JPS6191073A - セラミツク軸と金属軸の接合構造 - Google Patents

セラミツク軸と金属軸の接合構造

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JPS6191073A
JPS6191073A JP59210279A JP21027984A JPS6191073A JP S6191073 A JPS6191073 A JP S6191073A JP 59210279 A JP59210279 A JP 59210279A JP 21027984 A JP21027984 A JP 21027984A JP S6191073 A JPS6191073 A JP S6191073A
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正也 伊藤
俊一 高木
昇 石田
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NGK Spark Plug Co Ltd
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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) 本発明はセラぐツク軸と金属軸との接合方法に関し1例
えばセラミック製のターボチャージャやガスタービンロ
ータ等のセラミック軸と金属軸との接合法に関するもの
である。
(従来の技術) 従来セラミック軸と金属軸を接合するにあたっては、第
2図に示すようにセラミック軸1の接続端を十\細くし
て金属軸2の接続端の管状部内に焼嵌めするか、第5図
に示すようにセラミック軸1の接続端を、金属軸2の接
続端のや一大径に構成された管状部内に焼嵌めするか、
第4図に示すようにセラミック軸1と金属軸2のつき合
せ端面にニッケル等のろう材層によりろう付け3するか
、第5図に示すようにセラミック軸1の接続端を金属軸
2の接続端のや\大径にされた管状部内に嵌め込むと同
時に、セラミック軸1のつき合せ端面にニッケル等のろ
う材によシろう付け3した構造のものが知られている。
(発明が解決しようとする問題点) 上記の従来技術において、セラミック軸と金属軸との接
合部が高温にさらされたときに、焼嵌め法によるものは
金属軸2の管状部が他の部分より薄肉であるので機械的
強度の低下が著るしく、変形を生ずるおそれがあること
と、接合部が焼嵌め温度に上昇することによって金属軸
端の外径方向への膨張が著るしいために、セラミック軸
1が金属軸2から脱離するおそれがあシ、又接続端面を
ろう付けした構造のものはろうの酸化により接合強度の
低下が避けられないという問題があった。
(問題点を解決する手段) 本発明は上記の問題点を解決するために種々検討の結果
なされたもので、セラミック軸と金属軸とのつき合せ端
面な接合するとともに、この接合部上に金属スリーブ又
はセラミックスリープな嵌挿して接続するようにした接
合構造にして、軸とスリーブ9間では少なくも同材質の
場合その接触面が接合されているものである。
(作用) 上記の如く本発明では通常の接続の外にスリーブ接続を
行なっているので接続部の強度が大で。
高温雰囲気に於てもスリーブの内部の接続部分の酸化を
防ぎ、接合強度を良好に保持することができる。
(実施例) 以下本発明の実施例について説明する。
第1図(1)は金属スリーブを用いた例で、1はセラミ
ック軸、2は金属軸、4aは金属スリーブでつき合せ端
面がろう材等による接合部材5で接合されるとともに金
属軸2の表面と金属スリーブ4aの内面とはろう付け3
されている。
なおセラミック軸1と金属軸2とでは熱膨張係  ・数
の差が大きbので、特願昭59−80658によシ明ら
かにしたようにセラミック材を焼結させた薄板を単独に
又は金属板と複合構造(緩衝板)にしたものを介在させ
てろう接することにより高温高振動下でも接合強度が強
く、接合後の残留応力によって接合部付近が割れるのを
防ぐことかできる。
実施例1 上記第1図−(1)の接合構造に於て、下表に示す条件
の試料を作成した。
」 比較例1 金属スリーブを用いない外は上記実施例と同一にした試
料を作成した。
次に上記の実施例1.比較例1の試料について接合部を
ブンゼンバーナー(炎温度1000℃)にてI Hr加
熱したところ実施例1の試料は金属スリーブが内部の接
合部の酸化を防止し接合部に異常は見られなかったが、
比較例1の試料は接合部が酸化してガサガサになった。
第1図(2)は両端面ζユテーバ一部を形成した金属ス
リーブ4bを用いた場合を示し、第1図(3)はセラミ
ック軸1の接続端を細い金属軸2の径と一致するように
テーパー状に細くシ、この接続部を包むようにセラミッ
ク軸1の太い部分と同じ外径の金属スリーブ40(内部
は接続部の形状に合致させである)を用いた場合を示し
、第1図(1)と同一部分には同一符号を付しである。
このような接続構造ではいづれもセラミック軸にかかる
応力が第1図(1)の構造のものよシ少なくなる効果が
ある。
第1図(4)〜第1図障及か(IQJは本発明をターボ
チャージャヂに応用した場合の実施例を示す。
即ちこの場合は内燃機関用のターボチャージャのセラミ
ック材料からなるタービンロータの軸状突出部と、圧縮
機側のブレードの金属軸とを接合する部分の構造に関す
るものである〇 第1図(4)〜第1図昨友#Cl0)においてRはセラ
ミックタービンロータ、lrはそのセラミック軸状突出
部、2bは圧縮機側のブレードの金属軸で両軸は端面接
合されるitか溝付金属スリーブ4dが用いられている
。6は溝付金属スリーブ4dのオイルシーリング溝であ
る。
又、3はろう付け、5は接合部材を示すことは第1図(
1)と同様である。
第1図(4)はセラミック軸状突出部1rとブレードの
金属軸2bとが等しい径となってお勺両者のつき合せ端
面は接合部材5により接合されるとともに、溝付金属ス
リーブ4dがこの接合部の上に嵌挿され、ブレードの金
属軸2bの表面と、溝付金属スリーブ4dの内面とはろ
う付け3されているO 第1図(5)は、溝付金属スリーブ4dがセラミック軸
状突出部1rの外部にのみ嵌挿され、ブレードの金属軸
2bの端面がセラミック軸状突出部1rと溝付並属スリ
ーブ4dとの合計の端面とっき合わされ、軸相互間では
第1図(4)と同様に接合部材5によシセラミツクー金
属間接合がなされ、又、スリーブと金属軸間ではろう付
け3の如き金属間接合がなされる。
第1図(6)は第1図(4)と殆んど同じでちゃ異なる
