JP6676054B2

JP6676054B2 - ダイアフラムダンパ

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Publication number: JP6676054B2
Application number: JP2017532534A
Authority: JP
Inventors: 俊昭岩; 小川　義博; 義博小川; 藤原　靖; 靖藤原; 裕亮佐藤
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2020-04-08
Anticipated expiration: 2036-07-28
Also published as: US20180209389A1; EP3330564B1; EP3330564A1; WO2017022603A1; JPWO2017022603A1; EP3330564A4; CN107709820B; CN107709820A; US10495042B2

Description

本発明は、たとえば高圧燃料ポンプなどの脈動が生じる箇所に用いられる脈動吸収用のダイアフラムダンパに関する。

従来、この種の脈動を吸収する装置として、たとえば、高圧燃料ポンプの流体通路内に設けたダンパ装置が知られている（以下、「従来技術」という。たとえば、特許文献１参照。）。この従来技術では、ダンパ装置が、高圧燃料ポンプから吐出される燃料圧の脈動を吸収する。その結果、燃料圧の脈動幅が小さくなり、燃料の噴射量が安定化する。

この従来技術に係るダンパ装置は、図４（ａ）に示すように、第１ダイアフラム５０と、第２ダイアフラム５５と、第１ダイアフラム５０を下方から支持する第１支持部材６０と、第２ダイアフラム５５を上方から支持する第２支持部材６５とを備えている。第１ダイアフラム５０は、金属製の薄板からなり、周縁部５１と、周縁部５１に対し下方に凹む中央部５２とを有し、皿状に形成されている。第２ダイアフラム５５も、金属製の薄板からなり、周縁部５６と、周縁部５６に対し上方に凹む中央部５７とを有し、皿状に形成されている。

第１ダイアフラム５０の周縁部５１と第２ダイアフラム５５の周縁部５６とは、互いに重ね合わされている。周縁部５１及び周縁部５６は、第１支持部材６０の第１挟持部６１と第２支持部材６５の第２挟持部６６とにより、上下方向から挟持されている。第１挟持部６１及び第２挟持部６６の厚みは、周縁部５１及び周縁部５６の厚みよりも大きく、また、径方向の位置によらず一定の長さを有している。

第１ダイアフラム５０の周縁部５１、第２ダイアフラム５５の周縁部５６、第１挟持部６１及び第２挟持部６６は、レーザ溶接により、周縁部及び挟持部の全周に亘って接合される。具体的には、図４（ｂ）に示すように、第１ダイアフラム５０の周縁部５１、第２ダイアフラム５５の周縁部５６、第１挟持部６１及び第２挟持部６６の４枚の部材を重ね合わせた状態で、これらの端面に対して直交する方向にレーザービーム７０を照射する。周縁部５１，５６及び第１及び第２挟持部６１，６６は、これらの全周に亘ってヘリ溶接が連続的に行われることで、封止及び接合される。その際、図４（ｂ）のハッチングで示すように、溶接領域７１の端面の径ｄは、第１ダイアフラム５０の周縁部５１、第２ダイアフラム５５の周縁部５６、第１挟持部６１及び第２挟持部６６の各端面の厚みを合計した厚みｔよりも小さい。また、溶接領域７１の径は、溶接領域７１の端面から奥に向うにつれて小さくなる。このため、第１挟持部６１及び第２挟持部６６のいずれの表面にも、溶接領域７１は露出しない。

このため、溶接領域７１の端面から奥へと溶接が進行した程度、すなわち、溶け込み量の程度を確認することができない。溶接領域７１の端面が小さければ溶接領域７１の奥行き距離も小さいとは限らない。逆に、溶接領域７１の端面が大きければ溶接領域７１の奥行き距離も大きいとは限らない。このため、溶接不足あるいは溶接過剰となり、設計通りの溶接結果が得られず、ダンパ装置本来の性能が十分に発揮されない虞があった。また、従来の溶接方法では、経験により入熱量を加減するため、溶け込み量を一定にすることが困難であった。

特開２０１３−２２７８７７号公報

本発明の目的は、外面からの観察により溶接部の溶け込み量を確認でき、かつ溶接部の溶け込み量を一定の範囲に制御できるダイアフラムダンパを提供することにある。

上記問題点を解決するため、本発明の第一の態様によれば、一対のダイアフラムと、一対のダイアフラムから構成されると共に高圧ガスが封入される高圧室とを有するダイアフラムダンパにおいて、一対のダイアフラムの周縁部は、ダイアフラムダンパの外周端部を形成し、外周端部の全周は、レーザ溶接により連続的に密封及び接合され、外周端部の先端の厚みは、外周端部の先端におけるレーザ光のスポット径に対応するように設定され、溶接により、外周端部の先端の全域に溶接ビードが形成される。

