JP4503537B2 - Turbine frame that rotatably holds variable blades in an exhaust guide assembly of a VGS type turbocharger - Google Patents

Turbine frame that rotatably holds variable blades in an exhaust guide assembly of a VGS type turbocharger Download PDF

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Description

本発明は、自動車用エンジン等に用いられるＶＧＳタイプターボージャ〔ＶＧＳはVariable Geometry Systemの略〕において、可変翼を回動自在に保持するタービンフレームに関するものであって、特に、このタービンフレームを、材種、厚さ、表面改質処理、熱処理（バルク熱処理）、形状などを適宜異ならせた異種仕様の要素部材を複数、組み合わせて形成することにより、従来にない新たな性能を発揮できるようにした新規なタービンフレームに係るものである。   The present invention relates to a turbine frame that rotatably holds variable blades in a VGS type turbocharger (VGS is an abbreviation of Variable Geometry System) used for an automobile engine or the like. By combining multiple element members with different specifications with different grades, thicknesses, surface modification treatments, heat treatments (bulk heat treatments), shapes, etc., it will be possible to demonstrate new unprecedented performance. This relates to the new turbine frame.

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。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。   A turbocharger is known as a turbocharger that is used as a means to increase the output and performance of an automobile engine. This turbocharger drives the turbine by the exhaust energy of the engine, and rotates the compressor by the output of the turbine. It is a device that brings the engine to a supercharged state that is higher than natural intake. This turbocharger has a feeling of stickiness until the turbine rotates efficiently in an engine that rotates to a high rotation range when the engine rotates at a low speed, and the exhaust turbine hardly works due to a decrease in the exhaust flow rate. The time required to blow up all at once was unavoidable of the so-called turbo lag. In addition, a diesel engine having a low engine speed originally has a drawback that it is difficult to obtain a turbo effect.

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（ＶＧＳユニット）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ユニットにあっては、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。   For this reason, VGS type turbochargers (VGS units) have been developed that operate efficiently even in the low rotation range. In this system, a small exhaust flow rate is narrowed down with variable blades (blades), the exhaust speed is increased, and the work of the exhaust turbine is increased so that a high output can be exhibited even at a low speed. For this reason, in the VGS unit, a variable mechanism of a variable wing is required separately, and peripheral components have to be made more complicated in shape and the like than the conventional one.

このようなことから本出願人も、可変翼を回動自在に保持するタービンフレームに関し、鋭意研究開発を重ね、多くの特許出願に至っている（例えば特許文献１〜４参照）。これらの特許文献では、タービンフレームは、例えば円板状のブランク材に深絞り加工やバーリング加工等を施し、ボス部とフランジ部とを一体的に具える形成手法が開示されている。そして、このタービンフレームにあっては、従来、一つの部材から形成されることが多く、その手法（ボス部とフランジ部とを一体的に形成する手法）や全体形状等は、ほぼ定着し、固定観念化されていた。なお、タービンフレームにおいて、ボス部がフランジ部からＲ部を介して連続的に突出形成される形状は、排気ガスを排気タービンに効果的に作用させる、つまり排気タービンの外周から中心部に排気ガスを向かわせるとともに、作用後の排気ガスを排出方向にスムーズにガイドするためである（図１（ａ）参照）。   For this reason, the present applicant has also earnestly researched and developed the turbine frame that rotatably holds the variable blade, and has led to many patent applications (for example, see Patent Documents 1 to 4). In these patent documents, for example, a forming method is disclosed in which a turbine frame is subjected to deep drawing processing, burring processing, or the like on a disk-shaped blank material, and integrally includes a boss portion and a flange portion. In this turbine frame, conventionally, it is often formed from a single member, and its method (method of integrally forming the boss portion and the flange portion) and the overall shape are almost fixed, It was a stereotype. In the turbine frame, the shape in which the boss part continuously protrudes from the flange part through the R part effectively causes the exhaust gas to act on the exhaust turbine, that is, the exhaust gas from the outer periphery of the exhaust turbine to the central part. The exhaust gas after the action is smoothly guided in the discharge direction (see FIG. 1A).

そして、タービンフレームは上述したように高温、排ガス下で繰り返し使用されるため、使用材種としてもステンレス鋼等が適用され、タービンフレーム全体が高い耐熱性を有した耐熱素材で形成されるのが一般的であった。
しかしながら、このようなタービンフレームにおいても、各部を部分的に分けてみた場合には、例えば排気ガスが直接当たる部分と、排気ガスが直接当たらない部分もしくは当たりにくい部分等が存在し、各部において耐熱性等の高温特性に差異を持たせても機能上、充分に実用に耐え得ることが究明できた。
特開２０００−６４８４６号公報 特開２００３−４９６０４号公報 特開２００３−４９６０５号公報 特開２００３−４８０２９号公報 Since the turbine frame is repeatedly used under high temperature and exhaust gas as described above, stainless steel or the like is applied as the material used, and the entire turbine frame is formed of a heat-resistant material having high heat resistance. It was general.
However, even in such a turbine frame, when each part is partially divided, for example, there are a part directly exposed to exhaust gas, a part not directly exposed to exhaust gas, or a part difficult to hit, and the like. It has been found that even if there is a difference in high-temperature characteristics such as properties, it can withstand practical use sufficiently.
JP 2000-64846 A JP 2003-49604 A JP 2003-49605 A JP 2003-48029 A

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、タービンフレームの各部位に着眼した場合、各部位で要求性能が必ずしも一様でないことを見出し、材種、厚さ、表面改質処理、熱処理、形状等が異なる異種仕様のフレーム要素を、複数、組み合わせてタービンフレームを形成することにより、従来存在しなかった新たな性能を有したタービンフレームの開発を試みたものである。   The present invention has been made in view of such a background, and when focusing on each part of the turbine frame, the required performance is not necessarily uniform in each part, and the material type, thickness, surface This is an attempt to develop a turbine frame with new performance that did not exist in the past by combining multiple frame elements with different specifications, such as reforming treatment, heat treatment, and shape, to form a turbine frame. .

すなわち請求項１記載のＶＧＳタイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリにおいて可変翼を回動自在に保持するタービンフレームは、
排気タービンの外周位置において複数の可変翼を回動自在に保持し、
エンジンから排出された比較的少ない排気ガスを、この可変翼によって適宜絞り込み、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、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タービンフレームであって、
このタービンフレームは、材種、厚さ、表面改質処理、熱処理、形状のうち少なくとも一つを異ならせることによって耐熱性または熱伝導率または体積熱膨張率が相違した異種仕様のフレーム要素を、複数、組み合わせて形成されるものであり、
前記複数のフレーム要素を組み合わせるにあたっては、量産性や経済性を勘案しながら、タービンフレームが使用環境に耐える要求性能を発揮できるように、
タービンフレームにおける両外面に、相対的に耐熱性の高いフレーム要素を位置させ、これらの部材の間に、相対的に耐熱性の低いフレーム要素を設けるか、または、
タービンフレームにおける両外面に、相対的に熱伝導率の低いフレーム要素を位置させ、これらの部材の間に、相対的に熱伝導率の高いフレーム要素を設けるか、または、
タービンフレームにおける両外面に、相対的に体積熱膨張率の小さいフレーム要素を位置させ、これらの部材の間に、相対的に体積熱膨張率の大きいフレーム要素を設けるようにしたことを特徴として成るものである。 That is, the turbine frame that rotatably holds the variable blades in the exhaust guide assembly of the VGS type turbocharger according to claim 1 is:
A plurality of variable blades are rotatably held at the outer peripheral position of the exhaust turbine,
A relatively small amount of exhaust gas discharged from the engine is appropriately throttled by the variable blades, the speed of the exhaust gas is amplified, the exhaust turbine is rotated by the energy of the exhaust gas, and the air directly above the natural intake air by the compressor directly connected to the exhaust turbine Is a turbine frame incorporated into a VGS type turbocharger that allows the engine to exhibit high output even at low speed rotation,
The turbine frame, grade, thickness, surface modification, heat treatment, the frame elements of different specifications heat resistance or thermal conductivity or volumetric thermal expansion coefficient is different by Rukoto varied at least one of shape , Are formed in combination,
When combining the plurality of frame elements, while taking into account mass productivity and economic efficiency, so that the turbine frame can exhibit the required performance to withstand the usage environment,
A relatively heat-resistant frame element is located on both outer surfaces of the turbine frame, and a relatively low heat-resistant frame element is provided between these members, or
A relatively low thermal conductivity frame element is located on both outer surfaces of the turbine frame and a relatively high thermal conductivity frame element is provided between these members, or
A frame element having a relatively small volumetric thermal expansion coefficient is positioned on both outer surfaces of the turbine frame, and a frame element having a relatively large volumetric thermal expansion coefficient is provided between these members. Is.

また請求項２記載のＶＧＳタイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリにおいて可変翼を回動自在に保持するタービンフレームは、前記請求項１記載の要件に加え、前記タービンフレームを複数のフレーム要素で形成することにより、タービンフレームの製造工程において各フレーム要素の塑性加工性を向上させるようにしたことを特徴として成るものである。   In addition to the requirement of claim 1, the turbine frame for rotatably holding the variable blades in the exhaust guide assembly of the VGS type turbocharger according to claim 2 is formed by a plurality of frame elements. Thus, the plastic workability of each frame element is improved in the manufacturing process of the turbine frame.

また請求項３記載のＶＧＳタイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリにおいて可変翼を回動自在に保持するタービンフレームは、前記請求項１または２記載の要件に加え、前記フレーム要素は、圧延素材を出発素材とし、この出発素材をファインブランキング加工機等の精密加工機によって主に加工し、所望形状のフレーム要素を形成するものであり、このフレーム要素を面合わせ状態に締結して前記タービンフレームを得るようにしたことを特徴として成るものである。   A turbine frame for rotatably holding variable blades in an exhaust guide assembly of a VGS type turbocharger according to claim 3 is characterized in that, in addition to the requirements of claim 1 or 2, the frame element uses a rolled material as a starting material. The starting material is mainly processed by a precision processing machine such as a fine blanking processing machine to form a frame element having a desired shape, and the frame element is fastened in a face-to-face state to obtain the turbine frame. This is what makes it a feature.

また請求項４記載のＶＧＳタイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリにおいて可変翼を回動自在に保持するタービンフレームは、前記請求項３記載の要件に加え、前記出発素材の板厚は、排気ガイドアッセンブリの使用環境に耐えることと、精密加工機の一回のストロークで加工できる条件を考慮して設定されることを特徴として成るものである。   The turbine frame for rotatably holding the variable blades in the exhaust guide assembly of the VGS type turbocharger according to claim 4 is characterized in that, in addition to the requirements of claim 3, the thickness of the starting material is the same as that of the exhaust guide assembly. It is characterized in that it is set taking into account the conditions that it can withstand the use environment and that it can be machined with a single stroke of a precision machine.

また請求項５記載のＶＧＳタイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリにおいて可変翼を回動自在に保持するタービンフレームは、前記請求項１、２、３または４記載の要件に加え、前記タービンフレームは、三つの異種仕様のフレーム要素を組み合わせて形成されることを特徴として成るものである。   The turbine frame for rotatably holding the variable blades in the exhaust guide assembly of the VGS type turbocharger according to claim 5 is characterized in that, in addition to the requirement according to claim 1, 2, 3 or 4, the turbine frame includes three It is characterized by being formed by combining two frame elements of different specifications.

また請求項６記載のＶＧＳタイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリにおいて可変翼を回動自在に保持するタービンフレームは、前記請求項１、２、３、４または５記載の要件に加え、前記タービンフレームは、可変翼を回動自在に保持する軸受孔を有し、この軸受孔には、可変翼の軸部と接触する支持規制部が形成されるとともに、軸部と接触しない非支持部が形成され、可変翼を回動自在に保持するにあたっては、この支持規制部のみを可変翼の軸部と接触させ、可変翼を回動自在に保持するようにしたことを特徴として成るものである。   A turbine frame for rotatably holding variable blades in an exhaust guide assembly of a VGS type turbocharger according to claim 6 is characterized in that, in addition to the requirements of claim 1, 2, 3, 4 or 5, the turbine frame is And a bearing hole for rotatably holding the variable wing. The bearing hole is formed with a support restricting portion that contacts the shaft portion of the variable wing and a non-support portion that does not contact the shaft portion. When the variable wing is held rotatably, only the support restricting portion is brought into contact with the shaft portion of the variable wing so that the variable wing is held rotatably.

これら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。
すなわち請求項１記載の発明によれば、異種仕様のフレーム要素を、複数、組み合わせてタービンフレームを形成するため、今までにない要求性能、例えば強度（高温強度）、耐酸化性、耐摩耗性、高温組織安定性（組織安定性）、熱膨張率（寸法安定性）、熱伝導率、剛性等を有したタービンフレームを提供することができる。すなわち、タービンフレームの使用環境が種々異なっても、この使用環境（要求スペック）に細かく対応した製品展開が可能となる。例えば、従来、熱が籠もりがちだったタービンフレームについては、厚さ比率を考慮して一般的な耐熱素材（オーステナイト系ステンレス鋼等）で形成したフレーム要素により、熱伝導率の高いフレーム要素（マルテンサイト系やフェライト系ステンレス鋼等）を挟持することにより、放熱性能を向上させたタービンフレームひいては排気ガイドアッセンブリを提供することができる。
また、量産性や経済性を勘案しながら耐熱性などの要求性能を満足するフレーム要素の組み合わせが適切に選択されるため、量産性に優れたタービーンフレームを経済的に製造できる。
また、例えばタービンフレームにおいて両外面に耐熱性の高いピースを設け、その間に相対的に耐熱性の低いピースを挟み込むようにするため、両面のピースによって所望の耐熱性を確保しながら、内側のピースによって経済性をも考慮したタービンフレームの基本形態を現実のものとする。 The above-described problems can be solved by using the configuration of the invention described in each of the claims.
That is, according to the first aspect of the present invention, since a turbine frame is formed by combining a plurality of frame elements having different specifications, the required performance such as strength (high-temperature strength), oxidation resistance, and wear resistance is unprecedented. A turbine frame having high-temperature tissue stability (tissue stability), coefficient of thermal expansion (dimensional stability), thermal conductivity, rigidity, and the like can be provided. In other words, even if the usage environment of the turbine frame is different, it is possible to develop products that precisely correspond to this usage environment (required specifications). For example, in the case of a turbine frame that has been prone to heat up in the past, a frame element that is made of a general heat-resistant material (such as austenitic stainless steel) in consideration of the thickness ratio has a high thermal conductivity ( By sandwiching a martensitic or ferritic stainless steel, etc., it is possible to provide a turbine frame and thus an exhaust guide assembly with improved heat dissipation performance.
In addition, since a combination of frame elements that satisfy required performance such as heat resistance is appropriately selected in consideration of mass productivity and economic efficiency, a turbine frame excellent in mass productivity can be manufactured economically.
In addition, for example, in order to provide a heat resistant piece on both outer surfaces of the turbine frame and sandwich a relatively low heat resistant piece between them, the inner piece while ensuring the desired heat resistance with the two pieces. Therefore, the basic form of the turbine frame considering the economy is realized.

