(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部材と前記可動部材を内部に収容する静止部材とを含み、開閉動作に伴って前記可動部材と前記静止部材とが互いに摺接する弁装置の製造方法であって、
前記可動部材と前記静止部材との少なくとも一方の摺接面に肉盛部を形成する、肉盛部形成工程
を有し、
前記肉盛部形成工程では、前記摺接面において一端から他端へ向かって螺旋状にレーザ肉盛溶接を行って螺旋状肉盛部を形成した後に、前記螺旋状肉盛部の表面上に前記レーザ肉盛溶接を行って終了することによって、前記肉盛部を形成する、
弁装置の製造方法。
【請求項２】
前記肉盛部形成工程では、前記螺旋状肉盛部の表面上において前記他端側から前記一端側へ直線状に戻るように前記レーザ肉盛溶接を行った後に前記レーザ肉盛溶接を終了することによって、前記肉盛部を形成する、
請求項１に記載の弁装置の製造方法。
【請求項３】
可動部材と前記可動部材を内部に収容する静止部材とを含み、開閉動作に伴って前記可動部材と前記静止部材とが互いに摺接する弁装置の製造方法であって、
前記可動部材と前記静止部材との少なくとも一方の摺接面に肉盛部を形成する肉盛部形成工程
を有し、
前記肉盛部形成工程は、
前記摺接面において一端から他端へ向かって螺旋状にレーザ肉盛溶接を行って螺旋状肉盛部を形成した後に、前記螺旋状肉盛部の表面上に前記レーザ肉盛溶接を行って終了することによって、第１肉盛部を形成する、第１肉盛部形成工程と、
前記第１肉盛部の表面を加工する、表面加工工程と、
前記第１肉盛部において加工が行われた表面にレーザ肉盛溶接を行うことによって第２肉盛部を幾何学模様に形成する、第２肉盛部形成工程と、
を含む、
弁装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２肉盛部は、
前記可動部材と前記静止部材との間を漏洩する流体の上流側へ向かって突き出た庇部を含む、
請求項３に記載の弁装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、弁装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンプラントには、主蒸気止め弁、蒸気加減弁、再熱蒸気止め弁，中間阻止弁などの弁装置が設置されている。これらの弁装置は、高温高圧の過酷な蒸気条件下で用いられ、高速な蒸気流を制御する。
【０００３】
蒸気タービンプラントに設置される弁装置の一例として、蒸気加減弁２０について図１４を用いて説明する。
【０００４】
蒸気加減弁２０は、図１４に示すように、弁棒２０５の一端に設置された弁体２０４が蒸気弁本体２００の内部に収容されていると共に、蒸気弁本体２００の内部に弁座２０３が設置されている。
【０００５】
具体的には、蒸気加減弁２０において、蒸気弁本体２００は、弁ケーシングであって、内部に蒸気室３００（弁室）が設けられている。蒸気室３００は、入口部３０１および出口部３０２が設けられている。蒸気弁本体２００において、入口部３０１は、蒸気室３００の側方に設けられており、出口部３０２は、蒸気室３００の下方に設けられている。ここでは、蒸気弁本体２００において入口部３０１が形成された管状部分は、円筒状であって、管軸が水平方向に沿っている。そして、蒸気弁本体２００において出口部３０２が形成された管状部分は、円筒状であって、管軸が鉛直方向に沿っている。
【０００６】
この他に、蒸気弁本体２００は、蒸気室３００の上方に開口３０３が形成されており、その開口３０３を塞ぐように弁蓋２０２が設置されている。弁蓋２０２は、中央部分に貫通孔２０２Ｋが形成されている。弁蓋２０２の貫通孔２０２Ｋは、孔軸が鉛直方向に沿っており、弁蓋２０２の貫通孔２０２Ｋの内部には、円筒状のブッシュ２０１が貫通して固定されている。
【０００７】
弁座２０３は、蒸気弁本体２００において出口部３０２が形成された管状部分の内周面に固定されている。弁座２０３は、たとえば、リング状の管状体であって、弁棒２０５と同軸になるように配置されている。
