JP2007083232A - コンポーネントを製造するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンポーネントを製造する方法を提供すること。
【解決手段】この方法は、駆動アセンブリ（１１６）を位置決めアセンブリ（１０６）に結合すること、製造される複数のコンポーネントを複数の固定具（１１０）に結合すること、複数の固定具を、それぞれの固定具が製造されるコンポーネントを受け入れるように構成されている駆動アセンブリに固定すること、および複数のコンポーネントの製造を行いやすくするため位置決めアセンブリを同時に使用して複数のコンポーネントを再配置することを含み、コンポーネントは、駆動アセンブリを介して第１の回転面内で振動し、複数の固定具を介して第２の回転面を通して回転するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、コンポーネントを製造することに関するものであり、より具体的には、製造のためコンポーネントを位置合わせする、支える、および／または固定する方法および装置に関するものである。

ガスタービンエンジンコンポーネントを正確に製造することは、製造の時期とコストの両方を決定する際の重要なファクタと考えられる。特に、コンポーネントがガスタービン動翼である場合、動翼の正確な製造は、ガスタービンエンジンの組み立て、さらにその後の動翼の修正、修理、および検査の総コストに影響を及ぼす重要なファクタと考えられる。例えば、少なくとも一部の知られているガスタービン動翼は、動翼が高温環境内の高速度流体流に曝されたときにタービン動翼の保護を容易にするために保護コーティングを施されている。タービン動翼を正確にコーティングすることにより、動翼の耐用寿命を延ばしやすくなる。

タービン動翼をスプレーコーティング用に位置合わせするために、知られているシステムでは、単一の動翼を位置決めシステムに結合することで、スプレーコーティングを動翼に施すことができる。少なくとも一部の知られている位置決めシステムでは、コーティングされる動翼の各部に所望の厚さでコーティングを施せるようにさまざまな向きで動翼を数回再配置する必要がある。次いで、コーティングを必要とする動翼毎に、このプロセスを繰り返す。したがって、知られているシステムを使用してコーティングをコンポーネントに施すことは、エンジン製造サイクルタイムおよび組み立てコストを増やす時間のかかるプロセスとなりうる。

一態様では、コンポーネントを製造する方法が提示される。この方法は、駆動アセンブリを位置決めアセンブリに結合すること、製造される複数のコンポーネントを複数の固定具に結合すること、複数の固定具を、それぞれの固定具が製造されるコンポーネントを受け入れるように構成されている駆動アセンブリに固定すること、および複数のコンポーネントの製造を行いやすくするため位置決めアセンブリを同時に使用して複数のコンポーネントを再配置することを含み、コンポーネントは、駆動アセンブリを介して第１の回転面内で振動し、複数の固定具を介して第２の回転面を通して回転するように構成される。

他の態様では、複数のコンポーネントを製造する際に使用する固定具アセンブリが実現される。固定具アセンブリは、製造される複数のコンポーネントを支えるように構成された少なくとも２つの固定具、駆動アセンブリを備え、少なくとも２つの固定具は駆動アセンブリに結合され、第１の回転軸にそって回転可能であり、駆動アセンブリは、そこから外へ延びる複数のスピンドル、およびスピンドルに結合された複数のプラテンを備え、複数のスピンドルおよび複数のプラテンは第１の回転軸に直交する第２の回転平面内で振動するように構成されている。

他の態様では、コーティングシステムが実現される。コーティングシステムは、駆動アセンブリ、駆動アセンブリに結合された少なくとも２つの固定具を備える固定具アセンブリ、および固定具アセンブリに結合された位置決めアセンブリを備え、駆動アセンブリは、そこから外へ延びる複数のスピンドルおよびスピンドルに結合された複数のプラテンを備え、複数のスピンドルおよび複数のプラテンは第１の回転軸に直交する第２の回転面内で振動するように構成されている。

図１は、第１の位置にあるコンポーネントスプレーコーティングシステム１００の例示的な実施形態の斜視図である。この例示的な実施形態では、システム１００は、タービン動翼１１２にスプレーするために使用される。システム１００は、スプレーノズル１０５を備えるコーティング塗布装置１０４、固定具アセンブリ１０６を含むコンポーネント製造装置１０２、および位置決めおよびコーティング制御システム（図１に示されていない）を備える。図１では、固定具アセンブリ１０６は、コーティング塗布装置１０４に向かう形で回転し、位置決めアセンブリ１０８に結合される。

