JPS62119176A - セラミツクタ−ボホイ−ルの製造方法 - Google Patents

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１ 本発明は、セラミックターボホイールの製造方法の改良
に関する。

［従来の技術］ 従来のセラミックターボホイールの製造方法としては、
第１１図および第１２図に示すように、センタ穴１′を
有する円錐台状のハブ部２′と該ハブ部２″の回りに設
けられた複数枚の羽根３′を有する翼車成形体５−と、
円柱状の回転軸成形体８−とを、それぞれ別にセラミッ
ク焼結体として形成した後、該センタ穴１′に該回転軸
成形体８−を嵌挿し、両者を焼成して接合することを特
徴とする方法が知られている（特１１ｒＥ５８−９３９
９３）。この方法により製造されるセラミックターボホ
イール１１−は第１３図に示すように円柱状の回転軸部
１８−を有するので該回転軸部１８′と該ハブ部１２′
との接合が充分でないためこの接合面の強度不足が生じ
、そのためスピンテストや実地耐久試験時に破損するお
それがあった。

又第１１図に示すように翼車成形体５′のハブ部２′に
肉厚部が生じるため、成形や脱脂、焼成工程等で不良品
がでやすい。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記欠点を克服でるものであり、ハブ部と回転
軸部の接合強度を高め、更には特に不良品の少ないセラ
ミックターボホイールを製造する方法を提供することを
目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明のセラミックターボホイールの製造方法の第１工
程は、例えば具体例を以て説明すれば第１図、第２図お
よび第３図に示すように、センタ穴１を有する円錐台状
のハブ部２と、該ハブ部２の回りに設けられた複数枚の
羽根３とを有する翼車成形体５、および該センタ穴１に
固定される回転軸成形体８を別々に成形し、 該翼車成形体５および該回転軸成形体８は、各々脱脂体
、仮焼体又は焼成体であって、該翼車成形体８の該ハブ
部２のセンタ穴１側には少なくとも一部に雌ネジ部４が
形成されており、該回転軸成形体８には該ハブ部２の咳
雌ネジ部４と螺合する雄ネジ部７が形成さルている工程
である。

上記各ネジ部のピッチ又はネジ山の大きさもしくはその
回転軸方向の長さ等は特に限定されない。

本第１工程においては、第５図に示すように上記翼車成
形体５ａのハブ部２ａのセンタ穴１ａｌｌｌｔＪには、
その上部に雌ネジ部４ａを、その下部には該ハブ部２ａ
の円錐台状と類似の下方向に直径が増大するテーバ穴部
６を、有し、そのために該ハブ部２ａの肉厚はほぼ均一
とされている。又回転軸成形体８ａは、第６図に示すよ
うに、その上部には該雌ネジ部４ａと螺合する雄ネジ部
７ａを、その下部には該テーバ穴部６と型対称の関係に
ある下方向に直径が増大するテーバ状膨出部９を、有す
るものとすることができる。この場合、これらのテーバ
部６．９の大きさ等は特に限定されないが、該ハブ部２
ａの肉厚をほぼ均一とするのが好ましい。

本第１工程においては、第９図に示すように、翼車成形
体５ｂのハブ部２ｂのセンタ穴側に設けられた雌ネジｆ
ｉｌｌｓ４ｂと回転軸成形体８ｂの雄ネジ部７ｂとの間
に、又は第１０図に示すように回転軸成形体８Ｃの雄ネ
ジ部７Ｃおよびテーバ膨出部９Ｃと、該ハブ２Ｃの雌ネ
ジ部４　Ｃｒ３よびテーバ穴部６Ｃとの各々の間に隙間
を設け、これらを螺合する際に咳隙間にセラミック粉末
１０を充填して、焼成し接合可能としたものとすること
ができる。この場合の隙間の大きさは０．５〜２１程度
が好ましい。このセラミック粉末は、該ハブ部および該
回転軸成形体を構成する材料と同一のものが好ましい。

