JP3749013B2

JP3749013B2 - コモンレールおよびその製造方法

Info

Publication number: JP3749013B2
Application number: JP06624798A
Authority: JP
Inventors: 菊雄浅田; 正佳臼井; 栄司渡辺; 一儀滝川
Original assignee: Usui Co Ltd
Current assignee: Usui Co Ltd
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2018-03-02
Also published as: JPH10318081A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にディーゼル内燃機関の蓄圧式燃料噴射システムにおける高圧燃料多岐管あるいはブロック・レールなどのようなコモンレールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のコモンレールとしては例えば図７に示すように、円形パイプからなる本管レール１１側の軸方向の周壁部に間隔を置いて設けた複数個のボス部１１−３に、本管レール１１の流通路１１−１に通じかつ外方に開口する受圧座面１１−４を有する分岐孔１１−２を穿設し、枝管１２側の接続頭部１２−２のなす押圧座面１２−３を本管レール１１側の受圧座面１１−４に当接係合せしめ、予め枝管側にワッシャ１４を介して組込んだ締付用袋ナット１３を前記ボス部１１−３に螺合することにより前記接続頭部１２−２での押圧に伴って締着して接続構成する方式のものが知られている。図中、１２−１は枝管１２の流路である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、図７に示すような、円形パイプからなる本管レール１１に設けたボス部１１−３に分岐孔１１−２を設けた構造のコモンレールの場合、本管レール１１の高い内圧により分岐孔１１−２の本管レール流通路開口端部Ｐに大きな応力が発生し、当該開口端部Ｐが起点となって亀裂が生じ易く、洩れを招く可能性があった。
【０００４】
本発明は、上記した従来の問題を解決するためになされたもので、分岐孔の下端内周縁部に発生する最大引張応力値を下げて内圧疲労強度を向上させることが可能なコモンレールを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、その軸芯方向内部に流通路を有する本管レールの軸方向の周壁部に設けた少なくとも１つのボス部に、前記流通路に通じかつ外方に開口する受圧座面を有する分岐孔を設け、前記流通路に通ずる流路を有する枝管の端部に設けた接続頭部のなす押圧座面部を前記受圧座面に当接係合せしめ、前記ボス部と予め枝管側に組込んだ締付用袋ナットの螺合による前記接続頭部での押圧に伴って締着して接続してなるコモンレールにおいて、前記分岐孔の本管レール流通路開口端部周辺のみに圧縮残留応力が存在しているコモンレールを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明に係るコモンレールの製造方法は、その軸芯方向内部に流通路を有する本管レールの軸方向の周壁部に設けた少なくとも１つのボス部に、前記流通路に通じかつ外方に開口する受圧座面を有する分岐孔を設け、前記流通路に通ずる流路を有する枝管の端部に設けた接続頭部のなす押圧座面部を前記受圧座面に当接係合せしめ、前記ボス部と予め枝管側に組込んだ締付用袋ナットの螺合による前記接続頭部での押圧に伴って締着して接続してなる本発明に係るコモンレールの製造方法において、外部より前記ボス部の軸方向に、好ましくはプレス方式にて押圧力を付与して、前記分岐孔の本管レール流通路開口端部周辺のみに圧縮残留応力を発生させることを特徴とし、また、前記の外部よりボス部の軸方向に外圧方式にて押圧力を付与すると同時に分岐孔を打抜くことを特徴とする。
