JPS58184314A - セラミツク製クランクシヤフト - Google Patents

セラミツク製クランクシヤフト

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Publication number
JPS58184314A
JPS58184314A JP6518582A JP6518582A JPS58184314A JP S58184314 A JPS58184314 A JP S58184314A JP 6518582 A JP6518582 A JP 6518582A JP 6518582 A JP6518582 A JP 6518582A JP S58184314 A JPS58184314 A JP S58184314A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
crankshaft
segments
segment
ceramic
crank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6518582A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsutoshi Totsugi
戸次 勝利
Hiroshi Matsui
浩 松井
Harumichi Yoshiyama
芳山 治道
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Tokushu Togyo KK
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Nippon Tokushu Togyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd, Nippon Tokushu Togyo KK filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP6518582A priority Critical patent/JPS58184314A/ja
Publication of JPS58184314A publication Critical patent/JPS58184314A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/04Crankshafts, eccentric-shafts; Cranks, eccentrics
    • F16C3/06Crankshafts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

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】 ミック製クランクシャフトに関するものである。
近年、燃費向上、軽量化、耐久性向上、省資源化等を意
図として、ガスタービン、内燃機関の燃焼室部品をはじ
めてとしてセラミック化することが注目されている。特
に軽量化、耐久性向上、省資源化のために内燃機関、圧
縮機等の往復機関に用いるクランクシャフトを耐衝撃性
の大きいセラミック、例えば窒化珪素焼結体で形成する
場合、普通セラミックは複雑な形状については原料粉末
をスラリーとして専ら射出成形によって作られるが、ク
ランクシャフトの如き複雑な形状については一体に射出
成形することは困難であり、また一体成形を行なった場
合には焼成歪が大きく、研摩仕上も面倒で大巾なコスト
高となる欠点があった。さらにはセラミック自体が脆く
て靭性に乏しい性質により、機関の高負荷運転等におけ
る強い衝撃力を受けると、前記セラミック焼結体で形成
したクランクシャフトは引張応力を受けるところで亀裂
を生じて破損する不具合が発生した。
本発明はかかる問題を有利に解決するだめのもので、製
造が容易で且つ靭性および剛性を高めたセラミック製ク
ランクシャフトの提供を目的とする。即ち、本発明の要
旨は、セラミック焼結体で形成したクランクシャフトで
あって、前記クランクシャフトは主軸と一体形成された
クランク腕をもった少なくとも二つのセグメントA、A
′とクランクピンのセグメントBとに分割し、これらそ
れぞれのセグメントのセラミック母村内に、前記セラミ
ック母材よシも熱膨張係数またはヤング率のいずれか一
方または双方が大きく、且つ高融点金属から成る補強部
材を同時焼結によって埋設せしめ、前記セグメントh、
A′を互いにその軸方向に対設させると共にその両者の
セグメントA、A′の嵌合孔内に前記セグメントBを挿
入介装させ、さらに前記セグメン)AとBおよびXとB
との嵌合部に跨る回シ止め孔を設けて接着剤を注入して
金属ピンを挿入しセグメントA、A′とBとを一体に接
合して成ることを特徴とするセラミック製クランクシャ
フトである。
以下本発明を図面の実施例に基づいて説明する。
第1図は本発明の実施例によって形成した単気筒用のセ
ラミック製クランクシャフト10である0図中l、コは
軸受部/a、J、を備えた主軸で、夫々左右に設けられ
ている。3.ダはクランク腕で前記主軸/およびコと一
体に耐衝撃性の大きいセラミック焼結体で形成され、セ
グメントA、A′を形成する。jは分割したクランクピ
ンであシ、同様に耐衝撃性の大きいセラミック締結体か
ら成シセグメン)Bを形成する。
このセグメントBにはコンロッド、20のニード−ベア
リングを配し!1・た大端部J/が結合されている。6
は高炭素鋼、焼入れ鋼等から成る金属性ピンでクランク
ピンjの回転防止のために挿入される。
第2図〜第1図に示すようにセグメントA。
Xには夫々クランク腕3,4I内にセグメントBと嵌合
する円錐孔3B、+6が設けられている。
これら円錐孔は主軸の突設のない側が径大としたもので
、その角度θは約10〜j0の範囲に形成されている。
またこれら円錐孔Ja、≠aの中央部には周溝jb、1
4’bが設けられ、さらにこれら円錐孔には上記金属製
ピンtを挿入するために回り止め孔30 * 4’ O
が設けられると共に前記回9止め孔より隔たった軸心中
央部に前記周溝と通じる空気抜き孔jd、4’dを穿設
して成る。
je、+、は主軸の両側に設けたセンタ一孔である。
またセグメントBはクランクピンjの両端側に上記セグ
メントA、A′の円錐孔Ja、4’aよシ幾分径小に形
成されて嵌合するテーパ一部ja(好ましい角度は70
〜!″)を設け、千のテーパ一部の中央部付近には上記
セグメントh、A′の上記周溝jb14’bと一致する
周溝jbが設けられ、またそのテーパ一部には上記金属
製ピン6を挿入するため上記セグメン)A、Aの上記回
