JP3997500B2 - 可変ベーン型ターボチャージャに適用する可変ベーンの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの過給機の一つであるターボチャージャに関するものであって、特にこれを構成する可変ベーンに係るものである。
【０００２】
【発明の背景】
ターボチャージャは、排気ガスのエネルギーで排気タービンを回し、これに直結されたコンプレッサで空気をエンジンに押し込んでパワーアップを図る装置である。ところでこのものは、エンジンの低速回転時には、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。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問題があった。
このため低回転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ベーン（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タイプでは別途可変ベーンの可変機構を必要とし、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。
【０００３】
一方この種のターボ装置は、高温雰囲気下で使用されるため、本発明の対象とした可変ベーンについても、強い耐熱性を有するＳＵＳ３１０Ｓ等の材質が適用され、その加工においては上述したように形状が複雑なことに加え、仕上げ寸法精度が厳しく要求されること等から切削加工が主流となっていた。しかしながらこのＳＵＳ３１０Ｓ等の材料は、強い耐熱性を有するとともに、難切削性の材質でもあるため現実には切削加工そのものに相当の時間を要することとなり、従ってコストダウンにも一定の限界があった。
【０００４】
【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、単一機能を有する可変ベーンを単一部材で構成するという技術常識を根本から見直し、逆に可変ベーンを複数の部材に分断して構成することにより、切削加工をすべて排除し、これによって加工時間をトータルで短縮させ、大幅なコストダウンを図った可変ベーンの新規な製造方法の開発を試みたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１記載の可変ベーン型ターボチャージャに適用する可変ベーンの製造方法は、可変ベーンの翼部と同じ断面を有する長尺鍛造素材を、一定の幅寸法毎に切断して、ベーン翼部の部材とし、一方ピン状のベーン軸部の部材には、その先端に前記ベーン翼部を挟み込む保持スリットを形成し、この保持スリットにベーン翼部を挟み込んだ状態とした後、溶接によってベーン翼部とベーン軸部とを一体化することを特徴として成るものである。
この発明によれば、従来単一部材で構成することが技術常識とされていた可変ベーンを、二種の異なる部材を組み合わせて形成するため、相当な時間を要する切削加工をすべて排除でき、可変ベーンを効率的に加工できる。
【０００６】
【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係る可変ベーン１を適用したターボチャージャの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ベーン１について説明し、その後可変ベーン１の製造方法について説明する。排気ガイドアッセンブリＡは、エンジンの低速回転時に排気ガスを絞り込んで排気流量を設定するためのものであり、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可変ベーン１と、可変ベーン１を回動自在に支持するタービンフレーム２と、タービンフレーム２のボス部２１側に設けられ可変ベーン１を一定角度回動させる可変機構３と、可変ベーン１をタービンフレーム２の反対側から挟み込むように保持する保持板４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。
【０００７】
まず可変ベーン１について説明する。このものは一例として図１、２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設けられ、そのそれぞれが回動自在に設定されて排気流量を調節するものであり、ベーン翼部１１と、ベーン軸部１２とを具えて成るものである。ベーン翼部１１は、排気タービンＴの幅寸法に応じて一定幅を有するものであり、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。ベーン軸部１２は、ベーン翼部１１に固定的に設けられるものであり、ベーン翼部１１の回動軸に相当するものである。
【０００８】
なおベーン翼部１１とベーン軸部１２とは、初期段階で各々別々に形成された後、溶接によって一体化されるためベーン軸部１２の先端部分には、あらかじめベーン翼部１１を嵌め込む保持スリット１２ａが形成されている。またこの保持スリット１２ａは、ベーン翼部１１を嵌め込むと同時に、翼形断面の肉厚寸法が部分毎に異なることからベーン翼部１１を固定する際の位置決め作用を担うものである。またベーン軸部１２は支持基端側に段差１２ｂを有し、後述する可変機構３にカシメ等によって固定され、回動自在に支持されるものである。
