JP2019039442A - バルブ装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】バルブ装置の製造方法の一次組み付け工程S1では、バルブ装置の構成部品の一部が組み付けられる。溶接工程S2では、バルブとシャフトとが溶接される。加熱処理工程S3では、スプリングが装着されたシールリングがバルブと通路部の内壁との間に配置された状態でシールリングが所定の処理温度で加熱され、スプリングの張力によってシール相手部の形状に倣うように塑性変形する。加熱処理工程S3は、溶接工程S2とは別に順次実施されてもよく(S3A)、或いは、溶接工程の熱を利用して溶接工程と同時に実施されてもよい(S3B)。加熱処理工程S3後の二次組み付け工程S4では、一次組み付け工程S1で組み付けられる構成部品を除くバルブ装置の構成部品が組み付けられる。
【選択図】図5
Description
本発明は上述の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、部品の寸法や真円度のばらつきによらず、バルブ全閉時のシール性を確保するバルブ装置の製造方法を提供することにある。
ハウジングは、流体の流れる通路(80)が形成されている。バルブは、通路内に設けられ、回動変位により通路を開閉可能である。シャフトは、バルブと一体に回動する。
樹脂製のシールリングは、バルブの全閉時に、通路を形成する通路部(81)の内壁(84)とバルブとの間をシールする。
金属製のスプリングは、シールリングの径方向の幅の範囲内に環状に配置され、シールリングをシール相手部に対し径外方向又は径内方向に押圧可能である。
一次組み付け工程では、バルブ装置の構成部品の一部が組み付けられる。
加熱処理工程では、スプリングが装着されたシールリングがバルブと通路部の内壁との間に配置された状態で、シールリングが所定の処理温度で加熱され、スプリングの張力によってシール相手部の形状に倣うように塑性変形する。好ましくは、加熱処理工程の処理温度は、スプリングの張力がシールリングの降伏荷重を上回り、且つ、シールリングの融点未満である温度領域に設定される。
加熱処理工程後の二次組み付け工程では、一次組み付け工程で組み付けられる構成部品を除くバルブ装置の構成部品が組み付けられる。
本実施形態のバルブ装置に用いられる樹脂製のシールリングは、排気の一部を吸気通路に還流するEGRシステムにおいて、EGRガスの通路開閉及び開度調整を行うバルブ装置に適用される。
図1、図2に、バルブ装置の概略構成を示す。その概要は特許文献1(特開2016−211678号公報)に記載された内容と同様であるため、詳細な説明を省略し、簡単に説明する。図1、図2において、シールリングは、第1実施形態のシールリング301を代表として図示し、バルブは、第1〜第3実施形態のバルブ70を代表として図示する。
ハウジング91内で通路80を形成する部分のうち、バルブ70が回動する部分を通路部81と記す。図1、図2の構成例では、ハウジング91の孔に内挿されたノズルにより通路部81が構成されており、このノズルの内壁が「通路部81の内壁」に相当する。
例えばハウジング91はアルミニウム合金のダイカスト製であり、ノズルは、耐熱性や耐腐食性に優れたステンレス等により形成されている。
バルブ70は、シャフト95の先端部に、シャフト95の軸に対して傾斜した状態で固定され、シャフト95と一体に回動することにより通路80の開度を調整する。
センサケース96は、シャフト95の回転角度を検出することでバルブ70の開度を検出する回転角センサ97が収容されている。リターンスプリング98は、バルブ70を閉弁方向に向けて付勢する
シールリング301は、PPS、PTFE、PEEK等の樹脂材料で成形された平板状のリングである。シールリング301は、弾性変形可能であり、バルブ70の全閉時に、バルブ70と通路部81の内壁84との間をシールする。
スプリング50は、バネ性を有する金属線材によって形成され、シールリング301の径方向の幅の範囲内に環状に配置されている。
図3、図4を参照し、第1実施形態のバルブ装置の構成を説明する。
図3において、バルブ70の上流側端面71から下流側端面72に向かうFlow方向にEGRガスが流入する。バルブ外周溝75は、上流側の溝内壁751、下流側の溝内壁752、及び溝底壁753を有している。第1実施形態のシールリング301は、外周溝75に収容される。この構成は、以下の第2、第3実施形態にも共通する。
スプリング50は、シールリング301の内周面33に形成されたスプリング溝36に装着されることにより、シールリング301の径方向の幅の範囲内に環状に配置される。
シールリング301をバルブ外周溝75へ組み付ける時、作業者は、弾性変形により合口39を離間させて一旦拡径させ、外周溝75に挿着する。挿着後、シールリング301は縮径する。また、バルブ装置90で使用されるとき、ガスの圧力によってシールリング301が拡径し合口39が離間するものの、バルブ全閉時には合口39の隙間が密着するように形成されている。
