JP5862908B1 - 弁座研削装置及び弁座研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 研削作業を制御装置によって自動化して正確かつ迅速な研削作業が行える弁座研削装置及び弁座研削方法を提供する。【解決手段】 台座と枠体とからなる基台部と前記台座に回転可能に設けた被研削物を固定するターンテーブルと前記枠体に左右移動可能及び上下移動可能に設けた位置決め手段及び旋回部からなる被研削物の研削手段と前記ターンテーブルと研削手段の作動を制御する制御手段とからなる弁座研削装置及び弁座研削方法。【選択図】図１

Description

本発明は、船舶に用いられるディーゼルエンジン等の弁座の研削時における各種の作業条件をあらかじめ制御機構に記憶させることで、自動的に弁座を研削する弁座研削装置及び弁座研削方法に関するものである。

従来より、船舶等に用いられるディーゼルエンジンでは、給排気弁と弁座との密着性を維持するため、各接触面を定期的に削正している。弁座の削正は、グラインダ下端の砥石を弁のシート面に接触させ、スピンドルを中心に旋回させて行う。このシート面の削正は、正確さが要求されるため弁座削正装置は弁座のバルブガイドに正確に据付ける必要がある。これらの要求にこたえるために特許文献１の発明が提案されていた。

特許第３０９８１８４号公報

前記特許文献１記載の発明は、下端が弁座のバルブガイドに固定され、かつ、上端にその上方からエアと共にオイルが供給される旋回ジョイントを接続したスピンドルと、このスピンドルを中心に弁座のシート面上方で低速旋回する旋回部と、この旋回部に取り付けられ、その旋回に連動してシート面の傾斜角度に沿うように摺動するグラインダとを備えており、前記旋回ジョイントからスピンドルと別経路でグラインダにエアと共にオイルが供給される弁座削正装置である。

前記特許文献１記載の発明は、弁座削正装置を従来よりも簡易かつ確実にバルブガイドに据付でき、しかも、据付後の微調整も容易にできるという効果を奏するものであったが、装置の駆動を手動で行うため作業効率が悪いとう問題点があった。
本発明は、上記従来例の問題点に鑑み発明されたものであり、研削作業を制御装置によって自動化して正確かつ迅速な研削作業が行える弁座研削装置及び弁座研削方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、台座と、この台座に立設した枠体を有する基台部と、前記台座に回転可能に構成し、被研削物を固定するターンテーブルと、前記被研削物を研削する研削手段と、前記枠体に前記研削手段を移動可能に構成した移動手段と、を備え、前記研削手段は、前記移動手段に移動可能に取り付けられた固定部と、前記被研削物を研削するための砥石を備えるグラインダーを有するシャフトボディと、前記シャフトボディを前記固定部にロック及びロック開放可能にするロック部とを含み、前記シャフトボディは、前記固定部に前記研削手段の中心出しが可能に係合保持されており、前記固定部に前記シャフトボディをロックした状態で移動して前記砥石と前記被研削物の位置決め固定し、前記砥石と前記被研削物の位置決め固定状態で、ロックを開放して前記固定部を移動させて前記研削手段の中心出しを行う構成であることを特徴とする弁座研削装置である。
請求項２に記載の発明は、前記固定部に設けたピンと、前記シャフトボディの保持部に設けた位置検出孔を有する位置検出板と、を有し、前記位置検出孔に前記ピンが移動可能に位置しており、前記ピンを、前記位置検出孔の孔内で移動させて、それぞれ前記位置検出孔の周囲に接触させその接触位置を検知することで前記位置検出孔の中心位置を検出し、前記固定部のピンを前記中心位置に一致させるように前記固定部を移動して前記研削手段の中心出しを行う構成である請求項１に記載の弁座研削装置である。

請求項３に記載の発明は、被研削物をターンテーブルに固定する第１のステップと、研削手段のシャフトボディに設けたグラインダーの角度と水平位置を設定し、前記グラインダーに砥石を取り付ける第２のステップと、前記研削手段の固定部に、前記シャフトボディの保持部をロックした状態で前記シャフトボディを移動させ、前記シャフトボディを前記被研削物に固定し、前記砥石と前記被研削物の位置を決める第３のステップと、前記砥石と前記被研削物の位置決め固定状態で、前記保持部のロックを開放して前記固定部を移動させて前記研削手段の中心出しを行う第４のステップと、作業条件を制御装置に記憶させる第５のステップとを備えることを特徴とする弁座研削方法である。
請求項４に記載の発明は、第４のステップは、前記固定部のピンを、前記保持部に設けた位置検出板の位置検出孔の孔内で移動させて、それぞれ位置検出孔の周囲に接触させその接触位置を検知することで前記位置検出孔の中心位置を検出し、前記固定部のピンを前記中心位置に一致させるように前記固定部を移動して前記研削手段の中心出しを行う構成を含むことを特徴とする請求項３に記載の弁座研削方法である。

請求項１記載の弁座研削装置によれば、固定部にシャフトボディをロックした状態で移動して砥石と被研削物の位置決め固定し、砥石と被研削物の位置決め固定状態で、ロックを開放して固定部を移動させて研削手段の中心出しを行い、研削手段の位置を正確に位置決めできるから、省力化を可能にすると共に正確かつ迅速な研削作業が行える等の効果を奏する。
請求項２記載の弁座研削装置によれば、固定部のピンを、位置検出板の位置検出孔の孔内で移動させて、それぞれ位置検出孔の周囲に接触させその接触位置を検知することで位置検出孔の中心位置を検出し、固定部のピンを中心位置に一致させるように固定部を移動して研削手段の中心出しを行うことで、研削手段の中心出しを簡単な構造で迅速かつ正確に行え、被研削物に対して正確な位置で研削が行える等の効果を奏する。

請求項３記載の弁座研削方法によれば、砥石と被研削物の位置を決め、この砥石と被研削物の位置決め固定状態で、固定部を移動させて研削手段の中心出しを行うことで、省力化を可能にすると共に正確かつ迅速な作業が行える等の効果を奏する。
請求項４記載の弁座研削方法によれば、固定部のピンを、保持部に設けた位置検出板の位置検出孔の孔内で移動させて、それぞれ位置検出孔の周囲に接触させその接触位置を検知することで位置検出孔の中心位置を検出し、固定部のピンを中心位置に一致させるように固定部を移動して研削手段の中心出しを行う簡単な構成で、研削手段の位置決めを迅速かつ正確に行え、被研削物に対して正確な位置で研削が行える等の効果を奏する。

実施形態１の弁座研削装置の正面図 実施形態１の弁座研削装置の側面図 研削手段の一部断面拡大側面図 作動状態を示す一部省略拡大側面図 ワークの平面図（Ａ）と制御機の外観図（Ｂ） タッチパネルの画面の一例を示す説明図で手動操作の画面を示している タッチパネルの画面の一例を示す説明図で自動操作の画面を示している タッチパネルの画面の一例を示す説明図で設定操作の画面を示している

図１は本発明の実施形態１の弁座研削装置の正面図及び図２は同側面図である。
本実施形態の弁座研削装置は、台座１１と枠体１２とからなる基台部１と、前記台座１１に回転可能に設けた被研削物であるワークＷを固定するターンテーブル１５と、前記枠体１２に左右方向移動可能及び上下方向移動可能に設けた被研削物の研削手段６及び弁座研削装置を制御するための制御手段を内蔵した制御機２００からなる。以下、本実施形態を詳細に説明する。

図１、図２に示すように、前記基台部１の台座１１には、ターンテーブル１５がベルト１６を介してモーターＭ１によって回転可能に取り付けられており下部にロック手段１７を備えている。

前記枠体１２には研削手段６の移動手段４を構成する。
前記移動手段４は、研削手段６を左右方向（図１中左右方向）に移動させるための左右移動体４０と上下方向（図１中上下方向）に移動させるための昇降体５０とからなる。
また、前記枠体１２の表面には、左右移動体４０の左右方向への移動をガイドするガイドレール１２ａ，１２ａを設け、さらに左右移動体４０を移動させるボールねじ４１が軸受け４２，４２によって取り付けられている。図中符号Ｍ３は、ボールねじ４１を駆動するためのモータである。前記軸受け４２，４２とボールねじ４１とモータＭ３によって左右移動機構を構成している。

前記左右移動体４０の背面には、前記ガイドレール１２ａ，１２ａと摺動自在に嵌合するガイド部４４，４４を構成し、さらに前記ボールねじ４１と螺合するハウジング（図示せず）を構成してある。

