプの概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるプランジャポンプが備える吸入機構の一部を含む拡大断面図である。
【図３】吸入機構が備える吸入弁体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明に係る燃料ポンプの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。また、以下の実施形態においては、本発明の燃料ポンプをプランジャポンプに適用した例について説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態のプランジャポンプ１の概略構成を示す断面図である。図２は、吸入機構３の一部を含む拡大断面図である。この図に示すように、本実施形態のプランジャポンプ１は、ボディ２と、吸入機構３（弁機構）と、昇圧機構４と、吐出機構５と、ダンパ機構６とを備えている。なお、以下の説明では、燃料の昇圧を行うプランジャ（昇圧プランジャ４ｂ）の軸芯を中心軸線Ｌとし、この中心軸線Ｌと直交する方向をボディ径方向と称し、ボディ径方向における中心軸線Ｌ側をボディ径方向内側、ボディ径方向における中心軸線Ｌと反対側をボディ径方向外側と称する。また、プランジャポンプ１の設置姿勢は限定されないものの、説明の便宜上、図１における上側を上方、図１における下側を下方と称する。
【００１３】
ボディ２は、吸入機構３、昇圧機構４、吐出機構５及びダンパ機構６が取り付けられる基部であり、内部に燃料を案内する燃料流路が形成されている。図１に示すように、本実施形態のプランジャポンプ１においては、燃料流路として、吸入機構３の一部が嵌入される吸入流路Ｒ１と、吐出機構５の一部が嵌入される吐出流路Ｒ２とがボディ２の内部に形成されている。また、ボディ２の内部には、吸入流路Ｒ１と吐出流路Ｒ２とを繋ぐと共に燃料の加圧が行われる加圧室Ｒ３が設けられている。この加圧室Ｒ３は、ボディ径方向においてボディ２の中央部に配置されている。
【００１４】
また、ボディ２の上部には、天面から上方に向けて突出する円筒状の囲壁部２ａが設けられている。この囲壁部２ａは、後述するダンパ室Ｒｄの一部を形成している。また、ボディ２の内部には、ダンパ室Ｒｄの底部（すなわちボディ２の天面）から吸入流路Ｒ１に貫通する供給流路Ｒ４（燃料流路）が形成されている。また、図１には示されていないが、ボディ２は、ダンパ室Ｒｄの外部からダンパ室Ｒｄに燃料を供給する流路等、他の燃料流路も有している。
【００１５】
また、ボディ２は、加圧室Ｒ３から下方に貫通すると共に後述の昇圧プランジャ４ｂが移動可能に収容される貫通空間Ｒ５を有している。また、ボディ２は、吸入流路Ｒ１に延出され、後述する吸入弁体３ｂに対して燃料の流れ方向の下流側（ボディ径方向内側）から対向配置されるスプリング保持部２ｂを有している。このスプリング保持部２ｂは、吸入弁体３ｂを付勢する後述の吸入スプリング３ｃが取り付けられると共に、吸入弁体３ｂの移動を燃料の流れ方向の下流側（ボディ径方向内側）から規制するストッパとしても機能する。さらに、ボディ２には、吐出流路Ｒ２とダンパ室Ｒｄ（燃料室）とを連通する図示しないリリーフ流路が形成されている。また、ボディ２には、外部の燃料タンクと接続され、ボディ２へと燃料を流入させる図示しない燃料流入流路が形成されている。
【００１６】
図２は、本実施形態におけるプランジャポンプ１が備える吸入機構３の一部を含む拡大断面図である。また、図３は、吸入機構３が備える吸入弁体３ｂの斜視図である。
図２に示すように、吸入機構３は、バルブシート３ａ（弁座）と、吸入弁体３ｂ（弁体）と、吸入スプリング３ｃ（付勢部材）と、ソレノイドユニット３ｄとを備えている。バルブシート３ａは、吸入流路Ｒ１に配置されており、吸入弁体３ｂにより開閉される開口を有している。
【００１７】
吸入弁体３ｂは、図２に示すように、バルブシート３ａのボディ径方向内側に配置されており、吸入スプリング３ｃによりボディ径方向に移動可能に保持されている。また、図３に示すように、吸入弁体３ｂは、鋼等により構成された円盤状の部材とされ、バルブシート３ａと当接する側の面Ａにおいて中央部に内側凹面３ｂ１が形成されている。また、吸入弁体３ｂは、図３に示すように、上記面Ａと対向する面Ｂにおいて、中央部に外側凸面３ｂ２が形成されている。
