(57)【要約】【課題】金属を含むロウ材にマイクロ波を照射し、ロウ材を好適に溶融して、動翼等の被加熱部材にロウ付を施すことができるロウ付方法等を提供する。【解決手段】動翼１０に形成されるプラグ孔１３に差し込まれるプラグ１２にロウ材１５を付け、ロウ材１５へ向けてマイクロ波を照射して、ロウ材１５を加熱し溶融させることで、動翼１０にロウ付を施すロウ付方法であって、動翼１０及びロウ材１５は、金属を含んで構成され、マイクロ波は、２０ＧＨｚから３００ＧＨｚまでの周波数となっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱部材にロウ材を付け、前記ロウ材へ向けてマイクロ波を照射して、前記ロウ材を加熱し溶融させることで、前記被加熱部材にロウ付を施すロウ付方法であって、
前記被加熱部材及び前記ロウ材は、金属を含んで構成され、
前記マイクロ波は、２０ＧＨｚから３００ＧＨｚまでの周波数であることを特徴とするロウ付方法。
【請求項２】
前記マイクロ波は、２０ＧＨｚから３０ＧＨｚまでのセンチメートル波領域の周波数であることを特徴とする請求項１に記載のロウ付方法。
【請求項３】
前記マイクロ波は、３０ＧＨｚから３００ＧＨｚまでのミリメートル波領域の周波数であることを特徴とする請求項１に記載のロウ付方法。
【請求項４】
前記被加熱部材は、ガスタービンで発生する燃焼ガスによって昇温される高温部品であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のロウ付方法。
【請求項５】
前記マイクロ波の周波数は、前記被加熱部材が大きくなるにつれて高くなる一方で、前記被加熱部材が小さくなるにつれて低くなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のロウ付方法。
【請求項６】
前記被加熱部材の周囲には、断熱材が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のロウ付方法。
【請求項７】
前記ロウ材を覆って、前記断熱材と前記ロウ材とを分け隔てるキャップが設けられていることを特徴とする請求項６に記載のロウ付方法。
【請求項８】
前記キャップは、石英を含んで構成されていることを特徴とする請求項７に記載のロウ付方法。
【請求項９】
前記被加熱部材の周囲には、前記マイクロ波が照射されることにより発熱する発熱体が設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のロウ付方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のロウ付方法によってロウ付が施されることを特徴とする被加熱部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱部材に付けられたロウ材を、マイクロ波を照射して加熱し溶融させて、被加熱部材にロウ付を施すロウ付方法及び被加熱部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属粉末粒子の集塊にマイクロ波を照射し、集塊を溶融させて、ロウ付部を形成するマイクロ波ロウ付方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。このロウ付方法では、約１〜約１０ｋＷの電力を使用し、約２．４５ＧＨｚの周波数となるマイクロ波を照射している。
【０００３】
また、ジルコニアセラミックスにサブミリ波等の電磁波を照射して焼結する方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。この方法では、金属とは材料特性が異なるセラミックスに、マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）、ミリ波（２８ＧＨｚ）及びサブミリ波（３００ＧＨｚ）等の電磁波をそれぞれ照射することで、セラミックスを焼結している。そして、焼結後のセラミックスについて評価を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１４２７７６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】谷  晋仁、外８名、“ジルコニアセラミックスの高出力サブミリ波焼結”、［online］、２０１０年７月、福井大学遠赤外領域開発研究センター研究成果報告書、第１１号、p.61-67、［２０１３年１１月２１日検索］、インターネット〈URL:http://repo.flib.u-fukui.ac.jp/dspace/bitstream/10098/2739/1/FIR%20FU11-7.pdf〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたように、約２．４５ＧＨｚの周波数で、金属を含むロウ材にマイクロ波を照射すると、マイクロ波は、金属で反射される。このため、金属を含むロウ材は、マイクロ波の照射によって溶融温度まで加熱され難くなることから、ロウ付を好適に行うことが困難となる。なお、非特許文献１では、電磁波の照射対象がセラミックスとなっており、電磁波を照射することでセラミックスを焼結させていることから、電磁波の照射対象が金属を含むロウ材とはなっていない。
【０００７】
そこで、本発明は、金属を含むロウ材にマイクロ波を照射し、ロウ材を好適に溶融して、被加熱部材にロウ付を施すことができるロウ付方法及び被加熱部材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のロウ付方法は、被加熱部材にロウ材を付け、前記ロウ材へ向けてマイクロ波を照射して、前記ロウ材を加熱し溶融させることで、前記被加熱部材にロウ付を施すロウ付方法であって、前記被加熱部材及び前記ロウ材は、金属を含んで構成され、前記マイクロ波は、２０ＧＨｚから３００ＧＨｚまでの周波数であることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、２０ＧＨｚから３００ＧＨｚまでの周波数で、金属を含むロウ材にマイクロ波を照射することができる。このとき、上記の周波数とすることで、金属によるマイクロ波の反射を抑制できることから、マイクロ波によりロウ材が好適に加熱され、これにより、ロウ材を好適に溶融することができる。なお、ロウ材は、例えば、ニッケル基合金、鉄、アルミ等の金属を含んで構成されている。
【００１０】
この場合、前記マイクロ波は、２０ＧＨｚから３０ＧＨｚまでのセンチメートル波領域の周波数であることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、センチメートル波領域（サブミリ波とも言う）のマイクロ波を、金属を含むロウ材に照射して、ロウ材を好適に溶融することができる。
【００１２】
この場合、前記マイクロ波は、３０ＧＨｚから３００ＧＨｚまでのミリメートル波領域の周波数であることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、ミリメートル波領域のマイクロ波を、金属を含むロウ材に照射して、ロウ材を好適に溶融することができる。
【００１４】
この場合、前記被加熱部材は、ガスタービンで発生する燃焼ガスによって昇温される高温部品であることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、燃焼ガスによって昇温される高温部品において、マイクロ波を用いたロウ付を施すことができる。このため、溶融温度の高いロウ材を用いて短時間でロウ付を行うことができることから、小ロットのガスタービンの高温部品を効率良く製造することが可能となる。
【００１６】
この場合、前記マイクロ波の周波数は、前記被加熱部材が大きくなるにつれて高くなる一方で、前記被加熱部材が小さくなるにつれて低くなることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、被加熱部材が大きければ、マイクロ波の周波数を高くすることで、被加熱部材へ与える熱量を多くすることができ、熱量不足によるロウ材の溶融不良を抑制できることから、ロウ材を好適に溶融することができる。また、被加熱部材が小さければ、マイクロ波の周波数を低くすることで、被加熱部材へ与える熱量を少なくすることができ、ロウ材周りへの過剰加熱を抑制できることから、ロウ材を適切に溶融することができる。
【００１８】
この場合、前記被加熱部材の周囲には、断熱材が設けられていることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、被加熱部材からの放熱を抑制することができるため、放熱による加熱ムラを抑制することで、ロウ材周りを均一に加熱することができる。また、被加熱部材からの放熱を抑制することができるため、ロウ材周りの加熱を効率良く行うことができる。
【００２０】
この場合、前記ロウ材を覆って、前記断熱材と前記ロウ材とを分け隔てるキャップが設けられていることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、断熱材とロウ材との接触を抑制できるため、溶融するロウ材に断熱材が固着することを抑制することができる。
【００２２】
この場合、前記キャップは、石英を含んで構成されていることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、ロウ材へ向けて照射されるマイクロ波はキャップを透過するため、ロウ材へ向けて照射されるマイクロ波が、キャップによって阻害されることを抑制することができる。また、キャップは、ロウ材の溶融温度に耐え得るものとすることができる。
【００２４】
