(57)【要約】【課題】ガスタービンエンジンの圧縮機の翼の生産ラインに組み込んで、インラインで「かじり」防止の表面処理を実行する。【解決手段】ガスタービンエンジンの圧縮機のディスク（７）に植込まれる翼（１）の植込み部（４）において、ディスク（７）から面圧を受ける部分（５）に、放電表面処理を用いて比較的軟らかい金属をコーティング（６）する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンの圧縮機のディスクに植込まれる翼の表面処理方法であって、
前記翼の植込み部において前記ディスクから面圧を受ける処理対象部分に、比較的軟らかい金属またはその化合物の粉末を圧縮成形し、必要に応じて加熱処理した圧粉体を電極として、加工液中または気中において当該圧粉体電極と前記処理対象部分との間にパルス状の放電を発生させ、この放電エネルギによって、前記処理対象部分の表面に前記圧粉体電極の材料または当該材料の放電エネルギによる反応物質からなる被膜を形成する放電表面処理であることを特徴とするガスタービンエンジンの圧縮機の翼の表面処理方法。
【請求項２】
前記圧粉体電極の材料がＣｕ−Ｎｉ−Ｉｎの合金またはＣｕ−Ｎｉ−Ｉｎを主成分とする化合物であることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジンの圧縮機の翼の表面処理方法。
【請求項３】
ガスタービンエンジンの圧縮機の翼であって、
前記圧縮機のディスクに植込まれる翼の植込み部において前記ディスクから面圧を受ける部分に、比較的軟らかい金属またはその化合物の粉末を圧縮成形し、必要に応じて加熱処理した圧粉体を電極として、加工液中または気中において当該圧粉体電極と前記処理対象部分との間にパルス状の放電を発生させ、この放電エネルギによって、前記処理対象部分の表面に前記圧粉体電極の材料または当該材料の放電エネルギによる反応物質からなる被膜を形成したことを特徴とするガスタービンエンジンの圧縮機の翼。
【請求項４】
前記圧粉体電極の材料がＣｕ−Ｎｉ−Ｉｎの合金またはＣｕ−Ｎｉ−Ｉｎを主成分とする化合物であることを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジンの圧縮機の翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば航空機、船舶、発電用など各種のガスタービンエンジンに適用される圧縮機の翼の表面処理方法および圧縮機の翼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンエンジンにおける圧縮機は、ディスクの外周に円周方向に沿って多数形成されたダブテール状の凹部に、多数の動翼のおのおのの基端に形成されたダブテール状の凸部がそれぞれ植込まれることで、ディスクに多数の動翼が組み付けて構成される。これらの各動翼が植込まれるディスクの凹部および各動翼の凸部は、いずれも、一般にチタンを主成分とする材料が使用される。
【０００３】
このような圧縮機を回転させると、遠心力によってダブテールの両斜面部に大きな面圧がかかり、しかも各動翼がディスクに対して振動するため、ディスクのダブテール状凹部の両斜面部と、これと大きな面圧がかかって擦れる各動翼のダブテール状凸部の両斜面部とにおいて、ディスク側の金属（チタン）と各動翼側の金属（チタン）とが互いに焼き付き、「かじり」を生じることが避けられない。
【０００４】
このようなディスク側と各動翼側との金属（チタン）どうしの焼き付き・かじり付きを防止するため、従来は、金属溶射技術を用いて、各動翼のダブテール状凸部の大きな面圧がかかる両斜面部に、比較的軟らかい金属の被膜を形成している。
【特許文献１】特開平８−３００２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般に、金属溶射を行うには、あらかじめ溶射対象箇所以外をすべてマスキングしたうえ、溶射対象箇所の表面をサンドブラストで荒らし、この荒らした表面に金属を溶射したのち、マスキングを剥がす必要がある。そのため、前処理としてのマスキングおよびサンドブラスト、後処理としてのマスキングの除去が必要不可欠である。
【０００６】
しかも、溶射は、金属を高温で溶かすものであるから大型で高価な設備を必要とし、そのため、ガスタービンエンジンの圧縮機の翼の生産ラインに組み込むことは不可能で、オフラインでバッチ処理する以外に方法がないうえ、溶射材料となる金属の無駄も多いことから、コストが非常に高いものとなるという問題があった。
