JP5287701B2 - 回転軸保持構造およびそれを用いたポンプ - Google Patents

Description

本発明は、回転軸をブッシュにより回転自在に保持する回転軸保持構造、およびそれを用いたポンプに関するものである。

圧縮着火式内燃機関用燃料噴射装置に用いられるサプライポンプは、内燃機関により回転軸を駆動し、この回転軸によりフィードポンプとしてのギアポンプまたはベーンポンプを駆動して、燃料タンクから吸入した燃料を高圧ポンプに供給する。また、高圧ポンプの構成部品であるプランジャを回転軸により駆動して燃料を加圧し、高圧になった燃料をコモンレールに圧送するようになっている。

サプライポンプのハウジングにブッシュが固定され、このブッシュに回転軸が回転自在に保持されている。そして、ハウジング内に燃料が蓄えられており、潤滑液としての燃料が、ブッシュにおける軸方向端部から回転軸とブッシュとの間に供給されるようになっている（特許文献１参照）。

図５（ａ）に示すように、ブッシュ１５は、内径が一定のブッシュストレート部１５１と、軸方向両端部に形成された面取り部１５２とを有し、ブッシュストレート部１５１と面取り部１５２との境界はエッジになっている。回転軸１４には、内燃機関からの入力による荷重（以下、入力側荷重という）が作用するとともに、プランジャを駆動する際の荷重（以下、負荷側荷重という）が作用する。

そして、入力側荷重および負荷側荷重により回転軸１４が曲がる（すなわち、ブッシュ１５に対して傾く）ため、図５（ａ）に破線で示すようなクラウニング化されていない回転軸１４を用いた場合は、図５（ｂ）に示すように回転軸１４はブッシュ１５のエッジ状部位と当接する。このように、回転軸１４とブッシュ１５との当接部がエッジ当たり（線当たり）することによりその当接部に過大面圧が作用し、ブッシュ１５の摩耗が促進される。ブッシュ１５が摩耗すると摺動性が低下し、摺動部が焼付きに至る虞がある。

そこで、図５（ａ）に実線で示すようなクラウニング化された回転軸１４を用いることにより、換言すると、回転軸１４におけるブッシュ１５の内周部に位置する部位をたる形にした回転軸１４を用いることにより、図５（ｃ）に示すように回転軸１４をブッシュストレート部１５１に当接させて当接部が面当たりになるようにし、当接部の作用面圧を低減するようにしている。

特開２０００−２４０５３１号公報

しかしながら、上記したクラウニング形状では、回転軸１４をクラウニング化しない場合と比較して、以下に示すような問題点が発生する。

まず、回転軸１４とブッシュ１５との当接部がブッシュ内側（すなわち、ブッシュ１５における軸方向中央部側）へ移り、入力側荷重作用点から当接部までの距離が長くなるとともに、負荷側荷重作用点から当接部までの距離が長くなるため、入力側荷重および負荷側荷重により発生する曲げモーメントが増加する。

また、回転軸１４とブッシュ１５との当接部がブッシュ内側へ移り、ブッシュ１５における軸方向端部から当接部までの距離が長くなるため、当接部に対する潤滑油の浸透性が悪化する。

また、図５（ａ）から明らかなように回転軸１４の傾き量が増加する。これにより、例えばフィードポンプの端面がハウジングに押し付けられて摺動抵抗が増加する。

また、回転軸１４におけるブッシュ１５の内周側に位置する部位の最大外径が同一の場合、回転軸１４におけるブッシュ１５の内周側に位置する部位の断面係数が小さくなるため剛性が低下する。

さらに、回転軸１４におけるブッシュ１５の内周側に位置する部位の最大外径の管理が困難なため、回転軸１４とブッシュ１５との間のクリアランスのバラツキが大きくなる。そして、例えばクリアランスが大きい場合は回転軸１４の傾き量が増加する。

