WO2019039372A1 - バルブ装置の製造方法 - Google Patents

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WO2019039372A1
WO2019039372A1 PCT/JP2018/030401 JP2018030401W WO2019039372A1 WO 2019039372 A1 WO2019039372 A1 WO 2019039372A1 JP 2018030401 W JP2018030401 W JP 2018030401W WO 2019039372 A1 WO2019039372 A1 WO 2019039372A1
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seal ring
valve
spring
valve device
heat treatment
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裕亮 中川
徳幸 稲垣
孝浩 神頭
三上 修也
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株式会社デンソー
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    • F02D9/10Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having pivotally-mounted flaps
    • F02D9/107Manufacturing or mounting details

Definitions

  • the present disclosure relates to a method of manufacturing a valve device.
  • the environmental temperature of the gas passage portion ranges from a low temperature left in a cold region to a high temperature exposed to exhaust gas.
  • the materials of the valve, the seal ring, the nozzle forming the gas passage portion, etc. are different from each other, the clearance in consideration of the linear expansion difference of each material is set.
  • a resin seal ring is used instead of the metal seal ring generally used before.
  • the resin seal ring is expanded in diameter by elastic deformation, and the outer peripheral surface abuts against the inner wall of the passage portion, whereby the gap is sealed.
  • An object of the present disclosure is to provide a method of manufacturing a valve device that ensures sealing performance when the valve is fully closed regardless of variations in part dimensions and roundness.
  • the present disclosure relates to a method of manufacturing a valve device including a housing, a valve, a shaft, a seal ring made of resin, and a spring made of metal.
  • the housing is formed with a fluid flow passage.
  • the valve is provided in the passage and can open and close the passage by rotational displacement.
  • the shaft rotates integrally with the valve.
  • the resin seal ring seals between the inner wall of the passage portion forming the passage and the valve when the valve is fully closed.
  • the metal spring is annularly disposed within the range of the radial width of the seal ring, and can press the seal ring radially outward or radially inward with respect to the seal counterpart.
  • the manufacturing method of the valve device of the present disclosure includes a primary assembly process, a heat treatment process, and a secondary assembly process.
  • the primary assembly process the components of the valve assembly including the valve, seal ring and spring are assembled.
  • the heat treatment step the seal ring is heated to a predetermined treatment temperature in a state where the seal ring on which the spring is mounted is disposed between the valve and the inner wall of the passage portion, and the tension of the spring causes the seal to be in the shape of the seal counterpart. It plastically deforms to follow.
  • the treatment temperature of the heat treatment step is set to a temperature range in which the tension of the spring exceeds the yield load of the seal ring and is less than the melting point of the seal ring.
  • the secondary assembly process after the heat treatment process the components of the valve device are assembled except for the components assembled in the primary assembly process.
  • the seal ring can be plastically deformed by the heat treatment process such that the seal ring conforms to the shape of the seal counterpart due to the tension of the spring. Therefore, the sealing performance at the time of full closing of the valve can be improved regardless of the variation of the dimensions and the roundness of the parts.
  • the method of manufacturing the valve device further includes a welding step of welding the valve and the shaft after the primary assembling step, and the heat treatment step is performed concurrently with the welding step using heat of the welding step. .
  • the heat treatment process only for plastic deformation of the seal ring can be omitted.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an EGR valve device
  • 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion II of FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view of the passage when the valve is fully closed according to the first embodiment
  • 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3
  • FIG. 5 is a flowchart of the method of manufacturing the valve device according to the first embodiment
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the processing temperature of the heat treatment step
  • FIG. 7 is a sectional view of the passage when the valve is fully closed according to the second embodiment
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an EGR valve device
  • 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion II of FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view of the passage when the valve is fully closed according to the first embodiment
  • 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3
  • FIG. 5 is a flowchart of the method of manufacturing
  • FIG. 8 is a sectional view of the passage when the valve is fully closed according to the third embodiment
  • FIG. 9 is a sectional view of the passage when the valve is fully closed according to the fourth embodiment
  • FIG. 10 is a sectional view of the passage when the valve is fully closed according to the fifth embodiment
  • FIG. 11 is a sectional view of a passage when the valve of the comparative example is fully closed
  • 12 is a cross-sectional view taken along the XII-XII radial direction of FIG.
  • FIG. 13 is a flowchart of a method of manufacturing a valve device of a comparative example.
  • valve device a valve device and a method of manufacturing the valve device will be described based on the drawings.
