JP7055898B2 - ソレノイド機構及び高圧燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、固定コアと可動コアとの間に磁気吸引力を発生させるソレノイドを備えたソレノイド機構と、ソレノイド機構を備えた高圧燃料ポンプに関する。

本発明の背景技術として、特開２０１２－１３６９９４号公報（特許文献１）に記載された高圧ポンプ（以下、高圧燃料ポンプという）がある。特許文献１の要約には、以下の構成及び作用効果が記載されている。
「コイル７１の径内側に固定コア７２が設けられる。固定コア７２の吸入弁側に設けられる可動コア７３は、吸入弁を開弁方向又は閉弁方向に移動する。固定コア７２の第１収容室６１及び可動コア７３の第２収容室６２に収容される第２スプリング２２は、可動コア７３を吸入弁側に付勢する。固定コア７２よりも高硬度に形成されたガイドピン８０が、第１収容室６１の深部で第２スプリング２２を係止する。可動コア７３の往復移動に起因して第１収容室６１の燃料に発生するキャビティの崩壊により第１収容室６１の内壁にエロージョンが生じることをガイドピンにより抑制することができる。」
さらに特許文献1の段落００３０では、以下の内容が記載されている。
「ガイドピン８０は、例えばマルテンサイト系のステンレスを焼き入れ処理することで、固定コア７２、可動コア７３及び第２スプリング２２よりも高硬度に形成されている。
ガイドピン８０は、ビッカース硬さがＨｖ４００以上である。好ましくは、Ｈｖ６５０以上である。」
また、段落００５７には、以下の内容が記載されている。
「ガイドピン８０には、軸方向に通じる孔８０１が設けられている。これにより、ガイドピン８０の圧入時に第１収容室６１の深部の空気を抜くことができる。したがって、ガイドピン８０を小径穴６３の内壁に確実に圧入することができる。」及び 「ガイドピン８０の基部８１の外壁と小径穴６３の内壁との隙間を略０にすることが可能になる。したがって、基部８１の径外側に位置する小径穴６３の内壁にエロージョンが生じることを確実に抑制することができる。」
なお、上記「」内に示した符号は、特許文献１で用いられている符号であり、本明細書及び図面で用いる符号とは関係がない。

特開２０１２－１３６９９４号公報

特許文献１には、固定コアの第１収容室にばね受けとしてのガイドピンを圧入固定し、ばね受けとしてのガイドピンを固定コア、可動コア及び第２スプリングよりも高硬度部材で構成することが記載されている。また、ガイドピンの中心には、圧入時にガイドピンと固定コアとの間に形成される密閉空間の空気を抜くための貫通孔が形成されている。この場合、ガイドピン基部の径外側（径方向外側）に発生するエロージョンの対策に関しては配慮されているものの、ガイドピンに形成された貫通孔の奥側（反可動コア側）の開口に対向する固定コアの底面に発生するエロージョンに関しては、配慮されていない。

本発明の目的は、固定コアに発生するキャビテーションの崩壊によるエロージョンの発生を抑制することにある。

上記目的を達成するために、本発明のソレノイド機構は、
固定コアと、前記固定コアに吸引される可動コアと、通電することで前記固定コアと前記可動コアとの間に磁気吸引力を発生させるソレノイドと、前記固定コアに設けられ前記可動コアの移動により流体が出入りする凹部と、前記凹部に設けられ前記可動コアを付勢する可動コア付勢ばねと、を備えたソレノイド機構において、
前記凹部は、前記可動コア付勢ばねと接触する接触面と、前記接触面よりも前記可動コア付勢ばねの側とは反対側に窪んで弾性部材を収容する弾性部材収容凹部とを有し、
前記弾性部材収容凹部にポアソン比が０．４５以上かつ０．５５以下の弾性部材を備える。
また上記目的を達成するために、本発明のソレノイド機構は、
固定コアと、前記固定コアに吸引される可動コアと、通電することで前記固定コアと前記可動コアとの間に磁気吸引力を発生させるソレノイドと、前記固定コアに設けられ前記可動コアの移動により流体が出入りする凹部と、前記凹部に設けられ前記可動コアを付勢する可動コア付勢ばねと、を備えたソレノイド機構において、
前記凹部は、前記可動コア付勢ばねと接触する接触面と、前記接触面よりも前記可動コア付勢ばねの側とは反対側に窪んで弾性部材を収容する弾性部材収容凹部とを有し、
前記弾性部材収容凹部に弾性部材を備える。

本発明によれば、固定コアに発生するキャビテーションによるエロージョンの発生を抑制することにより、信頼性を向上したソレノイド機構及び高圧燃料ポンプを提供することが可能となる。
本発明のその他の構成、作用及び効果については以下の実施例において詳細に説明する。

