JPH0352962Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0352962Y2 JPH0352962Y2 JP1984166338U JP16633884U JPH0352962Y2 JP H0352962 Y2 JPH0352962 Y2 JP H0352962Y2 JP 1984166338 U JP1984166338 U JP 1984166338U JP 16633884 U JP16633884 U JP 16633884U JP H0352962 Y2 JPH0352962 Y2 JP H0352962Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotating shaft
- ceramic
- rotating body
- connecting portion
- metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Supercharger (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本考案は、セラミツクより成る回転体を備えた
内燃機関などに搭載する排気ターボチヤージヤー
（以下、単にターボと称す）を構成するセラミツ
クターボロータに関するものである。 〔従来の技術〕 自動車用エンジンをはじめ各種用途に用いられ
る内燃機関には排ガスの有するエネルギーを利用
し、出力の向上や燃料消費量の低減を図るべくタ
ーボを装備したものが多く用いられるようになつ
てきた。このようなターボでは熱効率を高めるた
め、できる限り高い温度の排ガスを導入すること
が有効である。このため金属材にくらべ耐熱性に
優れ、比重が小さいセラミツク材、とりわけ窒化
珪素、サイアロン、炭化珪素などの焼結体でター
ボ用の回転体を構成することが多く提案されてい
る。このようなターボにおける高温度の排ガスに
直接さらされるブレードおよび該ブレードを保持
したり、あるいはブレードが一体形成されたセラ
ミツク製回転体にて発生した回転力をコンプレツ
サー等の被回転体に伝達する回転軸も、被回転体
等との連結性、支軸性などの関係から回転体と回
転軸をセラミツク材で一体的に成形することが考
えられる。しかしこの成形性に問題があり、また
焼成に際し変形したり、焼成後の研削、研磨加工
等がむずかしいことから、かかる回転体と回転軸
を一体成形したセラミツクターボロータの実用化
は極めて困難である。そこで、回転体をセラミツ
ク材で形成し、該回転体に金属製の回転軸を連結
することによりターボロータを構成することが考
えられている。 〔考案が解決しようとする問題点〕 例えば、セラミツク製回転体にコバール、イン
バー、アンバーまたは鉄−ニツケル合金などの低
熱膨張率の金属製回転軸をロウ付け、焼嵌めなど
により接合する場合、1000℃程度の高温時には、
常温時に比べてやや接合強度が低下するが、それ
でも回転トルクに対しては十分な接合強度であつ
た。 ところが、これらの低熱膨張率金属は機械的強
度が小さいため、高温、高速回転時に発生する高
応力や振動によつて、回転軸連結部のセラミツク
製回転体側端部が変形しやすく、その結果、バラ
ンスが悪くなつて高速回転中のセラミツク製回転
体が破損したり、あるいは接合強度が大きく低下
してセラミツク製回転体が離脱してしまい、非常
に危険があるだけでなく、長時間の連続使用がで
きないという問題点があつた。 〔問題点を解決するための手段〕 本考案は、上記のような在来のターボロータの
欠点に鑑みて、セラミツク製回転体に連結した金
属製回転軸連結部の、特に高温度にさらされる外
周部または高温域で、かつ高速回転に基づく、高
い応力が集中する部分の外周部に、金属製回転軸
連結部より大きな強度をもつた金属リングをロウ
付けまたは焼ばめ等により嵌着しておくことによ
つて高温疲労に耐え、セラミツク製回転体と金属
製回転軸連結部との接合強度を安定維持し、セラ
ミツク製回転体の破損を防止して、信頼性の高い
セラミツクターボロータをもたらさんとするもの
である。 なお、上記金属リングは、金属製回転軸連結部
と比べて、すべての面からみて強度の大きいもの
を用いるが、特に600〜700℃の高温においても引
張強度の大きいものを用いる。 〔作用〕 セラミツク製回転体に連結する金属製回転軸に
用いられるコバール、インバー、アンバー、鉄−
ニツケル合金等の1.3〜5.5×10-6／℃の低い熱膨
張率を有する連結部の高温度にさらされる外周部
または高い応力が生じる外周部に、４〜16×
10-6／℃の比較的低い熱膨張率を有する第１表に
