JP5163559B2 - タービン翼の製造方法及びタービン翼 - Google Patents

Description

本発明は、セラミックス基複合材料からなるタービン翼の製造方法及びタービン翼に関するものである。

従来から、タービン翼をセラミックス基複合材料によって形成することが提案されている。タービン翼をセラミックス基複合材料によって形成する場合には、セラミック繊維からなるタービン翼形状の３次元織物を形成し、当該３次元織物に含浸処理を用いてセラミックスマトリックスを付着形成する方法が用いられる。

一方で、タービン翼は、一般的に高温雰囲気に晒される。このことから、熱疲労等による破損等を抑制して耐久性を高めるために、タービン翼の冷却が行われている。
具体的には、タービン翼の内部を中空にし、その内部に冷却ガスを供給することによってタービン翼の冷却を行っている。

そして、非特許文献１に記載されているように、セラミックス基複合材料からなるタービン翼においても、内部を中空にしてタービン翼を冷却することが提案されている。

Michael Verrilli and Anthony Calomino, R.Craig Robinson, David J. Thomas, CERAMIC MATRIX COMPOSITE VANE SUBELEMNT TESTIOG IN A GAS TURBINE ENVIRONMENT, Proceedings of ASME Turbo Expo 2004, Power for Land, Sea, and Air, June 14-17, 2004, Vienna, Austria,GT2004-53970

ところで、タービン翼の後縁部は、その近傍でガスの流速が速くなることから、タービン翼において温度的に過酷な環境に晒される部位である。このため、後縁部は十分な冷却を要する部位であるが、一方で後縁部は薄肉とされており加工が困難な部位でもある。
金属で形成されるタービン翼であれば、例えば、後縁部をカットバックして内部に供給された冷却ガスの一部を用いてフィルム冷却することによって後縁部の冷却を図ることは可能である。
しかしながら、セラミックス基複合材料は、周知のように織物構造であるため形状自由度が大きくなく、また極めて硬い材料であり特に成型後に複雑な機械加工を行うことが困難である。このため、セラミックス基複合材料にて形成されるタービン翼は、金属で形成されるタービン翼のような後縁部を冷却する構造を採用することができず、十分なタービン翼の冷却を行うことができない。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、セラミックス基複合材料からなるタービン翼において、特に後縁部を冷却可能とすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、セラミックス基複合材料からなるタービン翼の製造方法であって、上記タービン翼の後縁部が欠落された形状を有すると共にセラミックス基複合材料からなる中空の本体部を形成する本体部形成工程と、上記後縁部が欠落された領域から内部に貫通する貫通孔を上記本体部に形成する本体部貫通孔形成工程と、上記後縁部の一部の形状あるいは上記後縁部の外形形状とされたセラミックス繊維からなる織物にセラミックスマトリックスを付着形成して上記セラミックス基複合材料からなる取付後縁部を形成する取付後縁部形成工程と、該取付後縁部形成工程にて形成された上記取付後縁部を上記本体部の上記後縁部が欠落された領域に結合する結合工程とを有するという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記取付後縁部形成工程において、上記セラミックス繊維からなる平板形状の織物を折り曲げることによって上記後縁部の外形形状とされたセラミックス繊維からなる織物を形成するという構成を採用する。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記取付後縁部形成工程にて形成された取付後縁部の上記本体部に結合される側と反対側に貫通孔を形成する第１の後縁部貫通孔形成工程を備え、上記結合工程において、上記取付後縁部の上記貫通孔が上記本体部の上記貫通孔の貫通方向からずれて配置されるように上記本体部と上記取付後縁部とを結合するという構成を採用する。

第４の発明は、上記第２の発明において、上記後縁部の形状を先端が開口された形状とし、上記後縁部形成工程にて形成された取付後縁部の上記本体部に結合される側に貫通孔を形成する第２の後縁部貫通孔形成工程を備え、上記結合工程において、上記取付後縁部の上記貫通孔と上記本体部の貫通孔とが連続されるように上記本体部と上記取付後縁部とを結合するという構成を採用する。

第５の発明は、上記第２の発明において、上記後縁部の形状を先端が開口された形状とし、上記取付後縁部形成工程にて形成された取付後縁部の上記本体部に結合される側に貫通孔を形成する第２の後縁部貫通孔形成工程を備え、上記結合工程後に、上記本体部貫通孔形成工程及び上記第２の後縁部貫通孔形成工程を同一工程として行うという構成を採用する。