【０００７】
すなわち、本発明は分岐孔の本管レール流通路開口端部周辺のみに圧縮残留応力を存在させることにより、本管レールの高い内圧により分岐孔の下端内周縁部Ｐに発生する引張応力を前記圧縮残留応力にて相殺して、分岐孔の下端内周縁部に発生する最大引張応力値を下げるもので、その分岐孔の本管レール流通路開口端部周辺のみに圧縮残留応力を発生残留させる方法として、外部より当該ボス部の軸方向にプレス方式などにて押圧力を付与する方法を用いることを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、外部よりボス部の軸方向にプレス方式などにて押圧力を付与する方法としては、例えばレール本体を下型に固定した状態で、ポンチまたはロッドを用いて加圧、あるいは加圧と分岐孔の打抜きを同時に行う方法を用いることができる。
【０００９】
上記のごとく、本発明では分岐孔の本管レール流通路開口端部周辺のみに圧縮残留応力を存在させることにより、使用時の流通路内への高圧燃料畜圧時に分岐孔の下端内周縁部Ｐにおける引張応力の発生を前記圧縮残留応力により相殺して効果的に抑制することができ、枝管接続部における内圧疲労強度を向上できることとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の本管レールと一体のボス部を有するコモンレールの製造方法の一実施例を示す概略図、図２は同上第１の実施例の変形例を示す概略図、図３は同上の製造方法における押圧力付与手段を例示したもので、（Ａ）は押圧面を逆凹形に形成したポンチを用いてプレスする方式を一部破断して示すボス部の縦断面図、（Ｂ）はボス部の内底部に環状突起を設けて押圧面がフラットのポンチを用いてプレスする方式を示すボス部の縦断面図、（Ｃ）はボス部の内底部を凹形に形成して押圧面が球面となしたポンチを用いてプレスする方式を示すボス部の縦断面図、（Ｄ）はボス部の内底部を山形に突設して押圧面がフラットのポンチを用いてプレスする方式を示すボス部の縦断面図、（Ｅ）はボス部の内底部中央に分岐孔とほぼ同一径の有底孔を設け、この有底孔に嵌入し得る直径の突起を押圧面に設けたポンチを用いてプレスする方式を示すボス部の縦断面図、図４は同上実施例の製造方法において、押圧力付与と同時に分岐孔を打抜く方式の一例を示す概略図、図５は同上実施例における他の変形例を示す概略図、図６は本管レールと一体のボス部を有するコモンレールの製造方法による枝管接続構造例を示す縦断面図であり、１は本管レール、２は枝管、３は締付用袋ナット、４はスリーブ・ワッシャ、５は下型、６はポンチである。
【００１１】
コモンレールとしての本管レール１は、例えば直径２８ｍｍ、肉厚９ｍｍの比較的厚肉の管状部を有するような材質Ｓ４５Ｃなどの鍛造品であって、ボーリングやガンドリルなどの機械加工によってその軸芯内部を流通路１−１となして軸方向の周壁部に間隔を保持して複数個のボス部１−３が設けられている。
【００１２】
図１に示す方法は、本管レール１と一体のボス部１−３に本管レール１の流通路１−１に連通する所定径の分岐孔１−２と、該分岐孔に通ずる大径の分岐孔１−２ａを穿設するとともに、前記分岐孔１−２ａの外側開口端部に円形の外方に開口する受圧座面１−４を形成し、さらにボス部１−３の外周に雄ねじ１−５を加工する。なお、分岐孔を小径孔と大径孔とで構成したのは、所定径の分岐孔１−２の周辺部にポンチやロッドにて押圧力を付与できるようにするためである。
【００１３】
次に、前記本管レール１のボス部１−３付近を下型５にて固定する。この下型５は図示のごとく、本管レール１の外周面とほぼ同一曲率半径の曲面５−１を有する断面凹形の金型からなり、この下型５に本管レール１のほぼ下半周を拘束できるように固定する。これはプレスの効果が十分に得られるようにするためである。
【００１４】
