JPH0220189Y2 - - Google Patents
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- JPH0220189Y2 JPH0220189Y2 JP1983052845U JP5284583U JPH0220189Y2 JP H0220189 Y2 JPH0220189 Y2 JP H0220189Y2 JP 1983052845 U JP1983052845 U JP 1983052845U JP 5284583 U JP5284583 U JP 5284583U JP H0220189 Y2 JPH0220189 Y2 JP H0220189Y2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
技術分野
本考案はSi3N4，SiCまたはサイアロン等の低
膨脹セラミツクと金属との接合構造の改良に関す
る。
膨脹セラミツクと金属との接合構造の改良に関す
る。
技術の背景
セラミツクと金属との接合は通常ろう付けによ
つて行なわれるが、前記セラミツクと鉄等の金属
とは熱膨脹係数が大きく異なるためその大きな膨
脹差によつてろう付け接合近傍には相当の歪が残
存することになる。この歪によつてもろいセラミ
ツク部に破壊が起る。この防止のため例えば特公
昭41−19883号で知られているようにセラミツク
の熱膨張率に近い金属のＷ，Mo材等の中間材を
介在させることが考えられており、セラミツク軸
接合面にMo粉末のメタライジングをし更にNi鍍
金をして金属化層を形成し或いはＷ，Moの接合
面にはぬれ性を良くするためNi鍍金をして銀ろ
うで接合しているが、Ｗ，Moには鍍金がし難い
ため、その密着性が悪いと回転トルクを必要とす
る軸に用いる場合、剪断応力によつて剥離する現
象があらわれ品質的に不安定要素を内在してい
る。またろう付による中間材に生じる内部応力で
接合の破壊のないよう充分な厚さが必要であるが
Mo材は材料が高いのでコスト高となりその使用
量は極力少くしたいところである。
つて行なわれるが、前記セラミツクと鉄等の金属
とは熱膨脹係数が大きく異なるためその大きな膨
脹差によつてろう付け接合近傍には相当の歪が残
存することになる。この歪によつてもろいセラミ
ツク部に破壊が起る。この防止のため例えば特公
昭41−19883号で知られているようにセラミツク
の熱膨張率に近い金属のＷ，Mo材等の中間材を
介在させることが考えられており、セラミツク軸
接合面にMo粉末のメタライジングをし更にNi鍍
金をして金属化層を形成し或いはＷ，Moの接合
面にはぬれ性を良くするためNi鍍金をして銀ろ
うで接合しているが、Ｗ，Moには鍍金がし難い
ため、その密着性が悪いと回転トルクを必要とす
る軸に用いる場合、剪断応力によつて剥離する現
象があらわれ品質的に不安定要素を内在してい
る。またろう付による中間材に生じる内部応力で
接合の破壊のないよう充分な厚さが必要であるが
Mo材は材料が高いのでコスト高となりその使用
量は極力少くしたいところである。
目 的
従つて本考案は上記に鑑みなされたもので接合
部の捩じり強度が充分で信頼性が高くコスト安と
なる接合構造を提供しようとするものである。
部の捩じり強度が充分で信頼性が高くコスト安と
なる接合構造を提供しようとするものである。
解決手段
本考案はセラミツク焼結体と金属との間にＷ材
またはMo材を主成分とする板を銅板ではさんだ
クラツド材を介在させて接合させたものである。
またはMo材を主成分とする板を銅板ではさんだ
クラツド材を介在させて接合させたものである。
実施例
以下本考案の実施例をタービン軸への応用例で
示す図面に基づき説明する。
示す図面に基づき説明する。
第１図においてケーシング１は片側が排気ガス
の導入口と排出口を有するタービンケーシング
２、他の片側が吸気口と送風口を有するコンプレ
ツサケーシング４、その間が軸受ケーシング３の
３部分よりなり、その中心を貫通してタービンロ
ータ５が位置する周知の構造である。タービンケ
