JP4763843B1 - 偏平部とロッド部とを一体に具えて成るプレス製品の製造方法並びにこの方法を適用したｖｇｓタイプターボチャージャにおける可変翼の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 偏平部（翼部）と、この偏平部の厚さよりも大きい太さのロッド部（軸部）とを一体に具えて成るプレス製品を能率的に製造できる新規な製造手法を提供する。
【解決手段】 本発明は、ロッド部１２の太さ寸法よりは小さいが、偏平部１１の厚さ寸法よりは厚いほぼ一定の板厚を有した金属板材から、その板厚よりも大きい幅寸法で打ち抜かれたブランク材を、プレス製品１（可変翼）の素形材Ｗとする素形材の準備工程Ｐ１と、素形材Ｗを一対の対向型によって挟み込み、主にロッド部１２を、打抜方向にほぼ直交する方向から押圧プレスすることにより、主にロッド部１２の増肉を図りながら所望の形状に形成するロッド部鍛造工程Ｐ２と、その後、この鍛造加工において製品部位からはみ出した不要部ａをトリミングするロッド部トリミング工程Ｐ３とを具えて成ることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、偏平部と、この偏平部の厚さ寸法よりも大きい太さ寸法のロッド部とを一体に具えて成るプレス製品の製造手法に関するものであって、特に肉厚の薄い偏平部を基準としてブランク取りを行いながらも、加工の途中に増肉工程を組み込むことにより、ブランク材の板厚よりも大きなロッド部を所望形状に且つ能率的に形成できるようにした新規な製造手法に係るものである。なお、偏平部とロッド部とを一体に具えて成るプレス製品としては、自動車用エンジン等に用いられるターボチャージャに組み込まれる可変翼が挙げられ、可変翼の翼部と軸部が、各々、プレス製品の偏平部とロッド部に相当する。

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

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）が開発されており、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。

このようなことから本出願人も、可変翼やその可変機構等に関し、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１〜３参照）。これらの特許文献では、可変翼を一定厚さの金属板材から打ち抜き、このブランク材を型鍛造プレスにより所望形状に形成する製造手法が開示されている。また、これらの特許文献では、基本的にブランク材を金属板材から切り離さず複数の工程に供して行く順送プレス（プログレッシブ加工）が採用されている。これにより、これらの特許文献では、上述した可変翼の量産体制が現実に整えられるという効果を奏した。
しかしながら、このような特許文献においても、以下のような点でまだ開発の余地があることが見出された。すなわち、上記可変翼は、排気ガスを適宜絞る翼部と、翼部の回動軸となる軸部とを具えるとともに、更に翼部と軸部の境界部に鍔部を具えるものであり、軸部が翼部よりも大きい径寸法を有し、鍔部はその軸部よりも更に大きな径寸法に形成されるものであった。つまり、可変翼の中では鍔部が最も大きな径寸法を有するが、鍔部は可変翼全体からすれば一部分であるため、前記特許文献においては、鍔部よりは小さい軸部（翼部よりも厚い）を基準として出発素材となる金属板材の厚さを設定しており、鍔部については軸部や翼部を造形する際に、材料流れを部分的に止め、膨出加工するものであった。なお、このように完成品における各部位の中で、比較的厚肉の部位を基準にして金属板材の板厚を設定することは、型鍛造において極めて一般的な手法であり、技術常識と考えられていた。

しかしながら、このような技術常識を根本的に見直し、本出願人は、本発明に至ったものである。すなわち、本出願人は、完成品の各部位のうち、薄肉の部位（ここでは翼部）を基準にして金属板材の板厚を設定すれば、加工対象となる板材の厚みが薄くなり、材料歩留りが向上することはもちろん、プレス加工時の金型負荷も軽減でき、生産効率の向上、コスト削減ひいては量産体制のより一層の具現化が見込まれるとの着想から本発明に至ったものである。

特開２００７−２３８４０号公報 特開２００７−２３８４１号公報 特開２００７−２３８４３号公報

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、出発素材となる金属板材の板厚を、可変翼（プレス製品）の中で、比較的大きな太さ寸法の軸部（ロッド部）を基準とするのではなく、最も薄肉の翼部（偏平部）を基準としながらも、常に安定した高い品質レベルと量産性及び経済性を兼ね具えて可変翼（プレス製品）の製造が行えるようにした新規な製造手法の開発を試みたものである。

すなわち請求項１記載の、偏平部とロッド部とを一体に具えて成るプレス製品の製造方法は、
偏平部と、この偏平部の厚さ寸法よりも大きい太さ寸法のロッド部とを一体に具えて成るプレス製品を製造するにあたり、その工程は、
ロッド部の太さ寸法よりは小さいが、偏平部の厚さ寸法よりは厚いほぼ一定の板厚を有したストリップ材から、目的のプレス製品を実現し得るボリュームを有するように、ストリップ材の板厚よりも大きい幅寸法でブランク取りされたブランク材を、プレス製品の原形である素形材とする素形材の準備工程と、
この素形材を一対の対向型によって挟み込み、主にロッド部を、打抜方向にほぼ直交する方向から押圧プレスすることにより、主にロッド部の増肉を図りながらロッド部を所望の形状に形成するロッド部鍛造工程と、
その後、この鍛造加工において製品部位からはみ出した素形材の不要部をトリミングするロッド部トリミング工程と、
を具えて成るものであり、
前記素形材は、ストリップ材の一部につながれたまま順送りされ、前記素形材の準備工程、ロッド部鍛造工程、ロッド部トリミング工程までが行われるプログレッシブ加工であり、
このうちロッド部鍛造工程を行う際には、素形材の準備工程でブランク取りされた打抜姿勢の素形材を、ストリップ材に対し９０°反転させ、偏平部を上下方向に姿勢変換した状態で当該ロッド部鍛造工程を行うようにし、
更に、その後のロッド部トリミング工程も、偏平部を上下方向に向けた姿勢で行うようにしたことを特徴として成るものである。

