JP6978610B2 - 電磁弁及び高圧燃料供給ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、電磁弁及びエンジンに燃料を高圧で供給する高圧燃料供給ポンプに関する。

近年、内燃機関の静粛性向上及び高出力・低排気化が進められている。直噴エンジンに燃料を供給する高圧燃料供給ポンプにおいては、電磁弁が主要な騒音源となる場合が多く、その静粛性向上が重要な課題の１つである。電磁弁の衝突音を低減する背景技術として、特開２０１６−１４２１４３号公報（特許文献１）に開示される高圧燃料供給ポンプが知られている。特許文献１の高圧燃料供給ポンプでは、電磁吸入弁の可動部であるアンカー部及びロッドを別部材に構成し、アンカー部はその内周側がロッドの外周側に対して摺動自在に保持されている。すなわち、ロッド及びアンカー部は幾何学的に規制される範囲で軸方向に摺動可能に構成されている（段落００５１）。アンカー部が固定コアに衝突する際には異音が発生する。異音は衝突時のエネルギが大きいほど大きくなるが、特許文献１の高圧燃料供給ポンプはアンカー部及びロッドを別部材として分離可能に構成することで、衝突時のエネルギがアンカー部の質量のみで発生するようにして、異音を低減している（段落００９２）。また、特許文献１の高圧燃料供給ポンプでは、アンカー部に、アンカー部の前後を液圧的に接続する貫通孔が設けられる。この貫通孔は、液体中をアンカー部が移動する際に発生する排除体積を逃がすための呼吸穴として機能し、アンカー部の円滑な動作を可能にする（段落０１０５）。

特開２０１６−１４２１４３号公報

特許文献１の高圧燃料供給ポンプでは、アンカーはコアとの磁気吸引面積を確保しつつ、ロッドと係合する面積も確保する必要がある。磁気性能を出すために磁気吸引面積を大きくとると、ロッドと係合する面積（係合面積）が小さくなる。その結果、係合部の面圧が高くなり、係合部の耐磨耗性の悪化が心配される。更に、特許文献１の高圧燃料供給ポンプでは、アンカーの前後を移動する燃料の流路を貫通孔として設けている。この流路面積（貫通孔の断面積）は磁気吸引面積及び係合面積との取り合いとなるが、この流路面積を小さくすると、この部位を通る流速が大きくなり、剥離によるキャビテーションエロージョンが発生するおそれも出てくる。

本発明の目的は、アンカーとロッドとが相対変位可能な構造において、アンカーの限られた係合面積の中で耐摩耗性を向上することができ、耐キャビテーションエロージョンの性能を向上することができる電磁弁及び高圧燃料供給ポンプを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の電磁弁或いは高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁機構は、
外径側に凸となる凸部が形成されたロッドと、
前記ロッドの軸方向における前記凸部の一端面に接触し、前記ロッドを付勢するロッド付勢ばねと、
前記ロッドに対して前記軸方向に相対変位可能に構成され、前記軸方向における前記凸部の他端面と接触する接触面を有するアンカーと、を備えた電磁弁において、
前記凸部の前記他端面は、径方向内側に形成された平面部と、前記平面部の径方向外側に形成された曲面部と、を有し、
前記曲面部は、前記ロッド付勢ばねの最外径部よりも内径側から外径側に亘って形成され、
前記ロッドは前記平面部及び前記曲面部が前記アンカーの前記接触面と接触可能に構成され、
前記曲面部は曲率半径が３．０ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲となるように構成され、
前記平面部及び前記曲面部は前記曲面部の径方向長さＬ２を前記平面部の径方向長さＬ１で割ったＬ２／Ｌ１が０．３７〜６．５となるように構成される。

本発明によれば、ロッドがアンカーに対して傾いて衝突した場合、及び傾かずに衝突した場合においても衝突応力を低減できると共に、ロッド鍔部での流体剥離を抑制することができ、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。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る高圧燃料供給ポンプが適用されたエンジンシステムの構成を示す図である。 本発明に係る高圧燃料供給ポンプの縦断面図である。 図２に示す高圧燃料供給ポンプを図２の上方から見た水平方向断面図（横断面図）である。 本発明に係る高圧燃料供給ポンプの図２と異なる縦断面図である。 アンカー近傍の拡大図である。 アンカー連通路の流線を示す図である。 アンカーとロッドとが傾いて衝突する場合の状態を示す図である。 ロッド鍔部の平面部の径方向幅Ｌ１と曲面部の径方向幅Ｌ２との関係を示す図である。 ロッド鍔部の曲面部の径方向幅Ｌ２と曲率半径Ｒとの関係を示す図である。 アンカーとロッドとの衝突時の面圧の概念図である。 ロッド鍔部の平面部の径方向幅Ｌ１と曲面部の径方向幅Ｌ２との寸法関係を変更した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１を用いて、システムの構成と動作を説明する。図１は、本発明に係る高圧燃料供給ポンプが適用されたエンジンシステムの構成を示す図である。破線で囲まれた部分が高圧燃料供給ポンプ（以下、燃料ポンプと呼ぶ）１００の本体を示し、この破線の中に示されている機構及び部品はボディ１（ポンプボディと呼んでも良い）に一体に組み込まれていることを示す。