これは両者の接合強度をより大きくするからである。

上記４車形形体および回転軸成形体は以下の様にして形
成される。

まず；所定のセラミック原料粉末を用いて、射出成形、
加圧成形等の公知の方法で別々に所定形状に成形される
。この場合ハブ部と羽根は一体的に成形される。この成
形体の形状は、第１図におよび第２図に示すように所定
のネジ部を有する形状とすることもできるし、また第８
図に示すように所定の雌ネジ部のない成形体１０又は棒
状の成形体とすることもできる。この成形方法には射出
成形法、スリップキャスティング法、ラバープレス法等
があるが、射出成形法が望ましい。これらのセラミック
材料としては窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ＋）、炭化１１１ｆｔ
　（Ｓ　ｉ　Ｃ）　、サイアｏ＞　（Ｓ　ＩＡＬＯＮ）
、ジルコニア（ＺｒＯｚ＞、アルミナ（Ａｌ２Ｏ２＞、
ムライト等の高温溝造用材料が好ましい。

次いで、この各成形体を加熱して、必要に応じて脱脂、
仮焼又は焼成を行なう。この場合の脱脂等の各条件は、
通常行われる公知の条件を用いることができる。なお、
上記のネジ部のない成形体の場合には、機械加工によっ
て雌ネジ部又は雄ネジ部を形成させることもできる。こ
の機械加工は、射出成形体、射出成形体の脱脂体、脱脂
後の仮焼体、脱脂又は仮焼後の焼成体のいずれに形成さ
せてもよいが、射出成形体に施すのが好ましい。加工が
容易だからである。

上記第２工程および第３工程は、各々、上配央車成形体
と上記回転軸成形体はネジ部を利用して螺合させる工程
、その後それらを焼成して接合し、それらを一体化させ
る工程である。

上記焼成条件はセラミックス材料によっても異なり、種
々の公知の条件を用いることができる。

又この焼成は全体を炉に入れて窒素ガス雰囲気中で拡散
接合法又はアイソスタティックプレス法により一体化さ
せることができる。又この焼成時の一体化は、母材と同
素材のセラミック粉末や接着剤を介して行なうこともで
きる。

［発明の効果］ 本発明のセラミックターボホイールの製造方法は、所定
の翼車成形体と回転軸成形体は別々に形成され、これら
の各成形体は各々脱脂体、仮焼体又は焼成体であり、該
翼車成形体のハブ部のセンタ穴側には少なくとも一部の
雌ネジ部を有し、該回転軸成形体には該ハブ部の雌ネジ
部と螺合する雄ネジ部を有し、それらを螺合させて所定
条件下で焼成して接合し一体化させて製造されることを
特徴とする。

即ち本製造方法により製造されるセラミックターボホイ
ールは、該ハブ部と該回転軸部は螺合された状態で接合
されているのでこれらの接合面の強度が大きく、そのた
めスピンテストや実地耐久試験時に破損するおそれが少
ない。

又本製造方法によれば、脱脂体等から成る翼車成形体と
回転軸成形体を別々に形成するため、これらを一体物と
して一体射出成形する場合と比べて、残留歪がない良品
率の向上したセラミックターボホイールをｙＪ造づるこ
とかでき、又脱脂に長時間をかける必要がないので生産
性も向上する。

又本製造方法においては、ハブ部にテーパ穴部を設ける
場合には、該ハブ部の肉厚を小さくかつほぼ均等とする
場合、成形や脱脂、焼成工程で不良品の発生する確率が
少なくなる。

［実施例］ 以下、実施例により本発明を説明する。

実施例１ 窒化珪素とイツトリア（Ｙ２Ｏ２）およびスピネルから
なる酸化物助剤とから構成されるヒラミック粉末８０部
に対し、熱可塑性倒脂２０部をｈｏえて、これらを均一
に混練し、第１図に示す形状と同形状の成形体と、第２
図に示す形状と同形状の成形体と、を射出成形して得た
。