【０００８】
弁体２０４は、蒸気室３００の内部において弁棒２０５に連結されている。ここでは、弁体２０４は、たとえば、半球形状であって、弁棒２０５と同軸になるように設置されている。
【０００９】
弁棒２０５は、ブッシュ２０１の内部に収容されており、ブッシュ２０１を介して弁蓋２０２の貫通孔２０２Ｋを貫通するように弁蓋２０２に設置されている。弁棒２０５は、たとえば、円柱状の棒状体であって、軸が鉛直方向に沿っており、弁棒２０５の下端部には弁体２０４が設置されている。弁棒２０５は、蒸気加減弁２０の開閉動作に伴って可動する可動部材であって、蒸気加減弁２０の開閉動作が行われる際には、弁棒２０５の外周面と、静止部材であるブッシュ２０１の内周面とが互いに摺接する。
【００１０】
蒸気加減弁２０は、上記の構成の他に、弁棒２０５の上端部に油圧駆動機構２０６が連結されている。油圧駆動機構２０６は、弁棒２０５を鉛直方向に沿って移動させる。これにより、蒸気加減弁２０では、弁体２０４と弁座２０３との間の距離が変動し、開度が調整され、蒸気の流れを制御する。蒸気加減弁２０を開けるときには、油圧駆動機構２０６が弁棒２０５を鉛直方向の上方に移動させて、弁体２０４と弁座２０３との間を離すことにより、蒸気弁本体２００の入口部３０１に流入した蒸気Ｆが、蒸気室３００を流れて、蒸気弁本体２００の出口部３０２から排出される。この一方で、蒸気加減弁２０を閉じるときには、油圧駆動機構２０６が弁棒２０５を鉛直方向の下方に移動させることにより、弁体２０４が弁座２０３に接触して、その蒸気Ｆの流れが止められる。
【００１１】
上記の蒸気加減弁２０のような弁装置は、高温な蒸気によって母材の金属表面が常温の場合よりも活性化した状態になり、酸化被膜（酸化スケール）が生成される。生成した酸化被膜は、母材の組成および雰囲気の条件に応じて、機械的な付着強度が異なる。このため、弁装置において開閉動作が行われる際には、酸化被膜の剥離が生ずる。その結果、その剥離した酸化被膜が弁棒２０５などの可動部材とブッシュ２０１などの静止部材との間を埋めた状態になって、スティック（弁棒２０５がブッシュ２０１に貼り付く現象）が発生する場合がある。したがって、蒸気タービンについて定期検査を行う際には、酸化被膜の除去が必要になる。
【００１２】
また、酸化被膜の堆積量を予め見込んで弁棒２０５とブッシュ２０１の間の隙間を大きくしていたときには、蒸気の漏洩量が多くなる。特に、近年では、蒸気タービンに作動流体として供給される蒸気は、温度および圧力が上昇する傾向にあるので、弁棒２０５とブッシュ２０１の間の隙間から漏洩する蒸気の漏洩量が更に多くなり、プラント全体の熱効率が悪化する。
【００１３】
従来においては、弁棒２０５の外周面およびブッシュ２０１の内周面について窒化処理を行うことによって、窒化層を表面硬化層として設けている。しかし、窒化層は、約５００℃以上で分解して軟化する。また、窒化層は、厚さが極めて薄い。このため、窒化層が摩耗で無くなったときには、摩耗が急激に進展する。
【００１４】
上記の問題点に対応するために、弁装置の開閉動作の際に弁棒２０５においてブッシュ２０１に接触する摺接面にコバルト基硬質合金等の肉盛部を硬質合金層として形成することが提案されている。コバルト基硬質合金等の肉盛部について、酸素アセチレン法、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  Ｉｎｅｒｔ  Ｇａｓ）法、被覆アーク法、ＰＴＡ（Ｐｌａｓｍａ  Ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ  Ａｒｃ）法などの方法で肉盛部の形成を行う場合、溶接作業の入熱量（加熱量）が大きいので、弁棒２０５が大きく変形する場合がある。このため、入熱量が小さいレーザ粉体肉盛溶接を行うことによって、コバルト基硬質合金等の肉盛部を形成することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平０６−１７４１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
