JP2012200823A - メタルシール部の加工方法および加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な方法で加工精度を高め、真円度および面粗度を向上させて油密性を確保するとともに、装置の簡素化により、生産コストを抑制できるメタルシール部の加工方法および加工装置を実現する。
【解決手段】ボデーＢ１に設けたテーパ面状のボデーシートＢ２に、ニードルＮの先端に形成したテーパ面状のシート面Ｎ３を着座させるメタルシール部の加工を、ボデーＢ１の中心軸に対してニードルＮの中心軸を傾斜させ、ボデーシートＢ２中心に対してシート面Ｎ３中心を偏芯配置して行なう。シート面Ｎ３とボデーシートＢ２の間に遊離砥粒を介在させた状態で、ニードルＮに自転運動と、ボデーＢ１の中心軸周りに偏芯回転させるすりこぎ運動を与えることにより、シート面Ｎ３とボデーシートＢ２を同時に仕上加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、内燃機関の燃料噴射装置や燃料供給装置に用いられる燃料噴射弁、圧力制御弁または流量制御弁等のように、テーパ形状のシート面を有する２つの部材を密着させるメタルシール部において、シート面を仕上加工するための加工方法および加工装置に関する。

一例として、燃料噴射弁のメタルシール部構造を、図８（ａ）に示す。図中に拡大して示すように、燃料噴射弁のノズル部は、ボデー１０１の先端部内周に、テーパ状のボデーシート面１０２を有しており、ニードル１０３先端のテーパ状のシート面１０４のなす角度を、ボデーシート面１０２のなす角度よりも大とし傾斜を緩やかにすることで、ニードルエッジ１０５がボデーシート面１０２に着座してシールする構成となっている。

このメタルシール部構造は、ニードルエッジ１０５が当接する位置での線状シールとなるために、シート面の真円度と面粗度が油密性に大きく影響する。そこで、一般に、所定のテーパ形状に加工した後、さらにシート表面の仕上加工を行って油密性を高めている。メタルシール部の加工方法として、例えば、特許文献１には、ノズルボデーの弁座面と
ニードル弁先端の着座面との間にラップ材を介在させ、両者のうちいずれか一方を回転させるとともに、他方を回転しないように把持して摺合わせる方法が開示されている。

また、特許文献２には、円錐状砥石を使用して、ボデーの弁座に着座するニードル先端のシート部を形成する加工方法が開示されている。特許文献２の方法を、図９（ａ）、（ｂ）に示すと、ニードル２０１は、フレキシブルチャック２０２に上端が保持され、ガイド２０３に案内されて、先端が円錐状砥石２０４に対向している。円錐状砥石２０４は、ニードル２０１のシート面２０５に対応する円錐面２０６を有し、スピンドル２０７を回転させてニードル２０１に回転運動を与え、円錐面２０６の凸部でシート面２０５の凸部を除去する。また、加工中にニードル２０１と円錐状砥石２０４を離間させて、接触状態を変えることにより削り残しを少なくしている。

特開昭６０−２４２９５６号公報 特開平８−１０５３７０号公報

近年、車両から排出されるＨＣ量が問題となっており、規制がより厳しくなる傾向にある。特に、燃料圧力が高圧となる燃料噴射装置では、機関停止中に燃料噴射ノズルから燃料が漏れ出るおそれがあり、メタルシール部の油密性をさらに高めて、燃料漏れ量を最小限とすることが要求されている。燃料噴射装置の各部において圧力制御や流量制御に用いられる制御弁についても、制御性を向上させるためにメタルシール部の加工精度を向上させることが望まれている。

しかしながら、特許文献１に開示される方法は、実機のニードルとノズルボデーの組み合わせにおいて予め摺合わせを行い、当接する両シート面をなじませる効果はあるものの、加工面の真円度向上に十分な効果は得られない。このため、実機以外の組合せにおいて、油密性要求を満足させることは難しい。また、図８（ａ）のように、ニードルエッジ１０５がボデーシート面１０２に圧接した状態で加工されるため、図８（ｂ）のように、当接位置が削られて、ボデーシート面１０２に段差ができやすい。この場合、何らかの理由で段差にニードルが乗り上げ、本来のシート位置からずれると、隙間が形成されて燃料漏れを生じるおそれがある。

特許文献２に開示される方法は、テーパ形状の研削面を有する総型砥石を、メタルシール部のテーパ面に同軸で押し付ける精密仕上加工（シートホーニング）に関する。この方法は、図９（ａ）、（ｂ）におけるニードル２０１と円錐状砥石２０４の同軸度が、加工精度に大きく影響するために、高精度な位置決め制御が必要で、装置構成が大掛かりになりやすい。また、円錐状砥石２０４による加工では、加工位置が一定であり、加工が進行して円錐面２０６の凸部が磨耗すると、それ以上真円度や面粗度が向上しにくくなる。特許文献２の方法では、加工中にニードル２０１を離間させニードル２０１を離間させて接触位置を変えることで対応しているが、加工に手間がかかる上、真円度や面粗度の改善にも限界がある。

