JPS61215270A - タ−ビンロ−ター - Google Patents

タ−ビンロ−ター

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JPS61215270A
JPS61215270A JP60052851A JP5285185A JPS61215270A JP S61215270 A JPS61215270 A JP S61215270A JP 60052851 A JP60052851 A JP 60052851A JP 5285185 A JP5285185 A JP 5285185A JP S61215270 A JPS61215270 A JP S61215270A
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heat
ceramic
hardened
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昇 石田
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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】 「産業上の利用分野」 本発明は、翼車部に耐熱性、軸承摺動部に高強直耐摩耗
性が要求されるターボチャージャーのローターとして好
適に利用される。
「、従来の技術」 セラミックスは金属と比べて軽量であり、耐熱性に優れ
ていることから、これで翼車部を構成し、強靭性が必要
とされる軸部には金属を適用して、該セラミックス製翼
単のハブ部背面と該金属軸の一端とで両者をろう付け、
焼嵌め等の方法で高温接合してなるタービンローターの
構造は多徨提案されている。
「発明が解決しようとする問題点」 ところが高温接合の場合、接合後に金属軸がなまる九め
、そのままでは金属軸が耐摩耗性を具備しておらず、使
用時に軸承摺動部が摩耗するおそれがある。そこで通常
、接合後に更に金属軸を熱処理して硬化させることを要
するが、その温度があまりに高いと熱処理後の熱歪によ
る内部応力でセラミックスにクラックが発生し油焼入れ
や水焼入れのように急冷処理の場合はこの現象が顕著で
あるためにセラミックス破壊に至る問題点かあ勺、他方
熱処理温度を低くすると軸承摺動部に対して充分な硬度
ＨＲＯ４０以上を期待することができないという問題点
があっ九。また、金属とセラミックスでは熱膨張係数が
大きく異なることから、接合部において熱膨張差に基づ
く応力歪が残留し、接合部の耐久性を低下させているこ
とも問題である。
本発明は、セラミックス製翼車と金属軸との接合温度が
高温であることと、マルテンサイト系耐熱鋼及びマルテ
ンサイト系ステンレス鋼が焼入れの際の冷却過程におい
てマルテンサイト変態を生じて０．６チ程度膨張するこ
とと、各種のマルテンサイト系耐熱鋼及びマルテンサイ
ト系ステンレス鋼のなかで、冷却雰囲気が気体又は真空
であっても焼きが入り得る金属が存在することとに着目
してなされたもので、上記従来技術の問題点を解決し、
高硬匿金属軸とセラミックス製翼車とが強固に接合した
タービンローターを提供することを目的とする。
なお、本発明は、本出願人が昭和６０年２月１８日付で
特許出願し九発明「金属とセラミックスとの接合体」を
応用したものである。
「問題点を解決する九めの手段」 セラミック製翼車と、他端がネジ加工が施されている金
属軸とでなるセラミック製タービンローターにおいて、
金属軸が加熱接合と同時に空冷で焼きが入り得るマルテ
ンサイト系耐熱鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼よ
シなシ、かかる金属軸を加熱接合と同時に焼入れし、そ
の後ネジ加工部を焼戻し処理し他部は焼きの入っ次状態
のタービンローター並びにセラミック製翼車と、他端が
