タービンエンジン部品の製造方法
【課題】 エーロフォイル状のブレードおよびベーンなどのタービン部材の製造が提供される。
【解決手段】 冷却付きのタービンエンジン部品が、それぞれ第一および第二の表面を有する第一および第二のピース（４６、４４、４８）を備えることによって製造される。第一および第二の表面の一方または両方に回路（１００、１２０）が形成される。少なくとも一つの回路（１００、１２０）の入口（２７４、２７５）を形成するために第一の複数の開口部（１１４、１２２）が第一のピース（４６）に設けられる。少なくとも一つの回路（１００、１２０）の出口（２７６、２７７）を形成するために第二の複数の開口部（１４０、１５０）が第二のピース（４４、４８）に設けられる。第一および第二のピース（４６、４４、４８）の組み合わせ物が組み立てられ、一体化される。
【解決手段】 冷却付きのタービンエンジン部品が、それぞれ第一および第二の表面を有する第一および第二のピース（４６、４４、４８）を備えることによって製造される。第一および第二の表面の一方または両方に回路（１００、１２０）が形成される。少なくとも一つの回路（１００、１２０）の入口（２７４、２７５）を形成するために第一の複数の開口部（１１４、１２２）が第一のピース（４６）に設けられる。少なくとも一つの回路（１００、１２０）の出口（２７６、２７７）を形成するために第二の複数の開口部（１４０、１５０）が第二のピース（４４、４８）に設けられる。第一および第二のピース（４６、４４、４８）の組み合わせ物が組み立てられ、一体化される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエーロフォイル状のブレードおよびベーンなどのタービン部材の製造に関する。より具体的には、本発明は多数の部品を一体化することによるタービン部材の製造に関する。
【０００２】
本発明は米国空軍が結んだ契約Ｆ３３６１５−９７−Ｃ−２７７９に基づく米国政府の援助の下に行われた。米国政府は本発明に一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
ブレードおよびベーンなどのガスタービンエンジン金属部品を作成するために様々な製造技術が用いられる。技術のなかの一つのグループはインベストメント鋳造である。しかしながらある種の部品材料はインベストメント鋳造が容易ではない。このような材料はインゴットまたは他の原材料から機械加工することが要求される。直接に機械加工する場合は、内部の形状部（ｆｅａｔｕｒｅ）の加工しやすさに厳しい制限が課される。したがって部品をいくつかのピースに分けて機械加工し、次いで各ピースを拡散接合によって一体化することが知られている。タービンブレードの形成（例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖを用いて）における拡散接合の例は米国特許第５，０６３，６６２号および同第５，７１１，０６８号に見られる。‘６６２特許は内部構造を有するねじれた中空ブレードを形成するための詳細な工程を開示している。工程は二つのブレード半体を拡散接合し、次いで追加の変形および機械加工を加えることを含む。‘０６８特許は一つのピースから二つのブレード半体を切り出して、切られていない面をつき合わせて拡散接合する、特殊な場合を開示している。
【特許文献１】米国特許第５，０６３，６６２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７１１，０６８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来技術にはなお改良の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの態様は、一つまたは複数の内部供給通路と、一つまたは複数の外壁と、一つまたは複数の出口通路とを有するタービンエンジン部品を製造する方法を含む。ワークピースに一つまたは複数の切断が加えられて、各々一つまたは複数の切断面を有する複数の別々のサブピースが作り出される。一つまたは複数の切断面に複数の開口部が機械加工される。サブピースの組み合わせ物または類似のサブピースの組み合わせ物が再組み立ておよび一体化される。出口通路のうち少なくともいくつかが、別々のサブピースの開口部の組み合わせによって形成されるように、内部供給通路および一つまたは複数の壁の外面が機械加工される。
【０００６】
種々の実施例において、通路のいくつかは、単一の開口部によって形成されてもよい。開口部のいくつかは、供給通路の関連する対の間の内部連絡通路を形成してもよい。切断は、ワイヤー放電加工を含んでもよい。少なくとも第一の切断は、弧状であってもよい。内部供給通路の機械加工は、電気化学的加工を含んでもよい。一体化は、過渡液相（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｌｉｑｕｉｄ ｐｈａｓｅ）（ＴＬＰ）接合、拡散接合、または、溶接およびろう付けの一方または両方、を含んでもよい。部品は、圧力側表面（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｉｄｅ ｓｕｒｆａｃｅ）および吸気側表面（ｓｕｃｔｉｏｎ ｓｉｄｅ ｓｕｒｆａｃｅ）を有するエーロフォイルを含んでもよい。第一のサブピースと第二のサブピースとの間の合わせ面（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）は、圧力側表面および吸気側表面の一方に局部的に略平行であってもよい。組み合わせ物が、エーロフォイル端部ピースに対して組み付けられ、エーロフォイル端部ピースと一体化されてもよい。エーロフォイル端部ピースは、ベーンのインボード側プラットホーム、ベーンのアウトボード側プラットホーム、ブレードルート部構造、およびブレード先端シュラウドのうちの少なくとも一つを形成するように機械加工されてもよい。位置合わせ用の形状部が形成されてもよく、再組み立ては、位置合わせ用の形状部を位置合わせすることを含んでもよい。ワークピースは、耐熱性合金であってもよい。
【０００７】
他の態様は、複数の金属ワークピースを第一および第二のサブピースに同じように切断し、第一および第二のサブピースにそれぞれ第一および第二の切断面を形成することを含む。複数の開口部が、各々の第一のサブピースの少なくとも第一の切断面に機械加工される。第一および第二のサブピースの対が、組み立ておよび一体化される。各々の対の複数の開口部に対して横方向に少なくとも一つの内部通路が機械加工されて、最終的にこれらは交差される。各々の対の外面が機械加工される。
【０００８】
種々の実施例において、少なくとも一つの内部通路の加工は、一体化の後であってもよい。一体化は、実質的にＴＬＰ接合または拡散接合を含んでもよい。方法は、タービンエンジン部品を形成するために用いられてもよい。同じように切断することは、複数のワークピースが、第三のサブピースにさらに切断されてもよい。組み立ておよび一体化は、第一、第二、および第三のサブピースの三つ組であってもよい。同じように切断することは、複数のワークピースが、第四のサブピースにさらに切断されてもよい。組み立ておよび一体化は、第一、第二、第三、および第四のサブピースの四つ組であってもよい。切断は、複数の実質的に非平行な切断を行うことを含んでもよい。
【０００９】
発明の他の態様は、金属壁を有する物品を含む。少なくとも一つの見通し線のない通路が、壁を通って延びる。弧状の一体化合わせ面が、壁の内部にある。
【００１０】
種々の実施例において金属壁は、耐熱性金属合金から成ってもよい。物品は、ブレードの外側エアシールであってもよく、その合わせ面は、シールのインボード側の面に平行である。
【００１１】
本発明の一つまたは複数の実施例の詳細が添付の図面および以下の説明に示されている。その他の特徴、目的、および利点は説明と図面、および請求範囲から明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
各図面中の類似の参照符号および名称は類似の部材を表す。
【００１３】
図１は初期の機械加工段階の後のエーロフォイル前駆体ブロック２０を示している。例示的なブロック２０は初期において金属材料の単一ピースの正平行六面体（ｒｉｇｈｔ ｐａｒａｌｌｅｌｅｐｉｐｅｄ）として形成されてもよい。例示的な金属材料は耐熱性金属、耐熱性金属基合金、またはこれらの金属の組み合わせに耐熱性金属の金属間化合物を伴うものであってもよい。例示的な金属はモリブデン合金およびニオブ合金であり、好ましくはそれぞれモリブデンおよびニオブの金属間化合物を伴う。例示的な金属間化合物含有量は体積で５％より大きい（より狭くは１０〜８０％、または２０〜５０％）。例示的な金属間化合物はケイ化物である。例示的な、ケイ化モリブデンを伴う実質的に純粋なモリブデンのケイ化モリブデン含有量は１０〜４５％である。例示的な、ケイ化ニオブを伴う実質的に純粋なニオブのケイ化ニオブ含有量は２０〜８０％である。
