JP5390592B2 - 一時的にロータを保持するリングを備えたブレードが一体化されたロータブレードを製造するための改善された方法 - Google Patents

Description

本発明は、概略的にはブレードが一体化されたロータの製造分野に関し、好ましくは航空機用ターボマシンのためのブレードが一体化されたロータの製造分野に関する。

英語では“ＤＡＭ”［ＩＢＲ］又は“ｂｌｉｓｋ”と呼ばれているブレードが一体化されたロータを製造するためには、１つ以上のフライス加工ステップの前に、材料ブロックをアブレシブウォータジェットによって切削するステップが利用されている。

フライス加工の前にアブレシブウォータジェットによる切削ステップを利用することによって、製造時間及び製造コストが、フライス加工のみに基づく方法と比較して実質的に低減される。特にこのような製造方法がＤＡＭを製造するために初期の材料ブロックの約７５％を取り除く必要があるからである。アブレシブウォータジェットを利用して切削することによって、この材料ブロックの大部分を取り除くことができるので、製造時間が低減され、フライス加工装置の摩耗や破損（tear）を低減することができる。

しかしながら、このプロセスは、全体的に最適化されているとは考えられていない。特に、この製造方法に起因してブレードに変形及び振動が発生するという一の欠点が存在する。この欠点は、ブレードの長さが大きくなればなる程増長する。ＤＡＭの製造品質への影響を限定するために、これら変形及び振動が、様々なタイプの工具が低減された送り速度（forward speed）で操作されることを必要とする。このことは、製造時間の観点において不利益である。振動及び増大した製造時間によっても、工具が大きく摩耗及び損傷することになり、製造コストに悪影響を及ぼす。

従って、本発明の目的は、先行技術に基づく実施例と比較して、上述の欠点を少なくとも部分的に解決することである。

このことを達成するために、本発明の目的は、
アブレシブウォータジェットを利用することによって、ディスクから径方向に延在しているブレードプリフォームを形成する（reveal）ように、材料ブロックを切削する切削ステップであって、同時に直接隣り合っている少なくとも２つのブレードプリフォームの間に、径方向においてディスクから離隔している連結手段を形成するための材料を残存させる切削ステップと、その後に、
連結手段を取り除く除去ステップと、
を備えている、ブレードが一体化されたロータを製造するための方法を提供することである。

従って、本発明の注目すべき点は、アブレシブウォータジェットによる切削ステップによって、少なくとも２つのブレードプリフォーム同士の間に、好ましくはすべてのブレードプリフォーム同士の間に配設された連結手段が形成されることを提供することである。このことによって、製造中のブレードの変形及び振動が大きく制限されるか、又は解消される。ブレードが、初期の材料ブロックによって、互いに機械的に固定された状態を維持しているからである。

優位には、この特徴によって、様々なタイプの工具の送り速度を高めることができるので、ＤＡＭの製造品質を損なうことなく、製造時間を低減することができる。さらに、製造時間の低減、及び製造中におけるブレードの振動の低減が、工具の摩耗及び破損を低減し、優位には製造コストを低減することができる。

アブレシブウォータジェットによる切削ステップは、好ましくは連結手段が多数のブレードプリフォーム、厳密には４つ以上のブレードプリフォーム同士の間を連結するように実施される。それにも関わらず、互いに直接隣り合っているブレードプリフォームから成る幾つかのセットが形成されるが、セット同士が互いに連結されている訳ではない。セット同士が互いに連結されていたとしても、連結手段によって互いに固定されているブレードプリフォームの数量、及びブレードプリフォームに連結している連結手段の位置は調整可能とされる。

好ましい実施例では、アブレシブウォータジェットによる切削ステップが、連結手段がディスクの軸線を中心として配設された概略的にリングを形成するように実施される。このリングは、周方向に３６０°に亘って延在しており、リングが連結するブレードプリフォームによってのみ、破断されている場合がある。それにも関わらず、上述のように、このリングが全体的に閉じていない場合がある。すなわち、該リングが直接隣り合っているブレードプリフォームを連結していない場合がある。

しかしながら、アブレシブウォータジェットによる切削ステップは、周方向において、リングがすべてのブレードプリフォーム同士の間を連結するように、及び、その後にブレードプリフォームそれぞれがＤＡＭのブレードを構成するように実施される。このような場合には、好ましくは、アブレシブウォータジェットによる切削ステップが、リングがブレードプリフォームの先端部を互いに連結するように実施される。その後に、リングは、カットブロックの周囲に環状部分を形成する一方、ブレードプリフォームリングからディスクに向かって径方向内側に延在している。

しかしながら、代替的な解決手段は、リングがブレードプリフォームを先端部から径方向内側に離隔した状態で互いに連結するように実施されるアブレシブウォータジェットによる切削ステップを有しているように構成されている。このような場合には、例えばリングが、ブレードプリフォームの長さ方向における略中点において、ブレードプリフォームを互いに連結することが考えられる。

先に提案した２つの解決手段が組み合わされる、すなわち周囲を保持する周囲保持リングと、該周囲保持リングに対して径方向内側に配置された内側を保持する内側保持リングとを有していることが求められている。より一般には、周囲保持リングが利用される場合には、ブレードプリフォーム同士を連結するための付加的な手段が設けられている場合があるが、リンクの形態であることは必要なく、本発明の技術的範囲を逸脱することもない。