固定具アセンブリ１０６は、コンポーネントを固定するために使用される複数の固定具１１０を含む。より具体的には、例示的な実施形態において、アセンブリ１０６は、以下でさらに詳しく説明されるようにタービン動翼１１２を４枚同時にコーティングできるようにする４つの固定具１１０を備える。他の実施形態では、アセンブリ１０６は、任意の数の複数の固定具１１０を備える。タービン動翼１１２は、例示のみを目的として示されており、固定具アセンブリ１０６は、動翼１１２の製造でのみ使用されることには制限されない。固定具１１０は、複数のプラテン１１４のうちのそれぞれ１つにしっかりと結合される。例示的な実施形態は、それぞれがそれぞれの固定具１１０と連携する４つのプラテン１１４を備える。プラテン１１４は、それぞれ駆動アセンブリ１１６に結合される。

駆動アセンブリ１１６は、複数のスピンドル（図１に示されていない）およびプラテン１１４に結合された複数の駆動歯車（図１に示されていない）を収納したエンクロージャ１１７を含む。スピンドル（図１に示されていない）は、アセンブリ１１６から外へ延び、複数の駆動歯車は、それぞれのスピンドルおよびプラテン１１４が実質的に同じ速度で回転できるようにサイズが決められ、配置され、位置を揃えられる。駆動アセンブリ１１６は、取付フレーム１１９、および取付フレーム１１９と一体形成されている複数のリフティングスロット１２１を備える。図１でＪ８というラベルが付けられている矢印は、プラテン１１４の回転面および回転方向を例示している。駆動アセンブリ１１６は、さらに、複数の上側ベアリング（図１に示されていない）、複数のプラテン−スピンドル間バイアスカップリング（図１に示されていない）、複数のカラー（図１に示されていない）、主駆動歯車（図１に示されていない）、複数のプラテン駆動歯車（図１に示されていない）、複数のプラテン間駆動歯車（図１に示されていない）、主駆動歯車駆動シャフト（図１に示されていない）、および複数の下側ベアリング（図１に示されていない）も収納する。

例示的な実施形態では、位置決めアセンブリ１０８は、修正された、複数の床受け材１２２、傾斜駆動電気モーター１２４、傾斜駆動シャフト、および支持ベアリング（図１に示されていない）、プラテン駆動モーター１２６、プラテン駆動並進歯車１２８、複数の電力ケーブル１３０、および高床スタンド１３２を含むターンテーブルである。アセンブリ１０８は、さらに、アセンブリ１０８が駆動アセンブリ１１６に動力を供給する際に使用するプラテン駆動シャフト−主駆動歯車駆動シャフト間カップリング（図１に示されていない）を備える。図１では、Ｊ７というラベルが付けられている矢印は、アセンブリ１０６の傾斜回転面および回転方向を例示している。

図２は、コーティングシステム１００と併用されるコンポーネント製造装置１０２の概略端面図である。スピンドル１２０に加えて、アセンブリ１０２は、さらに、複数の上側ベアリング１５０、複数のカラー１５２、主駆動歯車１５４、複数のプラテン駆動歯車１５６、複数のプラテン間駆動歯車１５８、複数のプラテン間駆動歯車シャフト１５９、主駆動歯車駆動シャフト１６０、複数の下側ベアリング１６２、プラテン駆動シャフト１６４、駆動アセンブリ−位置決めアセンブリ間カップリング１６６、傾斜駆動シャフト１６８、傾斜駆動シャフトベアリング１７０、および傾斜回転軸１７２も含む。ベアリング１７０は、傾斜駆動シャフト１６８を支える。プラテン駆動シャフト−主駆動歯車駆動シャフト間カップリング（図２に示されていない）は、駆動シャフト１６０への駆動シャフト１６４に回転するように結合されている。

例示的な実施形態では、４つの固定具１１０（図１に示されている）は、それぞれのプラテン１１４にしっかりと結合され、これにより、最大４枚までのタービン動翼１１２（図１に示されている）を装置１０２に結合することができる。プラテン駆動電気モーター１２６は、並進歯車１２８を介してプラテン駆動シャフト１６４に結合されている。歯車１２８は、モーター１２６から入力を受け取り、駆動シャフト１６４を、傾斜回転軸１７２に直交する回転面内で回転させる。より具体的には、例示的な実施形態において、回転を時計回りまたは反時計回りとするか、またはモーター１２６が２つの回転方向の間で振動を引き起こすことができる。