また請求項２記載の発明によれば、個々のフレーム要素を加工するにあたり塑性加工が適用できるため、タービンフレームの加工が能率的に行え、量産体制も採り易い。   According to the second aspect of the present invention, plastic processing can be applied when processing individual frame elements, so that the turbine frame can be processed efficiently and a mass production system can be easily adopted.

また請求項３記載の発明によれば、鋳鋼品に比べて表面欠陥や内部欠陥あるいは残留応力の極めて少ない均質な圧延素材を出発素材とするため、精密加工機による加工性を高めることができ、手間の掛かる耐熱素材の切削加工を最小限に抑えることができる。従って、量産性と経済性を格段に向上させることができる。因みに、従来は、このようなタービンフレームについては、一つの部材（１ピース）で形成するのが主流であり、この場合には、鋳造や鍛造を行ったり、出発素材に適宜切削加工を施したりして所望の形状に形成するのが一般的であった。これは、タービンフレームの板厚が厚く、このような厚肉の耐熱素材に対してはファインブランキング加工等を施すことが困難であったためであり、これがタービンフレームの量産化を低下させる要因の一つとなっていた。   Further, according to the invention of claim 3, since the starting material is a homogeneous rolled material with very few surface defects, internal defects or residual stress compared to cast steel products, the workability by a precision machine can be improved, Time-consuming cutting of heat-resistant materials can be minimized. Accordingly, mass productivity and economic efficiency can be significantly improved. Incidentally, conventionally, such a turbine frame is mainly formed by one member (one piece). In this case, casting or forging is performed, or a starting material is appropriately cut. In general, it has been formed into a desired shape. This is because the plate thickness of the turbine frame is large, and it was difficult to apply fine blanking to such a thick heat-resistant material, which is a factor that reduces the mass production of turbine frames. It was one.

また請求項４記載の発明によれば、タービンフレームを構成する各フレーム要素の出発素材は、使用環境に耐え得る要求性能と、加工機の一回の作動で目的の加工が完了する製造性とを考慮して板厚が決定されるため、タービンフレームとして要求される性能を確保しながら、加工し易い条件の下でタービンフレームの製造が決められる。従ってタービンフレームの製造工程から、切削加工を一切排除することも可能となり、タービンフレームの性能向上とともに量産性を、より一層高めることができる。   According to the invention described in claim 4, the starting material of each frame element constituting the turbine frame is required performance that can withstand the use environment, and manufacturability that completes the desired processing by one operation of the processing machine. Therefore, the manufacture of the turbine frame is determined under conditions that allow easy machining while ensuring the performance required for the turbine frame. Therefore, it is possible to eliminate any cutting process from the manufacturing process of the turbine frame, and it is possible to further improve the mass productivity as well as improving the performance of the turbine frame.

また請求項５記載の発明によれば、異種仕様のフレーム要素を組み合わせて成るタービンフレームの適切な構成を具体的なものとする。言い換えれば要求性能や量産性あるいは経済性などを考慮した好適なタービンフレームの基本形態を現実のものとする。   According to the fifth aspect of the present invention, an appropriate configuration of a turbine frame formed by combining frame elements having different specifications is specified. In other words, a suitable basic form of the turbine frame in consideration of required performance, mass productivity, economy, and the like is realized.

また請求項６記載の発明によれば、可変翼を回動自在に保持する軸受孔に、軸部と接触しない非支持部を形成するため、可変翼の回動に伴う摩擦抵抗を低減できる。また、可変翼が、高温、排ガス下で回動を繰り返す間に、摩耗粉が生じても、この非支持部によって受ける（収容する）ことができ、可変翼を円滑且つ確実に回動させることができ、この安定した回動状態を長期にわたって維持することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, since the non-supporting portion that does not contact the shaft portion is formed in the bearing hole that rotatably holds the variable blade, the frictional resistance accompanying the rotation of the variable blade can be reduced. Further, even if wear powder is generated while the variable blade repeatedly rotates under high temperature and exhaust gas, it can be received (accommodated) by this non-supporting portion, and the variable blade can be smoothly and reliably rotated. This stable rotation state can be maintained over a long period of time.

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例に述べるものを、その一つとするとともに、更にその技術思想内において改良し得る種々の手法を含むものである。
本発明は、ＶＧＳタイプのターボチャージャ（ＶＧＳユニット）において可変翼を回動自在に保持するタービンフレームに係るものである。タービンフレームは、従来一つの部材から形成するのが一般的であったが、本発明では、材種、厚さ、表面改質処理、熱処理、形状等が異なる異種仕様のフレーム要素を、複数、組み合わせて、タービンフレームを形成するものであり、これにより従来全く存在しなかった新たな性能をタービンフレームに持たせるとともに、このようなタービンフレームを現実に量産化レベルで製品化（具現化）できるようにしたものである。
なお、本発明の説明にあたっては、まずタービンフレーム２を組み込んだ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ＡＳについて概略的に説明し、その後、タービンフレーム２について詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode for carrying out the present invention includes the one described in the following examples, and includes various methods that can be further improved within the technical concept.
The present invention relates to a turbine frame that rotatably holds variable blades in a VGS type turbocharger (VGS unit). Conventionally, a turbine frame is generally formed from one member, but in the present invention, a plurality of frame elements having different specifications with different grades, thicknesses, surface modification treatments, heat treatments, shapes, etc. Combined to form a turbine frame, this allows the turbine frame to have new performance that did not exist at all, and such a turbine frame can actually be commercialized (implemented) at the level of mass production. It is what I did.
In the description of the present invention, first, an exhaust guide assembly AS in a VGS type turbocharger incorporating the turbine frame 2 will be schematically described, and then the turbine frame 2 will be described in detail.

排気ガイドアッセンブリＡＳ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。   The exhaust guide assembly AS adjusts the exhaust flow rate by appropriately narrowing the exhaust gas G particularly when the engine rotates at a low speed. As shown in FIG. 1, as an example, the exhaust guide assembly AS is provided substantially on the outer periphery of the exhaust turbine T. A plurality of variable blades 1 for setting the flow rate, a turbine frame 2 for rotatably holding the variable blades 1, and a variable mechanism 3 for rotating the variable blades 1 at a constant angle so as to appropriately set the flow rate of the exhaust gas G. It is made up of. Hereinafter, each component will be described.

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ＡＳに対して概ね１０〜１５個程度）配設され、そのそれぞれが、ほぼ同程度ずつ回動して排気流量を調節するものである。可変翼１は、翼部１１と、軸部１２とを具えて成り、以下、これらについて説明する。   First, the variable blade 1 will be described. As an example, as shown in FIG. 1, a plurality of these are arranged in an arc shape along the outer periphery of the exhaust turbine T (approximately 10 to 15 with respect to one exhaust guide assembly AS), The exhaust gas flow is adjusted by rotating approximately the same degree. The variable wing 1 includes a wing portion 11 and a shaft portion 12, which will be described below.

まず翼部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翼形に形成され、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、ここで図１に併せて示すように、翼部１１の幅寸法を便宜上、翼幅ｈとする。また図に示すように、翼部１１の翼形断面において肉厚となる端縁を前縁１１ａ、肉薄となる端縁を後縁１１ｂとし、前縁１１ａから後縁１１ｂまでの長さを翼弦長Ｌとする。
更にまた、翼部１１には、軸部１２との境界部（接続部）に、軸部１２より幾分大径の鍔部１３が形成される。なお鍔部１３の底面（座面）は、翼部１１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に取り付けた際の座面となり、排気タービンＴにおける幅方向（翼幅ｈの方向）の位置規制を図る作用を担っている。 First, the blade portion 11 is formed to have a constant width mainly in accordance with the width dimension of the exhaust turbine T. The cross section in the width direction is formed into an airfoil shape so that the exhaust gas G can be effectively exhausted. It is configured to go to the turbine T. Here, as shown in FIG. 1 as well, the width dimension of the wing part 11 is defined as a wing width h for convenience. Also, as shown in the figure, the thickened edge in the airfoil cross section of the wing part 11 is the leading edge 11a, the thinned edge is the trailing edge 11b, and the length from the leading edge 11a to the trailing edge 11b is the blade. Let the string length be L.
Furthermore, the wing portion 11 is formed with a flange portion 13 having a diameter slightly larger than that of the shaft portion 12 at a boundary portion (connection portion) with the shaft portion 12. The bottom surface (seat surface) of the flange portion 13 is formed on substantially the same plane as the end surface of the blade portion 11, and this plane becomes a seat surface when the variable blade 1 is attached to the turbine frame 2. It is responsible for regulating the position in the width direction (direction of the blade width h).

一方、軸部１２は、翼部１１と一体的に連続形成されるものであり、翼部１１を動かす際の回動軸となる。そして、この軸部１２の先端には、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。なお、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に示すように、軸部１２を対向的に切り欠いた二平面として形成される。   On the other hand, the shaft portion 12 is formed integrally and continuously with the wing portion 11 and serves as a rotation shaft when the wing portion 11 is moved. A reference surface 15 serving as a reference for the mounting state of the variable wing 1 is formed at the tip of the shaft portion 12. The reference surface 15 is a part fixed to the variable mechanism 3 to be described later by caulking or the like, and as an example, as shown in FIG. .

図１に示した可変翼１は、翼部１１の一方のみに軸部１２が形成された、いわゆる片持ちタイプの可変翼１である。しかしながら、可変翼１としては、例えば図２に示すように、翼部１１の両側に軸部１２が形成された、いわゆる両持ちタイプのものも適用できる。以下、単に「可変翼１」と称した場合には、これら双方のタイプのものを総称するが、特に両者を区別する場合には、両持ちタイプの可変翼に１Ａと符号を付して区別するものである。以下、この可変翼１Ａについて説明する。
両持ちタイプの可変翼１Ａは、基本的には片持ちタイプの可変翼１の形態を踏襲するものであり、大きな相違点は、上述したように翼部１１の両側に軸部１２を有する点である。ここで、双方の軸部１２を区別して示す場合には、その軸長に因み、便宜上、長軸部１２ａと短軸部１２ｂと称して区別する。因みに、このような両持ちタイプの可変翼１Ａは、片持ちタイプのものに比べ、可変翼１Ａの作動安定性（回動安定性）や強度等を向上させ得る点で有効である。 The variable wing 1 shown in FIG. 1 is a so-called cantilever type variable wing 1 in which a shaft portion 12 is formed on only one of the wing portions 11. However, as the variable wing 1, for example, as shown in FIG. 2, a so-called both-end supported type in which shaft portions 12 are formed on both sides of the wing portion 11 can be applied. Hereinafter, when simply referred to as “variable wing 1”, both of these types are collectively referred to. In particular, in order to distinguish between the two, the double-supported variable wing is marked with 1A. To do. Hereinafter, the variable blade 1A will be described.
The double-supported variable wing 1A basically follows the configuration of the cantilever-type variable wing 1, and the major difference is that the shaft portions 12 are provided on both sides of the wing portion 11 as described above. It is. Here, when the two shaft portions 12 are distinguished from each other, the long shaft portion 12a and the short shaft portion 12b are distinguished from each other for convenience. Incidentally, such a double-supported variable wing 1A is effective in that the operational stability (rotation stability), strength, and the like of the variable wing 1A can be improved as compared with a cantilever type.

次に、本発明のタービンフレーム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、２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（翼部１１）を挟み込むように構成される。
フレームセグメント２１は、その周縁部分に、可変翼１の軸部１２（長軸部１２ａ）を受け入れる軸受孔２５が等配されて成るものである。また、このフレームセグメント２１の外周部には、後述する可変機構３が設けられる。
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。 Next, the turbine frame 2 of the present invention will be described. This is configured as a frame member that rotatably holds a plurality of variable blades 1. As an example, as shown in FIGS. 1 and 2, the variable blade 1 is composed of a frame segment 21 and a holding member 22. It is comprised so that (wing part 11) may be inserted | pinched.
The frame segment 21 is configured such that a bearing hole 25 for receiving the shaft portion 12 (long shaft portion 12a) of the variable blade 1 is equally arranged on the peripheral portion thereof. A variable mechanism 3 described later is provided on the outer peripheral portion of the frame segment 21.
Further, the holding member 22 is formed in a disk shape having an open center portion as shown in FIG.

そして、可変翼１が両軸タイプである場合には、図２に示すように、保持部材２２にも軸受孔２５が等配され、ここに可変翼１の短軸部１２ｂが回動自在に挿入される。ここで、双方の軸受孔２５を区別して示す場合には、長軸部１２ａを保持する軸受孔を２５ａ、短軸部１２ｂを保持する軸受孔を２５ｂとする。
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を、常に円滑に回動させ得るように、両部材間の寸法が、ほぼ一定（概ね可変翼１の翼幅ｈ程度）に維持されるものであり、一例として軸受孔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。 When the variable blade 1 is of the double shaft type, as shown in FIG. 2, the holding member 22 is also provided with a bearing hole 25 so that the short shaft portion 12b of the variable blade 1 can rotate freely. Inserted. Here, when distinguishing and showing both the bearing holes 25, let the bearing hole which hold | maintains the long shaft part 12a be 25a, and let the bearing hole which hold | maintains the short shaft part 12b be 25b.
The dimension between the two members is substantially constant (approximately the blade width h of the variable blade 1) so that the variable blade 1 sandwiched between the frame segment 21 and the holding member 22 can be rotated smoothly at all times. As an example, the dimensions between the two members are maintained by caulking pins 26 provided at four locations on the outer peripheral portion of the bearing hole 25. Here, a hole opened in the frame segment 21 and the holding member 22 to receive the caulking pin 26 is referred to as a pin hole 27.

また本発明では、タービンフレーム２のうち、少なくともフレームセグメント２１を、複数の部材を組み合わせて形成するものであり、この詳細については後述する。なおフレームセグメント２１を構成する各要素をフレーム要素とし、翼部１１（排気タービンＴ）に近いものから順次２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ・・・とする（代表符号２１ｎとする）。また、保持部材２２を複数の部材で構成する場合も考えられ、この場合も各要素を保持部材要素とし、翼部１１（排気タービンＴ）付近のものから順次２２ａ、２２ｂ・・・とする。なお、これらの組み付けにあたってはカシメ加工やピン圧入あるいはブレージング加工等によって締結（接合）することが可能である。   In the present invention, at least the frame segment 21 of the turbine frame 2 is formed by combining a plurality of members, and details thereof will be described later. In addition, each element which comprises the frame segment 21 is made into a frame element, and it is set as 21a, 21b, 21c, 21d ... sequentially from the thing close | similar to the wing | blade part 11 (exhaust turbine T) (it is set as the typical code | symbol 21n). It is also conceivable that the holding member 22 is constituted by a plurality of members. In this case as well, each element is set as a holding member element, and the elements near the blade portion 11 (exhaust turbine T) are sequentially set as 22a, 22b,. In assembling them, they can be fastened (joined) by caulking, pin press-fitting, brazing, or the like.

