孔の製造方法
【課題】レーザビーム（４）が部品表面に部品材料が気化され孔（２）が形成されるように照射される、部品（２）に孔（２）を製造する方法に関し、これを、レーザビームとの相互作用により孔壁面の損傷が生じないように改良する
【解決手段】複数の製造工程でそれぞれ孔（２）の部分体積（２ａ、２ｂ）がレーザビーム（４）による孔（２）の孔壁面（３ａ、３ｂ）の切除加工によって除去され、そのレーザビーム（４）は、レーザビーム（４）が被切除加工孔壁面（３ａ、３ｂ）と８°以上の角度を成すように方向づけられている。
【解決手段】複数の製造工程でそれぞれ孔（２）の部分体積（２ａ、２ｂ）がレーザビーム（４）による孔（２）の孔壁面（３ａ、３ｂ）の切除加工によって除去され、そのレーザビーム（４）は、レーザビーム（４）が被切除加工孔壁面（３ａ、３ｂ）と８°以上の角度を成すように方向づけられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、孔を部品に製造する方法であって、部品材料が気化されて孔が形成されるようにレーザビームが部品表面に照射される方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
部品への孔の製造方法は従来知られている。即ち、例えば特許文献１にタービン翼における冷却空気孔をレーザで形成する方法が記載されている。その場合、タービン翼の表面にレーザパルスを連続して照射するようにされている。その場合、タービン材料の一部が気化され、これにより、Ｚ軸線に沿って孔が形成される。そのレーザビームは加工中においてＺ軸線に対して±１０〜２０°の角度だけ傾けて翼表面に照射される。
【０００３】
その冷却空気孔の製造中、レーザビームと孔壁面との間で許容できない相互作用が生ずることがある。そのような不利な相互作用は、加工中にレーザビームが或る範囲において孔壁面に接近しかつ孔壁面とほぼ平行に延びるように翼表面に向けられているときに生ずる。その範囲においてレーザビームと孔壁面との間で相互作用が生じ、その結果、レーザビームのエネルギの一部が孔壁面により吸収される。そのために孔壁面が損傷されてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６４２０６７７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の方法を、孔壁面にレーザビームとの相互作用により損傷が生じないように改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は本発明に基づいて、複数の製造工程でそれぞれ孔の部分体積がレーザビームによる孔壁面の切除加工によって除去され、そのレーザビームは、このレーザビームが被切除加工孔壁面と８°以上の角度を成すように方向づけられていることによって解決される。
【発明の効果】
【０００７】
従って本発明の基本的考えは、製造すべき孔の全体積を複数の部分体積に分けることおよびそれらの部分体積を個別の製造工程で切除することにある。個々の部分体積の部品材料は孔壁面がレーザビームで切除加工されることによって除去される。その場合、レーザビームはレーザビームが被切除加工孔壁面と８°以上の角度を成すように方向づけられている。
【０００８】
孔の製造中にレーザビームが既に形成された孔壁面に近接せず、孔壁面と平行には向けられていないので、レーザビームと孔壁面との間で許容できない相互作用が生ずることが防止される。また、孔の総体積の複数の部分体積への分割は複雑な孔形状の形成を可能とする。
【０００９】
本発明の第１実施態様によれば、レーザビームは、切除加工される孔壁面と１０°以上で９０°以下、好適には、１５°以上で８０°以下、特に好適には２０°以上で６０°以下の角度を成すように方向づけられている。その角度は特に好適には９°である。
【００１０】
本発明の他の実施例においては、パルス的レーザビームを部品表面に照射することが計画されている。その場合、可変パルス幅のレーザビームが利用される。そのパルス幅は５０〜８００ｎｓ、好適には、７０〜６００ｎｓ、特に好適には、２００〜５００ｎｓの範囲にある。特に４００ｎｓのパルス幅が好適である。このようなパルス的レーザビームにより、部品材料は特に急速に気化される。
【００１１】
有利な様式で、レーザビームは２０〜４０ｋＨｚ、好適には、２５〜３５ｋＨｚ、特に好適には、２８〜３２ｋＨｚの範囲の周波数で部品表面に照射される。
【００１２】
本発明は有利な発展形態においてタービン部品特にタービン翼に孔を加工するために利用される。その孔は特に完全な冷却空気孔あるいは冷却空気孔のディフューザ開口である。
【００１３】
以下図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に基づく方法で孔を製造しようとする部品の概略図。
【図２】孔の第１部分体積の切除加工中における図１の部品の概略図。
【図３】孔の第２部分体積の切除加工中における図１の部品の概略図。
