JP2008137098A - 砥石用軸体、軸付き砥石および研削盤ならびに燃料噴射ノズルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 安定的に研削液を供給でき、ドレッシング時における成形が精度良く行われ、加工面精度（真直度）が高い研削加工が可能とされた軸付き砥石を提供する。
【解決手段】 外周に向けて研削液を噴射する噴射孔７ｂが形成された軸体５と、軸体５の先端に固定された砥石３とを備え、軸体５の先端の反対側に位置する基端部には、回転軸に接続されるネジ部５ｂが設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特にディーゼルエンジンやガソリンエンジンの燃料噴射ノズルのニードル弁用シート面の研削に用いて好適な、砥石用軸体、軸付き砥石および研削盤ならびに燃料噴射ノズルの製造方法に関するものである。

一般に、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンには、燃料を噴射するための燃料噴射ノズルが用いられている。この燃料噴射ノズルには、その軸線方向に沿って孔部が形成されており、この孔部内を加圧された燃料が流通する。燃料の噴射量を調整するために、孔部内にはニードル弁が挿入され、孔部の先端側内周面に形成されたシート面に対してニードル弁を当接する構成が多用されている。このシート面（以下、このシート面を「ニードル弁用シート面」という。）は、製造時には最終的に研削加工され、所望の面精度（真直度）を得るようになっている。
研削加工の際には、研削面の焼き付き防止等のため、冷却材となる研削液を供給する。上述のような燃料噴射ノズルのニードル弁用シート面に対する研削加工は、比較的小径とされ軸線方向の寸法が比較的大きい内周面を加工することになるので、安定的に研削液を供給することは容易でない。
比較的小径とされ軸線方向の寸法が比較的大きい内周面（シート面）を研削する公知技術として、下記特許文献１が挙げられる。

特開２００２−１８７２８号公報

上記特許文献１には、ビトリファイド砥石に研削液を供給するための溝または孔を形成した構成が採用されている。これら研削液供給用の溝または孔は、研削面に当接する円錐面に形成されているため、以下の問題を有する。
ドレッシング（目立て）する際に、砥石の円錐面を加工すると、この円錐面に溝または孔が形成されているため、これら溝または孔を形成する角部（縁部）から砥粒が脱落してしまう。脱落した砥粒が円錐面上に残された場合には、この残留砥粒が研削時に悪影響を及ぼし、真直度の悪化を来たしてしまう。また、脱落した砥粒が溝または孔内に滞った場合には、溝または孔が塞がれてしまい、安定的に研削液を供給できず、最終的には砥石の破損を引き起こしてしまうおそれがある。
さらに、ドレッシング時に砥粒の脱落が生じると、砥石の表面形状が整わず、安定した砥石の成形が困難となる。
特に、Ａ（アルミナ）系砥石やＧＣ砥石のようにＣＢＮ砥石よりも砥粒が柔らかい砥石を用いる場合には、上述のような問題が顕著に表れてしまう。
また、特許文献１に示した公知技術のように、砥石の円錐面に溝または孔を形成する場合には、円錐面の面積が限られているため、溝または孔の面積を大きくとることができない。したがって、小さな断面積の溝または孔によって一定量の研削液を供給するために、従来よりも高圧で研削液を流さなければならず、研削液供給設備の設定変更や仕様変更を余儀なくされてしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、安定的に研削液を供給でき、ドレッシング時における成形が精度良く行われ、加工面精度（真直度）が高い研削加工が可能とされた砥石用軸体、軸付き砥石および研削盤ならびに燃料噴射ノズルの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の砥石用軸体、軸付き砥石および研削盤ならびに燃料噴射ノズルの製造方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる砥石用軸体では、先端に砥石が固定されるとともに、その回転軸線回りに回転される砥石用軸体であって、外周に向けて研削液を噴射する噴射流路が形成されていることを特徴とする。

