JP2001234307A - 複合材料から成るエレメントの形成方法 - Google Patents
複合材料から成るエレメントの形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 中間軸、タービン用ディスクに用いられる複
合材料から成るエレメントの形成方法を提供する。 【解決手段】 複合材料から成るエレメントを形成する
方法であって、複合材料から成るエレメントのマトリッ
クスを画定する第１のエレメント２０を第１の位置に配
置するステップと、複合材料から成るエレメントの補強
構造体を画定する第２のエレメント２１を第２の位置に
配置するステップと、及び、マトリックス内に補強構造
体を配置することができるように、第１のエレメント２
０と第２のエレメント例えば炭化ケイ素ベースのファイ
バー２１とを圧縮するステップとを有し、また、第１の
エレメントはチンタン合金などの金属製ワイヤ２０であ
り、前記第１の配置を形成するステップは、各第２のエ
レメント２１に金属製ワイヤ２０を規則的に配置するス
テップを含む方法。
合材料から成るエレメントの形成方法を提供する。 【解決手段】 複合材料から成るエレメントを形成する
方法であって、複合材料から成るエレメントのマトリッ
クスを画定する第１のエレメント２０を第１の位置に配
置するステップと、複合材料から成るエレメントの補強
構造体を画定する第２のエレメント２１を第２の位置に
配置するステップと、及び、マトリックス内に補強構造
体を配置することができるように、第１のエレメント２
０と第２のエレメント例えば炭化ケイ素ベースのファイ
バー２１とを圧縮するステップとを有し、また、第１の
エレメントはチンタン合金などの金属製ワイヤ２０であ
り、前記第１の配置を形成するステップは、各第２のエ
レメント２１に金属製ワイヤ２０を規則的に配置するス
テップを含む方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複合材料から成る
エレメントを形成する方法に関するものであって、特
に、中間軸、タービン、及びターボ機械用圧縮器ディス
クなどの環状結合構造エレメントを形成する方法に関す
るものである。
エレメントを形成する方法に関するものであって、特
に、中間軸、タービン、及びターボ機械用圧縮器ディス
クなどの環状結合構造エレメントを形成する方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】フィアタヴィオ エス．ピー．エー．社
により１９９６年１２月３日に出願されたイタリア国特
許出願第ＴＯ９６Ａ０００９７９号により公知であるよ
うに、上のタイプの複合材料から成るエレメントは、多
数のディスクを形成し、金属材料製の各スペーサシート
を伴ってディスクを積み重ね、補強ファイバから成る種
々のスパイラルが埋め込まれる金属マトリックスを形成
するように、その堆積体を軸線方向に圧縮することによ
り製造される。なお、各ディスクは、スパイラルを形成
するように、連続した補強ファイバを軸に巻きつけるこ
とにより形成される。
により１９９６年１２月３日に出願されたイタリア国特
許出願第ＴＯ９６Ａ０００９７９号により公知であるよ
うに、上のタイプの複合材料から成るエレメントは、多
数のディスクを形成し、金属材料製の各スペーサシート
を伴ってディスクを積み重ね、補強ファイバから成る種
々のスパイラルが埋め込まれる金属マトリックスを形成
するように、その堆積体を軸線方向に圧縮することによ
り製造される。なお、各ディスクは、スパイラルを形成
するように、連続した補強ファイバを軸に巻きつけるこ
とにより形成される。
【０００３】このような複合材料から成るエレメントの
物理的特性は、特に圧縮段階においては、主に、金属マ
トリックス内の補強ファイバの配置により異なり、どの
程度ファイバが均等に配置されるかは、どの程度各ディ
スクの巻きが等しく所定の間隔を置いて配置されるか、
及び、どの程度種々の巻きの動きの自由度が制限される
かにより異なる。
物理的特性は、特に圧縮段階においては、主に、金属マ
トリックス内の補強ファイバの配置により異なり、どの
程度ファイバが均等に配置されるかは、どの程度各ディ
スクの巻きが等しく所定の間隔を置いて配置されるか、
及び、どの程度種々の巻きの動きの自由度が制限される
かにより異なる。
【０００４】いずれにしても、補強ファイバの巻きは、
巻き付けられたワイヤを各巻きに締め付けること、及び
スパイラルの軸に対して車輪の輻のように延ばすことに
より、互いに定位置に固定される。
巻き付けられたワイヤを各巻きに締め付けること、及び
スパイラルの軸に対して車輪の輻のように延ばすことに
より、互いに定位置に固定される。
【０００５】その上、スパイラルを形成するのと同時
に、２つの平らなスパイラル状のスペーサワイヤをさら
に形成することにより、巻きは、等しく所定の間隔を置
いて配置され、一度、巻きに締め付けワイヤが巻かれる
と、スペーサワイヤは補強ファイバのスパイラルから取
り出される。
に、２つの平らなスパイラル状のスペーサワイヤをさら
