(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある部品それ自体の加工ないしはある部品の近傍の別の部品の加工に際して局所的に溶融金属が発生する場合に、当該部品の部品表面を高温の溶融金属飛沫から防護して、当該部品に溶融金属飛沫が接触しないようにし、また当該部品に対する大きな局所的熱供給が発生しないようにする、部品表面の被覆材において、
ａ）前記被覆材（１、２）の材料を、前記部品（９、１０）に剥離可能に粘着させることができ、適当な温度安定性を有し、弾性を有する、ゴム系プラスチック材料とし、
ｂ）前記被覆材（１、２）の、前記部品に臨む表面の形状を、該部品表面（１４，１５）の形状に正確に対応した形状とし、
ｃ）前記被覆材（１、２）の厚さ（Ｄ１、Ｄ２）を、予期される最大のエネルギを有する金属飛沫の、その運動エネルギまでも含めたエネルギ量に対応した厚さとし、それによって、前記被覆材（１、２）が、防護すべき前記部品表面（１４、１５）のどの部分においても、特定の最小厚さ寸法を維持しているようにした、
ことを特徴とする部品表面の被覆材。
【請求項２】
前記被覆材（１、２）が、前記部品表面（１４、１５）に影響を及ぼすような液体成分が染み出るおそれが実質的に存在しないシリコーンラバーを含むことを特徴とする請求項１記載の部品表面の被覆材。
【請求項３】
前記被覆材（１、２）が、反復使用可能な単一部材であることを特徴とする請求項１または２記載の部品表面の被覆材。
【請求項４】
前記被覆材の厚さ（Ｄ１、Ｄ２）が、防護しようとする前記部品表面（１４、１５）のどの部分においても、ほぼ一定であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の部品表面の被覆材。
【請求項５】
前記被覆材（１、２）が、ガスタービンのロータの製造工程において、各々が中央開口を有し互いに同軸的に配設される複数のディスク状部品を回転摩擦溶接によって互いに接合する際に当該ロータを防護するために用いられるものであり、更に、前記被覆材（１、２）が、ハブ状部（３、４）を備えており、該ハブ状部は、前記部品（９、１０）の開口（１２、１３）に係合状態で嵌合することによって遠心力を吸収できるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の部品表面の被覆材。
【請求項６】
前記被覆材の前記ハブ状部（３、４）が、容易に寸法が変化しないだけの剛性を備えた蓋部材（５、６）で閉塞することによって該ハブ状部を介した連通を阻止し得るようにしてあることを特徴とする請求項５記載の部品表面の被覆材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前文部分に記載した、部品表面を高温の溶融金属飛沫から防護する、部品表面の被覆材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融金属飛沫が発生する溶接工程などにおいて主として防護として使用する、部品表面のための被覆材が公知となっている。この種の被覆材には、小規模なものから大規模なものまで実に多くの種類がある。小規模なものとしては、例えば、アルミ箔のシートを、アルミ箔製の粘着テープを用いて貼着した被覆材があり、大規模なものとしては、例えば、複雑な鋼製構造体を、防護しようとする部品にネジにより固定するようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
部品どうしを溶接して接合しようとするときに、その溶接箇所に近接した部品表面が、既に高精度で加工されて仕上げられていることがある。そのような場合には、溶接によって発生する溶融金属飛沫が、既に仕上げられている部品表面に降りかかることによって、その部品表面が部分的に溶融し、降りかかった飛沫がこびりつくことがある。そのような冷却した成分の除去作業は、例えば、旋盤、フライス盤、ないしは研削盤などを用いて行うが、かなり面倒な作業になる。また、除去作業を行った後に、しばしば、すり傷、めくれ、凹凸などが残ることがあり、その場合には、部品に対して少なくとも外観的ないし美観的な面での悪影響を及ぼす結果となる。また、金属材料学的な面での悪影響を及ぼすこともあり、この悪影響の方が、はるかに重大な結果をもたらす。即ち、質量の大きい高温の溶融金属飛沫によって、かなりの局所的な熱供給が発生し、それによって材料の微細構造が変化することから、材料強度ないし疲労強度に悪影響が及ぶのである。ここで、材料の微細構造の変化としては、例えば、局所的な粗粒化、脆化、硬化、軟化、引け巣の発生、それに亀裂の生成などがある。特に、亀裂が発生して成長して行くような材料欠陥が発生すると、ついには、変形ないし破断によって部品が破壊することにもなりかねない。部品表面に既に何らかのコーティングが施されている場合には、そのコーティングも、溶融金属飛沫によって局所的に損傷または破壊されるおそれがある。従って、多くの場合、いかなる溶融金属飛沫をも部品表面に接触するのを、安全に防止することのできる被覆材を提供することが要求される。
【０００４】
