JPS6267201A - セラミツクタ−ボロ−タ - Google Patents
セラミツクタ−ボロ−タInfo
- Publication number
- JPS6267201A JPS6267201A JP20746185A JP20746185A JPS6267201A JP S6267201 A JPS6267201 A JP S6267201A JP 20746185 A JP20746185 A JP 20746185A JP 20746185 A JP20746185 A JP 20746185A JP S6267201 A JPS6267201 A JP S6267201A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic
- joining
- outer diameter
- connecting shaft
- metal member
- Prior art date
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- Granted
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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回転体を備えた内燃機関等に搭載
する排気ターボチャージャーを構成するセラミックター
ボロータに関するものである。
する排気ターボチャージャーを構成するセラミックター
ボロータに関するものである。
各種用途に用いられる内燃機関には、出力の向上や燃料
消費量の低減の他に、更に熱効率を向上させ、回転応答
性を改善するため、高温が作用する回転体を機械的強度
、耐熱性、耐摩耗性に優れ、比重の小さいセラミック材
、とりわけ窒化珪素、サイアロン、炭化珪素等の焼結体
でターボロータを構成し、高荷重が作用する回転軸を高
強度で加工性の優れた金属材料とし、これらを組み合わ
せてセラミックターボロータとすることが研究され提案
されてきた。
消費量の低減の他に、更に熱効率を向上させ、回転応答
性を改善するため、高温が作用する回転体を機械的強度
、耐熱性、耐摩耗性に優れ、比重の小さいセラミック材
、とりわけ窒化珪素、サイアロン、炭化珪素等の焼結体
でターボロータを構成し、高荷重が作用する回転軸を高
強度で加工性の優れた金属材料とし、これらを組み合わ
せてセラミックターボロータとすることが研究され提案
されてきた。
上記の如き型式のセラミックターボロータにおいては、
コバール、インバー、アンバー、鉄−ニソケル合金等の
熱膨張率が１．３ ｘｌＯ−’／ ℃乃至５゜５ ｘｌ
Ｏ−ｂ／ ’ｃと比較的小さい金属部材を、セラミック
製回転体の軸芯部に一体的に突設した連結軸を受入れる
凹部を有した接合用金属部材とし、該連結軸にロウ付ま
たは締り嵌合により接合した後、該金属部材に機械構造
用炭素鋼等からある金属製回転軸を圧接、溶接等の手段
により接合することが行われていた。
コバール、インバー、アンバー、鉄−ニソケル合金等の
熱膨張率が１．３ ｘｌＯ−’／ ℃乃至５゜５ ｘｌ
Ｏ−ｂ／ ’ｃと比較的小さい金属部材を、セラミック
製回転体の軸芯部に一体的に突設した連結軸を受入れる
凹部を有した接合用金属部材とし、該連結軸にロウ付ま
たは締り嵌合により接合した後、該金属部材に機械構造
用炭素鋼等からある金属製回転軸を圧接、溶接等の手段
により接合することが行われていた。
しかしながら、前記接合用金属部材は高温での強度が低
く、前記連結軸を受入れ接合した該接合用金属部材の四
部は、高温高速回転中に該凹部開口端が拡大し、前記セ
ラミック製回転体と接合用金属部材との接合が離脱して
しまう恐れが大であった。
く、前記連結軸を受入れ接合した該接合用金属部材の四
部は、高温高速回転中に該凹部開口端が拡大し、前記セ
ラミック製回転体と接合用金属部材との接合が離脱して
しまう恐れが大であった。
そこで上記欠点を解消するために、前記接合用金属部材
をインコネル、ハステロイ等の高温での強度が高い耐熱
合金を用いることが提案されている。
をインコネル、ハステロイ等の高温での強度が高い耐熱
合金を用いることが提案されている。
しかしながら、インコネル、ハステロイ等の熱膨張率は
１１．３ＸＩＯ−’／ ’Ｃ乃至１６．ＯＸ １０−’
／ ’Ｃであることから、窒化珪素が３．２ Ｘｌ０−
’／ ’Ｃ、サイアロンが３．ＯＸｌ０−６／ ’Ｃ１
炭化珪素が４．２ Ｘｌ０−６／℃程度と接合に係る金
属部材とセラミック部材との熱膨張差が大きいため、締
り嵌合するに際しセラミック部材と金属部材との熱収縮
