JP2016130575A - 弁部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】弁部品につき、高耐食性を確保すると共に溶接時の高温割れを防止すること。
【解決手段】高耐食性の第1金属部材は、弁体5であり、弁体5に凹部5aと第1軸孔5bが形成される。易溶接性の第2金属部材は、弁軸6である。易溶接性の第3金属部材は、凹部5aに圧入される圧入部材16であり、圧入部材16に第2軸孔16aが形成される。圧入部材16が弁体5の凹部5aに圧入された状態で同軸上に配置された第1軸孔5bと第2軸孔16aに弁軸6が挿通され、弁軸6の先端が圧入部材16に溶接されることにより弁体5が弁軸6固定される。弁体5には、ニッケル基合金、チタン合金又はオーステナイトが材料として使用され、弁軸6及び圧入部材16には、オーステナイト又はフェライトが材料として使用される。
【選択図】 図2
【解決手段】高耐食性の第1金属部材は、弁体5であり、弁体5に凹部5aと第1軸孔5bが形成される。易溶接性の第2金属部材は、弁軸6である。易溶接性の第3金属部材は、凹部5aに圧入される圧入部材16であり、圧入部材16に第2軸孔16aが形成される。圧入部材16が弁体5の凹部5aに圧入された状態で同軸上に配置された第1軸孔5bと第2軸孔16aに弁軸6が挿通され、弁軸6の先端が圧入部材16に溶接されることにより弁体5が弁軸6固定される。弁体5には、ニッケル基合金、チタン合金又はオーステナイトが材料として使用され、弁軸6及び圧入部材16には、オーステナイト又はフェライトが材料として使用される。
【選択図】 図2
Description
この発明は、例えば、EGR弁等の流体制御弁に使用される弁部品に係り、高耐食性の第1金属部材を易溶接性の第2金属部材に固定した弁部品に関する。
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献1に記載されるEGR弁が知られている。このEGR弁は、ハウジングの流路に設けられた金属製の弁座と、弁座に着座可能に設けられた金属製の弁体と、弁座に対して弁体を往復動させる金属製の弁軸と、弁軸を駆動させるアクチュエータとを備える。ここで、弁体と弁軸は別々に形成された後、弁体が弁軸の先端部に隙間嵌めされ位置調整された後、溶接により固定されている。
ところで、特許文献1に記載のEGR弁は、腐食環境下で使用されることがあるので、弁体には、高い耐食性が要求される。しかしながら、弁体に高耐食性の材料を使用すると、弁体を弁軸に溶接するとき、その溶接部で高温割れが生じるおそれがあり、弁体の耐久性が低下するおそれがあった。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、高耐食性を確保すると共に、溶接時に高温割れを防止できる弁部品を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、高耐食性の第1金属部材を易溶接性の第2金属部材に固定した弁部品であって、第1金属部材に凹部が設けられ、凹部に易溶接性の第3金属部材が圧入され、第3金属部材に第2金属部材が溶接されることにより第1金属部材が第2金属部材に固定されたことを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、第1金属部材の凹部に第3金属部材が圧入されるので、第1金属部材と第3金属部材が一体化する。また、易溶接性の第3金属部材に易溶接性の第2金属部材が溶接により固定される。従って、第3の金属部材と第2金属部材とが好適に溶接され、第1金属部材が溶接による熱的影響を受け難く、第1金属部材と第2金属部材が直接溶接することなく一体化される。
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、第1金属部材が、弁体であり、弁体に凹部と第1軸孔が形成され、第2金属部材が、弁軸であり、第3金属部材が、凹部に圧入される圧入部材であり、圧入部材に第2軸孔が形成され、圧入部材が弁体の凹部に圧入された状態で同軸上に配置された第1軸孔と第2軸孔に弁軸が挿通され、弁軸の先端が圧入部材に溶接されることにより弁体が弁軸に固定されたことを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、弁体の凹部に圧入部材が圧入されるので、弁体と圧入部材が一体化する。また、易溶接性の圧入部材が弁体の凹部に圧入された状態で同軸上に配置された第1軸孔と第2軸孔に、易溶接性の弁軸が挿通され、弁軸の先端が圧入部材に溶接されることにより弁体が弁軸に固定される。従って、圧入部材と弁軸とが好適に溶接され、弁体が溶接による熱的影響を受け難く、弁体と弁軸が直接溶接することなく一体化される。