【００１４】
平行六面体は軸５００、５０２、および５０４を有し、参照のためにこれらはＸ、Ｙ、およびＺ方向と呼ばれる。ブロックの中央部分２２は一定Ｚ平面５０８と５１０との間に概略配置され、最終的にブレードまたはベーンなどのタービン部材のエーロフォイルを実質的に形成する。例示的な初期機械加工段階の第一の段階は、後にブロック２０から切り出されるサブピースの整列を容易にするための位置合わせ用の形状部を形成することを含む。例示的な実施例において、この機械加工はブロックに孔を穿孔することによって行われる。例示的な実施例において孔はブロックの対向する面の間の貫通孔または穴である。例示的な孔２４および２６はブロックの一定Ｘ平面の間に延び、かつ軸５００に平行な軸５１２および５１４を有する。孔２８および３０は一定Ｙ平面の間に延び、かつ軸５０２に平行な軸５１６および５１８を有する。例示的な実施例において孔２４、２６、２８、および３０は中央部分２２の外側の部分３２および３４にある。このような穿孔に際してブロックはその一つまたは複数の面を介して固定具（図示せず）内で位置合わせされてもよい。
【００１５】
初期の機械加工段階の第二の段階はブロックをサブピースに切断することを含む。この例示的な切断はワイヤー放電加工（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）（ＥＤＭ）法によって行われる。切断を容易にするために、ブロックは穿孔された孔を介して切断用固定具内で位置合わせされてもよい。切断用固定具はサブピースとなるべきブロックの各部位を確実に保持するものであってもよい。例示的な実施例において、第一の切断４０は二つの一定Ｙ平面および二つの一定Ｚ平面の間に延びており、Ｚ方向５０４に平行な面５２０内にある平面切断である。この例示的な第一の切断４０は前側サブピース４２をブロックの残りの部分から切り離す（すなわち部分４４、４６、および４８から切り離す。これらの部分は第二および第三の切断の後それぞれ吸気側サブピース；中心部サブピース；および圧力側サブピースとなるべきものである）。第二の切断５４は弧状であるが、例示的な実施例ではＺ方向５０４に平行である。この第二の切断５４は圧力側サブピース４４をブロック２０の残りの部分から切り離す。第三の切断５６は吸気側サブピース４８を中心部サブピース４６から切り離す。例示的な第三の切断５６もまた弧状であり、 Ｚ方向５０４に平行である。付言すれば切断は必ずしもＺ方向に平行でなくともよい。平行でない切断は、捻れやテーパーなどの、翼幅方向（ｓｐａｎｗｉｓｅ）にわたるブレード断面の形状、寸法、または方向の変化を有するブレードを予備形成する場合において特に有用であり得る。
【００１６】
図２は第一の切断４０に由来する平面的な切断面６０を有する前側サブピース４２を示している。吸気側サブピース４４は第一の切断４０に由来する平面的な第一の切断面６２と、第二の切断５４に由来する連続的に湾曲する凹面の第二の切断面６４とを有する。中心部サブピース４６は第一の切断４０に由来する平面的な第一の切断面６６と、第二の切断５４に由来する連続的に湾曲する凸面の第二の切断面６８と、第三の切断５６に由来する連続的に湾曲する凹面の第三の切断面７０とを有する。面６８と面７０とは、中心部サブピースの後縁部７２を画定する会合線で会合する。吸気側サブピース４８は第一の切断４０に由来する平面的な第一の切断面７４と、第二の切断５４に由来する連続的に湾曲する凸面の第二の切断面７６と、第三の切断５６に由来する連続的に湾曲する凸面の第三の切断面７８とを有する。
【００１７】
サブピースが互いにばらばらになったならば、その切断面に様々な形状部を機械加工することができる。機械加工に先立って各々の個別のサブピースは、例えばこれらのサブピースに位置する位置合わせ用孔／穴２４、２６、２８、および／または３０の一部分を介して固定具（図示せず）内で位置合わせされてもよい。ドリルやフライス削り用ビットなどの加工工具要素は、切断面に機械加工される形状部を正確に位置決めするために、これらの孔／穴をはずして位置合わせされてもよい。図３は中心部サブピース４６の吸気側切断面６８を示している。例示的な実施例において、独立の互いに交差しない浅い回路１００の流れ方向および翼幅方向の列が略一定の浅い深さＤ1（図２）に、面６８に機械加工されている。各々の例示的な回路１００は一連の、三つの互いに連絡する細長い長円形（ｏｂｒｏｕｎｄ）の溝１０２として形成されている（回路を通る最終的な冷却流に対してではなくエーロフォイル部分に対して下流、上流、および中間の三つ）。各々の溝１０２は中央の島１０４を取り囲んでいる。隣り合う溝１０２は、溝１０２の間の仕切り壁１０８を画定する中心部サブピースの無傷の部分に切られた中央の切れ目１０６によって互いに連絡されている。したがって、回路１００は下流の溝の下流の区域（ｌｅｇ）１１０から上流の溝の上流の区域１１２まで延びる。各々の区域１１０の中央部でこれと交差して、より深い孔または盲穴１１４（図２）が穿孔される。同様な回路１２０および盲穴１２２が吸気側切断面７０に形成されてもよい。他の回路形状および相互連絡の程度が可能であり、穴１１４および１２２についてもその他の数および形状が可能である。以下においてさらに詳しく述べるが、回路１００および１２０は最終的に吸気側および圧力側の壁冷却回路を形成する。
【００１８】
図３はさらに、吸気側切断面６８にフライス加工された流れ方向の細長いスロット１３０が翼幅方向に並んでいるのを示している。例示的な実施例において、これらのスロットは関連する流れ方向の回路群の下流でこれと整列している。これらのスロットは各々例示的な浅い深さＤ2を有する平たい底部／基部を有し、比較的深い盲穴１３２に接する前側端部から会合線７２に接する後側端部まで延びており、このようにして吸気側切断面７０の後側部分を切り開いている。以下においてさらに詳しく述べるが、これらのスロット１３０は後縁部出口スロットの形成に寄与する。
【００１９】
他のサブピース４２、４４および４８の切断面に追加の形状部が機械加工されてもよい。例示的な実施例において、吸気側サブピース４４の第二の切断面６４に盲穴１４０が穿孔される。例示的な穴１４０は中心部サブピースの関連する回路１００の上流側区域１１２と整列して位置する。同様に、吸気側サブピース４８の第三の切断面７８に、関連する回路１２０の上流側区域と整列して位置する盲穴１５０が穿孔される。スロット１５２が第二の切断面７６に機械加工され、これは第三の切断面７８との会合線を通って延び、再組み立てに際してスロット１３０と整列してこれとともに連続したスロットを形成する。翼幅方向に並んだ盲穴１６０が前側サブピース４２の切断面６０に穿孔される。再組み立てに際してこれらの穴１６０は中心部サブピース４６の第一の切断面６６と整列する。
【００２０】
切断面に形状部が機械加工された後に、ブロックを再組み立てすることができる。再組み立てに際して、ピン２００を孔２４および２６に、ピン２０２を孔２８および３０に位置させてもよい。例示的なピンはその端部が関連するブロック面と面一よりもさらに入り込むように、十分に短い。有利には、ピンは接合環境に適した合金またはその他の材料で形成され、したがって変形することなくサブピースの間の相互運動を制約（すなわち除去または低減）する。有利な材料は、１）融点および／または接合温度における強度が接合される材料のそれと同等あるいはより大きく、２）熱膨張係数が材料のそれと近い。接合温度が高い場合はタングステンが有利である。なぜならばタングステンは融点が高く、熱クリープがないので、接合面の平面内でサブピースが滑ることを防止するからである。サブピースの材料、接合に必要な温度、およびその他の接合環境条件（酸化など）に応じて、他の適当なピン合金が選択されてもよい。
【００２１】
再組み立てされたブロックはプレス内に置かれる。このプレスはブロックのＸ平面およびＹ平面と係合する顎２０６および２０８を有して、ブロックを圧縮する。圧縮は加熱下で行うのが有利である。圧縮と加熱とによって各ピースは初期においてわずかに変形し、それによって、隣接する切断面が完全に再一致する。切断線が一定の幅を有する場合は、この厚さの故に二つの隣接する切断面の局部的な曲率半径は一致しない。したがってこの不一致を吸収するために変形が必要となり得る。曲率半径が大きい場所では、これに比例して不一致はほんのわずかである。半径が小さくなるにつれて、不一致がより大きくなり得る。したがって第二および第三の切断５４および５６を、エーロフォイルの前縁部のような曲率半径の小さな領域において、最終的なエーロフォイル吸気側および圧力側と平行させることは実際的ではなかろう。 したがって第一の切断４０は中心部サブピースにエーロフォイル輪郭の曲率半径の大きな部分のみを含ませている。すなわち中心部サブピースにエーロフォイル前縁の輪郭を含ませていない。加熱および圧縮は各サブピースを互いに拡散接合してアッセンブリを再一体化するのに十分であることが有利である。別の一体化方法（例えば、過渡液相（ＴＬＰ）接合、溶接、またはろう付け）を含んでもよい。
