JP6463980B2 - 接合体および燃料供給ポンプ - Google Patents
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Description
この燃料供給ポンプは、円柱状空間が内部に形成された複数の部材を含んで構成される。この複数の部材が溶接されて環状溶接部を形成し、その内部の円柱状空間に媒体(燃料)が流れる。この燃料が高圧の場合には、環状溶接部の内面側の表面に応力が発生し、溶接の疲労強度が低下して亀裂が発生するという問題があった。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態における燃料供給ポンプ10の斜視図である。
燃料供給ポンプ10は、自動車の構成要素であり、ガソリンを高圧化してエンジンに供給する。燃料供給ポンプ10は、ポンプボディ1と、これに溶接された容量制御ジョイント9および吐出ジョイント2と、吸入ジョイント7と、ダンパーホルダ72と、ピストンプランジャー8とを含んで構成される。燃料供給ポンプ10は、ガソリン燃料タンク(不図示)のガソリンを吸入ジョイント7から吸入し、ポンプボディ1の内部で高圧化させて、吐出ジョイント2から吐出させてエンジン(不図示)に供給する。
近年、エンジンの燃費向上を目的に、ガソリンをより高圧化させてエンジンに供給する燃料供給ポンプが要求されている。燃料供給ポンプ10は、溶接で組み立てられる接合体である。そのため、燃料(媒体)の高圧化に耐える溶接構造が望まれる。
ポンプボディ1には、ダンパーホルダ72が嵌め込まれて、ダンパー71を固定している。このダンパーホルダ72には吸入ジョイント7が接合される。
ポンプボディ1には、容量制御ジョイント9が溶接されている。この容量制御ジョイント9は、電磁バルブ92と、これを付勢するバネ94と、これを駆動する電磁コイル93とを含んで構成される。
電磁コイル93が通電されておらず、かつ吸入通路と加圧室83との間の流体差圧が無い状態にて、電磁バルブ92は、バネ94で図2の右方に付勢される。電磁バルブ92の先端の吸入弁体95が閉弁方向に付勢され、加圧室83は閉じられた状態となる。電磁コイル93が通電されている状態にて、電磁バルブ92は、図1の左方に移動した状態が維持される。このとき電磁バルブ92の先端の吸入弁体95は、加圧室83につながる吸入口96を開いている。
ポンプボディ1には更に、容量制御ジョイント9の反対側に、吐出ジョイント2が溶接され、その内部に吐出弁機構26を備える。
吸入ジョイント7から吸入されたガソリンは、ダンパー71近傍を通って静流化される。その後ガソリンは、電磁バルブ92の近傍を通る。電磁バルブ92は、電磁コイル93によって開閉駆動されて、このガソリンの流量をコントルールする。
燃料供給ポンプ10内では、繰り返しガソリンが高圧化されるため、各溶接部に発生する応力も大きくなり、各溶接部の疲労強度の低下が問題となる。燃料供給ポンプ10内の特に圧力の高い溶接部は2か所ある。第1溶接部は、吐出ジョイント2とポンプボディ1との溶接部位であり、突合せ面3の位置である。第2溶接部は、容量制御ジョイント9とポンプボディ1との溶接部位であり、突合せ面91の位置である。これらの溶接部位は、いずれも環状であり、一周に亘って封止溶接されている。本発明は、この二つの溶接部位に特に有効である。
以下、各実施形態において吐出ジョイント2とポンプボディ1の溶接部位について説明するが、容量制御ジョイント9とポンプボディ1の溶接部位にも同様にして適用可能である。
吐出ジョイント2は、ほぼ円筒形であり、ガソリンの圧力が作用する円柱状空間5が内部に設けられている。吐出ジョイント2の嵌合部22は、この円柱状空間5を延長するように突出している。嵌合部22の外径は、後記する図4に示すポンプボディ1の内径とほぼ同等である。嵌合部22は、ポンプボディ1の内周に嵌合する。
嵌合部22の外周の根元には、環状の窪みである環状面23が形成されている。環状面23の外周には、平面24が形成されている。そして、この吐出ジョイント2の側面は、吐出ジョイント表面21である。
