JPH0261437B2 - - Google Patents
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- JPH0261437B2 JPH0261437B2 JP59212070A JP21207084A JPH0261437B2 JP H0261437 B2 JPH0261437 B2 JP H0261437B2 JP 59212070 A JP59212070 A JP 59212070A JP 21207084 A JP21207084 A JP 21207084A JP H0261437 B2 JPH0261437 B2 JP H0261437B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
本発明はセラミツク軸と金属軸との接合方法に
関し、例えばセラミツク製のターボチヤージヤや
ガスタービンローラ等のセラミツク軸と金属軸と
の接合構造に関するものである。 （従来の技術） 従来、セラミツク軸と金属軸を接合するにあた
つては第２図に示すようにセラミツク軸１の接続
端をやゝ細くして金属軸２の接続端の管状部内に
焼嵌めするか、第３図に示すようにセラミツク軸
１の接続端を金属軸２の接続端のやゝ大径に構成
された管状部内に焼嵌めするか、第４図に示すよ
うにセラミツク軸１と金属軸２のつき合せ端面に
ニツケル等のろう材層によりろう付け３するか、
第５図に示すようにセラミツク軸１の接続端を金
属軸２の接続端のやゝ大径にされた管状部内に嵌
め込むと同時にセラミツク軸１のつき合せ端面に
ニツケル等のろう材によりろう付け３した構造の
ものが知られている。 （発明が解決しようとする問題点） 上記の従来技術において、セラミツク軸と金属
軸との接合部が高温にさらされたときに、焼嵌め
法によるものは金属軸２の管状部が他の部分より
薄肉であるので、機械的強度の低下が著るしく、
変形を生ずるおそれがあることと、接合部が焼嵌
め温度に上昇することによつて金属軸端の外径方
向への膨張が著るしいために、セラミツク軸１が
金属軸２から脱離するおそれがあり、又接続端面
をろう付けした構造のものは、ろうの酸化により
接合強度の低下が避けられず、ろう材の熱間強度
が低下するという問題があつた。 （問題点を解決する手段） 本発明は上記の問題点を解決するために種々検
討の結果なされたもので、接合部の外周にスリー
ブを設け、かつこのスリーブ内面とセラミツク軸
表面の間には低膨張率ガラス層を介在させたこと
を特徴とするセラミツク軸と金属軸の接合構造で
ある。 （作用） 本発明は上記の如く金属スリーブ又はセラミツ
クスリーブの如きスリーブを接合部の外周に設け
ているので接続部の強度が大きくなり、殊に高温
の雰囲気に曝されてもスリーブが、その内部の接
続部が直接高温下に曝されるのを防ぎ、金属軸そ
の他における酸化による劣化を防止し、又、ガラ
ス層がセラミツク軸とスリーブの間に存在するこ
とによつてセラミツク軸にかゝるしぼり応力を緩
和させ、セラミツク割れを防止する作用をなす。 （実施例） 以下本発明の実施例について説明する。 第１図１は本発明の一例で、セラミツク軸１と
金属軸２とは端面相互をつき合わすようにし、そ
の間に適宜な手段による接合部４を形成して接合
するとともに、接合部を包被するようにスリーブ
６が嵌挿され、このスリーブ６の内面と金属軸２
の表面はろう付け３され、スリーブ６とセラミツ
ク軸１との間は低膨張率ガラス５により接合され
ている。 なおセラミツク軸１と金属軸２の端面接続をし
ている接合部４は両軸の熱膨張係数の差が大きい
ことから、特願昭59−80658（特開昭59−80658号
公報）により明らかにしたように、セラミツク材
を焼結させた薄板を単独に又は金属板と複合構造
にしたものを緩衝板として介在させてろう接する
ことにより高温、高振動下でも接合強度が大で、
接合後の残留応力による接合部付近の割れを防止
