JPS6130121B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6130121B2 JPS6130121B2 JP54031339A JP3133979A JPS6130121B2 JP S6130121 B2 JPS6130121 B2 JP S6130121B2 JP 54031339 A JP54031339 A JP 54031339A JP 3133979 A JP3133979 A JP 3133979A JP S6130121 B2 JPS6130121 B2 JP S6130121B2
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- JP
- Japan
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- shaft
- silicon nitride
- sintered body
- circular
- shaft hole
- Prior art date
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Links
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Hydraulic Turbines (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は窒化珪素焼結体で作られたシヤフト付
回転翼車とその製法に関するものである。
回転翼車とその製法に関するものである。
セラミツクは耐熱性、耐触性に優れこれで回転
翼車を製作すれば、高温又は耐触性流体の送風
機、ポンプ等のインペラとして最適である。また
ガスタービンのタービンホイールをセラミツク化
すれば、タービン入口温度を上げて熱効率が改善
でき、ターボチヤージヤーでは軽量化により応答
性が改善できる。さらには腐触性流体を扱うケミ
カルポンプでは、インペラのみならずシヤフトも
ボリユートに露出した部分をセラミツク化すると
良い。
翼車を製作すれば、高温又は耐触性流体の送風
機、ポンプ等のインペラとして最適である。また
ガスタービンのタービンホイールをセラミツク化
すれば、タービン入口温度を上げて熱効率が改善
でき、ターボチヤージヤーでは軽量化により応答
性が改善できる。さらには腐触性流体を扱うケミ
カルポンプでは、インペラのみならずシヤフトも
ボリユートに露出した部分をセラミツク化すると
良い。
このようなことは従来より知られており、その
実現が切望されてきたにもかかわらず、次の理由
により満足すべきものが製作できなかつた。
実現が切望されてきたにもかかわらず、次の理由
により満足すべきものが製作できなかつた。
すなわち
回転翼車をセラミツク化し金属シヤフトと結
合すると、両者の熱膨張差により結合部分が破
損し易い。
合すると、両者の熱膨張差により結合部分が破
損し易い。
熱膨張差による破損を防止するため、回転翼
車とシヤフトの両者を別々に製造せず一体に製
造してセラミツク化しようとすると、焼結時の
変形、窯への充填効率の低下、あるいは焼結前
後の取扱い難さ等主に製造上困難を伴なう。
車とシヤフトの両者を別々に製造せず一体に製
造してセラミツク化しようとすると、焼結時の
変形、窯への充填効率の低下、あるいは焼結前
後の取扱い難さ等主に製造上困難を伴なう。
そこで本発明者は上記欠点を克服し、回転翼車
とシヤフトとをセラミツク化するため鋭意検討し
た結果、セラミツクとして窒化珪素焼結体を選
び、回転翼車の軸孔およびシヤフトの一部を特殊
形状にし、両者の隙間に窒化珪素焼結体を充填す
れば、回転翼車とシヤフトと別々に製造しても、
両者をうまく結合できることを見出し本発明を完
成した。
とシヤフトとをセラミツク化するため鋭意検討し
た結果、セラミツクとして窒化珪素焼結体を選
び、回転翼車の軸孔およびシヤフトの一部を特殊
形状にし、両者の隙間に窒化珪素焼結体を充填す
れば、回転翼車とシヤフトと別々に製造しても、
両者をうまく結合できることを見出し本発明を完
成した。
すなわち本発明の目的は、実用に耐え得る窒化
珪素焼結体製シヤフト付回転翼車とその製法を提
供することにある。
珪素焼結体製シヤフト付回転翼車とその製法を提
供することにある。
以下にまずシヤフト付回転翼車につき図面に記
載した1実施例により説明する。第1図および第
2図は本発明第1実施例で、ケミカルポンプのシ
ヤフト付インペラを示す。1は4枚の窒化珪素焼
