JP2012255478A

JP2012255478A - シール装置およびシール方法

Info

Publication number: JP2012255478A
Application number: JP2011128289A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Niinuma; 賢一新沼; Fumio Ohashi; 二三朗大橋; Tomonori Inoue; 智紀井上
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2012-12-27
Also published as: CN102814381A; EP2532473A1

Abstract

【課題】ワーク内部に挿入されるシール材を繰り返し使用することのできる高圧シール装置を提供する。
【解決手段】ワーク１の内部に流体を圧送する圧送手段１１と、ワーク１の開口穴１ａに挿入され、開口穴１ａからの流体の漏れを抑制するシール材１２と、開口穴１ａからシール材１２が抜けるのを防止する抜け防止手段１３、１４とを備え、シール材１２は、挿入先端側に向かって開口する筒状部１２ａを有し、筒状部１２ａは、流体の圧送によりワーク１の内圧が上昇すると広がる方向に弾性変形するように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの内部からの流体の漏れを抑制するシール装置およびシール方法に関する。

従来、この種のシール装置およびシール方法がオートフレッテージ加工の際に用いられている。オートフレッテージ加工とは、ワークを密閉状態にして内圧をかけ、ワークの材料組織に残留応力を残して強度をあげる加工のことである。

例えば特許文献１では、ワークの開口縁部にテーパー形状（円錐状）のシール治具を押し付けることでワークを密閉状態にすることが記載されている。

国際公開第２００８／０５８４９４号

近年、さまざまな耐圧部品に対してオートフレッテージ加工を実施したいという要望が出てきている。

しかしながら、上記特許文献１の従来技術では、ワークの開口縁部がシール位置となるので、シール位置がワークの内部に設定される場合に比べて内圧をかけられる範囲が広範囲となってしまう。その結果、強度的に十分でない部分が内圧によって破損したり、加工精度が要求寸法精度から外れてしまういった不具合が生じやすくなる。

シール位置をワークの内部に設定するためには、ワークの開口穴にシール材を圧入して密封するか、ワークの開口穴にすきまばめしたシール材をワークの内部でプレスして広げることで密封させるなどの手段が考えられるが、これらの手段を用いた場合、シール材は塑性変形してしまうので、シール材を繰り返し使用することができない。

本発明は上記点に鑑みて、ワーク内部に挿入されるシール材を繰り返し使用することのできるシール装置およびシール方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ワーク（１）の内部に流体を圧送する圧送手段（１１）と、
ワーク（１）の開口穴（１ａ）に挿入され、開口穴（１ａ）からの流体の漏れを抑制するシール材（１２）と、
開口穴（１ａ）からシール材（１２）が抜けるのを防止する抜け防止手段（１３、１４）とを備え、
シール材（１２）は、挿入先端側に向かって開口する筒状部（１２ａ）を有し、
筒状部（１２ａ）は、流体の圧送によりワーク（１）の内圧が上昇すると広がる方向に弾性変形するように形成されていることを特徴とする。

これによると、ワーク（１）の内圧が上昇するとシール材（１２）の筒状部（１２ａ）が広がる方向に変形するので、ワーク（１）の内部に挿入されるシール材（１２）によって流体の漏れを抑制できる。しかも、シール材（１２）の変形は弾性変形であるので、シール材（１２）を繰り返し使用することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、筒状部（１２ａ）の内壁面には、応力集中を避けるためのＲ形状が設けられていることを特徴とする。

これにより、内圧に対するシール材（１２）の耐久性を向上できる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の発明において、筒状部（１２ａ）には、ワーク（１）の内圧によって広がりやすくするための肉薄部（１２ｂ）が設けられていることを特徴とする。

これにより、シール材（１２）によるシール性を向上できる。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の発明において、筒状部（１２ａ）には、開口穴（１ａ）への挿入を容易にするための先細部（１２ｃ）が設けられていることを特徴とする。

これにより、シール材（１２）と開口穴（１ａ）とのクリアランスを小さくしても、シール材（１２）を開口穴（１ａ）へ挿入しづらくなることを抑制できる。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の発明において、シール材（１２）の外周面には、流体の流通抵抗を増大させるための粗面部（１２ｄ）が設けられていることを特徴とする。

これにより、シール材（１２）が弾性変形する前に開口穴（１ａ）との隙間に流体が流入することを抑制できるので、ワーク（１）の内圧の上昇を促進してシール材（１２）を確実に弾性変形させることができる。

請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の発明を用いるシール方法であって、
開口穴（１ａ）にシール材（１２）を挿入し、
開口穴（１ａ）からシール材（１２）が抜けるのを抜け防止手段（１３、１４）で防止しながら圧送手段（１１）でワーク（１）の内部に流体を圧送し、
流体の圧送によりワーク（１）の内圧を上昇させて筒状部（１２ａ）を広がる方向に弾性変形させることを特徴とする。

