JPH05280301A - 冷却用溝をフォトエッチした拡散結合エアーホイル - Google Patents

冷却用溝をフォトエッチした拡散結合エアーホイル

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JPH05280301A
JPH05280301A JP4159926A JP15992692A JPH05280301A JP H05280301 A JPH05280301 A JP H05280301A JP 4159926 A JP4159926 A JP 4159926A JP 15992692 A JP15992692 A JP 15992692A JP H05280301 A JPH05280301 A JP H05280301A
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foil
air
diffusion
groove
cooling
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JP4159926A
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Nicholas Damlis
ニコラス・ダムリス
James A Martus
ジェームス・アーサー・マータス
Edward H Goldman
エドワード・ハービィ・ゴールドマン
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23P15/04—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine or like blades from several pieces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 正確に位置決めされた、正確な寸法の、きわ
めて小さい流体流れ溝を有する機械部品を得る。 【構成】 エアーホイルを製造するのに用いる１対の半
部のような１対の拡散結合した部材の密着面に沿って冷
却通路を正確に形成する。この発明の特に有利な適用例
では、拡散結合用ホイルの両側面に冷却空気溝をフォト
エッチングし、この拡散結合用ホイルを用いて、タービ
ンブレードまたはタービンベーンの後縁部分の密着面間
に拡散結合を形成する。このような溝はきわめて小さく
かつ多数形成することができ、これらのエアーホイルの
後縁部分の効率よい冷却を促進する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、一般に、拡散結合の
密着面間にフォトエッチングによる溝またはスロットを
設けることに関し、特に、ガスタービンエンジンのエア
ーホイルブレードまたはベーンの密着面間に配置された
拡散結合用ホイルに流体流れ溝を形成することに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】拡散ろう付けおよび拡散溶接を含む拡散
結合は、互いに接合すべき２つ以上の部材の表面を適当
な圧力および高温下に置くことによって達成される一種
の固体溶接である。拡散結合は、通常、界面または密着
面の合一が起こり得る制御された雰囲気で行われる。こ
の過程は、通常、結合中の部材の溶融または融着を伴わ
ない。
【０００３】拡散結合は、代表的には、数分から数時間
の溶接期間を必要とする。熱と圧力を所定の時間加える
ことにより制御された拡散過程が生じ、最小の巨視的変
形にて、密着面の合一がなし遂げられる。たいていの場
合、拡散結合または溶接部を形成するのに用いる装置は
注文生産され、溶接を真空、不活性ガスまたは還元性雰
囲気で行う。
【０００４】２つ以上の材料の密着面を、近距離原子間
力が作用するように互いに十分近づけると、拡散結合ま
たは溶接が形成される。荷重をかけると、最初の接触が
表面凹凸間に生じる。塑性降伏およびクリープ変形によ
りさらなる接触がなされる。拡散結合は、通常、結合、
溶接またはろう付けする材料の溶融温度の１／２以上の
溶接温度で行う。最初の密着面は最終的には消失し、こ
うして完成した溶接部となる。
【０００５】薄いホイルまたは皮膜の形態の他の同様の
