JPS6073114A - 回転接合体 - Google Patents
回転接合体Info
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- JPS6073114A JPS6073114A JP18049783A JP18049783A JPS6073114A JP S6073114 A JPS6073114 A JP S6073114A JP 18049783 A JP18049783 A JP 18049783A JP 18049783 A JP18049783 A JP 18049783A JP S6073114 A JPS6073114 A JP S6073114A
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- Japan
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- metal
- ceramic
- rotating body
- joined
- rotating
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- 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/025—Fixing blade carrying members on shafts
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Sliding-Contact 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
℃発明の技術分野〕
本発明はセラミックス回転体と金、属回転体とからなる
回転接合体に関する。
回転接合体に関する。
近時、セラミックス回転体と金属回転体とを接合した回
転接合体の実用化が考えられている。
転接合体の実用化が考えられている。
キして、この回転接合体において、金属回転体とセラミ
ックス回転体とは、両者の熱膨張率の差を利用した焼は
め法あるいはメタライズ法、活性金属法、直接法、拡散
接合法などにより接合される。
ックス回転体とは、両者の熱膨張率の差を利用した焼は
め法あるいはメタライズ法、活性金属法、直接法、拡散
接合法などにより接合される。
しかして、回転接合体は軸受に支承して用いるので、軸
受に支承される部分には、軸受との摺接による摩耗を抑
制するために、その］゛δ接に劇え得る高い硬度が要求
される。
受に支承される部分には、軸受との摺接による摩耗を抑
制するために、その］゛δ接に劇え得る高い硬度が要求
される。
回転接合体における金属回転体側に表面硬度を熱処理に
より上げやすい合金鋼を用い、この金属回転体の＋１１
＋受と接する部分に高い硬度をもたせるために、金属回
転体とセラミックス回転体とを各種手法で接合した後に
、金属回転体に・１尭入れ・焼戻し処理を施してその表
面を硬化することが考えられる。
より上げやすい合金鋼を用い、この金属回転体の＋１１
＋受と接する部分に高い硬度をもたせるために、金属回
転体とセラミックス回転体とを各種手法で接合した後に
、金属回転体に・１尭入れ・焼戻し処理を施してその表
面を硬化することが考えられる。
しかしながら、焼入れ処理は接合した金属回転体を高温
に加熱した後に急冷するので、セラミックスと金属回転
体側熱膨張率差による収縮犠差により金属回転体とセラ
ミックス回転体との接合部に大きな応力が熱衝撃として
加わり、接合部に剥離や崩壊が発生して、両回転体の接
合部で破断するおそれがある。
に加熱した後に急冷するので、セラミックスと金属回転
体側熱膨張率差による収縮犠差により金属回転体とセラ
ミックス回転体との接合部に大きな応力が熱衝撃として
加わり、接合部に剥離や崩壊が発生して、両回転体の接
合部で破断するおそれがある。
本発明は前記事情を考慮してなされたもので、金属回転
体とセラミックス回転体との接合部を熱衝撃にて損傷さ
せることなく、金属回転体の軸受に支承される部分に軸
受との摺接に耐える硬度をもたせた回転接合体を提供す
るものである。
体とセラミックス回転体との接合部を熱衝撃にて損傷さ
せることなく、金属回転体の軸受に支承される部分に軸
受との摺接に耐える硬度をもたせた回転接合体を提供す
るものである。
〔発明の概要Ｊ
本発明の回転接合体は、金属回転体と、この金属回転体
