JP2000104502A - 同時加工接合エ―ロフォイル - Google Patents
同時加工接合エ―ロフォイルInfo
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- B23P15/04—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine or like blades from several pieces
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23H9/10—Working turbine blades or nozzles
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- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
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- F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 中空エーロフォイルの製造方法の提供。
【解決手段】 中空エーロフォイルの製造方法は、第１
及び第２の部分を加工してその内部フィーチャーを作る
ことを含む。その後、これらの部分が相補的な継目とな
る面で一緒に同時加工される。次に部分が同時加工され
た継目となる面で互いに接合される。
及び第２の部分を加工してその内部フィーチャーを作る
ことを含む。その後、これらの部分が相補的な継目とな
る面で一緒に同時加工される。次に部分が同時加工され
た継目となる面で互いに接合される。
Description
【０００１】
【発明の背景】本発明は概括的にはガスタービンエンジ
ンに関するものであり、さらに具体的にはガスタービン
エンジン内のエーロフォイルの製造に関する。
ンに関するものであり、さらに具体的にはガスタービン
エンジン内のエーロフォイルの製造に関する。
【０００２】航空機用ターボファンエンジンは、フア
ン、多段軸流圧縮機、燃焼器、高圧タービン（ＨＰＴ）
及び低圧タービン（ＬＰＴ）を直列に流れが連通するよ
うに含むガスタービンエンジンの１形式である。運転
中、空気がフアンを通過し、その一部が圧縮機に入って
加圧され、次いで燃焼器内で燃料と混合され、点火され
て高温燃焼ガスを発生する。燃焼ガスはＨＰＴ及びＬＰ
Ｔを順に流れ、ＨＰＴ及びＬＰＴでエネルギが抽出さ
れ、それぞれ圧縮機及びフアンに動力を与える。
ン、多段軸流圧縮機、燃焼器、高圧タービン（ＨＰＴ）
及び低圧タービン（ＬＰＴ）を直列に流れが連通するよ
うに含むガスタービンエンジンの１形式である。運転
中、空気がフアンを通過し、その一部が圧縮機に入って
加圧され、次いで燃焼器内で燃料と混合され、点火され
て高温燃焼ガスを発生する。燃焼ガスはＨＰＴ及びＬＰ
Ｔを順に流れ、ＨＰＴ及びＬＰＴでエネルギが抽出さ
れ、それぞれ圧縮機及びフアンに動力を与える。
【０００３】エンジンにはフアン、圧縮機及びタービン
にみられるようなロータブレードの形態の各種エーロフ
ォイルが含まれる。別のエーロフォイルは、圧縮機及び
タービンにみられるステーターベーンである。
にみられるようなロータブレードの形態の各種エーロフ
ォイルが含まれる。別のエーロフォイルは、圧縮機及び
タービンにみられるステーターベーンである。
【０００４】タービンブレード及びベーンは運転中に高
温燃焼ガスにさらされるので、それらは通例中空であ
り、圧縮機からの抽気の一部を冷却のため中に通す。高
圧タービンのベーンとブレードは最も過酷な温度環境に
付され、そのため、運転中に適当な有効寿命を得るため
相応の冷却を必要とする。
温燃焼ガスにさらされるので、それらは通例中空であ
り、圧縮機からの抽気の一部を冷却のため中に通す。高
圧タービンのベーンとブレードは最も過酷な温度環境に
付され、そのため、運転中に適当な有効寿命を得るため
相応の冷却を必要とする。
【０００５】タービンブレードにみられる典型的な冷却
フィーチャー（features）には、多重パス蛇行冷却通
路；冷却効果を高めるための冷却通路内の各種形態の乱
流部材；正圧面と負圧面、前縁と後縁、さらには翼先端
を対流冷却及び冷却フィルムの発生の双方によって選択
的に冷却すべくエーロフォイルに設けられる各種の孔；
並びにインピンジメント孔を有し、エーロフォイルの内
部冷却を高めるため冷却空気の一部をエーロフォイル内
面に衝突するジェットとして差向けるエーロフォイル内
部のインピンジメントバッフルがある。
フィーチャー（features）には、多重パス蛇行冷却通
路；冷却効果を高めるための冷却通路内の各種形態の乱
流部材；正圧面と負圧面、前縁と後縁、さらには翼先端
を対流冷却及び冷却フィルムの発生の双方によって選択
的に冷却すべくエーロフォイルに設けられる各種の孔；
並びにインピンジメント孔を有し、エーロフォイルの内
部冷却を高めるため冷却空気の一部をエーロフォイル内
面に衝突するジェットとして差向けるエーロフォイル内
部のインピンジメントバッフルがある。
【０００６】これらのエーロフォイルは最初に内部冷却
されるので、その内側に内部冷却フィーチャーを適切に
形成しなければならない。通例、これはエーロフォイル
を内側も外側も正味の形に近い形に鋳造することによっ
て行われる。エーロフォイルの外側はしかる後にエンジ
