JP4560589B1 - Ｖｇｓタイプターボチャージャにおけるレバープレート並びにその製造法 - Google Patents
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Abstract
〔課題〕 比較的肉厚の薄い材料素材を適用しながらも、レバープレートにおいて、充分な厚さ寸法、高さ寸法を確保した係合突起を形成することができる新たな手法を開発することを目的としたことである。
〔解決手段〕 本発明のＶＧＳタイプターボチャージャにおけるレバープレートは、排気ガイドアッセンブリに組み込まれ、このレバープレートは、長片状のプレート部の一方の端部近くに可変翼の軸部を嵌め込むための嵌込孔を具えるとともに、他端側には、ドライブリングに係合するための係合突起を具えるものであり、前記係合突起は、平板長片状のブランク材が曲げられるとともに、係合突起の立ち上がり方向からの圧縮を受けて、その板厚をプレートの板厚よりも大きく形成されており、且つ係合突起は、その対向する側周面を仕上げブランキング加工されて円弧状に仕上げられていることを特徴する。
【選択図】図１
〔解決手段〕 本発明のＶＧＳタイプターボチャージャにおけるレバープレートは、排気ガイドアッセンブリに組み込まれ、このレバープレートは、長片状のプレート部の一方の端部近くに可変翼の軸部を嵌め込むための嵌込孔を具えるとともに、他端側には、ドライブリングに係合するための係合突起を具えるものであり、前記係合突起は、平板長片状のブランク材が曲げられるとともに、係合突起の立ち上がり方向からの圧縮を受けて、その板厚をプレートの板厚よりも大きく形成されており、且つ係合突起は、その対向する側周面を仕上げブランキング加工されて円弧状に仕上げられていることを特徴する。
【選択図】図１
Description
本発明は、自動車用エンジン等に用いられるＶＧＳタイプターボチャージャ〔ＶＧＳはVariable Geometry Systemの略〕において、可変翼を適宜回動させ、タービンに送り込む排気ガスの流量を調整する可変機構に用いられる部品であるレバープレートに関するものであって、特に軽量化や精度向上を図り得る、新規なレバープレート並びにその製造法に係るものである。
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いる。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タービンロータがほとんど働かず、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、もともとエンジンの回転数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。
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）で適宜絞り込み、排気の速度を増し、タービンロータ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。
このようなことから本出願人も、ＶＧＳタイプのターボチャージャに関し、鋭意研究や開発を重ね、多くの特許出願に至っている（例えば特許文献１〜８参照）。
このようなことから本出願人も、ＶＧＳタイプのターボチャージャに関し、鋭意研究や開発を重ね、多くの特許出願に至っている（例えば特許文献１〜８参照）。
ところで、このような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は、周状に等配された複数の可変翼を一斉に且つ均等に開閉させるためのドライブリングを含む可変機構が設けられている。この可変機構は、外部に設けられたアクチュエータからのシフト駆動を受けて、まずドライブリングが回動し、この回動動作をレバープレートを介して可変翼に伝え、最終的に複数の可変翼が一斉に且つ均等に開閉（回動）するようにしたものである。この可変翼と、これをシフトする機構について更に具体的に述べれば、図１に概要を示すとおりであって、多数の円周状に配設された可変翼１の軸部の端部に、レバープレート５をクランク状に固定するとともに、レバープレート５の他端は、作動用のドライブリング３１にリンク状に係合しており、ドライブリング３１の回動によりレバープレート５は、可変翼１の軸を中心に回動し、結果的に可変翼１の設定角度を切り替えているものである。
ところで、このレバープレートは、従来から種々の形態があり、その従来型の一つとして図８に示す形態のものがある。この従来型のレバープレート１０５は、長片状のプレート部１５１の一端に可変翼の軸部を組み付けるための嵌込孔１５２を有するとともに他端側にドライブリングとの係合のための係合突起１５３が設けられた形状となっている。これを塑性加工で成形する場合には、プレート部から係合突起を立ち上げるため、素材段階でその加工を許容をするだけの十分な厚み寸法ｔ０の材料を用意している。このため、レバープレート１０５自体の軽量化にも限界があったり、またこの肉厚の部材に可変翼の軸部を固定するための嵌込孔１５２をピアス加工により穴あけしなければならず、技術的な困難が伴うものであった。具体的には、穴あけを行うためのピアスポンチの選択そのものが難しかったり、また例えこのピアス加工ができたとしても、負荷の大きな加工であることには変わりなく、このピアスポンチの消耗が激しいものであり、結果的に製造装置全体のメンテナンス等のコストを充分に抑えることはできない。また、当然ながらそのメンテナンスが十分に行われない場合には、製品の精度低下は免れない。
