JPS6177682A - セラミツクスと金属の接合構造 - Google Patents
セラミツクスと金属の接合構造Info
- Publication number
- JPS6177682A JPS6177682A JP59199390A JP19939084A JPS6177682A JP S6177682 A JPS6177682 A JP S6177682A JP 59199390 A JP59199390 A JP 59199390A JP 19939084 A JP19939084 A JP 19939084A JP S6177682 A JPS6177682 A JP S6177682A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- ceramic
- coefficient
- members
- thermal expansion
- 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
Links
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (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。
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］
本発明はセラミックスと金属との接合構造に関するもの
で、例えばターボチャージャにおいてセラミックス製の
タービンロータと金属シャフトを接合する場合等に適用
される。
で、例えばターボチャージャにおいてセラミックス製の
タービンロータと金属シャフトを接合する場合等に適用
される。
Ｃ４ｅ来技術及びその問題点］
金属部材の内側にセラミックス部材を焼ばめ又は冷しぼ
めにより嵌合する場合、従来は第６図にホす様に金属部
材２とセラミックス部材ｌを直接接合する方法がとられ
ている。この様な接合構造を採ると、セラミックスと金
属との熱膨張率の差が大きいため、常温におけるしめし
ろが小さい場合には高温において嵌合部にゆるみや抜け
が生じ易く、逆にしめしるが大きい場合には、焼ばめ温
度を高くしなければならない上に接合面圧が高くなりす
ぎて接合部に破壊を起こし勝ちであった。
めにより嵌合する場合、従来は第６図にホす様に金属部
材２とセラミックス部材ｌを直接接合する方法がとられ
ている。この様な接合構造を採ると、セラミックスと金
属との熱膨張率の差が大きいため、常温におけるしめし
ろが小さい場合には高温において嵌合部にゆるみや抜け
が生じ易く、逆にしめしるが大きい場合には、焼ばめ温
度を高くしなければならない上に接合面圧が高くなりす
ぎて接合部に破壊を起こし勝ちであった。
このため、従来の接合構造で嵌合した機械部品は、使用
でさる温度範囲が限定され、かつ、厳密なしめじろの管
理を必要としていた。
でさる温度範囲が限定され、かつ、厳密なしめじろの管
理を必要としていた。
ｃ問題点の解決手段］
未発明はこれらの欠点を克服すべくなされたもので、金
属部材の内側にセラミックス部材を焼ばめ又は冷しぼめ
により嵌合する場合において１両部材間に前記金属部材
よりも熱膨張率が大さく、かつ１円問方向の膨張に対す
る逃げを設けた別の金属部材を介在させることを特徴と
する。
属部材の内側にセラミックス部材を焼ばめ又は冷しぼめ
により嵌合する場合において１両部材間に前記金属部材
よりも熱膨張率が大さく、かつ１円問方向の膨張に対す
る逃げを設けた別の金属部材を介在させることを特徴と
する。
°ある！度Ｔ ＋１におけるセラミック部材１の外径を
ｄｌ、熱膨張率をＣ５，金属部材２の内径をｄ２ 、熱
膨張率をＣ２とすると、温度がΔＴだけ丘昇した場合、
１の外径及び２の内径は、ｄｉ ′＝ｄｌ （１＋
α１ΔＴ）ｄｚ ′＝ｄｚ （１＋α２ΔＴ） （但し、Ｃ１、Ｃ２は温度変化に対して一定と仮定する
） に変化する（第７図）、従って１部材ｌの外径と部材２
の内径との間隔見は、 Ｔ ＝ Ｔ 、、のとき文−埼（ｄｚ ｄｉ ）Ｔ＝
Ｔ＋八Ｔのへき 交′＝渉（ｄｚ ′ ｄｉ ′）＝とおくと、両部
材間の間隔の膨張量は、長さ愛。
ｄｌ、熱膨張率をＣ５，金属部材２の内径をｄ２ 、熱
膨張率をＣ２とすると、温度がΔＴだけ丘昇した場合、
１の外径及び２の内径は、ｄｉ ′＝ｄｌ （１＋
α１ΔＴ）ｄｚ ′＝ｄｚ （１＋α２ΔＴ） （但し、Ｃ１、Ｃ２は温度変化に対して一定と仮定する
） に変化する（第７図）、従って１部材ｌの外径と部材２
の内径との間隔見は、 Ｔ ＝ Ｔ 、、のとき文−埼（ｄｚ ｄｉ ）Ｔ＝
Ｔ＋八Ｔのへき 交′＝渉（ｄｚ ′ ｄｉ ′）＝とおくと、両部
材間の間隔の膨張量は、長さ愛。
熱膨張率α８なる物体がΔＴ温度、ｈ昇したときの膨張
量に等しいことになる。
量に等しいことになる。
今、温度Ｔ１）において長さ文より微小長さδ（嵌合の
ために必要なしめしろに相当）だけ厚い部材３を１と２