本管レール１を下型５に固定すると、前記大径の分岐孔１−２ａに該分岐孔の内径より若干小径で、プレス装置（図面省略）に取付けられたポンチ６にて当該分岐孔１−２ａの底部に押圧力を付与する。この時の押圧力としては、特に限定するものではないが、分岐孔１−２周辺の本管レール流通路１−１の内周面が僅かに突出して偏平部１−６が形成される程度でよい。このポンチ６による押圧力により、本管レール流通路１−１の内周面が僅かに突出して偏平化するとともに、その押圧力を加えた時に塑性変形部と弾性変形部を生じ、押圧力を除去した時の戻り量の差により生じた変形のために圧縮残留応力が発生する。
【００１５】
また、図２に示す方法は、まず前加工工程（切削工程）において、この本管レール１のボス部１−３に前記大径の分岐孔１−２ａを例えばエンドミルにて切削して形成した後、プレス工程において、この本管レール１のボス部１−３付近を下型５にて固定し、前記と同じポンチ６にて当該分岐孔１−２ａ底部に押圧力を付与する。この時の押圧力も、前記と同様、分岐孔１−２ａ底部の真下に位置する本管レール流通路１−１の内周面が僅かに突出して偏平部１−６が形成される程度でよい。このポンチ６による押圧力により、本管レール流通路１−１の内周面が僅かに突出して偏平化するとともに、その押圧力を加えた時に塑性変形部と弾性変形部を生じ、押圧力を除去した時の戻り量の差により生じた変形のために圧縮残留応力が発生する。しかる後、大径の分岐孔１−２ａの底部に所定孔径の分岐孔１−２を穿設する。
【００１６】
なお、図３は分岐孔１−２の本管レール流通路の開口端部周辺に圧縮残留応力を存在させるためのプレス方式による押圧力付与手段を例示したもので、（Ａ）はポンチ６の先端部（押圧面）に断面三角形状の凹部６ａを形成し、このポンチにてボス部１−３の大径の分岐孔１−２ａの内底部に押圧力を付与する方法である。この方法の場合は、当該底部の中央部だけでなく内周壁側にも大きな押圧力が付与されるので、当該部分に設ける分岐孔１−２の周辺の比較的広い範囲にわたって圧縮残留応力を効果的に残存させることができる。
【００１７】
また、（Ｂ）はボス部１−３の分岐孔１−２ａの内底部に環状突起１−２ｂを設け、この環状突起１−２ｂの上面を押圧面がフラットのポンチ６にて押圧することによって、前記（Ａ）と同様、後で設ける分岐孔１−２の周辺の比較的広い範囲にわたって圧縮残留応力を残存させる方法である。
【００１８】
（Ｃ）はボス部１−３の分岐孔１−２ａの内底部を断面逆三角形状の凹部１−２ｃとなし、この凹部１−２ｃからなる底部を押圧面が球面または楕円面となしたポンチ６にて押圧する方法である。この方法では、ポンチ６にて底部の斜面が先に押圧されるので、この場合も後で設ける分岐孔１−２の周辺に圧縮残留応力が残存する効果が大きい。
【００１９】
（Ｄ）はボス部１−３の分岐孔１−２ａの内底部に断面山形の突起１−２ｄを設け、この突起１−２ｄからなる底部を押圧面がフラットのポンチ６にて押圧する方法である。この方法では、ポンチ６にて断面山形の突起１−２ｄの頂部が先に押圧されるので、底部中央部に大きな押圧力が付与される。したがってこの場合も後で設ける分岐孔１−２の周縁付近に集中して大きな圧縮残留応力が残存する。
【００２０】
（Ｅ）はボス部１−３の分岐孔１−２ａの内底部中央に後で設ける分岐孔１−２とほぼ同一径で適当深さの有底孔１−２ｅを設け、この有底孔１−２ｅに嵌入し得る直径を有しかつ該有底孔の深さより多少長尺の突起６ａを押圧面に設けたポンチ６により押圧する方法である。この方法の場合は、突起６ａにて有底孔１−２ｅが押圧されると同時にその周辺も押圧されるので、後で設ける分岐孔１−２の部分に押圧力が集中的に付与されると共に、必然的に分岐孔１−２の周辺にも圧縮残留応力が残存する。
【００２１】
また、図４に示す押圧力付与と同時に分岐孔を打抜く方式は、ボス部１−３に設けた有底の分岐孔１−２ａに嵌入し得る直径を有しかつ先端に分岐孔１−２と同一径でかつ有底の分岐孔１−２ａの底部の残存肉厚より長寸の突起６ｂを設けたポンチ６を用い、分岐孔１−２ａの底部を押圧しながら分岐孔１−２を打抜く方法である。この方法の場合は、突起６ｂにて分岐孔１−２ａの底部が押圧されるので、同時に打抜かれた分岐孔１−２の部分に押圧力が集中的に付与され、必然的に分岐孔１−２の周辺にも圧縮残留応力が残存する。