できる。 本発明に於ては前記のようにスリーブ６により
接合部が高温に曝されるのを防ぎ、又、スリーブ
とセラミツク軸との間の低膨張率ガラスがセラミ
ツク軸にかかる絞り応力を緩和するものである。 本発明に於て用いられるセラミツク軸の材質は
窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア、ボロンナ
イトライド等の耐熱セラミツクスが好ましく、
又、金属軸の材質は炭素鋼（JISS50C等）、合金
鋼（JIS SCM435）、ステンレス鋼（JIS
SUS630）、マルエージング鋼、インコネル、コ
バール、チタン合金等が好ましい。 又、スリーブ材質はセラミツク、金属いづれで
もよいが、耐熱性がく、セラミツク軸と熱膨張係
数の近いものがより好ましいものと言えよう。 本発明に於て用いられる低膨張率ガラスには例
えばホウ珪酸ガラスが望ましく、その組成物は以
下のとおりである。
関し、例えばセラミツク製のターボチヤージヤや
ガスタービンローラ等のセラミツク軸と金属軸と
の接合構造に関するものである。 （従来の技術） 従来、セラミツク軸と金属軸を接合するにあた
つては第２図に示すようにセラミツク軸１の接続
端をやゝ細くして金属軸２の接続端の管状部内に
焼嵌めするか、第３図に示すようにセラミツク軸
１の接続端を金属軸２の接続端のやゝ大径に構成
された管状部内に焼嵌めするか、第４図に示すよ
うにセラミツク軸１と金属軸２のつき合せ端面に
ニツケル等のろう材層によりろう付け３するか、
第５図に示すようにセラミツク軸１の接続端を金
属軸２の接続端のやゝ大径にされた管状部内に嵌
め込むと同時にセラミツク軸１のつき合せ端面に
ニツケル等のろう材によりろう付け３した構造の
ものが知られている。 （発明が解決しようとする問題点） 上記の従来技術において、セラミツク軸と金属
軸との接合部が高温にさらされたときに、焼嵌め
法によるものは金属軸２の管状部が他の部分より
薄肉であるので、機械的強度の低下が著るしく、
変形を生ずるおそれがあることと、接合部が焼嵌
め温度に上昇することによつて金属軸端の外径方
向への膨張が著るしいために、セラミツク軸１が
金属軸２から脱離するおそれがあり、又接続端面
をろう付けした構造のものは、ろうの酸化により
接合強度の低下が避けられず、ろう材の熱間強度
が低下するという問題があつた。 （問題点を解決する手段） 本発明は上記の問題点を解決するために種々検
討の結果なされたもので、接合部の外周にスリー
ブを設け、かつこのスリーブ内面とセラミツク軸
表面の間には低膨張率ガラス層を介在させたこと
を特徴とするセラミツク軸と金属軸の接合構造で
ある。 （作用） 本発明は上記の如く金属スリーブ又はセラミツ
クスリーブの如きスリーブを接合部の外周に設け
ているので接続部の強度が大きくなり、殊に高温
の雰囲気に曝されてもスリーブが、その内部の接
続部が直接高温下に曝されるのを防ぎ、金属軸そ
の他における酸化による劣化を防止し、又、ガラ
ス層がセラミツク軸とスリーブの間に存在するこ
とによつてセラミツク軸にかゝるしぼり応力を緩
和させ、セラミツク割れを防止する作用をなす。 （実施例） 以下本発明の実施例について説明する。 第１図１は本発明の一例で、セラミツク軸１と
金属軸２とは端面相互をつき合わすようにし、そ
の間に適宜な手段による接合部４を形成して接合
するとともに、接合部を包被するようにスリーブ
６が嵌挿され、このスリーブ６の内面と金属軸２
の表面はろう付け３され、スリーブ６とセラミツ
ク軸１との間は低膨張率ガラス５により接合され
ている。 なおセラミツク軸１と金属軸２の端面接続をし
ている接合部４は両軸の熱膨張係数の差が大きい
ことから、特願昭59−80658（特開昭59−80658号
公報）により明らかにしたように、セラミツク材
を焼結させた薄板を単独に又は金属板と複合構造
にしたものを緩衝板として介在させてろう接する
