JPH06257401A - セラミック製翼車の製造方法 - Google Patents

セラミック製翼車の製造方法

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JPH06257401A
JPH06257401A JP6937993A JP6937993A JPH06257401A JP H06257401 A JPH06257401 A JP H06257401A JP 6937993 A JP6937993 A JP 6937993A JP 6937993 A JP6937993 A JP 6937993A JP H06257401 A JPH06257401 A JP H06257401A
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JP
Japan
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impeller
ceramic
degreasing
shape
unit blocks
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JP6937993A
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English (en)
Inventor
Takayoshi Morishita
高好 森下
Noboru Ishida
昇 石田
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】セラミック粉末の混練物を、翼車をその回転中
心軸に沿ってほぼ等分割してなる形状の単位ブロックに
射出成形し、脱脂前又は脱脂後にそれらの単位ブロック
を組み合わせ、露出している表面に架橋被膜を塗布した
後、静水圧力を加えて一体化し、次いで焼成することを
特徴とするセラミック製翼車の製造方法。 【効果】均質な成形体を焼成して完成されたものである
から、回転体としてのバランスが優れる。脱脂を完了す
るのに短時間で済むし、脱脂している間に成形体中に亀
裂を生じることがないから、歩留まりが向上する。更
に、金型は、単位ブロックに対応する形状のもののみで
よいから、金型の製作コストが安くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミック製翼車の製
造方法に関するものであり、特にセラミックタ−ボチャ
−ジャ−ロ−タ−,セラミックガスタ−ビン等に好適に
利用され得る。
【0002】
【従来の技術】タ−ボチャ−ジャ−付きエンジンでは、
タ−ボラグと呼ばれる加速応答遅れが存在し、その改善
として高温ガス気流によって回転するロ−タ,タ−ビン
翼,ホイ−ル等翼車の部分が軽量なセラミックで製造さ
れたタ−ボチャ−ジャ−が実用化されている。セラミッ
ク製のものは、従来のNi合金製のものに比べて30%
以上も軽く、回転に必要な力を示す慣性モーメントも4
5%低くて良い。従って、上記ターボラグを金属製のも
のより20%程度短縮できる。また、高温化による燃料
消費の改善を目的としてガスタ−ビンの翼車を耐熱性に
優れたセラミックで製造する事が研究されている。
【0003】従来、このようなセラミック製翼車を製造
する方法としては、一体型射出成形方法及び嵌合型射出
成形方法が知られている。一体型射出成形方法は、セラ
ミック粉末と樹脂等との混練物を、図1に示すような翼
車の全体積の形状となるように1サイクルで射出成形し
次いで脱脂した後、成形体を焼成する方法である。この
方法は、工数が少ないというメリットがある。
【0004】また、嵌合型射出成形方法は、軸孔を有す
る翼車を1サイクルで射出成形し脱脂し、別途他の成形
方法にて成形し脱脂した軸をその軸孔に嵌入し、その状
態で静水圧力を加えて一体化した後、焼成する方法であ
る。この方法は、一体型射出成形方法を適用しようとす
ると成形時の温度分布及び圧力分布が広がりすぎて均質
な成形体が得られないほど翼車の全体積が大きい場合で
も、比較的均質に成形することができる。従って、大き
な成形体を得ることができるというメリットがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、どちらの方法
も射出成形時の成形材料(混練物)の充填体積が大きい
ために、依然として成形サイクル中での成形体内部にお
ける温度分布及び圧力分布が大きく、均質な成形体を得
ることが困難である。従って、そのような成形体を焼成
して完成されたセラミック製翼車は、回転体としてのバ
ランスが悪い。
【0006】また、充填体積が大きいために、脱脂時に
発生する揮発ガス及び熱分解ガスが成形体中を拡散移動
する距離が長い。その結果、脱脂を完了するのに長時間
を要するし、脱脂している間に成形体中に亀裂を生じる
こともある。更に射出成形用の金型の構造が複雑で正確
な寸法精度も要求されるので、コストが高い。本発明の
目的は、このような課題を解決し、均質なセラミック製
翼車を少ない工数で製造することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】その第一の手段は、セラ
ミック粉末の混練物を、翼車をその回転中心軸に沿って
ほぼ等分割してなる形状の単位ブロックに射出成形し、
脱脂前又は脱脂後にそれらの単位ブロックを組み合わ
せ、露出している表面に架橋被膜を塗布した後、静水圧
力を加えて一体化し、次いで焼成することを特徴とす
る。
【0008】第二の手段は、セラミック粉末の混練物
を、翼車の外周部をその回転中心軸に沿ってほぼ等分割
してなる形状の単位ブロックに射出成形し、脱脂前又は
脱脂後にそれらの単位ブロックと翼車の軸部成形体とを
組み合わせ、露出している表面に架橋被膜を塗布した
後、静水圧力を加えて一体化し、次いで焼成することを
特徴とする。
【0009】
【作用】射出成形して得られる形状は、翼車全体ではな
く、それを分割してなる単位ブロックである。従って、
射出成形時の成形材料(混練物)の充填体積が小さい。
そのため、成形サイクル中での成形体内部における温度
分布及び圧力分布が小さくなり、残留歪が軽減される。
また、充填体積が小さいために、脱脂時に発生する揮発
ガス及び熱分解ガスが成形体中を拡散移動する距離が短
い。従って、拡散移動が円滑に進行する。
【0010】しかも単位ブロックが、翼車又は翼車の外
周部をその回転中心軸に沿ってほぼ等分割してなる形状
をしているので、翼車形状に組み合わせた後、静水圧力
を加える際及び焼成する際、単位ブロック間においても
温度及び圧力のばらつきがほとんどなくなる。これら各
作用を、従来の一体型射出成形方法による作用及び嵌合
型射出成形方法による作用と対比すると表1の通りとな
る。
【0011】
【表1】 単位ブロックの形状は、1以上の翼を挟む2つのハブラ
インを稜線とするものであるのが望ましい。すなわち、
第一の手段の場合、図2に示すように、単位ブロック1
は、翼2を挟む2つのハブラインL、回転中心軸C及び
両端面Sで囲まれる形状が望ましい。また、第二の手段
の場合、図3に示すように、単位ブロック1は、翼を挟
む2つのハブラインL、軸部成形体との当接面P及び両
端面Sで囲まれる形状が望ましい。翼が、薄く且つ湾曲
しているので、翼まで分割した単位ブロックを成形する
のは、困難だからである。静水圧力は、4ton/cm
2以上であるのが望ましい。4ton/cm2より低い静
水圧力を加えても、単位ブロック同志が接着しにくいか
らである。
【0012】
【実施例】平均粒径1μmの窒化珪素Si34粉末10
0重量部、平均粒径1μmのアルミナAl23粉末5重
量部、平均粒径1μmのイットリアY23粉末5重量
部、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂5重量部、マイクロ
クリスタルワックス15重量部及びジブチルフタレ−ト
4重量部で構成される射出成形用原料を混合して焼成用
窒化珪素混練物を調製した。
【0013】別途、翼の最大外径119mm、軸部外径
22mm、翼数10枚のラジアル型タ−ビンロ−タ−
を、その回転中心軸に沿って10等分割した基本単位形
状を有する金型を製作した。また、翼の外径及び軸部の
外径を同じくする、従来の嵌合型射出成形法に用いてい
た金型及び一体型射出成形法に用いていた金型も準備し
た。尚、嵌合型射出成形法に用いられる金型は、その嵌
合径が細軸部径12mm、太軸部径22mmのストレー
トテーパー形状のものとした。
【0014】以下、各種の金型を用いて焼成用窒化珪素
混練物からタービンローターを製造した。その中間工程
における評価実験を説明する。 [成形性評価実験]実施例に係る基本単位形状を有する
金型に前記混練物を表2に示す条件で射出成形し、単位
ブロックを300ヶ成形した。これらの単位ブロックの
表面及び内部に欠陥発生は観られず良好な成形性が認め
られた。
【0015】比較のために従来の嵌合型射出成形法にて
上記ラジアル型タ−ビンロ−タ−と同じ外形状の翼部を
30ヶと、一体型射出成形法にて上記ラジアル型タ−ビ
ンロ−タ−と同じ形状で一体のもの30ヶとを成形し
た。嵌合型射出成形法による成形体(以下、「嵌合型成
形体」)は、良好であったが、一体型射出成形法による
成形体(以下、「一体型成形体」)は、30ヶ中3ヶが
肉厚中心部にクラックを生じていた。
【0016】
【表2】 [脱脂性評価実験]次に、昇温速度2℃/H、5℃/
H、10℃/Hに調整した脱バインダ−炉中に単位ブロ
ックを各々100ヶづつと嵌合型成形体を各々10ヶづ
つと一体型射出成形体を各々9ヶづつとを投入し、最高
温度600℃で脱バインダ−を実施した。
【0017】その結果、単位ブロックについては、いず
れの昇温速度条件に於ても、その表面及び内部に欠陥発
生は観られず良好な脱脂性が認められた。しかし、嵌合
型成形体及び一体型成形体については、昇温速度が速く
なるにつれて表面及び内部の欠陥発生率が増加する傾向
となった。
【0018】[静水圧加圧評価実験]次に脱脂後の単位
ブロックを組み合わせてラジアル型タービンローターの
形状にし、露出している表面にラテックスラバ−コ−テ
