特許 6026411 一体型部品を製造する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6026411

(24)【登録日】2016年10月21日

(45)【発行日】2016年11月16日

(54)【発明の名称】一体型部品を製造する方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 3/11 20060101AFI20161107BHJP

   F02K 3/06 20060101ALI20161107BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20161107BHJP

   B64C 11/26 20060101ALI20161107BHJP

   B22F 3/15 20060101ALI20161107BHJP

   D03D 25/00 20060101ALI20161107BHJP

   D03D 15/02 20060101ALI20161107BHJP

   D03D 1/00 20060101ALI20161107BHJP

【ＦＩ】

   B22F3/11 C

   F02K3/06

   F02C7/00 F

   B64C11/26

   B22F3/15 M

   D03D25/00

   D03D15/02 A

   D03D1/00 A

【請求項の数】11

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-519134(P2013-519134)

(86)(22)【出願日】2011年7月11日

(65)【公表番号】特表2013-538938(P2013-538938A)

(43)【公表日】2013年10月17日

(86)【国際出願番号】FR2011051647

(87)【国際公開番号】WO2012007682

(87)【国際公開日】20120119

【審査請求日】2014年6月24日

(31)【優先権主張番号】1055686

(32)【優先日】2010年7月12日

(33)【優先権主張国】FR

(31)【優先権主張番号】1055685

(32)【優先日】2010年7月12日

(33)【優先権主張国】FR

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】505277691

【氏名又は名称】スネクマ

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】特許業務法人川口國際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ゴードン，テイエリ

(72)【発明者】

【氏名】ダンブリン，ブルーノ・ジヤツク・ジエラール

(72)【発明者】

【氏名】ペルー，アラン・ロベール・イブ

【審査官】 米田 健志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−０９３１０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｆ １／００〜８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タービンエンジンのファンブレードまたはプロペラの前縁または後縁の金属補強材（３０）である一体型部品（４３０）の製造方法（２００）であって、前記方法は順に、
縦糸及び横糸の製織によって三次元繊維構造（３００）を織るステップ（２１０）であって、前記縦糸及び横糸の製織は、ストランドの長手軸の周りで互いに撚り合わせられた複数の金属経糸によって形成された金属ストランド（３０１、３０２）を用いて実行されるステップと、
一体型部品（４３０）を製造するために前記繊維構造（３００）の金属ストランドの凝集を引き起こす、前記繊維構造（３００）への熱間静水圧加圧を実行するステップ（２３０）と、
を含む製造方法。

【請求項2】

前記織りステップ（２１０）が、複数の金属経糸によって形成された金属ストランド（３０１、３０２）を用いて実行され、各経糸の直径は０．１ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法（２００）。

【請求項3】

前記織りステップ（２１０）が、０．５ｍｍ以上の直径を有する金属ストランド（３０１、３０２）を用いて実行されることを特徴とする、請求項１から２のいずれか一項に記載の製造方法（２００）。

【請求項4】

前記織りステップ（２１０）が、１ｍｍ以上の直径を有する金属ストランド（３０１、３０２）を用いて実行されることを特徴とする、請求項１から２のいずれか一項に記載の製造方法（２００）。

【請求項5】

前記織りステップ（２１０）が、チタニウムの複数の金属経糸によって、または異なる材料の複数の金属経糸によって形成された金属ストランド（３０１、３０２）を用いて実行されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の製造方法（２００）。

【請求項6】

前記織りステップ（２１０）が、異なる直径の複数の金属経糸によって形成された金属ストランド（３０１、３０２）を用いて実行されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の製造方法（２００）。

【請求項7】

前記熱間静水圧加圧ステップ（２３０）に先立って、前記方法は前記繊維構造（３００）を成形するステップ（２３０）を含み、前記成形は手作業で実行されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の製造方法（２００）。

【請求項8】

前記繊維構造（３００）の前記成形が、前記繊維構造（３００）がツール（４００）内に配置されたときに実行されることを特徴とする、請求項７に記載の製造方法（２００）。

【請求項9】

前記熱間静水圧加圧ステップ（２３０）に先立って、前記方法（２００）が、前記繊維構造（３００）を洗浄するステップ（２２５）を含むことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の製造方法（２００）。

【請求項10】

請求項１に記載の方法を実行するための三次元繊維構造（３００）であって、縦糸及び横糸の役割を果たす金属ストランド（３０１、３０２）を織ることによって形成され、繊維構造の前記縦糸及び横糸が、ストランドの長手軸の周りで互いに撚り合わせられた複数の金属経糸によって形成されていることを特徴とする、三次元繊維構造（３００）。

【請求項11】

前記方法が、順に、
製織によって少なくとも２つの三次元繊維構造（１３１０、１３２０）を織るステップ（２１０）であって、前記製織は、ストランドの長手軸の周りで互いに撚り合わせられた複数の金属経糸によって形成された金属ストランド（１３０１、１３０２）を用いて実行されるステップと、
一体型部品（４３０）を製造するために前記繊維構造（１３１０、１３２０）の金属ストランドの凝集を引き起こす、前記少なくとも２つの三次元繊維構造（１３１０、１３２０）への熱間静水圧加圧を実行するステップ（２３０）と、
を含む、請求項１または２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、たとえばタービンエンジンブレード用の金属補強材など、一体型部品を製造する方法に関する。

