(57)【要約】【課題】弁軸と弁体との溶接後の残留応力を低減し、溶接部における溶接割れの発生を抑制する。【解決手段】ＥＧＲバルブ１０は、流路２０を有するバルブボディ１２と、バルブボディ１２に往復直線運動可能に支持された弁軸１４と、弁軸１４を往復直線運動させるアクチュエータ１６と、弁軸１４の先端部に嵌合した状態で固定されかつ流路２０を開閉する弁体１８と、を備える。弁軸１４の材料はＳＵＳ３０４相当の鋼材である。弁体１８の材料はＳＵＳ３１６Ｌ相当の鋼材である。弁軸１４の先端側において、弁軸１４と弁体１８とが溶接される。溶接部３０におけるＣｒ当量及びＮｉ当量に基づいて定まる点がシェフラーの状態図に基づいて定められた安全域に属するように、弁軸１４の材料の溶融率が増加されている。【選択図】図１
2017214967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を有するバルブボディと、
前記バルブボディに往復直線運動可能に支持された弁軸と、
前記弁軸を往復直線運動させるアクチュエータと、
前記弁軸の先端部に嵌合した状態で固定されかつ前記流路を開閉する弁体と、
を備える、バルブ装置であって、
前記弁軸の材料は、ステンレス鋼材であり、
前記弁体の材料は、耐食性の高いステンレス鋼材相当の高Ｎｉ含有鋼材であり、
前記弁軸の先端側において、該弁軸と前記弁体の内周部との間には、両者の溶融によって相互に固着した溶接部が形成されており、
前記溶接部におけるＣｒ当量及びＮｉ当量に基づいて定まる点がシェフラーの状態図に基づいて定められた安全域に属するように、前記弁軸の材料の溶融率が増加されている、バルブ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバルブ装置であって、
前記溶接部の溶接高さは、前記弁軸の軸径の２０％以上であり、
前記溶接部のビード径は、前記弁軸の軸径の２倍以下である、バルブ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のバルブ装置であって、
前記弁軸の材料は、ＳＵＳ３０４相当の鋼材であり、
前記弁体の材料は、ＳＵＳ３１６Ｌ相当の鋼材であり、
前記溶接部のＮｉ当量が１２（質量％）以下である、バルブ装置。
【請求項４】
流路を有するバルブボディと、
前記バルブボディに往復直線運動可能に支持された弁軸と、
前記弁軸を往復直線運動させるアクチュエータと、
前記弁軸の先端部に嵌合した状態で固定されかつ前記流路を開閉する弁体と、
を備える、バルブ装置における弁軸と弁体との溶接方法であって、
前記弁軸の材料は、ステンレス鋼材であり、
前記弁体の材料は、耐食性の高いステンレス鋼材相当の高Ｎｉ含有鋼材であり、
前記弁軸の先端側において、該弁軸と前記弁体の内周部との間には、両者の溶融によって相互に固着した溶接部が形成されており、
前記溶接部におけるＣｒ当量及びＮｉ当量に基づいて定まる点がシェフラーの状態図に基づいて定められた安全域に属するように、前記弁軸と前記弁体との溶接を行う、バルブ装置における弁軸と弁体との溶接方法。
【請求項５】
請求項４に記載のバルブ装置における弁軸と弁体との溶接方法であって、
前記弁体を嵌合した際の前記弁軸の突出量を前記弁軸の軸径の３０％以上とした状態で前記溶接を行う、バルブ装置における弁軸と弁体との溶接方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のバルブ装置における弁軸と弁体との溶接方法であって、
