(57)【要約】【課題】ワークの凹状円錐面を、高真円度で、かつ、高光沢度の弁座に加工する。【解決手段】流体通路１１および凹状円錐面１２を有するワーク１０を、その軸心ｃ１を中心に回転させ、凸状円錐面２１を有する加工具２０の軸心ｃ２を、ワーク１０の軸心ｃ１と平行状態で、かつ、寸法ｄだけオフセット状態で配置し、加工具２０の凸状円錐面２１における周面の一部を、ワーク１０の凹状円錐面１２における周面の一部に面押しして加工する。加工具２０の凸状円錐面２１の広がり角度αは、ワーク１０の凹状円錐面１２のボールが離座する方向の広がり角度βと等しくする。【選択図】      図２
2004358574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁部材を着座または離座させることによって流体の供給または逆流防止を行う逆止弁用のワークの弁座となる凹状円錐面を加工具で加工する加工方法であって、
前記弁座となる凹状円錐面を有するワークの軸心と、凸状円錐面を有する加工具の軸心とを、平行状態で、かつ、オフセット状態にして、ワークを回転させながら、ワークの凹状円錐面を加工具の凸状円錐面で加工することを特徴とする弁座の加工方法。
【請求項２】
前記加工具の凸状円錐面の広がり角度αと、前記ワークの凹状円錐面の広がり角度βとを、α＝βに設定することを特徴とする請求項１に記載の弁座の加工方法。
【請求項３】
前記ワークの凹状円錐面を予め切削加工により形成した後に、前記凹状円錐面の面押し加工を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の弁座の加工方法。
【請求項４】
凹状円錐面を有するワークを軸心中心に回転自在に支持するワーク支持手段と、凸状円錐面を有する加工具の軸心をワークの軸心と平行状態で、かつ、オフセット状態で支持する加工具支持手段と、前記加工具とワークとを相対的に移動させる移動手段とを備えたことを特徴とする弁座の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は弁部材が着座または離座することによって、内燃機関や油圧制御機構などにおける燃料や制御油などの流体の供給および逆流防止を行う逆止弁における弁座の加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
逆止弁は、燃料や油などの流体供給経路に広く用いられている。例えば、ディーゼルエンジンの高圧燃料ポンプの燃料吐出部に、燃料吐出通路から燃料加圧室に燃料が逆流することを防止する逆止弁が設置されている。このような弁座に着座し燃料吐出通路から燃料加圧室に燃料が逆流することを防止する逆止弁の弁部材として、ボールを用いることがある。弁座はボールが着座する方向に向かって次第に縮径する凹状円錐面を有する。ボールが着座する位置の凹状円錐面の真円度および面粗度は、燃料の逆流を防止するため、高精度に加工する必要がある。
【０００３】
このような弁座の加工方法として、研磨加工、研削加工などが知られているが、弁座である凹状円錐面を切削で粗仕上げした後に、研磨加工で高精度に仕上げるためには、研磨材などの資材を必要とし、資材費が嵩むのみならず、使用済みの研磨材の処置等が必要になり、しかも加工に長時間を要するため、加工コストが高騰する。また、研削加工による方法は、研磨材などの資材を必要としないため、研磨加工よりは加工コストを低減できるが、未だ加工コストが高い。さらに、研磨加工や研削加工では、弁座となるワークの表面からワークの奥に入り込んだ位置に弁座を形成する場合、弁座を高精度に仕上げることは困難である。
【０００４】
