WO2016175184A1 - バタフライバルブ及びその製造方法 - Google Patents

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WO2016175184A1
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welding
circular
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valve
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景太 山田
山口 博
友邦 加藤
直樹 井花
暁 長谷川
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三菱電機株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/21Bonding by welding
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/08Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits
    • F02D9/10Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having pivotally-mounted flaps
    • F02D9/1005Details of the flap
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/65Constructional details of EGR valves
    • F02M26/70Flap valves; Rotary valves; Sliding valves; Resilient valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/16Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/22Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves

Definitions

  • the present invention relates to a butterfly valve that opens and closes a fluid passage such as an exhaust pipe and controls the amount of fluid, and a manufacturing method thereof.
  • EGR exhaust Gas Reciprocation
  • Diesel engine vehicles in particular have high thermal efficiency and good fuel efficiency, but the exhaust contains particulate matter and nitrogen oxides, and regulations are becoming stricter as environmental protection is increasing recently, and the amount of leakage when fully closed is small.
  • the butterfly valve is also required to have sufficient strength because the exhaust pipe and the valve circumference contact each other when fully closed. Therefore, there is a need for a butterfly valve structure that satisfies such requirements, particularly a method for fixing the valve and the shaft.
  • Patent Document 2 discloses that a substantially elliptical valve is closed in a state where it is inclined with respect to the axial direction of the exhaust pipe, so that the valve can be opened and closed without the shaft and the rotation axis of the valve being aligned.
  • a butterfly valve is disclosed.
  • a slit is formed in the axial direction of a hollow cylindrical shaft, and after inserting a disc-like valve into the slit, the valve and the shaft are welded at several locations (for example, four locations).
  • a method of fixing a valve and a shaft is disclosed.
  • Patent Document 1 After the holder is inserted into the notch of the valve, the entire circumference of the holder is hermetically welded and fixed. There is a problem in that there is a difference from the adjusted leakage amount.
  • Patent Document 2 bolts are used for fixing the shaft and the valve, which increases the material cost and the processing cost including the processing of the bolt holes.
  • Patent Document 2 also proposes a fixing method by welding. However, the valve is deformed by welding, and even with a flat valve, the flatness deteriorates and the amount of leakage when fully closed is increased. There is.
  • Patent Document 3 it is difficult to set the insertion depth of the valve to the same depth every time when inserting and fixing the valve into the slit of the shaft. For this reason, there is a problem that the shaft and the rotation axis of the valve do not coincide with each other, the gap between the exhaust pipe and the exhaust pipe when fully closed becomes large, and the amount of leakage increases.
  • an object of the present invention is to provide a butterfly valve in which a joint portion between a valve and a shaft has sufficient strength and can reduce a leakage amount when fully closed.
  • a butterfly valve according to the present invention includes a cylindrical shaft having a slit penetrating in a direction orthogonal to the axial direction, and a flat circular valve having a first surface and a second surface, the circular valve serving as a slit.
  • a butterfly valve which is fixed by laser welding in the inserted state, and the circular valve has two valves that come into contact with the shaft on a straight line separated from the straight line passing through the center of the first surface by the same distance as the radius of the shaft.
  • the first surface of the circular valve is The outlet side opening is in contact with the shaft, and at least a part of the contact part is used as a first welding part by laser welding, and the second surface of the circular valve is closed at the inlet side opening. Doo and abuts, in which at least a portion of the contact portion and the second weld portion formed by laser welding.
  • the method for manufacturing a butterfly valve according to the present invention includes a cylindrical shaft having a slit penetrating in a direction orthogonal to the axial direction, a first surface and a second surface facing each other, and passing through the center of the first surface.
  • the insertion depth when the circular valve is inserted into the slit of the shaft is constant due to the two pins arranged in the circular valve, and the first surface of the circular valve and the shaft
  • the contact portion at the outlet side opening of the first valve is the first welded portion
  • the second surface of the circular valve and the contact portion at the inlet side opening of the shaft is the second welded portion.
  • the shaft and the central axis of the circular valve are joined together so that the amount of leakage when fully closed can be reduced.
  • the positioning when inserting the circular valve into the slit of the shaft can be easily performed by the two pins arranged in the circular valve, and the insertion depth Can be made constant.
  • the circular valve is brought into contact with the shaft during laser welding and the contact surface is laser-welded, a weld portion having sufficient strength not including a gap can be obtained, and the central axis of the shaft and the circular valve can be obtained.
  • a butterfly valve capable of reducing the amount of leakage when fully closed is obtained.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a butterfly valve according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view showing an assembling method of the butterfly valve according to the first embodiment.
  • symbol is attached
  • the butterfly valve 1 controls the amount of fluid by opening and closing a fluid passage such as an exhaust pipe, and includes a cylindrical shaft 2 and a circular valve 3.
  • the shaft 2 is rotated about its central axis S1 and has a slit 4 penetrating in a direction orthogonal to the axial direction.
