WO2019139068A1 - ターボチャージャの排気ケーシング及びその製造方法 - Google Patents

ターボチャージャの排気ケーシング及びその製造方法 Download PDF

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高史 須田
坂田　知昭
小澤　淳
直幸 内海
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群馬県
株式会社内外
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust casing of a turbocharger and a method of manufacturing the same.
  • An engine equipped with the turbocharger can obtain a large output with a small displacement. Therefore, in recent years, particularly in automobile engines, improvement of fuel consumption has been performed by mounting a turbocharger and downsizing the engine. While the exhaust casing of the turbocharger has heat resistance to the exhaust, high accuracy is required for the dimensions and shape as a product in order to be mounted on a miniaturized engine, for example, heat resistant stainless steel etc. It is manufactured by casting of ferrous metals.
  • the exhaust casing of the turbocharger manufactured by casting of the iron-based metal it is possible to obtain heat resistance to exhaust gas and high accuracy as a product, but at the same time, the weight increases and There is a problem that it is difficult to machine it for installation on Then, in order to solve the said problem, it is possible to form the outer shell of the exhaust casing main body of the said turbocharger with light metals, such as aluminum alloy or magnesium alloy, which is easy to machine. Further, as means for forming the outer shell of the exhaust casing main body of the turbocharger by the light metal, for example, it is conceivable that the exhaust casing main body is cast with the light metal as a core.
  • the temperature of the exhaust gas is 700-900 ° C. while the light metal has a melting point of about 650-660 ° C.
  • the light metal forms the outer shell of the exhaust casing body of the turbocharger.
  • the exhaust casing of the turbocharger of the present invention comprises an exhaust casing main body of a hollow structure turbocharger which is a cast of iron-based metal and is an inner shell, a light metal layer which is an outer shell, A heat insulating layer is provided, which is interposed between the exhaust casing main body and the light metal layer to suppress the heat radiation from the exhaust circulated through the hollow structure.
  • the exhaust casing main body of the turbocharger having a hollow structure to be the inner shell is made of a cast iron-based metal, the heat resistance to exhaust flowing through the hollow structure and miniaturization It is possible to obtain a product accuracy suitable for mounting on the selected engine.
  • the outer shell of the exhaust casing main body is made of the light metal, so that the overall weight can be reduced, and machining at the time of mounting on an engine is easy. It can be done.
  • the heat insulating layer is provided between the exhaust casing main body and the light metal layer, the heat insulating layer suppresses heat dissipation from the exhaust flowing through the hollow structure. It is possible to prevent the light metal layer from melting due to heat radiation from the exhaust gas.
  • the exhaust casing of the turbocharger according to the present invention comprises, for example, a step of casting the exhaust casing main body with an iron-based metal, and a silica-based thermal insulator or gypsum forming at least a part of the outer surface of the exhaust casing main body with the heat insulation layer.
  • a heat insulating material layer by coating with a heat insulating material, and forming the heat insulating material layer on at least a part of the outer surface, using the exhaust casing main body as a core and making the core into the outer surface shape of the exhaust casing
  • the light metal layer is disposed in a mold having a matching inner surface shape, the molten metal of the light metal is poured into the cavity formed between the core and the mold, and the exhaust casing main body is cast with the light metal. And the step of forming the first layer.
  • the exhaust casing main body is cast with an iron-based metal. Then, at least a part of the outer surface of the exhaust casing main body obtained by the casting is covered with a heat insulating material made of silica based heat insulating material or gypsum forming the heat insulating layer to form a heat insulating material layer.
  • the exhaust casing main body provided with the heat insulating material layer on at least a part of the outer surface is used as a core, and the core is disposed in a mold having an inner surface shape conforming to the outer surface shape of the exhaust casing, the core
  • the light metal layer is formed by pouring a molten metal of light metal into a cavity formed between the mold and the mold and casting the exhaust casing main body with the light metal.
  • the heat insulating material layer suppresses the cooling of the molten metal of the light metal by the exhaust casing main body, and the light metal layer can be formed without causing casting defects.
  • the heat insulating layer used in the formation of the light metal layer forms the heat insulating layer in the exhaust casing of the turbocharger obtained by the first manufacturing method.
  • the exhaust casing main body including the casting sand layer on at least a part of the outer surface as a core, and the core is disposed in a mold having an inner surface shape corresponding to the outer surface shape of the exhaust casing;
  • a second manufacturing method comprising the steps of: forming a hole; removing the casting sand from the through hole; and forming an air layer as the heat insulating layer by closing the through hole. It can also be produced.
  • the exhaust casing main body is cast with an iron-based metal. Then, at least a part of the outer surface of the exhaust casing main body obtained by the casting is covered with the casting sand to form a casting sand layer.
  • the exhaust casing main body provided with the cast sand layer on at least a part of the outer surface is used as a core, and the core is disposed in a mold having an inner surface shape conforming to the outer surface shape of the exhaust casing;
  • the light metal layer is formed by pouring molten metal of light metal into a cavity formed between the mold and the exhaust casing body by casting the exhaust casing body with the light metal.
