JP2606398B2 - タービンおよびその製造方法 - Google Patents
タービンおよびその製造方法Info
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Description
（産業上の利用分野） 本発明は、飛翔体の推進機関などに利用されるタービ
ンおよびその製造方法に関するものである。 （従来の技術） 飛翔体の推進機関などに利用されるタービンとして
は、例えば、第５図に示すタービン51のように、タービ
ンロータ52に多数のタービンブレード53を１枚ずつ取付
けた構造をなすものがあり、各タービンブレード53をタ
ービンロータ52に１枚ずつ取付けるにあたっては、第６
図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）にそれぞれ例示する
ようなタービンロータ52に形成したブレード嵌合穴52a
にタービンブレード53の基部53aを嵌合する動翼基部取
付構造が採用されていた（「増補版 航空宇宙工学便
覧」 社団法人 日本航空宇宙学会編 昭和58年４月25
日増補版発行 第595頁〜第599頁）。 （発明が解決しようとする課題） このようなタービン51においては、第７図にも示すよ
うに、タービンロータ52に形成したブレード嵌合穴52a
にタービンブレード53の基部53aを嵌合して前記タービ
ンブレード53をタービンロータ52に１枚ずつ取付ける構
造となっていたため、第７図のAB間に引張り応力（図中
では上下方向の引張り応力）が付加されると共にAC間に
せん断応力が付加され、AD間には面圧が付加されるもの
となっていることから、タービンブレード53が強化繊維
により強化されている場合に第６図（ａ）〜（ｄ）に示
すように強化繊維54の配向が遠心方向となっているとき
に上記引張り応力やせん断応力にかなり弱いものになり
やすいという課題があった。 また、タービンロータ52に形成したブレード嵌合穴52
aとタービンブレード53の基部53aとの間にはすき間が形
成されているためこの部分に高温ガスが流れ込み、エロ
ージョンによってブレード取付け部分が浸食減耗されて
タービンブレード53がタービンロータ52から外れてター
ビン51の故障をひきおこす可能性もないとはいえないと
いう課題を有していた。 （発明の目的） 本発明は、上記したような従来の課題にかんがみてな
されたもので、タービンブレードの取付け強度が著しく
向上したものになると共に、内部に高温ガスの流入など
がなくエロージョンによる浸食減耗のおそれがないター
ビンおよびその製造方法を提供することを目的としてい
る。
ンおよびその製造方法に関するものである。 （従来の技術） 飛翔体の推進機関などに利用されるタービンとして
は、例えば、第５図に示すタービン51のように、タービ
ンロータ52に多数のタービンブレード53を１枚ずつ取付
けた構造をなすものがあり、各タービンブレード53をタ
ービンロータ52に１枚ずつ取付けるにあたっては、第６
図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）にそれぞれ例示する
ようなタービンロータ52に形成したブレード嵌合穴52a
にタービンブレード53の基部53aを嵌合する動翼基部取
付構造が採用されていた（「増補版 航空宇宙工学便
覧」 社団法人 日本航空宇宙学会編 昭和58年４月25
日増補版発行 第595頁〜第599頁）。 （発明が解決しようとする課題） このようなタービン51においては、第７図にも示すよ
うに、タービンロータ52に形成したブレード嵌合穴52a
にタービンブレード53の基部53aを嵌合して前記タービ
ンブレード53をタービンロータ52に１枚ずつ取付ける構
造となっていたため、第７図のAB間に引張り応力（図中
では上下方向の引張り応力）が付加されると共にAC間に
せん断応力が付加され、AD間には面圧が付加されるもの
となっていることから、タービンブレード53が強化繊維
により強化されている場合に第６図（ａ）〜（ｄ）に示
すように強化繊維54の配向が遠心方向となっているとき
に上記引張り応力やせん断応力にかなり弱いものになり
やすいという課題があった。 また、タービンロータ52に形成したブレード嵌合穴52
aとタービンブレード53の基部53aとの間にはすき間が形
成されているためこの部分に高温ガスが流れ込み、エロ
ージョンによってブレード取付け部分が浸食減耗されて
タービンブレード53がタービンロータ52から外れてター
ビン51の故障をひきおこす可能性もないとはいえないと
いう課題を有していた。 （発明の目的） 本発明は、上記したような従来の課題にかんがみてな
されたもので、タービンブレードの取付け強度が著しく
向上したものになると共に、内部に高温ガスの流入など
がなくエロージョンによる浸食減耗のおそれがないター
ビンおよびその製造方法を提供することを目的としてい
