JPH05272347A - セラミックタービンロータ及びその製造方法 - Google Patents

セラミックタービンロータ及びその製造方法

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JPH05272347A
JPH05272347A JP7145192A JP7145192A JPH05272347A JP H05272347 A JPH05272347 A JP H05272347A JP 7145192 A JP7145192 A JP 7145192A JP 7145192 A JP7145192 A JP 7145192A JP H05272347 A JPH05272347 A JP H05272347A
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JP
Japan
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center
turbine rotor
gravity
ceramic turbine
boss
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Withdrawn
Application number
JP7145192A
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English (en)
Inventor
Masahiro Fujiyama
正博 藤山
Masahiko Funahashi
真彦 舟橋
Takahiro Wada
孝弘 和田
Mitsuru Sumita
満 住田
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 短時間にバランス修正加工ができ、製品形状
を損なうことのないセラミックタービンロータを得る。 【構成】 ボス部2及び軸部5の各端面の重心中心線上
にセンター孔6、7を設けたセラミックタービンロータ
1。ボス部2及び軸部5の両端面の何れか一方に相当す
る位置に略円錐状の突起8を形成したセラミックタービ
ンロータ1の成形型。セラミックタービンロータ成形体
を成形するとともに、ボス部2及び軸部5の両端面の形
状中心位置にセンター孔を形成した後、セラミックター
ビンロータ成形体の動バランスを測定することにより不
釣り合いを測定してセラミックタービンロータの重心中
心位置を決定し、この重心中心位置に基いて、ボス部2
及び軸部5の両端面の重心中心線上にセンター孔6、7
を設けるセラミックタービンロータの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は過給機やガスタービンエ
ンジンとして用いるセラミックタービンロータ及びその
製造方法、さらにその成形に用いるための成形型に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、省エネルギ−の見地から空気を過
給するか、またはエンジンの作動温度を高くすることに
よりエンジン効率の向上を図ることが研究されている。
そして、それらのエンジンに用いられるタービンロータ
は、例えば、過給機やガスタービンエンジンの場合、8
00℃〜1500℃で、周速度100m/sec 以上もの
高温高速回転をするため、タービンロータには極めて大
きな引張応力が加わり、そのため高温強度に優れた材料
が必要となる。タービンロータの材料としては、従来N
i,Co基を中心とする耐熱金属が用いられてきたが、
現状の耐熱金属では1000℃以上もの高温に長時間耐
えることが困難であり、しかも価格も極めて高く、従っ
てこれらの耐熱金属に代わる材料としてSi34 ,S
iC,サイアロン等で代表される高温特性に優れたセラ
ミック材料の応用が研究されている。
【0003】セラミックタービンロータは複雑形状であ
るため、通常射出成形又は鋳込成形により成形し、焼成
および加工を行なった後バランス修正加工を施して製造
されている。この場合、バランス修正加工であっても、
セラミック焼結体は難加工性であるため、焼結前にバラ
ンス修正用のセンター穴を設ける提案が種々なされてい
る。例えば、特開昭60−201003号には、500
kg/cm2以上の静水圧加圧を施したセラミック成形体のボ
ス部及び軸部端面の軸中心線上にセンター穴を設けた
後、焼結する方法が開示されている。また、特開昭61
−53401号にはセラミック成形体のボス部端面の軸
芯上にセンター孔を開けた後焼成し、その後軸部端面に
逆センターを設ける方法が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
バランス修正用のセンター穴はセラミックタービンロー
タの形状中心線上に設けられているが、セラミックロー
タの重心位置が必ずしも形状中心線上にあるものではな
い。このため、焼成後のバランス修正加工においては、
形状中心と重心中心の位置がずれる程研削量が多くな
り、修正加工に時間がかかるという問題があった。さら
に、ずれが大きくなると、製品形状を損なったり、バラ
ンス修正ができなくなるという問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】従って、本発明は、上記
従来技術の欠点を解決したもので、短時間にバランス修
正加工を行なうことができるセラミックタービンロータ
及びその製造方法、さらにその成形に用いるための成形
型を提供することを目的とする。即ち、本発明によれ
ば、ボス部、ハブ部、翼部及び軸部が一体的に形成され
たセラミックタービンロータであって、該セラミックタ
ービンロータのボス部及び軸部の各端面の重心中心線上
にセンター孔が設けられてなることを特徴とするセラミ