ーシング２は導入口２１より内燃機関等の高温排
気を導入しタービン翼車室２２内のセラミツク材
のタービン翼車５１を高速で回転して中央ガス排
出口２３より排出される。タービン翼車５１の回
転はセラミツク材で一体形成された軸５２と接合
された金属軸５３とが軸受ケーシング３で軸承さ
れ、且軸方向の位置決めをされ油口３１から送ら
れる油で潤滑されながら回転され、金属軸５３に
嵌装固着されたコンプレツサ翼車室４１内のコン
プレツサ翼車５４を高速で回転させる。このコン
プレツサ翼車５４で空気は吸込口４２から吸い込
まれ圧縮されてコンプレツサケーシング４より内
燃機関等に送られるものである。
の導入口と排出口を有するタービンケーシング
２、他の片側が吸気口と送風口を有するコンプレ
ツサケーシング４、その間が軸受ケーシング３の
３部分よりなり、その中心を貫通してタービンロ
ータ５が位置する周知の構造である。タービンケ
ーシング２は導入口２１より内燃機関等の高温排
気を導入しタービン翼車室２２内のセラミツク材
のタービン翼車５１を高速で回転して中央ガス排
出口２３より排出される。タービン翼車５１の回
転はセラミツク材で一体形成された軸５２と接合
された金属軸５３とが軸受ケーシング３で軸承さ
れ、且軸方向の位置決めをされ油口３１から送ら
れる油で潤滑されながら回転され、金属軸５３に
嵌装固着されたコンプレツサ翼車室４１内のコン
プレツサ翼車５４を高速で回転させる。このコン
プレツサ翼車５４で空気は吸込口４２から吸い込
まれ圧縮されてコンプレツサケーシング４より内
燃機関等に送られるものである。
次に本発明の軸接合部について第２〜６図によ
り詳しく説明する。セラミツク材例えばSi3N4，
SiCまたはサイアロンで作られたタービン翼車５
１に一体成形のセラミツク軸５２と炭素鋼等で作
られた金属軸５３との接合面が互に平面である第
１の実施例を示す第２図において、セラミツク軸
５２の接合端部に物理蒸着により先づセラミツク
との密着性の良いTiを厚み0.1μ続いてセラミツク
との膨脹がほゞ等しいMoを0.1μ更にその上に展
性の良いCuを2μ順次積層して蒸着させた金属化
層５５を形成する。この端面と金属軸５３の接合
端面との間に両側を0.2mm厚のCu板５６ａ，５６
ｃで0.1mm厚のMo板５６ｂを挾んだクラツド板５
６を介在させ銀ろう５７によつてろう付けする。
この場合クラツド板５６の厚みは本例に限定され
ないが、膨脹差が吸収できる厚みが必要で0.5mm
程度が好ましい厚みであり両側を0.15mm厚のCu板
で0.2mm厚のMo板とする配列等も自由である。ま
たMoのかわりにMoを主成分とする合金を使用
することも勿論可能である。このろう付け工程は
セラミツクのタービン翼車５１を台車上に立て金
属化層５５を形成した接合端に平らな銀ろうをお
きその上にクラツド板５６をのせ更に平らな銀ろ
う５７をおき金属軸５３をのせ案内支持具によつ
て芯出し直立保持したものを林立させる。そして
この台車を800℃〜1000℃の水素炉中を所定時間
で通過させ連続的にろう付けするものである。
り詳しく説明する。セラミツク材例えばSi3N4，
SiCまたはサイアロンで作られたタービン翼車５
１に一体成形のセラミツク軸５２と炭素鋼等で作
られた金属軸５３との接合面が互に平面である第
１の実施例を示す第２図において、セラミツク軸
５２の接合端部に物理蒸着により先づセラミツク
との密着性の良いTiを厚み0.1μ続いてセラミツク
との膨脹がほゞ等しいMoを0.1μ更にその上に展
性の良いCuを2μ順次積層して蒸着させた金属化
層５５を形成する。この端面と金属軸５３の接合
端面との間に両側を0.2mm厚のCu板５６ａ，５６
ｃで0.1mm厚のMo板５６ｂを挾んだクラツド板５
６を介在させ銀ろう５７によつてろう付けする。
この場合クラツド板５６の厚みは本例に限定され
ないが、膨脹差が吸収できる厚みが必要で0.5mm
程度が好ましい厚みであり両側を0.15mm厚のCu板
で0.2mm厚のMo板とする配列等も自由である。ま