以上では、本発明をシール装置およびシール方法の発明として把握した場合について説明したが、本発明をオートフレッテージ加工装置およびオートフレッテージ加工方法の発明として把握することも可能である。また、本発明をコモンレールの製造装置およびコモンレールの製造方法の発明として把握することも可能である。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態におけるオートフレッテージ加工装置を示す断面図である。第１実施形態における加工過程を示す断面図である。第２実施形態におけるシールピンの断面図である。第３実施形態におけるシールピンの断面図である。第４実施形態におけるシールピンの断面図である。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態を説明する。本実施形態では、ディーゼルエンジンに用いられるコモンレールの構成部品にオートフレッテージ加工を施す場合の例を説明する。

ワーク１は、ストレートな貫通穴１ａ（開口穴）と、貫通穴１ａに直交する横穴１ｂとを有している。本例では、貫通穴１ａおよび横穴１ｂは断面円形状になっている。

オートフレッテージ加工装置（シール装置）は、ワーク１にオートフレッテージ加工を行う装置であり、高圧ポンプ１１、シールピン１２、シールピン押さえ具１３、油圧シリンダ１４およびキャップ１５を備えている。なお、オートフレッテージ加工とは、ワークを密閉状態にして内圧をかけ、ワークの材料組織に残留応力を残して強度をあげる加工のことである。

高圧ポンプ１１は、ワーク１の内部にオートフレッテージ液（流体）を圧送する圧送手段であり、ワーク１の貫通穴１ａの一端部（図１の左端部）に挿入される吐出ノズル１１ａを有している。

吐出ノズル１１ａにはテーパー部あるいは段差部が形成されており、吐出ノズル１１ａのテーパー部あるいは段差部は、ワーク１の貫通穴１ａに形成されたテーパー部あるいは段差部に当接するようになっている。

高圧ポンプ１１が圧送するオートフレッテージ液の圧力は、圧力計１１ｂによって測定されるようになっている。

シールピン１２は、ワーク１の貫通穴１ａの他端部（図１の右端部）からのオートフレッテージ液の漏れを抑制するシール材であり、貫通穴１ａの他端部に挿入される。本例では、シールピン１２は金属によって形成されている。

シールピン１２の外径はワーク１の貫通穴１ａの内径と同じであるのが好ましいが、ワーク１の貫通穴１ａの加工バラツキ（公差）が不可避であるため、シールピン１２の外径はワーク１の貫通穴１ａの内径よりもほんの僅かに小さくなっている。

シールピン１２は、挿入先端側（図１の左端側）に向かって開口する筒状部１２ａを有している。筒状部１２ａは、オートフレッテージ液の圧送によりワーク１の内圧が上昇すると径方向外側に広がる方向（貫通穴１ａの内壁面に密着する方向）に弾性変形するように形成されている。

シールピン押さえ具１３および油圧シリンダ１４は、シールピン１２がワーク１の貫通穴１ａから抜けるのを防止する抜け防止手段である。シールピン押さえ具１３は、貫通穴１ａを塞ぐように配置されている。油圧シリンダ１４はシールピン押さえ具１３をワーク１側に押さえ付ける。油圧シリンダ１４がシールピン押さえ具１３を押さえることにより、ワーク１が吐出ノズル１１ａに押さえ付けられる。

キャップ１５はワーク１の横穴１ｂからのオートフレッテージ液の漏れを抑制する。具体的には、キャップ１５には、雄ネジが切られているとともにテーパー部あるいは段差部が形成されており、キャップ１５の雄ネジが横穴１ｂの雌ネジに締め付けられることでキャップ１５のテーパー部あるいは段差部が横穴１ｂのテーパー部あるいは段差部に押し付けられてシールされる。

次に、上記オートフレッテージ加工装置を用いたオートフレッテージ加工方法（シール方法）を説明する。まず、ワーク１の横穴１ｂをキャップ１５によって塞ぐ。これにより、ワーク１の横穴１ｂは、テーパー部あるいは段差部を利用してシールされる。

次いで、ワーク１の貫通穴１ａにシールピン１２をセット（挿入）した後、ワーク１を高圧ポンプ１１とシールピン押さえ具１３との間にセットする。具体的には、高圧ポンプ１１の吐出ノズル１１ａをワーク１の貫通穴１ａの一端部に挿入し、シールピン押さえ具１３でワーク１の貫通穴１ａの他端部を塞ぎ、油圧シリンダ１４でシールピン押さえ具１３を押さえ付ける。

次いで、高圧ポンプ１１により、オートフレッテージ液をワーク１の内部に圧送する。このとき、図２（ａ）に示すようにシールピン１２の外周面とワーク１の貫通穴１ａの内周面との間に存在する僅かな隙間（クリアランス）からオートフレッテージ液が漏れるが、オートフレッテージ液の供給を隙間からの漏れよりも速くすることでワーク１の内圧がある程度上昇する。このようなオートフレッテージ液の供給量は、シールピン１２と貫通穴１ａとの隙間寸法およびオートフレッテージ液の粘度等から算出することができる。