【００２２】
極端に高温の接合（例えば、＞３０００°Ｆ、＞５時間、＞１０ｐｓｉ）においては、接合を確実にするために剛性を保持しつつサブピースアッセンブリに力を加えることのできる固定具用金属はほとんどない。固定具要素２０６および２０８は重力で付勢されてもよい。例えば一方がサブピース積層物の上に加えられる大きな死荷重であり、他方が支持表面であってもよい。このようなシステムは水平に近いサブピース接合面に関連してもよい。例示的なエーロフォイルにおいて、この方法を用いる場合は前縁部サブピースの同時接合を除外してもよい。前縁部サブピースの接合は、初期における圧力側、吸気側、および中心部サブピースの第一の接合の後に、第二の接合として行われてもよい。
【００２３】
一体化の後に、位置を保持するために同じ位置合わせ用形状部を用いて、エーロフォイルの外部輪郭および追加の内部形状部が機械加工されてもよい。例示的な工程は前縁２５４と後縁２５６の間に延びる吸気側表面２５０および圧力側表面２５２の粗加工を含む。吸気側表面２５０の大部分は比較的小さな厚さを残して、すでに一体化された切断面６４に平行に延びる。表面２５０の前側部分は前側サブピース４２に沿って形成される。吸気側表面２５０の機械加工によって穴１４０が露出され、吸気側表面への出口が画定される。同様に圧力側表面２５２は切断面７８から距離を置いており、穴１５０およびスロット１５２を露出させる。供給通路２６０および２６２、および前縁部空洞部２６４などの内部形状部が機械加工されてもよい。これらはブロックのＺ平面の片方または両方から機械加工されてもよい。例示的な実施例において、供給通路２６０と２６２とはウェブ２６６で分離されており、前縁部空洞部２６４はウェブ２６８で供給通路２６０から分離されている。空洞部２６４および通路２６０は穴１６０と交差することによって互いに連絡される。さらに通路２６０および２６２が様々な穴１１４および１２２、および穴１３２と交差することによって冷却回路および後縁部スロットへの入口が画定される。これに加えて翼幅方向および流れ方向に並ぶ前縁部孔２７０が空洞部２６４に向かって穿孔される。
【００２４】
例示的なエーロフォイルの最終的な作動においては、通路２６０および２６２の片方または両方から空気が導入され得る（壁２６６を通しての衝突噴射、またはエーロフォイルの一端部での転回によって、一方が他方に供給することもあり得る）。例示的な供給通路２６０から、空気は穴１６０を通って空洞部２６４に入り、孔２７０から流出してエーロフォイル前縁の壁部分２７２を冷却する。これに加えて空気は通路２６０および２６２から穴１１４および１２２の入口２７４および２７５を通って冷却回路に入り、冷却回路１００および１２０の曲がりくねった経路を通過して穴１４０および１５０の出口２７６および２７７から流出し、それによって吸気側および圧力側のエーロフォイル壁２８０および２８２を冷却する。回路は各々の入口と出口との間に見通し線（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）をなす経路がないように、十分に曲がりくねっていることが有利である。これに加えて穴１３２の入口２８５から後縁部スロットに流入する空気が、出口２８７から流出する前にエーロフォイルの後側部分２８６を冷却する。
【００２５】
エーロフォイルの冷却にはこの他に無数の変形が可能である。冷却回路は中心部サブピース４６にではなく吸気側および圧力側サブピース４４および４８に形成されてもよい。回路は中心部サブピースと吸気側および圧力側サブピースとの合わせ面を跨いで形成されてもよい（例えば各々の隣接する切断面がパターンの対になる半分を有してもよく、また非鏡像パターンを有してもよい。後者の場合冷却空気は一方のサブピースに画定された回路を完全に通過した後に相手のサブピースの回路に流入する）。
【００２６】
例示的な実施例において、吸気側および圧力側の表面と内部形状部との粗加工が終わった後に、中央部分２２が外側の部分３２および３４から切り離されてもよい。この切断の後に中央部分は関連するタービン部材の端部の形状部を形成するために一つまたは複数の端部ピースと一体化されてもよい。例えば図６では、上述のようにして製造されたエーロフォイル２９４の両端に、インボード側（ｉｎｂｏａｒｄ）プラットホーム２９０およびアウトボード側（ｏｕｔｂｏａｒｄ）プラットホーム２９２をなす端部ピースが加えられてベーンが形成されている。このアッセンブリは拡散接合、溶接、ろう付け、およびその他の方法によって一体化されてもよい。端部ピース２９０および２９２はあらかた予備形成されて仕上げまたは準仕上げ形状になっていてもよく、また取り付け用形状部およびエーロフォイルの通路２６０および２６２と連絡する通路などの形状部の粗形成までも必要な、ブロックに近いものであってもよい。図７では上述のようにして製造されたエーロフォイル３００にインボード側のルート部をなす端部ピース３０２が一体化されてブレードが形成されている。
【００２７】
図８はブレードの外側エアシール（ｂｌａｄｅ ｏｕｔｅｒ ａｉｒ ｓｅａｌ）（ＢＯＡＳ）の前駆体ブロック３５０を示しており、これは凸面のアウトボード側表面３５２と凹面のインボード側表面３５４とを有する。例示的な第一の切断３５６がブロックをアウトボード側サブピース３５８とインボード側サブピース３６０とに分割する。ピン用孔３６２が前述したものと同様に切断３５６にわたって設けられてもよい。切断３５６はアウトボード側サブピースの凹面の切断面３６４と、インボード側サブピースの凸面の切断面３６６とを形成する。図９は回路溝３７０の複数の細長い列３６８が機械加工された後の凹面の切断面３６４を示している。鏡像、位相違い（ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｈａｓｅ）、またはその他の補完的な形状部（図示せず）が必要に応じて凸面の切断面３６６に機械加工されてもよい。
【００２８】
図１０は前駆体におけるＢＯＡＳの輪郭を示している。これは穿孔またはその他の方法で機械加工された溝への入口３８０、および溝からの出口３８２を含む。図１１および図１２は断熱被覆３９０（図１１）、フェザー（ｆｅａｔｈｅｒ）シールスロット３９２（図１２）、および取り付けフック３９４（図１２）を有するＢＯＡＳを示している。
【００２９】
本発明の一つまたは複数の実施態様を説明した。しかしながら本発明の主旨および範囲から逸脱することなく様々な改変がなされ得ることは理解されるであろう。例えば現有の部品に対する交換品の製造において実施される場合は、個々の実施の詳細は現有部品の細部の影響を受けるであろう。本方法は他の部品（例えばブレード一体化型またはその他のロータ、ケース部品、燃焼器部品、排気部部品、およびその他）の製造にも応用可能である。大量生産においては所与のブロックからの個々のサブピースは必ずしも当該のブロックからの他のサブピースと再一体化される必要はなく、一つまたは複数の類似のブロックからのサブピースと一体化されてもよい。一体化は共通のまたは類似のブロックから切り出されたものではないサブピースについて行われてもよい。したがって他の実施態様は添付の請求範囲の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】タービン部材のブレード前駆体の図である。
【図２】図１の前駆体の展開断面図である。
【図３】図１の前駆体の中心部サブピースの図である。
【図４】図１の前駆体が再組み立てされた状態の断面図である。
【図５】再組み立てされた前駆体から機械加工されたエーロフォイルの断面図である。
【図６】ベーンの図である。
【図７】ブレードの図である。
【図８】ブレード外側エアシール（ＢＯＡＳ）前駆体の図である。
【図９】図８の前駆体の第一のサブピースの図である。
【図１０】図８の前駆体の再組み立てされた状態の断面図である。
【図１１】図８の前駆体から機械加工されたＢＯＡＳの断面図である。
【図１２】図１１のＢＯＡＳの図である。
【符号の説明】
【００３１】
２０…エーロフォイル前駆体ブロック
４０…第一の切断
４２…前側サブピース
４４…吸気側サブピース
４６…中心部サブピース
４８…圧力側サブピース
５４…第二の切断
