(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状ブレード付きターボ機械のステータ組立体（１０）の型を製造するように意図された、このブレード付き組立体のワックス型（５０）を製造する方法にして、型（５０）が、内部空洞を少なくとも１つ（５８）が含む複数のブレード（５６）によって互いに接続された、それぞれ半径方向内部（５２）および半径方向外部（５４）の２つの同軸のシュラウドを含み、前記方法が、連続的に、環状ブレード付き組立体の前記型（５０）に与えられる大まかな形状を有する金型を用いて、
前記空洞のインプレッションを形成するように意図されたコア（４０）を、前記空洞を含むブレード（５８）を形成する前記金型の部分内に配置すること（３８）であって、上述されたコア（４０）が、前記金型上に組み付けられた半径方向の外部端部（４２）を有する全体的に長い形状を有して、配置すること（３８）と、
前記コア（４０）が取り付けられた前記金型内にワックスを注入する（４８）ことと、
前記ワックスが冷却された後、その結果得られた、前記コア（４０）が取り付けられたワックス型（５０）を金型から取り外すこと（６２）とを含む方法であって、
前記コア（４０）が、金属で製造され、コアの半径方向の内部端部（４６）が、前記空洞を含むブレード（５８）を形成する型の前記部分内に、型のこの部分の半径方向の内部端部から離れて収容されるように配置されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記金属コア（４０）が、その半径方向の内部端部（４６）の方向に先細になる横断方向のセクションを有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
それぞれ半径方向に内部（１２）および半径方向に外部（１４）にあり、内部空洞を少なくとも１つ（１８）が含む複数のブレード（１６）によって互いに接続された２つの同軸のシュラウドを含む、環状ブレード付きターボ機械のステータ組立体（１０）を製造する方法であって、連続的に、
請求項１または２に記載の方法によって前記ブレード付き環状組立体（１０）のワックス型（５０）を製造するステップ（３２）と、
前記ワックス型（５０）の複製成形（６４）によって耐火性材料で型を製造し、その後ワックスを除去する（６６）ステップ（３４）と、
前記環状ブレード付き組立体（１０）を形成するために、耐火性材料から作製された、前記コア（４０）が取り付けられた前記型内に溶融金属合金を流し込むステップ（６８）と、
前記金属合金が冷却された後、前記ブレード付き環状組立体（１０）を取り外し、前記コア（４０）を除去するステップ（７０）とを含む方法。
【請求項４】
型を耐火性材料で製造するステップ（３４）の前に、前記金属コア（４０）を前記ワックス型（５０）から取り出し、その後前記金属コア（４０）によってワックス内に形成されたインプレッション内に、セラミック材料で製造された同じ形状のコアを配置するステップ（６０）も含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記耐火性材料が、セメントであることを特徴とする、請求項４に記載方法。
【請求項６】
内部空洞を少なくとも１つ（５８）が含む複数のブレード（５６）によって互いに接続された、それぞれ半径方向内部（５２）および半径方向外部（５４）の２つの同軸のシュラウドを含む環状ブレード付きターボ機械のステータ組立体のワックス型（５０）を、請求項１または２に記載の方法によって製造するように意図された金型にして、前記空洞のインプレッションを形成するために、前記空洞を含む前記ブレード（５８）を形成する部分内に、前記金型上に組み付けられた半径方向の外部端部（４２）を有する全体的に長い形状のコア（４０）を含む、金型であって、前記コア（４０）が、金属で製造され、コアの半径方向の内部端部（４６）が、前記空洞を含む前記ブレード（５８）を形成する金型の前記部分内に、金型の前記部分の半径方向の内部端部から離れて収容されるように配置されることを特徴とする、金型。
【請求項７】
内部空洞を少なくとも１つ（１８）が含む複数のブレード（１６）によって互いに接続された、それぞれ半径方向内部（１２）および半径方向外部（１４）の２つの同軸のシュラウドを含む環状ブレード付きターボ機械のステータ組立体（１０）を、請求項３から５に記載のいずれかの方法によって製造するように意図されたワックス型（５０）にして、前記空洞のインプレッションを形成するために、前記空洞を含む前記ブレード（１８）を形成する部分（５８）内に、前記型（５０）から突出する半径方向の外部端部（４２）を有する全体的に長い形状のコア（４０）を含む、ワックス型（５０）であって、前記コア（４０）が、金属で製造され、コアの半径方向の内部端部（４６）が前記空洞を含む前記ブレード（１８）を形成する型（５０）の前記部分（５８）内に、型（５０）の前記部分（５８）の半径方向の内部端部（５２）から離れて収容されるように配置されることを特徴とする、ワックス型（５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機のターボ機械などのターボ機械用環状ブレード付きステータ組立体の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、ターボ機械内のその機能に応じて、上流側の案内羽根組立体または下流側の案内羽根組立体と呼ばれることがあるそのようなブレード付き組立体１０を表している。