JPH04214927A - セラミックターボチャージャロータの製造方法 - Google Patents

セラミックターボチャージャロータの製造方法

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JPH04214927A
JPH04214927A JP3012655A JP1265591A JPH04214927A JP H04214927 A JPH04214927 A JP H04214927A JP 3012655 A JP3012655 A JP 3012655A JP 1265591 A JP1265591 A JP 1265591A JP H04214927 A JPH04214927 A JP H04214927A
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ceramic
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Kiyonobu Kawasaki
河▲さき▼　清宣
Masahiro Fujiyama
藤山　正博
Hiroyuki Kawase
河瀬　博之
Koji Kato
加藤　孝治
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はシュラウドチップ部から
なる翼部と、翼部の背面に設けた円すい状の背板と、背
板の翼部とは反対側に設けた軸部とからなるセラミック
ターボチャージャロータおよびその製造方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】金属材料に比べて高温強度、耐熱性等に
優れた特性を持ちかつ軽量であるセラミック材料が自動
車部品に使用され始めた。特に、窒化珪素製のターボチ
ャージャロータは耐熱性、応答性などの点に優れており
非常に有効であことは知られている。
【０００３】通常、セラミック製ターボチャージャロー
タは複雑形状であるため、射出成形でシュラウドチップ
部からなる翼部と背板と軸部とからなるロータを成形し
、脱脂後例えば炭化珪素製の円筒状支持具内に軸部を挿
入し背板を支持具で支持した状態で焼結したのち、所定
形状に加工して製造していた。
【０００４】このとき、（１）　従来の金属ロータの設
計思想から、加速応答性確保のため背面の位置を厳しく
設定する必要があった。（２）　背面、背板が焼成面の
ままでは回転試験中に背板から破壊するものがあり、こ
れは焼成面の強度が低いため破壊されると考えられてい
たが、実際は、焼成時の支持具の接触位置及びその近傍
が白色に変色し、表面が粗くなることにより強度低下を
起こしていた。そのため、焼成面より強い研摩面にする
必要があった。（３）　背面を加工時及び組み付け時に
基準となる面としていた。以上の理由から、金属軸と結
合する背面の全体及び背板全体を例えば研削加工する必
要があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セラミ
ック材料は高硬度でぜい性材料であるため、中でも背板
は応力低減のためだ円、テーパなど複雑な形状をしてい
るので、加工が難しく加工コストが高くなり、その結果
金属製のターボチャージャロータに比べて製造コストが
高くなる問題があった。
【０００６】この点に関し、セラミック焼結体の変形や
強度低下を防止するために、焼結前の成形体に静水圧加
圧を施す方法（特公昭６２−２７０３４号公報）や、セ
ラミック体表面からの分解蒸発を防止する焼結方法（特
公昭６１−３３０４号公報）などが提案されているもの
の、加工を不要とする焼結体を得るには至っていない問
題があった。
【０００７】また、背面を加工すると、シュラウドチッ
プ部と背面及びハブ部と背面との境界部にチッピングを
生じるセラミック特有の問題もあり、境界部全周をＣ取
りする必要があった。
【０００８】さらに、背板を加工しないで回転させると
プルーフ試験において破壊するものが多発する問題もあ
った。
【０００９】本発明の目的は上述した課題を解消して、
製造コストを抑えることができしかも強度低下の少ない
セラミックターボチャージャロータおよびその製造方法
を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミックター
ボチャージャロータの第１発明は、翼部と、翼部の背面
に設けた円すい状の背板と、背板の翼部とは反対側に設
けた軸部とからなるセラミックターボチャージャロータ
において、背板の基準面以外の部分を加工せず焼成した
ままの状態にしたことを特徴とするものである。
【００１１】また、本発明のセラミックターボチャージ
ャロータの製造方法の第１発明は、翼部と、翼部の背面
に設けた円すい状の背板と、背板の翼部とは反対側に設
けた軸部とからなるセラミックターボチャージャロータ
を成形し、円筒状の窒化珪素製支持具に成形したセラミ
ックターボチャージャロータの軸部を挿入して、背板を
支持具で支持した状態で焼成し、焼成後翼部の背板のう
ち支持具と接触した部分のみを加工して基準面としたこ
とを特徴とするものである。
【００１２】また、本発明のセラミックターボチャージ
ャロータの第２発明は、先端部を有する翼部と、翼部の
背面に設けた円すい状の背板と、背板の翼部とは反対側
に設けた軸部とからなるセラミックターボチャージャロ
ータにおいて、少なくとも背板の背面および背板が焼成
面のままであり、翼部の先端部を基準面として加工した
ことを特徴とするものである。
【００１３】また、本発明のセラミックターボチャージ
ャロータの製造方法の第２発明は、先端部を有する翼部
と、翼部の背面に設けた円すい状の背板と、背板の翼部
とは反対側に設けた軸部とからなるセラミックターボチ
ャージャロータを成形し、成形体の翼部の先端部を支持
した状態で焼成し、焼成後支持具と接触した先端部のみ
を基準面として加工することを特徴とするものである。
【００１４】
【作用】上述したセラミックターボチャージャロータの
第１発明の構成において、翼部を構成するシュラウドチ
ップ部の背面および背板における加工を背板の一部すな
わち基準面を成形する部分のみの加工として他の部分を
焼成したままの状態としても、後述する実施例からも明
らかなように、従来の金属ロータほど背面の位置を規定
する寸法精度を厳しくなくとも加速応答性に何ら問題が
ないこと、および従来のように背板全体を研削加工した
場合と比べても、実機試験において何等問題がないこと
を見い出した。
【００１５】これにより、加工コストを抑えることがで
き、その結果ターボチャージャロータの製造コストを低
減させることができる。特に、背板の形状は、翼部のシ
ュラウドチップ部の外周端から軸部に向かって徐々に厚
くなるような円すい形状をとっているため、背板全体を
研削加工しようとすると例えば総型砥石を使用しなけれ
ばならず、その加工が困難で加工コストも高いものとな
り、この背板の加工を一部で済ましても従来とほぼ同等
の強度が得られることは、製造コストの低減に大きく寄
与する。
【００１６】また、上述したセラミックターボチャージ
ャロータの製造方法の第１発明の構成において、窒化珪
素製の円筒状支持具を使用して焼成しているため、従来
の炭化珪素製の支持具を使用した際に発生していた炭化
珪素と窒化珪素との反応による背板と支持具との接触部
およびその近傍の粗れはなくなり、その結果強度低下を
少なくすることができる。
【００１７】なお、窒化珪素製の支持具も使用回数が増
すと熱分解により支持具の表面が粗れてくる。そのため
、支持具と接触部の成形体の表面の蒸発が進行し表面状
態は悪くなるが、本発明ではこの部分を基準面とする事
により必要最小限の加工でターボチャージャロータを得
ることができる。
【００１８】基準面の位置は背板のどの部分でも良いが
、通常最終バランス加工を行う背板の段部に設けると良
い。
【００１９】さらに、上述したセラミックターボチャー
ジャロータの第２発明の構成において、基準面を翼部の
先端部とすることにより翼部の背面および背板を加工せ
ず焼成したままの状態としても、後述する実施例からも
明らかなように、従来のように背板全体を研削した場合
と比べ、実機試験において何ら問題がなく、その結果基
準面が背面または背板以外の部分でも良くなることを見
い出した。
【００２０】すなわち、セラミックロータの場合メタル
ロータのような厳しい寸法管理をしなくとも、すなわち
背面を加工せず焼成したままの状態でも、加速応答性に
変化がないことを見い出すとともに、焼成時の治具の接
する部分および基準面を先端部に変更したことにより、
背板の研磨をなくしている。
【００２１】また、上述しセラミックターボチャージャ
ロータの製造方法の第２発明の構成において、焼成時の
支持を翼部先端部で行なうようにしたことにより、先端
