JPH0627761Y2 - Coupling shaft structure of ceramic turbine rotor and metal shaft - Google Patents

Coupling shaft structure of ceramic turbine rotor and metal shaft

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JPH0627761Y2
JPH0627761Y2 JP1985145648U JP14564885U JPH0627761Y2 JP H0627761 Y2 JPH0627761 Y2 JP H0627761Y2 JP 1985145648 U JP1985145648 U JP 1985145648U JP 14564885 U JP14564885 U JP 14564885U JP H0627761 Y2 JPH0627761 Y2 JP H0627761Y2
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JP
Japan
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ceramic
shaft
turbine rotor
metal
shaft portion
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JP1985145648U
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JPS6254203U (en
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孝之 小笠原
丈行 水野
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NGK Insulators Ltd
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NGK Insulators Ltd
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Description

【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案はセラミック製タービンロータと金属製コンプレ
ッサインペラー回転軸の結合軸構造に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a coupling shaft structure of a ceramic turbine rotor and a metal compressor impeller rotating shaft.

(従来の技術) 従来のこの種のタービンロータは、第3図または第4図
にその一実施例を示すように、セラミック製タービンロ
ータ31の軸部32と金属製回転軸33を結合するに際し、金
属スリーブ35を構成する回転軸33側に穿設した孔34に軸
部32を圧入、焼きばめ、ろう付等の方法により固定して
構成されている。実使用にあたっては金属スリーブ35の
外周に軸受36,37を設け、タービンロータ31を支持して
いる。この軸受36,37としては、フローティング軸受あ
るいはボールベアリング軸受等が用いられている。
(Prior Art) A conventional turbine rotor of this type is used for connecting a shaft portion 32 of a ceramic turbine rotor 31 and a metal rotating shaft 33 to each other as shown in FIG. 3 or FIG. The shaft portion 32 is fixed to a hole 34 formed on the rotary shaft 33 side of the metal sleeve 35 by a method such as press fitting, shrink fitting, or brazing. In actual use, bearings 36 and 37 are provided on the outer circumference of the metal sleeve 35 to support the turbine rotor 31. As the bearings 36 and 37, floating bearings, ball bearing bearings and the like are used.

しかしながら上述したタービンロータの結合軸構造にお
いては、タービンロータが排気ガスによって回転してい
るときあるいは回転が急に停止したときに、高温に曝さ
れていたタービンロータ部より熱が軸方向に流入し軸部
が高温になることがあった。その結果、軸受と軸部の間
に存在する潤滑油が熱のために劣化し軸受あるいは軸部
が摩耗して、タービンロータの正常な回転を阻害する欠
点があった。
However, in the above-described turbine rotor coupling shaft structure, when the turbine rotor is rotated by exhaust gas or when the rotation is suddenly stopped, heat flows in axially from the turbine rotor portion exposed to high temperature. The shank sometimes became hot. As a result, the lubricating oil existing between the bearing and the shaft portion deteriorates due to heat, and the bearing or the shaft portion wears, which impedes normal rotation of the turbine rotor.

(考案が解決しようとする問題点) このような問題を回避するため、ジャーナル軸内部に断
熱層を設けた例が、実開昭59-67539号公報および実開昭
60-114201号公報において開示されている。
(Problems to be solved by the invention) In order to avoid such a problem, an example in which a heat insulating layer is provided inside the journal shaft is disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 59-67539 and Japanese Utility Model Publication No. 59-67539.
No. 60-114201.

しかしながら、実開昭59-67539号公報に開示された技術
では、断熱層効果を狙いジャーナル軸を円筒形状にして
空気層を設けているが、補強部材の挿入等製作コストが
高く製造工程が複雑となる問題があった。
However, in the technique disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 59-67539, the journal shaft is formed into a cylindrical shape to provide an air layer for the purpose of the heat insulating layer effect, but the manufacturing cost is high due to the insertion of the reinforcing member and the manufacturing process is complicated. There was a problem that became.

また、実開昭60-114201号公報に開示された技術では、
軸受部に当接する部分のジャーナル軸内に空気層が設け
られているが、セラミック側を削ることによって空気層
を設けておりセラミック軸径が小さくなり断熱係数が小
さくなるとともに、空気層は軸受部に当接する部分のみ
ならずタービン側の太軸部の手前まで存在しておりジャ
ーナル軸に曲げ荷重が働いたとき空気層の端部で折れ易
く、セラミック軸が破断し易い問題があった。
Further, in the technology disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 60-114201,
An air layer is provided in the journal shaft of the part that abuts the bearing part, but the air layer is provided by scraping the ceramic side, the ceramic shaft diameter becomes smaller, the thermal insulation coefficient becomes smaller, and the air layer becomes the bearing part. There is a problem that the ceramic shaft is easily broken at the end of the air layer when a bending load acts on the journal shaft, and the ceramic shaft is easily broken.