示したサーメツト、超硬、モリブテン、タングス
テン、インコロイ等から成る高強度の金属リング
を嵌着する。その結果、上記回転軸連結部の周囲
には強度の大きな金属リングが嵌着されているこ
とから、高温、高速回転時に発生する高応力や振
動に対して、回転軸連結部のセラミツク製回転体
側端部の変形をなくし、バランスを保つととも
に、接合強度を安定維持できるため、セラミツク
製回転体の破損や離脱を防止することができる。 なお、上記金属リングは回転軸連結部に比べて
やや熱膨張率の大きなものであるが、高温時の熱
膨張差は微小であり、回転軸連結部の変形を防止
するには十分である。 また、セラミツク製回転体は、低熱膨張率金属
からなる回転軸連結部と直接接合しているため、
高温時でも両者の熱膨張差は小さく、回転トルク
に対しては十分な接合強度を保つている。 〔実施例〕 以下、本考案を実施例によつて具体的に詳述す
る。 図において１はセラミツクターボロータを示
し、２はセラミツク製回転体で、この回転体２の
一端の軸中心部には突出部２ａが一体成形してあ
る。また３は回転軸で、その一端に形成した凹部
を有する回転軸連結部４には上記回転体２の突出
部２ａが嵌着される。この場合、回転軸連結部４
のセラミツク製回転体側端部には丸味部４ａが形
成され、これら回転体２と回転軸連結部４とはロ
ウ付、焼ばめなどの手段によつて接合され連結さ
れる。また回転軸連結部４には高温度にさらされ
る部分または高応力を生じる部分である端部外周
には高強度の金属リング５が嵌入し、装着してあ
る。なお、上記金属リング５は、あらかじめ回転
軸連結部４の所定位置に、焼嵌め、ロウ付け等に
よつて装着しておき、その後セラミツク製回転体
２を回転軸連結部４に接合するようになつてい
る。 ところで、回転体２を成すセラミツク材として
は、耐熱性、耐熱衝撃性、機械的強度の大きい非
酸化物系セラミツクである窒化珪素、サイアロ
ン、炭化珪素などが適している。また回転軸連結
部４を成す金属材としては、熱膨張率の小さいコ
バール、インバー、アンバー、鉄−ニツケル合金
等が用いられ、高温部または高い応力が集中する
部位である回転軸連結部４の外周に接合される高
強度の金属リング５としてはサーメツト、超硬、
インコロイ、モリブテン、タングステンもしくは
これらを主成分とする合金が作られている。一
方、回転軸３は全長にわたつてコバール、インバ
ー、アンバー、鉄−ニツケル合金等で構成しても
よいが、これらは高価であるばかりでなく耐摩耗
性が小さい金属であることから、セラミツク製回
転体２と接合する回転体連結部４を除き他の回転
軸３の部分は機械構造用炭素鋼などでもつて構成
してもよい。なおこの場合、炭素鋼などより成る
回転軸３と回転軸連結部４とは電子ビーム溶接
法、圧接法等によつて接合部Ｓで接ぎ合せるとよ
い。さらにターボロータ１を成すこれらセラミツ
ク材及び金属材の物性は第１表の通りである。 次に本案に係るターボロータの実施例におい
て、
内燃機関などに搭載する排気ターボチヤージヤー
（以下、単にターボと称す）を構成するセラミツ
クターボロータに関するものである。 〔従来の技術〕 自動車用エンジンをはじめ各種用途に用いられ
る内燃機関には排ガスの有するエネルギーを利用
し、出力の向上や燃料消費量の低減を図るべくタ
ーボを装備したものが多く用いられるようになつ
てきた。このようなターボでは熱効率を高めるた
め、できる限り高い温度の排ガスを導入すること
が有効である。このため金属材にくらべ耐熱性に
優れ、比重が小さいセラミツク材、とりわけ窒化
珪素、サイアロン、炭化珪素などの焼結体でター
ボ用の回転体を構成することが多く提案されてい
る。このようなターボにおける高温度の排ガスに
直接さらされるブレードおよび該ブレードを保持
したり、あるいはブレードが一体形成されたセラ
ミツク製回転体にて発生した回転力をコンプレツ
サー等の被回転体に伝達する回転軸も、被回転体
等との連結性、支軸性などの関係から回転体と回
転軸をセラミツク材で一体的に成形することが考
えられる。しかしこの成形性に問題があり、また
焼成に際し変形したり、焼成後の研削、研磨加工
等がむずかしいことから、かかる回転体と回転軸
を一体成形したセラミツクターボロータの実用化
は極めて困難である。そこで、回転体をセラミツ
ク材で形成し、該回転体に金属製の回転軸を連結
することによりターボロータを構成することが考
えられている。 〔考案が解決しようとする問題点〕 例えば、セラミツク製回転体にコバール、イン
バー、アンバーまたは鉄−ニツケル合金などの低
熱膨張率の金属製回転軸をロウ付け、焼嵌めなど
により接合する場合、1000℃程度の高温時には、
常温時に比べてやや接合強度が低下するが、それ
でも回転トルクに対しては十分な接合強度であつ
た。 ところが、これらの低熱膨張率金属は機械的強
度が小さいため、高温、高速回転時に発生する高
応力や振動によつて、回転軸連結部のセラミツク
製回転体側端部が変形しやすく、その結果、バラ
ンスが悪くなつて高速回転中のセラミツク製回転
体が破損したり、あるいは接合強度が大きく低下
してセラミツク製回転体が離脱してしまい、非常
に危険があるだけでなく、長時間の連続使用がで
きないという問題点があつた。 〔問題点を解決するための手段〕 本考案は、上記のような在来のターボロータの
欠点に鑑みて、セラミツク製回転体に連結した金
属製回転軸連結部の、特に高温度にさらされる外
周部または高温域で、かつ高速回転に基づく、高
い応力が集中する部分の外周部に、金属製回転軸
連結部より大きな強度をもつた金属リングをロウ
付けまたは焼ばめ等により嵌着しておくことによ
つて高温疲労に耐え、セラミツク製回転体と金属
製回転軸連結部との接合強度を安定維持し、セラ
ミツク製回転体の破損を防止して、信頼性の高い
セラミツクターボロータをもたらさんとするもの
である。 なお、上記金属リングは、金属製回転軸連結部
と比べて、すべての面からみて強度の大きいもの
を用いるが、特に600〜700℃の高温においても引
張強度の大きいものを用いる。 〔作用〕 セラミツク製回転体に連結する金属製回転軸に
用いられるコバール、インバー、アンバー、鉄−
ニツケル合金等の1.3〜5.5×10-6／℃の低い熱膨
張率を有する連結部の高温度にさらされる外周部
または高い応力が生じる外周部に、４〜16×
10-6／℃の比較的低い熱膨張率を有する第１表に
示したサーメツト、超硬、モリブテン、タングス
テン、インコロイ等から成る高強度の金属リング
を嵌着する。その結果、上記回転軸連結部の周囲
には強度の大きな金属リングが嵌着されているこ
とから、高温、高速回転時に発生する高応力や振
動に対して、回転軸連結部のセラミツク製回転体
側端部の変形をなくし、バランスを保つととも
に、接合強度を安定維持できるため、セラミツク
製回転体の破損や離脱を防止することができる。 なお、上記金属リングは回転軸連結部に比べて
やや熱膨張率の大きなものであるが、高温時の熱
膨張差は微小であり、回転軸連結部の変形を防止
するには十分である。 また、セラミツク製回転体は、低熱膨張率金属
からなる回転軸連結部と直接接合しているため、
高温時でも両者の熱膨張差は小さく、回転トルク
に対しては十分な接合強度を保つている。 〔実施例〕 以下、本考案を実施例によつて具体的に詳述す
る。 図において１はセラミツクターボロータを示
し、２はセラミツク製回転体で、この回転体２の
一端の軸中心部には突出部２ａが一体成形してあ
る。また３は回転軸で、その一端に形成した凹部
を有する回転軸連結部４には上記回転体２の突出
部２ａが嵌着される。この場合、回転軸連結部４
のセラミツク製回転体側端部には丸味部４ａが形
成され、これら回転体２と回転軸連結部４とはロ
ウ付、焼ばめなどの手段によつて接合され連結さ
れる。また回転軸連結部４には高温度にさらされ
る部分または高応力を生じる部分である端部外周
には高強度の金属リング５が嵌入し、装着してあ
る。なお、上記金属リング５は、あらかじめ回転
軸連結部４の所定位置に、焼嵌め、ロウ付け等に
よつて装着しておき、その後セラミツク製回転体
２を回転軸連結部４に接合するようになつてい
る。 ところで、回転体２を成すセラミツク材として
は、耐熱性、耐熱衝撃性、機械的強度の大きい非
酸化物系セラミツクである窒化珪素、サイアロ
ン、炭化珪素などが適している。また回転軸連結
部４を成す金属材としては、熱膨張率の小さいコ
バール、インバー、アンバー、鉄−ニツケル合金
等が用いられ、高温部または高い応力が集中する
部位である回転軸連結部４の外周に接合される高
強度の金属リング５としてはサーメツト、超硬、
インコロイ、モリブテン、タングステンもしくは
これらを主成分とする合金が作られている。一
方、回転軸３は全長にわたつてコバール、インバ
ー、アンバー、鉄−ニツケル合金等で構成しても
よいが、これらは高価であるばかりでなく耐摩耗
性が小さい金属であることから、セラミツク製回
転体２と接合する回転体連結部４を除き他の回転
軸３の部分は機械構造用炭素鋼などでもつて構成
してもよい。なおこの場合、炭素鋼などより成る
回転軸３と回転軸連結部４とは電子ビーム溶接
法、圧接法等によつて接合部Ｓで接ぎ合せるとよ
い。さらにターボロータ１を成すこれらセラミツ
ク材及び金属材の物性は第１表の通りである。 次に本案に係るターボロータの実施例におい
