JP6110741B2 - 摺動部材付きのユニソンリング及び摺動部材付きのユニソンリングの製造方法 - Google Patents
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Description
ターボチャージャは、エンジンからの排気ガスを利用してタービンを回転させ、タービンと同軸上に設けられたコンプレッサを駆動してエンジンに高圧空気を供給する。
最近では、このようなターボチャージャとして、過給圧をコントロールできる可変容量型ターボチャージャが広く用いられている。
図13に示しているようにターボチャージャ10は、タービンロータ12の一端側にタービン14を、また他端側にコンプレッサ11を有する構造で、タービンケーシング18内部のタービンホイール20と、コンプレッサケーシング19内のコンプレッサホイール22とを、共通のタービンロータ12で一体回転状態に連結している。
そしてコンプレッサホイール22の回転により、コンプレッサケーシング19内に空気を吸入してこれを加圧し、高圧の空気をエンジンへと過給する。
詳しくは、可変ノズル機構24は、タービンホイール20に沿ってその外周側に複数のノズルベーンを有し、互いに隣接する2つのノズルベーン間で排ガスを通過せしめるノズル孔を形成している。
そしてノズルベーンを回動させ、その翼角を変化させることでノズル孔の開度を変化させ、以てタービンホイール20に向う排ガスの流速を変更し、調節する。
この可変ノズル機構24は、例として次のような構造で構成されている。
通常このユニソンリングには、外周側にその外周面で開口した係合溝が設けられており、そこに駆動側アームを開口部から挿入させて摺動可能に係合させる。
また内周側には、周方向に沿って複数の係合溝が設けられており、それぞれに上記のノズルベーンと一体に回動するベーンアームを内周面の開口部から挿入させて摺動可能に係合させる。
このような可変容量型ターボチャージャは、エンジンの稼動条件に応じて過給圧を最適に調整し、低速トルクを向上させ、また排ガスを浄化し、燃費を向上せしめる。
このために可変ノズル機構の摩擦摺動部、とりわけ駆動側アームやベーンアームが摺動可能に係合するユニソンリングの係合溝部分には、耐熱性や耐食性に加えて優れた高温耐摩耗性等が要求される。
詳しくは、この特許文献1には、ユニソンリング(17)にかしめ付けられるピン(18)を挟持するステンレス鋼(SUS310S)製のベーンアーム(16)に、硬化層としての窒化層を形成することが開示されている。
しかしながら上記のようにしてユニソンリングや、駆動側アーム或いは従動側アームとしてのベーンアーム等ユニソンリングに対する相手部材を窒化処理しても、表層の硬化層(窒化層)が運転中に摩耗して無くなると、ユニソンリングや相手部材の母材自体の硬度、即ち窒化層の形成されていない内部硬度が低い(例えばSUS310Sの場合、母材自体の硬度は350HV以下)ために、以後摺動部において急激に摩耗が進行してしまい、ターボチャージャの過給応答性が悪化する等の問題が生じる。
しかしながらこの特許文献2に記載のものでは、高価なCo基合金を用いているために、全体としてコストが高コストとなり、またCo基合金は非常に硬いために、部品製造が非常に困難である問題がある。
具体的には、従来既存のNi基合金では最高でも500HV程度(50HRC程度)の硬さしか得られなかったのが、この特許文献3に開示のものでは700HV(約60HRC)の高硬度,高耐摩耗性が得られる。
しかしながら、従来例えばSUS310Sを用いて構成されていたユニソンリングの全体を、このようなNi基合金で構成するとなるとコストの増大を招いてしまう。
この場合、駆動側アームやベーンアームの表層の硬さは800〜1200HV(室温での硬さ、以下同様)の高硬度に達する。
因みに、図1はNi基合金製の摺動部材及び相手部材の、表面から内部に向っての硬さの変化を示している。図中横軸が表面からの深さであり、縦軸が硬さである。またAはNi基合金製の摺動部材の硬さ分布を、BはSUS310S製の相手部材の硬さ分布を示している。
一方Ni基合金製の摺動部材は、表面の硬さは薄い窒化層によって硬いものの、表面から僅かに内部に入ったところでは母材そのものの硬さとなり、その硬さは相手部材の表層の硬さよりも低い。
