JPS6240522B2 - - Google Patents
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- JPS6240522B2 JPS6240522B2 JP58028632A JP2863283A JPS6240522B2 JP S6240522 B2 JPS6240522 B2 JP S6240522B2 JP 58028632 A JP58028632 A JP 58028632A JP 2863283 A JP2863283 A JP 2863283A JP S6240522 B2 JPS6240522 B2 JP S6240522B2
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Classifications
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- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
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-
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-
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
本発明は翼部とハブ部との接合部の気体出口側
つけ根部にクラツクのない機械的強度の強いラジ
アル型セラミツクタービンローターおよびその製
造法に関するものである。 窒化珪素、炭化珪素、サイアロン等のシリコン
セラミツクスは耐熱性および耐熱衝撃性に優れて
おり、又軽量であるためガスタービンエンジン、
デイゼルエンジン等の構造材料として注目されて
おり、とりわけこれらのセラミツク材料から成る
ラジアル型タービンローターは、金属製タービン
ロータに比べ軽量でしかも高温で使用でき、さら
に極めて熱効率に優れているため、自動車エンジ
ン用ターボチヤージヤーローターあるいはガスタ
ービンローター等として注目されている。そして
このラジアル型タービンローターは形状が複雑で
あるため、通常、射出成形法等により成形されて
いる。しかし乍ら、セラミツクス原料を射出成形
に用いるには可塑剤として多量の樹脂、ワツクス
等を加えなければならないため、セラミツク原料
よりなる射出成形後のラジアル型タービンロータ
ーより樹脂、ワツクス等を加熱あるいは焼成によ
り除去する際、その構造上翼部とハブ部との接合
部の気体出口側つけ根部の厚みが急激に変化する
ため脱樹脂、脱ワツクスが不均一におこり、その
ため成形体の密度が不均質となり脱脂時または焼
成時に局所的な収縮差が生じて引張応力により、
翼部とハブ部との接合部の気体出口側つけ根部に
クラツクが生じ易い欠点があつた。 本発明は従来のこのような欠点を解決するため
になされた翼部とハブ部との接合部の気体出口側
つけ根部にクラツクの発生のないラジアル型セラ
ミツクタービンローターおよびその製造法に関す
るものであり、軸部と、該軸部に一体的に連結し
たハブ部と、該ハブ部と一体的に形成された翼部
とから成り、前記ハブ部の気体出口側端面が前記
翼部の気体出口側つけ根部より突出した形状のラ
ジアル型タービンローターにおいて、前記翼部と
ハブ部との接合部の前記気体出口側つけ根部のす
み肉部が3Rmm以上の曲面に形成されているラジ
アル型セラミツクタービンローターおよび焼成後
の翼部とハブ部との接合部の前記気体出口側つけ
根部のすみ肉部が3Rmm以上の曲面となるタービ
ンローターをセラミツク原料を用いて射出成形に
より成形し、後脱脂した後常圧下で焼成するラジ
アル型セラミツクタービンローターの製造法であ
る。 本発明の更に詳しい構成を製造法について述べ
れば、窒化珪素、炭化珪素、サイアロンあるいは
焼成によりこれらを生成する物質から選ばれる少
くとも一種好ましくはそのいずれか一種より成る
原料に可塑剤として樹脂およびワツクス等を添加
しさらに好ましくは窒化珪素の場合、Y2O3、
MgAl2O4、MgO、CeO2、SrO等の焼結助剤、又
炭化珪素の場合、Be、Al、Ｂ、Ｃ等の焼結助剤
を加えて混合混練し、射出成形用のセラミツク原
料を調製する。そして第１図に示すように、焼成
後の翼部１とハブ部２との接合部の気体出口側つ
け根部のすみ肉部３が3Rmm以上好ましくは10Rmm
以下、より好ましくは4Rmm〜6Rmmの曲面を形成
するように調整された射出用金型を用いて前記セ
ラミツク原料を射出成形する。 次いで射出成形によつて得られた成形体中に含
まれる樹脂およびワツクス等の可塑剤を加熱によ
り除去して脱脂を行う。 この加熱条件は、樹脂およびワツクス等の種
類、含有量によつても異なるがほぼ300〜600℃の
温度まで100℃／hr以下、好ましくは10℃／hr以
下の昇温速度で昇温し、加熱を行つて脱脂を行
う。そして脱脂後必要に応じて仮焼および静水加
圧を行う。仮焼は成形体の取扱いを容易にし、機
械加工に必要な強度を付与するため800〜1200℃
の温度で行う。また、静水加圧は脱脂後の成形体
を弾性体の袋で覆い500〜5000Kg／cm2の圧力で行
ない成形体を緻密化する。その後成形体は原料材
質の種類に応じてそれぞれの材質が完全に焼結す
る温度例えば1600〜2200℃で10〜200分間程度焼
成を行う。尚、セラミツクスの原料として焼成す
ることにより窒化珪素、炭化珪素、サイアロン等
を生成する原料を用いるときは、焼成温度は勿論
のこと雰囲気も極めて重要であり、例えば窒化珪
素の場合は窒素雰囲気、炭化珪素の場合はアルゴ
ン雰囲気で行う。そして焼成により翼部１とハブ
部２との接合部の気体出口側つけ根部のすみ肉部
３が3Rmm以上の曲面を有するつけ根部のすみ肉
部にクラツクのない本発明のラジアル型セラミツ
クタービンローターが得られる。なお、焼成後の
翼部とハブ部との接合部の気体出口側つけ根部の
すみ肉部を3Rmm以上の曲面に限定する理由は3R
mm未満の曲面であると、翼部とハブ部との接合部
の気体出口側つけ根部の厚みの変化が急激になる
ため脱脂が不均一になり、密度の不均一が生ずる
ため局部的な収縮差が発生し、引張応力によりク
ラツクが発生するからである。また10Rmmよりも
大きくなるとローターの空力特性が低下し易くな
るため10Rmm以下である方が好ましい。 次に本発明の効果を実施例に基づいて説明す
る。平均粒径0.5μのSi3N4粉末100重量部に焼結
助剤としてMgO3重量部、SrO2重量部、CeO22重
量部および可塑剤としてポリプロピレン樹脂を15
重量部加えて混合混練し、射出成形用セラミツク
原料を調製した。そして翼の最大直径が60mmで焼
成後翼部とハブ部との接合部の気体出口側のすみ
肉部が第１表に示した数値の曲面を有するラジア
ル型タービンローターを得るため、前記セラミツ
ク原料を、前記所定寸法となるよう調整された金
型を用いて射出成形した。その後これらの成形体
を５℃／hrの昇温速度で500℃迄昇温し、500℃で
10時間加熱して脱脂を行い、後、脱脂した成形体
をゴム袋中に入れて3000Kg／cm2の圧力で静水加圧
を行なつて緻密化し、次いで窒素雰囲気中で1720
℃で30分焼成した。焼成後のローターについての
クラツクの発生状態を第１表に併記した。焼成後
翼部とハブ部との接合部の気体出口側のすみ肉部
が3Rmm以上曲面を有する本発明のローター（試
料１〜試料４）は、クラツクの発生が全く認めら
れなかつたのに対しすみ肉部が3Rmmより小さい
曲面のローター（試料５および試料６）は、翼部
とハブ部との接合部の気体出口側のすみ肉部にい
ずれもそれぞれ３mm、６mmの長さのクラツクが発
生していた。そしてこれらの試料を用いて回転試
験を行うためにローターの動不つりあいをいずれ
も0.05gcmに研削調整した後、金属製シヤフトを
取りつけ全体の動不つりあいを0.001gcmにさらに
バランス調整し、回転試験機により徐々に回転数
を増やしながら試験を行つた。その結果、本発明
のローター（試料１〜試料４）は、150000RPM
の回転数でも破壊しなかつたのに対し、本発明外
のローター（試料５および試料６）は70000RPM
以下の回転数で破壊した。
つけ根部にクラツクのない機械的強度の強いラジ
アル型セラミツクタービンローターおよびその製
造法に関するものである。 窒化珪素、炭化珪素、サイアロン等のシリコン
セラミツクスは耐熱性および耐熱衝撃性に優れて
おり、又軽量であるためガスタービンエンジン、
デイゼルエンジン等の構造材料として注目されて
おり、とりわけこれらのセラミツク材料から成る
ラジアル型タービンローターは、金属製タービン
ロータに比べ軽量でしかも高温で使用でき、さら
に極めて熱効率に優れているため、自動車エンジ
ン用ターボチヤージヤーローターあるいはガスタ
ービンローター等として注目されている。そして
このラジアル型タービンローターは形状が複雑で
あるため、通常、射出成形法等により成形されて
いる。しかし乍ら、セラミツクス原料を射出成形
に用いるには可塑剤として多量の樹脂、ワツクス
等を加えなければならないため、セラミツク原料
よりなる射出成形後のラジアル型タービンロータ
ーより樹脂、ワツクス等を加熱あるいは焼成によ
り除去する際、その構造上翼部とハブ部との接合
部の気体出口側つけ根部の厚みが急激に変化する
ため脱樹脂、脱ワツクスが不均一におこり、その
ため成形体の密度が不均質となり脱脂時または焼
成時に局所的な収縮差が生じて引張応力により、
翼部とハブ部との接合部の気体出口側つけ根部に
クラツクが生じ易い欠点があつた。 本発明は従来のこのような欠点を解決するため
