JP5112867B2 - ファン及びタービン - Google Patents

Description

本発明は、特にターボ分子ポンプ及びガスタービン・エンジン内に使用する（流体の流れとの動的相互作用のための）ファン及びタービン、そして（流体の流れとの静的相互作用のための）ガイド・ベーンの、特に製造に関わる、処理、方法及び装置に関する。

ガスタービン・エンジンは、内燃機関の広範な使用形態であり、多くの点で、２ストロークあるいは４ストロークの原理に基づいて作用する往復機関よりも効率が良い。特に、所定のサイズでは、ガスタービンがより高出力である。

多くのガスタービン開発は、大出力の比較的大きな発電所に集中しており、また、その例は、航空工学で使用するターボジェット及びターボファン・エンジンである。このようなエンジンのサイズを縮小させるとき、寸法が減少するにつれ、工学的な問題が発生する。これらの問題のいくつかは、製造レベルでの小型化がより困難になることであり、他は、比較的小さな空間内での、ガス流の作用に関するものである。

本発明は、特に非常に小さなガスタービンに適用可能な、ガスタービン・エンジン構成の局面を扱う。そしてこのようなエンジンを、本文内に特定な実施例として例示する。本発明は、９０，０００ｒｐｍのエンジン回転速度で推進力が１１０Ｎ（２７ｌｂ）の、全径約１０ｃｍ、そして全長約３２ｃｍのターボジェット・エンジンの構成要素の製造に用いる。

ガスタービンの一般的な構成では、ロータリーコンプレッサが吸気の圧力を上げ、その空気の少なくともいくらかが、燃料が燃焼される一つの燃焼室あるいは複数の燃焼室へ送られ、それが排気ノズルを通過するときに排気ガスがタービンを駆動し、そしてタービンがエンジン・シャフトを介してコンプレッサを駆動する。

エンジンを通るガス流は、典型的に、多段式軸流コンプレッサの連続な回転ディスク上のファンブレード、各一対の隣接したディスク間の、そして最後のディスクの後のステータ・ベーン、燃焼室とタービンとの間の静止ノズル・ガイド・ベーン、そして回転タービン・ブレードを含む、複数の静止面及び移動面から大きな影響を受ける。

ベーン及びブレードは、エーロフォイル断面を持ち、（車輪のスポークのように）本質的に放射状配列で配置される。エンジンを通る軸方向のガス流の速度は、軸方向の一つの位置から次の位置で変化する。コンプレッサあるいはエンジンのタービン・セクション内の軸方向のどの位置でも、軸方向のガス速度が、エンジンの直径を横切って本質的に一様であることが意図されている。ロータリーファン及びタービンのケース内では、ブレードの外側先端部が、内側根本部よりも速く移動し、また、遠心効果もあるため、回転要素上のブレードは、それらを償うようにデザインされる。ブレード・セクションは、中心からの径方向距離に応じて変化する。典型的に、ブレードは全長に沿ってねじれており、食い違い角が根元において最少で、先端において最大である。

これらのベーン及びブレードは、従来、鋳造によって、あるいは適当な強度の耐熱性合金から各ブレードを機械加工することによって、形成されている。各個別のブレードを形成した後、適当なコンプレッサあるいはタービン・ハブ上に配置して固定しなくてはならない。この処理は、隣接部品間を連結するための適当な結合手段を必要とする。小さなエンジンでは、心狂いが相対的により深刻な結果を生じるため、このような手段は、より高い精度が必要である。結合手段は、強度はあるが、軽量であるべきである。ある場合では、鋳物タービン・ブレードを中央回転ディスクに取り付けるために、接着技術が用いられる。回転ブレード・ディスクの場合では、組み立て後、バランスをとる作業が必要である。

非常に小さなエンジンの場合、ディスクを一体のブレードと共に鋳造すると、隣接ブレードの近接、そして形状のねじれから、重大な問題が生じる。そのような鋳造処理は技術的に可能であるが、パターン構築が非常に困難であり、正確で一様なブレード角、半径及び等間隔等を達成するジグを構築して使用することは、ほぼ不可能であると考えてもよい。

上記のミニチュア・ジェットエンジンの例では、ブレードを含むコンプレッサ及びタービン・ディスクは、ブレード先端からブレード先端へ、直径が約８センチで、２４から４０の密薄なエーロフォイル・ブレードを持つ。そして、弦長及び食い違い角は、ブレードの全長に渡って変化し、軸方向及び径方向の両方への、隣接するブレード間の実質的な重複をもたらす。このようなブレード付ディスクの構築の問題は、長い間、困難なことであった。

