JP3431378B2 - 弁のシール面の仕上加工方法および弁のシール面の仕上加工装置および弁装置 - Google Patents
弁のシール面の仕上加工方法および弁のシール面の仕上加工装置および弁装置Info
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Description
り流したりしてその流体の流れを操作する弁に係わり、
特に高品質な表面と形状のシール面を形成するための弁
のシール面の仕上加工方法および弁のシール面の仕上加
工装置および弁装置に関する。
ど種々の弁装置の分野で利用されている。これらの弁
は、一方のシール面(以下、適宜着座面という)を有す
る弁体と、その弁体を着座させる他方のシール面(以
下、適宜弁座面という)をほぼ逆円錐状を成す流路面上
に有する弁座形成体とを備えており、弁体のシール面と
弁座形成体のシール面の間を密着させることで流体をシ
ールする(閉弁)状態と、弁体のシール面と弁座形成体
のシール面の間を開くことで流体を流す(開弁)状態と
を切り替えることで流れを操作する。また、これらの弁
の閉弁時に流体漏れを起こさないようにするシール性
(密封性)の必要性は、上記開弁と閉弁によって流体の
流れを操作するという弁の基本機能から派生している。
目的とした従来の技術について説明する。一般に燃料噴
射弁等における着座面を有する弁体および弁座面を有す
る弁座形成体は、頻繁な弁の開閉に耐えうる耐摩耗性と
燃料に対する耐食性とを備えた材料、例えばマルテンサ
イト系ステンレス鋼などを焼入れ処理して用いられる。
上記のような弁体の着座面および弁座形成体の弁座面の
最も一般的な製造方法(仕上加工方法)としては、両者
ともに焼入れ処理した後で研削仕上する方法が採用され
ていた(以下、第1の従来技術という)。
殊な方法として、精密球体(精密ボール)をプランジャ
ロッドに接合し弁体として利用する方法もあった(以
下、第2の従来技術という)。
記載のように、弁座面の研磨加工をせず、そのかわりに
弁座形成体に別途設けられている案内孔をバニッシュ仕
上するのに合わせて、弁座面の軸方向真上からその弁座
面に工具を当てて仕上加工する方法がある(以下、第3
の従来技術という)。
載のように、プレス設備を用い、弁体の形状に近似した
プレス治具を弁座面に押圧しその形状を転写、即ち塑性
変形させる仕上加工方法がある(以下、第4の従来技術
という)。
記載のように、弁体と弁座形成体とをそれぞれの軸心を
合わせて部組みした状態とし、弁体の着座面と弁座形成
体の弁座面の間に研磨剤を供給し、弁体または弁座形成
体のいずれか一方を回転させることにより着座面と弁座
面を擦り合わせてなじませ、密着度を高める仕上加工方
法がある(以下、第5の従来技術という)。
と弁座形成体をそれぞれの軸心を合わせて部組みした状
態で、弁体の着座面と弁座形成体の弁座面の間に研磨剤
を供給し、なおかつ両者間に軸方向に作用する高周波振
動運動を加える方法が取り上げられている(以下、第6
の従来技術という)。
背景にして、種々の方法が採用されているが、これらの
方法を大きく分類すると、弁体の着座面および弁座形成
体の弁座面をそれぞれ別個に精密加工して所定の精度を
得ようとする個別仕上方式(上記第1から第4の従来技
術)と、弁体と弁座形成体を部組みして対にした状態で
着座面と弁座面をなじませ両者のなじみを改善しようと
する部組み仕上方式(上記第5および第6の従来技術)
とに分けられる。
は、弁体と弁座形成体とがそれぞれ互換性を有している
が、その反面、弁体の着座面および弁座形成体の弁座面
のそれぞれの真円度や、表面あらさや、形状などに非常
に高い加工精度が要求される。そのため、従来の仕上加
工技術では、年々高まる弁の高いシール性の要求に応え
ることが難しく、生産性の向上や不良率の低下を図ると
いった観点からも不利になってきている。
着座面および弁座形成体の弁座面を個別に研削仕上する
方法では、砥石の切削能力や摩耗量などを定量的に管理
することが難しく、またスクラッチのようなシール性に
とって致命的な傷が発生することも避けにくい。特に、
小径の軸付砥石を高速回転させて行なわれる弁座面の研
削仕上においては高精度を確保することが難しく、品質
管理や設備操作や段取りなどには作業者の熟練を必要と
し、さらに設備が高価でその高い精度の維持にも多くの
労力を要する。このようなことから、第1の従来技術に
よれば、生産性が低くなり、コストも高くなり、また加
工精度の飛躍的向上は望めない。
をプランジャロッドに接合し弁体を形成しても、その精
密ボールの着座面にぴったりと合う高精度な弁座面が弁
座形成体に形成できなければ、大きなシール性の向上は
期待できない。
に設けられた案内孔のバニッシュ仕上に合わせて弁座面
の軸方向真上から工具を当てる方法は、上記のような研
削仕上に比べれば作業性は良いが、弁座面においては同
時に仕上がる案内孔の形状の影響を受けて良好な真円度
を確保しにくく、また加工痕が弁座面の周方向にしか形
成されないため表面あらさも改善されにくい。
を弁座面に押圧しその形状を転写する方法では、押圧終
了後に押圧力を取り除くと材料がわずかに元の形状に戻
