(57)【要約】【課題】  冷却穴２２を閉塞することなく表面全面に遮熱皮膜を形成する。【解決手段】  表面に冷却穴２２が形成された部材の表面に対して、溶射により遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜施工方法であって、冷却穴２２に、底面側に配される円盤蓋２を介してマスキングピン４を挿入してから、溶射による遮熱皮膜を形成し、冷却穴２２の底部の空気流溝２１に対してマスキングピン４の材料の影響がない状態でマスキングピン４の挿入を行って溶射による遮熱皮膜の形成を行ない、冷却穴２２を閉塞することなく表面全面に遮熱皮膜を形成する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に冷却穴が形成された部材の表面に対して、溶射により遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜施工方法であって、前記冷却穴に、底面側に配される蓋を介してマスキングピンを挿入してから、溶射による遮熱皮膜形成をすることを特徴とする遮熱皮膜施工方法。
【請求項２】
表面に冷却穴が形成された部材の表面に対して、溶射により遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜施工方法であって、前記冷却穴に、離型剤を介在させてからマスキングピンを挿入して溶射による遮熱皮膜形成をすることを特徴とする遮熱皮膜施工方法。
【請求項３】
表面に冷却穴が形成された部材の表面に対して、溶射により遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜施工方法であって、前記冷却穴にマスキングピンを挿入してから溶射による遮熱皮膜を形成し、前記冷却穴の周縁の遮熱皮膜に面取りを施すことを特徴とする遮熱皮膜施工方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の遮熱皮膜施工方法において、
前記マスキングピンは、前記冷却穴に液状シリコンゴム弾性体を注入し、注入した液状シリコンゴム弾性体を乾燥・硬化させて形成したことを特徴とする遮熱皮膜施工方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の遮熱皮膜施工方法において、
前記マスキングピンは、前記部材の表面から突出することのないものであることを特徴とする遮熱皮膜施工方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の遮熱皮膜施工方法において、
前記マスキングピンは、前記部材の表面から突出するものであることを特徴とする遮熱皮膜施工方法。
【請求項７】
請求項６に記載の遮熱皮膜施工方法において、
前記マスキングピンは、遮熱皮膜の膜厚の１倍から３倍の厚さを前記部材の表面から突出させたことを特徴とする遮熱皮膜施工方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の遮熱皮膜施工方法において、
前記冷却穴は、部材に多数設けられると共に底面同士が部材内部に形成された流路により連通していることを特徴とする遮熱皮膜施工方法。
【請求項９】
表面に冷却穴が形成された部材の表面に対して、溶射により遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜施工方法であって、前記冷却穴に離型剤を塗布する離型剤塗布工程と、液状シリコンゴム弾性体に円盤蓋を付着させた状態で前記冷却穴の底面に前記円盤蓋を配して液状シリコンゴム弾性体を注入する注入工程と、注入した液状シリコンゴム弾性体を乾燥・硬化させて遮熱皮膜の膜厚の１倍から３倍の厚さを前記部材の表面から突出させるマスキング工程と、前記部材の表面をブラスト処理して粗面化するブラスト工程と、粗面化した部材の表面に溶射による遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜形成工程と、前記冷却穴の周囲の遮熱皮膜の面取りを行う面取り工程とを有することを特徴とする遮熱皮膜施工方法。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の遮熱皮膜施工方法において、
前記部材はガスタービンの燃焼器尾筒であり、前記冷却穴は前記燃焼器尾筒の内壁面に形成されていることを特徴とする遮熱皮膜施工方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の遮熱皮膜施工方法により、内壁面に遮熱皮膜が形成されていることを特徴とする燃焼器尾筒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮熱皮膜施工方法及び燃焼器尾筒に関するものであり、冷却穴を閉塞することなく遮熱が必要とされる面の全面に対して遮熱皮膜を施すことができると共に、遮熱皮膜作業が容易にできるように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
図１１はガスタービンのうち燃焼器１００を配置した部分を示す。燃焼器１００は、燃料ノズル１０１と燃焼器内筒１０２と燃焼器尾筒１０３とで構成されている。燃料ノズル１０１には、燃料Ｆと、圧縮機１０４から吐出された圧縮空気ＰＡが供給され、燃料Ｆと圧縮空気ＰＡとを混合した予混合気体が、燃料ノズル１０１から燃焼器内筒１０２内に噴出され、この予混合気体が燃焼して高温・高圧の燃焼ガスＣＧが発生する。燃焼ガスＣＧは、燃焼器尾筒１０３にてガイドされ静翼１０５により流速・流れ方向が制御されてから、動翼１０６に作用して動翼１０６を回転させる。また、圧縮空気ＰＡの一部は、バイパス弁１０７を通って空気量が調整されて燃焼器尾筒１０３内に供給される。なお、１０８は車室である。
