JPH03281902A - ラジアル型セラミックローター - Google Patents
ラジアル型セラミックローターInfo
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- JPH03281902A JPH03281902A JP22530590A JP22530590A JPH03281902A JP H03281902 A JPH03281902 A JP H03281902A JP 22530590 A JP22530590 A JP 22530590A JP 22530590 A JP22530590 A JP 22530590A JP H03281902 A JPH03281902 A JP H03281902A
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Landscapes
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は軸部において接合一体化したラジアル型セラミ
ックローターに関するものである。
ックローターに関するものである。
窒化珪素、炭化珪素、サイアロンなどのシリコンセラミ
ックスは、耐熱性および耐熱衝撃性に優れているためガ
スタービンあるいは内燃機関等のエンジン部品等の構造
材料として注目されている。
ックスは、耐熱性および耐熱衝撃性に優れているためガ
スタービンあるいは内燃機関等のエンジン部品等の構造
材料として注目されている。
しかしながら、エンジン部品は一般に複雑な形状をして
いるため、−回の成形で複雑な形状の成形体を得ること
は極めて困難であり、又部品の各部において要求される
強度が異なる等のため、実際には製品を構成する部品を
いくつかに分割してそれぞれを要求強度に適合する材料
を用いて成形した後、接合して１つの部品に成形する方
法が行われている。たとえば特公昭５３−３８７２２号
公報に記載されるように軸流型タービンローターにおい
ては翼部を反応焼結窒化珪素で作製し、それをホットプ
レス型内に入れ、ロータ一部をホットプレスで作製する
ことにより、ロータ一部と翼部とを接合一体化したロー
ターが知られている。また特開昭５７−８８２０１号公
報に記載されているようにローター翼部内に截頭円錐状
の嵌合孔を設け、その嵌合孔中にローター軸部を嵌合し
て接合したローターも知られている。しかしながら、前
者のホットプレスにより結合したローターは高価であり
量産性に乏しく、又後者の翼部内において嵌合したロー
ターは嵌合する部位がローター回転時に高応力下になり
、又嵌合された軸部先端に空隙ができ易い等のため、ロ
ーターの強度が低下し易い等の欠点があった。
いるため、−回の成形で複雑な形状の成形体を得ること
は極めて困難であり、又部品の各部において要求される
強度が異なる等のため、実際には製品を構成する部品を
いくつかに分割してそれぞれを要求強度に適合する材料
を用いて成形した後、接合して１つの部品に成形する方
法が行われている。たとえば特公昭５３−３８７２２号
公報に記載されるように軸流型タービンローターにおい
ては翼部を反応焼結窒化珪素で作製し、それをホットプ
レス型内に入れ、ロータ一部をホットプレスで作製する
ことにより、ロータ一部と翼部とを接合一体化したロー
ターが知られている。また特開昭５７−８８２０１号公
報に記載されているようにローター翼部内に截頭円錐状
の嵌合孔を設け、その嵌合孔中にローター軸部を嵌合し
て接合したローターも知られている。しかしながら、前
者のホットプレスにより結合したローターは高価であり
量産性に乏しく、又後者の翼部内において嵌合したロー
ターは嵌合する部位がローター回転時に高応力下になり
、又嵌合された軸部先端に空隙ができ易い等のため、ロ
ーターの強度が低下し易い等の欠点があった。
本発明のラジアル型セラミックローターは従来のこのよ
うな欠点および問題点を解決するためになされたもので
、少くとも軸部の一部と一体的に成形したセラミック製
の翼部と、これとは別体に成形したセラミック製の軸部
とからなるセラミックローターであって、前記翼部背面
から翼部最大径の少なくとも３／１０以上離れた軸部側
でセラミックペーストを介し、前記翼部と前記軸部とを
突き合わせ、全端面において焼成のみで接合一体止した
ものであることを特徴とするラジアル型セラミックロー
