JPS621502A - セラミツク製タ−ボホイ−ルの製造方法 - Google Patents
セラミツク製タ−ボホイ−ルの製造方法Info
- Publication number
- JPS621502A JPS621502A JP14087985A JP14087985A JPS621502A JP S621502 A JPS621502 A JP S621502A JP 14087985 A JP14087985 A JP 14087985A JP 14087985 A JP14087985 A JP 14087985A JP S621502 A JPS621502 A JP S621502A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic
- turbo wheel
- shaft portion
- turbo
- wheel
- 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
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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。
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製ターボホイールの製造方法に関し
、詳しくは内燃機関の排気ガスによってタービンを駆動
し、この駆動力を用いてコンプレッサを作動させ、内燃
機関へ新気を過給するターボチャージャに好適なセラミ
ック製ターボホイールの製造方法に関する。
、詳しくは内燃機関の排気ガスによってタービンを駆動
し、この駆動力を用いてコンプレッサを作動させ、内燃
機関へ新気を過給するターボチャージャに好適なセラミ
ック製ターボホイールの製造方法に関する。
近年、自動車等の内燃機関においては、出力性能の向上
部を目的として、ターボチャージャ（排気タービン過給
機）が用いられている。このターボチャージャは、公知
のように、排気ガスのエネルギにより排気タービンを回
転させ、同軸上のコンプレフサ（圧縮機）を駆動するこ
とにより吸気を圧縮し、エンジンに大気圧力以上の高密
度の吸気を供給する装置である。
部を目的として、ターボチャージャ（排気タービン過給
機）が用いられている。このターボチャージャは、公知
のように、排気ガスのエネルギにより排気タービンを回
転させ、同軸上のコンプレフサ（圧縮機）を駆動するこ
とにより吸気を圧縮し、エンジンに大気圧力以上の高密
度の吸気を供給する装置である。
このターボチャージャに用いられる回転体としての排気
タービン（以下、ターボホイールという）は、従来、耐
熱性に優れた金属（合金）で形成されていた。しかるに
、近年になってセラミソクスの耐熱性に優れ、かつ軽量
であること等が注目され、ターボホイールをセラミック
スで成形したセラミック製ターボホイールが提案される
ようになった。
タービン（以下、ターボホイールという）は、従来、耐
熱性に優れた金属（合金）で形成されていた。しかるに
、近年になってセラミソクスの耐熱性に優れ、かつ軽量
であること等が注目され、ターボホイールをセラミック
スで成形したセラミック製ターボホイールが提案される
ようになった。
ところで、セラミック製ターボホイールの場合、ターボ
チャージャに組み付ける際、シャフト部を金属製シャフ
トと接合することが不可欠である。
チャージャに組み付ける際、シャフト部を金属製シャフ
トと接合することが不可欠である。
このときの接合法として、ろう付け、焼き嵌め等が使用
され、あるいは考えられている。
され、あるいは考えられている。
しかしながら、ろう付けは寸法精度を十分確保できない
という問題がある。
という問題がある。
この点、ろう付けより焼き嵌めの方が有利であるが、焼
き嵌めを行うには、セラミックシャフト部の加工、シャ
フトの形状、焼き嵌め代等を最適状態に選定する必要が
あり、これらを最適値に選ぶことは容易ではない。また
、これらを最適値に選んだとしても、焼き嵌め時の若干
の狂い等により、セラミックシャフト部と金属シャフト
部の接合部の耐久性が十分でない場合があった。
き嵌めを行うには、セラミックシャフト部の加工、シャ
フトの形状、焼き嵌め代等を最適状態に選定する必要が
あり、これらを最適値に選ぶことは容易ではない。また
、これらを最適値に選んだとしても、焼き嵌め時の若干
の狂い等により、セラミックシャフト部と金属シャフト
部の接合部の耐久性が十分でない場合があった。
そこで、セラミック製ターボホイールにおいて、セラミ
ックシャフト部と金属シャフト部の接合部の耐久性を向
上させる工夫が望まれていた。
ックシャフト部と金属シャフト部の接合部の耐久性を向
上させる工夫が望まれていた。
上記問題は、次に述べる本発明のセラミック製ターボホ
イールの製造方法によって解決される。