  • the surface of the cast sand layer is roughened, air and water vapor released from the exhaust casing main body can escape to the outside of the cavity along the rough surface of the cast sand layer.
  • the cast sand layer acts as a heat insulating material, cooling of the molten metal of the light metal by the exhaust casing main body is suppressed, and the light metal layer can be formed without causing casting defects.
  • An air layer can be formed as the heat insulating layer in the exhaust casing of the turbocharger obtained by the second manufacturing method.
  • the heat insulating layer in the exhaust casing of the turbocharger obtained by the second manufacturing method is formed using the casting sand layer used for forming the light metal layer. be able to.
  • the trace of the casting sand layer may be filled with granular ceramic from the through hole.
  • the heat insulating layer made of the granular ceramic can be formed by closing the through holes, and also in this case, the cast sand layer used to form the light metal layer Can be used to form the heat insulating layer in the exhaust casing of the turbocharger obtained by the second manufacturing method.
  • FIG. 1A The perspective view which shows the structure of the exhaust casing of the turbocharger of this invention BB sectional drawing of FIG. 1A.
  • BB sectional drawing of FIG. 2A Explanatory sectional drawing of the type
  • FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view of a mold used for casting a light metal layer of an exhaust casing of a turbocharger of the present invention shown in FIG. 1.
  • the exhaust casing 1 of the turbocharger includes an exhaust casing main body 2 of a hollow structure turbocharger serving as an inner shell, a light metal layer 3 serving as an outer shell, an exhaust casing main body 2 and a light metal And a heat insulating layer 4 interposed between the layer 3 and the layer 3.
  • the exhaust casing main body 2 is made of a cast of iron-based metal and has a hollow structure 21 through which exhaust gas is circulated. On the outer surface, the exhaust casing main body 2 is positioned when setting the light metal layer 3 in the mold of the light metal layer 3 at the time of casting. It has a tongue-like projection 23 provided with a through hole 22 for regulating.
  • the hollow structure 21 includes an air inlet 24 opened to the outer surface of the exhaust casing 1 and an air outlet 25.
  • heat-resistant stainless steel such as SCH 13 can be used as the iron-based metal.
  • the light metal layer 3 is made of, for example, an aluminum alloy such as AC 4A or a magnesium alloy, and is formed so as to surround the air inlet 24 and the air outlet 25.
  • the heat insulation layer 4 suppresses (heat-insulates) the heat radiation from the exhaust flowing through the hollow structure 21 to prevent the light metal layer 3 from melting due to the heat radiation from the exhaust, and a silica-based heat insulating material (for example, It may be made of a heat insulating material composed of Silex (trade name) manufactured by Nichias Co., Ltd., isowool (trade name) manufactured by Isolight Industrial Co., Ltd. or gypsum, or may be made of an air layer.
  • the exhaust casing main body 2 shown in FIGS. 2A and 2B is cast.
  • the exhaust casing main body 2 is provided with the hollow structure 21 through which the exhaust gas is circulated, and on the outer surface, when the light metal layer 3 is cast in the mold of the light metal layer 3 during casting. It is provided with a tongue-like projection 23 provided with a through hole 22 and may further be provided with a positioning projection (not shown) of the light metal layer 3.
  • the hollow structure 21 includes an air inlet 24 and an air outlet 25 that open to the outer surface.
  • the first mold 5 is internally provided with an inner surface 51 having a shape corresponding to the outer surface shape of the exhaust casing main body 2 and a hollow portion 52 formed by the inner surface 51, and the hollow portion of the exhaust casing main body 2 is formed in the hollow portion 52.
  • a cavity 54 is formed between the inner surface 51 of the first mold 5 and the outer surface of the core 53.
  • the first mold 5 can be divided into a plurality of split molds by a parting line (not shown), and is formed of a sand mold. Further, the first mold 5 is provided with a runner (not shown) communicating with the cavity 54 and a tap (not shown) communicating with the runner, and may further be provided with a pouring water (not shown). In addition, the sand mold forming the first mold 5 or the core 53 can be formed by using casting sand according to a method known per se.
  • a molten metal of a heat resistant stainless steel or other iron-based metal such as SCH 13 is injected into the cavity 54 from the sprue, solidified by cooling, and then released as shown in FIG. An exhaust casing body 2 is obtained.
  • At least a part of the outer surface of the exhaust casing main body 2 is made of a heat insulating material made of silica-based heat insulating material or gypsum forming the heat insulating layer 4. Coating is performed to form the heat insulating material layer 26, and a coated exhaust casing main body 6 in which at least a part of the outer surface is covered by the heat insulating material layer 26 is formed.
  • the heat insulating material layer 26 may cover at least a part of the outer surface of the exhaust casing main body 2, specifically, a portion where the light metal layer 3 is formed.
  • the positioning projections (not shown) of the light metal layer 3 and the light metal layer 3 may be exposed from the heat insulating material layer 26.