高圧燃料ポンプが適用されたエンジンシステムの構成を示す構成図である。 図１に記載の高圧燃料ポンプについてプランジャの軸方向に平行な垂直断面を示す断面図である。 図１に記載の高圧燃料ポンプについてプランジャの軸方向に垂直な水平断面を示す断面図である。 図１に記載の高圧燃料ポンプについて図２の垂直断面とは異なる垂直断面を示す断面図である。 図２に記載の高圧燃料ポンプの電磁弁機構の近傍を拡大して示す断面図であり、電磁弁機構が開弁状態にある状態を示す図である。 固定コアと可動コアとが離れた状態から当接した状態に遷移する際のキャビテーション及びエロージョンの発生過程を説明する図であり、固定コアと可動コアとが離れた位置にある状態を示す図である。 固定コアと可動コアとが離れた状態から当接した状態に遷移する際のキャビテーション及びエロージョンの発生過程を説明する図であり、可動コアが固定コアに当接した瞬間を示す図である。 固定コアと可動コアとが離れた状態から当接した状態に遷移する際のキャビテーション及びエロージョンの発生過程を説明する図であり、可動コアが固定コアに当接した状態にあり、キャビテーションが発生している状態を示す図である。 固定コアと可動コアとが離れた状態から当接した状態に遷移する際のキャビテーション及びエロージョンの発生過程を説明する図であり、可動コアが固定コアに当接した状態にあり、エロージョンが発生する状態を示す図である。 固定コアと可動コアとが当接した状態から離れた状態に遷移する際のキャビテーション及びエロージョンの発生過程を説明する図であり、固定コアと可動コアとが当接した位置にある状態を示す図である。 固定コアと可動コアとが当接した状態から離れた状態に遷移する際のキャビテーション及びエロージョンの発生過程を説明する図であり、可動コアが固定コアに当接した状態から固定コアから離れた状態に遷移する途中の状態を示す図である。 固定コアと可動コアとが当接した状態から離れた状態に遷移する際のキャビテーション及びエロージョンの発生過程を説明する図であり、可動コアが固定コアに当接した状態から固定コアから離れた状態に遷移する途中の状態にあり、キャビテーションが発生している状態を示す図である。 固定コアと可動コアとが当接した状態から離れた状態に遷移する際のキャビテーション及びエロージョンの発生過程を説明する図であり、可動コアが固定コアから離れた状態に遷移して停止した状態にあり、エロージョンが発生する状態を示す図である。 振動式キャビテーション試験装置の概念図である。 振動式キャビテーション試験装置における試験の試験条件である。 振動式キャビテーション試験装置による試験結果を示す図である。 本発明に係るゴム部材を設けた電磁弁機構の一実施例を示す部分断面図である。 図９の実施例の変更例（第１変更例）を示す部分断面図である。 図９の実施例の変更例（第２変更例）を示す部分断面図である。

以下、本発明の一実施例に係る電磁弁を用いた高圧燃料供給ポンプ（以下、高圧燃料ポンプと呼ぶ）について、図面を用いて詳細に説明する。

図１に、高圧燃料ポンプが適用されたエンジンシステムの構成図を示す。

燃料タンク２０の燃料は、エンジンコントロールユニット２７（以下ＥＣＵと称す）からの信号に基づきフィードポンプ２１によって汲み上げられる。この燃料は適切なフィード圧力に加圧されて吸入配管２８を通して高圧燃料ポンプの低圧燃料吸入口１０ａに送られる。

低圧燃料吸入口１０ａを通過した燃料は、圧力脈動低減機構９が配置されるダンパ室１０ｃ及び吸入通路（低圧燃料吸入通路）１０ｄを介して、容量可変機構を構成する電磁弁機構３００の吸入ポート３１ｂに至る。電磁弁機構３００は電磁吸入弁機構を構成する。

電磁弁機構３００に流入した燃料は、吸入弁３０により開閉される吸入口を通過し、加圧室１１に流入する。プランジャ２の往復運動により、プランジャ２の下降行程には吸入弁３０から燃料を吸入し、上昇行程には燃料が加圧される。加圧された燃料は、吐出弁機構８及び燃料吐出口１２ｃを介して、圧力センサ２６が装着されているコモンレール２３へ圧送される。

そしてＥＣＵ２７からの信号に基づき、インジェクタ２４がエンジンへ燃料を噴射する。本実施形態はインジェクタ２４がエンジンのシリンダ筒内に直接、燃料を噴射する、いわゆる直噴エンジンシステムに適用される高圧燃料ポンプである。高圧燃料ポンプは、ＥＣＵ２７から電磁弁機構３００への信号により、所望の流量の燃料を吐出する。

図１において、点線はポンプボディ１であり、電磁弁機構３００、圧力脈動低減機構９、加圧室１１及びプランジャ２等の機構部品はポンプボディ１に組み付けられている。

図２に、図１に記載の高圧燃料ポンプについて、プランジャ２の軸方向に平行な垂直断面を示す。図３に、図１に記載の高圧燃料ポンプについて、プランジャ２の軸方向に垂直な水平断面を示す。図４に、図１に記載の高圧燃料ポンプについて、図２の垂直断面とは異なる垂直断面を示す。

本実施例の高圧燃料ポンプは内燃機関の高圧燃料ポンプ取付け部９０に固定される。図２，４に示すように、ポンプボディ１にはプランジャ２の往復運動をガイドし、ポンプボディ１と共に加圧室１１を形成するシリンダ６が取り付けられている。つまり、プランジャ２はシリンダ６の内部を往復運動することで加圧室１１の容積を変化させる。また燃料を加圧室１１に供給するための電磁弁機構３００と加圧室１１から燃料吐出口１２に燃料を吐出するための吐出弁機構８が設けられている。

シリンダ６はその外周側においてポンプボディ１に圧入される。ポンプボディ１にはシリンダ６を下側から挿入するための挿入穴が形成されている。

プランジャ２の下端には、内燃機関のカムシャフトに取り付けられたカム９１の回転運動を上下運動に変換し、プランジャ２に伝達するタペット９２が設けられている。プランジャ２はリテーナ１５を介してばね４にてタペット９２に圧着されている。これによりカム９１の回転運動に伴い、プランジャ２を上下に往復運動させることができる。

また、シールホルダ７の内周下端部に保持されたプランジャシール１３がシリンダ６の図中下方部においてプランジャ２の外周に摺動可能に接触する状態で設置されている。これにより、プランジャ２が摺動したとき、副室７ａの燃料をシールし、燃料が内燃機関内部へ流入するのを防ぐ。同時に、プランジャシール１３は、内燃機関内の摺動部を潤滑する潤滑油（エンジンオイルも含む）がポンプボディ１の内部に流入するのを防止する。

図３，４に示すように、ポンプボディ１の側面部には吸入ジョイント５１が取り付けられている。吸入ジョイント５１は、車両の燃料タンク２０からの燃料を供給する吸入配管（低圧配管）２８に接続され、燃料は吸入ジョイント５１から高圧燃料ポンプ内部に供給される。

