JP2015196228A - 先端工具、切削機械、部品及び膜体の切削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却孔へ向かって膜体を好適に削ることができる先端工具等を提供する。
【解決手段】表面に冷却孔７が形成される翼体５と、翼体５の表面に形成される膜体６とを備える高温部品１に対し、冷却孔７に覆われる膜体６を削る先端工具１１であって、シャンク部２１と、シャンク部２１に接続されるボディ部２２と、ボディ部２２に接続され、膜体６を削る切削部２３と、を備え、ボディ部２２は、可撓性を有する。このとき、ボディ部２２は、切削部２３の冷却孔７に対する移動量Ｌが、冷却孔７の直径Ｒの０％よりも大きく５０％以下となるたわみ量となっている。
【選択図】図５

Description

本発明は、基材に形成された孔を覆う膜体を削るための先端工具、切削機械、部品及び膜体の切削方法に関するものである。

従来、ガスタービン要素の冷却孔を遮蔽するコーティング材料を、ＣＮＣ要素プログラムを利用し除去するレーザードリル加工の方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、冷却孔を遮蔽するコーティング材料へ向けて、レーザー装置からレーザービームを照射することで、コーティング材料を除去している。

特表２００５−５２４５３３号公報

ところで、孔を覆う膜体を除去する場合、特許文献１に記載されたレーザードリル加工ではなく、先端工具を用いて膜体を穿孔する場合がある。ここで、孔は、基材の表面に形成され、膜体は、孔を覆って基材の表面に形成される。そして、先端工具は、孔との位置決めを行った後、孔へ向かって膜体を穿孔する。しかしながら、先端工具と孔との位置決め精度によっては、膜体を削る先端工具が孔に挿入されず、先端工具が基材に接触する可能性がある。基材に先端工具が接触してしまうと、先端工具が破損し易くなるため、先端工具の交換頻度が多くなり、作業の効率性が低下したり、先端工具の交換費用が増大したりする。

そこで、本発明は、孔へ向かって膜体を好適に削ることができる先端工具、切削機械、部品及び膜体の切削方法を提供することを課題とする。

本発明の先端工具は、表面に孔が形成される基材と、前記基材の表面に形成される膜体とを備える部品に対し、前記孔に覆われる前記膜体を削る先端工具であって、シャンク部と、前記シャンク部に接続されるボディ部と、前記ボディ部に接続され、前記膜体を削る切削部と、を備え、前記シャンク部及び前記ボディ部の少なくとも一方は、可撓性を有することを特徴とする。

この構成によれば、切削部により膜体を削って、切削部が孔の周囲の基材に接触する場合であっても、シャンク部及びボディ部の少なくとも一方がたわむことで、切削部を孔の内部へ好適に導くことができる。このため、切削部と基材との接触を回避し易いものとし、孔へ向かって切削部により膜体を好適に削ることができることから、工具負荷を軽減することができる。

また、前記シャンク部及び前記ボディ部の少なくとも一方は、前記切削部の前記孔に対する変位量が、前記孔の直径の０％よりも大きく５０％以下となるたわみ量となっていることが好ましい。

この構成によれば、上記のたわみ量で、シャンク部及びボディ部の少なくとも一方をたわませることで、切削部を孔の内部へ好適に導くことができる。

また、前記シャンク部及び前記ボディ部の少なくとも一方は、前記切削部の前記孔に対する変位量が、前記孔の直径の２５％となるたわみ量となっていることが好ましい。

この構成によれば、上記のたわみ量で、シャンク部及びボディ部の少なくとも一方をたわませることで、シャンク部及びボディ部の剛性を確保しつつ、切削部と孔との位置決め精度を考慮した上で、切削部を孔の内部へ好適に導くことができる。

また、前記切削部の直径は、前記孔の直径に対して、０．１ｍｍから０．３ｍｍだけ小さい径となっていることが好ましい。

この構成によれば、切削部の直径が孔の直径に対して、０．１ｍｍ分だけ小さい径である場合、切削部を孔の中心に位置決めすると、切削部を挟んで両側に形成される切削部と孔との間の隙間は、０．０５ｍｍとなる。また、切削部の直径が孔の直径に対して、０．３ｍｍ分だけ小さい径である場合、切削部を孔の中心に位置決めすると、切削部を挟んで両側に形成される切削部と孔との間の隙間は、０．１５ｍｍとなる。このため、０．０５ｍｍの隙間と０．１５ｍｍの隙間との差分は０．１ｍｍとなり、この０．１ｍｍ分を位置決め精度の誤差として考慮することができる。また、切削部により膜体を削って形成される貫通孔の直径を、０．３ｍｍよりも大きい貫通孔を対象とすることができる。

また、前記孔の深さ方向と前記基材の表面とが為す角度は、鋭角となっていることが好ましい。

この構成によれば、基材の表面に対して鋭角となる孔へ向かって、切削部により膜体を削ることができる。なお、上記の角度は、例えば、３０°となっている。

また、前記膜体に、前記孔と連通する貫通孔を形成する場合、前記切削部は、ドリル形状またはエンドミル形状の刃部であることが好ましい。

この構成によれば、切削部をドリル形状またはエンドミル形状の刃部とすることで、膜体に貫通孔を好適に穿孔することができる。

また、前記膜体に、前記孔と連通する貫通孔が形成され、前記貫通孔に残存する前記膜体を削り取る場合、前記切削部は、前記ボディ部に砥粒をコーティングした研磨部であることが好ましい。