５６…第三の切断
６０…切断面
６２…第一の切断面
６４…第二の切断面
６６…第一の切断面
６８…第二の切断面
７０…第三の切断面
７４…第一の切断面
７６…第二の切断面
７８…第三の切断面
１００、１２０…回路
１１４、１２２、１３２、１４０、１５０、１６０…盲穴
２７４、２７５、２８５…入口
２７６、２７７、２８７…出口
【技術分野】
【０００１】
本発明はエーロフォイル状のブレードおよびベーンなどのタービン部材の製造に関する。より具体的には、本発明は多数の部品を一体化することによるタービン部材の製造に関する。
【０００２】
本発明は米国空軍が結んだ契約Ｆ３３６１５−９７−Ｃ−２７７９に基づく米国政府の援助の下に行われた。米国政府は本発明に一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
ブレードおよびベーンなどのガスタービンエンジン金属部品を作成するために様々な製造技術が用いられる。技術のなかの一つのグループはインベストメント鋳造である。しかしながらある種の部品材料はインベストメント鋳造が容易ではない。このような材料はインゴットまたは他の原材料から機械加工することが要求される。直接に機械加工する場合は、内部の形状部（ｆｅａｔｕｒｅ）の加工しやすさに厳しい制限が課される。したがって部品をいくつかのピースに分けて機械加工し、次いで各ピースを拡散接合によって一体化することが知られている。タービンブレードの形成（例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖを用いて）における拡散接合の例は米国特許第５，０６３，６６２号および同第５，７１１，０６８号に見られる。‘６６２特許は内部構造を有するねじれた中空ブレードを形成するための詳細な工程を開示している。工程は二つのブレード半体を拡散接合し、次いで追加の変形および機械加工を加えることを含む。‘０６８特許は一つのピースから二つのブレード半体を切り出して、切られていない面をつき合わせて拡散接合する、特殊な場合を開示している。
【特許文献１】米国特許第５，０６３，６６２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７１１，０６８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来技術にはなお改良の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの態様は、一つまたは複数の内部供給通路と、一つまたは複数の外壁と、一つまたは複数の出口通路とを有するタービンエンジン部品を製造する方法を含む。ワークピースに一つまたは複数の切断が加えられて、各々一つまたは複数の切断面を有する複数の別々のサブピースが作り出される。一つまたは複数の切断面に複数の開口部が機械加工される。サブピースの組み合わせ物または類似のサブピースの組み合わせ物が再組み立ておよび一体化される。出口通路のうち少なくともいくつかが、別々のサブピースの開口部の組み合わせによって形成されるように、内部供給通路および一つまたは複数の壁の外面が機械加工される。
【０００６】
種々の実施例において、通路のいくつかは、単一の開口部によって形成されてもよい。開口部のいくつかは、供給通路の関連する対の間の内部連絡通路を形成してもよい。切断は、ワイヤー放電加工を含んでもよい。少なくとも第一の切断は、弧状であってもよい。内部供給通路の機械加工は、電気化学的加工を含んでもよい。一体化は、過渡液相（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｌｉｑｕｉｄ ｐｈａｓｅ）（ＴＬＰ）接合、拡散接合、または、溶接およびろう付けの一方または両方、を含んでもよい。部品は、圧力側表面（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｉｄｅ ｓｕｒｆａｃｅ）および吸気側表面（ｓｕｃｔｉｏｎ ｓｉｄｅ ｓｕｒｆａｃｅ）を有するエーロフォイルを含んでもよい。第一のサブピースと第二のサブピースとの間の合わせ面（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）は、圧力側表面および吸気側表面の一方に局部的に略平行であってもよい。組み合わせ物が、エーロフォイル端部ピースに対して組み付けられ、エーロフォイル端部ピースと一体化されてもよい。エーロフォイル端部ピースは、ベーンのインボード側プラットホーム、ベーンのアウトボード側プラットホーム、ブレードルート部構造、およびブレード先端シュラウドのうちの少なくとも一つを形成するように機械加工されてもよい。位置合わせ用の形状部が形成されてもよく、再組み立ては、位置合わせ用の形状部を位置合わせすることを含んでもよい。ワークピースは、耐熱性合金であってもよい。
【０００７】
他の態様は、複数の金属ワークピースを第一および第二のサブピースに同じように切断し、第一および第二のサブピースにそれぞれ第一および第二の切断面を形成することを含む。複数の開口部が、各々の第一のサブピースの少なくとも第一の切断面に機械加工される。第一および第二のサブピースの対が、組み立ておよび一体化される。各々の対の複数の開口部に対して横方向に少なくとも一つの内部通路が機械加工されて、最終的にこれらは交差される。各々の対の外面が機械加工される。
【０００８】
種々の実施例において、少なくとも一つの内部通路の加工は、一体化の後であってもよい。一体化は、実質的にＴＬＰ接合または拡散接合を含んでもよい。方法は、タービンエンジン部品を形成するために用いられてもよい。同じように切断することは、複数のワークピースが、第三のサブピースにさらに切断されてもよい。組み立ておよび一体化は、第一、第二、および第三のサブピースの三つ組であってもよい。同じように切断することは、複数のワークピースが、第四のサブピースにさらに切断されてもよい。組み立ておよび一体化は、第一、第二、第三、および第四のサブピースの四つ組であってもよい。切断は、複数の実質的に非平行な切断を行うことを含んでもよい。
【０００９】
発明の他の態様は、金属壁を有する物品を含む。少なくとも一つの見通し線のない通路が、壁を通って延びる。弧状の一体化合わせ面が、壁の内部にある。
【００１０】
種々の実施例において金属壁は、耐熱性金属合金から成ってもよい。物品は、ブレードの外側エアシールであってもよく、その合わせ面は、シールのインボード側の面に平行である。
【００１１】
本発明の一つまたは複数の実施例の詳細が添付の図面および以下の説明に示されている。その他の特徴、目的、および利点は説明と図面、および請求範囲から明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
各図面中の類似の参照符号および名称は類似の部材を表す。
【００１３】
図１は初期の機械加工段階の後のエーロフォイル前駆体ブロック２０を示している。例示的なブロック２０は初期において金属材料の単一ピースの正平行六面体（ｒｉｇｈｔ ｐａｒａｌｌｅｌｅｐｉｐｅｄ）として形成されてもよい。例示的な金属材料は耐熱性金属、耐熱性金属基合金、またはこれらの金属の組み合わせに耐熱性金属の金属間化合物を伴うものであってもよい。例示的な金属はモリブデン合金およびニオブ合金であり、好ましくはそれぞれモリブデンおよびニオブの金属間化合物を伴う。例示的な金属間化合物含有量は体積で５％より大きい（より狭くは１０〜８０％、または２０〜５０％）。例示的な金属間化合物はケイ化物である。例示的な、ケイ化モリブデンを伴う実質的に純粋なモリブデンのケイ化モリブデン含有量は１０〜４５％である。例示的な、ケイ化ニオブを伴う実質的に純粋なニオブのケイ化ニオブ含有量は２０〜８０％である。
【００１４】
平行六面体は軸５００、５０２、および５０４を有し、参照のためにこれらはＸ、Ｙ、およびＺ方向と呼ばれる。ブロックの中央部分２２は一定Ｚ平面５０８と５１０との間に概略配置され、最終的にブレードまたはベーンなどのタービン部材のエーロフォイルを実質的に形成する。例示的な初期機械加工段階の第一の段階は、後にブロック２０から切り出されるサブピースの整列を容易にするための位置合わせ用の形状部を形成することを含む。例示的な実施例において、この機械加工はブロックに孔を穿孔することによって行われる。例示的な実施例において孔はブロックの対向する面の間の貫通孔または穴である。例示的な孔２４および２６はブロックの一定Ｘ平面の間に延び、かつ軸５００に平行な軸５１２および５１４を有する。孔２８および３０は一定Ｙ平面の間に延び、かつ軸５０２に平行な軸５１６および５１８を有する。例示的な実施例において孔２４、２６、２８、および３０は中央部分２２の外側の部分３２および３４にある。このような穿孔に際してブロックはその一つまたは複数の面を介して固定具（図示せず）内で位置合わせされてもよい。
