(57)【要約】【課題】従来技術の研磨ベルトで生じる欠点、例えば、追加作業による材料の除去、厚みの調整を解消する。【解決手段】所定の速度で回転するように駆動され、かつ所定の圧力を加えられた、接線接触ホイール上に取り付けられた研磨ベルトを有する機械を用いる、チタンおよびチタン合金製の半完成機械部品についての自動研磨方法に関するものであり、上記ホイールは所定の速度で部品表面に対して移動し、研磨ベルトは工業用ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素の超研磨砥粒からなることを特徴とする。この方法は、ジェットエンジンファンまたはコンプレッサブレードの形状一致加工に利用される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の速度で回転するように駆動され、かつ所定の圧力が加えられる、接線接触ホイール上に取り付けられた研磨ベルトを有する機械を用いる、チタンおよびチタン合金製の半完成機械部品のための自動研磨方法であって、ホイールは所定の速度で部品表面に対して移動し、研磨ベルトが工業用ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素の超研磨砥粒からなることを特徴とする、自動研磨方法。
【請求項２】
所定の許容差を有するターボマシンのブレードを研磨するために、機械パラメータが以下の範囲、
部品表面へのホイールの作用力：１３７Ｎから１９６Ｎ
ベルトの走行速度：４．６ｍ／ｓから１８．６ｍ／ｓ
加工物に対するホイール移動速度範囲：３．４ｍ／ｍｉｎから６．７ｍ／ｍｉｎ
に設定される、請求項１に記載の自動研磨方法。
【請求項３】
粗研磨における許容差が１／１０ｍｍから８／１０ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍから０．４ｍｍである、請求項２に記載の自動研磨方法。
【請求項４】
仕上げ研磨における許容差が０．０１ｍｍから０．２ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍである、請求項１または２に記載の自動研磨方法。
【請求項５】
接触ホイールには溝が切られている、請求項１から４のいずれか一項に記載の自動研磨方法。
【請求項６】
チタンまたはチタン合金製のジェットエンジンのブレードを製作する方法であって、一定の許容差を有する半完成品のブレードの製作と、請求項１、２、４および５のいずれか一項における少なくとも１つの仕上げ研磨方法を含む工程による、前記許容差の除去と、を含み、除去前の許容差が、粗研磨において、０．１ｍｍから０．８ｍｍの厚み、好ましくは０．２ｍｍから０．４ｍｍ、さらに好ましくは０．３ｍｍ±０．０５ｍｍの材料の除去を可能にするように決定される、製作方法。
【請求項７】
前記許容差の除去が、ダイヤモンドベルトを用いる粗研磨によりなされる、請求項６に記載の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、チタンおよびチタン合金製の機械部品の研磨（ポリシング）である。詳細には、本発明はターボマシンブレード、特にジェットエンジンのファンブレードなどの大型ブレードに関し、および、詳細には、上記研磨を利用してこのようなブレードを製作する方法（プロセス）に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械部品の研磨については、一般に耐応力があり、かつ汚染発生のほとんどない低コストの研磨材料が求められている。この分野では、汚染は部品の大部分の内部に溜まる研磨材料の砥粒（グレイン）から生じる。チタンおよびチタン合金製のジェットエンジンブレードについては、この汚染を防止することは必須である。
【０００３】
従来は、ブレードの研磨に対しては、炭化ケイ素の研磨ベルトが使用されている。ベルトは加工物の表面に対して接線方向に回転するように駆動されるホイール上に取り付けられる。加工物の表面に対するホイール運動は、所望の形状に応じて、プログラムを用いて操作される。表面上のベルト移動速度、加工物に対するホイール速度、および表面に加える圧力などのパラメータの決定は、材料の所望の厚みを除去（研削）し、および特定の表面状態を保証するように決定される。研磨ベルトを用いる研磨機械の詳細説明は米国特許第５１９３３１４号明細書に見ることができる。
