JPH0251704B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規にして改良されたタービンエンジ
ン構成部品およびこれを製造する方法に関する。
さらに詳細には、本発明は内外側の囲いリング間
で複数の羽根を環状列に配置したタービンエンジ
ン構成部品及びその製造方法に関するものであ
る。

一般に、タービンエンジンは高温のガス流を回
転子の翼に向ける羽根をもつた固定子を備えてい
る。苛酷な作動条件に耐えるために、米国特許第
4464094号にはタービンエンジン構成部品を単結
晶構造または柱状の粒子結晶学的構造のいずれか
をもつた羽根で構成することが提案されている。
この特許に示されている羽根は、羽根の前後縁を
横断する成長方向を備えた単結晶構造または柱状
の粒子結晶学的構造をもつた囲いリング間にのび
ている。

前述の米国特許第4464094号にあつては、囲い
リングは羽根とは別のセグメントで鋳造される。
羽根はそれからろう付け作業により、囲いリング
セグメントに接続される。米国特許第4008052号
および第4195683号では、溶融金属は、予め成形
された羽根の端部まわりで凝固する。

タービンエンジン構成部品における熱応力を最
小限にするために、米国特許第3075744号では羽
根の外側端は、外側囲いリングに対し動いて羽根
の熱膨張に適応するようになつている。羽根の内
端は内側囲いリングに係止されている。羽根の外
端はすべり継手のところで外側囲いリングに接続
されている。

本発明は、内外側の囲いリング間に複数の羽根
を環状列に配置した改良されたタービンエンジン
構成部品を製造する方法に関する。タービンエン
ジン構成部品を製造する方法を実施するに際し、
羽根はその端部分を内外側の囲いリングろう型に
埋込みながら環状列に配置する。ゲート用ろう型
が囲いリングのろう型に接続された後、全組立体
はセラミツク材によつて覆われ鋳型を形成する。
囲いリングとゲート用ろう型はそこで取除かれて
羽根の内外方の端部分がおかれる内外側の囲いリ
ング金型キヤビテイが残される。

内外側囲いリングの金型キヤビテイはそこで羽
根の端部分を囲む溶融金属で充填される。囲いリ
ングの金型キヤビテイが溶融金属で充填される
間、羽根はセラミツク金型材によつて囲いリング
金型キヤビテイと選択された空間をもつて保持さ
れる。内外側の囲いリングの金型キヤビテイ内の
溶融金属が凝固すると、タービンエンジン構成部
品は金型から取出される。

タービンエンジン構成部品の使用中の熱膨張を
最小限にするため、羽根と囲いリングの間にはす
べり継手が設けられて囲いリングに対する羽根の
熱膨張に適応するようにしている。かくして羽根
のおのおのの端部分が囲いリングの１つに係止さ
れる一方、すべり継手は羽根と他方の囲いリング
の間に形成される。羽根が囲いリングの温度より
高い温度まで加熱されると羽根の熱膨張はすべり
継手を開くようにしている。

タービンエンジン構成部品の作動特性を向上さ
せるために、囲いリングと羽根とは、異なつた成
分と異なつた結晶学的構造をもつた金属で作られ
る。従つて囲いリングは羽根の金属とは違つた金
属で作られる。羽根は単結晶構造物または柱状の
粒子結晶学的構造物のいずれかで作られる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に
説明する。

本発明に基づいて構成されたタービンエンジン
構成部品２０が第１図に示されている。この場
合、タービンエンジンは、燃焼室とこのタービン
エンジンの第１段回転子との間に固着された固定
子である。燃焼室からの熱ガスは、円形の内側囲
いリング２６と円形の外側囲いリング２８との間
にのびるエアフオイルすなわち羽根２４の環状列
２２に向けられる。本発明によつて構成されたタ
ービンエンジン構成部品２０は、燃焼室とタービ
ンエンジンの第１段回転子の間で用いられるとき
は特に効果的ではあるがエンジン内の他の個所に
も用いることができる。

本発明の特徴によれば、羽根２４は内外側の囲
いリング２６，２８から別々に作られる。これに
よつて羽根２４をタービンエンジン内で露出され
る極度に高い温度に耐えられる金属およびまたは
セラミツク材料で作ることができる。内外側の囲
いリング２６，２８は、羽根２４が受ける作動条
件とは多少異なつた作動条件に従うので、これら
の囲いリング２６，２８は羽根２４の材料とは違
つた材料で作られる方が効果的である。

羽根２４（第２図、第３図および第４図）は内
外側の囲いリング２６，２８から別々に作られ
る。この場合、羽根２４はニツケルクロムスーパ
ーアロイ金属の単結晶として鋳造される。羽根２
４は米国特許第3494709号に開示のものとほぼ同
じ方法によつて鋳造することができる。必要とあ
れば、羽根２４は、他の結晶学的構造物およびま
たは他の材料で作ることもできる。たとえば、必
要に応じて羽根２４は柱状の粒子結晶学的構造を
もつたり、またはセラミツクもしくは金型セラミ
ツク材料で作つてもよい。

タービンエンジン構成部品２０を作るのには、
金属の羽根２４の内方の端部分３２を内側囲いリ
ングのろう型３４（第８図）に埋込む。同じく金
属の羽根２４のおのおのの外側の端部分３６も外
側囲いリングのろう型３８に埋込まれる。羽根２
４と内外側の囲いリングのろう型３４，３８はセ
ラミツクの金型材４０で覆つて金型を形成する。

囲いリングのろう型３４，３８はそこで金型４
２から取除かれて１対の円形の囲いリングの金型
キヤビテイ４４，４６を残す。囲いリングの金型
キヤビテイ４４，４６は羽根２４の内外方の端部
分３２，３６まわり全体にのびる。しかしながら
羽根２４の外方端部分３６の端面はセラミツクの
金型材４０（第１０図と第１１図）で覆われてい
る。

囲いリングの金型キヤビテイ４４，４６はそこ
で溶融金属で充填される。溶融金属は凝固して内
外側の囲いリング２６，２８を形成する。溶融金
属が凝固するにつれて、羽根２４はチルとして作
用し羽根２４の前後縁５２，５４（第２図）を横
断する方向に囲いリングの溶融金属の凝固を促進
させる。

酸化皮膜は、金属の羽根を加工する間に、この
羽根一面にわたつて形成される。この酸化皮膜に
よつて羽根２４と囲いリング２６，２８との間に
は冶金学的結合が生じることはない。従つて、囲
いリング２６，２８と羽根２４の間には機械的な
接続があるのみである。

囲いリング２６，２８は羽根２４から別々に鋳
造されるので、羽根２４の金属とは異なつた金属
で作られる。従つて、ここに述べるような特定の
場合には、羽根２４はニツケルクロムスーパーア
ロイの単結晶として鋳造され、内外側の囲いリン
グ２６，２８はMAR M509の如きコバルトクロ
ムスーパーアロイで作られる。内外側の囲いリン
グ２６，２８は同じ金属で鋳造されるが、内側の
囲いリング２６はある金属で鋳造し、外側の囲い
リング２８は別の金属で鋳造することもできる。
羽根２４はタービンエンジン構成部品２０の作動
特性を有利にするため第３の金属またはセラミツ
ク材料で作ることもできる。

タービンエンジン作動中は、羽根２４は内外側
の囲いリング２６，２８より高い温度まで加熱さ
れる。羽根２４は囲いリング２６，２８より高い
温度まで加熱されるということによつて、羽根２
４には囲いリングより大きい熱膨張がみられる。
本発明の特徴によれば、羽根２４のおのおのの外
側囲いリング２８と外方端部分３６の間にはすべ
り継手５８（第１４図）が設けられて羽根の熱膨
張に適応するようになつている。すべり継手５８
は外側囲いリング２８と羽根２４との間にあるも
のとして示されているが、すべり継手５８は必要
とあれば内側囲いリング２６と羽根の間において
もよい。

羽根２４のおのおのの内方端部分３２は係止さ
れて内側囲いリング２６に対する軸方向運動に対
抗している。従つて、羽根２４を囲いリング２
６，２８の温度以上のものに加熱すると、羽根は
半径方向外方に膨張し、羽根の外方端部分３６と
外側囲いリング２８の間にあるすべり継手５８
（第１５図）を開く。第１５図示の要領ですべり
継手５８を開くと、羽根２４に対する熱応力の印
加が避けられる。羽根２４と外側囲いリング２８
間には冶金学的結合がないので、すべり継手５８
は羽根に対する最小限の応力の印加でもつて半径
方向に開く。

同じ羽根２４（第２図）のおのおのには比較的
幅の広い内方端部分３２が設けられている。従つ
て、この内方端部分３２は羽根の後縁部５２から
外方にのびるフランジ部分６２を備える。外方に
突出するフランジ部分６２は、囲いリング２６に
沿つてほぼ弧状をなす間隔を通じて羽根２４と内
側囲いリング２６間に機械的な接続を提供してい
る。さらに、羽根の内方端部分３２は球根状の構
造をもつていて羽根２４の内側囲いリング２６と
内方端部分３２間に機械的な係合を提供してい
る。羽根２４の内方端部分３２と内側囲いリング
３２間の機械的接続のために、羽根２４の内方端
部分３２は係止されて内側囲いリングの半径方向
外方に動くことができない。

羽根２４の外方端部分３６は外側囲いリング２
８から内側囲いリング２６（第４図および第１４
図）にかけて内方にテーパされている。かくし
て、羽根２４の外方端部分３６は凹凸をなす主要
な側面７０，７２に向けて半径方向内方に傾斜す
る一対の勾配側面領域６６，６８をもつようにな
る。さらに、羽根２４の外方端部分３６は端部分
７３をもつている。端部分７３と側面７０，７２
とはセラミツクの金型材４０（第８図および第９
図）と係合して羽根２４を金型４２に対し所定位
置にしつかり係止する。

囲いリングのろう型３４，３８（第７図および
第８図）は内外側の囲いリングろう型セグメント
７８，８０（第５図）を接続することによつて形
成される。内側の囲いリングろう型セグメメント
７８は羽根２４の内方端部分３２に接続される。
外側の囲いリングのろう型セグメント８０は、羽
根２４の外方端部分３６に接続される。

ろう型セグメント７８，８０を羽根２４の内外
方端部分３２，３６に取付けるのには、羽根を内
外方端部分３２，３６を金型キヤビテイ内にのば
して位置決めする。金型キヤビテイは、ろう型セ
グメント７２，８０の形状に一致する形状をもつ
ている。熱ろうは凝固してろう型セグメント７
８，８０を形成する。

ろう型セグメント７８，８０を作るのに用いら
れる熱ろうは天然ろうまたは天然ろうとおおむね
同じ特性をもつた人工物質いずれであつてもよ
い。

内側囲いリングのろう型セグメント７８は羽根
２４の内方端部分３６まわりに完全にのびて羽根
の内側端を完全に閉じる。外側囲いリングのろう
型セグメント８０は羽根２４の外方端部分３６ま
わりに完全にのびている。しかし羽根２４の外端
７３は露出される。羽根２４の外方端部分３６の
側面６６，６８は内方に（第１５図）テーパされ
ているので、羽根２４の露出外端７３は羽根の中
心軸線に垂直な面で羽根の外方端部分のどの断面
より大きい断面をもつている。

内外側の囲いリング２６，２８を鋳造するた
め、ろう型組立体８８（第７図）が作られる。こ
のろう型組立体は、内側囲いリングろう型３４
と、外側囲いリングろう型３８と、ゲートろう型
９０からなつている。ゲートろう型９０は囲いリ
ングろう型３４，３８と同様に、天然ろうまたは
天然ろうとおおむね同じ特性をもつた人造物質い
ずれかで作つてもよい。

囲いリングのろう型３４，３８は、内外側のろ
う型セグメント７８，８０（第５図）を接合する
ように位置決めすることによつて形成される内側
ろう型セグメント７８は囲いリングろう型３４の
セグメントをなすようにわん曲されている。同様
に外側ろう型セグメント８０も囲いリングろう型
３８のセグメントをなすようにわん曲されてい
る。

図示のタービンエンジン構成部品２０におい
て、羽根２４は環状列２２（第１図および第７
図）中に31枚ある。この場合、内外側のろう型セ
グメント７８，８０（第５図）のおのおのは、囲
いリングのろう型３４または３８のほぼ11.6度に
対応する円弧をもつている。ろう型セグメント７
８，８０の弧状度は羽根の環状列２２中に設けた
羽根２４の特定の枚数によつて決まる。

ろう型セグメント８０のおのおのの外側囲いリ
ングろう型３８を作るのには、起立前端９４（第
５図）が隣接するろう型セグメント８０（第６
図）の起立後端９６と当接係合状態に入るように
位置決めされる。さらに、ろう型セグメント８０
（第５図）の上方に傾斜する前側部９８は隣接す
る他方のろう型セグメント（第６図）の上方に傾
斜する後側部１００と当接係合するように位置決
めされる。ろう型セグメント８０の面９４，９
６，９８，１００は第６図示の要領で当接係合状
態に位置決めされると、ろう型セグメント８０
は、外側囲いリング２８の所望の形状に一致した
形状をもつた円形輪をなす。

ろう型セグメント８０を係合状態におくと同時
に、他方のろう型セグメント７８も当接係合状態
におかれる。従つて内側囲いリングのろう型セグ
メント７８（第５図）は起立前端１０４と起立後
端１０６とを備える。ろう型セグメント７８もま
た傾斜する前側部１０８と後側部１１０とをもつ
ている。内側囲いリングのろう型セグメント７８
の側部１０４，１０６，１０８，１１０（第５
図）は隣接するろう型セグメントと当接係合状態
におかれる。

内外側囲いリングのろう型セグメント７８，８
０が当接係合状態に位置決めされると、これらは
互いに好適に接着材または熱ろう付けによつて接
続され内外側の囲いリング３４，３８を形成す
る。羽根２４は共軸の内外側の囲いリングのろう
型３４，３８を半径方向にのびる。

内外側の囲いリングのろう型セグメント７８，
８０が接続されて囲いリングろう型３４，３８を
形成すると、ゲートろう型９０は囲いリングのろ
う型に接続される。従つて、同じ内側ゲートろう
型１１４は内側囲いリングろう型３４（第７図）
の半径方向内側部に接続される。同様に外側ゲー
トろう型１１６は外側囲いリングろう型３８の半
径方向外側部に接続される。内側ゲートろう型１
１４と外側ゲートろう型１１６は立下り柱と注入
カツプ型１２０に接続される。

溶融金属を内外側囲いリング金型キヤビテイ４
４，４６（第１０図）に注入する間、羽根２４は
チルとして作用するので溶融金属は羽根２４から
金型キヤビテイ４４，４６の上下端部分へかけて
外方に凝固しようとする。金型キヤビテイ４４，
４６における溶融金属のこの方向性凝固は内外側
囲いリング２６，２８の作動特性を向上させる。
しかし羽根２４の冷硬効果は金型キヤビテイ４
４，４６の軸線方向外側端部分の溶融金属が凝固
するまでに隣接する羽根の間で溶融金属を生じさ
せる。

外側囲いリング２９に鋳ちぢみ欠陥が生じない
ように、外側ゲートろう型１１６が上方ろう引ゲ
ート杆１２６により、外側囲いリングろう型３８
の軸線方向上方端部分に接続される。同様に、外
側ゲートろう型１１６がまた下方ろう引ゲート杆
１２８により囲いリングろう型３８の下方端部分
に接続される。上方ろう引ゲート杆１２６と囲い
リングろう型３８の上方端部分間の接続個所は第
６図の点線で図示した円１３２によつて示され
る。同じく下方ろう引ゲート杆１２８と囲いリン
グろう型３８の下方端部分の接続個所は第６図の
円１３４によつて示される。

上方と下方のろう引ゲート杆１２６，１２８は
円形のゲートリングろう型１３８に接続され、こ
こから半径方向にのびている。ゲートリングろう
型１３８は囲いリングろう型３８を境界づけてい
る。ゲートリングろう型１３８はゲートろう型１
４０により立下り柱と注入カツプ型１２０に接続
される。ゲートろう型１４０もまた囲いリングろ
う型３８の上方端部分に直接接続される。

羽根２４の内方端部分３２は外側囲いリングの
金型キヤビテイ４４にのび、かつ内側囲いリング
の金型キヤビテイ４６について前述したのと同じ
要領で羽根の端部分から離れる方向に溶融金属の
凝固を促進する。従つて内側ゲートろう型１１４
は外側囲いリングの金型キヤビテイ４４の軸線方
向の上方と下方の端部分に接続されて、鋳ちぢみ
欠陥が生じないようにしている。内側ゲートろう
型１１４はまた立下り柱と注入カツプ型１２０に
直接接続される。

ろう型組立体８８（第７図）が完成すると、適
当な金型材によつて覆われる。金型材はろう型３
４，３８，９０の外側で凝固し、これをろう型か
ら取除くとろう型組立体８８の形状と一致した形
状をもつキヤビテイを備えた金型が形成される。

金型４２を形成するのには、ろう型組立体８８
全体（第７図）が完全に液状セラミツク金型材で
覆われることである。セラミツクの金型材４０
（第８図）は、金属の羽根２４、内側囲いリング
ろう型３４、外側囲いリングろう型３８およびゲ
ートろう型９０の露出面を完全に被覆する。ろう
型組立体８８全体は、これを液状セラミツク金型
材のスラリーに繰返し浸漬することにより該金型
材で覆われることになる。

多くの種類のセラミツク金型材のスラリーを用
いることができるが、図示の実施例のスラリーは
溶融シリカ、ジルコンおよび結合剤との組合わせ
によるその他の耐火物を含んでいる。珪酸エチ
ル、珪酸ナトリウム、コロイドシリカなどの化学
結合剤を用いてもよい。さらにスラリーにはアル
ギン酸塩のような適当な皮膜形成剤を含まして粘
性を制御したり、湿潤剤を含ませて流れ特性と型
の湿潤性とを制御してもよい。

一般的な方法では、のう型組立体８８に塗布さ
れる当初のスラリー被膜は、細かく分散された耐
火物を含んでいて精度の高い表面仕上げを得るこ
とができる。第１皮膜の典型的なスラリーは20％
〜30％の濃縮物をなすほぼ29％のコロイドシリカ
を含有する。325メツシユの粘度または71％も量
が少ない溶融シリカを１％〜10％以下の量の湿潤
剤と一緒に用いてもよい。大体、セラミツク金型
材の比重は1.75〜1.80程度で、かつ75゜Fから85゜F
の温度下でNo.５のツアーンカツプ（Zahn cup）
で測定して40秒から60秒の粘性をもつている。初
期の被膜を施した後、表面は60〜200メツシユ程
度の粘度をもつ耐火物で化粧仕上げされる。公知
の特定された種類の金型材について述べたが、他
の公知の金型材も必要に応じて用いることができ
る。

セラミツクの金型材４０（第８図）が羽根２４
の主要な側面７０，７２上にのつて、直接係合す
る。さらに金型材は羽根２４（第８図、第９図）
の露出端７３の上にものる。羽根２４の内方テー
パ端部分３６の形状の故に、金型材は断面積が最
大となる端部分３６の上にくる。

羽根の側面７２は外方に突出するものとして示
されているが、必要に応じて外側囲いリングろう
型３８の側面に大体平行にのばしてもよい。重量
を減じることが重要である場合は、羽根の側面を
削つて余計な金属を落とせばよい。

セラミツクの金型材４０が内外側の囲いリング
ろう型３４，３８（第８図）を完全に囲むことに
なる。さらにこの金型材４０はゲートろう型９０
の上にくる。かくして上下方のろう引ゲート杆１
２６，１２８は金型材４０（第９図）によつて完
全に囲まれる。勿論、ゲートろう型９０の他の成
分はまたこのセラミツクの金型材４０で囲まれ
る。

セラミツクの金型材４０が少なくとも部分的に
乾燥すると、金型４２は加熱されて内外側の囲い
リングろう型３４，３８とゲートろう型９０のろ
う材を溶かす。溶融ろうは、第７図の注入カツプ
型立下り柱１２０によつて形成された両者の組立
体の開口端を介して金型４２から注ぎ出される。
これによつて、ゲートろう型の形状と一致した通
路により注入カツプ型立下り柱１２０に一致する
形状をもつた立下り柱の組合わせ体に接続されて
いる内外側の囲いリングの金型キヤビテイ４４，
４６を生じる。

ろう引ゲート杆１２６，１２８の形状と一致す
る形状をもつた１対のゲート通路１４４，１４６
は、金型キヤビテイの上方と下方の端部分に接続
される。２つのゲート通路１４４，１４６のみが
第１１図に示されているが、他のゲート通路も内
側囲いリングの金型キヤビテイ４４の上下方の端
部分に接続される。

金型４２はそこで金型部分を硬化するのに充分
な時間でほぼ190゜Fの温度で焼かれる。これによ
つて硬いセラミツク金型材４０で内外側囲いリン
グの金型キヤビテイ４４，４６に対し適所で固着
された羽根２４ができ上る。金型４２が前述した
要領で形成されると、溶融金属は注入カツプ型と
立下り柱を介して金型に注入される。溶融金属は
ゲート通路を通つて金型キヤビテイ４４，４６の
上下方の端部分に流れる。かくして、溶融金属
は、ゲート通路１４４，１４６（第１１図）が金
型キヤビテイに接続されている開口を介して金型
キヤビテイ４６の上下方の端部分に半径方向内方
に流れていく。同じように溶融金属は金型キヤビ
テイの上下方の端部分に接続されている通路を介
して金型キヤビテイ４４に半径方向外方に流れて
いく。溶融金属はまた、金型キヤビテイの軸線方
向上端に接続されている開口を介して内外側囲い
リングの金型キヤビテイ４４，４６に流れる。

溶融金属は、金型キヤビテイ４４，４６に流れ
ていく一方、羽根は互いに相対的な運動に抗し、
かつ羽根の主要な側面７０，７２と係合している
セラミツクの金型材４０により金型キヤビテイに
当接される。溶融金属は、羽根２４の露出端７３
が金型材４０によつて覆われるので、露出端に係
合することはない。しかし、金型キヤビテイ４
４，４６の溶融金属は羽根２４のおのおののまわ
りまで完全に達するので羽根の端部分３２，３６
は溶融金属によつて境界づけられる。

溶融金属が注入されると、羽根２４はチルとし
て作用する。従つて溶融金属は羽根２４の中心軸
線を横断してのびる方向に凝固する。しかし鋳ち
ぢみ欠陥は金型キヤビテイ４４，４６の軸線方向
の上下方の端部分には生じない。これはゲート通
路は金型キヤビテイ４４，４６の溶融金属が凝固
するにつれて金型キヤビテイの上下方の端部分へ
の溶融金属の供給を維持するのに効果的であるか
らである。

金型キヤビテイ４４，４６の溶融金属凝固中も
冶金学的結合が内外側囲いリング２６，２８と羽
根の端部分３２，３６との間に生じることはな
い。これは、羽根の外面が羽根を大気中で処理中
に形成される酸化被膜で覆われるからである。こ
の酸化被膜により羽根２４と内外側囲いリング２
６，２８との間に冶金学的結合が生じることはな
い。従つて囲いリング２６，２８と羽根２４の端
部分３２，３６との間には機械的結合があるのみ
である。

凝固して内外側の囲いリング２６，２８を生じ
る溶融金属は羽根２４の成分とは違つた成分をも
つている。羽根２４は従つてニツケルクロム合金
で作られる。内外側の囲いリング２６，２８は
MAR M509の如きコバルトクローム超合金で作
られる。囲いリング２６，２８は同じ金属で作ら
れるものの、必要に応じて異なつた別の金属で作
つてもよい。もし囲いリング２６，２８が別の金
属で作られているのであれば、２つの別にされた
ゲート方式を用意することができる。すなわち一
方のゲート方式は内側囲いリング金型キヤビテイ
４４用で、他方のゲート方式は外側囲いリング金
型キヤビテイ４６である。勿論、ゲート方式のお
のおのはそれ自体の立下り柱と注入カツプ型とが
設けられている。

固定子２０（第１図）使用中は、羽根２４は燃
焼室から直接到来する気体に曝される。羽根２４
は内外側囲いリング２６，２８より熱くなる。従
つて羽根は半径方向外方にのびようとする、すな
わち囲いリング２６，２８に対し半径方向にひろ
がろうとする。羽根のおのおのと外側囲いリング
２６との間にすべり継手５８がなければ実質的な
熱応力が羽根と内外側囲いリングとに生じる。

内外側囲いリング２６，２８と羽根２４が同じ
温度にあるときは、すべり継手５８は第４図に概
略的に示した態様できつく閉じられる。しかし羽
根２４が内外側の囲いリング２６，２８の温度よ
り高い温度まで加熱されるときは、羽根は囲いリ
ングに対し半径方向外方にひろがる。これがある
と、すべり継手５８は、第１５図に概略的に示し
た態様で開く。すべり継手５８が開くと、羽根２
４の外方端部分３６のテーパ側面６６，６８は外
側囲いリング２８の開口１５６の内側の同じくテ
ーパされた内側面１５２，１５４から移動する。

すべり継手５８は、外側囲いリング２８と羽根
２４の端部分３６間には、冶金学的結合がないの
で熱膨張力の影響で第１４図の閉じた状態から第
１５図の開いた状態に容易に動く。これは、溶融
金属が金型キヤビテイに注入される前に羽根の端
部分３６を覆う酸化被膜によるものである。羽根
２４の内方端部分は内側囲いリング２６に機械的
に係止される。これによつて羽根２４は、すべり
継手が開く際も内側囲いリング２６との係合から
外れて動くことはない。

すべり継手５８は、ここでは羽根の端部分３６
と外側囲いリング２８の間にあるものとして示さ
れているが、すべり継手は羽根２４の内方端部分
３２と内側囲いリング２６との間に設けることも
できる。そのようにすれば、羽根の外方端部分３
６は外側囲いリング２８に機械的に係止される。
ある種のタービンエンジン構成部品にあつては、
すべり継手は羽根２４と内外側囲いリング２６，
２８の間に設けることが望ましい場合もある。そ
うすれば、羽根２４の内方端部分３２は半径方向
外方にテーパされているので羽根の端部分３２
は、羽根２４の外方端部分３６が外側囲いリング
２８の外方に動くのとほとんど同じ要領で内側囲
いリング２６の内方に動いていく。

図示の実施例では内外側囲いリング２６，２８
は囲いリング部分間で半径方向にのびる環状列を
なしておかれた羽根２４と同心関係に位置決めさ
れている。ある公知のタービンエンジン構成部品
にあつては、囲いリングは同じ直径をもち、羽根
は、囲いリング間を軸線方向にのびる。勿論、こ
れらの囲いリングは、羽根２４のまわりで鋳造さ
れるのとほとんど同じ要領で予め形成された羽根
のまわりに鋳造される。適当なすべり継手をまた
この種のタービンエンジン構成部品の羽根と囲い
リングとの間に設けることもできる。

本発明は、羽根２４と内外側囲いリング２６，
２８との間のすべり継手の形成とあいまつて効果
的に実施できるが、羽根２４の内外方端部分３
２，３６を囲いリング２６，２８に強く係止して
もよい。これができれば、内外側の囲いリング２
６，２８を内側囲いリング２６について述べたの
と同じ要領で羽根の外方端部分まわりで鋳造する
ことができる。これは勿論、羽根の熱膨張をすべ
り継手５８と同じすべり継手を設けることにより
他の方法で適応することが要求される。

本発明は内外側の囲いリング２６，２８間で複
数の羽根２４を環状列２２をなして配置したター
ビンエンジン構成部品２０に関する。タービンエ
ンジン構成部品２０を作るに際し、羽根２４はそ
の端部分３２，３６を内外側の囲いリングろう型
３４，３８に埋込んで環状列に配置される。ゲー
トろう型９０が囲いリングろう型３４，３８に接
続された後、ろう型組立体はセラミツクの金型材
４０で覆われて金型４２を形成する。囲いリング
ろう型３４，３８とゲートろう型９０がそこで取
除かれて羽根２４の内外方端部分３２，３６がお
かれる金型キヤビテイ４４，４６を残す。

内外側の囲いリング金型キヤビテイ４４，４６
はかくして羽根２４の端部分３２，３６を囲む溶
融金属で充填される。囲いリングの金型キヤビテ
イ４４，４６が溶融金属で充填される間、羽根２
４はセラミツクの金型材４０で金型キヤビテイ４
４，４６と選択された空間をもつて保持される。
金型キヤビテイ４４，４６の溶融金属が凝固する
と、タービンエンジン構成部品２０は金型から取
除かれる。

タービンエンジン構成部品使用中の熱応力を最
小限にするため、すべり継手５８が羽根２４と囲
いリング２８との間に設けられて囲いリングに対
する羽根の熱膨張に適応させている。かくして羽
根２４の端部分３２は囲いリングに係止される一
方、すべり継手５８は羽根２４と他方の囲いリン
グ２８との間に設けられる。羽根２４が囲いリン
グ２６，２８の温度より高く加熱されると、羽根
の熱膨張はすべり継手を開かせる。

タービンエンジン構成部品２０の作動特性を向
上させるため、囲いリング２６，２８と羽根２４
は異なつた冶金学的組成物と、異なつた結晶学的
構造とをもつた金属で作られる。従つて囲いリン
グ２６，２８は羽根２４の金属とは違つた金属で
作つてもよい。同様に羽根２４も単一の結晶構造
物または柱状の粒子結晶学的構造物で作つてもよ
い。

本発明によれば、上記の如き構成によつてター
ビンエンジン構成部品を能率よく作ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づいて構成されたタービン
エンジン構成部品の斜視図、第２図は、第１図の
タービンエンジン構成部品に用いられる金属の羽
根の平面図、第３図は第２図の３−３線端面図、
第４図は第２図の４−４線断面図、第５図は第２
図の羽根の斜視図、第６図は外側囲いリングろう
型セグメントが当接係合状態におかれて羽根を互
いに関連づけて位置決めしている状態を示す概略
立面図、第７図は、第２図の羽根の環状列を示す
斜視図、第８図はセラミツクの金型材が羽根と囲
いリングろう型を覆つている状態を示す図、第９
図は第８図の９−９線部分断面図、第１０図は羽
根と、第８図の囲いリングろう型を取除くことに
よつて形成され囲いリング金型キヤビテイとの間
の関係を示す部分断面図、第１１図は第１０図の
１１−１１線立面図、第１２図は羽根と第１０図
の囲いリング金型キヤビテイに鋳込んだ内外側囲
いリングとの間の関係を示す部分断面図、第１３
図は第１２図の１３−１３線部分断面図、第１４
図は羽根と囲いリングが同じ温度にあるときの羽
根と内外側囲いリングとの間の関係を示す概略断
面図、第１５図は第１４図と大体同様の部分断面
図である。 ２０……タービンエンジン構成部品、２４……
羽根、２６，２８……囲いリング、３４，３８…
…ろう型、４０……金型材、４２……金型、４
４，４６……金型キヤビテイ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内外囲いリングと外側囲いリングとの間で、
   複数の羽根を環状列に並べたタービンエンジン構
   成部品を製造する方法であつて、複数の羽根をそ
   の内外方端部分間に前後縁部分が延びるように形
   成し、羽根の外方端部分がろう製外側囲いリング
   に少なくとも部分的に埋込まれ、また内方端部分
   がろう製内側囲いリングに少なくとも部分的に埋
   込まれるようにして羽根を環状列に配置し、羽根
   とろう製囲いリングをセラミツク金型材で被覆し
   て金型を形成し前記囲いリングのろう材を金型か
   ら取除いてろう製囲いリングの形状と一致する形
   状を有する内外側囲いリングの金型キヤビテイを
   残し、内外側囲いリングの金型キヤビテイを溶融
   金属で充填し、羽根をセラミツク金型材に係合さ
   せて内外側囲いリングの金型キヤビテイが溶融金
   属で充填される間、羽根を囲いリングの金型キヤ
   ビテイとの間に所定の空間をもたせて保持し、内
   外側囲いリング金型キヤビテイの溶融金属を凝固
   させて内外側囲いリングを形成する工程から成
   り、前記羽根の内外方端部分は囲いリング金型キ
   ヤビテイに少なくとも部分的に配置され、内外側
   囲いリング金型キヤビテイを溶融金属で充填する
   工程がさらに内側囲いリングの形状と一致する形
   状をもつた溶融金属の第１環状体で羽根の内方端
   部分を少なくとも部分的に囲み、外側囲いリング
   の形状と一致する形状をもつた溶融金属の第２環
   状体で羽根の外方端部分を少なくとも部分的に囲
   む工程を備え、溶融金属を凝固する工程が、内側
   囲いリング金型キヤビテイ溶融金属を羽根の内方
   端部分まわりで凝固し、外側囲いリング金型キヤ
   ビテイの溶融金属を羽根の外方端部分まわりで凝
   固する工程を含んでいることを特徴とするタービ
   ンエンジン構成部品製造方法。 ２ 内外側囲いリング金型キヤビテイを溶融金属
   で充填する工程がさらに内外側囲いリング金型キ
   ヤビテイを羽根の冶金学的成分とは異なつた冶金
   学的成分をもつた溶融金属で充填することを含ん
   でいる特許請求の範囲第１項記載のタービンエン
   ジン構成部品製造方法。 ３ 複数の羽根を設ける工程は、第１冶金学的成
   分をもつた羽根を形成することを含み、内外側囲
   いリング金型キヤビテイを溶融金属で充填する工
   程は内側囲いリング金型キヤビテイを第１冶金学
   的成分とは異なつた第２冶金学的成分をもつた溶
   融金属で充填し、外側囲いリング金型キヤビテイ
   を第１と第２の冶金学的成分とは異なつた第３冶
   金学的成分をもつた溶融金属で充填することを含
   んでいる特許請求の範囲第１項記載のタービンエ
   ンジン構成部品製造方法。 ４ 内外側囲いリング金型キヤビテイを溶融金属
   で充填する工程は、直立方向にある囲いリング金
   型キヤビテイの中心軸線でもつて行なうこと、お
   よび外側囲いリング金型キヤビテイの半径方向外
   側面の軸線方向下方端部分の開口を介して溶融金
   属を配置し、外側囲いリング金型キヤビテイの溶
   融金属凝固中に該キヤビテイの軸線方向下方端部
   分の溶融金属不足による欠陥を生じさせないこと
   を含んでいる特許請求の範囲第１項記載のタービ
   ンエンジン構成部品製造方法。 ５ 囲いリング金型キヤビテイの溶融金属を凝固
   させる工程は、羽根の端部分と、囲いリング金型
   キヤビテイの少なくとも１つの凝固金属との間に
   継手を冶金学的結合のないようにして熱膨張がタ
   ービンエンジン構成部品使用中羽根と少なくとも
   １つの囲いリングとの間で生じることを含んでい
   る特許請求の範囲第１項記載のタービンエンジン
   構成部品製造方法。 ６ 羽根をその端部分がろう製囲いリングに少な
   くとも部分的に埋込まれるようにして環状列に配
   置する工程が羽根のおのおのの１つの端部分の端
   面領域を露出させることを含み、羽根のおのおの
   の１つの端部分の露出端面領域は、羽根の中心軸
   線に垂直にのびる面に関して、１つの端部分の最
   大断面積と少なくとも同じ大きさである特許請求
   の範囲第１項記載のタービンエンジン構成部品製
   造方法。 ７ 羽根の外方端部分は比較的小さな断面積から
   最大断面積にかけて外方にテーパされ、羽根をそ
   の外方端部分がろう製囲いリングに少なくとも部
   分的に埋込まれるようにして環状列に配置する工
   程は羽根の外方端部分の外方端面領域を露出させ
   ることを含み、羽根の外方端部分の露出外方端面
   領域は、羽根の外方端部分の最大断面積と同じ断
   面積をもつている特許請求の範囲第１項記載のタ
   ービンエンジン構成部品製造方法。 ８ 外側囲いリング金型キヤビテイの溶融金属を
   羽根の外方端部分まわりで凝固させる工程は羽根
   の外方端部分の外方端面領域を露出させることを
   含んでいる特許請求の範囲第７項記載のタービン
   エンジン構成部品製造方法。 ９ 外側囲いリング金型キヤビテイを溶融金属で
   充填する工程を進める前に冶金学的結合発生を阻
   止する被膜を羽根の外方端部分まわりに形成する
   ことからなり、外側囲いリング金型キヤビテイの
   溶融金属を凝固させる工程は羽根の外方端部分と
   被膜のある凝固金属との間に冶金学的結合発生を
   阻止することを含んでいる特許請求の範囲第１項
   記載のタービンエンジン構成部品製造方法。 １０ 外側囲いリング金型キヤビテイを溶融金属
   で充填する工程は羽根の上にある複数の個所で溶
   融金属を外側囲いリング金型キヤビテイに案内す
   る工程と、羽根の下にある複数の個所で溶融金属
   を外側囲いリング金型キヤビテイに案内する工程
   とを含んでいる特許請求の範囲第１項記載のター
   ビンエンジン構成部品製造方法。 １１ 羽根をその端部分がろう製囲いリングに埋
   込まれるようにして環状列に配置する工程は、羽
   根の内方端部分まわりでろう製内側囲いリングセ
   グメントを成形することと、羽根の外方端部分ま
   わりでろう製外側囲いリングセグメントを成形す
   ることと、内側囲いリングのろう型セグメントを
   接続することと、外側囲いリングのろう製セグメ
   ントを接続することとを含んでいる特許請求の範
   囲第１項記載のタービンエンジン構成部品製造方
   法。 １２ 羽根を環状列に配置する工程は羽根を内側
   囲いリングから外側囲いリングにかけて半径方向
   外方にのびるよう位置決めすることを含んでいる
   特許請求の範囲第１項記載のタービンエンジン構
   成部品製造方法。 １３ 複数の開口をその内方にテーパされた面に
   よつて画定する環状の一連の外側囲いリングと、
   外側囲いリングと共軸関係におかれた環状の一連
   の内側囲いリングと、内方端部分と内側囲いリン
   グの外方端部分に接続している複数の羽根と、羽
   根の内方端部分と内側囲いリングを接続して羽根
   を内側囲いリングに対する運動に抗して保持する
   手段とを備えてなり、前記羽根の外方端部分は、
   内方にテーパされ羽根と外側囲いリングが同じ温
   度にあるとき外側囲いリングの内方にテーパされ
   た内側面と当接係合するように位置決められた側
   面を有し、羽根は外側囲いリングに対し外方向に
   熱膨張して、羽根の外方端部分のテーパ側面を羽
   根が外側囲いリングの温度より高い温度に加熱す
   ると外側囲いリングの内方テーパ面との係合を解
   除させるタービンエンジン構成部品。 １４ 羽根は、内外側囲いリング間にのびる柱状
   粒子をもつた柱状の粒子結晶学的構造を備えてい
   る特許請求の範囲第１３項記載のタービンエンジ
   ン構成部品。 １５ 内外側囲いリングは、羽根の結晶学的構造
   とは異なつた結晶学的構造を備えている特許請求
   の範囲第１４項記載のタービンエンジン構成部
   品。 １６ 羽根は、その前後縁部分におおむね平行に
   のびる成長方向をもつた金属の単結晶として形成
   される特許請求の範囲第１３項記載のタービンエ
   ンジン構成部品。 １７ 内外側囲いリングは羽根の冶金学的成分と
   は異なつた冶金学的成分を有している特許請求の
   範囲第１３項記載のタービンエンジン構成部品。 １８ 内側囲いリングは、第１冶金学的成分を有
   し、外側囲いリングは第１冶金学的成分とは異な
   つた第２冶金学的成分を有している特許請求の範
   囲第１３項記載のタービンエンジン構成部品。 １９ 内外側囲いリング間で複数の羽根を環状列
   に並べたタービンエンジン構成部品であつて、複
   数の羽根をその内外方端部分間に前後縁部分を有
   するように形成し、羽根の外方端部分がろう製外
   側囲いリングに少なくとも部分的に埋込まれ、ま
   た内方端部分がろう製内側囲いリングに少なくと
   も部分的に埋込まれるようにして羽根を環状列に
   配置し、羽根とろう製囲いリングセラミツク金型
   材で被覆して金型を作り、囲いリングのろう材を
   金型から取除いてろう製囲いリングの形状と一致
   する形状をもつた内外側囲いリングの金型キヤビ
   テイを残し、内外側囲いリングの金型キヤビテイ
   を溶融金属で充填し、羽根をセラミツク金型材に
   係合させて内外側囲いリングの金型キヤビテイが
   溶融金属で充填される間、羽根を囲いリングの金
   型キヤビテイと所定の空間をもつて保持し、内外
   側囲いリング金型キヤビテイの溶融金属を凝固さ
   せて内外側囲いリングを形成する工程から成り、
   羽根の内外方端部分は囲いリング金型キヤビテイ
   に少なくとも部分的に配置され、内外側囲いリン
   グ金型キヤビテイを溶融金属で充填する工程はさ
   らに内側囲いリングの形状と一致する形状をもつ
   た溶融金属の第１環状体で羽根の内方端部分を少
   なくとも部分的に囲み、外側囲いリングの形状と
   一致する形状をもつた溶融金属の第２環状体で羽
   根の外方端部分を少なくとも部分的に囲む工程を
   備え、溶融金属を凝固する工程は、内側囲いリン
   グ金型キヤビテイの溶融金属を羽根の内方端部分
   まわりで凝固し、外側囲いリング金型キヤビテイ
   の溶融金属を羽根の外方端部分まわりで凝固する
   工程からなる方法により製造されたタービンエン
   ジン構成部品。