JP2010505627A - 筒状のハウジングおよび該ハウジングを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

筒状のハウジングが、円形の横断面を有する１つの同軸的な開口（２）と、筒状のハウジングの長手方向軸線に対して平行に延びる、楕円形の横断面を有する少なくとも１つの管路とを有している。円筒状のハウジングを製造するために、筒状のブランクに、大きな直径を有する１つの同軸的な開口（２）と、該開口（２）に対して平行に延びる、小さな直径を有する少なくとも１つの孔とが形成され、引き続き、同軸的な開口にマンドレルが導入され、その後に、筒状のハウジングを製造するために、穿孔された筒状のブランクの周面に力が加えられる。別の製造方法は、金属ストリップを膨出部が生じるように圧延し、該膨出部に孔を形成し、該膨出部を平らに均すために力を加えることにある。この場合、膨出部に延びる孔にそれぞれ楕円形の横断面が付与される。最後に、該金属ストリップがマンドレルに巻き付けられ、円形の横断面の同軸的な開口が形成される。

Description

特にピエゾアクチュエータを収容するために適している筒状のハウジングを製造するための方法が得られる。

噴射システム、特にリークオイルレス式（無漏れ油式）もしくはリターンレス式のコモンレール噴射システムは、たとえばピエゾアクチュエータにより形成される制御エレメントを有している。ピエゾアクチュエータは選択的に燃料高圧範囲に配置されていてよい。ピエゾアクチュエータはこの場合、ノズルニードルによってノズルを開閉させるために設けられている。ピエゾアクチュエータはスタック状に配置された複数のピエゾ素子を有しており、これらのピエゾ素子はそれぞれ電圧が印加されると、電圧により形成された電界に対して垂直な方向に伸長する。圧電セラミック材料、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛から成るピエゾ素子は、比較的高い作業速度および比較的大きな効率によりすぐれている。

図１のＡには、筒状のハウジングＧの横断面図が示されている。

図１のＢには、別の穿孔パターンを有する筒状のハウジングＧの縦断面図が示されている。

筒状のハウジングＧは外径Ｄを有している。筒状のハウジングＧには、ピエゾスタックＳを収容するための直径Ｂを有する中心の１つの同軸的な大きな孔と、この孔に対して平行に延びる、燃料管路を形成する小さな直径ｂを有する２つの孔とが設けられている。

図１のＡ、図１のＢに図示した円筒状のハウジングは、直径Ｄおよび長さＬを有する筒状のブランクから製造される。筒状のブランクの長さＬは、製造したい筒状のハウジングＧの長さＬに相当する。したがって、製造プロセスにおいては、筒状のブランクに３つの孔、つまり大きな直径Ｂを有する１つの同軸的な孔と、この孔に対して平行に延びる、小さな直径ｂを有する２つの孔とが形成される。

しかし、この製造方法には幾つかの著しい欠点がある。製造したい筒状のハウジングＧの長さが長くなればなるほど、つまり長さＬが大きくなればなるほど、大きな直径Ｂを有する同軸的な孔に対して平行に延びる２つの孔を製作することがますます困難となる。実際には、約１００ｍｍの特定の長さを超えると、ｂ＜１ｍｍの直径を有する孔を形成することは困難となる。

ピエゾアクチュエータにより付与したい燃料圧Ｐは極めて高いので、燃料管路内には高い圧力が生ぜしめられる。このような高い圧力は所定の最小肉厚さｗを必要とする。内壁ｗ_ｉも外壁ｗ_ａも、所定の最小肉厚さを下回ってはならない。

ピエゾスタックが、ノズルニードルを操作するために必要となるストロークを発生し得るようにするためには、できるだけ大きな横断面、ひいては相応して大きな同軸的な孔Ｂを有するピエゾスタックが必要とされる。同軸的な孔Ｂの直径は、不働態化部、つまりピエゾスタックＳに被着された不働態化層と電気的なコンタクト部とを含めたピエゾスタックＳの外径と少なくとも同じ大きさを有していなければならない。さらに、ハウジングＧの外径Ｄは、たとえば１７〜１９ｍｍの規定された最大値を上回ってはならない。これにより、小さな孔ｂの最大直径は同軸的な孔の外径Ｄおよび直径Ｂのための制限に基づいて制限されている。