低圧燃料吸入口１０ａを通過した燃料は、図４に示すように、ポンプボディ１に上下方向に延設された吸入通路（低圧燃料吸入通路）１０ｂを通って圧力脈動低減機構９に向かう。圧力脈動低減機構９はダンパカバー１４とポンプボディ１の上端面との間のダンパ室１０ｃ（１０ｃ１、１０ｃ２）に配置される。具体的には、圧力脈動低減機構９は２枚の金属ダイアフラムが重ね合わせて構成される金属ダンパである。圧力脈動低減機構９の内部には０．３ＭＰａ～０．６ＭＰａのガスが封入される。なお、ダンパカバー１４はポンプボディ１の外縁部に対して圧入されて固定されている。

ダンパ室１０ｃは圧力脈動低減機構９の上下面に形成される。ダンパ室１０ｃは、吸入通路（低圧燃料吸入通路）１０ｂを介して低圧燃料吸入口１０ａに連通し、吸入通路（低圧燃料吸入通路）１０ｄを介して電磁弁機構３００の吸入ポート３１ｂに連通する。従って、ダンパ室１０ｃを通った燃料は、吸入通路１０ｄを介して電磁弁機構３００の吸入ポート３１ｂに至る。なお、吸入ポート３１ｂは、図２に示すように、吸入弁シート３１ａを形成する吸入弁シート部材３１に、径方向に形成されている。

図３に示すように、加圧室１１の出口側に設けられた吐出弁機構８は、吐出弁シート８ａと、吐出弁シート８ａと離接する吐出弁８ｂと、吐出弁８ｂを吐出弁シート８ａに向かって付勢する吐出弁ばね８ｃと、を備えて構成される。

加圧室１１と吐出弁室１２ａとに燃料差圧が無い状態では、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃによる付勢力で吐出弁シート８ａに圧着され、閉弁状態となっている。加圧室１１の燃料圧力が、吐出弁室１２ａの燃料圧力よりも大きくなったときに初めて、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃに逆らって開弁する。そして、加圧室１１内の高圧の燃料は吐出弁室１２ａ、燃料吐出通路１２ｂ及び燃料吐出口１２ｃを経てコモンレール２３へと吐出される。吐出弁室１２ａ、燃料吐出通路１２ｂ及び燃料吐出口１２ｃは、加圧室１１に対して下流側に配置され、燃料の吐出通路を形成する。

図３に示すリリーフ弁機構２００は、リリーフボディ２０１、リリーフ弁２０２及びリリーフばね２０３を備えて構成される。リリーフ弁２０２の開弁圧力はリリーフばね２０３のセット荷重によって決定される。

高圧燃料ポンプの電磁弁機構３００の故障等により、燃料吐出口１２ｃの圧力が異常に高圧になり、リリーフ弁機構２００のセット荷重より大きくなると、異常高圧燃料はリリーフ通路を介して加圧室１１にリリーフされる。

加圧室１１は、ポンプボディ１、電磁弁機構３００、プランジャ２、シリンダ６、及び吐出弁機構８にて構成される。

図５に基づいて電磁弁機構（電磁吸入弁機構）３００について詳細に説明する。図５は、図２に記載の高圧燃料ポンプの電磁弁機構３００の近傍を拡大して示す断面図であり、電磁弁機構３００が開弁状態にある状態を示す。以下の説明において、電磁弁機構３００の中心軸線３００ｘをロッド３５の中心軸線３５ｘに設定して説明する。中心軸線３００ｘ，３５ｘに沿う方向（以下、軸方向という）は、吸入弁３０の開閉弁方向に一致し、さらに可動コア（アンカー）３６の移動方向（変位方向）に一致する。

電磁弁機構３００は、ボビン４５に銅線が複数回巻かれたコイル（電磁コイル）４３を備える。二つの端子４６（図２参照）のそれぞれの一端部には、コイル４３の両端がそれぞれ通電可能に接続されている。端子４６はコネクタ４７（図２参照）と一体にモールドされ、コネクタ４７内部に露出する他端部がエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）側と接続可能となっている。

コイル４３の外周を取り囲む部品には、第１ヨーク４２、第２ヨーク４４、アウターコア３８がある。第１ヨーク４２及び第２ヨーク４４はコイル４３を取り囲む形で配置され、樹脂部材であるコネクタ４７（図２参照）と一体にモールドされ、固定される。アウターコア３８は第１ヨーク４２の中心部の穴部４２ａにより構成される内周面に圧入され、アウターコア３８と第１ヨーク４２とが固定される。さらにアウターコア３８は、ポンプボディ１に溶接等により固定されている。アウターコア３８は溶接部Ｗａでポンプボディ１に溶接される。

第２ヨーク４４の内径側（内周面）４２ａは、固定コア３９と接触する構成、もしくは僅かなクリアランスで近接する構成とする。また、第２ヨーク４４の外径側（外周面）４４ｂは、第１ヨーク４２の内周４２ｂと接触する構成、もしくは僅かなクリアランスで近接する構成とする。固定コア３９には固定ピン４９が固定されており、固定ピン４９は第２ヨーク４４を固定コア３９に押し当てるように付勢力を発生する。固定ピン４９は内周側の角部４９ａを固定コア３９に食い込ませて固定してもよいが、溶接等により固定してもよい。

第１ヨーク４２及び第２ヨーク４４は、磁気回路を構成するために、また耐食性を考慮して、磁性ステンレス材料とする。ボビン４５及びコネクタ４７は強度特性及び耐熱特性を考慮し、高強度耐熱樹脂を用いる。

コイル４３の内周にはシールリング４８が設けられ、シールリング４８は軸方向の一端部がアウターコア３８に溶接固定され、その反対側の端部が固定コア３９に溶接固定される。中心軸線３００ｘ，３５ｘを中心とする径方向においてシールリング４８及びアウターコア３８の内周側には、可動部である可動コア３６及びロッド３５と、固定部であるロッドガイド３７と、ロッド付勢ばね４０と、可動コア付勢ばね４１とが設けられている。ロッド３５はロッドガイド３７の内周側で軸方向に摺動自在に保持され、且つ、可動コア３６を摺動自在に保持する。