燃料タンク１０２の燃料は、エンジンコントロールユニット１０１（以下ＥＣＵと称す）からの信号に基づきフィードポンプ１０２によって燃料タンク１０３から汲み上げられる。この燃料は適切なフィード圧力に加圧されて燃料配管１０４を通して燃料ポンプの低圧燃料吸入口１０ａに送られる。

吸入配管５（図３参照）の低圧燃料吸入口１０ａから流入した燃料は圧力脈動低減機構９、吸入通路１０ｄを介して、容量可変機構である電磁吸入弁機構３の吸入ポート３ｋに至る。

電磁吸入弁機構３に流入した燃料は、吸入弁３ｂを通過し、ボディ１に形成された吸入通路１ａを流れた後に加圧室１１に流入する。エンジンのカム機構９１（図２参照）によりプランジャ２に往復運動する動力が与えられる。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３ｂから燃料を吸入し、上昇行程には燃料が加圧される。加圧室１１の圧力が設定値を超えると、吐出弁機構８が開弁し、圧力センサ１０５が装着されているコモンレール１０６へ高圧燃料が圧送される。そしてＥＣＵ１０１からの信号に基づきインジェクタ１０７がエンジンへ燃料を噴射する。本実施例の燃料ポンプは、インジェクタ１０７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燃料ポンプである。燃料ポンプは、ＥＣＵ１０１から電磁吸入弁機構３への信号により、所望の燃料流量を吐出する。

図２乃至図４を参照して説明する。図２は、本発明に係る高圧燃料供給ポンプの縦断面図である。図３は、図２に示す高圧燃料供給ポンプを図２の上方から見た水平方向断面図（横断面図）である。図４は、本発明に係る高圧燃料供給ポンプの図２と異なる縦断面図である。

本実施例の燃料ポンプは、ボディ１に設けられた取付けフランジ１ｅ（図３）を用いて、エンジン（内燃機関）の燃料ポンプ取付け部９０（図２、４）に密着するように、図示しない複数のボルトで固定される。

燃料ポンプ取付け部９０とボディ１との間のシールのためにＯリング９３がボディ１に嵌め込まれ、エンジンオイルが外部に漏れるのを防止する。

ボディ１にはプランジャ２の往復運動をガイドし、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。また燃料を加圧室１１に供給するための電磁吸入弁機構３と加圧室１１から吐出通路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ボディ１に圧入される。またボディ１を、シリンダ６の挿入孔の内周側（径方向内側）へ変形させることで、シリンダ６の固定部６ａは図中上方向へ押圧され、シリンダ６の上端面で加圧室１１にて加圧された燃料が低圧側に漏れないようシールされる。加圧室１１は、ボディ１、電磁吸入弁機構３、プランジャ２、シリンダ６、吐出弁機構８にて構成される。

プランジャ２の下端には、エンジン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１８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の燃料をシールしエンジン内部へ流入するのを防ぐ。同時に、プランジャシール１３はエンジン内の摺動部を潤滑する潤滑油（エンジンオイルも含む）がボディ１の内部に流入するのを防止する。

リリーフ弁機構４は、シート部材４ｅ、リリーフ弁４ｄ、リリーフ弁ホルダ４ｃ、リリーフばね４ｂ、及びばね支持部材４ａで構成される。ばね支持部材４ａはリリーフばね４ｂを内包しリリーフ弁室を形成するリリーフボディとしても機能する。ばね支持部材４ａ（リリーフボディ）はボディ１に形成された横孔に圧入されて固定される。リリーフばね４ｂは、一端側がばね支持部材４ａに当接し、他端側がリリーフ弁ホルダ４ｃに当接している。リリーフ弁４ｄは、リリーフばね４ｂの付勢力がリリーフ弁ホルダ４ｃを介して作用してリリーフ弁シート（シート部材４ｅ）に押圧されることで燃料を遮断する。リリーフ弁４ｄの開弁圧力は、リリーフばね４ｂの付勢力によって決定される。本実施例ではリリーフ弁機構４は、リリーフ通路を介して加圧室１１に連通しているが、これに限定されるわけではなく、低圧通路（低圧燃料室１０又は吸入通路１０ｄ等）に連通するようにしても良い。リリーフ弁機構４は、コモンレール１０６やその先の部材に何らかの問題が生じ、コモンレール１０６が異常に高圧になった場合に作動するよう構成された弁である。