り止め孔3c、弘Cと一対とする同様の回り止め孔jc
が形成されている。
ここで、これらセグメントA、A′およびBの母材は耐
衝撃性の大きいセラミックである窒化珪素(A:J、2
〜3.1 + E : t、o〜J、J)、窒化アルミ
ニウム(A:4A4!−jニア 、 E: J、j )
 、炭化珪素(A:4At−仏1 + E :仏3〜仏
り、ジルコニア(A : lO,t 。
K:/、j)などの焼結体が好適に用いられる。なお、
符号Aは熱膨張係数(x#)7℃)、またEはヤング率
(x 10’ II+/mdl )を示す。
/lはセグメン)A、A’のそれぞれ主軸/とクランク
腕3、同じく主軸コとクランク腕参に跨る内部およびセ
グメントBのクランクピンjの内部に同時焼結によって
埋設された筋金を形成する補強部材である。その補強部
材としては上記セラミック母材よシも熱膨張係数または
ヤング率のいずれか一方または双方が大きく、且つ高融
点の金属材料であるタングステン(A:弘4.E:34
)、モリブデン(Alり、E:先句、タンタル(A:+
g、t+E:z、り)の単一金属またはそれらを主体と
する合金、例えばMo−W合金(j−jO%Wと残Mo
 ) + Ta −W (/ −/ 0%Wと残Ta 
) e W−Ir (Ir /−30%と残W)合金な
どが上記セラミック母材と組合せて適宜用いられる。ま
た補強部材の形状は線、帯状または必歎に応じて金属材
表面に凹凸を設けたシ、その本数も複数配設することが
できる。さらに第5図および第を図に示すように、クラ
ンクピンとの嵌合孔Ja、≠aの周囲を被うように補強
部材/lを任意に埋設することもできる。かかる形態に
よってセラミックの靭性または剛性を著しく高めること
ができる。
さて、セラミック焼結体内に補強部材を埋設するクラン
クシャフトの製作としては、例えば窒化珪素焼結体を用
いる場合、その好適な組成はlμのS i aN4粉末
り0重iチ、λμのZr0z粉末j重量%、0.2μの
MgO粉末粉末5チ曹チ上市販品)を配合し、常法によ
り有機質結合剤(メチルセルローズ等)を加えて調製し
た原料粉末に水を加えてスラリーとし、これを予め型内
の所定位置に0.41rtmφのタングステン線を保持
した後鋳込成形してセグメン)A、A’およびBを成形
し、これをN2雰囲気下において200℃に加熱して有
機質結合剤を除去した後、/ 700 Cxto分の7
気圧または/−/−気圧で焼結し、この焼結体を所定寸
法に研摩加工を行なう。なおセラミックの組成、成形方
法、焼結方法等は上記実施に限定されるものでなく、公
知のものが適用できることは言うまでもない。
次に上記セグメントによるクランクシャフトの組立方法
について述べる。まず上記セグメントおよび金属製ピン
の脱脂処理を行ない、第7図および第r図に示すように
以下の手順で行なう。
(1)セグメントAの円錐孔3a内にセグメントBのテ
ーパ一部j−:′iを挿入すると共に夫々回シ止め孔3
cとjcを合わせる。
(2)セグメン)AとBの芯出し後、接着剤(好ましく
は耐熱接着剤、例えばエポキシ樹脂系のもの)を回り止
め孔より注入し、空気抜き孔3dよシ該接着剤が流出す
るまで注入する。
(3)回り止め孔内に金属製ビン4を挿入する。
(弘)  回9止め孔端面、金属製ピン端面および空気
抜き孔端面に付着した余分の接着剤を除去する。また芯
プレのないことを確認する。
(j)  常法により乾燥、硬化させる( i3o℃x
4Q1rまたはizo℃x/hr) (A)  次にこのセグメントAとBの接合した主軸l
を、例えば旋盤の回転部にチャックし、大端部λlにニ
ードルベアリング2.2を配したコンロツドコ0をクラ
ンクピンjに挿通する。
(7)  片方のセグメントA′をクランクピンjのテ
ーパ一部taに挿入して回シ止め孔を同様に合わせる。
V>  これを刃物台に固定したダイヤルゲージで主軸
の芯プレの最も少ない位置(0,0/w以下)にセット
し、セグメントAの場合と同様前記(−2) l (3
) l (4’)および<2>項の工程を経て、最終的
に第7図に示したクランクシャフトを製作す(り) る。なお、芯プレが大きい場合は接着剤を注入した後、
クランクピン、主軸を少しずつ回転させて最小値を探す
。また必要に応じて接着剤の注入端面には仮固着のため
に速効性接着剤で被覆する。
以上、本実施例は単気筒用のクランクシャフトについて
示したが、コシリンダ−以上の場合にもクランクシャフ
トの主軸およびシリンダー数に比例した数のクランクピ
ン、クランク腕に対して同様に適用することができる。
また、本実施例ではセグメン)A、A’の円錐孔とセグ
メン)Bのテーパ一部の双方に周溝を形成したものを図
示したが、該周溝はいずれか一方だけでも接着剤の流出
路を備えて接着強度を保持することができる。
以上述べたように本発明のセラミック製クランクシャフ
トは、少なくとも主軸とクランク腕の一体形成したセグ
メントA、A′とクランクピンのセグメン)Hに分割構
造として形状的に簡素化したことから成形および研摩が
極めて容易(10) となり、大巾に製造コストが低減できる。またセラミッ
ク母材よりも熱膨張係数またはヤング率いずれか一方、
または双方が大きく、且つ焼結温度よりも高い金属材を
筋金として同時焼結によって上記セグメント内部に埋設
したことにより、セラミックに圧縮応力を付加して靭性
および剛性を高めることができ、セラミックの破損を有
効に防止してすぐれた耐久性を有する。
さらにセグメントAとB、A′とBの夫々の嵌合部をテ
ーパー嵌合としたことによって芯出しが容易となり、周
溝、空気抜き孔の形成によって接着剤注入の容易、接着
面積を拡大してその強度を増大する効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第7図は本発明の実施例を示したクランクシャフトの正
面図、第λ図〜第参図はその分割したセグメントを示し
、第λ図偽)はセグメントAの断面図、第一図(b)は
そのイーイ切断断面図、第3図はセグメントXの断面図
、第参図(a)はセグメン)Bの拡大断面図、第参図(
b)はそのロー(//) 日切断断面図、第5図(a)および第を図(a)はセグ
メン)Aの他の実施例を示した断面図、第5図(b)お
よび第4図(b)は第5図(a)および第を図缶)のハ
ーバおよび二−二切断の断面図、第7図および第1図は
クランクシャフトの組立状態を示したもので、第7図は
セグメン)AとBの結合を示す斜視図、第1図はセグメ
ン)AとB1さらにA′の結合を示す要部断面図である
。 l、コ・・・主軸、3.l・・・クランク腕、3a。 44a・・・嵌合孔、!・・・クランクピン、t・白金
属ピン、/I・・・補強部材 (/、2) 8