結体製インペラであつて回転方向(第2図矢印)
に向い渦巻き状に取り付けられ、インペラ1中心
に設けられている軸孔2の縁にはハブ9が軸線方
向に突出して設けられている。軸孔2の形状は円
形ではなく、滑らかな凹凸曲線の非円形である。
載した1実施例により説明する。第1図および第
2図は本発明第1実施例で、ケミカルポンプのシ
ヤフト付インペラを示す。1は4枚の窒化珪素焼
結体製インペラであつて回転方向(第2図矢印)
に向い渦巻き状に取り付けられ、インペラ1中心
に設けられている軸孔2の縁にはハブ9が軸線方
向に突出して設けられている。軸孔2の形状は円
形ではなく、滑らかな凹凸曲線の非円形である。
本実施例ではこの非円形は第3図のように、軸
孔2の内周を形成する大円3から120゜ずつ離れ
た3方向より突起4が若干突出し、そのそれぞれ
の突起4の両脇に隙間を設け、それらを滑らかな
曲線で結んだ形状をなしている。この軸孔2に
は、先端6に非円形部が、丁度軸孔2と同一長さ
だけ形成してある窒化珪素焼結体製シヤフト8が
挿入してある。シヤフト8の先端6は、軸孔2に
内接すると共に第3図において突起4の両脇に隙
間が生じる形状であり、隙間は合計6個所に生じ
ることになる。この隙間にはシヤフト8外周面よ
り抜け止め突起10が、随所に半径方向に向い突
設されている。また隙間には、窒素珪素焼結体5
が緻密に充填され、インペラ1と隙間の窒化珪素
焼結体5、およびシヤフト8と隙間の窒化珪素焼
結体5との境界は化学的にも結合され一体化され
ている。
孔2の内周を形成する大円3から120゜ずつ離れ
た3方向より突起4が若干突出し、そのそれぞれ
の突起4の両脇に隙間を設け、それらを滑らかな
曲線で結んだ形状をなしている。この軸孔2に
は、先端6に非円形部が、丁度軸孔2と同一長さ
だけ形成してある窒化珪素焼結体製シヤフト8が
挿入してある。シヤフト8の先端6は、軸孔2に
内接すると共に第3図において突起4の両脇に隙
間が生じる形状であり、隙間は合計6個所に生じ
ることになる。この隙間にはシヤフト8外周面よ
り抜け止め突起10が、随所に半径方向に向い突
設されている。また隙間には、窒素珪素焼結体5
が緻密に充填され、インペラ1と隙間の窒化珪素
焼結体5、およびシヤフト8と隙間の窒化珪素焼
結体5との境界は化学的にも結合され一体化され
ている。
さてこのようにシヤフト8とインペラ1の結合
部分に特別の工夫を施すと、回転トルクの伝達に
必要な強度は圧縮力となつてかかる。特に本例で
は、軸孔2が第3図のような特別な滑らかな凹凸
曲線で形成されているので、引張応力はほとんど
加わらず圧縮力のみが加わり、窒化珪素焼結体
は、例えば密度2.2Kg/cm3のものでも圧縮強度100
Kg/mm2以上と圧縮力に対しては強く、軸孔2はト
ルク伝達に充分耐え得る。もつともたとえ引張応
力が加わるとしても、窒化珪素焼結体は例えば反
応焼結法によつて得られた密度2.7g/cm3のもので
引張強度が25Kg/mm2以上であり、充分なトルク伝
達強度を有している。セラミツク化された本例ケ
ミカルポンプは、高温又は腐触性流体に最適であ
る。
部分に特別の工夫を施すと、回転トルクの伝達に
必要な強度は圧縮力となつてかかる。特に本例で
は、軸孔2が第3図のような特別な滑らかな凹凸
曲線で形成されているので、引張応力はほとんど
加わらず圧縮力のみが加わり、窒化珪素焼結体
は、例えば密度2.2Kg/cm3のものでも圧縮強度100
Kg/mm2以上と圧縮力に対しては強く、軸孔2はト
ルク伝達に充分耐え得る。もつともたとえ引張応
力が加わるとしても、窒化珪素焼結体は例えば反
応焼結法によつて得られた密度2.7g/cm3のもので
引張強度が25Kg/mm2以上であり、充分なトルク伝
達強度を有している。セラミツク化された本例ケ
ミカルポンプは、高温又は腐触性流体に最適であ
る。
第4図〜第6図は本発明第2実施例でターボチ
ヤージヤーのシヤフト付タービンホイールを示
す。
ヤージヤーのシヤフト付タービンホイールを示
す。
12は多数のブレード19が取り付けられてい
る窒化珪素焼結体製タービンホイールであつて、
中心には円形の軸孔14が設けられている。ブレ
ード19の付根を外れた部分には、ハブ15が軸
線方向に突出して設けられ、ハブ15内周の軸孔
14hは、第1実施例と同様の非円形をなしてい
る。この軸孔14,14hには、先端16に非円
形部が丁度軸孔14hと同一長さだけ形成してあ
る窒化珪素焼結体製シヤフト17が挿入されてい
る。ただし本実施例では、軸孔14h内周に第1