また請求項２記載の、偏平部とロッド部とを一体に具えて成るプレス製品の製造方法は、前記請求項１記載の要件に加え、
前記プレス製品は、素形材の準備工程と、ロッド部鍛造工程と、ロッド部トリミング工程とに加え、
ロッド部トリミング工程後の素形材を一対の対向型によって挟み込み、素形材を打抜方向からプレスすることにより、主に偏平部を所望の形状に形成する偏平部鍛造工程と、
その後、この鍛造加工において製品部位からはみ出した素形材の不要部をトリミングする偏平部トリミング工程と、
を更に具えて成るものであり、
このうち偏平部鍛造工程を行う際には、素形材をストリップ材に対し９０°戻し、当初の打抜姿勢で当該偏平部鍛造工程を行うようにし、
更に、その後の偏平部トリミング工程も、この打抜姿勢で行うようにした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可変翼の製造方法は、
回動中心となる軸部と、実質的に排気ガスの流量を調節する翼部とを具え、
エンジンから排出された比較的少ない排気ガスを適宜絞り込み、排気ガスの速度を増幅させ、排気ガスのエネルギで排気タービンを回し、この排気タービンに直結されたコンプレッサで自然吸気以上の空気をエンジンに送り込み、低速回転時であってもエンジンが高出力を発揮できるようにしたＶＧＳタイプのターボチャージャに組み込まれる可変翼を製造する方法において、
前記可変翼の翼部と軸部とは、請求項１または２記載の偏平部とロッド部とに相当し、前記可変翼が請求項１または２記載の製造方法によって製造され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可変翼の製造方法は、前記請求項３記載の要件に加え、
前記可変翼は、翼部の両側に長軸軸と短軸部とを有する両軸タイプのものであり、更に翼部と軸部との間には、軸部よりも大径の鍔部が形成され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、横長状（ほぼ水平状）に打ち抜かれたブランク材（素形材）を、打抜方向にほぼ直交する方向からプレスするため、薄い板厚のブランク材（金属板材）からでも板厚以上に増肉させることができ、ロッド部を所望の形状に形成（造形）することができる。また出発素材として薄い板厚の金属板材を適用するため、材料歩留りの向上はもちろん、金型に掛かる負荷も軽減でき、型構造の複雑化を防ぎ、型設計の自由度も高まる。また完成品であるプレス製品としての圧縮比が抑えられるので、冷間鍛造でも充分に製造でき、コスト低減が図れる。更に、出発素材である金属板材の板厚が薄いため、従来ではプレス加工には不向きであった素材でも適用対象となり得、素材選択の自由度も高められる。

また請求項２記載の発明によれば、素形材の準備工程、ロッド部鍛造工程、ロッド部トリミング工程に加え、偏平部鍛造工程、偏平部トリミング工程を更に設けるため、主に偏平部を精緻な形状に造形することができる。また、ロッド部については、打抜方向と、これにほぼ直交する方向との二方向からの圧縮を加えて加工することができるため、完成状態ではロッド部の加工硬化が期待できる。また、このような加工硬化は、ロッド部を回転軸等の摺動部分として適用した場合、摩擦抵抗の低減、耐摩耗性向上等の効果をもたらし得るものである。
また、金属板材（ストリップ材）の一部に素形材（ブランク材）をつなげたまま最終の切り離し（セパレート）まで行うため、素形材の外周の加工が困難であったり、加工途中において素形材の移動が困難である等、加工上の制限も多く、また各加工ステージの金型のマッチング等においても難しい点があるが、比較的小さい製品であるプレス製品を高速で送ることができ、このようなプレス製品の量産体制を、より一層、現実的なものとする。

また請求項３記載の発明によれば、可変翼を薄い板厚の金属板材からでも常に安定した高い品質レベルで能率的に製造でき、可変翼の量産化を、より一層確実なものとする。

また請求項４記載の発明によれば、翼部の両側に軸部を有した両軸タイプの可変翼を製造対象とし、なお且つ翼部と軸部との間には軸部の径よりも大径となる鍔部を形成するため、鍔部についても、加工途中の素形材の肉（材料）を膨出させる必要があり、極めて困難な加工方法となるが、このような困難性の高い加工を現実のものとする。すなわち、鍔部についても、肉を盛り上げるように形成することになるため、軸部の長手方向における材料流れを規制する必要があり、極めて難しい製造が強いられるが、これを現実のものとする。なお、通常の型鍛造では、ブランク材を一対の対向型によって圧縮する際、圧縮によるブランク材の材料流れ（方向）を規制せず、周囲に自由状態で延展させ、ほぼキャビティ形状通りの形状を実現するものであるが、本発明ではこれに反した加工（塑性流動）となる。

