JPH0423084B2 - - Google Patents
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- JPH0423084B2 JPH0423084B2 JP58040841A JP4084183A JPH0423084B2 JP H0423084 B2 JPH0423084 B2 JP H0423084B2 JP 58040841 A JP58040841 A JP 58040841A JP 4084183 A JP4084183 A JP 4084183A JP H0423084 B2 JPH0423084 B2 JP H0423084B2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
- B23P15/006—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine wheels
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
- B29L2031/00—Other particular articles
- B29L2031/08—Blades for rotors, stators, fans, turbines or the like, e.g. screw propellers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
この発明はターボ流体機械の回転子、更に具体
的に云えば、ジエツト機関で起る様な高い回転速
度、高いインパルス衝撃及び高温の様な極端な条
件の下で使うのに特に適した新規で改良された一
体の、1種類の材料から成るターボ流体機械の回
転子、並びにこの回転子を製造する新規で改良さ
れた方法に関する。
的に云えば、ジエツト機関で起る様な高い回転速
度、高いインパルス衝撃及び高温の様な極端な条
件の下で使うのに特に適した新規で改良された一
体の、1種類の材料から成るターボ流体機械の回
転子、並びにこの回転子を製造する新規で改良さ
れた方法に関する。
ジエツト機関で使われるターボ流体機械の回転
子は、厳しい極限の環境条件にさらされるのが普
通である。それが受ける温度は2500〓以上に達す
ることがあり、回転子材料に熱応力及び熱による
劣化を招く。回転速度は65000rpmを越えること
があり、回転子材料に大きな遠心力が加わる。こ
の様な機関に於ける燃料の燃焼は、装填爆薬の起
爆によつて開始される場合が多く、回転子材料に
大きなインパルス力が加わる。
子は、厳しい極限の環境条件にさらされるのが普
通である。それが受ける温度は2500〓以上に達す
ることがあり、回転子材料に熱応力及び熱による
劣化を招く。回転速度は65000rpmを越えること
があり、回転子材料に大きな遠心力が加わる。こ
の様な機関に於ける燃料の燃焼は、装填爆薬の起
爆によつて開始される場合が多く、回転子材料に
大きなインパルス力が加わる。
この様な極端な条件の下で使われる形式のター
ボ流体機械の回転子は、費用の高い戦略的な稀少
金属で構成されるのが普通であり、回転子全体に
わたつて冷却流体を通す為の多数の複雑な通路を
含めて、所望の形を作る為に、一連の並外れて複
雑な旋削作業によつて形成される。この様な極端
な条件の下に使われる別の種類のターボ流体機械
の回転子は、十分な構成的な完全さ並びに耐久力
を得る為に、繊維−基質複合体の様な複合材料で
構成される。繊維は、引張り強度を得る為に、黒
鉛、鋼、硼素又は硝子の様な材料で形成され、こ
の繊維を例えば重合体樹脂又は金属で構成された
基質に結合することにより、剪断強さが得られる
様にする。この様な回転子の製造は、複雑で厳密
な製造手順を要求される場合が多い。
ボ流体機械の回転子は、費用の高い戦略的な稀少
金属で構成されるのが普通であり、回転子全体に
わたつて冷却流体を通す為の多数の複雑な通路を
含めて、所望の形を作る為に、一連の並外れて複
雑な旋削作業によつて形成される。この様な極端
な条件の下に使われる別の種類のターボ流体機械
の回転子は、十分な構成的な完全さ並びに耐久力
を得る為に、繊維−基質複合体の様な複合材料で
構成される。繊維は、引張り強度を得る為に、黒
鉛、鋼、硼素又は硝子の様な材料で形成され、こ
の繊維を例えば重合体樹脂又は金属で構成された
基質に結合することにより、剪断強さが得られる
様にする。この様な回転子の製造は、複雑で厳密
な製造手順を要求される場合が多い。
発明の目的
この発明の目的は一体に構成された新規で改良
されたターボ流体機械の回転子を提供することで
ある。
されたターボ流体機械の回転子を提供することで
ある。
この発明の別の目的は、1種類の物質で構成さ
れた新規で改良された複合材料のターボ流体機械
の回転子を提供することである。
れた新規で改良された複合材料のターボ流体機械
の回転子を提供することである。
この発明の別の目的は、ジエツト機関に見受け
られる様な高温環境に耐えることが出来る新規で
改良された、複合材料のターボ流体機械の回転子
を提供することである。
られる様な高温環境に耐えることが出来る新規で
改良された、複合材料のターボ流体機械の回転子
を提供することである。
この発明の別の目的は、ジエツト機関の入口温
度に見られる様な3500〓程度の高温環境に構造的
