(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャの回転軸とハウジングとの間の気密用部材であるシールリングの製造方法において、予め焼入れ、焼戻し熱処理を施し、硬さを５２３〜６５２ＨＶに調整したＪＩＳ高速度工具鋼ＳＫＨ５１の長尺の線材を、２ｄｏ／（ｄｏ−ｄｉ）（ここでｄｏ，ｄｉはリングの外径，内径）が２０未満となるように２５０℃以下で螺旋状にカーリング加工した後に切断し、合口を有するＣ字形リング状とすることを特徴とするターボチャージャのシールリングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車エンジン用等のターボチャージャの回転軸とハウジングとの間に介在されて気密作用をなすシールリングの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジン用等のターボチャージャの回転軸とハウジング間の気密保持は、回転軸に取り付けたシールプレートと、該回転軸を貫通させたハウジングに設けられて、上記シールプレートに圧接または対峙させたシールリングとによって得る等、シールリングを介在させることで得られている。ターボチャージャは、排気熱の影響による高温下で、しかも数万〜数十万ｒｐｍという超高速回転で動作するため、摺動部材となるシールリングには従来より耐熱性、耐摩耗性等に優れる高速度工具鋼が主に使用されてきた。
【０００３】
従来のシールリングの製造方法は、▲１▼金属粉末を高温下でリング状に焼き固める焼結法および▲２▼シールリングの断面形状に近い形状の冷間仕上げ、もしくは焼なまし異形線材を、オーステナイト化温度以上に加熱しながら、螺旋状にカーリング加工するとともに、冷却することで、成形加工と同時に焼入れも行なう、いわゆるカーリング焼入れ法の二方法が主であった。熱処理としては焼結法の場合は焼入れ、焼戻し処理、カーリング焼入れ法の場合は、成形時に焼入れが終了しているので焼戻し処理のみが行なわれる。カーリング焼入れ法によるものは、通常この焼戻し処理後切断され、合口を有するＣ字形リングとされる。続いて、両方法とも通常、機械的もしくは化学的な方法で、前記熱処理に伴うスケール層等を除去し、要すれば中間研磨により表面粗さ、寸法、形状等を整えた後、必要に応じて窒化、溶射、メッキ等の表面処理を施し、最後に仕上研磨で寸法、表面精度を整えて完成品とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記製法のうち、焼結法は金属粉末を製造する工程、焼結する工程が前提となり、しかも小さい形状のシールリングを一個一個作らなければならないので高コスト化するという問題点を有する。
一方、カーリング焼入れ法は、高温のカーリング加工に際して、ジグ、工具の損傷が激しいため、また温度の変動によっても、カーリング形状、寸法の変動が大きくなり易く、かつ、これらの変動は、常温に冷却後に測定されるため、制御、修正が遅れやすいこと、製品への酸化スケールの生成が多く、前述の中間研磨が必要となること、またはこのスケール生成を防止するためには、カーリングを閉密室内の保護雰囲気中で行なう必要があり、この場合、カーリング形状、寸法の測定およびその修正が困難化すること、等の欠点がある。なお、上記の酸化スケールの生成による中間研磨は、製品の内径、外径、両端面の４面とも一般に必要であり、カーリング焼入れ法では内径面の研磨には特に多大の工数を要するものである。
さらに、カーリング焼入れ法で使用される熱間カーリング装置は、その前後に大容量の加熱装置と冷却設備が必要となり、大がかりな装置となっている。
【０００５】
本発明は、カーリング焼入れ法におけるカーリング形状の変動やその修正の困難性を回避するとともに、中間研磨工程を不要にするシールリングの製造方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者はカーリング焼入れ法の得失を踏まえつつ、シールリングの製造方法について、焼鈍線材をカーリング成形した後焼入れ焼戻し熱処理する方法等、種々の方法について試作テスト、コスト試算を含む基礎的検討を行なった。その結果、本発明者は後述の実施例のように、予め適正な条件で焼入れ焼戻し熱処理されたＪＩＳ高速度工具鋼ＳＫＨ５１の線材は、硬さを５２３〜６５２ＨＶに調整されているにもかかわらず、線材の幅方向がリングの半径方向となる形状（エッジワイズ）で、かつ２ｄｏ／（ｄｏ−ｄｉ）（ここでｄｏ，ｄｉはリングの外径，内径）が例えば１０程度の過酷なカーリング条件に対しても十分耐えることをテストの結果見出した。
