(57)【要約】　【課題】　改良されたワークピースをコーティングするための技術を提供する。　【解決手段】　エンジンや工業用タービンに使用される構成部品のようなワークピース１６をコーティングするための装置１０は、ワークピース１６の中心をコーティング材料源１２に対して固定された水平および垂直位置に保持しながら、ワークピース１６を複合軸の回りで同時に操作するための器具を有している。ワークピース１６を操作するための器具は、好ましくは固定具１４から構成される。固定具１４は、ワークピース１６を、第１の軸３６の回りおよび第１の軸３６に対して所定の角度をなす第２の軸５６の回りで同時に回転させ、また第１の軸３６に対して＋４５度から−４５度の可動域で傾斜させることを可能とする。　【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　ワークピースをコーティングするための装置であって、
　コーティング材料源に対して固定された水平位置および垂直位置にワークピースの中心を保持しながら、ワークピースを複数の軸の回りで同時に操作するための器具を有してなる、ことを特徴とする装置。
【請求項２】
　前記ワークピースが前縁と後縁とを備えた第１の部分を有しており、および、前記器具が、コーティング処理の間において前記前縁を前記後縁の上方で前記中心の回りで回転させるための手段を含む、ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
　前記ワークピースが、長手軸を備えたエアフォイル部と前記長手軸に対してそれぞれ垂直である第１および第２の面とを有する部品を有してなり、および、前記器具が、コーティング処理の間において第１および第２の面が前記コーティング処理の間において前記コーティング材料源に対して−４５°から＋４５°の可動域で動くように前記部品を傾斜させるための手段を有してなる、ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
　前記器具が、前記部品を前記コーティング材料源の軸に平行な第１の回転軸の回りで回転させるための手段と、前記部品が前記第１の軸の回りで回転する一方で前記部品を前記第１の軸に対して所定の角度をなす第２の軸回りで回転させるための手段と、前記部品が前記第１および第２の軸の回りで回転する一方で前記第１の軸に対して約＋４５度から約−４５度の可動域で前記部品を傾斜させるための手段とを有してなる、ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
　前記器具がモジュール式の固定具を有してなり、前記固定具が端板とモジュール式の固定具内に配置される部品のための第１の回転軸を規定するために前記端板の第１の面に取付けられたスタブ軸とを有してなり、および、前記モジュール式の固定具がさらに、前記部品を前記第１の軸の回りで回転させる一方で、前記部品が第１の軸に対して所定の角度をなす第２の軸の回りで回転できると共に前記第１の軸に対して約−４５度から約＋４５度の可動域で傾斜できるように前記部品を支持するための手段をさらに含んでいる、ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
　前記部品支持手段が、前記端板の第２の面に対して所定の角度をなして位置決めされた第１のアームと、第１の孔を有し前記第１のアーム内に組み込まれた第１のブシュと、第１のスピンドルとを有し、また、前記第１のスピンドルが、前記第１の孔を通ると共に前記部品が前記第２の軸の回りで回転できるように前記第１のブシュと協働する部分と、前記スピンドルの端部に固定された部品ホルダとを有する、ことを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
　前記器具が、第２の端板を有してなる第２の部品支持手段と、前記第２の端板の面に対して所定の角度をなして位置決めされた第２のアームと、第２の孔を有し前記第２のアーム内に組み込まれた第２のブシュと、第２のスピンドルとを有し、また、前記第２のスピンドルが、前記第２の孔を通ると共に、第２の部品が前記第１の軸と所定の角度をなす第４の軸の回りで回転できるように前記第２のブシュと協働する部分を有する、ことを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
　複数のワークピースをコーティングするためのモジュール式の固定具であって、
　第１の端板を有してなり、
　前記第１の端板から離間された第２の端板を有してなり、
　前記第１の端板から前記第２の端板に延在する長手軸を有してなり、
　前記長手軸と平行な第１の軸の回りでの前記固定具の回転を可能とするための手段を有してなり、
　前記第１の端板に取付けられた第１のアームを有してなり、前記第１の軸に対して所定の角度をなす第２の軸の回りで第１の部品を回転させるため、および前記第１の部品が前記第２の軸の回りで回転する一方で前記第１の部品を前記第１の軸に対して傾斜させるために、前記第１のアーム内には第１の回転手段が組み込まれており、および
　前記第２の端板に取付けられた第２のアームを有してなり、前記第１の軸に対して所定の角度をなす第３の軸の回りで第２の部品を回転させるため、および前記第２の部品が前記第３の軸の回りで回転する一方で前記第２の部品を前記第１の軸に対して傾斜させるために、前記第２のアーム内には第２の回転手段が組み込まれている、ことを特徴とするモジュール式の固定具。