  • the slit 4 has a slit width slightly larger than the plate thickness of the circular bulb 3 and a slit length slightly larger than the diameter of the circular bulb 3.
  • the circular valve 3 has a first surface 3a and a second surface 3b facing each other, and the shaft 2 is positioned on a straight line L2 that is separated from the straight line L1 passing through the center P1 of the first surface 3a by the same distance as the radius X1 of the shaft 2.
  • Two pins 5 that come into contact with are arranged. The two pins 5 are press-fitted into a through hole (not shown) provided in the circular valve 3, and the center of the through hole is on the straight line L2.
  • the circular bulb 3 is fixed by laser welding while being inserted into the slit 4 of the shaft 2.
  • the two pins 5 are positioning pins for making the insertion depth constant at this time.
  • the opening of the slit 4 on the side where the shaft 2 comes into contact with the pin 5 is the inlet side opening 4a, and the opening of the slit 4 on the opposite side to the inlet side opening 4a is the outlet side opening 4b. To do.
  • FIGS. 1 A method for joining the butterfly valve 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. First, as a preparation process, as shown in FIG. 2, a cylindrical shaft 2 having a slit 4 penetrating in a direction orthogonal to the axial direction, and a flat plate shape in which two pins 5 are arranged on the first surface 3a. A circular valve 3 is prepared, and the circular valve 3 is inserted into the slit 4 until the two pins 5 abut against the shaft 2.
  • the first surface 3 a of the circular valve 3 on the inlet side opening 4 a side is pushed down from the laser irradiation direction (upward in FIG. 3) with the pressing fixture 6, thereby The surface 3a is brought into contact with the shaft 2 at the outlet side opening 4b. Further, at least a part of the contact portion is irradiated with laser L, and the first surface 3a of the circular bulb 3 and the shaft 2 are laser-welded (first welding step). During the welding in the first welding process, the center axis S1 of the shaft 2 and the center axis S2 of the circular valve 3 are substantially coincident.
  • the shaft 2 is rotated as shown in FIG.
  • the shaft 2 and the circular valve 3 are fixed by the first welded portion 7, and the second surface 3b of the circular valve 3 and the shaft 2 are in contact with each other at the inlet side opening 4a.
  • At least a part of the contact portion is irradiated with laser L, and the second surface 3b of the circular bulb 3 and the shaft 2 are laser-welded at the inlet side opening 4a (second welding step).
  • the welded part obtained in this second welding process is referred to as a second welded part 8.
  • the second welded portion 8 includes at least a part of a contact portion where the shaft 2 and the second surface 3b of the circular valve 3 are in contact with each other at the inlet side opening 4a, and is linearly formed along the inlet side opening 4a. Provided.
  • the circular valve 3 is tilted inside the slit 4 by pushing down one side of the circular valve 3 with the push-down fixture 6.
  • the position of the center axis S ⁇ b> 2 of the shaft 2 is raised and substantially coincides with the center axis S ⁇ b> 1 of the shaft 2.
  • the first welded portion 7 and the second welded portion 8 are divided into a plurality of locations, the amount of heat input to the laser is reduced, and the laser oscillation is not a continuous wave oscillation but a pulse oscillation. It is effective to use.
  • the positioning when the circular valve 3 is inserted into the slit 4 of the shaft 2 can be easily performed by the two pins 5 provided on the circular valve 3.
  • the insertion depth is constant.
  • the pressing fixture 6 is used to bring the first surface 3a of the circular valve 3 into contact with the shaft 2 at the outlet side opening 4b, and this contact portion is laser welded. Therefore, the first welded portion 7 having sufficient strength not including the gap 4c is obtained.
  • the second welded portion 8 having sufficient strength not including the gap 4c can be obtained by laser welding the second surface 3b of the circular valve 3 and the contact portion at the inlet side opening 4a of the shaft 2.
  • the circular bulb 3 by tilting the circular bulb 3 inside the slit 4, there is little deviation between the central axis S1 of the shaft 2 and the central axis S2 of the circular bulb 3, and it is possible to join them in a substantially coincident state.
  • the joint between the circular valve 3 and the shaft 2 has sufficient strength, and the central axis S1 of the shaft 2 and the central axis S2 of the circular valve 3 Are joined together in a substantially matched state, and the butterfly valve 1 capable of reducing the amount of leakage when fully closed is obtained.
  • FIG. 8 and 9 are a cross-sectional view and a partially enlarged cross-sectional view showing a method for manufacturing the butterfly valve according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a circular valve of the butterfly valve according to the second embodiment.
  • description is abbreviate
  • the flatness of the circular bulb 3 after welding is 200 ⁇ m. become.
  • the butterfly valve 1 is required to reduce the amount of leakage when fully closed as much as possible. For this purpose, the flatness of the valve after welding must be suppressed to several tens of ⁇ m.
  • the second surface 3b facing the first welded portion 7 of the first surface 3a in the circular bulb 3, the second surface 3b facing the first welded portion 7 of the first surface 3a.
