(57)【要約】      （修正有）【課題】従来よりも簡便な加工方法でリーク量の低減と摺動性能とを確保する。【解決手段】バレルと、該バレル内に収容されるプランジャとを備えたプランジャ装置の製造方法であって、バレルとプランジャとの摺動性を担う窪み部７ｇをレーザ加工によってプランジャの周面に離散的に形成した。これにより、プランジャ機構における、燃料のリーク量の低減と摺動性能とを、従来のホーニング加工よりも簡便な加工方法で確保することができる。【選択図】図２
2017120045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バレルと、該バレル内に収容されるプランジャとを備えたプランジャ装置の製造方法であって、
前記バレルと前記プランジャとの摺動性を担う窪み部をレーザ加工によって前記プランジャの周面に離散的に形成する
ことを特徴とするプランジャ装置の製造方法。
【請求項２】
前記窪み部は、前記プランジャの軸線方向に沿う溝として形成されることを特徴とする請求項１記載のプランジャ装置の製造方法。
【請求項３】
前記窪み部は、前記プランジャの周面に点状に形成されることを特徴とする請求項１または２記載のプランジャ装置の製造方法。
【請求項４】
前記窪み部が形成された前記プランジャの周面を研磨加工することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のプランジャ装置の製造方法。
【請求項５】
前記プランジャ装置は、前記バレル及び前記プランジャに加え、燃料吸入流路、燃料の加圧室及び燃料吐出流路が形成されたボディと、燃料吸入流路に設けられた電磁弁と、燃料吐出流路に設けられた吐出弁とを備えるプランジャポンプであ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プランジャ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プランジャ装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、高圧ポンプの圧縮室から円管溝に至る部分のボアとプランジャとのクリアランスＧａと、上記円管溝から駆動源側に至るボアとプランジャとのクリアランスのうち円管溝側に近い方のクリアランスＧｂと、上記円管溝から駆動源側に至るボアとプランジャとのクリアランスのうち駆動源側に近い方の上記Ｇｃとの関係を所定関係に規定した高圧ポンプとその製法が開示されている。このような高圧ポンプにおける各クリアランスＧａ〜Ｇｃは、シリンダの各部位をホーニング加工することによって実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７８３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術では、シリンダをホーニング加工することにより各クリアランスＧａ〜Ｇｃを実現し、以ってリーク量の低減と摺動性能とを確保している。しかしながら、これらクリアランスＧａ〜Ｇｃは数μｍと極めて狭いため、シリンダのホーニング加工は、技術的に難しく、よって加工時間や加工コストが掛かるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも簡便な加工方法でリーク量の低減と摺動性能とを確保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、プランジャ装置の製造方法に係る第１の解決手段として、バレルと、該バレル内に収容されるプランジャとを備えたプランジャ装置の製造方法であって、バレルとプランジャとの摺動性を担う窪み部をレーザ加工によってプランジャの周面に離散的に形成する、という手段を採用する。
【０００７】
本発明では、プランジャ装置の製造方法に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、プランジャの軸線方向に沿う溝として形成される、という手段を採用する。
【０００８】
本発明では、プランジャ装置の製造方法に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、プランジャの周面に点状に形成される、という手段を採用する。
【０００９】
