(57)【要約】【課題】  タービンエンジン構成部材の製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】  組立体（５１）は、本体（５２）と本体内の開口部（５６）とを有するマスク（５０）を備える。また、この組立体は、ロータ３２とロータから径外方向に延びる延出部とを備える構成部品をも備える。マスク本体は、マスクに対する構成部材の回転中に、延出部の少なくとも一部が開口部内に収容されるように、構成部材に対して位置付けられている。マスク本体は、延出部の少なくとも一部に被膜を施す間に、マスク本体が延出部に隣接する構成部材の一部に被膜が堆積するのを容易に低減するように構成されるように、構成部材に対して位置付けられている。【選択図】  図５
2007170385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体（５４）と前記本体内の開口部（５６）とを有するマスク（５０）と、
ロータ（３２）と前記ロータから径外方向に延びる延出部とを有する構成部材とを備え、
前記マスク本体は、前記マスクに対する前記構成部材の回転中に前記延出部の少なくとも一部が前記開口部内に収容されるように、前記構成部材に対して位置付けられており、前記マスク本体は、前記延出部の少なくとも一部に被膜を施す間に、該マスク本体が前記延出部に隣接する前記構成部材の一部に被膜が堆積するのを低減するように前記構成部材に対して位置付けられている組立体（５１）。
【請求項２】
前記構成部材は、タービンエンジン構成部材（１０）を備え、前記延出部は、シール歯（３６）を備える請求項１に記載の組立体（５１）。
【請求項３】
前記構成部材は、各々が前記ロータ（３２）の周囲の少なくとも一部に沿って径外方向に延びる複数の前記延出部を備え、前記複数の延出部が、前記ロータの回転軸（３４）に沿って離間されている請求項１に記載の組立体（５１）。
【請求項４】
前記マスク本体（５４）は、複数の前記開口部（５６）を有し、前記マスク（５０）に対する前記構成部材の回転中に前記複数の延出部の各々の少なくとも一部が前記複数の開口部の１つの開口部内に収容されるように、且つ、前記構成部材に被膜を施す間に該マスク本体が前記複数の延出部の隣接する延出部間に画定される表面の少なくとも一部と前記被膜との間の接触を容易に低減するように前記マスク本体が前記構成部材に対して位置付けられている請求項３に記載の組立体（５１）。
【請求項５】
前記延出部は、前記ロータ（３２）周りに実質的に周方向に延びる請求項１に記載の組立体（５１）。
【請求項６】
前記延出部に被膜を施すように構成された工具（５２）をさらに備え、前記マスク本体（５４）は、前記工具と前記延出部に隣接する前記構成部材の一部との間に少なくとも部分的に配置される請求項１に記載の組立体（５１）。
【請求項７】
前記工具（５２）は、プラズマトーチを備える請求項６に記載の組立体（５１）。
【請求項８】
前記マスク本体（５４）は、一対の対向する端部（６０，６２）間の長さ（５８）分延び、前記開口部（５６）は、前記一対の対向する本体端部（７０）間の前記長さの一部に沿って延びる細長な開口部を有する請求項１に記載の組立体（５１）。
【請求項９】
前記開口部（５６）は、略矩形状、及び略卵形状の一方である請求項８に記載の組立体（５１）。
【請求項１０】
前記開口部（５６）は、前記マスク本体長さ（５８）に実質的に平行に延びる請求項８に記載の組立体（５１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本書に記載及び／又は図示された方法及び装置は、一般に、タービンエンジンに関し、特に、タービンエンジン構成部材の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも幾つかの公知なタービンエンジン構成部材では、このような構成部材をエンジン内に発生した高温ガス流から遮断するために、例えば、断熱被膜（ＴＢＣ）又は耐摩耗性被膜などの金属性及び／又はセラミック被膜で被覆される。しかしながら、被膜を施すことは、ガス流路にさらされた幾つかの構成部材の性能に悪影響を及ぼしたり、及び／又はその性能を制限し得ることがある。よって、構成部材の中には、被膜が構成部材の全て及び一部を被覆しないように、被膜を施す前に少なくとも部分的にマスクされるものがある。例えば、隣接するシール歯間に画定された表面は、エンジン内で回転シールとともに用いられ得るが、被膜がこのような表面を被覆するのを防ぐためにマスクされることがある。
【特許文献１】米国特許第６，８７５，４７６Ｂ２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
公知なタービンエンジン構成部材の中には、例えば、ガラス充填のマスキングテープなどの裏面粘着式テープを用いてマスクされるものがある。しかしながら、テープの取付けや取り外しは、例えば、マスクされた構成部材又は構成部材の一部分が強力な抗力を有するため、時間がかかり困難であり、構成部材の製造コスト及び／又はサイクル時間が増加し得る。例えば、隣接するシール歯間に画定された表面にテープを取り付けることは、隣接するシール歯間の空間の大きさ故に、困難であり、及び／又は時間がかかることがある。さらに、マスクされた構成部材又は構成部材の一部分に隣接して施された被膜の中には、テープに重なり合うものがあるため、被膜を施した後にテープを取り除くことにより、被膜が破けてしまい、被膜の性能に悪影響を与えたり、及び／又は被膜の性能を限定することがあり得る。さらに、構成部材又は構成部材の一部分をマスクするのに用いたテープは、一旦、構成部材又は構成部材の一部分から取り除かれると、再使用が可能ではないため、複数の構成部材を製造するのにコスト高となり得る。公知なタービンエンジンの構成部材の中には、ゴムバンドを用いてマスクされるものもある。例えば、隣接するシール歯間に画定された表面は、ゴムバンドによりマスクされることがある。少なくとも幾つかの公知な被膜が、被膜される表面上に粉末を噴霧することにより施される。しかしながら、噴霧された粉末の粒子には、表面に均一に被膜が施されないように幾つかの公知なゴムバンドにあたって跳ね返るものがあり、これにより、被膜の性能に悪影響を及ぼしたり、又は被膜の性能を限定し得る。さらに、幾つかの公知なテープと同様に、マスクされた構成部材又は構成部材の一部と隣接して施された被膜の中には、ゴムバンドと重なり合うものがあり、これにより、ゴムバンドの取り外し中に被膜が破けてしまうことがある。さらに、公知なゴムバンドの中には、一定の弾性及び／又は形状を失ってしまい、幾つかの公知なテープと同様に、一旦、ゴムバンドが構成部材又は構成部材の一部分から取り外されると再利用し得なくなるものがある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一形態においては、組立体は、本体と本体内の開口部とを有するマスクを備える。また、この組立体は、ロータとこのロータから径外方向に延びる延出部とを有する構成部材をも備える。マスク本体は、マスクに対する構成部材の回転中に、延出部の少なくとも一部が開口部内に収容されるように、構成部材に対して位置付けられる。マスク本体は、延出部の少なくとも一部に被膜を施す間に、マスク本体が延出部に隣接する構成部材の一部に被膜が堆積するのを容易に低減するように構成されるように、構成部材に対して位置付けられる。
【０００５】
本明細書では、被膜を施す間に構成部材の少なくとも一部をマスキングするための方法が開示される。構成部材は、ロータと、ロータの周囲の少なくとも一部に沿ってロータから径外方向に延びロータの回転軸に沿って軸方向に離間された複数の延出部とを備える。本方法では、複数の延出部の各々の少なくとも一部が複数のマスク本体開口部の１つの開口部内に収容されるように、且つ、マスク本体の少なくとも一部が２つの隣接する延出部間に画定される流路を通って延びるように、構成部材と被膜を施す工具との間に複数の開口部を有するマスクを位置付ける工程と、マスク本体に対してロータを回転させる工程と、マスクが２つの隣接する延出部間に画定される流路の表面と被膜との間の接触を容易に低減するように、複数の延出部の各々の少なくとも一部に被膜を施す工程とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、例示的ガスタービンエンジン１０を示す概略図であり、このガスタービンエンジン１０は、低圧圧縮機１２と、高圧圧縮機１４と、燃焼器１６とを備える。また、ガスタービンエンジン１０は、高圧タービン１８と低圧タービン２０をも備える。低圧圧縮機１２と低圧タービン２０とは、第１の軸２４により連結され、高圧圧縮機１４と高圧タービン１８とは、第２の軸２６により連結される。ガスタービンエンジン１０は、他のエンジンであってもよいが、幾つかの実施形態においては、ゼネラルエレクトリック社、シンシナティ、オハイオ州から入手可能なＧＥ９０である。動作時には、空気は、低圧圧縮機１２を通して流れ、圧縮空気が低圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４に向かって供給される。高度に圧縮された空気は、燃焼器１６に運搬される。燃焼器１６からの空気流は、ガスタービンエンジン１０から出てくる前にタービン１８及び２０を駆動する。
【０００７】
図２は、ガスタービンエンジン１０内に用い得る例示的シール３０を示す横断面図である。シール３０は、ガスタービンエンジン１０内で回転軸３４周りを回転するロータ３２と、ロータ３２から径外方向に延びる複数のシール歯３６とを備える。シール３０は、ガスタービンエンジン１０内で回転する任意のシールとし得るものであり、これらに限らないが、前方外側シールや圧縮機吐出圧シールなどの少なくとも１つのシール歯３６を備える。図中には３つのシール歯３６を示しているが、シール３０は、任意の数のシール３６歯を備え得る。シール歯３６は、任意の適切な大きさ、形状、ロータ３２上の配向、位置、構造、及び／又は配置をとり得るものであるが、例示的実施形態では、各シール歯３６が、ロータ３２周りに実質的に周方向に延びる。しかしながら、実施形態によっては、１つ以上のシール歯３６が、ロータ３２の周囲の一部のみに沿って径外方向に延びても良い。さらに、シール歯３６は、任意の適切な大きさ、形状、ロータ３２上の配向、位置、構造、及び／又は配置をとり得るものであるが、例示的実施形態では、複数のシール歯３６は、各シール歯３６がロータの回転軸３４に沿って隣接するシール歯３６から離間するように、軸方向に離間した列３８に配置される。このように、隣接するシール歯３６間に流路４０が画定される。より具体的には、各流路４０は、互いに対面する隣接シール歯３６の側壁４２と、側壁４２間に延びる径方向内面４４とにより画定される。各流路４０は、任意の適切な大きさ及び／又は形状をとり得る。各流路４０は、他の形状をとり得るものであるが、例えば、例示的実施形態では、略Ｕ字状の横断面外形を有する。
【０００８】
図３は、以下でより詳細を説明するように、被膜を施す間にシール３０の一部をマスキングするためのマスク５０の一例示的実施形態を示す上面平面図である。図４は、図３中の線４−４に沿って切断されたマスク５０の横断面図である。図５は、マスク５０と、シール３０と、被膜をシール３０に施すのに用いられる工具５２とを備える組立体５１を示す横断面図である。マスク５０は、本体５４と、本体５４内の複数の開口部５６とを備える。各開口部５６は、図５に示すように、内部にシール歯３６の少なくとも一部を収容する。マスク本体５４は、マスク５０が本文で示すように機能可能となるような任意の適切な大きさ、及び／又は形状をとり得る。マスク本体５４は、他の形状を取り得るが、一例示的実施形態では、マスク本体５４は、略矩形状であり、対向する端部６０及び６２間で測定された長さ５８分延び、対向する端部６６及び６８間で測定された幅６４分延び得る。マスク本体５４の形状、長さ５８、及び／又は幅６４は、シール３０及び／又はその任意の部分の種類、大きさ、及び／又は形状に応じて可変的に選択され得る。本書ではマスク５０を具体的に説明及び図示してきたが、マスク５０及びその任意の部分の大きさ、形状、構造、配向、配置、及び／又は位置、及び／又はその特徴が、シール３０の特定の大きさ、形状、構造、配向、配置、及び／又は位置に応じて変化し得ることは理解されるべきである。図示された実施形態は、例示的なものとして意図されたものであり、マスク５０やその任意の部分、及び／又はシール３０の大きさ、形状、構造、配向、配置及び／又は位置、及びマスク５０の特徴を限定することを意図するものではない。
【０００９】
