JP2003184571A - セラミックマトリックス複合材製の部品のためのモノリシックセラミック取付けブッシュ - Google Patents

セラミックマトリックス複合材製の部品のためのモノリシックセラミック取付けブッシュ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、低温金属製ガスタービン部品に取
り付けるように設計された耐熱性セラミックマトリック
ス複合材製のブッシュに関する。 【解決手段】 耐熱性のブッシュ１０は、その中に所定
の直径の貫通孔１４を形成されたモノリシックセラミッ
ク材料からなる内部コア１２と、セラミック複合マトリ
ックス材料を含み、前記内部コア１２を実質的に包み込
む外側ハウジング（２４）とを含む。ブッシュ１０を製
作する方法は、（ａ）窒化ケイ素又は炭化ケイ素によ
り、所定の直径の貫通孔１４を有する内部コア１２を形
成する段階と、（ｂ）内部コア１２のほぼ全体を覆うよ
うにセラミックマトリックス複合材料を施す段階とを含
む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックマトリ
ックス複合材製の部品一般に関し、より具体的には、低
温金属製ガスタービン部品に取り付けるように設計され
た耐熱性セラミックマトリックス複合材製のブッシュに
関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックマトリックス複合材は、高い
材料温度性能を示す。しかしながら、ガスタービン分野
においては、それらの複合材は、低温金属製ガスタービ
ン部品に取り付けられることがしばしば必要とされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】公知の炭化ケイ素セラ
ミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）を金属製部品に取
り付けることに関連する問題には、磨耗、酸化（金属と
の間のイオン移動による）、応力集中（締付け荷重によ
る）、厚いセクション構造への移行、及びＣＭＣ内に孔
を形成するときの繊維損傷が含まれる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の例示的な実施形
態においては、モノリシックセラミックスの極めて高い
強度の利点を活用して、ボルト及びピン式の取付け手段
の締付け荷重を吸収する。従って、ブッシュは、炭化ケ
イ素又は窒化ケイ素モノリシックセラミックのいずれか
で作られた内部コアを有し、該内部コアは、該内部コア
の周りに成型されるＣＭＣ材料で作られた外側ハウジン
グの内部に埋め込まれる。内部コアに適した材料の選定
は、特定の取付け要件に応じて行われ、またブッシュの
内部コアの形状は、いかなる形状でも可能であることが
分かるが、そのうちの２つを本明細書中に開示する。従
って、内部コアがＣＭＣ部品の内部に良好に包み込ま
れ、また荷重がＣＭＣ構造中に最適に分散されるのを保
証するように、内部コアの形状は、最適化されるのが好
ましい。この例示的な実施形態において、ブッシュの内
部コアの必要な孔の寸法は、ＣＭＣ部品内部にモノリシ
ックセラミックの適当な表面積を維持するために、ブッ
シュの全体寸法を設定する要因となる。
【０００５】従って、そのより広範囲な態様において、
本発明は、ブッシュに関し、該ブッシュは、その中に所
定の直径の貫通孔を形成したモノリシックセラミック材
料からなる内部コアと、セラミック複合マトリックス材
料を含み、内部コアを実質的に包み込む外側ハウジング
とを含む。
【０００６】別の態様において、本発明は、窒化ケイ素
又は炭化ケイ素からなるブッシュに関し、該ブッシュ
は、第１の外側直径と、その中に形成された第２の直径
を有する貫通孔とを有する内部コアを含み、第１の直径
は第２の直径の２．５〜４倍であり、外側ハウジングが
内部コアを実質的に包み込み、また外側ハウジングはセ
ラミックマトリックス複合材料からなっている。
【０００７】更に別の形態において、本発明は、ガスタ
ービン構造内で用いられるブッシュを製作する方法に関
し、該方法は、（ａ）窒化ケイ素又は炭化ケイ素によ
り、所定の直径の貫通孔を有する内部コアを形成する段
階と、（ｂ）内部コアのほぼ全体を覆うようにセラミッ
クマトリックス複合材料を施す段階とを含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１及び図２を参照すると、ブッ
シュ１０は、窒化ケイ素又は炭化ケイ素で作られたモノ
リシックセラミックの内部コア１２を含む。これらの材
料は、極めて硬質でかつ耐磨耗性の表面を形成しなが
ら、周囲のセラミックマトリックスの複合マトリックス
（ＣＭＣ）と良好に接合する。モノリシックセラミック
材料はまた、特定の取付け要件に必要とされる精密公差
を維持することができる。内部コア１２は、ボルトシャ
ンク又はピンのような金属製ガスタービン部品を受ける
寸法にされた貫通孔１４を含む。内部コア１２はまた、
平坦で環状の部分即ち面１６、１８を含み、これら面１
６、１８は外側ハウジング２４の周囲の一部をなす対向
する側面２０、２２と同一平面になっている。
【０００９】内部コア１２は、平坦な環状の面１６、１
８から内部の最大直径の湾曲した端縁２６まで、ほぼ平
坦な傾斜した表面２８、３０によって対称的な形で半径
方向外向き方向に厚さが減少している。端縁２６は、Ｃ
ＭＣハウジング２４の側面２０、２２の間でほぼ中央に
位置する。
【００１０】図３においては対応する要素に同様な参照
符号を用いて頭に「１」を付しているが、この図３に示
す別の実施形態において、内部コア１１２は、平坦な環
状の面１１６、１１８から内部の最大直径の凸状に湾曲
した端縁１２６まで、凹状に湾曲した表面１２８、１３