一次組み付け工程S1では、バルブ装置90の構成部品の一部が組み付けられる。例えば図1に参照されるように、ハウジング91の孔に、通路部81を構成するノズルが内挿される。また、スプリング50が組み合わされたシールリング301がバルブ70の外周溝75に挿入される。そして、軸受92、シール部材93、軸受94が組み付けられたシャフト95がハウジング91に組み付けられる。このとき、シャフト95の先端部は、通路80内に配置されたバルブ70の孔に挿入される。
Aパターンでは、溶接工程S2及び加熱処理工程S3Aが順次実施される。溶接工程S2では、プラズマ溶接やレーザ溶接等によりバルブ70とシャフト95とが溶接される。加熱処理工程S3Aでは、スプリング50が装着されたシールリング301がバルブ70と通路部81の内壁84との間に配置された状態でシールリング301が所定の処理温度で加熱され、スプリング50の張力Foによって「シール相手部」の形状に倣うように塑性変形する。
ただし現実には、Aパターンの溶接工程S2において積極的な断熱処置をしない限り、溶接の熱はシールリング301に伝達されるはずである。したがって、バルブ装置を観察したとき、シールリング301にスプリング50が装着されており、且つ、バルブ70とシャフト95とが溶接されていれば、そのバルブ装置は、溶接兼加熱処理工程S3Bを含む製造方法によって製造されたものと推認される。
第1実施形態のバルブ装置の製造方法では、シールリング301がバルブ外周溝75に収容され、シールリング301の外周面34が通路部81の内壁84に当接するように、加熱処理工程S3が実施される。シールリング301は、径外方向のスプリング張力Foによって、外周面34が「シール相手部」である通路部81の内壁84の形状に倣うように塑性変形する。この構成は、次の第2、第3実施形態についても同様である。
なお、一次組み付け工程S1及び二次組み付け工程S4でそれぞれ組み付けられる構成部品の種類は、上述した例に限らず適宜選択してよい。
樹脂製のシールリングの降伏荷重Yは、低温領域から高温領域に向かってS字カーブを描いて低下し、融点Mpに達するとシールリングは溶解する。また、金属製スプリングの張力Fも低温領域から高温領域に向かって低下するが、その低下度合いは、降伏荷重Yの低下度合いに比べて小さい。
そのため、加熱処理工程S3の処理温度は、平衡点Eqよりも高く、且つ、シールリングの融点未満の温度領域に設定される。
したがって、常温ではスプリング張力Fが降伏荷重Yを下回るように設定されることが好ましい。さらに、例えば使用温度領域の上限が平衡点Eqよりも少し低いか、或いは平衡点Eqを少し超える程度に設定されることが好ましいと考えられる。
量産工程では、シールリング309の外径や真円度、通路80の内径や真円度にそれぞればらつきが生じる。特に樹脂成形品であるシールリング309は、成形条件や成形後の保管状態、組み付け時の応力等によって歪みや寸法ばらつきが比較的大きくなりやすい。
また、図13のフローチャートに示すように、比較例のバルブ装置の製造方法は、一次組み付け工程S1、溶接工程S2、二次組み付け工程S4の三工程のみを含み、第1実施形態のような加熱処理工程S3を含まない。
しかし、図6に示すように、スプリング張力Fとシールリング降伏荷重Yとの関係により、常温領域では必ずしも十分な塑性変形が実現されない場合がある。むしろ、上述の通り、常温領域でスプリング張力Fが降伏荷重Yを上回るように設定すると、シールリングの耐久強度の観点から好ましくない。
第1実施形態では、加熱処理工程S3において、シールリング301は、径外方向のスプリング張力Foによって、外周面34が通路部81の内壁84の形状に倣うように塑性変形する。したがって、部品の寸法や真円度のばらつきによらず、バルブ全閉時のシール性を確保することができる。
また、加熱処理工程S3の処理温度を平衡点Eqより高く、且つ、シールリングの融点Mp未満の温度領域に設定することで、シールリング301を適切に塑性変形させることができる。
第2〜第4実施形態では、第1実施形態と同様に、シールリング302−304のシール相手部は通路部81の内壁84であり、スプリング50は、シールリング302−304を径外方向に押圧する。一方、第5実施形態では、シールリング305のシール相手部はバルブ78の外周壁783であり、スプリング50は、シールリング305を径内方向に押圧する。
第2実施形態について、図7を参照する。
第2実施形態では、スプリング50は、シールリング302の軸方向の一方の端面31に形成されたスプリング溝35に装着されることにより、シールリング302の径方向の幅の範囲内に環状に配置される。スプリング溝35に装着されたスプリング50は、スプリング溝35の径方向外側の溝内壁354に当接し、張力Foによりシールリング302を径外方向に押圧する。
第3実施形態について、図8を参照する。
第3実施形態では、スプリング50は、シールリング303の内部に埋め込まれることにより、シールリング303の径方向の幅の範囲内に環状に配置される。典型的には、スプリング50がインサート成形されることによりシールリング303にモールドされる。モールドされたスプリング50は、張力Foによりシールリング303を径外方向に押圧する。