部が粗れても先端部を研削処理することにより基準面を
も作製することができる。
【００２２】なお、先端部を基準面としたときは、加工
時シュラウド部がじゃまをすることも考えられるため、
この先端部を基準として金属軸側に加工基準を設け、そ
こを基準に加工すると好ましい。
【００２３】
【実施例】第１図（ａ），（ｂ）　は本発明の第１発明
のセラミックターボチャージャロータの一構成を示す底
面図および側面図である。第１図（ａ），（ｂ）　にお
いて、例えば窒化珪素製のセラミックターボチャージャ
ロータ１は、翼部２と背板５と軸部３とにより構成され
、翼部２はシュラウドチップ部４、背面７および先端部
８とより構成されている。背板５は、翼部２の背面７に
おいてシュラウドチップ部４の外周端側から軸部３に向
かって厚くなるような形状をとっている。
【００２４】本発明の第１発明のセラミックターボチャ
ージャロータ１では、焼成後の加工においてシュラウド
チップ部４および軸部３の全体は加工しているが、背板
５の基準面６以外の部分を加工せず焼成したままの状態
としている。すなわち、背板５においては、焼成後基準
面６を形成する部分のみ研削加工している。そのため、
研削加工する部分は従来の背板５全体を研削加工する場
合と比べて少なくなるとともに、その研削加工も加工す
べき部分の形状が複雑でないため簡単にすることができ
る。基準面６が必要なのは、加工時および組み付け時に
寸法測定の基準となる面が必要だからである。
【００２５】第２図は本発明のセラミックターボチャー
ジャロータの製造方法における焼成工程の一例を示す図
である。第２図において、射出成形等の方法により成形
した例えば窒化珪素製のシュラウドチップ部１４よりな
る翼部１２と背板１５と軸部１３とからなるセラミック
ターボチャージャロータ成形体１１を焼成する際は、円
筒状の窒化珪素製支持具１７にセラミックターボチャー
ジャロータ成形体１１の軸部１３を挿入して、背板１５
を支持具１７の支持部１７ａ　で支持した状態で、例え
ば炭化珪素製の棚板１８に貫通孔１９を明け、この貫通
孔１９にセラミックターボチャージャロータ成形体１１
を上述したような状態で支持した支持具１７を挿入し、
多段に重ねている。
【００２６】本発明では、第２図に示した状態で焼成後
、支持具１７の支持部１７ａ　と背板１５とが接触した
部分を研削加工することにより、万一接触部が粗れてい
てもその粗れに起因する強度低下をなくすことができる
。
【００２７】本発明の第２発明のセラミックターボチャ
ージャロータ１では、焼成後の加工においてシュラウド
チップ部４および軸部３の全体およびセラミック先端面
８のみ加工しているが、その他の部分を加工せず焼成し
たままの状態としている。そのため、研削加工は、従来
の背面・背板全体を研削加工する場合と比べてセラミッ
ク先端面８の研削加工は形状が単純でかつ面積も小さい
ため、簡単に実施することができる。加工時および組み
付け時に寸法測定の基準となる面は、セラミック先端面
８にすればよい。
【００２８】第３図は本発明のセラミックターボチャー
ジャロータの製造方法における焼成工程の一例を示す図
である。第３図において、射出成形等の方法により成形
した例えば窒化珪素製のシュラウドチップ部１４よりな
る翼部１２と背面１５と軸部１３とからなるセラミック
ターボチャージャロータ成形体１１を焼成する際は、窒
化珪素製支持具１７にセラミックターボチャージャロー
タ成形体１１の頭部２０を挿入して、セラミック先端面
２１を支持具１７の支持部１７ａ　で支持した状態で、
例えば炭化珪素製の棚板１８に貫通孔１９を明け、この
貫通孔１９に支持具１７をセットしさらにセラミックタ
ーボチャージャロータ成形体１１を上述したような状態
にセットして、多段に重ねている。
【００２９】本発明では、第３図に示した状態で焼成後
、支持具１７の支持部１７ａ　とセラミック先端面２１
とが接触した部分を研削加工することにより、万一接触
部が粗れていてもその粗れに起因する強度低下をなくす
ことができる。
【００３０】以下、実際の例について説明する。 実施例１ 平均粒径０．５　μｍ　のＳｉ３Ｎ４　粉末に焼結助剤
を添加し混合した原料をスプレードライヤーで造粒した
。次に、造粒した粉体１００　部に対し、ワックス１０
０　部を加え混練後押出した。その後、翼の最大径５５
．５ｍｍφのセラミックターボチャージャロータを、７
０℃、４００ｋｇ／ｃｍ２　の条件で射出成形した。次
に、射出成形後の成形体に対し、室温から６０℃までは
１℃／Ｈｒの昇温速度、６０℃で５０時間保持、６０〜
１８０　℃で２０時間保持、１８０　〜４５０　℃間は
５℃／Ｈｒの昇温速度で加熱し、ワックスを除去した。
【００３１】その後、直径４００ｍｍ　φ、高さ７０ｍ
ｍの炭化珪素製の円筒と直径４００ｍｍ　φ、厚さ１２
ｍｍの貫通孔のある炭化珪素製の棚板を炭化珪素製の匣
を使用して９段積み、その中にフランジ外径４０ｍｍφ
、内径３３ｍｍφ、高さ５０ｍｍの窒化珪素製焼結支持
具を貫通孔に配置し、さらにその中に脱脂してワックス
を除去した成形体を置いた。次に、この状態でＮ２ガス
雰囲気中で１７００℃×１Ｈｒ加熱して焼結し、セラミ
ックターボチャージャロータを得た。
【００３２】得られたターボチャージャロータに対して
、翼部のシュラウドチップ部だけでなく、背面、背板お
よび軸部の加工を実施する従来方法による切削加工と、
翼部のシュラウドチップ部及び軸部以外は、背板の基準
面のみを加工した本発明方法による研削加工を実施し、
研削加工に要する時間及び砥石のコストについて比較し
た。加工時間については、加工代の大・小によっても変
化するが、総型砥石による加工またはＮＣ加工が必要な
従来法では約１０分必要であったのが、本発明の方法で
は約１分で終了した。また、砥石のコストについては、
従来方法では総型砥石またはＮＣ用の砥石を使用しなけ
ればならないため、１セット約２６０　万円かかるとこ
ろが、本発明の方法では約２０万円で済んだ。
【００３３】さらに、上述した加工終了後の従来例の背
板全体を研削加工したターボチャージャロータと、本発
明の背板の基準面のみを加工したターボチャージャロー
タとを、９００　℃の燃焼ガスにより１３万ｒｐｍ　に
て１００　時間の回転試験を実施したところ、両者とも
何ら異常は認められず、本発明のターボチャージャロー
タも従来品と同等の回転性能を有し、実使用に十分耐え
ることがわかった。
【００３４】 実施例２ 平均粒径０．５　μｍ　のＳｉ３Ｎ４　粉末に焼結助剤
を添加し混合した原料をスプレードライヤーで造粒した
。次に、造粒した粉体１００　部に対し、ワックス１０
０　部を加え混練後押出した。その後、翼の最大径５５
．５ｍｍφのセラミックターボチャージャロータを、７
０℃、４００ｋｇ／ｃｍ２　の条件で射出成形した。次
に、射出成形後の成形体に対し、室温から６０℃までは
１℃／Ｈｒの昇温速度、６０℃で５０時間保持、６０〜
１８０　℃間は１℃／Ｈｒの昇温速度、１８０　℃で２
０時間保持、１８０　〜４５０　℃間は５℃／Ｈｒの昇
温速度で加熱し、ワックスを除去した。
【００３５】その後、直径４００　ｍｍφ、高さ７０ｍ
ｍの炭化珪素製の円筒と直径４００ｍｍ　φ、厚さ１２
ｍｍの貫通孔のある炭化珪素製の棚板よりなる炭化珪素
製の匣を９段積み、その中にフランジ外径４０ｍｍφ、
内径３３ｍｍφ、高さ５０ｍｍの窒化珪素製焼結支持具
を貫通孔に配置し、さらにその中に脱脂してワックスを
除去した成形体を置いた。次に、この状態でＮ２ガス雰
囲気中で１７００℃×１Ｈｒ加熱して焼結し、セラミッ
クターボチャージャロータを得た。
【００３６】得られたターボチャジャロータの肉厚部と
、焼成したままの該平面部から、曲げ強度測定用テスト
ピースを切り出して、強度測定を行い、ＪＩＳＲ　１６
０１に記載されたテストピース形状における平均強度を
（１）　数１
【数１】 式から推定した所、研磨面で７００ＭＰａ、焼成面で５
４０ＭＰａであった。
【００３７】ここで、 σＶ１・・・曲げ強度測定用テストピースの平均強度σ
Ｖ２・・・ＪＩＳ　Ｒ　１６０１に記載されたテストピ
ース形状における推定強度 Ｖ１　・・・曲げ強度測定用テストピースの有効体積Ｖ
２　・・・ＪＩＳ　Ｒ　１６０１に記載されたテストピ
ースの有効体積
【００３８】得られたターボチャージャロータに対して
、翼部のシュラウドチップ部だけでなく、背面、背板及
び軸部の加工を実施する従来方法による研削加工と、翼
部のシュラウドチップ部及び軸部以外は、セラミック先
端面のみを加工した本発明方法による研削加工を実施し
、研削加工に要する時間および砥石のコストについて比
較した。加工時間については、加工代の大・小によって
も変化するが、総型砥石による加工またはＮＣ加工が必
要な従来法では約１０分必要であったのが、本発明の方
法では約１分で終了した。また、砥石のコストについて
は、従来方法では総型砥石またはＮＣ用砥石を使用しな