次に、可変機構３について説明する。可変機構３は、排気流量を調節するために可変翼１を適宜回動させるものであり、一例として図１に示すように、回動を生起する回動リング３１と、この回動を可変翼１に伝達する伝達体３２とを主な構成部材とする。
回動リング３１は、長円形状の突起（これを駆動部３３とする）を具えるとともに、伝達体３２は、Ｕ字状の受動部３４を具え、このＵ字状受動部３４の内側に、突起状駆動部３３を受け入れて、回動リング３１からの回動を伝達体３２に伝える。つまり、突起状駆動部３３の外側と、Ｕ字状受動部３４の内側とが、互いに回転滑り接触（係合）を行うことによって、回動リング３１の回動を伝達体３２に伝えている。
また、伝達体３２には、可変翼１の基準面１５（軸部１２）を受け入れる挿入孔３５が形成され、可変翼１は、軸部１２がこの挿入孔３５に適宜の角度で嵌め込まれた後、カシメ等によって締結（接合）される。これにより伝達体３２が、回動リング３１の作用を受けて一定角度振られると、可変翼１も適宜の角度回動するものである。 Next, the variable mechanism 3 will be described. The variable mechanism 3 rotates the variable wing 1 as appropriate in order to adjust the exhaust flow rate. As shown in FIG. 1, as an example, a rotation ring 31 that causes rotation, and the rotation of the variable wing 1 can be changed. The transmission body 32 that transmits to 1 is a main component.
The rotating ring 31 includes an oval protrusion (this is referred to as a drive unit 33), and the transmission body 32 includes a U-shaped passive unit 34, and the U-shaped passive unit 34 has an inner side. The projecting drive unit 33 is received and the rotation from the rotation ring 31 is transmitted to the transmission body 32. That is, the rotation of the rotation ring 31 is transmitted to the transmission body 32 by the rotation sliding contact (engagement) between the outside of the protruding drive unit 33 and the inside of the U-shaped passive unit 34. .
Further, the transmission body 32 is formed with an insertion hole 35 for receiving the reference surface 15 (shaft portion 12) of the variable blade 1, and the variable blade 1 has the shaft portion 12 fitted into the insertion hole 35 at an appropriate angle. Thereafter, it is fastened (joined) by caulking or the like. As a result, when the transmission body 32 is shaken by a certain angle under the action of the rotation ring 31, the variable blade 1 is also rotated by an appropriate angle.

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、回動リング３１を適宜回動させ、これを伝達体３２を介して軸部１２に伝え、可変翼１を回動させるものである。そして、図１（ａ）に示すように、排気ガスＧを適宜絞り込み、排気流量を調節するものである。
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と伝達体３２とが、ほぼ一定の角度で取り付けられる必要があり、本実施例においては、主に可変翼１の基準面１５が、この作用を担っている。 With such a configuration, when the engine rotates at a low speed, the rotation ring 31 is appropriately rotated, and this is transmitted to the shaft portion 12 via the transmission body 32 to rotate the variable wing 1. is there. Then, as shown in FIG. 1 (a), the exhaust gas G is appropriately throttled to adjust the exhaust gas flow rate.
In the initial state where a plurality of variable blades 1 are attached, in order to align them in a circumferential shape, each variable blade 1 and the transmission body 32 must be attached at a substantially constant angle. The reference plane 15 of the variable wing 1 is mainly responsible for this function.

排気ガイドアッセンブリＡＳは、以上述べたような基本構造を有するものであって、以下、本発明のタービンフレーム２を複数のフレーム要素２１ｎで構成することについて更に詳細に説明する。
本発明では、上述したように、フレームセグメント２１（タービンフレーム２）を、複数のフレーム要素２１ｎを組み合わせて形成する、いわゆる分断構成を採る。このフレーム要素２１ｎは、材種、厚さ、表面改質処理、熱処理、形状のうち、少なくとも一つを異ならせた異種仕様のものを複数、組み合わせてフレームセグメント２１を形成するものである。なお、ここで「形状（を異ならせたフレーム要素２１ｎ）」とは、分類上の形（かたち）や外観的な状態が相違するものを全て包含するものとする。このため、分類上、同じ形を有する部材であっても、その大きさが異なるもの、例えば径寸法が異なる二つの円形部材等は、同じ板厚であっても、形状を異ならせたフレーム要素２１ｎとなる。 The exhaust guide assembly AS has the basic structure as described above. Hereinafter, the construction of the turbine frame 2 of the present invention by a plurality of frame elements 21n will be described in more detail.
In the present invention, as described above, a so-called divided configuration in which the frame segment 21 (turbine frame 2) is formed by combining a plurality of frame elements 21n is employed. The frame element 21n is configured to form a frame segment 21 by combining a plurality of different specifications having at least one of material type, thickness, surface modification treatment, heat treatment, and shape. Here, the “shape (different frame element 21n)” includes all those having different shapes (forms) and appearance states in classification. For this reason, even if the members have the same shape in terms of classification, frame members having different shapes, such as two circular members having different diameters, even if they have the same plate thickness, have different shapes. 21n.

フレームセグメント２１は、例えば図１、２の軸受孔付近を示す拡大断面図や図３に示すように、３つの平板状部材から成るフレーム要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃを面合わせ状態に締結して形成することができる。この実施例は、いわゆる３ピースと呼ぶべき実施例であり、ここでは各フレーム要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃの材種や形状を異ならせている。   The frame segment 21 is formed by fastening frame elements 21a, 21b, and 21c made of three flat plate members in a face-to-face condition, as shown in, for example, an enlarged sectional view showing the vicinity of the bearing hole in FIGS. can do. This embodiment is an embodiment to be called a so-called three-piece, and here, the material types and shapes of the frame elements 21a, 21b, and 21c are different.

また、本発明に関連する参考例である図４（ａ）では、２つのフレーム要素２１ａ、２１ｂを面合わせ状態に締結してフレームセグメント２１を形成している。これは、いわゆる２ピースと呼ぶべき参考例であり、ここでは各フレーム要素２１ａ、２１ｂの材種や形状を異ならせている。なお、このフレーム要素２１ｂは、板状の部材を出発素材とし、このものに適宜孔開け加工を施すとともに外形等にも切削加工を施して、所望形状に仕上げるものであり、図４（ｂ）は、ストレート状の孔（軸受孔２５）を開けた中間部材（フレーム要素２１ｂ）を示し、また図中の斜線部は、この中間部材における、切削による除去部位を示している。
また、複数のフレーム要素２１ｎを締結するにあたっては、上述したようにカシメピン２６を利用した締結（カシメ）が可能であるし、他にもピン圧入やブレージング加工等による締結も可能である。 Further, in FIG. 4A, which is a reference example related to the present invention, the frame segment 21 is formed by fastening two frame elements 21a and 21b in a face-to-face state. This is a reference example to be called a so-called two-piece, and here, the material types and shapes of the frame elements 21a and 21b are different. The frame element 21b is a plate-shaped member that is used as a starting material, which is appropriately perforated and cut into the outer shape and the like to be finished in a desired shape. FIG. 4 (b) Indicates an intermediate member (frame element 21b) having a straight hole (bearing hole 25), and a hatched portion in the figure indicates a removed portion of the intermediate member by cutting.
Further, when fastening the plurality of frame elements 21n, as described above, fastening (caulking) using the caulking pin 26 is possible, and in addition, fastening by pin press-fitting, brazing processing, or the like is also possible.

なお、フレーム要素２１ｎの異種仕様に関し、表面改質処理は広義には熱処理の一分野であるが、本明細書では表面改質処理と熱処理を明確に区別している。すなわち、本明細書に記載する「熱処理」とは、いわゆる「バルク熱処理」のことであり、具体的には、焼ならし、焼なまし、焼入れ焼戻し、析出時効硬化などの処理を指す。また、本明細書に記載する「表面改質処理」とは、「表面熱処理」のことであり、具体的には、クロム炭化物、チタン炭化物、タングステン炭化物、バナジウム炭化物、ニオブ炭化物、モリブデン炭化物等の金属炭化物（Ｍ−Ｃ）や、浸炭、浸窒、金属拡散浸透などの被膜をフレーム要素２１ｎの表面に形成する処理を指すものである。   Incidentally, regarding the different specifications of the frame element 21n, the surface modification treatment is a field of heat treatment in a broad sense, but in this specification, the surface modification treatment and the heat treatment are clearly distinguished. That is, “heat treatment” described in this specification is a so-called “bulk heat treatment”, and specifically refers to treatments such as normalization, annealing, quenching and tempering, precipitation age hardening, and the like. Further, the “surface modification treatment” described in the present specification is “surface heat treatment”, and specifically includes chromium carbide, titanium carbide, tungsten carbide, vanadium carbide, niobium carbide, molybdenum carbide, and the like. This refers to a process of forming a film such as metal carbide (MC), carburizing, nitriding, or metal diffusion penetration on the surface of the frame element 21n.

このように本発明では、異種仕様のフレーム要素２１ｎを複数組み合わせてタービンフレーム２を形成するため、どのようなフレーム要素２１ｎを組み合わせるかという選択にあたっては、材種、厚さ（厚さ比率）、表面改質処理、熱処理、形状などに加え、フレーム要素２１ｎの要素数（ピース数）も予め決定（設定）する必要がある。なお、これらフレーム要素２１ｎの最適組み合わせを選定するための要件を構造要件とする。つまりフレーム要素２１ｎを選択するにあたっては、量産性や経済性を考慮した上で、使用環境に耐える要求性能（例えば耐熱性や高温強度等）を満足するように、要素数、材種、厚さ比率、表面改質処理、熱処理、形状等の構造要件を適宜決定して行き、フレーム要素２１ｎの最適組み合わせを選択して行くものである。   Thus, in the present invention, since the turbine frame 2 is formed by combining a plurality of frame elements 21n having different specifications, in selecting which frame elements 21n are combined, the material type, thickness (thickness ratio), In addition to the surface modification treatment, heat treatment, shape, etc., it is necessary to determine (set) the number of elements (number of pieces) of the frame element 21n in advance. The requirements for selecting the optimal combination of these frame elements 21n are the structural requirements. In other words, when selecting the frame element 21n, the number of elements, the type of material, and the thickness are selected so as to satisfy the required performance (for example, heat resistance and high temperature strength) that can withstand the use environment in consideration of mass productivity and economy. The structural requirements such as the ratio, surface modification treatment, heat treatment, and shape are appropriately determined, and the optimum combination of the frame elements 21n is selected.

ここで、上記「要求性能」とは、強度（高温強度）、耐酸化性、耐摩耗性、高温組織安定性、熱膨張率（寸法安定性）、熱伝導率（熱勾配）等の高温特性やメカニカルな剛性を指すものである。このうち熱膨張率については、この値が大きいと高温時での膨張が大きくなり、寸法安定性（寸法精度）としては低下することを示すものである。また熱伝導率については、この値が小さいと熱が伝わり難く、部材内に熱勾配が形成され易くなり、場合によってはサーマルストレスによる変形に繋がり得るものである。つまり、部材としては熱膨張率が低いほど寸法安定性が良く、熱伝導率が高いほど熱勾配が形成され難く、良好な素材ということを示している（表１参照）。   Here, the above “required performance” means high temperature characteristics such as strength (high temperature strength), oxidation resistance, wear resistance, high temperature structure stability, thermal expansion coefficient (dimensional stability), thermal conductivity (thermal gradient), etc. Or mechanical rigidity. Of these, the coefficient of thermal expansion indicates that if this value is large, the expansion at high temperatures increases and the dimensional stability (dimensional accuracy) decreases. As for the thermal conductivity, if this value is small, it is difficult for heat to be transmitted, a thermal gradient is easily formed in the member, and in some cases, it can lead to deformation due to thermal stress. That is, as the member, the lower the coefficient of thermal expansion, the better the dimensional stability, and the higher the thermal conductivity, the less likely the thermal gradient is formed, indicating a good material (see Table 1).

また、上記「量産性」とは、フレーム要素２１ｎを製作する際の塑性加工性（塑性加工の適用可能性）や、フレーム要素２１ｎに表面改質処理等を施す場合に、その処理が能率的に行えるかという処理性、あるいは特に高温負荷時におけるフレーム要素２１ｎの接合を持続させる締結性などの製造性を示す。因みに締結性が良好であるということは、使用時の熱サイクルを受けても、締結された各フレーム要素２１ｎにおいて、緩みが生じないことを意味する。
更にまた、上記「経済性」とは、製造コスト、材種コスト、製品コスト（フレームセグメント２１）などを総合的に含むものである。なお、量産性と経済性とは、概ね比例の関係にあり、全く異別のものではない。このため量産性を考慮すれば、自ずと経済性も向上するものである。 The “mass productivity” refers to plastic workability (applicability of plastic working) at the time of manufacturing the frame element 21n, and when the frame element 21n is subjected to a surface modification process, the process is efficient. It shows the manufacturability such as the processability of whether or not it can be performed, or the fastening property that keeps the joining of the frame element 21n particularly under high temperature load. Incidentally, the fact that the fastening property is good means that no looseness occurs in each fastened frame element 21n even when subjected to a thermal cycle during use.
Furthermore, the above "economic efficiency" comprehensively includes manufacturing cost, material type cost, product cost (frame segment 21) and the like. Note that mass productivity and economic efficiency are generally proportional, and are not completely different. For this reason, if mass productivity is taken into consideration, the economy is also improved.

以下、フレーム要素２１ｎの構造要件を種々変化させながら、異種仕様のフレーム要素２１ｎを組み合わせた選定例（実施例）について表１、２に基づき具体的に説明する。   Hereinafter, a selection example (example) in which the frame elements 21n of different specifications are combined while variously changing the structural requirements of the frame elements 21n will be specifically described based on Tables 1 and 2.

Figure 0004503537
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Figure 0004503537
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まず、表１中の〔Ａ〕、〔Ｂ〕は、それぞれ構造要件としての要素数と材種を示している。つまり表１は、要素数を２、３に設定した場合で、更に材種を同材や異材とした実施例であり、端的には構造要件として要素数、材種を異ならせた例である。なお、ここでフレーム要素２１ｎは、ほぼ平板状であり、厚さ比率も各フレーム要素２１ｎで同じ厚さに設定した場合を示している。また、表１には「要素数１」つまり１ピースでフレームセグメント２１を形成した従来のものを記載しているが、これは本発明の分断構成に対する比較例として、あるいは材種そのものの性能を明確にするために記載したものである。   First, [A] and [B] in Table 1 indicate the number of elements and material types as structural requirements, respectively. In other words, Table 1 is an example in which the number of elements is set to 2 and 3, and the material type is further the same material or different material, and is simply an example in which the number of elements and material type are different as structural requirements. . Here, the frame element 21n has a substantially flat plate shape, and the thickness ratio is set to the same thickness for each frame element 21n. Table 1 shows a conventional one in which the number of elements is 1, that is, one frame segment 21 is formed, but this is a comparative example for the divided configuration of the present invention, or the performance of the grade itself. They are included for clarity.

