JPH09125902A - セラミックス複合材料からなるディスクまたはブリスク - Google Patents
セラミックス複合材料からなるディスクまたはブリスクInfo
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- JPH09125902A JPH09125902A JP7283697A JP28369795A JPH09125902A JP H09125902 A JPH09125902 A JP H09125902A JP 7283697 A JP7283697 A JP 7283697A JP 28369795 A JP28369795 A JP 28369795A JP H09125902 A JPH09125902 A JP H09125902A
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- disc
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 靱性が向上する他、大きさが制限されず、層
間剪断強度が低下する不具合もなく、さらに、高応力発
生部分を効率良く強化することができるものを提供する
ことを課題とする。 【解決手段】 強化用繊維５を円筒座標系の３次元配向
とし、かつ、ディスク中心からの距離が増すにつれて、
半径方向ｒへの強化用繊維の配向比率を増加させるとと
もに、周方向θへの強化用繊維の配向比率を減少させ
る。
間剪断強度が低下する不具合もなく、さらに、高応力発
生部分を効率良く強化することができるものを提供する
ことを課題とする。 【解決手段】 強化用繊維５を円筒座標系の３次元配向
とし、かつ、ディスク中心からの距離が増すにつれて、
半径方向ｒへの強化用繊維の配向比率を増加させるとと
もに、周方向θへの強化用繊維の配向比率を減少させ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、航空，宇宙，船
舶，発電等の分野において、例えば圧縮機やタービン等
の構成部品として用いられる高速で回転するセラミック
ス複合材料のディスクまたはブリスク（ディスクと翼と
が一体に形成されたもの）に関する。
舶，発電等の分野において、例えば圧縮機やタービン等
の構成部品として用いられる高速で回転するセラミック
ス複合材料のディスクまたはブリスク（ディスクと翼と
が一体に形成されたもの）に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、航空機の圧縮機やタービンで
は、動翼を支持するためディスクが用いられている。デ
ィスクは、従来、ほとんどが金属で作られていたが、最
近、セラミックス材料、あるいはセラミックス複合材料
で作られたものが開発されている。セラミックス複合材
料で作られるものは、例えば、縦糸と横糸を交差させた
平織りシートを所定厚さに重ねて２次元積層材を作り、
この２次元積層材にマトリックスを含浸させてなる複合
材に機械加工を施すことで得られるものである。
は、動翼を支持するためディスクが用いられている。デ
ィスクは、従来、ほとんどが金属で作られていたが、最
近、セラミックス材料、あるいはセラミックス複合材料
で作られたものが開発されている。セラミックス複合材
料で作られるものは、例えば、縦糸と横糸を交差させた
平織りシートを所定厚さに重ねて２次元積層材を作り、
この２次元積層材にマトリックスを含浸させてなる複合
材に機械加工を施すことで得られるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
セラミックス材料あるいはセラミックス複合材料で作ら
れるディスクあるいはブリスクには次の問題があった。
すなわち、セラミックス材料で作られるものは、セラミ
ックス材料の欠点である靱性の低さが原因で、小さな欠
陥がある場合は低い応力で破壊してしまうことがあり、
信頼性に劣る。そのため、大きさもある程度制限されて