そのため、粗仕上げした凹状円錐面にボールを強圧し、ボールの形状を弁座である凹状円錐面に転写することにより、研磨や研削による仕上げ工程を省略し加工工数を低減するとともに、ボールと弁座とによる燃料を確実にシールしようとする弁座の加工方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、ボールが着座しボールが着座する方向に向けて縮径する凹状円錐面を切削加工する工程と、前記切削加工後に前記凹状円錐面をパンチの凸状円錐面で押す工程とを有し、前記ボールが離座する方向への前記凸状円錐面の広がり角度をα、前記凹状円錐面を押す前の状態で前記ボールが離座する方向への広がり角度をβ、前記凸状円錐面が前記凹状円錐面を押す方向に前記凹状円錐面に続いて位置し前記流体通路を形成する通路内周面において、前記凸状円錐面が前記凹状円錐面を押す前の状態で前記ボールが離座する方向への前記通路内周面の広がり角度をγとすると、γ＜α＜βに設定する弁座の加工方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５６−１５４１６０号公報
【特許文献２】
特開２００２−３４０２０５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１に記載の加工方法は、ボールを凹状円錐面に押し付けるだけであるから、弁座を短時間で容易に加工できる利点がある反面、凹状円錐面にボールを押し付けている間は凹状円錐面がボールの形状に変形しているが、弁座からボールを離すと凹状円錐面が弾性回復し、弾性回復した後の弁座の形状はボールの形状と同一にはならない。また、ボールが凹状円錐面を押すとき、ボールの底側から離れた箇所で押される凹状円錐面はボールの底側に押される凹状円錐面よりも押される力が小さくなる。この小さな力でボールに押された箇所の凹状円錐面は、切削で粗仕上げされた面の真円度および面粗度が向上しにくい。したがって、ボールと弁座との間から燃料が漏れる恐れがある。また、ボールの形状に凹んだ箇所とボールに押圧されていない箇所との境界に段差が形成されるので、ボールが弁座に安定して着座することが困難であるという問題点がある。
【０００８】
一方、特許文献２に記載された加工方法は、弁座となるワークの凹状円錐面を切削加工で形成した後に、凸状円錐面を有するパンチで面押しして弁座を形成するので、加工コストを引用文献１に記載の加工方法とほぼ同程度に抑えることができ、しかも、ボールを強圧する引用文献１に記載の加工方法のような、面押し加工された部分の弾性回復の問題が生じ難いし、パンチによって面押しされる位置による押圧力の差が小さいので、凹状円錐面を均等に加工でき、さらに、パンチによる面押し加工部と非加工部との境界に生じる段差が小さい等の利点を有する。
【０００９】
しかしながら、特許文献２に記載の加工方法では、パンチの凸状円錐面の真円度および表面の面粗度がそのまま弁座の凹状円錐面の真円度および面粗度に転写されるため、パンチの凸状円錐面をバリやうねりのない高真円度で、かつ、高平滑面に仕上げておかなければならず、しかも、その状態を維持しなければならないため、パンチの製作およびその状態の維持管理が煩雑である。また、ワークの広がり角度βの凹状円錐面の全周面を、広がり角度がα（＜β）のパンチの凸状円錐面により同時に面押しして、ワークの広がり角度をパンチの広がり角度αと等しくなるように拡開加工するので、非常に大きなパンチの押圧力が必要になり、ワークおよびパンチに要求される支持剛性も大きくなる。さらに、ワークの広がり角度βとパンチの広がり角度αとの差分（β−α）相当の肉が、ワークの径外方向および／またはボールが着座する方向に向かって逃げるため、逃げた肉によるコブができ易いという問題点がある。
【００１０】
そこで、本発明は、弁部材を着座または離座させることによって、流体の供給または逆流防止を行う逆止弁における弁座となるワークの凹状円錐面を、凸状円錐面を有する加工具で加工する方法において、加工が容易で、しかも従来よりも高真円度および高光沢度の加工が可能な弁座の加工方法および加工装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の弁座の加工方法は、上記の課題を解決するために、弁部材を着座または離座させることによって流体の供給または逆流防止を行う逆止弁用のワークの弁座となる凹状円錐面を加工具で加工する加工方法であって、前記弁座となる凹状円錐面を有するワークの軸心と、凸状円錐面を有する加工具の軸心とを、平行状態で、かつ、オフセット状態にして、ワークを回転させながら、ワークの凹状円錐面を加工具の凸状円錐面で加工することを特徴としている。
