JP6397006B2 - 圧縮アセンブリ及びタービンエンジン用複合材ブレード製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮アセンブリ、及びタービンエンジン用複合材ブレードの製造方法に関するものであり、またタービンエンジン用複合材ブレードに関するものである。その複合材ブレードは、三次元的に製織された糸や繊維からなるプレフォームと、プレフォームの糸間の相対位置決めを維持するバインダとを有するタイプのブレードであっても良い。前記プレフォームは、縦糸の方向がプレフォーム自体の長手方向となるような縦糸と横糸とで構成してもよい。

特に、本方法はタービンエンジン、特にターボジェットのためのファンブレードの製造に関するものである。それでも尚、本発明は、運転中の到達温度がこの種のブレードの高温強度に適合するような低圧コンプレッサで使用されるブレードの製造することも想定している。また、アンダクト（又は“オープンロータ”）ファン用ブレードや、それどころかプラットフォームを組み込んだブレードの製造も想定している。

従来より、複合材料、特に炭素繊維からできているファンブレードは、予め含浸された一方向性パイルの積層体から作られており、それらの連続したパイルは、オートクレーブ内での圧縮・重合化に先立ち、異なる配向性を有して成形型内に配置されるものである。この工法は非常に難しく、かつ手によるプライ積み重ね作業を必要とするため、長時間かつ費用のかかるものである。

閉じられた型の中に樹脂を噴射することによる含浸に先立ち、乾燥繊維からなる製織プレフォームを用意し、その後、縫合によりプレフォーム同士を組み立てるという提案もなされている。また、ある特許文献によれば、噴射に先立って、１つ以上の固体インサートと共に組み立てられる単一の製織プレフォームを作るという代替案もある（例えば、特許文献１及び２参照。）。しかしながら、これらの解決策は、共に組み立てられるべき複数の部品を必要とし、例えば機械的強度上、特に耐衝撃性という点で極めて有害とされる層間剥離の結果、特に脆弱になりそうなアセンブリ領域部位内で作るという欠点を抱えている。

これらの欠点を克服するため、また別の特許文献では、インサートやその他の適合要素に頼ることなく、それ自身、或いは切り出されてバインダが噴射された後の状態で、タービンエンジンブレードのあらゆる部分を成す最終品を形成可能にするような三次元製織糸又は繊維からプレフォームを作ることを提案している（例えば、特許文献３参照。）。

とりわけ、さらに別の特許文献に記載された製造方法では、製造時、製織され、次いで切り出されたプレフォームが、バインダの噴射と硬化処理の前に成形型内に設置される（例えば、特許文献４参照。）。

しかしながら、現時点では、成形の実施方法に関連して様々な問題が未解決のままである。

米国特許第５６７２４１７号 米国特許第５０１３２１６号 仏国特許第２８６１１４３号 仏国特許第２８９２３３９号

本開示は上述した欠点を回避可能にする圧縮アセンブリに関する。さらに詳しくは、その圧縮アセンブリはプレフォームの予備圧縮を実行すること可能にする。

タービンエンジン用複合材ブレードを形成するべく、圧縮アセンブリは、三次元製織糸によって得られプレフォーム上で使用することができ、そのプレフォームは、同時に翼、ブレードのルート、及び翼・ルート間のブレードのタングを有する。

圧縮アセンブリは、製織されたプレフォーム（先に切り出されている場合もあり）を受容する上方開口ハウジングを形成する成形型と、前記プレフォームがハウジング内に配置されることでプレフォームの圧縮を可能にする圧縮アセンブリを形成するために成形型と協働する上下可動圧縮工具とを有する。

圧縮アセンブリは、長手方向と、その長手方向に平行な垂直中央平面とを定めても良い。

圧縮アセンブリは、成形型に向かって下降するように構成されても良い。

圧縮アセンブリは少なくともルート部分を有する。一例として、圧縮アセンブリはルート部分だけを有したり、或いはルート部分とタング部分の双方を有してもよい。こうした状況では、ルート部分とタング部分が単一のブロックを形成することもあり、逆に互いに分離することもある。それらが分離した状態にある場合、タング部分それ自体が、中央圧縮ブロックを含み、少なくとも３個の分割圧縮ブロックに細分化され、前記３個の分割圧縮ブロックの夫々が別個に成形型に向けて下降するように構成してもよい。特に、各圧縮ブロックは、中央圧縮ブロックに始まる形で連続した形で下げてもよい。

