(57)【要約】【課題】安価で製造性も良く、しかも摺動部が耐熱性，耐食性及び高い耐摩耗性を有する、可変容量型ターボチャージャの可変ノズル機構部品としての摺動部材付きのユニソンリングを提供する。【解決手段】可変ノズル機構２４の要素をなし、係合溝３８に駆動側アーム４６を挿入させて係合させるユニソンリング３４におけるリング本体５０とは別途に、γ′相及びCrを主体とするα相の複合析出により強化された、時効処理後の内部硬さが６００〜７００ＨＶであるNi基合金にて摺動部材５２を構成し、これをリング本体５０の組付孔５４に組み付けて、摺動部材５２にて係合溝３８を形成する。【選択図】        図２
2015010512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変容量型ターボチャージャにおける可変ノズル機構の要素をなし、操作力伝達用の係合溝に相手部材を挿入させて摺動可能に係合させるユニソンリングであって、
前記ユニソンリングにおける鋼製若しくは鋳鉄製のリング本体には、前記係合溝の配置位置で組付孔を設ける一方、
該リング本体とは別途に、質量％でＣ：≦0.1％，Si：≦2.0％，Mn：≦2.0％，Cr：35〜45％，Al：3.5〜4.5％，残部Ni及び不可避的不純物の化学組成を有し、γ′相及びCrを主体とするα相の複合析出により強化された、時効処理後の内部硬さが６００〜７００ＨＶであるNi基合金にて摺動部材を構成し、
該摺動部材を前記組付孔に組み付けて該摺動部材にて前記係合溝を形成してあるとともに、該摺動部材と前記リング本体との組付体に対して窒化処理が施してあることを特徴とする摺動部材付きのユニソンリング。
【請求項２】
請求項１において、前記Ni基合金が、下記のグループＡ〜Ｄ
(Ａ)Ti，ZrおよびHfの１種または２種以上（２種以上の場合は合計で）：3.0％以下
(Ｂ)Nb，TaおよびＶの１種または２種以上（２種以上の場合は合計で）：3.0％以下
(Ｃ)Co：10％以下、Mo：10％以下および（または）Ｗ：10％以下、ただし、Mo＋0.5Ｗ：10％以下
(Ｄ)Cu：5％以下，Ｂ：0.015％以下、Mg：0.01％以下，Ca：0.01％以下及びＲＥＭ：0.1％以下の１種または２種以上
のうちの少なくとも何れか１つ若しくは２以上のグループの添加成分を更に含有する化学組成のものであることを特徴とする摺動部材付きのユニソンリング。
【請求項３】
請求項１，２の何れかにおいて、前記組付体における前記摺動部材と前記リング本体との間に生じた隙間が窒化処理により形成された窒化層にて埋められていることを特徴とする摺動部材付きのユニソンリング。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、外周側の溝であって駆動側アームが係合され、該駆動側アームからの駆動力を受ける係合溝が前記摺動部材にて構成してあることを特徴とする摺動部材付きのユニソンリング。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記リング本体がオーステナイト系ステンレス鋼，耐熱鋼，高クロム鋳鉄、ねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄のうちの何れかから成っていることを特徴とする摺動部材付きのユニソンリング。
【請求項６】
質量％でＣ：≦0.1％，Si：≦2.0％，Mn：≦2.0％，Cr：35〜45％，Al：3.5〜4.5％，残部Ni及び不可避的不純物の化学組成を有し、γ′相及びCrを主成分とするα相の複合析出により強化された、時効処理後の内部硬さが６００〜７００ＨＶであるNi基合金から成り、
可変容量型ターボチャージャにおける可変ノズルベーン機構の要素部材であって操作力伝達用の係合溝に相手部材を挿入させて摺動可能に係合させるユニソンリングの、鋼製若しくは鋳鉄製のリング本体とは別体に構成されて、前記係合溝の配置位置で該リング本体に設けられた組付孔に組み付けられ、前記係合溝を形成するユニソンリング用の摺動部材。
【請求項７】
請求項６において、前記Ni基合金が、下記のグループＡ〜Ｄ
(Ａ)Ti，ZrおよびHfの１種または２種以上（２種以上の場合は合計で）：3.0％以下
(Ｂ)Nb，TaおよびＶの１種または２種以上（２種以上の場合は合計で）：3.0％以下
(Ｃ)Co：10％以下、Mo：10％以下および（または）Ｗ：10％以下、ただし、Mo＋0.5Ｗ：10％以下
(Ｄ)Cu：5％以下，Ｂ：0.015％以下、Mg：0.01％以下，Ca：0.01％以下及びＲＥＭ：0.1％以下の１種または２種以上
のうちの少なくとも何れか１つ若しくは２以上のグループの添加成分を更に含有する化学組成のものであることを特徴とするユニソンリング用の摺動部材。
【請求項８】
請求項１〜５の何れかに記載の摺動部材付きのユニソンリングの製造方法であって、
前記摺動部材を前記リング本体に組み付けた後、該摺動部材の時効処理を兼ねて組付体に対し窒化処理を行うことを特徴とする摺動部材付きのユニソンリングの製造方法。
【請求項９】
請求項８において、前記組付体を５２５℃〜６５０℃の窒化性ガス雰囲気中に２０〜９０時間保持することで窒化を行うと同時に摺動部材の時効処理を行い、前記リング本体の表層に厚さ５０μｍ以上で硬さ６００ＨＶ以上の窒化層を同時に形成することを特徴とする摺動部材付きのユニソンリングの製造方法。
【請求項１０】
請求項９において、前記時効処理時の前記摺動部材の変態による寸法収縮によって該摺動部材と前記リング本体との間に生じる隙間を窒化層厚みの増大により埋めるに必要な時間まで前記窒化処理を続行することを特徴とする摺動部材付きのユニソンリングの製造方法。
【請求項１１】
請求項９〜１０の何れかにおいて、前記組付孔を、前記リング本体を板厚方向に貫通して設けて、該組付孔に前記摺動部材を該板厚方向に圧入して嵌合させ、その後該摺動部材を該リング本体に溶接にて接合し組みつけた後に、該摺動部材に対する機械加工を行って、その後前記窒化処理を行うことを特徴とする摺動部材付きのユニソンリングの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１において、前記溶接としてレーザー溶接を行うことを特徴とする摺動部材付きのユニソンリングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可変ターボチャージャにおける可変ノズル機構の要素部材である摺動部材付きのユニソンリングとこれに用いる摺動部材及び摺動部材付きのユニソンリングの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保全の観点から、とくに自動車の燃料向上が強く要望され、排気ガス規制が強化されている。このような状況のなかで、エンジンの燃費向上に大きな効果があるターボチャージャは自動車のエンジン、特に自動車用ディーゼルエンジンにとって必須の装置となっている。
ターボチャージャは、エンジンからの排気ガスを利用してタービンを回転させ、タービンと同軸上に設けられたコンプレッサを駆動してエンジンに高圧空気を供給する。
最近では、このようなターボチャージャとして、過給圧をコントロールできる可変容量型ターボチャージャが広く用いられている。
【０００３】
図１３は一般的なターボチャージャの構造を示している。
図１３に示しているようにターボチャージャ１０は、タービンロータ１２の一端側にタービン１４を、また他端側にコンプレッサ１１を有する構造で、タービンケーシング１８内部のタービンホイール２０と、コンプレッサケーシング１９内のコンプレッサホイール２２とを、共通のタービンロータ１２で一体回転状態に連結している。
