(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却能力が不足しないようにすることができる高温部品を提供する。【解決手段】一実施形態に係る高温部品は、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路６０と、前記複数の第１冷却通路６０の下流端が接続されたヘッダ部８０と、前記ヘッダ部８０に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部８０の外部に排出するための１以上の出口通路１１０と、を備え、前記１以上の出口通路１１０の内壁面の粗度は、前記出口通路１１０の流路断面積が最小となる領域において、前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路と、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部と、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、
を備え、
前記１以上の出口通路の内壁面の粗度は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下である
高温部品。
【請求項２】
前記１以上の出口通路の内壁面は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以下の粗度を有し、
前記複数の第１冷却通路の内壁面は、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上２０μｍ以下の粗度を有する
請求項１に記載の高温部品。
【請求項３】
前記複数の第１冷却通路の延在方向と交差する方向に延在する複数の第２冷却通路をさらに備え、
前記複数の第２冷却通路の内壁面は、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上５０μｍ以下の粗度を有する
請求項２に記載の高温部品。
【請求項４】
前記１以上の出口通路は、前記出口通路の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部を含む
請求項１乃至３の何れか一項に記載の高温部品。
【請求項５】
前記ヘッダ部の内壁面の少なくとも一部の領域における粗度は、前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下である
請求項１乃至４の何れか一項に記載の高温部品。
【請求項６】
前記高温部品は、複数の分割体が周方向に沿って環状に配設されて構成されるガスタービンの分割環である、
請求項１乃至５の何れか一項に記載の高温部品。
【請求項７】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成する
高温部品の製造方法。
【請求項８】
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部を含むように前記１以上の出口通路を形成する
請求項７に記載の高温部品の製造方法。
【請求項９】
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域を含む前記出口通路の少なくとも一部の区間をエッチングすることで、該領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成する
請求項７又は８に記載の高温部品の製造方法。
【請求項１０】
前記ヘッダ部の内壁面の少なくとも一部の領域をエッチングすることで、該領域において、前記ヘッダ部の内壁面の粗度を前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下とするステップ
をさらに備える
請求項９に記載の高温部品の製造方法。
【請求項１１】
前記１以上の出口通路を形成するステップは、金属積層造形法又は精密鋳造法によって、前記１以上の出口通路を形成し、
前記１以上の出口通路の内壁面の少なくとも一部に機械加工を施すステップ
をさらに備える
請求項７乃至１０の何れか一項に記載の高温部品の製造方法。
【請求項１２】
前記複数の第１冷却通路を形成するステップは、金属積層造形法によって、原料粉末を第１積層厚さで積層して前記複数の第１冷却通路を形成し、
前記ヘッダ部を形成するステップは、金属積層造形法によって、前記原料粉末を前記第１積層厚さ以下の第２積層厚さで積層して前記ヘッダ部を形成し、
前記出口通路を形成するステップは、金属積層造形法によって、前記原料粉末を前記第１積層厚さより小さい第３積層厚さで積層して前記出口通路を形成する
請求項７乃至１１の何れか一項に記載の高温部品の製造方法。
【請求項１３】
前記複数の第１冷却通路を形成するステップは、金属積層造形法によって、第１粒度を有する原料粉末を用いて前記複数の第１冷却通路を形成し、
前記ヘッダ部を形成するステップは、金属積層造形法によって、前記第１粒度以下の第２粒度を有する原料粉末を用いて前記ヘッダ部を形成し、
前記出口通路を形成するステップは、金属積層造形法によって、前記第１粒度より小さい第３粒度を有する原料粉末を用いて前記出口通路を形成する
請求項７乃至１２の何れか一項に記載の高温部品の製造方法。
【請求項１４】
金属積層造形法によって、前記複数の第１冷却通路の延在方向に前記原料粉末を積層して、該延在方向と交差する方向に延在する複数の第２冷却通路を形成するステップをさらに備え、
前記複数の第２冷却通路の内壁面のうち前記原料粉末の積層の際にオーバーハング角度が既定角度以上となるオーバーハング領域は、中心線平均粗さＲａが３０μｍ以上５０μｍ以下の粗度を有し、
前記複数の第２冷却通路の内壁面のうち前記オーバーハング領域以外の領域は、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上３０μｍ以下の粗度を有する
請求項７乃至１３の何れか一項に記載の高温部品の製造方法。
【請求項１５】
前記１以上の出口通路の数は、前記複数の第１冷却通路の数未満であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積は、前記ヘッダ部と前記第１冷却通路との接続部における前記複数の第１冷却通路の各々の流路断面積以上であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積の和は、前記ヘッダ部と前記第１冷却通路との接続部における前記複数の第１冷却通路の各々の流路断面積の和より小さい
請求項７乃至１４の何れか一項に記載の高温部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、高温部品及び高温部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービンやロケットエンジン等、高温の作動ガスが内部を流れる機械では、その機械を構成する部品には、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品が含まれる。このような高温部品の冷却構造として、部品の内部に冷却空気が流通可能な複数の配送チャネル（冷却通路）に冷却空気を流通させることで高温部品の冷却を行うことが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、近年、金属を積層造形して三次元形状物を得る積層造形法が種々の金属製品の製造方法として利用されている。例えば、パウダーベッド法による積層造形法では、層状に敷設された金属粉末に光ビームや電子ビーム等のエネルギービームを照射することによって、溶融固化を繰り返し積層することにより三次元形状物を形成する。
エネルギービームが照射される領域内では、金属粉末が急速に溶融され、その後、急速に冷却・凝固されることで、金属凝固層が形成される。このような過程が繰り返されることによって、立体的に造形された積層造形物が形成される。
【０００４】
そして最近では、例えばタービン翼のような複雑形状の高温部品の製造方法として、複雑な製造工程を経ずに直接造形が可能な積層造形法を適用する試みがなされている（例えば特許文献２等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−４８８４８号公報
【特許文献２】特開２０１７−２０４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載された金属積層造形法のように、原料の金属粉末を溶融及び固化させて積層していくことで、積層造形物を形成するため、一般的には、表面の粗さが比較的粗くなる。具体的には、表面粗さが例えば中心線平均粗さＲａで１０μｍ以上となる。また、積層時に鉛直下方の領域が空間部分となるようなオーバーハング部分では、表面の粗さがより粗くなる傾向にあり、表面粗さが例えば中心線平均粗さＲａで３０μｍ以上となる。
【０００７】
特許文献１に記載されたタービン部品のように、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品では、内部に形成された冷却通路の内壁面の表面粗さは、冷却性能向上の観点からは粗い方が望ましい。しかし、冷却通路の内壁面の表面粗さが粗いと冷却媒体の圧力損失が大きくなってしまう。特に、タービン部品における冷却通路のように、微細で複雑な形状を有することがある場合には、内壁面の表面粗さが圧力損失に及ぼす影響が大きく、極端な場合には、冷却媒体の流量低下が著しくなってしまうおそれもある。
【０００８】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、冷却能力が不足しないようにすることができる高温部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る高温部品は、
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路と、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部と、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、
を備え、
前記１以上の出口通路の内壁面の粗度は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下である。
【００１０】
上記（１）の構成によれば、複数の第１冷却通路の内壁面の粗度が出口通路の流路断面積が最小となる領域における出口通路の内壁面の粗度以上であるので、第１冷却通路における冷却性能を向上できる。また、上記（１）の構成によれば、出口通路の流路断面積が最小となる領域における出口通路の内壁面の粗度が複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下であるので、出口通路における圧力損失のばらつきを抑制できるとともに、出口通路において異物が通過し易くなり、出口通路が閉塞するリスクを低減できる。