る。
（課題を解決するための手段） 本発明に係わるタービンは、タービンロータに多数の
タービンブレードをそなえたタービンであって、前記タ
ービンブレードを複数のタービンブレート構成体よりな
るものとして、強化繊維複合炭化処理体よりなるタービ
ンロータと、強化繊維複合炭化処理体よりなり且つ隣接
する動翼中の強化繊維が動翼基部を介してつながった複
数のタービンブレード構成体とが一体化してなる構成と
したことを特徴としており、このようなタービンロータ
に多数のタービンブレードをそなえたタービンを製造す
る一実施態様においては、前記タービンブレードを複数
のタービンブレード構成体よりなるものとして、前記タ
ービンブレート構成体を強化繊維プリプレグにより成形
してタービンブレード構成体のプリフォームを得ると共
に、前記タービンロータを強化繊維プリプレグにより成
形してタービンロータのプリフォームを得て、前記ター
ビンブレード構成体のプリフォームと前記タービンロー
タのプリフォームとを接着剤やフィラメントワインディ
ング法等を併用して組み合わせ、前記組み合わせたプリ
フォームを炭化処理して前記タービンブレードとタービ
ンロータとを一体化する構成とすることが可能であり、
また、他の実施態様においては、前記タービンブレード
を複数のタービンブレード構成体よりなるものとして、
前記タービンブレート構成体を強化繊維プリプレグによ
り成形したのち炭化処理してタービンブレード構成体を
得ると共に、前記タービンロータを強化繊維プリプレグ
により成形したのち炭化処理してタービンロータを得
て、前記炭化処理後のタービンブレード構成体と前記炭
化処理後のタービンロータとを接着剤やフィラメントワ
インディング法等を併用して組み合わせ、さらに炭化処
理して前記タービンブレードとタービンロータとを一体
化する構成とすることが可能であって、上述したタービ
ンおよびその製造方法の構成を前述した従来の課題を解
決するための手段としている。 本発明に係わるタービンおよびその製造方法は、上述
した構成を有するものであり、強化繊維としては、カー
ボン繊維，グラファイト繊維などの炭素（Ｃ）系繊維や
炭化珪素（SiC）系繊維などが使用される。 また、このような強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊
維プリプレグにおいて、前記樹脂としては尿素収率の高
いフェノール樹脂を用いたものなどが使用される。 そして、タービンローラの粗形体としては、強化繊維
プリプレグにより成形してタービンロータのプリフォー
ムとしたものやタービンロータを強化繊維プリプレグに
より成形したのち炭化処理してタービンロータとしたも
のなどが使用され、また、タービンブレード構成体の粗
形体としては、強化繊維プリプレグにより成形してター
ビンブレード構成体のプリフォームとしたものやタービ
ンブレードを強化繊維プリプレグにより成形したのち炭
化処理してタービンブレード構成体としたものなどが使
用され、このようなプリフォームや炭化処理体などを適
宜組み合わせて炭化処理することによりタービンロータ
とタービンブレードとが一体化したタービンが製造され
る。そしてその際、接着剤やフィラメントワインディン
グ法などにより前記タービンロータ粗形体とタービンブ
レード粗形体とを固定した状態にして炭化処理すること
により、前記タービンロータとタービンブレードとが一
体化したものとすることもできる。 このとき、上記各選択肢のうちタービンブレード構成
体のプリフォームとタービンロータのプリフォームとを
固定するに際しては接着剤を必らずしも用いなくとも、
その後の炭化処理時において相互に含浸されるため十分
な接着強度を得ることができる。 また、タービンブレードとしては、炭素繊維／炭素複
合材料（C/C）により成形したもののほか、炭化珪素繊
維／炭素複合材料（SiC/C）により成形したものや、炭
化珪素繊維／炭化珪素複合材料（SiC/SiC）により成形
したものなどが使用され、このような炭化珪素（SiC）
繊維で強化した複合材料からなるタービンブレードでは
耐酸化性にすぐれているため、酸化雰囲気においても十
分使用することができるタービンとなり、炭素繊維で強
化した複合材料からなるタービンブレードの場合に酸化
雰囲気において使用するときには耐酸化コーティング
（SiCコーティング等）が必要となってくる場合も多
い。 （発明の作用） 本発明に係わるタービンおよびその製造方法は、前述
した構成を有するものであるから、タービンブレードの
取付部における引張り応力やせん断応力に対する強度が
向上したものとなり、また、高温ガスが内部に流れ込む
ことがないためエロージョンによる浸食減耗が生じない
ものとなる。 （実施例） 実施例１ 第１図は、本発明の一実施例によるタービンを示すも
のであって、このタービン１は、タービンロータ２に多
数のタービンブレード３をそなえた構成をなすものであ