  • substantially the same configuration is given the same reference numeral and the description is omitted.
  • first to fifth embodiments are collectively referred to as “the present embodiment”.
  • the seal ring made of resin used for the valve device of the present embodiment is applied to a valve device that performs passage opening / closing of the EGR gas and adjustment of the opening degree in an EGR system that recirculates a part of exhaust gas to the intake passage.
  • valve device 1 and 2 show the schematic configuration of the valve device. 1 and 2, the seal ring is illustrated as a representative of the seal ring 301 of the first embodiment, and the valve is illustrated as a representative of the valve 70 of the first to third embodiments.
  • the valve device 90 includes a housing 91 having a passage 80 for EGR gas, a valve 70 which is a butterfly valve that rotates together with the shaft 95 in the housing 91 and opens and closes the passage by rotational displacement, a sensor case 96, etc. Have.
  • a portion of the housing 91 that forms the passage 80 the portion where the valve 70 rotates is referred to as the passage portion 81.
  • the passage portion 81 is configured by the nozzle inserted into the hole of the housing 91, and the inner wall of the nozzle corresponds to “the inner wall of the passage portion 81”.
  • the housing 91 is made of die-cast aluminum alloy, and the nozzle is formed of stainless steel or the like excellent in heat resistance and corrosion resistance.
  • the shaft 95 is rotatably supported by bearings 92, 94 provided in the housing 91.
  • a seal member 93 is provided between the bearing 92 and the bearing 94.
  • the shaft 95 is rotated by being transmitted while decelerating the rotation of a motor (not shown).
  • the valve 70 is fixed to the tip of the shaft 95 in an inclined state with respect to the axis of the shaft 95, and adjusts the opening degree of the passage 80 by pivoting integrally with the shaft 95.
  • the sensor case 96 houses a rotation angle sensor 97 that detects the opening degree of the valve 70 by detecting the rotation angle of the shaft 95.
  • the return spring 98 biases the valve 70 in the valve closing direction.
  • the valve 70 has a disk shape centered on the axis O, and an outer peripheral groove 75 having a rectangular cross section is formed over the entire circumference of the outer peripheral edge.
  • a resin seal ring 301 to which a metal spring 50 is attached is accommodated in the outer peripheral groove 75.
  • the seal ring 301 is a flat ring formed of a resin material such as PPS, PTFE, or PEEK.
  • the seal ring 301 is elastically deformable, and seals between the valve 70 and the inner wall 84 of the passage portion 81 when the valve 70 is fully closed.
  • the spring 50 is formed of a metal wire having a spring property, and is annularly disposed within the range of the radial width of the seal ring 301.
  • Each embodiment differs in the shape of the valve and the detailed configuration of the seal ring to which the spring 50 is mounted.
  • the configuration of the valve, the seal ring and the like, and the method of manufacturing the valve device will be described for each embodiment.
  • the seal ring of each embodiment the third digit following “30” is assigned the embodiment number.
  • the configuration of the valve device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • the EGR gas flows in the flow direction from the upstream end surface 71 of the valve 70 toward the downstream end surface 72.
  • the valve outer peripheral groove 75 has an upstream groove inner wall 751, a downstream groove inner wall 752, and a groove bottom wall 753.
  • the seal ring 301 of the first embodiment is accommodated in the outer circumferential groove 75. This configuration is common to the following second and third embodiments.
  • outer circumferential surface 34 of seal ring 301 is positioned radially outward of outer circumferential surface 73 of valve 70, and inner circumferential surface 33 of seal ring 301 is outer circumferential groove 75.
  • the outer peripheral surface 34 of the seal ring 301 abuts on the inner wall 84 of the passage portion 81.
  • the entire periphery of the outer peripheral surface 34 uniformly abuts on the inner wall 84 of the passage portion 81, whereby sealing performance is secured.
  • the pressure of the gas flowing in the flow direction acts on one end face 31 of the seal ring 301, and the other end face 32 is pressed against the downstream groove inner wall 752 of the outer peripheral groove 75.
  • the axial cross section of the seal ring 301 is common to each embodiment, and has a substantially rectangular shape surrounded by one end surface 31 in the axial direction, the other end surface 32, the inner peripheral surface 33 and the outer peripheral surface 34.
  • a spring groove 36 which is recessed radially outward from the inner circumferential surface 33 is formed.
  • the spring 50 is annularly disposed within the range of the radial width of the seal ring 301 by being attached to the spring groove 36 formed on the inner circumferential surface 33 of the seal ring 301.
  • the free diameter of the spring 50 is set such that the outer diameter is slightly larger than the inner diameter of the groove bottom wall 364 of the spring groove 36. Therefore, the spring 50 mounted in the spring groove 36 abuts on the groove bottom wall 364 of the spring groove 36 and presses the seal ring 301 radially outward by the tension Fo. As shown in FIG. 4, the seal ring 301 is radially pressed radially outward from the center O such that the outer peripheral surface 34 abuts the inner wall 84 of the passage portion 81 in all directions.
  • the seal ring 301 has an abutment 39 which can expand and contract in diameter at one place in the circumferential direction.
  • the abutment 39 is illustrated in a shape in which the ring is simply divided.
  • the abutment 39 may be formed in a shape in which both end portions in the circumferential direction overlap in the radial direction and the axial direction.
  • a part of components of the valve device 90 is assembled.
  • the nozzle constituting the passage portion 81 is inserted into the hole of the housing 91.
  • the seal ring 301 combined with the spring 50 is inserted into the outer peripheral groove 75 of the valve 70.
  • the shaft 95 on which the bearing 92, the seal member 93, and the bearing 94 are assembled is assembled to the housing 91.
  • the tip of the shaft 95 is inserted into the hole of the valve 70 disposed in the passage 80.
  • a and B patterns there are two patterns of A and B patterns in the process after the primary assembly process S1.
  • the welding step S2 and the heat treatment step S3A are sequentially performed.
  • the valve 70 and the shaft 95 are welded by plasma welding, laser welding or the like.
  • the heat treatment step S3A the seal ring 301 is heated at a predetermined processing temperature in a state where the seal ring 301 to which the spring 50 is mounted is disposed between the valve 70 and the inner wall 84 of the passage 81 It plastically deforms to follow the shape of the "sealing counter part" by Fo.
  • the heat treatment process is performed using the heat of the welding process in combination with the welding process. That is, the welding and heat treatment step S3B is performed. Thereby, the heat treatment process only for plastic deformation of the seal ring 301 can be omitted. In reality, the heat of welding should be transmitted to the seal ring 301 unless a positive thermal insulation treatment is performed in the welding process S2 of the A pattern.
  • the heat treatment process S3A for the A pattern and the welding and heat treatment process S3B for the B pattern are collectively referred to as “heat treatment process S3”.
  • the heat treatment step S3 is performed so that the seal ring 301 is accommodated in the valve outer peripheral groove 75 and the outer peripheral surface 34 of the seal ring 301 abuts the inner wall 84 of the passage portion 81. Be done.
  • the seal ring 301 is plastically deformed so that the outer peripheral surface 34 conforms to the shape of the inner wall 84 of the passage portion 81 which is the “sealing counterpart” by the spring tension Fo in the radial outward direction.
  • This configuration is the same as in the following second and third embodiments.
  • the components of the valve device 90 except the components assembled in the primary assembly process S1 are assembled and become a finished product.
  • the sensor case 96 is assembled to the housing 91.
  • the types of components assembled in the primary assembly process S1 and the secondary assembly process S4 are not limited to the above-described example, and may be appropriately selected.
  • FIG. 6 is referred to for setting of the processing temperature of the heat treatment step S3.
  • the horizontal axis in FIG. 6 indicates the temperature, and the vertical axis indicates the yield load Y of the seal ring and the spring tension F.
  • the yield load Y of the resin seal ring decreases in an S-shaped curve from the low temperature region to the high temperature region, and the seal ring dissolves when the melting point Mp is reached. Further, the tension F of the metal spring also decreases from the low temperature region to the high temperature region, but the degree of decrease is smaller than the degree of decrease of the yield load Y.
  • the processing temperature of the heat treatment step S3 is set to a temperature range higher than the equilibrium point Eq and lower than the melting point of the seal ring.
  • the spring tension F may exceed the yield load Y regardless of the temperature range, as in F2.
  • the durability of the seal ring may be reduced.
  • the size may be increased, which may lead to an increase in cost. Therefore, it is preferable to set the spring tension F below the yield load Y at normal temperature.
  • the upper limit of the operating temperature range is set to be slightly lower than the equilibrium point Eq or slightly higher than the equilibrium point Eq.
  • the relationship between the parameters of the welding conditions and the temperature transmitted to the seal ring is obtained in advance by experiment or simulation, and heating is managed by managing the welding conditions.