砥石用軸体の先端には砥石が接着等によって固定され得るようになっている。砥石用軸体を、その回転軸線回りに回転させることにより、その先端に固定した砥石を回転させ、砥石を加工面に対して摺動させることにより研削加工を行う。一方、加工面の焼き付きを防止するために加工面には研削液が供給される。本発明の砥石用軸体には、噴射流路が形成されており、この噴射流路を通して研削液を外周に向けて噴射し、加工面へと研削液を供給する。したがって、研削液を供給するための噴射流路を砥石に設ける必要がない。これにより、砥石に孔や溝等の噴射流路を設けることにより、孔や溝を形成する砥石表面の角部近傍で砥粒が脱落し、噴射流路を塞いだりする不具合を回避することができる。
なお、噴射流路の数は任意であり、回転軸線に直交する横断面で見て放射状に複数設けることが好ましい。

さらに、本発明の砥石用軸体では、前記噴射流路は、前記先端側に研削液が噴射されるように前記回転軸線に対して斜めに形成されていることを特徴とする。

研削液が先端側に向くように噴射流路を形成したので、先端側に位置する砥石側に研削液が流れるようになる。これにより、加工面に研削液が導かれるようになり、加工面の冷却が効果的に行われる。

また、本発明の軸付き砥石では、上記いずれかに記載された砥石用軸体と、該砥石用軸体の先端に固定された砥石とを備え、前記砥石用軸体の前記先端の反対側に位置する基端部には、回転軸に接続される接続部が設けられていることを特徴とする。

砥石用軸体の接続部を回転軸に取り付けることによって使用される。したがって、砥石が摩耗した場合には、砥石用軸体の先端に砥石が固定された軸付き砥石のみを交換すればよい。これにより、研削液を噴射する噴射流路を砥石用軸体に備えた軸付き砥石を安価にかつ安定的に供給することができる。

さらに、本発明の軸付き砥石では、前記砥石の先端部には、ワークを研削する円錐面が設けられ、該円錐面は、研削液を供給する溝又は孔が形成されていない連続した面とされていることを特徴とする。

砥石先端の円錐面に向けて研削液が導かれ、この円錐面がワークに対して摺動することにより研削が行われる。円錐面には研削液を供給する溝又は孔が形成されていない連続した面とされているので、この溝や孔を形成する角部で砥粒が脱落するといったことがない。

さらに、本発明の軸付き砥石では、前記砥石は、ＣＢＮ砥石よりも砥粒が柔らかい砥石とされていることを特徴とする。

ＣＢＮ砥石よりも砥粒が柔らかい砥石に、研削液を供給する溝や孔を形成すると、溝や孔を形成する表面上の角部にて砥石が脱落しやすい。このような場合には、砥石用軸体から研削液を供給することとし、砥石には溝や孔を形成しないことが好ましい。
ＣＢＮ砥石よりも砥粒が柔らかい砥石としては、例えばＡ系（アルミナ系）砥石またはＧＣ（Green Carbon）砥石が挙げられる。

さらに、本発明の軸付き砥石では、前記砥石の前記円錐面によって、燃料噴射ノズルのニードル弁用シート面が研削されることを特徴とする。

ディーゼルエンジンやガソリンエンジンに用いられる燃料噴射ノズルには、その軸線方向に沿って形成された孔部内にニードル弁が配置され、このニードル弁の先端がシート面に対して接近離間することにより、燃料の供給タイミングが決定される。燃料噴射ノズルでは、噴射圧力が例えばディーゼルエンジンでは１０００気圧以上といったように高圧であるため、耐圧を考慮して細い内径の孔部が用いられる。したがって、孔部は、細くかつ軸線方向に長い形状となり、燃料噴射ノズルの先端に位置するニードル弁用シート面の研削は困難なものとなる。特に、細長い形状の孔部の先端側に形成された研削面に研削液を供給することは困難となる。本発明によれば、砥石用軸体に形成した噴射流路から適切に研削液が導かれるので、精度良く研削を行うことができる。

