JPS63139075A - セラミックス・金属結合体およびその製造方法 - Google Patents
セラミックス・金属結合体およびその製造方法Info
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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。
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、セラミック製部材を金属製部材に嵌合し結合
する方法、特にセラミックス軸を金属軸に圧入、焼き嵌
め、冷やし嵌め、あるいはろう付は等により嵌合し、結
合する方法に関するものである。さらに本発明は、上記
製造方法により製造されたセラミック製部材と金属製部
材との結合体、例えばターボチャージャロータ或いはガ
スタービンロータのセラミック軸と金属軸との結合体に
関するものである。
する方法、特にセラミックス軸を金属軸に圧入、焼き嵌
め、冷やし嵌め、あるいはろう付は等により嵌合し、結
合する方法に関するものである。さらに本発明は、上記
製造方法により製造されたセラミック製部材と金属製部
材との結合体、例えばターボチャージャロータ或いはガ
スタービンロータのセラミック軸と金属軸との結合体に
関するものである。
またさらに、本発明は上記製造方法を実施するために使
用される結合用装置に関するものである。
用される結合用装置に関するものである。
（従来の技術）
近年、セラミック製部材がその優れた耐熱性ゆえに、例
えばターボチャージャのタービンホイール等に使用され
、このセラミック製部材の軸としては金属製部材からな
る回転軸が用いられている。
えばターボチャージャのタービンホイール等に使用され
、このセラミック製部材の軸としては金属製部材からな
る回転軸が用いられている。
そしてこのセラミック製タービンホイールと金属製回転
軸とを結合するには、例えば、金属製回転軸の一端部の
軸方向にスリーブ部を設け、このスリーブ部に、セラミ
ック製タービンホイールの背面中心に設けたタービン軸
を焼き嵌め、ろう付は等を介して嵌め合わせて結合して
いる。
軸とを結合するには、例えば、金属製回転軸の一端部の
軸方向にスリーブ部を設け、このスリーブ部に、セラミ
ック製タービンホイールの背面中心に設けたタービン軸
を焼き嵌め、ろう付は等を介して嵌め合わせて結合して
いる。
このような結合構造においては、結合の際のスリーブ部
の内部の残余空間に圧縮され、高圧となった空気が残存
していた。このため圧入、焼ばめ等では、結合部の温度
が上昇すると、該残存空気の膨張により、タービン軸が
スリーブ部から抜ける欠点があり、さらに、ろう付は法
では該残存空気がろう材とセラミック製部材間あるいは
ろう材と金属製部材間の接合界面に侵入し、接合面積の
減少や接合部材間の軸ずれ、はめ合い不良等の接合不良
となる欠点があった。
の内部の残余空間に圧縮され、高圧となった空気が残存
していた。このため圧入、焼ばめ等では、結合部の温度
が上昇すると、該残存空気の膨張により、タービン軸が
スリーブ部から抜ける欠点があり、さらに、ろう付は法
では該残存空気がろう材とセラミック製部材間あるいは
ろう材と金属製部材間の接合界面に侵入し、接合面積の
減少や接合部材間の軸ずれ、はめ合い不良等の接合不良
となる欠点があった。
上記欠点を解消する手段として、金属製回転軸に設けら
れたスリーブ部の内側空所の底面近傍から前記スリーブ
部の底端部またはその近傍に通じる空気抜き孔を１個設
けた結合構造（実開昭５９−８７３０号公報および特開
昭６０−７７１８０号公相）、金属製回転軸のスリーブ
部の奥部に残される空間に連通ずる径方向の空気抜き孔
が周方向に互いに等間隔を置いて複数個設けた結合構造
（実開昭６０−４５８３３号公報）が提案されている。
れたスリーブ部の内側空所の底面近傍から前記スリーブ
部の底端部またはその近傍に通じる空気抜き孔を１個設
けた結合構造（実開昭５９−８７３０号公報および特開
昭６０−７７１８０号公相）、金属製回転軸のスリーブ
部の奥部に残される空間に連通ずる径方向の空気抜き孔
が周方向に互いに等間隔を置いて複数個設けた結合構造
（実開昭６０−４５８３３号公報）が提案されている。
しかし、上記２種類の結合構造では以下に述べる問題が
ある。
ある。
すなわち、実開昭５９−８７３０号公報および特開昭６