このブレード付き組立体１０は、通常、それぞれ内部１２および外部１４にあり、複数のブレード１６によって互いに接続された２つの同軸の環状構造またはシュラウドを含む。
【０００３】
本発明は、より詳細には、少なくとも１つのブレード１８を含むブレード付き組立体の製造に関し、ブレード１８は、たとえば、場合によってはこのブレードの開口２０を介して、ブレードに沿って流れる空気の圧力および温度などの物理的パラメータを測定するように意図された全体的に半径方向に長い形状の空洞を組み込む。
【０００４】
ターボ機械のブレード付きステータ組立体は、一般に、「ロストワックス」タイプの鋳造方法によって製造され、このタイプでは、製造されるブレード付き組立体の形状を有するワックス型が事前に作り出され、その後、このワックス型の複製成形によってセメント型を製造することが可能になる。ワックスが除去された後、金属合金が、事前に得られたセメント型に流し込まれ、冷却して型から取り出された後、所望のブレード付き組立体を形成する。
【０００５】
ワックス型は、製造されるブレード付き組立体の大まかな形状を有する金型を用いてあらかじめ製造される。
【０００６】
少なくとも１つのブレードが空洞を含むブレード付き組立体の場合、図２に示されるように、長い形状のコアが、空洞のインプレッションを形成するために、上述されたブレードを形成する金型の部分内に挿入される。このコア２２は、セラミック材料で製造され、それにより、上述された金属合金の流し込みに固有の高温に耐え、かつ従来の化学的方法によって後でこのコアを除去することを可能にするのに十分な熱抵抗性を有する。
【０００７】
次いでワックスが、コアが取り付けられた金型に圧力下で注入され、これが冷却されるとき、製造されるブレード付き組立体のワックス型を形成するようになり、この型では、コアは、ワックスによって包まれ、上述された空洞に対応する空間を占有する。
【０００８】
ワックスの注入中、コアは、ワックス型の形状の精度、その結果としてこの製造方法の最後に得られるブレード付き組立体の精度を損なうであろう、ワックスの圧力下でのコアの変形のリスクを最適に抑えるために、コアが定位置に堅固に保持されるように金型上に組み付けられる。コアは、コアの両端にそれぞれ形成され、金型から突出し、それによって支持の適切な手段が掴むことができる２つのほぞ２４および２６（図２）によって所定位置に全体的に保持される。
【０００９】
次いでセメント型が、先に得られた、コアが取り付けられたワックス型の複製成形によって、ワックス型の外側に突出するこのコアの両方のほぞをセメントが包むようにして作り出される。このセメントが固化し、ワックスが除去された後、次いでセメント型が、コアが取り付けられて得られ、このときコアは、セメント型自体によって所定位置に保持されている。
【００１０】
次に、金属合金が、先に得られたセメント型に流し込まれ、この金属合金が冷却された後、コアは一般的には化学的方法によって除去され、得られた金属片が型から取り外されて環状ブレード付き組立体を形成する。
【００１１】
コアを除去することにより、このブレード付き組立体の内部シュラウド内には、図３に示されるように、コアのほぞの１つの通路によって形成された開口２８が残される。この位置に開口があることは望ましくないため、この開口は、一般的にはろう着または類似の方法によって埋められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この埋める作業は、環状ブレード付き組立体の製造のコストを増大させる。
【００１３】
加えて、これら組立体の内部シュラウド内にろう付けされた部分があることにより、これらのシュラウド内に、これらシュラウドの機械的抵抗性、したがって寿命を減じるような形状および構造の不規則性を引き起こす。
【００１４】
加えて、コアは時に、ワックスが注入されたときにその圧力下で変形され、それによって高価な廃棄物となり得る。
【００１５】
本発明の１つの目的は、とりわけ、これらの問題に対する簡単で経済的かつ効率的な解決策を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明は、環状ブレード付きターボ機械のステータ組立体の型を製造するように意図された、このブレード付き組立体のワックス型を製造する方法にして、型が、内部空洞を少なくとも１つが含む複数のブレードによって互いに接続された、それぞれ半径方向内部および半径方向外部の２つの同軸のシュラウドを含み、前記方法が、連続的に、環状ブレード付き組立体の前記型に与えられる大まかな形状を有する金型を使用して：