  • the heat insulating material layer 26 is made of, for example, a heat insulating material made of silica-based heat insulating material (for example, Siltex (trade name) manufactured by Nichias Co., Ltd., Isowool (trade name) manufactured by Isolight Industries Ltd.) or gypsum. It can be formed as
  • a highly flexible sheet-like heat insulating material for example, Siltex (trade name) manufactured by NICHIAS CORPORATION
  • Siltex trade name
  • NICHIAS CORPORATION a highly flexible sheet-like heat insulating material
  • the three-dimensional shape of is developed into a plan view, and then the punched die (bic mold) of the plan view is manufactured, and the heat insulating material is die-cut by the punched die.
  • a heat-resistant inorganic adhesive for example, Chaostic (trade name) manufactured by Isolight Industries, Inc.
  • the heat insulating material layer 26 is formed by sticking an agent and drying by heating.
  • a mold is formed by transferring a portion to be formed of the heat insulating material layer 26 on the outer surface of the exhaust casing main body 2. Expand the shape into a plan view. Next, a cotton-like heat-insulating material (for example, Isowool (trade name) manufactured by Isolight Industries, Ltd.) is mixed with water and the slurry-like bulk is sucked, stuck to the mold, and heat-dried and cured. Obtain a molded article. And the site
  • Isowool trade name
  • the exhaust casing main body 2 is set in a mold for gypsum molding, and the mold (for example, gypsum high stone C-2 type NK for nonfoaming casting manufactured by Yoshino Gypsum Sales Co., Ltd. (product The heat insulating material layer 26 is formed by pouring the name)) and naturally drying.
  • the mold for example, gypsum high stone C-2 type NK for nonfoaming casting manufactured by Yoshino Gypsum Sales Co., Ltd. (product The heat insulating material layer 26 is formed by pouring the name)
  • the coated exhaust casing main body 6 is cast with a light metal such as an aluminum alloy such as AC 4 A or a magnesium alloy using the second mold 7 shown in FIG. Form.
  • a light metal such as an aluminum alloy such as AC 4 A or a magnesium alloy
  • the second mold 7 is internally provided with an inner surface 71 having a shape conforming to the outer surface shape of the light metal layer 3 and a cavity 72 formed by the inner surface 71, and the coated exhaust casing main body 6 is placed in the cavity 72.
  • a cavity 74 is formed between the inner surface 71 of the second mold 7 and the outer surface of the core 73.
  • the second mold 7 can be divided into a plurality of split molds by a parting line (not shown), and may be a sand mold or a mold. Further, the second mold 7 is provided with a runner (not shown) communicating with the cavity 74 and a tap (not shown) communicating with the runner, and may further be provided with a pouring water (not shown). Further, the sand mold forming the second mold 7 can be formed by using casting sand according to a method known per se.
  • a molten metal of a light metal such as an aluminum alloy or a magnesium alloy such as AC 4A is injected into the cavity 74 from the sprue and solidified by cooling.
  • the air contained in the exhaust casing main body 2 and the moisture contained in the heat insulating material layer 26 are vaporized by the heat of the molten metal to generate a gas such as water vapor.
  • a gas such as water vapor.
  • the unevenness is formed on the surface of the heat insulating material layer 26 by the heat insulating material, the gas can be released to the outside of the cavity 74 along the unevenness of the surface of the heat insulating material layer 26.
  • the heat insulating material layer 26 suppresses the cooling of the molten metal by the exhaust casing main body 2, so that the light metal layer 3 can be formed without causing casting defects.
  • the exhaust gas from the engine is supplied to the air inlet 24 of the hollow structure 21 and discharged from the air outlet 25.
  • the light metal such as aluminum alloy or magnesium alloy forming the light metal layer 3 has a melting point of about 650 to 660 ° C., while the exhaust temperature is 700 to 900 ° C. There is a concern that melting may occur as a result of the heat released from the exhaust gas being circulated through the H.21.
  • the heat insulating material layer 26 used to suppress the cooling of the molten metal of the light metal acts as the heat treatment layer 4 for the heat radiation from the exhaust gas.
  • the light metal layer 3 is not melted by the heat radiation from the exhaust gas which is melted.
  • At least a part of the outer surface of the exhaust casing main body 2 is covered with the heat insulating material to form the heat insulating material layer 26.
  • the heat insulating material instead of the heat insulating material, casting sand is used A sand layer may be formed. Since the casting sand layer has a rough surface whose surface is the casting sand, the gas such as water vapor generated from the exhaust casing main body 2 along the rough surface of the casting sand layer is the same as the heat insulating material layer 26.
  • the cast sand layer acts as a heat insulating material when the molten metal is injected into the cavity 74, the cooling of the molten metal by the exhaust casing main body 2 is suppressed, and the light metal layer 3 is formed without causing casting defects. can do.
  • the cast sand layer can be formed to cover at least a part of the outer surface of the exhaust casing main body 2, specifically, the part on which the light metal layer 3 is formed, by using, for example, a shell machine.
  • the granular heat insulating material (For example, granular Microtherm (brand name) by Promat Japan, Inc.) to the trace of the said casting sand layer from the said screw hole Can be made into a granular heat insulating material layer by closing the screw hole by screwing a pipe taper screw into the screw hole and closing the screw hole, as shown in FIG. 1A and FIG. 1B.