前記溶接は、ＴＩＧ溶接である、バルブ装置における弁軸と弁体との溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブ装置とそのバルブ装置における弁軸と弁体との溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、バルブ装置としては、例えば、特許文献１に記載されたＥＧＲバルブがある。特許文献１において、ＥＧＲバルブは、流路を有するバルブボディと、バルブボディに往復直線運動可能に支持された弁軸と、弁軸を往復直線運動させるアクチュエータと、弁軸の先端部に嵌合した状態で固定されかつ前記流路を開閉する弁体と、を備えている。弁軸の先端側において、弁軸と弁体の内周部との間には、両者の溶融によって相互に固着すなわち溶接した溶接部が形成されている。特許文献１において、弁体の材料はＳＵＳ３１６Ｌ相当の鋼材である。また、弁軸の材料は、記載されていないが、通常、ＳＵＳ３０４相当の鋼材である。また、特許文献１には、弁軸の材料の溶融率が記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２２４７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＳＵＳ３０４相当の鋼材からなる弁軸とＳＵＳ３１６Ｌ相当の鋼材からなる弁体とを溶接した場合の一例（これを「従来例」という）について述べる。図１１は従来例にかかる弁軸と弁体との溶接部を示す断面図である。図１１に示すように、溶接部の溶接高さａは弁軸の軸径ｂの約１２％、溶接部のビード径ｃは軸径ｂの約１．９５倍、溶接部の溶け込み量（深さ）ｄは軸径ｂの１０％（管理値）以上、弁体を嵌合した際の弁軸の突出量ｅは弁軸の軸径ｂの５％である。
【０００５】
例えば、弁軸の軸径ｂは４ｍｍ、溶接高さａは約０．５ｍｍ、ビード径は約７．８ｍｍ、溶け込み量ｄは約０．５ｍｍ、突出量ｅは０．２ｍｍである。また、溶接はＴＩＧ溶接で、溶接電流は２０５Ａで溶接時間は６００ｍｓである（図７の特性線Ｌｂ参照）。この場合、弁体の材料（ＳＵＳ３１６Ｌ相当の鋼材）の溶融量が多く、弁軸の材料（ＳＵＳ３０４相当の鋼材）の溶融率は、例えば、約３０％である（図１０中、点ｘ１参照）。また、溶接部のＮｉ当量は１２．４（質量％）である（図１０中、点ｙ１参照）。このように、弁軸の材料の溶融率が低いと、溶接後に発生する収縮引張応力すなわち残留応力により高温割れいわゆる溶接割れが発生するという問題があった。ちなみに、従来例による溶接割れの発生率は、約８％であった。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、弁軸と弁体との溶接後の残留応力を低減し、溶接部における溶接割れの発生を抑制することのできるバルブ装置とそのバルブ装置における弁軸と弁体との溶接方法を提供することにある。
【０００７】
発明者は、従来例における弁軸と弁体との溶接部における溶接割れの発生原因について鋭意研究したところ、次のような結論に至った。すなわち、溶接割れが発生する推定メカニズムは、溶接部の凝固開始により、リン、硫黄が結晶粒界に偏析し、結晶粒界の結合強度が弱くなり、結合強度が残留応力より弱くなることによって、リンが偏析したところに溶接割れが発生する。リン、硫黄が結晶粒界に偏析する要因は、リン、硫黄を固溶するフェライト組織が少ないためである。すなわち、弁体の材料が溶接割れに不利なＳＵＳ３１６Ｌ相当の鋼材であり、弁軸の材料（ＳＵＳ３０４相当の鋼材）の溶融率が約３０％（図１０中、点ｘ１参照）と少ないために、溶接部におけるＣｒ当量及びＮｉ当量に基づいて定まる点が、シェフラーの状態図に基づいて定められた安全域から外れる。すなわち、Ｎｉ当量（図１０中、点ｙ１参照）が、安全域におけるＮｉ当量の上限値である１２（質量％）を超える。このため、溶接割れが発生する。したがって、溶接部におけるＣｒ当量及びＮｉ当量に基づいて定まる点がシェフラーの状態図に基づいて定められた安全域に属するように、弁軸の材料（ＳＵＳ３０４相当の鋼材）の溶融率を増加することによって、溶接割れの発生を抑制できることを見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題は、本発明のバルブ装置とそのバルブ装置における弁軸と弁体との溶接方法により解決することができる。