【０００４】
このターボチャージャ１０は、エンジンからの排ガスをタービンケーシング１８内に流入させて、その排ガスによりタービンホイール２０を回転させ、そしてこれによりコンプレッサケーシング１９内のコンプレッサホイール２２を一体に回転させる。
そしてコンプレッサホイール２２の回転により、コンプレッサケーシング１９内に空気を吸入してこれを加圧し、高圧の空気をエンジンへと過給する。
【０００５】
可変容量型ターボチャージャでは、タービン１４側に可変ノズル機構２４を備え、その可変ノズル機構２４により、タービンホイール２０へと流入する排ガスの流速を変更し、調節する。
詳しくは、可変ノズル機構２４は、タービンホイール２０に沿ってその外周側に複数のノズルベーンを有し、互いに隣接する２つのノズルベーン間で排ガスを通過せしめるノズル孔を形成している。
そしてノズルベーンを回動させ、その翼角を変化させることでノズル孔の開度を変化させ、以てタービンホイール２０に向う排ガスの流速を変更し、調節する。
この可変ノズル機構２４は、例として次のような構造で構成されている。
【０００６】
可変ノズル機構２４は、その構成部材としてユニソンリングを備えている。
通常このユニソンリングには、外周側にその外周面で開口した係合溝が設けられており、そこに駆動側アームを開口部から挿入させて摺動可能に係合させる。
また内周側には、周方向に沿って複数の係合溝が設けられており、それぞれに上記のノズルベーンと一体に回動するベーンアームを内周面の開口部から挿入させて摺動可能に係合させる。
【０００７】
この可変ノズル機構２４では、駆動側アームにてユニソンリングを所定角度回転させ、これによりベーンアームを介してノズルベーンのそれぞれの翼角を変化させる。これにより隣接するノズルベーン間の上記のノズル孔の開度を変化させる。
このような可変容量型ターボチャージャは、エンジンの稼動条件に応じて過給圧を最適に調整し、低速トルクを向上させ、また排ガスを浄化し、燃費を向上せしめる。
【０００８】
上記可変ノズル機構は、高温度（最大１０５０℃）且つ無潤滑で使用され、またエンジンの排気ガスや排気ブレーキ作動時の圧力脈動による動的荷重を受けるなど、厳しい環境下で使用される。
このために可変ノズル機構の摩擦摺動部、とりわけ駆動側アームやベーンアームが摺動可能に係合するユニソンリングの係合溝部分には、耐熱性や耐食性に加えて優れた高温耐摩耗性等が要求される。
【０００９】
このような要望の下に、ユニソンリングや駆動側アーム，ベーンアーム等をオーステナイト系ステンレス鋼（代表的にはＳＵＳ３１０Ｓ）にて構成するとともに、窒化処理により表層を硬質の窒化層とし、それら窒化層同士を互いに摺動させるといったことが行われている。
【００１０】
因みにこのようにして表層を硬質の窒化層とすることは下記特許文献１に開示されている。
詳しくは、この特許文献１には、ユニソンリング(17)にかしめ付けられるピン(18)を挟持するステンレス鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ）製のベーンアーム(16)に、硬化層としての窒化層を形成することが開示されている。
しかしながら上記のようにしてユニソンリングや、駆動側アーム或いは従動側アームとしてのベーンアーム等ユニソンリングに対する相手部材を窒化処理しても、表層の硬化層（窒化層）が運転中に摩耗して無くなると、ユニソンリングや相手部材の母材自体の硬度、即ち窒化層の形成されていない内部硬度が低い（例えばＳＵＳ３１０Ｓの場合、母材自体の硬度は３５０ＨＶ以下）ために、以後摺動部において急激に摩耗が進行してしまい、ターボチャージャの過給応答性が悪化する等の問題が生じる。
【００１１】
一方、特許文献２にはトリバロイ（登録商標名）等のCo基合金から成る摺動部材を作製しておいて、これをユニソンリングのリング本体に組み込み、以て係合溝部分を構成する点が開示されている。
しかしながらこの特許文献２に記載のものでは、高価なCo基合金を用いているために、全体としてコストが高コストとなり、またCo基合金は非常に硬いために、部品製造が非常に困難である問題がある。
【００１２】
他方、下記特許文献３には、Crを多量に含有し、従来からNi基合金の強化相として用いられているガンマプライムγ′相（Ni３（Al，Ti，Nb）の金属間化合物の相）に加えて、Crを主体とするα相を複合析出させることで、Ni基合金特有の耐熱性や耐食性に加え、従来のNi基合金では得られなかった高硬度を発現するNi基合金が開示されている。
具体的には、従来既存のNi基合金では最高でも５００ＨＶ程度（５０ＨＲＣ程度）の硬さしか得られなかったのが、この特許文献３に開示のものでは７００ＨＶ（約６０ＨＲＣ）の高硬度，高耐摩耗性が得られる。
【００１３】
この特許文献３に開示のNi基合金は、同文献に記載されているように熱間加工が可能であり、また固溶化熱処理をすればＨＲＢ９５以下に軟化するため、冷間加工性にも優れている。従ってこのNi基合金を用いて上記のユニソンリングを構成するといったことが考えられる。
しかしながら、従来例えばＳＵＳ３１０Ｓを用いて構成されていたユニソンリングの全体を、このようなNi基合金で構成するとなるとコストの増大を招いてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−３８９６７号公報
【特許文献２】特開２０１２−５２５２０号公報
【特許文献３】特開２００２−６９５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は以上のような事情を背景とし、安価で製造性も良く、しかも摺動部が高い耐摩耗性を有する、可変容量型ターボチャージャの可変ノズル機構部品としての摺動部材付きのユニソンリング及びこれに用いる摺動部材、更に摺動部材付きのユニソンリングの製造方法を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
而して請求項１は摺動部材付きのユニソンリングに関するもので、可変容量型ターボチャージャにおける可変ノズル機構の要素をなし、操作力伝達用の係合溝に相手部材を挿入させて摺動可能に係合させるユニソンリングであって、前記ユニソンリングにおける鋼製若しくは鋳鉄製のリング本体には、前記係合溝の配置位置で組付孔を設ける一方、該リング本体とは別途に、質量％でＣ：≦0.1％，Si：≦2.0％，Mn：≦2.0％，Cr：35〜45％，Al：3.5〜4.5％，残部Ni及び不可避的不純物の化学組成を有し、γ′相及びCrを主体とするα相の複合析出により強化された、時効処理後の内部硬さが６００〜７００ＨＶであるNi基合金にて摺動部材を構成し、該摺動部材を前記組付孔に組み付けて該摺動部材にて前記係合溝を形成してあるとともに、該摺動部材と前記リング本体との組付体に対して窒化処理が施してあることを特徴とする。
【００１７】
請求項２のものは、請求項１において、前記Ni基合金が、下記のグループＡ〜Ｄ、(Ａ)Ti，ZrおよびHfの１種または２種以上（２種以上の場合は合計で）：3.0％以下、(Ｂ)Nb，TaおよびＶの１種または２種以上（２種以上の場合は合計で）：3.0％以下、(Ｃ)Co：10％以下、Mo：10％以下および（または）Ｗ：10％以下、ただし、Mo＋0.5Ｗ：10％以下、(Ｄ)Cu：5％以下，Ｂ：0.015％以下、Mg：0.01％以下，Ca：0.01％以下及びＲＥＭ：0.1％以下の１種または２種以上のうちの少なくとも何れか１つ若しくは２以上のグループの添加成分を更に含有する化学組成のものであることを特徴とする。
【００１８】
