(57)【要約】【課題】耐摩耗性、耐腐食性および耐熱性に優れ比較的低廉な軸部品および軸受部品を製造することができる軸部品および軸受部品の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一の態様によれば、内燃機関の排気系に用いられる軸部品３４の製造方法が提供される。製造方法は、軸部品の母材５０の表面にメッキ層５１を形成する第１ステップと、メッキ層の表面にセラミック層５２を形成する第２ステップとを備える。本発明の他の態様によれば、内燃機関の排気系に用いられる軸受部品４８の製造方法が提供される。製造方法は、軸受部品の母材１５０の表面にメッキ層１５１を形成する第１ステップと、メッキ層の表面に、固体潤滑剤を含む固体潤滑層１５３を形成する第２ステップとを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に用いられる軸部品の製造方法であって、
前記軸部品の母材の表面に、メッキ層を形成する第１ステップと、
前記メッキ層の表面に、セラミック層を形成する第２ステップと、
を備えたことを特徴とする軸部品の製造方法。
【請求項２】
前記メッキ層が、無電解Ｎｉメッキおよび無電解Ｎｉ−Ｂメッキの１種または２種からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の軸部品の製造方法。
【請求項３】
前記第１ステップにおいて、表面硬化処理されてない前記母材の表面に前記メッキ層が形成される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の軸部品の製造方法。
【請求項４】
前記セラミック層が、ＴｉＮ、ＴｉＡＬＮ、ＣｒＮ、ＷＣの１種または複数種からなる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸部品の製造方法。
【請求項５】
内燃機関の排気系に用いられる軸受部品の製造方法であって、
前記軸受部品の母材の表面に、メッキ層を形成する第１ステップと、
前記メッキ層の表面に、固体潤滑剤を含む固体潤滑層を形成する第２ステップと、
を備えたことを特徴とする軸受部品の製造方法。
【請求項６】
前記固体潤滑層が、二硫化モリブデン、黒鉛、フッ素樹脂、二硫化タングステン、金属酸化物の１種または複数種の固体潤滑剤を含む
ことを特徴とする請求項５に記載の軸受部品の製造方法。
【請求項７】
前記メッキ層が、無電解Ｎｉメッキおよび無電解Ｎｉ−Ｂメッキの１種または２種からなる
ことを特徴とする請求項５または６に記載の軸受部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気系に用いられる軸部品および軸受部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気系には様々な軸部品が用いられている。例えば、可変容量ターボチャージャの可変ノズルベーンの翼角度を調整するための軸部品である。軸部品は軸受部品にスライド回転可能に支持され、軸部品の外周面と軸受部品の内周面とには互いに摺動する摺動面が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６８６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる軸部品および軸受部品は高温の排気ガスに曝され、また、排気ガスと凝縮水に起因した酸性物質に曝されるなど、過酷な環境下に置かれる。また軸受部品に対し軸部品が繰り返しスライド回転されるため、両者の摩耗も懸念される。さらには軸部品および軸受部品の一部が外部に露出されることがあり、車両に搭載された内燃機関の場合では、路面凍結防止剤による塩害も懸念される。このため、軸部品および軸受部品には、耐摩耗性、耐腐食性（耐酸性および耐塩害性を含む）、および耐熱性が要求される。
【０００５】
従来、これらの要求を満たすため、軸部品および軸受部品の母材表面に表面硬化処理を施すことがある。この表面硬化処理は、窒化処理、浸炭処理、クロマイズ処理等を単体で、もしくは組み合わせて行う処理である。しかし、窒化処理では耐腐食性が低下し、浸炭処理では耐腐食性が十分に付与できない欠点がある。クロマイズ処理は、耐摩耗性および耐腐食性には有利であるが、有効膜厚さが数μｍ程度で、部品の寿命に亘って耐摩耗性を維持するのが困難という欠点がある。
【０００６】
他方、前記要求を満たす比較的高級な材料の母材、すなわち２相ステンレス合金やスーパーアロイ（トリバロイ（登録商標）、ハステロイ（登録商標）等）の母材を用いることも考えられる。しかし、これらの材料は難削材であるため切削加工が困難であり、非常に高価であるため採用が難しいという欠点がある。
【０００７】
そこで本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、耐摩耗性、耐腐食性および耐熱性に優れ比較的低廉な軸部品および軸受部品を製造することができる軸部品および軸受部品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】
【０００８】
本発明の一の態様によれば、
内燃機関の排気系に用いられる軸部品の製造方法であって、
前記軸部品の母材の表面に、メッキ層を形成する第１ステップと、
前記メッキ層の表面に、セラミック層を形成する第２ステップと、
