JPS5978982A - セラミツクスと金属との接合構造 - Google Patents

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】 この発明は、セラミックスと金属の接合構造に関するも
のである。

セラミックスと金属の接合は、セラミックスがすぐれた
耐熱性、電気絶縁性、耐化学薬品性等の特性を有してい
ることから、金属と接合されて広い範囲にわたって適用
され、あるいは適用されつつある。

従来のセラミックスと金属の接合構造としては、例えば
第１図および第２図に示すようなものが採用されていた
。これらのうち、第１図は中実軸状セラミックスｌと中
実軸状金属２との接合構造を示す図であって、中実軸状
金属２にスリーブ部２ａを形成し、このスリーブ部りａ
内に中実軸状セラミックス１を嵌合し、スリーブ部２ａ
の内周面とセラミックス１の外周面との間にろう材３を
介在させて接合したものである。また、第２図は中空軸
状セラミックス４と中空軸状金属５との接合構造を示す
図であって、中空軸状金属５内に中空軸状セラミックス
４を嵌合し、中空軸状金属５の内周面と中空軸状セラミ
ックス４の外周面との間にろう材６を介在させて接合し
たものである。しかしながら、このような従来のセラミ
ックスと金属の接合構造にあっては、金属スリーブ部２
ａや中空軸状金属５の肉厚が、セラミックス１．４の嵌
合側端部まで均一であったため、第３図に模型的に示す
ように、金属スリーブ部２ａおよび中空軸状金属５のセ
ラミ、クス嵌合端側近傍のセラミックス１．４には、金
属側からの圧縮応力Ｃによって、スリーブ部２ａの端部
に相当する位置て１１１１１方向の引張応力ｔが集中し
てはたらき、セラミックス強度が低下してしまうという
問題を有していた。

この発明は、−１−記したような従来の問題点を解消す
るためになされたもので、構造が簡ｒｌｔでかつセラミ
ックスに悪影響を与えないセラミックスと金属との接合
構造を提供することを１．１的としている。

この発明は、セラミックスをスリーブ部を備えた金属の
スリーブ部内に嵌合して接合するセラミックスと金属の
接合構造において、＋ｉｉｊ記スリーブ部のセラミック
ス嵌合側端Ｒ１（近傍の外周側に、該スリーブ部の肉厚
がその端面に向りて漸次小さくなるようなテーパ部を形
成して、＞Ｙ、　ｉｋスリーブ部内にセラミックスを嵌
合し、前記スリーブ部とセラミックスとの間にろう材を
介在させて接合したことを特徴としている。

この発明が適用されるセラミックスとしては、アルミナ
やジルコニア等の酸化物系、窒化珪素。

窒化ホウ素、炭化珪素等の非酸化物系などがあるが、特
に限定されず、広範囲にわたって適用可能である。また
、金属についても鉄系あるいはアルミニウム等の非鉄系
金属もしくは合金などに適用され、特に限定されない。

さらにろう材においても特に限定されず、従来既知の種
々のものの中から選んで使用することができ、低融点の
金属あるいは樹脂系のものから高融点のものまで広く適
用可能である。そして、高融点のものを使用したとして
も、金属スリーブ部の端部近傍の肉厚がその端面に向（
ｊて漸次小さくなるように形成されているため、金属ス
リーブ部の端部側においてセラミックスに加わる応力は
小さなものとなり、セラミックス表面に大きな引張応力
が生ずるという不其合をなくすことができる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第４図はこの発明の一実施例を〕Ｊ＜す図であって、セ
ラミックス１１および金属１２はともに中実の軸状をな
し、金属１２には前記セラミ・ンクス１１を嵌合するた
めの有底のスリーブｆ４１１１２　ａを形成していると
共に、前記スリーブ部１２ａのセラミックス嵌合側端部
近傍の外周側に、該スリーブ部１２ａの肉厚がその端面
に向けて漸次小さくなるよ、うなテーパ部１２ｂを形成
しており、）１４該スリ一ブ部１２ａ内にセラミックス
１１を嵌合して、前記スリーブｎＲ１２ａの内周面１２
ｃとセラミックス１１の外周面ｌｉｅとの間およびスリ
ーブ部１２ａの底面１２ｄとセラミックス１１の端面ｌ
ｉｄとの間にろう材１３を介在させて接合した構造を有
するものである。この場合、ろう材１３は、スリーブ１
ｓ１１１２　ａの先端から流れ出てテーパ部１２ｂを一
部覆った状態で凝固し、セラミ・ンクス１１と金属１２
とを接合している。

