ＣＭＣで作られたタービンディストリビュータ要素、タービンディストリビュータ要素の製造方法、ディストリビュータ、およびディストリビュータを含むガスタービン
本発明は、内側環状プラットフォームセクタ（２０、６０）、外側環状プラットフォームセクタ（３０、７０）、およびプラットフォームセクタの間に延在し、その両方に接続された、少なくとも１つの羽根（１０ａ、１０ｂ、５０ａ、５０ｂ）を含む、タービンノズル要素に関する。ノズル要素は、少なくとも部分的にセラミックであるマトリクスにより緻密化された繊維強化材を含む単一片の複合材料片を含み、繊維強化材は、三次元または多層織りによって織られ、ノズル要素の全体積を通じて、および羽根の全周にわたって連続性を有する、繊維構造を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックマトリクス、または少なくとも部分的にセラミックであるマトリクスを有し、以下ＣＭＣ材料と称される、複合材料で作られたタービンノズルに関する。
【０００２】
本発明の適用分野は、より具体的には、航空または産業用のガスタービンの分野である。
【背景技術】
【０００３】
ガスタービンの性能の改善およびその汚染排気の減少は、想定されるさらに高い燃焼温度をもたらす。
【０００４】
したがって、ガスタービンの高温部に関して、ＣＭＣ材料の顕著な熱構造特性のため、すなわちこれらは構造要素を構成するのに適合させる機械的特性を、これら機械的特性を高温で保存する能力と結びつけるので、ＣＭＣ材料を使用するよう提案されている。ＣＭＣ材料は通常、炭素繊維またはセラミック繊維などの耐火繊維で作られ、セラミック製または少なくとも部分的にセラミックのマトリクスで緻密化された、繊維強化材を用いて形成される。よく知られているように、界面に到達するクラックを偏向させることによって複合材料の脆化解放機能を実行するために、繊維とマトリクスとの間に界面相が存在してもよい。このような界面相は、熱分解炭素（ＰｙＣ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、またはホウ素ドープ炭素（ＢＣ）で作られてもよい。同じタイプの脆化解放界面相はまた、セラミックマトリクスの相の間で、マトリクス内に組み込まれてもよい。いずれにせよ、マトリクスの少なくとも外側の相はセラミックである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第０３９９８７９号明細書
【特許文献２】欧州特許第１０８７１０３号明細書
【特許文献３】特開２００３−１４８１０５号公報
【特許文献４】国際公開第９１／１５３５７号
【特許文献５】欧州特許第０４６６６０２号明細書
【特許文献６】国際公開第２００６／１３６７５５号
【特許文献７】米国特許第５０７１６７９号明細書
【特許文献８】米国特許第５２４６７３６号明細書
【特許文献９】米国特許第５９６５２６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
欧州特許第０３９９８７９号明細書は、複数の組み立てられた部分、すなわち羽根、および羽根の半径方向末端に形成されたほぞと係合する歯付きリングを担持するハブで作られている、ＣＭＣタービンノズルを開示している。タービンノズルの構成部品は、中実ＣＭＣ部品を機械加工することによって得られるが、それによって材料の大きな損失が生じ、ＣＭＣの繊維強化材における繊維の多数の破断を招く。
【０００７】
欧州特許第１０８７１０３号明細書は、内側環状プラットフォームセクタと外側環状プラットフォームセクタとの間に延在する複数の羽根を有する、タービンノズル要素を開示している。各羽根は、２つの部分から作られている：すなわち、前縁の付近の編組繊維強化材を備えるＣＭＣ部分と、後縁の付近の中実セラミック部分である。プラットフォームセクタは、重畳層から形成されたＣＭＣ繊維強化材で作られている。各羽根のＣＭＣ部分の編組強化材は、プラットフォームセクタの繊維強化材層の間に挿入されるために、羽根の長手方向末端を超えて延在する。ノズル要素はこのように、部分的にＣＭＣのみで作られており、繊維強化材は、共に組み立てられる必要のある複数の個別部分で作られている。
【０００８】
特開２００３−１４８１０５号公報は同様に、セラミックマトリクス複合材料の単一片で作られたノズル要素を開示している。繊維強化材は部分的に、互いに対向するフラップによってその末端の各々において延在する羽根プリフォームを形成するために、管状中央部を有するストリップの形態の織りブランクから得られる。フラップは中央部の両側で展開され、これらは内側および外側プラットフォームプリフォームを形成するように、個別に得られた繊維層上に縫合される。ノズル要素の全体積を占める繊維構造はこのように、互いに組み合わせられる必要のある複数の個別部分で作られている。
【０００９】
国際公開第９１／１５３５７号は、セラミックマトリクス複合材料からなる単一片として作られたタービンノズル要素を開示している。繊維強化材は、織られてもよいが、好ましくは編まれている、ストリップの形態のブランクから得られる。ストリップは、ノズル要素用の繊維プリフォームを得るために、半分に折られている。羽根に対応する部分において、折りは、ストリップのセグメントの２つの縁が並列位置を取り、縫合によって互いに接続されるような方法で実行される。このため、羽根の長手方向に延在する線に沿って、各羽根の周辺の織りまたは編み繊維強化材に不連続性がある。このような不連続性は、機械的観点から不利である。
【００１０】
欧州特許第０４６６６０２号明細書もまた、繊維プリフォームを緻密化することによって得られるＣＭＣで作られた単一片ノズル要素を開示している。プリフォームは、重畳層または三次元織り生地を成形することによって得られる。ノズル要素は、非対称ルート部を備えるが、羽根に接続される領域の両側に延在する内側および外側プラットフォームを備えない、羽根を含む。
【００１１】
本発明の目的は、上述の欠点を示さないＣＭＣノズル要素を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、少なくとも部分的にセラミックであるマトリクスによって緻密化された繊維強化材を含む複合材料で作られた単一片タービンノズル要素によって達成され、ノズル要素は、内側環状プラットフォームセクタ、外側環状プラットフォームセクタ、およびプラットフォームセクタの間に延在してその両方に接続されている少なくとも１つの羽根を含み、プラットフォームセクタは、各々の羽根を備えるそれらの接続領域の両側に延在し、ノズル要素は、繊維強化材が、三次元または多層織りで織られて、ノズル要素の全体積を通じて、および各々の羽根の全周にわたって連続性を有する繊維構造を含むという点において、際だっている。
【００１３】
ノズル要素の全体積にわたる織り強化繊維構造の存在において、前記構造はノズル要素の全体積にわたる連続性を有し、すなわち複数の個別に得られた部分を組み立てることによって作られておらず、各羽根の全周にわたる連続性を有し、すなわち前記周辺に織りの中断のない、この構造の存在は、良好な機械的挙動の獲得に貢献する。これに加えて、単一片強化繊維構造を直接的に得ることが可能である。
【００１４】
各々の羽根は中実であってもよく、これは羽根の全長にわたって延在してプラットフォームセクタ内に開口している、内部長手方向通路を有してもよい。
【００１５】
さらに有利には、ノズル要素は、プラットフォームセクタの間に延在する少なくとも２つの羽根を含み、繊維構造は、第一プラットフォームセクタの一部に沿って、第一羽根に沿って、別のまたは第二プラットフォームセクタの一部に沿って、第二羽根に沿って、そして第一プラットフォームセクタの一部に沿って、連続的に延在する連続通路をたどる糸を含んでもよい。
【００１６】
別の態様において、本発明は、上記で定義されたタービンノズル要素の製造を可能にする方法を提供する。
【００１７】
このような方法は、
三次元または多層織りによって織り単一片繊維ブランクを形成するステップであって、ブランクは長手方向に、羽根プリフォームブランクを形成する第一セグメントと、その１つの長手方向末端において第一セグメントが延在し、互いに対向して位置する２つのフラップを形成する第二セグメントと、その別の末端において第一セグメントが延在し、互いに対向して位置する２つのフラップを形成する第三セグメントと、を含む少なくとも１つのパターンを含む、ステップと、
第二セグメントのフラップを実質的に第一セグメントに対して直角に延在させるように、その第一末端でその両側の第二セグメントおよび第一セグメントのフラップの間で相対的に旋回しながら、ならびに第三セグメントのフラップを実質的に第一セグメントに対して直角にするために、その第二末端でその両側の第三セグメントおよび第一セグメントのフラップの間で相対的に旋回しながら、ブランクを展開するステップと、
少なくとも第一セグメントを成形することによって得られる羽根プリフォーム形成部分、およびフラップから得られるプラットフォームセクタプリフォーム形成部分を備えるノズル要素の繊維プリフォームを得るために、展開されたブランクを成形するステップと、
ノズル要素の全体積を通じて、および各羽根の全周にわたって連続性を有する繊維プリフォームを含む繊維強化材を用いた単一片タービンノズル要素が得られるように、少なくとも部分的にセラミックのマトリクスでプリフォームを緻密化するステップと、を含む。
【００１８】
好ましくは、ブランクは、第一セグメントよりも幅が広く、第一セグメントの横方向縁を超えて横方向に延在する、第二セグメントおよび第三セグメントを用いて作成される。
【００１９】
このような状況下で、および有利には、第二および第三セグメントのうちの少なくとも１つにおいて、２つのフラップの各々は、非展開状態において、第一セグメントの長手方向縁を超えて横方向に突出し、そこから離れたままで前記縁に沿って延在している、フラップの部分を延びるタブを用いて形成され、フラップのタブは、ブランクが展開されたときに、別のフラップのタブと相互に重ねられる。相互重複タブは、たとえば縫合によって、または糸もしくは針の埋め込みによって、互いに結合されてもよい。
【００２０】
さらに好ましいことに、繊維ブランクは、第一パターンの第三セグメントおよび連続する第二パターンの第二セグメントが互いに延在して互いに連続している、前記パターンの繰り返しを備える単一片として作られており、ブランクを展開する間、第一パターンの第一セグメントは、第一パターンの第三セグメントに対して１つの方向に旋回させられ、第二パターンの第一セグメントは、第一および第二パターンの第一セグメントを実質的に互いに平行にさせるために、第二パターンの第二セグメントに対して反対方向に旋回させられる。
【００２１】
このような状況下で、ブランクを展開している間、第一パターンの第二セグメントのフラップ、および連続するパターンの第三セグメントのフラップは、プラットフォームセクタプリフォームの一部を形成することができるようにするために、互いに延在させられる。ブランクが展開された後、互いに延在させられたフラップは、たとえば縫合によって、または糸もしくは針の埋め込みによって、互いに結合される。
【００２２】
有利には、ブランクの多層織りを実行している間、第二セグメントの２つのフラップの間、および第一セグメントの２つのフラップの間を分離するために、２つの層の間に、非連結領域が形成される。
【００２３】
さらに有利には、ブランクの多層織りの間、完全に第一セグメントに沿って２つの層の間に非連結領域が形成され、非連結領域は、成形後に、プリフォームの全長にわたって延在する内部通路を備える羽根繊維プリフォームを形成するように、その長手方向縁から距離を置いて、第一セグメントの幅の一部のみにわたって延在している。
【００２４】
本発明はまた、複数の並置ノズル要素を含むタービンノズルも提供し、各ノズル要素は先に定義されたものであるか、または先に定義された方法によって得られるものである。
【００２５】
本発明はまた、このようなタービンノズルが設けられたガスタービンも提供する。
【００２６】
本発明は、以下の添付図面を参照した非限定的表示によって与えられる以下の説明を読むことで、より良く理解されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ガスタービンの一部の軸方向片側断面における、非常に部分的な模式図である。
【図２】タービンノズル要素の模式的斜視図である。
【図３】本発明の第一の実施形態における、ＣＭＣからタービンノズル要素の繊維プリフォームを作成するための、織り繊維ブランクの図である。
【図４】図３の平面ＩＶにおける模式的長手断面図である。
【図５】図３の平面Ｖにおける模式的長手断面図である。
【図６】図３の平面ＶＩにおける模式的長手断面図である。
【図７】図３の平面ＶＩＩにおける断面の模式図である。
【図８】図３の平面ＶＩＩＩにおける断面の模式図である。
【図９】図３の平面ＩＸにおける断面の模式図である。
【図１０】図３の平面Ｘにおける断面の模式図である。
【図１１】展開の準備がなされた図３のブランクを示す図である。
【図１２】部分的に展開されたときの図１１のブランクを示す図である。
【図１３】完全に展開されたときの図１１のブランクを示す図である。
【図１４】図１３の展開ブランクを成形した後の、ノズル要素プリフォームの模式的斜視図である。
【図１５】ＣＭＣからタービンノズル要素を作成する方法における連続ステップを示す図である。
【図１６】図１３に示されるようなブランクが切り出されることが可能な織りストリップの図である。
【図１７】図３の繊維ブランクの部分用の多層織りの２つの連続平面を示し、図７の部分に対応する図である。
【図１８】図３の繊維ブランクの部分用の多層織りの２つの連続平面を示し、図８の部分に対応する図である。
【図１９】図３の繊維ブランクの部分用の多層織りの２つの連続平面を示し、図９の部分に対応する図である。
【図２０】本発明の第二の実施形態における、ＣＭＣからタービンノズル要素用の繊維プリフォームを作成するための織り繊維ブランクの図である。
【図２１】図２０の平面ＸＸＩにおける模式的長手断面図である。
【図２２】展開の準備がなされた図２０および図２１のブランクを示す模式的側面図である。
【図２３】部分的に展開されたときの図２２のブランクを示す図である。
【図２４】完全に展開されたときの図２２のブランクを示す図である。
【図２５】本発明の第三の実施形態における、ＣＭＣからタービンノズル要素用の繊維プリフォームを作成するための織り繊維ブランクの図である。
【図２６】図２５の平面ＸＶＩにおける模式的長手断面図である。
【図２７】展開の準備がなされた図２５および図２６のブランクを示す模式的側面図である。
【図２８】完全に展開されたときの図２７のブランクを示す図である。
【図２９】別のノズル要素の模式的斜視図である。
