(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
(ａ)複数の段数の異なる異種類のタービンブレードを長手方向に一体の連結状態で鍛造する鍛造工程と、
(ｂ)該鍛造工程の後において、該複数のタービンブレードを前記連結状態で熱処理する熱処理工程と、
(ｃ)該熱処理工程の後において、前記複数のタービンブレードを前記一体の連結状態で機械加工する機械加工工程と、
(ｄ)該機械加工工程の後において、前記複数のタービンブレードに分離する分離工程と、
を経てタービンブレードを製造することを特徴とするタービンブレードの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記鍛造工程では、各タービンブレードの互いに隣接した端と端との間に、それら各端を繋ぐ余肉部分としての繋ぎ部分を設け、該繋ぎ部分を介して該タービンブレードを長手方向に一体に連結する状態に鍛造することを特徴とするタービンブレードの製造方法。
【請求項３】
請求項１，２の何れかにおいて、前記鍛造工程では、翼部に対して厚肉をなす厚肉部が、隣接する２つのタービンブレードの長手方向の両端に位置するように鍛造を行うことを特徴とするタービンブレードの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記熱処理工程では、ショットブラスト処理を行うことを特徴とするタービンブレードの製造方法。
【請求項５】
請求項２〜４の何れかにおいて、前記機械加工工程では、各タービンブレードを連結状態で機械加工する際に、前記繋ぎ部分を機械加工装置のチャックで掴んだ状態で機械加工を行うことを特徴とするタービンブレードの製造方法。
【請求項６】
請求項３〜５の何れかにおいて、前記機械加工工程では、各タービンブレードを連結状態で機械加工する際に、前記翼部に対して厚肉をなす前記厚肉部としての翼根を機械加工装置のチャックで掴んだ状態で機械加工を行うことを特徴とするタービンブレードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はタービンブレードの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンブレードの製造方法として、従来、角材からタービンブレードの１つ１つを削り出して製造する方法が一般に行われている。
しかしながら角材からタービンブレードを削り出す場合、加工量が多く、材料の歩留りが悪いとともに、加工に長時間を要し、生産性を高めることが難しい問題がある。
【０００３】
一方、タービンブレードの単体を鍛造によって成形し、製造する方法も公知である。
例えば下記特許文献１，特許文献２にタービンブレードを単体で鍛造成形する点が開示されている。
しかしながらこのようにタービンブレードを単体で鍛造して、それぞれを機械加工する場合、鍛造のための所要工数が多くなるとともに、その後の機械加工の工数も多くなってしまう。
【０００４】
具体的には、鍛造したタービンブレードを機械加工する場合、機械加工のための段取り作業を行って、その後に機械加工を行い、しかる後加工品の取出しを行うが、機械加工のためのこれら一連の工程を、鍛造した各タービンブレードごとに行わなければならず、機械加工に際して多くの手間と時間とを要してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−８０１４９号公報
【特許文献２】特開昭６３−１１２０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は以上のような事情を背景とし、鍛造のための所要工数及びタービンブレードの機械加工のための所要工数及び所要時間を節減することができ、タービンブレードを効率的に製造することのできるタービンブレードの製造方法を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
而して請求項１の製造方法は、(ａ)複数の段数の異なる異種類のタービンブレードを長手方向に一体の連結状態で鍛造する鍛造工程と、(ｂ)該鍛造工程の後において、該複数のタービンブレードを前記連結状態で熱処理する熱処理工程と、(ｃ)該熱処理工程の後において、前記複数のタービンブレードを前記一体の連結状態で機械加工する機械加工工程と、(ｄ)該機械加工工程の後において、前記複数のタービンブレードに分離する分離工程と、を経てタービンブレードを製造することを特徴とする。
【０００８】
請求項２のものは、請求項１において、前記鍛造工程では、各タービンブレードの互いに隣接した端と端との間に、それら各端を繋ぐ余肉部分としての繋ぎ部分を設け、該繋ぎ部分を介して該タービンブレードを長手方向に一体に連結する状態に鍛造することを特徴とする。
【０００９】