したがって、図２に図示したような筒状のハウジングＧ´が提案されている。この筒状のハウジングＧ´では、ピエゾアクチュエータを収容するための大きな直径Ｂを有する孔が、筒状のハウジングＧ´の長手方向軸線に対して偏心的に配置されている。これにより、たしかに燃料孔の直径ｂを増大させて、レール接続部とノズルとの間の望ましくない圧力降下を減少させることが可能となるが、しかし大きな孔の偏心的な配置には幾つかの重大な欠点がある。図２に示したハウジングＧ´では、ピエゾアクチュエータもしくはピエゾスタックＳがノズルＤに対して偏心的に配置されている。このことは、特にピエゾアクチュエータとノズルニードルとストローク変換器との間に直接的な力伝達結合を有するサーボ弁なしの装置の場合には不都合となる。なぜならば、ピエゾアクチュエータとノズルニードルとの作用線がもはや合致しなくなるので、非対称的なストローク変換器が必要となるからである。さらに、偏心的な配置に基づき、横方向力および摩耗増大ならびにストローク変換器におけるエネルギ損失が生じる。

したがって、本発明の課題は、挿入可能なアクチュエータの作用線が同軸的に延びていると同時に燃料孔もしくは燃料管路が、最大横断面を持って簡単に製作可能となるような筒状のハウジングを提供することである。さらに本発明の課題は、このような筒状のハウジングを製造するために適した方法を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴を有する方法により解決される。

本発明によれば、筒状のハウジングの長手方向軸線に対して平行に延びる少なくとも１つの管路を備えた筒状のハウジングを製造するための方法において、以下のステップ：
− 筒状のブランクに、大きな直径を有する１つの同軸的な開口と、該開口に対して平行に延びる、小さな直径を有する少なくとも１つの孔とを形成し、
− 同軸的な開口に心棒もしくはマンドレルを導入し、
− 筒状のハウジングを製造するために、穿孔された筒状のブランクの周面に力を加える、
を実施することを特徴とする、筒状のハウジングを製造するための方法が提供される。

本発明による方法の有利な実施態様では、筒状のブランクが延性の材料もしくは高延性の材料から成っている。

この延性もしくは高延性の材料はインバ（Invar）であると有利である。

本発明による方法の択一的な実施態様では、この延性もしくは高延性の材料が鋼である。

筒状のハウジングの外径は本発明による方法では、この外径が、筒状のブランクの外径よりも小さくなるように形成される。

筒状のハウジングの長さは本発明による方法では、この長さが，筒状のブランクの長さよりも大きくなるように形成される。

本発明による方法のさらに別の有利な実施態様では、穿孔された筒状のブランクの周面に力を加えることが冷間鍛造により行われる。

前記少なくとも１つの平行に延びる孔の横断面は方法プロセスにおいて、ブランクの直径ｂに相当するよりも小さくなる。

本発明による方法のさらに別の有利な実施態様では、筒状のブランクの周面に力を加えることにより、同軸的な開口に対して平行に延びる、小さな直径を有する孔の横断面が楕円形に変形される。

この場合、楕円形に変形された孔の横断面の長手方向軸線は、製造された筒状のハウジングの半径に対して垂直に延びている。

本発明による方法のさらに別の有利な実施態様では、同軸的な開口に対して平行に延びる、楕円形に変形された横断面を有する孔が、燃料管路を形成する。

さらに、本発明によれば、円形の横断面を有する１つの同軸的な開口と、筒状のハウジングの長手方向軸線に対して平行に延びる、楕円形の横断面を有する少なくとも１つの管路とを備えた筒状のハウジングが提供される。