  • the heat input portions 9 and 10 by laser irradiation are formed at the locations of the first surface 3a facing the second welded portion 8 of the second surface 3b. In other words, the heat input portions 9 and 10 are located directly behind the first welded portion 7 and the second welded portion 8.
  • the heat input portions 9 and 10 may be formed after the second welding step, or may be formed before the circular valve 3 is inserted into the slit 4 as shown in FIG. In that case, in the circular valve 3, it opposes the location where the 2nd surface 3b where the 1st welding part 7 of the 1st surface 3a is formed, and the location where the 2nd welding part 8 of the 2nd surface 3b is formed.
  • the first surface 3a to be irradiated is irradiated with laser to form the heat input portions 9 and 10.
  • the laser irradiation position at this time is on a straight line separated from the center line L1 of the circular bulb 3 by the same distance as the radius X1 of the shaft 2 (see FIG. 2).
  • FIG. 8 shows a step of forming the heat input portion 9 on the second surface 3b of the circular bulb 3 with the same laser device after the second welding step
  • FIG. 9 is an enlarged view of the laser irradiation portion of FIG. is there.
  • the first welded portion 7 is obtained by laser welding, but the circular valve 3 is bent in the vicinity of the first welded portion 7 due to welding deformation (see FIG. 9). Therefore, the second surface 3b of the circular bulb 3 facing the first welded portion 7 is irradiated with laser, and the circular bulb 3 is deformed in the direction opposite to the deformation direction by the first welded portion 7.
  • the laser irradiation position that is, the position of the heat input part 9 is good at the back of the first welded part 7, and is the same start position and end position as the welding for obtaining the first welded part 7, and the length is also the same.
  • the laser irradiation conditions for forming the heat input portion 9 are the same amount of heat input per unit length from 2/3 to the welding conditions for obtaining the first weld portion 7 in the first welding step. It is adjusted to become.
  • the heat input portions 9 and 10 may be formed simultaneously with the first welded portion 7 and the second welded portion 8, respectively.
  • the laser L may be tilted to the first surface 3a of the circular bulb 3 to increase the heat input amount. Due to the deformation of the circular bulb 3, the laser L interferes with the first surface 3a of the circular bulb 3, and the first welded portion 7 cannot secure a sufficient amount of penetration. In such a case, by forming the first welded portion 7 and the heat input portion 9 at the same time, the deformation of the circular valve 3 can be suppressed, and the first welded portion 7 with a sufficient and sufficient amount of penetration can be obtained.