【００１２】
前記加工具の凸状円錐面の広がり角度αと、前記ワークの凹状円錐面の広がり角度βとを、α＝βに設定するとよい。
【００１３】
また、ワークの凹状円錐面を予め切削加工により形成した後に、前記凹状円錐面の面押し加工を行うようにするとよい。
【００１４】
すなわち、特許文献２に記載の加工方法が、静止状態のワークにおける凹状円錐面の周面を加工具の凸状円錐面の周面で同時に面押し加工するものであるのに対して、本発明の加工方法は、回転状態のワークにおける凹状円錐面の一部を加工具の凸状円錐面の一部で面押しし、その面押し部を順次周方向に移動させながら面押し加工する、回転面押し加工を行うものである。
【００１５】
この回転面押し加工方法によれば、加工具の凸状円錐面がワークの凹状円錐面を部分的に面押しするので、加工具の押圧力はその部分に集中するため、特許文献２に記載の全周面同時面押し加工方法に比較して、加工具の押圧力を小さくすることができ、加工具およびワークの支持剛性を小さくでき、それによってびびり現象をなくすことができる。また、加工具の凸状円錐面の真円度がそれほど高精度でなくても、ワークを回転させることによって、高真円度および高光沢度に加工することができる。しかも、加工具によるワークの面押し部の肉は凹状円錐面の円周方向に逃げ、この逃げた肉が加工具によって周方向に押圧されるので、逃げた肉に起因するコブが生じることがない。
【００１６】
また、本発明の弁座の加工装置は、凹状円錐面を有するワークを軸心中心に回転自在に支持するワーク支持手段と、凸状円錐面を有する加工具の軸心をワークの軸心と平行状態で、かつ、オフセット状態で支持する加工具支持手段と、前記加工具とワークとを相対的に移動させる移動手段とを備えたことを特徴としている。
【００１７】
上記の弁座の加工装置によれば、ワーク支持手段によって凹状円錐面を有するワークをその軸心中心に回転状態で支持し、加工具支持手段によって凸状円錐面を有する加工具をその軸心がワークの軸心と平行状態で、かつ、オフセット状態に支持し、この加工具支持手段に支持された加工具を加工具移動手段によってワークに向かって移動させるか、ワーク支持手段に支持されたワークをワーク移動手段によって加工具に向かって移動させることによって、ワークの凹状円錐面を加工具の凸状円錐面によって面押し加工することができる。ここで、ワークと加工具とは軸心がオフセット状態であるため、ワークの凹状円錐面の一部に対して加工具の凸状円錐面の一部が面押しするようになり、しかも、ワークを回転させるので、ワークの凹状円錐面を高真円度で、かつ、高光沢度に加工することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の弁座の加工方法および加工装置の実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１９】
本発明の加工方法に用いる弁座となるワーク１０は、図１および図２に示すように、その中心軸に沿って形成された流体通路１１と、この流体通路１１の先端部の弁座となる部分に切削加工などにより形成されたボールが離座する方向に向かう広がり角度βの凹状円錐面１２を有する。このワーク１０を加工する加工具２０は、ボールが離座する方向へ向かう広がり角度αの凸状円錐面２１を有する。
【００２０】
ここで、加工具２０の凸状円錐面２１の広がり角度αと、ワーク１０の凹状円錐面１２の広がり角度βは、α＝βに設定されている。また、ワーク１０の軸心ｃ１と加工具２０の軸心ｃ２とは、図２から明らかなように、平行状態で、かつ、寸法ｄだけオフセット状態になっている。なお、加工具２０は、ワーク１０よりも硬度が大きい材料で形成している。
【００２１】
ワーク１０を回転させながら、例えば、加工具２０を軸心ｃ２に沿ってワーク１０に向かって移動させていくと、図２および図３に示すように、加工具２０の凸状円錐面２１における周方向の一部（図２および図３の上方部分）が、ワーク１０の凹状円錐面１２における周方向の一部（図２および図３の上方部分）を、小面積部分で面押しする。ワーク１０と加工具２０の下方部では、隙間ｓが形成される。ワーク１０は軸心ｃ１を中心に回転しているから、加工具２０の凸状円錐面２１によって、ワーク１０の凹状円錐面１２が周方向に沿って、順次、面押し加工される。
