JPWO2017022605A1 - ダイアフラムダンパ装置用のコイルドウェーブスプリング及びダンパシステム - Google Patents

ダイアフラムダンパ装置用のコイルドウェーブスプリング及びダンパシステム Download PDF

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Abstract

ハウジングとカバーとで区画形成された燃料室内に配設されるダイアフラムダンパ装置のために用いられるコイルドウェーブスプリングが提供される。前記コイルドウェーブスプリングは、前記ダイアフラムダンパ装置のダイアフラムダンパと前記カバーとの間に配設されるように構成されるとともに、自身の弾性力により前記ダイアフラムダンパを前記ハウジングに固定するように構成される。前記コイルドウェーブスプリングは、コイル部、巻始め部及び巻終り部を有し、前記巻始め部及び前記巻終り部はそれぞれ平らな座巻き部を形成しており、該座巻き部の各々の外径が前記コイル部の外径より大きく、前記座巻き部のうちの１つが前記ダイアフラムダンパに固定されるように構成されている。

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装置用のコイルドウェーブスプリング、及びダンパシステムに関する。
従来のこの種の脈動を吸収する装置としては、たとえば、高圧燃料ポンプの流体通路内にダイアフラムダンパ装置を設けたものが知られている（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、高圧燃料ポンプの流体通路内に設けられたダンパ装置が、高圧燃料ポンプから吐出される燃料の圧力の脈動を吸収し、燃料の圧力の脈動幅を小さくして燃料の噴射量を安定化させている。
この従来技術に係るダイアフラムダンパ装置は、燃料の圧力の脈動の低減効果を大きくするべく、図５に示すように、ハウジング５１とカバー５２とで区画形成された燃料室５０内において縦方向に並んで配設された２つのダイアフラムダンパ５３、５４を備えている。該２つのダイアフラムダンパ５３、５４は支持部材５５によって支持されている。そして、２つのダイアフラムダンパ５３、５４は、支持部材５５の上面とカバー５２の内面との間に配設されたウェーブワッシャ５６の弾性力により燃料室５０の内壁に押し付けられることによりハウジング５１に固定されている。
燃料室５０は、高圧燃料ポンプの一部の制限された空間に設けられるものであり、燃料室５０においてダイアフラムダンパを複数個重ねて設置する場合、ダイアフラムダンパを固定する手段の高さ寸法もきわめて限られた寸法になるため、該固定する手段として従来技術においては高さ寸法の小さいウェーブワッシャ５６が用いられている。しかし、ウェーブワッシャ５６を用いてダイアフラムダンパを安定して強固に固定することは難しい。また、ウェーブワッシャ５６は、一般的に、板材からプレス金型を用いた打ち抜き加工により製作されるため、歩留まりが悪く、製造コストが高く、しかも、形状の細かな変更が困難である。
特開２０１３−２２７８７７号公報
本発明は、安定したたわみにより強力なばね力を発揮することができる、ダイアフラムダンパ装置用のコイルドウェーブスプリング、及びそのようなコイルドウェーブスプリングを有するダンパシステムを提供することを目的とするものである。
上述の目的を達成するため、ハウジングとカバーとで区画形成された燃料室内に配設されるダイアフラムダンパ装置のために用いられるコイルドウェーブスプリングが提供される。前記コイルドウェーブスプリングは、前記ダイアフラムダンパ装置のダイアフラムダンパと前記カバーとの間に配設されるように構成されるとともに、自身の弾性力により前記ダイアフラムダンパを前記ハウジングに固定するように構成される。前記コイルドウェーブスプリングは、コイル部、巻始め部及び巻終り部を有し、前記巻始め部及び前記巻終り部はそれぞれ平らな座巻き部を形成しており、該座巻き部の各々の外径が前記コイル部の外径より大きく、前記座巻き部のうちの１つが前記ダイアフラムダンパに固定されるように構成されている。
この特徴によれば、燃料室の高さ寸法に制限があるような場合でも、安定したたわみにより強力なばね力でもってダイアフラムダンパをハウジングに固定することができる。また、従来技術で用いられているウェーブワッシャに比較して、コイルドウェーブスプリングは材料の歩留まりがよく、製造コストが安く、さらに、形状の変更が容易である。