０−７７１８０号公報に記載の結合構造では、空気抜き
孔が一個であるために生じるセラミックス・金属結合体
の回転軸周りの質量のアンバランスや、更に結合体回転
軸の回転停止時や低速回転時に軸受部を潤滑する潤滑油
が空気抜き孔よりスリーブ部内の残余空間に浸入し、こ
のスリーブ部内に浸入した前記潤滑油によって生じるセ
ラミックス・金属結合体の回転軸周りの質量のアンバラ
ンスによって、結合体の高速回転時に軸振動が発生し、
極端な場合には結合体回転軸が振れ回転するという問題
がある。
０−７７１８０号公報に記載の結合構造では、空気抜き
孔が一個であるために生じるセラミックス・金属結合体
の回転軸周りの質量のアンバランスや、更に結合体回転
軸の回転停止時や低速回転時に軸受部を潤滑する潤滑油
が空気抜き孔よりスリーブ部内の残余空間に浸入し、こ
のスリーブ部内に浸入した前記潤滑油によって生じるセ
ラミックス・金属結合体の回転軸周りの質量のアンバラ
ンスによって、結合体の高速回転時に軸振動が発生し、
極端な場合には結合体回転軸が振れ回転するという問題
がある。
また、実開昭６０−４５８３３号公報に記載の結合構造
では、上記の回転軸周りの質量のアンバランスを、空気
抜き孔を周方向に等間隔に設けることにより、解消しよ
うとしているが、金属製回転軸のスリーブ部の底部近傍
に空気抜き孔を複数個設けているため、金属軸の強度お
よび結合強度を低下させるという問題がある。
では、上記の回転軸周りの質量のアンバランスを、空気
抜き孔を周方向に等間隔に設けることにより、解消しよ
うとしているが、金属製回転軸のスリーブ部の底部近傍
に空気抜き孔を複数個設けているため、金属軸の強度お
よび結合強度を低下させるという問題がある。
本発明の目的は、セラミック製部材に設けた凸部と金属
製部材に設けた凹部を嵌合により一体的に結合したセラ
ミックス・金属結合体において、嵌合部の残余空間に圧
縮空気を残さないとともに、嵌合部近傍に孔を設けない
セラミックス・金属結合体およびその製造方法ならびに
結合用装置を提供することである。
製部材に設けた凹部を嵌合により一体的に結合したセラ
ミックス・金属結合体において、嵌合部の残余空間に圧
縮空気を残さないとともに、嵌合部近傍に孔を設けない
セラミックス・金属結合体およびその製造方法ならびに
結合用装置を提供することである。
（問題点を解決するための手段）
本発明はセラミック製部材に設けた凸部と、金属製部材
に設けた凹部を嵌合により一体的に結合してセラミック
ス・金属結合体とする方法において、前記セラミック製
部材の凸部と前記金属製部材の凹部とを、大気圧よりも
低い圧力雰囲気下に保持した容器内で嵌合し結合するセ
ラミックス・金属結合体の製造方法ならびに前記方法に
使用する結合用装置である。
に設けた凹部を嵌合により一体的に結合してセラミック
ス・金属結合体とする方法において、前記セラミック製
部材の凸部と前記金属製部材の凹部とを、大気圧よりも
低い圧力雰囲気下に保持した容器内で嵌合し結合するセ
ラミックス・金属結合体の製造方法ならびに前記方法に
使用する結合用装置である。
さらに、前記方法によって製造されたセラミックス・金
属結合体において、前記金属製部材の凹部内の前記セラ
ミック製部材の凸部との間の残余空間に残存する空気の
圧力が大気圧雰囲気下で嵌合した場合に前記残余空間に
残存する空気の圧力よりも低いことを特徴とするセラミ
ックス・金属結合体である。
属結合体において、前記金属製部材の凹部内の前記セラ
ミック製部材の凸部との間の残余空間に残存する空気の
圧力が大気圧雰囲気下で嵌合した場合に前記残余空間に
残存する空気の圧力よりも低いことを特徴とするセラミ
ックス・金属結合体である。
（作 用）
本発明のセラミックス・金属結合体の製造方法では、大
気圧よりも低い圧力雰囲気下に保持した容器内で嵌合を
行うため、嵌合後の金属製部材の凹部内のセラミック製
部材の凸部との間の残余空間に残存する圧縮空気の圧力
が、大気圧雰囲気下で嵌合を行った場合に比べて低くな
り、それにより室温から高温までの広い温度範囲におい
て十分な結合強度を維持することができ、さらに、ろう
付は法で接合する場合には、該圧縮空気のろう材とセラ
ミック製部材間あるいはろう材と金属製部材間の接合界
面への浸入による接合面積の減少、接合部材間の軸ずれ
、はめ合い寸法不良等の接合不良を起こすこともなく、
さらに従来金属製部材スリーブ部の内側に通るように設
けられていた空気抜き孔の加工を省くことができる。そ
して好ましくは、４ＱＱ Ｔｏｏｒ以下の圧力雰囲気下
に保持した容器内で嵌合を行うことであり、さらに好ま
しくは１００ Ｔｏｏｒ以下の圧力雰囲気下に保持した
容器内で嵌合を行うことである。
気圧よりも低い圧力雰囲気下に保持した容器内で嵌合を
行うため、嵌合後の金属製部材の凹部内のセラミック製
部材の凸部との間の残余空間に残存する圧縮空気の圧力
が、大気圧雰囲気下で嵌合を行った場合に比べて低くな
り、それにより室温から高温までの広い温度範囲におい
て十分な結合強度を維持することができ、さらに、ろう
付は法で接合する場合には、該圧縮空気のろう材とセラ
ミック製部材間あるいはろう材と金属製部材間の接合界
面への浸入による接合面積の減少、接合部材間の軸ずれ
、はめ合い寸法不良等の接合不良を起こすこともなく、
さらに従来金属製部材スリーブ部の内側に通るように設
けられていた空気抜き孔の加工を省くことができる。そ
して好ましくは、４ＱＱ Ｔｏｏｒ以下の圧力雰囲気下
に保持した容器内で嵌合を行うことであり、さらに好ま
しくは１００ Ｔｏｏｒ以下の圧力雰囲気下に保持した
容器内で嵌合を行うことである。
また、上記の製造方法により製造されたセラミックス・
金属結合体は、その使用温度範囲において、嵌合後の金
属製部材の凹部内のセラミック製部材の凸部との間の残
余空間に残存する圧縮空気の圧力が結合強度より十分像
いため、セラミックス・金属結合体の抜けを生ぜず、し
かも、空気抜き孔を設けていないため、空気抜き孔によ
る回転軸周りの質量のアンバランスや潤滑油の空気抜き
孔からの浸入による回転軸周りの質量のアンバランスを
発生せず、その結果、結合体回転軸の高速回転時に、こ
のアンバランスによる軸振動を発生することがない。
金属結合体は、その使用温度範囲において、嵌合後の金
属製部材の凹部内のセラミック製部材の凸部との間の残
余空間に残存する圧縮空気の圧力が結合強度より十分像
いため、セラミックス・金属結合体の抜けを生ぜず、し
かも、空気抜き孔を設けていないため、空気抜き孔によ
る回転軸周りの質量のアンバランスや潤滑油の空気抜き
孔からの浸入による回転軸周りの質量のアンバランスを
発生せず、その結果、結合体回転軸の高速回転時に、こ
のアンバランスによる軸振動を発生することがない。
（実施例）
第２図に示す概略図に基づいて、大気圧よりも低い圧力
雰囲気下に保持した容器内において、セラミック製部材
１と金属製部材２を嵌合することにより、セラミックス
・金属結合体を製作する方法について以下に説明する。
雰囲気下に保持した容器内において、セラミック製部材
１と金属製部材２を嵌合することにより、セラミックス
・金属結合体を製作する方法について以下に説明する。
このセラミック製部材１の端部には、直径がセラミック
製部材の外径より小さい凸部３が設けられている。また
、金属製部材２の端部には、軸中心の軸方向に凹部４が
設けられている。
製部材の外径より小さい凸部３が設けられている。また
、金属製部材２の端部には、軸中心の軸方向に凹部４が
設けられている。
まず、凸部３を有するセラミック製部材１を、大気圧よ
り低い圧力雰囲気下に減圧可能な密閉型の容器１１に収
容する。この容器１１は、圧縮機のベンチ１２に固定さ
れており、この容器１１の上部の上ぶた１５に、容器１
１の内外にわたって延在するスライド可能な押棒１３を
備え、この押棒１３には、容器内に位置する一方の端部
において、凹部４を有する金属製部材２が、凹部開口端
とは反対側の平坦面で接するように取り付けられ、この
押棒１３の容器外に位置する他方の端部において、圧縮
機のアーム１４と接している。
り低い圧力雰囲気下に減圧可能な密閉型の容器１１に収
容する。この容器１１は、圧縮機のベンチ１２に固定さ
れており、この容器１１の上部の上ぶた１５に、容器１
１の内外にわたって延在するスライド可能な押棒１３を
備え、この押棒１３には、容器内に位置する一方の端部
において、凹部４を有する金属製部材２が、凹部開口端
とは反対側の平坦面で接するように取り付けられ、この
押棒１３の容器外に位置する他方の端部において、圧縮
機のアーム１４と接している。
これら容器１１に収容されたセラミック製部材１の凸部
３と、押棒１３に取り付けられた金属製部材２の凹部４
と、押棒１３とが一直線上に整列するように夫々が配置
されている。
３と、押棒１３に取り付けられた金属製部材２の凹部４
と、押棒１３とが一直線上に整列するように夫々が配置
されている。
なお、減圧用容器１１の上ふた１５は、０リング１６ａ
を介して容器内が気密になるように封止され、また、上
ぶた１５の中央部に、押棒１３が摺動し得る開口１７を
有し、さらに、この間口１７と押棒１３との間の隙間か
ら容器内に外気が入らないように開口の上端面の開口お
よび押棒の間にＯリング１６ｂが配置され、その上から
０リング押さえ１８が被せられている。
を介して容器内が気密になるように封止され、また、上
ぶた１５の中央部に、押棒１３が摺動し得る開口１７を
有し、さらに、この間口１７と押棒１３との間の隙間か
ら容器内に外気が入らないように開口の上端面の開口お
よび押棒の間にＯリング１６ｂが配置され、その上から
０リング押さえ１８が被せられている。
次に、この減圧可能な容器１１の壁に排気用管口１９を
設け、それと連通ずる排気管２０と、この排気管２０と
結合する真空ポンプまたはアスピレータ等（図示せず）
とを用いて、容器内の空気を排気し、容器内の雰囲気を
大気圧より低い圧力状態にする。
設け、それと連通ずる排気管２０と、この排気管２０と
結合する真空ポンプまたはアスピレータ等（図示せず）
とを用いて、容器内の空気を排気し、容器内の雰囲気を
大気圧より低い圧力状態にする。
次に、圧縮機（図示せず）でそのアーム１４を介して押
棒１３を押し、それにより押棒１３の端部に取り付けら
れた金属製部材２の凹部４が押し下げられて、セラミッ
ク製部材１の凸部３に所定の圧入距離だけ圧入される。
棒１３を押し、それにより押棒１３の端部に取り付けら
れた金属製部材２の凹部４が押し下げられて、セラミッ
ク製部材１の凸部３に所定の圧入距離だけ圧入される。
以上のようにしてセラミック製部材と金属製部材とが嵌
合され結合される。
合され結合される。
炎芝桝よ
第１図に示したセラミックス・金属結合体を、実際にシ
リコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）よりなるセラミック
製部材１に設けた凸部３と、ＳＡＣＭ ６４５よりなる
金属製部材２に設けた凹部４とを常温で減圧雰囲気下に
保持した容器で圧入により結合し製作した。なお、前記
セラミック製部材ｌの凸部３の外径ｄｃを１０鰭、長さ
を１０ ｓ重とし、該凸部３の先端に４５°のテーパ一
部６を設けた。また前記金属製部材２の凹部４の外径を
Ｄｍを１６１ｎ、内径を９．９３１１とし、深さｌを９
．５ｍｍとした。そして、圧入後の金属製部材２の凹部
４内のセラミック製部材１の凸部３との間の残余空間５
の体積は約２０ｍｍ３になるようにした。この場合の圧
入後の残余空間５に残る圧縮された空気の影響を調べる
ため、第１表に示す圧力雰囲気下に保持した容器内にお
いて圧入したセラミックス・金属結合体を４５０℃の高
温雰囲気中において、１時間放置し、その前後のセラミ
ックス・金属結合体の全長および金属製部材外周を規準
としたセラミック製部材外周の同軸度を測定した。その
結果を以下の第１表に記す。
リコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）よりなるセラミック
製部材１に設けた凸部３と、ＳＡＣＭ ６４５よりなる
金属製部材２に設けた凹部４とを常温で減圧雰囲気下に
保持した容器で圧入により結合し製作した。なお、前記
セラミック製部材ｌの凸部３の外径ｄｃを１０鰭、長さ
を１０ ｓ重とし、該凸部３の先端に４５°のテーパ一
部６を設けた。また前記金属製部材２の凹部４の外径を
Ｄｍを１６１ｎ、内径を９．９３１１とし、深さｌを９
．５ｍｍとした。そして、圧入後の金属製部材２の凹部
４内のセラミック製部材１の凸部３との間の残余空間５
の体積は約２０ｍｍ３になるようにした。この場合の圧
入後の残余空間５に残る圧縮された空気の影響を調べる
ため、第１表に示す圧力雰囲気下に保持した容器内にお
いて圧入したセラミックス・金属結合体を４５０℃の高
温雰囲気中において、１時間放置し、その前後のセラミ
ックス・金属結合体の全長および金属製部材外周を規準
としたセラミック製部材外周の同軸度を測定した。その
結果を以下の第１表に記す。
ただし、「抜け」とは金属製部材２の凹部４からセラミ
ック製部材１の凸部３が完全に分離した場合およびセラ
ミックス・金属結合体の全長が伸びた場合とし、「振れ
」とは前記同軸度が２μｍ以上変化した場合とし、それ
ぞれ測定した試料本数（斜線右側の数字）に対して、上
記抜けや振れに該当する本数（斜線左側の数字）を示し
た。
ック製部材１の凸部３が完全に分離した場合およびセラ
ミックス・金属結合体の全長が伸びた場合とし、「振れ
」とは前記同軸度が２μｍ以上変化した場合とし、それ
ぞれ測定した試料本数（斜線右側の数字）に対して、上
記抜けや振れに該当する本数（斜線左側の数字）を示し
た。
上記第１表から理解できるように、大気圧雰囲気下で圧
入を行う場合に比べて、４００Ｔｏｒｒの圧力雰囲気下
に保持した容器内で圧入を行えば良く、さらに好ましく
はｔｏｏ Ｔｏｒｒ以下の圧力雰囲気下に保持した容器
内で圧入を行えばよいことが分かる。
入を行う場合に比べて、４００Ｔｏｒｒの圧力雰囲気下
に保持した容器内で圧入を行えば良く、さらに好ましく
はｔｏｏ Ｔｏｒｒ以下の圧力雰囲気下に保持した容器
内で圧入を行えばよいことが分かる。
つまり、圧入時の圧力雰囲気がより低くなれば、圧入後
の金属製部材２の凹部４内のセラミック製部材１の凸部
３との間の残余空間５に残る圧縮空気の圧力もその圧力
雰囲気の低下割合骨だけ低くなり、好ましいわけである
が、結合する部材の形状、材質、締代、および使用温度
等、さらに圧入後の凹部４内の凸部３との間の残余空間
５の体積および圧入時の圧力雰囲気により結合強度がき
まることが理解でき、圧入時の圧力雰囲気は種々の例に
応じて適当に選定すればよい。圧入時の雰囲気が空気以
外の気体の場合にも上述の考えにもとすいて雲囲気圧力
を決定すればよいことはいうまでもない 実施■１ 第３図は、本発明をセラミックターボチャージャロータ
に応用した例を示す部分断面図である。
の金属製部材２の凹部４内のセラミック製部材１の凸部
３との間の残余空間５に残る圧縮空気の圧力もその圧力
雰囲気の低下割合骨だけ低くなり、好ましいわけである
が、結合する部材の形状、材質、締代、および使用温度
等、さらに圧入後の凹部４内の凸部３との間の残余空間
５の体積および圧入時の圧力雰囲気により結合強度がき
まることが理解でき、圧入時の圧力雰囲気は種々の例に
応じて適当に選定すればよい。圧入時の雰囲気が空気以
外の気体の場合にも上述の考えにもとすいて雲囲気圧力
を決定すればよいことはいうまでもない 実施■１ 第３図は、本発明をセラミックターボチャージャロータ
に応用した例を示す部分断面図である。
直径４１鶴のＳｉ３Ｎ、よりなるセラミックロータ２１
の外径１３龍、長さ１４璽１の凸部２２を、低熱膨張金
属のＦｅ−Ｎｉ −Ｃｏ−Ｎｂ合金（インコロイ９０９
（商品名））よりなる金属製部材２３の外径１８１像、
内径１２ 、９１１１１および深さ１３龍の凹部２５に
、常温で１０Ｔｏｒｒの圧力雰囲気に保持した容器内で
圧入により嵌合した。また、金属製部材２３はＳＮＣＭ
４３９よりなる他の金属製部材２６の一端に摩擦圧接
により接合されている。そして、この結合したセラミッ
クターボチャージャロータにインコロイ９０９の時効硬
化処理（７２０℃×８ｈｒ ＋ ６２０℃ｘ８ｈｒ）を
行った。その結果、前記時効硬化処理によって、大気圧
雰囲気下で圧入を行なったセラミックターボチャージャ
ロータにおける凸部２２は金属製部材２３の凹部２５よ
り抜けることがあったが、実施例２のセラミックターボ
チャージャロータでは上述の抜けは発生しなかった。
の外径１３龍、長さ１４璽１の凸部２２を、低熱膨張金
属のＦｅ−Ｎｉ −Ｃｏ−Ｎｂ合金（インコロイ９０９
（商品名））よりなる金属製部材２３の外径１８１像、
内径１２ 、９１１１１および深さ１３龍の凹部２５に
、常温で１０Ｔｏｒｒの圧力雰囲気に保持した容器内で
圧入により嵌合した。また、金属製部材２３はＳＮＣＭ
４３９よりなる他の金属製部材２６の一端に摩擦圧接
により接合されている。そして、この結合したセラミッ
クターボチャージャロータにインコロイ９０９の時効硬
化処理（７２０℃×８ｈｒ ＋ ６２０℃ｘ８ｈｒ）を
行った。その結果、前記時効硬化処理によって、大気圧
雰囲気下で圧入を行なったセラミックターボチャージャ
ロータにおける凸部２２は金属製部材２３の凹部２５よ
り抜けることがあったが、実施例２のセラミックターボ
チャージャロータでは上述の抜けは発生しなかった。
さらに、本実施例のセラミックターボチャージャロータ
を高温回転試験装置に組み込んで８００℃の燃焼ガスに
より、１２０． ＯＯＯｒｐｍの回転数で５０時間の回
転試験を行ったが、本発明により得られたターボチャー
ジャロータは軸振動が大きくなることなく試験を終了し
、抜けや振れなどの異常は認められなかった。
を高温回転試験装置に組み込んで８００℃の燃焼ガスに
より、１２０． ＯＯＯｒｐｍの回転数で５０時間の回
転試験を行ったが、本発明により得られたターボチャー
ジャロータは軸振動が大きくなることなく試験を終了し
、抜けや振れなどの異常は認められなかった。
夫見斑主
第４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。本実施例では、直径６９ｍのＰＳＺ （部
分安定化ジルコニア）製ピストンクラウン３１に設けた
外径５５鶴、長さ１５＋＋ｎの円柱状凸部３２を、球状
黒鉛鋳鉄製ピストン３４の頂部に設けた内径５４．８ｆ
Ｉ、深さ１５１１の凹部３３に、３５０℃で１００Ｔｏ
ｒｒの圧力雰囲気に保持した容器内で圧入により嵌合し
た。
面図である。本実施例では、直径６９ｍのＰＳＺ （部
分安定化ジルコニア）製ピストンクラウン３１に設けた
外径５５鶴、長さ１５＋＋ｎの円柱状凸部３２を、球状
黒鉛鋳鉄製ピストン３４の頂部に設けた内径５４．８ｆ
Ｉ、深さ１５１１の凹部３３に、３５０℃で１００Ｔｏ
ｒｒの圧力雰囲気に保持した容器内で圧入により嵌合し
た。
本実施例のピストンを直径７０ｍｍ、ストローク７５璽
１のディーゼルエンジンに組み込み、２．２０Ｏｒｐｍ
の回転数で１００時間の運転試験を行っても、大気圧雰
囲気下で圧入を行ったピストンで見られたようなピスト
ンクラウン３１の凹部３３からの抜けは発生せず、試験
終了後においても何ら異常は認められなかった。
１のディーゼルエンジンに組み込み、２．２０Ｏｒｐｍ
の回転数で１００時間の運転試験を行っても、大気圧雰
囲気下で圧入を行ったピストンで見られたようなピスト
ンクラウン３１の凹部３３からの抜けは発生せず、試験
終了後においても何ら異常は認められなかった。
本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく
、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Ｓｉ３Ｎ４゜ＰＳｚを用い
たがこれに限定されるものではなく、炭化珪素、サイア
ロン、ムライト、アルミナ、ベリリア等も使用できる。
、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Ｓｉ３Ｎ４゜ＰＳｚを用い
たがこれに限定されるものではなく、炭化珪素、サイア
ロン、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。
ことなく他の金属も使用できることはいうまでもない。
（効 果）
本発明では、セラミック製部材に設けた凸部と金属製部
材に設けた凹部とを、大気圧よりも低い圧力雰囲気下に
保持した容器内で嵌合し結合しているため、室温から高
温までの広い温度範囲において十分な接合強度を維持で
き、さらにろう付けのような接合方法において接合不良
を起こすこともなく、さらに従来金属製部材スリーブ部
の内部に通じるように設けられていた空気抜き孔の加工
を省略することができる。また、空気抜き孔を設けてい
ないためセラミックス・金属結合体の機械的強度を損な
うことなく、しかも、この結合体を回転軸に使用する場
合には、その回転軸周りの質量のバランスを良好にし、
回転軸の高速回転時でもアンバランスによる軸振動を発
生しないという利点がある。
材に設けた凹部とを、大気圧よりも低い圧力雰囲気下に
保持した容器内で嵌合し結合しているため、室温から高
温までの広い温度範囲において十分な接合強度を維持で
き、さらにろう付けのような接合方法において接合不良
を起こすこともなく、さらに従来金属製部材スリーブ部
の内部に通じるように設けられていた空気抜き孔の加工
を省略することができる。また、空気抜き孔を設けてい
ないためセラミックス・金属結合体の機械的強度を損な
うことなく、しかも、この結合体を回転軸に使用する場
合には、その回転軸周りの質量のバランスを良好にし、
回転軸の高速回転時でもアンバランスによる軸振動を発
生しないという利点がある。
第１図は本発明により製造されたセラミックス・金属結
合体の部分断面図、 第２図は本発明の製造方法を実施するのに使用される結
合用装置の概略図、 第３図は本発明をセラミックスターボチャージャロータ
に応用した例を示す部分断面図、第４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。 １・・・セラミック製部材 ２・・・金属製部材３・・
