JP2014516129A - 複合ターボ機械の脚付きブレード - Google Patents

Abstract

複合材料のターボ機械のブレード（１００）は、複数層の糸の織によって得られ、マトリクスによって密度が高められた繊維強化材を有する。ブレードは、エーロフォイル（１２０）を構成し、ブレード（１３０）の脚を構成する少なくとも１つの第２部分を有する単一部品を形成する第１部分を有する。ブレード（１００）の第１部分及び第２部分に対応する繊維強化材の部分は、少なくとも一部で、繊維強化された第２部分の糸が繊維強化された第１部分を貫いて、お互いに織り込まれている。
【選択図】図１

Description

本発明は、マトリクスで密度が高められた繊維強化材を有する複合材料でできたターボ機械のブレード（des aubes）に関する。

本発明が目的とする分野は、航空エンジン又は産業用のタービンのためのガスタービンのブレードの分野である。

複合材料を用いてターボ機械のブレードを製造する方法に関し、いくつかの提案が既になされている。特に、Snecma及びSnecma Propulsion Solideによって共同で出願された国際特許出願ＷＯ２０１０／０６１１４０を引用することができる。その出願には、マトリクスによって密度が高められた繊維強化材を有する複合材料を用いてターボ機械のブレードを製造する方法が記載されている。より詳細には、互いに交差した２つのテクスチャをまとめて多層に織ることによってできた、繊維の半加工品が、成形後に、ブレードのエーロフォイル（de pale）及び脚のプリフォームを形成する第１部分と、ブレードの内側プラットフォーム又は外側プラットフォームのためのプリフォームを形成する少なくとも１つの第２部分とを有する単一部品として繊維プリフォームを形成する、という特徴をその方法は有する。これにより、そのプリフォームの密度が高められた後に、複合材料のブレードを得ることができる。このブレードは、プリフォームによって構成され、マトリクスによって密度が高められた繊維強化材を有し、かつ、内側及び／又は外側プラットフォームが組み付けられた単一部品を形成している。

このような状況において、ブレードの脚のプリフォームは、脚に対応するブレードの部分において球根状部を形成するためのインサートを用いて作られている。

しかし、ブレードの脚を形成するためのその技術は、ブレードの工業生産を複雑にし、製造コストを増やす。なぜなら、その技術は、多量の材料ロスを生じさせ、かつ、生産スピードをスローダウンさせる、繊細な取扱いを必要とするからである。

それゆえ、製造が比較的簡単で優れた機械強度を有する、タービン又はターボ機械のコンプレッサのブレードのために、複合材料、必須ではないが特には、セラミック基複合材料（ＣＭＣ）などの熱構造複合材料で、ターボ機械のブレードを製造できることが望ましい。

この目的のために、本発明は、マトリクスによって密度が高められた繊維強化材を有する複合材料でターボ機械のブレードを製造する方法を提供する。この方法は、
多層の織によって単一部品の状態の繊維の半加工品を作製する工程であって、前記半加工品は、製造されるべき前記ブレードの長さ方向に一致する当該繊維の半加工品の長さ方向において、エーロフォイルのプリフォームに対応する前記半加工品の第１部分を形成するように互いに連結された複数の糸層の第１セット及びブレードの脚のプリフォームに対応する前記半加工品の第２部分を少なくとも形成するように少なくとも局所的に互いに連結された１以上の糸層の第２セットを備え、前記糸層の第１セットの糸と前記糸層の第２セットの糸とが互いに連結されておらず、前記糸層の第１セットは、前記半加工品の前記第２部分において、前記糸層の第２セットの糸を横切っている、工程と、
エーロフォイルのプリフォームを形成する第１部分と、ブレードの脚のプリフォームを形成する少なくとも１つの前記第２部分とを有する、単一部品の状態の繊維プリフォームを得るように前記繊維の半加工品を成形する工程と、
前記プリフォームによって構成されるとともにマトリクスによって密度が高められた繊維強化材を有する複合材料のブレードを得るために、マトリクスで前記プリフォームの密度を高め、ブレードの脚を含む単一部品を形成する工程と、を備える。

先行技術の方法と比べて、本発明は、ブレードの脚を形成するための半加工品の部分において２つの糸層のセットを交わらせることによってブレードのエーロフォイルの構造に組み込まれたブレードの脚を作製するために、もたらされる。このため、繊維の半加工品に厚肉のゾーンを設け、ブレードの脚のプリフォームを形成するために十分な材料を備えることができる。このようにして、先行技術のようにインサートを用いることを防止できる。

また、ブレードの脚のための繊維強化材の部分の糸は、ブレードのエーロフォイルを構成する別の繊維強化材の部分の糸と交わっている。ブレードの脚は、強力な機械的力を受けるブレードの部分である。その力は、ブレードの両側に突出するその脚の側部に主に作用し、その脚の側部は、遠心力に抗して筐体にブレードの脚を留まらせるのに役立つ。このように、テクスチャを交らわせることによって、厳しい機械的制約を受けるブレードのポイントで優れた機械的強度を得ることができる。

この交わりについてはさておき、糸層の第１セットと糸層の第２セットとの間で相互に連結されていない領域を設けることにより、相互に連結されている糸を切断しないで繊維プリフォームを成形できる。ここで、このような如何なる切断も、繊維強化材、つまり、製造されたブレードの機械的強度を低下させる結果となるであろう。

本方法の別の特徴によれば、前記繊維の半加工品は連続的な糸層の第２セットで織られており、前記繊維の半加工品を成形する工程は、前記繊維の半加工品の前記第２部分の外部において、前記糸層の第２セットの複数の部分を切断することによってそれらの複数の部分を除去することを含む。

本発明のさらに別の特徴によれば、本方法は、作製されるべきブレードの脚の形状に前記第２部分を機械加工する工程を含む。この機械加工する工程は、前記プリフォームの密度を高めた後に行われる。本方法の変形例に係る実施形態において、前記プリフォームの密度は２つの逐次的なステップで高められてもよい。この場合、最初の機械加工のステップは、最初の密度を高めるステップの後に行われ、機械加工は、２回目の密度を高めるステップの後の２回目の機械加工のステップによって仕上げられてもよい。