ックタービンロータ、および、ボス部、ハブ部、翼部及
び軸部が一体的に形成されるセラミックタービンロータ
成形体の成形型であって、ボス部及び軸部の両端面の少
なくとも何れか一方に相当する成形型の位置に、略円錐
状の突起を形成してなることを特徴とするセラミックタ
ービンロータの成形型、が提供される。尚、本発明の重
心中心とは、そのロータに許容される不釣り合いの範囲
における偏心量内を指す。
【0006】また本発明によれば、ボス部、ハブ部、翼
部及び軸部が一体的に形成されたセラミックタービンロ
ータ成形体を成形するとともに、ボス部及び軸部の両端
面の形状中心位置にセンター孔を形成した後、該セラミ
ックタービンロータ成形体の動バランスを測定すること
により不釣り合いを測定してセラミックタービンロータ
の重心中心位置を決定し、この重心中心位置に基いて、
ボス部及び軸部の両端面の重心中心線上にセンター孔を
設けることを特徴とするセラミックタービンロータの製
造方法、が提供される。
【0007】
【実施例】以下、本発明を図示例に基づきさらに詳しく
説明する。図1は本発明に係るセラミックタービンロー
タの一例を示す横断面概要説明図である。セラミックタ
ービンロータ(以下、タービンロータと記載する)1
は、ボス部2、ハブ部3、翼部4及び軸部5が一体的に
形成されてなり、そのボス部2及び軸部5の各端面の重
心中心線上には、ボス部センター孔6と軸部センター孔
7がそれぞれ設けられている。また、タービンロータ成
形体の成形型は、図2のように、ボス部2及び軸部5の
両端面の少なくとも何れか一方に相当する成形型の位置
に、略円錐状の突起を形成したものである。
【0008】次に、タービンロータの製造工程例を説明
する。 (1)まず、タービンロータの軸部5端面の形状中心位置
に相当する成形型の位置に、焼成後の開き角が60°と
なる形状の、略円錐状突起たるエジェクターピン8を設
置する。(図2参照) (2)エジェクターピン8が設置された成形型内に、成形
原料を射出成形することにより、軸部5端面の形状中心
位置にセンター孔を有するタービンロータ成形体を得
る。 (3)得られたタービンロータ成形体の軸部5を旋盤の回
転治具に差込み、回転させながらA部を切断し、ボス部
2の端面に形状中心のセンター孔を開ける。
【0009】(4)次に、軸部及びボス部の両センター孔
にセンター治具を使用してタービンロータ成形体を把持
し、タービンロータ成形体を回転させながらB部及びC
部の表面を一皮切削する。 (5)動バランス測定機にタービンロータ成形体のB部及
びC部を載せ、不釣り合いを測定して、タービンロータ
の軸部端面及びボス部端面の重心中心線上の位置であっ
て、かつロータの軸部端面およびボス部端面の形状中心
位置を結ぶ形状中心線と平行な位置(この位置が各端面
の重心中心線上の位置である。)を求める。 (6)上記のようにしてタービンロータの重心中心位置を
決めた後、改めて成形型のタービンロータ軸部端面の重
心中心線上の位置に、エジェクターピン8をセットす
る。(なお、本例では実施しないが、この時点でボス部
端面にもセンター孔用のエジェクターピンを設置するこ
ともできる。)
【0010】(7)射出成形を行い、ボス部2、ハブ部
3、翼部4及び軸部5が一体的に形成され、軸部5の端
面の重心中心線上に軸部センター孔7が設けられたター
ビンロータ成形体を成形する。 (8)得られる成形体のボス部2端面の重心中心線上の位
置にボス部センター孔6を開ける。 (9)この成形体を脱脂、焼成および加工する。 (10)タービンロータ焼結体のバランス修正を行なう。 (11)タービンロータ焼結体を金属軸と接合する。 (12)タービンロータ結合体の最終バランス修正を行な
う。
【0011】次に、本発明の具体的な実施例に基づきさ
らに詳しく説明する。 (実施例)平均粒径1mmの窒素珪素(Si34 )粉末
に、パラフィンワックスを主成分とした成形助剤を添加
して射出成形用原料を調製し、射出成形機にて、翼径6
8.5mm、軸全長11.5mmの、図1に示すようなセラ
ミックターボチャージャーロータを射出成形した。この
成形時、タービンロータの軸部5端面の形状中心位置に
相当する成形型の位置に、図2に示す如く、焼成後の開
き角が60°となる形状のエジェクターピン8を設置し
てターボチャージャーロータ成形体の軸部5に軸部セン
ター孔を形成した。次いで、該ターボチャージャーロー
タ成形体の軸部5を旋盤の回転治具に差し込み、ターボ
チャージャーロータ成形体を回転させながらA部を切断
し、ボス部2の端面に形状中心のボス部センター孔を開
けた。
【0012】次に、ターボチャージャーロータ成形体の
軸部及びボス部の両センター孔にセンター治具を使用し
てターボチャージャーロータ成形体を把持し、ターボチ
ャージャーロータ成形体を回転させながら、B部及びC
部の表面を一皮切削加工した。次いで、横型の動バラン
ス測定機((株)長濱製作所製のROB型)に、ターボ
チャージャーロータ成形体のボス部のB部及び軸部のC
部を載せ、不釣り合いを測定した。その結果を表1に示
す。
【0013】
【表1】
【0014】上記不釣り合い測定の結果(サンプルN
o.1〜4)から、約45°方向に約380mg(測定半
径16mm)、即ち6.08g-mm重心がずれており、これ
を修正するため、相対する235°方向にあらかじめ成
形体重量(g) ×修正位置(mm)を求め、中心をずらせてや
ればターボチャージャーロータの重心中心位置となる。
本実施例では、0.15mmずらすことで、重心中心位置
になる。上記のようにして、ターボチャージャーロータ
の重心中心位置を決めたうえで、改めて成形型のターボ
チャージャーロータ軸部の重心中心線上の位置に、セン
ター孔形成用のエジェクターピン8をセットした。次
に、成形型内に、上記射出成形用原料を注入して射出成
形を行い、ボス部2、ハブ部3、翼部4及び軸部5が一
