JP2015045231A

JP2015045231A - ポンプ装置

Info

Publication number: JP2015045231A
Application number: JP2013175586A
Authority: JP
Inventors: 柴田　隆二; Ryuji Shibata; 隆二柴田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-03-12

Abstract

【課題】カバーとフランジ部との溶接部の強度耐久性を向上できるポンプ装置を提供する。
【解決手段】このポンプ装置１では、フランジ部１２２は、締結用孔１２２ｃとカバー２１の中心Ｏ１との間の部分（領域Ｒ）での厚さｄ１がそれ以外の部分（主面１２２ｅのうち領域Ｒ以外の領域）での厚さｄ２よりも薄く形成されると共に、フランジ部１２２の厚さｄ１は、カバー２１の周方向に対し、締結用孔１２２ｃの中心Ｏ２とカバー２１の中心Ｏ１とを結ぶ線Ｌ２を中心に所定角度（±α）の範囲内で、線Ｌ２上で最も薄く形成され、線Ｌ２から前記周方向に離れるほど厚く形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプ装置に関し、特に、カバーとフランジ部との溶接部に作用する力の分布を最適化する技術に関する。

特許文献１の高圧ポンプは、シリンダ用のカバーと、カバー固定用のフランジ部とを備えている。前記フランジ部は、シリンダの周囲に設けられている。前記フランジ部は、高圧ポンプをエンジンに固定するための締結ネジを挿通する挿通孔を有しており、前記締結ネジにより前記エンジンに締結されている。前記カバーの開口の周端部は、前記フランジ部に溶接されている。

特開２０１３−７２３２０号公報

しかしながら、前記高圧ポンプでは、図７に示すように、カバー１００内の燃料圧が上がると、その燃料圧によりカバー１００を押し広げる力（矢印Ｆ）が発生する。この力Ｆは、応力としてカバー１００とフランジ部２００との溶接部３００に作用するが、特に、溶接部３００のうち締結ネジ４００周辺の部分３００ａに集中して、溶接部３００の部分３００ａにおけるカバー１００の内部側の周縁３００ｂが口開きする。

より詳細には、溶接部３００の部分３００ａでは、フランジ部２００は、カバー１００の応力変形に対して追従変形し難い。このため、図７に示すように、カバー１００が力Ｆにより押し広げられたときに、カバー１００だけが応力変形してフランジ部２００は追従変形しないので、カバー１００の開口の周端部１００ａの内側周縁１００ｂがフランジ部２００に対して持ち上がり、溶接部３００の周縁３００ｂが口開きする。この口開きにより、溶接部３００の強度耐久性が低下するという問題が起こる。

そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、カバーとフランジ部との溶接部の強度耐久性を向上できるポンプ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のポンプ装置は、シリンダと、前記シリンダの周囲に配置され、締結用孔を有するフランジ部と、開口を有し、前記締結用孔が前記開口の外側に配置するように前記開口の周端部と前記フランジ部とが溶接されるシリンダ用のカバーと、を備えたポンプ装置において、前記フランジ部は、前記締結用孔と前記カバーの中心との間の部分での第１の厚さがそれ以外の部分での第２の厚さよりも薄く形成され、前記第１の厚さは、前記カバーの周方向に対し、前記締結用孔の中心と前記カバーの中心とを結ぶ線を中心に所定角度の範囲内で、前記線上で最も薄く、前記線から前記周方向へ離れるほど厚く形成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記フランジ部は、前記締結用孔と前記カバーの中心との間の部分での第１の厚さがそれ以外の部分での第２の厚さよりも薄く形成され、前記第１の厚さは、前記カバーの周方向に対し、前記締結用孔の中心と前記カバーの中心とを結ぶ線を中心に所定角度の範囲内で、前記線上で最も薄く形成され、前記線から前記周方向に離れるほど厚く形成されるので、カバーとフランジ部との溶接部の締結用孔（即ち締結ボルト）周辺部分の周辺では、フランジ部の厚さ（第１の厚さ）は、前記溶接部の締結用孔周辺部分の周辺以外での厚さ（第２の厚さ）よりも薄くなり、フランジ部は、カバーの応力変形に対して追従変形し易くなる。そのため、前記溶接部の締結用孔周辺部分では、応力が集中し難くなる。これにより、カバーを押し広げる力がカバーとフランジ部との溶接部に作用したときに、前記力が前記溶接部全体に渡って同じように掛かるので、前記溶接部の強度耐久性を向上できる。