【００１８】
内側凹面３ｂ１は、外形が円形とされ、中心が吸入弁体３ｂの中心と重なるように形成されている。また、内側凹面３ｂ１は、底部において吸入プランジャ３ｇの端部と当接する。外側凸面３ｂ２は、内側凹面３ｂ１と略相似形状であり、面Ｂから盛り上がり、かつ中心が吸入弁体３ｂの中心と重なるように形成されている。また、外側凸面３ｂ２は、吸入スプリング３ｃの内径よりも径が小さく設定されている。また、内側凹面３ｂ１と外側凸面３ｂ２とは同心状に形成されている。このような内側凹面３ｂ１と外側凸面３ｂ２とは、吸入弁体３ｂを当接面側からプレスすることにより同時に成形される。また、外側凸面３ｂ２は、外径が吸入スプリング３ｃの内径よりも小さく設定されている。
【００１９】
なお、吸入弁体３ｂは、面Ａの内側凹面３ｂ１を囲う円環状の領域が平面状となるように加工されており、円環状の領域において、バルブシート３ａに全周において当接している。また、吸入弁体３ｂは、全体が再結晶温度以下でプレス加工されることにより塑性変形され、加工硬化されている。
【００２０】
吸入スプリング３ｃは、略円筒状に巻回されたスプリング部材であり、ボディ２のスプリング保持部２ｂにボディ径方向内側の端部が外嵌されることにより保持されると共に、ボディ径方向外側の端部が吸入弁体３ｂの中央部に設けられた外側凸面３ｂ２に外嵌されて保持されている。この吸入スプリング３ｃは、吸入弁体３ｂの上流側の圧力が下流側の圧力に対して相対的に高くなった場合に、差圧により収縮可能とされた圧縮コイルバネであり、吸入弁体３ｂをボディ径方向外側に向けて付勢している。
【００２１】
図２に戻り、ソレノイドユニット３ｄは、ベース部３ｅと、ガイド部材３ｆと、吸入プランジャ３ｇ（保持ピン）と、ソレノイドスプリング３ｈと、可動コア３ｉと、コイル３ｊと、固定コア３ｋと、コネクタ３ｍとを備えている。ベース部３ｅは、ボディ２に固定されると共に、ガイド部材３ｆ、吸入プランジャ３ｇ、ソレノイドスプリング３ｈ、可動コア３ｉ、コイル３ｊ、固定コア３ｋ及びコネクタ３ｍを直接あるいは間接的に支持している。このベース部３ｅは、中央部に貫通孔が形成された略円筒状に形状設定されており、先端部がボディ径方向外側からボディ２の吸入流路Ｒ１に挿入されている。
【００２２】
ガイド部材３ｆは、ベース部３ｅと同軸状に配置された略円筒形状の部品であり、ベース部３ｅに設けられた貫通孔に内嵌されている。このガイド部材３ｆは、吸入プランジャ３ｇがボディ径方向に移動可能に挿入される貫通孔を有する筒部３ｆ１と、筒部３ｆ１の外周面から突出して設けられると共にベース部３ｅに固定されるガイドフランジ３ｆ２とを有している。
【００２３】
吸入プランジャ３ｇは、軸部３ｇ１と、プランジャフランジ３ｇ２とを有する。軸部３ｇ１は、ガイド部材３ｆの筒部３ｆ１の貫通孔に移動可能に挿入され、ガイド部材３ｆよりもボディ径方向に長い棒状の部位である。この軸部３ｇ１は、ボディ径方向内側の端部がガイド部材３ｆよりもさらにボディ径方向内側に、ボディ径方向外側の端部がガイド部材３ｆよりもさらにボディ径方向外側に位置されている。
【００２４】
プランジャフランジ３ｇ２は、軸部３ｇ１の外周面から突出して設けられる板状の部位であり、ガイド部材３ｆよりもボディ径方向内側の位置に配置されている。このような吸入プランジャ３ｇは、ガイド部材３ｆのボディ径方向内側の端面と、バルブシート３ａのボディ径方向外側の端面との間で、ボディ径方向に移動可能とされている。また、吸入プランジャ３ｇは、プランジャフランジ３ｇ２がフランジストッパ３ｐにボディ径方向外側から当接した場合にボディ径方向内側への移動が規制され、プランジャフランジ３ｇ２がガイド部材３ｆにボディ径方向内側から当接した場合にボディ径方向外側への移動が規制される。また、吸入プランジャ３ｇは、プランジャフランジ３ｇ２がフランジストッパ３ｐに当接する場合には、軸部３ｇ１のボディ径方向内側の端面が、吸入弁体３ｂと当接可能とされている。
【００２５】
