JPH037367Y2

JPH037367Y2 -

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Publication number: JPH037367Y2
Application number: JP1985082920U
Authority: JP
Priority date: 1985-05-31
Filing date: 1985-05-31
Publication date: 1991-02-25
Also published as: US4659245A; JPS61200648U

Description

【考案の詳細な説明】［考案の目的］（産業上の利用分野）この考案は、例えばセラミツクス製タービン軸
とインペラ取付側金属軸との接合に利用されるセ
ラミツクス軸と金属軸との接合構造に関するもの
である。

（従来の技術）従来のセラミツクス軸と金属軸との接合構造と
しては、従えば第７図および第８図に示すような
ものがある。

これらのうち、第７図に示す接合構造は、セラ
ミツクス製タービン１０１と一体で成形したセラ
ミツクス軸１０２の端部外面と、金属軸１０３の
端部に一体で設けかつ外面にリングシール溝１０
４とオイル切り溝１０５とを有する筒状体１０６
の内面とを、前記内外面の全体にわたつてろう材
１０７を介在させて嵌合することにより接合した
ものである。なお、１０８，１０９は軸受であ
り、また、金属軸１０３の他端にはインペラ取付
け用のねじ部１０３ａが形成してある（特開昭54
−42520号公報参照）。

また、第８図に示す接合構造は、セラミツクス
製タービン１１１と一体で成形しかつ外面にリン
グシール溝１１４とオイル切り溝１１５とを形成
したセラミツクス軸１１２の端面１１２ａと、金
属軸１１３の端部に形成した大径端面１１３ａと
を、ろう材１１７を介して突き合わせることによ
り接合したものである。なお、１１８，１１９は
軸受であり、また、金属軸１１５の他端にはイン
ペラ取付け用のねじ部１１５ｂが形成してある
（特願昭58−185977号）。

（考案が解決しようとする問題点）このような従来のセラミツクス軸１０２，１１
２と金属軸１０３，１１３との接合構造におい
て、第７図に示した構造にあつては、ろう材１０
７がリングシール溝１０４よりもタービン１０１
側にまで介在させてあるため、この部分のろう材
１０７が高温の排ガスに加熱されて温度が上昇
し、ろう材１０７の軟化ないしは溶融を生じて接
合力が著しく低下すると同時に、高温の排ガスに
直接さらされて第９図に示すように酸化されてし
まい、酸化部分１０７ａが接合に寄与しなくなる
だけでなくろう材１０７の酸化をさらに内部まで
進行させてしまい、接合力の大幅な低下をきたす
おそれがあるという問題点があつた。

また、第８図に示した接合構造にあつては、ろ
う材１１７がリングシール溝１１４よりも金属軸
１１３側にあるため、使用時に軟化ないしは溶融
するおそれがなく、したがつてこれによる接合力
の低下はないが、単なる突き合わせによるろう材
１１７を介した接合であるため、接合部分の信頼
性向上に限界があると同時に、セラミツクス軸１
１２側にリングシール溝１１４およびオイル切り
溝１１５が設けてあるため、万一セラミツクス軸
１１２が破損したときにオイルもれを生ずるおそ
れがあるという問題点もあつた。

この考案は上述したような従来の問題点に着目
してなされたもので、ろう材の排ガスからの加熱
による軟化ないしは溶融および排ガスとの接触に
よる酸化を防ぐことによつて、セラミツクス軸と
金属軸とのろう材を介した接合力を著しく大きく
維持することが可能であると共に、セラミツクス
軸の万一の破損によるオイルもれを防ぐことが可
能であるセラミツクス軸と金属軸との接合構造を
提供することを目的としている。

［考案の構成］（問題点を解決するための手段）この考案は、セラミツクス軸の端部外面と、金
属軸の端部に設けかつ外面にリングシール溝を有
する筒状部内面との嵌合による接合構造におい
て、前記リングシール溝よりも金属軸側のセラミ
ツクス軸外面と金属軸の筒状部内面との間にろう
材を介在させて接合したことを特徴とし、一実施
態様においては、前記セラミツクス軸に、前記金
属軸の筒状部端面との当接面を設けて、前記当接
面と筒状部端面とを当接密閉状態とするように
し、さらに必要に応じて前記当接面と筒状部端面
との間を耐熱性の接着剤で閉塞するようにしたこ
とを特徴としている。

（実施例１）第１図ないし第５図はこの考案の一実施例を示
す図である。

第１図ないし第３図に示すように、セラミツク
ス製タービン１はセラミツクス軸２を一体で成形
したものであり、セラミツクス軸２のタービン１
側は太径部２ａに形成してあつてその段付部分を
後述の筒状部端面４ｂとの当接面２ｂに形成した
ものである。

一方、金属軸３は、その一端側に前記セラミツ
クス軸２の外径に対応した内径を有すると共に前
記セラミツクス軸２の太径部２ａの外径にほぼ等
しい外径の筒状部４を一体で有しており、前記筒
状部４の外面にはリングシール溝５およびオイル
切り溝６を有していると共に、その筒状部端面４
ｂは前記セラミツクス軸２に設けた当接面２ｂと
当接しうるようになつている。さらに、筒状部４
と金属軸３との境界部分には前記筒状部４の内径
よりも外径が小さくなるリング溝７が形成してあ
ると共に、金属軸３の軸方向と同方向に前記筒状
部４の内外を連通するろう材排出孔８を第２図に
も示すように等間隔で６個形成してある。また、
金属軸３の他端にはインペラ取り付け用のねじ部
３ａが設けてある。そして、第３図にも示すよう
に、前記セラミツクス軸２の端部外面と、金属軸
３に設けた筒状部４の内面とを嵌合させ、かつ前
記リングシール溝５よりも金属軸３側のセラミツ
クス軸２の外面（外周面および端面）と筒状部４
の内面（内周面および底端面）との間にろう材９
を介在させて接合した構造を有している。なお、
第１図において、１１はタービン側の軸受、１２
はインペラ側の軸受である。また、前記のリング
シール溝５およびオイル切り溝６は、セラミツク
ス軸２と金属軸３とを接合した後に形成する工程
とすることができる。また、セラミツクス軸２の
筒状部端面４ｂへの当接面２ａと筒状部４の端面
４ｂとは常時接触していて排ガスがこれらの間か
らろう材９の部分へ浸入しないようにすることが
望ましいが、セラミツクス軸２と金属軸３（筒状
部４）との熱膨張係数が異なることから図示例の
ようにタービン１に近接している場合には常時密
着させておくことは実際上困難である。したがつ
て、このような場合には耐熱性の無機接着剤を用
いてセラミツクス軸２の当接面２ｂと筒状部４の
端面４ｂとの間を常にシールしてこの部分から排
ガスがろう材９の部分に浸透しないようにしてお
くことも望ましい。

次に、上記のようなセラミツクス軸２と金属軸
３との接合を得る場合の手順について第４図およ
び第５図を加えて説明する。

また、セラミツクス軸２の金属とのぬれ性を改
善するために、あらかじめセラミツクス軸２の表
面にTiなどのぬれ性改善剤を蒸着、ペーストあ
るいは箔等により設けておくことも必要に応じて
望ましい。また、ろう材側に前記Tiなどのぬれ
性改善剤を設けておくこともできる。さらに、セ
ラミツクス軸２に設けた筒状部４への当接面２ａ
から前記筒状部４に設けたリングシール溝５に相
当する位置までの間におけるセラミツクス軸２の
外周面にはろう材浸透防止剤を設けておく。

次いで、タービン１をそのセラミツクス軸２側
を上にしてセツトし、セラミツクス軸２の上端面
に例えば円板状のAg−Cuろう材９を載せる。こ
のとき、上記したように、円板状のろう材９の底
面側にぬれ性改善剤を設けておくこともできる。

続いて、第４図に示すように、セラミツクス軸
２に対して金属軸３の筒状部４を嵌合し、セラミ
ツクス軸２および筒状部４を含む合属軸３の各々
の中心が合致するように治具にセツトしたのち、
真空もしくは脱酸素雰囲気中で加熱してろう材９
を溶融する。このとき、筒状部４の軸方向長さは
セラミツクス軸２の嵌合部長さよりも若干長くと
つてあるので、ろう付け後は軸方向については、
上記長さの差の分だけろう材９が両者の間に介在
すると共に、径方向においてもセラミツクス軸２
と筒状部４とのすき間部分をろう材９が埋め、セ
ラミツクス軸２の下部側外面に設けたろう材浸透
防止剤の部分にはろう材９が浸透せず、余剰のろ
う材９は筒状部４に設けたろう材排出孔８を通し
て第５図に示すようにリンク溝７部分より外部に
排出されてろう付け接合が完了する。

ところで、一般にセラミツクスと金属との熱膨
張係数は後者の方が大きく、その結果セラミツク
ス軸２と金属軸３とをろう付治具にセツトすると
き、つまり常温時における隙間よりもろう付け時
の隙間は大きくなつている。したがつて、ろう材
溶融温度以上であらかじめセラミツクス軸２と金
属軸３とを焼ばめしないかぎりその隙間はろう付
け時に必ず発生する。それゆえ、セラミツクス軸
２の表面に何んらの処理を施さない場合にはろう
材９は筒状部４の表面に形成するリングシール溝
５の相当位置よりもさらに下側（すなわちタービ
ン１側）に浸透するので、上述のようにセラミツ
クス軸２の前記タービン側の表面にろう材浸透防
止剤を設けて、ろう付け後にろう材９がシールリ
ング溝５よりも金属軸３側のセラミツクス軸２の
外面と筒状部４の内面との間にのみ介在されるよ
うにした。