ことにより高温、高振動下でも接合強度が大で、
接合後の残留応力による接合部付近の割れを防止
できる。 本発明に於ては前記のようにスリーブ６により
接合部が高温に曝されるのを防ぎ、又、スリーブ
とセラミツク軸との間の低膨張率ガラスがセラミ
ツク軸にかかる絞り応力を緩和するものである。 本発明に於て用いられるセラミツク軸の材質は
窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア、ボロンナ
イトライド等の耐熱セラミツクスが好ましく、
又、金属軸の材質は炭素鋼（JISS50C等）、合金
鋼（JIS SCM435）、ステンレス鋼（JIS
SUS630）、マルエージング鋼、インコネル、コ
バール、チタン合金等が好ましい。 又、スリーブ材質はセラミツク、金属いづれで
もよいが、耐熱性がく、セラミツク軸と熱膨張係
数の近いものがより好ましいものと言えよう。 本発明に於て用いられる低膨張率ガラスには例
えばホウ珪酸ガラスが望ましく、その組成物は以
下のとおりである。
【表】
ガラスの熱膨張係数はセラミツクのそれに近い
ものが良好であり、セラミツクがSi3N4の場合は
５×10-6／℃以下が好ましい。 又、好ましくはガラス材100重量部に対して塗
布性を向上するために粘土、カオリン等の結合剤
１〜20重量部、粘度調整剤として酸化ホウ素０〜
50重量部及び、熱膨張係数の調節、耐熱性の向上
のためにAl2O3、Si3N4、AlN、SiC、β−スポジ
ウメン、FeB、NiB0〜20重量部を添加混合した
ものが有用である。 本発明による試料として下表に示す試料を作成
した。
ものが良好であり、セラミツクがSi3N4の場合は
５×10-6／℃以下が好ましい。 又、好ましくはガラス材100重量部に対して塗
布性を向上するために粘土、カオリン等の結合剤
１〜20重量部、粘度調整剤として酸化ホウ素０〜
50重量部及び、熱膨張係数の調節、耐熱性の向上
のためにAl2O3、Si3N4、AlN、SiC、β−スポジ
ウメン、FeB、NiB0〜20重量部を添加混合した
ものが有用である。 本発明による試料として下表に示す試料を作成
した。
【表】
なおろう材は、チタン、銀、銅の粉末（250メ
ツシユ未満 純度99％以上）をそれぞれ15重量
％、60重量％、25重量％の割合で混合し、そこに
バインダーとしてブチルカルビドール適量、エチ
ルセルロース５重量％を添加してアセトンを溶剤
としてアルミナポツト中でアルミナ製球石を用い
て１時間湿式で混合してろう材を調整した。ガラ
ス材の塗布に当つては、セラミツク軸の接続端の
所定の位置に上記のガラス材をスプレー法、デイ
ツピング法等の適当な手段で、厚さ500μｍ以下
に均一に塗布し、その後非酸化性雰囲気下で850
〜1000℃にて焼き付けてガラス層を形成する。 次に上記ろう材を100μｍ以下の厚さでそれぞ
れ接合面に塗布し、所定の温度にてバインダー抜
きした後、10-6Torrの真空中にてろう付けした。 比較例 １ スリーブを用いない外は実施例１と同様にした
試料を作成した。 次に上記の実施例１及び比較例１の試料につい
て、接合部をブンゼンバーナー（炎温度1000℃）
にて1Hr加熱したところ実施例１の試料には異常
は見られなかつたが、比較例１の試料は接合部が
酸化されガサガサになつた。 第１図２は本発明をターボチヤージヤに応用し
た場合の実施例である。図に於てＲはセラミツク
タービンロータ、１ｒはそのセラミツク軸状突出
部、２ｂは圧縮機のブレードの金属軸で両軸は端
面に接合部４が形成され、その表面には溝付金属
スリーブ６ｕが設けられている。７はオイルシー
リング溝である。 又溝付金属スリーブ６ｕの内面と金属軸２ｂの
表面はろう付け３されているとともに、同スリー
ブ６ｕの内面とタービンロータのセラミツク軸状
突出部１ｒの表面との間は低膨張率ガラス５によ
り接合されている。 このような構造では溝付金属スリーブ６ｕによ