ン性能を最大限に引き出すのに必要な厳密な許容公差を
満足するように最終又は仕上げの形まで加工されること
もある。しかし、エーロフォイル内部冷却フィーチャー
を加工するのは不可能であり、これは特殊な鋳造方法で
得られる精度でしか形成できない。
されるので、その内側に内部冷却フィーチャーを適切に
形成しなければならない。通例、これはエーロフォイル
を内側も外側も正味の形に近い形に鋳造することによっ
て行われる。エーロフォイルの外側はしかる後にエンジ
ン性能を最大限に引き出すのに必要な厳密な許容公差を
満足するように最終又は仕上げの形まで加工されること
もある。しかし、エーロフォイル内部冷却フィーチャー
を加工するのは不可能であり、これは特殊な鋳造方法で
得られる精度でしか形成できない。
【０００７】さらに、タービンのベーン及びブレード内
部で多孔バッフルを別個に鋳造するのは実際的ではない
ので、ベーン及びブレードの内部にバッフルを集成でき
るか否かによってタービンのベーン及びブレードにイン
ピンジメントバッフルを使うことができるか否かも制限
される。実際上は、個々のバッフルを予め作って、エー
ロフォイルの向かい合った２つの端のいずれかからエー
ロフォイル内に挿入し、次いでエーロフォイル内側でそ
の一端を固着して、エーロフォイル自体とは異なる熱膨
張及び熱収縮が何ら拘束されずにできるようにする。
部で多孔バッフルを別個に鋳造するのは実際的ではない
ので、ベーン及びブレードの内部にバッフルを集成でき
るか否かによってタービンのベーン及びブレードにイン
ピンジメントバッフルを使うことができるか否かも制限
される。実際上は、個々のバッフルを予め作って、エー
ロフォイルの向かい合った２つの端のいずれかからエー
ロフォイル内に挿入し、次いでエーロフォイル内側でそ
の一端を固着して、エーロフォイル自体とは異なる熱膨
張及び熱収縮が何ら拘束されずにできるようにする。
【０００８】ガスタービンエンジンの性能は主に燃焼ガ
スの温度によって影響され、温度が高いほど効率は高ま
るが、ただし、使用される材料の高温強度とその有効な
冷却が条件となる。典型的なタービンのベーン及びブレ
ードの内部冷却フィーチャーは、用いられる具体的な鋳
造方法によって、精度及び細部が制限を受けるので、エ
ーロフォイル内部冷却フィーチャーに進歩がみられれば
エンジン効率をさらに進めることができる。
スの温度によって影響され、温度が高いほど効率は高ま
るが、ただし、使用される材料の高温強度とその有効な
冷却が条件となる。典型的なタービンのベーン及びブレ
ードの内部冷却フィーチャーは、用いられる具体的な鋳
造方法によって、精度及び細部が制限を受けるので、エ
ーロフォイル内部冷却フィーチャーに進歩がみられれば
エンジン効率をさらに進めることができる。
【０００９】タービンエーロフォイルは２つの部分に分
けて製造し、その２つの部分を集成する前にエーロフォ
イルの内部冷却フィーチャーを形成しておくこともでき
る。ガスタービンエーロフォイルの過酷な環境からし
て、この２つの部分は後でその構造的完全性が保たれる
ように適切に一つに接合しなければならない。これは従
前公知の拡散接合法で行い得るが、このプロセスは複数
の部分をそれらの界面で接合する固相ろう付又は溶接プ
ロセスである。
けて製造し、その２つの部分を集成する前にエーロフォ
イルの内部冷却フィーチャーを形成しておくこともでき
る。ガスタービンエーロフォイルの過酷な環境からし
て、この２つの部分は後でその構造的完全性が保たれる
ように適切に一つに接合しなければならない。これは従
前公知の拡散接合法で行い得るが、このプロセスは複数
の部分をそれらの界面で接合する固相ろう付又は溶接プ
ロセスである。
【００１０】しかし、拡散接合は、対合する面の表面に
不都合に大きな凹凸のない正確に一致する面を必要と
し、かかる凹凸があると拡散接合が劣化する。これに呼
応して、対合面の加工は精密な許容公差を必要とする
が、これを達成するのは困難で費用がかかり、エーロフ
ォイルの捩れに合うような３−Ｄ界面では特にそうであ
る。従って、拡散接合エーロフォイルのコストは、慣用
法で鋳造したブレード２個分の製造コストに近くなるこ
とがあり、ひどく高価である。
不都合に大きな凹凸のない正確に一致する面を必要と
し、かかる凹凸があると拡散接合が劣化する。これに呼
応して、対合面の加工は精密な許容公差を必要とする
が、これを達成するのは困難で費用がかかり、エーロフ
ォイルの捩れに合うような３−Ｄ界面では特にそうであ
る。従って、拡散接合エーロフォイルのコストは、慣用
法で鋳造したブレード２個分の製造コストに近くなるこ
とがあり、ひどく高価である。
【００１１】従って、ガスタービンエンジンの動作効率
をさらに高めるため、ガスタービンエンジンの中空ベー
ン及びブレードの改良製造方法が望まれている。
をさらに高めるため、ガスタービンエンジンの中空ベー
ン及びブレードの改良製造方法が望まれている。
【００１２】
【発明の簡単な要約】中空エーロフォイルの製造方法
は、第１の部分及び第２の部分を加工してそれらの内部
フィーチャーを作ることを含む。第１部分と第２部分を
次いで相補的な継目となる面で一緒に同時加工する。次
いで同時加工された継目となる面で第１部分と第２部分
を一つに接合する。
は、第１の部分及び第２の部分を加工してそれらの内部
フィーチャーを作ることを含む。第１部分と第２部分を
次いで相補的な継目となる面で一緒に同時加工する。次
