(57)【要約】【課題】成形冷却孔を備えた基材及びその製造方法を提供すること。【解決手段】１つ又はそれ以上の成形エフュージョン冷却孔が形成された基材が提供される。各成形冷却孔は、燃焼器ライナの出口面に対して角度が付けられたボアを有する。ボアの一方の端部は、燃焼器ライナの入口面に形成された入口である。ボアの他方の端部は、燃焼器ライナの出口面に形成された出口である。出口は、１つの寸法でのみ拡大した成形部分を有する。また、成形冷却孔を形成する方法も提供される。【選択図】      図１
2014219002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形冷却アパーチャを備えた燃焼器ライナであって、
入口面と出口面とを有する燃焼器ライナと、
第１の曲線セグメント、第２の曲線セグメント、及び少なくとも２つの線形セグメントを有する入口と、
前記入口のアパーチャから前記出口面に向かって移行点まで延びるボアと、
前記移行点から前記出口面まで延び、第１の曲線セグメント、第２の曲線セグメント、及び少なくとも２つの線形セグメントを有する出口と、
を備え、前記入口が第１の面積を有し、前記出口が第２の面積を有し、前記第２の面積が前記第１の面積よりも大きい、燃焼器ライナ。
【請求項２】
前記ボアが、５０度未満の角度で配置される、請求項１に記載の成形冷却アパーチャを備えた燃焼器ライナ。
【請求項３】
前記ボアが、５度よりも大きな角度で配置される、請求項１に記載の成形冷却アパーチャを備えた燃焼器ライナ。
【請求項４】
前記ボアが、約２０度の角度で配置される、請求項１に記載の成形冷却アパーチャを備えた燃焼器ライナ。
【請求項５】
前記冷却アパーチャが、実質的にＹ字形である、請求項１に記載の成形冷却アパーチャを備えた燃焼器ライナ。
【請求項６】
前記出口が、前記入口と比べて２つの方向で拡大している、請求項１に記載の成形冷却アパーチャを備えた燃焼器ライナ。
【請求項７】
前記２つの方向が、１つの寸法に沿っている、請求項６に記載の成形冷却アパーチャを備えた燃焼器ライナ。
【請求項８】
航空機エンジン構成要素であって、
空気流に隣接して位置付けられ、入口面、出口面、及び冷却アパーチャを有する基材を備え、前記入口面が、第１の曲線セグメントと、第２の曲線セグメントと、前記第１及び第２の曲線セグメント間に延びる第１及び第２の線形セグメントとによって定められる入口を有し、
前記航空機エンジン構成要素が更に、
前記入口から前記出口面に向かって予め選択された角度で延びたボアと、
前記出口面に形成され、第１の曲線セグメントと、第２の曲線セグメントと、前記第１及び第２の曲線セグメント間に延びる第１及び第２の線形セグメントとによって定められる出口と、
を備え、前記入口が第１の面積を定め、前記出口が第２の面積を定め、前記第１の面積が前記第２の面積よりも小さく、前記第２の面積は、前記第１の面積から前記第２の面積まで単一の寸法で拡大している、航空機エンジン構成要素。
【請求項９】
前記ボアが、前記第１の面積が増大し始める移行点を有する、請求項８に記載の冷却アパーチャを備える航空機エンジン構成要素。
【請求項１０】
前記冷却アパーチャが、前記移行点と前記出口との間にウィングを有する、請求項９に記載の冷却アパーチャを備える航空機エンジン構成要素。
【請求項１１】
前記入口が、実質的に楕円形状である、請求項８に記載の冷却アパーチャを備える航空機エンジン構成要素。
【請求項１２】
前記出口が、実質的に楕円形状である、請求項１１に記載の冷却アパーチャを備える航空機エンジン構成要素。
【請求項１３】
燃焼器ライナにおいて成形冷却孔を形成する方法であって、
レーザを用いて中心位置において中心ボアを出口から入口に向けてドリル加工するステップと、
前記レーザを前記中心位置の第１の側に移動させる間に１回目として前記レーザをパルス化して送るステップと、
前記第１のパルス化を停止し、前記レーザを前記中心位置に移動させるステップと、
前記レーザを前記中心位置の第２の側に移動させる間に２回目として前記レーザをパルス化して送るステップと、
前記第２のパルス化を停止し、前記レーザを前記中心位置に移動させるステップと、
前記レーザで孔開けし、冷却孔のサイズ及び形状を制御するステップと、
を含む、方法。
【請求項１４】
冷却アパーチャを形成する方法であって、
中心ボアを予め選択した角度で出口面から入口面に向かって基材を貫通してドリル加工するステップと、
前記レーザ及び前記基材の一方を前記ボアの中心線に対して第１の方向で移動させる間に前記レーザを第１の連続列でパルス化して送るステップと、
前記第１の連続列での前記レーザのパルス化を停止し、前記レーザ及び前記基材の一方を移動させるステップと、
前記レーザ及び前記基材の一方を前記ボアの中心線に対して第２の方向で移動させる間に前記レーザを第２の連続列でパルスかして送るステップと、
前記第２の連続列での前記レーザのパルス化を停止し、前記レーザ及び前記基材の一方を移動させるステップと、
前記レーザで孔開けし、実質的に楕円形状の入口を形成するステップと、
を含む、方法。
【請求項１５】
実質的に楕円形状の出口を形成するステップを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記楕円形状の出口が、前記楕円形状の入口よりも大きな面積を有して形成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ボア内に移行点を形成するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、全体的にタービンに関し、より詳細には、ガスタービンの燃焼器ライナの製造及び／又は冷却における特定の新規の有用な進歩に関し、以下は、その明細書であり、本明細書の一部を形成する添付図面を参照して説明する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの燃焼器は、燃料の燃焼が生じ、エミッション及び／又は燃料効率を含む様々なエンジン特性に影響を及ぼす構成要素又は領域である。燃焼器の目的は、燃料と空気の燃焼を調節して高温ガスの形態のエネルギーを生成することであり、このガスは、エンジン又は発電機タービンを回転させ、及び／又は排気ノズルを通って送ることができる。燃焼器は、ホットスポットがタービン又は燃焼器を損傷しないように均一な出口温度プロファイルを維持すること、及び低エミッションの汚染物質で作動することを含む、様々な設計考慮事項の影響を受ける。従って、燃焼プロセスを含み且つ種々の空気流を燃焼ゾーン内に導入する燃焼器ライナは、高温に耐えるように構築されている。一部の燃焼器ライナは、熱障壁コーティング（「ＴＢＣ」）によって断熱されるが、ほとんどは、ライナ温度を低下させるための様々なタイプの空気冷却に依存している。例えば、フィルム冷却は、燃焼器ライナの内部にわたって薄い一面の冷却空気を噴出し、他方、エフュージョン冷却は、燃焼器ライナにおいて狭間隔で配置された離散的細孔又は孔から形成される格子部を通って冷却空気を通過させる。２つの手法のうちエフュージョン冷却は、使用する空気が少なく、フィルム冷却よりも均一な温度プロファイルを生成する傾向がある。
【０００３】
図１４は、従来の円形フィルム冷却孔１２０を有する、熱障壁コーティングでコーティングされた基材の側断面図である。図１５は、線Ａ−Ａ’から見た、図１４の従来の円形フィルム冷却孔１２０の別の断面図である。図１６は、線Ｂ−Ｂ’から見た、図１５の従来の円形フィルム冷却孔１２０の別の断面図である。
【０００４】
図１７は、従来の円錐フィルム冷却孔１３０を有する、熱障壁コーティングでコーティングされた基材の側断面図である。図１８は、線Ａ−Ａ’から見た、図１７の従来の円錐フィルム冷却孔１３０の別の断面図である。図１９は、線Ｂ−Ｂ’から見た、図１７の従来の円錐フィルム冷却孔１３０の別の断面図である。
【０００５】
図２０は、従来の「３Ｄ」フィルム冷却孔１４０を有する、熱障壁コーティングでコーティングされた基材の側断面図である。図２１は、線Ａ−Ａ’から見た、図２０の従来の「３Ｄ」フィルム冷却孔１４０の別の断面図である。図２２は、線Ｂ−Ｂ’から見た、図２０の従来の「３Ｄ」フィルム冷却孔１４０の別の断面図である。
【０００６】
図２３は、従来の「ファン」フィルム冷却孔１５０を有する、熱障壁コーティングでコーティングされた基材の側断面図である。図２４は、線Ａ−Ａ’から見た、図２３の従来の「ファン」フィルム冷却孔１５０の別の断面図である。図２５は、線Ｂ−Ｂ’から見た、図２３の従来の「ファン」フィルム冷却孔１５０の別の断面図である。
【０００７】
図１５〜２５を参照すると、各従来の冷却孔１２０、１３０、１４０、及び１５０は、基材１００においてある角度を付けて形成される。基材１００は、熱障壁コーティング１０１でコーティングされる。熱障壁コーティング１０１は、ボンドコート１０３でコーティングされる。各冷却孔１２０、１３０、１４０、及び１５０は、基材１００の一方の側に形成された入口１１３と、基材１００の反対側に形成されたより大きな出口１１１とを有する。各冷却孔１２０、１３０、１４０、及び１５０は、入口１１３と連通し及び／又はその一部を形成するボア１１２を有する。ボア１１２は、ほぼ円筒形である。円形の冷却孔１２０では、ボア１１２の直径１１４は、入口１１３と出口１１１との間で均一である。冷却孔１３０、１４０、及び１５０では、ボア１１２の直径１１４は、出口１１１の近傍で大きくなる。
【０００８】
しかしながら、従来の冷却孔１２０、１３０、１４０、及び１５０の各々には、少なくとも１つの欠点がある。例えば、円錐フィルム冷却孔１３０及び「ファン」フィルム冷却孔１５０を分析すると、対流冷却において欠点があることが明らかになった。図示のような「３Ｄ」フィルム冷却孔１４０は、下流側方向の全ての側部で３次元拡散に移行する円筒形ボア１１２を有する。しかしながら、このタイプのエフュージョン冷却配列は、燃焼器ライナに好適ではない傾向があり、これは、このような３次元の下流側拡散によって、有意な量の熱障壁コーティング（「ＴＢＣ」）が燃焼器ライナから取り除かれ、ここでの放射が熱負荷のかなりの部分を占める燃焼器における欠点となるためである。
【０００９】
エフュージョン冷却での実施は、それぞれの空気流の結合が連続した保護フィルムになるのを確保し、また、あらゆる場所でボア対流冷却が確実に存在するように、多孔アレイの軸方向及び半径方向間隔を約６．５直径にまで制限する。この間隔は、単位面積当たりの最小冷却流が一定であることを意味する。しかしながら、技術が進歩するにつれて、ＮＯｘエミッション低減のための冷却流の低減及び空気の解放、効率の向上、及び／又は良好なタービン冷却に対する強い要求がある。
【００１０】
同様に、過剰な応力集中を避けるため、多孔アレイの軸方向及び接線方向の間隔に対しての最小４又は５直径に制限される。この間隔は、単位面積当たりの最大冷却流が一定であることを意味する。しかしながら、燃焼器内の局所的流れ特性によってフィルムの蓄積が妨害されるある特定の位置では、ライナ寿命が短くなるのを避けるために、冷却流を局所的に増大させる強い要求がある。側方方向で入口調量孔を拡大することにより、形状ウィングに対し最良の空気供給をもたらし、調量孔直径を単に拡大するよりも良好なボア冷却表面積を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，６５５，１４９号明細書
【発明の概要】
【００１２】
本明細書で図示及び説明され、請求項に記載されたように、ボア対流冷却の損失がほとんどない改善されたフィルム効果を有する、ガスタービンの燃焼器ライナなどのエフュージョン冷却構成要素で使用する成形冷却孔、並びにその形成方法の実施形態が提供される。成形冷却孔の実施形態の種々の特徴及び利点は、添付図面と共に以下の説明を参照することにより明らかになるであろう。
【００１３】
一部の実施形態によれば、成形冷却アパーチャを有する燃焼器ライナは、入口面と出口面とを有する燃焼器ライナと、第１の曲線セグメント、第２の曲線セグメント、及び少なくとも２つの線形セグメントを有する入口と、入口のアパーチャから出口面に向かって移行点まで延びるボアと、移行点から出口面まで延び、第１の曲線セグメント、第２の曲線セグメント、及び少なくとも２つの線形セグメントを有する出口と、を備え、入口は第１の面積を有し、出口は第２の面積を有し、該第２の面積が第１の面積よりも大きい。
【００１４】
更に別の実施形態によれば、冷却アパーチャを有する航空機エンジン構成要素は、空気流に隣接して位置付けられ、入口面、出口面、及び冷却アパーチャを有する基材を備え、該入口面が、第１の曲線セグメントと、第２の曲線セグメントと、前記第１及び第２の曲線セグメント間に延びる第１及び第２の線形セグメントとによって定められる入口を有し、航空機エンジン構成要素が更に、入口から出口面に向かって予め選択された角度で延びたボアと、出口面に形成され、第１の曲線セグメントと、第２の曲線セグメントと、第１及び第２の曲線セグメント間に延びる第１及び第２の線形セグメントとによって定められる出口と、を備え、入口が第１の面積を定め、出口が第２の面積を定め、第１の面積が第２の面積よりも小さく、第２の面積は、第１の面積から第２の面積まで単一の寸法で拡大している。
【００１５】
別の実施形態によれば、燃焼器ライナにおいて成形冷却孔を形成する方法は、レーザを用いて中心位置において中心ボアを出口から入口に向けてドリル加工するステップと、レーザを中心位置の第１の側に移動させる間に１回目として前記レーザをパルス化して送るステップと、第１のパルス化を停止し、レーザを中心位置に移動させるステップと、レーザを中心位置の第２の側に移動させる間に２回目としてレーザをパルス化して送るステップと、第２のパルス化を停止し、レーザを中心位置に移動させるステップと、レーザで孔開けし、冷却孔のサイズ及び形状を制御するステップと、を含む。
【００１６】
更に別の実施形態によれば、冷却アパーチャを形成する方法は、中心ボアを予め選択した角度で出口面から入口面に向かって基材を貫通してドリル加工するステップと、レーザ及び基材の一方をボアの中心線に対して第１の方向で移動させる間にレーザを第１の連続列でパルス化して送るステップと、第１の連続列でのレーザのパルス化を停止し、レーザ及び基材の一方を移動させるステップと、レーザ及び基材の一方をボアの中心線に対して第２の方向で移動させる間にレーザを第２の連続列でパルスかして送るステップと、第２の連続列でのレーザのパルス化を停止し、レーザ及び前記基材の一方を移動させるステップと、レーザで孔開けし、実質的に楕円形状の入口を形成するステップと、を含む。
【００１７】
次に、添付図面について概略的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】成形冷却孔の１つの実施形態の断面図。
【図２Ａ】線Ａ−Ａ’から見た、図１の成形冷却孔の別の断面図。
【図２Ｂ】線Ｂ−Ｂ’から見た、図１の成形冷却孔の別の断面図。
【図３】ドリル加工及びその後のコーティング及び清浄プロセスによって作製される、図１及び２の成形冷却孔の１つの実施形態を有する、熱障壁コーティングでコーティングされた基材の側断面図。
【図４】線Ａ−Ａ’から見た、図３の成形冷却孔の別の断面図。
【図５】線Ｂ−Ｂ’から見た、図３の成形冷却孔の別の断面図。
【図６】成形冷却孔のアレイを形成させた基材の一部を示す概略図。
【図７】各成形冷却孔によって提供される幅広の出口を示す、所定角度で成形冷却孔のアレイを形成させた基材の出口面の上面図。
【図８】成形冷却孔の入口を示す、図７の金属クーポンの反対の入口面の上面図。
【図９】図１、２、３、４、及び５の成形冷却孔の１つの実施形態に関する、製造方法を例示した概略図。
【図１０】図９の製造方法を更に示すフローチャート。
【図１１】図１、２Ａ、２Ｂ、３、４、５及び９に示した成形冷却孔のような１つ又はそれ以上の成形冷却孔を形成する別の方法の１つの実施形態のフローチャート。
【図１２】１つ又はそれ以上の成形冷却孔を製造するのに使用されるシステムの１つの実施形態の概略図。
【図１３】図１２に示したような、基材内に１つ又はそれ以上の成形冷却孔を製造する方法を更に示したフローチャート。
【図１４】従来の円形フィルム冷却孔を有する、熱障壁コーティングでコーティングされた基材の側断面図。
【図１５】線Ａ−Ａ’から見た、図１４の従来の円形フィルム冷却孔の別の断面図。
【図１６】線Ｂ−Ｂ’から見た、図１５の従来の円形フィルム冷却孔の別の断面図。
【図１７】従来の円錐フィルム冷却孔１３０を有する、熱障壁コーティングでコーティングされた基材の側断面図。
【図１８】線Ａ−Ａ’から見た、図１７の従来の円錐フィルム冷却孔の別の断面図。
【図１９】線Ｂ−Ｂ’から見た、図１７の従来の円錐フィルム冷却孔の別の断面図。
【図２０】従来の「３Ｄ」フィルム冷却孔を有する、熱障壁コーティングでコーティングされた基材の側断面図。
【図２１】線Ａ−Ａ’から見た、図２０の従来の「３Ｄ」フィルム冷却孔の別の断面図。
【図２２】線Ｂ−Ｂ’から見た、図２０の従来の「３Ｄ」フィルム冷却孔の別の断面図。
【図２３】従来の「ファン」フィルム冷却孔を有する、熱障壁コーティングでコーティングされた基材の側断面図。
【図２４】線Ａ−Ａ’から見た、図２３の従来の「ファン」フィルム冷却孔の別の断面図。
【図２５】線Ｂ−Ｂ’から見た、図２３の従来の「ファン」フィルム冷却孔の別の断面図。
【図２６】成形冷却孔の代替の実施形態の断面図。
【図２７】線Ａ−Ａから見た、図２６の成形冷却孔の別の断面図。
【図２８】線Ｂ−Ｂから見た、図２６の成形冷却孔の別の断面図。
【図２９】図２６の例示的な成形冷却孔の上面図。
【図３０】基材の出口面の上面図。
【図３１】基材の入口面の上面図。
【図３２】製造方法を例示した、図２６の冷却孔の概略図。
【図３３】冷却孔を形成する方法を示したフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
同じ参照符号は、別途記載のない限り縮尺取りではない複数の図面を通じて、同一又は対応する構成要素及びユニットを指す。
【００２０】
図１は、所定角度で形成され且つコーティング及びその後のドリル加工プロセスによって作製される成形冷却孔の１つの実施形態を有する、１つ又はそれ以上の層２７及び／又は２８でコーティングされた基材２０の側断面図である。限定ではなく例証として、基材２０の出口面３７に対するボア５３の所定角度は、約２０度〜３０度の範囲とすることができる。図２Ａは、線Ａ−Ａ’から見た、図１の成形冷却孔の別の断面図である。図２Ｂは、線Ｂ−Ｂ’から見た、図１の成形冷却孔の別の断面図である。図３は、ドリル加工及びその後のコーティング及び清浄プロセスによって作製される、図１及び２の成形冷却孔が形成された１つの実施形態を有する、熱障壁コーティングでコーティングされた基材の側断面図である。図４は、線Ａ−Ａ’から見た、図３の成形冷却孔の別の断面図である。図５は、線Ｂ−Ｂ’から見た、図３の成形冷却孔の別の断面図である。
【００２１】
図１、２Ａ、２Ｂ、３、４、及び５を参照すると、成形冷却孔１０のボア５３は、基材２０の第１の側部３６上に形成された入口１３から、基材２０の第２の側部３７上に形成された成形冷却孔１０の出口１１まで延びている。図示のように、出口１１は、入口１３よりも大きな寸法を有する。ボア５３の直径１４（図２Ａ、２Ｂ、４及び５）は、入口１３から成形冷却孔１０の移行点１１５まで円筒形である。成形冷却孔１０の移行点１１５付近からは、ボア５３の直径１４は、１つの寸法でのみ（例えば、単一の寸法に沿って２つの方向で）拡大し、成形冷却孔の長手方向中心軸線３５の周りで対称的な第１のウィング３１と第２のウィング３３（図Ａ、２Ｂ、４及び５で示すように）とを有するようになる。
【００２２】
図１、２Ａ及び２Ｂにおいて、成形冷却孔１０がレーザドリル加工される前に層２７、２８が基材２０上でコーティングされるので、ボア６３内にオーバーフローは存在しない。層２７は、基材２０の出口面３７に取り付けられる。任意選択的に、別の層２８、すなわち、第２の層２８が層２７に取り付けられる。１つの実施形態において、層２７は熱障壁コーティング（ＴＢＣ）であり、層２８は、別の熱障壁コーティングか又はボンドコートの何れかである。別の実施形態において、層２７は、非熱障壁コーティングであり、層２８は熱障壁コーティングである。実施形態によっては、成形冷却孔１０の１つ又はそれ以上の寸法は、基材２０の厚み３０、基材２０と層２７の全体厚み５１、又は基材２０、層２７及び層２８の全体厚み５２に対応するようにスケール調整又は修正することができる。
【００２３】
図２Ａ及び図４を参照すると、成形冷却孔１０は、入口１３から出口１１まで貫通して延びるボア５３を有する。出口１１は、冷却孔１０の中心長手方向軸線３５の周りに対称的な対向するウィング３１、３３を有し、且つ１つの寸法でのみ拡大又は広がった成形部分を有する。図１及び図４の断面図は、「Ｙ」字形を有する成形冷却孔１０の実施形態を参照するベースを提供する。
【００２４】
図２Ｂは、線Ｂ−Ｂ’から見た、図２Ａの成形冷却孔１０の別の断面図である。換言すると、この図は、出口１１（図２Ａ）から入口１３（図２Ａ）に向かって見たときの成形冷却孔１０の断面図である。図５は、出口（図４）から入口１４（図４）に向かって見たときの成形冷却孔１０の断面図である。従って、図２Ｂ及び図５は、成形部分、又はウィング３１、３３、円筒形ボア５３を有する成形冷却孔１０を示している。
【００２５】
図３、４、及び５は、図１の成形冷却孔１０の第２の実施形態を描いている。この第２の実施形態において、成形冷却孔１０は、最初に、所定角度にて基材２０内にドリル加工される。その後、基材２０は、所望の材料からなる少なくとも１つの層２７でコーティングされる。このコーティングの結果として、層２７を形成する所望の材料の一部は、出口１１の一部内でオーバーブロー２９を生じることができる。軟質層２８の何らかのオーバーフローは、ボア５３を通じて研磨剤をブラスト処理することにより除去される。
【００２６】
図６は、成形冷却孔１０のアレイ２５を形成させた基材２０の一部を示す概略図である。この特定の非限定的な実施例において、基材２０は、ガスタービンの燃焼器ライナである。成形冷却孔１０のアレイ２５は、列内に所定の列間隔２１ａと所定の孔間隔２１ｂとを有する。加えて、１つの実施形態において、成形冷却孔１０の隣接する列は、所定量２３だけオフセットされている。
【００２７】
図７は、各成形冷却孔１０によって提供される幅広の出口１１を示す、所定角度で成形冷却孔１０のアレイ２５を形成させた基材２０の出口面３７の上面図である。図８は、成形冷却孔１０の入口１３を示す、図７の金属クーポンの反対の入口面の上面図である。図７及び８において、基材２０は、任意選択的に１つ又はそれ以上の層でコーティングされた金属クーポンである。このような層は、図３を参照して説明した層２７及び２８とすることができる。
【００２８】
（本発明の実施形態に関連する例示的な恩恵）
本明細書で説明されるように、成形冷却孔１０の実施形態は、１つ又はそれ以上の例示的で非限定的な恩恵を提供する。
【００２９】
再度図１、２、及び３を参照し、従来使用されていた円形及び／又は円錐形冷却孔と比較すると、成形冷却孔１０の実施形態は、１つの寸法にのみ出口１１が延びて、これらの長さの約半分ではほぼ円筒形のままであり、これにより高いボア冷却速度が維持される。しかしながら、高いボア冷却速度はボア５３を通って維持されるが、成形冷却孔１０の実施形態は、冷却流の速度は、成形冷却孔１０の幅広の形状部分に流入したときに低下するので、出口１１における冷却剤の流れの流出モーメントが低下する傾向となる。従って、各成形冷却孔１０を通る冷却剤の流れは、入口１３を通る第１の（流入）モーメントと、出口１１における低下した第２の（流出）モーメントとを有することになる。この低下した第２のモーメントは、流体ジェットが近傍表面に付着する傾向であるコアンダ効果と組み合わさって、望ましくないブローオフが低減される。そのため、成形冷却孔１０の実施形態は、従来の円形孔１２０でこれまで達成できるものよりも大きな、冷却剤の流れの均一で幅広く薄いフィルム（以下「冷却フィルム」）を提供する。
【００３０】
従って、１つの実施形態において、成形冷却孔１０は、入口１３から移行点１５まで延びた円筒形ボア５３を有し、また、移行点１５から延びた出口１１を有し、該出口は、１つの寸法でだけ、例えば、１つの寸法に沿って少なくとも１つの方向で拡大して、基材２０の出口面３７に付加される層２７の減少を最小限にし、成形冷却孔１０を通って流れる冷却流体の冷却フィルムを拡散して、冷却流体が結合し、冷却剤終端間の高温ギャップを低減するようにする。従って、成形冷却孔１０の実施形態を用いると、従来の円形フィルム冷却孔１２０、従来の円錐フィルム冷却孔１３０、従来の「３Ｄ」フィルム冷却孔１４０又は従来の「ファン」フィルム冷却孔１５０の他のタイプの出口形状に伴う悪影響無しで、この拡張出口１１が提供される。
【００３１】
その上、成形冷却孔１０のアレイは、幾何学的対象範囲の改善、及び低いブローオフモーメントをもたらすことが分かっている。これらの作用を組み合わせて、従来のタイプのフィルム冷却孔１２０、１３０、１４０、及び１５０のアレイで達成できるものよりも良好な冷却フィルムを基材２０の出口面上に確立することができる。加えて、成形冷却孔１０の出口１１から流出する改善された冷却フィルム流体は、基材２０の出口面３７及び／又は熱障壁コーティング（ＴＢＣ）のような層２７及び／又は２８を円形孔１２０の場合よりも良好に過剰温度から保護するが、成形冷却孔１０のボア５３が形成される材料は、基材２０の出口面３７から入口面３６に向けて熱を奪うことを促進する対流熱伝達係数を有する。長さに沿って高い平均速度を維持することにより、「Ｙ」字形孔１０は、従来の孔１３０、１４０、又は１５０よりも良好な対流冷却を提供する。また、成形冷却孔１０は、従来の孔１３０又は１４０よりも熱障壁２８をそのまま残すことができる。従って、冷却孔のアレイにおいて、成形冷却孔１０は、従来の冷却孔と比べて、出口１１での冷却流体の低温の薄いフィルムを確立するのにより少ない列を使用している。成形冷却孔１０の出口１１での冷却流体の低温の薄いフィルムは、従来の冷却孔を用いて現行で得ることができるよりもより低い温度を基材２０の出口面３７上に提供する。これは、現行の冷却レベルで部品寿命を向上させ、及び／又は表面温度限度内でより厚みのある層２７、２８を可能にする。
【００３２】
要約すると、本明細書で記載される成形冷却孔１０のアレイを有する基材２０は、熱障壁コーティング及び／又はボンドコートのような、基材２０に既に施工されている層の温度を低下させ、及び／又は従来のタイプの冷却孔１２０、１３０、１４０、及び１５０と比べて、基材２０を形成する下にある材料の温度を低下させることが分かった。これらの恩恵の何れか又は両方は、現行の冷却レベルで部品寿命を向上させ、及び／又は表面温度限度内で、熱障壁コーティング及び／又は他のタイプのコーティングのような層をより厚みのあるものにすることができる。航空機エンジン及び他のガスタービンの顧客は、より高い圧力比サイクル、次のオーバーホールまでの耐用期間がより長いこと、及び低エミッションといった燃料燃焼上の利点を求めているので、このような恩恵は重要なことである。しかしながら、このような相反する要件では、最少量の冷却流から最大の冷却上の恩恵を得ることが求められる。また、従来の孔１２０、１３０、１４０、及び１５０に比べて、成形孔１０にはコスト上の利点が存在する場合がある。除去される材料の量は、孔１３０、１４０、又は１５０の場合よりも少なくなる。所望の流れ特性の維持は、孔１３０又は１５０の場合よりも円筒部分が限定されるのでより容易である。最後に、以下で説明するように、孔１３０又は１４０よりもレーザ合焦、レーザヘッド移動、又は部品移動の操作がより簡単である迅速なレーザプロセスによって形状を形成することができる。本明細書で記載される成形冷却孔１０の実施形態は、これら及び／又は他の問題に対処するので、限定ではないが、エンジン及びタービン、及び／又はこれらの構成要素のような機械の最適設計において重要な役割を果たす。
【００３３】
（製造及び／又は使用方法）
成形冷却孔１０を製造するのに様々な方法が用いられる。１つのこのような方法は、貫通孔をレーザドリル加工し、次いで、貫通孔の対向する両側に一致する、様々な深さの平行ショットを開始することを含む。別のこのような方法は、基材２０（図１）を回転させ、リードアンドラグ（進み及び遅れ）を伴うオンザフライでレーザドリル加工することを含む。何れの方法においても、基材は、レーザドリル加工の前又は後に１つ又はそれ以上のコーティングを施すことができる。
【００３４】
図９は、図１、２、３、４、及び５の成形冷却孔１０の１つの実施形態に関する、製造方法を例示した概略図である。図１０は、図９の製造方法を更に示すフローチャートである。
【００３５】
図９において、基材２０に形成された成形冷却孔１０が示されている。基材２０は、レーザ光源６０から離間して配置される。レーザ光源６０は、汎用又は専用のコンピュータとすることができるコントローラ６１と結合される。任意選択的に、基材２０は、固定又は可動支持体５７上に支持される。支持体５７が移動可能である場合には、該支持体はモータ５８と結合される。このような実施形態において、モータ５８は、コントローラ６１と結合され、レーザ光源６０によって照射される１つ又はそれ以上のレーザビーム５０に対して１つ又はそれ以上の次元で、コントローラ６１から出力されてモータ５８により受け取られる１つ又はそれ以上の信号に従って基材２０が移動して、成形冷却孔１０が形成されるようにすることができる。コントローラ６１は、ユーザインタフェース６７と結合することができる。ユーザインタフェースの非限定的な実施例には、タッチスクリーン、キーボード、コンピュータマウス、及び同様のものが挙げられる。
【００３６】
１つの実施形態において、レーザ光源６０は、レーザ発生器６５と、レンズ６４と、レーザ光源６０の一部を形成するモータ６３とを備える。１つの実施形態において、モータ６３は、レンズ６４及びコントローラ６１と結合され、レーザ光源６０から照査される１つ又はそれ以上のレーザビーム５０が、コントローラ６１から出力されてモータ６３により受け取られる１つ又はそれ以上の信号に従って移動及び／又は合焦され、成形冷却孔１０が形成されることになる。
【００３７】
或いは、レーザ光源６０は、レーザ発生器６５及びレンズ６４を備え、レーザ光源６０はまた、任意選択的に支持体６２と結合され、或いは支持体６２によって支持される。このような実施形態において、支持体６２は、レーザ光源６０の一部を形成するものではないがコントローラ６１と結合されるモータ６６と結合され、該モータ６６によって移動する。
【００３８】
何れの実施形態においても、レンズ６４は、１つ又はそれ以上のレンズを含み、複数のレンズを有するレンズ組立体を構成し、このレンズの１つ又はそれ以上が移動可能であり、１つ又はそれ以上のモータと結合することができる。
【００３９】
コントローラ６１は、何らかのタイプのコンピュータ可読メモリのようなコンピュータ可読媒体上に格納された１つ又はそれ以上のコンピュータ可読命令を実行するよう構成されている。コンピュータ可読命令は、レーザ光源６０及び／又はモータ５８、６３及び６６の１つ又はそれ以上を作動させて基材２０に成形冷却孔１０を形成するよう、コントローラ６１を設定する。従って、１つの実施形態において、コンピュータ可読命令は、レーザ光源６０及び／又はモータ５８、６３及び６６の１つ又はそれ以上を作動させて、図１０に記載した方法ステップの１つ又はそれ以上を実施するようにコントローラ６１を設定する。
【００４０】
図９及び１０を参照すると、方法７０は、以下のステップ７１、７２、７３、７４、７５、及び７６の１つ又はそれ以上を含み、これらは、別途指示されていない限り、あらゆる好適な順序及び／又は組み合わせで実施することができる。例証として、方法７０の１つの実施形態は、ガスタービン用の燃焼器ライナのような基材２０に衝突するレーザショット５０の所定のシーケンス及び／又はパターンを開始するステップ７１から始まる。１つの実施形態において、レーザショット５０は互いに平行である。レーザショット５０のこの所定のシーケンスは、成形冷却孔１０の中心長手方向軸線３５に沿ってボア５３をドリル加工するステップ７２と、次いで、ステップ７３、７４、７５、及び７６の１つ又はそれ以上のシーケンスを実施することを含むことができる。ボア５３は、基材２０（図１）の入口面か又は出口面の何れかからドリル加工される。
【００４１】
例えば、ボア５３をドリル加工するステップ７２の後、方法７０は更に、ボア５３の一方側に隣接する基材２０にレーザショット５５の第１のシーケンスを加えることにより、成形冷却孔１０の出口（図１）の成形部分の第１のウィング３１をドリル加工するステップ７３を含む。このレーザショット５５の第１のシーケンスは、中心長手方向軸線３５又はボア５３から又はその近傍で始まり、中心長手方向軸線３５から離れて外向きに進む。レーザショット５５の第１のシーケンスにおける各レーザショットは、前のショットからのビーム直径よりも小さくドリル加工され、ショットの重なり部分がウィングの端部におけるよりもボアにより近接して貫通するようになる。これに加えて、又は代替として、レーザショット５５の第１のシーケンスにおける各レーザショットは、中心長手方向軸線３５に対して角度が付けられる。上述のように、レーザショット５５の第１のシーケンスのタイミング、深さ、焦点、幅、角度、及び／又はパターンは、コンピュータ可読命令によって制御及び決定付けられ、該コンピュータ可読命令は、コントローラ６１によって読み出されて実行され、及び／又はレーザ光源６０及び／又はモータ５８、６３、及び６６の１つ又はそれ以上に出力される信号に変換される。成形冷却孔１０の第１のウィング３１をドリル加工するステップ７３の後、方法７０は、任意選択的に、ボア５３を再照射するステップ７４を含む。或いは、方法７０は更に、ボア５３の第２の側に隣接する基材２０にレーザショット５６の第２のシーケンスを加えることにより、成形冷却孔１０の成形部分の第２のウィング３３をドリル加工するステップ７５を含む。このレーザショット５６の第２のシーケンスは、中心長手方向軸線３５又はボア５３から又はその近傍で始まり、中心長手方向軸線３５から離れて外向きに且つ第１のウィング３１と反対方向に進む。レーザショット５６の第２のシーケンスにおける各レーザショットは、前のショットからのビーム直径よりも小さくドリル加工され、ショットの重なり部分がウィングの端部におけるよりもボアにより近接して貫通するようになる。これに加えて、又は代替として、レーザショットの第２のシーケンスにおける各レーザショットは、中心長手方向軸線３５に対して角度が付けられる。上述のように、レーザショット５６の第２のシーケンスのタイミング、深さ、焦点、幅、角度、及び／又はパターンは、コンピュータ可読命令によって制御及び決定付けられ、該コンピュータ可読命令は、コントローラ６１によって読み出されて実行され、及び／又はレーザ光源６０及び／又はモータ５８、６３、及び６６の１つ又はそれ以上に出力される信号に変換される。成形冷却孔１０の第２のウィング３３をドリル加工するステップ７６の後、方法７０は、任意選択的に、ボア５３を再照射して、ウィングのドリル加工中に堆積したあらゆる材料を清浄化するステップ７４を含むことができる。１つの実施形態において、レーザショット５５の第１のシーケンス及びレーザショット５６の第２のシーケンスは、基材２０（図１）の出口面からウィング３１、３３をそれぞれドリル加工するよう構成される。その後、方法７０は終了することができ、モータ６６又は５８によってレーザ又は基材２０を移動させて、パターン内の次の孔と整列させることができ、基材２０内の所望の孔全てのドリル加工が完了するまで、方法７０が繰り返される。
【００４２】
図１１は、図１、２Ａ、２Ｂ、３、４、５及び９に示した成形冷却孔１０のような１つ又はそれ以上の成形冷却孔を形成する別の方法１１００の１つの実施形態のフローチャートである。上記の各図を参照すると、方法１１００は、円形貫通孔のボア５３をパーカッションレーザドリル加工するステップ１１０１で始まる。方法１１００は更に、１つの直径の周りでボア５３の一方側又はウィング３１へ移動する間にレーザショットをパルス化して送るステップ１１０２を含む。本方法は更に、中心まで戻る間にレーザショットのパルス化を停止するステップ１１０３を含む。本方法は更に、１つの直径の周りでボア５３の反対側又はウィング３３へ移動する間にレーザショットをパルス化して送るステップ１１０４を含む。方法１１００は更に、中心まで戻る間にレーザショットのパルス化を停止するステップ１１０５を含む。本方法１１００は更に、１つ又はそれ以上のレーザショットを照射してボア５３を清浄化するステップ１１０６を含む。
【００４３】
実施形態によっては、従来の円形フィルム冷却孔を形成するのと比べて、各成形冷却孔１０を形成するために約２倍の数のレーザショットを必要とする場合がある。加えて、ウィング３１及び３３（図９）は、基材２０の表面（例えば、図２の出口面３７）に対して所定の角度で揺動しながらレーザショット５０（図９）をパルス化して送ることにより、形成することができることが明らかになった。しかしながら、この手法は、レーザショット及び各成形冷却孔１０の表面位置の詳細な追跡が必要となる。加えて、成形冷却孔１０を形成する少なくとも１つの実施形態で使用されるレーザドリル加工は、ＴＢＣコーティングした基材又はベアメタルを通って実施することができる。