図１５に示すように、弁棒２０５の摺接面に肉盛部２２が形成するときには、弁棒２０５の一端側（図１５では左側）から他端側（右側）へ向かって螺旋状にレーザ粉体肉盛溶接を行う。
【００１７】
具体的には、レーザ粉体肉盛溶接を行うときには、たとえば、弁棒２０５の中心軸を回転中心として溶接トーチ（図示省略）に対して相対的に回転させた状態にする。これと共に、弁棒２０５の中心軸に沿った方向において他端側（右側）から一端側（左側）へ向かうように、弁棒２０５を溶接トーチに対して相対的に移動させる。このとき、その弁棒２０５の外周面に、たとえば、粉末供給装置（図示省略）から硬質合金などの肉盛材料の粉末を連続的に供給すると共に、その硬質合金粉末に溶接トーチからレーザビームを連続的に照射して、その肉盛材料の粉末を溶融させる。肉盛材料は、急速に冷却されて凝固する。これにより、弁棒２０５においては、溶接開始点２２Ｓから溶接終了点２２Ｅへ向かって螺旋を描くように、肉盛部２２が形成される。
【００１８】
しかしながら、上記の関連技術では、レーザ粉体肉盛溶接を終了した溶接終了点２２Ｅにクレータ状の凹部が欠損として形成され、凹部において凝固割れが発生する場合がある。具体的には、溶接終了点２２Ｅにはクレータ状の凹部（溶融池）は、肉盛材料と、その肉盛材料と異なる弁棒２０５の材料との両者の成分を含む。そして、溶接終了点２２Ｅにおいてレーザビームの照射が遮断されたときは、溶接終了点２２Ｅで温度が急速に低下する。このため、凝固による収縮によって凹部に応力が集中して、凝固割れが発生する。その結果、肉盛部２２の品質が不安定になる場合がある。特に、コバルト基硬質合金を肉盛材料として用いた場合には、コバルト基硬質合金の延性が弁棒２０５の材料よりも一般に低いので、上記の問題が顕在化する。
【００１９】
上記のような事情により、弁棒などの可動部材においてスティックが発生することを防止することが容易でなく、蒸気の漏洩量の低減を実現することが困難な場合がある。
【００２０】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、肉盛部の品質を安定化することが可能であって、弁棒などの可動部材においてスティックが発生することを防止し、蒸気の漏洩量を低減することができる、弁装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
実施形態の製造方法では、可動部材と、その可動部材を内部に収容する静止部材とを含み、開閉動作に伴って可動部材と静止部材とが互いに摺接する弁装置を製造する。本製造方法は、可動部材と静止部材との少なくとも一方の摺接面に肉盛部を形成する、肉盛部形成工程を有する。肉盛部形成工程では、摺接面において一端から他端へ向かって螺旋状にレーザ肉盛溶接を行って螺旋状肉盛部を形成した後に、その螺旋状肉盛部の表面上にレーザ肉盛溶接を行って終了することによって、肉盛部を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、第１実施形態において、弁棒２０５の摺接面に肉盛部２２を形成するときの概要を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１実施形態において、弁棒２０５の摺接面に肉盛部２２を形成するときの概要を示す斜視図である。
【図３】図３は、第１実施形態において、レーザ粉体肉盛溶接を行うときに用いる溶接装置の溶接トーチの概要を示す断面図である。
【図４】図４は、第２実施形態において、弁棒２０５の摺接面に肉盛部２２ｂが形成されたときの概要を示す断面図である。
【図５】図５は、第２実施形態において、弁棒２０５の摺接面に肉盛部２２ｂを形成するときの概要を示す斜視図である。
【図６】図６は、第２実施形態において、弁棒２０５の摺接面に肉盛部２２ｂを形成するときの概要を示す斜視図である。
【図７】図７は、第２実施形態において、肉盛部２２ｂを構成する第２肉盛部２２２について示す図である。
