WO2013084533A1

WO2013084533A1 - オートフレッテージ加工装置

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Publication number: WO2013084533A1
Application number: PCT/JP2012/068117
Authority: WO
Inventors: 健太立山; 近藤　文男; 原　雄介
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2013-06-13
Also published as: JP5527312B2; EP2789409A1; EP2789409B1; EP2789409A4; EP2789409B8; CN103958085B; JP2013116498A; CN103958085A

Abstract

　製品形状などに起因する各種制約に対する解決策を提供する。　オートフレッテージ加工装置において、ワーク端部開口を除いて密閉され、ワーク端部開口から内圧室に作動油が充填されるワークと、ワークに対して着脱可能であり、内部に直線流路を有し、直線流路は、ワーク端部開口に対してシール部を経由して漏れなく連通するよう構成された治具と、治具内部に設けられた直線流路の内壁に対して、所定の平均隙間量を有する隙間を形成するピストンと、ピストンを駆動する加圧部とを具備することを特徴とする。

Description

オートフレッテージ加工装置

　本発明は、例えば、高圧燃料噴射管やコモンレール等の加工装置に使用されるものであって、特に超高圧下でのオートフレッテージ加工を行うためのオートフレッテージ加工装置に関する。

　特許文献１、２にみられるように、密閉状態で高圧をかけて材料組織に残留応力を残して強度をあげる加工方法（オートフレッテージ加工と称す）が知られている。
　すなわち、オートフレッテージ加工では、ワークの内側においては塑性変形させるように、かつ、ワークの外側においては弾性変形させるものの塑性変形させないような高圧力をワーク内部に与えている。これによって、ワークに残留圧縮応力を付与し、ワークの耐圧疲労強度を増強させている。このような加工方法は、ディーゼルコモンレールシステム部品などの耐圧疲労強度が必要とされる部品の、疲労強度増強を目的とした残留圧縮応力付与に利用されている。
　特許文献１には、ワーク内部に加圧シリンダのピストンを直接挿入して昇圧する加工方法が開示されている。このような加工方法では、加工の対象となるワークの形状（細孔、短い管路等）に起因して、昇圧時のストローク不足やピストンがワーク内に挿入できないなどの様々な制約が発生していた。

独国特許発明第１０２００６０５４４４０号明細書（ＤＥ１０２００６０５４４４０Ｂ３）特開２００４－９２５５１号公報

　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、製品形状などに起因する各種制約に対する解決策を提供するものである。

　上記課題を解決するために、請求項１の発明は、ワーク端部開口（１４）および内圧室（ＩＣ）を有し、当該内圧室（ＩＣ）は、前記ワーク端部開口（１４）を除いて密閉され、当該ワーク端部開口（１４）から当該内圧室（ＩＣ）に作動油（２）が充填されるワーク（１）と、当該ワーク（１）に対して着脱可能であり、内部に直線流路（５２）を有し、当該直線流路（５２）は、前記ワーク端部開口（１４）に対してシール部（５５）を経由して漏れなく連通するよう構成された治具（５１）と、前記治具内部に設けられた前記直線流路（５２）の内壁に対して、所定の平均隙間量（ｈ）を有する隙間（３）を形成するピストン（４２）と、当該ピストン（４２）を駆動する加圧部（４０）と、を具備し、前記加圧部（４０）は、前記作動油（２）で充填された前記直線流路（５２）において前記ピストン（４２）が所定の送り速度（ｖ）となるように、前記ピストン（４２）を駆動するものであり、当該駆動により前記隙間（３）より漏れ出す前記作動油（２）の、単位時間当たりの最大漏れ流量（Ｑｍａｘ）に相当する臨界送り速度（Ｖｃ）よりも前記所定の送り速度（ｖ）を速くすることにより、前記ワーク（１）にオートフレッテージ加工を施すことを特徴とするオートフレッテージ加工装置である。

　これにより、ワークにピストンを挿入することなく、治具の直線流路において、ピストンを臨界送り速度Ｖｃ以上で挿入することができる。そして、治具におけるピストンの挿入により、超高圧になった作動油を、シール部を通じて、ワーク１の内圧室ＩＣに充填することができる。したがって、送り速度限界やワークの製品形状などに起因する各種制約が存在する場合であっても、ワークに対して着脱可能な治具の方で、オートフレッテージ加工を行うのに必要な条件（後述のシート幅Ｂやシート円周長さＬなど）を任意に設計することができる。すなわち、治具を用いることによって、各種制約があっても臨界送り速度Ｖｃを適宜設定することができる。また、設備の小型化や、作業工程の簡素化（サイクルタイム削減など）により、コスト削減を図ることができる。

　請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記治具（５１）には、前記直線流路（５２）に連通するエア抜き通路（５３）が設けられていることを特徴とする。これにより、作動油の初期充填のエア抜きを容易に行うことができる。

　請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記エア抜き通路（５３）には、エア抜き通路の止め栓（５４）が設けられていることを特徴とする。

　請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記シール部（５５）は、連通孔（５５’’）が貫通したシール体（５５’）を、前記ワーク（１）のワーク端部開口（１４）と、前記治具（５１）の直線流路（５２）の連結端部開口（５２’）との間に隙間なく押し当てることによりシールしたことを特徴とする。これにより、ワークと治具とのシールを完全にすることができる。