【図３０】図２９に示されるような、ＣＭＣから作られたノズル要素用の繊維プリフォームを作成するための、織りブランクを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、より具体的には、航空または産業用のガスタービン向けのタービンノズルに関する。
【００２９】
図１は、２軸ガスタービンにおける高圧（ＨＰ）タービン２の一部および低圧（ＬＰ）タービン４の一部の、非常に模式的な軸方向片側断面図である。ＨＰタービン２は、ＨＰタービンノズル３を通じて燃焼チャンバからガス（矢印Ｆ）を受ける。ＬＰタービン４は、ＨＰタービン２の下流でガスを受け、各々が５などのＬＰタービンノズルおよび回転子ホイールを含む、複数のタービン段を含む。ＨＰおよびＬＰタービンの回転子ホイールは、知られている方法で、それぞれの同軸シャフトを通じて、それぞれＨＰ圧縮機、およびＬＰ圧縮機またはファンを駆動する。
【００３０】
ＨＰおよびＬＰタービンのノズルは、筐体内に実装されている。各ノズルは、ガスストリームの流路を部分的に画定する内側および外側環状プラットフォーム、ならびにプラットフォームの間に延在し、そこに接続されている、複数の固定羽根を含む。羽根は、空気冷却用の流通路を形成する、それぞれの内部長手方向通路を有してもよい。
【００３１】
単一片として、または各要素が内側プラットフォームセクタ、外側プラットフォームセクタ、およびその間に延在してそこに接続された１つ以上の羽根を含む、完成ノズルを組み立てるために並置された複数の要素として、タービンノズルを作成することが知られている。
【００３２】
本発明は、この例において、複数の並置ノズル要素からなるＨＰタービンノズルまたはＬＰタービンノズルに適用される。より一般的には、本発明は、単軸または多軸ガスタービンのタービンノズルに適用される。
【００３３】
図２は、本発明によって作成可能なタービンノズル要素の一例を示す。
【００３４】
タービンノズル要素Ｅは、内側環状プラットフォームセクタ２０、外側環状プラットフォームセクタ３０、および図示される例において、プラットフォームセクタ２０および３０の間に延在し、その両方に接続された、２つの羽根１０ａおよび１０ｂを含む。プラットフォームセクタが羽根との接続領域の両側に延在していることがわかる。羽根は、プラットフォームセクタ２０および３０の外側表面内に羽根の末端において開放しているそれぞれの長手方向通路１２ａおよび１２ｂを有している。上流および下流（ガスストリームの流れる方向において）に位置する末端の一方および／または他方において、プラットフォームセクタは、リム２６、３６、またはニブ２８、３８等のレリーフ部を有してもよい。
【００３５】
ここで、図２に示されるタービンノズル要素であって、ＣＭＣの単一片として作られた要素を作成するための繊維プリフォームを得ることが可能な、繊維構造またはブランク１００を示す、図３から図１０を参照する。
【００３６】
ブランク１００は、以下に記載されるように多層織りによって作成される。長手方向Ａにおいて、ブランク１００は、図３において破線によって分割されて示される、２つの類似の連続パターンＭａおよびＭｂを含む。
【００３７】
パターンＭａは、第一セグメント１１０ａ、その第一長手方向末端においてセグメント１１０ａを延在させる第二セグメント１２０ａ、およびその他方の長手方向末端においてセグメント１１０ａを延在させる第三セグメント１３０ａを含む。同様に、パターンＭｂは、第一セグメント１１０ｂ、その第一長手方向末端においてセグメント１１０ｂを延在させる第二セグメント１２０ｂ、およびその他方の長手方向末端においてセグメント１１０ｂを延在させる第三セグメント１３０ｂを含む。セグメント１３０ａおよび１２０ｂは、互いを延在させ、互いに連続している。
【００３８】
セグメント１１０ａおよび１１０ｂは、羽根１０ａおよび１０ｂ用の繊維プリフォーム部分を形成するためのものである。セグメント１１０ａおよび１１０ｂは、この例において、実質的に一定のほぼ同じ幅ｌである。しかしながら、セグメント１１０ａおよび１１０ｂは、横断寸法が著しく変動する場合には、変動する前記横断寸法の羽根１０ａおよび１０ｂを反映するように変動幅が与えられてもよい。この例において、セグメント１２０ａ、１３０ａ、１２０ｂ、１３０ｂも同様に、全て実質的に一定のほぼ同じ幅Ｌである。幅Ｌは、幅ｌよりも大きい。セグメント１２０ａおよび１３０ａは、その両側において、セグメント１１０ａの長手方向縁を超えて横方向に延在する。同様に、セグメント１２０ｂおよび１３０ｂも、その両側において、セグメント１１０ｂの長手方向縁を超えて横方向に延在する。
【００３９】
図４から図１０に示されるように、ブランク１００の１つの長手方向末端において、セグメント１２０ａは、分離領域１２３ａの両側で互いに対向して位置し、セグメント１１０ａの第一末端に接続された、２つのフラップ１２１ａおよび１２２ａを形成する。同様に、ブランク１００の他方の長手方向末端において、セグメント１３０ｂは、分離領域１３３ｂの両側で互いに対向して位置し、セグメント１１０ｂの第二末端に接続された、２つのフラップ１３１ｂおよび１３２ｂを形成する。セグメント１１０ａの両側において、フラップ１２１ａおよび１２２ａは、そこから分離されながら、セグメント１１０ａの長手方向縁に沿って限られた距離だけ延在するタブ１２１’ａおよび１２２’ａによって、延在させられる。同様に、セグメント１３０ｂの両側において、フラップ１３１ｂおよび１３２ｂは、そこから分離されながら、セグメント１３０ｂの長手方向縁に沿って限られた距離だけ延在するタブ１３１’ｂおよび１３２’ｂによって、延在させられる。
【００４０】
ブランク１００の中央部において、セグメント１３０ａはこのようにして、分離領域１３３ａの両側に位置してセグメント１１０ａの第二末端に接続された、２つの対向フラップ１３１ａおよび１３２ａを形成し、セグメント１２ｂは、分離領域１２３ｂの両側に位置してセグメント１１０ｂの第一末端に接続された、２つの対向フラップ１２１ｂおよび１２２ｂを形成する。対向フラップの間の分離部１２３ａ、１３３ａ、１２３ｂ、および１３３ｂは、多層織りを実行した後に切り込みを入れることによって、または多層織りの最中に非連結領域を配置することによる以下に説明される方法において、得られてもよい。
【００４１】
セグメント１１０ａおよび１１０ｂの各々は、その中間部のみにわたってセグメントを２つの対向部に分割するその全長にわたって、それぞれの分離領域１１２ａまたは１１２ｂを有し、分離領域は、セグメント１１０ａまたは１１０ｂの長手方向縁から距離を置いて終端している。分離領域１１２ａおよび１１２ｂは、長手方向通路１２ａおよび１２ｂが羽根の中に形成されることを可能にするためのものであり、これらは自身が接続されるフラップの間の分離領域と同じ高さに位置する。分離領域１１２ａおよび１１２ｂは、多層織りの後に切り込みを入れることによって、または多層織りを実行している間に非連結領域を配置することによる以下に説明される方法において、得られてもよい。
【００４２】
ノズル要素プリフォームがブランク１００から形成される方法は、図１１から図１５を参照して、以下に記載される。
【００４３】
横断切り込み１３４は、フラップ１３２ａおよび１２２ｂ（図１１）の末端を分離するために、ブランク１００の全長およびその厚みの一部にわたって形成される。これに加えて、タブ１２１’ａ、１２２’ａ、１３１’ｂ、および１３２’ｂの厚みは、フラップの厚みと比較して著しく過剰な厚みを形成することなく、ブランク１００のその後の展開の間にこれらが重畳されることを可能にするように、材料を除去することによって減少させられる。タブの厚みは、図示されるように実質的に半分に減少してもよく、またはこれらは面取りを形成するように段階的に減少してもよい。類似の厚み減少は、フラップ１２１ａおよび１３１ｂの末端においても実行される。フラップ１３１ａおよび１２１ｂがこれらの共通末端を通じて結合されたままであることが観察されるはずである。
【００４４】
図１１の矢印によって示されるように、フラップ１２１ａおよび１２２ａは、セグメント１１０ａに対して実質的に直角になるように、その第一末端において、セグメント１１０ａの両側において旋回させられ、フラップ１３１ｂおよび１３２ｂは、セグメント１１０ｂに対して実質的に直角になるように、その第二末端において、セグメント１１０ｂの両側において旋回させられる。タブ１２１’ａおよび１２２’ａは、タブ１３１’ｂおよび１３２’ｂと同様に互いに重複する。これに加えて、フラップ１３２ａは、セグメント１１０ａに対して実質的に直角に延在するために、その第二末端においてセグメント１１０ａに対して旋回させられ、フラップ１２２ｂは、セグメント１１０ｂに対して実質的に直角に延在するために、セグメント１１０ｂの第一末端に対して旋回させられる。すると、ブランク１００の形状は、図１２に示される通りになる。
【００４５】
図１２の矢印は、フラップ１２１ａおよび１２１ａ、セグメント１１０ａ、およびセグメント１１０ａの第二末端のフラップ１３２ａによって形成されたアセンブリが旋回させられ、フラップ１３１ｂおよび１３２ｂ、セグメント１１０ｂ、およびセグメント１１０ｂの第二末端のフラップ１２２ｂによって形成されたアセンブリも旋回させられながら、どのように展開が継続するかを示す。図１３に示されるように、セグメント１１０ａおよび１１０ｂはこのように、互いに実質的に平行にさせられ、フラップ１２１ａおよび１３１ｂの薄化された末端は互いに重複する。
【００４６】
図１３に示される形状で展開される際に、ブランクの形状を維持しやすくするために、互いに重複しているタブ１２１’ａおよび１２２’ａ、同じく１３１’ｂおよび１３２’ｂ、ならびにやはり互いに重複しているフラップ１２１ａおよび１３１ｂの末端は、たとえば縫合（１２５、１３５、および１２６）によって、結合されてもよい。その他の接続手法が使用されてもよく、たとえば糸または針が埋め込まれてもよい。
【００４７】
図１３に示されるように、展開されたブランクは、形成されるノズル要素に近い形状のものである。ノズル要素のプリフォームは、内側および外側プラットフォームセクタのプリフォームを成形する要素、羽根プリフォームの外形を成形する要素、およびこれらの長手方向内部通路を成形する要素を含む工具手段によって成形され、これら成形要素は分離領域１１２ａおよび１１２ｂ内に貫通する。
【００４８】
図１４は、図２のノズル要素が獲得されることを可能にする、結果的なプリフォーム１４０の図である。内側プラットフォームのプリフォーム１２０を形成する部分は、フラップ１３２ａ、（共通末端において互いに結合されたままの）フラップ１３１ａおよび１２１ｂ、およびフラップ１２２ｂによって形成される。外側プラットフォームのプリフォーム１３０を形成する部分は、フラップ１２２ａ、１２１ａ、１３１ｂ、および１３２ｂによって形成される。羽根のプリフォーム部分は、セグメント１１０ａおよび１１０ｂによって形成される。プラットフォームプリフォームの末端におけるニブに近い形状の部分を獲得するために、切り込み１２７および１３７が、図１３に示される方法で形成されてもよい。
【００４９】
ＣＭＣから図２のノズル要素を製造する方法の連続ステップが、図１５にまとめられている。
【００５０】
ステップ１５１において、図１６に示されるような繊維ストリップ１５０が、連続的な繊維ブランク１００の列を提供するように、三次元（３Ｄ）織りによって、または多層織りによって織られる。図示される例において、ブランク１００の長手方向Ａは長手糸方向に、すなわちストリップ１５０の長手方向に延在する。変形例において、これらはストリップ１５０の横方向の横糸方向に延在することも可能である。これに加えて、ブランクのいくつかの平行な列が、ストリップ１５０の幅を横断して織られる。
【００５１】
ストリップ１５０は、たとえば、「ニカロン」の名称で日本の供給元であるＮｉｐｐｏｎ Ｃａｒｂｏｎによって供給されるものなど、ＳｉＣベースの繊維糸などの、セラミック繊維糸で織られる。しかしながら、炭素繊維で作られた糸を使用することも考えられる。
【００５２】
図１７、図１８、および図１９は、それぞれ図７、図８、および図９の断面に対応する、ブランク１００の部分に使用される織りの２つの連続平面を示す、より大きい縮尺の糸断面図である。
【００５３】
ストリップ１５０は、一組の長手糸の層を含み、これらの層の数はこの例では８に等しく（層Ｃ１からＣ８）、長手糸は横糸によって連結されている。図示される例において、織りはしゅすを用いて実行される多層織り、またはしゅす織りである。たとえば多面織りを用いる多層織り、またはインターロック型の織りなど、その他のタイプの３Ｄまたは多層織りが使用されることも可能である。「インターロック」織りという用語は本明細書において、長手糸の各層が複数の横糸の層を連結し、所定の横列の全ての糸が織面において同じように移動する織り方を用いる織りを意味するために使用される。特に、国際公開第２００６／１３６７５５号に、様々な３Ｄまたは多層織り手法が記載されている。
【００５４】
ブランク１００のセグメント１２０ａにおいて、図１７は、長手糸の層Ｃ１からＣ４を連結する横糸ｔ１からｔ３、および長手糸の層Ｃ５からＣ８を連結する横糸ｔ５からｔ７を示しているが、フラップ１２１ａおよび１２２ａの間に分離１２３ａを形成する非連結領域を残すように層Ｃ４およびＣ５は連結されていない。ブランク１００のセグメント１２０ｂ、１３０ａ、および１３０ｂにおいても同じ手順が実行される。
【００５５】
セグメント１１０ａの第一末端に隣接する部分において、図１８は、長手糸の層Ｃ１からＣ４を連結する横糸ｔ１からｔ３、および長手糸の層Ｃ５からＣ８を連結する横糸ｔ５からｔ７を示している。非連結領域は、フラップ１２１ａおよび１２２ａのタブ１２１’ａおよび１２２’ａの間に分離１２３ａを形成するように、そしてセグメント１１０ａの中央部に分離領域１１２ａを形成するように、長手糸の層Ｃ４およびＣ５の間に配置されている。層Ｃ４およびＣ５は、セグメント１１０ａの側方部分において、長手糸ｔ４によって連結されている。セグメント１１０ｂの第二末端に隣接する部分においても同じ手順が実行される。
【００５６】
セグメント１１０ａの残りの部分では、図１９が、図１８のように、セグメント１１０ａの中央部に分離領域１１２ａを形成するために、どのようにして中央非連結領域が長手糸の層Ｃ４およびＣ５の間に配置されるかを示す。層Ｃ４およびＣ５は、図１８と同様に、セグメント１１０ａの側方部分において連結される。同じ手順がセグメント１１０ｂに対して実行される。セグメント１２０ａ、１３０ａ、１２０ｂ、および１３０ｂを作成するためにセグメント１１０ａおよび１１０ｂの両側に延在する長手糸は、セグメント１１０ａおよび１１０ｂにおいては織られていない。
【００５７】
ストリップ１５０において、切りしろを設けるために、連続するブランクの間に余長領域１０１（図１６）が設けられている。
【００５８】
ステップ１５２において、ストリップは好ましくは、たとえば短時間の熱処理によって、繊維上に存在するサイズ剤を除去するように、およびたとえばフッ酸処理によって、繊維の表面上の酸化物の存在を排除するように処理される。