【０００４】
ただし、この材料は完全に満足できるとは言えない。
【０００５】
ベルトは急速に磨耗する。例えばジェットエンジンファンの場合、半完成品のブランク（加工物）からの形状一致性を達成するために、加工物当たり２つのベルトが消費される。
【０００６】
研磨材料はチタンを汚染する。この汚染を回避する対策を取る必要がある。
【０００７】
市販されているベルト上に研磨材料を付着させる方法は、一般に、静電気手段によりなされる。この付着（デポジット）の規則性は最適ではなく、材料の除去に関してかなりのばらつきが生じる。したがって、研磨は均一でなく、後で材料を除去するための手作業による再作業（厚み調整に関係することもある）を必要とする。
【０００８】
詳細には、研磨ベルトは、例えば半完成品の鍛造ブレードの形状（ジオメトリック）一致性を達成するために使用される。研磨により材料の所定の厚みを除去する。ただし従来の研磨材料を用いた場合、ホイールおよび研磨ベルトにより不十分な量の材料しか除去されないため、追加作業により材料を除去し、厚みを調整することが必要とされる。したがって、鍛造された半完成品のブレードの形状一致性を達成するために、研磨の前に、化学的加工を必要とする。最初に所定の粒度（グレイン・サイズ）を用いて部品を研磨後、化学的加工、および、電気ストレート研削砥石およびブラシ研磨ホイールまたは他の可搬型機械による手作業での再加工を施す必要がある。
【特許文献１】米国特許第５１９３３１４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従来技術の研磨ベルトで生じる欠点を克服することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、所定の速度で回転するように駆動され、かつ所定の圧力を加えられた接線接触ホイール上に取り付けられた研磨ベルトを有する機械を使用し、上記ホイールは所定の速度で部品表面に対して移動する、チタンおよびチタン合金製の機械部品の自動研磨方法が、研磨ベルトは工業用ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素の超研磨砥粒（スーパーアブレシブ・グレイン）からなることを特徴とする。
【００１１】
試験後、この種のベルトを用いることにより、従来の研磨ベルトで発生する問題点を克服できることを見出した。
【００１２】
ベルトの研磨層は極めて精密である。例えばダイヤモンドでは、ベルトは均質な電気化学的付着により形成される。超研磨砥粒は、ポリエステルベースと一体化しているニッケル層により裏打ちされる。ニッケル層は熱を吸収し、部品の加工硬化を防止する。
【００１３】
ベルトの研磨層の精密度のために、除去される材料の量は、厚みのばらつきが極めて小さくなる。このばらつきの小さいことは、所定の許容差を有する半完成品の部品から製作されるブレードの形状一致性を達成するための重要な利点を提供する。設定寸法を基準とする材料除去の程度の差は、十分小さく、ブレード形状の許容差範囲内に入る。したがって、研削による別の手作業での調整を行なう必要はない。
【００１４】
詳細には、ブレードの研磨について、部品の鍛造または機械加工後の所定の許容差を小さくすることが必要である場合、機械パラメータは以下の範囲で設定される。
・加工物表面へのホイールの作用力：１３７Ｎから１９６Ｎ
・ベルトの走行速度：４．６ｍ／ｓから１８．６ｍ／ｓ
・加工物に対するホイール移動速度（トラベルスピード）範囲：３．４ｍ／ｍｉｎから６．７ｍ／ｍｉｎ
厚みの許容差は２／１０から４／１０ｍｍである。
【００１５】
好都合にも、接触ホイールには溝が掘られ、溝はホイールの回転軸に対して斜めに配置されている。詳細には角度は２５から３５°である。
【００１６】
さらに詳細には、研磨ベルトとホイールとの接触面はショア硬さ７０の硬度を有する。
【００１７】
本発明は以下に、非制限的実施形態によりおよび添付図面を参照して詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