駆動シャフト１６４は、プラテン駆動シャフト−主駆動歯車駆動シャフト間カップリング（図２に示されていない）を介して主駆動歯車駆動シャフト１６０に回転できるように結合され、回転は、駆動シャフト１６４から駆動シャフト１６０へ引き起こさせる。駆動シャフト１６０は、その後、主駆動歯車１５４を回転させ、それにより、２つの隣接するプラテン駆動歯車１５６の回転を発生させる。歯車１５６は、歯車１５６に隣接して配置されているプラテン間駆動歯車１５８に回転を伝達する。歯車１５８は、歯車１５８に隣接して配置されているプラテン駆動歯車１５６の第２のペアに回転を伝達する。上側ベアリング１５０、カラー１５２、下側ベアリング１６２、およびプラテン間駆動シャフト１５９は、歯車１６０、１５８、および１５６の軸方向および半径方向の支持となる。

プラテン１１４に伝達された回転は、その後、固定具１１０および動翼１１２を振動させ、それにより、動翼１１２の向きをスプレーノズル１０５に関して選択的に一斉に変える。より具体的には、例示的な実施形態では、プラテン１１４に伝達された回転は、スプレーノズル１０５に関する動翼１１２の向きがすべての動翼１１２のそれぞれに施されるコーティングのムラのない蒸着を容易に行えるようにする実質的に一定の方法で変更されるように実質的に一様である。

さらに、稼働中、位置決めアセンブリ１０８は、さらに、傾斜軸１７２にそって傾斜回転も行う。より具体的には、傾斜駆動電気モーター１２４は、傾斜駆動シャフト１６８に回転を引き起こすが、それは、シャフト１６８が位置決めアセンブリ１０８に結合され、傾斜回転が位置決めアセンブリ１０８に伝達されるからである。例示的な実施形態では、位置決めアセンブリ１０８は、固定具アセンブリ１０６に結合され、傾斜回転が位置決めアセンブリ１０８に伝達されたときに、アセンブリ１０６は、アセンブリ１０８と同時に傾斜し、スプレーノズル１０５に関して動翼１１２の向きを選択的に変更する。動翼１１２の選択的傾斜回転により、動翼１１２に対しコーティングのムラのない蒸着を容易に行える。

スプレーノズル１０５は、コンポーネント製造装置１０２と実質的に平行であり、半径方向に、離れてゆく方向で選択的に移動可能である。スプレーノズル１０５の移動、および動翼１１２の振動および傾斜は、複数の入力、複数の出力、複数のアルゴリズム、複数のオペレータインターフェース、および少なくとも１つのプロセッサを備え、動翼１１２に対しコーティングの所望の蒸着を同時に容易に施すことができる位置決めおよびコーティング制御サブシステム（図２に示されていない）を介して選択的に制御される。

図３は、コーティングシステム１００（図１に示されている）と併用される部分的に組み立てられた駆動アセンブリ１１６の一部の斜視図である。図４は、組み立ての間欠的段階の駆動アセンブリ１１６の端部斜視図である。駆動アセンブリ１１６の組み立ての際に、主駆動歯車１５４は主駆動歯車駆動シャフト１６０に結合され、下側ベアリング１６２（図３に示されていない）により支えられる。カラー１５２は、主駆動歯車駆動シャフト１６０に結合され、主駆動歯車１５４により支えられる。２つのプラテン駆動歯車１５６は、スピンドル１２０の周りに結合され、主駆動歯車１５４の反対側にある下側ベアリング１６２（図３に示されていない）により支えられる。カラー１５２は、スピンドル１２０上に挿入され、プラテン駆動歯車１５６と接触するように配置される。２つのプラテン間駆動歯車１５８は、プラテン間駆動歯車シャフト１５９の周りに結合され、下側ベアリング１６２（図３に示されていない）により支えられ、それによりカラー１５２はプラテン駆動歯車１５６の反対側にあるプラテン間駆動歯車１５８と接触する。２つのプラテン駆動歯車１５６は、スピンドル１２０に結合され、プラテン間駆動歯車１５８の反対側にある下側ベアリング１６２（図３に示されていない）により支えられる。バイアススピンドル−プラテン間カップリング２１０は、それぞれのスピンドル１２０に結合される。プラテン１１４（図３に示されていない）は、スピンドル１２０上に挿入され、バネ仕掛けのバイアスカップリング２１０は、カップリング２１０とプラテン１１４の内壁との直接接触によりプラテン１１４と確実に係合する。次いで、上部２２０は、アセンブリ１１６に結合される。

図５は、取り付けられているプラテン締め金２３０による組み立ての最終段階の駆動アセンブリ１１６の側面図である。締め金２３０により、アセンブリ１１６への移送およびアセンブリ１１６の位置決めアセンブリ１０８への取り付け時に比較的静止した位置にプラテン１１４を保持することが容易に行える。駆動アセンブリ１１６を取り付けるときに、ストラップ（図５に示されていない）は、アセンブリ１１６の両面のリフティングスロット１２１を通して挿入される。チェーン（図５に示されていない）は、少なくとも１つのストラップループ（図５に示されていない）を通して挿入することができ、また昇降メカニズム（図５に示されていない）に結合することができ、これにより、アセンブリ１１６を位置決めアセンブリ１０８（図５に示されていない）に移送し、結合することができる。

図６は、コンポーネント製造装置１０２の拡大斜視図である。駆動アセンブリ１１６は、位置決めアセンブリ１０８に結合される。複数のタービン動翼１１２が、複数の固定具１１０に結合されており、これは、単一コーティングサイクルで複数の動翼１１２をコーティングできることを示している。

固定具アセンブリ１０６の他の実施形態では、単一固定具スプールを駆動アセンブリ１１６の代わりに基部アセンブリ１０８に結合し、単一動翼１１２のコーティングをしやすくできる。プラテン１１４は、スプールに結合され、固定具１１０は、プラテン１１４に結合され、動翼１１２は、固定具１１０に結合される。傾斜および回転は、実質的に上述のものと類似しているが、ただし、コーティングサイクルの時間が短縮され、スプレーノズル１０５の移動が減るため、動翼１１２の数が少ないという点が異なる。

本明細書で説明されているコンポーネント製造アセンブリを使用すると、コンポーネントの製造がしやすくなる。より具体的には、コンポーネント製造アセンブリにより、コーティングを施しやすいようにタービンコンポーネントを位置決めする。その結果、タービンコンポーネントを製造する時間を短縮し、費用を削減することができる。

本明細書で説明され、および／または例示されている方法およびシステムは、コンポーネント、より具体的にはタービン動翼を製造することに関して説明され、および／または例示されているが、本明細書で説明され、および／または例示されている方法およびシステムの実施は、タービン動翼にも、またタービン全般にも制限されない。むしろ、本明細書で説明され、および／または例示されている方法およびシステムは、どのような機械のどのようなコンポーネントを製造するとしても適用可能である。

コンポーネントを製造する例示的な実施形態は、上で詳細に説明されている。この方法、装置、およびシステムは、本明細書で説明されている特定の実施形態にも製造される特定のコンポーネントにも限定されることはなく、むしろ、本明細書で説明されている他の方法、装置、およびシステムとは独立に、また別々に使用することができるか、または本明細書で説明されていないコンポーネントを製造するために使用することができる。例えば、他のコンポーネントは、本明細書で説明されている方法を使用して製造することもできる。

本発明は、さまざまな特定の実施形態に関して説明されているが、当業者であれば、特許請求の範囲の精神および範囲内で修正とともに実施できることを理解するであろう。

コンポーネント製造アセンブリを含む例示的なコンポーネントスプレーコーティングシステムの斜視図である。 図１に示されているスプレーコーティングシステムと併用される例示的なコンポーネント製造装置の概略端面図である。 図１に示されているスプレーコーティングシステムと併用される部分的に組み立てられた駆動アセンブリの一部の斜視図である。 図３に示されている、組み立ての間欠的段階の駆動アセンブリの端部斜視図である。 図３に示されている、組み立ての最終段階の駆動アセンブリの側面図である。 図１に示されているコンポーネント製造装置アセンブリの拡大斜視図である。

符号の説明

１００ コンポーネントスプレーコーティングシステム
１０２ コンポーネント製造装置
１０４ コーティング塗布装置
１０５ スプレーノズル
１０６ 固定具アセンブリ
１０８ 位置決めアセンブリ
１１０ 固定具
１１２ タービン動翼
１１４ プラテン
１１６ 駆動アセンブリ
１１７ エンクロージャ
１１９ 取付フレーム
１２０ スピンドル
１２１ リフティングスロット
１２２ 複数の床受け材
１２４ 傾斜駆動電気モーター
１２６ プラテン駆動電気モーター
１２８ プラテン駆動並進歯車
１３０ 複数の電力ケーブル
１３２ 高床スタンド
１５０ 上側ベアリング
１５２ カラー
１５４ 主駆動歯車
１５６ プラテン駆動歯車
１５８ プラテン間駆動歯車
１５９ プラテン間駆動歯車シャフト
１６０ 主駆動歯車駆動シャフト
１６２ 下側ベアリング
１６４ プラテン駆動シャフト
１６６ 駆動アセンブリ−位置決めアセンブリ間カップリング
１６８ 傾斜駆動シャフト
１７０ 傾斜駆動シャフトベアリング
１７２ 傾斜回転軸
２１０ バイアススピンドル−プラテン間カップリング
２２０ 上部
２３０ プラテン締め金

Claims (10)

1. 複数のコンポーネントを製造する際に使用する固定具アセンブリ（１０６）であって、
   製造される前記複数のコンポーネントを支えるように構成された少なくとも２つの固定具（１１０）と、
   駆動アセンブリ（１１６）であって、前記少なくとも２つの固定具は前記駆動アセンブリに結合され、第１の回転軸にそって回転可能であり、前記駆動アセンブリは、そこから外へ延びる複数のスピンドル（１２０）および前記スピンドルに結合された複数のプラテン（１１４）を備え、前記複数のスピンドルおよび前記複数のプラテンは前記第１の回転軸に直交する第２の回転面内で振動するように構成されている、駆動アセンブリとを備える固定具アセンブリ（１０６）。
2. 前記少なくとも１つの固定具（１１０）は、前記複数のコンポーネントのそれぞれを前記複数の固定具のそれぞれ１つに固定し、前記複数のコンポーネントが前記駆動アセンブリ（１１６）に関して適切な位置に固定されるように構成された締め付けメカニズムを備える請求項１記載の固定具アセンブリ（１０６）。
3. 前記駆動アセンブリ（１１６）は、さらに、前記少なくとも２つの固定具（１１０）のそれぞれを同時に配置するように構成された複数の駆動歯車を備える請求項１記載の固定具アセンブリ（１０６）。
4. 前記複数のプラテン（１１４）は、複数のバイアスカップリング（２１０）を介して前記複数のスピンドル（１２０）にそれぞれしっかり結合され、前記複数のプラテンはその上の前記複数のコンポーネントを支えるように構成されている請求項１記載の固定具アセンブリ（１０６）。
5. 前記複数のプラテン（１１４）は、前記複数のプラテンのうちの第１のプラテンに結合されているコンポーネントが前記複数のプラテンのうちの直接隣接しているプラテンに結合された固定具（１１０）に接触せずに前記駆動アセンブリ（１１６）に関して回転可能であるように所定の距離だけ間をあけて並べられる請求項１記載の固定具アセンブリ（１０６）。
6. 前記駆動アセンブリ（１１６）は、中心線対称軸を持ち、前記複数のスピンドル（１２０）は、前記駆動アセンブリの対称軸に関して実質的に同心円状に位置合わせされる請求項１記載の固定具アセンブリ（１０６）。
7. 前記駆動アセンブリ（１１６）は、さらに、エンクロージャハウジング（１１７）、複数のベアリング（１５０、１６２）、および複数の駆動歯車（１５４、１５６、１５８）を含む取付フレーム（１１９）を備え、前記複数のベアリングおよび前記複数の駆動歯車はそれぞれ、前記複数の固定具に結合される請求項１記載の固定具アセンブリ（１０６）。
8. コンポーネント製造システムであって、
   駆動アセンブリ（１１６）と、
   前記駆動アセンブリに結合された少なくとも２つの固定具（１１０）を備える固定具アセンブリ（１０６）と、
   前記固定具アセンブリに結合された位置決めアセンブリ（１０８）であって、前記駆動アセンブリはそこから外へ延びる複数のスピンドル（１２０）と前記スピンドルに結合された複数のプラテン（１１４）を備え、前記複数のスピンドルおよび前記複数のプラテンは前記第１の回転軸に直交する第２の回転面内で振動するように構成されている、位置決めアセンブリ（１０８）とを備えるコンポーネント製造システム。
9. 前記位置決めアセンブリ（１０８）は、スプレーノズルに関して前記固定具アセンブリ（１０６）の位置を合わせるように構成される請求項８記載のコンポーネント製造システム。
10. 前記位置決めアセンブリ（１０８）は、前記固定具アセンブリを配置するため前記固定具アセンブリ（１０６）に結合された少なくとも１つの傾斜駆動メカニズムを備え、前記位置決めアセンブリは制御メカニズムに結合される請求項８記載のコンポーネント製造システム。

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