JPS6270601A - セラミツク製タ−ボホイ−ル - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセラミック製ターボホイール（タービンホイー
ルともいう）に関し、詳しくは内燃機関の１１．気ガス
によってタービンを駆動し、この駆動力を用いてコンプ
レッサを作動させ、内燃機関へ新気を過給するターボチ
ャージャに好適なセラミック製ターボホイールに関する
。

〔従来の技術〕

近年・自動車等の内燃機関においては、出力性能の向上
等を目的として、ターボチャージャ（排気タービン過給
機）が用いられている。このターボチャージャは、公知
のように、υト気ガスのエネルギにより排気タービンを
回転させ、同軸上のコンプレッサ（圧縮機）を駆動する
ことにより吸気を圧縮し、エンジンに大気圧力以上の高
密度の吸気を供給する装置である。

このターボチャージャに用いられる回転体としての排気
タービン（ターボホイール）は、従来、耐熱性に（２れ
た金属（合金）、例えばインコネルで形成されていた。

しかるに、近年になってセラミックスの耐熱性に優れ、
かつ軽量であること等が注目され、ターボホイールをセ
ラミックスで成形したセラミック製ターボホイールが提
案されるようになった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、排気ガス内にはエンジン内で発生した鉄酸化
物等の金属片や↓５）塵、鋳物砂等が混入ずることがあ
る。この場合、ターボホイールはタービンハウジング内
で高速度で回っているため、この金属片や粉塵等がター
ボホイールに衝突すると、欠けや割れを生じさせ、最終
的には破損に到ることがある。そして、かかる問題は主
に免外周部に発生していた。

このため、セラミック製ターボホイールの周外周部に例
え金属片や粉塵等が衝突しても、割れ等の不具合が発生
しないようにする工夫が望まれていた。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題は、次に述べる本発明のセラミック製ターボホ
イールによって解決される。

即ち、本発明のセラミック製ターボホイールは、内燃機
関の排気ガスによってタービンを駆動し、この駆動力を
用いてコンプレッサを作動させ、内燃機関へ新気を過給
するターボチャージャのセラミック製ターボホイールで
あって、 このターボホイールの少なくとも周外周部には高破壊靭
性を有する材料からなる翼外周部材が接合されているこ
とを特徴としている。

本発明において、高破壊靭性を存する材料は、少なくと
も周外周部の一部に使用される。

この高破壊靭性を有する材料としては、Ｎｉ基合金等の
耐熱鋼を用いることができる。そして、プレス、機械加
工等の適宜手段により、翼外周部形状に形成される。

この翼外周部材は、翼部と強固に接合される。

この周外周部と翼部の接合方法としては、銅ろう等を用
いてろう付けしたり、銅の薄板を接合面に介在させ、１
０００℃〜１１００℃に加熱することにより溶融、接合
する方法等の適宜方法を用いることができる。

なお、翼部と周外周部の接合強度を大きくするために、
翼部と周外周部の接合面を互いに嵌合する形状とするこ
とが望ましい。

〔作用〕

本発明のセラミック製ターボホイールによれば、翼外周
部材が高破壊靭性を有する材料で構成されているため、
金属片や粉塵等が衝突しても割れや破損等を生じること
はない。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面を参考にして説明する。

（第１実施例） 第１実施例を第１図〜第４図を参考にして説明する。

ここで、第１図は本発明の第１実施例に係るセラミック
製ターボホイールの概略構成図、第２図は第１図のＡ部
拡大図、第３図は第２図のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、第
４図は本発明の第１実施例で得られたセラミック製ター
ボホイールをターボチャージャに組み込んだ状態を示す
一部破断断面回である。

平均粒径約１μｍの窒化珪素粉末を主成分とし、この窒
化珪素粉末に焼結助剤と２て酸化イツトリウム４重量％
とスピネル４重■％を添加すると共に、有機バインダと
して熱可塑性樹脂等を１７重景％添加したものを混合し
て混練物をつくる。この混練物を所定の金型に射出成形
することにより、周外周部のみが欠けたターボホイール
形状の射出成形体を得た。

この射出成形体を脱脂装置に入れ、脱脂処理を行った。

即ち、脱脂装置内に不活性ガスを真人し、装置内を不活
性ガスで直換した後、装置内を５°Ｃ／ｈｒの割合で４
５０℃まで加熱して脱脂を行った。

このターボホイール形状の脱脂体を焼成炉に入れ、１７
５０℃で２時間焼成することにより、セラミック製ター
ボホイール本体１を得た。

また、耐熱鋼で別途ターボホイールの周外周部２を作製
した。そして、この耐熱鋼からなる周外周部２とセラミ
ック製ターボホイール本体ｌの翼部３の間に銅製薄板４
を介在させ、両者が＾ＩＩれないよ・うに挟持した。続
いて、これらを加熱炉で約１１００℃に加熱し、銅製薄
板４を溶融して周外周部２とセラミック製ターボホイー
ル本体１を接合した。この結果得られたセラミック製タ
ーボホイール５を第１図に示す。

得られたセラミック製ターボホイールを用いて耐久試験
を行った。この試験は次のようにして行った。即ち、本
実施例で得られたセラミック製り−ボホイールと全てが
セラミックスからなるセラミック製ターボホイールを準
備し、それぞれ第４図に示すターボチャージャ６に組み
付けた後エンジンに取り付け、その排気ガスを利用して
１８万ｒｐｍまで回転を上げて試験を行った。このとき
、縦、横各２鰭、厚さ０．２　＊−の金属片を１分間に
数百個の割合で数十分間供給しながら、１８万ｒｐｍで
回転試験を実施した。この結果、オールセラミンク類の
ターボホイールでは全数翼外周部が欠損したが、本実施
例のセラミック製ターボホイールには全く破損が生じな
かった。