可動コア３６は、コイル４３に電流が流されると、発生する磁気吸引力によって固定コア３９の方向へ引き寄せられる。可動コア３６は燃料中で軸方向に自在に滑らかに動くために、軸方向に貫通する貫通穴３６ａを１つ以上有し、可動コア３６の移動方向（すなわち軸方向）における前後の圧力差による動きの制限を極力排除している。

ロッドガイド３７は、吸入弁シート部材３１と一体に形成され、ポンプボディ１の吸入弁３０が挿入される穴１ｅの内周側に挿入される。ロッドガイド３７及び吸入弁シート部材３１は、ポンプボディ１の挿入穴１ｅ２に溶接固定されるアウターコア３８とポンプボディ１との間に挟み込まれる形で固定される。ロッドガイド３７にも可動コア３６と同様に軸方向に貫通する貫通穴３７ａが設けられ、可動コア３６が軸方向に移動したときに、内部燃料の移動を妨げない様に構成されている。

アウターコア３８は、ポンプボディ１に溶接された側とは反対側の端部には、先述の通り、シールリング４８が固定され、シールリング４８の先には固定コア３９が固定される。固定コア３９には、可動コア３６側の端面から軸方向に窪んだ凹部３９ａが形成されている。凹部３９ａは、軸方向に垂直な断面が円形であり、円周面で構成される側面３９ａ１と底面３９ａ２とを有する。固定コア３９の内周側（すなわち凹部３９ａ）には、ロッド付勢ばね４０がロッド３５の細径部３５ｂをガイドにして配置され、ロッド３５を図右方向（吸入弁３０方向）に付勢する。ロッド３５は、つば部３５ａを介して、可動コア３６に係合する。また、同時にロッド３５は先端にて吸入弁３０と係合し、吸入弁３０を吸入弁シート３１ａから引き離す方向、すなわち吸入弁３０の開弁方向に、吸入弁３０を付勢する。

可動コア付勢ばね４１は、ロッドガイド３７の中心側に設けた円筒形の中央軸受部３７ｂに一端部を挿入し、ロッドガイド３７と同軸を保ちながら、可動コア３６につば部３５ａ方向（図中左方向）の付勢力を与える。可動コア３６の移動量３６ｅは吸入弁３０の移動量３０ｅよりも大きく設定されており、閉弁時に吸入弁３０がロッド３５から干渉を受けることなく吸入弁シート３１ａに着座できるようにしている。

アウターコア３８、第１ヨーク４２、第２ヨーク４４、固定コア３９、及び可動コア３６はコイル４３の周りで磁気回路を形成し、コイル４３に電流を与えると、固定コア３９の磁気吸引面Ｓ３９と可動コア３６の磁気吸引面Ｓ３６との間に磁気吸引力が発生する。可動コア３６と固定コア３９とは磁気吸引面Ｓ３６，Ｓ３９を形成するため、性能的に磁気特性の良い材料を使うことが望ましい。

シールリング４８は、可動コア３６の磁気吸引面Ｓ３６と固定コア３９の磁気吸引面Ｓ３９との間に磁束を流すために、非磁性材であることが望ましい。また、衝突時の衝撃を吸収するために、薄肉で伸びの大きいステンレス材を使うことが望ましい。具体的にはオーステナイト系ステンレスを使う。

図５を用いて電磁弁機構３００の詳細な動作を説明する。

カム９１の回転により、プランジャ２がカム９１の方向に移動して吸入行程にあるときは、加圧室１１の容積は増加して加圧室１１内の燃料圧力が低下する。この行程で加圧室１１内の燃料圧力が吸入ポート３１ｂの圧力よりも低くなると、吸入弁３０は開弁状態になる。３０ｅは吸入弁３０の最大開度を示しており、このとき、吸入弁３０はストッパ３２に接触する。吸入弁３０が開弁することにより、吸入弁シート３１ａと吸入弁３０との間に開口部（燃料通路）３１ｃが開口する。このとき燃料は、開口部３１ｃを通り、ポンプボディ１に横方向（加圧室１１の径方向）に形成された穴１ｃを介して、加圧室１１に流入する。なお、穴１ｃも加圧室１１の一部を構成する。

プランジャ２が吸入行程を終了した後、プランジャ２が上昇運動に転じ上昇行程に移る。ここでコイル４３は無通電状態を維持したままであり、可動コア３６に磁気付勢力は作用しない。ロッド付勢ばね４０は、ロッド３５の径方向外側に凸となるつば部（拡径部）３５ａを付勢し、無通電状態において吸入弁３０を開弁維持するのに必要十分な付勢力を有するよう設定されている。加圧室１１の容積は、プランジャ２の上昇運動に伴い減少するが、この状態では、加圧室１１に吸入された燃料が開弁状態の開口部３１ｃを通して吸入通路１０ｄへ戻されるので、加圧室１１の圧力が上昇することは無い。この行程を戻し行程と称する。

この状態で、ＥＣＵ２７からの制御信号が電磁弁機構３００に印加されると、コイル４３には端子４６を介して電流が流れる。固定コア３９と可動コア３６との間に磁気吸引力が作用し、固定コア３９及び可動コア３６が磁気吸引面Ｓ３９，Ｓ３６で衝突する。磁気吸引力はロッド付勢ばね４０の付勢力に打ち勝って可動コア３６を固定コア３９側に付勢し、可動コア３６がつば部３５ａと係合して、ロッド３５を吸入弁３０から離れる方向に移動させる。

このとき、吸入弁付勢ばね３３による付勢力と燃料が吸入通路１０ｄに流れ込むことによる流体力とにより、吸入弁３０が閉弁する。閉弁後、加圧室１１の燃料圧力はプランジャ２の上昇運動と共に上昇し、燃料吐出口１２ｃの圧力以上になると、吐出弁機構８を介して高圧燃料の吐出が行われ、コモンレール２３に燃料が供給される。この行程を吐出行程と称する。

