(57)【要約】  ワーク（１６）を非接触で加工する方法が開示される。工具（２）は、ワーク（２０）の面に向かう方向に前進され、それによって、工具（２）のその近傍で引き起こされる材料の状態変化によって、ワーク（２０）の表面から材料を除去する。また、複数の刃付きディスクの迅速な同時加工を可能にする多数の工具が開示される。
2013506565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面と縁部とを有するワークを非接触で加工する装置において、
前記ワークを取り付ける手段と、
前記ワークから材料を除去するように構成された工具であって、その状態変化を近傍から前記ワークまで生じさせることによって前記ワークから材料を除去するように構成された工具とを備え、
前記ワークの面に向かう
方向に前記工具を前進させて、前記面から材料を除去するように構成された装置。
【請求項２】
円形のワークまたは円形エンベロープを有するワークを加工するように構成された、請求項１記載の装置。
【請求項３】
中実ブランクからなるワークを加工するように構成された、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
軸線方向の厚さが直径よりも小さいワークを加工するように構成された、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記工具は一体型であり、前記工具には一定の形状のスロットが形成されており、そのスロットの少なくとも一部が、加工が完了した後の前記ワークの形状に対応する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記工具は、実質的に２次元の表面を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記工具は、少なくとも１つの長尺部材を備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記工具は、周方向に離隔する複数の工具部材を備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
複数の工具を備え、該工具が、工具を前進させる方向に延びるスタック状に配置された複数のワークを同時に加工するように構成されている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
共通のシャフト上に垂直方向に離隔するスタック状に取り付けられたワークを受容するように構成された、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
ワークに放射状の重なり合う複数の刃または羽根からなる配列を非接触で加工する工具であって、
前記工具は、その第１側で支持されるように構成されており、第１側は第２側に対向しており、第２側は支持されない側であり、前記工具は前記第１側と前記第２側との間に延びる第３側面領域および第４側面領域をさらに備え、該第３側面領域が、前記刃または羽根のうちの１つの表面の最終形態の少なくとも一部に一致する形態を有している工具。
【請求項１２】
前記第１側から前記第２側への長さが、前記第３側面領域と前記第４側面領域との間の最大幅よりも大きい、請求項１１記載の工具。
【請求項１３】
ワークに放射状の重なり合う複数の刃または羽根からなる配列を非接触で加工する工具
であって、
該工具が、対向する第１端部および第２端部を備え、該工具は、前端部と後端部との間に延びる第３側面領域および第４側面領域をさらに備え、該側面領域のうちの少なくとも１つは、前記刃または羽根のうちの１つの表面の最終形態の少なくとも一部に一致する形態を有し、第１表面から第２表面への前記工具の長さは、前記側面領域間の最大幅よりも大きい工具。
【請求項１４】
前記第４側面領域は、第３表面領域に一致する対向した前記刃または羽根の所望の最終表面形態に一致する、請求項１３記載の工具。
【請求項１５】
ワークまたはブランクに放射状の重なり合う複数の刃または羽根からなる配列を非接触で加工する工具であって、
少なくとも２つの刃または羽根が対向するそれぞれの表面を加工する少なくとも２つの表面領域を備える工具。
【請求項１６】
仕上がった刃または羽根の径方向の全高以上の高さを有する、請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載の工具。
【請求項１７】
対応するワークの付根領域に所望の形態を与えるように形成される、請求項１１乃至１６のいずれか一項に記載の工具。
【請求項１８】
請求項１１乃至１７のいずれか一項に記載の一連の工具を備える工具ホルダを有した請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記工具は、前記工具ホルダから個々に取り外し可能である、請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記ワークと、該ワークの放電加工用の工具との間に電位を印加するように構成された、請求項１乃至１０、１８および１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