（第２実施例） 第２実施例を第５図、第６図を参考にして説明する。

ここで、第５図は本発明の第２実施例に係るセラミック
製ターボホイールの人外周部を示す正面図、第６図は第
５図のＶｌ−Ｖｌ線断面図である。

第２実施例において、第１実施例と異なる点は、人外周
部２と翼部３の接合部の形状が、第５図に示すように、
遠心力作用方向に抜けにくいようにアンダーカット部７
を備えた形状とされていること、および接合手段として
銅ろう８を用いたことを除き、他は実質的に第１実施例
と同様にしてセラミック製ターボホイールを製造した。

この結果得られたセラミック製ターボホイールは、第１
実施例と同様な効果を奏すると共に、遠　　−心力方向
の抜けに対しては第１実施例より接合強度が向上した。

（第３実施例） 第３実施例を第７図、第８図を参考にして説明する。

ここで、第７図は本発明の第３実施例に係るセラミック
製ターボホイールの人外周部を示す正面図、第８図は第
７図の■〜■線断面図である。

第３実施例において、第１実施例と異なる点は、人外周
部２と翼部３の接合部の形状が、第８図に示すように、
回転方向に抜けにく（なるように円形凸形状にして接触
面積を大きくしたこと、耐熱鋼からなる人外周部におけ
る翼面積を増大して広い領域で欠損を防止すること、お
よび接合手段として銅ろう８を用いたことを除き、他は
実質的に第１実施例と同様にしてセラミック製ターボホ
イールを製造した。

この結果得られたセラミック製ターボホイールは、第１
実施例と同様な効果を奏すると共に、回転方向の抜けに
対しては第１実施例より接合強度が向上した。

（第４実施例） 第４実施例を第９図を参考にして説明する。

ここで、第９図は本発明の第４実施例に係るセラミック
製ターボホイールの翼部と人外周部の接合部を示す断面
図である。

第４実施例において、第３実施例と異なる点は、接合面
の断面形状を円形凸形状から槍形凸形状としたことにあ
り、他は実質的に第３実施例と同様にしてセラミック製
ターボホイールを製造した。

この結果得られたセラミック製ターボホイールは、第３
実施例と同様な効果を奏した。

（第５実施例） 第５実施例を第１０図、第１１図を参考にして説明する
。

ここで、第１０図は本発明の第５実施例に係るセラミッ
ク製ターボホイールの人外周部を示す正面図、第１１図
は第１０図のＸ　Ｉ　−Ｘ　Ｉ　ｖＡ断面図である。

第５実施例において、第３実施例と異なる点は、人外周
部２と翼部３の接合部の形状が、第１１図に示すように
、回転方向に抜けにくくなるようにアンダーカット部を
備えると共に接触面積を大きくしたことにあり、他は実
質的に第１実施例と同様にしてセラミック製ターボホイ
ールを製造した。

この結果得られたセラミック製ターボホイールは、第３
実施例と同様な効果を奏すると共に、回転方向の抜けに
対しては第３実施例より接合強度が向上した。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではな（、特許請求の
範囲内において種々の実施態様を包含するものである。

例えば、実施例では遠心力作用方向と回転方向のそれぞ
れに対し接合強度を大きくした例を示したが、両方向の
接合強度を大きくするために、第２実施例と第３実施例
、第４実施例あるいは第５実施例とを併用した接合面形
状とすることもできる。

また、実施例では耐熱鋼からなる天外周部とセラミック
製ターボホイール本体の接合方法として銅ろう等を用い
る例を示したが、この接合方法としては実施例以外の各
種接合方法を採用することができる。

〔発明の効果〕

以上より、本発明のセラミック製ターボホイールによれ
ば、金属片や粉塵等の衝突による破損が防止され、耐久
性が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るセラミック製ターボ
ホイールの概略構成図、 第２図は第１図のＡ部拡大図、 第３図は第２図のｍ−ｍ線断面図、 第４図は本発明の第１実施例で得られたセラミック製タ
ーボホイールをターボチャージャに組み込んだ状態を示
す一部破断断面図、 第５図は本発明の第２実施例に係るセラミック製ターボ
ホイールの天外周部を示す正面図、第６図は第５図のＶ
Ｉ−Ｖｌ線断面図、第７図は本発明の第３実施例に係る
セラミック製ターボホイールの天外周部を示す正面図、
第８図は第７図の■−■線断面図、 第９図は本発明の第４実施例に係るセラミック製ターボ
ホイールの翼部と天外周部の接合部を示す断面図、 第１０図は本発明の第５実施例に係るセラミック製ター
ボホイールの天外周部を示す正面図、第１１図は第１０
図のＸＩ−ＸＩ線断面図である。 ｌ−・−・セラミック製ターボホイール本体２・−・−
・−天外周部 ３・・・−翼部 ４・−・−・銅製薄板 ５−−−−−−−セラミック製ターボホイール６−・−
・ターボチャージャ ７−−−−−−・アンダーカット部 ８・・−・−銅ろう 出願人　　トヨタ自動車株式会社 第１図 第２図　　　第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の排気ガスによってタービンを駆動し、
   この駆動力を用いてコンプレッサを作動させ、内燃機関
   へ新気を過給するターボチャージャのセラミック製ター
   ボホイールであって、 このターボホイールの少なくとも翼外周部には高破壊靭
   性を有する材料からなる翼外周部材が接合されているこ
   とを特徴とするセラミック製ターボホイール。