金属の中間層を密着面間に使用して、冶金結合問題を克
服したり、結合を促進したりしてきた。中間層は、結合
または溶接温度を下げ、大きな変形を中間層領域に制限
し、粗い表面の密着を改善し、結合時間を短くし、酸化
を減らすことができる。中間層は、基材金属と冶金学的
に適合性でなければならず、靭性の低い領域を形成して
はならない。場合によっては、融点が溶接する基材金属
より低い中間層を用いて、溶接温度を低くする。
【０００６】拡散結合の１例が、ここに援用する米国特
許第３，６５６，２２２号に開示されている。この特許
の開示によれば、ろう付け材料の中間シートを用いて、
２つの別々のブレード素材部分を互いに拡散ろう付けす
ることにより、エアーホイルブレード素材を形成する。
ブレード素材部分の一方または両方に、またろう付け材
料の中間シートの相補部分または対応部分に貫通させ
て、冷却空気通路またはスロットを形成する。ひとまず
拡散ろう付けし終ったら、スロット形成済みブレード素
材部分および中間層を用いて、適当な方法により、エア
ーホイル形状のブレードを仕上げる。
【０００７】米国特許第３，６５６，２２２号の完成ブ
レードはその目的に適切に機能するが、このようなブレ
ードが作動するガスタービンエンジンの作動温度をさら
に高めることが引き続き求められている。この要求は、
冷却空気のカバー範囲、すなわち冷却表面積を最適に
し、増加することにより、ブレードの空気冷却速度を改
良することで、部分的に満足させることができる。高温
の排気ガス流により加熱されたエアーホイルから熱を抽
出するために、冷却空気を冷却通路に流すが、このよう
な冷却空気のカバー範囲は、現在、冷却通路を切削また
は形成するのに用いる切削または成形技術により限定さ
れている。
【０００８】すなわち、冷却スロットまたは通路がカバ
ーする面積が大きければ大きいほど、冷却性能が向上す
る可能性は大きい。現在採用されている切削技術は、エ
アーホイルブレードならびに内部に流通する冷却流体で
冷却される他の被加熱部材に形成できる冷却スロットま
たは通路の寸法、間隔および位置に関して、限定されて
いる。さらに、このような冷却スロットを形成するのに
用いる通常の切削加工技術は、費用が高く、時間がかか
り、多大な労働力を要する。
【０００９】したがって、内部に流通する冷却流体によ
り冷却できる被加熱要素内に極めて小さい、狭い、正確
に配置された冷却溝またはスロットを形成する方法が必
要とされている。この要求は、エアーホイルブレードお
よびベーンの場合に切実であり、特に最高作動温度にさ
らされがちな高温の後縁部分に沿って、きわめて切実で
ある。このような方法は、実施するのが比較的容易でな
ければならず、従来の方法に較べてコストの節減となら
なければいけない。
【００１０】
【発明の目的】この発明は、上述した必要を満たすため
に開発されたもので、したがって、その目的は、内部冷
却すべき機械部品に、きわめて小さい、正確に位置決め
された、正確な寸法の流体流れ溝（グルーブ）またはス
ロットをフォトエッチングにより形成することにある。
【００１１】この発明の別の目的は、拡散結合を用いて
作製した内部冷却すべき機械部品に冷却流体スロットを
フォトエッチング形成することにある。この発明の他の
目的は、拡散結合したエアーホイルの密着面間に冷却流
体スロットをフォトエッチング形成することにある。こ
の発明のさらに他の目的は、拡散結合用ホイルに溝をフ
ォトエッチングするか、拡散結合前にホイルに隣接する
密着面に溝をフォトエッチングするか、またはその両方
により、拡散結合したエアーホイルの密着面に隣接して
冷却流体スロットを形成することにある。
【００１２】この発明の別の目的は、フォトエッチング
および拡散結合技術を組み合わせて用いて、被加熱エア
ーホイルの後縁における単位面積あたりの冷却流体スロ
ットの数を増加することにある。
【００１３】
【発明の概要】簡潔に説明すると、この発明は、拡散結
合用ホイルの片面または両面をフォトエッチングして、
ホイル表面に１つ以上の冷却用溝（冷却用チャンネルま
たは冷却用スロット）を形成することに関する。この技
術により、後で一緒に結合する機械部品の密着面に冷却
流体流れ溝を切削加工することが、従来では必須であっ
たのに、任意になる。
【００１４】好ましくは、冷却流体流れ溝がホイルを完
