JPH024798B2

JPH024798B2 -

Info

Publication number: JPH024798B2
Application number: JP60194893A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Tsuchimoto; Akira Toryama; Naoya Shimizu; Kazuhiko Takesa
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1985-09-05
Filing date: 1985-09-05
Publication date: 1990-01-30
Also published as: JPS6255498A

Description

【発明の詳細な説明】「技術分野」本発明は、例えば高温ガス用のフアン、タービ
ンなどに好適なセラミツクス製翼車に関する。

「従来技術およびその問題点」従来より、高速で回転するフアン、タービンな
どの翼車としては、金属製のものが使用されてい
る。しかし、金属製の翼車は、最も優れた耐熱性
金属を用いた場合であつても、1000℃を超えるよ
うな高温ガスに適用することは困難であつた。

このため、高温ガスに適用されるフアン、ター
ビン、例えば自動車のターボチヤージヤーなどに
おいては、耐熱性に優れたセラミツクス製のもの
が使用されつつある。かかるセラミツクス製翼車
として、インペラー、ボス、シヤフトなどが一体
に成形されたもので知られている。

しかしながら、例えば100m³／min以上の能力
が要求されるフアンのように、比較的大型のもの
をセラミツクスで一体に成形しようとすると、
緻密な組識が得られず、強度的な信頼性が低下す
ること、脱脂または焼成時に肉厚差の大きい部
分にクラツクが発生しやすいこと、大型の射出
成形機が必要となること、などの問題点があり、
歩留りも悪く、コスト高となる。

また、セラミツクスのブロツクから削り出すこ
とによつて、翼体とデイスクとを一体に形成した
セラミツクスタービンホイールも知られており、
ガスタービン自動車でのロードテストに成功をお
さめている（Proceedings of the First
International Symposium on Cermic
Components for Engine，October 17−19、
1983、p9〜p20，“OVERVIEW ON THE
GERMAN PROGRAM ON CERAMIC
COMPONENTS FOR VEHICULAR GAS
TURBINS”，W.Bunk）。

しかしながら、この方法では、比較的大径のセ
ラミツクス翼体を成形する場合に、材料の無駄が
多く、加工工程で時間がかかり、コスト高になつ
て量産にも不向きである。

このように、大径のセラミツクス翼車を一体で
成形する実用レベルで満足な方法は、いまだに得
られていない。これに対して、セラミツクス翼車
を一体に成形せず、いくつかのパーツに分けて成
形した後、組合せる方法が考えられている。

例えば特開昭55−75504号には、セラミツクス
のデイスク（ハブ部）の外周に所定の間隔で複数
の切り溝を設け、セラミツクスの翼体の脚部をこ
の切り溝に嵌め込んで一体に接合した構造が提案
されている。この場合、デイスクと翼体との接合
に際しては、ホツトプレス、熱間等圧プレス、リ
ツプ鋳造、耐火セメントなどの手段が用いられて
いる。

しかしながら、この構造においては、デイスク
の切り溝と翼体の脚部とが機械的に係合するもの
ではないので（特開昭55−75504号の図面参照）、
遠心力によりデイスクと翼体との接合部に引張り
力が作用すると、翼体がデイスクから分離してし
まう虞れがあり、充分な強度を保持させることが
困難であつた。

「発明の目的」本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
し、比較的簡単な構造で、充分な強度を有し、信
頼性と寿命に優れ、しかも低コストで製造できる
ようにしたセラミツクス製翼車を提供することに
ある。

「発明の構成」本発明によるセラミツクス製翼車は、ダブテイ
ル状の基部を有するセラミツクス製の複数の翼体
と、これらの翼体の基部が適合する複数の溝が外
周に形成されたセラミツクス製のデイスクとを備
え、前記翼体の基部が前記デイスクの溝に嵌合
し、耐熱性接着剤で固着されていることを特徴と
する。

このように、本発明では、翼体の基部がダブテ
イル状をなし、デイスクの溝が上記基部に適合す
る形状とされているので、翼体の基部をデイスク
の溝に嵌合したとき、遠心力による引張り力に対
して、翼体の基部がデイスクの溝に係合して機械
構造的に抜け止めがなされる。したがつて、翼体
の基部をデイスクの溝に嵌合して耐熱性接着剤で
固着するだけで、充分な強度が保持され、信頼性
および寿命を向上させることができる。また、翼
体およびデイスクは常圧焼結体でもさしつかえな
く、ホツトプレス等の必要がないので低コストで
製造することができる。