り、前記タービンブレード３を複数のタービンブレード
構成体3a,3b,3c,・・・よりなるものとして、強化繊維
複合炭化処理体よりなるタービンロータ２と強化繊維複
合炭化処理体よりなる複数のタービンブレード構成体3
a,3b,3c,・・・とが一体化してなる構成としたものであ
る。 このようなタービン１を製造するに際しては、まず、
第２図（ａ）に示す２つの動翼（3a,3a）からなるター
ビンブレード構成体3a（3b,3c,・・・）を第２図（ｂ）
に示すように２つの動翼（3a,3a）間でつながった強化
繊維４のプリプレグ（この実施例において、強化繊維と
してカーボン繊維を用い、樹脂としてフェノール樹脂を
用いた。）により成形して、タービンブレード構成体3a
（3b,3c,・・・）のプリフォームを得る。 この場合、タービンブレード構成体3a（3b,3c,・・
・）のプリフォームには、後記するタービンロータのプ
リフォームへの取付部31も一体で成形されていると共に
後記するフィラメントワインディングする際に繊維を巻
き付ける溝32が成形されたものとなっている。そして、
強化繊維４は２つの動翼（3a,3a）間において各々の動
翼基部を介して前記溝32の部分でつながった連続したも
のとなっている。 次に、第３図（ｃ）に示すような形状のタービンロー
タ２を第３図（ａ）（ｂ）に示すように強化繊維５のプ
リプレグ（この実施例において、強化繊維としてカーボ
ン繊維を使用し、樹脂としてフェノール樹脂を使用し
た。）により成形して、タービンロータ２のプリフォー
ムを得る。 この場合、タービンロータ２のプリフォームには、上
記したタービンブレード構成体3a（3b,3c,・・・）に一
体で成形された取付部31が嵌合するブレード嵌合部21が
設けてあると共に後記するフィラメントワインディング
する際に繊維を巻き付ける溝22が設けてある。 また、このタービンロータ２のプリフォームにおいて
は、第３図（ａ−１），（ａ−２）に示すように、側面
において強化繊維５のクロス状態が得られる軸方向積層
品としたり第３図（ｂ−１），（ｂ−２）に示すように
平面において強化繊維５のクロス状態が得られる周方向
積層品としたりすることが可能である。 このようにして、第２図に示したタービンブレード構
成体3a（3b,3c,・・・）のプリフォームと第３図に示し
たタービンロータ２のプリフォームとを得たのち、第４
図に示すように、タービンロータ２のプリフォームに設
けたブレード嵌合部21にタービンブレード３のプリフォ
ームに設けた取付部31を第４図（ａ）の矢印Ａ方向に嵌
合し、このとき、必要に応じてはブレード嵌合部21と取
付部31との間に接着剤を介在させて固定する。 次いで、２つの動翼（3a,3a）の間に設けた溝32とタ
ービンロータ２に設けた溝22の部分にまたがってフィラ
メントワインディング等によりドライないしはウエット
状態の繊維６を巻き付け、タービンロータ２のプリフォ
ームにタービンブレード３のプリフォームを固定した状
態にしてキュア処理を行う。 次いで、前記固定状態のプリフォームを炭化するため
の焼成処理を行い、ピッチ含浸と焼成とを繰り返えすこ
とによって密度を高めると共に、炭化処理されたタービ
ンブレード３と同じく炭化処理されたタービンロータ２
とが一体化したものとして必要な仕上加工を行うことに
よりタービン１を得る。 この実施例において、繊維６として炭素繊維のうちピ
ッチ繊維を用いた場合に、ピッチ繊維の処理温度を数百
℃（500〜600℃）から炭化処理温度（2300℃以上）まで
の間で適宜選択することによって、成形後の炭化処理
（2300℃以上）においてそのピッチ繊維が次表に示すよ
うに収縮していく。 このピッチ繊維の収縮について、一般に炭素繊維の原
糸は熱処理を行うことによって分解ガスを発生しながら
収縮して炭素繊維となっていく。この場合、種類によっ
ても異なるが、炭素繊維の原糸の状態から炭化処理（23
00℃以上）を行ったときに数％〜十数％収縮するので、
炭素繊維の原糸に対する熱処理を途中で止めることによ
ってこの後の炭化処理における収縮率との差の分だけの
収縮を利用することができるようになり、これによっ
て、第４図に示したように、タービンブレード構成体3a
（3b,3c,・・・）のプリフォームとタービンロータ２の
プリフォームとを組み合わせたのち繊維６を巻み付けて
キュア処理を行ったあとさらに炭化処理を行うことによ
り、タービンブレード構成体3a（3b,3c,・・・）とター
ビンロータ２とを強固に密着結合させることができるよ
うになる。 したがって、繊維６としてフェノール系の炭素繊維を
用いるときには、テンションを加えながら熱処理を行わ
ないと所望の強度は得られないこともあるが、上記した
ようにピッチ系の炭素繊維を用いるときには熱処理時に
収縮するためテンションを加えなくともある程度の強度
を得ることが可能となる。 このようにして製造されたタービン１では、２つの動
翼（3a,3a）間において強化繊維４が各々の動翼基部を
介してつながったものとなっているため、動翼基部にお
ける強度が著しく向上したものになっていると共に、動
翼基部とタービンロータとの間には空隙部分がなく高温
ガスが侵入するようなことがないのでエロージョンによ
る動翼の損傷も防止されるものとなる。 実施例２ 第１図に示したタービン１の他の製造例を示すと、ま
ず、第２図（ａ）に示した２つの動翼（3a,3a）からな
るタービンブレード構成体3a（3b,3C,・・・）を第２図
（ｂ）に示すように２つの動翼（3a,3a）間で各々の動
翼基部を介してつながった強化繊維４のプリプレグ（こ
の実施例において、強化繊維としてカーボン繊維を用
い、樹脂としてフェノール樹脂を用いた。）により成形
して、タービンブレード構成体3a（3b,3c,・・・）のプ
リフォームを得たのち、炭化処理を行うことによって、
C/C材よりなるタービンブレード構成体3a（3b,3c,・・
・）を得る。 この場合、タービンブレード構成体3a（3b,3c,・・
・）には、後記するタービンロータへの取付部31も一体
で成形されていると共に後記するフィラメントワインデ
ィングする際に繊維を巻き付ける溝32が成形されたもの
となっている。 次に、第３図（ｃ）に示すような形状のタービンロー
タ２を第３図（ａ）（ｂ）に示すように強化繊維５のプ
リプレグ（この実施例において、強化繊維としてカーボ
ン繊維を使用し、樹脂としてフェノール樹脂を使用し
た。）により成形し、この際、第３図（ａ）のように側
面で繊維のクロス状態が得られたり、第３図（ｂ）のよ
うに平面で繊維のクロス状態が得られたりするクロスの
積層方向を選定して、タービンロータ２のプリフォーム
を得たのち、炭化処理を行うことによって、C/C材より
なるタービンロータ２を得る。 この場合、タービンロータ２には、上記したタービン
ブレード構成体3a（3b,3c,・・・）に一体で成形された
取付部31が嵌合するブレード嵌合部21が設けてあると共
に後記するフィラメントワインディングする際に繊維を
巻き付ける溝22が設けてある。 このようにして、炭化処理後のタービンブレード構成
体3a（3b,3c,・・・）と同じく炭化処理後のタービンロ
ータ２とを得たのち、第４図に示すように、タービンロ
ータ２に設けたブレード嵌合部21にタービンブレード３
に設けた取付部31を第４図（ａ）の矢印Ａ方向に嵌合
し、このとき、ブレード嵌合部21と取付部31との間に接
着剤を介在させて固定する。 次いで、２つの動翼（3,3a）の間に設けた溝32とター
ビンロータ２に設けた溝22の部分にまたがってフィラメ
ントワインディング等によりドライないしはウエット状
態の繊維６を巻き付け、タービンロータ２にタービンブ
レード３を固定した状態にしてキュア処理を行う。 次いで、前記固定状態においてさらに炭化処理するた
めの焼成処理を行い、ピッチ含浸と焼成とを繰り返えす
ことによって密度をさらに高めると共に、炭化処理され
たタービンブレード３と同じく炭化処理されたタービン
ロータ２とが一体化したものとして必要な仕上加工を行
うことによりタービン１を得る。 なお、上述した各実施例では、タービンブレード３お
よびタービンロータ２がいずれもC/C材よりなる場合を
示したが、SiC/C材やSiC/SiC材で成形したものであって
もよく、SiC系のものを用いたタービンブレード３では
耐酸化性に優れているため酸化雰囲気で使用できるもの
となる。
タービンブレードをそなえたタービンであって、前記タ
ービンブレードを複数のタービンブレート構成体よりな
るものとして、強化繊維複合炭化処理体よりなるタービ
ンロータと、強化繊維複合炭化処理体よりなり且つ隣接
する動翼中の強化繊維が動翼基部を介してつながった複
数のタービンブレード構成体とが一体化してなる構成と
したことを特徴としており、このようなタービンロータ
に多数のタービンブレードをそなえたタービンを製造す
る一実施態様においては、前記タービンブレードを複数
のタービンブレード構成体よりなるものとして、前記タ
ービンブレート構成体を強化繊維プリプレグにより成形
してタービンブレード構成体のプリフォームを得ると共
に、前記タービンロータを強化繊維プリプレグにより成
形してタービンロータのプリフォームを得て、前記ター
ビンブレード構成体のプリフォームと前記タービンロー
タのプリフォームとを接着剤やフィラメントワインディ
ング法等を併用して組み合わせ、前記組み合わせたプリ
フォームを炭化処理して前記タービンブレードとタービ
ンロータとを一体化する構成とすることが可能であり、
また、他の実施態様においては、前記タービンブレード
を複数のタービンブレード構成体よりなるものとして、
前記タービンブレート構成体を強化繊維プリプレグによ
り成形したのち炭化処理してタービンブレード構成体を
得ると共に、前記タービンロータを強化繊維プリプレグ
により成形したのち炭化処理してタービンロータを得