に形成することにより、巻きは、等しく所定の間隔を置
いて配置され、一度、巻きに締め付けワイヤが巻かれる
と、スペーサワイヤは補強ファイバのスパイラルから取
り出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上に簡単に記述した方
法には、欠点がいくつかある。
法には、欠点がいくつかある。
【０００７】特に、所定の厚さの補強材料から成るディ
スク及び金属スペーサシートを用いて、複合材料から成
るエレメントを形成するということは、金属マトリック
ス内の補強ファイバを種々所望の位置に配置することが
できないということを意味する。
スク及び金属スペーサシートを用いて、複合材料から成
るエレメントを形成するということは、金属マトリック
ス内の補強ファイバを種々所望の位置に配置することが
できないということを意味する。
【０００８】さらに、上の方法は、種々のかなり複雑
な、ゆえにかなり高コストの、操作（補強ワイヤのスパ
イラルを個別に混ぜ込み、対応の巻きを締め付け、セラ
ミック材料製のディスクとスペーサシートとを積み重
ね、複合材料から成るエレメントを形成するように最終
的な容器内に堆積体を配置する）を含んでいる。
な、ゆえにかなり高コストの、操作（補強ワイヤのスパ
イラルを個別に混ぜ込み、対応の巻きを締め付け、セラ
ミック材料製のディスクとスペーサシートとを積み重
ね、複合材料から成るエレメントを形成するように最終
的な容器内に堆積体を配置する）を含んでいる。
【０００９】チタンの金属マトリックスである場合に
は、記述した方法により要求される形状、すなわち０．
１ｍｍという一定の厚さのスペーサシートを得ることは
容易ではなく、また、スペーサシートには、種々専用の
機械加工操作（切削、研削、溶接など）が必要であり、
これにより、すでに高コストであるものがさらに高いコ
ストとなる。
は、記述した方法により要求される形状、すなわち０．
１ｍｍという一定の厚さのスペーサシートを得ることは
容易ではなく、また、スペーサシートには、種々専用の
機械加工操作（切削、研削、溶接など）が必要であり、
これにより、すでに高コストであるものがさらに高いコ
ストとなる。
【００１０】最後に、締め付けワイヤは、金属マトリッ
クス及び補強ファイバの両方について、不活性材料から
形成しなければならない。
クス及び補強ファイバの両方について、不活性材料から
形成しなければならない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、公知の
方法に典型的に付随する前述の欠点を、簡単で低コスト
の方法で取り除くように設計された、複合材料から成る
エレメントを形成する方法を提供することである。
方法に典型的に付随する前述の欠点を、簡単で低コスト
の方法で取り除くように設計された、複合材料から成る
エレメントを形成する方法を提供することである。
【００１２】本発明は、−前記マトリックスを画定する
第１のエレメントを第１の位置に配置するステップと、
−前記補強構造体を画定する第２のエレメントを第２の
位置に配置するステップと、−前記マトリックス内に前
記補強構造体を配置することができるように、前記第１
及び第２のエレメントを圧縮するステップとを有し、前
記第１のエレメントが金属製ワイヤであること、及び前
記第１の配置を形成する前記ステップは、前記各第２の
エレメントに前記金属製ワイヤを規則的に配置するステ
ップを含んでいることを特徴とする、金属マトリックス
及び補強構造体を含む複合材料から成るエレメントを形
成する方法を提供するものである。
第１のエレメントを第１の位置に配置するステップと、
−前記補強構造体を画定する第２のエレメントを第２の
位置に配置するステップと、−前記マトリックス内に前
記補強構造体を配置することができるように、前記第１
及び第２のエレメントを圧縮するステップとを有し、前
記第１のエレメントが金属製ワイヤであること、及び前
記第１の配置を形成する前記ステップは、前記各第２の
エレメントに前記金属製ワイヤを規則的に配置するステ
ップを含んでいることを特徴とする、金属マトリックス
及び補強構造体を含む複合材料から成るエレメントを形
成する方法を提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態を添付
図面を参照しながら説明する。
図面を参照しながら説明する。
【００１４】図１の番号１は、本発明による方法を用い
て形成した複合材料から成るエレメント全体を示してい
る。図示した例では、ターボ機械用圧縮器ディスクのよ
うな回転部材を全体として示しているが、このことにつ
いては以下に単なる例示として記述している。
て形成した複合材料から成るエレメント全体を示してい
る。図示した例では、ターボ機械用圧縮器ディスクのよ
うな回転部材を全体として示しているが、このことにつ
いては以下に単なる例示として記述している。
【００１５】エレメント１は、対称軸線Ａを有する環状
であり、また、平たいディスク状で、貫通孔３の軸線Ａ
を画定する中央部分２と、中央部分２について軸線に沿
って両方向に突出し、放射状に突出する多数のブレード
５を外側に支持している、実質的に円筒状の外側部分４
とを備えている。
であり、また、平たいディスク状で、貫通孔３の軸線Ａ
を画定する中央部分２と、中央部分２について軸線に沿
って両方向に突出し、放射状に突出する多数のブレード
５を外側に支持している、実質的に円筒状の外側部分４
とを備えている。
【００１６】さらに、中央部分２は、特に、金属材料
（図示した例ではチタン合金から成るマトリックス）、
及びセラミック材料（図示した例では炭化ケイ素から成
る補強構造体）により、限定される複合材料から形成さ
れ、また、金属またはいわゆる「スキン」、好ましくは
チタン合金から成る薄い層で外側をコーティングされ
る。
（図示した例ではチタン合金から成るマトリックス）、
及びセラミック材料（図示した例では炭化ケイ素から成
る補強構造体）により、限定される複合材料から形成さ
れ、また、金属またはいわゆる「スキン」、好ましくは
チタン合金から成る薄い層で外側をコーティングされ
る。
【００１７】また、外側部分４は、全て金属材料から形
成されるが、中央部分２のマトリックスと同じ材料から
形成されるのが有利である。
成されるが、中央部分２のマトリックスと同じ材料から
形成されるのが有利である。
【００１８】エレメント１は、軸線Ａを中心とするトロ
イダルベース構造体６（図６）を用意し、次に圧縮する
ことにより形成される。
イダルベース構造体６（図６）を用意し、次に圧縮する
ことにより形成される。
【００１９】構造体６は、実質的に環状の本体７（図
２、図４から９）から形成され、本体７は、エレメント
１の孔３を画定する軸線Ａを中心とする貫通孔８と、軸
線Ａに垂直に延びるディスク状部９とを有する。ディス
ク状部９の平板な端面１０から、ディスク状部９の外径
より小さい外径の円筒形の管状部１１が軸線方向に突出
している。
２、図４から９）から形成され、本体７は、エレメント
１の孔３を画定する軸線Ａを中心とする貫通孔８と、軸
線Ａに垂直に延びるディスク状部９とを有する。ディス
ク状部９の平板な端面１０から、ディスク状部９の外径
より小さい外径の円筒形の管状部１１が軸線方向に突出
している。
【００２０】孔８は、異なる直径である各円筒状面１
２、１３により、部分９及び部分１１で画定されてお
り、各円筒状面１２、１３は、軸線Ａに直角である平板
な中間面１４により互いにつながっており、また端面１
０の延長部に沿って延びている。さらに、円筒状面１２
は、特に、円筒状面１３より大きな直径である。
２、１３により、部分９及び部分１１で画定されてお
り、各円筒状面１２、１３は、軸線Ａに直角である平板
な中間面１４により互いにつながっており、また端面１
０の延長部に沿って延びている。さらに、円筒状面１２
は、特に、円筒状面１３より大きな直径である。
【００２１】本体７は、軸線Ａについて環状突起部１５
をさらに備え、中間面１４から孔８内に突出し、円筒状
面１３に向き合う斜辺を備えた直角三角形部分を有して
いる。
をさらに備え、中間面１４から孔８内に突出し、円筒状
面１３に向き合う斜辺を備えた直角三角形部分を有して
いる。
【００２２】ベース構造体６は、以下の通りに形成され
る。
る。
【００２３】まず最初に、エレメント１の金属マトリッ
クスを画定する金属製ワイヤ２０の第１の配置、及びエ
レメント１の補強構造体を画定するセラミック材料から
成るファイバ２１の第２の配置は、本体７上で同軸線に
定められる。
クスを画定する金属製ワイヤ２０の第１の配置、及びエ
レメント１の補強構造体を画定するセラミック材料から
成るファイバ２１の第２の配置は、本体７上で同軸線に
定められる。
【００２４】本発明の重要な特徴は、第１の配置が、各
ファイバ２１に対し金属製ワイヤ２０を規則的に配置す
ることにより、形成されることである。ワイヤ２０及び
ファイバ２１の双方により、図示していない公知の反巻
機上で混ぜ込んだ複合材料製のリング１６（図２）が画
定される。図示した例では、ワイヤ２０及びファイバ２
１は、円形部分を伴った環状であり（図３）、チタン合
金及び炭化ケイ素からそれぞれ形成されている。
ファイバ２１に対し金属製ワイヤ２０を規則的に配置す
ることにより、形成されることである。ワイヤ２０及び
ファイバ２１の双方により、図示していない公知の反巻
機上で混ぜ込んだ複合材料製のリング１６（図２）が画
定される。図示した例では、ワイヤ２０及びファイバ２
１は、円形部分を伴った環状であり（図３）、チタン合
金及び炭化ケイ素からそれぞれ形成されている。
【００２５】さらに、リング１６は、特に、本体７の管
状部１１の中心と同軸線に配置され、ディスク状部９の
端面１０上に載置されている。
状部１１の中心と同軸線に配置され、ディスク状部９の
端面１０上に載置されている。
【００２６】ワイヤ２０及びファイバ２１は、２つのワ
イヤ２０が各一対のファイバ２１の間に配置される混ぜ
型（図３）で結合するのが有利である。さらに、この混
ぜ型で、各ファイバ２１は、六角形の頂点を形成する６
本のワイヤ２０により囲まれており、六角形の重心を占
めている。
イヤ２０が各一対のファイバ２１の間に配置される混ぜ
型（図３）で結合するのが有利である。さらに、この混
ぜ型で、各ファイバ２１は、六角形の頂点を形成する６
本のワイヤ２０により囲まれており、六角形の重心を占
めている。
【００２７】リング１６は、外側方向に放射状に延びる
円筒状側面２２ａ及び内側方向に放射状に延びる円筒状
側面２２ｂと、２つの対向する平らな環状端面２２ｃ及
び２２ｄとにより、外部に画定されており、以下に詳述
するように、その面２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ
は、圧縮ステップの後に、リング１６、本体７、及び他
の金属部である構造体６を、確実に、連続した構造とす
るために、金属製ワイヤ２０のみから形成されている。
円筒状側面２２ａ及び内側方向に放射状に延びる円筒状
側面２２ｂと、２つの対向する平らな環状端面２２ｃ及
び２２ｄとにより、外部に画定されており、以下に詳述
するように、その面２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ
は、圧縮ステップの後に、リング１６、本体７、及び他
の金属部である構造体６を、確実に、連続した構造とす
るために、金属製ワイヤ２０のみから形成されている。
【００２８】ワイヤ２０及びファイバ２１は、同じ直径
であり、ともに、（図３で点線により示した）多数の六
角形のベースセル１８を画定しており、また各ベースセ
ル１８は、中央ファイバ２１と、相互に１２０°の角度
をなして隣り合い中央ファイバ２１を囲んでいる６本の
ワイヤ２０とにより、画定されている。その結果、補強
構造体の体積はマトリックスの体積の３３％となる。
であり、ともに、（図３で点線により示した）多数の六
角形のベースセル１８を画定しており、また各ベースセ
ル１８は、中央ファイバ２１と、相互に１２０°の角度
をなして隣り合い中央ファイバ２１を囲んでいる６本の
ワイヤ２０とにより、画定されている。その結果、補強
構造体の体積はマトリックスの体積の３３％となる。
【００２９】構造体６は、２つの環状閉鎖エレメント２
３、２４（図４及び５）及びカバー２５（図６）と本体
７を同軸線で嵌合することにより完成する。なお、これ
らの部材は、本体７とともにリング１６の閉鎖シートを
画定している。
３、２４（図４及び５）及びカバー２５（図６）と本体
７を同軸線で嵌合することにより完成する。なお、これ
らの部材は、本体７とともにリング１６の閉鎖シートを
画定している。
【００３０】特に図４から図９を参照すると、閉鎖エレ
メント２３は、本体７の管状部１１と同じ軸線方向高さ
であり、また、閉鎖エレメント（またはピストンリン
グ）２４の軸線方向高さは、管状部１１とリング１６と
の軸線方向高さの間の差と等しい。
メント２３は、本体７の管状部１１と同じ軸線方向高さ
であり、また、閉鎖エレメント（またはピストンリン
グ）２４の軸線方向高さは、管状部１１とリング１６と
の軸線方向高さの間の差と等しい。
【００３１】閉鎖エレメント２３は、本体７のディスク
状部９の端面１０上に載置されるように、リング１６の
放射状外側面２２ａに取り付けられ、また、同様に、閉
鎖エレメント２４は、ディスク状部９の反対側におい
て、リング１６の端面２２ｄ上に載置されるように、本
体７の管状部１１と閉鎖エレメント２３との間に挿入さ
れる。
状部９の端面１０上に載置されるように、リング１６の
放射状外側面２２ａに取り付けられ、また、同様に、閉
鎖エレメント２４は、ディスク状部９の反対側におい
て、リング１６の端面２２ｄ上に載置されるように、本
体７の管状部１１と閉鎖エレメント２３との間に挿入さ
れる。
【００３２】カバー２５は、円形で環状のディスク状壁
２８を備えており、ディスク状壁２８の放射状内周端部
及び放射状外周端部からは、各同心の円筒状内壁２９と
円筒状外壁３０とが突出している。
２８を備えており、ディスク状壁２８の放射状内周端部
及び放射状外周端部からは、各同心の円筒状内壁２９と
円筒状外壁３０とが突出している。
【００３３】カバー２５は、閉鎖エレメント２３、２４
と本体７の管状部１１の各自由軸端部が面するディスク
状壁２８を配置し、円筒状壁２９の端部が突起部１５上
に載置されるように壁２９を孔８内に挿入し、また、円
筒状壁３０の端部が本体７のディスク状部９の周辺環状
肩部３１上に載置されるように、閉鎖エレメント２３の
外側に壁３０を取り付けることにより、組み立てられ
る。
と本体７の管状部１１の各自由軸端部が面するディスク
状壁２８を配置し、円筒状壁２９の端部が突起部１５上
に載置されるように壁２９を孔８内に挿入し、また、円
筒状壁３０の端部が本体７のディスク状部９の周辺環状
肩部３１上に載置されるように、閉鎖エレメント２３の
外側に壁３０を取り付けることにより、組み立てられ
る。
【００３４】次に、突起部１５の接触部分と肩部３１の
接触部分とをスポット溶接することにより、カバー２５
を本体７に取り付ける。
接触部分とをスポット溶接することにより、カバー２５
を本体７に取り付ける。
【００３５】この時に、構造体６を約６００℃まで加熱
するために、公知の分子ポンプ（図示せず）とマッフル
炉（図示せず）とを用いて、構造体６の内部の空気を抜
く。
するために、公知の分子ポンプ（図示せず）とマッフル
炉（図示せず）とを用いて、構造体６の内部の空気を抜
く。
【００３６】自動温度及び圧力制御を伴うヒッピング
（熱間等静圧圧縮成形）加工を行うために、空気を抜い
た構造体６は、従来の高圧釜（図示せず）内で圧縮され
る。
（熱間等静圧圧縮成形）加工を行うために、空気を抜い
た構造体６は、従来の高圧釜（図示せず）内で圧縮され
る。
【００３７】第１段階で、約２時間続けて、周囲の状態
において、最初に、高圧釜の温度を、チタン合金の超塑
性温度まで（記述した例では約９００℃まで）上昇させ
る。
において、最初に、高圧釜の温度を、チタン合金の超塑
性温度まで（記述した例では約９００℃まで）上昇させ
る。
【００３８】次に、高圧釜の温度を、構造体６を画定す
る全部分が均一の温度に達する程度に長く一定に維持す
る。これにかかる時間は、平均２時間であるが、以下の
理由により、この段階における熱伝導が減速することを
考慮して計算される。すなわち、構造体６内の空気がな
いことにより、また、リング１６の面２２ａ、２２ｂ、
２２ｃ、２２ｄのワイヤ２０と本体７との間の接触領域
が非常に狭く、そのために、ワイヤ２０の熱伝導により
極少量の熱伝導をする可能性があるということにより、
この段階における熱伝導が減速することを考慮して計算
される。同時に、周囲のハウジング構造体６内の高圧釜
により限定された圧力を、閾値まで（記述した例では９
００ｋｇ／ｃｍ2まで）上昇させ、この結果、カバー２
５のディスク状壁２８が軸線Ａ（図７）に平行な方向に
永久変形を生じる。カバー２５のディスク状壁２８は、
特に、閉鎖エレメント２４上に載置するように曲がり、
閉鎖エレメント２４が、順次、複合材料から成るリング
１６を押圧し、圧力平衡装置兼伝達装置として作用す
る。一度、カバー２５のディスク状壁２８が、閉鎖エレ
メント２４が複合材料から成るリング１６を軸線方向に
押しつけることができる程度に変形すると、金属製ワイ
ヤ２０は、ワイヤ２０とファイバ２１との間にもともと
存在した隙間を埋めるように変形する。この段階で、複
合材料から成るリング１６は軸線Ａに沿って収縮し、ま
た、確実に金属マトリックス内に補強構造体を定位置に
配置できるように、軸線Ａについてのファイバ２１の位
置が一定に保たれる。この段階で、高圧釜内の圧力は、
さらに、構造体６全体が陥没する程度の閾値まで（図示
した例では約１３００ｋｇ／ｃｍ2まで）上昇し、これ
により、構造体６はさらに軸線Ａに対して交差方向に圧
縮される（図９）。さらに、カバー２５の円筒状壁２
９、３０は、特に、閉鎖エレメント２４の放射状外面と
及び孔８を画定している面１３とにそれぞれ付着してお
り、また、複合材料から成るリング１６は、金属周面２
２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに沿って、本体７のディ
スク状部９及び管状部１１と、閉鎖エレメント２３及び
２４とに付着している。
る全部分が均一の温度に達する程度に長く一定に維持す
る。これにかかる時間は、平均２時間であるが、以下の
理由により、この段階における熱伝導が減速することを
考慮して計算される。すなわち、構造体６内の空気がな
いことにより、また、リング１６の面２２ａ、２２ｂ、
２２ｃ、２２ｄのワイヤ２０と本体７との間の接触領域
が非常に狭く、そのために、ワイヤ２０の熱伝導により
極少量の熱伝導をする可能性があるということにより、
この段階における熱伝導が減速することを考慮して計算
される。同時に、周囲のハウジング構造体６内の高圧釜
により限定された圧力を、閾値まで（記述した例では９
００ｋｇ／ｃｍ2まで）上昇させ、この結果、カバー２
５のディスク状壁２８が軸線Ａ（図７）に平行な方向に
永久変形を生じる。カバー２５のディスク状壁２８は、
特に、閉鎖エレメント２４上に載置するように曲がり、
閉鎖エレメント２４が、順次、複合材料から成るリング
１６を押圧し、圧力平衡装置兼伝達装置として作用す
る。一度、カバー２５のディスク状壁２８が、閉鎖エレ
メント２４が複合材料から成るリング１６を軸線方向に
押しつけることができる程度に変形すると、金属製ワイ
ヤ２０は、ワイヤ２０とファイバ２１との間にもともと
存在した隙間を埋めるように変形する。この段階で、複
合材料から成るリング１６は軸線Ａに沿って収縮し、ま
た、確実に金属マトリックス内に補強構造体を定位置に
配置できるように、軸線Ａについてのファイバ２１の位
置が一定に保たれる。この段階で、高圧釜内の圧力は、
さらに、構造体６全体が陥没する程度の閾値まで（図示
した例では約１３００ｋｇ／ｃｍ2まで）上昇し、これ
により、構造体６はさらに軸線Ａに対して交差方向に圧
縮される（図９）。さらに、カバー２５の円筒状壁２
９、３０は、特に、閉鎖エレメント２４の放射状外面と
及び孔８を画定している面１３とにそれぞれ付着してお
り、また、複合材料から成るリング１６は、金属周面２
２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに沿って、本体７のディ
