JPS6259202B2 - - Google Patents

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JPS6259202B2
JPS6259202B2 JP57218135A JP21813582A JPS6259202B2 JP S6259202 B2 JPS6259202 B2 JP S6259202B2 JP 57218135 A JP57218135 A JP 57218135A JP 21813582 A JP21813582 A JP 21813582A JP S6259202 B2 JPS6259202 B2 JP S6259202B2
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wing
shaft
molded body
rotor
ceramic
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NGK Insulators Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軸部において接合一体化したラジアル
型セラミツクローターおよびその製造法に関する
ものである。
窒化珪素、炭化珪素、サイアロンなどのシリコ
ンセラミツクスは、耐熱性および耐熱衝撃性に優
れているためガスタービンあるいは内燃機関等の
エンジン部品等の構造材料として注目されてい
る。
しかしながら、エンジン部品は一般に複雑な形
状をしているため、一回の成形で複雑な形状の成
形体を得ることは極めて困難であり、又部品の各
部において要求される強度が異なる等のため、実
際には製品を構成する部品をいくつかに分割して
それぞれを要求強度に適合する材料を用いて成形
した後、接合して１つの部品に成形する方法が行
われている。たとえば特公昭53−38722号公報に
記載されるように軸流型タービンローターにおい
ては翼部を反応焼結窒化珪素で作製し、それをホ
ツトプレス型内に入れ、ローター部をホツトプレ
スで作製することにより、ローター部と翼部とを
接合一体化したローターが知られている。また特
開昭57−88201号公報に記載されているようにロ
ーター翼部内に截頭円錐状の嵌合孔を設け、その
嵌合孔中にローター軸部を嵌合して接合したロー
ターも知られている。しかしながら、前者のホツ
トプレスにより結合したローターは高価であり量
産性に乏しく、又後者の翼部内において嵌合した
ローターは嵌合する部位がローター回転時に高応
力下になり、又嵌合された軸部先端に空隙ができ
易い等のため、ローターの強度が低下し易い等の
欠点があつた。
本発明のラジアル型セラミツクローターおよび
その製造法は従来のこのような欠点および問題点
を解決するためになされたもので、下記の２発明
にある。
第１発明 少なくとも軸部の一部と一体的に形成したセラ
ミツク製の翼部と、セラミツク製の軸部とからな
るセラミツクローターであつて、前記翼部背面か
ら翼部最大径の少なくとも3/10以上離れた軸部側
で前記翼部と前記軸部とを焼成のみで接合一体化
したラジアル型セラミツクローターである。
第２発明 少くとも軸部の一部を翼部と一体的に成形した
翼部側成形体とこれとは別体に成形した軸部成形
体とを、前記翼部背面から翼部最大径の少なくと
も3/10以上離れた軸部側で前記翼部と前記軸部と
を平滑にし密接した後、静水加圧を行い接合し、
焼成のみで一体化するラジアル型セラミツクロー
ターの製造法にある。
すなわち、本発明のセラミツクローターは予じ
め別体に成形した翼部側成形体と軸部成形体とを
回転時に比較的応力の小さい軸部において接合一
体化し、さらに、両成形体を密接した後静水加圧
を加えて焼成するため、緻密で極めて高強度のラ
ジアル型セラミツクローターが得られるのであ
る。
本発明の更に詳しい構成を述べれば、アルミ
ナ、ジルコニア等の酸化物あるいは窒化珪素、炭
化珪素、サイアロンあるいはその組合せあるいは
焼成することによりこれらを生成する物質に、好
ましくは窒化珪素又はサイアロンの場合は
Y2O3，Al2O3，MgO2・Al2O3，MgO，SrO，
CeO2のうち少なくとも何れか１種又は１種以上
の焼結助剤を添加し、炭化珪素の場合はＢ，Ｃ，
AlNのうち少なくとも何れか１種又は１種以上の
焼結助剤をそれぞれ添加し、十分混合した後、樹
脂、ワツクス等の可塑剤を加えて混練し、射出成
形し、原料を調製する。そして、この射出成形原
料を用いて所定形状の、少なくとも軸部の一部が
翼部と一体的な翼部側成形体を射出成形により成
形する。
一方、これとは別体に軸部成形体を、射出成形
用原料を用いて、射出成形により作製するか又は
可塑剤を含まない成形用原料を用いてスリツプキ
ヤスト法、押出し法、金型プレス法等セラミツク
スの成形に一般に用いられる成形法により成形す
る。この場合、翼部側成形体と軸部成形体とは、
必ずしも同じ材料である必要はないが、同じ材料
である方が熱膨脹差が小さいため好ましい。この
ことを第１図に示す本発明の一具体例について説
明すれば、翼部側成形体１は、翼部２および翼部
２と一体成形された軸部の一部３とから成り、軸
部成形体４と密接箇所５において密接される。
この密接箇所５の密接面は平滑にした後、単に
翼部側成形体１と軸部成形体とを軸部において密
接するか、または接合面にガラス等溶融セラミツ
クの接合剤を介在させて密接するかあるいは最も
好ましくは翼部側成形体又は軸部成形体のいずれ
かと同材料のスラリー又はペースト状の接合剤を
介在させて密接する。
なお、密接する面は曲面、平面又はその組合せ
のいずれでもよいが、平面であるのが好ましい。
また密接は、通常、生成形体相互の間で行うのが
よいが、少なくとも一方が仮焼体であつてもよく
又、溶融セラミツクスの接合剤を用いる場合は焼
成体を用いて行つてもよい。又、接合面に接合剤
を介在する場合は、接合層の厚みが焼成後200μ
以下となるように塗布させるのが好ましい。
以上のような処理を施した後、密接状態の成形
体を弾性膜で覆つて、静水加圧を加える。静水加
圧の大きさは、静水加圧後、成形体又は仮焼体が
0.5〜５％の線収縮をおこす程度の圧力すなわ
ち、通常は500〜5000Kg／cm2程度の圧力で静水加
圧をする。そして静水加圧した成形体を各成形体
あるいは接合剤に最適な焼成温度および雰囲気で
焼成して両成形体を軸部において接合一体化す
る。
なお、翼部側成形体と軸部成形体との接合する
部位は、第１図および第３図に示すように、翼部
背面１ａから翼部最大径の少なくとも3/10以上離
れた位置の範囲にあることが必要である。これは
3/10よりも小さい位置であると接合する部位が本
体に近づき過ぎ高応力領域となるため、接合面よ
り破壊がおき易くなるためである。また本発明の
より好ましい接合範囲としては翼部背面から翼部
最大径の3/10〜10/10がよい。これは10/10よりも
大きい位置であると軸部の一部を有する翼部成形
体を射出成形する場合、軸部末端まで均一に成形
材料が流れず密度の不均一あるいは気孔が生じや
すくなり、接合に適する良好な成形体ができない
ためであり、さらにはコンプレツサー翼をとりつ
ける領域となつて軸部が細くなり接合力が低下す
るためである。
次に本発明の効果を実施例により説明する。
平均粒径0.5μのSi3N4粉末77部、焼結助剤とし
てSrO2部、MgO4部、CeO22部、パラフインワツ
クス15部から成る射出成形用原料を調製した。そ
してこの調製原料を用い第３図に示すように翼部
背面から25mmの長さの軸部分を有し、翼部の最大
径が50mmのラジアル型セラミツクローターの翼部
側成形体を射出成形により成形した。これとは別
にパラフインワツクスを含まない上記と同様の原
料を用いて、外径が10mm、長さ50mmの円柱の軸部
成形体を金型プレスにより成形した。次いで翼部
側成形体を550℃迄ゆつくりと加熱してパラフイ