第１の発明は、流路を有するバルブボディと、前記バルブボディに往復直線運動可能に支持された弁軸と、前記弁軸を往復直線運動させるアクチュエータと、前記弁軸の先端部に嵌合した状態で固定されかつ前記流路を開閉する弁体と、を備える、バルブ装置であって、前記弁軸の材料は、ステンレス鋼材であり、前記弁体の材料は、耐食性の高いステンレス鋼材相当の高Ｎｉ含有鋼材であり、前記弁軸の先端側において、該弁軸と前記弁体の内周部との間には、両者の溶融によって相互に固着した溶接部が形成されており、前記溶接部におけるＣｒ当量及びＮｉ当量に基づいて定まる点がシェフラーの状態図に基づいて定められた安全域に属するように、前記弁軸の材料の溶融率が増加されている、バルブ装置である。この構成によると、溶接部におけるＣｒ当量及びＮｉ当量に基づいて定まる点がシェフラーの状態図に基づいて定められた安全域に属するように、弁軸の材料の溶融率が増加されている。これにより、弁軸と弁体との溶接後の残留応力を低減し、溶接部における溶接割れの発生を抑制することができる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記溶接部の溶接高さは、前記弁軸の軸径の２０％以上であり、前記溶接部のビード径は、前記弁軸の軸径の２倍以下である、バルブ装置である。この構成によると、溶接部における弁軸の材料の溶融量に対する弁体の材料の溶融量の増加を抑制することができ、弁軸の材料の溶融率を増加することができる。
【００１０】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記弁軸の材料は、ＳＵＳ３０４相当の鋼材であり、前記弁体の材料は、ＳＵＳ３１６Ｌ相当の鋼材であり、前記溶接部のＮｉ当量が１２（質量％）以下である、バルブ装置である。この構成によると、溶接部のＮｉ当量を、シェフラーの状態図に基づいて定められた安全域に属させることができる。
【００１１】
第４の発明は、流路を有するバルブボディと、前記バルブボディに往復直線運動可能に支持された弁軸と、前記弁軸を往復直線運動させるアクチュエータと、前記弁軸の先端部に嵌合した状態で固定されかつ前記流路を開閉する弁体と、を備える、バルブ装置における弁軸と弁体との溶接方法であって、前記弁軸の材料は、ステンレス鋼材であり、前記弁体の材料は、耐食性の高いステンレス鋼材相当の高Ｎｉ含有鋼材であり、前記弁軸の先端側において、該弁軸と前記弁体の内周部との間には、両者の溶融によって相互に固着した溶接部が形成されており、前記溶接部におけるＣｒ当量及びＮｉ当量に基づいて定まる点がシェフラーの状態図に基づいて定められた安全域に属するように、前記弁軸と溶前記弁体との溶接を行う、バルブ装置における弁軸と弁体との溶接方法である。この構成によると、溶接部におけるＣｒ当量及びＮｉ当量に基づいて定まる点がシェフラーの状態図に基づいて定められた安全域に属するように、弁軸と弁体との溶接を行う。これにより、弁軸と弁体との溶接後の残留応力を低減し、溶接部における溶接割れの発生を抑制することができる。
【００１２】
第５の発明は、第４の発明において、請求項４に記載のバルブ装置における弁軸と弁体との溶接方法であって、前記弁体を嵌合した際の前記弁軸の突出量を前記弁軸の軸径の３０％以上とした状態で前記溶接を行う、バルブ装置における弁軸と弁体との溶接方法である。この構成によると、弁軸の材料の溶融率を増加することができる。
【００１３】
第６の発明は、第４又は５の発明において、前記溶接は、ＴＩＧ溶接である、バルブ装置における弁軸と弁体との溶接方法である。この構成によると、ＴＩＧ溶接を行うことにより、弁軸と弁体との溶接の作業性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１にかかるＥＧＲバルブを示す断面図である。