筒状のハウジングの有利な実施態様では、該筒状のハウジングが、該筒状のハウジングの長手方向軸線に対して平行に延びる、楕円形の横断面を有する２つの管路を有している。

ハウジングの別の有利な実施態様では、同軸的な開口が、ピエゾアクチュエータを収容するために設けられている。

ハウジングのさらに別の有利な実施態様では、管路の楕円形の横断面の長手方向軸線が、筒状のハウジングの半径に対して直角に延びている。

さらに、本発明によれば、円形の横断面を有する１つの同軸的な開口と、筒状のハウジングの長手方向軸線に対して平行に延びる、楕円形の横断面を有する少なくとも１つの管路とを備えた筒状のハウジングを製造するための方法が提供され、この場合、該方法は、以下のステップ：
− 金属ストリップを少なくとも１つの膨出部が生じるように圧延し；
− 該金属ストリップに形成された各膨出部に少なくとも１つの孔を形成し；
− 該金属ストリップの膨出部を平らに均すために力を加えて、膨出部に延びる孔にそれぞれ楕円形の横断面を付与し；
− 該金属ストリップを筒状のマンドレルに巻き付け、巻き付けられた金属ストリップの両端部を互いに結合して、円形の横断面を有する同軸的な開口を形成する；
を包含する。

さらに、本発明によれば、円形の横断面を有する１つの同軸的な開口と、筒状のハウジングの長手方向軸線に対して平行に延びる、楕円形の横断面を有する少なくとも１つの管路とを備えた筒状のハウジングを製造するための方法が提供され、この場合、該方法は、以下のステップ：
− 金属ストリップに、該金属ストリップの長手方向軸線に対して直交する横方向に延びかつ金属ストリップの平面内に延びる少なくとも１つの孔を形成し；
− 該金属ストリップを圧延して、金属ストリップに延びる孔にそれぞれ楕円形の横断面を付与し；
− 該金属ストリップを筒状のマンドレルに巻き付け、巻き付けられた金属ストリップの両端部を互いに結合して、円形の横断面を有する同軸的な開口を形成する；
を包含する。

この場合、有利には冷間鍛造または温間鍛造が行われるので、円筒状の外側輪郭が生じる。

さらに、筒状のハウジングならびに該筒状のハウジングを製造するための方法の有利な実施態様を図面につき詳しく説明する。

公知先行技術による筒状のハウジングを横断面Ａと縦断面Ｂとで示す図である。 公知先行技術による別の筒状のハウジングを示す横断面図である。 製造方法の１実施態様を示すフローチャートである。 製造方法の１実施態様を３つのプロセスステップＡ、Ｂ、Ｃで示す図である。 本発明による方法により同軸的な孔にマンドレルが導入された状態を示す横断面図である。 筒状のハウジングの横断面図である。 筒状のハウジングを製造するための択一的な別の実施態様を５つのプロセスステップＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで示す図である。 筒状のハウジングを製造するための択一的なさらに別の実施態様を４つのプロセスステップＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄで示す図である。

図３から判るように、１実施態様において、筒状のハウジングを製造するための方法は主として３つの製造ステップから成っている。

ステップＳ１において、まず図４のＡに図示されているような筒状のブランクに孔が形成される。この筒状のブランクは外側寸法Ｄ_０および長さＬ_０を有している。筒状のブランクは延性の材料、たとえばインバ（Invar）または鋼から成っていると有利である。図４のＢに図示されているように、筒状のブランクの長手方向軸線Ａ_Ｌに沿って、大きな直径Ｂを有する１つの同軸的な孔もしくは開口が穿孔される。この孔に対して平行に、小さな直径ｂを有する２つの孔がブランクに穿孔される。ブランクの直径Ｄ_０は比較的大きく形成されており、ブランクの長さＬ_０は比較的小さく形成されている。ブランクの小さな長さＬ_０に基づき、比較的短い時間で穿孔を実施することができる。大きな孔に対して平行に延びる小さな孔は、あとから燃料管路を形成する。