しまうという問題があった。また、セラミックス複合材
料からなるものは、内部に２次元面内方向に繊維強化さ
れているため、セラミックス製のものより靱性が向上す
ることから信頼性が高くなるが、ディスクの内周部分の
高応力発生方向である周方向に沿って強化用繊維を配向
できないため周方向の強度が低く、あまり高応力状態で
の使用は望めない。また、層間剪断強度が低いという積
層材特有の欠点を有するため、複雑な応力状態のディス
クあるいはブリスクには適さないという問題があった。
セラミックス材料あるいはセラミックス複合材料で作ら
れるディスクあるいはブリスクには次の問題があった。
すなわち、セラミックス材料で作られるものは、セラミ
ックス材料の欠点である靱性の低さが原因で、小さな欠
陥がある場合は低い応力で破壊してしまうことがあり、
信頼性に劣る。そのため、大きさもある程度制限されて
しまうという問題があった。また、セラミックス複合材
料からなるものは、内部に２次元面内方向に繊維強化さ
れているため、セラミックス製のものより靱性が向上す
ることから信頼性が高くなるが、ディスクの内周部分の
高応力発生方向である周方向に沿って強化用繊維を配向
できないため周方向の強度が低く、あまり高応力状態で
の使用は望めない。また、層間剪断強度が低いという積
層材特有の欠点を有するため、複雑な応力状態のディス
クあるいはブリスクには適さないという問題があった。
【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、靱性が向上する他、大きさが制限されず、層間剪断
強度が低下する不具合もなく、さらに、高応力発生部分
を効率良く強化することができるセラミックス複合材料
からなるディスクまたはブリスクを提供することを目的
とする。
で、靱性が向上する他、大きさが制限されず、層間剪断
強度が低下する不具合もなく、さらに、高応力発生部分
を効率良く強化することができるセラミックス複合材料
からなるディスクまたはブリスクを提供することを目的
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】係る目的を達成するため
に、請求項１記載の発明では、強化用繊維を３次元配向
とし、かつ、ディスク中心からの距離に応じて前記強化
用繊維の配向比率を異ならせたことを特徴とする。強化
用繊維を３次元配向としているから、２次元積層材を用
いたときの問題である層間剪断強度が低下するという点
が解消でき、強度が著しく向上する。また、ディスク中
心からの距離に応じて強化用繊維の配向比率を異ならせ
ており、高応力発生部分を効率良く強化することができ
る。つまり、ディスクあるいはブリスクのように高速で
回転する部材では、ディスク中心近傍である内側部分で
は周方向応力が大きくなり、ディスク中心から遠く離れ
る外側部分では翼による遠心応力のため半径方向応力が
大きくなる傾向があり、そのような大きな応力に対抗す
るように強化用繊維の配向量を異ならせるようにすれ
ば、強度をより高めることができる。請求項２記載の発
明では、前記強化用繊維の３次元配向を円筒座標系で行
うことを特徴とする。前記したようにディスクあるいは
ブリスクのように高速で回転する部材では、ディスク中
心近傍の内側部分で周方向応力が大きくなり、ディスク
中心から遠く離れる外側部分では半径方向応力が大きく
なる傾向があり、強化用繊維を円筒座標系に沿う３次元
配向とすれば、必然的に強化用繊維をそのような高応力
に合致する方向に配置することができる。請求項３記載
の発明では、ディスク中心からの距離が増すにつれて、
半径方向への強化用繊維の配向比率が増加するととも
に、周方向への強化用繊維の配向比率が減少することを
特徴とする。高い応力が発生する箇所に、該高応力方向
に沿って多くの強化用繊維を配置することとなり、より
一層、効率良く強度を向上させ得る。
に、請求項１記載の発明では、強化用繊維を３次元配向
とし、かつ、ディスク中心からの距離に応じて前記強化