本発明に係る可変翼を組み込んだＶＧＳタイプのターボチャージャの一例を示す斜視図（ａ）、並びに排気ガイドアッセンブリの一例を示す分解斜視図（ｂ）である。 本発明に係る可変翼の正面図、左側面図、右側面図である。 連続的に設けた各加工ステージの対向型に対し、ストリップ材を供給し、プログレッシブ加工を行う様子を骨格的に示す説明図である。 ブランク取りされた素形材が製品（可変翼）となるまでの加工段階の様子を段階的に示す斜視図である。 翼部トリミング工程までを終えた素形材の長軸部と短軸部とを切削する様子を示す斜視図である。 両軸部の端部を切削した後、各軸部の軸芯を検出する様子を示す説明図である。 両軸部のセンター位置にドリリングを行った後、この位置を保持しながら、バイトによる切削を行い、軸径、摺動段差、翼幅を仕上げる様子を示す説明図である。

本発明を実施するための形態は、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。
ここで以下の説明では、本発明に係るプレス製品の一例としてＶＧＳタイプのターボチャージャ（ＶＧＳユニット）における可変翼１を例に挙げて説明する。また、説明にあたっては、この可変翼１を適用したＶＧＳユニットの排気ガイドアッセンブリＡについて説明しながら、併せて可変翼１について説明し、その後、プレス製品の製造方法（可変翼の製造方法）について説明する。

排気ガイドアッセンブリＡは、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。

まず可変翼１について説明する。このものは一例として図１に示すように、排気タービンＴの外周に沿って円弧状に複数（一基の排気ガイドアッセンブリＡに対して概ね１０〜１５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。

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（ｂ）に示すように、翼部１１の幅寸法を便宜上、翼幅ｈとする。また図２に示すように、翼部１１の翼形断面において厚肉となる端縁を前縁１１ａ、薄肉となる端縁を後縁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。

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。なお、本実施例では、翼部１１の両側に軸部１２が形成される、いわゆる両持ちタイプの可変翼１であり、これら両軸部１２を区別して示す場合には、その軸長に因み、長軸部１２ａと短軸部１２ｂとして便宜上区別する。因みに、このような両持ちタイプの可変翼１は、翼部１１の一方のみに軸部１２が形成される、いわゆる片持ちタイプのものに比べ、可変翼１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。

また長軸部１２ａと短軸部１２ｂとには、軸径よりも幾分大径となる摺動段差１４が部分的に形成される。これは、可変翼１を回動させる際に、タービンフレーム２の軸受部（後述するタービンフレーム２の受入孔２５）と接触する面であり、これにより可変翼１を回動させる際の摺動抵抗（摩擦抵抗）が抑制され、可変翼１の安定した作動（回動）を図るものである。なお可変翼１は、高温・排ガス雰囲気という過酷な環境下で繰り返し使用されるため、摺動段差１４による摺動抵抗の抑制は、このような厳しい環境下での開閉作動をより安定化させるものである。

更に長軸部１２ａの先端側には、可変翼１の取付状態の基準となる基準面１５が形成される。この基準面１５は、後述する可変機構３に対しカシメ等によって固定される部位であり、一例として図１、２に示すように、軸部１２を対向的に切り欠いた二平面として形成される。また基準面１５の先端部には、ほとんど目立たないが、一例として図５、６に示すように、対向二面をテーパ状に傾斜させた誘い込み１６が形成されるものであり、ここは長軸部１２ａを後述する受動要素３２Ｂに圧入する際の案内ガイドとなる部位である。

なお可変翼１は、一例として翼部１１の前縁１１ａの厚さが約２．４ｍｍ、翼幅ｈが約７．１ｍｍ、翼弦長Ｌが約１７．４ｍｍ、鍔部１３の座面が直径約６ｍｍである。また軸部１２の直径が約４．５ｍｍ、基準面１５の対向幅が約２．５ｍｍである。

次に、タービンフレーム２について説明する。このものは、複数の可変翼１を回動自在に保持するフレーム部材として構成されるものであって、一例として図１に示すように、フレームセグメント２１と保持部材２２とによって可変翼１（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、可変翼１の長軸部１２ａを受け入れるフランジ部２３と、後述する可変機構３を外嵌めするボス部２４とを具えて成る。なお、このような構造からフランジ部２３の周縁部分には、可変翼１と同数の受入孔２５が等間隔で形成されるものである。
また保持部材２２は、図１に示すように中央部分が開孔された円板状に形成されており、本実施例では可変翼１が両軸タイプであるため、この保持部材２２にも可変翼１の短軸部１２ｂを受け入れる受入孔２５が等配される。
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（翼部１１）を、常に円滑に回動させ得るように、両部材間の寸法が、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、一例として受入孔２５の外周部分に、四カ所設けられたカシメピン２６によって両部材間の寸法が維持される。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に開孔される孔をピン孔２７とする。