本発明に係る方法の別の特徴によれば、前記繊維の半加工品は、
オーバーハングを有し又は有しない、かつ、傾き防止リムを有し又は有しない内側プラットフォーム、及び
外側プラットフォームであって、外側プラットフォームのオーバーハングを有し又は有しない、かつ、外側プラットフォームのワイパーを有し又は有しない外側プラットフォーム、
という要素のいくつか又はすべてを形成する少なくとも１つの第３部分をさらに含み、
前記繊維の半加工品を成形する工程は、前記第３部分をさらに有する単一部品の状態の繊維プリフォームを得るために前記繊維の半加工品の前記第３部分を成形する工程を備え、
マトリクスで前記繊維プリフォームの密度を高めて得られた前記ブレードは、ブレードの脚と、オーバーハングを有し又は有しない、かつ、傾き防止リムを有し又は有しない内側プラットフォーム、及び外側プラットフォームであって、当該外側プラットフォームのオーバーハングを有し又は有しない、かつ、外側プラットフォームのワイパーを有し又は有しない外側プラットフォーム、という要素から選ばれたいくつかの又はすべての要素と、を含む単一部品を形成している。

前記第３部分は、複数の前記糸層の第２セットによって形成されていてもよい。前記糸層の第１セットは、前記半加工品の前記第３部分において、前記糸層の第２セットの糸によって１回以上横切られていてもよい。

本方法の別の特徴によれば、前記繊維の半加工品の前記第２部分における前記糸層の第２セットの糸層の数は、前記第３部分における前記糸層の第２セットの糸層の数よりも大きい。

本方法のさらに別の特徴によれば、前記繊維の半加工品の前記第２部分における前記糸層の第２セットの糸の重量は、前記第３部分における前記糸層の第２セットの糸の重量よりも重い。

変形例において、前記第３部分は繊維の半加工品の第１部分に嵌めこまれた繊維のテクスチャである。

また、本発明は、糸の多層の織によって得られ、マトリクスによって密度が高められた繊維強化材を有する複合材料でできたターボ機械のブレードを提供する。そのブレードは、エーロフォイルを構成する第１部分であって、ブレードの脚を構成する少なくとも１つの第２部分とともに単一部品として形成された第１部分を備える。ブレードの前記第１部分及び前記第２部分に対応する前記繊維強化材の部分は、少なくとも一部で、繊維強化された前記第１部分の糸が繊維強化された前記第２部分を貫いて、お互いに織り込まれている。

前記ブレードの特別な側面によれば、以下の要素のいくつか又はすべてを形成している少なくとも１つの第３部分をさらに備える。
オーバーハングを有し又は有しない、かつ、傾き防止リムを有し又は有しない内側プラットフォーム、及び
外側プラットフォームであって、外側プラットフォームのオーバーハングを有し又は有しない、かつ、外側プラットフォームのワイパーを有し又は有しない外側プラットフォーム。

前記ブレードの特徴によれば、前記ブレードの前記第１部分及び前記第３部分に対応する前記繊維強化材の部分は、少なくとも一部で、繊維強化された前記第３部分の糸が繊維強化された前記第２部分を貫いて、お互いに織り込まれている。

前記ブレードは、セラミック基複合材料でできていてもよい。

また、本発明は、複数の上記のブレードが取り付けられた、コンプレッサのロータ又はディスクを提供してもよい。さらに、本発明はそのようなロータが取り付けられたコンプレッサ及びそのコンプレッサを含むターボ機械を提供してもよい。

本発明は、添付の図面を参照しつつ、非限定的な記載を用いて与えられる以下の説明からより良く理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態におけるロータホイールブレードの斜視図である。 図２は、図１に示すブレードのための繊維プリフォームを作製するための、多層に織られた繊維の半加工品における糸層の２つのセットの配置を高度に図式化した図である。 図３〜５は、図２の繊維の半加工品から、図１に示すようなブレード繊維プリフォームを作製する連続的なステップを示す図である。 図３〜５は、図２の繊維の半加工品から、図１に示すようなブレード繊維プリフォームを作製する連続的なステップを示す図である。 図３〜５は、図２の繊維の半加工品から、図１に示すようなブレード繊維プリフォームを作製する連続的なステップを示す図である。 図６Ａは、エーロフォイルとブレードの脚との間の連結位置に対応する図２の繊維の半加工品の部分の縦糸の部分断面図である。図６Ｂは、エーロフォイルとブレードの脚との間の連結位置に対応する図２の繊維の半加工品の部分の横糸の部分断面図である。 図７Ａは、エーロフォイルとブレードの外側プラットフォームとの間の連結位置に対応する図２の繊維の半加工品の部分の縦糸の部分断面図である。図７Ｂは、エーロフォイルとブレードの外側プラットフォームとの間の連結位置に対応する図２の繊維の半加工品の部分の横糸の部分断面図である。 図８Ａは、ブレードの脚部に対応する繊維の半加工品の一部における横糸の配置の例を示す横糸の断面図である。図８Ｂ〜図８Ｄは、繊維の半加工品の図８Ａの部分における多層の織の一例に関する縦糸面を示す横糸方向の断面図である。 ブレードの脚の変形例を高度に図式化した図面である。 ブレードの脚の変形例を高度に図式化した図面である。

本発明は、様々な形式のターボ機械のブレードに適用できる。本発明によれば、そのブレードは、エーロフォイル構造に組み付けられた少なくとも１つの脚を備える。そのブレードは、特には、コンプレッサのブレード及び様々なガスタービンのスプール（corps）のためのタービンのブレードである。このブレードは、特に、傾き防止リム及び／又はオーバーハング（de becquets）を備える可能性がある内側プラットフォーム又はオーバーハング及び／又はワイパー(des lechettes)を備える可能性がある外側プラットフォームのような他の要素と一体になっていてもよい。しかし、本発明は、一体化された脚を有するブレードにも適用される。このブレードでは、ブレード用の繊維プリフォームを作製している間（すなわち、密度を高める前又は密度を高めた後）に１以上のそれらの要素が付け加えられる。