【０００３】
燃焼器尾筒１０３は、燃焼ガスＣＧを翼に導く筒体であり、その入口側（燃焼器内筒１０２側）は円形であるが、出口側（静翼１０５側）では矩形になっている。この燃焼器尾筒１０３を冷却するため、燃焼器尾筒１０３には空冷構造が採用されている。ここで、燃焼器尾筒１０３に採用している空冷構造を、燃焼器尾筒１０３の一部を切り取って表した図１２、図１２中のＡ方向矢視の断面図である図１３、図１２中のＢ方向矢視の断面図である図１４を参照して説明する。
【０００４】
図１２〜図１４に示すように、燃焼器尾筒１０３を形成する壁面は、空気流溝５１が形成された外側板５２と、内側板５３とを接合した二重壁構造体になっている。つまり、燃焼器尾筒１０３の外周側壁面が外側板５２となり、内周側壁面が内側板５３となり、燃焼器尾筒１０３の壁面内部には、燃焼ガスＣＧの流れ方向に伸びる複数本の空気流溝５１が形成されている。更に、外側板５２には、空気流溝５１に連通する空気吸込穴５４が形成され、内側板５３には空気流溝５１に連通する空気吐出穴５５が形成されている。穴５４，５５の直径は、空気流溝５１の溝幅よりも大きくなっている。しかも、空気吸込穴５４と空気吐出穴５５の位置がずれつつ、空気吸込穴５４と空気吐出穴５５は千鳥状または基盤の目状に分散して多数形成されている。
【０００５】
このため圧縮機１０４（図１１参照）から吐出した圧縮空気ＰＡが冷却空気となり、この冷却空気が、空気吸込穴５４から空気流溝５１内に入って空気流溝５１内を流通して燃焼器尾筒１０３の壁面を空気冷却する。この冷却空気は、空気吐出穴５５から排出されて、燃焼器尾筒１０３の内部空間内に排出される。
【０００６】
このように、燃焼器尾筒１０３の内周面には、多数（例えば約６００〜８００個）の空気吐出穴（冷却穴）５５が形成されている。このような燃焼器尾筒１０３の内周面には、遮熱皮膜（ＴＢＣ：thermal barrier coating ）が施される。この遮熱皮膜（ＴＢＣ）を施す際には、空気吐出穴５５が皮膜により閉塞されることを防止するため、空気吐出穴５５をマスキングする必要がある。
【０００７】
燃焼器尾筒１０３の内周面に遮熱皮膜を施す手順は次の通りである。
（ｉ）まず、尾筒内周面の空気吐出穴（冷却穴）５５をマスキング材によりマスキングする。なお、現状のマスキング手法は後述する。
（ii) 次に、尾筒内周面をブラスト処理して尾筒内周面を粗面化する。
（iii)粗面化した尾筒内周面に、下地金属層（アンダーコート）を溶射により形成する。
（iv）下地金属層の上に、ジルコニアを主成分とするセラミックス材料を溶射して遮熱層トップコート）を形成する。
（ｖ）マスキング材を取り外す。
【０００８】
従来のマスキング手法の一例では、燃焼器尾筒１０３の内周面を表す図１５に示すように、冷却穴５５が並んでいる帯状の領域にマスキングテープ６０を貼り、溶射により遮熱皮膜を形成していた。そして皮膜形成後にマスキングテープ６０を剥がしていた。したがって、図１６に示すように、マスキングテープ６０を剥がした跡の帯状の領域６１には遮熱皮膜が形成されない。加えて、マスキングテープはブラスト用とコーティング用の２種類の貼りつけ、剥がしを行うため、これに時間を要する。
【０００９】
上述したように、図１５，図１６に示す従来技術では、マスキングテープ６０を用いてマスキングをしているため、帯状の広い領域６１には遮熱皮膜が形成されていなかった。ガスタービンを長期に亘り使用すると、燃焼器尾筒１０３のうち遮熱皮膜が形成されていない領域６１は、下地金属層（耐酸化層）が無いための酸化減肉及びメタル温度上昇による亀裂の発生や、亀裂の成長による損傷が発生しており問題となっていた。
【００１０】
なお、冷却穴５５に、現有のマスキング材である黒鉛棒やポリエチレン被覆銅線によるマスキングピンを挿入してマスキングすることが考えられる。しかし、現有のマスキング材である黒鉛棒やポリエチレン被覆銅線による詰物（マスキングピン）を冷却穴５５に挿入しても、冷却穴５５が未貫通穴であり、その穴深さが１ｍｍ程度と浅いため、処理の途中で現有の詰物が外れたり、逆に、穴に焼きついてしまい、皮膜形成後にマスキングピンを取り外すことができなかった。また燃焼器尾筒では、ＴＢＣ施工後の熱処理を行わないため、マスキングピンを熱処理により焼消させることはできなかった。
【００１１】
ガスタービンの分野で遮熱皮膜に関する従来技術としては、例えば、特許文献１及び特許文献２等が知られている。
【００１２】
【特許文献１】特開平８−４９５６４５号公報
【特許文献２】特開２０００−３１０４６４号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記従来技術に鑑み、表面に冷却穴が形成された部材の表面（例えば燃焼器尾筒の内周面）に、溶射により遮熱皮膜を形成する際に、冷却穴を閉塞することなく表面全面に遮熱皮膜を形成することができる遮熱皮膜施工方法及び燃焼器尾筒を提供することを目的とする。
【００１４】
上記課題を解決する請求項１の本発明の遮熱皮膜施工方法の構成は、表面に冷却穴が形成された部材の表面に対して、溶射により遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜施工方法であって、前記冷却穴に、底面側に配される蓋を介してマスキングピンを挿入してから、溶射による遮熱皮膜形成をすることを特徴とする。
【００１５】
また、上記課題を解決する請求項２の本発明の遮熱皮膜施工方法の構成は、表面に冷却穴が形成された部材の表面に対して、溶射により遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜施工方法であって、前記冷却穴に、離型剤を介在させてからマスキングピンを挿入して溶射による遮熱皮膜形成をすることを特徴とする。