【請求項９】
　前記第１の回転手段が、前記第１のアーム内の第１のブシュと、前記第１のブシュと協働するための第１の部分を有する第１のスピンドルとを有してなり、また、前記第２の回転手段が、前記第２のアーム内の第２のブシュと、前記第２のブシュと協働するための第２の部分を有する第２のスピンドルとを有してなる、ことを特徴とする請求項８記載のモジュール式の固定具。
【請求項１０】
　第１のスピンドルの端部に固定された第１の部品ホルダと、前記第２のスピンドルの端部に固定された第２の部品ホルダとをさらに有してなり、および前記第２の軸および前記第３の軸が互いに実質的に垂直である、ことを特徴とする請求項８記載のモジュール式の固定具。
【請求項１１】
　前記回転を可能とするための手段が前記第１の軸の回りで前記モジュール式の固定具を回転させるために前記第１の端板の面に取付けられたスタブ軸を有してなり、および前記第１の端板から前記第２の端板に延在する複数のロッド部材をさらに有してなる、ことを特徴とする請求項８記載のモジュール式の固定具。
【請求項１２】
　コーティング材料源を設けるステップ、
　前記コーティング材料源に対して固定された距離において前記ワークピースを支持するための固定具を設けるステップ、
　前記ワークピースの中心を前記コーティング材料源から前記固定された距離に維持しながら前記ワークピースを第１の軸の回りで回転させるステップ、
　前記ワークピースを前記第１の軸の回りで回転させながら前記第１の軸に対して所定の角度をなす第２の軸の回りで前記ワークピースを回転させるステップ、
　前記ワークピースを前記第１および第２の軸の回りで回転させながら前記第１の軸に対する可動域で前記ワークピースを傾斜するステップを有してなる、ことを特徴とするワークピースをコーティングするための方法。
【請求項１３】
　前記ワークピースが長手軸と前記ワークピースの長手軸に対して実質的に垂直な２つの面を有し、前記第１の軸の回りで前記ワークピースを回転させるステップおよび前記傾斜させるステップにより前記実質的に垂直な各面がコーティングされ、また、前記ワークピースが先端および後端を備えたエアフォイル部を有し、前記第２の軸の回りで前記ワークピースを回転させるステップにより先端が後端の上方に転倒し、および、前記ワークピースが長手軸と前記長手軸に対して実質的に垂直な２つの面を有し、前記第１の軸の回りで前記ワークピースを回転させるステップおよび前記傾斜ステップにより前記実質的に垂直な各面がコーティングされる、ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
　前記ワークピースが、前縁、後縁、および長手軸を備えたエアフォイル部と前記長手軸に実質的に垂直な２つのプラットフォーム面を有するベーンを有してなり、および、前記回転ステップおよび前記傾斜ステップにより前記エアフォイル部および前記プラットフォーム面がコーティングされる、ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
　前記ワークピースが、前縁、後縁、および長手軸を備えたエアフォイル部と前記長手軸に実質的に垂直な２つのシュラウド面を有するブレードを有してなり、および、前記回転ステップおよび前記傾斜ステップにより前記エアフォイル部および前記シュラウド面がコーティングされる、ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、工業用タービンおよびジェットエンジンに使用される構成部品のような、ワークピース、つまり加工中の物品（加工物）をコーティングするための方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　工業用タービンやジェットエンジンなどに使用される、ベーンやブレードのような構成部品は、腐食に対する耐性や熱疲労性を改善するため、および他の点における性能を高めるために、一般的にはコーティング処理が施される。経済面から、同時に多数のワークピースをコーティングできる、実行可能な工業的な方法およびシステムが必要とされる。
【０００３】
　モジュール式の固定具を使用して一度に多数のワークピースをコーティングする、多くの異なるシステムが開発されている。このようなシステムは、公開されたＢｕｒｎｓ等による欧州特許出願第９５３，６５６号、Ｂｕｒｎｓ等に付与された米国特許第５，９９７，９４７号、Ｂｕｒｎｓ等に付与された米国特許第５，８４９，３５９号、およびＭｅｎｃｈｅｔｔｉ等に付与された米国特許第５，８０３，９７１号に例示されている。
【０００４】
　電子ビーム物理蒸着（ＥＢ−ＰＶＤ）のようなコーティング技術は視線方向の技術であって、コーティング材料源と視線方向でないワークピースの面はコーティングされない。コーティング材料源から一定の距離で保持されないワークピースは、後に望ましくない特性を示すことが見い出されている。エアロフォイル部およびエアロフォイル部に垂直なコーティングを必要とする面を有するワークピースの場合は特にこれが顕著である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　従って、本発明の目的は、ワークピースが割れや破壊をより受け難いコーティングを有するように、ワークピースをコーティングするための方法を提供することにある。