【０００９】
次にタービンフレーム２について説明する。このものは、文字どおり排気タービンＴのフレーム部材として構成されるとともに複数の可変ベーン１をそれぞれ回動自在に支持するものであって、一例として図１に示すようにボス部２１と、ベーン取付フランジ部２２とを具えて成るものである。そしてこのボス部２１の周面に沿って、後述する可変機構３が設けられる。一方ベーン取付フランジ部２２は、可変ベーン１のベーン軸部１２を回動自在に支持するものであり、このためフランジの周縁部分に可変ベーン１と同数の軸挿入孔２３が等間隔で形成されている。また軸挿入孔２３の外周部分には一例として四カ所、可変ベーン１の取り付け幅を保持するピン２４を固定するためのピン孔２５が設けられる。
【００１０】
そしてベーン取付フランジ部２２は、直径の異なる二種のフランジセグメントを具えて成るものであり、ボス部２１と一体的に形成されるものを一体フランジセグメント２６とし、これとは別に形成されるものを別体フランジセグメント２７として区別している。そしてこれら一体フランジセグメント２６と、別体フランジセグメント２７とが、一例として絞り加工やファインブランキング加工等によって別々に形成された後、圧入ピンやカシメピン等によって一体的に組み合わされるものである。なお一体フランジセグメント２６と、別体フランジセグメント２７との一体化は、圧入ピンやカシメピン等のほかにも例えばネジ等の螺合による接合やブレージングによる接合等種々の接合形態が採り得る。更に圧入ピン等によって接合を行う場合、ピン部材は、ベーン取付フランジ２２の部材よりも高い熱膨張率を有する材質を適用すれば、排気ガイドアッセンブリＡが高温となる作動時においてもベーン取付フランジ２２の固定状態がより確実に維持できるものである。
【００１１】
また一体フランジセグメント２６は、ボス部２１の端部にフランジ部２６ａを形成して成り、このフランジ部２６ａに密着するように接合される別体フランジセグメント２７は、軸挿入孔２３が形成されたフランジ部２７ａと、これより大径に形成されたフランジ部２７ｂとを具えて成るものである。そしてこれらフランジ部２７ａ、２７ｂとの段差部において後述する可変機構３を回動させる際の逃げ部分を形成している。
なおタービンフレーム２についても可変ベーン１と同様に従来は単一部材で形成されることが技術常識とされていた。しかしながらベーン取付フランジ部２２を、上述したように二種のフランジセグメントに分けて構成することによって、このタービンフレーム２の加工においても時間のかかる切削加工をすべて排除し、大幅な効率化を図っている。
【００１２】
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２１側に取り付けられ、可変ベーン１を回動させることによって排気流量を調節するものであり、設定板３１と、リンク部３３とを具えて成るものである。設定板３１は、一例として中央部分を開口した円板状に形成され、その周縁部分に可変ベーン１と同数の回動軸３２が等間隔に設けられて成るものである。一方リンク部３３は、設定板３１の回動を可変ベーン１に伝達するものであり、一例として回動軸３２及びベーン軸部１２に各々接続される長円状の二つの連接部材３４が、連結軸３５によって回動自在に接続されて成るものである。そしてエンジンの低速回転時等には、可変機構３の設定板３１を回動させ、リンク部３３を介してベーン軸部１２に伝達し、図３に示すように可変ベーン１を回動させ、排気ガスを排気タービンＴに効率よく向かうように適宜設定するものである。
そして保持板４は、可変ベーン１をタービンフレーム２の反対側から挟み込むように取り付けられ、ピン２４とともに可変ベーン１の取り付け幅を保持している。
【００１３】
次に可変ベーン１の製造方法について説明する。可変ベーン１はベーン翼部１１と、ベーン軸部１２とに分断して製造されるものであり、まずベーン翼部１１は一例として３０ｃｍから５０ｃｍ程度の長尺鍛造素材を、適宜の形状を有するダイスから何回か引き抜き、最終的に所定の翼形断面を有する長尺鍛造素材とした後、排気タービンの幅寸法に応じて一定の寸法毎にダイヤモンドカッタ等によって切断される。
【００１４】
一方ベーン軸部１２は、一例としていわゆるヘッダマシンによって棒状素材の頭部を適宜の長さ突出させる状態に挟み込み、この頭部を適宜の型部材で叩き、保持スリット１２ａを形成し、適宜の長さに切断するものである。またこれに伴い他の先端部分にはカシメ等の固定を行うための段差１２ｂが絞り加工等によって形成される。
【００１５】