いで同時加工された継目となる面で第１部分と第２部分
を一つに接合する。
【００１３】
【発明の詳しい説明】本発明の好ましい実施形態を、本
発明のその他の目的及び利点と併せて、添付図面を参照
しながら、以下の詳細な説明で更に具体的に説明する。
発明のその他の目的及び利点と併せて、添付図面を参照
しながら、以下の詳細な説明で更に具体的に説明する。
【００１４】図１に、本発明で製造し得るガスタービン
エンジンの例示的エーロフォイル１０を示す。エーロフ
ォイルは冷却空気で内部冷却を行うために中空であり、
例示的な形態として高圧タービンロータブレードの形を
しているが、ベーン又はエンジン内の適当なエーロフォ
イル又はストラットの形にしてもよい。
エンジンの例示的エーロフォイル１０を示す。エーロフ
ォイルは冷却空気で内部冷却を行うために中空であり、
例示的な形態として高圧タービンロータブレードの形を
しているが、ベーン又はエンジン内の適当なエーロフォ
イル又はストラットの形にしてもよい。
【００１５】エーロフォイルは内部冷却フィーチャー１
２を含むが、かかる内部冷却フィーチャーは、エーロフ
ォイルの底部から上部まで延在していて冷却空気を受容
れるための底部入口をもつ多重パス蛇行冷却通路、リブ
又はピンのような種々の形態の乱流部材を始めとする、
各種の慣用形態を取り得る。
２を含むが、かかる内部冷却フィーチャーは、エーロフ
ォイルの底部から上部まで延在していて冷却空気を受容
れるための底部入口をもつ多重パス蛇行冷却通路、リブ
又はピンのような種々の形態の乱流部材を始めとする、
各種の慣用形態を取り得る。
【００１６】エーロフォイルは、タービンベーン又はブ
レードいずれかとして使用するため特異的に形作られた
フィーチャーを始めとする外部形状を有する。例えば、
エーロフォイルの本体は概略凸形の負圧面１４と概略凹
形の正圧面１６を含んでいるが、これらの面は軸方向に
向かい合った前縁と後縁でつながっており、前縁と後縁
は半径方向に根元から翼先端まで延在していて、運転中
は、その上を高温燃焼ガスが流れる。プラットフォーム
１８はエーロフォイルの内側流路又はガス境界を画成
し、その半径方向下方にはエーロフォイルをエンジンの
ロータディスクに取付けるためのダブテール２０が配置
されている。ベーンの実施形態では、エーロフォイルの
本体は半径方向外端及び内端で、それぞれの流路の境界
を定める弓形の外側バンド及び内側バンドに接合され、
取付け用のダブテールを必要としない。
レードいずれかとして使用するため特異的に形作られた
フィーチャーを始めとする外部形状を有する。例えば、
エーロフォイルの本体は概略凸形の負圧面１４と概略凹
形の正圧面１６を含んでいるが、これらの面は軸方向に
向かい合った前縁と後縁でつながっており、前縁と後縁
は半径方向に根元から翼先端まで延在していて、運転中
は、その上を高温燃焼ガスが流れる。プラットフォーム
１８はエーロフォイルの内側流路又はガス境界を画成
し、その半径方向下方にはエーロフォイルをエンジンの
ロータディスクに取付けるためのダブテール２０が配置
されている。ベーンの実施形態では、エーロフォイルの
本体は半径方向外端及び内端で、それぞれの流路の境界
を定める弓形の外側バンド及び内側バンドに接合され、
取付け用のダブテールを必要としない。
【００１７】エーロフォイルは、冷却空気をエーロフォ
イルの内側から燃焼ガス流路へ吐出するための種々の冷
却空気孔２２も含み得る。冷却孔２２は、負圧面１４及
び正圧面１６を通る傾斜フィルム冷却孔の形態、エーロ
フォイル翼先端を通る冷却孔の形態、及びエーロフォイ
ルの後縁の冷却孔の形態とし得る。
イルの内側から燃焼ガス流路へ吐出するための種々の冷
却空気孔２２も含み得る。冷却孔２２は、負圧面１４及
び正圧面１６を通る傾斜フィルム冷却孔の形態、エーロ
フォイル翼先端を通る冷却孔の形態、及びエーロフォイ
ルの後縁の冷却孔の形態とし得る。
【００１８】エーロフォイル１０自体は、具体的設計用
途によって決まる外部フィーチャーをもつタービンロー
タブレード又はタービンベーンいずれかとしてどのよう
な慣用形を有していてもよい。内部冷却フィーチャー１
２も、ダブテール２０の底部から導入され、各種冷却孔
２２から吐出されるエーロフォイル内部を通る空気の冷
却効果を最大限にするのに望ましいように変更し得る。
途によって決まる外部フィーチャーをもつタービンロー
タブレード又はタービンベーンいずれかとしてどのよう
な慣用形を有していてもよい。内部冷却フィーチャー１
２も、ダブテール２０の底部から導入され、各種冷却孔
２２から吐出されるエーロフォイル内部を通る空気の冷
却効果を最大限にするのに望ましいように変更し得る。
【００１９】エーロフォイルの冷却効率と、それに対応
したエンジン全体の効率は、各種内部冷却フィーチャー
１２の構成又は製造精度のいずれかを改善することによ
り、改善することができる。従来の鋳造技術は、内部冷
却フィーチャーを正確に形作る能力に限界があり、かか
るフィーチャーの構成にも限界がある。上述の通り、エ
ーロフォイルの内側にインピンジメントバッフルを使用
するのは、バッフルをエーロフォイルの根元又は翼先端
のいずれかを通して集成できるかどうかによって制限さ
れる。
したエンジン全体の効率は、各種内部冷却フィーチャー
１２の構成又は製造精度のいずれかを改善することによ
り、改善することができる。従来の鋳造技術は、内部冷
却フィーチャーを正確に形作る能力に限界があり、かか
