JP6913627B2 - 高圧燃料供給ポンプおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射弁に燃料を圧送する高圧燃料供給ポンプとその製造方法に関する。

特許文献１には、約０．１２重量％〜約０．７重量％の炭素、約２０重量％〜約３０重量％のクロム、約１０重量％〜約１５重量％のモリブデン、約１重量％〜約４重量％のニッケルおよび残部のコバルトを含んでなる延性を有するコバルト系合金であり、合金をオーバーレイとして適用して、合金を固化させる間にクラックを生じさせることなく、金属基材に耐摩耗性および耐腐食性を付与することが記載されている。

特表２００８−５２２０３９号公報

自動車等の内燃機関のうち、燃焼室内部に直接的に燃料を噴射する直接噴射タイプの内燃機関において、燃料を高圧化して所望の燃料流量を吐出する電磁吸入弁を備えた高圧燃料供給ポンプが広く用いられている。

この高圧燃料供給ポンプに用いる材料として、耐摩耗性が必要となる部位にはマルテンサイト系ステンレス鋼のような高強度、高硬度材料が用いられてきた。

金属基材に耐摩耗性および耐食性を付与する鋼材として、溶着が可能なコバルト系合金が知られている（特許文献１参照）。

高圧燃料供給ポンプに組み込まれた吸入弁、吐出弁、あるいはリリーフ弁は、弁の開閉を繰り返す中で燃料の激しい流れに常に曝される。激しい流れはキャビテーション現象で説明されるキャビティの発生を引き起こす。キャビティが弁の表面で崩壊すると、弁の表面はキャビティの崩壊圧を受け、やがてキャビテーション壊食が進行するようになる。キャビテーション壊食が進行し、弁の表面が損傷すると、弁は閉弁の状態で油密性を保持できない。

近年、自動車あるいは筒内噴射式エンジンシステムを取り巻く環境は刻々変化を続けている。特に環境保全意識の高まりや自動車から排出される煤等に関する規制が今後も強化される予定である。

筒内噴射式エンジンシステム側でそれらに対応するには、エンジンの筒内にインジェクタがより希薄な燃料を噴射できるようする必要がある。それには高圧燃料供給ポンプが吐出できる圧力をより高くする必要がある。しかし、吐出圧力が高くなるとキャビテーション壊食の発生確率や進行速度が高まることが懸念される。

また近年、燃料ポンプに供給される燃料は、市場のグローバル化に伴い、従来の鉱油由来の燃料（ガソリン）に変わるものとして、生物由来のバイオ燃料（アルコールやメタノール等）或いはバイオ燃料の含油比率が多い燃料が生産・流通されてきている。バイオ燃料の使用形態は、各国・地域様々であるが、主に鉱油とバイオ燃料を混ぜた混合燃料として使われる例が多い。また鉱油や天然ガス由来のアルコール燃料も、それ単独や従来の鉱油由来の燃料と混ぜた混合燃料として使われる例が多くなっている。

このようなバイオ燃料或いはバイオ燃料の含油比率が多い燃料は、ガソリン単一系に比べて腐食が生じ易いことから、高圧燃料供給ポンプに用いる部材には耐食性も必要とされる。

本発明者らによる試験では、ガソリン（Ｅ０）とエタノール燃料（Ｅ１００）とではキャビテーション壊食が生じるまでの時間が異なることを把握できている。Ｅ１００を使った場合は、少なくともガソリンの２分の１の時間でキャビテーション壊食が生じることが明らかとなった。

エタノールの濃度が異なるＥ１０、Ｅ２２、Ｅ８５を使った場合、それぞれはＥ０とＥ１００の間の時間でキャビテーション壊食が生じる。それら時間の長さは、エタノールの濃度が濃くなるにつれ短くなることも明らかとなった。

今後、ガソリン自動車用燃料にエタノール等の混合比率が高まることが予想される。また国や地域によっては既に高濃度のエタノール燃料を用いているところもある。そのような状況から、高圧燃料供給ポンプでは、エタノール等のバイオ燃料を含む燃料に対応したキャビテーション壊食の対策が必要となっている。

特許文献１に記載の材料は、例えば海水や汽水中、酸および苛性アルカリなどの腐食性の媒体に晒される様な環境下において用いる工業部品であり、上述の環境下ではある程度の耐食性を有する。

しかし、特許文献１に記載のような材料では、アルコール燃料液体における腐食性である金属材料の溶出を制御することができないという課題が本発明者らの試験により明らかとなった。

このため、特許文献１に記載の材料は、耐摩耗性に優れているものの、金属材料の溶出により表面損傷が生じ易くなってきている。したがって、それがごく僅かな損傷であってもキャビティの崩壊圧を受けると、キャビテーション壊食が進行すると言う問題が顕在化してきた。即ち、高圧アルコール燃料が衝突する流路において、耐食性と耐キャビテーション性を両立させる材料表面であることが必要となった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高圧燃料供給ポンプにおいて、より高圧になった場合、あるいはバイオ燃料（アルコールやメタノール等）、あるいはバイオ燃料の含油比率が多い燃料を用いた場合でも、腐食並びにキャビテーション壊食の進行を抑制することを可能とする高圧燃料供給ポンプとその製造方法の提供を課題とする。

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、高圧燃料供給ポンプであって、燃料を吐出する弁と、前記弁が着座する弁シートと、を備え、前記弁および前記弁シートは、基材が鉄鋼材であり、前記弁の表面には、Ｃｏ基合金層およびＣｒ濃度がその周囲の前記Ｃｏ基合金層より濃いＣｒ濃化部が形成されており、前記弁シートの表面には、Ｃｏ基合金層が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、高圧燃料供給ポンプの高燃圧化、およびバイオ燃料（アルコールやメタノール等）、あるいはバイオ燃料の含油比率が多い燃料の使用時における耐キャビテーション壊食性および耐食性の向上を図ることができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

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説明する図である。 本発明の実施例１による高圧燃料供給ポンプの縦断面図である。 本発明の実施例１による高圧燃料供給ポンプの図２と別方向から見た縦断面図である。 本発明の実施例１による高圧燃料供給ポンプの電磁弁機構の拡大縦断面図であり、電磁弁機構が開弁状態にある状態を示す図である。 本発明の実施例１による高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁の拡大縦断面図であり、電磁吸入弁が閉弁初期の状態であり、電磁吸入弁に通電中の状態を示す図である。 本発明の実施例１による高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁の拡大縦断面図であり、電磁吸入弁が閉弁後期の状態であり、電磁吸入弁への通電を解除した状態を示す図である。 本発明の実施例１による高圧燃料供給ポンプのプランジャおよび電磁吸入弁の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施例１による燃料流路材料を高圧燃料供給ポンプに適用した場合の弁部断面模式図である。 本発明の実施例１による吐出弁機構の吐出弁シートの平面模式図である。 本発明の実施例１による吐出弁機構の吐出弁の平面模式図である。 本発明の実施例１による吐出弁機構の吐出弁の他の形態の平面模式図である。 本発明の実施例１による吐出弁機構の吐出弁の他の形態の平面模式図である。 本発明の構成の効果を示すキャビテーション試験の結果を示す図である。 本発明の実施例２による高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁の断面図である。

以下に本発明の高圧燃料供給ポンプおよび高圧燃料供給ポンプの製造方法の実施例を、図面を用いて説明する。

＜実施例１＞
本発明の高圧燃料供給ポンプおよび高圧燃料供給ポンプの製造方法の実施例１について図１乃至図１３を用いて説明する。

最初に、図１に示すエンジンシステムの全体構成図を用いてシステムの構成と動作について図１乃至図７を用いて説明する。図１はエンジンシステムの動作を模式的に示す図面である。図２は本実施例の高圧燃料供給ポンプの縦断面図を示し、図３は高圧燃料供給ポンプを図２と別方向から見た縦断面図である。図４乃至図６は電磁弁機構３００部の拡大図である。図７は高圧燃料供給ポンプのプランジャおよび電磁吸入弁の動作を示すタイミングチャートである。

図１において、破線で囲まれた部分が高圧燃料供給ポンプ１の本体を示しており、この破線の中に示されている機構および部品は高圧燃料供給ポンプ１のポンプ本体１ａに一体に組み込まれている。

燃料タンク１０１の燃料は、エンジンコントロールユニット１０２（以下ＥＣＵと称す）からの信号に基づきフィードポンプ１０３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１０４を通して高圧燃料供給ポンプ１の低圧燃料吸入口２ａに送られる。