連結手段を形成する材料は、アブレシブウォータジェットによる切削ステップが終了するまで維持されていることが望ましい。その後に、該材料は、ＤＡＭの製造方法のその後のステップの際にのみ取り除かれる。

これに関して、アブレシブウォータジェットによる切削ステップが、ブレードプリフォームのフライス加工ステップの後に実施されることに留意すべきである。このステップは、形成されたブレードブランクを得るように、周方向において実施される。このステップは、好ましくは、最終形状のブレードを得るように、ブレードブランクをフライス加工することによって機械加工するステップの後に実施される。

本発明の第１の好ましい実施例では、連結手段を取り除くステップが、ブレードプリフォームをフライス加工するステップの前に、好ましくは該フライス加工のステップとアブレシブウォータジェットによる切削ステップとの間に実施される。

本発明の第２の好ましい実施例では、連結手段を取り除くステップが、ブレードプリフォームをフライス加工するステップと機械加工するステップとの間に実施される。

より一般には、本発明は、フライス加工のステップが、フライス加工による機械加工の別のステップの後に実施されるか、又はこのような機械加工ステップを含んでいるかに関わらず、ブレードプリフォームをフライス加工するステップの後に実施される連結手段を取り除くステップを有している場合がある。

この点に関して、本発明の第３の好ましい実施例では、連結手段を取り除くステップは、機械加工ステップの後に実施される。

必然的に、本発明であっても、他の従来からのステップが実行される場合がある。例えば、アブレシブウォータジェットを利用した切削ステップの前にブロック材料を旋削するステップ、機械加工ステップの後にブレードを研磨又はショットブラストするステップ、ブレードを所定長さに切断するステップやＤＡＭのバランスをとるステップが挙げられる。

一体化されたロータの直径は、好ましくは８００ｍｍ以上である。この点に関して、製造中にブレードを互いに保持する連結手段が設けられていることによって、長いブレードを備えた大直径のＤＡＭが製造可能となる。ブレードの変形及び振動が低減されるか、又は解消される。ブレードの最小長さは、好ましくは１５０ｍｍである。

ブレードが一体化されたロータは、厚さが１００ｍｍ以上のディスクを有している。しかしながら、該ディスクが、アブレシブウォータジェットによる切削手法によって得られる可能性がある高い性能仕様に起因して、約１６０ｍｍ以上の厚さを有している場合がある。この厚さは、各ブレードが先縁部と後縁部との間においてＤＡＭに対して延在している方向に沿った距離に略対応している。

ブレードが一体化されたロータのブレードは、好ましくは４５°以上の捩れ角で捩れている。

利用されるブロック材料は、好ましくはチタン又はチタン合金から作られている。

好ましくは、ブレードが一体化されたロータは、航空機用ターボマシンのための、ブレードが一体化されたロータである。

より好ましくは、ブレードが一体化されたロータは、航空機用ターボマシンのターボマシン又は圧縮機のロータの、ブレードが一体化されたロータである。

本発明の他の利点及び特徴については、非限定的且つ詳細な以下の開示内容で明らかとなる。

この説明は、添付図面を参照して成される。

本発明における製造方法を利用することによって得られるターボ機械のための、一体化されたブレード状ロータの部分的な斜視図である。 第１の好ましい実施例の形態をした一体化されたブレード状ロータの、本発明における製造方法の様々なステップにおける概略図である。 第１の好ましい実施例の形態をした一体化されたブレード状ロータの、本発明における製造方法の様々なステップにおける概略図である。 第１の好ましい実施例の形態をした一体化されたブレード状ロータの、本発明における製造方法の様々なステップにおける概略図である。 第１の好ましい実施例の形態をした一体化されたブレード状ロータの、本発明における製造方法の様々なステップにおける概略図である。 第１の好ましい実施例の形態をした一体化されたブレード状ロータの、本発明における製造方法の様々なステップにおける概略図である。 第２の好ましい実施例の形態をした一体化されたブレード状ロータの、本発明における製造方法の様々なステップにおける概略図である。 第２の好ましい実施例の形態をした一体化されたブレード状ロータの、本発明における製造方法の様々なステップにおける概略図である。 第２の好ましい実施例の形態をした一体化されたブレード状ロータの、本発明における製造方法の様々なステップにおける概略図である。 第３の好ましい実施例の形態をした一体化されたブレード状ロータの、本発明における製造方法の様々なステップにおける概略図である。 第３の好ましい実施例の形態をした一体化されたブレード状ロータの、本発明における製造方法の様々なステップにおける概略図である。 第４の好ましい実施例の形態をした一体化されたブレード状ロータの、本発明における製造方法の様々なステップにおける概略図である。 第４の好ましい実施例の形態をした一体化されたブレード状ロータの、本発明における製造方法の様々なステップにおける概略図である。 第４の好ましい実施例の形態をした一体化されたブレード状ロータの、本発明における製造方法の様々なステップにおける概略図である。

図１は、本発明における製造方法を利用することによって得られる、ブレードが一体化されたロータ１を表わす。該ロータは、好ましくは、航空機用ターボマシンの圧縮機又はタービンロータを構成するようになっている。

