(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン用の単一片部品を拡散接合によって製作する方法にして、
少なくとも１つの金属ワイヤの層を備えるブランク（Ｅ）を心棒（１２）のまわりに作製するステップと、
単一片部品を得るために、ブランクに熱間静水圧圧縮形成を受けさせるステップと、
任意選択で、部品を機械加工するステップとから成る方法であって、
ブランク内の前記少なくとも１つの金属ワイヤの層は、互いに個別の環（１０）から構成され、前記環（１０）が、個々に心棒の周囲に係合されかつ前記心棒上に積み重ねられることを特徴とする、方法。
【請求項２】
環（１０）が、円形状と非円形状のうちの一方であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
環（１０）が、心棒（１２）上に係合される前に円形状と非円形状のうちの一方の形状に予備成形されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
心棒（１２）が、円筒形状と非円筒形状のうちの一方であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
環が、閉鎖環であ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方法。
【請求項６】
環（１０）が、外周のまわりの一箇所で開口している型式であ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方法。
【請求項７】
心棒（１２）上に係合される各環（１０）の開口部が、心棒の長手方向軸線のまわりで隣接し合った環の開口部に対して角度的にオフセットされることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
単一片部品が、タービンエンジンの単一片の軸とディスクと羽根環のうちの一つであることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
心棒上の連続した２つの金属ワイヤ層間に金属被覆セラミック繊維（１８）の少なくとも１つの環状層が配置されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
環（１０）が、心棒（１２）の一方の端部に心棒と同じ軸線上で位置決めされることによって、かつ長手方向軸線（Ａ）と平行に心棒に沿って並進移動されることによって心棒上に係合されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
ブランクを作製するステップが、同軸の重ね合わされた複数の環状層を作製することを備えることと、
金属ワイヤの各層は、心棒上に係合および積み重ねられた個別の環から構成されることとを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機のターボプロップまたはターボジェットなどのタービンエンジン用の単一片部品において、例えば、ターボジェットの主軸とエンジンの補助機器を駆動するアクセサリギアボックス（ＡＧＢ）との間の伝動軸などである部品を製作する拡散接合法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＧＢの軸は比較的細長く、大直径式エンジンでは１メートル程度の長さを備え、一般に、機械的強度および耐振動性のために端同士を接するように配置された２つの部位で作製される。これら２つの部位の隣接し合った端部は、振動共振モードの周波数が通過することを可能にする中間軸受けによって回転中に案内および心合わせされる。
【０００３】
このような軸を拡散接合によって単一片として製作する提案が既になされている。この方法は、回転する円筒状心棒のまわりに軸用ブランクを形成することから成る。これは、リールまたはスプールから少なくとも１本の金属ワイヤを取り出し、それを心棒上へと巻き付けて、心棒を取り囲む同軸の重ね合わせられた金属ワイヤの複数の環状層において、１つ１つが複数回のタッチ式回転から構成される環状層を形成するようにし、次いでブランクに、適切なツーリングで熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）による拡散接合処理を受けさせることによって行われる。この結果得られる部品は単一片であり、必要に応じて仕上げのために機械加工を受けることができる。