この構成によれば、切削部を研磨部とすることで、貫通孔に残存する膜体を好適に削り取ることができる。

本発明の切削機械は、上記の先端工具と、前記先端工具を固定して、前記先端工具を回転させるスピンドルと、前記先端工具の前記切削部が前記孔へ向かうように、前記スピンドルを移動させる移動機構と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、先端工具を回転させながら、先端工具の切削部を孔へ向かって移動させることができる。

また、前記スピンドルと前記移動機構との間に設けられ、前記孔に対する前記先端工具の前記切削部の移動に応じて変形可能な可撓体を、さらに備えることが好ましい。

この構成によれば、可撓体がたわむことで、切削部を孔の内部へより好適に導くことができる。このため、切削部と基材との接触を回避し易いものとし、孔へ向かって切削部により膜体を好適に削ることができることから、工具負荷を軽減することができる。

本発明の他の切削機械は、表面に孔が形成される基材と、前記基材の表面に形成される膜体とを備える部品に対して、前記孔に覆われる前記膜体を削る切削部を有する先端工具と、前記先端工具を固定して、前記先端工具を回転させるスピンドルと、前記先端工具の前記切削部が前記孔へ向かうように、前記スピンドルを移動させる移動機構と、前記スピンドルと前記移動機構との間に設けられ、前記孔に対する前記先端工具の前記切削部の移動に応じて変形可能な可撓体と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、先端工具の切削部により膜体を削って、切削部が孔の周囲の基材に接触する場合であっても、可撓体がたわむことで、切削部を孔の内部へ好適に導くことができる。このため、切削部と基材との接触を回避し易いものとし、孔へ向かって切削部により膜体を好適に削ることができることから、先端工具の負荷を軽減することができる。

また、前記移動機構は、前記先端工具の前記切削部を、前記孔の周縁に沿って移動させることが好ましい。

この構成によれば、膜体に貫通して形成される貫通孔の直径が、孔の直径と同じ直径となるように、貫通孔に残存する膜体を削り取ることができる。このため、孔に対して貫通孔が小径となることなく、孔と貫通孔とを好適に連通させることができる。

また、前記先端工具の前記切削部を、前記孔の内部で振動させる振動子を、さらに備えることが好ましい。

この構成によれば、膜体に貫通して形成される貫通孔に残存する膜体を削り取ることができる。このため、先端工具の切削部を振動子により振動させるだけで、余分な膜体を簡単に削り取ることができ、孔と貫通孔とを好適に連通させることができる。

本発明の部品は、表面に孔が形成される基材と、前記基材の表面に形成される膜体と、を備え、前記膜体には、上記の先端工具、または、上記の切削機械を用いて、前記孔と連通する貫通孔が形成されることを特徴とする。

この構成によれば、孔へ向かって膜体が削られることで、孔と貫通孔とが連通する。このため、孔及び貫通孔に亘って、冷却空気等の流体を好適に流通させることができる。

本発明の膜体の切削方法は、表面に孔が形成される基材と、前記基材の表面に形成される膜体とを備える部品に対し、前記孔に覆われる前記膜体を削って、前記膜体に、前記孔と連通する貫通孔を形成する膜体の切削方法であって、上記の先端工具、または、上記の切削機械の先端工具を回転させながら、前記先端工具の前記切削部を前記孔に向かって移動させることで、前記膜体を削って前記貫通孔を穿孔することを特徴とする。

この構成によれば、先端工具を回転させながら、先端工具の切削部を孔に向かって移動させることで、膜体を削って貫通孔を穿孔することができる。

本発明の他の膜体の切削方法は、表面に孔が形成される基材と、前記基材の表面に形成される膜体とを備える部品に対し、前記孔に覆われる前記膜体を削って、前記膜体に、前記孔と連通する貫通孔を形成する膜体の切削方法であって、前記膜体に形成される前記貫通孔の表面側の端部に対応する位置の前記膜体に、切欠きを形成する切欠き形成工程と、上記の先端工具、または、上記の切削機械の先端工具を回転させながら、前記先端工具の前記切削部を前記切欠きに当て、前記先端工具の前記切削部を前記孔に向かって移動させることで、前記膜体を削って前記貫通孔を穿孔する穿孔工程と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、穿孔工程に先立ち、切欠き形成工程を行うことで、先端工具の切削部が、膜体の切欠きを起点として、膜体を削ることができる。なお、切欠き形成工程では、エンドミル等の先端工具により膜体を削ってもよいし、レーザービームにより膜体を削ってもよい。