前記左右移動体４０の前面には、昇降体５０が上下方向に移動するためのガイドレール４８，４８を設け、さらにボールねじ５５が軸受け５６，５６によって取り付けられている。図中符号Ｍ２は、ボールねじ５５を駆動するためのモータである。前記軸受け５６，５６とボールねじ５５とモータＭ２によって上下移動機構が構成されている。

前記昇降体５０は、左右移動体４０の前面に上下方向移動可能に取り付けられていて、前記左右移動体４０に設けたガイドレール４８，４８に摺動自在に上下動する後部板５１と、この後部板５１の上端に水平に設けた上部板５２からなる。

前記後部板５１は、背面に前記ボールねじ５５と螺合するハウジング（図示せず）を構成すると共に、ガイドレール４８，４８と摺動する溝部（図示せず）を構成してある。

図３、図４に示すように研削手段６は、昇降体５０の上部板５２に前後方向（図３中左右方向）に移動可能に取り付けられている固定部６０と、この固定部６０にロック部６９でロックされるスピンドル支持部７０と、グラインダ１００を備えた旋回部８０及び下端に設けたスピンドル９０からなる。

前記研削手段６を前後方向に移動させるための前後移動機構５７が前記上部板５２の上部に設けてある。この前後移動機構５７は軸受け５８，５８に固定されたボールねじ５９と、ボールねじ５９を駆動するためのモータＭ４によって構成されている。

前記研削手段６の上部を構成する固定部６０は、研削位置を調整するもので前後方向移動可能である。
すなわち固定部６０の上部にハウジング６６を設け、このハウジング６６を前記ボールねじ５９と螺合させることで、上部板５２の上部に設けた長穴５２ａ内を移動できるのである。

前記固定部６０の上部に穿設した孔６１にピン６３が絶縁状態を保って挿通されていて、固定部６０の下端にはスピンドル支持部７０を固定するためのエアシリンダを内蔵したロック部６９，６９が対向して配置されている。符号６２はセンサである。

スピンドル支持部７０は、前記ロック部６９，６９によってロックされる保持部７３と、その上端に固定した位置検出板７１によって構成されている。
このスピンドル支持部７０は、上述のようにロック部６９，６９によってロックされることで固定部６０に固定するのであり、ロックされていないときは固定部６０とは非固定状態となっている。

保持部７３の下部にはシャフトボディ９１をクラッチ機構等を介して取り付け、シャフトボディ９１の下端にはスピンドル９０を固定してある。前記スピンドル９０はワークＷの中の弁座ＳのバルブガイドＧに挿入して位置決めをするためのものある。
前記位置検出板７１の中央に位置検出孔７２を穿設し、この位置検出孔７２に前記固定部６０のピン６３の先端を接触しない状態で配置してある。

図４に基づいて研削手段６に設けた旋回部８０を説明をする。
旋回部８０は、前記シャフトボディ９１に取り付けたハウジング８２と、ハウジング８２に水平方向（図４中左右方向）に微調整可能に取り付けた丸型基盤８４等からなる。

前記丸型基盤８４のライナ８３には、スライダ８７を摺動自在に取付け、ハンドル８８でスライダ８７をハウジング８２の旋回面に対して０〜６０度の所望角度に固定できるように構成する。
また、このスライダ８７の角度を所望角度に正確に固定するための目盛（図示せず）を丸型基盤８４に形成することもできる。

アーム８５は、ピボット８６を中心としてスライダ８７に対する角度を微調整できる構造になっていて、弁座Ｓのシート面Ｆとほぼ平行になるようにスライダ８７に固定する。またアーム８５のスピンドル側面には、グラインダ１００をＸ・Ｙ・Ｚの３軸方向に調整可能に配設する。

グラインダ１００は、先端に各種の砥石１０２を装着でき、砥石送り用ノブ１０１によって砥石１０２をＺ方向（上下方向）に調整できる。

上記のように構成した弁座研削装置を用いた弁座研削方法を説明する。
（ステップ１）
まず、ワークＷをターンテーブル１５に固定して、スピンドル９０をシャフトボディ９１の下端に取り付ける。グラインダー１００の角度を、弁座Ｓのシート面Ｆの傾斜面の角度に合わせて固定すると共に水平位置を設定する。
（ステップ２）
角度設定が終了したら、グラインダ１００に砥石１０２を取付けて、スライダ８７をライナ８３のほぼ中央部に調整する。
（ステップ３）
固定部６０にスピンドル支持部７０をロックしてから研削手段を目視しながら下降させ、下端のスピンドル９０をワークＷの弁座Ｓの中に入れてバルブガイドＧに固定する。
このスピンドル９０とバルブガイドＧ開口部の位置決めは、操作者が制御機２００のタッチパネル２０１のマニュアルモードを使用して、操作ボタン２０２を操作して、バルブガイドＧ開口部をスピンドル９０下方に移動させる。これによって砥石１０２と弁座Ｓの位置を決める。
（ステップ４）
研削手段の位置決め、すなわち中心出しを行う。
スピンドル９０を下降してバルブガイドＧに固定した後、固定部６０のロック部６９，６９を開放する。これによってスピンドル支持部７０は固定部６０からフリーとなるから、スピンドル９０はバルブガイドＧに垂直状態で固定されるのである。
（ステップ５）
次いで固定部６０を前記の各移動機構を駆動して、左、右、前、後に順番に移動させることでピン６３を位置検出孔７２内で移動させ、それぞれ位置検出孔７２の周囲に接触させその接触位置をセンサ６２で検知することで中心位置を検出し、スピンドル９０に対して微調整して研削手段６がワークＷの弁座Ｓの中心に来るように移動する。その後、前記ロック部６９，６９によって保持部７３をロックして固定部６０に固定する（図６参照）。
（ステップ６）
制御機２００のタッチパネル２０１の画面から、所望の研削条件を入力し記憶させる（図７参照）。
（ステップ７）
次いで装置をオンにして、シート面Ｆの研削作業を開始する。
まず研削手段６の下降に伴い旋回部８０と砥石１０２が下降して、砥石１０２をワークＷに接触させる。
（ステップ８）
砥石１０２がシート面Ｆ上で高速回転すると同時に、グラインダ１００は旋回部８０と共にシャフトボディ９１を中心として２０ｒｐｍ程度の速度でゆっくりと旋回する。砥石１０２が弁座Ｓシート面Ｆをきわめて精密に任意の角度に、例えば４５度に削正していく。こうして砥石１０２が１個目の弁座Ｓを研削したら砥石１０２はシート面Ｆから離れて次の工程にうつる。
（ステップ９）
ターンテーブル１５を回転させてワークＷを移動させ２個目の弁座Ｓの研削に入る。この時、スピンドル９０は一旦上昇した後、自動的に下降して２個目の弁座Ｓの中に入り固定される。その後は、上記のステップ３からの作業を自動的に繰り返して、弁座Ｓごとに同様の作業を繰り返してすべての弁座Ｓを研削する。
すなわち、本実施形態では使用した弁座Ｓのシート面Ｆを研削するものであるから、各弁座Ｓの摩耗の程度がそれぞれ異なるため１個ごとの調整が必要になるのである。

上記のように研削条件の制御手段への入力は装置と連結した制御機２００のタッチパネル２０１の画面上から行うが、この入力作業を説明する。

（１）被研削物の研削位置(高さ方向)の位置をタッチパネルで入力する。
ワークＷの厚みはエンジン型式により様々であるので、高さ方向においての水平アームの位置を決める。エンジン型式ごとの高さを一度タッチパネル２０１で入力しておけば、同一エンジン型式の研削加工に際して水平アームの高さの入力は不要である。

（２）ワーク数の入力をタッチパネル上で行う。
エンジンの機種によって、弁座Ｓの数量は１〜４個までの数量があるが、この数量をあらかじめタッチパネル上で入力する（図８参照）。

（３）スピンドルの回転数と回転方向をタッチパネルで入力する。
砥石１０２がワークＷ表面を降下していくとき右回転とし上昇するとき左回転とする。電動研削モーターの回転数は毎分１６０００回転で一定である。旋回部８０の回転数は毎分０〜４０回転の間を設定できる。一般的に回転数が多い場合、ワークＷの表面は粗くなる。仕上げを低速で行うならば良好な仕上がりとなる。

（４）研削ストロークをタッチパネルで入力する。
研削ストローク（研削長さ）とは、研削砥石が研削する弁座Ｓ面の中心方向への長さである。エンジン型式ごとに長さが異なるので、固有のストロークとなる。ストローク回数（研削砥石の往復回数）は、エンジン型式が異なっても同一回数とする。

（５）研削時の切り込み送りをタッチパネルで入力する。
切り込み送りは、砥石１０２がワークＷに切り込んでいく量である。深いキズのあるワークＷに対しては、切り込み送り量を多く設定する。一方比較的健全なワークＷに対しては、母材寿命を長くするために切り込み送り量を少なく設定する。