第4実施形態について、図9を参照する。
第4実施形態ではバルブ77に外周溝が形成されていない。また、シールリング304は、内周面33から径外方向に凹むスプリング溝38が形成されており、バルブ全閉位置で、外周面34が通路部81の内壁84に当接する。スプリング溝38の軸方向両側の壁を形成する一対の鍔部371、372は、バルブ77の周縁部771、772に外挿される。スプリング溝38に装着されたスプリング50は、スプリング溝38の溝底壁384に当接し、張力Foによりシールリング304を径外方向に押圧する。
シールリング304のスプリング溝38にスプリング50が装着される点を除き、鍔部371、372がバルブ77の周縁部771、772に外挿される構成は、国際公開WO2006/080273号の図19等に開示された構成に準ずる。
これにより、上述の各実施形態と同様に、部品の寸法や真円度のばらつきによらず、バルブ全閉時のシール性を確保することができる。
第5実施形態について、図10を参照する。
第5実施形態ではバルブ78に外周溝が形成されていない。また、通路部81と筒部材82とにより、通路部81の内壁84に収容溝85が形成されている。シールリング305は、外周側が収容溝85に収容され、内周面33が収容溝85から通路内に露出する。破線で示すように、バルブ78は、固定されたシールリング305に対し回動軸Qを中心として回動する。バルブ全閉時、バルブ78の外周壁783とシールリング305の内周面33とが当接する。
シールリング305のスプリング溝35にスプリング50が装着される点を除き、通路部81の収容溝85に収容されたシールリング305に対してバルブ78が回動する構成は、独国DE102014222517A1明細書に開示された構成に準ずる。
これにより、上述の各実施形態と同様に、部品の寸法や真円度のばらつきによらず、バルブ全閉時のシール性を確保することができる。
本発明のバルブ装置の製造方法は、EGRバルブ装置に限らず、吸気ガスが流れるスロットルバルブ装置や、その他バタフライ弁を用いる各種開閉弁、流量調整弁、圧力調整弁等に適用可能である。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
50・・・(金属製の)スプリング、
70、77、78・・・バルブ、
80・・・通路、 81・・・通路部、 84・・・内壁。
90・・・バルブ装置、
91・・・ハウジング、 95・・・シャフト。
Claims (6)
- 流体の流れる通路(80)が形成されたハウジング(91)と、
前記通路内に設けられ、回動変位により前記通路を開閉可能なバルブ(70、77、78)と、
前記バルブと一体に回動するシャフト(95)と、
前記バルブの全閉時に、前記通路を形成する通路部(81)の内壁(84)と前記バルブとの間をシールする樹脂製のシールリング(301−305)と、
前記シールリングの径方向の幅の範囲内に環状に配置され、前記シールリングをシール相手部に対し径外方向又は径内方向に押圧可能な金属製のスプリング(50)と、
を備えるバルブ装置(90)の製造方法であって、
前記バルブ装置の構成部品の一部が組み付けられる一次組み付け工程(S1)と、
前記スプリングが装着された前記シールリングが前記バルブと前記通路部の内壁との間に配置された状態で、前記シールリングが所定の処理温度で加熱され、前記スプリングの張力によって前記シール相手部の形状に倣うように塑性変形する加熱処理工程(S3)と、
前記加熱処理工程の後、前記一次組み付け工程で組み付けられる構成部品を除く前記バルブ装置の構成部品が組み付けられる二次組み付け工程(S4)と、
を含むバルブ装置の製造方法。 - 前記加熱処理工程の処理温度は、前記スプリングの張力が前記シールリングの降伏荷重を上回り、且つ、前記シールリングの融点未満である温度領域に設定される請求項1に記載のバルブ装置の製造方法。
- 前記一次組み付け工程の後、前記バルブと前記シャフトとが溶接される溶接工程(S2)をさらに含み、
前記加熱処理工程は、前記溶接工程の熱を利用して前記溶接工程と兼ねて実施される請求項1または2に記載のバルブ装置の製造方法。 - 前記シールリングが前記バルブ(70)の外周溝(75)に収容され、前記シールリングの外周面(34)が前記通路部の内壁に当接した状態で、前記加熱処理工程が実施される請求項1〜3のいずれか一項に記載のバルブ装置の製造方法。
- 前記シールリングの内周面(33)に形成されたスプリング溝(38)の軸方向両側の壁を形成する一対の鍔部(371、372)が前記バルブ(77)の周縁部(771、772)に外挿され、前記シールリングの外周面(34)が前記通路部の内壁に当接した状態で、前記加熱処理工程が実施される請求項1〜3のいずれか一項に記載のバルブ装置の製造方法。
- 前記シールリングが前記通路部の内壁に形成された収容溝(85)に収容され、前記シールリングの内周面(33)が前記バルブ(78)の外周壁(783)に当接した状態で、前記加熱処理工程が実施される請求項1〜3のいずれか一項に記載のバルブ装置の製造方法。
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