(57)【要約】【課題】  可変ノズル機構の構成部材の締結をきわめて少ない工数で可能として低い製造コストを保持でき、かつ強固な締結状態を保持できて品質が安定した可変ノズル機構構成部材をそなえた排気ターボ過給機を提供する。【解決手段】  タービンケーシングを含むケース部材に回動可能に支持された複数のノズルベーンの翼角を変化せしめる可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機における可変ノズル機構構成部材において、前記可変ノズル機構の構成部材のうち貫通穴を備えた貫通穴形成部材の貫通穴に固着される軸状部材を製作するにあたり、鋼板の上面に該鋼板よりも硬質で耐摩耗性の大きい耐摩耗材を一定厚さ肉盛りし、次いで該耐摩耗材の肉盛り部及び前記鋼板から所定の外径の前記軸状部材を切り出すことを特徴とする。【選択図】    図３
2006220092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンケーシングを含むケース部材に回動可能に支持された複数のノズルベーンの翼角を変化せしめる可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機における可変ノズル機構構成部材の製造方法において、前記可変ノズル機構の構成部材のうち貫通穴を備えた貫通穴形成部材の貫通穴に固着される軸状部材を製作するにあたり、鋼板の上面に該鋼板よりも硬質で耐摩耗性の大きい耐摩耗材を一定厚さ肉盛りし、次いで該耐摩耗材の肉盛り部及び前記鋼板から所定の外径の前記軸状部材を切り出すことを特徴とする可変容量型排気ターボ過給機における可変ノズル機構構成部材の製造方法。
【請求項２】
タービンケーシングを含むケース部材に回動可能に支持された複数のノズルベーンの翼角を変化せしめる可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機において、前記可変ノズル機構のドライブリングと該ドライブリングの貫通穴に圧入されるドライブピンとの締結部を該貫通穴にドライブピンをかしめ固定して構成するとともに、前記ドライブピンを、硬質材料からなる耐摩耗部材と該耐摩耗部材よりも軟質の材料からなる締結部材とが軸方向に肉盛り接着された２層構造に形成し、さらに該ドライブピンの前記締結部材側を前記貫通穴に圧入して該貫通穴にかしめ固定した締結部に構成し、かつ前記耐摩耗部材側を該ドライブピンに連結される相手部材との摺動部に構成したことを特徴とする可変容量型排気ターボ過給機。
【請求項３】
前記耐摩耗部材をＣｏ−Ｍｏ系合金で構成し、前記締結部材をステンレス鋼及び炭素鋼を含む鋼材で構成したことを特徴とする請求項２記載の可変容量型排気ターボ過給機。
【請求項４】
タービンケーシングを含むケース部材に回動可能に支持された複数のノズルベーンの翼角を変化せしめる可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機における可変ノズル機構構成部材の製造方法において、前記可変ノズル機構の構成部材のうち貫通穴を備えた貫通穴形成部材と該貫通穴に固着される軸状部材とを製作するにあたり、円筒状に形成され燒結材料からなる耐摩耗部材の内周に、棒状に形成され前記耐摩耗部材よりも軟質の材料からなる締結部材の一端側を圧入・固着して前記耐摩耗部材と締結部材とにより２層に形成された前記軸状部材を製作し、次いで該軸状部材の前記締結部材側を前記貫通穴に圧入して該貫通穴に前記軸状部材の端部をかしめ固定することを特徴とする可変容量型排気ターボ過給機における可変ノズル機構構成部材の製造方法。
【請求項５】
タービンケーシングを含むケース部材に回動可能に支持された複数のノズルベーンの翼角を変化せしめる可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機において、前記可変ノズル機構のドライブリングと該ドライブリングの貫通穴に圧入されるドライブピンとの締結部を、該貫通穴にドライブピンをかしめ固定して構成するとともに、前記ドライブピンを、円筒状に形成され硬質材料からなる耐摩耗部材の内周に、棒状に形成され前記耐摩耗部材よりも軟質の材料からなる締結部材の一端側を圧入・固着してなる２層構造に形成し、さらに該ドライブピンの前記締結部材側を前記貫通穴に圧入し該貫通穴にかしめ固定した締結部に構成し、かつ前記耐摩耗部材側を該ドライブピンに連結される相手部材との摺動部に構成したことを特徴とする可変容量型排気ターボ過給機。
【請求項６】
前記耐摩耗部材を燒結材料で構成し、前記締結部材をステンレス鋼及び炭素鋼を含む鋼材または燒結材料のいずれか一方で構成したことを特徴とする請求項５記載の可変容量型排気ターボ過給機。
【請求項７】
タービンケーシングを含むケース部材に回動可能に支持された複数のノズルベーンの翼角を変化せしめる可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機における可変ノズル機構構成部材の製造方法において、前記可変ノズル機構の構成部材のうち貫通穴を備えた貫通穴形成部材と該貫通穴に固着される軸状部材とを製作するにあたり、棒状に形成され硬質材料からなる耐摩耗部材の接合用端面と棒状に形成された締結部材の接合用端面とを摩擦圧接または拡散圧接のいずれか一方により接合して軸方向に２層の前記軸状部材を製作し、次いで軸状部材の前記締結部材側を前記貫通穴に圧入して該貫通穴に前記軸状部材の端部をかしめ固定することを特徴とする可変容量型排気ターボ過給機における可変ノズル機構構成部材の製造方法。
