JPS62603A - セラミツク製タ−ボホイ−ル - Google Patents
セラミツク製タ−ボホイ−ルInfo
- Publication number
- JPS62603A JPS62603A JP14087885A JP14087885A JPS62603A JP S62603 A JPS62603 A JP S62603A JP 14087885 A JP14087885 A JP 14087885A JP 14087885 A JP14087885 A JP 14087885A JP S62603 A JPS62603 A JP S62603A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- turbo wheel
- turbowheel
- coating layer
- ceramic
- metal coating
- Prior art date
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- Pending
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- Supercharger (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
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
ボホイールに関する。
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
等を目的として、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、同軸上のコンプレッサ（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。
等を目的として、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、同軸上のコンプレッサ（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ッ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ッ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、排気ガス内にはエンジン内で発生した金属片
や粉塵等が混入することがある。この場合、ターボホイ
ールはタービンハウジング内で高速度で回っているため
、この金属片や粉塵等がターボホイールに衝突すると、
欠けや割れを生じさせ、最終的には破損に到ることがあ
る。
や粉塵等が混入することがある。この場合、ターボホイ
ールはタービンハウジング内で高速度で回っているため
、この金属片や粉塵等がターボホイールに衝突すると、
欠けや割れを生じさせ、最終的には破損に到ることがあ
る。
このため、セラミック製ターボホイールに例え金属片や
粉塵等が衝突しても、割れ等の不具合が発生しないよう
にする工夫が望まれていた。
粉塵等が衝突しても、割れ等の不具合が発生しないよう
にす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
イールによって解決される。
イール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で
あって、 このターボホイールの少なくとも翼のエツジ部を含む一
部に金属被覆層が設けられていることを特徴としている
。
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で
あって、 このターボホイールの少なくとも翼のエツジ部を含む一
部に金属被覆層が設けられていることを特徴としている
。
本発明において、金属被覆層は少なくども翼のエツジ部
を含む一部に設けられており、当然のことながらセラミ
ック製ターボホイールの全体が金属被覆層で覆われてい
てもよい。
を含む一部に設けられており、当然のことながらセラミ
ック製ターボホイールの全体が金属被覆層で覆われてい
てもよい。
この金属被覆層に用いる金属としては、クロム（Ｃｒ）
、コバルト（Ｇ ｏ ） 、ニー／ケル（Ｎｉ）、［（
Ｃｕ）およびこれらの合金等を用いることができる。
、コバルト（Ｇ ｏ ） 、ニー／ケル（Ｎｉ）、［（
Ｃｕ）およびこれらの合金等を用いることができる。
これらの金属は、めっき、溶射等、公知の方法により適
宜形成することができる。このとき、金属被覆層の膜厚
は、重量増に伴う出力性能の低下を来さないように、３
０ｔｔｍ以下とするのが望ましい。
宜形成することができる。このとき、金属被覆層の膜厚
は、重量増に伴う出力性能の低下を来さないように、３
０ｔｔｍ以下とするのが望ましい。
また、翼のエツジ部には、０．１以上のＲをもうけるの
が望ましい。このＲにより、エツジ部は金属被覆層が他