この特徴によれば、溶接後の溶接ビードの外径及び幅から、溶け込み量を推定することが可能となる。また、外周端部の先端が溶け始めるときの入熱と、金属伝熱による放熱とのバランスが良好になる。このため、溶け込み深さが安定し、外周端部の全周に亘って溶け込み量を一定に維持することができる。さらに、レーザ光の中心が外周端部の先端の厚みの中心からずれても、溶接ビードは、外周端部の先端の全域に形成される。よって、レーザ光の中心が外周端部の先端の厚みの中心からずれたことによる影響はなく、溶け込み量を一定に維持することができる。さらに、外周端部にうねりが生じている場合でも、溶け込み量を一定に維持することができる。

上記のダイアフラムダンパにおいて、ダイアフラムダンパは、更に、一対のダイアフラムのそれぞれを支持する第１カバー部材と第２カバー部材とを有し、第１及び第２カバー部材は、一対のダイアフラムの周縁部を挟持する挟持部をそれぞれ有し、第１カバー部材の挟持部及び第２カバー部材の挟持部は、勾配を有する外面をそれぞれ有し、各勾配は、各挟持部の先端に向かうに従い各挟持部の厚みが小さくなるように、それぞれ設定されていることが好ましい。

この特徴によれば、外周端部の先端から奥へと徐々に入熱によるエネルギが拡散し、外周端部の溶接領域の厚み方向の全体を溶け込み領域とすることができる。よって、外周端部の外面から、溶け込み領域を確認することができる。

上記のダイアフラムダンパにおいて、一対のダイアフラムは、第１カバー部材及び第２カバー部材により外側からそれぞれ覆われ、一対のダイアフラムの周縁部は、相互に重ね合わされ、重ね合わされた周縁部は、第１カバー部材及び第２カバー部材の各挟持部により挟持され、外周端部は、一対のダイアフラムの周縁部と、第１カバー部材及び第２カバー部材の各挟持部とを含むことが好ましい。

この特徴によれば、溶接ビードの外径及び幅から、一対のダイアフラムと第１カバー部及び第２カバー部とを確実に一体化することができる。

本発明の実施例１に係るダイアフラムダンパを示す縦断面図。（ａ）はダイアフラムダンパの外周端部を拡大して示す部分断面図、（ｂ）はレーザ光の照射位置が中心ｘ−ｘからずれたときの溶接状態を示す部分断面図。ダイアフラムダンパの外周端部の溶接後の状態を示す部分断面図。（ａ）は従来のダイアフラムダンパを示す縦断面図、（ｂ）はダイアフラムダンパの溶接状態を示す部分断面図。

以下、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて図面を参照しつつ説明する。本発明の範囲は、特に明示しない限り、この実施例の構成部品の寸法、材質、形状、構成部品の相対的配置などに限定されない。

以下、本発明の実施例１に係るダイアフラムダンパについて、図１〜図３を参照して説明する。本発明に係るダイアフラムダンパは、燃料タンクから供給される燃料をプランジャの往復動によって加圧してインジェクタへ圧送する高圧ポンプに使用されている。

この種の高圧ポンプの燃料入口付近には、燃料チャンバが形成されている。高圧ポンプでは、プランジャが下降するときに燃料チャンバから加圧室へ燃料が吸入される「吸入工程」と、プランジャが上昇するときに加圧室の燃料の一部が燃料チャンバへ戻される「調量工程」と、吸入弁を閉じた後にプランジャがさらに上昇するときに燃料が加圧される「加圧工程」とが繰り返される。これにより、高圧ポンプは、燃料を加圧し、加圧した燃料を吐出する。本発明に係るダイアフラムダンパは、このような高圧ポンプの燃料チャンバにおいて発生する脈動を低減するために使用される。

図１に示すように、高圧ポンプのハウジング１は、外部から供給された燃料を収容可能な燃料チャンバ２などを有する。燃料チャンバ２は、ハウジング１の上部３と、ハウジング１の上部に被せられて固定された有底筒状のカバー４の内面とにより形成されている。図示しないが、カバー４の下部は、ハウジング１に対して密に接合されている。