に耐え得ると共に、戦略金属を使わずに済まし、
流体冷却通路をいらなくしたり或いはその必要度
を低下させ、然も著しく性能を改善する様な、新
規で改良された、複数材料のターボ流体機械の回
転子構造を提供することである。
度に見られる様な3500〓程度の高温環境に構造的
に耐え得ると共に、戦略金属を使わずに済まし、
流体冷却通路をいらなくしたり或いはその必要度
を低下させ、然も著しく性能を改善する様な、新
規で改良された、複数材料のターボ流体機械の回
転子構造を提供することである。
この発明の別の目的は、ジエツト機関の運転に
要求される様な高い回転速度の応力に耐え得る、
新規で改良された、複合材料のターボ流体機械の
回転子を提供することである。
要求される様な高い回転速度の応力に耐え得る、
新規で改良された、複合材料のターボ流体機械の
回転子を提供することである。
この発明の別の目的は、装填爆薬の起爆によつ
て点火が行なわれる時、ジエツト機関に生ずる様
な高いインパルス衝撃に耐え得る、新規で改良さ
れた複合材料のターボ流体機械の回転子を提供す
ることである。
て点火が行なわれる時、ジエツト機関に生ずる様
な高いインパルス衝撃に耐え得る、新規で改良さ
れた複合材料のターボ流体機械の回転子を提供す
ることである。
この発明の別の目的は、1種類の材料から成る
一体の複合ターボ流体機械用回転子を製造する新
規で改良された方法を提供することである。
一体の複合ターボ流体機械用回転子を製造する新
規で改良された方法を提供することである。
発明の概要
前記並びにその他の目的が、この発明では、基
質内に結合された繊維の網状組織から耐火性のタ
ーボ流体機械の回転子を製造することによつて達
成される。繊維の半径方向の配列が、中心の紙の
円板を中心としたスターバースト・パターンに配
置され、中心の紙の円板を軸方向に取囲む頑丈な
環状リングによつて枠組並びに支持作用が行なわ
れる。スターバスト・パターンは、装着治具でリ
ング上に形成され、繊維の間隔並びに動翼の曲率
が決定される。この様な幾つかの配列を軸方向に
重ね合せ、リングの周縁に配置した3つのローラ
支持体によつて安定にする。この配列が織機内に
配置され、紙の円板に軸を通す。次に軸の上に円
筒形の型部分を配置する。これらの型部分は、こ
の後の織成作業の間に形成されるタービン円板を
支持すると共にその寸法を制御する。繊維を半径
方向の繊維の間で軸方向に通して、所望の厚さが
得られるまで、紙の円板近くの空所を埋める。円
周方向の繊維を半径方向の繊維の間の層状の軸方
向の繊維の周縁の周りに、所望の厚さが得られる
まで巻装する。次に最後に述べた円周方向の繊維
の中に軸方向の繊維を位置ぎめし、段々大きな型
部分を使つて、この層形成過程を続けて、回転子
の円板部分が完成するまで、新しく巻装した繊維
を支持する。
質内に結合された繊維の網状組織から耐火性のタ
ーボ流体機械の回転子を製造することによつて達
成される。繊維の半径方向の配列が、中心の紙の
円板を中心としたスターバースト・パターンに配
置され、中心の紙の円板を軸方向に取囲む頑丈な
環状リングによつて枠組並びに支持作用が行なわ
れる。スターバスト・パターンは、装着治具でリ
ング上に形成され、繊維の間隔並びに動翼の曲率
が決定される。この様な幾つかの配列を軸方向に
重ね合せ、リングの周縁に配置した3つのローラ
支持体によつて安定にする。この配列が織機内に
配置され、紙の円板に軸を通す。次に軸の上に円
筒形の型部分を配置する。これらの型部分は、こ
の後の織成作業の間に形成されるタービン円板を
支持すると共にその寸法を制御する。繊維を半径
方向の繊維の間で軸方向に通して、所望の厚さが
得られるまで、紙の円板近くの空所を埋める。円
周方向の繊維を半径方向の繊維の間の層状の軸方
向の繊維の周縁の周りに、所望の厚さが得られる
まで巻装する。次に最後に述べた円周方向の繊維
の中に軸方向の繊維を位置ぎめし、段々大きな型
部分を使つて、この層形成過程を続けて、回転子
の円板部分が完成するまで、新しく巻装した繊維
を支持する。
半径方向の繊維が円板部分の周縁から伸びて動
翼群を形成する。これらの繊維が、円板の外径並
びに動翼の先端から、円周方向に圧着される。こ
の圧縮は、動翼の形と対応する輪郭を持つ犠牲ブ
ロツクを用いて行なわれる。犠牲ブロツクを挿入
する前、圧縮する領域で、軸方向の繊維を半径方
向の繊維の中に織込み、横方向の構造的な能力を
持たせる。次に、犠牲ブロツクの周りに円周方向
の繊維を巻装して、この後の処理工程の間、犠牲
ブロツクを所定位置に保持する。この時点で、円
周方向及び軸方向の繊維の織成を続けることによ
り、動翼の外側端を相互接続するシユラウドを設
けることが出来る。
翼群を形成する。これらの繊維が、円板の外径並
びに動翼の先端から、円周方向に圧着される。こ
の圧縮は、動翼の形と対応する輪郭を持つ犠牲ブ
ロツクを用いて行なわれる。犠牲ブロツクを挿入
する前、圧縮する領域で、軸方向の繊維を半径方
向の繊維の中に織込み、横方向の構造的な能力を
持たせる。次に、犠牲ブロツクの周りに円周方向
の繊維を巻装して、この後の処理工程の間、犠牲
ブロツクを所定位置に保持する。この時点で、円
周方向及び軸方向の繊維の織成を続けることによ
り、動翼の外側端を相互接続するシユラウドを設
けることが出来る。
一旦巻装が完了したら、型を取外し、繊維の骨
格をリングから切取る。次にこの骨格に材料を滲
透させて基質を作り、繊維を結合する。この基質