まず材種（素材）について説明する。表１ではＡ、Ａ′、Ｂ、Ｃという四種の材種を挙げており、このうち「Ａ」は、Ｎｉが入っている耐熱性の良いオーステナイト系ステンレス鋼であり、例えばＳＵＳ３１０Ｓ等が挙げられる。また「Ａ′」は、「Ａ」よりも耐熱性が劣るオーステナイト系ステンレス鋼であり、例えばＳＵＳ３０４等が挙げられる。また「Ｂ」は、マルテンサイト系ステンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼等のＮｉが入っていない低廉なステンレス鋼である。更に「Ｃ」は超合金であり、主にＮｉ系が主体のインコネル６２５等が挙げられるが、他にもＦｅ系やＣｏ系の超合金も適用可能である。   First, the material type (material) will be described. Table 1 lists four types of materials, A, A ′, B, and C. Of these, “A” is austenitic stainless steel with good heat resistance containing Ni, such as SUS310S. It is done. “A ′” is an austenitic stainless steel that is inferior in heat resistance to “A”, and examples thereof include SUS304. “B” is an inexpensive stainless steel that does not contain Ni, such as martensitic stainless steel or ferritic stainless steel. Furthermore, “C” is a superalloy, mainly Ni-based Inconel 625, etc., but Fe-based and Co-based superalloys are also applicable.

そして、これら各材種の耐熱性の大小関係を示すとＢ＜Ａ′＜Ａ＜Ｃとなり、これは、即、材種コストの大小関係にも相当する。また、一般に「Ａ」や「Ａ′」は高温延性が過大かつ膨張し易く、熱も伝わり難い傾向にあり、「Ｂ」や「Ｃ」は膨張し難く、熱も伝わり易い傾向にある。つまり「Ａ」や「Ａ′」は、寸法安定性に難があり、熱勾配も形成され易い素材であり（表では「△」で示されている）、一方、「Ｂ」や「Ｃ」は、寸法安定性が高く、熱勾配も形成され難い良好な素材である（表では「○」で示されている）。なお、表中の印は、記号が×→△→○→◎になるほど、各性能が優れていることを示しており、例えば熱膨張の欄では、○や◎であるほど高温時の変形が小さい（熱膨張率としては小さい）ことを示している。また熱伝導の欄では、○や◎であるほど熱勾配が形成され難い（熱伝導率としては大きい）ことを示している。   When the magnitude relationship of the heat resistance of these grades is shown, B <A ′ <A <C, which immediately corresponds to the magnitude relation of grades. In general, “A” and “A ′” have excessively high-temperature ductility and are likely to expand, and heat tends to be difficult to transfer. “B” and “C” tend to hardly expand and easily transfer heat. That is, “A” and “A ′” are materials that have difficulty in dimensional stability and easily form a thermal gradient (indicated by “△” in the table), while “B” and “C”. Is a good material having high dimensional stability and hardly forming a thermal gradient (indicated by “◯” in the table). In addition, the mark in the table indicates that the performance is better as the symbol becomes x → Δ → ○ → ◎. For example, in the column of thermal expansion, the deformation at high temperature is as ○ or ◎. It is small (the coefficient of thermal expansion is small). In the column of thermal conduction, it is shown that the thermal gradient is less likely to be formed (the thermal conductivity is large) as ◯ or ◎.

また表１の最上段に記載された「高温耐久性」の欄は、強度、耐酸化性、耐摩耗性、高温組織安定性、熱膨張率、熱伝導率を含めた高温特性の総合評価を示している。また「量産性」の欄は、塑性加工性、切削加工の要否、締結性などの製造性の総合評価を示している。なお、この「量産性」には、表面改質処理を行う際の処理性（処理能率）なども含むものである。また、「総合評価」の欄は、これら高温耐久性、剛性、量産性を更にトータル的に評価したものである。   The column “High temperature durability” listed at the top of Table 1 provides a comprehensive evaluation of high temperature characteristics including strength, oxidation resistance, wear resistance, high temperature structure stability, thermal expansion coefficient, and thermal conductivity. Show. The column of “mass productivity” indicates a comprehensive evaluation of manufacturability such as plastic workability, necessity of cutting work, fastening property, and the like. The “mass productivity” includes processability (treatment efficiency) when performing surface modification treatment. The column “Comprehensive Evaluation” is a total evaluation of the high temperature durability, rigidity, and mass productivity.

表１の１ピース（非分断構造）において塑性加工性が「×」になっているのは、１ピースでは、肉厚が厚過ぎて、プレス加工等の塑性加工が行い難いためである。このため、従来の１ピース品（フレームセグメント２１）は、主に鋳造や鍛造あるいは切削によって所望形状に加工することが多かった。しかし、一般に鋳造品は、表面欠陥や内部欠陥あるいは残留応力が生じ、素材そのものの組成が均質でないことがあった。また１ピースで「切削要否」が要となっているのは、このように切削加工が実質免れ得なかったためである。   The reason why the plastic workability is “x” in one piece (undivided structure) in Table 1 is that the thickness of the one piece is too thick and it is difficult to perform plastic working such as press working. For this reason, the conventional one-piece product (frame segment 21) is often processed into a desired shape mainly by casting, forging, or cutting. However, in general, a casting has surface defects, internal defects, or residual stress, and the composition of the material itself may not be uniform. The reason why “cutting necessity” is required for one piece is that the cutting process could not be substantially avoided.

本発明に関連する要素数２の参考例については、Ａ−Ａ、Ｃ−Ａ、Ｃ−Ｃの組み合わせを挙げている。ここで塑性加工性が「△」と記載されているのは、フレーム要素２１ｎの厚さが１ピースの場合よりも薄くなり、塑性加工が採用し易くなったためである。しかしながら、塑性加工では、加工に適した板厚が存在し（例えば、プレス加工による孔開けでは、一般に開孔径寸法程度の板厚が適当とされる）、その厚さと比べると、２ピースの場合は、まだ厚い傾向にあり、そのために塑性加工性が「△」で記載されている。また切削要否が「（要）」と括弧書きされているのは、２ピースの場合は、その比較的厚い板厚等に起因して、一般に切削加工を施すことが多いためである。   About the reference example of the number of elements 2 relevant to this invention, the combination of AA, CA, and CC is mentioned. Here, the reason why the plastic workability is described as “Δ” is that the thickness of the frame element 21n is smaller than that in the case of one piece, and the plastic working is easily adopted. However, in plastic working, there is a plate thickness suitable for processing (for example, in punching by press processing, a plate thickness of about the diameter of the opening is generally appropriate). Still tends to be thick, and therefore, the plastic workability is indicated by “Δ”. The reason why the necessity of cutting is indicated in parentheses is “(required)” because, in the case of two pieces, in general, cutting is often performed due to the relatively thick plate thickness and the like.

本発明の要素数３の実施例については、Ａ−Ａ−Ａ、Ａ−Ａ′−Ａ、Ａ−Ｂ−Ａ、Ｂ−Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｃ−Ｃ、Ｃ−Ａ−Ｃの組み合わせを挙げている。なお、ここでは、異種材を組み合わせる場合、比較的耐熱性の低い材種を、耐熱性の高い材種で両面（対向面）から挟む構成を基本としている。これは使用状態でのフレームセグメント２１を各フレーム要素２１ｎでみた場合、可変翼１の軸方向に何らかの温度勾配（∝応力勾配）が形成されていると思われるが、各フレーム要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃが受ける熱負荷としては、熱サイクルによる熱応力をも考慮すると、両面のフレーム要素２１ａもしくは２１ｃが、その影響（熱負荷）を最も大きく受け、且つ摩擦摺動の影響も最も大きいためである。従って、本実施例では、フレームセグメント２１の両面に耐熱性・耐摩耗性（耐摺動性）に優れた材種を配置し、要求される耐熱性を満たすようにしている。もちろん、例えば大型トラック等、要求される耐熱性がそれほど高くない場合等には、必ずしも両面に耐熱性の高い材種を配置しなくても良く、むしろ寸法効果の寄与が大きいので、熱膨張・収縮による締結性の点から、体積熱膨張率の小さい材種を両面に配置して、長時間熱サイクル使用時の緩み現象を抑制するという選択が望ましく、例えば表１のＢ−Ａ−ＢやＣ−Ａ−Ｃという組み合わせは、このような場合に適用し得る組み合わせである。   For the three element embodiment of the present invention, the combination of AA-A, A-A'-A, A-B-A, B-A-B, C-C-C, C-A-C Cite. In this case, when different materials are combined, a structure in which a material type having relatively low heat resistance is sandwiched from both surfaces (opposing surfaces) by a material type having high heat resistance is basically used. This is because, when the frame segment 21 in use is viewed by each frame element 21n, it seems that some temperature gradient (stress stress gradient) is formed in the axial direction of the variable blade 1, but each frame element 21a, 21b, This is because the thermal load received by 21c takes into consideration the thermal stress due to the thermal cycle, and the frame elements 21a or 21c on both sides are most affected (thermal load) and have the greatest frictional sliding effect. . Therefore, in this embodiment, a material type having excellent heat resistance and wear resistance (sliding resistance) is disposed on both surfaces of the frame segment 21 so as to satisfy the required heat resistance. Of course, for example, when the required heat resistance is not so high, such as a large truck, it is not always necessary to arrange a material with high heat resistance on both sides. From the viewpoint of fastness due to shrinkage, it is desirable to select a material having a low volumetric thermal expansion coefficient on both sides to suppress the loosening phenomenon when using a long-term heat cycle. The combination C-A-C is a combination applicable in such a case.

すなわち、これらＢ−Ａ−ＢやＣ−Ａ−Ｃという組み合わせは、熱が加わった際には、中央のフレーム要素２１ｂは体積が増す方向に作用し、両面のフレーム要素２１ａ、２１ｃは体積が相対的に減る方向（増える量が小さいため）に作用し、フレームセグメント２１全体でみた場合、トータル的に締まる傾向を有し、熱による緩みが極めて小さいものである（このために締結性が「◎」となっている）。
なお、表１では、両面のフレーム要素２１ａ、２１ｃを同じ材種とする組み合わせを例示したが、本発明では必ずしもこれに限定されるものではなく、例えばＡ−Ｂ−Ｃなど３ピースを全て異なる材種とする選択も可能である。もちろん、全てのフレーム要素２１ｎの材種を異ならせる選定は、３ピースに限るものではなく、４ピース以上の場合においても採用できる構成である。 That is, in the combination of B-A-B and C-A-C, when heat is applied, the central frame element 21b acts in a direction in which the volume increases, and the frame elements 21a, 21c on both sides have a volume. It acts in a relatively decreasing direction (because the increase amount is small) and has a tendency to be totally tightened when viewed as a whole of the frame segment 21, and the looseness due to heat is extremely small (for this reason, the fastening property is “ ◎ ”).
In addition, in Table 1, although the combination which makes the frame elements 21a and 21c of both surfaces the same material type was illustrated, it is not necessarily limited to this in this invention, For example, all three pieces, such as ABC, differ. Selection as a grade is also possible. Of course, the selection of different material types for all the frame elements 21n is not limited to three pieces, and can be adopted even in the case of four pieces or more.

ここで表１の３ピースにおいて塑性加工性が「◎」と記載されているのは、フレームセグメント２１を３分割したことにより、一枚当たりのフレーム要素２１ｎの板厚が薄くなり、ほぼ塑性加工に適した厚さ（適正加工厚さもしくは最適加工厚さ）になるためである。ただし、要素数があまり多くなると、塑性加工を何回も行う必要が生じ、また板厚が薄すぎても塑性加工は行い難くなり、フレーム要素２１ｎ一枚当たりの剛性等も低下してくる。なお、表１では、このようなことを考慮し、要素数４以上を記載していない。   Here, in the three pieces of Table 1, the plastic workability is described as “◎” because the frame segment 21 is divided into three parts, so that the thickness of the frame element 21n per sheet becomes thin, and the plastic workability is almost plastic working. This is because the thickness is suitable for the thickness (appropriate processing thickness or optimum processing thickness). However, if the number of elements is too large, it is necessary to perform plastic processing many times, and even if the plate thickness is too thin, it is difficult to perform plastic processing, and the rigidity of each frame element 21n also decreases. In Table 1, in consideration of such a situation, the number of elements of 4 or more is not described.

また、３ピースにおいて量産性が「◎」と記載されているのは、以下の理由による。例えば３ピースのフレームセグメント２１に表面改質処理を施す場合には、通常、排気ガスＧに晒される最外表面（この場合には両面のフレーム要素２１ａ、２１ｃ）に施すものであり、表面改質処理は、被処理材となるフレーム要素２１ａ、２１ｃを炉の中に入れて処理するのが一般的である。このため、表面改質処理ではフレーム要素２１ｎの板厚が薄いほど、１回（１バッチ）の処理量も多くなり、処理性（処理能率）つまり量産性が向上する。もちろん、加工するフレーム要素２１ｎの板厚が薄く、また一律であれば、加工機（金型）への負荷も軽減でき、金型寿命も延びるため、これも量産性の向上につながる。
また、切削要否が「（ほぼ不要）」と括弧書きされているのは、３ピースの場合は、板厚が薄くなったことに因み、塑性加工で所望形状に加工できることが多く、そのために切削加工をほとんど要しないためである。 In addition, the reason why the mass productivity of “3 pieces” is described as “◎” is as follows. For example, when the surface modification treatment is performed on the three-piece frame segment 21, the surface modification is usually performed on the outermost surface exposed to the exhaust gas G (in this case, the double-sided frame elements 21a and 21c). In general, the quality treatment is performed by placing the frame elements 21a and 21c to be treated into a furnace. For this reason, in the surface modification process, as the plate thickness of the frame element 21n is thinner, the amount of processing (one batch) is increased, and the processability (processing efficiency), that is, mass productivity is improved. Of course, if the thickness of the frame element 21n to be processed is thin and uniform, the load on the processing machine (die) can be reduced and the die life is extended, which also leads to improvement in mass productivity.
In addition, the necessity of cutting is indicated in parentheses as “(almost unnecessary)”. In the case of 3 pieces, because the plate thickness has become thinner, it can often be processed into a desired shape by plastic working. This is because almost no cutting is required.