従ってユニソンリングの係合溝に相手部材を係合させた状態で相手部材を係合溝内で摺動させると、相手部材に較べて軟らかいNi基合金の摺動部材の側が主として摩耗する。
そうなると、母材自体の硬さは350HV以下の軟らかいものであるためにそこで摩耗が急激に進行してしまう。
しかるに請求項1のものでは、Ni基合金から成る摺動部材が相手部材の表層よりも軟らかいために、摺動部材の側が優先して摩耗し、そのことによって相手側部材の表層を保護し、摩耗抑制する働きをする。
この場合において、リング本体は組付体の状態で窒化処理されているため、即ち係合溝の表層が硬化層である窒化層にて形成されるため、摩耗負荷のより小さい内周側の係合溝においても所定の摩耗寿命を確保することが可能である。
従ってNi基合金の摺動部材は、リング本体への組付後に時効処理を施すこととなる。よって摺動部材の組付後において組付体そのものに対し窒化処理を行うことで、同時に摺動部材の時効処理を行うことが可能である。即ち窒化処理と時効処理を兼ねて行うことができる。
それ故、摺動部材をリング本体に組み付けた時点で摺動部材とリング本体の組付孔内面との間に隙間が無かったとしても、時効時の変態による摺動部材の収縮によって、摺動部材とリング本体の組付孔内面との間に隙間が生じる場合もある。
そのような隙間が生じたままであると、使用時に相手部材から摺動部材に力が加わると、リング本体に対する摺動部材の接合が外れてしまう恐れがある。
これにより、摺動部材をリング本体の組付孔内面に密着状態とすることができ、リング本体と摺動部材との固着力を効果的に高めることができる。
(A)Ti,ZrおよびHfの1種または2種以上(2種以上の場合は合計で):3.0%以下
(B)Nb,TaおよびVの1種または2種以上(2種以上の場合は合計で):3.0%以下
(C)Co:10%以下、Mo:10%以下および(または)W:10%以下、ただし、Mo+0.5W:10%以下
(D)Cu:5%以下,B:0.015%以下、Mg:0.01%以下,Ca:0.01%以下及びREM:0.1%以下の1種または2種以上
のうちの少なくとも何れか1つ若しくは2以上のグループの添加成分を更に含有する化学組成のものとしておくことができる(請求項2)。
これらの各化学組成のNi基合金は何れも特許文献3に記載のNi基合金に含まれるもので、何れも共通の特徴としてγ′相とCrを主体とするα相の複合析出によって強化されているものであり、耐熱性,耐食性と併せて高硬度,高温耐摩耗性を有するものであり、本発明における摺動部材として使用することができる。
C:0.1%以下、好ましくは0.08%以下
Cは溶製時に脱酸剤として作用するほか、粒界の強化に寄与する。熱処理により母材の硬さが増すようになるため、窒化処理の温度域で母材の硬さを上昇させるが、0.1%を超える添加は、鋳鉄との溶接時に溶融境界部の強度および靭性を低下させるばかりか、溶接部にピンホールの生成を助長する可能性が高くなる。好ましい含有量の上限値は0.08%である。
Siは溶製時に脱酸剤として作用する。添加すると母材の耐熱性および強度を増し、窒化処理で硬くなるが、多量の添加は、延性を悪化させるばかりか、Cと同様に溶接部にピンホールの生成を助長する可能性が高くなる。1.0%以下が好ましい。
MnもSiと同様、脱酸剤として作用するが、Sの影響を軽減し、高温時の母材の脆化を防ぐのに有用である。しかし、過大な添加は、やはり強度および靭性の低下を招く。1.0%以下が好ましい。
Crは、窒化処理でNと結合し、母材の硬化に寄与するばかりか、耐食性の向上にも寄与する元素である。また、α相を形成する主要な元素であり、α相がγ′相と複合析出することで高強度と高硬度が得られる点で、重要な元素である。これらの効果は、35%に満たない添加量では十分に得られず、一方、45%を超える添加は、加工性の低下を招くので、35〜45%とした。
AlはCrと同様に窒化処理でNと結合し、母材の硬化に寄与する。またγ′相を形成する重要な元素であり、更に耐高温腐食性の向上にも役立つ。この効果は3.5%に達しない添加では得られず、また添加量が4.5%を超えると加工性が悪くなる。