本発明のポンプ装置によれば、カバーとフランジ部との溶接部の強度耐久性を向上できる

本発明の第１実施形態に係るポンプ装置の平面視図である。図１のII−II断面図である。図２の部分拡大図である。カバーとフランジ部との溶接部に作用する応力の分布の一例を示す図である。本発明の第２実施形態に係るポンプ装置の断面拡大図である。本発明の第３実施形態に係るポンプ装置の断面拡大図である。従来技術のポンプ装置の断面拡大図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。

≪第１実施形態≫
この実施形態に係るポンプ装置は、例えば車両などに搭載されて使用され、燃料タンク（図示省略）から供給される燃料を加圧して吐出することが可能なポンプ装置である。このポンプ装置１は、図１および図２に示すように、本体部１０と、燃料供給部２０と、燃料吸入部３０と、燃料吐出部４０とを備える。

本体部１０は、図２に示すように、シリンダ１１と支持部材１２と通路形成部１３とから構成される。

シリンダ１１は、有底筒状に形成されている。シリンダ１１の内部には、シリンダ１１の中心軸線Ｌ１方向に沿ってプランジャ１４が摺動可能に配置される。シリンダ１１の内面１１ａとプランジャ１４の先端面１４ａとで囲まれた空間は、燃料を加圧する加圧室１５を区画形成する。シリンダ１１の周壁１１ｂには、シリンダ１１の底部１１ｃ側において、燃料を加圧室１５に吸入する吸入孔（図示省略）と、加圧室１５から燃料を吐出する吐出孔１１ｅとが形成されている。前記吸入孔は、例えば吐出孔１１ｅに対向配置している。シリンダ１１の外周面１１ｆには、シリンダ１１の開口１１ｇ側において、支持部材１２が係合する第１係合突起１１ｈが周設されている。

支持部材１２は、シリンダ１１の周囲に配設される支持部材本体１２１と、支持部材本体１２１の周囲において支持部材本体１２１の径方向外側に張り出すように配設されるフランジ部１２２とから構成される。

支持部材本体１２１は、有底筒状に形成されている。支持部材本体１２１の底部１２１ａには、シリンダ１１が嵌挿可能な第１嵌挿孔１２１ｂが形成されている。支持部材本体１２１の底部１２１ａの外側主面１２１ｃには、第１嵌挿孔１２１ｂの周縁において、シリンダ１１が嵌挿可能な第１筒状部１２１ｄが突出形成されている。シリンダ１１は、その底部１１ｃを第１嵌挿孔１２１ｂから突出させると共にその第１係合突起１１ｈが支持部材本体１２１の内部側から第１嵌挿孔１２１ｂの周縁に係合するように、第１嵌挿孔１２１ｂに嵌挿されている。

フランジ部１２２は、板状に形成されている。フランジ部１２２には、例えばその中央に支持部材本体１２１が嵌挿可能な第２嵌挿孔１２２ｂが形成されると共に、例えば第２嵌挿孔１２２ｂの両側において締結ボルト１６ａ，１６ｂが挿通可能な締結用孔１２２ｃ，１２２ｄが形成されている。フランジ部１２２の一方側（第１筒状部１２１ｄの突出側）の主面１２２ｅには、第２嵌挿孔１２２ｂの周縁において、支持部材本体１２１が嵌挿可能な第２筒状部１２２ｆが突出形成されている。

第２筒状部１２２ｆの内周面には、第２筒状部１２２ｆの突出側の開口付近において、第２係合突起１２２ｇが突出形成されている。第２係合突起１２２ｇは、フランジ部１２２の第２嵌挿孔１２２ｂに支持部材本体１２１が嵌挿した状態で、支持部材本体１２１の底部１２１ａの外側主面１２１ｃの外側周縁に係合する。フランジ部１２２は、支持部材本体１２１を介してシリンダ１１の周囲に配置されている。

なお、締結用孔１２２ｃ，１２２ｄにはそれぞれ締結ボルト１６ａ，１６ｂが挿通され、締結ボルト１６ａ，１６ｂはエンジンなどの所定箇所に締結される。これにより、フランジ部１２２は当該所定箇所に固定される。

