可変ノズル機構
【課題】ドライブリングを回動させてノズル翼角を変化させる際に、ドライブリングの内周面とマウントの外周面との間に発生する接触荷重を低減させることができ、ドライブリングをスムーズに回動させることができて、摩耗量および駆動力を低減させること。また、エンジン振動などの外力作用時にドライブリングに発生する衝撃力を低減し、破損のリスクを低減すること。
【解決手段】ドライブリング１４の内側周縁部に、周方向に沿って切欠部１９が複数設けられており、かつ、前記切欠部１９と切欠部１９との間に位置する内周面１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈのうち、前記ドライブリング１４を回動させる駆動力が入力された際に、マウントの外周面との接触荷重が大きくなる内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈの内径が、前記外周面の外径よりも大きくなるように形成されている。
【解決手段】ドライブリング１４の内側周縁部に、周方向に沿って切欠部１９が複数設けられており、かつ、前記切欠部１９と切欠部１９との間に位置する内周面１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈのうち、前記ドライブリング１４を回動させる駆動力が入力された際に、マウントの外周面との接触荷重が大きくなる内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈの内径が、前記外周面の外径よりも大きくなるように形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルを回動させてノズル翼角を変化させることにより、タービンロータへの燃焼ガス（流体）の流速を変化させる機能を有し、可変容量ターボチャージャ（例えば、排気ガスタービン過給機）を構成する可変容量タービンに用いられる可変ノズル機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可変容量タービンに用いられる可変ノズル機構としては、例えば、特許文献１，２に開示されたものが知られている。
【特許文献１】特開２００６−１６１８１１号公報
【特許文献２】特開２００４−２７０４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献に開示された発明では、ドライブリングの内径が、マウント（支持部材）の外径よりやや大きくなるように構成されている。
一方、ターボチャージャはエンジン台上に据え付けられるため、エンジンから振動を受ける。ドライブリングは、スムーズな回動が必要であるため、例えばマウントなどの周囲の部品とすき間を持って組み立てられているが、外部から振動を受けるとすき間を持って接する周囲の部品に衝突し、衝突荷重が発生する。もしエンジン振動が過大になると、接触荷重が過大となり、結果的にドライブリングが破損するケースも考えられる。
ドライブリングに発生する衝撃荷重は、ドライブリングの質量と関係があり、ドライブリングの軽量化は衝撃荷重低減に有効である。ドライブリングの軽量化の方法として、ドライブリングの内径側に切欠部を設ける方法が考えられる。しかし，内径側に切欠部を設けると、内径側の加工精度が低下することが考えられる。内径側の加工精度が悪いと、ドライブリングを回動しようとする力が作用した際、ドライブリングがマウントとのすき間分だけ移動する際に、ドライブリング内周面がマウント外周面を，楔を打ち込むような形で挟み込む現象が生じる可能性があり、その結果ドライブリングを回動するための小さな駆動力に対してもドライブリングとマウントの間に大きな接触力が発生する可能性がある。その結果、回動に伴う摩擦抵抗が過大となり、回動が困難な状態に陥る可能性もある。このような状態は、駆動力の作用方向に対し、斜めの角度をなす二面に接触する場合に生じやすい。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ドライブリングを回動させてノズル翼角を変化させる際に、ドライブリングの内周面とマウントの外周面との間に発生する接触荷重の増加を低減でき、ドライブリングをスムーズに回動させることができて、接触荷重増加に伴う摩耗量および駆動力の増加を防止することができる可変ノズル機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る可変ノズル機構は、ノズルを回動させてノズル翼角を変化させることにより、タービンロータへの流体の流速を変化させる可変ノズル機構であって、前記タービンロータを支持するベアリングハウジングに固定されたマウントに支持されるとともに、内周面の一部が、前記マウントの外周面の一部と当接しながら、前記マウントに対して回動するドライブリングを備えてなり、前記ドライブリングの内側周縁部に、周方向に沿って切欠部が複数設けられており、かつ、前記切欠部と切欠部との間に位置する内周面のうち、前記ドライブリングを回動させる駆動力が入力された際に、前記外周面との接触荷重が大きくなり得る領域の内径が、他の内周面の内径よりも大きくなるように形成されている。
【０００６】
上記可変ノズル機構において、ドライブリングの内周面のうち前記外周面との接触荷重が大きくなり得る領域は、概略前記内周面の中心を通り、かつ、前記ドライブリングを回動させる駆動力の作用線と略平行な線と交わらない領域であるとともに、前記内周面の中心を通り、かつ、前記ドライブリングを回動させる駆動力の作用線と略直交する線と交わらない領域、即ち内周面のうち、周方向の接線が駆動力の作用方向に対し、斜めの角度をなす領域である。
【０００７】
本発明に係る可変ノズル機構によれば、ドライブリングが回動する際に、ドライブリングの内周面とマウントの外周面との間に発生する接触荷重を低減させることができ、ドライブリングをよりスムーズに回動させることができて、摩耗量および駆動力を低減させることができる。すなわち、ドライブリングおよびマウントの長寿命化（延命化）を図ることができ、機構全体（可変ノズル機構）の信頼性を向上させることができる。
また、ドライブリングの内側周縁部に、周方向に沿って複数の切欠部を設けるようにしたので、ドライブリングを軽量化することができて、外力作用時の破損のリスクを低減させることができる。
【０００８】
上記可変ノズル機構において、前記外周面との接触荷重が大きくなり得る領域に、板厚を増加させる肉厚部が設けられているとさらに好適である。
【０００９】
このような可変ノズル機構によれば、マウントの外周面との接触荷重が大きくなり得る領域の板厚が増加させられ、マウントの外周面との接触面積の増加が図られているので、単位面積あたりの接触荷重を低減させることができ、ドライブリングの摩耗量を低減させることができ、ドライブリングの長寿命化（延命化）を図ることができて、機構全体（可変ノズル機構）の信頼性をさらに向上させることができる。
【００１０】
また、本発明に係る可変ノズル機構では、エンジン過大振動に伴うドライブリングの破損防止が一つの目的となっているが、破損はドライブリングに過大な応力が発生した際に生じる。応力はドライブリングの板厚にも依存するため、ドライブリング重量が過大にならない範囲で板厚を増すことは破損防止に有効である。
ドライブリングの内周面の内径を大きくした部分は、内周面がマウントと直接接触しないため、内周面の加工精度が要求されない。そのため、例えば、板の折り曲げ等を実施して局所的に肉厚部を設けることで、ドライブリングの発生応力を低減でき、ドライブリングの破損に対する信頼性を向上させることができる。
【００１１】
上記可変ノズル機構において、前記駆動力が入力される部位の周辺領域に、板厚を増加させる肉厚部が設けられているとさらに好適である。
【００１２】
このような可変ノズル機構によれば、ドライブリングを回動させる駆動力が入力される部分の板厚が増加させられ、駆動力を伝達する部材との接触面積の増加が図られているので、単位面積あたりの接触荷重を低減させることができ、駆動力を伝達する部材と接触する部分の摩耗量を低減させることができるため、ドライブリングの長寿命化（延命化）を図ることができ、機構全体（可変ノズル機構）の信頼性をさらに向上させることができる。
【００１３】
上記可変ノズル機構において、前記外周面との接触荷重が大きくなる領域に、前記ドライブリングが前記マウントから抜け落ちるのを防止する抜け止め防止ピンの頭部と当接する突出部が設けられているとさらに好適である。
【００１４】
このような可変ノズル機構によれば、突出部を設けることでドライブリングとマウントおよび抜け止め防止ピンのすき間を低減でき、エンジン振動などの外力作用時に発生する衝撃力を低減し、ドライブリングの破損のリスクを低減できる。
【００１５】
上記可変ノズル機構において、前記抜け止め防止ピンの頭部と、前記ドライブリングおよび前記マウントとの間に、衝撃吸収部材が配置されているとさらに好適である。
【００１６】
このような可変ノズル機構によれば、突出部等を、例えば、押出成形等により加工する必要がなくなるので、製造工程の簡略化を図ることができて、製造コストの低減化を図ることができ、かつ突出部を設けた場合と同様、エンジン振動などの外力作用時に発生する衝撃力を低減し、ドライブリングの破損のリスクを低減できる。
【００１７】
上記可変ノズル機構において、前記突出部の表面および／または前記抜け止め防止ピンの頭部の裏面全体に、表面硬化加工が施されているとさらに好適である。
【００１８】
このような可変ノズル機構によれば、突出部の表面および／または頭部の裏面に引っ掻き傷が発生するのを防止することができる。