を備えたことを特徴とする軸部品の製造方法が提供される。
【０００９】
好ましくは、前記メッキ層が、無電解Ｎｉメッキおよび無電解Ｎｉ−Ｂメッキの１種または２種からなる。
【００１０】
好ましくは、前記第１ステップにおいて、表面硬化処理されてない前記母材の表面に前記メッキ層が形成される。
【００１１】
好ましくは、前記セラミック層が、ＴｉＮ、ＴｉＡＬＮ、ＣｒＮ、ＷＣの１種または複数種からなる。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、
内燃機関の排気系に用いられる軸受部品の製造方法であって、
前記軸受部品の母材の表面に、メッキ層を形成する第１ステップと、
前記メッキ層の表面に、固体潤滑剤を含む固体潤滑層を形成する第２ステップと、
を備えたことを特徴とする軸受部品の製造方法が提供される。
【００１３】
好ましくは、前記固体潤滑層が、二硫化モリブデン、黒鉛、フッ素樹脂、二硫化タングステン、金属酸化物の１種または複数種の固体潤滑剤を含む。
【００１４】
好ましくは、前記メッキ層が、無電解Ｎｉメッキおよび無電解Ｎｉ−Ｂメッキの１種または２種からなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、耐摩耗性、耐腐食性および耐熱性に優れ比較的低廉な軸部品および軸受部品を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】可変容量ターボチャージャの概略縦断側面図である。
【図２】可変容量ターボチャージャの翼角調整リング周辺を示す斜視図である。
【図３】可変容量ターボチャージャのコントロールリンク周辺を示す斜視図である。
【図４】本実施形態のクランク軸およびブッシュを拡大して示す縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る軸部品および軸受部品が適用される排気系装置としての可変容量ターボチャージャを示す概略縦断側面図である。可変容量ターボチャージャ２０は、図示しない車両に搭載された内燃機関（エンジン）の排気系に設けられる。本実施形態において、車両はトラック等の大型車両であり、エンジンは車両動力源としてのディーゼルエンジンである。しかしながら、車両および内燃機関の種類、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジンはガソリンエンジンであってもよい。
【００１９】
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と、タービン２１およびコンプレッサ２２の間に配置されたベアリングハウジング２９と、タービン容量可変機構２４とを備える。
【００２０】
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を囲繞し排ガスが導入されるタービンハウジング２６とを有する。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を囲繞し吸気が導入されるコンプレッサハウジング２８とを有する。タービンハウジング２６とコンプレッサハウジング２８はベアリングハウジング２９により連結される。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で連結される。ターボ軸２３は、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内に設けられた軸受部（図示せず）により回転可能に支持される。
【００２１】
タービン容量可変機構２４は、図２および図３にも示すように、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のベーン軸３０ａにリンクプレート３１を介して連結されたノズル翼角度調整リング３２と、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、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、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、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とを備える。
【００２２】
ベーン軸３０ａは、タービンハウジング２６に形成されたベーン軸穴４６にスライド回転可能に挿入され、ベーン軸穴４６の内周面によって回転可能に支持される。
【００２３】
コントロールリンク３５は、図３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および第２駆動レバー３７、３８に連結されるリンクピン３９ａ、３９ｂを両端に一体的に有するコントロールロッド４０とを備える。
【００２４】
第１および第２駆動レバー３７，３８には穴４１，４１が形成されている。図３に第１駆動レバー３７の穴４１のみを示す。これら穴４１，４１にリンクピン３９ａ、３９ｂがスライド回転可能に挿入され、第１および第２駆動レバー３７，３８とコントロールロッド４０とは互いに回転可能に接続される。リンクピン３９ａ、３９ｂには抜け止めのためのスナップリング４２が取り付けられる。
【００２５】
