(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に複数の空間が形成されているセラミックス複合材料部品の製造方法において、
ベース板と、前記ベース板の表面から突出し複数の前記空間となる位置に配置された空間確保部材と、を有し、複数の前記空間確保部材が、前記表面が広がる方向に移動不能に前記ベース板に対して拘束されている治具を準備する準備工程と、
前記ベースに対して、複数の前記空間となる位置のそれぞれに前記空間確保部材が配置されている状態で繊維を織り込んで繊維構造体を形成する繊維構造体形成工程と、
前記繊維構造体を形成する前記繊維の相互間にセラミックスマトリックス相を形成するマトリックス相形成工程と、
を実行し、
前記ベース板及び複数の前記空間確保部材に前記繊維構造体が接している状態で、前記マトリックス相形成工程を開始する、
ことを特徴とするセラミックス複合材料部品の製造方法。
【請求項２】
内部に空間が形成されているセラミックス複合材料部品の製造方法において、
前記空間となる位置に配置される空間確保部材を準備する準備工程と、
前記空間となる位置に空間確保部材を配置した状態で繊維を織り込んで繊維構造体を形成する繊維構造体形成工程と、
前記繊維構造体を形成する前記繊維の相互間にセラミックスマトリックス相を形成するマトリックス相形成工程と、
前記マトリックス相形成工程で、前記繊維構造体を形成する前記繊維の相互間に前記セラミックスマトリックス相が所定量形成された以降に、前記空間確保部材を引き抜く引抜工程と、
を実行し、
前記セラミックス複合材料部品は、互いに背合わせの関係にある一対の面と、前記一対の面と異なる他の面と、を有し、前記空間は、前記一対の面のうちの一方の面から他方の面側に延びる第一空間と、前記第一空間に連通し、前記第一空間の前記他方の面側から前記他の面に向って延びる第二空間とを有し、
前記準備工程では、前記空間確保部材として、前記第一空間となる位置に配置される第一空間確保部材と、前記第二空間となる位置に配置される第二空間確保部材と、を準備し、
前記繊維構造体形成工程では、前記第一空間となる位置に前記第一空間確保部材を配置し、前記第二空間となる位置に前記第二空間確保部材を配置する、
ことを特徴とするセラミックス複合材料部品の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のセラミックス複合材料部品の製造方法において、
前記空間確保部材は、前記マトリックス相形成工程における前記セラミックスマトリックス相の形成条件下での温度で、形状を維持できない材料で形成され、該マトリックス相形成工程で少なくとも一部が除去される、
ことを特徴とするセラミックス複合材料部品の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のセラミックス複合材料部品の製造方法において、
前記空間確保部材は、樹脂で形成されている、
ことを特徴とするセラミックス複合材料部品の製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のセラミックス複合材料部品の製造方法において、
前記マトリックス相形成工程後に、前記空間を形成する部品内面を機械加工する空間整形工程を実行する、
ことを特徴とするセラミックス複合材料部品の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載のセラミックス複合材料部品の製造方法において、
前記空間確保部材は、前記マトリックス相形成工程における前記セラミックスマトリックス相の形成条件下での温度で、形状を維持できる材料で形成され、
前記マトリックス相形成工程で、前記繊維構造体を形成する前記繊維の相互間に前記セラミックスマトリックス相が所定量形成された以降に、前記空間確保部材を引き抜く引抜工程を実行する
ことを特徴とするセラミックス複合材料部品の製造方法。
【請求項７】
請求項２又は６に記載のセラミックス複合材料部品の製造方法において、
前記空間確保部材の少なくとも表面は、前記セラミックスマトリックス相との結合力を弱める引抜促進材で形成されている、
ことを特徴とするセラミックス複合材料部品の製造方法。
【請求項８】
請求項２、６、７のいずれか一項に記載のセラミックス複合材料部品の製造方法において、
前記空間確保部材を引き抜く前に及び／又は引き抜き中に、該空間確保部材に超音波振動を印加する、
ことを特徴とするセラミックス複合材料部品の製造方法。
【請求項９】
請求項２、６から８のいずれか一項に記載のセラミックス複合材料部品の製造方法において、
前記空間は孔であり、前記空間確保部材は該孔を確保するための棒部材であり、該棒部材は、引き抜き側に向かうに連れて次第に外径が大きくなっている、
ことを特徴とするセラミックス複合材料部品の製造方法。
【請求項１０】
請求項２、６から９のいずれか一項に記載のセラミックス複合材料部品の製造方法において、
前記空間確保部材は、部品外となる位置に、該空間確保部材を引き抜くための工具が係合し得る工具係合部が形成されている、
ことを特徴とするセラミックス複合材料部品の製造方法。
【請求項１１】
請求項１に記載のセラミックス複合材料部品の製造方法において、
前記空間確保部材は、前記マトリックス相形成工程でのマトリックス相形成条件下の温度及び部品使用環境下の温度で、形状を維持できる材料で形成され、
前記空間確保部材には、内部に前記空間が形成されている、
ことを特徴とするセラミックス複合材料部品の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のセラミックス複合材料部品の製造方法において、
前記空間確保部材は、金属で形成されている、
ことを特徴とするセラミックス複合材料部品の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載のセラミックス複合材料部品の製造方法において、
前記空間確保部材は、セラミックスで形成されている、
ことを特徴とするセラミックス複合材料部品の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のセラミックス複合材料部品の製造方法において、
