JP3196216B2 - セラミックス部品の結合構造 - Google Patents
セラミックス部品の結合構造Info
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- JP3196216B2 JP3196216B2 JP40606890A JP40606890A JP3196216B2 JP 3196216 B2 JP3196216 B2 JP 3196216B2 JP 40606890 A JP40606890 A JP 40606890A JP 40606890 A JP40606890 A JP 40606890A JP 3196216 B2 JP3196216 B2 JP 3196216B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属部品とセラミックス
部品とを圧接状態に結合する構造に関する。
部品とを圧接状態に結合する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスは、耐熱性に優れるため高
温環境下においての使用に適しており、各種装置への適
用が試みられている。そのような用途の一つとして、ガ
スタービンのタービン翼が考えられている。このガスタ
ービンには例えば１３００℃にも及ぶ高温で使用される
ものがあり、耐熱部品としてのセラミックス部品の適用
が期待されている。
温環境下においての使用に適しており、各種装置への適
用が試みられている。そのような用途の一つとして、ガ
スタービンのタービン翼が考えられている。このガスタ
ービンには例えば１３００℃にも及ぶ高温で使用される
ものがあり、耐熱部品としてのセラミックス部品の適用
が期待されている。
【０００３】従来、このようなガスタービンのタービン
翼は、金属部品の例では、軸を中心に回転するディスク
の外周部に植え込み固定されている。
翼は、金属部品の例では、軸を中心に回転するディスク
の外周部に植え込み固定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、タービ
ン翼をセラミックス材料とすると、１３００℃もの高温
状態では、熱膨張がほとんど生じないセラミックス部品
に対して金属部品であるディスクが大きく熱膨張するた
め、セラミックス部品に応力集中が生じて破壊されるお
それがある。特にタービン翼のうち動翼にセラミックス
を使用すると、遠心力も作用するためディスクとの接触
圧力が高く、応力集中が著しくなる。
ン翼をセラミックス材料とすると、１３００℃もの高温
状態では、熱膨張がほとんど生じないセラミックス部品
に対して金属部品であるディスクが大きく熱膨張するた
め、セラミックス部品に応力集中が生じて破壊されるお
それがある。特にタービン翼のうち動翼にセラミックス
を使用すると、遠心力も作用するためディスクとの接触
圧力が高く、応力集中が著しくなる。
【０００５】本発明は、セラミックス部品を金属部品に
圧接状態に結合する場合の応力を緩和することを目的と
する。
圧接状態に結合する場合の応力を緩和することを目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の接続構造は、金
属部品とセラミックス部品とを圧接状態に結合する構造
であって、これら金属部品とセラミックス部品との圧接
面間に、その面方向に沿うように挟持状態に帯状のフォ
イルバネを介在させ、該フォイルバネには、その表裏両
面に幅方向に沿うように複数の突条が、目標剛性に応じ
て表裏両面で互い違いに設けられたことを特徴とする。
属部品とセラミックス部品とを圧接状態に結合する構造
であって、これら金属部品とセラミックス部品との圧接
面間に、その面方向に沿うように挟持状態に帯状のフォ
イルバネを介在させ、該フォイルバネには、その表裏両
面に幅方向に沿うように複数の突条が、目標剛性に応じ
て表裏両面で互い違いに設けられたことを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明の接続構造においては、金属部品とセラ
ミックス部品との間に介在したフォイルバネが両部品の
接触圧力を緩和し、また、遠心力等の外力が作用する場
合にはフォイルバネの緩衝作用によって応力集中を防止
することができる。また、その弾性変形により両部品の
熱膨張差を吸収して、接触圧力を平均化することができ
る。
ミックス部品との間に介在したフォイルバネが両部品の
接触圧力を緩和し、また、遠心力等の外力が作用する場