【００５９】
ステップ１５３において、薄い界面相被覆層が、化学付着浸透法（ＣＶＩ）によって、繊維ストリップの繊維上に形成される。一例として、界面相被覆材料は、熱分解炭素（ＰｙＣ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、またはホウ素ドープ炭素（たとえば５原子％から２０原子％のＢを有し、残りがＣである、ＢＣ）である。薄い界面相被覆層は、繊維ブランクにおける良好な変形能力を維持するように、たとえば１００ナノメートル（ｎｍ）、または実際には５０ｎｍ以下など、好ましくは薄い厚みを有する。その厚みは好ましくは少なくとも１０ｎｍである。
【００６０】
ステップ１５４において、薄い界面相被覆層で被覆された繊維を備える繊維ストリップは、圧密組成物、一般的には場合により溶剤中に希釈された樹脂を含浸する。それぞれＳｉＣＮ、ＳｉＣＯ、およびＳｉＣの前駆体として、たとえばフェノールもしくはフラン樹脂などの炭素前駆体樹脂、またはたとえばポリシラザン、ポリシロキサンなどのセラミック前駆体樹脂、またはポリカルボシラン樹脂を使用することが可能である。
【００６１】
いずれの樹脂溶剤も除去することによって乾燥した後（ステップ１５５）、個々の繊維ブランク１００が切り出される（ステップ１５６）。切り出しの間、セグメント１１０ａの両側のセグメント１２０ａおよび１３０ａの間に延在する長手糸の部分は、セグメント１１０ｂの両側のセグメント１２０ｂおよび１３０ｂの間に延在する長手糸部と同様に除去される。これに加えて、セグメント１１０ａからタブ１２１’ａおよび１２２’ａを分離し、セグメント１１０ｂからタブ１３１’ｂおよび１３２’ｂを分離するために切り込みが入れられる。
【００６２】
ステップ１５７において、このように切り出された繊維ブランクは、図１１から図１４を参照して先に記載されたようなプリフォーム１５０を獲得するように、たとえば黒鉛で作られた、成形工具手段によって用意され、展開され、そして成形される。
【００６３】
その後、樹脂は硬化され（ステップ１５８）、硬化樹脂は熱分解される（ステップ１５９）。硬化および熱分解は、成形工具における温度を段階的に上昇させることによって、次々に続けられてもよい。
【００６４】
熱分解の後、熱分解残渣によって圧密化された繊維プリフォームが得られる。圧密化樹脂の量は、工具による補助を用いずにその形状を維持しながらプリフォームの取り扱いを可能にするのに十分なほど、熱分解樹脂がプリフォームの繊維を結合させるように選択され、圧密化樹脂の量は好ましくは、可能な限り少なくなるように選択されると理解される。
【００６５】
サイズ剤を除去し、酸処理を実行し、ＳｉＣ繊維の基板上に界面相被覆を形成するステップは、すでに知られている。米国特許第５０７１６７９号明細書が参照されてもよい。
【００６６】
第二界面相層は、必要であれば、複合材料の脆化解放機能を実行するのに十分な厚みを有する全体繊維マトリクス界面相を得るために、ＣＶＩによって実行されてもよい（ステップ１６０）。第二界面相層は、ＰｙＣ、ＢＮ、およびＢＣより選択される材料であってもよく、必ずしも第一界面相層の材料と同じでなくてもよい。第二回面相層の厚みは、好ましくは１００ｎｍ以上である。
【００６７】
次に圧密化プリフォームが、セラミックマトリクスで緻密化される。この緻密化はＣＶＩによって実行されてもよく、こうして、第二界面相層の形成、およびセラミックマトリクスによる緻密化が、同じオーブン内で続けて実行されることを可能にする。
【００６８】
セラミックマトリクス、特にＳｉＣマトリクスによるプリフォームのＣＶＩ緻密化は、よく知られている。メチルトリクロロシラン（ＭＴＳ）を含む反応ガス、および水素ガス（Ｈ２）が使用されてもよい。圧密化プリフォームは、形状維持工具による補助を用いることなく、容器内に配置され、ガスが容器内に導入される。特に温度および圧力が制御された条件の下で、ガスの成分の間の反応によってＳｉＣマトリクスを付着させるように、プリフォームの孔の中にガスが拡散する。
【００６９】
当然ながら、複合材料の所望の性質に応じて、たとえば炭素繊維など、セラミック繊維以外の繊維で作られた繊維ストリップを用いる方法が実行されてもよい。すると、酸化物層を除去するための酸処理は省略される。
【００７０】
同様に、圧密化プリフォームのＣＶＩ緻密化は、特に炭素マトリクスまたは自己回復マトリクスなど、ＳｉＣマトリクス以外のマトリクスを用いて実行されてもよく、自己回復マトリクス材料の例は、Ｓｉ−Ｂ−Ｃ三成分系または炭化ホウ素Ｂ４Ｃである。ＣＶＩによるこのような自己回復マトリクスの獲得を記載する、米国特許第５２４６７３６号明細書、および米国特許第５９６５２６６号明細書が参照されてもよい。
【００７１】
緻密化は、２つの連続するステップ（ステップ１６１およびステップ１６３）において実行されてもよく、これらのステップは、所望の寸法で製造される部品を加工するステップ１６２によって分けられている。第二緻密化ステップは、複合材料の中心までの緻密化を終わらせるのみならず、機械加工中に露出される可能性のあるいずれの繊維にも表面被覆を形成するのにも役立つ。
【００７２】
ステップ１５８とステップ１５９との間、すなわち樹脂を硬化した後で樹脂を熱分解する前に、予備機械加工またはトリミングが実行されてもよいことが、観察されるはずである。
【００７３】
変形例において、繊維ストリップ１５０を織り、サイズ剤および酸化物を除去するための処理を実行した後、個々の繊維ブランク１００が繊維ストリップから切り出され、その後各個別の繊維ブランクは、成形工具によって展開および成形され、ここでこれはＣＶＩによって脆化解放界面相被覆を形成するために保持される。
【００７４】
成形工具においてまだプリフォームが形状維持されている状態で、これは部分的な緻密化によって圧密化され、圧密化は、ＣＶＩによって繊維上にセラミックの付着を形成することによって実行される。
【００７５】
ＣＶＩによる界面相被覆の形成、およびＣＶＩによるセラミック付着による圧密化は、同じＣＶＩオーブン内で次々に続けられてもよい。
【００７６】
成形工具は好ましくは黒鉛で作られており、ＣＶＩによる界面相の付着用およびセラミックの付着用の反応ガスの通過を容易にする孔を有している。
【００７７】
圧密化が、支持工具の補助を用いることなくその形状を維持しながらプリフォームが扱われることを可能にするのに十分であるとき、圧密化されたプリフォームは成形工具から取り出され、ＣＶＩによるセラミックマトリクスを用いる緻密化が実行される。
【００７８】
図２０から図２２は、ＣＭＣから単一片としてタービンノズル要素を作成するのに役立つ繊維プリフォームを得ることが可能な繊維ブランク２００を示し、要素は、内側プラットフォームセクタ、および外側プラットフォームセクタを含み、３つの羽根がプラットフォームセクタの間に延在し、これらの両方に接続されている。
【００７９】
長手方向Ａにおいて、ブランク２００は、上述のブランク１００のパターンＭａおよびＭｂに類似の、そして破線によって分割されて示された、３つの類似パターンＭａ、Ｍｂ、およびＭｃを含む。
【００８０】
このため、パターンＭａは、第一羽根用のプリフォーム部分を形成するための第一セグメント２１０ａ、その第一長手方向末端において第一セグメント２１０ａを延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ２２１ａおよび２２２ｂを形成する第二セグメント２２０ａ、ならびにその他方の長手方向末端においてセグメント２１０ａを延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ２３１ａおよび２３２ａを形成する第三セグメント２３０ａを含む。
【００８１】
パターンＭｂは、第二羽根のプリフォーム部分を形成する第一セグメント２１０ｂ、その第一長手方向末端において第一セグメント２１０ｂを延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ２２１ｂおよび２２２ｂを形成する第二セグメント２２０ｂ、ならびにその他方の長手方向末端においてセグメント２１０ｂを延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ２３１ｂおよび２３２ｂを形成する第三セグメント２３０ｂを含む。
【００８２】
パターンＭｃは、第三羽根用のプリフォーム部分を形成する第一セグメント２１０ｃ、その第一長手方向末端において第一セグメント２１０ｃを延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ２２１ｃおよび２２２ｃを形成する第二セグメント２２０ｃ、ならびにその他方の長手方向末端においてセグメント２１０ｃを延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ２３１ｃおよび２３２ｃを形成する第三セグメント２３０ｃを含む。
【００８３】
セグメント２３０ａおよび２２０ｂは、セグメント２３０ｂおよび２２０ｃのように、互いに延在し、互いに連続している。各パターンにおいて、第二および第三セグメントは第一セグメントの幅よりも大きい幅であって、これらはその長手方向縁のレベルを超えて延在する。セグメント２１０ａの両側において、フラップ２２１ａおよび２２２ａは、ブランク１００のフラップ１２１ａおよび１２２ａと同じように、タブ２２１’ａおよび２２２’ａによって延在させられる。同様に、セグメント２３０ｃの両側において、フラップ２３１ｃおよび２３２ｃは、ブランク１００のフラップ１３１ｂおよび１３２ｂと同じように、タブ２３１’ｃおよび２３２’ｃによって延在させられる。
【００８４】
セグメント２１０ａ、２１０ｂ、および２１０ｃは、実質的に一定の同じ幅である。しかしながら、これらは、ノズル要素の羽根の横断寸法が著しく変動して作られた場合には、変動幅であってもよい。セグメント１１０ａおよび１１０ｂと同様に、セグメント２１０ａ、２１０ｂ、および２１０ｃの各々は、その中間部のみに形成されたその全長に沿ってそれぞれの分離領域２１２ａ、２１２ｂ、または２１２ｃを有する。これら分離領域は、セグメント２１０ａ、２１０ｂ、および２１０ｃの長手方向縁から距離を置いて終端しており、これらはフラップの間の分離領域に入り込んでいる。
【００８５】
ブランク１００と同じように、ブランク２００は、１列以上のブランクを含む連続織りストリップから切り出される。織り方は、３Ｄまたは多層タイプである。セグメント２２０ａ、２３０ａ、２２０ｂ、２３０ｂ、２２０ｃ、および２３０ｃのフラップの間、ならびにセグメント２１０ａ、２１０ｂ、および２１０ｃの中間部の分離領域は、上述のように、織りの最中に非連結領域を設けることによって、または織りの後に切り込みを入れることによって、形成されてもよい。
【００８６】
図２２に示されるように、ブランク２００は、フラップ２３２ａおよび２２２ｂの末端を分離するように、ならびにフラップ２３１ｂおよび２２１ｃの末端を分離するように、切り込み２３４および２３５を入れることによって、展開の準備がなされる。ブランク１００と同様に、ブランクが展開された後にこれらが重複されたときに、過剰な厚みを回避するために、タブ２２１’ａ、２２２’ａ、２３１’ｃ、および２３２’ｃに、ならびにフラップ２２１ａ、２３１ｂ、および２３１ｃの末端部分に、厚み減少も実行されてもよい。フラップ２３１ａおよび２２１ｂは、フラップ２３２ｂおよび２２２ｃと同様に、その末端において接続されたままである。
【００８７】
図２３は、図２２の矢印によって示されるように、フラップ２２１ａ、２２２ａ、２３２ａ、２２２ｂ、２３１ｂ、２２１ｃ、２３１ｃ、および２３２ｃが旋回させられた後に部分的に展開されたブランク２００を示し、フラップはその後、長手方向Ａに対して実質的に直角に延在する。
【００８８】
図２４は、図２３の矢印によって示されるように、フラップ２２１ａおよび２２２ａ、セグメント２１０ａ、およびフラップ２３２ａによって形成されたアセンブリ、ならびにフラップ２３１ｂ、セグメント２１０ｂ、およびフラップ２２２ｂによって形成されたアセンブリ、ならびにフラップ２３１ｃおよび２３２ｃ、セグメント２１０ｃ、およびフラップ２２１ａによって形成されたアセンブリが全て旋回させられた後に、完全に展開された状態のブランク２００を示す。
【００８９】
互いに重複しているフラップのタブおよび末端部分は、縫合によって、または糸もしくは針を埋め込むことによって、互いに結合されてもよい。
【００９０】
展開されたブランクは、内側および外側プラットフォームセクタプリフォームを成形する要素、羽根のプリフォームの外形を成形する要素、およびこれらの長手方向内部通路を成形する要素を有する成形工具によって成形され、後者の成形要素は分離領域２１２ａ、２１２ｂ、および２１２ｃ内に貫通する。
【００９１】
こうして、内側プラットフォームプリフォーム部分がフラップ２３２ａ、フラップ２３１ａおよび２２１ｂ、フラップ２２２ｂ、フラップ２３２ｃ、およびフラップ２３１ｃからなり、外側プラットフォームプリフォーム部分がフラップ２２２ａ、フラップ２２１ａ、フラップ２３１ｂ、フラップ２３２ｂおよび２２２ｃ、およびフラップ２２１ｃからなり、羽根プリフォーム部分がセグメント２１０ａ、２１０ｂ、および２１０ｃから形成されるノズル要素プリフォームを得ることが可能である。プラットフォームプリフォームの末端の１つにニブの形状を得るために、切り込み２２７および２３７が形成されてもよい。
【００９２】
ＣＭＣからノズル要素を製造する全プロセスは、図１５を参照して記載されたプロセスに従ってもよい。
【００９３】
図２５および図２６は、内側プラットフォームセクタ、外側プラットフォームセクタ、およびプラットフォームセクタの間に延在してその両方に接続された単一の羽根を備えるＣＭＣの単一片としてタービンノズル要素を作成するための繊維プリフォームを得ることが可能な、繊維ブランク３００を示す。
【００９４】
長手方向Ａにおいて、ブランク３００は、タービンノズル羽根のプリフォーム部分を形成するための第一セグメント３１０、その１つの長手方向末端において第一セグメント３１０を延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ３２１および３２２を形成する第二セグメント３２０、ならびにその他方の長手方向末端においてセグメント３１０を延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ３３１および３３２を形成する第三セグメント３３０を含む、パターンＭを含む。
【００９５】
セグメント３２０および３３０は、セグメント３１０の幅よりも大きい幅であり、これらはその長手方向縁を超えて延在する。セグメント３１０の両側において、フラップ３２１および３２２は、ブランク１００のフラップ１２１ａおよび１２２ａと同じように、タブ３２１’および３２２’によって延在させられ、その一方でフラップ３３１および３３２はブランク１００のフラップ１３１ｂおよび１３２ｂと同じように、タブ３３１’および３３２’によって延在させられる。