スク状部９及び管状部１１と、閉鎖エレメント２３及び
２４とに付着している。
【００３９】次に、圧縮された構造体６について、金属
マトリックス及び補強ファイバ２１の熱膨張係数が異な
ることにより、複合材料から成るリング１６から由来し
た部分で生じた残りの圧力を最小限にするように、温度
と圧力を下げる。
マトリックス及び補強ファイバ２１の熱膨張係数が異な
ることにより、複合材料から成るリング１６から由来し
た部分で生じた残りの圧力を最小限にするように、温度
と圧力を下げる。
【００４０】リング１６から由来したエレメント１の部
分は、図１０の形状となる。図１０の形状において、フ
ァイバ２１は、金属マトリックス内に均等に配置されて
おり、また軸線Ａに垂直方向に等間隔を置き、軸線Ａに
平行な方向に種々の間隔を置くことにより、区切られて
いる。
分は、図１０の形状となる。図１０の形状において、フ
ァイバ２１は、金属マトリックス内に均等に配置されて
おり、また軸線Ａに垂直方向に等間隔を置き、軸線Ａに
平行な方向に種々の間隔を置くことにより、区切られて
いる。
【００４１】最後に、圧縮された構造体６に、機械加工
または同様の方法を行いエレメント１の最終的な形状を
得ることができる。特にブレード５は、本体７のディス
ク状部９に由来した圧縮された構造体６の一部から形成
される。
または同様の方法を行いエレメント１の最終的な形状を
得ることができる。特にブレード５は、本体７のディス
ク状部９に由来した圧縮された構造体６の一部から形成
される。
【００４２】
【発明の効果】従って、複合材料から成るエレメント１
のマトリックスを形成するために金属製ワイヤ２０を用
いて、ワイヤ２０とファイバ２１の直径を適宜選択する
ことにより、金属マトリックス内の補強構造体を種々所
望の位置に配置することができる。
のマトリックスを形成するために金属製ワイヤ２０を用
いて、ワイヤ２０とファイバ２１の直径を適宜選択する
ことにより、金属マトリックス内の補強構造体を種々所
望の位置に配置することができる。
【００４３】特に、各補強ファイバ２１に関して金属製
ワイヤ２０の配置の型を適宜選択することにより、例え
ば、前述の六角形の配置を適用することにより、軸線Ａ
に対するファイバ２１の位置を維持するように、圧縮中
のファイバ２１の動きの自由度を制限することができ
る。
ワイヤ２０の配置の型を適宜選択することにより、例え
ば、前述の六角形の配置を適用することにより、軸線Ａ
に対するファイバ２１の位置を維持するように、圧縮中
のファイバ２１の動きの自由度を制限することができ
る。
【００４４】さらに、公知の方法とは異なり、記述した
方法を用いて、ワイヤ２０及びファイバ２１を、混ぜ込
み、直接、金属マトリックスであるエレメント１の一部
を形成することがある部材（本体７）とすることによ
り、複合材料から成るエレメント１を形成することがで
きる。このようにして、各ディスクの巻きを締め付け、
補強ワイヤの別個のディスクを製造する必要がなくな
り、また、間に各金属製のスペーサシートを伴ってディ
スクを積み上げ、エレメント１を製造するための容器に
その堆積体を配置する長く複雑な工程も不要となる。
方法を用いて、ワイヤ２０及びファイバ２１を、混ぜ込
み、直接、金属マトリックスであるエレメント１の一部
を形成することがある部材（本体７）とすることによ
り、複合材料から成るエレメント１を形成することがで
きる。このようにして、各ディスクの巻きを締め付け、
補強ワイヤの別個のディスクを製造する必要がなくな
り、また、間に各金属製のスペーサシートを伴ってディ
スクを積み上げ、エレメント１を製造するための容器に
その堆積体を配置する長く複雑な工程も不要となる。
【００４５】スペーサシートは、チタンベースである場
合は特に高価であるので、シートを用意する際の作業を
行わずに済ませることができ、著しくコストを削減でき
る。
合は特に高価であるので、シートを用意する際の作業を
行わずに済ませることができ、著しくコストを削減でき
る。
【００４６】最後に、圧縮段階の構造体６の収縮は、前
述した公知の方法を用いるセラミックディスク及び金属
製スペーサシートの堆積体の収縮より小さい。
述した公知の方法を用いるセラミックディスク及び金属
製スペーサシートの堆積体の収縮より小さい。
【００４７】ただし、添付の特許請求項の範囲を逸脱し
ない限り、ここに記述し図示した方法を変更することが
できるのは、明らかである。
ない限り、ここに記述し図示した方法を変更することが
できるのは、明らかである。
【００４８】特に、補強ファイバ２１は、金属など異な
る材料から形成することができる。
る材料から形成することができる。
【００４９】本体７、閉鎖エレメント２３、２４、及び
カバー２５は、互いに異なる金属材料、及びワイヤ２０
の材料とは異なる材料から形成することができる。
カバー２５は、互いに異なる金属材料、及びワイヤ２０
の材料とは異なる材料から形成することができる。
【００５０】最後に、複合材料から成るリング１６は、
一度形成すると、構造体６から引き抜き、異なる複合材