本発明は上記点に鑑みて、クラウニング化した場合の問題点を解消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、回転軸（１４）をブッシュ（１５）により回転自在に保持する回転軸保持構造において、ブッシュ（１５）は、内径が一定のブッシュストレート部（１５１）と、ブッシュストレート部（１５１）よりも軸方向外側に位置する軸方向両端の面取り部（１５２）とを有し、回転軸（１４）は、外径が一定の回転軸ストレート部（１４１）と、この回転軸ストレート部（１４１）から軸方向に沿って砲弾状に外径が小さくなる回転軸縮径部（１４２）とを有し、回転軸ストレート部（１４１）と回転軸縮径部（１４２）は滑らかに繋がれており、回転軸ストレート部（１４１）は、ブッシュストレート部（１５１）よりも軸方向長さが短く、且つブッシュストレート部（１５１）の内周側に配置されており、回転軸縮径部（１４２）のうち回転軸ストレート部（１４１）に近い側の部位は、ブッシュストレート部（１５１）と面取り部（１５２）との境界近傍においてブッシュストレート部（１５１）の内周側に配置されており、さらに、回転軸縮径部（１４２）のうち回転軸ストレート部（１４１）から遠い側の部位は、ブッシュ（１５）の軸方向両端よりも外側まで延びていることを特徴とする。

これによると、回転軸（１４）がブッシュ（１５）に対して傾いた状態では、回転軸縮径部（１４２）がブッシュストレート部（１５１）に当接して当接部が面当たりになるため、当接部の作用面圧を低減することができる。そして、従来のように回転軸（１４）におけるブッシュ（１５）の内周部に位置する部位をたる形にした回転軸保持構造と比較して、以下の効果が得られる。

まず、回転軸（１４）とブッシュ（１５）との当接部がブッシュ端部側へ移り、荷重作用点から当接部までの距離が短くなるため、荷重により発生する曲げモーメントが減少する。また、回転軸（１４）とブッシュ（１５）との当接部がブッシュ端部側へ移るため、回転軸（１４）の傾き量が減少する。また、回転軸（１４）におけるブッシュ（１５）の内周側に位置する部位の最大外径が同一の場合、回転軸（１４）におけるブッシュ（１５）の内周側に位置する部位の断面係数が大きくなるため剛性が上がる。さらに、回転軸ストレート部（１４１）は外径が一定であるためその管理が容易であり、回転軸（１４）とブッシュ（１５）との間のクリアランスのバラツキが小さくなる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の回転軸保持構造において、回転軸（１４）とブッシュ（１５）との摺動部に、ブッシュ（１５）における軸方向一端側から潤滑液が供給される構成であることを特徴とする。

これによると、回転軸（１４）とブッシュ（１５）との当接部がブッシュ端部側へ移り、ブッシュ（１５）における軸方向端部から当接部までの距離が短くなっているため、当接部に対する潤滑油の浸透性が向上する。

請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載の回転軸保持構造は、回転軸（１４）により駆動されて流体を吸入し吐出するポンプ部（２０、２３、２４、２５）を備えるポンプに適用することができる。

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。

本発明の第１実施形態に係る回転軸保持構造を採用したポンプの断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１の回転軸およびブッシュの拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る回転軸保持構造を示す断面図である。 （ａ）は従来の２つの回転軸保持構造を示す断面図である。（ｂ）は一方の従来例を示すもので、（ａ）におけるＢ部の拡大断面図である。（ｃ）は他方の従来例を示すもので、（ａ）におけるＢ部の拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る回転軸保持構造を採用したポンプの断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は図１の回転軸およびブッシュの拡大断面図である。

本実施形態のポンプは、内燃機関（より詳細には圧縮着火式内燃機関）用の蓄圧式燃料噴射装置に用いられ、高圧燃料を蓄えるコモンレールに燃料を加圧して供給するものである。

図１および図２に示すように、ポンプのハウジング１１は、アルミニウム合金製のハウジング本体１１ａとアルミニウム合金製のベアリングカバー１１ｂとをボルトにて結合して構成されている。ハウジング１１内には、後述するフィードポンプから燃料が供給されるカム室１３が形成されており、このカム室１３の両端は鉄系金属製の一対のシリンダヘッド１２によって閉塞されている。また、カム室１３は図示しない燃料タンクに接続されている。

回転軸１４は、鉄系金属製で、図示しない内燃機関に駆動されて回転する。具体的には、回転軸１４の一端側（図１の紙面において左側）に図示しないギアが結合され、そのギアに内燃機関側のギヤが噛み合わされることにより、回転軸１４が内燃機関により駆動されるようになっている。

回転軸１４は、円筒状の２つのブッシュ１５により回転自在に保持されている。一方のブッシュ１５はハウジング本体１１ａに圧入して固定され、他方のブッシュ１５はベアリングカバー１１ｂに圧入して固定されている。回転軸１４とベアリングカバー１１ｂとの間はオイルシール１６によりシールされている。回転軸１４における軸方向中間部には、断面円形状のカム１７が回転軸１４に対して偏心して一体に形成されている。