孔の形成後に、製造方法のステップＳ２において、図５に図示されているように大きな直径Ｂの同軸的な孔に心棒もしくはマンドレルが導入される。マンドレルの外径は同軸的な孔の直径Ｂに相当している。引き続き、穿孔された筒状のブランクの周面に大きな機械的な力Ｆが加えられる。図５に図示したマンドレルは大きな同軸的な内側孔を変形から保護する。ブランクは延性の材料から成っているので、周面に大きな機械的な力Ｆが加えられることによりブランクは変形される。この鍛造プロセスにより、図４のＢに図示した、穿孔されたブランクは、図４のＣに図示した筒状のハウジングの形状をとる。図４のＣに図示した筒状のハウジング１は外径Ｄ_１および長さＬ_１を有している。筒状のハウジング１の直径Ｄ_１は図４のＡに図示したブランクの外側寸法Ｄ_０よりも小さい。筒状のハウジングの長さＬ_１は筒状のブランクの長さＬ_０よりも大きい。大きな直径Ｂを有する同軸的な内側孔の横断面は冷間鍛造過程によっても不変のままとなる。小さな直径ｂを有する、最初は円形であった孔の横断面は冷間鍛造過程により、横断面が楕円形になるように変えられる。

図６には、製造されたハウジング１の横断面が図示されている。筒状のハウジング１は円形の横断面を有する１つの同軸的な孔もしくは開口２を有しており、この孔の直径Ｂは最初の同軸的な孔の直径に相当している。さらに、筒状のハウジン１は、この筒状のハウジング１の長手方向軸線に対して平行に延びる２つの管路３ａ，３ｂを有している。これらの管路の横断面は楕円形に形成されている。孔もしくは管路３ａ，３ｂの楕円形の横断面の長手方向軸線ｌ、つまり楕円の長軸は筒状のハウジング１の半径ｒに対して直角に延びている。管路３ａ，３ｂの横断面Ｑは比較的大きく形成されているので、管路３ａ，３ｂに基づいた望ましくない圧力降下は最小限となる。筒状のハウジング１の肉厚さＷは外径Ｄ_１と孔直径Ｂとの差から得られる：
Ｗ＝Ｄ_１−Ｂ。

製作された管路３ａ，３ｂの楕円形の形状に基づき、燃料管路３ａ，３ｂとハウジング１の外面との間の肉厚さｗ_ａまたは燃料管路３ａ，３ｂと内側孔２との間の肉厚さｗ_ｉが、規定された最小間隔を下回ることなしに、筒状のハウジング１の壁に比較的大きな横断面Ｑを有する燃料管路３ａ，３ｂを設けることが可能となる。

図４のＣおよび図６に図示したような筒状のハウジング１は、ピエゾアクチュエータをノズルニードルと合致した１つの作用線内で孔２内に挿入することを可能にするので、小さな合成側方力しか有しない対称的なストローク変換器を設けることもできる。このことは減じられた摩耗および低下されたエネルギ需要をもたらす。

筒状のハウジング１はさらに、燃料通路もしくは燃料管路３ａ，３ｂの十分な横断面Ｑを提供すると同時に、ハウジング１の半径方向における燃料管路３ａ，３ｂの小さな延在長さを提供する。これによりさらに、ハウジング１に燃料管路を製作するために必要となる孔の数を最小限に抑えることが可能になる。これらの孔が比較的短いブランクに製作されるので、穿孔過程にかかる時間が短くなり、これにより製造コストを節約することができる。さらに、穿孔器の位置調整も比較的短いブランクの場合には著しく簡単となり、同軸的な孔２が、ピエゾスタックを収容するために燃料管路３ａ，３ｂに対して正確に平行に延びることが確保され得る。

筒状のハウジング１の形状付与は、ステップＳ３において、穿孔された筒状のブランクの周面に機械的な力が加えられることにより非切削式の変形加工によって行われる。

図６に示したハウジング１の有利な実施態様では、両孔もしくは燃料管路３ａ，３ｂが相並んで対称的に配置されている。すなわち、両燃料管路３ａ，３ｂは互いに向かい合って位置している。筒状のハウジング１の別の択一的な実施態様では、燃料管路３ａ，３ｂが互いに対して所定の角度を成して位置していてよい。

図６に示した実施例では、筒状のハウジング１が２つの燃料管路３ａ，３ｂを有している。

択一的なさらに別の実施態様では、ハウジング１に２つよりも多い燃料管路３ａ，３ｂが設けられており、この場合、これらの燃料管路はそれぞれ１つの楕円形の横断面を有していると有利である。

燃料ハウジングである筒状のハウジング１に設けられた燃料管路３ａ，３ｂは任意の液体または任意のガスを搬送するために設けられ得る。

図７のＡ、図７のＢ、図７のＣ、図７のＤおよび図７のＥには、筒状のハウジングを製造するための択一的な別の実施態様を実現するためのプロセスステップが示されている。

図７に示した実施態様では、まず幅Ｌ_０および（Ｄ−Ｂ）／２よりも大きい厚さを有する金属ストリップが圧延過程に施され、この場合、膨出部が生じる。図７のＢには、たとえば最初の金属ストリップの中心部で上方に向かって起立した膨出部が図示されている。引き続き、金属ストリップに形成された前記膨出部に、この金属ストリップの平面内で金属ストリップの長手方向軸線に対して直交する横方向に少なくとも１つの孔が形成される。図７のＣに図示した例では、たとえば２つの孔が膨出部に形成される。

引き続き、別のステップにおいて、金属ストリップの膨出部を平らに均すための機械的な力が加えられる。このときに、膨出部に延びる孔は図７のＤに図示したような楕円形の横断面を得る。

引き続き、さらに別の製造ステップにおいて金属ストリップは筒状のマンドレルに巻き付けられると有利である。巻き付けられた金属ストリップの互いに向かい合って位置する両端部は引き続き、たとえば溶接により互いに結合される。これにより、円形の横断面を有する１つの同軸的な開口が形成される。

図８のＡ、図８のＢ、図８のＣおよび図８のＤには、筒状のハウジングを製造するためのさらに別の手段が示されている。

この実施態様では、図８のＢに図示したように、金属ストリップの平面内で金属ストリップの長手方向軸線に対して直交する横方向に少なくとも１つの孔が形成される。

引き続き、穿孔された金属ストリップは、図８のＣに図示したように圧延される。この場合、金属ストリップに横方向に延びる孔は楕円形の横断面を得る。

引き続き、さらに別の製造ステップにおいて、金属ストリップはたとえば筒状のマンドレルに巻き付けられ、巻き付けられた金属ストリップの互い向かい合って位置する両端部は引き続き、たとえば溶接により互いに結合されるので、円形の横断面を有する１つの同軸的な開口が形成される。

本明細書中で「筒状」とは、円筒状の構成に限定されているわけでなく、それどころか楕円形の横断面または多角形の横断面をも意味し得る。

Claims (19)