と接合するセラミック回転体とを具備し、金属回転体の
軸受に支承される部分に、熱衝撃を加えることなく合金
中の熱処理により得られるのと同等の硬度の表面硬化層
を設けることを特徴とするものである。
と接合するセラミック回転体とを具備し、金属回転体の
軸受に支承される部分に、熱衝撃を加えることなく合金
中の熱処理により得られるのと同等の硬度の表面硬化層
を設けることを特徴とするものである。
本発明の回転接合体は、例えば第１図で示す自動車用タ
ーボエンジンに用いるターボチャージャロータに適用で
きる。
ーボエンジンに用いるターボチャージャロータに適用で
きる。
第１図において、１はセラミックス例えば蟹化けい素（
Ｓ ｉ３Ｎ４ ）で形成されたロータ、２はＮｉ、−Ｃ
ｒ屑、Ｃｒ−Ｍｏ鋼などの焼入れ性の良好な鋼あるいは
スｆ７レスｆ１４（１４，ｌ５Ｕｓ ３０４．３１６）
などの合金Ｊｌｌ、Ｎｉ基超超合金どの高強度耐熱構造
材で形成された金属軸である。セラミックスロータＩと
金属軸２は、セラミックスロータ１の軸部先端と金属軸
２の端部に形成した凹部２ａとを嵌合させ焼ばめ法によ
り接合されている。この接合には他の接合方法も応用で
きメタライズ法、活性金属法、直接法などによる接合法
では嵌合部はテーパ形状とすることが好ましい。また接
合時の熱履歴により強度劣下しない間作Ｂ構造（オが金
属部材として望ましく前述の材料で金属軸が形成されて
いるセラミックス５−タＩの中１１１部と金属ｌｌｌ１
ｔ１２はすべり軸受、例えばジャーナル軸受３により回
転自在に支承される。
Ｓ ｉ３Ｎ４ ）で形成されたロータ、２はＮｉ、−Ｃ
ｒ屑、Ｃｒ−Ｍｏ鋼などの焼入れ性の良好な鋼あるいは
スｆ７レスｆ１４（１４，ｌ５Ｕｓ ３０４．３１６）
などの合金Ｊｌｌ、Ｎｉ基超超合金どの高強度耐熱構造
材で形成された金属軸である。セラミックスロータＩと
金属軸２は、セラミックスロータ１の軸部先端と金属軸
２の端部に形成した凹部２ａとを嵌合させ焼ばめ法によ
り接合されている。この接合には他の接合方法も応用で
きメタライズ法、活性金属法、直接法などによる接合法
では嵌合部はテーパ形状とすることが好ましい。また接
合時の熱履歴により強度劣下しない間作Ｂ構造（オが金
属部材として望ましく前述の材料で金属軸が形成されて
いるセラミックス５−タＩの中１１１部と金属ｌｌｌ１
ｔ１２はすべり軸受、例えばジャーナル軸受３により回
転自在に支承される。
このジャーナル軸受３は外部から油孔４を介してｌ（給
される側滑油により形成される油膜を介してセラミック
スロータ１と金属軸２を支承するものであるが、接合体
の回転方向に低速で回転する。ジャーナル軸受３は銅合
金やホワイトメタルなどにより形成される。なお摺接面
がセラミックスから成るものでもよい。図中５は金属軸
２ｆ：支承するスラスト軸受である。
される側滑油により形成される油膜を介してセラミック
スロータ１と金属軸２を支承するものであるが、接合体
の回転方向に低速で回転する。ジャーナル軸受３は銅合
金やホワイトメタルなどにより形成される。なお摺接面
がセラミックスから成るものでもよい。図中５は金属軸
２ｆ：支承するスラスト軸受である。
本発明では、金属軸２におけるジャーナル軸受３に支承
される部分に熱処理による表面硬化でなく基準以上の硬
度をもった表面硬化層を設ける。この表面硬化層の一例
としては、第１図６は、ジャーナル軸受３との摺接に耐
え得る高い硬度を得られる材料、例えば高硬度ニッケル
ークロム合金、炭化チタン−ニッケル系サーメット、超
硬合金焼入れ鋼などの金属、あるいは高硬度セラミック
スなどで形成する。リング６の硬度は、例えばビッカー
ス硬さＨＶ６００以上に相当するものである。なお、例
えば第２図および第３図で示すようにリング６と金属軸
２に互いに係合する係合部ｅ ａ ｅ ２ ｂ ｋ設け
て、金属軸２に対するリング６の廻り止めを施す。
される部分に熱処理による表面硬化でなく基準以上の硬
度をもった表面硬化層を設ける。この表面硬化層の一例
としては、第１図６は、ジャーナル軸受３との摺接に耐
え得る高い硬度を得られる材料、例えば高硬度ニッケル
ークロム合金、炭化チタン−ニッケル系サーメット、超
硬合金焼入れ鋼などの金属、あるいは高硬度セラミック
スなどで形成する。リング６の硬度は、例えばビッカー
ス硬さＨＶ６００以上に相当するものである。なお、例
えば第２図および第３図で示すようにリング６と金属軸