ろうとするスプリングバックと呼ばれる現象が起こる。
このスプリングバックは塑性加工に特有の現象である。
このため、弁座面に所望の真円度や形状が得られず、さ
らに押圧時に弁座面とプレス治具との間に異物などを噛
み込んだ場合、弁座面に傷が付くことがある。
仕上後の弁体と弁座形成体のそれぞれに互換性がないと
いう生産面での欠点がある。このため、例えば、仕上加
工完了後に対になった弁体と弁座形成体を分解して洗浄
や乾燥などの後処理を行う場合、弁体と弁座形成体のそ
れぞれの対が不明にならないよう十分に注意して取り扱
わねばならず、加工や組立の生産ラインの構成が複雑に
なる。従って、設備費が高くなり、メンテナンスなども
やっかいとなり、コストが高くなり、生産性の向上が望
めなくなるという問題が発生する。また、高硬度な着座
面とやはり高硬度な弁座面の間に研磨剤を供給して仕上
加工すると、細かい砥粒が着座面や弁座面の表面に食い
込み、後でこれを取り除くのに非常に苦労し、もしこの
食い込んだ砥粒が着座面や弁座面に残ってしまった場合
には弁の耐久性が劣化するおそれがある。
弁体と弁座形成体とをそれぞれの軸心を合わせて部組み
し、相対的に回転させて擦り合わせる方法においては、
着座面と弁座面の間に供給する研磨剤の動きがほとんど
周方向に限定されて加工痕が一方向にしか付かず、場所
によって加工の進み方が異なるため、表面あらさの大き
なぎざぎざな面になりがちである。例えば、時間をかけ
て多くの体積を修正仕上しょうとすると、このような現
象が顕著に表れる。
のであり、その目的は、弁のシール面の精度や品質を安
定して確保でき、弁体と弁座形成体の間に互換性を持た
せることも可能で、耐久性がよくシール性の高い弁を高
い生産性を確保しながら生産することができる弁のシー
ル面の仕上加工方法および弁のシール面の仕上加工装置
および弁装置を提供することである。
め、本発明によれば、一方のシール面を有する弁体と、
前記弁体を着座させる他方のシール面を含みほぼ逆円錐
状を成す流路面を有する弁座形成体とを備え、前記弁体
のシール面と前記弁座形成体のシール面の間を密着させ
ることで流体をシールする状態と、前記弁体のシール面
と前記弁座形成体のシール面の間を開くことで流体を流
す状態とを切り替えることが可能な弁の前記シール面の
仕上加工方法において、前記弁座形成体と球体状軸付工
具のいずれか一方の側に弾性体からなる柔軟部を設け、
前記弁座形成体における逆円錐状のシール面に前記球体
状軸付工具を押し付けることで、前記シール面の中心に
前記球体状軸付工具を求心させ、前記弁座形成体におけ
る逆円錐状のシール面の軸心を中心にその弁座形成体を
回転させると共に、前記弁座形成体のシール面の軸心に
対して傾斜する他の軸心を中心に前記球体状軸付工具を
回転させ、研磨剤を供給することなく前記弁座形成体と
前記球体状軸付工具とをお互いに擦り合わせることによ
り前記弁座形成体の逆円錐状のシール面の真円度と表面
あらさを修正することを特徴とする弁のシール面の仕上
加工方法が提供される。
逆円錐状の流路面の軸を中心に回転する弁座形成体に、
球体状軸付工具を回転させながら押付け、両者をお互い
に擦り合わせることにより、球体状軸付工具の球形状を
弁座形成体の弁座面に転写しシール面を形成する。この
時、球体状軸付工具の回転軸を、弁座形成体の回転軸に
対して傾斜する軸とすることにより、上記球体状軸付工
具の形状転写作用に加え、球体状軸付工具と弁座形成体
の間には弁座形成体の弁座面をより高精度な凹球面に収
斂させようとする力が作用する。このような力は、球体
状軸付工具の回転軸と弁座形成体の回転軸とが一致して
いる場合には生じない。従って、たいへん良好な真円度
と良好な形状の弁座面が得られる。
同様に凸球面に収斂させるような力が作用するため、多
くの弁座形成体の弁座面を加工して摩耗する場合にも、
球体状軸付工具側の球形状表面は長期間にわたって精密
な球形状を保つことができる。
流路面上に形成される凹球面状の弁座面の幅寸法より
も、その弁座面に接触して加工を行なう球体状軸付工具
の当り面、即ち弁座面に接触する面の幅寸法の方が広く
なる。このため球体状軸付工具の摩耗量がその表面上で
分散されて寿命が延びる。また、弁座面の表面に形成さ
れる加工痕が周方向に一方向にしか付かないということ
にはならず、弁座面の表面に交差する多数の加工痕が形
成され、加工の進行に従って弁座面の表面全体にその加
工痕が分散され、より突出した部分が優先的に加工、修
正されていく。そのため、非常に良好な表面あらさや真
円度等が得られる。更に、弁座形成体と球体状軸付工具
のいずれか一方の側に弾性体からなる柔軟部を設けるこ
とにより、球体状軸付工具を弁座面へ押し付ける際に、
球体状軸付工具の球形状表面が自動的に弁座形成体の弁
座面の中心に求心される。そのため、高精度を要求され
るやっかいな弁座面と球体状軸付工具の心出し作業が省
略でき、生産性が飛躍的に向上する。また、たとえ逆円
錐状の流路面の軸が弁座形成体の回転軸に対し多少偏心
して取り付けられていても、上記柔軟部の働きで加工中
に球体状軸付工具が自動的に弁座面に追従するよう動く
ので、無理な力がかからずに良好な加工精度が得られ
る。
安定して確保することが容易になり、弁のシール性が向
上し、生産性の向上やコストの低減にも寄与できる。ま
た、本発明は部組み仕上方式ではなく、着座面と弁座面
の間に研磨剤を供給することもないので、弁体と弁座形
成体の間に互換性を持たせることが可能であり、しかも
研磨剤を取り除く必要もなく、砥粒が着座面や弁座面に
残って弁の耐久性が損なわれるようなことがない。
おいて、好ましくは、弁体のシール面を真球度3μm以
内の精密球体で構成し、かつその弁体のシール面の曲率
半径に対する前記球体状軸付工具の球体状面の曲率半径
の誤差を±0.01mm以下にする。
m以内の精密球体で構成することにより、弁体が弁座形
成体の弁座面に接触した時のシール性に影響する微小隙
間を極めて小さくすることができる。また、精密球体は
精密加工が比較的容易であり、真円度や、表面あらさ
や、直径寸法なども高精度なものが簡単に低価格で入手
しやすく、弁体を生産する上でのコストが大幅に低減さ
れる。さらに、弁体のシール面の曲率半径に対する球体
状軸付工具の球形状表面の曲率半径の誤差を、±0.0
1mm以下にすることにより、着座面の曲率半径と弁座
面の曲率半径の誤差をその範囲に収めることができ、着
座面の凸状の曲率半径とほぼ同寸法の凹状の曲率半径を
有する弁座面が形成できる。このため、上記弁座面と上
記着座面を合わせた際に、面接触の良好な密着状態が得
られ、シール性の優れた弁が構成できる。
の表面に多数の加工痕が形成されるようにし、かつその
加工痕の形成方向の交差角が90°以下の鋭角で規則的
に交差するように弁座形成体と球体状軸付工具とをお互
いに擦り合わせる。
下の鋭角で規則的に交差する多数の加工痕を弁座形成体
のシール面の表面に形成することにより、閉弁時に着座
面と弁座面の間にわずかに侵入した液体が、交差して連
なった加工痕に沿って複雑に流れる効果(以下、ラビリ
ンス効果と称する)が発揮され、わずかに侵入した液体
が一方向に流れてシール面より漏れるような微小な漏れ
が食い止められる。従って、シール性が向上する。
痕を形成するに際して、弁座面からの深さが3μm以下
の微小な痕跡として加工痕を形成することにより、着座
面と弁座面の密着性がより良好となってシール性が向上
し、さらに弁を連続的に作動させた時の摩耗量も少なく
なり耐久性が向上する。
くは、球形状表面に少なくとも1本の溝を形成したもの
を用いる。このように、球体状軸付工具として、その球
形状表面に少なくとも1本の溝を形成した工具を用いる
ことにより、球体状軸付工具と弁座形成体の弁座面を擦
り合わせる際に、球体状軸付工具の球形状表面に形成し
た溝のコーナ部、即ち球形状表面と溝側壁の境界部分が
より積極的に加工を促進する。さらに、加工中に発生す
る微細な加工粉は球形状表面に形成した溝によって加工
部分から容易に排除される。このため、仕上加工の能力
が高まると共に工具の長寿命化が図れる。
によれば、一方のシール面を有する弁体と、前記弁体を
着座させる他方のシール面を含みほぼ逆円錐状を成す流
路面を有する弁座形成体とを備え、前記弁体のシール面
と前記弁座形成体のシール面の間を密着させることで流
体をシールする状態と、前記弁体のシール面と前記弁座
形成体のシール面の間を開くことで流体を流す状態とを
切り替えることが可能な弁の前記シール面の仕上加工装
置において、前記弁座形成体における逆円錐状のシール
面の軸心を中心にその弁座形成体を回転させる弁座形成
体回転駆動手段と、前記弁座形成体における逆円錐状の
シール面に押し付けて前記弁座形成体のシール面の真円
度と表面あらさを修正する球体状軸付工具と、前記球体
状軸付工具と前記弁座形成体のいずれか一方の側に設け
られ、前記球体状軸付工具が前記シール面に押し付けら
れるときに前記シール面の中心に前記球体状軸付工具を
求心させる弾性体からなる柔軟部と、前記弁座形成体の
シール面の軸心に対して傾斜する他の軸心を中心に前記
球体状軸付工具を回転させる球体状軸付工具回転手段と
を有することを特徴とする弁のシール面の仕上加工装置
が提供される。
明によれば、上記のような弁のシール面の仕上加工方法
によってシール面が仕上加工された弁を採用して構成さ
れた弁装置が提供される。
て、図1から図13を参照しながら説明する。
座面1aの仕上加工方法およびその仕上加工装置を一部
断面によって示す図である。弁座形成体1はワーク保持
具21で保持され、ワーク保持具21に連結されたワー
ク回転ユニット22により弁座面1aの軸心23(X軸
とする)を中心に図中矢印24で示すように回転する仕
組みになっており、さらに、ワーク回転ユニット22は
スライドユニット25により図中矢印26で示す上下方
向に動作可能に保持されている。スライドユニット25
は、固定部25a上をスライド部25bが矢印26の方
向にスライドする構成となっている。
された球体工具部31よりなる球体状軸付工具30は、
連結軸32の取り付け部32bが工具保持具33の取り
付け孔33aにはめ込むことにより保持され、工具保持
具33に連結された工具回転ユニット34により球体状
軸付工具30の軸心35(U軸とする)を中心に図中矢
印36で示すように回転する仕組みになっている。また
球体状軸付工具30の球体工具部31は、弁座形成体1
に設けられたほぼ逆円錐状の流路面1b上における弁座
面1aに接触して収まる位置に配置され、球体状軸付工
具30の軸心35(U軸)は弁座面1aの軸心23(X
軸)に対して角度θだけ斜めに傾けて配置されている。
て、弁座面1aに対して球体工具部31が図中矢印37
で示す押し付け力で押し付けられ、この状態で弁座形成
体1はX軸を中心に回転駆動され、同時に球体状軸付工
具30はU軸を中心に回転駆動される。これにより弁座
面1aと球体工具部31が擦り合わされて、弁座面1a
の形状修正加工がなされる。なお、本発明者らの実験に
よると、スライドユニット25を利用して弁座形成体1
を矢印26方向に動かし、球体工具部31を弁座面1a
に押し付けたり離したりしながら加工を進めることによ
り、より良好な加工精度が得られることが判明した。
いて図2から図7を用いて説明する。本実施形態は、弁
座面1aに球体状軸付工具30を押し付けて両者を回転
させ、お互いに擦り合わせることにより、球体工具部3
1の球形状を弁座面1aに転写しシール面を形成しよう
とするものであるが、その時に、弁座面1aの軸心23
(X軸)に対し球体状軸付工具30の軸心35(U軸)
を角度θだけ斜めに傾けた状態でお互いに回転させるこ
とにより、球体工具部31の形状転写作用に加え、球体
状軸付工具30と弁座形成体1の間には弁座面1aをよ
り高精度な凹球面に収斂させようとする力が作用する。
このような力は、球体状軸付工具30の35(U軸)と
弁座面1aの軸心23(X軸)とが一致している場合に
は生じない。従って、図2に示すように、たいへん良好
な真円度と良好な形状の弁座面1aが極めて短時間で得
られる。但し、図2は、本実施形態によって弁座面を仕
上加工する前と仕上加工した後の弁座面1aの真円度
(μm)の変化を、加工時間(S)を横軸にして表した
グラフである。
体工具部31表面にも同様に凸球面に収斂させるような
力が作用するため、多くの弁座形成体1の弁座面1aを
加工して摩耗する場合にも、球体状軸付工具30側の球
体工具部31表面は長期間にわたって精密な球形状を保
つことができる。
1における弁座面1aと球体状軸付工具30における球
体工具部31の接触状態を拡大して示す図である。本実
施形態によれば、ほぼ逆円錐状の流路面1b上に形成さ
れる凹球面状の弁座面1aの幅寸法LMよりも、その弁
座面1aに接触して加工を行なう球体工具部31の当り
面、即ち弁座面1aに接触する面の幅寸法LTの方が広
くなる。このため球体状軸付工具30の摩耗量がその表
面上で分散されて寿命が延びる。
部31の材質は弁座面1aよりも高硬度なもの、例え
ば、超硬合金製の精密ボールが使用され、これを連結軸
32に溶接して用いる。球体工具部31の他の材質とし
ては、焼入れ鋼、焼結合金、セラミック、ルビーなどを
使ってもよい。また、球体工具部31を連結軸32に固
定する他の方法としては、精密ボールを孔のあいたキャ
ップで締め付ける方法、あるいは球体工具部31と連結
軸32とを初めから一体の材料から削りだす方法などを
採用してもよい。
図4に示すように、軸方向から見て放射状をなす複数本
の溝30Aを球形状表面(球体工具部31a)に刻んだ
球体状軸付工具30aを工具として用いる方法が有効で
ある。この溝30Aは単石ダイヤモンド等を用いて刻む
ことができる。なお、溝30Aは複数本であっても1本
であってもよく、幅を例えば数10μm程度、深さを例
えば数10μm程度とするのがのが望ましく、さらに擦
り合わせ部分にガソリン系の潤滑剤を供給するのが望ま
しい。このような球体状軸付工具30aを用いることに
より、弁座形成体1の弁座面1aとの擦り合わせの際
に、溝30Aのコーナ部がより積極的に加工を促進す
る。加工中に発生する微細な加工粉は溝30Aによって
加工部分から容易に排除することができる。従って、仕
上加工の能力が高まると共に工具の長寿命化が図れる。
能力を高めるためには、球体工具部31の表面にエッチ
ングやコーティングを施したり、あるいは面取り、すり
割等の加工を施してもよい。
斜視図であり、図6は、図5の弁座面1aのVI部拡大図
である。本実施形態によれば、弁座面1aの表面に形成
される加工痕が周方向に一方向にしか付かないという従
来のような問題は生じず、図5および図6に示すよう
に、弁座面1aの表面に、形成方向の交差角がαとなる
ように規則的に交差する多数の加工痕(クロスハッチと
もいう)1fが形成され、加工の進行に従って弁座面1
aの表面全体に加工痕1fが分散され、より突出した部
分が優先的に加工、修正されていく。そのため、非常に
良好な表面あらさや真円度等が得られる。なお、交差角
αについては、擦り合わせる工程を重ねて行うことで2
種類以上の交差角を組み合わせることもできる。
施形態では、交差角αを90°以下の鋭角になるように
する。これにより、弁装置(図10、図12、図13参
照)の閉弁時に弁体15の着座面15a(図8、図9参
照)と弁座面1aの間にわずかに侵入した液体が、交差
して連なった加工痕1fに沿って複雑に流れるラビリン