たMoのかわりにMoを主成分とする合金を使用
することも勿論可能である。このろう付け工程は
セラミツクのタービン翼車５１を台車上に立て金
属化層５５を形成した接合端に平らな銀ろうをお
きその上にクラツド板５６をのせ更に平らな銀ろ
う５７をおき金属軸５３をのせ案内支持具によつ
て芯出し直立保持したものを林立させる。そして
この台車を800℃〜1000℃の水素炉中を所定時間
で通過させ連続的にろう付けするものである。
次にセラミツク軸５２の接合端面が平面で金属
軸５３の端面中心に凹部を形成し接合端面５３ａ
をドーナツ形とした第２実施例を第３図に示す。
この場合は前述のクラツド材５６は金属軸５３の
接合端面５３ａに合わせて平板より打抜かれた同
寸、同形状のものがCu５６′ａ，Mo５６′ｂ，
Cu５６′ｃよりなるクラツド板５６′が用いられ
同様の手法によつて接合される。
軸５３の端面中心に凹部を形成し接合端面５３ａ
をドーナツ形とした第２実施例を第３図に示す。
この場合は前述のクラツド材５６は金属軸５３の
接合端面５３ａに合わせて平板より打抜かれた同
寸、同形状のものがCu５６′ａ，Mo５６′ｂ，
Cu５６′ｃよりなるクラツド板５６′が用いられ
同様の手法によつて接合される。
次に第２実施例の変形を示す第４図、第５図、
第６図において、第４図は両軸の端面の中心に同
径の僅かの突部５２ａ，５３ｂをそれぞれ設けて
ドーナツ形の接合端面と同形のクラツド板５６′
を介在させて同様の手法で接合される。第５図は
セラミツク軸５２と金属軸５３のそれぞれの端面
中心に同径の凹部５２ｂ，５３ｃを形成しドーナ
ツ形の接合端面と同形のクラツド板５６′を介在
させて同様の手法で接合される。第６図はセラミ
ツク軸５２端面中心に突部５２ｃを金属軸５３端
面中心に突部５２ｃと嵌合する突部の長さより深
い凹部５３ｄをそれぞれ形成し、ドーナツ形の接
合端面と同形のクラツド板５６′を介在させて同
様の手法で接合するものである。
第６図において、第４図は両軸の端面の中心に同
径の僅かの突部５２ａ，５３ｂをそれぞれ設けて
ドーナツ形の接合端面と同形のクラツド板５６′
を介在させて同様の手法で接合される。第５図は
セラミツク軸５２と金属軸５３のそれぞれの端面
中心に同径の凹部５２ｂ，５３ｃを形成しドーナ
ツ形の接合端面と同形のクラツド板５６′を介在
させて同様の手法で接合される。第６図はセラミ
ツク軸５２端面中心に突部５２ｃを金属軸５３端
面中心に突部５２ｃと嵌合する突部の長さより深
い凹部５３ｄをそれぞれ形成し、ドーナツ形の接
合端面と同形のクラツド板５６′を介在させて同
様の手法で接合するものである。
第２実施例は軸接合部にねじり力が働らく場合
剪断応力は殆んど外側に作用するため、その接合
強度には影響を与えることなく凹部にできた空間
によつて断熱層が形成され、金属軸５３への熱の
伝導が抑制されて金属軸の温度が下がり、潤滑油
の油温が下がるため、潤滑条件がよくなる。ま
た、潤滑油の交換サイクルも伸びる効果がある。
更に第６図の凸部と凹部とを嵌合させたものは芯
出しが容易且正確に行なえる効果がある。本実施
例ではMoを挾んだクラツド材を使用したが、Ｗ
を主成分とする材料をCuで挾んだクラツド材を
も用いることができる。
剪断応力は殆んど外側に作用するため、その接合
強度には影響を与えることなく凹部にできた空間
によつて断熱層が形成され、金属軸５３への熱の
伝導が抑制されて金属軸の温度が下がり、潤滑油
の油温が下がるため、潤滑条件がよくなる。ま
た、潤滑油の交換サイクルも伸びる効果がある。
更に第６図の凸部と凹部とを嵌合させたものは芯
出しが容易且正確に行なえる効果がある。本実施
例ではMoを挾んだクラツド材を使用したが、Ｗ
を主成分とする材料をCuで挾んだクラツド材を
も用いることができる。
接合強度試験
〓Ａ〓 中間材Cu−Mo−Cuのクラツド板
○ 試料条件
・ セラミツク
寸法 第７図ａ
材質 Si3N4
接合面処理 Ti 0.1μ厚、Mo 0.1μ厚、Cu