【図２】弁軸と弁体との溶接部を示す断面図である。
【図３】弁軸と弁体との溶接部を示す平面図である。
【図４】弁軸に弁体を嵌合した状態を示す断面図である。
【図５】弁軸と弁体との溶接状態を示す断面図である。
【図６】溶接部の溶融成分の説明にかかるシェフラーの状態図である。
【図７】溶接時間と溶接電流の関係を示すグラフである。
【図８】弁軸の突出量を０．２ｍｍとした場合の溶接時間とビード径との関係を示すグラフである。
【図９】弁軸の突出量を１．６ｍｍとした場合の溶接時間とビード径との関係を示すグラフである。
【図１０】弁軸の突出量と弁軸の材料の溶融率とＮｉ当量との関係を示すグラフである。
【図１１】従来例にかかる弁軸と弁体との溶接部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための一実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態では、バルブ装置として、ポペット弁式のＥＧＲバルブを例示する。ＥＧＲバルブは、内燃機関であるエンジンの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ戻す排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）に用いられ、ＥＧＲガス流量を調節するものである。図１はＥＧＲバルブを示す断面図である。なお、図１を基にＥＧＲバルブの上下左右の方位を定めるが、ＥＧＲバルブの配置形態を特定するものではない。
【００１６】
図１に示すように、ＥＧＲバルブ１０は、バルブボディ１２と弁軸１４とアクチュエータ１６と弁体１８とを備えている。バルブボディ１２は、金属製で、ＥＧＲガスの流路２０を有している。流路２０は、Ｌ字状に形成されている。流路２０の上方開口部はＥＧＲガスが導入される入口２０ａとされており、その側方開口部はＥＧＲガスが導出される出口２０ｂとされている。バルブボディ１２には、上下方向に貫通する中空円筒状の軸支孔１２ａが入口２０ａと同心状に形成されている。流路２０の途中すなわち入口２０ａの下部内には、弁孔２２ａを有する円環状の弁座２２が取付けられている。弁座２２は、金属製で、入口２０ａと同心状をなすように配置されている。
【００１７】
弁軸１４は、ステンレス製で、丸軸状に形成されている。弁軸１４は、バルブボディ１２の軸支孔１２ａに対して上下２個のスラスト軸受２４，２５を介して上下方向に往復直線運動可能に支持されている。弁軸１４は、弁座２２と同心状をなすように配置されている。バルブボディ１２の軸支孔１２ａと弁軸１４との間には、両者間を弾性的にシールするシール部材２６、及び、両者間をデポジットからガードするデポガードプラグ２７が設けられている。デポガードプラグ２７は、軸支孔１２ａの上端開口部に配置されている。シール部材２６は、上側のスラスト軸受２４とデポガードプラグ２７との間に配置されている。
【００１８】
アクチュエータ１６は、バルブボディ１２の下面側に締結等により設置されている。アクチュエータ１６は、例えば、ステップモータであり、弁軸１４を駆動すなわち往復直線運動させる駆動源である。アクチュエータ１６の通電により正逆回転されるロータ２８の回転運動は、ねじ機構２９を介して、弁軸１４の直線往復運動（ストローク運動）に変換される。本実施形態では、アクチュエータ１６の出力軸は弁軸１４を兼用しているが、出力軸に別体の弁軸を連結してもよい。なお、ステップモータは、周知のものであるから、詳しい説明は省略する。また、アクチュエータ１６は、図示しない制御装置（ＥＣＵ）によって開閉制御される。
【００１９】
