JP2003048033A - Ｖｇｓタイプターボチャージャにおける排気ガイドアッセンブリに適用される可変翼の軸部の転造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＶＧＳタイプターボチャージャに組み込まれ
る可変翼の軸部を転造するにあたり、所望の転造性を維
持しながら、生産性をも極力、向上させる加工条件を、
極めて容易に設定できるようにした、新規な転造手法を
提供する。 【解決手段】 本発明は、可変翼１の原形となる素形材
Ｗの軸部形成部１２ａに転造加工を施し、所望の径太さ
に形成するものであり、転造ローラの回転数Ｒと、一組
の転造ローラ６１を接近させる送り速度Ｖとを選定する
にあたって、転造ローラの回転数Ｒと転造性Ｐの程度と
を、異なる二軸としたグラフ上において、転造ローラの
送り速度Ｖを限界最小値Ｖmin とした際の転造ローラの
回転数Ｒと転造性Ｐとの関係を示す軌跡と、転造ローラ
の回転数Ｒを限界最大値Ｒmax としたラインと、転造性
Ｐの程度を限界最小値Ｐmin としたラインとによって囲
まれるエリアＡＲ内で加工条件を設定するようにしたこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車用エンジン等
に用いられるターボチャージャに関するものであって、
特にこのものに組み込まれる排気ガイドアッセンブリの
可変翼を製造するにあたり、その軸部を高精度且つ高能
率に仕上げる新規な転造方法に係るものである。

【０００２】

【発明の背景】自動車用エンジンの高出力化、高性能化
の一手段として用いられる過給機としてターボチャージ
ャが知られており、このものはエンジンの排気エネルギ
によってタービンを駆動し、このタービンの出力によっ
てコンプレッサを回転させ、エンジンに自然吸気以上の
過給状態をもたらす装置である。ところでこのターボチ
ャージャは、エンジンが低速回転しているときには、排
気流量の低下により排気タービンがほとんど働かず、従
って高回転域まで回るエンジンにあってはタービンが効
率的に回るまでのもたつき感と、その後の一挙に吹き上
がるまでの所要時間いわゆるターボラグ等が生ずること
を免れないものであった。またもともとエンジン回転が
低いディーゼルエンジンでは、ターボ効果を得にくいと
いう欠点があった。

【０００３】このため低回転域からでも効率的に作動す
るＶＧＳタイプのターボチャージャが開発されてきてい
る。このものは、少ない排気流量を可変翼（羽）で絞り
込み、排気の速度を増し、排気タービンの仕事量を大き
くすることで、低速回転時でも高出力を発揮できるよう
にしたものである。このためＶＧＳタイプのターボチャ
ージャにあっては、別途可変翼の可変機構等を必要と
し、周辺の構成部品も従来のものに比べて形状等をより
複雑化させなければならなかった。

【０００４】そしてこのようなＶＧＳタイプのターボチ
ャージャにおける可変翼を製造するにあたっては、例え
ばロストワックス鋳造に代表される精密鋳造法や、金属
射出成形法等によって、翼部と軸部とを一体に形成した
金属素材（可変翼の原形となる素形材）を形成し、その
後、素形材の軸部に転造等の後加工を施し、所望の径太
さに加工する手法がある。因みに素形材を適宜切削加工
して行き、最終的に翼部や軸部を所望の形状や寸法に仕
上げる手法もあるが、このような切削手法は専ら、製造
数が極めて少ない試作段階等で採用される手法であっ
た。

【０００５】すなわち高い耐熱性や耐酸化性等が要求さ
れる可変翼は、素材そのものが難切削性の素材であり、
切削に多大な時間を要するため、このような可変翼に切
削加工を適用することは、必ずしも効率的な手法ではな
かった。また可変翼は一基のターボチャージャについて
１０〜１５個程度必要となるため、実際に自動車が月産
３万台程度、量産される場合、可変翼は月に３０万〜４
５万個製造する必要があり、切削加工では到底対応し切
れるものではなかった（切削加工では、一日に５００個
程度が限度であった）。このようなことから可変翼を量
産するにあたっては、加工工程から切削加工を可能な限
り削除する必要があり、本発明者は、軸部の加工におい
て新知見に基づいた非切削の転造技術の採用を前提と
し、関連技術の開発を鋭意進めている。

【０００６】そして上述した転造を行うにあたっては、
素形材の軸部（軸部形成部）を一組の転造ローラで挟み
込み、軸部形成部とローラとを相対的に回転させて、所
望の径太さに加工するものである。この際、ローラの接
近速度（以下これを送り速度とする）と、ローラの回転
数とが、転造時の加工条件として挙げられ、例えば短時
間で多くの可変翼の転造を行いたい場合には、一般にロ
ーラの送り速度と回転数とを共に大きく設定すれば、一
品あたりの転造に要する時間が短くなり、量産できるこ
とになる。しかしながら、ローラの送り速度とその回転
数とを単に大きく設定するだけでは、転造に伴う軸伸び
（軸部が軸方向に伸びる現象）や、シャープエッジ（軸
部先端部が突出状態に形成される鋭角部位）等の不都合
が生じ易く、転造性は必ずしも向上せず、一般的にはむ
しろ、ローラの送り速度と回転数を、共に低く設定し、
ゆっくりとした加工速度で時間をかけた転造を行う方
が、転造性は向上するものである。