Tiは、Cr,Alと同様に窒化処理でNと結合し、母材の硬化に寄与する。また、Ti,Zr,Hfの3種の元素はγ′相を形成するAlと置換することによりγ′相の固溶強化に寄与し、合金の強度をさらに高める働きがあるから、Alと複合して添加すると良い。ただし、Alとの合計量が7%を超えると、加工性を悪くする。3種の元素のうちで、強度の向上に最も効果的なものはTiであり、その添加量の最適な範囲は2%以下である。ZrおよびHfには、結晶粒界に偏析して粒界を強化する効果もある。ZrおよびHfの添加量は、0.1%以下のところに最適範囲がある。
Coは、固溶強化により合金の強度を高める。γ′相の析出量を増大させる存在でもある。しかしCoは高価な材料であるから、多量の添加はコスト高となり、現実的な上限は、10%である。
MoおよびWもまた、固溶強化により合金の強度を高める。Moには、高温時、結晶粒の粗大化を防ぐことや、引張り強さを増す効果がある。また、耐食性を向上させる働きもある。Mo+0.5Wが10%を超えると、加工性や耐高温腐食性を損なう。MoもWも高価な材料であり、多量の添加はコストに対して不利となる。
Cuは、冷間加工性を改善する。さらに耐硫酸腐食性を顕著に向上させる効果もある。多量の添加は、熱間加工性を損なうため、5%以内の添加に止めるべきである。
B,MgおよびCaは、いずれも熱間加工性を改善する。Bは、これに加えて結晶粒界に偏析して粒界を強化し、クリープ強度を高めるのにも役立つ。MgおよびCaは、溶解時に脱酸および脱硫を意図して添加することもある。いずれも過大な添加は、かえって熱間加工性を低下させる。そこで添加量の上限として、B:0.015%、MgおよびCa:0.01%とした。
REMは、高温で使用する部品の耐酸化性を高める。しかし、熱間加工性にとっては好ましくないため、0.1%以下の添加とする。
従って本発明は、外周側の係合溝に適用して、その外周側の係合溝をNi基合金から成る摺動部材にて形成した場合に特に効果が高い(請求項3)。
このようにすれば、一工程の熱処理で摺動部材に対する時効処理と、摺動部材及びリング本体の組付体に対する窒化処理を併せて行うことができ、摺動部材付きユニソンリング製造に際しての製造工程数を節減し、ユニソンリングの製造性を高めることができる。
但しこの場合には次のような問題が生ずる。
係合溝は開口部を有するものであり、従って当然に組付孔も同じ側に開口部を有する形状となる。
この場合、締め代(圧入代)を大きく取って、強い圧入力で摺動部材を組付孔に圧入することが、リング本体に対する摺動部材の組付強度を高め得て好都合であると考えられる。
従って摺動部材を組付孔に圧入するに際しては締め代を小さくし、圧入力を弱くして圧入せざるを得ない。
即ち本発明では、摺動部材を少ない締め代で軽く圧入することが可能なのであり、そのため圧入性が良好で、ひいては摺動部材の組付性、ユニソンリングの製造性を高めることができる。
このとき、摺動部材は溶接にてリング本体に固定してあるために、摺動部材に対する機械加工を良好に行うことができる。
請求項7の製造方法では、その後において組付体に対する窒化処理を行う。つまり摺動部材に対する機械加工を、時効処理前の軟らかい状態で行う。これにより摺動部材に対する加工を容易に行うことができる。
またその後において時効処理を行うことで、摺動部材に所要の硬度を発現させることができる。
そしてそのレーザー溶接により、溶接時の熱影響部を狭い範囲に限定することができる。
図2は、可変容量型ターボチャージャにおける一例としての可変ノズル機構24を示している。
図に示しているように可変ノズル機構24は、図示を省略するタービンホイールに沿ってその外周側に等間隔で配置された複数のノズルベーン26を有している。
これら複数のノズルベーン26は、隣接するノズルベーン26間にノズル孔を形成し、タービンホイールに向う排ガスを、そのノズル孔を通過して流通させる。
ノズルベーン26のそれぞれは、これと一体に回転する軸28において、一対のノズルリング30に回転可能に取り付けられ、保持されている。
ここで一対のノズルリング30は、ピン32によって一定間隔に保持され、その状態でタービンケーシングに固定されている。そしてこれら一対のノズルリング30の間に、上記のノズルベーン26がそれぞれ回転可能に配置されている。
ユニソンリング34は、ローラ36によって回転可能に支持されている。