ターである。
うな欠点および問題点を解決するためになされたもので
、少くとも軸部の一部と一体的に成形したセラミック製
の翼部と、これとは別体に成形したセラミック製の軸部
とからなるセラミックローターであって、前記翼部背面
から翼部最大径の少なくとも３／１０以上離れた軸部側
でセラミックペーストを介し、前記翼部と前記軸部とを
突き合わせ、全端面において焼成のみで接合一体止した
ものであることを特徴とするラジアル型セラミックロー
ターである。
すなわち、本発明のセラミックローターは予め別体に成
形した翼部側成形体と軸部成形体とを回転時に比較的応
力の小さい軸部において接合一体止し、さらに、画成形
体を密接した後静水加圧を加えて焼成するため、緻密で
極めて高強度のラジアル型セラミックローターが得られ
るのである。
形した翼部側成形体と軸部成形体とを回転時に比較的応
力の小さい軸部において接合一体止し、さらに、画成形
体を密接した後静水加圧を加えて焼成するため、緻密で
極めて高強度のラジアル型セラミックローターが得られ
るのである。
本発明の更に詳しい構成を述べれば、アルミナ、ジルコ
ニア等の酸化物あるいは窒化珪素、炭化珪素、サイアロ
ンあるいはその組合せあるいは焼成することによりこれ
らを生成する物質に、好ましくは窒化珪素又はサイアロ
ンの場合はＹ、０３゜Ａ、１２０３ 、Ｍｇ０ｚ ・Ａ
ｌｚｏ＊ 、ＭｇＯ，ＳｒＯ。
ニア等の酸化物あるいは窒化珪素、炭化珪素、サイアロ
ンあるいはその組合せあるいは焼成することによりこれ
らを生成する物質に、好ましくは窒化珪素又はサイアロ
ンの場合はＹ、０３゜Ａ、１２０３ 、Ｍｇ０ｚ ・Ａ
ｌｚｏ＊ 、ＭｇＯ，ＳｒＯ。
ＣｅＯ□のうち少なくとも何れか１種又は１種以上の焼
結助剤を添加し、炭化珪素の場合はＢ、Ｃ。
結助剤を添加し、炭化珪素の場合はＢ、Ｃ。
ＡＩＮのうち少なくとも何れか１種又は１種以上の焼結
助剤をそれぞれ添加し、十分混合した後、樹脂、ワック
ス等の可塑剤を加えて混練し、射出成形し、原料を調製
する。そして、この射出成形原料を用いて所定形状の、
少なくとも軸部の一部が翼部と一体的な翼部側成形体を
射出成形により成形する。
助剤をそれぞれ添加し、十分混合した後、樹脂、ワック
ス等の可塑剤を加えて混練し、射出成形し、原料を調製
する。そして、この射出成形原料を用いて所定形状の、
少なくとも軸部の一部が翼部と一体的な翼部側成形体を
射出成形により成形する。
一方、これとは別体に細部成形体を、射出成形用原料を
用いて、射出成形により作製するか又は可塑剤を含まな
い成形用原料を用いてスリップキャスト法、押出し法、
金型ブレス決算セラミックスの成形に一般に用いられる
成形法により成形する。この場合、翼部側成形体と軸部
成形体とは、必ずしも同じ材料である必要はないが、同
じ材料である方が熱膨張差が小さいため好ましい。この
ことを第１図に示す本発明の一具体例について説明すれ
ば、翼部側成形体１は、翼部２および翼部２と一体成形
された軸部の一部３とから成り、軸部成形体４と密接箇
所５において密接される。
用いて、射出成形により作製するか又は可塑剤を含まな
い成形用原料を用いてスリップキャスト法、押出し法、
金型ブレス決算セラミックスの成形に一般に用いられる
成形法により成形する。この場合、翼部側成形体と軸部
成形体とは、必ずしも同じ材料である必要はないが、同
じ材料である方が熱膨張差が小さいため好ましい。この
ことを第１図に示す本発明の一具体例について説明すれ
ば、翼部側成形体１は、翼部２および翼部２と一体成形
された軸部の一部３とから成り、軸部成形体４と密接箇
所５において密接される。
この密接箇所５の密接面は平滑にした後、翼部側成形体
１と軸部成形体４とを軸部において接合面にガラス等溶
融セラミックの接合剤を介在させて密接するかあるいは
最も好ましくは翼部側成形体又は軸部成形体のいずれか
と同材料のスラリー又はペースト状の接合剤を介在させ
て密接する。
１と軸部成形体４とを軸部において接合面にガラス等溶
融セラミックの接合剤を介在させて密接するかあるいは
最も好ましくは翼部側成形体又は軸部成形体のいずれか
と同材料のスラリー又はペースト状の接合剤を介在させ
て密接する。
そして接合すべき翼部側、軸部側端部の全端面同士を密
接させる必要がある。
接させる必要がある。
なお、密接する面は曲面、平面又はその組合せのいずれ
でもよいが、平面であるのが好ましい。