つまりリリーフ弁機構４は、リリーフ弁４ｄの上流側と下流側との差圧が設定圧力を超えた場合に、リリーフばね４ｂの付勢力に抗してリリーフ弁４ｄが開弁するように構成される。コモンレール１０６やその先の部材内の圧力が高くなった場合に開弁し、燃料を加圧室１１または低圧通路（低圧燃料室１０又は吸入通路１０ｄ等）に戻すという役割を有する。そのため、リリーフ弁機構４は、所定の圧力以下では閉弁状態を維持する必要があり、高圧に対抗するために非常に強力なリリーフばね４ｂを有している。

燃料ポンプのボディ１の側面部には吸入配管５が取り付けられている。吸入配管５は、車両の燃料タンク１０３からの燃料を供給する低圧配管１０４に接続されており、燃料はここから燃料ポンプ内部に供給される。吸入配管５の先の吸入流路５ａ内の吸入フィルタ１７は、燃料タンク１０３から低圧燃料吸入口１０ａまでの間に存在する異物を燃料の流れによって燃料ポンプ内に吸収することを防ぐ役目がある。

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、低圧燃料流路１０ｄを介して電磁吸入弁機構３の吸入ポート３ｋに至る。

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状態にある時は、加圧室１１の容積は増加し加圧室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３ｋの圧力よりも低くなると、吸入弁３ｂは吸入弁シート部３ａから離れ開口状態になる。燃料は吸入弁３ｂの開口部３ｆを通り、加圧室１１に流入する。

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。ここで電磁コイル３ｇは無通電状態を維持したままであり磁気付勢力は作用しない。ロッド付勢ばね３ｍは、無通電状態において吸入弁３ｂ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の圧縮運動に伴い減少するが、この状態では、一度、加圧室１１に吸入された燃料が、再び開弁状態の吸入弁３ｂの開口部３ｆを通して吸入通路１０ｄへと戻されるので、加圧室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、エンジンコントロールユニット１０１（以下ＥＣＵと呼ぶ）からの制御信号が電磁吸入弁機構３に印加されると、電磁コイル３ｇには端子１６を介して電流が流れる。電磁コイル３ｇに電流が流れると磁気コア（固定コア）３ｅとアンカー（可動コア）３ｈとの間に磁気吸引力が作用し、磁気コア３ｅ及びアンカー３ｈが磁気吸引面で衝突する。磁気吸引力がロッド付勢ばね３ｍの付勢力（実際にはその他の力を含む合力）よりも強ければ、アンカー３ｈはロッド鍔部３ｊを介して、ロッド３ｉを吸入弁３ｂから離れる方向に移動させる。

その後、吸入弁付勢ばね３ｌ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により吸入弁３ｂ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１２ａ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１０６へと供給される。この行程を吐出行程と称する。アンカー３ｈが磁気コア３ｅに磁気吸引面で衝突する際、アンカー３ｈに係合していたロッド３ｉは慣性力でアンカー３ｈから離間する。その後、ロッド３ｉはロッド付勢ばね３ｍの力によって押し戻され、アンカー３ｈに当接する。このとき、ロッド３ｉのロッド鍔部３ｊはアンカー３ｈに衝突することがある。

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、戻し行程と吐出行程からなる。そして、電磁コイル３ｇ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。電磁コイル３ｇへ通電するタイミングを早くすれば、上昇行程中における、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、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、上昇行程中における、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、高圧吐出される燃料は少なくなる。電磁吸入弁機構３は、吸入行程、戻し行程及び吐出行程を切替えるために、電磁コイル３ｇへの通電タイミングがＥＣＵ１０１からの指令によって制御される。

以上のように電磁コイル３ｇ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エンジンが必要とする量に制御することが出来る。ボディ１の加圧室１１出口側の吐出弁機構８は、吐出弁シート８ａ、吐出弁シート８ａと接離する吐出弁８ｂ、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、及び吐出弁８ｂのストローク（移動距離）を決める吐出弁ストッパ８ｄから構成されている。吐出弁ストッパ８ｄは燃料の外部への漏洩を遮断するプラグ８ｅに圧入されている。プラグ８ｅは溶接部８ｆで溶接によりボディ１に接合される。吐出弁８ｂの二次側には、吐出弁室８ｇが形成され、この吐出弁室８ｇは、ボディ１に水平方向に形成される横穴を介して、燃料吐出口１２ａと連通する。