低圧燃料吸入口２ａを通過した燃料は、圧力脈動低減機構３および吸入通路２ｂ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て加圧室４に流入する。エンジンのカム１０５（図２参照）によりプランジャ５（図２参照）に往復運動する動力が与えられる。プランジャ５の往復運動により、プランジャ５の下降工程には吸入弁３０から燃料を吸入し、上昇工程には、燃料が加圧される。

加圧された燃料は、吐出弁５１ｂを有する吐出弁機構５００を介し、圧力センサ１０７が装着されているコモンレール１０８へ燃料が圧送される。ＥＣＵ１０２からの信号に基づきインジェクタ１１０がエンジンへ燃料を噴射する。

本実施例はインジェクタ１１０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タイプのポンプである。高圧燃料供給ポンプ１は、ＥＣＵ１０２から電磁弁機構３００への信号により、所望の供給燃料の燃料流量を吐出する。

ポンプ本体１ａにはさらに、吐出弁機構５００の下流側の燃料吐出口２ｃと加圧室４とを連通する高圧流路２ｄが吐出弁機構５００をバイパスして設けられている。高圧流路２ｄには燃料の流れを燃料吐出口２ｃから加圧室４への一方向のみに制限する、リリーフ弁６１を有するリリーフ弁機構６００が設けられている。

リリーフ弁機構６００では、押付力を発生するリリーフばね６２によりリリーフ弁６１がリリーフ弁シート６３に押付けられており、加圧室４内と高圧流路２ｄ内との間の圧力差が規定の圧力以上になるとリリーフ弁６１がリリーフ弁シート６３から離れて開弁するようにリリーフばね６２の付勢力が設定されている。

リリーフ弁機構６００のうち、少なくともリリーフ弁シート６３やリリーフ弁６１は基材を鉄鋼材とする。鉄鋼材としては、高強度、高硬度で耐食性にも優れるマルテンサイト系ステンレスやそのようなマルテンサイト系ステンレスに熱処理を施した材料が好適である。

高圧燃料供給ポンプ１の電磁弁機構３００の故障等によりコモンレール１０８が異常な高圧となり、燃料吐出口２ｃと加圧室４との差圧がリリーフ弁６１の開弁圧力以上になるとリリーフ弁６１が開弁し、異常高圧となった燃料は高圧流路２ｄから加圧室４へと戻され、コモンレール１０８等の高圧部配管が保護される。

次に、図２乃至図４を用いて、高圧燃料供給ポンプ１の構成および動作について説明する。

図２に示すように、一般的に、高圧燃料供給ポンプ１はポンプ本体１ａに設けられたフランジ１ｂを用いて内燃機関のシリンダヘッド１１２の平面に密着しており、複数のボルト１１３で固定される。取付けフランジ１ｂは溶接部１ｃにてポンプ本体１ａに全周が溶接結合されることで環状固定部を形成している。本実施例では、レーザー溶接が用いられているが、固定方法はレーザー溶接に限定されない。

図２に示すように、シリンダヘッド１１２とポンプ本体１ａとの間のシールのために、Ｏリング７がポンプ本体１ａに嵌め込まれており、エンジンオイルが外部に漏れるのを防止している。

図２および図３に示すように、ポンプ本体１ａにはプランジャ５の往復運動をガイドし、かつ内部に加圧室４を形成するように端部が有底筒形状に形成されたシリンダ６が取り付けられている。さらに、加圧室４は燃料を供給するための電磁弁機構３００と加圧室４から燃料吐出口２ｃに燃料を吐出するための吐出弁機構５００に連通するよう、シリンダ６の外周側に環状の溝６ａや、環状の溝６ａと加圧室４とを連通する複数個の連通穴６ｂが設けられている。

図３に示すように、シリンダ６はその外径部（外周部）において、ポンプ本体１ａに圧入固定されており、ポンプ本体１ａとの隙間から加圧した燃料が低圧側に漏れないよう圧入部円筒面でシールしている。また、シリンダ６の加圧室４側の端部には、ポンプ本体１ａに設けられた小径部１ｄに嵌められている小径部６ｃが形成されている。加圧室４の燃料が加圧されることにより、シリンダ６には低圧燃料室８側に向けて押圧する力が作用する。小径部１ｄの段部および小径部６ｃの段部は、この力を受けてシリンダ６が低圧燃料室８側に抜けることを防止している。

シリンダ６の小径部６ｃの段部に形成された上向きの環状面とポンプ本体１ａの小径部１ｄの段部に形成された下向きの環状面とは平面で構成されており、お互いの平面を軸方向に接触させることで、ポンプ本体１ａとシリンダ６との接触円筒面のシールに加え、二重のシールの機能を果たしている。

図２に示すように、プランジャ５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１０５の回転運動を上下運動に変換し、プランジャ５に伝達するタペット１０が設けられている。プランジャ５はリテーナ１１を介してばね１２にてタペット１０に圧着されている。これによりカム１０５の回転運動に伴い、プランジャ５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１３の内周下端部に保持されたプランジャシール１４がシリンダ６の図２中下方部においてプランジャ５の外周に摺動可能に接触する状態で設置されており、環状低圧燃料室１５の燃料をプランジャ５が摺動した場合にでもシール可能な構造とし、外部に燃料が漏れることを防止する。同時に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）がポンプ本体１ａの内部に流入するのを防止する。

図３に示すように、ポンプ本体１ａの頭部にはダンパカバー１６が固定されている。ダンパカバー１６には吸入ジョイント１７が設けられており、低圧燃料吸入口２ａを形成している。低圧燃料吸入口２ａを通過した燃料は、吸入ジョイント１７の内側に固定された吸入フィルタ１７ａを通過し、圧力脈動低減機構３および吸入通路２ｂを介して電磁弁機構３００の吸入ポート３１ｂ（図１、図４参照）に至る。

吸入ジョイント１７内の吸入フィルタ１７ａは、燃料タンク１０１から低圧燃料吸入口２ａまでの間に存在する異物を燃料の流れによって高圧燃料供給ポンプ１内に吸入することを防ぐ役目がある。

図２に示すように、プランジャ５は、大径部５ａと小径部５ｂを有することにより、プランジャ５の往復運動によって環状低圧燃料室１５の体積は増減する。体積の増減分は、燃料通路２ｅにより低圧燃料室８（図３参照）と連通していることにより、プランジャ５の下降時は環状低圧燃料室１５から低圧燃料室８へ、上昇時は低圧燃料室８から環状低圧燃料室１５へと燃料の流れが発生する。

このことにより、ポンプの吸入工程もしくは、戻し工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、脈動を低減する機能を有している。

図３に示すように、低圧燃料室８には高圧燃料供給ポンプ１内で発生した圧力脈動が吸入配管１０４へ波及するのを低減させる圧力脈動低減機構３が設置されている。圧力脈動低減機構３は、２枚の波板状の円盤型金属板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ンパで形成されている。

加圧室４に一度流入した燃料が容量制御のため再び開弁状態の吸入弁３０を通して吸入通路２ｂ（吸入ポート３１ｂ）へと戻される場合、吸入通路２ｂ（吸入ポート３１ｂ）へ戻された燃料により低圧燃料室８には圧力脈動が発生する。しかし、圧力脈動は圧力脈動低減機構３の金属ダンパが膨張・収縮することで吸収低減される。

取付金具３ａは金属ダンパをポンプ本体１ａの内周部に固定するための部材であり、燃料通路上に設置される。このため、複数の穴を設け、取付金具３ａの表裏に流体が自由に行き来できるようにしている。

図３に示すように、加圧室４の出口には吐出弁機構５００が設けられている。吐出弁機構５００は、吐出弁シート５１ａ、吐出弁シート５１ａと接離する吐出弁５１ｂ、吐出弁５１ｂを吐出弁シート５１ａに向かって付勢する吐出弁ばね５１ｃ、および吐出弁５１ｂと吐出弁シート５１ａとを収容する吐出弁ホルダ５１ｄから構成され、吐出弁シート５１ａと吐出弁ホルダ５１ｄとは当接部５１ｅで溶接により接合されることで一体の吐出弁機構５００を形成している。

吐出弁機構５００のうち、少なくとも吐出弁シート５１ａおよび吐出弁５１ｂとは基材を鉄鋼材とする。鉄鋼材としては、ＳＵＳ４２０Ｊ２或いはＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレスが好適である。

