JPS62289385A - セラミツクス・金属結合体 - Google Patents

セラミツクス・金属結合体

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JPS62289385A
JPS62289385A JP61131919A JP13191986A JPS62289385A JP S62289385 A JPS62289385 A JP S62289385A JP 61131919 A JP61131919 A JP 61131919A JP 13191986 A JP13191986 A JP 13191986A JP S62289385 A JPS62289385 A JP S62289385A
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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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は、セラミッ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、セラミックスと金属との結合体としては、第７図
にその部分断面を示すように金属製部材５１の結合端面
に凹部５２を形成して、その凹部５２内に結合すべきセ
ラミック製部材５３の凸部５４をかん合して結合するの
が一般的であった。
（発明が解決しようとする問題点） 上述した構造の従来のセラミックス・金属結合体におい
ては、かん合端５５にかん合による圧縮力のためセラミ
ック製部材中に著しく応力集中が発生し、その結果、曲
げやねじりに対して弱く結合体の破壊につながることも
あり、信頼性の高いセラミックス・金属結合体を得るこ
とができない欠点があった。
本発明の目的は上述した不具合を解消して、結合による
セラミック製部材の応力集中が小さく、その結果破壊し
にくく信頼性の高いセラミックス・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） 本発明のセラミックス・金属結合体は、セラミック製部
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ックス・金
属結合体において、該金属製部材の外周部の実質的全周
にわたって溝部を設け、該溝部に対応する位置にかん合
端が位置することを特徴とするものである。
（作　用） 上述した構成において、金属製部材の外周部の実質的全
周にわたって溝部を設け、この溝部に対応する位置にか
ん合端が位置するようにしているため、セラミ７り製部
材のかん合端に発生する応力集中が緩和され、曲げやね
じりに対し破壊しにくく信頼性が高いセラミックス・金
属結合体を得ることができる。
（実施例） 第１図は本発明のセラミックス・金属結合体を説明する
ための部分断面図である。第１図において、セラミック
製部材１の端部に凸部１ａを設け、この凸部１ａを金属
製部材２の一端に設けた凹部２ａに圧入等の方法により
がん合している。その際、金属製部材２の凹部２ａの外
周には全周にわたって溝部３を設けるとともに、この溝
部３に対応する金属製部材２の凹部２ａの内周にかん合
端４を設けている。なお、溝部３の形状は第１図に示す
例では断面が半円形の場合を示しているがこれに限定さ
れるものではなく、実質的に溝の作用をするものであれ
ばどのような形状でも使用可能である。
また、第１図に示す例では、セラミック製部材１と金属
製部材２の外径が等しい軸構造の例を示しているが、本
発明は軸外径が等しい場合にのみ限定されるものではな
い。
第２図（ａ）、　（ｂ）は、本発明のセラミックス・金
属結合体をターボチャージャーロータやガスタービンロ
ータ等の構成上金属製部材凹部外周にシールリング溝お
よび／またはオイルスリンガ溝を有する結合体に適用し
た実施例を説明するための部分断面図である。第２図に
おいて、セラミックロータ１１に凸部１２を設け、この
凸部１２を金属軸１３に設けた凹部１４に圧入等の方法
によりがん合している。
そして、金属軸１３の凹部１４の外周の全周にわたって
シールリング溝１５とオイルスリンガ溝１６とを設ける
際に、第２図（ａ）ではかん合端１７がシールリング溝
１５に対応する位置に設けられ、第２図（ｂ）ではかん
合端１７がオイルスリンガ溝１６に対応する位置に設け
られている。そのため、特にターボチャージャーロータ
やガスタービンロータ等の構成上金属製部材凹部外周に
シールリング溝および／またはオイルスリンガ溝を有す
る結合体に本発明を通用すると、そのシールリング溝ま
たはオイルスリンガ溝を本発明の溝部として使用できる
ため、簡単な構造で本発明の目的を達成でき好適である
。
以下、実際の例について説明する。
１土班工 第３図にその部分断面を示す形状の、Ｓｉ３Ｎ、よりな
るセラミック製部材２１の凸部２２とＳＮＣＭ　４３９
よりなる金属製部材２３の凹部２４とが結合したセラミ
ックス・金属結合体を作製した。本実施例では、結合は
圧入により行い、圧入前の凸部２２のセラミック外径Ｄ
ｃ−１３ｍｍ、凹部２４の金属軸内径ｄ、　＝１２．９
ｍに加工した後圧入を実施した。圧入後、凹部２４の金
属軸外径がり、　＝１８ｍｍになるよう仕上加工を行い
、がん合端２５に対応する凹部２４の金属軸外周部に幅
ｂ＝２．５ｉｍで断面が四角形の溝部２６を全周にわた
って作製した。
また、溝部２６の深さの影響を調べるため、溝部２６の
外径をＤとしたときのＤの値を変えた試料を準備して、
室温で引張試験を行った。結果を第１表および第４図に
示す。第１表および第４図において、引張荷重とは図示
した荷重Ｐを負荷してセラミック製部材２１がかん合端
２５より破壊した時の荷重を示している。また、溝部２
６の深さの影響を以下の（１）式に示すようにＸを定義
して、このＸにより評価した。
ＤＩ、１−ＤＣ そのため、Ｘ＝１．０のときは溝部２６が凹部２４の金
属軸外周部に設けられていない場合を示すこととなる。
