(57)【要約】【課題】摺動部の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タービン容量可変機構２４を備えると共に、タービンハウジング２６外に、タービン容量可変機構２４を構成するコントロールリンク３５を設けた可変容量ターボチャージャにおいて、コントロールリンク３５のリンクピン３９とそのリンクピン３９に嵌合する駆動レバー３７，３８の摺動面に、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粒子を分散させた皮膜１０を形成したものである。【選択図】図１
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【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タービン容量可変機構を備えると共に、タービンハウジング外に、タービン容量可変機構を構成するコントロールリンクを設けた可変容量ターボチャージャにおいて、コントロールリンクのリンクピンとそのリンクピンに嵌合する駆動レバーの摺動面に、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粒子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】
前記リンクピンを嵌合する駆動レバーの穴に前記皮膜を形成した請求項１記載の可変容量ターボチャージャ。
【請求項３】
タービンのノズルベーンの翼角度を調整するタービン容量可変機構を備えると共に、タービンハウジング外に、タービン容量可変機構を構成するコントロールリンクを設け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、これに溶剤を加え、これを、コントロールリンクのリンクピンとそのリンクピンに嵌合する駆動レバーの摺動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４】
ポリアミドイミド樹脂に、顔料を５〜１５質量部さらに分散させた請求項３記載の可変容量ターボチャージャの製造方法。
【請求項５】
前記リンクピン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又は４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翼角リングを駆動するコントロールリンク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５〜図７により説明する。
【０００４】
図７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５〜図７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３４と、その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、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６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７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、コントロールリンク３５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、コントロールロッド４０のリンクピン３９ａ，３９ｂと、そのリンクピン３９ａ，３９ｂと嵌合する第１及び第２駆動レバー３７，３８の嵌合穴との摺動部は、摩擦抵抗が大きくなる問題がある。
【００１１】
従来は、リンクピン３９ａ，３９ｂや第１及び第２駆動レバー３７、３８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、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タービン容量可変機構を備えると共に、タービンハウジング外に、タービン容量可変機構を構成するコントロールリンクを設けた可変容量ターボチャージャにおいて、コントロールリンクのリンクピンとそのリンクピンに嵌合する駆動レバーの摺動面に、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粒子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のコントロールリンクである。
【００１５】
請求項２の発明は、前記リンクピンを嵌合する駆動レバーの穴に前記皮膜を形成した請求項１記載の可変容量ターボチャージャである。
【００１６】
請求項３の発明は、タービンのノズルベーンの翼角度を調整するタービン容量可変機構を備えると共に、タービンハウジング外に、タービン容量可変機構を構成するコントロールリンクを設け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、これに溶剤を加え、これを、コントロールリンクのリンクピンとそのリンクピンに嵌合する駆動レバーの摺動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。
【００１７】
請求項４の発明は、ポリアミドイミド樹脂に、顔料を５〜１５質量部さらに分散させた請求項３記載の可変容量ターボチャージャの製造方法である。
【００１８】
請求項５の発明は、前記リンクピン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又は４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】
【００１９】
本発明は、コントロールリンクの摺動面に、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コントロールリンク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】
【００２０】
【図１】本発明の可変容量ターボチャージャのコントロールリンク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コントロールリンク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】可変容量ターボチャージャのノズルベーンと翼角調整リングの詳細を示す斜視図である。
【図６】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７】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】
【００２１】
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。
【００２２】
先ず、可変容量ターボチャージャの基本的構成は、図５〜図７で説明したとおりであり、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
さて、図１は、本発明の可変容量ターボチャージャのコントロールリンク３５を示したものであり、図１（ａ）はコントロールリンク３５の全体斜視図、図１（ｂ）はコントロールロッド４０の要部斜視図を、図１（ｃ）は、第１及び第２駆動レバー３７，３８の要部斜視図を示したものである。
【００２４】
図１（ｂ）に示したコントロールロッド４０には、リンクピン３９が設けられ、図１（ｃ）に示した第１及び第２駆動レバー３７，３８には、穴４１が形成され、そのリンクピン３９が穴４１に挿入され、そのリンクピン３９にスナップリング４２が設けられて、リンクピン３９が第１及び第２駆動レバー３７，３８に回転自在に取り付けられる。
【００２５】
本発明においては、リンクピン３９と第１及び第２駆動レバー３７，３８の穴４１の摺動面、特にリンクピン３９の外周に、耐摩耗性と自己潤滑性を有する皮膜１０を形成した可変容量ターボチャージャ及びその製造方法である。また穴４１の内周面にも皮膜１０を形成するようにしてもよい。
【００２６】
またリンクピン３９は、その外周面が皮膜形成前に、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。
【００２７】
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。
【００２８】
（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。
【００２９】
（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。
【００３０】
（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。
【００３１】
（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。
【００３２】
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。
【００３３】
この皮膜形成樹脂前駆体をスプレー塗装等にてリンクピン３９の外周面（及び穴４１の内周面）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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
なお、リンクピンは、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。
【００３８】
次に皮膜１０の作用を説明する。
【００３９】
先ず、図４は、皮膜を形成していない従来のリンクピン３９と駆動レバー３７，３８の穴４１の内周面の状態を示している。
【００４０】
この従来例においては、リンクピン３９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、穴４１の内周面に均一に接している状態にはならず、図４（ａ）に示すように、最大高さとなる頂部が内周面に点接触した状態にある。またリンクピン３９と穴４１の接触回転は、通常の円運動と違い、円周上で常に同じ位置を往復摺動する揺動回転となる。従って、図４（ａ）の状態で摩擦や振動等による接触応力が高いと、点接触した部分３９ｐからミクロの破壊が発生し、図４（ｂ）に示すように接触部が欠け落ちて破損片３９Ｂとなって摺動面から消失し、その後、順次高い部分３９ｐの接触と破壊が発生し、通常摩擦とは異なり急速に摩耗が進行してしまい、表面硬化処理した硬化層が消失してしまうことがわかった。
【００４１】
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。
【００４２】
これを図２により説明する。
【００４３】
図２は、リンクピン３９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。
【００４４】
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が形成されたリンクピン３９となり、この状態で、駆動レバー３７，３８の穴４１の内周面と接した状態となる。
【００４５】
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、穴４１の内周面との摺動性は高温下でも良好となる。
【００４６】
次に、図２（ｂ）に示すように、皮膜１０が、使用中に摩耗により二硫化モリブデン粒子１１Ｂとグラファイト１１Ｃが順次摺動面から放出され、緩やかに摩耗する。
【００４７】
さらに図２（ｃ）に示すように摩耗が進行すると、ポリアミドイミド樹脂１１Ａからリンクピン３９の表面の高い部分３９ｐが露出し始めるが、二硫化モリブデン粒子１１Ｂとグラファイト１１Ｃが固体潤滑剤であるため、図４で説明したような破壊脱落ではなく緩やかな接触摩耗が進行し、順次露出した部分の微少摩耗が発生し、最終的には、図２（ｄ）に示すように全体がラッピングで磨かれたような鏡面３９Ｍの状態となり、局部で接触力を支えることなく面接触となるため、その摩耗速度を劇的に改善することができる。
【００４８】
また、組立初期に上記のような鏡面状の仕上げ加工は、切削加工＋研磨＋ラッピングにより技術的には可能であるが、組立時の姿勢誤差、相手部品のばらつきを考えると接触姿勢を含み面接触の実現は困難である。
【００４９】
またマッチング研磨といった方法も存在するが、コントロールリンク３５のように多数の部品を組み合わせた状態で実施するのはやはり困難である。
【００５０】
このように、本発明は、コントロールリンク３５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。
【００５１】
次に、図３により本発明と従来例のコントロールリンクを用いて実際に摩耗試験を行った結果を説明する。
【００５２】
図３において、本発明と従来例では、リンクピンと駆動レバーは共にＳＵＳで、リンクピンにはベースのＳＵＳ＋クロマイズ処理（クロマイズ処理層はおおよそ１５μｍのもので評価）し、本発明では、クロマイズ処理後に皮膜を形成し、従来例ではコーティングレスとした。
【００５３】
この結果、従来例では、クロマイズ層が消失するまでの摩耗時間が２０時間であり、その後は摩耗量が急激に増加したため、摩耗量０．０８ｍｍに達したところで試験を停止した。
【００５４】
これに対し本発明では、皮膜が消失するまで４０時間、クロマイズ層が消失するまでの摩耗時間が６８時間であり、また６８時間経過後も摩耗量は０．０５ｍｍから緩やかに増大していった。
【００５５】
この結果、従来例での摩耗速度は５μｍ／ｈｒであるのに対して本発明では、０．０４３μｍ／ｈｒであり、摩耗速度は、およそ１／１００以下に削減できることがわかった。
【００５６】
また図３より、初期摩耗速度は従来例も本発明も大きな差異はないが、本発明では皮膜の消失後の摩耗速度は、従来例に比べて顕著に低減されおり、摺動面に鏡面加工された面が形成されていることが確認できる。
【符号の説明】
【００５７】
１０  皮膜
２４  タービン容量可変機構
２６  タービンハウジング
３５  コントロールリンク
３７，３８  第１及び第２駆動レバー
３９  リンクピン
４０  コントロールロッド
【図１】
2012149611.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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