【００１７】
前記空洞のインプレションを形成するように意図されたコアを、空洞を含むブレードを形成する前記金型の部分内に配置することであって、上述されたコアが、金型上に組み付けられた半径方向の外部端部を有する全体的に長い形状を有して、配置することと、
上述されたコアが取り付けられた金型内にワックスを注入することと、
ワックスが冷却された後、その結果得られた、コアが取り付けられたワックス型を金型から取り外すこととを含む方法を提供する。本発明によれば、上述されたコアは、金属で製造され、コアの半径方向の内部端部が、前記空洞を含むブレードを形成する型の部分内に、型のこの部分の半径方向の内部端部から離れて収容されるように配置される。
【００１８】
習慣的に使用されているタイプのセラミックコアより大きい剛性を有する金属コアを使用することにより、ワックスの注入中、このコアが変形されるリスクを最小限に抑えながら、このコアをその半径方向の外部端部だけで金型上に組み付けることが可能になる。そのようにして金型上にコアを組み付けることは、この方法によって製造されたワックス型が、環状ブレード付き組立体の製造方法で使用されるときに特に有利であり、これは、以下でさらに明確に示される。
【００１９】
コアの向上した剛性は、ワックスの注入圧力を増大させ、コアの変形の結果として不完全になるワックス型の比率を低減することが可能であることを意味する。
【００２０】
本発明はまた、それぞれ半径方向に内部および半径方向に外部にあり、内部空洞を少なくとも１つが含む複数のブレードによって互いに接続された２つの同軸のシュラウドを含む環状ブレード付きターボ機械のステータ組立体を製造する方法であって、連続的に：
上記で説明されたタイプの方法によって環状ブレード付き組立体のワックス型を製造することと、
上述されたワックス型の複製成形によって耐火性材料で型を製造し、その後ワックスを除去することと、
前記環状ブレード付き組立体を形成するために、耐火性材料から作製された、上述されたコアが取り付けられた型内に溶融金属合金を流し込むことと、
金属合金の冷却後、環状ブレード付き組立体を型から取り外し、コアを除去することとを含む方法にも関する。
【００２１】
したがって、環状ブレード付き組立体を製造するこの方法は、コアがその半径方向の外部端部だけで金型上に組み付けられた、上記で説明されたワックス型の製造方法を使用する。
【００２２】
ワックス型を複製成形し、ワックスを除去するステップの結果、コアの半径方向の外部端部は、固化した耐火性材料に包まれ、したがってコアをこの材料で製造された型に接続させることができ、一方でコアの半径方向の内部端部は、この型の内側で、上述された空洞を含むブレードを形成するこの型の部分の半径方向の内部端部から離れて、したがって型の半径方向の内部シュラウドから離れて延びる。
【００２３】
その結果、コアの半径方向の内部端部は、この方法によって得られた環状ブレード付き組立体の内部シュラウド内に開口を形成しない。したがって、この内部シュラウド内で開口を埋める作業を行うことはもはや必要なく、それによって環状ブレード付きターボ機械のステータ組立体の製造コストの低減およびこれら組立体の寿命の向上が可能になる。
【００２４】
好ましくは、型を耐火性材料で作り出す前に、環状ブレード付きターボ機械のステータ組立体の製造方法はまた、前記金属コアを前記ワックス型から取り出し、その後前記金属コアによってワックス内に形成されたインプレッション内に、セラミック材料で製造された同じ形状のコアを配置することも含む。
【００２５】
セラミック材料で作り出されたコアは、向上した熱抵抗性を有し、したがって溶融金属合金を流し込むその後のステップにより適したものになる。加えて、セラミックコアは、方法の最後に、従来の化学的方法によって除去され得る。
【００２６】
金属コアは、好ましくは、その半径方向の内部端部の方向に先細になるセクションを有する。
【００２７】
金属コアの先細形状により、ワックス型を損傷するリスクを低減しながら、コアをこの型から取り出すことを容易にすることができる。この金属コアの剛性はまた、コアが取り出されたときのコアの破損のリスクを抑えることもできる。
【００２８】
金属コアが、上記で説明されたようにセラミックコアによって置き換えられる場合、セラミックコアは金属コアと同じ形状を有し、この形状の先細になる特性により、金属コアによって先に形成されたインプレッション内にこのセラミックコアを挿入することが容易になる。
【００２９】
しかしながら、本発明による方法は、とりわけ金属コアを構成する金属が、耐火性材料から作製された型内の金属合金鋳物の融点と比較して十分高い融点を有して、コアが溶融し得るといういかなるリスクも有さずに、金属コアがこの合金の流し込みに耐えることができるとき、コアを交換する上述されたステップを行うことなく実施され得る。
