JP2006334667A - 金属母材とともにセラミックフィラメントで構成される接合されたシートの製造方法と、この方法を実施する装置と、この方法によって得られる接合されたシート - Google Patents

Abstract

【課題】確実に、かつ工業規模で実施可能であり、複合材料で作られたインサートを含む構成部品を形成する方法において、取り扱い可能であり、かつ使用可能である被覆されたフィラメントのシートを構成する方法を提供する。
【解決手段】本発明は、金属シース１５で被覆されたセラミック繊維１４を含む複数の被覆されたフィラメント８を備える、接合されたシートを製造する方法であって、フィラメントが、全く同一の平面内で互いに隣り合って置かれ、フィラメントが、レーザスポット溶接１３によってともに溶接されることを特徴とする方法に関係する。本発明は、この方法を実施する装置及び得られるシートにも関係する。この方法は、航空機用ターボ機械の分野における構成部品の製造に適用される。
【選択図】図５

Description

本発明は、金属母材とともに複数のセラミックフィラメントで構成されるシートを製造する方法、及びフィラメントの一体の接合に関係する。

特に、航空の分野では、１つの不断の目的は、最小質量及び最小サイズのために構成部品の強度を最適化することである。よって、ある種の構成部品は、今後、金属母材の複合材料で作られたインサートを含んでもよく、その構成部品は、おそらくモノリシックであろう。このような複合材料は、金属合金母材、たとえば、チタン（Ｔｉ）合金を含み、この金属合金母材のコア内を、繊維、たとえば炭化珪素（ＳｉＣ）セラミック繊維が延びる。このような繊維は、チタンの引張強さより非常に大きい引張強さを有する（典型的に１０００ＭＰａに対し４０００ＭＰａ）。したがって、荷重を受けるのは繊維であり、金属合金の母材は、構成部品の残りの部分とのバインダの機能を提供し、互いに接触してはならない繊維を保護し隔離する機能をさらに提供する。その上、セラミック繊維は、耐腐食性があるが、必ず金属で補強されるべきである。

これらの複合材料は、ブレードなどのようなモノリシックな構成部品の強化材など、ディスク、シャフト、ラムボディ（ｒａｍ ｂｏｄｉｅｓ）、ケーシング、及びスペーサの形成に使用されることができる。

このような複合材料のインサートを製造するため、金属によって被覆されたセラミック繊維を含む、「被覆されたフィラメント（ｃｏａｔｅｄ ｆｉｌａｍｅｎｔｓ）」と呼ばれるフィラメントが、前もって製造される。金属は、フィラメントを取り扱うため必要とされる弾力及び可撓性をフィラメントに与える。好ましくは、非常に微細な炭素又はタングステンのフィラメントが、繊維の中心に繊維軸に沿って位置し、この炭素フィラメントが、炭化珪素で被覆され、一方、繊維に付着された液状金属が冷却されるときに現れる熱緩和の相違の際に、拡散バリア／緩衝機能を提供するために、炭素の薄膜が繊維と金属との境界に設けられる。

複合材料フィラメント、すなわち被覆されたフィラメントは、たとえば、電界中での金属の蒸着、金属粉末を使用する電気泳動、又はその他に液状金属の浴へのセラミック繊維の浸漬被覆などの様々な方法で製造される。セラミック繊維が液状金属に浸漬される被覆プロセスは、同一出願人の欧州特許第０９３１８４６号明細書に提案されている。このプロセスによる製造は急速である。

金属合金母材の複合材料から作られたインサートを備えた構成部品を製造するための知られているプロセスにおいて、被覆されたフィラメントは、プレフォームと呼ばれる加工品から形成される。プレフォームは、中心のマンドレルの周りに延びる２個の金属保持フランジの間に、被覆されたフィラメントを巻き付けることにより得られる。巻き付けは、螺旋状であり、得られるプレフォームは、円板形状であり、その厚さは、被覆されたフィラメントの厚さである。プレフォームの粘着を保証するため、保持フランジは開口を含み、接合機能を提供する材料、たとえば、アクリル樹脂は、その開口を通してスプレーされる。

