JPS6224604B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、セラミツクタービンの取付け構造に
関し、特に、セラミツクスで成形したタービンロ
ータをカービツクカツプリングにより金属軸と結
合する構造に関する。

近年、ガスタービンエンジンのセラミツクス化
に伴い、タービンロータをセラミツクスで成形
し、セラミツクスタービンロータと圧縮機インペ
ラとを金属軸を介して接続する構造が開発されて
いるが、かかる場合、セラミツクスタービンロー
タを金属軸と結合するのにカービツクカツプリン
グ（グリーソン社登録商標名）を用いることが考
えられる。

このようなカービツクカツプリングを用いてセ
ラミツクスタービンロータと金属軸とを結合する
場合には、第１図に示すような構造が考えられ、
ここで１はカービツクカツプリング部である。カ
ービツクカツプリングは高荷重を伝える結合接手
として知られており、タービンロータ２および金
属軸３のこのカツプリング部１には、軸３に垂直
な断面としてみたときに曲り歯の表面が円弧上に
あり、かつ双方にコンベツクス型およびコンケー
ブ型をなす歯型が刻設されていて、これらの歯型
同志を噛合させることにより結合体を構成させる
ようになつている。このように結合されたロータ
２と軸３とは締結用ボルト４をロータ２の取付け
孔２Ａを貫通させた上軸３のねじ孔３Ａに螺着す
ることにより締着されるが、ここでボルト４のさ
ら頭が有するテーパ面４Ａと対向するロータ２側
には取付け孔２Ａの回りに座受け面２Ｂが形成さ
れていて、締結の際ボルト４のテーパ面４Ａを座
受け面２Ｂに押接させることによりロータ２とボ
ルト４の芯出しをするとともにロータ２と金属軸
３はカービツクカツプリングが押接することによ
り芯出しを行わせている。

しかしながら、このような従来の慣例によるセ
ラミツクタービンの取付け構造では、一般に金属
製の締結ボルト４が用いられるので、セラミツク
スロータ２とはその膨張係数が異なり、セラミツ
クスに比し金属の方が熱による延びがはるかに大
きい。よつて、900℃〜1000℃におよぶ高温ガス
の雰囲気に置かれるタービンロータ２および金属
軸３では、その取付け構造において、ボルト４が
延伸してしまい、カービツクカツプリング１が弛
緩したり、さら頭の熱膨張によりセラミツクスロ
ータ２の座受け面２Ｂに引張り応力が生じる。殊
に座受け面２Ｂには締結時に既に過大な応力がか
かつており、金属軸３側に設けたねじ孔３Ａの芯
出し精度が正しくないようなことがあるとボルト
４のさら頭のテーパ面４Ａで座受け面２Ｂに偏荷
重をかけるような結果ともなり、これらのために
座受け面２Ｂにクラツクが生じやすい。

本発明の目的は、このような問題点に鑑み、高
温雰囲気中においても弛みを生じることのないセ
ラミツクタービンの取付け構造を提供することに
ある。

かかる目的を達成するために、本発明では、カ
ービツクカツプリングを用いてセラミツクスロー
タと中空金属軸とを結合すると共に、金属製締結
ボルトに代えて頭付きのセラミツクス接続棒をロ
ータの取付孔を貫通させて中空軸側に延在し、そ
の延在部にねじ部を有する金属スリーブを嵌め込
み係着して、このねじ部に金属軸の中空側からね
じ締め部材を螺合し締結するように構成する。

以下で、本発明を図面に基づき詳細に説明す
る。

第２図は本発明の一実施例を示し、ここで１３
は中空金属軸であり、中空金属軸１３とセラミツ
クスタービンロータ２とをカービツクカツプリン
グ部１によつて結合する。１４はセラミツクスで
形成した接続棒であり、本例では、その頭部１４
Ａを首下丸み部１４Ｂを有する丸平頭となし、頭
部１４Ａおよび円筒部１４Ｃに連らなる首下部に
応力が集中するのを防止するようにしている。な
お、セラミツクスとしては熱膨張率が小さく、か
つ熱伝導率の低い窒化珪素（Si₃N₄）、アルミナ
（Al₂O₃）、酸化ジルコニウム（ZrO₂）等によるも
のが好適である。接続棒１４の円筒部１４Ｃはセ
ラミツクスロータ２を貫通させて中空軸１３側に
まで延在してあり、その延在部１４Ｄの外周面に
は滑らかな凹面形状を有する環状溝１５を周方向
に形成する。

１６はこの接続棒１４の延在部１４Ｄに嵌め合
わすようにした金属スリーブであり、スリーブ１
６には中空軸１３側にねじ部１６Ａを刻設すると
共に、嵌め合わせる側の端部内周面に環状溝１５
の凹面形状に合わせた係止爪１６Ｂを突設し、更
にその軸方向に沿つては第３図に示すように途中
まで複数本のスリツト１６Ｃを設けておく。１７
は中空軸１３の中空側からスリーブ１６のねじ部
１６Ａに螺着させる金属製の締結ボルトであり、
その頭部はテーパ面１７Ａを有し、ねじ締めを行
う際はこのテーパ面１７Ａを中空軸１３側の座受
け面１３Ａに当接させることにより締結と共に芯
出し位置決めを行わせることができる。１３Ｂは
金属スリーブ１６を嵌め合わす金属中空軸１３の
嵌合孔である。

このようなセラミツクタービンの取付け構造に
あつては、セラミツクスの接続棒１４をセラミツ
クロータ２の取付孔２Ａに貫通させ、その延在部
１４Ｄに金属スリーブ１６を嵌め合わせて、スリ
ーブ１６自体に持たせたばね力によりスリーブ１
６の係止爪１６Ｂを延在部１４Ｄの環状溝に係合
させる。しかして、このスリーブ１６を中空軸１
３の嵌合孔１３Ｂに嵌め入れると共に、ロータ２
と中空軸１３とをカービツクカツプリング部１で
噛合させるようにして結合し、中空側から締結ボ
ルト１７をスリーブ１６のねじ部１６Ａに螺着し
て締結する。すなわち、ロータ２は接続棒１４お
よび接続棒１４に嵌め合わせかつ係合させた金属
スリーブ１６と締結ボルト１７との間のねじ作用
によりカービツクカツプリング部１を介して軸１
３に固定される。

第４図は本発明の他の実施例を示し、本例は金
属スリーブと接続棒とを焼き嵌めにより固着する
ようにしたものである。ここで２４は接続棒であ
り、本例ではセラミツクスの接続棒２４に金属ス
リーブ２６を焼き嵌めするので、接続棒２４の延
在部２４Ｄを円筒部２４Ｃと同様な断面形状とな
し、第２図の場合のように環状溝を設ける必要は
ない。金属スリーブ２６はねじ部２６Ａを有し、
また接続棒２４と嵌め合わせる側の端部には周に
沿つて軸側に傾斜するテーパ面２６Ｂを設けて、
このテーパ面２６Ｂを形成しておくことにより焼
き嵌めのあとの冷却時にスリーブ２６の端部に亀
裂が生じたりするのを抑制している。その他の構
成および取付けの手順については第２図の場合と
変わらず、その図示と説明を省略する。

第５図は本発明の更に他の実施例を示し、本例
は金属スリーブに雄ねじ部を設け、締結部材にナ
ツトを用いたものである。ここで金属スリーブ３
６の接続棒１４との嵌め合いおよび係合は第２図
に示す例と同様にして行われるもので、３６Ｂは
スリーブ３６に設けた係止爪であり、図には示さ
れないが、この嵌め合い部にはスリツト１６Ｃと
同様なスリツトを設けるようにする。３６Ａはス
リーブ３６に設けた雄ねじ部であり、本例ではこ
の雄ねじ部３６Ａを中空金属軸３３に設けたボル
ト孔３３Ａに嵌め入れてナツト３７により締結す
る。３３Ｂは金属スリーブ３６を嵌め合わせる軸
３３の嵌合孔である。その他の構成については第
２図の例と同様であり、その説明を省略する。