　本発明の別の目的は、ワークピースが望ましくない特性をより受け難いコーティングを有するように、ワークピースをコーティングするための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　上記の各目的は、本発明の装置および方法により達成される。
　本発明によれば、ワークピースをコーティングするための装置は、概略的には、ワークピースの中心をコーティング材料源に対して固定された水平および垂直位置に保持しながら、ワークピースを複数の軸ないし多軸（multiple axes）の回りで同時に操作するための器具を有してなる。
【０００７】
　さらに、本発明によれば、ワークピースをコーティングするための方法は、概略的には、コーティング材料源を設けるステップ、前記コーティング材料源に対して固定された距離においてワークピースを支持するための固定具を設けるステップ、前記ワークピースを前記コーティング材料源から前記固定された距離に維持しながらワークピースを第１の軸の回りで回転させるステップ、ワークピースを第１の軸の回りで回転させながら第１の軸に対して所定の角度をなす第２の軸の回りでワークピースを回転させるステップ、ワークピースを第１および第２の軸の回りで回転させながら前記第１の軸に対して公称で約＋４５度から−４５度までの可動域でワークピースを傾斜するステップ、およびコーティング材料の蒸気を形成するステップを有してなる。
【０００８】
　本発明の装置および方法の他の詳細、およびそれに伴う他の目的および特長は、以下の詳細な説明および添付図面に説明されている。添付図面では同様な参照番号は同様な構成要素を表している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
　図面を参照して、ジェットエンジンや工業用タービンにおいて使用されるベーンやブレードのような、ワークピースをコーティングするための装置１０は、図１に例示されている。この装置１０は、コーティング材料源１２、およびコーティングされる１以上の保持するためのモジュール式固定具１４を有してなるものである。装置１０はさらに、コーティング材料の雲（クラウド）を形成するためにコーティング材料を加熱するための手段（図示せず）、およびモジュール式の固定具１４を回転するためのモータ１８を含んでいる。
【００１０】
　モジュール式の固定具１４により、ワークピース１６をコーティング材料源１２に対して水平方向および垂直位置に固定された位置に各ワークピース１６を保持しながら、コーティング処理の間においてワークピース１６を３つの軸の回りで同時に回転することができる。特に、固定具１４は、各ワークピース１６、特にその中心を、コーティング材料源１２から固定された距離に維持する。本発明の好ましい実施形態では、ワークピース１６の中心は、第１の回転軸３６が後述する第２の回転軸５６または５６’と交差する点に位置される。本発明の固定具１４は、コーティングされるべきワークピースがコーティング材料源に対して固定された水平位置および垂直位置に留まることを許容しないコーティング装置において使用されていた他の固定具とは異なるものである。この結果、これらの従来の固定具はワークピース上に形成されるコーティングを最適化できず、破壊や割れの可能性（尤度）を最小化できない。
【００１１】
　モジュール式の固定具１４は、第１の端板２０，第２の端板２２、中央支持構成要素２４、および複数の軸方向に延在する支持バー２６から形成されるケージ（かご）である。軸方向に延在する支持バー２６はそれぞれ固定具１４の長手軸２８に平行に延在する。
【００１２】
　第１の端板２０にはスタブ軸３２が取り付けられている。スタブ軸３２は嵌合用軸部材３４によりモータ１８に接合されており、これにより、モータ１８はモジュール式の固定具１４を、固定具１４の長手軸２８と一致する軸であって図示した実施形態ではコーティング材料源１２の軸２７に平行である第１の軸３６の回りで、回転させる。スタブ軸３２は、当業分野において公知であるいずれかの適切な手段を使用して、第１の端板２０に連結される。支持部材３８は、第１の端板２０に溶接されると共に、長手軸２８のような適切な軸に実質的に平行にスタブ軸３２が維持されるのを補助するためにスタブ軸３２に溶接される。
【００１３】
　第１の端板２０の第２の面４０にはアーム４２が取り付けられる。アーム４２は、固定具１４の長手軸２に対して所定の角度、好ましくは４５度で、延在する。第２の端板２２の内側の面４４に同様なアーム４２が取り付けられる。
【００１４】
　図１および図２を参照して、ブシュ４６が各アーム４２のそれぞれに組み込まれてないし一体化されている。各ブシュ４６は中央アナ４８を有している。コーティングされるべき各ワークピース１６は、スピンドル５０に固定ないし固着されている。ワークピース１６をスピンドル５０に固定するために当業分野において公知であるいずれかの適切な手段が使用される。好ましくは、ホルダ５２がスピンドル５０の一端に設けられている。ホルダ５２は、コーティング処理の間においてワークピースを保持するために当業分野において公知であるいずれかの適切な手段が使用される。好ましくは、ホルダ５２は、参考として本明細書に組み込まれるＢｕｒｎｓ等に付与された米国特許第５，８４９，３５９号に開示されたようなホルダである。スピンドル５０の反対側の端には、その直径が孔４８の直径よりも大きい頭部５４がある。