また、ドライブリングおよび抜け止め防止ピンの耐摩耗性を向上させることができるので、ドライブリングおよび抜け止め防止ピンの長寿命化（延命化）を図ることができ、機構全体（可変ノズル機構）の信頼性をさらに向上させることができる。
【００１９】
上記可変ノズル機構において、前記ドライブリングの外側周縁部に、前記ノズルのノズル翼角を操作するレバープレートを受け入れる切欠部または貫通穴が周方向に沿って複数設けられているとさらに好適である。
【００２０】
このような可変ノズル機構によれば、ドライブリングの軽量化を図ることができるとともに、機構全体（可変ノズル機構）の軽量化を図ることができる。
また、ドライブリングが軽量化され、かつ、ドライブリングがよりスムーズに回動することとなるので、ドライブリングを駆動する駆動力を低減させることができて、ランニングコストを低減させることができる。
【００２１】
本発明に係る可変容量ターボチャージャは、ドライブリングの外力による破損のリスクを低減するとともに、ドライブリングが回動する際に、ドライブリングの内周面とマウントの外周面との間に発生する接触荷重を低減させることができ、ドライブリングをよりスムーズに回動させることができて、摩耗量および駆動力を低減させることができる可変ノズル機構を備えている。
【００２２】
本発明に係る可変容量ターボチャージャによれば、可変ノズル機構の保守点検（メンテナンス）ないしは交換の間隔が延びることとなるので、装置全体（可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャ）の保守点検費用の低減化を図ることができる。
また、本発明に係る可変ノズル機構を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、可変ノズル機構の信頼性の向上に伴って、装置全体の信頼性も向上することとなる。
さらに、本発明に係る可変ノズル機構を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、可変ノズル機構の軽量化に伴って、装置全体の軽量化も図られることとなる。
さらにまた、本発明に係る可変ノズル機構を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、ドライブリングを駆動する駆動力が少なくてすむので、ランニングコストの低減も図られることとなる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る可変ノズル機構によれば、ドライブリングの軽量化により、外力作用時の破損のリスクを低減できるとともに、ドライブリングを回動させてノズル翼角を変化させる際に、ドライブリングの内周面とマウントの外周面との間に発生する接触荷重を低減させることができ、ドライブリングをスムーズに回動させることができて、摩耗量および駆動力を低減させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る可変ノズル機構の第１実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る可変ノズル機構の要部平面図、図２は本実施形態に係る可変ノズル機構を構成するドライブリングの平面図である。
【００２５】
可変ノズル機構は、ノズルを回動させてノズル翼角を変化させることにより、タービンロータへの燃焼ガス（流体）の流速を変化させる機能を有し、図示しない可変容量ターボチャージャ（例えば、排気ガスタービン過給機）を構成する可変容量タービンに用いられる。
【００２６】
可変容量ターボチャージャは、可変容量タービン（Variable Geometry Turbine）と、コンプレッサとを主たる要素として構成されたものである。
【００２７】
可変容量タービンとコンプレッサとは、軸受ハウジングを介して連結されているとともに、この軸受ハウジング内には、軸受に回転支持されたタービンロータが挿通されている。
【００２８】
コンプレッサは、タービンロータの一端側に取り付けられたコンプレッサホイールと、このコンプレッサホイールを囲んで覆うように設けられたコンプレッサケーシングとを主たる要素として構成されたものである。
一方、可変容量タービンは、タービンロータの他端側に取り付けられたタービンホイールと、このタービンホイールを囲んで覆うように設けられたタービンケーシングと、タービンホイールに流入する燃焼ガスの流速を変化させる可変ノズル機構とを備えている。
【００２９】
さて、本実施形態に係る可変ノズル機構１０は、マウント１１と、ベーン１２と、レバープレート１３と、ドライブリング１４と、抜け止め防止ピン（鋲）１５（図８（ｂ）参照）とを備えている。
マウント１１は、平面視環状を呈する板状の部材であり、その外側周縁部には、一側（図１において紙面手前側）に突出し、平面視環状を呈する突出部（肉厚部）１６（図８（ｂ）参照）が形成されている。また、このマウント１１は、図示しない固定手段を介してベアリングハウジングに固定されている。
【００３０】
ベーン１２は、マウント１１の周方向に沿って等間隔（本実施形態では３０度間隔）に配置されているとともに、図示しない回動軸（ピボット）を介してマウント１１に回動自在に取り付けられている。
レバープレート１３は、ドライブリング１４の回動に伴ってベーン１２を回動軸まわりに回動させる部材であり、その一端部（半径方向内側の端部）には、ベーン１２の回動軸が接続（連結）されており、その他端部（半径方向外側の端部）には、他側（図１において紙面奥側）に延びて、ドライブリング１４の外側周縁部に形成された第１の凹所（切欠部）１７内に嵌り込むピン１８が接続（連結）されている。
【００３１】
図２に示すように、ドライブリング１４は、その外側周縁部に形成された複数個（本実施形態では１２個）の第１の凹所１７と、その内側周縁部に形成された複数個（本実施形態では１１個）の第２の凹所（切欠部）１９とを備えている。
第１の凹所１７は、平面視略正方形状を呈する切欠きであって、周方向に沿って等間隔（本実施形態では３０度間隔）に配置されており、各第１の凹所１７内には、対応するレバープレート１３のピン１８が嵌り込むようになっている。
また、これら第１の凹所１７のうち、一の第１の凹所１７ａと、これと隣り合う他の第１の凹所１７ｂとの中間部には、第３の凹所２０が形成されている。第３の凹所２０は、平面視略長方形状を呈する切欠きであって、この第３の凹所２０内には、ドライブリング１４を周方向に回動させる、図示しないクランク軸の一端部が嵌り込むようになっている。
なお、図２中の実線矢印Ａは、クランク軸の移動方向（すなわち、駆動力の作用方向）を示している。
【００３２】
第２の凹所１９は、平面視半円形状を呈する切欠き（ぬすみ）であって、第１の凹所１７と第１の凹所１７との中間部で、かつ、第３の凹所２０が形成されていない部分（場所）に、周方向に沿って等間隔（本実施形態では３０度間隔）に形成されている。
また、本実施形態では、第３の凹所２０の半径方向内側に位置するドライブリング１４の内周面１４ａ、および第３の凹所２０（駆動力が入力される部位）から９０度、１８０度、２７０度周方向に離れた部分（場所）に位置する（すなわち、ドライブリング中心を通りクランク軸の移動方向Ａと平行な線上およびドライブリング中心を通りクランク軸の移動方向Ａと直交する線上に位置する）第２の凹所１９の両隣に形成されたドライブリング１４の内周面１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、マウント１１の突出部１６の外周面１６ａと回動可能な程度に当接（接触）するよう設けられている。すなわち、これら内周面１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの内径が、外周面１６ａの外径と（略）等しくなるように形成されている。これに対し、第３の凹所２０から４５度、１３５度、２２５度、３１５度周方向に離れた部分（場所）に位置するドライブリング１４の内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈは、マウント１１の突出部１６の外周面１６ａと当接（接触）しないように設けられている。すなわち、これら内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈの内径が、内周面１４ｂ，１４ｃ，１４ｄよりも大きくなるように（外周面１６ａの外径よりも大きくなるように）形成されている。目安としては、ドライブリング１４の内周面のうち、内周面の中心Ｃを通り、かつ、ドライブリング１４を回動させる駆動力の作用方向(作用線)Ａと平行な線に対して、略３０度の角度で交わる線と略６０度の角度で交わる線との間に位置する領域の内径を、それ以外の領域の内径よりも大きくなるように形成すると好適である。
【００３３】
なお、本実施形態では、第３の凹所２０から９０度、１８０度、２７０度周方向に離れた部分に内周面が存在しないため、第３の凹所２０から９０度、１８０度、２７０度周方向に離れた部分に位置する第２の凹所１９の両隣に形成されたドライブリング１４の内周面１４ｂ，１４ｃ，１４ｄがマウント１１の突出部１６の外周面１６ａと当接（接触）するようになっている。しかし、第３の凹所２０から９０度、１８０度、２７０度周方向に離れた部分に内周面が存在するような場合には、その内周面がマウント１１の突出部１６の外周面１６ａと当接（接触）することとなる。
【００３４】
抜け止め防止ピン１５は、ドライブリング１４がマウント１１から抜け落ちるのを防止するための部材であり、円盤状の頭部１５ａと、丸棒状の軸部１５ｂ（図７（ｂ）参照）とを備えている。抜け止め防止ピン１５は、周方向に沿って等間隔（本実施形態では９０度間隔）に配置されており、軸部１５ｂの一端部は、マウント１１に固定されている。