燃料チャンバ２内には、２つのダイアフラムダンパ１０が設置されている。２つのダイアフラムダンパ１０は、上下方向に配列されている。上方のダイアフラムダンパ１０の基本構造は、下方のダイアフラムダンパ１０のそれと同じである。２つのダイアフラムダンパ１０は、クリップ１１により互いに固定されている。

ダイアフラムダンパ１０は、ハウジング１の上部３に載置されている。カバー４の内側には、保持部材１３が設けられている。コイルドウェーブスプリング１２は、保持部材１３を介して、ダイアフラムダンパ１０の上方に固定されている。フラムダンパ１０は、コイルドウェーブスプリング１２により下方に押しつけられることで、ハウジング１に固定されている。

ダイアフラムダンパ１０は、一対の円盤状のダイアフラム１５，１５を有している。また、ダイアフラムダンパ１０は、一対のダイアフラム１５，１５から構成されると共に高圧ガスが封入される高圧室１６を有している。一対の円盤状のダイアフラム１５，１５は、円盤状の第１カバー部材１７及び第２カバー部材１８により、外側からそれぞれ覆われている。高圧室１６内には、一対のゴム状弾性部材１４，１４が上下方向に配列されて、設置されている。

一対のダイアフラム１５，１５は、可撓性の薄い金属板からなり、同一形状に成形されている。ダイアフラム１５，１５は、中央部１５ｂ，１５ｂが可撓性を有するように、それぞれ形成されている。第１カバー部材１７及び第２カバー部材１８は、金属からなり、ダイアフラム１５，１５をそれぞれ支持し、ダイアフラム１５，１５よりも大きい厚さを有している。

図１及び図２に示すように、ダイアフラム１５，１５の周縁部１５ａ，１５ａは、相互に重ね合わされている。また、重ね合わされた周縁部１５ａ，１５ａは、第１カバー部材１７の周縁部の挟持部１７ａと第２カバー部材１８の周縁部の挟持部１８ａとにより、挟持されている。

ダイアフラム１５，１５の周縁部１５ａ，１５ａ、第１カバー部材１７の挟持部１７ａ及び第２カバー部材の挟持部１８ａは、重ね合わされた状態で、ダイアフラムダンパ１０の外周端部Ａを形成している。外周端部Ａは、外周端部Ａの全周に亘って、レーザ溶接により連続的に密封及び接合される。

レーザ溶接の際、第１カバー部材１７は、第１治具１９により保持され、第２カバー部材１８は、第２治具２０に保持される。また、第１治具１９及び第２治具２０を近接させることにより、ダイアフラム１５，１５の周縁部１５ａ，１５ａ、第１カバー部材１７の挟持部１７ａ及び第２カバー部材１８の挟持部１８ａは、互いに密着した状態に維持される。

レーザ溶接として、たとえば、ＹＡＧレーザによるシーム溶接が用いられる。溶接時、第１治具１９及び第２治具２０に保持された一対のダイアフラム１５，１５、第１カバー部材１７及び第２カバー部材１８を、図２（ａ）の鉛直軸を中心に回転させる。それと共に、レーザ装置の出射ユニット２１から、レーザ光Ｌを、一対のダイアフラム１５，１５の周縁部１５ａ，１５ａ、第１カバー部材１７の挟持部１７ａ及び第２カバー部材１８の挟持部１８ａからなる外周端部Ａに対して、回転軸線と直交する方向に照射する。こうして、外周端部Ａの全周が溶接される。それにより、溶接ビード２２が外周端部Ａの全周に亘り形成されて、高圧室１６が密封される。

本発明において、外周端部Ａの先端の厚みｔは、外周端部Ａの先端におけるレーザ光Ｌのスポット径ｄに対応するように設定される。スポット径ｄとは、レーザ光Ｌの照射によりレーザ集光系の周りが熱で溶融する領域の径を意味する。スポット径ｄは、加工点での集光サイズよりも大きい。

一般に、第１カバー部材１７及び第２カバー部材１８には、ダイアフラム１５，１５を支持する必要があるため、厚さの大きい部材が用いられる。このため、外周端部Ａの先端の厚みｔは、外周端部Ａの先端におけるレーザ光Ｌのスポット径ｄよりも大きい。

本例では、図２（ａ）に示すように、第１カバー部材１７の挟持部１７ａ及び第２カバー部材の挟持部１８ａは、勾配１７ｂ，１８ｂを有する外面をそれぞれ有している。勾配１７ｂ，１８ｂは、挟持部１７ａ及び挟持部１８ａの各先端に向かうに従い各挟持部の厚みが小さくなるように、それぞれ設定されている。また、勾配１７ｂ，１８ｂは、外周端部Ａの先端の厚みｔとレーザ光Ｌのスポット径ｄとがほぼ同一になるように、それぞれ設定されている。

