JP7339043B2 - LAMINATED MAKING METHOD AND TWIN SCROLL CASING - Google Patents
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Description
本開示は、積層造形方法及びツインスクロールケーシングに関する。 The present disclosure relates to additive manufacturing methods and twin scroll casings.
金属を積層して製品を造形する3次元積層造形(付加的製造方法:additive manufacturing)によって、金属の積層方向下向きの面を有するオーバーハング部を造形するためには、オーバーハング部を造形するとともにオーバーハング部を支えるサポートも造形する。サポートは他にも、造形部品の変形防止や熱伝導性向上、形状支持の機能を有しており、多様な造形シーンで使用されている。サポートは、造形後に除去する必要があるが、作業者や工具がアクセスできない狭隘部等では、タガネやハンマ等の工具でのサポート除去が困難な場合が多い。サポートの造形密度を下げて低強度にすることによりショットブラストでサポートを除去することも可能であるが、サポートが低強度であると、造形中にオーバーハング部が変形したり、破損したりする可能性がある。 In order to form an overhang having a downward surface in the metal lamination direction by three-dimensional additive manufacturing (additive manufacturing) in which metals are laminated to form a product, the overhang must be formed and The support that supports the overhang is also modeled. Supports also have other functions such as preventing deformation of molded parts, improving thermal conductivity, and supporting shapes, and are used in various molding scenes. The supports need to be removed after molding, but in narrow spaces that are inaccessible to workers and tools, it is often difficult to remove the supports with tools such as chisels and hammers. It is possible to remove supports by shot blasting by lowering the build density of the supports to make them weaker, but if the supports are of low strength, the overhangs will deform or break during the build. there is a possibility.
サポートを除去するためのものではないが、様々な製品の表面上の汚れや被膜等にドライアイスペレットを噴射して、ドライアイスペレットが昇華する際の小爆発現象で汚れや被膜等を粉砕除去する技術が、例えば特許文献1~4に記載されている。
Although it is not used to remove supports, dry ice pellets are sprayed onto dirt and film on the surface of various products, and the small explosion phenomenon when the dry ice pellets sublime pulverizes and removes dirt and film. Techniques for doing so are described in
本発明者らの鋭意検討の結果、ドライアイスペレットが昇華する際の小爆発現象を利用してサポートを粉砕除去できることが明らかになった。尚、特許文献1~4のいずれも、サポートの除去については記載していない。
As a result of intensive studies by the present inventors, it has become clear that the support can be pulverized and removed by using a small explosion phenomenon when dry ice pellets sublimate. None of
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも1つの実施形態は、サポートを除去し易くすることのできる積層造形方法を提供することを目的とする。 In view of the circumstances described above, an object of at least one embodiment of the present disclosure is to provide an additive manufacturing method capable of facilitating the removal of supports.
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る積層造形方法は、
金属を積層して、隔壁によって2つの流路に隔たれたツインスクロール流路を含むツインスクロールケーシング及び前記ツインスクロール流路の少なくとも一部の領域に位置するサポートを造形するステップと、
前記サポートに粒状のドライアイスペレットを噴射するステップと、
を備える。
(1) A layered manufacturing method according to at least one embodiment of the present invention,
Laminating metal to form a twin scroll casing including a twin scroll passage separated into two passages by a partition wall and a support located in at least a partial region of the twin scroll passage;
spraying granular dry ice pellets onto the support;
Prepare.
上記(1)の方法によれば、ツインスクロールケーシングとサポートとを形成後にサポートに粒状のドライアイスペレットを噴射することにより、ドライアイスペレットが昇華する際の小爆発現象によってサポートの少なくとも一部が粉砕されてサポートが除去されるので、サポートを除去し易くすることができる。 According to the method (1) above, after the twin scroll casing and the support are formed, by injecting granular dry ice pellets onto the support, at least a part of the support is destroyed by a small explosion phenomenon when the dry ice pellets sublimate. Supports can be easier to remove because they are pulverized to remove them.
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の方法において、前記造形するステップは、前記ツインスクロール流路のうち、少なくとも、積層方向を90度としたときのオーバーハング角度が45度以下となる領域に前記サポートを造形する。 (2) In some embodiments, in the method of (1) above, in the step of shaping, at least the overhang angle of the twin scroll flow path is 45 degrees or less when the stacking direction is 90 degrees. The support is shaped in the area of
上記(2)の方法によれば、ツインスクロール流路のうち、少なくとも、積層方向を90度としたときのオーバーハング角度が45度以下となる領域にサポートを造形した後、サポートに粒状のドライアイスペレットを噴射すると、ドライアイスペレットが昇華する際の小爆発現象によってサポートの少なくとも一部が粉砕されてサポートが除去されるので、サポートを除去し易くすることができる。 According to the above method (2), after forming the support in at least a region in which the overhang angle is 45 degrees or less when the stacking direction is 90 degrees in the twin scroll flow path, granular drying is applied to the support. When the ice pellets are injected, at least a part of the support is pulverized by a small explosion phenomenon when the dry ice pellet sublimates, and the support is removed. Therefore, the support can be easily removed.
(3)幾つかの実施形態では、上記(2)の方法において、前記造形するステップは、前記ツインスクロール流路のうち、少なくとも、前記オーバーハング角度が65度以下となる領域に前記サポートを造形する。 (3) In some embodiments, in the method of (2) above, the forming step includes forming the support at least in a region where the overhang angle is 65 degrees or less in the twin scroll flow path. do.
上記(3)の方法によれば、ツインスクロール流路のうち、少なくとも、オーバーハング角度が65度以下となる領域にサポートを造形した後、サポートに粒状のドライアイスペレットを噴射すると、ドライアイスペレットが昇華する際の小爆発現象によってサポートの少なくとも一部が粉砕されてサポートが除去されるので、サポートを除去し易くすることができる。 According to the above method (3), at least in the twin scroll channel, after forming the support in the region where the overhang angle is 65 degrees or less, when granular dry ice pellets are injected into the support, dry ice pellets At least a portion of the support is pulverized by a small explosion phenomenon when sublimating the support, and the support is removed, so that the support can be easily removed.
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(3)の何れかの方法において、前記造形するステップは、前記少なくとも一部の領域に位置し、内部に空隙を有する前記サポートを造形する。 (4) In some embodiments, in the method of any one of (1) to (3) above, the shaping step includes shaping the support located in the at least partial region and having a void therein. do.
上記(4)の方法によれば、サポートの空隙に噴射されたドライアイスペレットのそれぞれが部分的に侵入することで、ドライアイスペレットが昇華する際の小爆発現象によってサポートが粉砕され易くなるので、サポートをさらに除去し易くすることができる。 According to the method (4) above, each of the dry ice pellets sprayed into the voids of the support partially penetrates, so that the support is easily pulverized by a small explosion phenomenon when the dry ice pellets sublimate. , can make the support even easier to remove.
(5)幾つかの実施形態では、上記(4)の方法において、前記造形するステップは、前記少なくとも一部の領域に位置し、フレームにより構成される単位構造であって内部に空隙を有する前記単位構造の繰り返しで構成される三次元構造を含む前記サポートを造形する。 (5) In some embodiments, in the method of (4) above, in the step of shaping, the unit structure located in the at least partial region and configured by a frame and having a void inside The support is shaped to include a three-dimensional structure composed of repeating unit structures.
上記(5)の方法によれば、フレームの寸法を適宜設定することで、サポートとしての強度を確保しつつドライアイスペレットが昇華する際の小爆発現象によってサポートの少なくとも一部が粉砕され易くなるすることができる。 According to the above method (5), by appropriately setting the dimensions of the frame, at least a part of the support is easily pulverized by a small explosion phenomenon when the dry ice pellets are sublimated while ensuring the strength of the support. can do.
(6)幾つかの実施形態では、上記(5)の方法において、前記造形するステップは、前記少なくとも一部の領域に位置し、前記フレームが八面体の辺を形成するように配置された前記単位構造の繰り返しで構成される前記三次元構造を含む前記サポートを造形する。 (6) In some embodiments, in the method of (5) above, the shaping step includes the shaping step located in the at least partial region, and the frames arranged to form sides of an octahedron. The support is shaped including the three-dimensional structure composed of repeating unit structures.
