JPH043129Y2 - - Google Patents

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JPH043129Y2
JPH043129Y2 JP1987068813U JP6881387U JPH043129Y2 JP H043129 Y2 JPH043129 Y2 JP H043129Y2 JP 1987068813 U JP1987068813 U JP 1987068813U JP 6881387 U JP6881387 U JP 6881387U JP H043129 Y2 JPH043129 Y2 JP H043129Y2
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Description

【考案の詳細な説明】
（産業上の利用分野） 本考案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） 従来のセラミツクスと金属の結合体は、第３図
にその一例を示すように、セラミツク製部材２１
に凸部２２を設けてこの凸部２２を金属製部材２
３に設けた凹部２４に圧入、焼ばめ、冷やしばめ
等のかん合により固定して構成されていた。 一般に金属材料の疲労は表面から発生、発達す
る場合が多く、疲労破壊に到るまでの寿命は、金
属材料に生じている応力が大きい程短い事が知ら
れている。セラミツク製部材に設けられた凸部
が、金属部材に設けられた凹部又は貫通孔に圧
入、焼ばめ、冷しばめ等でかん合されている構造
のセラミツクス・金属結合体では、かん合部の金
属製部材には引張応力が常に作用しており、特に
セラミツク部材凸部にうねりがあると金属製部材
凹部に局部的により大きな引張応力が生じ、疲労
破壊を起し易くなる。特にマルテンサイト変態を
生じるマルエージング鋼などにくらべ低膨張合金
であるインコロイ（商品名）は、降伏応力が低い
ため疲労破壊を生じ易い。 （考案が解決しようとする問題点） そのため、従来の構造のセラミツクス・金属結
合体においては、セラミツク製部材２１の凸部２
２の軸線を含む平面内のうねりによりうねりの頂
上部、特にかん合端にうねりの頂上部がある時に
著しい応力集中が発生し、その結果曲げやねじり
試験による測定値のバラツキが大きくなり、結合
体の結合部分のセラミツク部や金属部の破壊につ
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。 本考案の目的は上述した不具合を解消して、信
頼性の高いセラミツクスと金属との結合体を容易
に実現することができるセラミツクス・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） 本考案のセラミツクス・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、該セラ
ミツク製部材の凸部における円筒上の任意の母線
が該凸部の軸線を含む平面内のうねり量が5μm以
下であることを特徴とするものである。 ここで、ここでいう「うねり」とは表面粗さ計
により前述した円筒上の母線から波長の短い表面
粗さの成分を除去して得られる曲線であり、軸線
を含む平面内のうねり量が5μm以下であるとは、
セラミツク製部材凸部における円筒面上の任意の
母線が、その円筒の軸線を含む平面内において、
5μmだけ離れた二つの平行な直線の間に存在する
ことを意味する。 （作用） 上述した構成において、セラミツク製部材の凸
部におけるその軸線を含む平面内のうねり量を規
定することにより、従来に比べてうねりにより金
属製部材に発生していた応力集中を減少すること
が可能となり、その結果結合強度のバラツキも小
さくなり、信頼性の高いセラミツクスと金属との
結合体を得ることができる。 なお、本考案において凸部におけるその軸線を
含む平面内のうねり量を5μm以下と規定したの
は、うねりが5μmを起えると後述する実施例から
明らかなようにうねりに起因する応力集中が顕著
となり、金属製部材に疲労によりクラツクが生じ
破壊してしまうからである。特に、マルエージン
グ鋼より降伏応力の低いインコロイ（商品名）に
おいては、疲労破壊し易くなる。 （実施例） 第１図は本考案のセラミツクス・金属結合体の
一実施例を示す線図である。本実施例では、セラ
ミツク製部材１の一端に凸部２を設け、この凸部
２を金属製部材３の凹部４にかん合した例を示し
ている。かん合の方法としては、従来から公知の
圧入、焼きばめ、冷やしばめあるいはこれらの組
合せを好適に使用することができる。このとき、
凸部２の軸線を含む平面内のうねり量を5μm以下
とする必要がある。なお、セラミツクスおよび金
属の材質としては何でも使用できるが、その中で
もセラミツクスの材料としては窒化珪素、炭化珪
素、サイアロンが、また金属材料としてはインコ
ロイ（商品名）等の析出硬化合金、耐熱合金等が
好適である。 以下、実際の例について説明する。 実施例 １ 第１図にその部分断面を示す形状のSi3N4より
なりうねり量を種々変化させた直径10.1mmの凸部