その後この保持スリット１２ａにベーン翼部１１を挟み込み一例としてレーザ溶接によってこれらを一体化するものである。なおこの保持スリット１２ａは、ベーン翼部１１を挟み込むと同時に、翼形断面の肉厚寸法が部分毎に異なることからベーン翼部１１を固定する際の位置決め作用を担うものであって、固定位置の設定がより正確に、且つより容易に行えるものである。また可変ベーン１をベーン翼部１１とベーン軸部１２とに分け、上述したように形成することによって、切削加工を行わずに充分な寸法精度を出しきり、加工効率を飛躍的に向上させるものである。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、従来単一部材で構成することが技術常識とされていた可変ベーン１を、ベーン翼部１１とベーン軸部１２との二種の異なる部材に分け、これを組み合わせて形成するため、多大な時間を費やしていた切削加工をすべて排除でき、可変ベーン１の加工効率を飛躍的に向上させ、大幅なコストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る可変ベーンを適用した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】 ベーン翼部を示す説明図（ａ）、並びにベーン軸部を示す説明図（ｂ）、並びにこれらを一体化させた可変ベーンを示す説明図（ｃ）である。
【図３】 可変ベーンを回動させて排気流量を調節する状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 可変ベーン
２ タービンフレーム
３ 可変機構
４ 保持板
１１ ベーン翼部
１２ ベーン軸部
１２ａ 保持スリット
１２ｂ 段差
２１ ボス部
２２ ベーン取付フランジ部
２３ 軸挿入孔
２４ ピン
２５ ピン孔
２６ 一体フランジセグメント
２６ａ フランジ部
２７ 別体フランジセグメント
２７ａ フランジ部
２７ｂ フランジ部
３１ 設定板
３２ 回動軸
３３ リンク部
３４ 連接部材
３５ 連結軸
Ａ 排気ガイドアッセンブリ
Ｔ 排気タービン
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの過給機の一つであるターボチャージャに関するものであって、特にこれを構成する可変ベーンに係るものである。
【０００２】
【発明の背景】
ターボチャージャは、排気ガスのエネルギーで排気タービンを回し、これに直結されたコンプレッサで空気をエンジンに押し込んでパワーアップを図る装置である。ところでこのものは、エンジンの低速回転時には、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。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問題があった。
このため低回転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ベーン（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タイプでは別途可変ベーンの可変機構を必要とし、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。
【０００３】
一方この種のターボ装置は、高温雰囲気下で使用されるため、本発明の対象とした可変ベーンについても、強い耐熱性を有するＳＵＳ３１０Ｓ等の材質が適用され、その加工においては上述したように形状が複雑なことに加え、仕上げ寸法精度が厳しく要求されること等から切削加工が主流となっていた。しかしながらこのＳＵＳ３１０Ｓ等の材料は、強い耐熱性を有するとともに、難切削性の材質でもあるため現実には切削加工そのものに相当の時間を要することとなり、従ってコストダウンにも一定の限界があった。
【０００４】
【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、単一機能を有する可変ベーンを単一部材で構成するという技術常識を根本から見直し、逆に可変ベーンを複数の部材に分断して構成することにより、切削加工をすべて排除し、これによって加工時間をトータルで短縮させ、大幅なコストダウンを図った可変ベーンの新規な製造方法の開発を試みたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１記載の可変ベーン型ターボチャージャに適用する可変ベーンの製造方法は、可変ベーンの翼部と同じ断面を有する長尺鍛造素材を、一定の幅寸法毎に切断して、ベーン翼部の部材とし、一方ピン状のベーン軸部の部材には、その先端に前記ベーン翼部を挟み込む保持スリットを形成し、この保持スリットにベーン翼部を挟み込んだ状態とした後、溶接によってベーン翼部とベーン軸部とを一体化することを特徴として成るものである。
この発明によれば、従来単一部材で構成することが技術常識とされていた可変ベーンを、二種の異なる部材を組み合わせて形成するため、相当な時間を要する切削加工をすべて排除でき、可変ベーンを効率的に加工できる。
【０００６】
【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係る可変ベーン１を適用したターボチャージャの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ベーン１について説明し、その後可変ベーン１の製造方法について説明する。排気ガイドアッセンブリＡは、エンジンの低速回転時に排気ガスを絞り込んで排気流量を設定するためのものであり、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可変ベーン１と、可変ベーン１を回動自在に支持するタービンフレーム２と、タービンフレーム２のボス部２１側に設けられ可変ベーン１を一定角度回動させる可変機構３と、可変ベーン１をタービンフレーム２の反対側から挟み込むように保持する保持板４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。