になされた翼部とハブ部との接合部の気体出口側
つけ根部にクラツクの発生のないラジアル型セラ
ミツクタービンローターおよびその製造法に関す
るものであり、軸部と、該軸部に一体的に連結し
たハブ部と、該ハブ部と一体的に形成された翼部
とから成り、前記ハブ部の気体出口側端面が前記
翼部の気体出口側つけ根部より突出した形状のラ
ジアル型タービンローターにおいて、前記翼部と
ハブ部との接合部の前記気体出口側つけ根部のす
み肉部が3Rmm以上の曲面に形成されているラジ
アル型セラミツクタービンローターおよび焼成後
の翼部とハブ部との接合部の前記気体出口側つけ
根部のすみ肉部が3Rmm以上の曲面となるタービ
ンローターをセラミツク原料を用いて射出成形に
より成形し、後脱脂した後常圧下で焼成するラジ
アル型セラミツクタービンローターの製造法であ
る。 本発明の更に詳しい構成を製造法について述べ
れば、窒化珪素、炭化珪素、サイアロンあるいは
焼成によりこれらを生成する物質から選ばれる少
くとも一種好ましくはそのいずれか一種より成る
原料に可塑剤として樹脂およびワツクス等を添加
しさらに好ましくは窒化珪素の場合、Y2O3、
MgAl2O4、MgO、CeO2、SrO等の焼結助剤、又
炭化珪素の場合、Be、Al、Ｂ、Ｃ等の焼結助剤
を加えて混合混練し、射出成形用のセラミツク原
料を調製する。そして第１図に示すように、焼成
後の翼部１とハブ部２との接合部の気体出口側つ
け根部のすみ肉部３が3Rmm以上好ましくは10Rmm
以下、より好ましくは4Rmm〜6Rmmの曲面を形成
するように調整された射出用金型を用いて前記セ
ラミツク原料を射出成形する。 次いで射出成形によつて得られた成形体中に含
まれる樹脂およびワツクス等の可塑剤を加熱によ
り除去して脱脂を行う。 この加熱条件は、樹脂およびワツクス等の種
類、含有量によつても異なるがほぼ300〜600℃の
温度まで100℃／hr以下、好ましくは10℃／hr以
下の昇温速度で昇温し、加熱を行つて脱脂を行
う。そして脱脂後必要に応じて仮焼および静水加
圧を行う。仮焼は成形体の取扱いを容易にし、機
械加工に必要な強度を付与するため800〜1200℃
の温度で行う。また、静水加圧は脱脂後の成形体
を弾性体の袋で覆い500〜5000Kg／cm2の圧力で行
ない成形体を緻密化する。その後成形体は原料材
質の種類に応じてそれぞれの材質が完全に焼結す
る温度例えば1600〜2200℃で10〜200分間程度焼
成を行う。尚、セラミツクスの原料として焼成す
ることにより窒化珪素、炭化珪素、サイアロン等
を生成する原料を用いるときは、焼成温度は勿論
のこと雰囲気も極めて重要であり、例えば窒化珪
素の場合は窒素雰囲気、炭化珪素の場合はアルゴ
ン雰囲気で行う。そして焼成により翼部１とハブ
部２との接合部の気体出口側つけ根部のすみ肉部
３が3Rmm以上の曲面を有するつけ根部のすみ肉
部にクラツクのない本発明のラジアル型セラミツ
クタービンローターが得られる。なお、焼成後の
翼部とハブ部との接合部の気体出口側つけ根部の
すみ肉部を3Rmm以上の曲面に限定する理由は3R
mm未満の曲面であると、翼部とハブ部との接合部
の気体出口側つけ根部の厚みの変化が急激になる
ため脱脂が不均一になり、密度の不均一が生ずる
ため局部的な収縮差が発生し、引張応力によりク
ラツクが発生するからである。また10Rmmよりも
大きくなるとローターの空力特性が低下し易くな
るため10Rmm以下である方が好ましい。 次に本発明の効果を実施例に基づいて説明す
る。平均粒径0.5μのSi3N4粉末100重量部に焼結
助剤としてMgO3重量部、SrO2重量部、CeO22重
量部および可塑剤としてポリプロピレン樹脂を15
重量部加えて混合混練し、射出成形用セラミツク
原料を調製した。そして翼の最大直径が60mmで焼
成後翼部とハブ部との接合部の気体出口側のすみ
肉部が第１表に示した数値の曲面を有するラジア
ル型タービンローターを得るため、前記セラミツ
ク原料を、前記所定寸法となるよう調整された金
型を用いて射出成形した。その後これらの成形体
を５℃／hrの昇温速度で500℃迄昇温し、500℃で
10時間加熱して脱脂を行い、後、脱脂した成形体
をゴム袋中に入れて3000Kg／cm2の圧力で静水加圧
を行なつて緻密化し、次いで窒素雰囲気中で1720
℃で30分焼成した。焼成後のローターについての
クラツクの発生状態を第１表に併記した。焼成後
翼部とハブ部との接合部の気体出口側のすみ肉部
が3Rmm以上曲面を有する本発明のローター（試
料１〜試料４）は、クラツクの発生が全く認めら
れなかつたのに対しすみ肉部が3Rmmより小さい
曲面のローター（試料５および試料６）は、翼部
とハブ部との接合部の気体出口側のすみ肉部にい
ずれもそれぞれ３mm、６mmの長さのクラツクが発