でもよいが、平面であるのが好ましい。
また密接は、通常、生成形体相互の間で行うのがよいが
、少なくとも一方が仮焼体であってもよく焼成体を用い
て行ってもよい。接合層の厚みは焼成後２００μ以下と
なるように塗布させるのが好ましい。
、少なくとも一方が仮焼体であってもよく焼成体を用い
て行ってもよい。接合層の厚みは焼成後２００μ以下と
なるように塗布させるのが好ましい。
以■のような処理を施した後、密接状態の成形体を弾性
膜で覆って、静水加圧を加える。静水加圧の大きさは、
静水加圧後、成形体又は仮焼体が０．５〜５％の線収縮
をおこす程度の圧力すなわち、通常は５００〜５０００
ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力で静水加圧をする。そして静
水加圧した成形体を各成形体あるいは接合剤に最適な焼
成温度および雰囲気で焼成して画成形体を動部において
接合一体止する。
膜で覆って、静水加圧を加える。静水加圧の大きさは、
静水加圧後、成形体又は仮焼体が０．５〜５％の線収縮
をおこす程度の圧力すなわち、通常は５００〜５０００
ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力で静水加圧をする。そして静
水加圧した成形体を各成形体あるいは接合剤に最適な焼
成温度および雰囲気で焼成して画成形体を動部において
接合一体止する。
なお、翼部側成形体と軸部成形体との接合する部位は、
第１図および第３図に示すように、翼部背面１ａから翼
部最大径の少なくとも３／１０以上離れた位置の範囲に
あることが必要である。これは３／１０よりも小さい位
置であると接合する部位が本体に近づき過ぎ高応力領域
となるため、接合面より破壊がおき易くなるためである
。また本発明のより好ましい接合範囲としては翼部背面
から翼部最大径の３／１０〜１０／１０がよい。これは
１０／１０よりも大きい位置であると軸部の一部を有す
る翼部成形体を射出成形する場合、軸部末端まで均一に
成形材料が流れず密度の不均一あるいは気孔が生じやす
くなり、接合に適する良好な成形体ができないためであ
り、さらにはコンプレッサー翼をとりつける領域となっ
て細部が細くなり接合力が低下するためである。
第１図および第３図に示すように、翼部背面１ａから翼
部最大径の少なくとも３／１０以上離れた位置の範囲に
あることが必要である。これは３／１０よりも小さい位
置であると接合する部位が本体に近づき過ぎ高応力領域
となるため、接合面より破壊がおき易くなるためである
。また本発明のより好ましい接合範囲としては翼部背面
から翼部最大径の３／１０〜１０／１０がよい。これは
１０／１０よりも大きい位置であると軸部の一部を有す
る翼部成形体を射出成形する場合、軸部末端まで均一に
成形材料が流れず密度の不均一あるいは気孔が生じやす
くなり、接合に適する良好な成形体ができないためであ
り、さらにはコンプレッサー翼をとりつける領域となっ
て細部が細くなり接合力が低下するためである。
次に本発明の効果を実施例により説明する。
平均粒径０．５μのＳ ｉｚ Ｎ ａ粉末７７部、焼結
助剤としてＳｒＯ２部、Ｍｇ０４部、Ｃｅ Ｏｚ ２部
、パラフィンワックス１５部から成る射出成形用原料を
調製した。そしてこの調製原料を用い第３図に示すよう
に翼部背面から２５ ｍｍの長さの軸部分を有し、翼部
の最大径が５０ＩＩ１１のラジアル型セラミックロータ
ーの翼部側成形体を射出成形により成形した。
助剤としてＳｒＯ２部、Ｍｇ０４部、Ｃｅ Ｏｚ ２部
、パラフィンワックス１５部から成る射出成形用原料を
調製した。そしてこの調製原料を用い第３図に示すよう
に翼部背面から２５ ｍｍの長さの軸部分を有し、翼部
の最大径が５０ＩＩ１１のラジアル型セラミックロータ
ーの翼部側成形体を射出成形により成形した。
これとは別にパラフィンワックスを含まない上記と同様
の原料を用いて、外径が１０ ａｍ 、長さ５０ ｍｓ
＋の円柱の軸部成形体を金型ブレスにより成形した。
の原料を用いて、外径が１０ ａｍ 、長さ５０ ｍｓ
＋の円柱の軸部成形体を金型ブレスにより成形した。
次いで翼部側成形体を５５０℃迄ゆっくりと加熱してパ
ラフィンワックスを除去した後、翼部側成形体と軸部成
形体とを１１００°Ｃで３０分加熱して仮焼を行った。
ラフィンワックスを除去した後、翼部側成形体と軸部成
