(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒部と底部が一体の有底円筒形に形成され、前記底部を貫通して形成された流体の通路となる流路穴と、該流路穴に一部が重なるように形成され、スプリングを保持するスプリングシート部として機能する凹部を有した隔壁構造体であって、前記凹部を押出し手段により塑性加工で形成することにより、前記流路穴における前記スプリングの着座面にも材料の一部が流動していることを特徴とする隔壁構造体。
【請求項２】
前記流動穴における前記スプリングの着座面に流動した材料は、滑らかな面形状に流動していることを特徴とする請求項１に記載の流路穴を有する隔壁構造体。
【請求項３】
円筒部と底部が一体の有底円筒形に形成され、前記底部を貫通して形成された流体の通路となる流路穴と、該流路穴に一部が重なるように形成され、スプリングを保持するスプリングシート部として機能する凹部を有した隔壁構造体の製造方法であって、前記底部を貫通するように塑性加工で前記流路穴を形成する工程と、焼鈍を行なった後、前記凹部を押出しすると共に押出した材料を前記底部の他方の面に塑性流動させ、自由鍛造形状の前記流路穴を形成することにより、前記流路穴における前記スプリングの着座面にも材料の一部を流動させる工程とを含むことを特徴とする隔壁構造体の製造方法。
【請求項４】
円筒部と底部が一体の有底円筒形に形成され、前記底部を貫通して形成された流体の通路となる流路穴と、該流路穴に一部が重なるように形成され、スプリングを保持するスプリングシート部として機能する凹部を有した隔壁構造体の製造方法であって、予め、内径に端面流路と複数箇所の流路溝、バルブガイド穴を有する有底円筒の素材を冷間鍛造により成形し、前記有底円筒の素材を、第１の塑性加工工程で、前記複数箇所の流路溝に沿った位置に流路穴を前記有底円筒の素材の内径側から前記複数箇所プレス穴抜きし、第１塑性加工工程後、焼鈍処理を行なった前記有底円筒の素材を、スリーブを備えたダイス内に挿入し、前記流路穴は金型で拘束されないフリーの状態とし、前記複数箇所の流路穴に重なる外径φＤのパンチで押圧して、材料を前記スリーブの内径部に塑性流動させると共に、内径底部にばねを受けるスプリングシート穴を押出し成形することにより、前記流路穴における前記スプリングの着座面にも材料の一部を流動させたことを特徴とする隔壁構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体機器の隔壁部材とその製造方法に係り、特に直噴エンジンに用いられる高圧ポンプ等の制御バルブ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバルブホルダは、バー材から全切削により加工するか、特開昭６３−２２７９５２号公報にあるように、溝を備えたパンチで冷間鍛造して有底筒状に成形した後、隔壁部分の流路穴と凹状のスプリングシート部は切削加工していた。また、実開昭６０−９２７６５号公報には、上端フランジ部を塑性加工し、切削くず除去作業を不要とし、切削くずの除去不良による燃料漏れを防止するものが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開昭６３−２２７９５２号公報の例のように、流路穴や凹部を全て切削加工した場合、工程としてはまず流路穴を切削加工しその後に凹部を切削加工するかあるいは凹部を切削加工しその後に流路穴を加工するかである。前者の場合には流路穴加工時に流路穴開口部にバリ生じそのバリを巻き込みながら凹部を断続切削することになりバリが大量に発生するばかりか切削屑を巻き込んで加工面精度が低下すると共に断続切削によりツールの寿命が著しく短いなどの問題があった。後者の場合にも同様にバリや断続切削さらには凹部にドリルが寄せられて加工精度、ツール寿命が短い問題があった。
【０００４】
これら全切削の場合、加工した後のバリ取りは生産効率の面で問題であるばかりか高圧燃料ポンプのようにコンタミ（ごみ）が性能を大きく損なう製品に装着される場合には品質管理の点でも問題であった。
【０００５】
