JPS58217814A - 軸構造 - Google Patents
軸構造Info
- Publication number
- JPS58217814A JPS58217814A JP9758682A JP9758682A JPS58217814A JP S58217814 A JPS58217814 A JP S58217814A JP 9758682 A JP9758682 A JP 9758682A JP 9758682 A JP9758682 A JP 9758682A JP S58217814 A JPS58217814 A JP S58217814A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- shaft
- ceramic
- metal
- metal member
- joining
- 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
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Classifications
-
- 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
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】
この発明は、特にセラミック（セラミックに金属を添加
したサーメットを含む）軸と金属軸を接合してなる軸の
構造に関するものである。
したサーメットを含む）軸と金属軸を接合してなる軸の
構造に関するものである。
セラミック軸と金属軸を接合した軸構造を有するものと
しては、例えば、第１図に示すものがある。第１図はエ
ンジン’ｆｆを示す説明図であって、コノエンジン弁１
は、セラミック製弁頭部２と金を製弁支持部６と全各々
軸部分で接合してなるも９１．−１０．穎−６−９−１
頁 のである。この場合の接合に際しては、セラミック製弁
頭部２と金属製弁支持部６との機械的な接合面における
常温での各々外形形状と内形形状の相似比を規定してお
き、これを焼成めあるいは冷嵌めすることにより接合し
ていた。
しては、例えば、第１図に示すものがある。第１図はエ
ンジン’ｆｆを示す説明図であって、コノエンジン弁１
は、セラミック製弁頭部２と金を製弁支持部６と全各々
軸部分で接合してなるも９１．−１０．穎−６−９−１
頁 のである。この場合の接合に際しては、セラミック製弁
頭部２と金属製弁支持部６との機械的な接合面における
常温での各々外形形状と内形形状の相似比を規定してお
き、これを焼成めあるいは冷嵌めすることにより接合し
ていた。
ｉｉｇｚ図は、セラミック軸と金属軸を接合した軸構造
を有するものの他の従来例を示すもので、ターボチャー
ジャ用のタービンロータおよびインペラを示すものであ
る。図に示すように、セラミック製タービンロータ５は
セラミック軸６を一体的に形成したものであり、その端
部において機械的な接合が可能であるように小径部分を
有している。
を有するものの他の従来例を示すもので、ターボチャー
ジャ用のタービンロータおよびインペラを示すものであ
る。図に示すように、セラミック製タービンロータ５は
セラミック軸６を一体的に形成したものであり、その端
部において機械的な接合が可能であるように小径部分を
有している。
そして、この小径部分において、金属製スリーブ７を焼
成め、冷嵌めあるいは圧入等の機械的な接合手段で接合
し、この金属製スリーブ７の他端側より圧縮機インペラ
８ｖｉ７嵌合［７てナツト９により固定した構造全なす
ものである。
成め、冷嵌めあるいは圧入等の機械的な接合手段で接合
し、この金属製スリーブ７の他端側より圧縮機インペラ
８ｖｉ７嵌合［７てナツト９により固定した構造全なす
ものである。
しかしながら、このような従来のセラミック軸と金嬌軸
を接合してなる軸構造では、接合部分での機械的および
熱的強度が良好に維持されるよう、−０３１，−一１頁 に、金属軸（６，７）としてセラミック材料に近い特性