の間に介在させたとすると（第８図）１部材３の熱膨張
率がαｌ＝α木ならばΔＴ温度上昇したときの厚さは、
δくく交であることを考慮すると Ｃ１十δ）（１＋α寧ΔＴ）＝ 又（ｌ十α木Δ丁）＋δ＝旦′＋δ となり、しめしろδは温度に対してほとんど変化しない
ことが容易に推測できる。即ち、このことは、部材ｌと
３、及び２と３の嵌合面でのしめしろ及び接合面圧が温
度に対して変化しないことを示し、適当なδを設定して
おけば従来の高温でのゆるみや低温での過度の応力によ
る破壊等を防止することができる。
ために必要なしめしろに相当）だけ厚い部材３を１と２
の間に介在させたとすると（第８図）１部材３の熱膨張
率がαｌ＝α木ならばΔＴ温度上昇したときの厚さは、
δくく交であることを考慮すると Ｃ１十δ）（１＋α寧ΔＴ）＝ 又（ｌ十α木Δ丁）＋δ＝旦′＋δ となり、しめしろδは温度に対してほとんど変化しない
ことが容易に推測できる。即ち、このことは、部材ｌと
３、及び２と３の嵌合面でのしめしろ及び接合面圧が温
度に対して変化しないことを示し、適当なδを設定して
おけば従来の高温でのゆるみや低温での過度の応力によ
る破壊等を防止することができる。
なお部材３の熱膨張率として０式で示したＣ８を与えた
が、実際にはこの式に適合するＣ８を持つ部材が存在す
るとは限らず、従ってα零の近い材質を選択するか、あ
るいは逆に３の材質を決めておき、この部材の熱膨張率
に合うようなｄｉ。
が、実際にはこの式に適合するＣ８を持つ部材が存在す
るとは限らず、従ってα零の近い材質を選択するか、あ
るいは逆に３の材質を決めておき、この部材の熱膨張率
に合うようなｄｉ。
ｄｚを決めることもできる。
また、Ｃ８とＣ２を比較すると０式より木
ｄ。
ｄ。
α −α、＝□（Ｃ２−α、）
ｄ、 −ｄ。
であり、一般的にＣ２〉α、で、かつｄｚ）ｄ。
であるから、０本〉Ｃ２・
即ち、介在させる部材３の熱膨張率は金属部材２の熱膨
張率より大きいことが必要となる。
張率より大きいことが必要となる。
ここで注意を要するのは、介在部材３がセラミックス部
材１及び金属部材２の半径方向の変形に対して容易に追
従できるような形状でなければならない、ということで
ある、即ち、リング状のものでは不適当で、リングにス
リット４を入れるか、又は完全に分割して円周方向への
逃げを設けた構造のものが好適である。
材１及び金属部材２の半径方向の変形に対して容易に追
従できるような形状でなければならない、ということで
ある、即ち、リング状のものでは不適当で、リングにス
リット４を入れるか、又は完全に分割して円周方向への
逃げを設けた構造のものが好適である。
［実施例］
第１図ん第４図に介在部材の構造例を示す、第１図は、
逃げとして櫛歯状にスリット４が入った介在部材３を使
用した例である。この場合、スリット４の１本は介在部
材の円周を完全に切断していても良く、スリット４を交
互に逆方向に切ることもできる。第２図は円周を完全に
切断する形で１本のスリット４が入った介在部材３を使
用した例、第３図は複数の個々に完全に独立した介在部
材３を使用した例である。また、第４図はっば５を有す
る介在部材３を用いた例で、この場合スリット４は介在
部材３の円周を完全に切断しても１部分的に切断しても
良い、なお、これらのスリット４は、いずれの例におい
ても直線状としても良いし曲線状（例えば螺旋状）とし
ても良い。
逃げとして櫛歯状にスリット４が入った介在部材３を使
用した例である。この場合、スリット４の１本は介在部
材の円周を完全に切断していても良く、スリット４を交
互に逆方向に切ることもできる。第２図は円周を完全に
切断する形で１本のスリット４が入った介在部材３を使
用した例、第３図は複数の個々に完全に独立した介在部
材３を使用した例である。また、第４図はっば５を有す
る介在部材３を用いた例で、この場合スリット４は介在
部材３の円周を完全に切断しても１部分的に切断しても
良い、なお、これらのスリット４は、いずれの例におい
ても直線状としても良いし曲線状（例えば螺旋状）とし
ても良い。
本発明の接合４［Ｉは、セラミ−、クス部材ｌに介在部
材３を装着後、金属部材２を焼ばめ又は冷し ゛ばめ
することによって達成することができる。セラミックス
部材１に介在部材３を装着する際、介在部材３が一体構
造を有する場合はこれを単にセラミックス部材ｌに圧入
すれば良いが、複数の独立部分から成る場合は各片をセ
ラミックス部材１の適当な位置に接着などの方法によっ
て固定しておく、また、第４図の例の様につば５の付い
た介在部材３を使用すれば、金属部材２の嵌入に際して
このつば５の部分を治具で固定することができる。
材３を装着後、金属部材２を焼ばめ又は冷し ゛ばめ
することによって達成することができる。セラミックス
部材１に介在部材３を装着する際、介在部材３が一体構
造を有する場合はこれを単にセラミックス部材ｌに圧入
すれば良いが、複数の独立部分から成る場合は各片をセ
ラミックス部材１の適当な位置に接着などの方法によっ
