JP2615675B2 - セラミックスシャフトと金属部材との接合方法 - Google Patents
セラミックスシャフトと金属部材との接合方法Info
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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、セラミックスシャフトと金属部材との接合
方法に関する。
方法に関する。
［従来の技術］ 従来、セラミックスと金属部材とを接合する場合は、
先ずセラミックスに金属メッキもしくはメタライジング
を施してから、該セラミックスと金属部材とをろう付け
にて接合する方法が多く採用されている。なかでもセラ
ミックスと金属部材を軸継手する場合、セラミックスと
金属部材との同軸度が厳しく要求されることが多い。セ
ラミックスと金属部材との接合すべき部分が焼成面のま
まであると、両者の同軸度が確保し難いことからセラミ
ックスと金属部材との接合すべき部分は、ダイヤモンド
砥石で研磨して仕上げるのが普通である。一方セラミッ
クス面を研磨して金属メッキをした場合は、セラミック
スと金属との密着強度が低下する。この点を改良するた
めに特開昭60−155578号公報では、研磨加工が施されて
いないままの焼成面を有する溝を設け、溝を含む接合部
分に金属層を形成するとともに金属部材を嵌合し、この
後に嵌合部をろう付けすることによりセラミックスと金
属部材とを接合する旨の開示がある。
先ずセラミックスに金属メッキもしくはメタライジング
を施してから、該セラミックスと金属部材とをろう付け
にて接合する方法が多く採用されている。なかでもセラ
ミックスと金属部材を軸継手する場合、セラミックスと
金属部材との同軸度が厳しく要求されることが多い。セ
ラミックスと金属部材との接合すべき部分が焼成面のま
まであると、両者の同軸度が確保し難いことからセラミ
ックスと金属部材との接合すべき部分は、ダイヤモンド
砥石で研磨して仕上げるのが普通である。一方セラミッ
クス面を研磨して金属メッキをした場合は、セラミック
スと金属との密着強度が低下する。この点を改良するた
めに特開昭60−155578号公報では、研磨加工が施されて
いないままの焼成面を有する溝を設け、溝を含む接合部
分に金属層を形成するとともに金属部材を嵌合し、この
後に嵌合部をろう付けすることによりセラミックスと金
属部材とを接合する旨の開示がある。
また実開昭61−57101号公報には、結合軸の外周面に
凹部を形成し、該凹部内に金属製回転軸より熱膨張率の
大きな材料のチップを溶接挿入する旨の開示がある。
凹部を形成し、該凹部内に金属製回転軸より熱膨張率の
大きな材料のチップを溶接挿入する旨の開示がある。
［発明が解決しようとする問題点］ 従来の接合方法では接合部が高温になると接合力の低
下が著しい。また接着部には残留応力があり接合力が小
さくなる。さらに接合部の強度が小さいという問題点を
有する。
下が著しい。また接着部には残留応力があり接合力が小
さくなる。さらに接合部の強度が小さいという問題点を
有する。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたも
ので、セラミックスと金属部材との結合部における回転
力によるづれ、および抜け防止を向上させることを目的
とするものである。
ので、セラミックスと金属部材との結合部における回転
力によるづれ、および抜け防止を向上させることを目的
とするものである。
［問題点を解決するための手段］ 本発明のセラミックスシャフトと金属部材との接合方
法は、軸状接合端部の外周面に廻り止めの作用をする凹
部３が軸方向に対称に設けられたセラミックスシャフト
を、該セラミックスシャフトが嵌合される軸穴を有する
金属部材に挿入し、該軸上接合端部の外周面と該軸穴の
内周面とで形成される空隙および凹部３に溶融金属を注
入固化して該セラミックスシャフトと該金属部材とを接
合することを特徴とする。
法は、軸状接合端部の外周面に廻り止めの作用をする凹
部３が軸方向に対称に設けられたセラミックスシャフト
を、該セラミックスシャフトが嵌合される軸穴を有する
金属部材に挿入し、該軸上接合端部の外周面と該軸穴の
内周面とで形成される空隙および凹部３に溶融金属を注
入固化して該セラミックスシャフトと該金属部材とを接
合することを特徴とする。
前記凹部は断面形状が円弧状の球状凹部溝とすること
ができる。また前記凹部は軸上接合端部の軸と平行な断
面形状が円弧状の溝とすることができる。この凹部は、