このような接合構造によれば、スリーブ部１２ａの内周
面１２ｃとセラミックス１１の外周面ｌｌｃとの間およ
びスリーブ部１２ａの底面１２ｄとセラミックス１１の
端面ｌｉｄとの間にろう材１３を介イ１させて接合して
いるため、広い接合面積をイすることかでき、化学的接
合による接合強度を高めることが可能である。またスリ
ーブ部１２ａの端８１（近傍の外周側にテーパ部１２ｂ
を形成しているため、熱膨張係数差によってスリーブ部
１２ａからセラミックス１１に加わる圧縮応力が大きい
ときでも、スリーブ部１２ａの端部近傍では１−配圧縮
応力が小さいため、圧縮応力がセラミックス１１に対し
て軸方向に次第に加わることとなり、したがってセラミ
ックス１１の表面に軸方向の引張応力が生ずるのを抑制
することができ、機械的接合による接合強度の向上をメ
よかることができる。加えて、ろう材１３がスリーブ部
１２ａの端部より流れ出すようにした場合に、セラミッ
クス１１の表面でのろう材１３の儒れ性が良好であるよ
うに表面処理等を施しておくことによって、ろう材１３
の広がりが良好になって弱いテーパ部１３ａが形成され
ることとなるので、これによってセラミックス１１の表
面での軸方向の引張応力が低減した形となり、接合強度
の向上をはかることかできる。

２Ｊ＋　５図はこの発明の他の実施例を示す図てあって
、このＪ↓１合には、ろう材１３がスリーブ部１２ａの
端７４３から流れ出ないような構造としている。

このようにしたときでも、セラミックス１１と金属１２
の接合強度を従来以」二に高めることがてきる。

第６図はこの発明のさらに他の実施例をノ１＜す図であ
って、テーパ部１２ｂが前記実施例の直線状とは異なり
凹面状に形成されている場合を小している。このような
構造とした場合には、スリーブ部１２ａの肉厚が、その
端面に向うにしたがって前記直線状の場合よりもさらに
小さくなるため、この部分において金属１２からの圧＆
Ｉｉ（１５力がより小さくなり、セラミックス１１表面
での＋１１＋力向の引張応力をより少な′くすることが
でき、接合強度のより一層の向上をはかることがｉｉｆ
能となる。

なお、各実施例においては、セラミックス１１とろうオ
Ａ１３との間の濡れ性を向上させるために、セラミック
ス１１の特にろう付表面にメクライズ処理等を施してお
くことも望ましく、また、ろう材１３と共に活性金属を
使用することも望ましい。

また、に記実施例ではセラミックス１１および金属１２
が共に中実の軸状をなしている場合を示しているが、中
空であっても良く、また必ずしも円形断面のものに限ら
ない。

さらに、セラミ、クス製品に突起部分を形成し、金／ｉ
４製品に前記突起部分を嵌合するスリーブ部を設けて両
製品を接合する場合にも適用することができ、必ずしも
軸そのものの接合にのみ限定されるものではない。

第７図はこの発明の適用例を示す図であって。

セラミックス製のタービンロータと金属製の圧縮機イン
ペラとを接合するのに適用した場合を示している。

この場合、セラミックス製のタービンロータ２１はセラ
ミックス製軸２２を一体で形成しているものであり、金
属製の圧縮機インペラ２３は別体で形成した金属製軸２
４を固定したものである。

