JP6200740B2 - マイクロ・チャネル・コーティング堆積システムおよびその使用方法 - Google Patents

Description

本明細書で開示する主題は、コーティング堆積システムに関し、より具体的には、マイクロ冷却チャンネルを伴う物品をコーティングするためのマイクロ・チャネル・コーティング堆積システムに関する。

ガス・タービン・エンジンは、多くの用途で見出される場合がある。たとえば、工業用タービン、航空転用タービン、航空機タービンなどである。一例として、航空機で用いるガス・タービン・エンジンでは、空気が、エンジンの前方に引き出され、シャフトに取り付けられたロータリ式圧縮機によって圧縮されて、燃料と混合される。混合気は燃焼されて、高温排気ガスが、シャフト上に取り付けられたタービンを通過する。ガスの流れがタービンを回転させ、タービンによってシャフトが回転して圧縮機および送風機が駆動される。高温排気ガスはエンジンの背部から流れて、エンジンと航空機を推進する。

ガス・タービン・エンジンの動作中に、燃焼ガスの温度は３，０００°Ｆを超える場合がある。これは、これらのガスと接触しているエンジンの金属部品の融解温度よりもかなり高い。これらのエンジンが、金属部品の融解温度を超えるガス温度で動作することは、十分に確立されている技術であり、部分的に、冷却用空気を金属部品の外面に種々の方法で供給することに依存している。通常、高温ガス経路の構成部品は、圧縮機から空気を抜き取ることによって冷却される。これらのエンジンのうち、特に高温にさらされ、したがって冷却に関して特別な注意を必要とする金属部品は、燃焼器を形成する金属部品および燃焼器の後部に配置される金属部品である。当然のことながら、現在では金属部品が慣習であるが、将来を考えると、たとえばセラミック部品およびセラミック・マトリックス複合材料となる場合があり、これらは同様に冷却する必要がある。

ガス・タービン・エンジン冷却技術は、成熟しており、種々の高温ガス経路構成部品における冷却回路および特徴物の種々の態様に対する多くの特許が含まれている。たとえば、航空業界では、燃焼器は通常、半径方向外側および内側のライナを備えており、これらは、動作中に冷却する必要がある。工業用タービンでは、より一般的に、環状筒形の燃焼器ライナまたはダンプ燃焼器を用いる場合がある。タービン・ノズルは、外部および内部バンド間に支持された中空のベーンを備えており、これらも冷却を必要とする。タービン・ローター・ブレードは中空で、通常、内部に冷却回路を備えている。ブレードはタービン・シュラウドに囲まれており、タービン・シュラウドも冷却する必要がある。高温燃焼ガスが排出されるときに通る排気管は、やはり裏打ちされて好適に冷却されている場合がある。

すべての典型的なガス・タービン・エンジン構成部品において、通常は高強度超合金金属の薄い金属壁が用いられて、耐久性の強化が図られる一方で、それらを冷却する必要性が最小限にされている。種々の冷却回路および特徴物をこれらの個々の構成部品に対して適応させることが、エンジン内のその対応する環境において行なわれている。たとえば、一連の冷却通路または蛇行物が、高温ガス経路構成部品内に形成されている場合がある。冷却液がプレナムから蛇行物に供給される場合があり、冷却液が通路を通って流れることによって、高温ガス経路構成部品基板およびコーティングが冷却される場合がある。しかし、この冷却方法を行なうと通常、熱伝達率が比較的低くなり、構成部品の温度プロファイルが不均一になるという結果になる。

マイクロ・チャネル表面を冷却する場合、冷却を加熱ゾーンのできるだけ近くに設けることによって冷却要求が著しく減る可能性があり、その結果、ある特定の熱伝達率に対して高温側と低温側との間の温度差が小さくなる。現在のマイクロチャネル形成技術では通常、特殊な技術が必要となる。たとえば、犠牲充填材、凹角溝、角度蒸着技術などを用いることである。犠牲充填材を用いることによって、コーティングがマイクロチャネル内に堆積されない一方で、コーティングが堆積中に支持される。コーティング・システムの堆積後に、犠牲充填材（散逸性）材料を除去する。チャネルに散逸性材料を充填して、後でその材料を除去することは、現在のマイクロ・チャネル処理技術に対する潜在的な問題を示している。犠牲充填材を除去することは、抽出エッチングの潜在的な損傷プロセスまたは蒸発が伴い、通常は長時間が必要である。残留する充填材料も懸念事項である。他のマイクロ・チャネル・コーティング堆積技術には、凹角溝の作製が含まれている。これは、表面における溝開口部が十分に小さいために、コーティング粒子が橋を形成して、溝内部に、したがって形成されたマイクロ・チャネル内に、堆積される堆積がほとんどないかまたはまったくないものである。加えて、角度蒸着技術がコーティング堆積に対して用いられているために、チャネル開口部内への見通し線が小さくなっている。これらの技術では、コーティング層の堆積が行なわれながら、不要なコーティング粒子がマイクロ・チャネルまたはチャネル開口部内に堆積されることが偶発的に可能になっている場合がある。