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. セラミック焼結体で形成したクランクシャフトであって
    、前記クランクシャフトは主軸と一体形成されたクラン
    ク腕をもった少なくとも二つのセグメントA、Aとクラ
    ンクピンのセグメン)Bとに分割し、これらそれぞれの
    セグメントのセラミック母材内に、前記セラミック母材
    よシも熱膨張係数またはヤング率のいずれか一方または
    双方が大きく、且つ高融点金属から成る補強部材を同時
    焼結によって埋設せしめ、前記セグメン)A、A’を互
    いにその軸方向に対設させると共にその両者のセグメン
    トA、A′の嵌合孔内に前記セグメン)Bを挿入介装さ
    せ、さらに前記セグメントAとBおよびXとBとの嵌合
    部に跨る回り止め孔を設けて接着剤を注入して金属ピン
    を挿入しセグメントA、A’とBとを一体に接合して成
    ることを特徴とするセラミック製クランクシャフト。
JP6518582A 1982-04-19 1982-04-19 セラミツク製クランクシヤフト Pending JPS58184314A (ja)

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JP6518582A JPS58184314A (ja) 1982-04-19 1982-04-19 セラミツク製クランクシヤフト

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ID=13279604

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JP6518582A Pending JPS58184314A (ja) 1982-04-19 1982-04-19 セラミツク製クランクシヤフト

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100983833B1 (ko) 2003-08-13 2010-09-27 맨 디젤 필리얼 아프 맨 디젤 에스이, 티스크랜드 크랭크축

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