さらに、本発明の軸付き砥石では、前記砥石および／または前記砥石用軸体の外周面には、研削液を先端へと導く案内溝が形成されていることを特徴とする。

案内溝により研削液が先端へと導かれ、研削液が加工面に安定的に供給されることとなる。案内溝としては、例えば螺旋状に形成された螺旋溝が挙げられる。

また、本発明の研削盤は、上述のいずれか砥石用軸体と、該砥石用軸体の先端に固定された砥石と、前記先端の反対側に位置するとともに、これら砥石用軸体および砥石を回転軸線回りに回転させる駆動モータと、前記噴射流路よりも前記先端の反対側に位置する基端部側から研削液を供給する研削液供給手段とを備えていることを特徴とする。

砥石用軸体に形成した噴射流路から研削液を供給するとともに、この噴射流路よりも基端部側に位置する研削液供給手段によって研削液を供給することとした。これにより、研削液供給手段によって供給された研削液によって、噴射流路よりも基端部側に研削液の層（又は膜）が形成され、この層によって噴射流路からの研削液を孔部内に閉じ込めることができる。これにより、噴射流路から供給された研削液は、優先的に先端部側へと導かれることになる。

また、本発明の燃料噴射ノズルの製造方法では、砥石用軸体の先端に固定された砥石を、燃料噴射ノズルの軸線方向に沿って形成された孔部に挿入し、上述のいずれかの砥石用軸体から研削液を供給しつつ、前記孔部の先端側に形成されたニードル弁用シート面を研削し、次いで、該シート面から外部へと連通する燃料噴射孔を形成することを特徴とする。

ニードル弁用シート面を研削した後に、このシート面から外部へと連通する燃料噴射孔を形成する工程を採用する場合には、燃料噴射ノズルの先端に形成される燃料噴射孔用いて研削液を供給することができない。本発明では、砥石用軸体に形成した噴射流路を用いて研削液を供給することとし、安定的に加工面へと研削液を供給することとした。また、砥石に形成した溝または孔を用いて研削液を供給しないので、これら溝または孔を形成する表面上の角部から砥粒が脱落するといった不具合を回避することができる。
なお、前記砥石用軸体から研削液の供給を開始した後に、前記砥石によって前記ニードル弁用シート面を研削することが好ましい。

本発明によれば、研削液を外周に向けて噴射する噴射流路を砥石用軸体に形成することとしたので、砥石に研削液を供給するための溝または孔を形成する必要がない。したがって、砥石をドレッシングする際には容易に所望の形状に成形することができ、精度良い加工が可能となる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について、図１を用いて説明する。
図１には、ディーゼルエンジン又はガソリンエンジン等の燃料噴射ノズルの加工に用いて好適な軸付き砥石１の縦断面が示されている。軸付き砥石１は、砥石３と、軸体（砥石用軸体）５とを備えている。
砥石３としては、ＣＢＮ砥石よりも砥粒が柔らかい砥石が用いられ、例えば、アルミナを砥粒とするＡ系砥石や、ＧＣ（Green Carbon）砥石が用いられる。砥石３の先端（図において左方）は、円錐部３ａとされており、この円錐部３ａの外表面を形成する円錐面がワークの加工面（シート面）に当接して摺動することにより、研削が行われる。円錐部３ａの頂角が形成する角度は、約６０°とされている。円錐部３ａの大径部側には円筒部３ｂが一体的に接続されている。円筒部３ｂの直径は、約３ｍｍ程度とされている。このように、円錐部３ａと円筒部３ｂとから構成される砥石は、中実とされており、内部に溝や孔が形成されていない。したがって、円錐部３ａの外表面を形成する円錐面は、溝又は孔が形成されていない連続した面となっている。

軸体５は、金属製とされており、例えば構造用炭素鋼とされるＳＣＭ材が用いられる。軸体５は、その先端側（図において左方）に設けられた本体部５ａと、本体部５ａに接続され、本体部５ａよりも小径とされたネジ部（接続部）５ｂとを備えている。軸体５の先端には、砥石３が固定されるようになっている。具体的には、本体部５ａの先端に設けられた凸部５ｃが砥石３の円筒部３ｂの端面に形成された凹部３ｂ１に嵌合された上で、接着により固定されるようになっている。
軸体５の中心軸線上に沿って、導入孔７ａが形成されている。この導入孔７ａは、ネジ部５ｂ及び本体部５ａにわたって形成されており、ネジ部５ｂの基端部（後端）から本体部５ａの先端まで貫通している。導入孔７ａには、基端部側から研削液が導入されるようになっている。