て、前記炭化処理後のタービンブレード構成体と前記炭
化処理後のタービンロータとを接着剤やフィラメントワ
インディング法等を併用して組み合わせ、さらに炭化処
理して前記タービンブレードとタービンロータとを一体
化する構成とすることが可能であって、上述したタービ
ンおよびその製造方法の構成を前述した従来の課題を解
決するための手段としている。 本発明に係わるタービンおよびその製造方法は、上述
した構成を有するものであり、強化繊維としては、カー
ボン繊維，グラファイト繊維などの炭素（Ｃ）系繊維や
炭化珪素（SiC）系繊維などが使用される。 また、このような強化繊維に樹脂を含浸させた強化繊
維プリプレグにおいて、前記樹脂としては尿素収率の高
いフェノール樹脂を用いたものなどが使用される。 そして、タービンローラの粗形体としては、強化繊維
プリプレグにより成形してタービンロータのプリフォー
ムとしたものやタービンロータを強化繊維プリプレグに
より成形したのち炭化処理してタービンロータとしたも
のなどが使用され、また、タービンブレード構成体の粗
形体としては、強化繊維プリプレグにより成形してター
ビンブレード構成体のプリフォームとしたものやタービ
ンブレードを強化繊維プリプレグにより成形したのち炭
化処理してタービンブレード構成体としたものなどが使
用され、このようなプリフォームや炭化処理体などを適
宜組み合わせて炭化処理することによりタービンロータ
とタービンブレードとが一体化したタービンが製造され
る。そしてその際、接着剤やフィラメントワインディン
グ法などにより前記タービンロータ粗形体とタービンブ
レード粗形体とを固定した状態にして炭化処理すること
により、前記タービンロータとタービンブレードとが一
体化したものとすることもできる。 このとき、上記各選択肢のうちタービンブレード構成
体のプリフォームとタービンロータのプリフォームとを
固定するに際しては接着剤を必らずしも用いなくとも、
その後の炭化処理時において相互に含浸されるため十分
な接着強度を得ることができる。 また、タービンブレードとしては、炭素繊維／炭素複
合材料（C/C）により成形したもののほか、炭化珪素繊
維／炭素複合材料（SiC/C）により成形したものや、炭
化珪素繊維／炭化珪素複合材料（SiC/SiC）により成形
したものなどが使用され、このような炭化珪素（SiC）
繊維で強化した複合材料からなるタービンブレードでは
耐酸化性にすぐれているため、酸化雰囲気においても十
分使用することができるタービンとなり、炭素繊維で強
化した複合材料からなるタービンブレードの場合に酸化
雰囲気において使用するときには耐酸化コーティング
（SiCコーティング等）が必要となってくる場合も多
い。 （発明の作用） 本発明に係わるタービンおよびその製造方法は、前述
した構成を有するものであるから、タービンブレードの
取付部における引張り応力やせん断応力に対する強度が
向上したものとなり、また、高温ガスが内部に流れ込む
ことがないためエロージョンによる浸食減耗が生じない
ものとなる。 （実施例） 実施例１ 第１図は、本発明の一実施例によるタービンを示すも
のであって、このタービン１は、タービンロータ２に多
数のタービンブレード３をそなえた構成をなすものであ
り、前記タービンブレード３を複数のタービンブレード
構成体3a,3b,3c,・・・よりなるものとして、強化繊維
複合炭化処理体よりなるタービンロータ２と強化繊維複
合炭化処理体よりなる複数のタービンブレード構成体3
a,3b,3c,・・・とが一体化してなる構成としたものであ
る。 このようなタービン１を製造するに際しては、まず、
第２図（ａ）に示す２つの動翼（3a,3a）からなるター
ビンブレード構成体3a（3b,3c,・・・）を第２図（ｂ）
に示すように２つの動翼（3a,3a）間でつながった強化
繊維４のプリプレグ（この実施例において、強化繊維と
してカーボン繊維を用い、樹脂としてフェノール樹脂を
用いた。）により成形して、タービンブレード構成体3a
（3b,3c,・・・）のプリフォームを得る。 この場合、タービンブレード構成体3a（3b,3c,・・
・）のプリフォームには、後記するタービンロータのプ
リフォームへの取付部31も一体で成形されていると共に
後記するフィラメントワインディングする際に繊維を巻
き付ける溝32が成形されたものとなっている。そして、
強化繊維４は２つの動翼（3a,3a）間において各々の動
翼基部を介して前記溝32の部分でつながった連続したも
のとなっている。 次に、第３図（ｃ）に示すような形状のタービンロー
タ２を第３図（ａ）（ｂ）に示すように強化繊維５のプ
リプレグ（この実施例において、強化繊維としてカーボ
ン繊維を使用し、樹脂としてフェノール樹脂を使用し
た。）により成形して、タービンロータ２のプリフォー
ムを得る。 この場合、タービンロータ２のプリフォームには、上
記したタービンブレード構成体3a（3b,3c,・・・）に一