【０００７】このため、転造性を適度に維持しながら、
なお且つ生産性を可及的に向上させる加工条件、すなわ
ち転造性と生産性を共に考慮した加工条件を選定するこ
とは極めて難しく、従来では例えば複数回のトライによ
って試行錯誤的に適度と考えられる加工条件を割り出し
たり、あるいは転造性または生産性のうちの、どちらか
一方を優先させた加工手法が採られたりすることが多か
った。しかしながら試行錯誤的なトライによって加工条
件を割り出す手法は、極めて時間がかかるという問題が
あり、また転造性を主に優先させる手法では、加工に多
大な時間を要するという不都合が生じ、また生産性を主
に優先させる手法では、高い精度での転造が行えず、軸
伸びやシャープエッジ等の不良を生じる場合があった。

【０００８】

【開発を試みた技術的課題】本発明はこのような背景を
認識してなされたものであって、可変翼の軸部を転造す
るにあたり、所望の転造性を維持しながら、生産性をも
極力、向上させる加工条件を、極めて容易に設定できる
ようにした、新規な転造手法の開発を試みたものであ
る。なお近年、特にディーゼル車においては、環境保護
等の観点から大気中に放出される排気ガスが強く規制さ
れる現状にあり、元来エンジン回転が低いディーゼルエ
ンジンにおいては、ＮＯ_X や粒子状物質（ＰＭ）等を低
減するためにも低回転域からエンジンの効率化が図れる
ＶＧＳタイプのターボチャージャの量産化（切削を要し
ない転造手法）が、切望されていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち請求項１記載の
ＶＧＳタイプターボチャージャにおける排気ガイドアッ
センブリに適用される可変翼の軸部の転造方法は、回動
中心となる軸部と、実質的に排気ガスの流量を調節する
翼部とを具え、エンジンから排出された比較的少ない排
気ガスを適宜絞り込み、排気ガスの速度を増幅させ、排
気ガスのエネルギで排気タービンを回し、この排気ター
ビンに直結されたコンプレッサで自然吸気以上の空気を
エンジンに送り込み、低速回転時であってもエンジンが
高出力を発揮できるようにしたＶＧＳタイプのターボチ
ャージャに組み込まれる可変翼を製造するにあたり、前
記可変翼は、翼部と軸部とを一体に具えた、可変翼の原
形となる金属の素形材を出発素材とし、この素形材の軸
部形成部に、一組の転造ローラによる転造加工を施し、
所望の径太さに形成するものであり、前記転造ローラの
回転数と、一組の転造ローラを接近させる送り速度との
加工条件を選定するにあたっては、転造に伴って生ずる
軸伸びやシャープエッジあるいは転造によって軸部に蓄
積される歪みや転造に要する圧造力から総合的に転造性
の優劣を判断し、この転造性をほぼ所望の値に維持しな
がら、極力、生産性を向上させるように加工条件を設定
するようにしたことを特徴として成るものである。この
発明によれば、転造性を低下させることなく、極力、生
産性を向上させる加工条件（転造ローラの回転数と送り
速度）の設定が容易に行える。すなわち一般的には、転
造ローラの回転数と送り速度とを高く設定すれば、生産
性を向上させることはできるものの、必ずしも精緻な転
造加工が実施できず、一方、転造ローラの回転数と送り
速度とを低く設定すれば、精緻な転造加工は行える（転
造性に優れる）が、必然的に生産性が低下することは避
けられないものであった。このため従来は、転造性と生
産性とを共にに両立させる加工条件の設定は、極めて難
しいものであったが、本発明ではこれらを共に考慮した
加工条件の設定が容易に行えるものである。

【００１０】また請求項２記載のＶＧＳタイプターボチ
ャージャにおける排気ガイドアッセンブリに適用される
可変翼の軸部の転造方法は、前記請求項１記載の要件に
加え、前記加工条件を選定するにあたっては、転造ロー
ラの回転数と、転造性の程度とを、異なる二軸としたグ
ラフ上において、転造ローラの送り速度を限界最小値Ｖ
min とした際の、転造ローラの回転数と転造性との関係
を示す軌跡と、転造ローラの回転数を限界最大値Ｒmax
としたラインと、転造性の程度を限界最小値Ｐmin とし
たラインとによって囲まれるエリア内で、転造ローラの
回転数と、送り速度との加工条件を設定するようにした
ことを特徴として成るものである。この発明によれば、
転造ローラの送り速度の限界最小値Ｖmin 、転造ローラ
の回転数の限界最大値Ｒmax 、転造性の限界最小値Ｐmi
n を考慮した実用的な加工条件が設定できる。