【００１１】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記１以上の出口通路の内壁面は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以下の粗度を有し、
前記複数の第１冷却通路の内壁面は、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上２０μｍ以下の粗度を有する。
【００１２】
上記（２）の構成によれば、複数の第１冷却通路の内壁面が上記の粗度を有するので、第１冷却通路における冷却性能を向上できる。また、上記（２）の構成によれば、出口通路の流路断面積が最小となる領域における出口通路の内壁面が上記の粗度を有するので、、出口通路における圧力損失のばらつきを抑制できるとともに、出口通路において異物が通過し易くなり、出口通路が閉塞するリスクを低減できる。
【００１３】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記複数の第１冷却通路の延在方向と交差する方向に延在する複数の第２冷却通路をさらに備え、
前記複数の第２冷却通路の内壁面は、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上５０μｍ以下の粗度を有する。
【００１４】
上記（３）の構成によれば、複数の第２冷却通路の内壁面が上記の粗度を有するので、第２冷却通路における冷却性能を向上できる。
【００１５】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、前記１以上の出口通路は、前記出口通路の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部を含む。
【００１６】
上記（４）の構成によれば、流路断面積縮小部の下流側から出口通路の延在方向と直交する方向の大きさを調節することで、出口通路における最小流路断面積の調節が容易となる。したがって、高温部品における冷却媒体の流量を出口通路における最小流路断面積の大きさで調整するように高温部品が構成されている場合には、出口通路の下流側における出口通路の延在方向と直交する方向の寸法を管理すれば、冷却媒体の流量を管理できるので、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき領域を狭くすることができ、高温部品の製造コストを抑制できる。
【００１７】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、前記ヘッダ部の内壁面の少なくとも一部の領域における粗度は、前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下である。
【００１８】
ヘッダ部では、複数の冷却通路の下流端が接続されていることから、ヘッダ部における空間容積が大きくなり、ヘッダ部における冷却媒体の流速が低下するので、冷却媒体への熱伝達率が低下する。したがって、高温部品の設計時には、ヘッダ部では冷却通路に比べて冷却能力が低下すること、すなわち高温部品の冷却への寄与が比較的少ないことが考慮されている。
上記（５）の構成によれば、ヘッダ部の内壁面の少なくとも一部の領域における粗度が複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下であるので、ヘッダ部における圧力損失を抑制できる。上述したように、ヘッダ部では高温部品の冷却への寄与が比較的少ないことから、ヘッダ部の粗度が小さくなることによる高温部品の冷却への影響は小さい。したがって、高温部品の冷却への影響を抑制しつつ、冷却媒体の圧力損失を抑制できる。
【００１９】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、前記高温部品は、複数の分割体が周方向に沿って環状に配設されて構成されるガスタービンの分割環である。
【００２０】
上記（６）の構成によれば、ガスタービンの分割環が上記（１）乃至（５）の何れかの構成を備えることで、複数の第１冷却通路の内壁面の粗度が出口通路の流路断面積が最小となる領域における出口通路の内壁面の粗度以上となるので、分割環において第１冷却通路における冷却性能を向上できる。また、上記（６）の構成によれば、出口通路の流路断面積が最小となる領域における出口通路の内壁面の粗度が複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下であるので、分割環において出口通路における圧力損失のばらつきを抑制できるとともに、出口通路において異物が通過し易くなり、出口通路が閉塞するリスクを低減できる。
【００２１】
（７）本発明の少なくとも一実施形態に係る高温部品の製造方法は、
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成する。
【００２２】
上記（７）の方法によれば、複数の第１冷却通路の内壁面の粗度が出口通路の流路断面積が最小となる領域における出口通路の内壁面の粗度以上となるので、第１冷却通路における冷却性能を向上できる。また、上記（７）の方法によれば、出口通路の流路断面積が最小となる領域における出口通路の内壁面の粗度が複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるので、出口通路における圧力損失のばらつきを抑制できるとともに、出口通路において異物が通過し易くなり、出口通路が閉塞するリスクを低減できる。
【００２３】
（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の方法において、前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部を含むように前記１以上の出口通路を形成する。
【００２４】
上記（８）の方法によれば、流路断面積縮小部の下流側から出口通路の延在方向と直交する方向の大きさを調節することで、出口通路における最小流路断面積の調節が容易となる。したがって、高温部品における冷却媒体の流量を出口通路における最小流路断面積の大きさで調整するように高温部品が構成されている場合には、出口通路の下流側における出口通路の延在方向と直交する方向の寸法を管理すれば、冷却媒体の流量を管理できるので、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき領域を狭くすることができ、高温部品の製造コストを抑制できる。
【００２５】
（９）幾つかの実施形態では、上記（７）又は（８）の方法において、前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域を含む前記出口通路の少なくとも一部の区間をエッチングすることで、該領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成する。
【００２６】
上記（９）の方法によれば、出口通路の流路断面積が最小となる領域を含む出口通路の少なくとも一部の区間における粗度を容易に低下できる。また、上記（９）の方法によれば、出口通路の下流端からでは機械加工が難しい領域であっても、粗度を容易に低下できる。
【００２７】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の方法において、
前記ヘッダ部の内壁面の少なくとも一部の領域をエッチングすることで、該領域において、前記ヘッダ部の内壁面の粗度を前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下とするステップ
をさらに備える。
【００２８】
上記（１０）の方法によれば、ヘッダ部の内壁面の少なくとも一部の領域における粗度が複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるので、ヘッダ部における圧力損失を抑制できる。上述したように、ヘッダ部では高温部品の冷却への寄与が比較的少ないことから、ヘッダ部の粗度が小さくなることによる高温部品の冷却への影響は小さい。したがって、高温部品の冷却への影響を抑制しつつ、冷却媒体の圧力損失を抑制できる。
【００２９】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（１０）の何れかの方法において、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、金属積層造形法又は精密鋳造法によって、前記１以上の出口通路を形成し、
前記１以上の出口通路の内壁面の少なくとも一部に機械加工を施すステップ
をさらに備える。
【００３０】
上記（１１）の方法によれば、出口通路を機械加工だけによって形成する場合と比べて、高温部品の製造コストを抑制できる。また、上記（１１）の方法によれば、出口通路を金属積層造形法又は精密鋳造法だけによって形成する場合と比べて、出口通路の内壁面の寸法精度を向上でき、冷却媒体の流量の調節精度を向上できる。さらに、上記（１１）の方法によれば、出口通路の内壁面の寸法を冷却媒体の流量を確認しながら調節できるので、冷却媒体の流量の過不足を抑制できる。
【００３１】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（１１）の何れかの方法において、
前記複数の第１冷却通路を形成するステップは、金属積層造形法によって、原料粉末を第１積層厚さで積層して前記複数の第１冷却通路を形成し、
前記ヘッダ部を形成するステップは、金属積層造形法によって、前記原料粉末を前記第１積層厚さ以下の第２積層厚さで積層して前記ヘッダ部を形成し、
前記出口通路を形成するステップは、金属積層造形法によって、前記原料粉末を前記第１積層厚さより小さい第３積層厚さで積層して前記出口通路を形成する。
【００３２】
一般的には、金属積層造形法における積層厚さを厚くすると、造形物における表面粗さが大きくなる傾向にある。すなわち、金属積層造形法における積層厚さを薄くすると、造形物における表面粗さが小さくなる傾向にある。
そこで、上記（１２）の方法のように、ヘッダ部を形成する第２積層厚さを、第１冷却通路を形成する第１積層厚さ以下とすることで、ヘッダ部については、粗度を抑制して冷却媒体の圧力損失を抑制でき、第１冷却通路については、粗度を比較的大きくして冷却性能を向上できる。
上記（１２）の方法のように、出口通路を形成する第３積層厚さを、第１冷却通路を形成する第１積層厚さより小さくすることで、出口通路については、粗度を抑制して、出口通路における圧力損失のばらつきを抑制できるとともに、出口通路において異物が通過し易くなり、出口通路が閉塞するリスクを低減できる。また、第１冷却通路については、上述したように、粗度を比較的大きくして冷却性能を向上できる。