ければならないため、１セット約２６０　万円かかると
ころが、本発明の方法では約２０万円で済んだ。
【００３９】さらに、上述した加工終了後の従来例の背
板全体を研削加工したターボチャージャロータと、本発
明の背板・背面を加工しないターボチャージャロータと
を、９００　℃の燃焼ガスにより１３万ｒｐｍ　にて１
００　時間の回転試験を実施したことろ、両者とも何ら
異常は認められなかった。
【００４０】また、加速応答性を比較するため２ｌガソ
リンエンジンに搭載し変速機のギアを４速で４０ｋｍ／
ｈから急加速し、過給圧の上昇カーブをそれぞれについ
て測定し比較したがほとんど差は見られなかった。これ
により本発明のターボチャージャロータも従来品と同等
の回転性能を有し、実使用に十分耐えることがわかった
。
【００４１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
セラミックターボチャージャロータによれば、背板の研
削加工を基準面のみまたは全くしないものとしたため、
研削加工をする部分を少なくでき加工も簡単にすること
ができ、その結果強度低下もなく加工コストひいては製
造コストを大幅に低減できる。
【００４２】また、本発明のセラミックターボチャージ
ャロータの製造方法によれば、窒化珪素製の所定の支持
具を使用し、さらに背板との接触部または先端部との接
触部を加工して基準面としているため、製造コストを低
減した上述セラミックターボチャージャロータを得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）　はそれぞれ本発明の第１発明
のセラミックターボチャージャロータの一構成を示す底
面図および側面図である。
【図２】本発明の第１発明のセラミックターボチャージ
ャロータの製造方法における焼成工程の一例を示す図で
ある。
【図３】本発明の第２発明のセラミックターボチャージ
ャロータの製造方法における焼成工程の他の例を示す図
である。
【符号の説明】
１，１１　　セラミックターボチャージャロータ２，１
２　　翼部 ３，１３　　軸部 ４，１４　　シュラウドチップ部 ５，１５　　背板 ６　　基準面 ７　　背面 ８　　先端部 １７　　支持具 １７ａ　　　支持部 １８　　棚板 １９　　貫通孔 ２１　　先端部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　翼部と、翼部の背面に設けた円すい状
    の背板と、背板の翼部とは反対側に設けた軸部とからな
    るセラミックターボチャージャロータにおいて、背板の
    基準面以外の部分を加工せず焼成したままの状態にした
    ことを特徴とするセラミックターボチャージャロータ。
  2. 【請求項２】　　翼部と、翼部の背面に設けた円すい状
    の背板と、背板の翼部とは反対側に設けた軸部とからな
    るセラミックターボチャージャロータを成形し、円筒状
    の窒化珪素製支持具に成形したセラミックターボチャー
    ジャロータの軸部を挿入して、背板を支持具で支持した
    状態で焼成し、焼成後背板のうち支持具と接触した部分
    のみを加工して基準面としたことを特徴とするセラミッ
    クターボチャージャロータの製造方法。
  3. 【請求項３】　　先端部を有する翼部と、翼部の背面に
    設けた円すい状の背板と、背板の翼部とは反対側に設け
    た軸部とからなるセラミックターボチャージャロータに
    おいて、少なくとも背板の背面および背板が焼成面のま
    まであり、翼部の先端部を基準面として加工したことを
    特徴とするセラミックターボチャージャロータ。
  4. 【請求項４】　　先端部を有する翼部と、翼部の背面に
    設けた円すい状の背板と、背板の翼部とは反対側に設け
    た軸部とからなるセラミックターボチャージャロータを
    成形し、成形体の翼部の先端部を支持した状態で焼成し
    、焼成後支持具と接触した先端部のみを基準面として加
    工することを特徴とするターボチャージャロータの製造
    方法。
JP3012655A 1990-01-17 1991-01-11 セラミックターボチャージャロータの製造方法 Expired - Fee Related JPH0686815B2 (ja)

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