請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記組付体における前記摺動部材と前記リング本体との間に生じた隙間が窒化処理により形成された窒化層にて埋められていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、外周側の溝であって駆動側アームが係合され、該駆動側アームからの駆動力を受ける係合溝が前記摺動部材にて構成してあることを特徴とする。
【００２０】
請求項５のものは、請求項１〜４の何れかにおいて、前記リング本体がオーステナイト系ステンレス鋼，耐熱鋼，高クロム鋳鉄、ねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄のうちの何れかから成っていることを特徴とする。
【００２１】
請求項６はユニソンリング用の摺動部材に関するもので、質量％でＣ：≦0.1％，Si：≦2.0％，Mn：≦2.0％，Cr：35〜45％，Al：3.5〜4.5％，残部Ni及び不可避的不純物の化学組成を有し、γ′相及びCrを主成分とするα相の複合析出により強化された、時効処理後の内部硬さが６００〜７００ＨＶであるNi基合金から成り、可変容量型ターボチャージャにおける可変ノズルベーン機構の要素部材であって操作力伝達用の係合溝に相手部材を挿入させて摺動可能に係合させるユニソンリングの、鋼製若しくは鋳鉄製のリング本体とは別体に構成されて、前記係合溝の配置位置で該リング本体に設けられた組付孔に組み付けられ、前記係合溝を形成することを特徴とする。
【００２２】
請求項７の摺動部材は、請求項６において、前記Ni基合金が、下記のグループＡ〜Ｄ、(Ａ)Ti，ZrおよびHfの１種または２種以上（２種以上の場合は合計で）：3.0％以下、(Ｂ)Nb，TaおよびＶの１種または２種以上（２種以上の場合は合計で）：3.0％以下、(Ｃ)Co：10％以下、Mo：10％以下および（または）Ｗ：10％以下、ただし、Mo＋0.5Ｗ：10％以下、(Ｄ)Cu：5％以下，Ｂ：0.015％以下、Mg：0.01％以下，Ca：0.01％以下及びＲＥＭ：0.1％以下の１種または２種以上のうちの少なくとも何れか１つ若しくは２以上のグループの添加成分を更に含有する化学組成のものであることを特徴とする。
【００２３】
請求項８は、請求項１〜５の何れかに記載の摺動部材付きのユニソンリングの製造方法に関するもので、前記摺動部材を前記リング本体に組み付けた後、該摺動部材の時効処理を兼ねて組付体に対し窒化処理を行うことを特徴とする。
【００２４】
請求項９の製造方法は、請求項８において、前記組付体を５２５℃〜６５０℃の窒化性ガス雰囲気中に２０〜９０時間保持することで窒化を行うと同時に摺動部材の時効処理を行い、前記リング本体の表層に厚さ５０μｍ以上で硬さ６００ＨＶ以上の窒化層を同時に形成することを特徴とする。
【００２５】
請求項１０の製造方法は、請求項９において、前記時効処理時の前記摺動部材の変態による寸法収縮によって該摺動部材と前記リング本体との間に生じる隙間を窒化層厚みの増大により埋めるに必要な時間まで前記窒化処理を続行することを特徴とする。
【００２６】
請求項１１の製造方法は、請求項９〜１０の何れかにおいて、前記組付孔を、前記リング本体を板厚方向に貫通して設けて、該組付孔に前記摺動部材を該板厚方向に圧入して嵌合させ、その後該摺動部材を該リング本体に溶接にて接合し組みつけた後に、該摺動部材に対する機械加工を行って、その後前記窒化処理を行うことを特徴とする。
【００２７】
請求項１２の製造方法は、請求項１１において、前記溶接としてレーザー溶接を行うことを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００２８】
以上のように請求項１のものは、可変ノズル機構の要素部材をなすユニソンリングの一部を、質量％でＣ：≦0.1％，Si：≦2.0％，Mn：≦2.0％，Cr：35〜45％，Al：3.5〜4.5％，残部Ni及び不可避的不純物の化学組成を有し、γ′相及びCrを主体とするα相の複合析出により強化されたNi基合金から成る摺動部材にて構成し、その摺動部材によりユニソンリングにおける係合溝を形成するようになしたものである。
【００２９】
この請求項１のものでは、ユニソンリング全体をNi基合金で構成するのでなく、その一部を部分的にNi基合金で構成するために、材料費が安価で済み、またこのNi基合金は前記の特許文献３に開示のもので加工性が良好であり、摺動部材としてCo基合金を用いる場合に比べてユニソンリングを安価に製造することが可能である。
【００３０】
ユニソンリングの係合溝に挿入されて係合する駆動側アームや従動側アームとしてのベーンアームには、前述したように一般にステンレス鋼（代表的にはＳＵＳ３１０Ｓ）を母材としてこれに窒化処理を施し、表層を硬化層（窒化層）としたものが通常用いられる。
この場合、駆動側アームやベーンアームの表層の硬さは８００〜１２００ＨＶ（室温での硬さ、以下同様）の高硬度に達する。
【００３１】
一方、一般のNi基合金が窒化され難いように摺動部材を構成する上記のNi基合金も同様に窒化され難い材料であり(請求項１のものはリング本体と摺動部材との組付体がその組付状態で窒化処理されている)、表層の窒化層は薄く、また硬度も相手部材ほど高くない。
因みに、図１はNi基合金製の摺動部材及び相手部材の、表面から内部に向っての硬さの変化を示している。図中横軸が表面からの深さであり、縦軸が硬さである。またＡはNi基合金製の摺動部材の硬さ分布を、ＢはＳＵＳ３１０Ｓ製の相手部材の硬さ分布を示している。
【００３２】
図に示しているように、相手部材の硬さは窒化処理された表面においては１２００ＨＶ程度の硬さとなるが、内部に向ってその硬さは急激に低下し、表層の窒化層よりも奥部（内部）の硬さは３５０ＨＶ以下と低い。
一方Ni基合金製の摺動部材は、表面の硬さは薄い窒化層によって硬いものの、表面から僅かに内部に入ったところでは母材そのものの硬さとなり、その硬さは相手部材の表層の硬さよりも低い。
従ってユニソンリングの係合溝に相手部材を係合させた状態で相手部材を係合溝内で摺動させると、相手部材に較べて軟らかいNi基合金の摺動部材の側が主として摩耗する。
【００３３】
仮に、ユニソンリングが係合溝に到るまで全体に相手部材と同じＳＵＳ３１０Ｓで構成され、そして係合溝内面を含む表層が窒化処理されていた場合、相手部材と係合溝内面との各表層は何れも硬さが１２００ＨＶ程度の高硬度となるため、摺動を繰り返しているうちに何れか一方又は両方の硬化層である窒化層がやがて無くなってしまう。
そうなると、母材自体の硬さは３５０ＨＶ以下の軟らかいものであるためにそこで摩耗が急激に進行してしまう。
しかるに請求項１のものでは、Ni基合金から成る摺動部材が相手部材の表層よりも軟らかいために、摺動部材の側が優先して摩耗し、そのことによって相手側部材の表層を保護し、摩耗抑制する働きをする。
【００３４】
一方でNi基合金から成る摺動部材は、相手部材の表層よりも硬さが低いとはいっても、母材自体の硬さはステンレス鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ）よりも遥かに硬く、高い耐摩耗性を有している。このため高温下で長期使用しても摺動部材の摩耗量は少なく、全体として高温下での摩耗耐久性は高い。即ち摩耗寿命が永い。
【００３５】
尚請求項１のユニソンリングにあっては、外周側の係合溝，内周側の係合溝の何れをもNi基合金の摺動部材にて構成することも可能であるが、場合によって、より高い摩耗負荷の加わる外周側の係合溝だけを摺動部材にて構成し、内周側の係合溝についてはリング本体にて形成することが可能である。