そして何よりも重要な機能部位である係合突起については、素材の厚み寸法の制約を受け、係合作用を充分確実にするためにその高さ寸法を自由に設定しようとしても限界があった。
そして何よりも重要な機能部位である係合突起については、素材の厚み寸法の制約を受け、係合作用を充分確実にするためにその高さ寸法を自由に設定しようとしても限界があった。
本発明は、このような背景を考慮してなされたものであって、比較的肉厚の薄い材料素材を適用しながらも、レバープレートにおいて、充分な厚さ寸法、高さ寸法を確保した係合突起を形成することができる新たな手法を開発することを目的としたものである。
すなわち請求項１記載のＶＧＳタイプターボチャージャにおけるレバープレートは、
タービンロータの外周位置に配置された複数の可変翼をレバープレートを介してドライブリングのシフトにより回動させ、
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タービンロータを回し、タービンロータ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タイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリに組み込まれるレバープレートであって、
このレバープレートは、オーステナイト系耐熱鋼からなり、長片状のプレート部の一方の端部近くに可変翼の軸部を嵌め込むための嵌込孔を具えるとともに、他端側には、ドライブリングに係合するための係合突起を具えるものであり、
前記係合突起は、平板長片状のブランク材が曲げられるとともに、
係合突起の立ち上がり方向からの圧縮を受けて、その板厚をプレートの板厚よりも大きく形成されており、且つ係合突起は、その対向する側周面を仕上げブランキング加工されて円弧状に仕上げられていることを特徴として成るものである。
タービンロータの外周位置に配置された複数の可変翼をレバープレートを介してドライブリングのシフトにより回動させ、
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タービンロータを回し、タービンロータ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タイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリに組み込まれるレバープレートであって、
このレバープレートは、オーステナイト系耐熱鋼からなり、長片状のプレート部の一方の端部近くに可変翼の軸部を嵌め込むための嵌込孔を具えるとともに、他端側には、ドライブリングに係合するための係合突起を具えるものであり、
前記係合突起は、平板長片状のブランク材が曲げられるとともに、
係合突起の立ち上がり方向からの圧縮を受けて、その板厚をプレートの板厚よりも大きく形成されており、且つ係合突起は、その対向する側周面を仕上げブランキング加工されて円弧状に仕上げられていることを特徴として成るものである。
また請求項２記載のＶＧＳタイプターボチャージャにおけるレバープレートは、前記請求項１記載の要件に加え、前記嵌込孔については、前記係合突起の仕上げブランキング加工と同時にピアス加工により抜き形成されたものであることを特徴として成るものである。
また請求項３記載のＶＧＳタイプターボチャージャにおけるレバープレートの製造法は、タービンロータの外周位置に配置された複数の可変翼をレバープレートを介してドライブリングのシフトにより回動させ、
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タービンロータを回し、タービンロータ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タイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリに組み込まれるレバープレートの製造法であって、
このレバープレートは、オーステナイト系耐熱鋼からなり、長片状のプレート部の一端部近くに可変翼軸部を嵌め込むための嵌込孔を具えるとともに、他端側には、ドライブリングに係合するための係合突起を具えるものであり、
ブランク取り工程において、プレート部肉厚とほぼ同じ肉厚の材料素材を平板長片状に打ち抜いてブランクワークを得、
次いで曲げ工程において、長片状を成すブランク素材の一方の端部をほぼ９０度曲げるように立ち上げて係合突起予備成形部を形成した曲げ中間ワークを得、
次いで潰し工程において、前記係合突起予備成形部を立ち上げ方向から圧縮してその肉厚をプレート肉厚よりも増加させて、潰し中間ワークを得、
次いで仕上げブランキング工程において、前記潰し中間ワークの周囲を製品形状となるようにしごき除いて成形ワークを得、
また前記仕上げブランキング工程の前段、同時または後段において行われるピアス工程において、プレート部における係合突起と反対側の端部近くに嵌込孔をピアス加工により打ち抜き、最終製品を得ることを特徴として成るものである。
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タービンロータを回し、タービンロータ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タイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリに組み込まれるレバープレートの製造法であって、
