(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンのノズルベーンの翼角度を調整するノズル翼角度調整リングとそのノズル翼角度調整リングを回転するクランクレバーをタービンハウジング外に備えた可変容量ターボチャージャにおいて、ノズル翼角度調整リングの溝とクランクレバーとの係合部に、シリコン樹脂中に二硫化タングステン粒子とグラファイトと三酸化アンチモンを分散させた皮膜を形成したことを特徴とする可変容量ターボチャージャ。
【請求項２】
タービンのノズルベーンの翼角度を調整するノズル翼角度調整リングとそのノズル翼角度調整リングを回転するクランクレバーをタービンハウジング外に備えた可変容量ターボチャージャの製造方法において、シリコン樹脂を４０〜５０質量部、二硫化タングステン粒子を３０〜４０質量部 、グラファイトを６〜１０質量部、三酸化アンチモンを１０〜２０質量部とし、これにバインダを加え、これをノズル翼角度調整リングの溝とクランクレバーの摺動面に塗布した後乾燥させ、これを数回繰り返し、皮膜厚さを３０±１０μｍにした後、これを焼成して皮膜を形成したことを特徴とする可変容量ターボチャージャの製造方法。
【請求項３】
前記摺動面の外周面にクロマイズ処理又は窒化処理を行った後、前記皮膜を形成した請求項２記載の可変容量ターボチャージャの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンに翼角度可変のノズルベーンを備えた可変容量ターボチャージャに係り、特にそのノズルベーンの翼角度を調整するノズル翼角度調整リングの耐摩耗性を向上させた可変容量ターボチャージャ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用ディーゼルエンジンには、ターボチャージャが装着されているが、一般的には固定容量（コンベンショナル）のターボチャージャが使われている、しかし、２０１１年より規制が強化される北米や欧州の規格に適用するために、固定容量に代えて、可変容量ターボチャージャ（ＶＮＴ、ＶＧＴと呼ばれている）の採用が決定されている。
【０００３】
この車両用ディーゼルエンジンに装着される従来の可変容量ターボチャージャは、特許文献１，２に示されるようにタービン側にノズルベーンを設けて排ガス流量を制御するもので、これを図５〜図７により説明する。
【０００４】
図７に示すように可変容量ターボチャージャ２０は、タービン２１とコンプレッサ２２をベアリングハウジング２９で連結し、そのタービン２１にタービン容量可変機構２４が設けられて構成される。
【０００５】
タービン２１は、タービンインペラ２５と、タービンインペラ２５を囲み、排ガスが導入されるタービンハウジング２６とからなり、コンプレッサ２２は、コンプレッサインペラ２７と、コンプレッサインペラ２７を囲み、吸気が導入されるコンプレッサハウジング２８とからなる。タービンインペラ２５とコンプレッサインペラ２７とはターボ軸２３で連結され、ターボ軸２３がベアリングハウジング２９内に収容されると共にベアリングハウジング２９内に設けた軸受部（図示せず）で軸承される。
【０００６】
タービン容量可変機構２４は、図５〜図７に示すように、タービンハウジング２６のノズルスロート部２６ａの円周方向に沿って適宜間隔で翼角度可変に設けられた多数のノズルベーン３０と、これらノズルベーン３０をリンクプレート３１を介して連結されたノズル翼角度調整リング３２と、そのノズル翼角度調整リング３２の溝３２ａに係合し、ノズル翼角度調整リング３２を回動するためのクランクレバー３３と、そのクランクレバー３３に連結され、タービンハウジング２６外に延出されるクランク軸３４と、その延出されたクランク軸３４に連結され、クランク軸３４を回転するためのコントロールリンク３５と、そのコントロールリンク３５を駆動するモータからなる駆動装置３６とからなる。
【０００７】
コントロールリンク３５は、図６に示すように、駆動装置３６に連結された第１駆動レバー３７と、クランク軸３４に連結された第２駆動レバー３８と第１及び第２駆動レバー３７、３８を連結するリンクピン３９ａ、３９ｂを備えたコントロールロッド４０とからなる。
【０００８】
