JPS63246414A - 圧力波式過給機用セラミツクロ−タ−とその製造方法 - 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］ 本発明はセラミックハニカム構造体からなる圧力波式過
給機用セラミックローターとその製造方法に関する。

さらに詳しくは、特に自動車用圧力波式過給機に用いる
に適したセラミックローターおよびその製造方法に関す
る。

以下、セラミックハニカム構造体とは、隔壁により区分
された複数の貫通孔を有するセラミック構造体を言う。

［従来の技術］ 従来、自動車等の内燃機関に用いられる圧力波式過給機
用ローターは金属製の圧力波式過給機用ローターが殆ど
を占めており、鉄−コバルト−ニッケル合金材料を用い
、ロストワックス法により精密鋳造法で製造されてきた
。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、この圧力波式過給機用ローターは、軽量
性、低熱膨張性、耐熱性、高強度特性、低コスト等の特
性が要求されており、これらの全ての特性を満たすこと
は金属材料を用いた場合困難であり、新しい材料を用い
た新たな製造方法が求められていた。

ところで、金属製の圧力波式過給機用ローターは金属材
料であるため、本質的に見掛密度が約８ｇ　／　ｃ　ｃ
と大きく、その結果、製造したローターは重量か大で、
エンジンからの排気ガスのエネルギーで回転することが
できないため、回転に際しベルト駆動を必要とする欠点
があった。また、同じく金属材料故に、本質的に熱膨張
係数が大きく、その結果、過給機に組込まれたローター
の両端軸方向のローターとハウジングとのクリアランス
を小さくすることか困難で、ガス漏れ損失により過給性
能が低下する欠点があった。更に、金属製の圧力波式過
給機用ローターは、重量当りの強度が小さいため、セル
壁厚を小さくすることが困難で、セルの配列な同芯２列
に作ることができてもノイズの低減に有効な回忌３列以
上に作ることはさらに重量増となるため達成できない欠
点かあった。

さらには、金属製の圧力波式過給機用ローターは、金属
材料製を用いているため、排ガス最高温度の上限に制約
があり４その結果、エンジンの効率向上に有効な燃焼温
度に制限が必要である等の欠点があった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記従来の問題点を解決したもので、特定の
物性状態にコントロールしたセラミック坏土を用いるこ
とにより、軽量性、低膨張性、耐熱性、高強度特性を有
する、セラミックハニカム構造体からなる圧力波式過給
機用セラミックローターを提供するものである。

即ち、本発明によれば、セラミックハニカム構造体から
なり、該ハニカムの隔壁を構成する材料の見掛密度が４
．０ｇ／ｃｍ’以下、開気孔率が３．０％以下、室温か
ら８００°Ｃまでの熱膨張係数か５．５ｘ　１０−’／
　”Ｃ以下で、かつ四点曲げ強度が３０　ｋ　ｇ　／　
ｍ　ｍ　２以上である圧力波式過給機用セラミックロー
ター、および、セラミック原料の平均粒子径（以下、粒
子径という）を１〜１０ｐｍにコントロールしたセラミ
ック坏土を、押出し成形金型の坏土供給孔を通じて複数
の隔壁厚を有する成形溝に抑圧供給してハニカム構造体
を押出し、次いで乾燥、焼成技研削加工することからな
る圧力波式過給機用セラミックローターの製造方法、が
提供される。

本発明では、セラミック坏土の調製が重要である。すな
わち、セラミック原料の粒子径は１〜１０　ｇｍ、好ま
しくは２〜７ｇｍであることが必要である０粒子径が１
μｍより小さいと成形性が悪く、ハニカム構造体を押出
成形することか困難となったり、又成形体を乾燥する工
程でハニカム構造体にクラックが貫入し易くなり、一方
、ｌＯ鉢ｍより大きくなると焼成後、所望の強度が得ら
れない。

また、セラミック坏土はセラミック原料１００重量部に
対し、バインダーを４〜ｌＯ重量部、水を１９〜２５處
量部配合すること、好ましくは、バインダーを６−８重
；１部、水を２０〜２３重量部配合することが必要であ
る。バインダーが４重量部より少ないと、乾燥又は焼成
工程でクラックが貫入したり、−・方バインダーが１０
重量部よン）多いと、練土の粘性が大きくなりすぎて押
出成形ができない。また水か１９重量部より少ないと、
ｉｊｒ　Ｐ不足となり坏土な作ることが困難となったり
、又押出成形工程でハニカム構造体の隔壁に、微細な欠
陥が発生し易くなり、乾爆時又は焼成時に微細なりラッ
クが成長１ノてハニカム構造体に大きなりラックが発生
し、所望のローターが得られない。一方、水が２５重量
部より多いと、ハニカム構造体を均一に成形できない。