【図４】本発明に基づく方法で異なった形状の孔を製造しようとする図１の部品の概略図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１５】
図１〜図３に部品２における孔１の製造方式が概略的に示されている。その部品２は特に冷却空気孔が形成されるタービン翼である。
【００１６】
図１は加工開始前の部品１を示し、その場合、製造すべき孔２の左右の孔壁面３ａ、３ｂが破線で示されている。製造すべき孔２の全体積が左右の部分体積２ａ、２ｂに同様に破線で仕切られている。その左側部分体積２ａの切除加工が図２に示され、図３には右側部分体積２ｂの切除加工が示されている。
【００１７】
第１製造工程において部品１における孔２の左側部分体積２ａを切除加工するために、レーザビーム４がレーザ５から部品表面に照射される。そのレーザ５は、レーザビーム４が左側孔壁面３ａと５°以上の角度を成し、まず、左側部分体積２ａの左側孔壁面３ａに直接に隣接する部位に当たり、そこの部品材料の一部を気化するように調整されている。
【００１８】
レーザビーム４はそのレーザビーム４が左側孔壁面を得るまでの間にわたり部品表面に照射される。そしてレーザ５が図において右に移動され、これによって、レーザビーム４はなお部分体積２ａに存在する部品材料に当てられ、その部品材料が左側孔壁面３ａを得るまで気化される。このようにしてレーザビーム４によって、部分体積２ａの全孔壁面３ａが切除加工される。
【００１９】
このようにして孔２の部分体積２ａ全部が切除加工された後、レーザ５が反時計方向に回転され、レーザビーム４が右側孔壁面３ｂと８°以上の角度を成し、まず、右側部分体積２ｂの右側孔壁面３ｂに直に隣接する部位に当たり、そこの部品材料の部分を気化するように調整される。続いて上述したようにして、右側部分体積２ｂも切除加工するために、右側孔壁面３ｂがレーザビーム４で加工される。
【００２０】
孔２の製造中、レーザビーム４といずれの孔壁面３ａ、３ｂとの間でも容認できない相互作用は生じない。これによって、孔壁面の損傷が防止される。
【００２１】
図４は図１の部品１を示しているが、ここでは孔壁面３ａ、３ｂで規定された孔形状が異なっている。この孔形状において、部分体積２ａ、２ｂは上下に位置され、その一方の部分体積２ｂは特に部品１の外側表面に鋭角に隣接している。
【００２２】
この異なった形状の孔２は既に述べた様式で製造される。
【符号の説明】
【００２３】
１ 部品
２ 孔
３ａ 孔壁面
３ｂ 孔壁面
４ レーザビーム
５ レーザ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、孔を部品に製造する方法であって、部品材料が気化されて孔が形成されるようにレーザビームが部品表面に照射される方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
部品への孔の製造方法は従来知られている。即ち、例えば特許文献１にタービン翼における冷却空気孔をレーザで形成する方法が記載されている。その場合、タービン翼の表面にレーザパルスを連続して照射するようにされている。その場合、タービン材料の一部が気化され、これにより、Ｚ軸線に沿って孔が形成される。そのレーザビームは加工中においてＺ軸線に対して±１０〜２０°の角度だけ傾けて翼表面に照射される。
【０００３】
その冷却空気孔の製造中、レーザビームと孔壁面との間で許容できない相互作用が生ずることがある。そのような不利な相互作用は、加工中にレーザビームが或る範囲において孔壁面に接近しかつ孔壁面とほぼ平行に延びるように翼表面に向けられているときに生ずる。その範囲においてレーザビームと孔壁面との間で相互作用が生じ、その結果、レーザビームのエネルギの一部が孔壁面により吸収される。そのために孔壁面が損傷されてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６４２０６７７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の方法を、孔壁面にレーザビームとの相互作用により損傷が生じないように改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は本発明に基づいて、複数の製造工程でそれぞれ孔の部分体積がレーザビームによる孔壁面の切除加工によって除去され、そのレーザビームは、このレーザビームが被切除加工孔壁面と８°以上の角度を成すように方向づけられていることによって解決される。
【発明の効果】
【０００７】
従って本発明の基本的考えは、製造すべき孔の全体積を複数の部分体積に分けることおよびそれらの部分体積を個別の製造工程で切除することにある。個々の部分体積の部品材料は孔壁面がレーザビームで切除加工されることによって除去される。その場合、レーザビームはレーザビームが被切除加工孔壁面と８°以上の角度を成すように方向づけられている。
【０００８】
孔の製造中にレーザビームが既に形成された孔壁面に近接せず、孔壁面と平行には向けられていないので、レーザビームと孔壁面との間で許容できない相互作用が生ずることが防止される。また、孔の総体積の複数の部分体積への分割は複雑な孔形状の形成を可能とする。