【０００７】
すなわち、本発明に用いる熱処理されたＪＩＳ高速度工具鋼ＳＫＨ５１の線材は、５２３〜６５２ＨＶの熱処理硬さを有するにもかかわらず、カーリングにおいてその外径部に、例えば幅１ｍｍの線材を用いて外径１０ｍｍとなるようエッジワイズに曲げ成形するとき、約１１．１％の伸び変形を伴う場合であってもカーリングが可能であることがわかった。
因みに、このテストに用いた線材の引張試験における伸び値（標点距離：１００ｍｍ）は２．６〜３．６％の低い値であった。
本発明は上記のように、５２３〜６５２ＨＶの硬度に熱処理された線材が過酷なカーリング条件にも十分耐え得ることを知見したことに基づくものである。
【０００８】
そこで、本発明は、ターボチャージャの回転軸とハウジングとの間の気密用部材であるシールリングの製造方法において、予め焼入れ、焼戻し熱処理を施し、硬さを５２３〜６５２ＨＶに調整したＪＩＳ高速度工具鋼ＳＫＨ５１の長尺の線材を、２ｄｏ／（ｄｏ−ｄｉ）（ここでｄｏ，ｄｉはリングの外径，内径）が２０未満となるように２５０℃以下で螺旋状にカーリング加工した後に切断し、合口を有するＣ字形リング状とすることを特徴とするターボチャージャのシールリングの製造方法である。
ターボチャージャのシールリング製造用の長尺の線材は、ＪＩＳ高速度工具鋼ＳＫＨ５１の組成を有し、かつ、焼入れ、焼戻し熱処理を施され、硬さを５２３〜６５２ＨＶに調整されているターボチャージャのシールリング製造用熱処理線材である。
【０００９】
2do/(do-di)は、カーリング成形時の塑性変形度合を示す指標となるもので、この値が小さい程、塑性変形が多く、本発明のごとく高硬度に、したがって引張り試験における伸び率が小さくなるごとく熱処理された材料では、折損が生じてカーリングが不可能となる。
本発明はその発明の特色を示す領域としてこの値が20未満の領域とした。20以上の領域は相対的に折損の可能性が低い。
【００１０】
本発明において、カーリングは通常常温下で行なうが、特に高合金鋼、高硬度の線材、特に寸法的に（高い伸びを伴う等）過酷である等の厳しいカーリング条件においては線材の折損抑制の点から焼戻し処理温度以下の温間カーリングとしてもよい。
２５０℃程度以下のカーリングでは、特にテンパーカラーが着く程度で酸化やそれによる肌荒れも小さく、またカーリング用のジグ、工具等の損傷、作業中の温度変動も少なく、このため、これらによるカーリング形状や寸法の変動は少なく、成形リングの形状、寸法の管理も容易であり、また加熱、冷却装置も小規模でよい等の利点がある。なお、このテンパーカラーは、軽度の酸洗等で容易に除去可能である。
【００１１】
また、本発明の製造方法におけるカーリング後の切断方法として、切断砥石等による通常の切断方法の他、レーザ、電子ビーム、プラズマ等の高熱エネルギ密度の加熱法による切断法を採用すると、その切断代を０．１ｍｍまたはそれ以下の０．０１ｍｍ等とすることが可能である。またカーリング成形体を、その内径に拡径可能なマンドレルを挿入する方法等で弾性変形により拡径した状態で切断し、切断後、その弾性により縮径させることも可能である。これらの方法は、合口間隔が小さいシールリングの製造方法として適当であり、特にこれらの両者を組み合わせることにより、合口が互いに圧力をもって接触したシールリングとすることも可能である。
【００１２】
なお、本発明のシールリングの製造方法において、カーリング加工後または切断後、１〜数時間程度等十分な保持時間の焼戻し熱処理を施してもよく、この場合、連続熱処理法による短時間の焼戻しを補って耐摩耗性の向上等の効果がある。
【００１３】
次に、本発明において用いる材料は、ＪＩＳ高速度工具鋼ＳＫＨ５１の組成を有し、かつ焼入れ焼戻し熱処理硬さが５２３〜６５２ＨＶに調整されている長尺の線材である。ＪＩＳ高速度工具鋼ＳＫＨ５１の組成とする理由は、耐熱性、耐摩耗性に優れ望ましいからである。また、現行のカーリング焼入れ法によるものは、硬さが５００ＨＶ程度である。したがって、少なくとも現行品程度以上の耐摩耗性等の性能を得るものとして硬さを５２３〜６５２ＨＶとした。
【００１４】
この発明にかかるシールリングの製造方法において、使用する素材は線材を引抜加工や圧延加工で平角線状に仕上げ、長い線材のまま連続焼入れ焼戻し熱処理法したものがよい。すなわち、該線材はその長手方向の硬さ等の特性のバラツキは極めて少なく、かつ、その表面は高度に清浄なものとなし得るから、カーリング加工を冷間または低温度の温間で行なうことによる軽度の酸化やジグ等の損傷低下とあいまって、カーリング加工精度は容易に素材コイルの全長さに亘って高精度に安定し、また寸法的に厳しいカーリング条件に耐えることができるとともに、従来のカーリング焼入れ法で必要であった表面の酸化スケール除去や寸法ムラを吸収するための中間研磨作業が省略でき、かつ自動加工化容易となるからである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
表１に示すＪＩＳ 高速度工具鋼 ＳＫＨ５１の線材を引抜き、焼鈍を繰り返しながらサイズダウンした後、圧延加工によって０．６０ｍｍ厚×１．０ｍｍ幅の平角の長尺の線材に仕上げ、表２に示す各種熱処理条件にて焼入れ焼戻し処理を行なって供試材とした。熱処理は、焼入れ、焼戻しとも連続熱処理炉を用いて行ない、炉内は酸化スケールの発生を防ぐために、それぞれ水素ガス、窒素ガス雰囲気とした。
これらの熱処理線材をカーリング装置によって、外径 １０ｍｍのリングに冷間成形し、そのカーリング加工性とカーリング加工後の表面状態、および線材の表面硬さを測定評価した。このカーリング条件ではリングの外径となった部分は約１１．１％の伸び変形したこととなる。
【００１６】
表２にこれらの状況を示す。表２において焼入れ温度 １０５０℃、焼戻し温度 ６００〜６７０℃で熱処理を施したＮo.１〜４の線材は、５２３〜６５２ＨＶの硬さにもかかわらず折損がなく、かつ現行のカーリング焼入れ法によるものに比し、高い形状、寸法精度を安定して得ることができ、表面肌も酸化スケールの生成は勿論なく、中間研磨の必要性はなくシールリングとして適当であると判断された。
【００１７】
【表１】
0003891364.tif 000002
【００１８】
【表２】
0003891364.tif 000003
【００１９】
一方、焼入れ温度を９５０℃に低下することで、焼入れままの硬さを上記Ｎｏ．３ないし４とほぼ同程度とした比較材では、カーリング加工時に折損が発生し、成形不可能であった（Ｎｏ．５，６）。これは焼入れままの組織は、焼入れ時の残留歪を多く含んでいるために、同一硬度の焼入れ、焼戻し線材に比べて靭性が低いためである。また、９５０℃で焼入れした線材を上記Ｎｏ．１〜４とほぼ同じ温度範囲で焼戻し処理を施した線材は、製品硬さが現行のカーリング焼入れ法のＨＶ５００程度を下回ることが判明した（Ｎｏ．７，８）。
さらに、焼入れ温度を１１５０℃とし、上記Ｎｏ．１〜４とほぼ同程度の温度で焼戻し温度のものは硬さがＨＶ６７０以上となり、冷間でのカーリング加工で折損を生じた。しかし、焼戻し温度を上昇して、６５０ＨＶ程度以下とすることで冷間カーリング可能であった。
これらに対し、カーリング焼入れ法によるものは寸法精度保持が困難で外径のバラツキが多く、かつ表面に厚いスケールを生じ、中間研磨工程が必要であった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の製造方法によると、硬さを５２３〜６５２ＨＶに調整したＪＩＳ高速度工具鋼ＳＫＨ５１において、従来の大気中でのカーリング焼入れ法で不可避であった表面スケールの生成に伴う中間研磨工程が不要となり、しかもカーリング形状や巻径が高精度に安定するため、品質、製品の歩留、生産性が向上するという効果が得られる。また、カーリングに使用する装置も加熱、冷却装置等を簡素化または省略可能となった。