このように、三つのフレーム要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃを組み合わせてフレームセグメント２１を形成する実施例は、各フレーム要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃの形成にあたり、プレス加工等の塑性加工や表面改質処理等が極めて行い易く、量産性や経済性に特に優れている。また、材種の選択肢の幅も広く、実に様々な機種、言い換えれば種々異なる要求性能に対して細かく対応することができるものである。また要素数３の場合であっても、この表以外の組み合わせ選択が可能であり、これを更に４ピースあるいはそれ以上にすれば、その組み合わせの数（選択肢）は、一層増大し、最適化組み合わせの可能性や設計の自由度を更に高め得るものである。もちろん、要素数を多くすれば、上述したように全体的な加工工数は増え、また各ピースの厚さも薄くなり、加工自体が行い難くなることもあり得るため、要素数の決定にあたっては、これらを総合的に勘案して決定することが望ましい。   As described above, in the embodiment in which the frame segment 21 is formed by combining the three frame elements 21a, 21b, and 21c, in forming each of the frame elements 21a, 21b, and 21c, plastic processing such as press processing, surface modification processing, and the like are performed. Is extremely easy to perform and is particularly excellent in mass productivity and economy. In addition, there are a wide range of choices of material types, and it is possible to respond precisely to various types of models, in other words, different performance requirements. Even if the number of elements is 3, combinations other than those in this table can be selected. If this is further increased to 4 pieces or more, the number of combinations (options) will be further increased and optimized combinations will be possible. The possibility of design and the degree of freedom of design can be further increased. Of course, if the number of elements is increased, the overall processing man-hours will increase as described above, and the thickness of each piece will also decrease, which may make it difficult to perform the processing itself. It is desirable to make a comprehensive decision.

表２〔Ｃ〕は、構造要件として厚さ比率を異ならせた実施例であり、同種材の３ピースを組み合わせた場合（表ではＡ−Ａ−Ａ）を示している。言い換えれば、表２〔Ｃ〕は、厚さ比率効果を検証するための実施例と言える。
具体的な厚さ比率としては１：１：１、１：２：１、１：３：１に設定した３例を挙げた。ここで、フレームセグメント２１の全体の肉厚を１２ｍｍとした場合、各厚さ比率のそれぞれのピース厚（板厚）は、以下のように示される。
１：１：１⇒４ｍｍ、４ｍｍ、４ｍｍ
１：２：１⇒３ｍｍ、６ｍｍ、３ｍｍ
１：３：１⇒2.4 ｍｍ、7.2 ｍｍ、2.4 ｍｍ
ここで、表２では１：３：１の塑性加工性が低下しており、表中、「△〜×」と記載されている。これは、適切な加工厚さ、例えば１：１：１の４ｍｍから外側ピースも内側ピースも板厚が大きくずれて、金型や加工条件の変更の必要性が生じることと、内側ピースが厚くて金型やプレス機への負荷が過大になるためである。また、熱膨張率、熱伝導率、剛性が低下しているのも（表中「△〜×」）、やはり大きな板厚差が影響している。その一方で、１：３：１の量産性が「◎」となっており、これは外側ピースの板厚が、１：３：１で一番薄くなる（2.4 ｍｍ）ため、表面改質処理における一回の処理量が増大し、能率的に処理が行える（量産性の向上）ためである。 Table 2 [C] is an example in which the thickness ratio is varied as a structural requirement, and shows a case where three pieces of the same material are combined (A-A-A in the table). In other words, Table 2 [C] can be said to be an example for verifying the thickness ratio effect.
Specific examples of the thickness ratio include three examples set to 1: 1: 1, 1: 2: 1, and 1: 3: 1. Here, when the total thickness of the frame segment 21 is 12 mm, each piece thickness (plate thickness) of each thickness ratio is shown as follows.
1: 1: 1⇒4mm, 4mm, 4mm
1: 2: 1⇒3mm, 6mm, 3mm
1: 3: 1⇒2.4 mm, 7.2 mm, 2.4 mm
Here, in Table 2, the plastic workability of 1: 3: 1 is lowered, and “Δ˜ ×” is described in the table. This is because the plate thickness of the outer piece and the inner piece greatly deviates from an appropriate processing thickness, for example, 1: 1: 1 of 4 mm, and there is a need to change the mold and processing conditions, and the inner piece is thicker. This is because the load on the mold and press machine becomes excessive. In addition, the thermal expansion coefficient, thermal conductivity, and rigidity are lowered (“Δ˜ ×” in the table), which is also influenced by a large difference in plate thickness. On the other hand, the mass productivity of 1: 3: 1 is “◎”. This is because the thickness of the outer piece is the thinnest (2.4 mm) at 1: 3: 1. This is because the amount of one-time processing in the process increases and processing can be performed efficiently (improvement of mass productivity).

表２〔Ｄ〕は、表面改質処理を行う場合に、要素数の相違が、表面改質処理の処理性（処理能率）にどう影響するのかを示したものである。表中、３ピースで厚さ比率１：１：１の場合に量産性が「◎」となっており、これは上述したように要素数を多くすると、外側ピースの板厚が薄くなり（改質すべき面積は変わらないが、体積や重量が大幅に減り）、一回の表面改質処理量が増大するためである。これに対し、２ピースで厚さ比率１：１の場合は、１ピースのものと比べ、処理量が実質的に減らないので、量産性は同じである（表では「△」で表示）。   Table 2 [D] shows how the difference in the number of elements affects the processability (processing efficiency) of the surface modification process when performing the surface modification process. In the table, when 3 pieces have a thickness ratio of 1: 1: 1, the mass productivity is “◎”. As described above, when the number of elements is increased, the plate thickness of the outer piece is reduced (modified). This is because the area to be tempered does not change, but the volume and weight are greatly reduced), and the amount of surface modification treatment per time increases. On the other hand, in the case of 2 pieces and a thickness ratio of 1: 1, since the processing amount is not substantially reduced as compared with the case of 1 piece, the mass productivity is the same (indicated by “Δ” in the table).

表２〔Ｅ〕は、熱処理（バルク熱処理）を行う場合を示している。ここで、表中の「ｘ」は、材種ＡまたはＡ′に焼なまし処理を施したものを示し、「ｙ」は、材種Ｂに焼入れ焼戻し処理を施したものを示し、「ｚ」は、材種Ｃに析出時効硬化処理したものである。このため、例えば表中の「ｘ−ｘ−ｘ」は、焼なまし処理を行ったＡ−Ａ−ＡまたはＡ′−Ａ′−Ａ′という組み合わせを示している。   Table 2 [E] shows a case where heat treatment (bulk heat treatment) is performed. Here, “x” in the table indicates that the grade A or A ′ is subjected to the annealing treatment, “y” indicates that the grade B is subjected to the quenching and tempering treatment, and “z” "" Is a material obtained by subjecting grade C to precipitation age hardening treatment. Therefore, for example, “xx-x” in the table indicates a combination of AA-A or A′-A′-A ′ subjected to annealing treatment.

図９は、要素数の変化によるプレス加工性や、表面改質処理の処理性（処理能率）の推移を併せて示したグラフであり、更にはこれらプレス加工性と処理性とを勘案した量産性が要素数によって、どう変化するのかを示した模式図である。
まず横軸（下）に要素数をとる。また左側縦軸にプレス加工性をとり、右側縦軸に表面改質処理の処理性をとっている。なお、プレス加工性も処理性も量産性の一種である。また、要素数１は、表１でも説明したが、フレームセグメント２１を一つの部材で形成した従来仕様を示す（非分断構造）。従って、この要素数１は、本願発明ではなく、プレス加工性や処理性を示す基準値（比較例）として挙げたものである。また、この点では、要素数２も本発明に関連する参考例（比較例）となる。 FIG. 9 is a graph that shows the transition of press workability due to changes in the number of elements and the processability (treatment efficiency) of surface modification treatment, and further mass production considering these press workability and processability. It is the schematic diagram which showed how property changed with the number of elements.
First, the horizontal axis (bottom) takes the number of elements. Further, the left vertical axis represents press workability, and the right vertical axis represents the surface reforming processability. Note that both press workability and processability are types of mass production. The number of elements 1 is the same as that described in Table 1, but shows a conventional specification in which the frame segment 21 is formed of a single member (undivided structure). Therefore, the number of elements 1 is not the invention of the present application, but is given as a reference value (comparative example) indicating press workability and processability. In this respect, the number of elements 2 is also a reference example (comparative example) related to the present invention.

図９のグラフにおいて、実線(1) は要素数によってプレス加工性がどのように変わるかを示したものである。ここで、１ピースは板厚が厚く、一般的にはプレス加工が行えないため、「不能（プレス加工不能）」となっている。これに対し、要素数が２、３になる毎にプレス加工性が向上しているが、これは上記表１でも述べたように、フレームセグメント２１の厚さを一定とした場合、要素数が多くなれば、フレーム要素２１ｎ一枚当たりの板厚が薄くなり、孔開けなどのプレス加工が行い易くなるためである。そして、プレス加工性は、要素数３のときにピークに達し、これも上記表１でも述べたが、各フレーム要素２１ａ〜２１ｃの板厚が適正加工厚さ（最適加工厚さ）になるためである。また、プレス加工性が、要素数４、５で低下するのは、一枚当たりのフレーム要素２１ｎが薄くなり、その数が増して、プレス加工の実作業数（加工回数）が多くなるためである。   In the graph of FIG. 9, a solid line (1) indicates how the press workability changes depending on the number of elements. Here, since one piece has a large plate thickness and generally cannot be pressed, it is “impossible (unable to press)”. On the other hand, the press workability is improved every time the number of elements becomes 2 or 3, but as described in Table 1 above, when the thickness of the frame segment 21 is constant, the number of elements is increased. This is because if the number is increased, the thickness of each frame element 21n is reduced, and it is easy to perform press working such as drilling. The press workability reaches a peak when the number of elements is 3, and this is also described in Table 1 above. However, the plate thickness of each frame element 21a to 21c becomes an appropriate work thickness (optimum work thickness). It is. Moreover, the press workability is lowered when the number of elements is 4 or 5, because the number of frame elements 21n per sheet becomes thinner and the number increases, and the actual number of press work (number of times of processing) increases. is there.

グラフに示した実線(2) は、要素数によって表面改質処理の処理性（処理能率）がどのように変化するかを示したものである。この場合、１ピースでも、このフレーム要素２１ｎに表面改質処理等を施すことはできるため「可」に位置し、ここから要素数の増加に伴い、右上がりに推移している。これは、要素数が増えると、フレームセグメント２１において両面に位置するフレーム要素２１ｎの板厚が薄くなり、表面改質処理としては一回の処理で多くの量が処理できるためである。
また、グラフに示した一点鎖線(3) は、これらプレス加工性と処理性とをトータル的に勘案し、評価した総合量産性である。なお量産性は、上述したように経済性（コスト）と関係が深いので、左右縦軸の上側にコストをとり、総合量産性の評価を示した。すなわちプレス加工性及び処理性が良好なものは加工し易く、また処理能率も高くなるため、低コスト化の達成につながるものである。
これにより、ある要素数（本模式図では３ピース）において、加工性と表面改質処理能率の両者を勘案したときの量産性（経済性）が最適値を示すことが知見された。 The solid line (2) shown in the graph shows how the processability (processing efficiency) of the surface modification process changes depending on the number of elements. In this case, even one piece can be subjected to a surface modification treatment or the like on the frame element 21n, and therefore, it is positioned as “possible”, and is shifted upward as the number of elements increases. This is because as the number of elements increases, the thickness of the frame elements 21n located on both sides of the frame segment 21 becomes thinner, and a large amount can be processed in one process as the surface modification process.
In addition, the alternate long and short dash line (3) shown in the graph is the total mass productivity evaluated by considering the press workability and processability in total. Since mass productivity is closely related to economy (cost) as described above, the cost is shown on the upper side of the left and right vertical axes, and the evaluation of total mass productivity is shown. That is, a material having good press workability and processability is easy to process and has a high processing efficiency, leading to a reduction in cost.
As a result, it has been found that, for a certain number of elements (three pieces in this schematic diagram), mass productivity (economic efficiency) when considering both workability and surface modification processing efficiency shows an optimum value.

図１０は、３ピース品の材種選択に関する模式図であって、厚さ比率１：１：１のときの材種組み合わせｍ−ｎ−ｌの最終的な製品コスト（フレームセグメント２１のコスト）を示した模式図である。なお、異種素材を組み合わせる際には、上記表１と同様に、両面（フレーム要素２１ａ、２１ｃ）に耐熱性の高い材種を位置させる構成を基本とした。また図中のＡ、Ａ′、Ｂ、Ｃという材種の意味も上記表１と同様であり、各材種の耐熱性や材種コストは、Ｂ＜Ａ′＜Ａ＜Ｃとなる。   FIG. 10 is a schematic diagram relating to the selection of the grade of a three-piece product, and the final product cost of the grade combination mn-1 when the thickness ratio is 1: 1: 1 (cost of the frame segment 21). It is the schematic diagram which showed. Note that, when different types of materials are combined, as in Table 1 above, a configuration in which a material type having high heat resistance is positioned on both surfaces (frame elements 21a and 21c) is basically used. The meanings of the grades A, A ′, B, and C in the figure are also the same as in Table 1 above, and the heat resistance and grade cost of each grade are B <A ′ <A <C.

このグラフは、まず横軸（下）と左側縦軸とに、耐熱性と材種コストをとり、各軸上、左から右に、また下から上に各材種をＢ＜Ａ′＜Ａ＜Ｃの順に配列する。なお、各材種の大まかな耐熱温度を示すと、Ａ′が６００℃程度、Ａが８００℃程度である。また右側縦軸には、３ピース（フレーム要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）を組み合わせたときの製品コストを示している。なお、製品コストは、厚さ比率等にもよるが、一般に耐熱性の優れた材種を組み合わせるほど高くなる。そして、グラフ中、斜線を引いた四つの正方形（区画されたもの）が、フレームセグメント２１の両面（フレーム要素２１ａ、２１ｃ）を材種Ｂ、Ａ′、Ａ、Ｃという各材種に設定した組み合わせを示している。また、グラフ中の右上がりの対角線は、基本的には同材（Ｘ−Ｘ−Ｘ：Ｘは代表符号でありＢ−Ｂ−Ｂ、Ａ′−Ａ′−Ａ′、Ａ−Ａ−Ａ、Ｃ−Ｃ−Ｃという組み合わせを示す）の場合の耐熱性と製品コストの変化を示す。なお、材種組み合わせを、このような正方形の領域で示したのは、内側ピースをどの材種にするかによって組み合わせが複数存在し（特に両面ピースを超合金Ｃにした場合）、その組み合わせにより製品コストが変化するためである。   In this graph, the horizontal axis (bottom) and the left vertical axis indicate heat resistance and material cost, and each material type is B <A ′ <A on each axis, from left to right, and from bottom to top. <Arrange in the order of C. In addition, when the rough heat-resistant temperature of each grade is shown, A 'is about 600 degreeC and A is about 800 degreeC. The vertical axis on the right side shows the product cost when three pieces (frame elements 21a, 21b, 21c) are combined. In addition, although it depends on the thickness ratio and the like, the product cost generally increases as the grades having excellent heat resistance are combined. In the graph, the four squares (partitioned) with diagonal lines set both sides (frame elements 21a, 21c) of the frame segment 21 as the grades B, A ′, A, and C. Shows the combination. Also, the diagonal line rising to the right in the graph is basically the same material (X-X-X: X is a representative symbol, B-B-B, A'-A'-A ', A-A-A , Shows a combination of C-C-C), and shows changes in heat resistance and product cost. It should be noted that the combination of the grades is indicated by such a square region because there are a plurality of combinations depending on which grade the inner piece is made (especially when the double-sided piece is a superalloy C), This is because the product cost changes.