前記空間確保部材は、前記セラミックスマトリックス相を形成するセラミックスを含んでいる、
ことを特徴とするセラミックス複合材料部品の製造方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載のセラミックス複合材料部品の製造方法において、
前記繊維構造体は、第一方向に沿った方向に延びる第一繊維と、該第一方向と異なる第二方向に沿った方向に延びる第二繊維と、該第一繊維と該第二繊維とに沿った仮想面に対して角度を持った第三方向に沿った方向に延びる第三繊維と、有する、
ことを特徴とするセラミックス複合材料部品の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載のセラミックス複合材料部品の製造方法において、
前記第三繊維は、前記第一繊維と前記第二繊維とを前記第三方向で束ねている、
ことを特徴とするセラミックス複合材料部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に空間が形成されているセラミックス複合材料（以下、ＣＭＣ：ceramic  matrix  composite）部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン、航空機、自動車等では、これらの一部として、高温域で高強度が求められる部品が使用される。このような部品の材料として、近年、ＣＭＣが注目され、その研究開発が進められている。
【０００３】
このＣＭＣは、基本的に、耐熱性の高い強化繊維とセラミックスマトリックス相とで形成されている。このＣＭＣで形成された部品、つまりＣＭＣ部品は、各種形状が要求され、例えば、内部に空間が形成されるものも要求される場合がある。
【０００４】
内部に空間が形成されているＣＭＣ部品の製造方法としては、例えば、以下の特許文献１に開示されている製造方法がある。この特許文献１では、貫通孔（空間）が形成されているＣＭＣ部品の製造方法を開示している。この製造方法では、まず、複数の繊維で構成された繊維構造体（プリフォーム）を形成する。次に、繊維構造体を形成する繊維の相互間にセラミックスマトリックス相を形成する。但し、この段階でのセラミックスマトリックス相の緻密性は、完成部品におけるセラミックスマトリックス相での緻密性よりも低い。次に、セラミックスマトリックス相の形成で繊維相互が固結された繊維構造体中に例えばカーボン製のピンを挿入する。次に、この繊維構造体を形成する繊維の相互間にさらにセラミックスマトリックス相を形成して、セラミックスマトリックス相の緻密化を図る。最後に、繊維構造体中に挿入されたピンを除く。この際、このピンを空気中の高温化で酸化除去する。このＣＭＣ部品において、ピンが除かれた部分は、この部品における貫通孔を形成することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２６９３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示されている技術では、確かに、内部に空間が形成されているＣＭＣ部品を製造できるものの、ピンを挿入する過程で繊維を傷付け、この部分における部品の強度が低下する可能性がある、という問題点がある。
【０００７】
そこで、本発明は、このような従来技術の問題点に着目し、強度を低下させるおそれのないＣＭＣ部品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するための発明に係るＣＭＣ部品の製造方法は、
内部に複数の空間が形成されているセラミックス複合材料部品の製造方法において、ベース板と、前記ベース板の表面から突出し複数の前記空間となる位置に配置された空間確保部材と、を有し、複数の前記空間確保部材が、前記表面が広がる方向に移動不能に前記ベース板に対して拘束されている治具を準備する準備工程と、前記ベースに対して、複数の前記空間となる位置のそれぞれに前記空間確保部材が配置されている状態で繊維を織り込んで繊維構造体を形成する繊維構造体形成工程と、前記繊維構造体を形成する前記繊維の相互間にセラミックスマトリックス相を形成するマトリックス相形成工程と、を実行し、前記ベース板及び複数の前記空間確保部材に前記繊維構造体が接している状態で、前記マトリックス相形成工程を開始することを特徴とする。
【０００９】
当該製造方法では、空間確保部材を配置した状態で繊維を織り込んで繊維構造体を形成しているので、この空間確保部材により繊維は傷付かず、繊維の損傷による部品強度の低下を防ぐことができる。
【００１０】
ここで、前記ＣＭＣ部品の製造方法において、前記空間確保部材は、前記マトリックス相形成工程における前記セラミックマトリックス相の形成条件下での温度で、形状を維持できない材料で形成され、該マトリックス相形成工程で少なくとも一部が除去されてもよい。
【００１１】
この場合、前記空間確保部材は、樹脂で形成されていてもよい。
【００１２】
また、この場合、前記マトリックス相形成工程後に、前記空間を形成する部品内面を機械加工する空間整形工程を実行してもよい。
【００１３】
当該製造方法では、空間を形成する部品の内面をきれいに仕上げることができる。
【００１４】
また、前記ＣＭＣ部品の製造方法において、前記空間確保部材は、前記マトリックス相形成工程における前記セラミックスマトリックス相の形成条件下での温度で、形状を維持できる材料で形成され、前記マトリックス相形成工程で、前記繊維構造体を形成する前記繊維の相互間に前記セラミックスマトリックス相が所定量形成された以降に、前記空間確保部材を引き抜く引抜工程を実行してもよい。
上記問題点を解決するための発明に係るＣＭＣ部品の他の製造方法は、