形体とを１１００°Ｃで３０分加熱して仮焼を行った。
そして翼部側成形体と、軸部成形体の接合面を旋盤によ
り平滑にしたのち、画成形体の密接面に上記と同じ５ｉ
ｓＮａ、ＳｒＯ，ＭｇＯ。
り平滑にしたのち、画成形体の密接面に上記と同じ５ｉ
ｓＮａ、ＳｒＯ，ＭｇＯ。
Ｃｅ０ｚの組成比の粉末にメチルセルロース３％、水分
８０％を添加して成形体と同一組成から成るスリップを
焼成後１００ μの厚さとなるように塗布した後圧接し
、乾燥後全体を１５００ ｋｇ ７ｃｍ”の圧力で静水
加圧を行い画成形体を固着した。次いで、固着した成形
体を１７００°Ｃ１１時間窒素中で焼成して軸部におい
て完全に接合一体止した本発明によるラジアル型セラミ
ックローターを得た。
８０％を添加して成形体と同一組成から成るスリップを
焼成後１００ μの厚さとなるように塗布した後圧接し
、乾燥後全体を１５００ ｋｇ ７ｃｍ”の圧力で静水
加圧を行い画成形体を固着した。次いで、固着した成形
体を１７００°Ｃ１１時間窒素中で焼成して軸部におい
て完全に接合一体止した本発明によるラジアル型セラミ
ックローターを得た。
次に接合法の比較のため、翼部の最大直径および軸部の
長さが同じで接合する部位が軸部ではなく、第２図に示
すように翼部６内の嵌合孔７中に軸部８を嵌合する従来
のラジアル型セラミックローターを同様な方法で作製し
た。そして得られた両セラミックローターの強度を比較
するため同一条件下で回転試験を行った。その結果、第
３図に示すように翼部最大直径（Ｄ）と翼部背面からの
軸部長さ（Ｌ）との比Ｌ／Ｄが少なくとも３／１０以上
のセラミックローターは１５００００ ＲＰ Ｍでも破
壊しなかったのに対し、比較例のセラミックローターは
８００００ ＲＰ Ｍでバラバラに破壊した。
長さが同じで接合する部位が軸部ではなく、第２図に示
すように翼部６内の嵌合孔７中に軸部８を嵌合する従来
のラジアル型セラミックローターを同様な方法で作製し
た。そして得られた両セラミックローターの強度を比較
するため同一条件下で回転試験を行った。その結果、第
３図に示すように翼部最大直径（Ｄ）と翼部背面からの
軸部長さ（Ｌ）との比Ｌ／Ｄが少なくとも３／１０以上
のセラミックローターは１５００００ ＲＰ Ｍでも破
壊しなかったのに対し、比較例のセラミックローターは
８００００ ＲＰ Ｍでバラバラに破壊した。
以上述べたように本発明のラジアル型セラミックロータ
ーは、少なくとも軸部の一部を翼部と一体的に成形した
翼部側成形体と、これとは別体に成形した軸部成形体と
を前記翼部背面から翼部最大径の少なくとも３／１０以
上離れた軸部側で、セラミックペーストを介し前記翼部
と前記軸部の端面を平滑にし突き合わせて密接し、静水
加圧を行った後、焼成のみで画成形体を接合一体止して
得られるため、接合面が高応力下に存在せず、しかも接
合部が緻密で完全一体止しているため、極めて高強度な
セラミックローターが得られるのでターボチャージャー
ローター、ガスタービンローター、その他のローターに
利用でき、産業上極めて有用である。
ーは、少なくとも軸部の一部を翼部と一体的に成形した
翼部側成形体と、これとは別体に成形した軸部成形体と
を前記翼部背面から翼部最大径の少なくとも３／１０以
上離れた軸部側で、セラミックペーストを介し前記翼部
と前記軸部の端面を平滑にし突き合わせて密接し、静水
加圧を行った後、焼成のみで画成形体を接合一体止して
得られるため、接合面が高応力下に存在せず、しかも接
合部が緻密で完全一体止しているため、極めて高強度な
セラミックローターが得られるのでターボチャージャー
ローター、ガスタービンローター、その他のローターに
利用でき、産業上極めて有用である。
第１図は本発明のセラミックローターを具体的に説明す
る説明図、 第２図は従来のラジアル型セラミックローターを説明す
る説明図、 第３図は本発明の他の実施例で翼部最大直径（Ｄ）と翼
部背面からの軸部長さ（Ｌ）との比Ｌ／Ｄを示す図であ
る。 １・・・翼部側成形体 ２．６・・・翼部 ３・・・軸部の一部 ４・・・軸部成形体 ５・・・密着箇所 ７・・・嵌合孔 ８・・・軸部 第３図 Ｉｎ
る説明図、 第２図は従来のラジアル型セラミックローターを説明す
る説明図、 第３図は本発明の他の実施例で翼部最大直径（Ｄ）と翼
部背面からの軸部長さ（Ｌ）との比Ｌ／Ｄを示す図であ