【００１５】
初期の機械加工段階の第二の段階はブロックをサブピースに切断することを含む。この例示的な切断はワイヤー放電加工（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）（ＥＤＭ）法によって行われる。切断を容易にするために、ブロックは穿孔された孔を介して切断用固定具内で位置合わせされてもよい。切断用固定具はサブピースとなるべきブロックの各部位を確実に保持するものであってもよい。例示的な実施例において、第一の切断４０は二つの一定Ｙ平面および二つの一定Ｚ平面の間に延びており、Ｚ方向５０４に平行な面５２０内にある平面切断である。この例示的な第一の切断４０は前側サブピース４２をブロックの残りの部分から切り離す（すなわち部分４４、４６、および４８から切り離す。これらの部分は第二および第三の切断の後それぞれ吸気側サブピース；中心部サブピース；および圧力側サブピースとなるべきものである）。第二の切断５４は弧状であるが、例示的な実施例ではＺ方向５０４に平行である。この第二の切断５４は圧力側サブピース４４をブロック２０の残りの部分から切り離す。第三の切断５６は吸気側サブピース４８を中心部サブピース４６から切り離す。例示的な第三の切断５６もまた弧状であり、 Ｚ方向５０４に平行である。付言すれば切断は必ずしもＺ方向に平行でなくともよい。平行でない切断は、捻れやテーパーなどの、翼幅方向（ｓｐａｎｗｉｓｅ）にわたるブレード断面の形状、寸法、または方向の変化を有するブレードを予備形成する場合において特に有用であり得る。
【００１６】
図２は第一の切断４０に由来する平面的な切断面６０を有する前側サブピース４２を示している。吸気側サブピース４４は第一の切断４０に由来する平面的な第一の切断面６２と、第二の切断５４に由来する連続的に湾曲する凹面の第二の切断面６４とを有する。中心部サブピース４６は第一の切断４０に由来する平面的な第一の切断面６６と、第二の切断５４に由来する連続的に湾曲する凸面の第二の切断面６８と、第三の切断５６に由来する連続的に湾曲する凹面の第三の切断面７０とを有する。面６８と面７０とは、中心部サブピースの後縁部７２を画定する会合線で会合する。吸気側サブピース４８は第一の切断４０に由来する平面的な第一の切断面７４と、第二の切断５４に由来する連続的に湾曲する凸面の第二の切断面７６と、第三の切断５６に由来する連続的に湾曲する凸面の第三の切断面７８とを有する。
【００１７】
サブピースが互いにばらばらになったならば、その切断面に様々な形状部を機械加工することができる。機械加工に先立って各々の個別のサブピースは、例えばこれらのサブピースに位置する位置合わせ用孔／穴２４、２６、２８、および／または３０の一部分を介して固定具（図示せず）内で位置合わせされてもよい。ドリルやフライス削り用ビットなどの加工工具要素は、切断面に機械加工される形状部を正確に位置決めするために、これらの孔／穴をはずして位置合わせされてもよい。図３は中心部サブピース４６の吸気側切断面６８を示している。例示的な実施例において、独立の互いに交差しない浅い回路１００の流れ方向および翼幅方向の列が略一定の浅い深さＤ1（図２）に、面６８に機械加工されている。各々の例示的な回路１００は一連の、三つの互いに連絡する細長い長円形（ｏｂｒｏｕｎｄ）の溝１０２として形成されている（回路を通る最終的な冷却流に対してではなくエーロフォイル部分に対して下流、上流、および中間の三つ）。各々の溝１０２は中央の島１０４を取り囲んでいる。隣り合う溝１０２は、溝１０２の間の仕切り壁１０８を画定する中心部サブピースの無傷の部分に切られた中央の切れ目１０６によって互いに連絡されている。したがって、回路１００は下流の溝の下流の区域（ｌｅｇ）１１０から上流の溝の上流の区域１１２まで延びる。各々の区域１１０の中央部でこれと交差して、より深い孔または盲穴１１４（図２）が穿孔される。同様な回路１２０および盲穴１２２が吸気側切断面７０に形成されてもよい。他の回路形状および相互連絡の程度が可能であり、穴１１４および１２２についてもその他の数および形状が可能である。以下においてさらに詳しく述べるが、回路１００および１２０は最終的に吸気側および圧力側の壁冷却回路を形成する。
【００１８】
図３はさらに、吸気側切断面６８にフライス加工された流れ方向の細長いスロット１３０が翼幅方向に並んでいるのを示している。例示的な実施例において、これらのスロットは関連する流れ方向の回路群の下流でこれと整列している。これらのスロットは各々例示的な浅い深さＤ2を有する平たい底部／基部を有し、比較的深い盲穴１３２に接する前側端部から会合線７２に接する後側端部まで延びており、このようにして吸気側切断面７０の後側部分を切り開いている。以下においてさらに詳しく述べるが、これらのスロット１３０は後縁部出口スロットの形成に寄与する。
【００１９】
他のサブピース４２、４４および４８の切断面に追加の形状部が機械加工されてもよい。例示的な実施例において、吸気側サブピース４４の第二の切断面６４に盲穴１４０が穿孔される。例示的な穴１４０は中心部サブピースの関連する回路１００の上流側区域１１２と整列して位置する。同様に、吸気側サブピース４８の第三の切断面７８に、関連する回路１２０の上流側区域と整列して位置する盲穴１５０が穿孔される。スロット１５２が第二の切断面７６に機械加工され、これは第三の切断面７８との会合線を通って延び、再組み立てに際してスロット１３０と整列してこれとともに連続したスロットを形成する。翼幅方向に並んだ盲穴１６０が前側サブピース４２の切断面６０に穿孔される。再組み立てに際してこれらの穴１６０は中心部サブピース４６の第一の切断面６６と整列する。
【００２０】
切断面に形状部が機械加工された後に、ブロックを再組み立てすることができる。再組み立てに際して、ピン２００を孔２４および２６に、ピン２０２を孔２８および３０に位置させてもよい。例示的なピンはその端部が関連するブロック面と面一よりもさらに入り込むように、十分に短い。有利には、ピンは接合環境に適した合金またはその他の材料で形成され、したがって変形することなくサブピースの間の相互運動を制約（すなわち除去または低減）する。有利な材料は、１）融点および／または接合温度における強度が接合される材料のそれと同等あるいはより大きく、２）熱膨張係数が材料のそれと近い。接合温度が高い場合はタングステンが有利である。なぜならばタングステンは融点が高く、熱クリープがないので、接合面の平面内でサブピースが滑ることを防止するからである。サブピースの材料、接合に必要な温度、およびその他の接合環境条件（酸化など）に応じて、他の適当なピン合金が選択されてもよい。
【００２１】
再組み立てされたブロックはプレス内に置かれる。このプレスはブロックのＸ平面およびＹ平面と係合する顎２０６および２０８を有して、ブロックを圧縮する。圧縮は加熱下で行うのが有利である。圧縮と加熱とによって各ピースは初期においてわずかに変形し、それによって、隣接する切断面が完全に再一致する。切断線が一定の幅を有する場合は、この厚さの故に二つの隣接する切断面の局部的な曲率半径は一致しない。したがってこの不一致を吸収するために変形が必要となり得る。曲率半径が大きい場所では、これに比例して不一致はほんのわずかである。半径が小さくなるにつれて、不一致がより大きくなり得る。したがって第二および第三の切断５４および５６を、エーロフォイルの前縁部のような曲率半径の小さな領域において、最終的なエーロフォイル吸気側および圧力側と平行させることは実際的ではなかろう。 したがって第一の切断４０は中心部サブピースにエーロフォイル輪郭の曲率半径の大きな部分のみを含ませている。すなわち中心部サブピースにエーロフォイル前縁の輪郭を含ませていない。加熱および圧縮は各サブピースを互いに拡散接合してアッセンブリを再一体化するのに十分であることが有利である。別の一体化方法（例えば、過渡液相（ＴＬＰ）接合、溶接、またはろう付け）を含んでもよい。
【００２２】
極端に高温の接合（例えば、＞３０００°Ｆ、＞５時間、＞１０ｐｓｉ）においては、接合を確実にするために剛性を保持しつつサブピースアッセンブリに力を加えることのできる固定具用金属はほとんどない。固定具要素２０６および２０８は重力で付勢されてもよい。例えば一方がサブピース積層物の上に加えられる大きな死荷重であり、他方が支持表面であってもよい。このようなシステムは水平に近いサブピース接合面に関連してもよい。例示的なエーロフォイルにおいて、この方法を用いる場合は前縁部サブピースの同時接合を除外してもよい。前縁部サブピースの接合は、初期における圧力側、吸気側、および中心部サブピースの第一の接合の後に、第二の接合として行われてもよい。
【００２３】
一体化の後に、位置を保持するために同じ位置合わせ用形状部を用いて、エーロフォイルの外部輪郭および追加の内部形状部が機械加工されてもよい。例示的な工程は前縁２５４と後縁２５６の間に延びる吸気側表面２５０および圧力側表面２５２の粗加工を含む。吸気側表面２５０の大部分は比較的小さな厚さを残して、すでに一体化された切断面６４に平行に延びる。表面２５０の前側部分は前側サブピース４２に沿って形成される。吸気側表面２５０の機械加工によって穴１４０が露出され、吸気側表面への出口が画定される。同様に圧力側表面２５２は切断面７８から距離を置いており、穴１５０およびスロット１５２を露出させる。供給通路２６０および２６２、および前縁部空洞部２６４などの内部形状部が機械加工されてもよい。これらはブロックのＺ平面の片方または両方から機械加工されてもよい。例示的な実施例において、供給通路２６０と２６２とはウェブ２６６で分離されており、前縁部空洞部２６４はウェブ２６８で供給通路２６０から分離されている。空洞部２６４および通路２６０は穴１６０と交差することによって互いに連絡される。さらに通路２６０および２６２が様々な穴１１４および１２２、および穴１３２と交差することによって冷却回路および後縁部スロットへの入口が画定される。これに加えて翼幅方向および流れ方向に並ぶ前縁部孔２７０が空洞部２６４に向かって穿孔される。
【００２４】
例示的なエーロフォイルの最終的な作動においては、通路２６０および２６２の片方または両方から空気が導入され得る（壁２６６を通しての衝突噴射、またはエーロフォイルの一端部での転回によって、一方が他方に供給することもあり得る）。例示的な供給通路２６０から、空気は穴１６０を通って空洞部２６４に入り、孔２７０から流出してエーロフォイル前縁の壁部分２７２を冷却する。これに加えて空気は通路２６０および２６２から穴１１４および１２２の入口２７４および２７５を通って冷却回路に入り、冷却回路１００および１２０の曲がりくねった経路を通過して穴１４０および１５０の出口２７６および２７７から流出し、それによって吸気側および圧力側のエーロフォイル壁２８０および２８２を冷却する。回路は各々の入口と出口との間に見通し線（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）をなす経路がないように、十分に曲がりくねっていることが有利である。これに加えて穴１３２の入口２８５から後縁部スロットに流入する空気が、出口２８７から流出する前にエーロフォイルの後側部分２８６を冷却する。
【００２５】
エーロフォイルの冷却にはこの他に無数の変形が可能である。冷却回路は中心部サブピース４６にではなく吸気側および圧力側サブピース４４および４８に形成されてもよい。回路は中心部サブピースと吸気側および圧力側サブピースとの合わせ面を跨いで形成されてもよい（例えば各々の隣接する切断面がパターンの対になる半分を有してもよく、また非鏡像パターンを有してもよい。後者の場合冷却空気は一方のサブピースに画定された回路を完全に通過した後に相手のサブピースの回路に流入する）。
【００２６】
例示的な実施例において、吸気側および圧力側の表面と内部形状部との粗加工が終わった後に、中央部分２２が外側の部分３２および３４から切り離されてもよい。この切断の後に中央部分は関連するタービン部材の端部の形状部を形成するために一つまたは複数の端部ピースと一体化されてもよい。例えば図６では、上述のようにして製造されたエーロフォイル２９４の両端に、インボード側（ｉｎｂｏａｒｄ）プラットホーム２９０およびアウトボード側（ｏｕｔｂｏａｒｄ）プラットホーム２９２をなす端部ピースが加えられてベーンが形成されている。このアッセンブリは拡散接合、溶接、ろう付け、およびその他の方法によって一体化されてもよい。端部ピース２９０および２９２はあらかた予備形成されて仕上げまたは準仕上げ形状になっていてもよく、また取り付け用形状部およびエーロフォイルの通路２６０および２６２と連絡する通路などの形状部の粗形成までも必要な、ブロックに近いものであってもよい。図７では上述のようにして製造されたエーロフォイル３００にインボード側のルート部をなす端部ピース３０２が一体化されてブレードが形成されている。
【００２７】
図８はブレードの外側エアシール（ｂｌａｄｅ ｏｕｔｅｒ ａｉｒ ｓｅａｌ）（ＢＯＡＳ）の前駆体ブロック３５０を示しており、これは凸面のアウトボード側表面３５２と凹面のインボード側表面３５４とを有する。例示的な第一の切断３５６がブロックをアウトボード側サブピース３５８とインボード側サブピース３６０とに分割する。ピン用孔３６２が前述したものと同様に切断３５６にわたって設けられてもよい。切断３５６はアウトボード側サブピースの凹面の切断面３６４と、インボード側サブピースの凸面の切断面３６６とを形成する。図９は回路溝３７０の複数の細長い列３６８が機械加工された後の凹面の切断面３６４を示している。鏡像、位相違い（ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｈａｓｅ）、またはその他の補完的な形状部（図示せず）が必要に応じて凸面の切断面３６６に機械加工されてもよい。
【００２８】
図１０は前駆体におけるＢＯＡＳの輪郭を示している。これは穿孔またはその他の方法で機械加工された溝への入口３８０、および溝からの出口３８２を含む。図１１および図１２は断熱被覆３９０（図１１）、フェザー（ｆｅａｔｈｅｒ）シールスロット３９２（図１２）、および取り付けフック３９４（図１２）を有するＢＯＡＳを示している。
【００２９】
本発明の一つまたは複数の実施態様を説明した。しかしながら本発明の主旨および範囲から逸脱することなく様々な改変がなされ得ることは理解されるであろう。例えば現有の部品に対する交換品の製造において実施される場合は、個々の実施の詳細は現有部品の細部の影響を受けるであろう。本方法は他の部品（例えばブレード一体化型またはその他のロータ、ケース部品、燃焼器部品、排気部部品、およびその他）の製造にも応用可能である。大量生産においては所与のブロックからの個々のサブピースは必ずしも当該のブロックからの他のサブピースと再一体化される必要はなく、一つまたは複数の類似のブロックからのサブピースと一体化されてもよい。一体化は共通のまたは類似のブロックから切り出されたものではないサブピースについて行われてもよい。したがって他の実施態様は添付の請求範囲の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】タービン部材のブレード前駆体の図である。
【図２】図１の前駆体の展開断面図である。
【図３】図１の前駆体の中心部サブピースの図である。
【図４】図１の前駆体が再組み立てされた状態の断面図である。
【図５】再組み立てされた前駆体から機械加工されたエーロフォイルの断面図である。
【図６】ベーンの図である。
【図７】ブレードの図である。
【図８】ブレード外側エアシール（ＢＯＡＳ）前駆体の図である。
【図９】図８の前駆体の第一のサブピースの図である。
【図１０】図８の前駆体の再組み立てされた状態の断面図である。
【図１１】図８の前駆体から機械加工されたＢＯＡＳの断面図である。
【図１２】図１１のＢＯＡＳの図である。
【符号の説明】
【００３１】
２０…エーロフォイル前駆体ブロック
４０…第一の切断
４２…前側サブピース
４４…吸気側サブピース
４６…中心部サブピース
４８…圧力側サブピース
５４…第二の切断
５６…第三の切断
６０…切断面
６２…第一の切断面
６４…第二の切断面
６６…第一の切断面
６８…第二の切断面
７０…第三の切断面
７４…第一の切断面
７６…第二の切断面
７８…第三の切断面
１００、１２０…回路
１１４、１２２、１３２、１４０、１５０、１６０…盲穴
２７４、２７５、２８５…入口
２７６、２７７、２８７…出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つまたは複数の内部供給通路と、一つまたは複数の外壁と、一つまたは複数の出口通路とを有するタービンエンジン部品を製造する方法であって、
ワークピースに一つまたは複数の切断を行って、各々一つまたは複数の切断面を有する複数の別々のサブピースを作り出し、
一つまたは複数の切断面に複数の開口部を設け、
前記サブピースの組み合わせ物または類似のサブピースの組み合わせ物を再組み立てし、
組み合わせ物を一体化し、
前記出口通路のうち少なくともいくつかが、別々の前記サブピースの前記開口部の組み合わせによって形成されるように、内部供給通路の少なくとも一部分を機械加工する、
ことを含むことを特徴とする、タービンエンジン部品を製造する方法。
【請求項２】
機械加工は、一つまたは複数の外壁の外面を機械加工することをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記通路のいくつかは、単一の前記開口部によって形成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記開口部のいくつかは、前記供給通路の関連する対の間の内部連絡通路を形成することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記切断は、ワイヤー放電加工を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記切断のうち少なくとも第一の切断は、弧状であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記切断は、ワイヤー放電加工を含み、
前記内部供給通路の機械加工は、電気化学的加工を含む、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
一体化は、過渡液相接合および拡散接合の一方を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
一体化は、溶接およびろう付けの一方または両方を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
部品は、圧力側表面と吸気側表面とを有するエーロフォイルを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
第一の前記サブピースと第二の前記サブピースとの間の合わせ面は、前記圧力側表面および前記吸気側表面の一方に対して局部的に略平行であることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
組み合わせ物をエーロフォイル端部ピースに対して組み付け、
組み合わせ物をエーロフォイル端部ピースと一体化する、
ことをさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記エーロフォイル端部ピースを機械加工して、ベーンのインボード側プラットホーム、ベーンのアウトボード側プラットホーム、およびブレードルート部構造のうちの少なくとも一つを形成することをさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記方法は、位置合わせ用形状部を形成することをさらに含み、前記再組み立ては、前記位置合わせ用形状部を位置合わせすることを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１５】
ワークピースは、耐熱性金属から成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１６】
ワークピースは、耐熱性金属またはその合金から成り、かつ重量で１０〜８０％の一つまたは複数の金属間化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１７】
一つまたは複数の内部供給通路と、一つまたは複数の外壁と、一つまたは複数の出口通路とを有する冷却付きタービンエンジン部品を製造する方法であって、
各々一つまたは複数の第一の面を有する複数の別々のピースを提供し、
一つまたは複数の第一の面に複数の開口部を設け、
前記ピースの組み合わせ物を組み立て、
組み合わせ物を一体化し、
前記出口通路のうち少なくともいくつかが、別々の前記ピースの前記開口部の組み合わせによって形成されるように、内部供給通路の少なくとも一部分と、一つまたは複数の外壁の外面とを機械加工する、
ことを含むことを特徴とする、タービンエンジン部品を製造する方法。
【請求項１８】
冷却付きタービンエンジン部品を製造する方法であって、
それぞれ第一および第二の面を有する第一および第二のピースを提供し、
第一および第二の面の一方または両方に少なくとも一つの回路を形成し、
少なくとも一つの回路の入口を形成するように、第一のピースに第一の複数の開口部を設け、
少なくとも一つの回路の出口を形成するように、第二のピースに第二の複数の開口部を設け、
前記第一および第二のピースの組み合わせ物を組み立て、
組み合わせ物を一体化する、
ことを含むことを特徴とする、冷却付きタービンエンジン部品を製造するための方法。
【請求項１９】
第一および第二の複数の開口部を設けることは、組み立ておよび一体化の前に行われることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
第一および第二の複数の開口部を設けることは、組み立ておよび一体化の後に行われることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
第一および第二の複数の開口部が、第一および第二のピースのそれぞれ第三および第四の表面に延びていることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
複数の金属ワークピースを第一および第二のサブピースに同じように切断し、第一および第二のサブピースにそれぞれ第一および第二の切断面を形成し、
各々の第一のサブピースの少なくとも前記第一の切断面に複数の開口部を機械加工し、
第一および第二のサブピースの対を組み立て、
前記組み立てられた対を一体化し、
各々の前記対の前記複数の開口部に対して略横方向に少なくとも一つの内部通路を機械加工して、最終的にそれらを交差させ、
各々の前記対の外面を機械加工する、
ことを含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記少なくとも一つの内部通路の前記加工は、前記一体化の後であることを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記一体化は、実質的に過渡液相接合および拡散接合の一方を含むことを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
タービンエンジン部品を形成するために用いられることを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２６】
前記同じように切断することは、複数のワークピースを第三のサブピースにさらに切断し、
前記組み立ては、第一、第二、および第三のサブピースの三つ組みについてであり、
前記一体化は、三つ組みについてである、
ことを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２７】
前記同じように切断することは、複数のワークピースを第四のサブピースにさらに切断し、
前記組み立ては、第一、第二、第三、および第四のサブピースの四つ組みについてであり、
前記一体化は、四つ組みについてである、
ことを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記切断は、複数の実質的に非平行な切断を行うことを含むことを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
金属壁と、
壁に設けられた見通し線のない通路と、
壁の内部の弧状の一体化合わせ面と、
を有することを特徴とする物品。
【請求項３０】
金属壁は、耐熱性金属合金から成ることを特徴とする請求項２９記載の物品。
【請求項３１】
物品は、ブレードの外側エアシールであり、その合わせ面が、シールのインボード側の面に平行であることを特徴とする請求項２９記載の物品。
【請求項１】
一つまたは複数の内部供給通路と、一つまたは複数の外壁と、一つまたは複数の出口通路とを有するタービンエンジン部品を製造する方法であって、
ワークピースに一つまたは複数の切断を行って、各々一つまたは複数の切断面を有する複数の別々のサブピースを作り出し、
一つまたは複数の切断面に複数の開口部を設け、
前記サブピースの組み合わせ物または類似のサブピースの組み合わせ物を再組み立てし、
組み合わせ物を一体化し、
前記出口通路のうち少なくともいくつかが、別々の前記サブピースの前記開口部の組み合わせによって形成されるように、内部供給通路の少なくとも一部分を機械加工する、
ことを含むことを特徴とする、タービンエンジン部品を製造する方法。
【請求項２】
機械加工は、一つまたは複数の外壁の外面を機械加工することをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記通路のいくつかは、単一の前記開口部によって形成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記開口部のいくつかは、前記供給通路の関連する対の間の内部連絡通路を形成することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記切断は、ワイヤー放電加工を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記切断のうち少なくとも第一の切断は、弧状であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記切断は、ワイヤー放電加工を含み、
前記内部供給通路の機械加工は、電気化学的加工を含む、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
一体化は、過渡液相接合および拡散接合の一方を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
一体化は、溶接およびろう付けの一方または両方を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
部品は、圧力側表面と吸気側表面とを有するエーロフォイルを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
第一の前記サブピースと第二の前記サブピースとの間の合わせ面は、前記圧力側表面および前記吸気側表面の一方に対して局部的に略平行であることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
組み合わせ物をエーロフォイル端部ピースに対して組み付け、
組み合わせ物をエーロフォイル端部ピースと一体化する、
ことをさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記エーロフォイル端部ピースを機械加工して、ベーンのインボード側プラットホーム、ベーンのアウトボード側プラットホーム、およびブレードルート部構造のうちの少なくとも一つを形成することをさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記方法は、位置合わせ用形状部を形成することをさらに含み、前記再組み立ては、前記位置合わせ用形状部を位置合わせすることを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１５】
ワークピースは、耐熱性金属から成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１６】
ワークピースは、耐熱性金属またはその合金から成り、かつ重量で１０〜８０％の一つまたは複数の金属間化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１７】
一つまたは複数の内部供給通路と、一つまたは複数の外壁と、一つまたは複数の出口通路とを有する冷却付きタービンエンジン部品を製造する方法であって、
各々一つまたは複数の第一の面を有する複数の別々のピースを提供し、
一つまたは複数の第一の面に複数の開口部を設け、
前記ピースの組み合わせ物を組み立て、
組み合わせ物を一体化し、
前記出口通路のうち少なくともいくつかが、別々の前記ピースの前記開口部の組み合わせによって形成されるように、内部供給通路の少なくとも一部分と、一つまたは複数の外壁の外面とを機械加工する、
ことを含むことを特徴とする、タービンエンジン部品を製造する方法。
【請求項１８】
冷却付きタービンエンジン部品を製造する方法であって、
それぞれ第一および第二の面を有する第一および第二のピースを提供し、
第一および第二の面の一方または両方に少なくとも一つの回路を形成し、
少なくとも一つの回路の入口を形成するように、第一のピースに第一の複数の開口部を設け、
少なくとも一つの回路の出口を形成するように、第二のピースに第二の複数の開口部を設け、
前記第一および第二のピースの組み合わせ物を組み立て、
組み合わせ物を一体化する、
ことを含むことを特徴とする、冷却付きタービンエンジン部品を製造するための方法。
【請求項１９】
第一および第二の複数の開口部を設けることは、組み立ておよび一体化の前に行われることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
第一および第二の複数の開口部を設けることは、組み立ておよび一体化の後に行われることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
第一および第二の複数の開口部が、第一および第二のピースのそれぞれ第三および第四の表面に延びていることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
複数の金属ワークピースを第一および第二のサブピースに同じように切断し、第一および第二のサブピースにそれぞれ第一および第二の切断面を形成し、
各々の第一のサブピースの少なくとも前記第一の切断面に複数の開口部を機械加工し、
第一および第二のサブピースの対を組み立て、
前記組み立てられた対を一体化し、
各々の前記対の前記複数の開口部に対して略横方向に少なくとも一つの内部通路を機械加工して、最終的にそれらを交差させ、
各々の前記対の外面を機械加工する、
ことを含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記少なくとも一つの内部通路の前記加工は、前記一体化の後であることを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記一体化は、実質的に過渡液相接合および拡散接合の一方を含むことを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
タービンエンジン部品を形成するために用いられることを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２６】
前記同じように切断することは、複数のワークピースを第三のサブピースにさらに切断し、
前記組み立ては、第一、第二、および第三のサブピースの三つ組みについてであり、
前記一体化は、三つ組みについてである、
ことを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２７】
前記同じように切断することは、複数のワークピースを第四のサブピースにさらに切断し、
前記組み立ては、第一、第二、第三、および第四のサブピースの四つ組みについてであり、
前記一体化は、四つ組みについてである、
ことを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記切断は、複数の実質的に非平行な切断を行うことを含むことを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
金属壁と、
壁に設けられた見通し線のない通路と、
壁の内部の弧状の一体化合わせ面と、
を有することを特徴とする物品。
【請求項３０】
金属壁は、耐熱性金属合金から成ることを特徴とする請求項２９記載の物品。
【請求項３１】
物品は、ブレードの外側エアシールであり、その合わせ面が、シールのインボード側の面に平行であることを特徴とする請求項２９記載の物品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−６３９７４（Ｐ２００６−６３９７４Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８４５４０（Ｐ２００５−１８４５４０）
【出願日】平成１７年６月２４日（２００５．６．２４）
【出願人】（５９０００５４４９）ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション (581)
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＴＥＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２４日（２００５．６．２４）
【出願人】（５９０００５４４９）ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション (581)
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＴＥＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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