尚、ここで粒子径は分散した試料にＨｅ−Ｎｅレーザ光
を照射して得られる光の回折現象を解析することにより
求めることができる。

更に、四点曲げ強度はＪＩＳ　　Ｒ１６０１に規定され
る試験法に従い求めることができる。

セラミック坏土の主原料としては、特にその種類を限定
するものではないが、５４３Ｎ４．ＳｔＣあるいはムラ
イト粉末等が好ましい。更に、セラミック坏土のバイン
ダーとしてはメチルセルロース及び／又はヒドロキシプ
ロピルメチルセルロースが好ましく、メチルセルロース
及び／又はヒドロキシプロピルメチルセルロースにアル
ギン酸ソーダ、ポリビニールアルプール等の水溶性バイ
ンダーを配合して用いてもよい。また、セラミック坏土
を均質に調製するために、ポリカルボン酸型高分子界面
活性剤、非イオン界面活性剤のような界面活性剤を適宜
選択し配合して用いることが好ましい。上記のセラミッ
ク坏土は、圧力波式過給機用セラミックローターとして
要求される軽量性、低熱膨張性、耐熱性、及び高強度特
性を得るのに適切なものである。

以上のように調製されたセラミック坏土を用いることに
より、その後続工程において、バエカム構造体を押出し
成形し１次いで乾燥、焼成、更に研削加工することで、
本発明における特定の構造、物性を有する圧力波式過給
機用セラミックローターを製造することが可能となった
のである。

本発明の圧力波式過給機用セラミックローターは、セラ
ミックハニカム構造体であって、ハニカムの隔壁を構成
する材料の見掛密度が４．０ｇ／ｃｍ’以下、好ましく
は３．５ｇ／ｃｍ３以下であることが必要である。ハニ
カムの隔壁を構成する材料の見掛密度が４．０ｇ／ｃｍ
３を超えると、製造したローターは重量が大となって、
その結果ローターの回転に多大のエネルギーが必要とな
り、排ガスの有するエネルギーでローターを回転させる
ことが困難となるほか、重量当りの強度が小さくなるた
め好ましくない。

また、ハニカムの隔壁を構成する材料の開気孔率は３．
０％以下、好ましくは１．０％以下であることが必要で
ある。材料の開気孔率が３．０％を超えると、常圧焼結
の窒化珪素や炭化珪素で製造したローターの耐酸化抵抗
が著しく小さくなり、材料は酸化により腐蝕され、変形
したり、クラック等の欠陥が発生するため好ましくない
。

また、ハニカムの隔壁を構成する材料の室温から８００
℃までの熱膨張係数は５．５ｘｌＯ−６／℃以下、好ま
しくは４．５Ｘ１０−’／”Ｃ以下であることが必要で
ある。熱膨張係数が５．５Ｘ１０−６／℃を超えると、
ローターの両端軸方向のローターとハウジングとのクリ
アランスが大きくなり、その結果ガス漏れ損失等が大き
くなるため好ましくない。

さらに、ハニカムの隔壁を構成する材料の四点曲げ強度
が３０　ｋ　ｇ　／　ｍ　ｍ　”以上、好ましくは３５
ｋｇ／ｍｍ”以上であることが重要である。

四点曲げ強度が３０　ｋ　１７ｍｍ”より小さいと、圧
力波式過給機用ローターとして必要な強度を備えていな
いことになる。

次に、本発明の圧力波式過給機用セラミックローターの
製造方法を第１図〜第６図に従って説明する。

上述したように、特定の物性にコントロールされたセラ
ミック坏土は押出成形機のシリンダー４内に挿入された
後、成形金型ｌの坏土供給孔３に押圧供給される。ここ
で水力直径の小さな供給孔３ａ、３ｅのセラミック坏土
は、水力直径の大きな供給孔３ｂ、３ｃ、３ｄのそれよ
り供給孔の内面壁より大きな抵抗を受けるためセラミッ
ク坏土の流動速度が小さくなる。一方、成形溝２におい
ては、成形溝幅の大きな成形溝２ａ、２ｅにおけるセラ
ミック坏土の成形速度は成形溝幅の小さな成形溝２ｂ、
２ｃ、２ｄにおけるセラミック坏土の成形速度より大き
くなる。即ち、金型ｌ前面におけるセラミック坏土の押
出し成形速度は、供給孔３及び成形溝２の寸法により相
補制御され隔壁の厚い部分および薄い部分とも同一押出
し速度で成形されるので、第２図に示す如きハニカム構
造体６が得られる。

また同様な方法により、第６図に示す如き回忌３列であ
るセラミックハニカム構造体６、さらに回忌３列以上で
あるセラミックハニカム構造体も得ることができる。

なお、第１図、第２図及び第６図において、貫通孔９は
同芯上に配列されている。

次いで、得られたハニカム構造体６を誘電乾燥や熱風等
により加熱乾燥した後、例えば温度約６００°Ｃ１不活
性ガス雰囲気中で仮焼してバインダーを除去し、次に例
えば常圧焼結の窒化珪素では窒素雰囲気下において１７
００〜１８００°Ｃで１〜４時間焼成する。また、常圧
焼結の炭化珪素では、Ａｒガス雰囲気下において１９５
０〜２２００℃で１〜２時間焼成する。そして焼成後、
該構造体を研削加工することにより、本発明の圧力波式
過給機用セラミックローター７を得ることができる。

尚、上記のハニカム構造体６の乾燥工程後に、該ハニカ
ム構造体６にラテックス等の不浸透性被膜を被覆した後
１０００　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ　２以上の圧力で静水圧
プレスを施し、ハニカム構造体の強度を付与することも
可能である。

［実施例］ 以下、本発明を実施例に基き更に詳細に説明する。

（実施例１） 粒子径５．ＯＩＬｍの窒化珪素粉末９０重六一部に焼結
助剤として酸化マグネシウム粉末４重量部、酸化セリウ
ム粉末５重量部、炭酸ストロンチウム粉末１．０重量部
を配合したセラミック原料粉末１００重量部に、成形助
剤として主としてメチルセルロースからなるバインダー
６重量部、水２３重量部、ポリカルボン酸型高分子界面
活性剤１型敬部を混練し、更に真空土練を行ない練土中
の空気を除去し、押出成形用セラミック坏土を調製した
。セラミック坏土は押出成形機のシリンダー４内に挿入
された後、圧力１００ｋｇ／ａｍ２で所定の成形用口金
１により成形された。次いで、得られたハニカム構造体
６を誘電乾燥により３０％の水分を飛散させた後、７０
℃の熱風により全水分を飛散除去せしめた。目視検査を
した結果、第２図に示す所望の形状が形成され、且つク
ラック等の欠陥は無いことが判った。

次いで、窒素ガス雰囲気中６００°Ｃで仮焼し、バイン
ダーを除去した後、窒素ガス雰囲気中、１７００″Ｃで
２時間焼成した。焼成後、該構造体を研削加工すること
により、内径３５ｍｍ、外径１０５ｍｍ、長さ１０５ｍ
ｍで見掛密度３．２０ｇ　／　ｃ　ｍ　３の本発明の圧
力波式過給機用セラミックローター７を得た。目視検査
をした結果、クラック等の欠陥は無かった。

次に該ローターのハブ部８より３　ｍ　ｍ　Ｘ　４　ｍ
　ｍＸ　４０　ｍ　ｍの試験片を切り出し、材料特性を
評価した結果、室温四点曲げ強度４５　ｋ　ｇ　／　ｍ
　ｍ　”、８００℃四点曲げ強度４０ｋｇ／ｍｍ”、室
温から８００℃までの熱膨張係数３．７ｘ　１０−６７
”Ｃ１開気孔率０．１％なる特性を得た。このセラミッ
クローターと同一ロットのセラミックローターを空気中
８００°Ｃで１０００時間加熱し、酸化抵抗を調べたと
ころ、やや変色はしたか変形やクラック等の発生はなく
良好であった。

次に同一ロットのセラミックローターを圧力波式過給機
に組込み、その回転性能を試験した結果、ベルト駆動を
必要とせずに排ガスのエネルギーで回転することが判り
、金属製のローターより優れた性能であった。

（実施例２〜５、比較例１〜３） 実施例１と同様な方法により第１表に示すセラミック坏
土を調製した後、成形金型ｌを用いハニカム構造体６を
押出成形し、次いで乾燥した。乾燥したバエカム構造体
を目視検査により、第１図に示すような所望の形状が形
成されたか否か、クラックの発生の有無を調べた。この
目視検査に合格したものは、実施例１と同様な方法でバ
インダーを飛散除去させた後、第１表に示す条件で焼成
し、更に研削加工することにより内径３５ｍｍ、外径１
０５ｍｍ、長さ１０２ｍｍの圧力波式過給機用セラミッ
クローターを得た。研削加工したセラミックローターを
目視検査によりクラックの発生の有無を調べ、目視検査
に合格したローターのハブ部８より３　ｍ　ｍ　Ｘ　４
　ｍ　ｍ　Ｘ　４０　ｍ　ｍの試験片を切り出し材料特
性を測定した結果、本発明のもの（実施例２〜５）は所
望の特性を満たしており、セラミックローターとして使
用できたが、一方、本発明以外のもの（比較例１）は強
度が低くローターとして使用できなかった。

また、目視検査に合格したローターと同一ロットのロー
ターを空気中８００℃で酸化耐久試験を行なった結果、
本発明以外のもの（比較例１）は酸化による腐蝕が認め
られた。

本発明により得たセラミックローターと同一ロットのセ
ラミックローターを圧力波式過給機に′組込み、性能を
試験した結果、全てベルト駆動を必要とせずに排ガスの
エネルギーで回転することが判り、金属製のローターよ
り優れた性能であった。

以上のことから、本発明のセラミックローターのみが圧
力波式過給機用セラミックローターとして適することが
判明した。

［発明の効果コ 以上詳細に説明したように、本発明の圧力波式過給機用
セラミックローターによれば、低熱膨張性、耐熱性、軽
量性、高強度特性及び量産に向く押出法で製造するため
低コスト等の全ての性能を満たすため、従来の金属製ロ
ーターに比較し高性能のローターを提供することができ
、ディーゼル自動車やガソリン自動車に用いられる圧力
波式過給機として広く使用され得るもので、産業上極め
て有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧力波式過給機用セラミックロー
ターの一実施例を示す概要斜視図、第２図は本発明方法
によって押出成形され次いで乾燥されたセラミックハニ
カム構造体の正面図、第３図は本発明のセラミックハニ
カム構造体を押出成形するための成形金型の押出成形す
る側からの正面図、第４図は第３図のＡ−Ａ’断面図、
第５図は第３図の金型な金型取付枠を用いて成形機のシ
リンダーに取付けた構造を示す断面図、第６図は本発明
の他の実施例により押出成形して得られるセラミックロ
ーターの平面図である。 １・・・ハニカム構造体の押出成形金型、２，２ａ、２
ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ・＝成形溝、３，３ａ。 ３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ・・・セラミック坏土供給孔、
４・・・成形機のシリンダー、５−・・金型取付枠、６
・・・ハニカム構造体、７・・・圧力波式過給機用セラ
ミックローター、８・・・ハブ部、９・・・貫通孔。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックハニカム構造体からなり、該ハニカム
   の隔壁を構成する材料の見掛密度が４．０ｇ／ｃｍ＾３
   以下、開気孔率が３．０％以下、室温から８００℃迄の
   熱膨張係数が５．５×１０＾−＾６／℃以下で、かつ四
   点曲げ強度が３０ｋｇ／ｍｍ＾２以上であることを特徴
   とする圧力波式過給機用セラミックローター。
2. （２）材料が常圧焼結の窒化珪素である特許請求の範囲
   第１項記載のセラミックローター。
3. （３）材料が常圧焼結の炭化珪素である特許請求の範囲
   第１項記載のセラミックローター。
4. （４）ハニカム構造体の貫通孔の配列が同芯３列以上で
   ある特許請求の範囲第１項記載のセラミックローター。
5. （５）セラミック原料の平均粒子径を１〜１０μｍにコ
   ントロールしたセラミック坏土を、押出し成形金型の坏
   土供給孔を通じて複数の隔壁厚を有する成形溝に押圧供
   給してハニカム構造体を押出し、次いで乾燥、焼成後研
   削加工することを特徴とする圧力波式過給機用セラミッ
   クローターの製造方法。
6. （６）前記セラミック坏土の主原料がＳｉ＿３Ｎ＿４粉
   末である特許請求の範囲第５項記載の方法。
7. （７）前記セラミック坏土の主原料がＳｉＣ粉末である
   特許請求の範囲第５項記載の方法。