JPH0351881B2 - - Google Patents

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JPH0351881B2
JPH0351881B2 JP58208344A JP20834483A JPH0351881B2 JP H0351881 B2 JPH0351881 B2 JP H0351881B2 JP 58208344 A JP58208344 A JP 58208344A JP 20834483 A JP20834483 A JP 20834483A JP H0351881 B2 JPH0351881 B2 JP H0351881B2
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metal shaft
turbine
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Seiji Mori
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NGK Spark Plug Co Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/026—Shaft to shaft connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02—Shafts; Axles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/02—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for connecting two abutting shafts or the like
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2226/00—Joining parts; Fastening; Assembling or mounting parts
    • F16C2226/30—Material joints
    • F16C2226/32—Material joints by soldering
    • F16C2226/34—Material joints by soldering by brazing
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    • F16C2360/24—Turbochargers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は接合構造を改良したタービン軸に関
するものである。
近年セラミツク材料の開発はセラミツクの耐熱
性に着目して進められており、この耐熱セラミツ
クの主要な用途としてはエンジン周辺部品が多
い。中でもガスタービンエンジン、ターボチヤー
ジヤ等に用いられるタービン翼のセラミツク化は
軽量化によるレスポンスの向上等のメリツトが大
きく実用化が望まれている。
接合されたタービン翼は実機では高温となり、
軸受部や潤滑油の耐久性を考えるとタービン翼か
ら伝わる熱の断熱を考える必要がある。
さて、ガスタービンの基本構造を第１図を参照
しつつ説明すれば次のとおりである。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と、他の片側
が吸気口と送気口を有するコンプレツサケーシン
グ４と、その間の軸受ケーシング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ー５が
位置する周知の構造である。タービンケーシング
２は導入孔２１より内燃機関等の高温排気を導入
し、中央室２２内のセラミツク材からなるタービ
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とこれに接合さ
れた金属軸５３とが軸受ケーシング３で軸承さ
れ、且つ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５
３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
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ものである。
一方現在使用されている金属製タービン翼の場
合、第２図イにその接続部分の構造を示したよう
に、耐熱合金製のタービンロータの軸端６２と金
属製軸６３の接続端部内に断熱空孔６４を設ける
ようにして、両者の接合面を溶接６５してある。
実機の場合に金属製軸６３側はオイルにより冷却
されているので、熱は主に軸の中央部から伝わつ
てくるが、この中央部分に断熱空孔６４を設けて
あるので、その断面構造は良好に機能しているも
のと言える。
ところが、ロータ及び軸とを一体化したセラミ
ツク製タービン翼の場合は、セラミツクの熱膨張
係数が金属のそれに比べて小さいために、金属製
タービン翼と同様な断熱構造をとることが難し
い。
即ち第２図ロはセラミツク製タービンロータの
軸端と金属製軸の接合の一例で、セラミツク製タ
ービンロータの軸端６６は金属製軸６３との間に
それらの中間の熱膨張係数を有する中間緩衝層６
７を介して接合し、かつ第２図イに示したのと同
様に断熱空孔６４を設け、かつ金属製軸６３の表
面に断熱溝（図示せず）を設けた構造のものが考
えられ、セラミツクと金属の熱膨張差を緩和した
良好な接合構造が得られるのではないかと推測さ
れたが、このような構造では以下の理由により良
好な接合構造を得ることはできない。