なお、吐出弁ホルダ５１ｄの内部には、吐出弁５１ｂのストロークを規制するスットパーを形成する段付部５１ｆが設けられている。

加圧室４と燃料吐出口２ｃに燃料差圧が無い状態では、吐出弁５１ｂは吐出弁ばね５１ｃによる付勢力で吐出弁シート５１ａに圧着され閉弁状態となっている。加圧室４の燃料圧力が、燃料吐出口２ｃの燃料圧力よりも大きくなった時に始めて吐出弁５１ｂは吐出弁ばね５１ｃに逆らって開弁し、加圧室４内の燃料は燃料吐出口２ｃを経てコモンレール１０８へと高圧吐出される。吐出弁５１ｂは開弁した際、吐出弁ストッパ（段付部５１ｆ）と接触し、ストロークが制限される。したがって、吐出弁５１ｂのストロークは吐出弁ホルダ５１ｄによって適切に決定される。これによりストロークが大きすぎることで吐出弁５１ｂが閉じ遅れ、燃料吐出口２ｃへ高圧吐出された燃料が再び加圧室４内に逆流してしまうことを防止でき、高圧燃料供給ポンプ１の効率低下が抑制できる。また、吐出弁５１ｂが開弁および閉弁運動を繰り返す時に、吐出弁５１ｂがストローク方向にのみ運動するように、吐出弁ホルダ５１ｄの内周面でガイドしている。以上のように構成することで、吐出弁機構５００は燃料の流通方向を制限する逆止弁となる。

これらの構成により、加圧室４は、ポンプ本体１ａ、電磁弁機構３００、プランジャ５、シリンダ６および吐出弁機構５００にて構成される。

カム１０５の回転により、プランジャ５がカム１０５方向に移動して吸入工程状態にある時は、加圧室４の容積は増加して加圧室４内の燃料圧力が低下する。この工程で加圧室４内の燃料圧力が吸入通路２ｂの圧力よりも低くなると、燃料は開口状態にある吸入弁３０を通り、ポンプ本体１ａに設けられた連通穴６ｂ、およびシリンダ６外周通路を通過して加圧室４に流入する。

プランジャ５が吸入工程を終了した後、プランジャ５が圧縮工程に移る。ここでコイル４３は無通電状態を維持したままであり、磁気付勢力は作用しない。よって、吸入弁３０は、ロッド付勢ばね４０の付勢力により開弁したままである。加圧室４の容積は、プランジャ５の圧縮運動に伴い減少するが、この状態では、加圧室４に一度吸入された燃料が再び開弁状態の吸入弁３０を通して吸入通路２ｂへと戻されるので、加圧室４の圧力が上昇することは無い。この工程を戻し工程と称する。

この状態で、ＥＣＵ１０２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に電流が流れ、磁気付勢力によりロッド３５が吸入弁３０から離れる方向に移動し、吸入弁付勢ばね３３による付勢力と燃料が吸入通路２ｂに流れ込むことによる流体力により吸入弁３０が閉弁する。閉弁後、加圧室４の燃料圧力はプランジャ５の上昇運動と共に上昇し、燃料吐出口２ｃの圧力以上になると、吐出弁機構５００を介して燃料の高圧吐出が行われ、コモンレール１０８へと供給される。この工程を吐出工程と称する。

すなわち、プランジャ５の圧縮工程（下始点から上始点までの間の上昇工程）は、戻し工程と吐出工程からなる。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へ通電するタイミングを早くすれば、圧縮工程中の戻し工程の割合が小さくなり、吐出工程の割合が大きくなる。すなわち、吸入通路２ｂ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圧縮工程中の戻し工程の割合が大きくなり、吐出工程の割合が小さくなる。すなわち、吸入通路２ｂ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。コイル４３への通電タイミングは、ＥＣＵ１０２からの指令によって制御される。

以上のように構成することで、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できる。

ここで、本実施例の電磁弁機構３００の構造と動作について、図４乃至図６の断面図および図７のタイミングチャートを用いて詳細に説明する。

図４は、コイル４３に通電されていない無通電の状態であり、加圧室４の圧力（フィードポンプ１０３で圧送される圧力）が低い状態の図である。この状態で、吸入工程と戻し工程とが行われる。図５は、コイル４３に通電され、可動部であるアンカー３６が電磁吸引力により第二コア３９に接触し、吸入弁３０が閉弁した状態の図である。図６は、加圧室４の圧力が十分増加した後の吸入弁３０が閉まった状態での、コイル４３への通電が解除された無通電の状態の図である。

図４乃至図６に示すように、電磁弁機構３００の吸入弁部は、吸入弁３０、吸入弁シート３１、吸入弁ストッパ３２、吸入弁付勢ばね３３、吸入弁ホルダ３４からなる。

吸入弁シート３１は円筒型で、内周側の軸方向に吸入弁シート部３１ａ、円筒の軸を中心に放射状に２つ以上の吸入ポート３１ｂを有し、外周円筒面でポンプ本体１ａに圧入保持されている。

吸入弁ホルダ３４は、放射状に２つ以上の爪を有し、爪外周側が吸入弁シート３１の内周側で同軸に嵌合保持される。さらに円筒型で一端部につば形状を持つ吸入弁ストッパ３２が吸入弁ホルダ３４の内周円筒面に圧入保持されている。

吸入弁付勢ばね３３は、吸入弁ストッパ３２の内周側に設けられ、一部が吸入弁付勢ばね３３の一端を同軸に安定させるための小径部３２ｃに配置されている。吸入弁３０は、吸入弁シート部３１ａと吸入弁ストッパ３２の間に配置され中央部に設けられた、弁ガイド部３０ｂに吸入弁付勢ばね３３が嵌合する形で構成される。吸入弁付勢ばね３３は圧縮コイルばねであり、吸入弁３０が吸入弁シート部３１ａに押し付けられる方向に付勢力が働く様に設置される。なお吸入弁付勢ばね３３は圧縮コイルばねに限らず、付勢力を得られるものであれば形態を問わないし、吸入弁３０と一体になった付勢力を持つ板ばねの様なものでも良い。

この様に吸入弁部を構成することで、ポンプの吸入工程においては、吸入ポート３１ｂを通過し内部に入った燃料が、吸入弁３０と吸入弁シート部３１ａの間を通過し、吸入弁３０の外周側および吸入弁ホルダ３４の爪の間を通り、ポンプ本体１ａに形成された通路２ｈおよびシリンダ６の溝６ａと連通穴６ｂを通過し加圧室４へ燃料を流入させる。また、ポンプの吐出工程においては、吸入弁３０が吸入弁シート部３１ａと接触、シールすることで、燃料の入口側への逆流を防ぐ逆止弁の機能を果たす。

図４に示すように、吸入弁３０の動きを滑らかにするために、吸入弁ストッパ３２の内周側の液圧を吸入弁３０の動きに応じて逃がすために、通路３２ａが設けられている。

吸入弁３０の軸方向の移動量３０ｅは吸入弁ストッパ３２によって有限に規制されている。移動量が大きすぎると吸入弁３０の閉じる時の応答遅れにより逆流量が多くなり、ポンプとしての性能が低下するためである。この移動量の規制は、吸入弁シート部３１ａ、吸入弁３０および吸入弁ストッパ３２の軸方向の形状寸法、および圧入位置で規定することが可能である。

吸入弁ストッパ３２には環状突起３２ｂが設けられており、吸入弁３０が開弁している状態において、吸入弁ストッパ３２との接触面積を小さくしている。これは、開弁状態から閉弁状態へ遷移時、吸入弁３０が吸入弁ストッパ３２から離れやすい様、すなわち閉弁応答性を向上させるためである。環状突起３２ｂが無い場合、すなわち接触面積が大きい場合、吸入弁３０と吸入弁ストッパ３２の間に大きなスクイーズ力が働き、吸入弁３０が吸入弁ストッパ３２から離れにくくなる。

吸入弁３０、吸入弁シート３１および吸入弁ストッパ３２は、お互い作動時に衝突を繰返すため、高強度、高硬度で耐食性にも優れるマルテンサイト系ステンレスに熱処理を施した材料を使用するがこれに限定されず、フェライト系ＳＵＳ等の各種鉄鋼材を用いることが可能である。

吸入弁付勢ばね３３および吸入弁ホルダ３４には耐食性を考慮しオーステナイト系ステンレス材を用いる。

次にソレノイド機構部について説明する。ソレノイド機構部は、図４に示す、可動部であるロッド３５、アンカー３６、固定部であるばね座部材３７、第一コア３８、第二コア３９、そして、ロッド付勢ばね４０、アンカー付勢ばね４１からなる。