を有するもの、例えば耐熱性のある材料や低熱膨張係数
材料全使用した場合には、一般的に材料の価格が高いた
め、その結果部品単価が上昇するという問題ｉ ＋−し
ていた。他方、金属軸（６゜７）として一般的に価格の
低い耐熱性の劣る材料や熱膨張係数の大きい祠科全使用
した場合には、接合部付近が高温下におかれた際に、上
記耐熱性および熱膨張差のために接合強度が低下し、良
好な接合性能を維持することができなくなったり、ある
いはセラミック軸に過大な力が加わり割れる恐れがある
という問題点があった。
を接合してなる軸構造では、接合部分での機械的および
熱的強度が良好に維持されるよう、−０３１，−一１頁 に、金属軸（６，７）としてセラミック材料に近い特性
を有するもの、例えば耐熱性のある材料や低熱膨張係数
材料全使用した場合には、一般的に材料の価格が高いた
め、その結果部品単価が上昇するという問題ｉ ＋−し
ていた。他方、金属軸（６゜７）として一般的に価格の
低い耐熱性の劣る材料や熱膨張係数の大きい祠科全使用
した場合には、接合部付近が高温下におかれた際に、上
記耐熱性および熱膨張差のために接合強度が低下し、良
好な接合性能を維持することができなくなったり、ある
いはセラミック軸に過大な力が加わり割れる恐れがある
という問題点があった。
この発明は１．Ｉｍ記し友従来の問題点に着目してなさ
れたもので、セラミック軸と金属軸の接合を良好に行う
ことができ、たとえ高温下におかれたときでも熱膨張差
や耐熱性等に起因する接合強度の低下を防ぐことが可能
であり、しかも価格の上昇をおさえることが１丁能であ
る、セラミック軸と金属軸の（疑合軸構ｍを提供するこ
とを目的としている。
れたもので、セラミック軸と金属軸の接合を良好に行う
ことができ、たとえ高温下におかれたときでも熱膨張差
や耐熱性等に起因する接合強度の低下を防ぐことが可能
であり、しかも価格の上昇をおさえることが１丁能であ
る、セラミック軸と金属軸の（疑合軸構ｍを提供するこ
とを目的としている。
ｉ引ｍ”ｔｉａ５−？１／６１’ｌ （−二二〕この発
明は、セラミック軸と金属軸を接合してなる軸において
、前記セラミック軸と金属軸の間に、前記セラミック軸
と金属軸との中間の熱膨張係数を有する中間金属部材を
設け、前記セラミック軸と中間金属部材とを機械的に接
合すると共に、前記金属軸と中間金属部材とを金属的に
接合したことを特ｆ〃としている。
明は、セラミック軸と金属軸を接合してなる軸において
、前記セラミック軸と金属軸の間に、前記セラミック軸
と金属軸との中間の熱膨張係数を有する中間金属部材を
設け、前記セラミック軸と中間金属部材とを機械的に接
合すると共に、前記金属軸と中間金属部材とを金属的に
接合したことを特ｆ〃としている。
この発明にいうセラミック軸は、Ａｔ２０３等の酸化物
系、 ５ｔ３Ｎ４等の窒化物系、 ＳｉＣ等の炭化物系
。
系、 ５ｔ３Ｎ４等の窒化物系、 ＳｉＣ等の炭化物系
。
ＢＮ等の硼化物系等々の従来既知のセラミック材料から
例えば粉末冶金的な手法によって製作されたものであり
、これらのセラミック材料に金属成分を添加したサーメ
ットも含むものである。このようなセラミック軸を有す
る製品としては、上記エンジン弁、タービンロータのほ
か、種々の構造用部品がある。このようなセラミック軸
は、一般に耐熱性、耐摩耗性、高温強度などに優れてい
るが、製造時において形状の限定があることや引張 ・
。
例えば粉末冶金的な手法によって製作されたものであり
、これらのセラミック材料に金属成分を添加したサーメ
ットも含むものである。このようなセラミック軸を有す
る製品としては、上記エンジン弁、タービンロータのほ
か、種々の構造用部品がある。このようなセラミック軸
は、一般に耐熱性、耐摩耗性、高温強度などに優れてい
るが、製造時において形状の限定があることや引張 ・
。
強度が低いことなどの理由から、他のセラミック部品と
接合して所定の形状を得るようにしたり１、−、−５−