ィング処理をした後、4ton/cm2の圧力にて静水
圧加圧処理をして一体化し、30ヶの未焼成セラミック
翼車を作成した。脱脂工程における昇温速度が10℃/
Hの脱脂体でわずか1ヶだけ単位ブロック間の接着不良
が発生したことを除き、これらの翼車表面及び内部に欠
陥発生は観られず良好な結果が得られた。
【0019】一方、嵌合型成形体をそれに対応する軸部
成形体と組み合わせてラジアル型タービンローターの形
状にし、同様に静水圧加圧処理をして一体化し、29ヶ
の未焼成セラミック翼車を作成した。その結果、単位ブ
ロックから得られる未焼成セラミック翼車よりも若干多
く嵌合型成形体と軸部成形体との間の接着不良が観察さ
れた。また、一体型成形体を同じ条件で静水圧加圧処理
し、23ヶの未焼成セラミック翼車を作成したところ、
脱脂後における昇温速度が5℃/Hの製品と10℃/H
の製品の表面に亀裂が発生した。
【0020】[焼成評価実験]最後に、単位ブロックか
ら得られた未焼成セラミック翼車29ヶを窒素雰囲気
中、温度1750℃で2時間焼成した。その結果、焼成
体表面及び内部に欠陥発生は観られず良好な結果が得ら
れた。
【0021】一方、嵌合型成形体から得られた未焼成セ
ラミック翼車27ヶと一体型成形体から得られた未焼成
セラミック翼車19ヶとを同じ条件で焼成したところ、
前者は2ヶ、後者は3ヶの翼車が亀裂を生じていた。 [総合評価]上記各種実験の結果と原料から完成品に至
るまでの歩留まりを表3に示す。
【0022】
【表3】 表3にみられるように、本発明製造方法に従って得られ
たセラミック翼車は、原料から完成品に至るまでの歩留
まりが、脱脂時の昇温速度が5℃/H以下の場合で10
0%、同10℃/Hの場合90%であった。
【0023】これに対して、嵌合型射出成形法に従って
得られたセラミック翼車の歩留まりは、脱脂時の昇温速
度が5℃/H以下の場合で90%、同10℃/Hの場合
で70%であった。また、一体型射出成形法に従って得
られたセラミック翼車の歩留まりは、脱脂時の昇温速度
が5℃/H以下の場合で50%、同10℃/Hの場合で
40%であった。
【0024】
【発明の効果】以上のように、本発明製造方法によるセ
ラミック製翼車は、均質な成形体を焼成して完成された
ものであるから、回転体としてのバランスが優れる。ま
た、脱脂を完了するのに短時間で済むし、脱脂している
間に成形体中に亀裂を生じることがないから、歩留まり
が向上する。更に、金型は、単位ブロックに対応する形
状のもののみでよいから、金型の製作コストが安くな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】セラミック製翼車の斜視図である。
【図2】単位ブロックの形状の例を示す斜視図である。
【図3】単位ブロックの形状の他の例を示す斜視図であ
る。
【符号の説明】 1 単位ブロック 2 翼 L ハブラ
イン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック粉末の混練物を、翼車をその
    回転中心軸に沿ってほぼ等分割してなる形状の単位ブロ
    ックに射出成形し、脱脂前又は脱脂後にそれらの単位ブ
    ロックを組み合わせ、露出している表面に架橋被膜を塗
    布した後、静水圧力を加えて一体化し、次いで焼成する
    ことを特徴とするセラミック製翼車の製造方法。
  2. 【請求項2】 セラミック粉末の混練物を、翼車の外周
    部をその回転中心軸に沿ってほぼ等分割してなる形状の
    単位ブロックに射出成形し、脱脂前又は脱脂後にそれら
    の単位ブロックと翼車の軸部成形体とを組み合わせ、露
    出している表面に架橋被膜を塗布した後、静水圧力を加
    えて一体化し、次いで焼成することを特徴とするセラミ
    ック製翼車の製造方法。
  3. 【請求項3】 単位ブロックの形状が、1以上の翼を挟
    む2つのハブラインを稜線とするものであることを特徴
    とする請求項1又は2に記載のセラミック製翼車の製造
    方法。
  4. 【請求項4】 静水圧力が、4ton/cm2以上であ
    ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のセ
    ラミック製翼車の製造方法。
JP6937993A 1993-03-03 1993-03-03 セラミック製翼車の製造方法 Pending JPH06257401A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010090329A1 (ja) * 2009-02-09 2010-08-12 株式会社Ihi サイアロンセラミックス焼結品の製造方法

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WO2010090329A1 (ja) * 2009-02-09 2010-08-12 株式会社Ihi サイアロンセラミックス焼結品の製造方法

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