(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪（１）及び内輪（２）とその間の静翼列（３）とからなるタービンノズルであって、該タービンノズルは、周方向に分割された複数のノズルセグメント（４）からなり、該ノズルセグメントは、外輪を分割した外輪セグメント（１ａ）と、内輪を分割した内輪セグメント（２ａ）と、その間に一体成形された単一の静翼（３ａ）とからなるタービンノズルの製造方法であって、
静翼の迎え角が異なる複数スペックのタービンノズルを製造する場合に、周方向に隣接する前記ノズルセグメントの前記外輪セグメント同士の分割面、および該ノズルセグメントの前記内輪セグメント同士の分割面を、前記静翼の複数の迎え角にそれぞれ対応した複数の面に加工するとともに、タービンノズルの軸方向における、前記内輪セグメントの端面を前後面とし、前記内輪セグメントの前記前後面を、前記静翼の複数の迎え角にそれぞれ対応した複数の面に加工する、ことを特徴とするタービンノズルの製造方法。
【請求項２】
前記ノズルセグメント（４）を静翼（３ａ）を基準にして所定の治具（６）に固定し、該治具を５軸加工機に取り付けて、前記ノズルセグメントを、静翼の複数の迎え角にそれぞれ対応した複数の位置に位置決めし、前記分割面（５）及び前記前後面を、前記静翼の複数の迎え角にそれぞれ対応した複数の面に加工する、ことを特徴とする請求項１に記載のタービンノズルの製造方法。
【請求項３】
前記ノズルセグメント（４）を治具（６）に固定したまま、３次元計測機で加工精度を計測し、次いで５軸加工機に再取り付けして計測結果に基づく補正加工を行う、ことを特徴とする請求項２に記載のタービンノズルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸流ターボチャージャーのタービンノズルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸流ターボチャージャーは、軸流タービンと圧縮機が同軸に構成された過給機であり、エンジン（内燃機関）の排気ガスがタービンノズルを通して軸流タービンに供給されて、これを回転駆動し、その駆動力で圧縮機を駆動して給気を加圧してエンジンへ過給するようになっている。そのため、タービンノズルは高温ガスに晒されるため、例えばニッケルベースの超耐熱合金製である。また、タービンノズルは従来，一体の精密鋳造で作られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特に大型の軸流ターボチャージャーでは、そのタービンノズルも大型となり、例えば、最大直径が５００ｍｍ以上にも達する。そのため、超耐熱合金の一体精密鋳造に適した大型で高価な鋳造用金型が必要であった。
【０００４】
また、タービンノズルは、外輪及び内輪とその間の静翼列からなり、静翼列を構成する複数の静翼の角度（迎え角）を種々に変化させることにより、ノズルの向きとスロートが変化する。そのため、軸流ターボチャージャーの用途（適用エンジン）やその運転条件に対応させるために、静翼の迎え角を変えた複数（例えば８スペック）のタービンノズルが必要となり、鋳造用金型のコストが大幅（複数倍）に増大してしまう問題点があった。
【０００５】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、直径が５００ｍｍ以上にも達する大型のタービンノズルに適用することができ、かつ静翼列の迎え角を複数スペックに対応させることができ、しかも鋳造用の金型コストを従来の単一の金型より大幅に低減することができるタービンノズルの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
参考例によれば、外輪（１）及び内輪（２）とその間の静翼列（３）とからなるタービンノズルであって、該タービンノズルは、周方向に分割された複数のノズルセグメント（４）からなり、該ノズルセグメントは、外輪を分割した外輪セグメント（１ａ）と、内輪を分割した内輪セグメント（２ａ）と、その間に一体成形された単一の静翼（３ａ）とからなる、ことを特徴とするタービンノズルが提供される。
【０００７】
上記参考例の構成によれば、タービンノズルが周方向に分割された複数のノズルセグメント（４）からなるので、直径が５００ｍｍ以上にも達する大型のタービンノズルに適用しても小型のノズルセグメントを複数製作すればよく、鋳造用の金型コストを大幅に小型にできる。また、各ノズルセグメントが、外輪セグメント（１ａ）と内輪セグメント（２ａ）とその間に一体成形された単一の静翼（３ａ）とからなるので、その分割面（５）を静翼の複数の迎え角に対応した面に加工するだけで、小型かつ単一の金型で、静翼列の迎え角を複数スペックに対応させることができる。
【０００８】