シャフトの軸の半径方向、軸方向共に円板形状で砥面が
平面または曲率をもってドレスした砥石の１パスで加工
可能な形状である。この凹部に溶融金属を注入固化する
ことによりシャフトの抜け防止および相対的回転防止が
同時に確保できる形状である。
ができる。また前記凹部は軸上接合端部の軸と平行な断
面形状が円弧状の溝とすることができる。この凹部は、
シャフトの軸の半径方向、軸方向共に円板形状で砥面が
平面または曲率をもってドレスした砥石の１パスで加工
可能な形状である。この凹部に溶融金属を注入固化する
ことによりシャフトの抜け防止および相対的回転防止が
同時に確保できる形状である。
この場合注入する溶融金属はセラミックスと接着しな
いものが好ましく、金属部材とは接着力が高いものが好
ましい。注入される溶融金属としては、銀ろう、銅−亜
鉛系合金等が使用できる。セラミックスシャフトが挿入
される金属部材は、熱膨張係数が小さい方が高温時に溶
融金属との接着力が低下しないため好ましい。一方注入
される溶融金属の熱膨張係数が大きいものであれば金属
部材の熱膨張係数は大きくても嵌合保持できる。金属部
材としてはSCr40合金を用いることができる。
いものが好ましく、金属部材とは接着力が高いものが好
ましい。注入される溶融金属としては、銀ろう、銅−亜
鉛系合金等が使用できる。セラミックスシャフトが挿入
される金属部材は、熱膨張係数が小さい方が高温時に溶
融金属との接着力が低下しないため好ましい。一方注入
される溶融金属の熱膨張係数が大きいものであれば金属
部材の熱膨張係数は大きくても嵌合保持できる。金属部
材としてはSCr40合金を用いることができる。
セラミックスシャフトの接合部の外周面と金属部材の
軸穴の内周面とで形成される空隙は、溶融金属が注入さ
れて軸芯のズレや傾き等を調整する部位であり、300μ
ｍ以下であることが好ましい。
軸穴の内周面とで形成される空隙は、溶融金属が注入さ
れて軸芯のズレや傾き等を調整する部位であり、300μ
ｍ以下であることが好ましい。
［発明の効果と作用］ 本発明は前記の構成としたことによりセラミックスシ
ャフトと金属部材との接合部において抜けの防止、相対
回転防止がなされており、かつセラミックスと金属部材
との間隙に充填された金属とは接着されていないため残
留応力が少ない。このため接合力が大きく高温でもその
接合力の低下は少ない。
ャフトと金属部材との接合部において抜けの防止、相対
回転防止がなされており、かつセラミックスと金属部材
との間隙に充填された金属とは接着されていないため残
留応力が少ない。このため接合力が大きく高温でもその
接合力の低下は少ない。
また本接合法ではセラミックスと金属との接着が不要
なためセラミックスの接合面へのメタライズ処理が不要
である。従って簡単な研削加工によるのみであるので安
価に接合できる方法である。
なためセラミックスの接合面へのメタライズ処理が不要
である。従って簡単な研削加工によるのみであるので安
価に接合できる方法である。
［実施例］ 以下、実施例に基づき本発明を説明する。
（実施例１） 第１図は本実施例のセラミックスシャフトと金属部材
との接合部を説明する断面図である。
との接合部を説明する断面図である。
このセラミックスシャフトと金属部材との接合部は、
窒化珪素製のセラミックスシャフト１の外周面に形成し
た凹部３および金属部材２との空隙に溶融金属５が注入
されセラミックスシャフト１と金属部材２とが接合され
てる。金属部材２は、セラミックスシャフト１の外周面
に嵌合される耐熱性リング６と耐熱性金属シャフト４と
からなり溶接により一体化されている。第２図に第１図
のＡ−Ａ線の切断面図を示す。
窒化珪素製のセラミックスシャフト１の外周面に形成し
た凹部３および金属部材２との空隙に溶融金属５が注入
されセラミックスシャフト１と金属部材２とが接合され
てる。金属部材２は、セラミックスシャフト１の外周面
に嵌合される耐熱性リング６と耐熱性金属シャフト４と
からなり溶接により一体化されている。第２図に第１図
のＡ−Ａ線の切断面図を示す。
このセラミックスシャフト１の接合部の嵌合面には、
抜け止めと、廻わり止めの作用をする凹部３が軸方向に
対称に２箇所形成されている。この凹部３は研削加工に
より形成される。予め半径R3.5mmにドレスしてあるダイ
ヤモンド砥石を用いて、軸と直角方向に送りをかけて研
削加工したものである。この凹部３は、第２図の断面図
に示すごとく、断面形状が円弧状の球状凹部溝となって
いる。このセラミックスシャフト１にNi基合金の低熱膨
張金属（インコロイ903）製のリング６を挿入嵌合し嵌