【０００７】
この発明の課題は、上記従来のもののもつ問題点を排除して、圧縮機の翼の植込み部においてディスクから面圧を受ける部分に、液中もしくは気中において、上記部材と比較的軟らかい金属またはその化合物の粉末を圧縮成型した電極との間にパルス状の放電を発生させ、この放電エネルギによって、前記対象部分の表面に前記圧粉体電極の材料または当該材料の放電エネルギによる反応物質からなる皮膜を形成する放電表面処理を用いて比較的軟らかい金属をコーティングすることで、圧縮機の翼の生産ラインに組み込んでインラインで「かじり」防止の表面処理を実行することのできるガスタービンエンジンの圧縮機の翼の表面処理方法と、ガスタービンエンジンの圧縮機の翼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は上記課題を解決するものであって、請求項１に係る発明は、ガスタービンエンジンの圧縮機のディスクに植込まれる翼の表面処理方法であって、前記翼の植込み部において前記ディスクから面圧を受ける処理対象部分に、液中もしくは気中において、上記部材と比較的軟らかい金属またはその化合物の粉末を圧縮成型した電極との間にパルス状の放電を発生させ、この放電エネルギによって、前記対象部分の表面に前記圧粉体電極の材料または当該材料の放電エネルギによる反応物質からなる皮膜を形成する放電表面処理を用いて比較的軟らかい金属をコーティングするガスタービンエンジンの圧縮機の翼の表面処理方法である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記圧粉体電極の材料がＣｕ−Ｎｉ−Ｉｎの合金またはＣｕ−Ｎｉ−Ｉｎを主成分とする化合物であるガスタービンエンジンの圧縮機の翼の表面処理方法である。
【００１０】
請求項３に係る発明は、ガスタービンエンジンの圧縮機の翼であって、前記圧縮機のディスクに植込まれる翼の植込み部において前記ディスクから面圧を受ける部分に、比較的軟らかい金属またはその化合物の粉末を圧縮成形し、必要に応じて加熱処理した圧粉体を電極として、加工液中または気中において当該圧粉体電極と前記処理対象部分との間にパルス状の放電を発生させ、この放電エネルギによって、前記処理対象部分の表面に前記圧粉体電極の材料または当該材料の放電エネルギによる反応物質からなる被膜を形成したガスタービンエンジンの圧縮機の翼である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明は以上のように、ガスタービンエンジンの圧縮機のディスクに植込まれる翼の植込み部においてディスクから面圧を受ける処理対象部分に、比較的軟らかい金属を圧粉体電極としてパルス状の放電によりコーティングする構成としたので、圧縮機の翼の生産ラインに組み込んでインラインで「かじり」防止の表面処理を実行することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、この発明によるガスタービンエンジンの圧縮機の翼の一実施の形態を示す概略図であり、この翼１は圧縮機の動翼である。
【００１４】
図１に示すように、この翼（動翼）１は、翼本体２の基端にプラットフォーム３を隔てて植込み部４が形成されたものであり、この植込み部４が、図２に示すように、圧縮機のディスク７の外周に円周方向に沿って多数形成された（１つだけ図示する）収容部８に植込まれるようになっている。動翼１の植込み部４は、材料はチタンで、ダブテール状の凸部として形成され、また、ディスク７の収容部８は、材料はチタンで、ダブテール状の凹部として形成されている。
【００１５】
また、圧縮機を回転させたとき、遠心力によって、ディスク７のダブテール状凹部８の両斜面部９から大きな面圧を受ける動翼１のダブテール状凸部４の両斜面部５には、アンチゴーリング材からなるコーティング６が形成されている。このコーティング６の材料（アンチゴーリング材）としては、チタンに比べて軟らかい金属が使用されるが、例えば、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｉｎの合金またはＣｕ−Ｎｉ−Ｉｎを主成分とする化合物が用いられる。そして、このアンチゴーリング材を圧粉体電極としてパルス状の放電により、動翼１のダブテール状凸部４の両斜面部５にコーティング６を形成してある。
【００１６】
図３は、この発明によるガスタービンエンジンの圧縮機の翼の表面処理方法を実施する加工機の一実施の形態を示す概略図であり、この加工機１０は、圧粉体電極とワークとの間にパルス状の放電を発生させてコーティングする放電表面処理用加工機である。
【００１７】
この放電表面処理用加工機１０は、圧縮機の翼１の生産ラインに組み込んでインラインで「かじり」防止の表面処理を行うものであり、そのため、鋳造などで基本形状が成型された半製品に対して必要な翼加工などを行う各種の機械加工機の後段に配置される。なお、この生産ラインで所要の機械加工を行い、放電表面処理加工を行った圧縮機の翼１は、その後、引張り残留応力を解消するためショットピーニングが行われる。
【００１８】
放電表面処理用加工機１０は、このような放電表面処理をワークに行うものであるため、ワークを保持する加工テーブル２０と、圧粉体電極を保持する加工ヘッド３０と、圧粉体電極とワークとの間にパルス状の放電を発生させる加工用電源４０と、図示しない制御装置とで構成される。
【００１９】
加工テーブル２０は、機台１１上に、図示しないＸ軸サーボモータの駆動によりＸ軸方向（左右方向）に沿って移動可能で、かつ、図示しないＹ軸サーボモータの駆動によりＹ軸方向（前後方向）に沿って移動可能に取り付けられている。加工テーブル２０上には、加工油など適宜の加工液Ｌを貯留する加工液槽２１が設置され、また、加工液Ｌ中にワークを保持する保持部材２２が加工テーブル２０上に設置されている。保持部材２２は、ガスタービンエンジンの図示しない圧縮機の動翼１を横に寝かせて、動翼１のダブテール状凸部４の両斜面部５が上下に位置し、上向き斜面部５ａの長手方向が加工テーブル２０のＸ軸またはＹ軸いずれか一方（図示の例ではＹ軸）の移動方向に一致する姿勢で保持するものである。また、保持部材２２は、上向き斜面部５ａの表面処理加工が終わったら、保持した動翼１を上下反転させて下向き斜面部５ｂを上向きにして表面処理加工を行うことができるように、ワークの上下反転機構を備えていることが好ましい。
【００２０】
加工ヘッド３０は、機台１１から所定高さ上方において図示しない支持体に、図示しないＺ軸サーボモータの駆動によりＺ軸方向（上下方向）に沿って移動可能に取り付けられ、加工ヘッド３０には、圧粉体電極を保持するホルダ３１が設けられている。ホルダ３１は、例えば断面円形など適宜の断面形状に形成された棒状の圧粉体電極３２を、その軸線をＺ軸方向に一致させた姿勢で保持するものであり、ホルダ３１から下方に延びた圧粉体電極３２は、加工液槽２１の加工液Ｌ中に位置決めされる。このような圧粉体電極３２は、アンチゴーリング材として好適なＣｕ−Ｎｉ−Ｉｎの合金の粉末を圧縮成形した圧粉体を電極として構成したものであるが、これに限らず、例えば、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｉｎを主成分とする化合物の粉末を圧縮成形して構成することもできるし、これ以外にも、チタンに比べて軟らかくアンチゴーリング材として適した任意の金属またはその化合物の粉末を圧縮成形して構成してもよい。圧粉体電極３２の先端（下端）は、動翼１のダブテール状凸部４の上向き斜面部５ａに対応した傾斜面３３に形成され、圧粉体電極３２の先端傾斜面３３と動翼１のダブテール状凸部４の上向き斜面部５ａとが、両者間に均等な間隔を隔てて向き合うように構成されている。
【００２１】
加工用電源４０のマイナス極は、ホルダ３１を介して圧粉体電極３２と電気的に導通可能な加工ヘッド３０の適宜の部位に接続される。一方、加工用電源４０のプラス極は、保持部材２２を介して動翼１と電気的に導通可能な加工テーブル２０の適宜の部位に接続される。
【００２２】
図示しない制御装置は、Ｘ軸サーボモータ、Ｙ軸サーボモータおよびＺ軸サーボモータの駆動を制御するものであり、表面処理加工の実行中には、加工用電源４０によるパルス状放電の発生を制御するとともに、このパルス状放電の発生による表面処理加工の進行と協調しながらＹ軸サーボモータおよびＺ軸サーボモータを連動して駆動制御するものである。
【００２３】