イールの製造方法によって解決される。
即ち、本発明のセラミック製ターボホイールの製造方法
は、内燃機関の排気ガスによってタービンを駆動し、こ
の駆動力を用いてコンプレッサを作動させ、内燃機関へ
新気を過給するターボチャージャのセラミック製ターボ
ホイールの製造方法であって、 セラミックスを主原料とし酸化助剤と有機結合剤を混合
した混練物を射出成形し、得られた射出成形体を脱脂し
て脱脂体とした後仮焼することによりターボホイールの
ハブ部と翼部を一体的に成形し、またセラミック繊維強
化セラミックを金型成形することによりターボホイール
のシャフト部を成形し、このターボホイールのハブ部と
翼部にシャフト部を嵌合させ、焼成することにより一体
化させることを特徴としている。
は、内燃機関の排気ガスによってタービンを駆動し、こ
の駆動力を用いてコンプレッサを作動させ、内燃機関へ
新気を過給するターボチャージャのセラミック製ターボ
ホイールの製造方法であって、 セラミックスを主原料とし酸化助剤と有機結合剤を混合
した混練物を射出成形し、得られた射出成形体を脱脂し
て脱脂体とした後仮焼することによりターボホイールの
ハブ部と翼部を一体的に成形し、またセラミック繊維強
化セラミックを金型成形することによりターボホイール
のシャフト部を成形し、このターボホイールのハブ部と
翼部にシャフト部を嵌合させ、焼成することにより一体
化させることを特徴としている。
本発明において、セラミック製−ターボホイールを形成
するセラミック材料としては、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）
、炭化珪素（Ｓ ｉ Ｃ）等を用いることができる。
するセラミック材料としては、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）
、炭化珪素（Ｓ ｉ Ｃ）等を用いることができる。
ターボホイールを形成する繊維強化セラミックス（Ｆ
ＲＣ）に使用する強化繊維としてはセラミック繊維、例
えば炭化チタン繊維や炭化珪素繊維等を用いることがで
きる。このとき、セラミック繊維の配向は、応力の作用
と直交する方向に配向させてもよいし、ランダムでもよ
い。
ＲＣ）に使用する強化繊維としてはセラミック繊維、例
えば炭化チタン繊維や炭化珪素繊維等を用いることがで
きる。このとき、セラミック繊維の配向は、応力の作用
と直交する方向に配向させてもよいし、ランダムでもよ
い。
本発明のセラミック製ターボホイールの製造方法によれ
ば、得られたターボホイールはシャフト部をセラミック
繊維を混入することにより強化したため、シャフト部と
金属シャフト部の接合部での破損が防止され、大幅に耐
久性が向上する。
ば、得られたターボホイールはシャフト部をセラミック
繊維を混入することにより強化したため、シャフト部と
金属シャフト部の接合部での破損が防止され、大幅に耐
久性が向上する。
また、ターボホイールのハブ部、翼部とシャフト部を別
々に成形した後、焼成により一体化するため、ハブ部と
翼部を射出成形後、脱脂する際に、ターボホイール′を
一体成形する場合に比べ有機結合剤が除去される経路が
増えることなり、ハブ中央部の内部欠陥が大幅に低減さ
れる。
々に成形した後、焼成により一体化するため、ハブ部と
翼部を射出成形後、脱脂する際に、ターボホイール′を
一体成形する場合に比べ有機結合剤が除去される経路が
増えることなり、ハブ中央部の内部欠陥が大幅に低減さ
れる。
次に、本発明の実施例を図面を参考にして説明する。
ここで、第１図は本発明の実施例に係るセラミック製タ
ーボホイールの製造方法の各工程を示す概略構成図であ
る。
ーボホイールの製造方法の各工程を示す概略構成図であ
る。
平均粒径約１μｍの窒化珪素粉末を主成分とし、この窒
化珪素粉末に焼結助剤として酸化イツトリウム４重量％
とスピネル４重量％を添加すると共に、セラミック繊維
として長さ数鶴の炭化珪素繊維を７重量％添加したもの
を混合して混練物をつくる。この混練物を所定の金型に
入れ、プレスすることにより第１図（ａｌに示す形状の
シャフト部１を成形した。
化珪素粉末に焼結助剤として酸化イツトリウム４重量％
とスピネル４重量％を添加すると共に、セラミック繊維
として長さ数鶴の炭化珪素繊維を７重量％添加したもの
を混合して混練物をつくる。この混練物を所定の金型に
入れ、プレスすることにより第１図（ａｌに示す形状の
シャフト部１を成形した。
また、平均粒径約１μｍの窒化珪素粉末を主成分とし、
この窒化珪素粉末に焼結助剤として酸化イツトリウム４
重量％とスピネル４重量％を添加すると共に、有機バイ
ンダとしてパラフィン、アタクチックポリプロピレンを
１７重量％添加したものを混合して混練物をつくりペレ
ットとした。
この窒化珪素粉末に焼結助剤として酸化イツトリウム４
重量％とスピネル４重量％を添加すると共に、有機バイ
ンダとしてパラフィン、アタクチックポリプロピレンを