合にはフォイルバネの緩衝作用によって応力集中を防止
することができる。また、その弾性変形により両部品の
熱膨張差を吸収して、接触圧力を平均化することができ
る。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の結合構造をガスタービンに適
用した実施例について図面を参照しながら説明する。図
７のガスタービンにおいて、符号１は軸２を中心に回転
する全体として筒状のディスク、符号３はディスク１に
長さ方向に間隔をおいて植え込まれた複数の動翼、符号
４は各動翼３の間に配置された静翼、符号５は各静翼４
を前記軸２と同心状に固定する保持リングを示す。この
うち、ディスク１と保持リング５とは金属により製作さ
れ、各動翼３及び静翼４はセラミックス材料により製作
されている。
用した実施例について図面を参照しながら説明する。図
７のガスタービンにおいて、符号１は軸２を中心に回転
する全体として筒状のディスク、符号３はディスク１に
長さ方向に間隔をおいて植え込まれた複数の動翼、符号
４は各動翼３の間に配置された静翼、符号５は各静翼４
を前記軸２と同心状に固定する保持リングを示す。この
うち、ディスク１と保持リング５とは金属により製作さ
れ、各動翼３及び静翼４はセラミックス材料により製作
されている。
【０００９】前記動翼３は、図６にその一つを示したよ
うに、羽根６の基端部におけるプラットホーム７の下面
に植え込み部８が一体形成された構成とされている。該
植え込み部８は、断面がほぼ三角形状をなしており、プ
ラットホーム７の下面に幅の小さいネック部９を介して
連続的に形成されている。一方、該動翼３を植え込むデ
ィスク１には、その外周部に長さ方向に間隔をおいて複
数の張り出し部１０が形成され、各張り出し部１０に動
翼３の植え込み部８を係合するあり溝１１がディスク１
の長さ方向に沿って形成されている。
うに、羽根６の基端部におけるプラットホーム７の下面
に植え込み部８が一体形成された構成とされている。該
植え込み部８は、断面がほぼ三角形状をなしており、プ
ラットホーム７の下面に幅の小さいネック部９を介して
連続的に形成されている。一方、該動翼３を植え込むデ
ィスク１には、その外周部に長さ方向に間隔をおいて複
数の張り出し部１０が形成され、各張り出し部１０に動
翼３の植え込み部８を係合するあり溝１１がディスク１
の長さ方向に沿って形成されている。
【００１０】そして、これら動翼３の植え込み部８とデ
ィスク１のあり溝１１内面との間にフォイルバネ１２が
挾持状態に介在している。このフォイルバネ１２として
は、図２ないし図４に１２Ａ・１２Ｂ・１２Ｃ示す各種
の形状が適用できる。これらフォイルバネ１２Ａ・１２
Ｂ・１２Ｃは、ステンレス鋼等からなる弾性変形容易な
薄板（例えば板厚ｔが０．０５ｍｍないし０．５ｍｍ）
によりいずれも帯状に形成されて、その表裏両面に幅方
向に沿う複数本の突条１３Ａ・１３Ｂ・１３Ｃが表裏両
面で互い違いに配置されるように設けられている。な
お、フォイルバネとは、薄板の表裏面に複数の突条が設
けられた、弾性変形容易に形成された金属製板状のバネ
部材である。
ィスク１のあり溝１１内面との間にフォイルバネ１２が
挾持状態に介在している。このフォイルバネ１２として
は、図２ないし図４に１２Ａ・１２Ｂ・１２Ｃ示す各種
の形状が適用できる。これらフォイルバネ１２Ａ・１２
Ｂ・１２Ｃは、ステンレス鋼等からなる弾性変形容易な
薄板（例えば板厚ｔが０．０５ｍｍないし０．５ｍｍ）
によりいずれも帯状に形成されて、その表裏両面に幅方
向に沿う複数本の突条１３Ａ・１３Ｂ・１３Ｃが表裏両
面で互い違いに配置されるように設けられている。な
お、フォイルバネとは、薄板の表裏面に複数の突条が設
けられた、弾性変形容易に形成された金属製板状のバネ
部材である。
【００１１】これら突条１３Ａ・１３Ｂ・１３Ｃの高さ
Ｈはほぼフォイルバネの板厚ｔ程度とし、幅Ｗは例えば
板厚ｔの２ないし５倍とされる。また、その板厚方向の
剛性Ｋfは、概略、Ｋf＝Ｅ・ｂ・（ｔ／Ｌ）3／｛２・
（１−υ2）｝で与えられる。ここに、Ｅはヤング率、
ｂはフォイルバネの幅、Ｌは表裏両面にわたる突条の間
隔（したがって表面あるいは裏面だけでの突条の間隔は
２Ｌとなる）、υはポアソン比である。
Ｈはほぼフォイルバネの板厚ｔ程度とし、幅Ｗは例えば
板厚ｔの２ないし５倍とされる。また、その板厚方向の
剛性Ｋfは、概略、Ｋf＝Ｅ・ｂ・（ｔ／Ｌ）3／｛２・
（１−υ2）｝で与えられる。ここに、Ｅはヤング率、
ｂはフォイルバネの幅、Ｌは表裏両面にわたる突条の間