生していた。そしてこれらの試料を用いて回転試
験を行うためにローターの動不つりあいをいずれ
も0.05gcmに研削調整した後、金属製シヤフトを
取りつけ全体の動不つりあいを0.001gcmにさらに
バランス調整し、回転試験機により徐々に回転数
を増やしながら試験を行つた。その結果、本発明
のローター（試料１〜試料４）は、150000RPM
の回転数でも破壊しなかつたのに対し、本発明外
のローター（試料５および試料６）は70000RPM
以下の回転数で破壊した。
【表】
以上述べたように、本発明のラジアル型セラミ
ツクタービンローターおよびその製造法は、ター
ビンローターの翼部とハブ部との接合部の気体出
口側つけ根部のすみ肉部を3Rmm以上の曲面に一
体に射出成形することによつて、製造時に最もク
ラツクが発生し易いつけ根部のすみ肉部に全くク
ラツク発生のない機械的強度の強いタービンロー
ターが得られるものであつて、デイーゼルエンジ
ンおよびガソリンエンジン用のターボチヤージヤ
ー用ローターおよびガスタービンエンジンのロー
ター等のラジアル型セラミツクタービンローター
として利用でき、産業上極めて有用である。
ツクタービンローターおよびその製造法は、ター
ビンローターの翼部とハブ部との接合部の気体出
口側つけ根部のすみ肉部を3Rmm以上の曲面に一
体に射出成形することによつて、製造時に最もク
ラツクが発生し易いつけ根部のすみ肉部に全くク
ラツク発生のない機械的強度の強いタービンロー
ターが得られるものであつて、デイーゼルエンジ
ンおよびガソリンエンジン用のターボチヤージヤ
ー用ローターおよびガスタービンエンジンのロー
ター等のラジアル型セラミツクタービンローター
として利用でき、産業上極めて有用である。
第１図は本発明のラジアル型タービンローター
を具体的に説明する説明図である。 １……翼部、２……ハブ部、３……すみ肉部、
４……軸部。
を具体的に説明する説明図である。 １……翼部、２……ハブ部、３……すみ肉部、
４……軸部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 軸部と、該軸部に一体的に連結したハブ部
と、該ハブ部と一体的に形成された翼部とから成
り、前記ハブ部の気体出口側端面が前記翼部の気
体出口側つけ根部より突出した形状のラジアル型
タービンローターにおいて、前記翼部とハブ部と
の接合部の前記気体出口側つけ根部のすみ肉部が
3Rmm以上の曲面に形成されていることを特徴と
するラジアル型セラミツクタービンローター。 ２ 軸部と、該軸部に一体的に連結したハブ部と
該ハブ部と一体的に形成された翼部とから成り、
前記ハブ部の気体出口側端面が、前記翼部の気体
出口側つけ根部より突出した形状のラジアル型タ
ービンローターの製造法において、焼成後の翼部
とハブ部との接合部の前記気体出口側つけ根部の
すみ肉部が3Rmm以上の曲面となるタービンロー
ターをセラミツク原料を用いて射出成形により成
形し、後脱脂した後常圧下で焼成することを特徴
とするラジアル型セラミツクタービンローターの
製造法。 ３ セラミツクス原料が窒化珪素、炭化珪素、サ
イアロンあるいは焼成により、これらを生成する
物質のいずれか１種又は２種以上より成る特許請
求の範囲第２項記載のラジアル型セラミツクター
ビンローターの製造法。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP58028632A JPS59155501A (ja) | 1983-02-24 | 1983-02-24 | ラジアル型セラミツクタ−ビンロ−タ−およびその製造法 |
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| EP84301163A EP0117721B1 (en) | 1983-02-24 | 1984-02-23 | A method of producing a radial type ceramic turbine rotor |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP58028632A JPS59155501A (ja) | 1983-02-24 | 1983-02-24 | ラジアル型セラミツクタ−ビンロ−タ−およびその製造法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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- 1984-02-23 CA CA000448110A patent/CA1239381A/en not_active Expired
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