図１は、複合材料インサートを備えた構成部品の製造工程の一実施形態を概略的に示す。それぞれが円板形状をした複数のプレフォーム１は、円柱状の全体形状をもつ容器２内に積み重ねられる。容器は環状空洞３を有し、容器の軸４を横断する空洞の断面形状は、プレフォーム１の断面形状である。プレフォーム１は、空洞３の全高が詰められるまで積み重ねられる。典型的に、このように８０個の予備成形品が積み重ねられる。この工程は手作業である。

そして、バインダ、たとえばアクリル樹脂を、プレフォーム１から除去するように、バインダ除去工程とその後に続く脱ガスを実行することが必要である。その理由は、汚染元素が、低間と熱間時に、プレス段階中にチタンと接触し続けるべきでないからである。

環状空洞の突起と相補的な形状であり、軸方向寸法がより小さい突起６を有する環状蓋５が、容器２の上に置かれ、突起６が、上方のプレフォーム１と接触させられる。蓋５は、好ましくは、空洞が真空に保たれた状態で、たとえば、電子ビーム溶接によって容器２に溶接される。アセンブリは、次に熱間等静圧プレスを受ける。この工程中に、並置され被覆されたフィラメントからなるインサートは圧縮され、セラミック繊維（たとえば、ＳｉＣ繊維）が内部で環状に延びる金属合金（たとえば、チタン合金）からなる密なアセンブリを形成するために、被覆されたフィラメントの金属シースは、一体に溶接され、拡散によって容器２の空洞３の壁に溶接される。

複合材料から作られ、積層されたプレフォーム１の圧縮から生じるインサートを含む、円筒状構成部品が得られる。この構成部品は、任意に、応力緩和措置を受け、アセンブリが冷えるとき、セラミック繊維と、セラミック繊維が埋め込まれた金属との間の膨張差を補償することを可能にする。

構成部品は、次に一般に機械加工される。たとえば、一体のコンプレッサディスク（ここで、用語「一体」は、ブレードが、ディスクとともに単一の構成部品から形成されることを意味する）を製造することが目的であるならば、複合材料のインサートを含む容器は、一体のブレードディスク、すなわち、「ブリスク」を形成するように機械加工され、周縁の一部分が、複合材料のインサートを含むブレードを支持する。周縁は、周縁の塊に含まれるセラミック複合材料のセラミック繊維によってアセンブリに与えられる高剛性値及び高強度値のために、従来の金属円板の周縁より非常に小さい寸法からなる。特に、このような周縁は、単純なリングの形をしていることがある。

複合材料のインサートをもつ構成部品を製造するこのプロセスは欠点があり、そのステップに要求される長さ、複雑さ、及び精度のために工業規模で利用することが困難である。

第一に、セラミック繊維は脆いため、被覆されたフィラメントへの操作は、何よりもまず、被覆されたフィラメントの間の接触を避けることが必要であり、被覆されたフィラメントの溶接はこれまでに考えられていない。

さらに、バインダ除去工程及び脱ガス工程は長い時間がかかり、バインダのすべてが除去されることが決して確実ではない。特に、チタン合金の正確なその後の作用のため必要であるバインダの完全な消失を保証するため、複数のバインダ除去ステップ及び脱ガスステップが必要とされる。これは、プロセスの総継続時間を延長し、その全体的なコストを増加させる。

その上、フィラメントが２個のフランジの間に巻き付けられている間に破損するならば、この問題を解決し巻き付けを回復する手段が存在しない現時点においては、新しいプレフォームを形成することが必要である。

なおその上に、被覆されたフィラメントのプレフォームを容器に設置するステップは、これまでのところ手作業である。この工程のコストと、特にその精度は、手作業であることによって影響される。構成部品の主応力に従うセラミック繊維の向きが非常に大きく影響する、被覆されたフィラメントの容器への設置は、それが複合材料の性能を決定する限りは、製造手順における重要な要因である。被覆されたフィラメントの容器への設置は、構成部品の製造の種々のステップの間に、セラミック繊維の完全性を維持することにより、複合材料の品質も決定する。最後に、被覆されたフィラメントの容器への設置は、構成部品の最終コストを決定するが、その理由は、この場合も、被覆されたフィラメントの設置の工程が比較的時間がかかり、手作業で実行されるからである。したがって、容器内へのフィラメントの設置は改良されることによる利益がある。