第６の発明は、上記第１〜第５いずれかの発明において、上記結合工程において、ＰＩＰ（Polymer Infiltration and Pyrolysis）法あるいはＣＶＩ（Chemical Vapor Infiltration）法を用いて上記本体部と上記取付後縁部とを結合するという構成を採用する。

第７の発明は、セラミックス基複合材料からなるタービン翼であって、上記タービン翼の後縁部が欠落された形状を有し、上記セラミックス基複合材料からなり、かつ、上記後縁部が欠落された領域から中空の内部に貫通する貫通孔を有する本体部と、上記後縁部の一部の形状あるいは上記後縁部の外形形状に成型されると共に上記本体部の上記後縁部が欠落された領域に結合される上記セラミックス基複合材料からなる取付後縁部とを備えるという構成を採用する。

第８の発明は、上記第７の発明において、上記取付後縁部が上記後縁部の外形形状に成型される場合に、上記取付後縁部が、上記本体部に結合される側と反対側に貫通孔を有し、該貫通孔が上記本体部の上記貫通孔の貫通方向からずれて配置されるように上記本体部に結合されているという構成を採用する。

第９の発明は、上記第７の発明において、上記取付後縁部が上記後縁部の外形形状に成型される場合に、上記後縁部の形状を先端が開口された形状とし、上記取付後縁部は、上記本体部に結合される側に貫通孔を有し、該貫通孔が上記本体部の上記貫通孔に対して連通するように上記本体部に結合されているという構成を採用する。

第１０の発明は、上記取付後縁部の上記本体部との結合部位が折り曲げられると共に、該折り曲げられた部位と上記本体部とがピンを介して結合されているという構成を採用する。

第１１の発明は、セラミックス基複合材料からなるタービン翼の製造方法であって、上記タービン翼の後縁部が欠落された形状を有すると共にセラミックス繊維からなる本体部用織物を形成する本体部用織物形成工程と、上記後縁部の一部の形状あるいは上記後縁部の外形形状とされたセラミックス繊維からなる取付後縁部用織物を形成する取付後縁部用織物形成工程と、該取付後縁部用織物形成工程にて形成された上記取付後縁部用織物を上記本体部用織物の上記後縁部が欠落された領域にスティッチする結合工程と、上記本体部用織物及び上記取付後縁部用織物に対してセラミックスマトリックスを付着形成することによってセラミックス基複合材料からなる本体部と取付後縁部とを形成するセラミックスマトリックス付着工程と、上記後縁部が欠落された領域から内部に貫通する貫通孔を上記本体部に形成する貫通孔形成工程とを有するという構成を採用する。

本発明によれば、後縁部が欠落されたセラミックス基複合材料からなる本体部に、後縁部の外形形状に形状設定されたセラミックス基複合材料からなる取付後縁部が結合されてタービン翼が形成されることとなる。つまり、本体部と取付後縁部とが別体で形成され、これらの本体部と取付後縁部とが結合されることによってタービン翼が形成される。
ここで、本体部と別体で形成される取付後縁部は、本来本体部に一体形成されるはずであった後縁部の外形形状に形状設定されている。このため、本体部と別体とされた取付後縁部が本体部に結合された場合には、本体部と取付後縁部とによって囲まれた空間が形成され、見かけ上後縁部が中空とされたタービン翼を形成することができる。さらに本体部と取付後縁部とによって囲まれた空間は、本体部に形成された貫通孔を介して本体部の内部に連続されている。
したがって、見かけ上中空とされた後縁部の内部に本体部の内部から冷却ガスを供給することによって後縁部を冷却することが可能となる。

また、本体部と別体とされる取付後縁部は折り曲げられた形状を有する場合には取付後縁部は、例えばセラミックス繊維からなる平板形状の織物を折り曲げて、さらに織物に対してセラミックスマトリックスを付着形成することによって、セラミックス基複合材料を機械加工して製造する場合と比較して極めて容易に形成することができる。このため、上述のような後縁部の内部を冷却可能なタービン翼は容易に製造することができる。

また、取付後縁部が本来本体部に一体形成されるはずであった後縁部の一部の形状を有している場合には、後縁部が薄いタービン翼を製造することが可能となる。このため、後縁部を冷却し易いタービン翼となる。

したがって、本発明によれば、セラミックス基複合材料からなるタービン翼の後縁部を冷却することが可能となる。

本発明の第１実施形態におけるタービン翼の概略構成を示す断面図である。 本発明の第１実施形態におけるタービン翼の概略構成を示す分解断面図である。 本発明の第１実施形態におけるタービン翼の製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１実施形態におけるタービン翼の製造方法を説明するための説明図である。 本発明の第１実施形態におけるタービン翼の製造方法を説明するための説明図である。 本発明の第１実施形態におけるタービン翼の製造方法を説明するための説明図である。 本発明の第１実施形態におけるタービン翼の製造方法を説明するための説明図である。 本発明の第１実施形態におけるタービン翼の製造方法を説明するための説明図である。 本発明の第１実施形態におけるタービン翼の製造方法を説明するための説明図である。 本発明の第２実施形態におけるタービン翼の概略構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態におけるタービン翼の要部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態におけるタービン翼の製造方法を説明するための説明図である。 本発明の第３実施形態におけるタービン翼の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態におけるタービン翼の製造方法を説明するための説明図である。 本発明の第４実施形態におけるタービン翼の概略構成を示す分解断面図である。 本発明の第５実施形態におけるタービン翼の製造方法を説明するための説明図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るタービン翼の製造方法及びタービン翼の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態のタービン翼の概略構成を示す断面図である。また、図２
は、本実施形態のタービン翼の概略構成を示す分解断面図である。
これらの図に示すように、本実施形態のタービン翼１００は、本体部１と取付後縁部２とによって構成されている。

本体部１は、タービン翼１００の全体形状に対して本来あるべき後縁部が欠落された形状を有しており、内部空間１ａを備えることによって中空とされている。そして、この本体部１は、セラミックス基複合材料によって形成されている。

また、本体部１は、図２に示すように、本来あるべき後縁部が欠落された領域Ｒから内部空間１ａ（すなわち本体部１の内部）に貫通する貫通孔１ｂを備えている。
なお、貫通孔１ｂは、図１及び図２の断面垂直方向に複数形成されていることが好ましい。ただし、貫通孔１ｂは単一であっても構わない。

取付後縁部２は、本体部１に本来あるべき後縁部の外形形状に成型されると共に、本来あるべき後縁部が欠落された領域Ｒに嵌まるように本体部１と結合されるものであり、本体部１と同様に、セラミックス基複合材料によって形成されている。

また、取付後縁部２は、本体部１に結合される側と反対側に貫通孔２ａを有し、該貫通孔２ａが本体部１の貫通孔１ｂの貫通孔方向からずれて配置されるように本体部１と結合されている。

そして、当該取付後縁部２が、上記領域Ｒに嵌められて本体部１と結合されることによって、図１に示すように、前縁部２００から後縁部３００までが一体化されたタービン翼１００が構成される。
ここで、本体部１と別体で形成される取付後縁部２は、本来本体部１に一体形成されるはずであった後縁部の外形形状に形状設定されている。このため、本体部１と別体とされた取付後縁部２が本体部１に結合された場合には、図１に示すように、本体部１と取付後縁部とによって囲まれた空間２ｂが形成され、見かけ上、後縁部３００が中空とされたタービン翼１００となる。
また、本体部１と取付後縁部２とによって囲まれた空間２ｂは、本体部１に形成された貫通孔１ｂを介して本体部の内部空間１ａに連続されている。

このような構成を有する本実施形態のタービン翼１００によれば、本体部１の内部空間１ａから見かけ上、中空とされた後縁部３００の内部に冷却ガスを供給することによって後縁部３００を冷却することが可能となる。

また、本実施形態のタービン翼１００においては、取付後縁部２の貫通孔２ａが本体部１の貫通孔１ｂの貫通孔方向からずれて配置されている。このため、本体部１の内部空間１ａから、本体部１と取付後縁部２とに囲まれた空間に貫通孔１ｂを介して供給された冷却ガスは、一度取付後縁部２の内壁に衝突する。したがって、後縁部２の内壁をインピンジ冷却すると共に、本体部１と取付後縁部２とに囲まれた空間に冷却ガスが充満されて、後縁部３００の冷却を効率的に行うことができる。

なお、本体部１と別体とされる取付後縁部２は、折り曲げてセラミックス基複合材料を成型することによって形成することができる。折り曲がるようにセラミックス基複合材料を成型することは、成型されたセラミックス基複合材料の複雑な機械加工を行うことと比較して極めて容易である。このため、上述のような後縁部３００の内部を冷却可能なタービン翼は容易に製造することができる。
以下に、このような構成を有する本実施形態のタービン翼１００の製造方法について図３に示すフローチャートを参照して説明する。