【００３５】
本実施形態に係る可変ノズル機構１０によれば、第３の凹所２０に駆動力（ドライブリング１４を回動させる力）が入力された際に、ドライブリング１４の内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈの内径が１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの内径より小さくなると、先にドライブリング１４の内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈがマウント１１に接触して、ドライブリング１４がマウント１１を挟み込むような状態となり過大荷重が発生する可能性があるため、マウント１１の突出部１６の外周面１６ａとの接触荷重が高くなる可能性があるドライブリング１４の内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈの内径が、外周面１６ａの外径よりも大きくなるように形成されている。
これにより、ドライブリング１４が回動する際に、ドライブリング１４の内周面とマウント１１の突出部１６の外周面１６ａとの間に発生する接触荷重を低減させることができ、ドライブリング１４をよりスムーズに回動させることができて、摩耗量および駆動力を低減させることができる。すなわち、ドライブリング１４およびマウント１１の長寿命化（延命化）を図ることができ、機構全体（可変ノズル機構１０）の信頼性を向上させることができる。
また、ドライブリング１４の内側周縁部に、周方向に沿って複数の切欠部１９を設けるようにしたので、ドライブリング１４を軽量化することができて、外力作用時の破損のリスクを低減させることができる。
【００３６】
さらに、本実施形態に係る可変ノズル機構１０によれば、ドライブリング１４の外側周縁部に複数個の第１の凹所１７が形成され、内側周縁部に複数個の第２の凹所１９が形成されているので、ドライブリング１４の軽量化を図ることができるため、外力作用時に発生する部品間の衝突に伴う衝撃荷重を低減できるとともに、可変ノズル機構１０全体の軽量化を図ることができる。
さらにまた、本実施形態に係る可変ノズル機構１０によれば、ドライブリング１４が軽量化され、かつ、ドライブリング１４がよりスムーズに回動することとなるので、ドライブリング１４を駆動する駆動力を低減させることができて、ランニングコストを低減させることができる。
【００３７】
本実施形態に係る可変ノズル機構１０を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、可変ノズル機構１０の保守点検（メンテナンス）ないしは交換間隔が延びることとなるので、装置全体（可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャ）の保守点検費用の低減化を図ることができる。
また、本実施形態に係る可変ノズル機構１０を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、可変ノズル機構１０の信頼性の向上に伴って、装置全体の信頼性も向上することとなる。
さらに、本実施形態に係る可変ノズル機構１０を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、可変ノズル機構１０の軽量化に伴って、装置全体の軽量化も図られることとなる。
さらにまた、本実施形態に係る可変ノズル機構１０を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、ドライブリング１４を駆動する駆動力が少なくてすむので、ランニングコストの低減化も図られることとなる。
【００３８】
本発明に係る可変ノズル機構の第２実施形態について、図３を参照しながら説明する。
図３に示すように、本実施形態に係る可変ノズル機構３０は、ドライブリング１４の代わりに、ドライブリング３１を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００３９】
ドライブリング３１は、その内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈを形成するとともに、これら内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈと第１の凹所１７との間に位置する部分の板厚がそれぞれ、その他の内周面１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを形成するとともに、これら内周面１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと第１の凹所１７，１７ａ，１７ｂおよび第３の凹所２０との間に位置する部分の板厚よりも厚くなるように形成され、肉厚部３２とされている。
なお、板厚を増加させる方法としては、例えば、半径方向内側に張り出させて作製した部分を半径方向外側に折り返す方法や、ドライブリング３１を作製する際に段部として形成する方法を挙げることができる。
【００４０】
本実施形態に係る可変ノズル機構３０によれば、板厚増加部３２においては衝撃力作用時に発生する応力が低減できるため、ドライブリング３１の破損のリスクが低減でき、機構全体（可変ノズル機構３０）の信頼性をさらに向上させることができる。
【００４１】
また、本実施形態において、抜け止め防止ピン１５の頭部１５ａの裏面（下面）が、肉厚部３２の表面（上面）と対向するように、抜け止め防止ピン１５が配置されているとさらに好適である。
このような可変ノズル機構３０によれば、抜け止め防止ピン１５とドライブリング３１との隙間が減少し、ドライブリング３１が衝突した際に発生する衝撃力が低減され、ドライブリング３１の破損のリスクを低減できる。
【００４２】
本実施形態に係る可変ノズル機構３０を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、ドライブリング３１の振動が低減されることとなるので、ドライブリング３１の損傷を防止することができて、機構全体（可変ノズル機構３０）の信頼性をさらに向上させることができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００４３】
本発明に係る可変ノズル機構の第３実施形態について、図４を参照しながら説明する。
図４に示すように、本実施形態に係る可変ノズル機構４０は、ドライブリング１４の代わりに、ドライブリング４１を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００４４】
ドライブリング４１は、第３の凹所２０の内周面を形成するとともに、第３の凹所２０を取り囲む部分の板厚が、その他の部分の板厚よりも厚くなるように形成され、肉厚部４２とされている。
なお、板厚を増加させる方法としては、例えば、半径方向外側に張り出させて作製した部分を半径方向内側に折り返す方法（図４（ａ）参照）や、ドライブリング４１を作製する際に段部として形成する方法を挙げることができる。
【００４５】
本実施形態に係る可変ノズル機構４０によれば、ドライブリング４１を回動させる際にクランク軸の一端部と接触して摩耗するであろう（摩耗することが予想される）部分の板厚が増加させられ、接触面積の増加が図られているので、単位面積あたりの接触荷重を低減させることができ、クランク軸の一端部と接触する部分の摩耗量を低減させることができるとともに、ドライブリング４１の長寿命化（延命化）を図ることができ、機構全体（可変ノズル機構４０）の信頼性をさらに向上させることができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００４６】
本発明に係る可変ノズル機構の第４実施形態について、図５を参照しながら説明する。
図５に示すように、本実施形態に係る可変ノズル機構６０は、ドライブリング１４の代わりに、ドライブリング６１を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００４７】
ドライブリング６１は、その内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈを形成するとともに、これら内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈと第１の凹所１７との間に位置する部分にそれぞれ、突出部６２が設けられている。突出部６２は、例えば、直径１ｍｍ〜３ｍｍ程度の半球形状を呈しており、裏面（下面）側から押し出されることにより形成されている。
【００４８】
本実施形態においては、抜け止め防止ピン１５の頭部１５ａの裏面（下面）が、突出部６２の表面（上面）と対向し、かつ、当接（接触）するように、抜け止め防止ピン１５が配置されている。
このような可変ノズル機構６０によれば、ドライブリング６１が衝突した際に発生する衝撃力が低減され、ドライブリング６１の破損のリスクを低減できる。
【００４９】
本実施形態に係る可変ノズル機構６０を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、ドライブリング６１の振動が低減されることとなるので、ドライブリング６１の損傷を防止することができて、機構全体（可変ノズル機構６０）の信頼性をさらに向上させることができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００５０】
本発明に係る可変ノズル機構の第５実施形態について、図６を参照しながら説明する。
