JPH0335265B2 - - Google Patents

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JPH0335265B2
JPH0335265B2 JP61131919A JP13191986A JPH0335265B2 JP H0335265 B2 JPH0335265 B2 JP H0335265B2 JP 61131919 A JP61131919 A JP 61131919A JP 13191986 A JP13191986 A JP 13191986A JP H0335265 B2 JPH0335265 B2 JP H0335265B2
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ceramic
groove
metal
metal member
metal composite
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Isao Oda
Takao Soma
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Description

【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野） 本発明は、セラミツクスと金属との結合体に関
するものである。 （従来の技術） 従来、セラミツクスと金属との結合体として
は、第７図にその部分断面を示すように金属製部
材５１の結合端面に凹部５２を形成して、その凹
部５２内に結合すべきセラミツク製部材５３の凸
部５４をかん合して結合するのが一般的であつ
た。 （発明が解決しようとする問題点） 上述した構造の従来のセラミツクス・金属結合
体においては、かん合端５５にかん合による圧縮
力のためセラミツク製部材中に著しく応力集中が
発生し、その結果、曲げやねじりに対して弱く結
合体の破壊につながることもあり、信頼性の高い
セラミツクス・金属結合体を得ることができない
欠点があつた。 本発明の目的は上述した不具合を解消して、結
合によるセラミツク製部材の応力集中が小さく、
その結果破壊しにくく信頼性の高いセラミツク
ス・金属結合体を提供しようとするものである。 （問題点を解決するための手段） 本発明のセラミツクス・金属結合体は、セラミ
ツク製部材に凸部を設け、該凸部を金属製部材に
設けられた凹部または貫通孔にかん合により結合
したセラミツクス・金属結合体において、該金属
製部材の外周部の実質的全周にわたつて溝部を設
け、該溝部に対応する位置にかん合端が位置する
とともに、前記溝部底部径とセラミツク製部材凸
部外径との差が、前記金属製部材外径とセラミツ
ク製部材凸部外径との差の0.05倍ないし0.6倍で
あることを特徴とするものである。 （作用） 上述した構成において、金属製部材の外周部の
実質的全周にわたつて溝部を設け、この溝部に対
応する位置にかん合端が位置するとともに、前記
溝部底部径とセラミツク製部材凸部外径との差
が、前記金属製部材外径とセラミツク製部材凸部
外径との差の0.05倍ないし0.6倍であるようにし
ているため、セラミツク製部材のかん合端に発生
する応力集中が緩和され、曲げやねじりに対し破
壊しにくく信頼性が高いセラミツクス・金属結合
体を得ることができる。 （実施例） 第１図は本発明のセラミツクス・金属結合体を
説明するための部分断面図である。第１図におい
て、セラミツク製部材１の端部に凸部１ａを設
け、この凸部１ａを金属製部材２の一端に設けた
凹部２ａに圧入等の方法によりかん合している。
その際、金属製部材２の凹部２ａの外周には全周
にわたつて溝部３を設けるとともに、この溝部３
に対応する金属製部材２の凹部２ａの内周にかん
合端４を設けている。なお、溝部３の形状は第１
図に示す例では断面が半円形の場合を示している
がこれに限定されるものではなく、実質的に溝の
作用をするものであればどのような形状でも使用
可能である。 また、第１図に示す例では、セラミツク製部材
１と金属製部材２の外径が等しい軸構造の例を示
しているが、本発明は軸外径が等しい場合にのみ
限定されるものではない。 第２図ａ，ｂは、本発明のセラミツクス・金属