なお、本実施例では、フレームセグメント２１のフランジ部２３は、保持部材２２とほぼ同径のフランジ部２３Ａと、保持部材２２より幾分大きい径のフランジ部２３Ｂとの二つのフランジ部分から成り、これらを同一部材で形成するものであるが、同一部材での形成が難しい場合等にあっては、径の異なる二つのフランジ部を別体で形成しておき、後にカシメ加工やブレージング加工等によって接合することも可能である。

次に可変機構３について説明する。このものはタービンフレーム２のボス部２４の外周側に設けられ、排気流量を調節するために可変翼１を回動させるものであり、一例として図１に示すように、アッセンブリ内において実質的に可変翼１の回動を生起する回動部材３１と、この回動を可変翼１に伝える伝達部材３２とを具えて成るものである。回動部材３１は、図示するように中央部分が開孔された略円板状に形成され、その周縁部分に可変翼１と同数の伝達部材３２を等配して成るものである。また、この伝達部材３２は、回動部材３１に回転自在に取り付けられる駆動要素３２Ａと、可変翼１の基準面１５にカシメ等によって固定状態に取り付けられる受動要素３２Ｂとを具えて成るものであり、これら駆動要素３２Ａと受動要素３２Ｂとが接続された状態で、回動が伝達される。具体的には四角片状の駆動要素３２Ａを、回動部材３１に対して回転自在にピン止めするとともに、可変翼１の基準面１５を受動要素３２Ｂに圧入し、かしめるものである。ここで受動要素３２Ｂには、予め駆動要素３２Ａを受け入れ得る略Ｕ字状部が形成されており、この部位に四角片状の駆動要素３２Ａを嵌め込むことにより、双方の係合を図りながら、回動部材３１をボス部２４に取り付けるものである。

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と受動要素３２Ｂとが、ほぼ一定の角度で取り付けられる必要があり、本実施例においては、主に可変翼１の基準面１５がこの作用を担っている。また回動部材３１を単にボス部２４に嵌め込むだけでは、回動部材３１がタービンフレーム２から僅かに離反した際、伝達部材３２の係合が解除されてしまうことが懸念される。このため、これを防止すべくタービンフレーム２の対向側から回動部材３１を挟むようにリング３３等を設け、回動部材３１に対してタービンフレーム２側への押圧傾向を付与するものである。
このような構成によって、エンジンが低速回転を行った際には、可変機構３の回動部材３１を適宜回動させ、伝達部材３２を介して軸部１２に伝達するものであり、これにより、可変翼１を図１（ａ）に示すように回動させ、排気ガスＧを適宜絞り込んで、排気流量を調節するものである。

本発明に係る可変翼１を適用した排気ガイドアッセンブリＡの一例は、以上のように構成されて成り、以下、この可変翼１の製造方法について説明しながら併せてプレス製品の製造方法について説明する。
なお、本発明では、軸部１２の直径寸法（一例として４．５ｍｍ）よりも薄い金属板材（以下、ストリップ材Ｓとする）から可変翼１の原形となる金属素材（以下、素形材Ｗとする）をブランク取りするものであり、一例として２．６ｍｍ厚のストリップ材Ｓを出発素材とする。もちろん、ストリップ材Ｓの板厚は、軸部１２の直径よりも小さいというだけでなく、その後の造形加工（型鍛造）において翼部１１の最終形状が実現できる寸法、つまり翼部１１の最高厚程度の寸法が好ましく（一例として２．４ｍｍ）、より好ましくは、翼部１１の最高厚よりも幾らか厚い寸法であり、これを考慮して本実施例では、２．６ｍｍとしたものである。
因みに、従来は、上述したようにストリップ材Ｓの板厚は、翼部１１よりも厚い（大きい）軸部１２を基準としており、小さい方の翼部１１に合わせる（基準とする）思想はなかったが、本発明では、小さい方（薄い方）の翼部１１に合わせても、軸部１２を造形する際に増肉を図ることで軸部１２の所望径を実現できるようにしたものであり、これが本発明の大きな特徴の一つである。

また、素形材Ｗをブランク取りする際には、素形材Ｗをストリップ材Ｓの一部につなげたままブランク取りするものである。この場合、素形材Ｗ（可変翼１）の軸部１２（長軸部１２ａ）の先端をストリップ材Ｓにつなげたまま素形材Ｗをブランク取りし、且つこの状態でその後の加工工程に移送し、ニヤネットシェイプ状態（最終製品形状に極めて近い状態）まで成形する、いわゆるプログレッシブ加工〔progressive 〕（順送り加工）を採用するものである。」と補正した。

本発明に係る可変翼１は、以下に示す(1) 〜(7) の工程によって、素形材Ｗから最終製品（可変翼１）に加工されるものである。
（１）素形材の準備工程Ｐ１
（２）軸部鍛造工程Ｐ２
（３）軸部トリミング工程Ｐ３
（４）翼部鍛造工程Ｐ４
（５）翼部トリミング工程Ｐ５
（６）切削工程Ｐ６
（７）バレル研磨工程