すなわち、制御装置は、表面処理加工を行う前に、Ｘ軸サーボモータを駆動して加工テーブル２０をＸ軸方向（左右方向）に沿って移動させることで、保持部材２２に保持された動翼１のダブテール状凸部４の上向き斜面部５ａが、ホルダ３１に保持された圧粉体電極３２の真下に来るように位置決めし、この位置でＸ軸サーボモータの駆動を停止して加工テーブル２０のＸ軸方向（左右方向）移動を停止させるようになっている。また、制御装置は、Ｚ軸サーボモータを駆動して加工ヘッド３０をＺ軸方向（上下方向）に沿って下降させることで、圧粉体電極３２の先端傾斜面３３が、動翼１のダブテール状凸部４の上向き斜面部５ａから所定の間隔を隔てた位置で向き合うように初期位置を決め、この位置でＺ軸サーボモータの駆動を一旦停止するようになっている。
【００２４】
また、制御装置は、表面処理加工の実行中には、加工用電源４０によるパルス状放電の発生を制御し、この放電エネルギによって、圧粉体電極３２の先端傾斜面３３から電極材料がきわめて微少量ずつ繰り返し剥がれて、対向する動翼１のダブテール状凸部４の上向き斜面部５ａ表面にきわめて微少量ずつ繰り返し堆積していくことで形成される堆積層（コーティング）６の厚さを、パルス状放電の放電時間・放電電流を制御することで精密に管理するようになっている。また、放電エネルギによって、圧粉体電極３２の先端傾斜面３３から電極材料が剥がれて、対向する動翼１のダブテール状凸部４の上向き斜面部５ａ表面に堆積していくと、圧粉体電極３２の先端傾斜面３３と動翼１のダブテール状凸部４の上向き斜面部５ａとの間隔が徐々に拡がるから、この所定の間隔が拡がらないように、制御装置は、Ｚ軸サーボモータを駆動し加工ヘッド３０を下降させて圧粉体電極３２の高さを調整するようになっている。これと同時に、圧粉体電極３２の先端傾斜面３３と対向する部分に所要厚さの堆積層（コーティング）６が形成されるにしたがい、圧粉体電極３２の先端傾斜面３３と対向する部分が徐々に移動することで所要厚さの堆積層（コーティング）６が上向き斜面部５ａの長手方向に沿って全体に形成されるように、制御装置は、Ｙ軸サーボモータを駆動し加工テーブル２０をＹ軸方向（前後方向）に沿って移動させて動翼１の位置を調整するようになっている。
【００２５】
次に、上記の実施の形態の作用について説明する。
【００２６】
まず、圧縮機の翼の生産ラインの前段で各種の機械加工機によって必要な翼加工などを加工し終わったガスタービンエンジンの圧縮機の動翼１を、放電表面処理用加工機１０の保持部材２２に、横に寝かせてダブテール状凸部４の上向き斜面部５ａの長手方向が加工テーブル２０のＸ軸またはＹ軸いずれか一方（例えばＹ軸）の移動方向に一致する姿勢で保持させる。一方、ホルダ３１に、例えば断面円形など適宜の断面形状に形成された棒状の圧粉体電極３２を、その軸線をＺ軸方向に一致させた姿勢で保持させる。そして、表面処理加工を行う前に、制御装置によりＸ軸サーボモータを駆動することで、保持部材２２に保持された動翼１のダブテール状凸部４の上向き斜面部５ａが、ホルダ３１に保持された圧粉体電極３２の真下に来るように、加工テーブル２０のＸ軸方向（左右方向）位置を決める。また、制御装置によりＺ軸サーボモータを駆動することで、圧粉体電極３２の先端傾斜面３３が、動翼１のダブテール状凸部４の上向き斜面部５ａから所定の間隔を隔てた位置で向き合うように、加工ヘッド３０のＺ軸方向（上下方向）初期位置を決める。
【００２７】
つぎに、制御装置により加工用電源４０を制御し、圧粉体電極３２の先端傾斜面３３と動翼１のダブテール状凸部４の上向き斜面部５ａとの間にパルス状の放電を発生させる。この放電エネルギによって、圧粉体電極３２の先端傾斜面３３から電極材料がきわめて微少量ずつ繰り返し剥がれて、対向する動翼１のダブテール状凸部４の上向き斜面部５ａ表面にきわめて微少量ずつ繰り返し堆積していく。すなわち、液中もしくは気中において、上記部材と比較的軟らかい金属またはその化合物の粉末を圧縮成型した電極との間にパルス状の放電を発生させ、この放電エネルギによって、前記対象部分の表面に前記圧粉体電極の材料または当該材料の放電エネルギによる反応物質からなる皮膜を形成する放電表面処理が行われる。この表面処理加工中に、動翼１のダブテール状凸部４の上向き斜面部５ａ表面に堆積していく堆積層６の厚さが所要厚さとなるように、制御装置により加工用電源４０の放電時間・放電電流を制御する。また、圧粉体電極３２の先端傾斜面３３から電極材料が剥がれて対向する動翼１のダブテール状凸部４の上向き斜面部５ａ表面に堆積していくことで、圧粉体電極３２の先端傾斜面３３と動翼１のダブテール状凸部４の上向き斜面部５ａとの所定の間隔が拡がらないように、制御装置によりＺ軸サーボモータを駆動することで、加工ヘッド３０を下降させて圧粉体電極３２の高さを調整する。これと同時に、圧粉体電極３２の先端傾斜面３３と対向する部分に所要厚さの堆積層（コーティング）６が形成されるにしたがい、圧粉体電極３２の先端傾斜面３３と対向する部分が徐々に移動することで所要厚さの堆積層（コーティング）６が上向き斜面部５ａの長手方向に沿って全体に形成されるように、制御装置によりＹ軸サーボモータを駆動することで、加工テーブル２０をＹ軸方向（前後方向）に沿って移動させて動翼１の位置を調整する。