【００２２】
この面押し加工において、加工具２０の凸状円錐面２１によって面押しされた肉は、従来の特許文献２に記載の加工方法のように、凹状円錐面１２の径外方向やボールが着座する方向に移動しないで、図３に示すように、ワーク１０と加工具２０との小面積の面押し部分ｐから、凹状円錐面１２の周面両側方向ａ，ｂに移動する。そして、この移動した肉は、順次、ワーク１０と加工具２０との小面積面の面押し加工によって次第に均されていくので、真円度の高い、しかも、凹状円錐面１２の加工面が光沢を有する高精度の弁座１３に加工される。
【００２３】
次に、本発明に係る弁座の加工装置における実施の形態について、図面に基づいて説明する。本発明の弁座の加工装置は、図４〜図６に示すように、本体部３０と、ワーク１０を回転可能に支持するワーク支持手段４０と、加工具２０を支持する加工具支持手段５０と、加工具移動手段６０とを備えている。
【００２４】
ワーク１０は、前述のように、軸心ｃ１に沿って形成された流体通路１１を備え、この流体通路１１の先端部に弁座１３に加工する凹状円錐面１２を有する。加工具２０は、凸状円錐面２１を有する。
【００２５】
本体部３０は、基台３１と、基台３１の一方側から立設する立上部３２と、他方側から立設する立上部３３と、基台３１に設けられたガイドレール３４と、ストッパ３５と、前記立上部３２，３３にそれぞれ設けられた軸受３６，３７とを備えている。
【００２６】
ワーク支持手段４０は、基台３１の一方側の立上部３２に、軸受３３を介して回転軸４２を回転自在に取り付けた駆動モータ４１と、回転軸４２の先端に取り付けた支持部本体４３と、この支持部本体４３に直径方向に移動可能に設けたワーク１０をチャックする複数（例えば、図６では４本）のチャック爪４４と、このチャック爪４４に外装されてチャック爪４４を開閉するチャック爪開閉手段４５とを備え、チャック爪４４によってチャックしたワーク１０を、その軸心ｃ１を中心に駆動モータ４１によって回転自在に支持するようにしている。
【００２７】
加工具支持手段５０は、取付部材５１と、取付部材５１に固定された支持部本体５２と、この支持部本体５２に直径方向に移動可能に設けた加工具２０をチャックする複数（例えば、４本）のチャック爪５３と、このチャック爪５３に外装されてチャック爪５３を軸心ｃ２に向かって移動させるチャック爪開閉手段５４とを備え、チャック爪５３によって加工具２０を、その軸心ｃ２をワーク１０の軸心ｃ１と平行状態で、かつ、寸法ｄだけオフセット状態でチャックするように構成されている。
【００２８】
加工具移動手段６０は、本体部３０の基台３１の他方側から立設した立上部３３に取り付けられた駆動機構部６１と、前記立上部３３に軸受３７を介して水平方向にスライド可能に取り付けた駆動機構部６１の駆動軸６２と、駆動軸６２によって基台３１に設けたガイドレール３４を水平移動するＬ字状の移動部材６３とを備えている。移動部材６３上に、前記加工具支持手段５０の取付部材５１が取り付けられており、ワーク支持手段４０によって支持されたワーク１０の軸心ｃ１と、加工具支持手段５０によって支持された加工具２０の軸心ｃ２とは平行状態で、かつ、寸法ｄだけオフセット状態になっている。
【００２９】
なお、移動部材６３には、必要に応じて、前記加工具支持手段５０の取付部材５１を昇降するための昇降手段５５が設けられる。昇降手段５５を設ける場合には、移動部材６３の取付部材５１側面に、取付部材５１を垂直方向にガイドしながらスライドさせるガイドレール６４が設けられる。
【００３０】
次に、上記の加工装置の動作について説明する。まず、加工具移動手段６０の駆動機構部６１により移動部材６３を、図４に示すように、右方向に後退させておき、ワーク支持手段４０のチャック爪開閉手段４５を緩めて、チャック爪４４を開き、ワーク１０をセットしてから、チャック爪開閉手段４５を締める。すると、複数のチャック爪４４が軸心ｃ１方向に向かって移動して、ワーク１０をチャックする。
