JP6377323B2 - 振動絶縁装置組立体の製造方法 - Google Patents

Description

[0001]本開示は、一般に、振動絶縁装置組立体と、振動絶縁装置組立体を製造する方法とに関する。より詳細には、本開示は、積層製造技術（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用して製造される振動絶縁装置組立体に関する。

[0002]多くの産業用途、航空宇宙用途および防衛用途では、振動などの環境条件から構成要素を保護する必要がある。振動保護の１つの方法は、保護されるべき構成要素と振動を発生させる条件との間に配置される振動絶縁装置を使用することにより行われる。当技術分野で知られる例示の種類の振動絶縁装置は、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．のＤ−Ｓｔｒｕｔ（登録商標）の技術を実装することを含み、これは、ゴム製の膨張ジョイントを機能させなくするような熱収縮および／または熱膨張を補償することができる可撓性の気密密閉金属ベローズを組み込むことにより、システムの振動を低減するように調整される３パラメータのスプリングダンパシステムを利用する。このような振動絶縁装置組立体のための例示の一実装形態はガスタービンエンジンの製造においてであり、ここでは、振動絶縁装置は、空力音響的振動（ａｅｒｏ−ａｃｏｕｓｔｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）および回転子の動力学的エンジン振動（ｒｏｔｏｒ ｄｙｎａｍｉｃ ｅｎｇｉｎｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）を航空機構造から絶縁するために提供される。振動絶縁装置のための別の例示の実装形態には、ロケットモータ振動および空気力学的振動から打ち上げ機を絶縁することならびにジャイロスコープ振動（ｇｙｒｏｓｃｏｐｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）から宇宙望遠鏡を絶縁することが含まれる。

[0003]当技術分野では多数の振動絶縁装置組立体が知られているが、これらはすべて共通の課題を有する。これらの課題には、限定しないが、部品数が多いこと、組立体が複雑であること、気密密閉されるベローズが必要であること、および構造を準最適にしてしまう可能性がある製造制約による制限があることが含まれる。さらに、ベローズを製作することは、コストが高く、組立体を設計および製作することに伴うサイクル時間が多くの用途にとって受け入れられないくらいに長時間となる。

[0004]例えば、ベローズの内部で圧力を維持することができるようにするために、さらには、粉塵および／または湿気が継目に侵入することがないようにするために、ベローズがシームレスで無孔の表面を必要とすることが一般に知られている。現在、金属ベローズは、膨張成形（ｅｘｐａｎｓｉｖｅ−ｆｏｒｍｉｎｇ）技術またはロール成形技術のいずれかによって作られる。既知のロール成形技術または膨張成形技術では金属ベローズの幾何形状または形状に制限がある。既存の技術を使用する場合、ベローズは、ロール成形によって作られる場合には円周状となるようにしか作られ得ず、膨張成形によって作られる場合には円形または概略円形のいずれかとなるようにしか作られ得ない。

特許出願第１３／３６０，１２６号 特許出願第１２／８２０，６５２号 特許出願第１３／２３５，２１０号

[0005]したがって、コストを大幅に低減してサイクル時間を大幅に短縮しながら、ベローズのデザインを最適化するのを可能にするような改善された設計製造アプローチが必要とされる。本開示は少なくともこれらの要求に対処する。さらに、添付図面および上の背景技術と併せて、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲から、振動絶縁装置組立体の別の所望される特徴および特性が明確となる。

[0006]振動絶縁装置組立体と、振動絶縁装置組立体を製造する方法とが開示される。一実施形態では、例示の振動絶縁装置組立体が、ベローズ構成要素と、ピストン構成要素と、シャフト構成要素と、ハウジング構成要素とを含み、ここでは、ベローズ構成要素、ピストン構成要素、シャフト構成要素およびハウジング構成要素のうちの少なくとも１つが、積層製造技術を使用して形成される。

[0007]別の一実施形態では、例示の振動絶縁装置組立体が、ベローズ構成要素と、ピストン構成要素と、シャフト構成要素と、ハウジング構成要素とを含み、ここでは、ベローズ構成要素が、可変の曲率半径と、可変のコンボリュート（ｃｏｎｖｏｌｕｔｅ）のアスペクト比と、テーパ状の壁厚さとのうちの１つまたは複数を含む。

[0008]別の一実施形態では、振動絶縁装置組立体を製造するための例示の方法が開示され、この振動絶縁装置組立体が、少なくとも、ベローズ構成要素と、ピストン構成要素と、シャフト構成要素と、ハウジング構成要素を含み、この方法が、製造技術を使用して、ベローズ構成要素、ピストン構成要素、シャフト構成要素およびハウジング構成要素のうちの少なくとも１つを形成することと、ベローズ構成要素、ピストン構成要素、シャフト構成要素およびハウジング構成要素を、完全な振動絶縁装置組立体に組み立てることとを含む。

[0009]この概要は、詳細な説明において以下でさらに説明される単純化された形態において概念の一選択肢を紹介するように提供される。この概要は、特許請求される主題の重要な特徴または本質的な特徴を示すことを意図されず、また、特許請求される主題の範囲を決定することを目的として使用されることも意図されない。