【０００４】
この形式の部品を、心棒上に金属ワイヤの２つの層、即ち内側層と外側層それぞれの間で１つまたは複数の層として巻き付けられる金属被覆セラミック繊維で強化することも知られている。
【０００５】
本出願人名義の先のフランス特許出願第１１／５０１９４号明細書、フランス特許出願第１１／５１７０６号明細書、およびフランス特許出願第１１／５２１２９号明細書が、上述の型式の方法について述べている。
【０００６】
それにも関わらず、従来技術の方法は、円筒状ではない形状の心棒のまわりに金属ワイヤを巻き付けることが困難、または実際には不可能であることから、非円形断面の部品を製作することを可能にしない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の特定の目的は、この問題に対する簡単で効果的、かつ低コストの解決方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的のために、本方法は、タービンエンジン用の単一片部品を拡散接合によって製作する方法にして、
同軸の重ね合わされた金属ワイヤの複数の環状層を備える部品用ブランクを心棒のまわりに作製するステップと、
単一片部品を得るために、ブランクに熱間静水圧圧縮形成を受けさせるステップと、
任意選択で部品を機械加工するステップとから成る方法であって、
ブランク内の金属ワイヤの各層が、心棒上に係合および積み重ねられた個々の環から構成されることを特徴とする方法を提供する。
【０００９】
本発明によると、金属ワイヤは、リールまたはスプールから直接到来して心棒上へと巻き付けられるのではない個別の環を形成し、そのようにして円形であることも非円形であることもできる断面の部品を作製することを可能にする。環は、周囲温度で心棒上に積み重ねられることができる。
【００１０】
円形断面の部品は、円筒状の心棒上に係合される、形状が円形である環から作製される。非円形断面（さらに例えば、多角形、三角形、長方形、正方形などの断面）の部品は、相補形状（非円筒状）の心棒上に係合される対応する非円形状の環から作製される。
【００１１】
環は、心棒の一方の端部にその軸線上で配置されることによって、次いでその長手方向軸線と平行に心棒上へと並進移動されることによって心棒上に係合される。心棒が垂直方向に配向されているとき、いずれの層内の環も互いの上に積み重ねられる。心棒が水平方向に配向されているとき、いずれの層内の環も水平方向に並んで配置される。
【００１２】
圧縮成形は、生産されるべき部品の数に応じて、等温圧縮成形装置内またはオートクレーブバッグ内で実施されることができる。
【００１３】
本発明の他の特徴によると、環は、上述の円形状または非円形状を取るために、心棒上に係合される前に予備成形される。環を予備成形することにより、それらの環が、作製されるべき部品の断面に対応する任意の形状を取ることが可能になる。例として、多角形の断面の軸が作製されるとき、内側層の環の形状は多角形であり、外側層の環は、内側層の環の横方向寸法よりも大きな横寸法を備えた同一の多角形状を有する。環は、手作業で（小さな直径の金属ワイヤに対して）、あるいは適切なツーリングによって予備成形されることができる。
【００１４】
例として、環を構成する金属ワイヤの直径は、凡そ１ミリメートル（ｍｍ）から６ｍｍの範囲内であることができる。心棒は、環の金属ワイヤの直径よりも大きいことが好ましい半径を有する。
【００１５】
環は閉鎖型または非開裂型であることができる。このような状況下では、環の内径および外径は一定であり、外側層の各環は内側層の環のまわりに延在し、内側層のこの環と横方向に位置合わせされる。内側層の環の外径は、内側層を取り囲む外側層の環の内径と等しい。閉鎖環は、それらの製作方法によって直接得られることができる。一変形形態では、閉鎖環は、金属ワイヤを、その自由端部が互いに向けて動かされ、次いで、例えば溶接によって一緒に固定されるように形づくることによって得られることができる。
【００１６】