【００３１】
同様に、加工具支持手段５０のチャック爪開閉手段５４を緩めて、チャック爪５３を開き、加工具２０をセットしてから、チャック爪開閉手段５４を締める。すると、複数のチャック爪５３が軸心ｃ２方向に移動して、加工具２０をチャックする。
【００３２】
必要に応じて、昇降手段５５により取付部材５１を昇降させて、ワーク１０の軸心ｃ１と加工具２０の軸心ｃ２のオフセット寸法ｄを調節する。なお、このオフセット寸法ｄの調整は、ワーク１０と加工具２０とを接近させた後に行ってもよい。
【００３３】
この状態で、ワーク１０をチャックしたワーク支持手段４０を、駆動モータに４１よって軸心ｃ１を中心に回転させる。また、加工具２０をチャックした加工具支持手段５０を、加工具移動手段６０の駆動機構部６１により、ワーク１０に接近する方向（図４の左方向）に移動させる。すると、ワーク１０の軸心ｃ１と加工具２０の軸心ｃ２とのオフセット寸法ｄに基づいて、図２および図３に示すように、ワーク１０における凹状円錐面１２の一部を、加工具２０における凸状円錐面２１の一部が面押しして、前述のように、ワーク１０の凹状円錐面１２が回転面押し加工されて、弁座１３が形成される。
【００３４】
ワーク１０の凹状円錐面１２の回転面押し加工により弁座１３を形成し終わると、加工具移動手段６０の駆動機構部６１により、加工具２０を支持した加工具支持手段５０をワーク１０から離隔する方向（図４の右方向）に移動させ、ワーク支持手段４０の回転動作を停止させてから、ワーク支持手段４０によるワーク１０のチャックを解放して、凹状円錐面１２を弁座１３に加工済みのワーク１０を取り出し、代って未加工のワーク１０をセットする。以下、同様にして、順次、ワーク１０の凹状円錐面１２を回転面押し加工して、弁座１３を形成する。
【００３５】
図７（Ａ）（Ｂ）は、本発明によって加工された弁座に弁部材であるボールを着座または離座させる逆止弁７０の実施形態を示す。この逆止弁７０は、流体通路７１の先端部に形成された凹状円錐面７２が、上記の回転面押し加工によって高真円度で、かつ、高光沢度を有する弁座７３に加工され、この弁座７３に対してボール７４が着座または離座するように構成されている。ボール７４は、図示しない圧縮ばねによって、常時、弁座７３の方向に向かって付勢されている。
【００３６】
本発明の加工方法によれば、例えば、ボール７４が弁座７３に着座したときの、逆止弁７０の先端面からボール７４の頂部までの寸法Ｈの目標精度（±０．０１）、弁座７３におけるボール７４が離座する方向への広がり角度αの目標精度（１１０°±１°）、弁座７３の平滑度の目標面粗度（１．６Ｚ）に対して、それぞれ十分満足できる高真円度で、かつ、高光沢度に回転面押し加工で弁座１３を形成することができた。
【００３７】
この逆止弁７０は、例えば、ディーゼルエンジンの燃料供給経路や、油圧制御機構の制御油供給経路などに適用できる。例えば、ＡＢＳ（アンチロック・ブレーキ・システム）におけるソレノイドの油圧制御機構部に適用した場合について説明すると、流体通路７１に圧送ポンプによって供給される制御油の圧力が圧縮ばねの弾性力を凌駕すると、弁座７３からボール７４が離座することによって、油圧制御機構部に制御油が供給される。また、圧送ポンプが停止すると、制御油の圧力が圧縮ばねの弾性力よりも小さくなるので、ボール７４が圧縮ばねの弾性力によって弁座７３に着座して、制御油の逆流を防止する。
【００３８】
なお、上記の説明は、特定の実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、その精神を逸脱しない範囲において、各種の変形が可能である。
【００３９】
例えば、上記実施形態では、ワーク１０を回転状態にして、加工具２０を支持した加工具支持手段５０をワークに向かって移動する場合について説明したが、このようにすると、ワーク１０を支持したワーク支持手段４０の回転動作を駆動モータ４１が分担し、加工具２０を支持した加工具支持手段５０の水平移動動作を加工具移動手段６０が分担することができるので、それぞれの構成が簡単にできる利点が有るが、ワーク１０と加工具２０とは、相対的に移動させればよく、実施形態とは逆に、ワーク１０を支持するワーク支持手段４０を移動させて、加工具２０を支持するか工具支持手段５０を固定してもよい。あるいは、ワーク支持手段４０と加工具支持手段５０とを、移動するようにすることもできる。