この場合、前記被加熱部材の周囲には、前記マイクロ波が照射されることにより発熱する発熱体が設けられていることが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、マイクロ波により発熱する発熱体によって、被加熱部材へ熱を与えることができるため、ロウ材周りの加熱を効率良く行うことができる。
【００２６】
本発明の被加熱部材は、上記のロウ付方法によってロウ付が施されることを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、２０ＧＨｚから３００ＧＨｚまでの周波数で、金属を含むロウ材にマイクロ波を照射することにより、ロウ付を好適に行うことが可能となる。なお、被加熱部材としては、例えば、ガスタービンで発生する燃焼ガスによって昇温される高温部品があり、特に、小ロットで生産する被加熱部材に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、実施例１に係るロウ付方法で用いられるマイクロ波加熱装置の概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１に係るロウ付方法における、ロウ材周りの被加熱部材を部分的に示す模式図である。
【図３】図３は、実施例２に係るロウ付方法で用いられる容器の模式図である。
【図４】図４は、実施例２に係るロウ付方法における、ロウ材周りの被加熱部材を部分的に示す模式図である。
【図５】図５は、実施例３に係るロウ付方法で用いられる容器の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００３０】
図１は、実施例１に係るロウ付方法で用いられるマイクロ波加熱装置の概略構成図であり、図２は、実施例１に係るロウ付方法における、ロウ材周りの被加熱部材を部分的に示す模式図である。
【００３１】
図１に示すように、実施例１に係るロウ付け方法で用いられるマイクロ波加熱装置１は、ロウ材が付けられた被加熱部材１０にマイクロ波を照射して、ロウ材を加熱し溶融させることで、被加熱部材１０にロウ付を施すものである。
【００３２】
このマイクロ波加熱装置１は、被加熱部材１０を収容するチャンバ５と、チャンバ５内を真空引きする真空引き装置６と、マイクロ波を発生させてチャンバ５内へ向けてマイクロ波を照射するマイクロ波発生装置７とを備えている。
【００３３】
チャンバ５は、防磁構造となっており、内部に照射されるマイクロ波が外部に照射されることを抑制している。また、チャンバ５の内面は、マイクロ波を反射可能となっている。このため、チャンバ５内に照射されたマイクロ波は、チャンバ５の内面に反射しつつ、内部に収容された被加熱部材１０に照射される。なお、チャンバ５の内部は、マイクロ波の照射時（被加熱部材１０の加熱時）において、真空引き装置６により真空引きされている。
【００３４】
真空引き装置６は、例えば、真空ポンプが用いられ、チャンバ５の内部の雰囲気を吸引して、チャンバ５の内部を真空状態としている。このため、チャンバ５の内部に収容された被加熱部材１０は、マイクロ波が照射されることで加熱された場合、加熱による酸化が抑制される。
【００３５】
マイクロ波発生装置７としては、例えば、ジャイロトロンが用いられており、所定の周波数となるマイクロ波を、所定の出力で照射している。また、チャンバ５とマイクロ波発生装置７との間には、導波路８が設けられており、導波路８は、マイクロ波発生装置７で発生させたマイクロ波を、チャンバ５の内部へ導いている。
【００３６】
次に、図２を参照して、チャンバ５の内部に収容される被加熱部材１０について説明する。被加熱部材１０は、ガスタービンの高温部品であり、高温部品とは、ガスタービンで発生する燃焼ガスによって昇温される部品である。高温部品としては、例えば、動翼、静翼及び分割環の他、燃焼器で使用される部品も含む。
【００３７】
被加熱部材１０として、例えば、動翼（以下、動翼１０とする）を適用する場合、動翼１０は、プラグ孔１３が形成される動翼本体１１と、プラグ孔１３に挿入されるプラグ１２とを含んで構成されている。そして、この動翼１０では、プラグ１２が、動翼本体１１のプラグ孔１３にロウ材１５を用いてロウ付されることで、動翼本体１１にプラグ１２が固定（固着）される。
【００３８】
プラグ１２は、ニッケル基合金等の金属材料を用いて構成されている。また、動翼本体１１も、ニッケル基合金等の金属材料を用いて構成されており、動翼本体１１に形成されるプラグ孔１３は、プラグ１２を収容する収容孔１３ａと、収容孔１３ａよりも小径となる孔１３ｂとを有している。収容孔１３ａの軸方向における長さは、プラグ１２の軸方向における長さよりも長くなっている。このため、プラグ孔１３にプラグ１２が挿入されると、収容孔１３ａには、プラグ１２の表面側に、凹部の空間が形成される。
【００３９】
