JP2007100696A - 成形接続ヘッド付き圧力管 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、配管（１６）の先端に冷間成形で製造された接続ヘッド（１）を有する圧力管、例えば高圧燃料噴射管に関し、接続ヘッドの冷間成形後に、すえ込み皺も狭隘内径部も存在しない、圧力管並びにその圧力管の製造工具を提供する。
【解決手段】接続ヘッド（１）が截頭円錐状をし、外周面に環状シール面（１３）を有し、このシール面（１３）が、加圧段部（１０）を介して導入されたバイアス力により、相応した座を備えた接続部材に押し付けられる。その場合、配管（１６）の外周面は、加圧段部（１０）の面と９０°より大きな角度を成している。
【選択図】図２

Description

本発明は、成形接続ヘッド付き圧力管に関し、特に、すえ込み成形接続ヘッド付きの高圧燃料噴射管に関する。

本発明の対象とする圧力管は、燃料を燃料噴射装置に供給するための燃料噴射管として利用され、あるいはまた、液圧管として利用される。圧力管を他の構成要素に気密に接続するために、圧力管の先端は截頭円錐状に形成されている。かかる接続ヘッドの安価な製造例として、従来、冷間成形法が実証されている。従来公知の製法による製品は、例えば特許文献１および特許文献２に燃料管を例に示されている。

この従来技術は添付図１にも示され、この図１は、截頭円錐状接続ヘッドと圧力管のすえ込みによって変形された管内部を断面図で示している。圧力管が接続されようとする部品に対するシールは、この従来の例では、接続ヘッドの傾斜外周面と袋ナット（図示せず）により行われる。その袋ナットは、加圧段部２を介して圧力管にバイアス力を与え、これにより、圧力管ないし接続ヘッドの傾斜外周面は、被接続部品の座に押し付けられる。

もっとも、従来において、冷間成形時ないしすえ込み時における管壁の半径方向外側への変位により、管の内周面に深く尖った環状すえ込み皺（しわ）４が生ずる。しかも、燃料噴射管は、運転中、大きな膨らませ内圧を受け、このために、すえ込み皺４は、圧力管に疲労破壊を生じさせる。また、接続ヘッドの領域における内径は一様でなく、種々の狭隘部５ａ、５ｂを有する。これらの狭隘部５ａ、５ｂは、燃料流に絞りを生じさせ、また、横断面積の変化により、圧力変動およびそれに伴うキャビテーションが発生する危険がある。従来、この不等の内径並びにすえ込み皺に対して、管の内径が端面において円錐リーマにより、すえ込み皺４並びに狭隘部５ａ、５ｂが除去されるまで、リーマ通しされることによって対処されている。この再加工は管内部における表面特性に不利に作用し、その際、冷間加工で発生するすえ込み皺が、確実に残らず除去されねばならない。

高圧技術分野において、例えば船舶エンジンで利用されるような約１６００バール以上の燃料噴射圧力において、上述した問題は特に表面化する。高い圧力の可能性に対処するために、管の外径と内径との直径比を相応して適合させねばならない。即ち、内径に比べて大きな外径を選定し、これにより、厚肉の管壁を形成しなければならない。もっとも、この処置は限界があり、高張力材料から成る管の使用が必要である。しかし、引張り強度が増大すればするほど、材料の延性が低下し、従って、成形性も低下する。伸び率ＡがＡ＜２０％の管材料の場合、接続ヘッドの成形時、明らかに深いすえ込み皺が発生する危険がある。かかるすえ込み皺は、上述の円錐リーマによるリーマ通しでは、完全に除去できない。

上述の特許文献２は、そのようなすえ込み皺を防止するために、接続ヘッドの加圧段部上に段付き接続座金を利用することを提案している。この従来技術は、高価な段付き接続座金の利用、並びに、この従来技術で選択された方法では冷間成形時における内径の変形が回避されない、という欠点がある。従って、従来において、高張力鋼における圧力管の変形加工が完全に放棄され、その代わりに、圧力管の接続ヘッドが切削加工で形成されることが知られている。
米国特許第６２８６５５６号明細書 独国特許出願公開第１０３５８３７３号明細書

