由陶瓷基复合材料构成的涡轮静叶片的制作方法

本发明涉及由陶瓷基复合材料构成的涡轮静叶片，尤其涉及不将多个部件结合而是将多个部件形成为一体、由此强化纤维遍及其整体连续的涡轮静叶片。

背景技术：

陶瓷基复合材料(CMC)除了显现较高的强度之外还轻型，另外也具有较高的耐热性。鉴于这样的优越性，研究了在航空机中的应用、尤其CMC在喷气发动机的部件中的应用。例如若能够利用CMC制造涡轮动叶片、静叶片，则能够较大地有助于性能提高、油耗改善。

CMC的高强度依赖于基质中的强化纤维的部分较大。当形成构造时，若利用粘合或机械式的结合，则强化纤维为此失去连续性，因此强度明显降低。而且，难以应用于需要多个部件的结合的复杂形状的部件，至今仅专门对简单形状的部件研究了CMC的应用。

关联的技术在专利文献1、2中公开。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-87663号公报

专利文献2：日本特开2013-217320号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

在专利文献1所公开的涡轮动叶片中，强化纤维纺织品能够从叶片部连续直至平台部，但连续性在平台部处受损。在专利文献2所公开的静叶片中，至少叶片部与外带部由相独立的强化纤维纺织品制成，而强化纤维在它们之间不连续。即，根据现有技术，在如静叶片那样复杂形状的部件中，难以使强化纤维连续，从而难以充分享有CMC的优越性。本发明是鉴于这样的问题而完成的。

用于解决课题的方案

根据本发明的一个方案，绕轴排列而构成涡轮喷嘴的静叶片具备：叶片部，其相对于上述轴而沿径向延伸；外带部，其从上述叶片部的外侧端开始连续，并沿上述周向弯曲；第一钩部，其从上述外带部的上述轴向的前方的端部开始连续，并在上述径向上向外侧弯曲；第二钩部，其从上述外带部的上述轴向的后方的端部开始连续，并在上述径向上向外侧弯曲；内带部，其从上述叶片部的内侧端开始连续，并相对于上述轴而沿周向弯曲；凸缘部，其从上述内带部的轴向的一方端部开始连续，并在上述径向上向内侧弯曲；以及强化纤维纺织品，其在上述叶片部、上述外带部、上述第一钩部、上述第二钩部、上述内带部、以及上述凸缘部的整体连续而与陶瓷成为一体。

根据本发明的其它方案，是制造绕轴排列而构成涡轮喷嘴的静叶片的方法，为了形成叶片部，将强化纤维纺织品相对于上述轴沿径向延长，为了形成从上述叶片部开始连续的外带部，将上述强化纤维纺织品从上述叶片部的外侧端开始沿上述周向弯曲，为了形成从上述外带部开始连续的第一钩部，将上述强化纤维纺织品从上述外带部的上述轴向的前方的端部开始在上述径向上向外侧弯曲，为了形成从上述外带部开始连续的第二钩部，将上述强化纤维纺织品从上述外带部的上述轴向的后方的端部开始在上述径向上向外侧弯曲，为了形成从上述叶片部开始连续的内带部，将上述强化纤维纺织品从上述叶片部的内侧端开始相对于上述轴而沿周向弯曲，为了形成从上述内带部开始连续的凸缘部，将上述强化纤维纺织品从上述内带部的沿上述轴的轴向的一方端部开始在上述径向上向内侧弯曲，以使上述强化纤维纺织品在上述叶片部、上述外带部、上述第一钩部、上述第二钩部、上述内带部、以及上述凸缘部的整体连续的方式使陶瓷与上述强化纤维纺织品成为一体。

发明的效果如下。

不依赖于结合多个纺织品，而通过在静叶片中采用适于利用单一的强化纤维纺织品来制造的构造，从而强化纤维纺织品能够遍及静叶片的整体连续，由此能够提供高强度、轻型且具有较高的耐热性的涡轮喷嘴。