即ち、第２図ロに於けるセラミツクの接合端面
の点Ａについて考察すると、第２図ニに示すよう
に金属製軸の冷却収縮によりＡ点に於いて軸と直
角な方向の応力σrを受けるとともに、金属製軸と
の接合部の変形によつて軸方向の応力σzを受け
る。すなわち図２図ロの金属製軸６３はセラミツ
ク製タービンロータの軸端６６と接合後冷却によ
り収縮してくるが、セラミツク側の収縮率が小さ
いために、両者の接合部付近では第２図ハに示す
ように実線で示した状態の金属製軸はセラミツク
に引張られて点線に示す形状にて収縮する。よつ
て点A′はセラミツクを引張り、点B′はセラミツ
クを圧縮する力が作用することになり良好な接続
は得られないのである。
前記のように金属製軸の変形による熱膨張差の
応力緩和は２次的な力がセラミツクに働き金属軸
の変形が少ない方がセラミツクにかかる応力が少
なく（σzが小さく）なり、接合体としての特性が
良いことが理解されよう。
本発明は前述のような実情により生み出された
もので、断熱空孔をセラミツク側のみに設けるこ
とにより断熱構造を有した良好な接合構造を得ら
れたものである。即ち、第２図ホに示すようにセ
ラミツク製タービンロータの軸端６６と金属製軸
６３とを中間に中間緩和層６７を介して接続する
点は同図ロと同様であるが、断熱空孔６４をセラ
ミツク製タービンロータの軸端６６の側に設ける
ことにより、断熱空孔６４内の空気により金属製
軸６３からの熱を遮断するとともに、第２図ロの
場合に生じたような金属製軸の不均等な圧縮引張
が発生する余地がないので、セラミツクの残留応
力が少なく、また第２図ハに対応して中空のセラ
ミツク軸端に対し、中実の金属製軸を突き合わせ
接続した場合をハ−ａにより説明すれば、接続端
部の外側の点A′では点線の収縮により引つ張り
力が働くが接合部の変形が中空金属軸に引べて少
なくなりニに示す軸方向の応力σzが小さくなる。
つまり中実の為に接合部付近の金属軸の剛性が大
きくなり変形しにくい。よつて軸相互の接合後の
応力は金属軸の接合部付近の剛性が大きい方が少
なくなる理であり、金属軸端の形状は充実された
平面を形成している方が応力が少ない。従つて金
属製軸にもしも空孔を任意例えば小さいものとし
ても、この空孔のないものに比べれはそれだけ接
合特性に劣ることが理解されるであろう。実際に
はこの接合部をタービン翼近傍に位置させること
によつて、オイルシール溝等後加工に必要な部分
も金属側にすることができるので、セラミツクを
加工するのに比べると作業が容易で、切削加工の
ためのバイトの寿命も長くなり加工コストを低減
できる。更に又、断熱空孔を高温側のセラミツク
の内部に設けるため、断熱効果も大きいなどの利
点がある。
次に本発明による接合構造と比較例の接合構造
とを比較検討するため第３図イ，ロ及びハに示す
如き試料を作製した。即ち、イは、セラミツク軸
Ｃと金属軸Ｍとを接合１２するにあたり両者の内
部に断熱空孔１１を設けて端部をつき合わせ、ろ
う付けにより接合したものであり、ロは、セラミ
ツク軸Ｃと金属軸Ｍとを接合１２するにあたり、
金属軸Ｍ端の内部に断熱空孔１１を設けたもので
あり、ともに比較例である。又、ハはセラミツク
軸Ｃと金属軸Ｍとを接合１２するにあたり、セラ
ミツク軸端の内部に断熱空孔１１を設けたもので
ある。
ここに試験試料は金属軸もセミツク軸もともに
軸外径15mm、断熱空孔の内径９mm、長さ８mmで、
金属軸は鉄製とし、セラミツクには窒化珪素とし
たものと炭化珪素としたものを作つた。又、セラ
ミツクの表面は、物理蒸着法により、表面から順
にTi1000Å、Cr1000Å、続いてCu10000Åの厚さ
に蒸着してメタライズ層とし、中間緩衝層として
厚さ0.5mmのCu板を用い、接合用ろう材にはAg−
Cu共晶ろうを用いて900℃の水素炉中で金属と接
合した。
試験試料は、第３図イ，ロ及びハに示すもの各
10試料を作り、ねじりトルクを測定したところ第
３図イ，ロに示すものはすべて５Kg・ｍ以下でセ
ラミツクが破壊したが、ハ（本発明）はすべて８
Kg・ｍ以上でセラミツクが破壊し、その優秀性は
立証された。
本発明に於いて適用されるセラミツクは窒化珪
素、炭化珪素、サイアロン等低膨張酸化物材料で
常法にり成形されたものである。
【図面の簡単な説明】
第１図はガスタービンの一例を示す縦断面図、
第２図イ，ロ及びホはタービンロータの軸端と金
属軸の接合部分の構造を示す一部縦側断面図で、
イ，ロは比較例、ホは本発明の実施例、ハはロの
点Ａにおける金属軸端の変形を示し、ハ−ａはホ
の点Ａにおける変形を示し、ニはＡ点におけるベ
クトル図である。又、第３図は試験試料の接合構
造を示す縦断面図で、イ，ロは比較例、ハは本発
明の実施例である。 ５：タービンロータ、５２：軸、５３：金属
軸、６２：金属製タービンロータの軸端、６３：
金属製軸、６４：断熱空孔、６５：溶接、６６：
セラミツクタービンロータの軸端、６７：中間緩
衝層、Ｍ：金属軸、Ｃ：セラミツク軸、１１：断
熱空孔、１２：接合。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ セラミツクタービンロータの軸と金属製の軸
    とが緩衝材を介して突き合わせ接合された形式の
    タービン軸において、軸中央部に断熱用空孔を設
    けたセラミツク製軸と中実の金属製軸とがろう付
    け接合されていることを特徴とするタービン軸の
    接合構造。
JP58208344A 1983-11-08 1983-11-08 タ−ビン軸の接合構造 Granted JPS60101201A (ja)