上述の従来技術から出発して、本発明の課題は、接続ヘッドの冷間成形後に、すえ込み皺も狭隘内径部も存在しない、圧力管並びにその圧力管の製造工具を提供することにある。

この課題は、本発明の独立請求項に応じて解決される。本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

本発明の第１の観点として、例えばディーゼルエンジンの燃料噴射装置の燃料噴射管として利用される圧力管に、截頭円錐状に成形された接続ヘッドが設けられている。それに応じて、圧力管は配管と接続ヘッドを有している。その場合、接続ヘッドは、配管の先端に例えば冷間成形法で作られる。主に截頭円錐体となっている接続ヘッドは、側面における外周面と、管端における端面と、幾何学的截頭円錐体の基礎面の一部から成っている。この幾何学的基礎面の内部は:残りの圧力管と一体に結合され、基礎面の外側露出部分は、基礎面の内部と同じ面に位置していない。従って、接続ヘッドはここでは截頭円錐状と呼ばれ、幾何学的に申し分ない截頭円錐体を形成していない。外周面に、対向部材に対して接続ヘッドを密封するための面が形成されている。その対向部材は例えばディーゼルエンジンの燃料噴射装置の一部である。端面に管開口が形成され、端面と反対の側に、シール面の密封のために必要なバイアス力を導入するための加圧段部が形成されている。成形されていない圧力管の外周面、即ち、配管の外周面は、加圧段部の面と９０°より大きな角度を成している。

このような加圧段部および圧力管の外周面の配置によれば、加圧段部は少なくとも僅かに傾斜され、これにより、接続ヘッドにおける均一な面取り斜面経過が得られる。均一な面取り斜面経過によって、特に加圧段部から圧力管の外周面への移行部の危険部位において、接続ヘッドの運転強度が向上される。さらに、この加圧段部の形状はすえ込み皺発生を減少する。

本発明の有利な実施態様において、圧力管の内周面が接続ヘッドの領域において外側から内側に円錐状に徐々に狭くなっている。この先細りテーパは、すえ込み過程中に、相応したすえ込み型心棒により形成される。即ち、すえ込み中、圧力管の内径が僅かに広げられる。従って、圧力管の製造の際のすえ込み型心棒の利用によって、圧力管の内面に変形が生ぜず、これにより、一様に延びる内径を形成するための円錐リーマによる再加工は不要となる。従って、接続ヘッドの領域における圧力管の内面における表面品質が改善される。

本発明の他の実施態様において、接続ヘッドの外周面が、シール面と加圧段部との間の部位に、凹面状湾曲部を有している。相応して成形されたすえ込み型による冷間成形時に形成される接続ヘッドにおける湾曲部は、加圧段部の下側における材料体積を減少させる。それに応じて、冷間成形の際、圧力管の材料が内径の方向に移動されず、それから離れる方向に移動され、これにより、内径に狭隘部が生じないことが注目される。

本発明の他の実施態様において、接続ヘッドの管開口に、自緊シール面として面取り斜面が設けられている。この面取り斜面は自緊時におけるシール面の損傷を防止するために用いられる。燃料圧力管は、疲れ強度を高めるために一般に自緊される。そのために、管は一時的に高い内圧がかけられ、この内圧がその圧力除去後に塑性変形のために残留圧縮応力を生じさせる。自緊圧力が圧力管の将来の運転圧力よりかなり高いので、截頭円錐状接続ヘッドの外周面の本来のシール面におけるシールが避けられる。自緊時における密封性を保証するために必要な自緊シール面への大きな力は、無圧状態において塑性変形を生じさせ、これにより、自緊シール面の損傷を生じさせる。その場合、面取り斜面は、すえ込み型の相応した形状によって、接続ヘッドのすえ込み時に既に成形される。それに応じて、ここで述べた本発明に基づく実施態様によって、接続ヘッドが後述する本発明に基づくすえ込み型による上述した製造過程で製造されることにより、圧力管接続ヘッドの再加工は不要となる。

本発明の他の実施態様において、外周面におけるシール面が球形に形成されている。これにより、特に接続ヘッドの軸線と対向部材の軸線との間に角度偏差がある場合でも、シール面における圧力分布が改善される。また、シール面の機械的損傷時、シール面を簡単に再研削することができる。接続ヘッドの凹面状湾曲部との組合せで、シール面の再研削の際に接続ヘッドの外周面に研削切欠きが生じないことが保証される。

