(57)【要約】【課題】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。【解決手段】タービン２１のノズルベーン３０の翼角度を調整するクランク軸２４Ｃとそのクランク軸２４Ｃを支持するブッシュをタービンハウジング２６外に備えた可変容量ターボチャージャにおいて、クランク軸２４Ｃにより支持される支持部に、ポリアミドイミド樹脂中に二硫化モリブデン粒子とグラファイトを分散させた皮膜１０を形成したものである。【選択図】図１
2012149613.tif 000002
【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クランク軸とそのクランク軸を支持するブッシュ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、クランク軸がブッシュに支持される支持部に、ポリアミドイミド樹脂中に二硫化モリブデン粒子とグラファイト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クランク軸とそのクランク軸を支持するブッシュ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、ポリアミドイミド樹脂を５５〜６５質量部、二硫化モリブデン粒子を２０〜３０質量部、グラファイトを１〜１０質量部とし、これにバインダを加え、これを前記クランク軸の外周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】
前記クランク軸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機構のクランク軸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７〜図９により説明する。
【０００４】
図９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７〜図９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３４Ｃと、ベアリングハウジング２９に設けられクランク軸３４Ｃを回転自在に支持するブッシュ３４Ｂと、延出されたクランク軸３４Ｃに連結され、クランク軸３４Ｃ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８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３４Ｃ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９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、クランク軸３４Ｃとブッシュ３４Ｂ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、ブッシュ３４Ｂ内をクランク軸３４Ｃが回転すると共に、そのクランク軸３４Ｃの回転時の傾動により、その回転摺動面は、摩擦抵抗が大きくなる問題がある。
【００１１】
従来は、ブッシュ３４Ｂとクランク軸３４Ｃ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、浸炭処理、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クランク軸とそのクランク軸を支持するブッシュ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、クランク軸がブッシュに支持される支持部に、ポリアミドイミド樹脂中に二硫化モリブデン粒子とグラファイト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クランク軸とそのクランク軸を支持するブッシュ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、ポリアミドイミド樹脂を５５〜６５質量部、二硫化モリブデン粒子を２０〜３０質量部、グラファイトを１〜１０質量部とし、これにバインダを加え、これを前記クランク軸の外周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、前記クランク軸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３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、ポリアミドイミド樹脂中に、二硫化モリブデンとグラファイト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クランク軸とブッシュ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タービン容量可変機構におけるクランク軸とブッシュ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タービン容量可変機構を構成するクランク軸とブッシュ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】タービン容量可変機構におけるクランク軸とブッシュに作用する力を説明する斜視図である。
【図６】図５においてクランク軸とブッシュに作用する力でクランク軸が傾動する状態を説明する図である。
【図７】可変容量ターボチャージャのノズルベーンと翼角度調整リング構造の詳細を示す斜視図である。
【図８】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９】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７〜図９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、本発明のタービン容量可変機構におけるノズル翼角度調整リングとクランク軸及びブッシュとコントローリンクを示したものであり、図１（ａ）はその全体図、図１（ｂ）はノズル翼角度調整リング３２とクランクレバー３３とクランク軸３４Ｃとブッシュ３４Ｂとコントルロールリンク３５の要部組立斜視図を示したものである。
【００２２】
図１（ａ）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（ｂ）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３４Ｃの下端を連結するボス部３３ｂを有する。クランク軸３４Ｃはブッシュ３４Ｂにて回転自在に支持され、そのブッシュ３４Ｂが図９で説明したベアリングハウジング２９に支持される。
【００２３】
クランク軸３４Ｃには、コントロールリンク３５の第２駆動レバー３８に連結され、第２駆動レバー３８にコントロールロッド４０のピン３９ｂが設けられる。このピン２９ｂは、第２駆動レバー３８に固定して設けられる例を示したが、図８で示したように、第２駆動レバー３８に回転自在に嵌合し、コントロールロッド４０に固定して設けるようにしてもいずれでもよい。
【００２４】
本発明においては、クランク軸３４Ｃの外周面とブッシュ３４Ｂの内周面の摺動面、特にブッシュ３４Ｂの内周面に、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。