加圧室１１と吐出弁室８ｇとの間に燃料差圧が無い状態では、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃの付勢力により吐出弁シート８ａに圧接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８ｇの燃料圧力よりも大きくなった時に初めて、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃの付勢力に逆らって開弁する。吐出弁８ｂが開弁すると、加圧室１１内の高圧の燃料は、吐出弁室８ｇ、燃料吐出口１２ａを経てコモンレール１０６（図１参照）へ吐出される。以上のような構成により、吐出弁機構８は、燃料の流通方向を制限する逆止弁として機能する。

なお、燃料吐出口１２ａは、ボディ１に溶接部１２ｂにより固定された吐出ジョイント１２に形成されている。

通電された電流は、吐出行程が終了するまでに停止される。そうすると、磁気吸引力が消滅し、ロッド付勢ばね３ｍはロッド３ｉ、アンカー３ｈ及び吸入弁３ｂを吸入弁３ｂが開弁状態となるように付勢した状態となる。吐出行程が終了し、吸入行程に入ると、吸入弁３ｂはロッド３ｉ及びアンカー３ｈとともに開弁位置まで移動し、バルブストッパ３ｏに衝突して停止する。その際、アンカー３ｈは慣性力でオーバーシュートし、戻ってきたときにロッド鍔部３ｊに衝突する。

カバー１４の内側に低圧燃料室１０が構成されている。低圧燃料室１０には燃料ポンプ内で発生した圧力脈動が燃料配管１０４へ波及するのを低減させる圧力脈動低減機構９が設置されている。圧力脈動低減機構９は低圧燃料室１０内で上側低圧燃料室１０ｂと下側低圧燃料室１０ｃとを構成するように配置される。圧力脈動低減機構９は、波板状の円盤型金属板２枚をその外周で張り合わせ、内部にアルゴンのような不活性ガスを注入した金属ダイアフラムダンパで形成されている。一度、加圧室１１に流入した燃料が、容量制御のため再び開弁状態の吸入弁体３ｂを通して吸入通路１０ｄへと戻される場合、吸入通路１０ｄへ戻された燃料により低圧燃料室１０には圧力脈動が発生する。この圧力脈動は金属ダンパが膨張・収縮することで吸収低減される。

プランジャ２は、大径部２ａと小径部２ｂとを有し、プランジャの往復運動によって副室７ａの体積は増減する。副室７ａは燃料通路１０ｅにより低圧燃料室１０と連通している。プランジャ２の下降時は、副室７ａから低圧燃料室１０へ、上昇時は、低圧燃料室１０から副室７ａへと、燃料の流れが発生する。

このことにより、ポンプの吸入行程もしくは、戻し行程におけるポンプ内外への燃料流量を低減することができ、燃料ポンプ内部で発生する圧力脈動を低減する機能を有している。

図５を用いて電磁吸入弁機構のアンカー３ｈ、ロッド３ｉ周辺の詳細構造について説明する。図５は、アンカー近傍の拡大図である。

アンカー３ｈには複数の息抜き穴３ｎが設けられており、アンカー３ｈが前後に移動した際に移動する燃料の通路を形成する。アンカー３ｈには平面部（平坦部）３ｐが設けられている。平面部３ｐはアンカー３ｈの磁気コア３ｅ側の端面から吸入弁シート部３ａ側（反磁気コア３ｅ側）に窪んだ凹部の底面として構成される。アンカー３ｈの径方向中心部にはロッド３ｉの軸方向に貫通する貫通孔３ｑが形成され、貫通孔３ｑは平面部３ｐの中心部に開口する。すなわち、平面部３ｐは貫通孔３ｑの磁気コア３ｅ側の開口の周囲に形成されている。平面部３ｐには、貫通孔３ｑの他、息抜き穴３ｎの開口の一部も形成されている。

ロッド３ｉはロッド鍔部３ｊを有する。ロッド鍔部３ｊは、ロッド３ｉの貫通孔３ｑとの摺動部外周面に対して径方向外側に凸となる凸部として構成されている。すなわち、ロッド鍔部３ｊは拡径部として構成される。ロッド鍔部３ｊは、アンカー３ｈの平面部３ｐでアンカー３ｈと係合する。すなわち、アンカー３ｈは、ロッド３ｉに対してロッド３ｉの軸方向に相対変位可能に構成されており、ロッド鍔部３ｊの端面３ｊｂと接触する平面部（接触面）３ｐを有する。