【請求項８】
タービンケーシングを含むケース部材に回動可能に支持された複数のノズルベーンの翼角を変化せしめる可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機において、前記可変ノズル機構のドライブリングと該ドライブリングの貫通穴に圧入されるドライブピンとの締結部を、該貫通穴にドライブピンをかしめ固定して構成するとともに、前記ドライブピンを、棒状に形成され硬質材料からなる耐摩耗部材の接合用端面と棒状に形成された締結部材の接合用端面とを圧接してなる軸方向に２層の２層構造ドライブピンに形成し、さらに該ドライブピンの前記締結部材側を前記貫通穴に圧入して該貫通穴にかしめ固定した締結部に構成し、かつ前記耐摩耗部材側を該ドライブピンに連結される相手部材との摺動部に構成したことを特徴とする可変容量型排気ターボ過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ターボ過給機に用いられ、タービンケーシングを含むケース部材に回動可能に支持された複数のノズルベーンの翼角を変化せしめる可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機及び該可変ノズル機構構成部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用内燃機関の可変容量型排気ターボ過給機においては、長期間無潤滑状態で運転される可変ノズル機構におけるリンク系摺動部の摩耗を低く抑える必要があり、これら摺動部を構成する摺動部材に、耐磨耗性の高い材料又はそれに類する表面処理を施したものを使用する必要がある。一般に前記摺動部材に使用される耐磨耗性の高い耐磨耗材料としては、高温硬さの高いタングステン系、ニッケル系、コバルト系、セラミック等が挙げられる。
一方、これら摺動部材を締結するドライブリング等の連結部材は、プレス加工等の塑性加工の容易性からステンレス鋼が多く使用されている。しかしながら、前記摺動部材に使用される耐磨耗材料は、硬さが高い反面きわめて脆く、連結部材であるステンレス鋼との締結に、かしめなどの塑性加工は採用できない。
【０００３】
一般に異材の締結には、圧入、焼きばめが採用されている。しかしながら前記可変ノズル機構の構成部品は、使用時の温度が６００℃を超えるため、ドライブピンの線膨張係数がドライブリングよりも小さい場合、前記のような高温下で十分な圧入代を確保出来ず、ドライブピンが抜け出してしまう。かかる観点から、従来、ドライブリングとドライブピンの締結手段として、図７〜図８に示される手段が採用されている。
【０００４】
図７はかかる従来のドライブリングとドライブピンとの締結態様を示し、（Ａ）はドライブリングの正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＺ−Ｚ線断面図である。また、図８は前記ドライブリングとドライブピンとの締結部の詳細を示す拡大断面図（図７（Ｂ）のＶ部拡大図）である。図７〜８において、耐摩耗材で製作されたドライブピン０３２は、その締結部０３２ａをステンレス鋼等の鋼板からなるドライブリング３の貫通穴３１に圧入後、端部０３２ｃを溶接することにより該ドライブリング３に固着されている。０３２ｂは図示しないレバープレートとの係合部である。
【０００５】
また、車両用内燃機関に用いられる小型排気ターボ過給機において、該過給機の構成部材のうち高温下で作動する排気タービンにセラミックス材を使用し、このセラミックス材製排気タービンと低温下で作動する金属製のコンプレッサとをろう付けにて締結するように構成された排気ターボ過給機が、特許文献１（特開昭５９−７８９８３号公報）にて提案されている。
【０００６】
かかる排気ターボ過給機においては、セラミックス材からなる排気タービンの軸部先端に先細の円錐突部を形成し、金属製のコンプレッサに前記円錐突部と嵌合可能な円錐窪部を形成し、さらに前記円錐突部及び円錐窪部の一方または双方にろう充填用凹部を設け、前記円錐突部と円錐窪部とを嵌合しろう材を介して両者を締結するように構成して、セラミックス材と金属材との間の接合寸法精度を高く保持するとともに、ろう材を介することによってセラミックス材製の排気タービンと金属製のコンプレッサとよりなるタービンロータの接合強度を増大せしめている。
【特許文献１】特開昭５９−７８９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
排気ターボ過給機、特に車両用内燃機関に用いられる小型排気ターボ過給機においては、機関からの排ガス流量と過給機の最適作動条件となるガス流量とのマッチングをなすために、渦巻状のスクロールからタービンロータに送られる排ガス流量を機関の運転状態に応じて可変とする可変容量タービンを備えた可変容量型排気ターボ過給機が、近年多く用いられている。
かかる可変容量型排気ターボ過給機において、複数のノズルベーンの翼角を変化せしめる可変ノズル機構の構成部材のうち、ノズルベーン側のレバープレートに連結されるドライブピンとドライブリングとの締結部には、前記のように、図７〜８に示されるような締結構造が適用されている。
【０００８】