2μ厚を順次蒸着した金属化層形成 ・ グラツド板 寸法 第７図ｂ Cu……厚み 0.2mm（両側同じ） Mo……厚み 0.1mm ・ 金属 寸法 第７図ｃ 材質 SCM−４ ○ ろう付条件 ・ ろう材 銀ろう（BAg−８） ・ ろう付温度 900℃ ・ 雰囲気 水素 ○ 検査方法 ・ セラミツククラツク検査 螢光探傷法 ・ 捩じり強度検査 トルクレンチ ○ 試験結果（個数５個） ・ クラツク 認められず ・ 捩じり強度（r.t） 7.5Kgｍ〜8.2Kgｍ 〓Ｂ〓 中間材 Mo単体 Γ 試科条件 ・ セラミツク寸法、材質、接合面処理〓Ａ〓に
同じ ・ Mo板 寸法 第７図ｂ 接合面処理 厚み5μmの電解Ni鍍金 ・ 金属 寸法、材質 〓Ａ〓に同じ ○ ろう付条件 〓Ａ〓に同じ ○ 検査方法 〓Ａ〓に同じ ○ 試験結果（個数５個） ・ クラツク セラミツク側に有 ・ 捩じり強度（r.t） １Kgｍ〜1.5Kgｍ 効 果 以上詳述したように本考案はセラミツク製のタ
ービン翼車の軸とコンプレツサ翼車の金属軸との
接合にＷ、またはMo材を銅板で挾んだクラツド
材を介在させてろう付けするようになしたので、
高価なMo材を極く薄い板として使用するため消
費量は微量となり、コストを安くすることができ
る。更にセラミツク材の熱膨脹率に近い材料の
Ｗ、Mo材を介在して熱膨脹差を吸収しまた熱膨
脹による応力を、銅、銀により緩衝する作用と相
まつてセラミツク内部の歪を少くてクラツクの発
生を防止するとともに、Ｗ、Mo材の金属軸との
接着のためのぬれ性改善のNi鍍金が難かしいと
いう不安定要因を解消することができるため、ろ
う付け時の強度のばらつきがなくなり従来Mo単
体を中間材としたものに比べて数部の捩じり強度
が得られ優位性が認められるとともに製品の分留
りが向上して信頼性を向上させることができる特
徴を有する。なお本実施例はタービン軸の応用例
で示したが本技術はタービン軸のみでなく、タペ
ツト等低熱膨脹セラミツクと金属とを接合した構
造等に広く用いることができる。
2μ厚を順次蒸着した金属化層形成 ・ グラツド板 寸法 第７図ｂ Cu……厚み 0.2mm（両側同じ） Mo……厚み 0.1mm ・ 金属 寸法 第７図ｃ 材質 SCM−４ ○ ろう付条件 ・ ろう材 銀ろう（BAg−８） ・ ろう付温度 900℃ ・ 雰囲気 水素 ○ 検査方法 ・ セラミツククラツク検査 螢光探傷法 ・ 捩じり強度検査 トルクレンチ ○ 試験結果（個数５個） ・ クラツク 認められず ・ 捩じり強度（r.t） 7.5Kgｍ〜8.2Kgｍ 〓Ｂ〓 中間材 Mo単体 Γ 試科条件 ・ セラミツク寸法、材質、接合面処理〓Ａ〓に
同じ ・ Mo板 寸法 第７図ｂ 接合面処理 厚み5μmの電解Ni鍍金 ・ 金属 寸法、材質 〓Ａ〓に同じ ○ ろう付条件 〓Ａ〓に同じ ○ 検査方法 〓Ａ〓に同じ ○ 試験結果（個数５個） ・ クラツク セラミツク側に有 ・ 捩じり強度（r.t） １Kgｍ〜1.5Kgｍ 効 果 以上詳述したように本考案はセラミツク製のタ
ービン翼車の軸とコンプレツサ翼車の金属軸との
接合にＷ、またはMo材を銅板で挾んだクラツド
材を介在させてろう付けするようになしたので、
高価なMo材を極く薄い板として使用するため消
費量は微量となり、コストを安くすることができ
る。更にセラミツク材の熱膨脹率に近い材料の
Ｗ、Mo材を介在して熱膨脹差を吸収しまた熱膨
脹による応力を、銅、銀により緩衝する作用と相
まつてセラミツク内部の歪を少くてクラツクの発
生を防止するとともに、Ｗ、Mo材の金属軸との
接着のためのぬれ性改善のNi鍍金が難かしいと
いう不安定要因を解消することができるため、ろ
う付け時の強度のばらつきがなくなり従来Mo単
体を中間材としたものに比べて数部の捩じり強度
が得られ優位性が認められるとともに製品の分留
りが向上して信頼性を向上させることができる特
徴を有する。なお本実施例はタービン軸の応用例
で示したが本技術はタービン軸のみでなく、タペ
ツト等低熱膨脹セラミツクと金属とを接合した構
造等に広く用いることができる。
第１図はタービンの縦断面図、第２図はタービ