るフィーチャーの構成にも限界がある。上述の通り、エ
ーロフォイルの内側にインピンジメントバッフルを使用
するのは、バッフルをエーロフォイルの根元又は翼先端
のいずれかを通して集成できるかどうかによって制限さ
れる。
【００２０】図２〜図４は、本発明の例示的実施形態に
より、ロータブレード又はベーンいずれかの形態をした
図１の中空エーロフォイル１０を製造又は形成するため
の改良方法を図解したものである。製造プロセスは、図
２に示すように、最初に半製品の厚板２４を従来通りの
方法で鋳造し、その外面を大まかな許容公差まで適当に
研削することから着手し得る。好ましい実施形態では、
厚板は、後の製造工程で必要とされる固定を簡単かつ正
確なものにするために、略平坦で垂直な側壁をもつブロ
ックの形である。
より、ロータブレード又はベーンいずれかの形態をした
図１の中空エーロフォイル１０を製造又は形成するため
の改良方法を図解したものである。製造プロセスは、図
２に示すように、最初に半製品の厚板２４を従来通りの
方法で鋳造し、その外面を大まかな許容公差まで適当に
研削することから着手し得る。好ましい実施形態では、
厚板は、後の製造工程で必要とされる固定を簡単かつ正
確なものにするために、略平坦で垂直な側壁をもつブロ
ックの形である。
【００２１】図１に示す完成エーロフォイル１０に対応
する内部冷却フィーチャー１２を作るための第１の部分
又は半体２６の最初の加工、並びに同じエーロフォイル
の対応内部フィーチャー１２を作るための第２の部分又
は半体２８の加工には、１以上の厚板２４が使われる。
第１部分２６及び第２部分２８の内部フィーチャーは、
例えば多軸工作機械３０を使用して慣用法で加工し得
る。
する内部冷却フィーチャー１２を作るための第１の部分
又は半体２６の最初の加工、並びに同じエーロフォイル
の対応内部フィーチャー１２を作るための第２の部分又
は半体２８の加工には、１以上の厚板２４が使われる。
第１部分２６及び第２部分２８の内部フィーチャーは、
例えば多軸工作機械３０を使用して慣用法で加工し得
る。
【００２２】このようにして、得られるエーロフォイル
１０の内部冷却フィーチャー１２は、製造プロセスの始
めに直に触れることができ、相当細かな細工でしかも相
当の精度をもって、厚板２４に精密加工することができ
る。各部分がエーロフォイルの対応する半体又は半径方
向部分をなし、内部冷却フィーチャー１２はそれらの間
で、多重パス蛇行冷却通路、乱流部材、及び内部隔壁も
しくは流路等を始め、所望通りに分割される。
１０の内部冷却フィーチャー１２は、製造プロセスの始
めに直に触れることができ、相当細かな細工でしかも相
当の精度をもって、厚板２４に精密加工することができ
る。各部分がエーロフォイルの対応する半体又は半径方
向部分をなし、内部冷却フィーチャー１２はそれらの間
で、多重パス蛇行冷却通路、乱流部材、及び内部隔壁も
しくは流路等を始め、所望通りに分割される。
【００２３】図２に示す好ましい実施形態では、１つの
厚板に複数の第１部分２６、又は１つの厚板に複数個の
第２部分２８、又は同じ厚板にこれら両方の部分２６及
び２８に対応する何組かの内部冷却フィーチャー１２が
得られるように１つの厚板１４を加工する。個々の部分
２６，２８を次いで慣用法で切断して厚板２４から分離
し、かつ互いに分離し得る。
厚板に複数の第１部分２６、又は１つの厚板に複数個の
第２部分２８、又は同じ厚板にこれら両方の部分２６及
び２８に対応する何組かの内部冷却フィーチャー１２が
得られるように１つの厚板１４を加工する。個々の部分
２６，２８を次いで慣用法で切断して厚板２４から分離
し、かつ互いに分離し得る。
【００２４】図３に示す好ましい実施形態では、２つの
部分２６，２８はエーロフォイルの負圧面及び正圧面１
４，１６にそれぞれほぼ対応し、その内部冷却フィーチ
ャー１２はエーロフォイルの前縁及び後縁の間のキャン
バーラインに沿って略等しく分離される。
部分２６，２８はエーロフォイルの負圧面及び正圧面１
４，１６にそれぞれほぼ対応し、その内部冷却フィーチ
ャー１２はエーロフォイルの前縁及び後縁の間のキャン
バーラインに沿って略等しく分離される。
【００２５】次いで、これら２つの部分２６，２８に、
双方の部分の対応内部冷却フィーチャー１２を正確に整
合させるため適当なインデックスを付けるか或いは参照
記号を付して、内部フィーチャーを一つに集成したとき
にそれらが一体としてエーロフォイルの内部流路を画成
できるようにする。
双方の部分の対応内部冷却フィーチャー１２を正確に整
合させるため適当なインデックスを付けるか或いは参照
記号を付して、内部フィーチャーを一つに集成したとき
にそれらが一体としてエーロフォイルの内部流路を画成
できるようにする。
【００２６】本発明の別の態様では、２つの部分２６，
２８を相補的な継目となる第１及び第２の面３２，３４
で一緒に同時加工して、後で接合するためのほぼ正確も
しくは完全にフィットするようにする。２つの部分の加
工プロセスに際して、対応する内部冷却フィーチャー１
２は最終的かつ精密な許容公差にまで加工されるが、継
目となる面３２，３４は比較的大まかな許容公差で加工
し得る。例えば数ミル余して加工しておき、この余分な
材料を、２つの部分の対合を精密にフィットさせるため
同時加工で取除くことができる。２つの部分は最初は別
々に製造もしくは加工されるが、後の接合のための継目
となる面を正確にかつ比較的低廉に調製すべくそれらは
対として一緒に同時加工される。
２８を相補的な継目となる第１及び第２の面３２，３４
で一緒に同時加工して、後で接合するためのほぼ正確も
しくは完全にフィットするようにする。２つの部分の加
工プロセスに際して、対応する内部冷却フィーチャー１
２は最終的かつ精密な許容公差にまで加工されるが、継
目となる面３２，３４は比較的大まかな許容公差で加工
し得る。例えば数ミル余して加工しておき、この余分な
材料を、２つの部分の対合を精密にフィットさせるため
同時加工で取除くことができる。２つの部分は最初は別
々に製造もしくは加工されるが、後の接合のための継目
となる面を正確にかつ比較的低廉に調製すべくそれらは
対として一緒に同時加工される。
【００２７】従って、いったん継目となる面３２，３４
が正確に同時加工されれば、その後２つの部分は、図４
に示すように、継目となる面で一つに接合して、対応す
る内部冷却フィーチャー１２が互いに適当に整合した２
つの部分からなる一体もしくは単一の集成体を形成する
ことができる。かくして接合した部分２６，２８は、次
いで、例えば多軸工作機械３０を使って従来通り加工し
て、負圧面１４及び正圧面１６、プラットフォーム１８
及びダブテール２０のような所望の外部フィーチャーを
作ることができる。各種冷却孔２２は、外部フィーチャ
ーが最終的許容公差まで加工されれば、任意の慣用法
で、エーロフォイル１０に形成又は穿孔することができ
る。
が正確に同時加工されれば、その後２つの部分は、図４
に示すように、継目となる面で一つに接合して、対応す
る内部冷却フィーチャー１２が互いに適当に整合した２
つの部分からなる一体もしくは単一の集成体を形成する
ことができる。かくして接合した部分２６，２８は、次
いで、例えば多軸工作機械３０を使って従来通り加工し
て、負圧面１４及び正圧面１６、プラットフォーム１８
及びダブテール２０のような所望の外部フィーチャーを
作ることができる。各種冷却孔２２は、外部フィーチャ
ーが最終的許容公差まで加工されれば、任意の慣用法
で、エーロフォイル１０に形成又は穿孔することができ
る。
【００２８】本発明で特に重要なのは、第１部分２６及
び第２部分２８を同時加工する前に、継目となる面３
２，３４で第１部分２６及び第２部分２８を最初に大ま
かに加工しておくことである。継目となる面３２，３４
の経路は、負圧面１４に関連したあるフィーチャーが一
方の部分にあり、正圧面１６に関連したあるフィーチャ
ーが他方の部分にあり、これらのフィーチャーが相補的
であってこれらが集合的に最終的外部加工を受けるエー
ロフォイルを画成するように、エーロフォイルを２つの
部分に分かつのに望ましいように選択し得る。
び第２部分２８を同時加工する前に、継目となる面３
２，３４で第１部分２６及び第２部分２８を最初に大ま
かに加工しておくことである。継目となる面３２，３４
の経路は、負圧面１４に関連したあるフィーチャーが一
方の部分にあり、正圧面１６に関連したあるフィーチャ
ーが他方の部分にあり、これらのフィーチャーが相補的
であってこれらが集合的に最終的外部加工を受けるエー
ロフォイルを画成するように、エーロフォイルを２つの
部分に分かつのに望ましいように選択し得る。
【００２９】図３に示す通り、継目となる面３２，３４
は、ダブテールの底部からエーロフォイルの本体の先端
まで、かつエーロフォイルの前縁と後縁の間の内部冷却
フィーチャー１２を取囲む部分を含んでいる。継目とな
る面は、所望に応じて、例えば負圧面と正圧面とをつな
いで蛇行冷却通路を構成する各種隔壁を始めとする、内
部冷却フィーチャー１２の幾つかの対応部分も含んでい
てもよい。継目となる面は、冷却空気をエーロフォイル
の後縁孔へ通す流れの隔壁を後縁に沿って含んでいても
よい。
は、ダブテールの底部からエーロフォイルの本体の先端
まで、かつエーロフォイルの前縁と後縁の間の内部冷却
フィーチャー１２を取囲む部分を含んでいる。継目とな
る面は、所望に応じて、例えば負圧面と正圧面とをつな
いで蛇行冷却通路を構成する各種隔壁を始めとする、内
部冷却フィーチャー１２の幾つかの対応部分も含んでい
てもよい。継目となる面は、冷却空気をエーロフォイル
の後縁孔へ通す流れの隔壁を後縁に沿って含んでいても
よい。
【００３０】継目となる２つの面のこうした各種のフィ
ーチャーは、最初にエーロフォイルの円周方向の大きさ
に沿って高さを大まかに加工し、同時加工時にそこから
材料が除去されて部分と部分の相補的内部フィーチャー
すべてが正確にフィットして最適な接合部が形成される
ようにする。
ーチャーは、最初にエーロフォイルの円周方向の大きさ
に沿って高さを大まかに加工し、同時加工時にそこから
材料が除去されて部分と部分の相補的内部フィーチャー
すべてが正確にフィットして最適な接合部が形成される
ようにする。
【００３１】まず図３に示すように、２つの部分の同時
加工は、同時加工用に適当に修正を加えた電気化学加工
（ＥＣＭ）又は放電加工（ＥＤＭ）の従来公知のプロセ
スを用いて実施し得る。従来のＥＣＭでは、電極工具
は、部分に望まれる面の鏡像となる切削面をもつような
具体的形状にされる。同様に、ＥＤＭでは、別個の電極
工具は各部分を加工するための鏡像を有していてもよい
し、或いは所要の面輪郭を削り出すため所望通り動かし
てもよい。いずれの場合も、対応部分を加工するには、
別個の工具が必要である。
加工は、同時加工用に適当に修正を加えた電気化学加工