図７〜８に示される従来技術にあっては、ドライブピン０３２に使用される耐摩耗材つまり耐摩耗性の高い金属材料は、溶接に対する割れ感受性が高く、歩留まりが悪いという問題がある。従って、かかる耐摩耗材製のドライブピン０３２をステンレス鋼等の鋼板からなるドライブリング３に溶接する場合には、ドライブリング３とドライブピン０３２との組立体に安定した品質、信頼性を確保することは困難となり、更に、前記のような歩留まりの悪さに伴うスクラップ品の増大により、低コストで部品を製作することも困難となる。
【０００９】
また、前記のように、排気ターボ過給機の構成部材の締結手段として、セラミックス材製の排気タービンと金属製のコンプレッサとをろう付けにて固着する手段が特許文献１（特開昭５９−７８９８３号公報）にて提案されているが、かかる締結手段には次のような問題点があり、可変ノズル機構の構成部材の締結手段としては適用できない。
即ち、特許文献１のろう付けによる締結手段は、高温下で高トルクが作動するタービンロータの締結であるため、排気タービン側の円錐突部とコンプレッサ側の円錐窪部との締結部は、締結面の全面に亘ってろう充填用凹部を形成して該凹部にろうを充填して締結する構造となっているが、締結面の一部にろうの充填が不充分な部位がある場合には、この部分からタービンロータの破損発生の恐れがある。
【００１０】
このため、かかるタービンロータの締結手段にあっては、前記排気タービン側の円錐突部とコンプレッサ側の円錐窪部との締結部のろう付けを締結面の全面に亘って均一かつ確実に行なう必要があることから、タービンロータのろう付け作業に多大な作業工数を必要とする。
また、かかるタービンロータの締結手段にあっては、コンプレッサ側が先詰まりの円錐窪部であるため、締結部の奥側におけるろうの浸透状況を確認することが困難であり、タービンロータ締結部の品質不良があっても抽出困難で、タービンロータの品質の安定性に課題がある。
特許文献１のろう付けによる締結手段は、以上のような問題点を有しているため、可変ノズル機構の構成部材の締結手段としては適用できないこととなる。
また、前記ドライブピン０３２の芯部を鋼材又は焼結材料で製作し、摺動面の表層にプラズマ溶射などのコーティングをする方法が提案されていが、かかる方法では、ドライブピン０３２のような小さな部品の場合は、材料の９０％程度が飛散してしまい、材料の歩留まりが悪い。
【００１１】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、可変ノズル機構の構成部材の締結をきわめて少ない工数で可能として低い製造コストを保持でき、かつ強固な締結状態を保持できて品質が安定した可変ノズル機構構成部材をそなえた排気ターボ過給機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明はかかる目的を達成するもので、タービンケーシングを含むケース部材に回動可能に支持された複数のノズルベーンの翼角を変化せしめる可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機における可変ノズル機構構成部材の製造方法において、前記可変ノズル機構の構成部材のうち貫通穴を備えた貫通穴形成部材の貫通穴に固着される軸状部材を製作するにあたり、鋼板の上面に該鋼板よりも硬質で耐摩耗性の大きい耐摩耗材を一定厚さ肉盛りし、次いで該耐摩耗材の肉盛り部及び前記鋼板から所定の外径の前記軸状部材を切り出すことを特徴とする。
【００１３】
また前記製造方法によって製造された可変ノズル機構構成部材をそなえた可変容量型排気ターボ過給機の発明は、タービンケーシングを含むケース部材に回動可能に支持された複数のノズルベーンの翼角を変化せしめる可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機において、前記可変ノズル機構のドライブリングと該ドライブリングの貫通穴に圧入されるドライブピンとの締結部を該貫通穴にドライブピンをかしめ固定して構成するとともに、前記ドライブピンを、硬質材料からなる耐摩耗部材と該耐摩耗部材よりも軟質の材料からなる締結部材とが軸方向に肉盛り接着された２層構造に形成し、さらに該ドライブピンの前記締結部材側を前記貫通穴に圧入して該貫通穴にかしめ固定した締結部に構成し、かつ前記耐摩耗部材側を該ドライブピンに連結される相手部材との摺動部に構成したことを特徴とする。
かかる発明において、前記耐摩耗部材をＣｏ−Ｍｏ系合金で構成し、前記締結部材をステンレス鋼及び炭素鋼を含む鋼材で構成するのが好ましい。
【００１４】
かかる発明によれば、可変ノズル機構のドライブピンに好適な、好ましくはＣｏ−Ｍｏ系合金からなる硬質で耐摩耗性の大きい耐摩耗材は、かしめによる固定が困難であるが、該耐摩耗材をこれよりも軟質で靭性が大きくかしめによる固定が可能なステンレス鋼、炭素鋼等の鋼材上に一定厚さ肉盛りして、好ましくは電解加工によって軸状部材を切り出すことによって、好ましくはＣｏ−Ｍｏ系合金からなる耐摩耗材とステンレス鋼、炭素鋼等の鋼材とが軸方向に２層に締結されたドライブピン等の軸状部材を得ることができる。
従って、かかるＣｏ−Ｍｏ系合金からなる耐摩耗材とステンレス鋼、炭素鋼等の鋼材との２層の軸状部材をドライブリング等の貫通穴形成部材の貫通穴内に挿入して鋼材部分をかしめることにより、高硬度で耐摩耗性が大きいＣｏ−Ｍｏ系合金等からなる耐摩耗材を用いたドライブピンに好適な軸状部材を、ドライブリング等の貫通穴形成部材にかしめによって確実に固着することが可能となる。
【００１５】