[0010]以下では、同様の符号が同様の要素を示している以下の図面と併せて本発明を説明する。

[0011]振動絶縁装置組立体の一例示を示す断面図である。 [0012]図１の振動絶縁装置組立体を示す詳細図である。 [0013]図１の振動絶縁装置組立体の一部分を形成することが可能な例示のベローズ構成要素を示す斜視図である。 [0014]本開示の一実施形態による振動絶縁装置組立体を製造する方法におけるステップを示す流れ図である。 [0015]本開示による振動絶縁装置組立体を製造するのに使用されるのに適する例示の積層製造システムを示す図である。 [0016]図１の振動絶縁装置組立体の一部を形成することが可能な、図４および図５に示される積層製造技術を使用して製作される例示のベローズ構成要素を示す断面図である。

[0017]以下の詳細な説明は本質的に単に例示であり、本発明、または本発明の用途または使用法を限定することを意図されない。本明細書で使用される「例示」という語は、「例、実例または例証として機能する」ということを意味する。したがって、「例示」として本明細書で説明されるいかなる実施形態も、必ずしも別の実施形態より好適または有利なものとして構築されるわけではない。さらに、第１の構成要素、第２の構成要素および第３の構成要素などの、本明細書で使用される「第１」、「第２」、「第３」などの序数は、添付の特許請求の範囲内の言い回しによって特に定義されない限り、単に、複数あるものの中から異なる単一のものを示すに過ぎない。本明細書で説明される振動絶縁装置組立体ならびにその製造方法のすべての実施形態および実装形態は、当業者が本発明を作るかまたは使用することを可能にするために提供される例示の実施形態であり、これらは、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定するためのものではない。さらに、上の技術分野、背景技術、簡単な概要、または以下の詳細な説明で提示される、明示または含意されるいかなる理論によっても拘束されることは意図されない。

[0018]本明細書で開示されるのは、その製造において自由形式の製造プロセスを使用して製作される改善された振動絶縁装置組立体である。既知の振動絶縁装置組立体とは異なり、本開示の実施形態は、粉末タンク内で、「ダイレクトメタルレーザ焼結法（ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔａｌ ｌａｓｅｒ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）」（ＤＭＬＳ）と称される、低エネルギー密度のレーザビームを採用する製造プロセスを利用する。この「自由形式」プロセスすなわち積層製造プロセスは、粉末の単層をそのすぐ下にある粉末の溶融層に対して融合することにより一構成要素を構成するために小型の集束ビームを使用する。本明細書で開示される製造方法は、コスト高で時間を要する機械仕上げを必要とするような、インベストメント鋳造技術、膨張成形技術またはロール成形技術などの従来の技術を用いる場合では可能ではない独自のデザインを形成するためにＤＭＬＳを利用する。

[0019]また、ＤＭＬＳは、複数の材料から可撓性のジョイント組立体を作ることができる製造技術である。ロール成形または膨張成形などの当技術分野で以前から知られる製造方法では可能性が制限される。ＤＭＬＳは、当技術分野で以前から知られる製造方法を用いる場合では可能ではない複雑な新規のデザインを作るための自由形式のアプローチである。というのは、ＤＭＬＳは、製造プロセスで機械仕上げを必要としないからである。例えば、ＤＭＬＳは、膨張成形技術またはロール成形技術を必要とせず、かつ、ベローズの周りの完全なシール状態を維持しなければならない複雑な溶接プロセスを必要とせずに、振動絶縁装置組立体のベローズ構成要素を作るのに利用され得る。

[0020]加えて、本開示の方法は、厚さ領域およびコンボリュート（旋回部）領域の両方においてベローズ組立体の壁厚さを可変にするのを可能にすることにより、振動絶縁装置組立体のダンパ／スプリング組立体を最適化するのを可能にする。その結果、当技術分野で以前から利用可能である方法よりも大幅に迅速に個別の実装形態に合わせて最適化され得るような、低コストで高ロバスト性の組立体が（密閉性の観点から）得られる。

[0021]またさらに、本明細書で説明される振動絶縁装置組立体を製造することに関連させてＤＭＬＳ技術を使用することにより、当技術分野で以前から既知の振動絶縁装置組立体と比較して部品数を大幅に低減することが可能となる。また、１つのＤＭＬＳ環境で製造プロセス全体を統合することにより、すべてのユニットが同一の機械および同一のプロセスから１つの（または２つの）部品として作られることから、固定されたプロセスを採用することができ、それにより組立体のばらつきを低減することができる。複数の部品は必要ではなく、したがって、それに伴い許容誤差が付随することもなく、また、ばらつきが生じることもない（したがって、欠陥が生じることもない）。結果として、部品数が低減されて最適化された組立体が得られ、これは、以前から知られる方法と比較して低コストでかつサイクル時間を短縮して作られ得る。