すなわち、プランジャ２の下死点から上死点までの間の上昇行程は、戻し行程及び吐出行程からなる。そして、電磁弁機構３００のコイル４３への通電タイミングを制御することで、吐出される高圧燃料の量を制御することができる。コイル４３に通電するタイミングを早くすれば、圧縮行程中における戻し行程の割合が小さく、吐出行程の割合が大きくなる。すなわち、吸入通路１０ｄに戻される燃料が少なくなり、高圧吐出される燃料は多くなる。一方、通電するタイミングを遅くすれば、圧縮行程中における戻し行程の割合が大きく、吐出行程の割合が小さくなる。すなわち、吸入通路１０ｄに戻される燃料が多くなり、高圧吐出される燃料は少なくなる。コイル４３への通電タイミングは、ＥＣＵ２７からの指令によって制御される。以上のようにコイル４３への通電タイミングを制御することで、高圧吐出される燃料の量を内燃機関が必要とする量に制御することが出来る。

アウターコア３８は、可動コア３６の外周面が摺動する内周面を有する。なお、シールリング４８は、硬度が低い材料（例えば、オーステナイト系ステンレス）で形成される。
これにより、後述するように衝撃荷重を緩和することができる。

次に、固定コア３９及び可動コア３６による磁気吸引面Ｓ３９，Ｓ３６での衝突について詳細に説明する。

固定コア３９に可動コア３６が衝突した直後に、接触部位の近傍に衝突応力が発生する。衝突応力の発生期間中にシールリング４８が弾性変形することによって、固定コア３９、第１ヨーク４２、第２ヨーク４４、及び固定ピン８３２が衝撃力を受ける方向（図５中、左方向）に移動し、固定コア３９及び可動コア３６に発生する衝撃荷重を緩和する。

シールリング４８は薄肉で大規模変形が可能であること、すなわち伸び率が大きいことが重要である。ここで、シールリング４８は、固定コア３９及び可動コア３６よりも伸び率が大きい。シールリング４８は、例えば、３５％以上の伸び率を有する。また、シールリング４８は、非磁性（非磁性体）であることが必要であり、その材料として具体的にはオーステナイト系ステンレスが望ましい。一般的にオーステナイト系ステンレスは非磁性で、伸び率３５～４５％以上を確保できる。

なお、シールリング４８は円筒形状である。固定コア３９及びアウターコア３８は、シールリング４８へ挿入される挿入部３９ｉｎｓ、３８ｉｎｓをそれぞれ有する。固定コア３９及びアウターコア３８は、シールリング４８に挿入された状態で、シールリング４８の外周面ＣＳと面一（同一径）の外周面を有する。これにより、例えば、ボビン４５等の他の部品の取り付けが容易となる。

次に、図６Ａ～６Ｄ及び図７Ａ～７Ｄを用いて、固定コア３９の凹部３９ａがキャビテーション・エロージョンに対して厳しい環境となるメカニズムを説明する。

図６Ａ～６Ｄは、固定コア３９と可動コア３６とが離れた状態から当接した状態に遷移する際のキャビテーション及びエロージョンの発生過程を説明する図である。図６Ａは、固定コア３９と可動コア３６とが離れた位置にある状態を示す。図６Ｂは、可動コア３６が固定コア３９に当接した瞬間を示す。図６Ｃは、可動コア３６が固定コア３９に当接した状態にあり、キャビテーションが発生している状態を示す。図６Ｄは、可動コア３６が固定コア３９に当接した状態にあり、エロージョンが発生する状態を示す。

図６Ａに示すように、コイル４３が通電されることにより、固定コア３９の磁気吸引面Ｓ３９と可動コア３６の磁気吸引面Ｓ３６との間には磁気吸引力が発生し、可動コア３６は固定コア３９方向へと移動する（図の左方向）。その移動に伴い排除された流体（燃料）は、Ｆ１で示すように、可動コア３６の貫通穴（連通路）３６ａへと流れる一方で、固定コア３９の凹部３９ａへも流入していく。その結果、固定コア３９の凹部奥端面（底面）３９ａ２近傍の領域Ｖは、流体の逃げ場がないために高圧となっていく。

次に、図６Ｂに示すように、固定コア３９側に吸引された可動コア３６は固定コア３９と衝突することにより、固定コア３９に当接した状態となる。可動コア３６が停止することにより、固定コア３９の凹部３９ａへと流入する流体の流れも停止するため、高圧となっていた凹部３９ａの流体は、Ｆ２で示すように、凹部３９ａから可動コア３６の貫通穴３６ａを通って流出していき、領域Ｖの圧力は徐々に低下していく。

さらに、図６Ｃに示すように、流体の慣性力により凹部３９ａの流体Ｆ３が流出を続けることにより、領域Ｖの圧力は低下を続け、流体の飽和蒸気圧を下回ることにより、キャビテーションＣａｖが発生する。

最後に、図６Ｄに示すように、凹部３９ａより流出した流体が他の部品と衝突して反射した圧力波か、或いは、凹部３９ａが低圧となったことによる凹部３９ａへの流体Ｆ４の再流入により、領域Ｖの圧力が回復することにより、キャビテーションＣａｖが崩壊し、その衝撃力により固定コア３９が壊食され、エロージョンが発生することとなる。

図７Ａ～７Ｄは、固定コア３９と可動コア３６とが当接した状態から離れた状態に遷移する際のキャビテーション及びエロージョンの発生過程を説明する図である。図７Ａは、固定コア３９と可動コア３６とが当接した位置にある状態を示す。図７Ｂは、可動コア３６が固定コア３９に当接した状態から固定コア３９から離れた状態に遷移する途中の状態を示す。図７Ｃは、可動コア３６が固定コア３９に当接した状態から固定コア３９から離れた状態に遷移する途中の状態にあり、キャビテーションが発生している状態を示す。図７Ｄは、可動コア３６が固定コア３９から離れた状態に遷移して停止した状態にあり、エロージョンが発生する状態を示す。

