JP2009511822A - ブレードチップ研磨工具 - Google Patents

Abstract

ガスタービンエンジンのロータ（２２）にゆるく組み込まれた複数のブレード（２４）を強固に位置決めする固定具アッセンブリ（４０）である。この固定部アッセンブリ（４０）によれば、軸方向クランプ力を半径方向拡張力に変換し、その半径方向拡張力をブレード（２４）に加え、これによって、エンジン運転中にブレード（２４）に作用する遠心力をシミュレートする。

Description

本発明は、一般的にガスタービンエンジンに関し、さらに詳細には、ガスタービンエンジンに利用されるような圧縮機ロータアッセンブリおよびタービンロータアッセンブリを製造する改良された装置および方法に関する。

ガスタービンエンジン用の圧縮機ロータアッセンブリまたはタービンロータアッセンブリは、中心ロータの外周に取り付けられる複数の圧縮機ブレードまたはタービンブレードを備える。ガスタービンエンジンでは、ブレードのチップを横切るガス漏れを最小限に抑えるために、圧縮機ブレードまたはタービンブレードの外側チップが周囲のシュラウドに近接して回転することが重要である。このような圧縮機ブレードチップまたはタービンブレードチップを所望である実際の外側チップ直径に機械加工することは困難である。何故なら、ブレードは、通常、ルート部をロータ外周のダブテール溝にゆるく嵌合させて保持されるからである。先行技術による固定治具は、エンジン運転中に生じる遠心力をシミュレートするために、軸方向の圧縮力下において弾性材料の半径方向拡張を利用し、機械加工中にブレードを半径方向に位置決めしている。このような先行技術による方法では、個々のブレードに作用する半径方向力の大きさ、作用点、さらに分布を正確に制御するのが困難である。従って、得られる結果は、満足できないことが多い。他の先行技術による機械加工方法では、ロータアッセンブリを高速度で回転させて、ブレードチップの機械加工プロセスにおいてブレードをロータのスロット内に位置決めするように遠心力を生じさせる。しかし、機械加工プロセス中にロータディスクを高速回転させることは、安全性、利便性、製造プロセスのコストなど種々の理由から好ましくない。

このような状況から、ガスタービンエンジンに用いられるようなブレードチップを機械加工する改良された装置および方法を提供することが必要とされている。

従って、本発明の目的は、ガスタービンエンジンに用いられるロータアッセンブリのブレードチップを機械加工する装置および方法を提供することにある。

一態様では、本発明は、複数のブレードをガスタービンエンジンのロータに対して位置決めする固定具アッセンブリであって、ブレードが、ゆるく取付けられたダブテール継手によってロータに保持される、固定具アッセンブリを提供する。ブレードは、ダブテールルート部、エアフォイル、およびそれらの間に横方向に延びるプラットホームを有する。固定具アッセンブリは、ブレードが取り付けられた前記ロータを保持する支持体と、第１の位置決め部材および第２の位置決め部材と、を備える。第１の位置決め部材は、各ブレードプラットホームのロータに対して軸方向に延びる第１の部分と接触するブレード係合部を有する。第２の位置決め部材は、ロータが支持体内に取り付けられたとき、ロータの軸方向における反対側に位置するように配置される。第２の位置決め部材は、各ブレードプラットホームのロータに対して軸方向に延びる第２の部分と接触するブレード係合部を有する。各ブレードプラットホームの第２の部分は、第１の部分の反対側に位置する。ロータが支持体内に取り付けられたとき、第１の位置決め部材および第２の位置決め部材を一緒に軸方向にクランプするためにロータ軸と実質的に同軸に配置された中心作動可能なクランプアッセンブリが設けられる。第１の位置決め部材および第２の位置決め部材は、ブレードをロータの半径方向外方に位置決めするために、ブレードプラットホームの各々の第１の部分および第２の部分に一対の半径方向力をそれぞれ伝達するのに適するようにされ、これによって、ロータ軸を中心とするロータ回転から生じる遠心力をシミュレートする。

他の態様によれば、本発明は、回転軸を有するロータディスク、およびゆるく取付けられたダブテール継手によってロータの周辺に取付けられた複数のエアフォイルブレードを備えるロータアッセンブリ用の固定具アッセンブリを提供する。固定具アッセンブリは、ロータアッセンブリの中心を支持するのに適するようにされたアクスルと、アクスルと関連する第１のクランプ部材および第２のクランプ部材と、を備える。これらのクランプ部材は、互いに向かって移動することによって、互いの間にクランプ力をもたらすのに適するようにされている。アクスルに取り付けられた第１の凹状アッセンブリおよび第２の凹状アッセンブリが設けられ、これらの凹状アッセンブリは、各凹状アッセンブリの中心凹面がロータと向き合うように、位置決めされる。凹状アッセンブリは、それぞれ、ロータの両側に配置され、第１の凹状アッセンブリおよび第２の凹状アッセンブリの各々は、エアフォイルブレードの両側を第１の凹状アッセンブリおよび第２の凹状アッセンブリのそれぞれの周辺に係合させるように、アクスルから延びる。第１の凹状アッセンブリは、第１のクランプ部材と関連し、第２の凹状アッセンブリは、第２のクランプ部材と関連する。ロータアッセンブリが固定具アッセンブリ内に設置されるとき、エアフォイルブレードをロータディスクに対して半径方向に固定するため、クランプ部材を互いに向かって運動させ、その結果として、第１の凹状アッセンブリおよび第２の凹状アッセンブリのそれぞれの凹面度を低減させ、これによって、外向きの半径方向力を第１の凹状アッセンブリおよび第２の凹状アッセンブリのそれぞれの周辺に生じさせる。