またかかる発明によれば、ドライブピン等の軸状部材とドライブリング等の貫通穴形成部材との締結をかしめによって行なうことで、従来技術に係る溶接とは異なり、ドライブピン等の軸状部材に局所的な熱を加える必要は無く、これによる熱変形を回避することができる。
また、前記軸状部材と前記貫通穴形成部材との締結をかしめによって行なうことで、ドライブリング等の貫通穴形成部材に局所的な熱を加えることによる熱変形を回避する必要が無いため、ドライブリング等の貫通穴形成部材を薄くすることが可能となる。
またかかる発明によれば、前記軸状部材の前記貫通穴形成部材との締結部に該貫通穴形成部材と同じ鋼材を使用することで、前記締結部の線膨張係数を同一として、可変ノズル機構構成部材を高温で使用する場合にも、圧入のみで締結力を確保することができる。
【００１６】
またかかる発明によれば、前記ドライブピン等の軸状部材を２層構造とすることで、該軸状部材の摺動部の材料に左右されることなく、同一の締結方法でドライブピン等の軸状部材とドライブリング等の貫通穴形成部材とを締結することができる。
また、前記軸状部材を耐摩耗性を必要とする部分のみをＣｏ−Ｍｏ系合金等の高価な耐摩耗材を使用し、前記貫通穴形成部材との締結部は安価な鋼材を使用したので、高価な耐摩耗材の使用量を少なくすることができて、可変ノズル機構の製造コストを低く抑えることができる。
さらに、鋼板の上面に耐摩耗材を一定厚さ肉盛りし、該耐摩耗材の肉盛り部及び鋼板から前記軸状部材を電解加工等によって切り出すので、プラズマ溶射などのコーティングと比較して、高価な耐摩耗材の単位使用量当たりの製作部品数が多くなって、耐摩耗材の歩留まりを向上できる。
【００１７】
また本発明は、タービンケーシングを含むケース部材に回動可能に支持された複数のノズルベーンの翼角を変化せしめる可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機における可変ノズル機構構成部材の製造方法において、前記可変ノズル機構の構成部材のうち貫通穴を備えた貫通穴形成部材と該貫通穴に固着される軸状部材とを製作するにあたり、円筒状に形成され燒結材料からなる耐摩耗部材の内周に、棒状に形成され前記耐摩耗部材よりも軟質の材料からなる締結部材の一端側を圧入・固着して前記耐摩耗部材と締結部材とにより２層に形成された前記軸状部材を製作し、次いで該軸状部材の前記締結部材側を前記貫通穴に圧入して該貫通穴に前記軸状部材の端部をかしめ固定することを特徴とする。
【００１８】
そして前記製造方法によって製造された可変ノズル機構構成部材をそなえた可変容量型排気ターボ過給機の発明は、タービンケーシングを含むケース部材に回動可能に支持された複数のノズルベーンの翼角を変化せしめる可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機において、前記可変ノズル機構のドライブリングと該ドライブリングの貫通穴に圧入されるドライブピンとの締結部を、該貫通穴にドライブピンをかしめ固定して構成するとともに、前記ドライブピンを、円筒状に形成され硬質材料からなる耐摩耗部材の内周に、棒状に形成され前記耐摩耗部材よりも軟質の材料からなる締結部材の一端側を圧入・固着してなる２層構造に形成し、さらに該ドライブピンの前記締結部材側を前記貫通穴に圧入して該貫通穴にかしめ固定した締結部に構成し、かつ前記耐摩耗部材側を該ドライブピンに連結される相手部材との摺動部に構成したことを特徴とする。
かかる発明において、前記耐摩耗部材を燒結材料で構成し、前記締結部材をステンレス鋼及び炭素鋼を含む鋼材または燒結材料のいずれか一方で構成するのが好ましい。
【００１９】
かかる発明によれば、ドライブピン等の軸状部材の形状の自由度を高くすることができ、また余肉を少なくすることで、材料の歩留まりを高め、さらに加工を容易にすることが可能となる。またドライブピン等の軸状部材の締結部にステンレス鋼等の鋼材を使用することで、高価な耐摩耗材の使用量を低減することができる。
また、ドライブピン等の軸状部材は、円筒状に形成された耐摩耗材を焼結材料とすることで、芯部の鋼材材に、必要な厚さの耐摩耗材を被覆することができ、使用条件に合わせたドライブピン等の軸状部材の製作が可能となる。
また、前記ドライブピン等の軸状部材は、摺動部を焼結材料とすることで、形状の自由度が高く、材料の歩留まりを高めることができて、加工コスト低減できる。
さらに、必要に応じて、焼結材料からなる前記耐摩耗材の厚さを調整し、可変ノズル機構の負荷に見合ったドライブピン等の軸状部材を製作可能となり、該軸状部材材料コストを低く抑えることができる。
【００２０】
また本発明は、タービンケーシングを含むケース部材に回動可能に支持された複数のノズルベーンの翼角を変化せしめる可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機における可変ノズル機構構成部材の製造方法において、前記可変ノズル機構の構成部材のうち貫通穴を備えた貫通穴形成部材と該貫通穴に固着される軸状部材とを製作するにあたり、棒状に形成され硬質材料からなる耐摩耗部材の接合用端面と棒状に形成された締結部材の接合用端面とを摩擦圧接または拡散圧接のいずれか一方により接合して軸方向に２層の前記軸状部材を製作し、次いで軸状部材の前記締結部材側を前記貫通穴に圧入して該貫通穴に前記軸状部材の端部をかしめ固定することを特徴とする。
【００２１】