ン軸のセラミツク軸と金属軸のクラツド材を介在
させた接合部の拡大図、第３図はクラツド材の他
の実施例を用いた接合部の拡大図、第４図、第５
図、第６図は第３図のクラツド材を用いた軸接合
部の変形例を示す図、第７図は接合強度試験の試
料寸法を示す図である。 ５１……タービン翼車、５２……セラミツク
軸、５３……金属軸、５４……コンプレツサ翼
車、５５……金属化層、５６，５６′……クラツ
ド板、５６ａ，５６ｃ，５６′ａ，５６′ｃ……
Cu、５６ｂ，５６′ｂ……Mo、５７……銀ろう。
ン軸のセラミツク軸と金属軸のクラツド材を介在
させた接合部の拡大図、第３図はクラツド材の他
の実施例を用いた接合部の拡大図、第４図、第５
図、第６図は第３図のクラツド材を用いた軸接合
部の変形例を示す図、第７図は接合強度試験の試
料寸法を示す図である。 ５１……タービン翼車、５２……セラミツク
軸、５３……金属軸、５４……コンプレツサ翼
車、５５……金属化層、５６，５６′……クラツ
ド板、５６ａ，５６ｃ，５６′ａ，５６′ｃ……
Cu、５６ｂ，５６′ｂ……Mo、５７……銀ろう。
Claims (1)
- セラミツク焼結体と接合すべき金属との間にＷ
材またはMO材を主成分とする板を銅板で挟んだ
クラツド材を介在させてろう付けで接合したこと
を特徴とするセラミツクと金属の接合構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5284583U JPS59160533U (ja) | 1983-04-09 | 1983-04-09 | セラミツクと金属の接合構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5284583U JPS59160533U (ja) | 1983-04-09 | 1983-04-09 | セラミツクと金属の接合構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59160533U JPS59160533U (ja) | 1984-10-27 |
| JPH0220189Y2 true JPH0220189Y2 (ja) | 1990-06-01 |
Family
ID=30183193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5284583U Granted JPS59160533U (ja) | 1983-04-09 | 1983-04-09 | セラミツクと金属の接合構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59160533U (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2525873B2 (ja) * | 1988-07-26 | 1996-08-21 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置用部品間の接続構造 |
| JPH1149579A (ja) * | 1997-07-31 | 1999-02-23 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ロー付け接合体 |
| SG89286A1 (en) * | 1999-07-12 | 2002-06-18 | Mitsubishi Electric Corp | Insulating operating rod and manufacturing method therefor |
-
1983
- 1983-04-09 JP JP5284583U patent/JPS59160533U/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59160533U (ja) | 1984-10-27 |
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