【００２２】
本発明によるプレス方式で押圧力を付与し、圧縮残留応力を発生させる方法としては、前記方法のみならず図５のような方法を用いることもできる。
図５では、ボス部１−３の大径の分岐孔１−２ａの内底部を押圧するのではなく、ボス部１−３の自由端部に外部から軸方向の押圧力を付与するもので、ボス部１−３全体を軸方向に押圧するよう構成したものである。すなわち例えばエンドミルなどで切削して所定孔径に形成された分岐孔１−２を有し、かつ外周面に雄ねじ１−５が加工されたボス部１−３を設けた本管レール１のボス部１−３付近を拘束する下型５に固定し、次いで左右の可動型５−２、５−３をアクチュエータによりボス部１−３付近を両側から拘束し、プレス装置に取付けられたポンチ６にて当該ボス部の自由端部に押圧力を付与する。この実施例の場合本管レール１のボス部１−３付近のほぼ外周全体を下型５で拘束したのは、分岐孔１−２を穿設したボス部１−３を押圧すると該ボス部付近が外周方向に膨出する傾向があるので、これを抑制するためである。
このようなポンチによる押圧力により、本管レール１の流通路１−１の内周面が僅かに突出して偏平部１−６が形成されるとともに、圧縮残留応力が発生することになる。その後分岐孔１−２に連なって外方に開口する受圧座面１−４を形成して本管レールが製造される。なお上記の説明においては、ボス部１−３の外周に予め雄ねじ１−５および分岐孔１−２を加工したものについて押圧力を付与した例について説明したが、押圧力を付与後に雄ねじ１−５および分岐孔１−２を加工することもできる。
【００２３】
またポンチなどによるプレス方式によって押圧力を付与し、圧縮残留応力を発生させる方法としては、分岐孔を設ける箇所からやや偏心して押圧し、該分岐孔の少なくとも一部、すなわち亀裂の起点となる分岐孔の下端の本管レール１の軸方向側内周縁部Ｐに圧縮残留応力を集中させて発生・残留させることも可能である。
【００２４】
上記のごとく、本発明では、ポンチなどによるプレス方式（外圧方式）により分岐孔の本管レール流通路開口端部周辺に圧縮残留応力を発生させることにより、本管レールの高い内圧による分岐孔の下端内周縁部Ｐに発生する引張応力を前記圧縮残留応力との相殺作用により大幅に低減できる。また、本管レール流通路開口端部周辺に圧縮残留応力を発生させる手段にポンチなどによるプレス方式を採用した場合には、分岐孔付近の本管レール流通路の内周面をプレスにより僅かに突出させて偏平部を形成することにより、この偏平化作用と圧縮残留応力とにより分岐孔の下端内周縁部Ｐに発生する引張応力をより一層低減できる。
【００２５】
なお、上記の実施例におけるコモンレールはいずれも本管レールの流通路の中心とボス部の分岐孔の中心が一致した構造のものであるが、本発明は特願平９−１３１４１号に示したようにボス部の分岐孔の中心を本管レール流通路の径方向に偏心させたコモンレールにも適用できることはいうまでもなく、また有底の分岐孔１−２ａの径はボス部１−３の機械的強度が損なわれない限り、図示のように細径とする必要は必ずしもなく、接続頭部２−２の径方向の寸法や該接続頭部２−２でのスリーブ・ワッシャ４の大きさなどにより適宜大径とすることができる。
【００２６】