【００１１】更にまた請求項３記載のＶＧＳタイプター
ボチャージャにおける排気ガイドアッセンブリに適用さ
れる可変翼の軸部の転造方法は、前記請求項２記載の要
件に加え、前記加工条件を選定するにあたっては、前記
エリア内において、所望の転造性Ｐf （Ｐf ＞Ｐmin ）
を設定し、この所望の転造性Ｐf のライン上において、
転造ローラの回転数と、転造ローラの送り速度とを設定
するようにしたことを特徴として成るものである。この
発明によれば、転造ローラの送り速度の限界最小値Ｖmi
n 、転造ローラの回転数の限界最大値Ｒmax 、転造性の
限界最小値Ｐmin を考慮しながら、所望の転造性Ｐf を
確実に保持した、加工条件の設定が容易に行える。

【００１２】また請求項４記載のＶＧＳタイプターボチ
ャージャにおける排気ガイドアッセンブリに適用される
可変翼の軸部の転造方法は、前記請求項３記載の要件に
加え、前記加工条件を選定するにあたっては、前記エリ
ア内において設定された転造性の所望値Ｐf が、転造性
の極大値となるように、転造ローラの回転数と、転造ロ
ーラの送り速度とを、加工条件として設定するようにし
たことを特徴として成るものである。この発明によれ
ば、所望の転造性Ｐf を確実に確保しながら、転造ロー
ラの回転数と送り速度とをバランス良く、且つ極力大き
く設定することができる。従って本設定によって加工条
件を選定すれば、品質の安定性や信頼性の高い操業（転
造）が行える。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明を図示の実施の形態に
基づいて説明する。説明にあたっては本発明によって製
造される可変翼１を適用したＶＧＳタイプのターボチャ
ージャにおける排気ガイドアッセンブリＡについて説明
しながら、併せて可変翼１について説明し、その後、本
発明である可変翼の軸部の転造方法について説明する。
排気ガイドアッセンブリＡは、特にエンジンの低速回転
時において排気ガスＧを適宜絞り込んで排気流量を調節
するものであり、一例として図１に示すように、排気タ
ービンＴの外周に設けられ実質的に排気流量を設定する
複数の可変翼１と、可変翼１を回動自在に保持するター
ビンフレーム２と、排気ガスＧの流量を適宜設定すべく
可変翼１を一定角度回動させる可変機構３とを具えて成
るものである。以下各構成部について説明する。

【００１４】まず可変翼１について説明する。このもの
は一例として図１に示すように排気タービンＴの外周に
沿って円弧状に複数（一基の排気ガイドアッセンブリＡ
に対して概ね１０個から１５個程度）配設され、そのそ
れぞれが、ほぼ同程度づつ回動して排気流量を適宜調節
するものである。そして各可変翼１は、翼部１１と、軸
部１２とを具えて成る。翼部１１は、主に排気タービン
Ｔの幅寸法に応じて一定幅を有するように形成されるも
のであり、その幅方向における断面が概ね翼状に形成さ
れ、排気ガスＧが効果的に排気タービンＴに向かうよう
に構成されている。なおここで翼部１１の幅寸法を便宜
上、羽根高さｈとする。また軸部１２は、翼部１１と一
体で連続するように形成されるものであり、翼部１１を
動かす際の回動軸に相当する部位となる。

【００１５】そして翼部１１と軸部１２との接続部位に
は、軸部１２から翼部１１に向かって窄まるようなテー
パ部１３と、軸部１２より幾分大径の鍔部１４とが連な
るように形成されている。なお鍔部１４の底面は、翼部
１１における軸部１２側の端面と、ほぼ同一平面上に形
成され、この平面が、可変翼１をタービンフレーム２に
取り付けた状態における摺動面となり、可変翼１の円滑
な回動状態が確保される。更に軸部１２の先端部には、
可変翼１の取付状態の基準となる基準面１５が形成され
る。この基準面１５は、後述する可変機構３に対しカシ
メ等によって固定される部位であり、一例として図１、
２に示すように、軸部１２を対向的に切り欠いた平面
が、翼部１１に対してほぼ一定の傾斜状態に形成されて
成るものである。

【００１６】なお本発明によって製造される可変翼１
は、完成状態以前の翼部１１と軸部１２とを一体に具え
た金属素材（以下素形材Ｗとする）をまず形成し、この
素形材Ｗに対し、転造加工を含む適宜の加工を施して目
的の形状や寸法精度を実現させ、完成品としての可変翼
１を得るものである。ここで素形材Ｗに形成される完成
状態以前の翼部１１や軸部１２の各部分を、それぞれ翼
部形成部１１ａ、軸部形成部１２ａと定義する。そして
本発明では可変翼１のうち特に軸部形成部１２ａ（軸部
１２）を、転造によって所望の径太さに加工するもので
ある。

【００１７】次にタービンフレーム２について説明す
る。このものは、複数の可変翼１を回動自在に保持する
フレーム部材として構成されるものであって、一例とし
て図１に示すように、フレームセグメント２１と保持部
材２２とによって可変翼１を挟み込むように構成され
る。そしてフレームセグメント２１は、可変翼１の軸部
１２を受け入れるフランジ部２３と、後述する可変機構
３を外周に嵌めるボス部２４とを具えて成る。なおこの
ような構造からフランジ部２３には、周縁部分に可変翼
１と同数の受入孔２５が等間隔で形成されるものであ
る。また保持部材２２は、図１に示すように中央部分が
開口された円板状に形成されている。そしてこれらフレ
ームセグメント２１と保持部材２２とによって挟み込ま
れた可変翼１の翼部１１を、常に円滑に回動させ得るよ
うに、両部材間の寸法は、ほぼ一定（概ね可変翼１の翼
幅寸法程度）に維持されるものであり、一例として受入
孔２５の外周部分に、四カ所設けられたカシメピン２６
によって両部材間の寸法が維持されている。ここでこの
カシメピン２６を受け入れるためにフレームセグメント
２１及び保持部材２２に開口される孔をピン孔２７とす
る。

【００１８】なおこの実施の形態では、フレームセグメ
ント２１のフランジ部２３は、保持部材２２とほぼ同径
のフランジ部２３Ａと、保持部材２２より幾分大きい径
のフランジ部２３Ｂとの二つのフランジ部分から成るも
のであり、これらを同一部材で形成するものであるが、
同一部材での加工が複雑になる場合等にあっては、径の
異なる二つのフランジ部を分割して形成し、後にカシメ
加工やブレージング加工等によって接合することも可能
である。

【００１９】次に可変機構３について説明する。このも
のはタービンフレーム２のボス部２４の外周側に設けら
れ、排気流量を調節するために可変翼１を回動させるも
のであり、一例として図１に示すように、アッセンブリ
内において実質的に可変翼１の回動を生起する回動部材
３１と、この回動を可変翼１に伝える伝達部材３２とを
具えて成るものである。回動部材３１は、図示するよう
に中央部分が開口された略円板状に形成され、その周縁
部分に可変翼１と同数の伝達部材３２を等間隔で設ける
ものである。なおこの伝達部材３２は、回動部材３１に
回転自在に取り付けられる駆動要素３２Ａと、可変翼１
の基準面１５に固定状態に取り付けられる受動要素３２
Ｂとを具えて成るものであり、これら駆動要素３２Ａと
受動要素３２Ｂとが接続された状態で、回動が伝達され
る。具体的には四角片状の駆動要素３２Ａを、回動部材
３１に対して回転自在にピン止めするとともに、この駆
動要素３２Ａを受け入れ得るように略Ｕ字状に形成した
受動要素３２Ｂを、可変翼１の先端の基準面１５に固定
し、四角片状の駆動要素３２ＡをＵ字状の受動要素３２
Ｂに嵌め込み、双方を係合させるように、回動部材３１
をボス部２４に取り付けるものである。

【００２０】なお複数の可変翼１を取り付けた初期状態
において、これらを周状に整列させるにあたっては、各
可変翼１と受動要素３２Ｂとが、ほぼ一定の角度で取り
付けられる必要があり、本実施の形態においては、主に
可変翼１の基準面１５がこの作用を担っている。また回
動部材３１を単にボス部２４に嵌め込んだままでは、回
動部材３１がタービンフレーム２と僅かに離反した際、
伝達部材３２の係合が解除されてしまうことが懸念され
るため、これを防止すべく、タービンフレーム２の対向
側から回動部材３１を挟むようにリング３３等を設け、
回動部材３１に対してタービンフレーム２側への押圧傾
向を賦与するものである。このような構成によって、エ
ンジンが低速回転を行った際には、可変機構３の回動部
材３１を適宜回動させ、伝達部材３２を介して軸部１２
に伝達し、図１に示すように可変翼１を回動させ、排気
ガスＧを適宜絞り込んで、排気流量を調節するものであ
る。

【００２１】本発明によって製造される可変翼１を適用
した排気ガイドアッセンブリＡの一例は、以上のように
構成されて成り、以下、可変翼１の製造方法について説
明しながら、併せて本発明の可変翼の軸部の転造方法に
ついて説明する。 （１）素形材の準備工程 この工程は、翼部形成部１１ａと軸部形成部１２ａとを
一体に具え、可変翼１の原形である金属の素形材Ｗを準
備する工程である。そしてこのような素形材Ｗを準備す
るにあたっては、精密鋳造、金属射出成形、ブランク材
の打ち抜き等、適宜の手法が適用可能であり、以下これ
らの手法について概略的に説明する。