料から成るエレメントを形成するために用いることもで
きる。
一度形成すると、構造体６から引き抜き、異なる複合材
料から成るエレメントを形成するために用いることもで
きる。
【図１】 本発明により形成された複合材料エレメント
の正面図である。
の正面図である。
【図２】 本発明による方法を用いて図１のエレメント
を形成する複合材料から成るリングを有する支持本体の
軸線部分を図示した図である。
を形成する複合材料から成るリングを有する支持本体の
軸線部分を図示した図である。
【図３】 図２のリングの断面を示す拡大詳細図であ
る。
る。
【図４】 本発明の方法により図１のエレメントを形成
する際の、連続した操作ステップを軸線に沿う断面で部
分的に図示した図である。
する際の、連続した操作ステップを軸線に沿う断面で部
分的に図示した図である。
【図５】 本発明の方法により図１のエレメントを形成
する際の、連続した操作ステップを軸線に沿う断面で部
分的に図示した図である。
する際の、連続した操作ステップを軸線に沿う断面で部
分的に図示した図である。
【図６】 本発明の方法により図１のエレメントを形成
する際の、連続した操作ステップを軸線に沿う断面で部
分的に図示した図である。
する際の、連続した操作ステップを軸線に沿う断面で部
分的に図示した図である。
【図７】 本発明の方法により図１のエレメントを形成
する際の、連続した操作ステップを軸線に沿う断面で部
分的に図示した図である。
する際の、連続した操作ステップを軸線に沿う断面で部
分的に図示した図である。
【図８】 本発明の方法により図１のエレメントを形成
する際の、連続した操作ステップを軸線に沿う断面で部
分的に図示した図である。
する際の、連続した操作ステップを軸線に沿う断面で部
分的に図示した図である。
【図９】 本発明の方法により図１のエレメントを形成
する際の、連続した操作ステップを軸線に沿う断面で部
分的に図示した図である。
する際の、連続した操作ステップを軸線に沿う断面で部
分的に図示した図である。
【図１０】 本発明による方法を図３に示したリングに
適用した後の状態を詳細に示す図である。
適用した後の状態を詳細に示す図である。
Claims (15)
- 【請求項１】 金属マトリックスと補強構造体とを含む
複合材料から成るエレメント（１）を形成する方法であ
って、 −前記マトリックスを画定する第１のエレメント（２
０）を第１の位置に配置するステップと、 −前記補強構造体を画定する第２エレメント（２１）を
第２の位置に配置するステップと、 −前記マトリックス内に前記補強構造体を配置できるよ
うに、前記第１のエレメント（２０）及び前記第２のエ
レメント（２１）圧縮するステップとを含み、 前記第１のエレメントは金属製ワイヤ（２０）であるこ
と、及び前記第１の配置を形成する前記ステップが、前
記各第２のエレメント（２１）に前記金属製ワイヤ（２
０）を規則的に配置する前記ステップを含むことを特徴
とするエレメントを形成する方法。 - 【請求項２】 前記第２のエレメントは補強ファイバで
あることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記第２のエレメント（２１）に前記金
属製ワイヤ（２０）を規則的に配置するステップは、少
なくとも１本の前記金属製ワイヤ（２０）を前記各補強
ファイバ（２１）に沿って配置することにより、混ぜ込
んだエレメント（１６）を準備するステップを含む請求
項２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記混ぜ込んだエレメント（１６）を準
備するステップは、少なくとも２本の金属製ワイヤ（２
０）を、各一対の隣接する前記補強ファイバ（２１）の
間に配置するステップを含むことを特徴とする請求項３
に記載の方法。 - 【請求項５】 前記混ぜ込まれたエレメント（１６）を
準備する前記ステップは、六角形の頂点を形成する６本
の前記金属製ワイヤ（２０）により、各前記補強ファイ
バ（２１）を囲む前記ステップを含むことを特徴とする
請求項３または４に記載の方法。 - 【請求項６】 前記混ぜ込まれたエレメント（１６）を
用意する前記ステップは、前記金属製ワイヤ（２０）に
より前記補強ファイバ（２１）の周りに画定される六角
形の重心に、各前記補強ファイバ（２１）を配置する前
記ステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の方
法。 - 【請求項７】 前記混ぜ込まれたエレメント（１６）を
用意する前記ステップは、前記金属製ワイヤ（２０）だ
けを用いて、混ぜ込まれたエレメント（１６）の各境界
面（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）を形成する前記
ステップを含むことを特徴とする請求項３から請求項６
のうちのいずれかに記載の方法。 - 【請求項８】 前記金属製ワイヤ（２０）と前記補強フ
ァイバ（２１）は環状であること及び、前記混ぜ込まれ
たエレメント（１６）を用意する前記ステップは、前記
金属製ワイヤ（２０）と前記補強ファイバ（２１）とを
