JPH08128301A - Ｆｒｍディスク用プリフォーム - Google Patents

Ｆｒｍディスク用プリフォーム

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JPH08128301A
JPH08128301A JP6269432A JP26943294A JPH08128301A JP H08128301 A JPH08128301 A JP H08128301A JP 6269432 A JP6269432 A JP 6269432A JP 26943294 A JP26943294 A JP 26943294A JP H08128301 A JPH08128301 A JP H08128301A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、航空機エンジンの圧縮機ロータと
して使用されるＦＲＭディスクを製作するためのＦＲＭ
ディスク用プリフォームに関する。従来、強化繊維を渦
巻き状に成形して製作されるＦＲＭディスク用プリフォ
ームは、渦巻き状に積層された強化繊維が上、下層で固
着されてないため、形状がきわめてくずれ易く、積層工
程をはじめとする後工程におけるハンドリングに困難を
来していた。 【構成】 本発明のＦＲＭディスク用プリフォームは、
平面をなして渦巻き状に巻回された強化繊維と、強化繊
維の渦巻き状平面に溶射され、渦巻きの上、下層を固着
して形状を保持するマトリックス金属による溶射皮膜と
からなる。これにより、渦巻き状の形状が強固に保持さ
れ、くずれることがなく、積層工程、複合化成形時のハ
ンドリングがきわめて容易となり、ＦＲＭディスクの製
造効率、および製作精度を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、気体燃料又は液体燃料
を燃料とする、ガスタービンの圧縮機のロータ等、回転
する円板（ディスク）形状のものの製造に適用され、特
に、高速回転を行い、遠心力に伴う応力が大きくなる過
酷な条件で使用される、ＦＲＭディスクを製造する為に
好適なＦＲＭディスク用プリフォームに関する。
【０００２】
【従来の技術】高速都市輸送旅客機等の次世代の航空機
エンジンの開発においては、燃焼温度の上昇と軽量化が
重要な事項となっており、軽量で耐熱性の高い新素材の
開発が望まれている。このようななかで、航空機エンジ
ンに使用されるガスタービン圧縮機のロータへのＦＲＭ
ディスクの採用は、最も大きな効果が見込まれるものと
されている。
【０００３】図５は、このようなＦＲＭディスクの製作
工程を示す図である。図５（Ａ），図５（Ｂ）に示すと
おり、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、又はＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ
−３Ａｌ−３Ｓｎの如き、Ｔｉ合金を用いたマトリック
ス金属リボン０１と、ＳｉＣの如き強化繊維０２を重ね
合せて、渦巻き形状に巻き、これをプリフォーム０４と
し、これとマトリックス金属リボン０１と同じ素材から
なるマトリックス金属の箔０３を、図５（Ｃ）に示すよ
うに交互に積層し、図５（Ｄ）に示すように、所定の直
径、厚みのディスクを形成する積層体０５に成形し、そ
の積層体０５を高温加圧することにより、強化繊維０２
とマトリックスリボン０１および箔０３からなるマトリ
ックス金属を複合化して、図５（Ｅ）に示すように、複
合化成形し、ＦＲＭディスク０６を製造している。
【０００４】この製造工程における、図５（Ａ），図５
（Ｂ）に示す、マトリックス金属リボン０１と、強化繊
維０２によるプリフォーム０４の渦巻き形状の成形、お
よびその保持は、単に成形時の巻き込み張力により行わ
れているだけであるため、図５（Ｃ）に示す積層状態に
積上げるとき等において、マトリックス金属リボン０１
と強化繊維０２との渦巻き状のプリフォーム０４の形状
が簡単にくづれやすく、そのハンドリングが極めて困難
になるという不具合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した不
具合を解消して、ＦＲＭディスクの製造工程における中
間工程で製作され、成形加工された形状が容易にくずれ
ず、そのハンドリングがきわめて容易になり、製造効率
を上げることのできるＦＲＭディスク用プリフォームを
提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このため、本発明のＦＲ
Ｍディスク用プリフォームは次の手段とした。 （１）積層することにより、一定厚さのディスクを形成
できるように、平面形をなして、渦巻き形状に巻回され
た強化繊維を設けた。なお、渦巻き形状の直径は形成す
るディスクの直径に合わせ、強化繊維の巻回数を変える
ことにより任意の大きさにできるものである。
【０００７】（２）強化繊維の渦巻き形状に形成される
平面に溶射され、渦巻き形状を保持するマトリックス
（母材）金属からなる溶射皮膜を設けた。
【０００８】
【作用】本発明のＦＲＭディスク用プリフォームは、上
述の構成により、強化繊維の渦巻き形状を、渦巻き形状
で形成される平面に溶射されたマトリックス金属の溶射
皮膜で固定、保持（糊付け）するため、渦巻き形状が容
易にくずれなくなり、そのハンドリングがきわめて容易
になり、後工程の積層工程をはじめとする、作業がきわ
めて容易になり、ＦＲＭディスクの製造効率を上げるこ
とができる。また、成形された渦巻き形状が、成形時の
状態を正確に保持されることにより、製作精度を上げる
こともできる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明のＦＲＭディスク用プリフォー
ムの実施例を図面に基づき説明する。図１は本発明のＦ
ＲＭディスク用プリフォームの第一実施例を示す図で、
図１（Ａ）は強化繊維を渦巻き形状に巻回しているとき
の正面図、図１（Ｂ）は溶射皮膜の溶射後の図１（Ａ）
に示す矢視Ａ−Ａ断面図、図１（Ｃ）はＦＲＭディスク
用プリフォーム完成時の断面図である。
【００１０】図に示すように、巻回する強化繊維２（Ｓ
ｉＣ繊維商標ＳＣＳ−６：米国ＴＥＸＴＲＯＮ Ｓｐｅ
ｃｉａｌｔｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製品）の直径１４
０μｍより、やや大きい、１４０（＋１０〜＋５）μｍ
となるように間隔を設定した、２枚のディスク５，６を
平行に向い合せ設置する。ディスクの一方の中ぐり付デ
ィスク５は、図１（Ａ）に示すように、径方向に１２本
のスポーク５１を残して、中ぐり５２を施したディスク
とし、他方のディスク６は中ぐり５２を設けないディス
クで形成されている。また、ディスク５，６の間の隙間
部のコントロールは、ディスク５，６中心部に設定する
隙間の大きさの厚さを持つ、図示しない円盤状のスペー
サを入れることにより行う。
【００１１】この隙間部に、直径１４０μｍの強化繊維
２と、直径１００μｍのＭｏワイヤ４を、図１（Ａ）に
示す要領で、巻き付ける。ＦＲＭディスク用プリフォー
ム１の完成時の直径に相当する厚さの巻き付けが終った
ら、図１（Ａ）に示している中ぐり付ディスク５の面側
に、すなわち、渦巻き形状の形成する面の一方側に、低
圧プラズマ溶射にてＴｉ合金粉末で溶射し、図１（Ｂ）
に示すように、溶射皮膜７を強化繊維２とＭｏワイヤ４
の上に形成する。溶射皮膜７を形成後、ディスク５，６
より、渦巻き状の強化繊維２とＭｏワイヤ４を溶射皮膜
付きの状態で取りはずす。その状態から、今度は、複合
化成形したときのＦＲＭディスクの強度を損うこととな
る、Ｍｏワイヤ４のみを取りはずし、図１（Ｃ）に示
す、残ったディスク状の溶射皮膜７付き渦巻き繊維２
が、ＦＲＭディスク用プリフォーム１となる。
【００１２】なお、本実施例における強化繊維２には、
上述のＳｉＣ繊維の他に、Ｗ（タングステン）繊維、Ａ
ｌ2 Ｏ3 （アルミナ）繊維でも良く、溶射して溶射皮膜
７とするマトリックス金属には、Ｔｉ合金の他に、Ａｌ
合金、チタンアルミナイドをはじめとする金属間化合
物、Ｎｉ基合金をはじめとする超合金でも良い。ただ
し、強化繊維とマトリックス金属の組合せは、適合性の
良いものに限られ、強化繊維素材とマトリックス金属素
材の間に対応をつける必要があるが、その対応は表１の
通りとなる。
【００１３】
【表１】
【００１４】また、本実施例によるＦＲＭディスク用プ
リフォーム１を積層した積層体の複合成形等において
は、必要に応じて表１に示す強化繊維２に対応するマト