軸体５の本体部５ａには、さらに、噴射孔（噴射流路）７ｂが形成されている。噴射孔７ａは、複数設けられており、例えば、本体部５ａの中心から放射状に向けて４本設けられている。噴射孔７ｂから供給された研削液が外周側へと噴射されるようになっている。噴射孔７ｂの上流側（本体部５ａの中心側）は、導入孔７ａの中途位置に接続されている。噴射孔７ｂは、上流から下流にいくにしたがい、砥石３が接続された先端側（図において左方）を向くように、軸体５の中心軸線に対して斜めに形成されている。これにより、噴射孔７ｂから噴射された研削液が砥石３側へと流れるようになっている。

軸体５のネジ部５ｂには、雄ねじが形成されており、回転駆動力を伝達する回転軸（図３の符号２２参照）の先端に螺結されるようになっている。したがって、砥石３が摩耗した後に交換する場合は、このネジ部５ｂを回転させて取り外すことにより、軸付き砥石１の交換が行われる。あるいは、軸体５から砥石３を取り外すようにしても良い。

図２には、図１に示した軸付き砥石１の変形例が示されている。図２に示した軸付き砥石２は、導入孔および噴射孔が図１の軸付き砥石１と異なり、その他の構成は同様である。従って、同一部材については同一符号を用い、その説明を省略する。
図２の軸付き砥石２の導入孔８ａは、軸体５の中心軸線上に沿って形成されているが、図１の導入孔７ａのように先端部まで貫通していない。すなわち、ネジ部５ｂの基端側（後端）から形成された導入孔８ａは、本体部５ａの凸部５ｃの中途位置までしか形成されていない。このように、導入孔８ａを貫通させないようにしたので、研削液の流体圧が砥石３に加わることがなく、砥石３と軸体５との固定が弱い場合に、加工中に砥石３が外れてしまうおそれがない。

また、噴射孔８ｂは、軸体５の中心軸線に対して直交するように設けられている。このように噴射孔８ｂを軸体５の中心軸線に直交するように設けても研削液が砥石３側に十分流れるような場合には、このような構成が好適である。なぜなら、噴射孔８ｂを形成する際にドリルを軸体５に対して直角に進行させるだけで済み、加工が容易になるという利点があるからである。

次に、図３を用いて、本実施形態にかかる軸付き砥石を用いた使用方法である燃料噴射ノズルの製造方法について説明する。
図３には、燃料噴射ノズル１０に対して研削を行う直前の状態が示されている。燃料噴射ノズル１０には、基端部１０ａから先端部１０ｂに向けて、中心軸線に沿って孔部１２が形成されている。この孔部１２内にニードル弁（図示せず）が挿入され、ニードル弁の進退によって孔部１２内に供給される燃料の噴射量が決定される。孔部１２の先端は行き止まりとなっており、燃料噴射ノズルの外部と連通していない。つまり、研削加工時には、燃料噴射ノズル１０の先端１０ｂには燃料噴射孔が形成されていない。
孔部１２の先端側には、内周面が円錐形状とされたシート面（ニードル弁用シート面）１２ａが形成されている。シート面１２ａを形成する壁部１０ｃには、このシート面１２ａと外部とを連通させる燃料噴射孔１４が、研削後に形成される。したがって、図３では、燃料噴射孔１４は破線で示されている。

図３の右方には、研削盤２０が示されている。研削盤２０は、先端に軸付き砥石１が固定される回転軸体２２と、この回転軸体２２を回転駆動する駆動モータ（図示せず）の駆動力を伝達する回転基部２４と、駆動モータの回転を制御する制御部（図示せず）とを備えている。さらに、研削盤２０は、研削液またはエアを供給する供給経路２６を備えている。供給経路２６は、接続された軸付き砥石１の導入孔７ａに連通するようになっている。供給経路２６には、三方弁３０を介して、研削液またはエアが供給される。