まず最初に、タービン翼の本来あるはずの後縁部が欠落された形状を有すると共にセラミックス基複合材料からなる中空の本体部１を形成する本体部形成工程（ステップＳ１）を行う。
具体的には、本体部形成工程Ｓ１においては、図４に示すように本体部１形状のセラミックス繊維からなる３次元織物１Ａを形成し、その後、本体部１形状の３次元織物に対して含浸処理を用いてセラミックスマトリックスを付着させることによって、図１及び図２に示したセラミックス基複合材料からなる本体部１を形成する。
なお、本体部形成工程Ｓ１においては、まず後縁部が存在するタービン翼形状の３次元織物１Ｂを形成し、図５に示すように、当該３次元織物の後縁部に相当する部分１Ｃを機械加工によって切断することによって、図４に示す本体部１形状の３次元織物を形成しても良い。また、セラミックス繊維からなる３次元織物に対する機械加工は容易に行うことができる。

また、３次元織物に対してセラミックスマトリックスを付着させる場合には、含浸処理として、いわゆる液相含浸法であるＰＩＰ（Polymer Infiltration and Pyrolysis）法や、いわゆる気相含浸法であるＣＶＩ（Chemical Vapor Infiltration）法を用いてセラミックスを３次元織物にセラミックスを含浸させて付着させることができる。

本体部形成工程Ｓ１が終了すると、続いて、後縁部が欠落された領域Ｒから内部に貫通する貫通孔１ｂを形成する本体部貫通孔形成工程（ステップＳ２）を行う。
具体的には、貫通孔１ｂを形成する箇所にレーザ光を照射し、当該レーザ光を、本体部１を貫通させることによって、図６に示すように貫通孔１ｂを形成する。なお、貫通孔を形成する程度の機械加工であれば、セラミックス基複合材料からなる部材に対しても、短時間でかつ安価に加工を施すことができる。

本体部貫通孔形成工程Ｓ２が終了すると、続いて、セラミックス繊維からなる３次元織物を上記後縁部の形状に折り曲げると共に、折り曲げられて成型された３次元織物にセラミックスマトリックスを付着してセラミックス基複合材料からなる取付後縁部２を形成する取付後縁部形成工程（ステップＳ３）を行う。
具体的には、図７に示すようにセラミックス繊維からなる平板形状の３次元織物２Ａを形成し、図８に示すように当該３次元織物２Ａを本体部１に本来あるべき後縁部の外形形状に折り曲げる。そして、折り曲げられた３次元織物２Ａに対して含浸処理を用いてセラミックスマトリックスを付着形成することによって、図９に示すようなセラミックス基複合材料からなる取付後縁部２を形成する。
このような取付後縁部形成工程によれば、セラミックス基複合材料を機械加工して製造する場合と比較して極めて容易に取付後縁部２を形成することができる。

取付後縁部形成工程Ｓ３が終了すると、続いて、図９に示すように、取付後縁部２の本体部１に結合される側と反対側に貫通孔２ａを形成する後縁部貫通孔形成工程（ステップＳ４）を行う。
この際、貫通孔２ａは、取付後縁部２が本体部１に結合された場合に、本体部１の貫通孔１ｂの貫通方向からずれるように配置される。

そして、最後に本体部１と取付後縁部２とを結合する結合工程（ステップＳ５）を行うことによって、図１に示すような本実施形態のタービン翼１００が製造される。
なお、本体部１と取付後縁部２とは、ＰＩＰ法あるいはＣＶＩ法を用い、本体部１と取付後縁部２との間の隙間にセラミックスマトリックスを含浸させて付着させることによって結合することができる。

このような本実施形態のタービン翼の製造方法によれば、本体部１と別体とされる取付後縁部２が、折り曲がるように成型されたセラミックス基複合材料によって形成される。また、本体部１及び取付後縁部２に対する機械加工は、貫通孔１ｂ，２ａを形成するのみである。つまり、本実施形態のタービン翼の製造方法は、セラミックス基複合材料に対して複雑な機械加工を行うタービン翼の製造方法と比較して極めて容易に行うことができる。
よって、本実施形態のタービン翼の製造方法によれば、上述のような後縁部３００の内部を冷却可能なタービン翼１００を容易に製造することができる。