ロッド鍔部３ｊには、平面部３ｐと対向する側（反磁気コア３ｅ側）の端面に、平面部（平坦部）３ｓと曲面部３ｒとが構成されており、平面部３ｓ及び曲面部３ｒはアンカーの平面部３ｐと接触できる位置関係にある。曲面部３ｒは平面部３ｓに正接する。曲面部３ｒは、ロッド鍔部３ｊの最外周（外周面）３ｔには正接せずに、面取り、または曲面部３ｒの曲率半径Ｒより小さい曲率半径を有する曲面部３ｕで、最外周３ｔに繋がる。

ロッド鍔部３ｊの磁気コア３ｅ側の端面は、ロッド付勢ばね３ｍの端部が当接するばね座を構成する。ロッド付勢ばね３ｍは、ロッド３ｉの軸方向におけるロッド鍔部（凸部）３ｊの一端面３ｊａに接触し、ロッド３ｉを付勢する。また、ロッド３ｉの軸方向におけるロッド鍔部（凸部）３ｊの他端面３ｊｂはアンカー３ｈの平面部（接触面）３ｐと接触するように構成されている。

図６を用いてキャビテーションエロージョンについて説明する。図６は、アンカー連通路の流線を示す図である。

アンカー３ｈは高速で移動するため、アンカー３ｈの移動に伴って息抜き穴３ｎを通る燃料の流速は速い。ロッド鍔部３ｊは息抜き穴３ｎに被さる位置にあるため、鋭角なエッジがあると、流体剥離を発生し、キャビテーションエロージョンの起点となる場合がある。本実施例の場合、曲面部３ｒから平坦部３ｓに向かってなだらかに接続することにより、係合部近傍における流体剥離を抑制し、キャビテーションエロージョンを防止できる。

図７を用いて耐摩耗性について説明する。図７は、アンカーとロッドとが傾いて衝突する場合の状態を示す図である。図７は、アンカー３ｈとロッド３ｉが傾いて衝突した状態を模式的に表している。

アンカー３ｈ及びロッド３ｉとアンカー３ｈ及びロッド３ｉをガイドする実際の摺動ガイドとの隙間はμｍオーダーであるため、ガイド部における隙間やアンカー３ｈ及びロッド３ｉの傾きは図示困難であるが、図７では説明のためアンカー３ｈに対してロッド３ｉが傾いた状態をデフォルメして描いている。

先述の通り、アンカー３ｈ及びロッド３ｉは、電磁コイル３ｇへ通電したとき、および通電終了した後で、相互に衝突する機会がある。アンカー３ｈとロッド３ｉとの間に相対的な傾きが無い場合は、ロッド鍔部３ｊの平面部３ｓがアンカー３ｈの平面部（接触面）３ｐに衝突する。また、アンカー３ｈがロッド付勢ばね３ｍにより付勢されて静止した状態においては、平面部３ｓがアンカー３ｈの接触面３ｐに接触し、曲面部３ｒは接触面３ｐに対し非接触となるように構成される。すなわち、ロッド３ｉは平面部３ｓ及び曲面部３ｒがアンカー３ｈの平面部（接触面）３ｐと接触可能に構成されている。

アンカー３ｈとロッド３ｉとは摺動ガイドによりガイドされているものの、ガイド部には隙間が存在するため、傾いて衝突する場合がある。そして、曲面部３ｒは、ロッド３ｉ又はアンカー３ｈがロッド３ｉの軸方向に対し外径側に傾いた場合において、平面部（接触面）３ｐに対し接触する。その場合は、アンカー３ｈの平面部３ｐとロッド鍔部３ｊの曲面部３ｒとの衝突部に応力集中が発生する。曲面と平面との応力集中は、ヘルツ応力などで知られているように、接触部の曲率半径に大きく影響される。代表的な例として、２次元のヘルツ応力の式を式（１）に示す。