ス効果が発揮され、わずかに侵入した液体が一方向に流
れて着座面15aと弁座面1aの間より噴射孔1cに漏
れる微小な漏れが食い止められる。従って、シール性が
向上する。
的に交差する多数の加工痕1fを形成するに際して、弁
座面1aからの深さが3μm以下の微小な痕跡として加
工痕1fを形成する。これにより、着座面15aと弁座
面1aの密着性がより良好となってシール性が向上し、
さらに弁を連続的に作動させた時の摩耗量も少なくなり
耐久性が向上する。
果を示す。但し、図7は、図6中矢印Cの方向に測定し
た結果であって、(a)は仕上加工する前の表面あらさ
を、(b)は仕上加工した後の表面あらさを示す。本実
施形態により、例えば図7(a)に矢印1hで示すよう
に突出した部分が、図7(b)に示すように除去されて
非常に良好な表面あらさが得られる。なお、図7におい
て、四角い枠で囲んだ数字(μm)は、表面あらさの最
大値を示す。
後に、必要に応じて、弾力性のある工具等でさらに磨き
仕上げしてシール性(密封性)を一層向上させてもよ
い。この時、加工痕1fが周方向に一方向にしか形成さ
れているのではなく、斜めに形成されているため、磨き
仕上げもやりやすい。
工した弁座面1aを有する弁座形成体1と、プランジャ
ロッド14に球形状部分15Aを取り付けた弁体15と
を組み合わせた弁10aを示す断面図である。また、図
9は図8のIX部の拡大図であって、弁座面1aと弁体1
5の着座面15aの接触部を示す図である。弁体15に
おいては、プランジャロッド14の溶接部14aに球形
状部分15Aが溶接されている。
5Aを真球度3μm以内の精密球体で構成する。これに
より、弁体15の着座面15aが弁座形成体1の弁座面
1aに接触した時のシール性に影響する微小隙間を極め
て小さくすることができる。また、精密球体は精密加工
が比較的容易であり、真円度や、表面あらさや、直径寸
法なども高精度なものが簡単に低価格で入手しやすく、
弁体15を生産する上でのコストが大幅に低減される。
30の球体状面の曲率半径RT(図3参照)と、弁体1
5の着座面15aの曲率半径RVとを近似的に同寸法と
して弁座面1aを仕上加工する。これにより、着座面1
5aの凸状の曲率半径RVとほぼ同寸法の凹状の曲率半
径RMを有する弁座面1aが形成できる。このためこの
弁座面1aと着座面15aを合わせた際に、図中接触長
さLで示す面接触の良好な密着状態が得られ、シール性
に影響する微小隙間を極めて小さくしてシール性の優れ
た弁10aが構成できる。
に対する球体状軸付工具30の曲率半径RTの誤差を±
0.01mm以下、即ち、 RV−0.01(mm)≦RT(mm)≦RV+0.01(mm) となるようにすれば、概ね両者を近似的に同寸法にした
とみなすことができる。
成した弁装置について説明する。図10は、そのような
弁装置の一例であるガソリンエンジン用の電磁式燃料噴
射弁の構成を示す断面図である。
磁コイル11、外部固定鉄心を構成するヨーク12、内
部固定鉄心を構成するコア13、およびヨーク12の下
部に装着された弁座形成体1などにより成る。ヨーク1
2の内部には、燃料流路の一部を成す流路区域12aが
形成され、この流路区域12aの中央部には、上端側が
可動鉄心部14bで下側に球形状部分15Aが付いたプ
ランジャロッド14が、戻しばね17を介して軸方向に
往復動可能に配置されている。図8で前述したように、
球形状部分15Aとプランジャロッド14とで弁体15
が構成されている。
面1aを含みほぼ逆円錐状を呈する流路面1bと燃料を
吐出する噴射孔1cが設けられ(図5参照)、また弁座
形成体1の上側底面には、プランジャロッド14の往復
運動の案内と燃料を旋回させる役割をもつスワラー16
が配置されている。
17が弁体15の着座面15aを弁座形成体1の弁座面
1aに押し付けるような力を作用させ、これにより閉弁
動作が行われる。一方、電磁コイル11の通電時には、
プランジャロッド14上端側の可動鉄心部14bがヨー
ク12およびコア13と共に磁気回路を構成し、戻しば
ね17の力に抵抗して所定のストロークで吸引移動す
る。この吸引動作により弁体15の着座面15aが弁座
形成体1の弁座面1aから離れて開弁し、燃料はスワラ
ー16で旋回され微粒化して噴射孔1cからエンジンの
吸気マニホルド内に噴射される。
弁時すなわち電磁コイル11が非通電状態にあるときに
は、弁体15の着座面15aと弁座形成体1の弁座面1
aの製作精度に起因した両者間の微小な隙間を通って、
燃料が吸気マニホルド内にわずかに漏れる現象が懸念さ
れる。そのため、電磁式燃料噴射弁10では、弁10A
のシール性を確保して上記のような漏れの現象を回避す
ることが望まれ、それが最も重要な機能の一つとなって
いるのである。特に、近年では自動車の有害排気ガス低
減や、エンジン再始動性改善などの市場ニーズを背景に
して、エンジン停止後の燃料噴射弁のシール性を極限ま
で高めることへの要求がますます強くなってきている。
求に応えるためには、弁体15の着座面15aと弁座形
成体1の弁座面1aの高精度化、特に真円度や表面あら
さなどの加工精度向上がキーポイントであり、一般的に
は真円度が1μm以内で、表面あらさRmaxが1μm以