隔（したがって表面あるいは裏面だけでの突条の間隔は
２Ｌとなる）、υはポアソン比である。
【００１２】そして、図２に示すフォイルバネ１２Ａは
突条１３Ａが直線状にかつ幅方向の両端まで形成されて
いる。図３に示すフォイルバネ１２Ｂは長短２種類の突
条１３Ｂが交互に設けられ、また、図４に示すフォイル
バネ１２Ｃにおいては、突条１３Ｃの幅が両端からフォ
イルバネ１２Ｃの中央部にかけて次第に大きくなるよう
に形成されており、これら図３及び図４に示す形状とす
ることにより、フォイルバネ１２Ｂ・１２Ｃの幅方向両
端部の剛性を小さくすることができ、各フォイルバネ１
２Ａ・１２Ｂ・１２Ｃの中から求められる剛性分布に応
じて選択すればよい。また、これらフォイルバネ１２Ａ
・１２Ｂ・１２Ｃには、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等によりセ
ラミックスコーティングがなされており、耐食性、耐酸
化性、低摩擦性が付与されている。
突条１３Ａが直線状にかつ幅方向の両端まで形成されて
いる。図３に示すフォイルバネ１２Ｂは長短２種類の突
条１３Ｂが交互に設けられ、また、図４に示すフォイル
バネ１２Ｃにおいては、突条１３Ｃの幅が両端からフォ
イルバネ１２Ｃの中央部にかけて次第に大きくなるよう
に形成されており、これら図３及び図４に示す形状とす
ることにより、フォイルバネ１２Ｂ・１２Ｃの幅方向両
端部の剛性を小さくすることができ、各フォイルバネ１
２Ａ・１２Ｂ・１２Ｃの中から求められる剛性分布に応
じて選択すればよい。また、これらフォイルバネ１２Ａ
・１２Ｂ・１２Ｃには、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等によりセ
ラミックスコーティングがなされており、耐食性、耐酸
化性、低摩擦性が付与されている。
【００１３】そして、このようなフォイルバネ１２（フ
ォイルバネを総称するときは符号１２を用いて説明す
る）が、ディスク１のあり溝１１内面と動翼３の植え込
み部８との間に、あり溝１１とフォイルバネ１２の突条
１３（突条についても総称するときは符号１３を用い
る）との長さ方向を一致させた状態に介在させられてい
るものである。
ォイルバネを総称するときは符号１２を用いて説明す
る）が、ディスク１のあり溝１１内面と動翼３の植え込
み部８との間に、あり溝１１とフォイルバネ１２の突条
１３（突条についても総称するときは符号１３を用い
る）との長さ方向を一致させた状態に介在させられてい
るものである。
【００１４】一方、前記静翼４は、図７に示すようにリ
ング状の支持枠１４の内周部に半径方向に沿って複数の
羽根１５が設けられており、その支持枠１４が同じくリ
ング状のスペーサ１６を介して前記軸２の長さ方向に並
べられている。そして、これら支持枠１４及びスペーサ
１６の外側に前記保持リング５が設けられている。
ング状の支持枠１４の内周部に半径方向に沿って複数の
羽根１５が設けられており、その支持枠１４が同じくリ
ング状のスペーサ１６を介して前記軸２の長さ方向に並
べられている。そして、これら支持枠１４及びスペーサ
１６の外側に前記保持リング５が設けられている。
【００１５】該保持リング５の内周部には、静翼４の支
持枠１４及びスペーサ１６の外周面を押圧する筒状のば
ね片１７が前記軸２の長さ方向に間隔をおいて複数設け
られて、該ばね片１７の中に静翼４等が嵌合しており、
これらばね片１７と静翼４等との間にもフォイルバネ１
２が介在している。さらに、図８はガスタービンの燃焼
ガス入口部を示しているが（矢印が燃焼ガスの流通方向
を示す）、そのセラミックス製のストラッド２１と金属
製の保持リング２２のばね片２３との間にもフォイルバ
ネ１２が介在している。これら図７及び図８における静
翼４と保持リング５との間、及びストラッド２１と保持
リング２２との間のフォイルバネ１２は圧縮状態に挿入
される。なお、前記図８において符号２４はセラミック
ス製の燃焼筒を示す。
持枠１４及びスペーサ１６の外周面を押圧する筒状のば
ね片１７が前記軸２の長さ方向に間隔をおいて複数設け
られて、該ばね片１７の中に静翼４等が嵌合しており、
これらばね片１７と静翼４等との間にもフォイルバネ１
２が介在している。さらに、図８はガスタービンの燃焼
ガス入口部を示しているが（矢印が燃焼ガスの流通方向
を示す）、そのセラミックス製のストラッド２１と金属
製の保持リング２２のばね片２３との間にもフォイルバ
ネ１２が介在している。これら図７及び図８における静
翼４と保持リング５との間、及びストラッド２１と保持
