JPS6167527A - セラミツクス軸と金属軸との接合方法 - Google Patents

セラミツクス軸と金属軸との接合方法

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JPS6167527A
JPS6167527A JP59187785A JP18778584A JPS6167527A JP S6167527 A JPS6167527 A JP S6167527A JP 59187785 A JP59187785 A JP 59187785A JP 18778584 A JP18778584 A JP 18778584A JP S6167527 A JPS6167527 A JP S6167527A
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JP
Japan
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shaft
ceramic
ceramic shaft
metal
metal shaft
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Pending
Application number
JP59187785A
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English (en)
Inventor
Shiro Takahashi
四郎 高橋
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6167527A publication Critical patent/JPS6167527A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P11/00Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for 
    • B23P11/02Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for  by first expanding and then shrinking or vice versa, e.g. by using pressure fluids; by making force fits
    • B23P11/025Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for  by first expanding and then shrinking or vice versa, e.g. by using pressure fluids; by making force fits by using heat or cold
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/04Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of tubes with tubes; of tubes with rods

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ceramic Products (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】 「技術分野」 本発明は1機械構造用部品などとして使用される高強度
のセラミックス軸と金属軸との接合方法に関する。
「従来技術およびその問題点」 圧年、#熱性および高強度を有する窒化珪素、炭化珪素
などのセラミックスに関する技術開発が盛んに行なわれ
ており、例えばターボチャージャ、タービンブレード、
ラジアントチューブ、高温熱交換器など、高#熱性、高
耐食性、高強度を必゛政とされる各種用途への応…が積
極的に検討されている。
これらのセラミックスを各種用途、特に自動市川部品な
どの機械構造用部品に応用する場合、セラミックスと金
属とを組合せて使用することが多く、このためセラミッ
クス軸と金属軸とを接合する必要性が生じることかある
従来、セラミックス軸と金属軸との接合においては、例
えば第6図に示すように、セラミックス軸11の端部の
直径よりもやや小さい内径を有するように、全屈@12
の端部をパイプ状に形成し、金属軸12の端部を加熱し
て熱膨張させ、その状態でセラミックス軸11の端部を
金属軸12の端部に挿入し、その後冷却して金属軸12
を収縮させ、金属軸12の内周によってセラミックス軸
11の外周を締付けるようにして接続させる、いわゆる
焼ばめ法が採用されている。
しかしながら、かかる焼ばめ法においては、セラミック
ス軸および金属軸の接合部における寸法精度、千滑度を
極めて厳密にする必要があり、材料の加工、仕上げが容
易でなかった。また、金属軸を極めて高温にするため、
材料の変質等が生じやすい欠点があった。
また、別の接合方法として、セラミックス軸の端面等に
メタライズ層を形成し、このメタライズ層を介して金属
軸の端面等をろう付けしたり、半田付けしたりする方法
も採用されている。
しかしながら、上記接合方法においては、ろう付けある
いは半田付けの際に接合面のクリアランスにより軸心を
正確に出すことが難しく、また。
メタライズ層を形成するために複雑な工程が心安である
という問題点があった。
「発明の目的」 本発明の目的は、上記のような従来技術の問題点を解決
し、より簡?liな手段でしっかりと接合できるように