【００９６】
セグメント３１０は、実質的に一定の幅である。しかしながら、横断寸法が著しく変動する場合には、タービンノズル羽根の変動する前記横断寸法を反映するために、変動幅が与えられてもよい。セグメント３１０はその全幅にわたって、中間部のみに形成された分離領域３１２を有し、分離領域は、セグメント３１０の長手方向縁から距離を置いて終端している。
【００９７】
ブランク１００と同じように、ブランク３００は、１列以上のブランクを含む連続織りストリップから切り出される。織り方は、３Ｄまたは多層タイプである。フラップ３２１および３２２の間、フラップ３３１および３３２の間、ならびにセグメント３１０内の分離領域は、上述のように、織りの最中に非連結領域を配置することによって、または織りの後に切り込みを入れることによって、形成されてもよい。
【００９８】
図２７に示されるように、ブランク３００は、ブランクが展開された後にこれらが重複されたときに過剰な厚みを回避するために、タブ３２１’、３２２’、３３１’、および３３２’に厚み減少を形成することによって、展開の準備がなされる。
【００９９】
図２８は、図２７の矢印によって示されるように、フラップ３２１、３２２、３３１、および３３２を旋回させることによって展開されたブランク３００を示し、フラップはその後、長手方向Ａに対して実質的に直角に延在する。互いに重複しているタブ３２１’および３２２’は、タブ３３１’および３３２’においても可能なように、縫合によって、または糸もしくは針を埋め込むことによって、互いに結合されてもよい。
【０１００】
展開されたブランクは、内側および外側プラットフォームセクタプリフォーム用の成形要素、羽根プリフォームの外形用の成形要素、および羽根プリフォーム内の長手方向通路用の成形要素を有する成形工具によって成形され、後者の成形要素は分離領域３１２内に貫通する。
【０１０１】
これは、内側プラットフォームプリフォーム部分がフラップ３３１および３３２からなり、外側プラットフォームプリフォーム部分がフラップ３２１および３２２からなり、羽根プリフォームがセグメント３１０で構成されている、ノズル要素プリフォームを提供する。プラットフォームプリフォームの各々の１つの末端にニブの形状を得るために、切り込み３２７および３３７が形成されてもよい。
【０１０２】
ＣＭＣからノズル要素を製造する全プロセスは、図１５を参照して記載されたものに従ってもよい。
【０１０３】
上記は、１つ、２つ、または３つの羽根を有するＣＭＣノズル要素の実施形態に関する。当然ながら、パターンＭａ、Ｍｂ、およびＭｃなど、所望の数の連続パターンを有する繊維ブランクを形成することにより、羽根の数を増やすことが可能である。
【０１０４】
さらに、先の記述において、ノズル要素は、各々が長手方向内部通路を有する、１つ以上の中空羽根で作成されるとして記載されている。しかしながら、本発明は、１つ以上の中実羽根を備えるノズル要素の作成にも適用可能である。中実羽根の場合、繊維ブランクの織りの間、羽根プリフォームを構成することになるいずれの部分にも、非連結領域は設けられない。
【０１０５】
上記は、内側および外側プラットフォームセクタが互いに対して実質的に平行に延在している、図２に示されるようなノズル要素の製造に関する。
【０１０６】
しかしながら、本発明は、図２９に示されるように、製造されるべきＣＭＣノズル要素Ｅ’が、互いに平行ではない内側および外側プラットフォーム要素６０および７０を有する状況にも、適用可能である。この例において、図２のように、ノズル要素は、プラットフォームセクタ６０および７０の間に延在し、そこに接続されてその全長に沿って延在する内部長手方向通路５２ａおよび５２ｂを有している、２つの羽根５０ａおよび５０ｂを有する。プラットフォームセクタは、羽根接続領域の両側に延在する。
【０１０７】
ノズル要素Ｅ’を作成するための繊維プリフォームは、図３０のブランク４００など、３Ｄまたは多層織りを用いて織られた繊維ブランクを展開することによって、得られてもよい。簡素化のため、ブランク４００の要素には、同じ機能を有する図３のブランク１００の要素と同じ参照符号が付される。
【０１０８】
ブランク４００は、１つのパターンの第一セグメントと、同じパターンの第二および第三セグメントのうちの少なくとも１つとの間の接続が、長手方向Ａの垂線に対してゼロではない角度で延在するという点において、ブランク１００とは異なる。
【０１０９】
このため、図３０に示されるように、セグメント１２０ａは、方向Ａの垂線に対して非ゼロ角度αを形成するようにセグメント１１０ａに接続され、セグメント１３０ａは、方向Ａの垂線に対して非ゼロ角度βを形成することによって、セグメント１２０ａに接続される。この例において、角度αおよびβは、反対符号である。同様に、セグメント１３０ｂは、αと実質的に等しい角度を形成することによってセグメント１１０ｂに接続され、セグメント１２０ｂは、βと実質的に等しい角度を形成することによって、セグメント１１０ｂに接続される。
【０１１０】
ブランク４００は、ブランク１００と同じように展開される。
【０１１１】
ブランク４００は、ブランク１００のように、連続織りストリップから切り出される。図３０の破線で描かれる輪郭によって画定される部分の３Ｄまたは多層織りを実行すること、およびその後ブランク４００のプロファイルを得るように切り込みを入れることが可能である。織りの最中に、第一にパターンの第一セグメントと、第二に同じパターンの第二および第三セグメントの各々との間の接続において、斜めに織りを実行することも可能である。
【０１１２】
当然ながら、互いに平行ではない内側および外側プラットフォームセクタを備えるＣＭＣノズル要素は、２つ以外のいくつの羽根を備えて作られてもよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックマトリクス、または少なくとも部分的にセラミックであるマトリクスを有し、以下ＣＭＣ材料と称される、複合材料で作られたタービンノズルに関する。
【０００２】
本発明の適用分野は、より具体的には、航空または産業用のガスタービンの分野である。
【背景技術】
【０００３】
ガスタービンの性能の改善およびその汚染排気の減少は、想定されるさらに高い燃焼温度をもたらす。
【０００４】
したがって、ガスタービンの高温部に関して、ＣＭＣ材料の顕著な熱構造特性のため、すなわちこれらは構造要素を構成するのに適合させる機械的特性を、これら機械的特性を高温で保存する能力と結びつけるので、ＣＭＣ材料を使用するよう提案されている。ＣＭＣ材料は通常、炭素繊維またはセラミック繊維などの耐火繊維で作られ、セラミック製または少なくとも部分的にセラミックのマトリクスで緻密化された、繊維強化材を用いて形成される。よく知られているように、界面に到達するクラックを偏向させることによって複合材料の脆化解放機能を実行するために、繊維とマトリクスとの間に界面相が存在してもよい。このような界面相は、熱分解炭素（ＰｙＣ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、またはホウ素ドープ炭素（ＢＣ）で作られてもよい。同じタイプの脆化解放界面相はまた、セラミックマトリクスの相の間で、マトリクス内に組み込まれてもよい。いずれにせよ、マトリクスの少なくとも外側の相はセラミックである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第０３９９８７９号明細書
【特許文献２】欧州特許第１０８７１０３号明細書
【特許文献３】特開２００３−１４８１０５号公報
【特許文献４】国際公開第９１／１５３５７号
【特許文献５】欧州特許第０４６６６０２号明細書
【特許文献６】国際公開第２００６／１３６７５５号
【特許文献７】米国特許第５０７１６７９号明細書
【特許文献８】米国特許第５２４６７３６号明細書
【特許文献９】米国特許第５９６５２６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
欧州特許第０３９９８７９号明細書は、複数の組み立てられた部分、すなわち羽根、および羽根の半径方向末端に形成されたほぞと係合する歯付きリングを担持するハブで作られている、ＣＭＣタービンノズルを開示している。タービンノズルの構成部品は、中実ＣＭＣ部品を機械加工することによって得られるが、それによって材料の大きな損失が生じ、ＣＭＣの繊維強化材における繊維の多数の破断を招く。
【０００７】
欧州特許第１０８７１０３号明細書は、内側環状プラットフォームセクタと外側環状プラットフォームセクタとの間に延在する複数の羽根を有する、タービンノズル要素を開示している。各羽根は、２つの部分から作られている：すなわち、前縁の付近の編組繊維強化材を備えるＣＭＣ部分と、後縁の付近の中実セラミック部分である。プラットフォームセクタは、重畳層から形成されたＣＭＣ繊維強化材で作られている。各羽根のＣＭＣ部分の編組強化材は、プラットフォームセクタの繊維強化材層の間に挿入されるために、羽根の長手方向末端を超えて延在する。ノズル要素はこのように、部分的にＣＭＣのみで作られており、繊維強化材は、共に組み立てられる必要のある複数の個別部分で作られている。
【０００８】
特開２００３−１４８１０５号公報は同様に、セラミックマトリクス複合材料の単一片で作られたノズル要素を開示している。繊維強化材は部分的に、互いに対向するフラップによってその末端の各々において延在する羽根プリフォームを形成するために、管状中央部を有するストリップの形態の織りブランクから得られる。フラップは中央部の両側で展開され、これらは内側および外側プラットフォームプリフォームを形成するように、個別に得られた繊維層上に縫合される。ノズル要素の全体積を占める繊維構造はこのように、互いに組み合わせられる必要のある複数の個別部分で作られている。
【０００９】
国際公開第９１／１５３５７号は、セラミックマトリクス複合材料からなる単一片として作られたタービンノズル要素を開示している。繊維強化材は、織られてもよいが、好ましくは編まれている、ストリップの形態のブランクから得られる。ストリップは、ノズル要素用の繊維プリフォームを得るために、半分に折られている。羽根に対応する部分において、折りは、ストリップのセグメントの２つの縁が並列位置を取り、縫合によって互いに接続されるような方法で実行される。このため、羽根の長手方向に延在する線に沿って、各羽根の周辺の織りまたは編み繊維強化材に不連続性がある。このような不連続性は、機械的観点から不利である。
【００１０】
欧州特許第０４６６６０２号明細書もまた、繊維プリフォームを緻密化することによって得られるＣＭＣで作られた単一片ノズル要素を開示している。プリフォームは、重畳層または三次元織り生地を成形することによって得られる。ノズル要素は、非対称ルート部を備えるが、羽根に接続される領域の両側に延在する内側および外側プラットフォームを備えない、羽根を含む。
【００１１】
本発明の目的は、上述の欠点を示さないＣＭＣノズル要素を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、少なくとも部分的にセラミックであるマトリクスによって緻密化された繊維強化材を含む複合材料で作られた単一片タービンノズル要素によって達成され、ノズル要素は、内側環状プラットフォームセクタ、外側環状プラットフォームセクタ、およびプラットフォームセクタの間に延在してその両方に接続されている少なくとも１つの羽根を含み、プラットフォームセクタは、各々の羽根を備えるそれらの接続領域の両側に延在し、ノズル要素は、繊維強化材が、三次元または多層織りで織られて、ノズル要素の全体積を通じて、および各々の羽根の全周にわたって連続性を有する繊維構造を含むという点において、際だっている。
【００１３】
ノズル要素の全体積にわたる織り強化繊維構造の存在において、前記構造はノズル要素の全体積にわたる連続性を有し、すなわち複数の個別に得られた部分を組み立てることによって作られておらず、各羽根の全周にわたる連続性を有し、すなわち前記周辺に織りの中断のない、この構造の存在は、良好な機械的挙動の獲得に貢献する。これに加えて、単一片強化繊維構造を直接的に得ることが可能である。
【００１４】
各々の羽根は中実であってもよく、これは羽根の全長にわたって延在してプラットフォームセクタ内に開口している、内部長手方向通路を有してもよい。
【００１５】
さらに有利には、ノズル要素は、プラットフォームセクタの間に延在する少なくとも２つの羽根を含み、繊維構造は、第一プラットフォームセクタの一部に沿って、第一羽根に沿って、別のまたは第二プラットフォームセクタの一部に沿って、第二羽根に沿って、そして第一プラットフォームセクタの一部に沿って、連続的に延在する連続通路をたどる糸を含んでもよい。
【００１６】
別の態様において、本発明は、上記で定義されたタービンノズル要素の製造を可能にする方法を提供する。
【００１７】
このような方法は、
三次元または多層織りによって織り単一片繊維ブランクを形成するステップであって、ブランクは長手方向に、羽根プリフォームブランクを形成する第一セグメントと、その１つの長手方向末端において第一セグメントが延在し、互いに対向して位置する２つのフラップを形成する第二セグメントと、その別の末端において第一セグメントが延在し、互いに対向して位置する２つのフラップを形成する第三セグメントと、を含む少なくとも１つのパターンを含む、ステップと、
第二セグメントのフラップを実質的に第一セグメントに対して直角に延在させるように、その第一末端でその両側の第二セグメントおよび第一セグメントのフラップの間で相対的に旋回しながら、ならびに第三セグメントのフラップを実質的に第一セグメントに対して直角にするために、その第二末端でその両側の第三セグメントおよび第一セグメントのフラップの間で相対的に旋回しながら、ブランクを展開するステップと、
少なくとも第一セグメントを成形することによって得られる羽根プリフォーム形成部分、およびフラップから得られるプラットフォームセクタプリフォーム形成部分を備えるノズル要素の繊維プリフォームを得るために、展開されたブランクを成形するステップと、
ノズル要素の全体積を通じて、および各羽根の全周にわたって連続性を有する繊維プリフォームを含む繊維強化材を用いた単一片タービンノズル要素が得られるように、少なくとも部分的にセラミックのマトリクスでプリフォームを緻密化するステップと、を含む。
【００１８】
好ましくは、ブランクは、第一セグメントよりも幅が広く、第一セグメントの横方向縁を超えて横方向に延在する、第二セグメントおよび第三セグメントを用いて作成される。
【００１９】
このような状況下で、および有利には、第二および第三セグメントのうちの少なくとも１つにおいて、２つのフラップの各々は、非展開状態において、第一セグメントの長手方向縁を超えて横方向に突出し、そこから離れたままで前記縁に沿って延在している、フラップの部分を延びるタブを用いて形成され、フラップのタブは、ブランクが展開されたときに、別のフラップのタブと相互に重ねられる。相互重複タブは、たとえば縫合によって、または糸もしくは針の埋め込みによって、互いに結合されてもよい。