[0022]本明細書で提示される方法が、製造を単純化してそのコストを低減するために、さらには、組立体の信頼性を向上させるために、任意の振動絶縁装置組立体構造に適用され得ることが認識されよう。単に考察することを目的とし、以下では、図１および図２に関連させて例示の振動絶縁装置組立体を説明する。示される振動絶縁装置は、振動絶縁装置組立体の製造を向上させること（すなわち、部品数を低減すること、ベローズの構造を最適化すること、など）を目的として本明細書で説明される方法が適用され得る種々の手法を考察するための単に基本として提供されるものであり、いかなる形でもこれらの方法の考えられる用途を限定するものとして読まれるべきではない。さらに、図１および図２に関連して説明される振動絶縁装置組立体は、これらの多部品組立体がいかに複雑であるかを示す役割を有し、したがってそれにより本明細書で提示される方法に従う製造における単純化が有益である理由を示す役割を有する。

[0023]ここで図１を参照すると、１つの例示の振動絶縁装置組立体１０６が提供される。この振動絶縁装置組立体１０６は、ピボット１０８と、絶縁装置組立体１１０と、外側ハウジング１１２と、支持体１１４とを含む。ピボット１０８は、結合される構成要素から振動運動を受ける。ピボット１０８はまた、振動する構成要素に接触する限りにおいて接触部分とみなされてもよく、および／またはその振動に反応して変形する構成要素とみなされてもよい。絶縁装置組立体１１０は受ける振動運動を減衰および絶縁し、さらに、ピボット１１６を介してピボット１０８に結合される。外側ハウジング１１２は絶縁装置組立体１１０を損傷から保護し、さらに、絶縁装置組立体１１０を中に収容するように構成されている。支持体１１４は振動絶縁装置組立体１０６を別の構成要素に取り付けるものであり、絶縁装置組立体１１０の任意の適切な部分上に形成され得るかまたはその部分に結合され得る。

[0024]次に図２を参照すると、例示の絶縁装置組立体１１０の断面図が描かれている。絶縁装置組立体１１０は、組立体ハウジング１１８と、第１のベローズ１２０と、第２のベローズ１２２と、ピストン組立体１２４と、流体と、任意選択の温度補償デバイス１２６とを含む。組立体ハウジング１１８は、一定の体積の空間を提供しさらにはその中に流体を閉じ込めて密閉するために、絶縁装置組立体１１０の別の構成要素と協働するように構成されている。組立体ハウジング１１８は、第１の端部１３０と、第２の端部１３２と、第１の端部１３０と第２の端部１３２との間を延在する通路１３８を画定する内側表面１３４とを有するチューブ１２８を少なくとも含む。組立体ハウジング１１８はまた、長手方向軸１４２を含み、通路１３８内の構成要素はこの長手方向軸１４２に沿って移動することができる。第１の端部１３０は入口１４０を含み、第２の端部１３２は出口１４１を含み、チューブ１２８は入口１４０および出口１４１以外には開口部を有さない。

[0025]第１のベローズ１２０は組立体ハウジング１１８内に配置され、長手方向軸１４２に沿って移動するように構成されている。第１のベローズ１２０は第１の端部で第１の端部プレート１４８に結合され、さらに反対側の端部で第２の端部プレート１５０に結合され、それにより、それらの間に第１のベローズ内部空洞１５２が画定される。第１の端部プレート１４８は組立体ハウジングの第１の端部１３０に密閉的に結合し、第１のベローズ１２０をそれに結合させる。第２の端部プレート１５０は支持シャフト１５８に結合され、この支持シャフト１５８は第１のベローズ内部空洞内１５２内に配置される。支持シャフト１５８は、第１のベローズ１２０を構造的に支持するように構成され、さらには運転中に第１のベローズ１２０を長手方向軸１４２に沿うように誘導する。支持シャフト１５８は、それ自体で、絶縁装置組立体１１０の別の構成要素をその中に受けるように構成されている空洞１６０を含むことができる。

[0026]第１のベローズ１２０と同様に、第２のベローズ１２２は、組立体ハウジング１１８内に配置され、第１の端部プレート１６６および第２の端部プレート１６８に結合され、好適には、長手方向軸１４２に沿って移動するように構成されている。第２のベローズの第１の端部プレート１６６は組立体ハウジングの第２の端部１３２に密閉的に結合し、第２のベローズ１２２をそれに結合させる。第２のベローズの第２の端部プレート１６８は第２のベローズ１２２の反対側の端部に結合され、第２のベローズ１２２の第１の端部プレート１６６および内側表面と共に、内部空洞１７０を画定する。上と同じように、第１の端部プレート１６６および第２の端部プレート１６８の各々はその中に形成される開口部１７２、１７４を含み、これらの開口部は、組立体ハウジング１１８の外側に延在し得る構成要素を配置するための空間を提供するように構成されている。

[0027]ピストン組立体１２４は、ピボット１１６（図１に示される）から受ける振動を減衰および絶縁するために第１のベローズ１２０および第２のベローズ１２２と協働するように構成されている。ピストン組立体１２４は組立体ハウジング１１８内に配置され、第１のベローズ１２０と第２のベローズ１２２との間に結合される。ピストン組立体１２４はピストンシャフト１７６およびピストンフランジ１７８を含む。ピストンシャフト１７６は単一または複数の部片であってもよく（例えば、図２に示されるように、シャフト１７６およびセクション１７７）、長手方向軸１４２に沿うように位置合わせされ、第２のベローズ内部空洞１７０内に配置される。ピストンシャフト１７６はピボット１１６に結合される１つの端部と、ピストンフランジ１７８に結合される別の１つの端部とを有する。ピストンシャフト１７６は第２のベローズ１２２の第２の端部プレート開口部１７４を通って延在し、ピボット１１６に直接に結合される。ピストンシャフト１７６は、流体を受けるためにピストンシャフト１７６を少なくとも部分的に通って延在する流れ経路１８０を含む。流れ経路１８０の１区間は、止めねじに対合するように構成されているねじ切りされる壁を有する。

[0028]ピストンフランジ１７８はピストンシャフト１７６から径方向外側に延在し、ピストンシャフト１７６の一部分として一体に形成され得るかまたは別個に構成されてその後でピストンシャフト１７６に取り付けられてもよい。ピストンフランジ１７８は第２のベローズの第２の端部プレート１６８に密閉的に結合される。ピストンフランジ１７８はピストン１７７の別の区間を介して第１のベローズ１２０に結合される。さらに、ピストン区間１７７が第１のベローズの第２の端部プレート１５０に結合される。

[0029]絶縁装置組立体１１０の構成要素は、好適には、その中の一定容積の空間内で流体を密閉的に閉じ込めるために一体に協働するように構成されている。空間の容積はサブボリュームに分離され、これらのサブボリュームの各々は第１のチャンバ１９２および第２のチャンバ１９４内に配置される。第１のチャンバ１９２は組立体ハウジングの内側表面１３４の一部分および第１のベローズ１２０の外側表面によって画定され、第２のチャンバ１９４は組立体ハウジングの内側表面１３４の別の部分および第２のべローズ１２２の外側表面によって画定される。第１のチャンバ１９２、第２のチャンバ１９４、およびそれぞれの流れ通路（複数可）１９８は、流体によって充填される。したがって、絶縁装置組立体１１０の運転中、ピストン組立体１２４に力が作用すると、流体が第２のチャンバ１９４から押し出されて個別の通路１９８を通って第１のチャンバ１９２に入る。

[0030]単に考察することを目的として、図１および図２に関連させて上で示したベローズ１２０または１２２として実装され得る図３に示される例示のベローズを参照する。後でより詳細に説明するように、本開示の実施形態の一態様では、構成要素がＤＭＬＳ機械の粉末ベッド内に沈められる。このＤＭＬＳプロセスは従来のロール成形の機械仕上げによって制約を受けたり制限されたりすることがないため、振動絶縁装置組立体のベローズおよび／または構成要素を作るための独自のアプローチとなり得る。従来の方法とは異なり、ここでは、振動絶縁装置組立体は、例えばベローズ内で可変の壁厚さを利用することにより、最適化され得る。続けて図３を参照すると、ベローズ壁の一部分を強調する参照符号１２１が可変厚さを有するように作られ得るベローズの特徴を示しており、これは、厚さが一定となるように制限されかつ各コンボリュートにおいて溶接を必要とする現行のデザインとは異なる。

[0031]加えて、ここでのベローズ（１２０、１２２）は、最適化された最終的な組立体を作るために形状が最適化され得る（曲率半径、コンボリュートの可変のアスペクト比、テーパ状の壁厚さまたは機構など）。またさらに、本願の譲受人に譲渡された特許出願第１３／３６０，１２６号（「Ｍｕｌｔｉ−Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ」、その内容は参照により全体が本明細書に組み込まれる）で説明されるように、組み立てられる組立体内で複数の材料が使用され得、それにより振動絶縁装置組立体の特性およびコストがさらに最適化される。

[0032]改善される振動絶縁装置組立体を作るために、別の最近の進歩も本開示の実施形態に組み合わされ得る。例えば、従来技術の積層製造方法の弱点は最近では超合金材料と併せてＤＭＬＳを使用することにより克服されており、これは、本願の譲受人に譲渡された特許出願第１２／８２０，６５２号（「Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ」、その内容は参照により全体が本明細書に組み込まれる）および本願の譲受人に譲渡された特許出願第１３／２３５，２１０号（「Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ Ｆｒｏｍ Ａｒｔｉｃｌｅｓ Ｆｏｒｍｅｄ Ｂｙ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」、その内容は参照により全体が本明細書に組み込まれる）で開示される封入技術を必要とする場合がある。当業者には認識されるであろうが、封入と、材料を正確な厚さにする電気化学的な加工能力とを伴うＤＭＬＳにより、区分分けされた材料から、構造的に最適化される構成要素を設計および製造することが可能となる。

[0033]概して動作構成要素のサイズ、形状などを選択することは当業者の技能レベルの範囲内にあると考えられることから、本明細書の教示に基づき、概して当業者が、多種多様な用途での使用法に従うように上記の振動絶縁装置組立体を修正することができることが予想される。したがって、振動絶縁装置組立体の種々の可能な実装形態は、本明細書で提示される実施形態のいずれにも限定されるものとしてみなされるべきではない。

[0034]次に、図３に示される例示のベローズをやはり参照し、さらに、図１および図２に示される例示の振動絶縁装置組立体をより概略的に参照して、上で示した積層製造技術に関するさらなる詳細を提供する。従来の製造技術を使用して、ここで説明される振動絶縁装置組立体の特定の特徴を製造することは法外に費用がかかることを認識されたい。これらには、とりわけ、起伏を有する入口または湾曲した入口、可変の壁厚さを有する特徴、および構造的に適合する接続部分が含まれる。したがって、本開示によるデザインは従来技術では知られていない。しかし、積層製造技術または最近開発された別の製造技術を使用することにより、伝統的な製造技術を使用する場合と比較して、本開示によるデザインを大幅に低いコストで製造することができることが分かっている。積層製造技術には、例えば、ニッケルベースの超合金、低密度チタン、およびアルミニウム合金を用いる、ダイレクトメタルレーザ焼結法（ＤＭＬＳ−ダイレクトメタルレーザ融着法（ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔａｌ ｌａｓｅｒ ｆｕｓｉｏｎ）（ＤＭＬＦ）の一方式）が含まれる。ＤＭＬＳは後でより詳細に考察する。別の技術には、チタン、チタンアルミナイドおよびニッケルベースの超合金材料を用いる、電子ビーム溶解（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｍｅｌｔｉｎｇ（ＥＢＭ））が含まれる。さらには、鋳造または金属射出成形（ｍｅｔａｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ（ＭＩＭ））も採用され得る。

[0035]図４は、積層製造技術を全体でまたは部分的に使用する、例示の実施形態による、ベローズ１２０または１２２などの、振動絶縁装置組立体を製造するための方法２００を示すフローチャートである。以下の考察では、「振動絶縁装置組立体」は、限定しないが、ベローズ１２０または１２２を含めて、積層製造技術を使用して作られる得る本開示による振動絶縁装置の任意の部分またはすべての部分を総称的に示すものとして参照される。もちろん、上で考察したように、振動絶縁装置組立体の種々の構成要素は、積層製造技術で作られている場合でもまたは別の技術で作られている場合でも、完全な振動絶縁装置組立体またはその完全な構成要素を形成するためにろう付けで接合され得るかまたは別の形で接合され得る。

[0036]第１のステップ２１０では、振動絶縁装置組立体の、あるいは、ベローズ１２０または１２２などのその構成要素の、デザインモデルなどのモデルが任意適切な手法で定義され得る。例えば、モデルは、計算機援用設計（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ（ＣＡＤ））ソフトウェアを用いて設計されてもよく、外部表面および内部表面の両方を含めて振動絶縁装置組立体の全体構造の３次元（３Ｄ）数値座標（ｎｕｍｅｒｉｃ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ）を含むことができる。例示の一実施形態では、モデルは多数の連続する２次元（２Ｄ）断面スライスを含むことができ、これらは一体となって３Ｄの構成要素を形成する。

[0037]方法２００のステップ２２０では、振動絶縁装置組立体またはその構成要素がステップ２１０のモデルに従って形成される。例示の一実施形態では、振動絶縁装置組立体の一部分はラピッドプロトタイピングまたは付加層製造（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）プロセスを使用して形成される。別の実施形態では、振動絶縁装置組立体の全体が、ラピッドプロトタイピングまたは付加層製造プロセスを使用して形成される。付加層製造プロセスを後でより詳細に説明するが、さらに別の代替の実施形態では、振動絶縁装置組立体の複数の部分は、例えば単結晶構造を用いて、ステップ２２０で鍛造または鋳造されてもよい。

[0038]付加層製造プロセスの一部の例には：液体媒体がペン先のところに正確に分配されて硬化される、マイクロペン堆積（ｍｉｃｒｏ−ｐｅｎ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、粉末媒体を正確に制御された位置で焼結させるためにレーザが使用される、選択レーザ焼結と、ワイヤフィードストックがレーザによって溶解されてその後正確な位置で堆積および固定化され、それにより生成物が形成される、レーザワイヤ堆積（ｌａｓｅｒ ｗｉｒｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、電子ビーム溶解と、レーザエンジニアードネットシェーピングと、直接金属蒸着とが含まれる。概して、積層製造技術は、幾何学的制約無しに自由形式の製作に柔軟性をもたらし、材料加工時間を短縮し、接合技術を刷新する。特定の例示の一実施形態では、ステップ２２０で振動絶縁装置組立体を作るために、ダイレクトメタルレーザ融着法（ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔａｌ ｌａｓｅｒ ｆｕｓｉｏｎ（ＤＭＬＦ））が使用される。ＤＭＬＦは商業的に利用可能なレーザベースのラピッドプロトタイピングおよび機械仕上げプロセスであり、ここでは、複雑な部品が精密な溶解及び金属粉末がより大型の構造の連続的な層となるような固体化により直接に作られることができ、ここでの各層は３Ｄ構成要素の断面層に対応する。ＤＭＬＦは上で既に述べたようにダイレクトメタルレーザ焼結法（ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔａｌ ｌａｓｅｒ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ（ＤＭＬＳ））を含むことができ、ＤＭＬＦは本開示の特に好適な実施形態である。

[0039]このように、例示の一実施形態では、ステップ２２０がＤＭＬＦ技術を用いて実施され、それにより振動絶縁装置組立体が形成される。しかし、次の方法ステップを考察する前に、図５を参照されたい。図５は、例示の一実施形態による、図３に示されるベローズ１２０または１２２などの、例えば図１および図３に示される振動絶縁装置組立体の１つまたは複数の構成要素といったような、振動絶縁装置組立体を製造するためのＤＭＬＦシステム３００の概略図である。

[0040]図５を参照すると、システム３００が、製造デバイス３１０と、粉末送出デバイス３３０と、スキャナ３４０と、レーザ３６０とを含み、これらは、組み込み材料３７０を用いて物品３５０（例えば、振動絶縁装置組立体またはその構成要素）を製造するように機能する。製造デバイス３１０は、製造支持体３１４を備える組み込まれた容器３１２を含み、その上で物品３５０が形成されて支持される。製造支持体３１４は組み込まれた容器３１２内で垂直方向に移動可能であり、作業面３１６を画定するように調整される。送出デバイス３３０は送出支持体３３４を備える粉末チャンバ３３２を含み、この送出支持体３３４は組み込み材料３７０を支持し、やはり垂直方向に移動可能である。送出デバイス３３０は、送出デバイス３３０から製造デバイス３１０まで組み込み材料３７０を移行させるローラまたはワイパ３３６をさらに含む。

[0041]動作中、ベースブロック３４０が製造支持体３１４上に設置されてもよい。製造支持体３１４は降下され、送出支持体３３４は上昇させられる。ローラまたはワイパ３３６が組み込み材料３７０の一部分を送出デバイス３３０から引きずるかまたは押圧し、それにより製造デバイス３１０内に作業面３１６が形成される。レーザ３６０がレーザビーム３６２を放射し、レーザビーム３６２がスキャナ３４０により作業平面３１６内の組み込み材料３７０上まで誘導され、それにより組み込み材料３７０が選択的に溶融され、デザインに従う物品３５０の断面層となる。より具体的には、レーザビーム３６２の速度、位置および別の運転パラメータは、粉末粒子を迅速に溶解させることにより、組み込み材料３７０の粉末を大型の構造となるように選択的に溶融させるように制御され、これらの粉末粒子は溶解して下方の固体構造内に拡散され得、その後、冷却されて再固体化され得る。このように、レーザビーム３６２の制御に基づき、組み込み材料３７０の各層は、未溶融の組み込み材料３７０および溶融された組み込み材料３７０を含むことができ、これらはそれぞれ、物品３５０を形成する断面通路および壁に相当する。概して、レーザビーム３６２は、組み込み材料３７０の個別の層を選択的に溶融するためのパワーが比較的小さい。一例では、レーザビーム３６２は、約５０ワットから５００ワットのパワーを有することができるが、任意適切なパワーが与えられてもよい。

[0042]個別の層が完成すると、製造支持体３１４が降下され、送出支持体３３４が上昇させられる。通常、製造支持体３１４、さらにそれに伴い物品３５０は、このステップ中は水平面では移動しない。ローラまたはワイパ３３６が再び送出デバイス３３０から組み込み材料３７０の一部分を押圧し、それにより、製造デバイス３１０の作業面３１６上に組み込み材料３７０の追加の層が形成される。レーザビーム３６２は物品３５０を基準として移動可能に支持され、やはり、別の断面層を選択的に形成するように制御され得る。したがって、物品３５０は、連続的な層が形成されるときに、組み込み材料３７０のベッド内に配置され、それにより、未溶融の材料および溶融された材料が後に続く層を支持するようになる。このプロセスはモデル化されたデザインに従って継続され、連続的な断面層が例えば振動絶縁装置組立体またはベローズなどの構成要素といったようなステップ２２０の完全な所望される部分となるように形成される。

[0043]組み込み材料３７０を送出することおよび物品３５０を垂直方向に移動させることは相対的に一定であり、より単純でより正確な実装形態を可能にするために、レーザビーム３６２を移動させることのみが選択的に制御される。組み込み材料３７０を局所的に溶融させることにより、溶融された材料をより正確に配置することが可能となり、それにより、材料が過堆積されることおよび過剰のエネルギーまたは熱が発生することが低減されるかまたは排除され、これらが低減または排除されない場合には割れまたは変形が生じる可能性がある。未使用および未溶融の組み込み材料３７０は、廃棄物をさらに減少させるために溶融されてもよい。

[0044]任意適切なレーザおよびレーザパラメータが使用されてもよく、これらには、パワー、レーザビームのスポットサイズおよび走査速度に関する考慮が含まれる。概して、組み込み材料３７０は、ステンレス鋼粉末などの粉末金属、およびニッケルベースまたはコバルトベースの超合金などの合金材料および超合金材料を含めた、任意適切な粉末によって形成されてもよい。例示の一実施形態では、組み込み材料３７０はＩＮ７１８などの高温のニッケルベースの超合金である。別の実施形態では、ＭＡＲ−Ｍ−２４７、ＩＮ７３８、チタン、アルミニウム、チタンアルミナイドまたは別の適切な合金が採用され得る。概して、粉末の組み込み材料３７０は、特に高温時の、強度、耐久性および耐用寿命を向上させるように選択され得、後でも説明するが、粉末の組み込み材料３７０は形成される領域の意図される機能に基づいても選択され得る。

[0045]再び図４を参照すると、ステップ２２０が完了すると、物品３５０すなわち振動絶縁装置組立体が、積層製造システム（例えば、ＤＭＬＦシステム３００）から取り外される。任意選択のステップ２３０で、ステップ２２０で形成された振動絶縁装置組立体は仕上げ処理を受けることができる。仕上げ処理には、例えば、エージング、アニーリング、焼き入れ、ピーニング、磨き仕上げ、熱間静水圧加圧（ｈｏｔ ｉｓｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｉｎｇ（ＨＩＰ））またはコーティングが含まれてもよい。必要に応じて、振動絶縁装置組立体は最終的な仕様となるように機械加工され得る。上述したように、ステップ２３０のレーザ融着後のプロセスの一例はＨＩＰプロセスであり、ここでは、「ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＴＵＲＢＩＮＥ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ」と題される米国特許出願第１２／８２０，６５２号で説明されるように、封入層が適用され、構成要素の内部またはその表面上のすべての多孔性および割れを除去または低減するために圧力および熱が適用される。封入層は、表面のすべての多孔性および割れを内部の多孔性および割れに効果的に変換するように機能し、圧力および熱が適用されると、多孔性および割れが除去または低減される。その後、封入層は取り除かれてもよく、又は酸化保護層として機能するように維持されてもよい。

[0046]例示の一実施形態では、封入層は基材に対して適合性を有する金属または合金であってもよく、後述するようにめっきプロセスまたはコーティングプロセスによって付着され得る。一実施形態では、ＨＩＰプロセスは、約１時間から約１０時間の時間で、約１０００℃から約１３００℃の範囲の処理温度で実施され得、約１ｋｓｉ（６．９ＭＰａ）から約２５ｋｓｉ（１７２ＭＰａ）の範囲の圧力で実施され得る。別の実施形態では、ＨＩＰ処理温度、圧力および時間は、無視できる程度の多孔性を有する圧密された固体を形成するために、引き上げられても引き下げられてもよい。

[0047]以上では、単一の振動絶縁装置組立体またはその構成要素を形成することに関連させて方法２００を考察してきた。しかし、方法２００の例示の一実施形態では、２つ以上の振動絶縁装置組立体（またはその構成要素）が同時に製造され得る。特に言及しない限り、この実施形態の方法２００は上述したように進行される。方法２００のこの実施形態では、物品は、共通の向きおよび既知の基準点が得られるように共通のベースブロック（例えば、ベースブロック３４０）上に形成され、上で考察したように形成される。共通のモジュールまたはデザインに従って、物品のグループに対して同時に連続的な層が形成され得る。例えば、粉末金属が単一の作業面に跨がって堆積され得、１つまたは複数のレーザが、連続的または同時に各中間的タービン物品（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｔｕｒｂｉｎｅ ａｒｔｉｃｌｅ）の層を選択的に溶融させることができる。次いで、これらの物品は次の層を形成するためにまとめて降下され得る。多数の構成要素を同時に製作することにより、製造プロセスのコストおよびばらつきを低減することができる。

[0048]したがって、例示の実施形態は、ＤＭＬＦ／ＤＭＬＳを含めて、積層製造技術を用いて製作される振動絶縁装置組立体を向上させることができる。詳細には、以前から知られている技術において一体に溶接またはろう付けされ、したがって、動作中、特に多数の脆弱箇所を発生させる可能性があるベローズのコンボリュートのところで発生するような構造的応力を最小化するデザインを使用して、振動絶縁装置組立体の各部分を製造することにより、振動絶縁装置組立体の有用性、デザイン、耐久性、製造コストおよび寿命スパンが改善される。加えて、ラピッドプロトタイピングおよび迅速な製造法により、割れおよび別の問題が低減され、さらに、システム設計における、詳細にはガスタービンエンジンの構成要素を繰り返し設計する環境におけるコストおよびサイクル時間が低減される。

[0049]例えば、図３のベローズ１２０、１２２は、従来技術では不可能である能力を得るために積層製造技術を用いて製作され得る。例えば次に図６を参照すると、ベローズ６００はベローズの中心線６０１を中心として非対称に形成され得る。隣接するコンボリュート間の第１のピッチ長さ６０２は、別の２つの隣接するコンボリュート間の第２のピッチ長さ６０４と異なっていてもよい。同様に、第１の壁厚さ６１０は第２の壁厚さ６１２と異なっていてもよい。ベローズ内の壁厚さの分布は、スティフネスを最適化するために、またはベローズ内の応力分布を改善するために、漸進的にテーパ状になっていてもよい。同様に、第１の内側半径６２０は屈曲部の第２の内側半径６２２と大きさが異なっていてもよく、また、第１の外側半径６３０は屈曲部の第２の外側半径６３２と大きさが異なっていてもよい。性能、寿命、コストおよび重量に関して構造を最適化するために、ベローズ内で、ピッチ長さと、厚さ分布と、屈曲部の内側半径と、屈曲部の外側半径との種々の組合せが採用され得る。さらに、とりわけ、性能、重量または組み立てを改善することを目的として所望される場合、積層製造法を使用して製作することにより、第１の端部でのベローズの直径６４０を第２の端部でのベローズの直径６４２と異なるようにすることが可能となる。

[0050]本開示で示されるように、本明細書で説明されるＤＭＬＳ方法を実施する際には、構成要素がＤＭＬＳ機械の粉末ベッド内に沈められる。したがって、このＤＭＬＳプロセスは、従来のロール成形の機械仕上げによって制約を受けたり制限されたりすることがなく、したがって、振動絶縁装置組立体のベローズおよび／または別の部分を作るための独自のアプローチとなり得る。以前から知られる製作技術とは異なり、組立体は、壁の厚さが多様であるベローズを利用することにより、最適化され得る。加えて、ベローズは、最適化された最終的な組立体を作るために形状を最適化され得る（曲率半径、コンボリュートの可変のアスペクト比、テーパ状の壁厚さまたは機構など）。

[0051]上の詳細な説明では少なくとも１つの例示の実施形態を提示したが、多数の変形形態が存在することを認識されたい。また、振動絶縁装置組立体の例示の実施形態が単に例に過ぎず、本発明の範囲、適用性または構造を限定することを意図されないことを認識されたい。むしろ、上述の詳細な説明は、本発明の振動絶縁装置組立体の例示の実施形態を実施するための好都合なロードマップを当業者に提供するものである。添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱することなく、例示の実施形態で説明される要素の機能および構成において種々の変更がなされ得ることを理解されたい。

Claims (2)

1. 振動絶縁装置組立体を製造するための方法であって、前記振動絶縁装置が、少なくとも１つのベローズ構成要素と、ピストン構成要素と、シャフト構成要素と、ハウジング構成要素とを備え、前記方法が、
   積層製造技術を使用して、前記少なくとも１つのベローズ構成要素、前記ピストン構成要素、前記シャフト構成要素および前記ハウジング構成要素のうちの少なくとも１つを形成するステップであって、
   前記少なくとも１つのベローズ構成要素は、長さ方向に延びる複数のセグメントを備えるものとして画定され、該複数のセグメントは、（１）径方向内側に延びるセグメントと、（２）径方向外側に延びるセグメントとの間を長さ方向に連続して交互に配置され、前記径方向内側に延びるセグメントの各々は、前記少なくとも１つのベローズ構成要素の中央を通過する長さ方向軸に向かって径方向内側に屈曲部の開角度を有する頂部において径方向外側に延びるセグメントに連続的かつ物理的に接続されており、
   前記少なくとも１つのベローズ構成要素は、第１の長さ方向端部と、第２の長さ方向端部とを有し、前記第１の長さ方向端部における第１のベローズ開口部は、前記第２の長さ方向端部における第２のベローズ開口部の直径と実質的に同一の直径を有し、前記長さ方向軸は、前記第１のベローズ開口部及び前記第２のベローズ開口部の両方を通過している、前記ステップと、
   前記少なくとも１つのベローズ構成要素、前記ピストン構成要素、前記シャフト構成要素および前記ハウジング構成要素を完全な振動絶縁装置組立体となるように組み立てるステップと
   を備え、
   前記ベローズ構成要素に関して、第１の径方向内側に開口する頂部で接続された径方向内側に延びるセグメント／径方向外側に延びるセグメントの全体は、第２の径方向内側に開口する頂部で接続された径方向内側に延びるセグメント／径方向外側に延びるセグメントの全体の壁厚さよりも大きい壁厚さを有することを特徴とする、方法。
2. （ａ） 前記少なくとも１つのベローズ構成要素は、可変半径の屈曲部を備え、該可変半径の屈曲部は、頂部で接続された径方向内側に延びるセグメント／径方向外側に延びるセグメントの一つの対の頂部として画定され、該径方向内側に延びるセグメント／径方向外側に延びるセグメントの該一つの対は、その屈曲部の径方向内側の開角度を有し、該径方向内側の開角度は、頂部で接続された径方向内側に延びるセグメント／径方向外側に延びるセグメントの別の対の屈曲部の径方向内側の開角度よりも大きく、及び／又は、
   （ｂ） 前記少なくとも１つのベローズ構成要素は、可変のアスペクト比を備え、該可変のアスペクト比は、頂部で接続された径方向内側に延びるセグメント／径方向外側に延びるセグメントの一つの対の長さ方向の長さとして画定され、該長さ方向の長さは、頂部で接続された径方向内側に延びるセグメント／径方向外側に延びるセグメントの別の対の長さ方向の長さよりも大きい
   ことをさらに特徴とする、請求項１に記載の方法。

Images