り接合部が補強され、かつ、高温に曝されるのを
防ぎ、又、溝付金属スリーブ６ｕとセラミツク軸
状突出部１ｒとの間が低膨張率ガラス５により結
合されているので、セラミツク軸状突出部にかか
る絞り応力を緩和させることができる。 第１図３は更に他の実施例で溝付金属スリーブ
６ｕはセラミツク軸状突出部１ｒの表面から垂直
面にかけて低膨張率ガラス５により結合されてい
る外は第１図２と同様でこのスリーブにより排気
ガスが直接ガラス部５に当るのを避けることによ
つて熱的に安定な構造としたものである。 なお以上は、金属スリーブについて述べたがセ
ラミツクスリーブを用いても、接合部の補強や内
部の酸化防止等の効果は同様である。 （発明の効果） 本発明は上述の如く、金属軸とセラミツク軸と
の接合部にスリーブが設けられているので、接合
部が高温に曝されるのを防ぎ、その酸化による接
合強度の低下を防ぐことができる。 又、スリーブとセラミツク軸の間に低膨張率ガ
ラス層が設けられているので、スリーブとして金
属を用いた場合でもセラミツク軸にかかる絞り応
力を緩和することができる。又、スリーブとして
セラミツクを用いた場合、セラミツク軸、接合層
（ガラス）と熱膨張係数が近いために強固な接合
と、あらゆる温度変化に対してもこの部分でセラ
ミツク割れを生ずるおそれがない。
ツシユ未満 純度99％以上）をそれぞれ15重量
％、60重量％、25重量％の割合で混合し、そこに
バインダーとしてブチルカルビドール適量、エチ
ルセルロース５重量％を添加してアセトンを溶剤
としてアルミナポツト中でアルミナ製球石を用い
て１時間湿式で混合してろう材を調整した。ガラ
ス材の塗布に当つては、セラミツク軸の接続端の
所定の位置に上記のガラス材をスプレー法、デイ
ツピング法等の適当な手段で、厚さ500μｍ以下
に均一に塗布し、その後非酸化性雰囲気下で850
〜1000℃にて焼き付けてガラス層を形成する。 次に上記ろう材を100μｍ以下の厚さでそれぞ
れ接合面に塗布し、所定の温度にてバインダー抜
きした後、10-6Torrの真空中にてろう付けした。 比較例 １ スリーブを用いない外は実施例１と同様にした
試料を作成した。 次に上記の実施例１及び比較例１の試料につい
て、接合部をブンゼンバーナー（炎温度1000℃）
にて1Hr加熱したところ実施例１の試料には異常
は見られなかつたが、比較例１の試料は接合部が
酸化されガサガサになつた。 第１図２は本発明をターボチヤージヤに応用し
た場合の実施例である。図に於てＲはセラミツク
タービンロータ、１ｒはそのセラミツク軸状突出
部、２ｂは圧縮機のブレードの金属軸で両軸は端
面に接合部４が形成され、その表面には溝付金属
スリーブ６ｕが設けられている。７はオイルシー
リング溝である。 又溝付金属スリーブ６ｕの内面と金属軸２ｂの
表面はろう付け３されているとともに、同スリー
ブ６ｕの内面とタービンロータのセラミツク軸状
突出部１ｒの表面との間は低膨張率ガラス５によ
り接合されている。 このような構造では溝付金属スリーブ６ｕによ
り接合部が補強され、かつ、高温に曝されるのを
防ぎ、又、溝付金属スリーブ６ｕとセラミツク軸
状突出部１ｒとの間が低膨張率ガラス５により結
合されているので、セラミツク軸状突出部にかか
る絞り応力を緩和させることができる。 第１図３は更に他の実施例で溝付金属スリーブ
６ｕはセラミツク軸状突出部１ｒの表面から垂直
面にかけて低膨張率ガラス５により結合されてい
る外は第１図２と同様でこのスリーブにより排気
ガスが直接ガラス部５に当るのを避けることによ
つて熱的に安定な構造としたものである。 なお以上は、金属スリーブについて述べたがセ
ラミツクスリーブを用いても、接合部の補強や内
部の酸化防止等の効果は同様である。 （発明の効果） 本発明は上述の如く、金属軸とセラミツク軸と
の接合部にスリーブが設けられているので、接合
部が高温に曝されるのを防ぎ、その酸化による接