ワークに放射状の重なり合う複数の刃または羽根からなる配列を形成する方法であって、
前記ワークの半径に沿って請求項１１乃至１７のいずれか一項に記載の工具を前進させる工程を含む方法。
【請求項２２】
ディスク上に放射状に延びる複数の刃または羽根を非接触で加工する工具であって、
周方向に分配された放射状に延びる長尺工具部材からなる配列を備える工具。
【請求項２３】
複数のワークを加工する複数の工具部材を備え、該複数の工具部材が共通軸線に沿ってワークに向けて前進されるように配置されている、複合工具。
【請求項２４】
半円の周囲に配置された工具部材を備える、請求項２２または２３記載の工具。
【請求項２５】
面と縁部とを有するワークを非接触で加工する方法であって、
前記面に向かう方向に工具を進め、それによって前記工具のその近傍で引き起こされる材料の状態変化によって前記ワークの前記面から前記材料を除去することを含む方法。
【請求項２６】
前記ワークは、円形であるか、または、円形エンベロープを有する、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記ワークは、中実ブランクからなる、請求項２５または２６記載の方法。
【請求項２８】
前記ワークは、軸線方向の厚さが直径よりも薄い厚さを有している、請求項２５乃至２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記工具は、一体型工具であり、前記工具には一定形状のスロットが形成されており、そのスロットの少なくとも一部は、加工後のワークの所望の形状に対応している、請求項２５乃至２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記工具は、実質的に２次元の表面を有する、請求項２５乃至２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記工具は、少なくとも１つの長尺部材を備える、請求項２５乃至２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記工具は、周方向に離隔する複数の工具部材を備える、請求項２５乃至３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記工具を前進させる方向に延びるスタック状に配置された複数のワークを同時に加工することを含む、請求項２５乃至３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
放射状の重なり合う複数の刃または羽根からなる配列を形成する方法であって、ワークに向けて、該ワークの面に向かう方向に工具を前進させ、前記工具の近傍において材料の状態変化を生じさせることによって前記ワークから前記材料を除去する第１段階と、前記ワークから材料をさらに除去し、前記刃または羽根を残す第２段階であって、この除去は、近傍から第２の前進する工具まで生じる材料の状態変化によって起こり、前記第２段階は、前記ワークの縁部に向かう方向に第２工具を進行させるステップを含む方法。
【請求項３５】
前記第２工具は、工具の片側のみで工具ホルダに取り付けられ、前記工具の反対側は、支持されない、請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
前記工具の少なくとも２つの側は、それぞれ間隙の各側にある２つの刃または羽根の対向面の仕上がり形態の少なくとも一部の形態に対応している、請求項３４または３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記ワークは、アルミニウム、またはアルミニウムを含有する合金からなる、請求項２５乃至３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
請求項２５乃至３７のいずれか一項に記載の方法を使用して製作されたタービン・ディスク又は固定子ディスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン・エンジンと、タービンまたは流体の通過を案内する同様の固定構造もしくは回転構造を利用する他の用途とのための構成要素（特にファン、タービン、および案内羽根）の製作に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人の先願である特許文献１および特許文献２において、本出願人は、他の形式のエンジンに対する小型ガスタービン・エンジンの潜在的な利点について記述しただけでなく、より大規模なエンジンのサイズ低減を試みる際に直面する重大な技術的障害についても記述した。特に、本出願人は、単一のブランクから、緊密に離隔する放射状の複数の刃または羽根からなる配列を形成することの非常に大きな実際上の問題について記述した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００４／０７６１１１号