  • the exhaust casing 1 of a turbocharger can be obtained in which the heat insulation layer 4 is made of the granular heat insulation layer.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional photograph of the exhaust casing 1 in which the light metal layer 3 is formed by casting with an aluminum alloy without forming the heat insulating material layer 26 or the casting sand layer on the outer surface of the exhaust casing main body 2 at all.

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Abstract

軽量化することができ、機械加工が容易なターボチャージャの排気ケーシング提供する。　ターボチャージャの排気ケーシング１は、鉄系金属の鋳造体からなる中空構造のターボチャージャの排気ケーシング本体２と、外殻となる軽金属層３と、排気ケーシング本体２と軽金属層３との間に介在する断熱層４とを備える。

Description

ターボチャージャの排気ケーシング及びその製造方法
　本発明は、ターボチャージャの排気ケーシング及びその製造方法に関する。
　従来、エンジンから排出される排気により、軸部材の一端に取り付けられたタービンホイールを回転させる一方、該軸部材の他端に該タービンホイールと同軸に取り付けられたコンプレッサホイールで空気を加圧してエンジンの燃焼室に供給するターボチャージャが知られている。（例えば、特許文献１参照）。
　前記ターボチャージャを搭載したエンジンは、少ない排気量で大きな出力を得ることができる。そこで、近年、特に自動車用エンジンにおいては、ターボチャージャを搭載してエンジンを小型化することにより燃費の向上を図ることが行われている。前記ターボチャージャの排気ケーシングは、前記排気に対する耐熱性を備える一方、小型化されたエンジンに搭載するために、製品としての寸法、形状等に高い精度が求められており、例えば、耐熱性ステンレス等の鉄系金属の鋳造により製造されている。
　ところが、前記鉄系金属の鋳造により製造された前記ターボチャージャの排気ケーシングによれば、排気に対する耐熱性と、製品としての高い精度とを得ることができる一方、重量が大となる上、エンジン等に搭載するための機械加工が難しいという問題がある。そこで、前記問題を解決するために、前記ターボチャージャの排気ケーシング本体の外殻を機械加工が容易なアルミニウム合金又はマグネシウム合金等の軽金属により形成することが考えられる。また、前記軽金属により前記ターボチャージャの排気ケーシング本体の外殻を形成する手段として、例えば、該排気ケーシング本体を中子として該軽金属で鋳くるむことが考えられる。
特開２０１６－１１８１３６号公報
　しかしながら、前記軽金属は融点が６５０～６６０℃程度であるのに対し、前記排気の温度は７００～９００℃であるので、前記軽金属は前記ターボチャージャの排気ケーシング本体の外殻を形成したときに該排気からの放熱により溶融する虞があるという不都合がある。
　また、排気ケーシング本体を中子として前記軽金属で鋳くるむときには、前記鉄系金属の鋳造により製造された前記排気ケーシングから放出される空気や水蒸気により、該軽金属の鋳造体にヒケ等の鋳造不良が発生することがあるという不都合がある。さらに、前記排気ケーシング本体を中子として前記軽金属で鋳くるむときには、前記軽金属の溶湯が前記排気ケーシング本体により冷却されて過早に固化して湯回りが悪くなり鋳造不良となることがあるという不都合がある。
　本発明は、かかる不都合を解消して、軽量化することができ、機械加工が容易なターボチャージャの排気ケーシングを提供することを目的とする。また、本発明は、鋳造不良を起こすことなくターボチャージャの排気ケーシングを製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
　かかる目的を達成するために、本発明のターボチャージャの排気ケーシングは、鉄系金属の鋳造体からなり内殻となる中空構造のターボチャージャの排気ケーシング本体と、外殻となる軽金属層と、該排気ケーシング本体と該軽金属層との間に介在して該中空構造に流通される排気からの放熱を抑制する断熱層とを備えることを特徴とする。