さらに、特許文献２の方法では、ニードル用とボデー用の総型砥石をそれぞれ用意して、別々に加工する必要がある。例えば、シートホーニング用の加工装置では、ノズルボデーを加工対象とする場合、ワークとなるノズルボデーを保持するワーク保持コレットを台座上に固定し、その上方に、シート加工用の砥石を対向配置する。砥石は、モータを備える砥石軸の先端に固定され、砥石位置を任意に調整可能な高精度ステージを使用して、ワークとの同軸度を確保し（例えば、同軸１μｍ以下）、モータを高速回転させて（例えば、回転数２００００ｒｐｍ）、加工を行う。また、砥石の円錐面を成形するための角度可変なドレッサやドレッサ駆動用の高速回転モータを付設している。

このように、従来の加工方法では、メタルシール部の加工精度が不十分であるか、あるいは、高度な位置決め機構や砥石のドレッサを含む大型装置が必要となり、生産コストが増大しやすい。そこで、本発明の目的は、より簡易な方法でメタルシール部の加工精度を高め、真円度および面粗度をさらに向上させることが可能であり、油密性を確保して燃料漏れ等を防止し、生産コストを抑制できるメタルシール部の加工方法および加工装置を実現することにある。

本発明の請求項１に記載の発明は、ボデー部材に設けた第１のテーパ面に、軸部材の先端に形成した第２のテーパ面を当接させるメタルシール部の加工方法であって、上記ボデー部材の中心軸に対して上記軸部材の中心軸を傾斜させるとともに、上記第１のテーパ面中心に対して上記第２のテーパ面中心を偏芯させて配置し、上記第２のテーパ面と上記第１のテーパ面の間に遊離砥粒を介在させた状態で、上記軸部材をその中心軸周りに回転させる自転運動と、上記ボデー部材の中心軸周りに偏芯回転させるすりこぎ運動を与えることにより、上記第１のテーパ面および上記第２のテーパ面の仕上加工を行うことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の発明は、ボデー部材に設けた第１のテーパ面に、軸部材の先端に形成した第２のテーパ面を当接させるメタルシール部の加工方法であって、上記ボデー部材を加工対象とし、上記軸部材と同一形状の第２のテーパ面を有する加工用軸部材を用いて、上記ボデー部材の中心軸に対して上記加工用軸部材の中心軸を傾斜させるとともに、上記第１のテーパ面中心に対して上記第２のテーパ面中心を偏芯させて配置し、上記第１のテーパ面と上記第２のテーパ面の間に砥粒を介在させた状態で、上記加工用軸部材をその中心軸周りに回転させる自転運動と、上記ボデー部材の中心軸周りに偏芯回転させるすりこぎ運動を与えることにより、上記第１のテーパ面の仕上加工を行うことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の発明は、ボデー部材に設けた第１のテーパ面に、軸部材の先端に形成した第２のテーパ面を当接させるメタルシール部の加工方法であって、上記軸部材を加工対象とし、上記ボデー部材と同一形状の第１のテーパ面を有する加工用ボデー部材を用いて、上記加工用ボデー部材の中心軸に対して上記軸部材の中心軸を傾斜させるとともに、上記第１のテーパ面中心に対して上記第２のテーパ面中心を偏芯させて配置し、上記第１のテーパ面と上記第２のテーパ面の間に砥粒を介在させた状態で、上記軸部材をその中心軸周りに回転させる自転運動と、上記加工用ボデー部材の中心軸周りに偏芯回転させるすりこぎ運動を与えることにより、上記第２のテーパ面の仕上加工を行うことを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の発明は、上記砥粒を、上記第１のテーパ面と第２のテーパ面の間に介在させた遊離砥粒とする。また、本発明の請求項５に記載の発明は、上記砥粒を、上記加工用ボデー部材の第１のテーパ面、または上記加工用軸部材の第２のテーパ面に埋設した砥粒とする。

本発明の請求項６に記載の発明は、上記ボデー部材または上記加工用ボデー部材の上記第１のテーパ面と、上記軸部材または上記加工用軸部材の上記第２のテーパ面のシート角度の差を、角度差αとし、上記ボデー部材または上記加工用ボデー部材の中心軸と、上記軸部材または上記加工用軸部材の中心軸とのなす角度を、偏芯角度βとした時に、上記偏芯角度βが上記角度差αより小さくなるように設定する。

本発明の請求項７に記載の発明は、上記偏芯角度βが、上記ボデー部材と上記軸部材の組付け後の上記軸部材倒れ角度範囲より大きくなるように設定する。

本発明の請求項８に記載の発明は、ボデー部材に設けた第１のテーパ面に、軸部材の先端に形成した第２のテーパ面を当接させるメタルシール部の加工を行なう加工装置であって、
上記ボデー部材を位置決め保持するボデー保持部と、
上記軸部材を上記ボデー部材の中心軸に対して傾斜させ上記第１のテーパ面中心に対して上記第２のテーパ面中心を偏芯させた状態で支持するボール部材と、該ボール部材を上記ボデー部材の中心軸周りに偏芯回転させる回転部材を有し、上記軸部材にすりこぎ運動を与えるすりこぎ運動伝達部と、
上記軸部材に装着される保持部材と、該保持部材と一体的に上記軸部材をその中心軸周りに回転させる回転部材を有し、上記軸部材に自転運動を与える自転運動伝達部と、を備えることを特徴とする。