【０００７】
まず可変ベーン１について説明する。このものは一例として図１、２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設けられ、そのそれぞれが回動自在に設定されて排気流量を調節するものであり、ベーン翼部１１と、ベーン軸部１２とを具えて成るものである。ベーン翼部１１は、排気タービンＴの幅寸法に応じて一定幅を有するものであり、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。ベーン軸部１２は、ベーン翼部１１に固定的に設けられるものであり、ベーン翼部１１の回動軸に相当するものである。
【０００８】
なおベーン翼部１１とベーン軸部１２とは、初期段階で各々別々に形成された後、溶接によって一体化されるためベーン軸部１２の先端部分には、あらかじめベーン翼部１１を嵌め込む保持スリット１２ａが形成されている。またこの保持スリット１２ａは、ベーン翼部１１を嵌め込むと同時に、翼形断面の肉厚寸法が部分毎に異なることからベーン翼部１１を固定する際の位置決め作用を担うものである。またベーン軸部１２は支持基端側に段差１２ｂを有し、後述する可変機構３にカシメ等によって固定され、回動自在に支持されるものである。
【０００９】
次にタービンフレーム２について説明する。このものは、文字どおり排気タービンＴのフレーム部材として構成されるとともに複数の可変ベーン１をそれぞれ回動自在に支持するものであって、一例として図１に示すようにボス部２１と、ベーン取付フランジ部２２とを具えて成るものである。そしてこのボス部２１の周面に沿って、後述する可変機構３が設けられる。一方ベーン取付フランジ部２２は、可変ベーン１のベーン軸部１２を回動自在に支持するものであり、このためフランジの周縁部分に可変ベーン１と同数の軸挿入孔２３が等間隔で形成されている。また軸挿入孔２３の外周部分には一例として四カ所、可変ベーン１の取り付け幅を保持するピン２４を固定するためのピン孔２５が設けられる。
【００１０】
そしてベーン取付フランジ部２２は、直径の異なる二種のフランジセグメントを具えて成るものであり、ボス部２１と一体的に形成されるものを一体フランジセグメント２６とし、これとは別に形成されるものを別体フランジセグメント２７として区別している。そしてこれら一体フランジセグメント２６と、別体フランジセグメント２７とが、一例として絞り加工やファインブランキング加工等によって別々に形成された後、圧入ピンやカシメピン等によって一体的に組み合わされるものである。なお一体フランジセグメント２６と、別体フランジセグメント２７との一体化は、圧入ピンやカシメピン等のほかにも例えばネジ等の螺合による接合やブレージングによる接合等種々の接合形態が採り得る。更に圧入ピン等によって接合を行う場合、ピン部材は、ベーン取付フランジ２２の部材よりも高い熱膨張率を有する材質を適用すれば、排気ガイドアッセンブリＡが高温となる作動時においてもベーン取付フランジ２２の固定状態がより確実に維持できるものである。
【００１１】
また一体フランジセグメント２６は、ボス部２１の端部にフランジ部２６ａを形成して成り、このフランジ部２６ａに密着するように接合される別体フランジセグメント２７は、軸挿入孔２３が形成されたフランジ部２７ａと、これより大径に形成されたフランジ部２７ｂとを具えて成るものである。そしてこれらフランジ部２７ａ、２７ｂとの段差部において後述する可変機構３を回動させる際の逃げ部分を形成している。
なおタービンフレーム２についても可変ベーン１と同様に従来は単一部材で形成されることが技術常識とされていた。しかしながらベーン取付フランジ部２２を、上述したように二種のフランジセグメントに分けて構成することによって、このタービンフレーム２の加工においても時間のかかる切削加工をすべて排除し、大幅な効率化を図っている。
【００１２】
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２１側に取り付けられ、可変ベーン１を回動させることによって排気流量を調節するものであり、設定板３１と、リンク部３３とを具えて成るものである。設定板３１は、一例として中央部分を開口した円板状に形成され、その周縁部分に可変ベーン１と同数の回動軸３２が等間隔に設けられて成るものである。一方リンク部３３は、設定板３１の回動を可変ベーン１に伝達するものであり、一例として回動軸３２及びベーン軸部１２に各々接続される長円状の二つの連接部材３４が、連結軸３５によって回動自在に接続されて成るものである。そしてエンジンの低速回転時等には、可変機構３の設定板３１を回動させ、リンク部３３を介してベーン軸部１２に伝達し、図３に示すように可変ベーン１を回動させ、排気ガスを排気タービンＴに効率よく向かうように適宜設定するものである。