ここで、本発明ではプログレッシブ加工を採用するため、一例として図３に示すように、上記(1) 〜(5) までの工程を一対の対向型（主にプレス金型）で順次連続的に行うライン構成を採っており、このような加工ラインに対して、ストリップ材Ｓにつながれたままの素形材Ｗを順送りし、ニヤネットシェイプ状態まで加工するものである。なお、プログレッシブ加工を行う工程は上記(1) 〜(5) までの５工程であるのに対し、図３では５つ以上の対向型（加工ステージ）が設けられているが、これは一工程を複数の対向型（加工ステージ）に分けて行うことが多く、また、ある工程（または加工ステージ）を行う際には、該加工をより円滑に、且つより正確に行うべく事前の加工ステージを利用することがあるためである。また図３中の符号ＵＣは、巻回状態のコイル材を解きほぐすアンコイラーであり、更に図中符号ＬＶは、ほぐされたコイル材の巻き癖やひずみを除去するレベラーであり、前記ストリップ材Ｓとは、このコイル材からレベラーＬＶまでの工程を経てフラット状に形成されたものを指している。
因みに、上述したプログレッシブ加工は、一般に加工上の制限、例えば素形材Ｗの外周の加工が困難であったり、加工ラインの途中で素形材Ｗの移動が極めて制限される等の制約があり、プレス金型としては極めて高度な技術が要求されるが、比較的小さい部品を高速で送れるため、極めて量産性に優れた加工方法である。
以下、図４に基づいて各工程を更に詳細に説明する。

（１）素形材の準備工程Ｐ１
この工程は、翼部１１と軸部１２とを一体に具えた素形材Ｗ（可変翼１の原形）を準備する工程であり、一例として板厚２．６ｍｍのストリップ材Ｓから素形材Ｗをブランク取りするものである。もちろん、このブランク取りにおいては、素形材Ｗが目的の可変翼１を実現し得るボリューム（体積）を有するように考慮されたブランク取りが行われる。とりわけ軸部１２については、出発素材となるストリップ材Ｓの板厚が、そもそも軸部１２の最終製品軸径（ここでは４．５ｍｍ）よりも小さいため、予め増肉分を幅寸法（ストリップ材Ｓの送り方向寸法）として確保する必要があり、このためブランク取りは最終製品の軸径よりも大きな幅寸法で打ち抜くものである。従って、ブランク取りされた素形材Ｗの軸部１２は、図４に示すように、送り方向に長めに打ち抜かれ、この状態を横長状もしくは打抜姿勢とする。因みに、翼部１１については、もとより偏平状であり、当然、送り方向に長めとなる横長状に打ち抜かれるものである。

また素形材Ｗのブランク取りにあたっては、精密打ち抜き手法として知られるファインブラキング加工（以下、ＦＢ加工と略す）によって成されることが好ましい。このＦＢ加工は、被加工材（ストリップ材Ｓ）の剪断輪郭部に高い圧縮力を作用させながら、工具のクリアランスを極めて小さくした、いわゆるゼロクリアランス状態で打ち抜く手法であって、切口面が板厚全体にわたって極めて平滑で良好な状態に得られる手法である。なお、通常、「ファインブランキング」という用語は、「精密打ち抜き」を示すものであるが、本明細書において「ファインブランキング加工機（ＦＢ加工機）」といった場合には、「精密打ち抜き」以外にも、ファインブランキング装置（ＦＢ装置）を使用した種々の加工、例えば型鍛造（コイニング）やトリミング等も含むものとする。因みに、コイニングとは、鍛造後（大まかに所望形状を造形した後）、被加工材（ここでは素形材Ｗ）の表面を滑らかにしたり、寸法精度を向上させるために行う軽度の鍛造である。
またストリップ材Ｓ（素形材Ｗ）の材質としては、可変翼１の使用環境からＳＵＳ、ＳＵＨ規格などの耐熱ステンレス鋼または耐熱鋼、例えばＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼が適用されるが、一般にこのような高Ｎｉ含有ステンレス鋼素材は、塑性加工が行い難い素材であり、従って本実施例における加工も必然的に困難性の高い加工となる。

（２）軸部鍛造工程Ｐ２
この工程は、ブランク取り後の素形材Ｗのなかでも、主に軸部１２の増肉を図りながら、軸部１２を所望形状に形成して行くものである。もちろん、工程名には「軸部」と記載しており、鍔部１３の膨出形成を行うことは省略したが、本工程では鍔部１３の造形も併せて行うものである。なお、図４に示すライン付きの矢印は、鍛造やトリミング等の加工を素形材Ｗに施す際の加工方向（加圧方向）を示すものである。

軸部鍛造工程Ｐ２は、例えばＦＢ装置による一対の対向型によって素形材Ｗ（主に軸部１２）を挟み込み、軸部１２を所望の形状に造形する（形造る）ものであり、特にここでは、図４に示すように、素形材Ｗの打抜方向に対しほぼ直交する方向（これを打抜直交方向とする）から素形材Ｗを押圧プレスし、主に軸部１２の増肉を図りながら、ここを円形状に造形するものである。なお、プログレッシブ加工では、上記「打抜直交方向」は、ストリップ材Ｓの送り方向に相当するが、通常のプログレッシブ加工では各加工ステージの金型が上下方向に作動するため、プログレッシブ加工を採用する本発明では、ブランク取り後の素形材Ｗを軸部鍛造工程Ｐ２の前段で、ストリップ材Ｓに対し９０度反転させて（翼部１１を上下方向に立たせるように姿勢を換えて）、素形材Ｗの圧縮方向を上下方向に変更してから軸部１２の鍛造加工を行うものである。