【００１６】
また、上記課題を解決する請求項３の本発明の遮熱皮膜施工方法の構成は、表面に冷却穴が形成された部材の表面に対して、溶射により遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜施工方法であって、前記冷却穴にマスキングピンを挿入してから溶射による遮熱皮膜を形成し、前記冷却穴の周縁の遮熱皮膜に面取りを施すことを特徴とする。
【００１７】
そして、請求項４では、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の遮熱皮膜施工方法において、前記マスキングピンは、前記冷却穴に液状シリコンゴム弾性体を注入し、注入した液状シリコンゴム弾性体を乾燥・硬化させて形成したことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項５では、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の遮熱皮膜施工方法において、前記マスキングピンは、前記部材の表面から突出することのないものであることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項６では、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の遮熱皮膜施工方法において、前記マスキングピンは、前記部材の表面から突出するものであることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項７では、請求項６に記載の遮熱皮膜施工方法において、前記マスキングピンは、遮熱皮膜の膜厚の１倍から３倍の厚さを前記部材の表面から突出させたことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項８では、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の遮熱皮膜施工方法において、前記冷却穴は、部材に多数設けられると共に底面同士が部材内部に形成された流路により連通していることを特徴とする。
【００２２】
上記課題を解決する請求項９の本発明の遮熱皮膜施工方法の構成は、表面に冷却穴が形成された部材の表面に対して、溶射により遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜施工方法であって、前記冷却穴に離型剤を塗布する離型剤塗布工程と、液状シリコンゴム弾性体に蓋を付着させた状態で前記冷却穴の底面に前記蓋を配して液状シリコンゴム弾性体を注入する注入工程と、注入した液状シリコンゴム弾性体を乾燥・硬化させて遮熱皮膜の膜厚の１倍から３倍の厚さを前記部材の表面から突出させるマスキング工程と、前記部材の表面をブラスト処理して粗面化するブラスト工程と、粗面化した部材の表面に溶射による遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜形成工程と、前記冷却穴の周囲の遮熱皮膜の面取りを行う面取り工程とを有することを特徴とする。
【００２３】
そして、請求項１０では、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の遮熱皮膜施工方法において、前記部材はガスタービンの燃焼器尾筒であり、前記冷却穴は前記燃焼器尾筒の内壁面に形成されていることを特徴とする。
【００２４】
上記課題を解決する請求項１１の本発明の燃焼器尾筒は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の遮熱皮膜施工方法により、内壁面に遮熱皮膜が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、表面に冷却穴が形成された部材の表面に対して、溶射により遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜施工方法であって、冷却穴に、底面側に配される蓋を介してマスキングピンを挿入してから、溶射による遮熱皮膜形成をすることで、冷却穴の底部に対してマスキングピンの材料の影響がない状態でマスキングピンの挿入を行って溶射による遮熱皮膜形成が行える。
【００２６】
また、本発明では、表面に冷却穴が形成された部材の表面に対して、溶射により遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜施工方法であって、冷却穴に、離型剤を介在させてからマスキングピンを挿入して溶射による遮熱皮膜形成をすることで、遮熱皮膜を形成した後のマスキングピンの抜きはずしが容易となる。
【００２７】
また、本発明では、表面に冷却穴が形成された部材の表面に対して、溶射により遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜施工方法であって、冷却穴にマスキングピンを挿入してから溶射による遮熱皮膜を形成し、冷却穴の周縁の遮熱皮膜に面取りを施すことで、マスキングピンの抜きはずしの際の遮熱皮膜の破損をなくすことができる。
【００２８】
また、本発明では、表面に冷却穴が形成された部材の表面に対して、溶射により遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜施工方法であって、冷却穴に離型剤を塗布する離型剤塗布工程と、液状シリコンゴム弾性体に蓋を付着させた状態で冷却穴の底面に蓋を配して液状シリコンゴム弾性体を注入する注入工程と、注入した液状シリコンゴム弾性体を乾燥・硬化させて遮熱皮膜の膜厚の１倍から３倍の厚さを前記部材の表面から突出させるマスキング工程と、部材の表面をブラスト処理して粗面化するブラスト工程と、粗面化した部材の表面に溶射による遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜形成工程と、冷却穴の周囲の遮熱皮膜の面取りを行う面取り工程とを有するので、冷却穴の底部に対してマスキングピンの材料の影響がない状態でマスキングピンの挿入を行って溶射による遮熱皮膜形成が行えると共に、遮熱皮膜を形成した後のマスキングピンの抜きはずしが容易となり、マスキングピンの抜きはずしの際の遮熱皮膜の破損をなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。本発明の実施の形態では、ガスタービンの燃焼器尾筒の内周面に、溶射により遮熱皮膜を形成する際に、燃焼器尾筒の内周面に形成されている冷却穴にマスキングピンを挿入する。
【００３０】
このマスキングピンは、次の（１）〜（４）の材料特性を有するゴム弾性体により形成した。
（１）溶射による熱に耐える耐熱性。
（２）冷却穴に挿入した後にブラスト処理をしてブラストによる振動が作用しても、冷却穴から脱落しない弾性。
（３）遮熱皮膜が形成された後に、冷却穴から容易に取り外すことができ、冷却穴に焼きつくことがない離型性。
（４）遮熱皮膜材をはじいて遮熱皮膜材が積層されることがない濡れ性（悪い濡れ性）。
【００３１】
上記（１）〜（４）の特性を有する材料を、実験による検証をして探すところ、液状シリコンゴム弾性体（シリコンガスケット）を乾燥・硬化させて形成したマスキングピンが最適であることを突き止めた。具体的には、液状シリコンゴム弾性体（シリコンガスケット）としては、 Three Bond 社製の型番 1207Ｆの液状シリコンゴム弾性体（その組成は、主にＳｉ及びＯ、耐熱温度は２５０℃）が最適であることがわかった。
【００３２】
液状マスキングは、種類によっては母材との密着性が高過ぎ、離型性の劣るものがある。このため、ボロン系の離型剤を予めスプレーするようになっている。なお、液状シリコンゴム弾性体としては、上述した Three Bond 社製のものに限らず、その組成が主にＳｉ及びＯとなっているものであれば、上述した（１）〜（４）の材料特性を有するので、このような液状シリコンゴム弾性体をマスキングピンの材料として選定することができる。
【００３３】
またマスキング材料選定のために行った実験とは、燃焼器尾筒と同じ組成でなる試験片に、燃焼器尾筒に形成する空冷構造（空気流溝，空気吸込穴，空気吐出穴（冷却穴）と同様な穴を形成し、冷却穴に各種の材料を挿入して実験を行った。
【００３４】
実験では、冷却穴に材料を挿入した試験片を大気中で１０分間に亘り２００℃に加熱した後に、材料を取り出して上記特性（１）〜（４）を判断するものと、冷却穴に材料を挿入した試験片をアルゴンガス雰囲気中で１分間に亘り４００℃に加熱した後に、材料を取り出して上記特性（１）〜（４）を判断するものとを行った。
【００３５】
これは、燃焼器尾筒に溶射をする場合には、燃焼器尾筒の母材メタルが常時２００℃程度の温度になることと、溶射材料の温度（溶融粉末温度）が瞬間的に４００℃程度に達することを考慮したものである。
【００３６】
また本実施の形態で用いるマスキングピンの寸法は、燃焼器尾筒の冷却穴に挿入して乾燥・硬化した際は、コーティング厚さと同程度もしくはコーティング厚さよりも若干突出している（１倍から３倍程度）。
【００３７】
なお液状シリコンゴム弾性体では、冷却穴に注入する時には液状であるが、その後に乾燥するとともに体積収縮して硬化し、硬化したものが冷却穴に挿入されたマスキングピンとなるが、硬化後の寸法が、コーティング厚さと同程度もしくはコーティング厚さよりも若干突出（１倍から３倍程度）した状態となるように注入量を調整する。
【００３８】
そして、液状シリコンゴム弾性体の注入に先立って、冷却穴の底面側に蓋としての円盤蓋を配し、空気流溝側への液状シリコンゴム弾性体の流入が阻止されている。空気流溝側への液状シリコンゴム弾性体の流入が阻止されることで、所定の高い圧力で液状シリコンゴム弾性体を冷却穴に注入しても液状シリコンゴム弾性体が空気流溝側に入り込むことがなくなる。
【００３９】
また、空気流溝側への液状シリコンゴム弾性体の流入が阻止されることで、硬化後にマスキングピンを冷却穴から抜きはずした際にマスキングピンの一部（空気流溝側に入り込んで硬化した部分等）が破損脱落して冷却穴内（空気流溝内）にマスキングピンの一部が残留することがなくなる。
【００４０】
また、燃焼器尾筒は冷却穴が設けられた板金を曲げて形成されているので、隅部の数個の冷却穴は変形して底面側に円盤蓋を配することができない。このため、隅部の数個の冷却穴のマスキングとしては、マスキング用のテープを円形にしたパッチテープを貼付するようになっている。
【００４１】
次に、ガスタービンの燃焼器尾筒の壁面の内周面（内周側の表面）に、遮熱皮膜を施工する方法の一例を図１乃至図９に基づいて説明する。図１乃至図３には施工方法の工程説明、図４、図５には盛り上がりの計測状況、図６、図７にはパッチテープの貼付状況、図８にはペーパー研磨の状況、図９には面取りの状況を示してある。この例では、液状シリコンゴム弾性体を乾燥・硬化させて形成したマスキングピンを用いる。
【００４２】
図１(a)に示すように、シリンジ１に Three Bond 社製の型番 1207 Ｆ等の２００〜２５０℃の耐熱を有する液状シリコンゴム弾性体をプランジャーから吸引して充填したものを準備し、使用する蓋としての円盤蓋２の数量を計量秤で数えて規定数（穴数）準備する。円盤蓋２はSUS製で冷却穴径の、例えば、０．８倍の径にされている。円盤蓋２の数量を規定数（穴数）準備することで、作業後に注入忘れを確認することができる。また、所定枚数のパッチテープを準備する。