リックス金属を使った金属箔３を、ＦＲＭディスク用プ
リフォーム１と交互に積層し、その積層体を複合化する
ようにしても良い。
【００１５】次に、図２は、本発明のＦＲＭディスク用
プリフォームの第二実施例を示す図で、図２（Ａ）は強
化繊維を渦巻き形状に巻回しているときの正面図、図２
（Ｂ）は溶射皮膜の溶射後の図２（Ａ）に示す矢視Ｂ−
Ｂ断面図、図２（Ｃ）はＦＲＭディスク用プリフォーム
の完成時の断面図である。
【００１６】マトリックス金属箔３をその間に挟み、さ
らに間隙を強化繊維２の直径１４０μｍより＋５〜＋１
０μｍ大きくなるように、ディスク中心部に円盤状のス
ペーサを入れることにより隙間のコントロールを行い、
平行に向い合せた２枚のディスク５，６を設けた。また
ディスク５，６は第一実施例のディスクと同様の構成の
ものを採用している。
【００１７】上記隙間部に、直径１４０μｍの強化繊維
２と直径１００μｍのマトリックス金属ワイヤ８、又は
マトリックス金属リボン（１００μｍ×５０μｍ）を第
一実施例と同様の要領にて巻き付ける。巻き付けが終っ
たら、中ぐり付ディスク５の面側から、低圧プラズマ溶
射にてマトリックス金属粉末を渦巻き状の強化繊維２に
溶射を行い、図２（Ｂ）に示すように、溶射皮膜７を強
化繊維２とマトリックス金属ワイヤ８、又はマトリック
ス金属リボンに形成して、これらを結合する。溶射皮膜
７形成後、ディスク５，６より、渦巻き状の繊維２とマ
トリックス金属ワイヤ８又は金属リボンとマトリックス
金属箔３を溶射皮膜７が付いた状態で取りはずしたもの
がＦＲＭディスク用プリフォーム１となる。
【００１８】なお、本実施例における強化繊維２、およ
びマトリックス金属箔３、マトリックスワイヤ８、又は
マトリックス金属リボンとして使用されるマトリックス
金属は、第１実施例と同じものが使用されている。
【００１９】また、第１実施例においては、強化繊維２
の間隔保持のためにだけ用いられ、ＦＲＭディスク用プ
リフォーム１を複合化成形したときに強度の低下を来
す、Ｍｏワイヤ４に代えて、マトリックス金属ワイヤ
８、又はマトリックス金属を使用しているので、溶射皮
膜７形成後の離隔材の剥離工程が不要となり工程が簡素
化できる。
【００２０】さらに、ディスク５，６の間の中ぐりを行
ってないディスク６側に、あらかじめ、マトリックス金
属箔３を挟み、強化繊維２とマトリックス金属ワイヤ
８、又はマトリックス金属リボンによる渦巻き形状を形
成し、中ぐりをしたディスク５側から低圧プラズマ溶射
を行っているので、溶射皮膜７形成後のディスク６から
のＦＲＭディスク用プリフォーム１の取外しが容易にな
るとともに、複合化成形時における積層工程が簡素化で
きる。
【００２１】次に、図３は、本発明のＦＲＭディスク用
プリフォームの第三実施例を示す図で、図３（Ａ）は強
化繊維を渦巻き形状に巻回しているときの正面図、図３
（Ｂ）は図３（Ａ）に示す矢視Ｃ−Ｃ断面図、図３
（Ｃ）はＦＲＭディスク用プリフォーム完成時の断面
図、図４は溝付きディスクを示す図で、図４（Ａ）は正
面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示す矢視Ｄ−Ｄ断面
図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）に示す矢視Ｅ−Ｅ断面図で
ある。
【００２２】本実施例においては、強化繊維２の間に、
第一実施例におけるＭｏワイヤ４、第二実施例における
マトリックス金属ワイヤ８、又はマトリック金属リボン
等の離隔材を設けることなく、強化繊維２のみで渦巻き
形状を形成し、これを溶射皮膜７で形状を固定して、Ｆ
ＲＭディスク用プリフォーム１としたものである。
【００２３】このため、強化繊維２の渦巻き形状の成形
に、図４に示す溝付きディスク９を使用する。溝付ディ
スク９には、中ぐり９２加工が施されるとともに、スポ
ーク９１の前面９４には、渦巻き状に成形する強化繊維
２を埋込むための溝９３が、渦巻き状に刻設されてい
る。また、中ぐり９２部分には、中ぐり９２の形状に合
せた嵌め込み型１０を挿入するようにしてある。
【００２４】嵌め込み型１０は中ぐり９３部分に挿入し
たときの前面１０１が、溝９３が刻設されたスポーク９
１の前面９４と同一面をなすように形成されており、さ