図５に示すように、マスク５０は、各シール歯３６の一部が対応する開口部５６内に収容されるように、シール３０に対して位置付け可能である。以下により詳細を示すように、マスク本体５４の複数の部分７０は、それぞれがマスク本体開口部５６に隣接し及び／又は隣接するマスク本体開口部５６間に画定されており、対応する流路の径方向内面４４（及び／又は、実施形態によっては、シール歯側壁４２の少なくとも一部、及び／又はシール３０の他の部分）に被膜が施されるのを容易に低減又は排除し得るものである。例えば、マスク５０は、各マスク本体部分７０が隣接するシール歯間の対応する流路４０を通って延びるように、位置付け可能である。
【００１０】
各マスク本体開口部５６は、開口部５６が本文で記載したように機能可能となるような、任意の適切な大きさ及び／又は形状、及び／又はマスク本体５４上の任意の適切な構造、配向、配置、及び／又は位置をとり得る。例えば、各マスク本体開口部５６は、各開口部５６が対応するシール歯３６の一部を収容可能となるような、任意の適切な大きさ及び／又は形状、及び／又はマスク本体５４上の任意の適切な構造、配向、配置、及び／又は位置をとり得る。各開口部５６は、マスク本体５４に対して、他の構成、配向、配置、及び／又は位置をとり得るが、例示的実施形態では、各開口部５６は、マスク本体の端部６０及び６２間のマスク本体長５８の一部に沿って延び、この長さ５８に略平行に延びる細長な開口部である。さらに、各開口部５６は、これらに限られないが、卵形状などの他の形状をとり得るが、例示的実施形態では、各開口部５６は、略矩形状である。１つ以上の開口部５６の大きさ及び／又は形状、及び／又はマスク本体５４上の構造、配向、配置及び／又は位置は、シール３０及び／又はその任意の部分の種類、大きさ及び／又は形状に応じて可変的に選択され得る。例えば、１つ以上の開口部５６の大きさ及び／又は形状、及び／又はマスク本体５４上の構造、配向、配置及び／又は位置は、シール歯３６及び／又は流路４０の大きさ及び／又は形状に応じて可変的に選択され得る。
【００１１】
同様に、各マスク本体部分７０は、当該部分７０が本文で示したように機能可能となるような、任意の適切な大きさ及び／又は形状、及び／又はマスク本体５４上の任意の適切な構造、配向、配置、及び／又は位置をとり得る。例えば、各マスク本体部分７０は、各当該部分７０により流路の径方向内面４４、シール歯の側壁４２の少なくとも一部、及び／又はシール３０の他の部分に被膜が施されるのを容易に低減することができるような、任意の適切な大きさ及び／又は形状、及び／又はマスク本体５４上の任意の適切な構造、配向、配置及び／又は位置をとり得る。各マスク本体部分７０は、これらに限られないが、湾曲した側面を含む形状などの他の形状をも取り得るが、例示的実施形態では、各マスク本体部分７０は、略矩形状である。１つ以上のマスク本体部分７０の大きさ及び／又は形状、及び／又はマスク本体５４上の構造、配向、配置及び／又は位置は、シール３０及び／又はその任意の部分の種類、大きさ及び／又は形状に応じて可変的に選択され得る。例えば、１つ以上のマスク本体部分７０の大きさ及び／又は形状、及び／又はマスク本体５４上の構造、配向、配置、及び／又は位置は、シール歯３６及び／又は流路４０の大きさ及び／又は形状に応じて可変的に選択され得る。例示的実施形態では、各マスク本体開口部５６は、マスク本体５４から略外側に延びる鍔部７２により画定される。より具体的には、各マスク本体開口部５６は、各鍔部７２の外側端部７４により画定される。鍔部７２は、さらに、対応する流路の径方向内面４４、シール歯の側壁４２の少なくとも一部、及び／又はシール３０の他の部分に被膜が施されるのを容易に低減又は排除し得る。鍔部７２は、当該鍔部７２が本文で記載したように機能可能となるような、マスク本体５４に対して任意のほぼ適切な角度で延び得る。例えば、例示的実施形態では、鍔部７２は、マスク本体５４に対して略斜めに延びる。他の実施形態では、１つ以上の鍔部７２は、マスク本体５４に対して略垂直に延びる。実施形態によっては、マスク本体５４は、１つ以上の開口部が鍔部の外側端部７４により画定されないように、そこから外側に延びる１つ以上の鍔部７２を備えていないものもある。
【００１２】