合強度の低下を防ぐことができる。 又、スリーブとセラミツク軸の間に低膨張率ガ
ラス層が設けられているので、スリーブとして金
属を用いた場合でもセラミツク軸にかかる絞り応
力を緩和することができる。又、スリーブとして
セラミツクを用いた場合、セラミツク軸、接合層
（ガラス）と熱膨張係数が近いために強固な接合
と、あらゆる温度変化に対してもこの部分でセラ
ミツク割れを生ずるおそれがない。
第１図１は本発明の一実施例の一部縦断面図、
同図２は他の実施例の一部縦断面図、同図３は更
に他の実施例の一部縦断面図、第２図〜第５図は
それぞれ従来の接続構造例を示す縦断面図であ
る。 １：セラミツク軸、２：金属軸、３：ろう付
け、４：接合部、５：低膨張率ガラス、６：スリ
ーブ、Ｒ：セラミツクタービンロータ、１ｒ：セ
ラミツク軸状突出部、２ｂ：金属軸、６ｕ：溝付
金属スリーブ、７：オイルシール溝。
同図２は他の実施例の一部縦断面図、同図３は更
に他の実施例の一部縦断面図、第２図〜第５図は
それぞれ従来の接続構造例を示す縦断面図であ
る。 １：セラミツク軸、２：金属軸、３：ろう付
け、４：接合部、５：低膨張率ガラス、６：スリ
ーブ、Ｒ：セラミツクタービンロータ、１ｒ：セ
ラミツク軸状突出部、２ｂ：金属軸、６ｕ：溝付
金属スリーブ、７：オイルシール溝。
Claims (1)
- １ セラミツク軸と金属軸のつき合せ端面が接合
されてなる軸間接合部の上に、金属又はセラミツ
クスリーブが嵌挿され、かつ前記スリーブ内面と
セラミツク軸とが、低膨張率ガラス層を介在させ
て接合されていることを特徴とするセラミツク軸
と金属軸の接合構造。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59212070A JPS6191074A (ja) | 1984-10-09 | 1984-10-09 | セラミツク軸と金属軸の接合構造 |
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| US07/045,208 US4991991A (en) | 1984-10-06 | 1987-05-04 | Joint structure between a ceramic shaft and a metallic shaft |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59212070A JPS6191074A (ja) | 1984-10-09 | 1984-10-09 | セラミツク軸と金属軸の接合構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6191074A JPS6191074A (ja) | 1986-05-09 |
| JPH0261437B2 true JPH0261437B2 (ja) | 1990-12-20 |
Family
ID=16616362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59212070A Granted JPS6191074A (ja) | 1984-10-06 | 1984-10-09 | セラミツク軸と金属軸の接合構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6191074A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1984
- 1984-10-09 JP JP59212070A patent/JPS6191074A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6191074A (ja) | 1986-05-09 |
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