て固定しておく、また、第４図の例の様につば５の付い
た介在部材３を使用すれば、金属部材２の嵌入に際して
このつば５の部分を治具で固定することができる。
接合部の形状としては、上述の円柱状のものの他に１円
錐状あるいは四角柱状、四角錐状のものなどにも適用で
きる。従って本発明で円周方向の膨張に対する逃げとは
そのものが円筒であるとは限らない。
錐状あるいは四角柱状、四角錐状のものなどにも適用で
きる。従って本発明で円周方向の膨張に対する逃げとは
そのものが円筒であるとは限らない。
第１表に好ましい部材の組み合わせ例を示す。
第１表において組合せはグループ毎に行われる。
例えば、第１グループのセラミック部材１としてＳｉ、
＋Ｎ、が用いられるときは、金属部材として炭素鋼か合
金鋼のいずれかを選択し、介在させる金属部材３として
Ａ１合金、Ｃｕ合金、ステンし・ス鋼のうちいずれか１
つを選択する。他のセラミンク部材ｌおよび他のグルー
プにおいても同様にして組合せる。
＋Ｎ、が用いられるときは、金属部材として炭素鋼か合
金鋼のいずれかを選択し、介在させる金属部材３として
Ａ１合金、Ｃｕ合金、ステンし・ス鋼のうちいずれか１
つを選択する。他のセラミンク部材ｌおよび他のグルー
プにおいても同様にして組合せる。
また、しめしろδは、部材の組み合わせ、寸法、必要と
する接合強度等によって異なるが、例えば、外径ｄ、の
窒化ケイ素セラミックスと内径ｄ２、外径ｄ３の炭素鋼
をＡｎ合金を介在させて嵌合するとき、ｄ、／ｄ＋＝１
．８、 ｄｉ／ｄ＋＝２．０の場合には、 δ＝（１，５Ｘ１０−３〜１．２ＸｌＯ−２）ｄｌなる
範囲が適当である。
する接合強度等によって異なるが、例えば、外径ｄ、の
窒化ケイ素セラミックスと内径ｄ２、外径ｄ３の炭素鋼
をＡｎ合金を介在させて嵌合するとき、ｄ、／ｄ＋＝１
．８、 ｄｉ／ｄ＋＝２．０の場合には、 δ＝（１，５Ｘ１０−３〜１．２ＸｌＯ−２）ｄｌなる
範囲が適当である。
［発明の効果］
本発明の接合構造においては、しめじろが温度変化に対
してほぼ一定に保たれるため、従来方法において生じる
過小なしめしろによる高温でのゆるみや抜け、あるいは
過大なしめしろによる接合部の破壊が発生せず、広い温
度範囲において安定した接合力を得ることができると共
に、簡単な構成により、組付、保守上の利点も大である
。
してほぼ一定に保たれるため、従来方法において生じる
過小なしめしろによる高温でのゆるみや抜け、あるいは
過大なしめしろによる接合部の破壊が発生せず、広い温
度範囲において安定した接合力を得ることができると共
に、簡単な構成により、組付、保守上の利点も大である
。
第１図〜第４図は本発明の接合部の構成例を示す、第５
図は、本発明をターボチャージャのセラミックスタービ
ン５と金属シャフト６の接合に適用した場合である。ま
た、第６図は従来の接合構造を示し、第７図と第８図は
温度変化による部材間の間隔の変化を説明するための図
である。
図は、本発明をターボチャージャのセラミックスタービ
ン５と金属シャフト６の接合に適用した場合である。ま
た、第６図は従来の接合構造を示し、第７図と第８図は
温度変化による部材間の間隔の変化を説明するための図
である。
Claims (1)
- 金属部材の内側にセラミックス部材を接合する構造にお
いて、両部材間に前記金属部材よりも熱膨脹率が大さく
、かつ、円周方向の膨張に対する逃げを設けた別の金属
部材を介在させたことを特徴とするセラミックス部材と
金属部材の接合構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59199390A JPS6177682A (ja) | 1984-09-26 | 1984-09-26 | セラミツクスと金属の接合構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59199390A JPS6177682A (ja) | 1984-09-26 | 1984-09-26 | セラミツクスと金属の接合構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6177682A true JPS6177682A (ja) | 1986-04-21 |
Family
ID=16406976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59199390A Pending JPS6177682A (ja) | 1984-09-26 | 1984-09-26 | セラミツクスと金属の接合構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6177682A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6311242A (ja) * | 1986-07-03 | 1988-01-18 | Tech Res Assoc Highly Reliab Marine Propul Plant | セラミツクスと金属の接合方法 |