機械は５または６の自由度を有する。図１は実施形態１の例を示す。これは、例えばＭｅｔａｂｏにより製作される市販の機械である。テーブル１０は２つのジョー１１および１３を有し、このジョーの間に、コンプレッサブレードなどの細長い加工物が水平に保持される。この保持状態の加工物は、対応する電動モータＭｘおよびＭｕにより、Ｘ方向に移動でき、または加工物自体がＸ軸周りにＵの方向に回転できる。テーブルの上方には、ヘッド１００が垂直支持体２０に取り付けられ、Ｚ軸に沿って移動できる。さらにヘッド１００はＺ軸周りにＷ方向にも回転できる。対応するモータＭｚおよびＭｗを備えて、これら２方向にヘッドを駆動する。最後に、ヘッド１００は、Ｘ軸に垂直なＹ軸方向に水平に移動でき、かつＹ軸周りにＶ方向に回転できる。モータ手段ＭｙおよびＭｖはこれらの運動を保証する。ヘッド１００はヘッドに対して固定されている軸周りに接触ホイール１１０を移動させる。ヘッド１００に取り付けられたモータは、ホイールの周辺に取り付けられた研磨ベルトによるホイール１１０の駆動を確保する。
【００１９】
モータ手段はすべて送信器に接続され、この送信器は、プログラムミング手段および特に研磨される部品の形状データを格納するメモリを含む命令装置を備えている。
【００２０】
部品を研磨するには、ベルトを部品表面の接線方向に局部的に所定の圧力を加えて押し付け、ベルトが移動するように設定する。ベルトはホイールによりベルトの軸周りに回転する。
【００２１】
所望厚みの除去および表面状態の両方は、ベルトの粒度および適用される機械パラメータおよび接触ホイールの特性に依存する。
【００２２】
機械の設定パラメータは以下の通りである。
・接触ホイールにより加工物に加えられる力（Ｎ）
・加工物の軸、ここではＸ軸、に沿ったベルトの相対移動速度
・ホイールの回転方向の、加工物上のベルトの走行速度（パススピード）（ｍ／ｓ）
【００２３】
これらのパラメータは、形状的およびホイールの構成材料に従って所定のホイールに対して決定される。例えば、ホイールは所定の幅２５ｍｍ、所定の外径１２０ｍｍを用いる。ホイールの表面上には３０°の傾きの複数の溝を有し、この溝は幅３ｍｍで、１７ｍｍの距離を空けている。ホイール周辺上の材料は、例えばショア硬さ７０の硬度のゴムである。
【００２４】
上記機械は、研磨による形状一致化作業および半完成部品の研磨に使用される。
【００２５】
これら作業は、以下に述べる特定の数の工程を含む。鍛造ステーションによってもたらされる半完成部品の形状およびサイズ特性は、完成部品のそれに近い。ただし、その寸法は所定の許容差の理由からまだ最終品ではない。精密鍛造では、この許容差は２／１０から４／１０ｍｍに固定されている。自動研磨方法の目的はこの許容差を取り除くことである。
【００２６】
研磨の前に、半完成部品を前処理する必要がある。
【００２７】
第１に、いわゆる３重厚み制御（ｔｒｉ−ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ）を実行して部品の寸法を確認し、さらに必要に応じて、不足している厚みの表面部分をマスキングする。この厚みの再調節は接着テープを貼り付けてもよい。
【００２８】
以下の前処理工程は化学的加工からなる。これには、硝酸、フッ化水素酸、および湿潤剤などの薬剤または水を含む槽内でのチタン合金の化学溶解を含む。槽内への浸漬時間は、除去される材料の量を決定する。化学的加工とは、形状に関係なく材料の均一厚みを除去することである。
【００２９】
必要に応じて、これら２つの作業は研磨作業で除去される、所定の許容差を達成するまで繰り返される。
【００３０】
研磨ベルトを装着した機械に部品を通すことによる研磨作業は、公知である。最初に、いわゆる粗研磨を実行する。
【００３１】
従来は、研磨剤が、例えば粒度１２０を有する炭化ケイ素であるベルトを使用する。除去される材料の量は０．２５±０．１ｍｍである。
【００３２】
研磨ベルトの特性のため、除去される材料の量のばらつきが大きい。
【００３３】
前述の３重厚み制御タイプの第２の制御は、必要に応じて、化学的加工に関連付けて実行される。
【００３４】
この制御は、その後、ブラシ研磨ホイール上での手作業の調整工程を必要とする。これは精密な作業であり、資格者によってだけ実行可能である。ブレードのサイズが大きい場合、これら手作業は、反復運動損傷（ＲＳＩ）などの労働災害の原因となる可能性がある。
【００３５】
次に、微細粒度を有するベルトを用いて仕上げ研磨を実行する。ただし、ばらつきのために、除去される量は、例えば０．１ｍｍ±０．０５ｍｍとなる。手作業での再加工による形状の最終確認が必要となることがある。