なお、本発明において、ダブテイル状とは、翼
体の基端に向けて末広がりの形状を意味する。し
たがつて、翼体の基部をこれに適合するように形
成されたデイスクの溝に嵌合したとき、遠心力に
よる引張り力に対して、末広がりの部分が溝に係
合することになる。

本発明の好ましい態様においては、前記翼体の
基端面と、前記デイスクの溝の底部との間に楔が
挿入されている。

このように楔を用いることの第一の利点は、デ
イスクに対して所定の位置に翼体を固定できるこ
とである。翼体の基部とデイスクの溝とは相互に
嵌合する形状であるとはいえ、一定のクリアラン
スを確保して形成されている。この両者間に接着
層を形成しうるペーストを介在させ、ついでこれ
を熱処理することにより、両者が耐熱性の接着剤
層で固着されることになるのであるが、こうした
ペーストは熱処理前にはまだ流動性、可塑性を残
しており、固着力も充分でないことが多い。した
がつて熱処理前の段階では、クリアランスによる
ガタの分だけデイスクに対して翼体がその自重に
よつて垂れ下がることとなる。デイスクに放射状
に複数の翼体をとりつける場合を例にとれば、デ
イスクの軸に垂直な面上に複数の翼体が位置すべ
きであるところが、傘状の面上に位置してしま
う。このまま熱処理すれば、不適正な位置のまま
固着されて不都合である。しかるに楔を用いる
と、ガタがなくなり、所望の位置関係を保持した
ままデイスクに翼体を固着できることとなる。

楔を用いる第二の利点は接着を均一にし、接着
強度を向上させ、かつ、その信頼性も高まること
である。後述するガラス接着剤について確認した
ところ、接着剤厚みと接着強度およびそのバラツ
キについて、次のような関係が見いだされた。

接着剤厚み平均接着強度標準偏差 100μ 20.1Kg／mm² 1.5Kg／mm² 200μ 17.3Kg／mm² 1.7Kg／mm² 300μ 10.5Kg／mm² 2.5Kg／mm² これによれば接着剤厚みが薄いほど、接着強度
も、その信頼性も向上することがわかる。このよ
うな関係は他の耐熱性接着剤についても適用され
ると考えられる。しかして、楔によつて翼体の基
部がデイスクの半径方向外方に押圧され、ダブテ
イル状をなす翼体の基部の肩部がデイスクの溝の
斜面に密着し、あらかじめ塗布された耐熱性の接
着剤が薄い接着層を形成し、強固な接着とその信
頼性向上がなされることになる。さらに接着剤用
ペーストをあらかじめ塗布したのち嵌合せしめる
にせよ、嵌合せしめたのち同ペーストを所定部位
に充填するにせよ、各部に均一にほどこすことは
一般には容易ではないことも多い。しかるに楔を
用いて押圧することにより、当初はペースト量が
不均一であつたとしてもこれが流動せしめられ
て、所望部位における接着剤厚みを実質的に均一
にでき、結果として、さらに接着強度およびその
信頼性の向上に益する。

なお、楔は、耐熱性の接着剤に埋設されること
がより好ましい。

「発明の実施例」第１図および第２図には、本発明によるセラミ
ツクス製翼車の一実施例が示されている。このセ
ラミツクス製翼車１１は、複数枚（この実施例の
場合６枚）の翼体１２と、これらの翼体１２を支
持する円盤状のデイスク１３と、この円盤状のデ
イスク１３の中心部に連結された回転軸１４とか
らなつている。翼体１２、デイスク１３および回
転軸１４は、いずれもセラミツクスからなつてい
る。セラミツクスとしては、例えば緻密質な炭化
珪素、窒化珪素の焼結体など、高強度なものが採
用される。この場合、セラミツクスは、常圧焼結
したもので充分である。なお、翼体１２、デイス
ク１３および回転軸１４は、熱膨張係数を同じに
するため、全て同じ材質とすることが好ましい。