図７Ａに示すように、固定コア３９と可動コア３６とが分離する前については、凹部３９ａの近傍での容積変化はないため、基本的に領域Ｖでの圧力変動はなく、静圧状態となっている。次に、図７Ｂに示すように、可動コア３６が図の右方向へと移動することにより、固定コア３９と分離し、固定コア３９と可動コア３６との間に発生した容積に、貫通穴３６ａ及び凹部３９ａから流体Ｆ５が流入することにより、結果として領域Ｖの圧力が低下していく。さらに、図７Ｃに示すように凹部３９ａから流体Ｆ６が流出し続けることにより、領域Ｖの圧力は低下し続ける。その結果、領域Ｖの圧力は飽和蒸気圧を下回り、キャビテーションＣａｖが発生する。最後に、図７Ｄに示すように、可動子３６が動きを停止したことにより生じた圧力波か、或いは、凹部３９ａが低圧となったことによる凹部３９ａへの流体Ｆ７の再流入により、キャビテーションＣａｖが発生していた領域Ｖの圧力が回復することにより、キャビテーションＣａｖが崩壊し、その衝撃力により固定コア３９が壊食され、エロージョンが発生することとなる。

以上のメカニズムにより、可動コア３６の移動速度が大きいほど、固定コア３９の凹部３９ａ内の領域Ｖは、キャビテーション・エロージョンに対して厳しい環境下となることが分かる。

昨今の自動車の厳しい環境規制対応による高圧燃料ポンプの吐出圧力の高圧化及び大流量化に伴い、カム９１によるプランジャ２のリフト量も大きくなる傾向にある。また、可動コア３６の移動速度はカム９１のリフト量と定性的に相関がある。このため、環境規制に対応するためには、固定コア３９の凹部３９ａ内の領域Ｖにおけるキャビテーション・エロージョンに対する強靭性を向上することは必須であると言える。

また、飽和蒸気圧が低い燃料はキャビテーションが発生しやすく、エタノール燃料は崩壊した際の壊食力が強くなる。このため、昨今の燃料種類の多様化は、キャビテーション・エロージョンに対する強靭性の向上を必要としている。

高圧燃料ポンプにおいては、キャビテーション・エロージョンによって部品がダメージを受けると、最悪の場合、部品に穴が開き、燃料漏れに至る可能性がある。また、燃料漏れには至らないとしても、削られた部品が異物となって高圧燃料ポンプの動作不良、さらには下流側に配置されたインジェクタの動作不良などの原因となる可能性もある。

高圧燃料ポンプの電磁弁機構に限らず高圧流体を扱う電磁弁機構では、キャビテーション・エロージョンに対する強靭性の向上に対するニーズが高まってきているものと考えられる。

次に、図８Ａ～８Ｃを用いて、ゴム材の耐エロージョン性について説明する。図８Ａは振動式キャビテーション試験装置の概念図を示す。図８Ｂは振動式キャビテーション試験装置における試験の試験条件を示す。図８Ｃは振動式キャビテーション試験装置による試験結果を示す。

振動式キャビテーション試験装置は、ホーン１００を縦に振動させて圧力変動を起こすことでキャビテーションを発生させ、ホーン先端１０１に対向する試験片１０２のキャビテーションによるエロージョンの進行具合を確認する仕組みとなっている。試験条件は図8Ｂに示す通りである。試験結果は図８Ｃに示す通りであり、横軸は硬さ（ビッカース硬度）、縦軸はエロージョンが発生するまでの潜伏期間である。

図８Ｃでは、硬さがＨｖ４００以上の材質において、潜伏期間が４０～６０分程度であるのに対し、ゴム材の潜伏期間は１２０分以上であり、耐エロージョン性に優れていることが確認できた。なお、ゴム材はビッカース硬度で表すことができないため、図８Ｃにはゴム材の潜伏期間をプロットしていない。

本実施例においては、図９に示すように、ゴム部材７１を備えることにより、耐エロージョン性を向上する。図９は、本発明に係るゴム部材７１を設けた電磁弁機構３００の一実施例の部分断面を示す。

本実施例では、凹部３９ａの底面３９ａ２に、凹部３９ａの開口側に対して反対側に窪んだ凹部７７を設ける。凹部７７の底面３９ａ２に開口する開口面は円形である。この開口面の直径は、凹部３９ａの側面３９ａ１の直径よりも小さい。側面３９ａ１の底面３９ａ２側の端部には、凹部３９ａの開口側に対して直径が絞られた縮径部７８が形成されているが、凹部７７の開口面の直径は、縮径部７８の直径、すなわち底面３９ａ２の直径よりも小さい。なお、凹部７７の開口面、縮径部７８及び側面３９ａ１はそれぞれの中心が中心軸線３００ｘ，３５ｘ上に位置し、同軸上に配置されている。

凹部７７の開口面の直径と凹部３９ａの底面３９ａ２の直径との差分（径差）により形成される底面３９ａ２部分は、前記可動コア付勢ばね４１が接触する接触面（ばね座）を構成する。

凹部７７の底面７７ｂは半球状に形成されており、凹部７７にゴム部材（弾性部材）７１が充填されている。ゴム部材７１は凹部７７の中で平坦面７１ａを形成している。本実施例では、ゴム部材７１は凹部７７に圧入された状態であり、凹部７７の表面に対するゴム部材７１の密着力により、ゴム部材７１の凹部７７からの脱落が防止される。

凹部７７は、ゴム部材（弾性部材）７１を収容する弾性部材収容凹部を構成する。

ゴム部材（弾性部材）７１は、弾性部材収容凹部７７の径方向全領域に配置される。これにより、弾性部材収容凹部７７の径方向全領域において、キャビテーション・エロージョンを抑制することができる。

さらにゴム部材（弾性部材）７１は、弾性部材収容凹部７７の軸方向（中心軸線３００ｘ，３５ｘに沿う方向）において弾性部材収容凹部７７の開口面との間に軸方向の隙間７９を有するように配置される。これにより、弾性部材収容凹部７７の内部にキャビテーションを閉じ込め、キャビテーション崩壊による衝撃波をゴム部材（弾性部材）７１により確実に緩衝することが可能である。