この場合において、リング本体は組付体の状態で窒化処理されているため、即ち係合溝の表層が硬化層である窒化層にて形成されるため、摩耗負荷のより小さい内周側の係合溝においても所定の摩耗寿命を確保することが可能である。
【００３６】
尚、Ni基合金から成る摺動部材は時効処理によって所要の硬度を発現する。またその摺動部材はリング本体に組み付けた後において機械加工を施すことが必要である。
従ってNi基合金の摺動部材は、リング本体への組付後に時効処理を施すこととなる。よって摺動部材の組付後において組付体そのものに対し窒化処理を行うことで、同時に摺動部材の時効処理を行うことが可能である。即ち窒化処理と時効処理を兼ねて行うことができる。
【００３７】
摺動部材を構成する上記のNi基合金は、時効処理によって変態を生じ、その際に変態による寸法収縮を生ずる。
それ故、摺動部材をリング本体に組み付けた時点で摺動部材とリング本体の組付孔内面との間に隙間が無かったとしても、時効時の変態による摺動部材の収縮によって、摺動部材とリング本体の組付孔内面との間に隙間が生じる場合もある。
そのような隙間が生じたままであると、使用時に相手部材から摺動部材に力が加わると、リング本体に対する摺動部材の接合が外れてしまう恐れがある。
【００３８】
しかるに請求項１のユニソンリングでは、リング本体と摺動部材との組付体が、組付状態で窒化処理されている。
従って、仮に摺動部材とリング本体の組付孔内面との間に隙間が生じた場合であっても、その隙間は組付孔表層の窒化により、即ち窒化層形成により自動的に埋めておくことができる（請求項３）。
これにより、摺動部材をリング本体の組付孔内面に密着状態とすることができ、リング本体と摺動部材との固着力を効果的に高めることができる。
【００３９】
上記摺動部材を構成する請求項１のNi基合金は、下記のグループＡ〜Ｄ
(Ａ)Ti，ZrおよびHfの１種または２種以上（２種以上の場合は合計で）：3.0％以下
(Ｂ)Nb，TaおよびＶの１種または２種以上（２種以上の場合は合計で）：3.0％以下
(Ｃ)Co：10％以下、Mo：10％以下および（または）Ｗ：10％以下、ただし、Mo＋0.5Ｗ：10％以下
(Ｄ)Cu：5％以下，Ｂ：0.015％以下、Mg：0.01％以下，Ca：0.01％以下及びＲＥＭ：0.1％以下の１種または２種以上
のうちの少なくとも何れか１つ若しくは２以上のグループの添加成分を更に含有する化学組成のものとしておくことができる（請求項２）。
これらの各化学組成のNi基合金は何れも特許文献３に記載のNi基合金に含まれるもので、何れも共通の特徴としてγ′相とCrを主体とするα相の複合析出によって強化されているものであり、耐熱性，耐食性と併せて高硬度，高温耐摩耗性を有するものであり、本発明における摺動部材として使用することができる。
【００４０】
以下にそのNi基合金における各合金成分の限定理由を詳述する。
Ｃ：0.1％以下、好ましくは0.08％以下
Ｃは溶製時に脱酸剤として作用するほか、粒界の強化に寄与する。熱処理により母材の硬さが増すようになるため、窒化処理の温度域で母材の硬さを上昇させるが、0.1％を超える添加は、鋳鉄との溶接時に溶融境界部の強度および靭性を低下させるばかりか、溶接部にピンホールの生成を助長する可能性が高くなる。好ましい含有量の上限値は0.08％である。
【００４１】
Si：2.0％以下
Siは溶製時に脱酸剤として作用する。添加すると母材の耐熱性および強度を増し、窒化処理で硬くなるが、多量の添加は、延性を悪化させるばかりか、Ｃと同様に溶接部にピンホールの生成を助長する可能性が高くなる。1.0％以下が好ましい。
【００４２】
Mn：2.0％以下
MnもSiと同様、脱酸剤として作用するが、Ｓの影響を軽減し、高温時の母材の脆化を防ぐのに有用である。しかし、過大な添加は、やはり強度および靭性の低下を招く。1.0％以下が好ましい。
【００４３】
Cr：35〜45％
Crは、窒化処理でＮと結合し、母材の硬化に寄与するばかりか、耐食性の向上にも寄与する元素である。また、α相を形成する主要な元素であり、α相がγ′相と複合析出することで高強度と高硬度が得られる点で、重要な元素である。これらの効果は、35％に満たない添加量では十分に得られず、一方、45％を超える添加は、加工性の低下を招くので、35〜45％とした。
【００４４】
Al：3.5〜4.5％
AlはCrと同様に窒化処理でＮと結合し、母材の硬化に寄与する。またγ′相を形成する重要な元素であり、更に耐高温腐食性の向上にも役立つ。この効果は3.5％に達しない添加では得られず、また添加量が4.5％を超えると加工性が悪くなる。
【００４５】
Ti，ZrおよびHfの１種または２種以上（２種以上の場合は合計で）：3.0％以下
Tiは、Cr，Alと同様に窒化処理でＮと結合し、母材の硬化に寄与する。また、Ti，Zr，Hfの３種の元素はγ′相を形成するAlと置換することによりγ′相の固溶強化に寄与し、合金の強度をさらに高める働きがあるから、Alと複合して添加すると良い。ただし、Alとの合計量が7％を超えると、加工性を悪くする。３種の元素のうちで、強度の向上に最も効果的なものはTiであり、その添加量の最適な範囲は2％以下である。ZrおよびHfには、結晶粒界に偏析して粒界を強化する効果もある。ZrおよびHfの添加量は、0.1％以下のところに最適範囲がある。
【００４６】
Co：10％以下、Mo：10％以下および（または）Ｗ：10％以下、Mo＋0.5Ｗ：10％以下
Coは、固溶強化により合金の強度を高める。γ′相の析出量を増大させる存在でもある。しかしCoは高価な材料であるから、多量の添加はコスト高となり、現実的な上限は、10％である。
MoおよびＷもまた、固溶強化により合金の強度を高める。Moには、高温時、結晶粒の粗大化を防ぐことや、引張り強さを増す効果がある。また、耐食性を向上させる働きもある。Mo＋0.5Ｗが10％を超えると、加工性や耐高温腐食性を損なう。MoもＷも高価な材料であり、多量の添加はコストに対して不利となる。
【００４７】
Cu：5％以下、Ｂ：0.015％以下、Mg：0.01％以下、Ca：0.01％以下およびＲＥＭ：0.1％以下の１種または２種以上
Cuは、冷間加工性を改善する。さらに耐硫酸腐食性を顕著に向上させる効果もある。多量の添加は、熱間加工性を損なうため、5％以内の添加に止めるべきである。
Ｂ，MgおよびCaは、いずれも熱間加工性を改善する。Ｂは、これに加えて結晶粒界に偏析して粒界を強化し、クリープ強度を高めるのにも役立つ。MgおよびCaは、溶解時に脱酸および脱硫を意図して添加することもある。いずれも過大な添加は、かえって熱間加工性を低下させる。そこで添加量の上限として、Ｂ：0.015％、MgおよびCa：0.01％とした。
ＲＥＭは、高温で使用する部品の耐酸化性を高める。しかし、熱間加工性にとっては好ましくないため、0.1％以下の添加とする。
【００４８】
上記ユニソンリングにおける外周側の係合溝と内周側の係合溝とのうち、外周側の係合溝は駆動アームと係合して駆動力を受ける部分で、内周側の係合溝に比べてより高い負荷が加わる。
従って本発明は、外周側の係合溝に適用して、その外周側の係合溝をNi基合金から成る摺動部材にて形成した場合に特に効果が高い（請求項４）。
【００４９】
本発明のユニソンリングにあっては、リング本体を、オーステナイト系ステンレス鋼，耐熱鋼，高クロム鋳鉄，ねずみ鋳鉄，ダクタイル鋳鉄のうちの何れかにて形成することができる（請求項５）。
【００５０】
次に請求項６，請求項７はユニソンリング用の摺動部材に関するもので、この摺動部材を用いることで本発明のユニソンリングを良好に構成することができる。
【００５１】
次に請求項８はユニソンリングの製造方法に関するもので、この製造方法では、摺動部材をリング本体に組み付けた後、摺動部材の時効処理を兼ねて組付体に対し窒化処理を行う。
このようにすれば、一工程の熱処理で摺動部材に対する時効処理と、摺動部材及びリング本体の組付体に対する窒化処理を併せて行うことができ、摺動部材付きユニソンリング製造に際しての製造工程数を節減し、ユニソンリングの製造性を高めることができる。
【００５２】
請求項９の製造方法は、摺動部材をリング本体に組み付けた後、その組付体を５２５℃〜６５０℃の窒化性ガス雰囲気中に２０〜９０時間保持することで窒化を行うと同時に摺動部材の時効処理を行い、リング本体の表層に厚さ５０μｍ以上で硬さ６００ＨＶ以上の窒化層を同時に形成する。
【００５３】
この請求項９の製造方法によれば、摺動部材をリング本体に組み付けた時点で、それらの間に微小な隙間が生じていた場合はもとより、時効処理時の変態により摺動部材が寸法収縮を起し、そのことにより摺動部材とリング本体（の組付孔内面）との間に隙間が生じた場合であっても、窒化によりその隙間において主としてリング本体側に形成される窒化層にてその隙間を埋めることが可能となる。
【００５４】
この場合において、時効処理時の摺動部材の変態による寸法収縮によって、摺動部材とリング本体との間に生じる隙間を、窒化層厚みの増大により埋めるに必要な時間まで窒化処理を続行するようになすことができ（請求項１０）、このようにすることで容易に上記の隙間を自動的に且つ良好に埋めて最終的に摺動部材の外面と組付孔内面とを十分に密着状態とし易い。
【００５５】
本発明の製造方法では、上記の組付孔を、リング本体を板厚方向に貫通して設け、そしてその組付孔に摺動部材を圧入して嵌合させ、その後摺動部材をリング本体に溶接にて接合し組み付けた後に、摺動部材に対する機械加工を行って、その後上記の時効処理を兼ねた窒化処理を行うようになすことができる（請求項１１）。
【００５６】
摺動部材をリング本体に組み付けるにあたっては、組付孔をリング本体の板厚方向に貫通して設け、そこに摺動部材を板厚方向に圧入して嵌合し、組み付けるようにするのが好適な方法である。
但しこの場合には次のような問題が生ずる。
係合溝は開口部を有するものであり、従って当然に組付孔も同じ側に開口部を有する形状となる。
この場合、締め代（圧入代）を大きく取って、強い圧入力で摺動部材を組付孔に圧入することが、リング本体に対する摺動部材の組付強度を高め得て好都合であると考えられる。
【００５７】
ところがそのような大きな締め代、強い圧入力で摺動部材を組付孔に圧入する場合、開口部の側では摺動部材の圧入に対する抵抗が他の部分に較べて部分的に弱くなるために、摺動部材の圧入時において、摺動部材の軸線が圧入方向に対して傾いてしまい、摺動部材の圧入側の先端のコーナー部が組付孔の内面にある角度をもって当ってしまう。即ち摺動部材の先端のコーナー部による組付孔内面に対するかじりの現象が生じ、摺動部材を予定した位置まで組付孔内に圧入することが難しくなる。即ち摺動部材を組付孔に良好に圧入できなくなる。
従って摺動部材を組付孔に圧入するに際しては締め代を小さくし、圧入力を弱くして圧入せざるを得ない。
【００５８】
ところがそのようにすると、時効時の摺動部材の変態による寸法収縮によって、摺動部材とリング本体との間に隙間が生じ易く、またその隙間が大きくなり易い。
【００５９】
しかるに本発明では、時効処理を兼ねた窒化処理によってその隙間を埋めることができるため、そうした不都合を回避できる。
即ち本発明では、摺動部材を少ない締め代で軽く圧入することが可能なのであり、そのため圧入性が良好で、ひいては摺動部材の組付性、ユニソンリングの製造性を高めることができる。
【００６０】
請求項１１の製造方法では、摺動部材をリング本体に圧入し嵌合させた後において、摺動部材をリング本体に溶接にて接合し、その後において摺動部材に対し機械加工を行う。
このとき、摺動部材は溶接にてリング本体に固定してあるために、摺動部材に対する機械加工を良好に行うことができる。
請求項１１の製造方法では、その後において組付体に対する窒化処理を行う。つまり摺動部材に対する機械加工を、時効処理前の軟らかい状態で行う。これにより摺動部材に対する加工を容易に行うことができる。
またその後において時効処理を行うことで、摺動部材に所要の硬度を発現させることができる。
【００６１】
本発明の製造方法では、上記の溶接としてレーザー溶接を好適に採用することができる（請求項１２）。
そしてそのレーザー溶接により、溶接時の熱影響部を狭い範囲に限定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】Ni基合金製の摺動部材とＳＵＳ３１０Ｓ製の相手部材の硬さ分布を比較して示した図である。
【図２】本発明の一実施形態のユニソンリングを含む可変ノズル機構を示した図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】図２のユニソンリングの斜視図である。
【図５】可変ノズル機構におけるインターナルクランクをその周辺部品とともに示した図である。
【図６】同実施形態における摺動部材を単体及び組付状態で示した図である。
【図７】同実施形態におけるリング本体への摺動部材の組付けの要部工程の説明図である。
【図８】時効処理による摺動部材の寸法変化を示したグラフである。
【図９】本発明の他の実施形態の図である。
【図１０】図９のユニソンリングの斜視図である。
【図１１】実施例における摩耗試験方法の説明図である。
【図１２】窒化処理時間と各種材料の丸棒軸径増加量との関係を示した図である。
【図１３】ターボチャージャの一般的な構造を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
次に本発明の実施形態を以下に詳しく説明する。
図２は、可変容量型ターボチャージャにおける一例としての可変ノズル機構２４を示している。
図に示しているように可変ノズル機構２４は、図示を省略するタービンホイールに沿ってその外周側に等間隔で配置された複数のノズルベーン２６を有している。
これら複数のノズルベーン２６は、隣接するノズルベーン２６間にノズル孔を形成し、タービンホイールに向う排ガスを、そのノズル孔を通過して流通させる。
ノズルベーン２６のそれぞれは、これと一体に回転する軸２８において、一対のノズルリング３０に回転可能に取り付けられ、保持されている。
ここで一対のノズルリング３０は、ピン３２によって一定間隔に保持され、その状態でタービンケーシングに固定されている。そしてこれら一対のノズルリング３０の間に、上記のノズルベーン２６がそれぞれ回転可能に配置されている。
【００６４】
一方のノズルリング（図中左側のノズルリング）３０の外面側には、ノズルベーン２６を回動させるためのユニソンリング３４が配置されている。
ユニソンリング３４は、ローラ３６によって回転可能に支持されている。
このユニソンリング３４の外周側には係合溝３８が設けられている。
【００６５】
そしてその外周側の係合溝３８に、ユニソンリング３４を駆動するインターナルクランク４２の駆動側アーム４６が挿入され、摺動可能に係合せしめられている。
ここで係合溝３８は、ユニソンリング３４の外周面で開口しており、インターナルクランク４２の駆動側アーム４６はその開口部を通じて係合溝３８内に挿入されている。
尚、インターナルクランク４２は、図５に示しているようにセンターハウジング４８により回動可能に保持されており、駆動側アーム４６とは反対側のアームにおいて駆動機構に連結されている。
【００６６】
ユニソンリング３４にはまた、内周側に複数の係合溝４０が周方向に等間隔で設けられている。
これら内周側の係合溝４０は、それぞれがユニソンリング３４の内周面で開口した形状をなしている。
【００６７】
図２（Ｃ）に示しているように、ノズルベーン２６と一体に回転する軸２８は、図中左端側が一方のノズルリング３０を貫通して突き出しており、その突き出した端部に対して、ベーンアーム４４がノズルベーン２６と一体回転状態に固定されている。
そして各ノズルベーン２６に固定されたそれぞれのベーンアーム４４が、ユニソンリング３４における上記の内周側の係合溝４０に開口部から挿入され、係合せしめられている。
【００６８】
この例の可変ノズル機構２４では、インターナルクランク４２の駆動側アーム４６が、図２（Ａ）において左右方向に所定角度回動（揺動）することで、ユニソンリング３４がその回動角度に対応した角度で回動せしめられる。
そしてそのユニソンリング３４の回動によって、従動側のベーンアーム４４が回動せしめられる。即ちそのベーンアーム４４の回動によってノズルベーン２６が回動せしめられ、これによってノズルベーン２６の翼角が変化することで、隣接するノズルベーン２６間のノズル孔の開度が変更され、調節される。
【００６９】
可変ノズル機構２４は、高温無潤滑等の厳しい条件下で使用されるため、ユニソンリング３４の外周側の係合溝３８と内周側の係合溝４０、とりわけ駆動側となる外周側の係合溝３８には高負荷が加わるために、高い耐高温摩耗性が求められる。
そこでここではユニソンリング３４が、図４に示すリング本体５０と、これとは別体をなす図２，図３及び図６の摺動部材５２とで構成されている。
【００７０】
リング本体５０には、図６の拡大図に示しているように係合溝３８の配置位置において、リング本体５０の板厚方向に貫通した組付孔５４が設けられており、そこに摺動部材５２が嵌め込まれ、接合により一体化されることで、かかる摺動部材５２によって上記の係合溝３８が形成されている。
ここで摺動部材５２にはNi基合金が用いられている。
詳しくは、多量のCrを含有し、γ′相とCrを主体とするα相の複合析出により強化された耐熱性，耐食性を有する高強度，高耐摩耗性のNi基合金が用いられている。
【００７１】
このNi基合金はＣ：≦0.1％，Si：≦2.0％，Mn：≦2.0％でCr：35〜45％，Al：3.5〜4.5％，残部Ni及び不可避的不純物の化学組成を有している。
但し下記のグループＡ〜Ｄ
(Ａ)Ti，ZrおよびHfの１種または２種以上（２種以上の場合は合計で）：3.0％以下
(Ｂ)Nb，TaおよびＶの１種または２種以上（２種以上の場合は合計で）：3.0％以下
(Ｃ)Co：10％以下、Mo：10％以下および（または）Ｗ：10％以下、ただし、Mo＋0.5Ｗ：10％以下
(Ｄ)Cu：5％以下，Ｂ：0.015％以下、Mg：0.01％以下，Ca：0.01％以下及びＲＥＭ：0.1％以下の１種または２種以上
のうちの少なくとも何れか１つ若しくは２以上のグループの添加成分を更に含有する化学組成のものであっても良い。
【００７２】
一方リング本体５０には、通常使用されている、オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３１０ＳやＳＵＳ３１６Ｌ，耐熱鋼ＳＵＨ６６０，高クロム鋳鉄，ねずみ鋳鉄，ダクタイル鋳鉄等を用いることができる。
これらは何れも表層に厚みの厚い窒化層を形成することが可能で、リング本体５０として使用可能である。
但し高温環境下で使用されることを考慮すれば、耐熱性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼，耐熱鋼，高クロム鋳鉄等を用いることが望ましい。
【００７３】
摺動部材５２を構成するNi基合金の線膨張係数は、６００℃までで１３．６×１０−６／Ｋ程度であり、通常使用されているねずみ鋳鉄，ダクタイル鋳鉄等上記の材料は線膨張係数が１２〜１４×１０−６／Ｋ程度なので、これらは摺動部材と組み合せて使用可能である。
【００７４】
尚、ねずみ鋳鉄はＪＩＳ  Ｇ  ５５０１に規定されている各種のＦＣが、またダクタイル鋳鉄はＪＩＳ  Ｇ  ５５０２に規定されている各種ＦＣＤが何れも適用できる。
また高クロム鋳鉄は、質量％でＣ：1〜1.4％，Si：1.8〜2.1％，Mn：0.6％以下，Mo：2〜2.5％，Cr：33〜35％，Ni：0.5％以下，残部Feおよび不可避的不純物から成る組成としておくことが望ましい。
尚この実施形態において、リング本体５０は窒化処理により表層が硬化せしめられて使用される。
従ってその表層の硬さは８００〜１２００ＨＶの高硬度となる。
【００７５】
上記インターナルクランク４２は、一般にオーステナイトステンレス鋼ＳＵＳ３１０Ｓが使用される。
このインターナルクランク４２もまた窒化処理されて使用される。従ってその表層の硬さは、リング本体５０と同様の高硬度のものである。
但しこのインターナルクランク４２においても、リング本体５０に用いる上記の種々の材料を使用し、表層を窒化処理したものを用いることができる。
【００７６】
上記リング本体５０への摺動部材５２の組付け及び接合による一体化は、次のようにして行うことができる。
先ずリング本体５０には、予め係合溝３８の配置位置において、リング本体５０を板厚方向に貫通する組付孔５４を設けておく。
その組付孔５４は、図７（Ａ）に示すように開口部５６を含んだ形状となる。ここでは組付孔５４は、開口部５６を除いた部分が部分円形状となるようにしておくことが望ましい。
【００７７】
一方摺動部材５２は、組付時には円柱形状としておくことが望ましい。そしてこの円柱形状の摺動部材５２（固溶化熱処理したもの）を、組付孔５４に対してリング本体５０の板厚方向に圧入し、嵌合させる。
このとき、リング本体５０が開口部５６側で変形し易く、摺動部材５２に対する保持力が低下してしまうことを考えれば、摺動部材５２を大きな締め代（圧入代）、例えば６０μｍ程度の締め代に設定し、圧入することが望ましいと考えられるが、実際にそのような大きな締め代で摺動部材５２を強い圧入力で組付孔５４に圧入しようとすると、上手く摺動部材５２を組付孔５４に圧入することができない。
【００７８】
図７（Ａ）において、摺動部材５２を組付孔５４に圧入する際、開口部５６側での圧入抵抗が他の部分よりも小さく、組付孔５４の圧入抵抗が不均等となるために、圧入時に摺動部材５２が図７（Ｂ）に示しているように傾いてしまう。
即ちその軸線が組付孔５４の中心軸線に対し傾いてしまう。そしてそのことによって、摺動部材５２の先端のコーナー部（ここでは先端のコーナー部は面取りされ、テーパ形状とされている）が組付孔５４の内面に当り、かじりを起してしまう。
そうなると摺動部材５２を規定寸法まで組付孔５４内に十分に圧入することができなくなる。
そこで締め代を軽く圧入することが可能な１５μｍ程度かそれよりも緩くなる寸法としておくことが考えられる。
【００７９】
但しそのようにすると、上記のかじりの問題は改善できるものの、かなり緩い嵌め合い寸法となることで、後に溶接にて接合した上で摺動部材５２を機械加工する際に、摺動部材がスリップしてしまい、溶接部に割れを生ぜしめてしまう恐れがある。
従って圧入の際の締め代としては４０〜３０μｍ程度の締め代としておくことが望ましい。
但しそのようにすると、後の時効処理を兼ねた窒化処理の際に摺動部材５２とリング本体５０（における組付孔５４内面）との間に隙間が生じてしまうことがある。この点については後に詳述する。
【００８０】
さて以上のようにして図７（Ａ）の摺動部材５２を組付孔５４に圧入し嵌合させたところで、次に摺動部材５２をリング本体５０に溶接して接合し、一体化する。