このレバープレートは、オーステナイト系耐熱鋼からなり、長片状のプレート部の一端部近くに可変翼軸部を嵌め込むための嵌込孔を具えるとともに、他端側には、ドライブリングに係合するための係合突起を具えるものであり、
ブランク取り工程において、プレート部肉厚とほぼ同じ肉厚の材料素材を平板長片状に打ち抜いてブランクワークを得、
次いで曲げ工程において、長片状を成すブランク素材の一方の端部をほぼ９０度曲げるように立ち上げて係合突起予備成形部を形成した曲げ中間ワークを得、
次いで潰し工程において、前記係合突起予備成形部を立ち上げ方向から圧縮してその肉厚をプレート肉厚よりも増加させて、潰し中間ワークを得、
次いで仕上げブランキング工程において、前記潰し中間ワークの周囲を製品形状となるようにしごき除いて成形ワークを得、
また前記仕上げブランキング工程の前段、同時または後段において行われるピアス工程において、プレート部における係合突起と反対側の端部近くに嵌込孔をピアス加工により打ち抜き、最終製品を得ることを特徴として成るものである。
また請求項４記載のＶＧＳタイプターボチャージャにおけるレバープレートの製造法は、前記請求項３記載の要件に加え、前記仕上げブランキング工程、ピアス工程は、同時に同じ金型によって行われることを特徴として成るものである。
また請求項５記載のＶＧＳタイプターボチャージャにおけるレバープレートの製造法は、前記請求項３または４記載の要件に加え、前記仕上げブランキング工程においては、潰し中間ワークに成形されている係合突起における対向する側周部を円弧面形状に加工することを特徴として成るものである。
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、
レバープレートにおけるプレート部を比較的肉薄の素材で形成しながら、係合突起は、肉厚の形態とすることができ、部品重量も軽量化し得るともに、嵌込孔の形成に過大な負荷が掛からず、結果的に精度の高いレバープレート得られる。
加えて係合突起の加工履歴に因み、その部分の改質がされ、結果的に初期酸化、初期摩耗に対する耐性が著しく向上したレバープレートが得られる。
すなわち請求項１記載の発明によれば、
レバープレートにおけるプレート部を比較的肉薄の素材で形成しながら、係合突起は、肉厚の形態とすることができ、部品重量も軽量化し得るともに、嵌込孔の形成に過大な負荷が掛からず、結果的に精度の高いレバープレート得られる。
加えて係合突起の加工履歴に因み、その部分の改質がされ、結果的に初期酸化、初期摩耗に対する耐性が著しく向上したレバープレートが得られる。
また請求項２記載の発明によれば、
レバープレートにおける嵌込孔を穿孔するためのピアス加工と、係合突起を含む全体の仕上げブランキング加工とが同時に行われたときには、係合突起と嵌込孔との成形位置の精度が金型どおりに設定でき、更に精密なレバープレートの製造が可能となる。
レバープレートにおける嵌込孔を穿孔するためのピアス加工と、係合突起を含む全体の仕上げブランキング加工とが同時に行われたときには、係合突起と嵌込孔との成形位置の精度が金型どおりに設定でき、更に精密なレバープレートの製造が可能となる。
また請求項３記載の発明によれば、
レバープレートにおけるプレート部を比較的肉薄の素材で形成しながら、係合突起は、肉厚の形態とすることができ、部品重量も軽量化し得るともに、嵌込孔の形成に過大な負荷が掛からず、結果的に精度の高い製品が得られる。
加えて係合突起の加工履歴に因み、その部分の改質がされ、結果的に初期酸化、初期摩耗に対する耐性が著しく向上したレバープレートが得られる。
レバープレートにおけるプレート部を比較的肉薄の素材で形成しながら、係合突起は、肉厚の形態とすることができ、部品重量も軽量化し得るともに、嵌込孔の形成に過大な負荷が掛からず、結果的に精度の高い製品が得られる。
加えて係合突起の加工履歴に因み、その部分の改質がされ、結果的に初期酸化、初期摩耗に対する耐性が著しく向上したレバープレートが得られる。
また請求項４記載の発明によれば、
レバープレートにおける係合突起の形状仕上げと、嵌込孔の形成とが、同時に同じ金型で行われることから、より精度の高いレバープレートが得られる。
レバープレートにおける係合突起の形状仕上げと、嵌込孔の形成とが、同時に同じ金型で行われることから、より精度の高いレバープレートが得られる。
また請求項５記載の発明によれば、
レバープレートにおける係合突起の側周部は、仕上げブランキング加工により適切な円弧状の表面形状を得ることができる。
レバープレートにおける係合突起の側周部は、仕上げブランキング加工により適切な円弧状の表面形状を得ることができる。
本発明を実施するためのの形態は、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。
なお、説明にあたっては、本発明に係るレバープレート５が適用されている可変機構３を組み込んだＶＧＳタイプのターボチャージャＣ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ながら、可変機構３、レバープレート５について説明する。
なお、説明にあたっては、本発明に係るレバープレート５が適用されている可変機構３を組み込んだＶＧＳタイプのターボチャージャＣ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ながら、可変機構３、レバープレート５について説明する。
