(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の温度で超塑性変形する二相ステンレスにより形成した外筒と通常ステンレスにより形成した内筒を重ね合わせ、その軸方向の直線シーム溶接を冷却通路の幅間隔で行って外筒と内筒を接合した後、これを成形用金型にセットし、真空炉内で加熱しながら内筒と外筒の間をガスにより加圧することにより外筒を超塑性変形させて冷却通路を形成することを特徴とする冷却通路を有するノズル製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロケットエンジン等に適用される冷却通路を有するノズル製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のロケットエンジンに適用されるロウ付けノズルスカートは、図３に示すように、ノズルスカートの全体形状から定まるプロポーションに成形された多数のテーパーチューブ１２により製造されていた。
【０００３】
このテーパーチューブ１２はロウ材１３により接合され、ロウ付け性をよくするためにニッケルメッキが施され、また、ロウ材１３には、金、銀系の高価なものが用いられていた。
【０００４】
従来の溶接ノズルスカートは、図４に示すように角型一定断面のチューブ１４をたばねてスパイラル（らせん）状に成形し、隣り合うチューブ１４同士により形成される溶接線１５をタングステンインナートガス（ＴＩＧ）溶接により接合して製造していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のノズル製造方法において、ロウ付けノズルスカートの場合は、多数のテーパーチューブの一本ずつの精度の高い成形、テーパーチューブ表面の良質なニッケルメッキの施工、高価なロウ材の大量使用、ロウ付け時の微妙な温度、清浄度の管理が要求されるため、製造コストが高く、また品質の維持が難しいという課題があった。
【０００６】
また、溶接ノズルスカートの場合は、ノズル形状を形作るため、チューブを複雑な立体曲線状に成形する必要があり、また、その形状に沿って溶接を行わねばならず、溶接長さが長くなり、製造コストが高くなるという課題があった。
本発明は、上記課題を解決するため、安価な材料を用いることができる簡単な製造方法を実現しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明に係る冷却通路を有するノズル製造方法においては、所定の温度で超塑性変形する二相ステンレスにより形成した外筒と通常ステンレスにより形成した内筒を重ね合わせ、その軸方向の直線シーム溶接を冷却通路の幅間隔で行って外筒と内筒を接合した後、これを成形用金型にセットし、真空炉内で加熱しながら内筒と外筒の間をガスにより加圧することにより外筒を超塑性変形させて冷却通路を形成することを特徴としている。
【０００８】
上記において、二相ステンレスと通常ステンレスよりそれぞれ形成する外筒と内筒は、通常の板金加工により成形することができるため、容易に形成することができる。
【０００９】
また、外筒と内筒とを接合し、冷却通路を形成するために施工する直線シーム溶接は、単純な溶接であり、自動化を行うことができるため、省力化が可能である。
【００１０】
成形用金型にセットし、真空炉内で加熱しながら内筒と外筒の間にガスを供給してガス圧により行う冷却通路の形成は、外筒が超塑性変形する二相ステンレスにより形成されており、一度の加圧により行うことができるため、省力化と工期短縮が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態に係る冷却通路を有するロケットエンジンのノズルスカートの製造方法について、図１及び図２により説明する。
【００１２】
図１に示す本実施形態に係る製造方法においては、まず、図１（ａ）に示すようにノズルスカート形状に板金成形された二相ステンレス製の外筒１とステンレス製の内筒２を重ね合わせた後、冷却通路１１の形成に必要な本数の溶接線３のシーム溶接を冷却通路１１の幅間隔で行い、接合する。
【００１３】
次に、図１（ｂ）に示すように、接合されたノズルスカートの外筒１と内筒２を成形用下型６にかぶせ、この上に成形用上型５，４をかぶせてボルト等により固定し、成形用上型４に設けられた加圧ガス導入管７をマニホールド８，９を介して内筒２と外筒１の間に連通させる。
【００１４】
次に、成形用上型４，５及び下型６にセットされた外筒１と内筒２を真空炉中にセットし、９００〜９５０℃に加熱した後、成形用上型４に設けられた加圧ガス導入管７から加圧ガスであるアルゴンガスを導入し、マニホールド８を介して内筒２と外筒１の間にガス圧力を負荷する。
【００１５】