１７重量％添加したものを混合して混練物をつくりペレ
ットとした。
そして、このペレットを所定の金型に射出成形すること
により、第１図（ｂｌに示すように、ターボホイールの
ハブ部２と翼部３が一体化した射出成形体を得た。なお
、ハブ部２の中央には、シャフト部１の一端を挿入する
ために、シャフト部１の形状に対応した凹部４が形成さ
れている。
により、第１図（ｂｌに示すように、ターボホイールの
ハブ部２と翼部３が一体化した射出成形体を得た。なお
、ハブ部２の中央には、シャフト部１の一端を挿入する
ために、シャフト部１の形状に対応した凹部４が形成さ
れている。
この射出成形体を脱脂装置に入れ、脱脂処理を行った。
即ち、脱脂装置内に不活性ガスを導入し、装置内を不活
性ガスで置換した後、装置内を５℃／ｈｒの割合で４５
０℃まで加熱して脱脂を行った。
性ガスで置換した後、装置内を５℃／ｈｒの割合で４５
０℃まで加熱して脱脂を行った。
、〕のターボホイール形状の脱脂体を焼成炉に入れ、１
０００℃で２時間仮焼した後、所定寸法に粗加工した。
０００℃で２時間仮焼した後、所定寸法に粗加工した。
続いて、金型成形したシャフト部１の一端を、仮焼した
ハブ部２の凹部４に嵌め込み、焼成炉に入れ、不活性ガ
ス雰囲気中で１７５０℃で４時間焼成して一体化した。
ハブ部２の凹部４に嵌め込み、焼成炉に入れ、不活性ガ
ス雰囲気中で１７５０℃で４時間焼成して一体化した。
この結果、第１図（Ｃ）に示すようなセラミック製ター
ボホイール５が得られた。
ボホイール５が得られた。
得られたターボホイール５のシャフト部１を加工した後
、図示しない金属シャフトを焼き嵌めた。
、図示しない金属シャフトを焼き嵌めた。
（比較例）
平均粒径約１μｍの窒化珪素粉末を主成分とし、この窒
化珪素粉末に焼結助剤として酸化イツトリウム４重量％
とスピネル４重量％を添加すると共に、有機バインダと
してパラフィン、アタクチックポリプロピレンを１７重
量％添加したものを混合して混練物をつくりペレットと
した。そして、このペレットを所定の金型に射出成形す
ることにより、一体物のターボホイールの射出成形体を
得た。
化珪素粉末に焼結助剤として酸化イツトリウム４重量％
とスピネル４重量％を添加すると共に、有機バインダと
してパラフィン、アタクチックポリプロピレンを１７重
量％添加したものを混合して混練物をつくりペレットと
した。そして、このペレットを所定の金型に射出成形す
ることにより、一体物のターボホイールの射出成形体を
得た。
この射出成形体を脱脂装置に入れ、脱脂処理を行った。
即ち、脱脂装置内に不活性ガスを導入し、装置内を不活
性ガスで置換した後、装置内を５℃／ｈｒの割合で４５
０℃まで加熱して脱脂を行った。
性ガスで置換した後、装置内を５℃／ｈｒの割合で４５
０℃まで加熱して脱脂を行った。
続いて、この脱脂体の表面に有機ゴムを塗布し、乾燥後
、１０００ｋｇ／ｃｉの静水圧成形を行い、成形完了後
有機ゴムを焼却した。
、１０００ｋｇ／ｃｉの静水圧成形を行い、成形完了後
有機ゴムを焼却した。
次いで、成形したターボホイールを焼成炉に入れ、不活
性ガス雰囲気中で１７５０℃で４時間焼成した。得られ
たターボホイールのシャフト部に、実施例と同様に図示
しない金属シャフトを焼き嵌めた。
性ガス雰囲気中で１７５０℃で４時間焼成した。得られ
たターボホイールのシャフト部に、実施例と同様に図示
しない金属シャフトを焼き嵌めた。
上記実施例と比較例で得られたセラミック製ターボホイ
ールをターボチャージャに組み付け、ホットスピンテス
トを実施した。このホントスピンテストは、約９００℃
の排気ガスをターボホイールに供給し、−分間に１８万
回転の割で３分間行うことにより実施した。
ールをターボチャージャに組み付け、ホットスピンテス
トを実施した。このホントスピンテストは、約９００℃
の排気ガスをターボホイールに供給し、−分間に１８万
回転の割で３分間行うことにより実施した。
この結果、実施例で得られた１０本のセラミック製ター
ボホイールは、いずれも破損しなかったのに対し、比較
例で得られたセラミック製ターボホイールは、１０木中
４木がシャフト部より破損していた。
ボホイールは、いずれも破損しなかったのに対し、比較
例で得られたセラミック製ターボホイールは、１０木中
４木がシャフト部より破損していた。
以上より、本実施例により得られたセラミック製ターボ
ホイールの方が、従来のものより強度が上がり、耐久性
が向上しているのが判る。
ホイールの方が、従来のものより強度が上がり、耐久性
が向上しているのが判る。
以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲内において種々の実施態様を包含するものである。
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲内において種々の実施態様を包含するものである。
例えば、実施例ではセラミック材料として窒化珪素を用