【特許文献２】国際公開第２００６／０２７６０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１および特許文献２は両方とも、必要な形状を形成すべく放電加工を使用して、上述した構成要素を形成する方法を開示している。出願人は、この技術が例えば小型ガスタービン・エンジンに使用する重なり合った翼形状の刃を備える小規模タービンのディスクを作成するために有益に使用できることを立証した。しかし、これらの技術は、比較的時間を要するものであり、本発明は、少なくともその好ましい実施形態において、これらの技術を改良することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の態様を考察すると、本発明は、面と縁部とを有するワークを非接触で加工する方法を提供する。本方法は、この面に向かう方向に工具を進め、こうして工具を近接させることによるその近傍で引き起こされる材料の状態変化によってワークの面から材料を除去することを含んでいる。
【０００６】
本発明は、面と縁部とを有するワークを非接触で加工する装置にまで適用範囲が及ぶ。本装置は、ワークを取り付ける手段と、ワークから材料を除去するように構成された工具であって、その状態変化を近傍から前記ワークまで生じさせることによってワークから材料を除去するように構成された工具とを備えている。本装置は、ワークの面に向かう方向に工具を進め、面から材料を除去するように構成されている。
【０００７】
このように、ブランクの縁部を跨いで広がる長尺状の工具が縁部に向けて前進されることによってブランクが加工されるような出願人が以前の開示において教示した方法に代わり、それとは対照的に、本発明の工具はブランクの面に向けて前進されることが当業者には理解される。これは、先行技術に対して幾つかの利点を与えることが分かった。１つの利点は、必要な形状を形成することが可能になり、少なくとも幾つかの実施形態では、工具に対してワークを回転させることと、ワークに向けて工具を前進させることとの単純な組合せによってなされる。
【０００８】
本発明は、放射状の重なり合う複数の刃または羽根からなる配列を有するディスクの製
作に使用すること（製作において直接的にまたは予備段階として）に特に適している。本発明の実施形態は、結果として得られる刃／羽根に複雑な形状（例えば、翼形状）を与える。
【０００９】
ここでは、刃／羽根の形成に対して参照がなされる場合、これは、上述の刃／羽根の最終形状を形成することに限定されない。ワークまたはブランクの構造を形成することを包含すると理解されるべきであり、この形成方法から、刃／羽根形状の最終形状が最終加工によって形成される。
【００１０】
本発明は、ワークの材料から必要な離間位置にあるより大きな表面領域の工具が、状態変化を生じさせることをさらに可能にする。つまり、「加工」表面領域が増大した工具が提供される。これは、材料のより迅速な除去として解釈され、従って製作時間を低減させる。特に、以下でより詳細に考察されるように、本発明は、あるワーク上の複数の刃または羽根を同時に形成する工具形状に役立つ。
【００１１】
ワークは、好ましくは円形であるか、または、円形エンベロープを有する。幾つかの実施形態では、ワークは、中実ブランクである。例えば、ブランクは、中実であること、スクワット円筒（ｓｑｕａｔ−ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ）ディスク（つまり、軸線方向の厚さが直径よりも小さいディスクであって、好ましくは、例えば直径の２０％または直径の１０％よりも実質的に薄い）を用いることがある。これは、典型的には、製作することがまたは得ることが容易なので、その出発点として使用されるものである。しかし、ブランクのこの形態を使用することは必須ではない。本発明の或る実施形態では、特に、複数の加工動作が行なわれる。ここでは、次工程の加工動作に対しては、ワークは、未使用のブランクというよりも、むしろ部分的に形成されたディスクとなる。
【００１２】
ある実施形態では、工具は、一体型工具であり、その工具には一定の形状のスロットが形成されて提供され、少なくともそのスロットの一部は、加工後のワークを所望の形状に対応する。この場合、工具は、ワークを製作品すべく設計されたワークの形状と物理的に反転した形状である。ある実施形態では、「加工領域」（必要な状態変化を生じさせるべくワークのほぼ近傍にある工具の表面領域）は、刃または羽根がそれらの径方向の全高の実質的にまたは全体に亘って形成されることができるので、非常に有益である。明白に、この大きな加工領域は、刃付きディスクを製作することができる速度の観点から非常に有益である。幾つかの用途では、ワークと工具との間からの除去した金属の適切な除去を確実にする際に困難となることがある。
【００１３】