可動部であるロッド３５とアンカー３６は別部材に構成している。ロッド３５はばね座部材３７の内周側で軸方向に摺動自在に保持され、アンカー３６の外周側は、第一コア３８の内周側で摺動自在に保持される。すなわち、ロッド３５およびアンカー３６共に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。

アンカー３６は燃料中で軸方向に自在に滑らかに動くために、部品軸方向に貫通する貫通穴（貫通孔）３６ａを１つ以上有しており、アンカー前後の圧力差による動きの制限を極力排除している。

ばね座部材３７は、径方向には、ポンプ本体１ａの吸入弁が挿入される穴の内周側に挿入されている。軸方向には、吸入弁シート３１の一端部に突き当てられており、ポンプ本体１ａに溶接固定される第一コア３８とポンプ本体１ａとの間に挟み込まれる形で配置される構成としている。ばね座部材３７にもアンカー３６と同様に軸方向に貫通する貫通穴３７ａが設けられており、アンカー３６が自在に滑らかに動くことができる様、アンカー３６側の燃料室の圧力がアンカー３６の動きを妨げない様に構成している。

第一コア３８は、ポンプ本体１ａと溶接される部位との反対側の薄肉円筒形状部３８ｂの形状を薄肉円筒形状としており、その内周側に第二コア３９が挿入される形で溶接固定されている。

第二コア３９の内周側にはロッド付勢ばね４０が、小径部３９ａをガイドに配置されており、ロッド３５の先端が吸入弁３０と接触して吸入弁３０を吸入弁シート部３１ａから引き離す方向、すなわち吸入弁の開弁方向に付勢力を与えている。すなわち、吸入弁３０はロッド３５と別体として構成され、ロッド３５の一端部に当接することにより閉弁方向への移動を規制されるように構成されている。

第二コア３９には、アンカー３６の磁気吸引面３６ｃと対向する磁気吸引面３９ｂが形成されている。第二コア３９の磁気吸引面３９ｂとアンカー３６の磁気吸引面３６ｃとは平行であり、両者の間には開弁状態にあるときに間隙３６ｅが形成され、コイル４３に通電することにより両者の間に磁気吸引力が作用してアンカー３６が第二コア３９側に引き付けられる。

アンカー付勢ばね４１は、ばね座部材３７の中心側に設けた円筒形状のロッド挿通部３７ｃに一方の端部が挿入されており、同軸を保ちながらアンカー３６に対してロッドつば部３５ａ方向に付勢力を与えるように配置されている。ロッド挿通部３７ｃの中心部には、ロッド挿通孔３７ｂが形成され、ロッド挿通孔３７ｂにロッド３５が挿通されている。ロッドつば部３５ａは、ロッド３５の、アンカー３６に対する開弁方向への相対変位を規制する。すなわちロッド３５がアンカー３６に対して開弁方向に相対変位する場合に、アンカー３６と係合して相対変位を規制する係合部を構成している。ロッド３５はロッド挿通孔３７ｂには接触しておらず、ロッド３５の外周面とロッド挿通孔３７ｂの内周面との間には間隙が設けてある。

アンカー３６の移動量（間隙３６ｅの距離）は吸入弁３０の移動量３０ｅよりも大きく設定される。確実に吸入弁３０が閉弁するためである。

ロッド３５はアンカー３６と摺動するため、またロッド３５は吸入弁３０と衝突を繰返すため、硬度と耐食性を考慮しマルテンサイト系ステンレスに熱処理を施した材料を使用する。

アンカー３６と第二コア３９は磁気回路を形成するために磁性ステンレスを用い、さらにアンカー３６と第二コアのそれぞれの衝突面には、硬度を向上させるための表面処理を施している。さらにアンカー３６外周面と第一コア３８の内周面にも硬度と耐食性を向上させるために表面処理を施しても良い。表面処理には硬質Ｃｒめっきがあるがその限りでは無い。

ロッド付勢ばね４０、アンカー付勢ばね４１は、耐食性を考慮してオーステナイト系ステンレスを用いる。

吸入弁部には１つのばね３３が設けられ、ソレノイド機構部には２つのばね４０，４１が設けられることにより、電磁弁機構３００には３つのばねが配置されることになる。すなわち、電磁弁機構３００には、吸入弁部に配置される吸入弁付勢ばね３３と、ソレノイド機構部に配置されるロッド付勢ばね４０およびアンカー付勢ばね４１が設けられる。本実施例ではいずれのばねもコイルばねを使用しているが付勢力を得られる形態であればいかなるものでも構成可能である。

次にコイル部の構成について説明する。図４に示すように、コイル部は、第一ヨーク４２、コイル４３、第二ヨーク４４、ボビン４５、端子４６、コネクタ４７から成る。

ボビン４５に銅線が複数回巻かれたコイル４３が、第一ヨーク４２と第二ヨーク４４により取り囲まれる形で配置され、樹脂部材であるコネクタ４７と一体にモールドされて固定されている。二つの端子４６の一方の端部はコイルの銅線の両端にそれぞれ通電可能に接続される。端子４６はコネクタ４７と一体にモールドされ、他方の端部がエンジン制御ユニット側と接続される構成としている。

コイル部は第一ヨーク４２の中心部の穴部が、第一コア３８に圧入されて固定されている。その時、第二ヨーク４４の内径側は、第二コア３９と接触もしくは僅かなクリアランスで近接する構成となっている。

第一ヨーク４２および第二ヨーク４４は、共に磁気回路を構成するため、また耐食性を考慮して磁性ステンレス材料で構成する。ボビン４５およびコネクタ４７は強度特性および耐熱特性を考慮して高強度耐熱樹脂を用いて構成している。コイル４３には銅、端子４６には真鍮に金属めっきを施した材料とする。

上述の様にソレノイド機構部とコイル部とを構成することで、図４の矢印で示す様に、第一コア３８、第一ヨーク４２、第二ヨーク４４、第二コア３９およびアンカー３６で磁気回路が形成される。

コイル４３に電流を与えると、第二コア３９とアンカー３６との間に電磁力が発生し、アンカー３６を第二コア３９側に引き寄せる力が発生する。第一コア３８において、第二コア３９とアンカー３６とが対向して吸引力を発生させる軸方向部位を極力薄肉（薄肉円筒形状部３８ｂ）にして磁気抵抗を高めることで、磁束のほぼ全てが第二コア３９とアンカー３６との間を通過させることができ、効率良く電磁力を得ることができる。この薄肉円筒形状部３８ｂにおいて、第二コア３９とアンカー３６とが対向する軸方向部位に環状溝を形成し、さらに肉厚を薄くして磁気抵抗を高める場合もある。

上記電磁力が、ロッド付勢ばね４０の付勢力からアンカー付勢ばね４１の付勢力および吸入弁付勢ばね３３の付勢力を差し引いた開弁付勢力ｆ１を上回った時に、可動部であるアンカー３６がロッド３５と共に第二コア３９に引き寄せられる運動、また第二コア３９とアンカー３６とが接触し、接触を継続することを可能とする。

以下、図７のタイミングチャートを用いて、本発明における電磁弁機構３００の動作とその利点について詳細に説明する。

≪吸入工程≫
図７において、プランジャ５が上死点ＴＤＣから下降を始めると、加圧室４内の圧力が例えば２０ＭＰａレベルの高圧の状態から急激に小さくなり、前述の開弁付勢力ｆ１によりロッド３５、アンカー３６および吸入弁３０が吸入弁３０の開弁方向に移動を始める。吸入弁３０が開弁することで、吸入弁シート３１の吸入ポート３１ｂから吸入弁シート３１内径側に流入した燃料が加圧室４内に吸入され始める。

吸入弁３０が吸入弁ストッパ３２に衝突し、吸入弁３０はその位置で停止する。同じくロッド３５も先端が吸入弁３０に接触する位置で停止する。

アンカー３６についてもロッド３５と同速度で吸入弁３０の開弁方向に移動するが、ロッド３５が吸入弁３０に接触し停止した後も、慣性力で移動を続けようとする。この慣性力による移動は、図７のＡに示す部分である。ところが、アンカー付勢ばね４１がその慣性力に打ち勝ち、アンカー３６は再び第二コア３９に近付く方向に移動をし、ロッドつば部３５ａにアンカー３６が押し当てられる形で接触する位置（図７におけるアンカー開弁位置）で停止する。この停止した時点におけるアンカー３６、ロッド３５および吸入弁３０の位置を示す状態が図４の状態である。