他の態様によれば、本発明は、ロータアッセンブリのブレードチップの外径を機械加工する方法を提供する。ロータアッセンブリは、ゆるく取付けられたダブテール継手を介してロータの外周に取り付けられたブレードの環状配列を有し、ブレードは、各々、ロータの両側から軸方向に突出するプラットホームを有する。本方法は、（ａ）共通軸からプラットホームの係合面に延びる一対の略円錐状部材を配置するステップと、（ｂ）円錐状部材の各々の一部をブレードプラットホームに対する所定の角度位置に配置させるように、円錐状部材をロータアッセンブリに対して位置決めするステップであって、各プラットホームの両側がそれぞれ第１の円錐状部材および第２の円錐状部材と係合するように、円錐状部材の１つがロータの軸方向における各側に配置される、ステップと、（ｃ）軸方向圧縮力を円錐状部材に互いに向き合う方向から加え、実質的に均一な半径方向拡張力を個々のブレードプラットホームに加えることによって、ブレードをロータに対して半径方向に位置決めするステップと、（ｄ）ブレードの外側チップを機械加工するステップと、を含む。

本発明の上記の態様および他の態様のさらなる詳細は、以下の詳細な説明および添付の図面から明らかになるだろう。

図１を参照すると、典型的な軸流タービンまたは軸流圧縮機のロータアッセンブリ（破線で示す）は、符号２０によって総称的に示されている。このロータアッセンブリ２０は、中心ロータ２２を備え、この中心ロータ２２は、中心貫通孔（図示せず）と、外周（図示せず）と、ロータ２２の外周において軸方向に延びる複数のダブテール溝２５と、を有する。タービンまたは圧縮機のブレード２４（以下、ブレードと呼ぶ）は、ロータ２２の外周上に保持される。各ブレード２４は、半径方向外方に延びるとともに外側チップ２８を有するエアフォイル２６と、プラットホーム３０と、ロータ２２のダブテール溝２５内に受容される相補的に形成されたルート部（図示せず）と、を備える。各ブレード２４は、ルート部をダブテール溝２５内に軸方向に挿入することによってロータ２２に組み込まれる。各ブレード２４のルート部は、ロータ２２のダブテール溝内にゆるく取り付けられている。このような取付けは、組込みを容易にするために必要であり、さらに、ロータアッセンブリ２０が設置されたガスタービンエンジンの運転中に生じるブレード２４とロータ２２との間の熱成長の差を補償するのに必要な許容度をもたらすためにも必要である。

ロータ２２にこのように取り付けられたとき、ブレード２４は、必ずしも、「稼動」位置、すなわち、ガスタービンエンジンの運転中にブレード２４に生じた遠心力の影響下でブレード２４が取る位置に配置されていない。さらに、ロータ２２の中心軸３２を基準とするブレードチップ２８の各々の直径は、種々の製造公差によって変動する。従って、ロータアッセンブリ２０の所望の外径を得るには、ブレード２４がロータ２２に組み込まれ、「稼働」位置に保持されたときに、チップ２８を機械加工することが望ましい。

本発明の一実施形態によれば、機械加工プロセスにおいてロータアッセンブリ２０のチップ２８を機械加工するための工具をもたらすことを意図して、固定具アッセンブリ４０が設けられる。

固定具アッセンブリ４０は、第１の皿バネ４２および第２の皿バネ４４を備える。第１および第２の皿バネ４２，４４は、好ましくは、一対の実質的に均衡の取れた軸方向圧縮力を、各ブレード２４の軸方向における両側に作用する一対の実質的に均衡の取れた半径方向拡張力に変換するため、第１および第２のトグル継手装置を形成し、これにより、ロータ２２に対してブレード２４を半径方向に強固に位置決めする。皿バネ４２および皿バネ４４は、好ましくは同様であるため、説明の都合上、皿バネ４２についてのみ以下に詳細に説明する。

図１〜４を参照すると、皿バネ４２は、好ましくは、その内周４６と外周４８との間で軸方向かつ半径方向に延びるスカート状の金属リングとして形成される。皿バネ４２は、その厚みを貫通しかつ複数の周方向において互いに離間した切込み５０をさらに備える。これらの切込み５０は、皿バネ４２の外周４８から半径方向内方に延び、好ましくは、それぞれの貫通孔５２で終端する。これらの貫通孔５２は、好ましくは、半径方向において等しく内周４６に近接した位置に配置される。２つの隣接する切込み５０間の各部分は、トグル継手装置のアーム５４を構成し、このアーム５４の内端は、リング部５６と一体化している。切込み５０の数は、好ましくは、ロータアッセンブリ２０のブレード２４の数と等しく、従って、皿バネ４２がロータ２２とブレード２４との軸方向における一方の側に配置されると、各アーム５４は、１つのブレード２４に向かって軸方向かつ半径方向外方に延びる。各アーム５４は、好ましくは、ブレード２４のプラットホーム３０の軸方向に突出する部分の幅よりも狭い外端５８を有する。従って、各アーム５４が、軸方向力をそのアーム５４に対応するブレード２４に作用する半径方向拡張力に変換するとき、それぞれのアーム５４の位置は、隣接するブレードと干渉することなく、対応するブレード２４に対して周方向に調整可能である。この実施形態では、アーム５４の狭い外端５８を得るために、それぞれの切込み５０と実質的に一直線に並ぶ複数の半円状の切欠き（図示せず）が、皿バネ４２の外周４８に形成される。

各アーム５４が各ブレード２４のプラットホーム３０の軸方向に突出する部分に強固に接触するのを確実にするために、ウレタンゴムや同様の材料などの弾性層を各アーム５４の外端５８に設けることが好ましい。この実施形態では、それぞれのアーム５４の外端５８に設けられる弾性層は、隣接するアーム５４に設けられる弾性層に結合され、これにより、皿バネ４２の外周４８に取り付けられた弾性材料からなる一体的な外側リング６０が形成される。弾性層は、好ましくは、ブレードのプラットホームの突出部分を相補的に受けるように形作られる。