【００２２】（ａ）精密鋳造 例えば精密鋳造法を代表するロストワックス法は、目的
の製品（ここでは可変翼１）を形状、大きさ共に、ほぼ
忠実にろう模型で再現し、このろう模型のまわりを耐火
物で被覆した後、中のろう部分を溶かし出して、耐火物
（被覆物）のみを得、これを鋳型として鋳造を行う手法
である。このように精密鋳造では、鋳型を目的の製品通
りに、ほぼ忠実に形成することによって、鋳造品（素形
材Ｗ）を高精度に再現し得るものである。しかしながら
本実施の形態では、鋳造にあたって、耐熱鋼（合金）を
主要母材とした処女材を適用するとともに、含有される
Ｃ（炭素）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｏ（酸素）量を適正化、
例えばＣ、Ｓｉ、Ｏの各々の重量％を０．０５〜０．５
％、０．５〜１．５％、０．０１〜０．１％とすること
で、溶融金属の湯流れ性を向上させて、鋳造品の寸法精
度を、より一層向上させることが可能である。また例え
ば、注湯後、鋳込んだ金属素材を、鋳型とともに急冷す
ることによって、型破砕までの時間を短縮し、素形材Ｗ
の凝固粒の微細化を図り、その後の転造加工において、
シャープエッジ（軸部１２の転造によって、軸部１２表
面の金属素材が塑性流動を起こし、軸部１２の先端部か
ら突出状態に形成される鋭角部位）を発生させ難くする
技術的工夫も適宜採り得るものである。

【００２３】（ｂ）金属射出成形 この手法は、材料となる金属粉にバインダ（主に金属粉
どうしを結合させる添加剤であり、一例としてポリエチ
レン樹脂、ワックス、フタル酸エステルの混合物）を混
練し、可塑性を賦与した後、金型内に射出し所望の形状
に形成して、バインダを除去した後、焼結する手法であ
り、精密鋳造とほぼ同様に、高精度に金属製の成形品
（素形材Ｗ）が得られるものである。この際、独立泡
（金属粒子間の球状間隙）を小さく且つ均一に生じさせ
るべく、３０分から２時間程度の時間をかけた焼結を行
ったり、成形品にＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ
Ｐｒｅｓｓｉｎｇの略；熱間静水圧プレス）処理を施
し、成形品の嵩密度を向上させることが可能である。ま
た金属粉の形状を空気アトマイズや水アトマイズ等によ
って極力、球状且つ微細化し、素形材Ｗの高温回転曲げ
疲労性を向上させる技術的工夫も適宜採り得るものであ
る。

【００２４】（ｃ）ブランク材の打ち抜き この手法は、ほぼ一定の厚さ（一例として約４ｍｍ程
度）を有した帯鋼等から、目的の可変翼１を実現し得る
ボリューム（金属素材の体積）を有するように打ち抜い
たブランク材を素形材Ｗとする手法である。もちろん打
ち抜き加工は、通常、打ち抜き方向がストレートである
ため、打ち抜き工程のみで、例えば軸部１２の断面を、
ほぼ円状に形成することは不可能であり、打ち抜かれた
ブランク材の軸部形成部１２ａは、ほぼ四角断面状を呈
するのが一般的である。このため打ち抜き工程の後、転
造工程に移行するまでの間に、例えばほぼ四角断面状を
呈した軸部形成部１２ａに、鍛造加工や圧印加工等を施
して、ほぼ円形状の断面に造形するものである。すなわ
ち実質的には、打ち抜き工程と造形工程とによって、精
密鋳造や金属射出成形等と同程度の素形材Ｗを得るもの
である。なお、造形工程で断面形状を変化させるような
場合には、打ち抜かれたブランク材（素形材Ｗ）の軸部
形成部１２ａ等の隅角部にコーナＲ（フィレット加工）
や面取り加工を施し、円形状等の完成形状に近づけてお
く技術的工夫が適宜、採り得る。これによって金属素材
のデッドメタルフロウ状態が防止され、実質的な造形工
程において金属素材の円滑な塑性流動が促進されるもの
である。因みに造形工程では、翼部１１も同時に所望の
形状に形成することが可能である。

【００２５】（２）軸部の転造工程 このように適宜の手法によって可変翼１の原形となる素
形材Ｗを形成した後、この素形材Ｗの軸部形成部１２ａ
が転造によって所望の径太さに加工される。 (i) 転造装置の説明 まず本発明の転造方法を実施し得る転造装置６の一例に
ついて説明する。このものは、一例として図３に示すよ
うに、一対の転造ローラ６１（ダイス）の間にワーク
（素形材Ｗ）を挟み込み、転造ローラ６１と素形材Ｗと
を相対的に回転させながら転造を行うものである。そし
てこの実施の形態では転造ローラ６１は、一方が不動状
態、もう一方が、不動状態のローラに対して接近離反自
在に構成されている。またここでは、不動状態のローラ
が、フリー回転状態に設定されるとともに、接近離反自
在のローラのみが回転駆動されるものである。なお上記
一対の転造ローラ６１をフリー回転ローラ６１Ａ及び、
可動ローラ６１Ｂと符号を付して区別する。