また、本発明によれば、外輪（１）及び内輪（２）とその間の静翼列（３）とからなるタービンノズルであって、該タービンノズルは、周方向に分割された複数のノズルセグメント（４）からなり、該ノズルセグメントは、外輪を分割した外輪セグメント（１ａ）と、内輪を分割した内輪セグメント（２ａ）と、その間に一体成形された単一の静翼（３ａ）とからなるタービンノズルの製造方法であって、静翼の迎え角が異なる複数スペックのタービンノズルを製造する場合に、周方向に隣接する前記ノズルセグメントの前記外輪セグメント同士の分割面、および該ノズルセグメントの前記内輪セグメント同士の分割面を、前記静翼の複数の迎え角にそれぞれ対応した複数の面に加工するとともに、タービンノズルの軸方向における、前記内輪セグメントの端面を前後面とし、前記内輪セグメントの前記前後面を、前記静翼の複数の迎え角にそれぞれ対応した複数の面に加工する、ことを特徴とするタービンノズルの製造方法が提供される。
【０００９】
この製造方法により、単一の金型で製造したノズルセグメント（４）の分割面（５）及び前後面を静翼の複数の迎え角に対応した複数の面にそれぞれ加工するだけで、静翼列の迎え角を複数スペックに対応させることができ、必要な金型数を大幅に低減（例えば１つだけに）することができる。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記ノズルセグメント（４）を静翼（３ａ）を基準にして所定の治具（６）に固定し、該治具を５軸加工機に取り付けて、前記ノズルセグメントを、静翼の複数の迎え角にそれぞれ対応した複数の位置に位置決めし、前記分割面（５）及び前記前後面を、前記静翼の複数の迎え角にそれぞれ対応した複数の面に加工する。
【００１１】
この方法により、単一の治具（６）を用いて、５軸加工機で静翼の複数の迎え角に対応した複数の位置にノズルセグメントを位置決めできるので、同一の治具で分割面（５）及び前後面を複数の面にそれぞれ加工することができ、必要な治具数を最小限（低減（例えば１つだけに）することができる。
【００１２】
また、前記ノズルセグメント（４）を治具（６）に固定したまま、３次元計測機で加工精度を計測し、次いで５軸加工機に再取り付けして計測結果に基づく補正加工を行う。
この方法により、同一の治具を用いて、加工と検査を繰り返すことができ、治具へのノズルセグメントの取付／取り外し、及び治具自体の位置決めのやり直しをなくし、加工効率と加工精度を高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１４】
図１は、参考例のタービンノズルの全体正面図であり、図２（Ａ）は、図１のＡ−Ａ線における断面図、図２（Ｂ）はそのＢ−Ｂ線における断面図である。図１及び図２に示すように、参考例のタービンノズル１０は、外輪１及び内輪２とその間の静翼列３とからなる。すなわち、このタービンノズル１０は、図２に破線の矢印で示すように、エンジン（内燃機関）の排気ガス７を図示しない軸流タービンに供給して回転駆動し、その駆動力で圧縮機を駆動して給気を加圧してエンジンへ過給するようになっている。
【００１５】
また、図１及び図２に示すように、このタービンノズル１０は、周方向に分割された複数のノズルセグメント４からなる。この例では、２４個のノズルセグメント４は、タービンノズル１０の軸線に対して傾斜した分割面５で周方向に１５°毎に分割されている。図１に単一のノズルセグメント４をハッチングで示す。
【００１６】
このノズルセグメント４は、外輪１を分割した外輪セグメント１ａと、内輪２を分割した内輪セグメント２ａと、その間に一体成形された単一の静翼３ａとからなる。また、図２（Ａ）に示すように、各ノズルセグメント４の内輪セグメント２ａには、軸方向に貫通する取付孔２ｂが設けられており、この孔を通る締結金具８（例えば、ボルト）により、各ノズルセグメント４を内側に位置するノズルリング９に取付け、全体のタービンノズル１０を組み立てるようになっている。
【００１７】
上述した構成によれば、タービンノズルが周方向に分割された複数のノズルセグメント４からなるので、直径が５００ｍｍ以上にも達する大型のタービンノズルに適用しても小型のノズルセグメントを複数製作すればよく、鋳造用の金型コストを大幅に小型にできる。また、各ノズルセグメント４が、外輪セグメント１ａと内輪セグメント２ａとその間に一体成形された単一の静翼３ａとからなるので、その分割面５を静翼３ａの複数の迎え角に対応した面に加工するだけで、小型かつ単一の金型で、静翼列の迎え角を複数スペックに対応させることができる。
【００１８】
図３（Ａ）は、タービンノズル１０を構成するノズルセグメント４の側面図であり、図３（Ｂ）はそのＣ−Ｃ矢視図である。また、図４は、静翼３ａの角度と分割面との関係を示す図である。図３（Ａ）と図４における二点鎖線は、加工前のノズルセグメント４の外形線１１を示している。
【００１９】
図３及び図４に示すように、加工前のノズルセグメント４の外輪セグメント１ａと内輪セグメント２ａには、十分な加工代が設けられており、この分割面５と前後面１２ａ，１２ｂを加工して、図３（Ｂ）に示すような平行四辺形で囲まれるノズルセグメント４を形成する。
【００２０】
本発明の方法では、図４に示すように、ノズルセグメント４の外輪セグメント１ａと内輪セグメント２ａの分割面５及び前後面１２ａ，１２ｂを静翼３ａの所定の複数の迎え角に対応した複数の面にそれぞれ加工する。この方法により、静翼３ａの角度を所定の基準角度に対して、図の例では、＋Δαから−Δαの範囲（例えば±５°の範囲）で、複数種のノズルセグメントを加工時に自由に設定することができる。
【００２１】
図５は、ノズルセグメント４を固定する治具の使用説明図である。この治具６は、取付板１３ａ、締結部材１３ｂ、締結ロッド１３ｃ、ワーク支持材１４、ワーク挟持具１５等からなり、５軸加工機１６に着脱可能な取付板１３ａの上に固定されたワーク支持材１４とワーク挟持具１５との間にノズルセグメント４を挟持して位置決めて、これを締結部材１３ｂ、締結ロッド１３ｃで固定して、ノズルセグメント４の分割面５と前後面１２ａ，１２ｂをフライス等で加工する。
なお、５軸加工機１６は、直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の移動とｘ軸まわりの回転θｘと、ｙ軸まわりの回転θｙの５軸を数値制御でき、位置決めした状態で例えばｚ軸を中心に回転するフライスにより上面及び側面を加工するようになっている。
【００２２】
本発明の方法では、ノズルセグメント４を静翼３ａを基準にして上述の治具６に固定し、さらにこの治具６を５軸加工機１６に取り付け、５軸加工機１６の軸回転により、静翼３ａの所望の複数の迎え角に対応させてノズルセグメント４を複数の位置に位置決めし、分割面５及び前後面１２ａ，１２ｂを複数の面にそれぞれ加工する。また、この加工の後、ノズルセグメント４を治具６に固定したまま、別の３次元計測機に治具毎取付て加工精度を計測し、次いで５軸加工機に再取り付けして計測結果に基づく補正加工を行う。
【００２３】
上述した本発明の製造方法により、単一の金型で製造したノズルセグメント４の分割面５及び前後面１２ａ，１２ｂを静翼３ａの複数の迎え角に対応した複数の面にそれぞれ加工するだけで、静翼列の迎え角を複数スペックに対応させることができ、必要な金型数を大幅に低減（例えば１つだけに）することができる。
【００２４】
また、本発明の方法により、単一の治具６を用いて、５軸加工機で静翼の複数の迎え角に対応させてノズルセグメントを複数の位置に位置決めできるので、同一の治具で分割面５を複数の面にそれぞれ加工することができ、必要な治具数を最小限に低減（例えば１つだけに）することができる。更に、同一の治具６を用いて、加工と検査を繰り返すことができ、治具６へのノズルセグメント４の取付／取り外し、及び治具自体の位置決めのやり直しをなくし、加工効率と加工精度を高めることができる。
【００２５】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りで自由に変更することができることは勿論である。
【００２６】
【発明の効果】
上述したように、参考例のタービンノズルは、分割型になっており、この例では２４個のノズルセグメント４をノズルリング９に組み付けることにより一体のタービンノズルとして機能する。また、ノズルセグメント４の加工角度を変えることにより、同一鋳造素材から所定のスペック品を削り出すことができる。更に、３軸フライス加工機の代わりに５軸加工機を用いることで、異なる８スペックに対して少ない（例えば３つの）治具で所望のノズルセグメント４を加工することができるようになった。また、３次元計測機による測定量を、ただちに加工へフィードバックして、面角度、追い込み量の補正を行うことが可能となった。
【００２７】
従って、本発明のタービンノズルの製造方法は、直径が５００ｍｍ以上にも達する大型のタービンノズルに適用することができ、かつ静翼列の迎え角を複数スペックに対応させることができ、しかも鋳造用の金型コストを従来の単一の金型より大幅に低減することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタービンノズルの全体正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図（Ａ）とそのＢ−Ｂ線における断面図（Ｂ）である。
【図３】タービンノズルを構成するノズルセグメントの側面図（Ａ）とそのＣ−Ｃ矢視図である。
【図４】静翼の角度と分割面との関係を示す図である。
【図５】ノズルセグメントを固定する治具の使用説明図である。
【符号の説明】
１  外輪、１ａ  外輪セグメント、２  内輪、２ａ  内輪セグメント、
３  静翼列、３ａ  静翼、４  ノズルセグメント、５  分割面、
６  治具、７  排気ガス、８  締結金具（ボルト）、９  ノズルリング、
１０  タービンノズル、１１  外形線、１２ａ，１２ｂ  前後面、
１３ａ  取付板、１３ｂ  締結部材、１３ｃ  締結ロッド、
１４  ワーク支持材、１５  ワーク挟持具、１６  ５軸加工機
【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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