【００４３】
図１(b）に示すように、液状シリコンゴム弾性体が充填されたシリンジ１のノズル３の先端の液状シリコンゴム弾性体に円盤蓋２を付着させる。ノズル３の先端は、円盤蓋２を付着させるためにストレート形状とされている。
【００４４】
図１(c)に示すように、ガスタービンの燃焼器尾筒を形成する壁面２０には、その壁面内部に空気流溝２１が形成され、その内周面２０inには空気流溝２１に連通する冷却穴（空気吐出穴）２２が形成され、その外周面２０out には空気流溝２１に連通する空気吸込穴（図示省略）が形成されている。冷却穴２２及び空気吸込穴の穴径（直径）は、空気流溝２１の溝幅よりも大きくなっている。
【００４５】
壁面の内周面２０inに遮熱皮膜を施すには、まず、図１(c)に示す壁面の内周面２０inの全面、特に、冷却穴２２、及び、空気流溝２１のうち冷却穴２２に臨む部分に、離型剤を付ける。即ち、図１(c)に示すように、スプレー手段１４を用いてボロン系の離型剤１５を吹き付ける（離型剤塗布工程）。
【００４６】
次に、図２(a)に示すように、シリンジ１のノズル３の先端の液状シリコンゴム弾性体に付着させた円盤蓋２を冷却穴２２の底面側（空気流溝２１の上側）に位置させ、シリンジ１により冷却穴２２に液状シリコンゴム弾性体３２を所定の圧力で注入する（注入工程）。この液状シリコンゴム弾性体３２は、具体的には、 Three Bond 社製の型番 1207 Ｆ等の２００〜２５０℃の耐熱を有する液状シリコンゴム弾性体である。
【００４７】
図２(a)に示すように、円盤蓋２を冷却穴２２の底面側に位置させて液状シリコンゴム弾性体３２を規定の時間注入し、内周面２０inと同程度となった時点でシリンジ１を数回転（２乃至３回転）させてノズル３の先端から液状シリコンゴム弾性体３２を切り離す。内周面２０inと同程度となった時点でシリンジ１を数回転させてノズル３の先端から液状シリコンゴム弾性体３２を切り離すことで、図２(d)に示すように、注入した液状シリコンゴム弾性体３２の表面が内周面２０inに対して盛り上がった状態になる。この状態で、例えば、５時間程度の自然乾燥で乾燥・硬化させて盛り上がった状態のマスキングピン４とする（マスキング工程）。
【００４８】
図４、図５に基づいて、内周面２０inと同程度となった時点でシリンジ１を数回転させてノズル３の先端から液状シリコンゴム弾性体３２を切り離して乾燥・硬化させた際の液状シリコンゴム弾性体３２の盛り上がり高さの測定を行った結果を説明する。
【００４９】
図４に示すように、隙間Ｓが０.７ｍｍから１．３ｍｍまでのゲージ３４を作成し、盛り上がり高さを計測した。この時、冷却穴２２の径を３ｍｍ、円盤蓋２の径を２．４ｍｍとし、液状シリコンゴム弾性体３２を９８psi、１．９秒で注入した。盛り上がり高さＨの測定結果を図５に示してある。
【００５０】
図５から判るように、盛り上がり高さＨのばらつきは、０.７ｍｍから１．１ｍｍ程度となり、例えば、遮熱皮膜材の厚さが０．４ｍｍに設定されている場合、コーティング後の盛り上がり高さ０.３ｍｍから０．７ｍｍ程度となる。このため、盛り上がり高さＨは遮熱皮膜材の厚さの１倍から３倍の範囲に収まり、十分に管理されていることが確認された。
【００５１】
図２(b）及び図２(c)に示すように、冷却穴２２の底面側に円盤蓋２を配することで、空気流溝２１が塞がれた状態になり、冷却穴２２に液状シリコンゴム弾性体３２を高圧力で注入しても空気流溝２１内に液状シリコンゴム弾性体３２が流入することがない。このため、一定圧力で一定量の供給が可能になり、短時間での注入が可能になる。このとき、市販されているディスペンサーの使用も効率的である。
【００５２】
一方、燃焼器尾筒は、多数の冷却穴や冷却通路が形成された板材を曲げ加工して形成されているため、図６(a) (b）に示すように、出口部（矩形に形成されている）の角部に存在する冷却穴２２は変形した状態になり、円盤蓋２を所望の状態に配することができない。このため、変形した冷却穴２２にはマスキング用のテープを円形にしたパッチテープが貼付される。
【００５３】
図７に示すように、パッチテープ５はマスキング用のテープを円形にしたものであり、冷却穴２２の径よりも若干大きな径に形成されている。冷却穴２２の部位にパッチテープ５を貼付する場合、冷却穴２２の中心とパッチテープ５の中心を合致させることは困難である。このため、冷却穴２２よりも大きな穴６が設けられた枠シール７を冷却穴２２の周囲に貼付し、穴６の内部で冷却穴２２に対してパッチテープ５を位置決めして貼付する。その後枠シール７を除去することで、中心が略一致したパッチテープ５が冷却穴２２に貼付された状態となる。
【００５４】
液状シリコンゴム弾性体３２が乾燥・硬化することにより、マスキングピン４が挿入された状態となったら、図３(a)に示すように、内周面２０inに対してアルミナ（Ａｌ2Ｏ3 ）を吹き付けるブラスト処理をして粗面化する。このとき、マスキングピン４は弾性があるため、ブラスト処理によるアンカー効果が働かずその衝撃が作用しても、冷却穴２２から脱落することはない。
【００５５】
ブラスト処理が終わったら、図３(b)に示すように、内周面２０inにＭＣｒＡｌＹを溶射して下地金属層（アンダーコート）４１を形成する。このとき、マスキングピン４は、濡れ性が悪いので、マスキングピン４の上に溶射された溶射金属は、はじかれてしまい、マスキングピン４の上にＭＣｒＡｌＹを溶射金属が堆積することは殆どない。また、少々堆積するケースがあったとしても、エアブローとペーパー研磨で全て除去可能である。
【００５６】
下地金属４１の形成が終わったら、図３(c)に示すように、下地金属４１に、ジルコニアを主成分とするセラミックス材料を溶射して遮熱層（トップコート）４２を形成する（遮熱皮膜形成工程）。このとき、マスキングピン４は濡れ性が悪いので、マスキングピン４の上に溶射された溶射金属ははじかれてしまい、マスキングピン４の上にセラミックス材料溶射金属が堆積することは殆どない。