なお、図７のＡに示す部分では、ロッド３５とアンカー３６とが完全に離れると説明したが、ロッド３５とアンカー３６とが接触したままの状態でも良い。言い換えると、ロッドつば部３５ａとアンカー３６との接触部に作用する荷重は、ロッド３５の運動停止後減少し、０になるとアンカー３６がロッド３５に対し分離を開始するが、０にならず僅かの荷重を残すようにアンカー付勢ばね４１の付勢力を設定しても良い。

吸入弁３０が吸入弁ストッパ３２に衝突する時には、製品としての重要な特性となる異音の問題が発生する。異音の大きさは衝突時のエネルギーの大きさが影響する。しかし、ロッド３５とアンカー３６とを別体に構成しているために、吸入弁ストッパ３２に衝突するエネルギーは、吸入弁３０の質量とロッド３５の質量のみで発生することとなる。すなわちアンカー３６の質量は衝突エネルギーに寄与しないため、ロッド３５とアンカー３６とを別体に構成することで、異音の大きさを低減することができる。

アンカー３６の径方向における保持方法（支持方法）は、アンカー３６の内径とロッド３５の外径とのクリアランスで保持する方法と、アンカー３６の外径と第一コア３８の内周面とのクリアランスで保持する方法とがある。本実施例においては、アンカー３６の外径と第一コア３８の内周面とを摺動面とすることで、アンカー３６の径方向位置を保持するようにしている。

吸入弁３０が開弁した後も、さらにプランジャ５が降下し続けて下死点ＢＤＣに到達する。この間、加圧室４には燃料が流入し続ける。この工程が吸入工程である。

≪戻し工程≫
図７において、下死点ＢＤＣまで降下したプランジャ５は、上昇工程に入る。吸入弁３０は開弁付勢力ｆ１を超える電磁力で開弁状態に停止したままであり、吸入弁３０を通過する流体の方向が真逆になる。すなわち吸入工程では燃料が吸入ポート３１ｂから加圧室４に流入していたのに対し、上昇工程となった時点で、加圧室４から吸入ポート３１ｂ方向に戻される。この工程を戻し工程と呼ぶ。

≪戻し工程〜吐出工程への遷移状態≫
図７において、所望の吐出時刻よりも、電磁力の発生遅れ、吸入弁３０の閉弁遅れを考慮した早い時刻において、コイル４３に吸引電流が与えられ、アンカー３６と第二コア３９との間に磁気吸引力が働く。吸引電流は開弁付勢力ｆ１に打ち勝つ磁気吸引力を発生するのに必要な大きさの電流とする。この磁気吸引力が開弁付勢力ｆ１に打ち勝った時点で、アンカー３６が第二コア３９方向へ移動を開始する。

アンカー３６の外周面が第一コア３８の内周面を摺動、移動することで、軸方向にロッドつば部３５ａで接触しているロッド３５も同じく移動し、吸入弁３０が吸入弁付勢ばね３３の力を受けて閉弁を開始する。このとき、流体力、主には、加圧室４側からシート部を通過する燃料の流速による静圧は低下する。

上述したように本実施例では、アンカー３６は第一コア３８の内周面３８ａがガイド面となってロッド３５の軸方向に移動するように構成されている。このため、アンカー３６の外周面と第一コア３８の内周面３８ａとの間の間隔は非常に小さく、この隙間を流れようとする燃料流れに対して非常に大きな流体抵抗を与える構成となっている。

本実施例では、アンカー３６と第一コア３８とが接触して摺動する構成とし、ロッド３５はアンカー３６の貫通孔３６ｂに当接して摺動する構成としている。すなわちロッド３５はアンカー３６の貫通孔３６ｂによってガイドされて、アンカー３６と相対変位可能に構成されている。このため、ばね座部材３７のロッド挿通孔３７ｂの内周面とロッド３５の外周面との間には間隙が設けてある。

移動を始めた吸入弁３０は、吸入弁シート部３１ａに衝突して停止することで、閉弁状態となる。閉弁すると、筒内圧が急速に増大するため、吸入弁３０は筒内圧により閉弁方向に開弁付勢力ｆ１よりも遥かに大きい力で強固に押し付けられて閉弁状態の維持を開始する。

アンカー３６についても、第二コア３９に衝突して停止する。ロッド３５はアンカー３６停止後も慣性力で運動を続けるが、ロッド付勢ばね４０の付勢力が慣性力に打ち勝って押し戻されて、つば部３５ａがアンカー３６に接触する位置まで戻ることができる。

アンカー３６が第二コア３９に衝突する時には、製品としての重要な特性となる異音の問題が発生する。この異音は、前述した吸入弁３０と吸入弁ストッパ３２とが衝突して発生する異音よりも大きく、より大きな問題となる。しかし、上述のように、ロッド３５とアンカー３６とを別体に構成しているために、第二コア３９に衝突するエネルギーは、アンカー３６の質量のみで発生することとなる。すなわちロッド３５の質量は衝突エネルギーに寄与しないため、ロッド３５とアンカー３６とを別体に構成することで、異音の大きさを低減することができる。

アンカー３６が第二コア３９に一度接触した後は、接触することにより十分な磁気吸引力が発生しているため、コイル４３には接触を保持するためだけの小さな電流値（保持電流）を供給すればよいことになる。

ここで、ソレノイド機構部内に発生する懸念のある、壊食の問題について説明する。

アンカー３６と第一コア３８との間に燃料が流れる流路が構成されていると、コイル４３に電流が与えられてアンカー３６が第二コア３９に引き寄せられる際にアンカー３６と第二コア３９との間にある空間体積が急速に縮小することで、その空間にある流体（燃料）は行き場を失い、速い流れを持ってアンカー３６の外周側へ押し流され、第一コア３８の薄肉円筒形状部３８ｂに衝突する。この燃料流れの衝突のエネルギーにより、第一コア３８の薄肉円筒形状部３８ｂに壊食が発生する懸念がある。また、押し流された流体がアンカー３６の外周を通過してばね座部材３７側に流れる。このとき、アンカー３６の外周側の流路が狭いために流速が大きくなり、静圧が急速に低下することによってキャビテーションが発生し、第一コア３８の薄肉円筒形状部３８ｂにおいてキャビテーションによる壊食が発生する懸念がある。

このキャビテーション壊食については、本実施例では以下の理由から解決する事ができる。

本実施例において、アンカー３６の外周と第一コア３８の内周部は摺動部を構成しているため、そのクリアランスは直径差でおよそ５μｍ〜１０μｍ程度である。一方、アンカー３６の中心側に１つ以上の軸方向の貫通穴３６ａを設置している。貫通穴３６ａはアンカー３６を中心軸方向（ロッド３５の軸方向）に貫通し、アンカー３６に対して第二コア３９側の空間（燃料室）とばね座部材３７側の空間（燃料室）とを連通する燃料通路を構成する。アンカー３６が第二コア３９側に引き寄せられる際、アンカー３６と第二コア３９との間の空間の流体のほとんどは、アンカー３６の外周側の狭い通路を通過せずに貫通穴３６ａを通過してアンカー３６とばね座部材３７との間に形成された燃料室に移動する。この様に構成することで、第一コア３８の薄肉円筒形状部３８ｂの壊食を回避することができる。

アンカー３６とロッド３５とを一体で構成している場合においても、アンカー３６の貫通穴３６ａの容量を最適化することにより上記問題を解決することが可能である。アンカー３６の貫通穴３６ａは、その流体抵抗がアンカー３６の外周面と第一コア３８の内周面との間の隙間における流体抵抗よりも小さくなるように構成されていればよい。そして、アンカー３６の貫通穴３６ａは、アンカー３６の外周面よりも半径方向の内方（中心側）に設けられていればよい。例えば、ロッド３５が挿通される貫通孔３６ｂの内周面に、周方向に間隔を置いて、溝を設けてもよい。或いは、アンカー３６の貫通穴３６ａをロッド３５の外周面が摺動しない構成にしてもよい。この場合、ロッド３５はばね座部材３７のロッド挿通孔３７ｂの内周面に摺動するようにするとよい。すなわちばね座部材３７をロッドガイドとして構成すると良い。