【0002】

より具体的には、本発明は、タービンエンジンブレードの前縁用の金属補強材を製造する方法に関する。

【背景技術】

【0003】

本発明の分野は、タービンエンジンの分野、より具体的には、複合材または金属材料で作られ、その前縁が金属構造補強材を含む、タービンエンジンのファンブレードの分野である。

【0004】

しかしながら、本発明はまた、地上または飛行用の、いずれかの種類のタービンエンジン、具体的にはヘリコプタのタービンエンジンまたは航空機ターボジェットエンジンの、ならびにオープンプロペラなどのプロペラの、前縁または後縁を補強するように意図された金属補強材の製造にも適用可能である。

【0005】

本発明はまた、複雑な幾何学形状を有する一体型部品の製造にも適用される。

【0006】

前縁は気流に直面し、気流を下面気流と上面気流とに分割する、空気力学的プロファイルの前部に対応することが、想起されるだろう。後縁は、下面流および上面流が合流する、空気力学的プロファイルの後部に対応する。

【0007】

タービンエンジンブレード、具体的にはファンブレードは、具体的には回転速度に関わる、相当な機械的応力を受け、重量および空間要件に関わる厳しい条件に適合する必要がある。その結果、より軽量で、熱に対してより高い耐性を有する複合材料で作られたブレードが使用される。

【0008】

欧州特許出願公開第１９０８９１９号明細書で言及されるように、ブレードの高さ全体に亘ってその前縁を超えて延在する金属構造補強材を備える、複合材料で製造された、タービンエンジンのファンブレードを提供することが知られている。このような補強材は、たとえば鳥、雹、または石など、ファンに異物が衝突するときに、複合材ブレードが保護されるようにする。

【0009】

具体的には、金属構造補強材は、剥離、繊維破断、または繊維／マトリクス分離による損傷などの危険性を防止することによって、複合材ブレードの前縁を保護する。

【0010】

従来、タービンエンジンブレードは、第１方向において前縁と後縁との間に、および第１方向に対して実質的に直交する第２方向においてブレードの足部と頭部との間に延在する、空気力学的表面を含む。金属構造補強材は、ブレードの空気力学的表面の前縁の形状を取り、第１方向において、ブレードの下面および上面のプロファイルの形状を取っているブレードの空気力学的表面の前縁を超えて、ならびに第２方向においてブレードの足部と頭部との間に延在する。

【0011】

既知の方式において、金属構造補強材は、完全に材料の塊からのフライス加工によって製造されたチタニウム製の金属部品である。

【0012】

しかしながら、ブレードの前縁の金属補強材は、製造するには複雑な部品であり、高い製造費用を伴う数多くの複雑な再加工および工作作業を必要とする。

【0013】

金属糸を織ること、および一体型部品を得るような方式で金属繊維構造の金属糸の凝集を引き起こすツール内での熱間静水圧加圧プロセスを実行することによって製造される三次元金属繊維構造から、一体型部品、具体的にはタービンエンジンブレード用の金属補強材を製造することが知られている。このプロセスは、仏国特許出願公開第２００８００５８９９６号明細書に記載されている。

【0014】

従来、繊維構造の織りは、複数の金属縦糸および金属横糸を織ることによって実行されており、糸の直径はおよそ数十ミリメートル程度、通常は０．０５ｍｍから０．３ｍｍの間である。

【0015】

繊維構造の織りは複雑で困難になっており、すなわち通常は０．４ｍｍを超える直径を備える、より大きい直径の金属糸でより厚い金属繊維構造を製造することが望ましいので、実際に製造するのが難しくなっている。

【0016】

これは、特にチタニウム製の０．４ｍｍを超える直径を有する糸の織物を製造するのに十分な縦糸および横糸の変形を得ることが、はるかに難しくなっているからである。

【0017】

糸の剛性を低減するための解決法は、その剛性を低減するような方式で、糸に熱処理を施すことにある。しかしながら、酸素の下でのこの熱処理は、チタニウム糸の酸化を招き、これが熱間静水圧加圧によって製造された部品の品質を損なうので、チタニウム製の糸には適用され得ない。

【0018】

この不都合を克服するために、１つの解決法は、真空の下で、すなわち酸素の不存在下で、熱処理を実行することにある。この解決法は、チタニウムの酸化の問題を解消することを可能にするが、しかしその一方で、すべての作業が真空の下で実行されなければならないので、製造および取り扱いにおいて困難を生じる。

【0019】

最後に、小さい直径（すなわち０．４ｍｍ未満）を有する糸の使用は、織りによる（薄い）多数の繊維構造の製造、次いで熱間圧縮による部品の製造に十分な厚みを得るため、ツールにこれらを１枚ずつ重ねることを必要とする。部品が堅いほど、部品を製造するために必要とされる繊維構造の数が多くなり、これは結果的に作業数、ひいてはこのような部品の製造費用を増加させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0020】

【特許文献1】欧州特許出願公開第１９０８９１９号明細書

【特許文献2】仏国特許出願公開第２００８００５８９９６号明細書

【特許文献3】欧州特許出願公開第１５２６２８５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0021】

この文脈において、本発明は、簡単かつ迅速な方式で数ミリメートルの厚みを備える複雑な形状の一体型部品を製造することを可能にし、同時にそのような部品の製造範囲を簡素化して製造費用を削減する製造方法を提案することによって、上述の問題を解決することを目指す。

【課題を解決するための手段】

【0022】

この目的のため、本発明は、一体型部品の製造方法であって、前記方法は順に、
製織によって三次元繊維構造を織るステップであって、前記製織は、ストランドの長手軸の周りで互いに撚り合わせられた複数の金属経糸によって形成された金属ストランドを用いて実行されるステップと、
一体型部品を製造するために前記繊維構造の金属ストランドの凝集を引き起こす、前記繊維構造への熱間静水圧加圧を実行するステップと、を含む製造方法を提案する。

【0023】

金属ストランドは、金属ケーブルを形成するように互いに撚り合わせられた金属経糸のアセンブリを意味すると理解される。

【0024】

一体型部品は、中空部分を含まず、被取付部分を備えない、一体部品を意味すると理解される。

【0025】

本発明の結果、塑性変形、塑性流動、および拡散溶接の組み合わせによって小型で多孔性のない部品が獲得され得るように、金属補強材のプリフォームを形成する繊維構造を織ることによって、および熱間静水圧加圧または圧縮（英語のＨｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇの略であるＨＩＰ）のプロセスによって、簡単かつ迅速な方式で、捻られた反り型の部品であるタービンエンジンブレード用の補強材など、複雑な形状の一体型部品を製造することが可能である。

【0026】

本発明による方法の結果、繊維構造は、手作業で容易に変形可能な、可撓性構造である。繊維構造はまた、たとえば曲げなどによって塑性的に手作業で変形可能であってもよく、これはツール内に配置されたときに低温状態で（すなわち周囲温度で）手作業で繊維構造を成形することを可能にする。

【0027】

繊維構造の手作業での低温変形は、熱変形を回避することを可能にするが、これは酸素の下でのチタニウム経糸の酸化、ならびに真空下での熱変形の間のチタニウム部品の操作および取り扱いの複雑さの原因である。

【0028】

可撓性ストランドによる繊維構造の製織はまた、０．４ｍｍを超える直径を有するチタニウムベース糸の剛性に関わる、著しい弾性回復の問題を回避することも可能にする。

【0029】

したがって、可撓性繊維構造の変形は、曲げプレスを用いることなく、繊維構造に特定の角度を付与するようなツーリングによる冷間および／または熱間鍛造を用いる必要もなく、実行される。

【0030】

この製造方法は、特にそのような部品の製造に必要とされる作業工数を減少させることによってコスト削減された金属ストランドの織りプリフォームの製造によって、複雑な部品の製造法を作り出せるようにする。

【0031】

本発明による一体型部品の製造方法はまた、別々にまたは技術的に可能なすべての組み合わせで検討される、下記の特徴の１つ以上を含むこともできる：
− 前記織りステップは、複数の金属経糸によって形成された金属ストランドを用いて実行され、各経糸の直径は０．１ｍｍ未満である。
− 前記織りステップは、０．５ｍｍ以上の直径を有する金属ストランドを用いて実行される。
− 前記織りステップは、１ｍｍ以上の直径を有する金属ストランドを用いて実行さる。
− 前記織りステップは、チタニウムの複数の金属経糸によって、または異なる材料の複数の金属経糸によって形成された金属ストランドを用いて実行される。
− 前記織りステップは、異なる直径の複数の金属経糸によって形成された金属ストランドを用いて実行される。
− 前記熱間静水圧加圧ステップに先立って、前記方法は前記繊維構造を成形するステップを含み、前記成形は手作業で実行される。
− 前記繊維構造の前記成形は、前記繊維構造がツール内に配置されたときに実行される。
− 前記熱間静水圧加圧ステップに先立って、前記方法は前記繊維構造を洗浄するステップを含む。
− 前記一体型部品は、タービンエンジンのファンブレードの前縁用または後縁用の金属補強材である。

【0032】

本発明の対象はまた、ストランドの長手軸の周りで互いに撚り合わせられた複数の金属経糸によって形成された金属ストランドを織ることによって形成される繊維構造でもある。

【0033】

本発明の対象はまた、中空一体型部品の製造方法にも関し、前記方法は順に、
金属糸および／または金属ストランドを織ることによって三次元繊維構造を織るステップと、
前記繊維構造内に少なくとも１つの一時的インサートを組み込むステップと、
一体型部品を製造するために、前記少なくとも１つの一時的インサートの周りで前記繊維構造の金属糸の凝集を引き起こすように、前記繊維構造および前記少なくとも１つの組み込まれた一時的インサートによって形成されたアセンブリに対して熱間静水圧加圧を実行するステップと、
中空一体型部品を製造するような方式で、前記インサートを溶解して前記一体型部品内に内部空洞を形成するように、前記少なくとも１つの一時的インサートを薬品侵食するステップと、を含む。

【0034】

「一時的インサート」は、恒久的であることが意図されず、前縁の中空金属補強材の製造のためにのみ必要とされる、インサートを意味すると理解される。したがって一時的インサートは、その最終状態において金属補強材の中に存在せず、いかなる状況においても金属補強材の機械的特性に関与しない。