また、座巻き部の外径を大きくすることで、ダイアフラムダンパに対するコイルドウェーブスプリングの固定箇所を確実に確保し、コイルドウェーブスプリングとダイアフラムダンパを一体化することができ、更に、平らな座巻き部にすることで、前記固定箇所がばねの収縮に影響を及ぼすことが抑制され、ダイアフラムダンパに対して均一にばね力を作用させることができる。また、コイルドウェーブスプリングとダイアフラムダンパとを一つのユニットとして組立てた状態で運搬できると共に、他の部材に対する組付けにおいても一つのユニットとして組み付けできるため、組み立てがしやすい。
また、上記コイルドウェーブスプリングにおいて、前記座巻き部の一方がダイアフラムダンパに固定されるように構成され、前記座巻き部の他方が前記カバーの内側に装着された取付部材に固定されるように構成されていてもよい。
この特徴によれば、取付部材の形状を変更するだけで、カバーの形状に合わせた形状のコイルドウェーブスプリングを用意することなく、同じ形状のコイルドウェーブスプリングを用いて異なる形状の複数種のカバーに対してダイアフラムダンパ装置を固定することができる。
また、上記コイルドウェーブスプリングにおいて、前記座巻き部の各々は、ダイアフラムダンパ又は取付部材をカシメることにより該ダイアフラムダンパ又は取付部材に固定されるように構成されていてもよい。
この特徴によれば、簡単にコイルドウェーブスプリングとダイアフラムダンパ或いはコイルドウェーブスプリングと取付部材とを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装置を示す縦断面図である。 図１のダイアフラムダンパ装置に用いられるコイルドウェーブスプリングの正面図である。 図２のコイルドウェーブスプリングの斜視図である。 （ａ）は図１の４Ａ−４Ａ断面図、（ｂ）は図１の４Ｂ−４Ｂ断面図である。 従来技術を示す断面図である。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置などは、特に明示的な記載がない限り、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
図１ないし図４を参照して、本発明の実施例１に係るダイアフラムダンパ装置１０について説明する。
図１に示すダイアフラムダンパ装置１０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に向かって圧送する高圧ポンプに使用されている。
高圧ポンプは、外部から供給された燃料を収容可能な燃料室２を備え、プランジャが下降するときに燃料室２から加圧室へ燃料を吸入する「吸入工程」、プランジャが上昇するときに加圧室の燃料の一部を燃料室２へ戻す「調量工程」、及び、吸入弁を閉じた後プランジャがさらに上昇するときに燃料を加圧する「加圧工程」を繰り返すことにより、燃料を加圧して吐出する。
ダイアフラムダンパ装置１０は、このような高圧ポンプの燃料室２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、燃料室２は、高圧ポンプのハウジング１の上部３と、ハウジング１の上部３に被せられて固定された有底筒状のカバー４の内面とで区画形成されている。また、図示は省略するが、カバー４の下部はハウジング１に密に接合されている。
なお、図１において、紙面上方を装置の上方、紙面下方を装置の下方と呼ぶこととする。
燃料室２内には、ダイアフラムダンパ装置１０が配設されている。ダイアフラムダンパ装置１０は、流体の圧力脈動の低減効果を大きくするため、上下方向に並んで配置された（互いに重なるように配置された）２個のダイアフラムダンパ１１及び１２を備える。
下方のダイアフラムダンパ１１と上方のダイアフラムダンパ１２とは、基本構造は同じである。
ダイアフラムダンパ１１及び１２は、それぞれ、一対の円盤状のダイアフラム１５、１５と、該一対の円盤状のダイアフラム１５、１５で形成される高圧室１６とを有し、該高圧室１６には高圧ガスが封入される。一対の円盤状のダイアフラム１５、１５の外側は、それぞれ、一対の円盤状のカバー部材１７、１７により覆われている。
高圧室１６内には２つのゴム状弾性部材１４、１４が配設されている。