ンワツクスを除去した後、翼部側成形体と軸部成
形体とを1100℃で30分加熱して仮焼を行つた。そ
して翼部側成形体と、軸部成形体の接合面を旋盤
により平滑にしたのち、両成形体の密接面に上記
と同じSi3N4，SrO，MgO，CeO2の組成比の粉末
にメチルセルロース３％、水分80％を添加して成
形体と同一組成から成るスリツプを焼成後100μ
の厚さとなるように塗布した後圧接し、乾燥後全
体を1500Kg／cm2の圧力で静水加圧を行い両成形体
を固着した。次いで、固着した成形体を1700℃、
１時間窒素中で焼成して軸部において完全に接合
一体化した本発明のラジアル型セラミツクロータ
ーを得た。
次に接合法の比較のため、翼部の最大直径およ
び軸部の長さが同じで接合する部位が軸部ではな
く、第２図に示すように翼部６内の嵌合孔７中に
軸部８を嵌合する従来のラジアル型セラミツクロ
ーターを同様な方法で作製した。そして得られた
両セラミツクローターの強度を比較するため同一
条件下で回転試験を行つた。その結果、第３図に
示すように翼部最大直径(D)と翼部背面からの軸部
長さ(L)との比Ｌ／Ｄが少なくとも3/10以上のセラ
ミツクローターは150000RPMでも破壊しなかつ
たのに対し、比較例のセラミツクローターは
80000RPMでバラバラに破壊した。
以上述べたように本発明のラジアル型セラミツ
クローターは、少なくとも軸部の一部を翼部と一
体的に成形した翼部側成形体と、別体に成形した
軸部成形体とを軸部において密接し、静水加圧を
行つて焼成し、両成形体を接合一体化して得られ
るため、接合面が高応力下に存在せず、しかも接
合部が緻密で完全一体化しているため、極めて高
強度なセラミツクローターが得られるのでターボ
チヤージヤーローター、ガスタービンローター、
その他のローターに利用でき、産業上極めて有用
である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のセラミツクローターの翼部と
軸部との接合状態を示す説明図、第２図は従来の
ラジアル型セラミツクローターを説明する説明
図、第３図は本発明の他の実施例で翼部最大直径
(D)と翼部背面からの軸部長さ(L)との比Ｌ／Ｄを示
す図である。 １…翼部側成形体、２，６…翼部、３…軸部の
一部、４…軸部成形体、５…密着箇所、７…嵌合
孔、８…軸部、９…シールリング溝、１０…オイ
ルスリンガー溝、１ａ…翼部背面。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも軸部の一部と一体的に形成したセ
    ラミツク製の翼部と、セラミツク製の軸部とから
    なるセラミツクローターであつて、前記翼部背面
    から翼部最大径の少なくとも3/10以上離れた軸部
    側で前記翼部と前記軸部とを焼成のみで接合一体
    化したものであることを特徴とするラジアル型セ
    ラミツクローター。 ２ 接合の部位が翼部背面から翼部最大径の3/10
    〜10/10の距離にある特許請求の範囲第１項記載
    のラジアル型セラミツクローター。 ３ 少くとも軸部の一部を翼部と一体的に成形し
    た翼部側成形体と、これとは別体に成形した軸部
    成形体とを、前記翼部背面から翼部最大径の少な
    くとも3/10以上離れた軸部側で前記翼部と前記軸
    部とを平滑にし密接した後、静水加圧を行い接合
    し、焼成のみで一体化することを特徴とするラジ
    アル型セラミツクローターの製造法。 ４ 翼部側成形体と軸部成形体との接合する部位
    が翼部背面から翼部最大径の3/10〜10/10の距離
    にある特許請求の範囲第３項記載のラジアル型セ
    ラミツクローターの製造法。 ５ 接合面が平面である特許請求の範囲第３項記
    載のラジアル型セラミツクローターの製造法。
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