同様に知られているのは、互いに平行に置かれ、相互に接触したフィラメントが、圧延装置を形成する２個のロールの間を通過させられ、並行した複数の金属フィラメントのシートを形成するプロセスである。これは、フィラメントをともに接合させる。本発明による、複合材料で作られたインサートを備える構成部品の形成に用いられる被覆されたフィラメントのような被覆されたフィラメントに対して、このようなプロセスを容易に適用することはできない。なぜなら、これらの被覆されたフィラメントは、その中心に非常に脆いセラミック繊維を含み、このようなプロセスの精度が欠けていると、被覆されたフィラメントが、破損するリスクを冒すこととなるためである。このような破損は、複合材料インサート内にセラミック繊維が存在することに付随するすべての利点を無効にするであろう。その上、必ず熱間で実行されるこのプロセスは、チタンシースの表面の汚染を生じ、その汚染は、その後で必ず除去されなければならない。
欧州特許第０９３１８４６号明細書

本発明の目的は、確実に、かつ工業規模で実施可能であり、複合材料で作られたインサートを含む構成部品を形成する方法において取り扱い可能であり、かつ使用可能である、被覆されたフィラメントのシートを構成する方法を提供することである。

本発明によれば、この目的は、金属シースで被覆されたセラミック繊維を含む複数の被覆されたフィラメントを備える、シートを製造する方法であって、被覆されたフィラメントが、全く同一の平面内で互いに隣り合って置かれ、被覆されたフィラメントが、レーザスポット溶接によってともに溶接されることを特徴とする方法で達成される。

本発明の方法は、容易に取り扱い可能であり、かつ作業可能である半製品を製造することを可能にする。接合されたシートの剛性は、固定点間の間隔によって制御される。さらに、レーザ溶接は、スポット溶接点が非常に正確に実現されることを可能にし、このことは、セラミック繊維を破損しないために重要である。最後に、この方法は、容易に自動化されることができ、この技術を経済的に有利にする。

より詳細には、フィラメントは、レーザ溶接装置を通過させられ、レーザ溶接装置は、フィラメントの通過方向と垂直であるセグメントに、又はジグザグパターンに整列されたスポット溶接点を形成する。フィラメントのシートに対して移動するのが溶接装置であるという、逆の状況もまた真である。フィラメントは、スポット溶接点のセグメントの形成中に静止していてもよい。

添付図面を参照して本発明の方法の実施の以下の説明を読むことで、本発明はより明瞭に理解され、その他の特長が明らかになるであろう。

第一に、知られた技術のうちの一つに基づいて、好ましくは、セラミック繊維が液状金属の浴に浸漬される被覆プロセスによって、複数の被覆されたフィラメントが形成される。これらのフィラメントは、それぞれボビンに巻き付けられる。各フィラメントは、たとえば、０．２ｍｍから０．３ｍｍの直径を有する。

図２を参照すると、被覆されたフィラメント８がそれぞれ周囲に巻き付けられた複数のボビン７が、ボビン７のモジュール９に置かれる。このモジュール９は、ボビン７がフィラメント８を互いに交差させることなく、以下で説明されるワーピングモジュール（ｗａｒｐｉｎｇ ｍｏｄｕｌｅ）へ向かって解かれるように、ボビン７を設置することを可能にする。この場合、ボビンモジュール９は、ボビン７を支持する二等辺三角形の形の構造を有し、ボビンのうちの半分が三角形の一方側に沿い、もう一方の半分がもう一方側に沿い、三角形の頂点は、ボビンモジュール９の構造を形成する三角形の対称軸上に存在する点に向かって、フィラメント８がボビン７から解かれる側へ向けられる。

別の実施形態では、各ボビン７は、一束の、または被覆されたフィラメントのアレイを支持する。よって、１００本の被覆されたフィラメントからなるシートを形成するために、１０本の被覆されたフィラメントの束がそれぞれ周囲に巻き付けられた１０個のボビン７が使用される。