カム１７の外周には、回転軸１４の周りを公転するカムリング１８が嵌合されている。このカムリング１８は、カムリング本体１８ａと、このカムリング本体１８ａに一体化されたブッシュ１８ｂとからなる。より詳細には、カムリング本体１８ａは、鉄系金属よりなり、外形が四角柱形状で、円形状の貫通穴が形成されている。また、ブッシュ１８ｂは、円筒状に形成され、カムリング本体１８ａの貫通穴に圧入されており、カム１７と摺動自在になっている。なお、カム１７およびカムリング１８は、カム室１３に収容されている。

カムリング１８の両側には、カムリング１８の公転に追従して往復移動する鉄系金属製のプランジャ２０が配置されている。このプランジャ２０は、シリンダヘッド１２内に往復移動自在に挿入された円柱部２０ａと、カム室１３に配置されてカムリング１８と対向配置された鍔状のプランジャヘッド２０ｂとを備えている。

カム室１３に配置されたスプリング２１により、プランジャ２０がカムリング１８側に付勢されて、プランジャヘッド２０ｂがカムリング１８に押し付けられている。カムリング１８とプランジャヘッド２０ｂの当接面は平面状に形成されており、これによりカムリング１８の自転が阻止されるため、カム１７の回転に伴いカムリング１８はプランジャヘッド２０ｂと摺動しながら自転することなく公転する。

シリンダヘッド１２内には、プランジャ２０の円柱部２０ａの一端側（反プランジャヘッド２０ｂ側）に、フィードポンプ２５から燃料が供給される燃料加圧室２２が形成されている。また、シリンダヘッド１２内には、フィードポンプ２５から燃料加圧室２２への燃料の流れのみを許容する入口側逆止弁２３、および、燃料加圧室２２から図示しないコモンレールへの燃料の流れのみを許容する出口側逆止弁２４が設けられている。なお、プランジャ２０、入口側逆止弁２３、および、出口側逆止弁２４は、本発明のポンプ部を構成している。

回転軸１４の他端側（図１の紙面において右側）には、ポンプ部としてのインナギア式のフィードポンプ２５が結合されている。このフィードポンプ２５は、ポンプカバー２６内に回転自在に収納されている。フィードポンプ２５は、回転軸１４に回転駆動されることにより、燃料タンクから吸入した燃料を加圧して吐出する。

フィードポンプ２５から吐出された燃料は、図示しない燃料通路および入口側逆止弁２３を介して燃料加圧室２２に供給されるようになっている。なお、その燃料通路の途中には、燃料加圧室２２に供給される燃料量を内燃機関の運転状態に応じて調量する調量弁（図示せず）が設けられている。

図３に示すように、円筒状のブッシュ１５の内周側には、軸方向中央部に内径が一定のブッシュストレート部１５１が形成され、軸方向両端部に面取り部１５２が形成されている。

回転軸１４は、外径が一定の回転軸ストレート部１４１と、この回転軸ストレート部１４１の軸方向両側に位置し、且つ回転軸ストレート部１４１の軸方向端部を基点として軸方向に沿って砲弾状に外径が小さくなる回転軸縮径部１４２とを有している。なお、本明細書でいう「砲弾状」は、軸方向断面において円弧形状であり、且つ基点からの軸方向距離が長くなるのに伴って外径の減少度合いが大きくなる形状である。或いは、軸方向断面において円弧形状であり、その円弧の曲率中心が軸線側に位置する形状を、「砲弾状」ということもできる。

回転軸ストレート部１４１と回転軸縮径部１４２は滑らかに繋がれており、より詳細には、軸方向断面において回転軸ストレート部１４１は回転軸縮径部１４２の接線になっている。

回転軸ストレート部１４１は、ブッシュストレート部１５１よりも軸方向長さが短く、且つブッシュストレート部１５１の内周側に配置されている。また、回転軸縮径部１４２のうち回転軸ストレート部１４１に近い側の部位はブッシュストレート部１５１の内周側に配置されている。さらに、回転軸縮径部１４２のうち回転軸ストレート部１４１から遠い側の部位は、少なくともブッシュストレート部１５１と面取り部１５２の境界まで延びており、望ましくは、ブッシュストレート部１５１と面取り部１５２の境界よりも面取り部１５２側まで延びている。