用繊維の配向比率を異ならせたことを特徴とする。強化
用繊維を３次元配向としているから、２次元積層材を用
いたときの問題である層間剪断強度が低下するという点
が解消でき、強度が著しく向上する。また、ディスク中
心からの距離に応じて強化用繊維の配向比率を異ならせ
ており、高応力発生部分を効率良く強化することができ
る。つまり、ディスクあるいはブリスクのように高速で
回転する部材では、ディスク中心近傍である内側部分で
は周方向応力が大きくなり、ディスク中心から遠く離れ
る外側部分では翼による遠心応力のため半径方向応力が
大きくなる傾向があり、そのような大きな応力に対抗す
るように強化用繊維の配向量を異ならせるようにすれ
ば、強度をより高めることができる。請求項２記載の発
明では、前記強化用繊維の３次元配向を円筒座標系で行
うことを特徴とする。前記したようにディスクあるいは
ブリスクのように高速で回転する部材では、ディスク中
心近傍の内側部分で周方向応力が大きくなり、ディスク
中心から遠く離れる外側部分では半径方向応力が大きく
なる傾向があり、強化用繊維を円筒座標系に沿う３次元
配向とすれば、必然的に強化用繊維をそのような高応力
に合致する方向に配置することができる。請求項３記載
の発明では、ディスク中心からの距離が増すにつれて、
半径方向への強化用繊維の配向比率が増加するととも
に、周方向への強化用繊維の配向比率が減少することを
特徴とする。高い応力が発生する箇所に、該高応力方向
に沿って多くの強化用繊維を配置することとなり、より
一層、効率良く強度を向上させ得る。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明が適用されたタービ
ン動翼の一部の斜視断面図である。図中符号１は運転時
において高速で回転するディスク、２はディスク１の外
周に取り付けられる動翼である。動翼２はディスクの外
周に形成された溝に嵌合されて取り付けられる後付けの
ものと、ディスク１と一体に形成され、後の機械加工で
切削されるディスクと一体構造のものがある。なお、後
者の動翼２とディスク１とが一体構造のものを「ブリス
ク」と呼ぶ。
を参照して説明する。図１は本発明が適用されたタービ
ン動翼の一部の斜視断面図である。図中符号１は運転時
において高速で回転するディスク、２はディスク１の外
周に取り付けられる動翼である。動翼２はディスクの外
周に形成された溝に嵌合されて取り付けられる後付けの
ものと、ディスク１と一体に形成され、後の機械加工で
切削されるディスクと一体構造のものがある。なお、後
者の動翼２とディスク１とが一体構造のものを「ブリス
ク」と呼ぶ。
【０００７】前記ディスク１は、セラミックス複合材料
からなるものであり、内部に配される強化用繊維５を円
筒座標系（ｒ：半径方向，θ：周方向，ｚ：回転軸方
向）に沿う３次元配向とし、このように編み込んだ強化
用繊維５に対しセラミックス材料からなるマトリックス
６を含浸させたものである。
からなるものであり、内部に配される強化用繊維５を円
筒座標系（ｒ：半径方向，θ：周方向，ｚ：回転軸方
向）に沿う３次元配向とし、このように編み込んだ強化
用繊維５に対しセラミックス材料からなるマトリックス
６を含浸させたものである。
【０００８】強化用繊維５の編み方としては、多重織
物、ｎ軸ー３次元織物等が考えられる。また、強化用繊
維５は、前記ディスク中心からの距離が増すにつれて、
半径方向（ｒ）への配向比率が増加するとともに、周方
向（θ）への配向比率が減少するように編み込んでい
る。図３は強化用繊維５の配向例を表したものである。
すなわち、この図において左端の番号（Ｎｏ）は測定位
置を示しており、番号が小さい方がディスク１のディス
ク中心に近く、番号が大きくなるにしたがい内端部分か
ら半径方向外方へずれる位置を表している。それら番号
の右側の欄は、強化用繊維５の周方向（θ）の配向比率
を１としたときの、半径方向（ｒ）および回転軸方向
（ｚ）の配向比率を表したものである。具体的に説明す
れば、番号１では、周方向の配向比率が１であるとき、