一方、枝管２は、分岐枝管あるいは分岐金具からなるものであって、その内部に本管レール１の流通路１−１に通ずる流路２−１を有してその端部に例えば先細状の接続頭部２−２のなす押圧座面２−３を設けてなるもので、その接続構造は、図９に示す枝管接続構造の場合は、分岐管２側の接続頭部２−２のなす押圧座面２−３を本管レール１側の受圧座面１−４に当接係合せしめ、予め枝管側にスリーブ・ワッシャ４を介して締付用袋ナット３を前記ボス部１−３の雄ねじ１−５に螺合することにより、前記接続頭部２−２でのスリーブ・ワッシャ４の押圧に伴って締着して接続構成するものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したごとく本発明のコモンレールは、分岐孔の下端内周縁部における引張応力の発生を圧縮残留応力により相殺して効果的に抑制することができ、枝管接続部における内圧疲労強度を向上できるので、耐久性に優れ、亀裂の発生による流体洩れをなくして確実にして安定した機能を発揮することができるという優れた効果を有する。また、本発明のコモンレール製造方法によれば、通常の製造工程に押圧力付与工程を付加するだけで済み、かつ複雑な設備を必要とするものではないから、工程増による設備コストのアップや生産性の低下などの問題はほとんどなく、高品質のコモンレールを安価に提供できるという大きな効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の本管レールと一体のボス部を有するコモンレールの製造方法の一実施例を示す概略図である。
【図２】同上実施例の変形例を示す概略図である。
【図３】同上実施例の製造方法における押圧力付与手段を例示したもので、（Ａ）は押圧面を逆凹形に形成したポンチを用いてプレスする方式を一部破断して示すボス部の縦断面図、（Ｂ）はボス部の内底部に環状突起を設けて押圧面がフラットのポンチを用いてプレスする方式を示すボス部の縦断面図、（Ｃ）はボス部の内底部を凹形に形成して押圧面が球面となしたポンチを用いてプレスする方式を示すボス部の縦断面図、（Ｄ）はボス部の内底部を山形に突設して押圧面がフラットのポンチを用いてプレスする方式を示すボス部の縦断面図、（Ｅ）はボス部の内底部中央に分岐孔とほぼ同一径の有底孔を設け、この有底孔に嵌入し得る直径の突起を押圧面に設けたポンチを用いてプレスする方式を示すボス部の縦断面図である。
【図４】同上実施例の製造方法において、押圧力付与と同時に分岐孔を打抜く方式の一例を示す概略図である。
【図５】同上実施例における他の変形例を示す概略図である。
【図６】本管レールと一体のボス部を有するコモンレールの製造方法による枝管接続構造例を示す縦断面図である。
【図７】本発明の対象とする従来のコモンレールの枝管接続構造部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１、本管レール
１−１流通路
１−２、１−２ａ分岐孔
１−３ボス部
１−４受圧座面
１−５雄ねじ
１−６偏平部
２枝管
３締付用袋ナット
４スリーブ・ワッシャ
５下型
６ポンチ

Claims

その軸芯方向内部に流通路を有する本管レールの軸方向の周壁部に設けた少なくとも１つのボス部に、前記流通路に通じかつ外方に開口する受圧座面を有する分岐孔を設け、前記流通路に通ずる流路を有する枝管の端部に設けた接続頭部のなす押圧座面部を前記受圧座面に当接係合せしめ、前記ボス部と予め枝管側に組込んだ締付用袋ナットの螺合による前記接続頭部首下での押圧に伴って締着して接続してなるコモンレールにおいて、前記分岐孔の本管レール流通路開口端部周辺のみに圧縮残留応力が存在していることを特徴とするコモンレール。
その軸芯方向内部に流通路を有する本管レールの軸方向の周壁部に設けた少なくとも１つのボス部に、前記流通路に通じかつ外方に開口する受圧座面を有する分岐孔を設け、前記流通路に通ずる流路を有する枝管の端部に設けた接続頭部のなす押圧座面部を前記受圧座面に当接係合せしめ、前記ボス部と予め枝管側に組込んだ締付用袋ナットの螺合による前記接続頭部首下での押圧に伴って締着して接続してなるコモンレールの製造方法において、外部より前記ボス部の軸方向に外圧方式にて押圧力を付与して、前記分岐孔の本管レール流通路開口端部周辺のみに圧縮残留応力を発生させることを特徴とするコモンレールの製造方法。
外部よりボス部の軸方向に外圧方式にて押圧力を付与すると同時に分岐孔を打抜くことを特徴とする請求項２記載のコモンレールの製造方法。