実施例のような抜け止め突起10は設けられてお
らず、これと同様の働きをさせるため、シヤフト
17に先端16に向かつて太くなる抜け止めテー
パ18が設けられている。そしてハブ15とシヤ
フト17相互間に生じた隙間には、第1実施例と
同様に窒化珪素焼結体20が緻密に充填されてい
る。なおハブ15は上記の例と反対にコンプレツ
サー側へ突出させても良い。
る窒化珪素焼結体製タービンホイールであつて、
中心には円形の軸孔14が設けられている。ブレ
ード19の付根を外れた部分には、ハブ15が軸
線方向に突出して設けられ、ハブ15内周の軸孔
14hは、第1実施例と同様の非円形をなしてい
る。この軸孔14,14hには、先端16に非円
形部が丁度軸孔14hと同一長さだけ形成してあ
る窒化珪素焼結体製シヤフト17が挿入されてい
る。ただし本実施例では、軸孔14h内周に第1
実施例のような抜け止め突起10は設けられてお
らず、これと同様の働きをさせるため、シヤフト
17に先端16に向かつて太くなる抜け止めテー
パ18が設けられている。そしてハブ15とシヤ
フト17相互間に生じた隙間には、第1実施例と
同様に窒化珪素焼結体20が緻密に充填されてい
る。なおハブ15は上記の例と反対にコンプレツ
サー側へ突出させても良い。
上記のように本実施例は、セラミツク化したシ
ヤフト付タービンホイールで実用に充分耐え得る
強度を有している。この理由はタービンホイール
各個所における遠心応力を計算してみるとよくわ
かる。第6図にコバルト系耐熱合金製タービンホ
イールで外径周速500m/sの場合の遠心応力計算
例を示すが、ブレード19付根の部分にはセラミ
ツク化した場合にも同様な大きな遠心応力が働く
ため、この部分の軸孔14は応力集中を避けるた
めに円形とし、ブレード19付根を外れた部分に
は、大きな遠心応力が働かないので、この部分に
ハブ15を設け、このハブ15部分に隙間を設け
てトルク伝達部分としたからである。トルク伝達
部分の窒化珪素焼結体は第1実施例と同様の理由
で、強度的に充分耐え得ることができ破損しな
い。
ヤフト付タービンホイールで実用に充分耐え得る
強度を有している。この理由はタービンホイール
各個所における遠心応力を計算してみるとよくわ
かる。第6図にコバルト系耐熱合金製タービンホ
イールで外径周速500m/sの場合の遠心応力計算
例を示すが、ブレード19付根の部分にはセラミ
ツク化した場合にも同様な大きな遠心応力が働く
ため、この部分の軸孔14は応力集中を避けるた
めに円形とし、ブレード19付根を外れた部分に
は、大きな遠心応力が働かないので、この部分に
ハブ15を設け、このハブ15部分に隙間を設け
てトルク伝達部分としたからである。トルク伝達
部分の窒化珪素焼結体は第1実施例と同様の理由
で、強度的に充分耐え得ることができ破損しな
い。
なお上記実施例では回転翼車として、ケミカル
ポンプのインペラおよびターボチヤージヤーのタ
ービンホイールの例を述べたが、本発明では他に
もターボチヤージヤーにおけるブロワ、ガスター
ビンのタービンホイール、高温又は腐触性気体の
送風機にも同様に使用できる。
ポンプのインペラおよびターボチヤージヤーのタ
ービンホイールの例を述べたが、本発明では他に
もターボチヤージヤーにおけるブロワ、ガスター
ビンのタービンホイール、高温又は腐触性気体の
送風機にも同様に使用できる。
以上詳述したように本発明シヤフト付回転翼車
は、回転翼車の軸孔およびシヤフトの一部を非円
形にし、両者の隙間に窒化珪素焼結体を充填した
ものであるから、トルク伝達に際し窒化珪素焼結
体には、回転トルクが主として圧縮力として加わ
り充分強度的に耐え得るのである。言い換えれ
ば、回転翼車とシヤフトの結合は金属の場合、キ
ーにより可能であるが、本発明では隙間に充填し
た窒化珪素焼結体がキーの役目を果たしているこ
とになる。
は、回転翼車の軸孔およびシヤフトの一部を非円
形にし、両者の隙間に窒化珪素焼結体を充填した
ものであるから、トルク伝達に際し窒化珪素焼結
体には、回転トルクが主として圧縮力として加わ
り充分強度的に耐え得るのである。言い換えれ
ば、回転翼車とシヤフトの結合は金属の場合、キ
ーにより可能であるが、本発明では隙間に充填し
た窒化珪素焼結体がキーの役目を果たしているこ
とになる。
上記のような本発明シヤフト付回転翼車は、例
えば次のようにして製造することができる。
えば次のようにして製造することができる。
まず、窒化珪素焼結体製回転翼車の軸孔の少な
くとも1部に非円形部を設け、該軸孔に1部に非
円形部を有する窒化珪素焼結体製シヤフトを、両