被覆されたフィラメント８は、ワーピングモジュール１０に向かって解かれる。このワーピングモジュール１０は、その構造が当業者に理解できるので、ここでは、概略的かつ詳細でない形で示されている。このワーピングモジュールは、織物の分野で使用されるワーピングモジュールに類似する。ワーピングモジュール１０は、フィラメント８を、全く同一の平面内の層として、相互の重なり合いなく相互に接触させて、相互に平行に延ばす案内手段を含む。その目的は、相互に接触する平行なフィラメント８の平坦なシートを形成することである。

このようにワーピングされたフィラメント８は、レーザ溶接モジュール１１へ押し進められる。このモジュールは、フィラメント８がその上を移動する平坦な支持体１２を含み、その支持体の上方に、レーザ溶接装置１３が搭載される。したがって、フィラメント８は、レーザ溶接装置１３を通過させられる。アセンブリ全体は、好ましくは、不活性雰囲気、たとえばノズルによって注入されたアルゴンの雰囲気に包含される。レーザ溶接装置１３は、たとえば、ネオジム（Ｎｄ）をドープしたＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）レーザを備え、このＹＡＧレーザは、その出力及びそのレーザビームの照射点に関して高精度であるという利点があり、さらに、非常に精細なビームを有するという利点がある。レーザは、ここでは、好ましくは、２Ｗから５Ｗの出力を有する。

レーザ溶接モジュール１１の下流側では、フィラメント８をボビンモジュール９から支持体１２上で並進的に引き出すモジュール１７によって、フィラメント８が駆動される。この駆動モジュール１７は、この場合、周囲にフィラメント８が巻き付けられる回転ボビン１７’を備える。ボビン１７’は、矢印１８によって示されるように回転させられる。よって、フィラメント８は、駆動モジュール１７によって、ボビンモジュール９のボビン７から、ワーピングモジュール１０及びレーザ溶接モジュール１１に沿って駆動され、アセンブリ全体は、被覆されたフィラメント８の接合されたシートを形成する装置５５を形成する。接合されたシートは、駆動モジュールのボビン１７’に巻き付けられる。

図５は、２本のフィラメント８をともに溶接するレーザ溶接モジュール１１において、フィラメント８が通過する方向を横断する平面内の断面図を示す。溶接は、レーザ溶接装置１３を使用するスポット溶接によって実行される。各フィラメント８は、複数のスポット溶接点によってその隣のフィラメントに接合される。各フィラメント８は、上記からわかるように、金属シース１５、たとえばＴｉ合金から作られた金属シースで被覆されたセラミック繊維１４を含む。レーザビームは、矢印１６によって指定されるように、支持体１２に沿って駆動されるフィラメント８のすべての軸を含む平面と垂直に、２本の連続するフィラメント８の間の接触点の方向に向けられる。これにより、金属シース１５の局部的な溶融が生じる。レーザは、セラミック繊維１４が、金属シースの局部的な溶融によって影響されないように、低出力であるが、非常に集中させて使用される。最小限の体積の金属シース１５が溶融される。フィラメント８が、この点でともに接合されることが保証されれば十分である。溶接パラメータは、金属の溶融から生じた溶接プールが流れ出さないように最適化される。

レーザビームが、セラミック繊維１４を破損しないように、フィラメント８の平面と垂直に、２本のフィラメント８と重なり合う点領域に沿って向けられることは重要であり、その完全性は、複合材料挿入物を備える構成部品の形成へ適用する際に、レーザビームに割り当てられた操作のために必要な条件である。

スポット溶接点を、非常に強くすることは必要でない。それらの機能は、接合されたシートを形成する目的のため、フィラメント８の全体的な連結、すなわち相互の保持を保証するだけである。この連結は、たとえば、複合材料インサートを備える構成部品を構成する目的のため、シートを取り扱うことが可能であり、おそらく、巻き付け、解くことができるような十分な強さであればよい。したがって、溶接は、フィラメント８を一体の状態に保つためだけにある。

図３及び図４は、この例では、１２本の被覆されたフィラメント８を備えるシートの形成のための、レーザ溶接モジュール１１の二つの考えられる操作モードを概略的に示す。

図３の操作モードでは、被覆されたフィラメント８が、レーザ溶接装置１３の下方に位置するとき、駆動モジュール１７は、フィラメント８を静止させたままにするため停止させられる。溶接装置１３は、次に、隣接したフィラメント８同士の間に、フィラメントが溶接装置１３の下方を通過する方向に垂直なセグメントに沿って、一連のスポット溶接点を生成する。この目的のため、溶接装置１３は、図５を参照して上記したように、２本のフィラメント８の間に第１のスポット溶接点１９を作成する。溶接装置は、その後に停止させられ、溶接装置が、第２のスポット溶接点１９において溶接する次の２本のフィラメント８の間の接触点との線に沿うように、フィラメント８の通過方向と垂直に移動させられ、すべてのフィラメント８が、この変位セグメントに沿って一体に接合されるまで、以下同様に続く。溶接装置１３は、したがって、溶接装置１３の下方でフィラメント８の通過方向と垂直のスポット溶接点１９のセグメントを作成する。駆動モジュール１７は、その後に、フィラメント８を、溶接装置１３を過ぎて長さ「Ｌ」に亘って移動させ、その後に、第１のセグメントに平行した別のセグメントに対して、操作が繰り返される。

図４に示された操作モードでは、フィラメント８は、矢印２０によって示された通過方向および向きに連続的に駆動され、この移動は、駆動モジュール１７によって強制される。溶接装置１３は、前と同じ動作、すなわち溶接動作を実行し、その後に、フィラメント８が移動する方向２０と垂直の経路に沿って次の点へ向かって変位を実行し、第１のフィラメント８から最後のフィラメントまで、その操作を行い、そして次に逆向きに操作する。フィラメント８の移動の速度が十分に低いならば、２本の移動中のフィラメント８の間の溶接点１９の溶接が可能である。一連のスポット溶接点１９が、したがって、フィラメント８の間に生成され、フィラメント８によって形成されたシートの上にジグザグ型を形成する。

このようなジグザグ状のスポット溶接点１９の分布は、各溶接点１９を溶接するときに、駆動モジュール１７を停止させ、溶接装置１３を移動させるときに、駆動モジュール１７が各スポット溶接点１９の間で短距離「ｌ」に亘ってフィラメント８を駆動することによって得ることも可能である。

スポット溶接点１９を形成する瞬間に、フィラメント８の移動を減速させるだけで動作することも可能である。

このようなスポット溶接点１９の分布の利点は、フィラメント８によって形成されたシートの表面の上の均一性がより高くなることである。

どんな場合であっても、レーザ溶接モジュール１１から離れるとき、フィラメント８は接合されたシートの形式であり、接合されたシート内でフィラメントは保持スポット溶接点１９において一体に接合される。シートは、駆動モジュール１７のボビン１７’に巻き上げられる。

被覆されたフィラメント８の接合されたシートを製造するプロセスの準備段階はここで参照されない。この段階は、たとえば、最終的な巻き付けられたシートの最も内側の部分はシートの形ではないが、プロセスの開始時に、フィラメント８を、ともに接合させることなく、ボビン１７’に巻き付けることによって、又は、たとえば、プロセスの開始時に、別の駆動装置を使用してフィラメントを駆動し、フィラメントがシートの形になり始めるときに、フィラメントをボビン１７’に接続することによって、当業者により自由に構成させられる。

図３に示されたセグメント構造の状況の範囲内で、スポット溶接点１９のセグメントの間の距離「Ｌ」、又は、図４に示されたジグザグ構造における２個の連続したスポット溶接点１９間の長手方向の距離「ｌ」は、被覆されたフィラメント８のシートの希望の剛性に応じて設定される。よって、硬いシートの場合、スポット溶接点１９は互いに接近し、柔軟なシートの場合、スポット溶接点１９はさらに離れる。スポット溶接点１０の分布のその他の構成が、勿論考えられる。スポット溶接点１０の構造及び間隔は、特に、規定されたアプリケーションの条件下で、アセンブリ全体の結合を保証するように、最小限のスペースを留意し続けながらも、接合されたシートが巻かれること、撚られることなどを必要とされるならば、接合されたシートが目的とされるアプリケーションに応じて選択される。スポット溶接点１９の分布の構成に関係する仕様は、プロセス自体より、被覆されたフィラメント８のシートが目的とされるアプリケーションに応じる。