このユニソンリング34の外周側には係合溝38が設けられている。
ここで係合溝38は、ユニソンリング34の外周面で開口しており、インターナルクランク42の駆動側アーム46はその開口部を通じて係合溝38内に挿入されている。
尚、インターナルクランク42は、図5に示しているようにセンターハウジング48により回動可能に保持されており、駆動側アーム46とは反対側のアームにおいて駆動機構に連結されている。
これら内周側の係合溝40は、それぞれがユニソンリング34の内周面で開口した形状をなしている。
そして各ノズルベーン26に固定されたそれぞれのベーンアーム44が、ユニソンリング34における上記の内周側の係合溝40に開口部から挿入され、係合せしめられている。
そしてそのユニソンリング34の回動によって、従動側のベーンアーム44が回動せしめられる。即ちそのベーンアーム44の回動によってノズルベーン26が回動せしめられ、これによってノズルベーン26の翼角が変化することで、隣接するノズルベーン26間のノズル孔の開度が変更され、調節される。
そこでここではユニソンリング34が、図4に示すリング本体50と、これとは別体をなす図2,図3及び図6の摺動部材52とで構成されている。
ここで摺動部材52にはNi基合金が用いられている。
詳しくは、多量のCrを含有し、γ′相とCrを主体とするα相の複合析出により強化された耐熱性,耐食性を有する高強度,高耐摩耗性のNi基合金が用いられている。
但し下記のグループA〜D
(A)Ti,ZrおよびHfの1種または2種以上(2種以上の場合は合計で):3.0%以下
(B)Nb,TaおよびVの1種または2種以上(2種以上の場合は合計で):3.0%以下
(C)Co:10%以下、Mo:10%以下および(または)W:10%以下、ただし、Mo+0.5W:10%以下
(D)Cu:5%以下,B:0.015%以下、Mg:0.01%以下,Ca:0.01%以下及びREM:0.1%以下の1種または2種以上
のうちの少なくとも何れか1つ若しくは2以上のグループの添加成分を更に含有する化学組成のものであっても良い。
これらは何れも表層に厚みの厚い窒化層を形成することが可能で、リング本体50として使用可能である。
但し高温環境下で使用されることを考慮すれば、耐熱性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼,耐熱鋼,高クロム鋳鉄等を用いることが望ましい。
また高クロム鋳鉄は、質量%でC:1〜1.4%,Si:1.8〜2.1%,Mn:0.6%以下,Mo:2〜2.5%,Cr:33〜35%,Ni:0.5%以下,残部Feおよび不可避的不純物から成る組成としておくことが望ましい。
尚この実施形態において、リング本体50は窒化処理により表層が硬化せしめられて使用される。
従ってその表層の硬さは800〜1200HVの高硬度となる。
このインターナルクランク42もまた窒化処理されて使用される。従ってその表層の硬さは、リング本体50と同様の高硬度のものである。
但しこのインターナルクランク42においても、リング本体50に用いる上記の種々の材料を使用し、表層を窒化処理したものを用いることができる。
先ずリング本体50には、予め係合溝38の配置位置において、リング本体50を板厚方向に貫通する組付孔54を設けておく。
その組付孔54は、図7(A)に示すように開口部56を含んだ形状となる。ここでは組付孔54は、開口部56を除いた部分が部分円形状となるようにしておくことが望ましい。
このとき、リング本体50が開口部56側で変形し易く、摺動部材52に対する保持力が低下してしまうことを考えれば、摺動部材52を大きな締め代(圧入代)、例えば60μm程度の締め代に設定し、圧入することが望ましいと考えられるが、実際にそのような大きな締め代で摺動部材52を強い圧入力で組付孔54に圧入しようとすると、上手く摺動部材52を組付孔54に圧入することができない。
即ちその軸線が組付孔54の中心軸線に対し傾いてしまう。そしてそのことによって、摺動部材52の先端のコーナー部(ここでは先端のコーナー部は面取りされ、テーパ形状とされている)が組付孔54の内面に当り、かじりを起してしまう。
そうなると摺動部材52を規定寸法まで組付孔54内に十分に圧入することができなくなる。