【００４４】
図１２は、１つ又はそれ以上の成形冷却孔１０を製造するのに使用されるシステム１２００の１つの実施形態の概略図である。システム１２００は、ブレース８２から離間して配置されたレーザ光源６０を含み、該ブレースは、ガスタービンの燃焼器ライナのような基材２０を保持及び／又は支持するよう構成され、その結果、ブレース８２と結合されたシャフト８１がモータ８０によって転回されたときに、基材２０が矢印９０で示すように時計回り又は反時計回りに回転できるようにする。レーザ光源６０は、モータ６３、レンズ６４、及びレーザ発生器６５（図９）を備えることができる。コントローラ６１は、モータ８０と結合され、該モータ８０が基材２０を回転させる。コントローラ６１はまた、レーザ光源６０と結合され、該レーザ光源６０は、１つ又はそれ以上のレーザショット９１を発生する。１つの実施形態において、センサ８３は、システム１２０の１つ又はそれ以上の構成要素に関するデータをコントローラ６１に提供する。例えば、１つ又はそれ以上のセンサ８３は、シャフト８１及び／又は基材２０の１分当たりの回転数を測定する回転センサとすることができる。１つ又はそれ以上のセンサ８３はまた、１つ又はそれ以上の成形冷却孔１０が１つ又はそれ以上のレーザショット９１によってドリル加工されたときに、１つ又はそれ以上の成形冷却孔１０の間隔及び／又は深さを測定するセンサを含むことができる。
【００４５】
コントローラ６１は、何れかのタイプのコンピュータ可読メモリのようなコンピュータ可読媒体内又はコンピュータ可読媒体上に格納された１つ又はそれ以上のコンピュータ可読命令を読み出して実行するよう構成される。コンピュータ可読命令は、レーザ光源６０及びモータ８０を作動させて基材２０に１つ又はそれ以上の成形冷却孔１０を形成するよう、コントローラ６１を設定する。従って、１つの実施形態において、コンピュータ可読命令は、レーザ光源６０及びモータ８０の作動を同期させて、図１２に記載した方法ステップの１つ又はそれ以上を実施するようにコントローラ６１を設定する。例えば、コントローラ６１によって出力されるコマンドは、レーザ光源６０により生成される１つ又はそれ以上のレーザショット９１のタイミング、持続時間、及び／又は出力とモータ８０の速度及び／又は基材２０の回転周波数とを同期させ、１つ又はそれ以上の成形冷却孔１０が基材２０内及び／又は基材２０を貫通して形成されるようにすることができる。
【００４６】
図１３は、図１２に示したような、基材２０内に１つ又はそれ以上の成形冷却孔を製造する方法１３００を更に示したフローチャートである。図１２及び１３を参照すると、方法１３００は、所定速度又は回転周波数で基材２０を移動又は回転させるステップ１３０１で始まる。方法１３００は更に、レーザショット９１の第１のシーケンスを開始して、各々所定の角度で基材２０内に１つ又はそれ以上のボア５３（図９）をドリル加工するステップ１３０２を含む。方法１３００は更に、レーザショット９１の第１のシーケンスの基材２０上の同じ位置の通過を所定の時間インクリメントだけリード（進み）又はラグ（遅れ）させるためにレーザショット９１の第２のシーケンスのタイミングを調整するステップ１３０３を含む。タイミングは、部分的に重なり合うレーザショット９１が扇形状の部分を生成し、その各々が１つ又はそれ以上のボア５３（図９）のそれぞれのボアにわたって延びるように、回転速度に関連して指定される。従って、方法１３００は更に、回転速度に関連して指定されたリードアンドラグ（進み及び遅れ）のタイミングの様々な度合いでレーザショット９１の第２のシーケンスを開始し、部分的に重なり合うレーザショット９１が回転方向に対して接線方向の１つの次元で扇形状の部分（例えば、ウィング３１及び３３）を生成し、その各々が１つ又はそれ以上のボア５３（図９）のそれぞれのボアにわたって延びるようにするステップ１３０４を含む。次いで、コントローラ６１は、扇形状が完成したかどうかを判定する（１３０５）。完成していない場合、方法１３００は、ループバックし、ステップ１３０３及び１３０４を繰り返す。方法１３００は、１つ又はそれ以上の成形冷却孔１０の各々の出口１１が完成し、プラス及び／又はマイナスの回転方向にのみ延びたときに終了する。
【００４７】
基材２０は、図１０の方法７０、図１１の方法１１００、又は図１３の方法１３００の実施の前又は後にＴＢＣをコーティングすることができる。レーザドリル加工の前に基材にＴＢＣをコーティングすることにより、ＴＢＣが成形冷却孔を確実に充填及び／又は閉塞しないようにする。レーザドリル加工の後にＴＢＣが施工される場合には、成形冷却孔は、グリット及び／又はレーザショットで更に処理し、成形冷却孔に侵入した何らかのコーティングを除去する必要がある。或いは、基材２０は、ＴＢＣのコーティングと清浄化を同時に行い、ＴＢＣが成形冷却孔を確実に閉塞しないようにすることができる。このような実施形態において、回転している基材２０（図１１）の一方側がＴＢＣを受け取り、他方側が成形冷却孔を通してグリッドブラスト処理し、成形冷却孔の開放状態を維持するようにする。このようなプロセスは、成形冷却孔の「ウィング」からＴＢＣを除去又は実質的に除去した状態にすることができることが実験的に示されている。
【００４８】
（実験）
本明細書で記載される成形冷却孔１０の実施形態の風洞試験では、従来のタイプの冷却孔１２０、１３０、１４０、及び１５０を用いて達成されるよりもより低い熱障壁コーティング（ＴＢＣ）温度及びより低い裏面温度など、成形冷却孔の実施形態に関連する１つ又はそれ以上の恩恵が実証された。
【００４９】
試験中、約６００°Ｆの高温空気と、約８０°Ｆの低温空気とを基材及び対照基材上及び／又はその近傍に流した。対照基材には、複数の従来の円形フィルム冷却孔１２０が形成されていた。対照基材の一方の表面（例えば、正面）にはＴＢＣがコーティングされた。対照基材の反対の面（例えば、裏面）にはコーティングされなかった。
【００５０】
試験基材には、複数の成形冷却孔１０（図１、２、３、４、５、及び９）が形成されていた。試験基材の一方の表面（例えば、正面）にはＴＢＣがコーティングされた。試験基材の反対の面（例えば、裏面）にはコーティングされなかった。
【００５１】
シミュレーションする除去条件下でのＴＢＣ温度を測定するために、試験中に対照基材のＴＢＣ側部と試験基材のＴＢＣ側の赤外線画像を撮影した。熱電対を用いて試験基材及び対照基材両方の裏面温度を測定した。赤外画像及び熱電対からの温度データを分析し、本明細書で記載される成形冷却孔１０の実施形態を用いることにより有意に低いＴＢＣ温度及び裏面温度が得られることが分かった。
【００５２】
試験は更に、これらの冷却上の恩恵は、様々な動作条件、製造技術及び部品毎のばらつきに対して堅牢であることを実証した。例えば、ある試験では、成形冷却孔１０の実施形態がドリル加工された試験基材の裏面温度は、円形冷却孔１２０がドリル加工された対照基材の裏面温度よりも平均して約５０°Ｆ（１０℃）低温であることが示された。
【００５３】