【００３３】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（１２）の何れかの方法において、
前記複数の第１冷却通路を形成するステップは、金属積層造形法によって、第１粒度を有する原料粉末を用いて前記複数の第１冷却通路を形成し、
前記ヘッダ部を形成するステップは、金属積層造形法によって、前記第１粒度以下の第２粒度を有する原料粉末を用いて前記ヘッダ部を形成し、
前記出口通路を形成するステップは、金属積層造形法によって、前記第１粒度より小さい第３粒度を有する原料粉末を用いて前記出口通路を形成する。
【００３４】
一般的には、金属積層造形法における原料粉末の粒度を大きくすると、造形物における表面粗さが大きくなる傾向にある。すなわち、金属積層造形法における原料粉末の粒度を小さくすると、造形物における表面粗さが小さくなる傾向にある。
そこで、上記（１３）の方法のように、ヘッダ部を形成するための原料粉末の粒度（第２粒度）を、第１冷却通路を形成するための原料粉末の粒度（第１粒度）以下とすることで、ヘッダ部については、粗度を抑制して冷却媒体の圧力損失を抑制でき、第１冷却通路については、粗度を比較的大きくして冷却性能を向上できる。
上記（１３）の方法のように、出口通路を形成するための原料粉末の粒度（第３粒度）を、第１冷却通路を形成するための原料粉末の粒度（第１粒度）より小さくすることで、出口通路については、粗度を抑制して、出口通路における圧力損失のばらつきを抑制できるとともに、出口通路において異物が通過し易くなり、出口通路が閉塞するリスクを低減できる。また、第１冷却通路については、上述したように、粗度を比較的大きくして冷却性能を向上できる。
【００３５】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（１３）の何れかの方法において、
金属積層造形法によって、前記複数の第１冷却通路の延在方向に前記原料粉末を積層して、該延在方向と交差する方向に延在する複数の第２冷却通路を形成するステップ
をさらに備え、
前記複数の第２冷却通路の内壁面のうち前記原料粉末の積層の際にオーバーハング角度が既定角度以上となるオーバーハング領域は、中心線平均粗さＲａが３０μｍ以上５０μｍ以下の粗度を有し、
前記複数の第２冷却通路の内壁面のうち前記オーバーハング領域以外の領域は、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上３０μｍ以下の粗度を有する。
【００３６】
一般的に、金属積層造形法では、原料粉末の積層の際にオーバーハング角度が規定角度以上となるオーバーハング領域における粗度は、オーバーハング領域以外の領域と比べて大きくなる傾向にある。上記（１４）の方法によれば、金属積層造形法における上述したような傾向を利用して、第２冷却通路の内壁面の粗度を一部の領域において粗くすることができ、第２冷却通路における冷却性能を向上できる。
【００３７】
（１５）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（１４）の何れかの方法において、
前記１以上の出口通路の数は、前記複数の第１冷却通路の数未満であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積は、前記ヘッダ部と前記第１冷却通路との接続部における前記複数の第１冷却通路の各々の流路断面積以上であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積の和は、前記ヘッダ部と前記第１冷却通路との接続部における前記複数の第１冷却通路の各々の流路断面積の和より小さい。
【００３８】
複数第１の冷却通路の各々において、それぞれを流れる冷却媒体の流量を複数の冷却通路の各々の流路断面積で決定しようとすると、流路断面積が小さいと、高温部品の製造上の制約から第１冷却通路の寸法精度が低下する傾向があるため、第１冷却通路における冷却媒体の流量の精度が低下するおそれがある。
これに対して、上記（１５）の方法によれば、１以上の出口通路の各々の最小流路断面積の和がヘッダ部と第１冷却通路との接続部における複数の第１冷却通路の各々の流路断面積の和より小さいので、複数の第１冷却通路における冷却媒体の流量を出口通路の最小流路断面積によって規定できる。これにより、複数の第１冷却通路のそれぞれでは、冷却媒体の流量調整のために流路断面積を必要以上に小さくしなくてもよくなるので、第１冷却通路の寸法精度が向上し、複数の第１冷却通路同士での冷却媒体の流量のばらつきを抑制できる。したがって、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることができる。
また、上記（１５）の方法によれば、１以上の出口通路の各々の最小流路断面積がヘッダ部と第１冷却通路との接続部における複数の第１冷却通路の各々の流路断面積以上であるので、出口通路の寸法精度が確保し易くなるとともに、出口通路において異物の詰まりも起こし難くなる。
さらに、上記（１５）の方法によれば、１以上の出口通路の数が複数の第１冷却通路の数未満であるので、冷却媒体の流量の管理上、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき箇所を少なくすることができ、高温部品の製造コストを抑制できる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、冷却能力が不足しないようにすることができる高温部品を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ガスタービンの全体構成を表す概略図である。
【図２】タービンのガス流路を表す断面図である。
【図３】幾つかの実施形態に係る分割体を径方向外側から見た模式的な平面図、及び、周方向に沿ってロータの回転方向下流側から回転方向上流側に向かって見た模式的な側面図である。
【図４】図３におけるＡ４−Ａ４矢視断面図である。
【図５】図４におけるヘッダ部近傍の拡大図である。
【図６】幾つかの実施形態に係る分割体を金属積層造形法で作成する場合の作成手順の一例を示すフローチャートである。
【図７】出口通路切削工程について説明するための図である。
【図８】他の実施形態に係る分割体の製造方法における処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００４２】
以下の説明では、ガスタービンに用いられる高温部品を例に挙げて、幾つかの実施形態に係る高温部品について説明する。
図１は、ガスタービンの全体構成を表す概略図であり、図２は、タービンのガス流路を表す断面図である。
【００４３】
本実施形態において、図１に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３がロータ１４により同軸上に配置されて構成され、ロータ１４の一端部に発電機１５が連結されている。なお、以下の説明では、ロータ１４の軸線が延びる方向を軸方向Ｄａ、このロータ１４の軸線を中心とした周方向を周方向Ｄｃとし、ロータ１４の軸線Ａｘに対して垂直な方向を径方向Ｄｒとする。また、周方向Ｄｃのうち、ロータ１４の回転方向を回転方向Ｒとして表す。
【００４４】
圧縮機１１は、空気取入口から取り込まれた空気ＡＩが複数の静翼及び動翼を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気ＡＣを生成する。燃焼器１２は、この圧縮空気ＡＣに対して所定の燃料ＦＬを供給し、燃焼することで高温・高圧の燃焼ガスＦＧが生成される。タービン１３は、燃焼器１２で生成された高温・高圧の燃焼ガスＦＧが複数の静翼及び動翼を通過することでロータ１４を駆動回転し、このロータ１４に連結された発電機１５を駆動する。
【００４５】
また、図２に示すように、タービン１３にて、タービン静翼（静翼）２１は、翼型部２３のハブ側が内側シュラウド２５に固定され、先端側が外側シュラウド２７に固定されて構成されている。タービン動翼（動翼）４１は、翼型部４３の基端部がプラットフォーム４５に固定されて構成されている。そして、外側シュラウド２７と動翼４１の先端部側に配置される分割環５０とが遮熱環３５を介して車室（タービン車室）３０に支持され、内側シュラウド２５がサポートリング３１に支持されている。そのため、燃焼ガスＦＧが通過する燃焼ガス流路３２は、内側シュラウド２５と、外側シュラウド２７と、プラットフォーム４５と、分割環５０とにより囲まれた空間として軸方向Ｄａに沿って形成される。
【００４６】
なお、内側シュラウド２５、外側シュラウド２７及び分割環５０は、ガスパス面形成部材として機能する。ガスパス面形成部材とは、燃焼ガス流路３２を区画すると共に燃焼ガスＦＧが接触するガスパス面を有するものである。
【００４７】
燃焼器１２、動翼４１（例えばプラットフォーム４５）、静翼２１（例えば内側シュラウド２５や外側シュラウド２７）及び分割環５０等は、燃焼ガスＦＧが接触する高温環境下で使用される高温部品であり、冷却媒体による冷却を必要とする。以下の説明では、高温部品の冷却構造の例として、分割環５０の冷却構造について説明する。
【００４８】
図３は、幾つかの実施形態に係る分割環５０を構成する分割体５１の一つを径方向Ｄｒ外側から見た模式的な平面図、及び、周方向Ｄｃに沿ってロータ１４の回転方向Ｒ下流側から回転方向Ｒ上流側に向かって見た模式的な側面図である。図４は、図３におけるＡ４−Ａ４矢視断面図である。なお、図３では、分割体５１の構造を簡略化して描いている。したがって、例えば図３では、分割体５１を遮熱環３５に取り付けるためのフック等の記載を省略している。図５は、図４におけるヘッダ部８０近傍の拡大図である。
【００４９】
幾つかの実施形態に係る分割環５０は、周方向Ｄｃに環状に形成された複数の分割体５１から構成される。各分割体５１は、内部に冷却通路が形成された本体５２を主要な構成品とする。図２に示すように、分割体５１は、径方向Ｄｒの内表面５２ａが燃焼ガスＦＧが流れる燃焼ガス流路３２に面するように配置される。分割体５１の径方向Ｄｒ内側には、一定の隙間を設けて、ロータ１４を中心に回転する動翼４１が配置されている。高温の燃焼ガスＦＧによる熱損傷を防止するため、分割体５１には、軸方向Ｄａに延在する複数の軸方向通路（第１冷却通路）６０と、分割体５１の回転方向Ｒ下流側の側部の近傍において周方向Ｄｃに延在する複数の側部通路（第２冷却通路）９０とが形成されている。
第１冷却通路６０は、周方向Ｄｃに並列させて複数配設されている。第２冷却通路９０は、軸方向Ｄａに並列させて複数配設されている。
幾つかの実施形態では、第１冷却通路６０における周方向Ｄｃを第１冷却通路６０の幅方向と呼ぶ。また、幾つかの実施形態では、第１冷却通路６０において該幅方向に直交する径方向Ｄｒを第１冷却通路６０の高さ方向と呼ぶ。
【００５０】
図示はしないが、一実施形態に係るガスタービン１０では、幾つかの実施形態に係る各分割体５１には、外表面５２ｂ側から冷却空気ＣＡが供給されるように構成されている。分割体５１に供給された冷却空気ＣＡは、第１冷却通路６０及び第２冷却通路９０を流通し、燃焼ガスＦＧ中に排出する過程で、分割体５１の本体５２を対流冷却している。