（３）軸部トリミング工程Ｐ３
この工程は、前段の軸部鍛造工程Ｐ２において軸部１２の増肉・造形が成された際、素形材Ｗの周囲（輪郭部）に生じたフラッシュやバリ等の不要部ａをトリミング（切除）する工程である。
具体的なトリミング手法としては、例えばＦＢ装置による一対の対向型によって素形材Ｗを挟み込み、不要部ａをトリミングするものである。そして、このようなトリミングにより、その後の翼部鍛造工程Ｐ４において併せて行われる軸部１２の他方向からの圧縮加工性（造形性）を向上させるものである。すなわち、ここでのトリミングは、その後の軸部造形における材料流れを促進し、ニヤネットシェイプ状態の実現をより確実にするものである。逆に言えば、軸部鍛造工程Ｐ２において発生したバリ等を切除せずに、そのまま素形材Ｗを翼部鍛造工程Ｐ４に供し、ここで軸部１２の最終造形を行っても、ここでのバリ等が材料流れを阻害することがあり、また素材そのものの塑性変形性（塑性流動性）が低いために、素形材Ｗをニヤネットシェイプ状態に形成し難いことが考えられる。

また本工程のトリミングは、前段の加工における対向型の合わせ面に生じるバリ等を切除するものであるから、長軸部１２ａ（外側）に発生する不要部ａを切除することはもちろん、短軸部１２ｂ（外側）に生じる不要部ａも切除するものである。
また、このようなことから理解されるように、本トリミング工程も素形材Ｗに対する加工方向（素形材Ｗを挟み込む方向）は、打抜直交方向となる。

（４）翼部鍛造工程Ｐ４
この工程は、軸部トリミング後の素形材Ｗの中でも、主に翼部１１を所望形状に形成する工程であり、この工程も例えばＦＢ装置による一対の対向型によって素形材Ｗを打抜方向から挟み込み、素形材Ｗ（主に翼部１１）を圧縮して所望の形状に造形するものである。すなわち、本工程によってほぼ一定の厚みを有する翼部１１は、厚肉状の前縁１１ａから薄肉状の後縁１１ｂへと肉厚が漸減するような翼形状に形成されるものである。なお、本発明ではプログレッシブ加工を採用するため、本工程を行うにあたり、事前に素形材Ｗを９０度戻して（翼部１１をほぼ水平な状態に変更して）、言い換えれば圧縮方向を上下方向に変更してから、鍛造加工を行うものである。
また、本工程が最終の造形加工となるため、この工程では翼部１１以外にも軸部１２や鍔部１３にも最終的な造形が施されるものである。このため、軸部１２については、先の軸部鍛造工程Ｐ２における打抜直交方向からの押圧プレスに加え、本工程において打抜方向からの押圧プレスを受けることになる。つまり、軸部１２は、結果的に異なる二方向からの圧縮を受けることになり、完成状態での加工硬化が期待できる。そして、このような加工硬化は、軸部１２を受入孔２５に嵌めて可変翼１を摺動させるにあたり、受入孔２５との摩擦抵抗低減、軸部１２の耐摩耗性向上等の効果をもたらし得るものである。

また、鍔部１３については軸部１２や翼部１１の材料（肉）を膨出するような鍛造が行われる。すなわち、一般的な型鍛造であれば、単に素形材Ｗを対向型で圧縮して行けば（つぶして行けば）、対向型に形成されているキャビティ形状通りの製品がほぼ得られるが、本実施例では、翼部１１と軸部１２との境界部にストリップ材Ｓの板厚よりも大きく且つまた軸部１２よりも大きい鍔部１３を膨出形成しなければならない。このため本実施例では、単に素形材Ｗを圧縮するだけではなく、翼部１１と軸部１２の造形を行いながら併せて軸部１２の長手方向には極力、肉を流さないように材料流れを規制し、翼部１１と軸部１２との境界部の肉を膨出させて、鍔部１３を盛り上げるように形成するものである。このように本実施例では、鍛造の際に通常の材料流れとは異なる材料流れを考慮する必要があり、極めて困難な鍛造加工となる。もちろん鍛造加工が困難であることは、適用素材そのものが、極めて塑性加工が行い難い耐熱素材であることも、要因の一つとなっている。

（５）翼部トリミング工程Ｐ５
この工程は、例えば図４に示すように、先の翼部鍛造工程Ｐ４において素形材Ｗの外周（輪郭部）に生じたバリ等の不要部ｂを切除する工程である。更に、このトリミング工程では、長軸部１２ａの先端の不要部ｃが欠き取られ、基準面１５の切り出しも行われるものである。また、前記誘い込み１６もこのトリミングによって形成される。
具体的なトリミング手法としては、ここでも例えばＦＢ装置による一対の対向型によって素形材Ｗを挟み込み、不要部ｂ、ｃを切除するものである。なお、本発明ではプログレッシブ加工を採用するため、この翼部トリミング工程Ｐ５に併せて（本工程の最後に）、素形材Ｗ（例えば長軸部１２ａの先端部）をストリップ材Ｓから切り離すセパレートが行われるものである。