附图说明

图1是本发明的本实施方式所利用的强化纤维纺织品的示意性的俯视图。

图2是暂时成形出的强化纤维纺织品的立体图。

图3是机械加工出的由CMC构成的静叶片的立体图。

图4是绕轴排列而相互组合成的多个静叶片的立体图。

图5A是放大地表示本实施方式的静叶片的外带部以及其周围的局部立体图。

图5B是放大地表示没有切口的例子的静叶片的外带部以及其周围的局部立体图。

图6是主要表示涡轮的壳体与外带部的结合的一部分剖视立面图。

图7是静止部件与内带部的结合的一部分剖视立面图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。附图不一定以正确的比例尺来表示，因此需要特别注意的是相互的尺寸关系并不限定于图示的尺寸关系。

本实施方式例如能够应用于燃气轮机发动机，尤其能够适宜地应用于如构成涡轮喷嘴的静叶片那样复杂形状的部件。这只不过是示例，本发明能够应用于需要高温强度的其它多个机械部件。以下，以图3中示例的静叶片1为例，对本实施方式进行说明。

静叶片1实际上整体由陶瓷基复合材料(CMC)构成。其强化纤维例如是碳化硅纤维、碳纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硼纤维中的任一种，但也可以是其它由适当的陶瓷构成的纤维，并且也可以是其中两种以上的混合物。

静叶片1需要相当程度的厚度，相对应地强化纤维优选利用三维织成的三维纺织品。或者也可以是层叠多个二维纺织品而成的纺织品，或者也可以利用层叠多个二维纺织品而通过强化纤维相互缝合而成的纺织品。应考虑对静叶片施加的应力的朝向而选择纺织品的朝向。

暂时成形这样的由强化纤维构成的纺织品，并通过浸润、烧结等工序形成陶瓷而使之与纺织品成为一体，由此制造由CMC构成的静叶片1。

参照图1，强化纤维纺织品10首先被切断为与静叶片1的原型对应的形状。切断既可以在陶瓷形成之前也可以在之后。

即，大致以包括应成为叶片部的部分11、从这样的部分11的一方端部沿宽度方向扩展而应成为外带部的部分13、以及从另一方端部沿宽度方向扩展而应成为内带部的部分15的方式切出强化纤维纺织品10。其中，估计折弯纺织品而引起的变形、因后工序中的机械加工而失去的部分，来相比必要最小限度的形状(图中以点划线示出)确保适当的差值。当然强化纤维在它们整体中连续。

参照图2，强化纤维纺织品10折弯为与静叶片1近似的形状。这样的折弯能够通过将强化纤维纺织品10嵌入模具而进行加压来实现，或者也可以通过其它的方法来实现。

应成为叶片部的部分11在其长度方向上接近笔直，在宽度方向上缓慢翘曲而成为弯曲部21。这样的弯曲部21与以一个面21p作为腹面的所谓翼面形状近似。

应成为外带部的部分13相对于弯曲部21大致弯曲成直角，而成为外侧屈曲部23。弯曲的方向相当于涡轮喷嘴中的周向。另外，在沿轴向相当于前方的其一侧的端部23f处，弯曲部21向上方(在涡轮喷嘴中向径向的外侧)弯曲。同样，在沿轴向相当于后方的另一方端部23a处，弯曲部21向上方(向径向的外侧)弯曲。它们是分别应成为前钩部、后钩部的部分。

应成为内带部的部分15相对于弯曲部21大致弯曲成直角，而成为内侧屈曲部25。另外，在沿轴向相当于前方的端部25f处向下方(在涡轮喷嘴中向径向的内侧)弯曲。这样的部分是应成为凸缘部的部分。

如上述那样暂时成形出的强化纤维纺织品10与由陶瓷构成的基质成为一体。作为形成基质的方法，能够采用公知的方法，例如能够利用来自气体的化学反应使纤维中浸润基质，或者也可以使作为陶瓷的初级粒子的固体粉末为膏状，使之流入纤维而进行浸润，接下来使之热分解或烧结。通过这样的工序，生成由陶瓷构成的基质，并与强化纤维纺织品10成为一体。

参照图3，如下述那样对与强化纤维纺织品10成为一体的陶瓷进行机械加工而使之成为静叶片1。

对弯曲部21进行机械加工，使之成为具有腹面31p和背面31s(参照图6)的所谓翼面形状的叶片部31。

对外侧屈曲部23进行机械加工，使之成为外带部33。此处，外带部33的周向的端面41是与相邻的静叶片1的外带部33及腹面31p互补的形状，由此能够如图4所示那样，外带部33彼此紧密地相互接触。

参照图5A，也对外侧屈曲部23的两端23f、23a分别进行机械加工，而使之成为前钩部37、后钩部39。

前钩部37中，在周向上将叶片部侧的边缘切开，而能够设置切口面49。切口面49优选从叶片部31的作为轴向的前方的前缘31L形成直至外带部33的前方的端部、且形成直至前钩部37的前端，而倾斜且平滑地将它们之间连接。这样的切口有助于强度的提高，对此将在下文中再次进行详细说明。

端面41以及前钩部37中相反侧的边缘51是与这样的切口面49互补的形状，由此能够如图4所示那样，相邻的前钩部37彼此紧密地相互接触。

同样，在后钩部39也能够具备切口53。其两边缘55、57是相互互补的形状，从而相邻的后钩部39彼此也能够紧密地相互接触。

返回参照图3，对内侧屈曲部25进行机械加工，而使之成为内带部35，并且其端部25f成为凸缘部43。在凸缘部43，设置用于使后述的销穿通的槽口45。此处，内带部35的周向的端面47是与相邻的静叶片1的内带部35或腹面31p互补的形状，由此能够如图4所示那样，内带部35彼此紧密地相互接触。

由上述可理解，多个静叶片1能够通过绕轴排列而构成涡轮喷嘴。这样的涡轮喷嘴中，高温气体在外带部33和内带部35所划分出的圆环状的流路通过，并且叶片部31将其引导至动叶片。

本实施方式的静叶片1如下那样设置于燃气轮机发动机。

参照图6，涡轮的壳体81具备前轨83以及后轨87。前钩部37卡合于前轨83，且后钩部39卡合于后轨87。

对于前钩部37的前缘的切口59而言，在图6的视场中可见为V字状的凹处，并以与这样的切口59卡合的方式插入夹紧件71。夹紧件71利用其前端的夹点部73而与静叶片1的前段的护罩89的后端一起对前轨83进行夹持。优选在夹紧件71的后方的凹陷75内弹性地插入C形圈91，由此向前方以及下方对夹紧件71进行按压。从而，防止夹紧件71从前轨83脱出，由此防止护罩89脱出。C形圈91还向上方对前钩部37进行按压，由此将前钩部37推压于前轨83的基部面85而对其进行固定。

参照图7，壳体81具备作为与此相对静止的部件的支撑环93，支撑板95从支撑环93沿径向立起。从内带部35向下方连续的凸缘部43通过销97而固定于支撑板95。

本实施方式的静叶片1能够通过与现有技术相同的方式设置于壳体81。与现有技术不同，外带部33以及内带部35均仅从叶片部31向单侧弯曲，但通过图4可理解，能够与现有技术相同地紧密地包围流路。

根据本实施方式，由于通过专门将强化纤维纺织品折弯来形成各部位，所以强化纤维遍及叶片部31、外带部33、前钩部37、后钩部39、内带部35、以及凸缘部43的整体连续。由于不存在纤维不连续的部分，所以能够保证较高的强度。

切口59有助于静叶片1的强度提高。即，若没有切口59，则如图5B所示那样从叶片部之类较薄的前缘31L’产生前钩部37’尖锐地伸出的位置S。高温气流在扭曲叶片部的方向上生成应力，并且这样的应力从前缘31L’向前钩部37’传递，但在这样的位置S处引起应力集中，从而提高静叶片破损的风险。

根据本实施方式，切口59所形成的面49斜向且平滑地将前缘31L与前钩部37之间连接，从而能够缓和应力集中。由于即使存在切口59，端面41以及边缘51也形成与其互补的形状，所以不会在相邻的静叶片1间产生缝隙。