図６に示すように、本実施形態に係る可変ノズル機構７０は、ドライブリング１４の代わりに、ドライブリング７１を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００５１】
ドライブリング７１は、その内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈを形成するとともに、これら内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈと第１の凹所１７との間に位置する部分にそれぞれ、突出部７２が設けられている。突出部７２は、図６（ｂ）に示すような、例えば、高さ１ｍｍ〜３ｍｍ程度の断面視山型形状を呈しており、裏面（下面）側から押し出されることにより（あるいは、内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈと第１の凹所１７との間に位置する部分が折り曲げられる（湾曲させられる）ことにより）形成されている。
【００５２】
本実施形態においては、抜け止め防止ピン１５の頭部１５ａの裏面（下面）が、突出部７２の表面（上面）と対向し、かつ、当接（接触）するように、抜け止め防止ピン１５が配置されている。
このような可変ノズル機構７０によれば、ドライブリング７１が衝突した際に発生する衝撃力が低減され、ドライブリング７１の破損のリスクを低減できる。
【００５３】
本実施形態に係る可変ノズル機構７０を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、ドライブリング７１の振動が低減されることとなるので、ドライブリング７１の損傷を防止することができて、機構全体（可変ノズル機構７０）の信頼性をさらに向上させることができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００５４】
本発明に係る可変ノズル機構の第６実施形態について、図７を参照しながら説明する。
図７に示すように、本実施形態に係る可変ノズル機構８０は、突出部６２，７２の代わりに、抜け止め防止ピン１５の頭部１５ａの裏面（下面）と、ドライブリング１４の表面（上面）およびマウント１１の突出部１６の表面（上面）との間に、衝撃吸収部材（弾性部材）８１が配置されているという点で上述した第４実施形態および第５実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第４実施形態および第５実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００５５】
衝撃吸収部材８１としては、例えば、皿バネやワッシャ等を用いることができる。また、衝撃吸収部材８１としてワッシャを使用する場合には、膨張黒鉛等の軟質材料でできたものを使用するとさらに好適である。
【００５６】
本実施形態に係る可変ノズル機構８０によれば、内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈと第１の凹所１７との間に位置する部分の加工（例えば、押出成形）が不要となるので、製造工程の簡略化を図ることができて、製造コストの低減化を図ることができる。
その他の作用効果は、上述した第４実施形態および第５実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００５７】
本発明に係る可変ノズル機構の第７実施形態について説明する。
本実施形態に係る可変ノズル機構は、突出部６２，７２の表面および／または抜け止め防止ピン１５の頭部１５ａの裏面（下面）全体に、表面硬化加工が施されているという点で上述した第４実施形態および第５実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第４実施形態および第５実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００５８】
表面硬化処理としては、例えば、耐熱性に優れたＣｒＮ等の窒素系のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）コーティング等を用いることができる。
【００５９】
本実施形態に係る可変ノズル機構によれば、突出部６２，７２の表面および／または頭部１５ａの裏面に引っ掻き傷が発生するのを防止することができる。
また、ドライブリング６１，７１および抜け止め防止ピン１５の耐摩耗性を向上させることができるので、ドライブリング６１，７１および抜け止め防止ピン１５の長寿命化（延命化）を図ることができ、機構全体（可変ノズル機構６０，７０）の信頼性をさらに向上させることができる。
その他の作用効果は、上述した第４実施形態および第５実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００６０】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、適宜必要に応じて変形実施、変更実施、組合せ実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る可変ノズル機構の要部平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る可変ノズル機構を構成するドライブリングの平面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る可変ノズル機構を構成するドライブリングの平面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る可変ノズル機構を構成するドライブリングを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る可変ノズル機構を構成するドライブリングの平面図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る可変ノズル機構を構成するドライブリングを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係る可変ノズル機構を示す図であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 可変ノズル機構
１１ マウント
１２ ノズル
１３ レバープレート
１４ ドライブリング
１４ａ 内周面
１４ｂ 内周面
１４ｃ 内周面
１４ｄ 内周面
１４ｅ 内周面
１４ｆ 内周面
１４ｇ 内周面
１４ｈ 内周面
１５ 抜け止め防止ピン
１５ａ 頭部
１６ａ 外周面
１７ 第１の凹所（切欠部）
１７ａ 第１の凹所（切欠部）
１７ｂ 第１の凹所（切欠部）
１９ 第２の凹所（切欠部）
３０ 可変ノズル機構
３１ ドライブリング
３２ 肉厚部
４０ 可変ノズル機構
４１ ドライブリング
４２ 肉厚部
６０ 可変ノズル機構
６１ ドライブリング
６２ 突出部
７０ 可変ノズル機構
７１ ドライブリング
７２ 突出部
８０ 可変ノズル機構
８１ 衝撃吸収部材
Ａ 作用線
Ｃ 中心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルを回動させてノズル翼角を変化させることにより、タービンロータへの燃焼ガス（流体）の流速を変化させる機能を有し、可変容量ターボチャージャ（例えば、排気ガスタービン過給機）を構成する可変容量タービンに用いられる可変ノズル機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可変容量タービンに用いられる可変ノズル機構としては、例えば、特許文献１，２に開示されたものが知られている。
【特許文献１】特開２００６−１６１８１１号公報
【特許文献２】特開２００４−２７０４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献に開示された発明では、ドライブリングの内径が、マウント（支持部材）の外径よりやや大きくなるように構成されている。
一方、ターボチャージャはエンジン台上に据え付けられるため、エンジンから振動を受ける。ドライブリングは、スムーズな回動が必要であるため、例えばマウントなどの周囲の部品とすき間を持って組み立てられているが、外部から振動を受けるとすき間を持って接する周囲の部品に衝突し、衝突荷重が発生する。もしエンジン振動が過大になると、接触荷重が過大となり、結果的にドライブリングが破損するケースも考えられる。
ドライブリングに発生する衝撃荷重は、ドライブリングの質量と関係があり、ドライブリングの軽量化は衝撃荷重低減に有効である。ドライブリングの軽量化の方法として、ドライブリングの内径側に切欠部を設ける方法が考えられる。しかし，内径側に切欠部を設けると、内径側の加工精度が低下することが考えられる。内径側の加工精度が悪いと、ドライブリングを回動しようとする力が作用した際、ドライブリングがマウントとのすき間分だけ移動する際に、ドライブリング内周面がマウント外周面を，楔を打ち込むような形で挟み込む現象が生じる可能性があり、その結果ドライブリングを回動するための小さな駆動力に対してもドライブリングとマウントの間に大きな接触力が発生する可能性がある。その結果、回動に伴う摩擦抵抗が過大となり、回動が困難な状態に陥る可能性もある。このような状態は、駆動力の作用方向に対し、斜めの角度をなす二面に接触する場合に生じやすい。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ドライブリングを回動させてノズル翼角を変化させる際に、ドライブリングの内周面とマウントの外周面との間に発生する接触荷重の増加を低減でき、ドライブリングをスムーズに回動させることができて、接触荷重増加に伴う摩耗量および駆動力の増加を防止することができる可変ノズル機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る可変ノズル機構は、ノズルを回動させてノズル翼角を変化させることにより、タービンロータへの流体の流速を変化させる可変ノズル機構であって、前記タービンロータを支持するベアリングハウジングに固定されたマウントに支持されるとともに、内周面の一部が、前記マウントの外周面の一部と当接しながら、前記マウントに対して回動するドライブリングを備えてなり、前記ドライブリングの内側周縁部に、周方向に沿って切欠部が複数設けられており、かつ、前記切欠部と切欠部との間に位置する内周面のうち、前記ドライブリングを回動させる駆動力が入力された際に、前記外周面との接触荷重が大きくなり得る領域の内径が、他の内周面の内径よりも大きくなるように形成されている。