加熱状態で内側にガス圧力のかかった外筒１は、成形用上型４に設けられた軸方向の溝１０の部分でふくらみ、冷却通路１１を形成する。真空炉中での加熱加圧成形後、冷却して成形用上型４，５及び下型６を取り外し、冷却通路１１が形成された外筒１と内筒２を取り出し、外筒１と内筒２の上下端を所定の位置で切断することにより、冷却通路１１を有するノズルスカートの製造を完了する。
【００１６】
上記において、外筒１と内筒２を重ね合わせて行うシーム溶接は、直線シーム溶接であり、外筒１と内筒２の間に軸方向の筋状の接合部を容易に形成することができる。
【００１７】
外筒１と内筒２の上に成形用上型４をかぶせた状態では、成形用上型４に設けられ加圧ガス導入管７が接続された加圧ガスマニホールド８は、図２に示すように重ね合わせた外筒１と内筒２の上端面に位置し、そのすきま１ａと連通し、外筒１の外側面と成形用上型４の間、内筒２の内側面と成形用下型６の間、および成形用上型４と下型６の間がそれぞれ高温用のメタルシール等により形成されたシール部４ａ，６ａ，６ｂによってシールされている。
【００１８】
そのため、この状態で加圧ガス導入管７より加圧ガスを供給すると、供給された加圧ガスは加圧ガスマニホールド８を介して外筒１と内筒２の間にのみ供給され、他の部分に流入することはない。加圧ガスマニホールド９についても上記マニホールド８と同様である。
【００１９】
また、上記の状態では、成形用上型４の内側面に切られた軸方向の溝１０間の突出部が外筒１と内筒２のシーム溶接線３に位置し、この部分で外筒１と内筒２を成形用下型６に押し付けており、内筒２の内側面と外筒１の外側面は成形用下型６と成形用上型４にそれぞれ密着状態である。
【００２０】
また、外筒１に用いられている二相ステンレスは、高温状態の場合に低作用応力により巨大変形を生じる超塑性材料であり、９００〜９５０℃の温度で超塑性変形を生じるものである。
【００２１】
そのため、成形用上型４，５及び下型６にセットされた外筒１と内筒２を真空炉中に入れて９００〜９５０℃に加熱し、外筒１と内筒２間に加圧ガスを供給すると、外筒１が容易に変形し、多数の冷却通路１１を一度に成形することができる。なお、冷却通路１１の形状は、溝１０の形状により適宜決定することができる。
【００２２】
本実施形態においては、内筒と外筒の成形のための板金加工は汎用技術であり、直線シーム溶接は容易に自動化することができ、冷却通路の形成は成形用上型と下型を取り付けて真空炉内でガス加圧することにより一度に成形することができるため、大幅な工期短縮、コスト低減が可能である。
【００２３】
なお、本実施形態では、外筒に二相ステンレスを用いているが、所定の条件を満たす超塑性を有する材料であれば他の材料を適用することができ、また、通常ステンレス製の内筒についても、所定の条件を満たす他の材料により代替え可能である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の冷却通路を有するノズル製造方法においては、二相ステンレス製の外筒と通常ステンレス製の内筒を形成して重ね合わせ、複数本の直線シーム溶接により外筒と内筒を接合した後、これを成形用金型にセットし、真空炉内で加熱しながら内筒と外筒の間に加圧ガスを供給して冷却通路を形成したことによって、外筒と内筒の形成及び直線シーム溶接は簡単な作業のため、また、冷却通路の形成は外筒に超塑性変形する二相ステンレスを用い、外筒と内筒の間をガス加圧することで一度に行うことができるため、低コスト、短工期で高品質のノズルの製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るノズルスカートの製造方法の説明図で、（ａ）は外筒と内筒の接合時、（ｂ）は成形用金型のセット時、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ矢視図、（ｄ）は外筒と内筒の間の加圧ガスによる加圧時、（ｅ）は加圧成型完了時の説明図である。
【図２】上記一実施形態に係る成形用金型セット時の詳細説明図である。
【図３】従来のロウ付けノズルスカートの説明図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【図４】従来の溶接ノズルスカートの説明図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。
【符号の説明】
１      外筒（二相ステンレス）
２      内筒
３      シーム溶接線
４      成形用上型
５      成形用上型
６      成形用下型
７      加圧ガス導入管
８      加圧ガスマニホールド
９      加圧ガスマニホールド
１０    溝
１１    冷却通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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