請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記鍛造工程では、翼部に対して厚肉をなす厚肉部が、隣接する２つのタービンブレードの長手方向の両端に位置するように鍛造を行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記熱処理工程では、ショットブラスト処理を行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項５のものは、請求項２〜４の何れかにおいて、前記機械加工工程では、各タービンブレードを連結状態で機械加工する際に、前記繋ぎ部分を機械加工装置のチャックで掴んだ状態で機械加工を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項６のものは、請求項３〜５の何れかにおいて、前記機械加工工程では、各タービンブレードを連結状態で機械加工する際に、前記翼部に対して厚肉をなす前記厚肉部としての翼根を機械加工装置のチャックで掴んだ状態で機械加工を行うことを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００１３】
以上のように本発明では、タービンブレードを鍛造にて成形し、その際に複数の段数の異なる異種類のタービンブレードを長手方向に一体の連結状態で鍛造する。
このようにすることで、１つの鍛造素材から複数の段数の異なる異種類のタービンブレードを同時に鍛造成形することができ、鍛造加工の加工工数を少なくし得て、鍛造効率を高めることができる。
また鍛造に際してのバリの発生量を少なくし得る等によって、タービンブレードを単体で鍛造する場合に比べて、材料歩留りを高めることができる。
【００１４】
本発明では、その後に鍛造されたタービンブレードに対し、所望硬さを発現するための熱処理を行う。
通常はその熱処理として焼入れ、焼戻し処理を行う。
この熱処理に際して、本発明では複数のタービンブレードを上記の一体の連結状態で行う。
この場合、複数一体の連結状態で熱処理を行うために、熱処理工程の効率を高めることができる。また図１に示す如く２つの翼部の捩れを打ち消しあう方向に連結すれば、熱処理での変形（曲り、捩れ）発生を抑制できる効果がある。
尚、この熱処理工程ではショットブラスト処理を行うことができる（請求項４）。
【００１５】
本発明では、上記の熱処理工程の後において、タービンブレードを所望の最終形状、寸法とするための機械加工（切削加工）を行う。
その際、本発明では複数のタービンブレードを一体の連結状態を保持したまま機械加工を行う。
連結状態の複数のタービンブレードを、先ず個々のタービンブレードに分離しておいて、それぞれのタービンブレードを個別に機械加工するといったことも可能であるが、この場合、機械加工の工数が多くなり、また所要時間も長くなってしまう。
しかるに本発明に従って複数のタービンブレードを連結状態で機械加工するようにすれば、機械加工の工数、手間を低減でき、また所要時間も短縮化することができる。
【００１６】
例えば２つのタービンブレードを単体状態で個々に機械加工する場合、先ず１つのタービンブレードについて機械加工のための段取りをした上で機械加工を行い、その後に加工後のものを機械加工装置から取り外し、その後また別のタービンブレードについて機械加工のための段取り作業及び機械加工を行い、更にその後に取外しを行うこととなり、機械加工のための段取り及び取外しの回数が２回必要となる。
【００１７】
これに対して、例えば２つのタービンブレードを連結状態で同時に機械加工するようにすれば、加工のための段取り，取外しの各工程を１回行うだけでよく、全体としての機械加工のための工数及び所要時間を短くすることができ、機械加工の効率を効果的に高めることができる。
以上のようにして一体の連結状態で機械加工された各タービンブレードは、その後に分離工程にて個々のタービンブレードに分離される。
【００１８】
本発明では、上記鍛造工程において、各タービンブレードの互いに隣接した端と端との間に、それら各端を繋ぐ余肉部分としての繋ぎ部分を設け、その繋ぎ部分を介して各タービンブレードを長手方向に一体に連結状態に鍛造することができる（請求項２）。
【００１９】
このようにタービンブレードとタービンブレードとの間に余肉部分としての繋ぎ部分を設けておけば、鍛造後において各タービンブレードを連結状態で機械加工する際に、その繋ぎ部分を機械加工装置のチャックで掴んだ状態で機械加工を行うことができる（請求項５）。このようにすることで、連結状態で長くなったタービンブレードが加工中に振れを生じるのを効果的に防いで、精度高く機械加工を行うことが可能となる。
【００２０】
本発明ではまた、上記の鍛造工程において、翼部に対して厚肉をなす厚肉部が、隣接する２つのタービンブレードの長手方向の両端に位置するように鍛造を行うことができる（請求項３）。