本発明の請求項９に記載の発明は、上記第１のテーパ面が上記ボデー部材に設けたテーパ面状の座面であり、該座面に、上記第２のテーパ面であり上記軸部材となる弁部材の先端に形成したテーパ面状のシート面を着座させてメタルシールする。

本発明の請求項１の方法は、メタルシール部の軸部材とボデー部材を組み合わせ、軸部材に自転運動とすりこぎ運動を与えながら、第１のテーパ面と第２のテーパ面の間に介在させた遊離砥粒が当接面の凸部を削る動作を繰り返す。すりこぎ運動により、第１のテーパ面と第２のテーパ面の当接位置が固定されず、円周方向と軸方向の動作を行なうことで、加工範囲を広くし、かつ均一に加工することができる。さらに、第１のテーパ面と第２のテーパ面の間に遊離砥粒が入りやすくなり、加工を促進する。これにより、真円度と面粗度を向上させる効果が得られ、簡易な方法で加工精度を大きく向上させることができる。

したがって、燃料噴射弁のノズル部の加工等に適用されて、従来より油密性を高めることができる。また、軸部材とボデー部材を、同時に仕上加工することができるので、それぞれの形状に合わせた総型砥石が不要で、加工時間も短縮できる。しかも、加工時の同軸度を従来のように高精度に設定する必要がなく、砥石の位置決め機構や砥石成形用のドレッサ等を備える大掛かりな装置が不要となるので、製作コストを大幅に削減できる。

本発明の請求項２に記載の方法は、メタルシール部のボデー部材の加工を、軸部材と略同一形状の加工用軸部材を用いて行なう。本発明の加工方法は、軸部材およびボデー部材のそれぞれについて、真円度および面粗度を向上させる効果があるので、その一方、例えばボデー部材のみを加工対象とすることもできる。その場合は、他方を専用の加工用軸部材とすることで、効率良い加工が可能になる。

また、請求項３に記載の方法は、メタルシール部の軸部材の加工を、ボデー部材と略同一形状の加工用ボデー部材を用いて行なう。同様に、軸部材のみを加工対象とし、専用の加工用ボデー部材を用いることもでき、効率良い加工が可能になる。

請求項４に記載の方法は、請求項２、３において、第１のテーパ面と第２のテーパ面の間に遊離砥粒を介在させることで、容易に第１のテーパ面または第２のテーパ面を加工することができる。また、砥粒を加工用軸部材または加工用ボデー部材と一体化したものを使用することもでき、同様の効果が得られる。

本発明の請求項６に記載の方法は、ボデー部材に対する軸部材の偏芯角度βを、両部材のテーパ面のシート角度差αよりも小さくするので、軸部材の第２のテーパ面が加工時にボデー部材の第１のテーパ面から浮き上がることがない。そして、第２のテーパ面の全周が第１のテーパ面に当接した状態で仕上加工がなされるので、加工面の全体を均一に加工することができる。

本発明の請求項７に記載の方法は、偏芯角度βを、ボデー部材と軸部材の組付け後に想定される軸部材の倒れ角度範囲より大きくするので、ボデー部材の着座範囲より広い範囲を確実に加工することができる。

本発明の請求項８に記載の装置は、ボデー保持部によってボデー部材を保持した状態で、すりこぎ運動伝達部のボール部材によって軸部材の位置決めを行い、この状態で、回転部材によりボール部材を介して、軸部材にすりこぎ運動を与える。同時に、自転運動伝達部の回転部材により保持部材を介して、軸部材に自転運動を与えることができるので、これら複合動作により、簡易な構成で効果的にメタルシール部の仕上加工ができる。

本発明の請求項９に記載の発明のように、好適には、ボデー部材に設けたテーパ面状の座面に、弁部材の先端に形成したテーパ面状のシート面を着座させてメタルシールする構成に適用されると、加工精度を大きく向上させ、弁部のシール性を高めるために有効である。

（ａ）は本発明の加工方法を説明するための加工装置の概略構造図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図、（ｃ）は加工方法を説明するためのボデー展開図である。 （ａ）は本発明の加工装置の全体構成図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。である。 （ａ）は本発明が適用される燃料噴射弁の全体構成を示す縦断面図、（ｂ）はニードルの全体構成図および一部拡大図、（ｃ）はボデーの全体構成図および一部拡大図である。 （ａ）、（ｂ）は偏心角度βとシート角度差αの関係を表す図、（ｃ）はシート角度差αを説明するための図である。 （ａ）はニードルとボデーの位置関係を表す図、（ｂ）は偏心角度βの設定範囲を説明するための図である。 （ａ）は本発明の効果を説明するためのノズル先端部の概略図、（ｂ）は従来の加工方法を説明するための図、（ｃ）は本発明による加工位置を説明するためのノズル先端部の拡大断面図、（ｄ）は本発明の効果を説明するためのボデーシートの概略図である。 （ａ）は本発明方法により加工したボデーのシート表面形状を示す図、（ｂ）は本発明方法により加工したニードルのシート表面形状を示す図である。 （ａ）は燃料噴射弁のノズル部構成を説明するための部分拡大断面図、（ｂ）は従来の加工方法によるボデー加工面の状態を説明するための図である。 （ａ）は従来の加工方法を説明するための加工装置の概略構造図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。