国際公開公報ＷＯ２００４／０７６１１１として公表された、私達の特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２００４／０００７７４の開示によれば、ガスタービン・エンジン内、特にミニチュア・ガスタービン・エンジン内の軸流コンプレッサあるいはタービン内に使用するための、重なった造形ブレードあるいはベーンの接近間隔径方向アレイを正確に形成するための課題は、固体素材から材料を取り除くことによって、素材の残留物として、直立するブレードあるいはベーンを残すことで達成できる。この除去は、前進ツールへの接近によって誘発される材料の状態変化から生じる。ツールは、造形ワイヤの形態にあり、ツールを前進させるときにそれを回転させて、前記造形ブレードあるいはベーンの面を生成する。

さて、私達は、前記出願国際公開公報ＷＯ２００４/０７６１１１で開示した本発明の改善を考案した。

私達は、先の出願で、工作物素材から素材を削り取るためのツールを開示したが、そのツールは、造形ワイヤの形態をとっていた。素材を削り取る方法が、放電加工、別名スパーク・エロージョンである場合、先の出願は、ワイヤ・ツール電極、特に造形ワイヤ・ツール電極の使用を開示している。

本発明によれば、ツール（ツール電極）は、ワイヤの形態ではなく、以下に記載の別の形態をとる。

先の出願の用語「ワイヤ」を用いることなく、本発明は、先の出願で開示したものに対応する方法、工程および装置を提供する。この場合、ツールは、ワイヤ以外の、進行方向の先端部が丸みを帯びた矩形断面形状を有して細長く堅固で所定形状に成形された細長い実質的に堅固なエレメントの形態をとる。そのようなツールは、以下、ツール電極もしくは単に電極として言及する。本出願および出願ＰＣＴ／ＧＢ２００４／０００７７４において、「ワイヤ」が同一の意味を持つ場合、本明細書における「ツール電極」によって、「ワイヤ以外」のものを意味する。

コンプレッサ・ブレードあるいはタービン・ファンのリングを形成する目的で、私たちは、素材を削り取るための現在実用的な方法として、回転する非ワイヤ・ツール電極を用いる、スパーク侵食としても知られる、放電加工（ＥＤＭ）を使用する。代替的な方法としては、電解加工（ＥＣＭ）もある。しかしながら、ＥＤＭあるいはＥＣＭよりも、実行可能な代案を提供する、放電よりも激しい局所的な加熱源、あるいは異なる状態変化メカニズムを用いる他の方法が開発されるかもしれない。

本発明に係る方法は、端部面を横切る厚さを持つ工作物素材の本体に、端部に向かって伸びる一列に並んだ複数のねじれたエーロフォイル・ブレードを形成するための方法であって、進行方向の先端部が丸みを帯びた矩形断面形状を有して細長く堅固で所定形状に成形されたツール電極を、ホルダ内に保持すること、端部面の厚さを横切ってツール電極が延びるように向けて前記ホルダを配置すること、工作物素材の端部面に向けてツール電極を進めること、ツール電極と工作物素材との間に高圧放電を起こすことによって、ツール電極を端部面から工作物素材を浸食させながら工作物素材内に入り込ませて、工作物素材の端部面を横切って工作物素材内に第一の溝を形成すること、第一の溝を深くするために第一の溝内において工作物素材内へツール電極を前進させること、前進中に、ホルダを回転させて前記第一の溝を螺旋形に形成すること、そして工作物素材内に、第二の、またその後の類似隣接溝を同様に形成することによって、対をなす隣接する溝間の工作物本体残部に、ねじれたエーロフォイル・ブレードの形状を得ることからなる。

前進するツール・ホルダが、非常に小さな角度を超えて回転するとすぐ、電極は、次の隣接ブレードを形成することが定められた工作物本体を切削し始める。これは、隣接ブレードが接近間隔で配置され、ツールの前進方向で見た場合に、隣接ブレードが重なることを可能にする。

望ましい用途では、本発明は、円周端面を横切る厚さを持つディスク状工作物素材から、径方向内方へツール・ホルダを前進させて各溝を形成することによって、複数の径方向のねじれたエーロフォイル・ブレードを持つハブを形成するために用いる。したがって、ブレードは、ハブの径方向へ、またハブの軸方向へ見た場合に重なっている。