半径方向の配向比率は０．４、回転軸方向の配向比率は
０．１である。ここでは、番号の大きくなるにしたがっ
て、つまり測定位置がディスク１の外方にずれるにした
がい、周方向（θ）の配向比率に対し、半径方向（ｒ）
の配向比率が増加しているのが解る。その右側の欄（Ｖ
ｆ，Ｖｆ（ｒ），Ｖｆ（θ），Ｖｆ（ｚ））は、単位体
積当たりの強化用繊維の占める割合（％）を表してい
る。つまり、番号１では、単位体積当たり強化用繊維が
３６．７％を占めており、その内、半径方向の強化用繊
維が９．２％、周方向の強化用繊維が２４．６％、回転
軸方向の強化用繊維が２．８％をそれぞれ占めている。
この欄からも、測定位置がディスク１の外周方向へずれ
るにしたがい、半径方向（ｒ）への強化用繊維５の配向
比率が増加するとともに、周方向（θ）への強化用繊維
の配向比率が減少しているのが解る。
物、ｎ軸ー３次元織物等が考えられる。また、強化用繊
維５は、前記ディスク中心からの距離が増すにつれて、
半径方向（ｒ）への配向比率が増加するとともに、周方
向（θ）への配向比率が減少するように編み込んでい
る。図３は強化用繊維５の配向例を表したものである。
すなわち、この図において左端の番号（Ｎｏ）は測定位
置を示しており、番号が小さい方がディスク１のディス
ク中心に近く、番号が大きくなるにしたがい内端部分か
ら半径方向外方へずれる位置を表している。それら番号
の右側の欄は、強化用繊維５の周方向（θ）の配向比率
を１としたときの、半径方向（ｒ）および回転軸方向
（ｚ）の配向比率を表したものである。具体的に説明す
れば、番号１では、周方向の配向比率が１であるとき、
半径方向の配向比率は０．４、回転軸方向の配向比率は
０．１である。ここでは、番号の大きくなるにしたがっ
て、つまり測定位置がディスク１の外方にずれるにした
がい、周方向（θ）の配向比率に対し、半径方向（ｒ）
の配向比率が増加しているのが解る。その右側の欄（Ｖ
ｆ，Ｖｆ（ｒ），Ｖｆ（θ），Ｖｆ（ｚ））は、単位体
積当たりの強化用繊維の占める割合（％）を表してい
る。つまり、番号１では、単位体積当たり強化用繊維が
３６．７％を占めており、その内、半径方向の強化用繊
維が９．２％、周方向の強化用繊維が２４．６％、回転
軸方向の強化用繊維が２．８％をそれぞれ占めている。
この欄からも、測定位置がディスク１の外周方向へずれ
るにしたがい、半径方向（ｒ）への強化用繊維５の配向
比率が増加するとともに、周方向（θ）への強化用繊維
の配向比率が減少しているのが解る。
【０００９】前記強化用繊維５としては、無機長繊維あ
るいは炭素繊維等が用いられる。その中で、例えば、無
機長繊維には次のものが挙げられる。 （１）元素組成がＳｉが４５〜６０ｗｔ％、Ｔｉおよび
／又はＺｒが０．２〜５ｗｔ％、Ｃが２０〜４５ｗｔ
％、Ｏが０．１〜２０．０ｗｔ％であり、かつ、 ａ）実質的にＳｉと、Ｔｉおよび／又はＺｒと、ＣとＯ
とからなる非晶質、 ｂ）上記非晶並びに５００Ａ以下のβーＳｉＣと、Ｔｉ
Ｃおよび／又はＺｒＣとの結晶質の集合体、もしくは ｃ）上記結晶質並びにその近傍に存在するＳｉＯｘと、
ＴｉＯｘおよび／又はＺｒＯｘ（０＜ｘ≦２）とからな
る非晶質の混合系である。 （２）元素組成がＳｉが３０〜８０ｗｔ％、Ｃが２０〜
７０ｗｔ％、Ｈが２．０ｗｔ％以下であり、かつ、Ｓ
ｉ、Ｃから実質的になる非晶質および／又は１０００Ａ
以下のβーＳｉＣの結晶質さらに場合によっては炭素の
凝集体からなるもの。 （３）元素組成がＳｉが３０〜８０ｗｔ％、Ｃが１０〜
６５ｗｔ％、Ｏが０．０５〜２５ｗｔ％、Ｈが２ｗｔ％
以下であり、かつ、Ｓｉ、ＣおよびＯから実質的になる
非晶質物質、又は１０００Ａ以下のβーＳｉＣの結晶質
の集合体と非晶質のＳｉＯ2からなる集合体。 （４）ＳｉとＮおよびＯ、Ｃ、Ｈ、金属類（元素周期律
表第II族〜VIII族の金属元素の群から選択される少なく
とも１種類であり、各元素の比率が原子比で表して、 Ｎ／Ｓｉ ０．３〜３ Ｏ／Ｓｉ １５以下 Ｃ／Ｓｉ ７以下 Ｈ／Ｓｉ １以下 Ｍ／Ｓｉ ５以下 （Ｍは元素周期律表第II族〜VIII族の金属元素の群から