【図８】図８は、第２実施形態の変形例において、肉盛部２２ｂを構成する第２肉盛部２２２について示す図である。
【図９】図９は、第２実施形態の変形例において、肉盛部２２ｂを構成する第２肉盛部２２２について示す図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態の変形例において、弁棒２０５の摺接面に肉盛部２２ｂが形成されたときの概要を示す断面図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態の変形例において、弁棒２０５の摺接面に肉盛部２２ｂが形成されたときの概要を示す断面図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態において、弁棒２０５の摺接面に肉盛部２２ｃが形成されたときの概要を示す断面図である。
【図１３】図１３は、第３実施形態において、弁棒２０５の摺接面に肉盛部２２ｃを形成するときの概要を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、関連技術に係る蒸気タービンプラントにおいて、弁装置を模式的に示す断面図である。
【図１５】図１５は、関連技術において、弁棒２０５に肉盛部２２を形成するときの様子を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜第１実施形態＞
第１実施形態において弁棒２０５の摺接面に肉盛部２２を形成するときの様子に関して、図１および図２を用いて説明する。
【００２４】
肉盛部２２を形成する際には、まず、図１に示すように、関連技術の場合（図１５参照）と同様に、弁棒２０５の外周面において一端から他端へ向かって螺旋状にレーザ粉体肉盛溶接を行うことにより、螺旋状肉盛層部４１を形成するが、本実施形態では、関連技術の場合と異なり、螺旋状肉盛層部４１を形成した後に、その螺旋状肉盛層部４１の表面上にレーザ粉体肉盛溶接を更に連続的に行うことによって、直線状肉盛層部４２を形成する。
【００２５】
具体的には、直線状肉盛層部４２は、螺旋状肉盛層部４１の表面上において弁棒２０５の他端側（右側）から一端側（左側）へ直線状に戻るようにレーザ粉体肉盛溶接を行った後に、螺旋状肉盛層部４１の表面上でレーザ粉体肉盛溶接を終了することで形成される。たとえば、直線状肉盛層部４２は、螺旋状肉盛層部４１において最後に形成された巻きよりも、２〜３巻き分、戻った位置でレーザ粉体肉盛溶接を終了することで形成される。本実施形態では、直線状肉盛層部４２は、弁棒２０５の軸方向に沿って延在するように形成される。
【００２６】
このように、螺旋状肉盛層部４１と共に直線状肉盛層部４２を肉盛部２２が更に含むように、肉盛部２２の形成が行われる。本実施形態では、上記の関連技術と同様に、肉盛部２２の形成においてレーザ粉体肉盛溶接を終了した溶接終了点２２Ｅには、クレータ状の凹部が形成される。しかし、本実施形態では、上記の関連技術と異なり、溶接終了点２２Ｅに形成される溶融池は、肉盛材料と異なる弁棒２０５の材料を含まない。このため、溶接終了点２２Ｅにおいてレーザビームの照射が遮断され、溶接終了点２２Ｅの温度が急速に低下した場合であっても、凹部に応力が集中することを抑制可能である。その結果、本実施形態では、凝固割れの発生を防止可能であって、肉盛部２２の品質を安定化することができる。
【００２７】
図１に示したように肉盛部２２を形成した後には、図２に示すように、肉盛部２２の表面を平面化する仕上げ加工を行う。仕上げ加工では、予め設定された寸法、幾何公差、および、面粗度などになるように、肉盛部２２の表面について研磨加工および研削加工を行う。
【００２８】
以上のように、本実施形態では、入熱量が小さいレーザ粉体肉盛溶接で肉盛部２２の形成を行うので、弁棒２０５の劣化および変形を効果的に抑制することができる。また、肉盛部２２は、耐酸化性が高い材料を用いて弁棒２０５の外周面を被覆するように形成されるので、弁棒２０５の外周面で酸化皮膜が生成することを安価かつ効果的に防止することができる。その結果、弁棒２０５においてスティックが生ずることを防止可能であると共に、弁棒２０５とブッシュ２０１の間の隙間を小さくすることができるので蒸気の漏洩量を低減可能である。