以下、本発明の具体的な実施形態を、図面により詳細に説明する。図１は、本発明の加工方法を説明するための装置概略図であり、図２は、本発明の加工方法を実現するための加工装置の全体構成図であり、図３は、本発明の加工対象となるメタルシール部として、ガソリンエンジン用燃料噴射弁Ｉのノズル部構成を示す図である。まず、図３により本発明方法が適用される燃料噴射弁Ｉのメタルシール部について説明する。図３（ａ）において、燃料噴射弁Ｉは、筒状ハウジングＨの下端部に固定した筒状部材Ｈ１内に、軸部材（弁部材）としてのニードルＮを摺動可能に保持し、筒状部材Ｈ１の下端部に、ボデー部材としてのボデーＢを固定して、燃料噴射ノズルを形成している。

ボデーＢは概略筒状で、その筒内にニードルＮの先端部（図の下端部）が挿通保持されている。ニードルＮの基端部（図の上端部）外周には、筒状の電磁コイルＨ２が配設されており、ハウジングＨの上端部外周に突設したコネクタＨ３を介して外部の通電制御装置に接続される。ハウジングＨの筒内は燃料流路となっており、外部の燃料供給通路から、上端開口部に装着されるフィルタ部材Ｆを通過して、燃料が内部に流入する。

図３（ｂ）に示すように、筒状のニードルＮは、内部をハウジングＨの筒内に連通する燃料流路としており、下端部筒壁に設けた複数の開口Ｎ１を介して、ボデーＢ内空間と連通している。ニードルＮの上端部は、やや肉厚の大径部Ｎ２となり、筒状部材Ｈ１に対して摺動可能に配置されてニードルＮを位置決め保持している。ニードルＮの先端部外周面は、第２のテーパ面でありシート面Ｎ３となるもので、下方へ向けて縮径するテーパ面状に加工されている。

一方、図３（ｃ）に示すように、ボデーＢは、下端部に噴孔プレートＢ１が溶接固定され、その直上の下端内周面を、第１のテーパ面であり座面となるボデーシートＢ２として、下方へ向けて縮径するテーパ面状に加工している。図３（ａ）において、ニードルＮは上端側に配置されるスプリングＨ４によって下方に付勢され、先端のシート面Ｎ３が、ボデーシートＢ２に着座して、燃料流路を閉鎖するようになっている。電磁コイルＨ２に通電すると、ニードルＮがスプリングＨ４のばね力に抗して上方に吸引駆動され、先端のシート面Ｎ３が、ボデーシートＢ２から離座して、燃料が噴射される。

この時、図１（ｂ）に示すように、ニードルＮのシート面Ｎ３とボデーＢのボデーシートＢ２は、テーパ面の角度に差を持たせてあり（シート角度差：α）、ニードルＮのシート面Ｎ３を、ボデーシートＢ２に対して傾斜がわずかに緩やかとなるように設定している。これにより、ニードルＮのシート面Ｎ３先端側において、ボデーシートＢ２との間に隙間が形成され、シート面Ｎ３上端側のエッジ部Ｎ４が、ボデーシートＢ２に着座する。すなわち、ニードルＮのシート面Ｎ３は、エッジ部Ｎ４の全周がボデーシートＢ２に当接して、円環状のメタルシール部を形成する。

このメタルシール部からの燃料漏れを防止するには、エッジ部Ｎ４近傍のシート面Ｎ３と、ボデーシートＢ２のエッジ部Ｎ４着座範囲の加工精度を高める必要がある。従来、メタルシール部の加工は、例えば、ニードルＮのシート面Ｎ３とボデーＢのボデーシートＢ２を、予め所定のテーパ形状に研削加工した後、さらにシート位置の仕上加工を行っているが、上述したように、総型砥石によるシートホーニングは装置が大型となり、真円度や面粗度の向上にも限界がある。そこで本発明は、ニードルＮのシート面Ｎ３とボデーＢのボデーシートＢ２の仕上加工を行うための、新たな方法を提案するものである。

図１（ａ）により本発明の加工方法の基本的な概念と、加工装置の基本構造について説明する。図１（ａ）において、ボデーＢは、図示しないボデー保持部にて位置決め保持されるようになっており、ボデーＢの筒内に上方からニードルＮが挿通されている。本発明の方法では、ニードルＮを、その中心軸がボデーＢの中心軸に対して傾斜するように、かつ、ボデーシートＢ２の中心に対してシート面Ｎ３が偏芯するように配置する。ニードルＮは、上方に配置したすりこぎ運動伝達装置１により、偏芯した状態でボデーＢ１に押し付けられ、ボデーシートＢ２にシート面Ｎ３の全周を当接させている。この時、図１（ｃ）にボデーＢの展開図を示すように、ニードルＮのシート面Ｎ３とボデーシートＢ２との当接形状は、ボデーＢの中心軸に対して偏芯する楕円形状となる。