０によって半径方向外向き方向に厚さが減少している。
【００１１】両方の場合に、ブッシュ１０の製作は同様
である。従って、窒化ケイ素又は炭化ケイ素モノリシッ
クの内部コア１２を製作した後に、ＣＭＣ材料が、内部
コア１２全体を覆って成型される。これを行う方法は、
部品をガラス繊維内に埋め込む方法と同様にすることが
でき、複合材ブッシュの外側寸法が得られるまで、ＣＭ
Ｃの積み重ね層がモノリシック内部コア上に部分として
又は帯片として順次積み重ねられる。
【００１２】上述の構成は、モノリシックセラミックス
の極めて高い強度の利点を活用してボルト及びピン式の
取付け具による締付け荷重を吸収することを意図するも
のである。内部コア１２は、取付け個所の周りの応力場
が、ＣＭＣ外側ハウジング２４のより広い面積内におけ
る取り巻き繊維により構成されるより広い面積にわたっ
て、拡散されることを可能にする。
【００１３】材料の選定は、特定の用途に応じて行うこ
とになり、またブッシュの内部コア１２の形状は、周囲
のＣＭＣ外側ハウジング２４中に最適の荷重分布を生じ
るように変えることができる。その上、孔１４の直径
が、ＣＭＣ外側ハウジング内においてモノリシック内部
コアの隣接表面積を維持するために、ブッシュの寸法を
一部決定する。モノリシック内部コアの全体直径のその
孔の直径に対する比率は、正確な比率は特定の用途での
要求により決定されるが、２．５〜４に維持されるのが
望ましい。
【００１４】本発明を、現在最も実用的で好ましい実施
形態であると考えられるものに関して説明してきたが、
本発明は、開示した実施形態に限定されるべきではな
く、また特許請求の範囲に記載された符号は理解の容易
のためであって、権利範囲を狭めるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の例示的な実施形態による、セラミッ
クマトリックス複合材料の内部に包み込まれたモノリシ
ックセラミック製コアを有するブッシュの正面図。
【図２】 図１に示すブッシュの側面図。
【図３】 本発明の別の実施形態によるブッシュの側面
図。
【符号の説明】
１０ ブッシュ １２ 内部コア １４ 貫通孔 １６、１８ 内部コアの環状の面 ２０、２２ 外側ハウジングの対向する側面 ２４ 外側ハウジング ２６ 内部コアの湾曲した半径方向外端縁 ２８、３０ 内部コアの表面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール・スティーブン・ディマシオ アメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、 グリーア、シュガー・クリーク・レーン、 201番 (72)発明者 ランダル・リチャード・グッド アメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、 シンプソンビル、ワーチェスター・プレイ ス、811番

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 その中に所定の直径の貫通孔（１４）を
    形成したモノリシックセラミック材料からなる内部コア
    （１２）と、 セラミック複合マトリックス材料を含み、前記内部コア
    を実質的に包み込む外側ハウジング（２４）と、を含む
    ことを特徴とするブッシュ（１０）。
  2. 【請求項２】 前記モノリシックセラミック材料は、窒
    化ケイ素を含むことを特徴とする、請求項１に記載のブ
    ッシュ。
  3. 【請求項３】 前記モノリシックセラミック材料は、炭
    化ケイ素を含むことを特徴とする、請求項１に記載のブ
    ッシュ。
  4. 【請求項４】 前記内部コア（１２）は、前記貫通孔
    （１４）の周りに、前記外側ハウジングの対向する側面
    （２０、２２）と同一平面になっている正面（１６）及
    び裏面（１８）を有することを特徴とする、請求項１に
    記載のブッシュ。
  5. 【請求項５】 前記内部コア（１２）は、前記正面及び
    裏面部分から前記外側ハウジング（２４）の対向する側
    面（２０、２２）に対して中央に位置する湾曲した半径
    方向外端縁（２６）まで、内側方向に傾斜した表面（２
    ８、３０）を更に含むことを特徴とする、請求項４に記
    載のブッシュ。
  6. 【請求項６】 前記表面（２８、３０）は、ほぼ平坦で
    あることを特徴とする、請求項５に記載のブッシュ。
  7. 【請求項７】 前記表面（１２８、１３０）は、凹面形
    であることを特徴とする、請求項５に記載のブッシュ。
  8. 【請求項８】 前記外側ハウジング（２４）は、前記内
    部コア（１２）の周りに成型されることを特徴とする、
    請求項１に記載のブッシュ。
  9. 【請求項９】 前記内部コア（１２）の貫通孔（１４）
    は、前記外側ハウジング（２４）の対向する側面に対し
    て引っ込んでいることを特徴とする、請求項１に記載の
    ブッシュ。
  10. 【請求項１０】 ガスタービン構造内で用いられるブッ
    シュ（１０）を製作する方法であって、 （ａ）窒化ケイ素又は炭化ケイ素により、所定の直径の
    貫通孔（１４）を有する内部コア１２を形成する段階
    と、 （ｂ）前記内部コアのほぼ全体を覆うようにセラミック
    マトリックス複合材料を施す段階と、を含むことを特徴
    とする方法。
  11. 【請求項１１】 前記段階（ａ）において、前記内部コ
    ア１２は、前記孔の直径より２．５〜４倍大きい外径を
    有するように形成されることを特徴とする、請求項１０
    に記載の方法。
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