【００２９】
本実施形態において、上記のレーザ粉体肉盛溶接を行うときには、たとえば、図３に示す溶接トーチ１０が設置された溶接装置（図示省略）を用いる。
【００３０】
溶接トーチ１０は、レーザ照射口１１、粉末供給経路１２、シールドガス供給経路１６、および、冷却水循環経路１８がトーチ本体１００に形成されている。
【００３１】
溶接トーチ１０において、トーチ本体１００は、先端側の部分が円錐台形状である。
【００３２】
レーザ照射口１１は、トーチ本体１００の中心軸に沿うように形成されている。レーザ照射口１１は、たとえば、半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザ、ＣＯ２レーザ等のレーザ装置から放射されたレーザビームＬＡ（レーザ光）が内部を通過して先端から照射される。
【００３３】
粉末供給経路１２は、トーチ本体１００においてレーザ照射口１１の周りを囲うようにレーザ照射口１１と同軸に形成されている。粉末供給経路１２は、肉盛材料（被覆用材料）の粉末ＰＡがキャリガスと共に内部を通過して先端から噴射され、母材である弁棒２０５の外周面（図３では上面）に供給される。そして、肉盛材料の粉末ＰＡは、弁棒２０５の外周面において、レーザ照射口１１から照射されたレーザビームＬＡによって溶融した後に、冷却されて凝固し、肉盛部２２を構成する。
【００３４】
シールドガス供給経路１６は、トーチ本体１００において粉末供給経路１２の周りを囲うようにレーザ照射口１１と同軸に形成されている。シールドガス供給経路１６は、シールドガスＳＧが内部を通過して先端から噴射される。シールドガスＳＧは、アルゴンガス等であって、肉盛部２２、および、肉盛部２２の周辺が酸化することを抑制するために、シールドガス供給経路１６から噴射される。
【００３５】
冷却水循環経路１８は、トーチ本体１００においてシールドガス供給経路１６の周りを囲うようにレーザ照射口１１と同軸に形成されている。冷却水循環経路１８は、冷却水（図示省略）が内部において循環する。冷却水は、レーザビームＬＡの照射により加熱されるトーチ本体１００を冷却するために、冷却水循環経路１８に供給される。
【００３６】
溶接装置においては、上記の溶接トーチ１０がロボットアーム（図示省略）に連結されており、弁棒２０５が回転装置に支持される。そして、溶接装置では、ロボットアームの動作および回転装置の動作を制御装置が制御することで、上記のようにレーザ粉体肉盛溶接（図１参照）が実施される。
【００３７】
レーザ粉体肉盛溶接の際には、溶接トーチ１０の先端側の部分から、肉盛材料（被覆用材料）の粉末ＰＡの噴射、およびレーザビームＬＡの照射が同芯軸上において行われる。粉末ＰＡがキャリガスと共に内部を通過して先端から噴射されるため、肉盛材料の粉末ＰＡが自重で落下することで弁棒２０５の摺接面に供給されない。また、溶接装置において、溶接トーチ１０の先端側の部分は、ロボットアームによって全方向に向く。つまり、溶接トーチ１０は、先端側の部分が、下方に向く他に、上方および横方向に向く。このため、本実施形態では、レーザ粉体肉盛溶接を行うときの溶接姿勢が制限されない。
【００３８】
上記のレーザ粉体肉盛溶接で使用する肉盛材料の粉末ＰＡについて説明する。肉盛材料の粉末ＰＡは、たとえば、耐摩耗性に優れたコバルト基硬質合金（ステライト（登録商標）など）である。具体的には、肉盛材料の粉末ＰＡは、コバルトを主成分として含むと共に３０重量％程度のクロムと４〜１５重量％のタングステンとを成分として含有したコバルト基硬質合金である。上記のコバルト基硬質合金は、弁棒２０５などの母材よりも耐酸化性が高いので、蒸気が高温な条件下で酸化被膜（酸化スケール）が生成されにくい。このため、酸化被膜（酸化スケール）の生成量を予め見込んで弁棒２０５とブッシュ２０１（図１４参照）との間隙を大きくする必要が無くなるので、この間隙を介して蒸気が外部へ漏洩する漏洩量を減少することができる。