【００２０】
さらに好ましいことに、繊維ブランクは、第一パターンの第三セグメントおよび連続する第二パターンの第二セグメントが互いに延在して互いに連続している、前記パターンの繰り返しを備える単一片として作られており、ブランクを展開する間、第一パターンの第一セグメントは、第一パターンの第三セグメントに対して１つの方向に旋回させられ、第二パターンの第一セグメントは、第一および第二パターンの第一セグメントを実質的に互いに平行にさせるために、第二パターンの第二セグメントに対して反対方向に旋回させられる。
【００２１】
このような状況下で、ブランクを展開している間、第一パターンの第二セグメントのフラップ、および連続するパターンの第三セグメントのフラップは、プラットフォームセクタプリフォームの一部を形成することができるようにするために、互いに延在させられる。ブランクが展開された後、互いに延在させられたフラップは、たとえば縫合によって、または糸もしくは針の埋め込みによって、互いに結合される。
【００２２】
有利には、ブランクの多層織りを実行している間、第二セグメントの２つのフラップの間、および第一セグメントの２つのフラップの間を分離するために、２つの層の間に、非連結領域が形成される。
【００２３】
さらに有利には、ブランクの多層織りの間、完全に第一セグメントに沿って２つの層の間に非連結領域が形成され、非連結領域は、成形後に、プリフォームの全長にわたって延在する内部通路を備える羽根繊維プリフォームを形成するように、その長手方向縁から距離を置いて、第一セグメントの幅の一部のみにわたって延在している。
【００２４】
本発明はまた、複数の並置ノズル要素を含むタービンノズルも提供し、各ノズル要素は先に定義されたものであるか、または先に定義された方法によって得られるものである。
【００２５】
本発明はまた、このようなタービンノズルが設けられたガスタービンも提供する。
【００２６】
本発明は、以下の添付図面を参照した非限定的表示によって与えられる以下の説明を読むことで、より良く理解されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ガスタービンの一部の軸方向片側断面における、非常に部分的な模式図である。
【図２】タービンノズル要素の模式的斜視図である。
【図３】本発明の第一の実施形態における、ＣＭＣからタービンノズル要素の繊維プリフォームを作成するための、織り繊維ブランクの図である。
【図４】図３の平面ＩＶにおける模式的長手断面図である。
【図５】図３の平面Ｖにおける模式的長手断面図である。
【図６】図３の平面ＶＩにおける模式的長手断面図である。
【図７】図３の平面ＶＩＩにおける断面の模式図である。
【図８】図３の平面ＶＩＩＩにおける断面の模式図である。
【図９】図３の平面ＩＸにおける断面の模式図である。
【図１０】図３の平面Ｘにおける断面の模式図である。
【図１１】展開の準備がなされた図３のブランクを示す図である。
【図１２】部分的に展開されたときの図１１のブランクを示す図である。
【図１３】完全に展開されたときの図１１のブランクを示す図である。
【図１４】図１３の展開ブランクを成形した後の、ノズル要素プリフォームの模式的斜視図である。
【図１５】ＣＭＣからタービンノズル要素を作成する方法における連続ステップを示す図である。
【図１６】図１３に示されるようなブランクが切り出されることが可能な織りストリップの図である。
【図１７】図３の繊維ブランクの部分用の多層織りの２つの連続平面を示し、図７の部分に対応する図である。
【図１８】図３の繊維ブランクの部分用の多層織りの２つの連続平面を示し、図８の部分に対応する図である。
【図１９】図３の繊維ブランクの部分用の多層織りの２つの連続平面を示し、図９の部分に対応する図である。
【図２０】本発明の第二の実施形態における、ＣＭＣからタービンノズル要素用の繊維プリフォームを作成するための織り繊維ブランクの図である。
【図２１】図２０の平面ＸＸＩにおける模式的長手断面図である。
【図２２】展開の準備がなされた図２０および図２１のブランクを示す模式的側面図である。
【図２３】部分的に展開されたときの図２２のブランクを示す図である。
【図２４】完全に展開されたときの図２２のブランクを示す図である。
【図２５】本発明の第三の実施形態における、ＣＭＣからタービンノズル要素用の繊維プリフォームを作成するための織り繊維ブランクの図である。
【図２６】図２５の平面ＸＶＩにおける模式的長手断面図である。
【図２７】展開の準備がなされた図２５および図２６のブランクを示す模式的側面図である。
【図２８】完全に展開されたときの図２７のブランクを示す図である。
【図２９】別のノズル要素の模式的斜視図である。
【図３０】図２９に示されるような、ＣＭＣから作られたノズル要素用の繊維プリフォームを作成するための、織りブランクを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、より具体的には、航空または産業用のガスタービン向けのタービンノズルに関する。
【００２９】
図１は、２軸ガスタービンにおける高圧（ＨＰ）タービン２の一部および低圧（ＬＰ）タービン４の一部の、非常に模式的な軸方向片側断面図である。ＨＰタービン２は、ＨＰタービンノズル３を通じて燃焼チャンバからガス（矢印Ｆ）を受ける。ＬＰタービン４は、ＨＰタービン２の下流でガスを受け、各々が５などのＬＰタービンノズルおよび回転子ホイールを含む、複数のタービン段を含む。ＨＰおよびＬＰタービンの回転子ホイールは、知られている方法で、それぞれの同軸シャフトを通じて、それぞれＨＰ圧縮機、およびＬＰ圧縮機またはファンを駆動する。
【００３０】
ＨＰおよびＬＰタービンのノズルは、筐体内に実装されている。各ノズルは、ガスストリームの流路を部分的に画定する内側および外側環状プラットフォーム、ならびにプラットフォームの間に延在し、そこに接続されている、複数の固定羽根を含む。羽根は、空気冷却用の流通路を形成する、それぞれの内部長手方向通路を有してもよい。
【００３１】
単一片として、または各要素が内側プラットフォームセクタ、外側プラットフォームセクタ、およびその間に延在してそこに接続された１つ以上の羽根を含む、完成ノズルを組み立てるために並置された複数の要素として、タービンノズルを作成することが知られている。
【００３２】
本発明は、この例において、複数の並置ノズル要素からなるＨＰタービンノズルまたはＬＰタービンノズルに適用される。より一般的には、本発明は、単軸または多軸ガスタービンのタービンノズルに適用される。
【００３３】
図２は、本発明によって作成可能なタービンノズル要素の一例を示す。
【００３４】
タービンノズル要素Ｅは、内側環状プラットフォームセクタ２０、外側環状プラットフォームセクタ３０、および図示される例において、プラットフォームセクタ２０および３０の間に延在し、その両方に接続された、２つの羽根１０ａおよび１０ｂを含む。プラットフォームセクタが羽根との接続領域の両側に延在していることがわかる。羽根は、プラットフォームセクタ２０および３０の外側表面内に羽根の末端において開放しているそれぞれの長手方向通路１２ａおよび１２ｂを有している。上流および下流（ガスストリームの流れる方向において）に位置する末端の一方および／または他方において、プラットフォームセクタは、リム２６、３６、またはニブ２８、３８等のレリーフ部を有してもよい。
【００３５】
ここで、図２に示されるタービンノズル要素であって、ＣＭＣの単一片として作られた要素を作成するための繊維プリフォームを得ることが可能な、繊維構造またはブランク１００を示す、図３から図１０を参照する。
【００３６】
ブランク１００は、以下に記載されるように多層織りによって作成される。長手方向Ａにおいて、ブランク１００は、図３において破線によって分割されて示される、２つの類似の連続パターンＭａおよびＭｂを含む。
【００３７】
パターンＭａは、第一セグメント１１０ａ、その第一長手方向末端においてセグメント１１０ａを延在させる第二セグメント１２０ａ、およびその他方の長手方向末端においてセグメント１１０ａを延在させる第三セグメント１３０ａを含む。同様に、パターンＭｂは、第一セグメント１１０ｂ、その第一長手方向末端においてセグメント１１０ｂを延在させる第二セグメント１２０ｂ、およびその他方の長手方向末端においてセグメント１１０ｂを延在させる第三セグメント１３０ｂを含む。セグメント１３０ａおよび１２０ｂは、互いを延在させ、互いに連続している。
【００３８】
セグメント１１０ａおよび１１０ｂは、羽根１０ａおよび１０ｂ用の繊維プリフォーム部分を形成するためのものである。セグメント１１０ａおよび１１０ｂは、この例において、実質的に一定のほぼ同じ幅ｌである。しかしながら、セグメント１１０ａおよび１１０ｂは、横断寸法が著しく変動する場合には、変動する前記横断寸法の羽根１０ａおよび１０ｂを反映するように変動幅が与えられてもよい。この例において、セグメント１２０ａ、１３０ａ、１２０ｂ、１３０ｂも同様に、全て実質的に一定のほぼ同じ幅Ｌである。幅Ｌは、幅ｌよりも大きい。セグメント１２０ａおよび１３０ａは、その両側において、セグメント１１０ａの長手方向縁を超えて横方向に延在する。同様に、セグメント１２０ｂおよび１３０ｂも、その両側において、セグメント１１０ｂの長手方向縁を超えて横方向に延在する。
【００３９】
図４から図１０に示されるように、ブランク１００の１つの長手方向末端において、セグメント１２０ａは、分離領域１２３ａの両側で互いに対向して位置し、セグメント１１０ａの第一末端に接続された、２つのフラップ１２１ａおよび１２２ａを形成する。同様に、ブランク１００の他方の長手方向末端において、セグメント１３０ｂは、分離領域１３３ｂの両側で互いに対向して位置し、セグメント１１０ｂの第二末端に接続された、２つのフラップ１３１ｂおよび１３２ｂを形成する。セグメント１１０ａの両側において、フラップ１２１ａおよび１２２ａは、そこから分離されながら、セグメント１１０ａの長手方向縁に沿って限られた距離だけ延在するタブ１２１’ａおよび１２２’ａによって、延在させられる。同様に、セグメント１３０ｂの両側において、フラップ１３１ｂおよび１３２ｂは、そこから分離されながら、セグメント１３０ｂの長手方向縁に沿って限られた距離だけ延在するタブ１３１’ｂおよび１３２’ｂによって、延在させられる。
【００４０】
ブランク１００の中央部において、セグメント１３０ａはこのようにして、分離領域１３３ａの両側に位置してセグメント１１０ａの第二末端に接続された、２つの対向フラップ１３１ａおよび１３２ａを形成し、セグメント１２ｂは、分離領域１２３ｂの両側に位置してセグメント１１０ｂの第一末端に接続された、２つの対向フラップ１２１ｂおよび１２２ｂを形成する。対向フラップの間の分離部１２３ａ、１３３ａ、１２３ｂ、および１３３ｂは、多層織りを実行した後に切り込みを入れることによって、または多層織りの最中に非連結領域を配置することによる以下に説明される方法において、得られてもよい。
【００４１】
セグメント１１０ａおよび１１０ｂの各々は、その中間部のみにわたってセグメントを２つの対向部に分割するその全長にわたって、それぞれの分離領域１１２ａまたは１１２ｂを有し、分離領域は、セグメント１１０ａまたは１１０ｂの長手方向縁から距離を置いて終端している。分離領域１１２ａおよび１１２ｂは、長手方向通路１２ａおよび１２ｂが羽根の中に形成されることを可能にするためのものであり、これらは自身が接続されるフラップの間の分離領域と同じ高さに位置する。分離領域１１２ａおよび１１２ｂは、多層織りの後に切り込みを入れることによって、または多層織りを実行している間に非連結領域を配置することによる以下に説明される方法において、得られてもよい。
【００４２】
ノズル要素プリフォームがブランク１００から形成される方法は、図１１から図１５を参照して、以下に記載される。
【００４３】
横断切り込み１３４は、フラップ１３２ａおよび１２２ｂ（図１１）の末端を分離するために、ブランク１００の全長およびその厚みの一部にわたって形成される。これに加えて、タブ１２１’ａ、１２２’ａ、１３１’ｂ、および１３２’ｂの厚みは、フラップの厚みと比較して著しく過剰な厚みを形成することなく、ブランク１００のその後の展開の間にこれらが重畳されることを可能にするように、材料を除去することによって減少させられる。タブの厚みは、図示されるように実質的に半分に減少してもよく、またはこれらは面取りを形成するように段階的に減少してもよい。類似の厚み減少は、フラップ１２１ａおよび１３１ｂの末端においても実行される。フラップ１３１ａおよび１２１ｂがこれらの共通末端を通じて結合されたままであることが観察されるはずである。
【００４４】
図１１の矢印によって示されるように、フラップ１２１ａおよび１２２ａは、セグメント１１０ａに対して実質的に直角になるように、その第一末端において、セグメント１１０ａの両側において旋回させられ、フラップ１３１ｂおよび１３２ｂは、セグメント１１０ｂに対して実質的に直角になるように、その第二末端において、セグメント１１０ｂの両側において旋回させられる。タブ１２１’ａおよび１２２’ａは、タブ１３１’ｂおよび１３２’ｂと同様に互いに重複する。これに加えて、フラップ１３２ａは、セグメント１１０ａに対して実質的に直角に延在するために、その第二末端においてセグメント１１０ａに対して旋回させられ、フラップ１２２ｂは、セグメント１１０ｂに対して実質的に直角に延在するために、セグメント１１０ｂの第一末端に対して旋回させられる。すると、ブランク１００の形状は、図１２に示される通りになる。
【００４５】
図１２の矢印は、フラップ１２１ａおよび１２１ａ、セグメント１１０ａ、およびセグメント１１０ａの第二末端のフラップ１３２ａによって形成されたアセンブリが旋回させられ、フラップ１３１ｂおよび１３２ｂ、セグメント１１０ｂ、およびセグメント１１０ｂの第二末端のフラップ１２２ｂによって形成されたアセンブリも旋回させられながら、どのように展開が継続するかを示す。図１３に示されるように、セグメント１１０ａおよび１１０ｂはこのように、互いに実質的に平行にさせられ、フラップ１２１ａおよび１３１ｂの薄化された末端は互いに重複する。
【００４６】
図１３に示される形状で展開される際に、ブランクの形状を維持しやすくするために、互いに重複しているタブ１２１’ａおよび１２２’ａ、同じく１３１’ｂおよび１３２’ｂ、ならびにやはり互いに重複しているフラップ１２１ａおよび１３１ｂの末端は、たとえば縫合（１２５、１３５、および１２６）によって、結合されてもよい。その他の接続手法が使用されてもよく、たとえば糸または針が埋め込まれてもよい。
【００４７】
図１３に示されるように、展開されたブランクは、形成されるノズル要素に近い形状のものである。ノズル要素のプリフォームは、内側および外側プラットフォームセクタのプリフォームを成形する要素、羽根プリフォームの外形を成形する要素、およびこれらの長手方向内部通路を成形する要素を含む工具手段によって成形され、これら成形要素は分離領域１１２ａおよび１１２ｂ内に貫通する。
【００４８】
図１４は、図２のノズル要素が獲得されることを可能にする、結果的なプリフォーム１４０の図である。内側プラットフォームのプリフォーム１２０を形成する部分は、フラップ１３２ａ、（共通末端において互いに結合されたままの）フラップ１３１ａおよび１２１ｂ、およびフラップ１２２ｂによって形成される。外側プラットフォームのプリフォーム１３０を形成する部分は、フラップ１２２ａ、１２１ａ、１３１ｂ、および１３２ｂによって形成される。羽根のプリフォーム部分は、セグメント１１０ａおよび１１０ｂによって形成される。プラットフォームプリフォームの末端におけるニブに近い形状の部分を獲得するために、切り込み１２７および１３７が、図１３に示される方法で形成されてもよい。
【００４９】
ＣＭＣから図２のノズル要素を製造する方法の連続ステップが、図１５にまとめられている。
【００５０】
ステップ１５１において、図１６に示されるような繊維ストリップ１５０が、連続的な繊維ブランク１００の列を提供するように、三次元（３Ｄ）織りによって、または多層織りによって織られる。図示される例において、ブランク１００の長手方向Ａは長手糸方向に、すなわちストリップ１５０の長手方向に延在する。変形例において、これらはストリップ１５０の横方向の横糸方向に延在することも可能である。これに加えて、ブランクのいくつかの平行な列が、ストリップ１５０の幅を横断して織られる。
【００５１】
ストリップ１５０は、たとえば、「ニカロン」の名称で日本の供給元であるＮｉｐｐｏｎ Ｃａｒｂｏｎによって供給されるものなど、ＳｉＣベースの繊維糸などの、セラミック繊維糸で織られる。しかしながら、炭素繊維で作られた糸を使用することも考えられる。
【００５２】
図１７、図１８、および図１９は、それぞれ図７、図８、および図９の断面に対応する、ブランク１００の部分に使用される織りの２つの連続平面を示す、より大きい縮尺の糸断面図である。
【００５３】
ストリップ１５０は、一組の長手糸の層を含み、これらの層の数はこの例では８に等しく（層Ｃ１からＣ８）、長手糸は横糸によって連結されている。図示される例において、織りはしゅすを用いて実行される多層織り、またはしゅす織りである。たとえば多面織りを用いる多層織り、またはインターロック型の織りなど、その他のタイプの３Ｄまたは多層織りが使用されることも可能である。「インターロック」織りという用語は本明細書において、長手糸の各層が複数の横糸の層を連結し、所定の横列の全ての糸が織面において同じように移動する織り方を用いる織りを意味するために使用される。特に、国際公開第２００６／１３６７５５号に、様々な３Ｄまたは多層織り手法が記載されている。
【００５４】
ブランク１００のセグメント１２０ａにおいて、図１７は、長手糸の層Ｃ１からＣ４を連結する横糸ｔ１からｔ３、および長手糸の層Ｃ５からＣ８を連結する横糸ｔ５からｔ７を示しているが、フラップ１２１ａおよび１２２ａの間に分離１２３ａを形成する非連結領域を残すように層Ｃ４およびＣ５は連結されていない。ブランク１００のセグメント１２０ｂ、１３０ａ、および１３０ｂにおいても同じ手順が実行される。
【００５５】
セグメント１１０ａの第一末端に隣接する部分において、図１８は、長手糸の層Ｃ１からＣ４を連結する横糸ｔ１からｔ３、および長手糸の層Ｃ５からＣ８を連結する横糸ｔ５からｔ７を示している。非連結領域は、フラップ１２１ａおよび１２２ａのタブ１２１’ａおよび１２２’ａの間に分離１２３ａを形成するように、そしてセグメント１１０ａの中央部に分離領域１１２ａを形成するように、長手糸の層Ｃ４およびＣ５の間に配置されている。層Ｃ４およびＣ５は、セグメント１１０ａの側方部分において、長手糸ｔ４によって連結されている。セグメント１１０ｂの第二末端に隣接する部分においても同じ手順が実行される。
【００５６】
セグメント１１０ａの残りの部分では、図１９が、図１８のように、セグメント１１０ａの中央部に分離領域１１２ａを形成するために、どのようにして中央非連結領域が長手糸の層Ｃ４およびＣ５の間に配置されるかを示す。層Ｃ４およびＣ５は、図１８と同様に、セグメント１１０ａの側方部分において連結される。同じ手順がセグメント１１０ｂに対して実行される。セグメント１２０ａ、１３０ａ、１２０ｂ、および１３０ｂを作成するためにセグメント１１０ａおよび１１０ｂの両側に延在する長手糸は、セグメント１１０ａおよび１１０ｂにおいては織られていない。
【００５７】
ストリップ１５０において、切りしろを設けるために、連続するブランクの間に余長領域１０１（図１６）が設けられている。
【００５８】
ステップ１５２において、ストリップは好ましくは、たとえば短時間の熱処理によって、繊維上に存在するサイズ剤を除去するように、およびたとえばフッ酸処理によって、繊維の表面上の酸化物の存在を排除するように処理される。
【００５９】
ステップ１５３において、薄い界面相被覆層が、化学付着浸透法（ＣＶＩ）によって、繊維ストリップの繊維上に形成される。一例として、界面相被覆材料は、熱分解炭素（ＰｙＣ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、またはホウ素ドープ炭素（たとえば５原子％から２０原子％のＢを有し、残りがＣである、ＢＣ）である。薄い界面相被覆層は、繊維ブランクにおける良好な変形能力を維持するように、たとえば１００ナノメートル（ｎｍ）、または実際には５０ｎｍ以下など、好ましくは薄い厚みを有する。その厚みは好ましくは少なくとも１０ｎｍである。
【００６０】
ステップ１５４において、薄い界面相被覆層で被覆された繊維を備える繊維ストリップは、圧密組成物、一般的には場合により溶剤中に希釈された樹脂を含浸する。それぞれＳｉＣＮ、ＳｉＣＯ、およびＳｉＣの前駆体として、たとえばフェノールもしくはフラン樹脂などの炭素前駆体樹脂、またはたとえばポリシラザン、ポリシロキサンなどのセラミック前駆体樹脂、またはポリカルボシラン樹脂を使用することが可能である。
【００６１】
いずれの樹脂溶剤も除去することによって乾燥した後（ステップ１５５）、個々の繊維ブランク１００が切り出される（ステップ１５６）。切り出しの間、セグメント１１０ａの両側のセグメント１２０ａおよび１３０ａの間に延在する長手糸の部分は、セグメント１１０ｂの両側のセグメント１２０ｂおよび１３０ｂの間に延在する長手糸部と同様に除去される。これに加えて、セグメント１１０ａからタブ１２１’ａおよび１２２’ａを分離し、セグメント１１０ｂからタブ１３１’ｂおよび１３２’ｂを分離するために切り込みが入れられる。
【００６２】
ステップ１５７において、このように切り出された繊維ブランクは、図１１から図１４を参照して先に記載されたようなプリフォーム１５０を獲得するように、たとえば黒鉛で作られた、成形工具手段によって用意され、展開され、そして成形される。
【００６３】
その後、樹脂は硬化され（ステップ１５８）、硬化樹脂は熱分解される（ステップ１５９）。硬化および熱分解は、成形工具における温度を段階的に上昇させることによって、次々に続けられてもよい。
【００６４】
熱分解の後、熱分解残渣によって圧密化された繊維プリフォームが得られる。圧密化樹脂の量は、工具による補助を用いずにその形状を維持しながらプリフォームの取り扱いを可能にするのに十分なほど、熱分解樹脂がプリフォームの繊維を結合させるように選択され、圧密化樹脂の量は好ましくは、可能な限り少なくなるように選択されると理解される。
【００６５】
サイズ剤を除去し、酸処理を実行し、ＳｉＣ繊維の基板上に界面相被覆を形成するステップは、すでに知られている。米国特許第５０７１６７９号明細書が参照されてもよい。
【００６６】
第二界面相層は、必要であれば、複合材料の脆化解放機能を実行するのに十分な厚みを有する全体繊維マトリクス界面相を得るために、ＣＶＩによって実行されてもよい（ステップ１６０）。第二界面相層は、ＰｙＣ、ＢＮ、およびＢＣより選択される材料であってもよく、必ずしも第一界面相層の材料と同じでなくてもよい。第二回面相層の厚みは、好ましくは１００ｎｍ以上である。
【００６７】
次に圧密化プリフォームが、セラミックマトリクスで緻密化される。この緻密化はＣＶＩによって実行されてもよく、こうして、第二界面相層の形成、およびセラミックマトリクスによる緻密化が、同じオーブン内で続けて実行されることを可能にする。
【００６８】
セラミックマトリクス、特にＳｉＣマトリクスによるプリフォームのＣＶＩ緻密化は、よく知られている。メチルトリクロロシラン（ＭＴＳ）を含む反応ガス、および水素ガス（Ｈ２）が使用されてもよい。圧密化プリフォームは、形状維持工具による補助を用いることなく、容器内に配置され、ガスが容器内に導入される。特に温度および圧力が制御された条件の下で、ガスの成分の間の反応によってＳｉＣマトリクスを付着させるように、プリフォームの孔の中にガスが拡散する。
【００６９】
当然ながら、複合材料の所望の性質に応じて、たとえば炭素繊維など、セラミック繊維以外の繊維で作られた繊維ストリップを用いる方法が実行されてもよい。すると、酸化物層を除去するための酸処理は省略される。
【００７０】
同様に、圧密化プリフォームのＣＶＩ緻密化は、特に炭素マトリクスまたは自己回復マトリクスなど、ＳｉＣマトリクス以外のマトリクスを用いて実行されてもよく、自己回復マトリクス材料の例は、Ｓｉ−Ｂ−Ｃ三成分系または炭化ホウ素Ｂ４Ｃである。ＣＶＩによるこのような自己回復マトリクスの獲得を記載する、米国特許第５２４６７３６号明細書、および米国特許第５９６５２６６号明細書が参照されてもよい。
【００７１】
緻密化は、２つの連続するステップ（ステップ１６１およびステップ１６３）において実行されてもよく、これらのステップは、所望の寸法で製造される部品を加工するステップ１６２によって分けられている。第二緻密化ステップは、複合材料の中心までの緻密化を終わらせるのみならず、機械加工中に露出される可能性のあるいずれの繊維にも表面被覆を形成するのにも役立つ。
【００７２】
ステップ１５８とステップ１５９との間、すなわち樹脂を硬化した後で樹脂を熱分解する前に、予備機械加工またはトリミングが実行されてもよいことが、観察されるはずである。
【００７３】
変形例において、繊維ストリップ１５０を織り、サイズ剤および酸化物を除去するための処理を実行した後、個々の繊維ブランク１００が繊維ストリップから切り出され、その後各個別の繊維ブランクは、成形工具によって展開および成形され、ここでこれはＣＶＩによって脆化解放界面相被覆を形成するために保持される。
【００７４】
成形工具においてまだプリフォームが形状維持されている状態で、これは部分的な緻密化によって圧密化され、圧密化は、ＣＶＩによって繊維上にセラミックの付着を形成することによって実行される。
【００７５】
ＣＶＩによる界面相被覆の形成、およびＣＶＩによるセラミック付着による圧密化は、同じＣＶＩオーブン内で次々に続けられてもよい。
【００７６】
成形工具は好ましくは黒鉛で作られており、ＣＶＩによる界面相の付着用およびセラミックの付着用の反応ガスの通過を容易にする孔を有している。
【００７７】
圧密化が、支持工具の補助を用いることなくその形状を維持しながらプリフォームが扱われることを可能にするのに十分であるとき、圧密化されたプリフォームは成形工具から取り出され、ＣＶＩによるセラミックマトリクスを用いる緻密化が実行される。
【００７８】
図２０から図２２は、ＣＭＣから単一片としてタービンノズル要素を作成するのに役立つ繊維プリフォームを得ることが可能な繊維ブランク２００を示し、要素は、内側プラットフォームセクタ、および外側プラットフォームセクタを含み、３つの羽根がプラットフォームセクタの間に延在し、これらの両方に接続されている。
【００７９】
長手方向Ａにおいて、ブランク２００は、上述のブランク１００のパターンＭａおよびＭｂに類似の、そして破線によって分割されて示された、３つの類似パターンＭａ、Ｍｂ、およびＭｃを含む。
【００８０】
このため、パターンＭａは、第一羽根用のプリフォーム部分を形成するための第一セグメント２１０ａ、その第一長手方向末端において第一セグメント２１０ａを延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ２２１ａおよび２２２ｂを形成する第二セグメント２２０ａ、ならびにその他方の長手方向末端においてセグメント２１０ａを延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ２３１ａおよび２３２ａを形成する第三セグメント２３０ａを含む。
【００８１】
パターンＭｂは、第二羽根のプリフォーム部分を形成する第一セグメント２１０ｂ、その第一長手方向末端において第一セグメント２１０ｂを延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ２２１ｂおよび２２２ｂを形成する第二セグメント２２０ｂ、ならびにその他方の長手方向末端においてセグメント２１０ｂを延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ２３１ｂおよび２３２ｂを形成する第三セグメント２３０ｂを含む。
【００８２】
パターンＭｃは、第三羽根用のプリフォーム部分を形成する第一セグメント２１０ｃ、その第一長手方向末端において第一セグメント２１０ｃを延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ２２１ｃおよび２２２ｃを形成する第二セグメント２２０ｃ、ならびにその他方の長手方向末端においてセグメント２１０ｃを延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ２３１ｃおよび２３２ｃを形成する第三セグメント２３０ｃを含む。
【００８３】
セグメント２３０ａおよび２２０ｂは、セグメント２３０ｂおよび２２０ｃのように、互いに延在し、互いに連続している。各パターンにおいて、第二および第三セグメントは第一セグメントの幅よりも大きい幅であって、これらはその長手方向縁のレベルを超えて延在する。セグメント２１０ａの両側において、フラップ２２１ａおよび２２２ａは、ブランク１００のフラップ１２１ａおよび１２２ａと同じように、タブ２２１’ａおよび２２２’ａによって延在させられる。同様に、セグメント２３０ｃの両側において、フラップ２３１ｃおよび２３２ｃは、ブランク１００のフラップ１３１ｂおよび１３２ｂと同じように、タブ２３１’ｃおよび２３２’ｃによって延在させられる。
【００８４】