  • the processing temperature may be feedforward controlled.
  • the applied voltage and application time are controlled, and in laser welding, the temperature of the seal ring can be included in the processing temperature range by managing the laser intensity and irradiation time.
  • the actual temperature of the seal ring may be detected using a temperature sensor, and feedback control may be performed on the target temperature.
  • the operation and effect of the method of manufacturing the valve device of the first embodiment will be described in comparison with the method of manufacturing the valve device of the comparative example.
  • a resin seal ring 309 to which the spring 50 is not attached is used alone.
  • variations occur in the outer diameter and the roundness of the seal ring 309, and the inner diameter and the roundness of the passage 80, respectively.
  • the seal ring 309 which is a resin molded product distortion and dimensional variation tend to be relatively large due to molding conditions, storage conditions after molding, stress during assembly, and the like.
  • the manufacturing method of the valve device of the comparative example includes only the three steps of the primary assembling step S1, the welding step S2, and the secondary assembling step S4, and heating as in the first embodiment. Processing step S3 is not included.
  • the seal ring 301 having the spring 50 is manufactured without heat treatment as in the first embodiment.
  • the case is included.
  • a certain shape correction effect may be produced even by providing the spring 50 and applying tension at normal temperature.
  • FIG. 6 due to the relationship between the spring tension F and the seal ring yield load Y, sufficient plastic deformation may not always be realized in the normal temperature region. Rather, as described above, if the spring tension F is set to exceed the yield load Y in the normal temperature region, it is not preferable from the viewpoint of the durability of the seal ring.
  • the heat treatment step is performed in the state where the spring tension Fo is applied.
  • the seal ring 301 is plastically deformed so that the outer circumferential surface 34 follows the shape of the inner wall 84 of the passage portion 81 by the spring tension Fo in the radial outward direction. Therefore, the sealing performance at the time of full closing of the valve can be secured regardless of the variations in the dimensions and the roundness of the parts.
  • the seal ring 301 can be appropriately plastically deformed by setting the treatment temperature of the heat treatment step S3 to a temperature region higher than the equilibrium point Eq and lower than the melting point Mp of the seal ring.
  • FIGS. 7 to 10 are cross-sectional views of the passage when the valve is fully closed according to FIG. 3 of the first embodiment.
  • the seal counterpart of the seal ring 302-304 is the inner wall 84 of the passage portion 81, and the spring 50 moves the seal ring 302-304 radially outward. Press.
  • the seal counterpart of the seal ring 305 is the outer peripheral wall 783 of the valve 78, and the spring 50 presses the seal ring 305 in the radially inward direction.
  • the spring 50 is annularly disposed within the range of the radial width of the seal ring 302 by being attached to the spring groove 35 formed on one end face 31 of the seal ring 302 in the axial direction. Be done.
  • the spring 50 mounted in the spring groove 35 abuts on the groove inner wall 354 outside the spring groove 35 in the radial direction, and presses the seal ring 302 in the radial outward direction by the tension Fo.
  • the spring 50 is annularly disposed within the range of the radial width of the seal ring 303 by being embedded inside the seal ring 303.
  • spring 50 is molded to seal ring 303 by insert molding. The molded spring 50 presses the seal ring 303 radially outward by the tension Fo.
  • the outer circumferential groove is not formed in the valve 77.
  • the seal ring 304 is formed with a spring groove 38 recessed radially outward from the inner circumferential surface 33, and the outer circumferential surface 34 abuts against the inner wall 84 of the passage portion 81 at the valve fully closed position.
  • a pair of flanges 371 and 372 that form the axially opposite side walls of the spring groove 38 is extrapolated to the peripheral portions 771 and 772 of the valve 77.
  • the spring 50 mounted in the spring groove 38 abuts on the groove bottom wall 384 of the spring groove 38 and presses the seal ring 304 radially outward by the tension Fo.
  • FIG. 19 The configuration in which the flanges 371 and 372 are extrapolated to the peripheral portions 771 and 772 of the valve 77 except that the spring 50 is attached to the spring groove 38 of the seal ring 304 is shown in FIG. 19 and the like of WO2006 / 080273. It conforms to the disclosed configuration.
  • the heat treatment step S3 is performed such that the outer peripheral surface 34 of the seal ring 304 abuts on the inner wall 84 of the passage portion 81.
