JPS59109304A - ラジアル型セラミツクタ−ビンロ−タの製造法 - Google Patents
ラジアル型セラミツクタ−ビンロ−タの製造法Info
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- JPS59109304A JPS59109304A JP57219671A JP21967182A JPS59109304A JP S59109304 A JPS59109304 A JP S59109304A JP 57219671 A JP57219671 A JP 57219671A JP 21967182 A JP21967182 A JP 21967182A JP S59109304 A JPS59109304 A JP S59109304A
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
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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】
本発明は翼部とハブ部との接合部の気体出口側部分にク
ラックのない機械的強度の強いラジアル型セラミックタ
ービンロータの製造法に関するものである。
ラックのない機械的強度の強いラジアル型セラミックタ
ービンロータの製造法に関するものである。
窒化珪素、炭化珪素、サイアロン等のシリコンセラミッ
クスは耐熱性および耐熱衝＊性に優ねており、又軽量で
あるためガスタービンエンジン。
クスは耐熱性および耐熱衝＊性に優ねており、又軽量で
あるためガスタービンエンジン。
ディーゼルエンジン等の構造拐科として注目されており
、とりわけこれらのセラミック材料から成るラジアル型
タービンロータは、金属製タービンロータに比べ＠、、
鼠でしかも高温で使用でき、さらに極めて熱効率に優れ
ているため、自動車エンジン用ターボチャージャーロー
タあるいはガスタービンロータ等として注目されている
。そして、このラジアル型タービンロータは形状が複雑
であるため、通常、射出成形法等により成形されている
。・しかし乍ら、セラミックス原料を射出成形に用いる
には可塑剤として多量の樹脂、ワックス等を加えなけれ
はならないため、セラミック原料よりｔ、ｒ ル射出成
形後のラジアル型タービンロータより樹脂、ワックス等
を加熱あるいは焼成により除去する際、その構造上翼部
とハブ部との接合部の気体出口側つけ根部の形状が急激
に変化するため脱樹脂、脱ワツクスが不均一におこり、
そのため成形体の密度が不均質となり焼成時に局所的な
収縮差が生じて引張応力により、翼部とハブ部との接合
部の気体出口側っけ根部にクランクが生じ易い欠点かあ
った。
、とりわけこれらのセラミック材料から成るラジアル型
タービンロータは、金属製タービンロータに比べ＠、、
鼠でしかも高温で使用でき、さらに極めて熱効率に優れ
ているため、自動車エンジン用ターボチャージャーロー
タあるいはガスタービンロータ等として注目されている
。そして、このラジアル型タービンロータは形状が複雑
であるため、通常、射出成形法等により成形されている
。・しかし乍ら、セラミックス原料を射出成形に用いる
には可塑剤として多量の樹脂、ワックス等を加えなけれ
はならないため、セラミック原料よりｔ、ｒ ル射出成
形後のラジアル型タービンロータより樹脂、ワックス等
を加熱あるいは焼成により除去する際、その構造上翼部
とハブ部との接合部の気体出口側つけ根部の形状が急激
に変化するため脱樹脂、脱ワツクスが不均一におこり、
そのため成形体の密度が不均質となり焼成時に局所的な