  • the heat input by laser irradiation is applied to the portion (back side) facing the first welded portion 7 and the second welded portion 8 of the circular valve 3.
  • the portions 9 and 10 the flatness of the circular valve 3 similar to that before welding can be obtained, so that the butterfly valve 1 that can further reduce the amount of leakage when fully closed is obtained.
  • FIG. FIG. 12 is a perspective view showing a method for manufacturing the butterfly valve according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the whole structure and joining method of the butterfly valve 1 which concern on this Embodiment 3 are the same as that of the said Embodiment 1, description is abbreviate
  • the two pins 5 are moved in the direction of the shaft 2 by the push-in fixture 11. Since the welding is performed while being pushed in, the butterfly valve 1 that can make the shafts 2 and the central axes S1 and S2 of the circular valve 3 more precisely coincide with each other and can further reduce the leakage amount when fully closed is provided. can get. It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.

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Abstract

 バタフライバルブ(1)は、円形バルブ(3)に設けられた二本のピン(5)により、円形バルブ(3)をシャフト(2)のスリット(4)に挿入する際の位置決めが行われる。また、レーザ溶接時に押し下げ固定具(6)を用い、円形バルブ(3)の第一面(3a)を出口側開口部(4b)においてシャフト(2)と当接させ、この当接部をレーザ溶接するようにしたので、隙間(4c)を含まない十分な強度の第一溶接部(7)が得られると共に、シャフト(2)と円形バルブ(3)の中心軸S1、S2がほぼ一致した状態で接合される。さらに、円形バルブ(3)の第一溶接部(7)及び第二溶接部(8)と対向する箇所(真裏)に、レーザ照射による入熱部(9、10)を形成することにより、溶接前と同程度の円形バルブ(3)の平面度が得られ、全閉時の漏れ量を低減することが可能である。

Description

バタフライバルブ及びその製造方法
 本発明は、排気管等の流体通路を開閉し流体量を制御するバタフライバルブ及びその製造方法に関する。
 内燃機関において、燃焼後の排気ガスの一部を取り出して吸気側へ導き、再度吸気させることで燃焼温度を下げ、排気ガス中の有害成分である窒素酸化物NOの発生を抑制する排気再循環(Exhaust Gas Recirculation:以下、EGRと記す)は広く知られている。EGRでは、排気ガスの一部を吸気側へ戻す際に、排気管中に設けられたバタフライバルブを全閉にする。この時、バタフライバルブと排気管の隙間を小さくし、排気ガスの漏れ量を少なくすることが重要である。
 特にディーゼルエンジン車は、熱効率が高く燃費が良いが、排気中に粒子状物質や窒素酸化物が含まれており、昨今の環境保護の高まりにつれ規制が厳しくなり、全閉時の漏れ量の少ないバタフライバルブが求められている。また、バタフライバルブは、全閉時に排気管とバルブ円周部が接触するため、十分な強度も要求される。よって、このような要求を満たすバタフライバルブの構造、特に、バルブとシャフトの固定方法が求められている。
 バタフライバルブの先行例として、例えば特許文献1には、バルブの中心軸上両端部に切欠部を設け、この切欠部にシャフトが圧入固定されるホルダを溶接固定し、中心軸両端部と同軸上にシャフトを圧入固定する構造のバタフライバルブが開示されている。
 また、特許文献2には、略楕円形状のバルブを排気管の軸直方向に対して傾斜した状態で閉じるようにすることで、シャフトとバルブの回転軸を一致させなくてもバルブの開閉作動が可能なバタフライバルブが開示されている。また、特許文献3には、中空円筒形状のシャフトの軸方向にスリットを形成し、このスリットに円盤状のバルブを挿入した後、バルブとシャフトを数箇所(例えば4箇所)で溶接することにより、バルブとシャフトを固定する方法が開示されている。
特開平5-079360号公報 特開2009-216184号公報 特開平9-112710号公報