と、SNCM439よりなる金属軸の一端に摩擦圧接
により結合したFe−Ni合金よりなり外径12mm、
内径10mmの凹形状の中間部材とが結合したセラミ
ツクス・金属結合体を作製した。 得られた結合体の結合部を400℃に加熱しねじ
りトルクを与えて、セラミツク製部材の凸部と金
属中間部材の凹部とがすべり出すトルクを求め、
各うねり量に対し各々10本の結合体についての平
均トルクに対する各結合体のばらつき量を求め
た。ばらつき量は次式により求めた。結果を第１
表に示す。 （１−各結合体の最小トルク／平均トルク）×100 （各結合体の最大トルク／平均トルク−１）×100
【表】 第１表の結果から、うねり量が5μm以下である
とねじりトルクのばらつき量が少ない、信頼性の
高いセラミツクス・金属結合体が得られることが
わかる。 実施例 ２ 実施例１と同一寸法で第１図に示す形状のセラ
ミツクス・金属結合体を作製し、得られたセラミ
ツクス・金属結合体を使用して液体窒素温度と室
温の間での熱疲労試験を行つた。すなわち、結合
体を液体窒素中に投入して一定時間保持した後、
室温に戻す操作を1000回繰り返して行つた後、金
属製部材のかん合部外表面にクラツクが生じたか
否か調べた。結果を第２表に示す。
【表】 第２表の結果から、うねり量が5μm以下である
と1000回以上の熱疲労に耐え、十分な耐熱疲労特
性を有することがわかる。 実施例 ３ 第２図に部分断面を示す形状の、Si3N4よりな
るセラミツクロータ１１の凸部１２とSNCM439
よりなる金属軸１３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中間部材１４
とが結合したセラミツクターボチヤージヤロータ
を作製した。本実施例では、セラミツクロータ１
１の外径10mm、うねり量5μmの凸部１２を、圧入
前内径9.93mm、外径12.2mmの中間部材１４に圧入
によりかん合した。 得られたセラミツクターボチヤージヤロータを
高温回転試験装置に組み込んで、900℃の燃焼ガ
スにより周速500m／secの回転数で200時間回転
試験を行なつたが金属製部材のかん合部外表面は
なんら異常は認められなかつた。 本考案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製部材の凸部
および金属製部材の凹部を一段の直線部のみより
なる例を示したが、例えば太径部および細径部を
それぞれ設けた二段で締める例においても好適に
応用できる。本考案のセラミツクス・金属結合体
はセラミツク凸部の外周表面のうねり量を規定し
たものであるが、結合される金属部材の内周表面
のうねり量は、金属製部材が塑性変形して結合さ
れる場合にはセラミツクスのうねり量より大きく
てもよいが、弾性変形して結合される場合には、
セラミツクスのうねり量と同等もしくはそれ以下
にすることが好ましい。また、上述した実施例で
はセラミツクターボチヤージヤロータの例しか示
さなかつたが、他の例えばガスタービンロータ等
の回転体にも好適に使用できることはいうまでも
ない。 （考案の効果） 以上詳細に説明したところから明らかなよう
に、本考案のセラミツクス・金属結合体によれ
ば、セラミツク製部材の凸部のうねり量を規定し
て金属製部材に設けられた凹部または貫通孔にか
ん合しているため、かん合部の金属製部材にうね
りにより局部的に生ずる応力集中を減少すること
が可能となり、その結果結合強度のバラツキも小
さくなるので、マルテンサイト変態を生じるマル
エージング鋼などより降伏応力の低い低膨張合金
であるインコロイ（商品名）合金であつても金属
疲労による破壊を有効に防止でき、信頼性の高い
セラミツクスと金属との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図はそれぞれ本考案のセラミ
ツクス・金属結合体の一実施例を示す部分断面
図、第３図は従来のセラミツクス・金属結合体の
一実施例を示す部分断面図である。 １……セラミツク製部材、２……凸部、３……
金属製部材、４……凹部、１１……セラミツクロ
ータ、１２……凸部、１３……金属軸、１４……
中間部材。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 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、該セラミツク製部材の凸部における円
    筒面上の任意の母線が該凸部の軸線を含む平面
    内のうねり量が5μm以下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せである実用新案登録請求
    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ー
    ジヤロータもしくはガスタービンロータの回転
    軸である実用新案登録請求の範囲第１項または
    第２項記載のセラミツクス・金属結合体。
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