上記構成により、燃料噴射ノズル１０のシート面１２ａは、以下のように研削される。
先ず、燃料噴射孔１４が形成されていない燃料噴射ノズル１０を、研削盤２０の固定部（図示せず）に固定する。
そして、研削盤２０の回転軸体２２の先端部に対して、軸付き砥石１を回転させることによって、軸付き砥石１のねじ部５ｂを回転軸体２２の雌ねじ部（図示せず）に螺合する。
軸付き砥石１が研削盤２０の回転軸体２２に固定された後、駆動モータにより、回転軸体２２および軸付き砥石１を回転させる。そして、図示しない並進駆動装置により、回転軸体２２および軸付き砥石１を燃料噴射ノズル１０側へと進行させる。
軸付き砥石１の先端が燃料噴射ノズル１０に近づくと、研削液の供給が開始され、供給経路２６、導入孔７ａおよび噴射孔７ｂを通って、研削液が外部へと噴射される。そして、軸付き砥石１は燃料噴射ノズル１０の孔部１２へと挿入され、シート面１２ａに対して、砥石３の円錐部３ａ（図３には示されていない。図１及び図２参照）の円錐面が燃料噴射ノズル１０のシート面１２ａに当接する。この状態で、砥石３の円錐面が研削液を介してシート面１２ａに対して摺動し、研削が行われる。このとき、研削液は、軸体５に設けた噴射孔７ｂから連続的に供給される。なお、切り屑の除去等のため、砥石３の円錐部３ａ（図３には示されていない。図１及び図２参照）をシート面１２ａから離間させた後、断続的にエアを供給するようにしても良い。また、研削液がシート面１２ａに効果的に回り込むように、回転軸体２２の回転数を連続的に又はステップ状に変化させても良い。
研削が終了すると、図示しない並進駆動装置により、軸付き砥石１及び回転軸体２２を孔部１２から抜き出して、燃料噴射ノズル１０から退避させる。退避させる際には、研削液の供給は停止される。
そして、研削済みの燃料噴射ノズル１０を取外し、燃料噴射孔１４を形成する後の工程へと搬送する。
そして、次の燃料噴射ノズル１０が取り付けられ、上述と同様の研削が行われる。

研削を複数回繰り返し行うと、砥石３の円錐部３ａ（図３には示されていない。図１及び図２参照）の表面形状が荒れてくるので、ドレッシング（目立て）が行われる。本実施形態の砥石１の円錐部３ａ（図３には示されていない。図１及び図２参照）表面には、研削液供給のための溝や孔が形成されていないので、ドレッシングが精度良くかつ容易に行われる。

以上の通り、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
軸体５に噴射孔７ｂを形成し、研削液を外周に向けて噴射して研削面へと研削液を供給することとし、研削液を供給するための噴射孔を砥石に設けない構成とした。これにより、砥石に孔や溝等の噴射孔を設けることにより、孔や溝を形成する砥石表面の角部近傍で砥粒が脱落し、噴射流路を塞いだりする不具合を回避することができる。
また、軸付き砥石１では、研削液が先端側に向くように噴射孔７ｂを形成したので、先端側に位置する砥石側に研削液が流れやすいようになる。これにより、研削面に研削液が導かれるようになり、研削面の冷却を効果的に行うことができる。

また、本実施形態は、以下のように変形を施すことができる。
図４に示すように、研削加工時に、燃料噴射ノズル１０の基端部側に位置する研削液供給ノズル（研削液供給手段）３２から、研削液を供給することとしても良い。これにより、研削液供給ノズル３２によって供給された研削液により、軸付き砥石１の噴射孔よりも基端部１０ａ側に研削液の層（又は膜）が形成され、この層によって噴射孔からの研削液を閉じ込めることができる。したがって、軸体に設けた噴射孔から供給された研削液は、優先的に先端部側へと導くことができる。