内であることなどが必要となっている。本実施形態によ
れば、たいへん良好な真円度と良好な形状および表面あ
らさの弁座面1aが得られるため、上記のような燃料噴
射弁のシール性向上の要求に十分応えることが可能であ
る。
た場合と本発明の弁座面の仕上法を採用した場合のそれ
ぞれについて、電磁式燃料噴射弁の閉弁時の単位時間当
たりの燃料漏れ量を比較した図である。但し、燃料漏れ
量の測定は多数のサンプルについて行い、図11にはそ
の平均値、最小値、平均値と標準偏差値(σ)の3倍と
の和を示した。
合、従来に比べて燃料漏れ量を低下することができ、そ
の測定値のばらつきも約3分の1に低減できた。これ
は、弁のシール性の向上によるものである。
いて、図12および図13により説明する。
球体状とするのではなく、着座面115aを円錐面と円
柱面の境界部分に周状に形成したタイプの燃料噴射弁を
示す断面図である。このようなタイプの燃料噴射弁で
も、弁座形成体101の弁座面101aを本実施形態に
よって仕上加工すれば、良好な真円度、良好な形状およ
び良好な表面あらさの弁座面101aが得られ、弁のシ
ール性が向上する。
1aを底面201eと内面201gの間のコーナ部に形
成し、弁座形成体201を本体200内に収容したタイ
プの燃料噴射弁を示す断面図である。但し、プランジャ
ロッド214に球形状部分215Aを取り付けた弁体2
15は図8および図10と同様の形状である。また、弁
座形成体201の下部には液体の通路261を有する遮
蔽板260が取り付けられている。このようなタイプの
燃料噴射弁では、弁座面201aの加工範囲が狭くても
よいため、加工能率および加工精度を向上でき有利であ
る。また、本実施形態に係わる仕上加工前の加工も容易
である。
1aの軸心23(X軸)に対し球体状軸付工具30の軸
心35(U軸)を角度θだけ斜めに傾けた状態でお互い
に回転させるので、たいへん良好な真円度と良好な形状
の弁座面1aを短時間で得ることができる。また、球体
状軸付工具30側の球体工具部31表面は、多くの弁座
面1aの加工により摩耗する場合にも、長期間にわたっ
て精密な球形状を保つことができる。また、凹球面状の
弁座面1aの幅寸法LMよりも弁座面1aに接触する球
体状軸付工具30の当たり面の幅寸法LTの方が広くな
るため、球体状軸付工具30の摩耗量が分散されて寿命
が延びる。さらに、弁座面1aの表面に規則的に鋭角に
交差する多数の加工痕1fが形成されるので、加工痕1
fが分散され、突出した部分が優先的に加工、修正さ
れ、非常に良好な表面あらさや真円度等が得られる。
以内の精密球体で構成するので、弁体15と弁座形成体
1のシール性に影響する微小隙間を極めて小さくするこ
とができる。また、精密球体を使用することにより、弁
体の生産コストを大幅に低減できる。さらに、弁体15
の曲率半径に対する球体状軸付工具30の曲率半径の誤
差を、±0.01mm以下にするので、着座面15aの
曲率半径とほぼ同じ曲率半径の弁座面1aが形成でき、
面接触の良好な密着状態が得られ、シール性の優れた弁
が構成できる。
fを、鋭角で規則的に交差するようにするので、ラビリ
ンス効果が発揮され、シール性が向上する。さらに、そ
の加工痕1fの深さを3μm以下とするので、着座面1
5aと弁座面1aの密着性がより良好となってシール性
が向上し、弁を連続的に作動させた時の摩耗量も少なく
なり耐久性が向上する。
0Aを形成した工具球体状軸付工具30aを用いれば、
溝30Aのコーナ部がより積極的に加工を促進し、加工
中に発生する微細な加工粉が溝30Aによって容易に排
除される。その結果、仕上加工の能力が高まると共に工
具の長寿命化が図れる。
安定して確保することが容易になり、弁のシール性が向
上し、生産性の向上やコストの低減にも寄与できる。ま
た、本実施形態は部組み仕上方式ではなく、着座面と弁
座面の間に研磨剤を供給することもないので、弁体と弁
座形成体の間に互換性を持たせることが可能であり、し
かも研磨剤を取り除く必要もなく、砥粒が着座面や弁座
面に残って弁の耐久性が損なわれるようなことがない。
2、図13のような電磁式燃料噴射弁に限らず、油圧制
御弁や空圧弁への適用、さらにはその他の弁応用機器な
ど、閉弁時に高いシール性(密封性)を必要とする弁な
らばどんな弁への適用も可能であり、特に、弁を量産す
る場合に適している。
図14により説明する。
弁座面1aの仕上加工方法およびその仕上加工装置を一
部断面によって示す図である。なお、この図において、
図1と同等の部材等には同じ符号を付してある。本実施
形態が前述の第1の実施形態と相違する点は、球体状軸
付工具30とそれを回転させるための工具回転ユニット
34との間に柔軟機構として機能する弾性体継手40を
配置し、球体状軸付工具30を柔軟に保持した点であ
る。これにより、矢印36で示す工具回転ユニット34
による回転は、弾性体継手40を介して球体状軸付工具
30に伝えられる。弾性体継手40は弾性体41を備
え、その一端の取り付け孔40bには連結部材42の取
付け部42aがボルト40Bにより固定され、かつ連結
部材42の取付け部42bが工具保持具33の取り付け