【００１５】
　スピンドル５２および各アームの第１の端上のブシュ４６は、第１の回転軸３６と所定の角度をなす第２の回転軸５６を規定し、またスピンドル５２および他のアーム上のブッシュ４６は第１の回転軸３６に対して所定の角度をなす第３の回転軸５６’を規定する。好ましくは、第２の軸と第３の軸は互いに実質的に垂直ないし直角である。この構成とすることで、個々のワークピース１６は、軸３６の回りで回転しながら、同時に、軸５６および５６’の一方の回りで回転することができる。ワークピース１６の軸５６あるいは５６’の回りで回転は、重力および摩擦により生じるものである。ワークピースが前縁６０，後縁６２，および中央の長手軸６４を備えたブレードまたはベーンである場合、ベーンまたはブレードは、中央の長手軸６４上の先端の上方の軸５６または５６’の先端の回りで転倒（引っくり返り）または回転する。
【００１６】
　ジェットエンジンや工業用タービンのような特定のコーティングすべきワークピースは、プラットフォームやシュラウドのような、エアフォイル部５８の長手軸６４に実質的に垂直に延在する面６６および６８を有している。従来は、これらの実質的に垂直な面を正しく且つ常にコーティングすることは困難であった。モジュール式の固定具１４の構成により、すなわち、軸３６の回りの回転およびアーム４２の位置づけにより、ワークピース１６は、回転軸３６に対して且つコーティング材料源１２に対して好ましくは＋４５度から−４５度の公称の可動域（行動範囲）で移動または傾斜する。この結果、コーティングを面６６および６８に適用ないし設けることができて早期に破壊することがなくなる。アーム４２の角度に依存して、傾斜動作の範囲は＋４５度から−４５度より大きくまたは小さくすることができる。
【００１７】
　固定具１４は多くの利点をもたらす。第１に、固定具１４はワークピース１６をコーティング材料源１２から固定された距離で保持する。第２に、固定具１４は各ワークピース１６をコーティング材料源１２に対して固定された水平位置および垂直位置において保持する。第３に、固定具１４は、ワークピース１６をコーティング装置１０内の上記固定された水平位置および垂直位置に保持しながら、多軸の回りで各ワークピース１６同時に操作することを可能にする。第４に、各ワークピース１６は、固定具１４の長手軸２８に対して＋４５度から−４５度の可動域で繰り返し傾斜される。これらの特長により、本発明のコーティング装置は、略均一なコーティング厚さでの適用（塗布）が容易に可能となり、またベーンやブレードのための優れたエアフォイルおよびプラットフォームのコーティング構造をより容易に得ることができる。このようなコーティングは他のシステムを使用して作られたコーティングよりも早期に腐食ないし破壊することがない。さらに、本発明の装置は各サイクルにおいて多数のワークピースをコーティングすることができる。固定具１４がモジュール式であるので、典型的には６０秒より早い、極めて迅速な部品交換が可能となる。
【００１８】
　動作においては、コーティング材料源１２が装置１０の内部に設けられる。１つまたはそれより多くのコーティングすべきワークピース１６は、コーティング装置内に配置され、またその長手軸２８の回りで回転する。これにより、各ワークピース１６は、軸２８に一致する軸３６の回りで回転できるようになる。さらに、これにより、各ピース１６は、第１の軸３６に対して所定の角度をなす第２の軸の回りで同時に回転する。さらに、これにより、各ワークピース１６は、ワークピースが第１および第２の軸の回りで回転する際に、第１の軸３６に対して好ましくは＋４５度から−４５度の可動域で傾斜する。固定具１４およびワークピースが回転する一方で、コーティング材料源１２が気化ないし蒸発される。電子ビーム物理蒸着、陰極アーク気化（cathodic arc vaporization）などの当業分野において公知であるいずれかの適切な技術が、気化されたコーティング材料を作るために使用される。
【００１９】
　以上の通り、本発明によれば、上述した各目的、手段、および特長を全て満たす、多軸回転式（multi tumbler）のコーティング装置が提供される。また、以上の説明では本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、当業者には上記説明から他の代替え、変更および変形は自明である。よって、添付の特許請求の範囲はこれら代替え、変更および変形を包含するように意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係わる１つ以上のワークピースをコーティングするための装置を例示した説明図である。
【図２】図１の装置において使用されるスピンドルとブシュの構造部の断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
　１０　装置
　１２　コーティング材料源
　１４　固定具
　１６　ワークピース
　１８　モータ
　３６　第１の回転軸
　５６　第２の回転軸
【図１】
2004131847.tif 000003
【図２】
2004131847.tif 000004