エンジンの構成部材をその中で発生する温度から遮断するためには、温度にさらされる構成部材は、これらに限られないが、断熱被膜（ＴＢＣ）及び／又は耐摩耗性被膜などの任意の適切な被膜で被覆され得る。被膜は、構成部材への熱伝達を低減しやすくし、エンジン効率を上げるために動作温度を上げてエンジンを動作可能とさせ得るか、及び／又は被膜された構成部材に耐摩耗性を付与しやすくし得る。被膜は、任意の適切な材料を含み得るが、幾つかの公知な例示的被膜は、これらに限られないが、金属性材料及び／又はセラミック材料を含む。例えば、幾つかの公知な被膜は、構成部材に施された金属結合層と、この金属結合層に施されたセラミック層とを含む。さらに、幾つかの公知な被膜を施す前には、構成部材の１つ以上の表面は、グリットブラスト仕上げを施されて被膜が表面に粘着しやすくなり得る。以下により詳細を説明するが、マスク５０は、シール３０に被膜を施す間において、被膜と、流路の径方向内面４４、シール歯の側壁４２の少なくとも一部、及び／又はシール３０の他の部分との間の接触を低減又は排除しやすくする。
【００１３】
シール３０に被膜を施すには、マスク５０は、工具５２とシール３０との間に位置付けられる。マスク５０は、本文で示したようにマスク５０が機能可能となるような、工具５２及びシール３０に対する任意の位置及び／又は配向で、工具５２とシール３０との間に配置され得る。例えば、例示的実施形態では、各シール歯３６の一部が対応する開口部５６内に収容され、マスク本体部分７０の各々が隣接するシール歯３６間の対応する流路４０を通して延びるように、マスク本体５４が位置付けられる。さらに、例示的実施形態では、例えば、マスク５０は、鍔部７２がシールロータの回転軸３４に対して径外方向に延びるように位置付けられる。一旦、マスク５０が工具５２及びシール３０に対して位置決められると、これらに限られないが、プラズマトーチを用いてシール３０上に被膜材を噴霧するなどの任意の適切な方法、工程、構造、及び／又は手段を用いて、シール歯３６及び／又はシール３０の他の部分をシールするように、被膜が施される。被膜を施す間には、シール３０は、マスク５０と工具５２に対して回転される。例えば、幾つかの実施形態では、マスク５０及び工具５２がほぼ静止している際にシール３０を回転軸３４周りに回転させることにより、相対的回転が提供される。しかしながら、例えば、実施形態によっては、相対的回転が、シール３０がほぼ静止している際に、軸（例えば、回転軸３４）周りにマスク５０及び工具５２を回転することにより提供されることもある。シール３０は、マスク５０及び工具５２に対して回転するため、各シール歯３６は、対応するマスク本体開口部５６内でこの開口部に対して回転する。被膜がシール３０、例えば、シール歯３６に施されているため、マスク本体部分７０は、流路の径方向内面４４と被膜との間の接触を低減又は排除しやすくし、このため、被膜が流路表面４４に望ましくなく堆積されるのを容易に防ぎ得る。実施形態によっては、マスク本体部分７０はまた、被膜と、シール歯側壁４２の少なくとも一部、及び／又はシール３０の他の部分との間の接触を容易に低減又は排除し得るものであり、また、このため、被膜がシール歯側壁４２の少なくとも一部、及び／又はシール３０の他の部分上に望ましくなく堆積されるのを容易に防ぎ得る。上述したように、鍔部７２は、さらに、被膜と、表面４４、シール歯側壁４２の少なくとも一部、及び／又はシール３０の他の部分との間の接触を容易に低減又は排除し得る。実施形態によっては、シール３０にグリッドブラスト仕上げを施す前に、シール３０に対してマスク５０を位置付けし、流路表面４４、シール歯側壁４２の少なくとも一部、及び／又はシール３０の他の部分を、グリッドブラスト中に噴射される研磨剤から遮断しやすくするものがある。
【００１４】
上述したマスク、組立体、及び／又は方法は、費用対効果が高く、及び／又は構成部材の信頼性の高い製造を容易とし得るものである。例えば、本書にて記載及び／又は図示されたマスク、組立体、及び／又は方法は、複数のシールの大きさ、形状、種類、構造、及び／又は配置のものを、効率良く適時にマスクしやすくし、これにより、製造コストを削減し得る。さらに、例えば、本書にて記載及び／又は図示されたマスク、組立体、及び／又は方法は、費用対効果及び信頼性の高い方法でマスク構成部材の性質及び／又は再現性を容易に改善し得るものである。例えば、本書にて記載及び／又は図示されたマスク、組立体、及び／又は方法は、幾つかの公知なマスク及び／又はそのマスキング方法と比較して、被膜が破れるのを低減し又は無くしやすくする。さらに、本書にて記載及び／又は図示されたマスクは、再利用可能とし得る。