第１表 第１表および第４図から明らかなように、従来のかん合
端に対応する位置に溝部２６が設けられていないＸ＝１
．０の場合に比べて、本発明のかん合端に対応する位置
に溝部２６が設けられているＸ−０，０５〜０．８の場
合において引張強度が増大することがわかった。
真上１１影 第５図にその部分断面を示す形状の、Ｓｉ３Ｎ、よりな
るセラミックロータ３１の凸部３２とＳＮ０Ｍ４３９よ
りなる金属軸３３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３４とが結合した
セラミックターボチャージャーロータを作製した。本実
施例では、セラミックロータ３１の外径１３鶴の凸部３
２を低膨張金属よりなる圧入前内径１２．９ｍｍ、外径
１８龍の中間部材３４に圧入によりかん合している。ま
た、中間部材３４の外周には全周にわたってシールリン
グ溝３５とオイルスリンガ溝３６とを設け、がん合端３
７がシールリング：ａ３５と対応する位置になるよう構
成するとともに、ＳＮ０Ｍ４３９よりなる金属軸３３を
高周波焼入れ焼戻しにより硬さを調整した。
得られたセラミックターボチャージャーロータを高温回
転試験装置に組み込んで８００℃の燃焼ガスにより１０
０．０００ｒｐ＋＊の回転数で５０時間の回転試験を行
ったが、なんら異常は認められなかった。
爽１皿主 第６図は本発明をピストンに応用した例を示す部分断面
図である。外径２０ｍｍ、長さ２０１ｍの円柱状凸部４
２を有する５ｉＪａよりなるピストンキャップ４１を作
製した。また、ステンレス鋼で外径３０龍、内径１９．
７ｍ、全長１５鰭の金属製部材４４を作製した。
次に、金属製部材４４の貫通孔４７にピストンキャップ
４１の円柱状凸部４２を５００℃で圧入によりかん合し
、かん合端４５に対応する金属製部材４４の外周部の全
周にわたって断面が台形の溝部を設けたセラミックス・
金属結合体を作製した。
一方、直径７０ｍ■の球状黒鉛鋳鉄製ピストン４３のピ
ストンクラウン４８に、このセラミックス・金属結合体
がはめ込み可能な空所４９を設けた。ついで、空所４９
に設けためねじとセラミックス・金属結合体の金属製部
材４４の外周部に設けたおねじとを固定し、第６図に部
分断面を示す形状の断熱エンジン用ピストンを作製した
。このピストンは直径７０１ｍ、ストローク７５鶴、回
転数２２００ｒｐ＋ｍのディーゼルエンジンで１００時
間運転しても何ら異常は認められない。
本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではな（
、幾多の変形、変更が可能である。例えば、上述した実
施例ではセラミックスとして５ｉｓＮａを用いたがこれ
に限定されるものではな（、炭化珪素、サイアロン、ジ
ルコニア、ムライト、アルミナ、ベリリア等も使用でき
る。また、金属製部材としても上述した実施例に限定さ
れることなく他の金属も使用できることはいうまでもな
い。
（発明の効果） 以上詳細に説明したところから明らかなように、本発明
のセラミックス・金属結合体によれば、金属製部材の外
周部の実質的全周にわたって設けた溝部に対応する位置
にかん合端を設けることにより、かん合端の応力集中が
回避され、信頬性の高いセラミックス・金属結合体を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図および第２図（ａ）、　Ｃｂ＞は本発明のセラミ
ックス・金属結合体を説明するための部分断面図、第３
図は本発明の一実施例を示す部分断面図、第４図は第３
図に示す実施例の引張荷重と溝部の深さとの関係を示す
グラフ、 第５図は本発明をセラミックターボチャージャーロータ
に応用した実施例を示す部分断面図、第６図は本発明を
エンジン用ピストンに応用した実施例を示す部分断面図
、 第７図は従来のセラミックス・金属結合体の一実施例を
示す断面図である。 １．２１・・・セラミック製部材 １ａ、２２，３２，４２．５２・・・凸部２．２３．４
４・・・金属製部材 ２ａ、　１４．２４・・・凹部　　　３．２６．４６・
・・溝部４．１？、２５，３７．４５・・・がん合端Ｉ
Ｌ３１・・・セラミックロータ １３．３３・・・金属軸　　　３４・・・中間部材１５
．３５・・・シールリング溝 １６．３６−・・オイルスリンガ溝 ４１・・・ピストンキャップ ４３・・・ピストン　　　　４７・・・貫通孔４８・・
・ビストンクウラン ４９・・・空所

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、セラミッ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
    たセラミックス・金属結合体において、該金属製部材の
    外周部の実質的全周にわたって溝部を設け、該溝部に対
    応する位置にかん合端が位置することを特徴とするセラ
    ミックス・金属結合体。 ２、前記溝部外径とセラミック製部材凸部外径との差が
    、前記金属製部材外径とセラミック製部材凸部外径との
    差の０．０５倍ないし０．８倍である特許請求の範囲第
    １項記載のセラミックス・金属結合体。 ３、前記かん合が、圧入、焼ばめ、冷やしばめあるいは
    これらの組合わせである特許請求の範囲第１項又は第２
    項記載のセラミックス・金属結合体。 ４、前記セラミックス・金属結合体がターボチャージャ
    ーロータもしくはガスタービンロータの回転軸である特
    許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のセ
    ラミックス・金属結合体。 ５、前記溝部がターボチャージャーロータもしくはガス
    タービンロータのシールリング溝あるいはオイルスリン
    ガ溝である特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
    かに記載のセラミックス・金属結合体。
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