−−−頁 金属部材と接合して部分的に引張強度を高めたり製造を
容易にしたりすることがあり、この発明は金属部材と接
合する場合に適用される。
接合して所定の形状を得るようにしたり１、−、−５−
−−−頁 金属部材と接合して部分的に引張強度を高めたり製造を
容易にしたりすることがあり、この発明は金属部材と接
合する場合に適用される。
また、この発明における金属軸は、対象とする構造部品
によって揮々の鉄系、非鉄系材料から選択されるもので
あるが、一般的には、セラミック材料よりも耐熱性に劣
るとか、熱膨張係数が大であるとかの特性を有するもの
、例えば構造用炭素鋼２合金鋼、アルミニウム合金など
がそれぞれの用途に応じて使用′される。
によって揮々の鉄系、非鉄系材料から選択されるもので
あるが、一般的には、セラミック材料よりも耐熱性に劣
るとか、熱膨張係数が大であるとかの特性を有するもの
、例えば構造用炭素鋼２合金鋼、アルミニウム合金など
がそれぞれの用途に応じて使用′される。
さらに、この発明における中間金属部材としては、前記
セラミック軸と金属軸との中間の特性例えば中間の熱膨
張率を有するものが使用される。
セラミック軸と金属軸との中間の特性例えば中間の熱膨
張率を有するものが使用される。
例えば、セラミックー１と金属軸との中間の熱膨張特性
を有するものとして、ステンレス鋼、耐熱鋼等の耐熱金
属やコバール、ステライトなどを用いることができる。
を有するものとして、ステンレス鋼、耐熱鋼等の耐熱金
属やコバール、ステライトなどを用いることができる。
このような中間金属部材（多少セラミック材料が含まれ
ている場合もある）は一般に高価であるので、適宜製品
仕様に応じて少量で足りるような設計としておくのも良
い。
ている場合もある）は一般に高価であるので、適宜製品
仕様に応じて少量で足りるような設計としておくのも良
い。
−４１，９−１−頁
前記セラミック軸と中間金属部材とを機械的に接合する
際の手段としては、例えば、焼嵌め、冷嵌め、スプライ
ン構造等を伴う嵌合や圧入など全採用することができる
。
際の手段としては、例えば、焼嵌め、冷嵌め、スプライ
ン構造等を伴う嵌合や圧入など全採用することができる
。
また、前記金属軸と中間金属部材とを金属的に接合する
際の手段としては、例えば、プラズマアークやレーザビ
ーム等金用いた溶接、ろう接、摩擦圧接、パット溶装な
ど全採用することができる。
際の手段としては、例えば、プラズマアークやレーザビ
ーム等金用いた溶接、ろう接、摩擦圧接、パット溶装な
ど全採用することができる。
なお、セラミック軸と金属軸のいずれを先に中間金属部
材と接合するかについては、各々の接合手段を考慮して
優先順位を決めるのが良いことはいうまでもない。
材と接合するかについては、各々の接合手段を考慮して
優先順位を決めるのが良いことはいうまでもない。
以下、この発明の実施例について説明する。
第３図はこの発明の一実施例を示す図であって、図に示
す軸１１は、セラミック軸１６と中間金属部材１５と金
属軸１７と全接合したものであり、セラミック軸１６と
中間金属部材１５とを機械的な接合手段、すなわち焼嵌
めによって滴合（接合部Ａ）し、中間金属部材１５と金
属軸１７と全金属的な接合手段、すなわち突き合わせ摩
擦圧接に−１，７，−１−１頁 よって接合（接合部Ｂ）してなるものである。この場合
、前述したように、セラミック軸１６としては、Ａｔ２
０３． ＳｉＣ、Ｓｔ、Ｎ、等のセラミック材料あるい
はこれらに金属成分を添加したサーメットなどが使用さ
れ、中間全横部材１５としては、前記セラミック材料と
類似する耐熱性や熱膨張係数含有するステンレス鋼、
Ｏｒ系耐熱鋼、インパール、コバール、ステライトなど
が使用され、金属軸１７としては、構造用炭素鋼９合金
＠、アルミニウムまたはアルミニウム合金などが使用さ
れる。
す軸１１は、セラミック軸１６と中間金属部材１５と金
属軸１７と全接合したものであり、セラミック軸１６と
中間金属部材１５とを機械的な接合手段、すなわち焼嵌
めによって滴合（接合部Ａ）し、中間金属部材１５と金