別の実施形態では、工具は、実質的に２次元の表面（その厚さは、刃／羽根の間の間隔に対応するかまたはその間隔よりも薄い）を備えている。好ましい別の実施形態では、工具は、少なくとも１つの長尺部材を備えている。本発明によれば、工具がワークの面に向けて前進されるので、そのような長尺工具は、一端で工具ホルダにのみ支持されることが認識される。その支持部は、ディスクが従来の中心ハブから形成される場合に、工具の径方向外方の端部となり得る。これに代えて、支持部は、刃／羽根が代りに周方向リムに支持され、内方に突出する場合、径方向内方の端部となり得る。単一の工具部材のみで利点を実現することができるが、好ましくは、周方向に離隔する複数の工具部材が、単一のディスク上の複数の刃／羽根を同時に形成することを可能にするために提供される。ある実施形態では、工具部材は、ディスク上の刃／羽根の半分に対して提供される（つまり、工具部材は、最終的なディスクの円周の半分に亘って分配される）。これは、ディスク全体の迅速な加工を可能にすることにおいて明らかに有益である。
【００１４】
そうした複合工具(composite tool)は、それ自体、新規で独創性を有する。このように、更なる態様から考察すると、本発明は、ディスク上に放射状に延びる複数の刃または羽
根を非接触で加工する工具を提供する。工具は、周方向に分配された放射状に延びる長尺工具部材からなる配列を備える。
【００１５】
長尺工具部材の形状は、本発明にとっては必須要件ではない。例えば、工具部材は、円形、三角形、正方形、または、実際には、任意の他の断面形状を有することができ、この断面は、工具部材の全長に亘って一定であるか、または、サイズ、形状、もしくはその両方において異なることとすることができる。複数の工具部材が提供される場合（これも必須ではないが）、それらは典型的には互いに同一である。
【００１６】
ここまでは、緊密に離隔する放射状に延びる複数の刃または羽根からなる配列を有したディスクの効率的な加工を可能にする本発明の様々な実施形態が記述される。本出願人は、そのような複数のディスクを同時加工することを可能にする複数の工具の採用によって製造効率の更なる向上が達成できることをさらに理解した。この本発明の「面に向けた(face on)」加工では、複数のワークからなる垂直なスタックがこれらのワークに対して交
互配置された複数の工具からなる垂直なスタックによって加工されることが可能となるので、この場合に特に役立つ。このように、本発明方法の好ましい実施形態は、工具の前進方向に延びるスタック状に配置された複数のワークを同時に加工することを含んでいる。本発明は、複合工具の適用範囲にまで及び、それは、工具部材が共通軸線に沿ってワークに向けて前進されるように配置された、複数のワークを加工する複数の工具部材を備えている。そのような実施形態では、複合工具が、半円の周囲に配置された工具部材を備えることが好ましく、それによって、ブランクに対する工具部材の容易な径方向の引き抜きを可能にする一方で、同時に形成することができる刃／羽根の数をさらに最大限にする。２つのそのような複合工具は、ワークのスタックのいずれかの側に、それらワークを完全に同時に加工するために、使用されることができる。あるいは、複合工具およびワークのスタックは、一度に各ワークの半分を加工すべく、互いに対して１８０°回転されることが可能である。
【００１７】
このように、ここまで記述された本発明によれば、本工具は、その縁部に向けてではなく、ワークの面に向けて前進される。これは、複数の刃または羽根の迅速な同時加工を可能にし、こうして製造効率を著しく向上し、商業規模の小型ガスタービン・エンジンなどで使用されるタービンまたは固定子ディスクの実用的な製作を可能にする。
【００１８】
しかし、本出願人は、効率および製品品質の２つの目的を満足させることが、２段階処理によって最良に達成され得ることをさらに認識した。この２段階処理では、上述した面に向けた加工手法が、ブランクから多量の材料を除去するために使用されるが、第２の異なる工具は、最終形状を形成するために使用される。これは、形成刃を「仕上げる」先行技術において既に記述された実施と対比されるべきであり、ここでは、工具は、付根(root)、先端縁部（leading edge）などの刃形状の一部を整えるべく第２通過経路で使用されることがある。ここで議論される実施形態では、第２工具は、刃に形状を付与するために実際には使用されるが、第１工具は、単に、第２工具の通過を容易にする一定量の材料を除去するために使用される。勿論、複数の段階を使用することができる（上述の段階のうちの１つの繰り返し、または異なる工具の使用の何れかを使用することができる）。
【００１９】
上述の構成は、それ自体が新規で独創性を有し、従って更なる態様から考察すると、本発明は、放射状の重なり合う複数の刃または羽根からなる配列を形成する方法を提供する。本方法は、ワークの面に向かう方向においてワークに向けて工具を前進させ、工具の接近による材料の状態変化を生じさせることによってワークから材料を除去する第１段階と、ワークから材料をさらに除去し、刃または羽根を残す第２段階とを含んでいる。この除去は、前進する第２工具への接近によって引き起こされる材料の状態変化によって達成される。第２段階は、ワークの縁部に向かう方向に第２工具を前進させるステップを含んで
いる。
【００２０】