上記(6)の方法によれば、造形時におけるフレーム自身のオーバーハング角度、すなわち積層方向を90度としたときのオーバーハング角度が小さくなり過ぎることを抑制できるので、フレームが造形し易くなる。
また、上記(6)の方法によれば、フレームの何れの向きからドライアイスペレットを噴射しても八面体の辺を形成するように配置されたフレームによって囲まれた孔からドライアイスペレットのそれぞれが部分的に侵入し易くなる。これにより、フレームの何れの向きからドライアイスペレットを噴射してもドライアイスペレットが昇華する際の小爆発現象によってサポートが粉砕され易くなるので、サポートを除去し易くすることができる。
さらに、上述した三次元構造を含むことでサポートとしての強度を確保できるので、造形時のツインスクロールケーシングの変形を効果的に抑制して、ツインスクロールケーシングの寸法精度を向上できる。
According to the above method (6), it is possible to prevent the overhang angle of the frame itself during molding, that is, the overhang angle when the stacking direction is 90 degrees, from becoming too small, so that the frame can be easily molded.
Further, according to the method (6), the dry ice pellets are ejected from the holes surrounded by the frame arranged so as to form the sides of the octahedron regardless of which direction of the frame the dry ice pellets are ejected from. becomes easier to partially invade. As a result, even if the dry ice pellets are jetted from any direction of the frame, the support can be easily pulverized by a small explosion phenomenon when the dry ice pellets sublime, so that the support can be easily removed.
Furthermore, since the three-dimensional structure described above is included, strength as a support can be ensured, so deformation of the twin-scroll casing during molding can be effectively suppressed, and the dimensional accuracy of the twin-scroll casing can be improved.
(7)幾つかの実施形態では、上記(5)又は(6)の方法において、前記造形するステップは、前記空隙の大きさが1.0mm以上である前記三次元構造を含む前記サポートを造形する。 (7) In some embodiments, in the method of (5) or (6), the forming step forms the support including the three-dimensional structure in which the void size is 1.0 mm or more. do.
発明者らが鋭意検討した結果、上記空隙の大きさが1.0mm以上であると、ドライアイスペレットが昇華する際の小爆発現象によってサポートが粉砕され易くなり、サポートを除去し易くなることが判明した。
したがって、上記(7)の方法によれば、サポートを除去し易くすることができる。
As a result of intensive studies by the inventors, it has been found that when the size of the void is 1.0 mm or more, the support is easily pulverized by a small explosion phenomenon when the dry ice pellets are sublimated, and the support is easily removed. found.
Therefore, according to the method (7) above, the support can be easily removed.
(8)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(7)の何れかの方法において、前記造形するステップは、前記隔壁を造形するときの入熱量の5%以上30%以下の入熱量で前記少なくとも一部の領域に位置する前記サポートを造形する。 (8) In some embodiments, in any one of the above methods (1) to (7), the shaping step includes a heat input of 5% or more and 30% or less of the heat input when shaping the partition wall. to shape the support located in the at least one region.
発明者らが鋭意検討した結果、サポートを造形する時の入熱量、すなわち、サポートの造形時に照射するエネルギービームの照射面積当たりのエネルギーの大きさを隔壁を造形するときの入熱量の5%以上30%以下とすると、サポートとしての強度を確保しつつ、ドライアイスペレットが昇華する際の小爆発現象によってサポートが粉砕され易くなることが判明した。
したがって上記(8)の方法によれば、サポートとしての強度を確保しつつ、サポートを除去し易くすることができる。
As a result of diligent studies by the inventors, the amount of heat input when molding the support, that is, the magnitude of the energy per irradiation area of the energy beam irradiated during molding of the support, is 5% or more of the heat input when molding the partition wall. It has been found that when the content is 30% or less, the support is easily pulverized by a small explosion phenomenon when the dry ice pellets are sublimated while ensuring the strength of the support.
Therefore, according to the above method (8), the support can be easily removed while ensuring the strength of the support.
(9)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(8)の何れかの方法において、前記造形するステップは、ニッケル合金、コバルト合金、又は、チタン合金の何れかの金属を積層して前記サポートを造形するようにしてもよい。 (9) In some embodiments, in the method of any one of (1) to (8) above, the shaping step includes stacking metals of nickel alloy, cobalt alloy, or titanium alloy. The support may be shaped.
(10)幾つかの実施形態では、上記(9)の方法において、前記造形するステップは、耐熱鋼又はステンレス鋼の粉末を用いて前記サポートを造形するようにしてもよい。 (10) In some embodiments, in the method of (9), the shaping step may use powder of heat resistant steel or stainless steel to shape the support.
(11)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(10)の何れかの方法において、前記噴射するステップは、前記ツインスクロールケーシングの外部から前記ツインスクロール流路に対して、前記ツインスクロールケーシングの径方向内側からアクセス可能に構成されたノズルを介して、前記少なくとも一部の領域に位置する前記サポートに前記ドライアイスペレットを噴射する。 (11) In some embodiments, in the method according to any one of (1) to (10) above, the step of injecting includes: The dry ice pellets are sprayed onto the support located in the at least partial region through a nozzle configured to be accessible from the radially inner side of the casing.
ツインスクロールケーシングを有する回転機械では、ツインスクロール流路よりもツインスクロールケーシングの径方向内側の領域に羽根車が配置される。そのため、ツインスクロールケーシングでは、該領域とツインスクロール流路とが連通しており、ツインスクロールケーシングの径方向内側からツインスクロール流路にアクセス可能である。
上記(11)の方法によれば、ツインスクロールケーシングの径方向内側からアクセス可能に構成されたノズルを介して、上記少なくとも一部の領域に位置するサポートにドライアイスペレットを噴射するので、該サポートに比較的近い位置から該サポートに対してドライアイスペレットを噴射できるので、該サポートをより除去し易くすることができる。
In a rotating machine having a twin-scroll casing, an impeller is arranged in a region radially inside the twin-scroll casing with respect to the twin-scroll passage. Therefore, in the twin-scroll casing, the region communicates with the twin-scroll flow path, and the twin-scroll flow path can be accessed from the radially inner side of the twin-scroll casing.
According to the method (11) above, the dry ice pellets are jetted onto the support located in the at least partial region through the nozzle configured to be accessible from the radially inner side of the twin scroll casing. Since the dry ice pellets can be jetted against the support from a position relatively close to the support, the support can be more easily removed.
(12)幾つかの実施形態では、上記(11)の方法において、前記噴射するステップは、前記ツインスクロールケーシングにおいて前記径方向内側で開口している前記ツインスクロール流路の開口部に沿うように先端部が構成された前記ノズルを介して、前記少なくとも一部の領域に位置する前記サポートに前記ドライアイスペレットを噴射する。 (12) In some embodiments, in the method of (11) above, the step of injecting is along an opening of the twin-scroll flow path that is open radially inward in the twin-scroll casing. The dry ice pellets are sprayed onto the support located in the at least one region through the nozzle having a tip.
上記(12)の方法によれば、上記開口部にノズルの先端部を近づけてサポートにドライアイスペレットを噴射することで、該サポートに比較的近い位置から該サポートに対してドライアイスペレットを噴射できるので、該サポートをより除去し易くすることができる。 According to the above method (12), the tip of the nozzle is brought close to the opening to inject dry ice pellets onto the support, thereby injecting dry ice pellets onto the support from a position relatively close to the support. Since it can be done, the support can be made easier to remove.
(13)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(12)の何れかの方法において、前記噴射するステップの終了後、前記少なくとも一部の領域にショットブラストを行って前記ツインスクロール流路の内周面の粗度を調整するステップ、をさらに備える。 (13) In some embodiments, in the method according to any one of (1) to (12) above, after the step of injecting, shot blasting is performed on the at least part of the region to and adjusting the roughness of the inner peripheral surface of the.
上記(13)の方法によれば、ツインスクロール流路においてサポートが造形されていた領域とサポートが造形されていなかった領域とでの内周面の粗度の差を抑制できる。 According to the method (13) above, it is possible to suppress the difference in roughness of the inner peripheral surface between the region where the support is formed and the region where the support is not formed in the twin scroll flow path.