すりこぎ運動伝達装置１は、ニードルＮにすりこぎ運動を付与するもので、その上端部を支持して傾斜状態を保持し、ボデーシートＢ２にシート面Ｎ３を当接させながら、偏芯回転させる。すりこぎ運動伝達装置１は、ボデーＢ１と同軸に位置する円盤状の回転部材１１と、回転部材１１の下端面に設けた円錐状の凹部１２と、凹部１２内に保持され、ニードルＮの上端開口部に当接する鋼球からなるボール部材１３と、回転部材１１を下方に付勢しニードルＮに定荷重を付与するスプリング部材１４を有する。回転部材１１は、図示しない駆動装置によってその軸周りに回転可能となっている。凹部１２は、回転部材１１となる円盤の中心より外方にずれた位置に形成され、凹部１２に保持されるボール部材１３が、スプリング部材１４の付勢力によりニードルＮの上端面中央に押し付けられる。

これにより、ニードルＮ上端面におけるボデーＢ１からの偏芯量Ｆを一定に保持し、シート面Ｎ３とボデーシートＢ２の当接を維持している。なお、ニードルＮの中心軸とボデーＢ１の中心軸がなす角度を、偏芯角度βとする時、図１（ｂ）に示すシート角度差αに対して、偏芯角度β＜シート角度差αとなるように設定するのがよい。偏芯角度βをシート角度差αより小さくすることで、加工時のニードルＮの浮きを抑制し、加工性を向上させることができる。この偏芯角度βの設定については、後述する。

この時、回転部材１１を自転させると、凹部１２に保持されるボール部材１３は、回転部材１１の軸周りに偏芯して回転することになる。これに追従して、ニードルＮの上端面が円運動するとともに、ニードルＮの先端側においても、シート面Ｎ３がボデーＢの中心軸に対して偏芯回転する。つまり、ニードルＮは、ニードルＮの中心軸とボデーＢ１の中心軸との交点を回転中心として、すりこぎ運動することが可能となる。また、ニードルＮは、ボール部材１３に対して固定されないので、自身の中心軸回りに自由に回転することができる。

そこで、本発明方法では、メタルシール部となるニードルＮのシート面Ｎ３とボデーシートＢ２の間に、遊離砥粒を介在させ、図１（ａ）のように、ニードルＮとボデーＢを組合せる。そして、一定時間、定荷重をかけながらニードルＮを自転運動させるとともに、回転部材１１を回転させてすりこぎ運動させ、遊離砥粒によって、シート面Ｎ３とボデーシートＢ２の当接面を研磨する。図１（ｃ）は、すりこぎ運動によってニードルＮが円運動し、シート面Ｎ３とボデーシートＢ２の当接位置が、楕円形状を保持しながら移動していく様子を示している。

このように、本発明方法によれば、ニードルＮのすりこぎ運動により、接触点が固定されることなく、より広い範囲を均一に加工することが可能となる。また、自転運動を組み合わせることで、遊離砥粒による加工が促進され、これらの組み合わせにより真円度および面粗度を従来より向上させて、所望の加工精度を達成可能であることが判明した。自転運動の方向は、特に限定されないが、好適には、図１（ｃ）に示すように、すりこぎ運動１による回転の方向と逆方向とすることが望ましい。このようにすると、加工の際に遊離砥粒がメタルシール部に入り込みやすく、遊離砥粒による加工の進行に有利になると推測される。

図２は、本発明の加工装置をより具体的にしたラッピング装置２の構成例である。図２（ａ）、（ｂ）において、ラッピング装置２は、ボデーＢを台座２１上に保持固定するボデー保持部３と、ボデーＢに対してニードルＮを所定の偏心角度βで支持し、すりこぎ運動を付与するすりこぎ運動伝達部４と、自転運動を付与する自転運動伝達部５を備えている。

ボデー保持部３は、台座２１上に載置されるボデー位置決め治具３１と、ボデー受け治具３２およびスプリング３３を有する。ボデー位置決め治具３１は、円筒体の上端から内方に突出するフランジ状の把持部３４にてボデーＢの上端部外周を保持しており、ボデーＢの下端面は、ボデー位置決め治具３１内に収容される凸型円盤状のボデー受け治具３２上に支持されている。スプリング３３は、ボデー受け治具３２と台座２１の間に介設されて、ボデーＢを上方に付勢している。

すりこぎ運動伝達部４は、すりこぎ運動の駆動力を発生するすりこぎ運動動力モータ４１と、回転部材としてのすりこぎ運動伝達シャフト４２と、ニードルＮの上端部に当接するすりこぎ運動伝達ボール４３を有する。すりこぎ運動伝達シャフト４２は、ボデーＢと同軸的に位置し、上端面に設けた動力伝達ギア４４が、すりこぎ運動動力モータ４１の出力軸に取り付けられた動力伝達ギア４５と噛合して、ボデーＢの軸周りに回転する。すりこぎ運動伝達シャフト４２の下端面には、中心より外周側に図示しない凹部が形成されて、図１（ａ）と同様にすりこぎ運動伝達ボール４３の上半部を凹部内に収容保持している。