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、タービンロータ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フレーム基材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。
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、タービンロータ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、ほぼ均等に且つ一斉に回動して排気流量を調節する。また可変翼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。
まず翼部１１は、主にタービンロータ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が効果的にタービンロータＴに向かうように構成されている。
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が必要に応じて形成される。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をフレーム基材２に挿入した際の座面となり、タービンロータＴにおける幅方向の位置規制を図る作用を担っている。
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が必要に応じて形成される。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をフレーム基材２に挿入した際の座面となり、タービンロータＴにおける幅方向の位置規制を図る作用を担っている。
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。
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、翼部１１の両側に軸部１２が形成された、いわゆる両軸タイプもしくは両持ちタイプのものも適用できる。
次に、フレーム基材２について説明する。このものは、複数の可変翼１を回動自在に保持するフレーム部材として構成されるものであって、一例として図１に示すように、取付側フレーム基材２１と対向側フレーム基材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。
取付側フレーム基材２１は、中央部分が開口状態に形成され、その周縁部分に可変翼１の軸部１２を受け入れる軸受部２３が等配されて成るものである。また、この取付側フレーム基材２１の外周部には、後述する可変機構３が設けられる。
また対向側フレーム基材２２は、一例として図１に示すように中央部分を開口した円板状に形成される。
取付側フレーム基材２１は、中央部分が開口状態に形成され、その周縁部分に可変翼１の軸部１２を受け入れる軸受部２３が等配されて成るものである。また、この取付側フレーム基材２１の外周部には、後述する可変機構３が設けられる。
また対向側フレーム基材２２は、一例として図１に示すように中央部分を開口した円板状に形成される。
そして、これら取付側フレーム基材２１と対向側フレーム基材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、一例として軸受部２３の外周部分に、四カ所設けられたカシメピン２４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２４を受け入れるために取付側フレーム基材２１及び対向側フレーム基材２２に開口形成される孔をピン孔２４Ｐとする。
次に、本発明のレバープレート５を含む可変機構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、排気ガイドアッセンブリＡＳ内において可変翼１の回動を生起するドライブリング３１と、この回動を可変翼１に伝達するレバープレート５とを主な構成部材とする。
ドライブリング３１は、例えば図示したような切り欠き状の駆動係合部３３を周面に多数具えるものであり、ここに前記レバープレート５が係合してドライブリング３１の回転がレバープレート５の回動動作になるようにシフトするものである。
なおドライブリング３１は、その一部においてアクチュエータＡＣからの駆動を受け入れるＵ字状の切り込みとした入力部３６を有する。
そしてこのことから、理解されるようにこのレバープレート５は、ドライブリング３１と可変翼１１の軸部１２との間に介在して、可変翼１１の回動を行うものである。
なおドライブリング３１は、その一部においてアクチュエータＡＣからの駆動を受け入れるＵ字状の切り込みとした入力部３６を有する。
そしてこのことから、理解されるようにこのレバープレート５は、ドライブリング３１と可変翼１１の軸部１２との間に介在して、可変翼１１の回動を行うものである。
以下このレバープレート５について詳細に説明する。
このレバープレート５は、図２に示すように長片状のプレート部５１の一方の端部近くに可変翼１１の軸部１２を嵌め込むための嵌込孔５２を具えるとともに、前記ドライブリング３１に係合するための係合突起５３を、嵌込孔５２と反対側の端部に具えるものである。