アンカー３６とロッド３５とを一体で構成している場合、エンジン高回転時、すなわちプランジャ５の上昇速度が大きい条件において、コイル４３に電流が付与されてアンカー３６が第二コア３９に移動しようとする力に、さらに非常に速度の大きい流体による吸入弁３０を閉じる力が追加付与力として増加され、ロッド３５およびアンカー３６が第二コア３９へ急激に接近する。このため、その空間の流体が押し出される速度がさらに大きくなる。そこで、アンカー３６の貫通穴３６ａの容量を大きくする、すなわち穴数を増やす、或いは穴径を拡大する等の最適設計をすることにより、壊食の問題を解決することができる。

アンカー３６とロッド３５とを別体で構成する弊害は前述した通り、所望の磁気吸引力を得られない問題、異音、機能低下があるが、アンカー付勢ばね４１を設置することでこの弊害を取り払うことが可能となる。

≪吐出工程≫
図７において、プランジャ５が下死点ＢＤＣから上昇工程に転じ、所望のタイミングでコイル４３に電流（吸引電流および保持電流）が与えられ吸入弁３０が閉じるまでの戻し工程が終了した直後、加圧室４内の圧力が急速に増大し、吐出工程となる。吐出工程後には、省電力の観点からコイル４３に与える電力を削減することが望ましいため、コイルに与える電流を切断する。電磁力が付加されなくなり、アンカー３６およびロッド３５がロッド付勢ばね４０とアンカー付勢ばね４１の合力により第二コア３９から離れる方向へ移動する。ところが、吸入弁３０が強固な閉弁力で閉弁位置にあるため、ロッド３５は閉弁状態の吸入弁３０に衝突した位置で停止する。

ロッド３５とアンカー３６とは電流切断後同時に移動を開始するが、ロッド３５の先端と閉弁状態の吸入弁３０とが接触した状態でロッド３５が停止した後も、アンカー３６は慣性力で吸入弁３０の方向へ移動を続けようとする。この状態は図７のＢの状態である。ところが、アンカー付勢ばね４１が慣性力に打ち勝ち、アンカー３６に第二コア３９の方向に付勢力を与えるため、アンカー３６はロッド３５のつば部３５ａに接触した状態（図６の状態）で停止することができる。

この様に、燃料が吐出される吐出工程が行われ、次の吸入工程直前においては、吸入弁３０、ロッド３５およびアンカー３６は図６の状態となっている。

プランジャ５が上死点ＴＤＣに達した時点で、吐出工程が終了し、再び吸入工程が開始される。

かくして、低圧燃料吸入口２ａに導かれた燃料はポンプ本体１ａの加圧室４にてプランジャ５の往復動によって必要な量が高圧に加圧され、燃料吐出口２ｃからコモンレール１０８に圧送されるのに好適な高圧ポンプを提供することができる。

近年、高圧燃料供給ポンプ１は更なる高圧化が求められており、今後は目標吐出圧力が３０ＭＰａ以上の高圧に耐えるポンプが必要とされている。また、バイオ燃料（アルコールやメタノール等）、あるいはバイオ燃料の含油比率が多い燃料など、燃料の多様化にも対応することが求められている。

このように目標吐出圧力が非常に高圧になった場合、あるいは多様な燃料が高圧燃料供給ポンプ１に用いられる場合には、キャビテーションによる壊食が問題となる。

特にバイオ燃料の場合、それ自体の腐食作用により腐食減肉が生ずることから、ガソリン単体に比べてキャビテーションによる壊食が加速される。

そのため、このキャビテーション壊食の進行を抑制する、あるいはキャビテーション壊食が発生する確率をより低くする、あるいはキャビテーション壊食が発生するまでの時間をより長くなることが必要となる。

本発明者らの検討により、弁と弁シートとが接触する弁部において特にキャビテーション壊食が発生することが分かったため、これを抑制するための構成について図８乃至図１２を用いて以下説明する。図８は、本発明の表面処理層を適用した弁部断面を示す図であり、弁が開いた際の燃料の流れ方向を示す図である。図９は吐出弁機構の吐出弁シートの平面模式図、図１０は吐出弁機構の吐出弁の平面模式図である。図１１および図１２は吐出弁機構の吐出弁シートの他の形態の平面模式図である。

なお、以下の図８乃至図１２では、吐出弁５１ｂとそれに対向する吐出弁シート５１ａの表面にＣｏ基合金層７０ｂおよびＣｒ濃化部７０ｂ１を形成する場合について説明するが、リリーフ弁機構６００のリリーフ弁６１の表面とリリーフ弁６１に対向するリリーフ弁シート６３の表面も吐出弁５１ｂおよび吐出弁シート５１ａと同様にキャビテーション壊食が発生する虞があるため、後述する図９や図１０に示すようなＣｏ基合金層７０ａ，７０ｂおよびＣｒ濃化部７０ｂ１を形成することができる。また、吸入弁３０の表面と吸入弁３０に対向する吸入弁シート３１の吸入弁シート部３１ａの表面にもＣｏ基合金層７０ａ，７０ｂおよびＣｒ濃化部７０ｂ１を形成することができる。

図８に示すように、固定された吐出弁シート５１ａの右端部は可動する吐出弁５１ｂと接する。また、燃料はこの吐出弁シート５１ａの右端部付近において圧力変動を受けるため、吐出弁シート５１ａの右端部表面ではキャビテーションが発生し、キャビテーションが崩壊することでエロージョン（腐食）が生ずる可能性がある。

また、アルコール燃料等の従来に比べて高腐食性の燃料が通過する際に、アルコール中の成分による電気化学的作用による腐食反応が特に吐出弁５１ｂの表面に生じ、局部的に減肉するいわゆる孔食が生ずる可能性がある。

そこで、図８および図９に示すように、吐出弁シート５１ａの吐出弁５１ｂと接触する表面部分に、加工硬化により高硬度を有するＣｏ基合金層７０ａを形成する。

同様に、図８に示すように、吐出弁５１ｂのうち、吐出弁シート５１ａとの接触部に加工硬化により高硬度を有するＣｏ基合金層７０ｂを形成するとともに、図１０に示すように、吐出弁５１ｂの表面にＣｒ濃度がその周囲のＣｏ基合金層７０ｂより濃いＣｒ濃化部７０ｂ１を略等心円形状に複数形成することで、耐キャビテーション性を確保する。

これら図８乃至図１０に示すような吐出弁シート５１ａのＣｏ基合金層７０ａおよび吐出弁５１ｂの表面のＣｏ基合金層７０ｂは、ＳＵＳ３０４等の吐出弁シート５１ａおよび吐出弁５１ｂを構成する鉄鋼材の表面にＣｏ基合金をレーザー肉盛溶接することで形成する。

レーザー肉盛溶接のプロセスを施した後は、例えば、表面粗さＲｚが０．３μｍ以下になるように研磨することで、レーザー肉盛溶接時に肉盛ビート境界部に形成された、Ｃｏ基合金層７０ｂに比べてＣｒが濃いＣｒ濃化部７０ｂ１が複数の径の異なる円周状に表面に露出する（図１０参照）。このＣｒ濃化部７０ｂ１により、耐食性を確保する。

このように、弁部の表面上で、耐キャビテーション性と耐食性の機能を分担させることで、両者の特性を兼ね備えた高圧燃料供給ポンプ１を提供することができる。

レーザー肉盛により形成される層は、平面構造に対して柱状構造のため、めっき膜などの層状に形成される表面処理膜に比べて、キャビテーションによる減肉が少ない、との利点を有している。

形成されるＣｒ濃化部７０ｂ１は、Ｃｏ基合金層７０ｂのＣｒ濃度に比べて１５％から４０％Ｃｒが濃化していることが本発明者らの検討（ＳＥＭ−ＥＤＸによる観察）によって確認されている。得られたＣｒ濃化部７０ｂ１は、微細な粒界炭化物しか観測されず、Ｃｒ金属として存在することで、防食性能が得られたと推測できる。

なお、図１０では、吐出弁５１ｂの表面にＣｒ濃化部７０ｂ１が円周形状となるように形成される場合について説明したが、図１１に示すように、吐出弁シート５１ａとの接触部となる最外周部を除いて、レーザー肉盛溶接を線状に行うことでＣｏ基合金層７０ｂおよびＣｒ濃化部７０ｂ１が線状に形成された吐出弁５１ｂ１とすることができる。これ以外にも、図１２に示すように、吐出弁シート５１ａとの接触部となる最外周部を除いて、レーザー肉盛溶接を螺旋状に行うことでＣｏ基合金層７０ｂおよびＣｒ濃化部７０ｂ１が螺旋形状に形成された吐出弁５１ｂ２とすることができる。更には、Ｃｒ濃化部の形状がその他の形状であっても、耐食性が維持できるのであれば、その形状は特に限定されるものではない。