（６）切削工程Ｐ６
この工程は、上述したプログレッシブ加工が終了した後、素形材Ｗの主に軸部１２を切削する工程であり、以下の各段階から成るものである。
(i) 軸端面カット
(ii)軸センター加工
(iii) 軸／翼加工

（i)軸端面カット
この段階は、軸部１２の両端部を切削して、長軸部１２ａと短軸部１２ｂの長さ（最終製品長さ）を確保する段階であり、一例として図５に示すように、回転している一対のエンドミルＥＭの間に、翼部トリミング後の素形材Ｗを通過させ、両軸部１２の端面をカットするものである。この際、長軸部１２ａと短軸部１２ｂとの長さの基準は、翼部１１端面（鍔部１３の座面）となる。そして、この軸端面カットの段階で、基準面１５の最狭部が切削され、誘い込み１６が長軸部１２ａの最先端部に位置するように形成される。
なお、本実施例では長軸部１２ａと短軸部１２ｂとを同時に切削するように図示したが、端面カットは、片方ずつ順番に行っても構わない。

（ii) 軸センター加工
この段階は、素形材Ｗの両軸部１２のセンターを加工する段階であり、具体的には両軸部１２の芯出しと、この芯位置にドリリング（もみ付け）が成されるものである。これには、例えば図６に示すように、Ｖ字状の挟持部を有する一対のチャッキング４５が適用され、このチャッキング４５によって、トリム面を避けるように両軸部１２の円弧面を挟み込み、チャッキング４５（挟持部）の中心位置を軸部１２のセンター位置として検出し、また、この位置にドリリングを行うものである。なお、平面状のトリム面を避けてチャッキングするのは、トリム面を挟持した場合、正確なセンター位置が検出できないことがあり得るためである。

（iii)軸／翼加工
この段階は、例えば図７に示すように、ドリリングされた両軸部１２（センター位置）を芯押え４６で保持しながら、素形材Ｗ（可変翼１）を回転させて、バイトＣＴにより軸部１２と翼部１１の切削を行う段階である。この際、軸部１２は、一例として半径約０．１５ｍｍ、つまり軸径としては約０．３ｍｍ切削されるものである。なお、ここでの切削により、素形材Ｗは、可変翼１としての翼幅ｈ、軸径、両軸部の同軸度等が仕上げられる。
また、この段階の切削において、両軸部１２に摺動段差１４が確保され、これが摩擦抵抗を抑制した摺動面となり、可変翼１をアッセンブリとして組み付けた際、円滑な回動状態を実現する。

（７）バレル研磨工程
この工程は、切削工程Ｐ７を終了した可変翼１（素形材Ｗ）を全体的に表面研磨する工程であり、例えば可変翼１とメディアと呼ばれる添加剤とをバレル容器に入れ、バレル容器を回転もしくは振動させることによって、可変翼１とメディアとを衝突させて、可変翼１の表面を仕上げるものである。

本発明に係る可変翼１は、以上のようにして製造されるものであり、以下、可変翼１以外の他のプレス製品（可変翼と同じ符号１を付す）について説明する。
プレス製品１は、偏平部とロッド部とを一体に具えて成るものであり、偏平部が可変翼１の翼部１１に相当し、ロッド部が可変翼１の軸部１２に相当する。このため、偏平部とロッド部に可変翼１の各部と同様の符号を付すものである。また、可変翼１の製造工程における「軸部鍛造工程Ｐ２」／「軸部トリミング工程Ｐ３」は、プレス製品１では、各々、「ロッド部鍛造工程Ｐ２」／「ロッド部トリミング工程Ｐ３」になり、可変翼１の製造工程における「翼部鍛造工程Ｐ４」／「翼部トリミング工程Ｐ５」は、プレス製品１では「偏平部鍛造工程Ｐ４」／「偏平部トリミング工程Ｐ５」となる。

ただし、プレス製品１においては可変翼１と相違し得る点があり、例えば偏平部１１は、ほぼ一定の厚さに形成されていても構わず、必ずしも可変翼１の翼部１１のように厚肉の前縁１１ａから薄肉の後縁１１ｂにかけて徐々に厚さが変化しなくても良いものである。ここでこのような偏平部１１を具体的に挙げると、例えばリング状や、アイボルト頭部の環体、あるいはこのような環体が必ずしもつながっていないフック状のもの等が挙げられる。
また、ロッド部１２については、最終製品状態において、必ずしも偏平部１１の回転軸として機能する必要はないため、断面形状が円形である必要はなく、長円状、矩形状等であっても構わない。
更に、プレス製品１の形状によっては、必ずしもロッド部１２を二方向から圧縮加工する必要はない。すなわち、例えば偏平部１２がほぼ一定の厚さであればロッド部１２を打抜直交方向から圧縮して増肉を図るだけで良く、その後の打抜方向からの圧縮加工等は必ずしも要しないものである。

