(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定精度の空気の通過流量を必要とする曲面上に設けた空気口の前面エッジ部を、前記空気口と同一軸上に回転軸を設定した回転穴開工具により滑らかに加工し、エッジ加工範囲をほぼ楕円状とすることを特徴とする曲面上に設けた空気口のエッジ加工方法。
【請求項２】
前記回転穴開工具は前記空気口より大きな直径の円筒体で加工側先端は前記空気口より小さな直径であり、この先端と本体との接続形状は円弧、または円弧とその少なくても一端にその円弧への接線が接続した形状となっていることを特徴とする請求項１記載の曲面上に設けた空気口のエッジ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は曲面上に設けられ所定精度の空気の通過流量を必要とする空気口のエッジ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空用ガスタービンエンジン等では曲面で構成された板材に開口を設け冷却用等の空気を取り入れて高温部分の冷却を行っている。図１はジエットエンジンの低圧タービン動翼を支持するコーンシャフトの構成を示す縦断面である。回転軸１の後端は軸心Ｃを中心軸とする軸後端円錐１ａとなっており、この軸後端円錐１ａに接続して第１円錐２と第２円錐３が軸心Ｃを中心軸とし、互いに逆向きに設けられている。第１円錐２の後端には低圧タービン動翼４が結合され、この回転力を回転軸１に伝達する。
【０００３】
第１円錐２には第１空気口５、第２円錐３には第２空気口６が設けられ空気を所定精度の流量で流して冷却等に使用している。このような空気口５，６を流れる空気流量を正確に推定するには、各空気口５，６の流量係数を確定しておく必要がある。またこのような開口の周囲には応力集中が起こり易く疲労強度が低下し寿命が短くなることから応力集中を少なくする形状にしなければならない。このため、従来は開口前面のエッジを全周一様に円弧とする（Ｒを取ると言う）ようにしていた。開口が平板に設けられている場合は、全周一様にＲを取ることは容易であるが、曲板に設けられた開口の場合困難であるので、多軸ＮＣマシンでＲ取りが行われていた。
【０００４】
図６は多軸ＮＣマシンによるＲ取りを示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ矢視図を示す。曲面板１０には直径ｄの開口１１が設けられており、空気の流入する側の前面エッジ部１２は多軸ＮＣ制御される回転穴開工具１４によりＲ取りがなされる。Ｒ止まり１３の位置は開口外周よりｔ離れた同心円となっている。なお、後面エッジ部のＲは小さくてよく、流量係数にもあまり影響ないので手作業で容易にできる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように全周均一にＲ取りするためには、多軸、例えば５軸ＮＣマシンを必要とし、加工機械が限られ、しかも機械占有時間が長くかかっていた。またＮＣマシンといえども穴開工具（回転穴開工具１４）はステップ状に動くため、加工面に穴開工具のチャタリングマーク（多面体状の加工痕）が出来て、最終的に手仕上げで平滑にしていた。このためコストがかさみ仕上げ者により品質、加工時間にばらつきがでていた。なお、流量係数を確定し、応力集中を少なくするためには、開口の全周を一様なＲ取りとする必要はなく、Ｒの分布が滑らかであればよいことが、解析やテストの結果分かってきた。しかし、同一製品をある程度多数生産する場合が多いので、同一開口はＲの形状の分布が同一となる必要がある。
【０００６】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、加工方法を機械的に単純化し手作業を排し同一開口はＲの形状の分布が同一となるようにする曲面上に設けた空気口のエッジ加工方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、所定精度の空気の通過流量を必要とする曲面上に設けた空気口の前面エッジ部を、前記空気口と同一軸上に回転軸を設定した回転穴開工具により滑らかに加工し、エッジ加工範囲をほぼ楕円状とする。
【０００８】
空気口の軸と同一軸上に回転穴開工具を設定し、所定の送り代とし、曲面形状、空気口の大きさ、回転穴開工具の形状を同じくすれば、前面エッジ部のＲの分布形状は同じくなる。回転穴開工具による加工は軸方向への送りだけでよいので、作業が単純であり加工時間も少なくてよい。また加工は手仕上げを行わないので均一となる。
【０００９】
請求項２の発明は、前記回転穴開工具は前記空気口より大きな直径の円筒体で加工側先端は前記空気口より小さな直径であり、この先端と本体との接続形状は円弧、または円弧とその少なくても一端にその円弧への接線が接続した形状となっている。
【００１０】
回転穴開工具の先端部をＲが大きければＲのみとし、やや小さければＲの一端にはＲの接線を接続し、さらに小さければＲの両端にＲの接線を接続する。これにより指定されたＲの形状を成形でき、切削性の良い回転穴開工具とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１はジエットエンジンの低圧タービン動翼を支持するコーンシャフトの構成を示す縦断面である。回転軸１の後端は軸心Ｃを中心軸とする軸後端円錐１ａとなっており、この軸後端円錐１ａに接続して第１円錐２と第２円錐３が軸心Ｃを中心軸とし、互いに逆向きに設けられている。第１円錐２の後端には低圧タービン動翼４が結合され、この回転力を回転軸１に伝達する。
【００１２】