ソレノイドスプリング３ｈは、ガイド部材３ｆの筒部３ｆ１に内嵌された圧縮コイルバネであり、ボディ径方向外側の端面がガイド部材３ｆのガイドフランジ３ｆ２に当接され、ボディ径方向内側の端面が吸入プランジャ３ｇのプランジャフランジ３ｇ２に当接されている。このようなソレノイドスプリング３ｈは、吸入プランジャ３ｇをボディ径方向内側に付勢している。このようなソレノイドスプリング３ｈは、コイル３ｊに通電されていない場合には、吸入弁体３ｂが開姿勢となるように、吸入プランジャ３ｇをボディ径方向内側に付勢する。可動コア３ｉは、吸入プランジャ３ｇの軸部３ｇ１のボディ径方向外側の端部が挿入されて固定されている。
【００２６】
コイル３ｊは、ベース部３ｅと略同一の径で巻線が巻回されて略円筒形状とされており、ベース部３ｅのボディ径方向外側の端部と接続されている。このコイル３ｊは、コネクタ３ｍを介して外部より通電されることにより、磁界を発生する。固定コア３ｋは、コイル３ｊの中央に設けられた開口をボディ径方向外側から閉塞するようにコイル３ｊの内部に配設されている。コネクタ３ｍは、固定コア３ｋに支持されており、コイル３ｊと電気的に接続されている。このコネクタ３ｍは、本実施形態のプランジャポンプ１の外部に設置された電源装置（例えば車載用バッテリ）と接続されている。
【００２７】
図１に戻り、昇圧機構４は、バレル４ａと、昇圧プランジャ４ｂと、下部フランジ４ｃと、昇圧スプリング４ｄとを備えている。バレル４ａは、ボディ２の貫通空間Ｒ５に内嵌されており、昇圧プランジャ４ｂを昇降可能に支持する筒状の部品である。昇圧プランジャ４ｂは、上端面がボディ２の加圧室Ｒ３に臨むように昇降可能に保持されている。この昇圧プランジャ４ｂは、下端面が不図示のカムと当接しており、車両に搭載されるエンジンの駆動によりカムが回転されると、カムの回転に応じて昇降される。下部フランジ４ｃは、昇圧プランジャ４ｂの下端部に接続されており、昇圧プランジャ４ｂの周面から径方向外側に突出されている。昇圧スプリング４ｄは、ボディ２と下部フランジ４ｃとの間に介挿された圧縮コイルバネであり、下部フランジ４ｃを介して、下方に向けて昇圧プランジャ４ｂを付勢している。このような昇圧機構４は、昇圧プランジャ４ｂが上昇して加圧室Ｒ３を減容することにより、加圧室Ｒ３内の燃料を昇圧する。
【００２８】
吐出機構５は、吐出ノズル５ａと、吐出バルブシート５ｂと、吐出弁体５ｃと、スプリング保持部５ｄと、吐出スプリング５ｅとを備えている。吐出ノズル５ａは、吐出流路Ｒ２に接続されるようにボディ２に固定された略円筒状の部品であり、本実施形態のプランジャポンプ１によって昇圧された燃料を外部に吐出する。
【００２９】
吐出バルブシート５ｂは、吐出流路Ｒ２の内部であって、吐出機構５の構成部品のうち最も加圧室Ｒ３寄り（径方向内側寄り）に配置されている。この吐出バルブシート５ｂは、吐出弁体５ｃにより開閉される開口を有している。吐出弁体５ｃは、吐出バルブシート５ｂの径方向外側に配置されており、吐出スプリング５ｅにより径方向に移動可能に保持されている。スプリング保持部５ｄは、吐出弁体５ｃを囲うように吐出バルブシート５ｂに外嵌されており、内部に吐出弁体５ｃ及び吐出スプリング５ｅを収容している。このスプリング保持部５ｄは、周面や底面等に貫通孔が設けられた略円筒形状とされており、内部から外部に燃料が通過可能とされている。吐出スプリング５ｅは、スプリング保持部５ｄの内壁面と吐出弁体５ｃとの間に介挿された圧縮コイルバネであり、吐出弁体５ｃを径方向内側（吐出バルブシート５ｂ側）に向けて付勢している。
【００３０】
ダンパ機構６は、カバー６ａと、座バネ６ｂと、リテーナ６ｃと、パルセーションダンパ６ｄとを備えている。カバー６ａは、ドーム形に形状設定されており、ボディ２との間にダンパ室Ｒｄを形成するように、ボディ２の囲壁部２ａに固定されている。座バネ６ｂは、ダンパ室Ｒｄの底部（すなわちボディ２の天面）に載置されている。この座バネ６ｂは、リテーナ６ｃの下方に配置されており、リテーナ６ｃをカバー６ａの内壁面に向けて付勢している。リテーナ６ｃは、パルセーションダンパ６ｄを保持する略リング状の部材であり、周面に対して複数の貫通孔が形成されている。パルセーションダンパ６ｄは、２枚のダイアフラムを内部空間が形成されるように上下方向に貼り合せた部材であり、リテーナ６ｃに囲まれた領域に収容されている。このパルセーションダンパ６ｄは、ダンパ室Ｒｄの圧力に応じて、圧縮あるいは膨張し、ダンパ室Ｒｄの圧力変動を吸収する。
【００３１】