式１において、Ｐｍａｘは最大面圧であり、Ｒは曲率半径であり、Ｐは負荷荷重である。

式１で示される最大面圧Ｐｍａｘは、曲率半径Ｒの２乗根に反比例する。３次元では３乗根に反比例する。いずれにせよ、最大面圧Ｐｍａｘを下げるためには曲率半径Ｒを大きくとる必要がある。本実施例では曲面部３ｒの曲率半径を確保するために、アンカー３ｈとロッド３ｉとの相対的な傾きが最大傾きのときに接触可能な範囲までを一律大きな曲率半径で形成し、それより外周側に面取り３ｕを設ける。また、曲面部３ｒは平面部３ｓに正接で繋がるようにする。このようにして、アンカー３ｈとロッド３ｉとの間に生じる傾きの範囲内で、アンカー３ｈとロッド３ｉとは一律に大きな曲率半径Ｒで接触できる。一般的にインジェクタやガソリンポンプ用の電磁弁の摺動部は高精度にガイドされているため最大傾き角度は小さい。そのため、曲面部３ｒの曲率半径は大きくとることが出来る。アンカー３ｈとロッド３ｉとの最大傾き角度をφとする。曲面部３ｒを近似的に傾斜面とみなして曲面部３ｒと平面部３ｓの成す角度をθとする。アンカー３ｈとロッド３ｉとが最大に傾いた場合にも、衝突荷重を曲面部３ｒで受けるためには、θはφよりも大きい必要がある。

アンカー３ｈとロッド鍔部３ｊとが傾かずに衝突した場合は、アンカー３ｈの平面部３ｐはロッドの平面部３ｓと面接触する。その場合に発生する面圧は平面部３ｓが接触する面積に反比例する。ここの面積を大きくすると、前述の曲面部３ｒのＲは小さくなり、曲面３ｒが接触する時の応力が大きくなる。そのため、限られたスペースの中で、両者のバランスをとる設計が必要となる。

図７及び図８Ａ〜８Ｃを用いて、具体例を示す。図８Ａは、ロッド鍔部の平面部の径方向幅Ｌ１と曲面部の径方向幅Ｌ２との関係を示す図である。図８Ｂは、ロッド鍔部の曲面部の径方向幅Ｌ２と曲率半径Ｒとの関係を示す図である。図８Ｃは、アンカーとロッドとの衝突時の面圧の概念図である。

平面部３ｓの径方向の幅をＬ１、曲面部３ｒの径方向の幅をＬ２とすると、Ｌ１とＬ２との間にはＬ１が増えた分だけＬ２が減る関係がある。Ｌ１とＬ２との関係をグラフにすると図８Ａのようになる。グラフに表示したＬ１，Ｌ２の値は絶対値ではなく、相対値である。上述の電磁弁の相場では、アンカーとロッドとの間の最大傾きはせいぜい数ｄｅｇ程度である。想定する最大傾き角度をθ、曲面部３ｒの径方向接触長さＬ２、曲率半径Ｒとすると、Ｌ２とＲとは式（２）の関係にある。

Ｌ_２＝Ｒ・ｓｉｎθ （式２）
Ｌ２とＲとの関係は図８Ｂのようになる。

ロッド鍔部３ｊとアンカー平面部３ｐとに作用する面圧計算の例を示すと、図８Ｃのようになる。ロッドの平面部３ｓがアンカー３ｈの平面部３ｐに接触する場合の接触を、平面接触と呼ぶ。ロッドの曲面部３ｒがアンカー３ｈの平面部３ｐに接触する場合の接触を、曲面接触と呼ぶ。想定する衝突荷重によって面圧は変わるため、縦軸の値は絶対値ではなく、平面接触時の面圧と曲面接触時の面圧とを比較するための比較値である。

ロッド３ｉとアンカー３ｈとが傾かずに平面部３ｓが平面部３ｐに接触した場合（平面接触時）の面圧を実線で示す。この場合の面圧は平面部３ｓの面積に反比例するため、Ｌ２が大きくなると面圧は急増する。曲面部３ｒが平面部３ｐに接触した場合（曲面接触時）の面圧を点線で示す。この場合の面圧は曲率半径Ｒの２乗根（〜３乗根）に反比例する形となる。曲面接触時と平面接触時とで双方の面圧が高くなりすぎないようにＬ１とＬ２との比率を選定する必要がある。傾き有りの方が面圧の変化率が緩やかなので（２乗根に反比例のため）、必然的にＬ１の割合の方がＬ２より大きいことが望ましくなる。一般的に市場に普及しているソレノイドのアンカー径を鑑みると、推奨する曲率半径は３〜１０ｍｍ程度が現実的である。また、この曲率半径に対応するＬ２／Ｌ１の比率は０．３７〜６．５程度が現実的である。

図８Ｂから、曲率半径３〜１０ｍｍに対応するＬ２は０．２７〜０．８７となる。図８Ｃにおいて、ＶＡはロッド３ｉの平面部３ｓ又は曲面部３ｒがアンカー３ｈの平面部３ｐに当接することにより平面部３ｓ又は曲面部３ｒの構成材料に発生する面圧が許容面圧以下となるＬ２の範囲（許容範囲）を示している。曲率半径３〜１０ｍｍに対応するＬ２は０．２７〜０．８７であり、Ｌ２の範囲許容範囲内に含まれる。