内部に空間が形成されているセラミックス複合材料部品の製造方法において、前記空間となる位置に配置される空間確保部材を準備する準備工程と、前記空間となる位置に空間確保部材を配置した状態で繊維を織り込んで繊維構造体を形成する繊維構造体形成工程と、前記繊維構造体を形成する前記繊維の相互間にセラミックスマトリックス相を形成するマトリックス相形成工程と、前記マトリックス相形成工程で、前記繊維構造体を形成する前記繊維の相互間に前記セラミックスマトリックス相が所定量形成された以降に、前記空間確保部材を引き抜く引抜工程と、を実行し、前記セラミックス複合材料部品は、互いに背合わせの関係にある一対の面と、前記一対の面と異なる他の面と、を有し、前記空間は、前記一対の面のうちの一方の面から他方の面側に延びる第一空間と、前記第一空間に連通し、前記第一空間の前記他方の面側から前記他の面に向って延びる第二空間とを有し、前記準備工程では、前記空間確保部材として、前記第一空間となる位置に配置される第一空間確保部材と、前記第二空間となる位置に配置される第二空間確保部材と、を準備し、前記繊維構造体形成工程では、前記第一空間となる位置に前記第一空間確保部材を配置し、前記第二空間となる位置に前記第二空間確保部材を配置することを特徴とする。
【００１５】
この場合、前記空間確保部材の少なくとも表面は、前記セラミックスマトリックス相との結合力を弱める引抜促進材で形成されていてもよい。
【００１６】
当該製造方法では、空間確保部材をセラミックスマトリックス相から容易に引き抜くことができる。
【００１７】
また、この場合、前記空間確保部材を引き抜く前に及び／又は引き抜き中に、該空間確保部材に超音波振動を印加してもよい。
【００１８】
当該製造方法でも、空間確保部材をセラミックスマトリックス相から容易に引き抜くことができる。
【００１９】
また、この場合、前記空間は孔であり、前記空間確保部材は該孔を確保するための棒部材であり、該棒部材は、引き抜き側に向かうに連れて次第に外径が大きくなっていてもよい。
【００２０】
当該製造方法でも、空間確保部材をセラミックスマトリックス相から容易に引き抜くことができる。
【００２１】
また、この場合、前記空間確保部材は、部品外となる位置に、該空間確保部材を引き抜くための工具が係合し得る工具係合部が形成されていてもよい。
【００２２】
当該製造方法では、工具を用いて空間確保部材をセラミックスマトリックス相から容易に引き抜くことができる。
【００２３】
また、前記ＣＭＣ部品の製造方法において、前記空間確保部材は、前記マトリックス相形成工程でのマトリックス相形成条件下の温度及び部品使用環境下の温度で、形状を維持できる材料で形成され、前記空間確保部材には、内部に前記空間が形成されていてもよい。
【００２４】
この場合、前記空間確保部材は、金属で形成されていても、セラミックスで形成されていてもよい。さらに、前記空間確保部材は、前記セラミックスマトリックスス相を形成するセラミックスを含んでいてもよい。
【００２５】
また、前記ＣＭＣ部品の製造方法において、前記繊維構造体は、第一方向に沿った方向に延びる第一繊維と、該第一方向と異なる第二方向に沿った方向に延びる第二繊維と、該第一繊維と該第二繊維とに沿った仮想面に対して角度を持った第三方向に沿った方向に延びる第三繊維と、有してもよい。
【００２６】
この場合、前記第三繊維は、前記第一繊維と前記第二繊維とを前記第三方向で束ねてもよい。
【００２７】
当該製造方法では、部品中における第三方向の第一繊維及び第二繊維の密度を高めることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、空間確保部材を配置した状態で繊維を織り込んで繊維構造体を形成しているので、この空間確保部材により繊維は傷付かず、繊維の損傷による部品強度の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法の第一実施形態における製造手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法の第一実施形態における空間確保部材の斜視図である。
【図３】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法の第一実施形態における空間確保部材及び繊維構造体の斜視図である。
【図４】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法の第一実施形態で製造されたＣＭＣ部品の斜視図である。
【図５】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法の第一実施形態における空間整形工程での処理を示す説明図である。
【図６】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法の第二実施形態における製造手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法の第二実施形態における空間確保部材の斜視図である。
【図８】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法の第二実施形態で製造されたＣＭＣ部品の斜視図である。
【図９】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法の第二実施形態の変形例における空間確保部材の斜視図である。
【図１０】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法の第二実施形態のさらなる変形例における空間確保部材の斜視図である。
【図１１】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法の第三実施形態における空間確保部材の斜視図である。
【図１２】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法の第三実施形態で製造されたＣＭＣ部品の斜視図である。
【図１３】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法で形成される空間の第一変形例を示すセラミックスマトリックス相の断面図である。
【図１４】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法で形成される空間の第二変形例を示すセラミックスマトリックス相の断面図である。
【図１５】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法で形成される空間の第三変形例を示すセラミックスマトリックス相の断面図である。
