JPS62237117A

JPS62237117A - 回転動力伝達機構

Info

Publication number: JPS62237117A
Application number: JP7827186A
Authority: JP
Inventors: Masaya Ito; 正也伊藤; Noboru Ishida; 昇石田; Toru Matsuura; 徹松浦
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1986-04-07
Filing date: 1986-04-07
Publication date: 1987-10-17

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）この発明は、セラミックスよりなる回転体に回転動力を
伝達する機構の改良に関する。

（従来の技術）一般に、セラミックスは耐熱性、耐食性、摺動性に優れ
、比重が小さく部品の軽量化が図れるので、高温、高圧
ガス、液体等の流体を用いるボールバルブ、内燃機関の
ガス流量制御バルブに用いられており、従来は、第５図
に示すようにセラミックスよりなる回転偉人は、金属よ
りなる回転伝達部０と両者の係合部（Ｏ［］、すなわち
、一方は突出横条（０他方は嵌合凹溝Ｏを形成し、これ
ら係合部（Ｃ１（Ｄｌが嵌合することにより一方より他
方に回転が伝達されるのである。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、両者の回転軸がある角度をもって傾斜し
ている場合、セラミックの突出横条（０（凹溝の場合も
同じ）の根元から破損したり、エツジ部分にチッピング
を生じるものであり、完全な回転力の伝達をすることが
できない。回転軸が傾斜しない場合でも急激な応力が加
わると同様に破損、チッピングが生ずるものである。そ
こで、この発明は、上記従来のものの欠点を改善するも
のであり、セラミックスの特性を生かしながら、完全に
回転動力を伝達しようとするものである。

（問題点を解決するための手段）セラミックスよりなる回転体に回転動力を与えるに当り
、伝達部分を熱膨張係数の低い金属よりなる係合部とし
たものであり、更には、上記金属を選ばれる混合焼結体
により形成し、その上、セラミックスに接合する金属係
合部にあっては、セラミックス側の金属とセラミックス
の間に、耐力１５に９／ｗ”以下の金属板を介在させあ
るいは上記焼結体と金属との間に金属板を介在させてな
るものである。

なお、金属とセラミックスとの間に用いられる金属板は
、いわゆる軟質金属であり、銀、銅、ニッケル、鉄など
のうち室温の耐力で１５　Ｋ７／１ｒｒｒｎ　”以下で
あることが好ましいものであり、銀９９９６、銅ＪＩＳ
　Ｈ３１００記載のＭ度９９％のもの、ニッケルはＪＩ
Ｓ　Ｈ４５０１，４５０２がよく、鉄は米国標準純鉄、
カーボニール鉄、電解鉄、アームコ鉄がよい。そして、
軟質金属は、セラミックスとの接合部の径の１．５〜２
０９６であり、係合部に用いる金属は、高強度で熱膨張
係数が低いことが要求される。

（作用）上記のように構成されるので、セラミックスと金属の係
合部が、セラミックス端に設ける金属と他方の金属部と
が係合し、一方より他方に回転力を伝えるので、チッピ
ングあるいは破損等が生じないものである。

（実施例）この発明を図に示す実施例により更に説明する、（１）
は窒化ケイ素、サイアロン等のセラミックスよりなる回
転体、（２）は金属よりなる回転伝達部であり、両者に
それぞれ係合部（５）、（６）をもち、一方の係合部突
出横条（５）は、他方の係合部である凹溝（６）に嵌合
して回転を伝達する。（３）は金属混合焼結体であり、
セラミックスが窒化ケイ素の場合、その曲げ強度は高強
度のものでも９０ＫｊＦ／間”であるから、これよりも
強度が高いことが要求され、接合後の残留応力を少くし
、上記回転体を使用する環境の温度変化が大きい場合に
接合体として安定するためには、熱膨張係数が低いこと
が望まれる。

セラミックスとして窒化ケイ素を用いる場合、この熱膨
張係数は約３　Ｘ　１０”’／Ｃであるから、これに近
似する熱膨張係数であることが望ましい。−１−記条件
を満足する金属材料としてはサーメット、ヘビーメタル
が与げられ、サーメットは、ＷＣ，ＴｉＣＴｉＮ、　Ｍ
ｏ１Ｃ，ＴａＣ，ＮｂＣ，Ｃｒ５Ｃｔから選ばれる１種
以上とＣｏ　、　Ｎｉ　、　Ｔｉ　、？ｖｌｏ、　Ｆｅ
から選ばれる１種じＩＩ−）−Ｍ漬「Ｍ浮木名り物・ｈ
）二汁ス・［！膏Ｌｔ、リイ上でネｔ１　　ヘビーメタ
ルは、Ｗ、Ｍｏから選ばれる１種以上とＦｅ。

Ｎｉ　、　Ｃｏ　、　Ｃｕ、　Ｔｉから選ばれる１種以
上と不可避不純物からなる焼結体である。

（４）は室温で耐力ｘｓＫｙ／ｗ”の軟質金属板であり
、上記焼結金属体（３）とセラミックス（１）との間に
介在される。この接合は、一般の接合方法であり、例え
ば、あらかじめセラミックス表面をメタライズした後、
ろう付する方法（Ｍｏ−Ｍｎ法、蒸着法）活性金属を含
むろう材によりろう付けする方法（活性金属法）固相で
の金属の拡散を利用する方法（固相拡散法）等である。

また第４図に示すように、焼結金属（３）を軟質金属板
（４）（７１を介して１．金属シャフト（ステンレス）
ｕＯ）に連結し、他方はセラミックスよりなる弁体（１
）に接合することもできる。

第２図乃至第４図に示すものは、高温高圧流体用ボール
バルブであり、鋳鉄あるいはステンレス配管（９）内に
シールリング（８）を介して中央に開口部（１２）を具
えるセラミックスよりなるボール（１）が密嵌されてお
り、（１１）は操作杆であって、金属よりなる回転伝達
部（２）に連結され、操作杆（１］）の回動により、ボ
ール（１）の開１１部（］２）が高温高圧流体の流路（
１３）を開閉するものである。Ｐは高圧負荷のかけられ
る方向を示す。したがって、弁が閉じられると、ボール
（１）には図示矢印方向の力が加えられ、これを回転さ
せようとする操作杆（１１）の回動に対して、係合部、
接合部には大きい負荷が加わるのであるが、その係合部
を金属により構成するので、円滑に回動できるものであ
る。

また、ボールにおける金属係合部の接合面は、ボールの
球体の精密仕上後、球体一部を削除して設けられるのが
、精密仕上げに影響を与えない上で望ましいものである
。

実施例において用いる金属材料は第１表のとおりであり
、その接合方法は第２表に示すとおりである。

第１表（材料特性）本は０２％耐力第２表（接合方法）Ａ・・・・・・φ１．２ＸＡ’３０調　Ｓｉ　ｓ　ＮＩ
軸Ｂ・・・・・・φ１．２　、　ｔ　５．ＯＷＣ板Ｃ・
・・・・・φ１．２．ｔ５．ｏ　Ｗ板Ｄ・・・・・・φ
１．２Ｘ　ｔ　Ｏ，２Ｎｉ　　板（９９７％）Ｅ・・・
・・・φ１．２　、　ｊ　１．２　　Ｎｉ　　板（〃）
Ｆ・・・・・・φ１．２　、　ｔ　０．２　　Ｃｕ板（
９９，９７％）Ｇ・・・・・・φ１．２　、　ｔ　０．
２　　Ｆｅ板（９９，５％）（実施例　１） ’ｎ　−Ｎｉ　−Ａｇ−Ｃｕの２５０メツシユ以下の粉
末を重量％で５：３０：５０：１５の比率で調合し、バ
インダーとしてエチルセルロース、溶剤としてブチルカ
ルピトールを適量添加して、アルミナ珪石を用いてアル
ミナポット内で１０時間粉砕混合した。

上記笥２表Ａ（軸）の端面に１００μｍの厚さでペース
トを塗布した後、同様第２表のＤを載せ、その上に５０
μｍの銀７２％、銅２８％のろう箔を載せ、その上に（
Ｂ）を載せた後、Ｎ、「１月こ２５００　ｔＺ’’ｙ＄
　ｉ＜　ｌ　ｙ　ｈ”　−１，ｔｂ　ｋ　　Ｔ−Ｔ　−
ｒＬ＋　Ｉ　Ｉ’１ｎｌｌ？Ｔ　’７’ｆｌｌ泗Ｌｔｌ
ｅ６　ｌ。