一方、本出願人は先に特願２０００−２３３２２２号として、新規な高圧燃料供給ポンプを提案している。この高圧燃料供給ポンプのバルブ制御装置には小型化を図るためレイアウト上、燃料流路穴と凹状のスプリングシート部が一部重なって設けることが必要で隔壁を底部に一体に有した有底円筒形状のバルブホルダ（保持部材）が装着されている。
【０００６】
このような、高圧ポンプの制御バルブにおけるバルブホルダのようにカップ状の底面に隔壁が一体に設けられている場合にはスペース的にバリの除去作業が極めて困難であった。
【０００７】
また、実開昭６０−９２７６５号公報に開示された上端フランジ部の塑性加工法を、形状の複雑な内部構造を有する上記有底円筒形状のバルブホルダの加工に適用することは出来ない。
【０００８】
切削や塑性加工以外の方法としては放電加工による方法もあるが生産性の面で著しく劣り、電極損耗や設備が高価などコスト高になる問題があった。
また、焼結や金属射出成形などの方法による場合、強度、耐摩耗性、シール性の点で問題があった。
【０００９】
本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目的は、小型化が図れ、バリの発生が無く、安価な設備で、生産性が高く、高精度で安価に製造できる隔壁構造体とその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、流体の通路となる流路穴と凹部を有した隔壁構造体であって、前記流路穴は前記隔壁を貫通し、前記流路穴と凹部とは一部が重なって配置され前記凹部は押出し手段により塑性加工で形成されており、前記流路穴は塑性流動による自由鍛造形状であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の特徴は、流体の通路となる流路穴と凹部を有した隔壁構造の製造方法であって、隔壁を貫通するように塑性加工で前記流路穴を形成する工程と、焼鈍を行なった後、前記凹部を押出しすると共に押出した材料を前記隔壁の他方の面に塑性流動させ、自由鍛造形状の前記流路穴を形成する工程とを含むことにある。
【００１２】
本発明では、基本的には隔壁構造体を次のように構成する。
（１）凹部を押出し手段により塑性加工で形成し、流路穴は塑性流動による自由鍛造形状とした。
これにより凹部を成形した際に押しのけられる材料は押出されるか流路穴に流動することで材料の流れ（塑性流動）を極端に妨げることがないのでバリの発生がない。
（２）流路穴を塑性加工により形成し、焼鈍を行なった後、凹部を押出し手段により隔壁の他方の面に流動させて形成するものを提案する。
【００１３】
このようにすれば、予め流路穴は塑性加工によるせん断で面粗度が得られ、また焼鈍により組織が微細になって塑性流動が容易で、凹部を押出した際に塑性流動により変形する流路穴内径面は流体に対して抵抗の小さい滑らかな面形状となる。
【００１４】
本発明によれば、隔壁構造体の内径部にバリを生ずることがなく、安価な設備で、流体が流れ易く、安定した性能を確保することができ、流体機器の小型、低コスト化が図れる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面に示した実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明による隔壁を有したバルブホルダを装着した高圧燃料供給ポンプの一例を示す縦断面図である。図２は図１の要部拡大図である。
【００１６】
高圧燃料供給ポンプは、筒内直接噴射式内燃機関に使用されるものであり、吸入口４７と吸入弁２０と電磁弁３０とポンププランジャ４２、シリンダ４８および吐出弁４５とをポンプハウジング４０に備えポンププランジャ４２に連結されたタペット４３を介して内燃機関のカム４４の回転によりポンププランジャ４２を往復駆動するものである。これらの部品の組み合わせ構造自体は周知なので詳細な説明は省略する。
【００１７】
１が本発明の特徴とするバルブホルダであり、後述するように、有底円筒形で円筒部の内径端面には端面流路が設けられ、その奥のバルブガイド穴、その外側に流路溝が塑性加工により設けられ、バルブガイド穴に吸入弁２０が摺動可能に嵌合さている。
【００１８】