孔33aにはめ込まれている。また、弾性体継手40の
他端の取り付け孔40aには連結部材43の取付け部4
3bがボルト40Aにより固定され、かつ連結部材43
の先端部43aには溶接等により球体工具部31が連結
されている。
ニット38により図中矢印39で示す上下方向に動作可
能に保持されている。スライドユニット38は、固定部
38a上をスライド部38bが矢印39の方向にスライ
ドする構成となっている。この構成でも図1のスライド
ユニット25と同様の機能を得ることができる。
面1aに矢印37方向に押し付けた時には、弾性体継手
40の作用により弁座面1aの軸心23(X軸)に対す
る球体状軸付工具30の軸心35(U軸)の角度θが適
宜に変更され、球体状軸付工具30の球体工具部31表
面が自動的に弁座形成体1の弁座面1aの中心に求心さ
れる。そのため、高精度を要求されるやっかいな弁座面
1aと球体状軸付工具30の心出し作業が省略でき、生
産性が飛躍的に向上する。また、たとえ弁座形成体1の
逆円錐状の流路面1bの軸心が弁座形成体1を回転させ
るワーク回転ユニット22の回転軸に対し多少偏心して
取り付けられていても、弾性体継手40の働きで加工中
に球体状軸付工具30が自動的に弁座面1aに追従する
よう動くので、無理な力がかからずに良好な加工精度が
得られる。
わみを利用することで、球体状軸付工具30から弁座面
1aへの適切な押し付け力37を発生させることがで
き、さらにこの力を加工中安定して保つことができる。
てはダイヤフラムやゴムなどの弾性体ほか、コイルばね
や板ばねなどの弾性体、あるいは弾性を有する継手類な
どを採用してもよく、場合によってはユニバーサルジョ
イントなども採用可能である。なお、このような弾性体
継手を本実施形態のように球体状軸付工具30側に取り
付けるのではなく、弁座形成体1側、即ちワーク保持具
21に取り付けても良い。
うに、弁座面1aと球体状軸付工具30の接触部に加工
液50を供給する。この加工液50は加工液供給ユニッ
ト51にためておき、加工液配管52より弁座面1aと
球体状軸付工具30の接触部に噴出する。加工液50と
しては低粘度の石油系鉱物油が適しており、弁座面1a
と球体状軸付工具30の焼付きの防止、加工粉の除去、
工具寿命の延長などの点で有効に作用し、さらに適切な
添加剤を加えれば加工能率の向上が図れる。加工液50
の種類としては、上記石油系鉱物油以外に水溶性のクー
ラント液などを使ってもよい。
軸付工具30と工具回転ユニット34との間に球体状軸
付工具30を取り付けるので、球体状軸付工具30を自
動的に弁座面1aの中心に求心させることができる。そ
のため、高精度を要求されるやっかいな弁座面1aと球
体状軸付工具30の心出し作業が省略でき、生産性が飛
躍的に向上する。また、流路面1bの軸心がワーク回転
ユニット22の回転軸に対し多少偏心して取り付けられ
ていても、弾性体継手40の働きで加工中に球体状軸付
工具30が自動的に弁座面1aに追従するよう動くの
で、無理な力がかからずに良好な加工精度が得られる。
たわみを利用することで、球体状軸付工具30から弁座
面1aへの適切な押し付け力37を発生させることがで
き、さらにこの力を加工中安定して保つことができる。
座面の回転軸に対し球体状軸付工具の回転軸を傾斜させ
た状態でお互いに回転させるので、大変良好な真円度と
良好な形状の弁座面を短時間で得ることができる。ま
た、球体状軸付工具の精密な球形状を長期間にわたって
保つことができ、その摩耗量が分散されて寿命が延び
る。さらに、弁座面の表面に交差する多数の加工痕が形
成されるので、突出部分の加工、修正により非常に良好
な表面あらさや真円度等が得られる。
して確保することが容易になり、弁のシール性が向上
し、生産性の向上やコストの低減にも寄与できる。ま
た、本実施形態は部組み仕上方式ではなく、着座面と弁
座面の間に研磨剤を供給することもないので、弁体と弁
座形成体の間に互換性を持たせることが可能であり、し
かも研磨剤を取り除く必要もなく、砥粒が着座面や弁座
面に残って弁の耐久性が損なわれるようなことがない。
の精密球体で構成するので、シール性に影響する微小隙
間を極めて小さくすることができ、弁体の生産コストを
大幅に低減できる。さらに、弁体と球体状軸付工具の曲
率半径の誤差を±0.01mm以下にするので、着座面
とほぼ同じ曲率半径の弁座面が形成でき、面接触の良好
な密着状態が得られ、シール性の優れた弁が構成でき
る。
痕を弁座形成体のシール面の表面に形成するので、シー
ル性が向上する。さらに、加工痕の深さを3μm以下と
するので、シール性の向上および耐久性の向上が図れ
る。
形成した工具球体状軸付工具を用いるので、積極的に加
工が促進され、加工中に発生する微細な加工粉が容易に
排除され、その結果、仕上加工の能力が高まると共に工
具の長寿命化が図れる。
けるので、弁座面と球体状軸付工具の心出し作業が省略
でき、生産性が飛躍的に向上する。
面の仕上加工方法およびその仕上加工装置を一部断面に
よって示す図である。
座面を仕上加工する前と仕上加工した後の弁座面の真円
度(μm)の変化を、加工時間(S)を横軸にして表し
たグラフである。