そこで締め代を軽く圧入することが可能な15μm程度かそれよりも緩くなる寸法としておくことが考えられる。
従って圧入の際の締め代としては40〜30μm程度の締め代としておくことが望ましい。
但しそのようにすると、後の時効処理を兼ねた窒化処理の際に摺動部材52とリング本体50(における組付孔54内面)との間に隙間が生じてしまうことがある。この点については後に詳述する。
その溶接手法としてはTIG溶接,レーザー溶接等が好適である。とりわけ溶接熱の影響を狭い範囲に限定できる点でレーザー溶接が特に好適である。
また溶接は摺動部材52の軸方向両端側で行っても、片端側だけで行っても良いが、応力集中の緩和という観点からは片端側のみとすることが好ましい。
尚溶接は連続して行っても、点状に行っても良い。
そしてこの機械加工によって、図6に示すようにリング本体50における組付孔54の開口部形状を整形し、また摺動部材52に対して係合溝38を形成する。係合溝38の形状としては、横断面U字形状としておくことが望ましい。但し他の形状とすることももちろん可能である。
ここで問題となるのが、時効処理の際に摺動部材52が変態することにより寸法収縮し、場合によってリング本体50との間に隙間を生じることがある点である。
即ち上記化学組成のNi基合金から成る摺動部材52は、時効処理時の変態に伴って寸法収縮を生じる。
図中横軸は処理温度を、縦軸は固溶化熱処理後の状態即ち固溶化熱処理ままの状態をゼロとしたときの寸法の変化率(収縮率)を示している。
図に示しているようにNi基合金の場合、時効処理によって寸法が−0.40%程度変化(収縮)する。尚この寸法変化は径方向の寸法変化率である。
而してそのような隙間を生じたままユニソンリング34を使用に供したとき、係合溝38に対して駆動側アーム46から加わる力が溶接部で受けられてしまい、そこに応力が集中してしまうことが懸念される。
即ちこの実施形態では、摺動部材52とリング本体50との組付体の全体を窒化性ガス雰囲気温度に保持し、時効処理と窒化処理とを一工程で済ますことが特徴の1つであり、またその際に窒化により隙間を埋めることが別の大きな特徴の1つである。
よって時効完了後に隙間が生じてしまうことがあったとしても、窒化深さや窒化処理時間等調整して、上記現象を積極的に活用することで、生じた隙間を埋めて溶接部への応力集中を回避することが可能である。
Ni基合金から成る上記摺動部材52は、525℃以上650℃以下のガス窒化雰囲気温度中であれば、16時間程度で時効による収縮は完了する。
そこで窒化処理時間を20時間以上とすることで、生じた隙間をその後に生じた窒化による窒化層の厚みの増大によって埋めることが可能となる。
但し90時間を超えての窒化処理時間では、生産効率は低くなるばかりか、過剰な時効処理が行われてしまうことでNi基合金の内部硬度が低下してしまうため、窒化時間の上限については90時間としておくことが望ましい。
処理温度が下限温度よりも低くなると、窒化処理を良好に行うことが難しく、また処理温度が上限温度を超えてしまうと、Ni基合金が過時効状態となって内部硬さが低下してしまい、ひいてはNi基合金から成る摺動部材の耐摩耗特性が低下してしまう。
また場合によって外周側の係合溝38をリング本体50にて形成し、内周側の係合溝40だけを摺動部材52にて形成するといったことも可能である。
表1に示す化学組成の発明例1〜5の5種の合金と、比較例6〜10の5種の合金を真空誘導炉にて溶製し、各50kgのインゴットに鋳造した。鋳造したインゴットから圧延工程を経てφ12.6mmの丸棒とした。その後φ12.04×9.5mmの円柱形状の摺動部材とし、軸方向片側に端面から1mmまで5°のテーパ加工を施した。
尚表1中の各元素の数値は、合金に含有される各元素の質量%である。
また比較例11,13においては、SUS304,SUS316Lの棒材から摺動部材を同形状に仕上げた。
尚比較例12では、SUS310Sにてユニソンリング全体を構成した。即ち摺動部材の組付けを行わないで、リング本体そのものに係合溝を設けてユニソンリングとした。係合溝の形状,寸法は発明例及び他の比較例の摺動部材の係合溝と同じである。