・凸部 ４・・・凹部特許出願人 日本
碍子株式会社 第３図 第４図 手 続 補 正 書 昭和６２年 ９月 ７日 特許庁長官 小 川 邦 夫 殿１、事件の
表示 昭和６１年特許願第２８５９７４号 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 ４、代 理 人 １、明ｌｉｉ書第３頁第１５行の「セラミックス軸を金
属軸」を「セラミック製部材を金属製部材」に訂正し、 同頁第２０行の「例えば」の次に「セラミックス・金属
結合体が」を加入する。 ２、同第４頁第１行の「セラミック軸と金属軸との結合
体」を「回転軸」に訂正し、 同頁第１０〜２０行を次の通りに訂正する。 「そしてこのセラミック製部材からなるタービンホイー
ルと金属製部材からなる回転軸とを結合するには、例え
ば、金属製部材からなる回転軸の一端部の軸方向に凹部
を設け、この凹部に、セラミック製部材からなるタービ
ンホイールの背面中心に設けた凸部を焼き嵌め、ろう付
は等を介して嵌め合わせて結合している。 このような結合構造においては、結合の際の凹部の内部
の残余空間に圧縮され、高圧となった空気が残存してい
た。このため圧入、焼きばめ等では、結合部の温度が上
昇すると、該残存空気の膨張により、該凸部が該凹部か
ら抜け」３、同第５頁第６行、第１０〜１１行および第
６頁第１２行の「金属製回転軸」を「金属製部材からな
る回転軸」に訂正する。 ４、同第５頁第７行、第８行、第１１行、第６頁第２〜
３行、第３行および第１３行の「スリーブ部」を「凹部
」に訂正する。 ５、同第８頁第１３行および第１２頁第３行の「金属製
部材スリーブ部」を「金属製部材の凹部」に訂正する。 ６、同第９頁第４行の「しかも、」の次に「該セラミッ
クス・金属結合体が回転軸として使用される場合は、」
を加入する。 ７、同第１０頁第１１行を「ム１４と接するようになっ
ている。」に訂正する。 ８、同第１１頁第２０行の「容器で」を「容器内で」に
訂正する。 ９、同第１６頁第１０行の「セラミックス」を「セラミ
ック製部材」に訂正する。 １０、同第１７頁第１行の「接合強度」を「結合強度」
に訂正する。 １１、図面中、第２図および第３図を別紙訂正図の通り
に訂正する。
合体の部分断面図、 第２図は本発明の製造方法を実施するのに使用される結
合用装置の概略図、 第３図は本発明をセラミックスターボチャージャロータ
に応用した例を示す部分断面図、第４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。 １・・・セラミック製部材 ２・・・金属製部材３・・
・凸部 ４・・・凹部特許出願人 日本
碍子株式会社 第３図 第４図 手 続 補 正 書 昭和６２年 ９月 ７日 特許庁長官 小 川 邦 夫 殿１、事件の
表示 昭和６１年特許願第２８５９７４号 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 ４、代 理 人 １、明ｌｉｉ書第３頁第１５行の「セラミックス軸を金
属軸」を「セラミック製部材を金属製部材」に訂正し、 同頁第２０行の「例えば」の次に「セラミックス・金属
結合体が」を加入する。 ２、同第４頁第１行の「セラミック軸と金属軸との結合
体」を「回転軸」に訂正し、 同頁第１０〜２０行を次の通りに訂正する。 「そしてこのセラミック製部材からなるタービンホイー
ルと金属製部材からなる回転軸とを結合するには、例え
ば、金属製部材からなる回転軸の一端部の軸方向に凹部
を設け、この凹部に、セラミック製部材からなるタービ
ンホイールの背面中心に設けた凸部を焼き嵌め、ろう付
は等を介して嵌め合わせて結合している。 このような結合構造においては、結合の際の凹部の内部
の残余空間に圧縮され、高圧となった空気が残存してい
た。このため圧入、焼きばめ等では、結合部の温度が上
昇すると、該残存空気の膨張により、該凸部が該凹部か
ら抜け」３、同第５頁第６行、第１０〜１１行および第
６頁第１２行の「金属製回転軸」を「金属製部材からな
る回転軸」に訂正する。 ４、同第５頁第７行、第８行、第１１行、第６頁第２〜
３行、第３行および第１３行の「スリーブ部」を「凹部
」に訂正する。 ５、同第８頁第１３行および第１２頁第３行の「金属製
部材スリーブ部」を「金属製部材の凹部」に訂正する。 ６、同第９頁第４行の「しかも、」の次に「該セラミッ