の部分と同じように均一に摩耗する。
が望ましい。このＲにより、エツジ部は金属被覆層が他
の部分と同じように均一に摩耗する。
本発明のセラミック製ターボホイールによれば、表面に
金属被覆層が設けられているため、例え金属片や粉塵等
が衝突しても金属被覆層で衝撃が緩和され、内部のセ与
ミックス部は保護されることになるので、割れや破損等
を生じることはない。
金属被覆層が設けられているため、例え金属片や粉塵等
が衝突しても金属被覆層で衝撃が緩和され、内部のセ与
ミックス部は保護されることになるので、割れや破損等
を生じることはない。
次に、本発明の実施例を図面を参考にして説明する。
（第１実施例）
第１実施例としてセラミック製ターボホイールの略全面
に金属被覆層を形成した例を示す。
に金属被覆層を形成した例を示す。
ここで、第１図は本発明の第１実施例に係るセラミック
製ターボホイールの正面図、第２図は第１図のＡ部拡大
断面図、第３図は金属被覆層の膜厚と慣性モーメントの
関係を示すグラフ、第４図は金属被覆層の膜厚と０〜４
００ｍ加速の関係を示すグラフ、第５図は金属被覆層の
膜厚とセラミック製ターボホイールの破損確率の関係を
示すグラフである。
製ターボホイールの正面図、第２図は第１図のＡ部拡大
断面図、第３図は金属被覆層の膜厚と慣性モーメントの
関係を示すグラフ、第４図は金属被覆層の膜厚と０〜４
００ｍ加速の関係を示すグラフ、第５図は金属被覆層の
膜厚とセラミック製ターボホイールの破損確率の関係を
示すグラフである。
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４ＭＮ％を添加すると共に、有機バインダと
して熱可塑性樹脂等を１７重量％添加したものを混合し
て混練物をつくる。こめ混練物を所定の金型に射出成形
することにより、ターボホイール形状の射出成形体を得
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４ＭＮ％を添加すると共に、有機バインダと
して熱可塑性樹脂等を１７重量％添加したものを混合し
て混練物をつくる。こめ混練物を所定の金型に射出成形
することにより、ターボホイール形状の射出成形体を得
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。
このターボホイール形状の脱脂体を焼成炉に入れ、１７
５０℃で２時間焼成することにより、セラミック製ター
ボホイールを得た。続いて、このターボホイールをクロ
ムメッキ槽に浸漬し、表面に金属被覆層としてのクロム
メッキ層を形成した。
５０℃で２時間焼成することにより、セラミック製ター
ボホイールを得た。続いて、このターボホイールをクロ
ムメッキ槽に浸漬し、表面に金属被覆層としてのクロム
メッキ層を形成した。
この結果得られたセラミック製ターボホイール１を第１
図に示す。このセラミック製ターボホイール１には、第
２図に示すように、表面にクロムメッキ層２が形成され
ている。
図に示す。このセラミック製ターボホイール１には、第
２図に示すように、表面にクロムメッキ層２が形成され
ている。
上記クロムメッキ層の形成において、クロムメッキ層の
厚さを種々変えて複数製作し、膜厚と慣性モーメントお
よび加速性能の関係を調べた。この結果を第３図、第４
図に示す。第３図、第４図から明らかなように、クロム
メッキ層の厚さが３０μｍを越えると、慣性モーメント
が大きくなり、これに伴って加速性能が悪化していくの
が判る。
厚さを種々変えて複数製作し、膜厚と慣性モーメントお
よび加速性能の関係を調べた。この結果を第３図、第４
図に示す。第３図、第４図から明らかなように、クロム
メッキ層の厚さが３０μｍを越えると、慣性モーメント
が大きくなり、これに伴って加速性能が悪化していくの
が判る。
従って、全面にクロムメッキ層を施す場合には、膜厚は
３０μｍ以下とすることが望ましい。
３０μｍ以下とすることが望ましい。
また、上記のようにクロムメッキ層の膜厚を変えたもの
を複数製作し、耐久試験を行った。この試験は次のよう
にして行った。即ち、クロムメッキ層を膜厚を変えて施
したものおよびクロムメッキ層を設けなかったものを準
備し、それぞれエンジンに採り付け、その排気ガスを利
用して１８万ｒｐ■まで回転を上げて試験を行った。こ
のとき、縦、種名２鶴、厚さ０．２ ｗの金属片を１分
間に１枚の割合で１０分間供給しながら、１８万ｒｐ＋
ｎで２０分間実施した。この結果を第５図に示す。第５
図より明らかなように、クロムメッキ層を設けない場合
には全数破損したものが、クロムメッキ層の膜厚を５μ
ｍ以上とすれば破損率が大幅に低下し、１０μｍ以上の
場合には全く破損がなくなっていることが判る。
を複数製作し、耐久試験を行った。この試験は次のよう
にして行った。即ち、クロムメッキ層を膜厚を変えて施
したものおよびクロムメッキ層を設けなかったものを準
備し、それぞれエンジンに採り付け、その排気ガスを利
用して１８万ｒｐ■まで回転を上げて試験を行った。こ
のとき、縦、種名２鶴、厚さ０．２ ｗの金属片を１分