そして各正方形の中央から、横軸に沿って水平に引いた点線は、両面をＢ、Ａ′、Ａ、Ｃに選択した組み合わせの製品コストの中間値（代表値）を示す。ここで両面をＣにした正方形（右上）内には、Ｃ−Ｂ−Ｃ、Ｃ−Ａ′−Ｃ、Ｃ−Ａ−Ｃ、Ｃ−Ｃ−Ｃの組み合わせが考えられる。これらを点線上に配置すると、点線上では、右方向ほど材種コスト（耐熱性）が高いので、上記四つの組み合わせは、Ｃ−Ｃ−Ｃが最も右寄りになるように、模式的に等間隔で配置した。ここで、Ｃ−Ｃ−Ｃの組み合わせが上記同材組み合わせの右上がりの直線から外れるが、このグラフは最終的に右側縦軸の製品コストを考慮するものであるため、これには拘泥しない。そして、Ｃ−Ａ−Ｃの組み合わせの製品コストを規定するため下方に線分を降ろす。この線分は、左側縦軸Ａ材種の中央点線まで延びている。これは、Ｃ−Ａ−Ｃの組み合わせが、両外側のＣ材種よりも材種コストの安いＡ材種を中央に挟むため、全体としては幾らか製品コストが安くなり（Ｃ−Ｃ−Ｃの組み合わせよりも低コストとなる）、その製品コストの下限値を、両面をＡ材種にした組み合わせの中間値で規定したためである（このため実際の下限値は、３ピース中２ピースがＣ材種ゆえ、もう少し上がると考えられる）。つまり、この線分は、Ｃ−Ａ−Ｃという組み合わせが採り得る製品コストの上限値から下限値までの範囲を示しており、線分上の「×」が中間値（代表値）であり、これは言わば当該組み合わせ（Ｃ−Ａ−Ｃ）の製品コストを代表するものとなる。   A dotted line drawn horizontally from the center of each square along the horizontal axis indicates an intermediate value (representative value) of product costs of a combination in which B, A ′, A, and C are selected on both sides. Here, a combination of C—B—C, C—A′—C, C—A—C, and C—C—C is conceivable in a square (upper right) with C on both sides. If these are arranged on the dotted line, the grade cost (heat resistance) is higher in the right direction on the dotted line. Therefore, the above four combinations are typically equidistant so that C-C-C is closest to the right side. Arranged. Here, the C-C-C combination deviates from the straight line that rises to the right of the same material combination. However, since this graph finally considers the product cost on the right vertical axis, this is not a limitation. A line segment is drawn downward to define the product cost of the C-A-C combination. This line segment extends to the center dotted line of the left vertical axis A grade. This is because the combination of C-A-C sandwiches the A grade, which is cheaper than the C grades on both outer sides, in the middle, so the product cost is somewhat lower as a whole (C-C-C This is because the lower limit value of the product cost is defined by the intermediate value of the combination of both sides of the A grade (for this reason, the actual lower limit value is C for 2 pieces out of 3 pieces). It is thought that it will go up a little because of the grade.) That is, this line segment shows a range from the upper limit value to the lower limit value of the product cost that can be taken by the combination C-A-C, and “x” on the line segment is an intermediate value (representative value), This represents the product cost of the combination (C-A-C).

各正方形において、以上の下限値設定を同様に行い、各組み合わせの製品コストの中間値を割り出す。そして同材組み合わせの「○」と異材組み合わせの「×」を結ぶと、この折れ線が、３ピース品で厚さ比率1/3 ずつの場合の材種選択における各組み合わせの製品コストの大小を示している。   In each square, the above lower limit setting is performed in the same manner, and an intermediate value of the product cost of each combination is determined. When the same material combination “○” and the different material combination “×” are connected, this broken line shows the size of the product cost of each combination in the selection of the grade when the thickness ratio is 1/3 each for a three-piece product. ing.

図１０のグラフから以下のことが判る。例えば９００℃以上の耐熱性が要求され、超合金Ｃの使用を考慮しなければならなくなった場合、従来ならフレームセグメント２１を超合金Ｃの１ピースで形成する構造が一般的であったが、本発明では、Ｃ−Ａ−Ｃ、Ｃ−Ａ′−Ｃ、Ｃ−Ｂ−Ｃの組み合わせでも可能性があり、製品コストも抑えられる。少なくともＣ−Ｃ−Ｃという組み合わせよりも製品コストは安くなり、もっとも製品コストの安いＣ−Ｂ−Ｃの組み合わせにおいて、耐熱性等の高温特性が懸念される場合であっても、更に表面改質処理や厚さ比率を併せて考慮することにより、高温特性を向上させることができる。このため本発明では性能向上と低コスト化をともに実現する組み合わせの可能性を、より一層高めることができるものである。このように、フレームセグメント２１（タービンフレーム２）を分断形成するという発想は、要求性能の具体的実現を経済的に達成することができ、この点で極めて画期的であり、従来の１ピースでは、到底、不可能であった技術思想である。   The following can be seen from the graph of FIG. For example, when heat resistance of 900 ° C. or higher is required and it is necessary to consider the use of superalloy C, a conventional structure in which frame segment 21 is formed of one piece of superalloy C has been common. In the present invention, a combination of C-A-C, C-A'-C, and C-B-C is also possible, and the product cost can be reduced. Product cost is lower than at least C-C-C combination, and even in the case of C-C-C combination with the lowest product cost, even when high temperature characteristics such as heat resistance are concerned, surface modification is further High temperature characteristics can be improved by considering treatment and thickness ratio. For this reason, in this invention, the possibility of the combination which implement | achieves both performance improvement and cost reduction can be raised further. In this way, the idea of dividing the frame segment 21 (turbine frame 2) can achieve the specific realization of the required performance economically, and is extremely groundbreaking in this respect. Then, it is a technical idea that was impossible at all.

図１１は、３ピース品の厚さ比率に関する図であり、厚さ比率の変化によるプレス加工性（加工難易度）や、寸法精度（熱膨張）、熱勾配、剛性等の要求性能の推移を併せて示したグラフであり、更にはこれらプレス加工性と要求性能とを勘案した総合判定が、厚さ比率によってどのように推移するかを示した模式図である。
このグラフは、まず横軸（下）に各厚さ比率をとり、左から１：0.5 ：１、１：１：１、１：２：１、１：３：１という厚さ比率とする。なお、厚さ比率１：１：１の場合に各フレーム要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃの板厚が全て同じとなるため、この場合が最もプレス加工が行い易い（最適加工板厚）と考えてグラフを作成した。また、フレームセグメント２１全体の板厚（ｔ）を一定にした場合、各厚さ比率の板厚状況を図１１に併せ示すとともに、厚さ比率（１：１：１を基準）を表３に示す。 FIG. 11 is a diagram related to the thickness ratio of a three-piece product. Changes in required performance such as press workability (working difficulty), dimensional accuracy (thermal expansion), thermal gradient, rigidity, etc. due to changes in the thickness ratio. It is the graph shown together, Furthermore, it is the schematic diagram which showed how the comprehensive judgment which considered these press workability and required performance changes with thickness ratios.
In this graph, each thickness ratio is first plotted on the horizontal axis (bottom), and the thickness ratios are 1: 0.5: 1, 1: 1: 1, 1: 2: 1, and 1: 3: 1 from the left. In addition, since the plate thickness of each frame element 21a, 21b, 21c becomes the same when the thickness ratio is 1: 1: 1, this is the graph in which it is considered that the press processing is most easily performed (optimum processing plate thickness). It was created. In addition, when the thickness (t) of the entire frame segment 21 is constant, the thickness status of each thickness ratio is shown in FIG. 11 and the thickness ratio (1: 1: 1 as a reference) is shown in Table 3. Show.

Figure 0004503537
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表３から、１：0.5 ：１は、１：１：１に比べ、内側ピースが６０％に薄くなり、両面ピースが１２０％に厚くなることが判る。また１：２：１は、１：１：１に比べ、内側ピースが１５０％に厚くなり、両面ピースが７５％に薄くなることが判る。また１：３：１は、１：１：１に比べ、内側ピースが１８０％に厚くなり、両面ピースが６０％に薄くなることが判る。   From Table 3, it can be seen that 1: 0.5: 1 is 60% thinner for the inner piece and 120% thicker for the double-sided piece than 1: 1: 1. It can also be seen that 1: 2: 1 is 150% thicker for the inner piece and 75% thinner for the double-sided piece than 1: 1: 1. It can also be seen that 1: 3: 1 is thicker by 180% and the double-sided piece is thinner by 60% than 1: 1: 1.

そして図１１のグラフに示した実線(1) は、プレス加工性（加工難易度）を示しており、１：0.5 ：１のプレス加工性が１：１：１よりも低い（加工し難い）のは、最適加工板厚よりも薄くなるため（６０％）である。また、１：２：１、１：３：１においても、プレス加工性が次第に低下してくるのは、内側ピース（フレーム要素２１ｂ）が最適加工板厚よりも厚くなるとともに、両面ピース（フレーム要素２１ａ、２１ｃ）が最適加工板厚よりも薄くなってくるためである。   The solid line (1) shown in the graph of FIG. 11 indicates the press workability (working difficulty), and the press workability of 1: 0.5: 1 is lower than 1: 1: 1 (hard to work). This is because it becomes thinner than the optimum processed plate thickness (60%). Also, in 1: 2: 1 and 1: 3: 1, the press workability gradually decreases because the inner piece (frame element 21b) is thicker than the optimum processing plate thickness and the double-sided piece (frame This is because the elements 21a and 21c) become thinner than the optimum processing plate thickness.

グラフに示した実線(2) は、寸法精度、熱伝導率、熱勾配（∝応力勾配）、剛性等の要求性能を示しており、これも１：１：１をピークに、他の厚さ比率は低下すると考えられる。これは各ピース（フレーム要素２１ｎ）の板厚差が大きくなると、例えば熱膨張収縮による内部熱応力の掛かり方が不均一になり、加熱冷却の熱サイクルの過程で悪影響が出てくる可能性があるためである。
またグラフに示した一点鎖線(3) は、プレス加工性と要求性能とを勘案した総合判定を示す折れ線である。
そして、図１１のグラフからプレス加工性と要求性能とを良好にする厚さ比率は、１：１：１あるいは１：２：１程度であることが判る。 The solid line (2) shown in the graph shows the required performance such as dimensional accuracy, thermal conductivity, thermal gradient (∝stress gradient), rigidity, etc., and this also peaks at 1: 1: 1 and other thicknesses. The ratio is expected to decline. If the plate thickness difference of each piece (frame element 21n) becomes large, for example, the method of applying internal thermal stress due to thermal expansion and contraction becomes non-uniform, and there is a possibility that an adverse effect may occur in the process of heating and cooling thermal cycles. Because there is.
In addition, the alternate long and short dash line (3) shown in the graph is a broken line indicating a comprehensive judgment in consideration of press workability and required performance.
Then, it can be seen from the graph of FIG. 11 that the thickness ratio for improving the press workability and the required performance is about 1: 1: 1 or 1: 2: 1.

次に、このようなフレーム要素２１ｎの加工方法について説明する。フレーム要素２１ｎの加工（形成）にあたっては、圧延素材を出発素材とすることが好ましく、この出発素材にプレス加工等の塑性加工を個別に施して所望形状のフレーム要素２１ｎを得るものである。なお、出発素材として圧延素材が好ましいのは、鋳鋼品に比べ表面欠陥や内部欠陥あるいは残留応力が極めて少なく、組織的に安定した均質なフレーム要素２１ｎが得られるためである。また、これにより塑性加工性を高めることができ、手間の掛かる耐熱素材の切削加工を極力低減することができるものである。なお、塑性加工とは、一般に被加工材（出発素材）の一部または全部に塑性変形を付与して、所望の形状に形成する加工をいい、例えば鍛造加工（転造などの回転鍛造を含む）、圧延加工、引抜き／押出し加工、プレス加工（剪断打抜き加工を含む）などが挙げられる（切削は含まない）。このなかでも本実施例では、ファインブランキング加工機等の精密加工機による加工を主体とし、その精密加工の前後において、適宜切削加工を行い、所望のフレーム要素２１ｎを得るものである。   Next, a method for processing such a frame element 21n will be described. In processing (formation) of the frame element 21n, it is preferable to use a rolled material as a starting material, and the starting material is individually subjected to plastic processing such as press processing to obtain a frame element 21n having a desired shape. The reason why the rolled material is preferable as the starting material is that a uniform frame element 21n that is structurally stable and has fewer surface defects, internal defects, or residual stress than cast steel products can be obtained. In addition, this makes it possible to improve the plastic workability and to reduce the time-consuming cutting of the heat-resistant material as much as possible. In addition, plastic processing generally refers to processing in which a part or all of a workpiece (starting material) is plastically deformed to form a desired shape, and includes, for example, forging (rotational forging such as rolling). ), Rolling, drawing / extrusion, pressing (including shear punching), and the like (not including cutting). Among these, in this embodiment, the processing is mainly performed by a precision processing machine such as a fine blanking processing machine, and before and after the precision processing, cutting is appropriately performed to obtain a desired frame element 21n.