【図１６】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法における繊維構造体形成工程の実施形態を示す説明図（その１）である。
【図１７】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法における繊維構造体形成工程の実施形態を示す説明図（その２）である。
【図１８】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法におけるマトリックス相形成工程の第一実施形態を示す説明図である。
【図１９】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法におけるマトリックス相形成工程の第二実施形態を示す説明図である。
【図２０】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法におけるマトリックス相形成工程の第三実施形態を示す説明図である。
【図２１】本発明に係るＣＭＣ部品の製造方法におけるマトリックス相形成工程の第四実施形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係る各種実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
「ＣＭＣ部品の製造方法の第一実施形態」
まず、図１〜図５を用いて、ＣＭＣ部品の製造方法の第一実施形態について説明する。
【００３２】
本実施形態で製造するＣＭＣ部品は、例えば、高温の燃焼ガスに接するガスタービンの部品である。このため、このＣＭＣ部品には、このＣＭＣ部品を冷却するための冷却媒体を通す冷却空気孔が形成されている。なお、ここでは、ＣＭＣ部品が高温の燃焼ガスに接するガスタービンの部品であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、高温域で高強度が求められる部品であれば、如何なる部品であってもよい。
【００３３】
ＣＭＣ部品の製造では、図１のフローチャートに示すように、まず、セラミックス繊維を織り込んで繊維構造体を形成する（Ｓ１）。
【００３４】
この繊維構造体を形成する際には、まず、セラミックス繊維、例えば、ＳｉＣ（炭化ケイ素）系繊維を準備する。さらに、図２に示すように、繊維構造体を形成するためのベース板３０と、冷却空気孔に対応した円柱状の形状を成す空間確保部材４０と、を準備する。なお、以下では、ベース板３０に平行な面内で互いに垂直な方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向とし、ベース板３０に対して垂直な方向をＺ方向とする。但し、本明細書において、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、互いに正確に垂直である必要はない。
【００３５】
ベース板３０は、後述のマトリックス相形成工程におけるセラミックマトリックス相の形成条件下での温度で、形状を維持できる材料で形成されている。一方、円柱状の空間確保部材４０は、常温では比較的高剛性であるものの、セラミックマトリックス相の形成条件下での温度で熱分解して形状を維持できない材料、例えば、アクリル樹脂等の各種樹脂や、カーボンマトリックスや有機マトリックス等で形成されている。
【００３６】
円柱状の空間確保部材４０は、その中心軸がＺ方向を向くよう、ベース板３０に取り付けられている。
【００３７】
以上の準備が完了すると、図３に示すように、ベース板３０上で、セラミックス繊維２１ｘ，２１ｙ，２１ｚを織り込んで、完成部品の形状に対応した繊維構造体２０をベース板３０上に形成する。この際、繊維構造体２０は、Ｘ方向（第一方向）に延びるセラミックス繊維であるＸ方向繊維（第一繊維）２１ｘと、Ｙ方向（第二方向）に延びるセラミックス繊維であるＹ方向繊維（第二繊維）２１ｙと、Ｚ方向（第三方向）に延びるセラミックス繊維であるＺ方向繊維（第三繊維）２１ｚとで形成される。円柱状の空間確保部材４０は、その周りのほとんどがセラミックス繊維２１ｘ，２１ｙ，２１ｚで覆われる。
【００３８】
次に、セラミックスマトリックス相の形成材料を繊維構造体２０中の隙間に入れ込み、加熱等して、セラミックスマトリックス相を形成する（Ｓ２）。このセラミックスマトリックス相は、例えば、ＳｉＣ（炭化ケイ素）系セラミックスで形成されている。
【００３９】
繊維構造体２０内の空間確保部材４０は、このセラミックスマトリックス相の形成過程における加熱により熱分解し、図４に示すように、この空間確保部材４０が存在していた領域にはセラミックスマトリックス相１１が形成されず、この領域がＣＭＣ部品１０における空間１２となる。ここで、空間確保部材４０は円柱状を成しているため、ＣＭＣ部品１０における空間１２も円柱状の貫通孔（冷却空気孔）を成すことになる。
【００４０】
以上で、空間１２を成す冷却空気孔が形成されているＣＭＣ部品１０は完成する。
【００４１】
ところで、空間確保部材４０は、熱分解により完全にセラミックスマトリックス相１１から除去されない場合がある。また、ＣＭＣ部品１０に形成される空間１２をより精密な形状の空間に形成したい場合もある。これらの場合には、必要に応じて、図５に示すように、空間整形工程として、ドリル等の工具９０を用いて、除去しきれていない空間確保部材４０の残渣１９を除去する、又は、空間を成す貫通孔（空気冷却孔）の内周面を精密加工してもよい。
【００４２】
以上のように、本実施形態では、内部に所望の空間１２が形成されているＣＭＣ部品１０を製造することができる。しかも、本実施形態では、空間確保部材４０を配置した状態で繊維を織り込んで繊維構造体２０を形成しているので、この空間確保部材４０により繊維は傷付かず、繊維の損傷による部品強度の低下を防ぐことができる。
【００４３】
「ＣＭＣ部品１０の製造方法の第二実施形態」
次に、図６〜図８を用いて、ＣＭＣ部品の製造方法の第二実施形態について説明する。
【００４４】
本実施形態におけるＣＭＣ部品の製造でも、図６のフローチャートに示すように、まず、セラミックス繊維を織り込んで繊維構造体を形成する（Ｓ１ａ）。
【００４５】
この繊維構造体を形成する際にも、第一実施形態と同様、まず、セラミックス繊維を準備する。さらに、図７に示すように、繊維構造体を形成するためのベース板３０と、冷却空気孔に対応した円柱状の形状を成す空間確保部材４０ａと、を準備する。
【００４６】
ベース板３０は、第一実施形態のベース板３０と同様、マトリックス相形成工程におけるセラミックマトリックス相の形成条件下での温度で、形状を維持できる材料で形成されている。また、円柱状の空間確保部材４０ａも、セラミックマトリックス相の形成条件下での温度で、形状を維持できる材料、例えば、ニッケル基合金、コバルト基合金等で形成されている。
【００４７】
この空間確保部材４０ａは、ＣＭＣ部品の冷却空気孔の形状に対応した円柱状の空間確保部４１と、この円柱状の空間確保部４１の端部に形成されて、工具が係合する工具係合部４２と、を有している。
【００４８】
以上の準備が完了すると、第一実施形態と同様に、ベース板上でセラミックス繊維を織り込んで、完成部品の形状に対応した繊維構造体をベース板上に形成する。
【００４９】
次に、第一実施形態と同様に、セラミックスマトリックス相の形成材料を繊維構造体中の隙間に入れ込み、加熱等して、セラミックスマトリックス相を形成する（Ｓ２）。
【００５０】
本実施形態の空間確保部材４０ａは、第一実施形態における空間確保部材４０のように、セラミックスマトリックス相の形成過程における加熱によって熱分解等しない。このため、図８に示すように、セラミックスマトリックス相１１の形成後も、この空間確保部材４０ａはセラミックスマトリックス相１１中に残る。
【００５１】
そこで、本実施形態では、セラミックスマトリックス相１１の形成後（Ｓ２）、空間確保部材４０ａをセラミックスマトリックス相１１から引き抜く（Ｓ３）。この際、図８に示すように、空間確保部材４０ａの工具係合部４２に引き抜き用工具を係合させて、この空間確保部材４０ａをセラミックスマトリックス相１１から引き抜く。また、必要に応じて、空間確保部材４０ａの空間確保部材４０ａとセラミックスマトリックス相１１との結合を断ち切るために、空間確保部材４０ａの一部に超音波発振子９１を接触させ、空間確保部材４０ａを引き抜く前に及び／又は引き抜き中に、この空間確保部材４０ａに超音波振動を印加してもよい。また、必要に応じて、空間確保部４１の少なくとも表面をセラミックスマトリックス相との結合力を弱める引抜促進材で形成しておき、この空間確保部材４０ａをセラミックスマトリックス相１１から引き抜き易くしておいてもよい。引抜促進材としては、例えば、高分子材料がある。この高分子材料を空間確保部４１の表面に施す方法として、空間確保部高分子材料の液体に空間確保部材４０ａを浸漬して乾燥させる方法や、空間確保部材４０ａの外面に高分子材料のスリーブをかぶせたりテープを巻いたりする方法がある。このように形成された引抜促進材は、セラミックスマトリックス相の形成過程における加熱によって熱分解することで、空間確保部材４０ａの引抜にあたり適切な隙間を確保するのに役立つ。
【００５２】
また、空間確保部をセラミックスマトリックス相１１から引き抜き易くするために、図９に示すように、引き抜き側Ｄに向かうに連れて次第に外径が大きくしてもよい。つまり、以上で説明した空間確保部４１は円柱状であるが、空間確保部４１ｂを載頭円錐状にしてもよい。なお、このように、空間確保部４１ｂを載頭円錐状に形成すると、冷却空気孔の空間１２ｂの形状も載頭円錐状になる。
【００５３】
また、以上の図７〜図９に示す空間確保部材を以下のように変更してもよい。すなわち、図１０に示すように、空間確保部材４０ｄにおける空間確保部４１ｄの端部に雄ネジ４１ｎを形成すると共に、この空間確保部材４０ｄにおける工具係合部４２ｄに空間確保部４１ｄの雄ネジ４１ｎが捻じ込まれる雌ネジ４２ｎを形成し、空間確保部４１ｄに対して工具係合部４２ｄを着脱可能にしてもよい。この場合、繊維構造体の形成工程（Ｓ１ａ）の準備段階では、工具係合部４２ｄの取り付けられていない空間確保部４１ｄをベース板３０に取り付ける。そして、この状態で、ベース板３０上に繊維構造体を形成する。空間確保部材４０ｄの引き抜き工程（Ｓ３）の準備段階では、空間確保部４１ｄに工具係合部４２ｄを取り付けてから、この工具係合部４２ｄに引き抜き用工具を係合させて、この空間確保部材４０ｄをセラミックスマトリックス相から引き抜く。このように、工具係合部４２ｄを空間確保部４１ｄに取り付けずに、繊維構造体の形成工程（Ｓ１ａ）を実行することで、この工具係合部４２ｄは繊維構造体の形成作業の邪魔にならない。
【００５４】
以上で、冷却空気孔が形成されているＣＭＣ部品は完成する。
【００５５】
以上のように、本実施形態でも、第一実施形態と同様、所望の空間が形成されているＣＭＣ部品を製造することができると共に、繊維の損傷による部品強度の低下を防ぐことができる。
【００５６】
「ＣＭＣ部品１０の製造方法の第三実施形態」
次に、図１１及び図１２を用いて、ＣＭＣ部品の製造方法の第三実施形態について説明する。
【００５７】
本実施形態におけるＣＭＣ部品の製造でも、第一及び第二実施形態と同様、セラミックス繊維を織り込んで繊維構造を形成する。
【００５８】
この繊維構造体を形成する際にも、まず、セラミックス繊維を準備する。さらに、図１１に示すように、繊維構造体を形成するためのベース板３０と、内部に冷却空気孔に対応した円柱状の空間１２ｃ、つまり貫通孔が形成されている空間確保部材４０ｃと、を準備する。この空間確保部材４０ｃは、マトリックス相形成工程でのセラミックスマトリックス相の形成条件下の温度及び部品使用環境下の温度で、形状を維持できる材料、例えば、ニッケル基合金、コバルト基合金等の金属や、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素等の各種セラミックスで形成されている。特に、セラミックスマトリックス相をＳｉＣ系セラミックスで形成する場合、これと同じＳｉＣ系セラミックスで空間確保部材４０ｃを形成してもよい。
【００５９】
以上の準備が完了すると、第一及び第二実施形態と同様に、ベース板上でセラミックス繊維を織り込んで、完成部品の形状に対応した繊維構造体をベース板上に形成する。
