(57)【要約】【課題】特に軸対称の構成部品であるが、複合材料で作られたインサートを含む構成部品の製造を、工業規模で可能にする。【解決手段】金属母材の内部をセラミック繊維が延びる、金属母材からなる複合材料製のインサートを有する構成部品を製造する方法であって、複合材料製のインサートが、複数の被覆されたフィラメントから得られ、各フィラメントが、金属シースで覆われたセラミック繊維を有しており、被覆されたフィラメント４７の束または接合シートを、回転体の回転軸に対して垂直に回転体３９、６２の周囲に巻き付けるステップで、インサートを製造することを含むことを特徴とするプロセス。次いで、このインサートが、容器内で熱間等静圧プレスのステップにさらされる。このプロセスは、航空機用ターボ機械の構成部品の製造に適用される。【選択図】図６
2006328538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属母材の内部をセラミック繊維が延びる、金属母材からなる複合材料製のインサートを有する構成部品を製造するための方法であって、複合材料製のインサートが、複数の被覆されたフィラメントから得られ、各フィラメントが、金属シースで覆われたセラミック繊維を有しており、被覆されたフィラメント（４７）の束または接合シートを、回転体の回転軸に対して垂直に回転体（３９、６２）の周囲に巻き付けるステップで、インサートを製造することを含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
巻き付けるステップが、巻き付けの開始において、インサートの内側部分を拘束するための金属シム（６３）を巻き付けるステップと、巻き付けの終わりにおいて、インサートの外側部分を拘束するための金属シム（６３’）を巻き付けるステップとを含み、次いで、このようにして形成されたコイル状のインサートが、容器（５１）の環状の空洞へと挿入され、容器（５１）の環状の空洞に蓋（４８）が追加され、アセンブリが、熱間等静圧プレスによって圧縮される、請求項１に記載の金属母材複合材料製インサートを有する構成部品を製造するための方法。
【請求項３】
被覆されたフィラメント（４７）の束またはシートが、マンドレル（５３）の周囲に巻き付けられ、次いで、マンドレルが、容器（５１）の環状の空洞（５２）へと挿入され、容器（５１）の環状の空洞（５２）に蓋が追加され、アセンブリが、熱間等静圧プレスによって圧縮される、請求項１に記載の金属母材複合材料製インサートを有する構成部品を製造するための方法。
【請求項４】
被覆されたフィラメント（４７）の束または接合シートが、容器（５１）の内側部品を構成する回転体（３９）の周囲に巻き付けられ、回転体（３９）に外側部品および蓋（４８）が追加され、アセンブリが、熱間等静圧プレスによって圧縮される、請求項１に記載の金属母材複合材料製インサートを有する構成部品を製造するための方法。
【請求項５】
巻き付けるステップの開始において、被覆されたフィラメントの束またはシートが、２つの電極（３３、３４）の間の接触溶接プロセスおよび中周波電流の通過によって回転体に固定される、請求項３または４に記載の金属母材複合材料製インサートを有する部品を製造するための方法。
【請求項６】
巻き付けるステップの終わりにおいて、被覆されたフィラメントの束またはシートが、２つの電極の間の接触溶接プロセスおよび中周波電流の通過によって巻き付けられたコイルに固定される、請求項３または４に記載の金属母材複合材料製インサートを有する構成部品を製造するための方法。
【請求項７】
被覆されたフィラメントの接合シートが巻き付けられ、接合シートは、被覆されたフィラメント（８）が、隣接するフィラメント間にスポット溶接部を形成するために、レーザ溶接（１３）されるシート（２９）を製造するためのプロセスによって形成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の金属母材複合材料製インサートを有する構成部品を製造するための方法。
【請求項８】
被覆されたフィラメントが、インサート内で千鳥状に巻き付けられている、請求項１から７のいずれか一項に記載の金属母材複合材料製インサートを有する構成部品を製造するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属母材内にセラミック繊維を含むタイプの複合材料製インサートを含む構成部品の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に航空の分野において、最小限の質量および最小限のサイズのために構成部品の強度を最適化することが、不断の目標の１つである。あるいくつかの構成部品は、今後、金属母材の複合材料で作られたインサートを含んでもよく、そのような構成部品は、おそらくはモノリシックであろう。そのような複合材料は、例えばチタン（Ｔｉ）合金などの金属合金母材を備え、この母材内を、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）セラミック繊維などの繊維が延びている。このような繊維は、チタンよりもはるかに大きい引っ張り強度を有している（典型的には、１０００ＭＰａに対して４０００ＭＰａ）。したがって、繊維が荷重を引き受ける一方で、金属合金母材が、構成部品の残りの部分について結合剤の機能を提供するとともに、互いに接してはならない繊維を保護および絶縁するという機能も提供する。さらに、セラミック繊維は、耐腐食性を有しているが、金属によって補強されなければならない。
【０００３】
このような複合材料は、ブレードなどのモノリシックな構成部品のための補強材など、ディスク、軸、ラム本体、ケーシング、およびスペーサの製造に使用することができる。
【０００４】
そのような複合材料製のインサートを得るため、金属によって被覆されたセラミック繊維を含む「被覆されたフィラメント」と称されるフィラメントが、前もって形成される。金属が、フィラメントに取り扱いのために必要な弾性および可撓性を付与する。好ましくは、きわめて細いカーボンまたはタングステンフィラメントが、繊維の軸に沿って繊維の中央に位置し、このカーボンフィラメントが、炭化ケイ素で被覆される一方で、繊維に付着された液状金属が冷却されるときに生じる熱緩和の相違の際に、拡散障壁／緩衝機能をもたらすため、繊維と金属との間の界面に、カーボン薄膜が設けられている。
【０００５】
複合材料フィラメントまたは被覆されたフィラメントの製造は、例えば電界中での金属の蒸着、金属粉末を使用した電気泳動、または液状金属の槽中へのセラミック繊維の浸漬被覆など、さまざまなやり方で実行できる。セラミック繊維を液状金属へと浸漬させるそのような被覆プロセスが、本件出願人の名義による欧州特許第０９３１８４６号明細書に提示されている。このプロセスは、すでに述べた他のプロセスよりも、はるかに高速である。このようにして、構成部品に含まれる複合材料インサートの製造のための基礎として機能する、複合材料フィラメントまたは被覆されたフィラメントが得られる。
【０００６】
金属合金母材の複合材料で作られたインサートを備える構成部品を得るための知られているプロセスにおいて、被覆されたフィラメントが、プレフォームと呼ばれる加工品から形成される。そのようなプレフォームは、中央のマンドレルの周囲に延びる２枚の金属製保持フランジの間に、被覆されたフィラメントを巻き付けることによって得られる。巻き付けは、螺旋状に行われ、得られるプレフォームは、ディスクの形態であり、その厚さは、プレフォームを構成している被覆されたフィラメントの厚さである。プレフォームの連結を確実にするため、保持フランジが開口を含み、例えばアクリル樹脂など結合機能をもたらす材料が、この開口を通じて噴霧される。
【０００７】
図１は、複合材料インサートを備える構成部品の一実施形態を概略的に示している。それぞれがディスクの形態である複数のプレフォーム１が、円筒形の全体形状を有する容器２内で重ねられている。容器は環状の空洞３を有し、空洞３の容器の軸４を横切る断面形状は、プレフォーム１の断面形状である。プレフォーム１は、空洞３の全高が埋められるまで積み重ねられる。典型的には、このようにして８０個のプレフォームが重ねられる。この作業は手作業である。