| JPS6472975A (en) * | 1987-09-12 | 1989-03-17 | Yasushi Kato | Joined body of ceramics and metal |
| JPH0280701U (ja) * | 1988-12-08 | 1990-06-21 | ||
| JPH0495320U (ja) * | 1991-01-10 | 1992-08-18 | ||
| JP2003097213A (ja) * | 2001-09-25 | 2003-04-03 | Kyocera Corp | セラミック製タービンローター |
-
1984
- 1984-09-26 JP JP59199390A patent/JPS6177682A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6311242A (ja) * | 1986-07-03 | 1988-01-18 | Tech Res Assoc Highly Reliab Marine Propul Plant | セラミツクスと金属の接合方法 |
| JPS6472975A (en) * | 1987-09-12 | 1989-03-17 | Yasushi Kato | Joined body of ceramics and metal |
| JPH0280701U (ja) * | 1988-12-08 | 1990-06-21 | ||
| JPH0495320U (ja) * | 1991-01-10 | 1992-08-18 | ||
| JP2003097213A (ja) * | 2001-09-25 | 2003-04-03 | Kyocera Corp | セラミック製タービンローター |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4281941A (en) | Device for high thermal stress connection between a part made of a ceramic material and a part made of a metallic material | |
| US6250883B1 (en) | Integral ceramic blisk assembly | |
| US4907743A (en) | Assembly of two bodies having distinctly different coefficients of expansion | |
| JPS6253684B2 (ja) | ||
| US4485545A (en) | Method of attaching a metal shaft to a ceramic shaft and product thereby | |
| US20070237646A1 (en) | Mechanical coupling for a rotor shaft assembly of dissimilar materials | |
| JPH0415361B2 (ja) | ||
| US4499646A (en) | Method of attaching a metal shaft to a ceramic shaft and product produced thereby | |
| JPS6151123B2 (ja) | ||
| JPS6177682A (ja) | セラミツクスと金属の接合構造 | |
| JPH0335265B2 (ja) | ||
| JPH0352961Y2 (ja) | ||
| JPH0424522B2 (ja) | ||
| JPH0424521B2 (ja) | ||
| JPH0452401Y2 (ja) | ||
| US4892436A (en) | Shaft composite structure between ceramic turbine rotor and metal member | |
| JPS60132002A (ja) | タ−ボチャ−ジャ用タ−ビン組立体 | |
| JPH0217123Y2 (ja) | ||
| CA1097285A (en) | Insulated hub arrangement for high temperature centrifugal fan | |
| JPS6278402A (ja) | セラミツクタ−ボロ−タ | |
| JPH0415921Y2 (ja) | ||
| JPS6325281Y2 (ja) | ||
| JPS6347601Y2 (ja) | ||
| JPS60116923A (ja) | 軸同志の締結具 | |
| JP2970029B2 (ja) | 環状体の取付装置 |