体で成形された取付部31が嵌合するブレード嵌合部21が
設けてあると共に後記するフィラメントワインディング
する際に繊維を巻き付ける溝22が設けてある。 また、このタービンロータ２のプリフォームにおいて
は、第３図（ａ−１），（ａ−２）に示すように、側面
において強化繊維５のクロス状態が得られる軸方向積層
品としたり第３図（ｂ−１），（ｂ−２）に示すように
平面において強化繊維５のクロス状態が得られる周方向
積層品としたりすることが可能である。 このようにして、第２図に示したタービンブレード構
成体3a（3b,3c,・・・）のプリフォームと第３図に示し
たタービンロータ２のプリフォームとを得たのち、第４
図に示すように、タービンロータ２のプリフォームに設
けたブレード嵌合部21にタービンブレード３のプリフォ
ームに設けた取付部31を第４図（ａ）の矢印Ａ方向に嵌
合し、このとき、必要に応じてはブレード嵌合部21と取
付部31との間に接着剤を介在させて固定する。 次いで、２つの動翼（3a,3a）の間に設けた溝32とタ
ービンロータ２に設けた溝22の部分にまたがってフィラ
メントワインディング等によりドライないしはウエット
状態の繊維６を巻き付け、タービンロータ２のプリフォ
ームにタービンブレード３のプリフォームを固定した状
態にしてキュア処理を行う。 次いで、前記固定状態のプリフォームを炭化するため
の焼成処理を行い、ピッチ含浸と焼成とを繰り返えすこ
とによって密度を高めると共に、炭化処理されたタービ
ンブレード３と同じく炭化処理されたタービンロータ２
とが一体化したものとして必要な仕上加工を行うことに
よりタービン１を得る。 この実施例において、繊維６として炭素繊維のうちピ
ッチ繊維を用いた場合に、ピッチ繊維の処理温度を数百
℃（500〜600℃）から炭化処理温度（2300℃以上）まで
の間で適宜選択することによって、成形後の炭化処理
（2300℃以上）においてそのピッチ繊維が次表に示すよ
うに収縮していく。 このピッチ繊維の収縮について、一般に炭素繊維の原
糸は熱処理を行うことによって分解ガスを発生しながら
収縮して炭素繊維となっていく。この場合、種類によっ
ても異なるが、炭素繊維の原糸の状態から炭化処理（23
00℃以上）を行ったときに数％〜十数％収縮するので、
炭素繊維の原糸に対する熱処理を途中で止めることによ
ってこの後の炭化処理における収縮率との差の分だけの
収縮を利用することができるようになり、これによっ
て、第４図に示したように、タービンブレード構成体3a
（3b,3c,・・・）のプリフォームとタービンロータ２の
プリフォームとを組み合わせたのち繊維６を巻み付けて
キュア処理を行ったあとさらに炭化処理を行うことによ
り、タービンブレード構成体3a（3b,3c,・・・）とター
ビンロータ２とを強固に密着結合させることができるよ
うになる。 したがって、繊維６としてフェノール系の炭素繊維を
用いるときには、テンションを加えながら熱処理を行わ
ないと所望の強度は得られないこともあるが、上記した
ようにピッチ系の炭素繊維を用いるときには熱処理時に
収縮するためテンションを加えなくともある程度の強度
を得ることが可能となる。 このようにして製造されたタービン１では、２つの動
翼（3a,3a）間において強化繊維４が各々の動翼基部を
介してつながったものとなっているため、動翼基部にお
ける強度が著しく向上したものになっていると共に、動
翼基部とタービンロータとの間には空隙部分がなく高温
ガスが侵入するようなことがないのでエロージョンによ
る動翼の損傷も防止されるものとなる。 実施例２ 第１図に示したタービン１の他の製造例を示すと、ま
ず、第２図（ａ）に示した２つの動翼（3a,3a）からな
るタービンブレード構成体3a（3b,3C,・・・）を第２図
（ｂ）に示すように２つの動翼（3a,3a）間で各々の動
翼基部を介してつながった強化繊維４のプリプレグ（こ
の実施例において、強化繊維としてカーボン繊維を用
い、樹脂としてフェノール樹脂を用いた。）により成形
して、タービンブレード構成体3a（3b,3c,・・・）のプ
リフォームを得たのち、炭化処理を行うことによって、
C/C材よりなるタービンブレード構成体3a（3b,3c,・・
・）を得る。 この場合、タービンブレード構成体3a（3b,3c,・・
・）には、後記するタービンロータへの取付部31も一体
で成形されていると共に後記するフィラメントワインデ
ィングする際に繊維を巻き付ける溝32が成形されたもの
となっている。 次に、第３図（ｃ）に示すような形状のタービンロー
タ２を第３図（ａ）（ｂ）に示すように強化繊維５のプ
リプレグ（この実施例において、強化繊維としてカーボ
ン繊維を使用し、樹脂としてフェノール樹脂を使用し
た。）により成形し、この際、第３図（ａ）のように側
面で繊維のクロス状態が得られたり、第３図（ｂ）のよ
うに平面で繊維のクロス状態が得られたりするクロスの