２に互いに係合する係合部ｅ ａ ｅ ２ ｂ ｋ設け
て、金属軸２に対するリング６の廻り止めを施す。
なお、リング６を金属軸２に・設ける時期は、金属軸２
をセラミックスロータＩと接合する前あるいは後のいず
れでも良い。そして、リング６は金属１ＩＩＨ２が回転
する時に一体に回転して、ジャーナル軸受３の支承面に
摺接する。
をセラミックスロータＩと接合する前あるいは後のいず
れでも良い。そして、リング６は金属１ＩＩＨ２が回転
する時に一体に回転して、ジャーナル軸受３の支承面に
摺接する。
また、表面硬化層の他の例として、金属軸２のジャーナ
ル軸受３に支承される部分全体に表面処理を施して、第
４図で示４すように被膜７を形成する。表面処理として
は、クロムメッキなどのメッキ、窒化チタンや炭化チタ
ンなどのＣＶＤコーティングイオンブレーティング、蒸
着などの方法があり、この表面処理により金属軸２の表
面にジャーナル軸受３との摺接に耐え得る硬鹿全有する
被膜７を形成する。この表面処理は金１λｇ ｔＩｌｌ
ｌ ２ｆセラミツクスロータ１に接合する前に行なう。
ル軸受３に支承される部分全体に表面処理を施して、第
４図で示４すように被膜７を形成する。表面処理として
は、クロムメッキなどのメッキ、窒化チタンや炭化チタ
ンなどのＣＶＤコーティングイオンブレーティング、蒸
着などの方法があり、この表面処理により金属軸２の表
面にジャーナル軸受３との摺接に耐え得る硬鹿全有する
被膜７を形成する。この表面処理は金１λｇ ｔＩｌｌ
ｌ ２ｆセラミツクスロータ１に接合する前に行なう。
被膜７の（、＋１！度の具体的な大きさは、リング６の
場合と同じビッカース硬度ＨＶ６００以上に相当するも
のである。そして、被膜７は金属軸２が回転する時にジ
ャーナル軸受３の支承面に摺接する。
場合と同じビッカース硬度ＨＶ６００以上に相当するも
のである。そして、被膜７は金属軸２が回転する時にジ
ャーナル軸受３の支承面に摺接する。
しかして、このように金属軸２の軸受に支承される部分
は、表面硬１ヒ層すなわちリング６または被膜７を設け
ることにより、金属軸２０回転時における軸受との摺接
に耐える高い硬度をもたせることができる。また、リン
グ６や被膜７を設けるに際しては金属＠２にあらかじめ
処置しであるため接合部に対する従来の急冷等の熱処理
は不敬となる。このため、金属軸２とセラミックスロー
タ１との接合部に剥離や崩壊が生じない。
は、表面硬１ヒ層すなわちリング６または被膜７を設け
ることにより、金属軸２０回転時における軸受との摺接
に耐える高い硬度をもたせることができる。また、リン
グ６や被膜７を設けるに際しては金属＠２にあらかじめ
処置しであるため接合部に対する従来の急冷等の熱処理
は不敬となる。このため、金属軸２とセラミックスロー
タ１との接合部に剥離や崩壊が生じない。
なお、セラミックスロータＩｆ形成するセラミックスと
しては、高温での強度、耐食性に優れたファインセラミ
ックスを用いることが望ましい。ファインセラミックス
は原料及び製造条件を充分に制御して得られるもので具
体的には、窒化けい素、サイアロン、炭ｆヒけい素等が
適用できる。なかでもＳｌを含みシリコンセラミックス
と称される窒化けい素、サイアロン、炭化けい素が強度
等の特性が優れている点で好ましい。特に窒化けい素は
焼結時の硬さが大変高い（ＨＶ１５００位）ために、セ
ラミックスロータｌは直接ジャーナル軸受３に支承して
も、回転に伴う摩耗の虞れがない。この場合ジャーナル
軸受摺接部に同じ窒化けい素を用いても同様である。
しては、高温での強度、耐食性に優れたファインセラミ
ックスを用いることが望ましい。ファインセラミックス
は原料及び製造条件を充分に制御して得られるもので具
体的には、窒化けい素、サイアロン、炭ｆヒけい素等が
適用できる。なかでもＳｌを含みシリコンセラミックス
と称される窒化けい素、サイアロン、炭化けい素が強度
等の特性が優れている点で好ましい。特に窒化けい素は
焼結時の硬さが大変高い（ＨＶ１５００位）ために、セ
ラミックスロータｌは直接ジャーナル軸受３に支承して
も、回転に伴う摩耗の虞れがない。この場合ジャーナル
軸受摺接部に同じ窒化けい素を用いても同様である。
なお、金属軸２を支承する軸受は、ジャーナル軸受に限
らず、ころがりラジアル軸受であっても良い。この場合
も前記と同様に、表面硬化層として金属軸２にリング６
または被膜７を設けろ。
らず、ころがりラジアル軸受であっても良い。この場合