上述の２段階処理は、幾つかの状況では、製造効率を最大限にし、また、結果として得られる刃付きディスクの仕上がり品質を最大限にすることが分かった。２つの工具が上述した本発明の態様に従って記述されたが、これは、追加の工具および／または加工段階の提供を除外するものと考えるべきでない。上述した第２工具は、任意の適切な形態とし得る。例えば、特許文献１または特許文献２に開示されるようなワイヤまたは非ワイヤ工具を採用することもできる。
【００２１】
しかし、本出願人は、この文脈において有益と理解され、他の処理における潜在的な用途をさらに有している様々な種類の工具を考案した。従って、ある好ましい実施形態では、第２工具は、片側のみによって工具ホルダに取り付けられ、工具の反対側は支持されない。そのような工具の形態は、全体の工具が、隣接した刃／羽根の間の間隙においてワーク内に径方向に前進されるか、または、この間隙を形成することを可能にする。そのような特に好ましい実施形態では、工具の少なくとも２つの側が、それぞれ間隙の各側にある２つの刃または羽根の対向面の仕上がり形態の少なくとも一部の形態に対応する。これは、少なくとも好ましい実施形態では、そのような工具が、ワークの半径に沿って単に前進され、その一方の側に２つの刃／羽根の最終形状を形成することを可能にする。それらは、同時に形成されることがあるが、より典型的には、ワークは、工具の挿入と引出しとの間でその軸線回りに捩られる。
【００２２】
上述の工具は、それ自体が新規で独創性を有するが、従って更なる態様から考察すると、本発明は、ワークに放射状の重なり合う複数の刃または羽根からなる配列をワークに非接触で加工する工具を提供する。この工具は、その第１側で支持され、第１側は第２側に対向しており、反対の第２側は支持されないように構成される。この工具は、第１側と第２側との間に延びる第３側面領域および第４側面領域をさらに備える。第３側面領域は、刃または羽根のうちの１つの表面の最終形態の少なくとも一部に一致する形態を有している。本発明のこの態様は、放射状の重なり合う複数の刃または羽根からなる配列を形成する方法にも及び、それは、ワークの半径に沿ってそのような工具を前進させることを含んでいる。
【００２３】
好ましくは、第１側から第２側までの工具の長さは、第３側面領域および第４側面領域の間のその最大幅よりも大きい。
更なる態様から考察すると、本発明は、ワークに放射状の重なり合う複数の刃または羽根からなる配列を非接触で加工する工具を提供する。この工具は、対向する第１端部および第２端部を備える。この工具は、前端部と後端部との間に延びる第３側面領域および第４側面領域をさらに備える。これらの側面領域のうちの少なくとも１つは、刃または羽根のうちの１つの表面の最終形態の少なくとも一部に一致する形態を有している。第１表面から第２表面までの工具の長さは、側面領域間のその最大幅よりも大きい。本発明のこの態様は、放射状の重なり合う複数の刃または羽根からなる配列を形成する方法にも及んでいる。この方法は、ワークの半径に沿ってそのような工具を前進させることを含んでいる。
【００２４】
好ましい実施形態では、第４側面領域は、第３表面領域に一致する対向した刃／羽根を所望の最終表面形態に一致させる。換言すれば、工具は、仕上がった刃付きディスクの隣接した刃／羽根の間の間隙に嵌合する（ワークの小さな回転運動を可能にするが）プラグと見なすことができる。そのような構成は、それ自体が新規で独創性を有し、従って更なる態様から考察すると、本発明は、ワークまたはブランクに放射状の重なり合う複数の刃または羽根からなる配列を非接触で加工する工具を提供する。この工具は、少なくとも２つの刃または羽根のそれぞれの対向する表面を加工する少なくとも２つの表面領域を備え
ている。
【００２５】
工具は、第２の支持されない表面が工具の先端表面である、つまり、第１表面および第２表面を通過する工具の軸線は、ワークの半径と略平行であるように支持することができる。他の実施形態では、工具の上述の軸線は、ワークの回転軸線と略平行である。
【００２６】
工具ホルダは、単に単一の工具を備えることができるが、好ましくは、典型的には同一であるが本質的に同一でなくてもよい、一連の工具を備える。これもまた、一連のワーク（例えば、複数のワークからなるスタック）の同時加工を可能にする。工具の比較的大きな表面領域は、大きな電流が通ることを可能にするが、除去される材料による付着から生じる深刻な問題はない。工具は、例えば機械加工または鋳造によってホルダと一体形成されることができるか、または、その交換を可能にすべく別個、好ましくは取り外し可能にすることができる。
【００２７】
好ましい実施形態の１つの組では、ワークは、共通のシャフト上に垂直方向に離隔するスタックに取り付けられる。これは、挿入中の羽根の先端縁部と、引き抜き中の対向する羽根後縁との加工を可能にすべく、シャフトを回転させることを可能にする（そして、好ましくは一対の刃の間にインデックスを付け、次の工程に進む）。
【００２８】
本発明の先の態様にかかる工具は、仕上がった刃／羽根の径方向の全高よりも小さくすることができるが、好ましくは、それは少なくとも同じ高さ以上である。幾つかの実施形態では、工具の先端面（最初の接近時にワークに最も接近する）は、付根領域に所望の形態を付与するように形成される（例えば、丸められる）。
【００２９】
工具は、プラグの形態を取る必要はない。例えば、それは、刃または羽根の周囲に部分的にまたは全体的に延びることができる。実際には、それは複数の刃または羽根の周囲に延びることができる。径方向高さは、工具が実質的に２次元の薄板となるように非常に小さくすることができる。
【００３０】
当業者には、上述した工具がワイヤのように長尺というよりは中実またはブロックの形態を有する傾向があることが評価される。しかし、工具が中実であることは必須ではなく、空洞の工具（例えば、一側で開口し、工具内部で工具ホルダに取り付けられたもの）を使用することができることも想定される。
【００３１】
ある実施形態では、上述した工具は、新しいブランクから刃／羽根を形成すべく、一又は複数の経路により、単独で使用されることができる。別の実施形態では、上述した工具は、従来の工具および処理のいずれかによって材料の幾らかを除去した後に採用されるか、または、より便利には、上述した面に向けた前進技術を使用する（つまり、本出願人によって考案され、本明細書で開示された２段階処理を使用する）。
【００３２】
本発明のすべての態様の好ましい実施形態では、電位が、ワークと工具との間に与えられ、その結果、材料が、工具とワークとの間の放電に起因する除去を通じて（それらが互いに十分に近い場合に）ワークから除去される。換言すれば、放電加工処理が使用される。しかし、これは、強烈な極所加熱によるワークの除去、または、電気化学加工のような状態変化を生じさせる他の非接触加工技術を採用することができるので、必須ではない。
【００３３】
ここで記述した本発明のすべての態様によれば、工具または工具部材は、任意の適切な導体材料から作ることができる。実施形態の１つの組では、工具または工具部材は、銅または銅を含んだ合金である。実施形態の別の組では、工具／工具部材は、グラファイトから作ることができる。
【００３４】
ワークは、任意の適切な導電性材料からなる。特に、本発明が、研磨および切削などの従来の加工技術を使用しても十分に加工することができない材料から作られたワークと共に使用されることが可能であることが認識される。現在好ましい実施形態では、ワークは、アルミニウムまたはアルミニウムを含んだ合金から作られる。
【００３５】
ここで開示される本発明は、ここで開示される技術を使用して製作されたタービン・ディスクおよび固定子ディスクに、また、これらの一又は複数を組み込んだガスタービン・エンジンの範囲にまで及んでいる。
【００３６】
ここで開示される本発明は、非常に小さい翼形断面（つまり、直径３０ｃｍ未満、好ましくは直径２０ｃｍ未満）の刃／羽根を備えたタービンまたは固定子ディスクの大規模製作を独自に可能にする。本発明は、そのような小型の構成要素に限定されず、より大きなタービンまたは固定子（または、実際には、個々の刃／羽根を嵌合および固定する要求が依然として必要とせず、タービンまたは固定子ディスクに組み付けることができる、刃／羽根の組立品などのこれらのための部品）を製作するために有益に採用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一態様を具現化する複合工具の斜視図。
【図２】図１の工具を使用して加工する前の、ブランク・ディスクのスタックを示す図。
【図３】図２のブランクのスタックを加工するために使用される図１の工具を示す図。
【図４】加工後のブランクのスタックを示す図。
【図５】本発明を具現化する別の工具を、その工具によって製作することができる刃付きディスクと一緒に示した斜視図。
【図６】刃付きディスクが加工中である、図５の工具を示す図。
【図７】本発明を具現化する更なる工具の斜視図。
【図８】図７の工具を示す図であり、加工のために刃付きディスクに接近させている図。
【図９】図８と同様の図であり、加工中のディスク示す図。
【図１０】本発明の別の実施形態にかかる加工動作の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の或る好ましい実施形態が、添付図面を参照して、単なる例示として記述される。
図１は、図２に示すようなディスク状ブランクの垂直スタックを放電加工する複合工具(composite tool)２を示している。工具２は、長尺工具部材６の配列が固定される半円筒状の外殻支持部材４を備えている。なお、工具部材６は、５つの区画された列８に配置され、その各々の列８が、支持部材４の周囲に分配された１組１３個の放射状に延びる工具部材６を備えている。個々の工具部材６が、それぞれの列８に対応した円周方向に延びるスロット１２に形成された切欠き１０に締結されることによって支持部材４に保持される。垂直に延びる一連の孔１４は、支持部材４の壁を貫通し、締結力を提供する一連のボルトを連通させる。この配置は、個々の工具部材６の容易な取り外しおよび交換を可能にする。使用に際して、工具２は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械に取り付けられる。
【００３９】
個々の工具部材６は、伸直性を有し、直接放射状に延びるものとして示されているが、これは必須ではない。それら個々の工具部材６は、所望の形状を刃に与えるのに適切なように形成することができ、および／または、それら個々の工具部材６は、径方向に鋭角に
（水平または垂直に）延びることができる。
【００４０】
図２は、図１の工具２によって加工される前の、ディスク状ブランク１６の垂直スタックを示している。ブランク１６は、アルミニウム合金製の円形中実ディスクであり、典型的には７６ｍｍの直径および４ｍｍの厚さを有し得る。各ディスクは、中央穴を有し、その穴によって共通取付シャフト１８に取り付けられる。取付けは、ブランク１６とシャフト１８との間の良好な電気的接続を確立するようなものである。それらブランクは、垂直方向に分離されたスタックに取り付けられ、その結果、ブランクのそれぞれの上面２０の距離間隔は、図１に示す工具２における工具部材６のそれぞれの列８の垂直方向の距離間隔よりも僅かに小さい。それぞれのブランク１６間の間隙２２は、工具部材６の厚さよりも僅かに大きい。
【００４１】
図３から分かるように、動作中に、複数のブランク１６からなるスタックは、支持シャフト（その上部は明瞭さのために省略されている）が円筒状の工具支持ハウジング４の軸線と同心になるまで（またはその逆）、工具部材２の方向にそのブランク１６のスタックを径方向に前進させることによって、加工する位置に移動され、その結果、個々の工具部材６の列８は、それぞれのブランク間の間隙２２に挿入される。
【００４２】
ブランク１６の加工を開始するために、ブランク１６は、炭化水素系流体または合成誘電流体に浸漬される。電位の一方が、ブランク１６を支持するシャフト１８に（従って、ブランク自体に）印可され、他方は、工具２に印可される。印可された電位の電圧は、状況、要求される仕上がりなどに適したものを選択することができる。一例では、４０Ｖの電圧を印可させることができる。３Ａの電源により、工具が毎分２ｍｍの速度でブランクを除去させることが分かった。従って、シャフト１８は、工具２に対して垂直方向に、この速度で前進される（勿論、工具を同様にまたは代わりに移動することもできる）。
【００４３】
個々の工具部材がブランク面２０から臨界距離に達するとき、工具部材６とブランク面２０との間の間隙に亘って生じる放電は、ブランク面２０に対応した溝を除去し始める。工具の各列８には１３個の個々の工具部材６があるため、１３個の別個の溝が各ブランク面２０に同時に加工される。勿論、放電加工は、各工具部材６の長さの必要な部分または実質的にすべてに沿って生じさせることができる。ブランク支持シャフト１８と工具２との間の相対的な垂直方向の移動が継続して、ブランク面における溝が深くなることを保証する。垂直方向の前進が継続すると、ブランク１６と工具２との間でそれらブランク１６と工具２との共通軸線に対する相対的な回転運動も行なわれる。これは「アンダーカット」溝を与える。
【００４４】
その動作は、工具部材６がそれぞれのブランクを介して完全に間隙を除去し、それぞれのブランクの他方の間隙２２に出現するまで継続される。
初期の加工動作は、ブランクを、緊密に離隔する重なり合うブロックの半円周配列の状態であり、未加工の刃形を有することがある。この時点では、その動作は、逆向きの相対的な垂直方向の移動であるが、工具部材６に対向する刃面を加工させるべく、僅かに異なる回転運動によって繰り返されることができる。一旦ブランク１６の半分の加工が完了すると、ブランクおよび工具２は、１８０°回転することが可能であり、他方の半分を加工することが可能である。これに代えて、鏡像形状の工具が、ブランクの他方に前進されることも可能であり、その結果、完全な円を形成し、こうしてブランク全体を同時に加工することが可能となる。後続の加工動作は、必要があれば実行することができる（例えば、最初の２カット間に材料を除去することを実行することができる）。
【００４５】
結果として得られるワーク２４が図４に示される。上述のように、これらのワークは、未加工の刃形を有した緊密に離隔する重なり合うブロック２６の周方向配列を備えている
。
【００４６】
従って、図１に示す工具２が、５個のブランクを同時に、および、与えられたブランク上の刃の半分またはすべての刃を同時に、のいずれかの迅速な加工を可能にすることが分かる。これは、単一ブランクにおいて単一溝のみが一度に加工される特許文献１および特許文献２に記述される技術と比較して、加工処理に対する製造効率の著しい向上の可能性を与える。この技術は、同じ工具、または、様々な個々の工具部材を担持する同様の工具のいずれかにより、複数回、使用されることが可能である。しかし、本実施形態では、後続の加工動作は、図７〜図１０を参照してより詳細に以下に記述されるように、様々な種類の工具によって行なわれる。
【００４７】
図５は、本発明の代替実施形態を示している。この実施形態では、ブランクは、単一の一体型工具部材５０を使用して加工され、それは、その工具上面に形成された一連の角度を持った略放射状に延びるスロット５２を有している。先に記述した実施形態では、この工具５０は、ディスク状ブランクを該ブランクの片面から加工するためにさらに使用され、ハブ５６から延びた刃５４が緊密に離隔して重なり合い、周方向に配列された刃付きディスク５３を加工すべく、それら工具とブランクとの共通軸線に沿って進むのと同時にブランクに対して捩られる。特に図６の加工中の図から分かるように、工具５０は、刃付きディスク５３の結果として得られる所望形状物理的に反転した形状であり、その結果、スロット５２の形状は、結果として得られる刃５４の正確な形状となる。勿論、この工具の使用が容易であり、その工具は、複数のディスクの同時加工にさほど寄与しないが、刃付きディスクの非常に迅速な製作を可能にすることができる。