ニードルＮは、シート面Ｎ３を含む先端部がボデーＢ内に挿通され、上端開口内にすりこぎ運動伝達ボール４３の下端部を支持するようになっている。この支持構造は、上述した図１と同様であり、ニードルＮの偏心角度βは、すりこぎ運動伝達ボール４３の位置によって決まる。なお、本実施形態では、スプリング３３がボデーＢ側に配設されるが、スプリング３３の付勢力でニードルＮがボデーＢとすりこぎ運動伝達ボール４３の間に保持され、シート面Ｎ３がボデーシートＢ２に押圧される構成は同様である。これにより、すりこぎ運動の駆動力が、すりこぎ運動伝達シャフト４２、すりこぎ運動伝達ボール４３を介して伝達され、ニードルＮを偏心回転させる。

一方、自転運動伝達部５は、自転運動の駆動力を発生する自転運動動力モータ５１と、回転部材としての自転運動伝達シャフト５２および自転運動伝達アーム５３と、ニードルＮの上端部外周に装着される保持部材としてのケレ５４を有する。自転運動伝達シャフト５２は、ボデーＢと同軸的に位置し、すりこぎ運動伝達シャフト４２の外周に同心的かつ独立回転可能に位置している。自転運動伝達シャフト５２は、上端面に設けた動力伝達ギア５５が、自転運動動力モータ５１の出力軸に取り付けられた動力伝達ギア５６と噛合して、ボデーＢの軸周りに回転する。自転運動伝達シャフト５２の下端面には、軸対称位置となる２箇所から下方へ、一対の自転運動伝達アーム５３が突出している。ニードルＮに装着される円環状のケレ５４は、外周面の２箇所から外方へ突出する一対のアーム部５７を有し、この一対のアーム部５７に一対の自転運動伝達アーム５３が当接して、ケレ５４を回転させるようになっている。

これにより、自転運動の駆動力が、自転運動伝達シャフト５２、一対の自転運動伝達アーム５３に伝達され、一対の自転運動伝達アーム５３がケレ５４の一対のアーム部５７を回転させることにより、ニードルＮを自転運動させる。このように、本実施形態のラッピング装置２を採用することで、ニードルＮに容易に自転運動とすりこぎ運動を与えることができる。

次に、図４、５により、偏心角度β（ニードルＮとボデーＢの中心軸のなす角度）の範囲について検討する。図４は、偏心角度βとシート角度差αの関係を表すもので、図４（ｃ）において、ニードルＮのシート面Ｎ３とボデーシートＢ２のシート角度差αを、ニードルＮのシート面Ｎ３のテーパ角度ηとボデーＢのボデーシートＢ２のテーパ角度θを用いて表すと、角度差α＝（η−θ）／２となる。この時、図４（ａ）のように、角度差α＞偏心角度βであれば、シート面Ｎ３のエッジ部Ｎ４が、全周でボデーシートＢ２に着座するので、ニードルＮのすりこぎ運動により、当接位置を良好に加工することができる。一方、図４（ｂ）のように、角度差α＜偏心角度βの場合は、図示するようにニードルＮのエッジ部Ｎ４が、部分的に浮き上がってしまうために、加工が成立しなくなる。したがって、角度差αより小さい角度範囲で偏芯角度βを設定するのがよい。

図５（ａ）は、ニードルＮとボデーＢの位置関係を表したものであり（ただし、角度差α＞偏心角度β）、ニードルＮとボデーＢの中心軸が一致する時に、ニードルＮのエッジ部Ｎ４がボデーＢと接する点をＡ、Ｂとする。今、ニードルＮの中心軸がボデーＢの中心軸に対して偏心角度βだけ傾いたとした場合、両軸の交点を回転中心Ｆ’としてニードルＮが偏心回転することになり、エッジ部Ｎ４は点Ａ’、Ｂ’にてボデーＢに着座する（ただし、ＡＢ＝Ａ’Ｂ’）。ここで、ニードルＮのシート中心を点Ｏとし、これを中心とする座標を考え、Ｏ（０，０）、Ａ（ｒ，０）、Ｂ（−ｒ，０）とおくと、Ｏ（０，０）、点Ａ’、Ｂ’、Ｏ’、Ｆ’は、図中に記入した座標で表され、Ｏ’Ｆ’＝ｒ／ａとなる。

つまり、偏心角度βによらず、回転中心Ｆ’からシート中心Ｏ’までの距離は、常に一定であり、回転中心Ｆ’は偏心角度βによって変化することがわかる。ただし、ａ＝ｔａｎ［（１８０−θ）／２）］、であり、θは、図４（ｃ）中に示すボデーシートＢ２のテーパ角度である。そして、偏心角度βに応じて、ニードルＮのエッジ部Ｎ４がボデーシートＢ２に接触する範囲、すなわち図５（ｂ）中に示す加工範囲が決まることになる。ただし、ニードルＮは摺動部となる大径部Ｎ２の外周に所定のクリアランスを有するため、組付け後にわずかに傾く可能性がある。このためニードルＮの着座位置は、実際には外周のクリアランスによｒって決まる傾き等により、ある着座範囲で変化する。そこで、偏心角度βをこの倒れ角度範囲よりも大きくなるように設定し、倒れ角度範囲を考慮した着座範囲よりも、加工範囲が広くなるようにすることが望ましい。

図６により本発明方法による作用効果を説明する。図６（ｂ）は、従来のホーニング加工によりボデーＢを加工する場合であり、先端にボデーＢのシート形状に対応するテーパ面を有する砥石６を用いる。ホーニング加工では、左図に示すように、回転軸を１軸に固定するために、加工時の同軸度を高精度に確保する必要がある。ただし、静止状態で砥石軸がボデー軸と一致しても、何らかの原因で砥石軸に軸振れが発生すると、右図に示すように、加工位置がずれ、その形状が転写されるために、真円度が低下してしまう。

これに対して、本発明方法では、図６（ａ）に示すように、ニードルＮのすりこぎ運動により自動調芯作用が得られ、ボデーシートＢ２の中心点を中心に、均等な加工が可能になると考えられる。つまり、加工中のニードルＮの振れ、傾き誤差が全て、偏芯角度βの変動に変換される。そして、偏芯角度βの変動に対して、動作中心点Ｆ’の位置変化は微小であり、かつＦ’ Ｏ’は一定である（図５（ａ）参照；例えば、偏芯角度β０．２での動作中心点Ｆ’の位置変化量は０．０２μｍ）。この時、加工中の接触点動作は、ある球面上を常に動作することになり、加工面が均一化する。

したがって、ニードルＮを自転運動させながら、すりこぎ運動させることで、図６（ｃ）に示すように、ニードルＮの着座範囲の全域を精度よく加工することができる。この時、ボデーシートＢ２に当接するニードルＮのシート面Ｎ３も、同様に高精度に加工される。また、接触点が固定されないので、図６（ｄ）に示すように、ボデーシートＢ２の加工面に段差を残すことがなく、緩やかなＲ形状となる。これにより、ニードルＮのシート面Ｎ３をボデーシートＢ２の加工面に確実に着座させることができる。このように、ニードルＮおよびボデーＢの双方の真円度および面粗度が向上し、油密性を大きく向上させてメタルシール部からの燃料漏れを防止することができる。

また、図２に示したラッピング装置２を採用することで、ニードルＮに容易に自転運動とすりこぎ運動を与えることができる。そして、簡易な構成でニードルＮとボデーＢを、同時に仕上加工することができ、高精度な仕上加工が可能になるとともに、加工時間が短縮できる。なお、ニードルＮとボデーＢは、それぞれの加工精度が高いので、必ずしも実機の組み合わせとする必要はない。さらに、従来のホーニング用の装置のように、それぞれの形状に合わせた総型砥石や砥石の位置決め機構、砥石成形用のドレッサ等も不要となるので、製造コストを低減できる。

図７は、図２のラッピング装置２を用いて、実際にニードルＮとボデーＢのメタルシール部を加工した結果を示すものである。図中に本発明による加工後のシート形状と加工部を示す。図７（ａ）のボデーシートＢ２と、図７（ｂ）のニードルＮのシート部Ｎ３のいずれも、本発明による加工部では、シート表面が他の部位より凹凸の少ない形状となっており、面粗度が向上していることがわかる。また、本発明により加工したニードルＮとボデーＢを実機に組み付けて、油密測定機で油密試験を行なったところ、従来に比べて油密漏れ量を７０％低減することができた。

なお、図１、図２の装置では、ニードルＮとボデーＢを同時に仕上加工する場合について、説明したが、ニードルＮおよびボデーＢの一方のみを加工対象とすることもできる。この場合は、他方を、同等形状の加工用ニードル（加工用軸部材）、または加工用ボデー（加工用ボデー部材）とし、同様の装置を用いて、自転運動とすりこぎ運動を与える同様の方法で加工を実施すればよい。例えば、生産工程において、ニードルおよびボデーを別々に生産し、仕上加工も別々を行なう方が効率的である場合には、このように専用の加工用部材を用いることで、生産性良く仕上加工を行うことが可能になる。

また、この場合は、上記実施形態と同様に、遊離砥粒を介在させる方法の他、加工用ニードルのシート面（加工用軸部材の第２のテーパ面）または加工用ボデーの座面（加工用ボデー部材の第１のテーパ面）に砥粒を埋設して砥石状に形成してもよい。このように、専用の加工用部材に砥粒を一体化することで、加工が容易にできる。

本発明方法および加工装置は、燃料噴射弁のニードルとボデーによる燃料噴射ノズルのメタルシール部に限らず、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンの燃料噴射装置、燃料ポンプ等の燃料供給装置に用いられる各種油圧制御弁、流量制御弁等のメタルシール部に好適に用いられる。その他、燃料以外の各種高圧流体のシールに用いられるメタルシール部にも利用することができる。

Ｉ 燃料噴射弁
Ｂ ボデー（ボデー部材）
Ｂ１ 噴孔プレート
Ｂ２ ボデーシート（第１のテーパ面、座面）
Ｎ ニードル（軸部材、弁部材）
Ｎ１ ニードル（軸部材、弁部材）
Ｎ２ 大径部
Ｎ３ シート面（第２のテーパ面）
Ｎ４ エッジ部
１ すりこぎ運動伝達装置
１１ 円盤状回転部材
１２ 凹部
１３ ボール部材
１４ スプリング部材
２ ラッピング装置（加工装置）
２１ 台座
３ ボデー保持部
３１ ボデー保持部
３２ ボデー位置決め治具
３３ ボデー受け治具
３ スプリング
４ すりこぎ運動伝達部
４１ すりこぎ運動動力モータ
４２ すりこぎ運動伝達シャフト（回転部材）
４３ すりこぎ運動伝達ボール（ボール部材）
４４、４５ 動力伝達ギア
５ 自転運動伝達部
５１ 自転運動動力モータ
５２ 自転運動伝達シャフト（回転部材）
５３ 自転運動伝達アーム
５４ ケレ（保持部材）
５５、５６ 動力伝達ギア
５７ アーム部