したセラミックス軸と金属軸との接合方法を提供するこ
とにある。
「発明の構成」 本発明によるセラミックス軸と金属軸との接合方法は、
セラミックス軸の端部に凹凸を形成し、金属軸の端部を
E記セラミyクス軸の端部が挿入IIf能なパイプ状に
形成し、上記セラミックス軸の端部を上記金属軸の端部
に挿入し、昇温状態で金属軸の端部をセラミックス軸の
凹凸に沿って変形させる、すなわち、カシメる方法であ
る。
したがって、金属軸の端部をセラミ、クス軸の凹凸に沿
って変形した直後の状態では、金属軸の内周とセラミッ
クス軸の外周との間にある程度の隙間が介在することが
多いが、その状態で冷却されると金属軸とセラミックス
軸との熱膨張差により金属軸が収縮してセラミックス軸
の外周を締付けるので1両者はしっかりと接合される。
その際、本発明による接合方法では、従来の焼ばめ法に
比べて同じ面圧を付加するなら低温度で作業することが
可能であり、金属軸の材質に悪影響を与えない程度の温
度に昇温するだけですむ、また、セラミックス軸の凹凸
に沿って金属軸の端部を変形させるようにしたので、各
軸の寸法精度はそれほど要求されず、材料の加工や仕上
げが容易になる。ざらに、セラミックス軸の凹凸と金属
軸の変形部分との係合により、焼ばめ法に比べてより大
きなトルクを伝達することが可能となる。
本発明におけるセラミックス軸の凹凸は一個ないしは複
数個の凸起および/または凹孔であってもよいが、本発
明の好ましい態様によれば、セラに軸方向に沿って形成
した溝からなっている。この場合には金属軸の端部を上
記の溝に食い込むように変形することにより、強い接合
力が得られる。
本発明の別の好ましい態様によれば、セラミックス軸の
凹凸は、セラミックス軸の外周部分に軸方向に沿って形
成した突条からなっている。この場合には金属軸の端部
を一上記の突条の両側において縮径させるように変形す
ることにより、強い接合力が得られる。かかる溝や突条
はセラミックス軸の末端まで延在していてもよく、ある
いは末端までは延在していなくてもよい。さらにかかる
溝や突条は本発明の目的を達しうる範囲で軸方向に沿っ
て適宜分断されていてもよい。
本発明のさらに別の好ましい態様によれば、セラミック
ス軸の凹凸は、セラミックス軸の周方向に沿って環状に
形成した溝からなっている。この場合には金属軸の端部
を上記の環状の溝に食いH,2,−むように変形するこ
とにより、特に軸方向の引I張づ]に肖1いJ′!5^
−J+が1しけスーカ1≠)スに仲1.賓1−) k阜
明の目的を達しラる範囲で周方向に沿って適宜分断され
ていてもよい。
本発明では、このようにセラミックス軸に各種の凹凸を
形成し、その凹凸に沿って金属軸をカシメる すなわち
・暇性変形させることにより、目的とする回転トルク、
引張力に対抗する接合力を得ることかできる。
なお、本発明におけるセラミックス軸の凹凸の占める面
積はセラミックス軸の端部の表面積に対して比校的小ざ
くされ1例えば溝、突条、環状溝などの占める面積はセ
ラミックス軸の端部の表面積の25%程度以下、特には
10%程度以下が好ましい。こうすることにより、充分
な接合力が得やすくなる。また、後述する実施例の図面
においては、図示を簡便にするために、セラミックス軸
の凹凸はセラミックス軸の端部本体に対し角度をもって
形成されているように示されているが、応力集中を避け
るために、凹凸と端部本体との間にはアールを設けるこ
とが好ましい。
また、本発明において、セラミックス軸の凹凸に沿って
金属軸の端部を変形させる際の昇温温度は、少なくとも
接合軸を使用する際の温度よりも高くすることが好まし
い。接合軸の使用温度が金属軸を変形させる際の昇温温
度よりも、tkい場合には、使用状態において金属軸が
熱膨張するため、接合部分にクリアランスが生じやすく
なり、本発明の効果を充分に得ることができないことが
ある。金属軸を変形させる際のさらに具体的な昇温温度
は、金属軸の材質によっても異なるが、例えば金属軸の
材質として鋼を使用する場合、約300〜800℃が好
ましい。
「発明の実施例」 第1図および第2図には本発明の一実施例が示されてい
る。この実施例では、セラミックス軸21の端部に軸方
向に沿った溝22を形成し、金属軸23の端部にはパイ
プ状部24を形成する。パイプ状部24の内径はセラミ
ックス軸21の端部が挿入可能な大きさとする。そして
、第2図(A)に示すように、セラミックス@21の端
部を金属軸23のパイプ状部24に挿入する。この状態
では、セラミックスah 21の外周とパイプ状部24
の内周との間に若干のクリアランスがあってもよい。次
に、:52図(B)に示すように、金属軸23の端部を
加熱昇温しでパイプ状部24をセラミックス軸21の溝
22に食い込むように変形Sせる。金属軸23のパイプ
状部24を変形させることにより、パイプ状部24の他
の部分が引っ張られてセラミックス軸21の外周とパイ
プ状部24の内周とはかなり密着するが、完全に密着さ
せることは困難である。しかし、この状態でセラミック
ス軸21および金属軸23を放冷すると、熱膨玉率の差
によりセラミックス軸21よりも金属軸23の方かより
大きく収縮する。その結果、第2図(C)に示すように
、セラミ−、クス軸21の外周とパイプ状部24の内周
とのクリアランスはさらに小さくなり、金属軸23のパ
イプ状部24によってセラE yクス軸21の端部が締
付けられ、両軸は強固に接合する。
こうして形成された接合構造は、セラミックス・!l+
 21の溝22に金属軸23のパイプ状部24が食い込
んでいるので、比較的大きな回転トルクにも耐えること
ができ、さらにセラミフクス@21の端部を金属軸23
のパイプ状部24に挿入した構造なので、軸心のずれら