(14)本発明の少なくとも一実施形態に係るツインスクロールケーシングは、
ツインスクロール流路の2つの流路の間に設けられて前記2つの流路を隔てる隔壁と、
前記ツインスクロール流路を形成する壁部と、
を備え、
前記壁部及び前記隔壁は、前記ツインスクロール流路の全周にわたって積層造形により一体成型されている。
(14) A twin scroll casing according to at least one embodiment of the present invention,
a partition provided between two flow paths of the twin scroll flow path to separate the two flow paths;
a wall portion forming the twin scroll flow path;
with
The wall portion and the partition wall are integrally formed by lamination molding over the entire circumference of the twin-scroll flow path.
上記(14)の構成によれば、上記壁部及び上記隔壁についての鋳造用の金型を作成しなくてもよいので、金型のコストを抑制できる。 According to the configuration (14) above, since it is not necessary to prepare a mold for casting the wall portion and the partition wall, the cost of the mold can be suppressed.
(15)幾つかの実施形態では、上記(14)の構成において、前記ツインスクロールケーシングの外周面の少なくとも一部の領域の表面粗さは、前記ツインスクロール流路のうち、前記ツインスクロールケーシングの軸線を挟んで前記少なくとも一部の領域とは反対側に位置する領域の表面粗さよりも大きい。 (15) In some embodiments, in the configuration of (14) above, the surface roughness of at least a part of the outer peripheral surface of the twin-scroll casing is The surface roughness is greater than that of a region located on the opposite side of the at least one region across the axis.
例えば、上記壁部及び上記隔壁を含むツインスクロールケーシングを積層造形によって造形する場合、積層造形時に下側に空洞を有する部分、すなわちオーバーハング領域にサポートを形成することがある。ツインスクロールケーシングの外周面の上記少なくとも一部の領域にサポートが形成されていた場合、ツインスクロール流路における上記反対側に位置する領域にもサポートが形成されていることが多い。この場合、サポートを除去した後の外周面の該少なくとも一部の領域及びツインスクロール流路における該反対側に位置する領域の表面粗さは、例えばショットブラスト等の表面粗さを小さくするための処理が十分でなければ、サポートが形成されていなかった領域の表面粗さよりも粗くなることが考えられる。
しかし、ツインスクロール流路における該反対側に位置する領域の表面粗さとツインスクロール流路における他の領域の表面粗さとの差が比較的大きくなると、ツインスクロール流路を流れる流体の流れに悪影響を及ぼすおそれがある。
上記(15)の構成によれば、外周面の該少なくとも一部の領域の表面粗さは、ツインスクロール流路における該反対側に位置する領域の表面粗さよりも大きい。すなわち、ツインスクロール流路における該反対側に位置する領域の表面粗さは、外周面の該少なくとも一部の領域の表面粗さよりも小さい。したがって、上記(15)の構成によれば、ツインスクロール流路における該反対側に位置する領域の表面粗さが外周面の該少なくとも一部の領域の表面粗さと同じか大きい場合と比べて、ツインスクロール流路における該反対側に位置する領域の表面粗さがツインスクロール流路を流れる流体の流れに及ぼす影響を抑制できる。
For example, when a twin-scroll casing including the wall portion and the partition wall is modeled by additive manufacturing, a support may be formed in a portion having a cavity on the lower side, ie, an overhang region, during additive manufacturing. When the support is formed in at least the partial region of the outer peripheral surface of the twin scroll casing, the support is often formed in the region located on the opposite side of the twin scroll flow path. In this case, the surface roughness of the at least partial region of the outer peripheral surface after the support is removed and the region located on the opposite side of the twin-scroll flow path is reduced by shot blasting, for example. If the treatment is not sufficient, it is conceivable that the surface roughness will be greater than that of the areas where the support was not formed.
However, if the difference between the surface roughness of the area located on the opposite side of the twin-scroll flow path and the surface roughness of the other area of the twin-scroll flow path becomes relatively large, the flow of fluid flowing through the twin-scroll flow path is adversely affected. There is a risk of
With configuration (15) above, the surface roughness of the at least partial region of the outer peripheral surface is greater than the surface roughness of the region located on the opposite side of the twin-scroll flow path. That is, the surface roughness of the region located on the opposite side of the twin scroll flow path is smaller than the surface roughness of the at least part of the outer peripheral surface. Therefore, according to the above configuration (15), compared to the case where the surface roughness of the region located on the opposite side of the twin scroll flow path is equal to or greater than the surface roughness of the at least part of the outer peripheral surface, It is possible to suppress the influence of the surface roughness of the region located on the opposite side of the twin-scroll flow path on the flow of the fluid flowing through the twin-scroll flow path.
本発明の少なくとも一実施形態によれば、サポートを除去し易くすることのできる積層造形方法を提供できる。 According to at least one embodiment of the present invention, it is possible to provide a layered manufacturing method that allows the support to be easily removed.
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Several embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, and are merely illustrative examples. do not have.
For example, expressions denoting relative or absolute arrangements such as "in a direction", "along a direction", "parallel", "perpendicular", "center", "concentric" or "coaxial" are strictly not only represents such an arrangement, but also represents a state of relative displacement with a tolerance or an angle or distance to the extent that the same function can be obtained.
For example, expressions such as "identical", "equal", and "homogeneous", which express that things are in the same state, not only express the state of being strictly equal, but also have tolerances or differences to the extent that the same function can be obtained. It shall also represent the existing state.
For example, expressions that express shapes such as squares and cylinders do not only represent shapes such as squares and cylinders in a geometrically strict sense, but also include irregularities and chamfers to the extent that the same effect can be obtained. Shapes including parts etc. shall also be represented.
On the other hand, the expressions "comprising", "comprising", "having", "including", or "having" one component are not exclusive expressions excluding the presence of other components.
(ターボチャージャ1について)
図1は、幾つかの実施形態に係るターボチャージャのケーシングについて、後述するように積層造形時の姿勢を示す図である。図2は、幾つかの実施形態に係るターボチャージャのケーシングのうち、ツインスクロールケーシングの断面を模式的に示した図である。
以下、本開示に係るツインスクロールケーシングを有する回転機械の一例としてターボチャージャを例に挙げて説明する。
幾つかの実施形態に係るターボチャージャ1は、例えば自動車などの車両に搭載されるエンジンの吸気を過給するための排気ターボ過給機である。
ターボチャージャ1は、ロータシャフト2を回転軸として連結されたタービンホイール3及び不図示のコンプレッサホイールと、タービンホイール3を回転自在に収容するタービンハウジング5と、ロータシャフト2を回転可能に支持する不図示の軸受と、該軸受を収容するベアリングハウジング4と、コンプレッサホイールを回転自在に収容する不図示のコンプレッサハウジングとを有する。
(Regarding turbocharger 1)
FIG. 1 is a diagram showing a posture of a casing of a turbocharger according to some embodiments during lamination manufacturing as described below. FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section of a twin scroll casing among turbocharger casings according to some embodiments.
Hereinafter, a turbocharger will be described as an example of a rotating machine having a twin scroll casing according to the present disclosure.