【００５１】
以下、幾つかの実施形態に係る分割体５１の冷却構造について説明する。
幾つかの実施形態に係る第１冷却通路６０のそれぞれは、上流端が冷却空気マニホールド５５に接続されている。幾つかの実施形態に係る第１冷却通路６０のそれぞれの内部には、第１冷却通路６０を途中から複数の分岐流路６３に分割する仕切壁７０が形成されている。幾つかの実施形態では、仕切壁７０は、第１冷却通路６０を途中から第１冷却通路６０の幅方向に一対の分岐流路６３に分割する。
【００５２】
幾つかの実施形態に係る第１冷却通路６０、すなわち、仕切壁７０よりも上流側の区間、及び、分岐流路６３において、第１冷却通路６０の延在方向から見たときの第１冷却通路６０の流路の断面形状は、矩形であってもよく、円形であってもよく、矩形以外の多角形であってもよく、楕円形であってもよい。また、第１冷却通路６０における仕切壁７０よりも上流側の区間と分岐流路６３とで、流路の断面形状の種類が異なっていてもよい。すなわち、仕切壁７０よりも上流側の区間における流路の断面形状が矩形であり、分岐流路６３における流路の断面形状が円形であってもよい。また、分岐流路６３における流路の断面形状は、円や楕円を仕切壁７０で２分割したような形状であってもよい。
第１冷却通路６０は、第１冷却通路６０の内壁面を冷却することで分割体５１を冷却する。そのため、第１冷却通路６０は、第１冷却通路６０の等価直径の５倍以上の長さを有する。なお、第１冷却通路６０の等価直径とは、第１冷却通路６０の断面形状が円形以外の形状である場合に、冷却空気ＣＡの流動の点から等価となる円形の流路に置き換えたときの流路の直径である。
【００５３】
複数の分岐流路６３のそれぞれは、下流端６５がヘッダ部８０に接続されている。幾つかの実施形態では、例えば、それぞれ隣り合う３つの第１冷却通路６０における６つの分岐流路６３の下流端６５が１つのヘッダ部８０の上流側内壁部８１に接続されている。幾つかの実施形態では、分割体５１には、複数のヘッダ部８０が形成されている。
【００５４】
各ヘッダ部８０は、軸方向Ｄａで対向する一対の壁部である上流側内壁部８１及び下流側内壁部８２と、周方向Ｄｃで対向する一対の壁部である側方内壁部８３、８４と、径方向Ｄｒ対向する一対の壁部である不図示の内壁部とによって囲まれた、直方体状の空間部である。
【００５５】
各ヘッダ部８０の下流側内壁部８２には、ヘッダ部８０に流入した冷却空気ＣＡをヘッダ部８０の外部、すなわち分割体５１の外部に排出するための少なくとも１以上の出口通路１１０が形成されている。出口通路１１０の上流端１１０ａは、ヘッダ部８０の下流側内壁部８２に接続され、下流端１００ｂは、分割体５１における軸方向Ｄａの下流側端部５３に接続されている。
なお、図３〜図５に示す実施形態では、ヘッダ部８０には、下流側内壁部８２における周方向Ｄｃの中央近傍に１つの出口通路１１０が形成されている。出口通路１１０は、分割体５１の下流側端部５３で燃焼ガスＦＧ中に開口する。
【００５６】
幾つかの実施形態では、分割体５１は、１つのヘッダ部８０と、該ヘッダ部８０に下流端が接続された３つの第１冷却通路６０と、該ヘッダ部８０に接続された１つの出口通路１１０とを含む冷却通路グループ６を複数含む。なお、一つの冷却通路グループ６におけるヘッダ部８０は２つ以上の出口通路１１０が接続されていてもよい。
【００５７】
分割体５１の外部から分割体５１に供給される冷却空気ＣＡは、冷却空気マニホールド５５に供給された後、冷却空気マニホールド５５から各第１冷却通路６０に分配される。各第１冷却通路６０に分配された冷却空気ＣＡは、仕切壁７０で分割されて、各分岐流路６３に流れ込む。各分岐流路６３に流れ込んだ冷却空気ＣＡは、各ヘッダ部８０で集められて、出口通路１１０から分割体５１の外部に排出される。
【００５８】
幾つかの実施形態に係る第２冷却通路９０のそれぞれは、上流端９０ａが冷却空気マニホールド５７に接続されている。第２冷却通路９０のそれぞれは、分割体５１における周方向Ｄｃの端部５４で燃焼ガスＦＧ中に開口する。なお、分割体５１の端部５４は、ロータ１４の回転方向Ｒの下流側を向いている。
分割体５１の外部から分割体５１に供給される冷却空気ＣＡは、冷却空気マニホールド５７に供給された後、冷却空気マニホールド５７から各第２冷却通路９０に分配される。各第２冷却通路９０に分配された冷却空気ＣＡは下流端９０ｂから分割体５１の外部に排出される。
【００５９】
幾つかの実施形態では、図３〜図５に示すように、分割体５１において、１つのヘッダ部８０に接続されている出口通路１１０の数は、１つのヘッダ部８０に接続されている複数の第１冷却通路６０の数未満である。例えば、幾つかの実施形態では、図３〜図５に示すように、１つのヘッダ部８０に対して、仕切壁７０で分割された６つの第１冷却通路６０（６つの分岐流路６３）と、１つの出口通路１１０とが接続されている。
【００６０】
幾つかの実施形態では、図５によく示すように、出口通路１１０は、上流側領域１１１と下流側領域１１５とを有する。上流側領域１１１には、下流側に向かって流路断面積が漸減する流路断面積縮小部１１３が形成されている。下流側領域１１５には、流路断面積が最も小さくなる最小流路断面積部１１７が形成されている。
幾つかの実施形態では、出口通路１１０の延在方向から見たときの出口通路１１０の流路の断面形状は、上流側領域１１１及び下流側領域１１５において円形である。しかし、出口通路１１０の流路の断面形状は、上流側領域１１１及び下流側領域１１５において矩形であってもよく、矩形以外の多角形であってもよく、楕円形であってもよい。また、上流側領域１１１と下流側領域１１５とで、流路の断面形状の種類が異なっていてもよい。すなわち、上流側領域１１１における流路の断面形状が矩形であり、下流側領域１１５における流路の断面形状が円形であってもよい。
【００６１】
なお、下流側領域１１５における流路の断面形状が円形以外である場合も考慮して、以下の説明では、下流側領域１１５（最小流路断面積部１１７）において流路の大きさについて言及する場合、最小流路断面積部１１７の等価直径によって説明する。
最小流路断面積部１１７の等価直径とは、最小流路断面積部１１７の断面形状が円形以外の形状である場合に、冷却空気ＣＡの流動の点から等価となる円形の流路に置き換えたときの最小流路断面積部１１７の直径である。なお、最小流路断面積部１１７の断面形状が円形である場合、最小流路断面積部１１７の等価直径とは、最小流路断面積部１１７の直径である。
【００６２】
幾つかの実施形態に係る分割体５１のように、冷却空気ＣＡによる冷却を必要とする高温部品では、内部に形成された第１冷却通路６０の内壁面６０ａの表面粗さは、冷却性能向上の観点からは粗い方が望ましい。しかし、第１冷却通路６０の内壁面６０ａの表面粗さが粗いと冷却空気ＣＡの圧力損失が大きくなってしまう。特に、分割体５１の第１冷却通路６０のように、微細で複雑な形状を有することがある場合には、内壁面６０ａの表面粗さが圧力損失に及ぼす影響が大きく、極端な場合には、冷却空気ＣＡの流量低下が著しくなってしまうおそれもある。
【００６３】
そこで、幾つかの実施形態では、分割体５１における冷却構造を以下で述べるような構成とすることで、冷却能力が不足しないようにしている。
【００６４】
幾つかの実施形態では、分割体５１において、出口通路１１０の内壁面１１０ｃの粗度は、出口通路１１０の流路断面積が最小となる領域である下流側領域１１５、すなわち最小流路断面積部１１７において、複数の第１冷却通路６０の内壁面６０ａの粗度以下である。
幾つかの実施形態に係る分割体５１によれば、複数の第１冷却通路６０の内壁面６０ａの粗度が出口通路１１０の下流側領域１１５における内壁面１１５ｃの粗度以上であるので、第１冷却通路６０における冷却性能を向上できる。また、幾つかの実施形態に係る分割体５１によれば、出口通路の下流側領域１１５におけるの内壁面１１５ｃの粗度が複数の第１冷却通路６０の内壁面６０ａの粗度以下であるので、出口通路１１０における圧力損失のばらつきを抑制できるとともに、出口通路１１０において異物が通過し易くなり、出口通路１１０が閉塞するリスクを低減できる。
【００６５】
なお、幾つかの実施形態に係る分割体５１が以下の（Ａ）及び（Ｂ）の構成を有していれば、以下で説明するように、冷却空気ＣＡの流量の調節精度を向上できる。
（Ａ）分割体５１において、出口通路１１０の最小流路断面積ＳＢｍｉｎは、ヘッダ部８０と第１冷却通路６０との接続部６７における複数の第１冷却通路６０（分岐流路６３）の各々の流路断面積ＳＡ以上である。
１つのヘッダ部８０に対して２以上の出口通路１１０が接続されていた場合、１つのヘッダ部８０に接続されている出口通路１１０の各々の最小流路断面積ＳＢｍｉｎは、接続部６７における複数の第１冷却通路６０の各々の流路断面積ＳＡ以上である。
（Ｂ）図３〜図５に示すように、分割体５１において、出口通路１１０の最小流路断面積ＳＢｍｉｎは、１つのヘッダ部８０に接続されている複数の第１冷却通路６０（分岐流路６３）の接続部６７における各々の流路断面積ＳＡの和ΣＳＡより小さい。
１つのヘッダ部８０に対して２以上の出口通路１１０が接続されていた場合、１つのヘッダ部８０に接続されている出口通路１１０の各々の最小流路断面積ＳＢｍｉｎの和ΣＳＢｍｉｎは、１つのヘッダ部８０に接続されている複数の第１冷却通路６０の接続部６７における各々の流路断面積ＳＡの和ΣＳＡより小さい。
【００６６】
後述するように、分割体５１は、例えば金属積層造形法や精密鋳造法によって形成できる。そのため、第１冷却通路６０の流路断面積ＳＡが小さいと、分割体５１の製造上の制約から第１冷却通路６０の寸法精度が低下する傾向がある。
複数の第１冷却通路６０の各々において、それぞれを流れる冷却空気ＣＡの流量を複数の第１冷却通路６０の各々の流路断面積ＳＡで決定しようとすると、流路断面積ＳＡが小さいと、上述したように第１冷却通路６０の寸法精度が低下して第１冷却通路６０における冷却空気ＣＡの流量の精度が低下するおそれがある。
【００６７】
これに対して、幾つかの実施形態に係る分割体５１によれば、１以上の出口通路１１０の各々の最小流路断面積ＳＢｍｉｎの和ΣＳＢｍｉｎが接続部６７における複数の第１冷却通路６０の各々の流路断面積ＳＡの和ΣＳＡより小さいので、複数の第１冷却通路６０における冷却空気ＣＡの流量を出口通路１１０の最小流路断面積ＳＢｍｉｎによって規定できる。これにより、複数の第１冷却通路６０のそれぞれでは、冷却空気ＣＡの流量調整のために流路断面積ＳＡを必要以上に小さくしなくてもよくなるので、第１冷却通路６０の寸法精度が向上し、複数の第１冷却通路６０同士での冷却空気ＣＡの流量のばらつきを抑制できる。したがって、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることができる。
【００６８】