本開示は又、圧縮アセンブリを用いてタービンエンジン用複合材ブレードを製造する方向に関連し、さらにタービンエンジン用複合材ブレードにも関係する。

本発明のその他の利点及び特徴は、添付図面を参照しつつなされた以下の説明を読むことにより明らかとなる。

切り出し後の模範的プレフォームの概略的斜視図である。 模範的製造方法の製造工程を示した図である。 本発明の第１実施形態における圧縮アセンブリを用い、プレフォームの異なる２部分の形状への圧縮効果を示した、図２の方向III に沿う断面図である。 本発明の第１実施形態における圧縮アセンブリを用い、プレフォームの異なる２部分の形状への圧縮効果を示した、図２の方向IVに沿う断面図である。 図１のプレフォームの部分図であって、そのルートとタングを拡大して示した図である。 図４のそれに類似した断面図であって、圧縮アセンブリのもう１つの例を示した図である。 図６の圧縮アセンブリの圧縮工具の斜視図である。 異なる形で製造された複合材ブレード部分の内の一方の比較概略図である。 異なる形で製造された複合材ブレード部分の内の他方の比較概略図である。 ２つの代表的座屈形態を有する２本の繊維の一方の振れ角の測定法を示す図である。 ２つの代表的座屈形態を有する２本の繊維の他方の振れ角の測定法を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら各実施形態を詳細に説明する。これらの実施形態は本発明の特徴及び利点を示すものである。とは言え、本発明はこれらの実施形態に限定されないことを留意されたい。

一実施形態において、その製造方法は、ａ）製織によって縦糸２０ａと横糸２０ｂからなる三次元的製織プレフォームを作ることからなる第１工程で始まる。これら２群の編み糸は、他の糸とは目で区別することができかつ少なくともプレフォームの表面において定期的に配置されるトレーサ糸２２を含んでいる。

一例として、縦糸と横糸は、炭素繊維、ガラス繊維、シリカファイバ、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維及び芳香族ポリアミド繊維からなるグループから選んでもよい。

シングルピースとして製織されるプレフォームは、その後、本方法の第２工程（ｂ）で切断される。具体的には、製織されたプレフォームは、変形された状態で仕上げ品の形状にマッチするように設計された所定の三次元的治具に基づいて輪郭周りに切断することにより切り出される。この切断はウォータジェットを使用したり、さらに／又は機械的手段（鋏、カッター、鋸）や、さらに／又はレーザーカッティングにより実行されるようにしても良い。

これにより図１に示すような切り出しプレフォーム１０ａがもたらされる。ここでは、ブレードの翼１２とルート１４を形成することになる部分と、翼１２とルート１４の間の遷移部分としてのタング１３を見ることができる。特に、三次元的製織に使用される縦糸２０ａと横糸２０ｂは炭素繊維（黒）であり、縦糸２０ａに平行な主要長手方向と横糸２０ｂに平行な横断方向に沿って、基本的にプレフォームの表面に位置するトレーサ糸２２を形成するのはガラス又はケブラー繊維（白）である。このようにしてトレーサ糸２２は、黒であるプレフォームの残余部分上に白色で現われ、従ってトレーサ糸２２は目立つことになる。また、トレーサ糸は、最終部品が規則に沿ったものであることを立証するために、従来からの（Ｘ線トモグラフィーや超音波タイプの）非破壊検査技術によって検出可能である。

特に、本例ではトレーサ糸２２は、以下に説明するように、切断工程やその他のプレフォーム処理工程に先立って位置決めする基準点として作用するように、ブレードの２面（加圧側壁面１７と吸引側壁面１８を夫々形成する面）の表面上、所定位置に現れる形で示されている。

切断工程中においては、一連のトレーサ糸２２がプレフォームの表面上にあって少なくとも１つの基準面１６（図示した例では前縁を成す面）に沿うような形を保持するようになっている。

その後、切り出しプレフォーム１０ａは工程ｃ）で予備変形される。

特に、工程ｃ）の間、上記予備変形は、成形型２４（図２）に切り出しプレフォーム１０ａを配した形で行われる。その成形型には、プレフォーム１０ａを受けるキャビティ（ハウジング２６）を形成するような各部分があり、少なくとも何本かのトレーサ糸２２を位置決めするための基準となるようなマークも備えている。

切り出しプレフォーム１０ａを特定しかつ位置決めするための様々なシステムを用いることも可能である。特に、所定の位置決めを達成するべくそれに従って対応トレーサ糸２２を容易に動かせるように、トレーサ糸２２のための理想位置に光線を投射するレーザー投射機２７（図２）などがそうである。

これに取って代わるか、或いは付け加える形で、トレーサ糸２２の幾つか又は全部の輪郭及び／又は位置を再生するマスクをプレフォーム上に配置し、それが適正な形で位置決めされているか否かを確認するようにしても良い。

切り出しプレフォーム１０ａが成形型２４に配置された際、切り出しプレフォーム１０ａは、その主要軸に平行な軸線ＸＸ’周りで（図２の矢印２５ａ方向に）回転させることでプレフォームを変形し、それによってこの軸線周りで翼をツイストさせる効果を持つような形に置かれる。

実施形態によっては、プレフォームのルート１４の自由端に対しある位置をとる目的をもってスライド可能な可動部分２４ａを成形型２４に設けることで、プレフォームのこの部分１４に所望の変形を課すか、或いはプレフォーム１０ｂの他の部分に対しては変形がなされつつもこの部分にある種の変形が起きないようにする応力（図２の矢印２５ｂ）を課すようにしても良い。

トレーサ糸２２を、成形型２４内にプレフォーム１０ａを位置決めするための基準要素として用いることで切り出しプレフォーム１０ａを成形するための数多くの様々な可能性があることを理解されたい。

切り出しプレフォーム１０ａを成形型２４内に配置するその方略はまた、選択された基準面、特にルート、先端、前縁１６、後縁１９、或いは他の所定域から選択された面によっては、先立って実行される切断、又は切り出しプロフィールにも関係がある。

切り出しプレフォーム１０ａを成形型２４内に置くことが所望の形状を達成するのに必要な変形の全てを課すのに十分である場合もある。そうは言っても、実施形態によっては、工程ｃ）を複数のサブ工程に分けて実行する場合もあり得る。

その後、バインダが前記射出成形型内に噴射されるが、そのバインダは熱硬化性樹脂からなり、プレフォーム全体に含浸し、プレフォームの糸間の相対位置決めを保持する働きをする。その後射出成形型は加熱され、次いで実質上、前記ブレードの形状・寸法を有する複合材モールド部品が成形型から抜きだされる。

工程ｃ）に続く工程ｄ）では、バインダの射出に先立って、予備変形されたプレフォーム１０ｂの少なくとも一部分に対し予備圧縮がなされるが、その部分はルートを有し、好ましくはルート１４とタング１３からなるものであって、予備圧縮は予備変形されたプレフォーム１０ｂの全幅にわたってなされる。この予備圧縮は、所望の位置において特定の繊維をブロックしたり、或いは少なくともその位置へ入り得る動きを回避することで、所望の最終形状に一層近似するプレフォーム用中間形状を獲得するものである。ルートの繊維、好ましくはタングの繊維までもブロックすることは、製造時点でのブレードにおける繊維のより良い位置決めを確実にする働きがあり、特にプレードの各部分には共通して観察されるようなファイバ座屈現象を抑えることができる。同様に、繊維を適切に位置決めすることは、ブレードのルートとタングにおいて良好な機械的性質を得ることを可能にする。そのような作用は、ルートとタングが運転時、最も大きい機械的応力を受けるブレード部分であるという理由から特に有効なものである。

この目的で使用されかつその一部を図２に概略的に示した圧縮工具２８は、必要な機器と共に成形型２４を仕上げるように作ってもよい。その圧縮工具２８は（上下に）移動可能であり、約１００℃の温度まで上昇可能でなければならない。

この工程ｄ）にあって、糸を被覆し、かつ製織を容易にするのに使用されると共に予備圧縮部分における繊維の相対位置決めをブロックする働きするのが潤滑物質である。

その後、予備圧縮されたプレフォーム１０ｃは湿らされ、次いで補強プレフォームを得るべく、例えばドライオーブンで乾燥される。この補強処理は、切り出しプレフォーム１０ａ（今は予備変形されたプレフォーム１０ｂ）に対し工程ｃ）で与えられたその形状を“フリーズ（固化）”し、それに続いてプレフォームを射出成形型２４内に、簡単かつその形状（上述した予備変形の形状に相当）を著しく変えることなく配置されるのを十分可能にする働きがある。

予備圧縮工程ｄ）の間に与えられる熱や圧力の影響下にあって、製織された炭素繊維と繋がることができることで予備変形されたプレフォーム１０ｂが特に、射出工程において如何なる変形を受けることのないように、必要に応じてプレフォームの内部に、例えば希釈樹脂（特にエポキシ型）等の粘着剤を加えることが可能である。

圧縮工具２８は、最終品の最終繊維密度に対して中ほどの繊維密度まで製織されたプレフォームを圧縮するために成形型２４のハウジング２６に挿入できるほどの形状寸法を有する。例えば、圧縮工具２８を用いて意図するところは、射出成型後の状態で最終品が５０％〜６５％の範囲内に含まれる繊維密度を有するように、３５％〜５５％の範囲内に収まる繊維密度を有する圧縮プレフォームを得ることにある。

図３及び図４を参照するに、それらは一実施形態における圧縮アセンブリ（成形型２４と圧縮工具２８）と、そのルート１４（図３）とタング（図４）を示した予備変形されたプレフォーム１０ｂの各断面図であって、圧縮プレフォーム１０ｃ（実線）を得るために予備変形されたプレフォーム１０ｂ（点線）のこれら異なる部分１３、１４にどのようにして予備変形が施されるかを示したものである。

ルート１４（図３）に対し、成形型２４のハウジング２６は矩形断面を有し、圧縮工具２８はそのハウジング２６の断面に相補する矩形断面のルート部分２８Ａを有する。

タング１３（図４）に対しては、成形型２４のハウジング２６は、凸状の底部２６ａと、ハウジング２６の開口部に対して広がった側部２６ｂとを伴った断面を有する。圧縮工具２８は、実質上垂直な側部２８ｂと、成形型２４内の凸状底部に対面することになる底部２８ａとを備えた断面のタング部分２８Ｂを有する。この底部２８ａは凹状になっており、そのプロフィールは成形型２４のハウジング２６の底部の凸状プロフィールよりも大きな曲率半径を有している。

本実施形態の圧縮工具２８は単一品であり、移動によって成形型２４のハウジング２６内に下降したり、又ハウジングから離れるように上昇することで予備変形されたプレフォーム１０ｂを圧縮する。