また図１に示すように、ベアリングハウジング２９には、その内部と外部を連通させるブッシュ穴４５が貫通形成される。ブッシュ穴４５には管状ブッシュ４８が圧入され、ブッシュ４８にクランク軸３４がスライド回転可能に挿入される。クランク軸３４は、ブッシュ４８によってスライド回転可能に支持される。ブッシュ４８の内周面とクランク軸３４の外周面とには互いに摺動する摺動面が形成される。本実施形態では、クランク軸３４が特許請求の範囲にいう軸部品に相当し、ブッシュ４８が特許請求の範囲にいう軸受部品に相当する。
【００２６】
タービン容量可変機構２４によるノズルベーン３０の翼角度調整については、図１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が軸方向に移動し、これによりクランク軸３４が所定角度回転する。するとクランクレバー３３が回動し、ノズル翼角度調整リング３２が所定角度回転する。これにより、リンクプレート３１およびノズルベーン３０が一体的に回動する。駆動装置３６の回転量を制御することによってノズルベーン３０の翼角度が調整される。そして、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流入速度が調整され、タービンインペラ２５の回転速度が適切な値に調整される。
【００２７】
さて、タービンハウジング２６とベアリングハウジング２９の間には、ノズル翼角度調整リング３２等が収容された収容室４７が形成されている。収容室４７には、例えばベーン軸３０ａとベーン軸穴４６の間の僅かな隙間を通じて微量に漏れ出した高温（例えば５００℃程度）の排気ガスが浸入してくる。高温のため潤滑剤が使えず、このためクランク軸３４は無潤滑でブッシュ４８により支持される。クランク軸３４は、クランクレバー３３からノズルベーン３０に至る比較的重量のあるアセンブリ全体を回転させるものである。このため作動時にクランク軸３４とブッシュ４８の摺動面には比較的高い負荷がかかる。こうした理由から、クランク軸３４とブッシュ４８には比較的高い耐摩耗性および耐熱性が要求される。
【００２８】
また、収容室４７内において凝縮水が発生し、排気ガスおよび凝縮水に起因して酸性物質が生成されることもある。酸性物質は例えば、排気ガス中の硫黄酸化物に起因する硫酸、排気ガス中の窒素酸化物に起因する硝酸、および有機酸類の１種または複数種を含む。収容室４７内には、クランク軸３４とブッシュ４８の室内側端部が突出されている。これら室内側端部が酸性物質に曝され腐食する虞があることから、クランク軸３４とブッシュ４８には比較的高い耐酸性が要求される。
【００２９】
これに加え、クランク軸３４とブッシュ４８の室外側端部は外部環境に露出されている。例えば冬期に路面凍結防止剤が路上に散布されると、路面凍結防止剤に含まれる塩素系物質、例えば塩化ナトリウムまたは塩化カルシウム等がクランク軸３４とブッシュ４８の室外側端部に付着する場合がある。こうなると、クランク軸３４とブッシュ４８の摺動面に塩素系物質が浸入し、摺動面が腐食し、作動不良や固着等の不具合を生じさせる虞がある。
【００３０】
このように、クランク軸３４とブッシュ４８には耐摩耗性および耐熱性に加え耐腐食性（耐酸性および耐塩害性を含む）が要求される。また当然にこれらは実用可能な範囲内の低廉なものである必要がある。本実施形態は、これらの要求を満足し得るクランク軸３４およびブッシュ４８の製造方法を提供するものである。
【００３１】
まずクランク軸３４の製造方法について説明する。図４には、クランク軸３４およびブッシュ４８を有する軸受部を拡大して示す。理解容易のためこれらの間の隙間は誇張して描かれている。Ｃはクランク軸３４およびブッシュ４８の中心軸である。
【００３２】
クランク軸３４の母材５０として、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の中程度の耐腐食性を有するステンレスから形成された母材が用いられる。これにより、２相ステンレス合金やスーパーアロイ等の高級材料からなる母材に比べ、費用を大幅に低減できる。母材５０は、窒化処理、浸炭処理、クロマイズ処理等の表面硬化処理あるいは熱処理を行うことなく使用される。これにより母材５０の耐力を維持することができる。
【００３３】
この母材５０の表面全体に、無電解メッキ処理を施すことにより、第１層としてのメッキ層５１が形成される。メッキ層５１は、好ましくは無電解Ｎｉ（ニッケル）メッキ（もしくは無電解Ｎｉ−Ｐ（ニッケルーリン）メッキ）および無電解Ｎｉ−Ｂ（ニッケルーボロン）メッキの１種または２種からなる。こうしたメッキ層５１の形成により、母材５０の表面がより硬質となり、高級材料製母材に比べ低硬度の母材５０を用いた場合でも、耐摩耗性および耐熱性を確保できる。
【００３４】
無電解メッキ処理は、比較的低温（例えば約８０℃程度）で可能であり、比較的短時間で容易に必要な膜厚を確保でき、要求寿命を満足しやすい。またメッキ層５１は比較的高温（例えば５００℃程度）にも耐えられ、必要な耐熱性を確保できる。
【００３５】
次に、メッキ層５１の表面全体に、セラミックコーティングを施すことにより、第２層としてのセラミック層５２が形成される。セラミック層５２は、好ましくはＴｉＮ（チタンナイトライド）、ＴｉＡＬＮ（チタン・アルミナイトライド）、ＣｒＮ（クロムナイトライド）、ＷＣ（タングステンカーバイド）の１種または複数種からなる。セラミック層５２の形成により、母材５０の表面をさらに硬化させ、耐摩耗性および耐熱性を向上できる。また、セラミック層５２は酸および塩に対しても優れた耐力を有する。よってセラミック層５２の形成により、耐酸性および耐塩害性すなわち耐腐食性を確保できる。
