JP2569708B2 - セラミック部材と金属部材との接合方法 - Google Patents
セラミック部材と金属部材との接合方法Info
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- JP2569708B2 JP2569708B2 JP63076699A JP7669988A JP2569708B2 JP 2569708 B2 JP2569708 B2 JP 2569708B2 JP 63076699 A JP63076699 A JP 63076699A JP 7669988 A JP7669988 A JP 7669988A JP 2569708 B2 JP2569708 B2 JP 2569708B2
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- ceramic member
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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- C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
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- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はセラミック部材と金属部材とを接合する方法
に関し、詳しくは接合強度の信頼性が高い接合方法に関
するものである。
に関し、詳しくは接合強度の信頼性が高い接合方法に関
するものである。
［従来の技術］ 近年セラミック材料の組成、成形技術などの技術が大
幅に進歩し、各種分野でセラミック部材が使用されてい
る。セラミック部材は金属部材に比して軽量であり、耐
熱性および耐食性などの性能に極めて優れている。しか
しその反面脆いという本質的な欠点があるために、金属
部材とセラミック部材とのそれぞれの長所を生かしなが
ら用いられている。そして部ひによってはセラミック部
材と金属部材とを接合する必要性が生じる場合も多くな
っている。
幅に進歩し、各種分野でセラミック部材が使用されてい
る。セラミック部材は金属部材に比して軽量であり、耐
熱性および耐食性などの性能に極めて優れている。しか
しその反面脆いという本質的な欠点があるために、金属
部材とセラミック部材とのそれぞれの長所を生かしなが
ら用いられている。そして部ひによってはセラミック部
材と金属部材とを接合する必要性が生じる場合も多くな
っている。
ところで２つの部材を接合する場合、２つの部材が同
種の材料で形成されている場合には接合するのが比較的
容易である。しかしながら一方がセラミック部材で他方
が金属部材である場合には、熱膨張率の違い、機械的強
度の違いなどにより両者を強固に結合することは困難と
なっている。そこでセラミック部材と金属部材の接合方
法として、従来種々の提案がなされている。
種の材料で形成されている場合には接合するのが比較的
容易である。しかしながら一方がセラミック部材で他方
が金属部材である場合には、熱膨張率の違い、機械的強
度の違いなどにより両者を強固に結合することは困難と
なっている。そこでセラミック部材と金属部材の接合方
法として、従来種々の提案がなされている。
例えば特開昭60−200869号公報には、接合面の金属部
分に選択的に表皮電流を流して加熱溶融させて、セラミ
ック部材と金属部材とを接合する方法が開示されてい
る。また特開昭62−70275号公報などにはセラミック部
材と金属部材とをロウ付けにより接合する方法が開示さ
れている。さらに特開昭60−206542号公報には、筒状の
金属部材をプレスにより軸方向に押圧して縮径すること
によりセラミック軸と結合する方法が開示されている。
分に選択的に表皮電流を流して加熱溶融させて、セラミ
ック部材と金属部材とを接合する方法が開示されてい
る。また特開昭62−70275号公報などにはセラミック部
材と金属部材とをロウ付けにより接合する方法が開示さ
れている。さらに特開昭60−206542号公報には、筒状の
金属部材をプレスにより軸方向に押圧して縮径すること
によりセラミック軸と結合する方法が開示されている。
［発明が解決しようとする課題］ 接合面の金属部分表面を選択的に加熱溶融させて接合
する方法においては、セラミック部材の表面にメタライ
ズ層などを形成する必要があり、工数が多大となるため
に生産性が低くコスト面で不具合がある。またロウ付け
で接合する場合には信頼性が低く、接合部分の強度にバ
ラツキが生じる場合がある。さらに機械的に金属部材を
変形させることによりセラミック部材を結合する方法に
おいては、金属部材がセラミック部材を押圧する強度の
調整が困難であり、セラミック部材に過剰な圧力が作用