そして前記製造方法によって製造された可変ノズル機構構成部材をそなえた可変容量型排気ターボ過給機の発明は、タービンケーシングを含むケース部材に回動可能に支持された複数のノズルベーンの翼角を変化せしめる可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機において、前記可変ノズル機構のドライブリングと該ドライブリングの貫通穴に圧入されるドライブピンとの締結部を、該貫通穴にドライブピンをかしめ固定して構成するとともに、前記ドライブピンを、棒状に形成され硬質材料からなる耐摩耗部材の接合用端面と棒状に形成された締結部材の接合用端面とを圧接してなる軸方向に２層の２層構造ドライブピンに形成し、さらに該ドライブピンの前記締結部材側を前記貫通穴に圧入して該貫通穴にかしめ固定した締結部に構成し、かつ前記耐摩耗部材側を該ドライブピンに連結される相手部材との摺動部に構成したことを特徴とする。
【００２２】
かかる発明によれば、硬質材料からなる棒状の耐摩耗部材の接合用端面と、鋼材からなる棒状の締結部材の接合用端面とを摩擦圧接または拡散圧接のいずれか一方により接合して、軸方向に２層の前記軸状部材を製作するので、難締結材である耐摩耗材を、軟質材料の鋼材からなる締結部材を介して、鋼材からなるドライブリング等の貫通穴形成部材に容易に締結することが可能となる。
またかかる発明によれば、一般的な工法である摩擦圧接あるいは拡散圧接により、前記軸状部材におけるニッケルベース、コバルトベース等の耐摩耗材とステンレス鋼等の鋼材との接合強度を高く維持することが可能となる。
【００２３】
またかかる発明によれば、溶接肉盛りや焼結等の工法が用いにくい耐摩耗材についても、塑性加工の容易なオーステナイト系ステンレス鋼材との接合が可能となる。
また、ドライブピン等の軸状部材の摺動部と締結部とを摩擦圧接あるいは拡散接合することで、異材の接合強度を高く確保することができるとともに、溶接肉盛り、粉末冶金等の特殊技術を不要とし、一般的な工法で容易に可変ノズル機構構成部材を製作できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、可変ノズル機構のドライブピンに好適な、Ｃｏ−Ｍｏ系合金等の耐摩耗材とステンレス鋼、炭素鋼等の鋼材との２層の軸状部材をドライブリング等の貫通穴形成部材の貫通穴内に挿入して、鋼材部分をかしめることにより、高硬度で耐摩耗性が大きいＣｏ−Ｍｏ系合金等からなる耐摩耗材を用いたドライブピンに好適な軸状部材を、ドライブリング等の貫通穴形成部材にかしめによって確実に固着することが可能となる。
これにより、可変ノズル機構の構成部材の締結がきわめて少ない工数で可能となり、該可変ノズル機構の構成部材の製造コストを低く保持して強固な締結状態を保持でき、品質が安定した可変ノズル機構構成部材をそなえた排気ターボ過給機を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２６】
図１は本発明に係る可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機の要部縦断面図である。
図１において、１０はタービンケーシング、１１は該タービンケーシング１０の外周部に渦巻状に形成されたスクロールである。１２はラジアル流型のタービンロータで、図示しないコンプレッサと同軸に設けられこれのタービンシャフト１２ａが軸受ハウジング１３に軸受１３ａを介して回転自在に支持されている。１００ａは該排気ターボ過給機の回転軸心である。
２はノズルベーンで、前記スクロール１１の内周側にタービンの円周方向等間隔に複数枚配置されるとともに、これの翼端部に形成されたノズル軸０２が前記タービンケーシング１０に固定されたノズルマウント４に回動可能に支持され、可変ノズル機構１００によりその翼角を変化せしめられるようになっている。
【００２７】
３は円盤状に形成されたドライブリングで、前記タービンケーシング１０に回転可能に支持されるとともに、円周方向等間隔にドライブピン３２が固着されている。１はレバープレートで、入力側の溝が該ドライブピン３２に係合され、出力側が前記ノズル軸０２に固定されている。
８は前記ノズルベーン２の駆動源であるアクチュエータ（図示省略）に連結されるクランク機構、５は該クランク機構８に連結されるレバー、６は該レバー５に固定されて前記ドライブリング３に係合し該ドライブリング３を回動駆動するコントロールスリーブである。
【００２８】
かかる構成からなる可変ノズル機構付き可変容量型排気ターボ過給機において、内燃機関（図示省略）からの排ガスは前記スクロール１１に入り、該スクロール１１の渦巻きに沿って周回しながらノズルベーン２に流入する。そして、該排ガスは、前記ノズルベーン２の翼間を流過して前記タービンロータ１２にその外周側から流入し、中心側に向かい半径方向に流れて該タービンロータ１２に膨張仕事をなした後、軸方向に流出してガス出口１０ｂに案内されて機外に送出される。
【００２９】
かかる可変容量タービンの容量を制御するにあたっては、前記アクチュエータに対し、前記ノズルベーン２を流れる排ガスの流量が所要の流量になるような該ノズルベーン２の翼角を、翼角制御手段（図示省略）により設定する。かかる翼角に対応するアクチュエータの往復変位はクランク機構８、レバー５、コントロールスリーブ６を介してドライブリング３に伝達され、該ドライブリング３が回転駆動される。