次に、ポンプの作動について説明する。回転軸１４が内燃機関に駆動されて回転すると、回転軸１４の回転動作によってフィードポンプ２５が駆動され、フィードポンプ２５は燃料タンクから燃料を吸入し加圧して吐出する。

また、回転軸１４の回転に伴いカム１７が回転し、カム１７の回転に伴いカムリング１８が自転することなく公転し、カムリング１８の公転に伴いプランジャ２０が往復移動する。

カムリング１８の公転に伴い上死点にあるプランジャ２０が下死点に向けて移動すると、フィードポンプ２５から吐出された燃料が入口側逆止弁２３を介して燃料加圧室２２に流入する。

下死点に達したプランジャ２０が再び上死点に向けて移動すると、入口側逆止弁２３が閉じ、燃料加圧室２２の燃料圧力が上昇する。燃料加圧室２２の燃料圧力が上昇すると、出口側逆止弁２４が開弁して、高圧の燃料がコモンレールに供給される。

本実施形態では、図３に破線で示すように、入力側荷重および負荷側荷重により回転軸１４が曲がった状態（すなわち、ブッシュ１５に対して傾いた状態）では、回転軸縮径部１４２がブッシュストレート部１５１に当接して当接部が面当たりになるため、当接部の作用面圧を低減することができる。

そして、従来のように回転軸１４におけるブッシュ１５の内周部に位置する部位をたる形にした場合と比較して、以下の効果が得られる。

まず、回転軸１４とブッシュ１５との当接部がブッシュ端部側へ移り、荷重作用点から当接部までの距離が短くなるため、荷重により発生する曲げモーメントが減少する。また、回転軸１４とブッシュ１５との当接部がブッシュ端部側へ移るため、回転軸１４の傾き量が減少する。

また、回転軸１４におけるブッシュ１５の内周側に位置する部位の最大外径が同一の場合（本実施形態では、回転軸ストレート部１４１が最大外径となる）、回転軸１４におけるブッシュ１５の内周側に位置する部位の断面係数が大きくなるため剛性が上がる。また、回転軸ストレート部１４１は外径が一定であるためその管理が容易であり、回転軸１４とブッシュ１５との間のクリアランスのバラツキが小さくなる。

さらに、回転軸１４とブッシュ１５との間には、ブッシュ１５における軸方向端部から潤滑液として機能する燃料が供給されるが、回転軸１４とブッシュ１５との当接部がブッシュ端部側へ移り、ブッシュ１５における軸方向端部から当接部までの距離が短くなるため、当接部に対する潤滑油の浸透性が向上する。

なお、回転軸１４の傾きが最大になったときでも回転軸１４とブッシュ１５との当接部がエッジ当たりしないように、回転軸縮径部１４２の曲率半径、回転軸縮径部１４２の高さＨ１（図３参照）、さらには回転軸縮径部１４２の長さＬ１（図３参照）を設定することはいうまでもない。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図４は本発明の第２実施形態に係る回転軸保持構造を示す断面図である。第１実施形態では回転軸１４をクラウニング化したのに対し、本実施形態はブッシュ１５をクラウニング化したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図４に示すように、回転軸１４は、外径が一定の回転軸ストレート部１４１を有し、回転軸縮径部１４２は廃止されている。また、回転軸ストレート部１４１は、ブッシュ１５の全長よりも長く設定されている。

円筒状のブッシュ１５の内周側には、ブッシュストレート部１５１と面取り部１５２との間に、ブッシュ拡径部１５３が形成されている。このブッシュ拡径部１５３は、ブッシュストレート部１５１の軸方向両側に位置し、且つブッシュストレート部１５１の軸方向端部を基点として軸方向に沿ってラッパ状に内径が大きくなっている。なお、本明細書でいう「ラッパ状」は、軸方向断面において円弧形状であり、且つ基点からの軸方向距離が長くなるのに伴って内径の増加度合いが大きくなる形状である。或いは、軸方向断面において円弧形状であり、その円弧の曲率中心が反軸線側に位置する形状を、「ラッパ状」ということもできる。

ブッシュストレート部１５１とブッシュ拡径部１５３は滑らかに繋がれており、より詳細には、軸方向断面においてブッシュストレート部１５１はブッシュ拡径部１５３の接線になっている。