結合体をターボチヤージヤーロータやガスタービ
ンロータ等の構成上金属製部材凹部外周にシール
リング溝および／またはオイルスリンガ溝を有す
る結合体に適用した実施例を説明するための部分
断面図である。第２図において、セラミツクロー
タ１１に凸部１２を設け、この凸部１２を金属製
部材１３に設けた凹部１４に圧入等の方法により
かん合している。そして、金属製部材１３の凹部
１４の外周の全周にわたつてシールリング溝１５
とオイルスリンガ溝１６とを設ける際に、第２図
ａではかん合端１７がシールリング溝１５に対応
する位置に設けられ、第２図ｂではかん合端１７
がオイルスリンガ溝１６に対応する位置に設けら
れている。そのため、特にターボチヤージヤーロ
ータやガスタービンロータ等の構成上金属製部材
凹部外周にシールリング溝および／またはオイル
スリンガ溝を有する結合体に本発明を適用する
と、そのシールリング溝またはオイルスリンガ溝
を本発明の溝部として使用できるため、簡単な構
造で本発明の目的を達成でき好適である。 以下、実際の例について説明する。 実施例 １ 第３図にその部分断面を示す形状の、Si3N4よ
りなるセラミツク製部材２１の凸部２２と
SNCM439よりなる金属製部材２３の凹部２４と
が結合したセラミツクス・金属結合体を作製し
た。本実施例では、結合は圧入により行い、圧入
前の凸部２２のセラミツク外径Dc＝13mm、凹部
２４の金属製部材内径dn＝12.9mmに加工した後圧
入を実施した。圧入後、凹部２４の金属製部材外
径がDn＝18mmになるよう仕上加工を行い、かん
合端２５に対応する凹部２４の金属製部材外周部
に幅ｂ＝2.5mmで断面が四角形の溝部２６を全周
にわたつて作製した。 また、溝部２６の深さの影響を調べるため、溝
部２６の底部径をＤとしたときのＤの値を変えた
試料を準備して、室温で引張試験を行つた。結果
を第１表および第４図に示す。第１表および第４
図において、引張荷重とは図示した荷重Ｐを負荷
してセラミツク製部材２１がかん合端２５より破
壊した時の荷重を示している。また、溝部２６の
深さの影響を以下の(1)式に示すようにＸを定義し
て、このＸにより評価した。 Ｘ＝Ｄ−Dc／Dn−Dc ……(1) そのため、Ｘ＝1.0のときは溝部２６が凹部２
４の金属軸外周部に設けられていない場合を示す
こととなる。
【表】 第１表および第４図から明らかなように、従来
のかん合端に対応する位置に溝部２６が設けられ
ていないＸ＝1.0の場合に比べて、本発明のかん
合端に対応する位置に溝部２６が設けられている
Ｘ＝0.05〜0.6の場合において引張強度が増大す
ることがわかつた。 実施例 ２ 第５図にその部分断面を示す形状の、Si3N4よ
りなるセラミツクロータ３１の凸部３２と
SNCM439よりなる金属軸３３の一端に摩擦圧接
により接合したFe−Ni合金よりなる凹形状の金
属製部材３４とが結合したセラミツクターボチヤ
ージヤーロータを作製した。本実施例では、セラ
ミツクロータ３１の外径13mmの凸部３２を低膨張
金属よりなる圧入前内径12.9mm、外径18mmの金属
製部材３４に圧入によりかん合している。また、
金属製部材３４の外周には全周にわたつてシール
リング溝３５とオイルスリンガ溝３６とを設け、
かん合端３７がシールリング溝３５と対応する位
置になるよう構成するとともに、SNCM439より
なる金属軸３３を高周波焼入れ焼戻しにより硬さ
を調整した。 得られたセラミツクターボチヤージヤーロータ
を高温回転試験装置に組み込んで800℃の燃焼ガ
スにより150000rpmの回転数で50時間の回転試験
を行つたが、なんら異常は認められなかつた。な
お、同試験をかん合端３７がシールリング溝３５
と対応する位置に設けないセラミツクターボチヤ
ージヤーロータで行つたところ、38時間でかん合
端３７よりセラミツクが破損した。 実施例 ３ 第６図は本発明をピストンに応用した例を示す
部分断面図である。外径20mm、長さ20mmの円柱状
凸部４２を有するSi3N4よりなるピストンキヤツ
プ４１を作製した。また、ステンレス鋼で外径30
mm、内径19.7mm、全長15mmの金属製部材４４を作
製した。次に、金属製部材４４の貫通孔４７にピ
ストンキヤツプ４１の円柱状凸部４２を500℃で
圧入によりかん合し、かん合端４５に対応する金
属製部材４４の外周部の全周にわたつて断面が台
形の溝部４６を設けたセラミツクス・金属結合体
を作製した。 一方、直径70mmの球状黒鉛鋳鉄製ピストン４３
のピストンクラウン４８に、このセラミツクス・
金属結合体がはめ込み可能な空所４９を設けた。
ついで、空所４９に設けためねじとセラミツク
ス・金属結合体の金属製部材４４の外周部に設け
たおねじとを固定し、第６図に部分断面を示す形
状の断熱エンジン用ピストンを作製した。このピ
ストンは直径70mm、ストローク75mm、回転数
2200rpmのデイーゼルエンジンで100時間運転し
ても何ら異常は認められなかつた。なお、同試験
をかん合端４５に対応する金属製部材４４の外周
部に溝部を設けないピストンで行つたところ、87
時間でかん合端４５よりセラミツクが破損した。 本発明は上述した実施例にのみ限定されるもの
ではなく、幾多の変形、変更が可能である。例え
ば、上述した実施例ではセラミツクスとして
Si3N4を用いたがこれに限定されるものではな
く、炭化珪素、サイアロン、ジルコニア、ムライ
ト、アルミナ、ベリリア等も使用できる。また、
金属製部材としても上述した実施例に限定される
ことなく他の金属も使用できることはいうまでも
ない。 （発明の効果） 以上詳細に説明したところから明らかなよう
に、本発明のセラミツクス・金属結合体によれ
ば、金属製部材の外周部の実質的全周にわたつて
設けた溝部に対応する位置にかん合端を設けると
ともに、前記溝部底部径とセラミツク製部材凸部
外径との差が、前記金属製部材外径とセラミツク
製部材凸部外径との差の0.05倍ないし0.6倍であ
ることにより、かん合端の応力集中が回避され、
信頼性の高いセラミツクス・金属結合体を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第１図および第２図ａ，ｂは本発明のセラミツ
クス・金属結合体を説明するための部分断面図、
第３図は本発明の一実施例を示す部分断面図、第
４図は第３図に示す実施例の引張荷重と溝部の深
さとの関係を示すグラフ、第５図は本発明をセラ
ミツクターボチヤージヤーロータに応用した実施
例を示す部分断面図、第６図は本発明をエンジン
用ピストンに応用した実施例を示す部分断面図、
第７図は従来のセラミツクス・金属結合体の一実
施例を示す断面図である。 １，２１……セラミツク製部材、１ａ，１２，
２２，３２，４２，５２……凸部、２，１３，２
３，３４，４４……金属製部材、２ａ，１４，２
４……凹部、３，２６，４６……溝部、４，１
７，２５，３７，４５……かん合端、１１，３１
……セラミツクロータ、３３……金属軸、１５，
３５……シールリング溝、１６，３６……オイル
スリンガ溝、４１……ピストンキヤツプ、４３…
…ピストン、４７……貫通孔、４８……ピストン
クラウン、４９……空所。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ セラミツク製部材に凸部を設け、該凸部を金
    属製部材に設けられた凹部または貫通孔にかん合
    により結合したセラミツクス・金属結合体におい
    て、該金属製部材の外周部の実質的全周にわたつ
    て溝部を設け、該溝部に対応する位置にかん合端
    が位置するとともに、前記溝部底部径とセラミツ
    ク製部材凸部外径との差が、前記金属製部材外径
    とセラミツク製部材凸部外径との差の0.05倍ない
    し0.6倍であることを特徴とするセラミツクス・
    金属結合体。 ２ 前記かん合が、圧入、焼ばめ、冷やしばめあ
    るいはこれらの組合わせである特許請求の範囲第
    １項記載のセラミツクス・金属結合体。 ３ 前記セラミツクス・金属結合体がターボチヤ
    ージヤーロータもしくはガスタービンロータの回
    転軸である特許請求の範囲第１項ないし第２項の
    いずれかに記載のセラミツクス・金属結合体。 ４ 前記溝部がターボチヤージヤーロータもしく
    はガスタービンロータのシールリング溝あるいは
    オイルスリンガ溝である特許請求の範囲第１項な
    いし第２項のいずれかに記載のセラミツクス・金
    属結合体。
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