らに、前面１０１には、スポーク９１に刻設された溝９
３と連続してつながり、渦巻き状を形成する溝１０２が
刻設されている。そして、中ぐり９３部分に嵌め込み型
１０を挿入した状態で、強化繊維２を溝９３および溝１
０２に埋め込んでいき渦巻き形状の強化繊維２を形成し
た状態で、図３（Ｂ）に示すようにマトリックス金属箔
３を介して、ディスク６を重ね合せ固定する。固定後、
ディスク９の中ぐり９３部に嵌め込んであった嵌め込み
型１０を取り去り、その中ぐり面側から、低圧プラズマ
溶射にてマトリックス金属粉末を渦巻き繊維に溶射し、
渦巻き形状の強化繊維２をマトリックス金属箔３に、溶
射皮膜７で固定・保持（糊付け）する。最後に、ディス
６，９を取り去ったものがＦＲＭディスク用プリフォー
ム１となる。
【００２５】なお、本実施例における強化繊維２、マト
リックス金属は第１実施例と同じ素材が使用される。
【００２６】本実施例によれば、スポーク９１に設ける
溝９３、および嵌め込み型１０に設ける溝１０２の径方
向の間隔を変えることにより、ＦＲＭディスク用プリフ
ォーム１中の強化繊維２の体積含有率Ｖｆ分布を任意に
変えることができる。また、加工が難しいとされてい
る、Ｔｉ合金によるマトリックス金属ワイヤ８、又はマ
トリックス金属リボンが不要となるため、低コストでＦ
ＲＭディスク用プリフォーム１が製作できる利点があ
る。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＦＲＭデ
ィスクプリフォームによれば、特許請求の範囲に示す構
成により、ＦＲＭディスク用プリフォームを形成する強
化繊維の渦巻き形状を、渦巻き形状で形成される平面に
溶射されたマトリックス金属の溶射皮膜で固定、保持
（糊付け）できるので、渦巻き形状が容易にくずれなく
なり、そのハンドリングがきわめて容易になり、後工程
の積層工程をはじめとする、ＦＲＭディスクの製作作業
がきわめて容易になり、ＦＲＭディスクの製造効率およ
び製作精度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＦＲＭディスク用プリフォームの第一
実施例を示す図で、図１（Ａ）は強化繊維の渦巻き形
状、成形時の正面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示す矢
視Ａ−Ａにおける断面図、図１（Ｃ）は本実施例のＦＲ
Ｍディスク用プリフォームの部分断面図、
【図２】本発明の第二実施例を示す図で、図２（Ａ）は
強化繊維の渦巻き形状成形時の正面図、図２（Ｂ）は図
２（Ａ）に示す矢視Ｂ−Ｂにおける断面図、図２（Ｃ）
は本実施例のＦＲＭディスク用プリフォームの部分断面
図、
【図３】本発明の第三実施例を示す図で、図３（Ａ）は
強化繊維の渦巻き形状成形時の正面図、図３（Ｂ）は図
３（Ａ）に示す矢視Ｃ−Ｃにおける断面図、図３（Ｃ）
は本実施例のＦＲＭディスク用プリフォームの部分断面
図、
【図４】図３に示す実施例における、強化繊維の渦巻き
形状成形時に使用する溝付きディスクと嵌め込み型を示
す図で、図４（Ａ）は溝付きディスクの正面図、図４
（Ｂ）は図４（Ａ）に示す矢視Ｄ−Ｄにおける断面図、
図４（Ｃ）は図４（Ａ）に示す矢視Ｅ−Ｅにおける溝付
きディスク７と嵌め込み型の断面図、
【図５】従来のＦＲＭディスクの製作工程を示す斜視図
である。
【符号の説明】
１ ＦＲＭディスク用プリフォーム ２ 強化繊維 ３ 金属箔 ４ Ｍｏワイヤ ５ 中ぐりディスク ５１ スポーク ５２ 中ぐり ６ ディスク ７ 溶射皮膜 ８ マトリックス金属ワイヤ ９ 溝付きディスク ９１ スポーク ９２ 中ぐり ９３ 溝 １０ 嵌め込み型
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０４Ｄ 29/26

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 平面をなして渦巻き形状に巻回された強
    化繊維と、前記強化繊維の平面に溶射され前記渦巻き形
    状を保持するマトリックス金属で形成された溶射皮膜と
    からなることを特徴とするＦＲＭディスク用プリフォー
    ム。
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