本発明では、プランジャ装置の製造方法に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、窪み部が形成されたプランジャの周面を研磨加工する、という手段を採用する。
【００１０】
本発明では、プランジャ装置の製造方法に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段において、プランジャ装置は、バレル及びプランジャに加え、燃料吸入流路、燃料の加圧室及び燃料吐出流路が形成されたボディと、燃料吸入流路に設けられた電磁弁と、燃料吐出流路に設けられた吐出弁とを備えるプランジャポンプである、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、バレルとプランジャとの摺動性を担う窪み部をレーザ加工によってプランジャの周面に離散的に形成するので、シリンダをホーニング加工する従来方法よりも簡便な加工方法でリーク量の低減と摺動性能とを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態で製造対象とするプランジャ装置の一例（高圧燃料ポンプ）を示す横断面図（ａ）及びＡ−Ａ縦断面図（ｂ）である。
【図２】本発明の一実施形態における窪み部の形態を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るプランジャ装置の製造方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態で製造対象とするプランジャ装置は、図１に示すプランジャ機構７であり、高圧燃料ポンプＰの一構成要素である。この高圧燃料ポンプＰは、直噴型エンジンに向けて高圧燃料を供給するプランジャポンプであり、図示しない低圧ポンプから供給された燃料（低圧燃料）の圧力を所定の圧力（例えば数十ＭＰａ）まで昇圧する。直噴型エンジンを備えたエンジンシステムでは、燃料タンク内の燃料を低圧燃料ポンプで一次的に昇圧して高圧燃料ポンプＰに供給し、この高圧燃料ポンプＰで二次的に昇圧して得られた高圧燃料を高圧配管を介して各気筒のインジェクタに供給して燃焼させる。
【００１４】
このような高圧燃料ポンプＰは、図１に示すように、第１ボディ１、第２ボディ２、流入部材３、吐出部材４、電磁弁５、吐出弁６、プランジャ機構７等を備えている。第１ボディ１は、図示するように略円筒状の金属部材であり、中心部に略円筒状の加圧室Ｋが同軸状に形成され、また当該加圧室Ｋを挟んで対向するように燃料吸入流路Ｒｉと燃料吐出流路Ｒｏとが形成されている。
【００１５】
この第１ボディ１の内部には、半径方向において中心軸線Ｌから所定距離だけ離れた位置に中心軸線Ｌと同一方向に延在する円環状の下降流路Ｒ１、上昇流路Ｒ２及び４つの円柱空洞Ｓ１〜Ｓ４が形成されている。さらに、この第１ボディ１は、中心軸線Ｌに直交する平面として下面１ａを備えている。このような第１ボディ１には、流入部材３、吐出部材４及び電磁弁５が上記加圧室Ｋを取り囲むように取り付けられている。
【００１６】
第２ボディ２は、上記第１ボディ１の下部に同心状に取り付けられた略円筒状の金属部材である。この第２ボディ２は、第１ボディ１の下面１ａと当接すると共に中心軸線Ｌに直交する上面２ａを備えており、この上面２ａには中心軸線Ｌの周囲を囲むように環状溝２ｂが形成されている。この環状溝２ｂは、第１ボディ１の下面１ａと共に環状流路Ｒ３を構成している。
【００１７】
この環状流路Ｒ３は、中心軸線Ｌの周りに環状に延在すると共に、上述した下降流路Ｒ１及び上昇流路Ｒ２を繋ぐ流路である。また、この環状流路Ｒ３は、断面積が下降流路Ｒ１の断面積及び上昇流路Ｒ２の断面積よりも極端に大きく設定されている。また、この環状流路Ｒ３は、断面積が下降流路Ｒ１の断面積及び上昇流路Ｒ２の断面積よりも極端に大きく設定されており、燃料の圧力変動を軽減するダンパ機能を担うものである。
【００１８】
流入部材３は、第１ボディ１に取り付けられた管状部材であり、第１ボディ１の下降流路Ｒ１に連通する。この流入部材３は、低圧燃料ポンプから高圧燃料ポンプＰ内に燃料を取り込むための受け口である。吐出部材４は、上記流入部材３と同様に第１ボディ１に取り付けられた管状部材であり、燃料吐出流路Ｒｏに連通する。すなわち、この吐出部材４は、第１ボディ１の半径方向において流入部材３とは異なる位置に設けられた燃料の吐出口である。
