JPS618409A - セラミツクタ−ビンホイ−ルの締結構造 - Google Patents
セラミツクタ−ビンホイ−ルの締結構造Info
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- JPS618409A JPS618409A JP59129254A JP12925484A JPS618409A JP S618409 A JPS618409 A JP S618409A JP 59129254 A JP59129254 A JP 59129254A JP 12925484 A JP12925484 A JP 12925484A JP S618409 A JPS618409 A JP S618409A
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- adhesive
- shaft
- hole
- turbine wheel
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-
- 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
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- F01D5/026—Shaft to shaft connections
-
- 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
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-
- 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
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- F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
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- F16D1/068—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable involving gluing, welding or the like
-
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16B11/00—Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding
- F16B11/006—Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding by gluing
-
- 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
- F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
- F16B2200/00—Constructional details of connections not covered for in other groups of this subclass
- F16B2200/85—Ceramic-to-metal-connections
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、セラミックタービンホイールのセラミックシ
ャフト部とパイプ状の鋼製シャフトとの締結構造に関す
る。
ャフト部とパイプ状の鋼製シャフトとの締結構造に関す
る。
従来技術
セラミックタービンホイールは、通常そのセラミックシ
ャフト部がパイプ状の鋼製シャフトに嵌合されて固定さ
れ、この間で回転が伝達される。セラミックタービンホ
イールの鋼製シャフトへの締結法で、一般に多くの検討
がなされている例として、■焼嵌め方法■ロー付は方法
■接着法等がある。
ャフト部がパイプ状の鋼製シャフトに嵌合されて固定さ
れ、この間で回転が伝達される。セラミックタービンホ
イールの鋼製シャフトへの締結法で、一般に多くの検討
がなされている例として、■焼嵌め方法■ロー付は方法
■接着法等がある。
このうち■の焼嵌め方法は、焼嵌め代が大きいと、応力
集中によりセラミックシャフトが割れたり、又逆に焼嵌
め代が小さいと高温時に緩みが生じたりする等の問題が
発生しやすく、焼嵌め代について厳しい管理が必要とな
る。
集中によりセラミックシャフトが割れたり、又逆に焼嵌
め代が小さいと高温時に緩みが生じたりする等の問題が
発生しやすく、焼嵌め代について厳しい管理が必要とな