  • the seal ring 304 is plastically deformed by the radially outward spring tension Fo so that the outer peripheral surface 34 conforms to the shape of the inner wall 84 of the passage portion 81 which is the “sealing counterpart”.
  • the outer peripheral groove is not formed in the valve 78.
  • an accommodation groove 85 is formed on the inner wall 84 of the passage portion 81 by the passage portion 81 and the cylindrical member 82.
  • the outer peripheral side of the seal ring 305 is accommodated in the accommodation groove 85, and the inner circumferential surface 33 is exposed from the accommodation groove 85 into the passage.
  • the valve 78 pivots about the pivot axis Q with respect to the fixed seal ring 305.
  • the outer peripheral wall 783 of the valve 78 abuts on the inner peripheral surface 33 of the seal ring 305.
  • the spring 50 is mounted on a spring groove 35 formed on one axial end face 31 of the seal ring 305, as in the second embodiment.
  • the free diameter of the spring 50 is set so as to abut the groove inner wall 353 on the radially inner side of the spring groove 35 and press the seal ring 305 in the radial inward direction by the tension Fi. ing.
  • the configuration in which the valve 78 pivots with respect to the seal ring 305 accommodated in the accommodation groove 85 of the passage portion 81 except that the spring 50 is attached to the spring groove 35 of the seal ring 305 is described in DE 102014222517 A1. It conforms to the disclosed configuration.
  • the heat treatment step S3 is performed such that the inner peripheral surface 33 of the seal ring 305 abuts on the outer peripheral wall 783 of the valve 78.
  • the seal ring 305 is plastically deformed so that the inner circumferential surface 33 conforms to the shape of the outer peripheral wall 783 of the valve 78 which is the “sealing counterpart” by the spring tension Fi in the radial inward direction.
  • the manufacturing method of the valve device of the present disclosure is not limited to the EGR valve device, and can be applied to a throttle valve device through which intake gas flows, various on-off valves using a butterfly valve, a flow control valve, a pressure control valve, and the like.

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Abstract

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。

Description

バルブ装置の製造方法 関連出願の相互参照
 本出願は、2017年8月22日に出願された特許出願番号2017-159190号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、バルブ装置の製造方法に関する。
 従来、排気再循環(以下「EGR」)ガス等が流れる通路の開閉に用いられるバタフライ弁式のバルブ装置において、バルブと通路部の内壁との隙間をシールするシールリングを用いたバルブ装置が知られている。
このようなバルブ装置においてガス通路部の環境温度は、寒冷地で放置された状態での低温から、排気ガスにさらされる高温までの広範囲にわたる。また、バルブ、シールリング、ガス通路部を構成するノズル等の材質がそれぞれ異なるため、各材質の線膨張差を考慮したクリアランスが設定されている。
 例えば特許文献1に開示されたバルブ装置では、それ以前に一般的に使用されていた金属製のシールリングに代えて、樹脂製のシールリングが用いられる。バルブ全閉時、樹脂製シールリングが弾性変形により拡径し、外周面が通路部の内壁に当接することにより、隙間がシールされる。
特開2016-211678号公報
 量産工程では、シールリングの外径や真円度、通路の内径や真円度にそれぞればらつきが生じる。これらのばらつきによって部品組み付け後の隙間が生じ、バルブ全閉時に十分なシール性が得られない場合がある。
 本開示の目的は、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。
 本開示は、ハウジングと、バルブと、シャフトと、樹脂製のシールリングと、金属製のスプリングと、を備えるバルブ装置の製造方法に係る。ハウジングは、流体の流れる通路が形成されている。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の内壁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。