さらなる因子、たとえばコーティング堆積表面におけるマイクロ・チャネルのサイズおよび成形によって、マイクロ・チャネル内に堆積されるコーティング量が影響されることが、たとえ見通し線が存在していても起こる。部分的に、この原因は、スプレイ方向に垂直でない任意の表面（たとえばマイクロ・チャネルの側壁）に対して堆積角度が増加することである。

米国特許第６，８７８，０４６号明細書

したがって、代替的なコーティング堆積システムおよび方法があれば、当該技術分野において歓迎されるであろう。

一実施形態においては、物品の標的表面に圧力コーティングをして１または複数のマイクロ・チャネルを形成する方法が開示されている。本方法には、加圧マスキング流体を含む圧力マスカを、物品の表面上の１または複数の冷媒供給孔であって、その対向表面上に形成された１または複数の溝と流体連絡する１または複数の冷媒供給孔に流体的に結合することが含まれる。次に、本方法には、第１の圧力の加圧マスキング流体を、１または複数の冷媒供給孔と１または複数の溝とを通して、第１のサイドから標的表面を含む第２のサイドへ送ることが含まれる。標的表面を次に、コーティング材料を標的表面に向けて発射することによってコーティングし、第１の圧力の加圧マスキング流体が１または複数の溝を通ることによって、コーティング材料が１または複数の冷媒供給孔の断面積を実質的に変えることが防止される。次に、第１の圧力以上の第２の圧力の加圧マスキング流体を、１または複数の冷媒供給孔と１または複数の溝とを通して送り、標的表面のコーティングを続ける間に、コーティング材料が、１または複数の溝に１または複数の溝の長さに沿って出口領域に向かって橋を架けて、１または複数のマイクロ・チャネルを形成することが可能になる。加圧マスキング流体を、１または複数の溝がコーティング材料によって橋を架けられるときに、強制的に１または複数の溝の長さに沿って流す。

別の実施形態においては、外面上に形成された１または複数の溝を備える物品の標的表面をコーティングするための加圧マスキング・システムが開示される。加圧マスキング・システムは、１または複数の溝と流体連絡する１または複数の冷媒供給孔に物品の第１のサイドにおいて流体的に接続された圧力マスカを備えている。圧力マスカは、可変圧力の加圧マスキング流体を１または複数の溝を通して第１のサイドから１または複数の溝の長さに沿って第２のサイドの出口領域に向けて送る。第２のサイドには標的表面が含まれている。システムはさらに、コーティング材料を標的表面に向けて発射する部分コーターを備えている。加圧マスキング流体によって、コーティング材料が１または複数の溝に、１または複数の溝の長さに沿って、出口領域に向かって橋を架けて、１または複数のマイクロ・チャネルを形成し、コーティング材料が１または複数の溝の断面積を永続的に変えることを防止することが可能になる。

本明細書で説明する実施形態によって提供されるこれらのおよび付加的な特徴は、以下の詳細な説明とともに図面を考慮して、より十分に理解される。

図面で説明する実施形態は、本質的に例示的かつ典型的なものであり、請求項によって規定される実施形態を限定することは意図されていない。以下の例示的な実施形態の詳細な説明は、以下の図面とともに読むことで理解することができる。図面では、同様の構造は同様の参照数字を用いて示されている。

本明細書において示すかまたは説明する１または複数の実施形態によるガス・タービン・システムの概略図である。 本明細書で示すかまたは説明する１または複数の実施形態による表面冷却チャネルを伴う翼構成例の概略的な断面である。 本明細書で示すかまたは説明する１または複数の実施形態による圧力マスキング・システムの概略図である。 本明細書で示すかまたは説明する１または複数の実施形態による圧力マスキング・システムの概略的な断面図である。 本明細書で示すかまたは説明する１または複数の実施形態による図４の圧力マスキング・システムの概略的な断面図である。 本明細書で示すかまたは説明する１または複数の実施形態による圧力マスキング・システムの斜視図である。 本明細書で示すかまたは説明する１または複数の実施形態による圧力マスキング・システムの概略的な断面図である。 本明細書で示すかまたは説明する１または複数の実施形態による圧力マスキング・システムの概略的な断面図である。 本明細書で示すかまたは説明する１または複数の実施形態による圧力マスキング・システムを用いて物品を圧力コーティングする方法のブロック図である。

以下、本開示の１または複数の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態についての説明を簡潔に行なうために、本明細書では実際の実施のすべての特徴については説明しない場合がある。当然のことながら、任意のこのような実際の実施を起こす際には、任意のエンジニアリングまたはデザイン・プロジェクトの場合と同様に、開発者の具体的な目標（たとえばシステム関連およびビジネス関連の制約に適合すること）を実現するために、実施に固有の多くの決定を行なわなければならない。具体的な目標は実施ごとに違う場合がある。また当然のことながら、このような開発努力は、複雑で時間のかかる場合があるが、それでも、本開示の利益を受ける当業者にとってはデザイン、作製、および製造の日常的な取り組みであろう。

本開示の種々の実施形態の要素を導入するとき、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「前記」は、要素の１つまたは複数が存在することを意味することが意図されている。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包含的であることが意図されており、列記した要素以外のさらなる要素が存在する場合があることを意味している。

本明細書で開示される加圧マスキング・システムは、大まかに、圧力マスカと、１または複数の溝を備える物品の標的表面をコーティングする部分コーターとを備えて、１または複数のマイクロ・チャネル（本明細書では表面冷却チャネルとも言う）を形成する。部分コーターからコーティング材料が標的表面に向けて発射される一方で、加圧マスキング流体が溝に冷媒供給孔を介して流体的に接続されてそこに溝を通して送られることで、コーティング材料によって、溝に橋が架かること、１または複数のマイクロ・チャネル（本明細書では表面冷却チャネルとも言う）が形成されること、および表面冷却チャネルと供給出口孔との断面積がコーティング材料によって永続的に変わることを防止することが、可能になる。加圧マスキング・システム、および物品の標的表面を圧力コーティングして１または複数の表面冷却チャネルを形成する方法について、本明細書でより詳細に説明する。

図１はガス・タービン・システム１０の概略図である。システム１０は、１または複数の圧縮機１２、燃焼器１４、タービン１６、および燃料ノズル２０を備えていても良い。圧縮機１２およびタービン１６を、１または複数のシャフト１８によって結合しても良い。シャフト１８は、単一シャフトであっても良いし、または複数のシャフト・セグメントを互いに結合してシャフト１８を形成するものであっても良い。

ガス・タービン・システム１０は複数の高温ガス経路構成部品を備えていても良い。高温ガス経路構成部品は、システム１０のうちシステム１０を通る高温のガス流れに少なくとも部分的にさらされる任意の構成部品である。たとえば、バケット・アセンブリ（ブレードまたはブレード・アセンブリとしても知られている）、ノズル・アセンブリ（ベーンまたはベーン・アセンブリとしても知られている）、シュラウド・アセンブリ、尾筒、止め輪、および圧縮機排気の構成部品はすべて、高温ガス経路構成部品である。しかし当然のことながら、本開示の高温ガス経路構成部品は、前述の例には限定されず、高温のガス流れに少なくとも部分的にさらされる任意の構成部品であっても良い。さらに、当然のことながら、本開示の高温ガス経路構成部品は、ガス・タービン・システム１０内の構成部品には限定されず、高温流れにさらされる場合がある機械類の任意の部分またはその構成部品であっても良い。

高温ガス経路構成部品が高温ガス流にさらされると、高温ガス経路構成部品は高温ガス流によって加熱されて、高温ガス経路構成部品が破損する温度に達する場合がある。したがって、システム１０が高温の高温ガス流とともに動作することができるように、システム１０の効率および性能の増加、高温ガス経路構成部品に対する冷却システムが必要となる。

一般的に、本開示の冷却システムでは、一連の小さい冷却チャネル（またはマイクロチャネル）が、高温ガス経路構成部品の表面に形成されている。高温ガス経路構成部品は、１または複数の溝と、溝の上に橋を架けるコーティングとを備えて、マイクロ・チャネルを形成しても良い。冷却液をマイクロ・チャネルにプレナムから供給しても良く、冷却液がマイクロ・チャネルを通って流れてコーティングを冷却しても良い。

次に図２を参照して、翼構成を有する高温ガス構成部品３０の実施例が例示されている。示したように、構成部品３０は、外面３４および内面３６を伴う基板３２を備えている。基板３２の内面３６によって少なくとも１つの中空の内部空間３８が画定されている。代替的な実施形態では、中空の内部空間の代わりに、高温ガス構成部品３０は供給キャビティを備えていても良い。基板３２の外面３４によって複数の表面冷却チャネル４０が画定されている。各表面冷却チャネル４０は、少なくとも部分的に基板３２の外面３４に沿って延びている。コーティング４２が、基板３２の外面３４の少なくとも一部上に設けられている。一実施形態においては、高温ガス構成部品３０は複数のコーティング４２を備えていても良く、表面冷却チャネル４０の形成を、基板３２内に、部分的に基板３２内およびコーティング４２の１もしくは複数内に、または完全に１もしくは複数のコーティング４２内に行なっても良い。

図３〜９を参照して、加圧マスキング・システム、および構成部品３０を作製する方法について説明する。たとえば図４〜９に示したように、本方法には、１または複数の溝５２を基板３２の外面３４内に形成することが含まれる。例示した実施例の場合、複数の溝５２が基板３２内に形成されている。一実施形態においては、たとえば図５に示すように、各溝５２は基部５４および最上部５６を有していても良い。ここで、基部５４は最上部５６よりも幅が広く、各溝５２に凹角状溝５８が含まれるようになっている。一実施形態においては、たとえば図８に示すように、各溝５２は基部５４および最上部５６を有していても良い。ここで、基部５４および最上部５６は実質的に等しい幅を有している。図４、６、および７に例示されるように、溝５２は１または複数の表面冷却チャネル４０を形成している。表面冷却チャネル４０は、流体を複数の退出フィルム孔６０まで運ぶように構成されている。なお、退出フィルム孔は、図６では丸く示され、図７に示すようにコーティング４２表面に対して角度をなしているが、これらは非限定的な実施例である。またフィルム孔は、非円形孔であっても良く、コーティング表面に対して実質的に垂直であるかまたは任意の角度インスタンスをなすように構成されていても良い。加えて、一実施形態においては、フィルム孔は、表面冷却チャネル当たり１つのフィルム孔に一致する別個の特徴物として形成されていなくても良い。このような実施形態では、複数の表面冷却チャネル出口を互いに接続して連続的な出口特徴部にする１または複数のフィルム溝が形成されていても良い。

図３〜８に例示され、また前述したように、１または複数の流体入口（または冷却供給孔６２）が、溝５２の対応する１つの基部５４を通して形成されて、溝５２（より詳細には、最終的な表面冷却チャネル４０）と少なくとも１つの中空の内部空間３８との間の流体連絡が得られている。冷却供給孔６２は通常は断面が円形または長円形であり、その形成を、たとえばレーザ加工（レーザ穿孔）、研磨液噴射、放電加工（ＥＤＭ）、および電子ビーム穿孔のうちの１または複数を用いて行なっても良い。冷却供給孔６２は、対応する溝５２の基部５４に対して垂直であっても良いし、または溝５２の基部５４に対して２０〜９０度の範囲の角度で穿孔されていても良い。

さらに図３〜９を参照して、加圧マスキング・システム７０が例示されている。加圧マスキング・システム７０は、部分コーター７２と圧力マスカ７４とを備えている。圧力マスカ７４は、１または複数の溝５２が内部に形成された物品７６をコーティングするためのものである。１または複数の溝５２はそれぞれ、冷媒供給孔６２および出口領域５３のうちの１つと流体連絡しており、その結果、冷媒が、物品７６の中を、第１のサイド４４から第２のサイド４６へ、結果として生じる表面冷却チャネル４０内を通って進むことができるようになっている。前述したように、物品７６は種々の異なる部品を備えることができる。たとえば、燃焼器ライナ、またはガス・タービン・エンジンの他の構成部品である。いくつかの実施形態においては、物品７６は、タービン部品、たとえば高温ガス経路構成部品または燃焼構成部品を備えることができる。

図３〜８に例示するように、物品７６の第２のサイド４６には、コーティングすべき標的表面４８が含まれている。標的表面４８のコーティングを、最初に使用する前に、日常もしくは修理保守の間に、またはその他物品７６の寿命に応じて必要により行なって、表面冷却チャネル４０を形成または維持する。本明細書で用いる場合、「コーティングされる」は、新しい材料を少なくとも部分的に表面に施すことを、たとえば溶射ガンなどを用いて行なうことを指す。これについては本明細書において理解される。

いくつかの実施形態においては、たとえば物品７６が金属高温ガス経路構成部品を備えている場合には、物品７６の標的表面４８に遮熱コーティング（「ＴＢＣ」）が、動作前にコーティングされていても良い。ＴＢＣとしては、金属および／またはセラミック・コーティング材料の１または複数の層であって、物品７６の標的表面４８に施されて熱が高温燃焼ガスから物品７６に伝達することを妨げ、その結果、構成部品を高温燃焼ガスから遮断する層を挙げることができる。表面上にＴＢＣがあることによって、燃焼ガスを、本来は構成部品の特定の材料および作製プロセスによって可能な値よりも高温にすることができる。ＴＢＣの任意の好適な組成物を適用しても良い。たとえば、いくつかの実施形態においては、ＴＢＣにはＭＣｒＡｌＹのボンド層を含めることができる。ここで、Ｍは、好ましくはＮｉ、Ｃｏ、またはそれらの組み合わせであり、それに続いて、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の層である。

図３に最良に例示されるように、いくつかの実施形態においては、物品７６を、本明細書で理解されるように、圧力コーティングの前にまたはその間に、支持スタンド８０上に配置しても良い。支持スタンド８０は、固定しても良いしまたは移動可能（たとえば、回転可能）としても良いし、また物品７６の標的表面４８をコーティングするときに、物品７６を部分コーター７２および圧力マスカ７４に対して位置決めしても良い。

さらに図３〜８を参照して、加圧マスキング・システム７０はさらに部分コーター７２を備えている。部分コーター７２には、コーティング４２を形成するために物品７６の標的表面４４に向けてコーティング材料５０を発射する任意の装置が含まれている。

部分コーター７２は、物品７６に対して、標的表面４４のコーティングを可能にする任意の位置に配置しても良い。たとえば、図３に例示したように、いくつかの実施形態においては、物品７６を、部分コーター７２に隣接する支持スタンド８０上に配置しても良い。そして支持スタンド８０は、物品７６を部分コーター７２に対して回転させるかまたは別の方法で変位させることができても良く、および／または部分コーター７２は物品７６と噛み合い可能であっても良い。そして、部分コーター７２を用いて、コーティング材料５０を物品７６の標的表面４４に向けて発射しても良い。しかし、コーティング材料５０が物品７６の標的表面４４に向けて発射される結果、コーティング材料５０の一部が、表面冷却チャネル４０の作製中に、溝５２の１または複数に物品７６の第２のサイド４６から入る場合がある。したがって、コーティング材料５０の一部によって、１または複数の表面冷却チャネル４０内に、それらが対向しないでいると、障害物６６（図４）が潜在的に形成される場合がある。

部分コーター７２を、物品７６の標的表面４４をコーティングする種々の応用例に対して用いても良い。たとえば、いくつかの実施形態においては、部分コーター７２を用いて、前述したように、標的表面４８のコーティングをＴＢＣによって行なっても良い。いくつかの実施形態においては、部分コーター７２を用いてボンド・コートを標的表面４８に施して、以後のＴＢＣまたは他のコーティングの適用に備えても良い。いくつかの実施形態においては、部分コーター７２を用いてペイント・コートを標的表面４４に施しても良い。いくつかの実施形態においては、部分コーター７２を用いて、他のコーティングを施しても良い。たとえば拡散コーティング、遮熱コーティング（ＴＢＣ）、緻密な垂直亀裂（ＤＶＣ）コーティング、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）によって形成されたコーティング、または他の粘着結合コーティングである。本明細書において特定の実施形態について示してきたが、当然のことながら、これらは単に典型的であり、部分コーター７２の加圧マスキング・システム７０の一部としての他の任意の応用例を実現しても良い。

さらに図４〜８を参照して、加圧マスキング・システム７０はさらに圧力マスカ７４を備えている。圧力マスカ７４は、流体接続部７８を備えている。流体接続部７８は、マスキング流体源（図示せず）を物品７６の少なくとも１つの溝５２に冷却供給孔６２を介して流体的に接続するものである。本明細書で用いる場合、「流体接続部」が指しているのは、任意のタイプの接続部または構成であって、加圧マスキング流体６４が圧力マスカ７４から少なくとも１つの溝５２まで通ることが外部環境への不注意な損失を伴って可能になる接続部または構成である。流体接続部７８には、たとえば、加圧マスキング流体６４の移動を１または複数の溝５２へ向ける任意の形態の導管が含まれていても良い。当然のことながら、流体接続部７８を圧力マスカ７４と少なくとも１つの溝５２との間に冷却供給孔６２を介して設ける任意の構成を実現しても良い。たとえば、図４に最良に例示されるように、一実施形態においては、流体接続部７８には、物品７６の内部通路として機能する少なくとも１つの中空の内部空間３８が含まれていても良い。内部空間３８は、加圧マスキング流体６４を圧力マスカ７４から受け取って、それを物品７６の少なくとも１つの溝５２に流体的に分配することができるものである。したがって、圧力マスカ７４を、少なくとも１つの中空の内部空間３８に直接取り付けて、加圧マスキング流体６４を物品７６の周りの広い領域に分配することができる。したがって、その領域内にあってその中空の内部空間３８と流体連絡する任意の冷却供給孔６２を、加圧マスキング流体６４が流体的に通っている。一実施形態においては、少なくとも１つの中空の内部空間３８が、エントリ・ポイント、たとえばバケット構成部品に対するダブテールを有しており、流体接続部７８をそのエントリ・ポイントにおいて作製して、加圧マスキング流体６４を中空の内部空間３８の全体に供給しても良い。一実施形態においては、取り付け具（図示せず）として、このエントリ・ポイントにシール嵌合で取り付けられて加圧マスキング流体６４の流れが測定できるようにするものを構築してしても良く、その条件（たとえば、限定することなく、圧力および温度など）は知られている。代替的な実施形態においては、流体接続部７８を、各冷却供給孔６２に直接接続するように構成しても良い。

図７に例示される別の実施形態においては、たとえば露出端壁を伴う翼では、流体接続部７８には、少なくとも１つの内部通路８４を含む複数出口マニフォールド接続部８２が含まれていても良い。内部通路８４は、加圧マスキング流体６４を圧力マスカ７４から受け取って、１または複数の表面冷却チャネル４０に流体入口６２を介して流体的に分配することができるものである。複数出口マニフォールド接続部８２を、物品７６の第１のサイド４４に直接取り付けて、加圧マスキング流体６４を、物品７６の周りの広い領域に分配しても良いし、または物品７６内に露出するキャビティ（図示せず）に分配しても良い。したがって、その領域内にある任意の流体入口６２、より詳細には表面冷却チャネル４０を、加圧マスキング流体６４が流体的に通っている。図８に例示したさらに別の実施形態では、流体接続部７８には、圧力マスカ７４から出て単一または複数の冷媒供給孔６２に少なくとも１つの中空の内部空間３８を介して接続する複数の接続部が含まれていても良い。たとえば、流体接続部７８には、２つ以上の冷媒供給孔６２に接続する同様のまたは異なる加圧マスキング流体６４の複数のチャネルが含まれていても良い。また、複数のチャネルには、異なる圧力、温度、方向、または混合状態の加圧マスキング流体６４が含まれていても良い。当然のことながら、流体接続部７８を圧力マスカ７４と１または複数の溝５２（および結果としての表面冷却チャネル４０）との間に冷媒供給孔６２を介して設ける任意の他の構成を、代替的にまたは付加的に実現しても良い。

加圧マスキング流体６４には、任意の媒体であって、１または複数の溝５２（１または複数の表面冷却チャネル４０を形成する）を正のエネルギーによって通ることができ、少なくとも１つの溝５２の断面積が永続的に変わることをコーティング材料５０（またはその粒子）によって防止することができる媒体が含まれていても良い。本明細書で用いる場合、「断面積が永続的に変わることを防止する」（およびその変形）が指すのは、１または複数の溝５２に入る場合があるコーティング材料５０の実質的にすべてを除去および／または防止することで、結果としてのチャネル４０の断面積が障害物６６（図４）によって実質的に小さくなることはないということである。障害物６６は、腐食、変形などに起因して永続的に接着または増加する。当然のことながら、物品７６の第２のサイド４６に直接隣接する内壁の薄いコーティングは、１または複数の表面冷却チャネル４０の断面積を永続的に変えるとは考えられない。なぜならば、任意のこのような減少は、比較的最小であり、動作中に１または複数の表面冷却チャネル４０を通る空気の流れに顕著には影響しないからである。最終的な１または複数の表面冷却チャネル４０の断面積を永続的に変えるであろう障害物の例としては、たとえば、壁に付着した大きな粒子、コーティング材料５０の凝集などが挙げられる。したがって、加圧マスキング流体６４には、任意の材料であって、１または複数の溝５２および結果として生じる１または複数の表面冷却チャネル４０の中をマスキング圧力（後述する）で強制的に通すことができて、断面積を変えるであろうコーティング材料５０の潜在的な障害物６６または任意の緩く結合された障害物６６を減らすかまたは防ぐことができる材料が含まれていても良い。

たとえば、いくつかの実施形態においては、加圧マスキング流体６４にはガスたとえば不活性ガスまたは窒素が含まれていても良い。いくつかの実施形態においては、加圧マスキング流体６４には、水に研磨剤を分散させたものまたはさせていないものが含まれていても良い。本明細書では加圧マスキング流体６４および部分コーターの特定の実施形態について示してきたが、当然のことながら、付加的および代替的な加圧マスキング流体および部分コーターを実現しても良い。

加圧マスキング流体６４は、マスキング圧力が、コーティング材料５０のコーティング圧力より大きい場合も、等しい場合も、または小さい場合もある。これは、本明細書で説明したプロセスにおける段階に基づくものであり、加圧マスキング流体６４のエネルギーが、永続的に接着される場合がある潜在的な障害物６６または緩く結合された障害物６６を１または複数の溝５２から取り除くのに十分である限りは、１または複数の表面冷却チャネル４０を作製する間に起こるものである。一実施形態においては、マスキング圧力には可変の陽圧が含まれていて、陽圧がマスキング処理の間に次第に増加して、加圧マスキング流体６４が１または複数の溝５２に沿って進むときに、加圧マスキング流体６４を１または複数の溝の長さ５２を通して押すようにしても良い。同様に、部分コーター７２は、物品７６の標的表面４４のコーティングを、コーティング材料５０を標的表面４４に向けて発射することにより行なう。流れパターン分布の結果、コーティング材料５０の一部が１または複数の溝５２に入ることが、溝５２をコーティング材料５０で橋渡しする前に起こり、１または複数の障害物６６が形成される場合がある。たとえば、障害物６６としては、コーティング材料５０からの粒子の集団を挙げても良い。これは、１または複数のチャネル４０の断面積を小さくして、チャネルを通って流れることができる空気の量を減らすであろう。しかし、コーティング材料５０（より詳細には、障害物６６）が１または複数の表面冷却チャネル４０を永続的に塞ぐ（およびその断面積を変える）ことを防ぐために、加圧マスキング流体６４は、橋渡しプロセスの間に圧力を加えてコーティング材料５０の橋渡しを助け、より詳細には、コーティング材料５０に対する支持を与える。加えて、加圧マスキング流体６４は、任意の潜在的な障害物６６に接触して、それを溝５２の長さに沿って出口領域５３に向けて押し戻す。本明細書で説明した方法は、最初に、わずかな量のコーティング材料５０を溝５２の内部に堆積させて、次に、溝５２上の橋渡しを開始させることができる。溝５２の橋渡しがほぼ終了した時点、たとえば完全に橋が架けられた状態の０．００５”〜０．０１”以内で、加圧マスキング流体６４は、ますます溝５２の長さに沿って流れる。最終的に、橋が溝５２上に完全に形成されたら、加圧マスキング流体６４はすべて、溝５２の全長に沿って出口領域５３に向かって流れる。出口領域５３において、加圧マスキング流体６４は、任意の潜在的な障害物が１または複数の形成された表面冷却チャネル４０内に入るかまたは堆積されることを、加圧マスキング流体６４が溝５２を物品７６の第２のサイド４６上の出口領域５３から出ることによって防止する場合がある。

動作時には、システムは、コーティング材料５０を１または複数の溝５２のそれぞれが有する長さに沿って堆積させるように構成されている。これは、冷媒供給孔６２に実質的に隣接する点から始まり、溝５２の長さに沿って連続的または不連続的に進む。コーティング材料５０が溝５２上に橋を架け始めると、表面冷却チャネル４０が形成される。プロセスの開始時に、加圧マスキング流体６４が、冷媒供給孔６２を介して、流体６４が冷媒供給孔６２から「漏れる」ことができるような十分な圧力で供給され、その結果、部分コーター７２が冷媒供給孔６２と実質的に位置合わせされているときに、わずかでもコーティング材料５０が冷媒供給孔６２内に堆積することが防止される。加圧マスキング流体６４をこの第１の圧力で加えることによって、加圧マスキング流体６４は関連する溝５２の長さに沿って流れることはできず、冷媒供給孔６２から周囲に出ていく。

堆積したコーティング材料５０が１または複数の溝５２上に橋を架け始めると、加圧マスキング流体６４は強制的に、１または複数の溝の長さ５２に沿って出口領域５３に向かって流れる。この段階の間、加圧マスキング流体６４は第２の圧力（第１の圧力以上である）で供給されて、加圧マスキング流体６４がコーティング材料５０を支持して１または複数の溝５２上でのコーティング材料５０の橋渡しプロセスを妨げないようになっている。加圧マスキング流体６４を第２の圧力で送ることによって、わずかでもさらなるコーティング材料５０が１または複数の溝５２内に堆積することが防止される。コーティング・プロセスの間に重要なことは、冷媒出口孔５５が、あらかじめ出口領域５３に形成されているということである。たとえば溝深さから外面３４に移行する表面内の機械加工された斜面である。

十分なコーティング材料５０が、１または複数の溝５２の橋渡しを終了して、１または複数の表面冷却チャネル４０を形成すると、加圧マスキング流体６４が、全体として、溝５２の長さに沿って出口領域５３に向かって流れることが、コーティング堆積時間の残りの間に起こり、その結果、さらなるコーティング材料５０が出口領域５３内に堆積することが防止される。プロセスのこの段階では、加圧マスキング流体６４の流量を、速度および／または圧力を増加させて、出口領域５３における冷媒出口孔５５にわずかなコーティング材料５０もないことを保証するようにしても良い。

したがって、その結果、圧力マスカ７４は、加圧マスキング流体６４を、１または複数の溝５２を通して、流体連絡する冷媒供給孔６２を介して、可変のマスキング圧力で、第１のサイド４４から第２のサイド４６へ送る（第２のサイド４６には、コーティングすべき物品７６の標的表面４８が含まれている）。１または複数の溝５２がプロセス中にコーティングされることは、加圧マスキング流体６４が結果としてのチャネルを通って流れて、退出フィルム孔６０における出口を「マスク」する時点まで行なわれる。

特に図９を参照して、１または複数の溝５２を備える物品７６の標的表面４４を圧力コーティングするための方法１００が例示されている。方法１００には最初に、圧力マスカ７４を、物品７６の少なくとも１つの溝５２の第１のサイド４４に冷媒供給孔６２を介して流体的に接続することが含まれている（ステップ１１０）。前述したように、流体接続部７８は、種々の構成を備えていても良く、また任意のタイプの圧力マスカ７４を任意の数の溝５２に接続しても良い。圧力マスカ７４は次に、加圧マスキング流体６４を少なくとも１つの冷媒供給孔６２を通して第１の圧力で送り、加圧マスキング流体６４が冷媒供給孔６２を出て周囲に入ることができるようにする。次に、部分コーター７２は、物品７６の第２のサイド４４上の標的表面４４のコーティングを、コーティング材料５０を標的表面４４に向けて発射することによって始める（ステップ１１４）。コーティング材料５０を堆積させるステップと同時に、加圧マスキング流体６４が冷媒供給孔６２を通って１または複数の溝５２内に入り出口領域５３に向かうことが第２の圧力で起こる結果、コーティング材料５０が１または複数の溝５２に橋を架けて１または複数の表面冷却チャネル４０を形成することが可能になる。なお、第２の圧力は第１の圧力以上である。プロセスを継続すること（ステップ１１６）が、１または複数の溝５２に橋が架けられて１または複数の表面冷却チャネル４０が形成されるときに行なわれる。加圧マスキング流体６４は、強制的に１または複数の表面冷却チャネル４０の長さに沿って流されて、出口領域５３を冷却フィルム出口６０から出る。

当然のことながら、加圧マスキング流体６４を少なくとも１つの溝５２を通して送って標的表面４４をコーティングすること（ステップ１１４）を、相対遅延内または相対遅延を伴って同時に開始および終了しても良い。前述したように、いくつかの実施形態においては、加圧マスキング流体６４を第１の圧力で開始すること（ステップ１１２）を、標的表面４４のコーティングを開始する（ステップ１１４）前に行なう。このような実施形態によって、圧力マスカ７４が起動される前に障害物６６の堆積が生じることが防止される場合がある。一実施形態においては、加圧マスキング流体６４は、物品７６がコーティングされた（ステップ１１４）後に、１または複数の形成された表面冷却チャネル４０を通り続けること（ステップ１１６）をより高い圧力で行なって、１または複数の溝５２に橋を架ける。このようなステップは、コーティングが終了した（ステップ１１４）後に、形成された１または複数の表面冷却チャネル４０内に残る任意の緩く結合された障害物６６が依然として加圧マスキング流体６４によって除去されることを確実にすることに役立つ場合がある。

ここで次のことを理解されたい。加圧マスキング・システムを用いて、物品の標的表面をコーティングし、より詳細には、標的表面内に形成された１または複数の溝をコーティングして、１または複数の表面冷却チャネルを形成する一方で、１または複数の溝、結果としてのチャネル、および／または出口領域の断面積が永続的に変わることを防止しても良い。圧力マスカと１または複数の溝との間で流体接続部を用いることによって、物理的なマスキング障壁たとえば散逸性充填材料などを必要とすることが回避されて、より効率的なコーティング・システムを潜在的に提供することができる。

開示内容を限られた数の実施形態に関してのみ詳細に説明してきたが、開示内容はこのような開示された実施形態に限定されないことが容易に理解されるはずである。むしろ、これまで説明してはいないが開示内容の趣旨および範囲に見合う任意の数の変形、変更、置換、または均等な配置を取り入れるように、開示内容を変更することができる。さらに加えて、開示内容の種々の実施形態について説明してきたが、開示内容の態様には、説明した実施形態の一部のみが含まれる場合があることを理解されたい。したがって開示内容は、前述の説明によって限定されると考えるべきではなく、添付の請求項の範囲のみによって限定される。

Claims (10)

1. 物品（７６）の標的表面（４８）を圧力コーティングをして１以上のマイクロ・チャネル（４０）を形成する方法であって、
   加圧マスキング流体（６４）を含む圧力マスカ（７４）を、物品（７６）の第１のサイド（３６）上の１以上の冷媒供給孔（６２）であって、物品の対向する第２のサイド（３４）上に形成された１以上の溝（５２）と流体連絡する１以上の冷媒供給孔（６２）に、流体的に結合するステップと、
   第１の圧力の前記加圧マスキング流体（６４）を、前記１以上の冷媒供給孔（６２）と前記１以上の溝（５２）とを通して、前記第１のサイド（３６）から前記標的表面（４８）を構成する前記第２のサイド（３４）へ送るステップと、
   コーティング材料（５０）を前記標的表面（４８）に向けて発射することによって前記標的表面（４８）をコーティングするステップであって、前記加圧マスキング流体（６４）を第１の圧力で前記１以上の溝（５２）に通して前記コーティング材料（５０）が前記１以上の冷媒供給孔（６２）の断面積を実質的に変えないようにする、ステップと、
   前記標的表面（４８）のコーティングを続けながら、前記加圧マスキング流体（６４）を前記第１の圧力に等しいか又はそれ以上の第２の圧力で前記１以上の冷媒供給孔（６２）及び前記１以上の溝（５２）を通して出口領域（５３）に向けて送り、前記コーティング材料（５０）が前記１以上の溝（５２）の長さに沿って前記１以上の溝（５２）に橋を架けて前記１以上のマイクロ・チャネル（４０）を形成できるようにするステップであって、前記１以上の溝（５２）が前記コーティング材料（５０）によって橋を架けられるときに前記加圧マスキング流体（６４）を強制的に前記１以上の溝（５２）の前記長さに沿って流すステップと
   を含む方法。
2. 前記加圧マスキング流体（６４）を前記第２の圧力に等しいか又はそれ以上の第３の圧力で前記１以上のマイクロ・チャネル（４０）を通して送って、拡大された冷媒出口孔（６０）を維持することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記加圧マスキング流体（６４）がガスを含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記ガスが窒素を含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記加圧マスキング流体（６４）が液体を含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
6. 前記コーティング材料（５０）がＭＣｒＡｌＹ（式中、ＭはＮｉ又はＣｏである。）を含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記コーティング材料（５０）がイットリア安定化ジルコニアを含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記標的表面（４８）をコーティングするためのコーティング材料（５０）を溶射ガンで発射する、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記加圧マスキング流体（６４）を、前記標的表面（４８）のコーティングが終了した後に前記１以上の溝（５２）の前記長さに流し続けて、存在し得る任意の緩く結合した障害物（６６）を取り除く、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記加圧マスキング流体（６４）を前記１以上の溝（５２）に通す際の前記第１の圧力が、前記コーティング材料（５０）のコーティング圧力に等しいか又はそれ以上である、請求項１に記載の方法。