図１は、エーロフォイル１２０と、例えば、球根状（forme de bulbe）の断面を有し脚柱１３２によって延びている厚肉部によって形成された脚１３０とを備えた、低圧（ＬＰ）のタービンのロータホイール用のブレード１００を示す。エーロフォイル１２０は、脚１３０と先端部１２１との間で長さ方向に延びており、断面視で、面１２２及び面１２３という２つの面を形成する、厚みが変化する曲線状の輪郭を有する。面１２２及び面１２３は、それぞれ、エーロフォイル１２０の背面(l'extados)と腹面（l'intrados）に対応し、エーロフォイル１２０の前縁１２０ａと後縁１２０ｂとを接続している。

ブレード１００は、タービンのロータ（図示省略）に、ロータの周りに形成された相補的な形状の受け溝（un logement）に脚１３０を係合させることによって、取り付けられている。

ここで説明している実施形態においては、エーロフォイル１２０は、内側プラットフォーム１４０及び外側プラットフォーム１６０を含む。

より詳細に、エーロフォイル１２０は、半径方向に内側の端部で、半径方向の内側においてガス流れｆの流路を形成する外側の（又は頂部の）面１４２を有する、内側プラットフォーム１４０に接続されている。（ガス流れｆの流れ方向において）、上流側及び下流側の端部において、内側プラットフォーム１４０は、オーバーハング１４４及びオーバーハング１４６まで範囲が及んで途切れている。

図示した実施形態において、内側プラットフォームの面１４２は、ブレードの長さ方向に対し、実質的に垂直である。ガス流れの流路の内側の面にとって望ましい輪郭によっては、内側プラットフォームの面１４２は、ブレードの長さ方向に対する法線とゼロではない角度を全体的になすように均等に傾向けられていてもよい。また、これとともに又はこれとは別に、面１４２は、全体的に真直ぐではない輪郭、例えば、湾曲状の輪郭を有してもよい。

エーロフォイル１２０は、半径方向に外側の端部で、半径方向の外側においてガス流れｆの流路の内側の（又は底部の）面１６１を形成している、外側プラットフォーム１６０に接続されている。外側プラットフォーム１６０は、その外側の（頂部の）面１６２において、くぼみ又はバスタブ１６３を形成している。外側プラットフォーム１６０は、バスタブ１６３の上流側及び下流側の端部に沿って、ワイパー１６４及びワイパー１６５を有する。ワイパー１６４及びワイパー１６５は、ブレードの先端とタービンのリングとの間のクリアランスを減らすために、タービンのリング（図示省略）におけるアブレイダブルな材料の層を貫くのに適した端部を備えた歯状の輪郭を有する。図示した実施形態では、外側プラットフォーム６０の面１６１は、ブレードの長さ方向に対する法線とゼロではない角度を全体的になす湾曲状の輪郭を有する。変形例として、ガスの流れの流路の外側の面にとって望ましい輪郭によっては、面１６１は、全体的にまっすぐな、及び／又は、ブレードの長さ方向に対して実質的に垂直に延びる輪郭を有してもよい。

図２は、繊維の半加工品２００を高度に図式化した図である。マトリクスで密度が高められた後、場合によっては機械加工がなされた後で、脚、内側プラットフォーム、及び外側プラットフォームを有し、これらのすべてが一体化されている、図１に示したブレード１００のような、複合材料のブレードが得られるように、その繊維の半加工品からブレードのプリフォームが成形される。

半加工品２００は、立体的な織又は多層の織によって得られる２つの繊維ストリップ２０２及び２０４を備える。これら２つの部分の幾何的な外観のみが図１に示されている。図２をより明確に説明すれば、ストリップ２０２及びストリップ２０４が互いに離れてすき間が形成されている。しかし、実際には、ストリップ２０４は、ストリップ２０２にできるだけ近い位置で織られている。

繊維ストリップ２０２は、第１部分２０２ｃを有する。第１部分２０２ｃは、成形後に、エーロフォイルのプリフォームに対応する、ブレードの繊維プリフォームの部分を構成するためのものである。この部分は、エーロフォイルの腹面側を形成している面２０２ａと、エーロフォイルの背面側を形成している面２０２ｂとを有する。ストリップ２０２は、厚みが次第に減少する第２部分２０２ｄによって第１部分２０２ｃとつながっていて、ブレードの脚柱を構成するための厚肉の第３部分２０２ｅをさらに有する。

繊維ストリップ２０４は、成形後に、ブレードの脚、内側プラットフォーム及び外側プラットフォーム（それらのオーバーハングの板を含む）にとってのプリフォームに対応する、ブレード繊維プリフォームのそれらの部分を構成するためのものである。

２つのストリップ２０２及び２０４は、作製されるべきブレードの長さ方向に一致する方向Ｘに全体的に延びている。繊維ストリップ２０２は、ブレードの脚のプリフォームを形成するための厚肉部２０２ｅにおいて、例えば、約５ミリメートル（ｍｍ）〜６ｍｍの範囲の厚みｅ₂₁を有し、エーロフォイルのプリフォームを形成するための第１部分２０２ｃにおいて、例えば、平均で約３ｍｍである、厚みｅ₂₁より薄い厚みｅ₂₂を有する。厚みｅ₂₂は、エーロフォイルのプリフォームを形成するための長さ部分に沿って、作製されるべきブレードのエーロフォイルの輪郭の厚みに応じて、変化してもよい。

繊維ストリップ２０４は、以下に説明する接続部２３０ｃに対応するブレードの脚のプリフォームを形成するための部分において、例えば、約４ｍｍ〜５ｍｍの範囲の厚みｅ₄₁を有し、特には、以下に説明する接続部２４０ｃ及び接続部２５０ｃに対応する他の部分において、例えば、約３ｍｍの、厚みｅ₄₁より薄い厚みｅ₄₂を有する。

繊維ストリップ２０２は、作製されるべきブレードのエーロフォイルの輪郭の展開長さ（すなわち、フラットなときの長さ）に応じて選択される幅ｌを有する。さらに、繊維ストリップ２０４は、作製されるべきブレードの内側プラットフォーム及び外側プラットフォームの展開長さに応じて選択される、幅ｌより広い幅Ｌを有する。

ストリップ２０４は、ストリップ２０２の（背面側の）第２面２０２ｂの近くで第２面２０２ｂに沿って延びている第１部分２０４ａ及び第３部分２０４ｃを有し、ストリップ２０２の（腹面側の）第１面２０２ａの近くで第１面２０２ａに沿って延びている第２部分２０４ｂ及び第４部分２０４ｄを有する。

第１部分２０４ａ及び第２部分２０４ｂは、作製されるべきブレードの脚の位置に対応する位置でストリップ２０２を横切って延びている接続部２３０ｃによって接続されている。接続部２３０ｃは、繊維の半加工品の長さ方向に対して実質的に垂直にそのストリップを横切っている。

第２部分２０４ｂ及び第３部分２０４ｃは、作製されるべきブレードの内側プラットフォームの位置に対応する位置でストリップ２０２を横切って延びている接続部２４０ｃによって接続されている。接続部２４０ｃは、繊維の半加工品の長さ方向に対して実質的に垂直にそのストリップを横切っている。

第３部分２０４ｃ及び第４部分２０４ｄは、作製されるべき外側プラットフォームの位置に対応する位置でストリップ２０２を横切ってうねるような輪郭で延びている接続部２５０ｃによって接続されている。

上記の通り、ブレードの脚、内側プラットフォーム、及び外側プラットフォームにとって望ましい形状によっては、接続部２３０ｃ、接続部２４０ｃ、及び接続部２５０ｃのうち１以上の接続部は、ストリップ２０２を、垂直に、又は、半加工品の長さ方向Ｘに対する法線に対してゼロではない角度をなして、横切っていてもよく、これとともに又はこれとは別に、真直ぐな又は湾曲状の輪郭を有していてもよい。

以下にかなり詳細に説明する通り、ストリップ２０２及びストリップ２０４は、ストリップ２０２と、ストリップ２０４の、第１部分２０４ａ、第２部分２０４ｂ、第３部分２０４ｃ、及び第４部分２０４ｄとを互いに連結しないで、多層の織によって同時に織られている。複数の未加工品２００が、方向Ｘに続くように、連続して織られている。

ストリップ２０２及びストリップ２０４のそれぞれにおける、相対的に厚い、厚みｅ₂₁及び厚みｅ₄₁は、特には、これらのゾーンに重量の大きい糸を用いること、及び／又は、これらのゾーンで横糸の層又は縦糸の層の数を増やすことによって得てもよい。

図３〜図５は、製造されるべきブレードに近似した形状を有する繊維プリフォームが繊維の半加工品２００からどのようにして得られるかを示す、高度に図式化された図面である。

厚肉部２０２ｅによって形成され、製造されるべきブレードの脚の位置に対応する場所に設けられた拡大部２３０を備えて製造されるべきブレードの長さ方向の寸法に対応する長さのストリップ２２０を有するように、繊維ストリップ２０２は、接続部２３０ｃの近くの厚肉部２０２ｅの端部と、接続部２５０ｃのわずか上方の別の端部とにおいて、切断される。ストリップ２２０は、エーロフォイルの腹面側を形成するための面２２０ａ及びエーロフォイルの背面側を形成するための面２２０ｂを有する。

さらに、図３に示すように、接続部２３０ｃの両側にセグメント２３０ａ及びセグメント２３０ｂを残し、接続部２４０ｃの両側にセグメント２４０ａ及びセグメント２４０ｂを残し、接続部２５０ｃの両側にセグメント２５０ａ及びセグメント２５０ｂを残すために、ストリップ２０４の第１部分２０４ａ及び第４部分２０４ｄの端部において、並びに、第２部分２０４ｂ及び第３部分２０４ｃにおいて、切断される。セグメント２３０ａ、セグメント２３０ｂ、セグメント２４０ａ、セグメント２４０ｂ、セグメント２５０ａ、及びセグメント２５０ｂの長さは、製造されるべきブレードの、脚、内側プラットフォーム、及び外側プラットフォームの幅に応じて決定される。

繊維の半加工品のストリップ２０２が、第１部分２０４ａ、第２部分２０４ｂ、第３部分２０４ｃ、及び第４部分２０４ｄのいずれにも連結されていないので、図４に示すように、プレート２３０、プレート２４０、及びプレート２５０を形成するために、糸を切断することなく、セグメント２３０ａ、セグメント２３０ｂ、セグメント２４０ａ、セグメント２４０ｂ、セグメント２５０ａ、及びセグメント２５０ｂを、ストリップ２２０に対して垂直にたたむことができる。

その後、製造されるべきブレード用の繊維プリフォーム３００は、ブレードのエーロフォイルの湾曲状の輪郭を再現するようにストリップ２２０を成形し、かつ、変形させること、及び、図５に示すように、内側プラットフォームの形状と外側プラットフォームの形状とにそれぞれ近似している形状を再現するように、プレート２４０及びプレート２５０を変形させることによって、得られる。密度を高めた後で、プリフォーム３００は、作製されるべきブレードの脚の形状に近似している形状がプレート２５０に与えられるように機械加工される。これにより、エーロフォイルのプリフォームの部分３２０、（脚柱のプリフォームの部分を含む）脚のプリフォームの部分３３０、内側プラットフォームにとってのプリフォームの部分３４０、及び外側プラットフォームにとってのプリフォームの部分３５０を備えたプリフォーム３００が作製される。

繊維の半加工品２００は、半加工品の長さ方向Ｘに延びている縦糸を用いることによって織られている。縦糸は、その方向に延びて、横糸と織をなすことができるともいうことができる。

本実施形態において、使用される糸は、日本カーボンという日系のサプライヤーによって「Nicalon」（登録商標）という名称で提供され、（フィラメントの数として表現される）０．５Ｋ（すなわち、５００本のフィラメント）という重量を有するシリコンカーバイドの糸であってもよい。

当然ながら、利用可能な糸の重量によっては、得られるべき輪郭のために、糸層の数の異なる組み合わせ、並びに、スレッドカウント及び重量の変更が採用されてもよい。

例えば、繊維の半加工品２００の織は、サテン又は複数のサテンのタイプの織を用いてなされた多層の織であってもよい。例えば、複数の平織を有する多層の織又は「インターロック」織を備えた織のような、他のタイプの多層の織であってもよい。「インターロック」は、ここでは、横糸の列におけるすべての糸が織の面で同じうねりを有しつつ、横糸の各層が縦糸の複数の層とつながる織を意味する。