２つの層、即ち２つの環から構成された内側層と、内側層の２つの環を取り囲む２つの環から構成された外側層とを占める４つの隣接し合った環について考察すると、これらの環（同一直径）の積み重ね方は正方形型である。具体的には、これらの環の片側断面図は、正方形の４つの角に中心が位置付けられた４つの円を備える。本発明の特定の実装形態では、この積み重なりの拡張率は約２１．５％である。
【００１７】
一変形形態では、環は、円周の一箇所で開口または開裂した型式である。このような状況下で、これらの環は、それらの自由端部を互いに離し、または近づけることによって変形可能である。このことは、環の内径と外径とを変更することを可能にし、環が、外側層内の各環が内側層の２つの環間に位置するように心棒上に取り付けられることを可能にする。したがって内側層の環の外径は、内側層を取り囲む外側層の環の内径よりも大きくなる。これらの環（同一直径）の積み重ね方は正三角形型であり、これらの環の片側断面図は、正三角形の角に中心が位置付けられた３つの円を備える。本発明の特定の実装形態では、この積み重なりの拡張率は約９．３１％である。
【００１８】
心棒上に係合される各開裂環の開口部は、心棒の長手方向軸線のまわりの隣接し合った環の開口部に対して角度的にオフセットされることが好ましい。このことは、心棒の長手方向軸線のまわりでこれらの開口部を、心棒の軸方向サイズ全体にわたって分配することと、ワイヤから到来する金属の量が不充分となる場合のあるゾーンをブランク内に造り出して、作製されるべき部品内に空洞をもたらすのを回避することとを可能にする。
【００１９】
例として、作製されるべき部品はタービンエンジンの軸、またはディスク、または単一片の羽根環（「ブリスク（ｂｌｉｓｋ）」）である。
【００２０】
有利なことには、金属ワイヤの２つの層間に、例えば、織物または繊維シートによって構成された金属被覆セラミック繊維の少なくとも１つの環状層が配置される。
【００２１】
この繊維の層は部品を強化する役目を果たす。各繊維は、金属（Ｔｉ、Ａｌ、Ｂなど）被覆で覆われた（高速被覆などで）セラミック材料（炭化ケイ素、ＳｉＣなど）で作製されたコアを備える。この金属は、上述の環を構成する金属と同一であることが好ましい。拡散接合後、部品は、このように部品に対しては接合機能、部品が受ける力を取り上げる繊維に対しては保護機能を実施する均質な金属マトリックスを備える。この技法は、部品の剛性を、その密度を増大することなく高めることを可能にする。この技法はまた、部品の密度に対するヤング率の割合を高めること、その振動の共振モードを高い周波数にシフトすることも可能にする。ＡＢＧの軸に対しては、この技法は、上述の中間軸受けがもはや必要ではないことから、それを省略することを可能にする。ＳｉＣの織物、Ｔｉ、Ａｌ、もしくはＴｉＡｌ、または任意の他の材料で作製された箔など、超可塑性成形および拡散接合が実施されることを可能にする特性を呈示する他の材料は、心棒のまわりに巻き付けまたは積み重ねられることができる。
【００２２】
非限定的な例としてなされる以下の説明を読み、添付図面を参照すれば、本発明がより充分に理解されることが可能であり、本発明の他の特徴、詳細、および利点が明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】金属環を積み重ねることによって、その上にブランクが形成される心棒の軸方向断面概略図であり、本発明の方法の１つのステップを示す。
【図２】閉鎖型または非開裂型の、本発明の金属環の概略図である。
【図３】開口型または開裂型の、本発明の金属環の他の変形形態の概略図である。
【図４】積み重ねられた閉鎖環の軸方向概略断面図である。
【図５】積み重ねられた開裂環の軸方向概略断面図である。
【図６】図４で示された正方形型積み重なりの反復パタンの概略図である。
【図７】図５で示された正三角形型積み重なりの反復パタンの概略図である。
【図８】本発明の方法の他のステップで、その上に金属環が積み重ねられた心棒の軸方向概略断面図である。
【図９】部品の拡散接合で使用されるツーリングの片側軸方向概略断面図であり、本発明の方法の他のステップを示す。
【図１０】本発明の方法の変形実装形態の非円形環を示す図である。
【図１１】本発明の方法の変形実装形態の非円形環を示す図である。