属軸１７と全金属的な接合手段、すなわち突き合わせ摩
擦圧接に−１，７，−１−１頁 よって接合（接合部Ｂ）してなるものである。この場合
、前述したように、セラミック軸１６としては、Ａｔ２
０３． ＳｉＣ、Ｓｔ、Ｎ、等のセラミック材料あるい
はこれらに金属成分を添加したサーメットなどが使用さ
れ、中間全横部材１５としては、前記セラミック材料と
類似する耐熱性や熱膨張係数含有するステンレス鋼、
Ｏｒ系耐熱鋼、インパール、コバール、ステライトなど
が使用され、金属軸１７としては、構造用炭素鋼９合金
＠、アルミニウムまたはアルミニウム合金などが使用さ
れる。
第４図はこの発明の他の実施例を示す図であって、エン
ジン弁を示している。このエンジン弁２１は、セラミッ
ク製弁ＶＡ′ｆ＠ｔ２２と一体成形したセラミック軸２
６と、中間金属部材２５と、金属製弁支持部としての金
属軸２７とを接合してなるものである。この場合、セラ
ばツク軸２６とＣｒ含有耐熱鋼よりなる中間金属部材２
５とを焼嵌めによって機械的に接合（接合部Ａ）してお
り、また、端部にステライト肉盛部２７′を設けた炭素
鋼よりなる金属軸２７と中間金属部材２５と全摩擦圧接
によって金属的に接合（接合部Ｂ）している。
ジン弁を示している。このエンジン弁２１は、セラミッ
ク製弁ＶＡ′ｆ＠ｔ２２と一体成形したセラミック軸２
６と、中間金属部材２５と、金属製弁支持部としての金
属軸２７とを接合してなるものである。この場合、セラ
ばツク軸２６とＣｒ含有耐熱鋼よりなる中間金属部材２
５とを焼嵌めによって機械的に接合（接合部Ａ）してお
り、また、端部にステライト肉盛部２７′を設けた炭素
鋼よりなる金属軸２７と中間金属部材２５と全摩擦圧接
によって金属的に接合（接合部Ｂ）している。
第５図はこの発明のさらに他の実施例金示す図であって
、ターボチャージャロータを示している。
、ターボチャージャロータを示している。
このターボチャージャロータ６１は、セラミック製ター
ビンロータ６２と一体成形したセラミック軸６６と、中
間金属部材６５と、アルミニウム合金製圧縮機インペラ
６６と連結した金、属軸６７とを接合してなるものであ
る。この場合、セラミック軸６６とステンレス鋼よりな
る中間金属部材３５とを焼嵌めによって機械的傾接合（
接合Ａ）しており、また、前記中間金属部材６５と炭素
鋼よりなる金属軸３７と全摩擦圧接によって金属的に接
合（接合部Ｂ）している。そしてこの後に、前記金属軸
６７にアル建ニウム合金製圧縮機インペラ６６全嵌挿し
、ナツト６８で固定し、軸構造部分の両端に羽根車を取
付けたターボチャージャロータ６１を構成する。
ビンロータ６２と一体成形したセラミック軸６６と、中
間金属部材６５と、アルミニウム合金製圧縮機インペラ
６６と連結した金、属軸６７とを接合してなるものであ
る。この場合、セラミック軸６６とステンレス鋼よりな
る中間金属部材３５とを焼嵌めによって機械的傾接合（
接合Ａ）しており、また、前記中間金属部材６５と炭素
鋼よりなる金属軸３７と全摩擦圧接によって金属的に接
合（接合部Ｂ）している。そしてこの後に、前記金属軸
６７にアル建ニウム合金製圧縮機インペラ６６全嵌挿し
、ナツト６８で固定し、軸構造部分の両端に羽根車を取
付けたターボチャージャロータ６１を構成する。
なお、図において４１．４２は軸受である。また、金属
軸３７全アルミニウムまたはアルミニラ、−１９，、−
９−１−０頁 ム合金からなるものとして４１！量化をはかるようにし
た場合には、金属ｌ１ＩＩ６７の表面に硬質被膜（硬質
クロムめつ鼻等）を形成させたり、硬質のスリーブを嵌
合したりすることも良い。
軸３７全アルミニウムまたはアルミニラ、−１９，、−
９−１−０頁 ム合金からなるものとして４１！量化をはかるようにし
た場合には、金属ｌ１ＩＩ６７の表面に硬質被膜（硬質
クロムめつ鼻等）を形成させたり、硬質のスリーブを嵌
合したりすることも良い。
本実施例のターボチャージャロータ６１においては、軸
受４１．４２間は使用中の温度が１５０℃を超える。こ
こで、従来のように金属軸６７をアルミニウム合金で作
