JPS60132001A

JPS60132001A - タ−ビン軸

Info

Publication number: JPS60132001A
Application number: JP23785683A
Authority: JP
Inventors: Masaya Ito; 正也伊藤; Michiro Kato; 加藤　倫朗; Mitsuyoshi Kawamura; 川村　光義
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd; Nippon Tokushu Togyo KK
Current assignee: Nippon Tokushu Togyo KK; Niterra Co Ltd
Priority date: 1983-12-19
Filing date: 1983-12-19
Publication date: 1985-07-13

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】この発明は、セラミック製のタービン軸の構成に関する
。

従来、セラミック製のタービン軸は、タービン翼と一体
に焼結して構成していたものであるが、その形状が複雑
なために、成形体の製造が困難であり、焼成時の窯詰め
効率が悪く、ロスが多いものであった。その上、セラミ
ック（例えば８１５Ｎ４１８ｉＣ）は熱膨張率が小さく
、金属（８ＡＣＭ、ＳＣＭ。

炭素鋼）との熱膨張差が大きいので、両者を接合した場
合、接合後それぞれに応力が残り、加熱冷却のサイクル
に対して極めて不安定である。

更に、タービン翼は周速３５０　ｍ／秒以上の筒速で回
転し、高温の排気ガスが直接あたる過酷な条件において
使用されるので、タービンＸをセラミックで構成する場
合には、その信頼性を保証する手段が必要であるが、従
来のものにおいてはその手段に満足できるものがなかっ
た。

この発明は、上記従来のものの欠点を改良するものであ
って、セラミック製減とセラミック製軸とを別個に作製
し、これを接合の上、セラミック製軸の他端面に金■軸
を接合したものである。更には、その接合部位置をオイ
ルギヤラリ−中に置き、または、接合部位を断熱効果の
生ずる構成とすることによって、製造が容易であるばか
りでなく、熱伝導が少なく、窯詰め効率が良好であって
、信頼性の高い安定したタービン軸を得ようとするもの
である。

これを図面に示す実施例により説明すれば、第１図乃至
第３図は翼、軸の接合状態を概略示すものであって、（
１）はセラミック製のタービンＸ、（２）はセラミック
製の軸、（３）は金属軸であり、それぞれ別個に製造さ
れ、（４）はハブ部でｇ　（１）を支承し、特に、上記
金属軸（３）は、スラストベアリング、コンプレッサー
ホイール、あるいは出力用ギヤ、カップリング等の取付
けに用いられる。

タービン翼（１）のハブ部（４）の端面にはセラミック
軸（２）の一端面が接合されるが、このハブ部（４）に
はセラミック製軸（２）の円錐部分（５１に適合するよ
うに凹孔（６）を穿設することができ、（第２図）また
、その孔は貫通孔（７）とすることもできる。（第３図
）、このように構成するときは、第７図、第８図に示す
ように、シリンダーＱＥ！の開口端に上記タービンＪＫ
（１）の端面を同定して、他がよりピストンａ７）等に
より水、油（１１を圧縮して圧力をかけ、嘱のつけ根な
どの破壊しやすい部分を予めスクリーニングして不良品
を選別することができる。上記翼部（１）に貫通孔（力
を設ける時には、第８図のように複数のタービンｇｉｌ
ｌのスクリーニングをすることもできる。こうして、タ
ービン軸の接合後、同転テスト等をしてスクリーニング
する場合に比べ、製造コストを低くすることが可能であ
る。

更に、セラミック製翼とセラミック製軸、セラミック製
軸と金属軸との接合に当り、後記する実施例のように緩
衝材を介して接合する時には、その内部応力の残留を緩
和することができる。また、翼、軸を各側に製造するも
のであるから、接合面に空胴部（第６図）を形成するこ
とができ（従来の一体に構成するものでは、このような
構成をとることはできない。）、接合部に断熱部を形成
して翼部より軸部への熱伝導を遮断することもできる。

加えて、接合部位をオイルギヤラリ−側に位置させるこ
とにより、接合部の要求耐熱特性を下げることが可能で
ある。

上記のタービン翼（１）の材質は、窒化珪素、炭化珪素
、サイアロン等の熱間強度に優れたものが適用でき、製
法は、ＨＩＰ法、常圧焼結法、ＨＩ法、ＧＰＳ法等の従
来方法が用いられる。

セラミック軸は、窒化珪素、炭化珪素、サイアロン、ア
ルミナ、ジルコニア等のあるｍＫの優れた熱間特性を具
えるものであればよく、その熱膨張係数は翼と等しいか
、それ以上のものが好ましい。また、セラミックーメタ
ル系サーメット材料を用いてもよ゛い。

以上のとおり、この発明は構成されるものであるから、
各部分を別個に製造できるので製造が容易であり、かつ
、細部は誠部機高温とならず高温強度を翼部程必要とさ
れないので、比較的安価な材料を用いることができ、特
に、セラミック製軸の熱膨張係数を翼部と金属軸の中間
のものを選ぶことにより、接合部の残留応力を低下させ
ることができる。また、セラミック相互の接合の方が、
セラミックと金楓との接合より耐熱性の高い接合方法を
用いることができるので、より安定したタービン軸を得
ることができ、翼部の凹孔内に軸端部を嵌挿することに
よシ、接合面の接触面積を大きくして接合を完全にでき
るという優れた効果をもつものである。

実施例１第４図に示すとおり、窒化珪素製タービン翼（１）とサ
イアロン製軸（２）の接合面（８）の表面に、ＣａＦ２
７０重ｉｉｔチ、人１２０ｓ２０重量％、８ｉ０２１０
重１％の混合ペーストを塗布し、大気中１４００℃にて
接合した。

ついで、軸（２）の他方端面において光面を蒸着法によ
りＴｉ１０００Ａ、Ｃｒ１ＯＯＯＡ、Ｎｉ２００ＯＡ、
Ｃｕ２００００Ａを蒸着、メタライズＬ１この面０Ｉに
りロムモリブデン鋼製軸０１）をＡｇ−Ｃｕ共晶ろう０
″ｌＩを用い、水素炉９００℃にてＣｕ：４ｆｉｉ（１
３）を緩衝材として介在させてろう接した。

接合体の軸を研磨の上、バランスを取った仮、１５０．
００Ｏｒ、ｐ、ｍのスピンテストｔ−行ったところ異常
がなかった。

なお、上記タービン翼の寸法は、最大径６０畷、長さ４
０１ｏ１１セラミツク軸の長さは７０ａ＋である。（９
）はシーリング溝であ！Ｄ、Ｑｌ）は、前ｉ己コンプレ
ッサーホイール等をとりつけるためのねじ部である。

実施例２第５図に示すとおり、窒化珪素製タービン翼（１）とジ
ルコニア製軸（２）の接合表面にＺｒ　１０００　ｋ、
Ｃｒ１０００　Ａ−ｓ　Ｃｕ　２００００　Ａを順次蒸
着し、鍍金層０１を形成し、同様軸（２）の他端面すな
わち炭素鋼よりなる金属軸（３）との接合面にも鍍金層
０Ｉを形成した上、この層α１に銅板−を介して、Ａｇ
−Ｃｕ共晶ろうａ湯を用いて水素炉９００℃にでろう接
した。

上記タービン軸を研磨の上、バランスを取った後、１５
０．０００’ｒ、ｐｏｍのスピンテストを行ったところ
接合体に異常を認めなかった。

実施例３第６図に示すように、翼（１）のハブ部（４）と軸（２
）のφ 接合面（８）において、少くともいずれ一方の端面に凹
孔（空胴部）（１養を設けた上（図の場合は両端面に対
向して空胴部を設けている。）実施例１と同様にＣａＦ
ｚ　７０重量％、Ａｌ２０５２０重ｉ％、８ｉ０２１０
ｉｔ％の混合ペーストを塗布し、大気中１４００℃にて
接合する。緩衝板θ（至）は、Ｃｕ板に代えチタニウム
板を用い、前記実施例同様に金属軸とセラミック軸を接
合したもののスピンテストの結果は良好であり、断熱空
胴部０荀を設けることによりシールリング溝（９）部に
おける熱伝導を小さくすることができた。なお、チタン
は銅と同様の緩徹効来があることは知られているが、高
価なため、接合面積が小さい場合に用いると有効である
。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はこの発明の接合部の概略を示し、第
４図乃至第６図はその実施例を示すものである。第７図
、第８図はこの発明のセラミック製翼部のスクリーニン
グテストの状態を示す。１・・・セラミック製タービン翼２・・・セラミック製軸　３・・・金属軸４・・・ハブ
部　５・・・軸の円錐端部６．７・・・凹孔　８．１０
・・・接合面特許出願人　代理人弁理士藤木三幸第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　タービン翼とこれを支承するハブ部をセラミッ
クにより一体に構成し、このハブ部にセラミックよりな
る軸の一端面を接合し、この軸の他端面に金属軸を接合
してなるタービン軸。
（２）接合部はいずれも一方が排気ガス中に他方が潤滑
油中におる特許請求の範囲第１項に記載のタービン軸。
（３）接合部はいずれもシールリング溝よりオイルギヤ
ラリ−側にある特許請求の範囲第１項に記載のタービン
軸。
（４）　セラミック製軸は、タービン翼を支承するハブ
部内に嵌挿されている特許請求の範囲第１項記載のター
ビン軸。
（５）　セラミック製ハブ部とセラミック製軸の接合端
面の少なくとも一方の端面に空胴部ｔ−ｆｉけ、その空
胴部を介在して両者を接合してなるタービン軸。