弁体１８は、ポペット形状すなわち逆円錐形状に形成されている。弁体１８には、軸方向に貫通する丸穴状の軸孔１８ａが形成されている。弁体１８は、軸線に直交する平面からなる上端面１８ｂを有している（後出の図４参照）。弁体１８は、弁軸１４の先端部（上端部）に嵌合された状態で溶接（溶接部に符号、３０を付す）によって固定されている。弁体１８は、弁軸１４と一体で上下方向に移動することにより流路２０を開閉可能すなわち弁座２２に対して離座及び着座可能である。弁座２２と弁体１８とによりＥＧＲガスの計量部が構成されている。なお、弁軸１４と弁体１８との溶接構造については後で説明する。
【００２０】
ここで、弁軸１４の材料は、ＳＵＳ３０４相当の鋼材（以下、「ＳＵＳ３０４」という）である。弁軸１４は、鍛造により形成されている。また、弁体１８の材料は、粗悪燃料に対応するため、耐食性の高いステンレス鋼材相当の高Ｎｉ含有鋼材に相当するＳＵＳ３１６Ｌ相当の鋼材（以下、「ＳＵＳ３１６Ｌ」という）である。弁体１８は、削り出しにより形成されている。なお、弁軸１４は、削り出しにより形成されてもよい。また、弁体１８は、外形が鍛造により形成され、軸孔１８ａが削り出しにより形成されてもよい。
【００２１】
表１は、弁軸１４の材料であるＳＵＳ３０４、及び、弁体１８の材料であるＳＵＳ３１６Ｌの化学成分（質量％）を示す化学成分表の一例である。なお、表１の値は、各鋼材の１０ロット分の平均値である。表１から、ＳＵＳ３１６Ｌは、ＳＵＳ３０４に比べてＮｉ含有量が多く、耐食性が高いことがわかる。
【００２２】
【表１】
2017214967.tif 000003
【００２３】
なお、ＥＧＲバルブ１０は、例えば、図示しないエンジンのエンジンヘッドに対して締結等により設置される。ＥＧＲバルブ１０の流路２０は、エンジンの排気ガス（ＥＧＲガス）を吸気通路へ戻すＥＧＲ通路の途中に介装される。また、ＥＧＲバルブ１０は、ＥＣＵの開閉制御による弁体１８の開度の調節によって、ＥＧＲガスの流量を制御する。
【００２４】
次に、ＥＧＲバルブ１０における弁軸１４と弁体１８との溶接方法について説明する。図４は弁軸に弁体を嵌合した状態を示す断面図、図５は弁軸と弁体との溶接状態を示す断面図である。なお、弁軸１４と弁体１８との溶接に先立って、バルブボディ１２には弁体１８以外の部品が組み付けられている。アクチュエータ１６の制御によって弁軸１４が制御上の基準位置となる初期位置に位置される。
【００２５】
図４に示すように、弁体１８が弁軸１４に嵌合されかつ弁座２２に着座される。このとき、弁軸１４の先端部は、弁体１８の上端面１８ｂから突出量Ｅをもって突出される。この状態で、弁軸１４と弁体１８とをＴＩＧ（Tungsten InertGas）溶接機を用いてＴＩＧ溶接する（図５参照）。
【００２６】
すなわち、図５に示すように、弁体１８上に、円筒状のアース電極３４が同心状に配置される。アース電極３４内に円筒状の溶接トーチ３６が二重環状をなすように配置される。溶接トーチ３６からは、ＴＩＧ溶接を行うためのシールドガス（図５中、矢印Ｇ参照）が噴出される。シールドガスは、例えば、ヘリウムガスやアルゴンガス等の不活性ガスである。溶接トーチ３６内の中心部には、タングステン電極である溶接電極棒３８が配置されている。溶接電極棒３８は、真下に位置する弁軸１４の先端部の近傍に向けて突出されている。溶接電極棒３８及びアース電極３４は、溶接電源（不図示）に接続されている。
【００２７】
この状態で、溶接電極棒３８の周囲に溶接トーチ３６からシールドガスが噴出されながら、溶接電源から溶接電極棒３８に溶接電流が供給されることでＴｉＧ溶接が行われる。すると、溶接電極棒３８の直下に発生するアークによって、弁軸１４の先端側（上端側）において、弁軸１４と弁体１８の内周部との間には、両者の溶融（溶接）によって相互に固着した溶接部３０が形成される（図２及び図３参照）。
【００２８】