る。
また、■のロー付は法は、現時点ではセラミックと鋼の
熱膨張差により直接接合は不可であるため、一般にはセ
ラミックシャフト表面に金属メッキを施しロー付けを実
施しているが、メッキ層のハクリにより接合強度が不足
するという問題がある。
熱膨張差により直接接合は不可であるため、一般にはセ
ラミックシャフト表面に金属メッキを施しロー付けを実
施しているが、メッキ層のハクリにより接合強度が不足
するという問題がある。
■の接着法は、第２図に示すように、セラミツクタービ
ンホイール１のセラミックシャフト部２と鋼製シャフト
３との、すなわちパイプと軸との内部接着になるため、
接着剤４のキュア時の加圧も十分にできず、所定の接着
面積、接着状態の保証が難かしい。そのため接合強度に
もバラツキが生じる。また、高温時使用においては、接
着剤４（有機系）の熱膨張率（２０〜３０Ｘ１０−６）
の方がセラミックの熱膨張率（３Ｘ１０−６）に比べて
はるかに大きいため、接着剤４は鋼製シャフト３（熱膨
張率１２×１Ｏ−６）の内面は圧縮するが、セラミック
シャフト部２との界面は引張応力になって界面破壊を起
こしやすい。
ンホイール１のセラミックシャフト部２と鋼製シャフト
３との、すなわちパイプと軸との内部接着になるため、
接着剤４のキュア時の加圧も十分にできず、所定の接着
面積、接着状態の保証が難かしい。そのため接合強度に
もバラツキが生じる。また、高温時使用においては、接
着剤４（有機系）の熱膨張率（２０〜３０Ｘ１０−６）
の方がセラミックの熱膨張率（３Ｘ１０−６）に比べて
はるかに大きいため、接着剤４は鋼製シャフト３（熱膨
張率１２×１Ｏ−６）の内面は圧縮するが、セラミック
シャフト部２との界面は引張応力になって界面破壊を起
こしやすい。
すなわち、一般に接着剤の破壊現象としては、脆性破壊
と界面破壊とに２分され、とくに前者は常温時の接着剤
自身の強度に左右される。無機系接着剤では強度が弱く
、有機系は強い。後者は、前者の要因も若干含むが、と
くに高温時の有機系接着剤の破壊現象として多くみられ
る。
と界面破壊とに２分され、とくに前者は常温時の接着剤
自身の強度に左右される。無機系接着剤では強度が弱く
、有機系は強い。後者は、前者の要因も若干含むが、と
くに高温時の有機系接着剤の破壊現象として多くみられ
る。
この現象は、被接着物に対し接着剤自身の熱膨張率が大
きいためと考えられる。したがって、前述の如く、高温
時においては、セラミックシャフト部２と接着剤４との
接合部ではセラミックシャフト部２側の界面で破壊する
。この界面破壊が生じると、その界面から緩みが生じ、
所定の接合状態が維持できないという問題が生じる。
きいためと考えられる。したがって、前述の如く、高温
時においては、セラミックシャフト部２と接着剤４との
接合部ではセラミックシャフト部２側の界面で破壊する
。この界面破壊が生じると、その界面から緩みが生じ、
所定の接合状態が維持できないという問題が生じる。
発明の目的
本発明は、接着剤を用いる方法において上記のような問
題を解消するために、接着剤のキュア時の加圧を十分に
行なうことができ、かつ高温時においても界面破壊を生
じない締結構造を提供することを目的とし、セラミック
シャフト部と鋼製シャフトとの十分な固定強度を確保す
ることを目的とする。
題を解消するために、接着剤のキュア時の加圧を十分に
行なうことができ、かつ高温時においても界面破壊を生
じない締結構造を提供することを目的とし、セラミック
シャフト部と鋼製シャフトとの十分な固定強度を確保す
ることを目的とする。
発明の構成
この目的を達成するために、本発明のセラミックタービ
ンホイールの締結構造においては、パイプ状の鋼製シャ
フトと、該鋼製シャフトに嵌合されるセラミックタービ
ンホイールのセラミックシャフト部との固定は、鋼製シ
ャフトの壁を貫通しセラミックシャフト部の内部まで延
びる穴に挿入されたセラミックおよび鋼よりも熱膨張率
の高い金属製ビンと、この金属製ビンと前記穴内壁面と
の間に充填された接着剤とによって行なわれている。
ンホイールの締結構造においては、パイプ状の鋼製シャ
フトと、該鋼製シャフトに嵌合されるセラミックタービ
ンホイールのセラミックシャフト部との固定は、鋼製シ
ャフトの壁を貫通しセラミックシャフト部の内部まで延
びる穴に挿入されたセラミックおよび鋼よりも熱膨張率
の高い金属製ビンと、この金属製ビンと前記穴内壁面と
の間に充填された接着剤とによって行なわれている。
発明の作用
このような締結構造においては、熱膨張率の高い金属製
ビンを用いるため、そのビンの熱膨張によって接着剤の
キュア時に接着面に十分な加圧がかけられ、十分な接着
面積と所定の接着状態が得られる。
ビンを用いるため、そのビンの熱膨張によって接着剤の
キュア時に接着面に十分な加圧がかけられ、十分な接着
面積と所定の接着状態が得られる。