特に、第２図に示すように、翼体１２は、その
基部１２ａがダブテイル状をなし、デイスク１３
の外周の複数箇所（この実施例の場合６箇所）に
は、上記基部１２ａが適合する蟻溝状の溝１３ａ
が形成されている。そして、翼体１２の基部１２
ａは、デイスク１３の溝１３ａに嵌合され、耐熱
性接着剤１５を介して固着されている。耐熱性接
着剤１５としては、セラミツクス接着剤が好まし
く、特に、マグネシア−シリカ−イツトリア系、
アルミナ−シリカ−イツトリア系、窒化アルミニ
ウム−シリカ−イツトリア系のガス接着剤が好ま
しい。すなわち、これらのガラス原料粉末を有機
樹脂などの結合剤と混合して適度な粘性をもつペ
ーストを調整し、このペーストをあらかじめ基部
１２ａと溝１３ａとの接合面に塗布しておけばよ
い。そして、翼体１２およびデイスク１３を組付
けた後、1500℃以上の炉に入れて加熱することに
より、上記ガラス原料粉末が溶融する。この溶融
ガラスは、高強度のセラミツクスに対してよく漏
れるので、温度が下つた状態では、翼体１２の基
部１２ａとデイスク１３の溝１３ａとに接着し、
強力な接着剤となる。なお、加熱処理中、デイス
ク１３と翼体１２とは所定の治具に載置・保持さ
れているとよい。

なお、デイスク１３の中心部にはボス１３ｂが
形成され、回転軸１４の先端部は筒状をなし、回
転軸１４の先端部がボス１３ｂに嵌め込まれて、
上記と同様な耐熱性接着剤によつて固着されてい
る。

上記の構成において、翼車１１が高速で回転す
ると、翼体１２の遠心力により、翼体１２とデイ
スク１３との接合面に引張り力が作用する。しか
し、ダブテイル状に形成された翼体１２の基部１
２ａと、蟻溝状に形成されたデイスク１３の溝１
３ａとが係合しているので、上記引張り力に対し
て強い強度が得られる。したがつて、信頼性およ
び寿命を向上させることができる。

なお、翼体１２の基部１２ａの形状およびデイ
スク１３の溝１３ａの形状は、翼体１２が遠心力
に対して抜けないような形状をなしていればよ
く、例えば第３図に示すような形状とすることも
できる。

第４図および第５図には、本発明によるセラミ
ツクス製翼車の他の実施例が示されている。この
セラミツクス製翼車１１では、翼体１２の基部１
２ａの端面と、デイスク１３の溝１３ａの底部と
の間に楔１６が挿入されている。そして、基部１
２ａ、溝１３ａおよび楔１６の間隙に、前記と同
様な耐熱性接着剤１５が充填されて固着されてい
る。なお、楔１６は翼体１２およびデイスク１３
と同様なセラミツクスからなる。また、楔１６
は、溝１３ａ内に、そのまま接着剤１５によつて
埋設される。

このセラミツクス製翼車１１では、楔１６によ
つて翼体１２の基部１２ａがデイスク１３の溝１
３ａの内壁に圧接される。このため、接着剤１５
は例えば100μ程度あるいはそれ以下の薄い接着
層を容易に形成し、強力な接着力が得られる。し
たがつて、前述した実施例よりもさらに優れた接
合強度が得られる。また加熱処理においては格別
の治具を必ずしも要しない。

「発明の効果」以上説明したように、本発明によれば、翼体の
基部がダブテイル状に形成され、デイスクの外周
に上記基部が適合する溝が形成され、翼体の基部
がデイスクの溝に嵌合して耐熱性接着剤で固着さ
れているので、遠心力による引張り力に対して優
れた強度が得られる。したがつて、信頼性および
寿命を向上させることができる。また、各構成部
品は、セラミツクスの常圧焼結体でよく、ホツト
プレス等の必要がないので、低コストで製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるセラミツクス
製翼車の一部切り欠き側断面図、第２図は同セラ
ミツクス製翼車の正面図、第３図は本発明の他の
実施例によるセラミツクス製翼車の部分正面図、
第４図は本発明のさらに他の実施例によるセラミ
ツクス製翼車の部分側断面図、第５図は同セラミ
ツクス製翼車の部分正面図である。図中、１１はセラミツクス製翼車、１２は翼
体、１２ａは基部、１３はデイスク、１３ａは
溝、１５は耐熱性接着剤、１６は楔である。

Claims

【特許請求の範囲】

１ダブテイル状の基部を有するセラミツクス製
の複数の翼体と、これらの翼体の基部が適合する
複数の溝が外周に形成されたセラミツクス製のデ
イスクとを備え、前記翼体の基部が前記デイスク
の溝に嵌合し、且前記翼体の基端面と、前記デイ
スクの溝の底部との間に楔が挿入され、これらを
耐熱性接着剤で固着されていることを特徴とする
セラミツクス製翼体。