　請求項５の発明は、請求項４に記載の発明に、前記シール体（５５’）が、金属又は合成樹脂で形成されていることを特徴とする。

　請求項６の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記シール部（５５）は、前記ワーク（１）のワーク端部開口（１４）と、前記治具（５１）の直線流路（５２）の連結端部開口（５２’）とを隙間なく押し当てるか連結することによりシールしたことを特徴とする。これにより、ワークと治具とのシールを完全にすることができる。

　請求項７の発明は、請求項６に記載の発明において、前記ワーク（１）のワーク端部開口（１４）か、前記治具（５１）の直線流路（５２）の連結端部開口（５２’）のいずれか一方又は双方に、Ｏリング、円環突起、テーパ面、又は、ねじが設けられていることを特徴とする。これにより、ワークと治具とのシールを完全にすることができる。

　なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

ダイレクト加圧式のオートフレッテージ加工装置を模式的に示す説明図であり、ピストン４２の摺動開始前を示す図である。ダイレクト加圧式のオートフレッテージ加工装置を模式的に示す説明図であり、ピストン４２の摺動開始後を示す図である。ダイレクト加圧式のオートフレッテージ加工装置を模式的に示す説明図である。図１Ａ、Ｂに示す装置においてピストンをある一定の送り速度Ｖ₀で内圧室ＩＣに挿入して、内圧室ＩＣの圧力Ｐを上昇させようとした場合の圧力と時間の関係を示す模式図である。図３Ａの状況を説明する説明図である。ピストンを内圧室ＩＣに挿入する送り速度を、Ｖ₁にした場合の圧力上昇波形を示す特性図である。ピストンを内圧室ＩＣに挿入する送り速度を、Ｖ_２にした場合の圧力上昇波形を示す特性図である。ピストンを内圧室ＩＣに挿入する送り速度を、Ｖ_Ｃにした場合の圧力上昇波形を示す特性図である。ピストンを内圧室ＩＣに挿入する送り速度を、Ｖ_３にした場合の圧力上昇波形を示す特性図である。ピストンを内圧室ＩＣに挿入する送り速度を、Ｖ₄にした場合の圧力上昇波形を示す特性図である。漏れと圧力の関係を解析するための説明図である。臨界送り速度Ｖｃを求める一例を説明するための説明図である。平均隙間量ｈを変更した場合の、内圧室ＩＣの圧力と漏れ流量の関係および臨界送り速度Ｖｃを示す特性図である。作動油および平均隙間量ｈを変更した場合の内圧室圧力と最大漏れ流量Ｑｍａｘの関係を示す特性図である。隙間３のシート幅Ｌをａからｂに変更した場合の圧力上昇波形を示す特性図である。ディーゼルエンジンで用いられる燃料噴射弁の一例である。燃料噴射弁に使用される一部材の一例を示す断面図である。燃料噴射弁に使用される一部材の一例を示す断面図である。本発明の一実施形態を説明する概略断面図である。本発明の一実施形態を説明する概略断面図である。図１３の本発明の一実施形態を説明する概略斜視図である。シール体５５’の一例を示す断面図である。シール体５５’の変形例を示す断面図である。シール体５５’の変形例を示す断面図である。シール部の変形例を示す断面図である。シール部の変形例を示す断面図である。シール部の変形例を示す断面図である。シール部の変形例を示す断面図である。シール部の変形例を示す断面図である。

　本発明は、添付した図面を参照して、以下に説明するように、本発明の実施態様の記載を斟酌すればより明確に理解されるであろう。以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。本発明の各実施形態が、本発明の基礎となった基礎技術に対しても同一構成の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

　（ダイレクト加圧式オートフレッテージ加工）
　本発明の一実施形態を説明する前に、まず、本発明の基礎となった基礎技術である、ダイレクト加圧式のオートフレッテージ加工装置を説明する。なお、本発明の一実施形態においてもダイレクト加圧式のオートフレッテージ加工装置を前提としている。
　図１Ａ、１Ｂ、２は、ダイレクト加圧式オートフレッテージ加工を模式的に示す説明図である。高圧下でオートフレッテージ加工を施すワーク１の一例としては、特にディーゼルコモンレールシステム部品などの、耐圧疲労強度が必要とされる部品が挙げられる。その他、疲労強度増強を目的とした残留圧縮付与が必要とされる部品なら本発明は適用可能である。以下の説明では、ワーク１として、高圧燃料噴射管、コモンレール用レール、シリンダポンプ等にオートフレッジ加工を施す場合を例示して、本発明の一実施形態を説明する。

　図１Ａ、Ｂにおいて、模式的に密閉したワークとして示されるワーク１の内部には作動油２が充填されており、サーボモータ（駆動モータ）を有する加圧部４０には、ピストン４２が連結されている。なお加圧部４０は必ずしもピストン４２に連結されている必要はない。
　このピストン４２は、図２に示すように、ワーク１の一端部の内壁に対して平均隙間量ｈ（一例として１～３０μｍ）から成る隙間３を有するように挿入される。そのため、ピストン４２が挿入されても平均隙間量ｈが維持されるように、少なくともピストン４２が挿入される範囲のワーク１内部の軸方向と、ピストン４２の軸方向と、加圧部４０の加圧軸方向とが一致するように、加圧部４０とワーク１とは設備に固定されている。

　そして、ワーク１の配管口２３に封止部材２４が挿入された状態で圧力Ｗをかけることで密閉され、ワーク１の他端はシールピン４で密閉されているので、ワーク１は、その一端部以外は閉鎖された構造となり、ピストン４２によりワーク１の内部に内圧室ＩＣが形成されることになる。また、ワーク１の内圧室ＩＣの圧力Ｐを計測するためにピストン４２には歪みゲージ５０が貼られていて、ピストン４２の変形量から内圧室ＩＣの圧力Ｐが算出される。なお、加圧部４０に含まれるサーボモータとしては、流体圧アクチュエータ（油圧アクチュエータ）を利用してもよく、また、電動モータでねじを回転させて、加圧しても良い。

　次に、上記構成における作動を説明する。ワーク１の他端側をシールピン４で密閉し、ワーク１の配管口２３に封止部材２４を挿入して圧力Ｗを掛けることで密閉した状態で作動油２をワーク１に充填する。続いて、ピストン４２をワーク１の一端側より挿入し、ピストン４２の非挿入側を加圧部４０に連結する。ここで、ピストン４２は、上述したように、ワーク１の一端部の内壁に対して所定の平均隙間量ｈからなる隙間３を有するように設定されていて、ピストン４２とワーク１の内壁間には、シールリング等は一切使用されない。

　この状態で、加圧部４０によりピストン４２をワーク１に所定の送り速度ｖで挿入させると、ワーク１の内壁およびピストン４２の間の隙間３から作動油２が漏れ出すことになるが、上述した所定の送り速度ｖを当該漏れ出す速度よりも速く設定する、すなわち、隙間３から作動油２が漏れ出す速度以上の速度でワーク１の内部にピストン４２を挿入させることにより、ワーク１の内部に充填された作動油２を圧縮し、ワーク１内部の圧力を上昇させる。

　こうすることにより、オートフレッテージ加工装置において、シールリングを使用することなくオートフレッテージ加工を行うことができ、磨耗による部品消耗を極力低減することが可能である。また、従来、内圧により変形が起こると隙間をゼロとすることができないため、作動油の増圧部は非常に肉厚で巨大なハウジングを必要としていたが、このような巨大で高価な増圧部のハウジングをなくすことで、設備構造をシンプル・スリム化することができ、安い経費、償却費でオートフレッテージ加工をすることができるようになった。

　（臨界送り速度Ｖｃと、単位時間当たりの最大漏れ流量Ｑｍａｘ）
　次に、上述したピストン４２をワーク１に挿入させる際の所定の送り速度ｖについて説明するとともに、臨界送り速度Ｖｃと、単位時間当たりの最大漏れ流量Ｑｍａｘとは何かについて説明する。
　ワーク１の内部に充填される作動油２の粘度ηは、油の圧力をＰとしたときに、次の式１で表すことができる。
　η=η₀ｅｘｐ（αＰ）・・・式１
　ここで、η₀は大気圧下の粘度（常圧粘度）、αは粘度圧力係数（液体固有のもの）であり、全ての液体で成立する（「トライボロジスト」第４９巻第９号（２００４年）７２０～７２１頁等参照）。

　この式１からわかるように、圧力Ｐが上昇すると指数関数的に粘度ηが増加する。すなわち、ピストン４２を高速で降下させ、ワーク１の内圧室ＩＣの圧力Ｐを上昇させると、内部の作動油２の粘度が上昇し、隙間３からの漏れ流量を減らす働きをする。この働きにより、更に内圧室ＩＣの圧力が上昇し、目標とする圧力（フレッテージ加工を行う高圧力）に到達することができるものと考えられた。
　しかし、実際には、上記の推測通りではない事が発明者の鋭意研究の末、判明した。以下、その内容について説明する。

　図３Ａは、図１Ａ、Ｂに示すオートフレッテージ加工装置において、ピストン４２を、ある一定の送り速度ｖ＝Ｖ₀で内圧室ＩＣに挿入して、内圧室ＩＣの圧力Ｐを上昇させようとした場合の圧力と時間の関係を説明するための模式図であり、図３Ｂは、この状況を説明する説明図である。
　図３Ａに示すように、前段の推測にもかかわらず、ピストン４２を所定の送り速度Ｖ₀で内圧室ＩＣに挿入しても、内圧室ＩＣの圧力Ｐが、時間Ｔ₂までは圧力ＰはＰ₂まで上昇するが、その後、圧力Ｐは上昇せず飽和してしまう状況が発生してしまい、目標とする圧力（フレッテージ加工を行う高圧力）に到達できないことが判明した。

　この状況は図３Ｂを用いて次のように説明される。
　ピストン４２の下降に伴い、内圧室ＩＣの容積が減少し、同時に隙間３から作動油２が流出し始める。ピストン４２の下降と作動油２の流出にはタイムラグが発生するので、内圧室ＩＣの圧力Ｐは上昇する（時間Ｔ₁～Ｔ₂）。やがて作動油２の流出（漏れ流量）が増大すると、内圧室ＩＣの容積が減少する速度も低下して定常状態となるため、内圧室ＩＣの圧力Ｐは飽和（時間Ｔ₂～Ｔ₃）する。やがてピストン２４が停止する（時間Ｔ₃）と、作動油２の流出だけが発生して圧力が０になる（時間Ｔ₄）という状況が発生するものと考えられる。

　次に、一定の送り速度ｖを変化させた場合の圧力と時間の関係について説明する。
　図４Ａ～４Ｅは、それぞれ、ピストン４２を内圧室ＩＣに挿入する際の所定の送り速度を、Ｖ₁～Ｖ₄に変更した場合の圧力と時間の関係を示す特性図である。
　ピストン４２を内圧室ＩＣに挿入する所定の送り速度ｖをＶ₁～Ｖ₄と徐々に上げると、送り速度Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖｃでは図３Ａに示す模式図と同様に、圧力が上昇してやがて飽和状態となる特性図が得られたが、送り速度Ｖｃを超えた送り速度Ｖ₃、Ｖ₄では、圧力が飽和することなく、時間の経過と共に超高圧レベルまで内圧室ＩＣの圧力Ｐが上昇していることがわかる。

　すなわち、図１Ａ、Ｂに示すオートフレッテージ加工装置において、ピストン４２を一定の送り速度で内圧室ＩＣに挿入して、内圧室ＩＣの圧力Ｐを上昇させようとする場合には、ピストン４２の送り速度ｖが、送り速度Ｖｃ（臨界送り速度）より大きくすれば、内圧室ＩＣの圧力Ｐが飽和することなく、時間の経過と共に超高圧レベルまで上昇させることができる。このように、内圧室ＩＣの圧力Ｐが、飽和することなく時間の経過と共に超高圧レベルまで圧力Ｐが上昇するような特性に変移した場合の送り速度を、臨界送り速度Ｖｃと定める。

　次に、上記臨界送り速度Ｖｃの求め方について、例示説明する。なお、臨界送り速度Ｖｃの求め方については、実験によって定めても良い。
　図５は、漏れ流量と圧力の関係を解析するための説明図であり、ピストン４２をワーク１の内部に挿入することにより作動油２が漏れ出している状態を示している。
　隙間３（平均隙間量ｈ）からの漏れ流量Ｑは、次の一般式で表せる。
　Ｑ＝Ｃ×（Ｂ／１２Ｌ）×（ｈ³／η）×ΔＰ・・・式２
　ここで、Ｂは、シート円周長さ（隙間３の中央部分の円周長さ）、Ｌは、シート幅（隙間３が形成された領域の幅）、ｈは、隙間３の平均隙間量、ηは作動油２の粘性係数、ΔＰは、隙間３の入口・出口圧力差である。Ｃは、ピストンとワーク内壁との間の表面形状によって定まる係数であり、表面粗さがＲｚ＝３．２程度の研磨面のときに、Ｃ＝１とする。

　（１）式１に基づいて、内圧室ＩＣのある圧力Ｐのときの作動油粘度ηを算出する。
　この時、常圧粘度η₀および粘度圧力係数αは、使用する作動油２の種別によって一義的に決定される。図６に示す一例では、常圧粘度η₀＝０．０４７（Ｐａ・ｓ）、粘度圧力係数α＝１０．３２８（Ｐａ^-1）の特性値を有するエーテル系３を作動油２として使用している。ここで、エーテル系３とは、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテルからなる作動油のことである。

　（２）続いて、式２に基づいて内圧室ＩＣのある圧力Ｐのときの隙間３からの漏れ流量Ｑを算出する。
　この時、シート円周長さＢおよび平均隙間量ｈは製品形状から一義的に決定され、粘性係数ηは上記（１）で求めた値を使用する。なお、シート幅Ｌについては、本来、ピストンの挿入量と共に増大する可変パラメータであるが、発明者達の研究結果によれば、固定値として漏れ流量Ｑを算出しても概ね差し支えない。
　図６に示す一例では、Ｂ＝９．５（ｍｍ）、ｈ＝２０（μｍ）、Ｌ＝１０（ｍｍ）となっている。

　（３）内圧０～８００ＭＰａ程度の間で、上記（１）および（２）を実施し、各圧力時での漏れ流量Ｑの大きさを求め、その中で最も大きい漏れ流量Ｑｍａｘ（最大漏れ流量と称す）を求める。

　（４）続いて、（３）で算出した最大漏れ流量Ｑｍａｘをピストン４２の断面積Ａで割ることにより臨界送り速度Ｖｃを算出する。
　単位時間あたりに隙間３より流出する作動油２の漏れ流量は、ワーク１内部に挿入されるピストン４２の単位時間あたりの体積に等しいので、最大漏れ流量Ｑｍａｘとなる時がピストン４２の送り速度が最も速くなる速度、すなわち、臨界送り速度Ｖｃとなる。

　このように、臨界送り速度Ｖｃと最大漏れ流量Ｑｍａｘの定義がなされ、それらの関係は、次のように表すことができる。
　（臨界送り速度Ｖｃ）＝（最大漏れ流量Ｑｍａｘ）／（ピストン４２の断面積Ａ）・・・式３
　図６に示す一例の場合、最大漏れ流量Ｑｍａｘ＝２３２９．３２（ｍｍ³／ｓｅｃ）、ピストン４２の断面積Ａ＝７０．８ｍｍ²であるため、臨界送り速度Ｖｃ＝３２．９（ｍｍ／ｓｅｃ）となる。

　つまり、この臨界送り速度Ｖｃ＝３２．９（ｍｍ／ｓｅｃ）を超える速度でピストン４２をワーク１内部に挿入すれば、図４Ｄ、図４Ｅに示すように、内圧室ＩＣの圧力Ｐが飽和することなく、時間の経過と共に超高圧レベルまで上昇させることが可能となる。

　次に、図６で示した作動油２と同一の作動油を使用しながら隙間３の平均隙間量ｈを変更した場合について説明する。
　図７は、隙間３の平均隙間量ｈを変更した場合の内圧室ＩＣの圧力と漏れ流量の関係を示す特性図である。図７に示すように、隙間３の平均隙間量ｈを変更しても、圧力が変化する過程でピーク値である最大漏れ流量Ｑｍａｘが発生する特性となっているため、上記と同様に、各々の平均隙間量に応じた臨界送り速度Ｖｃを算出すればよい。
　次に、図６で示した作動油２とは異なる作動油を使用しつつ、隙間３の平均隙間量ｈを変更した場合について説明する。

　図８は、作動油の種類および平均隙間量を変更した場合の内圧室ＩＣの圧力と漏れ流量の関係を示す特性図であり、作動油の種類として、トリエステル系、エーテル系１、エーテル系５、モノエステル系が例示されている。ここで、エーテル系１とは、ポリエチレングリコールからなる作動油のことであり、エーテル系５とは、ポリオキシプロピレンジアルキルエーテルからなる作動油のことである。図８に示すように、作動油として図６に示すものとは異なる上記作動油を使用しても、さらに、上記作動油で隙間３の平均隙間量ｈを変更しても、圧力が変化する過程でピーク値である最大漏れ流量Ｑｍａｘが発生する特性となることがわかる。

　以上説明したダイレクト加圧式オートフレッテージ加工によれば、使用する作動油の特性（作動油粘度η）、およびワーク１とピストン４２との隙間３のスペック（平均隙間量ｈ、シート幅Ｂ、シート円周長さＬ）から最大漏れ流量Ｑｍａｘを求め、その最大漏れ流量Ｑｍａｘとピストン４２のスペック（断面積Ａ）とに基づいて臨界送り速度Ｖｃを算出することにより、当該臨界送り速度Ｖｃより速い速度でピストン４２を送り出せば、オートフレッテージ加工として必要な目標圧力（一例として７００ＭＰａ～８００ＭＰａ）まで昇圧させることができる。これにより、ダイレクト加圧式オートフレッテージ加工は、シールリングを無くすことができ、シールリングの磨耗に起因するコスト増大を低減することができる。

　（ダイレクト加圧式オートフレッテージ加工における各種制約）
　ダイレクト加圧式オートフレッテージ加工は、上記のように、従来技術のオートフレッテージ加工の問題点を解決するものであるが、オートフレッテージ作動油を加圧するための加圧部の送り速度限界や製品形状などに起因する各種制約が発生することがある。

　１つには、例えば加圧部４０を駆動する駆動モータの出力不足や、寿命からみた適切な出力限界であり、これらが要因となって、送り速度ｖが臨界送り速度Ｖｃに上昇できないことがある。また、駆動モータを制御する制御回路や、オートフレッテージ加工の圧力制御装置（例えば、所定以上の圧力を何秒間掛けるといった圧力制御）において、制御すべき対象が余りにも速いと制御回路・装置が適切に制御することができないというような制約が生じる。このため、送り速度ｖは、ある程度遅い速度を利用した方が制御しやすく、通常最大出力の７割程度に制限することが必要となる。このように、駆動モータ、圧力制御回路などから生じる様々な制約から、送り速度ｖには上限が存在しているので、送り速度ｖを臨界送り速度Ｖｃには上昇できない場合が発生することがある。

　上述の駆動モータやその制御装置に起因する限界送り速度に対する解決策の１つには、以下のようなものがある。これを例示で説明すると、シート幅Ｌ＝ａの状態で、第１の臨界送り速度Ｖｃａ以上でダイレクト加圧式オートフレッテージ加工を行う場合、駆動モータ、圧力制御回路などから生じる様々な制約から、送り速度ｖを、第１の臨界送り速度Ｖｃａには上昇できない場合である。すなわち、上記制約上の最大送り速度を、限界送り速度Ｖ₀と称すると、Ｖ₀＜Ｖｃａの場合である。

　この場合には、仮にピストンのシート幅Ｌをａより長いｂとなるようにできさえすれば、第２の臨界送り速度Ｖｃｂより大きい送り速度ｖで、ダイレクト加圧式オートフレッテージ加工を行うことができる。第１の臨界送り速度Ｖｃａ、第２の臨界送り速度Ｖｃｂは、それぞれ、Ｌ＝ａ、ｂに基づき、式２、３により定められる。第２の臨界送り速度Ｖｃｂは、ｂ＞ａであるので、第１の臨界送り速度Ｖｃより小さい。

　図９は、隙間３のシート幅Ｌをａからｂに変更した場合の圧力上昇波形を示す特性図である。隙間３のシート幅Ｌをａ＝１０ｍｍからｂ＝２０ｍｍに変更した場合の圧力上昇波形は、明らかにオートフレッジ加工が可能となっていることを示している。ａ＝１０ｍｍの場合の臨界送り速度Ｖｃａ＝３２．９ｍｍ／ｓｅｃは、ｂ＝２０ｍｍの場合には、臨界送り速度Ｖｃｂ＝１６．５ｍｍ／ｓｅｃと低下している。このようにして、ピストンのシート幅Ｌをａより長いｂとすれば、所定の送り速度ｖを、第２の臨界送り速度Ｖｃｂより速くし、かつ、限界送り速度Ｖ₀未満の適当な値に設定することができるのである。
　しかしながら、ワーク１によっては、製品形状などに起因して、ピストンのシート幅Ｌをａより長いｂにすることができない場合が発生してしまう。

　さらに、ダイレクト加圧式オートフレッテージ加工を行う際に、加工の対象となるワークの形状に起因して次のような制約（ストロークが短い場合の一例）が発生することがある。
　図１０は、ディーゼルエンジンで用いられる燃料噴射弁の一例である。図１１Ａ、Ｂは、燃料噴射弁に使用される一部材の一例を示す断面図である。
　加工対象がディーゼルエンジンで用いられる燃料噴射弁（一例として、特開２００９－２０３８４３号公報等参照）である場合について説明する。この燃料噴射弁は、コモンレールから供給される高圧側の管路１０１と、バルブを閉じるまでに噴射されずに残った燃料をフューエルタンクへ戻す低圧側の管路１０２が存在している。図１０に示すように、燃料噴射弁ボデー１０３内部の大径部１０４（図１１Ａ、Ｂ参照）においては、ボデーの中心に、ピストン等がアクチュエータ（ソレノイド又はピエゾ）により上下するように配置されているため、オートフレッジ加工を施す高圧の管路１０１は必然的に偏芯してしまうことになる。このため、図１１Ａに示すロアボデー１０３’の上部管路１０１’は傾斜して比較的短くなってしまう。また、図１１Ｂに示すような場合においても、管路１０１’’は比較的短いことが多い。オートフレッジ加工を施す管路が短いと、ピストンの送り速度が、臨界送り速度Ｖｃを超えて所定の圧力に達するに必要なストロークを確保できない場合が発生する。

　また、加工対象がディーゼルエンジン用のコモンレールシステムである場合について説明する。燃料ポンプから吐出された燃料は、コモンレールに加圧供給される。コモンレールは、燃料ポンプから圧送された燃料を高圧状態で蓄え、高圧配管を介して各気筒の燃料噴射弁に供給する。図２のワーク１は、コモンレールを例示したもので、各気筒の燃料噴射弁に供給するための配管口２３が複数配設されている。図２に示すワーク１において、オートフレッテージ加工は、少なくとも交差穴端部Ｘに対しても施す必要があるため、ワーク１の一端側から交差穴端部Ｘまでの距離が所望の圧力に達するのに必要なストロークより長くする必要がある。しかし、ワーク１の形状によっては、ワーク１の一端側から交差穴端部Ｘまでの距離が所定の圧力に達するのに必要なストロークより短い場合がある。

　このように、ピストン４２をワーク１の一端部の内壁に対して挿入するダイレクト加圧式オートフレッテージ加工には、各種制約が存在する。このような各種制約を繰り返して整理すれば、以下のように例示することができる。
　（１）加圧部の能力により、ピストンの所定の送り速度を速くできない場合。
　（２）加圧部の能力により、ピストンの押圧力を確保できない場合、例えば、ワークの内圧室ＩＣの内径が大きすぎて、加圧部への負荷が大きすぎるような場合。
　（３）ワーク形状により、ストロークを確保できない場合。
　（４）ワーク形状により、挿入ピストン径が小さくなりすぎて、挿入ピストンに強度上の問題が生じる場合、すなわち、ワークの内圧室ＩＣの径が小さすぎてピストンが挿入できない場合。

　本発明は、上記のような加圧部の送り速度限界や製品形状などに起因する各種制約に対する解決策を提供するものである。
　（本発明の一実施形態）
　図１２、図１３は、本発明の一実施形態を説明する概略断面図である。図１２では、ワーク１が高圧サプライポンプであり、図１３では、ワーク１が燃料噴射弁ボデー１０３である。図１４は、図１３の本発明の一実施形態を説明する概略斜視図である。
　なお、図１２の高圧サプライポンプ１は、コモンレールに燃料を圧送するもので、特開２０１０－２２９９２４号公報等により周知のものである。図１２の部分１１には、吐出弁がねじ込まれ、部分１２には吸入弁がねじ込まれる。１３内部のＩＣには、プランジャが挿入される。部分１３の外周は円筒面となっており、ねじは形成されていない。

　まず、本発明の一実施形態の概略を説明する。本発明の一実施形態では、オートフレッテージ加工を施すワーク１に上述のような各種制約が存在する場合に、ワーク１に対して着脱可能な治具を用意してオートフレッテージ加工を施すようにしたものである。治具内部には、直線流路５２を有し、直線流路５２は、ワーク１の端部開口１４に、シール部５５を介在して連通させている。そして、ワークにピストン４２を挿入することなく、治具５１の直線流路５２において、ピストン４２を臨界送り速度Ｖｃ以上で挿入することができる。これにより、超高圧になった作動油２を、シール体５５’の連通孔５５’’を通じて、ワーク１の内圧室ＩＣに充填することができる。

　このようにすれば、送り速度限界やワークの製品形状などに起因する各種制約が存在しても、ワーク１に対して着脱可能な治具５１の方で、式２に見られるシート幅Ｌやシート円周長さＢなどのスペックを、治具５１において任意に設計することができ、臨界送り速度Ｖｃを適宜設定可能とすることができる。

　すなわち、先に例示した各種制約（１）、（３）に対して、ワーク１においてシート幅Ｌ、又はストロークが確保できなくても、治具５１でシート幅Ｌ、又は、ストロークを確保すればよい。（２）に対しては、ワークの内圧室ＩＣの内径が大きすぎて（断面積大）、加圧部への負荷が大きすぎるような場合であっても、治具５１の直線流路５２の径を小さくできる（断面積小）ので、加圧部のモータの負荷を軽減することができる。（４）に対しては、ワークの内圧室ＩＣの内径が小さすぎて、挿入するピストン４２の径が小さくて強度上の問題が生じる場合であっても、治具５１の直線流路５２の径を大きくできるので、ピストン４２の径の強度上の問題を解決することができる。

　以下、図１２、１３を参照して、本発明の一実施形態を説明する。図１２では、ワーク１が高圧サプライポンプであり、図１３では、ワーク１が燃料噴射弁ボデー１０３であるが、本実施形態はこれらのワークに限定されるものではない。
　図１２では、ワーク１が高圧サプライポンプであり、ワーク１は図示していないベース５６（図１４参照）に対して、Ｖブロックなどで載置され、シール体５５’を、それぞれワーク１の端部開口１４（ワーク端部開口）と直線流路５２の端部開口５２’（連結端部開口、Ｒや面取りなどが形成されている）に挿入して、シールする。内圧室ＩＣに作動油２が送り込まれるように、シール体５５’には連通孔５５’’が設けられている。ワーク１の端部開口１４の内周面の面取りなどを利用する場合には、シール部によるワークへの変形が生じても、製品として問題が発生しないので便利である。

　シール体５５’は、ワーク１と治具５１との間で、シール漏れがあってはならないので、治具５１は、ワークに対して、長尺ボルト５７で４箇所ほどベース５６にねじ止めして、締め付けている。図１５Ａ～Ｃは、シール体５５’の変形例である。図１５Ａは、上述のボールシールであり、図１５Ｂは、そろばんの玉形（bicone）であり、図１５Ｃは、円筒形の上下面にＲ加工されたものである。これらは単なる一例であり、これらに限定されることなく様々な変形例が存在する。要は、シール体５５’は、ワーク１と治具５１のそれぞれの端部開口の形状に合わせてシール可能な構成に設計すればよい。

　シール体５５’の材質は、銅やなどの通常のシール金属のみならず、機械的強度さえ満足できれば合成樹脂であっても良い。ウレタン、フッ素樹脂、クロロプレン、ニトリルが適当であり、エチレン、ブチルなども使用可能である。
　金属と合成樹脂の使い分けとしては、ワーク１に傷をつけたくない場合、すなわち、製品完成時のシール面など性状が損傷していないことが必須の場合は、合成樹脂を使用すると良い。傷があっても差支えがない部分（図１２のワーク１の端部開口１４内周の面取りが形成されている部分等）なら金属で良い。また、金属シールでも、オートフレッテージ加工終了後に、シール時にシール体５５’により生じたワークの凹み部分を後で除去するならば問題ない。

　ピストン４２を直線通路５２に挿入したときに、エアが混入されるので、治具５１には、直線流路５２に連通するエア抜き通路５３が設けられている。そして、エア抜き通路５３には、オートフレッテージ加工に作動油が漏れないように、エア抜き通路の止め栓５４が設けられている。
　なお、この止め栓５４は、必ずしも治具５１に設ける必要はない。例えば、エア抜き通路５３に連通する供給管を該エア抜き通路５３の開口に配設し、当該供給管の途中に弁を設けて、該弁にてこの供給管を開閉するようにしてもよい。
　また、図１２のように内圧室ＩＣのストロークが不足して、ワーク１においてストロークが確保できなくても、治具５１でストロークを確保することができるようになる。

　図１３では、ワーク１が燃料噴射弁ボデー１０３である。図１４に示すように、燃料噴射弁ボデー１０３は、ベース５６に対して、Ｖブロックなどで載置されている。シール体５５’で、それぞれ燃料噴射弁ボデー１０３の内圧室ＩＣの端部開口と直線流路５２の端部開口がシールされている。シール体５５’は、シール漏れがあってはならないので、治具５１は、燃料噴射弁ボデー１０３に対して、長尺ボルト５７で４箇所ほどベース５６にねじ止めして、締め付けている。高圧管路１０１の出口はシールボール２０により、ねじキャップ２１で封止されている。その他、図１２の場合と同様である。

　　図１３の場合を、内圧室ＩＣの径が小さすぎてピストンが挿入できない場合とすれば、治具５１により、直線流路５２の径を大きくできるので、ピストン４２の径の強度上の問題を解決することができる。

　図１６Ａ～Ｅは、シール部５５の他の変形例を示す断面図である。
　図１２、１３では、シール体５５’を用いて、シール部５５を構成していた。シール部５５は、シール体５５’を用いることなく、図１６Ａのように、ワーク１の端部開口面と、治具５１の端部開口面を直接接合させてシール部５５としても良い。この場合には、ワーク１と治具５１のそれぞれの端部開口面の加工精度を良くしておく必要がある。この場合も、ワーク１と治具５１との間で、シール漏れがあってはならないので、治具５１は、ワークに対して、長尺ボルト５７で４箇所ほどベース５６にねじ止めして、締め付けている。場合により、シール漏れがないように、長尺ボルト５７の締め付けトルクを若干高めにするかもしくはボルト径を大きくすると良い。

　図１６Ｂでは、Ｏリング４９を使用してシール部５５を構成している。図１６Ａ、Ｂの場合には、ワーク１の端部開口面と、治具５１の端部開口面のスペースが広く取れる時には有効である。また、図１６Ａ、Ｂの場合に、ワーク端部開口１４、連結端部開口５２’に設けられたテーパ（面取り含む）やＲ部は特段設けなくてもよい。
　製品として、ワーク１にテーパ面が存在する場合には、図１６Ｃのようにして、シール部５５を構成しても良い。エッジで面圧を高くしてシール性を向上させたい場合には、図１６Ｄのように、円環状の断面山形突起５９を形成すると良い。ワーク１の端部開口面に、Ｏリング挿入溝などの円環溝が存在する場合には、それを利用して、治具５１の端部開口面に円環凸部５９’を設けて、シール部５５を構成すると良い。図１３の燃料噴射弁ボデー１０３に見られるように、製品端部（ねじ部ねじキャップ２１で封止部位）に、ねじが存在する場合には、治具５１に封止できるように雌ねじや雄ねじを設置して、シール部５５を構成しても良い。