ブレードが一体化されたロータは、本明細書では以下においてＤＡＭと呼称するが、本発明の主題を形成する方法を通じて得られるものである。該ロータは大きな寸法を有しており、すなわち該ロータの直径は８００ｍｍ以上であり、該ロータの長さは少なくとも１５０ｍｍに等しく、ディスク４の厚さ“ｅ”は１３０ｍｍ以上である。さらに、中心軸線５を有しているディスク４によって保持されているブレードは概略的に捩れており、該ブレードの捩り角が４５°以上である。この捩り角は、既知の方法でブレード２の基端部６と先端部８との間における従来の捩り角に対応している。

ＤＡＭ１を製造するための方法の第１の好ましい実施例について、図２ａ〜図２ｅを参照して説明する。

第一に、チタン合金から成る材料ブロックは、“一体ブランク（monoblock blank）”と呼称されているが、好ましくは事前に機械加工されており、第１のステップとして旋削されている。この旋削ステップの目的は、例えば最終寸法から１ｍｍ余した状態に該材料ブロックを機械加工することである。

次のステップは、アブレシブウォータジェットを利用することによって中実ブロックを切断する工程から成り、これによりブレードプリフォームが形成される。

このことを実現するために、非常に高い圧力（例えば３０００ｂａｒ）と非常に高精度な（例えば６軸）ウォータジェット切断装置（図示しない）が利用される。非常に高い水圧によって研磨材が輸送されるので、材料ブロックに対する切断効果を最適化することができる。既知の方法では、ウォータジェットが、ダイヤモンド製ノズル又はサファイヤ製ノズルを利用することによって発生する。さらに、混合チャンバによって、例えば砂のような研磨材が加えられる。この点に関して、収束銃が水と砂とを共に混合し、水及び砂の混合体を切断領域に集中させる。

アブレシブウォータジェットを利用した切断手法によって、相当の材料除去率と満足することができる再現性とが得られる。従って、該切断手法は、材料を取り除くことによって、中心軸線５に沿って材料ブロック全体の深さ“ｅ”に亘ってブレード間の間隙を形成するのに非常に適している。

この点に関して、図２ａの上側部分は、アブレシブウォータジェットによる切削ステップが完了した場合における材料ブロック１００を表わす。従って、この材料ブロックには、ディスク４から径方向に、すなわち中心軸線５に対して垂直に延在しているブレードプリフォーム１０２が形成されている。一般に、切削は、周方向において直接隣り合っているブレードプリフォーム１０２同士の間にブレード間の間隙１１０を形成するように、材料ブロック１００の内部に向かって下方に実施される。

さらに、切削は、ブレードプリフォーム１０２同士を連結する連結手段を形成するように実施される。該連結手段は、本明細書では中心軸線５を中心としたリング１１２の形態をしており、好ましくはブレードプリフォーム１０２の先端部１０８のすべてを連結している。従って、リング１１２は、切断ブロック１００の周方向に環状に構成されており、結果としてブレード間の間隙１１０の径方向における境界を形成しており、切削ステップが完了するまで維持される。

アブレシブウォータジェットによる該切削ステップは、ディスクから径方向において略捩れた状態又は螺旋状の状態で延在している第１の材料片を取り除くことを目的とする第１の切削工程と、第１の切削工程に続いて、径方向において略捩れた状態又は螺旋状の状態で延在していると共に第１の材料片よりも小さな第２の材料片を取り除くことを目的とする第２の切削工程と、を実行することによって実施される場合がある。

図２ｂの左側に表わす概略図を参照してさらに具体的に説明すると、第１の切削工程の目的が、中心軸線５に沿って材料ブロック１００の深さ全体に亘ってその内部に延在している、第１の材料片１１４を切断することであることが理解される。このことを実現するために、収束銃１１６の軸線が、リングを形成するために、図２ａの下側部分に表わすように、基端部４から材料ブロックの径方向外側端部に到達することなく該径方向外側端部の近傍まで径方向に延在している、閉ライン１１８に沿って移動される。その後に、閉ライン１１８は、周方向において該リングに追従した後に、基端部４に至るまで径方向内側に向かって再び延伸している。さらにその後に、該閉ラインは、自身の初期位置に戻るまで追従している。

該収束銃が上述の閉ライン１１８に沿って移動する間、収束銃１１６の軸線は、優位には固定された状態にある中心軸線５に対して適切に且つ付加的に移動される。このような付加的な移動によって、収束銃の軸線が基本的に径方向において回動し、これにより第１の材料片１１４が、略径方向において所定の形状に捩られたように形成される。さらに一般的には、収束銃１１６が中心軸線５に対して相対的に追従する軌跡が、２つの同時回転を利用することによって得られる“５軸（five-axis）”軌跡として知られていることに留意すべきである。第１の材料片１１４は、図２ｂの中央部分に概略的に表わすように、優位には作業者の手によって取り除かれる。図２ｂに表わすように、径方向に対して垂直な任意のセクションにおいて、第１の材料片１１４が、材料ブロックの深さ方向において下方に延在している２つの対向している辺片同士が当該方法の完了により得られるようになっている２つの直接隣り合っているブレード２に可能な限り接近して通過している、四角形の形態をしている。