【図１２】本発明の方法の変形実装形態の非円形環を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の方法のステップが、図１、図８、および図９に模式的に示されている。本方法は、軸またはディスクまたは単一片の羽根環など、タービンエンジン用の単一片部品を製作する役目を果たす。
【００２５】
図１で示された第１ステップでは、金属環１０が心棒１２上に係合され、所定の距離Ｌにわたって積み重ねられて、同軸の重ね合わされた１つまたは複数の金属環の環状層を心棒のまわりに形成する。所与の層の環１０同士は同一直径を有し、それらは心棒の長手方向軸線Ａに沿って並んで配置される。この層の厚みは、環が作製される金属ワイヤの直径と等しい。
【００２６】
ここに示された例の心棒１２の形状は円筒形であるが、以下により詳しく記述されるように、何らかの他の形状、例えば三角形、正方形、長方形、または多角形などの断面を有することも可能である。心棒は垂直方向または水平方向に配置され、静止していることができる。
【００２７】
環１０は、心棒１２の一方の端部に位置決めされることによって心棒１２上に、心棒と同じ軸線上に係合され、次いで心棒に沿って軸線Ａと平行に並進移動される。環状終板１４が心棒上に一方の端部で取り付けられ、心棒のまわりに延在する各環状層の第１の環用の支承手段を形成することが好ましい。環１０は、製作されるべき部品の長さに応じて決定される距離Ｌにわたって積み重ねられる。一層ごとの環の数は、金属ワイヤの直径に応じ、その直径は、例えば凡そ１ｍｍから６ｍｍの範囲内であってよい。
【００２８】
環は、熱機械的強度および軽量さを与えるＴｉＡ６Ｖ型またはＴｉ６２４２型のチタン合金で作製されることができる。
【００２９】
本発明の方法の予備ステップ（図示されず）では、環１０は、円形、正方形、長方形、三角形などである断面を有する場合の、製作されるべきある部品の形状に対応する形状を取るように成形される。この予備成形のステップは、リールまたはスプールから到来する金属ワイヤを使用して実施されることができる。
【００３０】
環１０’、１０”は、図２で示されるように閉鎖型または非開裂型であり、あるいは図３で示されるように開口型または開裂型である。本発明のこれらの２つの実装形態では、環は円形であり、円筒状心棒上に取り付けるためのものである。
【００３１】
閉鎖環１０’は、一定の内径と外径を有する。閉鎖環１０’が、金属ワイヤを予備成形することによって得られるとき、各環１０’の向かい合った自由端部１５同士は互いに近づけられ、例えば溶接によって一緒に固定される。
【００３２】
図４および図６は、閉鎖環１０’で得られる積み重なりの型式（正方形）を示す。内側層の環の内径は、実質的に心棒１２の外径と等しいか、またはそれより僅かに大きく、環の外径は、実質的に外側層の環の内径と等しいか、またはそれより僅かに小さい（図４）。内側層の各環は外側層の環によって取り囲まれ、これら２つの環は、軸線Ａに対して横方向である共通平面内に位置付けられる。図６は、２つの層内に分配された４つの隣接し合った環の片側断面図を示す。内側層は２つの環によって形成され、外側層は、内側層の２つの環を取り囲む２つの環によって形成される。ワイヤの片側断面（円形状）の中心が正方形の４つの角に位置付けられることから、積み重なりは正方形型である。本発明の特定の一実装形態では、この積み重なりの拡張率は約２１．５％である。
【００３３】
開裂環１０”の直径は、それらの自由端部１６を互いに離し、または近づけることによって修正されることができる（図３）。図５および図７は、開口環１０”で得られる積み重なりの型式（正三角形）を示す。内側層の環の内径は、心棒１２の外径と実質的に等しく、またはそれより僅かに大きく、これらの環の外径は、外側層の環の内径よりも大きく、それによって強制的に外側層の環に、内側層の２つの環間とそれらの外側とに位置付けられる位置を採らせる（図５）。外側層の各環は、内側層の２つの隣接し合った環をそれぞれ含む２つの横断面間の実質的に中間に位置する横断面内に位置付けられる。図７は、２つの層、即ち２つの環から構成された内側層と、内側層の環同士間および外側に位置付けられた外側層とにわたって分配された３つの隣接し合った環の片側断面図を示す。ワイヤの断面（円形状の）の中心が正三角形の角に位置付けられることから、この積み重なりは正三角形型である。本発明の特定の実装形態では、この積み重なりの拡張率は約９．３１％である。