また、高温時においても、金属製ビンの熱膨張率がセラ
ミックシャフト部および鋼製シャフトのそれよりも高い
ため、間に介在された接着剤には圧縮応力のみがかかり
、引張応力の発生が防止されて接着界面からの破壊が防
止される。
ミックシャフト部および鋼製シャフトのそれよりも高い
ため、間に介在された接着剤には圧縮応力のみがかかり
、引張応力の発生が防止されて接着界面からの破壊が防
止される。
さらに、この圧縮により接着剤層の弾性が強化され、接
着剤層、金属製ビンを介してセラミックシャフト部と鋼
製シャフトはより強固に接合される。
着剤層、金属製ビンを介してセラミックシャフト部と鋼
製シャフトはより強固に接合される。
発明の効果
したがって、セラミックシャフト部の鋼製シャフトへの
初期固定時に十分な接合強度を確保することができると
ともに、高温使用時においても界面破壊を防止して十分
な接合強度を保つことができ、セラミックタービンホイ
ールの高速回転時のセラミックシャフトの抜けや捩れを
確実に防止することができるという効果が得られる。
初期固定時に十分な接合強度を確保することができると
ともに、高温使用時においても界面破壊を防止して十分
な接合強度を保つことができ、セラミックタービンホイ
ールの高速回転時のセラミックシャフトの抜けや捩れを
確実に防止することができるという効果が得られる。
実施例
以下に本発明のセラミックタービンホイールの締結構造
の望ましい実施例を図面を参照して説明する。
の望ましい実施例を図面を参照して説明する。
第１図は、本発明の一実施例に係るセラミックタービン
ホイールの締結構造を示しており、図中１１はセラミッ
クタービンホイールを示している。セラミックタービン
ホイール１１のセラミックシャフト部１２は、パイプ状
の鋼製シャフト１３に嵌合されている。
ホイールの締結構造を示しており、図中１１はセラミッ
クタービンホイールを示している。セラミックタービン
ホイール１１のセラミックシャフト部１２は、パイプ状
の鋼製シャフト１３に嵌合されている。
鋼製シャフト１３には、その壁をパイプ径方向に貫通す
る穴１４ａが、鋼製シャフト１３周方向および軸線方向
に適当数設けられている。
る穴１４ａが、鋼製シャフト１３周方向および軸線方向
に適当数設けられている。
この穴１４ａは、たとえば２ｍ１ｌないし４ｍｍ程度の
径に設定され、嵌合されたセラミックシャフト部１２の
内部まで延びている。すなわち、セラミックシャフト部
１２の外周面には、穴１４ａに対応するピッチ、対応す
る位置に、予め穴１４ｂが設けられており、穴１４ａと
穴１４ｂは、行き止まりの穴１４を構成している。また
穴１４ｂの先端形状は、Ｒ形状に形成されている。
径に設定され、嵌合されたセラミックシャフト部１２の
内部まで延びている。すなわち、セラミックシャフト部
１２の外周面には、穴１４ａに対応するピッチ、対応す
る位置に、予め穴１４ｂが設けられており、穴１４ａと
穴１４ｂは、行き止まりの穴１４を構成している。また
穴１４ｂの先端形状は、Ｒ形状に形成されている。
この穴１４には、接着剤１５が流し込まれた後、金属製
ビン１６が挿入されており、接着剤１５は金属製ビン１
６と穴１４の内壁面との間゛に充填されている。接着剤
１５は、たとえば有機系の接着剤から成っており、所定
の温度（たとえば１００’Ｃないし３００” Ｃ）のキ
ユアリングによって硬化する。金属製ビン１６は、セラ
ミック（たとえば３ｉ ３Ｎ＋）の熱膨張率（３Ｘ１０
−’）および鋼の熱膨張率（１２Ｘ１０−６）よりも高
い熱膨張率の金属（たとえばクロ６ム銅：熱膨張率１６
Ｘ１０−６、アルミ台金：熱膨張率２２Ｘ１０−６）か
ら成っている。また、金属製ビン１６のビン径は、セラ
ミックシャフト部１２の穴１４ｂの径よりも２０μない
し５０μ程度の細いのが望ましい。また、金属製ビン１
６の先端形状は、穴１４ｂの先端のＲ形状に沿う形状に
形成されている。
ビン１６が挿入されており、接着剤１５は金属製ビン１
６と穴１４の内壁面との間゛に充填されている。接着剤
１５は、たとえば有機系の接着剤から成っており、所定
の温度（たとえば１００’Ｃないし３００” Ｃ）のキ
ユアリングによって硬化する。金属製ビン１６は、セラ
ミック（たとえば３ｉ ３Ｎ＋）の熱膨張率（３Ｘ１０
−’）および鋼の熱膨張率（１２Ｘ１０−６）よりも高
い熱膨張率の金属（たとえばクロ６ム銅：熱膨張率１６
Ｘ１０−６、アルミ台金：熱膨張率２２Ｘ１０−６）か
ら成っている。また、金属製ビン１６のビン径は、セラ
ミックシャフト部１２の穴１４ｂの径よりも２０μない
し５０μ程度の細いのが望ましい。また、金属製ビン１
６の先端形状は、穴１４ｂの先端のＲ形状に沿う形状に
形成されている。
なお、有機系の接着剤１５の熱膨張率は、２０〜３０Ｘ
１０−６程度であり、金属、セラミックに比べ相当大き
い。