【０００６】
上記可変ノズル機構において、ドライブリングの内周面のうち前記外周面との接触荷重が大きくなり得る領域は、概略前記内周面の中心を通り、かつ、前記ドライブリングを回動させる駆動力の作用線と略平行な線と交わらない領域であるとともに、前記内周面の中心を通り、かつ、前記ドライブリングを回動させる駆動力の作用線と略直交する線と交わらない領域、即ち内周面のうち、周方向の接線が駆動力の作用方向に対し、斜めの角度をなす領域である。
【０００７】
本発明に係る可変ノズル機構によれば、ドライブリングが回動する際に、ドライブリングの内周面とマウントの外周面との間に発生する接触荷重を低減させることができ、ドライブリングをよりスムーズに回動させることができて、摩耗量および駆動力を低減させることができる。すなわち、ドライブリングおよびマウントの長寿命化（延命化）を図ることができ、機構全体（可変ノズル機構）の信頼性を向上させることができる。
また、ドライブリングの内側周縁部に、周方向に沿って複数の切欠部を設けるようにしたので、ドライブリングを軽量化することができて、外力作用時の破損のリスクを低減させることができる。
【０００８】
上記可変ノズル機構において、前記外周面との接触荷重が大きくなり得る領域に、板厚を増加させる肉厚部が設けられているとさらに好適である。
【０００９】
このような可変ノズル機構によれば、マウントの外周面との接触荷重が大きくなり得る領域の板厚が増加させられ、マウントの外周面との接触面積の増加が図られているので、単位面積あたりの接触荷重を低減させることができ、ドライブリングの摩耗量を低減させることができ、ドライブリングの長寿命化（延命化）を図ることができて、機構全体（可変ノズル機構）の信頼性をさらに向上させることができる。
【００１０】
また、本発明に係る可変ノズル機構では、エンジン過大振動に伴うドライブリングの破損防止が一つの目的となっているが、破損はドライブリングに過大な応力が発生した際に生じる。応力はドライブリングの板厚にも依存するため、ドライブリング重量が過大にならない範囲で板厚を増すことは破損防止に有効である。
ドライブリングの内周面の内径を大きくした部分は、内周面がマウントと直接接触しないため、内周面の加工精度が要求されない。そのため、例えば、板の折り曲げ等を実施して局所的に肉厚部を設けることで、ドライブリングの発生応力を低減でき、ドライブリングの破損に対する信頼性を向上させることができる。
【００１１】
上記可変ノズル機構において、前記駆動力が入力される部位の周辺領域に、板厚を増加させる肉厚部が設けられているとさらに好適である。
【００１２】
このような可変ノズル機構によれば、ドライブリングを回動させる駆動力が入力される部分の板厚が増加させられ、駆動力を伝達する部材との接触面積の増加が図られているので、単位面積あたりの接触荷重を低減させることができ、駆動力を伝達する部材と接触する部分の摩耗量を低減させることができるため、ドライブリングの長寿命化（延命化）を図ることができ、機構全体（可変ノズル機構）の信頼性をさらに向上させることができる。
【００１３】
上記可変ノズル機構において、前記外周面との接触荷重が大きくなる領域に、前記ドライブリングが前記マウントから抜け落ちるのを防止する抜け止め防止ピンの頭部と当接する突出部が設けられているとさらに好適である。
【００１４】
このような可変ノズル機構によれば、突出部を設けることでドライブリングとマウントおよび抜け止め防止ピンのすき間を低減でき、エンジン振動などの外力作用時に発生する衝撃力を低減し、ドライブリングの破損のリスクを低減できる。
【００１５】
上記可変ノズル機構において、前記抜け止め防止ピンの頭部と、前記ドライブリングおよび前記マウントとの間に、衝撃吸収部材が配置されているとさらに好適である。
【００１６】
このような可変ノズル機構によれば、突出部等を、例えば、押出成形等により加工する必要がなくなるので、製造工程の簡略化を図ることができて、製造コストの低減化を図ることができ、かつ突出部を設けた場合と同様、エンジン振動などの外力作用時に発生する衝撃力を低減し、ドライブリングの破損のリスクを低減できる。
【００１７】
上記可変ノズル機構において、前記突出部の表面および／または前記抜け止め防止ピンの頭部の裏面全体に、表面硬化加工が施されているとさらに好適である。
【００１８】
このような可変ノズル機構によれば、突出部の表面および／または頭部の裏面に引っ掻き傷が発生するのを防止することができる。
また、ドライブリングおよび抜け止め防止ピンの耐摩耗性を向上させることができるので、ドライブリングおよび抜け止め防止ピンの長寿命化（延命化）を図ることができ、機構全体（可変ノズル機構）の信頼性をさらに向上させることができる。
【００１９】
上記可変ノズル機構において、前記ドライブリングの外側周縁部に、前記ノズルのノズル翼角を操作するレバープレートを受け入れる切欠部または貫通穴が周方向に沿って複数設けられているとさらに好適である。
【００２０】
このような可変ノズル機構によれば、ドライブリングの軽量化を図ることができるとともに、機構全体（可変ノズル機構）の軽量化を図ることができる。
また、ドライブリングが軽量化され、かつ、ドライブリングがよりスムーズに回動することとなるので、ドライブリングを駆動する駆動力を低減させることができて、ランニングコストを低減させることができる。
【００２１】
本発明に係る可変容量ターボチャージャは、ドライブリングの外力による破損のリスクを低減するとともに、ドライブリングが回動する際に、ドライブリングの内周面とマウントの外周面との間に発生する接触荷重を低減させることができ、ドライブリングをよりスムーズに回動させることができて、摩耗量および駆動力を低減させることができる可変ノズル機構を備えている。
【００２２】
本発明に係る可変容量ターボチャージャによれば、可変ノズル機構の保守点検（メンテナンス）ないしは交換の間隔が延びることとなるので、装置全体（可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャ）の保守点検費用の低減化を図ることができる。
また、本発明に係る可変ノズル機構を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、可変ノズル機構の信頼性の向上に伴って、装置全体の信頼性も向上することとなる。
さらに、本発明に係る可変ノズル機構を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、可変ノズル機構の軽量化に伴って、装置全体の軽量化も図られることとなる。
さらにまた、本発明に係る可変ノズル機構を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、ドライブリングを駆動する駆動力が少なくてすむので、ランニングコストの低減も図られることとなる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る可変ノズル機構によれば、ドライブリングの軽量化により、外力作用時の破損のリスクを低減できるとともに、ドライブリングを回動させてノズル翼角を変化させる際に、ドライブリングの内周面とマウントの外周面との間に発生する接触荷重を低減させることができ、ドライブリングをスムーズに回動させることができて、摩耗量および駆動力を低減させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る可変ノズル機構の第１実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る可変ノズル機構の要部平面図、図２は本実施形態に係る可変ノズル機構を構成するドライブリングの平面図である。
【００２５】
可変ノズル機構は、ノズルを回動させてノズル翼角を変化させることにより、タービンロータへの燃焼ガス（流体）の流速を変化させる機能を有し、図示しない可変容量ターボチャージャ（例えば、排気ガスタービン過給機）を構成する可変容量タービンに用いられる。
【００２６】
可変容量ターボチャージャは、可変容量タービン（Variable Geometry Turbine）と、コンプレッサとを主たる要素として構成されたものである。
【００２７】
可変容量タービンとコンプレッサとは、軸受ハウジングを介して連結されているとともに、この軸受ハウジング内には、軸受に回転支持されたタービンロータが挿通されている。
【００２８】
コンプレッサは、タービンロータの一端側に取り付けられたコンプレッサホイールと、このコンプレッサホイールを囲んで覆うように設けられたコンプレッサケーシングとを主たる要素として構成されたものである。