A
The
(タービン7)
幾つかの実施形態に係るタービン7は、タービンホイール3と、タービンハウジング5とを備える。なお、幾つかの実施形態に係るターボチャージャ1は、タービンハウジング5に2つの排ガス導入路(ツインスクロール流路)が形成されたツインスクロールターボチャージャである。以下の説明では、タービンハウジング5をツインスクロールケーシング5とも呼ぶ。
(Turbine 7)
A
後で詳述するが、図1に示すように、幾つかの実施形態に係るターボチャージャ1では、金属を積層して製品を造形する3次元積層造形(付加的製造方法:additive manufacturing)によって、ベアリングハウジング4とツインスクロールケーシング5とが一つの部材として一体的に造形されている。なお、幾つかの実施形態に係るターボチャージャ1では、ツインスクロールケーシング5が一つの部材として、ベアリングハウジング4とは別に一体的に造形されていてもよい。
As will be described in detail later, as shown in FIG. 1 , in the
(ツインスクロールケーシング5)
幾つかの実施形態に係るツインスクロールケーシング5は、隔壁51によって2つの流路53、55に隔たれたツインスクロール流路50を含んでいる。幾つかの実施形態に係るツインスクロールケーシング5は、ツインスクロール流路50を形成する壁部52を備えている。
幾つかの実施形態に係るターボチャージャ1では、ツインスクロール流路50よりもツインスクロールケーシング5の径方向内側の領域5aに羽根車(タービンホイール3)が配置される。したがって、幾つかの実施形態に係るツインスクロールケーシング5では、該領域5aとツインスクロール流路50とが連通している。具体的には、幾つかの実施形態に係るツインスクロールケーシング5には、開口部57が形成されている。開口部57は、ツインスクロール流路50の開口部であり、ロータシャフト2の軸線AXを中心とする径方向内側で開口している。
(Twin scroll casing 5)
The twin-
In the
以下の説明では、ロータシャフト2の軸線AXを中心とする径方向を単に径方向とも呼び、軸線AXを中心とする径方向内側を単に径方向内側とも呼び、軸線AXを中心とする径方向外側を単に径方向外側とも呼ぶ。また、以下の説明では、ロータシャフト2の軸線AXを中心とする周方向を単に周方向とも呼ぶ。
In the following description, the radial direction centered on the axis AX of the
幾つかの実施形態に係るツインスクロールケーシング5は、隔壁51は、ツインスクロール流路50の内周面から径方向内側に向かって突出するように形成されている。隔壁51の径方向内側の先端部51aは、開口部57の近傍に位置している。
In the
幾つかの実施形態に係るタービン7では、例えば不図示のエンジンの不図示のエキゾーストに接続された接続部13からツインスクロールケーシング5内に流入した排気ガスは、ツインスクロール流路50を流れてタービンホイール3に作用する。タービンホイール3に作用した排気ガスは、ロータシャフト2の軸方向に開口する排ガス流出口15からツインスクロールケーシング5の外部へと排出される。
In the
(ツインスクロールケーシング5の製造方法について)
以下、上述したツインスクロールケーシング5の製造方法について説明する。図3は、幾つかの実施形態に係る積層造形方法における処理手順を示すフローチャートである。
幾つかの実施形態に係る積層造形方法は、造形工程S10と、噴射工程S20と、粗度調整工程S30とを備えている。
(About the manufacturing method of the twin scroll casing 5)
A method of manufacturing the above-described
A layered manufacturing method according to some embodiments includes a modeling step S10, an injection step S20, and a roughness adjusting step S30.
(造形工程S10の概要について)
幾つかの実施形態に係る造形工程S10は、金属を積層して、隔壁51によって2つの流路53、55に隔たれたツインスクロール流路50を含むツインスクロールケーシング5及びツインスクロール流路50の少なくとも一部の領域に位置するサポート100を造形する工程である。幾つかの実施形態に係る造形工程S10では、粉末床溶融法(Powder Bed Fusion: PBF)、指向性エネルギー体積法(Directed Energy Deposition: DED)、結合剤噴射法(Binder Jetting: BJ)、選択的レーザー溶融法(Selective Laser Manufacturing:SLM)やレーザ肉盛溶接法(Laser Metal Deposition:LMD)等の各方式の何れかによって、ツインスクロールケーシング5及びサポート100を造形する。
(Overview of modeling process S10)
In the forming step S10 according to some embodiments, at least the
幾つかの実施形態に係る造形工程S10では、上記何れかの方式による積層造形方法によって、少なくともツインスクロールケーシング5が一つの部材として一体的に造形される。すなわち、幾つかの実施形態に係るツインスクロールケーシング5は、隔壁51と壁部52とを備えている。そして、幾つかの実施形態に係る壁部52及び隔壁51は、ツインスクロール流路50の全周にわたって積層造形により一体成型されている。
これにより、壁部52及び隔壁51についての鋳造用の金型を作成しなくてもよいので、金型のコストを抑制できる。
例えばツインスクロール流路50の2つの流路53、55の流路の形状が変更する必要が生じても、鋳造用の金型を作成しなくてもよいので、製造のための準備期間やコストを抑制できる。幾つかの実施形態に係る積層造形方法は、特に、少数しか製造しないツインスクロール流路50の試作品の製造に適している。
In the modeling step S10 according to some embodiments, at least the
As a result, there is no need to create a casting mold for the wall portion 52 and the
For example, even if it is necessary to change the shape of the two
なお、幾つかの実施形態に係る造形工程S10では、噴射工程S20において、後述するように噴射されたドライアイスペレットが昇華する際の小爆発の衝撃を受けられるようにするために、上記少なくとも一部の領域に位置するサポート100がドライアイスペレットを保持可能な構成となるようにサポート100を造形する。
造形工程S10の詳細については、後で説明する。
In the modeling step S10 according to some embodiments, in the injection step S20, the at least one The
Details of the modeling step S10 will be described later.
(噴射工程S20の概要について)
幾つかの実施形態に係る噴射工程S20は、サポート100に粒状のドライアイスペレットを噴射する工程である。幾つかの実施形態に係る噴射工程S20では、サポート100に粒状のドライアイスペレットを噴射することで、サポート100を粉砕して除去する。
(Overview of injection step S20)
The injection step S20 according to some embodiments is a step of injecting granular dry ice pellets onto the
図4は、幾つかの実施形態に係るサポート100が噴射されたドライアイスペレットによって除去される原理を説明するための模式的な図である。幾つかの実施形態では、上記少なくとも一部の領域に位置するサポート100は、後述するように、例えば、噴射されたドライアイスペレットのそれぞれが少なくとも部分的に侵入可能な複数の孔(空隙120)を有する多孔体として形成されるとよい。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the principle that the
図4に示すように、サポート100に対して噴射されたドライアイスペレット30は、サポート100の空隙120に少なくとも部分的に侵入する。この状態でドライアイスペレット30が昇華すると、気体の二酸化炭素の体積がドライアイスペレット30の体積の約800倍に膨張する小爆発が発生する。この小爆発の衝撃によって空隙120を画定するフレーム111が破壊される。この現象が複数の空隙120で生じることにより、サポート100が粉砕される。尚、フレーム111の強度によっては、噴射されたドライアイスペレット30がフレーム111に衝突する際の衝撃でフレーム111が破壊される場合もある。
なお、噴射工程S20の詳細については、後で説明する。
As shown in FIG. 4 , the
In addition, the detail of injection process S20 is demonstrated later.
