JPH02500347A - 放電加工機用電極とその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 放電加工機用電極とその形成方法 この発明はエーロフォイルのようなガス冷却タービン構成部品の表面に、放電加 工（ＥＤＭ）の手段によって円錐形の拡散開口を設けるための改良された電極と 、その電極を形成する方法に関する。

発明の背景 ガスタービンエンジンに於いては、圧縮機からの高圧の空気又は他のガスを、エ ーロフオイルのチャンネルを通し、エーロフォイルの壁の小孔を通過させること でエーロフォイル表面上に冷却ガスの層を形成させ、これにより回転ブレードの ようなエーロフオイル表面を冷却することが現在普通に行なわれている。そして 、空気又は他のガスの層又はフィルムの冷却効果は、エーロフオイル表面に於け る穴の開口を大きくすることによって増大することも知られており、拡大した開 口を持つ穴は拡散フィルム穴として知られている。

エーロフオイルのガス冷却に関する技術は、Ｊ、Ｅ。

シデンスティックの米国特許第４．１９７，４４３号明細書及びり、Ｊ、マッキ ニーの米国特許第３．７９５．６０４号明細書に記載されている。

従来の技術 シデンスティックの米国特許第４．１９７．４４３号に指摘されているように、 拡大した開口部を持つテーパー付き拡散開口は実質的な効果を発揮するが、そう した開口を形成するのに適当な方法は、開発されていない。

これまでは第１工程でまっすぐな穴を形成し、第２工程で拡散領域を加工する多 段方法が採用されているが、穴に不整合が生じる問題があり、また加工費用が嵩 む。

シデンスティックの方法は、歯型の平板状電極に二つの屈折部を形成させて長手 方向に非平面的な電極を得るものである。このような電極は穿孔可能な拡散孔の 形状が正方形、長方形又は台形に限定されるため、必ずしも満足できない。この ような拡散孔の四角な隅は乱流を誘発し、タービン構成部品表面上に、特にその 表面が比較的小さい半径である場合には、冷却ガスを均一に拡散させることがで きない。

エーロフオイル又は他のタービン構成部品の表面上に、空気のような冷却流体を 拡散させる場合、円形、楕円形又はこれに類する曲面を持った円錐状開口により 前記の拡散は改良される。

シデンスティックの電極は壁に孔を開けるよりもむしろ縁に刻み目を付けるもの であるので、エーロフオイルの前縁に孔を形成する場合には、この電極を使用す ることができない。

米国特許第３．７９５．６０４号に於いて、マッキニーは電解的に穿孔する電気 化学的方法を用いて、テーパー付きの小さい空気孔をタービンブレードに形成す る方法を記載する。２工程は費用が嵩むので、一時的な電極が要求される。

米国特許第３．０８７，０４３号に於いて、Ｍ、ホフェーは所望形状の電極を使 用する放電加工の手段で、ある種の形状のスピナレット（ｓｐｉｎｎｅｒｅｔｔ ｅ）開口を形成することを記載する。

米国特許第３．０４１．４４２号に於いて、Ｗ、ウルマン等はピボット腕に装着 した様々な形状の電極を用いる放電加工（ＥＤＭ）の手段で、金属に曲面を持っ た凹部を形成することを記載する。

発明の要約 本発明はエーロフオイルのようなタービン構成部品の壁に、小さい冷却流体拡散 孔をの一工程で形成する新規なＥＤＭ用電極と、その電極を製造する方法を提供 する。実質的に円形断面のまっすぐな前方部分と、円錐状の頭部分を有する電導 性材料の電極は、流体冷却されるタービン構成部品の壁に、円錐状の拡散開口を 有する冷却孔を一工程で形成できることを我々は見出した。円錐状拡散開口を有 する冷却孔は、従来、二つの別の電極を使用した２工程でしか作成できなかった ものである。従って、本発明の電極の実質的な利益は、容易にこれを理解するこ とができる。

ここで「実質的に円形」とは円形断面のみならず、楕円断面及びこれに類する曲 線断面を包含する。

好ましい具体例では、本発明の電極は直径が段階的に円錐状に増大する頭部分と 、典型的には０．００５インチ〜０．０３０インチの直径にある丸いまっすぐな 前方部分を有する歯型ユニットである。この電極を放電加工に応用した場合、電 極を素材に向けて前進させると、電極のまっすぐな部分に似た形を有する冷却孔 が素材の壁を貫いて形成され、電極をさらに前進させると、孔の口は電極の円錐 状部分に似た形に、所望の程度拡大される。電極の円錐状部分は真円錐でも、そ の横断面が楕円のものでも、あるいは他の曲面を備えるものであっても差支えな い。孔の円錐状拡大部の深さは、所望により電極の前進の程度を調節することで コントロールされる。

電極はホルダーに確保させるための胴体部を円錐状端部に有する単一の歯状物で あってよく、また特定な放電加工のホルダーに適宜整列された複数の歯状物であ ってもよく、さらに複数の歯状物並べた櫛型ユニットとすることもできる。

、電極の製造方法は、銅その他の可鍛性で電導性の物質の薄いリボン（その厚さ は例えば０．０２０〜０．０５０インチ）を、漸進的な押抜き工程で加工するこ とを包含する。第１工程では細長いストリップがリボンの横方向に除去され、胴 部ストリップから基部ストリップに伸びる一連の間隔を置いた歯状物が残される 。この歯状部は基部ストリップに接続されている前方部分で細長く、胴部ストリ ップに接続されている頭部分で三角形である。歯の前方部分（つまり、細長い部 分）の断面を減少させる目的で、当該部分は次工程の押抜き操作で所望の厚さに 圧縮される。また、それぞれの三角形状部分も、これが胴部ストリップに接続さ れている厚さから、圧縮後の歯の前方部分の厚さまで徐々にその厚さが減少せし められる。圧縮後の歯の細長い部分は再び切抜かれ、各歯の当該部分はほぼ四角 な断面にされると共に、次の円形断面に加工するに必要な面積が与えられる。各 歯の前方部分は次いで丸い針状の直線部に加工され、三角形状部分は円錐状に加 工される。

次いで銅のストリップは電極に切出され、これらの電極は個々の電極とすること もできれば、これらを複数個からなる櫛状ユニットとすることもできる。

本発明の電極によれば、冷却フィルムの形成を容易に可能ならしめる円錐状冷却 孔を、単一操作で容易に形成することができる。さらに、本発明の電極はタービ ン構成部品の表面に、如何なる角度でも使用することができ、また、当該部分が 前縁部であろうとも、凹状表面、凸状表面等の表面であろうとも使用することが できる。

発明の目的 本発明の目的の一つは、タービン構成部品の壁に小さい冷却孔を形成できる放電 加工用の新しい電極を提供することにある。

本発明の他の目的は、従来公知の放電加工用電極の欠点を改良した放電加工用電 極を提供することにある。

本発明の別の目的は、タービン構成部品の壁に丸い拡散開口を有する冷却孔を一 工程で形成させることができる放電加工用電極を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、一つの電極を用いて一つの工程で、円錐状拡散開口 を有する小さい冷却孔を、タービン構成部品に放電加工で形成させる方法を提供 することにある。

図面の簡単な説明 第１Ａ図及び第２Ｂ図は電導性材料のストリップが前進的な押抜き工程により多 数の歯状電極に加工されるまでを示す電導性材料のストリップの平面図である。

第２図は本発明の単一同心電極の一興体例の側面図であって、一部を破断して拡 大したものである。

第３図は第２図の電極の横断面が円形である場合に得られる冷却孔の部分平面図 である。

第４図は第２図の電極の横断面が楕円である場合に得られる冷却孔の部分平面図 である。

第５図は電極の円錐状部分の軸と前方部分の軸とが平行でない本発明の単一電極 の側面図であって、一部を破断して拡大したものである。

第６図は第５図の電極が円形の横断面を持つ場合に得られる冷却孔の部分平面図 である。

第７図は第５図の電極が楕円形の横断面を持つ場合に得られる冷却孔の部分平面 図である。

第８図は櫛型配列にある本発明の電極の多数歯型具体例の平面図である。

第９図は第２図の単−電極又は第８図の櫛電極の拡大側面図である。

第１０図は本発明の電極で形成された円錐状冷却孔を有するエーロフオイルの前 縁の壁の拡大断面図である。

第１１図は本発明の電極を適用する角度を説明するガスタービンエーロフォイル の拡大正面図である。

第１２図は第１１図のように形成された冷却孔とエーロフオイルの前縁の拡大断 面図である。

好ましい具体例の記述 エーロフオイル又は他のガスタービン構成部品に、放電加工の手段で冷却孔を形 成すること自体は、米国特許第４．１９７．４４３号（１９８０）でシデンステ ィックが記載しているように、公知の技術であり、またいろいろな凹部の形成は 米国特許第８．０４１．４４２号（１９６２）でウルマン等が記載しているので 、放電加工プロセスの詳細はここでは省略する。

本発明の電極は第２．第５及び第９図に示すように、個々の電極であることがで き、通常はその幾つかが第８図に示すように、素材に多数の孔を形成する上で望 ましい配列でホルダーに装着される。また、電極は第１Ｂ図に示すような櫛状に 多数の歯で構成させることもできる。歯の端部５ａはエーロフォイルの表面の輪 郭に適合するように、直線状とか、千鳥状とかに並べることができる。

第１Ａ図及び第１Ｂ図は本発明の電極が形成される段階的押抜き操作の一連の工 程を示している。この具体例では電極が多数の歯を有する櫛に形成されるが、贅 の製造では、櫛の間に適当な大きさの開口３が残る１−うに、間隔をおいて比較 的大きい面積が打ち抜かれＣ０個々の電極を製造するに際して、打ち抜かれた開 口の大きさと間隔は、これらを別々の歯としてカットできるように異なっている 。

第１Ａ図及び第１Ｂ図では、好ましくは銅のような可鍛性電導性物質の、ストリ ップ１が、段階的な押抜き工程を経て一連の細い歯５に形成される過程が図示さ れている。符号２は押抜き工程開始前の工程Ｉでの固体ストリップを示している 。工程■では、大きい開口３が打ち抜かれ、これにより最終工程でストリップか らカットされる櫛同志が分けられる。細長いストリップ４はストリップ１から打 ち抜かれ、通常は３回の押抜き操作で打ち抜かれるストリップの数を増加させ、 工程■で示すような一連の歯５を形成する。各歯５は基部ストリップ７に接続す る細い前方部分６と、胴部ストリップ９に接続する三角形の頭部分８とからなる 。

電極本体に必要な剛性を付与し、電極ホルダーに把持させるための厚さを持たせ るために、ストリップ１の厚さは、典型的には０．０１５〜０．０６０インチで ある。

しかし、完成電極の前方部分は、タービン構成部品特有の大きさの小さい冷却孔 を製造するために、通常、０．００５〜ｏ、ｏｓｏインチの厚さく又は直径）に ある。さらに、前にも述べた通り、タービン構成部品の表面に円錐状開口を設け ることにより、冷却効果は一層向上する。

本発明の電極は段階的押抜き操作での次のような付加的工程により、容易にかつ 経済的に製造することができる。適当な金型により各歯５の前方部分６は、歯の 最終横断面に応じた所望の厚さに圧縮され、典型的には電極の前方部分の最終直 径が０．００５〜０．０３０インチである丸い歯に成形される。また、三角形の 頭部分８は圧縮工程で厚さが減少せしめられ、圧縮後の三角形部分８は歯５の前 方部分と同じ厚さにあり、一方、三角形部分８の基部は元の厚さを維持している 。すなわち、三角形の頭部分の基部の厚さは、胴部ストリップと同じ厚さにある 。圧縮工程後の歯５は工程■で示されている。