【００１９】
電磁弁５は、詳細は省略するが駆動部５ａ、弁座５ｂ（シート部）及び弁体５ｃ等を備え、駆動部５ａによって弁座５ｂに対する弁体５ｃの位置を可変することにより燃料吸入流路Ｒｉと加圧室Ｋとの連通／遮断を切り替える制御弁である。この電磁弁５は、弁座５ｂ及び弁体５ｃ等からなる開閉部が燃料吸入流路Ｒｉ内に設けられており、弁体５ｃが弁座５ｂに当接することにより燃料吸入流路Ｒｉと加圧室Ｋとを遮断する一方、弁体５ｃが弁座５ｂから離間することにより燃料吸入流路Ｒｉと加圧室Ｋとを連通させる。
【００２０】
吐出弁６は、詳細は省略するが弁座６ａ（シート部）及び弁体６ｂ等を備え、加圧室Ｋの燃料圧力に応じて開閉する逆止弁である。すなわち、この吐出弁６は、燃料吐出流路Ｒｏ内に設けられており、加圧室Ｋの燃料圧力が所定の燃料圧力よりも高くなると、弁体６ｂが弁座６ａから離間して加圧室Ｋと燃料吐出流路Ｒｏとを連通させる。また、この吐出弁６は、加圧室Ｋの燃料圧力が所定の燃料圧力よりも低くなると、弁体６ｂが弁座６ａに当接して加圧室Ｋと燃料吐出流路Ｒｏとを遮断する。
【００２１】
プランジャ機構７（プランジャ装置）は、バレル７ａ、プランジャ７ｂ、保持部材７ｃ及び戻しバネ７ｄを備えている。バレル７ａは、第１ボディ１及び第２ボディ２内に中心軸線Ｌと同軸状に収容された略円筒状の金属部材である。このバレル７ａの軸心には所定径のシリンダ７ｅが形成されている。このシリンダ７ｅは、加圧室Ｋに連通する円環状の空洞であり、加圧室Ｋの下方に位置する。
【００２２】
プランジャ７ｂは、先端部が加圧室Ｋに臨む状態でシリンダ７ｅ内に収容される棒状部材であり、加圧室Ｋに対して前進／後退する。すなわち、このプランジャ７ｂの周面は、シリンダ７ｅに対して軸線方向（上下方向）に摺動する摺動面（プランジャ摺動面７ｆ）である。このプランジャ摺動面７ｆとシリンダ７ｅとの間には所定のクリアランス（隙間）が設けられ、また当該隙間には潤滑油が存在する。プランジャ機構７では、上記隙間及び潤滑油の存在によって、シリンダ７ｅ（つまりバレル７ａ）とプランジャ７ｂとの摺動を可能にしている。なお、この潤滑油は、燃料の一部である。
【００２３】
さらに、本実施形態におけるプランジャ７ｂについて説明すると、プランジャ摺動面７ｆにはシリンダ７ｅとプランジャ７ｂとの摺動性を担う多数の窪み部７ｇが所定の表面加工方法によって離散的に形成されている。なお、この表面加工方法は、後述するレーザ加工である。窪み部７ｇは、例えば図２（ａ）に示すようにプランジャ摺動面７ｆにおいてプランジャ７ｂの軸線方向に延在する溝７ｇ1、あるいは図２（ｂ）に示すようにプランジャ摺動面７ｆに散在する点７ｇ2である。
【００２４】
個々の溝７ｇ1の幅及び点７ｇ2の大きさは例えば０．０１〜０．５ｍｍ程度、また個々の溝７ｇ1及び点７ｇ2の深さは例えば０．２〜５０μｍ程度であが、溝７ｇ1及び点７ｇ2の形状はこれに限定されるものではない。レーザ加工によれば、溝７ｇ1の幅、深さ及び間隔等、また点７ｇ2の大きさ、深さ及び間隔等を比較的自由に設定することが可能である。
【００２５】
保持部材７ｃは、プランジャ７ｂの後端部に設けられ、戻しバネ７ｄの下端部を係止する円板状部材である。戻しバネ７ｄは、下端部が上記保持部材７ｃに係合する一方、上端部が第２ボディ２の下部に形成された係合溝２ｃに係合するコイルバネである。すなわち、戻しバネ７ｄは、プランジャ７ｂを下方、つまりプランジャ７ｂの先端部が加圧室Ｋから離間する方向（加圧室Ｋの容積を増大させる方向）に付勢する圧縮バネである。なお、このような戻しバネ７ｄによって下方に付勢されたプランジャ７ｂは、図示しない駆動機構によって上方に間欠駆動される。
【００２６】
このように構成された高圧燃料ポンプＰでは、電磁弁５及びプランジャ機構７が作動することにより、低圧燃料ポンプから流入部材３に供給された低圧燃料が昇圧され、高圧燃料として吐出部材４から高圧配管に吐出される。すなわち、流入部材３から取り込まれた低圧燃料は、下降流路Ｒ１から環状流路Ｒ３を経由して上昇流路Ｒ２に流れ込み、さらに上昇流路Ｒ２から燃料吸入流路Ｒｉを経由して加圧室Ｋに流れ込む。電磁弁５は、駆動部５ａへの駆動電流の非通電時に開状態、つまり弁体５ｃが弁座５ｂから離間して燃料吸入流路Ｒｉと加圧室Ｋとを連通させる状態となる。したがって、初期段階では、駆動部５ａが作動しない状態において燃料吸入流路Ｒｉと加圧室Ｋとは連通状態である。