積層方向を選定して、タービンロータ２のプリフォーム
を得たのち、炭化処理を行うことによって、C/C材より
なるタービンロータ２を得る。 この場合、タービンロータ２には、上記したタービン
ブレード構成体3a（3b,3c,・・・）に一体で成形された
取付部31が嵌合するブレード嵌合部21が設けてあると共
に後記するフィラメントワインディングする際に繊維を
巻き付ける溝22が設けてある。 このようにして、炭化処理後のタービンブレード構成
体3a（3b,3c,・・・）と同じく炭化処理後のタービンロ
ータ２とを得たのち、第４図に示すように、タービンロ
ータ２に設けたブレード嵌合部21にタービンブレード３
に設けた取付部31を第４図（ａ）の矢印Ａ方向に嵌合
し、このとき、ブレード嵌合部21と取付部31との間に接
着剤を介在させて固定する。 次いで、２つの動翼（3,3a）の間に設けた溝32とター
ビンロータ２に設けた溝22の部分にまたがってフィラメ
ントワインディング等によりドライないしはウエット状
態の繊維６を巻き付け、タービンロータ２にタービンブ
レード３を固定した状態にしてキュア処理を行う。 次いで、前記固定状態においてさらに炭化処理するた
めの焼成処理を行い、ピッチ含浸と焼成とを繰り返えす
ことによって密度をさらに高めると共に、炭化処理され
たタービンブレード３と同じく炭化処理されたタービン
ロータ２とが一体化したものとして必要な仕上加工を行
うことによりタービン１を得る。 なお、上述した各実施例では、タービンブレード３お
よびタービンロータ２がいずれもC/C材よりなる場合を
示したが、SiC/C材やSiC/SiC材で成形したものであって
もよく、SiC系のものを用いたタービンブレード３では
耐酸化性に優れているため酸化雰囲気で使用できるもの
となる。
本発明に係わるタービンおよびその製造方法では、前
述した構成を有するものであるから、タービンブレード
の取付け強度が著しく向上したものになると共に、内部
に高温ガスの流入などがないためエロージョンによる浸
食減耗のおそれが全くなく、さらには強化繊維複合炭化
処理体により形成されているため従来のNi基耐熱合金等
よりなるもの比べて著しい軽量化が実現できるなどの非
常に優れた効果がもたらされる。
述した構成を有するものであるから、タービンブレード
の取付け強度が著しく向上したものになると共に、内部
に高温ガスの流入などがないためエロージョンによる浸
食減耗のおそれが全くなく、さらには強化繊維複合炭化
処理体により形成されているため従来のNi基耐熱合金等
よりなるもの比べて著しい軽量化が実現できるなどの非
常に優れた効果がもたらされる。
第１図は本発明の一実施例によるタービンの概略構成を
示す部分拡大斜視図、第２図（ａ）（ｂ）はタービンブ
レード構成体の各々斜視図および強化繊維の配向を示す
断面説明図、第３図（ａ）（ｂ）はタービンロータの強
化繊維の配向を示し、第３図（ａ−１）（ａ−２）は強
化繊維が軸方向に配向する場合の各々平面図および側面
図、第３図（ｂ−１）（ｂ−２）は強化繊維が周方向に
配向する場合の各々平面図および側面図、第３図（ｃ）
はタービンロータの側面図、第４図（ａ）（ｂ）はター
ビンブレード構成体をタービンロータに組み付ける要領
を示す各々斜面説明図および側面説明図、第５図は従来
のタービンの概略構成を示す部分拡大斜視図、第６図
（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）はともにタービンブレード基
部の取付部構造を例示する説明図、第７図は従来のター
ビンブレード基部の取付構造において引張応力，せん断
応力，面圧の付加部位を示す説明図である。 １……タービン、 ２……タービンロータ、 ３……タービンブレード、 3a（3b,3c,・・・）……タービンブレード構成体。
示す部分拡大斜視図、第２図（ａ）（ｂ）はタービンブ
レード構成体の各々斜視図および強化繊維の配向を示す
断面説明図、第３図（ａ）（ｂ）はタービンロータの強
化繊維の配向を示し、第３図（ａ−１）（ａ−２）は強
化繊維が軸方向に配向する場合の各々平面図および側面
図、第３図（ｂ−１）（ｂ−２）は強化繊維が周方向に
配向する場合の各々平面図および側面図、第３図（ｃ）
はタービンロータの側面図、第４図（ａ）（ｂ）はター
ビンブレード構成体をタービンロータに組み付ける要領
を示す各々斜面説明図および側面説明図、第５図は従来
のタービンの概略構成を示す部分拡大斜視図、第６図
（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）はともにタービンブレード基
部の取付部構造を例示する説明図、第７図は従来のター
ビンブレード基部の取付構造において引張応力，せん断
応力，面圧の付加部位を示す説明図である。 １……タービン、 ２……タービンロータ、 ３……タービンブレード、 3a（3b,3c,・・・）……タービンブレード構成体。
