JP4086228B2 - 固定子構成部品または回転子構成部品を製造する方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、ガス流体を案内するために構成部品の周囲に延びている進路に連設された複数の刃を具備するディスク形状または環状の固定子構成部品または回転子構成部品を製造する方法に関する。換言すれば、このような構成部品は静的用途（固定子）および動的用途（回転子）の両方に使用することができる。この構成部品は、一般に「ブリスク」（刃付きディスク）または「ブリング」（刃付きリング）と称されている。さらに本発明は該固定子構成部品または回転子構成部品を製造する装置に関する。
【０００２】
後続の記述では、固定子構成部品または回転子構成部品を、間隔をあけてタービン駆動ポンプ内に配置するようになっている。タービン駆動ポンプとは、少なくとも１つのタービンと、このタービンで駆動するポンプ部分とを具備したユニットを意味する。本発明はこの用途に限定されるものとしてではなく、ガスタービンにも利用されるものとして考慮されるべきである。これ以外の分野、例えば車両、航空機用のエンジン、船舶用の動力装置、発電用の発電所での利用も可能である。
【０００３】
固定子構成部品または回転子構成部品は、多くの場合、刃の外側に放射状方向に向かって配置され、これらの刃と接触している環状のカバーを備えたものとして設計される。この刃の外側に設置されたカバーは、本件の刃の加圧側から吸引側への漏出を防止する目的で配置されている。このような漏出は効率性の損失につながる。
【０００４】
【背景技術】
従来より、このような固定子構成部品または回転子構成部品を製造する多数且つ多様な方法が知られている。従来より知られているある１つの製造技術によれば、各々の刃は個別に製造される。次に、刃を、円形ディスクの円周上に設けた溝内部に共通の間隔をもって固定し、これらの刃が該溝から放射状方向に向かって突出するようにする。各々の刃は、円形ディスク上に刃を設置した後にカバーを本質的に連続して形成する方法でカバー部分と共に製造する。
【０００５】
さらに、該固定子構成部品または回転子構成部品の製造に放電加工（ＥＤＭ）を利用することが知られている。この場合、各々の刃を、構成部品の形成を目的としたディスク形状または環状の工作品を放電加工して個別に製造している。各々の刃を製造するには４段階の放電加工（および異なる４つの放電加工電極）が必要である。ＥＤＭ中、第１、第２放電加工工程において、加圧側および吸引側にあたる工作品の第１側面から刃の半分を複合加工する。工作品の第１側面から全ての刃を複合加工した後に工作品を裏返し、次に、第３、第４ＥＤＭ工程において工作品の第２側面から各々の刃の残り部分を複合加工する。
【０００６】
【発明の開示】
本発明の目的は、時間効率性およびコスト効率が高いディスク形状または環状の固定子構成部品および回転子構成部品を製造する方法を提供することである。本発明はさらに、強度に優れ、効率性を改善した構成部品を可能にする製造方法の達成を目的としている。
【０００７】
この目的は、構成部品を形成する目的で、第１組のチャネルにおける複数のチャネルの各々の少なくとも一部分をディスク形状または環状の工作品から同時に放電加工し、該チャネルが該工作品の円周方向において刃の境界を定めることを目的にするという事実により達成される。
【０００８】
一般に、この製造方法は複合加工する材料に影響されない。固定子構成部品または回転子構成部品は単一の材料から製造されるため、特に、例えば超合金として知られる大きな温度過渡に耐性を有する材料と組み合わせた場合に優れた強度を示す。複数のチャネルを同時に複合加工できるようにするために、同時に複数のＥＤＭ電極を工作品と係合させる。
【０００９】
上記のように周知の放電加工では、ＥＤＭ電極と工作品の間で短い放電を行う際に発生する電力密度の作用により、工作品の表面から材料が除去される。ここでは、ＥＤＭ電極は、所望のチャネル形状を逆向きにした模造形状を有している。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、第１組のチャネルの該部分を放電加工した後に、工作品をその円周方向においてある距離だけ回転させ、次に、第２組のチャネルにおける複数のチャネルの各々の少なくとも一部分を放電加工する。これにより、放電加工を目的としたＥＤＭ電極は、工作品の円周方向において、チャネル間の所望の間隔よりも長い間隔で配置される。換言すれば、複数のチャネルの複合加工を同時に行い、その後、ＥＤＭ手段を割り出し、工作品から新規のチャネルの組を複合加工する。
【００１１】
ある改良によれば、工作品の第１側面から全てのチャネルを放電加工した後に工作品を裏返し、次に、工作品の第２側面からチャネルの残り部分を同様の方法で放電加工する。この方法を用いれば、比較的複雑な形状の刃を製造することも可能である。
【００１２】