通路形成部１３は、例えば直方体状に形成されている。通路形成部１３には、その長手方向に直交するように、シリンダ１１が嵌挿可能な第３嵌挿孔１３ａが形成されている。第３嵌挿孔１３ａには、シリンダ１１の前記吸入孔および吐出孔１１ｅが第３嵌挿孔１３ａ内に隠れるように、シリンダ１１が嵌挿されている。

通路形成部１３には、第３嵌挿孔１３ａの内周面と通路形成部１３の長手方向の一方の端面とを貫通してシリンダ１１の前記吸入孔に連通する吸入通路（図示省略）が形成されると共に、第３嵌挿孔１３ａの内周面と通路形成部１３の長手方向の他方の端面とを貫通してシリンダ１１の吐出孔１１ｅに連通する吐出通路（図示省略）が形成されている。

第３嵌挿孔１３ａの内周面には、第３嵌挿孔１３ａの一方の開口側において、支持部材本体１２１の第１筒状部１２１ｄが嵌合する段差部１３ｂが形成されている。支持部材本体１２１は、シリンダ１１の第１係合突起１１ｈと通路形成部１３の段差部１３ｂとによりシリンダ１１の周囲に固定されている。

燃料供給部２０は、図１に示すように、シリンダ１１を覆うカバー２１と、外部からカバー２１内に燃料を流入させる燃料インレット２２とから構成される。

カバー２１は、例えばプレス板カバーであり、図２に示すように、有底筒状に形成されている。カバー２１の開口の周端部２１ａは、カバー２１の径方向外側に張り出すように延設されている。カバー２１は、その開口の周端部２１ａが、フランジ部１２２の第２筒状部１２２ｆの外側に嵌合した状態でフランジ部１２２の一方側の主面１２２ｅ上に配置されている。この配置状態で、カバー２１の開口の周端部２１ａとフランジ部１２２の主面１２２ｅとは溶接されている。なお、カバー２１はシリンダ１１と同心円状に配置されている。また、図１の平面視図で、カバー２１の中心Ｏ１とフランジ部１２２の２つの締結用孔１２２ｃ，１２２ｄとは同一直線上に配置している。

燃料インレット２２は、筒状に形成されており、カバー２１の外周面２１ｂにおいてカバー２１の内部に連通するように配設されている。

燃料吸入部３０は、例えば電磁弁を用いて、燃料インレット２２からカバー２１内に流入した燃料を通路形成部１３の前記吸入通路を介してシリンダ１１内に吸入させるものである。燃料吸入部３０は、カバー２１の内部と通路形成部１３の前記吸入通路とを連通する第１連通路（図示省略）と、前記第１連通路を開閉する電磁弁（図示省略）と、前記電磁弁を開閉駆動する駆動部（図示省略）とを備える。

燃料吐出部４０は、例えばリリーフ弁を用いて、シリンダ１１で加圧された燃料が所定圧力に達すると当該燃料を通路形成部１３の前記吐出通路からカバー２１の外側に吐出させるものである。燃料吐出部４０は、通路形成部１３の前記吐出通路とカバー２１の外側とを連通する筒状部である第２連通路４１と、第２連通路４１を開閉するリリーフ弁（図示省略）とを備える。前記リリーフ弁は、シリンダ１１の加圧室１５内の燃料が、所定圧力未満の場合はバネ（図示省略）により閉弁され、所定圧力以上になると当該燃料の圧力により開弁される。なお、筒状部である第２連通路４１は、カバー２１の外側に突出するように設けられている。

このポンプ装置１では、図１〜図３に示すように、フランジ部１２２は、締結用孔１２２ｃとカバー２１の中心Ｏ１との間の部分（即ち後述の領域Ｒ）の厚さｄ１がそれ以外の部分（即ちフランジ部１２２の主面１２２ｅのうち領域Ｒ以外の領域）の厚さｄ２よりも薄く形成されている（即ち、フランジ部１２２における締結ボルト１６ａ（即ち締結用孔１２２ｃ）付近の厚さｄ１が他の部分の厚さｄ２と比べて薄くされている。ここでは、フランジ部１２２は、他方の主面１２２ｈ側から薄く形成されている）。

具体的には、フランジ部１２２における図１の各点Ｏ１，Ｑ１，Ｐ１，Ｐ２，Ｑ２，Ｏ１を結ぶ線で囲まれる領域Ｒがそれ以外の領域と比べて薄く形成されている。この領域Ｒは、締結用孔１２２ｃの内周面からフランジ部１２２の第２嵌挿孔１２２ｂの内周面まで広がっている。なお、図３の符号１２２ｊは、フランジ部１２２の厚さｄ１を薄くする前のフランジ部１２２の形（従来技術でのフランジ部の形）を示す。

