JPH09193295A - 繊維強化金属複合材のリングまたはブリングおよびその製造方法 - Google Patents

繊維強化金属複合材のリングまたはブリングおよびその製造方法

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JPH09193295A
JPH09193295A JP873096A JP873096A JPH09193295A JP H09193295 A JPH09193295 A JP H09193295A JP 873096 A JP873096 A JP 873096A JP 873096 A JP873096 A JP 873096A JP H09193295 A JPH09193295 A JP H09193295A
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JP
Japan
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fiber
composite material
ring
reinforcing fibers
bling
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Withdrawn
Application number
JP873096A
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English (en)
Inventor
Katsuyoshi Moriya
勝義 守屋
Akishige Masaki
彰樹 正木
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SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENE
SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENEREETA KENKYUSHO KK
Original Assignee
SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENE
SENSHIN ZAIRYO RIYOU GAS JIENEREETA KENKYUSHO KK
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/006Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine wheels

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強化繊維が破断し強化繊維が存在しない箇所
が各層どうしの間で重なることがなく強度的な低下を来
たさない、繊維強化金属複合材のリングまたはブリング
およびその製造方法を提供することを課題とする。 【解決手段】 周方向に配向した強化繊維5と金属箔1
0とを交互に積層し、熱間静水圧プレス成形により複合
材化してなる繊維強化金属複合材のリングまたはブリン
グである。強化繊維を金属箔の間に積層するときに、予
め1周以下の所定長さに切断し、しかも、強化繊維の端
部どうしを予め重ねて金属箔の間に積層する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、航空,宇宙,船
舶,発電等の分野において、例えば圧縮機やタービン等
の構成部品として用いられる繊維強化金属複合材のリン
グまたはブリング(リングと翼とが一体に成形されたも
の)およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、航空機の圧縮機やタービンで
は、動翼と該動翼を支持するリングとが一体になったブ
リングが用いられることがある。ブリングは、従来、ほ
とんど金属で作られていたが、最近、繊維強化金属複合
材で作られたものが開発されている。繊維強化金属複合
材は、連続した長繊維のシートと金属合金箔を交互に積
層し、これに圧力を熱間で加えて成形するのが一般的な
製造方法である。繊維強化金属製のブリングは、強化繊
維がブリングの周方向に配向していることが構造設計上
求められる。そのため、素材の連続繊維と金属合金箔は
周方向に巻き付けて積層し、その後複合化に熱間静水圧
プレス(HIP)が用いられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の繊維
強化金属複合材製のブリングでは、熱間静水圧プレス時
に強化繊維が破断するという問題があった。すなわち、
図6に示すように積層した素材Mが加圧されて複合化
(FRM化)する際に、円筒状の素材の径が異なること
から、素材自体が必然的に半径方向へ移動する。このと
き、強化繊維F、特にセラミックス製は、破断伸びが1
%程度と小さいため、半径方向の移動量が破断伸びを超
えることがあり、この場合、不規則に破断Sが生じる。
