JP2019090326A - ハウジングアセンブリおよびベアリングハウジングの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳造時における崩壊中子の揺動を抑制可能であって、栓部材が不要なハウジングアセンブリを提供することを目的とする。【解決手段】ハウジングアセンブリＡは、ベアリングハウジング２と、オイルパイプフランジ５１と、を備える。ベアリングハウジング２は、潤滑油Ｏが流れる油路２１と、冷却水Ｃが流れる水路２０と、油路２１が開口するオイルフランジ２３と、水路２０が開口する水フランジ２２と、を備える。オイルパイプフランジ５１は、オイルフランジ２３を封止する。オイルパイプフランジ５１には、油路２１に連通するオイルパイプ５１１、５１２が連結される。水路２０は、オイルフランジ２３に開口し、オイルパイプフランジ５１に封止される連通部２０３を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、ベアリングハウジングを備えるハウジングアセンブリ、およびベアリングハウジングの製造方法に関する。

例えば、ターボチャージャのベアリングハウジングは、鋳造により製造される。鋳型のキャビティには、崩壊中子が配置されている。崩壊中子は、鋳砂と樹脂バインダーとにより形成されている。崩壊中子の形状は、ベアリングハウジングの水路および油路の形状に、対応している。このうち、水路用の崩壊中子は、型面からキャビティに、片持ち梁状に突出している。ベアリングハウジングの鋳造時において、キャビティには、溶湯が注入される。片持ち梁状の崩壊中子には、溶湯の浮力に基づくモーメントが加わる。このため、鋳造時に、キャビティで崩壊中子が揺動するおそれがある。この点、特許文献１のベアリングハウジングの製造方法によると、崩壊中子の端部形成部が固定部に固定されている。このため、崩壊中子の強度を向上させることができる。したがって、崩壊中子の揺動を抑制することができる。

特開２０１３−２３０４８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のベアリングハウジングの製造方法であっても、崩壊中子は、型面から片持ち梁状に支持されている。このため、所望の強度を確保するためには、例えば端部形成部を太くするなどの対策を施す必要がある。この点、崩壊中子を支持する支持部を別途型面から突設させると、当該支持部と端部形成部とにより、崩壊中子を両持ち梁状に支持することができる。ところが、こうすると、製造後のベアリングハウジングに、孔（鋳造時の支持部の跡）が残ってしまう。この孔は、水路に繋がっている。このため、孔を栓部材（例えばプラグ）で塞ぐ必要がある。すなわち、ベアリングハウジングに、ベアリングハウジングの機能とは本来無関係の栓部材を、配置する必要がある。

そこで、本発明は、鋳造時における崩壊中子の揺動を抑制可能であって、栓部材が不要なハウジングアセンブリおよびベアリングハウジングの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のハウジングアセンブリは、潤滑油が流れる油路と、冷却水が流れる水路と、前記油路が開口するオイルフランジと、前記水路が開口する水フランジと、を備えるベアリングハウジングと、前記オイルフランジを封止し、前記油路に連通するオイルパイプが連結されるオイルパイプフランジと、を備えるハウジングアセンブリであって、前記水路は、前記オイルフランジに開口し、前記オイルパイプフランジに封止される連通部を有することを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明のベアリングハウジングの製造方法は、前記ベアリングハウジングを、崩壊中子が配置されたキャビティを有する鋳型を用いて、鋳造するベアリングハウジングの製造方法であって、前記キャビティは、前記水フランジを形成する水フランジ形成部と、前記オイルフランジを形成するオイルフランジ形成部と、を有し、前記崩壊中子は、前記水フランジ形成部に連なり前記水路を形成する水路形成部を有し、前記水路形成部は、前記オイルフランジ形成部に支持される支持部を有し、前記連通部は、前記支持部の崩壊跡であることを特徴とする。

本発明のハウジングアセンブリによると、水路は、連通部（支持部の崩壊跡）を有している。連通部は、オイルパイプフランジにより封止されている。このため、連通部から冷却水が漏出するのを、抑制することができる。また、連通部を塞ぐのに、栓部材は不要である。

また、本発明のベアリングハウジングの製造方法によると、鋳造時に、水路形成部が、水フランジ形成部とオイルフランジ形成部とにより支持されている。このため、鋳造時における水路形成部延いては崩壊中子の揺動を抑制することができる。

図１は、本発明のハウジングアセンブリの一実施形態であるハウジングアセンブリを備えるターボチャージャの上から見た軸方向断面図である。 図２（Ａ）は、同ハウジングアセンブリの上から見た軸方向断面図である。図２（Ｂ）は、同ハウジングアセンブリの透過後面図である。 図３は、同ハウジングアセンブリの透過斜視図である。 図４は、本発明のベアリングハウジングの製造方法の一実施形態であるベアリングハウジングの製造方法に用いられる鋳型の径方向断面図である。

以下、本発明のハウジングアセンブリおよびベアリングハウジングの製造方法の実施の形態について説明する。

＜ハウジングアセンブリの配置および構成＞
まず、本実施形態のハウジングアセンブリの配置について説明する。図１に、本実施形態のハウジングアセンブリを備えるターボチャージャの上から見た軸方向断面図を示す。図２（Ａ）に、本実施形態のハウジングアセンブリの上から見た軸方向断面図を示す。図２（Ｂ）に、同ハウジングアセンブリの透過後面図を示す。図３に、同ハウジングアセンブリの透過斜視図を示す。なお、図２（Ａ）は、図２（Ｂ）のＩＩＡ−ＩＩＡ断面に対応している。また、図３においては、水路２０を実線の密ハッチングで、油路２１を点線の疎ハッチングで、各々示す。

図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図３に示すように、ターボチャージャ１は、ベアリングハウジング２と、コンプレッサハウジング３と、タービンハウジング４と、水パイプフランジ５０と、オイルパイプフランジ５１と、回転部９０と、ジャーナル軸受９１と、スラスト軸受９２と、を備えている。本実施形態のハウジングアセンブリＡは、ベアリングハウジング２と、水パイプフランジ５０と、オイルパイプフランジ５１と、を備えている。

ベアリングハウジング２には、水路２０と、油路２１と、水フランジ２２と、オイルフランジ２３と、軸受収容部２４、２５と、が形成されている。前側または後側（軸方向）から見て、軸受収容部２４は、ベアリングハウジング２の径方向中心部に配置されている。軸受収容部２５は、軸受収容部２４の前側に配置されている。

水フランジ２２は、ベアリングハウジング２の右側に形成されている。水フランジ２２の取付面は、右向きの平面状を呈している。オイルフランジ２３は、ベアリングハウジング２の下側に形成されている。オイルフランジ２３の取付面は、下向きの平面状を呈している。オイルフランジ２３の取付面には、溝２３０が凹設されている。溝２３０は、後述する連通部２０３の出口と、排出部２１２の出口と、の間に配置されている。溝２３０の前後方向（長手方向）両端は、オイルフランジ２３の外部に開口している。図２（Ｂ）に示すように、水フランジ２２とオイルフランジ２３とは、軸受収容部２４の軸心を中心として、所定角度（例えば略９０°）だけ、位相がずれている。

水路２０は、導入部２００と、環状部２０１と、排出部２０２と、連通部２０３と、を備えている。水路２０には、冷却水（冷却液）Ｃが流れている。環状部２０１は、前側または後側から見て、Ｃ字状（有端環状）を呈している。環状部２０１は、ベアリングハウジング２の後部に形成されている。導入部２００は、水フランジ２２の取付面と環状部２０１とを連結している。すなわち、導入部２００の入口（上流端）は、水フランジ２２の取付面に開口している。導入部２００の下流端は、環状部２０１の上流端に連なっている。排出部２０２は、水フランジ２２の取付面と環状部２０１とを連結している。すなわち、排出部２０２の出口（下流端）は、水フランジ２２の取付面に開口している。排出部２０２の上流端は、環状部２０１の下流端に連なっている。連通部２０３は、オイルフランジ２３の取付面と環状部２０１とを連結している。すなわち、連通部２０３の出口（下流端）は、オイルフランジ２３の取付面に開口している。連通部２０３の上流端は、環状部２０１に連なっている。

油路２１は、導入部２１０と、環状部２１１と、排出部２１２と、延在部２１３と、を備えている。油路２１には、潤滑油Ｏが流れている。環状部２１１は、前側または後側から見て、Ｃ字状を呈している。環状部２１１は、ベアリングハウジング２の後部に形成されている。環状部２１１は、環状部２０１の径方向内側に配置されている。また、環状部２１１は、軸受収容部２４の径方向外側に配置されている。導入部２１０は、オイルフランジ２３の取付面と環状部２１１とを連結している。すなわち、導入部２１０の入口（上流端）は、オイルフランジ２３の取付面に開口している。導入部２１０の下流端は、環状部２１１の上流端に連なっている。排出部２１２は、オイルフランジ２３の取付面と環状部２１１とを連結している。すなわち、排出部２１２の出口（下流端）は、オイルフランジ２３の取付面に開口している。排出部２１２の上流端は、環状部２１１の下流端に連なっている。延在部２１３は、軸受収容部２５と導入部２１０とを連結している。すなわち、延在部２１３の出口（下流端）は、軸受収容部２５に開口している。延在部２１３の上流端は、導入部２１０に連なっている。

水パイプフランジ５０は、ボルト５００により、水フランジ２２に取り付けられている。水パイプフランジ５０には、導入パイプ５０１、排出パイプ５０２が取り付けられている。導入パイプ５０１は、導入部２００に連なっている。排出パイプ５０２は、排出部２０２に連なっている。水パイプフランジ５０と水フランジ２２との間には、ガスケット５０３が介装されている。

オイルパイプフランジ５１は、ボルト５１０により、オイルフランジ２３に取り付けられている。オイルパイプフランジ５１には、導入パイプ５１１、排出パイプ５１２が取り付けられている。導入パイプ５１１、排出パイプ５１２は、本発明の「オイルパイプ」の概念に含まれる。導入パイプ５１１は、導入部２１０に連なっている。排出パイプ５１２は、排出部２１２に連なっている。オイルパイプフランジ５１とオイルフランジ２３との間には、ガスケット５１３が介装されている。

ジャーナル軸受９１は、軸受収容部２４に収容されている。スラスト軸受９２は、軸受収容部２５に収容されている。コンプレッサハウジング３は、ベアリングハウジング２の前側に配置されている。タービンハウジング４は、ベアリングハウジング２の後側に配置されている。回転部９０は、ベアリングハウジング２に対して、回転可能である。回転部９０は、回転軸９００と、コンプレッサインペラ９０１と、タービンインペラ９０２と、スラストカラー９０３と、を備えている。回転軸９００は、ベアリングハウジング２を前後方向に貫通している。スラストカラー９０３は、回転軸９００の外周面に固定されている。コンプレッサインペラ９０１は回転軸９００の前端に、タービンインペラ９０２は回転軸９００の後端に、各々連なっている。

＜冷却水、潤滑油の流れ＞
次に、本実施形態のハウジングアセンブリにおける、冷却水Ｃ、潤滑油Ｏの流れについて説明する。潤滑油Ｏは、導入パイプ５１１から、導入部２１０に供給される。潤滑油Ｏは、環状部２１１を介して、ジャーナル軸受９１と回転軸９００との摺動界面に供給される。潤滑油Ｏは、排出部２１２から、排出パイプ５１２に排出される。また、潤滑油Ｏは、延在部２１３を介して、スラスト軸受９２とスラストカラー９０３との摺動界面に供給される。冷却水Ｃは、導入パイプ５０１から、導入部２００に供給される。冷却水Ｃは、環状部２０１を流動する際、環状部２１１を流動する潤滑油Ｏと、熱交換を行う。すなわち、冷却水Ｃは潤滑油Ｏを冷却する。熱交換により昇温した冷却水Ｃは、排出部２０２から、排出パイプ５０２に排出される。

＜ベアリングハウジングの製造方法＞
次に、本実施形態のベアリングハウジングの製造方法について説明する。図４に、本実施形態のベアリングハウジングの製造方法に用いられる鋳型の径方向断面図を示す。なお、図４は、図２（Ｂ）に対応している。図４においては、図３の水路２０と同様に、水路形成部２０ａを実線の密ハッチングで示す。また、図３の油路２１と同様に、油路形成部２１ａを点線の疎ハッチングで示す。

図４に示すように、鋳型（砂型）６は、上型６０と下型６１とを備えている。上型６０と下型６１との間には、キャビティ２ａが区画されている。キャビティ２ａは、ベアリングハウジング２に、対応している。キャビティ２ａは、水フランジ形成部２２ａと、オイルフランジ形成部２３ａと、を備えている。水フランジ形成部２２ａは水フランジ２２に、オイルフランジ形成部２３ａはオイルフランジ２３に、各々対応している。オイルフランジ形成部２３ａには、凸状の溝形成部２３０ａが配置されている。溝形成部２３０ａは、溝２３０に対応している。

キャビティ２ａには、崩壊中子６２が配置されている。崩壊中子６２は、鋳砂と樹脂バインダーとにより形成されている。崩壊中子６２は、水路形成部２０ａと油路形成部２１ａとを備えている。

水路形成部２０ａは、導入部形成部２００ａと、環状部形成部２０１ａと、排出部形成部２０２ａと、支持部２０３ａと、を備えている。導入部形成部２００ａは導入部２００に、環状部形成部２０１ａは環状部２０１に、排出部形成部２０２ａは排出部２０２に、支持部２０３ａは連通部２０３に、各々対応している。導入部形成部２００ａ、排出部形成部２０２ａは、各々水フランジ形成部２２ａに連なっている。支持部２０３ａは、オイルフランジ形成部２３ａに連なっている。導入部形成部２００ａ、排出部形成部２０２ａ、支持部２０３ａは、各々型面に支持されている。

油路形成部２１ａは、導入部形成部２１０ａと、環状部形成部２１１ａと、排出部形成部２１２ａと、延在部形成部（図２（Ａ）に示す延在部２１３を形成する部分）と、を備えている。導入部形成部２１０ａは導入部２１０に、環状部形成部２１１ａは環状部２１１に、排出部形成部２１２ａは排出部２１２に、延在部形成部は延在部２１３に、各々対応している。導入部形成部２１０ａ、排出部形成部２１２ａは、各々オイルフランジ形成部２３ａに連なっている。延在部形成部は、軸受収容部形成部（図２（Ａ）に示す軸受収容部２５を形成する部分）に連なっている。導入部形成部２１０ａ、排出部形成部２１２ａ、延在部形成部は、各々型面に支持されている。

ベアリングハウジング２の鋳造時においては、型締め後の鋳型６のキャビティ２ａに、溶湯が注入される。キャビティ２ａにおいて溶湯が冷却、固化することにより、ベアリングハウジング２が形成される。また、崩壊中子６２を崩すことにより、ベアリングハウジング２に、水路２０、油路２１が形成される。

＜作用効果＞
次に、本実施形態のハウジングアセンブリおよびベアリングハウジングの製造方法の作用効果について説明する。図２（Ｂ）に示すように、本実施形態のハウジングアセンブリＡによると、水路２０は、連通部（図４に示す支持部２０３ａの崩壊跡）２０３を有している。連通部２０３は、オイルパイプフランジ５１により封止されている。このため、連通部２０３から冷却水Ｃが漏出するのを、抑制することができる。また、連通部２０３を塞ぐのに、栓部材は不要である。

また、図４に示すように、本実施形態のベアリングハウジング２の製造方法によると、キャビティ２ａに溶湯を注ぐ際、水路形成部２０ａの環状部形成部２０１ａは、導入部形成部２００ａ、排出部形成部２０２ａのみならず、支持部２０３ａにも支持されている。すなわち、環状部形成部２０１ａは、型面（水フランジ形成部２２ａおよびオイルフランジ形成部２３ａ）により、二方向から両持ち梁状に支持されている。このため、鋳造時に、水路形成部２０ａが揺動しにくい。

また、仮に、水路形成部２０ａに支持部２０３ａが配置されていない場合、環状部形成部２０１ａは、型面（水フランジ形成部２２ａのみ）により、一方向から片持ち梁状に支持されることになる。この場合、環状部形成部２０１ａの揺動を抑制するためには、例えば導入部形成部２００ａ、排出部形成部２０２ａを太くするなどの対策を施す必要がある。

この点、本実施形態の水路形成部２０ａには、支持部２０３ａが配置されている。このため、環状部形成部２０１ａを、二方向から両持ち梁状に支持することができる。したがって、敢えて導入部形成部２００ａ、排出部形成部２０２ａを太くしなくても（勿論、太くしてもよい）、環状部形成部２０１ａの揺動を抑制することができる。

また、キャビティ２ａに溶湯を注ぐ際、油路形成部２１ａの環状部形成部２１１ａは、導入部形成部２１０ａ、排出部形成部２１２ａのみならず、延在部形成部にも支持されている。すなわち、環状部形成部２１１ａは、型面により、二方向から両持ち梁状に支持されている。このため、鋳造時に、油路形成部２１ａが揺動しにくい。

また、図２（Ｂ）に示すように、オイルフランジ２３の取付面には、溝２３０が配置されている。溝２３０は、連通部２０３の出口と、排出部２１２の出口と、の間に配置されている。このため、排出部２１２の出口から漏出した潤滑油Ｏを、溝２３０に導入し、オイルフランジ２３の取付面から排出することができる。したがって、潤滑油Ｏが連通部２０３の出口に流入するのを、抑制することができる。同様に、連通部２０３の出口から漏出した冷却水Ｃを、溝２３０に導入し、オイルフランジ２３の取付面から排出することができる。したがって、冷却水Ｃが排出部２１２の出口に流入するのを、抑制することができる。

＜その他＞
以上、本発明のハウジングアセンブリおよびベアリングハウジングの製造方法の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

ベアリングハウジング２の製造方法において、回転軸９００（図１参照）用の孔やボルト５００、５１０（図２（Ｂ）参照）用の孔を形成するタイミングは特に限定しない。例えば、ベアリングハウジング２の鋳造時にこれらの孔を形成してもよい。また、ベアリングハウジング２の鋳造後にこれらの孔を形成してもよい。

図２（Ｂ）に示す水フランジ２２とオイルフランジ２３との位相のずれは特に限定しない。位相のずれは、軸受収容部２４の軸心を中心として、例えば、３０°、６０°、１８０°などであってもよい。

図３に示す水路２０、油路２１の形状、配置、数は特に限定しない。油路２１は、ターボチャージャ１の所望の部位（例えば、ジャーナル軸受９１、スラスト軸受９２）を潤滑できればよい。水路２０は、所望の部位（例えば、油路２１）を冷却できればよい。冷却水（冷却液）Ｃ、潤滑油Ｏの種類は特に限定しない。連通部２０３（支持部２０３ａ）の形状、配置、数は特に限定しない。図４に示すキャビティ２ａにおける崩壊中子６２の揺動を抑制できればよい。鋳型６の構成は特に限定しない。例えば、溶湯の供給位置は特に限定しない。

図２（Ｂ）、図３に示すオイルフランジ２３に、複数の溝２３０を並置してもよい。この場合、排出部２１２の出口に近い溝２３０により、排出部２１２の出口から漏出した潤滑油Ｏを、オイルフランジ２３の取付面から排出してもよい。同様に、連通部２０３の出口に近い溝２３０により、連通部２０３の出口から漏出した冷却水Ｃを、オイルフランジ２３の取付面から排出してもよい。

１：ターボチャージャ、２：ベアリングハウジング、２ａ：キャビティ、３：コンプレッサハウジング、４：タービンハウジング、６：鋳型、２０：水路、２０ａ：水路形成部、２１：油路、２１ａ：油路形成部、２２：水フランジ、２２ａ：水フランジ形成部、２３：オイルフランジ、２３ａ：オイルフランジ形成部、２４：軸受収容部、２５：軸受収容部、５０：水パイプフランジ、５１：オイルパイプフランジ、６０：上型、６１：下型、６２：崩壊中子、９０：回転部、９１：ジャーナル軸受、９２：スラスト軸受、２００：導入部、２００ａ：導入部形成部、２０１：環状部、２０１ａ：環状部形成部、２０２：排出部、２０２ａ：排出部形成部、２０３：連通部、２０３ａ：支持部、２１０：導入部、２１０ａ：導入部形成部、２１１：環状部、２１１ａ：環状部形成部、２１２：排出部、２１２ａ：排出部形成部、２１３：延在部、２３０：溝、２３０ａ：溝形成部、５００：ボルト、５０１：導入パイプ、５０２：排出パイプ、５０３：ガスケット、５１０：ボルト、５１１：導入パイプ（オイルパイプ）、５１２：排出パイプ（オイルパイプ）、５１３：ガスケット、９００：回転軸、９０１：コンプレッサインペラ、９０２：タービンインペラ、９０３：スラストカラー、Ａ：ハウジングアセンブリ、Ｃ：冷却水、Ｏ：潤滑油

Claims (3)

1. 潤滑油が流れる油路と、冷却水が流れる水路と、前記油路が開口するオイルフランジと、前記水路が開口する水フランジと、を備えるベアリングハウジングと、
   前記オイルフランジを封止し、前記油路に連通するオイルパイプが連結されるオイルパイプフランジと、
   を備えるハウジングアセンブリであって、
   前記水路は、前記オイルフランジに開口し、前記オイルパイプフランジに封止される連通部を有することを特徴とするハウジングアセンブリ。
2. 前記オイルフランジは、前記油路の開口と、前記連通部の開口と、の間に配置される溝を有する請求項１に記載のハウジングアセンブリ。
3. 請求項１または請求項２に記載のベアリングハウジングを、崩壊中子が配置されたキャビティを有する鋳型を用いて、鋳造するベアリングハウジングの製造方法であって、
   前記キャビティは、前記水フランジを形成する水フランジ形成部と、前記オイルフランジを形成するオイルフランジ形成部と、を有し、
   前記崩壊中子は、前記水フランジ形成部に連なり前記水路を形成する水路形成部を有し、
   前記水路形成部は、前記オイルフランジ形成部に支持される支持部を有し、
   前記連通部は、前記支持部の崩壊跡であることを特徴とするベアリングハウジングの製造方法。

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