図２は弁軸と弁体との溶接部を示す断面図、図３は同じく平面図である。図３に示すように、溶接部３０は、平面視で弁軸１４と同心状をなす円形状に形成されている。また、溶接部３０（図２参照）において、符号、Ａは溶接高さ、Ｃはビード径、Ｄは溶け込み量（深さ）が示されている。また、Ｂは弁軸の軸径が示されている。
【００２９】
以下、各種の実験、検討を行った結果について述べる。弁軸１４の突出量Ｅ（図４参照）についてＣＡＥの検討を行った。その結果によると、突出量Ｅの増加にともない、溶接高さＡ（図２参照）が高くなるにしたがって、溶接後の残留応力の減少が認められた。よって、溶接割れ（高温割れ）の抑制に有利となると判断できる。また、突出量Ｅを増加させることで、弁軸の材料（ＳＵＳ３０４）の溶融率が上がり、フェライト組織が得られるため、溶接割れの抑制に有利となることも認められた。なお、溶接部における弁軸の材料の溶融率は、
弁軸の材料の溶融率（％）＝弁軸の材料の溶融量×１００／（弁軸の材料の溶融量＋弁体の材料の溶融量）
で算出される。
【００３０】
前出の表１より、ＳＵＳ３０４は、Ｃｒ当量が１８．０４（質量％）で、Ｎｉ当量が１０．０２（質量％）である。また、ＳＵＳ３１６Ｌは、Ｃｒ当量が１６．５（質量％）で、Ｎｉ当量が１２．０５（質量％）である。このため、溶接部の溶融成分の説明にかかるシェフラーの状態図を示した図６において、ＳＵＳ３０４は点Ｚ１に位置し、ＳＵＳ３１６Ｌは点Ｚ２に位置する。つまり、ＳＵＳ３０４は安全域内に属するものの、ＳＵＳ３１６Ｌは安全域から外れるため溶接性が悪いといえる。したがって、ＳＵＳ３０４の溶融量を増やすことにより、Ｃｒ当量及びＮｉ当量に基づいて定まる点を安全域（図６において下方）へシフトさせることができる。この場合、溶接割れの対策目標値であるＮｉ当量の上限値を１２（質量％）以下とすることにより、溶接割れを抑制することができる。
【００３１】
次に、ＳＵＳ３１６ＬとＳＵＳ３０４との溶融比率を改善するための溶接条件を検討した。図７は溶接時間と溶接電流の関係を示すグラフである。従来例の場合、図７に特性線Ｌｂで示すように、溶接電流は２０５Ａで溶接時間は６００ｍｓであった。この場合、溶接電流が大きいため、弁軸と弁体の接合部に加わるエネルギーが大きいため、広範囲に熱がかかる。したがって、弁体の材料（ＳＵＳ３１６Ｌ）の溶融量が増加されることにより、ビード径ｃ（図１１参照）は大きくなる。
【００３２】
そこで、溶接電流を低くし、溶接時間を長くすることによって、弁軸と弁体の接合部に加わるエネルギーが小さくなるため、弁軸の先端部から溶融し、伝熱で弁体が溶融する。したがって、弁軸の材料（ＳＵＳ３０４）の溶融量が増加されつつ、弁体の材料（ＳＵＳ３１６Ｌ）の溶融量が低減される。これにより、ビード径Ｃ（図２参照）が小さくなることで、弁軸の材料（ＳＵＳ３０４）の溶融率が増加されるものと推定される。なお、図７中、特性線Ｌａは、本実施形態において、溶接電流が１５０Ａで溶接時間が１０００ｍｓである場合のもので、良品域確認結果（後述する）に基づいて量産に好適と考えらるものである。
【００３３】
次に、ショートショットによる溶接状態の確認を行った。弁軸１４の突出量Ｅ（図４参照）を０．２ｍｍとした場合の結果が図８に示されている。図８において、特性線Ｌｃは溶接電流が１５０Ａの特性が示されており、特性線Ｌｄは溶接電流が２００Ａの特性が示されている。いずれも、溶接時間が１００ｍｓ、３００ｍｓで溶接を行った場合の結果である。
【００３４】
また、弁軸１４の突出量Ｅ（図４参照）を１．６ｍｍとした場合の結果が図８に示されている。図９において、特性線Ｌｅは溶接電流が１５０Ａの特性が示されており、特性線Ｌｆは溶接電流が２００Ａの特性が示されている。いずれも、溶接時間が１００ｍｓ、３００ｍｓで溶接を行った場合の結果である。
【００３５】
図８及び図９から、溶接電流が低く、また、溶接時間が短い方が、弁軸からの伝熱で弁体の溶融が進み、ビード径の小さい溶接が可能であり、ＳＵＳ３０４の溶融率が増加されることがわかる。
【００３６】