本発明は、自動車用エンジン等に用いられるターボチャージャに組み込まれる可変翼を能率的に量産し得るものであるが、その他にも偏平部とロッド部とを一体に具えたプレス製品の製造にも適するものである。

１ 可変翼（プレス製品）
２ タービンフレーム
３ 可変機構

１ 可変翼（プレス製品）
１１ 翼部（偏平部）
１１ａ 前縁
１１ｂ 後縁
１２ 軸部（ロッド部）
１２ａ 長軸部
１２ｂ 短軸部
１３ 鍔部
１４ 摺動段差
１５ 基準面
１６ 誘い込み

２ タービンフレーム
２１ フレームセグメント
２２ 保持部材
２３ フランジ部
２３Ａ フランジ部（小）
２３Ｂ フランジ部（大）
２４ ボス部
２５ 受入孔
２６ カシメピン
２７ ピン孔

３ 可変機構
３１ 回動部材
３２ 伝達部材
３２Ａ 駆動要素
３２Ｂ 受動要素
３３ リング

４５ チャッキング
４６ 芯押え

ａ 不要部
ｂ 不要部
ｃ 不要部
ｈ 翼幅
Ａ 排気ガイドアッセンブリ
Ｇ 排気ガス
Ｌ 翼弦長
Ｐ１ 素形材の準備工程
Ｐ２ 軸部鍛造工程（ロッド部鍛造工程）
Ｐ３ 軸部トリミング工程（ロッド部トリミング工程）
Ｐ４ 翼部鍛造工程（偏平部鍛造工程）
Ｐ５ 翼部トリミング工程（偏平部トリミング工程）
Ｐ６ 切削工程
Ｓ ストリップ材
Ｔ 排気タービン
Ｗ 素形材
ＣＴ バイト
ＥＭ エンドミル
ＵＣ アンコイラー
ＬＶ レベラー

Claims (4)

1. 偏平部と、この偏平部の厚さ寸法よりも大きい太さ寸法のロッド部とを一体に具えて成るプレス製品を製造するにあたり、その工程は、
   ロッド部の太さ寸法よりは小さいが、偏平部の厚さ寸法よりは厚いほぼ一定の板厚を有したストリップ材から、目的のプレス製品を実現し得るボリュームを有するように、ストリップ材の板厚よりも大きい幅寸法でブランク取りされたブランク材を、プレス製品の原形である素形材とする素形材の準備工程と、
   この素形材を一対の対向型によって挟み込み、主にロッド部を、打抜方向にほぼ直交する方向から押圧プレスすることにより、主にロッド部の増肉を図りながらロッド部を所望の形状に形成するロッド部鍛造工程と、
   その後、この鍛造加工において製品部位からはみ出した素形材の不要部をトリミングするロッド部トリミング工程と、
   を具えて成るものであり、
   前記素形材は、ストリップ材の一部につながれたまま順送りされ、前記素形材の準備工程、ロッド部鍛造工程、ロッド部トリミング工程までが行われるプログレッシブ加工であり、
   このうちロッド部鍛造工程を行う際には、素形材の準備工程でブランク取りされた打抜姿勢の素形材を、ストリップ材に対し９０°反転させ、偏平部を上下方向に姿勢変換した状態で当該ロッド部鍛造工程を行うようにし、
   更に、その後のロッド部トリミング工程も、偏平部を上下方向に向けた姿勢で行うようにしたことを特徴とする、偏平部とロッド部とを一体に具えて成るプレス製品の製造方法。
   
2. 前記プレス製品は、素形材の準備工程と、ロッド部鍛造工程と、ロッド部トリミング工程とに加え、
   ロッド部トリミング工程後の素形材を一対の対向型によって挟み込み、素形材を打抜方向からプレスすることにより、主に偏平部を所望の形状に形成する偏平部鍛造工程と、
   その後、この鍛造加工において製品部位からはみ出した素形材の不要部をトリミングする偏平部トリミング工程と、
   を更に具えて成るものであり、
   このうち偏平部鍛造工程を行う際には、素形材をストリップ材に対し９０°戻し、当初の打抜姿勢で当該偏平部鍛造工程を行うようにし、
   更に、その後の偏平部トリミング工程も、この打抜姿勢で行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の、偏平部とロッド部とを一体に具えて成るプレス製品の製造方法。
   
3. 回動中心となる軸部と、実質的に排気ガスの流量を調節する翼部とを具え、
   エンジンから排出された比較的少ない排気ガスを適宜絞り込み、排気ガスの速度を増幅させ、排気ガスのエネルギで排気タービンを回し、この排気タービンに直結されたコンプレッサで自然吸気以上の空気をエンジンに送り込み、低速回転時であってもエンジンが高出力を発揮できるようにしたＶＧＳタイプのターボチャージャに組み込まれる可変翼を製造する方法において、
   前記可変翼の翼部と軸部とは、請求項１または２記載の偏平部とロッド部とに相当し、前記可変翼が請求項１または２記載の製造方法によって製造されることを特徴とする可変翼の製造方法。
   
4. 前記可変翼は、翼部の両側に長軸軸と短軸部とを有する両軸タイプのものであり、更に翼部と軸部との間には、軸部よりも大径の鍔部が形成されることを特徴とする、請求項３記載の可変翼の製造方法。

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