その溶接手法としてはＴＩＧ溶接，レーザー溶接等が好適である。とりわけ溶接熱の影響を狭い範囲に限定できる点でレーザー溶接が特に好適である。
【００８１】
尚、ユニソンリングのリング本体５０の材料として鋳鉄を用いた場合、溶接部の白銑、マルテンサイト生成による脆化や冷間溶接を可能とする等の溶接に関係する問題を改善するために、高Ni系の溶加材を用いるのが一般的であるが、ここでは摺動部材５２がNi基合金であるため、溶加材を用いなくても良好に溶接できる利点がある。
【００８２】
尚、溶接個所は溶接時の変形を少なくするため、図６（Ｂ）に示した太線部とすることが好ましいが、嵌合する形状により、溶接範囲は適切に設定することができる。
また溶接は摺動部材５２の軸方向両端側で行っても、片端側だけで行っても良いが、応力集中の緩和という観点からは片端側のみとすることが好ましい。
尚溶接は連続して行っても、点状に行っても良い。
【００８３】
上記の溶接を行った後において、リング本体５０及び摺動部材５２に対する機械加工を行う。
そしてこの機械加工によって、図６に示すようにリング本体５０における組付孔５４の開口部形状を整形し、また摺動部材５２に対して係合溝３８を形成する。係合溝３８の形状としては、横断面Ｕ字形状としておくことが望ましい。但し他の形状とすることももちろん可能である。
【００８４】
しかる後、この実施形態では摺動部材５２とリング本体５０との組付体に対して、摺動部材５２の時効処理を兼ねた窒化処理を行う。
ここで問題となるのが、時効処理の際に摺動部材５２が変態することにより寸法収縮し、場合によってリング本体５０との間に隙間を生じることがある点である。
即ち上記化学組成のNi基合金から成る摺動部材５２は、時効処理時の変態に伴って寸法収縮を生じる。
【００８５】
因みに、図８はφ１０×５０ｍｍの試験片に対して各種温度で時効処理を１６ｈｒ行ったときの寸法変化を示している。
図中横軸は処理温度を、縦軸は固溶化熱処理後の状態即ち固溶化熱処理ままの状態をゼロとしたときの寸法の変化率（収縮率）を示している。
図に示しているようにNi基合金の場合、時効処理によって寸法が−0.40％程度変化（収縮）する。尚この寸法変化は径方向の寸法変化率である。
【００８６】
摺動部材５２を図７（Ａ）の組付孔５４に圧入する際の締め代を３０〜４０μｍ程度の小さな締代としたとき、時効処理の際の摺動部材５２の寸法収縮によって、リング本体５０との間に隙間を生ぜしめてしまう恐れが生ずる。
而してそのような隙間を生じたままユニソンリング３４を使用に供したとき、係合溝３８に対して駆動側アーム４６から加わる力が溶接部で受けられてしまい、そこに応力が集中してしまうことが懸念される。
【００８７】
しかるに本実施形態では、時効処理を兼ねた窒化処理の条件を適正に設定することで、このような問題点を解消することが可能である。
即ちこの実施形態では、摺動部材５２とリング本体５０との組付体の全体を窒化性ガス雰囲気温度に保持し、時効処理と窒化処理とを一工程で済ますことが特徴の１つであり、またその際に窒化により隙間を埋めることが別の大きな特徴の１つである。
【００８８】
金属が窒化されるということは、窒化性ガスにさらされている金属表面組織へ窒素元素が拡散して行く現象であり、金属表層の硬度が上るというだけでなく、窒素元素が金属組織に侵入することにより、侵入した分だけ体積が増すことから、リング本体５０の表面の厚みが増すこととなる。つまり組付孔５４内面が窒化層形成により摺動部材５２側に移行することとなる。換言すれば、窒化層の形成により組付孔５４の孔径が小径化することとなる。
よって時効完了後に隙間が生じてしまうことがあったとしても、窒化深さや窒化処理時間等調整して、上記現象を積極的に活用することで、生じた隙間を埋めて溶接部への応力集中を回避することが可能である。
【００８９】
時効処理と窒化処理とを一工程で済ませる場合、各々の処理が完了する時間の差が重要となる。
Ni基合金から成る上記摺動部材５２は、５２５℃以上６５０℃以下のガス窒化雰囲気温度中であれば、１６時間程度で時効による収縮は完了する。
そこで窒化処理時間を２０時間以上とすることで、生じた隙間をその後に生じた窒化による窒化層の厚みの増大によって埋めることが可能となる。
但し９０時間を超えての窒化処理時間では、生産効率は低くなるばかりか、過剰な時効処理が行われてしまうことでNi基合金の内部硬度が低下してしまうため、窒化時間の上限については９０時間としておくことが望ましい。
【００９０】
尚この実施形態では、時効処理を兼ねた窒化処理の温度の下限を５２５℃とし、また上限を６５０℃としておくことが望ましい。
処理温度が下限温度よりも低くなると、窒化処理を良好に行うことが難しく、また処理温度が上限温度を超えてしまうと、Ni基合金が過時効状態となって内部硬さが低下してしまい、ひいてはNi基合金から成る摺動部材の耐摩耗特性が低下してしまう。
【００９１】
尚、以上ではユニソンリング３４における外周側の係合溝３８だけを摺動部材５２にて形成しているが、図９及び図１０に示しているように内周側の係合溝４０についても、リング本体５０に摺動部材５２を組み付けて接合一体化し、その摺動部材５２にて係合溝４０を形成することも可能である。
また場合によって外周側の係合溝３８をリング本体５０にて形成し、内周側の係合溝４０だけを摺動部材５２にて形成するといったことも可能である。
【実施例】
【００９２】
（実施例１）
表１に示す化学組成の発明例１〜５の５種の合金と、比較例６〜１０の５種の合金を真空誘導炉にて溶製し、各５０ｋｇのインゴットに鋳造した。鋳造したインゴットから圧延工程を経てφ１２．６ｍｍの丸棒とした。その後φ１２．０４×９．５ｍｍの円柱形状の摺動部材とし、軸方向片側に端面から１ｍｍまで５°のテーパ加工を施した。
尚表１中の各元素の数値は、合金に含有される各元素の質量％である。
また比較例１１，１３においては、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６Ｌの棒材から摺動部材を同形状に仕上げた。
尚比較例１２では、ＳＵＳ３１０Ｓにてユニソンリング全体を構成した。即ち摺動部材の組付けを行わないで、リング本体そのものに係合溝を設けてユニソンリングとした。係合溝の形状，寸法は発明例及び他の比較例の摺動部材の係合溝と同じである。
【００９３】
【表１】
2015010512.tif 000003
【００９４】
以下にリング本体と摺動部材との組付体であるユニソンリングの製作工程について説明する。
ユニソンリングのリング本体はＳＵＳ３１０Ｓの板材からファインブランキングプレスにて製作した。組付孔の孔径は、プレス後に機械加工にてφ１２．０１ｍｍとした。
そしてそこに円柱形状の摺動部材を圧入し、その後摺動部材の軸方向の片側のみ、図６の太線部で示す部分、即ち組付孔の底部側の部分をレーザー溶接し、摺動部材をリング本体に接合し一体化した。
その後ユニソンリングにおけるリング本体の全周と摺動部材を切削加工し、摺動部材を所定の形状（横断面略Ｕ字状）とした後に、バレル研磨により表面調整をして仕上げた。
【００９５】
その後洗浄と一般的なステンレス表面の活性化処理を施した上で、リング本体と摺動部材との組付体即ち摺動部材付きのユニソンリングを窒化炉内に投入し、時効処理と窒化処理とを窒化炉内で同時に行った。尚窒化性ガスはアンモニアガスとし、窒化雰囲気ガス温度を５９０℃，窒化処理時間を４８ｈｒとした。
尚比較例１２では、ＳＵＳ３１０Ｓの板材からのファインブランキングプレスにて係合溝付きのユニソンリング（つまり摺動部材を備えていないユニソンリング）を製作した。窒化条件は上記と同様とした。