ポンプボディ1は、本体15と、この本体15上に形成された筒部16とを含んで構成される。ポンプボディ1は、ガソリンの圧力が作用する円柱状空間5(図1参照)が内部に設けられている。
筒部16の側面は、ポンプボディ表面11である。筒部16の上面は、平面14と、この平面14の内周側の窪みである凹状の環状面13とを含んで形成される。環状面13の更に内周は、円柱状空間5が設けられている。
このポンプボディ1の筒部16の内周面17は、図3に示した吐出ジョイント2の嵌合部22が圧入されて嵌合する。ポンプボディ1の平面14は、吐出ジョイント2の平面24と突き合わせられたのちにレーザ溶接される。このときの接合体60の断面を、後記する図5に示す。
溶接後の接合体60は、吐出ジョイント2とポンプボディ1と、これらを溶接して連結する環状溶接部6とを含んで構成される。この環状溶接部6は、この環状溶接部6の内周側のポンプボディ1との境界と吐出ジョイント2との境界とを結ぶ内周側曲面61の垂線に対して傾斜している、つまり環状溶接部6の外周側のポンプボディ1との境界と吐出ジョイント2との境界とを結ぶ外周側曲面62の中央は、この内周側曲面61の中央に対して円柱状空間5の軸線方向にずれている、ここで内周側曲面61とは、溶接裏面そのものではなく、溶接裏面とポンプボディ1との境界と吐出ジョイント2との境界とを結ぶ仮想的な曲面である。外周側曲面62も同様に、溶接表面そのものではなく、溶接表面とポンプボディ1との境界と吐出ジョイント2との境界とを結ぶ仮想的な曲面である。
溶接前の接合体60は、ポンプボディ1(第1部材)と吐出ジョイント2(第2部材)とを含んで構成される。円柱状空間5は、吐出ジョイント2とポンプボディ1の内部に設けられており、ここに媒体であるガソリンが流れ、圧力が作用する。
接合体60の突合せ面3は、溶接によって封止される面である。突合せ面3と円柱状空間5の間には、環状空間4が形成されている。吐出ジョイント2の嵌合部22は、ポンプボディ1に圧入されて嵌合面31を形成する。嵌合面31は、嵌合部22の外周とポンプボディ1の内周とで形成される。
環状空間4は、嵌合部22によって閉塞されてトーラス状となり、円柱状空間5と分離されている。よって溶接で発生したスパッタは、この環状空間4内に留まる。言い換えると、環状空間4は、溶接で発生したスパッタが円柱状空間5内に混入するのを防止している。
溶接後の接合体60は、吐出ジョイント2とポンプボディ1と、これらを溶接して連結する環状溶接部6とを含んで構成される。環状溶接部6は、溶接表面62sで外界に面すると共に、溶接裏面61sで円柱状空間5に面している。溶接表面62sの内側には、溶接表面62sとポンプボディ1との境界と吐出ジョイント2との境界とを結ぶ仮想的な曲面である外周側曲面62が位置する。また溶接裏面61sの内側には、溶接裏面61sとポンプボディ1との境界と吐出ジョイント2との境界とを結ぶ仮想的な曲面である内周側曲面61が位置する。
ポンプボディ1と吐出ジョイント2は、環状溶接部6で溶接されている。内周側曲面61に面して環状空間4が形成されている。この環状空間4は、嵌合部22によって閉塞され、円柱状空間5と分離されている。この嵌合部22の閉塞により、溶接スパッタが円柱状空間5に混入するのを防止している。
溶接表面62sとポンプボディ1の表面とが接触する点を、C点とする。このC点は、環状溶接部6の外周側のポンプボディ1との境界である。また、溶接表面62sと吐出ジョイント2の表面が接触する点を、D点とする。このD点は、環状溶接部6の内周側のポンプボディ1との境界と吐出ジョイント2との境界である。更に、C点とD点との中間点をI点とする。