本発明の他の実施態様において、加圧段部が主に平らに形成され、これにより、圧力管の包み込み時に加圧段部に接する圧力リングの組立および幾何学形状が単純化される。

本発明の第２の観点において、すえ込むべき接続ヘッドの外側輪郭に相当する截頭円錐状に内側に徐々に狭くなる凹所を備えた圧力管を接続ヘッドの形にすえ込むためのすえ込み型が提案される。そのすえ込み型は、圧力管の配管の外側面と９０°より大きな角度を成した加圧段部を備えた接続ヘッドをすえ込み時に発生する形状を有している。

ここでは、すえ込み型は必ずしも単一品として形成されず、好適には、２つの部分から成り、その第１部分は第２部分に対する対向部材である。即ち、第１部分は管端に押し付けられ、第２部分は接続ヘッドの加圧段部を形成する。

本発明の第２の観点の実施態様において、凹所がすえ込み型の第１部分に凸面状膨出部を有し、これにより、接続ヘッドは外周面に上述した湾曲部が形成される。

本発明の第２の観点の他の実施態様において、すえ込み型の第１部分に、圧力管の管開口に挿入される心棒が設けられ、これにより、すえ込むべき圧力管の内径が変化しなくなる。そのために、心棒の外径は圧力管の内径とほぼ一致していなければならない。

さらに、本発明の第２の観点は、心棒が円錐状に形成される。その場合、心棒の基礎面は、すえ込むべき圧力管の内径より大きな外径を有している。従って、すえ込み時に、圧力管の内径が広がり、これにより、内径に変形を生じさせることが防止される。

さらにまた、本発明の第２の観点におけるすえ込み型は、圧力管の管開口に面取り斜面を形成するために、心棒の基礎面に別の斜面が設けられるように形成される。既に述べたように、管端における面取り斜面は、これが自緊過程中に圧力管のシールとして利用されるという利点を有する。従って、本発明によれば、シール面として、圧力管の後でのシール面は利用されない。面取り斜面をできるだけ安価に製造するために、面取り斜面は冷間成形過程で形成され、このため、すえ込み型に相応した斜面を設けなければならない。

他の実施態様において、すえ込み型の心棒も截頭円錐状に形成され、心棒を圧力管に対して簡単に同軸的に整列するために、心棒の端面に別の面取り斜面が設けられる。

以下図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

図２は、接続ヘッド（１）と配管（１６）を備えた燃料噴射管の管端を示している。傾斜された加圧段部（１０）に、例えば袋ナット（図示せず）で包み込む際に必要とされる圧力リング（１１）が接触支持される。截頭円錐状接続ヘッドの外周面は、一方では、凹所（１２）を、他方では、シール面（１３）を有している。シール面（１３）は、燃料噴射装置（図示せず）から成る対向部材に対して圧力管を密封する。圧力管の内周面（１７）に、接続ヘッド（１）の領域において、内部テーパ（９）が形成されている。内部テーパ（９）は端面（１８）に管開口（１９）を形成している。加圧段部（１０）は配管（１６）の外周面と、９０°より大きな角度を成している。この角度は、好適には、１００°〜１１０°である。この角度範囲が圧力リング（１１）の荷重にとって有利である。接続ヘッドの高さＨも同様に、すえ込み皺発生に影響を与え、外径が１０ｍｍより大きな圧力管に対して、（０．５〜１．０）×管外径の範囲にある。内部テーパ（９）の基礎面における管内径は、即ち、圧力管の端面における広がりは、（１．０２〜１．４）×配管内径の範囲でなければならない。接続ヘッドのシール面が球形に形成されていることによって、圧力管の軸線と対向部材の軸線との間に角度偏差がある場合でも、シール面の円周にわたって一様な圧力分布が得られる。

図３には、本発明の第２の観点の実施例が、即ち、すえ込み（鍛造）型の第１部分が示されている。この第１部分は圧力管をすえ込むために圧力管端に押し付けられる。すえ込み型（７）は、截頭円錐状に形成された心棒（８）を有している。心棒（８）の脚あるいは基礎面に、接続ヘッドに面取り斜面（１４）を形成するために斜面（１５）が設けられている。端面（６）は面取り斜面を介して截頭円錐体の外周面につながっている。すえ込み型部分は凹所（２０）を有し、この凹所（２０）は、すえ込むべき接続ヘッドの母型を桶状に形成し、従って、桶の形状において膨出部（３）を備える。心棒（８）の長さは、少なくとも１．５×（接続ヘッド高さＨ）でなければならない。