合面の空隙に溶融金属５の銀ろう材を750℃に加熱して
注入して充填した後冷却固化させた。その後、上記リン
グ６を金属シャフト４（材質はSCr40）に接合面７で電
子ビーム溶接して接合させた。
抜け止めと、廻わり止めの作用をする凹部３が軸方向に
対称に２箇所形成されている。この凹部３は研削加工に
より形成される。予め半径R3.5mmにドレスしてあるダイ
ヤモンド砥石を用いて、軸と直角方向に送りをかけて研
削加工したものである。この凹部３は、第２図の断面図
に示すごとく、断面形状が円弧状の球状凹部溝となって
いる。このセラミックスシャフト１にNi基合金の低熱膨
張金属（インコロイ903）製のリング６を挿入嵌合し嵌
合面の空隙に溶融金属５の銀ろう材を750℃に加熱して
注入して充填した後冷却固化させた。その後、上記リン
グ６を金属シャフト４（材質はSCr40）に接合面７で電
子ビーム溶接して接合させた。
上記接合方法においてセラミックスシャフト１と溶融
金属５の銀ろう材とは接着されておらず、溶融金属５は
金属部材２と接着しているのみである。したがって金属
部材２とセラミックスシャフト１との間の抜け防止およ
びセラミックスシャフト１と金属部材２との相対的回転
の防止は、セラミックシャフト１の接合面に形成した凹
部３および空隙間に溶融金属５の銀ろう材が充填把持さ
れることによりなされている。
金属５の銀ろう材とは接着されておらず、溶融金属５は
金属部材２と接着しているのみである。したがって金属
部材２とセラミックスシャフト１との間の抜け防止およ
びセラミックスシャフト１と金属部材２との相対的回転
の防止は、セラミックシャフト１の接合面に形成した凹
部３および空隙間に溶融金属５の銀ろう材が充填把持さ
れることによりなされている。
この様にして接合された前記接合体を400℃に保った
炉に入れその中で引張り試験および回転力を測定した。
その結果5kgfの引張り強さを有し、4kg−ｍ以上の回転
トルクを有し実用上全く問題のないレベルを有してい
た。
炉に入れその中で引張り試験および回転力を測定した。
その結果5kgfの引張り強さを有し、4kg−ｍ以上の回転
トルクを有し実用上全く問題のないレベルを有してい
た。
（実施例２） 本実施例は実施例１における溶融金属とセラミックシ
ャフトの接合面に形成する凹部の形状および金属部材の
材質を変更した例である。
ャフトの接合面に形成する凹部の形状および金属部材の
材質を変更した例である。
第３図には第１図のＡ−Ａ線の切断面について本実施
例の形状を示す。
例の形状を示す。
このセラミックスシャフト１と金属部材２との接合部
は、窒化珪素製のセラミックスシャフト１の外周面に形
成した凹部８および金属部材２との空隙に溶融金属９の
銅−亜鉛合金が注入され金属部材２は材質がSCr40の耐
熱金属のリング６が混合され、この耐熱金属リング６に
は耐熱金属SCr40製の金属シャフト４が溶接されて形成
されている。
は、窒化珪素製のセラミックスシャフト１の外周面に形
成した凹部８および金属部材２との空隙に溶融金属９の
銅−亜鉛合金が注入され金属部材２は材質がSCr40の耐
熱金属のリング６が混合され、この耐熱金属リング６に
は耐熱金属SCr40製の金属シャフト４が溶接されて形成
されている。
このセラミックスシャフト１の接合面には、抜け止め
と廻わり止めの作用をする凹部８が軸方向に対称に半径
方向に垂直面を有する半円形状をもち２箇所形成されて
いる。この凹部８は砥石を半径方向への送りのみで研削
加工したものである。このセラミックスシャフト１にSC
r40製の金属リング６を挿入し嵌合部の間隙に銅−亜鉛
系の合金の溶融金属９を900℃に加熱して充填し冷却さ
せた。ついで金属リング６にSCr40製の金属シャフト２
に電子ビーム溶接で接合した。
と廻わり止めの作用をする凹部８が軸方向に対称に半径
方向に垂直面を有する半円形状をもち２箇所形成されて
いる。この凹部８は砥石を半径方向への送りのみで研削
加工したものである。このセラミックスシャフト１にSC
r40製の金属リング６を挿入し嵌合部の間隙に銅−亜鉛
系の合金の溶融金属９を900℃に加熱して充填し冷却さ
せた。ついで金属リング６にSCr40製の金属シャフト２
に電子ビーム溶接で接合した。
この場合もセラミックス１と溶融金属９の銅−亜鉛系
合金との間は接着されていない。セラミックスシャフト
１の凹部８の加工形状および溶融金属９とにより抜け防
止と金属シャフト４とセラミックスシャフト１との間の
相対的回転防止がなされている。
合金との間は接着されていない。セラミックスシャフト
１の凹部８の加工形状および溶融金属９とにより抜け防