そして保持板４は、可変ベーン１をタービンフレーム２の反対側から挟み込むように取り付けられ、ピン２４とともに可変ベーン１の取り付け幅を保持している。
【００１３】
次に可変ベーン１の製造方法について説明する。可変ベーン１はベーン翼部１１と、ベーン軸部１２とに分断して製造されるものであり、まずベーン翼部１１は一例として３０ｃｍから５０ｃｍ程度の長尺鍛造素材を、適宜の形状を有するダイスから何回か引き抜き、最終的に所定の翼形断面を有する長尺鍛造素材とした後、排気タービンの幅寸法に応じて一定の寸法毎にダイヤモンドカッタ等によって切断される。
【００１４】
一方ベーン軸部１２は、一例としていわゆるヘッダマシンによって棒状素材の頭部を適宜の長さ突出させる状態に挟み込み、この頭部を適宜の型部材で叩き、保持スリット１２ａを形成し、適宜の長さに切断するものである。またこれに伴い他の先端部分にはカシメ等の固定を行うための段差１２ｂが絞り加工等によって形成される。
【００１５】
その後この保持スリット１２ａにベーン翼部１１を挟み込み一例としてレーザ溶接によってこれらを一体化するものである。なおこの保持スリット１２ａは、ベーン翼部１１を挟み込むと同時に、翼形断面の肉厚寸法が部分毎に異なることからベーン翼部１１を固定する際の位置決め作用を担うものであって、固定位置の設定がより正確に、且つより容易に行えるものである。また可変ベーン１をベーン翼部１１とベーン軸部１２とに分け、上述したように形成することによって、切削加工を行わずに充分な寸法精度を出しきり、加工効率を飛躍的に向上させるものである。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、従来単一部材で構成することが技術常識とされていた可変ベーン１を、ベーン翼部１１とベーン軸部１２との二種の異なる部材に分け、これを組み合わせて形成するため、多大な時間を費やしていた切削加工をすべて排除でき、可変ベーン１の加工効率を飛躍的に向上させ、大幅なコストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る可変ベーンを適用した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】 ベーン翼部を示す説明図（ａ）、並びにベーン軸部を示す説明図（ｂ）、並びにこれらを一体化させた可変ベーンを示す説明図（ｃ）である。
【図３】 可変ベーンを回動させて排気流量を調節する状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 可変ベーン
２ タービンフレーム
３ 可変機構
４ 保持板
１１ ベーン翼部
１２ ベーン軸部
１２ａ 保持スリット
１２ｂ 段差
２１ ボス部
２２ ベーン取付フランジ部
２３ 軸挿入孔
２４ ピン
２５ ピン孔
２６ 一体フランジセグメント
２６ａ フランジ部
２７ 別体フランジセグメント
２７ａ フランジ部
２７ｂ フランジ部
３１ 設定板
３２ 回動軸
３３ リンク部
３４ 連接部材
３５ 連結軸
Ａ 排気ガイドアッセンブリ
Ｔ 排気タービン
Claims (1)
- 可変ベーンの翼部と同じ断面を有する長尺鍛造素材を、一定の幅寸法毎に切断して、ベーン翼部の部材とし、一方ピン状のベーン軸部の部材には、その先端に前記ベーン翼部を挟み込む保持スリットを形成し、この保持スリットにベーン翼部を挟み込んだ状態とした後、溶接によってベーン翼部とベーン軸部とを一体化することを特徴とする可変ベーン型ターボチャージャに適用する可変ベーンの製造方法。
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| JP23696598A JP3997500B2 (ja) | 1998-08-24 | 1998-08-24 | 可変ベーン型ターボチャージャに適用する可変ベーンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2000064849A JP2000064849A (ja) | 2000-02-29 |
| JP3997500B2 true JP3997500B2 (ja) | 2007-10-24 |
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ID=17008399
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP23696598A Expired - Fee Related JP3997500B2 (ja) | 1998-08-24 | 1998-08-24 | 可変ベーン型ターボチャージャに適用する可変ベーンの製造方法 |
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| JP2002332857A (ja) * | 2001-05-10 | 2002-11-22 | Sogi Kogyo Kk | 表面改質を施したｖｇｓタイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリ |
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