【００６０】
次に、第一及び第二実施形態と同様に、セラミックスマトリックス相の形成材料を繊維構造体中の隙間に入れ込み、加熱等して、セラミックスマトリックス相を形成する。
【００６１】
ところで、この空間確保部材４０ｃには、前述したように、内部に冷却空気孔に対応した円柱状の空間１２ｃ、つまり貫通孔が形成されている。また、この空間確保部材４０ｃは、第一実施形態における空間確保部材４０のように、セラミックスマトリックス相の形成過程における加熱によって、さらに、部品使用環境下の温度で熱分解等しない。このため、セラミックスマトリックス相の形成後、さらに部品として使用されている状態でも、この空間確保部材４０ｃはセラミックスマトリックス相中に残る。よって、本実施形態では、図１２に示すように、セラミックスマトリックス相１１が形成されると、冷却空気孔の空間１２ｃが形成されているＣＭＣ部品１０ｃが完成する。
【００６２】
以上のように、本実施形態でも、第一及び第二実施形態と同様、所望の空間が形成されているＣＭＣ部品を製造することができると共に、繊維の損傷による部品強度の低下を防ぐことができる。
【００６３】
「ＣＭＣ部品に形成される空間の変形例」
次に、図１３〜図１５を用いて、ＣＭＣ部品に形成される空間の変形例について説明する。
【００６４】
以上では、ＣＭＣ部品に形成される空間として、円柱状又は截頭円柱状の貫通孔（冷却空気孔）を例示したが、本発明の空間はこれに限定されるものではない。
【００６５】
具体的に、例えば、図１３に示すように、空間１２ｄは、ＣＭＣ部品を貫通しない円柱状又は載頭円柱状の空間、つまり有底の穴であってもよい。第二実施形態の製造方法で、この空間１２ｄを形成する場合、有底の穴形状に対応した円柱状又は載頭円柱状の空間確保部材を準備する。そして、セラミックスマトリックス相１１を形成した後、この部品における有底の穴の開口１５ｄ側から空間確保部材を引き抜く。
【００６６】
また、図１４に示すように、ＣＭＣ部品に形成される空間１２ｅは、ＣＭＣ部品で互いに背中合わせの関係にある一方の面１７ｅから、他方の面１８ｅ側に凹んだ直方体形状の第一空間１３ｅと、この第一空間１３ｅから他方の面１８ｅに貫通した円柱状又は截頭円柱状の第二空間１４ｅとを有するものであってもよい。第二実施形態の製造方法で、この空間１２ｅを形成する場合、直方体形状の第一空間１３ｅに対応した直方体状の第一空間確保部材と、円柱状又は截頭円柱状の第二空間１４ｅの形状に対応した円柱状又は截頭円錐状の第二空間確保部材とを準備する。そして、セラミックスマトリックス相１１を形成した後、この部品における第一空間１３ｅの開口１５ｅ側から第一空間確保部材を引き抜くと共に、この部品における第二空間１４ｅの開口１６ｅ側から第二空間確保部材を引き抜く。
【００６７】
また、図１５に示すように、ＣＭＣ部品に形成される空間１２ｆは、ＣＭＣ部品で互いに背中合わせの関係にある一方の面１７ｆから、他方の面１８ｆ側に延びる円柱状の第一空間１３ｆと、この第一空間１３ｆと連通し、この第一空間１３ｆの他方の面１８ｆ側から一方の面１７ｆ及び他方の面１８ｆに隣接する他の面１９ｆに向かって延びる円柱状の第二空間１４ｆと、有するもの、つまり屈曲孔であってもよい。第二実施形態の製造方法で、この空間１２ｆを形成する場合、円柱状の第一空間１３ｆに対応した円柱状の第一空間確保部材と、円柱状の第二空間１４ｆの形状に対応した円柱状の第二空間確保部材とを準備する。そして、セラミックスマトリックス相１１を形成した後、この部品における第一空間１３ｆの開口１５ｆ側から第一空間確保部材を引き抜くと共に、この部品における第二空間１４ｆの開口１６ｆ側から第二空間確保部材を引き抜く。
【００６８】
また、図１３〜図１５に示す空間１２ｄ〜１２ｆを第一実施形態の製造方法で形成する場合、第一実施形態の製造方法では、空間確保部材がセラミックスマトリックス相１１の形成過程における熱で熱分解等し、ほとんどが除去されるので、図１３〜図１５に示す各空間１２ｄ〜１２ｆに対応した空間確保部材を準備すれば足りる。また、図１３〜図１５に示す空間１２ｄ〜１２ｆを第三実施形態の製造方法で形成する場合、第三実施形態の製造方法では、空間確保部材がセラミックスマトリックス相１１の形成後も残るので、図１３〜図１５に示す各空間１２ｄ〜１２ｆに対応した空間が内部に予め形成されている空間確保部材を準備すれば足りる。
【００６９】
なお、第一及び第三実施形態の製造方法では、第二実施形態の製造方法のように、セラミックスマトリックス相の形成後に空間確保部材を引き抜く必要がないため、例えば、図１４に示す直方体形状の第一空間１３ｅが部品の中ほどに位置し、この部品の端面から第一空間１３ｅを臨めないような場合でも、部品内にこの第一空間１３ｅを形成することができる。
【００７０】
「繊維構造体の形成方法の実施形態」
次に、図１６及び図１７を用いて、ＣＭＣ部品の製造過程で形成する繊維構造体の形成方法の実施形態について説明する。
【００７１】
本実施形態における繊維構造体の形成では、図１６に示すように、複数の第一ベース板３１及び複数の第二ベース板３２と、複数の第一ベース板３１に対向配置される管支持板３５と、第一ベース板３１と管支持板３５との間隔を保持するための複数のセパレータ３８と、複数の繊維案内管５０と、を準備する。なお、以下でも、先に述べた実施形態と同様、第一ベース板３１の表面に平行な面内で互いに垂直な方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向とし、第一ベース板３１の表面に対して垂直な方向をＺ方向とする。
【００７２】
複数の第一ベース板３１は、各表面相互が面一で且つＺ方向に対して垂直で、その長手方向がＹ方向を向き、互いにＸ方向に所定間隔あくように配置されている。複数の第二ベース板３２も、第一ベース板３１と同様、各表面相互が面一で且つＺ方向に対して垂直で、その長手方向がＹ方向を向き、互いにＸ方向に所定間隔あくように配置されている。但し、複数の第二ベース板３２は、複数の第一ベース板３１に対してＺ方向に間隔をあけて、これら複数の第一ベース板３１に平行に配置されている。
【００７３】