まずプレート部５１は、中間部が幾分かくびれたような形状の長片状の板状部位であって、プレート部５１の厚み寸法ｔ２は、後述するがブランクワーク５Ａの素材厚み寸法ｔ１とほぼ変わらない寸法である。またその厚み寸法ｔ１は、先に述べた図８に示す従来型のレバープレート１０５における厚み寸法ｔ０に比較して７０％〜４０％程度に設定し得る。
そしてプレート部５１の一方の端部に設けられる嵌込孔５２は、平面視でほぼ矩形状の形状をしたものであり、これは、前記可変翼１の軸部１２が端部において対向的に基準面１５を具えた形状の断面を有することに対応するものである。
このレバープレート５は、図２に示すように長片状のプレート部５１の一方の端部近くに可変翼１１の軸部１２を嵌め込むための嵌込孔５２を具えるとともに、前記ドライブリング３１に係合するための係合突起５３を、嵌込孔５２と反対側の端部に具えるものである。
まずプレート部５１は、中間部が幾分かくびれたような形状の長片状の板状部位であって、プレート部５１の厚み寸法ｔ２は、後述するがブランクワーク５Ａの素材厚み寸法ｔ１とほぼ変わらない寸法である。またその厚み寸法ｔ１は、先に述べた図８に示す従来型のレバープレート１０５における厚み寸法ｔ０に比較して７０％〜４０％程度に設定し得る。
そしてプレート部５１の一方の端部に設けられる嵌込孔５２は、平面視でほぼ矩形状の形状をしたものであり、これは、前記可変翼１の軸部１２が端部において対向的に基準面１５を具えた形状の断面を有することに対応するものである。
一方、嵌込孔５２の反対側の端部に形成される係合突起５３は、平板長片状のブランクワーク５Ａが曲げられて形成されたものである。即ち、プレート部５１の厚さ保っていたブランクワーク５Ａは、その端部が立ち上げられるような曲げ変形が与えられ、その後その部位が立ち上り方向に圧縮を受ける。この結果係合突起５３の厚み寸法ｔ３は、プレート部５１の厚み寸法ｔ２よりも増加したものとなる。
また係合突起５３の側周部５３０は、仕上げブランキング加工がされて、平面視で円弧面を呈するように仕上げられる。前記ドライブリング３１における駆動係合部３３に対しては、この円弧状の側周部５３０が当接した状態でシフトされる。
また係合突起５３の側周部５３０は、仕上げブランキング加工がされて、平面視で円弧面を呈するように仕上げられる。前記ドライブリング３１における駆動係合部３３に対しては、この円弧状の側周部５３０が当接した状態でシフトされる。
本発明のレバープレート５は、以上述べたような形状を有するものであり、以下述べるような工程を採る製造法により製造される。
以下、この製造法を図３にしたがって順次説明する。
（ｉ）ブランク取り工程
レバープレート５の出発素材としては、使用環境に適合するようなオーステナイト系耐熱鋼を用いるものであり、長片状のブランクワーク５Ａとして打ち抜くものである。
なおこの図３においては、原理的な理解を得るためレバープレート５を一個ごと加工する状態を図示していているが、これらは順送加工を考慮して、図４に示すようにブランクワーク５Ａを複数個、一部で連続したような形態としたものを用いることももとより可能である。このブランク取り工程においては、その一方の端部に係合突起５３を形成することとなる係合突起準備部５３Ａが同一面で用意され、他の比較的長い範囲が、プレート用準備部５１Ａとなるのである。
（ｉ）ブランク取り工程
レバープレート５の出発素材としては、使用環境に適合するようなオーステナイト系耐熱鋼を用いるものであり、長片状のブランクワーク５Ａとして打ち抜くものである。
なおこの図３においては、原理的な理解を得るためレバープレート５を一個ごと加工する状態を図示していているが、これらは順送加工を考慮して、図４に示すようにブランクワーク５Ａを複数個、一部で連続したような形態としたものを用いることももとより可能である。このブランク取り工程においては、その一方の端部に係合突起５３を形成することとなる係合突起準備部５３Ａが同一面で用意され、他の比較的長い範囲が、プレート用準備部５１Ａとなるのである。
（ii）曲げ工程
曲げ工程は、ブランク取り工程におけるブランクワーク５Ａにおける係合突起準備部５３Ａの部位を、始発状態からほぼ９０度立ち上げるように曲げ変形を与える加工を行い、曲げ中間ワーク５Ｂを得るものである。なお立ち上げられた状態の係合突起５３の部位を係合突起準備部５３Ｂとして示す。このとき係合突起準備部５３Ｂは、その屈曲部位の外周側においては、いわゆるピン角状態ではなく、僅かな円弧面となっている。
なお、この曲げ工程における係合突起準備部５３Ｂは、その厚み寸法は、素材厚み寸法ｔ１ないしはプレート部厚み寸法ｔ２の寸法のままである。
曲げ工程は、ブランク取り工程におけるブランクワーク５Ａにおける係合突起準備部５３Ａの部位を、始発状態からほぼ９０度立ち上げるように曲げ変形を与える加工を行い、曲げ中間ワーク５Ｂを得るものである。なお立ち上げられた状態の係合突起５３の部位を係合突起準備部５３Ｂとして示す。このとき係合突起準備部５３Ｂは、その屈曲部位の外周側においては、いわゆるピン角状態ではなく、僅かな円弧面となっている。
なお、この曲げ工程における係合突起準備部５３Ｂは、その厚み寸法は、素材厚み寸法ｔ１ないしはプレート部厚み寸法ｔ２の寸法のままである。
（iii)潰し工程
この潰し工程は、前工程で曲げ加工された係合突起準備部５３Ｂを更に短寸肉厚に加工し、潰し中間ワーク５Ｃを得る工程である。即ち、ファインブランキング金型や単純なプレス型、あるいは据え込み加工用のヘッダー金型により、係合突起準備部５３Ｂを上方から押し潰し、平面歪圧縮を材料に与える。この結果、この部位における材料は、板厚を増加する方向や、周側部方向に変形するとともに、屈曲部位の外周側において円弧状となっていたコーナーもいわゆるピン角状態に加工される。この変形後の部位を図３（iii)において係合突起準備部５３Ｃとして示す。
この加工態様を具体的にファインブランキング手法による閉塞平面歪増肉圧造成形で行う場合について概説する。この加工では、最終形状を規制した、いわゆる据込み金型を用い、室温で、圧縮寸法変形割合、即ち圧造率又は押込率νを０．３から０．７で実施する。ブランクワーク素材がオーステナイト系耐熱鋼の場合、更に５０℃から２００℃の奮囲気に加温することにより製造性と製品性能が向上する。
なおこのとき、プレート部５１に関してもその厚み寸法ｔ２を更に精密に設定する必要があるときには、更にその部位を押圧加工しても差し支えない。
この潰し工程は、前工程で曲げ加工された係合突起準備部５３Ｂを更に短寸肉厚に加工し、潰し中間ワーク５Ｃを得る工程である。即ち、ファインブランキング金型や単純なプレス型、あるいは据え込み加工用のヘッダー金型により、係合突起準備部５３Ｂを上方から押し潰し、平面歪圧縮を材料に与える。この結果、この部位における材料は、板厚を増加する方向や、周側部方向に変形するとともに、屈曲部位の外周側において円弧状となっていたコーナーもいわゆるピン角状態に加工される。この変形後の部位を図３（iii)において係合突起準備部５３Ｃとして示す。
この加工態様を具体的にファインブランキング手法による閉塞平面歪増肉圧造成形で行う場合について概説する。この加工では、最終形状を規制した、いわゆる据込み金型を用い、室温で、圧縮寸法変形割合、即ち圧造率又は押込率νを０．３から０．７で実施する。ブランクワーク素材がオーステナイト系耐熱鋼の場合、更に５０℃から２００℃の奮囲気に加温することにより製造性と製品性能が向上する。
なおこのとき、プレート部５１に関してもその厚み寸法ｔ２を更に精密に設定する必要があるときには、更にその部位を押圧加工しても差し支えない。
（iv）仕上げブランキング・ピアス工程
この仕上げブランキング・ピアス工程は、前工程の潰し工程で得られたつぶし中間ワーク５Ｃの平面視での外形を整えると共に、嵌込孔５２を穿孔するためのピアス加工を同時に行い完成品としてのレバープレート５である整形ワーク５Ｄを得る工程である。
即ち、プレート部５１は、軽量化等の目的で、中間部を幾分かくびれた形状に仕上げると共に、係合突起５３は、特に側周部５３０においてこの面を円弧状に仕上げる。そして、同時にピアス加工において嵌込孔５２を穿孔する。このような工程をとることにより、係合突起５３と、嵌込孔５２とは、それぞれの芯の位置である嵌込孔中心Ｃ１、係合突起中心Ｃ２の位置関係が、正確に金型にしたがって設定されるのである。このような工程を経て完成品としてのレバープレート５を得る。
この仕上げブランキング・ピアス工程は、前工程の潰し工程で得られたつぶし中間ワーク５Ｃの平面視での外形を整えると共に、嵌込孔５２を穿孔するためのピアス加工を同時に行い完成品としてのレバープレート５である整形ワーク５Ｄを得る工程である。
即ち、プレート部５１は、軽量化等の目的で、中間部を幾分かくびれた形状に仕上げると共に、係合突起５３は、特に側周部５３０においてこの面を円弧状に仕上げる。そして、同時にピアス加工において嵌込孔５２を穿孔する。このような工程をとることにより、係合突起５３と、嵌込孔５２とは、それぞれの芯の位置である嵌込孔中心Ｃ１、係合突起中心Ｃ２の位置関係が、正確に金型にしたがって設定されるのである。このような工程を経て完成品としてのレバープレート５を得る。
なお、この仕上げブランキングピアス工程は、同時に行うがことが好ましい製造法であるが、図３（iv)−（ａ）・（ｂ）・（ｃ））に示すように、潰し工程を経た後、例えば仕上げブランキング単独工程を先ず行い、プレート部５１の外形形状の成形、係合突起５３の側周部５３０の円弧状仕上げを行い、次いで別途嵌込孔５２を、ピアス単独の加工を行う残加工処理工程において穿孔することも可能である。
またこれとは逆にピアス単独加工の工程を先に行い、次いで仕上げブランキング加工のみを行う残加工処理工程で加工し、製品を得る手法も採り得る。
このようにして既に述べたレバープレート５の完成を見る。
またこれとは逆にピアス単独加工の工程を先に行い、次いで仕上げブランキング加工のみを行う残加工処理工程で加工し、製品を得る手法も採り得る。
このようにして既に述べたレバープレート５の完成を見る。
このような手法により得られたレバープレート５について、加工手法に因む効果について更に説明する。
まず素材の曲げ・つぶし（圧造／圧縮）加工と重量・板圧の関係を模式的解析によって説明し、本発明による軽量化の達成について述べる。
検討するにあたって原理的理解のためレバープレートの形態を図５に示すように直方体の複合したものを例示して説明する。同図（ａ）が本発明、（ｂ）が従来型である。
まず素材の曲げ・つぶし（圧造／圧縮）加工と重量・板圧の関係を模式的解析によって説明し、本発明による軽量化の達成について述べる。
検討するにあたって原理的理解のためレバープレートの形態を図５に示すように直方体の複合したものを例示して説明する。同図（ａ）が本発明、（ｂ）が従来型である。
〔１〕従来レバープレートの重量Ｗ0
〔２〕本発明のレバープレートの重量Ｗ 1
〔３〕重量差ΔＷ（＝Ｗ0 −Ｗ 1）
〔４〕圧造率（押込率）ν、増厚率μについては、（Ｈ1 ，ｔ1 ）の本発明の係合突起５３となる部位の圧造時の高さと板厚をそれぞれ（Ｈ，ｔ）として、
とする。
”Ｗ0 を一定”とすれば