上述のように前記各実施形態によれば、ターンテーブルと研削手段の作動を制御手段によって制御することで自動研削が可能となり、スピンドル支持部に対して位置決め手段の位置を微調整して完全なセンタリングができるから、ワークに対して正確な位置で研削が行えるため省力化を可能にすると共に正確かつ迅速な作業が行えるのである。

本発明は、船舶に用いられるディーゼルエンジン、自動車に用いられるディーゼルエンジンや水素ガスエンジン、さらには自動車や船舶に用いられる天然液化ガスエンジン等の各種エンジンの弁座の研削に使用できる。

１ 基台部 ４ 移動手段
６ 研削手段 １１ 台座
１２ 枠体 １５ ターンテーブル
４０ 左右移動体 ４１ ボールねじ
４２ 軸受け ４８ ガイドレール
５０ 昇降体
５１ 後部板 ５２ 上部板
５６ 軸受け ５５ ボールねじ
５７ 前後移動機構 ５９ ボールねじ
６０ 固定部 ６３ ピン
６９ ロック部（ロック手段）
７０ スピンドル支持部 ７１ 位置検出板
７２ 位置検出孔 ７３ 保持部
８０ 旋回部 ９０ スピンドル
１００ グラインダ
２１０ パネル画面 ２２０ パネル画面
２３０ パネル画面
Ｍ１ モーター Ｍ２ モーター
Ｍ３ モーター Ｍ４ モーター
Ｓ 弁座 Ｇ バルブガイド
Ｗ ワーク（被研削物） Ｆ シート面

Claims (4)

1. 台座と、この台座に立設した枠体を有する基台部と、
   前記台座に回転可能に構成し、被研削物を固定するターンテーブルと、
   前記被研削物を研削する研削手段と、
   前記枠体に前記研削手段を移動可能に構成した移動手段と、を備え、
   前記研削手段は、
   前記移動手段に移動可能に取り付けられた固定部と、
   前記被研削物を研削するための砥石を備えるグラインダーを有するシャフトボディと、
   前記シャフトボディを前記固定部にロック及びロック開放可能にするロック部と、を含み、
   前記シャフトボディは、前記固定部に前記研削手段の中心出しが可能に係合保持されており、
   前記固定部に前記シャフトボディをロックした状態で移動して前記砥石と前記被研削物の位置決め固定し、
   前記砥石と前記被研削物の位置決め固定状態で、ロックを開放して前記固定部を移動させて前記研削手段の中心出しを行う構成であることを特徴とする弁座研削装置。
2. 前記固定部に設けたピンと、
   前記シャフトボディの保持部に設けた位置検出孔を有する位置検出板と、を有し、
   前記位置検出孔に前記ピンが移動可能に位置しており、
   前記ピンを、前記位置検出孔の孔内で移動させて、それぞれ前記位置検出孔の周囲に接触させその接触位置を検知することで前記位置検出孔の中心位置を検出し、
   前記固定部のピンを前記中心位置に一致させるように前記固定部を移動して前記研削手段の中心出しを行う構成である請求項１に記載の弁座研削装置。
3. 被研削物をターンテーブルに固定する第１のステップと、
   研削手段のシャフトボディに設けたグラインダーの角度と水平位置を設定し、 前記グラインダーに砥石を取り付ける第２のステップと、
   前記研削手段の固定部に、前記シャフトボディの保持部をロックした状態で 前記シャフトボディを移動させ、前記シャフトボディを前記被研削物に固定し、前記砥石と前記被研削物の位置を決める第３のステップと、
   前記砥石と前記被研削物の位置決め固定状態で、前記保持部のロックを開放して前記固定部を移動させて前記研削手段の中心出しを行う第４のステップと、
   作業条件を制御装置に記憶させる第５のステップと、を備えることを特徴とする弁座研削方法。
4. 第４のステップは、
   前記固定部のピンを、前記保持部に設けた位置検出板の位置検出孔の孔内で移動させて、それぞれ位置検出孔の周囲に接触させその接触位置を検知することで前記位置検出孔の中心位置を検出し、
   前記固定部のピンを前記中心位置に一致させるように前記固定部を移動して 前記研削手段の中心出しを行う構成を含むことを特徴とする請求項３に記載の弁座研削方法。

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