ワーク１の内圧が上昇することにより、図２（ｂ）に示すようにシールピン１２の内側と外側に圧力差が生じ、この圧力差によってシールピン１２の筒状部１２ａが広がる方向に弾性変形してワーク１の貫通穴１ａの内周面に密着するので、オートフレッテージ液の流れが堰き止められて十分にシールされる。

そして、ワーク１の内圧がオートフレッテージ加工に必要な所定の圧力（例えば５００ＭＰａ以上の超高圧）まで上昇したら、高圧ポンプ１１を逆行運転させて内圧を降下させる。内圧降下後、シールピン１２は元の形状に戻る。以上のようにして、ワーク１にオートフレッテージ加工を行うことができる。

本実施形態によると、ワーク１の内圧が上昇するとシールピン１２の筒状部１２ａが広がる方向に変形するので、ワーク１の内部に挿入されるシールピン１２によってオートフレッテージ液の漏れを抑制できる。しかも、シールピン１２の変形は弾性変形であるので、シールピン１２を繰り返し使用することができる。

そして、シールピン１２を挿入可能であればワーク形状に制約を与えず、シール位置をワーク内部に自由に選ぶことができる。このため、強度的に弱い部分がある部品や高精度が求められる部品に対してオートフレッテージ加工の適用を容易化できる。

（第２実施形態）
本第２実施形態では、シールピン１２の筒状部１２ａを、変形が起きやすく、かつ耐久性のある形状にしている。具体的には、図３に示すように、シールピン１２の筒状部１２ａの内壁面を、応力集中を避けるＲ形状にするとともに、シールピン１２の筒状部１２ａに肉薄部１２ｂを形成して広がりやすくしている。

（第３実施形態）
本第３実施形態では、シールピン１２を、貫通穴１ａとのクリアランスが非常に小さくても貫通穴１ａへの挿入が容易な形状にしている。具体的には、図４に示すように、シールピン１２の筒状部１２ａの最先端部にテーパ状の先細部１２ｃを形成し、逃げがあるようにしている。

（第４実施形態）
本第４実施形態では、シールピン１２が弾性変形する前に貫通穴１ａとの隙間にオートフレッテージ液が流入しにくくなるように、シールピン１２の形状を設定している。具体的には、図５に示すように、シールピン１２の外周面に、面粗さの大きい粗面部１２ｄを形成している。

これによると、粗面部１２ｄが、隙間におけるオートフレッテージ液の流通抵抗を増大させるので、ワーク１の内圧の上昇を促進してシールピン１２を確実に弾性変形させることができる。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、適宜組み合わせることが可能である。

また、上記実施形態では、コモンレールの構成部品にオートフレッテージ加工を施す場合のシール処理に本発明を適用した例を説明したが、これに限定されるものではなく、種々のワークに対するシール処理に本発明を広く適用可能である。

１ワーク
１ａ貫通穴（開口穴）
１１高圧ポンプ（圧送手段）
１２シールピン（シール材）
１２ａ筒状部
１３シールピン押さえ具（抜け防止手段）
１４油圧シリンダ（抜け防止手段）

Claims

前記ワーク（１）の内部に流体を圧送する圧送手段（１１）と、
前記ワーク（１）の開口穴（１ａ）に挿入され、前記開口穴（１ａ）からの前記流体の漏れを抑制するシール材（１２）と、
前記開口穴（１ａ）から前記シール材（１２）が抜けるのを防止する抜け防止手段（１３、１４）とを備え、
前記シール材（１２）は、挿入先端側に向かって開口する筒状部（１２ａ）を有し、
前記筒状部（１２ａ）は、前記流体の圧送により前記ワーク（１）の内圧が上昇すると広がる方向に弾性変形するように形成されていることを特徴とするシール装置。
前記筒状部（１２ａ）の内壁面には、応力集中を避けるためのＲ形状が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
前記筒状部（１２ａ）には、前記ワーク（１）の内圧によって広がりやすくするための肉薄部（１２ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のシール装置。
前記筒状部（１２ａ）には、前記開口穴（１ａ）への挿入を容易にするための先細部（１２ｃ）が設けられ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つに記載のシール装置。
前記シール材（１２）の外周面には、前記流体の流通抵抗を増大させるための粗面部（１２ｄ）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のシール装置。
請求項１ないし５のいずれか１つに記載のシール装置を用いるシール方法であって、
前記開口穴（１ａ）に前記シール材（１２）を挿入し、
前記開口穴（１ａ）から前記シール材（１２）が抜けるのを前記抜け防止手段（１３、１４）で防止しながら前記圧送手段（１１）で前記ワーク（１）の内部に流体を圧送し、
前記流体の圧送により前記ワーク（１）の内圧を上昇させて前記筒状部（１２ａ）を広がる方向に弾性変形させることを特徴とするシール方法。