(粗度調整工程S30の概要について)
幾つかの実施形態に係る粗度調整工程S30は、噴射工程S20の終了後、サポート100が形成されていた領域に、たとえばショットブラストを行ってツインスクロール流路50の内周面50aの粗度を調整する工程である。
例えば、ツインスクロール流路50におけるサポート100が形成されていた領域の表面粗さとツインスクロール流路50における他の領域の表面粗さとの差が比較的大きくなると、ツインスクロール流路50を流れる流体の流れに悪影響を及ぼすおそれがある。
幾つかの実施形態に係る粗度調整工程S30を実施することで、ツインスクロール流路50においてサポート100が造形されていた領域とサポート100が造形されていなかった領域とでの内周面50aの粗度の差を抑制できる。これにより、上述したような悪影響を抑制して、タービン7の効率低下を抑制できる。
(Overview of Roughness Adjustment Step S30)
In the roughness adjusting step S30 according to some embodiments, after the jetting step S20 is completed, the region where the
For example, when the difference between the surface roughness of the region where the
By performing the roughness adjustment step S30 according to some embodiments, the inner
なお、幾つかの実施形態に係る粗度調整工程S30では、主に、サポート100が形成されていた領域のうち、ツインスクロール流路50の内周面50aに対してショットブラストを行うが、サポート100が形成されていた領域のうち、ツインスクロール流路50の内周面50a以外の領域にショットブラストを行ってもよい。例えば、排ガス流出口15の内周面においてサポート100が形成されていた領域にショットブラストを行うことで、タービン7の効率低下を抑制できる。
In addition, in the roughness adjusting step S30 according to some embodiments, shot blasting is mainly performed on the inner
上述した幾つかの実施形態に係る積層造形方法は、造形工程S10と、噴射工程S20とを備えるので、ツインスクロールケーシング5とサポート100とを形成後にサポート100に粒状のドライアイスペレット30を噴射することにより、ドライアイスペレット30が昇華する際の小爆発現象によってサポート100の少なくとも一部が粉砕されてサポート100が除去されるので、サポート100を除去し易くすることができる。
Since the layered manufacturing method according to some of the embodiments described above includes the modeling step S10 and the injection step S20, the granular
(サポート100について)
金属を積層して製品を造形する3次元積層造形(付加的製造方法:additive manufacturing)によって、金属の積層方向下向きの面を有するオーバーハング部を造形するためには、オーバーハング部を造形するとともにオーバーハング部を支えるサポート100も造形する。サポート100は他にも、造形部品の変形防止や熱伝導性向上、形状支持の機能を有しており、多様な造形シーンで使用されている。
幾つかの実施形態では、例えばツインスクロールケーシング5の外周面におけるオーバーハング部や、排ガス流出口15の内周面におけるオーバーハング部、ツインスクロール流路50におけるオーバーハング部等、各オーバーハング部を造形するとともにサポート100も造形する。
(About Support 100)
In order to form an overhang having a downward surface in the metal lamination direction by three-dimensional additive manufacturing (additive manufacturing) in which metals are laminated to form a product, the overhang must be formed and A
In some embodiments, each overhang part such as an overhang part on the outer peripheral surface of the
幾つかの実施形態では、ツインスクロールケーシング5の周方向全体にわたって一体的に造形するため、ツインスクロール流路50におけるオーバーハング部にサポート100を造形する。
図5は、ツインスクロール流路50に造形したサポート100の一例を説明するための模式的な図である。なお、図5は、オーバーハング部60における後述するオーバーハング角度θoが45度以下となる領域にサポート100を造形した場合の例を示す模式的な図である。
図6は、ツインスクロール流路50に造形したサポート100の他の一例を説明するための模式的な図である。なお、図6は、オーバーハング部60におけるオーバーハング角度θoが65度以下となる領域にサポート100を造形した場合の例を示す模式的な図である。
図7は、図1におけるVII矢視によるツインスクロールケーシング5の外観を模式的に示す図であり、ツインスクロール流路50に造形するサポート100の周方向における造形範囲の一例を説明するための図である。
In some embodiments, supports 100 are molded into the overhangs of the twin-
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an example of the
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining another example of the
FIG. 7 is a diagram schematically showing the external appearance of the
幾つかの実施形態では、積層造形時のタービンハウジング5の姿勢は、オーバーハング部の形成の容易さや、造形後のサポート100の除去のし易さ等を考慮して決定される。幾つかの実施形態では、図1に示すように、積層造形時のタービンハウジング5の姿勢は、軸線AXの高さ位置が排ガス流出口15の上流側よりも下流側の方が高くなるように傾斜した姿勢とされる。
In some embodiments, the attitude of the
なお、各図の説明において、図1に示した積層造形時のタービンハウジング5の姿勢に基づいて方向を次のように規定する。すなわち積層造形時の鉛直方向をz軸にとり、鉛直上方をz軸方向の正の方向とする。そして、水平方向のうち、積層造形時のタービンハウジング5を鉛直上方から見たときに軸線AXの延在方向と重なる方向をx軸にとり、排ガス流出口15の下流側から上流側に向かう向きをx軸方向の正の方向とする。水平方向のうち、x軸と直交する方向をy軸にとり、軸線AXから接続部13に向かう向きをy軸方向の正の方向とする。
また、x軸と軸線AXとのなす角度を軸線AXの傾斜角度θaxとする。オーバハング部を形成する下向きの面の延在方向とx軸とのなす角度をオーバーハング角度θoとする。すなわち、水平面のオーバーハング角度は0度であり、鉛直面のオーバーハング角度は90度である。
造形工程S10では、鉛直上方に向かって金属を順次積層して製品を造形する。したがって、造形工程S10において、金属の積層方向は鉛直上方、すなわちz軸方向の正の方向である。
In the description of each figure, the directions are defined as follows based on the posture of the
The angle formed by the x-axis and the axis AX is defined as the inclination angle θax of the axis AX. An overhang angle θo is defined as an angle between the extending direction of the downward surface forming the overhang portion and the x-axis. That is, the overhang angle on the horizontal plane is 0 degrees and the overhang angle on the vertical plane is 90 degrees.
In the modeling step S10, the product is modeled by sequentially stacking metals vertically upward. Therefore, in the modeling step S10, the metal lamination direction is vertically upward, that is, the positive direction of the z-axis direction.
幾つかの実施形態では、図5に示すように、造形工程S10において、ツインスクロール流路50のうち、少なくとも、積層方向を90度としたときのオーバーハング角度θoが0度以上45度以下となる領域61にサポート100を造形する。
これにより、ツインスクロール流路50のうち、少なくとも、積層方向を90度としたときのオーバーハング角度が0度以上45度以下となる領域61にサポート100を造形した後、サポート100に粒状のドライアイスペレット30を噴射すると、ドライアイスペレット30が昇華する際の小爆発現象によってサポート100の少なくとも一部が粉砕されてサポート100が除去されるので、サポート100を除去し易くすることができる。
また、ツインスクロール流路50のうち、オーバーハング角度θoが0度以上45度以下となる領域にサポート100を造形することで、該領域の寸法精度を確保できる。
In some embodiments, as shown in FIG. 5, in the molding step S10, at least the overhang angle θo of the twin
As a result, after forming the
Further, by forming the
幾つかの実施形態では、図6に示すように、造形工程S10において、ツインスクロール流路50のうち、少なくとも、オーバーハング角度θoが0度以上65度以下となる領域62にサポート100を造形してもよい。
これにより、ツインスクロール流路50のうち、少なくとも、オーバーハング角度θoが0度以上65度以下となる領域62にサポート100を造形した後、サポート100に粒状のドライアイスペレット30を噴射すると、ドライアイスペレット30が昇華する際の小爆発現象によってサポート100の少なくとも一部が粉砕されてサポート100が除去されるので、サポート100を除去し易くすることができる。
In some embodiments, as shown in FIG. 6, in the forming step S10, the
As a result, after forming the
また、ツインスクロール流路50のうち、オーバーハング角度θoが0度以上65度以下となる領域にサポート100を造形することで、オーバーハング角度が45度を超え65度以下となる領域の寸法精度もさらに確保できる。
In addition, by molding the
なお、幾つかの実施形態では、ツインスクロール流路50に造形するサポート100の周方向における造形範囲(角度範囲θc)は、図7に示すように、鉛直方向で最も上方となる位置を中心として、周方向に沿って例えば60度(θc=60°)としてもよい。
In addition, in some embodiments, the forming range (angle range θc) in the circumferential direction of the
(サポート100に細部について)
幾つかの実施形態に係るサポート100は、オーバーハング部60を支えるだけでなく、積層造形時の熱収縮に起因する変形防止等の機能を有している。そのためサポート100にはある程度の強度が必要となる。一方、幾つかの実施形態に係るサポート100は、上述したように、ドライアイスペレット30の小爆発の衝撃によって破壊され易いことが求められている。
特に幾つかの実施形態に係るツインスクロールケーシング5では、ツインスクロール流路50に造形したサポート100を除去するためには、比較的狭い開口部57から2つの流路53、55の内部にドライアイスペレット30を供給しなければならない。例えばツインスクロールケーシング5の外周面におけるオーバーハング部や、排ガス流出口15の内周面におけるオーバーハング部のように、ツインスクロールケーシング5の外部から比較的アクセスし易い領域と比べると、ツインスクロール流路50の内部は比較的アクセスし難い領域である。そのため、ツインスクロール流路50の内部に造形されたサポート100は、サポートとしての強度を確保しつつ、積層造形後の除去が容易であることが望まれる。
(See
The
Particularly in the
そこで、幾つかの実施形態に係るサポート100では、以下の構成を備えることで、サポート100としての強度の確保と、積層造形後の除去の容易さとを持ち合わせるようにしている。以下の説明では、ツインスクロール流路50に造形するサポート100について主に説明するが、ツインスクロール流路50以外の領域に造形するサポート100についても適用可能である。
以下の説明では、ツインスクロール流路50に造形するサポート100のことを、特に流路内サポート110とも呼ぶ。
また、以下の説明では、ツインスクロール流路の少なくとも一部の領域である上記領域61又は上記領域62のことを、形成領域63とも呼ぶ。
Therefore, the
In the following description, the
Further, in the following description, the region 61 or the region 62 that is at least a part of the twin-scroll flow path is also called a forming region 63 .
具体的には、幾つかの実施形態では、流路内サポート110は、内部に空隙120を有する。すなわち、幾つかの実施形態では、造形工程S10において、少なくとも形成領域63に位置し、内部に空隙120を有する流路内サポート110を造形する。
これにより、流路内サポート110の空隙120に噴射されたドライアイスペレット30のそれぞれが部分的に侵入することで、ドライアイスペレット30が昇華する際の小爆発現象によって流路内サポート110が粉砕され易くなるので、流路内サポート110をさらに除去し易くすることができる。
Specifically, in some embodiments, the intrachannel support 110 has
As a result, each of the
内部に空隙120を有するように形成される流路内サポート110の細部の構成は、種々の構成を適用できる。例えば、幾つかの実施形態では、流路内サポート110は、フレーム111により構成される単位構造であって内部に空隙120を有する該単位構造の繰り返しで構成される三次元構造を含んでいてもよい。
図8は、上記三次元構造の一例を模式的に示す斜視図である。図8では、流路内サポート110の一部について図示している。
図8に示す流路内サポート110は、フレーム111により構成される単位構造131であって内部に空隙120を有する単位構造131の繰り返しで構成される三次元構造130を含んでいる。
すなわち、幾つかの実施形態では、造形工程S10において、少なくとも形成領域63に位置し、フレーム111により構成される単位構造131であって内部に空隙120を有する単位構造131の繰り返しで構成される三次元構造130を含む流路内サポート110を造形する。
これにより、フレーム111の寸法を適宜設定することで、流路内サポート110としての強度を確保しつつドライアイスペレット30が昇華する際の小爆発現象によって流路内サポート110の少なくとも一部が粉砕され易くなるすることができる。
Various configurations can be applied to the detailed configuration of the in-channel support 110 formed to have the void 120 inside. For example, in some embodiments, the intra-channel support 110 may include a three-dimensional structure composed of repetitions of unit structures composed of
FIG. 8 is a perspective view schematically showing an example of the three-dimensional structure. FIG. 8 illustrates a part of the in-channel support 110 .
The in-flow-path support 110 shown in FIG. 8 includes a three-dimensional structure 130 formed by repeating unit structures 131 formed by
That is, in some embodiments, in the modeling step S10, at least the unit structure 131 located in the forming region 63 and configured by the
As a result, by appropriately setting the dimensions of the
なお、サポート100を造形する時の入熱量、すなわち、サポート100の造形時に照射するエネルギービームの照射面積当たりのエネルギーの大きさをツインスクロールケーシング5を造形するときの入熱量よりも小さくしてサポート100を多孔質状に造形するだけでは、サポートとしての強度を確保するのが難しい。
これに対して、幾つかの実施形態では、単位構造131の繰り返しで構成される三次元構造130を有することで、流路内サポート110の強度を比較的大きくすることができるので、サポートとしての強度を確保できる。
The amount of heat input when molding the
On the other hand, in some embodiments, by having the three-dimensional structure 130 configured by repeating the unit structures 131, the strength of the in-channel support 110 can be relatively increased. Strength can be secured.
また、幾つかの実施形態によれば、単位構造の空隙120の寸法等を変更することでドライアイスペレット30による流路内サポート110の除去性を制御可能となる。
Further, according to some embodiments, it is possible to control the removability of the in-channel support 110 by the
(三次元構造130について)
図8に示した三次元構造130について、さらに説明する。
図8に示す一実施形態に係る三次元構造130では、フレーム111は、それぞれ異なる方向に延在する軸部113と、異なる軸部113の端部同士が接続された接続部114とを含んでいる。図8に示す一実施形態では、軸部113は、例えばそれぞれが異なる方向に延在する4つの軸部113a~113dを含んでいる。すなわち、図8に示す一実施形態に係る三次元構造130では、フレーム111は、3次元ネットワーク状のフレームである。
(Regarding the three-dimensional structure 130)
The three-dimensional structure 130 shown in FIG. 8 will be further described.
In a three-dimensional structure 130 according to an embodiment shown in FIG. 8, a
例えば図8に示した流路内サポート110のように、流路内サポート110は、少なくとも、第1延在方向に延在する複数の第1の軸部113である第1軸状部材と、該第1延在方向と交差する第2延在方向に延在する複数の第2の軸部113である第2軸状部材とを含んでいてもよい。そして、複数の第1の軸部113の少なくとも一つと、複数の第2の軸部113の少なくとも一つとは、接続部114で互いに接続されていてもよい。 For example, like the in-channel support 110 shown in FIG. 8, the in-channel support 110 includes at least a first shaft-shaped member that is a plurality of first shaft portions 113 extending in the first extending direction; A second shaft-like member, which is a plurality of second shaft portions 113 extending in a second extending direction that intersects with the first extending direction, may also be included. At least one of the plurality of first shaft portions 113 and at least one of the plurality of second shaft portions 113 may be connected to each other by a connection portion 114 .
図9は、図8に示す一実施形態における三次元構造130の単位構造131の斜視図である。図8に示す一実施形態では、三次元構造130の単位構造131は、図9に示すように、2つの四角錐141A、141Bの底面同士を重ね合わせた形状となる単位格子140を有しており、それぞれの四角錐141A、141Bにおいて、頂点143と底面の角145とを結ぶ線分に相当する位置に軸部113が配置されている。
すなわち、図8に示す一実施形態では、フレーム111は、八面体の辺を形成するように配置されている。
なお、図8に示す一実施形態における三次元構造130では、単位格子140は、2つの四角錐141A、141Bの底面同士を重ね合わせると図9に示すような形状となる。また、図8に示す一実施形態における三次元構造130では、単位格子140は、2つの四角錐141A、141Bの頂部同士を重ね合わせると図10に示すような形状となる。すなわち、図10は、図8に示す一実施形態における三次元構造130の単位構造131の斜視図である。
図8~10に示すような単位格子140を有する流路内サポート110であれば、積層造形時には、軸部113が水平方向と交差する方向に延在することとなるので、上記記載で例とした挙げたPBF法、DED法、BJ法、SLM法やLMD法などの各方式等の積層造形法であっても、形成が容易となる。
FIG. 9 is a perspective view of a unit feature 131 of the three-dimensional structure 130 in one embodiment shown in FIG. In one embodiment shown in FIG. 8, the unit structure 131 of the three-dimensional structure 130 has a unit cell 140 having a shape in which the bottom surfaces of two
That is, in one embodiment shown in FIG. 8, frames 111 are arranged to form the sides of an octahedron.
In addition, in the three-dimensional structure 130 in one embodiment shown in FIG. 8, the unit cell 140 has a shape as shown in FIG. 9 when the bottom surfaces of the two
In the case of the in-channel support 110 having the unit lattice 140 as shown in FIGS. Formation is facilitated even in the layered manufacturing methods such as the PBF method, the DED method, the BJ method, the SLM method, the LMD method, and the like.
すなわち、幾つかの実施形態では、造形工程S10において、少なくとも形成領域63に位置し、フレーム111が八面体の辺を形成するように配置された単位構造131の繰り返しで構成される三次元構造130を含む流路内サポート110を造形する。
これにより、積層造形時におけるフレーム111自身のオーバーハング角度θoが小さくなり過ぎることを抑制できるので、フレーム111が造形し易くなる。
また、幾つかの実施形態によれば、フレーム111の何れの向きからドライアイスペレット30を噴射しても八面体の辺を形成するように配置されたフレーム111によって囲まれた孔121からドライアイスペレット30のそれぞれが部分的に侵入し易くなる。これにより、フレーム111の何れの向きからドライアイスペレット30を噴射してもドライアイスペレット30が昇華する際の小爆発現象によって流路内サポート110が粉砕され易くなるので、流路内サポート110を除去し易くすることができる。
さらに、上述した三次元構造130を含むことでサポートとしての強度を確保できるので、積層造形時のツインスクロールケーシング5の変形を効果的に抑制して、ツインスクロールケーシング5の寸法精度を向上できる。
That is, in some embodiments, in the modeling step S10, the three-dimensional structure 130 is formed by repeating unit structures 131 positioned at least in the formation region 63 and arranged so that the
As a result, it is possible to prevent the overhang angle θo of the
Also, according to some embodiments, the
Furthermore, since the three-dimensional structure 130 described above is included, the strength as a support can be ensured, so deformation of the
なお、発明者らが鋭意検討した結果、幾つかの実施形態に係るツインスクロールケーシング5の中でも、特に、隔壁51において、積層造形時の熱収縮に起因すると考えられる変形が生じ易いことが判明した。
その点、幾つかの実施形態によれば、例えば図5、6に示すように、隔壁51を下方からサポートするように流路内サポート110を造形することで、積層造形時に変形し易い部位の変形を効果的に抑制できる。
As a result of intensive studies by the inventors, it was found that among the
In this respect, according to some embodiments, for example, as shown in FIGS. Deformation can be effectively suppressed.