このようにしてセラミツクス軸２と金属軸３と
を接合したのち、金属軸３の筒状部４の外周面に
リングシール溝５とオイル切り溝６とを加工し、
軸受１１，１２で支持される金属軸３の表面に焼
入れ処理を施す。

（実施例２）第６図はこの考案の他の実施例を示す図であつ
て、金属軸３に設ける筒状部４を別部材から形成
し、金属軸３に形成したフランジ端面３ｂと筒状
部４の端面とを摩擦圧接やビーム溶接等によつて
接合した場合を示している。この場合にも、筒状
部４およびフランジ端面３ｂにはろう材排出孔８
が設けてある。この構造において、筒状部４の素
材としては、セラミツクス軸２との間において接
合の相性が良い材料、すなわち一般には熱膨張係
数が小さくかつ弾性係数が小さい材料、より具体
的にはステンレス鋼、マルエージング鋼、コバー
ル等の耐熱性の大きい合金鋼あるいはNiおよび
Ni基合金、MoおよびMo基合金等が使用される。
他方、金属軸３の素材としては、軸受１１，１２
において支持される部分の表面硬化処理のしやす
い材料、例えば炭素鋼や構造用合金鋼などの比較
的靭性が高くかつ安価な材料が使用され、異種部
材を接合する工程が加わるとしても総合的にはむ
しろ原価の低減をはかることが可能となる。

この実施例２に示す場合においても、筒状部４
の外周面に設けたシールリング溝５よりも金属軸
３側のセラミツクス軸２の外面と筒状部４の内面
との間にろう材９が介在されるようにしてあり、
シールリング溝５よりもタービン１側にはろう材
９が介在されず、ろう付け時の余剰のろう材９は
ろう材排出孔８より排出されるようにし、さらに
はセラミツクス軸２に設けた当接面２ｂと筒状部
端面４ｂとが可及的に密着するようにしてあり、
必要に応じて前記当接面２ｂと筒状部端面４ｂと
の境界部に耐熱性の接着剤を塗布して高温排ガス
が内部に浸透しないようにし、ろう材９の酸化損
失を防ぐことができるようにする。

なお、上記の実施例１，２ではいずれもセラミ
ツクス軸タービン軸と金属軸との接合を例にとつ
て説明したがこのような用途にのみ限定されるも
のではなく、その他のセラミツクス軸と金属軸と
の接合にも十分適用可能であることはいうまでも
ない。

［考案の効果］以上説明してきたように、この考案によれば、
セラミツクス軸の端部外面と、金属軸の端部に設
けかつ外面にリングシール溝を有する筒状部内面
との嵌合による接合構造において、前記リングシ
ール溝よりも金属軸側のセラミツクス軸外面と金
属軸の筒状部内面との間にろう材を介在させて接
合した構成としたから、排ガスからの加熱による
ろう材の軟化ないしは溶融および排ガスとの直接
接触によるろう材の酸化を防ぐことが可能であ
り、したがつてろう材の軟化・溶融や酸化による
接合力の低下を防止することができることによつ
て、セラミツクス軸と金属軸との接合を著しく高
強度でかつ高い信頼性をもつて行うことが可能で
あり、低温および高温の間で頻繁に繰り返される
熱履歴に対しても十分に対応しうるものであり、
しかもセラミツクス軸の万一の破損によるオイル
もれをも防ぐことが可能であるなどの非常にすぐ
れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はこの考案の第一実施例を
示し、第１図はセラミツクス製タービン軸と金属
軸との接合構造を示す縦断面説明図、第２図は第
１図の右側面図、第３図は接合部分の上半部縦断
面図、第４図および第５図は接合の要領を順次示
す断面説明図、第６図はこの発明の第二実施例に
よるセラミツクス製タービン軸と金属軸との接合
構造を示す縦面説明図、第７図および第８図は
各々従来のセラミツクス軸と金属軸との接合構造
を示す縦断面説明図、第９図は接合部のろう材が
酸化される状況を示す拡大説明図である。２……セラミツクス軸、２ｂ……筒状部端面と
の当接面、３……金属軸、４……筒状部、４ｂ…
…筒状部端面、５……リングシール溝、６……オ
イル切り溝、８……ろう材排出孔、９……ろう
材。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

セラミツクス軸の端部外面と、金属軸の端部に
設けかつ外面にリングシール溝を有する筒状部内
面との嵌合による接合構造において、前記リング
シール溝よりも金属軸側のセラミツクス軸外面と
金属軸の筒状部内面との間にろう材を介在させて
接合したことを特徴とするセラミツクス軸と金属
軸との接合構造。