者の非円形部同士が合致するように挿入する。こ
の場合の両者の窒化珪素焼結体は、普通焼結法、
ホツトプレス法、反応焼結法によるものすべてを
使用できるが、工業的にはその容易さ及び強度を
考慮すると普通焼結法によつて得られたものが好
ましい。勿論この際前述第1実施例のように回転
翼車1の軸孔2全部に非円形部を設けても良い。
くとも1部に非円形部を設け、該軸孔に1部に非
円形部を有する窒化珪素焼結体製シヤフトを、両
者の非円形部同士が合致するように挿入する。こ
の場合の両者の窒化珪素焼結体は、普通焼結法、
ホツトプレス法、反応焼結法によるものすべてを
使用できるが、工業的にはその容易さ及び強度を
考慮すると普通焼結法によつて得られたものが好
ましい。勿論この際前述第1実施例のように回転
翼車1の軸孔2全部に非円形部を設けても良い。
また第2実施例のようにブレード19付根の軸
孔14部分を円とし、ハブ15部分の軸孔14h
を非円形とすると、円の部分に挿入されるシヤフ
トの研摩加工が容易で精度の高い寸法が得られる
ようになり、位置決めが確実になる。。第2実施
例では従つて軸孔が円の部分の隙間はほとんどな
しにすることができるが、トルク伝達部である非
円形部の精度は正確でなくてもよい。次に両者の
非円形部相互間に生じた隙間に珪素粉末を、場合
によつてはカンフアー等のバインダーと共に、射
出成形法、圧縮成形法、スリツプキヤスト法など
により充填し、窒素又は窒素と水素との混合雰囲
気中で1350〜1450℃に焼結する。すると珪素と窒
素とが反応し窒化珪素焼結体となり、一部は隙間
の壁を構成する窒化珪素焼結体とも化学的に結合
する。このような反応焼結法により隙間の窒化珪
素を焼結すると、焼結による寸法変化がなく焼結
後隙間を生じたり余分の内部応力を発生すること
がなく、回転翼車とシヤフトと隙間とが一体化さ
れ強固な結合となる。
孔14部分を円とし、ハブ15部分の軸孔14h
を非円形とすると、円の部分に挿入されるシヤフ
トの研摩加工が容易で精度の高い寸法が得られる
ようになり、位置決めが確実になる。。第2実施
例では従つて軸孔が円の部分の隙間はほとんどな
しにすることができるが、トルク伝達部である非
円形部の精度は正確でなくてもよい。次に両者の
非円形部相互間に生じた隙間に珪素粉末を、場合
によつてはカンフアー等のバインダーと共に、射
出成形法、圧縮成形法、スリツプキヤスト法など
により充填し、窒素又は窒素と水素との混合雰囲
気中で1350〜1450℃に焼結する。すると珪素と窒
素とが反応し窒化珪素焼結体となり、一部は隙間
の壁を構成する窒化珪素焼結体とも化学的に結合
する。このような反応焼結法により隙間の窒化珪
素を焼結すると、焼結による寸法変化がなく焼結
後隙間を生じたり余分の内部応力を発生すること
がなく、回転翼車とシヤフトと隙間とが一体化さ
れ強固な結合となる。
上記のように本発明製法は面倒なものでなく、
工業的に量産できる方法である。従つて本発明シ
ヤフト付回転翼車は実用的価値の高いものと言え
る。
工業的に量産できる方法である。従つて本発明シ
ヤフト付回転翼車は実用的価値の高いものと言え
る。
第1図は本発明第1実施例の1部を示す断面
図、第2図は同正面図、第3図は第1図A−
A′線拡大断面図、第4図は本発明第2実施例を
示す1部破断斜視図、第5図は同1部破断側面
図、第6図は外径周速500m/sにおけるタービン
ホイールの遠心応力計算図である。 1……インペラ、2……軸孔、4……突起、5
……窒化珪素焼結体、8……シヤフト、9……ハ
ブ、10……抜け止め突起、12……タービンホ
イール、14……軸孔、15……ハブ、17……
シヤフト、18……抜け止めテーパ、19……ブ
レード、20……窒化珪素焼結体。
図、第2図は同正面図、第3図は第1図A−
A′線拡大断面図、第4図は本発明第2実施例を
示す1部破断斜視図、第5図は同1部破断側面
図、第6図は外径周速500m/sにおけるタービン
ホイールの遠心応力計算図である。 1……インペラ、2……軸孔、4……突起、5
……窒化珪素焼結体、8……シヤフト、9……ハ
ブ、10……抜け止め突起、12……タービンホ
イール、14……軸孔、15……ハブ、17……
シヤフト、18……抜け止めテーパ、19……ブ
レード、20……窒化珪素焼結体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 窒化珪素焼結体製回転翼車の軸孔の少なくと
も1部に非円形部を設け、該軸孔に、1部に非円
形部を有する窒化珪素焼結体製シヤフトを、両者
の非円形部同士が合致するように挿入し、非円形