リング２２との間のフォイルバネ１２は圧縮状態に挿入
される。なお、前記図８において符号２４はセラミック
ス製の燃焼筒を示す。
【００１６】このようにフォイルバネ１２をガスタービ
ンのセラミックス製動翼３と金属製ディスク１との間に
介在することにより、これら両部品の加工誤差を吸収し
得るとともに、運転時の遠心力や熱変形による片当たり
を防止し、その接触圧力を平均化させて応力を緩和する
ことができるものである。つまり、動翼３に遠心力が作
用すると一般には図５に示すような応力分布σxとな
り、ディスク１との接触部において最大の応力が生じる
が、該接触部にフォイルバネ１２を介在させることによ
り、その応力を緩和することができるものである。ま
た、静翼４と保持リング５との間、及びストラッド２１
と保持リング２２との間にフォイルバネ１２を介在した
場合には、これら両部品の熱膨張の差異による接触圧力
の過大化、あるいは嵌合部のゆるみを防止することがで
きる。そしてその結果、これらセラミックス部品と金属
部品とを低温時から高温時まで同心状に維持することが
でき、ガスタービンという高精密装置の信頼性を向上さ
せることができる。
ンのセラミックス製動翼３と金属製ディスク１との間に
介在することにより、これら両部品の加工誤差を吸収し
得るとともに、運転時の遠心力や熱変形による片当たり
を防止し、その接触圧力を平均化させて応力を緩和する
ことができるものである。つまり、動翼３に遠心力が作
用すると一般には図５に示すような応力分布σxとな
り、ディスク１との接触部において最大の応力が生じる
が、該接触部にフォイルバネ１２を介在させることによ
り、その応力を緩和することができるものである。ま
た、静翼４と保持リング５との間、及びストラッド２１
と保持リング２２との間にフォイルバネ１２を介在した
場合には、これら両部品の熱膨張の差異による接触圧力
の過大化、あるいは嵌合部のゆるみを防止することがで
きる。そしてその結果、これらセラミックス部品と金属
部品とを低温時から高温時まで同心状に維持することが
でき、ガスタービンという高精密装置の信頼性を向上さ
せることができる。
【００１７】さらに、このような嵌合部にフォイルバネ
１２を介在させることにより、動的な衝撃荷重や振動を
吸収して、装置の健全性を維持することができるという
効果がある。すなわち、全周にわたって分布している保
持リング５・２２とフォイルバネ１２とセラミックス部
品４・２１との接触部におけるクーロン摩擦並びに内部
摩擦との相乗作用により効果的な動的緩衝性能を有し、
衝撃や疲労による破壊を有効に防止することができるも
のである。また、前記実施例ではフォイルバネ１２にセ
ラミックスコーティングを施しているから、耐食性、耐
酸化性、低摩擦性にすぐれるものである。
１２を介在させることにより、動的な衝撃荷重や振動を
吸収して、装置の健全性を維持することができるという
効果がある。すなわち、全周にわたって分布している保
持リング５・２２とフォイルバネ１２とセラミックス部
品４・２１との接触部におけるクーロン摩擦並びに内部
摩擦との相乗作用により効果的な動的緩衝性能を有し、
衝撃や疲労による破壊を有効に防止することができるも
のである。また、前記実施例ではフォイルバネ１２にセ
ラミックスコーティングを施しているから、耐食性、耐
酸化性、低摩擦性にすぐれるものである。
【００１８】なお、本発明の結合構造は、前記実施例の
ガスタービン以外にも各種金属部品とセラミックス部品
との結合部に適用することができる。
ガスタービン以外にも各種金属部品とセラミックス部品
との結合部に適用することができる。
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のセラミックス部品の結合構造によれば、金属部品とセ
ラミックス部品との間に介在したフォイルバネが両部品
の接触圧力を緩和し、また、遠心力等の外力が作用する
場合にはフォイルバネの緩衝作用によって応力集中を防
止することができる。また、その弾性変形により両部品
の熱膨張差を吸収して、接触圧力を平均化することがで
き、衝撃や疲労による破損を有効に防止することができ
る。さらに、両部品の加工誤差、組付け誤差をも吸収し
て、装置の信頼性を向上させることができる。
のセラミックス部品の結合構造によれば、金属部品とセ
ラミックス部品との間に介在したフォイルバネが両部品
の接触圧力を緩和し、また、遠心力等の外力が作用する
場合にはフォイルバネの緩衝作用によって応力集中を防
止することができる。また、その弾性変形により両部品