ここで図２６を参照すると、１つ又はそれ以上の層２２７、２２８がコーティングされた基材２２０の側面図は、基材２２０を貫通して予め選択された角度で形成された成形冷却孔を含む。図示の代替の実施形態は、コーティング及びドリル加工のプロセスによって上述したように作製することができる。しかしながら、上述のように、本実施形態はまた、最初に予め選択された角度で成形冷却孔を形成した後、少なくとも１つの層２２７を基材にコーティングすることにより利用することができる。別の代替形態として、少なくとも１つの層２２７のコーティングは任意選択とすることもできる。非限定的な実施例として、予め定められた角度シータ（θ）は、冷却孔２１０のボア２５３と出口面２３７の相対角として描かれている。基材２２０は、入口面２３６及び出口面２３７を含む。冷却空気は、基材２２０の入口面側から冷却孔２１０を通って出口面側に流れる。予め選択された角度は、出口面２３７に対して約５度〜最大で約５０度の範囲とすることができる。一部の実施形態によれば、予め選択された角度は、約２０度である。
【００５４】
１つの実施形態によれば、基材２２０は、燃焼器ライナとすることができる。図示の実施形態は、出口面２３７に沿って、又は１つ又はそれ以上の層２２７（例えば、熱障壁コーティング（「ＴＢＣ」））に沿って移動する冷却フィルムの性能を改善する。この改善は、より高い流量のスロット又は冷却孔２１０を生成するために上述の実施形態と比べて入口２１３を拡大することにより、基材及び少なくとも１つのコーティング２２７の出口側に沿って良好な冷却性能を提供する。成形冷却孔２１０は、単位面積当たりにより高いレベルの流量を提供し、例えば、蓄積した冷却フィルムが燃焼器の空気力学によって剥離する燃焼器ライナにおいて利用することができる。
【００５５】
冷却孔２１０は、基材２２０の第１の又は入口側２３６に形成された入口２１３から延びる。冷却孔は、基材２２０を通って、第２の又は出口側２３７に形成された出口２１１に向かって延びる。本明細書で更に説明するように、入口２１３は、出口開口の第１の面積寸法を有し、出口２１１は、第２の面積寸法を有し、第１の入口面積は第２の出口面積よりも小さい。
【００５６】
少なくとも１つの層２２７が出口基材上に描かれ、熱障壁コーティングによって定められる。基材２２０は更に、少なくとも１つの層２２７を覆って配置される第２の層２２８を含むことができる。第２の層２２８は、別の熱障壁コーティングとすることができ、或いは、代替としてボンドコートとすることができる。何らかの他の代替の実施形態によれば、層２２７は、非熱障壁コーティングであり、第２の層２２８は、熱障壁コーティングである。層２２７、２２８の各々は、対応する厚み２５１、２５２を有する。これらの厚み２５１、２５２は、入口面２３６から測定したものとして表されるが、図示の基材の厚み２３０を差し引くことにより決定することもできる。加えて、上述のように、図示の層２２７、２２８は任意選択とすることができる。
【００５７】
ここで図２７を参照すると、線Ａ−Ａ（図２６）から見た断面図が示される。入口端部２１３は、入口端部２１３は、入口２１３の断面と一致するような形状に全体的にされたボア２５３と流れ連通している。例えば、本実施形態において、ボアは、実質的に楕円形状である。ボア２５３は、入口から成形冷却孔２１０の移行点２１５まで延びる。移行点２１５から、ボア２５３の形状は、１つの寸法で、すなわち、単一の寸法に沿って２つの方向で全体的に拡大し、冷却孔２１０が拡大して、第１のウィング２３１及び第２のウィング２３３を形成するようになる。ウィング２３１、２３３は、冷却孔２１０の中心軸線２３５の周りに対称とすることができ、或いは、非対称であってもよい。対称的な適用では、ウィング２３１、２３３は、単一の寸法の２つの方向で等しく拡大することができる。非対称的な適用では、ウィングは、単に第１の方向でのみ、又は第２の反対方向以外の１つの方向でのみ拡大することができる。本図で良好に分かるように、入口２１３は第１の面積があり、部分的に描かれた出口２１１には第２の面積がある。入口２１３の第１の面積は、出口２１１の第２の面積よりも小さい。
【００５８】
ここで図２８を参照すると、冷却孔２１０の端面図が、線Ｂ−Ｂ（図２７）に沿って描かれている。本図は、入口２１３及び出口２１１における面積の比較を明確に描いている。本図は、２つのほぼ楕円形の開口を描いており、小さい方の開口が入口２１３に対応し、大きい方の開口が出口２１１に対応する。最初に入口２１３を参照すると、開口は、第１の線形セグメント２８１と、対向する第２の線形セグメント２８２とによって定められる。これらの線形セグメントの各々は、第１及び第２の端部を有し平行であり、これらの各々は、対向する曲線セグメント２８３、２８４の端部に接続される。曲線セグメント２８３、２８４の各々は、その端部にて、線形セグメント２８１、２８２の端部に接続される。
【００５９】
出口２１１は、第１の曲線セグメント２８５と、第２の対向する曲線セグメント２８６とを含む。セグメント２８５、２８６の各々は、第１及び第２の端部を有する。セグメント２８５、２８６は、第１及び第２の線形セグメント２８７、２８８によって端部にて接続される。図２８に描いた見通し線で示されるように、入口及び出口アパーチャの両方は、ほぼ楕円形状である。入口２１３の面積は、出口２１１の面積よりも小さな寸法である。加えて、出口アパーチャ２１１は、２つの方向に沿って単一の寸法で拡大し、出口アパーチャ２１１の大きな寸法を提供する。別に記載されるように、線形セグメント２８７、２８８は、単一の寸法で拡大し、２つの方向がウィング２３１、２３３を定める。
【００６０】
ここで図２９を参照すると、入口２１３が図示される。加えて、第１及び第２の線形セグメント２８１、２８２が、第１及び第２の曲線セグメント２８３、２８４と共に図示される。冷却アパーチャ２１０は更に、入口２１３から移行部２１５に向かって延びたボア２５３を備えて図示される。入口２１３の反対側には出口２１１がある。入口２１３は、上述のようにほぼ楕円形状以外のある形状であるように見られ、このような形状は単に、入口２１３が入口面２３６を通過する角度に起因するものに過ぎない。
【００６１】
ここで図３０を参照すると、出口面２３７の上面図が描かれている。基材２２０の出口面２３７は、基材２２０の表面２３７に沿って熱障壁又は冷却フィルムを確立する複数の出口アパーチャ２１１を有する。各出口アパーチャ２１１は、予め選択された角度にて基材２２０内に延び、予め定められた孔間隔で配置される。孔２１１の数は、追加の冷却が必要とされる前の実施形態のより小さな孔の値とは異なり、本実施形態の追加の冷却を提供するように構成することができる。試験により、実質的に楕円形のアパーチャ２１１の領域が約２００°Ｆで基材２３７の冷却を提供できることが示された。
【００６２】
図３１を参照すると、反対側の入口面２３６の上面図が描かれている。入口面は、出口面２３７にて追加の冷却を必要とすることができる区域に対応した、ある数の小さな入口アパーチャ及び大きな入口アパーチャ２１３を利用する。入口アパーチャ２１３に流入し、冷却孔２１０を通って出口２１１（図３０）に流れる空気流の基材２２０に沿った方向を示す方向性空気流の矢印が示されている。図３０、３１に描かれた冷却孔２１０のアレイは、図示の図面の双方の寸法における予め選択された距離の間隔を有することができる。様々なサイズの入口が図示されているが、当業者であれば、対応する出口２１１（図３０）は、図示のように全てが同じサイズのものとすることができ、又は、基材表面の寸法制約によって許容される異なるサイズのものであってもよいことは理解されるはずである。