体的に形成され、軸部5の端面の重心中心線上に軸部セ
ンター孔7が設けられたターボチャージャーロータ成形
体を成形した。
【0015】この成形体には、さらにボス部端面の重心
中心線上にボス部センター孔6を開けた。次に、上記の
ように、重心中心位置に偏心を行ったうえで新しく射出
成形された成形体について、さらに動バランス測定機に
てバランス測定を行ったところ、表1に示すような結果
(サンプルNo.5〜8)となり、約345°方向に約
35mg重心がずれたものの、成形体のバランスが修正前
に比し1/10以下に大きく改善したことがわかった。
ただし、この場合でも、重心中心ぴったりの位置にセン
ター孔をつくることは困難であるため、再度前述の方法
でセンター孔形成用エジェクターピン8をセットし直し
てもよい。次いで、この成形体を所定の形状に加工した
後、アルミナ粉末中に埋め込み、最高温度450℃で加
熱脱脂した後、2000kg/cm2 の圧力で静水圧加圧を
行い、窒素ガス雰囲気中で1700℃で1時間焼成し
た。
【0016】次に、得られたターボチャージャーロータ
焼結体の軸部センター孔7及びボス部センター孔6の両
センター部の支持加工のため、上記両孔部7及び6の面
付け(もみ)加工を行い、金属軸との接合部の軸径及び
長さを所定の寸法に研磨加工し、翼部4の粗研磨加工を
行なったうえでターボチャージャーロータ焼結体のバラ
ンス修正を行った。次に、金属軸と接合し、要部にネジ
切り加工を行った後、翼部4のエッジ部のR付加工を行
い、さらに最終的なバランス修正を行ってアンバランス
量を除去してターボチャージャーロータとした。得られ
たターボチャージャーロータをターボチャージャーに組
込みアンバランスを調整した後、エンジンに取付け、タ
ービン入口温度(T)900℃にてタービン回転数12
0000rpm の運転を10分間、エンジンストップを5
分間の運転−停止耐久テストを1000サイクル行なっ
たが、振動値も安定しており、何ら異常は認められなか
った。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
セラミックタービンロータ成形体のボス部及び軸部の両
端面に形状中心位置にセンター孔を形成した後、セラミ
ックタービンロータ成形体の動バランスを測定すること
により不釣り合いを測定してセラミックタービンロータ
の重心中心位置を決定し、この重心中心位置に基いて、
成形体のボス部及び軸部の両端面の重心中心線上にセン
ター孔を設けるようにしたので、短時間にバランス修正
加工ができ、かつ製品形状を損なうことのないセラミッ
クタービンロータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセラミックタービンロータの一例を示
す横断面概要説明図である。
【図2】成形型内にエジェクターピンを設置した状態を
示す説明図である。
【符号の説明】
1 セラミックタービンロータ 2 ボス部 3 ハブ部 4 翼部 5 軸部 6 ボス部センター孔 7 軸部センター孔 8 エジェクターピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 住田 満 岐阜県多治見市市之倉町13丁目83番地375 号

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボス部、ハブ部、翼部及び軸部が一体的
    に形成されたセラミックタービンロータであって、該セ
    ラミックタービンロータのボス部及び軸部の各端面の重
    心中心線上にセンター孔が設けられてなることを特徴と
    するセラミックタービンロータ。
  2. 【請求項2】 ボス部、ハブ部、翼部及び軸部が一体的
    に形成されるセラミックタービンロータ成形体の成形型
    であって、ボス部及び軸部の両端面の少なくとも何れか
    一方に相当する成形型の位置に、略円錐状の突起を形成
    してなることを特徴とするセラミックタービンロータの
    成形型。
  3. 【請求項3】 ボス部、ハブ部、翼部及び軸部が一体的
    に形成されたセラミックタービンロータ成形体を成形す
    るとともに、ボス部及び軸部の両端面の形状中心位置に
    センター孔を形成した後、該セラミックタービンロータ
    成形体の動バランスを測定することにより不釣り合いを
    測定してセラミックタービンロータの重心中心位置を決
    定し、この重心中心位置に基いて、ボス部及び軸部の両
    端面の重心中心線上にセンター孔を設けることを特徴と
    するセラミックタービンロータの製造方法。
JP7145192A 1992-03-27 1992-03-27 セラミックタービンロータ及びその製造方法 Withdrawn JPH05272347A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1984000122A1 (en) * 1982-06-29 1984-01-19 Kawasaki Steel Co Build-up welding method
JP2011202575A (ja) * 2010-03-25 2011-10-13 Ihi Corp ロータの製造方法

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WO1984000122A1 (en) * 1982-06-29 1984-01-19 Kawasaki Steel Co Build-up welding method
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Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19990608