（”板幅一定閉塞平面歪圧造”（板幅一定据え込み加工）の本発明における適用）
”Ｗ0 を一定”とすれば
（”板幅一定閉塞平面歪圧造”（板幅一定据え込み加工）の本発明における適用）
従って、ν、μの上式を代入して、
の関係がある。
よって、Ｈ，ｔを圧造率（押込率）νで示すと、
よって、Ｈ，ｔを圧造率（押込率）νで示すと、
ここで、圧造率（押込率）νの値は、
である。
そして本発明において、
そして本発明において、
従来品を含めて、数式（３）から重量変化を、数式（１０）、数式（１１）、数式（１２）から数式（１３）の立ち上げ部板厚と高さの変化を図示すると図６のようになる。
図６で、ΔＷと（ｔ0 −ｔ1 ）との関係は、０点（->従来品）を通るtan θ＝（ｌ0 Ｗ0 −πＲ）ρで示される勾配からなる直線で表され、ΔＷの極限値はｔ１＝０に相当するΔＷlim ＝（ｌ0 Ｗ0 −πＲ）ρのうち、πは一定値、ρ（比重）は材料で決まり、その他は本発明に基づく仕様によって変化・制御し得る。
図６からも明らかなように重量の減少量（ΔＷ）は、正の値となり、従来のものに比べ明らかに本発明のレバープレートが軽量化されていることが理解される。
図６で、ΔＷと（ｔ0 −ｔ1 ）との関係は、０点（->従来品）を通るtan θ＝（ｌ0 Ｗ0 −πＲ）ρで示される勾配からなる直線で表され、ΔＷの極限値はｔ１＝０に相当するΔＷlim ＝（ｌ0 Ｗ0 −πＲ）ρのうち、πは一定値、ρ（比重）は材料で決まり、その他は本発明に基づく仕様によって変化・制御し得る。
図６からも明らかなように重量の減少量（ΔＷ）は、正の値となり、従来のものに比べ明らかに本発明のレバープレートが軽量化されていることが理解される。
更にブランクワークの板厚ｔと係合突起（準備部）高さＨ、圧造率（押込率）νとの関係を図７により説明する。
本発明では、従来品より薄肉厚素材を用いるものであって、ファインブランキングによる閉塞平面歪増肉厚圧造の手法を行うに当り、ピアス／平面部と係合突起準備部の板厚（各ｔ1 、ｔ）を、従来品の曲げ高さＨ0 から適宜Ｈ1 （Ｈ0 ＜Ｈ1 ）にとって、ｔ1 ＜ｔ0 とし（平坦部）、ｔ＞ｔ1 とする。その際の高さＨ1 の変化とともに圧造率（押込率）νを制御して、ｔ、Ｈともに制御できる。そして、オースナイト系耐熱鋼で圧造率（押込率）νを室温で０．５程度とし、このとき、５０℃〜２００℃の加熱制御によって、それ以上の圧造が可能であることが実証知見した。この実証にあたってはフォーマスタ形式温度制御方式圧縮試験機を使用した。
即ちこの実証実験の結果、γＳＵＳの縮みフランジ変形において、従来伸びフランジ変形において見出されている材料の加工硬化に関するＬｕｄｗｉｃｋの式が成立することをも知見した。
本発明では、従来品より薄肉厚素材を用いるものであって、ファインブランキングによる閉塞平面歪増肉厚圧造の手法を行うに当り、ピアス／平面部と係合突起準備部の板厚（各ｔ1 、ｔ）を、従来品の曲げ高さＨ0 から適宜Ｈ1 （Ｈ0 ＜Ｈ1 ）にとって、ｔ1 ＜ｔ0 とし（平坦部）、ｔ＞ｔ1 とする。その際の高さＨ1 の変化とともに圧造率（押込率）νを制御して、ｔ、Ｈともに制御できる。そして、オースナイト系耐熱鋼で圧造率（押込率）νを室温で０．５程度とし、このとき、５０℃〜２００℃の加熱制御によって、それ以上の圧造が可能であることが実証知見した。この実証にあたってはフォーマスタ形式温度制御方式圧縮試験機を使用した。
即ちこの実証実験の結果、γＳＵＳの縮みフランジ変形において、従来伸びフランジ変形において見出されている材料の加工硬化に関するＬｕｄｗｉｃｋの式が成立することをも知見した。
このような知見の結果、既に述べた新規なレバープレートを上記解析結果とそれを実現し得る加工方法により製造を可能にした。
特に本発明の方法は係合突起部の圧造加工を特徴の一つとするものであり、これにより優れた効果が得られる。まず本発明における素材は、ＶＧＳ用であることから、オーステナイト系耐熱鋼である。これを曲げ加工後、閉塞圧造により加工することとなるところから、製品は強度の圧縮変形を受けた状態となる。そして素材の再結晶温度は９５０℃程度、使用温度は８００℃程度であることから、圧縮歪状態は容易に解放されないため、８００℃程度の高温の固体物との摺動や排気ガスとの接触による摩擦摩耗性が向上する。
特に本発明の方法は係合突起部の圧造加工を特徴の一つとするものであり、これにより優れた効果が得られる。まず本発明における素材は、ＶＧＳ用であることから、オーステナイト系耐熱鋼である。これを曲げ加工後、閉塞圧造により加工することとなるところから、製品は強度の圧縮変形を受けた状態となる。そして素材の再結晶温度は９５０℃程度、使用温度は８００℃程度であることから、圧縮歪状態は容易に解放されないため、８００℃程度の高温の固体物との摺動や排気ガスとの接触による摩擦摩耗性が向上する。
従って本製法によってレバープレート５には強い圧縮加工硬化が生じており、上述の温度関係から高温硬化が持続されることとなる。ＶＧＳタイプのターボチャージャの実用に際し、初期酸化、初期摩耗に優れた耐性が発揮されている。
１ 可変翼
２ フレーム基材
３ 可変機構
５ レバープレート
１１ 翼部
１２ 軸部
１３ 鍔部
１５ 基準面
２ フレーム
２１ 取付側フレーム基材
２２ 対向側フレーム基材
２３ 軸受部
２４ カシメピン
２４Ｐ ピン孔
３ 可変機構
３１ ドライブリング
３３ 駆動部
３６ 入力部
５ レバープレート
５Ａ ブランクワーク
５Ｂ 曲げ中間ワーク
５Ｃ つぶし中間ワーク
５Ｄ 成形ワーク
５１ プレート部