た。

そして、ＷＣ板を第１図のようにダイヤモンドホイール
にて加工し、接合体のねじり強度を測定したところ、６
　Ｋｙ　／　ｍｍであった。

比較として窒化ケイ素を第５図の従来のものを作製して
ねじりトルクを測定したところ２．１　’）７ｍで破壊
した。同様第３表に示す、ｂ、ｃ、ｄ、ｅも強度を測定
した。

第　　３　　表（実施例　２）実施例１の接合体ａの接合構造で、第２図に示すセラミ
ックボールバルブを製作した。

ボール（１）と金属体（３）（３）の間には厚さ０．２
０ｍｍのＮｉ板を介在させる。ボール（１）とシールリ
ング（８）は流体の謡出を防止するため、５μｍの精度
ですり合せ部を球面加工し、高温流体の開口部（１，Ｚ
通過に伴う膨張、収縮によるｔ脣出を防止するため、シ
ールリング（８）は５　ＫＦ／ｌｒｒｗｒ　’の面圧が
かかるようになっている。こうして、配管（９）内に流
体を流して開閉テストを行った。

［ａ）　　高温２５０Ｃ１高圧３０　Ｋ７７ｃｍ　’の
流体を給送中、球形弁体を９Ｘ１０’回転させたところ
ボール（１）の破壊、クラック・チッピング等の異常が
なく、接合部も異常がない。

［ｂｌ　　高温８５０Ｃ１高圧３０　Ｋ／／ｃｍ　”の
流体を給送中、ボール（１）も１０００サイクル／ｍｍ
のスピードで開閉をくり返し２０００時間続けたところ
ボールモ接合部にもクラック・チッピング等の異常が認
められない。

（実施例　３）窒化ケイ素とＮｉ板の接合用金属がＴｉ　−Ｎ１（１０
：８０）素材料であり、接合条件が１１０Ｏｒであるこ
とを除き、他は実施例２と同様の接合拾遺とセして、ボール（１）とＷＣを生成物とす板（９）を接合
した後、金ｖ、＋３）を第３図のように加工し、実施例
２・と同様の開閉テスｌ−（ａｌ（ｂｌを行なったが異
常が認められなかった。

更に高温１０００Ｃ１高温８０　Ｋｙ／ｃｍ　’の流体
を給送し、１０００サイクル／ｍ１ｒｒのスピードで開
閉をくり返し、２００時間続けたが異常がなかった。

（発明の効果）以−ヒのとおり、係合部を特に熱膨張係数の低い金属で
形成したものであるから、充分に軽量のものであって、
更に、破壊のないセラミックスよりなる回転動力伝達Ｃ
Ｉ　ＪＩＧが得られるという優れた効果をもつものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示し、第２図はボールバル
ブに通用した図であり、第３図（ｂｌ山）はボールの正
面、側面を示し、第４図ボールの他の実施例、第５図は
従来のものを示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セラミックスよりなる回転体に回転動力を伝達す
るに当り、伝達部分を熱膨張係数の低い金属よりなる係
合部とした回転動力伝達機構。
（２）金属よりなる係合部は、ＷＣ、ＴｉＣ、Ｍｏ＿２
Ｃ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｃｒ＿３Ｃ、＿２から選ばれる１
種以上のものとＣｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｆｅから選ば
れた１種以上のものとの混合焼結体である特許請求の範
囲第１項に記載の回転動力伝達機構。
（３）金属よりなる係合部は、Ｗ、Ｍｏから選ばれる１
種以上とＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｔｉから選ばれる１
種以上との混合焼結体である特許請求の範囲第１項に記
載の回転動力伝達機構。
（４）セラミックス回転体に接合する金属よりなる係合
部は、金属もしくは金属の混合焼結体の接合側に、耐力
１５Ｋｇ／ｍｍ＾２以下の金属板を介在させてなる特許
請求の範囲第１項に記載の回転動力伝達機構。
（５）金属よりなる係合部は、金属と混合焼結体とを、
耐力１５Ｋｇ／ｍｍ＾２以下の金属板を介在させて構成
してなる特許請求の範囲第１項に記載の回転動力伝達機
構。