　本発明のターボチャージャの排気ケーシングによれば、内殻となる中空構造のターボチャージャの排気ケーシング本体が鉄系金属の鋳造体からなるので、該中空構造に流通する排気に対する耐熱性と、小型化されたエンジンへの搭載に適した製品精度とを得ることができる。また、本発明のターボチャージャの排気ケーシングによれば、前記排気ケーシング本体の外殻が前記軽金属からなるので、全体の重量を軽量化することができ、しかもエンジンに搭載する際の機械加工を容易とすることができる。さらに、本発明のターボチャージャの排気ケーシングによれば、前記排気ケーシング本体と前記軽金属層との間に前記断熱層を備えるので、前記中空構造に流通される排気からの放熱を該断熱層により抑制することができ、該軽金属層が該排気からの放熱により溶融することを防止することができる。
　本発明のターボチャージャの排気ケーシングは、例えば、鉄系金属により該排気ケーシング本体を鋳造する工程と、該排気ケーシング本体の外表面の少なくとも一部を前記断熱層を形成するシリカ系断熱材又は石膏からなる断熱材により被覆して断熱材層を形成する工程と、外表面の少なくとも一部に該断熱材層を備える該排気ケーシング本体を中子として、該中子を該排気ケーシングの外面形状に一致する内面形状を備える型内に配置し、該中子と該型との間に形成されるキャビティに軽金属の溶湯を注湯して該排気ケーシング本体を該軽金属により鋳くるむことにより該軽金属層を形成する工程とを備えることを特徴とする第１の製造方法により製造することができる。
　前記第１の製造方法によれば、まず、鉄系金属により前記排気ケーシング本体を鋳造する。ついで、前記鋳造により得られた前記排気ケーシング本体の外表面の少なくとも一部を前記断熱層を形成するシリカ系断熱材又は石膏からなる断熱材により被覆して断熱材層を形成する。
　そして、外表面の少なくとも一部に前記断熱材層を備える前記排気ケーシング本体を中子として、該中子を該排気ケーシングの外面形状に一致する内面形状を備える型内に配置し、該中子と該型との間に形成されるキャビティに軽金属の溶湯を注湯して該排気ケーシング本体を該軽金属により鋳くるむことにより前記軽金属層を形成する。このようにするときには、前記断熱材層の表面に凹凸が形成されるので、前記排気ケーシング本体から放出される空気や水蒸気を前記断熱材層の表面の凹凸に沿って前記キャビティの外部に逃がすことができる上、該断熱材層により、前記軽金属の溶湯の該排気ケーシング本体による冷却が抑制され、鋳造不良を起こすことなく、前記軽金属層を形成することができる。この結果、前記第１の製造方法によれば、前記軽金属層の形成に用いた前記断熱材層により、該第１の製造方法により得られたターボチャージャの排気ケーシングにおける前記断熱層を形成することができる。
　また、本発明のターボチャージャの排気ケーシングは、例えば、鉄系金属により該排気ケーシング本体を鋳造する工程と、該排気ケーシング本体の外表面の少なくとも一部を鋳物砂により被覆して鋳物砂層を形成する工程と、外表面の少なくとも一部に該鋳物砂層を備える該排気ケーシング本体を中子として、該中子を該排気ケーシングの外面形状に一致する内面形状を備える型内に配置し、該中子と該型との間に形成されるキャビティに軽金属の溶湯を注湯して該排気ケーシング本体を該軽金属により鋳くるむことにより該軽金属層を形成する工程と、該軽金属層の一部に貫通孔を形成し、該貫通孔から該鋳物砂を取り出す工程と、該貫通孔を閉塞することにより前記断熱層としての空気層を形成する工程とを備える第２の製造方法により製造することもできる。
　前記第２の製造方法によれば、まず、鉄系金属により前記排気ケーシング本体を鋳造する。ついで、前記鋳造により得られた前記排気ケーシング本体の外表面の少なくとも一部を前記鋳物砂により被覆して鋳物砂層を形成する。
　そして、外表面の少なくとも一部に前記鋳物砂層を備える前記排気ケーシング本体を中子として、該中子を該排気ケーシングの外面形状に一致する内面形状を備える型内に配置し、該中子と該型との間に形成されるキャビティに軽金属の溶湯を注湯して該排気ケーシング本体を該軽金属により鋳くるむことにより前記軽金属層を形成する。このようにするときには、前記鋳物砂層の表面が粗面となるので、前記排気ケーシング本体から放出される空気や水蒸気を前記鋳物砂層の表面の粗面に沿って前記キャビティの外部に逃がすことができる上、該鋳物砂層が断熱材として作用するので、前記軽金属の溶湯の該排気ケーシング本体による冷却が抑制され、鋳造不良を起こすことなく、前記軽金属層を形成することができる。
　前記第２の製造方法では、次に、前記軽金属層の一部に貫通孔を形成し、該貫通孔から前記鋳物砂を取り出した後、該貫通孔を閉塞することにより、前記鋳物砂層の跡に該第２の製造方法により得られたターボチャージャの排気ケーシングにおける前記断熱層としての空気層を形成することができる。
　この結果、前記第２の製造方法によれば、前記軽金属層の形成に用いた鋳物砂層を利用して、該第２の製造方法により得られたターボチャージャの排気ケーシングにおける前記断熱層を形成することができる。