【００５７】
遮熱層（トップコート）４２の形成が終わったら、マスキングピン４に多少堆積する遮熱材をペーパー研磨（バフ研磨）により除去する。図８に示すように、回転ペーパー１１を用いてマスキングピン４の上面を研磨し、少々堆積する遮熱材を除去する。
【００５８】
回転ペーパー１１を用いてマスキングピン４の上面を研磨した後、図３(d)に示すように、円錐形状（冷却穴２２の径に応じて先端の角度が９０度乃至１２０度程度が好ましい）のダイヤモンド電着砥石１２を用いて冷却穴２２の周囲の遮熱皮膜材を面取りして図３(e)に示した状態とする（面取り工程）。図９に示すように、ダイヤモンド電着砥石１２は回転工具１６のスピンドル１７に取り付けられ、所定の回転速度で回転される。
【００５９】
冷却穴２２の周囲の遮熱皮膜材の面取りにより、マスキングピン４を取り外す際に周囲の遮熱皮膜材が欠損することがなくなると共に、実機運転中に遮熱皮膜材が剥離することがなくなる。マスキングピン４を抜き外す前に面取りを行うことにより、遮熱皮膜材の削り屑等が冷却穴２２の内部の空気流溝２１に残留することがなくなる。なお、ダイヤモンド電着砥石１２に代えてゴム砥石等を用いることも可能である。
【００６０】
冷却穴２２の周囲の遮熱皮膜材の面取りが終わったら、カエリが付いたピン（釣り針状でストレート形状に近いもの）若しくはグランドパッキン取り外し用のパッキンツールにより、円盤蓋２がついたままのマスキングピン４を引っ掛けて冷却穴２２から取り外す（図３(f)参照）。
【００６１】
冷却穴２２内には予め離型剤１５が塗布されているので、マスキングピン４が冷却穴２２に焼きつくことがなく、冷却穴２２や空気流溝２１内にマスキングピン４の材料が残ることがなく、マスキングピン４の全体をきれいに取り外すことができる。特に、パッキンツールは螺旋状の針を有しており、ワインのコルク栓を抜く時と同じ要領で、針を回転させつつマスキングピン４に差し込み、引っ張ることでマスキングピン４を簡単に取り外すことができる。
【００６２】
マスキングピン４を取り外した後、マスキングピン４の単面の形状や円盤蓋２の有無をチェックする。冷却穴２２の内部の残留物を吸引除去すると共に、パーツフィーダー等を用いて取り外したマスキングピン４の数を数える。マスキングピン４の数と冷却穴２２の数が一致した場合に作業が終了となる。
【００６３】
このようにして、燃焼器尾筒を形成する壁面の内周面２０inに、遮熱皮膜（下地金属層４１及び遮熱層４２）を施すことができ、しかも、必要部分のすべての面に遮熱皮膜を施すことができる。したがって、燃焼器尾筒は遮熱皮膜により熱保護され、温度上昇による亀裂や損傷が発生することがなくなり、信頼性の高い燃焼器尾筒を製作することができる。
【００６４】
次に、ガスタービンの燃焼器尾筒を形成する壁面の内周面（内周側の表面）に、遮熱皮膜を施工する方法の他の例を説明する。図１０には本発明の他の実施の形態に係る施工方法の工程説明を示してある。なお、図１乃至図３に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。
【００６５】
本実施の形態で用いるマスキングピンの寸法は、燃焼器尾筒の冷却穴に挿入した際は、コーティング厚さ程度突出しているが、コーティング後には１割程度収縮し、結果的には、燃焼器尾筒の表面（内周面）から突出しない寸法（逆に少し引っ込んだ状態）としている。
【００６６】
なお液状シリコンゴム弾性体では、冷却穴に注入する時には液状であるが、その後に乾燥するとともに体積収縮して硬化し、硬化したものが冷却穴に挿入されたマスキングピンとなるが、硬化後の寸法が、燃焼器尾筒の表面（内周面）から突出しない寸法となるように注入量を調整する。
【００６７】
図１０(a)に示すように、ガスタービンの燃焼器尾筒を形成する壁面２０には、その壁面内部に空気流溝２１が形成され、その内周面２０inには空気流溝２１に連通する冷却穴（空気吐出穴）２２が形成され、その外周面２０out には空気流溝２１に連通する空気吸込穴（図示省略）が形成されている。冷却穴２２及び空気吸込穴の穴径（直径）は、空気流溝２１の溝幅よりも大きくなっている。壁面の内周面２０inに遮熱皮膜を施すには、まず、図１０(a)に示す壁面２０の内周面２０inの全面、特に、冷却穴２２、及び、空気流溝２１のうち冷却穴２２に臨む部分に、離型剤を吹き付ける。即ち、スプレー手段１４を用いてボロン系の離型剤１５を吹き付ける（離型剤塗布工程）。
【００６８】
次に、シリンジ１のノズル３の先端の液状ゴム弾性体に付着させた円盤蓋２を冷却穴２２の底面側（空気流溝２１の上側）に位置させ、シリンジ１により冷却穴２２に液状シリコンゴム弾性体３２を所定の圧力で注入する（注入工程：図２(a)参照）。この液状シリコンゴム弾性体３２は、具体的には、 Three Bond 社製の型番 1207 Ｆ等の２００〜２５０℃の耐熱を有する液状シリコンゴム弾性体である。
【００６９】
この場合、注入した液状シリコンゴム弾性体３２の表面が、内周面２０inに対して盛り上がった状態になるまで注入する（図１０(b)）。この注入量については、後述する。なお、注射器３１の代わりにヘラ等を用いて注入することができる。いずれにしろ、注入するだけでよいので、作業は容易である。
【００７０】
注入した液状シリコンゴム弾性体３２は、放置すると乾燥して硬化するが、乾燥・硬化するのに併せて体積収縮する。このように体積収縮して乾燥・硬化することにより、冷却穴２２及び空気流溝２１に挿入されたマスキングピン２４となる（図１０(c)）。この場合、マスキングピン２４が内周面２０inから突出しないように、液状シリコンゴム弾性体３２を注入する量を調整している。つまり、部材である冷却穴２２の表面から突出することのないマスキングピン２４としている。但し、材料等の条件によって収縮し難い場合もあるので、そのときはマスキングピン２４の表面を手で押圧して平らにしている。