１０−６程度であり、金属、セラミックに比べ相当大き
い。
上記のように構成されたセラミックタービンホイールの
締結構造の作用について以下に説明する。
締結構造の作用について以下に説明する。
まず、セラミックタービンホイール１１のセラミックシ
ャフト部１２と鋼製シャフト１３との固定方法について
説明する。最初にセラミックシャフト部１２が鋼製シャ
フト１３に、穴１４ａと穴１，４ｂとが一致するように
嵌合される。
ャフト部１２と鋼製シャフト１３との固定方法について
説明する。最初にセラミックシャフト部１２が鋼製シャ
フト１３に、穴１４ａと穴１，４ｂとが一致するように
嵌合される。
つぎに、穴１４内に外部から接着剤１５が流し込まれ、
金属製ビン１６が穴１４内に挿入される。金属製ビン１
６の挿入により、接着剤１５が押圧されるので、接着剤
１５はセラミックシャフト部１２の穴１４ｂ内壁面との
間および鋼製シャフト部の穴１４ａ内壁面との間に充填
されるとともに、金属製ビン１６の全周囲を覆う。
金属製ビン１６が穴１４内に挿入される。金属製ビン１
６の挿入により、接着剤１５が押圧されるので、接着剤
１５はセラミックシャフト部１２の穴１４ｂ内壁面との
間および鋼製シャフト部の穴１４ａ内壁面との間に充填
されるとともに、金属製ビン１６の全周囲を覆う。
この状態で、所定のキユアリング温度で接着剤１５は硬
化される。キュア後、所定寸法への加工およびバランス
取りが行なわれ、所定の締結が完了する。
化される。キュア後、所定寸法への加工およびバランス
取りが行なわれ、所定の締結が完了する。
このキュア時においては、所定のキユアリング温度（た
とえばｉｏｏ’ｃないし３００” Ｃ）によって各部材
が熱膨張するが、金属製ビン１６の熱膨張率が鋼製シャ
フト１３やセラミックシャフト部１２のそれよりも高い
ため、硬化前の接着剤１５は圧縮されて十分に加圧され
る。
とえばｉｏｏ’ｃないし３００” Ｃ）によって各部材
が熱膨張するが、金属製ビン１６の熱膨張率が鋼製シャ
フト１３やセラミックシャフト部１２のそれよりも高い
ため、硬化前の接着剤１５は圧縮されて十分に加圧され
る。
この加圧により、接着剤１５は接着面に十分に広がると
ともに十分な押圧力で押し付けられ、その状態で硬化さ
れるため必要な接着面積と接着状態が容易に得られる。
ともに十分な押圧力で押し付けられ、その状態で硬化さ
れるため必要な接着面積と接着状態が容易に得られる。
したがって、安定したキュアが可能になり、十分な゛接
着強度が確′１される。
着強度が確′１される。
また、キュア後の運転時においては、セラミうノ
ツクタービンホイール１１の回転によりセラミックシャ
フト部１２および鋼製シャフト１３の温度は、たとえば
１００’Ｃないし３００” Ｃの高−状態になるが、そ
の際接着剤１５の熱膨張率がセラミックや鋼のそれより
も高いため、穴１４の内壁面は圧縮さ゛れる方向に押圧
される。
フト部１２および鋼製シャフト１３の温度は、たとえば
１００’Ｃないし３００” Ｃの高−状態になるが、そ
の際接着剤１５の熱膨張率がセラミックや鋼のそれより
も高いため、穴１４の内壁面は圧縮さ゛れる方向に押圧
される。
さらに、金属製ビン１６の熱膨張率がセラミックシャフ
ト部１２および鋼製シャフト１３のそれよりも高いため
、間に介在する接着剤１５には圧縮応力が加わり、接着
剤１５と金属製ビン１６との接着面にも圧縮応力が加わ
る。したがって、高温使用時には、接着剤１５と金属製
ビン１６、セラミックシャフト部１２、鋼製シャフト１
３との界面には必ず圧縮応力が加わり、引張応力が作用
することが防止されて接着剤１５の界面破壊は防止され
る。さらに−接着剤１５層の圧縮により、接着剤１５層
の弾性が強化されるため、金属製ビン１６、接着剤１５
を介してのセラミックシャフト１２と鋼製シャフト１３
との締結強度は一層強化される。
ト部１２および鋼製シャフト１３のそれよりも高いため
、間に介在する接着剤１５には圧縮応力が加わり、接着
剤１５と金属製ビン１６との接着面にも圧縮応力が加わ
る。したがって、高温使用時には、接着剤１５と金属製
ビン１６、セラミックシャフト部１２、鋼製シャフト１
３との界面には必ず圧縮応力が加わり、引張応力が作用
することが防止されて接着剤１５の界面破壊は防止され
る。さらに−接着剤１５層の圧縮により、接着剤１５層
の弾性が強化されるため、金属製ビン１６、接着剤１５
を介してのセラミックシャフト１２と鋼製シャフト１３
との締結強度は一層強化される。
また、穴１４ｂ５’ｃ端形状および金属製ビン１６の先
端形状を本実施例の如くＲ形状にしておけば（又は先細
り形状にしておけば）、この穴４ｂ先端部においても常
に圧縮応力を作用させることができる。
端形状を本実施例の如くＲ形状にしておけば（又は先細
り形状にしておけば）、この穴４ｂ先端部においても常