　また、前記第２の製造方法では、前記貫通孔から前記鋳物砂を取り出した後、該貫通孔から前記鋳物砂層の跡に顆粒状セラミックを充填するようにしてもよい。前記顆粒状セラミックを充填後、前記貫通孔を閉塞することにより、該顆粒状セラミックからなる前記断熱層を形成することができ、このようにするときにも前記軽金属層の形成に用いた鋳物砂層を利用して、前記第２の製造方法により得られたターボチャージャの排気ケーシングにおける前記断熱層を形成することができる。
本発明のターボチャージャの排気ケーシングの構成を示す斜視図 図１ＡのＢ－Ｂ線断面図。 本発明のターボチャージャの排気ケーシング本体の構成を示す斜視図。 図２ＡのＢ－Ｂ線断面図。 図２に示す排気ケーシング本体の鋳造に用いる型の説明的断面図。 図２に示す排気ケーシング本体の外表面に断熱材層を形成した状態を示す斜視図。 図４ＡのＢ－Ｂ線断面図。 図１に示す本発明のターボチャージャの排気ケーシングの軽金属層の鋳造に用いる型の説明的断面図。 図２に示す排気ケーシング本体の外表面に断熱材層を形成することなく軽金属層の鋳造を行った排気ケーシングの断面を示す写真。
　次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
　図１に示すように、本実施形態のターボチャージャの排気ケーシング１は、内殻となる中空構造のターボチャージャの排気ケーシング本体２と、外殻となる軽金属層３と、排気ケーシング本体２と軽金属層３との間に介在する断熱層４とを備える。
　排気ケーシング本体２は、鉄系金属の鋳造体からなり、内部に排気が流通される中空構造２１を備える一方、外表面に軽金属層３の鋳造時に軽金属層３の型内にセットする際に位置規制するための貫通孔２２を備える舌状突出部２３を備えている。中空構造２１は、排気ケーシング１の外表面に開口する吸気口２４と、排気口２５とを備えている。前記鉄系金属としては、例えばＳＣＨ１３等の耐熱ステンレス等を用いることができる。
　軽金属層３は、例えば、ＡＣ４Ａ等のアルミニウム合金又はマグネシウム合金からなり、吸気口２４と、排気口２５とを囲むように形成されている。
　断熱層４は、中空構造２１に流通される排気からの放熱を抑制（断熱）して、軽金属層３が排気からの放熱により溶融することを防止するものであり、シリカ系断熱材（例えば、ニチアス株式会社製シルテックス（商品名）、イソライト工業株式会社製イソウール（商品名））又は石膏からなる断熱材からなるものでもよく、空気層からなるものであってもよい。
　次に、図２～５を参照して、図１に示す排気ケーシング１の製造方法について説明する。
　排気ケーシング１を製造するときには、まず、図２Ａ及び図２Ｂに示す排気ケーシング本体２の鋳造を行う。排気ケーシング本体２は、前述のように、内部に排気が流通される中空構造２１を備える一方、外表面に軽金属層３の鋳造時に軽金属層３の型内にセットする際に位置規制するための貫通孔２２を備える舌状突出部２３を備えており、さらに軽金属層３の位置決め用突起（図示せず）を備えていてもよい。中空構造２１は、外表面に開口する吸気口２４と、排気口２５とを備えている。
　次に、図３に示す第１の鋳型５を用いて、排気ケーシング本体２の鋳造を行う。第１の鋳型５は、内部に排気ケーシング本体２の外面形状に一致する形状を備える内面５１と、内面５１により形成される空洞部５２とを備え、空洞部５２内に排気ケーシング本体２の中空構造２１の内面形状に一致する外面形状を備える砂型からなる中子５３を配置することにより、第１の鋳型５の内面５１と中子５３の外面との間にキャビティ５４が形成されている。
　第１の鋳型５は、図示しないパーティングラインにより、複数の割型に分割可能とされており、砂型により形成されている。また、第１の鋳型５は、キャビティ５４に連通する図示しない湯道と、該湯道に連通する図示しない湯口を備えており、さらに図示しない押し湯を備えていてもよい。また、第１の鋳型５又は中子５３を形成する砂型は、鋳物砂を用いてそれ自体公知の方法により形成することができる。
　本実施形態の製造方法では、次に、前記湯口からキャビティ５４にＳＣＨ１３等の耐熱性ステンレス等の鉄系金属の溶湯を注入し、冷却固化させたのち、脱型することにより、図２に示す排気ケーシング本体２を得る。
　本実施形態の製造方法では、次に、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、排気ケーシング本体２の外表面の少なくとも一部を断熱層４を形成するシリカ系断熱材又は石膏からなる断熱材により被覆して断熱材層２６を形成し、外表面の少なくとも一部が断熱材層２６により被覆された被覆排気ケーシング本体６を形成する。被覆排気ケーシング本体６において、断熱材層２６は、排気ケーシング本体２の外表面の少なくとも一部、具体的には、軽金属層３が形成される部分を被覆していればよく、舌状突出部２３や、軽金属層３の位置決め用突起（図示せず）は断熱材層２６から露出していてもよい。
　断熱材層層２６は、例えば、シリカ系断熱材（例えば、ニチアス株式会社製シルテックス（商品名）、イソライト工業株式会社製イソウール（商品名））又は石膏からなる断熱材からなり、例えば、次のようにして形成することができる。