全には貫通せず、部分的にのみ延在し、ホイルの片面ま
たは両面に凹所、チャンネルまたは溝を画定する。この
ようにすれば、ホイルの両面に溝を形成することがで
き、これにより拡散結合に沿ってまたはそれに隣接して
得られる単位面積あたりの溝の数を増加する。フォトエ
ッチングを使用して流体流れ溝を形成するので、ＥＣＭ
やＥＤＭのような従来の電気的切削技術で可能なのより
はるかに小さいスロットや溝を形成できる。たとえば、
従来のＥＣＭまたはＥＤＭ装置で達成できる最小の流体
流れ穴の直径は約０．０１２インチである。この寸法
は、酸または電流を部品に加えるのに用いる工具の寸法
によって決められる。
【００１５】しかし、この発明にしたがってフォトエッ
チングにより形成した穴または溝は、目視切削加工の条
件によっても、工具の寸法によっても限定されず、わず
か０．００５インチ以下の直径、幅または深さに簡単に
形成できる。このことから、単位面積あたりの流体流れ
穴、溝またはスロットの密度を大きくとることができ
る。このことは、溝に流れる熱伝達流体にさらされる拡
散結合部品の全表面積を増加し、これにより部品から
の、または部品への熱伝達率を増加する。これは、冷却
空気を被加熱エアーホイルの後縁に適用する場合に、特
に有効である。
【００１６】拡散結合用ホイルおよび／または結合部品
の密着面に、フォトエッチングによる冷却流体流れスロ
ットまたは溝の任意所望のパターンを、半導体チップの
製造で用いるのと同様の態様で、形成することができ
る。たとえば、冷却用スロットの所望のパターンを有す
るマスクをホイルまたは部品の上に配置する。つぎに、
ホイルまたは部品を酸に浸漬し、酸でホイルまたは部品
の露出部分だけをエッチングする。スロットの深さは酸
への露出時間により制御することができる。電流は不要
である。
【００１７】あるいはまた、ホイルおよび／または部品
を感光性マスク材料で被覆する。ホイルまたは部品のエ
ッチングすべき部分を露光し、これによりマスク材料を
周知の態様で剥離させる。こうして得られるホイルとマ
スクの組み合わせを、つぎに、酸浴に所定の時間浸漬
し、この間に酸によりホイルまたは部品のマスクされて
いない部分から材料を既知の時間速度で除去（エッチン
グ）する。こうしてエッチングされたホイルまたは部品
を酸浴から取り出し、中和剤に露呈してエッチングを停
止する。この時点で、マスクをホイルまたは部品から既
知の方法で除去し、この発明にしたがって拡散結合する
のに適当なエッチング済みホイルまたは部品を得る。
【００１８】冷却流体流れスロットまたは溝を実質的に
あらゆる寸法または形状にフォトエッチングし、最適な
冷却効率となる輪郭に成形することができる。フォトエ
ッチングは、目視要件、最小穴寸法と穴幅の関係および
穴とターゲットの関係などの従来の切削加工技術と関連
した問題および制約のほとんどを解消する。フォトエッ
チングは通常、他の切削加工技術と比較して、安価であ
り、エアーホイルブレードの後縁における単位面積あた
りの流体流れスロットの密度または数を従来の切削加工
技術より２倍増加することができる。この冷却面積の増
加は、そのエアーホイルブレードが作動するガスタービ
ンエンジンの総合的効率を増加することができる。
【００１９】この発明の変更例では、拡散結合により接
合すべき１つ以上の部品の密着面に冷却流体スロットま
たは溝をフォトエッチングすることができる。この場
合、拡散ホイルを用いるならば、ホイルのエッチングは
不要である。ただし、用途によってはホイルをエッチン
グするのが望ましい。この発明の別の変更例では、通常
の一体の鋳造エアーホイルにその後縁に沿ってスロット
を形成し、フォトエッチングした拡散結合用ホイルをそ
のスロットにくさび止めするかはめこんでから、その場
に拡散結合する。このやり方では、これまで鋳造過程の
間に形成するにしろ、後でＥＤＭ、ＥＣＭまたはレーザ
ーを用いた切削加工により形成するにしろ、中実な後縁
に比較的大きな冷却穴を形成することに限定されてきた
通常の一体の鋳造エアーホイルに、この発明を実施する
ことができる。この変更例では、拡散結合用ホイルは、
一体の鋳造エアーホイルのスロット付き後縁に高密度の
冷却チャンネルを正確に形成するのに役立つ程には、２
つの別々の部材を一緒に結合するための結合要素として
はさほど役に立たない。このことは、より小さな冷却穴
を形成することを可能にし、冷却が改良される。
【００２０】この発明の上述した目的、特徴および効果
をさらに明瞭にするために、以下にこの発明を添付の図
面を参照しながら詳しく説明する。図面中、同じ符号は
同じ部品を示す。
【００２１】
【具体的な構成】まず、第１図に拡散結合用ホイル１０
を線図的に示す。ホイル１０の互いに反対側の側面１４
それぞれに、複数の冷却用スロットまたは溝１２が形成
されている。ホイル１０を形成するシート原料は、それ
を拡散結合する予定の基材と適合性であれば、どのよう
なシート原料でもよい。通常、ホイル１０の材料とし
て、ホイルを拡散結合する予定の基材合金と同様のもの
を選ぶ。
【００２２】図１のホイル１０の場合、溝１２を各側面
１４から深さ約０．００５インチにフォトエッチングす
ることができる。なお、図１では両方の側面１４にフォ
トエッチ溝を設けているが、用途によっては、片側面１
４だけをエッチングすればよい。ホイル１０の厚さは、
従来の拡散結合用ホイルに通常用いられる厚さよりわず
かに厚くしてもよい。たとえば、従来のホイルの厚さは
約０．００３インチであるが、ホイル１０の厚さは約
０．０１５インチとしてもよい。
【００２３】フォトエッチング前に、ホイル１０の側面
１４を、融点降下剤として作用するとともに、拡散結合
の形成を促進するホウ素で被覆する。ホウ素は代表的に
は、所定の温度で溶融し、蒸発し、揮散し、そしてそう
する間に、密着した隣接表面の材料の融点を下げる。こ
れにより、密着面間での原子の移動を促進し、拡散結合
の形成を促進し、はやめる。冷却用溝１２のフォトエッ
チング中、側面１４の対応する部分からホウ素被覆を除
去する。なお、ろう材が付着するのを防止するために、
溝にストップオフを塗工する必要があることもある。
【００２４】図２から明らかなように、図１の結合用ホ
イル１０を用いて、１対の拡散結合可能な部材１６、１
８を互いに拡散結合する。フォトエッチした結合用ホイ
ル１０を部材１６、１８間にはさみ、その場で熱と圧力
をかけて結合する。部材１６、１８がタービンブレード
またはタービンベーンの半部鋳造品の形態である場合、
部材１６、１８を炉内に入れて、結合温度約２４００°
Ｆを加える。おもり付き取付け具を用いて、密着面間に
小さな荷重を通常の方法で加えてもよい。
【００２５】拡散結合を形成するにつれて、原子が部材
１６、１８から結合用ホイル１０を横切って移動する。
結合は溝１２では起こらない。これらの溝からはフォト
エッチングによりあらかじめ材料を取り除いており、フ
ォトエッチングはホウ素のような融点降下剤も除去する
からである。結合の間、密着面２０、２２間にわずか
な、たとえば約０．００１インチ程度の締めこみまたは
つぶれ（コラプス）が生じる。しかし、この量の締めこ
みは溝１２を閉じるには不十分である。溝１２のフォト
エッチングの深さを選択する際に、このような締めこみ
を見込んでおくのが好ましい。
【００２６】図１および図２ではまっすぐな溝１２を示
したが、蛇行、ジグザグ、のこ歯または円弧状冷却通路
など、どのような形状の冷却回路または通路を形成して
もよい。結合し終わったら、部材１６および１８を適当
な熱伝達流体ソースに、たとえば流れ導管２４を介して
連結する。熱伝達流体２６を導管２４から溝１２に流し
て、部材１６および１８を加熱または冷却する。
【００２７】部材１６および１８は、代表的には、高温
度環境にさらされるので、溝１２に冷却流体を流して冷
却する。しかし、部材１６および１８を加熱する必要が
ある場合には、加熱流体を溝に案内してこれらの部材を
加熱することができる。この発明の具体的な応用例を図
３、４および５に示す。ここでは、エアーホイル２８、
すなわちタービンブレードまたはタービンベーンを、２
つの半部鋳造品３０、３２から形成する。これらの鋳造
品、つまり半部部品３０、３２は、説明の目的上、前述
した部材１６、１８と類似であるとみなすことができ
る。図３から明らかなように、エアーホイル２８はプラ
ットホーム２５、ダブテール部分２７およびシャンク２
９を含む。エアーホイルおよびプラットホームを、シャ
ンク２９のダブテール部分２７を介して、タービンロー
タディスクに装着する。穴あき先端キャップ３１をエア
