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JP2531708Y2 - セラミックス・金属結合体 - Google Patents

セラミックス・金属結合体

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Publication number
JP2531708Y2
JP2531708Y2 JP1988135003U JP13500388U JP2531708Y2 JP 2531708 Y2 JP2531708 Y2 JP 2531708Y2 JP 1988135003 U JP1988135003 U JP 1988135003U JP 13500388 U JP13500388 U JP 13500388U JP 2531708 Y2 JP2531708 Y2 JP 2531708Y2
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JP
Japan
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ceramic
metal
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convex portion
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JP1988135003U
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博之 河瀬
孝治 加藤
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NGK Insulators Ltd
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NGK Insulators Ltd
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Publication date
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Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案はセラミックスと金属との結合体に関するもの
である。
（従来の技術） 従来のセラミックスと金属の結合体は、特開昭58−22
3675号公報、特開昭61−226501号公報にその一例を示す
ように、セラミック製部材に凸部を設けてこの凸部を金
属製部材に設けた凹部に圧入、焼きばめ、冷やしばめ、
ロウ付等のかん合により固定して構成されていた。
このとき、金属製部材の凹部における底角部の形状
は、実質的にほぼ直角又はテーパー状に形成されている
ことが多かった。又、例え底角部がＲ形状であっても、
その形状を特定されてはいなかった。
（考案が解決しようとする課題） この様な従来のセラミックス・金属結合体において
は、金属製部材の凹部の底角部にかん合力により著しく
応力集中が発生し、その結果回転曲げ疲労により金属底
角部にクラックが発生し結合体の破壊につながることも
あり、信頼性の高いセラミックス・金属結合体を得るこ
とができない欠点があった。
本考案の目的は上述した課題を解消して、信頼性の高
いセラミックスと金属との結合体を容易に実現すること
ができるセラミックス・金属結合体を提供しようとする
ものである。
（問題点を解決するための手段） 本考案のセラミックス・金属結合体は、セラミック製
部材に凸部を設け、該凸部を金属製部材に設けられた凹
部底角部がＲ形状の凹部に圧入して結合したセラミック
ス・金属結合体において、該凸部外径をＤとした時、該
凹部底角部のＲ寸法をＤの0.04倍以上とし、前記セラミ
ック製部材の凸部先端部にＣ面取りが施してあるととも
に、前記凹部側部の厚さが3mm以下であることを特徴と
するものである。
ここでＲ形状とは、金属製部材の凹部底角部におい
て、所定の曲率半径を有する円弧状の場合はもちろん、
その他完全に円弧状でなくてもほぼ近似した形状であれ
ばすべてを含む概念を意味している。
（作用） 上述した構造において、金属製部材の凹部底角部のＲ
を凸部外径Ｄの0.04倍以上とすることにより、金属凹部
の底角部に生じている応力集中を緩和することができ、
結合体の回転曲げ疲労特性を向上して結合体の破壊を有
効に防止することが可能となる。このとき、凹部底角部
のＲはR/Dが0.04未満であるとその効果は乏しい。
また、R/Dの上限は0.5までとすると好ましい。R/Dが
0.5を超えるとＲの継ぎ部（底の中心部）が鋭角を形成
するので、この部分に応力が集中し破壊しやすくなるか
らである。さらに、R/Dを非常に大きくすると応力集中
は回避できるものの加工の経済性は極めて悪くなる。
（実施例） 第１図（ａ），（ｂ）はそれぞれ本考案のセラミック
ス・金属結合体の一実施例を示す線図である。本実施例
では、セラミックス製部材１の一端に凸部２を設け、こ
の凸部２を金属製部材３の凹部４にかん合した例を示し
ている。かん合の方法としては、従来から公知の圧入、
焼きばめ、冷やしばめあるいはこれらの組合せを好適に
使用することができる。このとき、凹部４の底角部５の
形状は第１図（ａ）に示した例ではＲ形状好ましくは曲
率半径Ｒが凸部外径Ｄの0.04〜0.5倍としている。ま
た、第１図（ｂ）に示すように凹部４の底角部５の形状
は全Ｒ形状とすることもできる。なお、セラミックスお
よび金属の材質としては何でも使用できるが、その中で
もセラミックスの材料としては窒化珪素、炭化珪素、サ
イアロンが、また金属材料としてはインコロイ（商品
名）等の析出硬化型合金、耐熱合金等が好適である。
以下、実際の例について説明する。
実施例１ 第１図（ａ）にその部分断面を示す形状のSi3N4より
なる凸部外径の異なるセラミック製部材１の凸部２と、
SNCM439よりなる金属製部材３の一端に摩擦圧接により
接合したFe−Ni合金よりなる凹部４とが結合したセラミ
ックス・金属結合体を作製した。結合するにあたり、ｌ
を一定にして該凹部４の底角部５のＲ形状の曲率Ｒを種
々に変化させて作製し、第１図（ａ）中Ａ部にモーメン
トで0.8kgmとなる様な荷重を加え9000rpmで回転曲げ疲
労試験を行なった。結果を第１表に示す。
なお、所定のＲ形状の底角部５を有する凹部４の形成
は以下の手段により実施した。まず、目的の凹部４の内
径に合ったドリルで所定の深さの孔を明けた。孔の底部
形状は山形となる。材質が硬かったり孔径が大きく孔が
明け難い時は、孔径より数mm小径のドリルで孔明けした
後、内径バイトで所定の内径に加工すると容易に孔明け
できる。
次に、＃120の円柱状WA砥石の先端外周部が所定のＲ
形状を有する砥石を用い、孔の内周面及び底部を研磨し
底角部に所定のＲを付けた。
第１表の結果から、金属製部材の凹部底角部のＲ寸法
をＤの0.04倍以上とすると好ましいことがわかる。
さらに、孔加工に要する時間はR/Dが0.05〜0.2の時で
約６分、0.5の時で約10分とR/Dが大きくなる程長くな
る。また、R/Dの値は設計的因子及び経済性などにより
適宜選択されるが、凸部の外径が約15mmφ程度までなら
ばR/Dは0.04〜0.20までが良好である。
実施例２ 第２図に部分断面を示す形状の、Si3N4よりなるセラ
ミックロータ11の凸部12とSNCM439よりなる金属軸13の
一端に摩擦圧接により接合したFe−Ni合金よりなる凹形
状の中間部材14とが結合したセラミックターボチャージ
ャロータを作製した。本実施例では、セラミックロータ
11の外径10mmの凸部12を、圧入前内径9.93mm,外径14.3m
mの中間部材14に圧入によりかん合するとともに、R/Dは
0.05とした。また、圧入後熱処理を施した。
得られた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、900℃の燃焼ガスにより周速5
00m/sec.の回転速度で100時間回転試験を行なったがな
んら異状は認められなかった。
本考案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製部材の凹部を一段の直線部のみ
からよりなる例を示したが、例えば太径部および細径部
をそれぞれ設け二段で締める例においても好適に応用で
きる。また、上述した実施例ではセラミックターボチャ
ージャロータの例しか示さなかったが、他の例えばガス
タービンロータ等の回転体にも好適に使用できることは
いうまでもない。
（考案の効果） 以上詳細に説明したところから明らかなように、本考
案のセラミックス・金属結合体によれば、金属製部材の
凹部底角部のＲを凸部外径Ｄの0.04倍以上好ましくは0.
04〜0.5倍にすることにより、結合体の回転曲げ疲労特
性を向上して結合体の破壊を有効に防止することが可能
となるため、信頼性の高いセラミックスと金属との結合
体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ），（ｂ）および第２図はそれぞれ本考案の
セラミックス・金属結合体の一実施例を示す部分断面図
である。 １…セラミック製部材、２…凸部 ３…金属製部材、４…凹部 ５…底角部、11…セラミックロータ 12…凸部、13…金属軸 14…中間部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｄ 5/04 Ｆ０１Ｄ 5/04 Ｆ０２Ｂ 39/00 Ｆ０２Ｂ 39/00 Ｒ Ｆ１６Ｂ 11/00 Ｆ１６Ｂ 11/00 Ｚ (56)参考文献 特開 昭58−223675（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−78401（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−197309（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−180040（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−149937（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−200401（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】セラミック製部材に凸部を設け、該凸部を
    金属製部材に設けられた凹部底角部がＲ形状の凹部に圧
    入して結合したセラミックス・金属結合体において、該
    凸部外径をＤとした時、該凹部底角部のＲ寸法をＤの0.
    04倍以上とし、前記セラミック製部材の凸部先端部にＣ
    面取りが施してあるとともに、前記凹部側部の厚さが3m
    m以下であることを特徴とするセラミックス・金属結合
    体。
  2. 【請求項２】前記セラミックス・金属結合体がターボチ
    ャージャーロータもしくはガスタービンロータの回転軸
    である請求項１記載のセラミックス・金属結合体。
JP1988135003U 1988-10-18 1988-10-18 セラミックス・金属結合体 Expired - Lifetime JP2531708Y2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1988135003U JP2531708Y2 (ja) 1988-10-18 1988-10-18 セラミックス・金属結合体
DE68928555T DE68928555T2 (de) 1988-10-18 1989-10-16 Keramik-Metallverbindung
EP89310588A EP0365253B1 (en) 1988-10-18 1989-10-16 Ceramic-metal joined composite bodies
US07/422,903 US5089312A (en) 1988-10-18 1989-10-18 Ceramic-metal joined composite bodies with a curved bottom metal recess

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JP1988135003U JP2531708Y2 (ja) 1988-10-18 1988-10-18 セラミックス・金属結合体

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EP (1) EP0365253B1 (ja)
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