(57)【要約】      （修正有）【課題】砂漠地帯で運用される場合に砂の堆積を防止する。【解決手段】航空機用ジェットエンジンの圧縮機のブレード１０であって、ブレードの表面にアモルファス層によるコーティング１２が形成される。アモルファス層は、ＴｉＡｌＳｉＮ、ＴｉＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＳｉＮ、ＡｌＴｉＳｉＮ、ＴｉＣＮ、ＤＬＣの少なくとも一つを含み、ＡｌＴｉＳｉＮを含むことが好ましい。また、前記ブレードの表面に所定の表面粗さが形成し、さらにその上にコーティングを形成することができ、前記表面粗さは０．１Ｒａより小さいことが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機用ジェットエンジンの圧縮機のブレードであって、
ブレードの表面にアモルファス層によるコーティングが形成されたこと
を特徴とするブレード。
【請求項２】
前記アモルファス層は、ＴｉＡｌＳｉＮ、ＴｉＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＳｉＮ、ＡｌＴｉＳｉＮ、ＴｉＣＮ、ＤＬＣの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のブレード。
【請求項３】
前記アモルファス層は、ＡｌＴｉＳｉＮを含むことを特徴とする請求項２に記載のブレード。
【請求項４】
前記ブレードの表面が所定の表面粗さに形成され、さらにその上にコーティングが形成されたことを特徴とする請求項１に記載のブレード。
【請求項５】
前記表面粗さは０．１Ｒａ以下であることを特徴とする請求項４に記載のブレード。
【請求項６】
前記圧縮機は、高圧圧縮機であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに一項に記載のブレード。
【請求項７】
航空機用ジェットエンジンの圧縮機に備えられるブレードを製造する方法であって、
このブレードの表面にアモルファス層によるコーティングを形成するステップを含むこと
を特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機用ジェットエンジンの圧縮機のブレード及びその表面処理方法に関し、特に砂の堆積を防止するような航空機ジェットエンジンの圧縮機のブレード及びその表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機用ジェットエンジンには、吸気口から排気口に向かう軸に沿って圧縮機、燃焼室、タービンが順に設けられ、このうち圧縮機はさらに低圧圧縮機、中圧圧縮機、高圧圧縮機から構成されている。
【０００３】
これら圧縮機においては、軸流圧縮機を構成するために金属により形成されたブレードが備えられている。従来、ブレードには、裸の金属が使用され、金属表面に処理はなされていなかった。
【０００４】
これらのブレードは、高圧の空気をさらに圧縮するものであるので、ブレードの表面に空気中の微粒子が堆積しやすいという性質がある。このような微粒子の堆積は、特に高圧圧縮機において顕著である。
【０００５】
例えば、航空機が砂漠地帯で運用される場合には、空気中に大量の砂が含まれるため、高圧圧縮機のブレードへの砂の堆積が見られる。砂の堆積により高圧圧縮機のブレードの形状が変化して空力性能が劣化し、ひいてはジェットエンジンの燃費に悪影響を与えることがあった。
【０００６】
このような高圧圧縮機のブレードに堆積した砂の層は高密度に押し固められ、強固にブレード表面に固着しており、ジェットエンジンの吸気口から水を散布することでは除去できなかった。砂の堆積を除去するためには、ジェットエンジンを分解してブレードごとに洗浄する必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−９０８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このため、航空機を砂漠地帯で運用する場合、高圧圧縮機のブレードに砂が堆積して空力性能が劣化し、航空機用ジェットエンジンの燃費に悪影響を与えていた。また、砂が堆積した高圧圧縮機のブレードを洗浄するためにジェットエンジンを分解する必要があり、保守に要する負担が大きかった。
【０００９】
本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、砂漠地帯で運用される場合に砂の堆積を防止するような航空機用ジェットエンジンの圧縮機のブレード及びその表面処理方法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】
【００１０】