次にこれらの射出成形体を機械加工によって、第１図に
示す形状の射出成形体のセンタ大剣に雌ネジ部を、第２
図に示す形状と同形状の射出成形体に雄ネジ部を切り、
作成した。次いでこれらを室温から４５０℃まで昇温し
で樹脂を除去即ち脱脂をし、その後約１２００℃で４時
間仮焼して、第１図および第２図に示す各成形体５．８
を製造した。

仮焼後該ハブ部２のセンタ穴１に該回転軸成形体８をね
じこみ、窒素雰囲気中１７５０℃で４時１ｍ焼成して、
該ハブ部２と該回転軸成形体８を拡散接合を行なった。

これにより製造されたセラミックターボホイール１１は
、第４図に示すようにハブ部１２と回転軸部１８は強固
に接合され、翼車部１５と回転軸部１８とは一体的に焼
成されて構成されている。

上記により１０られたセラミックターボホイール１１を
アッシー化し、９００℃の条件でホットスピンテス１へ
を実施した結果、１０本中いずれも１８０、ＯＯＯｒｐ
ｍで破損は認められなかった。

実施例２ 上記実施例１と同様にして、第９図に示すように、ｖＲ
虫成形体５ｂと回転軸成形体８ｂの仮焼体を得た。但し
本実施例においては実施例１とは、該ハブ部２ｂのセン
タ穴側の雌ネジ部４ｂと該回転軸成形体８ｂの雄ネジ部
７ｂとの間に約１　ｍｓ＋の隙間を設け、この隙間に窒
化珪素と酸化物助剤からなるセラミック粉末を充填した
。なおこの仮焼条件としては、１２００℃、４時間を用
いた。

上記のようにして得られたセラミックターボホイールを
実施例１と同様にホットスピンテストを行なった結果、
１０本中すべて１８０゜ＯＯＯｒｐｍまで破損しなかっ
た。

実施例３ 実施例１と同様に射出成形し、脱脂し、仮焼を行なって
、第１図および第２図に示すように、翼車成形体と回転
軸成形体の仮焼体を（りた。なお、ネジ切りは仮焼体に
て行なった。このネジ切りは、脱脂体では強度不足のた
め困難であるが仮焼体では強度があるためカケを生じる
ことなく設けることが可能であった。

次いで上記の各成形体を螺合させて実施例１と同様に焼
成し一体化した。

そして上記により製造されｔ＝セラミックターボホイー
ルを実施例１と同様にホットスピンテストを行なった結
果、１０本中全て１８０．ＯＯＯｒｐｍまで破損しなか
った。

実施例４ 翼車成形体を、実施例１と同様に射出成形し、さらに加
熱して（条件は室温から４５０℃まで加熱した。）脱脂
した。また回転軸成形体はラバープレス法で成形した丸
棒を１２００℃で仮焼した後機械加工によって作成した
。これらを実施例１と同様に螺合させ焼成させて一体化
してセラミックターボホイールを製造した。

上記セラミックターボホイールを実施例１と同様にホッ
トスピンテストを実施した結果、１０本中全て１８０．
ＯＯＯｒｐｍまで破損しなかった。

実施例５ 実施例１と同様に翼車成形体および回転軸成形体を、射
出成形し、加熱して作成した。ここで本実施例において
は、第５図に示すように、該翼車成形体５ａのハブ部２
ａの上部に雌ネジ部４ａをその下部にはテーバ穴部６を
設け、それに伴い第６図に示すように該回転軸成形体８
ａの上部に雄ネジ部７ａを、その下部にテーバ状膨出部
９を設けた点が、上記実施例１と異なる。