５１Ａ ブランク取り時プレート部
５１Ｂ 曲げ加工時プレート部
５１Ｃ 潰し加工時プレート部
５２ 嵌め込み孔
５２０ ピアス孔
５３ 係合突起
５３Ａ （ブランク取り時）係合突起準備部
５３Ｂ （曲げ加工時）係合突起準備部
５３Ｃ （潰し加工時）係合突起準備部
５３０ 側周部
１０５ レバープレート
１５１ プレート部
１５２ 嵌込孔
１５３ 係合突起
ＡＣ アクチュエータ
ＡＳ 排気ガイドアッセンブリ
Ｃ ターボチャージャ
Ｇ 排気ガス
Ｔ タービンロータ
ｔ０ （従来型）厚み寸法
ｔ１ （素材）厚み寸法
ｔ２ （プレート部）厚み寸法
ｔ３ （係合突起部）厚み寸法
２ フレーム基材
３ 可変機構
５ レバープレート
１１ 翼部
１２ 軸部
１３ 鍔部
１５ 基準面
２ フレーム
２１ 取付側フレーム基材
２２ 対向側フレーム基材
２３ 軸受部
２４ カシメピン
２４Ｐ ピン孔
３ 可変機構
３１ ドライブリング
３３ 駆動部
３６ 入力部
５ レバープレート
５Ａ ブランクワーク
５Ｂ 曲げ中間ワーク
５Ｃ つぶし中間ワーク
５Ｄ 成形ワーク
５１ プレート部
５１Ａ ブランク取り時プレート部
５１Ｂ 曲げ加工時プレート部
５１Ｃ 潰し加工時プレート部
５２ 嵌め込み孔
５２０ ピアス孔
５３ 係合突起
５３Ａ （ブランク取り時）係合突起準備部
５３Ｂ （曲げ加工時）係合突起準備部
５３Ｃ （潰し加工時）係合突起準備部
５３０ 側周部
１０５ レバープレート
１５１ プレート部
１５２ 嵌込孔
１５３ 係合突起
ＡＣ アクチュエータ
ＡＳ 排気ガイドアッセンブリ
Ｃ ターボチャージャ
Ｇ 排気ガス
Ｔ タービンロータ
ｔ０ （従来型）厚み寸法
ｔ１ （素材）厚み寸法
ｔ２ （プレート部）厚み寸法
ｔ３ （係合突起部）厚み寸法
Claims (5)
- タービンロータの外周位置に配置された複数の可変翼をレバープレートを介してドライブリングのシフトにより回動させ、
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タービンロータを回し、タービンロータ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タイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリに組み込まれるレバープレートであって、
このレバープレートは、オーステナイト系耐熱鋼から成り、長片状のプレート部の一方の端部近くに可変翼の軸部を嵌め込むための嵌込孔を具えるとともに、他端側には、ドライブリングに係合するための係合突起を具えるものであり、
前記係合突起は、平板長片状のブランク材が曲げられるとともに、
係合突起の立ち上がり方向からの圧縮を受けて、その板厚をプレートの板厚よりも大きく形成されており、且つ係合突起は、その対向する側周面を仕上げブランキング加工されて円弧状に仕上げられていることを特徴とするＶＧＳタイプターボチャージャにおけるレバープレート。 - 前記嵌込孔は、前記係合突起の仕上げブランキング加工と同時にピアス加工により抜き形成されたものであることを特徴とする請求項１記載のＶＧＳタイプターボチャージャにおけるレバープレート。
- タービンロータの外周位置に配置された複数の可変翼をレバープレートを介してドライブリングのシフトにより回動させ、
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タービンロータを回し、タービンロータ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タイプターボチャージャの排気ガイドアッセンブリに組み込まれるレバープレートの製造法であって、
このレバープレートは、オーステナイト系耐熱鋼からなり、長片状のプレート部の一端部近くに可変翼軸部を嵌め込むための嵌込孔を具えるとともに、他端側には、ドライブリングに係合するための係合突起を具えるものであり、
ブランク取り工程において、プレート部肉厚とほぼ同じ肉厚の材料素材を平板長片状に打ち抜いてブランクワークを得、
次いで曲げ工程において、長片状を成すブランク素材の一方の端部をほぼ９０度曲げるように立ち上げて係合突起予備成形部を形成した曲げ中間ワークを得、
次いで潰し工程において、前記係合突起予備成形部を立ち上げ方向から圧縮してその肉厚をプレート肉厚よりも増加させて、潰し中間ワークを得、
次いで仕上げブランキング工程において、前記潰し中間ワークの周囲を製品形状となるようにしごき除いて成形ワークを得、
また前記仕上げブランキング工程の前段、同時または後段において行われるピアス工程において、プレート部における係合突起と反対側の端部近くに嵌込孔をピアス加工により打ち抜き、最終製品を得ることを特徴とするＶＧＳタイプターボチャージャにおけるレバープレートの製造法。 - 前記仕上げブランキング工程、ピアス工程は、同時に同じ金型によって行わ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におけるレバープレートの製造法。
- 前記仕上げブランキング工程においては、潰し中間ワークに成形されている係合突起における対向する側周部を円弧面形状に加工することを請求項３または４記載ののＶＧＳタイプターボチャージャにおけるレバープレートの製造法。
Applications Claiming Priority (3)
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