レーザ溶接の実行速度とその精度のおかげで、まさに説明されたプロセスを実施するために、自動化システムにおいて、工業規模で、一体に接合された被覆されたフィラメント８の接合されたシートを製造することが可能である。よって、多量の被覆されたフィラメント８のシートが、様々な方法で利用される形で速やかに得られ、数キロメートルの同じシートを形成することが可能である。さらに、シートは、フィラメント８の金属シース１５の溶融によって、したがって、材料を追加することなく、特に、接着剤のようなバインダを追加することなく、一体に接着させられ、それによって、被覆されたフィラメントを使用して複合材料インサートを含む構成部品を形成するより一般的なプロセスにおいて、すべてのバインダ除去ステップを排除することが可能である。

本発明によって形成されたシートのアプリケーションの一例を、以下に説明する。

図６を参照すると、被覆されたフィラメント８のシート２１が、かくして形成され、前記シートは、ここでは、図３に示されたようなシートを形成する方法によって、ともに固定された１４本の相互に平行なフィラメントを備える。よって、フィラメント８は、セグメント２２に沿って延在するスポット溶接点によってともに接合され、セグメント２２は、相互に平行であり、シート２１の全体軸２３に垂直である（すなわち、フィラメント８が直線状に延びるときに、フィラメント８の軸に垂直である）。シート２１の端は、シート２１の軸２３と角度「α」を作る幅「Ｄ」の端セグメント２６、２７が得られるように斜めにされる。

図７を参照すると、このように斜めにされたシート２１は、円筒マンドレル２４の周りにドレープされ、すなわち配置される。このマンドレル２４は、中空金属管であり、好ましくは、被覆フィラメント８のセラミック繊維が覆われる金属と同じ金属、ここでは、チタン合金で作られる。マンドレルは、円形の外周を有し、その値は、シート２１の斜めにされた端の幅「Ｄ」の値と同じである。ドレープされる前に、シート２１は、その一方の端セグメント２６によって、マンドレル２４の一方の端の周りに巻き付けられ、その後に、マンドレル２４の周りに螺旋状にドレープされ、シート２１の軸２３と、シート２１の斜めにされた端を形成するセグメント２６、２７、特に、マンドレル２４の一端の周りに前もって巻き付けられたセグメント２６との間の角度αのために、螺旋状のドレーピングが可能である。シート２１の長手方向端は、マンドレル２４の軸２５に対し角度β（ここで、β＝π／２−α）を作る。シート２１は、マンドレル２４の全周にドレープされ、シート２１の被覆されたフィラメント８が互いに重なり合うことなく、マンドレルの外面を完全に覆う。シート２１の長手方向端は、ドレーピングの１回毎に次から次へと互いに接触させられる。最終的に、シート２１が構成され、その端セグメント２６、２７は、その寸法がマンドレル２４の展開面積と対応するように斜めにされる。

最終構成部品において望ましい金属母材の複合材料から作られたインサートの厚さに応じて、複数のシート２１を、次から次へとマンドレル２４の周りにドレープすることが可能である。好ましくは、１枚のシートが、前のシート２１の周りにドレープされるとき、マンドレル２４の端におけるシートの初期位置は、新しいシートがドレープされると、その被覆されたフィラメント８のそれぞれが、千鳥状に前のシートの２本の被覆されたフィラメント８の間に延在し、それによって、アセンブリのより小型化を保証する位置である。さらに、その他に、長手方向端が沿って接合する曲線が、互いにオフセットされ、好ましくは、できるだけ離されるように、シート２１を角度的にオフセットさせることが可能である（２個の長手方向端間の接触を画定する各曲線は、たとえば、前のシートの２本の近接曲線から等距離にある）。説明するまでもなく、新しいシート２１のそれぞれの寸法は、既にドレープされたシート２１の枚数に応じて調整されるべきである。追加シートのそれぞれを構成するフィラメントの本数は、個別のフィラメントの寸法、マンドレルの周囲長、及び既にドレープされた層数がわかると、容易に計算される。好ましくは、シート２１が最初に置かれかつ巻き付けられたマンドレル２４の端は、シート２１の総数の厚さと同じであるか、又はこれより大きい半径寸法の軸止めを形成する周縁を有する。同じことは、もう一方の端にも当てはまる。