ユニソンリングのリング本体はSUS310Sの板材からファインブランキングプレスにて製作した。組付孔の孔径は、プレス後に機械加工にてφ12.01mmとした。
そしてそこに円柱形状の摺動部材を圧入し、その後摺動部材の軸方向の片側のみ、図6の太線部で示す部分、即ち組付孔の底部側の部分をレーザー溶接し、摺動部材をリング本体に接合し一体化した。
その後ユニソンリングにおけるリング本体の全周と摺動部材を切削加工し、摺動部材を所定の形状(横断面略U字状)とした後に、バレル研磨により表面調整をして仕上げた。
尚比較例12では、SUS310Sの板材からのファインブランキングプレスにて係合溝付きのユニソンリング(つまり摺動部材を備えていないユニソンリング)を製作した。窒化条件は上記と同様とした。
また比較例6〜10の摺動部材の窒化処理後の表面の硬度は800〜840HVであり、拡散層は5μm程度、窒化処理後の内部高度は430〜470HVの範囲であった。
一方比較例11のSUS304製の摺動部材では、窒化処理後の表面の硬度は1040HV、拡散層は190μm程度、内部硬度は180HV程度であった。
また比較例13のSUS316L材から成る摺動部材では、窒化処理後の表面の硬度は1020HV、拡散層は160μm程度、内部硬度は160HV程度であった。
尚発明例1〜5,比較例6〜11,13のSUS310S製のリング本体及び比較例12のユニソンリングでは、窒化処理後の表面の硬度は1100HV,拡散層は70μm程度,内部硬度は230HV程度であった。
インターナルクランクの窒化処理後の表面の硬度は平均1080HV、窒化の拡散層深さは平均80μm、窒化処理後の内部硬度は170〜310HVの範囲であった。
窒化処理後の部品表面、特に摺動部材表面にフレーキング等の初期的異常がないかを目視観察した結果、表面性状に異常は認められなかった。
また固定側治具70に、ユニソンリング34の駆動用のアーム71を取り付けて、これをユニソンリング34の外周側の係合溝38に摺動可能に係合させた。
ここでアーム71は、ねじりばね機構72に繋がる取付軸74に取り付けてある。アーム71はねじりばね機構72によって取付軸74の軸線周りに回動可能に保持されている。
尚76はベアリング、78はねじりばね機構72の保持部である。
アーム71を保持した取付軸74にかかるトルクは最大で70Nとしてあり、周波数を2Hzに設定して連続作動させ、30,60,90,120時間経過時点で摺動部材の摩耗状態を確認した。
尚アーム71は各試験体の換装時に新品に交換している。
尚この摩耗試験では、発明例,比較例それぞれについて図6の係合溝38における一対の溝壁面38aの摩耗量を測定した。
詳しくは、一対の溝壁面38aそれぞれについて、位置の異なった3個所、合計で6個所の摩耗深さを測定し、それらの平均値をとって摩耗量を評価した。表2中の摩耗量の数値はその平均値を示している。
次に摺動部材とユニソンリングにおけるリング本体との溶接性について試験した結果を述べる。
試験体としての摺動部材は、実施例1で製作した発明例1〜5,比較例6〜13のものを用意した。
またユニソンリング側の素材即ちリング本体は、ねずみ鋳鉄,ダクタイル鋳鉄,高クロム鋳鉄,SUS304,SUS310S,SUS316Lの6種からそれぞれ製作した。表3にそれぞれの化学組成が示してある。
摺動部材の形状については図7の円柱形状としてあり、溶接はレーザー溶接にて溶加材を使用せずに行った。溶接は溶け込み深さが0.2mmとなるように設定した。
溶接出力:520W
照射角度:60度
溶接速度:420mm/s
シールドガス:アルゴン
ガス流量:10L/min
評価基準は、溶加材を使用せずに溶接した際、溶接ビード部に割れが生じるか否かとした。
○:割れの発生なし,△:一部で割れ発生,×:割れが発生した
試験結果が表4に示してある。
実施例1の発明例5の合金と既知の上記組成のオーステナイト系ステンレス鋼のSUS304,SUS310S,SUS316L材の4種について窒化時間と寸法変化の確認試験結果を行った。
何れについても圧延工程を経て得られたφ14mmの丸棒から、センターレス加工にてφ13.4mmの外径まで研磨して各4個ずつ作製した。
試験片は、それぞれ窒化処理前に外径をマイクロメータで測定しておき、窒化処理後の外径を測定した結果から変化量を求めている。