【００３９】
肉盛材料の粉末ＰＡは、上記の他に、酸化開始温度が８００℃以上であって耐酸化性に優れた材料を使用することができる。たとえば、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化チタンアルミウム（ＴｉＡｌＮ）、窒化チタンタングステン（Ｔｉ−Ｗ）Ｎ、炭化チタンモリブデン（Ｔｉ−Ｍｏ）Ｃ、窒化クロムケイ素（ＣｒＳｉＮ）、および、窒化チタンケイ素（ＴｉＳｉＮ）等のファインセラミックス材が、肉盛材料の粉末ＰＡとして好適に使用可能である。また、上記のファインセラミックスの粉末と前述したコバルト基硬質合金とを混合してもよい。更に、今後、蒸気温度の上昇に伴って開発される新規な材料の粉末を、肉盛材料の粉末ＰＡとして使用してもよい。
【００４０】
肉盛材料の粉末ＰＡは、粉末粒径が１μｍ以上であって、３０〜１００μｍが好ましい。これにより、シールドガス供給経路１６から噴出するシールドガスＳＧで肉盛材料の粉末ＰＡが飛散することを抑制可能である。
【００４１】
また、上記のレーザ粉体肉盛溶接が行われる弁棒２０５などの母材は、たとえば、クロム−モリブデン鋼、クロム−モリブデン−バナジウム鋼、クロム−モリブデン−タングステン−バナジウム鋼、９％クロム鋼、１２％クロム鋼、Ｎｉ基やＣｏ基の耐熱合金などの金属材料である。この他に、母材としては、フェライト系、マルテンサイト系、オーステナイト系のいずれかからなる耐熱合金鋼を使用可能である。更に、今後、蒸気温度の上昇に伴って開発される新規な材料を、母材として使用してもよい。
【００４２】
なお、本実施形態では、円柱状の弁棒２０５の外周面に肉盛部２２を形成する場合について説明しているが、円筒状のブッシュ２０１の内周面に肉盛部２２を形成してもよい（後述する他の実施形態も同様）。
【００４３】
この他に、可動部材である弁体２０４を静止部材であるスリーブ（図示省略）が内部に収容するように構成された弁装置の場合には、弁体２０４の外周面とスリーブの内周面との少なくとも一方に、上記と同様に、肉盛部２２を形成してもよい（後述する他の実施形態も同様）。
【００４４】
＜第２実施形態＞
第２実施形態において弁棒２０５の摺接面に形成される肉盛部２２に関して、図４から図７を用いて説明する。
【００４５】
本実施形態では、図４に示すように、肉盛部２２ｂは、第１肉盛部２２１および第２肉盛部２２２を含み、第２肉盛部２２２が第１肉盛部２２１上において弁棒２０５のラジアル方向（図４では縦方向）へ凸状に突き出るように設けられている。
【００４６】
本実施形態において、肉盛部２２ｂを形成する際には、図５に示すように、まず、第１肉盛部２２１を形成する。第１肉盛部２２１は、第１実施形態の肉盛部２２（図２参照）の場合と同様に、レーザ粉体肉盛溶接を行った後に、表面を平面化する仕上げ加工を実施することで形成される。仕上げ加工では、予め設定された寸法、幾何公差、および、面粗度などになるように、第１肉盛部２２１の表面について研磨加工および研削加工を行う。
【００４７】
そして、図６および図７に示すように、第１肉盛部２２１の形成後に、第２肉盛部２２２を形成する。第２肉盛部２２２は、第１肉盛部２２１の表面にレーザ粉体肉盛溶接を行うことによって、幾何学模様に形成される。
【００４８】
第２肉盛部２２２の幾何学模様は、弁棒２０５の軸方向（図７では横方向）と周方向（縦方向）とのそれぞれに、たとえば、正四角形状のパターンが複数配列した模様である。ここでは、正四角形状のパターンを構成する４つの壁は、弁棒２０５の軸方向および周方向に対して沿っておらず、それぞれが傾斜している。また、正四角形状のパターンを構成する４つの壁は、弁棒２０５の軸方向および周方向において互いに連結している。
【００４９】
上記の第２肉盛部２２２は、溶接装置において弁棒２０５の回転方向を正方向および逆方向に適宜変更すると共に、溶接トーチ１０の位置をロボットアームが制御して、レーザ粉体肉盛溶接を実施することによって形成される。第２肉盛部２２２は、レーザ粉体肉盛溶接を実施後に、仕上げ加工が行われる。つまり、第２肉盛部２２２の外周面について、予め設定された寸法、幾何公差、および、面粗度になるように、研磨加工および研削加工が行われる。