【0035】

本発明の結果、中空一体型部品は、塑性変形、塑性流動、および拡散溶接の組み合わせによって小型で多孔性のない部品が獲得され得るように、金属補強材のプリフォームを形成する繊維構造を織ることによって、および熱間静水圧加圧または圧縮プロセス（英語のＨｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇの略であるＨＩＰ）によって、簡単かつ迅速な方式で製造される。

【0036】

繊維構造への一時的インサートの組み込みは、区切られた領域が形成されるようにし、熱間静水圧加圧ステップの間、繊維構造の金属材料はそこに流入することができない。繊維構造とは異なる材料で製造されたこのインサートはその後、一体型部品内に内部空洞を形成し、そうして軽量化された部品を製造するような方式で、薬品侵食によって溶解される。

【0037】

有利なことに、中空一体型部品は、前縁または後縁の中空金属補強材である。

【0038】

したがって、この製造方法は、大量の材料が使用され、結果的に原材料の供給のために相当な費用を必要とする平棒を用いる、ブローチングタイプのフライス加工の、固体からの機械加工による、補強材の複雑な製造を回避することを可能にし、これはまた、金属補強材が容易に、厳しい質量および／または幾何学的要件に適合するように、製造されることを可能にする。

【0039】

本発明による中空一体型部品を製造する方法はまた、個別にまたは技術的に可能なすべての組み合わせで検討される、下記の特徴の１つ以上を含むこともできる：
− 前記中空一体型部品は、タービンエンジンのファンブレードまたはプロペラの前縁または後縁の中空金属補強材である。
− 前記熱間静水圧加圧ステップに先立って、前記方法は、前記アセンブリをツール内に配置するステップを含む。
− 前記アセンブリの配置および前記ツール内の前記アセンブリの成形は同時に実行される。
− 前記方法は、変形ツールによるアセンブリの予備変形の先行ステップを含む。
− 前記熱間静水圧加圧ステップに先立って、前記方法は、前記アセンブリを脱脂するステップを含む。
− 前記薬品侵食ステップは、化学剤の液槽内で、熱間加圧ステップの間に得られた、前記一体型部品の浸漬によって実行される。
− 前記少なくとも１つの一時的インサートを組み込む前記ステップは、織りステップで製造された前記繊維構造を形成する２つの独立したプリフォームの間に前記少なくとも１つの一時的インサートを配置することによって実行される。
− 前記少なくとも１つの一時的インサートを組み込む前記ステップは、前記一時的インサートの周りに、織りステップで製造された前記繊維構造を形成する、単層プリフォームを巻き付けることによって実行される。
− 前記少なくとも１つの一時的インサートを組み込む前記ステップは、前記繊維構造を織る前記ステップの間に前記繊維構造を形成する単層プリフォーム中に事前に形成されたスロットを通じて、前記少なくとも１つの一時的インサートを空洞内に配置することによって実行される。

【0040】

本発明のその他の特徴および利点は、以下の添付図面を参照して、例示によって、何ら限定することなく、以下に示される説明により、さらに明らかとなるだろう。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】本発明による製造方法によって得られる前縁の金属構造補強材を含むブレードの側面図である。

【図2】図１に示される断面ＡＡの平面図を通る、本発明による方法によって得られる前縁の金属構造補強材を含むブレードの実施形態の第１の例の部分断面図である。

【図3】本発明による製造方法のタービンエンジンブレードの前縁の金属構造補強材の第１の実施形態の主要ステップを示すブロック図である。

【図4】図３に示される方法の第１ステップの間の、タービンエンジンブレードの前縁の金属補強材の部分断面図である。

【図5】図３に示される方法の第２ステップの間の、タービンエンジンブレードの前縁の金属補強材の部分断面図である。

【図6】図３に示される方法の第３ステップの間の、タービンエンジンブレードの前縁の金属補強材の部分図である

【図7】図１に示される断面ＡＡの平面図を通る、本発明による製造方法によって得られる前縁の金属構造補強材を含むブレードの実施形態の第２の例の部分断面図である。

【図8】本発明による製造方法のタービンエンジンブレードの前縁の金属構造補強材の第２の実施形態の主要ステップを示すブロック図である。

【図9】図８に示される方法の第１ステップの間の、タービンエンジンブレードの前縁の中空金属補強材の部分断面図である。

【図10】図８に示される方法の第２ステップの間の、タービンエンジンブレードの前縁の中空金属補強材の部分断面図である。

【図11】図８に示される方法の第３ステップの間の、タービンエンジンブレードの前縁の中空金属補強材の部分図である。

【図12】図８に示される方法の第４ステップの間の、タービンエンジンブレードの前縁の中空金属補強材の部分図である。

【図13】図８に示される方法の第５ステップの間の、タービンエンジンブレードの前縁の中空金属補強材の部分図である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

すべての図面において、特に指定のない限り、共通の要素は同じ参照番号を有する。

【0043】

図１は、本発明による製造方法によって得られる前縁の金属構造補強材を含むブレードの側面図である。

【0044】

図示されるブレード１０は、たとえば、タービンエンジン（図示せず）の可動ファンブレードである。

【0045】

ブレード１０は、第１軸方向１４において前縁１６と後縁１８との間に、および第１方向１４に対して実質的に直交する第２半径方向２０において足部２２と頭部２４との間に延在する、空気力学的表面１２を含む。