選択される１種類または２種類以上）であり、かつ、Ｘ
線小角散乱強度比が１°および０．５°において各々１
倍〜２０倍であるもの。 （５）Ａｌ、Ｓｉ、ＢおよびＯから実質的になり、ムラ
イトおよび／又はγーおよびηーアルミナの微結晶と非
晶質のＳｉＯ2の集合体であるもの。
るいは炭素繊維等が用いられる。その中で、例えば、無
機長繊維には次のものが挙げられる。 （１）元素組成がＳｉが４５〜６０ｗｔ％、Ｔｉおよび
／又はＺｒが０．２〜５ｗｔ％、Ｃが２０〜４５ｗｔ
％、Ｏが０．１〜２０．０ｗｔ％であり、かつ、 ａ）実質的にＳｉと、Ｔｉおよび／又はＺｒと、ＣとＯ
とからなる非晶質、 ｂ）上記非晶並びに５００Ａ以下のβーＳｉＣと、Ｔｉ
Ｃおよび／又はＺｒＣとの結晶質の集合体、もしくは ｃ）上記結晶質並びにその近傍に存在するＳｉＯｘと、
ＴｉＯｘおよび／又はＺｒＯｘ（０＜ｘ≦２）とからな
る非晶質の混合系である。 （２）元素組成がＳｉが３０〜８０ｗｔ％、Ｃが２０〜
７０ｗｔ％、Ｈが２．０ｗｔ％以下であり、かつ、Ｓ
ｉ、Ｃから実質的になる非晶質および／又は１０００Ａ
以下のβーＳｉＣの結晶質さらに場合によっては炭素の
凝集体からなるもの。 （３）元素組成がＳｉが３０〜８０ｗｔ％、Ｃが１０〜
６５ｗｔ％、Ｏが０．０５〜２５ｗｔ％、Ｈが２ｗｔ％
以下であり、かつ、Ｓｉ、ＣおよびＯから実質的になる
非晶質物質、又は１０００Ａ以下のβーＳｉＣの結晶質
の集合体と非晶質のＳｉＯ2からなる集合体。 （４）ＳｉとＮおよびＯ、Ｃ、Ｈ、金属類（元素周期律
表第II族〜VIII族の金属元素の群から選択される少なく
とも１種類であり、各元素の比率が原子比で表して、 Ｎ／Ｓｉ ０．３〜３ Ｏ／Ｓｉ １５以下 Ｃ／Ｓｉ ７以下 Ｈ／Ｓｉ １以下 Ｍ／Ｓｉ ５以下 （Ｍは元素周期律表第II族〜VIII族の金属元素の群から
選択される１種類または２種類以上）であり、かつ、Ｘ
線小角散乱強度比が１°および０．５°において各々１
倍〜２０倍であるもの。 （５）Ａｌ、Ｓｉ、ＢおよびＯから実質的になり、ムラ
イトおよび／又はγーおよびηーアルミナの微結晶と非
晶質のＳｉＯ2の集合体であるもの。
【００１０】前記マトリックス６としては、例えばＳｉ
Ｃが用いられるが、使用環境等を考慮して他の様々なセ
ラミックスを用いてもよい。また、その成形法として
は、ＣＶＩ（Chemical Vapor Infiltration）法とＰＩ
Ｐ（Polymer Impregnaion and Pyrolysis）法とを組み
合わせたものが用いられる。つまり、前記のように３次
元配向とした強化用繊維５に対して、１０００℃に熱し
てガス化したＳｉＣを付着させ、その後、ポリマーを含
浸させて焼成する工程を複数回（６回前後）繰り返し、
これにより、セラミックス複合材料を得る方法が用いら
れる。勿論、成形法はこれに限られることなく、スラリ
ー法、ゾルーゲル法等の他の方法を用いてもよく、ま
た、ＣＶＩ（Chemical Vapor Infiltration）法とＰＩ
Ｐ（Polymer Impregnaion and Pyrolysis）法とのいず
れか一方のみを用いたものでもよい。
Ｃが用いられるが、使用環境等を考慮して他の様々なセ
ラミックスを用いてもよい。また、その成形法として
は、ＣＶＩ（Chemical Vapor Infiltration）法とＰＩ
Ｐ（Polymer Impregnaion and Pyrolysis）法とを組み
合わせたものが用いられる。つまり、前記のように３次
元配向とした強化用繊維５に対して、１０００℃に熱し
てガス化したＳｉＣを付着させ、その後、ポリマーを含
浸させて焼成する工程を複数回（６回前後）繰り返し、
これにより、セラミックス複合材料を得る方法が用いら
れる。勿論、成形法はこれに限られることなく、スラリ
ー法、ゾルーゲル法等の他の方法を用いてもよく、ま
た、ＣＶＩ（Chemical Vapor Infiltration）法とＰＩ