第６図は更に他の実施例を示し、本例は接続棒
と金属スリーブとの間に回り止めピンを設けたも
ので、第２図および第５図に示した例に適用する
ことができる。ここで、１４Ｅは接続棒１４に設
けたほぼ半円型の断面を有するピン溝、１６Ｄは
ピン溝１４Ｅと対応する金属スリーブ１６側の位
置に設けたほぼ半円型の断面を有するピン溝であ
り、これらのピン溝１４Ｅおよび１６Ｄを共に軸
方向に設けておき、接続棒１４にスリーブ１６を
嵌め込む際、これらの溝１４Ｅと溝１６Ｄとの間
にピン４１を挿嵌する。その他の構成については
第２図または第５図と同様とする。

以上説明してきたように、本発明によれば、カ
ービツクカツプリングを用いてセラミツクスロー
タと中空金属軸とを結合し、頭付きのセラミツク
ス接続棒をロータの取付孔を貫通させて中空軸側
に延在し、延在部にねじ部を有する金属スリーブ
を嵌め込み係着して、このねじ部に金属軸の中空
部側からねじ締め部材を螺合して締結するように
したので、高温雰囲気中にさらされるロータ側か
ら締結部を比較的低温に保たれる金属軸側に移行
させることができて、この締結部に連なる接続棒
がロータと共にセラミツクスで形成されているの
で、接続棒とロータとの間に延びの差がなく、締
結部に弛みの生じるのを防止することができる。
更に、締結部材を金属スリーブ側に設ける雄ねじ
部と固定ナツトとで構成するようにすれば、取付
け構造の簡略化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はカービツクカツプリングを用いたセラ
ミツクタービンの取付け構造の一例を示す断面
図、第２図は本発明セラミツクタービンの取付け
構造の一例を示す断面図、第３図はその金属スリ
ーブの斜視図、第４図は本発明の他の実施例によ
るセラミツクス接続棒とその締結部の構成を示す
断面図、第５図は本発明の更に他の実施例による
締結部の構成を示す断面図、第６図は本発明の更
にまた他の実施例として、接続棒および金属スリ
ーブとこれらの間に用いる回り止めピンとの関係
を分解して示す斜視図である。 １……カービツクカツプリング部、２……ター
ビンロータ、２Ａ……取付け孔、２Ｂ……座受け
面、３……金属軸、３Ａ……ねじ孔、４……ボル
ト、４Ａ……テーパ面、１３，３３……中空金属
軸、１３Ａ……座受け面、１３Ｂ……嵌合孔、１
４……接続棒、１４Ａ……頭部、１４Ｂ……首下
丸み部、１４Ｃ……円筒部、１４Ｄ……延在部、
１４Ｅ……ピン溝、１５……環状溝、１６，２
６，３６……金属スリーブ、１６Ａ，３６Ａ……
ねじ部、１６Ｂ，３６Ｂ……係止爪、１６Ｃ……
スリツト、１６Ｄ……ピン溝、１７……ボルト、
１７Ａ……テーパ面、２４……接続棒、２４Ｃ…
…円筒部、２４Ｄ……延在部、２６Ａ……ねじ
部、２６Ｂ……テーパ面、３３Ａ……ボルト孔、
３３Ｂ……嵌合孔、３７……ナツト、４１……ピ
ン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 接手部で互いに噛合させて接合したセラミツ
   クタービンロータと金属軸とを、前記セラミツク
   タービンロータの軸心部を貫通する接続具を介し
   てねじ締結手段により締着するようにしたセラミ
   ツクタービンの取付け構造において、前記金属軸
   を中空軸とすると共に、前記接続具をセラミツク
   スで形成して前記中空軸側にまで延在させ、延在
   した前記接続具にねじ部を有する金属スリーブを
   嵌め合わせて固着し、該金属スリーブを前記中空
   軸に嵌め合わせて、前記金属スリーブの前記ねじ
   部に締結部材を螺合して締着したことを特徴とす
   るセラミツクタービンの取付け構造。