管支持板３５には、繊維案内管５０が挿通可能で、Ｚ方向に貫通した複数の貫通孔３６が形成されている。複数の繊維案内管５０は、いずれもＺ方向に延びて互いに平行になるよう、管支持板３５の各貫通孔３６に挿通されている。複数の繊維案内管５０は、いずれも、Ｘ方向で隣り合う第一ベース板３１相互間を通り、さらに、Ｘ方向で隣り合う第二ベース板３２相互の間を通って、第二ベース板３２の（＋）Ｚ側の位置まで延びている。
【００７４】
繊維構造体は、複数の第一ベース板３１と複数の第二ベース板３２とのＺ方向の間に形成する。まず、複数の第一ベース板３１上に沿って、セラミックス繊維であるＸ方向繊維２１ｘを（＋）Ｘ方向に延ばし、部品のＸ方向の端部となる箇所に至ると、このＸ方向繊維２１ｘを（−）Ｘ方向に延びるよう配置する。以降、このＸ方向繊維２１ｘを（±）Ｘ方向に蛇行させつつ、Ｙ方向に広げてゆく。次に、Ｘ方向繊維２１ｘで形成される第一層の上に、セラミックス繊維であるＹ方向繊維２１ｙを（＋）Ｙ方向に延ばし、部品のＹ方向の端部となる箇所に至ると、このＹ方向繊維２１ｙを（−）Ｙ方向に延びるよう配置する。以降、Ｙ方向繊維２１ｙを（±）Ｙ方向に蛇行させつつ、Ｘ方向に広げてゆく。次に、Ｙ方向繊維２１ｙで形成される第二層上に、第一層と同様に、Ｘ方向繊維２１ｘで形成される第三層を形成する。以降、Ｙ方向繊維２１ｙで形成される層と、Ｘ方向繊維２１ｘで形成される層とを順次積層する。
【００７５】
Ｘ方向繊維２１ｘで形成される層とＹ方向繊維２１ｙで形成される層とを順次積層した結果、Ｚ方向の寸法が所定の寸法になると、複数の第一ベース板３１と複数の第二ベース板３２とのＺ方向の間隔を狭めて、Ｘ方向繊維２１ｘで形成される層とＹ方向繊維２１ｙで形成される層とで形成される積層体２３をＺ方向に圧縮する。
【００７６】
次に、図１７に示すように、セラミックス繊維であるＺ方向繊維２１ｚの途中部分を折り曲げ、この折曲部を繊維案内管５０の（−）Ｚ方向側の端部から管内に挿入して、このＺ方向繊維２１ｚの折曲部を繊維案内管５０の（−）Ｚ方向側の端部に係止する。そして、この繊維案内管５０を（＋）Ｚ方向側に引き抜き、このＺ方向繊維２１ｚの折曲部を（＋）Ｚ方向に移動させ、積層体２３を基準にして、このＺ方向繊維２１ｚの折曲部を（＋）Ｚ方向側に位置させる。この時点で、第一ベース板３１と管支持板３５との間隔を保持するための複数のセパレータ３８のうち、管支持板３５から引き抜かれた繊維案内管５０の周りに存在していたセパレータ３８が外される。
【００７７】
次に、繊維案内管５０からＺ方向繊維２１ｚの折曲部を外す。この折曲部は、Ｚ方向繊維２１ｚが（＋）Ｚ方向側に延びてから（−）Ｚ方向側に延びる、Ｚ方向繊維２１ｚによるループを成すことなる。次に、このＺ方向繊維２１ｚのこのループの内側に、積層体２３を基準にして（＋）Ｚ方向側に位置しているかんぬき糸２２を挿入する。そして、このＺ方向繊維２１ｚに張力を与えて、Ｚ方向繊維２１ｚの折曲部を（−）Ｚ方向側に引き戻すことで、この積層体２３をＺ方向で束ね、これを締め付ける。Ｚ方向繊維２１ｚで積層体２３を束ねる際には、Ｚ方向繊維２１ｚで束ねられる積層体２３の位置には、複数の第一ベース板３１及び複数の第二ベース板３２が存在しないよう、複数の第一ベース板３１及び複数の第二ベース板３２をＹ方向にズラす。
【００７８】
以上の作業を繰り返し行い、Ｚ方向繊維２１ｚで積層体２３を束ねる位置を僅かずつＹ方向にズラして行く。但し、複数の繊維案内管５０のうち、ＣＭＣ部品の冷却空気孔となる位置に存在する繊維案内管５０には、Ｚ方向繊維２１ｚを通さずに、繊維構造体２０中に残しておき、これを第一〜第三実施形態のいずれかの製造方法における空間確保部材として利用する。そして、Ｚ方向繊維２１ｚで、積層体２３のＹ方向の端部を束ねた時点で、繊維構造体２０が完成する。
【００７９】
以上のように、本実施形態では、Ｚ方向繊維２１ｚでＸ方向繊維２１ｘ及びＹ方向繊維２１ｙで形成される積層体２３を束ねるので、Ｚ方向における繊維構造体２０の繊維密度を高めることができる。
【００８０】
なお、以上の実施形態では、積層体２３のＺ方向における層数が繊維構造体２０のＺ方向における層数になってから、Ｚ方向繊維２１ｚで積層体２３を束ねている。しかしながら、繊維構造体２０のＺ方向における層数が多い場合には、積層体のＺ方向における層数が繊維構造体２０のＺ方向における層数の数分の一になった時点で、この積層体をＺ方向繊維２１ｚで束ね、さらに、この積層体の上に、同様の積層体を形成し、この積層体もＺ方向繊維２１ｚで束ねることで、繊維構造体を形成してもよい。
【００８１】
また、以上の実施形態では、複数の繊維案内管５０の一部を空間確保部材として利用しているが、繊維案内管５０とは異なる独自の外径及び内径サイズの管を空間確保部材として、管支持板に取り付けた上で、以上と同様の方法で、繊維構造体２０を形成してもよい。
【００８２】
また、以上で説明した繊維構造体２０の形成方法は、一例であり、第一〜第三実施形態の製造方法でこの繊維構造体２０の形成方法を採用しなくてもよい。例えば、第一〜第三実施形態の製造方法で、Ｘ方向繊維２１ｘ及びＹ方向繊維２１ｙにより積層体２３を形成し、これをＺ方向繊維２１ｚで束ねることなく繊維構造体としてもよい。
【００８３】
「セラミックスマトリックス相の形成方法の実施形態」
次に、図１８〜図２１を用いて、ＣＭＣ部品の製造過程で形成するセラミックスマトリックス相の形成方法の実施形態について説明する。なお、セラミックスマトリックス相の形成方法には、多数の方法が存在する。このため、以下では、代表的なセラミックスマトリックス相の形成方法について説明する。
【００８４】
まず、図１８を用いて、第一実施形態としてのセラミックスマトリックス相の形成方法について説明する。
【００８５】
本実施形態のセラミックスマトリックス相の形成方法は、化学気相浸透（ＣＶＩ：Chemical Vapor Infiltration）法である。この化学気相浸透法は、１０００℃前後の温度になっている反応容器６０内に繊維構造体２０を置き、反応容器内にセラミックスマトリックス相の形成材料となる原料ガス１を供給することで、繊維構造体２０を構成する各繊維の周りにセラミックスマトリックス相を堆積させる方法である。
【００８６】