【００２７】
そして、この燃料吸入流路Ｒｉと加圧室Ｋとは連通状態でプランジャ機構７が作動してプランジャ７ｂが加圧室Ｋに向かって前進することにより、加圧室Ｋの容積が徐々に減少して加圧室Ｋ内の低圧燃料が緩やかに圧縮（昇圧）される。この緩やかな昇圧過程において、電磁弁５の駆動部５ａに駆動電流が通電されると、電磁弁５の弁体５ｃが弁座５ｂに当接して燃料吸入流路Ｒｉと加圧室Ｋとが遮断され、この結果として加圧室Ｋは密室状態となる。
【００２８】
そして、この密室状態においてプランジャ７ｂが加圧室Ｋに向かってさらに前進することにより、加圧室Ｋ内の低圧燃料は急激に昇圧されて高圧燃料となる。この急激な昇圧によって加圧室Ｋ内の高圧燃料の圧力（燃料圧力）が所定の燃料圧力よりも高くなると、吐出弁６の弁体６ｂが弁座６ａから離間して加圧室Ｋと燃料吐出流路Ｒｏとを連通させ、この結果として吐出弁６を経由して吐出部材４に高圧燃料が供給され、以って吐出部材４から高圧配管に高圧燃料が吐出される。
【００２９】
ここで、電磁弁５の作動によって燃料吸入流路Ｒｉと加圧室Ｋとが遮断されると、燃料吸入流路Ｒｉより上流側の低圧燃料には圧力変動が発生し、その変動は低圧燃料ポンプの動作に影響を与える。この高圧燃料ポンプPでは、このような低圧燃料の圧力変動が断面積が下降流路R1の断面積及び上昇流路R2の断面積よりも極端に大きい環状流路R3のダンピング機能によって低減される。
【００３０】
次に、本実施形態に係るプランジャ機構７（プランジャ装置）の製造方法について図３（工程図）を参照して詳しく説明する。なお、プランジャ機構７は上述したようにバレル７ａ、プランジャ７ｂ、保持部材７ｃ及び戻しバネ７ｄによって構成されているが、プランジャ７ｂ以外のバレル７ａ、保持部材７ｃ及び戻しバネ７ｄの製造方法には特に特徴はないので、以下ではプランジャ７ｂの製造方法について詳しく説明する。
【００３１】
プランジャ７ｂの製造においては、最初に所定の金属材料（母材）を切削加工することによりプランジャ７ｂの外形を形成する（ステップＳ１）。このステップＳ１で得られる切削加工品（粗プランジャ）は、後述する熱変形をも考慮して、最終的に製造されるプランジャ７ｂよりも若干太めの棒状部材である。なお、このステップＳ１では、複数の粗プランジャが製造される。
【００３２】
ステップＳ１で製造された複数の粗プランジャは、表面の硬度を上昇させるために熱処理される（ステップＳ２）。この熱処理には幾つかの種類があるが、最も一般的な熱処理は焼入れ処理である。すなわち、ステップＳ２では、粗プランジャを熱処理炉内に収容し、真空雰囲気下で加熱した後に急速冷却することにより、粗プランジャの表面近傍部位の結晶構造をより硬度の高い結晶構造に変態させる。このような熱処理によって粗プランジャの表面近傍部位の硬度は、熱処理前の硬度よりも大幅に上昇し、耐摩耗性が格段に向上する。
【００３３】
上記熱処理は粗プランジャに熱的なストレスを加えるものであり、よって熱処理には粗プランジャ（被処理品）の熱変形が伴う。すなわち、ステップＳ２の熱処理を経た粗プランジャは、熱処理前の粗プランジャと同一形状ではない。ステップＳ３では、このように熱変形した粗プランジャを所定の研磨機を用いる研磨加工（第１研磨加工）することによって設計形状の粗プランジャを製造する。すなわち、ステップＳ３では、粗プランジャの直径、直線度及び真円度等が設計値を満足するように研磨される。
【００３４】
上記第１研磨加工によって得られた粗プランジャは、レーザ加工機を用いることによって粗プランジャの周面に窪み部７ｇが形成される（ステップＳ４）。すなわち、レーザ加工機は、粗プランジャを所定姿勢に支持した状態で粗プランジャの周面に所定出力及び所定波長のレーザ光を走査状に照射することによって、プランジャ摺動面７ｆに窪み部７ｇを形成する。
【００３５】
粗プランジャの周面においてレーザ光が照射された部位では、レーザ光の光エネルギーによって母材が溶融すると共に一部が気化する。この結果として粗プランジャの周面には窪み部７ｇが形成される。なお、ステップＳ４で用いるレーザ加工機としては、出力調節が比較的容易なレーザ発振器を備えるものが好ましい。このようなレーザ発振器は、例えばＹＡＧレーザ発振器やファイバーレーザ発振器である。
【００３６】