特には、文献ＷＯ２００６／１３６７５５には、多層の織の様々な実現方法が記載されている。

図６Ａは、図２の繊維の半加工品のストリップ２０４の接続部２３０ｃによってストリップ２０２が横切られている場所における縦糸の断面図であり、この接続部の縦糸がこの断面図に示されている。ストリップ２０４の各縦糸の層Ｃ₂₀₄は、この接続部２３０ｃにおいて、ストリップ２０２の横糸方向ｔ₂₀₂に垂直に接続されて延びている。織がなされている期間に、ストリップ２０４は、ストリップ２０２のすべての縦糸及び横糸をストリップ２０４の各縦糸と個別に横切らせることによって、ストリップ２０２の一方側からストリップ２０２の他方側へと通過している。

図６Ｂは、図２の繊維の半加工品のストリップ２０４の接続部２３０ｃによってストリップ２０２が横切られている場所における、ストリップ２０２及びストリップ２０４のそれぞれの横糸ｔ₂₀₂及び横糸ｔ₂₀₄の断面図である。図示された実施形態において、上記の通り、接続部２３０ｃがストリップ２０２の縦糸の層Ｃ₂₀₂の方向に対して垂直に延びている。

図２の繊維の半加工品のストリップ２０４の接続部２４０ｃによってストリップ２０２が横切られている場所における、縦糸及び横糸の断面図は、図６Ａ及び図６Ｂに示す断面図と同様である。しかし、接続部２３０ｃと接続部２４０ｃとの間で、ストリップ２０２及びストリップ２０４の厚みが相違するので、ストリップ２０２及びストリップ２０４のそれぞれにおける縦糸の層Ｃ₂₀₂及び縦糸の層Ｃ₂₀₄の数はより少ない。

図７Ａは、図２の繊維の半加工品のストリップ２０４の接続部２５０ｃによってストリップ２０２が横切られている場所における縦糸の断面図である。この部分において、ストリップ２０４の縦糸の層Ｃ₂₀₄は、図７Ａに示すような湾曲状の輪郭に続いて、ストリップ２０２の横糸ｔ₂₀₂の間を貫いている。当然ながら、外側プラットフォームにとって望ましい形状によっては、ストリップ２０４の縦糸の層Ｃ₂₀₄は、真直ぐな輪郭などの他の形状の輪郭でストリップ２０２に入り込んで、ストリップ２０２から離れていてもよい。

図７Ｂは、ストリップ２０４の接続部２５０ｃによってストリップ２０２が横切られている場所における、ストリップ２０２及びストリップ２０４のそれぞれの横糸ｔ₂₀₂及び横糸ｔ₂₀₄の断面図である。本実施形態において、上記の通り、接続部２５０ｃはストリップ２０２の縦糸の層Ｃ₂₀₂の方向に対して垂直に延びている。

繊維ストリップ２０２の厚肉部２０２ｅ及びストリップ２０４の接続部２３０ｃに現れる大きな厚みは、例えば、図８Ａに厚肉部２０２ｅとして示すように、重量が重い横糸を用いること及び横糸の層が追加されることによって得られてもよい。

図８Ａのように、ブレードの脚柱のプリフォームを構成するための、厚みが減少する部分２０２ｄに対応する部分２０２₁と、ブレードの脚のプリフォームを形成するためのストリップ２０２の厚肉部２０２ｅに対応する部分２０２₃との間において、本実施形態の横糸の層の数は、４から７に変化している。

また、重量が異なる、横糸ｔ₂₀₂、横糸ｔ'₂₀₂、及び横糸ｔ''₂₀₂が用いられている。横糸ｔ₂₀₂は、例えば、重量が０．５Ｋ（５００本のフィラメント）の「Nicalon」 SiCの糸であり、横糸ｔ'₂₀₂は、重量が０．５Ｋ（５００本のフィラメント）の糸を２本束ねて得られた糸であり、横糸ｔ''₂₀₂は、重量が０．５Ｋ（５００本のフィラメント）の糸を３本束ねて得られた糸である。

半加工品の部分２０２₃の織は、部分２０２₁における織よりも多くの縦糸の層を必要とする。これは、有利には、部分２０２₁と部分２０２₃との間の変移部分において、部分２０２₁の２つの縦糸の面から縦糸をまとめることによって、部分２０２₃で各縦糸の面を構成している縦糸の面の数を少なくして、実現される。図８Ｂ及び図８Ｃは、部分２０２₁において隣り合う２つの縦糸の面を示す。図８Ｄは、図８Ｂ及び図８Ｃの縦糸の面をまとめることによって、部分２０２₃において得られた単一の縦糸の面を示す。図８Ｂ、図８Ｃ、及び図８Ｄでは、説明の単純化のために、（図８Ａに示すような）異なる重量の縦糸又は横糸を示していない。図８Ｂ及び図８Ｃの一方側と図８Ｄの他方側との間において、破線は、図８Ｂ及び図８Ｃにおける異なる層の縦糸がどのように図８Ｄの縦糸の層をなすかを示している。

当然ながら、繊維ストリップ２０２の部分２０２ｅ及びストリップ２０４の接続部２３０ｃに現れる大きな厚みを形成するために、横糸の層の数と横糸の重量との異なる組み合わせを採用してもよい。

外側プラットフォームの要素又は本発明のブレードの繊維の半加工品を成形し、プリフォームの密度を高めるために実施されてもよい連続するステップについて説明する。

上記の通り、外側プラットフォームの要素又はブレードに繊維強化をなすための繊維の半加工品は、多層の織又は繊維の構造を重ねることによって織られる。高温、及び、特には、腐食性の環境（特には、湿った環境）における使用のためのターボ機械のブレードのために、その織に用いられる糸はセラミック繊維でできており、特には、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）製の繊維でできている。より低い温度における使用に関すれば、炭素繊維を用いることもできる。

製造されるべき部品の繊維強化を行うための、繊維プリフォームの密度の向上は、そのプリフォームの体積の全部又は一部において、マトリクスを構成する材料でプリフォームの孔を埋めることを含む。この密度の向上は、液相法（ＣＶＬ）又は化学気相浸潤法（ＣＶＩ）という気相法を使用する既知の方法、あるいは、それらの２つ方法を組み合わせて連続させる方法によって行われてもよい。

液相法は、マトリクスの材料用の前駆物質を含む液体の混合物をプリフォームに含浸させる工程を備える。その前駆物質は、通常は樹脂などの形態であり、場合によっては溶媒中で希釈されている。そのプリフォームは、成型された部品の最終形状を有するキャビティ（logement）を密封できる成形型に置かれる。その後、成形型は閉じられ、液状のマトリクスの前駆物質（例えば、樹脂）は、プリフォームの繊維のすべての部分に染み込むようにキャビティの隅々に注入される。

前駆物質をマトリクスへ変化させること、すなわち、前駆物質を重合させることは、熱処理によって行われ、一般的には、溶媒が除去された後及びポリマーが硬化した後に、成形型を加熱する。プリフォームは、作製されるべき部品の形状に対応する形状を有する成形型において常に保持されている。

カーボン又はセラミックのマトリクスを形成するときに、熱処理は、使用する前駆物質及び熱分解の条件によっては、マトリクスをカーボン又はセラミックのマトリクスへ変化させるために、前駆物質を熱分解させる工程を含む。例えば、セラミックのための、特には、ＳｉＣのための液状の前駆物質は、ポリカルボシラン（ＰＣＳ）；ポリチタノカルボシラン（ＰＴＣＳ）；又はポリシラザン（ＰＳＺ）などのタイプの樹脂であってもよい。一方、カーボンのための液状の前駆物質は、フェノール樹脂のように、比較的高いコークス含有率を有する樹脂であってもよい。所望の程度に密度を向上させるために、含浸させる工程から熱処理にかけて連続するいくつかのサイクルが行われてもよい。

本発明の一つの側面において、特に、有機系のマトリクスを形成するときに、繊維プリフォームは、良く知られているレジントランスファ成形（ＲＴＭ）法によって密度が高められていてもよい。ＲＴＭ法において、繊維プリフォームは、作製されるべき部品の外形を有する成形型に置かれる。熱硬化樹脂が、繊維プリフォームを含んだ成形型の内部の空間に注入される。プリフォームへの樹脂の含浸を制御して最適化するように、樹脂が注入される位置とその内部の空間がなくなる排出口との間で、その内部の空間において圧力勾配が形成される。

既知の方法において、繊維プリフォームの密度は、マトリクスの化学気相浸潤法（ＣＶＩ）による気相法を用いて高められてもよい。作製されるべき構造に対応する繊維プリフォームが、反応ガスが導入されるオーブンに置かれる。オーブンにおける圧力及び温度並びにガスの組成は、材料の表面のみにおける蒸着をもたらす化学気相蒸着（ＣＶＤ）法に適した圧力及び温度の条件とは対照的に、プリフォームの孔の内部をガスが拡散でき、かつ、繊維と接触して固体の材料を蒸着させることによって材料の芯にマトリクスが形成されるように選択される。その材料は、そのガスの原料の分解又は複数の原料同士の反応によって生じる。

ＳｉＣのマトリクスはメチルトリクロロシラン（ＭＴＳ）を用いて形成されてもよい。ＭＴＳの分解によってＳｉＣが得られる。一方、カーボンのマトリクスは、メタン及び／又はプロパンのような炭化水素のガスをクラッキングさせてカーボンを生成し、得られてもよい。

所望の用途にとって満足な特性を得つつ、処理を容易にし、コストを抑制し、製造サイクルを抑えるために、液相法と気相法とを組み合わせた、密度を向上させる方法を用いることもできる。

特には、マトリクスは、例えば、高性能のエポキシ樹脂などのエポキシ樹脂、又は、カーボン若しくはセラミックのマトリクスのための液状の前駆物質を用いることによって得られてもよい。

ここで説明した実施形態において、繊維の半加工品には、典型的には、必要に応じて溶媒中で希釈されている樹脂である、強化用の混合物が染み込んでいる。例えば、フェノール樹脂若しくはフラン樹脂などのカーボンの前駆物質である樹脂、又は、ＳｉＣにとっての前駆物質である、例えば、ポリシラザン若しくはポリオキシシロキサンなどのセラミックの前駆物質である樹脂を用いることができる。

樹脂から溶媒を除去するように乾燥させた後で、樹脂を予備硬化させることができる。予備硬化又は不完全な硬化は、外側プラットフォームの要素又はブレードのプリフォームを作るために必要な変形しやすさを保ちつつ、剛性、すなわち強度を向上させるのに役立つ。

繊維の半加工品、特には、ブレードを形成するための半加工品は、図３に示すように切断される。

その後、半加工品は（図５に示すように）成形され、外側プラットフォームの要素における、オーバーハング及び外側プラットフォームのワイパーを形成し、かつ、ブレードにおける、エーロフォイル、脚のプリフォームの部分、及びブレードのプリフォームの部分を形成するために、例えば、グラファイト製の成形型に置かれる。

その後、樹脂を完全に硬化させ、かつ、硬化した樹脂を熱分解させる。硬化と熱分解とは、成形型の内部の温度を段階的に上昇させることによって、逐次行われてもよい。

熱分解後に、熱分解の残渣で強化された、繊維プリフォームが得られる。強化樹脂の量は、道具の補助なしで形状を保ちつつ、処理を可能にするのに十分にプリフォームの繊維を熱分解の残渣がまとめるように、選択される。強化樹脂の量ができるだけ少なくなるように選択されることが好ましい。

強化されたプリフォームの密度が、その後、マトリクスで高められる。高温、特には、腐食性の雰囲気で、使用されるべき、ターボ機械のブレードのために、マトリクスはセラミックであり、例えば、ＳｉＣでできている。密度を高める工程は、ＣＶＩによって行われてもよい。この場合、中間相の第２の層の形成及びマトリクスで密度を高めることは、同一のオーブンで逐次行われてもよい。

密度を高めることは、外側プラットフォームの要素又はブレードを所望の寸法に機械加工するステップによって分かれた２つの逐次的なステップで行われてもよい。

予備的な機械加工が、樹脂の硬化の後、かつ、樹脂の熱分解の前に行われてもよい。

変形例に係る実施形態では、プリフォームは、シェーパーで保持されつつ、部分的に密度を高める工程によって強化されてもよい。その強化は、ＣＶＩによって繊維にセラミックを蒸着させることによって行われる。

