JP2009174512A - タービンブレードの固定装置とタービンブレードの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 新技術（凝固液体）により中間部を高精度・低ストレスに保持することで端部加工が超精密に加工でき且つ加工コスト低減と中間部の変質を無くしたタービンブレードの固定装置を提供する。
【解決手段】 底部１Ｃにブレード端部の突当面１Ｄを設けた有底固定筒１と、上記有底固定筒の外壁１Ａに固着されて筒内空間Ｓに突出させた複数本の位置決めピン２〜５と、更に、上記有底固定筒の外壁内空間で支持されたヒンジブロック７と、上記有底固定筒内に液体Ｗ０を凝固させる凝固部１０とからなり、上記有底固定筒の空間内に挿入されたブレード部品の中間羽根部Ｂ１を上記位置決めピンとヒンジブロックと凝固液体Ｗ１とで保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、タービンブレードのように中間羽根部に三次元曲面形状の羽根（ブレード）を有し、両端部に連結部（ルート部とシュラウド部）を有し、この端部を加工するに際して中間羽根部を保持するブレードの固定装置であって、特に、従来の固定装置にはない新技術（凝固液体）により中間羽根部を高精度・低ストレスに保持することで端部加工が超精密に加工でき且つ加工コスト低減と中間部の変質を無くしたタービンブレードの固定装置とその加工方法を提供するものである。

従来から、タービンブレードの加工方法とそれに使用される固定装置が多く提供されている。上記タービンブレードの形状は、ルート部（根部）とブレート部（中間羽根部）とシュラウド部（外套部）とからなる。尚、シュラウド部（外套部）が無いタイプもある。その代表的な加工例を説明すれば、１．精密鋳造材の加工法は、ブレード部とシュラウド部を同時または一方を拘束してブレード部を切削又は研削により変形加工し、続いてブレード部を拘束しブレード部とシュラウド部とを加工するものと。ブレード部を変形加工せず、ブレード部を拘束しブレード部とシュラウド部とを加工するものとがある。また、２．鍛造又は角丸材からの削り出し加工法は、ブレード部とシュラウド部を同時または一方を拘束してブレード部を加工し、続いてブレード部を拘束しブレード部とシュラウド部とを加工するものがある。

そして、タービンブレードのブレード部を基準とする拘束法（固定装置）において、１．基準ピンとネジ止め式は、図２３（ａ）〜（ｄ）に示すように、▲１▼ブレード部を３点のピンで受ける（ａ）。▲２▼長さ方向アを１点のピンで受ける（ｂ）。▲３▼長さ方向イを１点のピンで受ける（ｃ）。▲４▼６点の基準が出た状態で任意箇所をネジ止めして拘束固定する。尚、拘束力が弱い欠点を持つ。２．鋳込法は、図２４（ａ、ｂ）に示すように、▲１▼上記基準ピンとネジ止め式により６点支持し、ルート部とシュラウド部で基準を出す。▲２▼ブレード部を枠に固定し、低溶融金属（鉛錫の合金）で鋳込んで拘束固定する（図２５〔ａ、ｂ、ｃ〕）。尚、ブレード部の全体を包み固定するから拘束力が強い。即ち、この鋳込法のメリットは、タービンブレードを保持する中間羽根部に余り加工精度の高くない三次元曲線形状の羽根を持っているが、両端部を加工するに際して三次元曲線形状の羽根に機械的な撓みを生じさせること無く高精度に固定保持できる。これにより、タービンブレードの両端部の高精度加工ができるものである。しかし、鉛は人体に有害であり、鋳込みから外すためには再度溶融する必要がある上に、タービンブレードを酸洗いする必要がある。

更に、専用の固定用冶具によりタービンブレードの端部を保持する具体例を説明する。
横型マシニングセンタによるもので、タービンブレードの翼根部（両端の結合部）を切削加工する際に使用する加工用治具であって、上記マシニングセンタの回転テーブル上に取り付けられ、翼根部を垂直上向きにして１個のタービンブレードを一定位置に保持することができるタービンブレード翼根部の加工用治具としたものである（例えば、特許文献１参照。）。

更に、上記多数のピンで中間部を位置決め支持する固定装置において、具体的な一例として、タービンブレードと言った精度の高い形状の部品の製造のための中間物体は、概ね先端部と、上記先端部から長手方向に離間した根本部と、それらの間に延びた中間領域と、を備えている。この中間物体は、さらに上記ブレードの厳密な寸法の基準とされる上記根本領域から実質的に長手方向に延びた領域と、スタッキング軸と、根本センタラインと、複数のロケータと、を備えている。第１のロケータと、開口部とは、上記スタッキング軸の先端部に配設されている。第２のロケータと、ノッチとは、上記スタッキング軸の領域に沿って配設されている。上記領域の設けられた第３のロケータと、ノッチとは、コーナを備えていて、このコーナは、上記根本センタラインに平行になっている。上記ロケータは、固定装置上の対応する形状に対向した形状とされ、上記中間物体を堅固に保持する。上記中間物体が上記固定装置にクランプされると、上記根本部分のダブテールが精度良く機械加工されるものである（例えば、特許文献２参照。）。

特開平７−２３７０４５号公報 特開平１１−８２９号公報

上記各種の固定装置や加工方法には、多くの問題点が指摘される。まず、鋳込法は、ブレート部（中間羽根部）を低温で溶融する金属（錫・鉛・その他低溶融合金等）で鋳込んで固定するものであるから、三次元曲線形状の羽根表面に溶融金属が癒着し、この癒着金属の排除作業の手間がかかるし上に、癒着金属が鉛のように有害物質であると、その安全な処理を完全に行わないと公害問題となる。更に、この様な有害物質の処理は、タービンブレードの端面加工費を必要以上に高めてしまい、実用的なものではないという問題点がある。

また、上記専用の固定用冶具によりタービンブレードの端部を保持するクランプ式は、マシニングセンタの回転テーブル上の固定用冶具にタービンブレードを固定するに際して、ブレードの上下（両端の結合部）における加工に支障のない縁部を固定するものであるから、固定に不安定要素を伴うとともに、機械強度の弱い中間位置にある羽根部が空中に浮いた状態にある。このために、固定用冶具の上部に保持したブレードの結合部を切削加工時に、タービンブレードの羽根部が空中に浮いているから保持強度が確保されず、加工時に羽根部のブレ（大きなストレス）が発生して高精度な加工が出来難いという問題がある。

更に、上記クランプ式の固定装置は、多数のピンで羽根部を押し圧して位置決め支持するものであり、且つ、三次元曲線形状の羽根表面の形状精度や機械的強度も歪み易く高くないから、一つ一つのブレード部品において、寸法精度が異なるために部品交換毎に、一つ一つ手作業による再調節作業を伴うので、ブレード固定に非常に多くの手間と時間を要するし、固定精度にもバラツキが見られ高い加工精度を保証できないという問題・課題がある。

本発明は、上記従来のタービンブレードの固定装置とその加工方法において、各種タイプが持つ問題点に鑑みてなされたものである。その目的とするところは、新技術（凝固液体）によりブレート部（中間羽根部）を高精度・低ストレスに保持することで端部加工が超精密に加工でき且つ加工コスト低減と中間羽根部のストレスによる変質を無くしたタービンブレードの固定装置とその加工方法を提供するものである。

上記目的を達成するべく本発明の請求項１によるタービンブレードの固定装置は、底部にブレード端部の突当面を設けた有底固定筒と、上記有底固定筒の外壁に固着されて筒内空間に突出させた複数本の位置決めピンと、更に、上記有底固定筒の外壁内空間で支持されたヒンジブロックと、上記有底固定筒内に液体を凝固させる凝固部とからなり、上記有底固定筒の空間内に挿入されたブレード部品の中間羽根部を上記位置決めピンとヒンジブロックと凝固液体とで保持することを特徴とする。

請求項２によるタービンブレードの固定装置は、ブレード部品を挿入する筒片と副筒片からなるＴ字型固定筒と、上記Ｔ字型固定筒の筒片と副筒片の外壁に固着されて筒内空間に突出させた複数本の位置決めピンと、更に、上記筒片と副筒片との外壁内空間で支持されたヒンジブロックと、上記筒片と副筒片との内部に液体を凝固させる凝固部とからなり上記筒片と副筒片との空間内に挿通され両端が外部へ突出されたブレード部品の中間羽根部を上記位置決めピンとヒンジブロックと凝固液体とで保持することを特徴とする。

請求項３によるタービンブレードの固定装置は、請求項１または２記載のタービンブレードの固定装置において、上記複数本の位置決めピンと上記ヒンジブロックとは、調節部材で微調節可能としたことを特徴とする。

請求項４によるタービンブレードの固定装置は、請求項１または２記載のタービンブレードの固定装置において、上記液体は水または蝋、硬化性樹脂、澱粉、石膏であることを特徴とする。

請求項５によるタービンブレードの固定装置は、請求項１または３記載のタービンブレードの固定装置において、上記凝固部は、水を低温で凍結（氷結）させる冷凍ユニットまたは蝋または、硬化性樹脂、澱粉、石膏を加温乾燥して凝固させる加温ユニットからなることを特徴とする。

請求項６によるタービンブレードの加工方法は、ブレード部品の中間羽根部を有底固定筒の空間内に位置決めピンとヒンジブロックとで保持する保持工程と、上記有底固定筒内に水または溶融した蝋、硬化性樹脂、澱粉、石膏の液体を注入する充填工程と、上記液体を固化させる凝固工程と、工作機械のテーブルに取り付けた有底固定筒内のブレード部品の端部を加工する加工工程と、有底固定筒内のブレード部品を分離する取外し工程と、からなることを特徴とする。