収縮差が生じて引張応力により、翼部とハブ部との接合
部の気体出口側っけ根部にクランクが生じ易い欠点かあ
った。
本発明の目的はこのような従来のラジアル型セラミック
タービンロータの製造法における間組点を解決し、機械
的強度の強いラジアル型セラミックタービンロータを得
ることのできる製造法を提供することである。
タービンロータの製造法における間組点を解決し、機械
的強度の強いラジアル型セラミックタービンロータを得
ることのできる製造法を提供することである。
この目的を達成するため本発明のラジアル型セラミック
タービンロータの製造法は気体出口側においてハブ部端
部が翼部っけ根部より気体出口側ビンロータを製造する
に当り、前記翼部とハブ部との接合部の前記気体出口側
っけ根部のすみ内部を所定寸法より肉厚に射出成形した
後、機械加工により前記肉厚部分を除去して所定形状に
形成することを特徴とするものである。
タービンロータの製造法は気体出口側においてハブ部端
部が翼部っけ根部より気体出口側ビンロータを製造する
に当り、前記翼部とハブ部との接合部の前記気体出口側
っけ根部のすみ内部を所定寸法より肉厚に射出成形した
後、機械加工により前記肉厚部分を除去して所定形状に
形成することを特徴とするものである。
以下に図面を参照し本りむ明を詳述する。
第１図は本発明の製造法を適用するセラミックタービン
ロータの一例を示す図である。このセラミックタービン
ロータ１は軸部２と、ハブ部８と、このハブ部３より半
径方向に突出する翼部４とがら成り欠目」方向に気体を
おト出し、この気体出口方向に向ってハブｓ８の＝部が
翼部４のっけ根部より突出した形状になっている。５は
ハブ部８と桃部４との接合部に形成した円弧状のすみ内
部である。
ロータの一例を示す図である。このセラミックタービン
ロータ１は軸部２と、ハブ部８と、このハブ部３より半
径方向に突出する翼部４とがら成り欠目」方向に気体を
おト出し、この気体出口方向に向ってハブｓ８の＝部が
翼部４のっけ根部より突出した形状になっている。５は
ハブ部８と桃部４との接合部に形成した円弧状のすみ内
部である。
次にこのセラミックタービンロータの製造法を説明する
。まず望化珪素、炭化珪素、サイアロンあるいは焼成に
よりこれらを生成する物質がら選はれる少くともいずれ
が１槓より成る原料に可塑、剤として樹脂およびワック
ス等を添加し、ざらに好ましくは窒化珪紫の場合Ｙ２０
Ｂ 、 ＭｇＡｌ２Ｏ，ｈ 、 ＭｇＯ。
。まず望化珪素、炭化珪素、サイアロンあるいは焼成に
よりこれらを生成する物質がら選はれる少くともいずれ
が１槓より成る原料に可塑、剤として樹脂およびワック
ス等を添加し、ざらに好ましくは窒化珪紫の場合Ｙ２０
Ｂ 、 ＭｇＡｌ２Ｏ，ｈ 、 ＭｇＯ。
（３ｅＯ２，Ｓｒｐ等の焼結助剤、又炭化珪素の場合は
Ｂｅ 、 ＡＪ ＋ Ｂ ＋ Ｏ等の焼結助剤を加えて
混合混練し射出成形用原料を調製する。そして射出用金
型を用いてセラミックタービンロータｌの翼部４とハブ
部８との接合部の気体出口側つけ根部のすみ内部５を破
線で示した最終製品形状より７だけ肉厚の実線位置の寸
法のものを調整原料を用いて射出成形する。この肉厚ｌ
は少なくともＯ０５鼎以上好ましくは５ ｎＬｍ以下、
より好ましくは１〜３ ｒｎｓ程度の寸法に設定する。
Ｂｅ 、 ＡＪ ＋ Ｂ ＋ Ｏ等の焼結助剤を加えて
混合混練し射出成形用原料を調製する。そして射出用金
型を用いてセラミックタービンロータｌの翼部４とハブ
部８との接合部の気体出口側つけ根部のすみ内部５を破
線で示した最終製品形状より７だけ肉厚の実線位置の寸
法のものを調整原料を用いて射出成形する。この肉厚ｌ
は少なくともＯ０５鼎以上好ましくは５ ｎＬｍ以下、
