JPH03109276A - セラミックスと金属との接合体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、セラミックスと金属との接合構造に関する。

（従来の技ｔｌ） 一般に、セラミックスと金属を接合する構造として、接
合部を突き合わせでろう付けするものがある（実開昭５
９−１１１９８４号公報参照）。

従来、例えばか２図、第３図に示すように、エンジンの
排気〃スにより駆動されるタービンロータ１にセラミッ
クスを使用するものがあった。

このセラミックス製タービンロータ１にはその背部ＩＢ
から円柱状に突出する軸端部１１が一体的に形成される
一方、金属製シャフト２にはこのタービンロータ軸端部
１１に嵌合する円筒状の軸端部２１が形成され、タービ
ンロータ軸端部１１の端面１２をンヤ７ト軸端部２１の
内底部２２に突合わせてろう付けするとともに、タービ
ンロータ１には軸端部１１の基端に段付部１５が形成さ
れ、この段付部１５にシャフト軸端部２１の環状端面２
５を当接させている。なお、図中５はろう材である。

シャフト軸端部２１の外周面にはリングシール溝７およ
びオイルスリン〃−８が形成され、シャフト２の軸受は
部に供給される潤滑油をタービンロータ１の背後でシー
ルするため、仮にセラミックス製タービンロータ１が破
壊しても、金属製シャフト２に形成されたリングシール
溝７が残って潤滑油の流出を防ぎ、エンジンの焼き付き
等を防止するようになっている。

（発明が解決しようとする課ｊ！ｉＩ）しかしながら、
セラミックス製タービンロータ１はその翼部ＩＡがエン
ノンの排気〃スに直接さらされて高温条件下で使用され
るため、金属製シャフト２も伝熱作用で高温となり、金
属製シャフト２の方が熱膨張率が大きいことから、金属
製シャフト軸端部２１がセラミックス製タービンロータ
軸端部１１に比べて大きく膨張して、段付部１５に押圧
力を与え、タービンロータ１の段付部１５が立ち上がる
湾曲部１６に過大な応力が発生し、タービンロータ１の
強度を低下させる要因になっていた。

本発明は、上記した問題点を解決することを目的とする
。

（課題を解決するための手段） 本発明は、円筒状の金属製軸端部に円筒状のセラミック
ス製軸端部を嵌合し、金属製軸端部の内底面にセラミッ
クス製軸端部の端面をろう付けにより接合する構造にお
いて、セラミ・７クス製軸端邪の基端に形成された段付
部と、この段付部に対向する金属製軸端部の環状端面の
間に隙間を形成し、この隙間の軸方向の距離を金属製軸
端部とセラミックス製軸端部の間に生じる熱膨張差以上
に設定する。

（作用） このように、セラミックスに熱膨張率の大きい金属を嵌
合し、一端をろう付けにより固着する接合構造において
、読切に金属の熱膨張差に相当する隙間を設けたため、
金属製軸端部の熱膨張によりセラミックスおよび接合部
に応力が生じることを回避し、温度変化の大きいタービ
ンロータのような部品においても強度の低下を防止する
ことができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。なお、従来例と同一構成部には同一符号を付す。

第１図に示すように、セラミ・ンクス製タービンロータ
１の背部ＩＢには軸端部１１を円柱状に突出させる一方
、金属製シャフト２の軸端部２１は円筒状に形成し、金
属製軸端部２１にセラミックス製軸端部１１を嵌合して
、円柱状軸端部１１の端面１２を円筒状軸端部２１の内
底面２２にろう付けにより固着する。なお、図中５はろ
う材である。

タービンロータ１の軸端部１１の基端に形成される段付
部１５と、ンヤ７ト軸端部２１の環状端面２５の間に隙
間３を形成し、この隙間３は製作時における温度条件で
軸方向に距離Ａを有するように形成する。

なお、軸端部１１の外周面と軸端部２１の内周面との間
にも隙間４を形成する。

隙間３の距離Ａは、タービンロータ１がエンノン排気ガ
スにより回転駆動される高温条件下でセラミックス製軸
端部１１と金属製軸端部２１の間に生じる熱膨張差より
若干大きくなるように設定する。