このようにすれば、鍛造後に複数のタービンブレードを一体に連結した状態のまま機械加工を行う際、２つのタービンブレードの長手方向の両端に位置する厚肉部を、機械加工装置のチャックにて把持することで、連結状態にある隣接した一対のタービンブレードを剛性高く強固に掴み、保持することができ、加工中のタービンブレードの振れを抑えて、それらタービンブレードを精度高く同時に機械加工することができる。
【００２１】
特に回転側の動翼の場合、これを単体状態で機械加工する場合には、長手方向の一端側については厚肉部である翼根をチャックにて把持することができるものの、他端側については薄肉の翼部自体をチャックで把持して機械加工を行うこととなり、この場合、チャックによる翼部の把持した部分を後に切除することが必要となる。
【００２２】
しかるに請求項３に従って、隣接する２つのタービンブレードを何れも動翼とし、厚肉部としての翼根が長手方向の両端に位置するように、長手方向の向きを逆向きとして鍛造を行うようにすれば、長手方向の両端に位置する２つの厚肉部としての翼根をチャックにて把持した状態で隣接する２つの動翼を機械加工することが可能となり（請求項６）、チャックによる薄肉の翼部自体に対する把持を不要化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の製造方法の適用対象の一例であるタービンブレードとしての動翼を単体状態と連結状態で示した図である。
【図２】本発明の実施形態の製造方法の工程説明図である。
【図３】図２の要部を実施形態に対する比較例とともに示した図である。
【図４】本発明の他の実施形態の要部を同実施形態に対する比較例とともに示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１（Ｂ）において、１０，１２は本実施形態の適用対象としてのタービンブレード、具体的にはここではガスタービン用の動翼で、それぞれ肉厚の薄い翼部１４，１６と、厚肉部としての翼根１８，２０を一体に有している。
ここで動翼１０，１２としては材質がＪＩＳ  ＳＵＳ４１０Ｊ１等が好適に用いられる。
この実施形態において、動翼１０，１２は段数の異なる異種類のものである。但しその段数の違いは１段のみで、大形の動翼１０はｎ段の、小形の動翼１２は（ｎ＋１）段のものである。
従って形状的には動翼１０と１２とは近似した形状のものである。
【００２５】
これら動翼１０，１２は、厚肉部としての翼根１８，２０においてロータのディスクに固定され、ロータと一体に回転運動する。
尚、薄肉の翼部１４，１６はねじれ形状をなしており、図１（Ｂ）に示しているように長手方向に互いに逆向きに向き合った状態で、それら翼部１４，１６のねじれの方向は逆方向となる。
【００２６】
図２は、これら動翼１０，１２を製造する本実施形態の製造方法の工程を示している。
同図において、２２は材質がＪＩＳ  ＳＵＳ４１０Ｊ１から成る（但し他の材質であっても良い）棒状の鍛造素材で、本実施形態ではこの鍛造素材２２を用いて先ず工程（Ｉ）で鍛造が行われる。
この工程（Ｉ）では、工程（Ｉ-１）で荒地鍛造が行われ、この荒地鍛造によって鍛造素材２２が両端に厚肉部を有する予備成形品２４に成形される。
【００２７】
次いで工程（Ｉ-２）で、予備成形品２４に対して仕上鍛造が施され、動翼１０と１２とが長手方向に一体に連結した状態の連結体２６が、バリ２８付きの状態で仕上鍛造品として得られる。
その後、工程（Ｉ-３）でバリ抜きが行われて、連結体２６からバリ２８が分離除去される。
【００２８】
図１（Ａ）及び図２に示しているように、ここではタービンブレードとしての２つの動翼１０，１２が、長手方向に一体に連結した連結体２６として、１つの金型にて同時に鍛造される。
ここで動翼１０，１２は、それぞれの厚肉部としての翼根１８，２０を、連結体２６における長手方向の両端に位置させるように、長手方向の向きを逆向きとして一体に鍛造される。
【００２９】
連結体２６において、３０は動翼１０の端と１２の端との間に設けた、動翼１０及び１２の各端を繋ぐ余肉部分としての繋ぎ部分で、動翼１０，１２はこの繋ぎ部分３０を介して互いに連結状態で一体に鍛造される。
【００３０】
本実施形態では、その後において工程（II）で動翼１０，１２に硬さを発現させるための熱処理が行われる。具体的にはここでは熱処理として焼入れ、焼戻し処理が行われる。
このとき、２つの動翼１０，１２が繋ぎ部分３０を介して互いに連結した一体の連結体２６として熱処理される。
この工程（II）では、併せて熱処理に伴う酸化スケールの除去処理、即ち脱スケール処理が行われる。具体的にはここではショットブラスト処理が行われる。
【００３１】
そしてその後、工程（III）で動翼１０，１２に対して全面に亘り機械加工（切削加工）が行われる。
この機械加工においても、動翼１０，１２は互いに連結された状態、即ち連結体２６の状態で機械加工される。
このとき、連結体２６は長手方向両端に、翼部１６に対して厚肉をなす翼根１８，２０が位置しているため、機械加工装置のチャックにてこれら剛性の高い翼根１８，２０を掴むことで、２つの動翼１０，１２即ち連結体２６を、強固にしっかりと保持することができる。
【００３２】