【００４８】
図７は、更なる工具部材６０の斜視図を示しており、それは、図１および図５に示す工具によって製作されたディスク上の刃に精度の高い仕上がり形状を提供するために使用され得る。工具６０は、第１側６２を有し、この工具は、第１側によって使用時に工具ホルダ（図示せず）に支持される。第１側６２は、工具ホルダに入り込むことが可能な、または、工具ホルダの一体部として形成することができる、適切な特徴（Ｖ字型の継ぎ手など）を形成することが可能である。第１側６２の略反対側にある第２側６４は、支持されていない。第１側６２も第２側６４も平面である必要がなく、それらは互いに平行である必要もない。これに代えて、工具は、頂部６５で支持され、底部６７を非支持とすることもできる。
【００４９】
第１側６２と第２側６４との間には、２つの側面領域６６および６８が延びている。これらの側面領域は、刃７０の所望の仕上がり表面形状に対応している。特に、凹側面領域６６は、刃の凸面７０ａに対応し、工具の凸面６８は、刃の凹面７０ｂに対応する。図示されていないが、工具の底部６７は、刃の付根領域でハブの所望表面に形状が対応することがある。
【００５０】
図７に示す工具６０は、図８および図９を参照して示されるような図４の部分的に加工されたワークの未加工ブロック２６から所望の刃形を生成するために使用されることが可能である。工具６０が、部分的に仕上げられた刃付きディスク７２（実際には、加工が完了した直後のものが示されている）に向けて径方向に前進されると、工具が間隙内に進み、１つの刃の凸面７０ａが加工される。その後、ディスク７２は、そのディスクの軸線上で僅かに回転し、工具６０が引き抜かれると、それは隣接した刃の凹面７０ｂを加工する。これは、図８および図９に示す新しい刃形を生成する。そのような形状は、単に図１および図５に示す工具を使用することによって容易に達成できるものではない。
【００５１】
従って、刃付きディスク７２上の刃７０の容易な仕上げは、単に、上述した技術のうちの１つによって形成されたそれぞれの刃７０の間の間隙に工具６０を径方向に前進させる
ことによって、および、適切な時点でディスク７０を回転させることによって、達成できることが分かるであろう。一旦、一対の刃表面が加工されると、単に、工具を引き抜き、ワーク・ディスク７２にインデックスを付け、そして、次の間隙に工具６０を再び前進させることが必要である。これは、刃の迅速で精度の高い仕上がりの両立を可能にする一方で、工具の反復的変更の必要なしに、複雑な刃形成を可能にする。
【００５２】
さらに、図８および図９を参照して記述されたものと同様の工具を使用して中実ブランクから仕上がった刃を加工することもできる。
明白に、工具６０の特定の形態は、所望する刃の仕上がり形状によって決定される。これらの実施形態では、工具が、刃７０の径方向の全高に亘って実質的に延びるように描かれているが、これは必須ではなく、これよりも深くてもよく、これよりも著しく浅くてもよい。
【００５３】
図１０は、本発明の別の実施形態を示している。これは、長尺の工具ホルダ７６に個々に取り付けられた１０個の工具７４の列を有している。工具７４は、図７〜図９を参照して記述した工具と同様であるが、まったく同一の形状ではない。各工具７４は、先の実施形態に対して記述したものと同様の方法で、未使用ブランク８０から、隣接した刃８０の２つの対向する縁部を加工するために使用される。つまり、それぞれのブランクに向けて工具７４を進め、ブランクを回転させ、工具を引き抜き、そして、次の一対の表面を形成すべくブランクにインデックスを付ける。この実施形態の差異は、共通のシャフト８２上の離隔配置関係で取り付けられた１０個のブランク８０のスタックが、シャフト８２の軸心と平行な方向に工具ホルダ７６を前進させることによって同時に加工されることができ、１０個すべての工具７４をそれぞれのブランク８０を接近させることである。ブランク８０は、シャフト８２を介して共に回転し、インデックスを付けられる。ブランクに向けて工具ホルダ７６を前進させる代わりに、シャフト８２が移動することもできる。都合が良いのは、工具ホルダ７６が、自動工具チェンジャに嵌合されることができ、それが、様々な工具を多段階処理で使用することを可能にするか、または、製作を中断する必要なしに、磨耗した工具の交換を可能にする。
【００５４】
従って、本発明の好ましい実施形態が、１段階または２段階の放電加工処理を使用した、中実ブランクからの一体の刃付きディスクの迅速で効率的な製作を可能にすることが分かる。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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