なお、図１中、点Ｏ１は、カバー２１の中心であり、点Ｏ２は、締結用孔１２２ｃの中心である。線Ｌ２は、各点Ｏ１，Ｏ２を結ぶ線であり、各線Ｌ３，Ｌ４はそれぞれ、線Ｌ２に対して点Ｏ１回りに角度±α傾いた線である。点Ｑ１，Ｑ２はそれぞれ、カバー２１の輪郭（カバー２１の外周面２１ｂの輪郭）と各線Ｌ３，Ｌ４との交点である。各点Ｐ１，Ｐ２は、点Ｏ２を通過し線Ｌ２と直交する線Ｌ５と、締結用孔１２２ｃの輪郭（締結用孔１２２ｃの内周面の輪郭）との交点である。

また、フランジ部１２２の厚さｄ１は、カバー２１の周方向（即ち点Ｏ１回りの回転方向）に対し、締結用孔１２２ｃの中心Ｏ２とカバー２１の中心Ｏ１とを結ぶ線Ｌ２を中心に±αの角度範囲内で、線Ｌ２上で最も薄く、線Ｌ２から周方向へ離れるほど厚く形成されている。

角度αは、カバー２１内の燃料の圧力が上がった時に、カバー２１の開口の周端部２１ａとフランジ部１２２との間の溶接部（図示省略）に発生する応力の分布（図４）に基づいて、設定される。図４は、縦軸が当該応力を示し、横軸が図１の点Ｏ１回りの角度（図１で点Ｏ１と締結用孔１２２ｃの中心Ｏ３とを結ぶ線Ｌ６を０°とし、左回りを正方向とする）を示す。図４の横軸の０°，９０°，１８０°，２７０°，３６０°はそれぞれ、図１の０°，９０°，１８０°，２７０°，３６０°（＝０°）の各方向に対応している。

図４のＧ１は、従来技術のフランジ部（本発明のフランジ部１２２のように部分的に薄くされていないフランジ部）を用いた場合の当該応力を示し、図４のＧ２は、本発明のフランジ部１２２（上述のように領域Ｒを他の領域と比べて薄くしたフランジ部）を用いた場合の当該応力を示す。図４より、従来技術のフランジ部を用いた場合では、０°および１８０°の各方向の近辺の前記溶接部には、許容範囲よりも高い応力が発生することが分かる。

これに対し、本発明のフランジ部１２２を用いた場合は、角度αを適宜角度に設定することで、例えば１８０°の方向の近辺の前記溶接部に発生する応力が許容範囲内に収まっている。即ち、角度αは、例えば１８０°の方向の近辺の前記溶接部に発生する応力が許容範囲内に収まるように設定される。例えば、角度αは、例えば０≦α≦３０°の範囲で設定される。

以上のように構成されたポンプ装置１によれば、フランジ部１２２は、締結用孔１２２ｃとカバー２１の中心Ｏ１との間の部分（領域Ｒ）での厚さ（第１の厚さ）ｄ１がそれ以外の部分（主面１２２ｅのうち領域Ｒ以外の領域）での厚さ（第２の厚さ）ｄ２よりも薄く形成されると共に、フランジ部１２２の厚さｄ１は、カバー２１の周方向に対し、締結用孔１２２ｃの中心Ｏ２とカバー２１の中心Ｏ１とを結ぶ線Ｌ２を中心に所定角度（±α）の範囲内で、線Ｌ２上で最も薄く形成され、線Ｌ２から前記周方向に離れるほど厚く形成されるので、カバー２１とフランジ部１２２との溶接部の締結用孔１２２ｃ（即ち締結ボルト１６ａ）周辺部分の周辺（即ち領域Ｒ）では、フランジ部１２２の厚さｄ１は、前記溶接部の締結用孔１２２ｃ周辺部分の周辺（領域Ｒ）以外での厚さｄ２よりも薄くなり、フランジ部１２２は、カバー２１の応力変形に対して追従変形し易くなる。そのため、前記溶接部の締結用孔１２２ｃ周辺部分では、応力が集中し難くなる（よって、前記溶接部の締結用孔１２２ｃ周辺部分では、カバー２１の内部側の周縁において、口開きが発生し難くなる）。