【００３６】
本発明によれば、使用されるベルトは、工業用ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素などの超研磨砥粒を備える。
【００３７】
図３は、ベルト２００の断面図であり、ベルト構造を示す。裏材２１０は、例えばポリエステルベースの合成材料である。この裏材については、ニッケル砥粒２２０が付着されている。これらの砥粒は、工業用ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素などの超研磨砥粒の支持体として作用する。付着（デポジティング）は電気化学的方法によりなされ、均質な研磨層の生成を確保する。
【００３８】
上記研磨ベルトは３Ｍ、Ｓａｉｎｔ  Ｇｏｂａｉｎ  Ａｂｒａｓｉｖｅｓ  または  ＫＧＳなどの会社から市販されている。
【００３９】
構造の均質性により、この種類のベルトは小さい厚みのばらつきで材料を除去できる。２２０（＝７４μｍ）の粒度を有するベルトについては、精度は０．０１ｍｍオーダである。
【００４０】
機械パラメータは、１回の走行で、３／１０以下の厚みを除去するように決定されていた。
・接触ホイールにより部品に加えられる力の範囲は１３７Ｎから１９６Ｎである。
・テーブル移動速度の範囲は３．４ｍ／ｍｉｎから６．７ｍ／ｍｉｎである。
・ダイヤモンド研磨ベルトの走行速度は４．６ｍ／ｓから１８．６ｍ／ｓである。
【００４１】
使用される接触ホイールは以下の特性を有する。
・加工物の形状に適合する外径を有する幅２５ｍｍのホイール。
・材料除去の点で十分機能するように形成された溝。
・作業に適合する、ゴムタイプのホイールの構成材料。
【００４２】
半完成品の部品を前処理することにより、所望の寸法に対する許容差を満たすと、すなわち、化学的加工を用いるか、あるいは手作業での再加工（例えば、電気的ストレートグラインダでの超硬カッターの使用）または両方の作業の組合せによる形状一致加工を用いるかを正確に決定すると、上記ベルトを用いる研磨後、所望の寸法が直接得られる。２つの研磨作業（いわゆる、粗研磨および仕上げ研磨）の間の手作業の調整作業の必要はなくなる。注目すべきは、仕様書で規定された形状許容差以内に留まることができることである。
【００４３】
粒度６０（＝２５０μｍ）のダイヤモンドベルトを用いる粗研磨は、０．３ｍｍ±０．０５ｍｍの材料の量を除去し、１．８μｍの表面状態を保証する。
【００４４】
粒度２２０（＝７４μｍ）のダイヤモンドベルトを用いる仕上げ研磨は、０．１ｍｍ±０．０１ｍｍの材料の量を除去し、０．８μｍの表面状態を保証する。
【００４５】
寸法および外観管理からなる最終確認作業は、ブラシ研磨ホイールまたは可搬式研磨機を使用せずに実施できる。
【００４６】
さらに、本発明の範囲には、仕上げ研磨がダイヤモンドベルトを用いる研磨手法を利用して実施される限り、公知の化学的加工、手作業の研磨または任意の機械的研磨などの粗研磨の実行も範囲に含む。
【００４７】
一般に粗研磨は、０．１ｍｍから０．８ｍｍの材料の除去、好ましくは０．２ｍｍから０．４ｍｍの材料の除去、さらに好ましくは、前述のように、０．３ｍｍ±０．０５ｍｍの材料の除去を可能にするように決定する許容差でなされる。
【００４８】
本発明による精細な粒度を有するダイヤモンドベルトを用いる仕上げ研磨は、０．０１ｍｍから０．２ｍｍ±０．０１ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ±０．０１ｍｍの材料除去を保証するように実行される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の方法を実施する研磨機械の概略図である。
【図２】図１の機械の側面図である。
【図３】本発明に用いるベルトの断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  テーブル
１１、１３  ジョー
２０  垂直支持体
１００  ヘッド
１１０  接触ホイール
２００  ベルト
２１０  裏材
２２０  ニッケル砥粒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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