 しかしながら、特許文献1に開示された固定方法では、バルブの切欠部にホルダを挿入した後、ホルダの全周を気密的に溶接固定しているため、溶接時にバルブが変形してしまい、溶接前に調整した漏れ量と差が生じるという問題がある。特許文献2では、シャフトとバルブの固定にボルトを用いており、ボルト穴の加工も含め材料費及び加工費が高くなる。また、特許文献2では溶接による固定方法も提案しているが、バルブに溶接による変形が発生し、平板状バルブであっても平面度が悪化し、全閉時の漏れ量が多くなるという問題がある。
 一方、特許文献3の固定方法では、バルブとシャフトの溶接点を数箇所としているので、溶接によるバルブの変形はある程度抑制される。しかし、溶接箇所が局所的であるため、溶接前と比べるとバルブの平面度が悪化する可能性がある。また、溶接点が数箇所しか無いため、十分な接合強度を確保することが難しく、スリットとバルブに隙間があった場合には、溶接できていない恐れがある。
 さらに、特許文献3では、シャフトのスリットにバルブを挿入して固定する際に、バルブの挿入深さを毎回、同じ深さに設定することが困難である。このため、シャフトとバルブの回転軸が一致せず、全閉時の排気管との隙間が大きくなり、漏れ量が多くなるという問題がある。
 本発明は、上記問題点に鑑み、バルブとシャフトの接合部が十分な強度を有すると共に、全閉時の漏れ量を低減することが可能なバタフライバルブを提供することを目的とする。
 また、バルブとシャフトを十分な強度で接合することができ、全閉時の漏れ量を低減することが可能なバタフライバルブの製造方法を提供することを目的とする。
 本発明に係るバタフライバルブは、軸方向と直交する方向に貫通したスリットを有する円柱状のシャフトと、相対する第一面と第二面を有する平板状の円形バルブを備え、円形バルブがスリットに挿入された状態でレーザ溶接により固定されたバタフライバルブであって、円形バルブには、第一面の中心を通る直線からシャフトの半径と同じ距離だけ離れた直線上にシャフトと当接する二本のピンが配置され、シャフトがピンと当接する側のスリットの開口部を入口側開口部、入口側開口部と反対側のスリットの開口部を出口側開口部とするとき、円形バルブの第一面は、出口側開口部においてシャフトと当接しており、その当接部の少なくとも一部をレーザ溶接による第一溶接部とし、円形バルブの第二面は、入口側開口部においてシャフトと当接しており、その当接部の少なくとも一部をレーザ溶接による第二溶接部としたものである。
 また、本発明に係るバタフライバルブの製造方法は、軸方向と直交する方向に貫通したスリットを有する円柱状のシャフトと、相対する第一面と第二面を有し第一面の中心を通る直線からシャフトの半径と同じ距離だけ離れた直線上に二本のピンが配置された平板状の円形バルブを用意し、二本のピンがシャフトに当接するまで円形バルブをスリットに挿入する準備工程と、シャフトがピンと当接する側のスリットの開口部を入口側開口部、入口側開口部と反対側のスリットの開口部を出口側開口部とするとき、準備工程の後、入口側開口部の側の円形バルブの第一面をレーザ照射方向から押すことにより第一面を出口側開口部においてシャフトと当接させ、その当接部の少なくとも一部をレーザ溶接し、第一溶接部を形成する第一溶接工程と、第一溶接工程の後、円形バルブの第二面とシャフトの入口側開口部における当接部の少なくとも一部をレーザ溶接し、第二溶接部を形成する第二溶接工程を含むものである。
 本発明に係るバタフライバルブによれば、円形バルブに配置された二本のピンにより、円形バルブをシャフトのスリットに挿入する際の挿入深さが一定となり、また、円形バルブの第一面とシャフトの出口側開口部における当接部を第一溶接部とし、円形バルブの第二面とシャフトの入口側開口部における当接部を第二溶接部としているので、バルブとシャフトの接合部が十分な強度を有すると共に、シャフトと円形バルブの中心軸がほぼ一致した状態で接合され、全閉時の漏れ量を低減することが可能である。
 また、本発明に係るバタフライバルブの製造方法によれば、円形バルブに配置された二本のピンにより、円形バルブをシャフトのスリットに挿入する際の位置決めを容易に行うことができ、挿入深さを一定にすることができる。また、レーザ溶接時に、円形バルブをシャフトと当接させ、その当接面をレーザ溶接するようにしたので、隙間を含まない十分な強度の溶接部が得られると共に、シャフトと円形バルブの中心軸を一致させて接合することができ、全閉時の漏れ量を低減することが可能なバタフライバルブが得られる。
 この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
本発明の実施の形態1に係るバタフライバルブの外観を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るバタフライバルブの組立方法を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るバタフライバルブの接合方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態1に係るバタフライバルブの接合方法を示す断面図である。 本発明の比較例におけるバタフライバルブの接合方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態1に係るバタフライバルブの溶接部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るバタフライバルブの溶接部の別の例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態2に係るバタフライバルブの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態2に係るバタフライバルブの製造方法を示す部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態2に係るバタフライバルブの円形バルブを示す斜視図である。 本発明の実施の形態2に係るバタフライバルブの円形バルブへのレーザ干渉を示す断面図である。 本発明の実施の形態3に係るバタフライバルブの製造方法を示す斜視図である。
実施の形態1.