ところは溝付金属スリーブ4dの内面とセラミック軸状
突出部の表面もろう付け3されていることである。
第1図(7)は、前記第1図(6)に比べて溝付金属ス
リーブ4dの内面のうちブレードの金属軸2bの表面と
接する部分を除いて微細な空隙7を持たせるようにしで
ある点が異なる。これによシ冷却時金属スリーブの締付
力がセラミック側に及ばないのでセラミック割れを防止
することができる。
第1図(8)はセラミック軸状突出部1rのブレードの
金属軸2bとの接触面の中心軸上に断熱空気層8を設け
た場合第1図(9)はセラミック軸状突出部1rとブレ
ードの金属軸2bとの接合端部における接合部材の外周
部において、溝付金属スリーブ4dの内面に断熱空気層
8を設けた構造で、その他は第1図(4)と同様である
第1図(1のはセラミックタービンロータRのセラミッ
ク軸状突出部1rの端面と圧縮伸側のブレードの金属軸
2bの端面とをろう付は等の接合部材5で接合した後、
つき合せ部の周囲を削夛落とし9した後金属軸20と溝
付金属スリーブ4との接触部3bを焼嵌めするか、又は
形状記憶合金(Ni:54〜56重量’16. O: 
0.05重量%以下、T1:残部プ 製スリーブを図の
金属スリーブ4として用い嵌合したものである・。嵌合
方法は形状記憶合金のAf  点板上で形状記憶処理さ
せたのち、Me 点板下で変形させ再びAf点以上に加
熱させる。なお6はオイルシーリング溝である。
前者の構造のスリーブを用いて焼嵌めした場合は両者の
効果を奏し接続強度が大きい。前記に於て断熱層のある
場合は軸間での熱伝導が小さくなシ、セラミック割れを
少なくする効果がある。。
本発明の実施例はこれに限られるものではないが、金属
軸と金属スリーブの間はろう付け5.溶接、焼き嵌め接
合が適用されるが、セラミック軸と金属スリーブの間は
、化学的に接合されず金属スリーブが収縮した際の剪断
応力によるセラミック割れを生じない。
又、実際の接続工程について考えるとセラミック軸と金
属軸を接合した後に金属スリーブを接合するか、セラミ
ック軸と金属軸の接合と同時に金属スリーブを接合する
か、金属軸と金L・Aスリーブとを接合した後にセラミ
ック軸を接合する方法が考えられる。スリーブのシール
リング溝の加工は接合前でも後でもよい。
又、更にセラミック材質は窒化ケイ素、炭化ケイ素等の
耐熱セラミックスが好ましく、又、金属軸材質は炭素鋼
(:JX8−8500等]1合金鋼(JT8−80M 
435 )、ステy L/ ス鋼(Jより BUS65
0)、マルエージング鋼、インコネル等の耐熱鋼、中空
鋼J工E3 SKO24,コバール、チタンが好ましい
。又、金属スリーブ材質には上記金属材料のitかタン
グステン、銀、ジルコニウム、モリブデン、銅等の低膨
張あるいは低ヤング率材料及び形状記憶合金が好ましい
次に第1図(1りはセラミックスリーグを用いた例で、
1はセラミック軸、2は金属軸、14はセラミックスリ
ーブでつき合せ端面がろう材等による接合部材5によシ
接合され、スリーブ内面と各軸の表面とはろう付け3さ
れてhる。
このような構造ではセラミックスリーブが軸の接合部を
蔽っているので、該部が直接高温に曝されるのを防ぎ、
かつ金属軸と、セラミック軸との間及びこれらの軸とセ
ラミックスリーブとの間がろう付けにより容易に接合さ
れる。
従って接合部の強度はセラミックスリーブのないものに
比べ上がるとともに、セラミック軸とセラミックスリー
ブの膨9係数はほとんど同じであるのでセラミック軸に
残る接合後の応力が少ない。
セラミック軸と金属軸との端面の接合手段は既に述べた
緩衝j−を設ける形式のものが好ましい。
実施例2 上記f4III図(1りの接合構造に於て、下表に示す
条件の試料を作成した。
ろう材:チタン、銀、銅の粉末(250メツシュ未満、
純度99−以上〕を、それぞれ15重量%、60重量%
、25重量%の割合で混合し、それにバインダーとして
ブチルカルピトール適量、エチルセルロース5重量%を
添加してアセトンを溶剤としてアルミナポット中でアル
ミナ製球石な用いて1時間湿式で混合してろう材を調整
した。
接合すべき面に、上記のペースト状ろう材を厚さ100
μm以下に壁布し、所定の温度にてバインダーを除去し
た後10””’ Torrの真空中でろう付けした。
比較例2 セラミックスリーブを用いない外は実施例2と同様にて
試料を作成した。
次に上記の実施例2、比較例2の試料について接合部を
ブンゼンバーナー(炎温度1000℃)にてI Hr 
加熱したところ実施例2の試料は異常は見られなかった
が比較例2の試料は接合部が酸化してガサガサになった
(発明の効果〕 本発明はセラミック軸と金属軸との接合に当プ金属スリ
ーブ又はセラミックスリーブを用いているので内部の接
合部が酸化されるのを防ぎ、接合部の強度が大となシ、
特に金属スリーブはa量で取扱いし易く、ろう付は等接
合手段がfIil単で、接合強度上にも有利である。又
セラミックスリーブもセラミック軸に残る接合後の応力
が少ない点で有利である。
【図面の簡単な説明】
第1図(1)〜(1りは本発明による接合構造の実施例
を示す一部縦断面図、第3図〜第6図は従来の接合構造
の実施例を示す一部縦断面図である。 1:セラミック軸   2:金属軸 3:ろう付け  4,4a14b、40:金属スリーブ
5 :接合部材       R:セラミックタービン
ロータ1r:セラミック軸状突出部 2bニブレードの金属軸 4d:溝付金属スリーブ′6
:オイルシーリング溝 T:微細な空隙8:断熱空気層
  14:セラミックスリーブ3ト°詩に句 代理人 弁理士 竹 内   守 第1図(1) 第1図(2) 第1図(3) 第1図(10) 第1図(11) 第2図 第3図 第4図 第5図 手 続 浦 正 、!J (方式) %式% 1、事件の表示 昭和59年特許願第210279号 2発明の名称 セラミック軸と金属軸の接合構造 五袖正をする者 事件との関係  特許出願人 住 所  愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号名
 称  (454)日本特殊陶業株式会社代表者 小 
川 修 次 4、代理人〒101 居 所  東京都千代田区内神田二丁目15番13号南
部ビル 電話 03(252)5055    、、、
、、へ&補正の対象 4、図面の簡単な説明 l補正の内容  別紙のとお9 明細書の第13頁下から2行目の「第3図〜第6図」と
ある記載を「第2図〜第5図」に訂正する。 方−+  にλ 手続補正書く自発) 昭和60年3月6日

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)セラミック軸と金属軸のつき合せ端面が接合され
    てなる軸間接合部の上に、金属又はセラミックスリーブ
    が嵌挿され、かつ軸とスリーブ間では少なくも同じ材質
    同志の接触面が接合されていることを特徴とするセラミ
    ック軸と金属軸の接合構造
  2. (2)セラミック軸と金属軸のつき合せ端面が接合され
    てなる軸間接合部の上に、金属スリーブが嵌挿され、セ
    ラミック軸に対しては金属スリーブの圧接により、又、
    金属軸に対しては金属スリーブのろう付け、溶接、焼嵌
    めもしくは圧接により接合されている特許請求の範囲第
    1項記載のセラミック軸と金属軸の接合構造
  3. (3)セラミック軸と金属軸つき合せ端面が接合されて
    なる軸間接合部の上に、セラミックスリーブが嵌挿され
    、セラミック軸表面とセラミックスリーブ内面及び金属
    軸表面とセラミックスリーブ内面とがそれぞれろう付け
    により接合されている特許請求の範囲第1項記載のセラ
    ミック軸と金属軸の接合構造
JP59210279A 1984-10-06 1984-10-06 セラミツク軸と金属軸の接合構造 Granted JPS6191073A (ja)

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US07/045,208 US4991991A (en) 1984-10-06 1987-05-04 Joint structure between a ceramic shaft and a metallic shaft

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