してセラミック部材が破損する場合がある。
する方法においては、セラミック部材の表面にメタライ
ズ層などを形成する必要があり、工数が多大となるため
に生産性が低くコスト面で不具合がある。またロウ付け
で接合する場合には信頼性が低く、接合部分の強度にバ
ラツキが生じる場合がある。さらに機械的に金属部材を
変形させることによりセラミック部材を結合する方法に
おいては、金属部材がセラミック部材を押圧する強度の
調整が困難であり、セラミック部材に過剰な圧力が作用
してセラミック部材が破損する場合がある。
本発明はこのように事情に鑑みてなされたものであ
り、接合強度に優れるとともにセラミック部材の破損を
防止することができる接合方法を提供するものである。
り、接合強度に優れるとともにセラミック部材の破損を
防止することができる接合方法を提供するものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明のセラミック部材と金属部材との接合方法は、
一端に筒状部をもつ金属部材と筒状部に嵌合可能な挿入
部をもつセラミック部材とを接合して使用部品とする方
法であって、 筒状部に挿入部を嵌合する嵌合工程と、筒状部を使用
部品の使用温度以上に加熱する加熱工程と、加熱された
筒状部外周表面に沿って配置された電磁コイルに短時間
に大電流を流して使用温度における筒状部の内径が使用
温度における挿入部の外径より小さくなるように筒状部
を縮径させる電磁成形工程と、筒状部を室温まで冷却し
て収縮させ挿入部の外表面と圧接させることにより固定
するかしめ工程と、よりなることを特徴とする。
一端に筒状部をもつ金属部材と筒状部に嵌合可能な挿入
部をもつセラミック部材とを接合して使用部品とする方
法であって、 筒状部に挿入部を嵌合する嵌合工程と、筒状部を使用
部品の使用温度以上に加熱する加熱工程と、加熱された
筒状部外周表面に沿って配置された電磁コイルに短時間
に大電流を流して使用温度における筒状部の内径が使用
温度における挿入部の外径より小さくなるように筒状部
を縮径させる電磁成形工程と、筒状部を室温まで冷却し
て収縮させ挿入部の外表面と圧接させることにより固定
するかしめ工程と、よりなることを特徴とする。
本発明に用いられる金属部材は一端に筒状部をもち、
セラミック部材はその筒状部に嵌合可能な挿入部を具備
している。
セラミック部材はその筒状部に嵌合可能な挿入部を具備
している。
嵌合工程は金属部材の筒状部にセラミック部材の挿入
部を嵌合する工程である。挿入部の外径を筒状部の内径
よりも僅かに大きくし、筒状部内に圧入して嵌合しても
よいし、挿入部の外径を筒状部の内径よりも同等以下と
して遊嵌する構成とすることもできる。
部を嵌合する工程である。挿入部の外径を筒状部の内径
よりも僅かに大きくし、筒状部内に圧入して嵌合しても
よいし、挿入部の外径を筒状部の内径よりも同等以下と
して遊嵌する構成とすることもできる。
この金属部材とセラミック部材は嵌合部分で固定され
ることにより所定の部品として使用されるが、加熱工程
は金属部材の筒状部をその使用部品の使用温度以上に加
熱する工程である。この加熱温度は使用温度以上であれ
ばその温度差は特に制限はないが、筒状部が軟化、溶融
するような高温とするのは防ぐ必要がある。ここで筒状
部は筒状部に挿入された挿入部との温度差が大きくなる
ように加熱されることが望ましい。これにより後述のか
しめ工程におけるかしめしろを大きくとることができ、
結合力が一層向上する。このように加熱する方法として
は、例えば高周波誘導加熱を採用することができる。高
周波誘導加熱を用いればセラミック部材は誘導加熱され
ないため、筒状部を選択的に加熱することができる。ま
た上述した嵌合工程より前に筒状部を加熱しておき、加
熱状態の筒状部に室温状態にある挿入部を嵌合すること
もできる。
ることにより所定の部品として使用されるが、加熱工程
は金属部材の筒状部をその使用部品の使用温度以上に加
熱する工程である。この加熱温度は使用温度以上であれ
ばその温度差は特に制限はないが、筒状部が軟化、溶融
するような高温とするのは防ぐ必要がある。ここで筒状
部は筒状部に挿入された挿入部との温度差が大きくなる
ように加熱されることが望ましい。これにより後述のか
しめ工程におけるかしめしろを大きくとることができ、
結合力が一層向上する。このように加熱する方法として
は、例えば高周波誘導加熱を採用することができる。高
周波誘導加熱を用いればセラミック部材は誘導加熱され
ないため、筒状部を選択的に加熱することができる。ま
た上述した嵌合工程より前に筒状部を加熱しておき、加
熱状態の筒状部に室温状態にある挿入部を嵌合すること
もできる。
電磁成形工程は、加熱された筒状部外周表面に沿って
電磁コイルを配置し、その電磁コイルに短時間に大電流
を流すことで行われる。これにより筒状部には磁束およ
び渦電流が発生し、筒状部は電磁力により縮径される。