面と球体状軸付工具における球体工具部の接触状態を拡
大して示す図である。
溝を刻んだものを用いる方法を説明する図である。
拡大図である。
らさの測定結果を示す図であって、(a)は仕上加工す
る前の表面あらさを、(b)は仕上加工した後の表面あ
らさを示す。
を有する弁座形成体と、弁体とを組み合わせた弁を示す
断面図である。
の接触部を示す図である。
あるガソリンエンジン用の電磁式燃料噴射弁の構成を示
す断面図である。
明の弁座面の仕上法を採用した場合のそれぞれについ
て、電磁式燃料噴射弁の閉弁時の燃料漏れ量を比較した
図である。
って、着座面を円錐面と円柱面の境界部分に周状に形成
したタイプの燃料噴射弁を示す断面図である。
図であって、弁座形成体の弁座面をコーナ部に形成した
タイプの燃料噴射弁を示す断面図である。
座面の仕上加工方法およびその仕上加工装置を一部断面
によって示す図である。
Claims (7)
- 【請求項1】一方のシール面を有する弁体と、前記弁体
を着座させる他方のシール面を含みほぼ逆円錐状を成す
流路面を有する弁座形成体とを備え、前記弁体のシール
面と前記弁座形成体のシール面の間を密着させることで
流体をシールする状態と、前記弁体のシール面と前記弁
座形成体のシール面の間を開くことで流体を流す状態と
を切り替えることが可能な弁の前記シール面の仕上加工
方法において、 前記弁座形成体と球体状軸付工具のいずれか一方の側に
弾性体からなる柔軟部を設け、前記弁座形成体における
逆円錐状のシール面に前記球体状軸付工具を押し付ける
ことで、前記シール面の中心に前記球体状軸付工具を求
心させ、前記弁座形成体における逆円錐状のシール面の
軸心を中心にその弁座形成体を回転させると共に、前記
弁座形成体のシール面の軸心に対して傾斜する他の軸心
を中心に前記球体状軸付工具を回転させ、研磨剤を供給
することなく前記弁座形成体と前記球体状軸付工具とを
お互いに擦り合わせることにより前記弁座形成体の逆円
錐状のシール面の真円度と表面あらさを修正することを
特徴とする弁のシール面の仕上加工方法。 - 【請求項2】請求項1記載の弁のシール面の仕上加工方
法において、前記弁体のシール面を真球度3μm以内の
精密球体で構成し、かつ前記弁体のシール面の曲率半径
に対する前記球体状軸付工具の球形状表面の曲率半径の
誤差を±0.01mm以下にすることを特徴とする弁の
シール面の仕上加工方法。 - 【請求項3】請求項1記載の弁のシール面の仕上加工方
法において、前記弁座形成体のシール面の表面に多数の
加工痕が形成されるようにし、かつその加工痕の形成方
向の交差角が90°以下の鋭角で規則的に交差するよう
に前記弁座形成体と前記球体状軸付工具とをお互いに擦
り合わせることを特徴とする弁のシール面の仕上加工方
法。 - 【請求項4】請求項3記載の弁のシール面の仕上加工方
法において、前記加工痕の前記弁座形成体のシール面か
らの深さを3μm以下とすることを特徴とする弁のシー
ル面の仕上加工方法。 - 【請求項5】請求項1から4のうちいずれか1項記載の
弁のシール面の仕上加工方法において、前記球体状軸付
工具として、その球形状表面に少なくとも1本の溝を形
成したものを用いることを特徴とする弁のシール面の仕
上加工方法。 - 【請求項6】一方のシール面を有する弁体と、前記弁体
を着座させる他方のシール面を含みほぼ逆円錐状を成す
流路面を有する弁座形成体とを備え、前記弁体のシール
面と前記弁座形成体のシール面の間を密着させることで
流体をシールする状態と、前記弁体のシール面と前記弁
座形成体のシール面の間を開くことで流体を流す状態と
を切り替えることが可能な弁の前記シール面の仕上加工
装置において、 前記弁座形成体における逆円錐状のシール面の軸心を中
心にその弁座形成体を回転させる弁座形成体回転駆動手
段と、前記弁座形成体における逆円錐状のシール面に押
し付けて前記弁座形成体のシール面の真円度と表面あら
さを修正する球体状軸付工具と、前記球体状軸付工具と
前記弁座形成体のいずれか一方の側に設けられ、前記球
体状軸付工具が前記シール面に押し付けられるときに前
記シール面の中心に前記球体状軸付工具を求心させる弾
性体からなる柔軟部と、前記弁座形成体のシール面の軸
心に対して傾斜する他の軸心を中心に前記球体状軸付工
具を回転させる球体状軸付工具回転手段とを有すること
を特徴とする弁のシール面の仕上加工装置。 - 【請求項7】請求項1から5のうちいずれか1項記載の
弁のシール面の仕上加工方法によってシール面が仕上加
工された弁を採用して構成された弁装置。
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JP31988995A JP3431378B2 (ja) | 1995-06-22 | 1995-12-08 | 弁のシール面の仕上加工方法および弁のシール面の仕上加工装置および弁装置 |
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JP7-156166 | 1995-06-22 | ||
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