通过优选的实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。基于上述公开内容，具有该技术领域的通常技术的人员能够通过实施方式的修改或变形来实施本发明。

产业上的可利用性

提供高强度、轻型且由具有较高的耐热性的CMC构成的静叶片。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种静叶片，是绕轴排列而构成涡轮喷嘴的静叶片，其特征在于，具备：

叶片部，其相对于上述轴而沿径向延伸；

外带部，其从上述叶片部的外侧端开始连续，并沿上述周向弯曲；

第一钩部，其从上述外带部的上述轴向的前方的端部开始连续，并在上述径向上向外侧弯曲；

第二钩部，其从上述外带部的上述轴向的后方的端部开始连续，并在上述径向上向外侧弯曲；

内带部，其从上述叶片部的内侧端开始连续，并相对于上述轴而沿周向弯曲；

凸缘部，其从上述内带部的轴向的一方端部开始连续，并在上述径向上向内侧弯曲；以及

强化纤维纺织品，其在上述叶片部、上述外带部、上述第一钩部、上述第二钩部、上述内带部、以及上述凸缘部的整体连续而与陶瓷成为一体。

2.根据权利要求1所述的静叶片，其特征在于，

还具备切口，该切口从上述叶片部的上述轴向的前缘遍及上述外带部的上述前方的端部。

3.(修改后)根据权利要求2所述的静叶片，其特征在于，

上述外带部的上述前方的端部的相反侧的端部具有与上述切口互补的形状，由此与相邻的静叶片的外带部紧密地相互接触。

4.根据权利要求2或3所述的静叶片，其特征在于，

上述切口所形成的面斜向地与上述叶片部的上述前缘和上述外带部双方交叉，由此缓和从上述前缘朝向上述外带部的应力的集中。

5.一种方法，是制造绕轴排列而构成涡轮喷嘴的静叶片的方法，其特征在于，该方法包括：

为了形成叶片部，将强化纤维纺织品相对于上述轴而沿径向延长，

为了形成从上述叶片部开始连续的外带部，将上述强化纤维纺织品从上述叶片部的外侧端开始沿上述周向弯曲，

为了形成从上述外带部开始连续的第一钩部，将上述强化纤维纺织品从上述外带部的上述轴向的前方的端部开始在上述径向上向外侧弯曲，

为了形成从上述外带部开始连续的第二钩部，将上述强化纤维纺织品从上述外带部的上述轴向的后方的端部开始在上述径向上向外侧弯曲，

为了形成从上述叶片部开始连续的内带部，将上述强化纤维纺织品从上述叶片部的内侧端开始相对于上述轴沿周向弯曲，

为了形成从上述内带部开始连续的凸缘部，将上述强化纤维纺织品从上述内带部的沿上述轴的轴向的一方端部开始在上述径向上向内侧弯曲，

以使上述强化纤维纺织品在上述叶片部、上述外带部、上述第一钩部、上述第二钩部、上述内带部、以及上述凸缘部的整体连续的方式，使陶瓷与上述强化纤维纺织品成为一体。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

该方法还包括：为了形成从上述叶片部的上述轴向的前缘开始遍及上述外带部的上述前方的端部的切口，对与上述强化纤维纺织品成为一体后的上述陶瓷进行机械加工。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

该方法还包括：为了使上述外带部的上述后方的端部成为与上述切口互补的形状，对与上述强化纤维纺织品成为一体后的上述陶瓷进行机械加工。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，

该方法还包括：对与上述强化纤维纺织品成为一体后的上述陶瓷进行机械加工，以便上述切口所形成的面斜向地与上述叶片部的上述前缘和上述外带部双方交叉，由此缓和从上述前缘朝向上述外带部的应力的集中。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

权利要求3的第二段中，最初记载了“上述外带部的上述后方的端部”这样的文字表现，将其修改为“上述外带部的上述前方的端部的相反侧的端部”，由此与原始说明书第0028段落中的对应的记载一致。