皿バネ４２は、好ましくは、角度位置決め要素、例えば、内周４６の所定の角度位置に画定された小さい半径方向の凹部つまりスロット６２をさらに備える。この要素については、以下に詳述する。

従って、皿バネ４２，４４は、各ブレード２４の両側においてプラットホーム３０の軸方向に突出する部分と接触する外周４８および弾性層６０を有するトグル継手装置として機能する。

図１および図５〜１１において、皿バネ４２，４４に対してクランプ装置６３が操作可能に接続されており、このクランプ装置６３は、一対の実質的に均衡の取れた軸方向圧縮力を皿バネ４２，４４に制御可能に作用させる。クランプ装置６３は、各皿バネ４２，４４に一対の互いに逆の軸方向力を作用させるために、リフト部材６４および上クランプカバー６６を備えており、リフト部材６４は、ロータ２２の一方の側、例えば、この実施形態では底側に配置され、上クランプカバー６６は、ロータ２２の軸方向における他方の側、例えば、上側に配置される。

特に、図９，１０に良好に示されるリフト部材６４は、雌ネジ部７０を有する中空の円筒体６８を備え、好ましくは、大きな直径を有する底部６９を有する。リフト部材６４は、円筒体６８から半径方向外方に延びる複数のアーム７２をさらに備える。各アーム７２は、アームの一端から軸方向上方に突出するフィンガー部材７４を有する。フィンガー部材７４は、好ましくは、フィンガー部材７４上に水平に配置される支持リング７６（図１参照）を支持する。支持リング７６は、皿バネ４４の内周の直径よりも大きい外径を有する下部（図示せず）と、皿バネ４４の内周の直径よりもわずかに小さい外径を有する上部（図示せず）と、を備え、これによって、皿バネ４４を支持する肩構造を付与する。さらに好ましくは、皿バネ４４の内周の直径よりもわずかに大きい外径を有するリング７８を付与する。このリング７８は、取付けネジ８０を用いて支持リング７６に離脱可能に取り付けられる。その結果、ロータアッセンブリ２０の固定具アッセンブリ４０内への取り付けを容易するように、支持リング７６が皿バネ４４の内周に取り付け可能となる。

上クランプカバー６６は、例えば、平坦な上下端（図示せず）を有するボウルを反転させた形状に形成される。上クランプカバー６６の下端は、皿バネ４２の内周４６に対する接触を保持するように、支持リング７６の肩構成と同様の肩構成を画定する。皿バネ４２の内周４６の直径よりもわずかに大きい外径を有するリング８２は、好ましくは、取付けネジ（図示せず）を用いて、上クランプカバー６６の下端に取り付けられる。その結果、上クランプカバー６６は、皿バネ４２に離脱可能に取り付けられるので、ロータアッセンブリ２２を固定具アッセンブリ４０に取り付けるのが容易となる。上クランプカバー６６は、キースロット８６を有する中心開口８４をさらに備える。好ましくは、複数の開口８８が、上クランプカバー６６に設けられる。

クランプ装置６３は、雌ネジ部９２を有するスリーブ部材９０をさらに備える（図１１にも図示）。スリーブ部材９０は、雄ネジ部９６を有する上部９４と、キー１０２を受ける軸方向のキースロット１００を有する下部９８と、を備える。キー１０２は、スリーブ部材９０の下部９８のネジ付き取付け孔１０４内に固定される取付けネジ（図示せず）によって固定される。スリーブ部材９０の上部９４は、好ましくは、下部９８の直径よりも小さい直径を有する。

クランプ装置６３は、ロータ２２を貫通する作動ネジ１０６をさらに備える。作動ネジ１０６は、上側ネジ付き部分１０８および下側ネジ付き部分１１０を備え、上側および下側ネジ付き部分１０８，１１０は、スリーブ部材９０の雌ネジ部およびリフト部材６４の雌ネジ部に対する相補的なネジ部を有する。スリーブ部材９０の雌ネジ部９２、リフト部材６４の雌ネジ部７０、上側および下側ネジ付き部分１０８，１１０の相補的なネジ部は、互いに逆方向を向いており、これにより、作動ネジ１０６がスリーブ部材９０およびリフト部材６４に対して回転すると、スリーブ部材９０およびリフト部材６４は、互いに近づく方向または互いに離れる方向に移動する。作動ネジ１０６は、好ましくは、作動ネジ１０６を廻す工具（図示せず）と係合する六角形状の上ヘッド部分１１２を備える。

スリーブ部材９０の雄ネジ部９６と係合する上ナット１１４が設けられており、この上ナットは、上クランプカバー６６を保持してスリーブ部材９０とともにリフト部材６４に向かって移動させる。スリーブ部材９０およびリフト部材６４の円筒体６８は、ロータ２２の中心孔より著しく小さい外径を有し、これによって、スリーブ部材９０およびリフト部材６４の円筒体６８は、それぞれ、上側および下側から、ロータ２２の中心孔内にゆるく挿入される。これについては、以下でさらに説明する。