溶接裏面61s(図7参照)とポンプボディ1の表面とが接触する点を、A点とする。A点は、環状溶接部6の内周側のポンプボディ1との境界である。また、溶接裏面61sと吐出ジョイント2の表面が接触する点を、B点とする。B点は、環状溶接部6の内周側のポンプボディ1との境界と吐出ジョイント2との境界である。更にA点とB点の中間点をH点とする。A点とB点を結ぶ直線を、直線Eとする。直線Eの垂線を、直線Fとする。また、I点とH点を結んだ線を、直線Jとする。直線Fは、直線Jに対して角度θだけ傾斜している。この傾斜により疲労強度を向上させることができる。
A点とB点を結ぶ直線Eを、円柱状空間5の軸線を中心に回転させると、環状溶接部6の内周側曲面61となる。この内周側曲面61の垂線は、直線Fである。直線Jは、環状溶接部6の外周側曲面62の中央と前記内周側曲面61の中央とを結んでいる。つまり、環状溶接部6は、直線Fに対して角度θだけ傾斜している。この角度θとしては10度から50度までの間で、疲労強度の向上に有効であることを実験で確認した。
レーザ光Lを傾斜させて照射することにより、直線Fと直線J(図7参照)とを傾斜させることができ、内周側曲面61の裏面幅Wを広くすることができる。
円柱状空間5に高圧のガソリンが流れ、圧力が作用するため、内周側曲面61には、応力が発生する。この応力を低減することが疲労強度向上に有効である。そのため、裏面幅Wを広くして、内周側曲面61とポンプボディ1の環状面13との接触角を平坦になるようにしている。また、内周側曲面61と吐出ジョイント2の環状面23との接触角も平坦になるようにしている。すなわち接触角が鈍角になるほど、高圧のガソリンによりA点およびB点に発生する応力が小さくなり、疲労強度を向上させることができる。
また、吐出ジョイント2側の環状面23または/およびポンプボディ1側の環状面13は、凹面である。この凹面を設けることで、溶接裏面61s(図7参照)の盛り上がりを少なくでき、A点およびB点に発生する応力を更に低減できる。
A点からポンプボディ表面11までの厚みを、距離Yとする。B点から溶接表面62sまでの厚みを、距離Xとする。ポンプボディ1は、吐出ジョイント2に比べて肉厚であり剛性が高い。そのため、高圧のガソリンが流れる際には、吐出ジョイント2側のB点よりポンプボディ1側のA点の方に大きな応力が発生する。そのため、A点の応力をB点の応力よりも低減することが必要である。
第1の実施形態では、レーザ光Lを傾斜させて照射するため、B点側の距離XよりもA点側の距離Yの方を厚くすることができる。これによりA点近傍の剛性が高くなり、A点に発生する応力を低減でき、疲労強度を向上させることができる。
図11は、第2の実施形態における溶接後の接合体60Aの断面図である。
第2の実施形態の接合体60Aは、第1実施形態とは異なる形状のポンプボディ1Aと吐出ジョイント2Aと、これらを連結して溶接した環状溶接部6Aとを含んで構成される。環状溶接部6Aの断面は、円柱状空間5の径方向に対して斜めに傾斜している、環状溶接部6Aの傾斜は、第1の実施形態とは逆方向であり、外周ではポンプボディ1A側に傾斜し、内周では吐出ジョイント2A側に傾斜している。
第1の実施形態と異なる点は、レーザ光Lの照射方向を、円柱状空間5の外周側ではポンプボディ1の側に、内周側では吐出ジョイント2側に傾斜させて照射させていることである。このように、レーザ光Lの照射方向が異なり、環状溶接部6Aの傾斜が異なっても第1の実施形態と同様に、溶接の疲労強度を向上させることができる。
図12は、第3の実施形態における溶接後の接合体60Bの断面図である。
第3の実施形態の接合体60Bは、第1実施形態とは異なる形状のポンプボディ1Bと吐出ジョイント2Bと、これらを連結して溶接した環状溶接部6Bとを含んで構成される。環状溶接部6Bの断面は、円柱状空間5の径方向に対して斜めに傾斜している、ポンプボディ1Bの内周と、吐出ジョイント2Bの内周には、スパッタカバー51が設けられる。
第3の実施形態の接合体60Bは、第1の実施形態の接合体60とは異なり、環状空間4が形成されておらず、代わりにスパッタカバー51が設けられる。スパッタカバー51は、円柱状空間5に溶接のスパッタが混入することを防止する。なお、溶接後はスパッタカバー51を取り外して運用する。