本発明は、また、このように重なって見えるブレードあるいはベーンを接近間隔を有して径方向に並んだアレイ状に形成するための装置を提供する。この装置は、固体素材に向けて造形非ワイヤ・ツールを前進させるための手段からなり、前進するツールによる放電加工により材料を取り除き、素材の残留物として、径方向に直立するブレードあるいはベーンを残す。そして、ツールが前進するときにツールを回転させるための手段からなり、これによって前記ねじれた形状のブレードあるいはベーンの面を生成する。

特に、本発明は、端面を横切る厚さを持つ工作物素材本体に、前記端に向かって延びる一列のねじれたエーロフォイル・ブレードを形成するための装置を提供する。この装置は、ホルダ内に保持された、進行方向の先端部が丸みを帯びた矩形断面形状を有して細長く堅固で所定形状に成形されたツール電極、前記端部面の厚さを横切って前記ツール電極が延びるように方向づけるための位置決め手段、前記工作物素材の端部面から内部に向かって電極を前進させるための手段、前記ツール電極と前記工作物素材との間に高圧放電を起こし、この放電によって、前記ツール電極により前記工作物素材を侵食しながら前記ワイヤ電極を前記工作物素材内に入り込ませて、前記工作物素材の前記端部面を横切って前記工作物素材の内部に延びる第一の溝を形成する手段、前記第一の溝を深くするために前記溝内に前記ツール電極を前進させるための手段、そして前記第一の溝を螺旋形にするために、前記前進中に前記ホルダを回転させるための手段からなる。

理解すべきことは、本文で説明する電極の、そして工作物の移動、また、それらのホルダまたは取付台の移動が、相対移動であることである。したがって、例えば、工作物へツールを進めることは、ツール上へ工作物を進ませることと同義であり、ツールを回転させることは、工作物を回転させることと同義である。いずれを、もう一つの基準点に対して静止保持するかどうかは、単に便宜上の問題である。

また、一連の位置を介して工作物素材を割り出すための割り出し手段を備えることが好ましい。それらの位置で、一連の深い螺旋形の溝を電極によって形成する。また、通常、各形成した溝から電極を撤退させるために、前進経路に沿って電極を後退させるための手段を備える。これによって、工作物を、次の位置へ割り出す、あるいは他の目的で移動することを可能にする。

また、溝内への細長い電極の前進中に、工作物あるいは電極ホルダを横方向へ移動させるための手段を備えてもよい。これによって、溝は、わずかな傾きで形成される。そのような側方移動は、完全に直線的、または回転式、あるいは組み合わせであってもよい。このようにして、ブレードを、二つの反対側に傾斜した溝の間に形成することができるため、ブレードは、その底部がその先端よりも厚い、僅かなテーパを持つ。これは、ブレード全長を通じて一定の断面を持つよりも、タービンあるいはコンプレッサ・ブレードにおけるより効率的な重量及び体積の分配である。

また、工作物またはホルダを傾けるための手段を備えてもよい。これによって、工作物に対する細長い電極の傾きを調節して、工作物に形成する溝の傾きを調節する。

上記の工程及び装置の製品は、典型的に、コンプレッサ・ディスクあるいはタービン・ディスクであり、ガスタービン・エンジン内で高速で回転する、径方向外側へ向いたねじれたエーロフォイル・ブレードを持つハブ、または、外観は似ているがエンジン内で静止しているタービンガイド・ベーンディスク等からなる。しかしながら、注目すべきことは、径方向のブレードあるいはベーンの場合でも、変化が可能であることである。例えば、内側ハブ、そして外側へ延びるブレードを持つ代わりに、ディスクは、連続な外側リムを持ち、ブレードが、空の中心へ向かって径方向内方へ延びてもよい。このようなブレードは、中心孔からリムに向けて径方向外側へ細長いツール電極を前進させることによって、本発明に従って形成することができる。この構成は、多段式軸流コンプレッサの連続段のロータ間に位置する、コンプレッサ・ステータ・ベーンのディスクを製造するために選択できる。

ツール電極は、その形状、そのホルダ内での方向、そしてホルダの前進と回転との間の選択関係が、その運動によって生成されるブレード輪郭の最終形状に主要な影響を与えるために、そう呼ばれる。しかしながら、電極と工作物の他の運動を導入してもよい。これらは、他の軸の回りの回転運動、または任意の方向への直線運動、あるいはこれらの組み合わせ、または他のより複雑な運動であってもよい。これらのいずれの運動も、本技術において一般的に既知である種類の、適当にプログラムした制御ユニットによって制御してもよい。