従来の接続ヘッド付き圧力管端の断面図。 本発明に基づく接続ヘッド付き圧力管端の断面図。 本発明に基づくすえ込み部分の断面図。

符号の説明

１ 接続ヘッド
２ 従来の加圧段部
３ 膨出部
４ すえ込み皺（しわ）
５ａ，５ｂ 内径における狭隘部
６ すえ込み型の端面
７ すえ込み型
８ 心棒
９ 内部テーパ
１０ 本発明に基づく加圧段部
１１ 圧力リング
１２ 外周面の凹所
１３ シール面
１４ 面取り斜面
１５ 斜面
１６ 配管
１７ 内周面
１８ 端面
１９ 開口
２０ 凹所

Claims (13)

1. 内燃機関の燃料噴射装置に接続するための配管（１６）の先端における截頭円錐状成形接続ヘッド（１）を備え、該接続ヘッド（１）は、外周面に、接続ヘッド（１）を接続部材に対して密封するための環状シール面（１３）を有し、端面（１８）に管開口（１９）を有し、さらに端面（１８）と反対側の面に、シール面（１３）の密封のために必要なバイアス力を導入するための配管（１６）が接する加圧段部（１０）を有してなる成形接続ヘッド付き圧力管において、配管（１６）の外周面が、加圧段部（１０）の面と９０°より大きな角度を成していることを特徴とする成形接続ヘッド付き圧力管。
2. 圧力管の内周面（１７）が、接続ヘッド（１）の領域において外側から内側に向かって円錐状に徐々に狭くなっていることを特徴とする請求項１に記載の圧力管。
3. 接続ヘッド（１）の外周面が、シール面（１３）と加圧段部（１０）との間の部位に、凹面状湾曲部（１２）を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力管。
4. 管開口（１９）がその周囲に面取り斜面（１４）を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の圧力管。
5. 接続ヘッド（１）が冷間成形接続ヘッドであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の圧力管。
6. シール面（１３）が球形に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の圧力管。
7. 加圧段部（１０）が平らに形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の圧力管。
8. 圧力管を接続ヘッド（１）の形にすえ込むための少なくとも２つの部分から成るすえ込み型（７）であって、その第１部分が、ほぼ截頭円錐状に内側に向けて徐々に狭くなっている凹所（２０）を備え、該凹所（２０）の内側輪郭がすえ込むべき接続ヘッド（１）の外側輪郭に相当し、第２部分が、すえ込むべき接続ヘッド（１）の加圧段部（１０）を形成するための凹所を有しているすえ込み型（７）において、第２部分が、すえ込むべき接続ヘッド（１）が配管（１６）の外側面と９０°より大きな角度を成した面を備えた加圧段部（１０）を有するように形成されていることを特徴とする圧力管を接続ヘッド（１）の形にすえ込むためのすえ込み型（７）。
9. 凹所（２０）が、その側面にすえ込み型（７）の凸面状膨出部（３）を有していることを特徴とする請求項８に記載の圧力管を接続ヘッド（１）の形にすえ込むためのすえ込み型（７）。
10. すえ込み型の第１部分が、管開口（１９）に挿入するための心棒（８）を有し、該心棒（８）の外径が、すえ込むべき圧力管の内径に相当していることを特徴とする請求項８又は９に記載の圧力管を接続ヘッド（１）の形にすえ込むためのすえ込み型（７）。
11. 心棒（８）が円錐状に形成され、心棒（８）の基礎面が、すえ込むべき圧力管の内径より大きな外径を有していることを特徴とする請求項１０に記載の圧力管を接続ヘッド（１）の形にすえ込むためのすえ込み型（７）。
12. 心棒（８）が、圧力管のすえ込み時に管開口（１９）に面取り斜面（１４）を形成するために、基礎面の部位に斜面（１５）を有していることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の圧力管を接続ヘッド（１）の形にすえ込むためのすえ込み型（７）。
13. 心棒（８）が、截頭円錐状に形成され、心棒（８）を圧力管に対して同軸的に整列するために、端面（６）に面取り斜面が設けられていることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか１つに記載の圧力管を接続ヘッド（１）の形にすえ込むためのすえ込み型（７）。

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