より好ましくは１〜３ ｒｎｓ程度の寸法に設定する。
この場合、この肉厚部分の表面は第１図に示すように凹
面状の曲面に形成するのが最もよいが、乎面状、凸面状
でもよい。なお、上記閃厚都の寸法は、前記すみ内部の
最大の厚みである。
面状の曲面に形成するのが最もよいが、乎面状、凸面状
でもよい。なお、上記閃厚都の寸法は、前記すみ内部の
最大の厚みである。
次に射出成形によって得られた成形体中に含まれる樹脂
およびワックス等の可塑剤を加熱により除去して脱脂を
行う。この加熱条件は樹脂およびワックス等の種類、含
有量によっても異なるがほぼ３００〜６００°Ｃの温度
まで１００°ｃ／ｈｒ以下、好ましくはｌＯ°Ｃ／ｈｒ
以下の昇温速度で昇温し、加熱を行って脱脂を行う。そ
して脱脂後、必要に応じて静水加圧および仮焼を行う。
およびワックス等の可塑剤を加熱により除去して脱脂を
行う。この加熱条件は樹脂およびワックス等の種類、含
有量によっても異なるがほぼ３００〜６００°Ｃの温度
まで１００°ｃ／ｈｒ以下、好ましくはｌＯ°Ｃ／ｈｒ
以下の昇温速度で昇温し、加熱を行って脱脂を行う。そ
して脱脂後、必要に応じて静水加圧および仮焼を行う。
静水加圧は脱脂後の成形体を弾性体の袋で覆い５００〜
５０００ ｑ乙Ｔｎ２の圧力で行ない成形体を緻密化す
る。又、仮焼は成形体の取扱いを容易にし、機械加工に
必要な強度を付与するため８００〜１２００°Ｃの温度
で行う。その後成形体は原料材質のａｈに応じてそれぞ
れの材質が完全に焼結する温度例えは１６００〜２２０
０ ’Ｃでｌθ〜２００分間程度焼成を行う。尚、セラ
ミックスの原料として焼成することにより璽化珪素、炭
化珪素、サイアロン等を生成する原料を用いるときは、
焼成温度は勿論のこと、雰囲気も極めて重要であり、例
えは屋化珪素の場合は、屋素雰囲気炭化珪素の場合はア
ルゴル雰囲気で行う。
５０００ ｑ乙Ｔｎ２の圧力で行ない成形体を緻密化す
る。又、仮焼は成形体の取扱いを容易にし、機械加工に
必要な強度を付与するため８００〜１２００°Ｃの温度
で行う。その後成形体は原料材質のａｈに応じてそれぞ
れの材質が完全に焼結する温度例えは１６００〜２２０
０ ’Ｃでｌθ〜２００分間程度焼成を行う。尚、セラ
ミックスの原料として焼成することにより璽化珪素、炭
化珪素、サイアロン等を生成する原料を用いるときは、
焼成温度は勿論のこと、雰囲気も極めて重要であり、例
えは屋化珪素の場合は、屋素雰囲気炭化珪素の場合はア
ルゴル雰囲気で行う。
その後、焼成品の肉厚部分を機械加工により除去して所
定寸法形状とする。この機械加工は脱脂後あるいは仮焼
後に行つ”ＣｖＪ論よいものである。
定寸法形状とする。この機械加工は脱脂後あるいは仮焼
後に行つ”ＣｖＪ論よいものである。
肉厚部分の機械加工に用いる治工具は、対重成形体の材
料、形状、焼結度等に応じて適宜選択すればよくたとえ
ば脱脂後あるいは仮焼後に機械加工を行う場合は切削用
のバイト又はダイヤモンドホイールを用い焼成後に機械
加工を行う場合は、ダイヤモンドのホイールを用いて行
う。肉厚部分の機械加工は最終状態において前記すみ肉
厚が０．５ Ｒ以上の曲面となるように行うのが好まし
い。
料、形状、焼結度等に応じて適宜選択すればよくたとえ
ば脱脂後あるいは仮焼後に機械加工を行う場合は切削用
のバイト又はダイヤモンドホイールを用い焼成後に機械
加工を行う場合は、ダイヤモンドのホイールを用いて行
う。肉厚部分の機械加工は最終状態において前記すみ肉
厚が０．５ Ｒ以上の曲面となるように行うのが好まし
い。
本発明のラジアル型セラミックタービンロータの製造法
により、クラックのないロータが得られるのはハブ部と
翼部との接合部の気体出口側のすみ肉厚を肉厚に射出成
形にて形成することによりその部位の厚みの変化がゆる
やかになり、脱脂か均一にでさて密度の不均一が生じな
いので、局部的な収縮差か発生しにくいためである。な
お、このすみ肉厚の肉厚ｌは最終製品形状の曲面が大き
くなる程うずくでもよく、反対に最終製品形状の曲面が
小さくなる程肉厚を厚く形成するのがよいが、いずれに
してもこのすみ肉厚の肉厚ｌは少くとも０．５ ｍ？ｎ
以上は必要である。
により、クラックのないロータが得られるのはハブ部と
翼部との接合部の気体出口側のすみ肉厚を肉厚に射出成
形にて形成することによりその部位の厚みの変化がゆる
やかになり、脱脂か均一にでさて密度の不均一が生じな
いので、局部的な収縮差か発生しにくいためである。な
お、このすみ肉厚の肉厚ｌは最終製品形状の曲面が大き
くなる程うずくでもよく、反対に最終製品形状の曲面が
小さくなる程肉厚を厚く形成するのがよいが、いずれに
してもこのすみ肉厚の肉厚ｌは少くとも０．５ ｍ？ｎ
以上は必要である。
これは、射出成形によりすみ肉厚の肉厚を０．５ｍｍ未
満の薄い形状に形成すると前記のような脱脂および苦度
の均一性が得られず結果的にすみ肉厚に収縮差が発生し
クランク破壊する渉−で好ましくないものである。
満の薄い形状に形成すると前記のような脱脂および苦度
の均一性が得られず結果的にすみ肉厚に収縮差が発生し
クランク破壊する渉−で好ましくないものである。
次に本発明の効果を実施例に基づいて説明する。
実施例 ｌ
平均粒径０゜５μのＳ工、Ｎ、粉末１００車量部に焼結
助剤としてＭｇＯ８重量部、Ｓｒ０２重量部、０ｅ０２
２重量部及び可塑剤としてポリプロピレン樹脂を１５重
量部加えて混合混練し、射出成形用原料を′Ａ製した。
助剤としてＭｇＯ８重量部、Ｓｒ０２重量部、０ｅ０２
２重量部及び可塑剤としてポリプロピレン樹脂を１５重
量部加えて混合混練し、射出成形用原料を′Ａ製した。
そして翼の最大直径が６０臨で具部とハブ部との接合部
の気体出口側のすみ内部が０．５Ｒのラジアル型タービ
ンロータを得るため、前記射出成形用原料および金型を
用いてすみ肉厚の肉厚が２＋ｕｉのセラミックタービン
ロータを射出成形した。その後、成形体を５°Ｃ／ｈｒ
の昇温速度で５００°Ｃ迄昇温し、５００″Ｃで１０時
間加熱して脱脂を行い、窒素雰囲気中で１７２０”Ｃで
３０分焼成した。
の気体出口側のすみ内部が０．５Ｒのラジアル型タービ
ンロータを得るため、前記射出成形用原料および金型を
用いてすみ肉厚の肉厚が２＋ｕｉのセラミックタービン
ロータを射出成形した。その後、成形体を５°Ｃ／ｈｒ
の昇温速度で５００°Ｃ迄昇温し、５００″Ｃで１０時
間加熱して脱脂を行い、窒素雰囲気中で１７２０”Ｃで
３０分焼成した。
焼成、後のロータはすみ肉厚およびその他の部分に、も
クラックの発生は全く認められなかった。そして次にす
み肉厚の寸法を０．５Ｒとするためダイヤモンドホイー
ルを用いて肉厚部分を研削加工して除去し馳部とハブ部
との接合部の気体出口側の丁み肉厚が０゜５Ｒの所定形
状のクラックのないラジアル型セラミックタービンロー
タを得た。なお、射出成形時にすみ白部にＦ４厚部を形
成せず０．５Ｒに金型を用いて直接射出成形したものは
脱脂後つけ根先端部に長さ５論のクランクを発生した。
クラックの発生は全く認められなかった。そして次にす
み肉厚の寸法を０．５Ｒとするためダイヤモンドホイー
ルを用いて肉厚部分を研削加工して除去し馳部とハブ部
との接合部の気体出口側の丁み肉厚が０゜５Ｒの所定形
状のクラックのないラジアル型セラミックタービンロー
タを得た。なお、射出成形時にすみ白部にＦ４厚部を形
成せず０．５Ｒに金型を用いて直接射出成形したものは
脱脂後つけ根先端部に長さ５論のクランクを発生した。
実施例 ２
平均粒度肌２μのＳｉＯ粉末１００＊量部にホウ累２ホ
鳳部、カーボンブラック２．５ ’Ｍ ｆＬ部およびワ
ックスを１０恵凰部加えて混合混練し、射出成形用原料
を調製した。そして翼の最大直径か１１０部ｍ典部とハ
ブ部との接合部の気体出口側のすみ開部が２Ｒのラジア
ル型セラミックタービンロータを得るため、このすみ肉
厚の肉厚が２ ｒｒｕｎ 、 ｌ ｒｎｓ 。
鳳部、カーボンブラック２．５ ’Ｍ ｆＬ部およびワ
ックスを１０恵凰部加えて混合混練し、射出成形用原料
を調製した。そして翼の最大直径か１１０部ｍ典部とハ
ブ部との接合部の気体出口側のすみ開部が２Ｒのラジア
ル型セラミックタービンロータを得るため、このすみ肉
厚の肉厚が２ ｒｒｕｎ 、 ｌ ｒｎｓ 。
０馴となるロータを金型を用いて射出成形し、試料Ａ
Ｉ 、 ２ 、８とした。
Ｉ 、 ２ 、８とした。
射出成形後それらを３−Ｃ／ｈｒの昇温速度で４００°
Ｃ迄昇温し、４＋００°Ｃで５時間保持して脱脂を行っ
た後２１００°Ｃで６０分アルゴン雰囲気中で焼成した
。焼成後試料Ａ３のロータを除いてダイヤモンドホイー
ルを用いていずれも２Ｒに肉厚部分をωＦ削加工し除去
した。その結果、肉厚が２ｍｍ、１ｍｍ、 （７）試料
Ａ、 １ 、２についてはクラックが全く発生していな
かったのに苅し肉厚がＱ ｍ’ｍの試料層８ではすみ図
線に長さ３ｍｍのクラックが発生していた。
Ｃ迄昇温し、４＋００°Ｃで５時間保持して脱脂を行っ
た後２１００°Ｃで６０分アルゴン雰囲気中で焼成した
。焼成後試料Ａ３のロータを除いてダイヤモンドホイー
ルを用いていずれも２Ｒに肉厚部分をωＦ削加工し除去
した。その結果、肉厚が２ｍｍ、１ｍｍ、 （７）試料
Ａ、 １ 、２についてはクラックが全く発生していな
かったのに苅し肉厚がＱ ｍ’ｍの試料層８ではすみ図
線に長さ３ｍｍのクラックが発生していた。
回転試験を行うため、試料Ａ Ｉ 、 ２ 、８のロー
タの動歪つりあいをいずれも０．０５ソｃｍとした後、
金属製シャフトを取りつけ全体の不つりあいが０．００
０５シｃｍとなるようにぎら（こバランス調整し回転試
験機により徐々に回転数を増やしながら試験を行った結
果、試料層］および２のロータはいずれも７０．００Ｏ
ＲＰＭの回転数でも破壊しなかったのに対し試料Ａ８の
ロータは４０．００ＯＲＰＭの回転数で破壊した。
タの動歪つりあいをいずれも０．０５ソｃｍとした後、
金属製シャフトを取りつけ全体の不つりあいが０．００
０５シｃｍとなるようにぎら（こバランス調整し回転試
験機により徐々に回転数を増やしながら試験を行った結
果、試料層］および２のロータはいずれも７０．００Ｏ
ＲＰＭの回転数でも破壊しなかったのに対し試料Ａ８の
ロータは４０．００ＯＲＰＭの回転数で破壊した。
以上述べたように、本発明の製造法はラジアル型タービ
ンロータの翼部と７１７部との接合部の気体出口側のす
み開部を予め所定寸法よりも肉厚に、射出成形し、その
後肉厚部分を機械加工により除去することにより、クラ
ンクの全くない機械的強度の強いセラミックタービンロ
ータを得る製造法であり、ディーゼルエンジンおよびガ
ソリンエンジン用のターボチャージャー用ロータおよび
ガスタービンエンジンのロータ等のラジアル型セラミッ
クタービンロータの製造法として利用できるものであり
、産業上、極めて珊用なタービンロータの製造法である
。
ンロータの翼部と７１７部との接合部の気体出口側のす
み開部を予め所定寸法よりも肉厚に、射出成形し、その
後肉厚部分を機械加工により除去することにより、クラ
ンクの全くない機械的強度の強いセラミックタービンロ
ータを得る製造法であり、ディーゼルエンジンおよびガ