本発明の他の膜体の切削方法は、表面に孔が形成される基材と、前記基材の表面に形成される膜体とを備える部品に対し、前記孔に覆われる前記膜体に、前記孔と連通する貫通孔が形成され、前記貫通孔に残存する前記膜体を削り取る膜体の切削方法であって、上記の先端工具、または、上記の切削機械の先端工具を回転させながら、前記先端工具の前記切削部を前記孔に挿入する工具挿入工程と、前記先端工具の前記切削部を、前記孔の周縁に沿って移動させることで、前記貫通孔に残存する前記膜体を削り取る研磨工程と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、膜体に貫通して形成される貫通孔の直径が、孔の直径と同じ直径となるように、貫通孔に残存する膜体を削り取ることができる。このため、孔に対して貫通孔が小径となることなく、孔と貫通孔とを好適に連通させることができる。

本発明の他の膜体の切削方法は、表面に孔が形成される基材と、前記基材の表面に形成される膜体とを備える部品に対し、前記孔に覆われる前記膜体に、前記孔と連通する貫通孔が形成され、前記貫通孔に残存する前記膜体を削り取る膜体の切削方法であって、上記の先端工具、または、上記の切削機械の先端工具を回転させながら、前記先端工具の前記切削部を前記孔に挿入する工具挿入工程と、前記先端工具の前記切削部を、前記孔の内部で振動させることで、前記貫通孔に残存する前記膜体を削り取る研磨工程と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、膜体に貫通して形成される貫通孔に残存する膜体を削り取ることができる。このため、先端工具の切削部を振動させるだけで、余分な膜体を簡単に削り取ることができ、孔と貫通孔とを好適に連通させることができる。

図１は、実施例１に係る先端工具を備える切削機械及び切削機械の切削対象となる翼体の説明図である。 図２は、翼体の冷却孔を示す断面図である。 図３は、実施例１に係る先端工具の一例を示す側面図である。 図４は、実施例１に係る先端工具の一例を示す側面図である。 図５は、実施例１に係る先端工具のたわみ量に関する説明図である。 図６は、実施例１に係る先端工具を備える切削機械の切削作業に関する説明図である。 図７は、実施例２に係る先端工具を備える切削機械を模式的に示す側面図である。 図８は、実施例２に係る先端工具を備える切削機械を模式的に示す平面図である。 図９は、実施例３に係る先端工具を備える切削機械の切削動作を模式的に示す側面視の説明図である。 図１０は、実施例３に係る先端工具を備える切削機械の切削動作を模式的に示す平面視の説明図である。 図１１は、実施例３に係る先端工具を用いた切削作業に関する説明図である。 図１２は、実施例４に係る先端工具を備える切削機械を模式的に示す側面図である。 図１３は、実施例４に係る先端工具を備える切削機械の切削動作を模式的に示す側面視の説明図である。

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせることも可能である。

図１は、実施例１に係る先端工具を備える切削機械及び切削機械の切削対象となる翼体の説明図である。図２は、翼体の冷却孔を示す断面図である。図３は、実施例１に係る先端工具の一例を示す側面図である。図４は、実施例１に係る先端工具の一例を示す側面図である。図５は、実施例１に係る先端工具のたわみ量に関する説明図である。図６は、実施例１に係る先端工具を用いた切削作業に関する説明図である。

実施例１の先端工具は、切削対象物であるガスタービンの高温部品１に、切削加工を行うために用いられる工具である。この先端工具は、切削機械１０の一部を構成しており、後述する切削機械１０のスピンドル１２に装着されることで回転する。先ず、図１及び図２を参照し、切削対象物となる高温部品１について説明する。

図１に示すように、高温部品１は、例えば、動翼または静翼等の翼体であり、その周囲には、燃焼ガス等の高温流体が流通する。この高温部品１には、高温流体による熱負荷を低減すべく、その表面に熱を遮蔽するコーティング（膜体）が形成される。つまり、高温部品１は、基材としての翼体５と、翼体５の表面に形成される膜体６とを含んで構成される。

図２に示すように、翼体５には、その表面に形成され、翼体５の表面に向かって冷却空気を供給する複数の冷却孔７が形成されている。各冷却孔７は、その深さ方向が、翼体５の表面に対して斜めとなっている。換言すれば、冷却孔７の深さ方向と冷却孔７の表面側における翼体５の表面とが為す角度θは、鋭角となっており、具体的に、角度θは、３０°となっている。冷却孔７は、中空円柱形状となっており、その直径は、約０．８ｍｍとなっている。

膜体６は、ＴＢＣ（Thermal Barrier Coating）と呼ばれる熱遮蔽コーティングであり、翼体５の表面に形成されている。この膜体６は、翼体５の表面を覆って形成されることから、形成直後の膜体６は、翼体５の表面に形成される冷却孔７を塞ぎ易い。また、熱遮蔽効果を高めるべく、膜体６は、その厚さが厚くなる傾向にあり、膜体６が厚くなるに伴って、冷却孔７をより塞ぎ易いものとする。このため、冷却孔７を塞ぐ膜体６を除去すべく、下記する先端工具１１を備える切削機械１０によって、膜体６を削り取っている。

なお、実施例１では、高温部品１として翼体５に適用して説明したが、動翼または静翼等の翼体５に限定されず、ガスタービンの高温部品１として、燃焼器等を構成する高温部品１に適用してもよい。また、実施例１では、ガスタービンの高温部品１に適用して説明したが、高温部品１であれば、例えば、航空機のガスタービンエンジン等に適用してもよい。つまり、基材の表面に孔が形成され、また、基材の表面に膜体が形成される部品であれば、特に限定されない。

次に、図１から図５を参照して、切削機械１０について説明する。切削機械１０は、高温部品１の膜体６を削る先端工具１１と、先端工具１１を固定して回転させるスピンドル１２と、スピンドル１２を移動させる移動機構としてのマニピュレータ１３とを備えており、図示しない制御装置によって制御されている。

マニピュレータ１３は、例えば、多軸のマニピュレータ１３が用いられ、制御装置による制御によって、スピンドル１２を介して先端工具１１を、所定の位置へ移動させている。スピンドル１２は、マニピュレータ１３の先端に保持され、先端側に先端工具１１をチャッキングする（固定する）と共に、固定された先端工具１１を回転させる。これにより、切削機械１０は、先端工具１１を回転させながら、先端工具１１を冷却孔７に向かって移動させながら、膜体６を削り取ることができる。

次に、図３から図５を参照して、先端工具１１について説明する。先端工具１１は、スピンドル１２に固定されるシャンク部２１と、シャンク部２１の先端側に接続されるボディ部２２と、ボディ部２２の先端側に接続される切削部２３とを有している。ここで、先端工具１１としては、種々の形状の先端工具が適用可能となっており、例えば、図３に示す先端工具１１ａ、または図４に示す先端工具１１ｂを適用可能となっている。なお、シャンク部２１、ボディ部２２及び切削部２３は、図３に示す先端工具１１ａにおいて、シャンク部２１ａ、ボディ部２２ａ及び切削部２３ａとし、図４に示す先端工具１１ｂにおいて、シャンク部２１ｂ、ボディ部２２ｂ及び切削部２３ｂとする。

図３に示す先端工具１１ａは、シャンク部２１ａ、ボディ部２２ａ及び切削部２３ａが一体となっている。シャンク部２１ａ及びボディ部２２ａは、円柱形状に形成され、ボディ部２２ａの直径は、シャンク部２１ａの直径に比して小さいものとなっており、シャンク部２１ａとボディ部２２ａとの間は、シャンク部２１ａからボディ部２２ａへ向けて先細りとなるテーパ形状となっている。切削部２３ａは、ボディ部２２ａの先端に形成され、膜体６を切り取る刃部となっており、ドリル形状またはエンドミル形状となっている。

図４に示す先端工具１１ｂは、シャンク部２１ｂ及びボディ部２２ｂが一体となっており、ボディ部２２ｂの先端側に切削部２３ｂが形成されている。シャンク部２１ｂ及びボディ部２２ｂは、円柱形状に形成され、ボディ部２２ｂの直径は、シャンク部２１ｂの直径に比して小さいものとなっており、シャンク部２１ｂとボディ部２２ｂとの間は、シャンク部２１ｂからボディ部２２ｂへ向けて湾曲している。切削部２３ｂは、ボディ部２２ｂの先端に、ダイヤモンド砥粒がコーティングされることで、膜体６を削り取る研磨部となっている。

図３及び図４の先端工具１１において、切削部２３は、その直径が、翼体５の冷却孔７の内径よりも小さい径となっている。具体的に、切削部２３の直径は、冷却孔７の内径に対して、０．１ｍｍから０．３ｍｍだけ小さい径となっており、冷却孔７の内径が０．８ｍｍである場合、切削部２３の直径は、０．５ｍｍから０．７ｍｍとなっている。

また、図５に示すように、先端工具１１は、そのボディ部２２が可撓性を有しており、シャンク部２１とボディ部２２との接続部分を支点として、ボディ部２２がたわむことで、ボディ部２２の先端の切削部２３が径方向に移動可能となっている。ここで、ボディ部２２のたわみ量は、切削部２３の冷却孔７に対する径方向の移動量（変位量）Ｌが、冷却孔７の直径（内径）Ｒの０％よりも大きく５０％以下となるたわみ量となっている。つまり、冷却孔７の直径Ｒが０．８ｍｍである場合、切削部２３の冷却孔７に対する径方向の移動量（変位量）Ｌが、０より大きく、０．４ｍｍ以下となるたわみ量となっている。このとき、ボディ部２２のたわみ量は、切削部２３の冷却孔７に対する径方向の移動量（変位量）Ｌが、冷却孔７の直径Ｒの２５％程度となるたわみ量となることが好ましい。つまり、冷却孔７の直径Ｒが０．８ｍｍである場合、切削部２３の冷却孔７に対する径方向の移動量（変位量）Ｌが、０．２ｍｍ程度となるたわみ量となることが好ましい。

次に、図６を参照して、上記の先端工具１１を備える切削機械１０による一連の切削作業について説明する。この切削作業では、先端工具１１により膜体６を削り取ることで、冷却孔７と連通する貫通孔３５を形成している。この貫通孔３５は、その深さ方向が、冷却孔７の深さ方向と同方向となっている。なお、貫通孔３５を形成する場合には、先端工具１１として、切削部２３が刃部である図３に示す先端工具１１ａを用いることが好ましい。

図６に示すように、翼体５は、その表面に膜体６が形成されることで、翼体５の表面に形成された冷却孔７が膜体６に覆われる（ステップＳ１１）。この状態において、先端工具１１による切削加工に先立ち、膜体６に切欠き３１が形成される（ステップＳ１２：切欠き形成工程）。この切欠き３１は、膜体６に形成される貫通孔３５の表面側の端部に対応する位置の膜体６に形成される。切欠き３１は、膜体６に当たる先端工具１１が引っ掛かるように形成される。なお、切欠き３１は、先端工具１１を用いて形成してもよいし、異なる種類の先端工具１１を用いて形成してもよいし、レーザービームを用いて形成してもよく、特に限定されない。

膜体６に切欠き３１が形成されると、切削機械１０は、マニピュレータ１３によりスピンドル１２を介して先端工具１１を、冷却孔７へ向かって移動させる。このとき、切削機械１０は、先端工具１１の長さ方向が、冷却孔７の深さ方向と同方向となるように、また、先端工具１１の回転中心が、冷却孔７の中心に位置するように、先端工具１１を位置決めする。

切削機械１０が先端工具１１を冷却孔７へ向かって移動させると、先端工具１１の切削部２３は、切欠き３１に当たることで、膜体６に引っ掛かる（ステップＳ１３）。この状態で、切削機械１０は、さらに先端工具１１を冷却孔７へ向かって移動させることで、切削部２３により膜体６を削り、これにより、膜体６に貫通孔３５を形成する（ステップＳ１４：穿孔工程）。先端工具１１の切削部２３が冷却孔７の内部に到達すると、切削機械１０は、先端工具１１を引き抜くことで、一連の切削作業を終了し、膜体６に貫通孔３５が形成された高温部品１を得ることができる（ステップＳ１５）。

以上のように、実施例１によれば、切削部２３により膜体６を削って、切削部２３が冷却孔７の周囲の翼体５に接触する場合であっても、ボディ部２２がたわむことで、切削部２３を冷却孔７の内部へ好適に導くことができる。このため、切削部２３と翼体５との接触を回避し易いものとし、冷却孔７へ向かって切削部２３により膜体６を好適に削ることができることから、先端工具１１の負荷を軽減することができる。

また、実施例１によれば、切削部２３の冷却孔７に対する径方向の移動量（変位量）Ｌが、冷却孔７の直径（内径）Ｒの０％よりも大きく５０％以下となるたわみ量で、ボディ部２２をたわませることができるため、切削部２３を冷却孔７の内部へ好適に導くことができる。

より好適には、切削部２３の冷却孔７に対する径方向の移動量（変位量）Ｌが、冷却孔７の直径（内径）Ｒの２５％程度となるたわみ量で、ボディ部２２をたわませることができるため、ボディ部２２の剛性を確保しつつ、切削部２３と冷却孔７との位置決め精度を考慮した上で、切削部２３を冷却孔７の内部へ好適に導くことができる。

また、実施例１によれば、切削部２３の直径を、冷却孔７の直径に対して、０．１ｍｍから０．３ｍｍだけ小さい径とすることができる。このため、切削部２３の直径を冷却孔７の直径に対して、０．１ｍｍ分だけ小さい径とする場合、切削部２３を冷却孔７の中心に位置決めすると、切削部２３を挟んで両側に形成される切削部２３と冷却孔７との間の隙間は、０．０５ｍｍとなる。また、切削部２３の直径が冷却孔７の直径に対して、０．３ｍｍ分だけ小さい径とする場合、切削部２３を冷却孔７の中心に位置決めすると、切削部２３を挟んで両側に形成される切削部２３と冷却孔７との間の隙間は、０．１５ｍｍとなる。このため、０．０５ｍｍの隙間と０．１５ｍｍの隙間との差分は０．１ｍｍとなり、この０．１ｍｍ分を位置決め精度の誤差として考慮することができる。また、切削部２３により膜体６を削って形成される貫通孔３５の直径を、０．３ｍｍよりも大きい貫通孔３５を対象とすることができる。

また、実施例１によれば、翼体５の表面に対して角度θが鋭角となる冷却孔７へ向かって、切削部２３により膜体６を削ることができる。

また、実施例１によれば、膜体６に貫通孔３５を形成する場合、切削部２３がドリル形状またはエンドミル形状の刃部となる先端工具１１ａを用いることで、膜体６に貫通孔３５を好適に穿孔することができる。

また、実施例１によれば、穿孔工程Ｓ１４に先立ち、切欠き形成工程Ｓ１２を行うことで、先端工具１１の切削部２３が、膜体６の切欠き３１を起点として、膜体６を削ることができる。

なお、実施例１では、ボディ部２２をたわませることで、切削部２３を、冷却孔７の径方向に移動可能としたが、シャンク部２１、またはシャンク部２１及びボディ部２２がたわんでもよい。

また、実施例１では、穿孔工程Ｓ１４に先立って、切欠き形成工程Ｓ１２を行ったが、先端工具１１の切削部２３が、膜体６の表面に対して斜めに好適に穿孔可能であれば、切欠き形成工程Ｓ１２を省いてもよい。

次に、図７及び図８を参照して、実施例２に係る切削機械５０について説明する。図７は、実施例２に係る先端工具を備える切削機械を模式的に示す側面図である。図８は、実施例２に係る先端工具を備える切削機械を模式的に示す平面図である。なお、実施例２では、重複した記載を避けるべく、実施例１と異なる部分について説明し、実施例１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。実施例２に係る切削機械５０は、実施例１のスピンドル１２とマニピュレータ１３との間に、可撓体として機能する硬質ゴム５１が設けられている。

具体的に、図７に示すように、切削機械５０は、先端工具１１と、スピンドル１２と、硬質ゴム（図８参照）５１と、クランプ治具５２と、ベース部材５３と、マニピュレータ１３とを備えている。なお、先端工具１１、スピンドル１２及びマニピュレータ１３は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。

図８に示すように、硬質ゴム５１は、スピンドル１２の周囲に沿って環状に形成され、スピンドル１２とクランプ治具５２との間に設けられている。硬質ゴム５１は、冷却孔７に対する先端工具１１の切削部２３の移動に応じて変形可能となっている。この硬質ゴム５１は、実施例１のボディ部２２と同様に、切削部２３の冷却孔７に対する径方向の移動量（変位量）Ｌが、冷却孔７の直径（内径）Ｒの０％よりも大きく５０％以下となる変形量となっている。

クランプ治具５２は、硬質ゴム５１を介してスピンドル１２を保持する治具であり、スピンドル１２を径方向の両側から挟み込む、半割れとなる一対の半割れクランプ部材５２ａ、５２ｂを含んで構成されている。一対の半割れクランプ部材５２ａ、５２ｂのうち、一方の半割れクランプ部材５２ａは、ベース部材５３にボルトによって固定され、他方の半割れクランプ部材５２ｂは、一方の半割れクランプ部材５２ａにボルトによって固定されている。そして、クランプ治具５２は、一方の半割れクランプ部材５２ａと他方の半割れクランプ部材５２ｂとの間に、スピンドル１２が硬質ゴム５１を介して挟持することで、スピンドル１２を保持している。

ベース部材５３は、クランプ治具５２とマニピュレータ１３との間に設けられる部材である。ベース部材５３は、長方体形状に形成され、長手方向の一方側がマニピュレータ１３によって保持される。また、ベース部材５３には、上記のクランプ治具５２の一方の半割れクランプ部材５２ａが、ボルトによって固定される。

従って、切削機械５０は、先端工具１１の切削部２３により膜体６を削って、切削部２３が冷却孔７の周囲の翼体５に接触する場合であっても、硬質ゴム５１が変形することで、切削部２３を冷却孔７の内部へ導くことが可能となる。

以上のように、実施例２によれば、硬質ゴム５１が変形することで、先端工具１１の切削部２３と翼体５との接触を回避し易いものとし、冷却孔７へ向かって切削部２３により膜体６を好適に削ることができることから、先端工具１１の負荷を軽減することができる。

なお、実施例２では、実施例１の先端工具１１に適用して説明したが、この構成に限定されない。つまり、硬質ゴム５１の変形により、先端工具１１の切削部２３と翼体５との接触を十分に回避可能であれば、可撓性を有していない先端工具１１を、実施例２の切削機械５０に適用してもよい。

次に、図９から図１１を参照して、実施例３に係る切削機械６０について説明する。図９は、実施例３に係る先端工具を備える切削機械の切削動作を模式的に示す側面視の説明図である。図１０は、実施例３に係る先端工具を備える切削機械の切削動作を模式的に示す平面視の説明図である。図１１は、実施例３に係る先端工具を用いた切削作業に関する説明図である。なお、実施例３でも、重複した記載を避けるべく、実施例１及び実施例２と異なる部分について説明し、実施例１及び実施例２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。

図９及び図１０に示すように、実施例３に係る切削機械６０において、マニピュレータ１３は、スピンドル１２を介して、先端工具１１の切削部２３を、冷却孔７の内部に挿入した状態で、冷却孔７の周縁に沿って移動させている。つまり、マニピュレータ１３は、先端工具１１の回転中心が、冷却孔７の中心に位置決めされた状態で、先端工具１１を径方向外側に移動させて、先端工具１１を冷却孔７の内周面に当接させる。そして、マニピュレータ１３は、先端工具１１を冷却孔７の内周面に当接させながら、冷却孔７の周方向に移動させる。このとき、マニピュレータ１３は、先端工具１１を冷却孔７の全周に亘って移動させる。

次に、図１１を参照して、切削機械６０による一連の切削作業について説明する。この切削作業では、貫通孔３５の直径が、冷却孔７の直径と同じ径となるように、先端工具１１により貫通孔３５に残存する膜体６を削り取る。なお、貫通孔３５に残存する膜体６を削り取る場合には、先端工具１１として、切削部２３が研磨部である実施例１の図４に示す先端工具１１ｂを用いることが好ましい。

図１１に示すように、膜体６には、翼体５の冷却孔７に連通する貫通孔３５が予め形成されている（ステップＳ２１）。この状態において、切削機械６０は、マニピュレータ１３によりスピンドル１２を介して先端工具１１を、貫通孔３５及び冷却孔７へ向かって移動させる。このとき、切削機械６０は、先端工具１１の長さ方向が、冷却孔７の深さ方向と同方向となるように、また、先端工具１１の回転中心が、冷却孔７の中心に位置するように、先端工具１１を位置決めする。

切削機械６０が先端工具１１を貫通孔３５及び冷却孔７へ向かって移動させると、先端工具１１の切削部２３は、貫通孔３５を介して冷却孔７の内部に挿入される（ステップＳ２２）。この状態で、切削機械６０は、先端工具１１を冷却孔７の径方向外側へ向かって移動させて、先端工具１１を冷却孔７の内周面に当接させる（ステップＳ２３）。この後、切削機械６０は、先端工具１１を冷却孔７の内周面に当接させた状態で、冷却孔７の周方向に、全周に亘って移動させる（ステップＳ２４：研磨工程）。先端工具１１を全周に亘って移動させると、切削機械６０は、先端工具１１を引き抜くことで、一連の切削作業を終了し、貫通孔３５に残存する膜体６が除去された高温部品１を得ることができる（ステップＳ２５）。

以上のように、実施例３によれば、膜体６に貫通して形成される貫通孔３５の直径が、冷却孔７の直径と同じ直径となるように、貫通孔３５に残存する膜体６を削り取ることができる。このため、冷却孔７に対して貫通孔３５が小径となることなく、冷却孔７と貫通孔３５とを好適に連通させることができる。

また、実施例３によれば、貫通孔３５に残存する膜体６を削り取る場合、切削部２３を研磨部とする先端工具１１ｂを用いることで、膜体６を好適に削り取ることができる。

なお、実施例３では、膜体６に貫通孔３５が予め形成されている場合について説明したが、実施例１の穿孔工程Ｓ１４の実行後に、研磨工程Ｓ２４を行ってもよい。

次に、図１２及び図１３を参照して、実施例４に係る切削機械７０について説明する。図１２は、実施例４に係る先端工具を備える切削機械を模式的に示す側面図である。図１３は、実施例４に係る先端工具を備える切削機械の切削動作を模式的に示す側面視の説明図である。なお、実施例４でも、重複した記載を避けるべく、実施例１から実施例３と異なる部分について説明し、実施例１から実施例３と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。

図１２に示すように、実施例４の切削機械７０は、実施例２の切削機械５０に、振動子７１を設けた構成となっている。振動子７１は、クランプ治具５２の他方側の半割れクランプ部材５２ｂに、ボルト等の締結部材によって固定して設けられている。振動子７１は、振動することで、スピンドル１２を介して先端工具１１を振動可能となっている。この振動子７１は、貫通孔３５に残存する膜体６を削り取るときに振動する。

従って、図１３に示すように、切削機械７０は、貫通孔３５に残存する膜体６を削り取る場合、貫通孔３５を介して冷却孔７の内部に先端工具１１を挿入し、この状態で、振動子７１によりスピンドル１２を介して先端工具１１を振動させる（研磨工程）。これにより、振動する先端工具１１は、貫通孔３５に残存する膜体６を削り取り、貫通孔３５に残存する膜体６が除去された高温部品１を得ることができる。なお、貫通孔３５に残存する膜体６を削り取る場合には、先端工具１１として、切削部２３が研磨部である実施例１の図４に示す先端工具１１ｂを用いることが好ましい。

以上のように、実施例４によれば、先端工具１１の切削部２３を振動させるだけで、膜体６に貫通して形成される貫通孔３５に残存する膜体６を削り取ることができるため、余分な膜体６を簡単に削り取ることができ、冷却孔７と貫通孔３５とを好適に連通させることができる。

なお、実施例１から実施例４で用いた先端工具１１ａ、１１ｂは、切削作業に応じて適宜使い分けてもよく、特定の切削作業に限定されて使用されるものではない。

１ 高温部品
５ 翼体
６ 膜体
７ 冷却孔
１０ 切削機械
１１ 先端工具
１２ スピンドル
１３ マニピュレータ
２１ シャンク部
２２ ボディ部
２３ 切削部
３１ 切欠き
３５ 貫通孔
５０ 切削機械（実施例２）
５１ 硬質ゴム
５２ クランプ治具
５２ａ、５２ｂ 半割れクランプ部材
５３ ベース部材
６０ 切削機械（実施例３）
７０ 切削機械（実施例４）
７１ 振動子
θ 角度
Ｒ 冷却孔の直径
Ｌ 移動量

Claims (17)

1. 表面に孔が形成される基材と、前記基材の表面に形成される膜体とを備える部品に対し、前記孔に覆われる前記膜体を削る先端工具であって、
   シャンク部と、
   前記シャンク部に接続されるボディ部と、
   前記ボディ部に接続され、前記膜体を削る切削部と、を備え、
   前記シャンク部及び前記ボディ部の少なくとも一方は、可撓性を有することを特徴とする先端工具。
2. 前記シャンク部及び前記ボディ部の少なくとも一方は、前記切削部の前記孔に対する変位量が、前記孔の直径の０％よりも大きく５０％以下となるたわみ量となっていることを特徴とする請求項１に記載の先端工具。
3. 前記シャンク部及び前記ボディ部の少なくとも一方は、前記切削部の前記孔に対する変位量が、前記孔の直径の２５％となるたわみ量となっていることを特徴とする請求項２に記載の先端工具。
4. 前記切削部の直径は、前記孔の直径に対して、０．１ｍｍから０．３ｍｍだけ小さい径となっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の先端工具。
5. 前記孔の深さ方向と前記基材の表面とが為す角度は、鋭角となっていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の先端工具。
6. 前記膜体に、前記孔と連通する貫通孔を形成する場合、
   前記切削部は、ドリル形状またはエンドミル形状の刃部であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の先端工具。
7. 前記膜体に、前記孔と連通する貫通孔が形成され、前記貫通孔に残存する前記膜体を削り取る場合、
   前記切削部は、前記ボディ部に砥粒をコーティングした研磨部であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の先端工具。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の先端工具と、
   前記先端工具を固定して、前記先端工具を回転させるスピンドルと、
   前記先端工具の前記切削部が前記孔へ向かうように、前記スピンドルを移動させる移動機構と、を備えることを特徴とする切削機械。
9. 前記スピンドルと前記移動機構との間に設けられ、前記孔に対する前記先端工具の前記切削部の移動に応じて変形可能な可撓体を、さらに備えることを特徴とする請求項８に記載の切削機械。
10. 表面に孔が形成される基材と、前記基材の表面に形成される膜体とを備える部品に対して、前記孔に覆われる前記膜体を削る切削部を有する先端工具と、
    前記先端工具を固定して、前記先端工具を回転させるスピンドルと、
    前記先端工具の前記切削部が前記孔へ向かうように、前記スピンドルを移動させる移動機構と、
    前記スピンドルと前記移動機構との間に設けられ、前記孔に対する前記先端工具の前記切削部の移動に応じて変形可能な可撓体と、を備えることを特徴とする切削機械。
11. 前記移動機構は、前記先端工具の前記切削部を、前記孔の周縁に沿って移動させることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の切削機械。
12. 前記先端工具の前記切削部を、前記孔の内部で振動させる振動子を、さらに備えることを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の切削機械。
13. 表面に孔が形成される基材と、
    前記基材の表面に形成される膜体と、を備え、
    前記膜体には、請求項１から７のいずれか１項に記載の先端工具、または、請求項８から１２のいずれか１項に記載の切削機械を用いて、前記孔と連通する貫通孔が形成されることを特徴とする部品。
14. 表面に孔が形成される基材と、前記基材の表面に形成される膜体とを備える部品に対し、前記孔に覆われる前記膜体を削って、前記膜体に、前記孔と連通する貫通孔を形成する膜体の切削方法であって、
    請求項１から７のいずれか１項に記載の先端工具、または、請求項８から１２のいずれか１項に記載の切削機械の先端工具を回転させながら、前記先端工具の前記切削部を前記孔に向かって移動させることで、前記膜体を削って前記貫通孔を穿孔することを特徴とする膜体の切削方法。
15. 表面に孔が形成される基材と、前記基材の表面に形成される膜体とを備える部品に対し、前記孔に覆われる前記膜体を削って、前記膜体に、前記孔と連通する貫通孔を形成する膜体の切削方法であって、
    前記膜体に形成される前記貫通孔の表面側の端部に対応する位置の前記膜体に、切欠きを形成する切欠き形成工程と、
    請求項１から７のいずれか１項に記載の先端工具、または、請求項８から１２のいずれか１項に記載の切削機械の先端工具を回転させながら、前記先端工具の前記切削部を前記切欠きに当て、前記先端工具の前記切削部を前記孔に向かって移動させることで、前記膜体を削って前記貫通孔を穿孔する穿孔工程と、を備えることを特徴とする膜体の切削方法。
16. 表面に孔が形成される基材と、前記基材の表面に形成される膜体とを備える部品に対し、前記孔に覆われる前記膜体に、前記孔と連通する貫通孔が形成され、前記貫通孔に残存する前記膜体を削り取る膜体の切削方法であって、
    請求項１から７のいずれか１項に記載の先端工具、または、請求項８から１２のいずれか１項に記載の切削機械の先端工具を回転させながら、前記先端工具の前記切削部を前記孔に挿入する工具挿入工程と、
    前記先端工具の前記切削部を、前記孔の周縁に沿って移動させることで、前記貫通孔に残存する前記膜体を削り取る研磨工程と、を備えることを特徴とする膜体の切削方法。
17. 表面に孔が形成される基材と、前記基材の表面に形成される膜体とを備える部品に対し、前記孔に覆われる前記膜体に、前記孔と連通する貫通孔が形成され、前記貫通孔に残存する前記膜体を削り取る膜体の切削方法であって、
    請求項１から７のいずれか１項に記載の先端工具、または、請求項８から１２のいずれか１項に記載の切削機械の先端工具を回転させながら、前記先端工具の前記切削部を前記孔に挿入する工具挿入工程と、
    前記先端工具の前記切削部を、前記孔の内部で振動させることで、前記貫通孔に残存する前記膜体を削り取る研磨工程と、を備えることを特徴とする膜体の切削方法。

Images