【００７１】
冷却穴２２の底面に円盤２を配することで、空気流溝２１が塞がれた状態になり、冷却穴２２に液状シリコンゴム弾性体を高圧力で注入しても空気流溝２１に液状シリコンゴム弾性体が流入することがない。このため、一定圧力で一定量の供給が可能となり、短時間での注入が可能になる。このとき、市販されているディスペンサーの使用も効率的である。
【００７２】
液状シリコンゴム弾性体３２が乾燥・硬化することにより、マスキングピン２４が挿入された状態となったら、図１０(d)に示すように、内周面２０inに対してアルミナ（Ａｌ2Ｏ3 ）を吹き付けるブラスト処理をして粗面化する。このとき、マスキングピン２４は弾性があるため、ブラスト処理によるアンカー効果が働かずその衝撃が作用しても、冷却穴２２から脱落することはない。
【００７３】
ブラスト処理が終わったら、図１０(e)に示すように、内周面２０inにＭＣｒＡｌＹを溶射して下地金属層（アンダーコート）４１を形成する。このとき、マスキングピン２４は濡れ性が悪いので、マスキングピン２４の上に溶射された溶射金属ははじかれてしまい、マスキングピンＭＰ２の上にＭＣｒＡｌＹを溶射金属が堆積することは殆どない。また、少々堆積するケースがあったとしても、エアブローとペーパー研磨で全て除去可能である。
【００７４】
下地金属４１の形成が終わったら、図１０(f)に示すように、下地金属４１に、ジルコニアを主成分とするセラミックス材料を溶射して遮熱層（トップコート）４２を形成する。このとき、マスキングピン２４は濡れ性が悪いので、マスキングピン２４の上に溶射された溶射金属ははじかれてしまい、マスキングピン２４の上にセラミックス材料溶射金属が堆積することは殆どない。また、少々堆積するケースがあったとしても、エアブローとペーパー研磨で全て除去可能である。
【００７５】
マスキングピン２４は内周面２０inから突出していないので、ＭＣｒＡｌＹやセラミックス材料を溶射したときに突出部材による影ができることはなく、必要な部分全面に溶射することができる。つまり、内周面２０inからの突出部材による溶射の影により内周面２０inの周囲にセラミックス材料が溶射されない部分が生じることがなくなる。影により溶射されない部分が生じると、金属母材表面が露出して長期の使用により微小亀裂等が発生することが考えられるが、溶射の影により内周面２０inの周囲にセラミックス材料が溶射されない部分が生じることがないので、耐熱性及び耐久性がよりすぐれたものとなる。
【００７６】
遮熱層（トップコート）４２を形成した後、図１０(g)に示すように、円錐形状（冷却穴２２の径に応じて先端の角度が９０度乃至１２０度程度が好ましい）のダイヤモンド電着砥石１２を用いて冷却穴２２の周囲の遮熱皮膜材を面取りする（面取り工程）。
【００７７】
前述した実施の形態と同様に、冷却穴２２の周囲の遮熱皮膜材の面取りにより、マスキングピン２４を取り外す際に周囲の遮熱皮膜材が欠損することがなくなると共に、実機運転中に遮熱皮膜材が剥離することがなくなる。マスキングピン２４を抜き外す前に面取りを行うことにより、遮熱皮膜材の削り屑等が冷却穴２２の内部の空気流溝２１に残留することがなくなる。なお、ダイヤモンド電着砥石１２に代えてゴム砥石等を用いることも可能である。
【００７８】
冷却穴２２の周囲の遮熱皮膜材の面取りが終わったら、カエリが付いたピン（釣り針状でストレート形状に近いもの）若しくはグランドパッキン取り外し用のパッキンツールにより、円盤蓋２がついたままのマスキングピン２４を引っ掛けて冷却穴２２から取り外す（図１０(h)参照）。
【００７９】
冷却穴２２内には予め離型剤１５が塗布されているので、マスキングピン２４が冷却穴２２に焼きつくことがなく、冷却穴２２や空気流溝２１内にマスキングピン２４の材料が残ることがなく、マスキングピン２４の全体をきれいに取り外すことができる。特に、パッキンツールは螺旋状の針を有しており、ワインのコルク栓を抜く時と同じ要領で、針を回転させつつマスキングピン２４に差し込み、引っ張ることでマスキングピン２４を簡単に取り外すことができる。
【００８０】
マスキングピン２４を取り外した後、マスキングピン２４の単面の形状や円盤蓋２の有無をチェックする。冷却穴２２の内部の残留物を吸引除去すると共に、パーツフィーダー等を用いて取り外したマスキングピン２４の数を数える。マスキングピン２４の数と冷却穴２２の数が一致した場合に作業が終了となる。
【００８１】
このようにして、燃焼器尾筒を形成する壁面の内周面２０inに、遮熱皮膜（下地金属層４１及び遮熱層４２）を施すことができ、しかも、必要部分のすべての面に遮熱皮膜を施すことができる。したがって、燃焼器尾筒は遮熱皮膜により熱保護され、温度上昇による亀裂や損傷が発生することがなくなり、信頼性の高い燃焼器尾筒を製作することができる。
【００８２】
なお、上述した実施の形態では、燃焼器尾筒の壁面に形成した未貫通の冷却穴をマスキングするものであったが、最近では燃焼器尾筒の壁面の外周面から内周面にまで貫通した冷却用の小穴を形成することがある。この貫通した小穴の径は、冷却穴の径に比べて小さいものであり、且つ穴深さは４〜５ｍｍと深く、コーティング後の手入れが困難であった。この貫通した小穴に、本発明の実施の形態で用いていた、円盤蓋２を有するマスキングピン４及びマスキングピン２４を適用することもできる。
【００８３】
また、ガスタービンの翼にも、冷却用の貫通穴が形成されており、翼の表面に遮熱皮膜を施す際に貫通穴が塞がれないようにマスキングするためにも、本発明の実施の形態で用いた円盤蓋２を有するマスキングピン４及びマスキングピン２４を適用することもできる。その他、いわゆるＡＰＳ法，ＨＶＯＦ法による溶射皮膜を有する全ての部品に適用可能である。