間に１枚の割合で１０分間供給しながら、１８万ｒｐ＋
ｎで２０分間実施した。この結果を第５図に示す。第５
図より明らかなように、クロムメッキ層を設けない場合
には全数破損したものが、クロムメッキ層の膜厚を５μ
ｍ以上とすれば破損率が大幅に低下し、１０μｍ以上の
場合には全く破損がなくなっていることが判る。
（第２実施例）
第２実施例としてセラミック製ターボホイールの一部に
のみ金属被覆層を設けた例を示す。
のみ金属被覆層を設けた例を示す。
ここで、第６図は本発明の第２実施例に係るセラミック
製ターボホイールの概要を示す正面図である。
製ターボホイールの概要を示す正面図である。
第１実施例と同様にして窒化珪素を主成分とするターボ
ホイールを製造した後、第６図にハンチングで示すよう
に、翼の外方部およびエツジ部にのみニッケルを１０μ
ｍの厚さにメンキした。
ホイールを製造した後、第６図にハンチングで示すよう
に、翼の外方部およびエツジ部にのみニッケルを１０μ
ｍの厚さにメンキした。
この結果得られたセラミック製ターボホイールは、第１
実施例と同様な効果を奏した。但し、ターボホイールの
全面ではなく一部にのみ金属被覆層にニッケルメッキ層
）３を設けたため、全体に設けた第１実施例のターボホ
イールより軽量化が図れ、その結果０〜４００ｍ加速性
能が第１実施例の場合より向上した。
実施例と同様な効果を奏した。但し、ターボホイールの
全面ではなく一部にのみ金属被覆層にニッケルメッキ層
）３を設けたため、全体に設けた第１実施例のターボホ
イールより軽量化が図れ、その結果０〜４００ｍ加速性
能が第１実施例の場合より向上した。
（第３実施例）
第３実施例としてセラミック製ターボホイールのエツジ
部に丸みを設けた例を示す。
部に丸みを設けた例を示す。
ここで、第７図は本発明の第３実施例に係るセラミック
製ターボホイールのエツジ部の概要を示す断面図、第８
図は第２実施例に係るセラミック製ターボホイールのエ
ツジ部の概要を示す断面図である。
製ターボホイールのエツジ部の概要を示す断面図、第８
図は第２実施例に係るセラミック製ターボホイールのエ
ツジ部の概要を示す断面図である。
第１実施例と同様にして窒化珪素を主成分とするターボ
ホイールを製造した後、ターボホイールの翼のエツジ部
をダイヤモンドヤ久りで削ることにより、エツジ部に丸
みを付けた。続いて、化学エツチングと触媒付与を行っ
た後、塩化ニッケル、次亜リン酸ナトリウム、クエン酸
ナトリウム、塩化アンモニウム等の溶液に浸漬し、１０
μｍのニッケルメッキ層３を形成した。
ホイールを製造した後、ターボホイールの翼のエツジ部
をダイヤモンドヤ久りで削ることにより、エツジ部に丸
みを付けた。続いて、化学エツチングと触媒付与を行っ
た後、塩化ニッケル、次亜リン酸ナトリウム、クエン酸
ナトリウム、塩化アンモニウム等の溶液に浸漬し、１０
μｍのニッケルメッキ層３を形成した。
この結果得られたセラミック製ターボホイールを実車に
搭載して３０００ ｋｍ走行した後、翼部を切断して表
面を観察したところ、第７図に示すように、略均−な厚
さのニッケルメッキ層が維持されていた。一方、エツジ
部に丸みを付けないでニッケルメッキ層を設けたものに
ついても同様な試験を行ったところ、第８図に示すよう
に、エツジ部のニッケルメッキ層が薄くなっているのが
確認された。従って、エツジ部は丸みを設けた方が耐久
性に優れていることが判る。
搭載して３０００ ｋｍ走行した後、翼部を切断して表
面を観察したところ、第７図に示すように、略均−な厚
さのニッケルメッキ層が維持されていた。一方、エツジ
部に丸みを付けないでニッケルメッキ層を設けたものに
ついても同様な試験を行ったところ、第８図に示すよう
に、エツジ部のニッケルメッキ層が薄くなっているのが
確認された。従って、エツジ部は丸みを設けた方が耐久
性に優れていることが判る。
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、実施例では金属被覆層を形成するための金属材
料としてクロムとニッケルを用いた例を示したが、コバ
ルト、アルミニウム、銅等を用いてもよい。
料としてクロムとニッケルを用いた例を示したが、コバ
ルト、アルミニウム、銅等を用いてもよい。
また、実施例では金属被覆層を形成する手段としてメッ
キを用いる例を示したが、溶射やアルミナイズド処理等
を用いてもよい。
キを用いる例を示したが、溶射やアルミナイズド処理等
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によれ
ば、金属片や粉塵等の衝突による破損が防止され、耐久
性が大幅に向上する。
ば、金属片や粉塵等の衝突による破損が防止され、耐久
性が大幅に向上する。
第１図は本発明の第１実施例に係るセラミック製ターボ
ホイールの正面図、 第２図は第１図のＡ部拡大断面図、 第３図は金属被覆層の膜厚と慣性モーメントの関係を示
すグラフ、 第４図は金属被覆層の膜厚と０〜４００ｍ加速の関係を
示すグラフ、 第・５図は金属被覆層の膜厚とセラミック製ターボホイ