このように環状空間4が形成されていない場合であっても、第1の実施形態と同様に、溶接の疲労強度を向上させることができる。
図13は、第4の実施形態における溶接後の接合体60Cの断面図である。
第4の実施形態の接合体60Cは、第1実施形態とは異なる形状のポンプボディ1Cと吐出ジョイント2Cと、これらを連結して溶接した環状溶接部6Cとを含んで構成される。環状溶接部6Cの断面は、円柱状空間5の径方向に対して斜めに傾斜している。
第4の実施形態の接合体60Cは、第1の実施形態の接合体60とは異なり、嵌合部12がポンプボディ1に取り付けられている。このように、ポンプボディ1に嵌合部12を形成した第4の実施形態についても、第1の実施形態と同様に、溶接の疲労強度を向上させることができる。
図14は、第5の実施形態における溶接前の接合体60Dの断面図である。
第5の実施形態の接合体60Dは、第1実施形態とは異なる形状のポンプボディ1Dと吐出ジョイント2Dとを含んで構成される。第5の実施形態の接合体60Dは、第1の実施形態の接合体60と異なり、突合せ面3近傍のポンプボディ表面11と吐出ジョイント表面21が円柱状空間5の中心軸に対して傾斜している。すなわち、突合せ面3よりポンプボディ1Dの側にいくにしたがって、ポンプボディ1Dの外径が大きくなる。反対に、突合せ面3より吐出ジョイント2D側にいくにしたがって吐出ジョイント2Dの外径が小さくなる。更に突合せ面3は、円柱状空間5の径方向に対して傾斜している。
第5の実施形態の接合体60Dは、第1実施形態とは異なる形状のポンプボディ1Dと吐出ジョイント2Dと、これらを連結して溶接した環状溶接部6Dとを含んで構成される。環状溶接部6Dの断面は、円柱状空間5の径方向に対して斜めに傾斜している。
第5の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、環状溶接部6Dの疲労強度の向上させることができる。特に、第5の実施形態では環状溶接部6D近傍においてポンプボディ1Dを厚くできるので、第1の実施形態よりも疲労強度の向上には有効である。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
本発明の変形例として、例えば、次の(a)〜(d)のようなものがある。
(a) 上記実施形態の接合体は、燃料供給ポンプ10に限られず、任意のポンプに用いられていてもよい。
(b) 上記実施形態の接合体は、ポンプボディ1Dと吐出ジョイント2Dとの溶接に限られず、ポンプボディ1Dと容量制御ジョイント9との溶接に対して適用してもよい。
(c) 容量制御ジョイント9のように、内部に円柱状空間5が形成されていないものを第2部材としてもよい。
(d) 接合体の内部の空間は、円柱状に限られず、楕円形状、多角柱状など任意の形状でもょい。
10 燃料供給ポンプ
11 ポンプボディ表面
12 嵌合部
13 環状面
14 平面
15 本体
16 筒部
2,2A〜2D 吐出ジョイント (第2部材の一例)
21 吐出ジョイント表面
22 嵌合部
23 環状面
24 平面
26 吐出弁機構
3 突合せ面
31 嵌合面
4 環状空間
5 円柱状空間
51 スパッタカバー
6,6A,6D 環状溶接部
60 接合体
61 内周側曲面
61s 溶接裏面
62 外周側曲面
62s 溶接表面
7 吸入ジョイント
71 ダンパー
72 ダンパーホルダ
8 ピストンプランジャー
81 シリンダ
82 シリンダホルダ
83 加圧室
9 容量制御ジョイント (第2部材の一例)
91 突合せ面
92 電磁バルブ
93 電磁コイル
94 バネ
95 吸入弁体
L レーザ光
Claims (14)
- 媒体の圧力が作用する空間が内部に形成された第1部材と、
前記空間を延長するにように軸線方向に突出した嵌合部を有し、当該嵌合部で前記空間の内周に嵌合する第2部材と、
前記嵌合部の外周側に設けられ、前記第1部材と前記第2部材との突合せ面の全面を溶接して連結する環状溶接部とを備え、