該ドライブリング３の回転により、該ドライブリング３に円周方向等間隔に固着されているドライブピン３２がレバープレート１を前記ノズル軸０２廻りに回動させ、該ノズル軸０２の回動によりノズルベーン２が回動して前記アクチュエータにて設定された翼角に変化せしめられる。
本発明は、以上のように構成された可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機におけるドライブリングとドライブピンとの締結部等の貫通穴形成部材と軸状部材との締結部の改良に係るものである。
【実施例１】
【００３０】
図２は本発明の第１実施例を示し、（Ａ）はドライブリングの正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。図３（Ａ）は前記第１実施例におけるドライブリングとドライブピンとの締結部の詳細を示す拡大断面図（図２（Ｂ）のＹ部拡大図）、（Ｂ）はドライブピンの製作方法の説明図（斜視図）、図４は２層構造のドライブピンの側面図である。
図２〜４において、３は可変ノズル機構１００（図１参照）のドライブリング（貫通穴形成部材）、３１は該ドライブリング３の円周方向に沿って等間隔に穿孔された貫通穴からなるピン穴で、図３のように、各ピン穴３１にはドライブピン（軸状部材）３２が圧入され、端部をかしめ（３２ｃはかしめ部）によって固着されている。
【００３１】
かかる第１実施例においては、図２（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、前記可変ノズル機構１００の構成部材であるドライブリング３のピン穴（貫通穴）３１にドライブピン３２を圧入して両者をかしめにて固着するとともに、図３（Ａ）及び図４のように前記ドライブピン３２をＣｏ−Ｍｏ系合金（Ｃｏ６０重量％、Ｍｏ２０重量％程度が好適）からなる耐摩耗部材３２ｂとステンレス鋼材からなる締結部材３２ａとが軸方向に肉盛り接着された２層構造のドライブピン３２に構成し、該ドライブピン３２の締結部材３２ａ側を前記ピン穴３１に圧入して前記ドライブリング３にかしめにて固着するように構成している。３２ｄ（図４参照）は前記耐摩耗部材３２ｂと締結部材３２ａとの接合部、３２ｃはかしめ部である。
【００３２】
図３（Ｂ）は前記２層構造のドライブピン３２の製作方法の説明図であり、該ドライブピン３２を製作するにあたっては、ステンレス板０３２ａの上面にＣｏ−Ｍｏ系合金を一定厚さ肉盛りし（０３２ｂは肉盛り部）、次いでかかるＣｏ−Ｍｏ系合金の肉盛り部０３２ｂ及び前記ステンレス板０３２ａから所定の外径の前記ドライブピン３２を電解放電加工によって切り出す（尚、この電解放電加工は、ワイヤーカット等で代用しても良い）ことにより、図３のように耐摩耗部材３２ｂと締結部材３２ａとが軸方向に肉盛り接着された２層構造のドライブピン３２を粗材製作する。
【００３３】
かかる第１実施例において、さらに前記粗材製作品に一般的な機械加工を施すことで、最終的な形状のドライブピン３２とする。
前記Ｃｏ−Ｍｏ系合金のようなコバルト系の耐摩耗材は、一般的に溶接材として使用されており、信頼性の高い溶接盛りが可能である。
耐摩耗性の高い金属は、硬い反面脆く、塑性加工での締結は困難である。然るに本発明の第１実施例では、ドライブピン３２の締結部に塑性加工の容易なステンレス鋼材を使用することで、かしめでの締結を可能にしている。これにより、耐摩耗部材３２ｂからなる摺動部の耐摩耗性が高く、ステンレス鋼材からなる締結部は信頼性の高い締結の組み付けが容易となる。
またオーステナイト系ステンレス鋼材などで製作されたドライブリング３と、Ｃｏ−Ｍｏ系合金のようなコバルトベース、ニッケルベースなどの耐摩耗部材３２ｂは、高温時の線膨張係数が異なるため、圧入のみでの締結では、高温時に圧入代が無くなる等、十分な締結力が確保できないのに対して、かかる第１実施例の構造は、圧入部分の材料（ステンレス鋼材からなる締結部材３２ａ）をドライブリング３と同一の線膨張係数とすることで、圧入のみで締結力を確保することも可能となる。
【００３４】
また、通常ドライブリング３の全周９〜１３箇所に設けるドライブピン３２で、摩耗の条件が厳しくない部分は通常の耐熱鋼を使用し、摩耗の条件の厳しい部分は前記Ｃｏ−Ｍｏ系合金のようなコバルトベース、ニッケルベースなどの耐摩耗材を使用する必要がある場合、両者では締結方法が異なるため、工程が複雑になる。
これに対しかかる第１実施例では、摺動部に耐摩耗部材３２ｂを使用しても、締結部材３２ａを他の耐熱鋼と類似特性の材料とすることで、ドライブリング３の全周において同一の締結方法でドライブリング３を製作することができる。
さらに、前記Ｃｏ−Ｍｏ系合金のようなコバルトベース、ニッケルベースなどの耐摩耗材は、非常に高価である。かかる第１実施例では、摺動部の耐摩耗部材３２ｂのみこのような材料を使用し、他の締結部材３２ａなどはより安価な材料を使用することが出来るため、材料費を低く抑えることができる。
【００３５】
かかる第１実施例によれば、可変ノズル機構１００のドライブピン３２に好適な、高硬度で耐摩耗性が大きい反面、かしめによる固定が困難なＣｏ−Ｍｏ系合金からなる耐摩耗部材３２ｂを、該Ｃｏ−Ｍｏ系合金３２ｂよりも軟質で靭性が大きくかしめによる固定が可能なステンレス鋼材からなる締結部材３２ａ上に一定厚さ肉盛りして、電解放電加工でドライブピン３２を切り出すことによって、耐摩耗部材３２ｂと締結部材３２ａとが軸方向に２層に締結されたドライブピン３２を得ることができる。