　以上説明したように、製品形状などに起因する各種制約が存在しても、ワーク１に対して着脱可能な治具を用意してオートフレッテージ加工を施すようにすれば、様々な次のような効果を得ることができる。
　ワーク形状によらず、治具５１の直線流路５２ならば、シート幅Ｌやシート円周長さＢなどのスペックを、任意に設計することができ、臨界送り速度Ｖｃを適宜設定可能とすることができる。複数製品（ワーク）に対して治具を併用すると良い。燃料噴射弁、シリンダポンプなどに対して、共用の治具にすることもできる。これにより、治具５１の製造コストを低減することができる。

　ピストン４２の径を小さくした場合には、ピストンの強度上の問題が発生するので、図１３のように内圧室ＩＣの径が小さすぎると、ピストンが内圧室ＩＣに挿入できない。しかしながら、このような場合でも、治具５１を用いれば、治具の直線流路５２の径を大きくできるので、上述のピストン４２の径の強度上の問題を解決することができる。これとは反対に、ワークの内圧室ＩＣの内径が大きすぎて（すなわち断面積大）、加圧部への負荷が大きすぎるような場合であっても、治具５１の直線流路５２の径を小さくできる（すなわち断面積小）ので、加圧部のモータの負荷、必要荷重を低減できる。このため、加圧部を小型のプレス機の使用で済ませることができるので、設備小型化を図ることができる。

　ワーク１の内圧室ＩＣにピストン４２を挿入する場合には、煩雑な芯出し、位置決め作業が必要であったが、治具５１によればシール部５５の作業を行うだけで済むので、作業が簡単になり、位置決めユニットが必要なくなり、サイクルタイムを削減することができる。これにより、コスト低減、総投資額抑制（５台必要なところ４台で済む）という効果を得ることができる。
　本発明は、例示を目的として選択された特定の実施態様を参照して記述されているが、当業者にとっては本発明の基礎概念とその開示範囲から逸脱せずに、数多くのモディフィケーションが為しうることが明らかであろう。

　１　　ワーク
　２　　作動油
　３　　隙間
　１４　　ワーク端部開口
　４０　　加圧部
　４２　　ピストン
　５１　　治具
　５２　　直線流路
　５２’　　連結端部開口
　５３　　エア抜き通路

Claims

　ワーク端部開口（１４）および内圧室（ＩＣ）を有し、当該内圧室（ＩＣ）は、前記ワーク端部開口（１４）を除いて密閉され、当該ワーク端部開口（１４）から当該内圧室（ＩＣ）に作動油（２）が充填されるワーク（１）と、
　当該ワーク（１）に対して着脱可能であり、内部に直線流路（５２）を有し、当該直線流路（５２）は、前記ワーク端部開口（１４）に対してシール部（５５）を経由して漏れなく連通するよう構成された治具（５１）と、
　前記治具内部に設けられた前記直線流路（５２）の内壁に対して、所定の平均隙間量（ｈ）を有する隙間（３）を形成するピストン（４２）と、
　当該ピストン（４２）を駆動する加圧部（４０）と、を具備し、
　前記加圧部（４０）は、前記作動油（２）で充填された前記直線流路（５２）において前記ピストン（４２）が所定の送り速度（ｖ）となるように、前記ピストン（４２）を駆動するものであり、
　当該駆動により前記隙間（３）より漏れ出す前記作動油（２）の、単位時間当たりの最大漏れ流量（Ｑｍａｘ）に相当する臨界送り速度（Ｖｃ）よりも前記所定の送り速度（ｖ）を速くすることにより、前記ワーク（１）にオートフレッテージ加工を施すことを特徴とするオートフレッテージ加工装置。
　前記治具（５１）には、前記直線流路（５２）に連通するエア抜き通路（５３）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のオートフレッテージ加工装置。
　前記エア抜き通路（５３）には、エア抜き通路の止め栓（５４）が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のオートフレッテージ加工装置。
　前記シール部（５５）は、連通孔（５５’’）が貫通したシール体（５５’）を、前記ワーク（１）のワーク端部開口（１４）と、前記治具（５１）の直線流路（５２）の連結端部開口（５２’）との間に隙間なく押し当てることによりシールしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のオートフレッテージ加工装置。
　前記シール体（５５’）が、金属又は合成樹脂で形成されていることを特徴とする請求項４に記載のオートフレッテージ加工装置。
　前記シール部（５５）は、前記ワーク（１）のワーク端部開口（１４）と、前記治具（５１）の直線流路（５２）の連結端部開口（５２’）とを隙間なく押し当てるか連結することによりシールしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のオートフレッテージ加工装置。
　前記ワーク（１）のワーク端部開口（１４）か、前記治具（５１）の直線流路（５２）の連結端部開口（５２’）のいずれか一方又は双方に、Ｏリング、円環突起、テーパ面、又は、ねじが設けられていることを特徴とする請求項６に記載のオートフレッテージ加工装置。