段階的押抜き操作の次の工程では、圧縮されて偏平になった歯５の前方部分８が 、工程Ｖで示すように各歯の幅が減少するように再びトリミングされる。この工 程に於ける各歯５の厚さと幅は、最終加工工程に於いて、歯の前方部分に所望の 横断面積を与えることができるような厚さと幅にある。この工程での横断面は実 質的に正方形でも長方形でもよい。

次の工程で前方部分６はコイニング（ｃｏｉｎｉｎｇ）工程に供され、ここで歯 に前方部分６は長さに沿って円形に圧縮加工される。前方部分は楕円その他の横 断面形状に加工することもできる。工程■での電極はそうした形のいずれかであ る。

最終加工工程では、各歯５の三角形の頭部分８が円錐状に加工される。円錐状形 状は普通の円錐であって、すなわち、円形底面、楕円形底面又は他の曲面を底面 とする円錐いずれであって差支えない。ストリップ２この工程までで工程■に示 すような外観を呈する。

次いで電極は第１Ｂ図のＡ−Ａ線に沿ってストリップ２から切り離され、胴部ス トリップ９を含む櫛状電極１０が製造される。トリミングで基部ストリップ７が 除去され、電極の端部は、穿孔せんとする部品の外形に応じたライン１１に沿っ て切断されるのであって、これを工程■で示す。

第２図及び　第５図で示すような個々の電極５は、櫛状電極の製造に用いたと同 じ、銅その他の可鍛性かつ電導性物質のストリップから、同様な段階的押抜き工 程により製造することができる。しかし、ストリップに設ける歯の間隔は、櫛の 場合の間隔と相違する。

第２図及び第５図に於いて、円錐状領域の角度は電極の説明の便宜上誇張されて いる。

第２図は円形断面の単一歯電極を示している。第３図はこの電極を用いてタービ ン構成部品に形成された孔の断面を示している。丸い冷却孔１３が円錐状の拡散 開口１４と共に壁１２に形成されている。第４図は断面が楕円である電極５を用 いて形成される楕円形の孔１６と楕円形の拡散開口１７を示している。

本発明の電極は円錐状部分と前方部分が同心的であるものに限定されることはな い。第５図は円錐状部分１９の軸１８ｂが前方部分２０の軸１８ａと一直線に並 んでいない電極１８を示す。第６図は断面が円形である電極１８を用いてガスタ ービンの構成部品に壁２３に形成した冷却孔２１と拡散開口２２の断面図である 。第７図は断面が楕円である電極１８を用いて壁２６に形成した孔２４と拡散開 口２５の断面図を示す。

本発明の方法によれば、様々な組合せ形状の放電加工用電極を製造することが可 能である。例えば、前方部分を円形断面とし、円錐状部分を楕円型断面及び／又 は偏向させることができる。従って、本発明の電極はタービン構成部品の冷却孔 の様式形状に多彩な融通性を与える。

第８図は電極の端部５ａがタービン構成部品の特定な輪郭に適合するようにジグ ザクに配列させてホルダー２９に装着した個々の電極５（又は１８）の組合せ方 ２７を示す。

第９図は本発明の電極５の典型的な形状を示す。前方部分６は横断面が実質的に 円形であって、かつ厚さが０．００５〜０．０３０インチの範囲にあるまっすぐ な部分である。円錐部分の壁と電極の軸がなす角度αは、４０度までの任意の角 度を取ることができるが、好ましくは２″〜１０″である。

第１０図は本発明の電極にてタービン構成部品の任意の表面に形成された冷却孔 を示し、孔３０はエーロフオイル２９の前縁に任意の角度で形成された冷却孔を 示す。

このように前縁に穿孔できることは従来の電極を凌ぐ本発明の利点である。

第１１図はエーロフォイル３２の壁に冷却孔を形成した場合を示し、ここでは電 極がエーロフオイルのほぼ軸の方向に向けられている。電極３３は拡散開口３ｏ を形成し、電極３４は拡散開口３１を形成する。

本発明の電極はガスタービンエンジンの設計技術者の要求を広く満足させる融通 性を備えている。タービン構成部品の壁が如何なる輪郭と持とうとも、その壁に 任意の角度で、所望の角度の円錐状開口を所望の深さで形成することができる。

＋　＋で「タービン構成部品」とはエーロフオイルのみならず、燃焼器、タービ ン側板（シュラウド）、シール、支持部材その他の冷却部品を包含する。冷却媒 体は空気だけに限定されず、窒素のような他のガス及び他の流体が包含される。

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Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．可鍛性の電導性物質の薄いリボンから、その長さ方向を横切る方向にも細長 い部分を除去することで、胴部ストリップと基部ストリップとの間に伸びる間隔 を置いた一連の歯状部を残し、 当該歯状部は胴部ストリップに接続した細長い前方部分と、基部ストリップに接 続した三角形状の頭部分からなり、 前記の歯状部を圧縮して前方部分の厚さを所望の厚さに減少させると共に、三角 形状の頭部分の厚さも胴部ストリップの厚さから圧縮された前方部分の厚さまで 漸減させ、 歯状部をその前方部分に沿って、所望の幅にトリミングし、 歯状部の前方部分を断面形状が実質的に円形になるように加工（ｃｏｉｎｉｎｇ ）し、 歯状部の頭部分を円錐状に加工（ｃｏｉｎｉｎｇ）し、前記リボンから電極を切 り落す、 の各工程を包含し、断面が実質的に円形であるまっすぐな前方部分と、この前方 部分から分岐して本体と接続される円錐状の頭部分とを有する放電加工用電極を 、可鍛性の電導性物質の薄いリボンから製造する方法。
2. ２．電導性物質が銅である請求の範囲１の方法で製造された電極。
3. ３．電極が櫛型形状にある請求の範囲１の電極。
4. ４．電極が櫛型形状にある請求の範囲２の電極。
5. ５．可鍛性の電導性物質の薄いリボンで、まっすぐな前方部分と本体に接続され る三角形状の頭部分からなる１又はそれ以上の歯状部を形成し、その前方部分を その断面が実質的に円形になるように加工し、三角形状の頭部分を円錐状に加工 することを包含する放電加工によりタービン構成部品の表面に円錐状の冷却孔を 形成するために使用する電極を、可鍛性の電導性物質の薄いリボンから製造する 方法。
6. ６．電導性物質が銅である請求の範囲５記載の方法で製造された電極。
7. ７．断面が実質的に円形にあり、タービン構成部品の壁を貫通できる長さを備え たまっすぐな針状の前方部分と、断面が増大した円錐状頭部分とを有する可鍛性 電導性物質の歯状部材で構成される放電加工でタービン構成部品の表面に円錐状 の冷却孔を製造するための電極。
8. ８．電極を装着するための本体部を有する請求の範囲７記載の電極。
9. ９．前記の物質が銅である請求の範囲７記載の電極。
10. １０．前記の電極が櫛型形状にある請求の範囲１の電極。
11. １１．先端が実質的に円形の断面を持ったまっすぐな部分と、断面が徐々に増大 した円錐状の頭部分とを有する電極を、タービン構成部品に対して前進させて前 記のまっすぐな部分で構成部品の壁に孔を形成させ、さらに電極を前進させて円 錐状の頭部分により孔を構成部品の表面で円錐状拡散開口に拡大させることを包 含する放電加工によりタービン構成部品に改良された冷却孔を形成する方法。
12. １２．前記の電極が銅である請求の範囲１１記載の方法。
13. １３．前記の電極が櫛型形状にある請求の範囲１１記載の方法。