も前記と同様に、表面硬化層として金属軸２にリング６
または被膜７を設けろ。
金、恍用２とセラミックスロータｌの接合は、焼ばめ、
メタライズ法、活性金属法、直接法などいずれの方法で
もよいが、これに限らすねじ止めなどの機械的手段によ
るものでも良い。
メタライズ法、活性金属法、直接法などいずれの方法で
もよいが、これに限らすねじ止めなどの機械的手段によ
るものでも良い。
本発明の回転接合体は、自動車用ターボエンジンにおけ
るターボチャージャロータの場合に限らず、池のセラミ
ックス回転体と金属回転体とを接合したものであっても
良い。
るターボチャージャロータの場合に限らず、池のセラミ
ックス回転体と金属回転体とを接合したものであっても
良い。
次に本発明の具体列について説明する。
窒化けい素からなるセラミックスロータと、８ＵＳ ３
０４からなる金属軸とを、チタン合金による活性金属法
で接合してターボチャージャロータを製作した。金属軸
に設ける表面硬化層は一列として金属軸に高硬度Ｎｉ−
Ｃｒ合金からなるリングを設け、他の列として金属軸に
プラズマＣＶＤ法でＴ ｉ Ｃ／Ｔ ｉ Ｎ被膜を形成
した。これらのリングおよび被膜の硬度は８ｖ６００〜
８００である。そして、金属軸に接合したターボチャー
ジャロータをジャーナル軸受で支承して、７５０℃の空
気により５００００ ｒｐｍ（約１２０φロータ）又は
１５００００ ｒｐｍ（約６０φロータ）の回転数で回
転させて使用した。その結果、リングおよび被膜のいず
れも、回転時の軸受との摺接による摩耗が殆んど生じな
かった。
０４からなる金属軸とを、チタン合金による活性金属法
で接合してターボチャージャロータを製作した。金属軸
に設ける表面硬化層は一列として金属軸に高硬度Ｎｉ−
Ｃｒ合金からなるリングを設け、他の列として金属軸に
プラズマＣＶＤ法でＴ ｉ Ｃ／Ｔ ｉ Ｎ被膜を形成
した。これらのリングおよび被膜の硬度は８ｖ６００〜
８００である。そして、金属軸に接合したターボチャー
ジャロータをジャーナル軸受で支承して、７５０℃の空
気により５００００ ｒｐｍ（約１２０φロータ）又は
１５００００ ｒｐｍ（約６０φロータ）の回転数で回
転させて使用した。その結果、リングおよび被膜のいず
れも、回転時の軸受との摺接による摩耗が殆んど生じな
かった。
比較例として、前記の場合と同様にセラミックスロータ
と金属軸とを活性金属法より接合し、その後に金属軸に
焼入れ焼戻し処理（焼入温度８５０℃焼戻し温度２００
℃）を施した。（焼入れ深さ約１１月）その結果、セラ
ミックスロータと金属軸との接合部にずれを生じた。例
えば金属軸の外径が２０ｍｍの場合に約０．３朋のずれ
が生じた。このずれは接合部形成層の崩壊を生ずるおそ
れが充分にあるものである。
と金属軸とを活性金属法より接合し、その後に金属軸に
焼入れ焼戻し処理（焼入温度８５０℃焼戻し温度２００
℃）を施した。（焼入れ深さ約１１月）その結果、セラ
ミックスロータと金属軸との接合部にずれを生じた。例
えば金属軸の外径が２０ｍｍの場合に約０．３朋のずれ
が生じた。このずれは接合部形成層の崩壊を生ずるおそ
れが充分にあるものである。
本発明の回転接合体は以上説明したように、金属回転体
の軸受に支承される部分に高い硬度をもたせるとともに
、金属回転体とセラミックス回転体との接合を確実に行
々うことができム
の軸受に支承される部分に高い硬度をもたせるとともに
、金属回転体とセラミックス回転体との接合を確実に行
々うことができム
第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図およ
び第３図は夫々リングと金属軸との固定４１に造を示す
横断面図、＠４図は他の実施例を示す金属軸の縦断面図
である。 ｌ・・・セラミックスロータ、２・・・金属軸、３・・
・ジャーナルＩｌ＋１１ｊ受、６・・・リング、７・・
・被膜。
び第３図は夫々リングと金属軸との固定４１に造を示す
横断面図、＠４図は他の実施例を示す金属軸の縦断面図
である。 ｌ・・・セラミックスロータ、２・・・金属軸、３・・
・ジャーナルＩｌ＋１１ｊ受、６・・・リング、７・・
・被膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ｆｉ＋金属回転体と、この金属回転体と接合されるセラ
ミックス回転体とを具備し、前記金属回転体の軸受に支
承される部分に、表面硬化層に！してなる回転接合体。 （２）表面硬化層は、金属回転体の外周部に設けられた
