JPS6256621A - セラミツク軸と金属軸の接合構造 - 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） 本発明は構造用セラミック部品、エンジン部品（ターボ
チャーシイピストン、口金、吸排気バルブ等）電子管、
真空気密端子等に於て、セラミック軸と金属軸の接合の
改良に存する。

（従来の技術）（発明が改良しようとする問題点）従来
セラミック軸と金属軸とを接合するに当っては、セラミ
ック軸の接続端をや＼細くした雄体とし、金属軸の接続
端の雌体中に挿入し、焼嵌めするか或はセラミック軸端
の外径は変えることなく、金属軸の端部の外径を大きく
し、前記同様に挿入して焼嵌めする構造が知られており
、両、神のつき合せ端はロー付けにより接合されている
ものもあった。しかしこのような構造では温度上昇に伴
ない、金属軸端が外径方向へ膨張することによって、接
合不全をひき起すおそれがあり、又接続端面をロー付け
してあっても、ローの酸化によって接合強度の低下が避
けられないという難点があった。これに対する対策とし
て特願昭５９−２１２０７０ではスリーブを用いるとと
もに、セラミック軸との間を低膨張ガラスにより接合し
、セラミック軸にかかる絞り応力を緩和することにより
セラミック割れを解消するものであり、特願昭５９−２
１０２７９では金属又はセラミックスリーブを用い、内
部の軸の同じ材質のものとスリーブとを接合するととも
に、軸の端面接合に用いられているロー材の酸化をスリ
ーブによって防止する本のであり、更に特願昭５９−２
４７３４９ではセラミック軸と金属軸の間に低膨張金属
と低ヤング率メタルからなる緩＠層をある厚みの範囲と
することにより接合強度を高めようとするものであって
、それぞれ一応の成果を収めてはいるもののなおスリー
ブ接続による基本的課題であるセラミック割れ防止はな
お改良さるべきものであった。

即ち、従来のスリーブ接続例を第５図により説明すると
、セラミック軸１と金属軸２とがその端面をロー付３す
るとともに、それら接続部分をおおう金属スリーブ４の
内面はロー付３されている。

この場合セラミック軸表面とスリーブとの間はロー溜り
となるが、このロー溜りによる締め付は力が大きいので
、セラミック軸が割れてしまうことがある。ところがこ
のロー溜りは制御するのが困難であり、ロー溜りを作ら
ないようにするにはロー材の量を減らす訳であるが、逆
にスリーブ内面全体にロー材が行き渡らなくなり、空隙
を生じ、全体に均一な締めつけ力が作用しなくなり、製
品としてはバラツキが大きくなるという欠点を持ってい
る。なおロー材を用いることなくスリーブを単に焼成め
した場合は図示してないが同様にセラミック軸に締め付
は力が大きく響きセラミック割れを生じることは明らか
である。

（問題点を解決しようとする手段） 本発明は上記の如き実情に鑑み鋭意検討の結果なされた
もので、金属スリーブがセラミック軸に及ぼす前記の如
き締め付は力を少なくするため。

スリーブ内面に於てセラミック側の内径を大きくするよ
うに段差を付け、このスリーブを用いて、焼成めするか
ロー付けするか或いは焼成めとロー付けを併用すること
（二よりセラミック割れの発生のおそれのない接続構造
を提供しようとするものである。

（実施例） 以下図面を参照しっ＼本発明の詳細な説明する。

以下の図面でも第５図と同様な部分には同一符号が付さ
れている。

第１図に於て窒化珪素を主成分とするセラミック軸１と
５ＵＳ６３０からなる金属軸２とを端面間にｃｕ／　Ｈ
３１，Ｎ、／　Ｃｕからなる緩衝板５を介在させ、ロー
付けするとともに金属スリーブ４の内面にも段差をつけ
てセラミック側の内径を大きくし、鉄鋼共晶ローでロー
付け３しである。なおロー付けはＨ８炉中で８００℃に
加熱することによって行なわれる。このようにすること
によりセラミック軸１と金属軸２との間は緩衝板５の作
用により熱膨張係数の差による悪影響を解消し、かつ外
部の金属スリーブ４と金属軸２とはロー付け３により強
固に一体化されるとともに、同スリーブ４の内径はセラ
ミック側ζ二於て大きく構成されていることにより、ロ
ー溜りとならず、従ってローによる圧縮力をセラミック
軸に及ぼさず、セラミック割れの発生を防止することが
できた。