 以下に、本発明の実施の形態1に係るバタフライバルブについて、図面に基づいて説明する。図1は、本実施の形態1に係るバタフライバルブの外観を示す斜視図、図2は、本実施の形態1に係るバタフライバルブの組立方法を示す斜視図である。なお、各図において、同一、相当部分には同一符号を付している。
 本実施の形態1に係るバタフライバルブ1は、排気管等の流体通路を開閉し流体量を制御するものであり、円柱状のシャフト2と円形バルブ3を備えている。シャフト2は、その中心軸S1を軸として回転されるものであり、軸方向と直交する方向に貫通したスリット4を有している。スリット4は、円形バルブ3の板厚よりも若干大きいスリット幅と、円形バルブ3の直径よりも若干大きいスリット長を有している。
 円形バルブ3は、相対する第一面3aと第二面3bを有し、第一面3aの中心P1を通る直線L1からシャフト2の半径X1と同じ距離だけ離れた直線L2上に、シャフト2と当接する二本のピン5が配置されている。二本のピン5は、円形バルブ3に設けられた貫通孔(図示省略)に圧入され、貫通穴の中心は直線L2上にある。
 円形バルブ3は、シャフト2のスリット4に挿入された状態で、レーザ溶接により固定される。二本のピン5は、この時の挿入深さを一定にするための位置決めピンである。なお、以下の説明において、シャフト2がピン5と当接する側のスリット4の開口部を入口側開口部4a、入口側開口部4aと反対側のスリット4の開口部を出口側開口部4bとする。
 本実施の形態1に係るバタフライバルブ1の接合方法について、図2~図4を用いて説明する。まず、準備工程として、図2に示すように、軸方向と直交する方向に貫通したスリット4を有する円柱状のシャフト2と、第一面3aに二本のピン5が配置された平板状の円形バルブ3を用意し、二本のピン5がシャフト2に当接するまで円形バルブ3をスリット4に挿入する。
 続いて、図3に示すように、入口側開口部4aの側の円形バルブ3の第一面3aを、レーザ照射方向(図3では上方向)から押し下げ固定具6で押すことにより、第一面3aを出口側開口部4bにおいてシャフト2と当接させる。さらに、その当接部の少なくとも一部にレーザLを照射し、円形バルブ3の第一面3aとシャフト2をレーザ溶接する(第一溶接工程)。なお、第一溶接工程における溶接時、シャフト2の中心軸S1と円形バルブ3の中心軸S2はほぼ一致している。
 この第一溶接工程において得られる溶接部を、第一溶接部7とする。第一溶接部7は、出口側開口部4bにおいてシャフト2と円形バルブ3の第一面3aが当接している当接部の少なくとも一部を含み、出口側開口部4bに沿って直線上に設けられる。
 続いて、図4に示すようにシャフト2を回転させる。この時、第一溶接部7でシャフト2と円形バルブ3は固定されており、円形バルブ3の第二面3bとシャフト2は入口側開口部4aにおいて当接している。その当接部の少なくとも一部にレーザLを照射し、円形バルブ3の第二面3bとシャフト2を入口側開口部4aにおいてレーザ溶接する(第二溶接工程)。
 この第二溶接工程において得られる溶接部を、第二溶接部8とする。第二溶接部8は、入口側開口部4aにおいてシャフト2と円形バルブ3の第二面3bが当接している当接部の少なくとも一部を含み、入口側開口部4aに沿って直線上に設けられる。
 本実施の形態1の比較例として、第一溶接工程において押し下げ固定具6を用いない場合について、図5を用いて説明する。スリット4の内部には、スリット幅と円形バルブ3の板厚との差の分、隙間4cが存在する。この隙間4cにより、スリット4に挿入された円形バルブ3には、多少のがたつきが発生する。
 このような状態で、押し下げ固定具6を用いずに、円形バルブ3の第一面3aとシャフト2を出口側開口部4bにおいてレーザ溶接した場合、隙間4cを含む溶接部7aとなり、十分な強度が得られない。もしくは、隙間4cが大きい場合、溶接されないこともある。また、図5に示す比較例の場合、円形バルブ3の中心軸S2は、シャフト2の中心軸S1よりも下方に位置しており、一致していない。
 これに対し、本実施の形態1による接合方法では、図3に示すように、押し下げ固定具6で円形バルブ3の片側を押し下げ、スリット4の内部で円形バルブ3を傾けることにより、円形バルブ3の中心軸S2の位置が上がり、シャフト2の中心軸S1とほぼ一致するようになる。
 図6及び図7は、本実施の形態1に係るバタフライバルブ1の溶接部の位置を示している。円形バルブ3には、ピン5を圧入するための貫通孔が設けられており、それらはほぼ溶接線上に位置する。健全な溶接部を得るためには、貫通孔を避けて溶接することが望ましい。このため、図6に示すように、第二溶接部8の長さは二本のピン5の範囲内とし、第一溶接部7と第二溶接部8の長さを等しくする。
 また、バタフライバルブ1の全閉時の漏れ量をさらに低減させるためには、レーザ溶接による円形バルブ3の変形を抑えることが重要である。このため、図7に示すように、第一溶接部7及び第二溶接部8を複数箇所に分けて配置したり、レーザの入熱量を低減させたり、レーザ発振に連続波発振ではなくパルス発振を用いることが有効である。
 以上のように、本実施の形態1によれば、円形バルブ3に設けられた二本のピン5により、円形バルブ3をシャフト2のスリット4に挿入する際の位置決めを容易に行うことができ、挿入深さが一定となる。また、第一溶接工程におけるレーザ溶接時に、押し下げ固定具6を用い、円形バルブ3の第一面3aを出口側開口部4bにおいてシャフト2と当接させ、この当接部をレーザ溶接するようにしたので、隙間4cを含まない十分な強度の第一溶接部7が得られる。
 さらに、円形バルブ3の第二面3bとシャフト2の入口側開口部4aにおける当接部をレーザ溶接することにより、隙間4cを含まない十分な強度の第二溶接部8が得られる。また、スリット4の内部で円形バルブ3を傾けることにより、シャフト2の中心軸S1と円形バルブ3の中心軸S2のずれが少なく、ほぼ一致した状態で接合することが可能である。
 よって、本実施の形態1に係るバタフライバルブ1の接合方法によれば、円形バルブ3とシャフト2の接合部が十分な強度を有すると共に、シャフト2の中心軸S1と円形バルブ3の中心軸S2がほぼ一致した状態で接合され、全閉時の漏れ量を低減することが可能なバタフライバルブ1が得られる。
実施の形態2.