ダイアフラムダンパ１１及び１２は、それぞれ、別個に製造され、上下方向に並んだ状態で、ハウジング１とカバー４の内面とで区画形成される空間内に配置される。
各カバー部材１７には、燃料などの流体の流通を許容する穴１７ｂが複数設けられ、外部の流体がカバー部材１７とダイアフラム１５との間の空間に自由に出入できるようになっている。
上下方向に並んで配置される２個のダイアフラムダンパ１１及び１２は保持部材２０により一体的に保持される。
２個のダイアフラムダンパ１１及び１２（ダイアフラムダンパ装置１０）は、ハウジング１の上部３に載置されている。２個のダイアフラムダンパ１１及び１２は、カバー４の内側に装着された取付部材７及びコイルドウェーブスプリング６により、ハウジング１に押しつけられるように下方へ付勢され、それによってハウジング１に固定されるようになっている。
カバー４、カバー４によって覆われるダイアフラムダンパ装置１０、並びに、カバー４とダイアフラムダンパ装置１０との間に配置されるコイルドウェーブスプリング６及び取付部材７は、ダンパシステムを構成する。
一対の円盤状のダイアフラム１５、１５は薄肉で可撓性の金属板によって相互に同一形状に成形され、中央部１５ｂ、１５ｂが可撓性を有するように形成されている。また、円盤状の一対のカバー部材１７、１７は、金属製であり、ダイアフラム１５、１５を支持するもので、ダイアフラム１５、１５より厚肉である。
一対の円盤状のダイアフラム１５、１５の外周領域１５ａ、１５ａは相互に重ね合わされ、該重ね合わされた外周領域１５ａ、１５ａは円盤状の１対のカバー部材１７、１７の外周領域の挟持部１７ａ、１７ａにより挟持されるようになっている。
図２及び図３を参照しながら、コイルドウェーブスプリング６について説明する。
コイルドウェーブスプリング６は、ばね用材からなる角線を、螺旋状に層巻きするように成型すると同時に、波状に加工することによって形成される。角線は、上下に隣接する波形の巻き部の山６ａと谷６ｂとが対接するように、螺旋状に巻き上げられる。コイルドウェーブスプリング６は、全体として、軸方向に短い円筒状をなし、主に圧縮方向の力を緩衝するために使用されるばねである。
コイルドウェーブスプリング６は、波状に湾曲しながら螺旋状に延びるコイル部と、コイル部の両端からそれぞれ延びる巻始め部及び巻終り部とを有し、巻始め部と巻終り部とはそれぞれ平らな座巻き部６ｃ、６ｄを形成している。すなわち、座巻き部６ｃ、６ｄは波状に湾曲することなく、略１周に亘って平らな状態で延びている。座巻き部６ｃ、６ｄは、それぞれ、端部６ｅ、６ｆを有する。以下において、座巻き部６ｃを上側座巻き部６ｃと称し、座巻き部６ｄを下側座巻き部６ｄと称することがある。
コイルドウェーブスプリング６は、安定したたわみにより強力なばね力を発揮するものであって、径方向の寸法をそのままにして高さを減ずることができるのでばねをコンパクト化することができるというメリットがある。すなわち、コイルばねは主としてねじり応力を受けるのに対して、コイルドウェーブスプリングは主として曲げ応力を受ける。
また、コイルドウェーブスプリングは皿ばねのように積み重ね作業を必要とせず、解体してバラバラになるようなこともない。さらに、従来技術で用いられているウェーブワッシャは、一般的に、板材からプレス金型で打ち抜いて加工するので、材料の歩留りが悪く、製造コストが高く、しかも、形状の細かな変更が困難である。これに対し、コイルドウェーブスプリングは角線を曲げ加工するだけで製造できることから、材料をほぼ１００％有効使用できるので歩留まりがよく、製造コストが安く、さらに、形状の変更が容易である等のメリットを有する。
コイルドウェーブスプリング６は、座巻き部６ｃ、６ｄの外径Ｄが、コイル部（コイルドウェーブスプリング６における座巻き部６ｃ、６ｄ以外の部位）の外径より大きくなるように形成されている。その結果、下側座巻き部６ｄをダイアフラムダンパ１２に容易に固定できるとともに、上側座巻き部６ｃを取付部材７に容易に固定できる。
次に、図１及び図４を参照しながら、コイルドウェーブスプリング６を取付部材７並びにダイアフラムダンパ１１及び１２に固定する方法について説明する。
まず、コイルドウェーブスプリング６を取付部材７に固定する方法について説明する。
図１に示すように、取付部材７は、円盤状をなし、中央部７ａがカバー４の内壁面に沿う形状に形成され、該中央部７ａには穴７ｂが形成されている。
また、取付部材７の外周領域７ｃはコイルドウェーブスプリング６の上側座巻き部６ｃと係合可能な平坦な形状に形成されている。
取付部材７の外周領域７ｃには、複数の爪７ｄが外周領域７ｃの外周縁から延びるように設けられている。爪７ｄは、例えば、取付部材７の打ち抜き成型時に形成される。
爪７ｄは、取付部材７にコイルドウェーブスプリング６が固定される際に、コイルドウェーブスプリング６の上側座巻き部６ｃを外側から巻くようにカシメられる。上側座巻き部６ｃの外径はコイル部の外径より大きいため、爪７ｄのカシメ作業が容易であり、また、確実にカシメを行うことができる。
図４（ａ）に示すように、爪７ｄは６等配で外周領域７ｃに設けられている。
爪７ｄの数及び配置はこれに限定されるものではなく、少なくとも２以上の爪７ｄを外周領域７ｃに適宜配置すればよい。また、爪７ｄの幅及び長さは適宜設計的に決められる。
次に、コイルドウェーブスプリング６をダイアフラムダンパ１１及び１２に固定する方法について説明する。
上記のように、上下方向に並んで配列される２個のダイアフラムダンパ１１及び１２の各々は、一対の円盤状のダイアフラム１５、１５を有する。一対の円盤状のダイアフラム１５、１５が一対の円盤状のカバー部材１７、１７により覆われている。２個のダイアフラムダンパ１１及び１２は、カバー部材１７を介して保持部材２０により一体的に保持されている。
上方のダイアフラムダンパ１２のカバー部材１７のうち上方のカバー部材１７には、複数の爪１７ｃが設けられている。
爪１７ｃは、カバー部材１７の径方向において、コイルドウェーブスプリング６の下側座巻き部６ｄの外径Ｄに適合する位置に形成される。例えば、カバー部材１７の打ち抜き成型時に、爪１７ｃの部分を残すようにして打抜き部１８がカバー部材１７に形成される。
爪１７ｃは、図４（ｂ）に示すように、例えば、３等配でカバー部材１７に設けられている。
爪１７ｃの数及び配置はこれに限定されるものではなく、少なくとも２以上の爪１７ｃをカバー部材１７に適宜配置すればよい。また、爪１７ｃの幅及び長さは適宜設計的に決められる。
実施例１のダイアフラムダンパ装置１０は上記したような構成を有し、以下のような顕著な効果を奏する。
（１）ハウジング１とカバー４とで区画形成された燃料室２内に配設されるダイアフラムダンパ装置１０のために用いられるコイルドウェーブスプリング６は、ダイアフラムダンパ１１と１２とカバー４との間に配設され、コイルドウェーブスプリング６は、自身の弾性力によりダイアフラムダンパ１１及び１２をハウジング１に固定するように構成されている。これにより、燃料室２の高さ寸法に制限があるような場合でも、安定したたわみにより強力なばね力でもってダイアフラムダンパ１１及び１２をハウジング１に固定することができる。また、従来技術で用いられているウェーブワッシャに比較して、コイルドウェーブスプリング６は材料の歩留まりがよく、製造コストが安く、さらに、形状の変更が容易である。
（２）流体の圧力脈動の低減効果の大きいダイアフラムダンパ装置１０を得るためにダイアフラムダンパ１１及び１２が上下方向に並んで複数配列され、燃料室２の残りの高さ寸法がさらに制限される場合においても、安定したたわみにより強力なばね力でもってダイアフラムダンパ１１及び１２をハウジング１に固定することができる。
（３）コイルドウェーブスプリング６の下端（下側座巻き部６ｄ）が、ダイアフラムダンパ１１及び１２に固定されるとともに、コイルドウェーブスプリング６の上端（上側座巻き部６ｃ）が、コイルドウェーブスプリング６の上部に配設される取付部材７に固定されることにより、ダイアフラムダンパ１１、１２と取付部材７との間にコイルドウェーブスプリング６を確実に保持することができ、コイルドウェーブスプリング６の安定したたわみによる強力なばね力をダイアフラムダンパ１１及び１２の保持のために有効利用することができる。
（４）平らな座巻き部６ｃ、６ｄの外径Ｄがコイル部（コイルドウェーブスプリング６における座巻き部６ｃ、６ｄ以外の部位）の外径より大きい。外径の大きな下側座巻き部６ｄに対してダイアフラムダンパ１２に形成された爪１７ｃがカシメられ、外径の大きな上側座巻き部６ｃに対して取付部材７に形成された爪７ｄがカシメられる。これにより、コイルドウェーブスプリング６、取付部材７並びにダイアフラムダンパ１１及び１２を一体化することができ、ダイアフラムダンパ１１及び１２に対して均一にばね力を作用させることができ、ダイアフラムダンパ１１及び１２の径方向のズレを好適に抑制することができる。また、コイルドウェーブスプリング６と、取付部材７と、ダイアフラムダンパ１１及び１２とを一つのユニットとして組立てた状態で運搬できると共に、他の部材に対する組付けにおいても一つのユニットとして組み付けできるため、組み立てがしやすい。
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
上記実施例１では、２個のダイアフラムダンパ１１及び１２が上下方向に並んで配列された場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ダイアフラムダンパが１個であってもよく、その場合でも、上記の効果を奏する。また、ダイアフラムダンパの数は２個より多い複数であってもよい。
また、上記実施例１では、取付部材７は、円盤状をなし、中央部７ａがカバー４の内壁面に沿う形状に形成される場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、カバー４の内壁に凹部または凸部を形成し、取付部材７を該凹部または凸部に嵌合可能な形状に形成し、カバー４と取付部材７との係合関係をより一層確実なものとしてもよい。さらに、カバー４と取付部材７とを蝋付けなどにより一体的に固定してもよい。
１ ハウジング
２ 燃料室
３ ハウジングの上部
４ カバー
６ コイルドウェーブスプリング
６ａ 波形の山
６ｂ 波形の谷
６ｃ 上側座巻き部
６ｄ 下側座巻き部
６ｅ 端部
６ｆ 端部
７ 取付部材
７ａ 中央部
７ｂ 穴
７ｃ 外周領域
７ｄ 爪
１０ ダイアフラムダンパ装置
１１ 下方のダイアフラムダンパ
１２ 上方のダイアフラムダンパ
１４ ゴム状弾性部材
１５ ダイアフラム
１５ａ 外周領域
１５ｂ 中央部
１６ 高圧室
１７ カバー部材
１７ａ 挟持部
１７ｂ 穴
１７ｃ 爪
１８ 打抜き部
２０ 保持部材

Claims (5)

  1. ハウジングとカバーとで区画形成された燃料室内に配設されるダイアフラムダンパ装置のために用いられるコイルドウェーブスプリングであって、
    前記コイルドウェーブスプリングは、前記ダイアフラムダンパ装置のダイアフラムダンパと前記カバーとの間に配設されるように構成され、
    前記コイルドウェーブスプリングは、自身の弾性力により前記ダイアフラムダンパを前記ハウジングに固定するように構成され、
    前記コイルドウェーブスプリングは、コイル部、巻始め部及び巻終り部を有し、前記巻始め部及び前記巻終り部はそれぞれ平らな座巻き部を形成しており、該座巻き部の各々の外径が前記コイル部の外径より大きく、前記座巻き部のうちの１つが前記ダイアフラムダンパに固定されるように構成されているコイルドウェーブスプリング。
  2. 前記座巻き部の一方がダイアフラムダンパに固定されるように構成され、前記座巻き部の他方が前記カバーの内側に装着された取付部材に固定されるように構成されている請求項１に記載のコイルドウェーブスプリング。
  3. 前記座巻き部の各々は、ダイアフラムダンパ又は取付部材をカシメることにより該ダイアフラムダンパ又は取付部材に固定されるように構成されている請求項１又は２に記載のコイルドウェーブスプリング。
  4. ハウジングに取り付けられ、前記ハウジングと協働して燃料室を形成するカバーと、
    前記燃料室内に配設されるダイアフラムダンパ装置と、
    前記ダイアフラムダンパ装置と前記カバーとの間に配設され、自身の弾性力により前記ダイアフラムダンパ装置を前記ハウジングに固定するように構成されるコイルドウェーブスプリングと、を備え、
    前記コイルドウェーブスプリングは、コイル部、巻始め部及び巻終り部を有し、前記巻始め部及び前記巻終り部はそれぞれ平らな座巻き部を形成しており、該座巻き部の各々の外径が前記コイル部の外径より大きく、前記座巻き部のうちの１つが前記ダイアフラムダンパ装置に固定されるように構成されている、ダンパシステム。
  5. 前記カバーの内側に装着された取付部材をさらに備え、
    前記座巻き部の一方が前記ダイアフラムダンパ装置に固定され、前記座巻き部の他方が前記取付部材に固定される、請求項４に記載のダンパシステム。
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