シェーパーは、望ましくはグラファイト製であり、ＣＶＩによって蒸着する中間相及びセラミックをもたらす反応ガスを流れやすくするための穴を有する。

支持する道具を使わずに形状を保持しつつ、プリフォームが処理されることを可能にするのに十分な強化がなされると、強化されたプリフォームはシェーパーから引き抜かれ、ＣＶＩによってセラミックのマトリクスを用いて密度が高められる。密度を高めることは外側プラットフォームの要素又はブレードを所望の寸法に機械加工するステップによって分かれた２つの逐次的なステップで行われてもよい。

上記の通り、厚みが変化するエーロフォイルの輪郭は、重量及び／又はスレッドカウントが異なる糸を用いることによって作られる。変形例においては、同一の重量及び一定のスレッドカウントを有する所定数の糸層で、エーロフォイルのプリフォームの部分に対応する、繊維の半加工品の部分を作ることもできる。この場合、厚みが変化する輪郭は、密度を高める工程の第１ステップの後の機械加工の工程において、又は、強化されたブレードのプリフォームに対する予備の機械加工の工程において、得ることができる。

意図する使用条件によっては、ブレードの繊維強化材の繊維が、セラミック以外の材料、例えばカーボンで作製され、マトリクスがセラミック以外の材料、例えば、カーボン又は樹脂で作製されることもあり得る。本発明のブレードは、特には、セラミック基複合材料（ＣＭＣ）でできている。この材料は、カーボン−カーボン／シリコンカーバイド（Ｃ−Ｃ／ＳｉＣ）材料、カーボン／シリコンカーバイド（Ｃ／ＳｉＣ）材料、シリコンカーバイド／シリコンカーバイド（ＳｉＣ／ＳｉＣ）材料のように、少なくとも一部がセラミックでできたマトリクスによって密度が高められたカーボン又はセラミックの繊維強化により作られた材料である、又は、既知の方法で、カーボンのマトリクスで密度が高められたカーボンの繊維強化により作られた材料である、カーボン／カーボン（Ｃ／Ｃ）複合材料である。

当然ながら、本発明は、例えば、高性能のエポキシ樹脂を用いて得られる材料のような、有機マトリクス複合材料（ＯＭＣ）でブレードを製造する方法に適用されてもよい。

ブレードの脚の最終形状は、プリフォームの密度が高められた後で、機械加工により成形されてもよい。密度を高める工程が２段階で行われる場合、２段階目のプリフォームの密度を高める工程の後で、ブレードの脚の粗い最初の機械加工が行われ、かつ、作製されるべきブレードの脚の最終の形状及び寸法を得る、精細な２番目の機械加工が行われる。

本発明のブレードの脚の形状は図１に示す球根状に限定されない。ブレードの脚が係合すべきロータの筐体の形状、及び／又は、ブレードの脚に作用する望ましい力の分布に応じて、本発明のブレードは、特には、真直ぐな形状、図９の脚４３０のような十字状の形状、又は図１０の脚５３０に示すような実質的な多角形状などの、多くの他の形状であってもよい。

さらには、上記のブレードにおいて、繊維の半加工品は、ブレードのエーロフォイルを形成するための第１部分だけではなく、ブレードの脚を形成するための第２部分を、本発明に基づいて、内側プラットフォーム及び外側プラットフォームをそれぞれ形成するための第３部分及び第４部分とともに含む単一部品として織られている繊維の構造に対応する。第２部分、第３部分、及び第４部分は、それぞれ、少なくとも一部で第１部分に織り込まれている（第１部分の少なくとも一部は、第２部分、第３部分、及び第４部分の糸を横切っている）。

しかし、本発明のブレードはそのようなブレードの構造に限られない。

概して、本発明のブレードは、ブレードの脚を構成する第２部分を少なくとも備えた単一部品を形成し、エーロフォイルを構成している第１部分を有する如何なるタイプのブレードも含み、そのブレードの第１部分及び第２部分に対応する繊維強化材の部分は、少なくとも一部で、繊維強化された第１部分を貫いている、繊維強化された第２部分の糸で、お互いに織り込まれている。ブレードは、少なくとも以下の構成を含んでいてもよい。
以下の要素のすべて又はいくつかを形成している第３部分：
・オーバーハングを有し又は有しない、かつ、傾き防止リムを有し又は有しない内側プラットフォーム、
・オーバーハングを有し又は有しない、かつ、ワイパーを有し又は有しない外側プラットフォーム、
・少なくとも一部で互いに織り込まれたブレードの第１部分と第３部分とに対応する繊維強化材の部分であって、仏国特許出願Ｎｏ．１０／５５１６０及びＮｏ．１０／５５１６１に記載されているように繊維強化された第１部分を貫いている繊維強化された第３部分の糸で、少なくとも一部で、互いに織り込まれている、ブレードの第１部分と第３部分とに対応する繊維強化材の部分、
以下の要素のすべて又はいくつかを形成している第３部分：
・オーバーハングを有し又は有しない、かつ、傾き防止リムを有し又は有しない内側プラットフォーム、
・オーバーハングを有し又は有しない、かつ、ワイパーを有し又は有しない外側プラットフォーム、
・例えば、縫製によって、ブレードのエーロフォイルを構成する第１部分に対応する繊維の半加工品につながって固定されている第３部分に対応する繊維の半加工品、
オーバーハングを有し又は有しない、かつ、傾き防止リムを有し又は有しない内側プラットフォームの要素であって、互いに織り込まれた第１部分及び第２部分で独立に製造され、その後に、国際特許出願ＷＯ２０１０／１１６０６６に記載されているようなブレードのエーロフォイルに嵌め込まれている、内側プラットフォームの要素、
オーバーハングを有し又は有しない、かつ、ワイパーを有し又は有しない外側プラットフォームの要素であって、互いに織り込まれた第１部分及び第２部分で独立に製造され、その後に、国際特許出願ＷＯ２０１０／１１６０６６に記載されているようなブレードのエーロフォイルに嵌め込まれている、外側プラットフォームの要素。

Claims (15)

