JPH08121105A - セラミックス製タービンロータおよびその製造方法 - Google Patents
セラミックス製タービンロータおよびその製造方法Info
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- JPH08121105A JPH08121105A JP6257083A JP25708394A JPH08121105A JP H08121105 A JPH08121105 A JP H08121105A JP 6257083 A JP6257083 A JP 6257083A JP 25708394 A JP25708394 A JP 25708394A JP H08121105 A JPH08121105 A JP H08121105A
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Abstract
(57)【要約】
ブレード付け根部分の強度がより一層向上し、強度のば
らつき幅が減少したセラミックス製タービンロータを提
供する。 【構成】 ブレード付け根部３にエネルギー密度が６〜
１２Ｊ／ｃｍ２に調整されたエキシマレーザビームを照
射することにより、ブレード付け根部３における焼放し
面に表面改質を施し、ブレード付け根部３の表面がＳｉ
酸化層で覆われていて、ブレード付け根部３の部分の強
度がより一層向上し、強度のばらつき幅がより一層減少
したセラミックス製タービンロータ１。
らつき幅が減少したセラミックス製タービンロータを提
供する。 【構成】 ブレード付け根部３にエネルギー密度が６〜
１２Ｊ／ｃｍ２に調整されたエキシマレーザビームを照
射することにより、ブレード付け根部３における焼放し
面に表面改質を施し、ブレード付け根部３の表面がＳｉ
酸化層で覆われていて、ブレード付け根部３の部分の強
度がより一層向上し、強度のばらつき幅がより一層減少
したセラミックス製タービンロータ１。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス製タービ
ンロータおよびその製造方法に関し、さらに詳しくは、
ブレード付け根部分を強化するとともに、強度のばらつ
き幅を減少させて信頼性のより一層の向上を図ったセラ
ミックス製タービンロータおよびその製造方法に関する
ものである。
ンロータおよびその製造方法に関し、さらに詳しくは、
ブレード付け根部分を強化するとともに、強度のばらつ
き幅を減少させて信頼性のより一層の向上を図ったセラ
ミックス製タービンロータおよびその製造方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、自動車の内燃機関等に用いる
タービンロータとしては、Ｎｉ基合金などの耐熱合金が
用いられてきたが、このような耐熱合金では重量が大と
なるため、比重の小さいセラミックスが用いられること
があった。そして、セラミックスを用いるとしても、素
材に厳しい性能が要求されるため、窒化ケイ素やサイア
ロンを素材としたセラミックス製のタービンロータが採
用されている。
タービンロータとしては、Ｎｉ基合金などの耐熱合金が
用いられてきたが、このような耐熱合金では重量が大と
なるため、比重の小さいセラミックスが用いられること
があった。そして、セラミックスを用いるとしても、素
材に厳しい性能が要求されるため、窒化ケイ素やサイア
ロンを素材としたセラミックス製のタービンロータが採
用されている。
【０００３】このようなセラミックス製タービンロータ
は、そのブレード付け根部分が使用時に熱応力と遠心応
力とによる合成応力により高応力集中部となるため、ブ
レード付け根部分の強度がタービンロータの回転限界や
信頼性を決定づける要因となっている。
は、そのブレード付け根部分が使用時に熱応力と遠心応
力とによる合成応力により高応力集中部となるため、ブ
レード付け根部分の強度がタービンロータの回転限界や
信頼性を決定づける要因となっている。
【０００４】そこで、タービンロータの軽量化を行う上
で、タービンロータの素材に上記のセラミックスを用い
ることは、同時に耐熱性の向上も図れることから既に実
用化されている（「サービス周報」 第５７８号 『Ｎ
ＩＳＳＡＮ セドリック グロリア』昭和６２年６月発
行 Ｂ−１頁〜Ｂ−１４０頁）。
で、タービンロータの素材に上記のセラミックスを用い
ることは、同時に耐熱性の向上も図れることから既に実
用化されている（「サービス周報」 第５７８号 『Ｎ
ＩＳＳＡＮ セドリック グロリア』昭和６２年６月発