実行する溶接作業の種類によって、発生する溶融金属飛沫の質量、温度、及び速度が様々に異なるため、その溶融金属飛沫のエネルギ量も異なったものとなるが、回転摩擦溶接では、機械的運動を伴い、またエネルギ密度も高いため、溶接時にかなり強烈な溶融金属飛沫が発生する。
【０００５】
しかしながら、高温の溶融金属飛沫は、溶接以外の加工作業においても発生し得るものである。例えば、高強度のエネルギ源を使用して部品の材料を局所的に溶融させるような加工作業であって、そのエネルギ源の制御が、必ずしも高精度で行えないような作業では、溶融金属飛沫が周囲に飛び散ることがあり、その場合に、その溶融状態、即ち液体状態の金属飛沫が、部品ないし装置にかなりの速度で衝突することがある。そのような加工作業の具体例としては、自溶切断作業や、高エネルギ強度のレーザ発生装置を用いた切断、穿孔、及び切削などの加工作業がある。また同様に、回転砥石車や突切り車を使用して切り込みの大きな重切削ないし重研削を行う場合にも、かなり強烈な溶融金属飛沫が発生することがある。以上の加工作業はいずれも、部品表面を防護するための、防護被覆材を必要としている。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、高温の溶融金属飛沫から部品表面を防護するための被覆材であって、構成が簡明で、低コストで製作でき、再現性に優れ、信頼性が高く、使用が容易で、適切なロバスト性及び耐久性を有する、部品表面の被覆材を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明によれば、請求項１の前提部分の一般的特徴に特徴ａ）〜ｃ）を組合せることによって達成される。材料に関しては、この被覆材は、部品表面に粘着させることができ、適当な温度安定性を有し、弾性を有する、ゴム系材料から成るものである。この被覆材の材料の粘着性が不十分な場合には（例えば、遠心力や慣性力による動的荷重が加わる場合には、粘着性が不十分なことがある）、適当な粘着剤を併用するようにしてもよい。また、この被覆材が、部品から容易に剥離できるものであることが重要であり、特に、この被覆材を破損することなく、剥離できるようにしておくことが好ましい。
【０００８】
この被覆材の、部品に臨む表面の形状を、その部品表面の形状に正確に適合させる，即ち対応した形状とすることによって、粘着性を向上させ、ないしは、粘着性を付与することができる。尚、これは、例えばその部品表面が既に仕上げ加工されているなどして、その部品表面が滑らかであることを前提としている。
【０００９】
この被覆材の穴あきに対する強度は、衝突する溶融金属飛沫の予期される最大のエネルギ量（即ち、溶融金属飛沫の運動エネルギ及び熱エネルギ）に対するこの被覆材の最小厚さに応じて定まるものであり、従って、溶融金属飛沫を発生させる具体的な加工作業の種類に応じて異なったものとなる。穴あきに対する強度を適切に設定することによって、この被覆材の材料の量を、必要最小限で済ませることができ、従って、この被覆材を軽量化し、その製作コストを低減することができる。
【００１０】
請求項１に従属する従属請求項は、請求項１に記載した被覆材の好適な実施の形態を記載したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
これより図面を参照しつつ、本発明について更に詳細に説明して行く。図面に示したのは、摩擦溶接によって互いに接合された３個のディスク状部品を備え、溶融金属飛沫から防護するための２個の被覆材が装着された、ガスタービンのロータの縦半断面図である。
【００１２】
図示したガスタービンのロータ７は、３個のディスク状部品８、９、１０を備えており、それら部品８、９、１０は、互いに同軸的に配設され、且つ、軸心方向に並設されており、また、回転摩擦溶接によって互いに一体的に接合されている。尚、ガスタービンのロータ７の構造は軸対称形状であるため、図には、軸心Ａから上の上半分だけを示した。このガスタービンのロータ７は半完成状態にあり、その表面のうちの幾つかの領域には、これから切削ないし研削によって除去すべき削り代が残されている。最終的な完成形状が現在形状と著しく異なる部分については、現在形状とは別に、その最終的な完成形状を図中に波線で示した。これに該当する領域は、後に動翼を取付ける領域であり、具体的には、部品８、９、１０の肉厚部の径方向外側（図中では上側）の領域である。溶接領域１６、１７は、溶接によって接合した後の状態を図示してあり、溶接領域からはみ出た余分な材料（フラッシュ）を図中に黒塗りで示した。回転摩擦溶接を実行すると、短時間のうちに摩擦によって大きな回転運動エネルギが熱エネルギへと変換され、溶接領域の材料は粘性溶融状態になり、その一部が溶接領域からはみ出してビード状ないしフック状となる。この溶接のプロセスは、金属材料学的な観点からいえば、鍛造のプロセスに近いものということができ、それは、非常に大きなエネルギ変換及び大きな材料変形を伴うからである。一般的に、このプロセスにおいては、大きなエネルギを持った溶融金属飛沫が発生する。発生した溶融金属飛沫はかなりの高速で、即ち大きな運動エネルギを持って、近辺の部品表面に衝突し、それによって部品表面が損傷するおそれがある。
【００１３】