1. マトリクスによって密度が高められた繊維強化材を有する複合材料でターボ機械のブレード（１００）を製造する方法であって、
   多層の織によって単一部品の状態の繊維の半加工品（２００）を作製する工程であって、前記半加工品は、製造されるべき前記ブレードの長さ方向に一致する当該繊維の半加工品の長さ方向において、エーロフォイルのプリフォーム（３２０）に対応する前記半加工品の第１部分（２０２ｃ）を形成するように互いに連結された複数の糸層の第１セット（２０２）及びブレードの脚のプリフォーム（３３０）に対応する前記半加工品（２００）の第２部分（２３０ｃ）を少なくとも形成するように少なくとも局所的に互いに連結された１以上の糸層の第２セット（２０４）を備え、前記糸層の第１セット（２０２）の糸と前記糸層の第２セット（２０４）の糸とが互いに連結されておらず、前記糸層の第１セットは、前記半加工品（２００）の前記第２部分（２３０ｃ）において、前記糸層の第２セットの糸を横切っている、工程と、
   エーロフォイルのプリフォーム（３２０）を形成する前記第１部分と、ブレードの脚のプリフォーム（３３０）を形成する少なくとも１つの前記第２部分とを有する、単一部品の状態の繊維プリフォーム（３００）を得るように前記繊維の半加工品（２００）を成形する工程と、
   前記繊維プリフォームによって構成されるとともにマトリクスによって密度が高められた繊維強化材を有する複合材料のブレード（１００）を得るために、マトリクスで前記繊維プリフォーム（３００）の密度を高め、ブレードの脚（１３０）を含む単一部品を形成する工程と、を備えた
   方法。
2. 前記繊維の半加工品（２００）は連続的な糸層の第２セット（２０４）で織られており、前記繊維の半加工品を成形する工程は、前記繊維の半加工品の前記第２部分（２３０ｃ）の外部において、前記糸層の第２セット（２０４）の複数の部分を切断することによってそれらの複数の部分を除去することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 作製されるべきブレードの脚の形状に前記第２部分を機械加工する工程を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記繊維の半加工品（２００）は、
   オーバーハングを有し又は有しない、かつ、傾き防止リムを有し又は有しない内側プラットフォーム、及び
   外側プラットフォームであって、外側プラットフォームのオーバーハングを有し又は有しない、かつ、外側プラットフォームのワイパーを有し又は有しない外側プラットフォーム、
   という要素のいくつか又はすべてを形成する少なくとも１つの第３部分（２４０ｃ；２５０ｃ）をさらに含み、
   前記繊維の半加工品を成形する工程は、前記第３部分をさらに有する単一部品の状態の繊維プリフォーム（３００）を得るために前記繊維の半加工品（２００）の前記第３部分（２４０ｃ；２５０ｃ）を成形する工程を備え、
   マトリクスで前記繊維プリフォームの密度を高めて得られた前記ブレード（１００）は、ブレードの脚（１３０）と、オーバーハングを有し又は有しない、かつ、傾き防止リムを有し又は有しない内側プラットフォーム（１４０）、及び外側プラットフォームであって、外側プラットフォームのオーバーハングを有し又は有しない、かつ、外側プラットフォームのワイパーを有し又は有しない外側プラットフォーム（１５０）、という要素から選ばれたいくつかの又はすべての要素と、を含む単一部品を形成している、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記第３部分（２４０ｃ；２５０ｃ）は、複数の前記糸層の第２セット（２０４）によって形成され、前記糸層の第１セット（２０２）は、前記半加工品（２００）の前記第３部分（２４０ｃ；２５０ｃ）において、前記糸層の第２セットの糸によって横切られている、請求項４に記載の方法。
6. 繊維の半加工品（２００）は、糸層の連続的な前記第２セット（２０４）で織られており、前記繊維の半加工品を成形する工程は、前記繊維の半加工品の前記第３部分（２４０ｃ；２５０ｃ）の外部において、前記糸層の第２セット（２０４）の複数の部分を切断することによってそれらの複数の部分を除去することを含む、請求項４又は５に記載の方法。
7. 前記繊維の半加工品の前記第２部分（２３０ｃ）における前記糸層の第２セット（２０４）の糸層の数は、前記第３部分（２４０ｃ；２５０ｃ）における前記糸層の第２セットの糸層の数よりも大きい、請求項４〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記繊維の半加工品の前記第２部分（２３０ｃ）における前記糸層の第２セット（２４０）の糸の重量は、前記第３部分（２４０ｃ；２５０ｃ）における前記糸層の第２セットの糸の重量よりも重い、請求項４〜６のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記第３部分は、前記繊維の半加工品の前記第１部分に嵌め込まれた繊維のテクスチャである、請求項４に記載の方法。
10. 糸の多層の織によって得られ、マトリクスによって密度が高められた繊維強化材を有する複合材料でできたターボ機械のブレード（１００）であって、
    エーロフォイル（１２０）を構成する第１部分であって、ブレードの脚（１３０）を構成する少なくとも１つの第２部分とともに単一部品として形成された第１部分を備え、
    ブレード（１００）の前記第１部分及び前記第２部分に対応する前記繊維強化材の部分は、少なくとも一部で、繊維強化された前記第２部分の糸が繊維強化された前記第１部分を横切って、お互いに織り込まれている、
    ブレード。
11. 以下の要素のいくつか又はすべてを形成している少なくとも１つの第３部分をさらに備えた請求項１０に記載のブレード。
    オーバーハングを有し又は有しない、かつ、傾き防止リムを有し又は有しない内側プラットフォーム（１４０）
    及び外側プラットフォームであって、外側プラットフォームのオーバーハングを有し又は有しない、かつ、外側プラットフォームのワイパーを有し又は有しない外側プラットフォーム（１５０）。
12. 前記ブレードの前記第１部分及び前記第３部分に対応する前記繊維強化材の部分は、少なくとも一部で、繊維強化された前記第３部分の糸が繊維強化された前記第２部分を貫いて、お互いに織り込まれている、請求項１１に記載のブレード。
13. 請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の１つ以上のブレードを有するロータ。
14. 請求項１３に記載のロータが取り付けられたコンプレッサ。
15. 請求項１４に記載のコンプレッサが取り付けられたターボ機械。

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