セグメント２１０ａ、２１０ｂ、および２１０ｃは、実質的に一定の同じ幅である。しかしながら、これらは、ノズル要素の羽根の横断寸法が著しく変動して作られた場合には、変動幅であってもよい。セグメント１１０ａおよび１１０ｂと同様に、セグメント２１０ａ、２１０ｂ、および２１０ｃの各々は、その中間部のみに形成されたその全長に沿ってそれぞれの分離領域２１２ａ、２１２ｂ、または２１２ｃを有する。これら分離領域は、セグメント２１０ａ、２１０ｂ、および２１０ｃの長手方向縁から距離を置いて終端しており、これらはフラップの間の分離領域に入り込んでいる。
【００８５】
ブランク１００と同じように、ブランク２００は、１列以上のブランクを含む連続織りストリップから切り出される。織り方は、３Ｄまたは多層タイプである。セグメント２２０ａ、２３０ａ、２２０ｂ、２３０ｂ、２２０ｃ、および２３０ｃのフラップの間、ならびにセグメント２１０ａ、２１０ｂ、および２１０ｃの中間部の分離領域は、上述のように、織りの最中に非連結領域を設けることによって、または織りの後に切り込みを入れることによって、形成されてもよい。
【００８６】
図２２に示されるように、ブランク２００は、フラップ２３２ａおよび２２２ｂの末端を分離するように、ならびにフラップ２３１ｂおよび２２１ｃの末端を分離するように、切り込み２３４および２３５を入れることによって、展開の準備がなされる。ブランク１００と同様に、ブランクが展開された後にこれらが重複されたときに、過剰な厚みを回避するために、タブ２２１’ａ、２２２’ａ、２３１’ｃ、および２３２’ｃに、ならびにフラップ２２１ａ、２３１ｂ、および２３１ｃの末端部分に、厚み減少も実行されてもよい。フラップ２３１ａおよび２２１ｂは、フラップ２３２ｂおよび２２２ｃと同様に、その末端において接続されたままである。
【００８７】
図２３は、図２２の矢印によって示されるように、フラップ２２１ａ、２２２ａ、２３２ａ、２２２ｂ、２３１ｂ、２２１ｃ、２３１ｃ、および２３２ｃが旋回させられた後に部分的に展開されたブランク２００を示し、フラップはその後、長手方向Ａに対して実質的に直角に延在する。
【００８８】
図２４は、図２３の矢印によって示されるように、フラップ２２１ａおよび２２２ａ、セグメント２１０ａ、およびフラップ２３２ａによって形成されたアセンブリ、ならびにフラップ２３１ｂ、セグメント２１０ｂ、およびフラップ２２２ｂによって形成されたアセンブリ、ならびにフラップ２３１ｃおよび２３２ｃ、セグメント２１０ｃ、およびフラップ２２１ａによって形成されたアセンブリが全て旋回させられた後に、完全に展開された状態のブランク２００を示す。
【００８９】
互いに重複しているフラップのタブおよび末端部分は、縫合によって、または糸もしくは針を埋め込むことによって、互いに結合されてもよい。
【００９０】
展開されたブランクは、内側および外側プラットフォームセクタプリフォームを成形する要素、羽根のプリフォームの外形を成形する要素、およびこれらの長手方向内部通路を成形する要素を有する成形工具によって成形され、後者の成形要素は分離領域２１２ａ、２１２ｂ、および２１２ｃ内に貫通する。
【００９１】
こうして、内側プラットフォームプリフォーム部分がフラップ２３２ａ、フラップ２３１ａおよび２２１ｂ、フラップ２２２ｂ、フラップ２３２ｃ、およびフラップ２３１ｃからなり、外側プラットフォームプリフォーム部分がフラップ２２２ａ、フラップ２２１ａ、フラップ２３１ｂ、フラップ２３２ｂおよび２２２ｃ、およびフラップ２２１ｃからなり、羽根プリフォーム部分がセグメント２１０ａ、２１０ｂ、および２１０ｃから形成されるノズル要素プリフォームを得ることが可能である。プラットフォームプリフォームの末端の１つにニブの形状を得るために、切り込み２２７および２３７が形成されてもよい。
【００９２】
ＣＭＣからノズル要素を製造する全プロセスは、図１５を参照して記載されたプロセスに従ってもよい。
【００９３】
図２５および図２６は、内側プラットフォームセクタ、外側プラットフォームセクタ、およびプラットフォームセクタの間に延在してその両方に接続された単一の羽根を備えるＣＭＣの単一片としてタービンノズル要素を作成するための繊維プリフォームを得ることが可能な、繊維ブランク３００を示す。
【００９４】
長手方向Ａにおいて、ブランク３００は、タービンノズル羽根のプリフォーム部分を形成するための第一セグメント３１０、その１つの長手方向末端において第一セグメント３１０を延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ３２１および３２２を形成する第二セグメント３２０、ならびにその他方の長手方向末端においてセグメント３１０を延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ３３１および３３２を形成する第三セグメント３３０を含む、パターンＭを含む。
【００９５】
セグメント３２０および３３０は、セグメント３１０の幅よりも大きい幅であり、これらはその長手方向縁を超えて延在する。セグメント３１０の両側において、フラップ３２１および３２２は、ブランク１００のフラップ１２１ａおよび１２２ａと同じように、タブ３２１’および３２２’によって延在させられ、その一方でフラップ３３１および３３２はブランク１００のフラップ１３１ｂおよび１３２ｂと同じように、タブ３３１’および３３２’によって延在させられる。
【００９６】
セグメント３１０は、実質的に一定の幅である。しかしながら、横断寸法が著しく変動する場合には、タービンノズル羽根の変動する前記横断寸法を反映するために、変動幅が与えられてもよい。セグメント３１０はその全幅にわたって、中間部のみに形成された分離領域３１２を有し、分離領域は、セグメント３１０の長手方向縁から距離を置いて終端している。
【００９７】
ブランク１００と同じように、ブランク３００は、１列以上のブランクを含む連続織りストリップから切り出される。織り方は、３Ｄまたは多層タイプである。フラップ３２１および３２２の間、フラップ３３１および３３２の間、ならびにセグメント３１０内の分離領域は、上述のように、織りの最中に非連結領域を配置することによって、または織りの後に切り込みを入れることによって、形成されてもよい。
【００９８】
図２７に示されるように、ブランク３００は、ブランクが展開された後にこれらが重複されたときに過剰な厚みを回避するために、タブ３２１’、３２２’、３３１’、および３３２’に厚み減少を形成することによって、展開の準備がなされる。
【００９９】
図２８は、図２７の矢印によって示されるように、フラップ３２１、３２２、３３１、および３３２を旋回させることによって展開されたブランク３００を示し、フラップはその後、長手方向Ａに対して実質的に直角に延在する。互いに重複しているタブ３２１’および３２２’は、タブ３３１’および３３２’においても可能なように、縫合によって、または糸もしくは針を埋め込むことによって、互いに結合されてもよい。
【０１００】
展開されたブランクは、内側および外側プラットフォームセクタプリフォーム用の成形要素、羽根プリフォームの外形用の成形要素、および羽根プリフォーム内の長手方向通路用の成形要素を有する成形工具によって成形され、後者の成形要素は分離領域３１２内に貫通する。
【０１０１】
これは、内側プラットフォームプリフォーム部分がフラップ３３１および３３２からなり、外側プラットフォームプリフォーム部分がフラップ３２１および３２２からなり、羽根プリフォームがセグメント３１０で構成されている、ノズル要素プリフォームを提供する。プラットフォームプリフォームの各々の１つの末端にニブの形状を得るために、切り込み３２７および３３７が形成されてもよい。
【０１０２】
ＣＭＣからノズル要素を製造する全プロセスは、図１５を参照して記載されたものに従ってもよい。
【０１０３】
上記は、１つ、２つ、または３つの羽根を有するＣＭＣノズル要素の実施形態に関する。当然ながら、パターンＭａ、Ｍｂ、およびＭｃなど、所望の数の連続パターンを有する繊維ブランクを形成することにより、羽根の数を増やすことが可能である。
【０１０４】
さらに、先の記述において、ノズル要素は、各々が長手方向内部通路を有する、１つ以上の中空羽根で作成されるとして記載されている。しかしながら、本発明は、１つ以上の中実羽根を備えるノズル要素の作成にも適用可能である。中実羽根の場合、繊維ブランクの織りの間、羽根プリフォームを構成することになるいずれの部分にも、非連結領域は設けられない。
【０１０５】
上記は、内側および外側プラットフォームセクタが互いに対して実質的に平行に延在している、図２に示されるようなノズル要素の製造に関する。
【０１０６】
しかしながら、本発明は、図２９に示されるように、製造されるべきＣＭＣノズル要素Ｅ’が、互いに平行ではない内側および外側プラットフォーム要素６０および７０を有する状況にも、適用可能である。この例において、図２のように、ノズル要素は、プラットフォームセクタ６０および７０の間に延在し、そこに接続されてその全長に沿って延在する内部長手方向通路５２ａおよび５２ｂを有している、２つの羽根５０ａおよび５０ｂを有する。プラットフォームセクタは、羽根接続領域の両側に延在する。
【０１０７】
ノズル要素Ｅ’を作成するための繊維プリフォームは、図３０のブランク４００など、３Ｄまたは多層織りを用いて織られた繊維ブランクを展開することによって、得られてもよい。簡素化のため、ブランク４００の要素には、同じ機能を有する図３のブランク１００の要素と同じ参照符号が付される。
【０１０８】
ブランク４００は、１つのパターンの第一セグメントと、同じパターンの第二および第三セグメントのうちの少なくとも１つとの間の接続が、長手方向Ａの垂線に対してゼロではない角度で延在するという点において、ブランク１００とは異なる。
【０１０９】
このため、図３０に示されるように、セグメント１２０ａは、方向Ａの垂線に対して非ゼロ角度αを形成するようにセグメント１１０ａに接続され、セグメント１３０ａは、方向Ａの垂線に対して非ゼロ角度βを形成することによって、セグメント１２０ａに接続される。この例において、角度αおよびβは、反対符号である。同様に、セグメント１３０ｂは、αと実質的に等しい角度を形成することによってセグメント１１０ｂに接続され、セグメント１２０ｂは、βと実質的に等しい角度を形成することによって、セグメント１１０ｂに接続される。
【０１１０】
ブランク４００は、ブランク１００と同じように展開される。
【０１１１】
ブランク４００は、ブランク１００のように、連続織りストリップから切り出される。図３０の破線で描かれる輪郭によって画定される部分の３Ｄまたは多層織りを実行すること、およびその後ブランク４００のプロファイルを得るように切り込みを入れることが可能である。織りの最中に、第一にパターンの第一セグメントと、第二に同じパターンの第二および第三セグメントの各々との間の接続において、斜めに織りを実行することも可能である。
【０１１２】
当然ながら、互いに平行ではない内側および外側プラットフォームセクタを備えるＣＭＣノズル要素は、２つ以外のいくつの羽根を備えて作られてもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的にセラミックのマトリクスによって緻密化された繊維強化材を含む複合材料で作られた、単一片タービンノズル要素であって、ノズル要素が、内側環状プラットフォームセクタ（２０、６０）、外側環状プラットフォームセクタ（３０、７０）、およびプラットフォームセクタの間に延在し、その両方に接続された、少なくとも１つの羽根（１０ａ、１０ｂ、５０ａ、５０ｂ）を含み、プラットフォームセクタが各々の羽根を備えるそれらの接続領域の両側に延在しており、要素は繊維強化材が、三次元または多層織りによって織られて、ノズル要素の全体積を通じて、および各々の羽根の全周にわたって連続性を有する、繊維構造を含むことを特徴とする、ノズル要素。
【請求項２】
各々の羽根が、羽根の全長にわたって延在し、プラットフォームセクタ内に開口している、内部長手方向通路（１２ａ、１２ｂ）を有することを特徴とする、請求項１に記載のノズル要素。
【請求項３】
各々の羽根が中実である、請求項１に記載のノズル要素。
【請求項４】
プラットフォームセクタの間に延在する少なくとも２つの羽根（１０ａ、１０ｂ、５０ａ、５０ｂ）を含み、繊維構造が、第一プラットフォームセクタの一部に沿って、第一羽根に沿って、別のまたは第二プラットフォームセクタの一部に沿って、第二羽根に沿って、そして第一プラットフォームセクタの一部に沿って、連続的に延在する連続通路をたどる糸を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のタービンノズル要素。
【請求項５】
少なくとも部分的にセラミックのマトリクスによって緻密化された繊維強化材を含む複合材料で作られた単一片タービンノズル要素を製造する方法であって、ノズル要素が、内側環状プラットフォームセクタ（２０、６０）、外側環状プラットフォームセクタ（３０、７０）、およびプラットフォームセクタの間に延在し、その両方に接続された、少なくとも１つの羽根（１０ａ、１０ｂ、５０ａ、５０ｂ）を含み、方法が、三次元または多層織りによって繊維ブランクを作成するステップと、ノズル要素の繊維プリフォームを得るために繊維ブランクを成形するステップと、少なくとも部分的にセラミックのマトリクスでプリフォームを緻密化するステップと、を含み、方法が、
三次元または多層織りによって織り単一片繊維ブランク（１００、２００、３００、４００）を作成するステップであって、ブランクが長手方向に、羽根プリフォームブランクを形成する第一セグメント（１１０ａ、１１０ｂ、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、３１０）と、その１つの長手方向末端において第一セグメントを延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ（１２１ａ〜１２２ａ、１２１ｂ〜１２２ｂ、２２１ａ〜２２２ａ、２２１ｂ〜２２２ｂ、２２１ｃ、２２２ｃ、３２１〜３２２）を形成する第二セグメント（１２０ａ、１２０ｂ、２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、３２０）と、その別の末端において第一セグメントを延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ（１３１ａ〜１３２ａ、１３１ｂ〜１３２ｂ、２３１ａ〜２３２ａ、２３１ｂ〜２３２ｂ、２３１ｃ〜２３２ｃ、３３１〜３３２）を形成する第三セグメント（１３０ａ、１３０ｂ、２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、３３０）と、を含む少なくとも１つのパターンを含む、ステップと、
第二セグメントのフラップを第一セグメントに対して実質的に直角に延在させるように、その第一末端においてその両側で第二セグメントおよび第一セグメントのフラップの間の相対的な旋回を伴い、第三セグメントのフラップを第一セグメントに対して実質的に直角にするために、その第二末端においてその両側で第三セグメントおよび第一セグメントのフラップの間の相対的な旋回を伴って、ブランクを展開するステップと、