以上により作成された各成形体を用いて実施例１と同様
にして螺合し、焼成し拡散接合により一体化した。

上記により製造されたセラミックターボホイールは、該
ハブ部の欠ンタ穴側にテーバ穴部を設けているため該ハ
ブ部の肉厚が一定となり、そのため脱脂が容易となり、
又ネジ部とテーパ穴部の組合せのため接合が充分に為さ
れる。このセラミックターボホイールは９００℃にて１
８０．００Ｏｒ’ｐｍのホットスピンテストで破損しな
かった。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１に係わる翼車成形体の断面図である。 第２図は実施例１に係わる回転軸成形体の正面図である
。第３図は第１図の翼車成形体のセンタ穴に回転軸成形
体を螺合した状態を示す断面図である。第４図は実施例
１で製造されたセラミックターボホイールの断面図であ
る。 第５図は実施例５に係わり、ハブ部の上部には雌ネジ部
がその下部にはテーバ穴部が設けられている翼車成形体
の断面図である。第６図は実施例５に係わる回転軸成形
体の正面図である。第７図は第５図に示す翼車成形体の
センタ穴に第６図に示す回転軸成形体を螺合した状態を
示す断面図である。第８図は円筒状のセンタ穴を有する
射出成形体の断面図である。第９図は実施例２に係わり
、ハブ部のセンタ穴側に設けられた雌ネジ部と回転軸成
形体の雄ネジ部との間に隙間を設け、該隙間にセラミッ
ク粉末を充填した状態を示す断面図である。第１０図は
本発明に係わり、ハブ部の上部には雌ネジ部が形成され
その下部にはテーパ穴部が設けられている両車成形体と
該ハブ部に螺合される回転軸成形体の間に隙間を設け、
該隙間にセラミック粉末を充填した状態を示す断面図で
ある。 第１１図は従来の翼車成形体の断面図である。 第１２図は従来例の回転軸成形体の断面図である。 第１３図は従来のセラミックターボホイールの断面図で
ある。 １・・・センタ穴　　　　２・・・ハブ部３・・・羽根
　　　　　　４・・・雌ネジ部５・・・翼車成形体　　
　６・・・テーバ穴部７・・・雄ネジ部　　　　８・・
・回転軸成形体９・・・テーパ状膨出部１０・・・射出
成形体１１・・・セラミックターボホイール １２・・・セラミックターボホイールのハブ部１４・・
・羽根部　　　　１５・・・買市部１８・・・回転軸部
　　　２０・・・セラミック粉末特許出願人　　　トヨ
タ自動車株式会社代理人　　　　弁理士　大川　宏 同　　　　　弁理士　丸山明夫

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）センタ穴を有する円錐台状のハブ部と該ハブ部の
   回りに設けられた複数の羽根とを有する翼車成形体、お
   よび該センタ穴に固定される回転軸成形体を別々に形成
   し、 該翼車成形体および該回転軸成形体は、各々脱脂体、仮
   焼体又は焼成体であり、 該翼車成形体の該ハブ部のセンタ穴側の少なくとも一部
   には雌ネジ部が形成されており、該回転軸成形体には該
   ハブ部の雌ネジ部と螺合する雄ネジ部が形成されている
   第１工程と、 第１工程で形成された該翼車成形体の該ハブ部に該回転
   軸成形体を螺合させる第２工程と、第２工程で螺合され
   てなるこれらの成形体を焼成して接合し、それらを一体
   化させる第３工程と、から成ることを特徴とするセラミ
   ックターボホイールの製造方法。
2. （２）第１工程で用いられる翼車成形体のハブ部のセン
   タ穴側は、その上部には雌ネジ部を、その下部には該ハ
   ブ部の円錐台状と類似の下方向に直径が増大するテーパ
   穴部をもち、 回転軸成形体は、その上部には該雌ネジ部と螺合する雄
   ネジ部を、その下部には該テーパ穴部に型対称の関係に
   ある下方向に直径が増大するテーパ状膨出部を、有し、 第３工程は、該雌ネジ部と該雄ネジ部、および該テーパ
   穴部と該テーパ状膨出部は互いに係合して一体的に焼結
   して接合される特許請求の範囲第１項記載のセラミック
   ターボホイールの製造方法。
3. （３）第１工程においては、翼車成形体のハブ部のセン
   タ穴側に設けられた雌ネジ部と、回転軸成形体の雄ネジ
   部との間には隙間が設けられ、第２工程は、これらを螺
   合する際に、該隙間にセラミック粉末を充填する工程を
   含む特許請求の範囲第１項又は第２項記載のセラミック
   ターボホイールの製造方法。