及び繊維は同じ材料で構成される。
格をリングから切取る。次にこの骨格に材料を滲
透させて基質を作り、繊維を結合する。この基質
及び繊維は同じ材料で構成される。
好ましい実施例では、炭素繊維を使い、化学的
な蒸気沈積又は樹脂含浸により、炭素を滲透させ
る。ピツチの様な樹脂を含浸すると、すぐれた密
度を持つ回転子が得られる。然し、この方法は樹
脂による繰返しの処理を必要とする。蒸気沈積過
程では1回の工程しか必要としない。この時、繊
維の骨格を加熱し、メタンの様なガスに対して露
出する。ガスが織成された繊維の骨格に滲透し、
熱的に劣化し、炭素を沈積して、水素を放出し、
これを除去する。両方の過程で得られた製品は、
略全体にわたつて炭素で構成されたターボ流体機
械の回転子の複合予備成形体である。
な蒸気沈積又は樹脂含浸により、炭素を滲透させ
る。ピツチの様な樹脂を含浸すると、すぐれた密
度を持つ回転子が得られる。然し、この方法は樹
脂による繰返しの処理を必要とする。蒸気沈積過
程では1回の工程しか必要としない。この時、繊
維の骨格を加熱し、メタンの様なガスに対して露
出する。ガスが織成された繊維の骨格に滲透し、
熱的に劣化し、炭素を沈積して、水素を放出し、
これを除去する。両方の過程で得られた製品は、
略全体にわたつて炭素で構成されたターボ流体機
械の回転子の複合予備成形体である。
基質材料が繊維の骨格に滲透した後、周縁に不
要の支持繊維がある場合、それと共に犠牲ブロツ
クを取外す。予備成形体を最終的な面が得られる
まで加工し、必要な場合、表面の酸化被覆を設け
る。完成された回転子は所望の耐火性を持ち、改
良された構造的な完全さ並びに耐久力を有する。
要の支持繊維がある場合、それと共に犠牲ブロツ
クを取外す。予備成形体を最終的な面が得られる
まで加工し、必要な場合、表面の酸化被覆を設け
る。完成された回転子は所望の耐火性を持ち、改
良された構造的な完全さ並びに耐久力を有する。
発明の詳細な記載
第1図はこの発明に従つて製造された、完成し
たターボ流体機械の回転子3を示す。3つの基準
方向が示されている。これは軸方向6、半径方向
9及び円周方向12を含む。回転子3は図示の軸
方向の線部によつて示した中心軸線15を持つと
共に、円形の境界21より内側にあつて、中心軸
線15から予定の距離の所にある部分である円板
部分18と、半径方向外向きに伸びる複数個の動
翼部分24とを有し、場合によつては一部分を示
してあるシユラウド部分27をも持つていてよ
い。シユラウド部分27は、それを設ける場合、
動翼部分24の周縁の一番外側の端によつて定め
られた通路、即ち、シユラウド部分27の内面及
び外面を示す破線28,30に沿つて、その間を
伸びる。
たターボ流体機械の回転子3を示す。3つの基準
方向が示されている。これは軸方向6、半径方向
9及び円周方向12を含む。回転子3は図示の軸
方向の線部によつて示した中心軸線15を持つと
共に、円形の境界21より内側にあつて、中心軸
線15から予定の距離の所にある部分である円板
部分18と、半径方向外向きに伸びる複数個の動
翼部分24とを有し、場合によつては一部分を示
してあるシユラウド部分27をも持つていてよ
い。シユラウド部分27は、それを設ける場合、
動翼部分24の周縁の一番外側の端によつて定め
られた通路、即ち、シユラウド部分27の内面及
び外面を示す破線28,30に沿つて、その間を
伸びる。
好ましい実施例では、回転子3は、円板部分1
8を半径方向、円周方向及び軸方向に伸びると共
に、動翼部分24で主に半径方向に伸びる炭素繊
維の骨格形網状組織で構成されているが、動翼部
分24には若干の軸方向の繊維もあることが好ま
しい。更に回転子3がシユラウド部分27を持つ
時、シユラウドの炭素繊維は主に円周方向に伸び
る。炭素繊維に炭素を滲透させて基質を作る。こ
の為、回転子全体は1種類の材料、即ち炭素で構
成されており、その若干は繊維の形をしており、
残りは基質材料である。
8を半径方向、円周方向及び軸方向に伸びると共
に、動翼部分24で主に半径方向に伸びる炭素繊
維の骨格形網状組織で構成されているが、動翼部
分24には若干の軸方向の繊維もあることが好ま
しい。更に回転子3がシユラウド部分27を持つ
時、シユラウドの炭素繊維は主に円周方向に伸び
る。炭素繊維に炭素を滲透させて基質を作る。こ
の為、回転子全体は1種類の材料、即ち炭素で構
成されており、その若干は繊維の形をしており、
残りは基質材料である。
装着枠50にのせた最初の製造段階に於ける炭
素繊維の回転子の骨格31が第2図の斜視図に示
されている。装着枠50は厚さ1/2吋の円形基
板52と回転自在の内側円板56とで構成され
る。回転自在の円板56は基板よりも0.040吋薄
いから、直径が一層小さい平坦な環状リング42
に対する引込んだ台となる。この引込み図面では
参照数字43で示してある。回転自在の円板が3
本のピン47を持ち、これを環状リングに設けら
れた16個の孔41の内の3個に通すことにより、
環状リング42を固定する。回転円板に設けられ
た隆起した台部58が紙の円板39を支持する。
この円板39はその中心でピン59によつて固定
される。
素繊維の回転子の骨格31が第2図の斜視図に示
されている。装着枠50は厚さ1/2吋の円形基
板52と回転自在の内側円板56とで構成され
る。回転自在の円板56は基板よりも0.040吋薄
いから、直径が一層小さい平坦な環状リング42
に対する引込んだ台となる。この引込み図面では
参照数字43で示してある。回転自在の円板が3
本のピン47を持ち、これを環状リングに設けら
れた16個の孔41の内の3個に通すことにより、
環状リング42を固定する。回転円板に設けられ
た隆起した台部58が紙の円板39を支持する。
この円板39はその中心でピン59によつて固定
される。
繊維の骨格を製造する初めに、回転自在の円板
56を所望の位置に配置し、この円板の上に平坦
な環状リング42をのせる。半径方向の繊維33
を、装着枠の中心に配置された紙の円板39の縁
部分36から伸ばす。繊維33が基板52に結合
され、対の突片45,48の間に位置ぎめされ
る。相次ぐ紙の円板の間に或る厚さの材料を希望
するかどうかに応じて、これらの繊維は紙の円板
39の中心を完全に横切つても、横切らなくても
よい。この厚さは、多数の半径方向の繊維33が
この領域で互いに交差することによつて生ずる。
一旦位置ぎめしたら、半径方向の繊維を両面テー
プ51によつて環状リング42に結合する。次に
繊維に接着剤を塗り、ビニル・テープ55を接着
剤の上に適用する。1対の突片45,48の間に
ある1群の半径方向の繊維33の位置しか説明し
なかつたが、各々の動翼部分24に対して幾つか
のこういう群の位置ぎめをしなければならないこ
とは云うまでもない。
56を所望の位置に配置し、この円板の上に平坦
な環状リング42をのせる。半径方向の繊維33
を、装着枠の中心に配置された紙の円板39の縁
部分36から伸ばす。繊維33が基板52に結合
され、対の突片45,48の間に位置ぎめされ
る。相次ぐ紙の円板の間に或る厚さの材料を希望
するかどうかに応じて、これらの繊維は紙の円板
39の中心を完全に横切つても、横切らなくても
よい。この厚さは、多数の半径方向の繊維33が
この領域で互いに交差することによつて生ずる。
一旦位置ぎめしたら、半径方向の繊維を両面テー
プ51によつて環状リング42に結合する。次に
繊維に接着剤を塗り、ビニル・テープ55を接着
剤の上に適用する。1対の突片45,48の間に
ある1群の半径方向の繊維33の位置しか説明し
なかつたが、各々の動翼部分24に対して幾つか
のこういう群の位置ぎめをしなければならないこ
とは云うまでもない。
一旦繊維33が環状リング42に固定された
ら、配列31を装着治具50から取外す。その
後、回転自在の円板56を新しい予定の位置に動
かし、別の繊維の配列を組立てる。第3図に概略
的に示す様に、幾つかの配列を軸方向に重ね合せ
る時、動翼部分24の湾曲を定める為に、回転自
在の円板56の位置を変える。このため、回転自
在の円板が基板に設けられた一連の基準指標57
と整合させられる。回転自在の円板をこの様に位
置ぎめすることにより、環状リング42上のスタ
ーバーストの位置がリング42の孔に対して回転
する。ピンを整合孔41に通すことによつて、リ
ングが軸方向に整合した時、半径方向の繊維33
の一番外側の端は、第3図の54に示す様な同じ
半径方向の平面ではなく、第3図に破線62で示
すような曲線通路を描く。
ら、配列31を装着治具50から取外す。その
後、回転自在の円板56を新しい予定の位置に動
かし、別の繊維の配列を組立てる。第3図に概略
的に示す様に、幾つかの配列を軸方向に重ね合せ
る時、動翼部分24の湾曲を定める為に、回転自
在の円板56の位置を変える。このため、回転自
在の円板が基板に設けられた一連の基準指標57
と整合させられる。回転自在の円板をこの様に位
置ぎめすることにより、環状リング42上のスタ
ーバーストの位置がリング42の孔に対して回転
する。ピンを整合孔41に通すことによつて、リ
ングが軸方向に整合した時、半径方向の繊維33
の一番外側の端は、第3図の54に示す様な同じ
半径方向の平面ではなく、第3図に破線62で示
すような曲線通路を描く。
リングを重ね合せた集成体60が、リング42
の外側の縁で、第4図に示す様に、ローラ支持体
63によつて支持される。ローラ支持体63に設
けた溝63aにより、隣接したリング42は互い
に予定の距離だけ隔てられる。こうして、集成体
60が第4図に示す様に自由に回転し得る様に支
持され、集成体の回転運動が軸63によつて制御
される。溝63aにより、集成体は軸方向に移動
することが出来ない。軸74を紙の円板の中心孔
に取付ける。
の外側の縁で、第4図に示す様に、ローラ支持体
63によつて支持される。ローラ支持体63に設
けた溝63aにより、隣接したリング42は互い
に予定の距離だけ隔てられる。こうして、集成体
60が第4図に示す様に自由に回転し得る様に支
持され、集成体の回転運動が軸63によつて制御
される。溝63aにより、集成体は軸方向に移動
することが出来ない。軸74を紙の円板の中心孔
に取付ける。
紙の円板の周縁で、半径方向の繊維33の中
に、第5図の86に示す様な軸方向の繊維を織成
する。円周方向の繊維66を、層状の軸方向の繊
維の外周に取付けるが、これは図に示していない
源から供給する。型の一番内側の殻体70a,7
1aが集成体60と同軸に配置され、図示の様に
軸74によつて、又はその他の適当な手段(図に
示してない)によつて支持される。型の円筒形殻
体70a乃至70e及び71a乃至71eは、鏡
像関係にある左側及び右側の円筒形の要素であつ
て、内面76が、第5図の簡略断面図に示す様
に、炭素繊維の骨格形網状組織を支持する。型の
円筒形殻体は位置ぎめピン80a,81aによつ
て所定位置に保持される。これらのピンが型の殻
体を軸74上の所定位置に保持する。環状円板の
集成体60が第4図に矢印83で示す向きに回転
させられ、紙の円板の周縁で層状の軸方向の繊維
の周りに円周方向の繊維66を巻付ける。予定の
間隔をおいて、軸方向の繊維86を半径方向の繊
維及び円周方向の繊維の両方の中に位置ぎめす
る。軸方向及び円周方向の繊維の十分な厚さを持
つ層が、円周方向の繊維66を巻付け且つ軸方向
の繊維86をその中に位置ぎめすることによつて
配置されると、型の円筒形殻体70b,71bを
型の一番内側の殻体70a,71aの隣りに夫々
位置ぎめし、位置ぎめピン80b,81bによつ
て夫々所定位置に保持する。ターボ流体機械の回
転子の円板部分18に対する骨格形の繊維の網状
組織が完成するまで、他の対の殻体の位置ぎめ、
円周方向の繊維66の巻付け、並びに軸方向の繊
維86の配置を繰返す。完成した時、型の円筒形
殻体70e,71eが位置ぎめされている。
に、第5図の86に示す様な軸方向の繊維を織成
する。円周方向の繊維66を、層状の軸方向の繊
維の外周に取付けるが、これは図に示していない
源から供給する。型の一番内側の殻体70a,7
1aが集成体60と同軸に配置され、図示の様に
軸74によつて、又はその他の適当な手段(図に
示してない)によつて支持される。型の円筒形殻
体70a乃至70e及び71a乃至71eは、鏡
像関係にある左側及び右側の円筒形の要素であつ
て、内面76が、第5図の簡略断面図に示す様
に、炭素繊維の骨格形網状組織を支持する。型の
円筒形殻体は位置ぎめピン80a,81aによつ
て所定位置に保持される。これらのピンが型の殻
体を軸74上の所定位置に保持する。環状円板の
集成体60が第4図に矢印83で示す向きに回転
させられ、紙の円板の周縁で層状の軸方向の繊維
の周りに円周方向の繊維66を巻付ける。予定の
間隔をおいて、軸方向の繊維86を半径方向の繊
維及び円周方向の繊維の両方の中に位置ぎめす
る。軸方向及び円周方向の繊維の十分な厚さを持
つ層が、円周方向の繊維66を巻付け且つ軸方向
の繊維86をその中に位置ぎめすることによつて
配置されると、型の円筒形殻体70b,71bを
型の一番内側の殻体70a,71aの隣りに夫々
位置ぎめし、位置ぎめピン80b,81bによつ
て夫々所定位置に保持する。ターボ流体機械の回
転子の円板部分18に対する骨格形の繊維の網状
組織が完成するまで、他の対の殻体の位置ぎめ、
円周方向の繊維66の巻付け、並びに軸方向の繊
維86の配置を繰返す。完成した時、型の円筒形
殻体70e,71eが位置ぎめされている。
第5図に示す様に、半径方向の炭素繊維33は
図面の平面で平行ではない。即ち、織成された繊
維の網状組織は、軸74の近辺では、型の殻体7
0e,71eの近辺よりも軸方向に一層厚手にな
つている。この様な厚さは、加速度が高い期間の
間、応力に耐える為の半径方向の強度を増強する
為に望ましいことである。軸74の近くの領域
で、集成体60の1回転あたり、この網状組織に
巻付けられる円周方向の繊維の数は、型の殻体7
0e,71eの近くの領域の様に、軸から離れた
領域で1回転あたりに巻付けられる数と同じであ
る。従つて、回転子がその周縁に向つて幅がせば
まるにつれて、隣合つた円周方向の繊維の間の軸
方向の距離が減少する。従つて、単位容積あたり
の種々の繊維の相対的な割合が、織成された繊維
の網状組織内の単位容積の位置に応じて変化する
ことが理解されよう。
図面の平面で平行ではない。即ち、織成された繊
維の網状組織は、軸74の近辺では、型の殻体7
0e,71eの近辺よりも軸方向に一層厚手にな
つている。この様な厚さは、加速度が高い期間の
間、応力に耐える為の半径方向の強度を増強する
為に望ましいことである。軸74の近くの領域
で、集成体60の1回転あたり、この網状組織に
巻付けられる円周方向の繊維の数は、型の殻体7
0e,71eの近くの領域の様に、軸から離れた
領域で1回転あたりに巻付けられる数と同じであ
る。従つて、回転子がその周縁に向つて幅がせば
まるにつれて、隣合つた円周方向の繊維の間の軸
方向の距離が減少する。従つて、単位容積あたり
の種々の繊維の相対的な割合が、織成された繊維
の網状組織内の単位容積の位置に応じて変化する
ことが理解されよう。
ターボ流体機械の回転子の円板部分18に対す
る炭素繊維の骨格形網状組織が完成したら、犠牲
ブロツク89(第1図の57に詳しく示す)が、
第1図の24a及び24bの様な隣接した半径方
向の繊維群の間に円周方向に挿入される。横方向
の構造的な強度を持たせる為、犠牲ブロツク89
を挿入する前に、半径方向の繊維の間に炭素繊維
92を軸方向に挿入することが出来る。円板部分
18の円周方向の繊維の巻付けについて前に述べ
たのと同様に、支持の為、円周方向の繊維66が
犠牲ブロツク89の周りに巻付けられる。
る炭素繊維の骨格形網状組織が完成したら、犠牲
ブロツク89(第1図の57に詳しく示す)が、
第1図の24a及び24bの様な隣接した半径方
向の繊維群の間に円周方向に挿入される。横方向
の構造的な強度を持たせる為、犠牲ブロツク89
を挿入する前に、半径方向の繊維の間に炭素繊維
92を軸方向に挿入することが出来る。円板部分
18の円周方向の繊維の巻付けについて前に述べ
たのと同様に、支持の為、円周方向の繊維66が
犠牲ブロツク89の周りに巻付けられる。
ターボ流体機械の回転子3のシユラウド部分2
7を作る場合、犠牲ブロツクを支持する為に円周
方向の繊維を巻付ける場合について述べたのと同
様に、第1図の破線28,30の間の領域で、円
周方向の繊維66の重畳した層の巻付けを行な
う。然し、軸方向の繊維86を周期的に円周方向
の繊維の中に織成して、支持作用を持たせる。シ
ユラウド部分27を作るにしても作らないにして
も、動翼部分24から鋼製リング42まで伸びる
余分の繊維を切取り、炭素繊維の骨格状網状組織
を鋼製リング42から解放すると共に、型の部分
70a乃至70e及び71a乃至71eを取外
す。
7を作る場合、犠牲ブロツクを支持する為に円周
方向の繊維を巻付ける場合について述べたのと同
様に、第1図の破線28,30の間の領域で、円
周方向の繊維66の重畳した層の巻付けを行な
う。然し、軸方向の繊維86を周期的に円周方向
の繊維の中に織成して、支持作用を持たせる。シ
ユラウド部分27を作るにしても作らないにして
も、動翼部分24から鋼製リング42まで伸びる
余分の繊維を切取り、炭素繊維の骨格状網状組織
を鋼製リング42から解放すると共に、型の部分
70a乃至70e及び71a乃至71eを取外
す。
この製造段階で、回転子3は、デイスク部分1
8、複数個の半径方向に伸びる動翼部分24、並
びに希望によつては、動翼部分の外側端25を相
互接続する円周方向に伸びるシユラウド部分27
を形成する様に配置された、軸方向、半径方向及
び円周方向の繊維の骨格形網状組織で構成されて
いる。次に骨格形網状組織に炭素を滲透させて炭
素基質を作る。この基質が、繊維を結合する助け
をすると共に、これによつて略全部炭素で構成さ
れた複合体の流体機械の回転子の予備成形体が得
られる。この滲透は、化学的な蒸気沈積又は樹脂
含浸を含む幾つかの方法のどれで行なつてもよ
い。
8、複数個の半径方向に伸びる動翼部分24、並
びに希望によつては、動翼部分の外側端25を相
互接続する円周方向に伸びるシユラウド部分27
を形成する様に配置された、軸方向、半径方向及
び円周方向の繊維の骨格形網状組織で構成されて
いる。次に骨格形網状組織に炭素を滲透させて炭
素基質を作る。この基質が、繊維を結合する助け
をすると共に、これによつて略全部炭素で構成さ
れた複合体の流体機械の回転子の予備成形体が得
られる。この滲透は、化学的な蒸気沈積又は樹脂
含浸を含む幾つかの方法のどれで行なつてもよ
い。
化学的な蒸気沈積では、繊維の網状組織を加熱
し、次にメタンの様なガスに対して露出する。こ
のガスが骨格形の繊維網状組織のすき間に滲透
し、熱分解を受け、繊維網状組織に炭素を沈積し
て水素を放出し、この水素が繊維網状組織の近辺
から排出される。沈積段階の間、中心の紙の支持
体39が、それを熱分解するに十分な温度まで加
熱され、こうして繊維網状組織から支持体を取除
く。
し、次にメタンの様なガスに対して露出する。こ
のガスが骨格形の繊維網状組織のすき間に滲透
し、熱分解を受け、繊維網状組織に炭素を沈積し
て水素を放出し、この水素が繊維網状組織の近辺
から排出される。沈積段階の間、中心の紙の支持
体39が、それを熱分解するに十分な温度まで加
熱され、こうして繊維網状組織から支持体を取除
く。
樹脂含浸では、液体ピツチ又は樹脂を加圧して
骨格形の繊維網状組織のすき間に押込み、次にこ
の網状組織をオートクレーブに入れて、上に説明
した化学的な蒸気沈積過程の場合と同様な熱分解
を受けさせ、同じ様に中心の紙の支持体39を熱
分解する。繊維網状組織に所望量の炭素が沈積さ
れ、所望の炭素密度が達成されるまで、この過程
を繰返す。
骨格形の繊維網状組織のすき間に押込み、次にこ
の網状組織をオートクレーブに入れて、上に説明
した化学的な蒸気沈積過程の場合と同様な熱分解
を受けさせ、同じ様に中心の紙の支持体39を熱
分解する。繊維網状組織に所望量の炭素が沈積さ
れ、所望の炭素密度が達成されるまで、この過程
を繰返す。
この製造段階で、回転子3は、大まかに云つて
ターボ流体機械の回転子の仕上げの形と同形で、
炭素を滲透させた炭素繊維の網状組織で構成され
る。仕上げ製品にする為、犠牲ブロツク89を取
外し、不要の面の凹凸を旋削によつて除く。最後
に、表面酸化工程を行なつて、ターボ流体機械の
回転子3を使うジエツト機関の酸化雰囲気に対す
る抵抗力を持たせる。
ターボ流体機械の回転子の仕上げの形と同形で、
炭素を滲透させた炭素繊維の網状組織で構成され
る。仕上げ製品にする為、犠牲ブロツク89を取
外し、不要の面の凹凸を旋削によつて除く。最後
に、表面酸化工程を行なつて、ターボ流体機械の
回転子3を使うジエツト機関の酸化雰囲気に対す
る抵抗力を持たせる。
この発明の好ましい実施例を説明したが、当業
者であれば、この発明の範囲内で種々の変更が可
能であることは云うまでもない。例えば、回転子
の骨格を形成する時、炭素繊維の代りに、アルミ
ナ又は石英の繊維を使うことが出来る。次に骨格
を同じ材料(アルミナ又は石英)の懸濁質で含浸
して、略1種類の材料で構成された複合体のター
ボ流体機械の回転子の予備成形体を形成する。こ
ういう回転子は表面酸化保護の処理をする必要が
なく、普通の炭素の回転子よりずつと長い寿命を
有する。
者であれば、この発明の範囲内で種々の変更が可
能であることは云うまでもない。例えば、回転子
の骨格を形成する時、炭素繊維の代りに、アルミ
ナ又は石英の繊維を使うことが出来る。次に骨格
を同じ材料(アルミナ又は石英)の懸濁質で含浸
して、略1種類の材料で構成された複合体のター
ボ流体機械の回転子の予備成形体を形成する。こ
ういう回転子は表面酸化保護の処理をする必要が
なく、普通の炭素の回転子よりずつと長い寿命を
有する。
第1図はこの発明の好ましい実施例のターボ流
体機械の回転子の斜視図、第2図は環状支持リン
グにのせた繊維の骨格形網状組織の一部分を構成
する過程に用いられる装着枠を示す図、第3図は
繊維配列を支持する軸方向に整合した幾つかのリ
ングの斜視図、第4図は円周方向に繊維を巻付け
る為に、軸方向に整合したリングを支持する溝つ
きの軸の簡略斜視図、第5図は或る製造段階に於
けるこの発明の簡略断面図である。 主な符号の説明、33,66,86……繊維。
体機械の回転子の斜視図、第2図は環状支持リン
グにのせた繊維の骨格形網状組織の一部分を構成
する過程に用いられる装着枠を示す図、第3図は
繊維配列を支持する軸方向に整合した幾つかのリ
ングの斜視図、第4図は円周方向に繊維を巻付け
る為に、軸方向に整合したリングを支持する溝つ
きの軸の簡略斜視図、第5図は或る製造段階に於
けるこの発明の簡略断面図である。 主な符号の説明、33,66,86……繊維。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 基質の中に入つていて該基質によつて結合さ
れた引張り強度の強い多数繊維の網状組織で構成
されていて、該繊維及び基質は夫々同じ材料で構
成されていて、炭素、石英及びアルミナから成る
群から選ばれているターボ流体機械の回転子に於
て、 前記繊維が実質的に半径方向、軸方向並びに円
周方向に伸びていて、該軸方向繊維及び円周方向
繊維が実質的に通り抜けて存在する円板部分と、 該円板部分の外側周辺部から伸びていて、前記
円板部分の略全部の半径方向繊維が前記外側周辺
部をこえてその内部に延在している複数個の動翼
部分とを有するターボ流体機械の回転子。 2 特許請求の範囲1に記載したターボ流体機械
の回転子に於て、前記動翼部分が軸方向に伸びる
繊維をも含んでいるターボ流体機械の回転子。 3 特許請求の範囲1に記載したターボ流体機械
の回転子に於て、前記半径方向に伸びる繊維が前
記円板部分の内径から発するターボ流体機械の回
転子。 4 特許請求の範囲1に記載したターボ流体機械
の回転子に於て、前記回転子の中心近くにある円
板部分の軸方向の寸法が動翼部分の如何なる場所
の軸方向の寸法よりも大きいターボ流体機械の回
転子。 5 基質の中に入つていて且つ該基質によつて結
合された高温の引張り強度が強い多数繊維の網状
組織で本質的に構成されていて、前記繊維及び基
質が夫々同じ材料で構成されていて、炭素、石英
及びアルミナから成る群から選ばれている様なタ
ーボ流体機械の回転子に於て、 前記繊維が半径方向、軸方向及び円周方向に伸
びている円板部分と、 該円板部分の外側周辺部から伸びている複数個
の動翼部分と、 前記動翼部分の周りを円周方向に伸びていて該
動翼部分の一番外側部分を相互接続するシユラウ
ド部分とを有し、半径方向、軸方向及び円周方向
に延在して、前記円板部の略全部の半径方向繊維
が前記外側周辺部をこえて前記動翼部に入り、更
に該シユラウド部分に入つているターボ流体機械
の回転子。 6 円板部分及び動翼部分を持つターボ流体機械
の回転子を製造する方法に於て、 複数個の繊維配列を用意し、各々の配列は、各
配列の半径方向繊維を外側端をリングに取付ける
と共に該繊維の内側端を熱分解可能な支持体まで
伸ばすことによつて構成され、 中心点から予定の半径方向の距離以内で、円周
方向に伸びる円周方向の繊維を前記半径方向の繊
維の中に位置ぎめし、 軸方向の繊維を前記半径方向の繊維の中に位置
ぎめし、該軸方向の繊維は中心の支持体から前記
予定の半径方向の距離以内で軸方向に伸びる様に
し、 若干の半径方向の繊維を圧縮して、前記中心の
支持体から前記予定の距離を半径方向に越えた所
にある予定の形を持つ動翼群を作り、 前記繊維を基質に結合し、 前記熱分解可能な支持体を熱分解する諸工程か
ら成り、前記半径方向、円周方向及び軸方向の繊
維並びに前記基質は夫々同じ材料で構成されてい
て、炭素、石英及びアルミナから成る群から選ば
れている方法。 7 円板部分、動翼部分及びシユラウド部分を持
つターボ流体機械の回転子を製造する方法に於
て、 複数個の半径方向繊維配列を互いに予定の関係
に位置ぎめし、各々の配列は、半径方向繊維の外
側端をリングに取付けると共に該繊維の内側端を
熱分解可能な支持体まで半径方向に伸ばすことに
よつて構成され、 円周方向に伸びる円周方向の繊維を中心の支持
体の中心から予定の半径方向の距離以内で前記半
径方向の繊維の内に位置ぎめし、 軸方向の繊維を前記半径方向の繊維の中に位置
ぎめすると共に、該軸方向の繊維を中心の支持体
の中心から前記予定の半径方向の距離以内で軸方
向に伸ばし、 若干の半径方向の繊維を圧縮して、前記中心の
支持体の中心から前記予定の距離を半径方向に越
える所にある予定の形を持つ動翼群を作り、 円周方向に伸びるシユラウド繊維を前記動翼群
の外側端によつて定められる通路に沿つて位置ぎ
めし、 軸方向に伸びるシユラウド繊維を前記中心点か
ら予定の距離以内で、円周方向に伸びる予め位置
ぎめされたシユラウド繊維の中に位置ぎめし、 前記繊維を基質に結合すると同時に前記熱分解
可能な支持体を熱分解する諸工程から成り、前記