従って、かかるＣｏ−Ｍｏ系合金からなる耐摩耗部材３２ｂとステンレス鋼材からなる締結部材３２ａとの２層のドライブピン３２（軸状部材）を、ドライブリング３のピン穴３１内に挿入してステンレス鋼材からなる締結部材３２ａの部分をかしめることにより、高硬度で耐摩耗性が大きいＣｏ−Ｍｏ系合金を用いたドライブピン３２を、ドライブリング３のピン穴３１内にかしめによって確実に固着することが可能となる。
【００３６】
またかかる第１実施例によれば、ドライブピン３２とドライブリング３との締結をかしめにすることで、従来技術に係る溶接とは異なり、ドライブピン３２に局所的な熱を加える必要は無く、これによる熱変形を回避することができる。
また、前記ドライブピン３２とドライブリング３との締結をかしめによって行なうことで、ドライブリング３に局所的な熱を加えることによる熱変形を回避する必要が無いため、該ドライブリング３を薄くすることが可能となり、該ドライブリング３を軽量、小型化できる。
またかかる第１実施例によれば、前記ドライブピン３２のドライブリング３との締結部に該ドライブリング３と同じステンレス鋼材を使用することで、前記締結部の線膨張係数を同一として、可変ノズル機構１００の構成部材を高温で使用する場合にも、圧入のみで締結力を確保することができる。
【００３７】
またかかる第１実施例によれば、前記ドライブピン３２を２層構造とすることで、該ドライブピン３２の耐摩耗部材３２ｂからなる摺動部の材料に左右されることなく、同一の締結方法でドライブピン３２とドライブリング３とを締結することができる。
また、前記ドライブピン３２を、耐摩耗性を必要とする部分のみをＣｏ−Ｍｏ系合金等の高価な耐摩耗材を使用し、ドライブリング３との締結部は安価なステンレス鋼材を使用したので、高価な耐摩耗材の使用量を少なくすることができて、可変ノズル機構１００の製造コストを低く抑えることができる。
さらに、ステンレス鋼板０３２ａの上面にＣｏ−Ｍｏ系合金からなる耐摩耗材０３２ｂを一定厚さ肉盛りし、該耐摩耗材０３２ｂの肉盛り部及びステンレス鋼板０３２ａから前記ドライブピン３２を電解放電加工によって切り出すので、プラズマ溶射などのコーティングと比較して、高価な耐摩耗材の単位使用量当たりの製作部品数が多くなって、耐摩耗材の歩留まりを向上できる。
【実施例２】
【００３８】
図５は、本発明の第２実施例におけるドライブリングとドライブピンとの締結部の詳細を示す拡大断面図である。
かかる第２実施例においては、前記可変ノズル機構１００のドライブリング３と該ドライブリング３の貫通穴３１に圧入されるドライブピン３２との締結部を、該貫通穴３１にドライブピン３２をかしめ（３２ｃはかしめ部）固定して構成するとともに、前記ドライブピン３２を、円筒状に形成され硬質の燒結材料からなる耐摩耗部材３２１の内周に、棒状に形成され、ステンレス鋼、炭素鋼等の前記耐摩耗部材３２１よりも軟質の材料からなる締結部材３２２の一端側を圧入・固着してなる２層構造に形成している。
そして、該ドライブピン３２の前記締結部材３２２側を前記ドライブリング３の貫通穴３１に圧入して該貫通穴３１に軸端のかしめ部３２ｃにてかしめ固定し、かつ前記耐摩耗部材３２１側を該ドライブピン３２に連結される相手部材であるレバープレート１（図１参照）との摺動部に構成している。
前記締結部材は、前記のようなステンレス鋼、炭素鋼等の鋼材のほか、燒結材料を用いることもできる。
尚、図５においては、前記締結部材３２２が貫通穴３１を貫通した形状となっているが、該貫通穴３１の途中で止めた形状でも良い。
【００３９】
かかる第２実施例における可変ノズル機構１００の前記ドライブリング３（貫通穴形成部材）とこれの貫通穴３１に固着されるドライブピン（軸状部材）３２とを製作するにあたっては、円筒状に形成され燒結材料からなる耐摩耗部材３２１の内周に、棒状に形成され耐摩耗部材３２１よりも軟質の材料からなる締結部材３２２の縮径された一端側を圧入・固着して前記耐摩耗部材３２１と締結部材３２２とにより２層に形成された前記ドライブピン３２を製作し、次いで該ドライブピン３２の前記締結部材３２２側を前記貫通穴３１に圧入して、該貫通穴３１に前記ドライブピン３２の端部をかしめ部３２ｃにてかしめ固定する。
前記焼結材料からなる耐摩耗部材３２１の部位は、ＭＩＭ法(Metal Injection Molding)で代用しても良い。
【００４０】
かかる第２実施例によれば、ドライブピン３２の形状の自由度を高くすることができ、また余肉を少なくすることで、材料の歩留まりを高め、さらに加工を容易にすることが可能となる。また該ドライブピン３２の締結部材３２２にステンレス鋼等の鋼材を使用することで、高価な耐摩耗材の使用量を低減することができる。
また、ドライブピン３２は、円筒状に形成された耐摩耗材を焼結材料とすることで、芯部の鋼材に必要な厚さの耐摩耗材を被覆することができ、使用条件に合わせたドライブピン３２の製作が可能となる。
さらに、必要に応じて、焼結材料からなる前記耐摩耗部材３２１の厚さを調整し、可変ノズル機構１００の負荷に見合ったドライブピ３２を製作可能となり、該ドライブピ３２の材料コストを低く抑えることができる。
【実施例３】
【００４１】
図６は、本発明の第３実施例におけるドライブリングとドライブピンとの締結部の詳細を示す拡大側面である。
かかる第３実施例においては、前記可変ノズル機構１００のドライブリング３と該ドライブリング３の貫通穴３１に圧入されるドライブピン３２との締結部を、該貫通穴３１にドライブピン３２をかしめ固定（３２ｃがかしめ部）して構成するとともに、前記ドライブピン３２を、棒状に形成されＣｏ−Ｍｏ系合金のような硬質材料からなる耐摩耗部材３２３の接合用端面と、棒状に形成され前記耐摩耗部材３２１よりも軟質の鋼材からなる締結部材３２４の接合用端面とを圧接して（３２ｅが接合面）軸方向に２層の２層構造ドライブピン３２に形成する。