固定具アッセンブリ４０は、好ましくは、クランプ装置６３を操作可能に支持するとともにロータアッセンブリ２０を固定具アッセンブリ４０内に固定し支持するベース構造１１６をさらに備える。ベース構造１１６は、例えば、ベースプレート１１８（図５，６に詳細に図示する）を備える。ベースプレート１１８は、中心孔１２２を備える中心キャビティ１２０を画定する。中心孔１２２は、ベースプレート１１８を貫通するとともに、リフト部材６４の拡大した底部分６９を中心孔１２２内にゆるく受けるように、拡大した底部分６９よりも大きい直径を有する。中心孔１２２は、凹部１２４をなす拡大上部を有し、この凹部１２４は、リフト部材６４のアーム７２およびフィンガー７４を受容する半径方向に延びる溝（図示せず）を備える。リフト部材６４のアーム７２が凹部１２４の半径方向に延びる溝の底に位置した状態でリフト部材６４が中心キャビティ１２０内に受容されているときに、リフト部材６４が半径方向に移動できるように、凹部１２４は寸法決めされる。一方、ベースプレート１１８に対するリフト部材６４の周方向の移動を拘束することが望ましい。この実施形態では、このリフト部材６４の周方向における移動の拘束は、例えば、アーム７２の１つ（特にアーム７２ａとして示す：図９参照）を幅方向において凹部１２４の対応する半径方向に延びる溝内に精密に嵌合させることによってなされる。他の溝の幅は、溝内に残りのアーム７２をゆるく受容するように寸法決めされる。凹部１２４の半径方向に延びる溝間のランド部（図示せず）に、浅い扇状の凹部１２６が画定されており、この凹部１２６は、中心孔１２２の中心軸１２８に関して対称である。

ベースプレート１１８は、好ましくは、孔１５４および通路１５６をさらに備える。孔１５４は、凹部１２４の溝内に位置し、ベースプレート１１８を軸方向に貫通する。通路１５６は、ベースプレート１１８の底に画定され、個々の孔１５４とベースプレート１１８の外周（図示せず）との間に半径方向に延びる。これらの孔１５４および通路１５６は、機械加工プロセス中、ベース構造１１６の中心キャビティ１２０から冷却流体および潤滑流体を放出する流路を形成する。

ベース構造１１６は、中心スリーブ１３０（図７，８に詳細に示す）をさらに備え、この中心スリーブ１３０は、底端に半径方向フランジ１３２を備える。フランジ１３２は、ロータ２２に対して正確な支持位置をもたらすように、中心スリーブ１３０の中心軸１３４と実質的に直交する。ロータ２２が半径方向フランジ１３２に支持されてロータの中心孔内に中心スリーブ１３０を受けるときに、ロータ２２が中心スリーブ１３０と同軸に位置するように、中心スリーブ１３０は、ロータ２２の中心孔と正確に嵌合する外径を有する。中心スリーブ１３０は、中心スリーブ１３０の内面（図示せず）に沿って軸方向に延びるキー溝１３６を画定する。中心スリーブ１３０の内面は、スリーブ部材９０およびリフト部材６４の円筒体６８を中心スリーブ１３０内にゆるく受けるように寸法決めされ、かつ中心スリーブ１３０内におけるスリーブ部材９０およびリフト部材６４の円筒体６８の相対的な軸方向の運動および相対的な半径方向の調整を許容するように寸法決めされる。中心スリーブ１３０は、扇状凹部１２６（図５，６参照）の底に配置され、中心スリーブ１３０の半径方向フランジ１３２の取付け孔１３８を通ってベースプレート１１８のネジ孔１４０と係合する取付けネジ（図示せず）によって、ベースプレート１１８の上面に固定される。中心スリーブ１３０の半径方向フランジ１３２は、ベースプレート１１８の扇状凹部１２６内に正確に嵌合して、中心スリーブ１３０がベースプレート１１８と同軸に位置するように、直径が定められる。中心スリーブ１３０がベースプレート１１８に固定されると、中心スリーブ１３０内に画定された中心空間およびベースプレート１１８内に画定された中心キャビティ１２０は、一緒になって、リフト部材６４を収容する空洞（図示せず）を画定し、これにより、空洞内におけるリフト部材６４の限られた軸方向の運動および限られた半径方向の調整が許容される。

中心スリーブ１３０の半径方向フランジ１３２は、好ましくは、軸方向に延びるリング１４２をさらに備え、このリング１４２は、周方向において互いに離間した複数のスロット１４４を有する。スロット１４４は、例えば、ロータ２２の底側の嵌合部材に合わせて、寸法決めされ、配列される。ロータ２２のこれらの嵌合部材は、互いに隣接するロータ間にトルクを伝達するために、隣接段のロータと嵌合する。ロータ２２が中心スリーブ１３０の半径方向フランジ１３２に支持されると、ロータ２２の嵌合部材はスロット１４４内に受容され、ロータアッセンブリ２０とベース構造１１６との間に所定の角度関係が決まる。

ベース構造１１６は、キースロット（図示せず）を有する中心開口（図示せず）を画定する中心上プレート１５０をさらに備える。中心上プレート１５０は、嵌合部材を有していないロータ２２の上側と当接し、取付けネジ１４８によって中心スリーブ１３０の上端に固定される。これにより、ロータアッセンブリ２０は、ベース構造１１６に固定して取り付けられる。中心上プレート１５０のキースロットを有する中心開口によって、キー１０２が取り付けられたスリーブ部材９０は、中心上プレート１５０を通って中心スリーブ１３０へと遊動することができる。ロータアッセンブリ２０は、ベース構造１１６に固定して取り付けられているが、皿バネ４２，４４がロータアッセンブリ２２の上側および下側にそれぞれ配置され、一対の軸方向力が各皿バネ４２，４４に加えられる前の状態では、皿バネ４２，４４および皿バネと接触しているクランプ装置６３（作動ネジ１０６によって相互連結された、リング８２を有する上クランプカバー６６と、スリーブ部材９０と、支持リング７６およびリング７８を有するリフト部材６４と、を備える）は、ベース構造１１６によって、遊動可能かつ操作可能に保持される。従って、クランプ装置６３に接続された皿バネ４２，４４は、互いに同軸に位置する、ベースプレート１１８の中心軸１２８、中心スリーブ１３０の軸１３４、およびロータ２２の軸３２を中心として、調整可能である。この特徴によって、各皿バネ４２，４４が、ロータアッセンブリ２０および固定具アッセンブリ４０の両方の許容誤差を補って、ブレード２４のプラットホーム３０の軸方向に突出する部分と適切に接触するのを確実にするために、ロータ２２の中心軸３２を中心として自己芯出しすることができるという利点が得られる。

ベース構造１１６は、好ましくは、取付けネジ（図示せず）によってベースプレート１１８の上端に固定される計測ゲージ１４６をさらに備える。計測リング１４６は、ブレード２４のチップ２８の外径の測定基準をもたらすため、ベースプレート１１８と同軸になるように正確に位置決めされるとともに、正確に機械加工された所定の直径を有する外周を備える。

前述したように、皿バネ４２，４４は、各アーム５４がトグル継手として作用するトグル継手装置として機能する。図１２を参照して、トグル継手の作用原理を簡単に説明する。図１２において、ＥＨおよびＥＤは、皿バネ４２（図２）の直径方向において互いに向き合った一対のアーム５４を表す。Ｆは、一対のアーム５４に作用する軸方向力であり、Ｐは、アーム５４に作用する抵抗力である。Ｐは、以下の式で表される。

Ｐ＝Ｆ×係数（但し、係数＝ｃｏｓ α／２ ｓｉｎ α）
角度αが予め定められている場合、加えられる軸方向力Ｆを制御することによって、トグル継手によって作用する抵抗力Ｐと等しい半径方向拡張力を、相対精度で生じさせることができる。軸方向力Ｆの制御は、便利には、図１の作動ネジ１０６にトルクを加えたとき、トルクゲージを用いてなされる。

図１〜３を参照すると、望ましくは、各皿バネ４２，４４の一対のアーム５４から各ブレード２４に加えられる半径方向拡張力が、ロータアッセンブリ２０の作動状態時にブレードに作用する遠心力をシミュレートするために、各ブレード２４の重心を実質的に通って作用する１つの総合的な半径方向拡張力をもたらすように、各皿バネ４２，４４はロータアッセンブリ２０に対して所定の角度関係で位置決めされる。このような所定の角度位置を得るために、固定具アッセンブリ４０は、好ましくは、各皿バネ４２，４４とクランプ装置６３との間およびクランプ装置６３の隣接する部分間に配置された、複数の角度位置決め要素を備える。例えば、位置決めピン（図示せず）が、それぞれ、上クランプカバー６６および支持リング７６に取り付けられ、各皿バネ４２，４４の内周４６のスロット６２内に適切に嵌合するように半径方向に突出する。また、好ましくは、支持リング７６が、リフト部材６４のアーム７２ａのフィンガー内の位置決め孔（図示せず、図９参照）内に挿入された位置決めピン１５２と適切に嵌合する位置決め凹部をさらに有する。従って、上クランプカバー６６とベース構造１１６との間の角度関係がキースロット８６、キー１０２、およびキー溝１３６（図８参照）によって決定されるので、皿バネ４２からベース構造１１６に至るそれぞれの角度位置決め要素からなる１つの完全な連鎖が得られる。また、リフト部材６４とベース構造１１６との間の角度関係がアーム７２ａ（図９参照）およびベースプレート１１８の凹部１２４の対応する溝（図５参照）によって決定されるので、皿バネ４４からベース構造１１６に至るそれぞれの角度位置決め要素からなる１つの完全な連鎖も得られる。ベース構造１１６とロータ２２との間の角度関係は、ロータ２２の嵌合部材と嵌合する中心スリーブ１３０のスロット１４４（図７参照）によって決定される。

図１をさらに参照すると、ブレードチップの研磨プロセスにおいて、まず、固定具アッセンブリ４０が、皿バネ４２、上クランプカバー６６、リング８２、上ナット１１４、および中心上プレート１５０を取り付けることなく、部分的に組立てられる。ブレード２４がロータ２２の周辺にゆるく取り付けられているロータアッセンブリ２０が、この部分的に組立てられた固定具アッセンブリ４０に取り付けられ、ロータ２２が、中心スリーブ１３０に的確に嵌合される。次いで、中心上プレート１５０が、ロータ２２の上側に配置され、この中心上プレート１５０をスリーブ部材９０および作動ネジ１０６が上方に貫通する。取付けネジ１４８を用いて、中心上プレート１５０が中心スリーブ１３０の上端に固定される。従って、ロータ２２は、中心スリーブ１３０の半径方向フランジ１３０(図８参照）と中心上プレート１５０との間に強固にクランプされ、ベース構造１１６内に同軸に配置される。この時点で、テーブルに対するディスクの回転軸の直交性を確実に得るために、ディスクの平行度または同心度が検証されてもよい。上クランプカバー６６およびリング８２に取り付けられた皿バネ４２が、ロータ２２の上側に配置される。このとき、スリーブ部材９０の上部および作動ネジ１０６は、クランプ上カバー６６の中心開口８４を通って上方に延びる。次いで、上ナット１１４がスリーブ部材９０の上部に固定される。この段階において、クランプ装置６３は、ベース構造１１６に的確に取り付けられ、各皿バネ４２，４４と接触し、これによって、ゆるくロータ２２に取り付けられているブレードに力を加える準備が整う。

ロータアッセンブリ２０に対する各皿バネ４２，４４の角度位置決めは、前述した複数の角度位置決め要素によって、上記の取付けステップにおいて自動的に達成される。しかし、角度位置決め要素からなる連鎖を設けない本発明の他の実施形態では、この段階において、各皿バネ４２，４４の少なくとも各アーム５４が隣接ブレードと干渉することなく１つのブレード２４に向かって延びることを確実にするために、各皿バネ４２，４４を角度位置決めする必要がある。

皿バネ４２，４４を自己調整しつつ、リフト部材６４とクランプ上カバー６６との間の間隔部分を適切な軸方向位置に調整するために、適切な工具（図示せず）を用いて、小さなトルクが作動ネジ１０６に加え、これにより、各皿バネ４２，４４の弾性層６０を有する外周４８（図２参照）が、ロータアッセンブリ２０の軸方向両側において各ブレード２４のプラットホーム３０の軸方向に突出する部分と適切に接触する。このステップでは、キー１０２は、角度位置決め要素として機能するだけでなく、スリーブ部材６４が作動ネジ１０６と一緒に回転するのを阻止する回転止めとしても機能する。リフト部材６４の回転は、凹部１２４（図５参照）内に嵌め込まれたアーム７２（図９参照）によって阻止される。

皿バネ４２，４４が適切に位置決めされた後、所定の大きさのトルクが作動ネジ１０６に加えられ、実質的に均衡の取れた軸方向力を皿バネ４２，４４に加え、これにより、軸方向力を各ブレード２４のプラットホーム３０の両側に作用する一対の実質的に均衡の取れた半径方向拡張力に変更し、その結果、各ブレード２４の重心を実質的に通って作用する１つの総合的な半径方向拡張力を生じさせ、ブレード２４をロータ２２に対して半径方向に強固に位置決めする。工具は、通常、機械テーブルに置かれ、次いで、種々の部品が取り付けられ、精度の実証がなされる。この後、固定具の残りの部分が組み込まれ、トルクが上ナット１１４に加えられる。このようにして、ブレードは、強固な位置決めが確実になされた状態で芯出しされる。この段階で、固定具アッセンブリ４０に取り付けられたロータアッセンブリ２０を、例えば、ブレード２４の外側チップを機械加工する研磨機の稼働テーブル上に配置する準備が整う。研磨プロセス前、該プロセス中および該プロセス後に、１つのチップと計測リング１４６の外周との間の差を測定することによって、ロータアッセンブリ２０の外径を簡便に測定することができる。

前述の説明は、単なる例にすぎず、当業者であれば、開示された本発明の範囲から逸脱することなく、記載された実施形態に対して変更がなされることを認めるだろう。例えば、皿バネは、前述の実施形態において説明したような個々のアームを形成する切込みを備えなくてもよい。その代わり、切込みのない皿バネの場合、材料の弾性変形を上回る軸方向圧縮力を加える必要がある。一般的に、皿バネは、どのような凹状アッセンブリまたは円錐状の部材によって置き換えられてもよい。この円錐状の部材は、比較的硬質のゴムのような弾性材料から形成されてもよいし、または材料とその材料の形態、例えば、切込みを有するかまたは有しない皿バネの形態とを組み合わせることによって、弾性特性を有してもよい。しかし、円錐状部材は、もし個々のアームの内端が枢動可能に内側リングに取り付けられるトグル継手装置として構成されるなら、弾性を有しなくても、適切に機能することができる。リフト部材およびベース構造は、ベース構造１１６がロータ２２を固定して支持することができると共にクランプ装置６３を操作可能に支持することができる限り、種々の形状を有してもよい。ロータ構成の選択された１つまたは複数の部品と嵌合する他の角度位置決め要素が、中心スリーブ１３０のフランジ１３２のスロット１４４（図７参照）の代替品として、設けられてもよい。この開示を検討することによって、本発明の範囲内に含まれるさらに他の修正が当業者に明らかになるだろう。このような修正は、特許請求の範囲内に含まれることが意図されている。

本発明の一実施形態による、機械加工プロセスにおいてロータの周辺にゆるく取り付けられたブレードに半径方向拡張力を作用させる固定具アッセンブリの断面図である。 図１の固定具アッセンブリに用いられる皿バネの上面図である。 図２の皿バネの断面図である。 皿バネの外周に取り付けられた弾性層を示す、図３の皿バネにおける番号４で示される円領域の拡大部分断面図である。 図１の固定具アッセンブリのベースプレートの上面図である。 ベースプレートに画定された中心キャビティを示す、図５の線６−６に沿ったベースプレートの断面図である。 固定具アッセンブリのベース構造を形成するために、図５，６のベースプレートに取り付けられる中心スリーブの上面図である。 図７の線８−８に沿った中心スリーブの断面図である。 図１の固定具アッセンブリに用いられるリフト部材の上面図である。 図９のリフト部材の断面図である。 図１の固定具アッセンブリに用いられる上スリーブ部材の断面図である。 図１の固定具アッセンブリに用いられるトグル継手装置の作用原理を示す図である。

Claims (29)

1. 複数のブレードをガスタービンエンジンのロータに対して位置決めする固定具アッセンブリであって、前記ブレードが、ゆるく取付けられたダブテール継手によって前記ロータに保持され、前記ブレードが、ダブテールルート部と、エアフォイルと、ダブテールルート部とエアフォイルと間で横方向に延びるプラットホームと、を有し、
   前記固定具アッセンブリは、
   前記ブレードが取り付けられた前記ロータを保持する支持体と、
   前記ロータに対して、前記プラットホームの各々の軸方向に延びる第１の部分と接触するブレード係合部を備えた第１の位置決め部分と、
   前記ロータが前記支持体内に取り付けられたときに前記ロータの軸方向における反対側に位置するように配置される第２の位置決め部材であって、該第２の位置決め部材は、前記ロータに対して前記ブレードプラットホームの各々の軸方向に延びる第２の部分と接触するブレード係合部を備え、前記第２の部分が前記第１の部分の反対側に位置する、第２の位置決め部材と、
   前記ロータが前記支持体内に取り付けられたとき、前記第１の位置決め部材および前記第２の位置決め部材を一緒に軸方向にクランプするようにロータ軸と実質的に同軸に配置される中心作動可能なクランプアッセンブリと、
   を備え、
   前記第１および第２の位置決め部材が、前記ブレードを前記ロータの半径方向外方に位置決めするように、前記ブレードプラットホームの前記第１および第２の部分に一対の半径方向力をそれぞれ伝達し、これにより、前記ロータ軸を中心としたロータの回転から生じる遠心力をシミュレートすることを特徴とする固定具アッセンブリ。
2. 前記第１の位置決め部材および前記第２の位置決め部材が、第１の皿バネおよび第２の皿バネから構成されることを特徴とする請求項１に記載の固定具アッセンブリ。
3. 前記ブレード係合部が、前記皿バネの周辺部からなることを特徴とする請求項２に記載の固定具アッセンブリ。
4. 前記第１の位置決め部材および前記第２の位置決め部材が、第１のトグル継手装置および第２のトグル継手装置から構成されることを特徴とする請求項１に記載の固定具アッセンブリ。
5. 前記ブレード係合部が、複数のアームから構成され、前記複数のアームの少なくとも１つが、前記ブレードプラットホームの各々に向かって延びることを特徴とする請求項２に記載の固定具アッセンブリ。
6. 前記第１の位置決め部材および前記第２の位置決め部材が、第１の弾性コーンおよび第２の弾性コーンから構成されることを特徴とする請求項１に記載の固定具アッセンブリ。
7. 前記ブレード係合部が、前記弾性コーンの周辺部から構成されることを特徴とする請求項２に記載の固定具アッセンブリ。
8. 前記皿バネの各々が、前記皿バネの厚みを貫通する、周囲方向において互いに離間した複数の切込みを備え、
   前記切込みが、前記皿バネの各々の外周から半径方向内方に延びることを特徴とする請求項２に記載の固定具アッセンブリ。
9. 前記皿バネの各々における前記切込みの数が、ブレードの数と等しいことを特徴とする請求項８に記載の固定具アッセンブリ。
10. 前記中心配置されたクランプアッセンブリを操作可能に支持するとともに、前記ロータおよびブレードを固定して支持する手段をさらに備え、これによって、研磨機械に配置される前記固定具アッセンブリの基部を付与することを特徴とする請求項１に記載の固定具アッセンブリ。
11. 前記トグル継手装置の各々が、前記ブレードに向かって延びる複数のアームと、前記アームの内端と一体の内側リングと、を備え、
    前記ブレードを半径方向に位置決めするとき、前記アームの位置が、隣接するブレードと干渉することなく、対応するブレードに対して周方向に調整可能であるように、前記アームの各々が、前記ブレードの１つの軸方向に突出する部分の幅よりも狭い外端を有することを特徴とする請求項４に記載の固定具アッセンブリ。
12. 前記ブレードを半径方向に位置決めするとき、前記アームが前記ブレードの１つの前記軸方向に突出する部分と強固に接触することを確実にするように、前記トグル継手装置の前記アームの各々が、前記アームの前記外端に弾性材料の層を備えることを特徴とする請求項１１に記載の固定具アッセンブリ。
13. 前記トグル継手装置に取り付けられた前記弾性材料の一体化外側リングを形成するように、前記トグル継手装置の前記アームの前記弾性層が、互いに接続されることを特徴とする請求項１２に記載の固定具アッセンブリ。
14. 前記支持体が、前記トグル継手装置および前記中心配置されたクランプアッセンブリを操作可能に支持する装置、および前記ロータを前記固定具アッセンブリに固定して係合させる装置を備えるベース構造を含むことを特徴とする請求項１１に記載の固定具アッセンブリ。
15. 前記ロータと前記ベース構造との間、前記ベース構造と前記クランプアッセンブリとの間、および前記クランプアッセンブリと前記トグル継手装置との間に配置された複数の角度位置決め要素を備え、これにより、前記ロータが前記固定具アッセンブリと係合する際に、前記トグル継手装置の前記アームが前記ブレードに対して所定の角度関係で配置されて、互いに逆向きの軸方向力が前記トグル継手装置に作用したときに、前記のブレードの重心を実質的に通って作用する１つの総合的な半径方向拡張力が生じることを特徴とする請求項１４に記載の固定具アッセンブリ。
16. 前記クランプアッセンブリが、
    前記ロータと前記ブレードとの第１の軸方向側に配置されて前記第１のトグル継手装置の前記内側リングに接触する第１のクランプ部材と、
    前記ロータと前記ブレードとの第２の軸方向側に配置されて前記第２のトグル継手装置の前記内側リングに接触する第２のクランプ部材と、
    前記第１のクランプ部材と前記第２のクランプ部材との間の距離を調整し、これによって、前記第１のトグル継手装置および前記第２のトグル継手装置を軸方向に圧縮するために、前記第１のクランプ部材および前記第２のクランプ部材と操作可能に接続されたアクチュエータと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の固定具アッセンブリ。
17. 前記アクチュエータが、互いに逆の回転方向に切られたネジ部をそれぞれ画定する第１のネジ付き部分および第２のネジ付き部分を有するボルトを含み、
    前記第１のネジ付き部分および前記第２のネジ付き部分が、前記第１のクランプ部材および前記第２のクランプ部材の相補的なネジ付き部分に操作可能に係合されることを特徴とする請求項１６に記載の固定具アッセンブリ。
18. 前記ベース構造が、ベースプレートと、該ベースプレートに取り付けられた中心スリーブと、を備え、
    前記ベースプレート内に空洞が画定され、前記中心スリーブが、前記第２のクランプ部材を少なくとも部分的に収容し、前記ベース構造に対する前記第２のクランプ部材の軸方向移動を可能にすることを特徴とする請求項１６に記載の固定具アッセンブリ。
19. 前記中心スリーブが前記ロータの中心孔を貫通するとき、前記ロータを前記固定具アッセンブリに固定して係合させるために、前記ベース構造が、前記中心スリーブの端に離脱可能に取り付けられた中心プレートをさらに備え、
    前記アクチュエータに操作可能に接続された前記第１のクランプ部材の一部が前記中心スリーブ内に軸方向に沿って摺動可能に挿入することを可能にするために、前記中心プレートが、前記中心プレートを貫通する中心孔を画定することを特徴とする請求項１８に記載の固定具アッセンブリ。
20. 前記中心スリーブが前記ロータの前記中心孔を貫通するとき、前記ロータが、前記中心スリーブと実質的に同軸であり、
    前記第１のクランプ部材および前記第２のクランプ部材が、前記第１のトグル継手装置および第２のトグル継手装置のそれぞれに接触しているがクランプしていないとき、前記中心スリーブの中心軸を中心として調整可能であることを特徴とする請求項１９に記載の固定具アッセンブリ。
21. 前記ブレードに作用する実質的に均一の半径方向力を確実に得るために、前記クランプアッセンブリによるクランプ動作中に、前記第１のトグル継手装置および前記第２のトグル継手装置が、前記ベース構造の中心軸を中心として自己調整可能であることを特徴とする請求項１４に記載の固定具アッセンブリ。
22. 前記ベース構造は、機械の回転テーブル上に配置されるのに適するベース面を備え、前記ベース構造の前記中心軸が、前記ベース面に対して実質的に直交することを特徴とする請求項２１に記載の固定具アッセンブリ。
23. 前記ベース構造が、前記ブレードが前記ロータに対して半径方向に強固に配置されたときに、前記ブレードのチップによって画定される前記ロータアッセンブリの外径を測定する基準をもたらす計測リングを備えることを特徴とする請求項１４に記載の固定具アッセンブリ。
24. 回転軸を有するロータディスクと、ゆるく取付けられたダブテール継手によってロータの周辺に取付けられた複数のエアフォイルブレードと、を備えるロータアッセンブリ用の固定具アッセンブリであって、
    前記ロータアッセンブリの中心を支持するアクスルと、
    前記アクスルに関連する第１のクランプ部材および第２のクランプ部材であって、互いに向かって移動することによって、互いの間にクランプ力をもたらす第１のクランプ部材および第２のクランプ部材と、
    前記アクスルに取り付けられた第１の凹状アッセンブリおよび第２の凹状アッセンブリと、
    を備え、
    前記第１および第２の凹状アッセンブリは、該凹状アッセンブリの各々の中心凹面が前記ロータと向き合うように位置決めされ、
    前記第１および第２の凹状アッセンブリは、それぞれ、前記ロータの両側に配置され、かつ前記エアフォイルブレードの両側を前記第１および第２の凹状アッセンブリの各々の周辺に係合させるように前記アクスルから延び、
    前記第１の凹状アッセンブリが前記第１のクランプ部材と関連し、前記第２の凹状アッセンブリが前記第２のクランプ部材と関連し、
    前記ロータアッセンブリが前記固定具アッセンブリ内に設置されるとき、前記エアフォイルブレードを前記ロータディスクに対して半径方向に固定するため、前記クランプ部材を互いに向かって運動させ、その結果、前記第１および第２の凹状アッセンブリの各々の凹面度を低減させ、これによって、外向きの半径方向力を前記第１および第２の凹状アッセンブリの各々の周辺に生じさせることを特徴とする固定具アッセンブリ。
25. 前記第１の凹状アッセンブリおよび前記第２の凹状アッセンブリは、第１の皿バネおよび第２の皿バネから構成されることを特徴とする請求項２４に記載の固定具アッセンブリ。
26. 前記第１の凹状アッセンブリおよび前記第２の凹状アッセンブリが、第１のトグル継手装置および第２のトグル継手装置から構成され、
    前記第１および第２のトグル継手装置の各々が、内側リングと一体化される内端を有する複数のアームを備えることを特徴とする請求項２４に記載の固定具アッセンブリ。
27. ロータアッセンブリのブレードチップの外径を機械加工する方法であって、前記ロータアッセンブリが、ゆるく取付けられたダブテール継手を介してロータの外周に取り付けられたブレードの環状の配列を有し、前記ブレードが、前記ロータの両側から軸方向に突出するプラットホームをそれぞれ有し、前記加工方法が、
    （ａ）一対の円錐状部材を設けるステップであって、該円錐状部材が共通軸から前記プラットホームの係合面に延びる、ステップと、
    （ｂ）前記円錐状部材の各々の一部を前記ブレードプラットホームに対する所定の角度位置に配置させるように、前記円錐状部材を前記ロータアッセンブリに対して位置決めするステップであって、前記プラットホームの各々の両側がそれぞれ前記第１の円錐状部材および前記第２の円錐状部材と係合するように、前記円錐状部材の一方が、前記ロータの軸方向における各側に配置される、位置決めステップと、
    （ｃ）前記円錐状部材に軸方向圧縮力を加え、前記円錐状部材を互いに向かって付勢して、実質的に均一な半径方向拡張力を前記ブレードプラットホームに加えることにより、前記ブレードを前記ロータに対して半径方向に位置決めするステップと、
    （ｄ）前記ブレードの外側チップを機械加工するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
28. 前記ステップ（ｂ）は、前記円錐状部材が、前記ブレードプラットホームに対する前記所定の角度位置で、前記ロータと前記ブレードとの両側に取り付けられることを確実にするために、角度位置決め要素を用いて実施され、これによって、前記ステップ（ｃ）が実施されるとき、前記ブレードの重心を実質的に通って作用する１つの総合的な半径方向拡張力が生じることを特徴とする請求項１に記載の方法。
29. 前記機械加工ステップの前後に、前記円錐状部材と同軸に設けられた計測リングに基づいて、前記ブレードの外側チップの直径を測定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。

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