一方、可変容量タービンは、タービンロータの他端側に取り付けられたタービンホイールと、このタービンホイールを囲んで覆うように設けられたタービンケーシングと、タービンホイールに流入する燃焼ガスの流速を変化させる可変ノズル機構とを備えている。
【００２９】
さて、本実施形態に係る可変ノズル機構１０は、マウント１１と、ベーン１２と、レバープレート１３と、ドライブリング１４と、抜け止め防止ピン（鋲）１５（図８（ｂ）参照）とを備えている。
マウント１１は、平面視環状を呈する板状の部材であり、その外側周縁部には、一側（図１において紙面手前側）に突出し、平面視環状を呈する突出部（肉厚部）１６（図８（ｂ）参照）が形成されている。また、このマウント１１は、図示しない固定手段を介してベアリングハウジングに固定されている。
【００３０】
ベーン１２は、マウント１１の周方向に沿って等間隔（本実施形態では３０度間隔）に配置されているとともに、図示しない回動軸（ピボット）を介してマウント１１に回動自在に取り付けられている。
レバープレート１３は、ドライブリング１４の回動に伴ってベーン１２を回動軸まわりに回動させる部材であり、その一端部（半径方向内側の端部）には、ベーン１２の回動軸が接続（連結）されており、その他端部（半径方向外側の端部）には、他側（図１において紙面奥側）に延びて、ドライブリング１４の外側周縁部に形成された第１の凹所（切欠部）１７内に嵌り込むピン１８が接続（連結）されている。
【００３１】
図２に示すように、ドライブリング１４は、その外側周縁部に形成された複数個（本実施形態では１２個）の第１の凹所１７と、その内側周縁部に形成された複数個（本実施形態では１１個）の第２の凹所（切欠部）１９とを備えている。
第１の凹所１７は、平面視略正方形状を呈する切欠きであって、周方向に沿って等間隔（本実施形態では３０度間隔）に配置されており、各第１の凹所１７内には、対応するレバープレート１３のピン１８が嵌り込むようになっている。
また、これら第１の凹所１７のうち、一の第１の凹所１７ａと、これと隣り合う他の第１の凹所１７ｂとの中間部には、第３の凹所２０が形成されている。第３の凹所２０は、平面視略長方形状を呈する切欠きであって、この第３の凹所２０内には、ドライブリング１４を周方向に回動させる、図示しないクランク軸の一端部が嵌り込むようになっている。
なお、図２中の実線矢印Ａは、クランク軸の移動方向（すなわち、駆動力の作用方向）を示している。
【００３２】
第２の凹所１９は、平面視半円形状を呈する切欠き（ぬすみ）であって、第１の凹所１７と第１の凹所１７との中間部で、かつ、第３の凹所２０が形成されていない部分（場所）に、周方向に沿って等間隔（本実施形態では３０度間隔）に形成されている。
また、本実施形態では、第３の凹所２０の半径方向内側に位置するドライブリング１４の内周面１４ａ、および第３の凹所２０（駆動力が入力される部位）から９０度、１８０度、２７０度周方向に離れた部分（場所）に位置する（すなわち、ドライブリング中心を通りクランク軸の移動方向Ａと平行な線上およびドライブリング中心を通りクランク軸の移動方向Ａと直交する線上に位置する）第２の凹所１９の両隣に形成されたドライブリング１４の内周面１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、マウント１１の突出部１６の外周面１６ａと回動可能な程度に当接（接触）するよう設けられている。すなわち、これら内周面１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの内径が、外周面１６ａの外径と（略）等しくなるように形成されている。これに対し、第３の凹所２０から４５度、１３５度、２２５度、３１５度周方向に離れた部分（場所）に位置するドライブリング１４の内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈは、マウント１１の突出部１６の外周面１６ａと当接（接触）しないように設けられている。すなわち、これら内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈの内径が、内周面１４ｂ，１４ｃ，１４ｄよりも大きくなるように（外周面１６ａの外径よりも大きくなるように）形成されている。目安としては、ドライブリング１４の内周面のうち、内周面の中心Ｃを通り、かつ、ドライブリング１４を回動させる駆動力の作用方向(作用線)Ａと平行な線に対して、略３０度の角度で交わる線と略６０度の角度で交わる線との間に位置する領域の内径を、それ以外の領域の内径よりも大きくなるように形成すると好適である。
【００３３】
なお、本実施形態では、第３の凹所２０から９０度、１８０度、２７０度周方向に離れた部分に内周面が存在しないため、第３の凹所２０から９０度、１８０度、２７０度周方向に離れた部分に位置する第２の凹所１９の両隣に形成されたドライブリング１４の内周面１４ｂ，１４ｃ，１４ｄがマウント１１の突出部１６の外周面１６ａと当接（接触）するようになっている。しかし、第３の凹所２０から９０度、１８０度、２７０度周方向に離れた部分に内周面が存在するような場合には、その内周面がマウント１１の突出部１６の外周面１６ａと当接（接触）することとなる。
【００３４】
抜け止め防止ピン１５は、ドライブリング１４がマウント１１から抜け落ちるのを防止するための部材であり、円盤状の頭部１５ａと、丸棒状の軸部１５ｂ（図７（ｂ）参照）とを備えている。抜け止め防止ピン１５は、周方向に沿って等間隔（本実施形態では９０度間隔）に配置されており、軸部１５ｂの一端部は、マウント１１に固定されている。
【００３５】
本実施形態に係る可変ノズル機構１０によれば、第３の凹所２０に駆動力（ドライブリング１４を回動させる力）が入力された際に、ドライブリング１４の内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈの内径が１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの内径より小さくなると、先にドライブリング１４の内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈがマウント１１に接触して、ドライブリング１４がマウント１１を挟み込むような状態となり過大荷重が発生する可能性があるため、マウント１１の突出部１６の外周面１６ａとの接触荷重が高くなる可能性があるドライブリング１４の内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈの内径が、外周面１６ａの外径よりも大きくなるように形成されている。
これにより、ドライブリング１４が回動する際に、ドライブリング１４の内周面とマウント１１の突出部１６の外周面１６ａとの間に発生する接触荷重を低減させることができ、ドライブリング１４をよりスムーズに回動させることができて、摩耗量および駆動力を低減させることができる。すなわち、ドライブリング１４およびマウント１１の長寿命化（延命化）を図ることができ、機構全体（可変ノズル機構１０）の信頼性を向上させることができる。
また、ドライブリング１４の内側周縁部に、周方向に沿って複数の切欠部１９を設けるようにしたので、ドライブリング１４を軽量化することができて、外力作用時の破損のリスクを低減させることができる。
【００３６】
さらに、本実施形態に係る可変ノズル機構１０によれば、ドライブリング１４の外側周縁部に複数個の第１の凹所１７が形成され、内側周縁部に複数個の第２の凹所１９が形成されているので、ドライブリング１４の軽量化を図ることができるため、外力作用時に発生する部品間の衝突に伴う衝撃荷重を低減できるとともに、可変ノズル機構１０全体の軽量化を図ることができる。
さらにまた、本実施形態に係る可変ノズル機構１０によれば、ドライブリング１４が軽量化され、かつ、ドライブリング１４がよりスムーズに回動することとなるので、ドライブリング１４を駆動する駆動力を低減させることができて、ランニングコストを低減させることができる。
【００３７】
本実施形態に係る可変ノズル機構１０を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、可変ノズル機構１０の保守点検（メンテナンス）ないしは交換間隔が延びることとなるので、装置全体（可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャ）の保守点検費用の低減化を図ることができる。
また、本実施形態に係る可変ノズル機構１０を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、可変ノズル機構１０の信頼性の向上に伴って、装置全体の信頼性も向上することとなる。
さらに、本実施形態に係る可変ノズル機構１０を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、可変ノズル機構１０の軽量化に伴って、装置全体の軽量化も図られることとなる。
さらにまた、本実施形態に係る可変ノズル機構１０を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、ドライブリング１４を駆動する駆動力が少なくてすむので、ランニングコストの低減化も図られることとなる。
【００３８】
本発明に係る可変ノズル機構の第２実施形態について、図３を参照しながら説明する。
図３に示すように、本実施形態に係る可変ノズル機構３０は、ドライブリング１４の代わりに、ドライブリング３１を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００３９】