ほとんど生じない。
なお、)−記実施例において、金属eh23の端部をあ
らかじめ加熱昇温しておいてからセラミックス軸21の
端部を挿入するようにしてもよい。また、セラミックス
軸21の溝22は周方向に所定間隔を置いて複数形成し
てもよい。同様にして、以下に述べる突条や環状溝も一
個であっても複数個であってもよい。
第3図および第4図には本発明のイ+ハの′実施例が示
されている。この実施例では、セラミックス軸21の端
部に軸方向に沿った4つの突条25を形成する。この場
合、各突条25が周方向に沿って等間隔で配置されるよ
うにする。そして、第4図(A)に示すように、セラミ
ックス軸21の端部を金属軸23のパイプ状部24に挿
入し、この状態で金属軸23の端部を加熱rf1.温し
て、第4図(B)に示すように、パイプ状部24を各突
条25の1・【イ側において縮経させるように変形する
。この状1ムで放冷すると、第4図(C)に示すように
、セラミックス軸21の外周とパイプ状部24の内周と
のクリアランスがさらに小さくなり、金属軸23のパイ
プ状部24によってセラミックス軸21の端部が締付け
られ、両軸は強固に接合する。
第5図にはさらに他の実施例が示されている。
この実施例では、セラミックス軸21の端部に周方向に
沿った環状の溝26を形成する。そして、セラミックス
軸21の端部を金属軸23のパイプ状部24に挿入し、
金属軸23の端部を昇温させた状態でパイプ状部24を
溝26に食い込むように変形させることにより1両軸を
接合する。この実施例では、特に引っ張り力に強い接合
構造が得られる。
なお、第5図に示した実施例を、第1図および第2図に
示した実施例あるいは第3図および第4図に示した実施
例と併用することにより、回転トルクおよび引っ張り力
の両方に強い接合構造を得ることができる。
「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、セラミ、クス軸
の端部に凹凸を形成し、金属軸の端部をパイプ状に形成
し、セラミックス軸の端部を金属軸の端部に1iTi人
して昇温状態で金属軸の端部をセラミックス軸の凹凸に
沿って変形させるようにしたので、これを放冷すると金
属軸が収縮してセラミックス軸が金属軸によって締付け
られ1両軸が強固に接合する。その際、同じ面圧を負荷
するのなら、金属の昇温温度は従来の焼ばめ法に比へて
低い温度でよく、金属の材質の変化を避けることができ
る。また、セラミ−7クス軸の凹凸と金属軸の変形部分
とが係合するので、より大きなトルクを伝達することが
できる。さらに、セラミックス軸および金hル軸の′N
1−法精度はそれほど散布にする必要はなく1例えば従
来の焼ばめ法では数用田〜数十gmの精度を要求された
のに比へて、本発明によれば数十用1〜数百ル1の精度
で済み、材料の加工や仕上げが容易となる。加えて セ
ラミックス軸の端部を金属軸の端部に挿入するようにし
たので、軸心のずれはほとんど生じない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例において使用するセラミック
ス軸と金属軸とを示す斜視図、第2図は同実施例によっ
てセラミックス軸と金属軸とが接合される状態を工程に
従って示す断面図、第3図は本発明の他の実施例におい
て使用するセラミックス軸と金属軸とを示す斜視図、第
4図は同実施例によってセラミックス軸と金属軸とが接
合される状態を工程に従って示す断面図、第5図は本発
明のさらに他の実施例において使用するセラミックス軸
と金属軸とを示す斜視図、第6図は従来の焼ばめ法によ
る接合状態を示す断面図である。 図中、21はセラミックス軸、22は溝、23は金属軸
、24はパイプ状部、25は突条、26は溝である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)セラミックス軸の端部に凹凸を形成し、金属軸の
    端部を上記セラミックス軸の端部が挿入可能なパイプ状
    に形成し、上記セラミックス軸の端部を上記金属軸の端
    部に挿入し、昇温状態で金属軸の端部をセラミックス軸
    の凹凸に沿って変形させることを特徴とするセラミック
    ス軸と金属軸との接合方法。
  2. (2)特許請求の範囲第1項において、前記凹凸は前記
    セラミックス軸の外周部分に軸方向に沿って形成した溝
    であるセラミックス軸と金属軸との接合方法。
  3. (3)特許請求の範囲第1項において、前記凹凸は前記
    セラミックス軸の外周部分に軸方向に沿って形成した突
    条であるセラミックス軸と金属軸との接合方法。
  4. (4)特許請求の範囲第1項において、前記凹凸は前記
    セラミックス軸の周方向に沿って環状に形成した溝であ
    るセラミックス軸と金属軸との接合方法。
JP59187785A 1984-09-07 1984-09-07 セラミツクス軸と金属軸との接合方法 Pending JPS6167527A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0488523U (ja) * 1990-12-20 1992-07-31
JP2007278443A (ja) * 2006-04-10 2007-10-25 Otics Corp 回転伝達構造

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0488523U (ja) * 1990-12-20 1992-07-31
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