予備変形されたプレフォーム１０ｂの繊維への損傷を回避し、特に繊維の挟み込みを回避するために、ハウジングに対面する成形型２４と圧縮工具２８の各表面は、如何なる（凹凸の）鋭利なエッジを有さず、フィレットを成すスムーズな接続部によって丸みを持たされたコーナーを伴う面によって構成されている。

そのような状況において、プレフォームのタング１３（図４）を圧縮するタング部分２８Ｂに配慮して圧縮工具２８が下降すると、最初、予備変形されたプレフォーム１０ｂの側縁部１６ａ、１９ａ（それらのエッジは前縁１６と後縁１９を夫々成すことになる）が圧縮工具２８の側縁部２８ｃと底部２８ａの位置で同工具と接触する。その後、接触は圧縮工具２８に対面するタング１３の全表面でなされ、圧縮アセンブリの中央平面ＰＭを通る中央域（帯）で終了する。

この中央平面ＰＭ（必ずしも、圧縮アセンブリ又はプレフォームの対称面とは限らない）は、プレフォームの主要方向に方向付けられた軸線ＸＸ’に対し垂直かつ平行であり、成形型２４のハウジング２６の各側縁部２６ｂの真ん中にあり、圧縮工具２８の各側縁部２８ｂの真ん中にもある。

このような形状では、タング１３の予備変形に関連して特定の欠点を往々にして有する可能性はある。即ち、図５に示した形状では、プレフォーム１０ｂの側縁部１６ａ、１９ａが共に薄くかつタングの残りの部分よりも大きな曲げを受けるために、プレフォームを形成する繊維２０が座屈してしまい、最終ブレードにおける良好な機械的強度に悪影響を及ぼす恐れがある。

この好ましからぬ座屈を受ける切り出しプレフォーム１０ａの領域は、図５において、翼１２近くに位置するタング１３の鋭いエッジに対応した２つの場所Ｚ１、Ｚ２で示されている。

上述した欠点を解消するため、一実施形態において、圧縮工具は、前記中央平面と交差する中央圧縮ブロックと、前記圧縮工具の両側に配置された２個の側部圧縮ブロックであって中央圧縮ブロックに始まって成形型に対して夫々独立した形で１個づつ降下されるのに適した２つの側部圧縮ブロックとを有する、少なくとも３個の分割圧縮ブロックを備えても良い。

このように、圧縮工具を少なくとも３個の部分で構成しても良く、圧縮工具と切り出しプレフォームとの最初の接触が圧縮工具に対面するタングの表面の中央域を介して起こるように最初に中央圧縮ブロックが降下する形で、これら各部分を異なる時期に降下することができる。

このようにして、本発明の圧縮アセンブリを使用することで、プレフォームのタングの側縁部が最後に圧縮されることで、予備圧縮時においてこれら薄い領域に生じる繊維座屈を最少限に抑えるか回避することも可能である。

特に、圧縮工具は、前記中央平面を交差する中央の圧縮ブロックと、その中央圧縮ブロックの両側に同じ数の他の圧縮ブロックとを伴う配置構造を成すようにして、奇数の分割圧縮ブロックを有してもよい。

複数ブロックからなる圧縮工具には更に、各圧縮ブロックによりプレフォームに与えられる予備圧縮量（これは、予備圧縮に由来する中間繊維密度によって測定可能）を変えることができるという利点がある。

特定の実施形態において、前記３個の分割圧縮ブロックは、前記中央圧縮ブロックによって始まり、先行して降下したブロックに隣接した各圧縮ブロックが続き、側部の圧縮ブロックに至り、以て前記プレフォームの全幅を圧縮することになる順番で、成形型に向かって１個づつ下げられるのに適している。

特定の実施形態において、前記圧縮工具は、少なくともルート部分とタング部分とを有し、そのタング部分は少なくとも３個の分割圧縮ブロックを有する。ルート部分は複数ブロックであっても、或いは単一のブロックであっても良い。ルート部分が複数ブロックである場合、それは中央圧縮ブロックを含め、少なくとも３個の分割圧縮ブロックに細分されるようにしても良い。

特定の実施形態において、前記圧縮ブロックは成形型に向かう下降に適しており、その下降は、中央圧縮ブロックによって始まり、次いで中央平面の両側部の一方の側にある全圧縮ブロックが、好ましくは中央圧縮ブロックからスタートして第１側部圧縮ブロックに向かうようにして１個づつ続き、最終的には中央平面の他方の側にある全ての圧縮ブロックにおいても、好ましくは中央圧縮ブロックに最も近いブロックからスタートして第２側部圧縮ブロックに向かって１個づつ下降するものである。

また別の可能性においては、前記圧縮ブロックは、中央平面に対称な形で成形型に向けて下降するのに適している。

実施形態によっては、全圧縮工具１２８は、その圧縮工具１２８の中央平面ＰＭを通る中央圧縮ブロック１２８₁を含んだ、少なくとも３個の分割圧縮ブロックに細分化され、前記圧縮ブロックは、中央圧縮ブロック１２８₁に始まり、成形型２４に向かって独立した形で下降するように配置される。

圧縮工具１２８は、ルート１４と翼１２の間、即ちタング１３において遷移領域を含んでも良く、その目的はこの遷移領域における圧縮によって与えられる変形を制御するためである。このため、圧縮工具１２８のタング部分１２８Ｂはタング１３内で５０ミリメートル（ｍｍ）以上の高さ、好ましくは支持面１４ｂ（図１参照）の上、約７０ｍｍまで上昇してもよい。

図６及び図７の例では、圧縮工具１２８は分離したルート部分１２８Ａとタング部分１２８Ｂを有する。従って、ルート部分１２８Ａとタング部分１２８Ｂは圧縮工具の独立部分を構成する。

特に、図示するようにルート部分１２８Ａを単一ブロックとする一方、タング部分１２８Ｂを、圧縮工具１２８の中央平面ＰＭを通る中央圧縮ブロック１２８₁を含んだ、少なくとも３個の分割圧縮ブロックから構成されるようにしても良く、その場合、タング部分１２８Ｂの前記分割圧縮ブロックは、中央圧縮ブロック１２８₁に始まる成形型２４に向かう独立した下降に適する。この例では、圧縮工具１２８のタング部分１２８Ｂは、中央平面ＰＭの両側に分配された７個の分割圧縮ブロック１２８₁、１２８₂、１２８₃、１２８₄、１２８₅、１２８₆、１２８₇に細分化される。

このように、圧縮工具１２８の下方運動を分割することができる。例えば、ルート部分１２８Ａとタング部分１２８Ｂを夫々別個に下降することも可能である。タング部分１２８Ｂは、圧縮工具１２８の中央平面ＰＭを通る中央圧縮ブロック１２８₁で始まり（図６中の下向き矢印Ｄ１及び点線１２８₁’）、その後中央圧縮ブロック１２８₁の両側に位置する２個の圧縮ブロック１２８₂、１２８₃が続き（図６中の下向き矢印Ｄ２、Ｄ３とび点線１２８₂’、１２８₃’）、最後には圧縮ブロック１２８の外側に位置する２つの側部圧縮ブロック１２８₆、１２８₇に至るといったような形で下降することができる。

本実施形態において、ルート部分１２８Ａを構成する単一のルートブロックの下方運動は、例えば、タング部分１２８Ｂの中央圧縮ブロック１２８₁の下降開始に先行して開始しても良く、或いはタング部分１２８Ｂの中央圧縮ブロック１２８₁の下降開始と同時に開始するようにしても良く、さらにその下降速度はタング部分１２８Ｂの中央圧縮ブロック１２８₁の速度と同じ速度であっても、またそれとは異なる速度であっても良い。

別の可能性として、ルート部分１２８Ａを構成する単一のルートブロックの下方運動が、タング部分１２８Ｂの中央圧縮ブロック１２８₁の下降開始に先行して全部実行されるようにしても良い。これにより、プレフォームの残りの部分に対して何らかの操作をする前にルートをブロックすることができる。

本実施形態は、ルートブロック１２８Ａの底面の形状により、また同ブロックが与える圧縮量により、タングブロック１２８Ｂによって与えられる力とは別個の形でルートブロックが最低位置で与える力を調整することにより、予備変形プレフォーム１０ｃのルート１４に与えられる形状を管理することが可能になる。尚、この形態は、最終品における支持面（ルート１４の側面）について満足のいく圧縮量の獲得を一層容易にする。

加えて、タングブロック１２８Ｂを用いてタング１３を圧縮することに先立って、ルートブロック１２８Ｂによりルート１４の繊維を定位置でブロックすることにより（或いは、少なくとも移動する可能性を制限することにより）、製造時点でのブレード内での繊維の位置決めを更に改善する。中央圧縮ブロック１２８₁を手始めとして、夫々独立した形で成形型に向けて圧縮ブロック１２８₁〜１２８₇を降下することに関連した本特徴は、図５で確認されるように、また翼１２近傍に位置するタング１３の鋭いエッジに対応し、領域Ｚ１、Ｚ２での好ましからざる座屈現象を大幅に減少させる。図８と図９の比較図がこの結果を示している。

図８は、プレフォームの繊維間相対的位置関係を保持するバインダで含浸され、かつ三次元的に製織されたプレフォームを有する複合材ブレードを示している。そのブレードは、図２に示す種類の単一ブロック圧縮工具２８を用いて予備圧縮されたプレフォームに始まる形で、以下に説明する方法を用いて製造された。製織されたプレフォームの外層は図８で見ることができる。図８に示したブレード域は図５の領域Ｚ１に相当するものであり、即ち、翼１２に隣接して前縁に沿って延びるタング１３の領域に相当するものである。この領域Ｚ１ではタング１３のエッジは特に鋭くなっている。プレフォーム１０の図示された表面上には、線Ｌ１、Ｌ２を含め幾つかのマークが描かれている。これらの線Ｌ１、Ｌ２は製織されたプレフォーム１０の外層の２つの繊維部分Ｆ１、Ｆ２に沿う形で夫々描かれている。繊維Ｆ１、Ｆ２の主要な方向は図８において実質上縦の方向になっている。２つの繊維部分Ｆ１、Ｆ２によって局部的に追従される経路を示した線Ｌ１、Ｌ２は共にカーブしており、それは繊維Ｆ１、Ｆ２がそれらの主要方向から局部的に逸脱していることを表わしている。この現象は繊維Ｆ１、Ｆ２の“座屈”と呼ばれる。座屈は、繊維Ｆ１、Ｆ２の振れ角Ａ１を測定することで定量化される。図１０及び図１１は、異なる典型的座屈形態にある２つの繊維Ｆ１、Ｆ２に対し、この角度Ａ１がどのようにして測定されるかを示したものである。図８中、線Ｌ１、Ｌ２で示された座屈にあって、繊維Ｆ１、Ｆ２の振れ角Ａ１は少なくとも３０度はある。