 図8及び図9は、本発明の実施の形態2に係るバタフライバルブの製造方法を示す断面図及び部分拡大断面図である。また、図10は、本実施の形態2に係るバタフライバルブの円形バルブを示す斜視図である。なお、本実施の形態2に係るバタフライバルブ1の全体構成及び接合方法は、上記実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
 上記実施の形態1では、レーザ溶接による円形バルブ3の変形を抑えるために、低ひずみ溶接が可能なレーザを使用し、入熱制限もしているが、溶接後の円形バルブ3の平面度は200μmになる。バタフライバルブ1には、全閉時の漏れ量をできる限り少なくすることが求められており、そのためには溶接後のバルブ平面度を数10μmまで抑える必要がある。
 本実施の形態2では、上記実施の形態1よりもさらにレーザ溶接による円形バルブ3の変形を抑える手法として、円形バルブ3において、第一面3aの第一溶接部7と対向する第二面3bの箇所と、第二面3bの第二溶接部8と対向する第一面3aの箇所に、レーザ照射による入熱部9、10を形成する。言い換えると、入熱部9、10は、第一溶接部7と第二溶接部8の真裏に位置する。
 入熱部9、10は、第二溶接工程の後に形成しても良いし、図10に示すように、円形バルブ3をスリット4に挿入する前に形成しておいても良い。その場合、円形バルブ3において第一面3aの第一溶接部7が形成される箇所と対向する第二面3bの箇所と、第二面3bの第二溶接部8が形成される箇所と対向する第一面3aの箇所にレーザ照射し、入熱部9、10を形成する。この時のレーザ照射位置は、円形バルブ3の中心線L1からシャフト2の半径X1と同じ距離だけ離れた直線上(図2参照)となる。
 図8は、第二溶接工程の後、同じレーザ装置で円形バルブ3の第二面3bに入熱部9を形成する工程を示し、図9は、図8のレーザ照射部を拡大したものである。先の第一溶接工程において、レーザ溶接により第一溶接部7が得られているが、円形バルブ3は溶接変形により第一溶接部7近傍で折れ曲がった形状となっている(図9参照)。そこで、第一溶接部7と対向する円形バルブ3の第二面3bにレーザ照射し、第一溶接部7による変形方向とは逆方向に円形バルブ3を変形させる。
 この時のレーザ照射位置、すなわち入熱部9の位置は、第一溶接部7の真裏が良く、第一溶接部7を得る際の溶接と同じ開始位置と終了位置とし、長さも同じにする。また、入熱部9を形成する際のレーザ照射条件は、第一溶接工程において第一溶接部7を得る際の溶接条件に対して、単位長さ当たりの入熱量が2/3から同量となるように調整される。
 なお、レーザスポット径が大きく、レーザ照射により得られる入熱部9が円形バルブ3だけでなくシャフト2にも及ぶ場合は、レーザ照射位置をシャフト2から遠ざけてもよい。同様にして、第二溶接部8と対向する円形バルブ3の第一面3aにもレーザ照射による入熱部10を形成し、第二溶接部8による変形方向とは逆方向に円形バルブ3を変形させる。これにより、溶接前と同程度の円形バルブ3の平面度を確保したバタフライバルブ1が得られる。
 また、入熱部9、10はそれぞれ、第一溶接部7、第二溶接部8と同時に形成しても良い。図11に示すように、シャフト2と円形バルブ3との溶け込み量を大きくするため、レーザLを円形バルブ3の第一面3aに倒していき、入熱量を増加させる場合があるが、溶接中の円形バルブ3の変形によりレーザLが円形バルブ3の第一面3aに干渉し、第一溶接部7は十分な溶け込み量を確保できない。このような場合、第一溶接部7と入熱部9を同時に形成することにより、円形バルブ3の変形を抑制して、溶け込み量が十分で均一な第一溶接部7を得ることができる。
 すなわち、第一溶接工程において第一溶接部7を形成するのと同時に、第一溶接部7が形成される箇所と対向する第二面3bの箇所に、第一溶接工程における溶接条件に対して単位長さ当たりの入熱量が2/3から同量となるようにレーザを照射する。第二溶接工程においても、第二溶接部8を形成するのと同時に、第二溶接部8が形成される箇所と対向する第一面3aの箇所に、第二溶接工程における溶接条件に対して単位長さ当たりの入熱量が2/3から同量となるようにレーザを照射する。
 また、シャフト2と円形バルブ3の接合強度をさらに大きくするためには、第一溶接部7及び第二溶接部8の長さを長くする必要があり、二本のピン5間の距離をより長く設定する場合もある。このような場合、溶接変形が大きくなることが懸念されるが、レーザ照射による入熱部9、10の長さを同様に伸ばすことで、溶接前と同程度の円形バルブ3の平面度を得ることができる。
 本実施の形態2によれば、上記実施の形態1と同様の効果に加え、円形バルブ3の第一溶接部7及び第二溶接部8と対向する箇所(真裏)に、レーザ照射による入熱部9、10を形成することにより、溶接前と同程度の円形バルブ3の平面度が得られるため、全閉時の漏れ量をさらに低減することが可能なバタフライバルブ1が得られる。
実施の形態3.