ここで、ロウ材１５としては、例えば、ニッケル基合金粉末とバインダ剤とを混合したものが用いられる。ロウ材１５は、プラグ孔１３に挿入されたプラグ１２の表面側に付けられており、凹部の空間にロウ材が収まる。また、プラグ孔１３の周囲には、溶融するロウ材１５が広がることを抑制するためのストップオフ材１６が設けられる。ストップオフ材１６としては、例えば、アルミナまたはジルコニア等のセラミック粉末とバインダ剤とを混合したものが用いられる。ストップオフ材１６は、プラグ孔１３の周囲に環状に形成される。
【００４０】
次に、上記のマイクロ波加熱装置１を用いて被加熱部材１０にロウ付を施すロウ付方法について説明する。先ず、上記したように、被加熱部材としての動翼１０において、動翼本体１１のプラグ孔１３に差し込まれたプラグ１２の表面側に、ロウ材１５を付ける。この後、プラグ孔１３の周囲に、ストップオフ材１６を環状に付ける。続いて、ロウ材１５を付けた動翼１０を、チャンバ５の内部に収容する。この後、チャンバ５の内部の雰囲気を、真空引き装置６を用いて真空引きし、チャンバ５内を真空状態とする。チャンバ５内が真空状態となると、マイクロ波発生装置７によりマイクロ波を発生させ、発生させたマイクロ波を導波路８を介して、チャンバ５の内部に照射する。チャンバ５内に照射されたマイクロ波は、動翼１０に照射されるとともに、ロウ材１５に照射される。
【００４１】
ここで、動翼１０に照射されるマイクロ波は、２０ＧＨｚから３００ＧＨｚまでの周波数となっている。つまり、マイクロ波は、２０ＧＨｚから３０ＧＨｚまでのセンチメートル波領域の周波数であってもよいし、３０ＧＨｚから３００ＧＨｚまでのミリメートル波領域の周波数であってもよい。このとき、マイクロ波の周波数は、２０ＧＨｚから３００ＧＨｚまでの範囲であれば、被加熱部材１０を構成する金属の種類に応じた周波数、被加熱部材１０の大きさに応じた周波数、被加熱部材１０の部品の種類に応じた周波数とすることが好ましい。
【００４２】
例えば、マイクロ波の周波数は、被加熱部材１０の大きさが大きくなるにつれて高くする一方で、被加熱部材１０の大きさが小さくなるにつれて低くしてもよい。また、例えば、被加熱部材がガスタービンの高温部品となる動翼１０であり、動翼１０及びロウ材１５がニッケル基合金で構成される場合、マイクロ波の周波数は、２０ＧＨｚから３０ＧＨｚまでの範囲となる周波数が好ましく、２８ＧＨｚとなる周波数が最も好ましい。
【００４３】
動翼１０へマイクロ波が照射されると、ロウ材１５は、マイクロ波によって加熱され溶融する。溶融したロウ材は、プラグ１２とプラグ孔１３との隙間に、毛細管現象によって流入する。そして、マイクロ波による加熱終了後、動翼１０を所定温度まで冷却した後、真空引き装置６による真空引きを解除することで、チャンバ５内の雰囲気を大気圧とする。この後、チャンバ５から動翼１０を取り出すことで、動翼本体１１とプラグ１２とがロウ付された動翼１０を得ることができる。
【００４４】
以上のように、実施例１の構成によれば、２０ＧＨｚから３００ＧＨｚまでの周波数で、ニッケル基合金等の金属を含むロウ材１５にマイクロ波を照射することができる。このとき、上記の周波数とすることで、金属によるマイクロ波の反射を抑制できることから、マイクロ波によりロウ材１５が好適に加熱され、これにより、ロウ材１５を好適に溶融することができる。
【００４５】
また、実施例１の構成によれば、センチメートル波領域のマイクロ波を、金属を含むロウ材１５に照射して、ロウ材１５を溶融してもよい。同様に、ミリメートル波領域のマイクロ波を、金属を含むロウ材１５に照射して、ロウ材１５を溶融してもよい。
【００４６】
また、実施例１の構成によれば、被加熱部材１０として、ガスタービンの高温部品を適用することができるため、高温部品に対してマイクロ波を用いたロウ付を施すことができる。このため、溶融温度の高いロウ材１５を用いて、高温部品に対して短時間でロウ付を行うことができることから、小ロットのガスタービンの高温部品を効率良く製造することが可能となる。
【００４７】
また、実施例１の構成によれば、被加熱部材１０が大きければ、マイクロ波の周波数を高くすることで、被加熱部材１０へ与える熱量を多くすることができ、熱量不足によるロウ材１５の溶融不良を抑制できることから、ロウ材１５を好適に溶融することができる。また、被加熱部材１０が小さければ、マイクロ波の周波数を低くすることで、被加熱部材１０へ与える熱量を少なくすることができ、ロウ材１５周りへの過剰加熱を抑制できることから、ロウ材１５を適切に溶融することができる。
【実施例２】
【００４８】
次に、図３及び図４を参照して、実施例２に係るロウ付方法について説明する。図３は、実施例２に係るロウ付方法で用いられる容器の模式図である。図４は、実施例２に係るロウ付方法における、ロウ材周りの被加熱部材を部分的に示す模式図である。なお、実施例２では、重複した記載を避けるべく、実施例１と異なる部分について説明すると共に、実施例１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。実施例２に係るロウ付方法では、被加熱部材１０の周囲に、断熱材２１が設けられている。なお、実施例２でも、被加熱部材として動翼１０を適用して説明する。
【００４９】