【００３０】
本発明はまた、内部空洞を少なくとも１つが含む複数のブレードによって互いに接続された、それぞれ半径方向内部および半径方向外部の２つの同軸のシュラウドを含む環状ブレード付きターボ機械のステータ組立体のワックス型を、上記で説明されたタイプの方法によって製造するように意図された金型にして、空洞のインプレッションを形成するために、前記空洞を含む前記ブレードを形成する部分内に、金型上に組み付けられた半径方向の外部端部を有する全体的に長い形状のコアを含む、金型であって、コアが、金属で製造され、コアの半径方向の内部端部が、前記空洞を含むブレードを形成する金型の前記部分内に、金型の前記部分の半径方向の内部端部から離れて収容されるように配置されることを特徴とする、金型にも関する。
【００３１】
本発明はまた、内部空洞を少なくとも１つが含む複数のブレードによって互いに接続された、それぞれ半径方向内部および半径方向外部の２つの同軸のシュラウドを含む環状ブレード付きターボ機械のステータ組立体を、上記で説明されたタイプの方法によって製造するように意図されたワックス型にして、型が、前記空洞のインプレッションを形成するために、前記空洞を含む前記ブレードを形成する部分内に、型から突出する半径方向の外部端部を有する全体的に長い形状のコアを含む、ワックス型であって、コアが、金属で製造され、コアの半径方向の内部端部が、前記空洞を含むブレードを形成する型の前記部分内に、型の前記部分の半径方向の内部端部から離れて収容されるように配置されることを特徴とする、ワックス型にも関する。
【００３２】
本発明は、非制限的な例として与えられた以下の説明を付属の図を参照して読み取ることでより良好に理解され、本発明の他の詳細、利点および特性が明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】先に説明された、知られているタイプの環状ブレード付きターボ機械のステータ組立体の斜視図である。
【図２】先に説明された、図１のブレード付き組立体を製造するように意図された、知られているタイプのコアの斜視図である。
【図３】図２のコアによって形成された開口が埋められる前の、図１の環状ブレード付き組立体の内部シュラウドの部分概略図である。
【図４】本発明による、環状ブレード付きターボ機械のステータ組立体を製造する方法の主要なステップを示すフローチャートである。
【図５】図４の方法を実施するように意図されたコアの概略斜視図である。
【図６】図５のコアが取り付けられた、環状ブレード付き組立体のワックス型の部分的な概略斜視図である。
【図７】横断方向断面による図６に類似する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図４のフローチャートは、図１に表されたブレード付き組立体と同じタイプ、したがって少なくとも１つのブレード１８が空洞を含む複数のブレード１６によって互いに接続された、それぞれ内部１２および外部１４の２つの同軸のシュラウドを含む環状ブレード付きターボ機械のステータ組立体を製造するための本発明による方法を示している。
【００３５】
この方法は、図４のフローチャートにおいてそれぞれ参照３０、３２、３４および３６によって示された４つの連続する主要な段階を含む。
【００３６】
第１の段階３０は、製造されるブレード付き組立体の金型を従来の方法で準備することからなり、第２の段階３２は、この金型を用いてブレード付き組立体のワックス型を製造することからなり、第３の段階３４は、セメント、より一般的には任意の適切な耐火性材料で、ワックス型の複製成形によって型を製造することからなり、第４の段階３６は、上述されたセメント型を用いてブレード付き組立体を製造することからなる。
【００３７】
より詳細には、第２の段階３２は、コアが、金属、たとえば鋼で製造される点、およびコアが、型の内部に向かって半径方向に配置されるように意図されたその端部にほぞを有さない点において、図２の従来のコアとは異なるコアを金型内に配置するステップ３８を含む。
【００３８】
図５は、このタイプのコア４０を図示しており、特に、型内で外部に向かって半径方向に配置されるように意図され、従来のタイプの図２のコアのほぞ２４に類似するほぞ４４が設けられた端部４２と、型内で内部に向かって半径方向に配置されるように意図され、ほぞを有さない端部４６とを示している。このコア４０は、図５に示されるように、その上述された端部４６の方向に先細になる横断方向セクションを有し、これは、とりわけこの端部にほぞがないことによって可能にされる。
【００３９】
上述されたステップ３８（図４）では、コア４０は、空洞を含むブレード付き組立体のブレードを形成する金型の部分内に、このコアの端部４２のほぞ４４が、ブレード付き組立体の半径方向の外部シュラウドを形成するこの型の壁の開口を通り抜けて型の外側に突出するように、かつこのコアの他方の端部４６が、型内で、ブレード付き組立体の半径方向の内部シュラウドを形成するこの型の壁から、半径方向に外部の方に離れて延びるように取り付けられる。
【００４０】
方法の第２の段階３２の次のステップ４８は、金型がワックスで満たされるまで、従来の方法で、上記で説明された金属コア４０が取り付けられた金型内に圧力下でワックスを注入することにあり、この場合コアは次いで、金型の外側に突出するそのほぞを除いてワックスに包まれる。金属コアの剛性により、ワックスの注入中、このワックスによってコアに及ぼされる圧力にも関わらず、金属コアが変形されることが防止される。
【００４１】
冷却後、硬化したワックスは、図６および図７によって示されるように、製造される環状ブレード付き組立体の型５０を形成する。この型５０は、環状ブレード付き組立体の大まかな形状を有し、したがってそれぞれ内部５２および外部５４の２つの同軸のシュラウドと、これらの２つのシュラウドを接続し、空洞を組み込むブレード付き組立体のブレードを形成するように意図されたブレード５８を含む複数のブレード５６とを含み、この場合、ワックス型のこのブレード５８は、コア４０を組み込むものである。図７は、特に、ブレード５８の半径方向の内部端部を形成する半径方向の内部シュラウド５２から半径方向に外部の方に離れて配置された、コア４０の半径方向の内部端部４６の位置を示している。
【００４２】
本発明による方法の好ましい実施において、この方法の第２の段階３２は、金属コア４０をワックス型から取り外し、セラミック材料で製造され、その結果として向上した熱抵抗性を有する同じ形状のコアでこれを置き換えることにあるステップ６０に続く。金属コア４０は、このコアをほぼ直線的な並進移動で型の外部に向かって半径方向に移動させることによって取り外される。金属コア４０の内部に向かって半径方向に先細になる形状により、この取り出し作業中のワックスの損傷のリスクを最適に低減することができる。金属コア４０をセラミックコアで取り換える本来の目的は、コアが溶融金属合金の連続的な流し込みにより良好に耐えることができること、および以下でより明確に示されるように、製造方法の最後における従来の化学的方法によるこのコアの除去を容易にすることができることである。
【００４３】
方法の第２の段階３２は、セラミックコアを組み込むワックス型５０を型から取り外すステップ６２によって完了する。
【００４４】
方法は、次いで第３の段階３４に続き、この段階は、先に得られたワックス型５０の複製成形によって、セメントまたは類似の材料で型を製造するステップ６４を含む。より詳細には、このワックス型５０は、セメントによって、この型に組み込まれたセラミックコアのほぞをセメントが包むようにコーティングされる。
【００４５】
第３の段階３４は、上述されたセラミックコアが取り付けられたセメント型を得るために、たとえばこのワックスを加熱するなど、従来の方法でワックスを除去するステップ６６によって完結され、セラミックコアのほぞは、このコアを強固に保持するようにして型内に沈められる。
【００４６】
方法の第４の段階３６は、先に得られたセメント型内に溶融金属合金を流し込むステップ６８を含む。型に嵌められたコアにより、環状ブレード付き組立体のブレード１８の対応する空洞を形成することができる。次のステップ７０は、型内の金属合金の冷却後、この方法で得られたブレード付き組立体の型から取り外し、好ましくは化学的タイプの従来の方法によってセラミックコアを除去することからなる。
【００４７】
コアの半径方向の内部端部は、上記で説明された一連の方法ではブレード付き組立体の外側に突出していないため、この組立体の内部シュラウドは、コアが除去された後、コアによって形成されるいかなる開口も含まない。したがって、本発明による方法は、環状ブレード付き組立体の内部シュラウドを埋める最終ステップを回避することができ、このシュラウドの形状および構造の規則性を向上させることができる。
【００４８】
本発明による方法は、変形形態として、金属コアを取り外し、このコアをセラミックコアによって置き換えるステップ６０を実行することなく実施され得る。この場合、方法全体は、この同じ金属コアを用いて行われる。金属コアはこのとき、ステップ６８中の溶融金属合金の流し込みに固有の高温に耐えるために、流し込まれた金属合金融点に対して十分高い融点を有する。
【００４９】
本発明による方法は、上記で説明された組立体などの、一体品を形成する環状ブレード付き組立体の製造に、または端と端が円周方向に組み立てられた複数のセクタから形成され、この場合、内部空洞を有するブレードを備えるセクタの各々が、この方法を用いて作り出され得る組立体の製造に全般的に使用され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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