行 Ｂ−１頁〜Ｂ−１４０頁）。
【０００５】窒化ケイ素やサイアロン製のタービンロー
タにおいてブレード付け根部分に機械加工を施すこと
は、工具配置の取り回しがむつかしいため極めて困難で
あり、また、窒化ケイ素やサイアロンが難加工材である
ため多大なコストアップを招いてしまう恐れがある。
タにおいてブレード付け根部分に機械加工を施すこと
は、工具配置の取り回しがむつかしいため極めて困難で
あり、また、窒化ケイ素やサイアロンが難加工材である
ため多大なコストアップを招いてしまう恐れがある。
【０００６】そのため、従来の窒化ケイ素やサイアロン
製タービンロータでは、ブレード付け根部分は機械加工
を施さずに焼放し状態のままで使用されているのが現状
である。
製タービンロータでは、ブレード付け根部分は機械加工
を施さずに焼放し状態のままで使用されているのが現状
である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】窒化ケイ素やサイアロ
ンの場合、その焼成条件にもよるが、一般に、焼放し状
態の強度は、機械加工面の約６０％程度であり、強度の
統計的なばらつきも大きい。このため、自動車の内燃機
関等に用いる従来の窒化ケイ素やサイアロン製タービン
ロータにおいては、その信頼性を確保するために、ブレ
ードの付け根部分が発生応力に十分耐え得るよう設計を
する必要があった。
ンの場合、その焼成条件にもよるが、一般に、焼放し状
態の強度は、機械加工面の約６０％程度であり、強度の
統計的なばらつきも大きい。このため、自動車の内燃機
関等に用いる従来の窒化ケイ素やサイアロン製タービン
ロータにおいては、その信頼性を確保するために、ブレ
ードの付け根部分が発生応力に十分耐え得るよう設計を
する必要があった。
【０００８】そのため、素材の能力を十分に活かした軽
量化が行えず、また、ブレード付け根部分の形状設計が
自由に行えないため、空力特性を犠牲にせざるを得ない
等の問題点があった。
量化が行えず、また、ブレード付け根部分の形状設計が
自由に行えないため、空力特性を犠牲にせざるを得ない
等の問題点があった。
【０００９】このような状況から、窒化ケイ素やサイア
ロン製タービンロータにおいては、その性能をさらに向
上する上で、ブレード付け根部分を容易に高強度化した
信頼性の高いタービンロータの開発が望まれているとい
う課題があった。
ロン製タービンロータにおいては、その性能をさらに向
上する上で、ブレード付け根部分を容易に高強度化した
信頼性の高いタービンロータの開発が望まれているとい
う課題があった。
【００１０】
【発明の目的】本発明は、このような従来の課題を解決
するためになされたもので、焼放し状態にあるセラミッ
クス表面部分に存在する表面欠陥を治癒し、ブレード付
け根部分の強度のより一層の向上を図るとともに、強度
のばらつき幅を小さくすることにより、自動車用内燃機
関等に用いるセラミックス製タービンロータの信頼性を
大幅に向上することを目的としている。
するためになされたもので、焼放し状態にあるセラミッ
クス表面部分に存在する表面欠陥を治癒し、ブレード付
け根部分の強度のより一層の向上を図るとともに、強度
のばらつき幅を小さくすることにより、自動車用内燃機
関等に用いるセラミックス製タービンロータの信頼性を
大幅に向上することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係わるセラミッ
クス製タービンロータは、請求項１に記載しているよう
に、回転方向に多数のブレードをそなえ、ブレード付け
根部の表面が高エネルギー密度熱源の照射により形成さ
れたＳｉ酸化層で覆われている構成としたことを特徴と
している。
クス製タービンロータは、請求項１に記載しているよう
に、回転方向に多数のブレードをそなえ、ブレード付け
根部の表面が高エネルギー密度熱源の照射により形成さ
れたＳｉ酸化層で覆われている構成としたことを特徴と
している。
【００１２】そして、本発明に係わるセラミックス製タ
ービンロータの実施態様においては、請求項２に記載し
ているように、窒化ケイ素により形成されているものと
したり、請求項３に記載しているように、サイアロンに
より形成されているものとしたりすることができる。
ービンロータの実施態様においては、請求項２に記載し
ているように、窒化ケイ素により形成されているものと
したり、請求項３に記載しているように、サイアロンに
より形成されているものとしたりすることができる。
【００１３】また、本発明に係わるセラミックス製ター
ビンロータの製造方法は、請求項４に記載しているよう
に、エネルギー密度が６〜１２Ｊ／ｃｍ２に調整された
エキシマレーザビームの照射により、ブレード付け根部
における焼放し面に表面改質を施すようにしたことを特
徴としている。
ビンロータの製造方法は、請求項４に記載しているよう
に、エネルギー密度が６〜１２Ｊ／ｃｍ２に調整された
エキシマレーザビームの照射により、ブレード付け根部
における焼放し面に表面改質を施すようにしたことを特
徴としている。
【００１４】そして、本発明に係わるセラミックス製タ
ービンロータの製造方法の実施態様においては、請求項
５に記載しているように、タービンロータの回転方向に
対して前面となるブレード付け根部の焼放し面にエキシ
マレーザビームを照射して表面改質を施すものとするこ
とができる。
ービンロータの製造方法の実施態様においては、請求項
５に記載しているように、タービンロータの回転方向に
対して前面となるブレード付け根部の焼放し面にエキシ
マレーザビームを照射して表面改質を施すものとするこ
とができる。
【００１５】同じく、本発明に係わるセラミックス製タ
ービンロータの製造方法の実施態様においては、請求項
６に記載しているように、タービンロータは窒化ケイ素
（Ｓｉ３Ｎ４質）からなるものとしたり、請求項７に記
載しているように、サイアロン（Ｓｉ３Ｎ４−Ａｌ２Ｏ
３質）からなるものとしたりすることができる。
ービンロータの製造方法の実施態様においては、請求項
６に記載しているように、タービンロータは窒化ケイ素
（Ｓｉ３Ｎ４質）からなるものとしたり、請求項７に記
載しているように、サイアロン（Ｓｉ３Ｎ４−Ａｌ２Ｏ
３質）からなるものとしたりすることができる。
【００１６】
【発明の作用】現在のところ、自動車の内燃機関等にお
いてタービンロータとして用いることができるセラミッ
クス素材は、軽量化，熱応力，遠心応力等、強度的およ
び熱的特性の要求性能から、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４質
のもの）とサイアロン（Ｓｉ３Ｎ４−Ａｌ２Ｏ３質のも
の）が実用化されている。
いてタービンロータとして用いることができるセラミッ
クス素材は、軽量化，熱応力，遠心応力等、強度的およ
び熱的特性の要求性能から、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４質
のもの）とサイアロン（Ｓｉ３Ｎ４−Ａｌ２Ｏ３質のも
の）が実用化されている。
【００１７】本発明に係わるセラミックス製タービンロ
ータは、請求項１に記載しているように、回転方向に多
数のブレードをそなえ、ブレード付け根部の表面が高エ
ネルギー密度熱源の照射により形成されたＳｉ酸化層で
覆われている構成としたものであり、このようなセラミ
ックス製タービンロータを製造するに際しては、請求項
４に記載しているように、エネルギー密度が６〜１２Ｊ
／ｃｍ２に調整されたエキシマレーザビームの照射によ
り、ブレード付け根部における焼放し面に表面改質を施
すようにしたことを特徴とするものである。
ータは、請求項１に記載しているように、回転方向に多
数のブレードをそなえ、ブレード付け根部の表面が高エ
ネルギー密度熱源の照射により形成されたＳｉ酸化層で
覆われている構成としたものであり、このようなセラミ
ックス製タービンロータを製造するに際しては、請求項
４に記載しているように、エネルギー密度が６〜１２Ｊ
／ｃｍ２に調整されたエキシマレーザビームの照射によ
り、ブレード付け根部における焼放し面に表面改質を施
すようにしたことを特徴とするものである。
【００１８】このように、本発明では、エキシマレーザ
ビームを用いて、セラミックス製タービンロータのブレ
ード付け根部の焼放し面に、表面改質を施すようにした
ものであるが、エキシマレーザは短い波長を利用して高
いエネルギー密度を作り出すことができるため、このエ
キシマレーザビームにより、分子間または原子間の結合
を切る働きをさせようとするものである。
ビームを用いて、セラミックス製タービンロータのブレ
ード付け根部の焼放し面に、表面改質を施すようにした
ものであるが、エキシマレーザは短い波長を利用して高
いエネルギー密度を作り出すことができるため、このエ
キシマレーザビームにより、分子間または原子間の結合
を切る働きをさせようとするものである。
【００１９】レーザの種類によって使用する光の波長が
異なるため、例えば、ＣＯ２レーザはエキシマレーザに
比べて波長が長く、熱源としては使用可能であるが、本
発明の目的には使用することができない。
異なるため、例えば、ＣＯ２レーザはエキシマレーザに
比べて波長が長く、熱源としては使用可能であるが、本
発明の目的には使用することができない。
【００２０】また、本発明においてエキシマレーザのエ
ネルギー密度を６〜１２Ｊ／ｃｍ２に調整したものとし
た理由は、タービンロータのブレード付け根部分にエネ
ルギー密度を種々変化させて照射し、ブレードの曲げ強
度を測定したところ、このエネルギー密度の範囲におい
て、高い曲げ強度値を示したためである。ブレードの曲
げ強度が大きいことは、形状が同一であれば、使用時の
最大回転数を上昇することが可能となり、タービン効率
を向上させることができる。また、使用最大回転数を同
一にすれば、タービン翼の薄肉化による軽量化が可能と
なるほか、タービ翼付け根部分の設計自由度が高まり、
より高効率のタービンロータの設計が可能となる。
ネルギー密度を６〜１２Ｊ／ｃｍ２に調整したものとし
た理由は、タービンロータのブレード付け根部分にエネ
ルギー密度を種々変化させて照射し、ブレードの曲げ強
度を測定したところ、このエネルギー密度の範囲におい
て、高い曲げ強度値を示したためである。ブレードの曲
げ強度が大きいことは、形状が同一であれば、使用時の
最大回転数を上昇することが可能となり、タービン効率
を向上させることができる。また、使用最大回転数を同
一にすれば、タービン翼の薄肉化による軽量化が可能と
なるほか、タービ翼付け根部分の設計自由度が高まり、
より高効率のタービンロータの設計が可能となる。
【００２１】本発明のように、エキシマレーザビームを
焼放し状態にある例えば窒化ケイ素の表面に照射する場
合、この表面には表面欠陥として焼結時に発生するいわ
ゆるポアが存在している。そして、焼放し状態の強度
は、焼結条件にも多少左右されるが、ほとんどは表面に
存在するポアの径（曲率半径）によりほぼ決定される。
窒化ケイ素やサイアロンの場合は、機械加工面に比べて
焼放し状態の強度は約６０％という経験値が求められて
いる。
焼放し状態にある例えば窒化ケイ素の表面に照射する場
合、この表面には表面欠陥として焼結時に発生するいわ
ゆるポアが存在している。そして、焼放し状態の強度
は、焼結条件にも多少左右されるが、ほとんどは表面に
存在するポアの径（曲率半径）によりほぼ決定される。
窒化ケイ素やサイアロンの場合は、機械加工面に比べて
焼放し状態の強度は約６０％という経験値が求められて
いる。
【００２２】これらの焼結時に発生するポアは窒化ケイ
素の表層近く、具体的には１０〜２０μｍ程度の深さか
ら表面まで連なった空孔として存在しており、これをエ
キシマレーザ光により空気中で一時的に分子間の結合を
切ることでＳｉ原子を活性化させ、空気中の酸素と酸化
物を構成する機会を増やし、表面近傍（〜５０μｍ程
度）をＳｉ酸化層で被覆しようとするものである。
素の表層近く、具体的には１０〜２０μｍ程度の深さか
ら表面まで連なった空孔として存在しており、これをエ
キシマレーザ光により空気中で一時的に分子間の結合を
切ることでＳｉ原子を活性化させ、空気中の酸素と酸化
物を構成する機会を増やし、表面近傍（〜５０μｍ程
度）をＳｉ酸化層で被覆しようとするものである。
【００２３】また、上記で説明した現象により、表面に
ある凹部の曲率半径がＳｉ酸化層に覆われることにより
大きくなり、強度向上が図られる。エキシマレーザのエ
ネルギー密度を６〜１２Ｊ／ｃｍ２の範囲で照射するこ
とにより、曲率半径がある一定値まで大きくなり、焼放
し状態の凹部のばらつき幅より小さくなり、したがっ
て、強度のばらつき幅も小さいものとなる。
ある凹部の曲率半径がＳｉ酸化層に覆われることにより
大きくなり、強度向上が図られる。エキシマレーザのエ
ネルギー密度を６〜１２Ｊ／ｃｍ２の範囲で照射するこ
とにより、曲率半径がある一定値まで大きくなり、焼放
し状態の凹部のばらつき幅より小さくなり、したがっ
て、強度のばらつき幅も小さいものとなる。
【００２４】さらに、請求項５に記載しているように、
タービンロータの回転方向に対して前面となるブレード
付け根部に広がる焼放し面にエキシマレーザビームを照
射して表面改質を施すようになすこともできるが、これ
は、回転方向に対して前面となる部分が最も強度が要求
されるためであり、エキシマレーザビームの照射による
表面改質によって、回転方向に対して前面となる部分の
強度がより一層向上するものとなる。
タービンロータの回転方向に対して前面となるブレード
付け根部に広がる焼放し面にエキシマレーザビームを照
射して表面改質を施すようになすこともできるが、これ
は、回転方向に対して前面となる部分が最も強度が要求
されるためであり、エキシマレーザビームの照射による
表面改質によって、回転方向に対して前面となる部分の
強度がより一層向上するものとなる。
【００２５】本発明に係わるセラミックス製タービンロ
ータおよびこの製造方法は、請求項２，６に記載してい
るように、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４質）からなるものに
適用したり、請求項３，７に記載しているように、サイ
アロン（Ｓｉ３Ｎ４−Ａｌ２Ｏ３質）からなるものに適
用したりすることができ、ブレード付け根部分が強化さ
れていると共に、強度のばらつき幅が減少した信頼性の
高いセラミックス製タービンロータが提供されることと
なる。
ータおよびこの製造方法は、請求項２，６に記載してい
るように、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４質）からなるものに
適用したり、請求項３，７に記載しているように、サイ
アロン（Ｓｉ３Ｎ４−Ａｌ２Ｏ３質）からなるものに適
用したりすることができ、ブレード付け根部分が強化さ
れていると共に、強度のばらつき幅が減少した信頼性の
高いセラミックス製タービンロータが提供されることと
なる。
【００２６】
【実施例】以下、本発明を実施例および比較例に基づい
て説明する。
て説明する。
【００２７】実施例１ 図１に示すように、回転方向に多数のブレード２をそな
えた形状を有するサイアロン製のタービンロータ１を作
製し、そのブレード付け根部３の部分の２箇所（ブレー
ド付け根部３のうちタービンロータ１の回転方向の前側
となる前面Ａおよび後側となる後面Ｂ）に、ＫｒＦガス
を用いてエキシマレーザビームをエネルギー密度１０Ｊ
／ｃｍ２となるように集光レンズを用いて調整して図１
に斜線で示した範囲で照射を行い、実施例１のタービン
ロータを得た。
えた形状を有するサイアロン製のタービンロータ１を作
製し、そのブレード付け根部３の部分の２箇所（ブレー
ド付け根部３のうちタービンロータ１の回転方向の前側
となる前面Ａおよび後側となる後面Ｂ）に、ＫｒＦガス
を用いてエキシマレーザビームをエネルギー密度１０Ｊ
／ｃｍ２となるように集光レンズを用いて調整して図１
に斜線で示した範囲で照射を行い、実施例１のタービン
ロータを得た。
【００２８】比較例１ 実施例１と全く同様にして、図１に示すように回転方向
に多数のブレード２をそなえた形状を有するサイアロン
製のタービンロータ１を作製し、ブレード付け根部３の
部分にレーザビームを照射せずに比較例１のタービンロ
ータを得た。
に多数のブレード２をそなえた形状を有するサイアロン
製のタービンロータ１を作製し、ブレード付け根部３の
部分にレーザビームを照射せずに比較例１のタービンロ
ータを得た。
【００２９】曲げ強度の測定 本発明の実施例１の効果を確認するために、タービンロ
ータ１のブレード付け根部３の部分に歪みゲージを添付
し、タービンロータ１を治具に固定した。次いで、ブレ
ード端部に荷重を加えてブレード付け根部３の部分の曲
げ強度を測定した。
ータ１のブレード付け根部３の部分に歪みゲージを添付
し、タービンロータ１を治具に固定した。次いで、ブレ
ード端部に荷重を加えてブレード付け根部３の部分の曲
げ強度を測定した。
【００３０】実施例１および比較例１のタービンロータ
の各ブレードに関して測定した曲げ強度および強度の偏
差の結果について、表１に示す。
の各ブレードに関して測定した曲げ強度および強度の偏
差の結果について、表１に示す。
【００３１】実施例１の表面処理を施したタービンロー
タの平均曲げ強度は７７８ＭＰａであり、処理を施さな
かった比較例１のタービンロータの平均曲げ強度は６５
５ＭＰａであって、約１．２倍の強度向上が確認でき
た。
タの平均曲げ強度は７７８ＭＰａであり、処理を施さな
かった比較例１のタービンロータの平均曲げ強度は６５
５ＭＰａであって、約１．２倍の強度向上が確認でき
た。
【００３２】また、信頼性を示す指標となる強度の偏差
に関しても、実施例１のタービンロータのようにブレー
ド付け根部分に表面処理を施すことにより、従来品であ
る比較例１の強度偏差８４ＭＰａに対して、その約８０
％である６７ＭＰａに減少しており、曲げ強度の向上と
ともに信頼性も大幅に改善されていることが認められ
た。
に関しても、実施例１のタービンロータのようにブレー
ド付け根部分に表面処理を施すことにより、従来品であ
る比較例１の強度偏差８４ＭＰａに対して、その約８０
％である６７ＭＰａに減少しており、曲げ強度の向上と
ともに信頼性も大幅に改善されていることが認められ
た。
【００３３】実施例２〜８ 図１に示した同じ窒化ケイ素製のタービンロータ１を作
製し、エキシマレーザビームのエネルギー密度を表１の
実施例２〜８の欄に示すように、６〜１２Ｊ／ｃｍ２の
範囲内となるように集光レンズを用いて調整して、この
エキシマレーザビームをタービンロータ１のブレード付
け根部３の部分の２箇所（タービンロータ１の回転方向
の前側となる前面Ａおよび後側となる後面Ｂ）に向けて
照射を行ったほかは、実施例１と全く同様にして、実施
例２〜８のタービンロータを得た。
製し、エキシマレーザビームのエネルギー密度を表１の
実施例２〜８の欄に示すように、６〜１２Ｊ／ｃｍ２の
範囲内となるように集光レンズを用いて調整して、この
エキシマレーザビームをタービンロータ１のブレード付
け根部３の部分の２箇所（タービンロータ１の回転方向
の前側となる前面Ａおよび後側となる後面Ｂ）に向けて
照射を行ったほかは、実施例１と全く同様にして、実施
例２〜８のタービンロータを得た。
【００３４】比較例２ 実施例２と全く同様にして窒化ケイ素製のタービンロー
タを作製し、ブレード付け根部分にレーザビームを照射
せずに比較例２のタービンロータを得た。
タを作製し、ブレード付け根部分にレーザビームを照射
せずに比較例２のタービンロータを得た。
【００３５】比較例３〜７および８〜１０ 実施例２と全く同様にして窒化ケイ素製のタービンロー
タ１を作製し、エキシマレーザビームのエネルギー密度
を表１の比較例３〜７および８〜１０の欄に示すよう
に、１〜５Ｊ／ｃｍ２および１３〜１５Ｊ／ｃｍ２とな
るように集光レンズを用いて調整して、このエキシマレ
ーザビームをタービンロータ１のブレード付け根部３の
部分の前面Ａおよび後面Ｂに向けて照射を行ったほか
は、実施例２と全く同様にして、比較例３〜７および８
〜１０のタービンロータを得た。
タ１を作製し、エキシマレーザビームのエネルギー密度
を表１の比較例３〜７および８〜１０の欄に示すよう
に、１〜５Ｊ／ｃｍ２および１３〜１５Ｊ／ｃｍ２とな
るように集光レンズを用いて調整して、このエキシマレ
ーザビームをタービンロータ１のブレード付け根部３の
部分の前面Ａおよび後面Ｂに向けて照射を行ったほか
は、実施例２と全く同様にして、比較例３〜７および８
〜１０のタービンロータを得た。
【００３６】曲げ強度の測定 本発明の実施例２〜８、比較例２〜７および８〜１０の
タービンロータについて実施例１と同様にして曲げ強度
の測定を行うと共に、標準偏差について調べたところ、
同じく表１の実施例２〜８、比較例２〜７および８〜１
０の欄に示す結果であった。
タービンロータについて実施例１と同様にして曲げ強度
の測定を行うと共に、標準偏差について調べたところ、
同じく表１の実施例２〜８、比較例２〜７および８〜１
０の欄に示す結果であった。
【００３７】表１に示すように、実施例２〜８の表面処
理を施したタービンロータの平均曲げ強度は７５０〜７
９７ＭＰａであり、比較例２〜１０のタービンロータの
平均曲げ強度は５５０〜７１８ＭＰａであって、本発明
では強度のより一層の向上が実現できたことが認められ
た。また、標準偏差についても比較例２〜１０のものに
比べて実施例２〜８のものではかなり良好なものとなっ
ていた。
理を施したタービンロータの平均曲げ強度は７５０〜７
９７ＭＰａであり、比較例２〜１０のタービンロータの
平均曲げ強度は５５０〜７１８ＭＰａであって、本発明
では強度のより一層の向上が実現できたことが認められ
た。また、標準偏差についても比較例２〜１０のものに
比べて実施例２〜８のものではかなり良好なものとなっ
ていた。
【００３８】さらに、窒化ケイ素製タービンロータに適
用した場合において、レーザ照射時のエネルギー密度と
いずれも曲げ強度との測定結果について、図２に示す。
用した場合において、レーザ照射時のエネルギー密度と
いずれも曲げ強度との測定結果について、図２に示す。
【００３９】図２の結果から、照射時のエネルギー密度
を６〜１２Ｊ／ｃｍ２の範囲として照射を行うことによ
って表面改質を施したものは、焼放し面の強度に比べて
１．２倍程度の強度向上が得られている。しかしなが
ら、この照射エネルギー範囲未満、または超過では、い
ずれも曲げ強度が低下する傾向が認められた。この傾向
は、サイアロン製タービンロータに適用した場合におい
ても同様であった。
を６〜１２Ｊ／ｃｍ２の範囲として照射を行うことによ
って表面改質を施したものは、焼放し面の強度に比べて
１．２倍程度の強度向上が得られている。しかしなが
ら、この照射エネルギー範囲未満、または超過では、い
ずれも曲げ強度が低下する傾向が認められた。この傾向
は、サイアロン製タービンロータに適用した場合におい
ても同様であった。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【発明の効果】本発明に係わるセラミックス製タービン
ロータは、請求項１に記載しているように、回転方向に
多数のブレードをそなえ、ブレード付け根部の表面が高
エネルギー密度熱源の照射により形成されたＳｉ酸化層
で覆われている構成としたから、ブレード付け根部分の
強度のより一層の向上が実現されると共に強度のばらつ
き幅の減少を実現することが可能であり、請求項２に記
載しているように、ブレード付け根部分の強度がより一
層向上した窒化ケイ素製タービンロータを提供すること
ができ、請求項３に記載しているように、ブレード付け
根部分の強度がより一層向上したサイアロン製タービン
ロータを提供することが可能であるという著しく優れた
効果がもたらされる。
ロータは、請求項１に記載しているように、回転方向に
多数のブレードをそなえ、ブレード付け根部の表面が高
エネルギー密度熱源の照射により形成されたＳｉ酸化層
で覆われている構成としたから、ブレード付け根部分の
強度のより一層の向上が実現されると共に強度のばらつ
き幅の減少を実現することが可能であり、請求項２に記
載しているように、ブレード付け根部分の強度がより一
層向上した窒化ケイ素製タービンロータを提供すること
ができ、請求項３に記載しているように、ブレード付け
根部分の強度がより一層向上したサイアロン製タービン
ロータを提供することが可能であるという著しく優れた
効果がもたらされる。
【００４２】また、本発明に係わるセラミックス製ター
ビンロータの製造方法では、請求項３に記載しているよ
うに、エネルギー密度が６〜１２Ｊ／ｃｍ２に調整され
たエキシマレーザビームの照射により、ブレード付け根
部における焼放し面に表面改質を施すようにしたから、
ブレード付け根部分の強度がより一層向上すると共に強
度のばらつき幅が小さいタービンロータを製造すること
が可能となり、自動車の内燃機関等に使用した場合にお
いても、高応力部となるブレード付け根部分の強度が十
分に確保できるとともに、信頼性の向上が実現されると
いう著しく優れた効果がもたらされる。
ビンロータの製造方法では、請求項３に記載しているよ
うに、エネルギー密度が６〜１２Ｊ／ｃｍ２に調整され
たエキシマレーザビームの照射により、ブレード付け根
部における焼放し面に表面改質を施すようにしたから、
ブレード付け根部分の強度がより一層向上すると共に強
度のばらつき幅が小さいタービンロータを製造すること
が可能となり、自動車の内燃機関等に使用した場合にお
いても、高応力部となるブレード付け根部分の強度が十
分に確保できるとともに、信頼性の向上が実現されると
いう著しく優れた効果がもたらされる。
【００４３】そして、請求項５に記載しているように、
タービンロータの回転方向に対して前面となるブレード
付け根部の焼放し面にエキシマレーザビームを照射して
表面改質を施すようにしたり、あるいは前面だけでなく
後面にもエキシマレーザビームを照射して表面改質を施
すようにしたりすることによってブレード付け根部の強
度をより一層向上させることが可能であると共に強度の
ばらつきを小さなものとすることが可能であり、請求項
６に記載しているように窒化ケイ素からなる、あるいは
請求項７に記載しているように、サイアロンからなる軽
量でかつ高強度のセラミックス製タービンロータが製造
されることになるという著しく優れた効果がもたらされ
る。
タービンロータの回転方向に対して前面となるブレード
付け根部の焼放し面にエキシマレーザビームを照射して
表面改質を施すようにしたり、あるいは前面だけでなく
後面にもエキシマレーザビームを照射して表面改質を施
すようにしたりすることによってブレード付け根部の強
度をより一層向上させることが可能であると共に強度の
ばらつきを小さなものとすることが可能であり、請求項
６に記載しているように窒化ケイ素からなる、あるいは
請求項７に記載しているように、サイアロンからなる軽
量でかつ高強度のセラミックス製タービンロータが製造
されることになるという著しく優れた効果がもたらされ
る。
【図１】本発明の実施例においてブレード付け根部に広
がる焼放し面に表面改質を施したセラミックス製タービ
ンロータを示す斜面説明図である。
がる焼放し面に表面改質を施したセラミックス製タービ
ンロータを示す斜面説明図である。