窒化処理条件は実施例1と同じ条件としているが、窒化処理時間だけを変更し、20hr,40hr,60hr,90hrの4水準として各1個を投入して確認した。試験結果を図12に示した。
以上の結果から、時効処理による摺動部材の寸法収縮により、摺動部材とリング本体との間に隙間が生じた場合であっても、窒化処理時間を選択することで、その隙間を埋め得ることが理解できる。
26 ノズルベーン
34 ユニソンリング
38,40 係合溝
46 駆動側アーム
50 リング本体
52 摺動部材
54 組付孔
Claims (8)
- 可変容量型ターボチャージャにおける可変ノズル機構の要素をなし、操作力伝達用の係合溝に相手部材を挿入させて摺動可能に係合させるユニソンリングであって、
前記ユニソンリングにおける鋼製若しくは鋳鉄製のリング本体には、前記係合溝の配置位置で組付孔を設ける一方、
該リング本体とは別途に、質量%でC:≦0.1%,Si:≦2.0%,Mn:≦2.0%,Cr:35〜45%,Al:3.5〜4.5%,残部Ni及び不可避的不純物の化学組成を有し、γ′相及びCrを主体とするα相の複合析出により強化された、時効処理後の内部硬さが600〜700HVであるNi基合金にて摺動部材を構成し、
該摺動部材を前記組付孔に組み付けて該摺動部材にて前記係合溝を形成してあるとともに、該摺動部材と前記リング本体との組付体に対して窒化処理が施してあり、該組付体における前記摺動部材と前記リング本体との間に生じた隙間が前記窒化処理により形成された窒化層にて埋められていることを特徴とする摺動部材付きのユニソンリング。 - 請求項1において、前記Ni基合金が、下記のグループA〜D
(A)Ti,ZrおよびHfの1種または2種以上(2種以上の場合は合計で):3.0%以下
(B)Nb,TaおよびVの1種または2種以上(2種以上の場合は合計で):3.0%以下
(C)Co:10%以下、Mo:10%以下および(または)W:10%以下、ただし、Mo+0.5W:10%以下
(D)Cu:5%以下,B:0.015%以下、Mg:0.01%以下,Ca:0.01%以下及びREM:0.1%以下の1種または2種以上
のうちの少なくとも何れか1つ若しくは2以上のグループの添加成分を更に含有する化学組成のものであることを特徴とする摺動部材付きのユニソンリング。 - 請求項1,2の何れかにおいて、外周側の溝であって駆動側アームが係合され、該駆動側アームからの駆動力を受ける係合溝が前記摺動部材にて構成してあることを特徴とする摺動部材付きのユニソンリング。
- 請求項1〜3の何れかにおいて、前記リング本体がオーステナイト系ステンレス鋼,耐熱鋼,高クロム鋳鉄、ねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄のうちの何れかから成っていることを特徴とする摺動部材付きのユニソンリング。
- 請求項1〜4の何れかに記載の摺動部材付きのユニソンリングの製造方法であって、
前記摺動部材を前記リング本体に組み付けた後、該摺動部材の時効処理を兼ねて組付体に対し窒化処理を行い、
前記時効処理時の前記摺動部材の変態による寸法収縮によって該摺動部材と前記リング本体との間に生じる隙間を窒化層厚みの増大により埋めるに必要な時間まで前記窒化処理を続行することを特徴とする摺動部材付きのユニソンリングの製造方法。 - 請求項5において、前記組付体を525℃〜650℃の窒化性ガス雰囲気中に20〜90時間保持することで窒化を行うと同時に摺動部材の時効処理を行い、前記リング本体の表層に厚さ50μm以上で硬さ600HV以上の窒化層を同時に形成することを特徴とする摺動部材付きのユニソンリングの製造方法。
- 請求項5,6の何れかにおいて、前記組付孔を、前記リング本体を板厚方向に貫通して設けて、該組付孔に前記摺動部材を該板厚方向に圧入して嵌合させ、その後該摺動部材を該リング本体に溶接にて接合し組みつけた後に、該摺動部材に対する機械加工を行って、その後前記窒化処理を行うことを特徴とする摺動部材付きのユニソンリングの製造方法。
- 請求項7において、前記溶接としてレーザー溶接を行うことを特徴とする摺動部材付きのユニソンリングの製造方法。
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