ネジ加工が施されている金属軸とでなるセラミック製タ
ービンローターにおいて、金属軸が加熱接合と同時に空
冷で焼きが入り得るマルテンサイト系耐熱鋼又はマルテ
ンサイト系ステンレス鋼よシなシ、ネジ加工部が焼きの
入れず、他部を焼きの入る様に加熱接合したタービンロ
ーターである。ここで加熱接合とはろう付け、焼嵌め等
金属の少なくとも接合端部を８００℃以上の高温に加熱
した状態で接合するすべての方法をいう。
「作用」 接合温度が焼入れ温度（７００〜１１００℃）と同等か
又はそれ以上であり、接合される金属として焼入れの際
の冷却雰囲気が気体又は真空であっても焼きが入り得る
ものを適用していることから、接合時の加熱冷却過程に
より同時に金属軸が焼入れ温度以上に加熱され、次いで
冷却されて硬化される。而してその金属がマルテンサイ
ト系耐熱鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼であるこ
とから、冷却過程においてマルテンサイト変態を生じて
０．５％ａ度膨張するためセラミックスとの熱膨張差に
起因する接合部の応力歪を緩和する。而して接合された
金属軸の非接合端部のみ局部加熱をして焼戻すか又は焼
入れしないことＫよシ、コンプレッサホイールを固定す
るためのネジ部の加工が容易となる。
タービンローターの軸はヒートソークパック時Ｋかなシ
の高温になるので、使用中に軸承摺動部が焼戻されて軟
化するのを防止するため、そのような高温使用が予想さ
れる場合は上記金属の中でも焼戻し温度が５００℃以上
である材質を選、択するのが望ましい。
かかる作用を生じる金属としてはＭｏ＋Ｗ及びＶのうち
から選ばれる少なくとも一種を０．０２〜８重量％含有
する５ＵＨ６１６鋼、５ＵＨ６００鋼等のマルテンサイ
ト系耐熱鋼及び比較的炭素量の多いＳＵＳ　４４０　、
Ａｌ５Ｉ　６１８等のマルテンサイト系ステンレス鋼が
挙げられ、これらは特に接合後の硬度がＨＲＯで４０以
上となるうえ、焼戻し温度が５００℃以上であるから好
適であるが、本発明はこれに限定されることなく、接合
時の雰囲気の制御可能な温度特性範囲を予備的に測定し
ておき、その温度特性範囲内で焼きが入り得ルスべての
マルテンサイト系耐熱鋼又はマルテンサイト系ステンレ
ス鋼を適用できる。
「実施例」 実施例１ 第１図は、本発明タービンローターの一実施例を示す断
面図である。
１１は熱膨張係数ａ、ｏｘｔｏ／℃の窒化ケイ素焼結体
よりなるセラミック製翼車を示し、コンプレッサホイー
ル（図示省略）と連なる金属軸を接合するための翼車軸
１１ａがノ１ブ部背面に翼車部と一体的に突設されてい
る。１２はセラミック製翼車１１と該コンプレッサホイ
ールとを連動させる５ＵＨ６１６よシなる金属軸を示し
、翼車側端部がシールリング溝１２ａより更に翼車側に
位置するところまで延びており、他端にはコンプレッサ
ホイールをネジ止めするネジ部１２ｂが形成されている
。１８はセラミック製翼車１１と金属軸１２を接合する
Ｎｔ−Ｔｉろうである。かかるタービンローターはセラ
ミック製翼車１１の翼車軸１１ａ端面にＮｉ　−Ｔｉろ
う１８を用いて１０Ｔｏｒｒ真空中温度１０２０℃で金
属軸１２を接合した後、毎分６０℃で常温まで降温し、
次いで金属軸１２の非接合端部のみをバーナーで６００
℃に加熱して焼戻しを行い、焼戻し部分を旋盤でネジ切
りし、他の部分を仕上げ加工し、バランス修正すること
によって製造された。金属軸１２の硬度を測定した処、
焼戻しを行っていない部分がＨＲＯで５２、焼戻しを行
った部分がＨＲＯで８２であった。このタービンロータ
ーをターボチャージャーに組み込み、１０万ｒ、ｐ、ｍ
で５００時間の耐久テストを行った処、軸承摺動部の摩
耗は１μｍ以下であった。
また、セラミックス製翼車１１と金属軸１２の接合部の
引張強度は２０麺／−であった。
実施例２ 第２図は、本発明タービンローターの他の実施例を示す
断面図である。