そして、該ドライブピン３２の前記締結部材３２４側を前記貫通穴３１に圧入して、該貫通穴３１にかしめ部３２ｃにてかしめ固定し、かつ前記耐摩耗部材３２３側を該ドライブピン３２に連結される相手部材であるレバープレート１（図１参照）との摺動部に構成している。
【００４２】
かかる第３実施例における可変ノズル機構１００の前記ドライブリング３（貫通穴形成部材）とこれの貫通穴３１に固着されるドライブピン（軸状部材）３２とを製作するにあたっては、棒状に形成されＣｏ−Ｍｏ系合金のような硬質材料からなる耐摩耗部材３２３の接合用端面と、棒状に形成され鋼材からなる締結部材３２４の接合用端面とを摩擦圧接あるいは拡散圧接により接合面３２ｅで接合して、前記耐摩耗部材３２３と締結部材３２４とが接合面３２ｅで圧接された軸方向に２層の前記ドライブピン３２を製作し、次いで該ドライブピン３２の前記締結部材３２４側を前記ドライブリング３の貫通穴３１に圧入して、該貫通穴３１に前記ドライブピン３２の端部のかしめ部３２ｃをかしめ固定する。
【００４３】
かかる第３実施例によれば、棒状の硬質材料からなる耐摩耗部材３２３の接合用端面と棒状の締結部材３２４の接合用端面とを摩擦圧接あるいは拡散圧接により接合して、軸方向に２層のドライブピン３２を製作するので、難締結材である耐摩耗部材３２３を、軟質の鋼材からなる締結部材３２４を介して、鋼材からなるドライブリング３に容易に締結することが可能となる。
また、一般的な工法である摩擦圧接あるいは拡散圧接により、Ｃｏ−Ｍｏ系合金のようなニッケルベース、コバルトベース等からなる耐摩耗部材３２３と、ステンレス鋼等の鋼材からなる締結部材３２４との接合強度を高く維持することが可能となる。
【００４４】
またかかる第３実施例によれば、溶接肉盛りや焼結等の工法が用いにくい耐摩耗材についても、塑性加工の容易なオーステナイト系ステンレス材との接合が可能となる。
また、前記耐摩耗部材３２３と締結部材３２４とを摩擦圧接あるいは拡散圧接により接合することで、異材の接合強度を高く確保することができるとともに、溶接肉盛り、粉末冶金等の特殊技術を不要とし、一般的な工法で容易に可変ノズル機構１００の構成部材を製作できる。
【００４５】
尚、前記各実施例においては、ドライブリング３とドライブピン３２との締結について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、可変ノズル機構１００の構成部材のうち、貫通穴を備えた貫通穴形成部材と該貫通穴に挿入される軸状部材との締結部の全てに適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明によれば、可変ノズル機構の構成部材の締結がきわめて少ない工数で可能となり、低い製造コストを保持でき、かつ強固な締結状態を保持できて品質が安定した可変ノズル機構構成部材をそなえた排気ターボ過給機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機の要部縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施例を示し、（Ａ）はドライブリングの正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図３】（Ａ）は前記第１実施例におけるドライブリングとドライブピンとの締結部の詳細を示す拡大断面図（図２（Ｂ）のＹ部拡大図）、（Ｂ）はドライブピンの製造要領を示す概略斜視図である。
【図４】前記第１実施例における２層構造のドライブピンの側面図である。
【図５】本発明の第２実施例におけるドライブリングとドライブピンとの締結部の詳細を示す拡大断面図である。
【図６】本発明の第３実施例におけるドライブリングとドライブピンとの締結部の詳細を示す拡大側面である。
【図７】従来のドライブリングとドライブピンとの締結態様を示し、（Ａ）はドライブリングの正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＺ−Ｚ線断面図である。
【図８】前記従来のドライブリングとドライブピンとの締結部の詳細を示す拡大断面図（図７（Ｂ）のＶ部拡大図）である。
【符号の説明】
【００４８】
１    レバープレート
２    ノズルベーン
０２    ノズル軸
３    ドライブリング
４    ノズルマウント
５    レバー
６    コントロールスリーブ
１０    タービンケーシング
１２    タービンロータ
３１    ピン穴
３２    ドライブピン
３２ａ、３２２、３２４    締結部材
３２ｂ、３２１、３２３    耐摩耗部材
３２ｃ    かしめ部
１００    可変ノズル機構
【図１】
2006220092.tif 000003
【図２】
2006220092.tif 000004
【図３】
2006220092.tif 000005
【図４】
2006220092.tif 000006
【図５】
2006220092.tif 000007
【図６】
2006220092.tif 000008
【図７】
2006220092.tif 000009
【図８】
2006220092.tif 000010