った場合、１５０℃を超えるとその時硬効釆がなくなり
、軟化してしまうという問題があったが、本実施例では
、軸受４１゜４２間はステンレス鋼を用いており、使用
温度を高くすることができる。勿論、セラミック軸を短
かくできるのでターボチャージャロータ全体の剛性が高
くなる。また、接合部Ｂを溶接できるので、含有炭素の
影響により焼きが入り硬度が上昇し、その部分を軸受支
承部とすると軸受４２との摺動において耐摩耗性が十分
に得られるという効果が有る。
受４１．４２間は使用中の温度が１５０℃を超える。こ
こで、従来のように金属軸６７をアルミニウム合金で作
った場合、１５０℃を超えるとその時硬効釆がなくなり
、軟化してしまうという問題があったが、本実施例では
、軸受４１゜４２間はステンレス鋼を用いており、使用
温度を高くすることができる。勿論、セラミック軸を短
かくできるのでターボチャージャロータ全体の剛性が高
くなる。また、接合部Ｂを溶接できるので、含有炭素の
影響により焼きが入り硬度が上昇し、その部分を軸受支
承部とすると軸受４２との摺動において耐摩耗性が十分
に得られるという効果が有る。
以上説明してキタように、この発明によれば、セラミッ
ク軸と金属軸を接合してなる軸において、−、リー、４
．．０頁 両軸の間に前記セラミック軸と類似する特性の中間金属
部材ヲ設け、前記セラミック軸と中間金属部材と全機械
的に接合すると共に、前記金属軸と中間金属部材とを金
属的に接合するようＫＬｉから、上記セラミック軸と金
属軸の接合を良好に行うことができ、セラミック軸の接
合部分がたとえ高温下におかれたときでも当該接合部分
での接合強度が低下するのに！効に防止することができ
るため、セラミック軸およびセラミック製品の高温環境
での使用が可能であり、金属軸は一般的に耐熱性に劣り
かつ熱膨張係数の大なるものであっても良いため部品コ
ストの低減や重量の軽減ならびに回転する場合の慣性モ
ーメントの低減をはかることができ、接合コスト自体も
低いものとすることができるなどの数々のすぐれた効果
を有する。
ク軸と金属軸を接合してなる軸において、−、リー、４
．．０頁 両軸の間に前記セラミック軸と類似する特性の中間金属
部材ヲ設け、前記セラミック軸と中間金属部材と全機械
的に接合すると共に、前記金属軸と中間金属部材とを金
属的に接合するようＫＬｉから、上記セラミック軸と金
属軸の接合を良好に行うことができ、セラミック軸の接
合部分がたとえ高温下におかれたときでも当該接合部分
での接合強度が低下するのに！効に防止することができ
るため、セラミック軸およびセラミック製品の高温環境
での使用が可能であり、金属軸は一般的に耐熱性に劣り
かつ熱膨張係数の大なるものであっても良いため部品コ
ストの低減や重量の軽減ならびに回転する場合の慣性モ
ーメントの低減をはかることができ、接合コスト自体も
低いものとすることができるなどの数々のすぐれた効果
を有する。
第１図および第２図はセラミック軸と金属軸を接合した
軸構造の従来例を示す各々エンジン弁の部分断面説明図
およびターボチャージャロータの断面説明図、第３図、
第４図および第５図はセラミ−１１１０，−一−−−−
頁 ツク軸と金属軸を接合した軸構造のこの発明による各実
施例を示す各々軸部分の断面説明図、エンジン弁の断面
説明図およびターボチャージャロータの断面説明図であ
る。 １３．２３．３３・・・セラミック軸、１５，２５゜６
５・・・中間金属部材、１７，２７，３７・・・金属軸
、Ａ・・・機械的な接合部、Ｂ・・・金槁的な接合部。 特許出願人 日産自動車株式会社
軸構造の従来例を示す各々エンジン弁の部分断面説明図
およびターボチャージャロータの断面説明図、第３図、
第４図および第５図はセラミ−１１１０，−一−−−−
頁 ツク軸と金属軸を接合した軸構造のこの発明による各実
施例を示す各々軸部分の断面説明図、エンジン弁の断面
説明図およびターボチャージャロータの断面説明図であ
る。 １３．２３．３３・・・セラミック軸、１５，２５゜６
５・・・中間金属部材、１７，２７，３７・・・金属軸