クス・金属結合体が回転軸として使用される場合は、」
を加入する。 ７、同第１０頁第１１行を「ム１４と接するようになっ
ている。」に訂正する。 ８、同第１１頁第２０行の「容器で」を「容器内で」に
訂正する。 ９、同第１６頁第１０行の「セラミックス」を「セラミ
ック製部材」に訂正する。 １０、同第１７頁第１行の「接合強度」を「結合強度」
に訂正する。 １１、図面中、第２図および第３図を別紙訂正図の通り
に訂正する。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、セラミック製部材に設けた凸部と、金属製部材に設
けた凹部を嵌合により一体的に結合してセラミックス・
金属結合体とする方法において、前記セラミック製部材
の凸部と前記金属製部材の凹部とを、大気圧よりも低い
圧力雰囲気下に保持した容器内で嵌合し結合することを
特徴とするセラミックス・金属結合体の製造方法。 ２、前記セラミック製部材の凸部と前記金属製部材の凹
部との嵌合が、圧入、焼き嵌め、冷やし嵌め、ろう付け
、あるいはこれらの組合せである特許請求の範囲第１項
記載のセラミックス・金属結合体の製造方法。 ３、セラミック製部材に設けた凸部と金属製部材に設け
た凹部を嵌合により一体的に結合したセラミックス・金
属結合体において、前記セラミック製部材の凸部と前記
金属製部材の凹部とを、大気圧よりも低い圧力雰囲気下
に保持した容器内で嵌合し結合することにより、前記金
属製部材の凹部内の前記セラミック製部材の凸部との間
の残余空間に残存する空気の圧力が、大気圧雰囲気下で
嵌合した場合に前記残余空間に残存する空気の圧力より
も低いことを特徴とするセラミックス・金属結合体。 ４、前記嵌合が圧入、焼き嵌め、冷やし嵌め、ろう付け
、あるいはこれらの組合せによりなる特許請求の範囲第
３項記載のセラミックス・金属結合体。 ５、前記セラミックス・金属結合体がターボチャージャ
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３項または第４項記載のセラミックス・金
属結合体。 ６、セラミック製部材に設けた凸部と金属製部材に設け
た凹部を嵌合し結合するための装置において、少なくと
も前記セラミック製部材に設けた凸部と前記金属製部材
に設けた凹部を収容できる空間部を備え、該空間部の雰
囲気を大気圧より低い圧力状態に減圧可能な密閉型の容
器と、前記容器内の気密性をよくするためのＯリング等
によるシール構造と、前記容器内の空気を排気するため
の排気用管口と、前記セラミック製部材に設けた凸部と
前記金属製部材に設けた凹部とを加圧し、嵌合するため
のスライド可能な押棒とを備えたことを特徴とする結合
用装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61285974A JPS63139075A (ja) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | セラミックス・金属結合体およびその製造方法 |
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|---|---|---|---|
| JP61285974A JPS63139075A (ja) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | セラミックス・金属結合体およびその製造方法 |
Publications (2)
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| JPS63139075A true JPS63139075A (ja) | 1988-06-10 |
| JPH0437037B2 JPH0437037B2 (ja) | 1992-06-18 |
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| JP61285974A Granted JPS63139075A (ja) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | セラミックス・金属結合体およびその製造方法 |
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