平面部３ｓの反対側のロッド鍔部３ｊの端面にはロッド付勢ばね３ｍが接触している。ロッド付勢ばね３ｍをロッド３ｉと同芯に配置した場合に、平面部３ｓはロッド付勢ばね３ｍの最外周より内周側にある。すなわち、平面部３ｓの外径はロッド付勢ばね３ｍの外径よりも小さい。言い換えると、曲面部３ｒはロッド付勢ばね３ｍの最外径部３ｔよりも内径側（径方向内側）から外径側（径方向外側）に亘って形成される。

こうすることにより、ロッド鍔部３ｊがアンカー平坦部３ｐに力を伝達する力点がロッド付勢ばね３ｍより内周側になるため、ロッド付勢ばね３ｍが傾いてロッド鍔部３ｊを付勢したとしても、ロッド３ｉに伝わる力は調芯される。その結果、戻し行程中にロッド付勢ばね３ｍの付勢力は効率的にロッド３ｉに伝わり、吸入弁を開弁する力として働くことができる。一方で、ロッド鍔部３ｊのモーメントが作用しない部分だけ薄肉・軽量にする効果もある。

図９は、ロッド鍔部の平面部の径方向幅Ｌ１と曲面部の径方向幅Ｌ２との寸法関係を変更した図である。

図７の実施例と比べてＬ２／Ｌ１の比率を小さくした構成である。この場合も、平面部３ｓはロッド付勢ばね３ｍの最外周より内周側にある。曲率半径Ｒはほとんどないように見えるが、実際は図７と同じだけ確保しており、上述した効果を得ることができる。

本実施例における電磁弁或いは高圧燃料供給ポンプの構成を整理すると、以下のようになる。

外径側に凸となる凸部３ｊが形成されたロッド３ｉと、
ロッド３ｉの軸方向における凸部３ｊの一端面３ｊａに接触し、ロッド３ｉを付勢するロッド付勢ばね３ｍと、
ロッド３ｉに対して前記軸方向に相対変位可能に構成され、前記軸方向における凸部３ｊの他端面３ｊｂと接触する接触面３ｐを有するアンカー３ｈと、を備えた電磁弁３において、
凸部３ｊの他端面３ｊｂは、径方向内側に形成された平面部３ｓと、平面部３ｓの径方向外側に形成された曲面部３ｒと、を有し、
曲面部３ｒは、ロッド付勢ばね３ｍの最外径部よりも内径側から外径側に亘って形成され、
ロッド３ｉは平面部３ｓ及び曲面部３ｒがアンカー３ｈの接触面３ｐと接触可能に構成される。

曲面部３ｒは、アンカー３ｈがロッド付勢ばね３ｍにより付勢されて静止した状態において、接触面３ｐに対し非接触となるように構成される。

曲面部３ｒは、ロッド３ｉ又はアンカー３ｈが前記軸方向に対し外径側に傾いた場合において、接触面３ｐに対し接触するように構成される。

曲面部３ｒの径方向長さＬ２を平面部３ｓの径方向長さＬ１で割ったＬ２／Ｌ１が０．３７〜６．５となるように平面部３ｓ及び曲面部３ｒが構成される。このとき、平面部３ｓ又は曲面部３ｒは、接触面３ｐと衝突する際に発生する面圧が、Ｌ２／Ｌ１の範囲内で、平面部３ｓ又は曲面部３ｒを構成する材料の許容面圧以下となるように、Ｌ２が設定される。

曲面部３ｒにおける最大の曲率半径が３．０ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲となるように曲面部３ｒが構成される。

アンカー３ｈはロッド３ｉが挿通する貫通孔３ｑを有し、凸部３ｊはロッド３ｉの貫通孔３ｑとの摺動部外周面に対して拡径部として構成される。

アンカー３ｈとの間で磁気吸引力を発生する磁気コア３ｅを備え、
凸部３ｊの一端面３ｊａは磁気コア３ｅが配置される側に設けられ、他端面３ｊｂは反磁気コア側に設けられる。

曲面部３ｒは曲率半径を有する曲面部であり、曲面部３ｒは平面部３ｓに正接する。

このとき、凸部３ｊは曲面部３ｒの径方向外側に面取りまたは曲面部３ｒの曲率半径Ｒより小さい曲率半径の曲面部３ｕを有する。

加圧室が形成されるシリンダ６と、吸入行程、戻し行程及び吐出行程を切替える電磁吸入弁機構３と、シリンダ６内で往復動するプランジャ２と、燃料を吐出する吐出弁機構４と、を備えた高圧燃料供給ポンプ１００において、電磁吸入弁機構３として上記の電磁弁を備える。