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Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60226464A (ja) * 1984-04-20 1985-11-11 日本特殊陶業株式会社 セラミックと金属との接合構造
DE3535511A1 (de) * 1984-10-06 1986-04-17 Ngk Spark Plug Co., Ltd., Nagoya, Aichi Verbindungsanordnung zwischen einer keramik- und einer metallwelle
JPS61215270A (ja) * 1985-03-15 1986-09-25 日本特殊陶業株式会社 タ−ビンロ−ター
JPS61286501A (ja) * 1985-06-12 1986-12-17 Ngk Insulators Ltd タ−ビンロ−タ−およびその製造法
JPS6278172A (ja) * 1985-09-30 1987-04-10 日本特殊陶業株式会社 セラミツクと金属との接合構造
US5073085A (en) * 1988-12-16 1991-12-17 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ceramic turbocharger rotor
DE3914333A1 (de) * 1989-04-29 1990-10-31 Hoechst Ceram Tec Ag Pumpenkolben fuer axialkolbenpumpen
JP2747939B2 (ja) * 1990-08-22 1998-05-06 日本特殊陶業株式会社 過給機
JP2510041B2 (ja) * 1990-08-23 1996-06-26 日本特殊陶業株式会社 回転接合体
JPH04296698A (ja) * 1990-12-21 1992-10-21 Gebr Sulzer Ag 原子炉高温液体にポンプ作用するランナー
JPH05155668A (ja) * 1991-12-09 1993-06-22 Ngk Spark Plug Co Ltd セラミックスと金属との結合体
DE19508321A1 (de) * 1995-03-09 1996-09-12 Klein Schanzlin & Becker Ag Kreiselpumpenaggregat mit integrierter Wärmesperre
US6487862B1 (en) * 1996-10-28 2002-12-03 Richard B. Doorley Low cost jet engine
GB9715951D0 (en) * 1997-07-30 1997-10-01 Gozdawa Richard J A composite shaft
US6276124B1 (en) * 1998-06-04 2001-08-21 Alliedsignal Inc. Bi-metallic tie-bolt for microturbine power generating system
US6896484B2 (en) * 2003-09-12 2005-05-24 Siemens Westinghouse Power Corporation Turbine engine sealing device
US6926495B2 (en) * 2003-09-12 2005-08-09 Siemens Westinghouse Power Corporation Turbine blade tip clearance control device
DE102004025049A1 (de) * 2004-05-18 2005-12-15 Forschungszentrum Jülich GmbH Abgasturbolader
US20070012047A1 (en) * 2005-07-15 2007-01-18 Pratt & Whitney Canada Corp. Multi-material turbine engine shaft
JP4545068B2 (ja) * 2005-08-25 2010-09-15 三菱重工業株式会社 可変容量型排気ターボ過給機及び可変ノズル機構構成部材の製造方法
US7375475B2 (en) * 2006-10-02 2008-05-20 Osram Sylvania Inc. Lamp containing power controller having current limited RMS regulated output
US7942635B1 (en) * 2007-08-02 2011-05-17 Florida Turbine Technologies, Inc. Twin spool rotor assembly for a small gas turbine engine
DE102008038007A1 (de) * 2008-08-16 2010-02-18 Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg Abgasturbolader
DE102009030042A1 (de) 2009-06-23 2011-01-05 Continental Automotive Gmbh Turbinenläufer für einen Turbolader und Verfahren zur Herstellung eines Turbinenläufers
US8475114B2 (en) * 2010-02-08 2013-07-02 Hamilton Sundstrand Corporation Air cycle machine air bearing shaft