Ｐ（Polymer Impregnaion and Pyrolysis）法とのいず
れか一方のみを用いたものでもよい。
【００１１】上記構成のディスクによれば、強化用繊維
５を３次元配向としているから、２次元積層材を用いた
ときの問題である層間剪断強度が低下するという点は生
ずることなく、強度が著しく向上する。また、強化用繊
維を円筒座標系の３次元配向とし、しかも、ディスク中
心からの距離が増すにつれて、半径方向への強化用繊維
の配向比率を増加させるとともに、周方向への強化用繊
維の配向比率を減少させるように配設しているので、高
応力発生部分を効率良く強化することができる。つま
り、ディスク１は高速で回転するため、ディスク中心近
傍である内側部分では周方向応力が大きくなり、ディス
ク中心から遠く離れる外側部分では翼による遠心応力の
ため半径方向応力が大きくなる傾向にあるが、このよう
に高い応力が発生する箇所に、該高応力方向に沿ってよ
り多くの強化用繊維を配置することとなり、より一層効
率良く強度を向上させることができる。
５を３次元配向としているから、２次元積層材を用いた
ときの問題である層間剪断強度が低下するという点は生
ずることなく、強度が著しく向上する。また、強化用繊
維を円筒座標系の３次元配向とし、しかも、ディスク中
心からの距離が増すにつれて、半径方向への強化用繊維
の配向比率を増加させるとともに、周方向への強化用繊
維の配向比率を減少させるように配設しているので、高
応力発生部分を効率良く強化することができる。つま
り、ディスク１は高速で回転するため、ディスク中心近
傍である内側部分では周方向応力が大きくなり、ディス
ク中心から遠く離れる外側部分では翼による遠心応力の
ため半径方向応力が大きくなる傾向にあるが、このよう
に高い応力が発生する箇所に、該高応力方向に沿ってよ
り多くの強化用繊維を配置することとなり、より一層効
率良く強度を向上させることができる。
【００１２】図２は、ディスクを運転させたときに該デ
ィスクに生じる周方向応力を半径位置に沿って調べたも
のである。このように周方向応力は、ディスク中心近傍
の内周部分では大きく、ディスク中心から遠く離れるに
したがって小さくなる。ところで、この図から明らかな
ように、従来のディスクは、半径位置にかかわらず周方
向強度が一様であるので、ディスク内周部分では余裕が
少なく、ディスク外周部分では過剰強度を有していた
が、本願発明のディスクは、ディクス内周部分では強い
周方向強度を有し、ディスク外周部分ではそれほど強い
周方向強度を有しないようになっている。つまり、要求
されるディスクの周方向強度曲線に合致した強度を有す
ることとなり、強化用繊維５によって効率良く強化され
ていることが解る。
ィスクに生じる周方向応力を半径位置に沿って調べたも
のである。このように周方向応力は、ディスク中心近傍
の内周部分では大きく、ディスク中心から遠く離れるに
したがって小さくなる。ところで、この図から明らかな
ように、従来のディスクは、半径位置にかかわらず周方
向強度が一様であるので、ディスク内周部分では余裕が
少なく、ディスク外周部分では過剰強度を有していた
が、本願発明のディスクは、ディクス内周部分では強い
周方向強度を有し、ディスク外周部分ではそれほど強い
周方向強度を有しないようになっている。つまり、要求
されるディスクの周方向強度曲線に合致した強度を有す
ることとなり、強化用繊維５によって効率良く強化され
ていることが解る。
【００１３】このように、強化用繊維によって効率の良
い補強が行われていることは図３からも解る。すなわ
ち、図３の繊維含有率どうしを比較してみると、半径方
向（Ｖｆ（ｒ））についてみれば内周部分から外周部分
に向かうに従い９．２，９．６，…というように次第に
大きくなっており、また、周方向（Ｖｆ（θ））につい
てみれば逆に内周部分から外周部分に向かうに従い２
４．６，２４．９，２０．５，…というように次第に小
さくなる傾向にある。繊維含有率が高いほど高強度が得
られることから、ディスクの内周部分では周方向が重点