電磁弁３０は、吸入弁２０を制御しポンプの吐出量を変化させるものである。その動作については後述する。電磁弁３０は、ポンプハウジング４０にリテーニングナット５０によってリング５１を介してフランジ３４を係止されながらポンプハウジング４０に押圧され取り付けられている。
【００１９】
電磁弁３０のプランジャガイド３３には、ガイド穴３５が形成されプランジャ３１を摺動可能にガイド嵌合している。またばね３２の付勢力によるプランジャ３１の軸方向の移動も規制している。バルブホルダ１はプランジャガイド３３とポンプハウジング４０との間に軸方向に挟持されている。プランジャガイド３３とバルブホルダ１、バルブホルダ１とポンプハウジング４０は軸方向においてお互いに面接触し、リテーニングナット５０の締め付け力により加圧室４１内の燃料が燃料導入通路４９に漏れないようにシールしている。
【００２０】
吸入弁２０はプランジャガイド３３の端面３７に着座シール可能にバルブホルダ１のバルブガイド穴３に摺動可能に嵌合され、吸入弁２０とバルブホルダ１の間にはばね２１が配置されている。吸入弁２０はプランジャ３１の先端に係合しばね２１より大きな付勢力からなるばね３２により開弁方向に付勢されている。
【００２１】
電磁弁３０の通電がオンされると、ばね３２の付勢力以上の電磁力を発生させ、プランジャ３１を電磁弁３０側に引き寄せたプランジャ３１と吸入弁２０は分離される。この状態であれば吸入弁２０はポンププランジャ４２の往復運動に同期して開弁する自動弁となる。したがって圧縮工程中、吸入弁２０は閉塞し加圧室４１の容積減少分の燃料は吐出弁４５を押し開き圧送される。よってポンプの最大吐出を行なうことが出来る。
【００２２】
これに対し電磁弁３０がオフした場合は、前述したようにばね３２の付勢力により、プランジャ３１は吸入弁２０に係合し、吸入弁２０を開弁状態に保持する。したがって圧縮工程時においても、加圧室４１の圧力は燃料導入通路４９とほぼ同等の低圧状態を保つため、吐出弁４５を開弁することができず加圧室４１の容積減少分の燃料は、流路穴４、流路溝４、端面流路５を通過して吸入弁２０を通りプランジャガイド３３のサイド穴３６から燃料導入通路４９へ戻される。よってポンプの吐出量をゼロとすることができる。
【００２３】
また、圧縮工程の途中で電磁弁３０をオンにすればこのときから燃料が圧送される。また一度圧送が始まれば加圧室４１の圧力が上昇するため、その後電磁弁３０をオフにしても吸入弁２０は閉塞状態を維持し、吸入工程の始まりと同期して自動閉弁する。
【００２４】
バルブホルダ１は、図３に示すように、有底円筒形で円筒部の内径端面には端面流路５が設けられその奥にバルブガイド穴３とその外側にバルブガイド穴３と連続した形の流路溝２がそれぞれ５箇所塑性加工により設けられている。また隔壁である底面には塑性加工により形成された貫通した流路穴４が円周上に５箇所配置され、バルブガイド穴３の中心軸に位置して流路穴４に一部が重なった凹状のスプリングシート穴６が塑性加工による押出しで形成され凸部７が形成されている。バルブホルダ１の製造法については、後で詳述する。
【００２５】
つぎに、本実施例にかかる流路穴を有する隔壁バルブホルダ１の、製造方法の第１の実施例を、図４〜図７を用いて説明する。図４の（ａ−１）〜（ｃ−１）はバルブホルダ１の冷間鍛造工程の一部を示す縦断面図、（ａ−２）〜（ｃ−２）は上視図である。材質は塑性加工性を考慮し、マルテンサイト系ステンレス鋼、例えばＳＵＳ４２０Ｊ２とする。ＳＵＳ４２０Ｊ２鋼は、焼入れ可能であり、耐食性、冷間加工性も良い。
【００２６】
図４（ａ−１）、（ａ−２）に示すように、予め、内径に端面流路２と５箇所の流路溝４、バルブガイド穴５を冷間鍛造により成形する。この有底円筒の素材１０を、第１の塑性加工工程で図４（ｂ−１）（ｂ−２）に示すように、５箇所の流路溝４に沿った位置に流路穴４´を有底円筒素材１０の内径側から同時に５箇所プレス穴抜きし素材１０´を得る。穴抜きによるせん断により流路穴４´の内径面は面粗度を得ることができる。次に焼鈍処理を行い穴抜きにより加工硬化した流路穴４´の組織を改善する。
【００２７】