止と金属シャフト４とセラミックスシャフト１との間の
相対的回転防止がなされている。
実施例１と同様に400℃で引張り強さ（抜け防止）と
回転トルクを測定した。引張り強さは5kgf以上、回転ト
ルクは4kg−ｍ以上あり実用上全く問題のないレベルで
あった。
回転トルクを測定した。引張り強さは5kgf以上、回転ト
ルクは4kg−ｍ以上あり実用上全く問題のないレベルで
あった。
第１図は実施例の接合部の縦断面説明図、第２図は実施
例１の接合部のＡ−Ａ切断面による横断面図、第３図は
実施例２のＡ−Ａ切断による横断面図である。 １……セラミックシャフト ２……金属部材 ３、８……凹部 ４……金属部材のシャフト ５、９……溶融金属 ６……金属部材のリング ７……接合面
例１の接合部のＡ−Ａ切断面による横断面図、第３図は
実施例２のＡ−Ａ切断による横断面図である。 １……セラミックシャフト ２……金属部材 ３、８……凹部 ４……金属部材のシャフト ５、９……溶融金属 ６……金属部材のリング ７……接合面
Claims (3)
- 【請求項１】軸状接合端部の外周面に廻り止めの作用を
する凹部３が軸方向に対称に設けられたセラミックスシ
ャフトを、該セラミックスシャフトが嵌合される軸穴を
有する金属部材に挿入し、該軸上接合端部の外周面と該
軸穴の内周面とで形成される空隙および凹部３に溶融金
属を注入固化して該セラミックスシャフトと該金属部材
とを接合することを特徴とするセラミックスシャフトと
金属部材との接合方法。 - 【請求項２】前記凹部３は、断面形状が円弧状の球状凹
部である特許請求の範囲第１項に記載のセラミックスと
金属部材の接合方法。 - 【請求項３】前記凹部３は軸状接合端部の軸と平行な断
面形状が円弧状の溝である特許請求の範囲第１項に記載
のセラミックスと金属部材の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62255444A JP2615675B2 (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | セラミックスシャフトと金属部材との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62255444A JP2615675B2 (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | セラミックスシャフトと金属部材との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01100071A JPH01100071A (ja) | 1989-04-18 |
| JP2615675B2 true JP2615675B2 (ja) | 1997-06-04 |
Family
ID=17278853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62255444A Expired - Fee Related JP2615675B2 (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | セラミックスシャフトと金属部材との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2615675B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2752768B2 (ja) * | 1990-03-29 | 1998-05-18 | 日本特殊陶業株式会社 | タービンロータの接合構造 |
| JP4646573B2 (ja) * | 2004-08-27 | 2011-03-09 | 京セラ株式会社 | 金属−セラミックス複合部材 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS606909B2 (ja) * | 1977-06-13 | 1985-02-21 | 京セラ株式会社 | セラミツクス−金属複合体及びその製造法 |
-
1987
- 1987-10-09 JP JP62255444A patent/JP2615675B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01100071A (ja) | 1989-04-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |