JPH0329299Y2

JPH0329299Y2 -

Info

Publication number: JPH0329299Y2
Application number: JP1985182528U
Authority: JP
Priority date: 1985-11-26
Filing date: 1985-11-26
Publication date: 1991-06-21
Also published as: JPS6293343U

Description

【考案の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本考案はターボローターを成すセラミツク部材
と回転軸を成す金属部材とを嵌合しロウ材のみを
充填することにより締結した結合体に関するもの
である。〔従来の技術〕近年、各種の産業機械装置における高温雰囲気
下で使用される機構部品には、機械的強度、耐熱
性、耐摩耗性に優れ、比重の小さいセラミツク部
材、とりわけジルコニア、炭化珪素、サイアロン
窒化珪素等の焼結体が適しているが、加工性に難
点があり、上記セラミツク部材のみで機構部品と
して使用することが難しく、高荷重が作用する、例えばターボチヤージヤーやガスタービンエン
ジン等の回転軸には高強度で加工性の優れた金属
部材で構成するとともに、上記セラミツク部材と
を組み合わせた複合構造体とすることが注目さ
れ、従来よりロウ付によるセラミツク部材と金属
部材の接合体が研究され提案されてきた。従来、セラミツク部材と金属部材とを接合する
場合は、先ず、セラミツク部材接合部に金属メツ
キもしくはメタライジングを施してから、該セラ
ミツク部材と金属部材とをロウ付にて接合する方
法が多く採用されていた。とりわけ、セラミツク
部材と金属部材とを軸継手する場合は、概してセ
ラミツク部材と金属部材には高精度の同軸度が要
求されることから、一般的にセラミツク部材の接
合部は研磨仕上げされている。（考案が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来のセラミツク部
材と金属部材のロウ付結合体にあつてはセラミツ
ク部材の接合部を研磨仕上げした後、該接合部に
メタライジング層を形成したセラミツク部材と金
属部材とをロウ付により軸継手を構成した場合、
例えばセラミツク製ターボローターと金属製回転
軸とを軸継手により接合した場合、軸径、直角
度、真円度等のバラツキは極めて小さく成り、そ
の結果セラミツク部材と金属部材の隙間のバラツ
キも小さくなるが、セラミツク部材の接合部全域
にわたつて均一な厚さでメタライジングを施すこ
とが困難であることから、該メタライジング層の
薄い部分ではロウ付時、該メタライジング層が食
われて消失し、ロウ材の濡れ性が劣化し、巣など
の欠陥を生じ易く、その結果、接合強度の低下を
引き起こしていた。また、研磨されたセラミツク
部材の接合部とメタライジング層との密着強度は
焼成上り面より低く、セラミツク部材と金属部材
とのロウ付強度は小さくて不安定なものとなると
いう欠点があつたなお、焼成上り面のままの状態でメタライジン
グ層を形成し、セラミツク部材と金属部材とをロ
ウ付によつて軸継手を構成した場合には軸径、直
角度、真円度等のバラツキが大となり、金属部材
の孔径を大きく加工しなければならず、個々のセ
ラミツク部材と金属部材の隙間のバラツキが大き
くなつて、接合強度が低く不安定なものとなり、
セラミツク部材と金属部材の接合が信頼性に劣る
ものとなる。〔問題点を解決するための手段〕本考案は前記欠点に鑑み種々の実験の結果案出
されたもので、セラミツク部材と金属部材との軸
継手において該両者の同軸度、軸径、直角度、真
円度等の精度を損なわぬ様、前記両者の隙間を最
大150μmの範囲内に研磨仕上げすることにより、
該セラミツク部材の接合部に金属層を形成しなく
とも該セラミツク部材を前記金属部材に嵌入した
部分にロウ材が均一に充填されること、その結
果、セラミツク部材に金属層を設けてロウ付する
従来例と接合強度において何んら遜色のないこと
を見出した。従つて本考案においては、回転軸を
成す金属部材に形成した孔に対して20〜110μmの
隙間を有するように研磨仕上げしたターボロータ
ーを成すセラミツク部材の部位を、前記孔中に挿
入し、該挿入部におけるセラミツク部材表面と金
属部材表面間にロウ材のみを充填してセラミツク
部材を金属部材で締結したことを特徴とするるセ