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、第1金属部材には、ニッケル基合金、チタン合金又はオーステナイトが材料として使用され、第2金属部材及び第3金属部材には、オーステナイト又はフェライトが材料として使用されたことを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、請求項1又は2に記載の発明の作用に加え、第1金属部材に、ニッケル基合金、チタン合金又はオーステナイトが材料として使用され、第2金属部材及び第3金属部材に、オーステナイト又はフェライトが材料として使用されるので、それぞれの材料の特性が発揮される。
請求項1に記載の発明によれば、弁部材につき、高耐食性を確保できると共に、溶接時に高温割れを防止することができる。
請求項2に記載の発明によれば、弁部材につき、弁体の高耐食性を確保できると共に、溶接時に弁体の高温割れを防止することができる。
請求項3に記載の発明によれば、請求項1又は2に記載の発明の効果に加え、弁部品につき、高耐食性又は高温割れ防止の効果を任意に調整することができる。
以下、本発明の弁部品をエンジンの排気系装置の一つである排気還流弁(EGR弁)に具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
図1に、全閉状態のEGR弁1を正断面図により示す。EGR弁1は、エンジンから排出される排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路へ戻すEGR通路に設けられ、EGRガス流量を調節するために使用される。
図1に示すように、EGR弁1は、ポペット弁構造をなし、EGRガスの流路2を含む金属製のハウジング3と、流路2の中間に設けられた金属製の弁座4と、弁座4に着座可能に設けられ、弁座4との間でEGRガスの計量部を形成する金属製の弁体5と、弁体5を弁座4に対して往復動させるための金属製の弁軸6と、弁軸6を弁体5と共に駆動するためのアクチュエータ7とを備える。アクチュエータ7は、一例としてステップモータより構成され、弁軸6を弁体5と共に軸方向へ往復運動(ストローク運動)させるように構成される。このEGR弁1は、アクチュエータ7により弁体5を弁座4に対して移動させて計量部の開口面積を変化させることにより、流路2におけるEGRガス流量を調節するように構成される。この実施形態では、アクチュエータ7の構成の詳しい説明は省略する。流路2の両端は、EGRガスが導入される入口2aと、EGRガスが導出される出口2bとなっている。
この実施形態において、弁軸6は、図1においてハウジング3を垂直に貫通して配置され、その基端部(上端部)がアクチュエータ7にねじ機構を介して駆動連結される。弁座4は、略円環状をなし、その中心に弁孔4aを含む。弁座4には、高耐食性の材料が使用される。具体的には、「SUE400,スーパーステンレス,樹脂等」が使用される。弁体5は、略円錐形状をなし、弁軸6の先端部(下端部)に固定される。ハウジング3と弁軸6との間には、弁軸6をストローク運動可能に支持するために直列に配置された第1スラスト軸受8と第2スラスト軸受9が設けられる。各スラスト軸受8,9は、略筒形をなし、ハウジング3の中心に形成された組付孔3aに嵌合されて固定される。ハウジング3には、ハウジング3と弁軸6との間をシールするための略円筒状をなすリップシール10が、第2スラスト軸受9に隣接して設けられる。ハウジング3には、ハウジング3と弁軸6との間をデポジットからガードするためのデポガードプラグ11が、リップシール10に隣接して設けられる。
図2に、図1の弁体5の部分を拡大断面図により示す。この実施形態で、弁体5は、本発明における高耐食性の第1金属部材に相当し、中心に凹部5aと第1軸孔5bが形成される。凹部5aは、弁体5の下底面5cに開口する。弁体5の下底面5cの外周部には、他の部分より低い段差5dが形成される。この実施形態で、弁軸6は、本発明における易溶接性の第2金属部材に相当する。弁体5の凹部5aには、その凹部5aの形状に近似する圧入部材16が圧入される。この圧入部材16には、弁体5の第1軸孔5bと同軸をなして互いに連通する第2軸孔16aが形成される。この実施形態で、圧入部材16は、本発明における易溶接性の第3の金属部材に相当する。ここで、圧入部材16が弁体5の凹部5aに圧入された状態で、同軸上に配置された第1軸孔5bと第2軸孔16aに弁軸6が挿通され、その弁軸6の先端が圧入部材16に溶接されることにより、弁体5が弁軸6に固定される。図1、図2に示すように、弁軸6の先端と圧入部材16との間で溶接が施された部分が溶接部21となっている。このように組み付けられた弁体5、圧入部材16及び弁軸6により、本発明の弁部品が構成される。ここで、弁体5を構成する第1金属部材には、高耐食性を有するニッケル基合金、チタン合金又はオーステナイトが材料として使用される。より具体的には、例えば「SUS310S,SUS316L,NAS354N,インコネル,スーパーステンレス等」を使用することができる。また、弁軸6及び圧入部材16を構成する第2金属部材及び第3金属部材には、易溶接性を有するオーステナイト又はフェライトが材料として使用される。より具体的には、例えば「SUS304等」を使用することができる。この実施形態では、弁体5を構成する第1金属部材に「SUS310S」を使用し、弁軸6及び圧入部材16を構成する第2金属部材及び第3金属部材に「SUS304」を使用することとする。また、この実施形態では、溶接方法として「TIG溶接」が採用されるが、「アーク溶接」や「レーザ溶接」を採用することもできる。
上記のように構成された弁部品に係り、図3に、周知のシェフラーの状態図を示す。一般に、ステンレス鋼は、化学成分によりオーステナイト(A)、フェライト(F)、マルテンサイト(M)及びそれらの混合型(A+F,A+M,F+A,M+F,A+M+F)に組織が変化する。そして、機械的性質、耐食性及び溶接性などは、組織によって大きな影響を受けるとされている。そこで、溶接金属の組織が、このシェフラーの状態図の中の「安全域」に入るように設定されている。オーステナイト鋼は、より高温の融点直下では、フェライト組成が共存するようになる。このフェライトは溶接割れの防止や応力腐食割れの軽減に有効であり、溶接材料としてはフェライトが積極的に利用されている。このフェライトの量が多すぎるとかえって害があるため、溶接金属中では溶接のまま5〜10%程度含有されるように設計されている。溶接金属中に含まれるフェライト量をその化学成分から推定するために、このシェフラーの状態図が参照される。
図3において、「(A)オーステナイト」の領域は、溶接時に1250℃以上で高温割れが発生する領域である。「(M)マルテンサイト」の領域は、溶接直後にマルテンサイト相が析出する領域であり、400℃以下でマルテンサイト割れが発生する領域である。「(F)フェライト」の領域は、結晶粒が粗大化して脆化する領域である。混合型の一つである「(A+F)」の領域は、フェライト含有量過剰域であり、処理によりシグマ相が析出して脆化する領域である。その他、混合型として「(A+M)」の領域(マルテンサイト含有量過剰域)、「(M+F)」及び「(A+M+F)」の領域がある。そして、これらの領域の中央部に限られた「(安全域)」は、高温割れが発生しない安全な溶接金属が得られる領域である。フェライト含有量は、特に異材溶接の際に重要となるので、適正な溶接材料の選択を検討する必要がある。この実施形態では、溶接金属の組織が、すなわち、弁軸6と圧入部材16の組織が、このシェフラーの状態図中の「(安全域)」に入るように適正な溶接材料を選択するようにしている。この実施形態では、弁軸6及び圧入部材16として「SUS304」が使用されるが、溶接組織をこのシェフラーの状態図の「(安全域)」に近付けるために、弁軸6の先端部を圧入部材16に溶接する前に、弁軸6の先端部が圧入部材16の第2軸孔16aから下方へ突出する突出量を増加させることで「SUS304」の溶融率を増加させるようにしている。
以上説明したこの実施形態のEGR弁1に使用される弁部品によれば、弁体5の凹部5aに圧入部材16が圧入されるので、弁体5と圧入部材16が一体化し、二体化構造の弁体5が得られる。また、易溶接性の圧入部材16が弁体5の凹部5aに圧入された状態で、同軸上に配置された第1軸孔5bと第2軸孔16aに、易溶接性の弁軸6が挿通され、弁軸6の先端が圧入部材16に溶接されることにより弁体5が弁軸6に固定される。従って、圧入部材16と弁軸6とが好適に溶接され、弁体5が溶接による熱的影響を受け難く、弁体5と弁軸6が直接溶接することなく一体化される。このため、弁部品につき、弁体5の高耐食性を確保できると共に、溶接時に弁体5の高温割れを防止することができる。
この実施形態では、弁体5に使用される第1金属部材に、ニッケル基合金、チタン合金又はオーステナイトが材料として使用される。また、弁軸6及び圧入部材16に使用される第2金属部材及び第3金属部材に、オーステナイト又はフェライトが材料がとして使用されるので、材料それぞれの組合せにより最良の特性が発揮される。このため、弁部品につき、高耐食性又は高温割れ防止の効果を任意に調整することができる。