半径方向、円周方向及び軸方向の繊維及びシユラ
ウド繊維及び前記基質が夫々同じ材料で構成され
ていて、炭素、石英及びアルミナから成る群から
選ばれている方法。 8 円板部分及び動翼部分を持つターボ流体機械
の回転子を製造する方法に於て、 半径方向の繊維の外側端を少なくとも1つの環
状支持体に取付けると共に、該繊維の内側端を少
なくとも1つの熱分解可能な中心支持体まで伸ば
すと共に、該内側端を前記中心支持体に取付け、 円周方向に伸びる円周方向の繊維を前記中心支
持体から予定の半径方向の距離以内で前記半径方
向の繊維の中に位置ぎめし、 軸方向の繊維を前記半径方向の繊維の中に位置
ぎめすると共に該繊維を中心支持体から前記予定
の半径方向の距離以内で軸方向に伸ばし、 若干の半径方向の繊維を圧縮して、前記中心支
持体から前記予定の距離を半径方向に越えた所に
ある予定の形を持つ動翼群を作り、 前記繊維を基質に結合し、 前記少なくとも1つの熱分解可能な支持体を熱
分解する諸工程から成り、前記半径方向、円周方
向及び軸方向の繊維及び前記基質は夫々同じ材料
で構成されていて、炭素、石英及びアルミナから
成る群から選ばれている方法。 9 円板部分、動翼部分及びシユラウド部分を持
つターボ流体機械の回転子を製造する方法に於
て、 複数個の半径方向繊維配列を用意し、各々の配
列は、半径方向の繊維の外側端を少なくとも1つ
の環状支持体に取付け、該繊維の内側端を少なく
とも1つの熱分解可能な中心支持体まで伸ばすと
共に前記内側端を前記中心支持体に取付けること
によつて構成され、 円周方向に伸びる円周方向の繊維を前記中心支
持体の中心から予定の半径方向の距離以内で前記
半径方向の繊維の内に位置ぎめし、 軸方向の繊維を前記半径方向の繊維の中に位置
ぎめすると共に該軸方向の繊維を前記中心から前
記予定の半径方向の距離以内で軸方向に伸ばし、 若干の半径方向の繊維を圧縮して、前記中心か
ら前記予定の距離を半径方向に越えた所にある予
定の形を持つ動翼群を作り、 円周方向に伸びるシユラウド繊維を前記動翼群
の一番外側の端によつて定められた通路に沿つて
位置ぎめし、 軸方向に伸びるシユラウド繊維を前記中心から
予定の距離以内で、円周方向に伸びる予め位置ぎ
めされたシユラウド繊維の中に位置ぎめし、 前記繊維を基質に結合し、 前記少なくとも1つの熱分解可能な支持体を熱
分解する諸工程から成り、前記半径方向、円周方
向及び軸方向の繊維及びシユラウド繊維及び基質
は夫々同じ材料で構成されていて、炭素、石英及
びアルミナから成る群から選ばれている方法。 10 円板部分及び動翼部分を持つターボ流体機
械の回転子を製造する方法に於て、 複数個の半径方向繊維配列を用意し、各々の配
列は、半径方向の繊維の外側端を少なくとも1つ
の環状支持体に取付け、該繊維の内側端を熱分解
可能な中心支持体まで伸ばし且つ該内側端を中心
支持体に取付けることによつて構成され、 円周方向に伸びる円周方向の繊維を前記中心支
持体から予定の半径方向の距離以内で前記半径方
向の繊維の中に位置ぎめし、 軸方向の繊維を前記半径方向の繊維の中に位置
ぎめすると共に該繊維を中心支持体から前記予定
の半径方向の距離以内で軸方向に伸ばし、 若干の半径方向の繊維を圧縮して、前記中心支
持体から前記予定の距離を半径方向に越える所に
ある予定の形を持つ動翼群を作り、 該動翼群の間の空所に犠牲ブロツクを位置ぎめ
し、 前記繊維を基質に結合し、 前記少なくとも1つの熱分解可能な支持体を熱
分解し、 前記犠牲ブロツクを取出す諸工程から成り、前
記半径方向、円周方向及び軸方向の繊維及び前記
基質は夫々同じ材料で構成されていて、炭素、石
英及びアルミナから成る群から選ばれている方
法。 11 円板部分、動翼部分及びシユラウド部分を
持つターボ流体機械の回転子を製造する方法に於
て、 複数個の半径方向繊維配列を用意し、半径方向
の繊維の外側端を少なくとも1つの環状支持体に
取付け、該繊維の内側端を少なくとも1つの熱分
解可能な中心支持体まで伸ばし、該内側端を前記
中心支持体に取付け、 円周方向に伸びる円周方向の繊維を中心支持体
の中心から予定の半径方向の距離以内で前記半径
方向の繊維の中に位置ぎめし、 軸方向の繊維を前記半径方向の繊維の中に位置
ぎめすると共に該繊維を中心支持体の中心から前
記予定の半径方向の距離以内で軸方向に伸ばし、 若干の半径方向の繊維を圧縮して、前記中心支
持体の中心から前記予定の距離を半径方向に越え
た所にある予定の形を持つ動翼群を作り、 該動翼群の間の空所に犠牲ブロツクを位置ぎめ
し、 円周方向に伸びるシユラウド繊維を前記動翼群
の一番外側の端によつて定められた通路に沿つて
位置ぎめし、 軸方向に伸びるシユラウド繊維を中心点から予
定の距離以内で、円周方向に伸びる予め位置ぎめ
されたシユラウド繊維の中に位置ぎめし、 前記繊維を基質に結合すると同時に前記少なく
とも1つの熱分解可能な支持体を熱分解し、 前記犠牲ブロツクを取出す諸工程から成り、前
記半径方向、円周方向及び軸方向の繊維及びシユ
ラウド繊維及び前記基質は夫々同じ材料で構成さ
れていて、炭素、石英及びアルミナから成る群か
ら選ばれている方法。
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-
1983
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