本考案の目的は上述した不具合を解消して、断熱層を設
けたことに起因するセラミック軸の破断を防止し、軸受
部の摩耗を確実に防止した信頼性の高いセラミックター
ビンロータを提供しようとするものである。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a highly reliable ceramic turbine rotor in which breakage of a ceramic shaft due to provision of a heat insulating layer is prevented and wear of a bearing portion is reliably prevented. To do.

(問題点を解決するための手段) 本考案のセラミックタービンロータと金属軸との結合軸
構造は、セラミックタービンロータと一体的にセラミッ
ク軸部を設け、この軸部とコンプレッサインペラーの金
属製回転軸部とを該金属製軸部と一体に形成された金属
スリーブにより結合した構造において、前記セラミック
軸部とこのセラミック軸部を囲繞した前記金属スリーブ
との結合境界面の金属スリーブ側の軸受メタルが当接す
る部分に対応する部分に断熱層を設け、かつ前記断熱層
の軸方向の両端が同一軸径内で前記セラミックタービン
ロータのセラミック軸部に当接したことを特徴とするも
のである。
(Means for Solving the Problems) The coupling shaft structure of the ceramic turbine rotor and the metal shaft of the present invention is provided with a ceramic shaft portion integrally with the ceramic turbine rotor, and this shaft portion and the metal rotary shaft of the compressor impeller. A metal sleeve formed integrally with the metal shaft portion, the bearing metal on the metal sleeve side of the coupling boundary surface between the ceramic shaft portion and the metal sleeve surrounding the ceramic shaft portion is A heat insulating layer is provided in a portion corresponding to the abutting portion, and both ends of the heat insulating layer in the axial direction are in contact with the ceramic shaft portion of the ceramic turbine rotor within the same shaft diameter.

(作用) 上述した構成において、タービン側の軸受メタルに対応
する断熱層の両端側は同一軸径内でセラミックを固定し
ているため、ロータに曲げ荷重が働いたときでもスパン
lが短かいため、第2図のA部に働く曲げモーメントは
従来の断熱層を有する例よりも小さく、セラミック軸が
折れにくいセラミックタービンロータとなり、さらに、
軸受メタルが当接するジャーナル軸の直下に断熱層を設
けていることにより、軸受への熱伝導が確実に防止さ
れ、また製作も安価に行うことができる。また、軸部が
短い場合はタービンロータに近い側の軸受に対応する部
分にだけ断熱層を設けても同様な作用を達成できる。
(Operation) In the above-mentioned configuration, since the ceramic is fixed within both ends of the heat insulating layer corresponding to the bearing metal on the turbine side within the same shaft diameter, the span l is short even when a bending load acts on the rotor. The bending moment acting on the portion A of FIG. 2 is smaller than that of the conventional example having the heat insulating layer, and the ceramic shaft is a ceramic turbine rotor which is hard to be broken.
By providing the heat insulating layer directly below the journal shaft with which the bearing metal abuts, heat conduction to the bearing is reliably prevented, and the manufacturing can be performed at low cost. Further, when the shaft portion is short, a similar effect can be achieved by providing the heat insulating layer only on the portion corresponding to the bearing on the side closer to the turbine rotor.

(実施例) 第1図は本考案の結合軸構造の一実施例を示す線図であ
る。本実施例ではセラミック軸部が長い例を示してい
て、そのため断熱層を2箇所設けている。セラミック製
タービンロータ1は一体に形成した軸部2を有し、この
軸部2を金属製回転軸3の金属スリーブ4内に圧入、焼
きばめ、接着剤による接合、ろう材により接合のいずれ
かの方法で結合する。金属スリーブ4の両端部にはター
ビンロータ1を支持するためのフローティング軸受5-1,
5-2を設ける。フローティング軸受5-1,5-2に対応する軸
受2と金属スリーブ4との境界面の金属スリーブ4側に
は空隙を設け断熱層6-1,6-2を形成し、タービン側の軸
受メタルが当接する断熱層の軸方向の両端を同一軸径内
で固定する。また、金属スリーブ4の端部にはシールリ
ング溝7とオイルスリンガー8を設ける。
(Embodiment) FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the coupling shaft structure of the present invention. In this embodiment, the ceramic shaft portion is long, and therefore two heat insulating layers are provided. The ceramic turbine rotor 1 has an integrally formed shaft portion 2, and the shaft portion 2 is press-fitted into a metal sleeve 4 of a metal rotating shaft 3, shrink-fitted, bonded with an adhesive, or bonded with a brazing material. Join in one way. Floating bearings 5-1 for supporting the turbine rotor 1 are provided at both ends of the metal sleeve 4.
Provide 5-2. A space is provided on the metal sleeve 4 side of the boundary surface between the bearing 2 and the metal sleeve 4 corresponding to the floating bearings 5-1 and 5-2 to form a heat insulating layer 6-1, 6-2, and the bearing metal on the turbine side is formed. The both ends in the axial direction of the heat-insulating layer with which the are in contact with each other are fixed within the same shaft diameter. A seal ring groove 7 and an oil slinger 8 are provided at the end of the metal sleeve 4.