1. 筒状のハウジング（１）の長手方向軸線（Ａ_Ｌ）に対して平行に延びる少なくとも１つの管路（３ａ，３ｂ）を備えた筒状のハウジング（１）を製造するための方法において、以下のステップ：
   （ａ） 筒状のブランクに、大きな直径（Ｂ）を有する１つの同軸的な開口（２）と、該開口（２）に対して平行に延びる、小さな直径を有する少なくとも１つの孔とを形成し；
   （ｂ） 同軸的な開口（２）にマンドレルを導入し；
   （ｃ） 筒状のハウジング（１）を製造するために、穿孔された筒状のブランクの周面に力を加える；
   を実施することを特徴とする、筒状のハウジングを製造するための方法。
2. 筒状のブランクが延性の材料から成っている、請求項１記載の方法。
3. 延性の材料が、インバから成っている、請求項２記載の方法。
4. 延性の材料が、鋼から成っている、請求項２記載の方法。
5. 筒状のハウジング（１）の外径（Ｄ_１）が、筒状のブランクの外側寸法（Ｄ_０）よりも小さい、請求項１記載の方法。
6. 筒状のハウジング（１）の長さ（Ｌ_１）が，筒状のブランクの長さ（Ｌ_０）よりも大きい、請求項１記載の方法。
7. 穿孔された筒状のブランクの周面に力を加えることを冷間鍛造により行う、請求項１記載の方法。
8. 筒状のブランクの周面に力を加えることにより、同軸的な開口（２）に対して平行に延びる、小さな直径を有する孔（３ａ，３ｂ）の横断面を楕円形に変形させる、請求項１記載の方法。
9. 楕円形に変形された孔（３ａ，３ｂ）の横断面の長手方向軸線が、製造された筒状のハウジング（１）の半径に対して直角に延びている、請求項８記載の方法。
10. 同軸的な開口（２）に対して平行に延びる、楕円形に変形された横断面を有する孔（３ａ，３ｂ）が、燃料管路を形成する、請求項９記載の方法。
11. 筒状のハウジングにおいて、
    （ａ） 円形の横断面を有する１つの同軸的な開口（２）；
    （ｂ） 筒状のハウジング（１）の長手方向軸線（Ａ_Ｌ）に対して平行に延びる、楕円形の横断面を有する少なくとも１つの管路（３ａ，３ｂ）
    が設けられていることを特徴とする、筒状のハウジング。
12. 筒状のハウジング（１）が、該筒状のハウジング（１）の長手方向軸線（Ａ_Ｌ）に対して平行に延びる、楕円形の横断面を有する２つの管路（３ａ，３ｂ）を有している、請求項１１記載の筒状のハウジング。
13. 同軸的な開口（２）が、ピエゾアクチュエータを収容するために設けられている、請求項１１または１２記載の筒状のハウジング。
14. 管路（３ａ，３ｂ）の楕円形の横断面の長手方向軸線が、筒状のハウジング（１）の半径に対して直角に延びている、請求項１１、１２または１３記載の筒状のハウジング。
15. 前記少なくとも１つの平行に延びる孔の横断面が、方法プロセスにおいてブランクの直径（ｂ）に相当するよりも小さくなる、請求項１１、１２，１３または１４記載の筒状のハウジング。
16. 請求項１１記載の筒状のハウジングを製造するための方法において、以下のステップ：
    （ａ） 金属ストリップを少なくとも１つの膨出部が生じるように圧延し；
    （ｂ） 該金属ストリップに形成された各膨出部に少なくとも１つの孔を形成し；
    （ｃ） 該金属ストリップの膨出部を平らに均すために力を加えて、膨出部に延びる孔にそれぞれ楕円形の横断面を付与し；
    （ｄ） 該金属ストリップを筒状のマンドレルに巻き付け、巻き付けられた金属ストリップの両端部を互いに結合して、円形の横断面を有する１つの同軸的な開口を形成する；
    を実施することを特徴とする、筒状のハウジングを製造するための方法。
17. 請求項１１記載の筒状のハウジングを製造するための方法において、以下のステップ：
    （ａ） 金属ストリップに、該金属ストリップの長手方向軸線に対して直交する横方向に延びかつ金属ストリップの平面内に延びる少なくとも１つの孔を形成し；
    （ｂ） 該金属ストリップを圧延して、金属ストリップに延びる孔にそれぞれ楕円形の横断面を付与し；
    （ｃ） 該金属ストリップを筒状のマンドレルに巻き付け、巻き付けられた金属ストリップの両端部を互いに結合して、円形の横断面を有する１つの同軸的な開口を形成する；
    を実施することを特徴とする、筒状のハウジングを製造するための方法。
18. 冷間鍛造または温間鍛造により、円筒状の外側輪郭が生じる、請求項１６または１７記載の方法。
19. 前記少なくとも１つの平行に延びる孔の横断面が、方法プロセスにおいてブランクの直径（ｂ）に相当するよりも小さくなる、請求項１６から１８までのいずれか１項記載の方法。

Images