この化学気相浸透法で、ＳｉＣ系のセラミックスマトリックス相を形成する場合、このセラミックスマトリックス相の前駆体、つまり原料ガスとしては、例えば、トリクロロメチルシラン（ＣＨ３Ｃｌ３Ｓｉ）を用いる。
【００８７】
次に、図１９を用いて、第二実施形態としてのセラミックスマトリックス相の形成方法について説明する。
【００８８】
本実施形態のセラミックスマトリックス相の形成方法は、ポリマー含浸（又は液相含浸）焼成（ＰＩＰ：Polymer Infiltration and Pyrolysis)法である。このポリマー含浸焼成法は、繊維構造体２０をセラミックスマトリックス相の形成材料となる原料液２中に付けて、この繊維構造体２０中にこの原料液２を含浸させた後、原料液２が含浸している繊維構造体２０を反応炉６１内等で焼成し、この繊維構造体２０を構成する各繊維の周りにセラミックスマトリックス相を堆積させる方法である。
【００８９】
このポリマー含浸焼成法で、ＳｉＣ系のセラミックスマトリックス相を形成する場合、このセラミックスマトリックス相の前駆体、つまり原料液としては、例えば、ポリカーボシラン又はポリチタノカーボシラン系の樹脂を用いる。
【００９０】
このポリマー含浸焼成法では、一度の含浸及び焼成では、繊維構造体２０を構成する繊維相互間にセラミックスマトリックス相が密形成されないため、含浸及び焼成を複数回繰り返して行われる。
【００９１】
次に、図２０を用いて、第三実施形態としてのセラミックスマトリックス相の形成方法について説明する。
【００９２】
本実施形態のセラミックスマトリックス相の形成方法は、ホットプレス法である。このホットプレス法では、繊維構造体２０をセラミックスマトリックス相の形成材料となる原料スラリー３中に付けて、この繊維構造体２０中にこの原料スラリー３を含浸さる。次に、原料スラリー３が含浸している繊維構造体２０を反応炉６２内でプレス機６３によりプレスしつう焼成し、この繊維構造体２０を構成する各繊維相互間にセラミックスマトリックス相を形成する方法である。
【００９３】
このホットプレス法で、ＳｉＣ系のセラミックスマトリックス相を形成する場合、例えば、ＳｉＣ微粉末に、水又はＳｉＣ先駆体樹脂（ポリカーボシラン又はポリチタノカーボシラン系の樹脂）を混合したスラリーを原料スラリーとして用いる。
【００９４】
このホットプレス法では、ホットプレス過程で、繊維構造体２０中の空間確保部材４０がプレスされないよう、プレス機６３のプレス板６４は、空間確保部材４０ｃが存在する位置に穴６５等が形成されていることが好ましい。
【００９５】
また、このホットプレス法や前述のポリマー含浸焼成法では、繊維構造体２０中に原料スラリー３又は原料液２を含浸させる際、減圧下で原料スラリー３又は原料液２を含浸させて、繊維構造体２０中の気泡を抜く方法や、超音波振動等の振動を加えつつ原料スラリー３又は原料液２を含浸させて、原料スラリー３や原料液２を効率的に繊維構造体２０中に含浸させる方法、さらにこれらの方法を組み合わせた方法を採用してもよい。
【００９６】
次に、図２１を用いて、第四実施形態としてのセラミックスマトリックス相１１の形成方法について説明する。
【００９７】
本実施形態のセラミックスマトリックス相１１の形成方法は、溶融金属含浸（ＭＩ：Melt Infiltration)法である。この溶融金属含浸法では、溶融ケイ素中に、例えば、ＳｉＣ粉末及びカーボン粉末を混入して、これら粉末を濡らし、これら粉末が混入している溶融ケイ素を原料スラリー４とする。そして、この原料スラリー４中に繊維構造体２０を付けて、この繊維構造体２０中にこの原料スラリー４を含浸させた後、原料スラリー４が含浸している繊維構造体２０を反応炉６６内等で加熱し、この繊維構造体２０を構成する各繊維相互間にセラミックスマトリックス相を形成する方法である。
【００９８】
先に説明したＣＭＣ部品の製造方法に関する実施形態におけるマトリックス層形成工程では、以上で説明したセラミックスマトリックス相の各種形成方法のうちのいずれかでセラミックスマトリックス相を形成する。但し、ここでは、前述したように、セラミックスマトリクス相の形成方法の代表的な方法を説明したに過ぎず、他の方法でセラミックスマトリックス相を形成してもよい。また、各種形成方法のうち、いずれか２以上の方法を組み合わせて、セラミックスマトリックス相を形成してもよい。具体的には、化学気相浸透法とポリマー含浸焼成法とを繰り返して実行して、セラミックスマトリックス相を形成してもよい。また、化学気相浸透法又はポリマー含浸焼成法を行い、繊維構造体を構成する各繊維の周りにセラミックスマトリックス相をある程度堆積させた後、溶融金属含浸法で繊維構造体を構成する各繊維相互間で残っている隙間にセラミックスマトリックス相を形成してもよい。
【００９９】
また、ＣＭＣ部品の製造方法に関する第二実施形態では、マトリックス相形成工程（Ｓ２）後に空間確保部材４０ａを引き抜く引抜工程（Ｓ３）を実行している。しかしながら、化学気相浸透法や、ポリマー含浸焼成法、又はこれらの組み合わせによる方法では、繊維構造体を形成する各繊維の相互間にセラミックスマトリックス相が徐々に形成されるため、マトリックス相形成工程中であって繊維構造体を形成する各繊維の相互間にセラミックスマトリックス相が所定量形成された時点（気孔容積率が例えば70％以下になった時点）以降に、空間確保部材４０ｃを引き抜く引抜工程を実行してもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１０，１０ｃ：セラミックス複合材料（ＣＭＣ）部品、１１：セラミックスマトリックス相、１２，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ：空間、２０：繊維構造体、２１ｘ：Ｘ方向繊維（セラミックス繊維）、２１ｙ：Ｙ方向繊維（セラミックス繊維）、２１ｚ：Ｚ方向繊維（セラミックス繊維）、３０：ベース板、３１：第一ベース板、３２：第二ベース板、４０，４０ａ，４０ｃ，４０ｄ：空間確保部材、４１，４１ｂ，４１ｄ：空間確保部、４２，４２ｄ：工具係合部、５０：繊維案内管
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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