外周端部Ａの先端の厚み方向の全域にレーザ光Ｌが照射されるには、レーザ光Ｌのスポット径ｄと外周端部Ａの先端の厚みｔとが、スポット径ｄ＞厚みｔの関係式を満たしていればよい。但し、強度上の要請から、外周端部Ａの先端の厚みｔを、過度に小さくすることはできない。一方、レーザ光Ｌのスポット径ｄは、レーザ装置及び被溶接部材の材質などの溶接条件により決定される。

また、後述するように、外周端部Ａは、製造上の誤差などにより、多少のうねりを有している。このうねりも考慮すると、レーザ光Ｌのスポット径ｄは、外周端部Ａの先端の厚みｔよりわずかに大きく設定されることが好ましい。

外周端部Ａの先端の厚みｔとレーザ光Ｌのスポット径ｄとがほぼ同一に設定されると、外周端部Ａの先端が溶け始めるときの入熱と、金属伝熱による放熱とのバランスが良好になる。このため、溶け込み深さｈが安定し、外周端部Ａの全周に亘って溶け込み量が一定に維持される。

また、溶接開始時には、外周端部Ａの先端の全面が溶け込み領域となる。このため、図３に示すように、溶接後には、外周端部Ａの先端の全域に、溶接ビード２２が形成される。このため、溶接後の溶接ビード２２の外径Ｄ及び幅Ｂから、溶け込み量を推定することが可能となる。

さらに、第１カバー部材１７の挟持部１７ａ及び第２カバー部材の挟持部１８ａは、勾配１７ｂ，１８ｂを有する外面をそれぞれ有している。勾配１７ｂ，１８ｂは、挟持部１７ａ及び挟持部１８ａの各先端に向うに従い各挟持部の厚みが小さくなるように、それぞれ設定されている。このため、外周端部Ａの先端から奥へと徐々に入熱によるエネルギが拡散し、外周端部Ａの溶接領域の厚み方向の全体を溶け込み領域とすることができる。よって、外周端部Ａの外面から、溶け込み領域を確認することができる。

次に、レーザ光の照射位置が中心からずれた場合の溶接について、図２（ｂ）を参照して説明する。
例えば、レーザ光の中心が、外周端部Ａの先端の厚みｔの中心ｘ−ｘよりも下方にずれた場合を想定する。本発明によれば、外周端部Ａの先端の容積が小さいため、レーザ光の中心が中心ｘ−ｘよりも下方にずれても、溶接ビード２２の下端は、外周端部Ａの下端が限界である。よって、溶接ビード２２は、外周端部Ａの下端を越えて大きくはならない。一方、溶接ビードの上端は、外周端部Ａの上端まで形成される。このため、結局、溶接ビード２２は、外周端部Ａの先端の全域に形成される。よって、レーザ光の中心が外周端部Ａの先端の厚みｔの中心ｘ−ｘからずれたことによる影響はない。よって、溶け込み量を一定に維持することができる。

特に、一対のダイアフラム１５，１５、第１カバー部材１７及び第２カバー部材１８を回転させながらレーザ光Ｌを照射して溶接する場合、外周端部Ａに多少のうねりが生じていることがある。このような場合、従来の溶接方法では、溶け込み量が変化することがあるが、本発明であれば、溶け込み量を一定に維持することができる。

上記したように、実施例１では、以下のような顕著な効果を奏する。
（１）外周端部Ａの先端の厚みｔは、レーザ光Ｌのスポット径ｄと対応するように設定されている。この構成によれば、溶接後の外周端部Ａの先端の全域に溶接ビード２２が形成されるため、溶接後の溶接ビードの外径Ｄ及び幅Ｂから、溶け込み量を推定することが可能となる。

（２）外周端部Ａの先端の厚みｔは、レーザ光Ｌのスポット径ｄとほぼ同一に設定されている。この構成によれば、外周端部Ａの先端が溶け始めるときの入熱と、金属伝熱による放熱とのバランスが良好になる。このため、溶け込み深さｈが安定し、外周端部Ａの全周に亘って溶け込み量が一定に維持される。