また、本実施形態のタービン翼の製造方法においては、ＰＩＰ法あるいはＣＶＩ法にて本体部１と取付後縁部２とを結合する。
このため、タービン翼１００に他の結合材等が残存することなくタービン翼１００の全体をセラミックス基複合材料から形成することができ、他の結合材等を用いて本体部１と取付後縁部２とを結合する場合と比較して、一体性を高めて耐久性を向上させることができる。
また、本実施形態のタービン翼１００をタービンに設置する場合に、タービン１００を両側から固定するバンド部に本体部１及び取付後縁部２が嵌合可能な溝部を形成しておき、当該溝部に本体部１及び取付後縁部２を嵌合させることによって、本体部１と取付後縁部２とがタービンの駆動時に剥離することをより確実に防止することが可能となる。

なお、本実施形態のタービン翼１００の製造方法においては、貫通孔１ｂ及び貫通孔２ａをレーザ光を用いた機械加工で形成する構成について説明した。
しかしながら、貫通孔１ｂ及び貫通孔２ａの形成方法は、上記方法に限られるものではない。例えば、他の方法としては、３次元織物１Ａ及び３次元織物２Ａに貫通孔１ｂ及び貫通孔２ａに相当する孔を形成しておき、この孔が潰れないようにセラミックスマトリックスを付着させる方法が考えられる。
３次元織物１Ａ及び３次元織物２Ａに形成された孔がセラミックスマトリックスを付着する際に潰れないようにする方法としては、例えばセラミックスマトリックスを付着する際に、繰り返しＰＩＰ法を用いてマトリックスを付着形成し、３次元織物１Ａ及び３次元織物２Ａの孔にピンを挿入しておく方法が考えられる。ただし、ピンを孔に挿入したままＰＩＰ処理を繰り返した場合にはピンが孔から抜けなくなるため、一度ＰＩＰ法を用いてセラミックスマトリックスの形成が行われた後はピンを一度孔から抜き、再度挿入する必要がある。なお、よりピンを抜けやすくするために、ＰＩＰ法において用いる原料液の濃度を低く設定しておいても良い。
また、ＣＶＩ法を用いてセラミックスマトリックスを付着形成し、３次元織物１Ａ及び３次元織物２Ａに形成する孔を貫通孔１ｂ及び貫通孔２ａに対して十分に大きな径としておく方法も考えられる。ＣＶＩ法によれば３次元織物１Ａ及び３次元織物２Ａに形成された孔は徐々に小さくなるものの、貫通孔１ｂ及び貫通孔２ｂに対して十分に大きな径とすることによって塞がることを防止することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図１０は、本実施形態のタービン翼４００の概略構成を示した断面図である。この図に示すように、本実施形態のタービン翼４００においては、後縁部３００が、先端が開口された形状を有している。

そして、本実施形態のタービン翼４００の取付後縁部３は、図１１の拡大図に示すように、後縁部３００の腹側壁を構成する腹側部３ａと、後縁部３００の背側壁を構成する背側部３ｂと、腹側部３ａと背側部３ｂと接続すると共に本体部１に結合される結合部３ｃとがコの字状に配置されることによって、後縁部３００の外形形状に形状設定されている。
また、取付後縁部３は、本体部１に結合される側である結合部３ｃに貫通孔３ｄを有し、該貫通孔３ｄが本体部１の貫通孔１ｂに対して連通するように本体部１に結合されている。

このような構成を有する本実施形態のタービン翼４００においては、本体部１の内部空間１ａから貫通孔１ｂ及び貫通孔３ｄを介して噴出された冷却ガスが取付後縁部３の腹側部３ａと背側部３ｂとの間を通過することによって後縁部３００が冷却される。

また、このような構成を有する本実施形態のタービン翼４００を製造する場合には、上記第１実施形態における本体部形成工程Ｓ３において、図１２に示すように、セラミックス繊維からなる３次元織物３Ａを、図１１に示すような取付後縁部３の外形形状に折り曲げ、折り曲げて成型された３次元織物にセラミックスマトリックスを付着してセラミックス基複合材料からなる取付後縁部３を形成する。
また、本実施形態のタービン翼４００を製造する場合には、上記第１実施形態における後縁部貫通孔形成工程Ｓ４を本発明の第２の後縁部貫通孔形成工程として、取付後縁部３が本体部１に結合された場合に本体部１の貫通孔１ｂと連通する貫通孔３ｄを、取付後縁部３の本体部１と結合される側に形成する。