このタービン容量可変機構２４によるノズルベーン３０の翼角度調整は、図７に示すように、駆動装置３６が所定角度回転することで、コントロールロッド４０が往復移動し、これによりクランク軸３４が所定角度回転すると共にクランクレバー３３が回動して、ノズル翼角度調整リング３２が所定角度回転し、これにより、リンクプレート３１を介してノズルベーン３０の翼角度が調整され、タービンハウジング２６からノズルスロート部２６ａを介してタービンインペラ２５に流入する排ガスの流入角とその容量が調整されることで、タービンインペラ２５の回転速度を可変することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０５−２９６０５３号公報
【特許文献２】特開２００４−２７０４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、ノズル翼角度調整リング３２は、タービンハウジング２６外に設けられるものの、タービンハウジング２６の外側雰囲気でも３００℃以上の高温に晒されるため、潤滑油による潤滑は不可能であり、ノズル翼角度調整リング３２の溝３２ａと、ノズル翼角度調整リング３２を回動するためのクランクレバー３３との摺動部は、摩擦抵抗が大きくなる問題がある。特にこの摺動部の部分は、内部にある排ガス導入量の絞り量を調整する多数のノズルベーン３０に働く合力が働くため、接触応力が高くなる。
【００１１】
従来は、ノズル翼角度調整リング３２とクランクレバー３３をＳＵＳで形成し、その摺動面をクロマイズ処理（クロム元素により表面硬化処理）或いは硬化処理として、窒化処理、ＤＬＣコーティング（ダイアモンド・ライク・コーティング）、トリバロイＴ４００合金（登録商標）、ハステロイ（登録商標）などを用いることが提案されている。
【００１２】
しかしながら、材料強度を強化しても、高温環境で使用されるため機械的摩擦が避けられず、異常摩耗を防ぐことはできない問題がある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、摺動部の摩耗が生じても異常摩耗を防止できる可変容量ターボチャージャ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、タービンのノズルベーンの翼角度を調整するノズル翼角度調整リングとそのノズル翼角度調整リングを回転するクランクレバーをタービンハウジング外に備えた可変容量ターボチャージャにおいて、ノズル翼角度調整リングの溝とクランクレバーとの係合部に、シリコン樹脂中に二硫化タングステン粒子とグラファイトと三酸化アンチモンを分散させた皮膜を形成したことを特徴とする可変容量ターボチャージャである。
【００１５】
請求項２の発明は、タービンのノズルベーンの翼角度を調整するノズル翼角度調整リングとそのノズル翼角度調整リングを回転するクランクレバーをタービンハウジング外に備えた可変容量ターボチャージャの製造方法において、シリコン樹脂を４０〜５０質量部、二硫化タングステン粒子を３０〜４０質量部 、グラファイトを６〜１０質量部、三酸化アンチモンを１０〜２０質量部とし、これにバインダを加え、これをノズル翼角度調整リングの溝とクランクレバーの摺動面に塗布した後乾燥させ、これを数回繰り返し、皮膜厚さを３０±１０μｍにした後、これを焼成して皮膜を形成したことを特徴とする可変容量ターボチャージャの製造方法である。
【００１６】
請求項３の発明は、前記摺動面の外周面にクロマイズ処理又は窒化処理を行った後、前記皮膜を形成した請求項２記載の可変容量ターボチャージャの製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、摺動面に、シリコン樹脂中に、二硫化タングステンとグラファイトと三酸化アンチモンを分散させた皮膜を形成することで、高温環境であっても摺動性が高く耐摩耗性に優れたノズル翼角度調整リング構造を備えた可変容量ターボチャージャとすることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の可変容量ターボチャージャのノズル翼角度調整リング構造の一実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の可変容量ターボチャージャのノズル翼角度調整リング構造の摺動面に形成した皮膜の耐摩耗性と摺動性を説明する図である。
【図３】本発明と従来例における耐摩耗試験結果を示す図である。