なお、本発明は上記した実施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、上記した実施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。

２…プランジャ、３…電磁吸入弁機構（電磁弁）、３ｅ…磁気コア、３ｈ…アンカー、３ｉ…ロッド、３ｊ…凸部、３ｊａ…凸部３ｊの一端面、３ｊｂ…凸部３ｊの他端面、３ｍ…ロッド付勢ばね、３ｐ…凸部３ｊの他端面３ｊｂと接触するアンカー３ｈの接触面、３ｑ…アンカー３ｈロッド３ｉを挿通するアンカー３ｈの貫通孔、３ｒ…凸部３ｊの他端面３ｊｂに形成された曲面部、３ｓ…凸部３ｊの他端面３ｊｂに形成された平面部、３ｕ…凸部３ｊに形成された面取りまたは小曲率半径の曲面部、４…吐出弁機構、６…シリンダ、１００…高圧燃料供給ポンプ、Ｌ１…平面部３ｓの径方向長さＬ１、Ｌ２…曲面部３ｒの径方向長さ。

Claims (10)

1. 外径側に凸となる凸部が形成されたロッドと、
   前記ロッドの軸方向における前記凸部の一端面に接触し、前記ロッドを付勢するロッド付勢ばねと、
   前記ロッドに対して前記軸方向に相対変位可能に構成され、前記軸方向における前記凸部の他端面と接触する接触面を有するアンカーと、を備えた電磁弁において、
   前記凸部の前記他端面は、径方向内側に形成された平面部と、前記平面部の径方向外側に形成された曲面部と、を有し、
   前記曲面部は、前記ロッド付勢ばねの最外径部よりも内径側から外径側に亘って形成され、
   前記ロッドは前記平面部及び前記曲面部が前記アンカーの前記接触面と接触可能に構成され、
   前記曲面部は曲率半径が３．０ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲となるように構成され、
   前記平面部及び前記曲面部は前記曲面部の径方向長さＬ２を前記平面部の径方向長さＬ１で割ったＬ２／Ｌ１が０．３７〜６．５となるように構成された電磁弁。
2. 請求項１に記載の電磁弁において、
   前記平面部は、前記アンカーが前記ロッド付勢ばねにより付勢されて静止した状態において、前記接触面に対し接触するように構成された電磁弁。
3. 請求項１に記載の電磁弁において、
   前記曲面部は、前記アンカーが前記ロッド付勢ばねにより付勢されて静止した状態において、前記接触面に対し非接触となるように構成された電磁弁。
4. 請求項１に記載の電磁弁において、
   前記曲面部は、前記ロッド及び前記アンカーが前記軸方向に対し外径側に傾いた場合において、前記接触面に対し接触するように構成された電磁弁。
5. 請求項１に記載の電磁弁において、
   前記平面部又は前記曲面部は、前記接触面と衝突する際に発生する面圧が、前記Ｌ２／Ｌ１の範囲内で、前記平面部又は前記曲面部を構成する材料の許容面圧以下となるように、Ｌ２が設定される電磁弁。
6. 請求項１に記載の電磁弁において、
   前記アンカーは前記ロッドが挿通する貫通孔を有し、
   前記凸部は前記ロッドの前記貫通孔との摺動部外周面に対して拡径部として構成される電磁弁。
7. 請求項１に記載の電磁弁において、
   前記アンカーとの間で磁気吸引力を発生する磁気コアを備え、
   前記凸部の前記一端面は前記磁気コアが配置される側に設けられ、前記他端面は反磁気コア側に設けられる電磁弁。
8. 請求項１に記載の電磁弁において、
   前記曲面部は、曲率半径を有する曲面部であり、
   前記曲面部は前記平面部に正接する電磁弁。
9. 請求項８に記載の電磁弁において、
   前記凸部は、前記曲面部の径方向外側に、面取りまたは曲面部３ｒの曲率半径Ｒより小さい曲率半径の曲面部を有する電磁弁。
10. 加圧室が形成されるシリンダと、吸入行程、戻し行程及び吐出行程を切替える電磁吸入弁機構と、シリンダ内で往復動するプランジャと、燃料を吐出する吐出弁機構と、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、
    前記電磁吸入弁機構として請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電磁弁を備えた高圧燃料供給ポンプ。

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