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
(1)前記実施形態では、第1金属部材を凹部5aと第1軸孔5bを有する弁体5とし、第2金属部材を弁軸6とし、第3金属部材を第2軸孔16aを有する圧入部材16として構成した。これに対し、第1金属部材、第2金属部材及び第3金属部材は、弁体5、弁軸6及び圧入部材16に限られるものではなく、第1金属部材の凹部に第3金属部材を圧入し、その第3金属部材に第2金属部材を溶接することにより第1金属部材を第2金属部材に固定するように構成した弁部品であればよい。
この発明の弁部品は、EGR弁等の流体制御弁に利用することができる。
5 弁体
5a 凹部
5b 第1軸孔
6 弁軸
16 圧入部材
16a 第2軸孔
5a 凹部
5b 第1軸孔
6 弁軸
16 圧入部材
16a 第2軸孔
Claims (3)
- 高耐食性の第1金属部材を易溶接性の第2金属部材に固定した弁部品であって、
前記第1金属部材に凹部が設けられ、前記凹部に易溶接性の第3金属部材が圧入され、前記第3金属部材に前記第2金属部材が溶接されることにより前記第1金属部材が前記第2金属部材に固定されたことを特徴とする弁部品。 - 前記第1金属部材が、弁体であり、前記弁体に凹部と第1軸孔が形成され、
前記第2金属部材が、弁軸であり、
前記第3金属部材が、前記凹部に圧入される圧入部材であり、前記圧入部材に第2軸孔が形成され、
前記圧入部材が前記弁体の前記凹部に圧入された状態で同軸上に配置された前記第1軸孔と前記第2軸孔に前記弁軸が挿通され、前記弁軸の先端が前記圧入部材に溶接されることにより前記弁体が前記弁軸に固定されたことを特徴とする請求項1に記載の弁部品。 - 前記第1金属部材には、ニッケル基合金、チタン合金又はオーステナイトが材料として使用され、前記第2金属部材及び前記第3金属部材には、オーステナイト又はフェライトが材料として使用されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の弁部品。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015005712A JP2016130575A (ja) | 2015-01-15 | 2015-01-15 | 弁部品 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2015005712A JP2016130575A (ja) | 2015-01-15 | 2015-01-15 | 弁部品 |
Publications (1)
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JP2016130575A true JP2016130575A (ja) | 2016-07-21 |
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ID=56415838
Family Applications (1)
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JP2015005712A Pending JP2016130575A (ja) | 2015-01-15 | 2015-01-15 | 弁部品 |
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JP (1) | JP2016130575A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109848596A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-06-07 | 博格华纳排放系统(宁波)有限公司 | 一种专用于废气再循环阀阀芯的焊接方法 |
-
2015
- 2015-01-15 JP JP2015005712A patent/JP2016130575A/ja active Pending
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CN109848596A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-06-07 | 博格华纳排放系统(宁波)有限公司 | 一种专用于废气再循环阀阀芯的焊接方法 |
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