に圧縮応力を作用させることができる。
以上説明したように、本実施例によれば、セラミックシ
ャフト部１２と鋼製シャフト１３とのキュア後の初期接
合強度を十分に大に確保できるとともに、高温使用時に
おいても、接着剤１５に常に圧縮応力をかけて界面破壊
を防止し、回転伝達に必要な十分な接合強度を維持する
ことができ、高速回転時のセラミックシャフト部１２の
抜けや捩れを防止することができるという効果が得られ
る。
ャフト部１２と鋼製シャフト１３とのキュア後の初期接
合強度を十分に大に確保できるとともに、高温使用時に
おいても、接着剤１５に常に圧縮応力をかけて界面破壊
を防止し、回転伝達に必要な十分な接合強度を維持する
ことができ、高速回転時のセラミックシャフト部１２の
抜けや捩れを防止することができるという効果が得られ
る。
第１図は本発明の一実施例に係るセラミックタービンホ
イールの締結構造の一部を断面表示した側面図、 第２図は従来の接着剤によるセラミックタービンホイー
ルの締結構造の一部を断面表示した側面図、 である。 １１・・・・・・セラミックタービンホイール１２・・
・・・・セラミックシャフト部１３・・・・・・鋼製シ
ャフト １４・・・・・・穴 １５・・・・・・接着剤 １６・・・・・・金属製ビン
イールの締結構造の一部を断面表示した側面図、 第２図は従来の接着剤によるセラミックタービンホイー
ルの締結構造の一部を断面表示した側面図、 である。 １１・・・・・・セラミックタービンホイール１２・・
・・・・セラミックシャフト部１３・・・・・・鋼製シ
ャフト １４・・・・・・穴 １５・・・・・・接着剤 １６・・・・・・金属製ビン
Claims (1)
- （１） セラミックタービンホイールのセラミックシャ
フト部を、パイプ状の鋼製シャフトに嵌合して固定する
セラミックタービンホイールの締結構造において、前記
セラミックシャフト部と鋼製シャフトとの固定を、鋼製
シャフトの壁を貫通しセラミックシャフト部の内部まで
延びる穴に挿入されたセラミックおよび鋼よりも熱膨張
率の高い金属製のピンと、該金属製ピンと前記穴内壁面
との間に充填された接着剤とによって行なつたことを特
徴とするセラミックタービンホイールの締結構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59129254A JPS618409A (ja) | 1984-06-25 | 1984-06-25 | セラミツクタ−ビンホイ−ルの締結構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59129254A JPS618409A (ja) | 1984-06-25 | 1984-06-25 | セラミツクタ−ビンホイ−ルの締結構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS618409A true JPS618409A (ja) | 1986-01-16 |
Family
ID=15005018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59129254A Pending JPS618409A (ja) | 1984-06-25 | 1984-06-25 | セラミツクタ−ビンホイ−ルの締結構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS618409A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002089201A (ja) * | 2000-09-14 | 2002-03-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | セラミックタービンホイールと金属部品の接合構造 |
| CN103912557A (zh) * | 2014-04-11 | 2014-07-09 | 范栋梁 | 一种不同种类金属的连接方法 |
-
1984
- 1984-06-25 JP JP59129254A patent/JPS618409A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002089201A (ja) * | 2000-09-14 | 2002-03-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | セラミックタービンホイールと金属部品の接合構造 |
| CN103912557A (zh) * | 2014-04-11 | 2014-07-09 | 范栋梁 | 一种不同种类金属的连接方法 |
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