Claims (3)
- 【請求項１】タービンロータに多数のタービンブレード
をそなえたタービンであって、前記タービンブレードを
複数のタービンブレード構成体よりなるものとして、強
化繊維複合炭化処理体よりなるタービンロータと、強化
繊維複合炭化処理体よりなり且つ隣接する動翼中の強化
繊維が動翼基部を介してつながった複数のタービンブレ
ード構成体とが一体化してなることを特徴とするタービ
ン。 - 【請求項２】タービンロータに多数のタービンブレード
をそなえたタービンを製造するに際し、前記タービンブ
レードを複数のタービンブレード構成体よりなるものと
して、前記タービンブレード構成体を強化繊維プリプレ
グにより成形してタービンブレード構成体のプリフォー
ムを得ると共に、前記タービンロータを強化繊維プリプ
レグにより成形してタービンロータのプリフォームを得
て、前記タービンブレード構成体のプリフォームと前記
タービンロータのプリフォームとを組み合わせ、前記組
み合わせたプリフォームを炭化処理して前記タービンブ
レードとタービンロータとを一体化することを特徴とす
るタービンの製造方法。 - 【請求項３】タービンロータに多数のタービンブレード
をそなえたタービンを製造するに際し、前記タービンブ
レードを複数のタービンブレード構成体よりなるものと
して、前記タービンブレード構成体を強化繊維プリプレ
グにより成形したのち炭化処理してタービンブレード構
成体を得ると共に、前記タービンロータを強化繊維プリ
プレグにより成形したのち炭化処理してタービンロータ
を得て、前記炭化処理後のタービンブレード構成体と前
記炭化処理後のタービンロータとを組み合わせ、さらに
炭化処理して前記タービンブレードとタービンロータと
を一体化することを特徴とするタービンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2056614A JP2606398B2 (ja) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | タービンおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2056614A JP2606398B2 (ja) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | タービンおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03260301A JPH03260301A (ja) | 1991-11-20 |
| JP2606398B2 true JP2606398B2 (ja) | 1997-04-30 |
Family
ID=13032139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2056614A Expired - Fee Related JP2606398B2 (ja) | 1990-03-09 | 1990-03-09 | タービンおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2606398B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2776732B2 (ja) * | 1993-12-27 | 1998-07-16 | 紀男 新井 | ガスタービン装置 |
| JP2015227627A (ja) * | 2014-05-30 | 2015-12-17 | 株式会社東芝 | 回転機械 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57119105A (en) * | 1981-01-16 | 1982-07-24 | Toho Rayon Co Ltd | Turbo charger light weight impeller for internal combustion engine |
-
1990
- 1990-03-09 JP JP2056614A patent/JP2606398B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57119105A (en) * | 1981-01-16 | 1982-07-24 | Toho Rayon Co Ltd | Turbo charger light weight impeller for internal combustion engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03260301A (ja) | 1991-11-20 |
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