【図４】従来における摺動面の摩耗を説明する図である。
【図５】可変容量ターボチャージャのノズルベーンとノズル翼角度調整リング構造の詳細を示す斜視図である。
【図６】可変容量ターボチャージャのコントロールリンクの詳細を示す斜視図である。
【図７】可変容量ターボチャージャの全体断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
先ず、可変容量ターボチャージャの基本的構成は、図５〜図７で説明したとおりであり、その詳細な説明は省略する。
【００２１】
さて、図１は、本発明の可変容量ターボチャージャのノズル翼角度調整リング構造を示したものであり、図１（ａ）はノズル翼角度調整リング構造の全体斜視図、図１（ｂ）はノズル翼角度調整リング３２の要部斜視図を、図１（ｃ）は、クランクレバー３３の要部斜視図を示したものである。
【００２２】
図１（ｂ）に示すようにノズル翼角度調整リング３２には、クランクレバー３３に係合する溝３２ａが形成される。図１（ｃ）に示すようにクランクレバー３３は、ノズル翼角度調整リング３２の溝３２ａに係合する係合ピン３３ａと、クランク軸３４（図６、図７）に連結されるボス部３３ｂを有する。
【００２３】
本発明においては、ノズル翼角度調整リング３２の溝３２ａの内面と、クランクレバー３３の係合ピン３３ａの外周の双方の摺動面、又はいずれか一方の摺動面に、耐摩耗性と自己潤滑性を有する皮膜１０を形成したものである。
【００２４】
またこれら摺動面は、皮膜形成前に、クロマイズ処理や窒化処理を施され、その硬化層の外周面に皮膜１０が形成される。
【００２５】
この皮膜１０の成分は、
（Ａ）シリコン樹脂                ４０〜５０質量部
（Ｂ）二硫化タングステン粒子      ３０〜４０質量部
（Ｃ）グラファイト                  ６〜１０質量部
（Ｄ）三酸化アンチモン            １０〜２０質量部
からなる。
【００２６】
（Ａ）シリコン樹脂としては、ポリシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を主骨格にもち、耐熱温度３００℃を超える耐熱性があるもので、重合度の低いものを用いる。
【００２７】
（Ｂ）二硫化タングステン粒子は、自己潤滑性に優れた粒子であり、平均粒径は１〜２μｍのものを用いる。
【００２８】
（Ｃ）グラファイトとしては、自己潤滑性に優れると共に、摩耗して皮膜から剥離しても潤滑性を有するので好ましく、平均粒径は１〜２μｍのものを用いる。
【００２９】
（Ｄ）三酸化アンチモンは、潤滑補助剤として、また耐摩耗性を向上剤として加えるものである。
【００３０】
この（Ａ）〜（Ｄ）の成分に無機バインダを加えて皮膜形成樹脂とする。
【００３１】
この皮膜形成樹脂をスプレー塗装等にて摺動面（溝３２ａの内面、係合ピン３３ａの外周面）にコーティング膜を形成した後、７０〜９０℃で２０分以上加熱乾燥する。このスプレー塗装と乾燥を３〜５回繰り返し、最終的に３０±１０μｍ、好ましくは３０μｍ厚さのコーティング膜を形成した後、２３０℃±１０℃で６０分焼き付けてコーティング膜を焼成することで皮膜１０を形成する。
【００３２】
この皮膜１０の特性は、
摩擦係数        ０．０６（代表値）
碁盤目テスト    １００／１００（ＪＩＳ  Ｋ  ５４００）
鉛筆硬度        ５Ｈ
耐熱性          約６００℃×３０分加熱した後も変化なし
であった。
【００３３】
また、溝３２ａの内面、係合ピン３３ａの外周面、クロマイズ処理または窒化処理などの硬化処理後に塗装するが、硬化層をサンドブラスト処理して表面を粗面化した後、塗装を行うようにするとよい。
【００３４】
次に皮膜１０の作用を説明する。
【００３５】
先ず、図４は、皮膜を形成していない従来のノズル翼角度調整リング３２の溝３２ａの内周面とクランクレバー３３の係合ピン３３ａの外周面の状態を示している。
【００３６】
この従来例においては、溝３２ａ（或いは係合ピン３３ａ）の表面は窒化処理をしていてもミクロンオーダの加工荒さが残っており、摺動面が均一に接している状態にはならず、図４（ａ）に示すように、最大高さとなる頂部が内周面に点接触した状態にある。従って、図４（ａ）の状態で摩擦や振動等による接触応力が高いと、点接触した部分３２ｐからミクロの破壊が発生し、図４（ｂ）に示すように接触部が欠け落ちて破損片３２Ｂとなって摺動面から消失し、その後、順次高い部分３２ｐの接触と破壊が発生し、通常摩擦とは異なり急速に摩耗が進行してしまい、表面硬化処理した硬化層が消失してしまうことがわかった。
