JP7215693B2 - シールスロットを有するタービン部品及びその製造のための積層造形プロセス - Google Patents

Description

本発明は、タービン部品間の漏れを低減するためのシールに関し、より具体的には、複雑なプロファイルを有するノズルセグメントのシールスロット及びそのようなシールスロットを製作するための積層造形プロセスに関する。

タービンノズルなどのガスタービンエンジン部品は、並んだセグメントのリングとして構成されることが多い。隣接するセグメント間の隙間における漏れは、航空機エンジンの非効率性につながることが知られている。この漏れを低減する従来の方法は、セグメント間の漏れ経路を遮断又は阻止するように配置されたシールスロット及びスプラインの取り付けを含む。これに関連して、各セグメントは、スプラインスロットが中に形成された縁部を有する。２つの隣接するセグメントの隣接するスプラインスロットは、同じスプラインの両側面を受け入れるように構成される。このようにして、隣接する２つのセグメント間の隙間に沿った漏れ経路は、協働して係合するスプライン及びスプラインスロットによって低減される。

従来のスプラインスロットは、スプラインを受け入れるように構成され、この点で、多くの場合、ほぼＵ字形状の溝として構成される。いくつかの従来のスプラインスロットは、所定の幅で離間した平行な側面を有する。対応するスプラインは、スプラインがスプラインスロット内に収まるようにこの幅よりも狭くなるように構成される。

従来のスプラインスロット及びスプラインの１つの問題は、実質的に平行なスプラインと、スプラインスロットの隣接する壁との間に画成される経路を通して漏れが発生することである。

従来のスプラインスロット及びそれを形成するための方法に関する別の問題は、付加的な特徴の後方にブラインドアクセス領域を残す能力は、鋳造によって対応することができず、加工するのに極端な手段を必要とし、そのために非常に変化しやすい結果をもたらす。

従来のスプラインスロット及びスプライン構成に関する別の問題は、スプラインがスプラインスロットから不用意に除去され得ることである。

国際公開第２０１４／１５０４９０号

上記の問題の内の少なくとも１つは、スプラインスロットの底部から頂部まで変化する断面プロファイルを有するスプラインスロットにより対処される。

本発明の一態様によれば、シールスロットを有するタービン部品にシール構造を形成する方法が提供される。シールスロットは、間に開口部を画成する壁を含む。本方法は、開口部のサイズを小さくするために、積層造形プロセスを用いて、壁の少なくとも一方にネック構造を形成するステップを含む。

本発明の別の態様によれば、順次スプラインシールを用いて、シールスロットを有するタービン部品にシール構造を形成する方法が提供される。スロットは、間に開口部を画成する壁と、開口部に配置されたスプラインシールの少なくとも一部分を含む。本方法は、積層造形プロセスを用いて、開口部のサイズを小さくするために壁の少なくとも一方にネック構造を形成し、かつ開口部内に配置されたスプラインシールを形成するステップを含む。

本発明のさらに別の態様によれば、ガスタービンエンジン用のシール装置が提供される。シール装置は、シールスロットを有する部品を含み、スロットは間に開口部を画成する離間した側壁を含む。スプラインシールは、シールスロット内に配置され、所定の第１の寸法を有する拡大部分を有する。シール装置はまた、シールスロット内のシールをトラップするために第１の寸法より小さい第２の寸法を規定するシールスロットのトラップ要素を含む。

本発明は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することにより、最もよく理解することができる。

シール装置を互いに形成する２つのノズルセグメントの斜視図である。 図１の分解斜視図である。 線３－３に沿って取られた図１に示す装置の部分図である。 図３に示す装置の別の実施形態の部分断面図である。 図３に示す装置の別の実施形態の部分断面図である。 図３に示す装置の別の実施形態の部分断面図である。 図３に示す装置の別の実施形態の部分断面図である。 図３に示す装置の別の実施形態の部分断面図である。 図３に示す装置の別の実施形態の部分断面図である。 図３に示す装置の別の実施形態の部分断面図である。 シール装置を互いに形成する２つのノズルセグメントの斜視図である。 線１２－１２に沿って取られた図１１に示す装置の部分断面図である。 線１３－１３に沿って取られた図１１に示す装置の部分断面図である。 タービン部品の一部分の概略図である。 図１４のタービン部品の一部分の概略図であり、接着剤が適用されているところを示す。 図１４のタービン部品及び接着剤の層の一部分の概略図であり、粉末が適用されているところを示す。 図１４のタービン部品の一部分の概略図であり、粉末が融着されているところを示す。

図面を参照すると、様々な図の全体を通して同一の符号は同じ要素を表しており、図１～図３は、例示的なシール装置１０を示す。

シール装置１０は、第１のノズルセグメント２０と第２のノズルセグメント５０との間の隙間を通した漏れを減少させるように構成される。ノズルセグメント２０、５０は、単に例として用いているにすぎないことに留意されたい。本明細書に記載した原理は、部品間のスプラインシールを有して組み立てられたタービン部品の任意のセットに適用することができる。

第１のノズルセグメント２０は、翼形部２４によって外側バンド２３に接続された内側バンド２２を含む。外側バンド２３は、内側面２５及び外側面２７を有する。外側バンド２３の端面２９は、内側面２５と外側面２７との間に配置される。