ここで、図１０乃至図１２に示すように、吐出弁５１ｂ，５１ｂ１，５１ｂ２のように、吐出弁シート５１ａとの接触部となる最外周部はＣｒ濃化部７０ｂ１が形成されずにＣｏ基合金層７０ｂのみで構成されることが望ましい。このように吐出弁５１ｂ，５１ｂ１，５１ｂ２の吐出弁シート５１ａとの接触部をＣｏ基合金層７０ｂのみで構成することによって、弁特性を確実に確保することができる。

また、図９では吐出弁シート５１ａのＣｏ基合金層７０ａにはＣｒ濃化部が形成されていない場合を示したが、吐出弁シート５１ａのＣｏ基合金層７０ａの表面にも、Ｃｒ濃化部が形成されていてもよい。この場合は、吐出弁５１ｂの表面へのレーザー肉盛溶接と同じように、肉盛層を重ねてレーザー肉盛等によって形成した後に研磨してＣｒ濃化層を表面に露出させる。

上記に記載したような、ステライト＃６やステライト＃１をレーザー肉盛溶接によって肉盛したＳＵＳ３０４を用いて作製した吐出弁５１ｂおよび吐出弁シート５１ａを高圧燃料供給ポンプ１に組み込み、キャビテーション壊食が生じるかについて確認実験を行った。また、レーザー肉盛溶接で形成した膜と肉盛溶接を施さないＣｏ基合金とを比較するために、市販のステライト＃６単一材を用いて部品を作製し、同様に比較確認実験を行った。

図１３は、本発明の耐キャビテーション壊食に対する材料ともしくはその構成が、どの程度の耐キャビテーション壊食性を持っているかを定量的に示すために行った実験の結果を示す図である。縦軸はキャビテーションの壊食量、横軸はキャビテーションを受けた時間を示す。試験は溶媒として純水を用いた。

図１３に示すように、本発明の構成を適用した、ステライト＃６をレーザー肉盛溶接したＳＵＳ３０４材とステライト＃６単一材とでは、キャビテーション壊食現象において潜伏期間と呼ばれる質量損失をほとんど伴わない期間が前者で１１７分、後者で４５分となった。

高圧燃料供給ポンプ１では、仮に潜伏期間後のキャビテーション壊食が起こると、油密性等が維持できなくなる。そのため、キャビテーション壊食という現象が起こってもそれは潜伏期間内にとどめておく必要がある。従って高圧燃料供給ポンプ１における耐キャビテーション壊食材料の基準は、潜伏期間の長さである。

上述のように本発明の構成を適用したステライト＃６は、市販のステライト＃６単一材に比べてキャビテーション壊食現象の潜伏期間が長いことから、先に示した実際の高圧燃料供給ポンプ１において、本発明を適用したポンプのキャビテーション壊食の発生量が少なくなっている理由は、本発明のＣｏ基合金層７０ｂとＣｒ濃化部７０ｂ１とが混在した構成が効いたものと推測される。

また、図１３に示すように、本発明の構成を適用したステライト＃１の潜伏期間は１６７分であり、本発明の構成を適用したステライト＃６よりも更に潜伏期間が長いことが分かった。このステライト＃１とステライト＃６との差は、Ｗ（タングステン）の含有量の違いによるものと思われ、表面に形成されるＣｒ濃化部７０ｂ１に加えて、Ｃｒ＋ＣｏやＣｒ＋Ｃｏ＋Ｗの形成量が多いためであると推測される。

この結果から、本発明のようにＣｒ濃化部７０ｂ１を有することにより、耐食性と耐キャビテーション性を兼ね備えた表面処理膜となることが分かった。

次に、本発明の構成の耐食性について評価した。測定装置は、定電位電解装置，温度調節器，記録計，反応槽，ヒータから構成されるものとした。そのような測定装置の反応槽内に人工海水を注入するとともに、評価対象となる金属材料基板（ここでは、本発明の構成を適用した、ステライト＃１をレーザー肉盛溶接したＳＵＳ３０４基板、および比較材としてのＳＵＳ４４０Ｃ基板）を基準電極、Ｐｔ対向対極、熱電対とともに人工海水中に浸漬した。基準電極には塩化カリウム飽和水溶液銀／塩化銀電極を用いて、孔食電位（Ｖ ｖｓ． Ａｇ／ＡｇＣｌ）を求めた。その結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明の構成を適用したステライト＃１レーザー肉盛溶接基板の孔食電位が０．１３３Ｖであったのに対し、比較例（ＳＵＳ４４０Ｃ）の孔食電位は０．０６５Ｖであり、本発明の構成が耐食性も優れていることが確認された。

このように、Ｃｒ濃化部が形成されていないステライト＃６単一材の部品（吐出弁、吐出弁シート）と比較して、レーザー肉盛によりＣｒ濃化部を有するステライト＃６材またはステライト＃１材の部品はキャビテーション壊食の発生量が少なく、耐久性に優れていることが確認された。

なお、本実施例の高圧燃料供給ポンプは、ガソリンもしくはバイオ燃料等についても好適に適用されるが、別の検証で、水、ガソリン、バイオ燃料に相当するエタノールでのキャビテーション壊食は、現象として同じであり、ガソリンの代わりに水を用いても材料強度の比較の結果は変わらないことが確認されている。

次に、本実施例に係る高圧燃料供給ポンプの製造方法について説明する。

最初に、高圧燃料供給ポンプ１を構成する、上記図１乃至図６を用いて説明した各部品を準備する。高圧燃料供給ポンプ１を構成する各部品のうち、吐出弁シート５１ａおよび吐出弁５１ｂやリリーフ弁６１、リリーフ弁シート６３、吸入弁３０、吸入弁シート３１以外の各部品は、その仕様に応じたものを適宜公知の様々な方法で準備することができる。吐出弁５１ｂおよび吐出弁シート５１ａ等については、以下説明する方法によって製造する。以下では、吐出弁５１ｂおよび吐出弁シート５１ａの場合について説明するが、リリーフ弁６１等についても同様である。

まずは、吐出弁シート５１ａおよび吐出弁５１ｂを準備する。吐出弁シート５１ａおよび吐出弁５１ｂは、基材は鉄鋼材とする。鉄鋼材としては、例えば、ＳＵＳ４２０Ｊ２或いはＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレスが好適である。用意した基材を公知の手法により吐出弁シート５１ａおよび吐出弁５１ｂの形状に加工する。

その後、吐出弁シート５１ａの吐出弁５１ｂと当接する表面部分に、レーザー肉盛溶接によってＣｏ基合金層７０ａを形成する。同様に、吐出弁５１ｂの燃料が接触する表面部分に、レーザー肉盛溶接によってＣｏ基合金層７０ｂを形成する。この際、吐出弁５１ｂの表面のうち、吐出弁シート５１ａとの当接部にＣｏ基合金層７０ｂが形成されるようにレーザー肉盛溶接を行う。また、吐出弁５１ｂの燃料がぶつかる表面に対して、円周状、線状、あるいは螺旋状の何れかの形状を描くようにレーザー肉盛溶接を行う。

レーザー肉盛溶接で表面処理層を形成する方法としては、好適にはステライト（登録商標）＃１の粉末またはロッド、ワイヤ、もしくはステライト＃６の粉末またはロッド、ワイヤを供給し、入熱量を制御しながら、隣接する肉盛層に１／３以上重なるように溶融凝固させる肉盛溶接を吐出弁５１ｂの表面全体に行うことが望ましい。

次いで、形成したＣｏ基合金層７０ａ，７０ｂの表面を研磨する。これにより、Ｃｏ基合金層７０ｂの表面に、円周状、線状、あるいは螺旋状にＣｒ濃化部７０ｂ１が露出する。

次いで、準備した吐出弁５１ｂおよび吐出弁シート５１ａを含む各部品を組み立てて、完成品として適宜検査を実施した上で高圧燃料供給ポンプを組み込む工程に移行する。

次に、本実施例の効果について説明する。

上述した本発明の実施例１の高圧燃料供給ポンプ１は、燃料を吐出する吐出弁５１ｂ，リリーフ弁６１，吸入弁３０と、吐出弁５１ｂ，リリーフ弁６１，吸入弁３０が着座する吐出弁シート５１ａ，リリーフ弁シート６３，吸入弁シート３１と、を備え、吐出弁５１ｂおよび吐出弁シート５１ａ等は、基材が鉄鋼材であり、吐出弁５１ｂ，リリーフ弁６１，吸入弁３０の表面には、Ｃｏ基合金層７０ｂおよびＣｒ濃度がその周囲のＣｏ基合金層７０ｂより濃いＣｒ濃化部７０ｂ１が形成されており、吐出弁シート５１ａ，リリーフ弁シート６３，吸入弁シート３１の表面には、Ｃｏ基合金層７０ａが形成されているものである。