少なくとも、第一セグメントを成形することによって得られる羽根プリフォーム形成部分、およびフラップから得られるプラットフォームセクタプリフォーム形成部分を備えるノズル要素の繊維プリフォーム（１４０）を得るために、展開されたブランクを成形するステップと、を特徴とし、
それにより、緻密化の後、ノズル要素の全体積を通じて、および各々の羽根の全周にわたって連続性を有する繊維プリフォームを含む繊維強化材を用いて、単一片タービンノズル要素が得られる方法。
【請求項６】
ブランクが、第一セグメントの幅よりも大きい幅で、第一セグメントの横方向縁を超えて横方向に延在する、第二セグメントおよび第三セグメントを用いて作成されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第二および第三セグメントのうちの少なくとも１つにおいて、２つのフラップの各々が、非展開状態において、第一セグメントの長手方向縁を超えて横方向に突出し、そこから分離しながら前記縁に沿って延在している、フラップの部分を延びるタブ（１２１’ａ〜１２２’ａ、１３１’ａ〜１３２’ｂ、２２１’ａ〜２２２’ａ、２３１’ｃ〜２３２’ｃ、３２１’〜３２２’、３３１’〜３３２’）を用いて形成され、フラップのタブが、ブランクが展開されたときに、別のフラップのタブと相互に重ねられることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
相互重複タブが互いに結合されていることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
繊維ブランクが、第一パターンの第三セグメント（１３０ａ、２３０ａ、２３０ｂ）および連続する第二パターンの第二セグメント（１２０ｂ、２２０ｂ、２２０ｃ）が互いに延在して互いに連続している、前記パターンの繰り返しを備える単一片として作成され、ブランクを展開する間、第一パターンの第一セグメント（１１０ａ、２１０ａ）が第一パターンの第三セグメント（１３０ａ、２３０ａ）に対して１つの方向に旋回させられ、第二パターンの第一セグメント（１１０ｂ、２１０ｂ）が、第一および第二パターンの第一セグメントを実質的に互いに平行にさせるために、第二パターンの第二セグメント（１２０ａ、２２０ａ）に対して反対方向に旋回させられることを特徴とする、請求項５から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
ブランクを展開している間、第一パターンの第二セグメントのフラップ（１２１ａ、２２１ａ、２２２ｂ）および連続するパターンの第三セグメントのフラップ（１３１ｂ、２３１ｂ、２３２ｃ）が、プラットフォームセクタプリフォームの一部を形成することができるようにするために、互いに延在させられることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ブランクが展開された後、互いに延在させられたフラップが互いに結合されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ブランクの多層織りを実行している間、第二セグメントの２つのフラップの間、および第三セグメントの２つのフラップの間を分離するために、２つの層の間に非連結領域（１２３ａ、１３３ａ、１２３ｂ、１３３ｂ）が形成されることを特徴とする、請求項５から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
ブランクの多層織りの間、完全に第一セグメントに沿って２つの層の間に非連結領域（１１２ａ、１１２ｂ、２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、３１２）が形成され、非連結領域が、成形後に、プリフォームの全長にわたって延在する内部通路を備える羽根繊維プリフォームを形成するように、その長手方向縁から距離を置いて、第一セグメントの幅の一部のみにわたって延在していることを特徴とする、請求項５から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
各ノズル要素が、請求項１から４のいずれか一項に記載のものであるか、または請求項５から１３のいずれか一項に記載の方法によって得られる、複数の並置ノズル要素を含む、タービンノズル。
【請求項１５】
請求項１４に記載のタービンノズルを有するガスタービン。
【請求項１】
少なくとも部分的にセラミックのマトリクスによって緻密化された繊維強化材を含む複合材料で作られた、単一片タービンノズル要素であって、ノズル要素が、内側環状プラットフォームセクタ（２０、６０）、外側環状プラットフォームセクタ（３０、７０）、およびプラットフォームセクタの間に延在し、その両方に接続された、少なくとも１つの羽根（１０ａ、１０ｂ、５０ａ、５０ｂ）を含み、プラットフォームセクタが各々の羽根を備えるそれらの接続領域の両側に延在しており、要素は繊維強化材が、三次元または多層織りによって織られて、ノズル要素の全体積を通じて、および各々の羽根の全周にわたって連続性を有する、繊維構造を含むことを特徴とする、ノズル要素。
【請求項２】
各々の羽根が、羽根の全長にわたって延在し、プラットフォームセクタ内に開口している、内部長手方向通路（１２ａ、１２ｂ）を有することを特徴とする、請求項１に記載のノズル要素。
【請求項３】
各々の羽根が中実である、請求項１に記載のノズル要素。
【請求項４】
プラットフォームセクタの間に延在する少なくとも２つの羽根（１０ａ、１０ｂ、５０ａ、５０ｂ）を含み、繊維構造が、第一プラットフォームセクタの一部に沿って、第一羽根に沿って、別のまたは第二プラットフォームセクタの一部に沿って、第二羽根に沿って、そして第一プラットフォームセクタの一部に沿って、連続的に延在する連続通路をたどる糸を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のタービンノズル要素。
【請求項５】
少なくとも部分的にセラミックのマトリクスによって緻密化された繊維強化材を含む複合材料で作られた単一片タービンノズル要素を製造する方法であって、ノズル要素が、内側環状プラットフォームセクタ（２０、６０）、外側環状プラットフォームセクタ（３０、７０）、およびプラットフォームセクタの間に延在し、その両方に接続された、少なくとも１つの羽根（１０ａ、１０ｂ、５０ａ、５０ｂ）を含み、方法が、三次元または多層織りによって繊維ブランクを作成するステップと、ノズル要素の繊維プリフォームを得るために繊維ブランクを成形するステップと、少なくとも部分的にセラミックのマトリクスでプリフォームを緻密化するステップと、を含み、方法が、
三次元または多層織りによって織り単一片繊維ブランク（１００、２００、３００、４００）を作成するステップであって、ブランクが長手方向に、羽根プリフォームブランクを形成する第一セグメント（１１０ａ、１１０ｂ、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、３１０）と、その１つの長手方向末端において第一セグメントを延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ（１２１ａ〜１２２ａ、１２１ｂ〜１２２ｂ、２２１ａ〜２２２ａ、２２１ｂ〜２２２ｂ、２２１ｃ、２２２ｃ、３２１〜３２２）を形成する第二セグメント（１２０ａ、１２０ｂ、２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、３２０）と、その別の末端において第一セグメントを延在させ、互いに対向して位置する２つのフラップ（１３１ａ〜１３２ａ、１３１ｂ〜１３２ｂ、２３１ａ〜２３２ａ、２３１ｂ〜２３２ｂ、２３１ｃ〜２３２ｃ、３３１〜３３２）を形成する第三セグメント（１３０ａ、１３０ｂ、２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、３３０）と、を含む少なくとも１つのパターンを含む、ステップと、
第二セグメントのフラップを第一セグメントに対して実質的に直角に延在させるように、その第一末端においてその両側で第二セグメントおよび第一セグメントのフラップの間の相対的な旋回を伴い、第三セグメントのフラップを第一セグメントに対して実質的に直角にするために、その第二末端においてその両側で第三セグメントおよび第一セグメントのフラップの間の相対的な旋回を伴って、ブランクを展開するステップと、
少なくとも、第一セグメントを成形することによって得られる羽根プリフォーム形成部分、およびフラップから得られるプラットフォームセクタプリフォーム形成部分を備えるノズル要素の繊維プリフォーム（１４０）を得るために、展開されたブランクを成形するステップと、を特徴とし、
それにより、緻密化の後、ノズル要素の全体積を通じて、および各々の羽根の全周にわたって連続性を有する繊維プリフォームを含む繊維強化材を用いて、単一片タービンノズル要素が得られる方法。
【請求項６】
ブランクが、第一セグメントの幅よりも大きい幅で、第一セグメントの横方向縁を超えて横方向に延在する、第二セグメントおよび第三セグメントを用いて作成されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第二および第三セグメントのうちの少なくとも１つにおいて、２つのフラップの各々が、非展開状態において、第一セグメントの長手方向縁を超えて横方向に突出し、そこから分離しながら前記縁に沿って延在している、フラップの部分を延びるタブ（１２１’ａ〜１２２’ａ、１３１’ａ〜１３２’ｂ、２２１’ａ〜２２２’ａ、２３１’ｃ〜２３２’ｃ、３２１’〜３２２’、３３１’〜３３２’）を用いて形成され、フラップのタブが、ブランクが展開されたときに、別のフラップのタブと相互に重ねられることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
相互重複タブが互いに結合されていることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
繊維ブランクが、第一パターンの第三セグメント（１３０ａ、２３０ａ、２３０ｂ）および連続する第二パターンの第二セグメント（１２０ｂ、２２０ｂ、２２０ｃ）が互いに延在して互いに連続している、前記パターンの繰り返しを備える単一片として作成され、ブランクを展開する間、第一パターンの第一セグメント（１１０ａ、２１０ａ）が第一パターンの第三セグメント（１３０ａ、２３０ａ）に対して１つの方向に旋回させられ、第二パターンの第一セグメント（１１０ｂ、２１０ｂ）が、第一および第二パターンの第一セグメントを実質的に互いに平行にさせるために、第二パターンの第二セグメント（１２０ａ、２２０ａ）に対して反対方向に旋回させられることを特徴とする、請求項５から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
ブランクを展開している間、第一パターンの第二セグメントのフラップ（１２１ａ、２２１ａ、２２２ｂ）および連続するパターンの第三セグメントのフラップ（１３１ｂ、２３１ｂ、２３２ｃ）が、プラットフォームセクタプリフォームの一部を形成することができるようにするために、互いに延在させられることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ブランクが展開された後、互いに延在させられたフラップが互いに結合されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ブランクの多層織りを実行している間、第二セグメントの２つのフラップの間、および第三セグメントの２つのフラップの間を分離するために、２つの層の間に非連結領域（１２３ａ、１３３ａ、１２３ｂ、１３３ｂ）が形成されることを特徴とする、請求項５から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
ブランクの多層織りの間、完全に第一セグメントに沿って２つの層の間に非連結領域（１１２ａ、１１２ｂ、２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、３１２）が形成され、非連結領域が、成形後に、プリフォームの全長にわたって延在する内部通路を備える羽根繊維プリフォームを形成するように、その長手方向縁から距離を置いて、第一セグメントの幅の一部のみにわたって延在していることを特徴とする、請求項５から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
各ノズル要素が、請求項１から４のいずれか一項に記載のものであるか、または請求項５から１３のいずれか一項に記載の方法によって得られる、複数の並置ノズル要素を含む、タービンノズル。
【請求項１５】
請求項１４に記載のタービンノズルを有するガスタービン。
【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】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公表番号】特表２０１２−５３０２１２（Ｐ２０１２−５３０２１２Ａ）
【公表日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１５５４２（Ｐ２０１２−５１５５４２）
【出願日】平成２２年６月９日（２０１０．６．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２０１０／０５１１４９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４６２８８
【国際公開日】平成２２年１２月２３日（２０１０．１２．２３）
【出願人】（５０５２７７６９１）スネクマ (567)
【出願人】（５０２２０２２８１）スネクマ・プロピュルシオン・ソリド (48)
【氏名又は名称原語表記】ＳＮＥＣＭＡ ＰＲＯＰＵＬＳＩＯＮ ＳＯＬＩＤＥ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月９日（２０１０．６．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２０１０／０５１１４９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４６２８８
【国際公開日】平成２２年１２月２３日（２０１０．１２．２３）
【出願人】（５０５２７７６９１）スネクマ (567)
【出願人】（５０２２０２２８１）スネクマ・プロピュルシオン・ソリド (48)
【氏名又は名称原語表記】ＳＮＥＣＭＡ ＰＲＯＰＵＬＳＩＯＮ ＳＯＬＩＤＥ
【Ｆターム（参考）】
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