図１～図３を参照すると、スプラインスロット３０は、外側バンド２３内に画成され、端面２９から内向きに延在し、スプラインシール８０を受け入れるように構成される。スプラインスロット３０は、スプラインスロット３０が底部３２、内側壁３４及び外側壁３６によって画成されるように、外側バンド２３に画成される。２つの端壁（図示せず）が互いに対向して配置され、内側壁３４及び外側壁３６に沿って底部３２から端面２９まで延在する。内側壁３４、外側壁３６、及び端壁は、底部３２から端面２９にあるリム４２まで延在する。

ここで図３を参照すると、内側壁３４及び外側壁３６は、底部３２の近くでは第１の距離Ｄ’だけ離間している。リブ４４が内側壁３４及び外側壁３６の少なくとも一方に形成され、リブ４４は、それぞれの壁によって全体的に画成される平面から離れるように延在する表面を画成する。

図示する例では、リブ４４は凸湾曲した断面形状を有しているが、たとえば断面は半円状であってもよい。完成した部品では、リブ４４は、スプラインスロット３０の残りの部分と統合された、一体的な、又はモノリシックな全体の一部であるが、破線で示すように、スプラインスロット３０の残りの部分とは別に形成されてもよい。以下にさらに詳細に説明するように、リブ４４は、積層造形プロセスを用いて形成することができる。

リブ４４は、スプラインスロット３０のネック４６を画成し、内側壁３４と外側壁３６との間の最短距離は、底部３２の近傍の最短距離よりもネック４６の方が狭くなる。ネック４６における内側壁３４と外側壁３６との間の最短距離は第２の距離Ｄ’’である。第２の距離Ｄ’’は、第１の距離Ｄ’よりも短い。別の言い方をすれば、スプラインスロット３０は、リブ４４によって画成されたネック４６の端面２９の近傍では、底部３２よりも狭くなる。

図１及び図２を参照すると、第２のノズルセグメント５０は、翼形部５４によって外側バンド５３に接続された内側バンド５２を含む。外側バンド５３は、内側面５５及び外側面５７を有する。外側バンド５３の端面５９は、内側面５５と外側面５７との間に配置される。

図１～図３を参照すると、スプラインスロット６０は、外側バンド５３内に画成され、端面５９から内向きに延在する。スプラインスロット６０は、スプラインシール８０を受け入れるように構成される。スプラインスロット６０は、スプラインスロット６０が底部６２、内側壁６４及び外側壁６６によって画成されるように、外側バンド５３に画成される。２つの端壁が互いに対向して配置され、内側壁６４及び外側壁６６に沿って底部６２から端面５９まで延在する。内側壁６４、外側壁６６及び端壁は、底部６２から端面５９にあるリム７２まで延在する。

ここで図３を参照すると、内側壁６４及び外側壁６６は、底部６２の近くでは第１の距離Ｄ’だけ離間している。リブ７４が内側壁６４及び外側壁６６の少なくとも一方に形成され、リブ７４は、それぞれの壁によって全体的に画成される平面から離れるように延在する表面を画成する。

図示する例では、リブ７４は凸湾曲した断面形状を有しているが、たとえば断面は半円状であってもよい。完成した部品では、リブ７４は、スプラインスロット６０の残りの部分と統合された、一体的な、又はモノリシックな全体の一部であるが、破線で示すように、スプラインスロット６０の残りの部分とは別に形成されてもよい。以下にさらに詳細に説明するように、リブ７４は、積層造形プロセスを用いて形成することができる。

リブ７４は、スプラインスロット６０のネック７６を画成し、内側壁６４と外側壁６６との間の最短距離は、底部６２の近傍の最短距離よりもネック７６の方が狭くなる。ネック７６における内側壁６４と外側壁６６との間の最短距離は第２の距離Ｄ’’である。第２の距離Ｄ’’は、第１の距離Ｄ’よりも短い。別の言い方をすれば、スプラインスロット６０は、リブ７４によって画成されたネック７６の端面５９の近傍では、底部６２よりも狭くなる。

ここで図３に示すように、スプラインシール８０を参照すると、スプラインシール８０は、断面がほぼ長方形で、第１の端部８２及び第２の端部８４を含む。スプラインシール８０は、第１の端部８２と第２の端部８４との間に位置する本体部８８を有する。本体部８８は幅Ｂを有し、幅Ｂは第２の距離Ｄ’’よりも小さい。その結果、本体部８８は、スプラインスロット３０内の任意の深さに収まるように構成される。

リブ４４は、そうでなければスプラインシール８０と、スプラインスロット３０の内側壁３４、外側壁３６、及び底部３２との間の隙間により形成される漏れ経路を、限定し制限するように動作することに留意されたい。同様に、リブ７４は、スプラインシール８０と、スプラインスロット６０の内側壁６４、外側壁６６、及び底部６２との間の隙間により形成される漏れ経路を、限定し制限するように動作する。これに関連して、スプラインシール８０とスプラインスロット３０及びスプラインスロット６０との間の狭い空間が漏れを減少させる。

上述した装置に関連するいくつかの代替的な構造を以下に説明する。特定の代替的なシール装置の要素は、異なる１００番台の同様の符号を有するシール装置１０の要素の説明から理解され得ることに留意されたい。別の言い方をすれば、１００番台であることだけが異なる同様の符号を有する要素は、特に断りのない限り、実質的に同様の構造を指す。

図４を参照すると、代替的なシール装置１１０を示す。代替的なシール装置１１０は、外側バンド１２３及び外側バンド１５３を含む。外側バンド１２３は、スプラインシール１８０の一方の端部を受け入れるように構成されたスロット１３０を含む。外側バンド１５３は、スプラインスロット１６０を含み、スプラインシール１８０の別の端部を受け入れるように構成される。スプラインスロット１３０の内側壁１３４及び外側壁１３６には、２つのリブ１４４が形成される。スプラインシール１８０は、断面がほぼ長方形で、第１の端部１８２及び第２の端部１８４を有する。スプラインシール１８０は、第１の端部１８２と第２の端部１８４との間に位置する本体部１８８を有する。本体部１８８は、幅Ｂを有しており、幅Ｂは、第２の距離Ｄ’’よりも小さいので、本体部１８８は、スプラインスロット１３０内の任意の深さに収まるように構成される。

しかし、第１の端部１８２は、本体部１８８から離れるように拡がり、第１の端部１８２は幅Ｒを有し、幅Ｒは第２の距離Ｄ’’より大きいが、第１の距離Ｄ’よりも小さい。第１の端部１８２は、「保持部」と考えることができる。これに関連して、第１の端部１８２は、スプラインスロット１３０のネック１４６と底部１３２との間に収まるように構成される。

スプラインスロット１３０及びスプラインシール１８０は、スプラインスロット１３０のネック１４６とスプラインスロット１３０の底部１３２との間にスプラインシール１８０の第１の端部１８２が入るように、スプラインシール１８０がスプラインスロット１３０内に配置された場合に、スプラインスロット１３０からのスプラインシール１８０の除去がネック１４６によって妨げられるように構成される。別の言い方をすれば、スプラインシール１８０は、スロット１３０内に「トラップ」されると考えることができる。

図５を参照すると、別の代替的なシール装置３１０は、第１の外側バンド３２３及び第２の外側バンド３５３を有する。第１の外側バンド３２３は、スプラインスロット３３０を含む。スプラインスロット３３０は、第１のネック３４６及び第２のネック３４７及びリム３４２を含む。第１のネック３４６は、２つの対向するリブ３４４から形成され、一方は内側壁３３４から延在し、他方は外側壁３３６から延在する。第２のネック３４７は、２つの対向するリブ３４５によって画成され、一方は内側壁３３４から延在し、他方は外側壁３３６から延在する。第２のネック３４７は、第１のネック３４６から離間し、リム３４２と第１のネック３４６との間に配置される。

スプラインスロット３６０は、第２の外側バンド３５３内に画成され、第１のネック３７６及び第２のネック３７７を含む。第１のネック３７６は、２つの対向するリブ３７４から形成され、一方は内側壁３６４から延在し、他方は外側壁３６６から延在する。第２のネック３７７は、２つの対向するリブ３７５によって画成され、一方は内側壁３６４から延在し、他方は外側壁３６６から延在する。図５に示すように、第２のネック３７７は、第１のネック３７６から離間している。

これに関連して、スプラインシール３８０が設けられる。スプラインシール３８０は、第１の端部３８２及び第２の端部３８４を有する。本体３８８は、第１の端部３８２と第２の端部３８４との間に位置する。第１の端部３８２は、本体３８８が第１の外側バンド３２３のネック３４６、３４７を通過して、第１の外側バンド３２３のスプラインスロット３３０内に収まるように構成されるように寸法が決められている。同様に、スプラインシール３８０の第２の端部３８４は、第２の外側バンド３５３のスプラインスロット３６０のネック３７６、３７７を通過するように構成されるように寸法が決められている。

図６に示す別の代替的なシール装置４１０では、第１の外側バンド４２３及び第２の外側バンド４５３が設けられる。スプラインスロット４３０は、第１の外側バンド４２３内に画成される。スプラインスロット４３０は、底部４３２及び内側壁４３４及び外側壁４３６を含む。スプラインスロット４３０は、内側壁４３４及び外側壁４３６が底部４３２から互いに向かって傾斜するように構成されているので、リム４４２におけるスプラインスロット４３０を横切る最小距離が底部４３２におけるスプラインスロット４３０を横切る最短距離よりも短くなる。これに関連して、内側壁４３４及び外側壁４３６が底部４３２から互いに接近するように傾斜しているので、リム４４２においてネック４４６が形成される。

図６を続けて参照すると、第２の外側バンド４５３は、スプラインスロット４６０を含む。スプラインスロット４６０は、底部４６２及び内側壁４６４及び外側壁４６６を含む。スプラインスロット４６０は、内側壁４６４及び外側壁４６６が底部４６２から互いに向かって傾斜するように構成されているので、リム４７２におけるスプラインスロット４６０を横切る最小距離が底部４６２におけるスプラインスロット４６０を横切る最短距離よりも短くなる。これに関連して、内側壁４６４及び外側壁４６６が底部４６２から互いに接近するように傾斜しているので、リム４７２においてネック４７６が形成される。図６に示すように、スプラインスロット４３０、４６０は、スプラインシール４８０の両端部を受け入れるように構成される。

図７に示す別の代替的なシール装置５１０では、第１の外側バンド５２３及び第２の外側バンド５５３が設けられる。スプラインスロット５３０は、第１の外側バンド５２３内に画成される。スプラインスロット５３０は、底部５３２及び内側壁５３４及び外側壁５３６を含む。スプラインスロット５３０は、内側壁５３４及び外側壁５３６が底部５３２から互いに向かって傾斜するように構成されているので、リム５４２におけるスプラインスロット５３０を横切る最小距離が底部５３２におけるスプラインスロット５３０を横切る最短距離よりも短くなる。これに関連して、内側壁５３４及び外側壁５３６が底部５３２から互いに接近するように傾斜している。内側壁５３４は、リム５４２の近傍に位置するブロック部分５３３を含み、外側壁５３６は、リム５４２の近傍に位置するブロック部分５３５を含む。ブロック部分５３３、５３５は、互いにほぼ平行な表面をそれぞれ画成する。合わせて、ブロック部分５３３、５３５は、ネック５４６を画成する。

図７を続けて参照すると、第２の外側バンド５５３は、スプラインスロット５６０を含む。スプラインスロット５６０は、底部５６２及び内側壁５６４及び外側壁５６６を含む。スプラインスロット５６０は、内側壁５６４及び外側壁５６６が底部５６２から互いに向かって傾斜するように構成されているので、リム５７２におけるスプラインスロット５６０を横切る最小距離が底部５６２におけるスプラインスロット５６０を横切る最短距離よりも短くなる。これに関連して、内側壁５６４及び外側壁５６６が底部５６２から互いに接近するように傾斜している。内側壁５６４は、リム５７２の近傍に位置するブロック部分５６３を含み、外側壁５６６は、リム５７２の近傍に位置するブロック部分５６５を含む。ブロック部分５６３、５６５は、互いにほぼ平行な表面をそれぞれ画成する。合わせて、ブロック部分５６３、５６５は、ネック５７６を画成する。スプラインスロット５３０、５６０は、スプラインシール５８０の両端部を受け入れるように構成される。

次に別の代替的なシール装置６１０を示す図８を参照すると、第１の外側バンド６２３及び第２の外側バンド６５３が示されている。第１の外側バンド６２３は、底部６３２及び内側壁６３４及び外側壁６３６を有するスプラインスロット６３０を含む。対向するリブ６４４は、内側壁６３４及び外側壁６３６にそれぞれ画成される。対向するリブ６４４はリム６４２に隣接して配置され、各リブ６４４は平坦部６４３を含む。平坦部６４３は、互いに実質的に平行である。対向するリブ６４４は、対向するリブ６４４がネック６４６を画成するように底部６３２から離間している。

図８に示すように、第２の外側バンド６５３は、底部６６２及び内側壁６６４及び外側壁６６６を有するスプラインスロット６６０を含む。対向するリブ６７４は、内側壁６６４及び外側壁６６６にそれぞれ画成される。対向するリブ６７４はリム６７２に隣接して配置され、各リブ６７４は平坦部６７３を含む。平坦部６７３は、互いに実質的に平行である。対向するリブ６７４は、対向するリブ６７４がネック６７６を画成するように底部６６２から離間している。

シール装置６１０は、スプラインシール６８０を含む。スプラインシール６８０は、断面がほぼ長方形で、第１の端部６８２及び第２の端部６８４を有する。スプラインシール６８０は、第１の端部６８２と第２の端部６８４との間に位置する本体部６８８を有する。本体部６８８は幅Ｂを有し、幅Ｂは第２の距離Ｄ’’よりも小さい。その結果、本体部６８８は、スプラインスロット６３０内の任意の深さに収まるように構成される。

図９は、第１の外側バンド７２３及び第２の外側バンド７５３を含むシール装置７１０を示す。第１の外側バンド７２３は、スプラインスロット７３０を含む。第２の外側バンド７５３は、スプラインスロット７６０を含む。スプラインスロット７３０は、内側壁７３４及び外側壁７３６を含む。スプラインスロット７３０、７６０は、リブ７４４、７７４によって画成されるネック７４６、７７６をそれぞれ有するように構成される。シール装置７１０は、第１の選択的に圧縮可能な端部７８２、第２の端部７８４、及び第１の端部７８２と第２の端部７８４との間に位置する本体７８８を有するスプラインシール７８０を含む。

引き続き図９を参照すると、通常の圧縮されていない構成の場合には、第１の端部７８２は幅Ｄ’’よりも広い幅Ｔを有する。第１の端部７８２は、ネック７４６を通過する際にスロット７３０内に挿入されると圧縮されるように構成される。ネック７４６と底部７３２との間に配置されると、第１の端部７８２は、拡がって再び幅Ｔを有するように構成される。第１の端部７８２は、第１の端部７８２が底部７３２とネック７４６との間にある場合に、スプラインシール７８０がスプラインスロット７３０から除去できないように構成される。これに関連して、スプラインシール７８０の第１の端部７８２は、第１の端部７８２が底部７３２から離れてネック７４６に向かって移動する方向にスプラインシール７８０が引っ張られた場合に、幅Ｔを保持するように構成される。幅Ｔはネック７４６を横切る幅、すなわち幅Ｄ’’よりも大きいので、スプラインシール７８０は、スプラインスロット７３０に挿入されると、スプラインスロット７３０から引き抜くことができない。このように、スプラインスロット７３０に挿入されると、スプラインシール７８０は、第１の外側バンド７２３にトラップされ保持される。対照的に、スプラインシール７８０の第２の端部７８４は、第２の端部７８４がスプラインスロット７６０に挿入される場合、及びスプラインスロット７６０から除去される場合の両方で、第２の外側バンド７５３のスプラインスロット７６０のネック７７６を通過できるように寸法が決められている。