このような本実施形態のタービン翼の製造方法においても上記第１実施形態と同様に、本体部１と別体とされる取付後縁部３が、折り曲がるように成型されたセラミックス基複合材料によって形成される。また、本体部１及び取付後縁部３に対する機械加工は、貫通孔１ｂ，３ｄを形成するのみである。つまり、本実施形態のタービン翼の製造方法は、セラミックス基複合材料に対して複雑な機械加工を行うタービン翼の製造方法と比較して極めて容易に行うことができる。
よって、本実施形態のタービン翼の製造方法においては、上述のような後縁部３００の内部を冷却可能なタービン翼４００を容易に製造することができる。

なお、本実施形態においては、本体部１と取付後縁部３とを結合する前に、貫通孔１ｂ及び貫通孔３ｄを形成する構成について説明した。
しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、貫通孔１ｂ及び貫通孔３ｄを形成する前に本体部１と取付後縁部３とを結合し、その後貫通孔１ｂ及び貫通孔３ｄを共開けしても良い。
すなわち、本発明において、結合工程後に、本体部貫通孔形成工程及び第２の後縁部貫通孔形成工程を同一工程として行っても良い。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態として、図１３に示すような後縁部５００が本来あるべき後縁部の一部の形状を有し、これによって後縁部３００が薄くされたタービン翼５００の製造方法について説明する。

本実施形態のタービン翼５００の取付後縁部４は、本来あるべき後縁部の背側のみの形状を有している。
このような構成を有する本実施形態のタービン翼５００においては、本体部１の内部空間１ａから貫通孔１ｂを介して噴出された冷却ガスによって取付後縁部４がフィルム冷却される。この際、取付後縁部４が本体あるべき後縁部よりも薄いため、後縁部５００を容易に冷却することができる。

そして、このような構成を有する本実施形態のタービン翼５００を製造する場合には、上記第１実施形態における本体部形成工程Ｓ３において、取付後縁部４の形状（すなわち本来あるべき後縁部の一部の形状）の３次元織物を形成し、この３次元織物にセラミックスマトリックスを付着してセラミックス基複合材料からなる取付後縁部４を形成する。そして、図１４に示すように、取付後縁部４を本体部１に結合する。

このような本実施形態のタービン翼の製造方法は、上記第１実施形態と同様に、セラミックス基複合材料に対して複雑な機械加工を行うタービン翼の製造方法と比較して極めて容易に行うことができる。
よって、本実施形態のタービン翼の製造方法においては、上述のような後縁部３００の内部を冷却可能なタービン翼５００を容易に製造することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図１５は、本実施形態のタービン翼６００の概略構成を示す分解斜視図である。この図に示すように、タービン翼６００においては、取付後縁部２の本体部１との結合部位２ｃが折り曲げられている。そして、結合部位２ｃと本体部１とがピン７００を介して結合されている。
なお、例えば、ピン７００は、セラミックス基複合材料やセラミックス材料によって形成することができる。

そして、本体部１と取付後縁部２とを結合する際には、本体部１と取付後縁部２に予め形成された孔にピン７００を挿し込み、ＰＩＰ法あるいはＣＶＩ法を用い、本体部１と取付後縁部２との間の隙間にセラミックスマトリックスを含浸させることによって、本体部１と取付後縁部２とがピン７００ごと結合される。

このような構成を採用する本実施形態のタービン翼６００によれば、取付後縁部２と本体部１との結合強度を向上させることが可能となる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

本実施形態においては、図４に示すような、タービン翼１００の後縁部が欠落された形状を有すると共にセラミックス繊維からなる本体部用織物（３次元織物１Ａ）を形成する（本体部用織物形成工程）。このとき、後述するように本体部用織物に貫通孔１ｂに相当する孔を形成しておいてもよい。
続いて、図８に示すような、後縁部の外形形状とされたセラミックス繊維からなる取付後縁部用織物（３次元織物２Ａ）を形成する（取付後縁部用織物形成工程）。このとき、後述するように取付後縁部用織物に貫通孔２ａに相当する孔を形成しておいてもよい。
続いて、図１６に示すように、３次元織物２Ａを３次元織物１Ａの後縁部に相当する箇所が欠落された領域にスティッチする。具体的には、セラミックス繊維によって３次元織物２Ａと３次元織物１Ａとを縫い合わせる。
そして、スティッチされた３次元織物２Ａと３次元織物１Ａに対してセラミックスマトリックスを付着形成することによってセラミックス基複合材料からなる本体部１と取付後縁部２とを形成する（セラミックスマトリックス付着工程）。

なお、本実施形態においては、本体部１に貫通孔１ｂを形成する（貫通孔形成工程）必要がある。具体的には、セラミックスマトリックス付着工程後に機械加工によって貫通孔１ｂを形成する方法が考えられる。このとき、本体部と取付後縁部は一体となっているので、機械加工は取付後縁部側から行われ、貫通孔１ｂと取付後縁部の貫通孔２ａは同じ工程で形成される。また３次元織物１Ａに貫通孔１ｂに相当する孔を形成しておき、この孔が潰れないようにセラミックスマトリックス付着工程を行う方法が考えられる。
３次元織物１Ａに形成された孔がセラミックスマトリックス付着工程において潰れないようにする方法としては、例えばセラミックスマトリックス付着工程において繰り返しＰＩＰ法を用いてセラミックスマトリックスを付着形成し、３次元織物１Ａの孔にピンを挿入しておく方法が考えられる。ただし、ピンを孔に挿入したままＰＩＰ法を繰り返した場合にはピンが孔から抜けなくなるため、一度ＰＩＰ法によるセラミックスマトリックスの付着形成が行われた後はピンを一度孔から抜き、再度挿入する必要がある。なお、よりピンを抜けやすくするために、ＰＩＰ法において用いる原料液の濃度を低く設定しておいても良い。
また、セラミックスマトリクス付着工程においてＣＶＩ法を用いてセラミックスマトリックスを形成し、３次元織物１Ａに形成する孔を貫通孔１ｂに対して十分に大きな径としておく方法も考えられる。ＣＶＩ法によれば３次元織物１Ａに形成された孔は徐々に小さくなるものの、貫通孔１ｂに対して十分に大きな径とすることによって塞がることを防止することができる。また、同様の方法を用いて取付後縁部２に形成される貫通孔２ａを形成することができる。このとき、セラミックスマトリックス付着工程は、貫通孔１ｂと貫通孔２ａに１本のピンを挿入して行ってもよいし、別個のピンを貫通孔１ｂと貫通孔２ａのそれぞれに挿入して行ってもよい。

以上のような工程によっても、上記第１実施形態と同様のタービン翼１００を製造することが可能である。また、このようにして製造されたタービン翼１００は、本体部１と取付後縁部２とがセラミックス繊維を介して結合されることとなるため、本体部１と取付後縁部２とを強固に結合することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係るタービン翼の製造方法及びタービン翼の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記第１実施形態においては、取付後縁部２が貫通孔２ａを備える構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば取付後縁部２が貫通孔を備えていない構成を採用することもできる。ただし、このような構成を採用する場合には、本体部１の内部空間１ａに供給された冷却ガスを外部に排出するための排気孔を別途本体部１に形成する必要がある。

また、上記実施形態においては、本体部１と取付後縁部２，３とをＰＩＰ法あるいはＣＶＩ法を用いて結合する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、他の耐熱性の結合材を用いて本体部１と取付後縁部２，３とを結合しても良い。

また、本体部形成工程Ｓ１と、取付後縁部形成工程Ｓ３と、結合工程Ｓ５にて用いられる含浸処理をＰＩＰ法あるいはＣＶＩ法に統一しても良い。これによって、タービン翼全体の材質を均一化することが可能となる。

また、上記第４実施形態においては、ピン７００を介して本体部１と取付後縁部２とを結合する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ピン７００に換えて楔や面ファスナ等を介して本体部１と取付後縁部２とを結合するようにしても良い。

１……本体部、１Ａ……３次元織物（本体部用織物）、１ａ……内部空間、１ｂ……貫通孔、２……取付後縁部、２Ａ……３次元織物（取付後縁部用織物）、２ａ……貫通孔、２ｂ……空間、３……取付後縁部、３ｄ……貫通孔、４……取付後縁部、１００，４００，５００……タービン翼、３００……後縁部、Ｒ……後縁部が欠落された領域

Claims (11)

1. セラミックス基複合材料からなるタービン翼の製造方法であって、
   前記タービン翼の後縁部が欠落された形状を有すると共にセラミックス基複合材料からなる中空の本体部を形成する本体部形成工程と、
   前記後縁部が欠落された領域から内部に貫通する貫通孔を前記本体部に形成する本体部貫通孔形成工程と、
   前記後縁部の一部の形状あるいは前記後縁部の外形形状とされたセラミックス繊維からなる織物にセラミックスマトリックスを付着形成して前記セラミックス基複合材料からなる取付後縁部を形成する取付後縁部形成工程と、
   該取付後縁部形成工程にて形成された前記取付後縁部を前記本体部の前記後縁部が欠落された領域に結合する結合工程と
   を有することを特徴とするタービン翼の製造方法。
2. 前記取付後縁部形成工程において、前記セラミックス繊維からなる平板形状の織物を折り曲げることによって前記後縁部の外形形状とされたセラミックス繊維からなる織物を形成することを特徴とする請求項１記載のタービン翼の製造方法。
3. 前記取付後縁部形成工程にて形成された取付後縁部の前記本体部に結合される側と反対側に貫通孔を形成する第１の後縁部貫通孔形成工程を備え、
   前記結合工程において、前記取付後縁部の前記貫通孔が前記本体部の前記貫通孔の貫通方向からずれて配置されるように前記本体部と前記取付後縁部とを結合する
   ことを特徴とする請求項２記載のタービン翼の製造方法。
4. 前記後縁部の形状を先端が開口された形状とし、
   前記取付後縁部形成工程にて形成された取付後縁部の前記本体部に結合される側に貫通孔を形成する第２の後縁部貫通孔形成工程を備え、
   前記結合工程において、前記取付後縁部の前記貫通孔と前記本体部の貫通孔とが連続されるように前記本体部と前記取付後縁部とを結合する
   ことを特徴とする請求項２記載のタービン翼の製造方法。
5. 前記後縁部の形状を先端が開口された形状とし、
   前記取付後縁部形成工程にて形成された取付後縁部の前記本体部に結合される側に貫通孔を形成する第２の後縁部貫通孔形成工程を備え、
   前記結合工程後に、前記本体部貫通孔形成工程及び前記第２の後縁部貫通孔形成工程を同一工程として行う
   ことを特徴とする請求項２記載のタービン翼の製造方法。
6. 前記結合工程において、ＰＩＰ（Polymer Infiltration and Pyrolysis）法あるいはＣＶＩ（Chemical Vapor Infiltration）法を用いて前記本体部と前記取付後縁部とを結合することを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載のタービン翼の製造方法。
7. セラミックス基複合材料からなるタービン翼であって、
   前記タービン翼の後縁部が欠落された形状を有し、前記セラミックス基複合材料からなり、かつ、前記後縁部が欠落された領域から中空の内部に貫通する貫通孔を有する本体部と、
   前記後縁部の一部の形状あるいは前記後縁部の外形形状に成型されると共に前記本体部の前記後縁部が欠落された領域に結合される前記セラミックス基複合材料からなる取付後縁部と
   を備えることを特徴とするタービン翼。
8. 前記取付後縁部が前記後縁部の外形形状に成型される場合に、
   前記取付後縁部は、前記本体部に結合される側と反対側に貫通孔を有し、該貫通孔が前記本体部の前記貫通孔の貫通方向からずれて配置されるように前記本体部に結合されていることを特徴とする請求項７記載のタービン翼。
9. 前記取付後縁部が前記後縁部の外形形状に成型される場合に、
   前記後縁部の形状を先端が開口された形状とし、前記取付後縁部は、前記本体部に結合される側に貫通孔を有し、該貫通孔が前記本体部の前記貫通孔に対して連通するように前記本体部に結合されていることを特徴とする請求項７記載のタービン翼。
10. 前記取付後縁部の前記本体部との結合部位が折り曲げられると共に、該折り曲げられた部位と前記本体部とがピンを介して結合されていることを特徴とする請求項７〜９いずれかに記載のタービン翼
11. セラミックス基複合材料からなるタービン翼の製造方法であって、
    前記タービン翼の後縁部が欠落された形状を有すると共にセラミックス繊維からなる本体部用織物を形成する本体部用織物形成工程と、
    前記後縁部の一部の形状あるいは前記後縁部の外形形状とされたセラミックス繊維からなる取付後縁部用織物を形成する取付後縁部用織物形成工程と、
    該取付後縁部用織物形成工程にて形成された前記取付後縁部用織物を前記本体部用織物の前記後縁部が欠落された領域にスティッチする結合工程と、
    前記本体部用織物及び前記取付後縁部用織物に対してセラミックスマトリックスを付着形成することによってセラミックス基複合材料からなる本体部と取付後縁部とを形成するセラミックスマトリックス付着工程と、
    前記後縁部が欠落された領域から内部に貫通する貫通孔を前記本体部に形成する貫通孔形成工程と
    を有することを特徴とするタービン翼の製造方法。

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