ーホイル２８の先端２１内に周知の態様で取り付けてあ
る。
【００２８】各半部鋳造品３０、３２は、通常の単結晶
または方向性凝固耐熱ニッケル超合金から作製すること
ができる。半部鋳造品はその最終形状に近い形態に鋳造
するか、簡単なブロック鋳造品として鋳造する。つぎ
に、半部鋳造品を通常の切削加工技術によって切削し
て、ブレードまたはベーンの内部造作を形成するととも
に、後で拡散結合を行う予定の結合面または密着面を形
成する。
【００２９】つぎに、２つのタービンブレードまたはベ
ーン半部を形成する１対の対応する半部鋳造品３０、３
２を、それらの密着面間にフォトエッチした拡散結合用
ホイル１０を介在させて、はめ合わせ、つぎに、図６に
線図的に示したようなモールド３３内で一緒に結合す
る。モールド３３は、上側部分３５と下側部分３７とを
位置決めピン３９で心合せした構成である。拡散結合サ
イクルの終了後、結合したタービンブレードまたはベー
ン２８には、周知の切削加工法により外面造作を仕上
し、こうして図６に仮想線で示すような完成エアーホイ
ル２８を得る。
【００３０】周知のように、エアーホイル２８の薄い断
面の後縁３４は極端に高い作動温度にさらされ、実用的
な範囲の多量の冷却を必要とする。図５、７および８か
ら明らかなように、結合用ホイル１０にフォトエッチし
た溝１２を設けることにより、後縁３４の冷却を改良す
る。図５に示すように、溝１２がプラットホーム２５の
下まで延在する必要はなく、一方ホイル１０はシャンク
２９およびダブテール部分２７を完全に貫通して、これ
らの区域に固体拡散結合を形成している。
【００３１】従来の拡散結合したエアーホイルと違っ
て、エアーホイル２８の半部３０、３２は切削加工して
冷却用スロットまたは冷却流体溝１２を形成する必要が
ない。その代わりに、図１および２に関連して前述した
ように、半部鋳造品３０、３２の結合前に結合用ホイル
１０をフォトエッチングすることにより、冷却流体流れ
溝１２をあらかじめ形成しておく。
【００３２】結合用ホイル１０は、半部鋳造品の合金と
同様であるが、拡散結合サイクル中に密着面を横切る方
向の結晶粒成長を容易にするようわずかに変更した化学
組成を有するニッケル合金で形成することができる。１
例では、半部鋳造品を融点約２４３０°Ｆのニッケル超
合金から形成する。半部鋳造品を、図６に示すように、
成形用具またはモールド内に配置し、ついで真空炉内に
入れ、約２０−４０ｐｓｉの結合圧力または荷重下で約
２３００−２４００°Ｆの結合温度に約２０時間維持す
る。
【００３３】フォトエッチングは現在使用されている技
術で可能なのよりはるかに小さな断面の溝を正確に形成
することができるので、この発明にしたがって形成する
拡散結合の密着面に沿った単位面積あたりの溝の数を、
効果的に二倍にすることができる。図９からわかるよう
に、冷却流体流れ溝１２を密着面２０、２２に沿って、
オーバーラップさせずに、互い違いに配置して、冷却流
体２６との高度な表面積接触を達成することができる。
しかし、図１０からわかるように、従来の切削加工技術
では、同じ壁厚さの場合、同じ空間内の目視切削加工に
限定された１列の大きな穴２９しか形成することができ
ない。
【００３４】半部鋳造品３０、３２の結合に先立って結
合用ホイル１０に冷却流体流れ溝１２を形成することに
より、冷却流体流れ溝１２の形成に関連したエラーが、
通常、比較的安価な結合用ホイル１０に限定される。こ
れに対して、エアーホイル２８に冷却流体流れ溝１２を
切削加工する必要のある従来のエアーホイル製造技術で
切削加工上のエラーがあると、完全な再加工が必要であ
ったり、エアーホイル全体をスクラップにすることにな
る。同じことが、冷却流体流れ溝を結合前に半部に形成
する製造技術についても言える。
【００３５】さらに図４からわかるように、結合用ホイ
ル１０の一部分３６を、半部鋳造品３０、３２間に形成
される冷却用キャビティ３８の内部に延在させてもよ
い。この場合、結合用ホイル１０の一部分３６は、大き
な表面積のヒートシンクまたはヒートパイプとして機能
し、後縁３４からキャビティ３８に熱を抜き出し、ここ
でキャビティ３８に流れる冷却空気により熱を効率よく
除去する。結合用ホイル１０は前縁４５から後縁３４ま
で中心線４７に沿って延在するが、結合用ホイル１０の
一部を、それが不必要な区域から、たとえば前方キャビ
ティ５１、５３、５５などから、リブ部材４９間でトリ
ミングすることにより、結合前に除去するのが代表的で
ある。
【００３６】図４および図７からわかるように、結合用
ホイル１０に多数の穴３９をあらかじめ形成しておくの
がよい。こうすれば、キャビティ３８の内部からの冷却
空気を半部鋳造品３０、３２の内壁４０、４２のいずれ
かに対して、冷却空気ジェットとして吹きつけて、その
内壁を衝突冷却または対流冷却することができる。代表
的には、このような冷却を、内壁の一方と結合用ホイル
１０との間に画定された空間に冷却空気２６を半径方向
外方、つまり上方へ導くことにより、内壁のいずれか、
好ましくは高温側の内壁上で行う。図４からわかるよう
に、冷却空気２６はサブキャビティ４１に入り、穴３９
を通過し、サブキャビティ４３に入り、内壁４２に衝突
し、ついで冷却流体流れ溝１２を通って後縁３４から外
へ流れる。
【００３７】図７から明らかなように、冷却流体流れ溝
１２の配向と寸法は、エアーホイル２８の冷却および強
度必要条件を満たすように変えることができる。図８は
冷却流体流れ溝１２の別形状として円弧状溝を示す。も
ちろん、図１１に示すように、部材１６、１８の密着面
ならびに図４の類似の半部鋳造品３０、３２の密着面を
フォトエッチングして冷却流体流れ溝１２を形成するこ
とが可能である。この場合、０．００３インチのように
従来に近い厚さを有する中実な結合用ホイル１０を使用
するのがよい。しかし、部材１６、１８または半部鋳造
品３０、３２をフォトエッチングする際にミスが起こっ
た場合、安価な結合用ホイルに較べて相対的に高価な部
品が失われる。さらに、通常、２つの別々の部品、たと
えば部材１６、１８または半部鋳造品３０、３２をフォ
トエッチングするよりも、１つの部品、すなわち結合用
ホイル１０をフォトエッチングする方が簡単である。
【００３８】ここまで、この発明を２つ以上の別々の半
部鋳造品のような部材から製造したエアーホイルのよう
な機械要素に関連して説明してきたが、この発明は、フ
ォトエッチングしたホイルを受け入れるスロットを設け
てある、一体のエアーホイルのような機械要素にも効果
的に適用することができる。たとえば、従来のエアーホ
イルの多くは、冷却用溝を一緒に鋳造した一体部材とし
てインベストメント鋳造するか、後でＥＤＭ、ＥＣＭま
たはレーザーで切削加工してその後縁部分に冷却流体溝
を設ける。これらの溝の寸法は、前述したように、比較
的大きな寸法に限定される。しかし、前述したように、
フォトエッチングしたホイルを受け入れるスロットをエ
アーホイルに鋳造および／または切削加工することによ
り、極めて狭い高密度の冷却流体流路を所望通りに形成
することができる。
【００３９】具体的には、図１２に示すように、一体鋳
造エアーホイル２８の後縁３４にスロット５４を設け
る。スロット５４は鋳造と同時に形成しても、その後鋳
造品に切削加工してもよい。この設計の最終形状は図３
に示す形状と実質的に同じである。図３で言えば、スロ
ット５４はルートまたはプラットホーム２５から先端２
１まで連続的に延在する。
【００４０】つぎに、図１３に示すように、前述した通
りに冷却用溝をフォトエッチング形成した拡散結合用ホ
イル１０を、スロット５４に挿入する。つぎに、一体鋳
造エアーホイル２８および結合用ホイル１０の組立体
を、おもり付き取付け具または荷重モールド内に配置
し、真空炉に入れ、結合用ホイル１０とエアーホイル２
８の後縁との間に拡散結合を形成する。
【００４１】この結合過程で必要な圧力と温度は、後縁
３４の片側または両側５６、５８を押圧して結合用ホイ
ル１０に密着させる。この締めつけまたは狭窄運動は、
スロット５４および／または結合用ホイル１０の形成と
関連した凹凸や公差を吸収し、なくす。この運動は、結
合中に用いる取付け具または成形用具を適切に設計する
ことにより制御できるので、片側５６または５８が制御
された所定の態様で移動するのを許せばよい。
【００４２】この設計を用いれば、現在の鋳造または切
削加工限度とは無関係に、現行の一体のブレードおよび
ベーンの冷却用溝の寸法、形状または輪郭を冷却効果が
最適となるように、とりなおすことにより、現行の一体
のブレードおよびベーン設計を改良することができる。
現行の鋳造工具は、連続スロット５４を生成するよう改
変するのが容易である。このような変更は、この領域で
の中子の強度を増加することにより、鋳造歩留りを改良
する。中子受けの取出しが簡単になるので、この領域の
鋳造公差も改良される。
【００４３】別の実施例として、スロット５４および結
合用ホイル１０を、その幅および厚さを一定にする代わ
りに、テーパして、エアーホイル側面に必要とされる移
動量を少なくすることができる。この場合、結合前に結
合用ホイルを所定の位置にくさび止めする。以上、この
発明の現在のところ最良と考えられる実施態様を説明し
た。しかし、この発明の要旨から逸脱しない範囲内で、
開示の実施例に種々の変更や改変が可能である。たとえ
ば、この発明は、フォトエッチングしたホイルを２つ以
上の接触面、たとえばフランジ間やタービンブレードお
よびタービンディスク取付け面間に介在させる構成例を
効率よく冷却（または加熱）するのに、適用することが
できる。この場合、結合用ホイル１０は、２部材間に結
合または簡単にはさむことのできる冷却または加熱マニ
ホールドとして作用する。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷却用溝をフォトエッチング形成した拡散結合
用ホイルの斜視図である。
【図２】１対の機械要素を図１の結合用ホイルで互いに
拡散結合し、冷却流体源に連結した線図的斜視図であ
る。
【図３】この発明にしたがって製造したタービンベーン
またはタービンブレードのようなガスタービンエンジン
・エアーホイルの斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線方向に見た横断面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線方向に見た部分的側面図であ
る。
【図６】たとえば、図３−５の拡散結合したエアーホイ
ルを形成するのに用いるモールドの線図である。
【図７】図４のＣ−Ｃ線方向に見たエアーホイルの後縁
部分の図である。
【図８】冷却通路の別の形状を示す図４のエアーホイル
の下側コーナ部分の図である。
【図９】図２の拡散結合の部分的正面図である。
【図１０】鋳造、ＥＣＭ、ＥＤＭまたはレーザーなどの
従来技術により形成した冷却用溝を示す、図９と同じ縮
尺の図である。
【図１１】この発明の別の実施例を示す斜視図である。
【図１２】従来の技術で製造した、スロット付き後縁を
有する一体の鋳造エアーホイルの部分的平面図である。
【図１３】フォトエッチングしたホイルを図１２のエア
ーホイルのスロット付き後縁内に拡散結合した図１２と
同様の図である。
【符号の説明】
１０ 拡散結合用ホイル １２ 冷却用溝 １４ 側面 １６、１８ 部材 ２０、２２ 密着面 ２４ 流れ導管 ２６ 熱伝達流体 ２８ エアーホイル ３０、３２ 半部鋳造品 ３３ モールド ３４ 後縁 ３８ 冷却キャビティ ３９ 穴
フロントページの続き (72)発明者 ジェームス・アーサー・マータス アメリカ合衆国、オハイオ州、ウエスト・ チェスター、ウィルダーニス・トライル、 6538番 (72)発明者 エドワード・ハービィ・ゴールドマン アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ ィ、リッジウッド・アベニュー、2957番

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１部材と、第２部材と、これらの第１お
    よび第２部材間に介在するホイルとを備え、上記ホイル
    にフォトエッチングにより溝を形成した装置。
  2. 【請求項２】上記ホイルが拡散結合用ホイルであり、上
    記第１および第２部材が上記ホイルを介して互いに拡散
    結合された請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】上記溝が上記第１および第２部材を冷却す
    る冷却流体を流すための流路を構成する請求項１に記載
    の装置。
  4. 【請求項４】第１部材と、第２部材と、これらの第１お
    よび第２部材間に介在するホイルとを備え、上記第１部
    材にフォトエッチングにより溝を形成した装置。
  5. 【請求項５】上記ホイルが拡散結合用ホイルであり、上
    記第１および第２部材が上記ホイルを介して互いに拡散
    結合された請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】第１部分と、第２部分と、これらの第１お
    よび第２部分間に介在する拡散結合用ホイルとを備え、
    上記第１および第２部分が上記ホイルを介して拡散結合
    により接合され、上記結合にはそれに隣接して、上記第
    １および第２部分を冷却する冷却流体を流すためのフォ
    トエッチ溝が形成されている、ガスタービンエンジンに
    用いるタービンベーン、タービンブレードなどのエアー
    ホイル。
  7. 【請求項７】上記エアーホイルがさらに後縁部分を含
    み、上記結合が上記後縁部分内に形成された請求項６に
    記載のエアーホイル。
  8. 【請求項８】上記溝が上記ホイルの表面部分にフォトエ
    ッチングされた請求項６に記載のエアーホイル。
  9. 【請求項９】上記エアーホイルが内部キャビティを含
    み、上記ホイルが上記キャビティ中に延在する請求項６
    に記載のエアーホイル。
  10. 【請求項１０】上記キャビティが内壁で囲まれ、上記ホ
    イルが上記内壁に近接して配置された請求項９に記載の
    エアーホイル。
  11. 【請求項１１】上記第１および第２部分がそれぞれ内壁
    を有し、上記ホイルが上記内壁それぞれに近接して配置
    されて、冷却空気を内壁に導く請求項６に記載のエアー
    ホイル。
  12. 【請求項１２】さらに、上記第１および第２部分の間に
    冷却空気を通すため、上記ホイルの互いに反対側の側面
    部分に複数の溝がフォトエッチングにより形成された請
    求項６に記載のエアーホイル。
  13. 【請求項１３】上記ホイルの片方の側面部分に複数の離
    間した第１溝が形成され、ホイルの反対側の側面部分に
    複数の離間した第２溝が形成され、上記第１および第２
    溝がオーバーラップしない互い違いの関係で配置された
    請求項１２に記載のエアーホイル。
  14. 【請求項１４】第１部分が拡散結合用ホイルを介して第
    ２部分に接合したエアーホイルに溝を形成するにあた
    り、上記拡散結合用ホイルの表面部分に溝を設け、上記
    拡散結合用ホイルを上記第１および第２部分の間にはさ
    み、上記拡散結合用ホイルを横切って熱と圧力を加える
    ことにより上記第１および第２部分間に拡散結合を形成
    する工程を含み、この拡散結合の形成後に溝が上記第１
    および第２部分間に延在する、エアーホイルに溝を形成
    する方法。
  15. 【請求項１５】さらに、上記拡散結合を形成する前に、
    融点降下剤を上記拡散結合用ホイルに付加する請求項１
    ４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】上記拡散結合用ホイルが所定の厚さを有
    し、上記拡散結合用ホイルの表面部分を上記拡散結合用
    ホイルの所定の厚さより小さい深さまでフォトエッチン
    グすることにより上記溝を形成する請求項１４に記載の
    方法。
  17. 【請求項１７】内部にスロットを形成した一体の鋳造体
    からなるエアーホイルであって、上記スロットにフォト
    エッチングしたホイルをはめ込んで上記スロットに隣接
    して流体流れ溝を形成したエアーホイル。
  18. 【請求項１８】上記エアーホイルが後縁部分を含み、上
    記スロットが上記後縁部分に形成された請求項１７に記
    載のエアーホイル。
  19. 【請求項１９】上記エアーホイルがプラットホーム部分
    および先端部分を含み、上記スロットが上記プラットホ
    ーム部分と上記先端部分との間に延在する請求項１８に
    記載のエアーホイル。
  20. 【請求項２０】上記フォトエッチングしたホイルが上記
    スロット内に拡散結合された請求項１９に記載のエアー
    ホイル。
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