ドライブリング３１は、その内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈを形成するとともに、これら内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈと第１の凹所１７との間に位置する部分の板厚がそれぞれ、その他の内周面１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを形成するとともに、これら内周面１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと第１の凹所１７，１７ａ，１７ｂおよび第３の凹所２０との間に位置する部分の板厚よりも厚くなるように形成され、肉厚部３２とされている。
なお、板厚を増加させる方法としては、例えば、半径方向内側に張り出させて作製した部分を半径方向外側に折り返す方法や、ドライブリング３１を作製する際に段部として形成する方法を挙げることができる。
【００４０】
本実施形態に係る可変ノズル機構３０によれば、板厚増加部３２においては衝撃力作用時に発生する応力が低減できるため、ドライブリング３１の破損のリスクが低減でき、機構全体（可変ノズル機構３０）の信頼性をさらに向上させることができる。
【００４１】
また、本実施形態において、抜け止め防止ピン１５の頭部１５ａの裏面（下面）が、肉厚部３２の表面（上面）と対向するように、抜け止め防止ピン１５が配置されているとさらに好適である。
このような可変ノズル機構３０によれば、抜け止め防止ピン１５とドライブリング３１との隙間が減少し、ドライブリング３１が衝突した際に発生する衝撃力が低減され、ドライブリング３１の破損のリスクを低減できる。
【００４２】
本実施形態に係る可変ノズル機構３０を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、ドライブリング３１の振動が低減されることとなるので、ドライブリング３１の損傷を防止することができて、機構全体（可変ノズル機構３０）の信頼性をさらに向上させることができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００４３】
本発明に係る可変ノズル機構の第３実施形態について、図４を参照しながら説明する。
図４に示すように、本実施形態に係る可変ノズル機構４０は、ドライブリング１４の代わりに、ドライブリング４１を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００４４】
ドライブリング４１は、第３の凹所２０の内周面を形成するとともに、第３の凹所２０を取り囲む部分の板厚が、その他の部分の板厚よりも厚くなるように形成され、肉厚部４２とされている。
なお、板厚を増加させる方法としては、例えば、半径方向外側に張り出させて作製した部分を半径方向内側に折り返す方法（図４（ａ）参照）や、ドライブリング４１を作製する際に段部として形成する方法を挙げることができる。
【００４５】
本実施形態に係る可変ノズル機構４０によれば、ドライブリング４１を回動させる際にクランク軸の一端部と接触して摩耗するであろう（摩耗することが予想される）部分の板厚が増加させられ、接触面積の増加が図られているので、単位面積あたりの接触荷重を低減させることができ、クランク軸の一端部と接触する部分の摩耗量を低減させることができるとともに、ドライブリング４１の長寿命化（延命化）を図ることができ、機構全体（可変ノズル機構４０）の信頼性をさらに向上させることができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００４６】
本発明に係る可変ノズル機構の第４実施形態について、図５を参照しながら説明する。
図５に示すように、本実施形態に係る可変ノズル機構６０は、ドライブリング１４の代わりに、ドライブリング６１を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００４７】
ドライブリング６１は、その内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈを形成するとともに、これら内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈと第１の凹所１７との間に位置する部分にそれぞれ、突出部６２が設けられている。突出部６２は、例えば、直径１ｍｍ〜３ｍｍ程度の半球形状を呈しており、裏面（下面）側から押し出されることにより形成されている。
【００４８】
本実施形態においては、抜け止め防止ピン１５の頭部１５ａの裏面（下面）が、突出部６２の表面（上面）と対向し、かつ、当接（接触）するように、抜け止め防止ピン１５が配置されている。
このような可変ノズル機構６０によれば、ドライブリング６１が衝突した際に発生する衝撃力が低減され、ドライブリング６１の破損のリスクを低減できる。
【００４９】
本実施形態に係る可変ノズル機構６０を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、ドライブリング６１の振動が低減されることとなるので、ドライブリング６１の損傷を防止することができて、機構全体（可変ノズル機構６０）の信頼性をさらに向上させることができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００５０】
本発明に係る可変ノズル機構の第５実施形態について、図６を参照しながら説明する。
図６に示すように、本実施形態に係る可変ノズル機構７０は、ドライブリング１４の代わりに、ドライブリング７１を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００５１】
ドライブリング７１は、その内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈを形成するとともに、これら内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈと第１の凹所１７との間に位置する部分にそれぞれ、突出部７２が設けられている。突出部７２は、図６（ｂ）に示すような、例えば、高さ１ｍｍ〜３ｍｍ程度の断面視山型形状を呈しており、裏面（下面）側から押し出されることにより（あるいは、内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈと第１の凹所１７との間に位置する部分が折り曲げられる（湾曲させられる）ことにより）形成されている。
【００５２】
本実施形態においては、抜け止め防止ピン１５の頭部１５ａの裏面（下面）が、突出部７２の表面（上面）と対向し、かつ、当接（接触）するように、抜け止め防止ピン１５が配置されている。
このような可変ノズル機構７０によれば、ドライブリング７１が衝突した際に発生する衝撃力が低減され、ドライブリング７１の破損のリスクを低減できる。
【００５３】
本実施形態に係る可変ノズル機構７０を備えた可変容量タービンおよび可変容量ターボチャージャによれば、ドライブリング７１の振動が低減されることとなるので、ドライブリング７１の損傷を防止することができて、機構全体（可変ノズル機構７０）の信頼性をさらに向上させることができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００５４】
本発明に係る可変ノズル機構の第６実施形態について、図７を参照しながら説明する。
図７に示すように、本実施形態に係る可変ノズル機構８０は、突出部６２，７２の代わりに、抜け止め防止ピン１５の頭部１５ａの裏面（下面）と、ドライブリング１４の表面（上面）およびマウント１１の突出部１６の表面（上面）との間に、衝撃吸収部材（弾性部材）８１が配置されているという点で上述した第４実施形態および第５実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第４実施形態および第５実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００５５】
衝撃吸収部材８１としては、例えば、皿バネやワッシャ等を用いることができる。また、衝撃吸収部材８１としてワッシャを使用する場合には、膨張黒鉛等の軟質材料でできたものを使用するとさらに好適である。
【００５６】
本実施形態に係る可変ノズル機構８０によれば、内周面１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈと第１の凹所１７との間に位置する部分の加工（例えば、押出成形）が不要となるので、製造工程の簡略化を図ることができて、製造コストの低減化を図ることができる。
その他の作用効果は、上述した第４実施形態および第５実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００５７】
本発明に係る可変ノズル機構の第７実施形態について説明する。
本実施形態に係る可変ノズル機構は、突出部６２，７２の表面および／または抜け止め防止ピン１５の頭部１５ａの裏面（下面）全体に、表面硬化加工が施されているという点で上述した第４実施形態および第５実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第４実施形態および第５実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００５８】
表面硬化処理としては、例えば、耐熱性に優れたＣｒＮ等の窒素系のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）コーティング等を用いることができる。
【００５９】
本実施形態に係る可変ノズル機構によれば、突出部６２，７２の表面および／または頭部１５ａの裏面に引っ掻き傷が発生するのを防止することができる。
また、ドライブリング６１，７１および抜け止め防止ピン１５の耐摩耗性を向上させることができるので、ドライブリング６１，７１および抜け止め防止ピン１５の長寿命化（延命化）を図ることができ、機構全体（可変ノズル機構６０，７０）の信頼性をさらに向上させることができる。
その他の作用効果は、上述した第４実施形態および第５実施形態と同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００６０】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、適宜必要に応じて変形実施、変更実施、組合せ実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る可変ノズル機構の要部平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る可変ノズル機構を構成するドライブリングの平面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る可変ノズル機構を構成するドライブリングの平面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る可変ノズル機構を構成するドライブリングを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る可変ノズル機構を構成するドライブリングの平面図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る可変ノズル機構を構成するドライブリングを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係る可変ノズル機構を示す図であって、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 可変ノズル機構
１１ マウント
１２ ノズル
１３ レバープレート
１４ ドライブリング
１４ａ 内周面
１４ｂ 内周面
１４ｃ 内周面
１４ｄ 内周面
１４ｅ 内周面
１４ｆ 内周面
１４ｇ 内周面
１４ｈ 内周面
１５ 抜け止め防止ピン
１５ａ 頭部
１６ａ 外周面
１７ 第１の凹所（切欠部）
１７ａ 第１の凹所（切欠部）
１７ｂ 第１の凹所（切欠部）
１９ 第２の凹所（切欠部）
３０ 可変ノズル機構
３１ ドライブリング
３２ 肉厚部
４０ 可変ノズル機構
４１ ドライブリング
４２ 肉厚部
６０ 可変ノズル機構
６１ ドライブリング
６２ 突出部
７０ 可変ノズル機構
７１ ドライブリング
７２ 突出部
８０ 可変ノズル機構
８１ 衝撃吸収部材
Ａ 作用線
Ｃ 中心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルを回動させてノズル翼角を変化させることにより、タービンロータへの流体の流速を変化させる可変ノズル機構であって、
前記タービンロータを支持するベアリングハウジングに固定されたマウントに支持されるとともに、内周面の一部が、前記マウントの外周面の一部と当接しながら、前記マウントに対して回動するドライブリングを備えてなり、
前記ドライブリングの内側周縁部に、周方向に沿って切欠部が複数設けられており、
かつ、前記切欠部と切欠部との間に位置する内周面のうち、前記ドライブリングを回動させる駆動力が入力された際に、前記外周面との接触荷重が大きくなり得る領域の内径が、他の内周面の内径よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする可変ノズル機構。
【請求項２】
前記外周面との接触荷重が大きくなり得る領域が、前記内周面の中心を通り、かつ、前記ドライブリングを回動させる駆動力の作用線と略平行な線と交わらない領域であるとともに、前記内周面の中心を通り、かつ、前記ドライブリングを回動させる駆動力の作用線と略直交する線と交わらない領域であることを特徴とする請求項１に記載の可変ノズル機構。
【請求項３】
前記外周面との接触荷重が大きくなり得る領域に、板厚を増加させる肉厚部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の可変ノズル機構。
【請求項４】
前記駆動力が入力される部位の周辺領域に、板厚を増加させる肉厚部が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の可変ノズル機構。
【請求項５】
前記外周面との接触荷重が大きくなり得る領域に、前記ドライブリングが前記マウントから抜け落ちるのを防止する抜け止め防止ピンの頭部と当接する突出部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の可変ノズル機構。
【請求項６】
前記抜け止め防止ピンの頭部と、前記ドライブリングおよび前記マウントとの間に、衝撃吸収部材が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の可変ノズル機構。
【請求項７】
前記突出部の表面および／または前記抜け止め防止ピンの頭部の裏面全体に、表面硬化加工が施されていることを特徴とする請求項５に記載の可変ノズル機構。
【請求項８】
前記ドライブリングの外側周縁部に、前記ノズルのノズル翼角を操作するレバープレートを受け入れる切欠部または貫通穴が周方向に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の可変ノズル機構。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の可変ノズル機構を備えてなることを特徴とする可変容量ターボチャージャ。
【請求項１】
ノズルを回動させてノズル翼角を変化させることにより、タービンロータへの流体の流速を変化させる可変ノズル機構であって、
前記タービンロータを支持するベアリングハウジングに固定されたマウントに支持されるとともに、内周面の一部が、前記マウントの外周面の一部と当接しながら、前記マウントに対して回動するドライブリングを備えてなり、
前記ドライブリングの内側周縁部に、周方向に沿って切欠部が複数設けられており、
かつ、前記切欠部と切欠部との間に位置する内周面のうち、前記ドライブリングを回動させる駆動力が入力された際に、前記外周面との接触荷重が大きくなり得る領域の内径が、他の内周面の内径よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする可変ノズル機構。
【請求項２】
前記外周面との接触荷重が大きくなり得る領域が、前記内周面の中心を通り、かつ、前記ドライブリングを回動させる駆動力の作用線と略平行な線と交わらない領域であるとともに、前記内周面の中心を通り、かつ、前記ドライブリングを回動させる駆動力の作用線と略直交する線と交わらない領域であることを特徴とする請求項１に記載の可変ノズル機構。
【請求項３】
前記外周面との接触荷重が大きくなり得る領域に、板厚を増加させる肉厚部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の可変ノズル機構。
【請求項４】
前記駆動力が入力される部位の周辺領域に、板厚を増加させる肉厚部が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の可変ノズル機構。
【請求項５】
前記外周面との接触荷重が大きくなり得る領域に、前記ドライブリングが前記マウントから抜け落ちるのを防止する抜け止め防止ピンの頭部と当接する突出部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の可変ノズル機構。
【請求項６】
前記抜け止め防止ピンの頭部と、前記ドライブリングおよび前記マウントとの間に、衝撃吸収部材が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の可変ノズル機構。
【請求項７】
前記突出部の表面および／または前記抜け止め防止ピンの頭部の裏面全体に、表面硬化加工が施されていることを特徴とする請求項５に記載の可変ノズル機構。
【請求項８】
前記ドライブリングの外側周縁部に、前記ノズルのノズル翼角を操作するレバープレートを受け入れる切欠部または貫通穴が周方向に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の可変ノズル機構。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の可変ノズル機構を備えてなることを特徴とする可変容量ターボチャージャ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１４４６１５（Ｐ２００９−１４４６１５Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２３５５３（Ｐ２００７−３２３５５３）
【出願日】平成１９年１２月１４日（２００７．１２．１４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１４日（２００７．１２．１４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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