図示した状態は、製作工程中の、溶接領域１７（部品９と部品１０の間の溶接領域）が接合された直後の状態である。溶融金属飛沫が直接降りかかって損傷するおそれのある部品表面１４、１５が、本発明にかかる被覆材１、２によって被覆されており、それら被覆材１、２は、溶接領域１７の近傍まで延在している。ただし、溶接により高温になる領域と、それら被覆材１、２の縁部との間には、それら被覆材１、２の縁部が溶融したり焼損したりすることのないように最小限の離隔距離が確保されている。被覆材１、２の形状は、部品表面１４、１５の形状に正確に幾何学的に適合した形状としてあり、それによって、それら被覆材１、２が部品表面１４、１５に良好に粘着できるようにしてある。また、被覆材１、２の穴あきに対する強度は、どの部分でも同程度の強度であることが好ましく、そのためには、被覆材１、２を設計する際に、それらの厚さＤ１、Ｄ２を、少なくとも近似的に一定で、しかも互いに等しくしておく（Ｄ１＝Ｄ２＝一定）のがよい。回転摩擦溶接の実行中は、被覆材１、２の少なくとも一方が、それを装着した部品と共に回転するため、それら被覆材１、２のいずれも、遠心力によって外れることのないように、しっかりと支持できるようにしてある。特に、ここでは、部品８、９、１０がいずれも、中央開口１１、１２、１３を有するため、この中央開口を利用して、被覆材１、２を好適に支持できるようにしている。そのために、被覆材１、２を、ハブ状部３、４を備えたものとしている。ハブ状部３、４は、中央開口１２、１３に係合状態で嵌合するように形成されており、係合状態となることで、ハブ状部３、４の全ての側部が、フック作用により正しい位置に固定されるようにしてある。また、ハブ状部３、４に十分な剛性を付与するために、ハブ状部３、４の厚さを、実際に飛沫を防護する部分の厚さより大きくしてある。更に、溶融金属飛沫が跳ねて方向を変えることがあり、そのような飛沫が、ハブ状部３、４の開口を通過して、軸心方向に並設されている隣接した部品へ到達すると不都合であるため、開口１２、１３を、容易に寸法が変化しないだけの剛性を有する蓋部材５、６で閉塞するようにしている。それら蓋部材５、６は、弾性を有するハブ状部３，４に圧入またはロックする構造とする（即ち、非係合ロック構造としてもよく、または係合ロック構造としてもよい。ただし、図示はしていない）。例えば、硬質発泡プラスチックなどは、蓋部材５、６の材料として好適な、低コストで軽量の材料である。
【００１４】
被覆材１、２の材料として好適な材料は、シリコーンラバーであり、これが好適材料であるのは、弾性が持続するという特性、表面に粘着するという特性、それに、温度安定性に優れているという特性を兼ね備えているからである。シリコーンラバーの種類としては、オイル等の液体成分が染み出るおそれのないもの、即ち部品表面を汚染することのないものを選択するようにしている。染み出た液体成分によって部品表面が汚染されると、例えば、後の亀裂検出に支障が生じるおそれがある。被覆材に非常に大きな荷重が加わる場合には、更に粘着剤を塗布するようにしてもよい。ただしその場合には、粘着剤それ自体が、部品表面からの除去が容易で、部品表面にできるだけ残渣を残さないものを使用すべきである。部品と被覆材とのどちらも損傷せず、しかも、溶接後、少なくとも部品表面から容易に除去することができる粘着剤であれば、どのような粘着剤でも使用することができる。
【００１５】
被覆材を製作する際には、被覆しようとする部品表面に形状及び寸法ができるだけ一致した雛型を用いると有利である。そのための雛型としては、実際の部品の不良品のうち、被覆しようとする部品表面の領域に関しては、その形状及び寸法が正しく形成されているような不良品を利用すると好都合である。
【００１６】
被覆材の厚さを所望の大きさにするためには、雛型の表面から特定の距離だけ離れた位置に固定できるようにした背面部材（マスク）を使用するのがよい。この場合、雛型の表面に、所要量を超える過剰量のペースト状のシリコーン材料を塗布し、そのシリコーン材料を塗布した表面へマスクを押付けることによって、余分なシリコーン材料をマスクの周囲からはみ出させる。そして、この状態に放置することで、そのシリコーン材料を硬化させてシリコーンラバーにする。続いて、周囲のはみ出した部分を切除する。尚、被覆材を容易に剥離できるように、雛型とマスクの両方に離型剤を塗布しておくのがよく、離型剤としては、例えばテフロン系の離型剤を使用することができる。
【００１７】
弾性ラバーは、例えば、部品の周囲を囲繞する形状やアンダーカット部分を有する係合ロックの種類を実現するのに、従来の剛体の被覆材では単一部材として形成することが不可能であったものも、単一部材として形成することができるという特徴がある。また、一般的に、被覆材を、弾性を有するものとすることで、その装着及び剥離が非常に容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】摩擦溶接によって互いに接合された３個のディスク状部品を備え、溶融金属飛沫から防護するための２個の被覆材が装着された、ガスタービンのロータの縦半断面図である。
【図１】
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