本願に係るブレードは、航空機用ジェットエンジンの圧縮機のブレードであって、ブレードの表面にアモルファス層によるコーティングが形成されたものである。前記アモルファス層は、ＴｉＡｌＳｉＮ、ＴｉＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＳｉＮ、ＡｌＴｉＳｉＮ、ＴｉＣＮ、ＤＬＣの少なくとも一つを含むことが好ましい。前記アモルファス層は、ＡｌＴｉＳｉＮを含むことが好ましい。前記ブレードの表面が所定の表面粗さに形成され、さらにその上にコーティングが形成されることが好ましい。前記所定の表面粗さは、空力性能を悪化させない粗さであることが好ましい。前記表面粗さは０．１Ｒａ以下であることが好ましい。前記圧縮機は、高圧圧縮機であることが好ましい。
【００１１】
本願に係る方法は、航空機用ジェットエンジンの圧縮機に備えられるブレードを製造する方法であって、このブレードの表面にアモルファス層によるコーティングを形成するステップを含むものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、航空機用ジェットエンジンのブレードへの砂の堆積を防止し、高圧圧縮機の空力性能の劣化を防止し、ひいてはジェットエンジンの性能を確保することができる。また、航空機用ジェットエンジンのブレードへの砂の堆積を防止することにより、高圧圧縮機を含むジェットエンジンの保守のための負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】表面処理されたブレードの拡大断面図である。
【図２】航空機用ジェットエンジンの構造を示す図である。
【図３】ブレードにコーティングを形成する成膜装置を示す図である。
【図４】表面処理されたブレードの断面を示す顕微鏡像である。
【図５】バーナーリグ装置を用いた試験の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る航空機用ジェットエンジンの圧縮機のブレード及びその表面処理方法の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、航空機用ジェットエンジンの高圧圧縮機のブレードの拡大断面図であり、ブレード１０の一部の断面を拡大して示すものである。なお、この図はブレード１０の表面処理を説明するためのものであり、図中のスケールは実際のブレード１０に対応するものではない。
【００１６】
ブレード１０は、基材１１の表面にアモルファス層による被膜、すなわちコーティング１２が形成されている。基材１１には、例えばチタン合金が用いられる。コーティング１２には、ＴｉＡｌＳｉＮ、ＴｉＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＳｉＮ、ＡｌＴｉＳｉＮ、ＴｉＣＮ、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）の少なくとも一つを含むアモルファス層が基材１１上に形成される。このコーティング１２は、ＡｌＴｉＳｉＮを含むことが好ましい。コーティング１２は、例えば１〜５０μｍ、好ましくは２〜２０μｍの厚さに形成されることが好ましい。
【００１７】
図２は、このようなブレード１０が備えられる航空機用のジェットエンジン２０の構成を示す図である。ジェットエンジン２０には、吸気口から排気口に向きに回転軸に沿って、ファン２１、低圧圧縮機２２、中圧圧縮機２３、高圧圧縮機２４、燃焼室２５、タービン２６が備えられている。ブレード１０は、これらのうち高圧圧縮機２４に備えられる。
【００１８】
なお、本実施の形態のブレードは、航空機用ジェットエンジンの圧縮機であれば適用することができ、高圧圧縮機２４のブレードに限定されない。例えば、低圧圧縮機２２や中圧圧縮機２３のブレードに適用することもできる。
【００１９】
図３は、ブレード１０にコーティングを形成する成膜装置を示す図である。成膜装置３０は、チャンバ３１内に基材１１を格納し、この基材１１の表面に蒸着等の物理気相成長法（ＰＶＤ）によりアモルファス層によるコーティングを形成する。
【００２０】
図中の成膜装置３０は、チャンバ３１内のテーブル３２で基材１１を支持し、テーブル３２を回転軸３３により所定速度で回転させている。チャンバ３１の内壁には複数の蒸発源３４が設けられ、コーティングを形成するための蒸着材料が気化されている。
【００２１】
蒸発源３４には蒸発源電源３５から電源が供給され、また、基材１１にはバイアス源３６によりバイアス電圧が供給されている。さらに、チャンバ３１には吸気口３７からガスが供給されるとともに、真空ポンプ３８により排気され、チャンバ３１内は所定の雰囲気に保たれている。
【００２２】
このような成膜装置３０のチャンバ３１内に格納された基材１１は、所定時間にわたって蒸着材料を蒸着されることにより、表面にアモルファス層によるコーティングが形成される。アモルファス層の性質は、堆積速度、成膜速度等によって調整することができる。例えば、基材１１上に形成されるコーティングが結晶化することなくアモルファス化するように高速で堆積することができる。
【００２３】
図４は、コーティング１２が形成されたブレード１０の顕微鏡像を示す図である。この顕微鏡像は、ＡｌＴｉＳｉＮ系の材料を蒸着した場合に基材１１の表面に形成されるコーティング１２の断面を走査電子顕微鏡により約一万倍に拡大したものである。
【００２４】
基材１１の表面に蒸着したＡｌＴｉＳｉＮ系の材料は二層に別れ、基材上に数μｍの厚さのＴｉＡｌ系窒化物による層が形成され、この上に１μｍより薄いＴｉＳｉ系窒化物の層が形成されている。
【実施例１】
【００２５】
実施例として、各種材料によりブレード１０を構成する基材１１を作成することを想定し、当該材料による丸棒形状の試験片６１上にコーティング１２を形成し、砂の付着性を比較した。この実施例においては、高速バーナーリグ装置を用いて、稼働中の高圧圧縮機における高圧、高速の空気流を再現し、砂を模擬した硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）の粉末を試験片６１に吹き付けて砂を堆積させた。
【００２６】
図５は、バーナーリグ装置を用いた試験片６１に対する砂の付着の試験の様子を示す図である。試験は、図のように配置したバーナーリグ装置を用いて２回にわたって試験片６１にＣａＳＯ４の粉末を吹き付けた。粉末の平均粒径は約１．５μｍであった。
【００２７】
バーナーリグ装置において、図５中（ａ）に示すように、円周上に試験片６１を保持して回転する試験片ホルダ５５に向け、燃焼器５１から火炎５２とともに硫酸カルシウム粉末を噴射し、試験片６１に火炎５２と硫酸カルシウム粉末が均等に当たるようにした。
【００２８】
図５（ｂ）は図５（ａ）の矢視Ａによるものであり、回転シャフト５６によって回転駆動される試験片ホルダ５５に保持された試験片６１は、火炎と硫酸カルシウム粉末を噴射する燃焼器５１正面に位置するようになされている。
【００２９】
実験の結果、試験片６１に形成されたコーティング１２の材質と試験片６１に対する砂の付着性について、次のような結果が得られた。評価は、コーティング無の試験片に対する重量増加比に基づいて行った。
【表１】
2014238014.tif 000003
【００３０】
試料５のＡｌＴｉＳｉＮ系の場合に最も砂の付着が少ない結果が得られた。このＡｌＴｉＳｉＮ系のコーティング１２の顕微鏡像は、前記図４に示したものである。また、このＡｌＴｉＳｉＮ系に次いで、試料２のＴｉＡｌＳｉＮ系、試料６のＴｉＣＮ、試料７の耐熱ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、試料８のＤＬＣにおいても良好な結果が得られた。さらに、試料３のＴｉＡｌＣｒＮ系においてもやや良い結果が得られた。
【００３１】
このような砂の付着性が少ない試験片６１の材料を基材１１としたブレード１０を使用することにより、ブレード１０への砂の堆積を防止することができ、ひいては、空力性能の劣化を低減し、ジェットエンジンの燃費の低下させないようにすることができる。
【実施例２】
【００３２】
他の実施例として、砂の付着性に対する表面粗さの影響についてさらに比較した。この実施例では、ブレード１０の基材１１と同じ材質を有する丸棒形状の試験片６１の表面に空力性能を悪化させないような所定の表面粗さを形成し、その上にＴｉＡｌＮコーティング１２を形成した。そして、コーティングなしの試験片に対する重量変化を測定した。
【００３３】
実験の結果、表面粗さと砂の付着性について、次のような関係が得られた。評価は、コーティング無の試験片に対する重量増加比に基づいて行った。
【表２】
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【００３４】
表面粗さ約０．３Ｒａの時は砂の付着が比較的多く、効果が認められなかった。これに対して、表面粗さ約０．１Ｒａの時は砂の付着に低下が見られ、やや効果が認められた。したがって、表面粗さ約０．１Ｒａ以下のときに砂の付着の低下を期待できる。
【００３５】
このようにコーティング１２に表面粗さを組み合わせることにより、コーティング１２の効果に加えてさらなる砂の付着防止を図ることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ブレード
１１  基材
１２  コーティング
２０  ジェットエンジン
２４  高圧圧縮機
３０  成膜装置
５１  燃焼器
６１  試験片
【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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