【００２８】
そして、動翼１のダブテール状凸部４の上向き斜面部５ａに長手方向全体に亘り所要厚さの堆積層（コーティング）６が形成されることでその表面処理加工が終わったら、保持部材２２が好ましくは備えているワークの上下反転機構を作動し、動翼１を上下反転させて下向き斜面部５ｂを上向きにした状態で、この新たな上向き斜面部５ａを対象として同様の放電表面処理を行い、長手方向全体に亘り所要厚さの堆積層（コーティング）６が形成されたら、この動翼１のダブテール状凸部４の両斜面部５に対する表面処理加工が終了する。
【００２９】
表面処理加工が終ってダブテール状凸部４の両斜面部５に所要厚さのコーティング６が形成された動翼１は、その後、圧縮機の翼の生産ラインから外れたオフラインで、引張り残留応力を解消するためショットピーニングが行われる。
【００３０】
上記のような放電表面処理用加工機１０を用いて動翼１の表面処理加工を行うと、金属溶射の場合と比べて、
（１）前処理としてのマスキングおよびサンドブラスト、後処理としてのマスキングの除去が不要になり、手間が省ける。  
（２）圧縮機の翼の生産ラインに組み込んでインラインで加工することができ、しかも、小型で安価な設備で済むため、コストが非常に安くできる。  
（３）アンチゴーリング材の無駄が少ないから、この点からもコストを削減できる。  
などの利点がある。
【００３１】
なお、上記の実施の形態では、動翼１のダブテール状凸部４の斜面部５に対する表面処理加工を片面ずつ２度に分けて行ったが、これに限定するものでなく、例えば、加工ヘッド３０を２台設けて各加工ヘッド３０のホルダ３１に圧粉体電極３２をそれぞれ保持することで、動翼１のダブテール状凸部４の両斜面部５に対する表面処理加工を１度に行うことも可能である。
【００３２】
また、上記の実施の形態では、動翼１のダブテール状凸部４の両斜面部５を対象として表面処理加工を行ったが、これに限定するものでなく、例えば、これ以外にもディスク７から面圧を受けるダブテール状凸部４の適宜の部分を対象として表面処理加工を行うことが可能である。
【００３３】
また、上記の実施の形態では、動翼１の植込み部４をダブテール状の凸部として形成したが、これに限定するものでなく、例えば、これ以外の適宜の形状の植込み部４にも、ディスク７の収容部８から大きな面圧を受ける部分を対象として同様の表面処理加工を行うことが可能である。その場合、動翼１の植込み部４よりもディスク７の収容部８の方が表面処理加工に適した形状をした部分には、ディスク７の収容部８のその形状部分に表面処理加工を行うことも可能である。
【００３４】
さらに、上記の実施の形態では、動翼１に適用したが、これに限定するものでなく、必要であれば、動翼に限らずガスタービンエンジンの圧縮機の翼全般の表面処理に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明によるガスタービンエンジンの圧縮機の翼の一実施の形態を示す概略的正面図（ａ）および概略的側面図（ｂ）である。
【図２】図１の翼を圧縮機のディスクに植込んだ状態を示す概略的組付図である。
【図３】この発明によるガスタービンエンジンの圧縮機の翼の表面処理方法を実施する加工機の一実施の形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  翼（動翼）
２  翼本体
３  プラットフォーム
４  植込み部（ダブテール状凸部）
５  斜面部
５ａ  上向き斜面部
５ｂ  下向き斜面部
６  コーティング（堆積層）
７  ディスク
８  収容部（ダブテール状凹部）
９  斜面部
１０  放電表面処理用加工機
１１  機台
２０  加工テーブル
２１  加工液槽
２２  保持部材
３０  加工ヘッド
３１  ホルダ
３２  圧粉体電極
３３  先端傾斜面
４０  加工用電源
【図１】
2005273538.tif 000003
【図２】
2005273538.tif 000004
【図３】
2005273538.tif 000005