て、
【表】
叙上のように本考案によれば、高速回転するセ
ラミツク製回転体を連結した回転軸連結部の外周
に、高強度の金属リングを装着したことによつ
て、高温、高速回転時における、回転軸連結部の
変形をなくし、バランスを保つとともに、十分な
接合強度を安定維持できることから、セラミツク
製回転体の破損や離脱を防止でき、信頼性の高い
セラミツクターボロータを提供することができ
る。
ラミツク製回転体を連結した回転軸連結部の外周
に、高強度の金属リングを装着したことによつ
て、高温、高速回転時における、回転軸連結部の
変形をなくし、バランスを保つとともに、十分な
接合強度を安定維持できることから、セラミツク
製回転体の破損や離脱を防止でき、信頼性の高い
セラミツクターボロータを提供することができ
る。
図は本案実施例によるセラミツクターボロータ
の縦断面図である。 １……セラミツクターボロータ、２……セラミ
ツク製回転体、２ａ……突出部、３……回転軸、
４……回転軸連結部、４ａ……丸味部、５……金
属リング、Ｓ……接合部。
の縦断面図である。 １……セラミツクターボロータ、２……セラミ
ツク製回転体、２ａ……突出部、３……回転軸、
４……回転軸連結部、４ａ……丸味部、５……金
属リング、Ｓ……接合部。
Claims (1)
- ブレードを備えたセラミツク製回転体の中心部
に一体的に形成した突出部を、回転軸の端部に形
成した低熱膨張金属からなる回転軸連結部の凹部
中に嵌入するとともに、上記回転軸連結部のセラ
ミツク製回転体側端部の外周に、サーメツト、超
硬、インコロイ、モリブデン、タングステンなど
の単体もしくはこれらの合金からなり、前記回転
軸連結部よりも強度の大きい金属リングを嵌着し
たことを特徴とするセラミツクターボロータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1984166338U JPH0352962Y2 (ja) | 1984-10-31 | 1984-10-31 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1984166338U JPH0352962Y2 (ja) | 1984-10-31 | 1984-10-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6180301U JPS6180301U (ja) | 1986-05-28 |
| JPH0352962Y2 true JPH0352962Y2 (ja) | 1991-11-19 |
Family
ID=30724160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1984166338U Expired JPH0352962Y2 (ja) | 1984-10-31 | 1984-10-31 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0352962Y2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2516355B2 (ja) * | 1987-02-27 | 1996-07-24 | クラリオン株式会社 | 同調用制御電圧発生回路 |
| JPH0744722Y2 (ja) * | 1987-03-30 | 1995-10-11 | 日本碍子株式会社 | セラミックタービンロータと金属軸との結合軸構造 |
| JP2569335B2 (ja) * | 1987-06-06 | 1997-01-08 | 住友電気工業株式会社 | 超電導ワイヤの製造方法 |
| JP4998023B2 (ja) * | 2007-03-09 | 2012-08-15 | トヨタ自動車株式会社 | ガスタービンの焼ばめ締結構造 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6139403U (ja) * | 1984-08-16 | 1986-03-12 | トヨタ自動車株式会社 | タ−ボチヤ−ジヤ用タ−ビンホイ−ルの軸部支持構造 |
-
1984
- 1984-10-31 JP JP1984166338U patent/JPH0352962Y2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6180301U (ja) | 1986-05-28 |
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