このように、高圧燃料供給ポンプ１のうち、液体燃料との接触が多い吐出弁５１ｂ等の表面部分にキャビテーション壊食の発生もしくはその進行が遅い材料を適用しているため、燃料の圧力と流量を現在より高くすることが可能である。また、バイオ燃料（アルコールやメタノール等）、あるいはバイオ燃料の含油比率が多い燃料を用いた場合でも、鉱油由来の燃料を用いた場合と同じようにキャビテーション壊食並びに腐食の進行を抑制することができ、長時間の信頼性を確保することができる。このため、燃料の多様化にも好適に対応することが可能となる。

また、Ｃｒ濃化部７０ｂ１は、Ｃｏ基合金層７０ｂのＣｒ濃度に対して１５％から４０％濃化していることにより、高い耐食性を備えた高圧燃料供給ポンプ１となる。

更に、吐出弁５１ｂと吐出弁シート５１ａとの接触部は、Ｃｏ基合金層７０ａ，７０ｂで構成されていることで、高い耐キャビテーション性を確保することができる。

また、Ｃｒ濃化部７０ｂ１は、Ｃｏ基合金層７０ｂに対して円周状に、特に複数の径の異なる円周状に形成されていることにより、吐出弁シート５１ａの表面にＣｒ濃化部７０ｂ１を偏在させることなく設けることができ、高い耐食性を備えた高圧燃料供給ポンプ１が得られる。

更に、Ｃｒ濃化部７０ｂ１は、Ｃｏ基合金層７０ｂに対して線状、あるいは螺旋状に形成されていることによっても、吐出弁シート５１ａの表面にＣｒ濃化部７０ｂ１を偏在させることなく設けることができ、高い耐食性を備えた高圧燃料供給ポンプ１が得られる。

また、Ｃｏ基合金層７０ｂは、レーザー肉盛り溶接により、特に隣接する肉盛層に重ねるように新たな肉盛層を形成することにより、Ｃｒ濃化部７０ｂ１を吐出弁シート５１ａの表面にムラ無く形成することができ、高い耐食性を備えた高圧燃料供給ポンプ１が得られる。

なお、本実施例では、レーザー肉盛溶接を複数回行うことによりＣｏ基合金層やＣｒ濃化部を弁および弁シートの表面に形成する場合について説明したが、形成方法はレーザー肉盛溶接に限られず、その他の様々な溶接方法や他の方法を用いて作製しても構わないが、一度に弁および弁シートの表面にＣｏ基合金層を形成する方法ではなく、Ｃｏ基合金を複数回にわたって被覆する方法とすることがＣｒ濃化層を確実に形成するうえで望ましい。

また、Ｃｒを３０％程度含有するステライト＃１材や２８％程度含有するステライト＃６材をレーザー肉盛溶接によって被覆する場合について説明したが、用いる材料はステライト＃１やステライト＃６に限られず、Ｃｒを含有する公知のＣｏ基合金を用いることができる。また、別体のＣｒ材とＣｏ材とを同時に供給しながらレーザー肉盛溶接などを行うことも可能である。

＜実施例２＞
本発明の実施例２の高圧燃料供給ポンプおよび高圧燃料供給ポンプの製造方法について図１４を用いて説明する。図１４は実施例２の高圧燃料供給ポンプのうち、吸入弁部を示す図である。実施例１と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。

図１４に示す吸入弁部は、図５や図６に示すようなアンカー３６に付勢力を与えるアンカー付勢ばね４１を有しない構造となっている。

アンカー付勢ばね４１以外の構成・動作は、例えば実施例１と同じくアンカー３６の外周を第一コア３８の内周で保持する構造であり、実施例１で示す電磁弁機構３００と同等の動作、効果を発揮する。

また、他の構成についても前述した実施例１の高圧燃料供給ポンプおよび高圧燃料供給ポンプの製造方法と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

本発明の実施例２の高圧燃料供給ポンプおよび高圧燃料供給ポンプの製造方法においても、前述した実施例１の高圧燃料供給ポンプおよび高圧燃料供給ポンプの製造方法とほぼ同様な効果が得られる。

＜その他＞
なお、本発明は、上記の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。上記の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。

１…高圧燃料供給ポンプ
１ａ…ポンプ本体
３００…電磁弁機構
３０…吸入弁
３１…吸入弁シート
３１ａ…吸入弁シート部
５００…吐出弁機構
５１ａ…吐出弁シート
５１ｂ，５１ｂ１，５１ｂ２…吐出弁
６００…リリーフ弁機構
６１…リリーフ弁
６３…リリーフ弁シート
７０ａ…Ｃｏ基合金層
７０ｂ…Ｃｏ基合金層
７０ｂ１…Ｃｒ濃化部

Claims (13)

1. 高圧燃料供給ポンプであって、
   燃料を吐出する弁と、
   前記弁が着座する弁シートと、を備え、
   前記弁および前記弁シートは、基材が鉄鋼材であり、
   前記弁の表面には、弁側Ｃｏ基合金層およびＣｒ濃度がその周囲の前記弁側Ｃｏ基合金層より濃いＣｒ濃化部が形成されており、
   前記弁シートの表面には、弁シート側Ｃｏ基合金層が形成されている
   ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
2. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記Ｃｒ濃化部は、前記弁側Ｃｏ基合金層のＣｒ濃度に対して１５％から４０％濃化している
   ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
3. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記弁と前記弁シートとの接触部は、前記弁側Ｃｏ基合金層および前記弁シート側Ｃｏ基合金層で構成されている
   ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
4. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記Ｃｒ濃化部は、前記弁側Ｃｏ基合金層に対して円周状に形成されている
   ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
5. 請求項４に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記Ｃｒ濃化部は、前記弁側Ｃｏ基合金層に対して複数の径の異なる円周状に形成されている
   ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
6. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記Ｃｒ濃化部は、前記弁側Ｃｏ基合金層に対して線状、あるいは螺旋状に形成されている
   ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
7. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記弁は、燃料を加圧室から吐出する吐出弁、前記燃料を前記加圧室に吸入する吸入弁、前記加圧室の吐出側の燃料が設定値以上になった場合に開弁して高圧燃料を逃がすリリーフ弁、のうちいずれかである
   ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
8. 燃料を吐出する弁と、前記弁が着座する弁シートと、を備える高圧燃料供給ポンプの製造方法であって、
   前記弁および前記弁シートの基材を鉄鋼材とし、
   前記弁の表面に弁側Ｃｏ基合金層、およびＣｒ濃度がその周囲の前記弁側Ｃｏ基合金層より濃いＣｒ濃化部を形成する工程と、
   前記弁シートの表面に弁シート側Ｃｏ基合金層を形成する工程と、
   形成した前記弁側Ｃｏ基合金層の表面を研磨する工程と、を有する
   ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプの製造方法。
9. 請求項８に記載の高圧燃料供給ポンプの製造方法において、
   前記弁側Ｃｏ基合金層を、レーザー肉盛り溶接により形成する
   ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプの製造方法。
10. 請求項９に記載の高圧燃料供給ポンプの製造方法において、
    前記弁側Ｃｏ基合金層をレーザー肉盛り溶接により形成する工程では、隣接する肉盛層に重ねるように新たな肉盛層を形成する
    ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプの製造方法。
11. 請求項９に記載の高圧燃料供給ポンプの製造方法において、
    前記Ｃｒ濃化部を、前記弁側Ｃｏ基合金層に対して円周状に形成する
    ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプの製造方法。
12. 請求項１１に記載の高圧燃料供給ポンプの製造方法において、
    前記Ｃｒ濃化部を、前記弁側Ｃｏ基合金層に対して複数の径の異なる円周状に形成する
    ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプの製造方法。
13. 請求項９に記載の高圧燃料供給ポンプの製造方法において、
    前記Ｃｒ濃化部を、前記弁側Ｃｏ基合金層に対して線状、あるいは螺旋状に形成する
    ことを特徴とする高圧燃料供給ポンプの製造方法。

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