(空隙120の寸法について)
また、発明者らが鋭意検討した結果、空隙120の大きさが1.0mm以上であると、ドライアイスペレット30が昇華する際の小爆発現象によって流路内サポート110が粉砕され易くなり、流路内サポート110を除去し易くなることが判明した。
したがって、幾つかの実施形態では、造形工程S10において、空隙120の大きさが1.0mm以上である三次元構造130を含む流路内サポート110を造形するとよい。
これにより、流路内サポート110を除去し易くすることができる。
(Regarding the dimensions of the gap 120)
Further, as a result of extensive studies by the inventors, it was found that if the size of the
Therefore, in some embodiments, in the modeling step S10, it is preferable to model the intra-channel support 110 including the three-dimensional structure 130 in which the size of the void 120 is 1.0 mm or more.
This makes it easier to remove the in-channel support 110 .
(流路内サポート110造形時の入熱量について)
また、発明者らが鋭意検討した結果、流路内サポート110を造形する時の入熱量の大きさを隔壁51を造形するときの入熱量の5%以上30%以下とすると、流路内サポート110としての強度を確保しつつ、ドライアイスペレット30が昇華する際の小爆発現象によって流路内サポート110が粉砕され易くなることが判明した。
したがって、幾つかの実施形態では、造形工程S10において、隔壁51を造形するときの入熱量の5%以上30%以下の入熱量で少なくとも形成領域63に位置する流路内サポート110を造形するとよい。
これにより、サポートとしての強度を確保しつつ、流路内サポート110を除去し易くすることができる。
(Regarding the amount of heat input when molding the in-channel support 110)
Further, as a result of diligent studies by the inventors, if the amount of heat input when forming the in-flow-path support 110 is 5% or more and 30% or less of the amount of heat input when forming the
Therefore, in some embodiments, in the forming step S10, at least the in-flow-path support 110 located in the forming region 63 may be formed with a heat input of 5% or more and 30% or less of the heat input when forming the
As a result, the in-channel support 110 can be easily removed while ensuring the strength of the support.
具体的には、ツインスクロールケーシング5を造形する材料として、例えば耐熱鋼やステンレス鋼等のようにニッケル、クロム、モリブデン、及び鉄のそれぞれを少なくとも5質量%以上含むニッケル合金の粉末を用いることができる。上記材料を用いた場合には、積層造形時のエネルギービームの出力、エネルギービームの走査速度等を調節することで、入熱量を上記条件に設定すれば、流路内サポート110としての強度を確保しつつ、ドライアイスペレット30が昇華する際の小爆発現象によって流路内サポート110が粉砕され易くなることが判明した。
Specifically, as a material for forming the
なお、上記材料を用いた場合に、流路内サポート110を造形する時の入熱量の大きさを隔壁51を造形するときの入熱量の5%未満とすると、流路内サポート110の造形が困難となったり、流路内サポート110が造形できたとしても流路内サポート110の上方に造形される、製品となる領域に変形が生じたりするなどの不具合が生じ易い。
また、上記材料を用いた場合に、流路内サポート110を造形する時の入熱量の大きさが隔壁51を造形するときの入熱量の30%を超えると、流路内サポート110の強度が必要以上に大きくなって、積層造形後の除去性が低下してしまう。
When the above material is used, if the amount of heat input for molding the in-flow-path support 110 is set to be less than 5% of the heat input for molding the
Further, when the above material is used, if the amount of heat input when forming the in-channel support 110 exceeds 30% of the amount of heat input when forming the
なお、ツインスクロールケーシング5を造形する材料として、上記材料以外にも、以下の材料を用いることができる。すなわち、ツインスクロールケーシング5を造形する材料として例えば、コバルト合金やチタン合金等を用いてもよい。
In addition to the materials described above, the following materials can be used as materials for forming the
また、発明者らが鋭意検討した結果、流路内サポート110を造形する時の入熱量と、空隙120の大きさと、フレーム111の太さとには、次のような関係があることが判明した。図11は、流路内サポート110を造形する時の入熱量と、空隙120の大きさと、フレーム111の太さとの関係について表した図である。
図11に示すように、空隙120の大きさを小さくするほど(フレーム111同士の間隔を狭くするほど)少ない入熱量で流路内サポート110を造形できる。また、図11に示すように、フレーム111の太さを太くするほど少ない入熱量で流路内サポート110を造形できる。
Further, as a result of the inventors' intensive study, it was found that the amount of heat input when molding the in-channel support 110, the size of the
As shown in FIG. 11, the smaller the size of the space 120 (the narrower the distance between the frames 111), the smaller the amount of heat input to form the in-flow-path support 110. As shown in FIG. Further, as shown in FIG. 11, the in-flow-path support 110 can be formed with a smaller amount of heat input as the thickness of the
図11において破線で囲んだ領域201は、ドライアイスペレット30の噴射によって流路内サポート110を除去可能な範囲を表している。また、図11において、ハッチングが施されていない領域205は、流路内サポート110を造形できない範囲を表している。なお、ここで、流路内サポート110を造形できない範囲とは、フレーム111を形成できない範囲や、フレーム111を形成できても流路内サポート110として必要な強度が得られない範囲のことである。
A region 201 surrounded by a dashed line in FIG. 11 represents a range in which the in-channel support 110 can be removed by jetting the
したがって、流路内サポート110を造形でき、且つ、ドライアイスペレット30の噴射によって流路内サポート110を除去可能な範囲である領域203は、流路内サポート110の造形条件として適した条件を満たす領域である。なお、図11では、領域203を斜線のハッチングで表している。
Therefore, the region 203 , which is a range in which the in-flow-path support 110 can be molded and in which the in-flow-path support 110 can be removed by jetting the
(アタッチメントノズル80について)
図12は、噴射工程S20において、流路内サポート110に対してドライアイスペレット30を噴射するのに適したアタッチメントノズル80について説明するための図である。図13は、一実施形態に係るアタッチメントノズル80を模式的に示した斜視図である。
図12に示すように、幾つかの実施形態に係る噴射工程S20では、ツインスクロールケーシング5の外部からツインスクロール流路50に対して、ツインスクロールケーシング5の径方向内側からアクセス可能に構成されたアタッチメントノズル80を介して、少なくとも形成領域63に位置する流路内サポート110にドライアイスペレット30を噴射するようにしてもよい。一実施形態に係るアタッチメントノズル80は、ドライアイスブラストノズル83の先端に取り付け可能なアタッチメントノズルである。
(Regarding attachment nozzle 80)
FIG. 12 is a diagram for explaining the
As shown in FIG. 12 , in the injection step S20 according to some embodiments, the twin-
幾つかの実施形態に係るツインスクロールケーシング5では、上述したように領域5aとツインスクロール流路50とが連通しているので、ツインスクロールケーシング5の径方向内側からツインスクロール流路50にアクセス可能である。
したがって、ツインスクロールケーシング5の径方向内側からアクセス可能に構成されたアタッチメントノズル80を介して、少なくとも形成領域63に位置する流路内サポート110にドライアイスペレット30を噴射すことで、流路内サポート110に比較的近い位置から流路内サポート110に対してドライアイスペレット30を噴射できるので、流路内サポート110をより除去し易くすることができる。
In the twin-
Therefore, by injecting the
また、図12及び図13に示すように、一実施形態に係るアタッチメントノズル80では、ノズル先端部81は、ツインスクロール流路50の開口部57に沿うように形成されている。具体的には、一実施形態に係るアタッチメントノズル80は、ノズル先端部81がツインスクロール流路50の開口部57により接近できるように、開口部57により接近させる際にノズル先端部81がツインスクロールケーシング5と干渉する部分を切り欠いたような形状を有している。
幾つかの実施形態に係る噴射工程S20では、図12に示すように、ノズル先端部81が開口部57に沿うように形成されているアタッチメントノズル80を介して、少なくとも形成領域63に位置する流路内サポート110にドライアイスペレット30を噴射するとよい。
これにより、開口部57にアタッチメントノズル80のノズル先端部81を近づけて流路内サポート110にドライアイスペレット30を噴射することで、流路内サポート110に比較的近い位置から流路内サポート110に対してドライアイスペレット30を噴射できるので、流路内サポート110をより除去し易くすることができる。
Moreover, as shown in FIGS. 12 and 13 , in the
In the injection step S20 according to some embodiments, as shown in FIG. It is preferable to inject
As a result, the
上述した幾つかの実施形態に係る積層造形方法で造形されたツインスクロールケーシング5は、次のような形態となる場合がある。
すなわち、幾つかの実施形態に係るツインスクロールケーシング5では、ツインスクロールケーシング5の外周面5bの少なくとも一部の領域の表面粗さは、ツインスクロール流路50のうち、ツインスクロールケーシング5の軸線、すなわち軸線AXを挟んで少なくとも該一部の領域とは反対側に位置する領域の表面粗さよりも大きい。
The
That is, in the twin-
上述したように、壁部52及び隔壁51を含むツインスクロールケーシング5を積層造形によって造形する場合、積層造形時に下側に空洞を有する部分、すなわちオーバーハング部60にサポート100を形成することがある。ツインスクロールケーシング5の外周面5bの上記少なくとも一部の領域にサポート100が形成されていた場合、ツインスクロール流路50における上記反対側に位置する領域、すなわち形成領域63にもサポート100が形成されていることが多い。この場合、サポート100を除去した後の外周面5bの該少なくとも一部の領域及びツインスクロール流路50における形成領域63の表面粗さは、例えばサンドブラストやショットブラスト等の表面粗さを小さくするための処理が十分でなければ、サポート100が形成されていなかった領域の表面粗さよりも粗くなることが考えられる。