【００６３】
ここで図３２、３３を参照すると、１つ又はそれ以上のステップ１４０１、１４０２、１４０３、１４０４、１４０５、及び１４０６から構成される方法であって、これらステップは、別途指示されていない限り、あらゆる好適な順序及び／又は組み合わせで実施することができる。本方法の１つの実施形態は、ガスタービン用の燃焼器ライナのような基材２２０に衝突するレーザショット２５４、２５５、２５６の所定のシーケンス及びパターンを開始するステップから始まる。図示の実施形態によれば、レーザショットは、全体的に互いに平行であり、レーザショットのシーケンスは、中心ボア２５３並びにウィング２３１、２３３を形成する。ボア２５３は、一部の実施形態に従って、出口面２３７からよる基材２２０を通って形成されるが、代替として、基材２２０の入口面２３６から形成されてもよい。
【００６４】
最初に、図３２を参照すると、入口２１３、ボア２５３、及び出口２１１を有する成形冷却孔２１０の１つの実施形態の概略図が描かれている。孔の上方には複数の矢印２５５、２５６が描かれている。矢印２５５、２５６は、冷却孔２１０を形成するのに利用されるレーザショットを表している。以下の説明は、方法１４００を説明する図３３に記載したステップと組み合わせて行う。ステップ１４０１において、パーカッションレーザドリル加工を利用して、基材２２０（図６）に貫通孔を形成する。パーカッションドリル加工は、レーザによる複数のショット２５４を含むことができる。次に、ステップ１４０２において、形成される貫通孔の第１の側に向けてレーザを移動する間に、一連のレーザショット２５５をパルス化して送る。ステップ１４０３において、レーザを中心部に移動させる。次に、ステップ１４０４において、パルス化したレーザは、移動中に孔の第２の側に向けて一連のショット２５６を発射する。次いで、ステップ１４０５において、レーザが中心に戻る。基材２２０を部分的にのみ通過するようにレーザのパルス化を制御することにより、ステップ１４０２、１４０４中にウィング２３１、２３３が形成される。ウィング２３１、２３３は、中心ボア２５３に対して角度が付けられたラインで描かれている。一つには、レーザショット２５５、２５６がボア２５３に隣接する基材２２０と部分的にのみ重なり合うことに起因して、移行点と出口２１１との間の移行角が生成され、ウィング２３１、２３３において一様でないアブレーション及び角度付き面が生じることになる。次に、ステップ１４０６において、プログラムされた経路に沿った孔開け移動中にレーザがパルス化され、最終アパーチャのサイズ及び形状を制御するようにする。孔開け移動は、プログラムされた経路に沿って移動している間にレーザをパルス化して送るものである。勿論、基材の移動中にレーザをパルス化することができることは、本実施形態の範囲内にある。経路は、所望の程度の制御を達成することが要求される場合には複数回の通過を含むことができる。経路はまた、プログラムされた位置においてドエルを含むことができる。プロセスは、ステップ１４０６の後終了する。
【００６５】
（幾つかのタイプの基材及び／又はこれを含む物体）
実施形態によっては、上記で参照した基材２０は、燃焼器ライナ、タービン用の燃焼器ライナ、ガスタービン用の燃焼器ライナ、ガスタービンエンジン用の燃焼器ライナ、燃焼器ライナ「缶」、アフターバーナーライナ、金属試験クーポン、又は同様のもののうちの１つである。従って、請求項に記載された本発明の実施形態は、このような個々の品目の何れかを含む。請求項に記載された本発明の実施形態はまた、限定ではないが、１つ又はそれ以上の成形冷却孔が形成された基材の要素又は構成要素を有する、エンジン、タービン、又は移動体などの品目を含む。
【００６６】
１つの実施形態において、タービンはガスタービンである。このようなガスタービンは、ガスタービンエンジン又はガス発生器コアの何れかである。ガスタービンエンジンの非限定的な実施例は、ターボジェット、ターボファン、ターボプロップ、及びターボシャフトである。ガス発生器コアの非限定的な実施例は、タービン発電機、ターボ水ポンプ、ジェット乾燥器、融雪装置、ターボ圧縮機、及び同様のものである。
【００６７】
請求項に記載された本発明の実施形態はまた、１つ又はそれ以上の成形冷却孔が形成された基材の要素又は構成要素を有する、タービンを備えた移動体を含む。このような実施形態において、タービンは、限定ではないが、ターボジェット、ターボファン、ターボプロップ、及びターボシャフトのようなガスタービンエンジンである。ガスタービンエンジンを有する移動体の実施例は、限定ではないが、航空機、ホバークラフト、列車、船舶、地上車、及び同様のものを含む。
【００６８】
本明細書で使用する場合に、前に数詞のない要素又はステップの表現は、そうではないことを明確に述べていない限り複数のそのような要素又はステップの存在を排除するものではないと理解されたい。更に、本発明の「１つの実施形態」という表現は、記載した特徴を同様に組み入れた付加的な実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図するものではない。
【００６９】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、本発明を当業者が実施及び利用することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【００７０】
本発明の特定の特徴は一部の図面において示され、他の図面では示されていないが、これは、各特徴は本発明による他の特徴の何れか又は全てと組み合わせることができるので、便宜上のことに過ぎない。本明細書で用いる場合の「備える」「含む」「有する」及び「持つ」という用語は、広く且つ包括的に解釈されるべきであり、どのような物理的相互結合にも限定されるものではない。その上、本明細書に開示したあらゆる実施形態は、唯一の実施可能な実施形態と解釈すべきではない。他の実施形態は、当業者には想定され、添付の請求項の範囲内にある。詳細には、レーザパルスを用いて、本明細書で記載され、図示され、及び／又は請求項に記載された成形冷却孔の実施形態をドリル加工する特定の方法に関して特許請求しているが、放電加工、水ジェット、又は他の材料除去機構を用いた他の方法が、実質的に同じ機能及び／又は結果を達成する代替の方法であることは理解される。
【符号の説明】
【００７１】
２１０  冷却孔又はスロット
２１１  出口
２１３  入口
２１５  移行点
２２０  基材
２２７  層
２２８  層
２３０  基材厚み
２３１  第１のウィング
２３３  第２のウィング
２３５  中心軸線
２３６  入口面
２３７  出口面
２５１  厚み
２５２  厚み
２５３  ボア
２５４  レーザショット
２５５  レーザショット
２５６  レーザショット
２８１  第１の線形セグメント
２８２  第２の線形セグメント
２８３  曲線セグメント
２８４  曲線セグメント
２８５  第１の曲線セグメント
２８６  第２の曲線セグメント
２８７  第１の線形セグメント
２８８  第２の線形セグメント
１４０１  ステップ
１４０２  ステップ
１４０３  ステップ
１４０４  ステップ
１４０５  ステップ
１４０６  ステップ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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