また、レーザ光の照射形態を変えることによって、窪み部７ｇを図２に示すような溝７ｇ1あるいは／及び点７ｇ2とすることができる。すなわち、レーザ光を時系列的に連続光とし、かつ、このようなレーザ光を粗プランジャの軸線方向に走査することによって当該軸線方向に沿った溝７ｇ1を粗プランジャの周面に形成することが可能である。そして、粗プランジャの周方向におけるレーザ光の照射位置を所定間隔で変更することにより、粗プランジャの周面の周方向に所定幅（例えば１０〜５００μｍ）、所定深さ（０．２〜５０μｍ）、また所定間隔（例えば１０〜２００μｍ）で並ぶと共に軸線方向に各々延在する複数の溝７ｇ1を粗プランジャの周面に形成することができる。
【００３７】
一方、レーザ光をパルス光とし、かつ、このようなレーザ光を粗プランジャの軸線方向や軸線とは異なる方向に走査することによって多数の点７ｇ2を粗プランジャの周面に形成することが可能である。そして、粗プランジャの周方向におけるレーザ光の照射位置を所定間隔で変更することにより、粗プランジャの周面の全領域に亘って所定サイズ（例えば最大径１０〜２００μｍ）、所定深さ（０．２〜５０μｍ）、また所定間隔（例えば１０〜５００μｍ）で離散的に点在する多数の複数の点７ｇ2を形成することができる。
【００３８】
ここで、このような粗プランジャの周面のレーザ加工によって当該周面の表面性は若干低下する。すなわち、粗プランジャの周面でレーザ光による入熱によって溶融した母材の一部が再度固化する際に粗プランジャの半径方向に突出する微小な突部を形成することがある。ステップＳ５の研磨処理（第２研磨処理）では、このような突部を消失させる。この第２研磨処理を経た粗プランジャの周面（摺動面）は、シリンダとのカジリ（摺動不良）が発生し難いものとなる。
【００３９】
そして、この第２研磨処理を経て製造されるものが、上述したプランジャ７ｂである。このようにして最終的に製造されたプランジャ７ｂは、ステップＳ６の検査工程を経ることにより、出荷条件を満足するものだけが製品として出荷される。
【００４０】
本実施形態によれば、レーザ加工によってプランジャ摺動面７ｆに窪み部７ｇを形成するので、プランジャ機構７における燃料のリーク量の低減と摺動性能とを従来のホーニング加工よりも簡便な加工方法で確保することができる。
【００４１】
また、レーザ加工では、窪み部７ｇの態様の制御が容易である。したがって、本実施形態によれば、燃料のリーク量の低減と摺動性能とをより効果的に実現し得る窪み部７ｇの態様を容易に実現することが可能である。
【００４２】
さらに、本実施形態によれば、レーザ加工によって生じる微小な突部、つまりレーザ加工による窪み部７ｇ（溝７ｇ1あるいは／及び点７ｇ2）の形成に起因する弊害物が第２研磨処理によって消失するので、プランジャ機構７における燃料のリーク量の低減と摺動性能とをより向上させることができる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、高圧燃料ポンプＰの一構成要素であるプランジャ機構７に適用するプランジャ装置の製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、高圧燃料ポンプＰ以外の各種装置に適用されるプランジャ装置の製造方法に適用することができる。
【００４４】
（２）上記実施形態では、図２に窪み部７ｇ（溝７ｇ1あるいは／及び点７ｇ2）の具体的な態様を示したが、本発明はこれに限定されない。レーザ加工を用いれば、様々な態様の窪み部７ｇを容易に形成することが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
Ｐ  高圧燃料ポンプ
Ｋ  加圧室
Ｒｉ  燃料吸入流路
Ｒｏ  燃料吐出流路
Ｌ  中心軸線
Ｒ１  下降流路
Ｒ２  上昇流路
Ｒ３  環状流路
１  第１ボディ
１ａ  下面
２  第２ボディ
２ａ  上面
２ｂ  環状溝
２ｃ  係合溝
３  流入部材
４  吐出部材
５  電磁弁
５ａ  駆動部
５ｂ  弁座
５ｃ  弁体
６  吐出弁
６ａ  弁座
６ｂ  弁体
７  プランジャ機構
７ａ  バレル
７ｂ  プランジャ
７ｃ  保持部材
７ｄ  戻しバネ
７ｅ  シリンダ
７ｆ  プランジャ摺動面
７ｇ  窪み部
【図１】
2017120045.tif 000003
【図２】
2017120045.tif 000004
【図３】
2017120045.tif 000005