また出発素材（フレーム要素２１ｎ）の板厚は、使用環境に耐える耐熱性等の要求性能と、精密加工機の一回のストロークで目的の加工（精密打ち抜きや孔開け等）が行える加工性とを考慮して決定される。これは、タービンフレーム２として要求される性能を確保しながらも、加工し易い条件の下でタービンフレーム２を製造するためである。すなわち耐熱性としては板厚が厚い方が効果的であるが、通常、このような加工にあっては、適切加工板厚（最適加工板厚）が存在し、あまり板厚が厚過ぎると、精密加工機の一回のストロークで目的の加工が行えない、あるいは巨大加工機で可能としても費用対効果に齟齬をきたすことがあるため、要求性能と加工性とのバランスでフレーム要素２１ｎ一枚当たりの板厚を決定するものである。このようなことにより、タービンフレーム２の製造工程から、切削加工を一切排除することも可能となり、タービンフレーム２の性能向上とともに量産性をより一層高めることができる。もちろん、適切な（最適な）板厚で加工を行うことは、加工金型の負荷を軽減でき、金型寿命を長期化させる効果も奏する。
〔他の実施例〕 In addition, the thickness of the starting material (frame element 21n) is required for the required performance such as heat resistance that can withstand the use environment, and the workability that can perform the desired processing (precision punching, drilling, etc.) with a single stroke of the precision processing machine. Is determined in consideration of This is because the turbine frame 2 is manufactured under conditions that allow easy processing while ensuring the performance required for the turbine frame 2. In other words, a thicker plate is more effective as heat resistance, but usually in such processing, there is an appropriate processed plate thickness (optimum processed plate thickness), and if the plate thickness is too thick, Since the desired machining cannot be performed with a single stroke of a precision machine, or even if it is possible with a giant machine, it may be cost-effective, so one frame element 21n is balanced with the required performance and workability. The thickness of the hit is determined. As a result, it is possible to completely eliminate the cutting process from the manufacturing process of the turbine frame 2, and the productivity of the turbine frame 2 can be improved and the mass productivity can be further enhanced. Of course, processing with an appropriate (optimum) plate thickness can reduce the load on the processing mold and also has the effect of extending the mold life.
[Other Examples]

本発明は以上述べた実施例を一つの基本的な技術思想とするものであるが、更に次のような改変が考えられる。すなわち先の図１〜４に示した実施例や参考例（フレームセグメント２１）は、いずれも平板状のフレーム要素２１ｎを可変翼１の軸方向に面合わせ状態に締結したものである。換言すれば、切削加工は適宜施すものの、ほぼ平板状の出発素材（例えばブランク材）に軸受孔２５を開孔し、これを重ねてフレームセグメント２１を形成したものである。
しかしながら、フレームセグメント２１は、必ずしもこのような構成に限定されるものではなく、例えば図５に示す３ピースの場合には、中央ピース（フレーム要素２１ｂ）が厚肉ワッシャ状（スペーサ）の部材でも構わない。この場合、フレーム要素２１ｂとしては、もともと円管状の長尺部材を適宜の長さに切断して使用することが可能である。 The present invention has the above-described embodiment as one basic technical idea, but the following modifications can be considered. That is, in the examples and reference examples (frame segment 21) shown in FIGS. 1 to 4, the flat frame element 21n is fastened in a face-to-face state in the axial direction of the variable blade 1. In other words, although the cutting process is appropriately performed, the bearing hole 25 is formed in a substantially flat starting material (for example, a blank material), and this is overlapped to form the frame segment 21.
However, the frame segment 21 is not necessarily limited to such a configuration. For example, in the case of three pieces shown in FIG. 5, the central piece (frame element 21b) may be a thick washer-like (spacer) member. I do not care. In this case, as the frame element 21b, it is possible to use a long tubular member originally cut to an appropriate length.

また、上記図１〜４の実施例や参考例は、フレーム要素２１ｎの分断方向が、いずれも可変翼１の軸方向であったが、分断方向としては、例えば図６に示すように、排気タービンＴの径方向に対してフレームセグメント２１を分断することも考えられる。ただし、これは本発明に関連する参考例であり、本図では各フレーム要素２１ｎ（排気タービンＴ（翼部１１）に近いものから２１ａ、２１ｂとする）をリング状に分断形成し、これを同心円状に嵌め合わせてタービンフレーム２１を形成している。なお、このような構成は、排気タービンＴの半径方向に対して要求性能を異ならせたい場合に適している。
また前記図１〜６の実施例や参考例では、保持部材２２の板厚が、もともと薄いため、フレームセグメント２１のみを分断形成したが、保持部材２２についても分断形成することが可能である（図７（ａ）参照）。 1-4, the dividing direction of the frame element 21n is the axial direction of the variable vane 1. However, as the dividing direction, for example, as shown in FIG. It is also conceivable to divide the frame segment 21 with respect to the radial direction of the turbine T. However, this is a reference example related to the present invention, and in this figure, each frame element 21n (21a, 21b from the part close to the exhaust turbine T (wing part 11)) is divided into a ring shape, and this is formed. The turbine frame 21 is formed by concentrically fitting. Such a configuration is suitable when it is desired to vary the required performance with respect to the radial direction of the exhaust turbine T.
1 to 6, since the plate thickness of the holding member 22 is originally thin, only the frame segment 21 is divided and formed. However, the holding member 22 can also be divided and formed ( FIG. 7 (a)).

また、本実施例では、軸受孔２５については、一例として図１、２の拡大断面図に示すように、軸部１２に接触する支持規制部２８と、軸部１２に接触しない非支持部２９とを形成し、支持規制部２８のみを軸部１２に接触させて、可変翼１を回動自在に保持する軸受構造を採る。これにより可変翼１の回動に伴う摩擦（摩耗）を低減でき、また、可変翼１が高温、排ガス下で回動を繰り返す間に、軸部１２または軸受孔２５から摩耗粉が発生しても、間隙を形成する非支持部２９に摩耗粉を収容することができ、可変翼１の回動を長期にわたって維持し得るものである。なお、軸受孔２５に支持規制部２８と非支持部２９とを形成するにあたっては、図１、２に示すように、非支持部２９を挟んで、その両側に支持規制部２８を形成することが好ましい。   In the present embodiment, as shown in the enlarged cross-sectional views of FIGS. 1 and 2 as an example, the bearing hole 25 is supported by a support restricting portion 28 that contacts the shaft portion 12 and a non-supporting portion 29 that does not contact the shaft portion 12. And a bearing structure in which only the support restricting portion 28 is brought into contact with the shaft portion 12 and the variable blade 1 is rotatably held is employed. As a result, friction (wear) associated with rotation of the variable blade 1 can be reduced, and wear powder is generated from the shaft portion 12 or the bearing hole 25 while the variable blade 1 repeats rotation under high temperature and exhaust gas. Also, the wear powder can be accommodated in the non-supporting portion 29 that forms the gap, and the rotation of the variable blade 1 can be maintained over a long period of time. In forming the support restricting portion 28 and the non-support portion 29 in the bearing hole 25, as shown in FIGS. 1 and 2, the support restricting portions 28 are formed on both sides of the non-support portion 29. Is preferred.

ここで本実施例の軸受孔２５が、可変翼１の回動にあたり、摩擦（摩耗）を低減できることをホルムの式を挙げて説明する。機械的正常摩耗の場合における摩耗量Ａは、ホルム〔R.Holm〕によって以下のように定式化される。
Ａ＝Ｚ・（Ｐ／ＨB ）・ｓ
ここでＰは荷重、ＨB はブリネル硬さ、ｓは摩擦距離、Ｚは接触する原子の一方が他に捕らえられる確率である。
フレーム要素２１ｎの材種、要素数、厚さ比率及び作動条件等が決まればＰ、ＨB 、Ｚは一定と考えられる（特にＺは原子レベルの次元である）。このため、摩耗量Ａは、接触面積ｓによって決定され、この接触面積ｓは、当然、軸受孔２５全体を軸部１２に接触させる場合（軸受孔２５に非支持部２９を形成しない場合）よりも、軸受孔２５に非支持部２９を形成した本実施例の場合（支持規制部２８のみを軸部１２に接触させる場合）の方が小さくなり、従って本実施例では摩耗量Ａを低減することができる。 Here, the fact that the bearing hole 25 of this embodiment can reduce friction (wear) when the variable blade 1 is rotated will be described with reference to Holm's formula. The wear amount A in the case of normal mechanical wear is formulated as follows by Holm [R. Holm].
A = Z · (P / H B ) · s
Here, P is the load, H B is the Brinell hardness, s is the friction distance, and Z is the probability that one of the contacting atoms will be captured by the other.
If the material type, the number of elements, the thickness ratio, the operating conditions, etc. of the frame element 21n are determined, P, H B , and Z are considered to be constant (particularly, Z is an atomic level dimension). For this reason, the wear amount A is determined by the contact area s, and this contact area s is naturally more than when the entire bearing hole 25 is in contact with the shaft portion 12 (when the non-supporting portion 29 is not formed in the bearing hole 25). However, in the present embodiment in which the non-supporting portion 29 is formed in the bearing hole 25 (when only the support restricting portion 28 is brought into contact with the shaft portion 12), the wear amount A is reduced in the present embodiment. be able to.

特に、本発明では、複数のフレーム要素２１ｎを組み合わせて、フレームセグメント２１（タービンフレーム２）を形成するため、このような軸受構造が採り易い。具体的には図１に示す３ピースの場合には、両面のフレーム要素２１ａ、２１ｃには軸部１２とほぼ同じ大きさの孔（軸受孔２５）を開けて、ここを支持規制部２８とするものであり、一方、中央のフレーム要素２１ｂには軸部１２よりも大きい孔（軸受孔２５）を開けて、ここを非支持部２９とすることで、上記軸受構造を容易に実現することができる。このようにフレームセグメント２１を幾つかのピース（フレーム要素２１ｎ）で分断形成した場合には、各ピースに対してストレート状の孔開け加工のみを施し、これらを組み合わせるだけで、軸受孔２５に段差を有した構造を容易に実現することができる。もちろん、このような加工手法は、極めて量産化に適したものと言える。
なお、図５に示す実施例では、中央に位置させる厚肉ワッシャ状のフレーム要素２１ｂの孔径（内径）を、軸部１２よりも大きい寸法のものとし、この径を利用して非支持部２９を形成している。 In particular, in the present invention, since the frame segment 21 (turbine frame 2) is formed by combining the plurality of frame elements 21n, such a bearing structure is easily adopted. Specifically, in the case of the three-piece shown in FIG. 1, holes (bearing holes 25) having substantially the same size as the shaft portion 12 are formed in the frame elements 21a and 21c on both sides, and these are defined as the support restricting portion 28. On the other hand, by making a hole (bearing hole 25) larger than the shaft portion 12 in the central frame element 21b and making this a non-supporting portion 29, the above bearing structure can be easily realized. Can do. When the frame segment 21 is divided into several pieces (frame elements 21n) as described above, a step is formed in the bearing hole 25 only by performing straight hole drilling on each piece and combining them. It is possible to easily realize a structure having Of course, such a processing technique can be said to be extremely suitable for mass production.
In the embodiment shown in FIG. 5, the hole diameter (inner diameter) of the thick washer-shaped frame element 21 b positioned at the center is larger than that of the shaft portion 12, and the non-supporting portion 29 is utilized using this diameter. Is forming.

また、軸受孔２５を複数のピースで分断形成する場合、支持規制部２８を構成するフレーム要素２１ｎについては、摩擦係数（摩擦抵抗）を減少させる材種を選択したり、摩擦係数を抑制する表面改質処理等を施すことが好ましい。これは、一般に摩擦係数が小さくなれば、それだけ摩耗量も抑制でき、より一層、可変翼１を安定して回動させることができるためである。因みに、摩擦係数は、フレーム要素２１ｎの材種、金属組織、硬さ、残留応力、表面改質処理などに大きく関与するものである。   Further, when the bearing hole 25 is divided into a plurality of pieces, for the frame element 21n constituting the support regulating portion 28, a material type that reduces the friction coefficient (friction resistance) is selected, or the surface that suppresses the friction coefficient It is preferable to perform a modification treatment or the like. This is because, in general, the smaller the friction coefficient, the more the amount of wear can be suppressed, and the variable blade 1 can be rotated more stably. Incidentally, the friction coefficient is greatly related to the material type, metal structure, hardness, residual stress, surface modification treatment, and the like of the frame element 21n.

また、上記表１や図１１等ではフレームセグメント２１は、３ピースで形成することが好ましい旨説明したが、フレームセグメント２１全体の板厚や、使用環境等によっては、４ピース以上のフレーム要素２１ｎで分断形成することも可能である。   In addition, in Table 1 and FIG. 11 and the like, it has been described that the frame segment 21 is preferably formed of three pieces. However, depending on the plate thickness of the entire frame segment 21, the use environment, etc., the frame elements 21n of four pieces or more are used. It is also possible to divide and form.

また、可変翼１については、図１に示したように片持ちタイプのものと、図２に示したように両持ちタイプのものがあり、この両持ちタイプの場合には、上述したように保持部材２２にも軸受孔２５ｂが形成され、ここに可変翼１の短軸部１２ｂが挿入される。この場合、もともと保持部材２２の板厚が薄いため、図２（ａ）に示すように、短軸部１２ｂ側の軸受孔２５ｂには、何も段差を付けず、全体的に支持規制部２８とする形態が一般的と考えられる。もちろん、これは長軸部１２ａ側の軸受孔２５ａについて、支持規制部２８と非支持部２９とを形成し、軸受孔２５ａのみで可変翼１の回動を充分に円滑且つ確実に保ち得ることに起因する構造である。しかしながら、短軸部１２ｂ側の軸受孔２５ｂについても、例えば図２（ｂ）に示すように、一部に非支持部２９を形成することも可能である。   In addition, the variable wing 1 includes a cantilever type as shown in FIG. 1 and a double-supported type as shown in FIG. 2. The holding member 22 is also formed with a bearing hole 25b, into which the short shaft portion 12b of the variable blade 1 is inserted. In this case, since the plate thickness of the holding member 22 is originally thin, as shown in FIG. 2A, the bearing hole 25b on the short shaft portion 12b side is not provided with any step, and the support restricting portion 28 as a whole. It is considered that the form is generally. Of course, this is because the bearing restricting portion 28 and the non-supporting portion 29 are formed in the bearing hole 25a on the long shaft portion 12a side, and the rotation of the variable blade 1 can be maintained sufficiently smoothly and reliably only by the bearing hole 25a. It is a structure resulting from. However, the bearing hole 25b on the short shaft portion 12b side can also be partially formed with a non-supporting portion 29 as shown in FIG. 2B, for example.

また例えば図７に示すように、短軸部１２ｂ側の軸受孔２５ｂに、支持規制部２８と非支持部２９とを形成する場合、長軸部１２ａ側の軸受孔２５ａについては、非支持部２９の両側に支持規制部２８を設けるのではなく、基準面１５側に支持規制部２８を形成し、ここから翼部１１に向かって非支持部２９を連続形成もしくは延長形成することも可能である。なお、図７では非支持部２９を形成するフレーム要素２１ａ、２１ｂに、同一のハッチングが掛けられているが（同一の素材で一体的に形成されているように見えるが）、フレーム要素２１ａ、２１ｂは、耐熱性または熱伝導率または体積膨張率が異なる別々の要素である。   For example, as shown in FIG. 7, when the support restricting portion 28 and the non-supporting portion 29 are formed in the bearing hole 25b on the short shaft portion 12b side, the bearing hole 25a on the long shaft portion 12a side is not a non-supporting portion. Instead of providing the support restricting portions 28 on both sides of 29, it is possible to form the support restricting portion 28 on the reference surface 15 side and form the non-supporting portion 29 continuously or extending from here toward the wing portion 11. is there. In FIG. 7, the same hatching is applied to the frame elements 21 a and 21 b forming the non-supporting portion 29 (although it appears to be integrally formed of the same material), the frame elements 21 a and 21 b 21b is a separate element having different heat resistance, thermal conductivity, or volume expansion coefficient.