【００２６】そして転造時には、可動ローラ６１Ｂの回
転が、挟み込んだ素形材Ｗを介してフリー回転ローラ６
１Ａに伝達され、双方の転造ローラ６１が実質的に同一
の回転数で回転するものである。また転造を行う前の一
対の転造ローラ６１は、一例として図３（ａ）に示すよ
うに、充分離反した状態で待機しており、フリー回転ロ
ーラ６１Ａ（非回転状態）の近傍に素形材Ｗをセットし
た後（図３（ｂ）参照）、転造時に可動ローラ６１Ｂを
回転させながら、徐々に接近させて行くものである（図
３（ｂ）〜（ｄ）参照）。ここで一対の転造ローラ６１
の接近、すなわち可動ローラ６１Ｂがフリー回転ローラ
６１Ａに接近することを「送り」と称するものである。
なお転造加工中、素形材Ｗを一対の転造ローラ６１間に
保持するにあたっては、必要に応じて支持用の治具を適
用することが可能である。

【００２７】(ii)加工条件と転造性について 可変翼１の軸部形成部１２ａの転造が以上のように行わ
れることに因み、転造時の加工条件としては、例えば転
造ローラ６１の回転数Ｒと、転造ローラの送り速度Ｖと
が挙げられる。一方、このような加工条件に対して、軸
部１２における転造の状態や、転造加工そのものの行い
易さ等を総合的に評価すべく、軸伸びやシャープエッ
ジ、圧造力（加工時に転造ローラ６１が素形材Ｗに及ぼ
す加圧力）、蓄積歪み（転造によって軸部１２に蓄積さ
れる歪み）等の種々の要素を総括的に勘案した、転造性
Ｐを挙げるものである。従って例えば「転造性が非常に
優れた状態」（図４に示す縦軸の最上部位に相当する）
とは、加工後の軸部１２に軸伸び及びシャープエッジの
発生がほとんどなく、また転造に要する圧造力が少な
く、且つ軸部１２への蓄積歪みが極めて小さい状態を意
味するものである。

【００２８】なお一般的に転造ローラ６１を高回転さ
せ、且つ高速で送るようにすれば、（回転数Ｒ、送り速
度Ｖともに高い状態に設定）一つの可変翼１を転造する
のに要する時間を短縮でき、大量に加工できることにな
るが、単にこのような設定にするだけでは、転造性Ｐは
低下するのが一般的である。すなわち一般的には、転造
ローラ６１を高回転・高速送り状態とすれば、可変翼１
を大量に加工できる（生産性を向上させる）ものの、転
造性Ｐは低下し、例えば軸伸びやシャープエッジ等が発
生し易くなるものである。一方、一般的に転造ローラ６
１を低回転・低速送り状態とすれば、転造性Ｐを向上さ
せ、精度の高い転造加工が行えるものの、大量に転造を
行うのは難しくなる。本発明は、量産性と転造性とを共
に考慮し、所望の転造性を維持しながら、極力、量産性
を向上させ得るように加工条件を設定できるようにした
ものであり、以下、加工条件の設定手法について図４に
示すグラフに基づいて説明する。

【００２９】(iii) グラフについて まず図４のグラフの横軸は、転造ローラ６１の回転数Ｒ
（例えば単位時間当たりの回転数）を示すものであり、
縦軸は、転造性Ｐの優劣の程度（度合い）を示すもので
ある。ここで横軸上の「Ｒmax 」とは、転造ローラ６１
の回転数の限界最大値を示すものであり、保持したい転
造性の度合い（一般に特定の回転数以上では回転数を上
げるほど転造性は低下するため、確保したい転造性の程
度に応じて、許容できる最大の回転数がほぼ決定され
る）、あるいは転造装置６そのものの能力などによって
予め設定される回転数Ｒの最大限界値である。また、縦
軸上の「Ｐmin 」とは、転造性Ｐの限界最小値を示すも
のであり、機能部位として軸部１２に要求される最低限
の品質（可変翼１を円滑且つ確実に回動させるのに、最
低限必要な転造性）、あるいは量産部品として軸部１２
に要求される最低限の転造性などによって予め設定され
る、転造性Ｐの許容限界値である。

【００３０】上記グラフは、このように回転数Ｒと転造
性Ｐとを異なる二軸としたものに、転造ローラ６１の送
り速度Ｖを種々変えて、回転数Ｒと転造性Ｐとの関係、
すなわち回転数Ｒによる転造性Ｐの変化の様子（軌跡）
を示したものである。ここで送り速度Ｖを種々異ならせ
た各軌跡を、個々に見て行くと、それぞれの軌跡は、回
転数Ｒの増加とともに転造性Ｐが向上して行くが、ある
段階（これを極大値とする）からは転造性Ｐが低下して
行くことが分かる。また各軌跡を全体的に見て行くと、
この極大値が、ほぼ一直線上に位置するという知見が得
られる（各々の極大値が、ほぼ連なる線を、ラインＬと
する）。もちろん各軌跡を全体的に見た場合、送り速度
Ｖの小さいものの方が、グラフの上方に位置し、送り速
度Ｖが遅い程、転造性Ｐが良好であることも見て取れ
る。なお「Ｖmin 」とは、転造ローラ６１の送り速度の
限界最小値を示すものであり、生産性（一般に送り速度
を下げるほど生産性は低下するため、維持したい最低限
の生産性の程度に応じて、許容できる最小の送り速度が
ほぼ決定される）、あるいは転造装置６そのものの能力
などによって予め設定される送り速度Ｖの最小限界値で
ある。

【００３１】従って転造加工における加工条件、すなわ
ち転造ローラ６１の回転数Ｒと送り速度Ｖとは、本図４
において、ローラの送り速度Ｖを限界最小値Ｖmin に設
定した際の軌跡と、ローラの回転数の限界最大値Ｒmax
と、転造性の最小値Ｐmin とによって囲まれるエリアＡ
Ｒ内（図中の四角形ＡＢＣＤ内）において設定される。
また本図においては、送り速度Ｖを種々変えて、回転数
による転造性の変化の様子（軌跡）を示したもののう
ち、上記エリアＡＲ内を通過するものに対して、Ｖ1 、
Ｖ2 、Ｖ3 、Ｖ4 の符号を付している（Ｖ1 ＜Ｖ2 ＜Ｖ
3 ＜Ｖ4 ）。

【００３２】(iv)具体的な設定手順 そしてエリアＡＲ内を通過するような所望の転造性、例
えばＰf （もちろんＰf ＞Ｐmin の関係が成立）を設定
すると、エリアＡＲ内においてＰf のライン上に乗る位
置（例えば図中における×印）なら、どこでも加工条件
として採用し得るものであるが、実際の現場においては
生産性が主に優先されるため、極力、送り速度Ｖと回転
数Ｒとを共に大きく設定すべく、Ｐf のラインと、ライ
ンＬとの交点を、極大値とするような送り速度Ｖ（ここ
ではＶf ）と、回転数Ｒ（ここではＲf ）を設定するも
のである。言い換えれば、エリアＡＲ内において所望の
転造性Ｐf を、転造性の極大値とする、送り速度Ｖと回
転数Ｒとを設定するものである。

【００３３】なおここでは送り速度Ｖf と回転数Ｒf と
を選定する説明の都合上、軌跡（Ｖf の軌跡）が予め分
かっていた転造性Ｐf を例示したが、これらの加工条件
を選定するにあたっては、必ずしも転造性の軌跡が明確
にされている必要はない。すなわち本実施の形態にあっ
ては、上述したように転造性の極大値が、ほぼラインＬ
上に連なる、という知見を得ているため、転造性の軌跡
が明確でなく、送り速度がグラフから明確に読み取れな
くても、例えば回転数Ｒf の値や、他の転造性の軌跡等
から、ほぼ正確に送り速度Ｖf が推測できるものであ
る。このように本実施の形態では、所望の転造性を維持
しながら生産性を極力向上させ得る加工条件の選定が、
容易に且つ正確に行え、しかも転造ローラ６１の回転数
Ｒと送り速度Ｖとをバランス良く設定できるため、製品
品質の安定性や信頼性の点で望ましい操業が行えるもの
であり、可変翼１の高品質レベルでの量産化を、より現
実的なものにできる。

【００３４】（３）翼部や可変翼全体の加工 なお転造加工が施された素形材Ｗ（この状態で素形材Ｗ
は、ほぼ可変翼１の完成状態を呈している）は、適宜、
翼部高さｈが研磨されたり、全体的なバレル研磨等が施
され、所望の形状及び寸法精度が実現される。なお本実
施の形態では、二つの転造ローラ６１によって、可変翼
１の軸部１２の転造を行うものであったが、必ずしもそ
の必要はなく、三つ以上の複数の転造ローラ６１を適用
し、軸部１２の転造を行うことが可能である。因みに三
つ転造ローラ６１を適用した場合には、一つを可動ロー
ラ６１Ｂとし、残りの二つをフリー回転ローラ６１Ａと
する形態だけでなく、二つを可動ローラ６１Ｂとし、残
りの一つをフリー回転ローラ６１Ａとする形態が可能で
ある。

【００３５】

【発明の効果】まず請求項１記載の発明によれば、生産
性と転造性Ｐとを共に考慮した、転造ローラ６１の回転
数Ｒと送り速度Ｖとの設定が、容易に行える。因みに短
時間で一個の可変翼１の転造を高速で行えば、生産性は
向上するが、転造性は低下し、軸伸びやシャープエッジ
等が生じ易くなる。このように生産性と転造性とを共に
両立させる加工条件の設定は、一般に極めて難しいもの
であったが、本願においては、これが容易に行えるもの
である。

【００３６】また請求項２記載の発明によれば、転造ロ
ーラ６１の送り速度Ｖの限界最小値Ｖmin 、転造ローラ
６１の回転数Ｒの限界最大値Ｒmax 、転造性Ｐの限界最
小値Ｐmin を考慮した加工条件の設定が行え、より現実
に即した選定が行える。

【００３７】更にまた請求項３記載の発明によれば、予
め限界最小値Ｐmin 以上の所望の転造性Ｐf を設定し、
このライン上において転造ローラ６１の回転数Ｒf と送
り速度Ｖf とを選定するため、所望の転造性Ｐf を確実
に保持した設定が容易に行える。