図９は、バインダで含浸されかつ三次元的に製織されたプレフォームを有する複合材ブレードを示す図８のそれと類似した図である。そのブレードは、プレフォーム１０を予備圧縮する工程を除き、図８に対して使われたのと同じ方法を用いて製造された。本例ではプレフォーム１０は図７に示す種類の圧縮工具１２８を使って予備圧縮された。製織されたプレフォームの外層は図９で見ることができる。図９に示されたブレードを領域は図５の領域Ｚ１に対応する。プレフォーム１０の外層の一部を成す繊維Ｆ３の部分に沿う形で線Ｌ３が描かれている。そこには座屈が無いか、或いは少なくとも繊維Ｆ３と領域Ｚ１に位置する付近の繊維の全てが座屈を抑えた状態にあることがわかる。特に、この領域Ｚ１での繊維の振れ角Ａ１は２０度以下であり、更に詳しく言えば５度以下にもなることがわかる。図５に示す領域Ｚ２、即ち後縁に沿って延びかつ翼１２に隣接するタング１３の領域についても同様の観察がなされた。

特定実施形態において、圧縮工具１２８は又、成形型２４に対面することになる前記圧縮工具１２８の前記タング部分１２８Ｂの少なくとも全面を覆う、変形可能な外皮１３０（例えば、シリコンからなる厚膜）を有する。

図６に示す例では、この変形可能外皮１３０は事実上、圧縮工具１２８全体を覆っている。

図示しない変形例において、この外皮は圧縮工具１２８のタング部分１２８Ｂのみ覆ったり、或いは成形型２４に対面する圧縮工具１２８の前記タング部分１２８Ｂの一部分だけを覆うものであったり、或いはまさに前記タング部分１２８Ｂの全面を覆う。

図６から分かるように、そのような可撓性のある外皮１３０を用いると、外皮１３０は予備変形プレフォーム１０ｂの横糸２０ａや縦糸２０ｂの挟み込みを回避しながらも可逆的に伸張したり変形（外皮が変形した形状１３０’参照）するために、分割圧縮ブロック１２８₁、１２８₂、１２８₃、１２８₄、１２８₅、１２８₆、１２８₇の漸進的な下方運動への障害を回避することができる。

随意的なものではあるが図７に示したように、圧縮工具１２８は、成形型２４と圧縮工具２８の間に形成されたハウジング内にプレフォームが配置されている状態で少なくとも１本のトレーサ糸の位置を視認できるようにした、少なくとも１つの窓１３２を備える。一例として、この窓１３２は透明な材料から作られた圧縮工具１２８の一部分によって構成されるか、好ましくは圧縮工具２８の厚さ全体を通過する開口部によって構成される。この窓１３２は、ルート部分１２８Ａに隣接するタング部分１２８Ｂの領域内に配置される場合もあり、好ましくは中央にある圧縮ブロック１２８₁に配置してもよい。そのような窓１３２を設けることで、特に窓に見えるトレーサ糸２２（例えば、支持面からの出口にあるトレーサ糸）が、圧縮時、適正に位置決めされ、かつ適正に位置決めされたままの状態にあるか確認することが可能になる。

図６に示す例では、圧縮工具１２８のタング部分１２８Ｂは７個の分割圧縮ブロック１２８₁、１２８₂、１２８₃、１２８₄、１２８₅、１２８₆、１２８₇に細分化される。

従って、圧縮ブロック１２８₁、１２８₂、１２８₃、１２８₄、１２８₅、１２８₆、１２８₇は下降し、様々な速度及び／又は様々な力（圧縮ブロックによりプレフォームに付与される力）でプレフォーム１０ｂを圧縮することができ、これにより様々なレベルの予備圧縮を生んだり、様々な圧縮ブロック１２８₁、１２８₂、１２８₃、１２８₄、１２８₅、１２８₆、１２８₇によってなされる予備圧縮に由来した様々なレベルの中間繊維密度を生むことができる。

図示した例では、タング部分１２８Ｂに対して７個の圧縮ブロック１２８₁、１２８₂、１２８₃、１２８₄、１２８₅、１２８₆、１２８₇が設けられているが、より一般的には、少なくとも５個であって、例えば５個ぴったりのブロックを設けることが可能であり、分割圧縮ブロックへの細分化が関係しているか否かにかかわらず、圧縮工具１２８のタング部分１２８Ｂと圧縮工具のルート部分１２８Ｂとによって形成される（単一）アセンブリに適用しても、或いは圧縮工具１２８のタング部分１２８Ｂに適用するようにしても良い。