【０００８】
次いで、例えばアクリル樹脂である結合剤をプレフォーム１から取り除くように、結合剤の除去作業および引き続くガス抜きを実行する必要がある。これは、プレスの段階において冷間および熱間時に、いかなる混入元素もチタンに接触したまま残っていてはならないためである。
【０００９】
環状の蓋５が、環状の空洞の形状と相補的な形状であるが、軸方向の寸法は空洞よりも小さい突起６を有し、この蓋５は、容器２の上部に配置され、突起６は、上部のプレフォーム１に接触される。蓋５は、このアセンブリが好ましくは真空中に置かれて、例えば電子ビーム溶接によって容器２へと溶接される。続くステップは、このアセンブリに熱間等静圧プレスを加えるステップである。この作業の際、並置され被覆されたフィラメントからなるインサートが圧縮され、被覆されたフィラメントの金属シースが、一体に溶接され、さらに拡散によって容器２の空洞３の壁面に溶接されて、内部でセラミック繊維（ここでは、ＳｉＣ繊維）が環状に広がっている金属合金（例えば、チタン合金）から構成される、密なアセンブリが形成される。
【００１０】
積み重ねたプレフォーム１を圧縮することによってもたらされる複合材料からなるインサートを含む、円筒形の構成部品が得られる。この構成部品に対し、任意に応力緩和処理を加えることができ、アセンブリが冷却されるとき、セラミック繊維とそれらが埋め込まれている金属との間の膨張の相違を、補償することが可能になる。
【００１１】
次いで構成部品は、一般的には、最終の構成部品を得るように機械加工される。例えば、目的が、一体のコンプレッサディスク（用語「一体」は、ブレードが、ディスクとともにただ１つの構成部品から形成されることを意味する）を製造することであれば、その複合材料インサートを含む容器が、ブレードを支えるリムの一部分が複合材料インサートを含む一体のブレード付きディスクまたは「ブリスク（ｂｌｉｓｋ）」を形成するように機械加工される。このリムは、リムの塊に含まれているセラミック複合材料のセラミック繊維によってアセンブリにもたらされる高い剛性および大きな強度のために、金属合金で作られた従来からのモノリシックディスクのリムに比べ、はるかに小さな寸法である。特に、このようなリムを、インサートが存在しないフランジまたはディスクの形態ではなく、単純なリングの形態とすることができる。
【００１２】
複合材料インサートを備える構成部品を製造するためのこのプロセスは、多くの欠点を有し、その各ステップにおいて必要とされる長さ、複雑さ、および正確さゆえに、工業規模で活用することが不可能である。
【００１３】
第１に、セラミック繊維は脆いため、被覆されたフィラメントについての作業は、何よりもまずそれらの間の接触を防止しなければならず、被覆されたフィラメントの溶接は、これまでは考えられていない。
【００１４】
さらに、結合剤の除去およびガス抜きの作業は、時間がかかるばかりか、結合剤がすべて除去されたかどうかが確実ではない。結合剤の完全な消失を保証することが、特に、後でチタン合金が正しく作用するために必要であるが、結合剤の完全な消失を保証するためには、結合剤の除去およびガス抜きのステップが、複数回必要である。これにより、プロセスの総所要時間が長くなり、プロセスの全体コストが高くなってしまう。
【００１５】
さらに、２つのフランジの間へと巻き付けられるときにフィラメントが破損するなら、この問題を解決して巻き付けを再開するための手段が、現時点において存在していないことから、新たなプレフォームを形成する必要がある。
【００１６】
さらに、被覆されたフィラメントのプレフォームを容器内に配置するステップが、現在のところ手作業である。この作業のコスト、および特にその正確さが、これによって影響を受ける。構成部品の主応力に従ったセラミック繊維の向きがきわめて大きな影響を有する、被覆されたフィラメントの容器内への配置は、それが複合材料の性能を決定する限りにおいて、今や製造手順において決定的な要因となっている。さらに、フィラメントの容器内への配置は、構成部品の製造の種々のステップにおいて、セラミック繊維の完全性を保存することによって、複合材料の品質を決定する。最後に、フィラメントの容器内への配置は、やはり被覆されたフィラメントを配置する作業が、比較的時間を要し、かつ手作業にて実行されるため、構成部品の最終的なコストを決定する。したがって、容器内へのフィラメントの配置が改善されれば、利益があるに相違ない。
【特許文献１】欧州特許第０９３１８４６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の主題は、複合材料で作られたインサートを含む構成部品、特に軸対称の構成部品の製造を、工業規模で可能にする方法にある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明によれば、金属母材の内部をセラミック繊維が延びる、金属母材からなる複合材料製のインサートを有する構成部品を製造するための方法であって、複合材料製のインサートが、複数の被覆されたフィラメントから得られ、各フィラメントが、金属シースで覆われたセラミック繊維を有し、被覆されたフィラメントの束または接合シートを、回転体の回転軸に対して垂直に回転体（３９、６２）の周囲に巻き付けるステップで、インサートを製造することを含むことを特徴とする。
【００１９】
添付の図面を参照しつつ、方法の実際の実施についての以下を読むことから、本発明がより明確に理解され、他の特徴が明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
まず、複数の被覆されたフィラメントが、好ましくはセラミック繊維を液状金属の槽に浸漬させる被覆プロセスによって、知られている技術の１つに従って形成される。これらのフィラメントは、それぞれボビンへと巻き取られる。各フィラメントは、例えば０．２ｍｍから０．３ｍｍの直径を有している。
【００２１】
被覆されたフィラメントからなる接合シートの製造方法を、最初に説明する。
【００２２】
図２を参照すると、それぞれ被覆されたフィラメント８が周囲に巻き付けられている複数のボビン７が、複数のボビン７からなるモジュール９に配置されている。このモジュール９は、フィラメント８を互いに交差させることなく、後述のワーピングモジュール（ｗａｒｐｉｎｇ  ｍｏｄｕｌｅ）に向かって引き出すことができるように、ボビン７を配置することを可能にしている。この場合、ボビンモジュール９が、ボビン７を支持する二等辺三角形の形態の構造を有し、ボビン７の半分がこの三角形の片側に沿い、残りの半分がこの三角形の他方の側に沿い、三角形の頂点が、ボビンモジュール９の構造を形成している三角形の対称軸上に位置する点に向かって、フィラメント８がボビン７から引き出される側に向けられている。
【００２３】
他の実施形態においては、各ボビン７が、被覆されたフィラメントの束（または、アレイ）を支持してもよい。すなわち、１００本の被覆されたフィラメントからなるシートを形成するために、それぞれが周囲に巻き付けられた１０本の被覆されたフィラメントの束を有する１０個のボビン７を、使用することができる。
【００２４】
被覆されたフィラメント８は、ワーピングモジュール１０に向かって引き出される。このワーピングモジュール１０は、その構造が当業者にとって理解できるため、ここでは概略的かつ大まかな様相で示されている。これは、織物の分野において使用されるワーピングモジュールに類似している。ワーピングモジュール１０は、フィラメント８を、相互に重なることなく互いに接した同じ平面内の層として、互いに平行に延ばすことができる案内手段を含む。その目的は、互いに接した平行フィラメント８からなる平坦なシートを形成することにある。
【００２５】
このようにしてワーピング状されたフィラメント８が、レーザ溶接モジュール１１へと送り込まれる。このモジュールは、その上をフィラメント８が移動する平坦な支持体１２を含み、支持体の上方に、レーザ溶接装置１３が取り付けられている。したがって、フィラメント８は、レーザ溶接装置１３を通過して駆動される。アセンブリ全体は、例えばノズルによって注入されるアルゴンの雰囲気など、好ましくは不活性雰囲気中に収容される。レーザ溶接装置１３は、例えばネオジム（Ｎｄ）をドープしたＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）レーザを備えることができ、このレーザは、その出力およびレーザビームの照射点が高度に正確であるという利点を有し、さらにきわめて微細なビームを有するという利点を有している。
【００２６】
レーザ溶接モジュール１１の下流側において、フィラメント８は、ボビンモジュール９から支持体１２上を並進するように、フィラメント８を引き出すためのモジュール１７によって駆動される。この駆動モジュール１７は、この場合には、周囲にフィラメント８が巻き付けられる回転ボビン１７’を備える。ボビン１７’は、矢印１８によって示されているとおりに回転する。この結果、フィラメント８が、駆動モジュール１７によって、ボビンモジュール９のフィラメントのボビン７から、ワーピングモジュール１０およびレーザ溶接モジュール１１に沿って駆動され、アセンブリ全体が、被覆されたフィラメント８からなる接合シートを形成するための装置５５を形成している。接合シートは、駆動モジュールのボビン１７’へと巻き取られる。
【００２７】
図５は、２つのフィラメント８を一体に溶接するためのレーザ溶接モジュール１１において、フィラメント８の走行方向を横切る平面の断面図を示している。溶接は、レーザ溶接装置１３を用いたスポット溶接によって実行される。各フィラメント８が、複数のスポット溶接部によって隣のフィラメントに接合される。各フィラメント８は、すでに理解されたように、例えばＴｉ合金で作られた金属シースなど、金属シース１５で被覆されたセラミック繊維１４を有している。レーザビームが、矢印１６によって示されているとおり、支持体１２に沿って駆動されるすべてのフィラメント８の軸を含む平面に垂直に、連続する２つのフィラメント８の間の接触点の方向に向けられる。これにより、フィラメントの金属シース１５の局所的な溶融が生じる。レーザは、セラミック繊維１４が、この局所的な溶融によって影響を受けることがないことを確実にするよう低い出力で、しかしながら高度に集中させて使用される。金属シース１５のうちの最小限の容積が、溶融させられる。これは、フィラメント８を、この場所において一体に接合されることを確実にするために十分である。溶接の各種パラメータは、金属の溶融から生じる溶接プールが流れ出すことがないように最適化される。
【００２８】
レーザビームが、セラミック繊維１４を損傷させることがないよう、フィラメント８の平面に垂直に、２つのフィラメント８に重なる点領域に沿ってレーザビームを向けることが重要であり、その完全性が、複合材料インサートを備える構成部品の形成への適用において、レーザビームに割り当てられた作業に必要な条件である。
【００２９】
スポット溶接は、きわめて強力である必要はない。スポット溶接の機能は、接合シートを形成するという目的のために、単にフィラメント８の全体の連結、または相互の保持を確保することにある。この連結は、例えば複合材料インサートを有する構成部品を構成する目的において、シートの取り扱い、ならびに場合によっては巻き付けおよび引き出しを可能にするために、ちょうど十分に強力でなければならない。すなわち、溶接は、フィラメント８を一体に保持するためだけのものである。
【００３０】
図３および図４は、この場合において、１２本の被覆されたフィラメント８を有するシートの形成について、レーザ溶接モジュール１１について考えられる２つの動作モードを概略的に示している。
【００３１】
図３の動作モードにおいては、被覆されたフィラメント８が、レーザ溶接装置１３の下方に位置したとき、フィラメント８を静止状態のままであるように、駆動モジュール１７が停止する。次いで、溶接装置１３が、溶接装置１３下のフィラメントの走行方向に垂直なセグメントに沿って、隣接するフィラメント８間に一連のスポット溶接部を生成する。この目的のため、溶接装置１３は、図５を参照して上述したとおり、２つのフィラメント８の間に第１のスポット溶接部１９を形成する。次いで、溶接装置１３が、２つのフィラメント８間の次の接触点に一致するように、フィラメント８の走行方向に垂直に停止および移動され、この２つのフィラメントを第２のスポット溶接部１９において溶接し、すべてのフィラメント８が、この変位セグメントに沿って一体に接合されるまで、以下同様である。このようにして、溶接装置１３が、溶接装置１３下のフィラメント８の走行方向に垂直に、スポット溶接部１９からなるセグメントを作り出す。次いで、駆動モジュール１７が、フィラメント８を長さ「Ｌ」だけ溶接装置１３を通過して走行させるように動作し、次いで、第１のセグメントと平行な他のセグメントについて、動作が繰り返される。
【００３２】
図４に示した動作モードにおいては、フィラメント８が、矢印２０によって示されている走行方向および向きに連続的に駆動され、この移動は、駆動モジュール１７によってもたらされる。溶接装置１３は、上述と同じ動作を実行し、すなわち溶接動作、およびフィラメント８の移動方向２０に垂直な経路に沿った次の点に向かう変位などを、第１のフィラメント８から最後のフィラメントまで実行し、次いで逆の様相で実行する。フィラメント８の移動の速度が十分に低速であれば、移動する２つのフィラメント間のスポット溶接部１９の溶接が、可能である。したがって、一連のスポット溶接部１９が、フィラメント８間に生成され、フィラメント８によって形成されるシート上にジグザグを形成する。
【００３３】
このようなジグザグ状のスポット溶接部１９の分布を、各スポット溶接部１９を溶接するときに、駆動モジュール１７を停止させて得ることも可能であり、駆動モジュール１７が、溶接装置１３が移動する間に、各スポット溶接部１９間の短い距離「ｌ」だけフィラメント８を駆動する。
【００３４】
さらに、スポット溶接部１９を形成する瞬間において、フィラメント８の移動の速度を遅くするだけで、作業を行なうことも可能である。
【００３５】
スポット溶接部１９のこのような分布の利点は、フィラメント８によって形成されるシートの表面全体にわたる均一性の向上にある。
【００３６】
いずれの場合においても、フィラメント８は、レーザ溶接モジュール１１を離れる際には、フィラメント８が、保持するスポット溶接部１９において一体に接合された接合シートの形態にある。このシートが、駆動モジュール１７のボビン１７’へと巻き取られる。
【００３７】
ここでは、被覆されたフィラメント８からなる接合シートの製造プロセスの準備段階については言及していない。この段階は、例えばプロセスの開始において、フィラメント８を互いに接合することなくボビン１７’へと巻き付ける（したがって、最終的に巻き付けられたシートの最も内側の部分は、シートの形態ではない）ことによって、あるいは、例えばプロセスの開始において、フィラメントを他の駆動装置を使用して駆動し、シートの形態をとり始めたときにボビン１７’へと接続することによってなど、当業者によって自由に構成することができる。
【００３８】
図３に示したセグメント構成に関連するスポット溶接部１９のセグメント間の間隔「Ｌ」、または図４に示したジグザグ構成における連続する２つのスポット溶接部１９間の長手方向の間隔「ｌ」は、被覆されたフィラメント８からなるシートに所望される剛性に応じて設定される。すなわち、剛直なシートのためには、スポット溶接部１９が互いに接近され、一方柔軟なシートのためには、スポット溶接部１９がさらに離される。当然ながら、スポット溶接部１９の分布について他の構成も、考えることができる。スポット溶接部１９の構成および間隔は、特に、巻き付けられる必要があるか、ねじられる必要があるかなど、接合シートの意図される用途に応じて選択され、用途の所定の条件のもとで、アセンブリ全体の結合を確保するための最小限の間隔を考慮する。スポット溶接部１９の分布の構成に関する仕様は、プロセスそのものによって決まるというよりはむしろ、被覆されたフィラメント８からなるシートに意図される用途によって決まる。
【００３９】
レーザ溶接の実行速度および正確さゆえ、まさに説明されたプロセスを実現するために、フィラメント８が一体に接合される被覆されたフィラメント８からなる接合シートを、自動システムにおいて、工業規模で製造することが可能である。したがって、被覆されたフィラメント８からなる大量のシート（数キロメートルの同じシートを、形成することが可能である）を、種々のやり方で利用することが可能な形式で、迅速に得ることができる。さらに、フィラメント８の金属シース１５を溶融させることによって、シートが一体に接合されており、すなわち材料の追加がなく、特に接着剤などの結合剤の添加がないため、被覆されたフィラメントを使用した複合材料インサートを備える構成部品を形成するためのより一般的なプロセスに存在する結合剤の除去に関するすべてのステップを、無くすことができる。
【００４０】
複合材料で作られたインサートを有する軸対称構成部品を製造するための本発明によるプロセスであって、被覆されたフィラメントの束またはシートを、回転体の軸に垂直に回転体に巻き付けるステップを含むプロセスを、次に説明する。
【００４１】
すでに理解されるように、複合材料で作られたインサートを有する軸対称構成部品は、一般的には、以下のプロセスに従って形成される。すなわち、
被覆されたフィラメントのボビンを設置し、
被覆されたフィラメントのボビンからディスク状のプレフォームを製造し、
プレフォームを収容するための環状の空洞を有している容器を製造し、
複数のプレフォームを環状の空洞内に積み重ね、
空洞を環状の蓋で閉じ、
プレフォームに結合剤除去の操作を加えるとともに、真空を生成し、
このアセンブリを、熱間等静圧プレスで圧縮し、
最終の構成部品を得るようにアセンブリを機械加工する。
【００４２】
このようなプロセスの種々の欠点については、すでに述べたとおりである。これらの問題を、特に工業規模で実施することができるプロセスで解決することが、提案される。
【００４３】
すなわち、被覆されたフィラメントの束またはシートを、中間部品に巻き付け、次いで容器の空洞へと組み込むステップ、すなわち容器の内側部品へと直接巻き付け、次いで外側部品によって完結させるステップを含むプロセスが、ここに提案される。すなわち、空洞の幅を有しているプレフォームを空洞の全高にわたって積み重ねる代わりに、幅が空洞の高さに対応する被覆されたフィラメントの束またはシートが、空洞の幅を満たすことができる数の層または巻き数にて巻き付けられる。
【００４４】
このプロセスを実行するための第１の方法が、図６から図８に示されている。この実行方法において、容器の内側部品を形成するピース３９が、前もって機械加工される。用語「容器」は、被覆されたフィラメントを受け入れるように構成された環状の空洞を有する、軸４０を中心とする回転体を意味するものと理解される。そのような容器は、好ましくは、ここではＴｉ合金である、被覆されたフィラメントの被覆と同じ金属で作られる。容器の内側部品を形成するピース３９は、軸４０を中心とする一部品の回転体である。ピース３９の内側部分４１は、容器の高さに等しい高さ「Ｈ」を有し、用語「高さ」は、軸方向の寸法を意味するものと理解される。ピース３９は、この内部部分４１に関して周囲に、容器の環状の空洞の高さ「ｈ」および幅「ｄ」に対応する、高さ「ｈ」および幅「ｄ」の第１の肩部４３をもたらす、面取り部分４２を有している。用語「幅」は、径方向の寸法を意味するものと理解される。この第１の肩部４３の周囲から、第２の肩部４４が延びており、第２の肩部４４の径方向の寸法によって容器の幅が完結しており、第２の肩部４４の表面は、環状の空洞の表面の高さに満たない高さまで延びている。
【００４５】
換言すると、容器の内部部品を形成しているピース３９が、容器の高さに満たない高さの外側リング（図８の参照符号４６に見られることができる）が除去される容器に対応しており、容器に形成される環状の空洞の外側に位置する径方向の領域を自由にしている。
【００４６】
したがって、被覆されたフィラメント４７からなる束（または、アレイ）または接合シートを、第１の肩部４３の高さ「ｈ」を形成している壁面へともたらすことができ、この肩部４３は、外側の壁面がない環状の空洞に対応している。
【００４７】
フィラメント４７の束またはシートを部品３９に巻き付けるため、最初の巻き付けの際に、これらフィラメントを肩部４３の壁面へと固定することが好ましい。この固定は、好ましくは、後述するとおり、２つの電極間の接触溶接プロセスおよび中周波の電流の通過によって得られる。
【００４８】
被覆されたフィラメント４７の束（または、アレイ）が存在する場合には、この束を繰り出すため、シートを製造するためのプロセスの場合における図２のボビンモジュールおよびワーピングモジュールに類似する、ボビンモジュールおよびワーピングモジュールを使用することが、例えば可能であり、次いで、ワーピングされた束が、ピース３９へと直接巻き付けられる。
【００４９】
被覆されたフィラメント４７からなる前形成された接合シートが存在する場合には、好ましくはこれを、上述のようにシート製造のためのプロセスに従って形成されることができる。ボビン、例えば図２に示したシートの製造のための装置の駆動モジュール１７のボビン１７’に巻き付けられたシートが、容器の内部部品を形成するピース３９へと巻き付けられるように繰り出される。
【００５０】
図２の駆動モジュール１７のボビン１７’を、容器の内部部品を形成するピース３９で直接置き換え、シートをピース３９へと巻き付けることも可能である。このようにして、被覆されたフィラメントが、ワーピングされ、シートへと形成され、次いでピース３９へと巻き付けられる。しかしながら、このシート製造作業は、任意である。
【００５１】
ここで、これら３つの場合において、容器の内側部品を構成するピース３９が、被覆されたフィラメント４７の束またはシートを巻き付けるように、自身の軸４０を中心として回転させられる。図７を参照すると、ひとたび必要な数のフィラメント層（この場合において、環状の空洞に対応する肩部４３の幅「ｄ」を満たすことができる層の数である）が巻き付けられると、被覆されたフィラメント４７の束またはシートが、好ましくは２つの電極間の接触溶接プロセスおよび中周波の電流の通過（後述）によって同様に、今回はコイルへと固定され、次いで切断される。この場合、被覆されたフィラメント４７の束またはシートが、この溶接プロセスの説明において理解されることができるように、下方の層へと溶接される。
【００５２】
図８を参照すると、次いで、容器の外側部品を形成する外側リング４６が、内側部品を形成するピース３９の周囲に追加される。このリング４６は、任意に、好ましくは電子ビーム溶接によって溶接されてよく、あるいは単に所定の位置に保持される。このようにして、やはり容器が、被覆されたフィラメントが巻き付けられる環状の空洞を備えて適切に形成されるが、ここでは、高さ「ｈ」まで積み重ねられた幅「ｄ」のプレフォームの形態ではなく、被覆されたフィラメント４７からなる幅「ｈ」の束またはシートが、全体としての径方向の厚さが環状の空洞の幅「ｄ」に等しくなるような多数の層にて巻き付けられている。
【００５３】
次いで、環状の蓋４８が追加されるが、この蓋は、容器の内側部品を構成しているピース３９の面取り４２、ならびにピース３９の面取り４２と同心でありかつこの面取り４２へと向いている外側リング４６の面取り５０について、これらの面取りを補足するように意図された環状の突起４９を有している。これら２つの面取り４２、５０の間には、被覆されたフィラメント４７の束またはシートの層を有する環状の空洞が位置しており、これら被覆されたフィラメントの上に、蓋４８の環状の突起４９が載せられる。
【００５４】
ひとたび、内側部品を構成するピース３９、外側リング、および蓋が所定の位置におかれると、この構成は、やはり従来技術の場合と同様に、被覆されたフィラメントからなるインサートを含み閉じられた容器である。次いで、このアセンブリが、好ましくは真空中に置かれて電子ビーム溶接によって溶接され、次いで知られているやり方にて熱間等静圧プレスで圧縮される。これにより、金属母材内をセラミック繊維が延びる、複合材料インサートの製造が達成される。したがって、複合材料インサートを有する最終構成部品を得るために、このアセンブリを機械加工することができる。このアセンブリを、複合材料インサートそのものを取り出すために機械加工することも可能である。
【００５５】
上述したプロセスの１つの利点は、その実行速度である。なぜなら、プレフォームを製造してその後に積層するというステップが省略される一方で、束またはシートの形態の被覆されたフィラメントの巻き付けが、はるかに高速であるからである。さらに、例えば接着剤など追加の材料を必要としない。これは、一方では、より優れた品質の複合材料インサートをもたらし、他方では、結合剤の除去およびガス抜きの作業を不要にし、したがって大いなる時間の節約をもたらす。
【００５６】
プロセスを実行する第２の方法が、図９から図１１に示されている。この実施方法においては、軸４０を中心とする環状であって高さ「Ｈ」を有し、環状の空洞５２を含む容器５１が前もって形成される。環状の空洞５２は、高さ「ｈ」および幅「ｄ」の空洞に対応し、その底壁５４’および内側側壁５３’は、より大きな寸法の環状の空洞５２を得るように機械加工されている。図９は、高さ「ｈ」および幅「ｄ」の環状の空洞を、破線によって示しており、より深くて幅広い機械加工済みの空洞を、実線によって示している。
【００５７】
図１０を参照すると、径方向のリム５４を有する環状のマンドレル５３が、さらに形成され、このマンドレルが、容器の拡大された環状の空洞５２に収容されるように意図されている。マンドレル５３は、マンドレル５３が空洞内５２に収容されたとき、結果として空洞が、高さ「ｈ」および幅「ｄ」の空洞となり、マンドレルの壁面５３が、環状の空洞５２の内側の壁面５３’に当接し、マンドレルの径方向のリム５４が、環状の空洞５２の底壁５４’に当接するような寸法とされている。ここで、マンドレル５３は、この場合にはＴｉ合金であり、容器５１と同じ材料で製作される。
【００５８】
すでに述べたように、被覆されたフィラメント４７の束またはシートが、この場合にはマンドレル５３へと巻き付けられる。この束またはシートは、「ｈ」の全幅を有し、全体としての厚さが、「ｄ」すなわちマンドレル５３の径方向のリム５４の幅に等しくなるような多数の層が巻き付けられる。好ましくは、束またはシートの先頭が、後述されるように、２つの電極間の接触溶接プロセスによって、マンドレルに固定される。
【００５９】
被覆されたフィラメント４７の束またはシートが、ひとたび必要な数の層だけ巻き付けられると、最後の層が、前の層へと、好ましくは後述されるように２つの電極間の接触溶接プロセスによって固定され、次いで束またはシートが切断される。次いで、図１１に見られるように、コイルを有するマンドレル５３が、容器５１の環状の空洞５２へと挿入される。前述の蓋４８と同一である蓋４８が追加され、このアセンブリが、電子ビーム溶接によって溶接され、真空中に置かれ、次いで複合材料インサートを有する最終構成部品を得るために、良く知られているやり方にて熱間等静圧プレスで圧縮され、かつ機械加工される。
【００６０】
以上説明した２つの実行方法において、被覆されたフィラメント４７が、常に同じ平面において互いの上へと巻き付けられている。したがって、断面について眺めたとき、フィラメント４７の軸が、チェッカー盤の配置を構成し、その基本的な網目が正方形の網目である。インサートの緻密さを改善するため、連続する２つ被覆されたフィラメントの軸間の距離の半分だけ、各層が前の層からずらされ、したがって連続する３つの層のフィラメントの軸が、お互いに対して千鳥配置にあることが好ましい。この目的のため、シート４７を繰り出すための２つのボビン、または被覆されたフィラメント４７の束を繰り出すための２つのモジュールを設け、シートまたは束４７が、容器の内側部品を形成しているピース３９またはマンドレル５３に、結果として千鳥構成にずらされて重なり合って同時に巻き付けられるように、配置されることができる。ボビンまたはモジュールと、それらが巻き付けられるピース３９、５３との間には、フィラメントを互いに接するように位置させるための装置が存在してもよい。
【００６１】
シートを、当該シートが巻き付けられる金属支持体または下部層のシートに、２つの電極間の接触溶接および中周波の電流の通過によって固定するプロセスを、図１７から図２２を参照して次に説明する。
【００６２】
今までのところ、被覆されたフィラメントを固定するために、接着剤をフィラメントへと噴霧するプロセスが提案されているが、その欠点についてはすでに説明した。また、シートを溶接するステップを含むプロセスは、多くの実施上の困難に直面することになるため、一般的には避けられており、そのような困難の最も重大な１つは、被覆されたフィラメントの内部に位置するセラミック繊維が損傷を被らないようにしなければならない点にある。これらの繊維は、１００μｍから２００μｍ、あるいはそれ以上の直径を有することができ、曲げおよびせん断においてきわめて脆弱である。被覆されたフィラメントのセラミック繊維に損傷が生じると、このフィラメントの固有の利点が無くなってしまう。
【００６３】
被覆されたフィラメント、あるいは被覆されたフィラメントからなる接合シートまたは束を、金属支持体へと局所的に溶接するためのプロセスおよび装置について、以下で説明する。この支持体が、文字どおり金属支持体であるか、あるいは他の被覆されたフィラメントまたは被覆されたフィラメントからなる他のシートまたは束であることを、理解すべきである。このプロセスおよびこの装置は、フィラメントあるいはシートまたは束を、フィラメント内に位置するセラミック繊維の完全性を保ちつつ、支持体へと固定できるようにする。また、このプロセスおよびこの装置は、巻き付けまたは貯蔵のプロセスにおいて破損が生じた場合に、フィラメントを修復できるようにする。
【００６４】
図１７および図１８を参照すると、例えば上述のシート形成プロセスによって形成された被覆されたフィラメント８のシート２９が、特に例えば容器の内側部品を形成しているピース３９などの巻き付け支持体である、支持体３０へと接合されるように意図されている。図示されている支持体は、直線状であるが、支持体は、マンドレル２４である場合には、円形または円形の一部分の形態である。
【００６５】
この目的のため、巻き付けの開始において、シート２９を支持体３０へと固定することが望まれる。これを行なうため、２つの電極間での溶接および中周波電流の通過のための接触溶接装置３１が、使用される。ここでは、支持体３０の外周に沿って延びている被覆されたフィラメント８を、断面で見ることができる。ここで、シート２９は、１０本のフィラメントを有している。
【００６６】
電極溶接装置３１は、正の電極３３および負の電極３４に接続された中周波発生器３２を含む。図１７に示した実施形態においては、正の電極３３および負の電極３４が、シート２９を横切るように延びている。それらの断面形状は、その全幅にわたって一様である。
【００６７】
例えば銅またはタングステンで製作される正の電極３３は、斜めの端部３７を有している。この端部３７は、電流線が最大限に収束して、正の電極３３と被覆されたフィラメント８のシート２９との間において、可能な限り狭い接触線または接触帯に沿って通過するように、形作られている。この端部３７は、フィラメント８に損傷を与える恐れがあるフィラメント８のせん断を生じないよう、丸められている。この端部３７の半径は、電流線について可能な限り最良の収束が得られるように、しかしながらフィラメント８をせん断することがないよう小さすぎないように選択される。
【００６８】
負の電極３４も、電流線３８を可能な限り狭い線または帯に沿って収束させるため、シート２９が溶接される支持体３０との接触面積が最小となるように、形作られる。一般的には筒状であるマンドレルの幾何形状により、円柱形の負の電極を使用することが可能であり、したがって、電流線の収束にとって好都合である発生器への接触面積の低減が可能であることを意味している。
【００６９】
このような電極３３、３４の配置構成により、シート２９が、その後きわめて狭い幅に沿って支持体３０へと溶接されることを確実にする。電流の集中は、この帯において一定である。
【００７０】
電極溶接プロセスは、シート２９の金属の加熱を、電極３３、３４をシート２９へと押し付けることによって得られる軽い鍛造に組み合わせるという、特有の特徴を備えている。有利には、加熱および押し付けの強さおよび継続時間は、達成される金属の加熱および鍛造が最小限であって、したがって固体状態の溶接がもたらされるように制御される。
【００７１】
シート２９が、正の電極３３と負の電極３４との間で、シート２９および支持体３０を通過する電流の流れによって加熱され、中周波発生器３２によって生成される電流が、制御される。ここで、正の電極３３を押し付けることによってシート２９に圧力が加えられ、すなわち正の電極は、いわば押し付けという第２の機能を有している。正の電極３３の端部３７の丸められた形状は、シート２９のフィラメント８がせん断されてはならないため、この機能のための重要性のすべてを備えている。
【００７２】
図１９は、時間ｔの関数として、電極３３、３４間を通過する電流の強度の変化を、破線の曲線５６として示し、正の電極３３によって加えられる圧力の変化を、ｘ軸の上方の実線の曲線５７として示した線図である。さらに、シート２９の圧縮を表わす、ｘ軸の下方の実線の曲線５８が示されている。
【００７３】
電極溶接プロセスの実行を、以下で説明する。すでに述べたように、これは固体状態の溶接プロセスである。正の電極３３および負の電極３４を、被覆されたフィラメント８からなるシート２９およびマンドレル３０の内表面に、それぞれ接触させる。第１の段階においては、圧力のみが、２つの電極３３、３４の間で被覆されたフィラメント８へと加えられる。この圧力は、値Ｐ１とされ、時刻ｔ１まで維持される。Ｐ１は、好ましくは５０Ｗから１００Ｗの間である。この「冷間」圧縮段階の役割は、被覆されたフィラメント８の良好な接触を、被覆されたフィラメント８間および支持体３０の壁面に対しての両者について、確保することにある。被覆されたフィラメント８からなる少なくとも２つの層が、一体に溶接される後述の例では、この段階における目的は、同様に、該当するすべてのフィラメント（他のフィラメント層のための支持体の役割を果たすフィラメント層）の相互の接触を確実にすることにある。この良好な接触によって、次の段階において適切な電流の流れが保証される。
【００７４】
第２の段階では、時刻ｔ１において、圧力をＰ１で一定に保ちつつ、電流を値Ｉ１まで立ち上げる。好ましくは、Ｉ１は、５００Ａから１５００Ａの間である。これにより、被覆されたフィラメント８のセラミック繊維を被覆している金属が加熱され、溶接プロセスが開始する。
【００７５】
第３の段階では、時刻ｔ２において、シート２９の被覆されたワイヤ８についてさらなる鍛造を実行するため、圧力がＰ１よりも大きい値Ｐ２へと上げられる。曲線５８から、時刻ｔ２まではわずかかつ均一であるシート２９の圧縮が、さらなる鍛造によって、すなわち電流の流れ（したがって、加熱）とより高い圧力との組み合わせの作用によって増加していることに、注目できる。次に溶接が行われる。
【００７６】
第４の段階においては、時刻ｔ３の後に、圧力が再び値Ｐ１へと下げられる。
【００７７】
第５の段階においては、圧力が値Ｐ１へと復帰した時刻ｔ４から、電流がゼロへとリセットされ、一方で圧力は、電極３３、３４によって加えられている圧力をゼロへと減らしてプロセスを完了する最終の段階の開始である時刻ｔ５までは、冷却される溶接部をその位置に保持するため、値Ｐ１に保たれる。
【００７８】
曲線５８から、第４、第５、および最後の段階において、シート２９の圧縮が、弾性の作用によってわずかに小さくなりうる（すなわち、シートの厚さがわずかであるが再び増加する）点に、注目できる。圧縮は、一般的には、０．０５ｍｍから０．１５ｍｍの範囲にわたる。
【００７９】
このようにして、この２つの電極間の接触溶接プロセスによって、被覆されたフィラメント８の金属シースが、局所的に加熱および溶接され、支持体３０の外表面について提示した例では、正の電極３３の端部３７とシート２９との間の接触領域の狭い帯に沿って、それらの間およびそれらの支持体との接合が形成される。この溶接は、セラミック繊維を劣化させることなく行なわれる。より正確には、中周波の電流を通すことによって、被覆されたフィラメント８のシースの構成材料が、依然として固体のままでありながら、当該材料の溶接（および鍛造）のための温度範囲に達するように、局所的な温度がもたらされ、材料の融点に達することはない。電極によって加えられる力は、典型的には１０ＤａＮのオーダであり、溶接の実行を可能にする。このように、この帯に沿って、内部にセラミック繊維が位置しているモノリシックな金属の厚さが得られ、前記繊維が、溶接作業によって劣化することはない。
【００８０】
シート２９が、このようにして支持体３０へと固定され、巻き付けプロセスの開始を可能にする。この固定は、必ずしもきわめて強力である必要はなく、意図する用途（ここでは、被覆されたフィラメント８からなるシート２９のマンドレルへの巻き付け）のために十分な溶接保持バンドである。
【００８１】
図２０を参照すると、シート２９の終端を、直下に配置されるシート２９の下部層へと溶接するため、同じ作業が、巻き付けの終わりにおいて実行される。使用される接触溶接プロセスは、同様である。中周波の発生器３２によって生成される電流、および正の電極３３によって加えられる圧力は、好ましくはシート２９の最も外側の２つの層のみが、一体に溶接されて、狭い幅にわたって、いわば内部に２組のセラミック繊維が位置するモノリシック層が、溶接帯に沿って形成されるように最適化される。シート２９のいくつかの層を一体に溶接することを、除外するものではない。これは、必ずしも欠点を伴わない。この理由は、巻き付けが、構成部品のインサートを形成するように意図されている場合、アセンブリ全体が、いずれにせよ引き続いて圧縮されるためである。それにもかかわらず、エネルギーのレベルは、シートの溶接深さを抑制するために制御される。電流は、正の電極３３から負の電極３４へと、シート２９のすべての層およびマンドレル３０を通って通過する。「冷間」の押し付け段階が、電流が適切に流れるよう、層間の接触を確実にする。
【００８２】
図２１および図２２は、それぞれ図１７および図２０と同様に、巻き付けの最初において、マンドレル３０’へと巻き付けられてマンドレル３０’へと溶接されるシート２９’（図２１）、およびその後の巻き付けの終わりにおいて最後の少なくとも２つの層が溶接されるシート２９’（図２２）を示している。これらの溶接作業は、ここでは、図１７および図２０の装置３１の発生器３２に類似の中圧発生器３２’、ならびに２つの電極、すなわち正の電極３３’および負の電極３４’を備える、電極溶接装置３１’を使用して実行される。これらの電極３３’、３４’は、図１７および図２０の電極３３、３４と同じ図１８の断面形状を有しているが、マンドレル３０’によって形成される円柱の高さに等しい長さにわたっては延びておらず、より短い長さにわたって延びている。したがって、正の電極３３’が、シート２９’へと適用されるとき、負の電極３４’は、マンドレル３０’の内表面に対して正の電極３３’と垂直方向において整列して配置され、この接触の線に沿ってシート２９’の全幅をカバーするのではなく、この幅の一部のみをカバーする。接触溶接プロセスは、シート２９’の全幅に渡って帯を溶接するため、電極がシート２９’の幅に沿って移動する点を除き、上述と同じやり方で実行される。好ましくは、シート２９’が、電極３３’、３４’の幅を有する帯について電極３３’、３４’を静止させて溶接され、次いで隣接する帯を溶接するため、電極３３’、３４’が変位（並進）させられる。また、それが望まれるのであれば、電極３３’、３４’の幅を有する帯についてのみ、シート２９’をマンドレル３０’へと溶接し、あるいはシート２９’の２つの層を一体に溶接することができる。
【００８３】
溶接が、例えばマンドレル３０の端部において、シートの周囲を巡って環状の様相で実行される場合、溶接装置を、マンドレルの端部の曲線と同心である円形の曲線に沿って、シートを支持体へと溶接するために必要なとおり、適合させる必要がある。この目的のため、この湾曲に一致する凹状の端部を有する正の電極を設けることが可能であり、および／または溶接プロセスの際に、マンドレルを自身の軸を中心として回転させることが可能である。
【００８４】
また、マンドレルの軸と平行な長手方向の帯に沿って、マンドレルを覆うように掛けられたシートへと、図８、図１１、図１２、または図１３の１つの装置を適用することによって、長手方向の溶接帯を形成することが可能である。
【００８５】
接触溶接プロセスを、被覆されたフィラメントからなる前成形されたシートに関して説明したが、このプロセスは、前もって一体に固定されることなく横並びに位置しているフィラメントの束の支持体への溶接にも適用可能であり、あるいは単一の被覆されたフィラメントの溶接にも適用可能である。
【００８６】
さらに、１つ以上の被覆されたフィラメントを溶接する接触溶接プロセスによれば、たとえ巻き付けられるときに破損しても、フィラメントあるいはフィラメントからなるシートまたは束を修復することが考えられる。従来技術においては、フィラメントが巻き付けられるとき、その破損は、巻き付けプロセスを中止して、新たな巻き付けプロセスを開始しなければならず、巻き付けられて破損したフィラメントが失われることを意味する。接触溶接プロセスによれば、破損したフィラメントの端部を一体に溶接して、巻き付けを再開することが可能である。これは、フィラメントのシートまたはフィラメントの束の巻き付けにも当てはまり、被覆されたフィラメントあるいは被覆されたフィラメントのシートまたは束を、支持体へと溶接する必要がある、他のあらゆるプロセスに当てはまる。
【００８７】
結論として、ここに説明した溶接プロセスによれば、被覆されたフィラメントあるいは被覆されたフィラメントのシートまたは束を、金属支持体に局所的に溶接することができる。ここで、支持体とは、厳密な意味の支持体（金属の壁面）であってよく、あるいはフィラメント、またはシート（または、束）の他の層もしくは他のシート（または、束）であってもよいことを理解されたい。この溶接プロセスによれば、巻き付けの際に、従来は不可能であった修復のステップを考えることができ、インサートを形成するためにシートを巻き付けるプロセスを実行でき、あるいはインサートを備える筒状の構成部品を形成するために、マンドレルの周囲にシートを掛けるプロセスを実行できるようになる。従来技術において行なわれていたように、ろう付けまたははんだ付け材料、あるいは接着剤を供給する必要がなくなる。被覆されたフィラメントまたはシートの被覆されたフィラメントに加わるわずかな変形は、それらのすべてが、いずれにせよセラミック繊維を含んだ金属母材に基づくインサートを形成するために、後に圧縮されることが意図されているため、重要ではない。セラミック繊維が、このプロセスによって破損することはない。
【００８８】
他の実行方法によれば、被覆されたフィラメントからなるインサートが形成され、このインサートは、上述のプロセスによって得られる、巻きの先頭および巻きの終端を捕らえるための金属シムを含み、捕らえるシムを備えたコイル状インサートが、容器の空洞内に配置され、環状の蓋が追加され、このアセンブリが、複合材料インサートを有する構成部品を得るように、熱間等静圧プレスによって圧縮される。
【００８９】
したがって、被覆されたフィラメントからなる１つ以上の束またはシートを直接巻き付けることで、構成部品の複合材料インサートにおけるセラミック繊維の配置、したがって密度を、制御することが可能になる。
【００９０】
複合材料インサートを製造するためのプロセスの変形を、次に説明する。
【００９１】
被覆されたフィラメントのシートを巻き付けるステップを含む、上述の複合材料インサートを製造するためのプロセスにおいて、シートが、例えば接触溶接によって、巻き付けの開始において容器またはマンドレルに固定され、巻き付けの終わりにおいて前の層に固定されている。
【００９２】
インサートにそのような溶接部を備えず、インサートを必ずしも容器またはマンドレルへと直接固定しないが、そのようなインサートを取り扱って容器の環状の空洞へと導入できることが、望ましい場合がある。
【００９３】
したがって、巻き付けの開始および終了において、被覆されたフィラメントのシートをシムで機械的に拘束するステップを含む、インサートの製造プロセスが提案される。
【００９４】
図１５を参照すると、巻き付けの開始と終了に、シムを使用する拘束ステップを有しているシートの巻き付けの終了が示されており、複数の被覆されたフィラメントからなるシート５９が、２つのフランジ６０、６１間に巻き付けられており、フランジ６０、６１間にマンドレル６２が、フランジ６０、６１と一体に延びている。したがって、フランジ６０、６１およびマンドレル６２が、回転体を形成している。好ましくは、被覆されたフィラメントのシート５９は、被覆されたフィラメントのシートを製造するための上述のプロセスによって得られる。
【００９５】
図１２を参照すると、シート５９の最初の層の巻き付けの際に、シートがシム６３、すなわち金属箔と一緒に巻き付けられる。シムは、好ましくは、ここではチタン合金であり、被覆されたフィラメントの被覆と同じ材料、または類似の材料で作られる。好ましくは、シムは、被覆されたフィラメント５９のシートと同じ幅を有している。長さは、巻き付け先であるマンドレル６２の外周よりもわずかに長い。
【００９６】
シム６３は、巻き付けられたシート５９の下に位置し、シート５９の第１の端部６４が、シム６３の第１の端部６５を越えて上流側へ延びている。シム６３およびシート５９は、マンドレル６２の周囲を一周して巻き付けられており、したがってシム６３が、マンドレル６２に接触している。この１回転の終わりにおいて、シム６３が、シート５９の第１の端部６４の上方を通過して、シート５９の第１の端部を覆っており、シム６３の第２の端部６６が、シム６３の第１の端部６５の高さの上方に位置して、第１の端部６５を覆い、シム６３が、自身の２つの端部６５、６６の間に、シート５９の最初の層、特に端部６４を覆っている。このようにして、シム６３の第２の端部６６が、後にシート５９の他の層が巻き付けられることによって阻止されるため、シム６３が、シート５９（ここではシート５９の最初の巻き付け層）を拘束し、したがって形成されようとするインサートの内側部分を拘束するという機能を提供している。
【００９７】
シート５９の巻き付けが、必要な数の層を巻き付けるように続けられ、巻き付けの終わりにおいて、図１３を参照すると、最後の１回転においてシート５９の最後の層上にさらなるシム６３’が追加されて巻き付けられ、シート５９（ここでは、シートの最後の巻き付け層）、したがってコイル状インサートの外側部分を拘束するという機能をもたらしている。巻き付けの終わりのシム６３’は、その長さがより長く、シート５９の最後の層の外周にあわせて作られる点を除き、巻き付けの始まりのシム６３にきわめて類似している。シム６３’の第１の端部６５’が、シート５９の第２の端部６４’（シート５９の最後の層の端部６４’に対応する）の下に位置している。シム６３は、単独でこのシート５９の最後の層の周囲に巻き付けられ、シムの第２の端部６６’が、シート５９の第２の端部６４’の上方を通過しており、したがってシート５９の第２の端部６４’は、巻き付けの終わりのシム６３’の第１および第２の端部６５’、６６’の間で動けない。
【００９８】
好ましくは、巻き付けの終わりのシム６３’の長さは、その第２の端部６６’が、シート５９の第２の端部６４’の上方を過ぎて、第１の端部６５’の付近において巻き付けの終わりのシム６３’の外表面に接触できるように構成されている。この場合、好ましくは、この第２の端部６６’が、シム６３’の外表面に、任意の適切な溶接プロセスによって、それらの接触の帯６７に沿って溶接される。他の任意の固定手段も、使用することが可能である。
【００９９】
このようにして、内側の拘束システム、すなわち巻き付けの開始時のシム６３と、外側の拘束システム、すなわち巻き付けの終わりのシム６３’とを備えて、複数層に巻き付けられた、被覆されたフィラメントからなるシート５９のコイルを、得ることができる。これらのシム６３、６３’が、コイルを一体に保持し、したがってマンドレル６２を構成しているピースおよびフランジ６０、６１からコイルを取り外し、そのまま取り扱うことができる。この目的のため、フランジのうちの一方が取り外し可能である。このコイルが、コイル状の複合材料インサート６８を形成する。インサート６８の剛性は、シム６３、６３’について選択した厚さによって決まる。典型的には、この厚さは、チタン合金製のシムについては、０．２ｍｍから０．５ｍｍの間であってよい。内側、すなわち巻き付け開始時のシム６３が、コイル状インサート６８のための支持体基部を構成する。外側、すなわち巻き付けの終わりのシム６３’が、コイル状インサート６８のための外部エンベロープを構成する。
【０１００】
ひとたびインサート６８が支持体から取り外されると、シート５９の第１の端部６４は、内側において、シム６３の第１の端部６５を超えて延びる。好ましくは、コイル状インサート６８の最初の２つの層のみが示されている図１４を参照すると、この端部６４が、シム６３の端部に一致して切断され、同一面とされている。
【０１０１】
好ましくは、内側シム６３の第２の端部６６および外側シム６３’の第１の端部６５’は、少なくともシート５９の端部６４、６４’および該当するシム６３、６３’のもう一方の端部６５、６６’の両者に整列して位置するように意図された部位において、該当するシム６３、６３’の残りの部分よりも厚みが小さい。これにより、シムの重なり合いに起因する径方向の隆起を小さくすることができる。さらには、これら内側のシム６３および外側のシム６３’の重なり合いの領域が、好ましくは、径方向の隆起を最小限にするために角度方向にずらされる。
【０１０２】
シム６３、６３‘の厚さの残りは、妥協の結果である。これは、各シム６３、６３’の厚さが、その存在による径方向の寸法の増加を抑えるために、可能な限り小さくなければならず、しかしながら意図する用途に応じ、引き続く取り扱いのためにコイル状インサート６８の剛性を確保すべく十分に大きくなければならないためである。
【０１０３】
図１６を参照すると、拘束または保持用のシム６３、６３’を備えて一旦形成されたコイル状のインサート６８が、上述の容器に類似し、あるいは従来技術の容器に類似した容器５１の環状の空洞５２に配置される。環状の蓋４８が追加され、このアセンブリが、従来のやり方で、複合材料インサートを有する構成部品を得るように、熱間等静圧プレスによって圧縮される。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】従来技術の複合材料インサートを有する構成部品を得るための作業についての概略の斜視図である。
【図２】被覆されたフィラメントからなる接合シートを製造するための装置の概略図である。
【図３】図２の装置の第１の動作モードによって形成されたシートの上方からの概略図である。
【図４】図２の装置の第２の動作モードによって形成されたシートの上方からの概略図である。
【図５】２つのフィラメントを一体に溶接するための図２の装置のレーザ溶接モジュールで、被覆されたフィラメントの走行方向を横切る平面における概略の断面図である。
【図６】被覆されたフィラメントの束またはシートを巻き付けることによって、複合材料インサートを備える構成部品を製造するための本出願において説明されるプロセスを実行する第１の方法を実現するための容器の内側部品を構成している構成部品の、巻き付けの開始時における概略の部分断面図である。
【図７】巻き付けプロセスの終了時における、図６の構成部品の概略の部分断面図である。
【図８】外側リングおよび蓋が追加された、図７の構成部品の概略の部分断面図である。
【図９】被覆されたフィラメントの束またはシートを巻き付けることによって、複合材料インサートを備える構成部品を製造するために本出願において説明されるプロセスを実行する第２の方法を実現するための環状の空洞を有する容器の概略の部分断面図である。
【図１０】被覆されたフィラメントの束またはシートを巻き付けることによって、複合材料インサートを備える構成部品を製造するために本出願において説明されるプロセスを実行する第２の方法を実現するためのマンドレルの概略の部分断面図である。
【図１１】図９の容器へと蓋を固定するステップを示している。
【図１２】本出願において説明されるインサートの製造のためのプロセスにおいて、被覆されたフィラメントのシートを巻き付けの開始において、シムで拘束するステップについての概略の部分断面図である。
【図１３】本出願において説明されるインサートの製造のためのプロセスにおいて、被覆されたフィラメントのシートを巻き付けの終了においてシムで拘束するステップについての概略の部分断面図である。
【図１４】図１２の巻き付けの開始においてシムを切断するステップについての概略の部分断面図である。
【図１５】被覆されたフィラメントのシートを拘束する図１２および図１３のステップについて、終了時の概略の部分断面図である。
【図１６】シートを拘束するための図１２および図１３のステップを含むプロセスに従って形成された、コイル状の複合材料インサートを備える構成部品を製造するためのプロセスの概略の部分断面図である。
【図１７】被覆されたフィラメントのシートをマンドレルへと巻き付けるためのプロセスの開始時について、当該シートを金属支持体へと溶接するための電極溶接装置の第１の実施形態の概略の断面図である。
【図１８】平面３５における図１７の装置の断面図である。
【図１９】被覆されたフィラメントのシートを支持体へと溶接するための本出願に記載された電極溶接プロセスにおいて、電極間を流れる電流の強度の変化、電極によって加えられる圧力の変化、およびシートの圧縮度合いの変化を、時間の関数として概略的に示した線図である。
【図２０】シートをマンドレルに巻き付けるためのプロセスの終わりにおける、図１７の装置を示している。
【図２１】被覆されたフィラメントのシートをマンドレルへと巻き付けるためのプロセスの開始時について、当該シートを金属支持体へと溶接するための本出願に記載の電極溶接装置の第２の実施形態の概略の断面図である。
【図２２】シートをマンドレルに巻き付けるためのプロセスの終わりにおける、図２１の装置を示している。
【符号の説明】
【０１０５】
７  ボビン
８  被覆されたフィラメント
９  モジュール
１０  ワーピングモジュール
１１  レーザ溶接モジュール
１２  支持体
１３  レーザ溶接装置
１４  セラミック繊維
１５  金属シース
１７  駆動モジュール
１７’  回転ボビン
１９  第１のスポット溶接部
２４、３０’  マンドレル
２９、２９’、４７、５９  シート
３０  支持体
３１  接触溶接装置
３１’  電極溶接装置
３２、３２’  中周波発生器
３３、３３’  正の電極
３４、３４’  負の電極
３７  斜めの端部
３８  電流の線
３９  ピース
４０  軸
４１  内側部分
４２、５０  面取り
４３  第１の肩部
４４  第２の肩部
４６  外側リング
４７  被覆されたフィラメント
４８  環状の蓋
４９  環状の突起
５１  容器
５２  環状の空洞
５３、６２  マンドレル
５３’  内側側壁
５４  径方向のリム
５４’  底壁
６０、６１  フランジ
６３、６３’  シム
６４、６５、６５’  第１の端部
６４’、６６、６６’  第２の端部
６７  接触の帯
６８  複合材料インサート
【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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【図２２】
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【外国語明細書】
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