【図２】本発明による窒化ケイ素製タービンロータにお
いてレーザ照射時のエネルギー密度と曲げ強度との関係
を調べた結果を示すグラフである。
いてレーザ照射時のエネルギー密度と曲げ強度との関係
を調べた結果を示すグラフである。
１ タービンロータ ２ ブレード ３ ブレード付け根部 Ａ タービンロータ１の回転方向の前側となる前面 Ｂ タービンロータ１の回転方向の後側となる後面
───────────────────────────────────────────────────── 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 25/00 Ｆ Ｌ Ｆ０２Ｂ 39/00 Ｑ Ｕ Ｆ０２Ｃ 6/12
Claims (7)
- 【請求項１】 回転方向に多数のブレードをそなえ、ブ
レード付け根部の表面が高エネルギー密度熱源の照射に
より形成されたＳｉ酸化層で覆われていることを特徴と
するセラミックス製タービンロータ。 - 【請求項２】 窒化ケイ素により形成されていることを
特徴とする請求項１に記載のセラミックス製タービンロ
ータ。 - 【請求項３】 サイアロンにより形成されていることを
特徴とする請求項１に記載のセラミックス製タービンロ
ータ。 - 【請求項４】 エネルギー密度が６〜１２Ｊ／ｃｍ２に
調整されたエキシマレーザビームの照射により、ブレー
ド付け根部における焼放し面に表面改質を施すことを特
徴とするセラミックス製タービンロータの製造方法。 - 【請求項５】 タービンロータの回転方向に対して前面
となるブレード付け根部の焼放し面にエキシマレーザビ
ームを照射して表面改質を施すことを特徴とする請求項
４に記載のセラミックス製タービンロータの製造方法。 - 【請求項６】 タービンロータは窒化ケイ素からなるこ
とを特徴とする請求項４または５に記載のセラミックス
製タービンロータの製造方法。 - 【請求項７】 タービンロータはサイアロンからなるこ
とを特徴とする請求項４または５に記載のセラミックス
製タービンロータの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6257083A JPH08121105A (ja) | 1994-10-21 | 1994-10-21 | セラミックス製タービンロータおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6257083A JPH08121105A (ja) | 1994-10-21 | 1994-10-21 | セラミックス製タービンロータおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08121105A true JPH08121105A (ja) | 1996-05-14 |
Family
ID=17301513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6257083A Pending JPH08121105A (ja) | 1994-10-21 | 1994-10-21 | セラミックス製タービンロータおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08121105A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010050248A1 (ja) * | 2008-10-29 | 2010-05-06 | 株式会社Ihi | タービンホイールの製造方法 |
| JP2019100205A (ja) * | 2017-11-29 | 2019-06-24 | 三菱重工業株式会社 | タービンホイール、ターボチャージャー及びタービンホイールの製造方法 |
-
1994
- 1994-10-21 JP JP6257083A patent/JPH08121105A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010050248A1 (ja) * | 2008-10-29 | 2010-05-06 | 株式会社Ihi | タービンホイールの製造方法 |
| JP2019100205A (ja) * | 2017-11-29 | 2019-06-24 | 三菱重工業株式会社 | タービンホイール、ターボチャージャー及びタービンホイールの製造方法 |
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