DE102010011486A1 (de) 2010-03-16 2011-09-22 Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg Rotor für eine Ladeeinrichtung
DE102012202272B4 (de) * 2012-02-15 2021-05-12 BMTS Technology GmbH & Co. KG Rotor einer Ladeeinrichtung und Ladeeinrichtung
US20150050126A1 (en) * 2012-03-01 2015-02-19 Borgwarner Inc. Exhaust-gas turbocharger
US10526081B2 (en) * 2016-12-11 2020-01-07 Textron Innovations Inc. Gear shaft for accommodating thermal expansion and transmission system incorporating the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55107003A (en) * 1979-02-13 1980-08-16 Nissan Motor Co Ltd Radial turbine rotor
JPS5620705A (en) * 1979-07-30 1981-02-26 Nissan Motor Co Ltd Radial turbine rotor
JPS5896101A (ja) * 1981-12-03 1983-06-08 Honda Motor Co Ltd タ−ビンホイ−ルの製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1986719A (en) * 1932-03-16 1935-01-01 Evans Francis Charles Refuse treating apparatus
US3801226A (en) * 1970-08-28 1974-04-02 Goulds Pumps Pump impeller
US3901622A (en) * 1973-05-31 1975-08-26 Gen Motors Corp Yieldable shroud support
DE2334673C3 (de) * 1973-07-07 1979-10-31 Ksb-Kernkraftwerkspumpen Gmbh (Ksk), 6710 Frankenthal Wellenausbildung
DE2554353A1 (de) * 1975-12-03 1977-06-16 Motoren Turbinen Union Gasturbinentriebwerk
DE2728823C2 (de) * 1977-06-27 1982-09-09 Aktiengesellschaft Kühnle, Kopp & Kausch, 6710 Frankenthal Gasturbine
DE2734747A1 (de) * 1977-08-02 1979-02-15 Daimler Benz Ag Verbindung eines keramischen turbinenrades mit einer metallischen welle
JPS6026459B2 (ja) * 1979-04-09 1985-06-24 トヨタ自動車株式会社 タ−ボチャ−ジャの回転速度検出装置
JPS55161902A (en) * 1979-06-01 1980-12-16 Nissan Motor Co Ltd Ceramic turbine rotor
DE2923075C3 (de) * 1979-06-07 1982-02-11 Feldmuehle Ag, 4000 Duesseldorf Welle aus Oxidkeramik
US4408959A (en) * 1980-07-03 1983-10-11 Kennecott Corporation Ceramic radial turbine wheel
JPS57168004A (en) * 1981-04-10 1982-10-16 Nissan Motor Co Ltd Installation structure of ceramic turbine rotor
JPS5913679A (ja) * 1982-07-14 1984-01-24 日産自動車株式会社 セラミツクと金属との接合構造

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55107003A (en) * 1979-02-13 1980-08-16 Nissan Motor Co Ltd Radial turbine rotor
JPS5620705A (en) * 1979-07-30 1981-02-26 Nissan Motor Co Ltd Radial turbine rotor
JPS5896101A (ja) * 1981-12-03 1983-06-08 Honda Motor Co Ltd タ−ビンホイ−ルの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US4557704A (en) 1985-12-10
JPS60101201A (ja) 1985-06-05
DE3440877C2 (ja) 1987-06-25
DE3440877A1 (de) 1985-05-23

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