加えてこの連結体２６は、長手方向の中間部に繋ぎ部分３０を有しているため、機械加工装置のチャックにて、この繋ぎ部分３０をも把持することができ、チャックによる連結体２６の保持をより強固に行うことができる。
【００３３】
而してこの実施形態では、機械加工装置のチャックにより連結体２６の長手方向の両端部と中間部とを掴み、全体をしっかりと強固に保持した状態で機械加工することができるため、加工に際して動翼１０，１２の振れを効果的に防いで、高精度で機械加工を行うことができる。
尚この工程（III）では、併せて連結体２６に対する研磨が行われる。
【００３４】
この工程（III）の機械加工を行うに際し、動翼１０，１２は一体の連結体２６を成しているため、それら２つの動翼１０，１２を同時に機械加工することができる。
従って２つの動翼１０，１２を機械加工するに際し、機械加工のための段取り及び加工後の取出しを１回で済ませることができる。
【００３５】
以上のようにして機械加工及び研磨を終えたら、次に工程（IV）において繋ぎ部分３０を連結体２６から切除し、２つの動翼１０，１２を分離する（図１参照）。
ここにおいて単体のタービンブレードとしての動翼１０，１２が得られる。
【００３６】
以上のような本実施形態では、１つの鍛造素材２２から２つの動翼１０，１２を同時に鍛造成形することができ、鍛造加工の加工工数を少なくし得て、鍛造効率を高めることができる。
また鍛造に際してのバリ２８の発生量を少なくし得る等によって、動翼１０，１２を単体で鍛造する場合に比べて、材料歩留りを高めることができる。
【００３７】
また本実施形態では、動翼１０，１２を一体の連結状態で熱処理を行うことができ、熱処理工程の効率を高めることができる。
【００３８】
本実施形態ではまた、動翼１０，１２を一体の連結状態を保持したまま機械加工を行う。
これにより機械加工の工数、手間を低減でき、また所要時間も短縮化することができる。
【００３９】
以上は動翼についての例であるが、本発明は固定側である静翼の製造にも適用することが可能である。
図４中３２，３４は静翼で、ここでは静翼３２と３４とは段数の異なったものとされている。具体的にはここでは静翼３２と３４とは段数が１段異なっている。
３６は静翼３２の翼部を、３８は静翼３４の翼部をそれぞれ表している。
【００４０】
静翼３２は、図中右端側にタービンケーシングに固定される厚肉部としての翼根（図示省略）が一体に設けられており、また静翼３４は、同様に翼部３８の図中左端側にタービンケーシングに固定される厚肉の翼根（図示省略）を一体に有している。
【００４１】
これら静翼３２，３４の場合、翼根とは反対側の端部に、即ちタービンケーシングへの固定状態で内周側の端部に、ロータの軸周りに環状をなす環状部材に固定されるシュラウド４０，４２を一体に有している。
４４はこれら静翼３２，３４を長手方向の向きを逆向きとして一体に連結した連結体を表している。
即ちここでも静翼３２，３４は長手方向の向きを逆向きとして、その長手方向に一体に連結されて連結体４４を構成している。
【００４２】
また隣合うシュラウド４０と４２とが、上記実施形態と同様に繋ぎ部分５０によって互いに繋がれている。
尚、２つの静翼３２，３４を連結体４４として鍛造する際の工程及び手順、更にその後における熱処理，機械加工，２つの静翼３２と３４とに分離する工程は、基本的に図２に示す動翼の製造の場合と同様である。
【００４３】
この実施形態に従って、２つの静翼３２，３４を連結体４４として鍛造した場合においても、長手方向両端の翼根を機械加工装置のチャックにて把持して機械加工を行うことができる。
また併せて、中間部分の繋ぎ部分５０をチャックにより把持して機械加工を行うことができる。
【００４４】
以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば上例では段数が１段だけ異なった異種類の２つのタービンブレードを連結状態に鍛造し、また機械加工して製造する場合の例であるが、本発明は段数が２段以上異なったもの同士を連結状態で鍛造し、また機械加工して製造するようになすことも可能である。
更に上記の例は２つのタービンブレードを連結状態とする場合の例であるが、特にサイズの小さいタービンブレードを製造する場合において、動翼，静翼何れについても３つ以上の複数を連結状態で鍛造し、またその連結状態で機械加工するようになすことも可能である。
その他本発明はガスタービン以外のタービン用のブレードの製造に適用することも可能である等、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，１２  動翼（タービンブレード）
１４，１６，３６，３８  翼部
３０，５０  繋ぎ部分
３２，３４  静翼
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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