これにより、カバー２１を押し広げる力がカバー２１とフランジ部１２２との溶接部に作用したときに、前記力が前記溶接部全体に渡って同じように作用するので、前記溶接部の強度耐久性を向上できる。これにより、カバー２１の厚さを増加したり他の部品を追加することなく、前記溶接部の強度耐久性を向上できる。

この実施形態において、筒状部である第２連通路４１においてカバー２１の外側に突出する突出部分が、当該突出部分の開口の周端部がカバー２１の外周面２１ｂに溶接されることで、カバー２１の外周面２１ｂに配設される場合は、カバー２１の厚さを、フランジ部１２２の厚さｄ１のように部分的に薄く形成してもよい。これにより、当該突出部分とカバー２１との溶接部の強度耐久性を向上できる。

同様に、燃料吸入部３０においてカバー２１の外側に突出する突出部分が、当該突出部分の開口の周端部がカバー２１の外周面２１ｂに溶接されることで、カバー２１の外周面２１ｂに配設される場合は、カバー２１の厚さを、フランジ部１２２の厚さｄ１のように部分的に薄く形成してもよい。これにより、当該突出部分とカバー２１との溶接部の強度耐久性を向上できる。

≪第２実施形態≫
この実施形態では、フランジ部１２２は、図５に示すように、締結用孔１２２ｃとカバー２１の中心Ｏ１との間の部分（ここでは領域Ｒ１）での厚さｄ３がそれ以外の部分（主面１２２ｅのうち領域Ｒ１以外の領域）での厚さｄ４よりも薄く形成されている。領域Ｒ１は、図１の領域Ｒから、締結用孔１２２ｃの周囲の領域Ｒ２およびフランジ部１２２の第２嵌挿孔１２２ｂの周囲の領域Ｒ３を除いた領域である。フランジ部１２２の各領域Ｒ２，３での厚さｄ４は、従来通りの厚さに形成される。この実施形態の他の構成は、第１実施形態と同じである。この実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、図５の符号１２２ｋは、フランジ部１２２の厚さｄ３を薄くする前のフランジ部１２２の形（従来技術でのフランジ部の形）を示す。

なお、この実施形態において、フランジ部１２２の厚さｄ３を調整することで、角度α（図１参照）の範囲を調整してもよい。

≪第３実施形態≫
この実施形態では、フランジ部１２２は、図６に示すように、締結用孔１２２ｃとカバー２１の中心Ｏ１との間の部分（ここでは領域Ｒ４）での厚さｄ５がそれ以外の部分（主面１２２ｅのうち領域Ｒ４以外の領域）での厚さｄ６よりも薄く形成されている。領域Ｒ４は、カバー２１の開口の周端部２１ａよりも外側の領域で、且つ、締結用孔１２２ｃの周囲の領域Ｒ５よりも外側の領域である。領域Ｒ４での厚さｄ５は、フランジ部１２２の主面１２２ｅ側から薄く形成されている。この実施形態の他の構成は、第１実施形態と同じである。この実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は、車両などに搭載されて燃料を高圧化して吐出するポンプ装置に適用可能である。

１ポンプ装置
１１シリンダ
１２２フランジ部
１２２ｃ，１２２ｄ締結用孔
２１カバー
２１ａ開口の周端部
Ｏ１カバーの中心
ｄ１，ｄ３，ｄ５第１の厚さ
ｄ２，ｄ４，ｄ６第２の厚さ
Ｒ，Ｒ１，Ｒ４締結用孔とカバーの中心との間の部分
α 所定角度
Ｌ１締結用孔の中心とカバーの中心とを結ぶ線

Claims

シリンダと
前記シリンダの周囲に配置され、締結用孔を有するフランジ部と、
開口を有し、前記締結用孔が前記開口の外側に配置するように前記開口の周端部と前記フランジ部とが溶接されるシリンダ用のカバーと、
を備えたポンプ装置において、
前記フランジ部は、前記締結用孔と前記カバーの中心との間の部分での第１の厚さがそれ以外の部分での第２の厚さよりも薄く形成され、前記第１の厚さは、前記カバーの周方向に対し、前記締結用孔の中心と前記カバーの中心とを結ぶ線を中心に所定角度の範囲内で、前記線上で最も薄く、前記線から前記周方向へ離れるほど厚く形成されることを特徴とするポンプ装置。