部相互間に生じた隙間を窒化珪素焼結体で充填
し、該回転翼車と該シヤフトとが隙間に充填した
窒化珪素焼結体を介して一体化されていることを
特徴とするシヤフト付回転翼車。 2 回転翼車がタービンホイールで、軸孔の1部
に設けられた非円形部が、タービンホイールのブ
レード付根より軸線方向に突出して設けられてい
るハブの軸孔である特許請求の範囲第1項記載の
シヤフト付回転翼車。 3 窒化珪素焼結体製回転翼車の軸孔の少なくと
も1部に非円形部を設け、該軸孔に1部に非円形
部を有する窒化珪素焼結体製シヤフトを、両者の
非円形部同士が合致するように挿入し、非円形部
相互間に生じた隙間に珪素粉末を充填し、次に窒
素又は窒素と水素との混合雰囲気中で焼結するこ
とにより回転翼車とシヤフトとを一体的に結合す
ることを特徴とするシヤフト付回転翼車の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3133979A JPS55125302A (en) | 1979-03-17 | 1979-03-17 | Turning bladed wheel provided with shaft and manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3133979A JPS55125302A (en) | 1979-03-17 | 1979-03-17 | Turning bladed wheel provided with shaft and manufacturing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55125302A JPS55125302A (en) | 1980-09-27 |
| JPS6130121B2 true JPS6130121B2 (ja) | 1986-07-11 |
Family
ID=12328479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3133979A Granted JPS55125302A (en) | 1979-03-17 | 1979-03-17 | Turning bladed wheel provided with shaft and manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS55125302A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS595550B2 (ja) * | 1980-11-20 | 1984-02-06 | 日本碍子株式会社 | セラミツクロ−タ−及びその製造法 |
| DE3241926A1 (de) * | 1982-11-12 | 1984-05-17 | MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München | Verbindung eines keramischen rotationsbauteils mit einem metallischen rotationsbauteil fuer stroemungsmaschinen, insbesondere gasturbinentriebwerke |
| JPH0627482B2 (ja) * | 1983-12-27 | 1994-04-13 | 日本碍子株式会社 | ラジアル型セラミックタービンローターの製法 |
| GB2169058B (en) * | 1984-12-19 | 1989-01-05 | Honda Motor Co Ltd | Fitting assembly |
| DE102005005666A1 (de) * | 2005-02-08 | 2006-08-17 | Daimlerchrysler Ag | Strömungsmaschine |
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-
1979
- 1979-03-17 JP JP3133979A patent/JPS55125302A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55125302A (en) | 1980-09-27 |
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