リングである特許請求の範囲第１項に記載の回転接合体
。 （３１表面硬化層は、金鳴回転体に施した表面処理膜で
ある０許請求の範囲第１項に記載の回転接合体。 （４）表面硬化層は、ビッカース硬ｇＨｖ６ｏｏ以上に
相当する硬度を有するものである特許請求の範囲第１項
に記載の回転接合体。 （５）表…１硬化層は、セラミックス回転体と同じセラ
ミックス材料である特許１：１すの範囲第１項に記載の
回転接合体。 （６）金属回転体とセラミックス回転体は、焼ばめされ
てなる特許請求の範囲第１項に記載の回転接合体。 （７）金属回転体とセラミックス回転体は、セラミック
スをメタライズ後ロウ利けされてなるｌ特許請求の範囲
第１項に記載の回転接合体。 （８）金属回転体とセラミックス回転体は、活性金属又
はセラミックス表面の酸化層を介して直接接合されてな
る特許請求の範囲第１項に記載の回転接合体。 （９）セラミックス回転体はファインセラミックスで形
成されてなる特許請求の範囲第１項に記載の回転接合体
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18049783A JPS6073114A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 回転接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18049783A JPS6073114A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 回転接合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6073114A true JPS6073114A (ja) | 1985-04-25 |
Family
ID=16084274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18049783A Pending JPS6073114A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 回転接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6073114A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62180110A (ja) * | 1986-01-31 | 1987-08-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 軸受装置 |
| JPS6356315U (ja) * | 1986-09-30 | 1988-04-15 | ||
| JPH06147227A (ja) * | 1992-11-02 | 1994-05-27 | Nippon Pillar Packing Co Ltd | 軸 受 |
| JPH0771459A (ja) * | 1992-08-31 | 1995-03-17 | Fumio Kaneda | クリーンルーム用各種機器における可動部の発塵防止方法及びその発塵防止装置 |
-
1983
- 1983-09-30 JP JP18049783A patent/JPS6073114A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62180110A (ja) * | 1986-01-31 | 1987-08-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 軸受装置 |
| JPS6356315U (ja) * | 1986-09-30 | 1988-04-15 | ||
| JPH0771459A (ja) * | 1992-08-31 | 1995-03-17 | Fumio Kaneda | クリーンルーム用各種機器における可動部の発塵防止方法及びその発塵防止装置 |
| JPH06147227A (ja) * | 1992-11-02 | 1994-05-27 | Nippon Pillar Packing Co Ltd | 軸 受 |
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