別の好ましい実施形態によれば、該チャネルを、工作品の縁から放射状方向に向かってある間隔をもって放電加工することで、刃の放射状方向における外側に位置し、これと接触しているカバーが形成される。換言すれば、カバーは、刃の放射状方向における外側に残っている工作品の材料で形成される。このようにすれば、カバーを連続して形成できるため、効率性の高い構成部品の製造が可能になる。
【００１３】
本発明のまた別の好ましい実施形態によれば、第１工程にて、放電加工を目的とした手段の上に配置した少なくとも１つの基礎要素から複数のＥＤＭ電極を湾曲通路に沿って共通の間隔をもたせて機械工作し、第２工程にて、該ＥＤＭ電極により、工作品からチャネルを放電加工する。第１工程における機械工作はフライス削りを備えることが好ましい。したがって、構成部品を製造する方法は、まずＥＤＭに使用する工具自体を製造し、次いで、この方法で製造したＥＤＭ工具により工作品を放電加工する２段階から成る。
【００１４】
前出の実施形態の改良によれば、ＥＤＭ手段の取り付け部分は、一方でＥＤＭ電極を製造する機械工具内で、他方で放電加工によってチャネルを製造するＥＤＭ装置内で使用できる形状である。このようにすれば、該方法を、フライス削りと放電加工用の従来の装置によって実行できる。
【００１５】
前出の実施形態の別の改良によれば、複数の該基礎要素を、機械工作を施す前に、ＥＤＭ手段上の該手段の周囲に延びている進路において配置し、第１工程にて、該ＥＤＭ電極の少なくとも１つを該基礎要素の各々から機械工作する。複数のこのような基礎要素を使用することで、フライス削りの最中、またはＥＤＭ手段の移動中または該手段のＥＤＭ装置内への取り付けの最中にＥＤＭ電極の１つに何らかの理由で欠陥が生じた場合でも、その内の１つを交換すればよくなる。
【００１６】
本発明の別の目的は、時間効率性およびコスト効率が高いディスク形状または環状の固定子構成部品または回転子構成部品の製造を可能にする装置を製造することである。この目的は、請求項１２に記載の装置によって達成される。本発明のさらなる利点は特許請求の範囲と説明から明らかになる。
【００１７】
以下に、添付の図面に示す実施形態を参照しながら本発明をより詳細に説明する。
【００１８】
【発明を実施するための最良の形態】
１つの実施形態によれば、固定子構成部品または回転子構成部品１を製造する方法は、まず後続の放電加工（ＥＤＭ）で使用する工具自体を製造し、次いで、この方法で製造したＥＤＭ工具により工作品２を放電加工する２段階から成る。ここでは、フライス削りによってＥＤＭ工具の製造を行う。
【００１９】
放電加工では、ＥＤＭ電極６と工作品２の間で短い放電を行う際に発生する電力密度の作用により、工作品２の表面から材料が除去されるが、これについては図２を参照のこと。工作品２およびＥＤＭ工具を誘電性液体内に沈め電圧を印加すると、材料が熱せられて工作品から溶解する。この時点で、ＥＤＭ工具が陰極を形成し、工作品が陽極を形成する。さらに、ＥＤＭ電極は所望の切り欠き部分を逆向きにした模造形状を備えている。
【００２０】
図１は、ディスク４を具備した保持要素の頂側部上にある少なくとも本質的に円形の進路にて配置されている複数の基礎要素３を示している。基礎要素３はディスク４上にねじ継手１８により固定されている。基礎要素３の各々は、ＥＤＭ電極６を形成するべく設けられた３つの上方に突起した部分５を備えているが、これについては図２を参照のこと。ディスク４は、周知のフライス盤７内部に配置され、突起部分５の各々はフライス工具８を用いて機械工作される。上方に突起した部分５を所望の形状にするべくフライス工具８に届くようにするために、該突起部分５どうしを十分に広い間隔をもって配置している。
【００２１】
この方法の第１工程では、円形進路に沿って共通の間隔をもたせながら、フライス削りにより基礎要素３からＥＤＭ電極６が機械工作される。ディスク４と、ディスク下に配設されこれに堅固に接続された第１機械取り付け部分９とを備えている保持要素は、フライス削り工程に続くＥＤＭ工程のためのＥＤＭ手段を形成する。第１機械取り付け部分９は、フライス盤とＥＤＭ装置の両方で使用できるように設計されている。第１機械取り付け部分９は、フライス盤の第２機械取り付け部分１７と合致するように設計されている。このために、第１、第２装置取り付け部分９、１７は、互いに係合する雄部分と雌部分を具備するように設計されている。第１機械取り付け部分９は、ディスク４の円周方向において均等な間隔で配置された３つの凹部１６を備えている。凹部１６は、ディスク４の基礎要素３が上設されている側とは反対の方向において開口している。第２機械取り付け部分１７は凹部１６内に合致する３つの突起部分１９を具有している。こうすることで、ディスク４を非常に正確に心立てすることが可能になる。突起部分１９は切頭円錐形状を有している。以降では、ＥＤＭ手段を参照符号４を用いて参照する。図１は、フライス削りを開始する以前の基礎要素３を示している。
【００２２】
図２では、ＥＤＭ手段４をＥＤＭ装置１０の頂部に配置している。図１に関連して、ＥＤＭ電極６が下方へ突出するようにＥＤＭ手段４を１８０°回転させている。図１、図２に図示している実施形態によれば、ＥＤＭ手段４は、それぞれが３本のＥＤＭ電極６を具備した７つの基礎要素３を備えている。ＥＤＭ電極は合計で２１本になる。したがって、放電加工中におけるＥＤＭ手段の往復動作後に、工作品２に２１個の切り欠き部１１が形成される。図２は、切り欠き部１１がディスクの厚さ全体にかけて延びていない様子を示している。切り欠き部１１はチャネル１２を形成するものであるが、これについては図３を参照のこと。これにより、近接した２本のチャネル１２が刃１３の境界を定める。切り欠き部１１はディスクのほぼ半分にまで延びている。
【００２３】
ＥＤＭ装置は第３機械取り付け部分２０を備えているが、これについては図２を参照のこと。この部分の下部２１は、ＥＤＭ手段４の優れた心立てを行う目的で、凹部１６と係合するように設計され、また、好ましくはフライス盤７の第２機械取り付け部分１７と同一である。これにより、第３機械取り付け部品２０が、凹部１６と係合するべく３つの円錐形の突起部分２２を具備するようになる。
【００２４】
第１ＥＤＭ段階では、工作品２の、第１組のチャネルにおける複数のチャネル１２の各チャネルの一部分（該２１個の切り欠き部１１）を複合加工する。次に、ＥＤＭ手段４を大きな角度で回転させ、その後、第２ＥＤＭ段階において、さらに２１個の切り欠き部を複合加工する。ＥＤＭ工程は、次段階にて、工作品２の円周方向における隣接する２つの切り欠き部１１間の間隔が工作品全体周囲にて本質的に同一になり、所望の刃の厚みと一致するまでＥＤＭ手段をさらに回転させることで継続する。
【００２５】
図２からわかるように、工作品２の縁１４から放射状方向に延びている間隔にて材料が複合加工される。これにより、ある部分がチャネル１２の外側に保たれる。この部分は、次段階で形成される刃１３用のカバー１５を形成するものである。図２は、第１平坦側面のＥＤＭ工程が既に実行された状態にある工作品を示す。
【００２６】
ＥＤＭ工程は工作品２が裏返された後にも継続し、次に、第２平坦側面も同様の方法で放電加工する。工作品２の第２側面に切り欠き部を放電加工することで、これらの切り欠き部が第１側面の切り欠き部１１と接続し、これにより該チャネル１２が形成される。したがって、チャネル１２は、工作品にかけて軸方向に向かって、縁１４から放射状方向にある間隔をもって延びる。刃１３は、工作品の円周方向に向かって、チャネル１２間に画定される。
【００２７】
各々のＥＤＭ電極６は、所望のチャネル１２の形状と本質的に合致する形状になっている。所望のドーム型の刃１３を造作するべく、ＥＤＭ手段４はそれぞれのＥＤＭ段階において往復運動と回転運動の両方を実行せしめられる。正確には、各ＥＤＭ電極６は所定の進路に沿って工作品２内部へ案内される。ＥＤＭ電極が最終位置に到達すると、チャネル壁の所望の構造を造作するために、ＥＤＭ手段６が振動動作せしめられる。
【００２８】
ディスクの円周方向における各チャネルの対向する２面を、同時に、正確には同一のＥＤＭ電極６によって放電加工する。換言すれば、１枚の刃の凸面と、これと隣接した刃の凹面を同時に放電加工する。
【００２９】
ＥＤＭ手段４の機械取り付け部分９は、ＥＤＭ電極６を機械加工するために、また、工作品２を複合加工する目的でＥＤＭ装置内で回転させるために、フライス盤内部の静位置にクランプ留めされている両方のＥＤＭ手段４を使用できるように設計されている。
【００３０】
本発明は上述した例証的な実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に含まれるさらに多数の応用形および変更を考慮できるものとして認められるべきである。
【００３１】
例えば、ＥＤＭ工具の製造には、研削およびワイヤＥＤＭのようなフライス削り以外の方法を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＥＤＭ電極をフライス削りするべくフライス盤内部に配置したＥＤＭ手段の斜視図を示す。
【図２】 ＥＤＭ装置内に配置した工作品の部分断面斜視図を示す。
【図３】 ディスク形状または環状の固定子構成部品または回転子構成部品の部分断面斜視図を示す。

Claims (13)

1. ガス流体を案内するために構成部品の周囲に延びている進路に沿って連設された複数の刃（１３）を具備するディスク形状または環状の固定子構成部品または回転子構成部品（１）を製造する方法であって、
   前記構成部品（１）を形成する目的で、ディスク形状または環状の工作品（２）に対し、放電加工を目的とした複数の電極（６）を有するＥＤＭ手段（４）により、第１組のチャネルにおける複数のチャネル（１２）の各々の少なくとも一部分（１１）を、複数同時に放電加工し、
   前記第１組の部分（１１）を複数同時に放電加工した後に、前記工作品（２）をその円周方向に回転させることにより、前記複数の電極（６）を、互いに隣接した放電加工後の複数の前記第１組の部分（１１），（１１）の間にそれぞれ位置させ、次に、第２組の部分（１１）として複数同時に放電加工し、
   以降、放電加工と前記工作品（２）の回転とを繰り返し行って多数の前記チャネル（１２）を形成し、
   前記チャネル（１２）が、前記工作品の円周方向において前記刃（１３）の境界を定めることを目的とすることを特徴とする方法。
2. 前記工作品（２）の第１側面から全ての前記チャネルを放電加工した後に前記工作品（２）を裏返し、次に、前記工作品の第２側面から前記チャネル（１２）の残り部分を同様の方法で放電加工することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 放電加工を目的とした電極（６）が、前記工作品（２）のその軌道において一方で直進運動、他方で回転運動を同時に実行せしめられることを特徴とする前出の請求項のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記工作品（２）の円周方向における前記各チャネル（１２）の対向する２面を同時に放電加工することを特徴とする前出の請求項のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記各チャネル（１２）の対向する面を、同一のＥＤＭ電極（６）により放電加工することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記チャネル（１２）を、前記工作品の縁（１４）から放射状方向に向かってある間隔をもって放電加工することで、前記刃の放射状方向における外側に位置し、これと接触しているカバー（１５）を形成することを特徴とする前出の請求項のいずれか１項に記載の方法。
7. 第１工程にて、放電加工を目的とした手段（４）の上に配置した少なくとも１つの基礎要素（３、５）から、複数のＥＤＭ電極（６）を湾曲進路に沿って共通の間隔をもたせて機械工作し、第２工程にて、前記ＥＤＭ電極（６）により、前記工作品（２）から前記チャネル（１２）を放電加工することを特徴とする前出の請求項のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記ＥＤＭ手段（４）の取り付け部分（７）が、一方で前記ＥＤＭ電極（６）を製造する機械工具内で、他方で前記チャネル（１２）を放電加工によって製造するＥＤＭ装置内で使用できる形状であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記複数の基礎要素（３、５）を、機械工作を施す前に前記ＥＤＭ手段（４）上に湾曲した進路において配置し、前記第１工程にて、前記ＥＤＭ電極の少なくとも１つを前記基礎要素の各々から機械工作することを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
10. 前記機械工作が前記第１工程にてフライス削りを有することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. ガス流体を案内するために構成部品の周囲に延びている進路に連設された複数の刃（１３）を具備したディスク形状または環状の固定子構成部品または回転子構成部品（１）を製造する装置であって、
    前記装置が、電圧と接続しており、工作品（２）と接触せしめられることで、前記刃の１枚を形成するべく前記工作品から材料を除去するＥＤＭ手段（４）を備え、前記ＥＤＭ手段（４）が、前記工作品と接触するための複数のＥＤＭ電極（６）を備え、前記ＥＤＭ電極が湾曲した進路に共通の間隔をもって連設されることで、第１組のチャネルにおける複数のチャネル（１２）の各々の少なくとも一部分（１１）を前記工作品（２）から複数同時に放電加工することができ、
    前記第１組の部分（１１）を複数同時に放電加工した後に、前記工作品（２）をその円周方向に回転させることにより、前記複数の電極（６）を、互いに隣接した放電加工後の複数の前記第１組の部分（１１），（１１）の間にそれぞれ位置させ、次に、第２組の部分（１１）として複数同時に放電加工し、
    以降、放電加工と前記工作品（２）の回転とを繰り返し行って多数の前記チャネル（１２）を形成し、
    前記工作品が前記構成部品（１）を形成するべくディスク形状または環状であり、前記チャネル（１２）が前記工作品の円周方向において前記刃（１３）の境界を定めることを特徴とする装置。
12. 前記ＥＤＭ電極（６）が、少なくとも部分的に円形の通路内に連設されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記ＥＤＭ手段（４）が、ディスクと、前記ディスク上に固定した複数の基礎要素（３）とを備え、さらに、前記基礎要素の各々が前記複数のＥＤＭ電極（６）を備えていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の装置。

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