　断熱材として柔軟性の高いシート状の断熱材（例えば、ニチアス株式会社製シルテックス（商品名））を用いる場合には、排気ケーシング本体２の外表面の断熱材層２６を形成しようとする部位の立体形状を平面図に展開した後、該平面図の抜き型（ビク型）を作製し、該抜き型により該断熱材を型抜きする。そして、排気ケーシング本体２の外表面の断熱材層２６を形成しようとする部位に耐熱性無機接着剤（例えば、イソライト工業株式会社製カオスティック（商品名））を塗布し、型抜きした前記断熱剤を貼り付け、加熱乾燥させることにより、断熱材層２６を形成する。
　また、立体的な断熱材層２６を形成する場合には、排気ケーシング本体２の外表面の断熱材層２６を形成しようとする部位を転写した金型を作製し、該金型に合わせた立体形状を平面図に展開する。次に、綿状の断熱材（例えば、イソライト工業株式会社製イソウール（商品名））を水と混合してスラリー状にしたバルクを吸引して前記金型に貼り付け、加熱乾燥させて硬化させ成型品を得る。そして、前記成型品で、硬化した排気ケーシング本体２の外表面の断熱材層２６を形成しようとする部位を被覆し、断熱材層２６を形成する。
　また、石膏を用いる場合には、排気ケーシング本体２を石膏成型用の型にセットし、該型に石膏（例えば、吉野石膏販売株式会社製非発泡鋳造用石膏ハイストーンＣ－２型ＮＫ（商品名））を流し込み、自然乾燥させることにより、断熱材層２６を形成する。
　次に、本実施形態の製造方法では、図５に示す第２の鋳型７を用いて、被覆排気ケーシング本体６をＡＣ４Ａ等のアルミニウム合金又はマグネシウム合金等の軽金属により鋳くるんで、軽金属層３を形成する。
　第２の鋳型７は、内部に軽金属層３の外面形状に一致する形状を備える内面７１と、内面７１により形成される空洞部７２とを備え、空洞部７２内に被覆排気ケーシング本体６を中子７３として配置することにより、第２の鋳型７の内面７１と中子７３の外面との間にキャビティ７４が形成されている。
　第２の鋳型７は、図示しないパーティングラインにより、複数の割型に分割可能とされており、砂型であってもよく、金型であってもよい。また、第２の鋳型７は、キャビティ７４に連通する図示しない湯道と、該湯道に連通する図示しない湯口を備えており、さらに図示しない押し湯を備えていてもよい。また、第２の鋳型７を形成する砂型は、鋳物砂を用いてそれ自体公知の方法により形成することができる。
　本実施形態の製造方法では、次に、前記湯口からキャビティ７４にＡＣ４Ａ等のアルミニウム合金又はマグネシウム合金等の軽金属の溶湯を注入し、冷却固化させることにより、被覆排気ケーシング本体６を鋳くるんで軽金属層３を形成する。
　キャビティ７４に前記溶湯を注入すると、該溶湯の熱により排気ケーシング本体２に含まれる空気や、断熱材層２６に含まれる水分が気化して水蒸気等の気体が発生するが、本実施形態の製造方法では、前記断熱材により断熱材層２６の表面に凹凸（粗面）が形成されているので、該気体を断熱材層２６の表面の凹凸に沿ってキャビティ７４の外部に逃がすことができる。また、キャビティ７４に前記溶湯を注入する際に、断熱材層２６により該溶湯の排気ケーシング本体２による冷却が抑制されるので、鋳造不良を起こすことなく、軽金属層３を形成することができる。この結果、本実施形態の製造方法によれば、図１Ａ及び図１Ｂに示す構成において、断熱層４が断熱材層２６からなるターボチャージャの排気ケーシング１を得ることができる。
　本実施形態の製造方法により得られた排気ケーシング１では、エンジンからの排気が中空構造２１の吸気口２４に供給され、排気口２５から排出される。このとき、軽金属層３を形成するアルミニウム合金又はマグネシウム合金等の軽金属は融点が６５０～６６０℃程度であるのに対し、前記排気の温度は７００～９００℃であるで、軽金属層３が中空構造２１に流通される該排気からの放熱により溶融することが懸念される。
　しかし、本実施形態の製造方法により得られた排気ケーシング１では、前記軽金属の溶湯の冷却を抑制するために用いられた断熱材層２６が、前記排気からの放熱に対する段熱層４として作用する。この結果、本実施形態の製造方法により得られた排気ケーシング１では、軽金属層３が溶融する前記排気からの放熱により溶融することがない。
　本実施形態の製造方法では、排気ケーシング本体２の外表面の少なくとも一部を前記断熱材により被覆して断熱材層２６を形成しているが、該断熱材に代えて鋳物砂を用い、鋳物砂層を形成するようにしてもよい。前記鋳物砂層は表面が前記鋳物砂からなる粗面となるので、断熱材層２６と同様に、排気ケーシング本体２から発生する水蒸気等の気体を該鋳物砂層の表面の粗面に沿ってキャビティ７４の外部に逃がすことができる。また、前記鋳物砂層は、キャビティ７４に前記溶湯を注入する際には断熱材として作用するので、該溶湯の排気ケーシング本体２による冷却が抑制され、鋳造不良を起こすことなく、軽金属層３を形成することができる。
　前記鋳物砂層は、例えば、シェルマシンを用いることにより、排気ケーシング本体２の外表面の少なくとも一部、具体的には、軽金属層３が形成される部分を被覆するように形成することができる。
　前記鋳物砂層を用いて軽金属層３を形成するときには、軽金属層３の形成後、軽金属層３に貫通孔として管用テーパネジのネジ孔を穿設し、該鋳物砂層をシェイクマシンで崩しながら該ネジ孔から該鋳物砂を外部に取り出す。そして、前記鋳物砂の取り出しが終了したならば、前記ネジ孔に管用テーパネジを螺着して該ネジ孔を閉塞することにより、前記鋳物砂層の跡を空気層とすることができ、図１Ａ及び図１Ｂに示す構成において、断熱層４が該空気層からなるターボチャージャの排気ケーシング１を得ることができる。
　また、前記鋳物砂の取り出しが終了した後、前記ネジ孔から前記鋳物砂層の跡に顆粒状の断熱材（例えば、プロマット・ジャパン株式会社製顆粒状マイクロサーム（商品名））
を圧入した後、前記ネジ孔に管用テーパネジを螺着して該ネジ孔を閉塞することにより、前記鋳物砂層の跡を顆粒状断熱材層とすることができ、図１Ａ及び図１Ｂに示す構成において、断熱層４が該顆粒状断熱材層からなるターボチャージャの排気ケーシング１を得ることができる。
　次に、排気ケーシング本体２の外表面に断熱材層２６又は鋳物砂層を全く形成することなく、アルミニウム合金で鋳くるんで軽金属層３を形成した排気ケーシング１の断面写真を図６に示す。
　図６から、排気ケーシング本体２の外表面に断熱材層２６又は鋳物砂層を全く形成することなく、アルミニウム合金で鋳くるんで軽金属層３を形成した排気ケーシング１では、鋳鋼層（排気ケーシング本体２）と、Ａｌ（軽金属層３）との間に空隙（ヒケ）が認められ、鋳造不良を起こしていることが明らかである。
　１…ターボチャージャの排気ケーシング、　２…ターボチャージャの排気ケーシング本体、　３…軽金属層、　４…断熱層。

Claims (4)

  1. 　ターボチャージャの排気ケーシングにおいて、鉄系金属の鋳造体からなり内殻となる中空構造のターボチャージャの排気ケーシング本体と、外殻となる軽金属層と、該排気ケーシング本体と該軽金属層との間に介在して該中空構造に流通される排気からの放熱を抑制する断熱層とを備えることを特徴とするターボチャージャの排気ケーシング。
  2. 　鉄系金属の鋳造体からなり内殻となる中空構造のターボチャージャの排気ケーシング本体と、外殻となる軽金属層と、該排気ケーシング本体と該軽金属層との間に介在して該中空構造に流通される排気からの放熱を抑制する断熱層とを備えるターボチャージャの排気ケーシングの製造方法であって、
    　鉄系金属により該排気ケーシング本体を鋳造する工程と、
    　該排気ケーシング本体の外表面の少なくとも一部を該断熱層を形成するシリカ系断熱材又は石膏からなる断熱材により被覆して断熱材層を形成する工程と、
    　外表面の少なくとも一部に該断熱材層を備える該排気ケーシング本体を中子として、該中子を該排気ケーシングの外面形状に一致する内面形状を備える型内に配置し、該中子と該型との間に形成されるキャビティに軽金属の溶湯を注湯して該排気ケーシング本体を該軽金属により鋳くるむことにより該軽金属層を形成する工程とを備えることを特徴とするターボチャージャの排気ケーシングの製造方法。
  3. 　鉄系金属の鋳造体からなり内殻となる中空構造のターボチャージャの排気ケーシング本体と、外殻となる軽金属層と、該排気ケーシング本体と該軽金属層との間に介在して該中空構造に流通される排気からの放熱を抑制する断熱層とを備えるターボチャージャの排気ケーシングの製造方法であって、
    　鉄系金属により該排気ケーシング本体を鋳造する工程と、
    　該排気ケーシング本体の外表面の少なくとも一部を鋳物砂により被覆して鋳物砂層を形成する工程と、
    　外表面の少なくとも一部に該鋳物砂層を備える該排気ケーシング本体を中子として、該中子を該排気ケーシングの外面形状に一致する内面形状を備える型内に配置し、該中子と該型との間に形成されるキャビティに軽金属の溶湯を注湯して該排気ケーシング本体を該軽金属により鋳くるむことにより該軽金属層を形成する工程と、
    　該軽金属層の一部に貫通孔を形成し、該貫通孔から該鋳物砂を取り出す工程と、
    　該鋳物砂を取り出した後、該貫通孔を閉塞することにより該鋳物砂層の跡に該断熱層としての空気層を形成する工程とを備えることを特徴とするターボチャージャの排気ケーシングの製造方法。
  4. 　請求項３記載のターボチャージャの排気ケーシングの製造方法において、
    　前記貫通孔から該鋳物砂を取り出した後、該貫通孔から前記鋳物砂層の跡に顆粒状セラミックを充填する工程と、
    　該セラミックスを充填した後、該貫通孔を閉塞することにより該セラミックからなる前記断熱層を形成する工程とを備えることを特徴とするターボチャージャの排気ケーシングの製造方法。
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