角度αは、最終構成部品に加えられる応力及び種々の応力（遠心、引張、ねじれ、圧縮など）モードに応じて、当業者によって決定される。力を吸収するのは主としてセラミック繊維であり、セラミック繊維の向き及びそれらの分布は、構成部品の作用に重要な影響を有する。したがって、該当のアプリケーションに応じて、角度α、被覆されたフィラメント８の径、セラミック繊維の径などを適合させることが可能である。ここで考慮される特定のケースでは、αは、４５°にセットされる。

任意に、いくらかのシート２１が、マンドレル２４の周りにドレープされるならば、異なる角度αが、これらのシート２１に与えられてもよい。しかし、このケースでは、被覆されたフィラメント内に位置するセラミック繊維を適切に保護するように、より厚い金属シースをもつ被覆されたフィラメント８を使用することが推奨される。

シート２１をドレープするため、シート２１の端２６が、マンドレル２４の端の周り、又は前のシートの周りに巻き付けられるドレーピングの開始時に、シートは、このシートが、最初のシート２１であるならば、マンドレル２４に固定されるか、又は、最後のシート２１であるならば、前のシートに固定される。ドレーピングは続けられ、シート２１のもう一方の端が、同じようにアセンブリ全体に固定される。好ましくは、シート２１の端部の薄いバンドを溶接するために、２個の電極間の接触と中間周波電流の通過による、接触溶接方法が使用される。他の方法を利用してもよい。

別の実施の方法によれば、シート２１は、２個の電極間の接触と中間周波電流の通過によって、好ましくは、接触溶接方法を使用して、マンドレル２４に溶接されるか、又は、マンドレル２４に対して長手方向の線に沿ってシートに溶接されることができる。

希望の枚数のシート２１が、マンドレル２４の周りにドレープされると、アセンブリ全体は、このアセンブリの外径と等しい内径を有するシースに挿入される。好ましくは、このシースは、被覆されたフィラメント８の繊維を被覆する金属合金と同じ金属合金、ここでは、チタン合金で作られる。シースは、好ましくは、円形金属プレートによって両端のそれぞれに差し込まれるアセンブリが、均一であり、かつ円筒の形になるように、マンドレル２４の軸止めを形成する周縁と相補的である。円形プレート及びシースは、好ましくは、密閉容器を構成するように、電子ビーム溶接によって溶接される。これらのプレートは、好ましくは、チタン合金で作られる。電子ビーム溶接は、シースの内側に予め真空が作られることを可能にする。形成されたアセンブリは、次に熱間等静圧プレスによって小型化される。

たとえば、９５０℃で１０００バールの圧力において実行される熱間等静圧プレスの間に、チタン合金は拡散させられ、内部にセラミック繊維が延びる複合材料の金属母材を作成させられる。チタン合金は、高温で粘性があるので、金属母材の形成中に、セラミック繊維を破損することなく、材料の優れた拡散フローを可能にする。よって、マンドレル２４に対応する内部チタン合金厚と、セラミック繊維が螺旋状に延びるチタン合金母材を有する複合材料で作られた中心インサートと、シースに対応する外部チタン合金厚とを有する、シャフトが得られる。

このシャフトは、希望の最終構成部品に応じて機械加工される。好ましくは、金属プレートと、シートのための任意の軸止め周縁の一方又は両方とを備えたシャフトの端は、その全長に亘って均一であるシャフトを得るため取り除かれる。このようなシャフトは、複合材料インサートによる力に対して非常に優れた耐性があり、シャフトの壁の全厚を、従来のシャフトの壁の全厚より実質的に小さくさせるという利点がある。この小さい厚さは、相当の重力削減の他に、多数の同軸シャフトの存在を必要とするアプリケーションにおいて役立つより小型のサイズを意味する。

本出願において説明された被覆されたフィラメントのシートを製造する方法は、シートをマンドレルの周りに巻き付け、その後に、アセンブリを小型化することによって直接的に、被覆されたフィラメントのインサートを備えた構成部品を形成する方法を実施することも可能にさせる。このようにして形成されたインサートを含む構成部品は、プレフォームを使用する従来技術の方法より非常に迅速に得られる。

最後に、本出願の被覆されたフィラメントのシートを形成する方法は、多数のアプリケーションで使用される中間製品、すなわち、シートが得られるようにする。この中間製品は、この方法が非常に迅速に実施されることを可能にする。