る。 １・・・翼部側成形体 ２．６・・・翼部 ３・・・軸部の一部 ４・・・軸部成形体 ５・・・密着箇所 ７・・・嵌合孔 ８・・・軸部 第３図 Ｉｎ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、少くとも軸部の一部と一体的に成形したセラミック
製の翼部と、これとは別体に成形したセラミック製の軸
部とからなるセラミックローターであって、前記翼部背
面から翼部最大径の少なくとも３／１０以上離れた軸部
側でセラミックペーストを介し、前記翼部と前記軸部と
を突き合わせ、全端面において焼成のみで接合一体化し
たものであることを特徴とするラジアル型セラミックロ
ーター。 ２、接合の部位が翼部背面から翼部最大径の３／１０〜
１０／１０の距離にある特許請求の範囲第１項記載のラ
ジアル型セラミックローター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22530590A JPH03281902A (ja) | 1990-08-29 | 1990-08-29 | ラジアル型セラミックローター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22530590A JPH03281902A (ja) | 1990-08-29 | 1990-08-29 | ラジアル型セラミックローター |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21813582A Division JPS59108801A (ja) | 1982-12-13 | 1982-12-13 | ラジアル型セラミツクロ−タ−およびその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03281902A true JPH03281902A (ja) | 1991-12-12 |
Family
ID=16827265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22530590A Pending JPH03281902A (ja) | 1990-08-29 | 1990-08-29 | ラジアル型セラミックローター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03281902A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011173137A (ja) * | 2010-02-23 | 2011-09-08 | Kyocera Corp | 溶湯金属攪拌用回転体およびこれを備えた溶湯金属の脱ガス処理装置 |
| CN104308356A (zh) * | 2014-09-17 | 2015-01-28 | 中国北方发动机研究所(天津) | 一种球面摩擦焊接连接结构与连接方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5788201A (en) * | 1980-11-20 | 1982-06-02 | Ngk Insulators Ltd | Ceramic rotor and manufacture thereof |
-
1990
- 1990-08-29 JP JP22530590A patent/JPH03281902A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5788201A (en) * | 1980-11-20 | 1982-06-02 | Ngk Insulators Ltd | Ceramic rotor and manufacture thereof |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011173137A (ja) * | 2010-02-23 | 2011-09-08 | Kyocera Corp | 溶湯金属攪拌用回転体およびこれを備えた溶湯金属の脱ガス処理装置 |
| CN104308356A (zh) * | 2014-09-17 | 2015-01-28 | 中国北方发动机研究所(天津) | 一种球面摩擦焊接连接结构与连接方法 |
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