ここで筒状部の縮径に電磁成形工程を利用したのは、電
磁コイルに供給する電力が一定であれば、縮径時に挿入
部に作用する圧力は常に一定とすることができ、最初に
セラミック部材が破損しない条件を定めておけば生産ラ
インにおいても確実に破損を防止できるからである。ま
た筒状部の外径の寸法精度に影響されず、均一に縮径す
ることができるからである。機械的に押圧して縮径させ
ようとした場合には、寸法精度の誤差などによりセラミ
ック部材の挿入部を押圧する圧力が変動し、セラミック
部材が破損する場合がある。
電磁コイルを配置し、その電磁コイルに短時間に大電流
を流すことで行われる。これにより筒状部には磁束およ
び渦電流が発生し、筒状部は電磁力により縮径される。
ここで筒状部の縮径に電磁成形工程を利用したのは、電
磁コイルに供給する電力が一定であれば、縮径時に挿入
部に作用する圧力は常に一定とすることができ、最初に
セラミック部材が破損しない条件を定めておけば生産ラ
インにおいても確実に破損を防止できるからである。ま
た筒状部の外径の寸法精度に影響されず、均一に縮径す
ることができるからである。機械的に押圧して縮径させ
ようとした場合には、寸法精度の誤差などによりセラミ
ック部材の挿入部を押圧する圧力が変動し、セラミック
部材が破損する場合がある。
電磁成形工程では、使用温度における筒状部の内径が
使用温度における挿入部の外径より小さくなるように縮
径される。これにより使用温度においても挿入部と筒状
部とは強固に圧接固定される。
使用温度における挿入部の外径より小さくなるように縮
径される。これにより使用温度においても挿入部と筒状
部とは強固に圧接固定される。
かしめ工程は筒状部を室温まで冷却する工程である。
これにより筒状部は冷却されて熱収縮し、電磁成形工程
後の縮径状態よりさらに縮径するため、挿入部の外表面
の圧接され強固に固定することができる。このかしめ工
程は通常、室温まで放冷することにより行われる。な
お、本発明の接合方法に用いられる金属部材とセラミッ
ク部材の形状は、上記筒状部と挿入部とをそれぞれ具備
すれば特に制限されない。
これにより筒状部は冷却されて熱収縮し、電磁成形工程
後の縮径状態よりさらに縮径するため、挿入部の外表面
の圧接され強固に固定することができる。このかしめ工
程は通常、室温まで放冷することにより行われる。な
お、本発明の接合方法に用いられる金属部材とセラミッ
ク部材の形状は、上記筒状部と挿入部とをそれぞれ具備
すれば特に制限されない。
［発明の作用および効果］ 本発明のセラミック部材と金属部材との接合方法で
は、筒状部は使用温度以上に加熱された状態で電磁成形
により縮径される。加熱時には筒状部は熱膨張し、内径
が拡径される。このとき挿入部が加熱されたとしても、
セラミック部材と金属部材との熱膨張率は大きく異な
り、金属部材の方が熱膨張率が大きいため挿入部との間
に隙間が形成されている。従って電磁成形工程により筒
状部を縮径することができる。その縮径の程度は、使用
温度における筒状部の内径が使用温度における挿入部の
外径より小さくなるように行なわれる。従って電磁成形
工程後において筒状部と挿入部との間に僅かに隙間が残
存していても、使用温度まで冷却されたときに上記条件
を満たすようにすることもできる。また筒状部内周面と
挿入部外周面とが接触した状態まで、あるいは両者が圧
接された状態まで縮径してもよい。ただし、かしめ工程
で挿入部が破損しない程度にとどめる必要がある。そし
てかしめ工程で冷却されることにより、筒状部は収縮し
てさらに縮径され、挿入部の外周表面と圧接されて強固
に接合される。
は、筒状部は使用温度以上に加熱された状態で電磁成形
により縮径される。加熱時には筒状部は熱膨張し、内径
が拡径される。このとき挿入部が加熱されたとしても、
セラミック部材と金属部材との熱膨張率は大きく異な
り、金属部材の方が熱膨張率が大きいため挿入部との間
に隙間が形成されている。従って電磁成形工程により筒
状部を縮径することができる。その縮径の程度は、使用
温度における筒状部の内径が使用温度における挿入部の
外径より小さくなるように行なわれる。従って電磁成形
工程後において筒状部と挿入部との間に僅かに隙間が残
存していても、使用温度まで冷却されたときに上記条件
を満たすようにすることもできる。また筒状部内周面と
挿入部外周面とが接触した状態まで、あるいは両者が圧
接された状態まで縮径してもよい。ただし、かしめ工程
で挿入部が破損しない程度にとどめる必要がある。そし
てかしめ工程で冷却されることにより、筒状部は収縮し
てさらに縮径され、挿入部の外周表面と圧接されて強固
に接合される。
本発明の接合方法により得られた使用部品では、使用
時に使用温度になったときに金属部材の膨張量の方がセ
ラミック部材より大きく、筒状部の締めしろは小さくな
る。しかしながら電磁成形工程が行われたときの筒状部
の温度と使用温度との差に相当する膨張量の締めしろは
存在しているため、接合部分が緩むのが防止される。
時に使用温度になったときに金属部材の膨張量の方がセ
ラミック部材より大きく、筒状部の締めしろは小さくな
る。しかしながら電磁成形工程が行われたときの筒状部
の温度と使用温度との差に相当する膨張量の締めしろは
存在しているため、接合部分が緩むのが防止される。
即ち本発明の接合方法によれば、電磁成形工程で筒状
部が変形して挿入部表面の形状に沿うため、寸法精度に
厳密さを特に要しない。またメタライズ処理などの処理
が不要であり、ロウ付け工程も不要となるため生産性が
高く、設備面で優れている。また使用時の締めしろは電
磁成形工程時の設定温度と、セラミック部材と金属部材
との熱膨張率の差によって決定されるため、管理が容易
であり接合強度の信頼性が高い。
部が変形して挿入部表面の形状に沿うため、寸法精度に
厳密さを特に要しない。またメタライズ処理などの処理
が不要であり、ロウ付け工程も不要となるため生産性が
高く、設備面で優れている。また使用時の締めしろは電
磁成形工程時の設定温度と、セラミック部材と金属部材
との熱膨張率の差によって決定されるため、管理が容易
であり接合強度の信頼性が高い。
［実施例］ 以下、図面を参照しながら実施例により具体的に説明
する。
する。
本実施例はセラミック製翼部をもつターボホイールの
製造に本発明を適用したものである。このターボホイー
ルを構成する部品は、翼部10と軸部11とよりなる窒化珪
素製セラミック軸１と、ニッケル基耐熱金属製金属軸２
と、より構成されている。セラミック軸１の軸部11の端
部には、軸部11の外径より小さい外径をもち同軸的に突
出する断面円形の挿入部12が形成されている。また金属
軸２の一端には同軸的に中心孔をもつ筒状部20が形成さ
れ、他端には図示しないコンプレッサホイールを取り付
け固定するネジ部21が形成されている。挿入部12の外径
は12mm、そして筒状部20の内径は13mmとなっており、挿
入部12は筒状部20内に遊嵌される構成である。
製造に本発明を適用したものである。このターボホイー
ルを構成する部品は、翼部10と軸部11とよりなる窒化珪
素製セラミック軸１と、ニッケル基耐熱金属製金属軸２
と、より構成されている。セラミック軸１の軸部11の端
部には、軸部11の外径より小さい外径をもち同軸的に突
出する断面円形の挿入部12が形成されている。また金属
軸２の一端には同軸的に中心孔をもつ筒状部20が形成さ
れ、他端には図示しないコンプレッサホイールを取り付
け固定するネジ部21が形成されている。挿入部12の外径
は12mm、そして筒状部20の内径は13mmとなっており、挿
入部12は筒状部20内に遊嵌される構成である。
（嵌合工程） まず筒状部20に挿入部12を挿入する。上記したように
筒状部20の内径は挿入部12の外径より大きいため容易に
嵌合される。
筒状部20の内径は挿入部12の外径より大きいため容易に
嵌合される。
（加熱工程） 嵌合部分には第１図に示すように５ターンの電磁コイ
ル３が配置され、高周波電源４から80KWの高周波電力が
供給されて筒状部20が誘導加熱される。このとき筒状部
20は約1000℃まで加熱される。
ル３が配置され、高周波電源４から80KWの高周波電力が
供給されて筒状部20が誘導加熱される。このとき筒状部
20は約1000℃まで加熱される。
（電磁成形工程） 次に高周波電源４の供給を断ち、予め15kVの電圧で充
電された500μＦのコンデンサ５が電磁コイル４と接続
される。電磁コイル４にはこれにより大電流（カシメ電
流）が流れ、筒状部20には磁束と渦電流とが発生する。
なおこのときの筒状部20の温度は800℃であった。筒状
部20には磁束および渦電流によって生じる電磁力が作用
し、筒状部20は挿入部12の表面に沿って密着するように
縮径される。この電磁力は筒状部20に均一に作用するた
め、挿入部12に部分的に大きな圧力が作用するのが防止
され破損が防止される。
電された500μＦのコンデンサ５が電磁コイル４と接続
される。電磁コイル４にはこれにより大電流（カシメ電
流）が流れ、筒状部20には磁束と渦電流とが発生する。
なおこのときの筒状部20の温度は800℃であった。筒状
部20には磁束および渦電流によって生じる電磁力が作用
し、筒状部20は挿入部12の表面に沿って密着するように
縮径される。この電磁力は筒状部20に均一に作用するた
め、挿入部12に部分的に大きな圧力が作用するのが防止
され破損が防止される。
（冷却工程） そして室温まで放冷されることにより、筒状部20はさ
らに収縮して縮径され挿入部12と強固に接合される。こ
の収縮により挿入部12に作用する圧力もほぼ均一であ
り、挿入部12の破損が防止されている。
らに収縮して縮径され挿入部12と強固に接合される。こ
の収縮により挿入部12に作用する圧力もほぼ均一であ
り、挿入部12の破損が防止されている。
このように形成されたターボホイールは、使用時には
400℃まで温度が上昇する。このとき筒状部20は挿入部1
2よりも熱膨張率が大きいが、800℃で筒状部20の内径と
挿入部12の外径とがほぼ同一となっているため、（800
℃−400℃）の差に相当する膨張量分だけ締めしろが残
り、使用温度における接合強度を高く維持することがで
きる。
400℃まで温度が上昇する。このとき筒状部20は挿入部1
2よりも熱膨張率が大きいが、800℃で筒状部20の内径と
挿入部12の外径とがほぼ同一となっているため、（800
℃−400℃）の差に相当する膨張量分だけ締めしろが残
り、使用温度における接合強度を高く維持することがで
きる。
第１図は本発明の一実施冷の接合方法に用いた使用部品
および装置を示す構成説明図、第２図は実施例で用いた
電磁コイルに流れる電流と筒状部の温度のタイムチャー
トである。 １……セラミック軸、２……金属軸 ３……電磁コイル、４……高周波電源 ５……コンデンサ、12……挿入部 20……筒状部
および装置を示す構成説明図、第２図は実施例で用いた
電磁コイルに流れる電流と筒状部の温度のタイムチャー
トである。 １……セラミック軸、２……金属軸 ３……電磁コイル、４……高周波電源 ５……コンデンサ、12……挿入部 20……筒状部
Claims (1)
- 【請求項１】一端に筒状部をもつ金属部材と該筒状部に
嵌合可能な挿入部をもつセラミック部材とを接合して使
用部品とする方法であって、 該筒状部に該挿入部を嵌合する嵌合工程と、 該筒状部を該使用部品の使用温度以上に加熱する加熱工
程と、 加熱された該筒状部外周表面に沿って配置された電磁コ
イルに短時間に大電流を流して該使用温度における該筒
状部の内径が該使用温度における該挿入部の外径より小
さくなるように筒状部を縮径させる電磁成形工程と、 該筒状部を室温まで冷却して収縮させ該挿入部の外表面
と圧接させることにより固定するかしめ工程と、よりな
ることを特徴とするセラミック部材と金属部材との接合
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63076699A JP2569708B2 (ja) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | セラミック部材と金属部材との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63076699A JP2569708B2 (ja) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | セラミック部材と金属部材との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01249670A JPH01249670A (ja) | 1989-10-04 |
| JP2569708B2 true JP2569708B2 (ja) | 1997-01-08 |
Family
ID=13612748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63076699A Expired - Lifetime JP2569708B2 (ja) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | セラミック部材と金属部材との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2569708B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112018001556B4 (de) | 2017-03-22 | 2024-07-04 | Ihi Corporation | Drehkörper und Turbolader |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6248837B2 (ja) * | 2014-07-11 | 2017-12-20 | トヨタ自動車株式会社 | インサート部材 |
-
1988
- 1988-03-30 JP JP63076699A patent/JP2569708B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112018001556B4 (de) | 2017-03-22 | 2024-07-04 | Ihi Corporation | Drehkörper und Turbolader |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01249670A (ja) | 1989-10-04 |
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