また、図７（ａ）は、短軸部１２ｂ側の軸受孔２５ｂに支持規制部２８と非支持部２９とを形成した場合であって、これらを別々の保持部材要素２２ａ、２２ｂで形成した実施例である。
更にまた、図７（ｂ）は、図７（ａ）における非支持部２９と支持規制部２８との形成位置を入れ換えるとともに、保持部材２２を１ピースで形成した実施例である。すなわち図７（ｂ）では、保持部材２２において翼部１１側に支持規制部２８を形成し、その対向側に非支持部２９を形成したものである。なお、この図７（ｂ）は、短軸部１２ｂの先端の非支持部２９側から異物が混入しない場合に採り得る実施例である。 FIG. 7A shows a case where the support restricting portion 28 and the non-supporting portion 29 are formed in the bearing hole 25b on the short shaft portion 12b side, and these are formed by separate holding member elements 22a and 22b. This is an example.
Furthermore, FIG. 7B is an embodiment in which the holding member 22 is formed as one piece while the formation positions of the non-supporting portion 29 and the support restricting portion 28 in FIG. That is, in FIG.7 (b), the support control part 28 is formed in the wing | blade part 11 side in the holding member 22, and the non-support part 29 is formed in the opposing side. FIG. 7B is an example that can be adopted when no foreign matter is mixed from the non-supporting portion 29 side of the tip of the short shaft portion 12b.

また、上述したように保持部材２２は、もともと板厚が薄いため、通常一枚の板状部材から形成されることが多く（１ピース構造）、このため保持部材２２に段差を付けることや、これを複数のピースで分断形成することは、加工に手間が掛かり、却ってタービンフレーム２の加工性を低下させてしまうことが考えられる。その一方で、やはり回動に伴う摩擦抵抗を低減させ、可変翼１の回動をより一層円滑且つ確実なものとするためには、短軸部１２ｂにおいても、軸受孔２５ｂに対して部分接触を図ることが好ましい。このようなことから、短軸部１２ｂについては、軸受孔２５ｂを一枚の部材でストレート状（いわゆるキリ穴）に開孔するとともに、軸部１２に部分接触のための加工を施すことが可能である。   In addition, as described above, the holding member 22 is originally formed from a single plate-like member because the plate thickness is originally thin (one-piece structure). It is conceivable that dividing this into a plurality of pieces takes time for processing, and on the contrary reduces the workability of the turbine frame 2. On the other hand, in order to reduce the frictional resistance caused by the rotation and to make the rotation of the variable blade 1 smoother and more reliable, the short shaft portion 12b is also in partial contact with the bearing hole 25b. It is preferable to aim for. Therefore, for the short shaft portion 12b, it is possible to open the bearing hole 25b in a straight shape (a so-called drill hole) with a single member and to perform processing for partial contact on the shaft portion 12. It is.

具体的には、例えば図８（ａ）に示すように、短軸部１２ｂの翼部１１側に先すぼまり状のテーパ１６を形成し、ここを非支持部２９とすることが可能である。この場合、摩耗粉が生じても、テーパ状の非支持部２９によって形成される間隙に、この摩耗粉を受け入れることができる。
また図８（ｂ）は、短軸部１２ｂの先端側のみに軸受孔２５ｂに接触する支持規制部２８を段差状に形成した例であり、この場合も短軸部１２ｂの翼部１１側が非支持部２９となり、ここに摩耗粉を受け入れ得るものである。 Specifically, as shown in FIG. 8A, for example, a tapered taper 16 is formed on the wing part 11 side of the short shaft part 12b, and this can be used as the non-supporting part 29. is there. In this case, even if wear powder is generated, the wear powder can be received in the gap formed by the tapered non-supporting portion 29.
FIG. 8B shows an example in which the support restricting portion 28 that contacts the bearing hole 25b is formed in a step shape only on the tip side of the short shaft portion 12b. In this case, the wing portion 11 side of the short shaft portion 12b is not formed. It becomes the support part 29 and can receive abrasion powder here.

本発明のタービンフレームを組み込んだ排気ガイドアッセンブリの一例を示す分解斜視図、並びにＶＧＳタイプのターボチャージャの一例を示す斜視図（ａ）、並びに軸受孔付近を示す拡大断面図（ｂ）である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing an example of an exhaust guide assembly incorporating the turbine frame of the present invention, a perspective view (a) showing an example of a VGS type turbocharger, and an enlarged sectional view (b) showing the vicinity of a bearing hole. 可変翼が両軸タイプである場合のタービンフレームの分解斜視図、並びに軸受孔付近を示す二種の拡大断面図（ａ）（ｂ）である。FIG. 4 is an exploded perspective view of a turbine frame when the variable blades are of the double shaft type, and two enlarged sectional views (a) and (b) showing the vicinity of the bearing hole. フレームセグメントを三つのフレーム要素で形成した場合の正面図（ａ）と、この図のIII −III 線における断面図（ｂ）である。It is a front view (a) at the time of forming a frame segment by three frame elements, and sectional drawing (b) in the III-III line of this figure. 本発明に関連する参考例であって、フレームセグメントを二つのフレーム要素で形成した場合の断面図（ａ）と、フレーム要素２１ｂの切削前の状態を示す断面図（ｂ）である。It is a reference example relevant to this invention, Comprising: It is sectional drawing (a) at the time of forming a frame segment by two frame elements, and sectional drawing (b) which shows the state before cutting of the frame element 21b. 厚肉ワッシャ状のフレーム要素を、平板状のフレーム要素で両側から挟持した場合のタービンフレームの分解斜視図、並びに軸受孔付近を示す拡大断面図（ａ）である。FIG. 2 is an exploded perspective view of a turbine frame when a thick washer-shaped frame element is sandwiched from both sides by a flat frame element, and an enlarged sectional view (a) showing the vicinity of a bearing hole. 本発明に関連する参考例であって、フレーム要素を排気タービンの径方向に対して分断形成したタービンフレームの正面図（ａ）と、その側面断面図（ｂ）である。It is the reference example relevant to this invention, Comprising: The front view (a) of the turbine frame which divided and formed the frame element with respect to the radial direction of an exhaust turbine, The side sectional drawing (b). 両持ちタイプの可変翼において短軸部側の軸受孔に支持規制部と非支持部とを形成した場合を示す断面図、並びに短軸部側の軸受孔の構成を更に異ならせた二種の断面図（ａ）（ｂ）である。Cross-sectional view showing a case where a support restricting portion and a non-supporting portion are formed in a bearing hole on the short shaft side in a double-supported variable blade, and two types of configurations in which the configuration of the bearing hole on the short shaft portion is further different It is sectional drawing (a) (b). 両持ちタイプの可変翼において軸部（短軸部側）にテーパや凹凸を形成して部分接触を図るようにした二種の断面図（ａ）（ｂ）である。FIG. 2 is two types of cross-sectional views (a) and (b) in which a taper or unevenness is formed on a shaft portion (short shaft portion side) in a dual-supporting type variable blade to achieve partial contact. 要素数の変化によるプレス加工性や、表面改質処理等の処理性、あるいはこれらを勘案した量産性の推移を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows transition of mass-productivity which considered press workability by the change of the number of elements, processability, such as a surface modification process, or these. ３ピース品の材種選択に関し、材種組み合わせと最終的な製品コストとの関係を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the relationship between a grade combination and the final product cost regarding the choice of the grade of 3 piece goods. ３ピース品の厚さ比率に関する図であり、厚さ比率の変化によるプレス加工性や、寸法精度等の要求性能、更にはこれらを勘案した総合判定を示した模式図である。It is a figure regarding the thickness ratio of 3 piece goods, and is a mimetic diagram showing comprehensive judgment which considered press workability by change of thickness ratio, required performance, such as dimensional accuracy, and also these.

１ 可変翼
１Ａ 可変翼（両軸タイプ）
２ タービンフレーム
３ 可変機構
１１ 翼部
１１ａ 前縁
１１ｂ 後縁
１２ 軸部
１２ａ 長軸部
１２ｂ 短軸部
１３ 鍔部
１５ 基準面
１６ テーパ
２１ フレームセグメント
２１ａ フレーム要素
２１ｂ フレーム要素
２１ｃ フレーム要素
２１ｎ フレーム要素（代表）
２２ 保持部材
２２ａ 保持部材要素
２２ｂ 保持部材要素
２５ 軸受孔
２５ａ 軸受孔（長軸部側）
２５ｂ 軸受孔（短軸部側）
２６ カシメピン
２７ ピン孔
２８ 支持規制部
２９ 非支持部
３１ 回動リング
３２ 伝達体
３３ 駆動部
３４ 受動部
３５ 挿入孔
ｈ 翼幅
ＡＳ 排気ガイドアッセンブリ
Ｇ 排気ガス
Ｌ 翼弦長
Ｔ 排気タービン 1 Variable wing 1A Variable wing (Both shaft type)
2 Turbine frame 3 Variable mechanism 11 Blade 11a Leading edge 11b Trailing edge 12 Shaft 12a Long shaft 12b Short shaft 13 Hook 15 Reference surface 16 Taper 21 Frame segment 21a Frame element 21b Frame element 21c Frame element 21n Frame element ( representative)
22 holding member 22a holding member element 22b holding member element 25 bearing hole 25a bearing hole (long shaft side)
25b Bearing hole (short shaft side)
26 Caulking pin 27 Pin hole 28 Support restricting portion 29 Non-supporting portion 31 Rotating ring 32 Transmitter 33 Drive portion 34 Passive portion 35 Insertion hole h Blade width AS Exhaust guide assembly G Exhaust gas L Blade chord length T Exhaust turbine

Claims (6)

排気タービンの外周位置において複数の可変翼を回動自在に保持し、
エンジンから排出された比較的少ない排気ガスを、この可変翼によって適宜絞り込み、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、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タービンフレームであって、
このタービンフレームは、材種、厚さ、表面改質処理、熱処理、形状のうち少なくとも一つを異ならせることによって耐熱性または熱伝導率または体積熱膨張率が相違した異種仕様のフレーム要素を、複数、組み合わせて形成されるものであり、
前記複数のフレーム要素を組み合わせるにあたっては、量産性や経済性を勘案しながら、タービンフレームが使用環境に耐える要求性能を発揮できるように、
タービンフレームにおける両外面に、相対的に耐熱性の高いフレーム要素を位置させ、これらの部材の間に、相対的に耐熱性の低いフレーム要素を設けるか、または、
タービンフレームにおける両外面に、相対的に熱伝導率の低いフレーム要素を位置させ、これらの部材の間に、相対的に熱伝導率の高いフレーム要素を設けるか、または、
タービンフレームにおける両外面に、相対的に体積熱膨張率の小さいフレーム要素を位置させ、これらの部材の間に、相対的に体積熱膨張率の大きいフレーム要素を設けるようにしたことを特徴とする、ＶＧＳタイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリにおいて可変翼を回動自在に保持するタービンフレーム。
A plurality of variable blades are rotatably held at the outer peripheral position of the exhaust turbine,
A relatively small amount of exhaust gas discharged from the engine is appropriately throttled by the variable blades, the speed of the exhaust gas is amplified, the exhaust turbine is rotated by the energy of the exhaust gas, and the air directly above the natural intake air by the compressor directly connected to the exhaust turbine Is a turbine frame incorporated into a VGS type turbocharger that allows the engine to exhibit high output even at low speed rotation,
The turbine frame, grade, thickness, surface modification, heat treatment, the frame elements of different specifications heat resistance or thermal conductivity or volumetric thermal expansion coefficient is different by Rukoto varied at least one of shape , Are formed in combination,
When combining the plurality of frame elements, while taking into account mass productivity and economic efficiency, so that the turbine frame can exhibit the required performance to withstand the usage environment,
A relatively heat-resistant frame element is located on both outer surfaces of the turbine frame, and a relatively low heat-resistant frame element is provided between these members, or
A relatively low thermal conductivity frame element is located on both outer surfaces of the turbine frame and a relatively high thermal conductivity frame element is provided between these members, or
A frame element having a relatively small volumetric thermal expansion coefficient is positioned on both outer surfaces of the turbine frame, and a frame element having a relatively large volumetric thermal expansion coefficient is provided between these members. A turbine frame that rotatably holds variable blades in an exhaust guide assembly of a VGS type turbocharger.
前記タービンフレームを複数のフレーム要素で形成することにより、タービンフレームの製造工程において各フレーム要素の塑性加工性を向上させ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の排気ガイドアッセンブリにおいて可変翼を回動自在に保持するタービンフレーム。
The exhaust of a VGS type turbocharger according to claim 1, wherein the turbine frame is formed of a plurality of frame elements to improve the plastic workability of each frame element in the manufacturing process of the turbine frame. A turbine frame that rotatably holds variable blades in a guide assembly.
前記フレーム要素は、圧延素材を出発素材とし、この出発素材をファインブランキング加工機等の精密加工機によって主に加工し、所望形状のフレーム要素を形成するものであり、
このフレーム要素を面合わせ状態に締結して前記タービンフレームを得るようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の、ＶＧＳタイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリにおいて可変翼を回動自在に保持するタービンフレーム。
The frame element is a rolled material as a starting material, and this starting material is mainly processed by a precision processing machine such as a fine blanking processing machine to form a frame element of a desired shape,
3. The variable vanes are rotatably held in an exhaust guide assembly of a VGS type turbocharger according to claim 1, wherein the frame element is fastened in a face-to-face state to obtain the turbine frame. Turbine frame.
前記出発素材の板厚は、排気ガイドアッセンブリの使用環境に耐えることと、精密加工機の一回のストロークで加工できる条件を考慮して設定される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の排気ガイドアッセンブリにおいて可変翼を回動自在に保持するタービンフレーム。
4. The VGS according to claim 3, wherein the plate thickness of the starting material is set in consideration of a condition that the exhaust guide assembly can be used in an environment and that processing can be performed with a single stroke of a precision processing machine. A turbine frame that rotatably holds variable blades in an exhaust guide assembly of a type turbocharger.
前記タービンフレームは、三つの異種仕様のフレーム要素を組み合わせて形成されることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の、ＶＧＳタイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリにおいて可変翼を回動自在に保持するタービンフレーム。
5. The variable blade in the exhaust guide assembly of the VGS type turbocharger according to claim 1, wherein the turbine frame is formed by combining three frame components having different specifications. To hold the turbine frame.
前記タービンフレームは、可変翼を回動自在に保持する軸受孔を有し、
この軸受孔には、可変翼の軸部と接触する支持規制部が形成されるとともに、軸部と接触しない非支持部が形成され、
可変翼を回動自在に保持するにあたっては、この支持規制部のみを可変翼の軸部と接触させ、可変翼を回動自在に保持するようにしたことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の、ＶＧＳタイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリにおいて可変翼を回動自在に保持するタービンフレーム。 The turbine frame has a bearing hole that rotatably holds the variable blade,
In the bearing hole, a support restricting portion that contacts the shaft portion of the variable blade is formed, and a non-supporting portion that does not contact the shaft portion is formed.
In holding the variable blade in a freely rotatable manner, only the support restricting portion is brought into contact with the shaft portion of the variable blade, and the variable blade is rotatably held. A turbine frame that rotatably holds variable blades in an exhaust guide assembly of a VGS type turbocharger according to 3, 4, or 5.
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