また、幾つかの実施形態に係る分割体５１によれば、１以上の出口通路１１０の各々の最小流路断面積ＳＢｍｉｎが接続部６７における複数の第１冷却通路６０の各々の流路断面積ＳＡ以上であるので、出口通路１１０の径方向の寸法精度が確保し易くなるとともに、出口通路１１０において異物の詰まりも起こし難くなる。
さらに、幾つかの実施形態に係る分割体５１によれば、１以上の出口通路１１０の数が複数の第１冷却通路６０の数未満であるので、冷却空気ＣＡの流量の管理上、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき箇所を少なくすることができ、分割体５１の製造コストを抑制できる。
【００６９】
そして、上述したように、出口通路１１０の内壁面１１０ｃの粗度を上述のようにすることで、出口通路１１０における圧力損失のばらつきが小さくなるので、冷却空気ＣＡの流量の調節精度を向上できる。
【００７０】
幾つかの実施形態では、出口通路１１０の内壁面１１０ｃは、下流側領域１１５において、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以下の粗度を有する。また、幾つかの実施形態では、複数の第１冷却通路６０の内壁面６０ａは、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上２０μｍ以下の粗度を有する。
【００７１】
幾つかの実施形態に係る分割体５１によれば、複数の第１冷却通路６０の内壁面６０ｃが上記の粗度を有するので、第１冷却通路６０における冷却性能を向上できる。また、幾つかの実施形態に係る分割体５１によれば、出口通路１１０の下流側領域１１５における内壁面１１５ｃが上記の粗度を有するので、出口通路１１０における圧力損失のばらつきを抑制できるとともに、出口通路１１０において異物が通過し易くなり、出口通路１１０路が閉塞するリスクを低減できる。
【００７２】
幾つかの実施形態では、複数の第１冷却通路６０の延在方向と交差する方向に延在する複数の第２冷却通路９０をさらに備える。幾つかの実施形態では、複数の第２冷却通路９０の内壁面９０ｃは、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上５０μｍ以下の粗度を有する。
【００７３】
幾つかの実施形態に係る分割体５１によれば、複数の第２冷却通路９０の内壁面９０ｃが上記の粗度を有するので、第２冷却通路９０における冷却性能を向上できる。
なお、後述するように、金属積層造形法によって第１冷却通路６０の上流側から下流側に向かって積層させて分割体５１を形成する場合、第２冷却通路９０のうち、第２冷却通路９０の軸線Ａｘａよりも軸方向Ｄａ下流側の内壁面９０ｃは、積層造形の際に鉛直下方の領域が空間部分となるようなオーバーハング部分となる。そのため、図３に示すように、第２冷却通路９０の内壁面９０ｃのうち、積層造形の際に、すなわち原料粉末の積層の際にオーバーハング角度が規定角度、例えば４５度以上となるオーバーハング領域９１における粗度は、オーバーハング領域９１以外の領域９３と比べて大きくなる傾向にある。
【００７４】
そこで、幾つかの実施形態に係る分割体５１では、上述したようにオーバーハング領域９１において他の領域９３よりも粗度が大きくなることを利用して、例えば、オーバーハング領域９１において、中心線平均粗さＲａが３０μｍ以上５０μｍ以下の粗度を有するように、分割体５１を形成してもよい。また、他の領域９３において、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上３０μｍ以下の粗度を有するように、分割体５１を形成してもよい。すなわち、金属積層造形法における上述したような傾向を利用して、第２冷却通路９０の内壁面９０ｃの粗度を一部の領域において粗くすることができる。これにより、第２冷却通路９０における冷却性能を向上できる。
なお、第２冷却通路９０の内壁面９０ｃの粗度を大きくすることで冷却空気ＣＡの圧力損失が大きくなり過ぎる場合には、第２冷却通路９０の内径を設計値よりも大きくなるように、分割体５１を形成してもよい。
【００７５】
幾つかの実施形態では、出口通路１１０は、出口通路１１０の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部１１３を含む。
これにより、流路断面積縮小部１１３の下流側から出口通路１１０の延在方向と直交する方向の大きさを調節することで、出口通路１１０における最小流路断面積ＳＢｍｉｎの調節が容易となる。したがって、分割体５１における冷却空気ＣＡの流量を、上述したように出口通路１１０における最小流路断面積ＳＢｍｉｎの大きさで調整するように分割体５１が構成されている場合には、出口通路１１０の下流側における出口通路１１０の延在方向と直交する方向の寸法を管理すれば、冷却空気ＣＡの流量を管理できるので、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき領域を狭くすることができ、分割体５１の製造コストを抑制できる。
【００７６】
幾つかの実施形態では、ヘッダ部８０の内壁面８０ａの少なくとも一部の領域における粗度は、複数の第１冷却通路６０の内壁面６０ａの粗度以下としてもよい。
【００７７】
ヘッダ部８０では、複数の第１冷却通路６０の下流端６５が接続されていることから、ヘッダ部８０における空間容積が大きくなり、ヘッダ部８０における冷却空気ＣＡの流速が低下するので、冷却空気への熱伝達率が低下する。したがって、分割体５１の設計時には、ヘッダ部８０では第１冷却通路６０に比べて冷却能力が低下すること、すなわち分割体５１の冷却への寄与が比較的少ないことが考慮されている。
幾つかの実施形態に係る分割体５１によれば、ヘッダ部８０の内壁面８０ａの少なくとも一部の領域における粗度が複数の第１第１冷却通路６０の内壁面６０ａの粗度以下であるので、ヘッダ部８０における圧力損失を抑制できる。上述したように、ヘッダ部８０では分割体５１の冷却への寄与が比較的少ないことから、ヘッダ部８０の粗度が小さくなることによる分割体５１の冷却への影響は小さい。したがって、分割体５１の冷却への影響を抑制しつつ、冷却空気ＣＡの圧力損失を抑制できる。
なお、冷却空気ＣＡの圧力損失抑制の観点から、ヘッダ部８０の内壁面８０ａにおける第１冷却通路６０の内壁面６０ａの粗度以下となる領域は、出口通路１１０の上流端１１０ａ、より好ましくは、下流側領域１１５までつながっているとよい。
【００７８】
（分割体５１の製造方法について）
以下、上述した幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法について説明する。幾つかの実施形態に係る分割体５１は、例えば金属積層造形法や精密鋳造法によって製作できる。図６は、幾つかの実施形態に係る分割体５１を金属積層造形法で作成する場合の作成手順の一例を示すフローチャートである。幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法は、冷却通路形成工程Ｓ１０と、ヘッダ部形成工程Ｓ２０と、出口通路形成工程Ｓ３０と、出口通路切削工程Ｓ４０とを備える。
幾つかの実施形態に係る分割体５１の形成方法は、例えば、パウダーベッド方式であってもよく、メタルデポジッション方式であってもよく、バインダージェット方式であってもよく、上述した方式以外の他の方式であってもよい。以下の説明では、幾つかの実施形態に係る分割体５１の形成方法が、例えば、パウダーベッド方式や、メタルデポジッション方式である場合について説明する。
【００７９】
冷却通路形成工程Ｓ１０は、冷却空気ＣＡが流通可能な複数の第１冷却通路６０及び第２冷却通路９０を形成するステップである。冷却通路形成工程Ｓ１０では、例えば、軸方向Ｄａ上流側から軸方向Ｄａ下流側に向かって原料粉末を積層させて分割体５１を第１冷却通路６０の下流端６５まで形成する。
【００８０】
ヘッダ部形成工程Ｓ２０は、複数の第１冷却通路６０の下流端６５が接続されたヘッダ部８０を形成するステップである。ヘッダ部形成工程Ｓ２０では、冷却通路形成工程Ｓ１０に続いて軸方向Ｄａ上流側から軸方向Ｄａ下流側に向かって原料粉末を積層させて分割体５１をヘッダ部８０の下流側内壁部８２まで形成する。
【００８１】
出口通路形成工程Ｓ３０は、ヘッダ部８０に流入した冷却空気ＣＡをヘッダ部８０の外部に排出するための１以上の出口通路１１０を形成するステップである。出口通路形成工程Ｓ３０では、ヘッダ部形成工程Ｓ２０に続いて軸方向Ｄａ上流側から軸方向Ｄａ下流側に向かって原料粉末を積層させて分割体５１を出口通路１１０の下流端１１０ｂまで形成する。
なお、出口通路形成工程Ｓ３０では、出口通路１１０の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部１１３を含むように出口通路１１０を形成する。
【００８２】
図７は、後述する出口通路切削工程Ｓ４０について説明するための図である。図７では、出口通路切削工程Ｓ４０において出口通路１１０を三角ドリル１９によって切削する前の出口通路１１０の下流側の形状及び三角ドリル１９を二点鎖線で描いている。
幾つかの実施形態に係る出口通路形成工程Ｓ３０では、出口通路１１０の下流側における、出口通路１１０の延在方向と直交する方向の寸法が、三角ドリル１９の直径Ｄｄよりも小さくなるように、出口通路１１０の下流側を形成する。すなわち、幾つかの実施形態に係る出口通路形成工程Ｓ３０では、出口通路切削工程Ｓ４０の実施前の出口通路１１０において、流路断面積縮小部１１３の最も下流側における出口通路１１０の延在方向と直交する方向の寸法Ｍが、三角ドリル１９の直径Ｄｄよりも小さくなるように、流路断面積縮小部１１３を形成する。
【００８３】
出口通路切削工程Ｓ４０は、出口通路１１０の内壁面１１０ｃの少なくとも一部に機械加工を施すステップである。具体的には、出口通路切削工程Ｓ４０は、出口通路１１０を三角ドリル１９によって切削するステップである。出口通路切削工程Ｓ４０では、出口通路１１０の下流端１１０ｂから上流端１１０ａに向かって三角ドリル１９によって出口通路１１０に機械加工を施す。これにより、下流端１１０ｂから上流側に遡った一部の区間の内径が一定となり、該区間が下流側領域１１５となる。
【００８４】
なお、冷却通路形成工程Ｓ１０及びヘッダ部形成工程Ｓ２０は、必ずしも金属積層造形法によって実施する必要はなく、精密鋳造法によって実施してもよい。そして、出口通路形成工程Ｓ３０を金属積層造形法によって実施してもよい。また、冷却通路形成工程Ｓ１０から出口通路形成工程Ｓ３０までを精密鋳造法によって実施してもよい。
【００８５】
幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法では、１つのヘッダ部８０に接続されている出口通路１１０の数が、１つのヘッダ部８０に接続されている複数の第１冷却通路６０の数未満となるように分割体５１を形成する。
また、幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法では、出口通路１１０の最小流路断面積ＳＢｍｉｎが、ヘッダ部８０と第１冷却通路６０との接続部６７における複数の第１冷却通路６０（分岐流路６３）の各々の流路断面積ＳＡ以上となるように分割体５１を形成する。
さらに、幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法では、出口通路１１０の最小流路断面積ＳＢｍｉｎが、１つのヘッダ部８０に接続されている複数の第１冷却通路６０（分岐流路６３）の接続部６７における各々の流路断面積ＳＡの和ΣＳＡより小さくなるように分割体５１を形成する。
【００８６】
なお、１つのヘッダ部８０に対して２以上の出口通路１１０が接続されるように分割体５１を形成する場合、１つのヘッダ部８０に接続されている出口通路１１０の各々の最小流路断面積ＳＢｍｉｎが、接続部６７における複数の第１冷却通路６０の各々の流路断面積ＳＡ以上となるように分割体５１を形成する。
また、１つのヘッダ部８０に対して２以上の出口通路１１０が接続されるように分割体５１を形成する場合、１つのヘッダ部８０に接続されている出口通路１１０の各々の最小流路断面積ＳＢｍｉｎの和ΣＳＢｍｉｎが、１つのヘッダ部８０に接続されている複数の第１冷却通路６０の接続部６７における各々の流路断面積ＳＡの和ΣＳＡより小さくなるように分割体５１を形成する。
【００８７】
幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、１以上の出口通路１１０の各々の最小流路断面積ＳＢｍｉｎの和ΣＳＢｍｉｎが接続部６７における複数の第１冷却通路６０の各々の流路断面積ＳＡの和ΣＳＡより小さくなるので、複数の第１冷却通路６０における冷却空気ＣＡの流量を出口通路１１０の最小流路断面積ＳＢｍｉｎによって規定できる。これにより、複数の第１冷却通路６０のそれぞれでは、冷却空気ＣＡの流量調整のために流路断面積を必要以上に小さくしなくてもよくなるので、第１冷却通路６０の寸法精度が向上し、複数の第１冷却通路６０同士での冷却空気ＣＡの流量のばらつきを抑制できる。したがって、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることができる。
また、幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、１以上の出口通路１１０の各々の最小流路断面積ＳＢｍｉｎを接続部６７における複数の第１冷却通路６０の各々の流路断面積ＳＡ以上とすることができるので、出口通路１１０の寸法精度が確保し易くなるとともに、出口通路１１０において異物の詰まりも起こし難くなる。
さらに、幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、１以上の出口通路１１０の数が複数の第１冷却通路６０の数未満となるので、冷却空気ＣＡの流量の管理上、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき箇所を少なくすることができ、分割体５１の製造コストを抑制できる。
【００８８】
幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法では、出口通路１１０の流路断面積が最小となる領域である下流側領域１１５において、出口通路１１０の内壁面１１０ｃの粗度が複数の第１冷却通路６０の内壁面６０ａの粗度以下となるように出口通路を形成する。
【００８９】
幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、複数の第１冷却通路６０の内壁面６０ａの粗度が出口通路１１０の下流側領域１１５における内壁面１１５ｃの粗度以上となるので、第１冷却通路６０における冷却性能を向上できる。また、幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、出口通路１１０の下流側領域１１５における内壁面１１５ｃの粗度が複数の第１冷却通路６０の内壁面６０ａの粗度以下となるので、出口通路１１０における圧力損失のばらつきを抑制できるとともに、出口通路１１０において異物が通過し易くなり、出口通路１１０が閉塞するリスクを低減できる。
【００９０】
幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、流路断面積縮小部１１３の下流側から出口通路１１０の延在方向と直交する方向の大きさを調節することで、出口通路１１０における最小流路断面積ＳＢｍｉｎの調節が容易となる。したがって、分割体５１における冷却空気ＣＡの流量を出口通路１１０における最小流路断面積ＳＢｍｉｎの大きさで調整するように分割体５１が構成されている場合には、出口通路１１０の下流側における出口通路１１０の延在方向と直交する方向の寸法を管理すれば、冷却空気ＣＡの流量を管理できるので、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき領域を狭くすることができ、分割体５１の製造コストを抑制できる。
【００９１】
幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、出口通路１１０を機械加工だけによって形成する場合と比べて、分割体５１の製造コストを抑制できる。また、幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、出口通路１１０を金属積層造形法又は精密鋳造法だけによって形成する場合と比べて、出口通路１１０の内壁面１１０ｃの寸法精度を向上でき、冷却空気ＣＡの流量の調節精度を向上できる。さらに、幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、出口通路１１０の内壁面１１０ｃの寸法を冷却空気ＣＡの流量を確認しながら調節できるので、冷却空気ＣＡの流量の過不足を抑制できる。
【００９２】
幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、三角ドリル１９の直径Ｄｄによって出口通路１１０の内壁面１１０ｃの寸法、より具体的には最小流路断面積部１１７の内径Ｄｉを規定できるので、分割体５１の製造が容易となる。
【００９３】
幾つかの実施形態に係る出口通路形成工程Ｓ３０において、下流側領域１１５を含む出口通路１１０の少なくとも一部の区間をエッチングすることで、該領域において、出口通路１１０の内壁面１１０ｃの粗度が複数の第１冷却通路６０の内壁面６０ａの粗度以下となるように出口通路１１０を形成してもよい。
これにより、下流側領域１１５を含む出口通路１１０の少なくとも一部の区間における粗度を容易に低下できる。また、出口通路１１０の下流端１１０ｂからでは機械加工が難しい領域であっても、粗度を容易に低下できる。
【００９４】
図８は、他の実施形態に係る分割体５１の製造方法における処理の手順の一例を示すフローチャートである。幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法は、冷却通路形成工程Ｓ１０と、ヘッダ部形成工程Ｓ２０と、出口通路形成工程Ｓ３０と、ヘッダ部エッチング工程Ｓ５０を備える。冷却通路形成工程Ｓ１０、ヘッダ部形成工程Ｓ２０、及び、出口通路形成工程Ｓ３０は、図６に示した冷却通路形成工程Ｓ１０、ヘッダ部形成工程Ｓ２０、及び、出口通路形成工程Ｓ３０と同じである。なお、他の実施形態に係るヘッダ部エッチング工程Ｓ５０の後で、図６に示した出口通路切削工程Ｓ４０を実施してもよい。
【００９５】
幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法において、ヘッダ部エッチング工程Ｓ５０は、ヘッダ部８０の内壁面８０ａの少なくとも一部の領域をエッチングすることで、該領域において、ヘッダ部８０の内壁面８０ａの粗度を複数の第１冷却通路６０の内壁面６０ａの粗度以下とするステップである。
これにより、ヘッダ部の内壁面の少なくとも一部の領域における粗度が複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるので、ヘッダ部における圧力損失を抑制できる。上述したように、ヘッダ部では高温部品の冷却への寄与が比較的少ないことから、ヘッダ部の粗度が小さくなることによる高温部品の冷却への影響は小さい。したがって、高温部品の冷却への影響を抑制しつつ、冷却媒体の圧力損失を抑制できる。
【００９６】
（金属積層造形法における形成領域によって積層厚さを変更する場合について）
一般的には、金属積層造形法における積層厚さを厚くすると、造形物における表面粗さが大きくなる傾向にある。すなわち、金属積層造形法における積層厚さを薄くすると、造形物における表面粗さが小さくなる傾向にある。
そこで、幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法では、冷却通路形成工程Ｓ１０において、金属積層造形法によって、原料粉末を第１積層厚さｔ１で積層して複数の第１冷却通路６０を形成してもよい。
幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法では、ヘッダ部形成工程Ｓ２０において、金属積層造形法によって、原料粉末を第１積層厚さｔ１以下の第２積層厚さｔ２で積層してヘッダ部８０を形成してもよい。
幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法では、出口通路形成工程Ｓ３０において、金属積層造形法によって、原料粉末を第１積層厚さｔ１より小さい第３積層厚さｔ３で積層して出口通路１１０を形成してもよい。
【００９７】
例えば上記第１積層厚さｔ１は、７５μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。また、例えば上記第３積層厚さｔ３は、２０μｍ以上３０μｍ以下であってもよい。例えば上記第２積層厚さｔ２は、２０μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。
なお、ヘッダ部形成工程Ｓ２０において、例えば上記第１積層厚さｔ１で積層してヘッダ部８０の一部を形成し、例えば上記第３積層厚さｔ３で積層してヘッダ部８０残部のうちの少なくとも一部を形成してもよい。
【００９８】
ヘッダ部８０を形成する第２積層厚さｔ２を、第１冷却通路６０を形成する第１積層厚さｔ１以下とすることで、ヘッダ部８０については、粗度を抑制して冷却空気ＣＡの圧力損失を抑制でき、第１冷却通路６０については、粗度を比較的大きくして冷却性能を向上できる。
また、出口通路１１０を形成する第３積層厚さｔ３を、第１冷却通路６０を形成する第１積層厚さｔ１より小さくすることで、出口通路１１０については、粗度を抑制して、出口通路１１０における圧力損失のばらつきを抑制できるとともに、出口通路１１０において異物が通過し易くなり、出口通路１１０が閉塞するリスクを低減できる。また、第１冷却通路６０については、上述したように、粗度を比較的大きくして冷却性能を向上できる。
【００９９】
（金属積層造形法における形成領域によって原料粉末の粒度を変更する場合について）
一般的には、金属積層造形法における原料粉末の粒度を大きくすると、造形物における表面粗さが大きくなる傾向にある。すなわち、金属積層造形法における原料粉末の粒度を小さくすると、造形物における表面粗さが小さくなる傾向にある。
そこで、幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法では、冷却通路形成工程Ｓ１０において、金属積層造形法によって、第１粒度Ｓ１を有する原料粉末を用いて複数の第１冷却通路６０を形成してもよい。
幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法では、ヘッダ部形成工程Ｓ２０において、金属積層造形法によって、第１粒度Ｓ１以下の第２粒度Ｓ２を有する原料粉末を用いてヘッダ部８０を形成してもよい。
幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法では、出口通路形成工程Ｓ３０において、金属積層造形法によって、第１粒度Ｓ１より小さい第３粒度Ｓ３を有する原料粉末を用いて出口通路１１０を形成してもよい。
【０１００】
ヘッダ部８０を形成するための原料粉末の粒度（第２粒度Ｓ２）を、第１冷却通路６０を形成するための原料粉末の粒度（第１粒度Ｓ１）以下とすることで、ヘッダ部８０については、粗度を抑制して冷却空気ＣＡの圧力損失を抑制でき、第１冷却通路６０については、粗度を比較的大きくして冷却性能を向上できる。
また、出口通路１１０を形成するための原料粉末の粒度（第３粒度Ｓ３）を、第１冷却通路６０を形成するための原料粉末の粒度（第１粒度Ｓ１）より小さくすることで、出口通路１１０については、粗度を抑制して、出口通路１１０における圧力損失のばらつきを抑制できるとともに、出口通路１１０において異物が通過し易くなり、出口通路１１０が閉塞するリスクを低減できる。また、第１冷却通路６０については、上述したように、粗度を比較的大きくして冷却性能を向上できる。
【０１０１】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した幾つかの実施形態では、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の例として分割環５０を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、燃焼器１２、動翼４１（例えばプラットフォーム４５）、静翼２１（例えば内側シュラウド２５や外側シュラウド２７）等、他の高温部品についても適用できる。また、本発明が適用できる高温部品は、ガスタービン１０における構成部品に限定されず、ボイラやロケットエンジン等、高温の媒体を扱う様々な機械における構成部品であってもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
６  冷却通路グループ
１０  ガスタービン
１２  燃焼器
１３  タービン
２１  タービン静翼（静翼）
４１  タービン動翼（動翼）
５０  分割環
５１  分割体
５２  本体
５２ｂ  外表面（被加熱面）
６０  軸方向通路（第１冷却通路、冷却通路）
６３  分岐流路
６５  下流端
６７  接続部
７０  仕切壁
８０  ヘッダ部
９０  側部通路（第２冷却通路）
１１０  出口通路
【図１】
2020165360.tif 000003
【図２】
2020165360.tif 000004
【図３】
2020165360.tif 000005
【図４】
2020165360.tif 000006
【図５】
2020165360.tif 000007
【図６】
2020165360.tif 000008
【図７】
2020165360.tif 000009
【図８】
2020165360.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月27日(2019.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路と、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部と、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、
を備え、
前記１以上の出口通路の内壁面の粗度は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下であり、
前記１以上の出口通路の内壁面は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以下の粗度を有し、
前記複数の第１冷却通路の内壁面は、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上２０μｍ以下の粗度を有する
高温部品。
【請求項２】
前記複数の第１冷却通路の延在方向と交差する方向に延在する複数の第２冷却通路をさらに備え、
前記複数の第２冷却通路の内壁面は、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上５０μｍ以下の粗度を有する
請求項１に記載の高温部品。
【請求項３】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路と、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部と、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、
を備え、
前記１以上の出口通路の内壁面の粗度は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下であり、
前記１以上の出口通路は、前記出口通路の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部を含む
高温部品。
【請求項４】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路と、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部と、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、
を備え、
前記１以上の出口通路の内壁面の粗度は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下であり、
前記ヘッダ部の内壁面の少なくとも一部の領域における粗度は、前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下である
高温部品。
【請求項５】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路と、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部と、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、
を備え、
前記１以上の出口通路の内壁面の粗度は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下であり、
前記高温部品は、複数の分割体が周方向に沿って環状に配設されて構成されるガスタービンの分割環である、
高温部品。
【請求項６】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路と、
前記複数の第１冷却通路のそれぞれの下流端が接続されたヘッダ部と、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、
を備え、
前記１以上の出口通路の内壁面の粗度は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下である
高温部品。
【請求項７】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成するとともに、前記出口通路の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部を含むように前記１以上の出口通路を形成する
高温部品の製造方法。
【請求項８】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成するにあたって、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域を含む前記出口通路の少なくとも一部の区間をエッチングすることで、該領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成する
高温部品の製造方法。
【請求項９】
前記ヘッダ部の内壁面の少なくとも一部の領域をエッチングすることで、該領域において、前記ヘッダ部の内壁面の粗度を前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下とするステップ
をさらに備える
請求項８に記載の高温部品の製造方法。
【請求項１０】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成するにあたって、金属積層造形法又は精密鋳造法によって、前記１以上の出口通路を形成し、
前記１以上の出口通路の内壁面の少なくとも一部に機械加工を施すステップ
をさらに備える
高温部品の製造方法。
【請求項１１】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成し、
前記複数の第１冷却通路を形成するステップは、金属積層造形法によって、原料粉末を第１積層厚さで積層して前記複数の第１冷却通路を形成し、
前記ヘッダ部を形成するステップは、金属積層造形法によって、前記原料粉末を前記第１積層厚さ以下の第２積層厚さで積層して前記ヘッダ部を形成し、
前記出口通路を形成するステップは、金属積層造形法によって、前記原料粉末を前記第１積層厚さより小さい第３積層厚さで積層して前記出口通路を形成する
高温部品の製造方法。
【請求項１２】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成し、
前記複数の第１冷却通路を形成するステップは、金属積層造形法によって、第１粒度を有する原料粉末を用いて前記複数の第１冷却通路を形成し、
前記ヘッダ部を形成するステップは、金属積層造形法によって、前記第１粒度以下の第２粒度を有する原料粉末を用いて前記ヘッダ部を形成し、
前記出口通路を形成するステップは、金属積層造形法によって、前記第１粒度より小さい第３粒度を有する原料粉末を用いて前記出口通路を形成する
高温部品の製造方法。
【請求項１３】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成し、
金属積層造形法によって、前記複数の第１冷却通路の延在方向に原料粉末を積層して、該延在方向と交差する方向に延在する複数の第２冷却通路を形成するステップをさらに備え、
前記複数の第２冷却通路の内壁面のうち前記原料粉末の積層の際にオーバーハング角度が既定角度以上となるオーバーハング領域は、中心線平均粗さＲａが３０μｍ以上５０μｍ以下の粗度を有し、
前記複数の第２冷却通路の内壁面のうち前記オーバーハング領域以外の領域は、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上３０μｍ以下の粗度を有する
高温部品の製造方法。
【請求項１４】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成し、
前記１以上の出口通路の数は、前記複数の第１冷却通路の数未満であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積は、前記ヘッダ部と前記第１冷却通路との接続部における前記複数の第１冷却通路の各々の流路断面積以上であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積の和は、前記ヘッダ部と前記第１冷却通路との接続部における前記複数の第１冷却通路の各々の流路断面積の和より小さい
高温部品の製造方法。
【請求項１５】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路のそれぞれの下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成する
高温部品の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月11日(2019.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路と、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部と、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、
を備え、
前記１以上の出口通路の内壁面の粗度は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下であり、
前記１以上の出口通路の内壁面は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以下の粗度を有し、
前記複数の第１冷却通路の内壁面は、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上２０μｍ以下の粗度を有する
高温部品。
【請求項２】
前記複数の第１冷却通路の延在方向と交差する方向に延在する複数の第２冷却通路をさらに備え、
前記複数の第２冷却通路の内壁面は、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上５０μｍ以下の粗度を有する
請求項１に記載の高温部品。
【請求項３】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路と、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部と、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、
を備え、
前記１以上の出口通路の内壁面の粗度は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下であり、
前記１以上の出口通路は、前記出口通路の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部を含む
高温部品。
【請求項４】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路と、
前記複数の第１冷却通路のそれぞれの下流端が接続されたヘッダ部と、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、
を備え、
前記１以上の出口通路の数は、前記下流端の数未満であり、
前記１以上の出口通路の内壁面の粗度は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下であり、
前記ヘッダ部の内壁面の少なくとも一部の領域における粗度は、前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下である
高温部品。
【請求項５】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路と、
前記複数の第１冷却通路のそれぞれの下流端が接続されたヘッダ部と、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、
を備え、
前記１以上の出口通路の数は、前記下流端の数未満であり、
前記１以上の出口通路の内壁面の粗度は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下であり、
前記高温部品は、複数の分割体が周方向に沿って環状に配設されて構成されるガスタービンの分割環である、
高温部品。
【請求項６】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路と、
前記複数の第１冷却通路のそれぞれの下流端が接続されたヘッダ部と、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、
を備え、
前記１以上の出口通路の数は、前記下流端の数未満であり、
前記１以上の出口通路の内壁面の粗度は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下である
高温部品。
【請求項７】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成するとともに、前記出口通路の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部を含むように前記１以上の出口通路を形成する
高温部品の製造方法。
【請求項８】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成するにあたって、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域を含む前記出口通路の少なくとも一部の区間をエッチングすることで、該領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成する
高温部品の製造方法。
【請求項９】
前記ヘッダ部の内壁面の少なくとも一部の領域をエッチングすることで、該領域において、前記ヘッダ部の内壁面の粗度を前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下とするステップ
をさらに備える
請求項８に記載の高温部品の製造方法。
【請求項１０】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成するにあたって、金属積層造形法又は精密鋳造法によって、前記１以上の出口通路を形成し、
前記１以上の出口通路の内壁面の少なくとも一部に機械加工を施すステップ
をさらに備える
高温部品の製造方法。
【請求項１１】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成し、
前記複数の第１冷却通路を形成するステップは、金属積層造形法によって、原料粉末を第１積層厚さで積層して前記複数の第１冷却通路を形成し、
前記ヘッダ部を形成するステップは、金属積層造形法によって、前記原料粉末を前記第１積層厚さ以下の第２積層厚さで積層して前記ヘッダ部を形成し、
前記出口通路を形成するステップは、金属積層造形法によって、前記原料粉末を前記第１積層厚さより小さい第３積層厚さで積層して前記出口通路を形成する
高温部品の製造方法。
【請求項１２】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成し、
前記複数の第１冷却通路を形成するステップは、金属積層造形法によって、第１粒度を有する原料粉末を用いて前記複数の第１冷却通路を形成し、
前記ヘッダ部を形成するステップは、金属積層造形法によって、前記第１粒度以下の第２粒度を有する原料粉末を用いて前記ヘッダ部を形成し、
前記出口通路を形成するステップは、金属積層造形法によって、前記第１粒度より小さい第３粒度を有する原料粉末を用いて前記出口通路を形成する
高温部品の製造方法。
【請求項１３】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成し、
金属積層造形法によって、前記複数の第１冷却通路の延在方向に原料粉末を積層して、該延在方向と交差する方向に延在する複数の第２冷却通路を形成するステップをさらに備え、
前記複数の第２冷却通路の内壁面のうち前記原料粉末の積層の際にオーバーハング角度が既定角度以上となるオーバーハング領域は、中心線平均粗さＲａが３０μｍ以上５０μｍ以下の粗度を有し、
前記複数の第２冷却通路の内壁面のうち前記オーバーハング領域以外の領域は、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上３０μｍ以下の粗度を有する
高温部品の製造方法。
【請求項１４】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成し、
前記１以上の出口通路の数は、前記複数の第１冷却通路の数未満であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積は、前記ヘッダ部と前記第１冷却通路との接続部における前記複数の第１冷却通路の各々の流路断面積以上であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積の和は、前記ヘッダ部と前記第１冷却通路との接続部における前記複数の第１冷却通路の各々の流路断面積の和より小さい
高温部品の製造方法。
【請求項１５】
冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の第１冷却通路を形成するステップと、
前記複数の第１冷却通路のそれぞれの下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路の数は、前記下流端の数未満であり、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、前記１以上の出口通路の内壁面の粗度が前記複数の第１冷却通路の内壁面の粗度以下となるように前記１以上の出口通路を形成する
高温部品の製造方法。