次に、溶接条件変更の良品域の確認を行った。ここでは、溶接電流が１００Ａ、１２５Ａ、１５０Ａ、１７５Ａ、２００Ａで、溶接時間が５００ｍｓ、１０００ｍｓ、１５００ｍｓ、２０００ｍｓでそれぞれ溶接を行った。
【００３７】
（１）溶接電流が１００Ａでは、溶接時間が５００ｍｓ又は１０００ｍｓでビード径Ｃが過小で溶け込み量Ｄが不足したが、溶接時間が１５００ｍｓで良品が得られた。
（２）溶接電流が１２５Ａでは、いずれの溶接時間では良品が得られた。
（３）溶接電流が１５０Ａでは、溶接時間が２０００ｍｓで一部にテンパーカラーが出現し、焼き付きが発生したが、それ以外の溶接時間では良品が得られた。
（４）溶接電流が１７５Ａでは、溶接時間が２０００ｍｓで一部にテンパーカラーが出現し、焼き付きが発生したが、それ以外の溶接時間では良品が得られた。
（５）溶接電流が２００Ａでは、溶接時間が５００ｍｓで良品が得られたが、溶接時間が１０００ｍｓでビード径Ｃが過大となり、また、溶接時間が１５００ｍｓでビード径Ｃが過大で一部にテンパーカラーが出現し、焼き付きが発生した。また、溶接時間が２０００ｍｓではビード径Ｃが過大でテンパーカラーが出現し、焼き付きが発生した。
【００３８】
したがって、前記（１）〜（５）から、溶接条件としては、溶接電流を１５０Ａで溶接時間を１０００ｍｓとすることにより、不良品発生率が少なく、量産に好適であると考えられる（図７中、特性線Ｌａ参照）。この場合、ビード径Ｃ（図２参照）は、従来例のビード径ｃ（図１１参照）の約７．８ｍｍから６．７ｍｍに小さくなる。また、溶け込み量Ｄ（図２参照）は、所定の溶接強度が得られる管理値としての０．４ｍｍ以上を確保することができる。
【００３９】
次に、溶接条件を変更した際の効果を検討した。弁軸１４の突出量Ｅ（図４参照）を、従来例のものと同じ０．２ｍｍとして、溶接条件の溶接電流を１５０Ａで溶接時間を１０００ｍｓとして溶接を行った。この場合、弁軸の材料（ＳＵＳ３０４）の溶融率は、４７％であった（図１０中、点ｘ２参照）。したがって、溶接条件の溶接電流の低下、及び、溶接時間の延長によって、弁軸の材料（ＳＵＳ３０４）が、弁体の材料（ＳＵＳ３１６Ｌ）と比べて、優位に溶融することで、ビード径Ｃが小さくなり、弁体の材料（ＳＵＳ３１６Ｌ）の溶融量が低減される。よって、弁体の材料（ＳＵＳ３１６Ｌ）の溶融率を３０％（図１０中、点ｘ１参照）から４７％（図１０中、点ｘ２参照）に増加することができ、溶接割れの抑制に有利になるとがわかる。また、溶接部のＮｉ当量は１２．０２（質量％）である（図１０中、点ｙ２参照）。
【００４０】
次に、効果の検証を行った。図１０は弁軸の突出量と弁軸の材料の溶融率とＮｉ当量との関係を示すグラフである。図１０に示すように、弁軸１４の突出量Ｅ（図４参照）を１．２ｍｍに増加するとともに溶接条件の溶接電流及び溶接時間の変更の効果により、弁軸の材料（ＳＵＳ３０４）の溶融率が大輻に増加することが確認された。すなわち、従来例の弁軸の材料（ＳＵＳ３０４）の溶融率が３０％（図中、点ｘ１参照）であったものを、溶融率が６６％に増加する（図中、点Ｘ１参照）。これにともない、溶接部のＮｉ当量が１１．６（質量％）に低下する（図中、点Ｙ１参照）。また、突出量Ｅを１．６ｍｍに増加した場合、溶融率が７３％に増加する（図中、点Ｘ２参照）。これにともない、溶接部のＮｉ当量が１１．５（質量％）に低下する（図中、点Ｙ２参照）。したがって、突出量Ｅが１．２ｍｍでも１．６ｍｍでも、Ｎｉ当量が、シェフラーの状態図に基づいて定められた安全域におけるＮｉ当量の上限値である１２（質量％）以下となることが確認された。よって、溶接割れを抑制可能と判断できる。
【００４１】
次に、効果の確認を行った。弁軸１４の突出量Ｅ（図４参照）が１．２ｍｍ、１．６ｍｍで、溶接電流が１５０Ａで溶接時間が１０００ｍｓで、弁軸と弁体との溶接を行ったところ、いずれの場合も溶接割れの抑制効果のあることが確認された。また、実施形態において、溶接部３０の溶け込み量Ｄ（図２参照）が０．４ｍｍ以上で、溶接強度２５６Ｎ以上を確保することが確認された。ちなみに、溶け込み量Ｄは、０．４〜１．０４ｍｍで設定するとよい。また、弁軸１４の突出量Ｅ（図４参照）が１．２〜１．６ｍｍで、溶接部の残留応力が−２４３〜−３２４ＭＰａに低減可能であることが確認された。なお、従来例の溶接部の残留応力は−１９６ＭＰａであった。
【００４２】
前記検討結果に基づいて、溶接部３０（図２参照）の溶接高さＡは、弁軸１４の軸径Ｂの２０％以上とする。また、溶接部３０のビード径Ｃは、弁軸１４の軸径Ｂの２倍以下とする。また、溶接部３０の溶け込み量Ｄは、弁軸１４の軸径Ｂの１０％（管理値）以上とする。また、弁軸１４の突出量Ｅ（図４参照）は、弁軸１４の軸径Ｂの３０％以上とする。例えば、弁軸１４の軸径Ｂが４ｍｍの場合で、溶接高さＡは０．８ｍｍ以上、ビード径Ｃは８ｍｍ以下、溶け込み量Ｄは４ｍｍ以上、突出量Ｅは１．２ｍｍ以上とする。
【００４３】
前記したＥＧＲバルブ１０によると、溶接部３０におけるＣｒ当量及びＮｉ当量に基づいて定まる点がシェフラーの状態図に基づいて定められた安全域に属するように、弁軸１４の材料の溶融率が増加されている。これにより、弁軸１４と弁体１８との溶接後の残留応力を低減し、溶接部３０における溶接割れの発生を抑制することができる。
【００４４】
また、溶接部３０の溶接高さＡは、弁軸１４の軸径Ｂの２０％以上であり、溶接部３０のビード径Ｃは、弁軸１４の軸径Ｂの２倍以下である。したがって、溶接部３０における弁軸１４の材料の溶融量に対する弁体１８の材料の溶融量の増加を抑制することができ、弁軸１４の材料の溶融率を増加することができる。
【００４５】
また、弁軸１４は、ＳＵＳ３０４により形成されており、弁体１８は、ＳＵＳ３１６Ｌにより形成されており、溶接部３０のＮｉ当量が１２（質量％）以下である。したがって、溶接部３０のＮｉ当量を、シェフラーの状態図に基づいて定められた安全域に属させることができる。
【００４６】
また、前記したＥＧＲバルブ１０における弁軸１４と弁体１８との溶接方法によると、溶接部３０におけるＣｒ当量及びＮｉ当量に基づいて定まる点がシェフラーの状態図に基づいて定められた安全域に属するように、弁軸１４と弁体１８との溶接を行う。これにより、弁軸１４と弁体１８との溶接後の残留応力を低減し、溶接部３０における溶接割れの発生を抑制することができる。
【００４７】
また、弁体１８を嵌合した際の弁軸１４の突出量Ｅを弁軸１４の軸径Ｂの３０％以上とした状態で溶接を行う。したがって、弁軸１４の材料の溶融率を増加することができる。
【００４８】
また、ＴＩＧ溶接を行うことにより、弁軸１４と弁体１８との溶接の作業性を向上することができる。
【００４９】
［他の実施形態］本発明は実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本発明のバルブ装置は、ＥＧＲバルブ１０に限定されるものではなく、その他の用途のバルブ装置にも適用可能である。また、アクチュエータ１６として、ステップモータに代え、直流モータを用いてもよい。また、弁軸１４と弁体１８との溶接は、ＴＩＧ溶接以外の溶接、例えばレーザ溶接でもよい。また、弁体１８の材料は、ＳＵＳ３１６Ｌ以外の耐食性の高いステンレス鋼材相当の高Ｎｉ含有鋼材であってもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０…ＥＧＲバルブ（バルブ装置）
１４…弁軸
１６…アクチュエータ
１８…弁体
２０…流路
３０…溶接部
Ａ…溶接高さ
Ｂ…軸径
Ｃ…ビード径
Ｅ…突出量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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