また、図４に示すように、回転軸体２２の先端部の外周面、および／または軸付き砥石１の本体部５ａの外周面、および／または砥石３の円筒部３ｂの外周面に、螺旋溝（案内溝）４０を形成しても良い。この螺旋溝４０により研削液が燃料噴射ノズル１０の孔部１２の先端側へと導かれ、研削液をシート面に安定的に供給することができる。

なお、本実施形態では、砥粒が脱落しやすいＡ系砥石やＧＣ砥石を用いることとしたが、ＣＢＮ砥石を用いても良い。
また、図３に示した軸体５と回転軸体２２とを一体として、砥石３のみを交換する構成としても良い。このような構成とすれば、一体とした軸体５および回転軸体２２に対して超硬工具鋼を適用することができ、曲げ剛性を大きくすることができる。大きな曲げ剛性とすることにより、先端となる砥石のたわみ量が減り、加工精度を向上させることができる。
また、本実施形態の軸付き砥石１では、軸体５にねじ部５ｂを有する構成として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、軸体５を、ねじ部が形成されていないストレートシャフトとしても良い。

本発明の一実施形態にかかる軸付き砥石を示した縦断面図である。 図１の軸付き砥石の変形例を示した縦断面図である。 本発明の一実施形態にかかる軸付き砥石を用いて研削をおこなう直前の状態を示した概略側面図である。 本発明の変形例を示した縦断面図である。

符号の説明

１ 軸付き砥石
３ 砥石
３ａ 円錐部
５ 軸体（砥石用軸体）
５ｂ ネジ部（接続部）
７ｂ，８ｂ 噴射孔（噴射流路）
１０ 燃料噴射ノズル
１２ａ シート面（ニードル弁用シート面）
１４ 燃料噴射孔
２０ 研削盤
４０ 螺旋溝（案内溝）

Claims (10)

1. 先端に砥石が固定されるとともに、その回転軸線回りに回転される砥石用軸体であって、
   外周に向けて研削液を噴射する噴射流路が形成されていることを特徴とする砥石用軸体。
2. 前記噴射流路は、前記先端側に研削液が噴射されるように前記回転軸線に対して斜めに形成されていることを特徴とする請求項１記載の砥石用軸体。
3. 請求項１又は２に記載された砥石用軸体と、
   該砥石用軸体の先端に固定された砥石と、を備え、
   前記砥石用軸体の前記先端の反対側に位置する基端部には、回転軸に接続される接続部が設けられていることを特徴とする軸付き砥石。
4. 前記砥石の先端部には、ワークを研削する円錐面が設けられ、
   該円錐面は、研削液を供給する溝又は孔が形成されていない連続した面とされていることを特徴とする請求項３記載の軸付き砥石。
5. 前記砥石は、ＣＢＮ砥石よりも砥粒が柔らかい砥石とされていることを特徴とする請求項４に記載の軸付き砥石。
6. 前記砥石の前記円錐面によって、燃料噴射ノズルのニードル弁用シート面が研削されることを特徴とする請求項４又は５に記載の軸付き砥石。
7. 前記砥石および／または前記砥石用軸体の外周面には、研削液を先端へと導く案内溝が形成されていることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の軸付き砥石。
8. 請求項１又は２に記載された砥石用軸体と、
   該砥石用軸体の先端に固定された砥石と、
   前記先端の反対側に位置するとともに、これら砥石用軸体および砥石を回転軸線回りに回転させる駆動モータと、
   前記噴射流路よりも前記先端の反対側に位置する基端部側から研削液を供給する研削液供給手段と、
   を備えていることを特徴とする研削盤。
9. 砥石用軸体の先端に固定された砥石を、燃料噴射ノズルの軸線方向に沿って形成された孔部に挿入し、
   請求項１又は２に記載された砥石用軸体から研削液を供給しつつ、前記孔部の先端側に形成されたニードル弁用シート面を研削し、
   次いで、該シート面から外部へと連通する燃料噴射孔を形成する
   ことを特徴とする燃料噴射ノズルの製造方法。
10. 前記砥石用軸体から研削液の供給を開始した後に、前記砥石によって前記ニードル弁用シート面を研削することを特徴とする請求項９記載の燃料噴射ノズルの製造方法。

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