しかし、ツインスクロール流路50における形成領域63の表面粗さとツインスクロール流路50における他の領域の表面粗さとの差が比較的大きくなると、ツインスクロール流路50を流れる流体の流れに悪影響を及ぼすおそれがある。
そのため、上述したように、形成領域63にはショットブラスト処理が施されることが望ましい。
As described above, when the
However, if the difference between the surface roughness of the forming region 63 in the twin-
Therefore, as described above, the formation region 63 is desirably subjected to shot blasting.
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
尚、幾つかの実施形態に係る積層造形方法では、エネルギービームとして光ビームを照射する場合を示すが、電子ビーム等の他の形態のエネルギービームを使用する場合にも、本発明の思想は同様に適用可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes modifications of the above-described embodiments and modes in which these modes are combined as appropriate.
In addition, in the layered manufacturing method according to some embodiments, the case of irradiating a light beam as an energy beam is shown, but the idea of the present invention is the same even when using other forms of energy beams such as an electron beam. applicable to
1 ターボチャージャ
5 ツインスクロールケーシング(タービンハウジング)
30 ドライアイスペレット
50 ツインスクロール流路
60 オーバーハング部
63 形成領域
51 隔壁
57 開口部
80 アタッチメントノズル
81 先端部
100 サポート
110 流路内サポート
130 三次元構造
131 単位構造
140 単位格子
1
30
Claims (14)
前記サポートに粒状のドライアイスペレットを噴射して前記サポートの少なくとも一部を粉砕することによって前記サポートを除去するステップと、
を備える
積層造形方法。 Laminating metal to form a twin scroll casing including a twin scroll passage separated into two passages by a partition wall and a support located in at least a partial region of the twin scroll passage;
removing the support by blasting the support with granular dry ice pellets to pulverize at least a portion of the support ;
An additive manufacturing method comprising:
請求項1に記載の積層造形方法。 2. The support according to claim 1, wherein the forming step forms the support in at least a region of the twin-scroll flow path in which an overhang angle is 0 degrees or more and 45 degrees or less when the stacking direction is 90 degrees. Additive manufacturing method.
請求項1に記載の積層造形方法。 2. The support according to claim 1 , wherein the forming step forms the support in at least a region of the twin scroll channel where the overhang angle is 0 degrees or more and 65 degrees or less when the stacking direction is 90 degrees. Additive manufacturing method.
請求項1乃至3の何れか一項に記載の積層造形方法。 The layered manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the forming step forms the support located in the at least partial region and having a void inside.
請求項4に記載の積層造形方法。 The forming step forms the support including a three-dimensional structure located in the at least partial region and composed of a unit structure composed of a frame and composed of repetition of the unit structure having a void inside. The layered manufacturing method according to claim 4.
請求項5に記載の積層造形方法。 The forming step forms the support including the three-dimensional structure, which is located in the at least part of the region and is composed of repetitions of the unit structures arranged so that the frame forms the sides of an octahedron. The layered manufacturing method according to claim 5.
請求項5又は6に記載の積層造形方法。 7. The layered manufacturing method according to claim 5, wherein the forming step forms the support including the three-dimensional structure in which the size of the void is 1.0 mm or more.
請求項1乃至7の何れか一項に記載の積層造形方法。 8. The forming step forms the support located in the at least one region with a heat input of 5% or more and 30% or less of the heat input when forming the partition wall. Laminate manufacturing method according to.
請求項1乃至8の何れか一項に記載の積層造形方法。 The layered manufacturing method according to any one of claims 1 to 8, wherein the forming step forms the support by laminating any metal selected from a nickel alloy, a cobalt alloy, and a titanium alloy.
請求項9に記載の積層造形方法。 10. The additive manufacturing method of claim 9, wherein the shaping step uses powder of heat-resistant steel or stainless steel to shape the support.
請求項1乃至10の何れか一項に記載の積層造形方法。 In the step of removing the support , from the outside of the twin-scroll casing, the twin-scroll flow path is accessible from the inside of the twin-scroll casing in the radial direction through a nozzle configured to allow access to the at least part of the region. 11. The layered manufacturing method according to any one of claims 1 to 10, wherein the dry ice pellets are jetted onto the support located at .
請求項11に記載の積層造形方法。 In the step of removing the support , the at least part of the 12. The additive manufacturing method according to claim 11, wherein the dry ice pellets are sprayed onto the support located in the region of .
前記サポートに粒状のドライアイスペレットを噴射するステップと、
前記噴射するステップの終了後、前記少なくとも一部の領域にショットブラストを行って前記ツインスクロール流路の内周面の粗度を調整するステップと、
を備える
積層造形方法。 Laminating metal to form a twin scroll casing including a twin scroll passage separated into two passages by a partition wall and a support located in at least a partial region of the twin scroll passage;
spraying granular dry ice pellets onto the support;
a step of adjusting the roughness of the inner peripheral surface of the twin-scroll flow path by shot blasting the at least part of the region after the jetting step is completed;
An additive manufacturing method comprising:
前記ツインスクロール流路を形成する壁部と、
を備え、
前記壁部及び前記隔壁は、前記ツインスクロール流路の全周にわたって積層造形により一体成型されており、
ツインスクロールケーシングの外周面の少なくとも一部の領域の表面粗さは、前記ツインスクロール流路のうち、前記ツインスクロールケーシングの軸線を挟んで前記少なくとも一部の領域とは反対側に位置する領域の表面粗さよりも大きい
ツインスクロールケーシング。 a partition provided between two flow paths of the twin scroll flow path to separate the two flow paths;
a wall portion forming the twin scroll flow path;
with
The wall portion and the partition wall are integrally formed by lamination molding over the entire circumference of the twin scroll flow path,
The surface roughness of at least a partial region of the outer peripheral surface of the twin-scroll casing is the surface roughness of a region of the twin-scroll passage located opposite to the at least partial region across the axis of the twin-scroll casing. Greater than surface roughness
Twin scroll casing.
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