複合材タービンエンジンブレードを製造する方法は以下の工程、即ち、
ａ）糸２０ａ、２０ｂ、２２を三次元的に製織することによりプレフォーム１０を作り、前記プレフォームは、翼１２、ブレードのルート１４、及び前記翼１２と前記ルート１４の間にあるブレードのタング１３を同時に有し、前記糸２０は、少なくとも前記プレフォームの表面において目視により確認可能に配置されたトレーサ糸２２を含み、
ｂ）前記プレフォームの基準面１６に沿って配置される一連のトレーサ糸２２を残して前記プレフォームを切り出すことで、前記ブレードを構成する部分の形状と寸法をとるのに適した切り出しプレフォーム１０ａを与え、
ｃ）前記切り出しプレフォーム１０ａを予め変形させることで予備変形プレフォーム１０ｂを与え、
ｄ）前記予備変形プレフォーム１０ｂを予め圧縮することで予備圧縮プレフォーム１０ｃを与え、
ｅ）前記予備圧縮プレフォーム１０ａを湿らせ、例えば乾燥オーブンでそれを乾燥することにより補強化されたプレフォーム１０を与え、
ｆ）その内部に前記補強プレフォーム１０を置く射出成形型２４を用意し、
ｇ）前記補強プレフォーム全体１０を含浸させて補強プレフォームの各糸２０ａ、２０ｂ、２２間の相対位置関係を保持するべく、前記射出成形型内に熱硬化性樹脂からなるバインダを噴射し、
ｈ）前記射出成形型を加熱し、
ｉ）前記成形型から、実質的に前記ブレードの形状と寸法を有する複合材成形品を抜き出すような、以上の各ステップを有する。

工程ｃ）では、前記予備変形は成形型２４によって形成されたハウジング２６内に切り出しプレフォーム１０ａを配置して実行され、長手方向とその長手方向に平行な垂直中央平面ＰＭを定める圧縮アセンブリを形成するため、工程ｄ）では、成形型２４と協働する可動予備圧縮工具１２８を用いて、前記予備変形プレフォーム１０ａの前記予備圧縮が実行される。

工程ｄ）では、成形型２４に向けて圧縮工具２８を下降することができる。

上述したように圧縮工具１２８が複数圧縮ブロック１２８₁、１２８₂、１２８₃、１２８₄、１２８₅、１２８₆、１２８₇からなる場合、その圧縮工具１２８は工程ｄ）での、少なくとも前記予備変形プレフォーム１０のルート１４の圧縮に適するものであり、その圧縮は予備変形プレフォーム１０ｂの中央に始まってそのエッジへと進むことになる。

同様に、圧縮工具１２８が、上述したようにルート部分１２８Ａとタング部分１２８Ｂを備える場合、これらの各部分１２８Ａ、１２８Ｂを成形型２４に向けて別々に降下させても良い。

このように、これら有利な条件により圧縮工程時においては、上述した図８、図９に部分的に示したように、ルート域１４とタング域１３での繊維座屈の発生が回避される。

本方法では、工程ｄ）時、前記圧縮工具１２８は次のような形での成形型２４に向かう下降に適している。即ち、プレフォーム１０ｂの全幅を圧縮するにあたり、まず中央平面ＰＭを通るその中央部分に始まり、次いでその先行部分に隣接する各部分が続き、中央平面ＰＭから次第に離れていくといったような順番で前記ブロックが１個づつ、成形型２４に向けて降下していくという形である。また工程ｄ）時、前記圧縮工具１２８は前記中央平面ＰＭに対称な形で成形型２４に向けて降下していくのに適しうる。

図面は、製造方法の始めから終りまで直線的なままのルート１４の例を示している。本発明の範囲を超えることなく、成形型２４内に置かれた際には捩れたり、他の形に変形されるようなルートを想定し得ることを理解されたい。

さらに、変形実施形態（図示せず）では、圧縮工具１２８はブレードのルート１４やタング１３のみならずブレードの翼１２の一部分をもカバーする。

同様に、上の記述では、圧縮工具１２８は予備圧縮工程、即ち工程ｄ）を実行することが述べられている。しかしながら、代替的に圧縮工具１２８を射出成形型２４の一要素として使用することも、それを工程ｆ）と工程ｇ）だけに使用することも可能である。その他の変形例としては、同圧縮工具１２８を予備圧縮工程ｄ）のみならず、工程ｆ）、工程ｇ）に使用することも可能である。

本明細書で用いた“有する（ｃоｍｐｒｉｓｅ）”という動詞は、特定化された特徴がそこに存在するものの、その他の各特徴の１つ又はそれ以上の存在や付加を排除しないことを意味するものとして理解されたい。

本開示で記述した実施形態や履行は非限定的例証として与えられたものであって、当業者であるならば、本開示を踏まえ発明の範囲に留めつつ、これら実施形態や履行を変更したり、他のものを想定することが可能である。さらに、発明は本開示で記述した特定の組合せに限定されず、これら実施形態や履行の様々な特徴を単独で用いたり、組合わせて使用しても良い。

Claims (8)

1. タービンエンジン用複合材ブレードを形成するため、糸（２０）を三次元的に製織することにより得られる製織プレフォームを圧縮するための圧縮アセンブリであって、前記製織プレフォームは、翼（１２）と、ブレードのルート（１４）と、前記翼（１２）と前記ルート（１４）の間にあるブレードのタング（１３）の夫々を予め定義するための各部分とを有し、前記圧縮アセンブリは、製織されたプレフォーム（１０ａ）を受容するのに適した上方開口ハウジング（２６）を形成する成形型（２４）と、プレフォームが前記上方開口ハウジング（２６）内に配置されることで前記製織プレフォーム（１０ｂ）の圧縮を可能にする圧縮アセンブリを形成するべく前記成形型（２４）と協働する上下可動圧縮工具（２８）とを有する、圧縮アセンブリにおいて、
   前記上下可動圧縮工具（２８）は少なくともルート部分（１２８Ａ）を有し、
   さらに、前記成形型（２４）に対面する前記圧縮工具の少なくとも一部を覆う変形可能な外皮（１３０）を有し、
   前記上下可動圧縮工具（２８）はさらに、少なくとも１つのタング部分（１２８Ｂ）を有し、前記ルート部分（１２８Ａ）と前記タング部分（１２８Ｂ）は分離している、圧縮アセンブリ。
2. 前記ルート部分（１２８Ａ）及び／又は前記タング部分（１２８Ｂ）は、中央圧縮ブロック（１２８₁）を含む少なくとも３個の分割圧縮ブロック（１２８₁−１２８₇）に細分化され、前記３個の分割圧縮ブロック（１２８₁−１２８₇）は、前記中央圧縮ブロック（１２８₁）に始まる形で夫々、別個に前記成形型（２４）に向かって下降するように構成されている請求項１に記載の圧縮アセンブリ。
3. 前記ルート部分（１２８Ａ）は単一のブロックであり、前記タング部分（１２８Ｂ）は少なくとも３個の分割圧縮ブロックに細分化される請求項１又は２に記載の圧縮アセンブリ。
4. 前記変形可能な外皮（１３０）は、前記成形型（２４）に対面する前記タング部分の表面全体を覆う請求項１に記載の圧縮アセンブリ。
5. 前記圧縮工具（１２８）は、前記製織プレフォームが前記上方開口ハウジング（２６）に置かれた際、少なくとも１本のトレーサ糸（２２）の位置が見えるように構成された少なくとも１つの窓（１３２）を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮アセンブリ。
6. タービンエンジン用複合材ブレードの製造方法において、その方法は、
   ａ）糸（２０ａ、２０ｂ、２２）を三次元的に製織することによりプレフォームを作り、前記製織プレフォームは、翼（１２）、ブレードのルート（１４）、及び前記翼（１２）と前記ルート（１４）の間にあるブレードのタング（１３）を形成する各部分を有し、前記糸（２０ａ、２０ｂ、２２）には、少なくとも前記製織プレフォームの表面において目視により確認可能に配置されたトレーサ糸（２２）が含まれる、ステップと、
   ｂ）前記製織プレフォームの基準面（１６）に沿って配置される一連のトレーサ糸（２２）を残して前記製織プレフォームを切り出すことで、前記ブレードを構成する部分の形状と寸法を予め定義するように構成された切り出しプレフォーム（１０ａ）を獲得するステップと、
   ｃ）請求項１に記載の圧縮アセンブリによって前記切り出しプレフォーム（１０ａ）を予め変形させることで予備変形プレフォーム（１０ｂ）を獲得するステップと、
   ｄ）請求項１に記載の圧縮アセンブリによって前記予備変形プレフォーム（１０ｂ）を予め圧縮することで予備圧縮プレフォーム（１０ｃ）を獲得するステップと、
   ｅ）前記予備圧縮プレフォーム（１０ｃ）を湿らせ乾燥することにより補強化されたプレフォームを獲得するステップと、
   ｆ）その内部に前記補強プレフォームを置く射出成形型を用意するステップと、
   ｇ）前記補強プレフォーム全体を含浸させて補強プレフォームの各糸（２０ａ、２０ｂ、２２）間の相対位置関係を保持するべく、前記射出成形型内に熱硬化性樹脂からなるバインダを噴射するステップと、
   ｈ）前記射出成形型を加熱するステップと、
   ｉ）前記成形型から、実質的に前記ブレードの形状と寸法を有する複合材成形品を抜き出すステップとを有する、製造方法において、
   前記ステップｃ）の間、前記予備変形は、成形型（２４）によって形成されたハウジング（２６）内に前記切り出しプレフォーム（１０ａ）を配置して実行され、前記ステップｄ）の間に前記予備圧縮が実行される方法。
7. 前記ステップｄ）の間、前記製織プレフォームの内の少なくとも前記ルート（１４）が予め圧縮される請求項６に記載の方法。
8. 前記ステップｃ）と前記ステップｄ）の間に、請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧縮アセンブリが使用される請求項６又は７に記載の方法。

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