、Ａ・・・機械的な接合部、Ｂ・・・金槁的な接合部。 特許出願人 日産自動車株式会社
Claims (1)
- （１） セラミック軸と金属軸を接合してなる軸にお
いて、前記セラミック軸と金属軸の間に、前記セラミッ
クと金属との中間の熱膨張係数を有する中間金属部材を
設け、前記セラミック軸と中間金属部材とを機械的に接
合すると共に、前記金属軸と中間金網部材とを金属的に
接合してなることを特徴とする軸構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9758682A JPS58217814A (ja) | 1982-06-09 | 1982-06-09 | 軸構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9758682A JPS58217814A (ja) | 1982-06-09 | 1982-06-09 | 軸構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58217814A true JPS58217814A (ja) | 1983-12-17 |
Family
ID=14196336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9758682A Pending JPS58217814A (ja) | 1982-06-09 | 1982-06-09 | 軸構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58217814A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59119904U (ja) * | 1983-01-31 | 1984-08-13 | 京セラ株式会社 | 内燃機関の吸排気弁 |
| JPS6119903A (ja) * | 1984-07-06 | 1986-01-28 | Honda Motor Co Ltd | 軸付タ−ビン翼車 |
| JPS6147402U (ja) * | 1984-08-31 | 1986-03-29 | 京セラ株式会社 | セラミツクタ−ボロ−タ |
| JPS6178205U (ja) * | 1984-10-29 | 1986-05-26 | ||
| JPS6353603U (ja) * | 1986-09-24 | 1988-04-11 | ||
| JPS6436601U (ja) * | 1987-08-31 | 1989-03-06 |
-
1982
- 1982-06-09 JP JP9758682A patent/JPS58217814A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59119904U (ja) * | 1983-01-31 | 1984-08-13 | 京セラ株式会社 | 内燃機関の吸排気弁 |
| JPS6119903A (ja) * | 1984-07-06 | 1986-01-28 | Honda Motor Co Ltd | 軸付タ−ビン翼車 |
| JPH0351882B2 (ja) * | 1984-07-06 | 1991-08-08 | Honda Motor Co Ltd | |
| JPS6147402U (ja) * | 1984-08-31 | 1986-03-29 | 京セラ株式会社 | セラミツクタ−ボロ−タ |
| JPS6178205U (ja) * | 1984-10-29 | 1986-05-26 | ||
| JPS6353603U (ja) * | 1986-09-24 | 1988-04-11 | ||
| JPS6436601U (ja) * | 1987-08-31 | 1989-03-06 |
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