【００５０】
以上のように、本実施形態の弁装置において、弁棒２０５は、幾何学模様の第２肉盛部２２２による凹部が外周面側に形成されている。幾何学模様の第２肉盛部２２２による凹部は、ラビリンスシールとして機能する。このため、本実施形態では、円柱状の弁棒２０５と円筒状のブッシュ２０１との間から漏洩する蒸気の量を効果的に低減することができる。
【００５１】
具体的には、弁棒２０５とブッシュ２０１との間を流れる蒸気は、幾何学模様の第２肉盛部２２２による凹部に流入したときには膨張して圧力が低下する。そして、その蒸気は、凹部から流出する際には、流路が狭くなっているので、圧力が上昇する。このため、弁棒２０５とブッシュ２０１との間を流れる蒸気は、幾何学模様の第２肉盛部２２２によって、大きな圧力損失が生ずる。したがって、上記したように、本実施形態では、蒸気漏洩量を効果的に低減することができる。
【００５２】
この他に、本実施形態において、弁棒２０５の外表面に堆積した酸化被膜が剥離した場合、その酸化被膜は、幾何学模様の第２肉盛部２２２による凹部に収容される。このため、酸化被膜に起因して弁棒２０５においてスティックが発生することを効果的に防止することができる。
【００５３】
第２肉盛部２２２の厚みは、たとえば、５０μｍ以上であることが好ましい。第２肉盛部２２２を厚くすることによって、第２肉盛部２２２による凹部の容積が大きくなるので、漏洩する蒸気の圧力を降下させる比率を大きくすることができる。
【００５４】
第２肉盛部２２２の幾何学模様は、図７に示す模様の他に、たとえば、図８および図９に示す模様にしてもよい。具体的には、図８に示すように、第２肉盛部２２２の幾何学模様は、円形状のパターンが弁棒２０５の軸方向および周方向において千鳥状に配列した模様でもよい。また、図９に示すように、第２肉盛部２２２の幾何学模様は、四角形状のパターンが弁棒２０５の軸方向および周方向において千鳥状に配列した模様でもよい。図８および図９に示す模様は、図７に示す模様と同様に、弁棒２０５の周方向で連結されており、流体抵抗として機能する。
【００５５】
また、第２肉盛部２２２について弁棒２０５のラジアル方向で切断した断面の形状は、図４に示す形状の他に、たとえば、図１０に示す形状にすることが好適である。具体的には、第２肉盛部２２２は、凸部２２２Ｔの先端に庇部２２２Ｈが形成された形状である。
【００５６】
第２肉盛部２２２において、凸部２２２Ｔは、弁棒２０５のラジアル方向において、第１肉盛部２２１の表面から突き出た部分である。
【００５７】
庇部２２２Ｈは、弁棒２０５の軸方向に突き出た部分であって、庇部２２２Ｈの内周面がギャップ（袋部）を隔てて第１肉盛部２２１の外周面に対面するように形成されている。ここでは、庇部２２２Ｈは、弁棒２０５において弁体２０４が設けられた側に向かって突き出ている（図１４参照）。換言すると、庇部２２２Ｈは、蒸気室３００（高圧側）から弁棒２０５とブッシュ２０１との間を介して外部（低圧側）へ漏洩する蒸気の流れにおいて、上流側に突き出ている。本実施形態では、第２肉盛部２２２の庇部２２２Ｈの内周面と第１肉盛部２２１の外周面との間にギャップが介在しているので、弁棒２０５とブッシュ２０１との間から漏洩する蒸気の流れに対して第２肉盛部２２２が更に大きな流体抵抗になる。その結果、弁棒２０５とブッシュ２０１との間から漏洩する蒸気の量を更に効果的に低減することができる。
【００５８】
特に、本変形例では、庇部２２２Ｈは、先端が尖った形状になっている。ここでは、庇部２２２Ｈは、弁棒２０５の軸方向に突き出た距離が、内周側から外周側へ向かって長くなるように形成されている。これにより、流体抵抗を更に大きくすることができる。
【００５９】
なお、第２肉盛部２２２の断面形状は、上記の他に、たとえば、円弧形状にしても同様な作用および効果を得ることができる。