従来技術の複合材料インサートを備えた構成部品を製造する動作の斜視略図である。 本発明による被覆されたフィラメントのシートを製造する方法を実施する、被覆されたフィラメントのシートを形成する装置の略図である。 図２の装置の第１の操作モードによって形成されたシートの平面略図である。 図２の装置の第２の操作モードによって形成されたシートの平面略図である。 ２個のフィラメントをともに溶接する図２の装置のレーザ溶接モジュールにおいて、被覆されたフィラメントが通過する方向を横断する平面における断面略図である。 本発明により製造された被覆されたフィラメントのシートの斜視略図である。 本発明により得られたシートのアプリケーションという状況の中でのマンドレルの周りの図６のシートの敷設の斜視略図である。

符号の説明

７ ボビン
８ 被覆されたフィラメント
９ ボビンモジュール
１０ ワーピングモジュール
１１ レーザ溶接モジュール
１２ フラット支持体
１３ レーザ溶接装置
１４ セラミック繊維
１５ 金属シース
１７ 駆動モジュール
１７’ 回転ボビン
１９ 溶接点
２１ シート
２２ セグメント
２３、２５ 軸
２４ 円柱マンドレル
２６、２７ 端セグメント

Claims (16)

1. 金属シース（１５）で被覆されたセラミック繊維（１４）を含む複数の被覆されたフィラメント（８）を備える、接合されたシートを製造する方法であって、
   被覆されたフィラメントが、全く同一の平面内で互いに隣り合って置かれ、被覆されたフィラメントが、レーザスポット溶接（１３）によってともに溶接されることを特徴とする、方法。
2. 被覆されたフィラメントが、レーザ溶接装置（１３）を通過させられ、該レーザ溶接装置（１３）が、被覆されたフィラメントの通過方向と垂直のセグメントに整列させられたスポット溶接点を形成する、請求項１に記載の方法。
3. 被覆されたフィラメント（８）が、スポット溶接点のセグメントの形成中に静止している、請求項２に記載の方法。
4. 被覆されたフィラメントが、レーザ溶接装置を通過させられ、該レーザ溶接装置が、シート上にジグザグパターンで配置されたスポット溶接点を形成する、請求項１に記載の方法。
5. 被覆されたフィラメント（８）が、レーザ溶接装置（１３）を連続的に通過させられる、請求項４に記載の方法。
6. 被覆されたフィラメントが、スポット溶接点の形成中に静止している、請求項４に記載の方法。
7. 被覆されたフィラメントがレーザ溶接装置を通過する前に、被覆されたフィラメントが、ワーピングモジュール（１０）を通過させられる、請求項２から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 被覆されたフィラメントが、回転ボビンによって駆動される、請求項２から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 被覆されたフィラメントが、ボビンモジュールから駆動され、ボビンモジュールの各ボビンは、巻き付けられた被覆されたフィラメント、又は被覆されたフィラメントの束を有する、請求項２から８のいずれか一項に記載の方法。
10. ボビンモジュール（９）、ワーピングモジュール（１０）、レーザ溶接モジュール（１３）、及び駆動モジュール（１７）を含む、請求項２から９のいずれか一項に記載の方法を実施する装置。
11. レーザ溶接装置（１３）は、支持体を含み、該支持体の上方に、レーザ溶接装置が搭載される、請求項１０に記載の装置。
12. レーザ溶接装置（１３）が、ＹＡＧレーザを備える、請求項１０または１１に記載の装置。
13. 駆動モジュールが、回転ボビン（１７）を備える、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 各フィラメントが、請求項１から９のいずれか一項に記載の被覆されたフィラメントのシートを形成する方法によって形成された、金属シース（１５）で被覆されたセラミック繊維（１４）を含む、被覆されたフィラメントの接合されたシート。
15. 被覆されたフィラメントが、平行なセグメントに整列させられたスポット溶接点によってともに保持される、請求項１４に記載の被覆されたフィラメントの接合されたシート。
16. 被覆されたフィラメントが、シート上にジグザグパターンで配置されたスポット溶接点によってともに保持される、請求項１４に記載の被覆されたフィラメントの接合されたシート。

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