Claims (9)

1. ボデー部材に設けた第１のテーパ面に、軸部材の先端に形成した第２のテーパ面を当接させるメタルシール部の加工方法であって、上記ボデー部材の中心軸に対して上記軸部材の中心軸を傾斜させるとともに、上記第１のテーパ面中心に対して上記第２のテーパ面中心を偏芯させて配置し、上記第２のテーパ面と上記第１のテーパ面の間に遊離砥粒を介在させた状態で、上記軸部材をその中心軸周りに回転させる自転運動と、上記ボデー部材の中心軸周りに偏芯回転させるすりこぎ運動を与えることにより、上記第１のテーパ面および上記第２のテーパ面の仕上加工を行うことを特徴とするメタルシール部の加工方法。
2. ボデー部材に設けた第１のテーパ面に、軸部材の先端に形成した第２のテーパ面を当接させるメタルシール部の加工方法であって、上記ボデー部材を加工対象とし、上記軸部材と同一形状の第２のテーパ面を有する加工用軸部材を用いて、上記ボデー部材の中心軸に対して上記加工用軸部材の中心軸を傾斜させるとともに、上記第１のテーパ面中心に対して上記第２のテーパ面中心を偏芯させて配置し、上記第１のテーパ面と上記第２のテーパ面の間に砥粒を介在させた状態で、上記加工用軸部材をその中心軸周りに回転させる自転運動と、上記ボデー部材の中心軸周りに偏芯回転させるすりこぎ運動を与えることにより、上記第１のテーパ面の仕上加工を行うことを特徴とするメタルシール部の加工方法。
3. ボデー部材に設けた第１のテーパ面に、軸部材の先端に形成した第２のテーパ面を当接させるメタルシール部の加工方法であって、上記軸部材を加工対象とし、上記ボデー部材と同一形状の第１のテーパ面を有する加工用ボデー部材を用いて、上記加工用ボデー部材の中心軸に対して上記軸部材の中心軸を傾斜させるとともに、上記第１のテーパ面中心に対して上記第２のテーパ面中心を偏芯させて配置し、上記第１のテーパ面と上記第２のテーパ面の間に砥粒を介在させた状態で、上記軸部材をその中心軸周りに回転させる自転運動と、上記加工用ボデー部材の中心軸周りに偏芯回転させるすりこぎ運動を与えることにより、上記第２のテーパ面の仕上加工を行うことを特徴とするメタルシール部の加工方法。
4. 上記砥粒を、上記第１のテーパ面と第２のテーパ面の間に介在させた遊離砥粒とする請求項２または３記載のメタルシール部の加工方法。
5. 上記砥粒を、上記加工用ボデー部材の第１のテーパ面、または上記加工用軸部材の第２のテーパ面に埋設した砥粒とする請求項２または３記載のメタルシール部の加工方法。
6. 上記ボデー部材または上記加工用ボデー部材の上記第１のテーパ面と、上記軸部材または上記加工用軸部材の上記第２のテーパ面のシート角度の差を、角度差αとし、上記ボデー部材または上記加工用ボデー部材の中心軸と、上記軸部材または上記加工用軸部材の中心軸とのなす角度を、偏芯角度βとした時に、上記偏芯角度βが上記角度差αより小さくなるように設定する請求項１ないし５のいずれか１項に記載のメタルシール部の加工方法。
7. 上記偏芯角度βが、上記ボデー部材と上記軸部材の組付け後の上記軸部材倒れ角度範囲より大きくなるように設定する請求項６記載のメタルシール部の加工方法。
8. ボデー部材に設けた第１のテーパ面に、軸部材の先端に形成した第２のテーパ面を当接させるメタルシール部の加工を行なう加工装置であって、
   上記ボデー部材を位置決め保持するボデー保持部と、
   上記軸部材を上記ボデー部材の中心軸に対して傾斜させ上記第１のテーパ面中心に対して上記第２のテーパ面中心を偏芯させた状態で支持するボール部材と、該ボール部材を上記ボデー部材の中心軸周りに偏芯回転させる回転部材を有し、上記軸部材にすりこぎ運動を与えるすりこぎ運動伝達部と、
   上記軸部材に装着される保持部材と、該保持部材と一体的に上記軸部材をその中心軸周りに回転させる回転部材を有し、上記軸部材に自転運動を与える自転運動伝達部と、を備えることを特徴とするメタルシール部の加工装置。
9. 上記第１のテーパ面が上記ボデー部材に設けたテーパ面状の座面であり、該座面に、上記第２のテーパ面であり上記軸部材となる弁部材の先端に形成したテーパ面状のシート面を着座させてメタルシールする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のメタルシール部の加工方法および加工装置。

Images