ブッシュストレート部１５１は、回転軸ストレート部１４１よりも軸方向長さが短く、且つ回転軸ストレート部１４１の外周側に配置されている。また、ブッシュ拡径部１５３も回転軸ストレート部１４１の外周側に配置されている。

本実施形態では、図４に破線で示すように、入力側荷重および負荷側荷重により回転軸１４が曲がった状態（すなわち、ブッシュ１５に対して傾いた状態）では、ブッシュ拡径部１５３が回転軸ストレート部１４１に当接して当接部が面当たりになるため、当接部の作用面圧を低減することができる。

そして、従来のように回転軸１４におけるブッシュ１５の内周部に位置する部位をたる形にした場合と比較して、以下の効果が得られる。

まず、回転軸１４とブッシュ１５との当接部がブッシュ端部側へ移り、荷重作用点から当接部までの距離が短くなるため、荷重により発生する曲げモーメントが減少する。また、回転軸１４とブッシュ１５との当接部がブッシュ端部側へ移るため、回転軸１４の傾き量が減少する。

また、回転軸１４におけるブッシュ１５の内周側に位置する部位の最大外径が同一の場合（本実施形態では、回転軸ストレート部１４１が最大外径となる）、回転軸１４におけるブッシュ１５の内周側に位置する部位の断面係数が大きくなるため剛性が上がる。また、ブッシュストレート部１５１は内径が一定であるためその管理が容易であり、回転軸１４とブッシュ１５との間のクリアランスのバラツキが小さくなる。

さらに、回転軸１４とブッシュ１５との間には、ブッシュ１５における軸方向端部から潤滑液として機能する燃料が供給されるが、回転軸１４とブッシュ１５との当接部がブッシュ端部側へ移り、ブッシュ１５における軸方向端部から当接部までの距離が短くなるため、当接部に対する潤滑油の浸透性が向上する。

なお、回転軸１４の傾きが最大になったときでも回転軸１４とブッシュ１５との当接部がエッジ当たりしないように、ブッシュ拡径部１５３の曲率半径、ブッシュ拡径部１５３の高さＨ２（図４参照）、さらにはブッシュ拡径部１５３の長さＬ２（図４参照）を設定することはいうまでもない。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、本発明の回転軸保持構造を、圧縮着火式内燃機関用燃料噴射装置に用いられるサプライポンプに適用する例を示したが、本発明の回転軸保持構造は、他の用途のポンプにも適用することができる。

また、上記各実施形態は、実施可能な範囲で任意に組み合わせが可能である。

１４ 回転軸
１５ ブッシュ
１４１ 回転軸ストレート部
１４２ 回転軸縮径部
１５１ ブッシュストレート部

Claims (3)

1. 回転軸（１４）をブッシュ（１５）により回転自在に保持する回転軸保持構造において、
   前記ブッシュ（１５）は、内径が一定のブッシュストレート部（１５１）と、前記ブッシュストレート部（１５１）よりも軸方向外側に位置する軸方向両端の面取り部（１５２）とを有し、
   前記回転軸（１４）は、外径が一定の回転軸ストレート部（１４１）と、この回転軸ストレート部（１４１）から軸方向に沿って砲弾状に外径が小さくなる回転軸縮径部（１４２）とを有し、
   前記回転軸ストレート部（１４１）と前記回転軸縮径部（１４２）は滑らかに繋がれており、
   前記回転軸ストレート部（１４１）は、前記ブッシュストレート部（１５１）よりも軸方向長さが短く、且つ前記ブッシュストレート部（１５１）の内周側に配置されており、
   前記回転軸縮径部（１４２）のうち前記回転軸ストレート部（１４１）に近い側の部位は、前記ブッシュストレート部（１５１）と前記面取り部（１５２）との境界近傍において前記ブッシュストレート部（１５１）の内周側に配置されており、
   さらに、前記回転軸縮径部（１４２）のうち前記回転軸ストレート部（１４１）から遠い側の部位は、前記ブッシュ（１５）の軸方向両端よりも外側まで延びていることを特徴とする回転軸保持構造。
2. 前記回転軸（１４）と前記ブッシュ（１５）との摺動部に、前記ブッシュ（１５）における軸方向一端側から潤滑液が供給される構成であることを特徴とする請求項１に記載の回転軸保持構造。
3. 請求項１または２に記載の回転軸保持構造と、
   前記回転軸（１４）により駆動されて流体を吸入し吐出するポンプ部（２０、２３、２４、２５）とを備えることを特徴とするポンプ。

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