本実施例では、凹部３９ａの底面３９ａ２に凹部７７が形成されていることにより、キャビテーションは凹部７７の内側に発生する。しかも、キャビテーションは凹部７７の中でゴム部材７１の平坦面７１ａの近傍に発生する。このため本実施例では、ゴム部材７１がエロージョンの発生を抑制し、耐エロージョン性を向上することができる。

ゴム部材７１を平坦面７１ａとした場合、平坦面７１ａの外周部において、キャビテーション・エロージョンが発生する可能性がある。キャビテーションは凹部７７のより奥側に発生する。このため、ゴム部材７１の平坦面７１ａを点線７１ａ’で示すような凹面に形成するとよい。

すなわち、ゴム部材（弾性部材）７１は、凹部（弾性部材収容凹部）７７の開口面に対向する端面が開口面の側とは反対側に窪んだ凹面７１ａ’で構成されるようにする。これにより、キャビテーションは凹面７１ａ’の中央部で発生するようになり、凹面７１ａ’の外周部におけるキャビテーション・エロージョンの発生を抑制することができる。

本実施例では、凹部３９ａの底面３９ａ２部にゴム部材７１を配置することで、固定コア３９の凹部３９ａの奥側に発生するキャビテーションによるエロージョンを抑制することができる。すなわち、固定コア３９で発生するキャビテーション崩壊による衝撃波をゴム部材７１で緩衝することが可能である。

本実施例の変更例（第１変更例）について、図１０を用いて説明する。図１０は、図９の実施例の変更例（第１変更例）の部分断面を示す。上述した実施例と同様な構成には上述した実施例と同じ符号を付し、説明を省略する。

本変更例では、凹部７７が円柱形状をなしており、凹部７７は円周面をなす側面７７ａと平坦な底面７７ｂとで構成される。凹部７７の底面（奥端面）７７ｂ付近にボール形状のゴム部材（弾性部材）７２を配置する。ゴム部材７２を凹部７７の内側に保持するために、凹部７７の開口部に蓋部材７４を設ける。蓋部材７４は可動コア付勢ばね４０を支持するばね支持部（ばね座）７６を構成する。

蓋部材７４は径方向中央部に開口を有する環状部材により構成される。すなわち、凹部（弾性部材収容凹部）７７の可動コア付勢ばね４０との接触面３９ａ２に径方向中央部に開口７４ａを有して弾性部材収容凹部７７を覆う蓋部材７４が配置される。蓋部材７４は固定コア３９よりも高硬度材、例えばマルテンサイト系ステンレス材などを使用することが望ましい。

本変更例においても、凹部７７は、ゴム部材（弾性部材）７１を収容する弾性部材収容凹部を構成する。

ゴム部材（弾性部材）７２は、弾性部材収容凹部７７の径方向全領域に配置される。これにより、弾性部材収容凹部７７の径方向全領域において、キャビテーション・エロージョンを抑制することができる。

さらにゴム部材（弾性部材）７２は、弾性部材収容凹部７７の軸方向（中心軸線３００ｘ，３５ｘに沿う方向）において弾性部材収容凹部７７の開口面との間に隙間を有するように配置される。特に本変更例（第２変更例も同様）では、蓋部材７４は、ゴム部材（弾性部材）７２との間に、軸方向の隙間が形成されるように配置される。これにより、弾性部材収容凹部７７の内部にキャビテーションを閉じ込め、キャビテーション崩壊による衝撃波をゴム部材（弾性部材）７２により確実に緩衝することが可能である。

さらに本変更例では、蓋部材７４の開口径７４ａが凹部７７の開口径よりも小さい。このため、キャビテーションの発生を凹部７７の内側に限定する効果が高まり、凹部７７の外側でのキャビテーションによるエロージョンの発生を抑制する効果が高まる。

本変更例では、凹部７７の開口面に対向するゴム部材７２の半球面７２ａがキャビテーション崩壊による衝撃波を緩衝する。この場合、ゴム部材７２の外周部７２ｂが凹部７７の側面７７ａに接触しているが、外周部７２ｂによる側面７７ａに対する密着力は小さく、外周部７２ｂによる密着力だけでゴム部材７２を凹部７７の内側に保持できない場合がある。そこで、凹部７７の開口部に蓋部材７４を設け、蓋部材７４によりゴム部材７２の凹部７７からの脱落を防止する。

本実施例の変更例（第２変更例）について、図１１を用いて説明する。図１１は、図９の実施例の変更例（第２変更例）の部分断面を示す。上述した実施例及び第１変更例と同様な構成には上述した実施例及び第１変更例と同じ符号を付し、説明を省略する。

本変更例では、第１変更例と同様な凹部７７に円柱ゴム部材（円柱形状の弾性部材）７５を配置している。本変更例でも凹部７７の開口部に蓋部材７４を設け、蓋部材７４により円柱ゴム部材７５の凹部７７からの脱落を防止する。本変更例では、上述した実施例及び第1変更例と同様に、固定コア３９で発生するキャビテーション崩壊による衝撃波を円柱ゴム部材７５により緩衝することが可能である。

本変更例においても、凹部７７は、円柱ゴム部材（弾性部材）７５を収容する弾性部材収容凹部を構成する。

円柱ゴム部材（弾性部材）７５は、弾性部材収容凹部７７の径方向全領域に配置される。これにより、弾性部材収容凹部７７の径方向全領域において、キャビテーション・エロージョンを抑制することができる。

さらに円柱ゴム部材（弾性部材）７５は、弾性部材収容凹部７７の軸方向（中心軸線３００ｘ，３５ｘに沿う方向）において弾性部材収容凹部７７の開口面との間に隙間を有するように配置される。これにより、弾性部材収容凹部７７の内部にキャビテーションを閉じ込め、キャビテーション崩壊による衝撃波を円柱ゴム部材（弾性部材）７５により確実に緩衝することが可能である。