【0046】

空気力学的表面１２は、ブレード１０の上表面１３および下表面１１を形成し、ブレード１０の上表面１３のみが図１に示されている。下表面１１および上表面１３は、ブレードの前縁１６を後縁１８に接続する、ブレード１０の側面を形成する。

【0047】

この実施形態において、ブレード１０は、通常は織り繊維状組織をドレーピングまたは成形することによって得られる、複合材ブレードである。一例として、使用される複合材料は、織り炭素繊維および樹脂マトリクスのアセンブリを含むことができ、このアセンブリは（「樹脂トランスファ成形（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）」を意味する）ＲＴＭタイプの樹脂注入プロセスによる成形によって、形成される。

【0048】

ブレード１０は、その前縁１６に接着され、第１方向１４においてブレード１０の空気力学的表面１２の前縁１６を超え、第２方向２０においてブレードの足部２２と頭部２４との間に延在する、金属構造補強材３０を含む。

【0049】

図２に示されるように、構造補強材３０は、いわゆる補強材の前縁と称される、前縁３１を形成するように延在する、ブレード１０の空気力学的表面１２の前縁１６の形状を取る。

【0050】

従来、構造補強材３０は、前縁３１を形成し、それぞれがブレードの空気力学的表面１２の下表面１１および上表面１３の形状を取る２つの側面３５、３７によって延在する、基部３９を含む基本的にＶ字型の断面を有する一体部品である。側面３５、３７は、ブレードの後縁の方向に先細になるまたは細くなるプロファイルを有している。

【0051】

基部３９は、ブレード１０の前縁１６の丸みを帯びた形状を辿ることが可能な、丸みを帯びた内部プロファイル３３を有する。

【0052】

構造補強材３０は金属製であり、好ましくはチタニウムベースである。実際にこの材料は、衝撃によるエネルギー吸収の優れた能力を有している。補強材は、たとえばシアノアクリレート接着剤またはエポキシ接着剤など、当業者にとって既知の接着剤によって、ブレード１０に接着される。

【0053】

複合材タービンエンジンブレードの補強材に使用されるこのタイプの金属構造補強材３０は、欧州特許出願公開第１９０８９１９号明細書に、より具体的に記載されている。

【0054】

本発明による方法は、特に図２に示されるような構造補強材を製造することを可能にするが、図２はその最終状態の補強材３０を示している。

【0055】

図３は、図１および図２に示されるようなブレード１０の前縁の金属構造補強材３０の製造のための、本発明による製造方法２００の主要ステップを示すブロック図である。

【0056】

製造方法２００の第１ステップ２１０は、図４に示される、金属ストランド３０１、３０２を織ることによって、三次元繊維構造３００を織るステップである。

【0057】

織りステップ２１０は、最終部品が製造されるように１つ以上の三次元繊維構造３００を製造することを可能にする。

【0058】

この点に関して、繊維構造３００は、「縦糸」および「横糸」の役割を果たす複数の織りストランド３０１、３０２によって形成される。

【0059】

金属ストランド３０１、３０２の直径は、ユーザの要求、および部品を製造するために必要とされる材料厚に応じて異なってもよい。ストランドの直径の決定は、繊維構造の可撓性とツールにおいて必要とされる材料厚との間の妥協に基づいてなされる。

【0060】

ストランド３０１、３０２の直径、およびストランドを構成する経糸の性質もまた、特に縦糸３０１を形成するのに適したストランドと横糸３０２を形成するのに適したストランドとの間で異なってもよい。

【0061】

金属ストランド３０１、３０２は、ストランドの長手軸の周りでらせん状に捻られ、織られ、または巻き付けられた、複数の金属経糸で形成される。有利なことに、ストランドを形成する各金属経糸は、０．１ｍｍ未満の直径を有する。金属ストランドを製造する原理は有利なことに、捻られた金属経糸で織られた金属ケーブルを製造する原理である。

【0062】

一例として、金属ストランド３０１、３０２は、２０から３０の巻き付け経糸を含む。

【0063】

このため複数の巻き付け金属経糸によって形成された金属ストランド３０１、３０２の使用は、低温状態で（すなわち、たとえば周囲温度で）手作業で変形可能な可撓性ストランドを製造することを可能にする。

【0064】

０．５ｍｍを超える、あるいは数ミリメートルもの直径を有する金属ストランドを製造することによって、金属ストランド３０１、３０２は、支障のない繊維構造３００の取り扱い、手作業変形、および織りを可能にするのに十分なほど、可撓性のままである。

【0065】

繊維構造３００の製織パターンは、好都合なことに、たとえば欧州特許出願公開第１５２６２８５号明細書に記載される製織パターンなど、たとえば複合繊維を織る領域に使用される製織パターンである。

【0066】

ストランド３０１、３０２を製造するために使用される金属経糸は、主にチタニウムベースの経糸である。しかしながら、炭化ケイ素およびチタニウムベース（ＳｉＣ−Ｔｉ）の経糸、ホウ素で被覆された（ＳｉＣ−ホウ素）でまたは炭化ケイ素で被覆された（ＳｉＣ−ＳｉＣ）経糸を、織りに組み込むことも可能である。