第２図は他の実施例で第１因と異なるところは、セラミ
ック軸１の端部の外表面に薄い応力緩衝層５を設けたこ
とにある。従ってセラミック軸１の外表面の前記応力緩
衝層５はその一部が金属スリーブ゛４の内面とロー付け
されることになるが、ローによる締め付は力はここで緩
和され、かっこの応力緩衝層と接合していないスリーブ
内面は当然ロー溜りにもならないため締め付は力を生じ
ないことは第１図と同様である。

第５図は本発明をターボチャージャーロ応用した場合の
一例で窒化硅素を主成分とするタービンロータ１０の軸
状突出部１１と圧縮機側のブレードのマルテンサイト系
金属軸１２とを接合するのζ；第１図同様に低膨張材料
と低ヤング率材料との組合わせからなる接合部材５を用
いて接合するとともに、Ｆｅ　、　Ｎｉ　、　Ｃｏを主
成分とする低膨張性の溝淋金属スリープロしてセラミッ
ク側の内径を大きくするような段差を設けたものを用意
し、これを接合部分に嵌着してロー材によりロー付け３
しである。この際壽吋金属スリーブ１４はセラミック側
に於て内面がロー溜りとならず、従−２てセラミックロ
ータの軸状突出部１１への圧縮力を生ぜず、これに基づ
くセラミック割れは解消される。

第４図は本発明をターボチャージャーに応用した場合の
他の例で、タービンロータ１０の軸状突出部１１の外表
面には低膨張ガラスＮａ１５を設けである外は第５図と
同様で、同図と同一部分には同じ符号が付されている。

これによって井吋金属スリーブ１４はセラミック側に於
てその一部が低膨張ガラス／１１１５により接合されて
いるので、スリーブの締め付は力はセラミック軸には及
ばず。

又、ロー材はセラミック側に流れないので、ローによる
セラミックへの締め付は力発生のおそれもない。

なお図示したものにおいてはいづれもスリーブと軸の接
合にロー材を用いる場合（二ついて説明したが、スリー
ブ自体を焼嵌めする場合、又、焼嵌めとロー材を併用す
る場合であってもスリーブ内面に段差を設け、セラミッ
ク軸側の内径を大きく構成する限りに於てはスリーブの
締め付は力をセラミック軸に及ぼすことがないので同様
にセラミック割れの発生を防止し得ることは明らかであ
る。

以上のように本発明は適宜め変更を加えて実施すること
ができるのは自然である。

本発明に於て、セラミック材料としては窒化硅素、炭化
硅素等の耐熱セラミックスが好ましく、又金属材質は炭
素鋼（Ｊ工５−ｓｓａｃ等）、合金鋼（ＪＸＢ−８０Ｍ
４３５　）、　ステンレス鋼（Ｊ工５ＳＵＳ６３０　）
　、マルエージング鋼、インコネル等の耐熱鋼、中空鋼
（Ｊ工Ｓ　−ＳＫＣ２４）、コバール、チタン等が好ま
しい。又金属スリーブ材質には上記金属材料の外、タン
グステン、銀、ジルコニウム、モリブデン、銅等の低膨
張或いは低ヤング率材料及び形状記憶合金が好ましい。

更（二叉、ロー材はＡｇ−ｃｕ共晶ローの外Ａｇ−Ｃｕ
−Ｐａロー、Ｎ１又はＮ１合金ローなどを使用すること
ができる。

なお本発面の実施に際しては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。

又はこれらを同時に行なうか自由である。

（発明の効果） 本発明は既述の如く金属スリーブ内面に段差を設け、セ
ラミック軸側の内径を大きくするという簡単な構造であ
りながら、金属スリーブを焼嵌めは勿論、焼嵌めロー付
け、ロー付けのいづれによってもセラミック軸へ圧縮力
が加わらないのでセラミック割れの発生を著るしく低減
することができた。

なお、第１図〜第４図に示すようにセラミック軸の端縁
に面取りを施した場合は端部における応力の集中が緩和
され、それだけセラミック割れの発生を防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】 第１図〜第２図は本発明の実施例で１通常のセラミック
軸と金属軸の接合構造を示す一部縦断面図、第６図〜第
４図は本発明の他の実施例で、セラミックローターと金
属軸の接合構造を示す一部縦断面図、第５図は従来の技
術によるセラミック軸と金属軸の接合構造例を示す一部
縦断面図である。 １．１１　：セラミック軸　２．１２：金属軸３：金属
ロー材　４，１４：金属スリーブ　５：緩衝層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セラミック軸と金属軸とを金属スリーブを用いて焼嵌め
   及び又はロー付けしてなる接合構造に於て、金属スリー
   ブ内面にセラミック軸を包被する側の内径を大きくする
   ような段差を設けたことを特徴とするセラミック軸と金
   属軸の接合構造