【００３７】
これに対して、本発明は、皮膜１０を形成することで、上述した異常摩耗を防止できるようにしたものである。
【００３８】
これを図２により説明する。
【００３９】
図２は、溝３２ａ（又は係合ピン３３ａ）に形成した皮膜１０の断面を拡大した模式図を示している。
【００４０】
先ず図２（ａ）に示すように皮膜１０の形成直後は、シリコン樹脂１１Ａ中に、二硫化タングステン粒子１１Ｂとグラファイト１１Ｃが分散した状態の皮膜１０が形成された溝３２ａ（又は係合ピン３３ａ）となり、この状態で、係合ピン３３ａ（又は溝３２ａ）の内周面と接した状態となる。
【００４１】
このように皮膜１０中に二硫化タングステン粒子１１Ｂとグラファイト１１Ｃを含むことで、摺動面の摺動性は高温下でも良好となる。
【００４２】
次に、図２（ｂ）に示すように、皮膜１０が、使用中に摩耗により二硫化タングステン粒子１１Ｂとグラファイト１１Ｃが順次摺動面から放出され、緩やかに摩耗する。
【００４３】
さらに図２（ｃ）に示すように摩耗が進行すると、シリコン樹脂１１Ａから溝３２ａ（又は係合ピン３３ａ）の表面の高い部分３２ｐ（又は３３ｐ）が露出し始めるが、二硫化タングステン粒子１１Ｂとグラファイト１１Ｃが固体潤滑剤であるため、図４で説明したような破壊脱落ではなく緩やかな接触摩耗が進行し、順次露出した部分の微少摩耗が発生し、最終的には、図２（ｄ）に示すように全体がラッピングで磨かれたような鏡面３２Ｍ（又は３３Ｍ）の状態となり、局部で接触力を支えることなく面接触となるため、その摩耗速度を劇的に改善することができる。
【００４４】
また、組立初期に上記のような鏡面状の仕上げ加工は、切削加工＋研磨＋ラッピングにより技術的には可能であるが、組立時の姿勢誤差、相手部品のばらつきを考えると接触姿勢を含み面接触の実現は困難である。
【００４５】
またマッチング研磨といった方法も存在するが、ノズル翼角度調整リング３２とクランクレバー３３のように多数の部品を組み合わせた状態で実施するのはやはり困難である。
【００４６】
このように、本発明は、ノズル翼角度調整リング３２の溝３２ａとクランクレバー３３の係合ピン３３ａの摺動面にシリコン樹脂からなる皮膜１０を形成し、その皮膜１０が摩耗しても、シリコン樹脂に分散させた二硫化タングステンやグラファイトが固体潤滑材となって、表面荒さの不具合を解消し最終的には摺動面を鏡面加工した状態とすることができる。
【００４７】
次に、図３により本発明と従来例のノズル翼角度調整リング３２とクランクレバー３３を用いて実際に加速リグ試験での寿命試験を行った結果を説明する。この際振動入口はターボ取付部である翼角度調整リング３２側から行った。
【００４８】
図３において、本発明と従来例では、ノズル翼角度調整リング３２とクランクレバー３３は、共にＳＵＳで、その摺動面にはベースのＳＵＳ＋窒化処理（処理層はおおよそ５０μｍのもので評価）し、本発明では、窒化理後に皮膜を形成し、従来例ではコーティングレスとした。
【００４９】
この結果、従来例では、摩耗寿命は、寿命時摩耗量が０．３２８９（ｍｍ）で、寿命時間は７８９（ｈｒ）であるのに対し、本発明では寿命時摩耗量が０．３２８９（ｍｍ）で、寿命時間は、２６９１（ｈｒ）と摩耗時妙は３．４倍延命できることが確認された。
【００５０】
また図３より、本発明では、初期摩耗速度が大幅に低減され、定常摩耗速度は従来例に比べて約１／３と改善できることがわかった。
【符号の説明】
【００５１】
１０  皮膜
２４  タービン容量可変機構
３０  ノズルベーン
３２  ノズル翼角度調整リング
３２ａ  溝
３３  クランクレバー
３３ａ  係合ピン
【図１】
0005644534.tif 000002
【図２】
0005644534.tif 000003
【図３】
0005644534.tif 000004
【図４】
0005644534.tif 000005
【図５】
0005644534.tif 000006
【図６】
0005644534.tif 000007
【図７】
0005644534.tif 000008