ラミツク部材と金属部材の結合体が提供される。〔実施例〕以下、本考案を実施例によつて具体的に詳述す
る。第１図は、本考案の結合体の一実施例を示す断
面図である。１はターボローターを成すセラミツ
ク部材、２は回転軸を成す金属部材であり、金属
部材２の内側には孔が形成されている。このセラ
ミツク部材１の外表面は研磨仕上げされ、その部
位と金属部材２はロウ材３のみを充填して締結し
た構造をなしている。このような構造を得るに際
し、まず第２図に示すような径約13mm強の円柱状
断面を有する窒化珪素製セラミツク焼結体から成
るセラミツク部材１を常圧焼結法により製作し
た。次いでセラミツク部材１の金属部材との接合
部を＃120、＃140及び＃170規格の３種類のダイ
ヤモンド碇石を用いてそれぞれ研磨加工し、該接
合部の面粗度を３種類設定するとともに、該接合
部の外径がインコロイ９０３相当の外径17mmの耐
熱低膨張合金製円環から成る金属部材２との嵌入
時において、金属部材２に対する隙間が20、30、
60、90、110μmとなる様に寸法設定した。なお、
金属部材２の内径面は切削仕上げにより面粗度を
２種類設定した。次いで、セラミツク部材１はア
セトン等の有機溶剤を用いて洗浄後、フオーミン
グガス雰囲気中で950℃の熱処理を行い、一方金
属部材２はアセトン等の有機溶剤を用いて洗浄
後、厚さ約10μmのニツケルめつきを施した。以
上の前処理を施したセラミツク部材１を金属部材
２に嵌入し、高周波誘導加熱方式により、アーム
ガス雰囲気中、820℃にてBAg8規格の高融点ロ
ウを流し込むことにより、セラミツク部材１と耐
熱低膨張合金製円環から成る金属部材２とを高融
点ロウ３のみにより締結した。なお、該接合部は
Ｘ線透過撮影および超音波探傷により、巣などの
欠陥がなく均一にロウ材が充填されていることが
確認された。上記の如く製作した結合体は、耐熱低膨張合金
製円環から成る金属部材２を第２図に示す様に、
鋼製円筒治具４で支えた上、500℃に加熱した雰
囲気中でセラミツク部材１に鋼製押棒治具５を介
して矢印で示す方向に荷重を加え、セラミツク部
材１の金属部材２からの抜強度を測定し、、該両
者の接合強度とした。また、前述の如き隙間を設定したセラミツク部
材１と金属部材２の接合部の面粗度Raは万能表
面形状測定機を用いて測定し、セラミツク部材１
の接合部外径はマイクロメータを用い、また金属
部材２の接合部内径は三次元座標測定器を用い
て、それぞれ寸法を測定した。以上の結果を第１
表−１、第１表−２に示す。なお、セラミツク部材１の接合部を＃120及び
＃170規格の２種類のダイヤモンド砥石を用いて
それぞれ研磨し、該接合部の面粗度を２種類設定
した後、該接合部にNi70％，Mn3％、TiO₂2％、
酢酸ブチル６％、ガラス19％よりなるメタライズ
組成物を用いて、フオーミングガス雰囲気中で
950℃の温度にて金属層を形成し、該金属層上に
厚さ約10μmのニツケルめつきを施し、前記と同
様にして耐熱低膨張合金製円環より成る金属部材
２に嵌入ロウ付した結合体を比較例（試料番号
27，28）とした。

〔考案の効果〕

以上、詳細に説明したように本考案結合体はセ
ラミツク部材の金属部材と接合すべき部分に、金
属層を形成することなく、セラミツク部材を金属
部材に挿入しロウ材のみを充填して締結するよう
にしたもので、セラミツク部材と金属部材との接
合強度を損なうことなく接合に対する信頼性を確
保できるとともに、製造工程の大幅な短縮が実現
できる。また、セラミツク部材と金属部材との同軸度、
セラミツク部材の軸径、直角度および真円度の精
度が確保され、とりわけ同軸度の精度が確保され
ることにより、結合後の加工を極めて簡便ならし
めることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の結合体の一実施例を示す断面
図、第２図は結合体の抜強度の測定方法の説明図
である。１……セラミツク部材、２……金属部材、３…
…ロウ材。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

回転軸を成す金属部材に形成した孔に対して20
〜110μmの隙間を有するように研磨仕上げしたタ
ーボローターを成すセラミツク部材の部位を、前
記孔中に挿入し、該挿入部におけるセラミツク部
材表面と金属部材表面間にロウ材を充填してセラ
ミツク部材を金属部材で締結したことを特徴とす
るセラミツク部材と金属部材の結合体。