【００２５】
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。
【００２６】
この皮膜１０の成分は、
（Ａ）ポリアミドイミド樹脂      ５５〜６５質量部
（Ｂ）二硫化モリブデン粒子      ２０〜３０質量部
（Ｃ）グラファイト                １〜１０質量部
（Ｄ）顔料（無機質粉末）          ５〜１５質量部
からなる。
【００２７】
（Ａ）ポリアミドイミド樹脂としては、耐熱温度２６０℃以上の耐熱性があるもので、乾燥ないし焼成前の数平均分子量が、２０００〜８０００であるものを用いる。
【００２８】
（Ｂ）二硫化モリブデン粒子は、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。
【００２９】
（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。
【００３０】
（Ｄ）顔料としては、表面がグレー系となる粉末で、炭酸カルシウムなどの白色系無機質粉末を用いる。この無機質粉末は、（Ｂ）二硫化モリブデンと（Ｃ）グラファイト粒子がポリアミドイミド樹脂中から容易に剥離しないように、これらを樹脂中に固定するために用いる。
【００３１】
この（Ａ）〜（Ｄ）の成分に溶剤（Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ））を加えて皮膜形成樹脂前駆体とする。
【００３２】
この皮膜形成樹脂前駆体をスプレー塗装等にてブッシュ３４Ｂの内周面（或いはクランク軸３４Ｃ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４５±５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。
【００３３】
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。
【００３４】
また、耐摩耗性試験は、皮膜を施した試験片を、３６０℃×２０時間加熱した後、６０℃×９０％×１００時間湿潤環境に晒した後に試験を行ったもので、約３０００００回の摺動摩擦に耐えることを確認した。
【００３５】
この際の摩耗試験は、試験片にＳＵＳ４４０Ｃ球を当て、荷重１ｋｇｆをかけ、摺動速度１．５ｍ／ｓｅｃ、摩擦半径１６．５、回転数８７０ｒｐｍとし、リンクピンの摩擦係数である０．３に、上昇するまでの回数で測定した。
【００３６】
なお、ブッシュ３４Ｂ（或いはクランク軸３４Ｃ）は、クロマイズ処理し後に塗装するが、サンドブラスト処理して表面を粗面化して行ってもよい。
【００３７】
次に皮膜１０の作用を説明する。
【００３８】
図５は、タービン容量可変機構におけるクランク軸とブッシュに作用する力を説明する斜視図である。
【００３９】
可変容量ターボチャージャの翼角度調整のための駆動リンク中、コントロールリンク３５側の第２駆動レバー３８側と、ノズル翼角度調整リング３２のクランクレバー３３には、図示の矢印で示したようにほぼ対向する方向の力が作用する。このため、クランク軸３４Ｃには、図６（ａ）のようにモーメント荷重が働き、図６（ｂ）に示すようにクランク軸３４Ｃが傾動して、両端部分の面圧が極端に高くなる。このため、回転揺動に伴って、強いエッジ当たりとなり、摩耗が急速にすすみやすい。
【００４０】
図４は、皮膜を形成していない従来のブッシュ３４Ｂの内周面とクランク軸３４Ｃの外周面の状態を示している。
【００４１】
この従来例においては、図４（ａ）に示すようにクランク軸３４Ｃ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、かつクランク軸３４Ｃの傾動により、さらにエッジロードが負荷され、接触応力が極めて高くなり、接触部分のミクロの破壊が発生し、図４（ｂ）に示すように接触部の硬化層が欠け落ちて破損片３４Ｐとなって摺動面から消失する。このクランク軸３４Ｃとブッシュ３４Ｂは、両端にプレートなどで半閉塞された環境であり、硬度の硬い破損片３４Ｐが長時間滞留する可能性があり、摩耗をさらに進行させてしまう。
【００４２】
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。
【００４３】
これを図２により説明する。
【００４４】
図２は、クランク軸３４Ｃ（又はブッシュ３４Ｂ）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。
【００４５】
先ず図２（ａ）に示すように皮膜１０の形成直後は、ポリアミドイミド樹脂１１Ａ中に、二硫化モリブデン粒子１１Ｂとグラファイト１１Ｃが分散した状態の皮膜１０が形成されたクランク軸３４Ｃ（又はブッシュ３４Ｂ）となり、この状態で、ブッシュ３４Ｂ（又はクランク軸３４Ｃ）と接した状態となる。
【００４６】
このように皮膜１０中に二硫化モリブデン粒子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。
【００４７】
ここで、クランク軸３４Ｃが傾いているとき、エッジ部３４Ｅでの接触応力が高くなり、図２（ｂ）に示すように、エッジ部分が皮膜１０に食い込み、皮膜１０か二硫化モリブデン粒子１１Ｂとグラファイト１１Ｃが放出されていき、図２（ｃ）に示すようエッジ部３４Ｅがクランク軸３４Ｂの硬化層と接触することとなるが、皮膜１０の固体潤滑性により、緩やかな摺動摩耗により、表面がむしれる摩耗を抑制し（鏡面状の摩耗）を発生させることにより、硬化層や母材のもつ耐摩耗性能を最大限に引き出すことができる。
【００４８】
このように、本発明は、クランク軸３４Ｃとブッシュ３４Ｂの摺動面にポリアミドイミド樹脂からなる皮膜１０を形成し、その皮膜１０が摩耗しても、ポリアミドイミド樹脂に分散させた二硫化モリブデ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。
【００４９】
次に、図３により本発明と従来例１，２のクランク軸３４Ｃとブッシュ３４Ｂを用いて摩耗試験を行った結果を説明する。
【００５０】
図３において、本発明と従来例１，２では、クランク軸３４Ｃとブッシュ３４Ｂは、共にＳＵＳで、従来例１，２は窒化層を、共に５０μｍ、本発明では、窒化層５０μｍに３０μｍの皮膜を施したものである。
【００５１】
試験条件は、加速するための振動加速度を３０Ｇで加振した。この摩耗速度は、実際の３倍程度の加振である。
【００５２】
この結果、従来例１，２では、１３０時間で硬化層（５０μｍ）が摩耗するのに対し、本発明では、摩耗か極めて遅く、３倍の試験時間でも皮膜の１／２程度の摩耗しか発生せず、想定寿命時間は、１１４２（ｈｒ）以上となり、延命効果は従来の８．７９４倍以上延命できることが確認された。
【符号の説明】
【００５３】
１０  皮膜
２４  タービン容量可変機構
３０  ノズルベーン
３４Ｃ  クランク軸
３４Ｂ  ブッシュ
【図１】
2012149613.tif 000003
【図２】
2012149613.tif 000004
【図３】
2012149613.tif 000005
【図４】
2012149613.tif 000006
【図５】
2012149613.tif 000007
【図６】
2012149613.tif 000008
【図７】
2012149613.tif 000009
【図８】
2012149613.tif 000010
【図９】
2012149613.tif 000011