この金属製軸２４は、一端側にスリーブ１゛ζ１７４ａ
を有し、このスリーブ部２４ａの端部近傍の外周側に該
スリーブｉ’？Ｉｉ　２４　ａの肉厚がその端部に向け
て漸次小さくなるようなテーパ部２４ｂを形成している
と共に、他端側を小径軸２４ｅに形成し、この小径軸２
４ｅの端部にねじ部２４ｆを設けた構造を有するもので
ある。そして、小ｔ’（輔２４ｅを圧縮機インペラ２３
に嵌合し、ワッシャ２５をプ１してナンド２６で固定し
たものである。

そして、セラミックス製頓１２２をスリーブ部り４ａ内
に嵌合し、スリーブ部２４ａの内周面２４Ｃとセラミッ
クス製軸２２の外周面２２ｃとの間およびスリーブ部２
４ａの底面２４ｄとセラミックス製軸２２の端面２２ｄ
との間にろう月２７を介在させて両者を接合した構造を
なすものである。なお、２８　、２９．は各々軸受であ
る。

このような構造とすることによって、セラミックス製の
タービンロータ２１と金属製の圧縮機インペラ２３との
接合を高い強度で良好に行うことが可能となる。

以上説明してきたように、この発明によれば、セラミッ
クスをスリーブ部を備えた金属のスリーブ部内に嵌合し
て接合する構造において、前記スリーブ部の端部近傍の
外周側に該スリーブ部の肉厚がその端面に向けて漸次小
さくなるようなテーパ部を形成するようにしたから、前
記スリーブ部端部において金属からの圧縮応力がセラミ
ックス表面に対して急激に伺加されてセラミックス表面
に大きな引づ１シ応力が生ずるという不具合をなくすこ
とがてき、セラミックスと金属との機械的な接合力を高
めることが可能であり、また、スリーブ１）１（内周面
とセラミックス外周面との間およびスリーブ部底面どセ
ラミックス端面との間にろう材を介在させて接合すると
、接合面積を増大して化学的な接合力を高めることが可
能であり、これら機械的および化学的接合力の併用によ
ってセラミックスと金属の接合強度を大幅に増大させる
ことができ、接合の信頼性向上をもたらすことが可能で
あるという著大なる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はセラミックスと金属の接合構造の
従来例を示す各々断面説明図、第３図はろう伺後にセラ
ミ、クス表面に引張応力が発生する様ｒ−を模甲的に示
す断面説明図、第４図、第５図および第６図はこの発明
の各実施例によるセラミフクスと金属の接合構造を示す
各々断面説明図、第７図はこの発明の適用例を示すター
ビンロータおよび圧縮機インペラの断面説明図である。 １１・・・セラミフクス、ｌｉｅ・・・セラミックス外
周面、１１ｄ・・・セラミックス端面、１２・・・金属
、１２ａ・・・スリーブ部、１２ｂ・・・テーパ部、１
２ｃ・・・スリーブ部内周面、■２′ｄ・・・スリーブ
ｊ″？＋＋底面、１３・・・ろう月。 第１図 ４　　　　６　　　　５ ＠３図 １３　　１２ｃ　　１１ｃ　　　１３ 第５図 第６図 １３　　　　１２ＣＩＩＣ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックスをスリーブ部を備えた金属のスリー
   ブ部内に嵌合して接合するセラミックスと金属との接合
   構造において、前記スリーブ部のセラミックス嵌合側端
   部近傍の外周側に、該スリーブ部の肉厚がその端面に向
   けて漸次小さくなるようなテーパ部を形成して、当該ス
   リーブ部内にセラミックスを喉合し、前記スリーブ部と
   セラミックス両面との間にろう材を介在させて接合した
   ことを特徴とするセラミックスと金属との接合構造。