の差により発生する芯力が、高い靭性を有する金属部材
よりも、脆性材料であるセラミック部材に集中し、該応
力に抗し切れずセラミック部材の破壊を起こしていた。
１１．３ＸＩＯ−’／ ’Ｃ乃至１６．ＯＸ １０−’
／ ’Ｃであることから、窒化珪素が３．２ Ｘｌ０−
’／ ’Ｃ、サイアロンが３．ＯＸｌ０−６／ ’Ｃ１
炭化珪素が４．２ Ｘｌ０−６／℃程度と接合に係る金
属部材とセラミック部材との熱膨張差が大きいため、締
り嵌合するに際しセラミック部材と金属部材との熱収縮
の差により発生する芯力が、高い靭性を有する金属部材
よりも、脆性材料であるセラミック部材に集中し、該応
力に抗し切れずセラミック部材の破壊を起こしていた。
本発明は上記の現状に鑑み鋭意研究の結果、熱膨張率が
室温から６００℃の温度範囲で５．０ Ｘｌ０−’７℃
乃至１４．０Ｘ１０−’／ ’Ｃとインコネル、ハステ
ロイ等の耐熱合金より低い熱膨張率を有するインコロイ
の採用が良好であることが判明し、インコロイ製の金属
部材の肉厚とセラミック製の金属部材の外径を種々組合
わせて検耐した結果、金属部材の熱収縮により生ずる応
力が脆性材料であるセラミック製連結軸に集中し、セラ
ミック部材を破壊すること及び高温高速回転中に金属部
材の四部開口端が拡大変形し、セラミック製回転体を破
壊することのない最適なインコロイ製の金属部材の肉Ａ
− 厚とセラミック製の金属部材の外径の組合わせ範囲を見
出した。
室温から６００℃の温度範囲で５．０ Ｘｌ０−’７℃
乃至１４．０Ｘ１０−’／ ’Ｃとインコネル、ハステ
ロイ等の耐熱合金より低い熱膨張率を有するインコロイ
の採用が良好であることが判明し、インコロイ製の金属
部材の肉厚とセラミック製の金属部材の外径を種々組合
わせて検耐した結果、金属部材の熱収縮により生ずる応
力が脆性材料であるセラミック製連結軸に集中し、セラ
ミック部材を破壊すること及び高温高速回転中に金属部
材の四部開口端が拡大変形し、セラミック製回転体を破
壊することのない最適なインコロイ製の金属部材の肉Ａ
− 厚とセラミック製の金属部材の外径の組合わせ範囲を見
出した。
以下、本発明を実施例によって具体的に詳述する。
図においてｌはセラミック製回転体で、該回転体ｌの軸
芯部には連結軸２が一体成形しである。
芯部には連結軸２が一体成形しである。
また上記回転体１の連結軸２は、シールリング装着用の
環状の溝５を有してなる接合用金属部材３の凹部４中に
嵌接されている。この場合、連結軸２と接合用金属部材
３とは焼嵌め、ロウ付などの手段により接合される。連
結軸２を嵌接した接合用金属部材３に金属製回転軸６が
圧接溶接などの手段により、接合部Ｓにて接合され連結
されている。
環状の溝５を有してなる接合用金属部材３の凹部４中に
嵌接されている。この場合、連結軸２と接合用金属部材
３とは焼嵌め、ロウ付などの手段により接合される。連
結軸２を嵌接した接合用金属部材３に金属製回転軸６が
圧接溶接などの手段により、接合部Ｓにて接合され連結
されている。
次にセラミック製回転体１の最大外径が５６Ｉｌｌｌで
シールリング装着用の環状の溝５を有してなる接合用金
属部材３の外径１１が１７ｍｍである本発明に係るセラ
ミックターボ−ロータの実施例において、接合用金属部
材３の外径１に対する連結軸２の外径１２の百分率を第
１表に示す様に接合用金属部材３の四部４及び連結軸２
の外径１２をそれぞれ加工した。なお、接合用金属部材
３にはインコロイ及びコバールを用い、それぞれ同一の
条件のもとで連結軸２をロウ付接合し、次いで金属製回
転軸６をそれぞれ同一条件のもとで前記ロウ付接合後の
接合用金属部材３に電子ビーム溶接法により接合部Ｓに
て接合し、それぞれ４本づつセラミックターボ−ロータ
を製作した。
シールリング装着用の環状の溝５を有してなる接合用金
属部材３の外径１１が１７ｍｍである本発明に係るセラ
ミックターボ−ロータの実施例において、接合用金属部
材３の外径１に対する連結軸２の外径１２の百分率を第
１表に示す様に接合用金属部材３の四部４及び連結軸２
の外径１２をそれぞれ加工した。なお、接合用金属部材
３にはインコロイ及びコバールを用い、それぞれ同一の
条件のもとで連結軸２をロウ付接合し、次いで金属製回
転軸６をそれぞれ同一条件のもとで前記ロウ付接合後の
接合用金属部材３に電子ビーム溶接法により接合部Ｓに
て接合し、それぞれ４本づつセラミックターボ−ロータ
を製作した。
なお、接合用金属部材３にコバールを用いたものを比較
例とした。
例とした。
上記の如くして製作したセラミックターボ−ロータは動
不釣合試験機を用いて不釣合量を０．０２ｇ・ｃｍ未満
に修正し、供給ガス温度９５０℃の高温高速回転耐久テ
ストを行い第１表の結果を得た。
不釣合試験機を用いて不釣合量を０．０２ｇ・ｃｍ未満
に修正し、供給ガス温度９５０℃の高温高速回転耐久テ
ストを行い第１表の結果を得た。
第１表から明らかな様に、セラミック製回転体ｌの連結
軸２の外径ｌ！が接合用金属部材３の外径ｌｌの７０χ
未満の場合（試料番号１）は、連結軸２に接合用金属部
材３の熱収縮による過大な応力が集中し、毎分１８万回
転以下の低速回転で連結軸３の根元部より破断した。ま
た、連結軸２の外径１２が接合用金属部材３の外径Ｎ、
の８０χを趙える場合（試料番号８）及び接合用金属部
材３をコバールとした比較例（試料番号９）は、いずれ
も接合用金属部材３の強度不足から、高温高速回転中に
四部４の開口端が拡大し、毎分１８万回転以下の低速回
転でセラミック製回転体１が破壊した。
軸２の外径ｌ！が接合用金属部材３の外径ｌｌの７０χ
未満の場合（試料番号１）は、連結軸２に接合用金属部
材３の熱収縮による過大な応力が集中し、毎分１８万回
転以下の低速回転で連結軸３の根元部より破断した。ま
た、連結軸２の外径１２が接合用金属部材３の外径Ｎ、
の８０χを趙える場合（試料番号８）及び接合用金属部
材３をコバールとした比較例（試料番号９）は、いずれ
も接合用金属部材３の強度不足から、高温高速回転中に
四部４の開口端が拡大し、毎分１８万回転以下の低速回
転でセラミック製回転体１が破壊した。
それに対し、本発明に係る試料番号２乃至７はいずれも
毎分２０万回転以」−の高速回転耐久テストに耐え、と
りわけ連結軸２の外径Ｅ！が接合用金属部材３の外径１
１の７４χおよび７６χである試料番号４および５は毎
分２４万回転もの高速回転耐久テストにも、何ら、以上
は認められなかった。
毎分２０万回転以」−の高速回転耐久テストに耐え、と
りわけ連結軸２の外径Ｅ！が接合用金属部材３の外径１
１の７４χおよび７６χである試料番号４および５は毎
分２４万回転もの高速回転耐久テストにも、何ら、以上
は認められなかった。
以上のように本発明によれば、いかなる高速回転におい
ても金属製回転軸と接合されたセラミック製連結軸部に
過大な応力が集中することも、接合用金属部材の変形を
誘発することもない耐久性及び信軌性に優れたセラミッ
クターボロータが得られる。
ても金属製回転軸と接合されたセラミック製連結軸部に
過大な応力が集中することも、接合用金属部材の変形を
誘発することもない耐久性及び信軌性に優れたセラミッ
クターボロータが得られる。
図は本発明実施例によるセラミックターボロータを示す
要部破断面図である。 １：セラミック製回転体 ２：連結軸 ３：接合用金属部材 ４：凹部 ５：溝 ６：金属製回転軸 Ｓ：接合部 １１：接合用金属部材外径 ｊｉｇ：連結軸外径
要部破断面図である。 １：セラミック製回転体 ２：連結軸 ３：接合用金属部材 ４：凹部 ５：溝 ６：金属製回転軸 Ｓ：接合部 １１：接合用金属部材外径 ｊｉｇ：連結軸外径
Claims (3)
- （１）セラミック製回転体と金属製回転軸とを接合して
なるセラミックターボロータにおいて、セラミック製回
転体の軸芯部に一体的に突設した連結軸の外径ｌ＿２が
、外周にシールリング装着用の環状の溝を有してなる前
記連結軸を受入れる接合用金属部材の外径をｌ＿１の７
０〜８０％であることを特徴とするセラミックターボロ
ータ。 - （２）上記接合用金属部材は熱膨張率が室温から６００
℃の温度範囲で５．０×１０＾−＾６／℃乃至１４．０
×１０＾−＾６／℃である耐熱合金から成る特許請求の
範囲第１項記載のセラミックターボロータ。 - （３）上記接合用金属部材は０．２％耐力が室温から７
００℃の温度範囲において８０ｋｇ／ｍｍ＾２以上であ
る耐熱合金から成る特許請求第１項記載のセラミックタ
ーボロータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60207461A JPH0692722B2 (ja) | 1985-09-18 | 1985-09-18 | セラミツクタ−ボロ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60207461A JPH0692722B2 (ja) | 1985-09-18 | 1985-09-18 | セラミツクタ−ボロ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6267201A true JPS6267201A (ja) | 1987-03-26 |
| JPH0692722B2 JPH0692722B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=16540151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60207461A Expired - Lifetime JPH0692722B2 (ja) | 1985-09-18 | 1985-09-18 | セラミツクタ−ボロ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0692722B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004005565A1 (ja) * | 2001-01-05 | 2004-01-15 | Hitachi Metals, Ltd. | 高強度低熱膨張鋳物鋼 |
| US6846368B2 (en) | 2001-01-05 | 2005-01-25 | Hitachi Metals, Ltd. | Casting steel having high strength and low thermal expansion |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5793606A (en) * | 1980-12-02 | 1982-06-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Impeller and manufacturing method thereof |
| JPS6019915A (ja) * | 1983-07-12 | 1985-02-01 | Toyota Motor Corp | セラミックスと金属の組合せよりなるタービン組立体 |
| JPS60103082A (ja) * | 1983-11-09 | 1985-06-07 | 日本碍子株式会社 | 金属・セラミツクス結合体およびその製造法 |
| JPS60132002A (ja) * | 1983-12-20 | 1985-07-13 | Toyota Motor Corp | タ−ボチャ−ジャ用タ−ビン組立体 |
| JPS61135902A (ja) * | 1984-12-06 | 1986-06-23 | ザ ギヤレツト コ−ポレ−シヨン | ロ−タ・シヤフトアセンブリ |
-
1985
- 1985-09-18 JP JP60207461A patent/JPH0692722B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5793606A (en) * | 1980-12-02 | 1982-06-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Impeller and manufacturing method thereof |
| JPS6019915A (ja) * | 1983-07-12 | 1985-02-01 | Toyota Motor Corp | セラミックスと金属の組合せよりなるタービン組立体 |
| JPS60103082A (ja) * | 1983-11-09 | 1985-06-07 | 日本碍子株式会社 | 金属・セラミツクス結合体およびその製造法 |
| JPS60132002A (ja) * | 1983-12-20 | 1985-07-13 | Toyota Motor Corp | タ−ボチャ−ジャ用タ−ビン組立体 |
| JPS61135902A (ja) * | 1984-12-06 | 1986-06-23 | ザ ギヤレツト コ−ポレ−シヨン | ロ−タ・シヤフトアセンブリ |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004005565A1 (ja) * | 2001-01-05 | 2004-01-15 | Hitachi Metals, Ltd. | 高強度低熱膨張鋳物鋼 |
| US6846368B2 (en) | 2001-01-05 | 2005-01-25 | Hitachi Metals, Ltd. | Casting steel having high strength and low thermal expansion |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0692722B2 (ja) | 1994-11-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |