(57)【要約】  本発明は、タービンリングセクタ用繊維プリフォーム（４０）であって、三次元織りによって製造され、基部を形成する第１の部分（４２）と、各々が２つの枝部を有する２つのタブ形成Ｌ字形部分（４４、４６）とを備え、第１の部分（４２）の２つの端部は前記第１の枝部（４４ａ、４６ａ）によってそれぞれ延長され、さらに２つのタブ（４４、４６）を接続する第２の部分（４８ｂ）を備え、織り合わされる第１および第２のストリップ（Ａ、Ｂ）が第１の枝部（４４Ａ、４６ａ）と第２の枝部（４４ｂ、４６ｂ）の第１の厚み部分と第１の部分（４２）とを形成し、第１の枝部（４４ａ、４６ａ）および第１の部分（４２）の位置に第１および第２のストリップ間の非連結領域が存在し、織られる第３のストリップ（Ｃ）は第２の部分（４８ｂ）とタブ（４４、４６）の各々の第２の枝部（４４ｂ、４６ｂ）の第２の厚み部分とを形成する繊維プリフォーム（４０）に関する。
2013521209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンリングセクタ用繊維プリフォーム（４０）であって、三次元織りによって製造され、基部を形成する第１の部分（４２）と、各々が第１の枝部（４４ａ、４６ａ）と第２の枝部（４４ｂ、４６ｂ）とを有する２つのタブ形成Ｌ字形部分（４４、４６）とを備え、第１の部分（４２）の２つの端部は前記第１の枝部（４４ａ、４６ａ）によってぞれぞれ延長され、さらに２つのタブ（４４、４６）を接続する第２の部分（４８ｂ）であって、第２の部分（４８ｂ）と２つのタブ（４４、４６）の一方との間に形成される第１の接続部と前記第２の部分（４８ｂ）と２つのタブ（４４、４６）の他方との間に形成される第２の接続部とによって２つのタブ（４４、４６）を接続する第２の部分（４８ｂ）を備え、前記第２の部分（４８ｂ）はタブ（４４、４６）および第１の部分（４２）と協働して空洞（６０）を画定し、織り合わされる第１および第２のストリップ（Ａ、Ｂ）が第１の枝部（４４Ａ、４６ａ）と第２の枝部（４４ｂ、４６ｂ）の第１の厚み部分と第１の部分（４２）とを形成し、第１の枝部（４４ａ、４６ａ）および第１の部分（４２）の位置に第１および第２のストリップ間の非連結領域が存在し、織られる第３のストリップ（Ｃ）は第２の部分（４８ｂ）とタブ（４４、４６）の各々の第２の枝部（４４ｂ、４６ｂ）の第２の厚み部分とを形成する、繊維プリフォーム（４０）。
【請求項２】
第２の部分（４８ｂ）と２つのタブ（４４、４６）との間に形成される第１および第２の接続部の少なくとも一方の位置が、対応する第１の枝部（４４ａ、４６ａ）と第２の枝部（４４ｂ、４６ｂ）との間にほぼ位置することを特徴とする、請求項１に記載の繊維プリフォーム（４０）。
【請求項３】
第２の部分（４８ｂ）と２つのタブ（４４、４６）との間に形成される第１および第２の接続部の少なくとも一方が、第１および第２のストリップ（Ａ、Ｂ）により形成されるアセンブリおよび第３のストリップ（Ｃ）から形成されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の繊維プリフォーム（４０）。
【請求項４】
第２の部分（４８ｂ）と２つのタブ（４４、４６）との間に形成される第１および第２の接続部の少なくとも一方が、スティッチング（４９）によって形成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の繊維プリフォーム（４０）。
【請求項５】
各々のタブの第２の枝部（４４ｂ、４６ｂ）が、第１および第２のストリップ（Ａ、Ｂ）により形成されるアセンブリの一部と第３のストリップ（Ｃ）の一部とを重ね合わせることで形成されることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の繊維プリフォーム（４０）。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のプリフォーム４０と、第１の部分（４２）の位置およびタブ（４４、４６）の第１の枝部（４４ａ、４６ａ）の位置で第１のストリップ（Ａ）と第２のストリップ（Ｂ）との間に位置する非連結領域（Ｄ）に配置される金属ストリップ（５２、５４、５６）とによって構成されるセラミックマトリクス複合材料製の一体タービンリングセクタ。
【請求項７】
請求項６に記載の複数のリングセクタと、リング支持構造体とを備えるタービンリングアセンブリであって、第１の繊維プリフォーム部は環状内壁を構成すること、および第２の繊維プリフォーム部は環状外壁を構成すること、２つのタブ（４４、４６）の第２の枝部（４４ｂ、４６ｂ）の端部はリング支持構造体のそれぞれのハウジングに係合されることを特徴とする、タービンリングアセンブリ。
【請求項８】
第１の枝部（４４ａ、４６ａ）と第２の枝部（４４ｂ、４６ｂ）とをそれぞれ有するタブ形成Ｌ字形部分（４４、４６）によってそれぞれ延長される２つの端部を有する基部形成第１の部分（４２）と、２つのタブ（４４、４６）を接続してタブ（４４、４６）および第１の部分（４２）と協働して空洞（６０）を画定するのに適した第２の部分（４８ｂ）とを備えるセラミックマトリクス複合材料の一体部品のタービンリングセクタ用の繊維プリフォーム（４０）の製造方法であって、
第１のストリップ（Ａ）、第２のストリップ（Ｂ）、および第３のストリップ（Ｃ）を同時に三次元織りするステップと、
第１の部分（４２）、タブ（４４、４６）の第１の枝部（４４ａ、４６ａ）、第２の枝部（４４ｂ、４６ｂ）の第１の厚み部分とを形成するために第１および第２のストリップ（Ａ、Ｂ）が互いに平行に織られ、第２の枝部（４４ｂ、４６ｂ）のアセンブリを形成するために第１および第２のストリップ（Ａ、Ｂ）が連結され、第１の部分（４２）およびタブ（４４、４６）の第１の枝部（４４ａ、４６ａ）の位置に第１および第２のストリップ（Ａ、Ｂ）間の非連結領域（Ｄ）を形成するステップと、
第３のストリップ（Ｃ）がタブ（４４、４６）の一方の第１および第２のストリップ（Ａ、Ｂ）によって形成されるアセンブリと交差するように第３のストリップ（Ｃ）を織り、第２の部分（４８ｂ）を形成する第３のストリップ（Ｃ）を２つのタブ（４４、４６）の一方と第１の接続部を介して接続するステップと、
タブ（４４、４６）の他方に、第３のストリップ（Ｃ）と第１および第２のストリップ（Ａ、Ｂ）によって形成されるアセンブリとの第２の接続部を形成するステップと  を含む、繊維プリフォーム（４０）の製造方法。
【請求項９】
前記第２の接続部が、縫い糸（４９）によって形成されることを特徴とする、請求項８に記載の繊維プリフォーム（４０）の製造方法。
【請求項１０】
金属ストリップ（５２、５４、５６）が前記非連結領域（Ｄ）に配置される追加のステップをさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の繊維プリフォーム（４０）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンセクタ用繊維プリフォーム、その製造方法、該繊維プリフォームを組み込んだタービンリングセクタ、および複数の該リングセクタを備えるタービンリングアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の適用分野は、特に、ガスタービン航空機エンジンの分野である。しかし、本発明は、他の種類のターボ機械、例えば、工業用タービンにも適用可能である。
【０００３】
金属基複合材料（ＣＭＣ）は、構造要素を構成するのに適した優れた機械的特性、および高温でその特性を維持することができる能力を有することで周知である。
【０００４】
ガスタービン航空機エンジンでは、効率を向上させ汚染排出物を低減することは、常に高温で動作することを模索することになる。
【０００５】
したがって、特に、ＣＭＣは従来使用されている耐熱材料よりも低密度であるので、ガスタービン航空機エンジンの種々の高温部品にＣＭＣを使用することはすでに考えられている。
【０００６】
したがって、タービンリングセクタは、図１に示されている種類の構造を有する一体部品のＣＭＣとしてすでに製造されている。
【０００７】
図１は、ＣＭＣタービンリング１０と金属リング支持構造体１３とを備える高圧タービンリングアセンブリを示す図である。タービンリング１０は、１組の回転ブレード１５を取り囲む。タービンブレード１０は、複数のリングセクタ１００から成り、図１は、２つの隣接リング間を通る面における経線断面図である。
【０００８】
各々のリングセクタ１００は、ほぼギリシャ文字の逆π形で、基部１１２はリングセグメントの形で、アブレイダブル材料の層１１３で被覆された内側面がタービン内のガス流の流路を画定する。タブ１１４、１１６は、基部１１２の外側面から伸びる。タブの１つの上流側タブ１１４は、略横Ｌ字形の経線断面を有し、上流側に伸びて基部１１２の上流側端部と協働してＵ字形部分を形成して、上流側端部１１４ａの深さにわたって延在するハウジング１１５を画定する。他方のタブ１１６もしくは下流側タブは、略横Ｔ字形の経線断面を有し、基部１１２の下流側端部から下流側に伸びる。
【０００９】
用語「上流側」および「下流側」は、この場合、タービン内を流れるガス流の流れ方向に対して使用される（図１では、矢印Ｆ）。
【００１０】
タービンケーシングに固定されるリング支持構造体１３は、環状の上流側半径方向フランジ３２を備え、フランジ３２は、軸方向下流側を向くコンマ形の経線断面を有しハウジング１１５に係合するのに適する環状フック３４を担持する。フック３４の端部３４ａがハウジング１１５に係合する方法は、ガス流路とリングセクタ１００の外側との間が上流側で封止されるように設計される。
【００１１】
リング支持構造体１３は、下流側端部に、タブ１１６の環状端部１１６ａが当接する環状当接部３６ａで終端する逆Ｌ字形の環状フランジ３６を含む。タブ１１６の端部１１６ａとフランジ３６の当接部３６ａとは、従来の形のバネクリップを形成する横Ｕ字形の経線断面を有するクランプ３８によって、隙間なく互いに押し付けられた状態で維持される。クランプ３８は、フランジ３６の当接部３６ａから下流側に突出するフランジ（ｆｉｎｇｅｒｓ）３６ｂとタブ１１６の端部１１６ａから突出するフランジ１１６ｂとの間に挿入されることによって、フランジ３６およびタブ１１６に対して周囲を固定した状態で維持される。
【００１２】
タービン内を通るガス流路とタービンの下流側端部の外側との間を可能な限り十分に封止するために、フランジ３６の当接部３６ａとタブ１１６の端部１１６ａとの間にガスケット２０が押し付けられる。例として、ガスケット２０は金属網で構成され、当接部３６ａの内側面に形成されたハウジング内で保持される。
【００１３】
さらに、セクタ間の封止は、各々のリングセクタ１００内で、基部１１２の内部の中央部に、基部１１２の上流側から下流側までのほぼ長さ全体にわたって収容された封止舌状体２２によって行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】国際公開第２００６／１３６７５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述のリングセクタ１００は、封止舌状体を取り囲んで２つのタブ１１４、１１６を構成するＣＭＣ製の部分が動作時に受ける熱機械応力に耐えられる程度の強度を有するように、十分な厚みを有する必要がある。
【００１６】
本発明の目的は、特に、リングセクタの重量をさらに低減することができる新規のタービンリングセクタ構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述の目的を達成するために、タービンリングセクタ用繊維プリフォームであって、三次元織りによって製造され、基部を形成する第１の部分と、各々が第１の枝部および第２の枝部を有する２つのタブ形成Ｌ字形部分とを備え、第１の部分の２つの端部は前記第１の枝部によってそれぞれ延長され、さらに２つのタブを接続する第２の部分であって、第２の部分と２つのタブの一方との間に形成される第１の接続部と前記第２の部分と２つのタブの他方との間に形成される第２の接続部とによって２つのタブを接続する第２の部分を備え、前記第２の部分はタブおよび第１の部分と協働して空洞を画定し、織り合わされる第１および第２のストリップが第１の枝部と第２の枝部の第１の厚み部分と第１の部分とを形成し、第１の枝部および第１の部分の位置に第１および第２のストリップ間の非連結領域が存在し、織られる第３のストリップは第２の部分とタブの各々の第２の枝部の第２の厚み部分とを形成する繊維プリフォームを提供する。
【００１８】
この方法で、このような構造体を作ることで、特に、内側方向は第１の部分、外側方向は第２の部分によって、上流側端部および下流側端部は２つのタブの第１の枝部によって画定される空洞を有することで、中空であるために中実の構造体よりも軽量の構造体が得られることは理解できる。
【００１９】
このようにして、リングセクタの機械的強度特性を損なわず、また低減することなく、ＣＭＣを最小限の厚みにすることができる。
【００２０】
好ましくは、以下の１つまたは複数の条件が実施される：
第２の部分（すなわち、第３のストリップ）と２つのタブとの間に形成される第１および第２の接続部の少なくとも一方の位置は、対応する第１の枝部と第２の枝部との間にほぼ位置すること、
第２の部分（すなわち、第３のストリップ）と２つのタブとの間に形成される第１および第２の接続部の少なくとも一方は、第１および第２のストリップにより形成されるアセンブリおよび第３のストリップから形成されること、
第２の部分（すなわち、第３のストリップ）と２つのタブとの間に形成される第１および第２の接続部の少なくとも一方は、スティッチングにより形成されること、および
各々のタブの第２の枝部は、第１および第２のストリップにより形成されるアセンブリの一部と第３のストリップの一部とを重ね合わせることで形成されること。
【００２１】
例として添付の図面を参照して行われる次の説明を読むと、本発明の他の利点および特徴が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】上述した先行技術のタービンリングアセンブリを示す経線片側断面図である。
【図２】本発明の繊維プリフォームの斜視図である。
【図３】図２の領域ＩＩＩの織り面の拡大図である。
【図４】図２の領域ＩＶの織り面の拡大図である。
【図５】図２の領域Ｖの織り面の拡大図である。
【図６】図２の領域ＶＩの織り面の拡大図である。
【図７】図２の領域ＶＩＩの織り面の拡大図である。
【図８】図２と同様の図であり、タービンリングセクタの金属ストリップが挿入される方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の各々のリングセクタは、リングセクタの形状に近い形状の繊維プリフォーム４０（図２を参照）を形成してセラミックマトリクスでリングセクタを圧密化することにより、ＣＭＣで作られる。
【００２４】
繊維プリフォーム４０を作成するのに、セラミック繊維製の糸、例えば、日本の製造業者の日本カーボンから「Ｎｉｃａｌｏｎ」という商品名で販売されている糸のようなＳｉｃ繊維製の糸、あるいは炭素繊維製の糸を使用することができる。
【００２５】
この繊維プリフォーム４０は、三次元織りまたは多層織りによって作られたブランクによって、封止舌状体を形成する金属ストリップを受承するプリフォーム部分を離間させるために非連結領域が配置されて作られる。
【００２６】
図２から図８の実施形態では、３つのストリップＡ、Ｂ、Ｃは、上流側から下流側に伸びる互いに平行な縦糸を使用して同時に織られる。
【００２７】
用語「上流側」および「下流側」は、この場合、織り方向（図２では、矢印Ｔ）に対して使用される。
【００２８】
第１のストリップＡと第２のストリップＢとは、第１のストリップＡと第２のストリップＢとにより形成されるアセンブリの厚み全体を通る共通の横糸を使用して一緒に織られて縦糸の層の全てをつなぐが、これはプリフォーム４０の第１のセグメントＴ１さらに第４のセグメントＴ４で行われる（図２、図３、および図７を参照）。
【００２９】
プリフォーム４０の移行セグメントを構成する第２のセグメントＴ２（図２および図５を参照）では、第１のストリップＡと第２のストリップＢとにより形成されるアセンブリは第３のストリップＣと交差する。
【００３０】
プリフォーム４０の第３のセグメントＴ３（図２、図５、および図６を参照）では、第１のストリップＡと第２のストリップＢとは、ストリップＡおよびＢのそれぞれ別個の縦糸を使用して同時に織られ、第１のストリップＡと第２のストリップＢとの間に隙間が残るようにして、非連結領域Ｄを形成する。
【００３１】
プリフォーム４０の第３のストリップＣ（図２、図４、および図７を参照）は、プリフォーム４０の第２の移行セグメントＴ２の範囲を除いて（この位置では、第１のストリップＡと第２のストリップＢとにより形成されるアセンブリの縦糸は第３のストリップＣの縦糸と交差する）、第１のストリップＡと第２のストリップＢとにより形成されるアセンブリに平行に、アセンブリから離して別々に編まれる。第３のストリップＣの横糸は通された状態で、上述の交差の前（図５の上部）は、第１のストリップＡと第２のストリップＢとで形成されるアセンブリの横糸は第１のストリップＡと第２のストリップＢとで形成されるアセンブリの縦糸の層の全てをつなぎ、上述の交差の後は切り離されて、横糸の一部が第１のストリップＡの縦糸の層の全てをつなぎ、他の横糸が第２のストリップＢの縦糸の層の全てをつなぐようにする（第３のセグメントＴ３の始まりに相当する図５の下部）。
【００３２】
第３のストリップＣでは、上流側から下流側に向かって、プリフォーム４０の第１のセグメントＴ１に面して配置される第１のセグメント４８ａと、プリフォーム４０の第３のセグメントＴ３に面して配置される第２のセグメント４８ｂと、プリフォーム４０の第４のセグメントＴ４に面して配置される第３のセグメント４８ｃとがある。
【００３３】
したがって、第２の移行セグメントＴ２では、織りによって３つのストリップＡ、Ｂ、Ｃの全てを連結して、互いに固定し、織りステップの最後に一体のプリフォームブランクを形成することができる。
【００３４】
図３から図７は、図２の織り細部ＩＩＩ〜ＶＩＩそれぞれの連続的な織り面の例を示す（図２の方向Ｔに垂直な）縦糸断面図である。
【００３５】
図示されている例では、縦糸の層の総数は、ストリップＡ、Ｂ、Ｃのそれぞれに対して２つである。
【００３６】
当然、２つ以外の数も可能であり、特に、３つ以上も可能である。
【００３７】
さらに、３つのストリップＡ、Ｂ、Ｃに対して全てが同じでない縦糸の数を使用することも可能である。
【００３８】
図２に示されるようなプリフォーム４０の形状にするので、第３のストリップＣは第１のストリップＡと第２のストリップＢとにより形成されるアセンブリより短いことが理解できる。第３のストリップＣは実質的に水平のままであるが、第１のストリップＡと第２のストリップＢとで形成されるアセンブリは、プリフォーム４０の成形後（図２参照）は、ヨーグルト容器に似た断面形状、すなわち、わずかに開いた垂直枝部とそれぞれの水平アーム部が伸びる自由端部とを有するＵ字形形状であるためである。
【００３９】
織りは、図示されるように、交絡状にすることができる。
【００４０】
他の三次元織りまたは多層織り、例えば、多面平織りまたは多面繻子織りを使用してもよい。国際公開第２００６／１３６７５５号を参照してよい。
【００４１】
織りの後、ブランクは、リングセクタプリフォーム４０を形成するために、どの糸も切らずに、特に、どの縦糸も切らずに成形される。
【００４２】
この成形後に、以下から生じる種々のリングセクタ部を形成する図２の形状のプリフォーム４０が得られる：
リングの内側面を形成する内側小平面を有し、第１のストリップＡと第２のストリップＢとによって形成されるアセンブリの第３のセグメントＴ３の中央部によって形成され、非連結領域Ｄの第１の部分を画定する第１の部分４２もしくは基部、
第１の部分４２の端部を延長する各々の第１の枝部４４ａ（４６ａ）と、第１の枝部４４ａ（４６ａ）を延長し第１の部分４２に平行な第２の枝部４４ｂ（４６ｂ）とを有するＬ字形部分の２つのタブ４４、４６。第１の枝部４４ａ、４６ａは、第１のストリップＡと第２のストリップＢとによって形成されるアセンブリの第３のセグメントＴ３の２つの端部に対応し、それぞれ非連結領域Ｄの第２の部分および第３の部分を画定する。プリフォーム４０の第１のセグメントＴ１側の上流側タブ４４の第２の枝部４４ｂは、第１のストリップＡと第２のストリップＢとによって形成されるアセンブリの上流側端部セグメント（上部）と第３のストリップＣの上流側端部セグメント４８ａ（下部）とを重ね合わせることによって得られる。プリフォーム４０の第４のセグメントＴ４側の下流側タブ４６の第２の枝部４６ｂは、第１のストリップＡと第２のストリップＢとによって形成されるアセンブリの下流側端部セグメント（下部）と第３のストリップＣの下流側端部セグメント４８ｃ（上部）とを重ね合わせることによって得られる、
外側壁を形成し、２つのタブ４４、４６を接続し、第１の部分４２から一定間隔にあり第１の部分に平行な第２の部分４８ｂ。
【００４３】
このために、第２の部分４８ｂと上流側タブ４４との第１の接続部は、上述の交差によって行われ、３つのストリップＡ、Ｂ、およびＣを織り合わせることで形成される。このことで、第２の部分４８ｂを形成する第３のストリップＣと２つのタブの１つ（上流側タブ４４）とを接続することができる。
【００４４】
さらに、第２の部分４８ｂと下流側タブ４６との第２の接続部は、他方のタブ側（下流側タブ４６）の第３のストリップＣと第１および第２のストリップＡ、Ｂで形成されるアセンブリとの接続によって形成される。
【００４５】
前記第２の接続部は、好ましくは、スティッチングによって、つまり、縫い糸４９が下流側タブ４６の３つのストリップＡ、Ｂ、およびＣの厚み全体を通ることで形成され（図２および図７を参照）、これにより簡単で迅速なプリフォーム４０の構造体を固定する手段が得られる。また、縫い糸４９により、下流側タブの第１の枝部４６と第１の部分４２と上流側タブ４４の第１の枝部４４ａと第２の部分４８ｂとの間の空洞６０を閉じることもできる。
【００４６】
したがって、本発明において、基部を形成し、タブ（上流側部分４４、下流側部分４６）を形成するＬ字形部分で延長され第１の枝部（４４ａ、４６ａ）および第２の枝部（４４ｂ、４６ｂ）の両方を有する２つの端部を備える第１の部分４２と、２つのタブ４４、４６を接続し、タブ４４、４６および第１の部分４２と協働して空洞６０を画定するのに適した第２の部分４８ｂとを備えるセラミックマトリクス複合材料の一体部品で構成されるタービンリングセクタを形成する繊維プリフォーム４０の製造方法であって、好ましくは、
第１のストリップＡ、第２のストリップＢ、および第３のストリップＣを同時に織るステップと、
第１の部分４２、タブ（４４、４６）の第１の枝部（４４ａ、４６ａ）、タブ（４４、４６）の第２の枝部（４４ｂ、４６ｂ）の第１の厚み部分とを形成するために第１のストリップＡと第２のストリップＢとが互いに平行に織られ、第２の枝部（４４ｂ、４６ｂ）のアセンブリを形成するために第１のストリップＡと第２のストリップＢとが連結され、第１の部分４２およびタブ（４４、４６）の第１の枝部（４４ａ、４６ａ）の位置に第１のストリップＡおよび第２のストリップＢ間の非連結領域Ｄを形成するステップと、
第３のストリップＣがタブの一方（上流側タブ４４）の第１のストリップＡと第２のストリップＢとによって形成されるアセンブリと交差するように第３のストリップＣを織り、第２の部分４８ｂを形成する第３のストリップＣを２つのタブの一方（上流側タブ４４ａ）と接続するステップと、
第３のストリップＣを他方のタブ（下流側タブ４６ａ）の第１のストリップＡと第２のストリップＢとによって形成されるアセンブリに接続するステップと
を含む。図示されている例では、この接続部は、糸４９を下流側タブ４６の第２の枝部４６ｂに沿ってスティッチングにより形成される。
【００４７】
その後、上記の方法はさらに、金属ストリップ５０が前記非連結領域Ｄに挿入される追加のステップを含む（図８を参照）。
【００４８】
これらの金属ストリップ５０は、以下を備える３つのストリップの形であるのが好ましい：
第１の部分４２に面する非連結領域Ｄの第１の部分に水平に収容される第１の平坦ストリップ５２、
上流側タブ４４の第１の枝部４４ａに面する非連結領域Ｄの第２の部分に配置される長い枝部と、第１のストリップ５２の上流側縁部を覆う短い枝部とを有する逆Ｌ字形の第２のストリップ５４、
下流側タブ４６の第１の枝部４６ａに面する非連結領域Ｄの第３の部分に配置される長い枝部と、第１のストリップ５２の下流側縁部を覆う短い枝部とを有する逆Ｌ字形の第３のストリップ５６。
【００４９】
あるいは、第１のストリップ５２のみを使用する、または第１のストリップ５２と第２のストリップ５４のみを使用することも可能である。
【００５０】
その後、リングセクタを形成するために、従来のＣＭＣを形成する後続ステップ、すなわち、特に、ＳｉＣ繊維製の繊維プリフォームを使用してＣＭＣを形成するステップを実施する必要がある：
繊維から寸法を小さくするためにプリフォーム４０を処理するステップ、
化学蒸気浸透法（ＣＶＩ）によりプリフォームの繊維上に相間コーティングの薄層を形成するステップ、
圧密組成物、典型的には、溶剤内で希釈可能な樹脂で繊維を含浸するステップ、
プリフォームを乾燥するステップ、
プリフォームを所定の長さに切断するステップ、
成形モールドに配置することでプリフォームを成形するステップ、
樹脂を硬化して、その後、熱分解するステップ、
任意で、第２の相間層を形成するステップ、
セラミックマトリクス、例えば、ＳｉＣマトリクスを使用してプリフォーム４０を圧密化するステップ、および
第１の部分４２の内側面（空洞６０から見て外側）にアブレイダブルコーティングの層を付着するステップ。
【００５１】
以上のステップにより、上述のプリフォーム４０と、第１の部分４２の位置および上流側および下流側タブ４４、４６の第１の枝部４４ａ、４６ａの位置で第１のストリップＡと第２のストリップＢとの間に位置する非連結領域Ｄに配置される金属ストリップ５２、５４、５６とによって構成されるセラミックマトリクス複合材料製の一体タービンリングセクタを製造することができる。
【００５２】
このようなプリフォーム４０から形成されたリングセクタは、図１に示された方法と同様の方法で取り付けられる。もっと正確に言えば、
下流側タブ４６の第２の枝部４６ｂは、環状フランジの環状当接部３６ａに当接するクランプ３８に収容され、
上流側タブ４４の第２の枝部４４ｂは、図１のフック３４と同じ位置に配置されるが、下流側方向に開口したＵ字形形状のフック内に収容される。
【００５３】
このようにして、タービンリングアセンブリは、上述の複数のリングセクタおよびリング支持構造体で構成される。このような状況で、繊維プリフォーム４０の第１の部分４２は環状内壁を構成し、繊維プリフォーム４０の第２の部分４８ｂは環状外壁を構成し、２つのタブ４４、４６の第２の枝部４４ｂ、４６ｂの端部はリング支持構造体内のハウジングに係合される。
【図１】
2013521209.tif 000003
【図２】
2013521209.tif 000004
【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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【手続補正書】
【提出日】平成24年11月1日(2012.11.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンセクタ用繊維プリフォーム、その製造方法、該繊維プリフォームを組み込んだタービンリングセクタ、および複数の該リングセクタを備えるタービンリングアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の適用分野は、特に、ガスタービン航空機エンジンの分野である。しかし、本発明は、他の種類のターボ機械、例えば、工業用タービンにも適用可能である。
【０００３】
セラミック基複合材料（ＣＭＣ）は、構造要素を構成するのに適した優れた機械的特性、および高温でその特性を維持することができる能力を有することで周知である。
【０００４】
ガスタービン航空機エンジンでは、効率を向上させ汚染排出物を低減することは、常に高温で動作することを模索することになる。
【０００５】
したがって、特に、ＣＭＣは従来使用されている金属材料よりも低密度であるので、ガスタービン航空機エンジンの種々の高温部品にＣＭＣを使用することはすでに考えられている。
【０００６】
したがって、タービンリングセクタは、図１に示されている種類の構造を有する一体部品のＣＭＣとしてすでに製造されている。
【０００７】
図１は、ＣＭＣタービンリング１０と金属リング支持構造体１３とを備える高圧タービンリングアセンブリを示す図である。タービンリング１０は、１組の回転ブレード１５を取り囲む。タービンリング１０は、複数のリングセクタ１００から成り、図１は、２つの隣接リングセクタ間を通る面における経線断面図である。
【０００８】
各々のリングセクタ１００は、ほぼギリシャ文字の逆π形で、基部１１２はリングセグメントの形で、アブレイダブル材料の層１１３で被覆された内側面がタービン内のガス流の流路を画定する。タブ１１４、１１６は、基部１１２の外側面から伸びる。タブの１つの上流側タブ１１４は、略横Ｌ字形の経線断面を有し、上流側に伸びて基部１１２の上流側端部と協働してＵ字形部分を形成して、上流側端部１１４ａの深さにわたって延在するハウジング１１５を画定する。他方のタブ１１６もしくは下流側タブは、略横Ｔ字形の経線断面を有し、基部１１２の下流側端部から下流側に伸びる。
【０００９】
用語「上流側」および「下流側」は、この場合、タービン内を流れるガス流の流れ方向に対して使用される（図１では、矢印Ｆ）。
【００１０】
タービンケーシング３０に固定されるリング支持構造体１３は、環状の上流側半径方向フランジ３２を備え、フランジ３２は、軸方向下流側を向くコンマ形の経線断面を有しハウジング１１５に係合するのに適する環状フック３４を担持する。フック３４の端部３４ａがハウジング１１５に係合する方法は、ガス流路とリングセクタ１００の外側との間が上流側で封止されるように設計される。
【００１１】
リング支持構造体１３は、下流側端部に、タブ１１６の環状端部１１６ａが当接する環状当接部３６ａで終端する逆Ｌ字形の環状フランジ３６を含む。タブ１１６の端部１１６ａとフランジ３６の当接部３６ａとは、従来の形のバネクリップを形成する横Ｕ字形の経線断面を有するクランプ３８によって、隙間なく互いに押し付けられた状態で維持される。クランプ３８は、フランジ３６の当接部３６ａから下流側に突出するフランジ（ｆｉｎｇｅｒｓ）３６ｂとタブ１１６の端部１１６ａから突出するフランジ１１６ｂとの間に挿入されることによって、フランジ３６およびタブ１１６に対して周囲を固定した状態で維持される。
【００１２】
タービン内を通るガス流路とタービンの下流側端部の外側との間を可能な限り十分に封止するために、フランジ３６の当接部３６ａとタブ１１６の端部１１６ａとの間にガスケット２０が押し付けられる。例として、ガスケット２０は金属網で構成され、当接部３６ａの内側面に形成されたハウジング内で保持される。
【００１３】
さらに、セクタ間の封止は、各々のリングセクタ１００内で、基部１１２の内部の中央部に、基部１１２の上流側から下流側までのほぼ長さ全体にわたって収容された封止舌状体２２によって行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】国際公開第２００６／１３６７５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述のリングセクタ１００は、封止舌状体を取り囲んで２つのタブ１１４、１１６を構成するＣＭＣ製の部分が動作時に受ける熱機械応力に耐えられる程度の強度を有するように、十分な厚みを有する必要がある。
【００１６】
本発明の目的は、特に、リングセクタの重量をさらに低減することができる新規のタービンリングセクタ構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述の目的を達成するために、タービンリングセクタ用繊維プリフォームであって、三次元織りによって製造され、基部を形成する第１の部分と、各々が第１の枝部および第２の枝部を有する２つのタブ形成Ｌ字形部分とを備え、第１の部分の２つの端部は前記第１の枝部によってそれぞれ延長され、さらに２つのタブを接続する第２の部分であって、第２の部分と２つのタブの一方との間に形成される第１の接続部と前記第２の部分と２つのタブの他方との間に形成される第２の接続部とによって２つのタブを接続する第２の部分を備え、前記第２の部分はタブおよび第１の部分と協働して空洞を画定し、織り合わされる第１および第２のストリップが第１の枝部と第２の枝部の第１の厚み部分と第１の部分とを形成し、第１の枝部および第１の部分の位置に第１および第２のストリップ間の非連結領域が存在し、織られる第３のストリップは第２の部分とタブの各々の第２の枝部の第２の厚み部分とを形成する繊維プリフォームを提供する。
【００１８】
この方法で、このような構造体を作ることで、特に、内側方向は第１の部分、外側方向は第２の部分によって、上流側端部および下流側端部は２つのタブの第１の枝部によって画定される空洞を有することで、中空であるために中実の構造体よりも軽量の構造体が得られることは理解できる。
【００１９】
このようにして、リングセクタの機械的強度特性を損なわず、また低減することなく、ＣＭＣを最小限の厚みにすることができる。
【００２０】
好ましくは、以下の１つまたは複数の条件が実施される：
第２の部分（すなわち、第３のストリップ）と２つのタブとの間に形成される第１および第２の接続部の少なくとも一方の位置は、対応する第１の枝部と第２の枝部との間にほぼ位置すること、
第２の部分（すなわち、第３のストリップ）と２つのタブとの間に形成される第１および第２の接続部の少なくとも一方は、第１および第２のストリップにより形成されるアセンブリおよび第３のストリップから形成されること、
第２の部分（すなわち、第３のストリップ）と２つのタブとの間に形成される第１および第２の接続部の少なくとも一方は、スティッチングにより形成されること、および
各々のタブの第２の枝部は、第１および第２のストリップにより形成されるアセンブリの一部と第３のストリップの一部とを重ね合わせることで形成されること。
【００２１】
例として添付の図面を参照して行われる次の説明を読むと、本発明の他の利点および特徴が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】上述した先行技術のタービンリングアセンブリを示す経線片側断面図である。
【図２】本発明の繊維プリフォームの斜視図である。
【図３】図２の領域ＩＩＩの織り面の拡大図である。
【図４】図２の領域ＩＶの織り面の拡大図である。
【図５】図２の領域Ｖの織り面の拡大図である。
【図６】図２の領域ＶＩの織り面の拡大図である。
【図７】図２の領域ＶＩＩの織り面の拡大図である。
【図８】図２と同様の図であり、タービンリングセクタの金属ストリップが挿入される方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の各々のリングセクタは、リングセクタの形状に近い形状の繊維プリフォーム４０（図２を参照）を形成してセラミックマトリクスでリングセクタを圧密化することにより、ＣＭＣで作られる。
【００２４】
繊維プリフォーム４０を作成するのに、セラミック繊維製の糸、例えば、日本の製造業者の日本カーボンから「Ｎｉｃａｌｏｎ」という商品名で販売されている糸のようなＳｉｃ繊維製の糸、あるいは炭素繊維製の糸を使用することができる。
【００２５】
この繊維プリフォーム４０は、三次元織りまたは多層織りによって作られたブランクによって、封止舌状体を形成する金属ストリップを受承するプリフォーム部分を離間させるために非連結領域が配置されて作られる。
【００２６】
図２から図８の実施形態では、３つのストリップＡ、Ｂ、Ｃは、上流側から下流側に伸びる互いに平行な縦糸を使用して同時に織られる。
【００２７】
用語「上流側」および「下流側」は、この場合、織り方向（図２では、矢印Ｔ）に対して使用される。
【００２８】
第１のストリップＡと第２のストリップＢとは、第１のストリップＡと第２のストリップＢとにより形成されるアセンブリの厚み全体を通る共通の横糸を使用して一緒に織られて縦糸の層の全てをつなぐが、これはプリフォーム４０の第１のセグメントＴ１さらに第４のセグメントＴ４で行われる（図２、図３、および図７を参照）。
【００２９】
プリフォーム４０の移行セグメントを構成する第２のセグメントＴ２（図２および図５を参照）では、第１のストリップＡと第２のストリップＢとにより形成されるアセンブリは第３のストリップＣと交差する。
【００３０】
プリフォーム４０の第３のセグメントＴ３（図２、図５、および図６を参照）では、第１のストリップＡと第２のストリップＢとは、ストリップＡおよびＢのそれぞれ別個の縦糸を使用して同時に織られ、第１のストリップＡと第２のストリップＢとの間に隙間が残るようにして、非連結領域Ｄを形成する。
【００３１】
プリフォーム４０の第３のストリップＣ（図２、図４、および図７を参照）は、プリフォーム４０の第２の移行セグメントＴ２の範囲を除いて（この位置では、第１のストリップＡと第２のストリップＢとにより形成されるアセンブリの縦糸は第３のストリップＣの縦糸と交差する）、第１のストリップＡと第２のストリップＢとにより形成されるアセンブリに平行に、アセンブリから離して別々に織られる。第３のストリップＣの横糸は通された状態で、上述の交差の前（図５の上部）は、第１のストリップＡと第２のストリップＢとで形成されるアセンブリの横糸は第１のストリップＡと第２のストリップＢとで形成されるアセンブリの縦糸の層の全てをつなぎ、上述の交差の後は切り離されて、横糸の一部が第１のストリップＡの縦糸の層の全てをつなぎ、他の横糸が第２のストリップＢの縦糸の層の全てをつなぐようにする（第３のセグメントＴ３の始まりに相当する図５の下部）。
【００３２】
第３のストリップＣでは、上流側から下流側に向かって、プリフォーム４０の第１のセグメントＴ１に面して配置される第１のセグメント４８ａと、プリフォーム４０の第３のセグメントＴ３に面して配置される第２のセグメント４８ｂと、プリフォーム４０の第４のセグメントＴ４に面して配置される第３のセグメント４８ｃとがある。
【００３３】
したがって、第２の移行セグメントＴ２では、織りによって３つのストリップＡ、Ｂ、Ｃの全てを連結して、互いに固定し、織りステップの最後に一体のプリフォームブランクを形成することができる。
【００３４】
図３から図７は、図２の織り細部ＩＩＩ〜ＶＩＩそれぞれの連続的な織り面の例を示す（図２の方向Ｔに垂直な）縦糸断面図である。
【００３５】
図示されている例では、縦糸の層の総数は、ストリップＡ、Ｂ、Ｃのそれぞれに対して２つである。
【００３６】
当然、２つ以外の数も可能であり、特に、３つ以上も可能である。
【００３７】
さらに、３つのストリップＡ、Ｂ、Ｃに対して全てが同じでない縦糸の数を使用することも可能である。
【００３８】
図２に示されるようなプリフォーム４０の形状にするので、第３のストリップＣは第１のストリップＡと第２のストリップＢとにより形成されるアセンブリより短いことが理解できる。第３のストリップＣは実質的に水平のままであるが、第１のストリップＡと第２のストリップＢとで形成されるアセンブリは、プリフォーム４０の成形後（図２参照）は、ヨーグルト容器に似た断面形状、すなわち、わずかに開いた垂直枝部とそれぞれの水平アーム部が伸びる自由端部とを有するＵ字形形状であるためである。
【００３９】
織りは、図示されるように、交絡状にすることができる。
【００４０】
他の三次元織りまたは多層織り、例えば、多面平織りまたは多面繻子織りを使用してもよい。国際公開第２００６／１３６７５５号を参照してよい。
【００４１】
織りの後、ブランクは、リングセクタプリフォーム４０を形成するために、どの糸も切らずに、特に、どの縦糸も切らずに成形される。
【００４２】
この成形後に、以下から生じる種々のリングセクタ部を形成する図２の形状のプリフォーム４０が得られる：
リングの内側面を形成する内側小平面を有し、第１のストリップＡと第２のストリップＢとによって形成されるアセンブリの第３のセグメントＴ３の中央部によって形成され、非連結領域Ｄの第１の部分を画定する第１の部分４２もしくは基部、
第１の部分４２の端部を延長する各々の第１の枝部４４ａ（４６ａ）と、第１の枝部４４ａ（４６ａ）を延長し第１の部分４２に平行な第２の枝部４４ｂ（４６ｂ）とを有するＬ字形部分の２つのタブ４４、４６。第１の枝部４４ａ、４６ａは、第１のストリップＡと第２のストリップＢとによって形成されるアセンブリの第３のセグメントＴ３の２つの端部に対応し、それぞれ非連結領域Ｄの第２の部分および第３の部分を画定する。プリフォーム４０の第１のセグメントＴ１側の上流側タブ４４の第２の枝部４４ｂは、第１のストリップＡと第２のストリップＢとによって形成されるアセンブリの上流側端部セグメント（上部）と第３のストリップＣの上流側端部セグメント４８ａ（下部）とを重ね合わせることによって得られる。プリフォーム４０の第４のセグメントＴ４側の下流側タブ４６の第２の枝部４６ｂは、第１のストリップＡと第２のストリップＢとによって形成されるアセンブリの下流側端部セグメント（下部）と第３のストリップＣの下流側端部セグメント４８ｃ（上部）とを重ね合わせることによって得られる、
外側壁を形成し、２つのタブ４４、４６を接続し、第１の部分４２から一定間隔にあり第１の部分に平行な第２の部分４８ｂ。
【００４３】
このために、第２の部分４８ｂと上流側タブ４４との第１の接続部は、上述の交差によって行われ、３つのストリップＡ、Ｂ、およびＣを織り合わせることで形成される。このことで、第２の部分４８ｂを形成する第３のストリップＣと２つのタブの１つ（上流側タブ４４）とを接続することができる。