第2図は本考案の結合軸構造の他の実施例を示す線図で
ある。本実施例ではセラミック軸部が短い例を示してい
て、そのため断熱層はタービンロータ側1箇所だけに設
けている。セラミック製タービンロータ11と一体に形成
された軸部12は、タービンロータ11側の太径部13と他端
の細径部14とより構成される。金属製回転軸15の金属ス
リーブ17は、これら太径部13と細径部14に対応した径を
有する太径スリーブ18と細径スリーブ19とより構成され
る。軸部12は金属スリーブ17内に圧入、焼きばめ、接着
剤による接合、ろう材による接合のいずれかの方法で結
合されている。金属スリーブ17の細径スリーブ19の両端
部には、タービンロータ11を支持するためのボールベア
リング軸受20-1,20-2を設ける。また、タービンロータ1
1側のボールベアリング軸受20-1に対応する軸部12の細
径部14と金属スリーブ17の細径スリーブ19との境界面の
細径スリーブ19側には空隙を設け、断熱層21を形成し、
断熱層の軸方向の両端を同一軸径内で固定する。また、
金属スリーブ17の太径スリーブ18の外周にはシールリン
グ溝22とオイルスリンガー23を設けている。さらに、太
径部13と細径部14の境界部において、これら各部の外周
を囲繞する金属スリーブ17との間に空隙部24を設け、そ
の部分への過度の応力集中を避けている。
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the coupling shaft structure of the present invention. In this embodiment, the ceramic shaft portion is short, so that the heat insulating layer is provided only at one location on the turbine rotor side. The shaft portion 12 formed integrally with the ceramic turbine rotor 11 is composed of a large diameter portion 13 on the turbine rotor 11 side and a small diameter portion 14 at the other end. The metal sleeve 17 of the metal rotary shaft 15 is composed of a large diameter sleeve 18 and a small diameter sleeve 19 having diameters corresponding to the large diameter portion 13 and the small diameter portion 14, respectively. The shaft portion 12 is joined into the metal sleeve 17 by any of the methods of press fitting, shrink fitting, joining with an adhesive, and joining with a brazing material. Ball bearing bearings 20-1 and 20-2 for supporting the turbine rotor 11 are provided at both ends of the small-diameter sleeve 19 of the metal sleeve 17. Also the turbine rotor 1
A space is provided on the thin sleeve 19 side of the boundary surface between the thin portion 14 of the shaft portion 12 and the thin sleeve 19 of the metal sleeve 17 corresponding to the ball bearing bearing 20-1 on the first side, and a heat insulating layer 21 is formed. Then
Both ends of the heat insulating layer in the axial direction are fixed within the same shaft diameter. Also,
A seal ring groove 22 and an oil slinger 23 are provided on the outer circumference of the large-diameter sleeve 18 of the metal sleeve 17. Further, at the boundary between the large-diameter portion 13 and the small-diameter portion 14, a void portion 24 is provided between the large-diameter portion 13 and the metal sleeve 17 surrounding the outer circumference of each of these portions to avoid excessive stress concentration on that portion.

本考案は上述した実施例にのみ限定されるものではな
く、幾多の変形、変更が可能である。例えば上述した実
施例では断熱層として空隙による空気層を用いたが、空
隙部の内部に必要に応じて断熱材等を詰めて構成しても
よい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but various modifications and changes can be made. For example, in the above-described embodiments, the air layer formed by the voids is used as the heat insulating layer, but the voids may be filled with a heat insulating material or the like as needed.