（ＥＣＭ）又は放電加工（ＥＤＭ）の従来公知のプロセ
スを用いて実施し得る。従来のＥＣＭでは、電極工具
は、部分に望まれる面の鏡像となる切削面をもつような
具体的形状にされる。同様に、ＥＤＭでは、別個の電極
工具は各部分を加工するための鏡像を有していてもよい
し、或いは所要の面輪郭を削り出すため所望通り動かし
てもよい。いずれの場合も、対応部分を加工するには、
別個の工具が必要である。
【００３２】対照的に、本発明では、２つの部分２６，
２８の各々は、それ自体が他方の部分を加工するための
工具であって、そのために特別にあつらえた別個の切削
工具は使用しない。
２８の各々は、それ自体が他方の部分を加工するための
工具であって、そのために特別にあつらえた別個の切削
工具は使用しない。
【００３３】図５は、好ましい実施形態に従って、２つ
の部分２６，２８を同時加工する例示的実施形態を図解
したものである。２つの部分２６，２８は、それぞれ陽
極（＋）及び陰極（−）を定める適当な大電流電源３６
を使って給電される。２つの部分が、それぞれの継目と
なる面３２，３４の間で所定の隙間４０が保つため２つ
の部分を一緒に正確に位置ぎめするため、対応するキャ
リッジ３８に適当に据付けられる。次いで、継目となる
面３２，３４を一緒に同時加工すなわちそれから材料を
除去してそれらを正確に対合するため、隙間４０に適当
な液体４２を流す。
の部分２６，２８を同時加工する例示的実施形態を図解
したものである。２つの部分２６，２８は、それぞれ陽
極（＋）及び陰極（−）を定める適当な大電流電源３６
を使って給電される。２つの部分が、それぞれの継目と
なる面３２，３４の間で所定の隙間４０が保つため２つ
の部分を一緒に正確に位置ぎめするため、対応するキャ
リッジ３８に適当に据付けられる。次いで、継目となる
面３２，３４を一緒に同時加工すなわちそれから材料を
除去してそれらを正確に対合するため、隙間４０に適当
な液体４２を流す。
【００３４】図５では、継目となる面は、同時加工すべ
き適量の過剰材料をもつ状態で実線で示されている。第
１部分２６が継目となる面３４で第２部分２８を加工す
ると、第２部分は同時に継目となる面３２で第１部分を
加工し、かくして破線で示すように両方の面から十分な
材料が除去されて、面同士が実質的にぴったりと対合す
る正確な適合が達成する。継目となる面３２，３４は、
根元から翼先端まで捩れていて反りが変化していてもよ
いエーロフォイル１０の３次元形状を倣うように比較的
複雑な輪郭とし得るので、同時加工することにより、部
分及び継目となる面の３Ｄの複雑さに関係なく、精密に
対合する界面が保証される。
き適量の過剰材料をもつ状態で実線で示されている。第
１部分２６が継目となる面３４で第２部分２８を加工す
ると、第２部分は同時に継目となる面３２で第１部分を
加工し、かくして破線で示すように両方の面から十分な
材料が除去されて、面同士が実質的にぴったりと対合す
る正確な適合が達成する。継目となる面３２，３４は、
根元から翼先端まで捩れていて反りが変化していてもよ
いエーロフォイル１０の３次元形状を倣うように比較的
複雑な輪郭とし得るので、同時加工することにより、部
分及び継目となる面の３Ｄの複雑さに関係なく、精密に
対合する界面が保証される。
【００３５】部分２６，２８を電気化学的に同時加工す
るための液体４２は適当な電解質であり、ＥＣＭは、こ
れらの各部分と別の慣用ＥＣＭ切削電極の代りに、２つ
の部分２６，２８を据え付けるための特別な構成をもつ
慣用ＥＣＭ装置で実施し得る。
るための液体４２は適当な電解質であり、ＥＣＭは、こ
れらの各部分と別の慣用ＥＣＭ切削電極の代りに、２つ
の部分２６，２８を据え付けるための特別な構成をもつ
慣用ＥＣＭ装置で実施し得る。
【００３６】同様に、２つの部分２６，２８を放電で同
時加工するための液体４２は脱イオン水のような好適な
誘電体であり、かかる液体を隙間４０に流して、各部分
を冷却するとともに破片を除去し、ＥＤＭは、これらい
ずれか一方の部分と対応する慣用ＥＤＭ切削電極の代り
に、２つの部分を据付けるための特別な構成をもつ慣用
ＥＤＭ装置で実施し得る。ＥＣＭでは電気化学的作用に
より継目となる両方法の面３２，３４から材料を除去す
るのに対して、ＥＤＭでは制御された火花発生又はアー
ク発生により材料を取除く。両プロセス共に、同時加工
された継目となる面３２，３４は滑らかで実質的に正確
に適合を生じる。
時加工するための液体４２は脱イオン水のような好適な
誘電体であり、かかる液体を隙間４０に流して、各部分
を冷却するとともに破片を除去し、ＥＤＭは、これらい
ずれか一方の部分と対応する慣用ＥＤＭ切削電極の代り
に、２つの部分を据付けるための特別な構成をもつ慣用
ＥＤＭ装置で実施し得る。ＥＣＭでは電気化学的作用に
より継目となる両方法の面３２，３４から材料を除去す
るのに対して、ＥＤＭでは制御された火花発生又はアー
ク発生により材料を取除く。両プロセス共に、同時加工
された継目となる面３２，３４は滑らかで実質的に正確
に適合を生じる。
【００３７】継目となる面３２，３４の粗加工は、加工
時間とコストの削減のため、数ミル程度の比較的大きな
許容公差をもつことがあるが、継目となる面の同時加工
は、短い加工時間かつ低コストで、十分の数ミル程度の
面の正確な対合を達成することができ、最適な拡散接合
が確実に行えるようになる。
時間とコストの削減のため、数ミル程度の比較的大きな
許容公差をもつことがあるが、継目となる面の同時加工
は、短い加工時間かつ低コストで、十分の数ミル程度の
面の正確な対合を達成することができ、最適な拡散接合
が確実に行えるようになる。
【００３８】２つの部分を同時加工した後、それらを、
図６にさらに具体的に示す拡散接合等の適当な接合の実
施に適するように固定し得る。拡散接合は、穏和な圧力
と高温の下で行われる従来公知の固相ろう付又は溶接プ
ロセスである。２つの部分２６，２８を、同時加工され
た継目面３２，３４を界面を圧縮状態に保つ適当な外力
Ｆの下で互いに接触させた状態で適切に整合する。拡散
接合を好適な温度で実施して、２つの部分を、ガスター
ビンエンジンの過酷な環境に耐える相応の材料強度を有
する単一又は一体集成体として一つに接合する。
図６にさらに具体的に示す拡散接合等の適当な接合の実
施に適するように固定し得る。拡散接合は、穏和な圧力
と高温の下で行われる従来公知の固相ろう付又は溶接プ
ロセスである。２つの部分２６，２８を、同時加工され
た継目面３２，３４を界面を圧縮状態に保つ適当な外力
Ｆの下で互いに接触させた状態で適切に整合する。拡散
接合を好適な温度で実施して、２つの部分を、ガスター
ビンエンジンの過酷な環境に耐える相応の材料強度を有
する単一又は一体集成体として一つに接合する。
【００３９】本発明の特段の利点の一つは、図２に示す
最初の厚板２４がブロックの形態で、内部冷却フィーチ
ャー１２がその片側に形成されることである。従って、
同時加工される部分を図６に示すように組立てたとき、
外面は典型的なエーロフォイルのフィーチャーがなく、
平坦な面であり、これは拡散接合プロセスのための据付
け及び整合が容易であるだけでなく、同時加工プロセス
及び内部冷却フィーチャー１２の初期加工のための据付
け及び整合も容易である。
最初の厚板２４がブロックの形態で、内部冷却フィーチ
ャー１２がその片側に形成されることである。従って、
同時加工される部分を図６に示すように組立てたとき、
外面は典型的なエーロフォイルのフィーチャーがなく、
平坦な面であり、これは拡散接合プロセスのための据付
け及び整合が容易であるだけでなく、同時加工プロセス
及び内部冷却フィーチャー１２の初期加工のための据付
け及び整合も容易である。
【００４０】ＥＤＭ同時加工プロセスは、同時加工面３
２，３４上に薄い再鋳造層を生じることがあるので、拡
散接合プロセスでホウ素を含む適当な層間層を使用して
もよい。ホウ素は液相を経由して変化して再鋳造層を溶
解し、得られる拡散接合を改善する。
２，３４上に薄い再鋳造層を生じることがあるので、拡
散接合プロセスでホウ素を含む適当な層間層を使用して
もよい。ホウ素は液相を経由して変化して再鋳造層を溶
解し、得られる拡散接合を改善する。
【００４１】上述の通り、２つの部分を図４に示すよう
に拡散接合した後で、外部フィーチャー１４−２０を慣
用法で加工すればよく、ある実施形態では、図１及び図
４に示すようなガスタービンエンジン高圧タービンロー
タブレードを画成する。別の実施形態では、２つの部分
はタービンベーンを形成するような構成とし得る。さら
に別の実施形態では、本発明の様々な利点を享受すべ
く、その他の部品をこのようにして形成し得る。
に拡散接合した後で、外部フィーチャー１４−２０を慣
用法で加工すればよく、ある実施形態では、図１及び図
４に示すようなガスタービンエンジン高圧タービンロー
タブレードを画成する。別の実施形態では、２つの部分
はタービンベーンを形成するような構成とし得る。さら
に別の実施形態では、本発明の様々な利点を享受すべ
く、その他の部品をこのようにして形成し得る。
【００４２】かかる利点としては、最初に内部フィーチ
ャーを加工するため２つの部分として物品を形成し、次
いで２つの部分を一体の単一集成体に接合することによ
り、中空物品に内部フィーチャーを精密に形成できるこ
とが挙げられる。拡散接合によって、２つの部分は継目
となる面で互いに冶金的に接合され、継目となる面は基
体材料の強度を保つ接合部となる。この改良法は、この
タイプの２つの部分からなる物品の製造コストを大幅に
低減する。この改良法は、慣用法で鋳造したブレードで
は不可能であった内部冷却フィーチャーを作ることがで
きる。
ャーを加工するため２つの部分として物品を形成し、次
いで２つの部分を一体の単一集成体に接合することによ
り、中空物品に内部フィーチャーを精密に形成できるこ
とが挙げられる。拡散接合によって、２つの部分は継目
となる面で互いに冶金的に接合され、継目となる面は基
体材料の強度を保つ接合部となる。この改良法は、この
タイプの２つの部分からなる物品の製造コストを大幅に
低減する。この改良法は、慣用法で鋳造したブレードで
は不可能であった内部冷却フィーチャーを作ることがで
きる。
【００４３】本発明の好ましい例示的実施形態と思料す
るものについて説明してきたが、本明細書の説明から、
当業者には本発明のその他の変更も自明であろう。従っ
て、本発明の技術的思想及び範囲に属するかかるすべて
の変更が特許請求の範囲によって保護されることを求め
る。
るものについて説明してきたが、本明細書の説明から、
当業者には本発明のその他の変更も自明であろう。従っ
て、本発明の技術的思想及び範囲に属するかかるすべて
の変更が特許請求の範囲によって保護されることを求め
る。
【００４４】従って、特許による保護を求めるのは、特
許請求の範囲に規定しかつ特徴付けた発明である。
許請求の範囲に規定しかつ特徴付けた発明である。
【図１】タービンロータブレードの形をした一例のガス
タービンエンジンのエーロフォイルの不等角図で、内部
冷却フィーチャーを示すために一部分を切欠いてある。
タービンエンジンのエーロフォイルの不等角図で、内部
冷却フィーチャーを示すために一部分を切欠いてある。
【図２】本発明の実施形態による図１に示したエーロフ
ォイルの製造方法の略図。
ォイルの製造方法の略図。
【図３】本発明の実施形態による図１に示したエーロフ
ォイルの製造方法の略図。
ォイルの製造方法の略図。
【図４】本発明の実施形態による図１に示したエーロフ
ォイルの製造方法の略図。
ォイルの製造方法の略図。
【図５】図３に示す同時加工する工程を略線５−５に沿
って見た側面図。
って見た側面図。
【図６】図４に示す接合工程を略線６−６に沿って見た
側面図。
側面図。
Claims (11)
- 【請求項１】 中空タービン物品の製造方法であって、
第１の部分を加工して前記物品の内部フィーチャーを作
り、第２の部分を加工して前記物品の内部フィーチャー
を作り、前記第１部分と第２部分を相補的な継目となる
面で一緒に同時加工し、かつ前記継目となる面で前記第
１部分と第２部分を一つに接合することを含んでなる方
法。 - 【請求項２】 接合した第１部分と第２部分を加工して
物品の外部フィーチャーを作ることをさらに含む、請求
項１記載の方法。 - 【請求項３】 厚板を鋳造し、かつ前記部分の一方の内
部フィーチャーをその内部に加工することをさらに含
む、請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 前記厚板に、複数個の部分に対応した内
部フィーチャーを加工することをさらに含む、請求項３
記載の方法。 - 【請求項５】 前記複数個の部分を前記厚板から分離
し、次いで前記部分を対として同時加工することを含
む、請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 前記第１部分と第２部分を同時加工する
前に、前記継目となる面で第１部分と第２部分を加工
し、次いでこれらの部分を同時加工して前記継目となる
面を一致させることをさらに含む、請求項２記載の方
法。 - 【請求項７】 前記第１部分及び第２部分にそれぞれ陽
極及び陰極として給電し、前記継目となる面の間に隙間
が保たれるように前記第１部分と第２部分を一緒に位置
ぎめし、かつ継目となる面から同時に材料を取除いて継
目となる面を一致させるために前記隙間に液体を通すこ
とをさらに含む、請求項２記載の方法。 - 【請求項８】 前記液体が電解質であり、かつ前記部分
が電気化学的に同時加工される、請求項７記載の方法。 - 【請求項９】 前記液体が誘電体であり、かつ前記部分
が放電によって同時加工される、請求項７記載の方法。 - 【請求項１０】 前記第１部分と第２部分が前記継目と
なる面で拡散接合される、請求項２記載の方法。 - 【請求項１１】 前記物品がガスタービンエンジンの高
圧タービンロータブレードである、請求項２記載の方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/161,300 US6162347A (en) | 1998-09-28 | 1998-09-28 | Co-machined bonded airfoil |
| US09/161300 | 1998-09-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000104502A true JP2000104502A (ja) | 2000-04-11 |
Family
ID=22580638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11271497A Withdrawn JP2000104502A (ja) | 1998-09-28 | 1999-09-27 | 同時加工接合エ―ロフォイル |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6162347A (ja) |
| EP (1) | EP0990481A1 (ja) |
| JP (1) | JP2000104502A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1760264A3 (en) * | 2005-08-31 | 2010-04-21 | United Technologies Corporation | Turbine engine component and method of making the same |
| EP1760265A3 (en) * | 2005-08-31 | 2010-04-21 | United Technologies Corporation | Blade with a cooling microcircuit and corresponding manufacturing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0990481A1 (en) | 2000-04-05 |
| US6162347A (en) | 2000-12-19 |
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