したがって、成形された金属複合材には破断により強化
繊維が存在しない箇所が生じるが、これらの破断箇所が
各層間で重なれば、周方向一箇所あるいは数箇所に強度
的に弱い部分が生じることとなる。このような現象は、
熱間静水圧プレス時に円筒状の素材が逆に縮径するとき
も生じる。
【0004】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、強化繊維が破断し強化繊維が存在しない箇所が各層
どうしの間で重なることがなく強度的な低下を来たさな
い、繊維強化金属複合材のリングまたはブリングおよび
その製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】係る目的を達成するため
に、請求項1記載の発明では、周方向に配向した強化繊
維と金属箔とを交互に積層し、熱間静水圧プレス成形に
より複合材化してなる繊維強化金属複合材のリングまた
はブリングにおいて、前記強化繊維は1周以下の長さに
切断され、それら強化繊維の切断された不連続部分は、
各層どうしの間で周方向にずれて配置されていることを
特徴とする。強化繊維の切断された不連続部分は、層ど
うしの間で周方向にずれて配置されているため、強化繊
維の存在しない部分が周方向のいずれかに集中すること
がなく、周方向のいずれかに強度的に弱い部分は生じな
い。請求項2記載の発明では、前記強化繊維は1周以下
の所定単位長さに設定されていることを特徴とする。強
化繊維の長さを一定にしているので、管理が容易にな
り、しかも製品の強度も均一になる。請求項3記載の発
明では、周方向に配向した強化繊維と金属箔とを交互に
積層し、熱間静水圧プレス成形により複合材化する繊維
強化金属複合材のリングまたはブリングの製造方法にお
いて、前記強化繊維を金属箔の間に積層するときに、予
め1周以下の所定長さに切断していることを特徴とす
る。強化繊維を予め所定長さに切断して積層するので、
熱間静水圧プレスを行うときに、強化繊維が半径方向へ
移動する際に、破断伸びを超えて不規則な破断が生じる
のを未然に防止する。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図1は本発明が適用されたタービ
ン動翼の一部の斜視断面図である。図中符号1は運転時
において高速で回転するリング、2はリング1の外周に
取り付けられた動翼である。これら動翼2とリング1
は、繊維強化金属複合材により一体に成形され、その後
の機械加工により所定の形状に形成されるものであり、
このように動翼2とリング1とが一体構造になっている
ものを「ブリング3」と呼ぶ。なお、ダービン動翼に
は、リング1と動翼2とを別々に形成し、リング1の外
周に溝を形成し、この溝に動翼2の基端側のプラットフ
ォームを嵌合して取り付けた、いわゆる動翼が後付けさ
れるものもある。
【0007】前記ブリング3は、繊維強化金属複合材か
らなるものであり、内部には強化繊維5がブリング3の
周方向に配向されるように多層状態で埋設され、それら
の周囲をマトリックス6である金属で覆われたものであ
る。前記強化繊維5は1周以下の所定単位長さに切断さ
れている。強化繊維5の切断された不連続部分は、各層
どうしの間で重なる回数が最小限となるように周方向に
ずれて配置されている(図5参照)。
【0008】強化繊維5としては、例えばSiC等の無
機長繊維が用いられる。また、マトリックス6として
は、耐摩耗性、耐熱性、耐酸性にも優れる例えばTi6
242等のチタン合金が用いられる。
【0009】次に、上記構成のブリング3の製造方法に
ついて説明する。図3に示すように周方向に配向した強
化繊維5と金属合金箔10とを交互に積層し、HIP用
カプセルを兼ねたボビン11上に巻き付ける。具体的に
は、金属合金箔10は可能なかぎり長く連続したものと
し、所定の張力をかけながらボビン11上に巻き付け
る、このとき、金属合金箔10どうしの間に強化繊維5
を挟み込むように挿入する。
【0010】ここで、強化繊維5は、図2に示すよう
に、縦糸として当該強化繊維5を用いるとともに、横糸
としてそれら強化繊維よりもはるかに小径の横糸を用
い、それらを布状7に編み込んだ形で、前記金属合金箔
10の間に挟み込む。また、布状の形で積層するこれら
強化繊維5は、前記したように、予め1周以下の所定長
さに切断されている。強化繊維5の長さmは、ボビン1
1の回りに巻き付けられたときに、強化繊維5の不連続
部分が、各層どうしの間で重なる回数が最小限となるよ
うに周方向にずれて配置される長さに設定される。これ
ら強化繊維5の長さは机上の計算で容易に算出できる。
【0011】次いで、積層し終わった時点で、図4に示
すように素材8をチタン製のカプセル13内に組み込
み、熱間静水圧プレス加工することにより所定形状の繊
維強化金属複合材9を得る。その後、機械加工を施すこ
とにより図1に示す、リング1と動翼2とが一体になっ
たブリング3を得る。
【0012】このようにして得られるブリング3は、強
化繊維5を予め所定長さに切断して金属合金箔10の間