的に強化され、ディスクの外周部分では半径方向が重点
的に強化されているのが解る。
い補強が行われていることは図３からも解る。すなわ
ち、図３の繊維含有率どうしを比較してみると、半径方
向（Ｖｆ（ｒ））についてみれば内周部分から外周部分
に向かうに従い９．２，９．６，…というように次第に
大きくなっており、また、周方向（Ｖｆ（θ））につい
てみれば逆に内周部分から外周部分に向かうに従い２
４．６，２４．９，２０．５，…というように次第に小
さくなる傾向にある。繊維含有率が高いほど高強度が得
られることから、ディスクの内周部分では周方向が重点
的に強化され、ディスクの外周部分では半径方向が重点
的に強化されているのが解る。
【００１４】なお、上記した発明の実施の形態では、タ
ービン動翼のディスクを例に挙げて説明したが、本発明
は、これに限られることなく、圧縮機動翼のディスクあ
るいはブリスクにも適用できるのは言うまでもない。ま
た、上記した発明の実施の形態では、強化用繊維５を円
筒座標系の３次元配向としているが、これに限られるこ
となく、図４に示すように、互いの３軸が直交する直交
３次元配向としてもよい。
ービン動翼のディスクを例に挙げて説明したが、本発明
は、これに限られることなく、圧縮機動翼のディスクあ
るいはブリスクにも適用できるのは言うまでもない。ま
た、上記した発明の実施の形態では、強化用繊維５を円
筒座標系の３次元配向としているが、これに限られるこ
となく、図４に示すように、互いの３軸が直交する直交
３次元配向としてもよい。
【００１５】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、強化用繊
維を３次元配向としているから、２次元積層材を用いた
ときの問題である層間剪断強度が低下するという点が解
消でき、強度が著しく向上する。また、ディスク中心か
らの距離に応じて強化用繊維の配向比率を異ならせてい
るので、高応力発生部分を効率良く強化することができ
る。つまり、ディスクあるいはブリスクのように高速で
回転する部材では、ディスク中心近傍である内側部分で
は周方向応力が大きくなり、ディスク中心から遠く離れ
る外側部分では翼による遠心応力のため半径方向応力が
大きくなる傾向があり、そのような大きな応力に対向す
るよう強化用繊維の配向量を異ならせるようにすれば、
強度をより高めることができる。請求項２記載の発明に
よれば、強化用繊維を円筒座標系に沿う３次元配向とし
ているので、必然的に強化用繊維を高応力に合致する配
向とすることができ、理想的な強化が行える。請求項３
記載の発明によれば、高い応力が発生する箇所に、該応
力方向に沿って多くの強化用繊維を配置することとな
り、より一層効率良く強度を向上させることができる。
維を３次元配向としているから、２次元積層材を用いた
ときの問題である層間剪断強度が低下するという点が解
消でき、強度が著しく向上する。また、ディスク中心か
らの距離に応じて強化用繊維の配向比率を異ならせてい
るので、高応力発生部分を効率良く強化することができ
る。つまり、ディスクあるいはブリスクのように高速で
回転する部材では、ディスク中心近傍である内側部分で
は周方向応力が大きくなり、ディスク中心から遠く離れ
る外側部分では翼による遠心応力のため半径方向応力が
大きくなる傾向があり、そのような大きな応力に対向す
るよう強化用繊維の配向量を異ならせるようにすれば、
強度をより高めることができる。請求項２記載の発明に
よれば、強化用繊維を円筒座標系に沿う３次元配向とし
ているので、必然的に強化用繊維を高応力に合致する配
向とすることができ、理想的な強化が行える。請求項３
記載の発明によれば、高い応力が発生する箇所に、該応
力方向に沿って多くの強化用繊維を配置することとな
り、より一層効率良く強度を向上させることができる。
【図１】本発明の実施の形態を示すディスクの斜視図で
ある。
ある。
【図２】本発明のディスクと従来のディスクとの材料強
度を比較した図である。
度を比較した図である。