金属材料から形成されたトロイダル本体（７）の近傍に
配置することにより、実行されることを特徴とする請求
項３から請求項７のうちのいずれかに記載の方法。 - 【請求項９】 前記本体（７）と前記カバー手段（２
３、２４、２５）との間に、前記混ぜ込まれたエレメン
ト（１６）を閉じこめるように、金属材料から成るカバ
ー手段（２３、２４、２５）を前記本体（７）に嵌合さ
せることにより、ベース構造体（６）を形成する前記方
法を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記本体（７）と前記カバー手段（２
３、２４、２５）は、前記圧縮ステップの終わりで、複
合材料（１）から成る前記エレメントの各外側部分を画
定すること及び、前記混ぜ込まれたエレメント（１６）
は、前記圧縮ステップの終わりで、複合材料（１）から
成る前記エレメントの芯を画定することを特徴とする請
求項９に記載の方法。 - 【請求項１１】 前記圧縮ステップは、 −前記ベース構造体（６）を制御可能な温度及び圧力状
態の環境に置くステップと、 −前記金属製ワイヤ（２０）、前記本体（７）、及び前
記カバー手段（２３、２４、２５）を均一に前記環境の
温度を超塑性温度になるまで変化させるステップと、 −前記金属製ワイヤ（２０）を変形させ、前記金属製ワ
イヤ（２０）と前記混ぜ込まれたエレメント（１６）の
補強ファイバ（２１）との間の種々の隙間を埋めるよう
に、また、その結果、前記本体（７）と前記カバー手段
（２３、２４、２５）を互いに及び前記混ぜ込まれたエ
レメント（１６）の前記境界面（２２ａ、２２ｂ、２２
ｃ、２２ｄ）の前記金属製ワイヤ（２０）に接着させる
ように、前記環境の圧力を変化させるステップとを含む
ことを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 前記金属製ワイヤは、チタン合金ベー
スの材料から形成されることを特徴とする請求項１から
請求項１１のうちいずれかの請求項に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記補強ファイバは、セラミック材料
から形成されることを特徴とする請求項２から請求項１
２のうちいずれかの請求項に記載の方法。 - 【請求項１４】 前記補強ファイバは、炭化ケイ素ベー
スの材料から形成されることを特徴とする請求項１３に
記載の方法。 - 【請求項１５】 複合材料から成り、金属材料から成る
構造体（４）と複合材料から成る補強エレメント（２、
１６）とを含む回転部材（１）であって、前記補強エレ
メント（２、１６）は、金属製ワイヤ（２０）と補強フ
ァイバ（２１）とを規則的に配置することにより得ら
れ、また、金属材料から成る前記構造体（４）に対し圧
縮することにより一体に接続され、前記金属製ワイヤ
（２０）からのみ形成された各境界面（２２ａ、２２
ｂ、２２ｃ、２２ｄ）を備えることを特徴とする回転部
材（１）。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP99830693A EP1099774B1 (en) | 1999-11-04 | 1999-11-04 | Method of producing an element of composite material |
| EP99830693.0 | 1999-11-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001234307A true JP2001234307A (ja) | 2001-08-31 |
| JP2001234307A5 JP2001234307A5 (ja) | 2007-12-13 |
Family
ID=8243658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000337820A Pending JP2001234307A (ja) | 1999-11-04 | 2000-11-06 | 複合材料から成るエレメントの形成方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6658715B1 (ja) |
| EP (1) | EP1099774B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001234307A (ja) |
| AT (1) | ATE322560T1 (ja) |
| CA (1) | CA2325212C (ja) |
| DE (1) | DE69930748T2 (ja) |
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-
2000
- 2000-10-30 US US09/699,741 patent/US6658715B1/en not_active Expired - Lifetime
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