ールの破損確率の関係を示すグラフ、第６図は本発明の
第２実施例に係るセラミック製ターボホイールの概要を
示す正面図、第７図は本発明の第３実施例に係るセラミ
ック製ターボホイールのエツジ部の概要を示す断面図、
第８図は第２実施例に係るセラミック製ターボホイール
のエツジ部の概要を示す断面図である。 １−−−−−・−セラミック製ターボホイール２−−−
−−・−・クロムメッキ層（金属被覆層）３−−−−−
−・ニッケルメッキ層（金属被覆層）出願人 トヨタ
自動車株式会社 第１因 第２図 第３図 第４図 第５図 月臭フ＃ ｕ＄） 第６図 第７図 第８図
ホイールの正面図、 第２図は第１図のＡ部拡大断面図、 第３図は金属被覆層の膜厚と慣性モーメントの関係を示
すグラフ、 第４図は金属被覆層の膜厚と０〜４００ｍ加速の関係を
示すグラフ、 第・５図は金属被覆層の膜厚とセラミック製ターボホイ
ールの破損確率の関係を示すグラフ、第６図は本発明の
第２実施例に係るセラミック製ターボホイールの概要を
示す正面図、第７図は本発明の第３実施例に係るセラミ
ック製ターボホイールのエツジ部の概要を示す断面図、
第８図は第２実施例に係るセラミック製ターボホイール
のエツジ部の概要を示す断面図である。 １−−−−−・−セラミック製ターボホイール２−−−
−−・−・クロムメッキ層（金属被覆層）３−−−−−
−・ニッケルメッキ層（金属被覆層）出願人 トヨタ
自動車株式会社 第１因 第２図 第３図 第４図 第５図 月臭フ＃ ｕ＄） 第６図 第７図 第８図
Claims (2)
- （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
ボホイールであって、 このターボホイールの少なくとも翼のエッジ部を含む一
部に金属被覆層が設けられていることを特徴とするセラ
ミック製ターボホイール。 - （２）特許請求の範囲第１項において、翼のエッジ部に
０．１以上のＲが設けられていることを特徴とするセラ
ミック製ターボホイール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14087885A JPS62603A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | セラミツク製タ−ボホイ−ル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14087885A JPS62603A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | セラミツク製タ−ボホイ−ル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62603A true JPS62603A (ja) | 1987-01-06 |
Family
ID=15278862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14087885A Pending JPS62603A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | セラミツク製タ−ボホイ−ル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62603A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63315585A (ja) * | 1987-06-17 | 1988-12-23 | Ngk Insulators Ltd | 金属・セラミック複合体 |
| JPH08210102A (ja) * | 1994-09-30 | 1996-08-20 | General Electric Co <Ge> | 複合ブレード |
| US7213586B2 (en) | 2004-08-12 | 2007-05-08 | Borgwarner Inc. | Exhaust gas recirculation valve |
-
1985
- 1985-06-27 JP JP14087885A patent/JPS62603A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63315585A (ja) * | 1987-06-17 | 1988-12-23 | Ngk Insulators Ltd | 金属・セラミック複合体 |
| JPH08210102A (ja) * | 1994-09-30 | 1996-08-20 | General Electric Co <Ge> | 複合ブレード |
| US7213586B2 (en) | 2004-08-12 | 2007-05-08 | Borgwarner Inc. | Exhaust gas recirculation valve |
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