【0067】

図５に示される、製造方法２００の第２ステップ２２０は、ツール４００内で繊維構造３００を成形するステップである。有利なことに、繊維構造３００の成形は、これがツール４００内に配置されるときに、手作業で実行される。

【0068】

ツール４００は、製造される部品の最終形状に対応する、型（下型）４１０および対型（抜き型）４２０を含む。

【0069】

先のステップで製造された繊維構造３００は、手作業で容易に変形可能な可撓性構造である。繊維構造３００はまた、たとえば曲げによってなど、手作業で塑性的に変形可能でもあり、これはツール内に配置されたときに繊維構造３００が手作業で成形され得るようにする。

【0070】

製造方法の第３ステップ２３０は、図６に示される、ツール内で繊維構造の熱間静水圧加圧（英語のＨｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇの略であるＨＩＰ）を実行するステップである。

【0071】

熱間静水圧加圧は、たとえばセラミックなど、金属の多孔率を低下させ、多数の金属の密度に影響を及ぼすための、非常に広範に使用される既知の製造プロセスである。静水圧加圧プロセスはまた、材料の機械的特性および使いやすさを改善することも可能にする。

【0072】

静水圧加圧は、高温で（従来は４００℃から１４００℃の間、およびチタニウムには１０００℃程度）、および静水圧で、実行される。

【0073】

したがって、内圧と組み合わせた熱の印加は、一体型部品４３０を形成するような方式で、塑性変形、塑性流動、および拡散溶接の組み合わせによって、繊維構造３００内の中空空間、ならびに微細孔性も排除する。

【0074】

タービンエンジンブレードの金属補強材の製造の場合、静水圧加圧ステップから得られる一体型部品４３０は、金属補強材３０の内部プロファイルおよび外部プロファイルを含む。一体型部品４３０はその後、ツール４００から取り出される。

【0075】

静水圧加圧ステップは、二次真空が生成される溶接ツール内、またはオートクレーブバッグ内のいずれかで、真空下、有利なことには二次真空下で実行され、プロセスの選択は、製造される部品の数に依存する。二次真空は、チタニウムの静水圧加圧ステップの間、ツールおよび繊維構造内の酸素の存在を回避できるようにする。

【0076】

ツールは、機械的合金、いわゆる超合金または高性能合金で製造される。

【0077】

静水圧加圧ステップは、繊維構造の残留不純物を除去するために、可撓性繊維構造の洗浄、脱脂、および／または薬品侵食のステップ２３５を事前に含むことができる。

【0078】

有利なことに、不純物を洗浄するステップは、洗浄剤または化学剤の液槽での繊維アセンブリの浸漬によって実行される。

【0079】

図７から図１３に示される本発明の実施形態の第２の例によれば、本発明による方法は、図７に示されるような、内部空洞を含む構造補強材を製造することを可能にするが、図７は、その最終状態における補強材１３０の実施形態の第２の例を示す。

【0080】

図８は、図７に示されるような、ブレード１１０の前縁の金属構造補強材１３０の製造方法１２００の第２の実施形態の主要ステップを示すブロック図を表示する。

【0081】

製造方法１２００の第１ステップ１２１０は、金属糸を織ることによって三次元繊維構造１３００を織るステップである。

【0082】

第１ステップ１２１０は、単独で最終部品のプリフォームが形成され得るようにする繊維構造を形成するような方法で、三次元に織られた金属糸１３０１、１３０２の少なくとも１つのプリフォーム１３１０、１３２０を製造することを可能にする。

【0083】

図９に示される第１の実施形態において、繊維構造１３００は、繊維構造１３００の内側を形成する第１プリフォーム１３１０、および繊維構造１３００の上側を形成する第２プリフォーム１３２０によって形成された多層構造である。内側は、ブレードの表面１１２（図７）と接触する金属補強材の内側部分を形成するように意図された繊維構造１３００の部分を意味すると理解され、上側は、金属補強材１３０の外側部分を形成するように意図された繊維構造１３００の部分を意味すると理解される。

【0084】

繊維構造１３００の製織パターンは、たとえば欧州特許出願公開第１５２６２８５号明細書に記載される製織パターンなどの、たとえば複合繊維を織る領域で使用される、従来の製織パターンである。

【0085】

この点に関して、繊維構造１３００は、複数の縦糸１３０１および複数の横糸１３０２を含む。

【0086】

繊維構造の縦糸１３０１および／または横糸１３０２の、金属糸のサイズは、ユーザの要求、金属補強材１３０の剛性および必要な材料厚に応じて、異なってもよい。

【0087】

繊維構造１３００を織るために使用される金属糸は、主にチタニウム糸である。しかしながら、炭化ケイ素およびチタニウムベース（ＳｉＣ−Ｔｉ）の糸、ホウ素で被覆された（ＳｉＣ−ホウ素）でまたは炭化ケイ素で被覆された（ＳｉＣ−ＳｉＣ）糸を、チタニウム糸の織りに組み込むことも可能である。