実際、金属製軸端部２１の熱膨張率を室温から４００°
Ｃまでの間で１．０Ｘ１０−５、同じくセラミックス製
軸端部１１の熱膨張率を２．５Ｘ１０−６とし、接合時
における端面１２と端面２５の間の長さＢを１０＋＊−
とし、金属製軸端部２１の最高温度が４００°Ｃに達す
るとすると、熱膨張差Δ■は、ΔＩ　＝　（１，ＯＸ　
１０’　−２，５Ｘ　１０’）Ｘ　４００Ｘ　１０＝　
　０．０３ａ＋＋虐 となる。

そこで、隙間３の距離Ａは加工精度も含めて０．０５１
１Ｉ＋ｓ以上に設定する。

このように構成してあり、次に作用について説明する。

セラミックス製タービンロータ１の段付部１５と、これ
に対向する金属製シャフト２の環状端面に嵌合部の熱膨
張差に相当する隙間３を設けたため、排気ガスにさらさ
れるタービンロータ１が高温となり、タービンロータ１
からの伝熱によりシャフト２の軸端部２１が高温となっ
て、金属製軸端部２１がセラミックス製軸端部１１に比
べて大きく熱膨張しても、金属製軸端部２１の環状端面
２５がタービンロータ１の段付部１５に当接してタービ
ンロータ１の湾曲部１６に応力が働くことなく、熱条件
によってセラミックス製タービンロータ１の強度が低下
することを回避できる。

次に、第４図に示す他の実施例は、金属製シャフト２と
、金属製軸端部３１が分割して形成され、セラミックス
製軸端部１１の端面１２とともに、ロー材５を介して接
合するものである。このロー材５は８００℃で固まるも
のを使用する。なお、シャフト２と軸端部３１の材質は
異なっても良い。

ロー付けに際して、８００℃の温度条「トでｆｍ製軸端
部３１の環状端面３５とタービンロータ１の段付部１５
が当接して、両者の隙間３が０となるようにする。

この場合、室温から８００℃までの間で金属製軸端部３
１の熱膨張率を１．２Ｘ１０−’同じくセラミックス製
軸端部１１の熱膨張率を３．０Ｘ１０−’とすると、室
温下では両者の収縮差により隙間３の距離Ａは、 Ａ＝（１，，２Ｘ１０″５３．０Ｘ１０−’）Ｘ８００
Ｘ１０＝０．０７２＋ｎｍとなる。

これにより、タービンロータ１の使用条件下では、金属
製軸端部３１がタービンロータ１の段付部１５に接触す
ることを回避する。

（発明の効果） 以上のように本発明は、セラミ・７クス製軸端部に金属
製軸端部を嵌合させ、嵌合部の内底面と端面をろう付け
により固着する接合構造において、一方の軸端部の環状
端面と、これに対向する他方の軸端部の段付部との間に
両軸端部の熱膨張差に以上の隙間を形成するようにした
ため、金属製軸端部の熱膨張によりセラミックスに応力
が生じることを回避し、温度変化の大きいタービンロー
タのような部品の強度を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図である。 第２図は従来例を示すタービンロータの側面図、第３図
は同じく要部断面図である。第４図は他の実施例を示す
断面図である。 １・・・タービンロータ、２・・・シャフト、３・・・
隙間、１１・・・タービンロータ軸端Ｂ３．１２・・・
端面、１５・・・段付部、２１・・・シャフト軸端部、
２２・・・内底面、２５・・・端面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属製軸端部にセラミックス製軸端部を嵌合し、嵌合部
   の内底面と端面をろう付けにより接合する構造において
   、一方の軸端部の基端に形成された段付部と、この段付
   部に対向する他方の軸端部の環状端面の間に隙間を形成
   し、この隙間の軸方向の距離を金属製軸端部とセラミッ
   クス製軸端部の間に生じる熱膨張差以上に設定したこと
   を特徴とするセラミックスと金属との接合構造。