【０００９】
本発明の第１実施態様によれば、レーザビームは、切除加工される孔壁面と１０°以上で９０°以下、好適には、１５°以上で８０°以下、特に好適には２０°以上で６０°以下の角度を成すように方向づけられている。その角度は特に好適には９°である。
【００１０】
本発明の他の実施例においては、パルス的レーザビームを部品表面に照射することが計画されている。その場合、可変パルス幅のレーザビームが利用される。そのパルス幅は５０〜８００ｎｓ、好適には、７０〜６００ｎｓ、特に好適には、２００〜５００ｎｓの範囲にある。特に４００ｎｓのパルス幅が好適である。このようなパルス的レーザビームにより、部品材料は特に急速に気化される。
【００１１】
有利な様式で、レーザビームは２０〜４０ｋＨｚ、好適には、２５〜３５ｋＨｚ、特に好適には、２８〜３２ｋＨｚの範囲の周波数で部品表面に照射される。
【００１２】
本発明は有利な発展形態においてタービン部品特にタービン翼に孔を加工するために利用される。その孔は特に完全な冷却空気孔あるいは冷却空気孔のディフューザ開口である。
【００１３】
以下図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に基づく方法で孔を製造しようとする部品の概略図。
【図２】孔の第１部分体積の切除加工中における図１の部品の概略図。
【図３】孔の第２部分体積の切除加工中における図１の部品の概略図。
【図４】本発明に基づく方法で異なった形状の孔を製造しようとする図１の部品の概略図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１５】
図１〜図３に部品２における孔１の製造方式が概略的に示されている。その部品２は特に冷却空気孔が形成されるタービン翼である。
【００１６】
図１は加工開始前の部品１を示し、その場合、製造すべき孔２の左右の孔壁面３ａ、３ｂが破線で示されている。製造すべき孔２の全体積が左右の部分体積２ａ、２ｂに同様に破線で仕切られている。その左側部分体積２ａの切除加工が図２に示され、図３には右側部分体積２ｂの切除加工が示されている。
【００１７】
第１製造工程において部品１における孔２の左側部分体積２ａを切除加工するために、レーザビーム４がレーザ５から部品表面に照射される。そのレーザ５は、レーザビーム４が左側孔壁面３ａと５°以上の角度を成し、まず、左側部分体積２ａの左側孔壁面３ａに直接に隣接する部位に当たり、そこの部品材料の一部を気化するように調整されている。
【００１８】
レーザビーム４はそのレーザビーム４が左側孔壁面を得るまでの間にわたり部品表面に照射される。そしてレーザ５が図において右に移動され、これによって、レーザビーム４はなお部分体積２ａに存在する部品材料に当てられ、その部品材料が左側孔壁面３ａを得るまで気化される。このようにしてレーザビーム４によって、部分体積２ａの全孔壁面３ａが切除加工される。
【００１９】
このようにして孔２の部分体積２ａ全部が切除加工された後、レーザ５が反時計方向に回転され、レーザビーム４が右側孔壁面３ｂと８°以上の角度を成し、まず、右側部分体積２ｂの右側孔壁面３ｂに直に隣接する部位に当たり、そこの部品材料の部分を気化するように調整される。続いて上述したようにして、右側部分体積２ｂも切除加工するために、右側孔壁面３ｂがレーザビーム４で加工される。
【００２０】
孔２の製造中、レーザビーム４といずれの孔壁面３ａ、３ｂとの間でも容認できない相互作用は生じない。これによって、孔壁面の損傷が防止される。
【００２１】
図４は図１の部品１を示しているが、ここでは孔壁面３ａ、３ｂで規定された孔形状が異なっている。この孔形状において、部分体積２ａ、２ｂは上下に位置され、その一方の部分体積２ｂは特に部品１の外側表面に鋭角に隣接している。
【００２２】
この異なった形状の孔２は既に述べた様式で製造される。
【符号の説明】
【００２３】
１ 部品
２ 孔
３ａ 孔壁面
３ｂ 孔壁面
４ レーザビーム
５ レーザ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品（２）に孔（２）を製造する方法であって、レーザビーム（４）が部品表面に方向づけられて部品材料が気化されて孔（２）が形成される製造方法において、
複数の製造工程でそれぞれ孔（２）の部分体積（２ａ、２ｂ）がレーザビーム（４）による孔（２）の孔壁面（３ａ、３ｂ）の切除加工によって除去され、そのレーザビーム（４）が、レーザビーム（４）が被切除加工孔壁面（３ａ、３ｂ）と８°以上の角度を成すように方向づけられていることを特徴とする部品に孔を製造する方法。
【請求項２】
レーザビーム（４）が、被切除加工孔壁面（３ａ、３ｂ）と１０°以上で９０°以下、好適には、１５°以上で８０°以下、特に好適には２０°以上で６０°以下の角度を成すように方向づけられていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
パルス的レーザビーム（４）が部品表面に照射されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
レーザビーム（４）が可変パルス幅で部品表面に照射されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
レーザビーム（４）が５０〜８００ｎｓ、好適には、７０〜６００ｎｓ、特に好適には、２００〜５００ｎｓの範囲のパルス幅で部品表面に照射されることを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
レーザビーム（４）が２０〜４０ｋＨｚ、好適には、２５〜３５ｋＨｚ、特に好適には、２８〜３２ｋＨｚの範囲の周波数で部品表面に照射されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
孔（２）がタービン部品を形成する工程に適用されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
タービン翼の冷却空気孔を形成する工程に適用されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
タービン翼の冷却空気孔のディフューザ開口を形成する工程に適用されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１】
部品（２）に孔（２）を製造する方法であって、レーザビーム（４）が部品表面に方向づけられて部品材料が気化されて孔（２）が形成される製造方法において、
複数の製造工程でそれぞれ孔（２）の部分体積（２ａ、２ｂ）がレーザビーム（４）による孔（２）の孔壁面（３ａ、３ｂ）の切除加工によって除去され、そのレーザビーム（４）が、レーザビーム（４）が被切除加工孔壁面（３ａ、３ｂ）と８°以上の角度を成すように方向づけられていることを特徴とする部品に孔を製造する方法。
【請求項２】
レーザビーム（４）が、被切除加工孔壁面（３ａ、３ｂ）と１０°以上で９０°以下、好適には、１５°以上で８０°以下、特に好適には２０°以上で６０°以下の角度を成すように方向づけられていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
パルス的レーザビーム（４）が部品表面に照射されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
レーザビーム（４）が可変パルス幅で部品表面に照射されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
レーザビーム（４）が５０〜８００ｎｓ、好適には、７０〜６００ｎｓ、特に好適には、２００〜５００ｎｓの範囲のパルス幅で部品表面に照射されることを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
レーザビーム（４）が２０〜４０ｋＨｚ、好適には、２５〜３５ｋＨｚ、特に好適には、２８〜３２ｋＨｚの範囲の周波数で部品表面に照射されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
孔（２）がタービン部品を形成する工程に適用されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
タービン翼の冷却空気孔を形成する工程に適用されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
タービン翼の冷却空気孔のディフューザ開口を形成する工程に適用されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２４１１５３（Ｐ２００９−２４１１５３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７９６９７（Ｐ２００９−７９６９７）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（３９００３９４１３）シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト (2,104)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ
【住所又は居所原語表記】Ｗｉｔｔｅｌｓｂａｃｈｅｒｐｌａｔｚ ２， Ｄ−８０３３３ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（３９００３９４１３）シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト (2,104)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ
【住所又は居所原語表記】Ｗｉｔｔｅｌｓｂａｃｈｅｒｐｌａｔｚ ２， Ｄ−８０３３３ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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