【0088】

別の実施形態によれば、繊維構造１３００は、「縦糸」および「横糸」の役割を果たす複数の織りストランドによって形成されることも可能である。金属ストランドの直径は、ユーザの要求、および部品を製造するために必要とされる材料厚に応じて、異なってもよい。ストランドの直径の決定は、繊維構造の可撓性とツールにおいて必要とされる材料厚との間の妥協に基づいてなされる。ストランドの直径、およびストランドを構成する経糸の性質もまた、特に縦糸を形成するのに適したストランドと横糸を形成するのに適したストランドとの間で、異なってもよい。金属ストランドは、ストランドの長手軸の周りでらせん状に捻られ、織られ、または巻き付けられた複数の金属経糸で形成される。有利なことに、ストランドを形成する各金属経糸は、０．１ｍｍ未満の直径を有する。金属ストランドを製造する原理は有利なことに、捻られた金属経糸で織られた金属ケーブルを製造する原理である。一例として、金属ストランドは、２０から３０の巻き付け経糸を含む。このため複数の巻き付け金属経糸によって形成された金属ストランドの使用は、可撓性であって手作業で変形可能なストランドを製造することを可能にする。０．５ｍｍを超える、あるいは数ミリメートルもの直径を有する金属ストランドを製造することによって、金属ストランドは、その取り扱い、その手作業変形を可能にするのに十分なほど、可撓性のままである。

【0089】

ストランドを製造するために使用される金属経糸は、主にチタニウムベースの経糸である。しかしながら、炭化ケイ素およびチタニウムベース（ＳｉＣ−Ｔｉ）の経糸、ホウ素で被覆された（ＳｉＣ−ホウ素）でまたは炭化ケイ素で被覆された（ＳｉＣ−ＳｉＣ）経糸を、織りに組み込むことも可能である。

【0090】

本発明の第２の実施形態によれば、繊維構造３００は、単一のプリフォームによって形成された単層構造である。

【0091】

製造方法１２００の第２ステップ１２２０は、図５に示されるような、インサート１５０を繊維構造１３００に組み込むステップである。

【0092】

繊維構造１３００が２つの独立したプリフォーム１３１０、１３２０によって形成されるとき、インサート１５０は、２つの織り層を形成する２つのプリフォームの間に位置する。この場合、第２ステップ１２２０の間に、インサート１５０を所定位置に保持するような方式で、独立したプリフォーム１３１０、１３２０を組み立てる必要があり得る。

【0093】

２つの独立したプリフォーム１３１０、１３２０の組み立ては、たとえばストップを形成してインサートを所定位置に保持することが可能な、局所的な余肉を形成するために、２つの独立したプリフォームの間に縫い目を形成するように糸によって、ストランドの異なる経糸のスポット溶接によって、または１つ以上のプリフォームの特殊な織り形状によって実行されることが可能である。

【0094】

別の実施形態によれば、一時的インサートはまた、たとえば独立したプリフォーム１３１０、１３２０内に押し込まれるバーブを用いて、１つ以上のプリフォームに係止されることも可能である。

【0095】

最後に、一時的インサートは、独立したプリフォーム１３１０、１３２０が組み立てられなくても、ツール内に単純に保持されることが可能である。

【0096】

繊維構造が単一のプリフォームによって形成された単層構造で形成されるとき、インサートは、インサートの周りに単層構造を巻き付けることによって、または織りステップの間に単層構造内に設けられたスロットによって事前に作られた空洞内にインサートを摺動することによって、組み込まれることが可能である。

【0097】

インサート１５０は、繊維構造１３００の織りに使用される金属糸の材料とは異なる材料で製造される。インサート１５０は、９００℃程度の高温、１０００バール程度の高圧に耐えることができ、繊維構造１３００上に不純物または酸化を形成しないように織り糸の材料と適合する材料で、製造される。

【0098】

インサート１５０の材料はまた、化学剤による溶解によって化学的に侵食されることが可能でなければならない。

【0099】

有利なことに、インサート１５０は銅、または石英またはシリカで作られる。

【0100】

繊維構造１３００に組み込まれるインサート１５０の形状は、図７に示される最終的な内部空洞１４０の形状と同一であり、いかなる種類のプロファイルをも含むことが可能である。

【0101】

インサート１５０は、鍛造プロセスによって、機械加工によって、または鋳造によって、等しく得られる。

【0102】

別の実施形態によれば、複数のインサート１５０が、繊維構造１３００の内部に組み込まれる。

【0103】

製造方法１２００の第３ステップ１２３０は、繊維構造１３００およびインサート１５０によって形成された繊維アセンブリ１５００をツール１４００内の所定位置に配置して成形するステップである。このステップ１２３０は、図１１に具体的に示されている。ツール１４００は、金属補強材１３０の最終的な外部形状に対応する型１４１０（下型）、および前縁の金属補強材の最終的な内部形状に対応する対型１４２０（抜き型）を含む。

【0104】

製造方法１２００は、繊維アセンブリをツール内の所定位置に配置する第３ステップに先立って、特定のツールにおける予備変形のステップ１２２５を含むことができる。この繊維アセンブリの予備変形ステップは、特に直径の大きい金属糸を使用する際に、有用であり得る。

【0105】

繊維構造の織りが可撓性ストランドによって実行されるとき、予備変形ステップ１２２５は必要とされない。実際、ストランドの使用は、０．４ｍｍを超える直径を有するチタニウムベース糸の剛性に関わる著しい弾性回復の問題を回避することを可能にする。