【００１５】
なお、本書にて記載及び／又は図示されたマスク、組立体、及び方法は、タービンエンジン構成部材に関して、特に、隣接するシール歯間のシールの全て又は一部をマスキングすることによりガスタービンエンジンの構成部材を製造することに関して記載及び／又は図示しているが、本書にて記載及び／又は図示されたマスク、組立体、及び方法の実施は、隣接するシール歯間のシールのマスキング、ガスタービンエンジンの構成部材のマスキングに限らず、また、一般に、タービンエンジンの構成部材のマスキングにも限られない。むしろ、本書にて記載及び／又は図示されたマスク、組立体、及び方法は、任意の目的の任意の部分をマスキングするのに適用可能である。
【００１６】
以上、本書では、マスク、組立体、及び方法の例示的実施形態について、詳細を記載及び／又は図示してきた。マスク、組立体、及び方法は、本文にて記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ各方法の工程と同様に、各マスク及び／又は組立体の構成部材が、本文にて記載した他の構成部材及び工程と独立して別個に用いられ得るものである。また、各構成部材、及び各方法工程は、他の構成部材及び／又は方法工程と組み合わせても用いることができる。
【００１７】
本書にて記載及び／又は図示されたマスク、組立体、及び方法の要素／構成部材などを説明中に導入する際に、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」及び「ｓａｉｄ」の冠詞は、その要素／構成部材などが１つ以上存在することを意味するために意図的に置かれたものである。また、「構成する」、「含む」及び「有する」の表現は、例示した要素／構成部材など以外の追加的な要素／構成部材なども存在し得ることを含蓄し意味するために意図的に配置されたものである。
【００１８】
以上、本発明を多様な特定の実施形態により記載してきたが、当業者は、本発明が特許請求の範囲の趣旨及び範囲内で変更して実施可能であることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】例示的ガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】図１に示したガスタービンエンジン内で用いられ得る例示的シールの横断面図である。
【図３】被膜を施す間に図２に示したシールの一部をマスキングするのに用いるマスクの一例示的実施形態を示す上面平面図である。
【図４】図３中の線４−４に沿って切断された図３に示したマスクの横断面図である。
【図５】図２に示したシールと、図３及び図４に示したマスクと、図２に示したシールの一部に被膜を施すのに用いる工具とを備える組立体を示す横断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０  ガスタービンエンジン
１２  低圧圧縮機
１４  高圧圧縮機
１６  燃焼器
１８  タービン／高圧タービン
２０  低圧タービン
２４  第１の軸
２６  第２の軸
３０  シール
３２  ロータ
３４  回転軸
３６  シール歯
３８  列
４０  流路
４２  側壁
４４  径方向内面
５０  マスク
５１  組立体
５２  工具
５４  マスク本体
５６  開口部
５８  長さ
６０  端部
６２  端部
６４  幅
６６  端部
６８  端部
７０  マスク本体部
７２  鍔部
７４  外側端部
【図１】
2007170385.tif 000003
【図２】
2007170385.tif 000004
【図３】
2007170385.tif 000005
【図４】
2007170385.tif 000006
【図５】
2007170385.tif 000007
【外国語明細書】
2007170385000001.pdf