本変更例において、円柱ゴム部材７５の蓋部材７４側の端面を上述した実施例の凹面７１ａ’と同様な凹面に形成してもよい。また、円柱ゴム部材７５は凹部７７に圧入してもよい。

また上述した実施例において、凹部７７の開口部に第1変更例及び第2変更例で説明した蓋部材７４を設けてもよい。

上述した実施例及び変更例において、ゴム部材７１，７２及び円柱ゴム部材７５はゴム部材として説明したが、キャビテーション崩壊による衝撃波を緩衝できる弾性部材であればよく、この弾性部材はポアソン比が０．４５以上かつ０．５５以下の部材であればよい。すなわち本発明に係るソレノイド機構は、固定コア３９と、固定コア３９に吸引される可動コア３６と、通電することで固定コア３９と可動コア３６との間に磁気吸引力を発生させるソレノイド４３とを備えたソレノイド機構において、固定コア３９は、流体が充満され、可動コア３６の移動により流体が出入りする凹部３９ａを備え、凹部３９ａにポアソン比が０．４５以上かつ０．５５以下の弾性部材７１，７２，７５を備えるように構成される。さらに、凹部３９ａに可動コア３６を付勢する可動コア付勢ばね４０を備え、凹部３９ａは可動コア付勢ばね４０と接触する接触面３９ａ２と、接触面３９ａ２よりも可動コア付勢ばね４０の側とは反対側に窪んで弾性部材７１，７２，７５を収容する弾性部材収容凹部７７とを有するようにするとよい。

以上、本発明に係る実施例及びその変更例によれば、高圧燃料ポンプの組立時にはゴム部材を凹部７７にスムーズに圧入、挿入または充填することができる高い生技性を確保しつつ、実際の使用時には、高信頼性および高品質性を確保した電磁弁機構と、それを搭載した高圧燃料ポンプを提供することが可能となる。このために高圧燃料ポンプは、加圧室１１の吸入側に配置される電磁弁機構３００と、加圧室１１の吐出側に配置される吐出弁機構８と、を備えた高圧燃料ポンプにおいて、電磁弁機構３００が図９～図１１に記載のソレノイド機構を備えるとよい。

以上、本発明は上記した実施例及び変更例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、上述した実施例及び変更例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。また、実施例の構成の一部に各変更例の構成の一部を組み合わせて適用することができる。また、実施例及び変更例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

８…吐出弁機構、１１…加圧室、３６…可動コア、３９…固定コア、３９ａ…凹部、３９ａ２…接触面、４０…可動コア付勢ばね、４３…コイル（ソレノイド）、７１，７２，７５…弾性部材（ゴム部材、円柱ゴム部材）、７１ａ’…凹面、７４…蓋部材、７７…弾性部材収容凹部、７９…軸方向隙間、３００…電磁弁機構。

Claims (10)

1. 固定コアと、前記固定コアに吸引される可動コアと、通電することで前記固定コアと前記可動コアとの間に磁気吸引力を発生させるソレノイドと、前記固定コアに設けられ前記可動コアの移動により流体が出入りする凹部と、前記凹部に設けられ前記可動コアを付勢する可動コア付勢ばねと、を備えたソレノイド機構において、
   前記凹部は、前記可動コア付勢ばねと接触する接触面と、前記接触面よりも前記可動コア付勢ばねの側とは反対側に窪んで弾性部材を収容する弾性部材収容凹部とを有し、
   前記弾性部材収容凹部にポアソン比が０．４５以上かつ０．５５以下の弾性部材を備えたことを特徴とするソレノイド機構。
2. 請求項１に記載のソレノイド機構において、
   前記弾性部材は、前記弾性部材収容凹部の径方向全領域に配置されることを特徴とするソレノイド機構。
3. 請求項１に記載のソレノイド機構において、
   前記弾性部材は、前記弾性部材収容凹部の軸方向において前記弾性部材収容凹部の開口面との間に隙間を有するように配置されることを特徴とするソレノイド機構。
4. 請求項１に記載のソレノイド機構において、
   前記弾性部材は、ボール形状に構成されることを特徴とするソレノイド機構。
5. 請求項１に記載のソレノイド機構において、
   前記弾性部材は、円柱形状に構成されることを特徴とするソレノイド機構。
6. 請求項１に記載のソレノイド機構において、
   前記弾性部材収容凹部の前記可動コア付勢ばねとの前記接触面に径方向中央部に開口を有して前記弾性部材収容凹部を覆う蓋部材が配置されることを特徴とするソレノイド機構。
7. 請求項６に記載のソレノイド機構において、
   前記蓋部材は、前記弾性部材との間に、軸方向の隙間が形成されるように配置されることを特徴とするソレノイド機構。
8. 請求項１に記載のソレノイド機構において、
   前記弾性部材は、前記弾性部材収容凹部の開口面に対向する端面が前記開口面の側とは反対側に窪んだ凹面で構成されることを特徴とするソレノイド機構。
9. 加圧室の吸入側に配置される電磁弁機構と、前記加圧室の吐出側に配置される吐出弁機構と、を備えた高圧燃料ポンプにおいて、
   前記電磁弁機構が請求項１に記載のソレノイド機構を備えることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
10. 固定コアと、前記固定コアに吸引される可動コアと、通電することで前記固定コアと前記可動コアとの間に磁気吸引力を発生させるソレノイドと、前記固定コアに設けられ前記可動コアの移動により流体が出入りする凹部と、前記凹部に設けられ前記可動コアを付勢する可動コア付勢ばねと、を備えたソレノイド機構において、
    前記凹部は、前記可動コア付勢ばねと接触する接触面と、前記接触面よりも前記可動コア付勢ばねの側とは反対側に窪んで弾性部材を収容する弾性部材収容凹部とを有し、
    前記弾性部材収容凹部に弾性部材を備えたことを特徴とするソレノイド機構。

Images