【0106】

製造方法１２００の第４ステップ１２４０は、図１２に示される、ツール１４００内で繊維アセンブリ１５００の熱間静水圧加圧（英語のＨｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇの略であるＨＩＰ）を実行するステップである。

【0107】

熱間静水圧加圧は、たとえばセラミックなど、金属の多孔率を低下させ、多数の金属の密度に影響を及ぼすための、非常に広範に使用される既知の製造プロセスである。静水圧加圧プロセスはまた、材料の機械的特性および使いやすさを改善することも可能にする。

【0108】

静水圧加圧は、高温で（従来は４００℃から１４００℃の間、およびチタニウムには１０００℃程度）、および静水圧で実行される。

【0109】

したがって、内圧と組み合わせた熱の印加は、一体型部品１４３０を形成するような方式で、塑性変形、塑性流動、および拡散溶接の組み合わせによって、繊維構造１３００内の中空空間、ならびに微細孔性も排除する。

【0110】

静水圧加圧ステップから得られる一体型部品１４３０は、金属補強材１３０の内部および外部プロファイルを含む。次いで、一体型部品１４３０は、ツール１４００から引き出される。

【0111】

静水圧加圧ステップは、二次真空が生成される溶接ツール内、またはオートクレーブバッグ内のいずれかで、真空下、有利なことには二次真空下で実行され、プロセスの選択は、製造される部品の数に依存する。二次真空は、チタニウムの静水圧加圧ステップの間、ツールおよび繊維構造内の酸素の存在を回避できるようにする。

【0112】

ツール１４００は、機械的合金、いわゆる超合金または高性能合金で製造される。

【0113】

静水圧加圧ステップ１２４０は、繊維構造１３００の残留不純物を除去するために、繊維アセンブリ１５００の洗浄、脱脂、および／または薬品侵食のステップ１２３５を事前に含むことができる。

【0114】

有利なことに、不純物を洗浄するステップは、洗浄剤または化学剤の液槽での繊維アセンブリの浸漬によって実行される。

【0115】

製造方法１２００の第５ステップ１２５０は、インサート１５０が製造される材料を侵食することが可能な化学剤による、一体型部品１４３０の材料に組み込まれたインサート１５０の薬品侵食のステップである。このステップは、図１３に示されている。

【0116】

インサート１５０の薬品侵食は、溶解されたインサート５０によって開放された空間が、図７に示される金属補強材１３０の内部空洞１４０を形成するような方式で、インサート１５０を溶解することを可能にする。

【0117】

有利なことに、薬品侵食ステップ１２５０は、インサート１５０を溶解することが可能な化学剤を収容する液槽での一体型部品１４３０の浸漬によって実行される。

【0118】

化学剤は、たとえば酸または塩基である。

【0119】

有利なことに、化学剤は、銅、石英、またはシリカを溶解することができる。

【0120】

これらの主要製造ステップ、および本発明のいずれの実施形態にも関連して、本発明による方法はまた、補強材３０、１３０を製造するために、ツールの取り出し口から得られた一体型部品を機械加工することによって、仕上げおよび再加工するステップも含むことができる。この再加工ステップは、
補強材３０、１３０の基部３９、１３９のプロファイル、および具体的には前縁３１、１３１の空気力学的プロファイルをリファインするために、補強材３０、１３０の基部３９、１３９のプロファイルを再加工するステップと、
側面３５、１３５、３７、１３７を再加工するステップであって、このステップは具体的には側面３５、１３５、３７、１３７をトリミングし、下表面および上表面側を薄化することからなる、ステップと、
必要とされる表面状態が得られるようにする仕上げステップと、を含む。

【0121】

これらの主要製造ステップに関連して、本発明による方法はまた、得られたアセンブリの幾何学的および冶金学的コンプライアンスが保証されるようにする、補強材３０、１３０の非破壊制御のステップも含むことができる。一例として、非破壊制御は、Ｘ線プロセスによって実行されることが可能である。

【0122】

本発明は主に、ストランドを製造するためのチタニウムベース金属経糸の使用に関して説明されてきた。しかしながら、製造方法はまた、いかなる種類の金属経糸にも適用可能である。

【0123】

本発明による方法は、より簡単な方式で、複雑な形状および基本的に０．１から７０ｍｍの間で異なる厚みを備える部品を製造することを可能にする。したがって、本発明による方法は、一体型部品および薄い部品の両方を製造することを可能にする。

【0124】

本発明は、具体的には複合材タービンエンジンブレードの金属補強材の製造に関して説明されてきた。しかしながら、本発明はまた、金属タービンエンジンブレードの金属補強材の製造にも適用可能である。

【0125】

本発明は、具体的にはタービンエンジンブレードの前縁の金属補強材の製造に関して説明されてきた。しかしながら、本発明はまた、タービンエンジンブレードの後縁の金属補強材の製造、あるいは複合材プロペラまたは金属プロペラの金属補強材の製造にも適用可能である。

【0126】

本発明のその他の利点は、具体的には以下の通りである：
− 製造費用の削減
− 製造時間の短縮
− 製造範囲の簡素化
− 材料費の削減

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】