このような構成を有する本実施形態のプランジャポンプ１では、昇圧プランジャ４ｂが下降され、加圧室Ｒ３の圧力が低下するタイミングに合わせて、吸入機構３のコイル３ｊへの通電を停止（あるいは通電される電流量を低減）する。これによって、ソレノイドスプリング３ｈの復元力によって吸入プランジャ３ｇが径方向内側に移動され、バルブシート３ａと吸入弁体３ｂとの間に隙間が形成される。バルブシート３ａと吸入弁体３ｂとの間に隙間が形成されると、ダンパ室Ｒｄに貯留されていた燃料が供給流路Ｒ４及び吸入流路Ｒ１を通じて加圧室Ｒ３に供給される。なお、コイル３ｊへの通電によって吸入プランジャ３ｇは極短時間で径方向外側に引き戻されるが、加圧室Ｒ３が燃料で満たされて燃料の昇圧が開始されるまでの間は、バルブシート３ａと吸入弁体３ｂとの間に隙間を流れる燃料の圧力によって吸入弁体３ｂが開いた状態が維持される。
【００３２】
昇圧プランジャ４ｂが上昇して加圧室Ｒ３が減容され、加圧室Ｒ３内の燃料が昇圧される。燃料が昇圧されると、吸入弁体３ｂが径方向外側に押し戻され、吸入弁体３ｂが閉じた状態となる。なお、吸入弁体３ｂが完全に閉じた状態となるまでの間、昇圧された燃料の一部は吸入流路Ｒ１及び供給流路Ｒ４を通じてダンパ室Ｒｄに逆流する。このとき、パルセーションダンパ６ｄが圧縮され、これによってダンパ室Ｒｄの圧力変動が吸収される。
【００３３】
加圧室Ｒ３において燃料が昇圧されると、吐出機構５の吐出弁体５ｃが径方向外側に押圧されて、吐出弁体５ｃと吐出バルブシート５ｂとの間に隙間が形成される。この結果、加圧室Ｒ３にて昇圧された燃料は、吐出流路Ｒ２及び吐出ノズル５ａを通じて、本実施形態のプランジャポンプ１の外部に吐出される。
【００３４】
このような本実施形態における燃料ポンプにおいて、吸入機構３の吸入弁体３ｂは、略相似形状の内側凹面３ｂ１と外側凸面３ｂ２とが同心状に形成されている。吸入弁体３ｂは、内側凹面３ｂ１が形成されることにより肉抜き構造となるため軽量化されている。さらに、吸入弁体３ｂは、外側凸面３ｂ２に吸入スプリング３ｃが外嵌されることで、吸入スプリング３ｃを保持することができる。このような吸入弁体３ｂは、形状が単純であり、プレス成型により製造することができ、製造が容易である。
【００３５】
さらに、吸入弁体３ｂが軽量となることにより吸入弁体３ｂがバルブシート３ａに着座する際の時間を短縮することができ、さらに吸入弁体３ｂがバルブシート３ａから跳ね返ることも抑制できる。したがって、吸入機構３の応答性や動作精度の向上を達成することができる。
【００３６】
また、吸入弁体３ｂは、プレス加工により塑性変形されることで、加工硬化されている。したがって、吸入弁体３ｂは、硬度を高めることができ、強度を十分に保つことができる。このため、吸入弁体３ｂは、別途硬化処理を行う必要が無く、製造が容易であると共に、安価で製造可能となる。
【００３７】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３８】
（１）上記実施形態においては、弁機構を吸入機構３としてプランジャポンプ１に適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の弁機構は、例えば高圧ガスの流路中に設けられるものとしてもよい。高圧ガスの流路においても、弁機構が軽量かつ高強度であり、かつ製造が容易であることが要求されるため、本発明の弁機構を適用することが可能である。
【００３９】
（２）また、上記実施形態においては、燃料ポンプをプランジャポンプ１に適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の燃料ポンプは、吸入機構３を備える構造の燃料ポンプであれば、適用されるポンプの機構は限定されない。
【符号の説明】
【００４０】
１……プランジャポンプ
２……ボディ
３……吸入機構
３ａ……バルブシート
３ｂ……吸入弁体
３ｂ１……内側凹面
３ｂ２……外側凸面
３ｃ……吸入スプリング
３ｄ……ソレノイドユニット
３ｅ……ベース部
３ｆ……ガイド部材
３ｆ１……筒部
３ｆ２……ガイドフランジ
３ｇ……吸入プランジャ
４……昇圧機構
５……吐出機構
６……ダンパ機構
【図１】
2019173873.tif 000003
【図２】
2019173873.tif 000004
【図３】
2019173873.tif 000005