 本開示のバルブ装置の製造方法は、一次組み付け工程と、加熱処理工程と、二次組み付け工程と、を含む。一次組み付け工程では、バルブ、シールリング及びスプリングを含むバルブ装置の構成部品が組み付けられる。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。
 本開示のバルブ装置の製造方法では、加熱処理工程により、スプリングの張力によってシールリングがシール相手部の形状に倣うように、シールリングを塑性変形させることができる。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向上させることができる。
 好ましくは、バルブ装置の製造方法は、一次組み付け工程の後、バルブとシャフトとを溶接する溶接工程をさらに含み、加熱処理工程は、溶接工程の熱を利用して溶接工程と兼ねて実施される。これにより、シールリングの塑性変形のためだけの加熱処理工程を省略することができる。
 本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、EGRバルブ装置の概略断面図であり、 図2は、図1のII部拡大断面図であり、 図3は、第1実施形態によるバルブ全閉時の通路断面図であり、 図4は、図3のIV-IV線径方向断面図であり、 図5は、第1実施形態によるバルブ装置の製造方法のフローチャートであり、 図6は、加熱処理工程の処理温度を説明する図であり、 図7は、第2実施形態によるバルブ全閉時の通路断面図であり、 図8は、第3実施形態によるバルブ全閉時の通路断面図であり、 図9は、第4実施形態によるバルブ全閉時の通路断面図であり、 図10は、第5実施形態によるバルブ全閉時の通路断面図であり、 図11は、比較例のバルブ全閉時の通路断面図であり、 図12は、図11のXII-XII線径方向断面図であり、 図13は、比較例のバルブ装置の製造方法のフローチャートである。
 以下、バルブ装置の複数の実施形態、及び、それらのバルブ装置の製造方法について、図面に基づいて説明する。複数の実施形態及び比較例において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、以下の第1~第5実施形態を包括して「本実施形態」という。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。
 [バルブ装置の構成]
 図1、図2に、バルブ装置の概略構成を示す。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。
 バルブ装置90は、EGRガスの通路80を有するハウジング91、ハウジング91内でシャフト95と一体に回動し、回動変位により通路を開閉するバタフライ弁であるバルブ70、及び、センサケース96等を備えている。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。
 シャフト95は、ハウジング91内に設けられた軸受92、94によって回動自在に支持されている。軸受92と軸受94との間にはシール部材93が設けられている。シャフト95は、図示しないモータの回転が減速しつつ伝達されて回動する。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。
 バルブ70は、軸Oを中心とする円板形状であり、外周縁の全周に亘って断面が矩形状の外周溝75が形成されている。外周溝75には、金属製のスプリング50が装着された樹脂製のシールリング301が収容される。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。
 各実施形態によって、バルブの形状やスプリング50が装着されるシールリングの詳細な構成が異なる。以下、バルブ、シールリング等の構成、及び、バルブ装置の製造方法について実施形態毎に説明する。各実施形態のシールリングの符号は、「30」に続く3桁目に実施形態の番号を付す。
 (第1実施形態)
 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。
 シールリング301が外周溝75に収容された状態では、シールリング301の外周面34は、バルブ70の外周面73の径方向外側に位置し、シールリング301の内周面33は、外周溝75の内側に嵌り込んでいる。バルブ全閉時には、シールリング301の外周面34は通路部81の内壁84に当接する。このとき、理想的には外周面34の全周が通路部81の内壁84に均等に当接することでシール性が確保される。Flow方向に流入するガスの圧力は、シールリング301の一方の端面31に作用し、他方の端面32が外周溝75の下流側溝内壁752に押し当てられる。
 シールリング301の軸方向断面は、各実施形態に共通し、軸方向の一方の端面31、他方の端面32、内周面33及び外周面34に囲まれた略矩形状である。第1実施形態では、内周面33から径外方向に凹むスプリング溝36が形成されている。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。
 ここで、スプリング50の自由直径は、外径が、スプリング溝36の溝底壁364の内径よりも少し大きくなるように設定されている。そのため、スプリング溝36に装着されたスプリング50は、スプリング溝36の溝底壁364に当接し、張力Foによりシールリング301を径外方向に押圧する。図4に示すように、シールリング301は、全方向で外周面34が通路部81の内壁84に当接するように、中心Oから放射状に径外方向に押圧される。
 また、シールリング301は、径を拡縮可能とする合口39を周方向の一箇所に有している。図4では、合口39は、リングが単純に分断された形状に図示されている。しかし実際には、合口39は、特許文献1の図2のように、周方向の両端部が径方向及び軸方向に重なる形状に形成されてもよい。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。
 続いて図5のフローチャートを参照し、本実施形態によるバルブ装置の製造方法の工程を説明する。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。
 一次組み付け工程S1の後の工程には、A、Bパターンの二通りのパターンがある。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。
 一方のBパターンでは、加熱処理工程は、溶接工程の熱を利用して溶接工程と兼ねて実施される。すなわち、溶接兼加熱処理工程S3Bが実施される。これにより、シールリング301の塑性変形のためだけの加熱処理工程を省略することができる。なお、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。
 以下、Aパターンの加熱処理工程S3A、及び、Bパターンの溶接兼加熱処理工程S3Bを包括して「加熱処理工程S3」と記す。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。
 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90の構成部品が組み付けられ、完成品となる。例えば図1に参照されるように、ハウジング91にセンサケース96が組み付けられる。
 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。
 ここで、加熱処理工程S3の処理温度の設定について、図6を参照する。図6の横軸は温度を示し、縦軸はシールリングの降伏荷重Y及びスプリング張力Fを示す。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。