【００４４】
さらに、第２の部分４８ｂと下流側タブ４６との第２の接続部は、他方のタブ側（下流側タブ４６）の第３のストリップＣと第１および第２のストリップＡ、Ｂで形成されるアセンブリとの接続によって形成される。
【００４５】
前記第２の接続部は、好ましくは、スティッチングによって、つまり、縫い糸４９が下流側タブ４６の３つのストリップＡ、Ｂ、およびＣの厚み全体を通ることで形成され（図２および図７を参照）、これにより簡単で迅速なプリフォーム４０の構造体を固定する手段が得られる。また、縫い糸４９により、下流側タブの第１の枝部４６と第１の部分４２と上流側タブ４４の第１の枝部４４ａと第２の部分４８ｂとの間の空洞６０を閉じることもできる。
【００４６】
したがって、本発明において、基部を形成し、タブ（上流側部分４４、下流側部分４６）を形成するＬ字形部分で延長され第１の枝部（４４ａ、４６ａ）および第２の枝部（４４ｂ、４６ｂ）の両方を有する２つの端部を備える第１の部分４２と、２つのタブ４４、４６を接続し、タブ４４、４６および第１の部分４２と協働して空洞６０を画定するのに適した第２の部分４８ｂとを備えるセラミックマトリクス複合材料の一体部品で構成されるタービンリングセクタを形成する繊維プリフォーム４０の製造方法であって、好ましくは、
第１のストリップＡ、第２のストリップＢ、および第３のストリップＣを同時に織るステップと、
第１の部分４２、タブ（４４、４６）の第１の枝部（４４ａ、４６ａ）、タブ（４４、４６）の第２の枝部（４４ｂ、４６ｂ）の第１の厚み部分とを形成するために第１のストリップＡと第２のストリップＢとが互いに平行に織られ、第２の枝部（４４ｂ、４６ｂ）のアセンブリを形成するために第１のストリップＡと第２のストリップＢとが連結され、第１の部分４２およびタブ（４４、４６）の第１の枝部（４４ａ、４６ａ）の位置に第１のストリップＡおよび第２のストリップＢ間の非連結領域Ｄを形成するステップと、
第３のストリップＣがタブの一方（上流側タブ４４）の第１のストリップＡと第２のストリップＢとによって形成されるアセンブリと交差するように第３のストリップＣを織り、第２の部分４８ｂを形成する第３のストリップＣを２つのタブの一方（上流側タブ４４ａ）と接続するステップと、
第３のストリップＣを他方のタブ（下流側タブ４６ａ）の第１のストリップＡと第２のストリップＢとによって形成されるアセンブリに接続するステップと
を含む。図示されている例では、この接続部は、糸４９を下流側タブ４６の第２の枝部４６ｂに沿ってスティッチングにより形成される。
【００４７】
その後、上記の方法はさらに、金属ストリップ５０が前記非連結領域Ｄに挿入される追加のステップを含む（図８を参照）。
【００４８】
これらの金属ストリップ５０は、以下を備える３つのストリップの形であるのが好ましい：
第１の部分４２に面する非連結領域Ｄの第１の部分に水平に収容される第１の平坦ストリップ５２、
上流側タブ４４の第１の枝部４４ａに面する非連結領域Ｄの第２の部分に配置される長い枝部と、第１のストリップ５２の上流側縁部を覆う短い枝部とを有するＬ字形の第２のストリップ５４、
下流側タブ４６の第１の枝部４６ａに面する非連結領域Ｄの第３の部分に配置される長い枝部と、第１のストリップ５２の下流側縁部を覆う短い枝部とを有する後ろ前のＬ字形の第３のストリップ５６。
【００４９】
あるいは、第１のストリップ５２のみを使用する、または第１のストリップ５２と第２のストリップ５４のみを使用することも可能である。
【００５０】
その後、リングセクタを形成するために、従来のＣＭＣを形成する後続ステップ、すなわち、特に、ＳｉＣ繊維製の繊維プリフォームを使用してＣＭＣを形成するステップを実施する必要がある：
繊維から寸法を小さくするためにプリフォーム４０を処理するステップ、
化学蒸気浸透法（ＣＶＩ）によりプリフォームの繊維上に相間コーティングの薄層を形成するステップ、
圧密組成物、典型的には、溶剤内で希釈可能な樹脂で繊維を含浸するステップ、
プリフォームを乾燥するステップ、
プリフォームを所定の長さに切断するステップ、
成形モールドに配置することでプリフォームを成形するステップ、
樹脂を硬化して、その後、熱分解するステップ、
任意で、第２の相間層を形成するステップ、
セラミックマトリクス、例えば、ＳｉＣマトリクスを使用してプリフォーム４０を圧密化するステップ、および
第１の部分４２の内側面（空洞６０から見て外側）にアブレイダブルコーティングの層を付着するステップ。
【００５１】
以上のステップにより、上述のプリフォーム４０と、第１の部分４２の位置および上流側および下流側タブ４４、４６の第１の枝部４４ａ、４６ａの位置で第１のストリップＡと第２のストリップＢとの間に位置する非連結領域Ｄに配置される金属ストリップ５２、５４、５６とによって構成されるセラミックマトリクス複合材料製の一体タービンリングセクタを製造することができる。
【００５２】
このようなプリフォーム４０から形成されたリングセクタは、図１に示された方法と同様の方法で取り付けられる。もっと正確に言えば、
下流側タブ４６の第２の枝部４６ｂは、環状フランジの環状当接部３６ａに当接するクランプ３８に収容され、
上流側タブ４４の第２の枝部４４ｂは、図１のフック３４と同じ位置に配置されるが、下流側方向に開口したＵ字形形状のフック内に収容される。
【００５３】
このようにして、タービンリングアセンブリは、上述の複数のリングセクタおよびリング支持構造体で構成される。このような状況で、繊維プリフォーム４０の第１の部分４２は環状内壁を構成し、繊維プリフォーム４０の第２の部分４８ｂは環状外壁を構成し、２つのタブ４４、４６の第２の枝部４４ｂ、４６ｂの端部はリング支持構造体内のハウジングに係合される。
【国際調査報告】
2013521209.tif 000011
2013521209.tif 000012
2013521209.tif 000013
2013521209.tif 000014
2013521209.tif 000015
2013521209.tif 000016