請求項７によるタービンブレードの加工方法は、ブレード部品の中間羽根部をＴ字型固定筒の空間内に位置決めピンとヒンジブロックとで保持する保持工程と、上記Ｔ字型固定筒内に水または溶融した蝋、硬化性樹脂、澱粉、石膏の液体を注入する充填工程と、上記液体を固化させる凝固工程と、工作機械のテーブルに反転可能に取り付けたＴ字型固定筒内のブレード部品の両端部を加工する加工工程と、Ｔ字型固定筒内のブレード部品を分離する取外し工程と、からなることを特徴とする。

本発明のタービンブレードの固定装置によると、底部にブレード端部の突当面を設けた有底固定筒には、この外壁に固着されて筒内空間に突出させた複数本の位置決めピンと外壁内空間で支持されたヒンジブロックと、更に、上記有底固定筒内に液体を凝固させる凝固部とを備えて、上記有底固定筒の空間内に挿入されたブレード部品の中間羽根部を上記位置決めピンとヒンジブロックと凝固液体とで保持するから、中間羽根部の全体を包み固定するから拘束力が強い。即ち、この固定装置によると、タービンブレードのように保持する中間羽根部に余り加工精度の高くない三次元曲面形状の羽根を有し、この端部を加工するに際して三次元曲面形状の羽根に機械的な撓みを生じさせること無く高精度に固定保持される。これにより、ブレードの両端部の高精度加工が行える。

更に、上記タービンブレードの固定装置は、Ｔ字型固定筒とすることでタービンブレードの中間羽根部の全体を包み込んで固定するとともに、両端部がＴ字型固定筒から露出するから、このブレードの両端部の高精度加工が同時的に行える。

更に、上記複数本の位置決めピンと上記ヒンジブロックとは、調節部材で微調節可能としたから、余り加工精度の高くない三次元曲面形状の中間羽根部の全体を包み固定する時に、寸法誤差を打ち消す微調節が可能となり高精度な固定が行われる。

更に、上記液体は水（純水・水道水・蒸留水等）または蝋、硬化性樹脂、澱粉、石膏としたから、従来の鋳込法に見られるような、三次元曲面形状の羽根表面に溶融金属が癒着し、この癒着金属の排除作業の手間がかかるし上に、癒着金属が鉛のように有害物質であると、その安全な処理を完全に行わないと公害問題になるということから開放される。即ち、凝固液体となる水（純水・水道水・蒸留水等）または蝋は、低温で固着し僅かな低温度を付加するだけで液状となり、且つ、有害物質も発生させず、低コストで無公害な固定法となる。硬化性樹脂、澱粉、石膏は加圧粉砕で粉状となり再利用ができる。

更に、上記凝固部は、水を低温で凍結させる冷凍ユニットまたは蝋、硬化性樹脂、澱粉、石膏を加温して溶融・乾燥させる加温ユニットからなり、タービンブレードの固定装置における固定手段として的確に中間羽根部の全体を包み込んで固定が行え、その運転コストやメンテナンス性にも優れている。

更に、タービンブレードの加工方法によると、ブレード部品の中間羽根部を有底固定筒またはＴ字型固定筒の空間内に位置決めピンとヒンジブロックとで保持する保持工程と、上記有底固定筒内に水または溶融した蝋、硬化性樹脂、澱粉、石膏の液体を注入する充填工程と、上記液体を固化させる凝固工程と、工作機械のテーブルに取り付けた有底固定筒内のブレード部品の端部を加工する加工工程と、有底固定筒内またはＴ字型固定筒内のブレード部品を分離する取外し工程としたから、高精度で生産性の高いタービンブレードの加工が行われる。更に、タービンブレードの加工方法は、横型マシニングセンタにより、自動運転させられるから、工程数の削減と自動化運転が可能となり、高精度で生産性の高いタービンブレードの加工が行われる。

本発明のタービンブレードの固定装置によると、有底固定筒またはＴ字型固定筒の空間内に挿入されたブレード部品の中間羽根部を位置決めピンとヒンジブロックと凝固液体とで保持するから、中間羽根部の全体を強い拘束力で包み込み固定できる。即ち、この固定装置によると、タービンブレードの端部を加工するに際して三次元曲面形状の羽根に機械的な撓みを生じさせること無く高精度に固定保持できる。これにより、ブレードの両端部の高精度加工ができる。

また、複数本の位置決めピンとヒンジブロックとは、調節部材で微調節可能であるから、余り加工精度の高くない三次元曲面形状の中間羽根部の全体を包み固定する時に、寸法誤差を打ち消す微調節が可能となり高精度な固定できる。また、液体は水（純水・水道水・蒸留水等）または蝋、硬化性樹脂、澱粉、石膏としたから、低温で固着し僅かな低温度を付加するだけで液状となる。または、加圧粉砕することで粉状態に戻る。且つ、有害物質も発生せず、低コストで無公害な固定ができる。

また、凝固部は、タービンブレードの固定装置における固定手段として的確に中間羽根部の全体を包み込んで固定でき、その運転コストやメンテナンス性にも優れている。

また、タービンブレードの加工方法によれば、各加工工程を自動運転できる上に、工程数の削減と自動化運転ができ、高精度で生産性の高いタービンブレードの加工ができる。

以下、図１乃至図１４を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１はタービンブレードの固定装置の展開斜視図、図２は斜視図、図３は平面図、図４は側面図、図５はタービンブレードの固定装置の斜視図、図６と図７は加工工程図、図８は純水の凝固（氷結）システム図、図９は蝋、硬化性樹脂、澱粉、石膏の溶融・凝固システム図、図１０〜図１４はタービンブレードの取付工程図である。

本発明のタービンブレードの固定装置１００は、図１と図２に示すように、ルート部（根部）Ｂ１とブレート部（中間羽根部）Ｂ２とシュラウド部（外套部）Ｂ３とからなるタービンブレード（小型なブレード部品）Ｂ０に対して、このブレート部（中間羽根部）Ｂ２を保持すべく、有底固定筒１の底部１Ｃにブレード端部となるシュラウド部（外套部）Ｂ３を受け止める突当面１Ｄが設けられている。上記有底固定筒の外壁１Ａには、ネジで螺着され筒内空間Ｓに突出された複数本の位置決めピン２，３，４，５が設けられている。更に、上記有底固定筒１の外壁内空間Ｓを貫通する軸ピン８により上向きに支持され且つ旋回可能なヒンジブロック７と、これを固定且つ調節部材となるヒンジブロック調整ネジ６とが外壁１Ａに螺設された形態でヒンジブロック７に向けて設けられている。上記有底固定筒１の開口頂部近く外周には左右一対の溝１Ｅが設けられている。上記有底固定筒１の開口頂部の閉塞は、ブレート部（中間羽根部）Ｂ２を受け入れる凹部１２Ａを設けた蓋１２により約半分が閉塞される。上記蓋１２の裏面に設けた左右一対の保持片１２Ｂを、上記左右一対の溝１Ｅに挿入保持される。また、上記有底固定筒１の外壁いは、一つの冶具基準面１Ｆやブレード位置確認用小穴１Ｊと積重軸方向基準面１Ｋが設けられ、有底固定筒１の底部に設けた円柱状のホルダ１Ｇを、図８に示す工作機械３００のテーブル上に配置した保持具３０にクランプさせる時の基準面となる。上記有底固定筒内には、液体（水）Ｗ０が充填され、これを凝固液体Ｗ１に凝固（凍結）させる凝固部（凝固システム）１０を外部に配置されている。上記凝固部１０は、液体Ｗ０を低温で凍結させる冷凍ユニット１１０を主要構成としている。

しかして、タービンブレードＢ０を上記有底固定筒１の空間Ｓ内に挿入固定される手順は、ブレート部（中間羽根部）Ｂ２におけるルート部（根部）Ｂ１側の外周面を２本の位置決めピン２，３で受け止め、シュラウド部（外套部）Ｂ３側の外周面を２本の位置決めピン４，５で受け止め、ブレート部（中間羽根部）Ｂ２における中央位置の内周側をヒンジブロック７で押圧して所定位置に仮に位置決めされる。この位置決めされたタービンブレーＢ０は、有底固定筒内に充填された液体Ｗ０を凍結（氷結）させた凝固液体Ｗ１により保持される。上記複数本の位置決めピン２，３，４，５とヒンジブロック調整ネジ６はネジ式で微調節可能であり、製品毎に発生する寸法精度の誤差が修正される。尚、上記タービンブレードＢ０の固定装置１００において、図５に示すように、軸ピン８に支持されたヒンジブロック７の向きを下向きに支持し旋回可能としても良い。その他の構成は、上記タービンブレードの固定装置１００と同一につき、同一符号を付して説明を省略する。

上記凝固部１０は、水の液体Ｗ０を使用時には、低温で凍結（氷結）させる冷凍ユニット１１０をその主要部とする。その詳細構成は、図８に示すように、冷凍機Ａと冷凍容器Ｂと冷凍温度制御部Ｃと冷凍エレメントＤとからなり、この冷凍容器Ｂ内に入れられた有底固定筒１内の液体Ｗ０を凝固させる機能を持っている。液体Ｗ０を凝固液体Ｗ１に凝固（凍結）してブレート部（中間羽根部）Ｂ２を保持した有底固定筒１は、冷凍容器Ｂから取り出され、図示されていない加工室内がゼロ度以下に保持された横型マシニングセンタ（又は研削盤）３００のテーブルＴ上の保持具３０に配置され、タービンブレードＢ０のルート部（根部）Ｂ１が切削または研削加工される。加工後は、大気中に放置することで、凝固液体Ｗ１が液体の水Ｗ０に戻るのを待って、タービンブレードＢ０が固定装置１００から外される。

尚、上記凝固部１０において、水Ｗ０に替えて、蝋Ｗ２、硬化性樹脂、澱粉、石膏Ｗ３を使用時には、図９に示す溶融・凝固部（凝固システム）１０のように、蝋Ｗ２、硬化性樹脂、澱粉、石膏Ｗ３を加温して溶融させ、常温に降温させて凝固させる加温ユニット１２０が採用される。その詳細構成は、加熱機Ｅと加熱容器Ｆと加熱温度制御部Ｇと加熱エレメントＨとからなり、この加熱容器Ｆ内に入れられた有底固定筒１内の蝋Ｗ２、硬化性樹脂、澱粉、石膏Ｗ３を溶融させる機能を持っている。蝋Ｗ２、硬化性樹脂、澱粉、石膏Ｗ３を溶融させられた有底固定筒１は、大気中に放置することで、温度が低下して凝固液体Ｗ１となる。これで、ブレート部（中間羽根部）Ｂ２を保持した有底固定筒１は、例えば、横型マシニングセンタ（又は研削盤）３００のテーブルＴ上に配置され、タービンブレードＢ０のルート部（根部）Ｂ１が切削または研削加工される。加工後は、再び加熱容器Ｆ内に入れられて蝋Ｗ２、硬化性樹脂、澱粉、石膏Ｗ３を溶融させた状態で、凝固液体Ｗ１が液体の蝋Ｗ２、硬化性樹脂、澱粉、石膏Ｗ３に戻るのを待って、有底固定筒１内の蝋Ｗ２、硬化性樹脂、澱粉、石膏Ｗ３を流し出した後、タービンブレードＢ０が固定装置１００から外される。

本発明の第１の実施の形態となるタービンブレードの固定装置１００とその凝固部（凝固システム）１０は、上記のように構成されており、先ず、水Ｗ０を使用する場合は、図２と図６の加工工程図と図８の冷凍ユニット１１０および図１０から図１４に示すように作用する。上記タービンブレードＢ０は、先ず、図１０に示すように、タービンブレードＢ０が有底固定筒１の空間Ｓ内にシュラウド部（外套部）Ｂ３側から挿入される。この時、図２と図１１に示すように、ルート部（根部）Ｂ１を有底固定筒１の突き当て面１Ｄに当接させ、ブレート部（中間羽根部）Ｂ２におけるルート部（根部）Ｂ１側の外周を２本の位置決めピン２，３で受け止め、シュラウド部（外套部）Ｂ３側の外周を２本の位置決めピン４，５で受け止め、ブレート部（中間羽根部）Ｂ２における中央位置の内周側をヒンジブロック７で押圧して所定位置に仮締めされる。続いて、図１２に示すように、有底固定筒１の開口頂部が蓋１２によりその約半分が閉塞される。開口頂部への蓋の閉塞は、蓋の裏面に取り付けた保持片１２Ｂを開口頂部近くに設けた左右の溝１Ｅに挿入して保持される。この取り付け作業が「タービンブレード取付工程」（１）となる。続いて、タービンブレードＢ０を位置決めされた有底固定筒１の空間Ｓ内に液体（水）Ｗ０が充填される。即ち、図１３に示すように、断面凹型の支持台４０の上に、有底固定筒１を横向きに蓋を下側に倒して載せられ、蓋の上側の開口から純水が充填される。この作業が「液体（水）の充填工程」（２）となる。

上記有底固定筒１は、支持台４０と一緒に図８に示す冷凍容器Ｂ内に入れられ冷凍温度制御部Ｃと冷凍エレメントＤのもとに液体Ｗ０が凍結・凝固されてタービンブレードＢ０の半分側を保持する。続いて、有底固定筒１は、図１４に示すように、一旦冷凍容器Ｂから取り出されて垂直姿勢とし、凍結されていない空間に液体Ｗ０が充填された後に、冷凍容器Ｂ内に入れられ冷凍温度制御部Ｃと冷凍エレメントＤのもとに液体Ｗ０が凍結・凝固されてタービンブレードＢ０の全てが保持される。この作業が「液体の凝固工程」（３）となる。この後、図８に示すように、有底固定筒１は、冷凍容器Ｂから取り出され、例えば、加工室内がゼロ度以下に保持された横型マシニングセンタ（又は研削盤）３００のテーブルＴ上に配置される。その保持方法は、有底固定筒１の底部に設けた円柱状のホルダ１ＧをテーブルＴ上に配置した保持具３０にクランプさせる。上記保持状態にて、タービンブレードＢ０のルート部（根部）Ｂ１が切削または研削加工される。この作業が「タービンブレード端部の加工工程」（４）となる。加工後は、大気中に放置することで、凝固液体Ｗ１が液体（水）Ｗ０に戻るのを待って、タービンブレードＢ０が固定装置１００から外される。この作業が「タービンブレードの取外し工程」（５）となる。

次に、蝋Ｗ２、硬化性樹脂、澱粉、石膏Ｗ３を溶融して使用する場合は、図２と図７の加工工程図と図９の加温ユニット１２０および図１０から図１４に示すように作用する。上記タービンブレードＢ０は、有底固定筒１の空間Ｓ内に挿入される。この時、ルート部（根部）Ｂ１を有底固定筒１の突き当て面１Ｄに当接させ、ブレート部（中間羽根部）Ｂ２におけるルート部（根部）Ｂ１側の外周を２本の位置決めピン２，３で受け止め、シュラウド部（外套部）Ｂ３側の外周を２本の位置決めピン４，５で受け止め、ブレート部（中間羽根部）Ｂ２における中央位置の内周側をヒンジブロック７で押圧して所定位置に仮締めされる。この取り付け作業が「タービンブレード取付工程」（１）となる。続いて、タービンブレードＢ０を位置決めされた有底固定筒１の空間Ｓ内に顆粒状の蝋Ｗ２またはパラフィンＷ３が充填される。この作業を「蝋、硬化性樹脂等の顆粒充填工程」（２′）となる。更に、上記有底固定筒１は、加熱容器Ｆ内に入れられ加熱温度制御部Ｇと加熱エレメントＨのもとに蝋Ｗ２、硬化性樹脂、澱粉、石膏Ｗ３が溶融される。この作業が「溶融工程」（３′）となる。続いて、上記有底固定筒１を加熱容器Ｆから取り出し、大気中で冷却・凝固されてタービンブレードＢ０を保持する。この作業が「液体の凝固工程」（４′）となる。この後、例えば、横型マシニングセンタ（又は研削盤）２００のテーブルＴ上に配置され、タービンブレードＢ０のルート部（根部）Ｂ１が切削または研削加工される。この作業が「タービンブレード端部の加工工程」（５′）となる。加工後は、再び、有底固定筒１を加熱容器Ｆ内に入れ加熱温度制御部Ｇと加熱エレメントＨのもとに蝋Ｗ２、硬化性樹脂、澱粉、石膏Ｗ３を溶融させた状態とする。この作業が「再溶融工程」（６′）となる。上記加熱容器Ｆから取り出した有底固定筒１内の溶融した蝋Ｗ２、硬化性樹脂、澱粉、石膏Ｗ３を外部へ排出した後に、タービンブレードＢ０が固定装置１００から外される。この作業が「タービンブレードの取外し工程」（７′）となる。

しかして、タービンブレードＢ０は、複数本の位置決めピン２，３，４，５とヒンジブロック７との位置決めと、蝋Ｗ２、硬化性樹脂、澱粉、石膏Ｗ３により締付け歪みを起こさずに確実に保持され、ルート部（根部）Ｂ１が高精度に切削または研削加工される。

本発明の第１の実施の形態となるタービンブレードの固定装置１００によると、下記の効果が得られる。まず、タービンブレードの固定装置によると、有底固定筒の空間内に挿入されたブレード部品の中間羽根部を位置決めピンとヒンジブロックと凝固液体とで保持するから、ブレート部（中間羽根部）Ｂ２の全体を強い拘束力で包み込み固定できる。即ち、この固定装置によると、タービンブレードの端部を加工するに際して三次元曲面形状の羽根に機械的な撓みを生じさせること無く高精度に固定保持できる。これにより、ブレードの両端部の高精度加工ができる。

また、複数本の位置決めピンとヒンジブロックとは、調節部材で微調節可能であるから余り加工精度の高くない三次元曲面形状のブレート部（中間羽根部）Ｂ２の全体を包み固定する時に、寸法誤差を打ち消す微調節が可能となり高精度な固定できる。また、液体は水（純水・水道水・蒸留水等）または蝋、硬化性樹脂、澱粉、石膏としたから、低温で固着し僅かな温度を付加するだけで液状となり、且つ、有害物質も発生せず、低コストで無公害な固定ができる。また、硬化性樹脂、澱粉、石膏は加圧粉砕することで粉状態に戻り再利用できる。

また、凝固部は、タービンブレードの固定装置１００における固定手段として的確に中間羽根部の全体を包み固定でき、その運転コストやメンテナンス性にも優れている。またタービンブレードの加工方法によれば、各加工工程を自動運転できる上に、工程数の削減と自動化運転ができ、高精度で生産性の高いタービンブレードの加工ができる。

本発明は、上記第１の実施の形態となるタービンブレードの固定装置１００に限定されない。例えば、大型のタービンブレード（ブレード部品）Ｂ０′を保持する為に、図１５〜図２２に示す第２の実施の形態のタービンブレードの固定装置２００としても良い。
その構成は、図１５〜図１８に示すように、上記有底固定筒１において、筒部を軸心方向○に二つ割とし、ホルダ１Ｇと一体とした筒片１Ｈと、ホルダ１Ｇから分離させた副筒片１ＩとからなるＴ字型固定筒１′に変更したものである。上記Ｔ字型固定筒１′において、筒片１Ｈは凹状として左右の突縁イ・ロをタービンブレード（ブレード部品）Ｂ０′のブレート部（中間羽根部）Ｂ２′の外周面形状に合わせられ、筒部の軸心方向○に対して直交方向○１にブレート部（中間羽根部）Ｂ２′の外周面を受け止める。また、筒片１Ｈには、複数本の位置決めピン２〜５と位置決めピン２の固定用フォローセットピン６Ａを備えている。筒片１Ｈの前面を閉塞する蓋１１とその固定用ボルト１１Ａを分離可能に備えている。また、副筒片１Ｉは上記筒片１Ｈに対して相似形をなし、左右の突縁イ′・ロ′をタービンブレード（ブレード部品）Ｂ０′のブレート部（中間羽根部）Ｂ２′の内周面形状に合わせられ、筒部の軸心方向○に対して直交方向○１にブレート部（中間羽根部）Ｂ２′の内周面を受け止める。この副筒片１Ｉには、副筒片１Ｉを筒片１Ｈに固定する２本の固定用ボルト９とブレート部（中間羽根部）Ｂ２′の内周面を押し付ける押さえボルト９Ａとを備えている。特に、図１６〜図１８において、タービンブレード（ブレード部品）Ｂ０′のブレート部（中間羽根部）Ｂ２′を保持する状態を、平面と側面と前端面で示している。その他の構成は、上記第１の実施の形態のタービンブレードの固定装置１００及び凝固部１０とこの冷凍ユニット１１０、加温ユニット１２０と同一につき、同一符号を付して説明を省略する。

上記第２の実施の形態のタービンブレードの固定装置２００は、Ｔ字型固定筒１′とすることでタービンブレードＢ０′のブレート部（中間羽根部）Ｂ２′の全体を包み込んで固定するとともに、両端部となるルート部（根部）Ｂ１′とシュラウド部（外套部）Ｂ３′がＴ字型固定筒１′から露出する。その「タービンブレード取付工程」（１）と「液体（水）の充填工程」（２）とは、図１９〜図２２に示す。先ず、Ｔ字型固定筒１′を横置きとし、タービンブレードＢ０′のブレート部（中間羽根部）Ｂ２′を筒片１Ｈの左右の突縁イ・ロと各位置決めピン２〜５の上に乗せる。次に、副筒片１Ｉをブレート部（中間羽根部）Ｂ２′に被せるように筒片１Ｈに上から合わせ、２本の固定用ボルト９で固定した後に押さえボルト９Ａによりブレート部（中間羽根部）Ｂ２′の内周面を押し付けて仮締め固定する。続いて、図２１に示すように、筒片１Ｈの前面を蓋１１とその固定用のボルト１１Ａにより閉塞する。この後に、副筒片１Ｉの隙間から液体（水）Ｗ０が充填される。続いて、「液体の凝固工程」（３）が行われて凍結（氷結）を待って、再び、図２２に示すように、Ｔ字型固定筒１′を垂直姿勢とし空間内に液体（水）Ｗ０が充填され、凍結（氷結）される。然る後に、横型マシニングセンタ（又は研削盤）３００のテーブルＴ上に配置された固定装置２００は、交互に上下が反転された状態で、タービンブレードＢ０のルート部（根部）Ｂ１′とシュラウド部（外套部）Ｂ３′とが切削または研削加工される。即ち、タービンブレードＢ０′の両端部の高精度加工が同時的に行える。その詳細は、上記第１の実施の形態となるタービンブレードの固定装置１００における作用と同一につき、説明を省略する。

しかして、上記タービンブレードの固定装置２００による効果は、上記第１の実施の形態のタービンブレードの固定装置１００による効果の他、タービンブレードＢ０の両端部を加工するに際し、三次元曲面形状の羽根に機械的な撓みを生じさせること無く高精度に固定保持できる。これにより、タービンブレードＢ０の両端部の高精度加工が確実にできる。

本発明は、その対象物をジェットエンジンやガスタービーンや過給機用のタービンブレードの固定装置とその加工方法として示したが、他分野に使用される部品の加工にも実施が可能である。更に、他部門の各種加工機用にも適用が可能である。

本発明の第１の実施の形態を示し、タービンブレードの固定装置の展開斜視図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、タービンブレードの固定装置の斜視図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、固定装置の平面図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、固定装置の正面図と側面図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、一部変更した固定装置の斜視図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、水による加工工程図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、蝋、硬化性樹脂、澱粉、石膏による加工工程図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、水による凝固システム図である。 本発明の第１の実施の形態を示し、蝋、硬化性樹脂、澱粉、石膏による凝固システム図である。 ブレードを固定装置への取付工程を示し、ブレードを冶具に挿入する斜視図である。 ブレードを固定装置への取付工程を示し、ブレードを冶具に仮締めする斜視図である。 ブレードを固定装置への取付工程を示し、水漏れ防止蓋をセットする斜視図である。 ブレードを固定装置への取付工程を示し、横の状態で水を入れ氷結する斜視図である。 ブレードを固定装置への取付工程を示し、縦の状態で水を入れ氷結する斜視図である。 本発明の第２の実施の形態を示し、タービンブレードの固定装置の展開斜視図である。 本発明の第２の実施の形態を示し、固定装置の平面図である。 本発明の第２の実施の形態を示し、固定装置の側面図である。 本発明の第２の実施の形態を示し、固定装置の端面図である。 ブレードを固定装置への取付工程を示し、ブレードを冶具にセットする斜視図である。 ブレードを固定装置への取付工程を示し、カバーにより冶具に仮締めする斜視図である。 ブレードを固定装置への取付工程を示し、規定量の水を入れ氷結する斜視図である。 ブレードを固定装置への取付工程を示し、縦の状態で水を入れ氷結する斜視図である。 従来例を示し、基準ピンとネジ止め式の拘束法の手順図である。 従来例を示し、鋳込法による位置決め手順図である。 従来例を示し、鋳込法による鋳込み拘束の手順図である。

符号の説明

１ 有底固定筒
１′ Ｔ字型固定筒
１Ａ 外壁
１Ｃ 底部
１Ｄ 突当面
１Ｇ ホルダ
１Ｅ 左右の溝
１Ｆ 冶具基準面
１Ｈ 筒片
１Ｉ 副筒片
２〜５ 位置決めピン
６ ネジ式の調節部材
６Ａ 固定用フォローセット
７ ヒンジブロック
８ 軸ピン
９ 固定用ボルト
９Ａ 押さえボルト
１０ 凝固部（凝固システム）
１１ 蓋
１１Ａ 固定用ボルト
１２ 蓋
１２Ａ 凹部
１２Ｂ 保持片
３０ 保持具
４０ 支持台
１００ タービンブレードの固定装置
２００ タービンブレードの固定装置
１１０ 冷凍ユニット
１２０ 加温ユニット
３００ 横型マシニングセンタ（又は研削盤）
Ａ 冷凍機
Ｂ 冷凍容器
Ｃ 冷凍温度制御部
Ｄ 冷凍エレメント
Ｂ０ タービンブレード（ブレード部品）
Ｂ１ ルート部（根部）
Ｂ２ ブレート部（中間羽根部）
Ｂ３ シュラウド部（外套部）
Ｂ０′ タービンブレード（ブレード部品）
Ｂ１′ ルート部（根部）
Ｂ２′ ブレート部（中間羽根部）
Ｂ３′ シュラウド部（外套部）
Ｅ 加熱機
Ｆ 加熱容器
Ｇ 加熱温度制御部
Ｈ 加熱エレメント
○ 筒部の軸心方向
○１ 直交方向
Ｓ 筒内空間
Ｔ テーブル
Ｗ０ 液体の水（純水・水道水・蒸留水等）
Ｗ１ 凝固液体
Ｗ２ 蝋
Ｗ３ 硬化性樹脂、澱粉、石膏
イ・ロ 突縁
イ′・ロ′ 突縁

Claims (7)

1. 底部にブレード端部の突当面を設けた有底固定筒と、上記有底固定筒の外壁に固着されて筒内空間に突出させた複数本の位置決めピンと、更に、上記有底固定筒の外壁内空間で支持されたヒンジブロックと、上記有底固定筒内に液体を凝固させる凝固部とからなり、上記有底固定筒の空間内に挿入されたブレード部品の中間羽根部を上記位置決めピンとヒンジブロックと凝固液体とで保持することを特徴とするタービンブレードの固定装置。
2. ブレード部品を挿入する筒片と副筒片からなるＴ字型固定筒と、上記Ｔ字型固定筒の筒片と副筒片の外壁に固着されて筒内空間に突出させた複数本の位置決めピンと、更に、上記筒片と副筒片との外壁内空間で支持されたヒンジブロックと、上記筒片と副筒片との内部に液体を凝固させる凝固部とからなり、上記筒片と副筒片との空間内に挿通され両端が外部へ突出されたブレード部品の中間羽根部を上記位置決めピンとヒンジブロックと凝固液体とで保持することを特徴とするタービンブレードの固定装置。
3. 上記複数本の位置決めピンと上記ヒンジブロックとは、調節部材で微調節可能としたことを特徴とする請求項１または２記載のタービンブレードの固定装置。
4. 上記液体は水または蝋、硬化性樹脂、澱粉、石膏であることを特徴とする請求項１または２記載のタービンブレードの固定装置。
5. 上記凝固部は、水を低温で凍結（氷結）させる冷凍ユニットまたは蝋または、硬化性樹脂、澱粉、石膏を加温乾燥して凝固させる加温ユニットからなることを特徴とする請求項１または２記載のタービンブレードの固定装置。
6. ブレード部品の中間羽根部を有底固定筒の空間内に位置決めピンとヒンジブロックとで保持する保持工程と、上記有底固定筒内に水または溶融した蝋、硬化性樹脂、澱粉、石膏の液体を注入する充填工程と、上記液体を固化させる凝固工程と、工作機械のテーブルに取り付けた有底固定筒内のブレード部品の端部を加工する加工工程と、有底固定筒内のブレード部品を分離する取外し工程と、からなることを特徴とするタービンブレードの加工方法。
7. ブレード部品の中間羽根部をＴ字型固定筒の空間内に位置決めピンとヒンジブロックとで保持する保持工程と、上記Ｔ字型固定筒内に水または溶融した蝋、硬化性樹脂、澱粉、石膏の液体を注入する充填工程と、上記液体を固化させる凝固工程と、工作機械のテーブルに反転可能に取り付けたＴ字型固定筒内のブレード部品の両端部を加工する加工工程と、Ｔ字型固定筒内のブレード部品を分離する取外し工程と、からなることを特徴とするタービンブレードの加工方法。

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