最も単純な場合、細長い電極の形状は直線であるが、これは、一回の通過でエーロフォイルの面を生成しない。このため、電極を湾曲させることが好ましく、単純な円弧を設ければ十分である。カーブは滑らかであるべきである。形状の、鋭い、あるいは突然の変化は、一般的に、形成したブレード内での応力集中を最小にするために、また所望の気流を促すために、避けるべきである。

電極の寸法は、長さ、幅および奥行として説明できる。細長いため、幅および奥行は、溝を形成するための工作物の端部の厚さを横切って延びる長さに対して小さい。電極の幅は、形成時の溝の幅に対応する。近接の度合いが小さければ、電極と、被削材の浸食が起こる溝の両側面との間には、すき間ができる。電極の奥行は、工作物へ向かう通常の前進方向における寸法に言及する。例えば電気伝導性等の、他の所望の特性を保持することを可能にするよう、電極を実質的に堅固に保持しながら、幅および奥行は、好都合に可能な限り小さくすることが望ましい。工作物の侵食速度よりも電極が速く前進することはないという条件下では、工作物との物理的な接触は全く起こらないため、電極を変形させようとする力は極小である。したがって、電極の構造および取付台が比較的に脆弱であっても、高い精度が維持できることを理解すべきである。

ツール電極の進行方向の先端部すなわち前縁には、丸味を付けることが最も適当である。これは、各ブレードの基部の両側面、各溝の底部に丸形の根元を生成できるという、肯定的な利益を提供する。これは、応力集中を回避して、高耐用性を促進するのに非常に望ましい。

電極の幅は、隣接ブレード間の最小間隔を定義する。所望の間隔が増加すれば、素材内への電極の第二回目の通過によって溝を広げ、所望の間隔がさらに増加したならば、新しい溝を切削する必要がある。この場合は、隣接ブレード間に明確な空間を設けるために、溝間の望まない工作物材料を、適当な手段によって取り除く必要がある。適当な手段は、ツール・ホルダを横方向へ移動させる、あるいは工作物を横方向へ移動させるための手段を含み、細長いツール電極を、二つの隣接した半径方向溝の底部を結合する側溝を切削し、望まない材料部分を一塊りで取り除くために用いる。

素材内へ前進方向で見た場合の、電極の幅、すなわち細長い形状を横切る短い寸法を考察すると、カーブの内側半径は、ブレードの外側カーブを区画形成し、カーブの外側半径は、ブレードの内側カーブを区画形成する。ツール電極は、実際、太さを持つため、電極がその領域内で均一な幅を持つなら、カーブの内端は、外端よりも小さな半径を持つ。したがって、同じ湾曲を持つ均一な幅の電極を用いて、長く狭い三日月形状の、薄い両側端とより厚い中心部を持つ湾曲エーロフォイル断面へ、ブレードの両側を形成することができる。この場合、内面はより平らで、外面は湾曲することになる。しかしながら、通常、正確なエーロフォイルの形状及び断面を達成するために、ブレードの内面及び外面に対して、異なる半径のカーブを用いることが望ましい。断面の最も厚い部分は、各ブレードの前縁に向かうことが好ましい。

素材内への前進の方向で見た場合、すなわち、その幅を見た場合、カーブが電極の形状に制限される必要はない。電極は、その奥行を見た場合、すなわち側面から見た場合、湾曲していてもよい。そうすれば、完成した溝のある部分を、他の部分よりも深くすることが可能となる。したがって、溝の根元を湾曲させて形成することもできる。

所望の溝形状に応じて、ツール電極は、その長さに沿って変化する断面形状または面積、あるいは両方で形成できる。その長さに沿う異なる位置で、異なる形状に形成してもよい。電極は、所望の突起または窪みを設けてもよい。電極は、孔さえも備え、素材が侵食されずに残った直立突起を持つ溝を形成することもできる。

細長い電極は、通常、全体が素材の端部を横切って延び、素材の両側の二つの端部で支持されるが、いくつかの状況下では、素材を部分的に横切って延びてもよい。その結果としての溝、少なくとも電極の単一通過から生じる溝は、電極が侵入する側、素材の片側だけに形成されることになる。そのような電極は、溝内の、浅い凹面またはより深いフォーク等の凹部内に終端が位置することもあり、突出ニブであってもよいし、あるいは他の所望な形状であってもよい。

本発明で使用する細長いツール電極は、侵食法および使用被削材に適当な、例えば、グラファイト、銅、タングステン、他の金属または非金属素材からなり、それらの成分に適当な、どのようなやり方で形成してもよい。適当な製造方法は、鋳造、鍛造、プレス加工、および固体からの機械加工を含む。

ブレードの全長に沿って、ホルダ内の細長い電極が前進し、ブレードのその面を区画形成するときに、ゆっくりとホルダを回転させることによって、ブレードにねじりを与えることができる。９０°を超えるねじりが必要となることは、まずないであろう。ホルダの回転は、添付図面の図１および図２に例証した種類の機械的なガイドから、ステップ・モータあるいはプログラム可能なツイスト・コントローラを用いる電気あるいは電子の手段まで、または他の方法など、適当な手段によって達成できる。

本発明の局面を、さらに、例としてのみ、添付図面に関連させて下記に議論する。

最初に図１を参照する。図示の装置は、放電加工オペレーションを行うための、適当なパラフィン油あるいは水性代替液等の誘電液である適当な液体焼入剤１２を含むタンク１０からなる。タンクはプラットホーム１４に支持されており、その下に、必要な、本技術で既知である種類の電気制御装置のハウジング１６がある。

タンク１０の後ろには、図示のように支柱１８がある。その上端部に、支柱は、ハウジング１６内の装置の制御の下で、ドライブ・コラム２２を上下移動させる油圧ドライブ２０を載せている。択一的に、電子サーボ・ドライブという選択肢も可能である。ドライブ・コラムの下端部は、水平な支持アーム２４を保持し、このアームは、図２に関連してより詳細に説明するところの、ツール・ホルダ・ヘッド２６を保持している。そして、ツール・ホルダ・ヘッドはツール・ホルダ２８を持つ。

タンク１０内には、液体１２内に浸した台座３０がある。台座は、ツール・ホルダ２８の下に、工作物３２を垂直に保持する。図１は、ツール・ホルダから延びる正の導電ケーブル３４、そして台座から延びる負の導電ケーブル、あるいは接地導電ケーブル３６を示す。両ケーブルは、ハウジング１６内の電源に繋がる。この電源は、放電加工のための、一般的な種類のものである。

図２は、ツール・ホルダ及び台座をより詳細に示す。

ツール・ホルダ・ヘッド２６は、回転スケール４０及び回転スケール・ポインタ４２を含み、これらによって、回転スケールの下に位置する、実際のツール・ホルダ２８の垂直軸の回りの角変位を、任意のゼロとの関係で示す。これは、外部の調節可能な引張戻りばね４３（図１）の抵抗に対抗して、ばねが常に付勢する側のストップから遠方へ外力を加えることによって、この軸の回りにツール・ホルダを回転することができるために可能である。回転のゼロ位置は、そのストップに対向するツール・ホルダの位置と考えてもよい。

台座は、縦スロット４６が形成されたガイド支持コラム４４を載せている。スロット４６を通るランプ取付ボルト５０のヘッド上には、ガイド・ランプ４８が取り付けられている。そしてガイド・ランプは、スロット内の選択位置に、ナット５２で固定される。ランプ取付ボルトを締めて、作業者は、ランプの高さだけではなく、その角度も設定する。

ガイド・ランプ４８は、ポリアミド・ポリマー等の、低摩擦の電気的絶縁材から形成されている。

ツール・ホルダ２８は、横に延びるガイド・ピン５４を備える。ガイド・ピンは、ツール・ホルダ・ヘッド２６を工作物３２に向けて、油圧ドライブ２０の作用によって下降させた場合に、ガイド・ピンが、ガイド・ランプの頂部面に係合し、戻りばねの作用に対抗して、回転スケール４０上のスケール・ポインタ４２が示す角度でツール・ホルダを回転させ始めるように配置されている。ツール・ホルダ・ヘッドをドライブ２０によって上昇させる場合は、戻りばねの作用がガイド・ピンをランプ面に接触保持するため、全運動は正確に逆に実行される。ツール・ホルダの回転とツール・ホルダの前進との関係は、ガイド・ピン５４の運動を決定するガイド・ランプ４８の面の輪郭、高さ及び傾きによって完全に制御されるものであると理解すべきである。

工作物３２は、台座３０上に、水平割り出し軸のスピンドル６０上の回転様式で取り付け、その回転位置は、割り出しホイール６２によって手作業で制御する。種々の割り出し位置を割り出しペグ６４で選択し、全体を、割り出しクランプ６６で手作業によってロック可能である。生産用途では、手動の割り出しホイール６２、ペグ６４及びクランプ６６の代わりに、ハウジング１６内の放電加工制御装置に結合した電子自動割り出し制御（図１）を利用してもよい。

この図示の実施例では、工作物は、中央ハブの周りに径方向のブレードを持つタービン・ディスクへの加工に適したディスクである。ディスクは端面６８を持ち、この端面内へ、ブレードを形成するために、下記に説明するような溝を形成する。説明の目的で、符号７０で二つの溝を示している。

溝を形成するために、ツール・ホルダは、湾曲ワイヤ・ツール電極７２を持つ。これは、二つの、直径の反対側で調整可能なワイヤ・ホルダ・クランプ７４からなる自在マウンティング内のツール・ホルダ上に取り付けられている。各ワイヤ・ホルダ・クランプは、各ワイヤ・ホルダ・アーム７６の位置及び方向を決定する。電極ワイヤそれ自体は、各ホルダ・アームの下端部の孔を通り、各ホルダ・アーム下端部内に、選択回転方向、そしてその湾曲長に沿った選択位置で、ねじ７８によって固定される。

したがって、ワイヤは、工作物ディスク上方のツール・ホルダ内に取り付けられ、正確に選択した位置及び方向でディスク端を横切るように、特定なカーブを工作物に向けて位置する。そして、焼入液内に浸され、タービン・ブレードの放電加工を始める用意が整う。処理が進行し、前述の概要、そしてこの明細書の特定な説明に示したように装置が機能する。

この例では、工作物はアルミニウム合金で、直径が７６ｍｍ、そして端厚４ｍｍである。ワイヤは純粋な銅であり、その直径は１．６ｍｍである。電流３アンペア及び電圧８０ボルトの、実験的な用具でさえ、２ｍｍ／分の、満足のいく侵食速度が達成可能である。油圧ドライブの前進速度、そして電流オン／オフ切り換えは、ハウジングで１６内に含む一般的な装置によって制御する。工作物からの材料侵食速度は、ワイヤ・サイズによって制限される電流に依存する。

図２に既に形成した二つのブレード７０を示すが、実際は、電極ワイヤを、割り出しホイールの許容位置で決定する位置で各ブレードの一つの面、内面あるいは外面のいずれかを形成するように設定するのが便利であろう。その後、調節可能なワイヤ・ホルダ・クランプ及びワイヤ・ホルダ・アームによって、電極ワイヤの位置をオフセットして調整し、同じ割り出し位置で、各ブレードの他の面を形成する。必要ならば、最後に、隣接ブレード７０間の、工作物ディスク３２の残部を取り除く。

ワイヤの電極の使用に関する前述の説明は、説明のワイヤ電極の代わりに、細長く実質的に堅固なツール電極を用いることによって、本発明の方法、工程および装置に直接適用することができる。

図３に示す装置は、図１および２に示す放電加工装置の、自動化がより完全なバージョンである。この装置は、本質的に同じ環境で作動して、工作物１０２からタービン・ディスクを形成する。しかしながら、工作物は、ダブテール溝１１４を持つベッド１１２からなる回転割り出しユニット１１０に取り付けられる。ダブテール溝内には、スライド可能なベース１１６が、ボルト１１８によって、所望の位置で締着される。ベースには、第一の水平軸の回りの回転が、第一の回転エンコーダ・ステップ・モータ１２２によって駆動制御される傾斜軸受台１２０が載置されている。そして軸受台１２０には、第一の軸に直角に、しかし第一の軸からオフセットした平面内の、第二の軸に位置するスピンドル１２４が載置されている。スピンドル１２４は、第二の回転エンコーダ・ステップ・モータ１２６によって回転制御され、工作物１０２が取り付けられる。

第一のステップ・モータ１２２は、第二の軸の、必要な正確な角度への傾斜を可能にし、その平面内で適切なブレード根元角が達成できるようにする。第二のステップ・モータ１２６は、形成すべき等間隔なブレードの数および面位置に適合する、工作物の適切な回転割り出しを保証する。

電極ホルダ１３０を、図３および図４の両方に示す。これは、恒久ヘッド１３２（図４）と、周溝１３６を持つ交換ヘッド１３４からなる。周溝が設けられているため、交換ヘッドは、本技術において既知である様式で、自動ツール交換機によって扱う。恒久ヘッド１３２は、交換ヘッド１３４の対応ショルダ１４０に係合可能な位置決め溝１３８を備える。交換ヘッドは、分離して下方へ突出する二本のポスト１４２を持ち、これらポストの終端には、図５にさらに詳細に示す、電極１５０の細長いツール部分の両端のアイ１５２に係合するためのショルダ１４４が設けられている。止めねじ１４６によって、ポストに電極を固定する。

恒久ヘッド１３２は、このヘッドと、電極を支持する交換ヘッド１３４を回転させるステップ・モータを含む。ツールが垂直に前進（または後退）するときに垂直軸上の回転を与えることによって、ブレードに所望の捻れを生じさせる。全ての運動は、ＣＮＣ制御される。撤回は、元の前進経路を引き返す。

複数の交換ヘッド１３４は、各々、適当な電極を作動可能に取り付け、カルーセル（図示せず）に保管されている。これは、ツール電極が、必要に応じて自動的に置換されることを可能にする。

交換ヘッド１３４に取り付けるためのアイ１５２の間に位置する、電極１５０（図５）の作用ツール部分は、二つの下側前縁が丸味を帯びた長方形断面になるよう、改良が加えられている。平面図で湾曲しており、側面図で直線である。使用に関しては、図１４に例証する。

電極１６０（図６）は、類似しているが、平面図で直線である。

電極１７０（図７）は、平面図で類似した直線であるが、側面図では、反り返っている。その使用に関しては、図１７に例証する。

電極１８０（図８）は、一本のポスト１４２だけに取り付けるものであり、その終端には、半円筒の下側形状を持つ下方ニブ１８２が設けられている。これは、図１６に示すように、隣接するブレード間の、工作物の根元部分を掃除するのに使用できる。

電極１９０（図９）は、電極１５０の一端のみに対応し、一本のポスト１４２だけに取り付けるものである。その使用に関しては、図１２に例証する。

電極２００（図１０）は、一本のポスト１４２だけに取り付けるもので、その終端は、凹形の、ほぼ半円形の窪み２０２になっている。この電極は、図１５に示すように、ブレードの前縁形状を加工するために使用する。

電極２１０（図１１）も、一本のポスト１４２に取り付けるものである。その終端は、内端が丸味を帯びた、深いフォーク２１２になっている。図１３に示すように、ブレードの後縁形状を加工するために使用する。

国際公開公報ＷＯ２００４／０７６１１１内で説明したタービン・ディスクを形成するための放電加工装置を示す斜視図である。 図１の装置の一部を示す、異なるより近い観点からの斜視図である。これも、国際公開公報ＷＯ２００４／０７６１１１内に説明がある。 タービン・ディスクを形成するための、異なるツール電極を使用するもう一つの放電加工装置の斜視図である。 図３に示す電極ホルダの分解図である。 図５ａ、５ｂおよび５ｃは、各々、図３および４に示す電極の平面図、正面図および断面図である。 図６ａ、６ｂおよび６ｃは、各々、代替形状の電極の、類似図である。 図７ａ、７ｂおよび７ｃは、各々、代替形状の電極の、類似図である。 図８ａ、８ｂおよび８ｃは、各々、代替形状の電極の、平面図、正面図および端面図である。 図９ａ、９ｂおよび９ｃは、各々、代替形状の電極の、平面図、正面図および断面図である。 図１０ａ、１０ｂおよび１０ｃは、各々、代替形状の電極の、平面図、正面図および端面図である。 図１１ａ、１１ｂおよび１１ｃは、各々、代替形状の電極の、類似図である。 図９の電極の使用を示す部分斜視図である。 図１１の電極の使用を示す部分斜視図である。 図５の電極の使用を示す部分斜視図である。 図１０の電極の使用を示す部分斜視図である。 図８の電極の使用を示す部分斜視図である。 図７の電極の使用を示す部分斜視図である。

Claims (18)

1. 端部面を横切る厚さを持つ工作物素材の本体に、前記端部に向かって伸びる、一列に並んだ複数のねじれたエーロフォイル・ブレードを形成するための方法であって、
   進行方向の先端部が丸みを帯びた矩形断面形状を有して細長く堅固で所定形状に成形されたツール電極を、ホルダ内に保持すること、
   前記端部面の厚さを横切って前記ツール電極が延びるように向けて前記ホルダを配置すること、
   前記工作物素材の前記端部面に向けて前記ツール電極を進めること、
   前記ツール電極と前記工作物素材との間に高圧放電を起こすことによって、前記ツール電極を前記端部面から前記工作物素材を浸食させながら前記工作物素材内に入り込ませて、前記工作物素材の前記端部面を横切って前記工作物素材内に第一の溝を形成すること、
   前記第一の溝を深くするために前記第一の溝内において前記工作物素材内へ前記ツール電極を前進させること、
   前記前進中に、前記ホルダを回転させて前記第一の溝を螺旋形に形成すること、
   そして前記工作物素材内に、第二の、またその後の類似隣接溝を同様に形成することによって、対をなす隣接する溝間の工作物本体残部に、ねじれたエーロフォイル・ブレードの形状を得ること、からなる方法。
2. 前記隣接したブレードが、接近して間隔付けられ、前記ツール電極の前進方向から見たときに部分的に重なり合って見える、請求項１による方法。
3. 前記工作物素材が円周端部面を横切る厚さを持つディスク状工作物素材からなり、前記ディスク状工作物素材から各溝を形成するときに前記ホルダを径方向内方へ前進させることによって、複数の径方向にねじれたエーロフォイル・ブレードを持つハブを形成することからなる、請求項１あるいは請求項２による方法。
4. 前記成形されたブレードが、前記ハブの径方向に見たときに、また前記ハブの軸線方向に見たときに部分的に重なって見える、請求項１から３のいずれかによる方法。
5. 端部面を横切る厚さを持つ工作物素材の本体に、前記端部に向かって伸びる、一列に並んだ複数のねじれたエーロフォイル・ブレードを形成するための装置であって、
   ホルダ内に保持された、進行方向の先端部が丸みを帯びた矩形断面形状を有して細長く堅固で所定形状に成形されたツール電極、
   前記端部面の厚さを横切って前記ツール電極が延びるように方向づけるための位置決め手段、
   前記工作物素材の端部面から内部に向かって電極を前進させるための手段、
   前記ツール電極と前記工作物素材との間に高圧放電を起こし、この放電によって、前記ツール電極により前記工作物素材を侵食しながら前記ワイヤ電極を前記工作物素材内に入り込ませて、前記工作物素材の前記端部面を横切って前記工作物素材の内部に延びる第一の溝を形成する手段、
   前記第一の溝を深くするために前記溝内に前記ツール電極を前進させるための手段、
   そして前記第一の溝を螺旋形にするために、前記前進中に前記ホルダを回転させるための手段、からなる装置。
6. 一連の深い螺旋形の溝を前記ツール電極によって形成する一連の位置を、前記工作物素材に対して割り出すための割り出し手段を有している、請求項５による装置。
7. 形成した各溝から前記ツール電極を引き出すために、その前進経路に沿って前記ツール電極を後退させるための手段を有している、請求項５あるいは６による装置。
8. 前記ツール電極の前記溝内への前進中に、前記工作物素材あるいは前記ホルダを横方向へ移動するための手段を有し、それにより前記溝がわずかな傾きを有して形成される、請求項５から７のいずれかによる装置。
9. 前記工作物素材あるいは前記ホルダを傾斜させるための手段を備え、これによって、前記溝の傾きを調節することが可能なように構成された、請求項５〜８のいずれかによる装置。
10. 前記ツール電極が、円弧状に湾曲した形状である、請求項５から９のいずれかによる装置。
11. 前記湾曲したツール電極の内側半径が、前記ブレードの外側湾曲部を区画形成し、前記湾曲したツール電極の外側半径が、前記ブレードの内側湾曲部を区画形成する、請求項１０による装置。
12. 前記ブレードの前記内側湾曲部が、前記外側湾曲部よりも平らであり、そのため、前記ブレードのエーロフォイルの断面は、両側端が薄く、中心部が厚くなる、請求項１０あるいは請求項１１による装置。
13. 前記ホルダを横方向へ移動する、あるいは前記工作物素材を横方向へ移動するための手段を備え、この手段によって前記ツール電極を用いて、二つの隣接した前記溝の底部を結合する側溝を切削し、それらの間の素材を一塊りに取り除く、請求項５〜１２のいずれかによる装置。
14. 前記ツール電極が、その前進方向で見る平面図形状が湾曲しており、側面図形状が直線状である、請求項５〜１３のいずれかによる装置。
15. 前記ツール電極が、その前進方向で見る平面図形状が直線状であり、側面図形状が直線状である、請求項５〜１３のいずれかによる装置。
16. 前記ツール電極が、その前進方向で見る平面図形状が直線状であり、側面図形状が反り返っている、請求項５〜１３のいずれかによる装置。
17. 前記ツール電極が、ニブの形態の突起を備える、請求項５〜１３のいずれかによる装置。
18. 前記ツール電極の終端が窪みを有した形状である、請求項５〜１３のいずれかによる装置。

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