図１０～図１３を参照すると、２つの代替的なシール装置が示されており、シールスプラインはそれぞれのスプラインスロット内にトラップされた一方の端部をそれぞれ有する。

ここで図１０を参照すると、代替的なシール装置９１０が示されており、第１の外側バンド９２３は、スプラインスロット９３０を含む。スプラインスロット９３０は、底部９３２、並びに底部９３２からリム９７２まで延在する内側壁９３４及び外側壁９３６を含む。

表面層９３７は、内側壁９３４に配置される。表面層９３７は、ノッチ９３９を画成する。ノッチ９３９は、スプラインシール９８０の拡がった第１の端部９８２の一部分を受け入れるように構成される。表面層９４１は、外側壁９３６に配置される。ノッチ９４３は、表面層９４１によって画成され、ノッチ９３９の反対側に配置される。ノッチ９４３は、スプラインシール９８０（後述する）の拡がった第１の端部９８２の一部分を受け入れるように構成される。

第２の外側バンド９５３は、第１の外側バンド９２３に隣接して配置され、スプラインスロット９６０を含む。スプラインスロット９６０は、底部９６２、並びに底部９６２からリム９７２まで延在する内側壁９６４及び外側壁９６６を含む。内側壁９６４及び外側壁９６６はほぼ平行であることに留意されたい。リブ９７４は、内側壁９６４に画成される。リブ９７４は、外側壁９６６に画成される。リブ９７４は共に、ネック９７６を画成する。

スプラインシール９８０は、スプラインスロット９３０、９６０内に収まるように構成される。これに関連して、スプラインシール９８０は、本体９８６によって接続された第１の端部９８２及び第２の端部９８４を有する。スプラインシール９８０の第１の端部９８２は、第１の端部９８２が表面層９４１の全体的な平面を越えてノッチ９４３内に延在し、かつ表面層９３７の全体的な平面を超えてノッチ９３９内に延在するように、スプラインスロット９３０内に配置することができるような寸法に決められている。引き続き図１０を参照すると、スプラインシール９８０の第２の端部９８４は、ネック９７６を通過するように構成される。したがって、スプラインシール９８０は、第２の外側バンド９５３のスプラインスロット９６０内に直接挿入することができる。しかし、スプラインシール９８０は、表面層９３７と表面層９４１との間のスプラインスロット９３０に直接挿入することはできない。積層造形法による表面層９３７、９４１を形成する方法、たとえば表面層９３７、９４１及びノッチ９３９、９４３を拡がった端部９８２の周囲に形成する方法については後述する。

さらに別の代替的なシール装置を示す図１１～図１３を参照すると、図１１に示すように、第１の外側バンド１０２３は、第２の外側バンド１０５３に隣接して配置され、スプラインシール１０８０によって接合されて、シール装置１０１０を形成する。図１２に示すシール装置１０１０の外部形状は、図１に示すシール装置１０のそれと実質的に同様であることに留意されたい。しかし、第１の外側バンド１０２３及び第２の外側バンド１０５３の内部形状、並びにスプラインシール１０８０の内部形状は、シール装置１０の対応する要素のそれとは異なっている。

ここで図１２及び図１３を参照すると、第１の外側バンド１０２３は、スプラインスロット１０３０を含む。スプラインスロット１０３０は、底部１０３２、第１の端壁１０９１、第２の端壁１０９２、内側壁１０３４、及び外側壁１０３６を含む。第１のリップ１０９４は、第１の端壁１０９１によって画成され、第２のリップ１０９６は、第２の端壁１０９２上に画成される。第１のリップ１０９４、第１の端壁１０９１、及び底部１０３２は、第１の凹部１０９７を画成する。第２のリップ１０９６、第２の端壁１０９２、及び底部１０３２は、第２の凹部１０９８を画成する。

第２の外側バンド１０５３は、第１の外側バンド１０２３に隣接して配置され、スプラインスロット１０６０を含む。スプラインスロット１０６０は、底部１０６２、並びに底部１０６２からリム１０７２まで延在する内側壁１０６４及び外側壁１０６６を含む。

スプラインシール１０８０は、スプラインスロット１０３０、１０６０内に収まるように構成される。これに関連して、スプラインシール１０８０は、本体１０８８によって接続された第１の端部１０８２及び第２の端部１０８４を有する。スプラインシール１０８０の第１の端部１０８２は、スプラインシール１０８０の第１の端部１０８２から離れて、それぞれの第１の凹部１０９７及び第２の凹部１０９８内に延在する２つのタブ１０８９を有する。このようにして、スプラインシール１０８０は、２つのタブ１０８９と第１のリップ１０９４及び第２のリップ１０９６との相互作用によってスプラインスロット１０３０内に保持される。タブ１０８９が第１のリップ１０９４及び第２のリップ１０９６と干渉して、それらによって阻止されるので、上述したようにスプラインシール１０８０をスプラインスロット１０３０に挿入することができないことを理解されたい。したがって、後述する積層造形プロセスを利用する方法によって、第１のリップ１０９４及び第２のリップ１０９６を形成する前に、スプラインシール１０８０をスプラインスロット１０３０に挿入しなければならない。或いは、リップ１０９４、１０９６が同時に形成される、後述する積層造形プロセスをさらに用いて、スプラインシール１０８０を形成してもよい。

上述したシール装置は、その製造の説明によってさらによく理解することができる。これに関連して、積層造形プロセスは、様々なシール装置の複雑な部品を形成するために利用することができる。このプロセスは、既存の部品表面から開始する。「部品（ｐａｒｔ）」という用語は、未完成な状態の部品だけでなく他の点では完全な部品も指し、たとえば粗鋳造、ブランク、母材、又は積層造形プロセスにより製造された部品などを指す。たとえば上述したスロットのリブ又は他のネック構造は、積層造形プロセスにより形成することができる。最初に、部品表面は、粉末材料の接合を受け入れるように必要に応じて適切に前処理される。たとえば、溶媒、フッ化物イオン洗浄、グリットブラストなどにより、汚染物を除去し、及び／又は表面を粗くすることができる。

次に、粉末が表面に付着される。粉末は、積層造形法のための任意の適切な材料であってもよい。例示であって限定するものではないが、粉末は、金属、重合体、有機、セラミック組成物、金属－セラミック複合材料、アブレイダブル材料、及びこれらの組合せのいずれかであってもよい。

本明細書で使用する「付着する」という用語は、後続の粉末溶融プロセス中に所定位置に留まるように、層を十分な結合強度で表面に付着させる任意の方法を指す。「付着」とは、従来の粉末ベッド装置の場合のように粉末が自重によって単純に所定位置に載置されていることを超えて、結合又は接続されていることを意味する。たとえば、表面は、接着製品でコーティングすることができ、それは浸漬又はスプレーなどの方法によって適用することができる。適切な安価な接着剤の１つの非限定的な例は、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ Ｐａｕｌ，ＭＮ５５１４４ ＵＳから市販されている再配置可能な７５スプレー接着剤である。或いは、静電吸着などの他の方法によって、又は粉末を磁化することによって（部品が鉄を含む場合）、粉末を部品表面に接着させることができる。本明細書で使用する「層」という用語は、質量の増分的な付加を意味しており、層が平面状であること、特定の領域を覆うこと、又は特定の厚さを有することは必要としない。

粉末は、表面上に粉末を滴下又はスプレーすることによって、又は粉末に部品を浸漬することによって、適用することができる。粉末の適用に続いて、任意選択的に、たとえば均一な層を得るために過剰な粉末を除去する必要に応じて、ブラッシング、掻き取り、ブローイング、又は震動を行ってもよい。粉末適用プロセスは、従来の粉末ベッド又は平面状の作業表面を必要とせず、簡単なワークテーブル、クランプ、又は固定具などの任意の所望の手段によって部品を支持することができる。

粉末が付着すると、指向性のエネルギー源（レーザ又は電子ビームなど）が、構築される構造の層を溶融するために使用される。指向性のエネルギー源がビームを放射し、適切なパターンで露出された粉末表面上でビームを操作するためにビームステアリング装置が用いられる。粉末の露出した層は、ビームによって、溶融、流動、及び統合を可能にする温度まで加熱される。この工程は、粉末の融着と呼ぶことができる。

融着工程に続いて、必要に応じて、融着されない粉末を除去する（たとえばブラッシング、掻き取り、ブローイング、又は震動により）ことができる。この工程は、任意選択であり、特定の用途について要求又は所望されてもされなくてもよいことを意味する。

粉末を付着させ、過剰な粉末を除去し、それから指向性エネルギーで粉末を融着させるこのサイクルは、部品全体が完了するまで繰り返される。

図１４～図１７は、上述したプロセスを用いて、積層構造１１３２を製造するプロセスの逐次的な工程を示しており、最初に基板１１１２が設けられ、表面１１１４が必要に応じて前処理される。

次に粉末Ｐが表面１１１４に付着される。図示する例では、表面１１１４（図１５）に接着剤１１２５を適用し、それから接着剤１１２５上に粉末Ｐを適用することによって、粉末Ｐが付着される。過剰な粉末Ｐを除去することができる。図１６は、粉末Ｐの層を適用した後の基板１１１２を示す。非限定的な例としては、粉末層の厚さは約１０μｍ（０．０００４インチ）であってもよい。

指向性エネルギー源（レーザ又は電子ビームガンなど）は、図１７に示すように、所望の構造を表す予めプログラムされたパターンで粉末Ｐの層を溶融するのに用いられる。指向性のエネルギー源がビーム「Ｂ」を放射し、適切なパターンで露出された粉末表面上でビームＢの焦点「Ｓ」を操作するためにビームステアリング装置が用いられる。粉末Ｐの露出した層は、ビームＢによって、溶融、流動、及び統合を可能にする温度まで加熱される。粉末Ｐ及び表面１１１４がビームＢによって加熱されて、溶融した粉末Ｐによって形成された統合された層が表面１１１４に融着及び／又は付着される。

積層造形プロセスの利点は、従来の手段を用いて形成することが非実用的及び／又は不可能であったブラインド領域を形成できることである。例としてシール装置１０を示す図３を部分的に参照すると、スプラインスロット３０のリブ４４は、積層造形プロセスを用いて以下のように形成することができる。最初に、スプラインスロット３０が形成された外側バンド２３を、スプラインスロット３０が粉末を受け入れて保持できるように配向する。底部３２及びリム４２の相対位置は、粉末が修正される表面上に十分に保持され得る任意の向きであってもよい。説明のために、この工程ではスプラインスロット３０の向きは垂直であると考える。別の言い方をすれば、スプラインスロット３０のリム４２は、スプラインスロット３０の底部３２の上に配置される。上述した例示的な積層造形プロセスに示すように、接着工程は、通常最初であるが、任意選択である。この場合には、最初の粉末を導入する前に接着剤は適用されない。リブ４４の底部３２に最も近い部分とほぼ同じレベルにスロット３０が充填されるまで、粉末が導入されて、底部３２を覆う。次に粉末は、リブ４４を設けることが所望される領域でこの時点で融着される。リブ４４は、接着剤、粉末、及び融着エネルギーを繰り返し適用することによって継続して構築される。各層では、粉末が内側壁３４から外側壁３６まで延在する。しかし、粉末はリブ４４の範囲にだけ融着される。このようにして、ネック４６が製造される。いくつかの実施形態では、層を前の層に対してのみ融着させることができ、内側壁３４もしくは外側壁３６、又は底部３２のいずれにも融着させることができないことを理解されたい。

ここで図５に示すシール装置３１０を製造するための積層造形法を参照して、リブの形成を繰り返すことを除けば、シール装置１０を製造するための方法と同様であることを理解されたい。これに関連して、リブ３４４が最初に形成され、次に所定の厚さの粉末の１以上の層が、スプラインスロット３３０の幅の全範囲にわたって設けられる。それからリブ３４５が形成される。第２のスプラインスロット３６０のリブ３７４、３７５も、同様に形成される。

積層造形プロセスはまた、スプラインシール１８０及びリブ１４４を順次形成するのに使用することができ、リブ１４４に干渉することなく、外側バンド１２３のスプラインスロット１３０内にスプラインシール１８０を導入することができる。これに関連して、外側バンド１２３は、上述したように、粉末がスプラインスロット１３０の底部１３２に配置され得るように配向される。スプラインスロット１３０の底部１３２上の粉末の深さは、スプラインシール１８０の第１の端部１８２の所定の位置に到達するように調整される。この時点で、上述した接着剤、融着及び粉末を交互に適用する工程が、スプラインシール１８０が形成されるように繰り返される。粉末の所定の層において、粉末はスプラインシール１８０の領域及びリブ１４４の領域の両方で融着される。リブ１４４が完成するまで、リブ１４４及びスプラインシール１８０の両方の部分が融着される付加的な層が設けられる。スプラインシール１８０が完成するまで、粉末の層が継続して追加される。例として、限定はしないが、スプラインシール１８０を形成する際に外側バンド１２３の上方に位置する粉末層は、スプラインスロット１３０の周囲に構築された一時的な壁、外側バンド１２３を受け取るように構成された治具、フレーム、及びこれらの組合せのいずれかに含まれてもよい。

図面に示した他のトラップされたスプラインシールを参照すると、図９～図１３に示すスプラインスロット及びスプラインシールは、シール装置１０について上述したものと同様の積層造形法を用いて製造することができることを理解されたい。シール装置９１０は、シール装置１１０に関して説明した積層造形プロセスにより形成することができ、スプラインシール９８０は、表面層９３７、９４１と同時にそれぞれ形成される。

以上、複雑なスプラインスロット及びスプラインを含むシール装置について説明した。スプラインスロット及びスプラインシールを含むシール装置は、スプラインスロット壁とシールとの間のスプラインスロットを通る漏れ流路を制限することにより漏れを減少させる。このようなシール装置は、湾曲したシールスロット及び面、湾曲したスプライン、スロット長に沿って一定の断面形状もしくは一定の位置ではないリブ、他のリブ形状、並びに他のスプライン形状を含むことができる。このような漏れの低減により、関連する航空機部品の効率が高められる。

以上、積層造形法を用いてシール装置を形成するための方法についても説明した。本明細書（添付した特許請求の範囲、要約、及び図面を含む）で開示した特徴のすべて、及び／又は開示した任意の方法もしくは処理のステップのすべては、そのような特徴及び／又はステップの少なくともいくつかが相互に排他的である組合せを除いて、任意の組合せで組合せることができる。

本明細書（添付した特許請求の範囲、要約、及び図面を含む）に開示した各特徴は、特に明記しない限り、同一、等価、又は類似の目的を提供する代替的特徴に置き換えることができる。したがって、特に明記しない限り、開示した各特徴は、等価又は類似の特徴の一般的な系列の内の１例にすぎない。

本発明は、上述したシール装置の詳細に限定されるものではない。本発明は、本明細書（添付した新規性の可能性のある点、要約、及び図面を含む）に開示された特徴の内の任意の新規なもの、又は任意の新規な組合せ、或いは開示した任意の方法もしくは処理のステップの内の任意の新規なもの、又は任意の新規な組合せを拡張する。
［実施態様１］
シールスロット（３０、６０）を有するタービン部品にシール構造を形成する方法であって、スロット（３０、６０）は、間に開口部を画成する壁（３４、３６）を含み、方法は、開口部のサイズを小さくするために、積層造形プロセスを用いて、壁（３４、３６）の少なくとも一方にネック構造（４６、７６）を形成するステップを含む方法。
［実施態様２］
粉末がシールスロット（３０、６０）により収容され得るようにタービン部品を配置するステップと、粉末が壁（３４、３６）に対して所定のレベルになるまでシールスロット（３０、６０）に粉末を追加するステップと、粉末の最上層の一部分を選択的に溶融させるステップとをさらに含む、実施態様１記載の方法。
［実施態様３］
粉末の最上層に粉末の追加層を堆積させるステップと、粉末の追加層の少なくとも一部を、前の層の溶融された部分の少なくとも一部分に融着させるステップとをさらに含む、実施態様２記載の方法。
［実施態様４］
粉末の層の一部を壁（３４、３６）の少なくとも一方に融着させるステップをさらに含む、実施態様３記載の方法。
［実施態様５］
層ごとに構造を構築するために、堆積及び融着させるステップをサイクルで繰り返すステップをさらに含む、実施態様２記載の方法。
［実施態様６］
構造は、スロット（３０、６０）の壁（３４、３６）に取り付けられたリブ（４４、７４）である、実施態様５記載の方法。
［実施態様７］
第１の構造から離間した別の構造を構築するために、堆積及び融着させるステップを繰り返すサイクルを再開する前に、１以上の溶融されない層を追加するステップをさらに含む、実施態様５記載の方法。
［実施態様８］
タービン部品は、金属合金を含む、実施態様２記載の方法。
［実施態様９］
粉末は、金属合金を含む、実施態様２記載の方法。
［実施態様１０］
順次スプラインシール（８０）を用いて、シールスロット（３０、６０）を有するタービン部品にシール構造を形成する方法であって、スロット（３０、６０）は、間に開口部を画成する壁（３４、３６）と、開口部に配置されたスプラインシール（８０）の少なくとも一部分を含み、方法は、積層造形プロセスを用いて、開口部のサイズを小さくするために壁（３４、３６）の少なくとも一方にネック構造（４６）を形成し、かつ開口部内に配置されたスプラインシール（８０）を形成するステップを含む方法。
［実施態様１１］
粉末がシールスロット（３０、６０）により収容され得るようにタービン部品を配置するステップと、粉末がスプラインシール（８０）の第１の端部の所定位置になるまでシールスロット（３０、６０）へ粉末を堆積するステップと、スプラインシール（８０）の領域内にない粉末が融着されないようにしながら、スプラインシール（８０）の領域内の粉末を融着させるステップとを含む、実施態様１０記載の方法。
［実施態様１２］
スプラインシール（８０）の保持端部が形成されるまで、堆積及び融着させるステップを繰り返すステップと、スプラインシール（８０）の部分及びネック構造（４６、７６）の部分が同時に形成されるように、離間した溶融領域を画成するために、堆積及び融着させるステップを繰り返すことを継続するステップとをさらに含む、実施態様１１記載の方法。
［実施態様１３］
部品は、金属合金を含む、実施態様１２記載の方法。
［実施態様１４］
粉末は、金属合金を含む、実施態様１２記載の方法。
［実施態様１５］
ガスタービンエンジン用のシール装置（１０）であって、
シールスロット（３０、６０）を有する部品であって、スロット（３０、６０）は間に開口部を画成する離間した側壁を含む、部品と、
シールスロット（３０、６０）内に配置され、所定の第１の寸法を有する拡大部分を有するスプラインシール（８０）と、
シールスロット（３０、６０）内のシールをトラップするために第１の寸法より小さい第２の寸法を規定するシールスロット（３０、６０）のトラップ要素と
を含む、装置（１０）。
［実施態様１６］
トラップ要素の寸法及びスプラインシール（８０）の拡大部分は、トラップ要素が定位置にある場合に、スプラインシール（８０）の拡大部分がシールスロット（３０、６０）内に導入され得ないようになっている、実施態様１５記載の装置（１０）。
［実施態様１７］
部品は、金属合金を含む、実施態様１５記載の装置。
［実施態様１８］
スプラインシール（８０）は、金属合金を含む、実施態様１５記載の装置。

Claims (5)

1. スプラインスロット（３０、６０）及びスプラインシール（８０）を有するタービン部品にシール構造を形成する方法であって、前記スプラインスロット（３０、６０）は、間に開口部を画成する壁（３４、３６）を含み、前記方法は、開口部のサイズを小さくするために、積層造形プロセスを用いて、前記壁（３４、３６）の少なくとも一方のネック構造（４６）及び開口部内に配置された前記スプラインシール（８０）を前記スプラインスロット（３０、６０）からの前記スプラインシール（８０）の除去が前記ネック構造（４６）によって妨げられるように同時に形成する方法であり、
   粉末が前記スプラインスロット（３０、６０）に収容され得るように前記タービン部品を配置するステップと、前記粉末が前記壁（３４、３６）に対して所定のレベルになるまで前記スプラインスロット（３０、６０）に前記粉末を追加するステップと、前記粉末の最上層の一部分を選択的に溶融させるステップとを含み、
   前記粉末の最上層に前記粉末の追加層を堆積させるステップと、前記粉末の追加層の少なくとも一部を、前の層の溶融された部分の少なくとも一部分に融着させるステップとをさらに含み、
   前記粉末の層の一部を前記壁（３４、３６）の少なくとも一方に融着させるステップと、層ごとに前記ネック構造を構築するために、堆積及び融着させるステップをサイクルで繰り返すステップをさらに含む、方法。
2. 前記ネック構造が、前記スプラインスロット（３０、６０）の前記壁（３４、３６）に取り付けられたリブである、請求項１記載の方法。
3. 前記リブ（３４４）が取り付けられた前記壁に、前記リブ（３４４）から離間した別のリブ（３４５）を構築するために、堆積及び融着させるステップを繰り返すサイクルを再開する前に、１以上の融着されない層を追加するステップをさらに含む、請求項２記載の方法。
4. 前記タービン部品が金属合金を含む、請求項１記載の方法。
5. 前記粉末が金属合金を含む、請求項１記載の方法。

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