【００３８】また請求項４記載の発明によれば、所望の
転造性Ｐf を確保しながら、転造ローラ６１の回転数Ｒ
及び送り速度Ｖを、バランス良く、極力大きく設定する
ことができる。このため可変翼１の軸部１２の転造を高
精度、高能率に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によって製造される可変翼を組み込んだ
ＶＧＳタイプのターボチャージャを示す斜視図（ａ）、
並びに排気ガイドアッセンブリを示す分解斜視図（ｂ）
である。

【図２】本発明によって製造される可変翼を示す正面図
並びに左側面図である。

【図３】転造装置の作動態様を段階的に示す骨格的説明
図である。

【図４】可変翼の軸部を転造する際において、転造性、
転造ローラの回転数、転造ローラの送り速度の相互関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 可変翼 ２ タービンフレーム ３ 可変機構 ６ 転造装置 １１ 翼部 １１ａ 翼部形成部 １２ 軸部 １２ａ 軸部形成部 １３ テーパ部 １４ 鍔部 １５ 基準面 ２１ フレームセグメント ２２ 保持部材 ２３ フランジ部 ２３Ａ フランジ部（小） ２３Ｂ フランジ部（大） ２４ ボス部 ２５ 受入孔 ２６ カシメピン ２７ ピン孔 ３１ 回動部材 ３２ 伝達部材 ３２Ａ 駆動要素 ３２Ｂ 受動要素 ３３ リング ６１ 転造ローラ ６１Ａ フリー回転ローラ ６１Ｂ 可動ローラ Ａ 排気ガイドアッセンブリ ＡＲ エリア Ｇ 排気ガス ｈ 羽根高さ Ｌ ライン（転造性の極大値を連ねた） Ｐ 転造性 Ｒ 回転数（転造ローラ６１の） Ｔ 排気タービン Ｖ 送り速度（転造ローラ６１の） Ｗ 素形材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回動中心となる軸部と、実質的に排気ガ
   スの流量を調節する翼部とを具え、 エンジンから排出された比較的少ない排気ガスを適宜絞
   り込み、排気ガスの速度を増幅させ、排気ガスのエネル
   ギで排気タービンを回し、この排気タービンに直結され
   たコンプレッサで自然吸気以上の空気をエンジンに送り
   込み、低速回転時であってもエンジンが高出力を発揮で
   きるようにしたＶＧＳタイプのターボチャージャに組み
   込まれる可変翼を製造するにあたり、 前記可変翼は、翼部と軸部とを一体に具えた、可変翼の
   原形となる金属の素形材を出発素材とし、この素形材の
   軸部形成部に、一組の転造ローラによる転造加工を施
   し、所望の径太さに形成するものであり、 前記転造ローラの回転数と、一組の転造ローラを接近さ
   せる送り速度との加工条件を選定するにあたっては、転
   造に伴って生ずる軸伸びやシャープエッジあるいは転造
   によって軸部に蓄積される歪みや転造に要する圧造力か
   ら総合的に転造性の優劣を判断し、この転造性をほぼ所
   望の値に維持しながら、極力、生産性を向上させるよう
   に加工条件を設定するようにしたことを特徴とするＶＧ
   Ｓタイプターボチャージャにおける排気ガイドアッセン
   ブリに適用される可変翼の軸部の転造方法。
2. 【請求項２】 前記加工条件を選定するにあたっては、
   転造ローラの回転数と、転造性の程度とを、異なる二軸
   としたグラフ上において、 転造ローラの送り速度を限界最小値Ｖmin とした際の、
   転造ローラの回転数と転造性との関係を示す軌跡と、 転造ローラの回転数を限界最大値Ｒmax としたライン
   と、 転造性の程度を限界最小値Ｐmin としたラインとによっ
   て囲まれるエリア内で、転造ローラの回転数と、送り速
   度との加工条件を設定するようにしたことを特徴とする
   請求項１記載のＶＧＳタイプターボチャージャにおける
   排気ガイドアッセンブリに適用される可変翼の軸部の転
   造方法。
3. 【請求項３】 前記加工条件を選定するにあたっては、
   前記エリア内において、所望の転造性Ｐf （Ｐf ＞Ｐmi
   n ）を設定し、この所望の転造性Ｐf のライン上におい
   て、転造ローラの回転数と、転造ローラの送り速度とを
   設定するようにしたことを特徴とする請求項２記載のＶ
   ＧＳタイプターボチャージャにおける排気ガイドアッセ
   ンブリに適用される可変翼の軸部の転造方法。
4. 【請求項４】 前記加工条件を選定するにあたっては、
   前記エリア内において設定された転造性の所望値Ｐf
   が、転造性の極大値となるように、転造ローラの回転数
   と、転造ローラの送り速度とを、加工条件として設定す
   るようにしたことを特徴とする請求項３記載のＶＧＳタ
   イプターボチャージャにおける排気ガイドアッセンブリ
   に適用される可変翼の軸部の転造方法。