 図6においてスプリング張力FがF1となるように設定される場合を想定し、降伏荷重Yとスプリング張力F1とが等しくなる温度を平衡点Eqとする。平衡点Eqより低温の領域ではスプリング張力F1がシールリング降伏荷重Yを下回るため、シールリングは、スプリング張力F1を受けても塑性変形しにくい。平衡点Eqより高温の領域ではスプリング張力F1がシールリング降伏荷重Yを上回るため、シールリングは、スプリング張力F1によって塑性変形する。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。
 ところでスプリングの設計によっては、スプリング張力FがF2のように、温度領域によらず降伏荷重Yを上回る場合もあり得る。この場合、製品の使用温度領域においても、降伏荷重Yを上回るスプリング張力F2が常にシールリングに作用することになるため、シールリングの耐久強度が低下するおそれがある。また、必要以上にスプリング張力Fを上げようとすると、サイズが大きくなり、コスト上昇につながるおそれもある。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。
 なお、溶接工程の熱を利用する溶接兼加熱処理工程S3Bでは、溶接条件のパラメータとシールリングに伝達される温度との関係を予め実験やシミュレーションで求めておき、溶接条件を管理することにより加熱処理温度をフィードフォワード的に制御してもよい。例えばプラズマ溶接では印加電圧及び印加時間を管理し、レーザ溶接ではレーザ強度及び照射時間を管理することにより、シールリングの温度が処理温度範囲に含まれるようにすることができる。或いは、温度センサを用いてシールリングの実温度を検出し、目標温度に対してフィードバック制御してもよい。
 次に、第1実施形態のバルブ装置の製造方法の作用効果を、比較例のバルブ装置の製造方法と比較しつつ説明する。比較例では、スプリング50が装着されない樹脂製のシールリング309が単独で用いられる。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。
 図11、図12に示すように、スプリング50の無いシールリング309がバルブ70の外周溝75に収容されたバルブ装置では、シールリング309を径外方向に押圧する力が作用しない。そのため、例えばシールリング309の外径が楕円に変形すると、バルブ全閉時においても周方向の位置によって、シールリング309の外周面34と通路部81の内壁84との間に径方向の隙間が生じ、シール性が低下する可能性がある。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。
 ここで、図13に示される比較例としては、スプリング50の無いシールリング309を製造する場合の他、例えば第1実施形態と同様にスプリング50を有するシールリング301を加熱処理せずに製造する場合が含まれる。樹脂製シールリング309のみを用いる構成に比べれば、スプリング50を設け、常温で張力を加えるだけでも、ある程度の形状矯正効果が生じる可能性はある。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。
 この比較例に対し第1実施形態は、シールリング301のスプリング溝36にスプリング50が装着されるという形態上の差異点に加え、スプリング張力Foが作用した状態で加熱処理工程が実施されるという製造方法上の差異点を有する。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。
 次に、第2~第5実施形態のバルブ装置について、第1実施形態の図3に準ずるバルブ全閉時の通路断面図である図7~図10を参照して説明する。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)
 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)
 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)
 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。
 第4実施形態のバルブ装置の製造方法では、シールリング304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304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)
 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。
 スプリング50は、第2実施形態と同様に、シールリング305の軸方向の一方の端面31に形成されたスプリング溝35に装着されている。ただし、スプリング50は、第2実施形態とは逆に、スプリング溝35の径方向内側の溝内壁353に当接し、張力Fiによりシールリング305を径内方向に押圧するよう、自由直径が設定されている。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。
 第5実施形態のバルブ装置の製造方法では、シールリング305の内周面33がバルブ78の外周壁783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305は、径内方向のスプリング張力Fiによって、内周面33が「シール相手部」であるバルブ78の外周壁783の形状に倣うように塑性変形する。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。
 (その他の実施形態)
 本開示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、本開示は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、そ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。
 本開示は、実施形態に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (6)

  1.  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、前記シールリング及び前記スプリングを含む前記バルブ装置の構成部品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。
  2.  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。
  3.  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。
  4.  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。
  5.  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。
  6.  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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