２１は熱膨張係数８．ＯＸ　１０”７℃の窒化ケイ素焼
結体よりなるセラミックス製翼車を示し、コンプレッサ
ホイール（図示省略）と連なる金属軸を接合するための
翼車軸２１ａがハブ部背面に翼車部と一体的に突設され
ている。２２は５ＵＨ６００よりなる金属軸を示し、翼
車側端部２２ａが凹設されて、この凹部に翼車軸２１ａ
を焼嵌めて接合され、他端にコンプレッサホイールをネ
ジ止めするネジ部２２ｂが形成されている。かかるター
ビンローターはセラミック製翼車２１と金属軸２２を１
１００℃まで加熱し、嵌め代９０μｍで焼嵌めた後、毎
分６５℃で常温まで降温し、次いで金属軸２２の非接合
端部のみをバーナーで６００℃に加熱して焼戻しを行い
、焼戻し部分を旋盤でネジ切りし、他の部分を仕上げ加
工し、バランス修正することによって製造された。金属
軸２２の硬度を測定した処、焼戻しを行っていない部分
がＨＲＯで４７、焼戻しを行っ九部分がＨＲｃで２９で
あった。このタービンローターをターボチャージャーに
組み込み８００秒Ｇｏ−８００秒５ｔｏｐのサイクルを
１０００回繰り返したが、軸承摺動部の摩耗はなく、嵌
合部近傍のセラミックスの破損本なかった。
実施例８ 第１図のタービンローターを製造する方法において、接
合雰囲気がＡｒ中であることと、接合後降温時に金属軸
１２の非接合端部にのみ熱風を当てながら焼入れされな
いように常温まで降温したことと、焼戻しをせずに該非
接合端部　　　□をネジ切りしたことを除く他は実施例
１と同一条件でタービンローターを製造した処、ネジ加
工部の硬度はＨＲＯで３９であった。
実施例４ 第３図は、本発明タービンローターの更に他の実施例を
示す断面図である。
８１はセラミックス製翼車を示し、翼車軸が軸承摺動部
まで延長されて翼車部と一体的に突設されている。３２
は金属軸を示し、一端がＮｉ　−Ｔｉろう８８にてセラ
ミックス製翼車と接合し、他端にネジ部８２ｂが形成さ
れている。
「発明の効果」 金属軸の軸承摺動部の耐摩耗性に優れ且つ金翼軸とセラ
ミックス製翼車とが強固に接合した複合タービンロータ
ーを提供することができる。
接合と硬化を同時に行うことができるので工数が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図及び第３図は本発明タービンローターの
実施例を示す断面図である。 １１．２１．８１・・・セラミックス製翼車、１２．２
２．８２・・・金属軸、１２ｂ　、　２２ｂ　、　８２
ｂ・・・ネジ部 特許出顧大　日本特殊陶業株式会社 代表者小川修次 ＃！　１　図 ［２図 第３図 セラミック製翼車

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）セラミック製翼車と、他端がネジ加工が施されて
    いる金属軸とでなるセラミック製タービンローターにお
    いて、金属軸が加熱接合と同時に空冷で焼きが入り得る
    マルテンサイト系耐熱鋼又はマルテンサイト系ステンレ
    ス鋼よりなり、かかる金属軸を加熱接合と同時に焼入れ
    し、その後ネジ加工部を焼戻し処理し他部は焼きの入っ
    た状態のタービンローター。
  2. （２）加熱接合がろう付け又は焼嵌めである特許請求の
    範囲第１項記載のタービンローター。
  3. （３）セラミック製翼車と、他端がネジ加工が施されて
    いる金属軸とでなるセラミック製タービンローターにお
    いて、金属軸が加熱接合と同時に空冷で焼きが入り得る
    マルテンサイト系耐熱鋼又はマルテンサイト系ステンレ
    ス鋼よりなり、ネジ加工部が焼きの入れず、他部を焼き
    の入る様に加熱接合したタービンローター。
  4. （４）加熱接合がろう付け又は焼嵌めである特許請求の
    範囲第３項記載のタービンローター。
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