【００９６】
摺動部材の窒化処理後の表面の硬度は、発明例で９３０〜９８０ＨＶ（室温での硬度、以下同様）であり、拡散層は７μｍ程度、また窒化処理後の内部硬度は６５０〜６６０ＨＶの範囲にあった。
また比較例６〜１０の摺動部材の窒化処理後の表面の硬度は８００〜８４０ＨＶであり、拡散層は５μｍ程度、窒化処理後の内部高度は４３０〜４７０ＨＶの範囲であった。
一方比較例１１のＳＵＳ３０４製の摺動部材では、窒化処理後の表面の硬度は１０４０ＨＶ、拡散層は１９０μｍ程度、内部硬度は１８０ＨＶ程度であった。
また比較例１３のＳＵＳ３１６Ｌ材から成る摺動部材では、窒化処理後の表面の硬度は１０２０ＨＶ、拡散層は１６０μｍ程度、内部硬度は１６０ＨＶ程度であった。
尚発明例１〜５，比較例６〜１１，１３のＳＵＳ３１０Ｓ製のリング本体及び比較例１２のユニソンリングでは、窒化処理後の表面の硬度は１１００ＨＶ，拡散層は７０μｍ程度，内部硬度は２３０ＨＶ程度であった。
【００９７】
また相手部材となるインターナルクランクはＳＵＳ３１０Ｓの棒材から鍛造によって成形し、後述する治具への固定側を切削した後、ユニソンリングのリング本体と同様の条件にて窒化処理を施し完成させた。
インターナルクランクの窒化処理後の表面の硬度は平均１０８０ＨＶ、窒化の拡散層深さは平均８０μｍ、窒化処理後の内部硬度は１７０〜３１０ＨＶの範囲であった。
窒化処理後の部品表面、特に摺動部材表面にフレーキング等の初期的異常がないかを目視観察した結果、表面性状に異常は認められなかった。
【００９８】
以上の発明例，比較例のものについて、図１１に示す装置にて摩耗試験を行った。ここではユニソンリング３４をボルト６８により駆動側治具６２の台座６４に固定した。
また固定側治具７０に、ユニソンリング３４の駆動用のアーム７１を取り付けて、これをユニソンリング３４の外周側の係合溝３８に摺動可能に係合させた。
ここでアーム７１は、ねじりばね機構７２に繋がる取付軸７４に取り付けてある。アーム７１はねじりばね機構７２によって取付軸７４の軸線周りに回動可能に保持されている。
尚７６はベアリング、７８はねじりばね機構７２の保持部である。
【００９９】
この摩耗試験では、アーム７１が片側４°両側で８°揺動するように駆動側治具６２を往復回動運動させ、アーム７１の先端を係合溝３８に対し接触状態で摺動運動させた。
アーム７１を保持した取付軸７４にかかるトルクは最大で７０Ｎとしてあり、周波数を２Ｈｚに設定して連続作動させ、30，60，90，120時間経過時点で摺動部材の摩耗状態を確認した。
尚アーム７１は各試験体の換装時に新品に交換している。
【０１００】
摩耗試験による摩耗状態の確認結果を表２に示した。
尚この摩耗試験では、発明例，比較例それぞれについて図６の係合溝３８における一対の溝壁面３８ａの摩耗量を測定した。
詳しくは、一対の溝壁面３８ａそれぞれについて、位置の異なった３個所、合計で６個所の摩耗深さを測定し、それらの平均値をとって摩耗量を評価した。表２中の摩耗量の数値はその平均値を示している。
【０１０１】
【表２】
2015010512.tif 000004
【０１０２】
（実施例２）
次に摺動部材とユニソンリングにおけるリング本体との溶接性について試験した結果を述べる。
試験体としての摺動部材は、実施例１で製作した発明例１〜５，比較例６〜１３のものを用意した。
またユニソンリング側の素材即ちリング本体は、ねずみ鋳鉄，ダクタイル鋳鉄，高クロム鋳鉄，ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１０Ｓ，ＳＵＳ３１６Ｌの６種からそれぞれ製作した。表３にそれぞれの化学組成が示してある。
摺動部材の形状については図７の円柱形状としてあり、溶接はレーザー溶接にて溶加材を使用せずに行った。溶接は溶け込み深さが０．２ｍｍとなるように設定した。
【０１０３】
【表３】
2015010512.tif 000005
【０１０４】
レーザー照射位置は図７（Ｄ）の断面図に示した位置とし、溶接条件は以下のように設定した。
溶接出力：５２０Ｗ
照射角度：６０度
溶接速度：４２０ｍｍ／ｓ
シールドガス：アルゴン
ガス流量：１０Ｌ／ｍｉｎ
評価基準は、溶加材を使用せずに溶接した際、溶接ビード部に割れが生じるか否かとした。
○：割れの発生なし，△：一部で割れ発生，×：割れが発生した
試験結果が表４に示してある。
【０１０５】
【表４】
2015010512.tif 000006
【０１０６】
Ni基合金から成る発明例１〜５の摺動部材については、ねずみ鋳鉄，ダクタイル鋳鉄，高クロム鋳鉄，ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１０Ｓ，ＳＵＳ３１６Ｌの何れの材料との組み合わせにおいても、溶加材無しで良好に溶接を行うことができた。
【０１０７】
（実施例３）
実施例１の発明例５の合金と既知の上記組成のオーステナイト系ステンレス鋼のＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１０Ｓ，ＳＵＳ３１６Ｌ材の４種について窒化時間と寸法変化の確認試験結果を行った。
何れについても圧延工程を経て得られたφ１４ｍｍの丸棒から、センターレス加工にてφ１３．４ｍｍの外径まで研磨して各４個ずつ作製した。
試験片は、それぞれ窒化処理前に外径をマイクロメータで測定しておき、窒化処理後の外径を測定した結果から変化量を求めている。
窒化処理条件は実施例１と同じ条件としているが、窒化処理時間だけを変更し、２０ｈｒ，４０ｈｒ，６０ｈｒ，９０ｈｒの４水準として各１個を投入して確認した。試験結果を図１２に示した。
【０１０８】
図１２の結果から、発明例５のNi基合金の場合には、窒化処理時間を２０〜９０ｈｒまで変化させても軸径増加量はほとんど変化がないのに対して、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１０Ｓ，ＳＵＳ３１６Ｌの各鋼種については、窒化処理時間を長くすることで軸径増加量が時間の経過とともに増大することが見て取れる。
以上の結果から、時効処理による摺動部材の寸法収縮により、摺動部材とリング本体との間に隙間が生じた場合であっても、窒化処理時間を選択することで、その隙間を埋め得ることが理解できる。
【０１０９】
以上本発明の実施形態，実施例を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
２４  可変ノズル機構
２６  ノズルベーン
３４  ユニソンリング
３８，４０  係合溝
４６  駆動側アーム
５０  リング本体
５２  摺動部材
５４  組付孔
【図１】
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【図２】
2015010512.tif 000008
【図３】
2015010512.tif 000009
【図４】
2015010512.tif 000010
【図５】
2015010512.tif 000011
【図６】
2015010512.tif 000012
【図７】
2015010512.tif 000013
【図８】
2015010512.tif 000014
【図９】
2015010512.tif 000015
【図１０】
2015010512.tif 000016
【図１１】
2015010512.tif 000017
【図１２】
2015010512.tif 000018
【図１３】
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