いた例を示したが、他の材料、例えば炭化珪素を用いて
もよい。
いた例を示したが、他の材料、例えば炭化珪素を用いて
もよい。
以上より、本発明のセラミック製ターボホイールの製造
方法によれば、シャフト部を強化したため耐久性が大幅
に向上すると共に、脱脂時の内部欠陥が大幅に低減され
るため、生産性が向上するという優れた効果を奏する。
方法によれば、シャフト部を強化したため耐久性が大幅
に向上すると共に、脱脂時の内部欠陥が大幅に低減され
るため、生産性が向上するという優れた効果を奏する。
第１図は本発明の実施例に係るセラミック製ターボホイ
ールの製造方法の各工程を示す概略構成図である。 １−−−−−−−シャフト部 ２・・−・−ハブ部 ３−−−−−−一翼部 ４−・−・−凹部 ５−・−セラミック製ターボホイール 出願人 トヨタ自動車株式会社 第１図 （Ｃ’）
ールの製造方法の各工程を示す概略構成図である。 １−−−−−−−シャフト部 ２・・−・−ハブ部 ３−−−−−−一翼部 ４−・−・−凹部 ５−・−セラミック製ターボホイール 出願人 トヨタ自動車株式会社 第１図 （Ｃ’）
Claims (1)
- （１）内燃機関の排気ガスによってタービンを駆動し、
この駆動力を用いてコンプレッサを作動させ、内燃機関
へ新気を過給するターボチャージャのセラミック製ター
ボホィールの製造方法であって、 セラミックスを主原料とし酸化助剤と有機結合剤を混合
した混練物を射出成形し、得られた射出成形体を脱脂し
て脱脂体とした後仮焼することによりターボホィールの
ハブ部と翼部を一体的に成形し、またセラミック繊維強
化セラミックを金型成形することによりターボホィール
のシャフト部を成形し、このターボホィールのハブ部と
翼部にシャフト部を嵌合させ、焼成することにより一体
化させることを特徴とするセラミック製ターボホィール
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14087985A JPS621502A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | セラミツク製タ−ボホイ−ルの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14087985A JPS621502A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | セラミツク製タ−ボホイ−ルの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS621502A true JPS621502A (ja) | 1987-01-07 |
Family
ID=15278887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14087985A Pending JPS621502A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | セラミツク製タ−ボホイ−ルの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS621502A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02141457A (ja) * | 1988-11-22 | 1990-05-30 | Matsushita Electric Works Ltd | セラミックス刃物とその製造方法 |
| US5961916A (en) * | 1997-03-27 | 1999-10-05 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of manufacturing a passage tube for passing plasma producing gas |
-
1985
- 1985-06-27 JP JP14087985A patent/JPS621502A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02141457A (ja) * | 1988-11-22 | 1990-05-30 | Matsushita Electric Works Ltd | セラミックス刃物とその製造方法 |
| US5961916A (en) * | 1997-03-27 | 1999-10-05 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of manufacturing a passage tube for passing plasma producing gas |
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