前記環状溶接部は、当該環状溶接部の内周側の前記第1部材との境界と前記第2部材との境界とを結ぶ内周側曲面の垂線に対して、所定角だけ傾斜して形成され、
前記嵌合部と前記環状溶接部との間には、前記第1部材の上面に形成された環状の窪みと、前記第2部材の前記嵌合部の外周の根本に形成された環状の窪みとによって環状空間が形成されており、
前記環状空間の前記第2部材側の環状面および前記第1部材側の環状面は、凹面である
ことを特徴とする接合体。 - 前記環状溶接部の外周側の前記第1部材との境界と前記第2部材との境界とを結ぶ外周側曲面の中央は、前記内周側曲面の中央に対して前記空間の軸線方向にずれている、
ことを特徴とする請求項1に記載の接合体。 - 前記環状溶接部の前記内周側曲面の垂線に対する前記環状溶接部の傾斜は、10°から50°の間である、
ことを特徴とする請求項1に記載の接合体。 - 前記環状空間は、前記嵌合部により前記空間から分離される、
ことを特徴とする請求項1に記載の接合体。 - 前記第2部材の表面と前記環状溶接部の表面との境界における厚みよりも前記第1部材の表面と前記環状溶接部との境界における厚みの方が大きい、
ことを特徴とする請求項1に記載の接合体。 - 前記環状溶接部の内周面は、前記第1、第2部材の窪み部分が溶融凝固して形成される、
ことを特徴とする請求項5に記載の接合体。 - 燃料の圧力が作用する空間が内部に形成された第1部材と、
前記空間を延長するにように軸線方向に突出した嵌合部を有し、当該嵌合部で前記空間の内周に嵌合する第2部材と、
前記嵌合部の外周側に設けられ、前記第1部材と前記第2部材との突合せ面の全面を溶接して連結する環状溶接部とを備える接合体を有しており、
前記環状溶接部は、当該環状溶接部の内周側の前記第1部材との境界と前記第2部材との境界とを結ぶ内周側曲面の垂線に対して、所定角だけ傾斜して形成され、
前記嵌合部と前記環状溶接部との間には、前記第1部材の上面に形成された環状の窪みと、前記第2部材の前記嵌合部の外周の根本に形成された環状の窪みとによって環状空間が形成されており、
前記環状空間の前記第2部材側の環状面および前記第1部材側の環状面は、凹面である
ことを特徴とする燃料供給ポンプ。 - 前記環状溶接部の軸線方向の断面において、前記環状溶接部の内周側の前記第1部材との境界と前記第2部材との境界とを結ぶ内周線の垂線に対し、前記環状溶接部の内周側幅方向の中心点と前記環状溶接部の外周側幅方向の中心点とを結ぶ直線が所定角だけ傾斜している、
ことを特徴とする請求項7に記載の燃料供給ポンプ。 - 前記第1部材は、ポンプボディであり、
前記第2部材は、吐出ジョイントである、
ことを特徴とする請求項8に記載の燃料供給ポンプ。 - 前記環状溶接部の断面において、前記環状溶接部の前記内周線の垂線に対し、前記環状溶接部の内周側幅方向の中心点と前記環状溶接部の外周側幅方向の中心点とを結ぶ直線が、外周側では前記吐出ジョイント側に傾斜し、内周側では前記ポンプボディ側に傾斜している、
ことを特徴とする請求項9に記載の燃料供給ポンプ。 - 前記第2部材の表面と前記環状溶接部の表面との境界における厚みよりも前記第1部材の表面と前記環状溶接部との境界における厚みが大きい、
ことを特徴とする請求項9に記載の燃料供給ポンプ。 - 前記第1部材は、ポンプボディであり、
前記第2部材は、容量制御ジョイントである、
ことを特徴とする請求項8に記載の燃料供給ポンプ。 - 前記環状溶接部の断面において、前記環状溶接部の前記内周線の垂線に対し、前記環状溶接部の内周側幅方向の中心点と前記環状溶接部の外周側幅方向の中心点とを結ぶ直線が、外周側では前記容量制御ジョイント側に傾斜し、内周側では前記ポンプボディ側に傾斜している、
ことを特徴とする請求項12に記載の燃料供給ポンプ。 - 前記第2部材の表面と前記環状溶接部の表面との境界における厚みよりも前記第1部材の表面と前記環状溶接部との境界における厚みが大きい、
ことを特徴とする請求項12に記載の燃料供給ポンプ。
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