【００８４】
上記の説明により、本発明については様々な修飾や変形をすることが可能であることは明らかである。よって、本発明は、具体的な記述にとらわれることなく、付記した請求の範囲内で実施されるものと解されたい。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明では、表面に冷却穴が形成された部材の表面に対して、溶射により遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜施工方法であって、冷却穴に、底面側に配される蓋を介してマスキングピンを挿入してから、溶射による遮熱皮膜形成をすることで、冷却穴の底部に対してマスキングピンの材料の影響がない状態でマスキングピンの挿入を行って溶射による遮熱皮膜形成が行える。
【００８６】
また、本発明では、表面に冷却穴が形成された部材の表面に対して、溶射により遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜施工方法であって、冷却穴に、離型剤を介在させてからマスキングピンを挿入して溶射による遮熱皮膜形成をすることで、遮熱皮膜を形成した後のマスキングピンの抜きはずしが容易となる。
【００８７】
また、本発明では、表面に冷却穴が形成された部材の表面に対して、溶射により遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜施工方法であって、冷却穴にマスキングピンを挿入してから溶射による遮熱皮膜を形成し、冷却穴の周縁の遮熱皮膜に面取りを施すことで、マスキングピンの抜きはずしの際の遮熱皮膜の破損をなくすことができる。
【００８８】
また、本発明では、表面に冷却穴が形成された部材の表面に対して、溶射により遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜施工方法であって、冷却穴に離型剤を塗布する離型剤塗布工程と、液状シリコンゴム弾性体に蓋を付着させた状態で冷却穴の底面に蓋を配して液状シリコンゴム弾性体を注入する注入工程と、注入した液状シリコンゴム弾性体を乾燥・硬化させて遮熱皮膜の膜厚の１倍から３倍の厚さを前記部材の表面から突出させるマスキング工程と、部材の表面をブラスト処理して粗面化するブラスト工程と、粗面化した部材の表面に溶射による遮熱皮膜を形成する遮熱皮膜形成工程と、冷却穴の周囲の遮熱皮膜の面取りを行う面取り工程とを有するので、冷却穴の底部に対してマスキングピンの材料の影響がない状態でマスキングピンの挿入を行って溶射による遮熱皮膜形成が行えると共に、遮熱皮膜を形成した後のマスキングピンの抜きはずしが容易となり、マスキングピンの抜きはずしの際の遮熱皮膜の破損をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施の形態にかかる遮熱皮膜施工方法を示す工程説明図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる遮熱皮膜施工方法を示す工程説明図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる遮熱皮膜施工方法を示す工程説明図である。
【図４】盛り上がりの計測状況説明図である。
【図５】計測結果を表す表図である。
【図６】パッチテープの貼付状況説明図である。
【図７】パッチテープの貼付状況説明図である。
【図８】ペーパー研磨の状況説明図である。
【図９】面取りの状況説明図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態にかかる遮熱皮膜施工方法を示す工程説明図である。
【図１１】ガスタービンのうち燃焼器を配置した部分を示す構成図である。
【図１２】燃焼器尾筒を形成する壁面の一部を切り取って示す破断斜視図である。
【図１３】図１２中のＡ矢視方向の断面図である。
【図１４】図１２中のＢ矢視方向の断面図である。
【図１５】マスキングテープによりマスキングした燃焼器尾筒の内周面を示す平面図である。
【図１６】マスキングテープを取り外した燃焼器尾筒の内周面を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１  シリンジ
２  円盤蓋
３  ノズル
４  マスキングピン
５  パッチテープ
６  穴
７  枠シール
１１  回転ペーパ
１２  ダイヤモンド電着砥石
１４  スプレー手段
１５  離型剤
１６  回転工具
１７  スピンドル
２０  壁面
２１  空気流溝
２２  冷却穴
２４  マスキングピン
３２  液状シリコンゴム弾性体
４１  下地金属
４２  遮熱層
【図１】
2005194560.tif 000003
【図２】
2005194560.tif 000004
【図３】
2005194560.tif 000005
【図４】
2005194560.tif 000006
【図５】
2005194560.tif 000007
【図６】
2005194560.tif 000008
【図７】
2005194560.tif 000009
【図８】
2005194560.tif 000010
【図９】
2005194560.tif 000011
【図１０】
2005194560.tif 000012
【図１１】
2005194560.tif 000013
【図１２】
2005194560.tif 000014
【図１３】
2005194560.tif 000015
【図１４】
2005194560.tif 000016
【図１５】
2005194560.tif 000017
【図１６】
2005194560.tif 000018