（３）第１カバー部材１７の挟持部１７ａ及び第２カバー部材の挟持部１８ａは、勾配１７ｂ，１８ｂを有する外面をそれぞれ有している。勾配１７ｂ，１８ｂは、挟持部１７ａ及び挟持部１８ａの各先端に向かうに従い各挟持部の厚みが小さくなるように、それぞれ設定されている。このため、外周端部Ａの先端から奥へと徐々に入熱によるエネルギが拡散し、外周端部Ａの溶接領域の厚み方向の全体を溶け込み領域とすることができる。よって、外周端部Ａの外面から、溶け込み領域を確認することができる。

（４）外周端部Ａの先端の容積が小さいため、レーザ光の中心が外周端部Ａの先端の厚みｔの中心ｘ−ｘからずれても、溶接ビード２２は、外周端部Ａの先端の全域に形成される。よって、レーザ光の中心が外周端部Ａの先端の厚みｔの中心ｘ−ｘからずれたことによる影響はない。よって、溶け込み量を一定に維持することができる。

（５）一対のダイアフラム１５，１５、第１カバー部材１７及び第２カバー部材１８を回転させながらレーザ光Ｌを照射して溶接する場合、外周端部Ａに多少のうねりが生じていることがある。このような場合でも、溶け込み量を一定に維持することができる。

以上、本発明の実施例を図面により説明したが、具体的な構成は実施例に限られない。本発明には、その要旨を逸脱しない範囲での変更や追加が含まれる。
前記実施例では、第１カバー部材１７の挟持部１７ａ及び第２カバー部材の挟持部１８ａの勾配１７ｂ，１８ｂは、各挟持部１７ａ，１８ａの先端に向かうに従い各挟持部１７ａ，１８ａの厚みが小さくなるように直線的に変化していたが、外側に凸又は内側に凹となるように曲線的に変化してもよい。

前記実施例では、外周端部Ａの先端の厚みｔがレーザ光Ｌのスポット径ｄと「ほぼ同一」、あるいは、レーザ光Ｌのスポット径ｄが外周端部Ａの先端の厚みｔより「わずかに大きく」設定されるという表現を用いた。要は、溶接後の外周端部Ａの先端の全域に溶接ビード２２が形成されるように、外周端部Ａの先端の厚みｔを、レーザ光Ｌのスポット径ｄと対応するように設定すればよい。

１…ハウジング、２…燃料チャンバ、３…ハウジングの上部、４…カバー、１０…ダイアフラムダンパ、１１…クリップ、１２…コイルドウェーブスプリング、１３…保持部材、１４…ゴム状弾性部材、１５…ダイアフラム、１５ａ…周縁部、１５ｂ…中央部、１６…高圧室、１７…第１カバー部材、１７ａ…挟持部、１７ｂ…勾配、１８…第２カバー部材、１８ａ…挟持部、１８ｂ…勾配、１９…第１治具、２０…第２治具、２１…出射ユニット、２２…溶接ビード、Ａ…外周端部、Ｌ…レーザ光、ｔ…外周端部の先端の厚み、ｄ…レーザ光の外周端部の先端におけるスポット径、ｈ…溶け込み深さ。

Claims

一対のダイアフラムと、前記一対のダイアフラムから構成されると共に高圧ガスが封入される高圧室とを有するダイアフラムダンパにおいて、
前記一対のダイアフラムの周縁部は、前記ダイアフラムダンパの外周端部を形成し、前記外周端部の全周は、レーザ溶接により連続的に密封及び接合され、
前記外周端部の先端の厚みは、前記外周端部の先端におけるレーザ光のスポット径に対応するように設定され、
溶接により、前記外周端部の先端の全域に溶接ビードが形成され、
前記ダイアフラムダンパは、更に、前記一対のダイアフラムのそれぞれを支持する第１カバー部材と第２カバー部材とを有し、
前記第１及び第２カバー部材は、前記一対のダイアフラムの周縁部を挟持する挟持部をそれぞれ有し、
前記第１カバー部材の挟持部及び前記第２カバー部材の挟持部は、勾配を有する外面をそれぞれ有し、前記各勾配は、前記各挟持部の先端に向かうに従い前記各挟持部の厚みが小さくなるように、それぞれ設定されている、ダイアフラムダンパ。
前記一対のダイアフラムは、前記第１カバー部材及び前記第２カバー部材により外側からそれぞれ覆われ、前記一対のダイアフラムの周縁部は、相互に重ね合わされ、前記重ね合わされた周縁部は、前記第１カバー部材及び前記第２カバー部材の各挟持部により挟持され、
前記外周端部は、前記一対のダイアフラムの周縁部と、前記第１カバー部材及び前記第２カバー部材の各挟持部とを含む、請求項１に記載のダイアフラムダンパ。