【００６０】
上記の他に、肉盛部２２ｂは、図１１に示すように、第１肉盛部２２１と第２肉盛部２２２とを一体的に形成してもよい。つまり、第１肉盛部２２１と第２肉盛部２２２との両者に関して、レーザ粉体肉盛溶接を一度に連続して行うことで造形してもよい。第１肉盛部２２１と第２肉盛部２２２とのそれぞれは、予め設定された寸法、幾何公差、および、面粗度などになるように、研磨加工および研削加工が行われる。なお、この場合、第１肉盛部２２１の表面については、研削加工を行う必要がない。
【００６１】
＜第３実施形態＞
第３実施形態において弁棒２０５の摺接面に形成される肉盛部２２ｃに関して、図１２および図１３を用いて説明する。
【００６２】
本実施形態では、図１２および図１３に示すように、肉盛部２２ｃは、第２実施形態の第２肉盛部２２２と同様に、弁棒２０５の外周面にレーザ粉体肉盛溶接を行うことによって、幾何学模様に形成される。肉盛部２２ｃは、予め設定された寸法、幾何公差、および、面粗度などになるように、研磨加工および研削加工が行なわれる。
【００６３】
本実施形態では、肉盛部２２ｃが幾何学模様に形成されているので、第２実施形態の場合と同様に、円柱状の弁棒２０５と円筒状のブッシュ２０１との間から漏洩する蒸気の量を効果的に低減することができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、幾何学模様の肉盛部２２ｃによる凹部の底面は、弁棒２０５の母材が露出した状態であるので、酸化被膜が生成されて堆積しやすい。このため、予想される酸化被膜の厚さを考慮して、肉盛部２２ｃの厚みを決定することが好ましい。
【００６５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００６６】
たとえば、上記の各実施形態では、弁棒の外周面において肉盛部が盛り上がるように肉盛部を形成しているが、これに限らない。弁棒の外周面に溝を形成する加工を行った後に、その溝を埋めるように肉盛部を形成してもよい。ここでは、溝の加工は、溝の深さが肉盛部の厚みに相当するように行う。
【００６７】
また、上記の各実施形態では、レーザ粉体肉盛溶接を行うことで肉盛部を形成しているが、これに限らない。粉体の肉盛材料以外に、棒形状などの他の形状の肉盛材料を用いてレーザ肉盛溶接を行うことで、肉盛部を形成してもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１０…溶接トーチ、１１…レーザ照射口、１２…粉末供給経路、１６…シールドガス供給経路、１８…冷却水循環経路、２０…蒸気加減弁、２２…肉盛部、２２ｂ…肉盛部、２２ｃ…肉盛部、４１…螺旋状肉盛層部、４２…直線状肉盛層部、１００…トーチ本体、２００…蒸気弁本体、２０１…ブッシュ、２０２…弁蓋、２０２Ｋ…貫通孔、２０３…弁座、２０４…弁体、２０５…弁棒、２０６…油圧駆動機構、２２１…第１肉盛部、２２２…第２肉盛部、２２２Ｈ…庇部、２２２Ｔ…凸部、３００…蒸気室、３０１…入口部、３０２…出口部、３０３…開口、Ｆ…蒸気、ＬＡ…レーザビーム、ＰＡ…粉末、ＳＧ…シールドガス
【図１】
0006732515.tif 000002
【図２】
0006732515.tif 000003
【図３】
0006732515.tif 000004
【図４】
0006732515.tif 000005
【図５】
0006732515.tif 000006
【図６】
0006732515.tif 000007
【図７】
0006732515.tif 000008
【図８】
0006732515.tif 000009
【図９】
0006732515.tif 000010
【図１０】
0006732515.tif 000011
【図１１】
0006732515.tif 000012
【図１２】
0006732515.tif 000013
【図１３】
0006732515.tif 000014
【図１４】
0006732515.tif 000015
【図１５】
0006732515.tif 000016