ソリンエンジン用のターボチャージャー用ロータおよび
ガスタービンエンジンのロータ等のラジアル型セラミッ
クタービンロータの製造法として利用できるものであり
、産業上、極めて珊用なタービンロータの製造法である
。
第１図は本発明のラジアル型タービンロータの製造法を
具体的に説明する説明図である。 ｌ・・・ラジアル型タービンロータ、２・・・軸部、８
・・・ハブ都、４・・・＊ｇｔ、 ５−すみ内部、ｌ
・・・すみ内部の肉厚。
具体的に説明する説明図である。 ｌ・・・ラジアル型タービンロータ、２・・・軸部、８
・・・ハブ都、４・・・＊ｇｔ、 ５−すみ内部、ｌ
・・・すみ内部の肉厚。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 Ｌ 軸部と、該細部に連結したハブ部と、該ハブ部より
突出するｍ部とから成り、前記ハブ部の気体出口側端部
が前記翼部の気体出口側つけ根部より突出した形状のラ
ジアル型セラミックタービンロータの製造法において、
前記翼部とハブ部との接合部の前記気体出口側つけ根部
のすみ間部を所定寸法より肉厚に射出成形した後、機械
加工により前記肉厚部分を除去して所定形状に形成する
ことを特徴とす−るラジアル型セラミックタービンロー
タの製造法。 ａ 肉厚部を少なくとも帆５關以上に射出成形する特許
請求の範囲第１項記載のラジアル型セラミックタービン
ロータの製造法。 ＆ セラミック原料が窒化珪゛素、炭化珪素、サイアロ
ンあるいは焼成によりこれらを生成する物質のいずれか
１種又は１種以上より成る特許請求の範囲第１項又は第
２項記載のラジアル型セラミックタービンロータの製造
法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57219671A JPS59109304A (ja) | 1982-12-15 | 1982-12-15 | ラジアル型セラミツクタ−ビンロ−タの製造法 |
| US06/557,923 US4550004A (en) | 1982-12-15 | 1983-12-05 | Method of producing radial type ceramic turbine rotor |
| DE3344909A DE3344909C2 (de) | 1982-12-15 | 1983-12-12 | Verfahren zum Erzeugen eines keramischen Turbinenrotors des Radialtyps |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57219671A JPS59109304A (ja) | 1982-12-15 | 1982-12-15 | ラジアル型セラミツクタ−ビンロ−タの製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59109304A true JPS59109304A (ja) | 1984-06-25 |
| JPS6411444B2 JPS6411444B2 (ja) | 1989-02-23 |
Family
ID=16739148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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- 1983-12-12 DE DE3344909A patent/DE3344909C2/de not_active Expired
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