【００３６】
ここで、セラミック層５２の硬度は母材５０の硬度より著しく高いため、母材５０の表面にセラミック層５２を直接形成してしまうと、セラミック層５２の剥離や割れが懸念される。しかしながら本実施形態では、両者の間に中間硬度を有するメッキ層５１を設け、メッキ層５１を中間層および緩和層として機能させている。このため、セラミック層５２をメッキ層５１ひいては母材５０に良好に密着させ、セラミック層５２の剥離を確実に抑制できる。
【００３７】
万が一、セラミック層５２に消耗や割れ等が発生し、セラミック層５２の機能が低下した場合でも、メッキ層５１が母材５０に対するバリアー層ないし保護層として機能するので、耐摩耗性および耐腐食性について延命が可能である。
【００３８】
このように本実施形態の軸部品の製造方法によれば、耐摩耗性、耐腐食性および耐熱性に優れ比較的低廉な軸部品すなわちクランク軸３４を製造することができる。
【００３９】
次に、図４を参照して、ブッシュ４８の製造方法を説明する。
【００４０】
前記母材５０と同様、ブッシュ４８の母材１５０として、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の中程度の耐腐食性を有するステンレスから形成された母材が用いられる。代替的に、ＳＵＨ３等の中程度の耐熱鋼を用いてもよい。母材１５０が、窒化処理、浸炭処理、クロマイズ処理等の表面硬化処理あるいは熱処理を行うことなく使用される点は、前記母材５０と同様である。
【００４１】
この母材１５０の表面全体に、無電解メッキ処理を施すことにより、第１層としてのメッキ層１５１が形成される。この点はクランク軸３４と同様である。メッキ層１５１も、好ましくは無電解Ｎｉ（ニッケル）メッキ（もしくは無電解Ｎｉ−Ｐ（ニッケルーリン）メッキ）および無電解Ｎｉ−Ｂ（ニッケルーボロン）メッキの１種または２種からなる。こうしたメッキ層１５１の形成により、母材１５０の表面がより硬質となり、高級材料製母材に比べ低硬度の母材１５０を用いた場合でも、耐摩耗性および耐熱性を確保できる。
【００４２】
次に、クランク軸３４と異なるが、メッキ層１５１の表面に、固体潤滑処理を施すことにより、固体潤滑剤を含む固体潤滑層１５３が第２層として形成される。固体潤滑層１５３は、好ましくは、二硫化モリブデン、黒鉛（グラファイト）、フッ素樹脂（四フッ化エチレン等）、二硫化タングステン、金属酸化物の１種または複数種の固体潤滑剤を含む。固体潤滑層１５３の形成により、軸受部材であるブッシュ４８の初期なじみ性を向上し、使用初期のかじりを抑制できると共に、メッキ層１５１の局部摩耗を抑制できる。またブッシュ４８の耐腐食性も向上でき、塩および酸による腐食からメッキ層１５１を保護することが可能である。
【００４３】
万が一、固体潤滑層１５３に消耗や割れ等が発生し、固体潤滑層１５３の機能が低下した場合でも、メッキ層１５１が母材１５０に対するバリアー層ないし保護層として機能するので、耐摩耗性および耐腐食性について延命が可能である。
【００４４】
このように本実施形態の軸受部品の製造方法によれば、耐摩耗性、耐腐食性および耐熱性に優れ比較的低廉な軸受部品すなわちブッシュ４８を製造することができる。
【００４５】
本実施形態の製造方法によって製造されたクランク軸３４およびブッシュ４８は、いずれか一方のみを単独で用いることもできるが、両者を組み合わせて使用するのがより好ましい。これにより軸受部全体の耐摩耗性、耐腐食性および耐熱性を向上できる。
【００４６】
本実施形態のクランク軸３４およびブッシュ４８については、従来品すなわち母材表面に窒化処理を施したものに比べ、５倍以上の耐腐食性を得られ、５００℃程度の高温にも十分耐えられることが試験で確認された。
【００４７】
以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明は他の実施形態も可能である。例えば、クランク軸３４およびブッシュ４８以外の排気系軸部品および軸受部品にも本発明を適用可能である。特に、塩または酸による腐食が問題となる軸部品および軸受部品に本発明は好適に適用可能である。例えば、ＥＧＲバルブ、排気ブレーキバルブ等の排気系バルブの軸および軸受にも本発明は適用可能である。
【００４８】
上記実施形態ではクランク軸３４およびブッシュ４８の表面全体にメッキ層５１，１５１等を形成した。これによりマスキング等が不要になって製造が容易となる。しかしながら必要であれば、当該表面の一部にのみメッキ層５１，１５１等を形成してもよい。例えば両者の摺動面のみにメッキ層５１，１５１等を形成してもよい。
【００４９】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
３４  クランク軸
４８  ブッシュ
５０  母材
５１  メッキ層
５２  セラミック層
１５０  母材
１５１  メッキ層
１５３  固体潤滑層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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