図４（ｂ）の第１塑性加工工程後、焼鈍処理を行なった有底円筒の素材１０´´を、スリーブ５１を備えたダイス５０内に挿入し、５箇所の流路穴４´に重なる外径φＤのパンチ５２で押圧する。すなわち、図４（ｃ−１）（ｃ−２）に示す第２の塑性加工工程において、内径底部にばね２１を受けるスプリングシート穴６を押出し成形する。押出した材料は凸部７として形成される。
【００２８】
この時、流路穴４´は金型で拘束しないフリーの状態にしておく。これにより流路穴４とスプリングシート穴６間にバリが発生しない。パンチ５２で押しのけられた材料はスリーブ５１の内径部５３に流動する。
【００２９】
図５（ａ）は、第２の塑性加工工程（冷間鍛造工程）の塑性加工開始直前の状態を示し、図５（ｂ）は塑性加工完了の状態を示す。
【００３０】
図６は、本発明の第１の実施例の製造工程の一部を示す縦断面図であり、バルブストッパ面をサイジングした例を示している。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、パンチ５２の外側のリングパンチを押下てバルブのストッパ面を形成し、その後、パンチ５２を押下て底面にスプリングシート穴６を形成する。
【００３１】
押しのけられた全ての材料をスリーブ５１の内径部５３に流動させると、パンチ５２による破断（穴抜き状態）すなわち亀裂を発生することがあるためスリーブ５１の最大入口内径φｄとパンチ５２の外径φＤは望ましくはＤ＞ｄとし、スリーブ５１の内径入口にＲを設けることが望ましい。
【００３２】
これによりパンチ５２で押しのけられた材料のごく一部はフリーの状態にある流路穴４´にも流動し、スプリングシート穴６のばね着座面積が拡大する。すなわち、ばね２１の着座面幅Ｗは、図７（ａ）に示す流路穴４´への流動がゼロの場合のばね着座幅Ｗ０に対して、流路穴４´にも材料の一部が流動した場合には図７（ｂ）のようにＷ１に拡大する。
【００３３】
図８は、第１の実施例により製造されたバルブホルダにおける流路穴４の長手方向各断面の位置を表す縦断面図、図９は、図８の各位置Ａ〜Ｄにおける流路穴４の各断面図及び全体を重ねた図（Ａ０）である。流路穴４´は変形するが流路穴４の面積を大幅に損なうものではなく、これにより、流路穴４の内径面の形状は塑性流動による曲面からなる自由形状、すなわち自由鍛造形状となり、燃料の流れ対して抵抗の小さい滑らかな面形状となる。ここで、自由鍛造形状とは、型拘束しない鍛造面、換言すると非拘束成形面である。本実施例の場合、二枚貝の貝殻に似た半円と扇形とを組み合わせたような形状となる。
【００３４】
また、ばね２１の着座面幅が図７（ｂ）のようにＷ１に拡大するため、ばね力が弱く、線形の細いばね２１の安定性と耐摩耗性が向上する。
【００３５】
このように製造されたバルブホルダ はその後、端面切削、熱処理（焼入れ）、バレル（外周面のみがき）等を経て完成する。バリの除去が困難な内径部にバリを生じることが無く、後工程が簡素になる。
【００３６】
また、押出された材料は凸部７として底面に突出するため後工程の切削で取り除いてもよいがポンプの性能上問題とならない場合には特に除去する必要はない。
【００３７】
第１の実施例について、さらに説明を加える。
図１０の（ａ）は、第１の実施例におけるバルブホルダにスプリングを組み込んで上から見た図であり、図１０の（ｂ）は、比較のために示した従来技術（切削）により製造されたバルブホルダに、スプリングを組み込んだ状態を上から見た図である。また、図１１の（ａ）は、第１の実施例により製造されたバルブホルダにスプリングを組み込んだ縦断面図、図１１の（ｂ）は、比較のために示した従来技術（切削）により製造されたバルブホルダにスプリングを組み込んだ状態の縦断面図である。
【００３８】
本発明の第１の実施例によれば、図１０（ａ）、図１１（ａ）に示すように、ばね２１の着座面幅がＷ１に拡大するためスプリングが流路穴に突出せず、燃料の流れがスムーズになる。これに対し、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）に示すように、従来技術により製造したものでは、燃料の流れがスプリングに衝突して妨げられ、抵抗損失が大きくなる。
【００３９】
すなわち、図１２（ａ）は、本発明の第１の実施例おける、ポンプ吐出時における、燃料などの流体の流れ具合を示す図、図１２の（ｂ）は、比較のために示した従来技術における流体の流れ具合を示す図である。本発明によれば流路穴４の内径面の形状が塑性流動による曲面からなる自由形状（自由鍛造形状）となっているため、矢印で示すように、燃料の流れ対して抵抗の小さい滑らかな面形状となる。なお、ポンプ吸込時には、矢印と逆の方向になる。
【００４０】
上記のように実施例として円筒部と底部（隔壁）が一体の有底円筒形のバルブホルダで説明したが、本発明は、油圧、燃料系のバルブ部品その他各種のバルブホルダや隔壁を有する金属加工品にも適用できることは言うまでもない。図１３は、バルブホルダの第２の実施例になる隔壁の製造工程を示す説明図である。図１３に示すような円盤状の隔壁１５においても、第１の実施例と同様に形成することができる。すなわち、流路穴４に重なる外径のパンチ５２で押圧して、内径底部にスプリングシート穴６を押出し成形する。押出した材料は凸部７として形成される。
【００４１】
図１４は、本発明の第３の実施例の隔壁を有する有底円筒部品の斜視一部断面図である。図１４に示す様に、塑性加工により円筒１６の中間に隔壁１７が一体に形成されていても同様に形成することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、隔壁構造体の内径部にバリを生ずることがなく、安価な設備で、流体が流れ易く、安定した性能を確保することができ流体機器の小型、低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例に係るバルブホルダを筒内直接噴射式内燃機関の高圧燃料供給ポンプに装着した状態を示す縦断面図である。
【図２】  図１の要部拡大断面図である。
【図３】  第１の実施例に用いるバルブホルダの斜視一部断面図である。
【図４】  第１の実施例のバルブホルダの製造工程の一部を示す説明図である。
【図５】  第１の実施例のバルブホルダの製造工程の一部を示す縦断面図である。
【図６】  第１の実施例の製造工程の一部を示す縦断面図である。
【図７】  第１の実施例のバルブホルダの上面図である。
【図８】  第１の実施例により製造されたバルブホルダにおける流路穴の長手方向各断面の位置を表す縦断面図である。
【図９】  図８の各位置Ａ０〜Ｄにおける流路穴の各断面図及び全体を重ねた図である。
【図１０】  （ａ）は、第１の実施例におけるバルブホルダにスプリングを組み込んで上から見た図であり、（ｂ）は、比較のために示した従来技術により製造されたバルブホルダに、スプリングを組み込んだ状態を上から見た図である。
【図１１】  （ａ）は、第１の実施例により製造されたバルブホルダにスプリングを組み込んだ縦断面図、（ｂ）は、比較のために示した従来技術により製造されたバルブホルダにスプリングを組み込んだ状態の縦断面図である。
【図１２】  （ａ）は、本発明の第１の実施例おける、ポンプ吐出時における流体の流れ具合を示す図、（ｂ）は、比較のために示した従来技における流体の流れ具合を示す図である。
【図１３】  第２の実施例のバルブホルダ隔壁の製造工程を示す説明図である。
【図１４】  第３の実施例の隔壁を有する有底円筒部品の斜視一部断面図である。
【符号の説明】
１−−バルブホルダ、２−−流路溝、３−−バルブガイド穴、４−−流路穴、５−−端面流、６−−スプリングシート穴、７−−凸部、２０−−吸入弁、３０−−電磁弁。
【図１】
0003833505.tif 000002
【図２】
0003833505.tif 000003
【図３】
0003833505.tif 000004
【図４】
0003833505.tif 000005
【図５】
0003833505.tif 000006
【図６】
0003833505.tif 000007
【図７】
0003833505.tif 000008
【図８】
0003833505.tif 000009
【図９】
0003833505.tif 000010
【図１０】
0003833505.tif 000011
【図１１】
0003833505.tif 000012
【図１２】
0003833505.tif 000013
【図１３】
0003833505.tif 000014
【図１４】
0003833505.tif 000015