図３に示すように、実施例２のロウ付方法では、動翼１０を内部に収容する容器２０が用いられている。この容器２０の内部には、断熱材２１が充填され、動翼１０は、容器内に充填された断熱材２１に埋め込まれる。
【００５０】
容器２０は、長方体となる箱状に形成されており、上方に開口部が形成されると共に内部に断熱材２１が充填される容器本体２０ａと、容器本体２０ａの開口部を閉塞する蓋体２０ｂとを有している。ここで、断熱材２１としては、例えば、アルミナまたはジルコニア等のセラミック粉末が用いられる。また、容器２０も、セラミック材を用いて構成されている。
【００５１】
ロウ材１５が付けられた動翼１０は、粉末状の断熱材２１に埋め込まれると、ロウ材１５と断熱材２１とが接触することから、動翼１０には、ロウ材１５を覆うキャップ２２が取り付けられる。このキャップ２２は、例えば、石英を用いて構成されており、マイクロ波を透過し、また、加熱温度が高温となっても耐え得る構成となっている。キャップ２２は、円筒形状に形成されており、プラグ孔１３の周囲に環状に設けられるストップオフ材１６上に設置される。これにより、キャップ２２は、断熱材２１とロウ材１５とを分け隔てることができる。
【００５２】
従って、動翼１０において、動翼本体１１のプラグ孔１３に差し込まれたプラグ１２の表面側にロウ材１５を付けた後、プラグ孔１３の周囲には、ストップオフ材１６が環状に付けられる。この後、ストップオフ材１６にキャップ２２を配置することで、キャップ２２によりロウ材１５を覆う。そして、キャップ２２によりロウ材１５が覆われた動翼１０を、容器本体２０ａの内部に収容した後、断熱材２１を適宜充填する。続いて、容器本体２０ａに蓋体２０ｂを取り付けて、容器２０ごとチャンバ５の内部に収容する。
【００５３】
以上のように、実施例２の構成によれば、動翼１０の周囲に断熱材２１を設けることができるため、動翼１０からの放熱を抑制することができ、放熱による加熱ムラを抑制することで、ロウ材１５周りを均一に加熱することができる。また、動翼１０からの放熱を抑制することができるため、ロウ材１５周りの加熱を効率良く行うことができる。
【実施例３】
【００５４】
次に、図５を参照して、実施例３に係るロウ付方法について説明する。図５は、実施例３に係るロウ付方法で用いられる容器の模式図である。なお、実施例３でも、重複した記載を避けるべく、実施例１及び２と異なる部分について説明すると共に、実施例１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。実施例３に係るロウ付方法では、被加熱部材１０の周囲に、発熱体２５が設けられている。なお、実施例３でも、被加熱部材として動翼１０を適用して説明する。
【００５５】
図５に示すように、実施例３のロウ付方法では、動翼１０を内部に収容する容器２０が用いられている。なお、容器２０の内部には、断熱材２１を充填してもよいし、断熱材２１を充填しなくてもよい。
【００５６】
容器２０は、長方体となる箱状に形成されており、上方に開口部が形成されると共に内部に断熱材２１が充填される容器本体２０ａと、容器本体２０ａの開口部を閉塞する蓋体２０ｂとを有している。この容器２０には、上下左右前後の六面に、プレート状の発熱体２５が取り付けられている。発熱体２５は、例えば、カーボンまたは炭化ケイ素等の材料で構成され、マイクロ波が照射されることによって発熱可能となっている。
【００５７】
従って、ロウ材１５が付けられた動翼１０を容器２０の内部に収容し、発熱体２５が取り付けられた容器２０を、チャンバ５の内部に収容する。そして、マイクロ波加熱装置１は、チャンバ５内の容器２０へ向けてマイクロ波を照射する。すると、発熱体２５は、マイクロ波によって発熱することから、容器２０の内部に収容された動翼１０を外側から加熱することができる。
【００５８】
以上のように、実施例３の構成によれば、マイクロ波により発熱する発熱体２５によって、動翼１０へ熱を与えることができるため、ロウ材１５周りの加熱を効率良く行うことができる。
【００５９】
なお、実施例１から３では、被加熱部材として動翼１０に適用して説明したが、ガスタービンの高温部品であれば、いずれであってもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１  マイクロ波加熱装置
５  チャンバ
６  真空引き装置
７  マイクロ波発生装置
８  導波路
１０  動翼（被加熱部材）
１１  動翼本体
１２  プラグ
１３  プラグ孔
１５  ロウ材
１６  ストップオフ材
２０  容器
２１  断熱材
２２  キャップ
２５  発熱体
【図１】
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【図２】
2015107506.tif 000004
【図３】
2015107506.tif 000005
【図４】
2015107506.tif 000006
【図５】
2015107506.tif 000007