 図12は、本発明の実施の形態3に係るバタフライバルブの製造方法を示す斜視図である。なお、本実施の形態3に係るバタフライバルブ1の全体構成及び接合方法は、上記実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
 上記実施の形態1では、第一溶接工程において、第一溶接部7を得るためのレーザ溶接を開始すると、溶接の途中で円形バルブ3の溶接変形が生じ、ピン5がシャフト2から離れていく。このため、シャフト2と円形バルブ3の中心軸S1、S2がずれた状態で溶接されることがある。
 そこで、本実施の形態3では、第一溶接工程において、押し込み固定具11で二本のピン5をシャフト2の方向へ押し込みながら、レーザ溶接する。これにより、ピン5がシャフト2から離れるのを防止し、シャフト2と円形バルブ3の中心軸S1、S2がほぼ一致した状態で溶接することができる。
 また、押し込み固定具11は、ピン5を引っかけることが可能なL字型の構造となっており、シャフト2の軸方向への移動も可能である。これにより、スリット4に挿入された円形バルブ3のシャフト軸方向の位置決めも可能となり、量産時においても安定したバタフライバルブ1の供給が可能となる。
 本実施の形態3によれば、上記実施の形態1と同様の効果に加え、第一溶接部7を得るためのレーザ溶接において、押し込み固定具11で二本のピン5をシャフト2の方向へ押し込みながら溶接するようにしたので、シャフト2と円形バルブ3の中心軸S1、S2をより正確に一致させることが可能となり、全閉時の漏れ量をさらに低減することが可能なバタフライバルブ1が得られる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
 

Claims (9)

  1.  軸方向と直交する方向に貫通したスリットを有する円柱状のシャフトと、相対する第一面と第二面を有する平板状の円形バルブを備え、前記円形バルブが前記スリットに挿入された状態でレーザ溶接により固定されたバタフライバルブであって、
    前記円形バルブには、前記第一面の中心を通る直線から前記シャフトの半径と同じ距離だけ離れた直線上に前記シャフトと当接する二本のピンが配置され、前記シャフトが前記ピンと当接する側の前記スリットの開口部を入口側開口部、前記入口側開口部と反対側の前記スリットの開口部を出口側開口部とするとき、
    前記円形バルブの前記第一面は、前記出口側開口部において前記シャフトと当接しており、その当接部の少なくとも一部をレーザ溶接による第一溶接部とし、
    前記円形バルブの前記第二面は、前記入口側開口部において前記シャフトと当接しており、その当接部の少なくとも一部をレーザ溶接による第二溶接部としたことを特徴とするバタフライバルブ。
  2.  前記第一溶接部及び前記第二溶接部は、長さが等しいことを特徴とする請求項1記載のバタフライバルブ。
  3.  前記第一溶接部及び前記第二溶接部は、それぞれ複数箇所に分けて配置されることを特徴とする請求項1または請求項2記載のバタフライバルブ。
  4.  前記円形バルブは、前記第一面の前記第一溶接部と対向する前記第二面の箇所と、前記第二面の前記第二溶接部と対向する第一面の箇所に、レーザ照射による入熱部を有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のバタフライバルブ。
  5.  軸方向と直交する方向に貫通したスリットを有する円柱状のシャフトと、相対する第一面と第二面を有し前記第一面の中心を通る直線から前記シャフトの半径と同じ距離だけ離れた直線上に二本のピンが配置された平板状の円形バルブを用意し、前記二本のピンが前記シャフトに当接するまで前記円形バルブを前記スリットに挿入する準備工程、
    前記シャフトが前記ピンと当接する側の前記スリットの開口部を入口側開口部、前記入口側開口部と反対側の前記スリットの開口部を出口側開口部とするとき、前記準備工程の後、前記入口側開口部の側の前記円形バルブの前記第一面をレーザ照射方向から押すことにより前記第一面を前記出口側開口部において前記シャフトと当接させ、その当接部の少なくとも一部をレーザ溶接し、第一溶接部を形成する第一溶接工程、
    前記第一溶接工程の後、前記円形バルブの前記第二面と前記シャフトの前記入口側開口部における当接部の少なくとも一部をレーザ溶接し、第二溶接部を形成する第二溶接工程を含むことを特徴とするバタフライバルブの製造方法。
  6.  前記第二溶接工程の後、前記円形バルブにおいて前記第一面の前記第一溶接部と対向する前記第二面の箇所と、前記第二面の前記第二溶接部と対向する第一面の箇所に、前記第一溶接工程及び前記第二溶接工程における溶接条件に対して単位長さ当たりの入熱量が2/3から同量となるようにレーザを照射することを特徴とする請求項5記載のバタフライバルブの製造方法。
  7.  前記準備工程において前記円形バルブを前記スリットに挿入する前に、前記円形バルブにおいて前記第一面の前記第一溶接部が形成される箇所と対向する前記第二面の箇所と、前記第二面の前記第二溶接部が形成される箇所と対向する第一面の箇所に、前記第一溶接工程及び前記第二溶接工程における溶接条件に対して単位長さ当たりの入熱量が2/3から同量となるようにレーザを照射することを特徴とする請求項5記載のバタフライバルブの製造方法。
  8.  前記第一溶接工程において、前記第一溶接部を形成するのと同時に、前記第一溶接部が形成される箇所と対向する前記第二面の箇所に、前記第一溶接工程における溶接条件に対して単位長さ当たりの入熱量が2/3から同量となるようにレーザを照射すると共に、前記第二溶接工程において、前記第二溶接部を形成するのと同時に、前記第二溶接部が形成される箇所と対向する第一面の箇所に、前記第二溶接工程における溶接条件に対して単位長さ当たりの入熱量が2/3から同量となるようにレーザを照射することを特徴とする請求項5記載のバタフライバルブの製造方法。
  9.  前記第一溶接工程において、前記二本のピンを前記シャフトの方向へ押し込みながらレーザ溶接することを特徴とする請求項5から請求項8のいずれか一項に記載のバタフライバルブの製造方法。
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