(考案の効果) 以上詳細に説明したところから明らかなように、本考案
のセラミックタービンロータと金属軸との結合軸構造に
おいては、セラミックロータの軸受が当接する部分に対
応するセラミック軸部と金属スリーブの境界面の金属ス
リーブ側に断熱層を設けかつ、タービン側の軸受メタル
に対応する断熱層の軸方向の両端を同一軸径内で固定す
ることにより、ロータに曲げ力が働いたときセラミック
軸が折れにくいセラミックタービンロータとなり、さら
に、タービンロータより軸受に流入する熱流を阻止し、
軸受と回転軸間の潤滑油の劣化を防止し軸受部の摩耗を
確実に防止することができ、その結果セラミックタービ
ンロータの信頼性を著しく向上することができた。
(Effect of the Invention) As is clear from the above description, in the coupling shaft structure of the ceramic turbine rotor and the metal shaft of the present invention, the ceramic shaft portion and the metal corresponding to the portion where the bearing of the ceramic rotor abuts. By providing a heat insulating layer on the metal sleeve side of the boundary surface of the sleeve, and fixing both axial ends of the heat insulating layer corresponding to the bearing metal on the turbine side within the same shaft diameter, when a bending force acts on the rotor, ceramic The shaft becomes a ceramic turbine rotor that does not easily break, and further blocks the heat flow from the turbine rotor into the bearings.
It was possible to prevent deterioration of the lubricating oil between the bearing and the rotating shaft and to reliably prevent wear of the bearing portion, and as a result, it was possible to significantly improve the reliability of the ceramic turbine rotor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図および第2図はそれぞれ本考案の結合軸構造の一
実施例を示す線図、 第3図および第4図はそれぞれ従来のタービンロータの
結合軸構造の一実施例を示す線図である。 1,11……タービンロータ、2,12……軸部 3,15……金属製回転軸、4,17……金属スリーブ 5-1,5-2……フローティング軸受 6-1,6-2,21……断熱層、7,22……シールリング溝 8,23……オイルスリンガー 13……太径部、14……細径部 18……太径スリーブ、19……細径スリーブ 20-1,20-2……ベアリング軸受
1 and 2 are diagrams showing an embodiment of the connecting shaft structure of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are diagrams showing an embodiment of the connecting shaft structure of a conventional turbine rotor. is there. 1,11 …… Turbine rotor, 2,12 …… Shaft 3,15 …… Metal rotating shaft, 4,17 …… Metal sleeve 5-1,5-2 …… Floating bearing 6-1,6-2 , 21 …… Insulation layer, 7,22 …… Seal ring groove 8,23 …… Oil slinger 13 …… Large diameter part, 14 …… Narrow diameter part 18 …… Large diameter sleeve, 19 …… Thin diameter sleeve 20- 1,20-2 …… Bearing bearing

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】セラミックタービンロータと一体的にセラ
ミック軸部を設け、この軸部とコンプレッサインペラー
の金属製回転軸部とを該金属製軸部と一体に形成された
金属スリーブにより結合した構造において、 前記セラミック軸部とこのセラミック軸部を囲繞した前
記金属スリーブとの結合境界面の金属スリーブ側の軸受
メタルが当接する部分に対応する部分に断熱層を設け、
かつ前記断熱層の軸方向の両端が同一軸径内で前記セラ
ミックタービンロータのセラミック軸部に当接したこと
を特徴とする結合軸構造。
1. A structure in which a ceramic shaft portion is provided integrally with a ceramic turbine rotor, and the shaft portion and a metal rotating shaft portion of a compressor impeller are connected by a metal sleeve integrally formed with the metal shaft portion. A heat insulating layer is provided in a portion corresponding to a portion of a coupling boundary surface between the ceramic shaft portion and the metal sleeve surrounding the ceramic shaft portion, the bearing metal on the metal sleeve side is in contact with,
A combined shaft structure in which both axial ends of the heat insulating layer are in contact with the ceramic shaft portion of the ceramic turbine rotor within the same shaft diameter.
【請求項2】前記断熱層を、前記セラミックタービンロ
ータ側の軸受メタルに対応する部分だけに設けた実用新
案登録請求の範囲第1項記載の結合軸構造。
2. The coupling shaft structure according to claim 1, wherein the heat insulating layer is provided only in a portion corresponding to the bearing metal on the ceramic turbine rotor side, and is registered as a utility model.
【請求項3】前記セラミック軸部と前記金属スリーブと
の結合を、圧入、焼きばめ、接着剤による結合、ろう付
けによる接合のいずれかで構成した実用新案登録請求の
範囲第1項記載の結合軸構造。
3. A utility model registration claim according to claim 1, wherein the ceramic shaft portion and the metal sleeve are connected by press fitting, shrink fitting, bonding by an adhesive, or bonding by brazing. Bond axis structure.
JP1985145648U 1985-09-26 1985-09-26 Coupling shaft structure of ceramic turbine rotor and metal shaft Expired - Lifetime JPH0627761Y2 (en)

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JPS6254203U JPS6254203U (en) 1987-04-03
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JPS5967539U (en) * 1982-10-27 1984-05-08 いすゞ自動車株式会社 Shaft structure of turbocharger
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