JP2007051575A

JP2007051575A - 燃料ポンプ用プランジャ駆動構造および燃料ポンプ用プランジャ支持用針状ころ軸受

Info

Publication number: JP2007051575A
Application number: JP2005236584A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kataoka; 雅彦片岡
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2005-08-17
Publication date: 2007-03-01

Abstract

【課題】回転時のトルク損失を低減して、かつ、潤滑性に優れた燃料ポンプ用プランジャ駆動構造を提供する。
【解決手段】燃料ポンプ１１は、偏心部１２ａを有する回転軸１２と、回転軸１２の偏心部１２ａを支持する針状ころ軸受１３と、針状ころ軸受１３上の外輪に当接して放射状に配置されるタペット１４と、タペット１４上に配置され、回転軸１２の回転により往復運動するプランジャ１５とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、ディーゼルエンジン等に使用される燃料ポンプ用プランジャ駆動構造、および燃料ポンプ用プランジャを支持する針状ころ軸受に関するものである。

従来、ディーゼルエンジン等に使用される燃料ポンプは、特開平３−１７５１５８号公報（特許文献１）に記載されている。同公報に記載されている燃料ポンプ１は、図７に示すように、偏心部２ａを有する回転軸２と、回転軸２の偏心部２ａを支持する滑り軸受３と、滑り軸受３上に外輪４を介して放射状に配置されるタペット５と、タペット５上に配置され、回転軸２の回転により往復運動するプランジャ６とを備える。

上記構成の燃料ポンプ１は、プランジャ６の上下動によってインレットバルブ（図示せず）、およびアウトレットバルブ（図示せず）を開閉して燃料の吸入と圧送を行う。また、偏心部２ａの周辺は、常に燃料で満たされており、燃料は偏心部２ａの周辺の潤滑油としても機能する。

このような燃料ポンプ１のプランジャ６を支持する軸受は、大きい荷重を支持可能で、かつ、小型化の要求を満たすために、負荷容量が高く、径方向の厚み寸法が小さい滑り軸受３が用いられることが多い。
特開平３−１７５１５８号公報

滑り軸受３は回転時の摩擦抵抗が大きいので、上記構成の燃料ポンプ１はトルク損失が大きいという問題がある。また、燃料として使用される軽油は、環境への配慮から硫黄分が低減されており、潤滑剤としての機能は低下している。そのため、偏心部２ａ周辺の潤滑性能の向上が求められている。

そこで、この発明の目的は、回転時のトルク損失を低減して、かつ、潤滑性に優れた燃料ポンプ用プランジャ駆動構造を提供することである。

この発明に係る燃料ポンプ用プランジャ駆動構造は、偏心部を有する回転軸、外輪と、外輪の軌道面に沿って配置される複数の針状ころとを備え、偏心部を支持する針状ころ軸受、および外輪に当接し、回転軸の回転により往復運動するプランジャを備える。

上記構成の燃料ポンプ用プランジャ駆動構造は、プランジャを支持する軸受として針状ころ軸受を使用するので、トルク損失が少なく潤滑性も高い。また、ころ径の小さい針状ころを使用するので、燃料ポンプの小型化の要求も満たすことができる。

この発明の他の局面に係る燃料ポンプ用プランジャ駆動構造は、回転軸、円周方向で径方向の厚み寸法が異なる偏心内輪と、外輪と、偏心内輪および外輪の間に配置される複数の針状ころとを備え、回転軸を支持する針状ころ軸受、および外輪に当接し、回転軸の回転により往復運動するプランジャを備える。

上記構成の燃料ポンプ用プランジャ駆動構造は、針状ころ軸受を使用することによって得られる上記の効果に加えて、円周方向で径方向の厚み寸法が異なる偏心内輪を使用することによって、回転軸に偏心部を設ける必要がなくなる。その結果、製造コストを低減した燃料ポンプを得ることができる。

好ましくは、外輪は窒素富化層を有し、窒素富化層におけるオーステナイト結晶粒の粒度番号は１０番を超える。このように、外輪のオーステナイト結晶粒を微細化することにより、長寿命で割れ強度が向上し、さらに、経年寸法変化率も減少させることができる。その結果、耐久性に優れた燃料ポンプを得ることができる。

好ましくは、外輪の外径面は凹形状の微小なくぼみを有し、外径面の軸方向面粗さＲｑｎｉ（Ｌ）と円周方向面粗さＲｑｎｉ（Ｃ）とは、Ｒｑｎｉ（Ｌ）／Ｒｑｎｉ（Ｃ）＜１．０の関係を有し、表面凹凸の分布曲線の歪度ｓｋは、ｓｋ＜−１．６の範囲内にある。

このように、外輪の外径面に微小なくぼみを設けることにより、油膜形成性が向上する。さらに、外径面と当接する部材の摩耗やピーリング損傷を抑制できるので、潤滑性に優れた長寿命の燃料ポンプを得ることができる。

好ましくは、針状ころ軸受は、隣接する針状ころが互いに接触する総ころ軸受である。針状ころ軸受は、針状ころの収容本数が多いほど負荷容量が高くなるので、針状ころを最大限収容した総ころ軸受とすることによって、耐荷重性に優れたプランジャ支持用軸受を得ることができる。

この発明に係る燃料ポンプのプランジャ支持用針状ころ軸受は、円周方向で径方向の厚み寸法が異なる偏心内輪と、回転軸の回転により往復運動するプランジャと当接する外輪と、偏心内輪および外輪の間に配置される複数の針状ころとを備える。

針状ころ軸受は、滑り軸受と比較して回転時のトルク損失が少なく、潤滑性に優れている。また、径方向の厚み寸法が小さいので、燃料ポンプの小型化の要求も満たすことができる。さらに、偏心内輪を使用することにより回転軸に偏心部を設ける必要がなくなるので、上記構成の針状ころ軸受を使用することにより、高効率で潤滑性に優れ、かつ、低コストの燃料ポンプを得ることができる。

プランジャを支持する軸受として針状ころ軸受を使用することにより、高効率で潤滑性に優れた燃料ポンプ用プランジャ駆動構造を得ることができる。

図１および図２を参照して、この発明の一実施形態に係る燃料ポンプ用プランジャ駆動構造を説明する。

燃料ポンプ１１は、図１に示すように、偏心部１２ａを有する回転軸１２と、回転軸１２の偏心部１２ａを支持する針状ころ軸受１３と、針状ころ軸受１３の外輪に当接して放射状に配置されるタペット１４と、タペット１４上に配置され、回転軸１２の回転により往復運動するプランジャ１５とを備える。

また、針状ころ軸受１３は、図２に示すように、内輪１３ａと、外輪１３ｂと、内輪１３ａおよび外輪１３ｂの間に配置される複数の針状ころ１３ｃと、針状ころ１３ｃを保持する保持器１３ｄとを備える。または、内輪１３ａを有さず、外輪１３ｂの軌道面に沿って針状ころ１３ｃが配置されるタイプの針状ころ軸受１３であってもよい。

針状ころ軸受１３は、滑り軸受と比較すると負荷容量は低いが、回転時のトルク損失が少なく潤滑性にも優れている。さらに、針状ころ１３ｃはころ径が小さいので、燃料ポンプ１１の小型化の要求も満たすことができる。したがって、プランジャ１５を支持する軸受として、滑り軸受に代えて図２に示したような針状ころ軸受１３を使用することにより、高効率で潤滑性に優れた燃料ポンプ１１を得ることができる。

次に、図３および図４を参照して、この発明の他の実施形態に係る燃料ポンプ用プランジャ駆動構造を説明する。

燃料ポンプ２１は、図３に示すように、回転軸２２と、回転軸２２を支持する針状ころ軸受２３と、針状ころ軸受２３の外輪に当接して放射状に配置されるタペット２４と、タペット２４上に配置され、回転軸２２の回転により往復運動するプランジャ２５とを備える。

また、針状ころ軸受２３は、図４に示すように、円周方向で径方向の厚み寸法が異なる偏心内輪２３ａと、外輪２３ｂと、偏心内輪２３ａおよび外輪２３ｂの間に配置される複数の針状ころ２３ｃと、針状ころ２３ｃを保持する保持器２３ｄとを備える。

この針状ころ軸受２３は、偏心内輪２３ａを有するので、回転軸２２に偏心部を設ける必要がなくなる。その結果、図１および図２に示した実施形態で得られる効果に加えて、回転軸２２の製造コストを低減することが可能となる。

図２および図４に示したような針状ころ軸受１３，２３は、針状ころ１３ｃ，２３ｃを保持する保持器１３ｄ，２３ｄを有するが、これに限ることなく、保持器１３ｄ，２３ｄを有さず、隣接する針状ころ１３ｃ，２３ｃが互いに接触する総ころ軸受であってもよい。針状ころ軸受１３，２３は、針状ころ１３ｃ，２３ｃの収容本数が多いほど負荷容量が高くなるので、針状ころ１３ｃ，２３ｃを最大限収容した総ころ軸受とすることによって、耐荷重性に優れたプランジャ支持用軸受を得ることができる。

また、図２および図４に示したような針状ころ軸受１３，２３は、その機械的性質を向上させるために、例えば、図５に示す方法で熱処理を施すことが好ましい。

図５に示す熱処理は、一次焼入れとして浸炭窒化処理の工程と、二次焼入れとして普通焼入れと焼戻しとの工程を有する。具体的には、浸炭窒化処理において、軸受部品を炭素および窒素雰囲気中で８５０℃程度まで加熱し、鋼の素地に炭素や窒素を拡散させ窒素富化層を形成した後、常温まで冷却する。次に、浸炭窒化処理での加熱温度未満でＡ_１変態点以上の温度、例えば、８００℃程度に加熱し、その後冷却する油焼入れを行う。そして、組織の安定化および残留応力の除去を目的として、Ａ_１変態点以下の温度、例えば、１８０℃程度で焼戻しを行う。

上記方法で熱処理を行うことにより、１回焼入れの場合と比較してオーステナイト結晶粒を従来の２分の１程度まで微細化することが可能となる。これにより、従来の結晶粒径は、ＪＩＳＧ０５５１（ＪａｐａｎｅｓｅＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＳｔａｎｄａｒｄｓ）に示す粒度番号で１０番以下であったのに対し、上記熱処理を施すことにより、１０番を超えて、例えば、１２番程度の微細結晶粒を得ることができる。

このように、オーステナイト結晶粒を微細化することにより、転動疲労特性が向上する他、割れ強度の向上、経年寸法変化率の減少等の効果が期待できる。そして、このような針状ころ軸受１３，２３を使用することにより、耐久性に優れた燃料ポンプ１１，２１を得ることができる。

なお、図６に示すように、浸炭窒化処理後にＡ_１変態点以下の温度まで冷却し、連続して焼入れ処理を行っても同様の組織を得ることができる。また、上記の各熱処理は、タペット１４，２４と直接当接する外輪１３ｂ，２３ｂに施す他、内輪１３ａ，２３ａや針状ころ１３ｃ，２３ｃ等にも適用可能である。

また、図２および図４に示したような針状ころ軸受１３，２３の外輪１３ｂ，２３ｂの外径面には凹形状の微小なくぼみを形成し、軸方向面粗さＲｑｎｉ（Ｌ）と円周方向面粗さＲｑｎｉ（Ｃ）とを、Ｒｑｎｉ（Ｌ）／Ｒｑｎｉ（Ｃ）＜１．０、表面凹凸の分布曲線の歪度ｓｋを、ｓｋ＜−１．６、さらに好ましくは、−４．９＜ｓｋ＜−１．６の範囲内に設定する。

Ｒｑｎｉ（Ｌ）／Ｒｑｎｉ（Ｃ）＜１．０となる場合とは、外径面の周方向に沿って大きな凹凸があり、軸方向に沿って深い溝が形成されている状態である。また、ｓｋ値が負の値となる場合とは、凸部の頂上が平坦で角が丸みを帯びた状態である。

上記構成とすることにより油膜形成性が向上し、外輪１３ｂ，２３ｂの外径面と接触するタペット１４，２４の摩耗やピーリング損傷を抑制することが可能となる。その結果、長寿命の燃料ポンプ１１，２１を得ることができる。

なお、Ｒｑとは、ＪＩＳＢ０６０１に規定する二乗平均平方根粗さを指し、所定方向の基準長さｌｒにわたって山高さＺを測定することにより以下の式で算出され、Ｒｑｎｉ（Ｌ）は、軸方向に基準長さを取り、Ｒｑｎｉ（Ｃ）は、円周方向に基準長さを取ったときの値を指す。

また、ｓｋ値とは、ＪＩＳＢ０６０１に規定する表面凹凸の部分布曲線の歪度Ｒｓｋを指し、以下の式で算出される。この発明においては、軸方向と円周方向それぞれがｓｋ＜−１．６を満たす。

この微小くぼみは、例えば、バレル研磨によって形成する。その際、研磨機の回転速度、加工時間、ワーク投入量、チップの種類や大きさを選択することにより、所望の表面性状を得ることができる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、燃料ポンプ用のプランジャ駆動構造に有利に利用される。

この発明の一実施形態に係る燃料ポンプ用プランジャ駆動構造を示す図である。図１に使用される針状ころ軸受を示す図である。この発明の他の一実施形態に係る燃料ポンプ用プランジャ駆動構造を示す図である。図３に使用される針状ころ軸受を示す図である。この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受に施される熱処理工程の一例を示す図である。この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受に施される熱処理工程の他の一例を示す図である。従来の燃料ポンプ用プランジャ駆動構造を示す図である。

符号の説明

１，１１，２１燃料ポンプ、２，１２，２２回転軸、２ａ，１２ａ偏心部、３滑り軸受、４外輪、５，１４，２４タペット、６，１５，２５プランジャ、１３，２３針状ころ軸受、１３ａ，２３ａ内輪、１３ｂ、２３ｂ外輪、１３ｃ，２３ｃ針状ころ、１３ｄ，２３ｄ保持器。

Claims

偏心部を有する回転軸、
外輪と、前記外輪の軌道面に沿って配置される複数の針状ころとを備え、前記偏心部を支持する針状ころ軸受、および
前記外輪に当接し、前記回転軸の回転により往復運動するプランジャを備える、燃料ポンプ用プランジャ駆動構造。
回転軸、
円周方向で径方向の厚み寸法が異なる偏心内輪と、外輪と、前記偏心内輪および前記外輪の間に配置される複数の針状ころとを備え、前記回転軸を支持する針状ころ軸受、および
前記外輪に当接し、前記回転軸の回転により往復運動するプランジャを備える、燃料ポンプ用プランジャ駆動構造。
前記外輪は、窒素富化層を有し、
前記窒素富化層におけるオーステナイト結晶粒の粒度番号は１０番を超える、請求項１または２に記載の燃料ポンプ用プランジャ駆動構造。
前記外輪の外径面は、凹形状の微小なくぼみを有し、
前記外径面の軸方向面粗さＲｑｎｉ（Ｌ）と円周方向面粗さＲｑｎｉ（Ｃ）とは、
Ｒｑｎｉ（Ｌ）／Ｒｑｎｉ（Ｃ）＜１．０
の関係を有し、
表面凹凸の分布曲線の歪度ｓｋは、
ｓｋ＜−１．６
の範囲内にある、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料ポンプ用プランジャ駆動構造。
前記針状ころ軸受は、隣接する前記針状ころが互いに接触する総ころ軸受である、請求項１〜４のいずれかに記載の針状ころ軸受。
円周方向で径方向の厚み寸法が異なる偏心内輪と、
回転軸の回転により往復運動するプランジャと当接する外輪と、
前記偏心内輪および前記外輪の間に配置される複数の針状ころとを備える、燃料ポンプ用プランジャ支持用針状ころ軸受。