第１円錐２には第１空気口５、第２円錐３には第２空気口６が設けられ空気を所定精度の流量で流して冷却等に使用している。またこれらの空気口５，６周囲には大きな応力が発生する。所定の流量係数を得るためと応力集中を緩和し疲労強度を高め寿命を長くするため、空気の流入する面の開口エッジには大きなＲを取り、出口側の後面開口エッジには小さなＲが取られる。小さなＲは手作業で容易に取ることができるので、以下空気流入側の面のエッジのＲ取りについて説明する。
【００１３】
図２は本実施の形態の空気口のエッジ加工方法を示す図である。曲面板１０は円筒面や円錐面のように一方向の曲がりを有する曲面が多いが、二方向の曲がりを有する二重曲面もあり、いずれの曲面に対しても本加工法を適用する。開口１１は直径ｄを有する。前面エッジ部１２は空気流入側のエッジ部で本発明の加工方法によりＲ取りが行われるところである。１３は前面のＲ取りした範囲を表すＲ止まりを示す。回転穴開工具１４は円筒体で本体部１４ａの直径Ｄ１は開口直径ｄより大きく、先端１４ｂの直径Ｄ２はｄより小さい。Ｄ１とＤ２との間は円弧または円弧と円弧への接線で結ばれている。この形状の回転穴開工具１４で加工される前面エッジ部１２の形状はＲで示す円弧状または円弧状とＦＬＡＴで示す平面状となる。
【００１４】
図３は回転穴開工具の先端部の形状を示す図である。本体部１４ａと先端１４ｂとの接続形状を示し、（ａ）は大きな半径のＲで結んだ形状を示し、（ｂ）はやや小さな半径ＲとこのＲの接線Ｓを一端に接続した形状を示し、（ｃ）はさらに小さな半径ＲとこのＲの接線Ｓを両端に接続した形状を示す。これらのいずれを用いるかは前面エッジ部１２に設けるＲの形状により決められる。回転穴開工具としては回転カッターや回転砥石を用いる。
【００１５】
前面エッジ部１２のＲ取りは開口１１の軸心と回転穴開工具１４の回転軸を一致させ、回転穴開工具１４を回転させ所定の送り代だけ送れればよい。加工されるＲの形状は図３に示した穴開工具先端部の形状と送り代によって決まる。これらは曲面板１０の形状、開口１１の大きさに基づき予め計算によって求めることができる。このように加工方法が簡単であるため、同一形状の曲面板１０に同一直径の開口１１が設けられていれば、同一形状となるＲ取りを行うことは容易にできる。
【００１６】
前面エッジ部１２のＲの形状とその分布を決めるに当たっては、流量係数が所定の値となるように、また応力集中による疲労強度が所定の値となるよう解析が行われる。解析の結果、従来のように全周を同一のＲとしなくても流量係数の大きな低下や疲労強度の大きな低下は生じないことが判明している。
【００１７】
図４は図１に示す第１空気口５を示し、（ａ）は図１のＡ−Ａ矢視図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。円錐の場合稜線は直線となるが、第１空気口５の場合（ｂ）に示すように曲線となっており、第１空気口５の周囲曲面は二重曲面となっている。中心軸Ｃに対する円錐面の曲率は、稜線に沿って変化するため、開口外周よりＲ止まり１３までを示す距離は下側でｔ１、上側でｔ２と異なっている。Ｄ−Ｄ断面に対して左右は同一の曲面となっているので開口外周よりＲ止まり１３まではともにｔ３となっている。このためＲ止まりの形状は左右対称であるが上下は異なり変形楕円となっている。この場合長さｔ１で示す位置を中心にその周囲のＲ取りした形状はＲと直線を結んだ形状となっている。なおｄ１は第１空気口５の直径を示す。
【００１８】
図５は図１に示す第２空気口６を示し、（ａ）は図１のＢ−Ｂ矢視図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面図、（ｃ）は（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。第２空気口６の周囲曲面は単純円錐なので、Ｆ−Ｆ断面は直線となる。またＧ−Ｇ断面はＦ−Ｆ断面に対して対称となっている。単純円錐であっても中心軸Ｃに対する円錐面の曲率は、稜線に沿って変化するため、開口外周よりＲ止まり１３までを示す距離は下側と上側で異なりＲ止まり１３は変形楕円となるが、第２空気口６の直径を示す開口ｄ２の大きさが小さい場合、開口外周よりＲ止まり１３までを示す距離は下側と上側とで製作許容値を考慮すれば同一としてよい。本実施の形態の場合、第２空気口６は第１空気口５に対して小さい。このため（ａ）に示すようにＲ止まり１３は楕円としており、開口外周よりＲ止まり１３までを示す距離はＦ−Ｆ断面で上下ともｔ４、Ｇ−Ｇ断面で左右ともｔ５である。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は、曲面に設けられた空気口のエッジを回転穴開工具の軸を空気口の軸と同一に設定し所定の送りをすることにより、所定の流量係数と疲労強度を有するＲ取りをすることができる。この工法は単純であり手仕上げを必要としないので、同一の仕上げ形状のものを量産でき、機械加工時間も少なくてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す低圧タービンコーンシャフトの縦断面図である。
【図２】  本実施の形態の加工方法を示す図である。
【図３】回転穴開工具の先端部形状を示す図である。
【図４】  図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図５】図１のＢ−Ｂ矢視図である。
【図６】  曲面に設けられた空気口の従来の加工方法を説明する図である。
【符号の説明】
１  回転軸
１ａ  軸後端円錐
２  第１円錐
３  第２円錐
４  低圧タービン動翼
５  第１空気口
６  第２空気口
１０  曲面板
１１  開口
１２  前面エッジ部
１３  Ｒ止まり
１４  回転穴開工具
１４ａ  本体部
１４ｂ  先端
【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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