【００３４】
環１０”は、それらの開口部が、軸線Ａのまわりで互いに対して角度的にオフセットされるように心棒上に積み重ねられることが好ましい。これらの開口部は、このように軸線Ａのまわりに規則的または非規則的に分配されて、金属が無くなるとともに、圧縮成形工程中に空洞が出現する可能性のあるゾーンを生み出すのを回避することを可能にする。
【００３５】
図１に示される通り、金属環１０の内側層は、金属被覆された織物またはセラミック繊維のシート１８によって構成されることができる複合繊維構造によって取り囲まれている。繊維１８を被覆する金属と金属環１０の金属とは、熱間静水圧圧縮成形作業および拡散接合に関する方法の後続ステップを最適化するために、同一種類（例えば、ＴｉＡ６Ｖまたは６２４２）であることが好ましい。
【００３６】
織物または繊維のシート１８は、繊維が心棒１２の軸線Ａと平行に延在するように金属環１０の第１の層上に巻き付けられる。複数の織物、または同じ織物からの複数のシート、または同軸に巻き付けられた１つもしくは複数の別の繊維からの複数のシートを巻き付けるように、設けられることもできる。織物同士は異なった種類であってよく、異なった直径の被覆繊維を有してもよい。複合繊維構造物の長さは、金属環１０の第１の層の長さＬ以下である。
【００３７】
一変形形態では、繊維１８は心棒のまわりに巻き付けられ、軸線Ａのまわりで周囲に延在することができる。
【００３８】
例として、被覆セラミック繊維はＳｉＣ／Ｔｉ 、ＳｉＣ／Ａｌ、ＳｉＣ／Ｂなどで作製されることができる。
【００３９】
図８に示された本発明の方法の以下のステップは、上述の繊維構造物を、上述の通り心棒１２のまわりに積み重ねられた状態の金属環１０の少なくとも１つの他の層で覆うことから成る。金属環１０は、繊維構造物の前後にも配置されて、作製されるべき最終的な部品の金属の内側にそれが埋設されるようにする。
【００４０】
このように部品のブランクＥが心棒のまわりに徐々に作り上げられてゆく。このブランクＥは１０００個より多くの環１０と上述の型式の複数の繊維構造物とを有することができる。これらの繊維構造物は少なくとも１つの金属環の層によって互いに分離された状態である。
【００４１】
その後、ブランクＥは、等温圧縮成形装置、またはオートクレーブバッグ内で（それらの間の選択は特に生産されるべき部品の数に依存する）、熱間静水圧圧縮成形処理（ＨＩＰ）を受ける。ブランクは適切なツーリング２０内に置かれ（図９）、適切な高温度でブランク上に強力な圧縮成形が及ぼされて、その結果、環と繊維上の被覆との金属が軟化するとともにクリープを起こして、様々な要素を拡散接合によって一緒に接合するために様々な層の環同士間の空間の全てを満たす。
【００４２】
ここに示されていない一変形形態では、ブランクは変形可能な軟鋼パウチ内に配置され、次いでこれがオートクレーブに配置される。オートクレーブは１０００バールの静水圧力と９４０°Ｃの温度とに引き上げられて（ＴｉＡ６Ｖに対して）、空気が排出される結果としてパウチ全体が収縮しながら変形して、金属がクリープを起こし、拡散接合が達成されるまでブランク上に均一圧力を加える。
【００４３】
有利なことには、複数の部品を同時に作製するために、複数のパウチがオートクレーブ内に挿入されることができ、それによって製作コストを軽減する。
【００４４】
本発明の方法は、円形ではない形状を備えた断面の部品、例えば多角形（図１０）、長方形（図１１）、または三角形（図１２）の形状である断面を備えた部品を作製することを可能にする。その場合、本発明の予備成形ステップは、環に所望の型式の形状を付与するように環を予備成形することから成り、これらの環は、相補形状の断面を有する心棒上に係合および積み重ねされる。例えば、図１１に示される部品のような長方形断面の単一片部品を作製するために、長方形の環が、長方形断面の塊の形態で心棒上に係合される。これらの環は、閉鎖型または非開裂型であってよく、あるいはそれらは開口型または開裂型であってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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