【図３】本発明の実施の形態のディスクの特性を示す図
である。
である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す強化用繊維の３
次元配向を示す斜視図である。
次元配向を示す斜視図である。
１ ディスク ２ 動翼 ５ 強化用繊維 ６ マトリックス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今村 龍三 東京都田無市向台町三丁目５番１号 石川 島播磨重工業株式会社田無工場内株式会社 先進材料利用ガスジェネレータ研究所田無 分室内 (72)発明者 富岡 史城 東京都田無市向台町三丁目５番１号 石川 島播磨重工業株式会社田無工場内株式会社 先進材料利用ガスジェネレータ研究所田無 分室内
Claims (3)
- 【請求項１】 強化用繊維（５）を３次元配向とし、か
つ、ディスク中心からの距離に応じて前記強化用繊維の
配向比率を異ならせたことを特徴とするセラミックス複
合材料からなるディスクまたはブリスク。 - 【請求項２】 請求項１記載のセラミックス複合材料か
らなるディスクまたはブリスクにおいて、 前記強化用繊維の３次元配向を円筒座標系で行うことを
特徴とするセラミックス複合材料からなるディスクまた
はブリスク。 - 【請求項３】 請求項２記載のセラミックス複合材料か
らなるディスクまたはブリスクにおいて、 前記ディスク中心からの距離が増すにつれて、半径方向
（ｒ）への強化用繊維の配向比率が増加するとともに、
周方向（θ）への強化用繊維の配向比率が減少すること
を特徴とするセラミックス複合材料からなるディスクま
たはブリスク。
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|---|---|---|---|
| JP28369795A JP3231231B2 (ja) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | セラミックス複合材料からなるディスクまたはブリスク |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP28369795A JP3231231B2 (ja) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | セラミックス複合材料からなるディスクまたはブリスク |
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|---|---|
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| JP3231231B2 JP3231231B2 (ja) | 2001-11-19 |
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ID=17668915
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| JP28369795A Expired - Fee Related JP3231231B2 (ja) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | セラミックス複合材料からなるディスクまたはブリスク |
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|---|---|
| JP (1) | JP3231231B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1995-10-31 JP JP28369795A patent/JP3231231B2/ja not_active Expired - Fee Related
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