上述の内容から得られる結論として、第１の材料片１１４それぞれを除去することによって、２つの直接隣り合っているブレードプリフォーム１０２の表面が形成される。すべての第１の材料片１１４が、好ましくは最初に切削された後に、第２の切削工程を実施する前に手作業により除去される。第１の材料片の数量は、ＤＡＭのために理想的なブレードの数量に依存する。

この第２の切削工程が実施されることによって、該第２の切削工程から得られたブレードプリフォームが、最終的なブレードのリバース曲線によって捩られた形状に可能な限り近似される。アブレシブウォータジェットがブレード部分の湾曲した形状とは対照的に略直線的に材料ブロックを横断する場合には、単一の単純な切削工程によって近似することは困難である。

概略的な図２ｂの右側部分を参照すると理解されるように、第２の切削工程の目的が、特にこの場合、材料ブロック１００の内部に向かって下方に部分的にのみ延在している、すなわち第１の材料片１１４を取り除くことによって形成された径方向要素１２２の厚さの一部分のみに亘って延在している第２の材料片１２０を切削することである。さらに、第２の材料片１２０も、関連する径方向要素１２２の径方向部分に亘ってのみ延在している。言い換えれば、第２の材料片は、図２ａに表わすように、基端部からリングに到達することなく延在している。

このことを達成するために、収束銃１１６の軸線が、径方向ライン１２４に沿って移動される。径方向ラインの一部分が図２ａに表わされている。該径方向ラインは、基端部４から始まり、第１の材料片１１４が取り除かれた際に形成されるリング１１２に到達することなく、略径方向に延在している。例えば、アブレシブウォータジェットが移動する径方向ライン１２４は、径方向要素１２２の略中深度に配置されており、径方向要素の径方向における中高度を超えて止められる。

該収束銃が上述の径方向ライン１２４に沿って移動する間、収束銃１１６の軸線が、優位には固定された状態にある中心軸線５に対して適切に且つ付加的に移動される。このような付加的な移動によって、収束銃の軸線が基本的に径方向において回動し、これにより第２の材料片１２０が、略径方向において所定の形状に捩れたように形成される。より一般的には、収束銃１１６が中心軸線５に対して相対的に追従する軌跡が、２つの同時回転を利用することによって得られる“５軸（five-axis）”軌跡として知られていることに留意すべきである。図２ｂの右側部分に概略的に表わすように、この第２の材料片１２０全体が、再度アブレシブウォータジェットを利用することによって基端部６から取り除かれる場合には、優位には作業者が何もせずとも自重の作用によって分離される。

これに対して、収束銃１１６が、第２の材料片１２０を基端部６から完全に分離するために、径方向ライン１２４に沿って概略的に移動するだけでなく、径方向ライン１２４の径方向内側端部から基端部６に沿って延在している円状部分の形態をしているライン（図示しない）にも沿って移動することに留意すべきである。

図２ｂに表わすように、径方向に対して垂直な任意のセクションにおいて、当該方法が完了すると、第２の材料片１２０が三角状の形態となり、該三角状の形態の辺のうち一辺が、関連する径方向要素１２２から得られるようになっているブレード２に可能な限り接近する。

すべての第２の材料片１２０が取り除かれた場合には、材料ブロックには、先端部１０８の領域において、リング１１２によって互いに接合されているブレードプリフォーム１０２のみが呈されている。その後に、アブレシブウォータジェットによる切削ステップが完了する。

第１の好ましい実施例では、ブレードプリフォーム１０２を連結するリング１１２を取り除くステップが引き続き実施される。このステップは、当業者が適切であると考える任意の方法、例えばワイヤカッティングやフライス加工によって実施される。この点に関して、図２ｃは、リング１１２が、該リング１１２とブレードプリフォームの先端部１０８との間における連結部分が破断されることによって、材料ブロック１００の残り部分から分離することを概略的に表わす。これら破断部分１２８のすべてが略周方向に発生した場合には、リングは、特に中心軸線５に沿って材料ブロックに対して相対的に移動することによって、材料ブロックから取り出し可能となる。これにより、リング１１２が除去されると考えられている。代替的には、リング１１２は、ブレードプリフォーム１０２同士の間に配置されたリングの一部分のみが除去されることによって取り除かれる。この場合には、これらブレードプリフォームの径方向端部に配置されているリングの残り部分は、例えば後々にブレードの先端部の一部分を構成することを目的として維持されている。必要な破断部分は、図２ｃに表わす破断部分１２８のように略周方向に延在しているものではなく、場合によっては略径方向に延在しているものであるが、破断部分の深さは、常に材料ブロックの厚さである。

その後に、ブレードプリフォーム１０２をフライス加工するステップが実施され、翼形ブレードブランク２０２が形成される。言い換えれば、例えば５軸フライス加工装置を利用して実施される該ステップの目的は、最終寸法、例えば０．６ｍｍに可能な限り近づけるために、ブレードプリフォーム１０２に残存している材料を取り除くことである。

ここで、ブレードプリフォーム１０２は順々に機械加工され、優位には図２ｄに表わすように、該ブレードプリフォームそれぞれが翼形ブレードブランク２０２に形成される。

この後に、他のフライス加工ステップが実施される。仕上げステップと呼ばれる該他のフライス加工ステップの目的は、フライス加工によってブランク２０２から最終寸法になったブレード２を得ることである。工具を利用することによって、より高精度な機械加工が可能となり、これにより図２ｅの右側に表わすように、ブレード２を最終寸法に加工することができる。

当該プロセスのこの段階では、残存している材料ブロックの体積は、アブレシブウォータジェットを利用した切削ステップを開始する直前における材料ブロック体積、すなわち上述の旋削ステップが完了した直後における材料ブロックの体積の２５％よりも小さい。

さらには、当該プロセスでは、例えば手動調整やバレル研磨（tribofinishing）による研磨ステップ、ショットブラストステップ、ブレードを所定長さに切断するステップやＤＡＭのバランスをとるステップを含んでいる１つ以上の従来技術が、引き続き実施される場合がある。

本発明のおける方法の第２の実施例について、以下に説明する。

第一に、この場合にも、チタン合金から作られた材料ブロック、好ましくは事前に機械加工された材料ブロックについて、第１のステップである旋削ステップを実施する。この旋削ステップの目的は、例えば材料ブロックを最終寸法から１ｍｍ余した状態に機械加工することである。

次のステップは、ブレードプリフォームを形成するために、アブレシブウォータジェットによって、ブレードプリフォームの先端部でリングを保持することによって共に保持される中実ブロックを切削するステップである。このステップは、図２ａ及び図２ｂに表わす上述のステップと同一又は類似している。

その後に、ブレードプリフォーム１０２をフライス加工するステップが実施され、翼形ブレードブランク２０２が形成される。言い換えれば、例えば５軸フライス加工装置を利用することによって実施される該ステップの目的は、最終寸法、例えば０．６ｍｍに可能な限り近づけるために、ブレードプリフォーム１０２に残存している材料を取り除くことである。

この場合には、ブレードプリフォーム１０２は、優位には図３ａに表わすように各ブレードプリフォームから翼形ブレードブランク２０２を形成するために、順々に機械加工される。図３ａは、材料ブロック１００の周囲環状部分を依然として形成しているリング１１２によって互いに連結されているブレードブランク２０２の先端部２０８も表わす。

第２の好ましい実施例では、ブレードプリフォーム１０２を連結するリング１１２を取り除くステップが引き続き実施される。このステップは、当業者が適切であると考える任意の方法、例えばワイヤカッティングやフライス加工によって実施される。この点に関して、図３ｂは、リング１１２が、該リング１１２とブレードプリフォームの先端部２０８との間における連結部分が破断されることによって、材料ブロック１００の残り部分から分離することを概略的に表わす。これら破断部分２２８のすべてが略周方向に発生した場合には、リングは、特中心軸線５に沿って材料ブロックに対して相対的に移動することによって、材料ブロックから取り出し可能となる。これにより、リング１１２が除去されると考えられている。代替的には、リング１１２は、ブレードブランク２０２同士の間に配置されたリングの一部分のみが除去されることによって取り除かれる。この場合には、これらブレードプリフォームの径方向端部に配置されているリングの他の部分が、例えば後々にブレードの先端部の一部分を構成することを目的として維持されている。必要な破断部分は、図３ｂに表わす破断部分２２８のように略周方向に延在しているものではなく、場合によっては略径方向に延在しているものであるが、破断部分の深さは、常に材料ブロックの厚さである。

この後に、新たなフライス加工ステップが実施される。仕上げステップと呼ばれる該新たなフライス加工ステップの目的は、フライス加工によって翼形ブレードブランク２０２から最終寸法になったブレード２を得ることである。工具を利用することによって、より高精度な機械加工が可能となり、これにより図３ｃの右側に表わすように、ブレード２を最終寸法に加工することができる。

当該プロセスのこの段階では、残存している材料ブロックの体積は、アブレシブウォータジェットを利用した切削ステップを開始する直前における材料ブロック体積、すなわち上述の旋削ステップが完了した直後における材料ブロックの体積の２５％よりも小さい。

さらには、当該プロセスでは、研磨ステップ、ショットブラストステップ、ブレードを所定長さに切断するステップやＤＡＭのバランスをとるステップを含んでいる１つ以上の従来技術が、引き続き実施される場合がある。

本発明における方法の第３の実施例について、以下に説明する。

第一に、この場合にも、チタン合金から作られた材料ブロック、好ましくは事前に機械加工された材料ブロックについて、第１のステップである旋削ステップを実施する。この旋削ステップの目的は、例えば材料ブロックを最終寸法から１ｍｍ余した状態に機械加工することである。

次のステップは、ブレードプリフォームを形成するために、アブレシブウォータジェットによって、ブレードプリフォームの先端部でリングを保持することによって共に保持される中実ブロックを切削するステップである。このステップは、図２ａ及び図２ｂに表わす上述のステップと同一又は類似している。その後に、ブレードプリフォーム１０２をフライス加工するステップが実施され、翼形ブレードブランク２０２が形成される。言い換えれば、例えば５軸フライス加工装置を利用して実施される該ステップの目的は、最終寸法、例えば０．６ｍｍに可能な限り近づけるために、ブレードプリフォーム１０２に残存している材料を取り除くことである。

第３の好ましい実施例では、新たなフライス加工ステップが引き続き実施される。仕上げステップと呼ばれる該新たなフライス加工ステップの目的は、フライス加工によって翼形ブレードブランク２０２から最終寸法になったブレード２を得ることである。工具を利用することによって、より高精度な機械加工が可能となり、これにより図４ａの右側に表わすように、ブレード２を最終寸法に加工することができる。図４ａは、材料ブロック１００の周囲環状部分を依然として形成しているリング１１２によって互いに連結されているブレード２の先端部８も表わす。

当該方法は、ブレードプリフォーム２を連結しているリング１１２を取り除くステップが引き続き実施される。このステップは、当業者が適切であると考える任意の方法、例えばワイヤカッティングやフライス加工によって実施される。この点に関して、図４ｂは、リング１１２が、該リング１１２とブレードの先端部８との間における連結部分が破断されることによって、材料ブロック１００の残り部分から分離することを概略的に表わす。これら破断部分３２８のすべてが略周方向に発生した場合には、リングは、特に中心軸線５に沿って材料ブロックに対して相対的に移動することによって、材料ブロックから取り出し可能となる。これにより、リング１１２が除去されると考えられている。ここで再述すると、代替的には、リング１１２は、ブレード２同士の間に配置されたリングの一部分のみが除去されることによって取り除かれる。この場合には、これらブレードの径方向端部に配置されているリングの残り部分は、例えば後々にブレードの先端部の一部分を構成することを目的として維持されている。必要な破断部分は、図４ｂに表わす破断部分３２８のように略周方向に延在しているものではなく、場合によっては略径方向に延在しているものであるが、破断部分の深さは、常に材料ブロックの厚さである。

当該プロセスのこの段階では、残存している材料ブロックの体積は、アブレシブウォータジェットを利用した切削ステップを開始する直前における材料ブロック体積、すなわち上述の旋削ステップが完了した直後における材料ブロックの体積の２５％よりも小さい。

その後に、当該プロセスでは、上述のように研磨ステップ、ショットブラストステップ、ブレードを所定長さに切断するステップやＤＡＭのバランスをとるステップを含んでいる１つ以上の従来技術が、引き続き実施される場合がある。

ＤＡＭ１を製造するための方法の第４の好ましい実施例について、図５ａ〜図５ｃを参照して以下に説明する。当該実施例は、保持リングがブレードプリフォームの先端部と同一の位置ではなく、先端部より中央に寄った位置、すなわち先端部から径方向内側に向かって離隔した位置に配設されている点において、第１の実施例と相違する。

第一に、チタン合金から作られた材料ブロック、好ましくは事前に機械加工された材料ブロックについて、第１のステップである旋削ステップを実施する。この旋削ステップの目的は、例えば材料ブロックを最終寸法から１ｍｍ余した状態に機械加工することである。

次のステップは、アブレシブウォータジェットを利用することによって中実ブロックを切断する工程から成り、これによりブレードプリフォームが形成される。

このことを実施するために、上述のタイプのウォータジェット切削装置（図示しない）が利用される。

この点に関して、図５ａの上側部分は、アブレシブウォータジェットによる切削ステップが完了した場合における材料ブロック１００を表わす。従って、この材料ブロックには、ディスク４から径方向に、すなわち中心軸線５に対して垂直に延在しているブレードプリフォーム１０２が形成されている。一般に、切削は、周方向において直接隣り合っているブレードプリフォーム１０２同士の間にブレード間の間隙１１０を形成するように、材料ブロック１００の内部に向かって下方に実施される。

さらに、切削は、ブレードプリフォーム１０２同士の間に、中心軸線５を中心とするリング１１２の形態をした連結手段を形成するように実施される。該リングは、ブレードプリフォームの全長の略２分の１から略６分の５の距離で基端部４から離隔した状態で、すべてのブレードプリフォーム１０２を相互に連結する。従って、リング１１２は、ブレードプリフォームの先端部１０８に対して径方向内側に向かって配置されているので、結果的に、当該方法の次のステップにおいて除去される前には、ブレード間の間隙１１０内に材料が残留してしまう。

アブレシブウォータジェットによる該切削ステップは、ディスクから径方向において略捩れた状態又は螺旋状の状態で延在している第１の材料片を取り除くことを目的とする第１の切削工程と、第１の切削工程に続いて、径方向において略捩れた状態又は螺旋状の状態で延在していると共に第１の材料片よりも小さな第２の材料片を取り除くことを目的とする第２の切削工程と、を実行することによって実施される場合がある。

図５ｂの左側に表わす概略図を参照してさらに具体的に説明すると、第１の切削工程の目的が、中心軸線５に沿って材料ブロック１００の深さ全体に亘ってその内部に延在している、第１の材料片１１４ａを切断することであることが理解される。このことを実施するために、収束銃１１６の軸線が、図５ａの下側部分に表わすように、基端部４からリング１１２の理論的な位置に至るまで延在している閉ライン１１８ａに沿って移動される。その後、閉ライン１１８ａは、再度径方向内側に向かって延在し基端部４に至るまで周方向においてリングを追従し、その後に、自身の初期位置に戻るまで追従している。

該収束銃が上述の径方向ライン１１８ａに沿って移動する間、収束銃１１６の軸線が、優位には固定された状態にある中心軸線５に対して適切に且つ付加的に移動される。このような付加的な移動によって、収束銃の軸線が基本的に径方向において回動し、これにより第２の材料片１１４ａが、略径方向において所定の形状に捩れたように形成される。より一般的には、収束銃１１６が中心軸線５に対して相対的に追従する軌跡が、２つの同時回転を利用することによって得られる“５軸（five-axis）”軌跡として知られていることに留意すべきである。第１の材料片１１４ａは、図５ｂの中央部分に概略的に表わすように、優位には作業者の手作業によって取り除かれる。

図５ｂに表わすように、径方向に対して垂直な任意のセクションにおいて、第１の材料片１１４ａが、材料ブロックの深さ方向において下方に延在している２つの対向している辺片同士が当該方法の完了により得られるようになっている２つの直接隣り合っているブレード２に可能な限り接近して通過している、四角形の形態をしている。

この後に、図５ｂの左側部分と図５ａの下側部分とをさらに参照すると、第１の切削工程が、中心軸線５に沿って材料ブロック１００の深さ全体に亘り延在していると共に第１の材料片１１４ａの径方向外側の延長部分内に配置されている、他の第１の材料片１１４ｂを切り出すように実施される。これにより第１の材料片１１４ｂが、これら２つの材料片に面して配置されているリング１１２の一部分によって、第１の材料片１１４ａの径方向外側の延長部分から分離される。これを実現するために、収束銃１１６の軸線が、材料ブロック１００の径方向端部から径方向内側に向かってリング１１２の論理的な位置に至るまで延在していると共に図５ａの下側部分に表わすようにその形状全体がＵ字状になっている、ライン１１８ｂに沿って移動される。その後に、ライン１１８ｂが、径方向内側に向かって材料ブロック１００の他の径方向端部に至るまで再び延在する前に、周方向において該リングを追従する。

該収束銃が上述のライン１１８ｂに沿って移動する間、収束銃１１６の軸線が、優位には固定された状態にある中心軸線５に対して適切に且つ付加的に移動される。このような付加的な移動によって、収束銃の軸線が基本的に径方向において回動し、これにより第１の材料片１１４ｂが、略径方向において所定の形状に捩れたように形成される。この第１の材料片１１４ｂは、優位には図５ｂの中央部分に概略的に表わすように、作業者の手作業によって取り除かれる。図５ｂに表わすように、径方向に対して垂直な任意のセクションにおいて、第１の材料片１１４ｂが、材料ブロックの深さ方向において下方に延在している２つの対向している辺片同士が当該方法の完了により得られるようになっている２つの直接隣り合っているブレード２に可能な限り接近して通過している、四角形の形態をしている。

上述の内容から得られる結論として、第１の材料片１１４ａ，１１４ｂそれぞれを除去することによって、２つの直接隣り合っているブレードプリフォーム１０２の表面が形成される。すべての第１の材料片１１４ａ，１１４ｂが、好ましくは最初に切削された後に、第２の切削工程を実施する前に手作業により除去される。第１の材料片の数量は、ＤＡＭのために理想的なブレードの数量に依存する。

この第２の切削工程が実施されることによって、該第２の切削工程から得られたブレードプリフォームが、最終的なブレードのリバース曲線によって捩られた形状に可能な限り近似される。アブレシブウォータジェットがブレード部分の湾曲した形状とは対照的に略直線的に材料ブロックを横断する場合には、単一の単純な切削工程によって近似することは困難である。

概略的な図５ｂの右側部分を参照すると理解されるように、第２の切削工程の目的が、特にこの場合、材料ブロック１００の内部に向かって下方に部分的にのみ延在している、すなわち第１の材料片１１４ａ，１１４ｂを取り除くことによって形成された径方向要素１２２の厚さの一部分のみに亘って延在している第２の材料片１２０を切削することである。さらに、第２の材料片１２０も、関連する径方向要素１２２の径方向部分のみに亘って延在している。言い換えれば、第２の材料片は、図５ａに表わすように、基端部からブレードプリフォームの先端部１０８、すなわちリング１１２に到達することなく延在しているにすぎない。

このことを達成するために、収束銃１１６の軸線が、径方向ライン１２４に沿って移動される。径方向ラインの一部分が図５ａに表わされている。該径方向ラインは、基端部４から始まり、第１の材料片１１４ａ，１１４ｂが除去された際に形成されるリング１１２に至るまで略径方向に延在している。例えば、アブレシブウォータジェットが移動する径方向ライン１２４は、径方向要素１２２の略中深度に配置されており、径方向要素の径方向における中高度を超えて止められる。

該収束銃が上述の径方向ライン１２４に沿って移動する間、収束銃１１６の軸線が、優位には固定された状態にある中心軸線５に対して適切に且つ付加的に移動される。このような付加的な移動によって、収束銃の軸線が基本的に径方向において回動し、これにより第２の材料片１２０が、略径方向において所定の形状に捩れたように形成される。個々でも、より一般的には、収束銃１１６が中心軸線５に対して相対的に追従する軌跡が、２つの同時回転を利用することによって得られる“５軸（five-axis）”軌跡として知られていることに留意すべきである。図５ｂの右側部分に概略的に表わすように、この第２の材料片１２０全体が、再度アブレシブウォータジェットを利用することによって基端部６から取り除かれる場合には、優位には作業者が何もせずとも自重の作用によって分離される。

これに対して、収束銃１１６が、第２の材料片１２０を基端部６から完全に分離するために、径方向ライン１２４に沿って概略的に移動するだけでなく、径方向ライン１２４の径方向内側端部から基端部６に沿って延在している円状部分の形態をしているライン（図示しない）にも沿って移動することに留意すべきである。

図５ｂに表わすように、径方向に対して垂直な任意のセクションにおいて、当該方法が完了すると、第２の材料片１２０の形状が三角状となり、該三角状の形態の辺のうち一辺が、関連する径方向要素１２２から得られるようになっているブレード２に可能な限り接近する。

すべての第２の材料片１２０が取り除かれた場合には、材料ブロックには、リング１１２によって互いに接合されているブレードプリフォーム１０２のみが形成されている。その後に、アブレシブウォータジェットによる切削ステップが完了する。

第４の好ましい実施例では、ブレードプリフォーム１０２を連結するリング１１２を取り除くステップが引き続き実施される。このステップは、当業者が適切であると考える任意の方法、例えばワイヤカッティングやフライス加工によって実施される。この点に関して、図５ｃは、リング１１２が、該リング１１２と各ブレードプリフォームとの間における連結部分が破断されることによって、材料ブロック１００の残り部分から分離することを概略的に表わす。これら破断部分１２８のすべてが略周方向に発生した場合には、リングは、セクション毎に材料ブロック１００から容易に引き出し可能となる。

その後に、ブレードプリフォーム１０２をフライス加工するステップが実施され、翼形ブレードブランク２０２が形成される。このステップは、図２ｄに表わす上述のステップと同一又は類似である。

この後に、他のフライス加工ステップが実施される。仕上げステップと呼ばれる該他のフライス加工ステップの目的は、フライス加工によってブランク２０２から最終形状になったブレード２を得ることである。このステップは、図２ｅに表わす上述のステップと同一又は類似である。

工具を利用することによって、より高精度な機械加工が可能となり、これにより図２ｅの右側に表わすように、ブレード２を最終寸法に加工することができる。

当該プロセスのこの段階では、残存している材料ブロックの体積は、アブレシブウォータジェットを利用した切削ステップを開始する直前における材料ブロック体積、すなわち上述の旋削ステップが完了した直後における材料ブロックの体積の２５％よりも小さい。

さらには、当該プロセスでは、例えば手動調整やバレル研磨（tribofinishing）による研磨ステップ、ショットブラストステップ、ブレードを所定長さに切断するステップやＤＡＭのバランスをとるステップを含んでいる１つ以上の従来技術が、引き続き実施される場合がある。

第４の実施例は、上述の第２の実施例又は第３の実施例と組み合わせ可能であること、すなわち代替的にはリングがブレードプリフォームのスライス加工後に、又は特にフライス加工による仕上げステップの後に取り除くことができることに留意すべきである。

当然ながら、当業者は、非限定的な実施例として説明された発明に対する様々な改良を実施可能である。

１ 一体化されたブレードを有しているロータ
２ ブレード
４ ディスク
５ 中心軸線
６ 基端部
８ 先端部
１００ 材料ブロック
１０２ ブレードプリフォーム
１０８ 先端部
１１０ ブレード間の間隙
１１２ リング
１１４ 第１の材料片
１１６ 収束銃
１２０ 第２の材料片
１２２ 径方向要素
１２４ 放射状の線
１２８ 粗い周囲切削部
２０２ 翼形ブレードブランク
ｅ ディスク４の厚さ

Claims (11)

1. ブレードが一体化されたロータ（１）を製造するための方法であって、
   アブレシブウォータジェットを利用することによって、ディスク（４）から径方向に延在しているブレードプリフォーム（１０２）を形成するように、材料ブロック（１００）を切削する切削ステップであって、同時に直接隣り合っている少なくとも２つの前記ブレードプリフォーム（１０２）の間に、径方向において前記ディスクから離隔している連結手段（１１２）を形成するための材料を残存させる前記切削ステップと、その後に、
   前記連結手段（１１２）を取り除く除去ステップと、
   を備えていることを特徴とする方法。
2. 前記アブレシブウォータジェットによる前記切削ステップが、前記連結手段（１１２）が、直接隣り合っている、３以上の前記ブレードプリフォーム（１０２）を、自身の間において連結するように実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記アブレシブウォータジェットによる前記切削ステップが、前記連結手段がリング（１１２）を概略的に形成するように実施されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記アブレシブウォータジェットによる前記切削ステップが、前記リング（１１２）がすべての前記ブレードプリフォーム（１０２）を互いに連結するように実施されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記アブレシブウォータジェットによる前記切削ステップが、前記リング（１１２）が前記ブレードプリフォーム（１０２）の先端部（１０８）すべてと相互に連結するように実施されることを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記ブレードが一体化されたロータの直径が、８００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ブレードが一体化されたロータが、１００ｍｍ以上の厚さ（ｔｈ）から成るディスク（４）を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ブレードが一体化されたロータの前記ブレード（２）が、捩れていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 利用される前記材料ブロック（１００）が、チタン又はチタン合金から作られていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記ブレードが一体化されたロータが、航空機用ターボマシンのためのブレードが一体化されたロータであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記ブレードが一体化されたロータが、航空機用ターボマシンのためのブレードが一体化されたロータ又は圧縮機のロータであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。

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