【００４０】
また、図４では、ワーク１０と加工具２０とを横方向にセットする場合について説明したが、縦方向あるいは傾斜方向にセットしてもよい。
【００４１】
さらに、ワーク支持手段４０および加工具支持手段５０は、複数のチャック爪４４，５３をチャック爪開閉手段４５，５４によってチャックする構成について説明したが、空気圧または油圧を利用してチャック爪４４，５３を開閉するようにしてもよい。あるいは、ソレノイドを利用してチャックするようにしてもよい。このようにすれば、ワーク１０や加工具２０のチャッキング動作および解放動作を高速化することが可能で、弁座の加工時間を短縮することができ、生産性が向上する。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の弁座の加工方法は、弁部材を着座または離座させることによって流体の供給または逆流防止を行う逆止弁用のワークの弁座となる凹状円錐面を加工具で加工する加工方法であって、前記弁座となる凹状円錐面を有するワークの軸心と、凸状円錐面を有する加工具の軸心とを、平行状態で、かつ、オフセット状態にして、ワークを回転させながら、ワークの凹状円錐面を加工具の凸状円錐面で加工するものであるから、ワークの凹状円錐面を、高真円度で、かつ、高光沢度に加工することができる。
【００４３】
また、本発明の弁座の加工装置は、凹状円錐面を有するワークを軸心中心に回転自在に支持するワーク支持手段と、凸状円錐面を有する加工具の軸心をワークの軸心と平行状態で、かつ、オフセット状態で支持する加工具支持手段と、前記加工具とワークとを相対的に移動させる移動手段とを備えたものであるから、上記の加工方法を実施して、ワークを高真円度で、かつ、高光沢度に面押し加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る弁座の加工方法について説明するワークと加工具の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る弁座の加工方法における加工時のワークと加工具の要部拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る弁座の加工方法における加工時のワークと加工具の面押し部に垂直な方向から見た要部拡大断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る弁座の加工装置の概略断面図である。
【図５】図４のワーク支持手段および加工具支持手段の要部拡大縦断面図である。
【図６】図４のワーク支持手段の正面図である。
【図７】（Ａ）は本発明による加工方法で加工された弁座を有する実施形態の逆止弁の概略縦断面図、
（Ｂ）は（Ａ）の円Ｂで囲んだ弁座部分のボールを除いた拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１０    ワーク
１１    流体通路
１２    凹状円錐面
１３    弁座
２０    加工具
２１    凸状円錐面
３０    本体部
４０    ワーク支持手段
５０    加工具支持手段
６０    加工具移動手段（移動手段）
７０    逆止弁
７１    流体通路
７２    凹状円錐面
７３    弁座
７４    ボール（弁部材）
ｃ１      ワークの軸心
ｃ２      加工具の軸心
ｄ      ワークの軸心と加工具の軸心とのオフセット寸法
【図１】
2004358574.tif 000003
【図２】
2004358574.tif 000004
【図３】
2004358574.tif 000005
【図４】
2004358574.tif 000006
【図５】
2004358574.tif 000007
【図６】
2004358574.tif 000008
【図７】
2004358574.tif 000009