に積層するので、図5に示すように巻き終わった後の素
材8に対して熱間静水圧プレス加工を行うときに、強化
繊維5が半径方向へ移動する際に、破断伸びを超えて不
規則な破断が生じるのを防止でき、ひいては、従来見ら
れた強化繊維5の不規則な破断が周方向の1箇所に集中
して強度的に弱い部分ができるのを防止することができ
る。
【0013】なお、上記した実施の形態では、本発明を
ブリング3に適用した例で説明したが、本発明はこれに
限られることなく、動翼2が別体に構成されるリング1
にも勿論適用可能である。
【0014】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、強化繊維
を1周以下の長さとし、それら強化繊維の不連続部分
を、層どうしの間で周方向にずれて配置しているので、
強化繊維の不連続部分が層どうしの間で互いに重なって
周方向のいずれかに強度的に弱い部分が生じる等の不具
合が生じず、全体的にほぼ均一の強度をもつ。請求項2
記載の発明によれば、強化繊維の長さを一定にしている
ので、管理が容易になり、しかも製品の強度も均一とな
る。請求項3記載の発明によれば、強化繊維を金属箔の
間に積層するときに、予め1周以下の所定長さに切断し
ているので、熱間静水圧プレス加工を行うときに、強化
繊維が半径方向へ移動する際に、破断伸びを超えて不規
則な破断が生じるのを未然に防止でき、ひいては、従来
みられたような、熱間静水圧プレス加工を行うときに強
化繊維に対し不規則な破断が周方向の一部に集中して強
度的に弱い部分が生じるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態のブリングの一部を示す斜
視図である。
【図2】同ブリングを作製するのに用いる金属合金箔と
布状の強化繊維を示す斜視図である。
【図3】同ブリングの繊維強化金属複合材の積層工程を
示す斜視図である。
【図4】同ブリングの繊維強化金属複合材の熱間静水圧
プレス工程を示す一部断面図である。
【図5】本発明の実施の形態を示すリング状の繊維強化
金属複合材の正面図である。
【図6】従来のリング状の繊維強化金属複合材の正面図
である。
【符号の説明】
1 リング 2 動翼 3 ブリング 5 強化繊維 6 マトリックス 7 布状 8 素材 9 繊維強化金属複合材 10 金属合金箔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 正木 彰樹 東京都田無市向台町三丁目5番1号 石川 島播磨重工業株式会社田無工場内株式会社 先進材料利用ガスジェネレータ研究所田無 分室内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周方向に配向した強化繊維(5)と金属
    箔(10)とを交互に積層し、熱間静水圧プレス成形に
    より複合材化してなる繊維強化金属複合材のリングまた
    はブリングにおいて、 前記強化繊維は1周以下の長さに切断され、それら強化
    繊維の切断された不連続部分は、各層どうしの間で周方
    向にずれて配置されていることを特徴とする繊維強化金
    属複合材のリングまたはブリング。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の繊維強化金属複合材のリ
    ングまたはブリングにおいて、 前記強化繊維は1周以下の所定単位長さに設定されてい
    ることを特徴とする繊維強化金属複合材のリングまたは
    ブリング。
  3. 【請求項3】 周方向に配向した強化繊維と金属箔とを
    交互に積層し、熱間静水圧プレス成形により複合材化す
    る繊維強化金属複合材のリングまたはブリングの製造方
    法において、 前記強化繊維を金属箔の間に積層するときに、予め1周
    以下の所定長さに切断して積層することを特徴とする繊
    維強化金属複合材のリングまたはブリングの製造方法。
JP873096A 1996-01-22 1996-01-22 繊維強化金属複合材のリングまたはブリングおよびその製造方法 Withdrawn JPH09193295A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003021083A1 (fr) * 2001-09-03 2003-03-13 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd Rotor hybride, son procede de fabrication et turbine a gaz
JP2008045554A (ja) * 2006-08-16 2008-02-28 United Technol Corp <Utc> エアフォイル形状を有するブレードエアフォイルを備えるタービンブレードシステム、および該タービンブレードシステム用のリングプラットフォーム

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