の熱膨張差を吸収して、接触圧力を平均化することがで
き、衝撃や疲労による破損を有効に防止することができ
る。さらに、両部品の加工誤差、組付け誤差をも吸収し
て、装置の信頼性を向上させることができる。
【図１】本発明の結合構造の一実施例を示す断面図であ
る。
る。
【図２】図１における結合部に介在させられているフォ
イルバネの一例を示す斜視図である。
イルバネの一例を示す斜視図である。
【図３】図２のフォイルバネの変形例を示す斜視図であ
る。
る。
【図４】図２のフォイルバネの他の変形例を示す斜視図
である。
である。
【図５】動翼に遠心力が作用する場合の結合部の応力分
布図である。
布図である。
【図６】図１における動翼の一例を示す斜視図である。
【図７】図１の接続構造を適用したガスタービンの翼部
分の縦断面図である。
分の縦断面図である。
【図８】ガスタービンの燃焼ガス入口部分の縦断面図で
ある。
ある。
１ ディスク ２ 軸 ３ 動翼 ４ 静翼 ５ 保持リング ６ 羽根 ７ プラットホーム ８ 植え込み部 ９ ネック部 １０ 張り出し部 １１ あり溝 １２ フォイルバネ １３ 突条 １４ 支持枠 １５ 羽根 １６ スペーサ １７ ばね片 ２１ ストラッド ２２ 保持リング ２３ ばね片 ２４ 燃焼筒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16B 4/00 F01D 5/30 F16D 1/02,1/06
Claims (1)
- 【請求項１】 金属部品とセラミックス部品とを圧接状
態に結合する構造であって、これら金属部品とセラミッ
クス部品との圧接面間に、その面方向に沿うように挟持
状態に帯状のフォイルバネを介在させ、該フォイルバネ
には、その表裏両面に幅方向に沿うように複数の突条
が、目標剛性に応じて表裏両面で互い違いに設けられた
ことを特徴とするセラミックス部品の結合構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40606890A JP3196216B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | セラミックス部品の結合構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40606890A JP3196216B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | セラミックス部品の結合構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04224306A JPH04224306A (ja) | 1992-08-13 |
| JP3196216B2 true JP3196216B2 (ja) | 2001-08-06 |
Family
ID=18515693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP40606890A Expired - Fee Related JP3196216B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | セラミックス部品の結合構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3196216B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10605100B2 (en) * | 2017-05-24 | 2020-03-31 | General Electric Company | Ceramic matrix composite (CMC) turbine blade assembly, dovetail sleeve, and method of mounting CMC turbine blade |
-
1990
- 1990-12-25 JP JP40606890A patent/JP3196216B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04224306A (ja) | 1992-08-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010508 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |