(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物のコーティング装置において使用される取付具において、
外周部と長手方向に延在する中心軸とを有する中空のコア部材を含んでなり
コーティングされる複数の加工物を保持するための手段を含んでなり、前記保持するための手段は前記部材の前記外周部に直接的に固定されており、コーティングされる前記加工物の表面が前記外周部から離間され、また前記取付具および前記加工物を前記コーティング装置内に設置するとともにコーティングされる前記加工物を前記保持するための手段内で静止させたままに維持しながら前記取付具を前記中心軸の回りで回転させることで前記加工物がコーティングされ、
前記保持するための手段が、コーティングされる前記加工物を受容するためおよび前記加工物の所望の部分だけにコーティング操作を受けさせるための複数のレセプタクルを含んでなり、および
前記レセプタクルが前記コア部材の外周の回りで離間されており、また各レセプタクルが、その内部に前記加工物が設置される一側が開口した加工物の支持構造体および前記加工物の支持構造体の開口した側を閉じるためのカバーを含んでいる、取付具。
【請求項２】
前記コア部材がさらに、前記中心軸の回りで前記取付具を回転させるために駆動軸を受容するための中空の内部チャンネル、および前記コア部材を回転駆動軸に接続するための手段を含んでなる、請求の範囲第１項記載の取付具。
【請求項３】
前記回転駆動軸が開口部を備えた平端部を有し、
前記コア部材に端板が取付けられており、前記端板は前記平端部が通るスロットおよびアイレットを有し、および
前記接続するための手段は、前記平端部の前記開口部を通って挿入されるウェッジを含んでなる、請求の範囲第２項記載の取付具。
【請求項４】
前記一側が開口した加工物の支持構造体が、前記加工物の１つの表面の形状に実質的に対応した形状を有する上壁、および前記上壁に取付けられた前記加工物の前記１つの表面をマスキングするための手段を含む、請求の範囲第１項記載の取付具。
【請求項５】
前記一側が開口した加工物の支持構造体が、前記一側が開口した加工物の支持構造体内で前記加工物を位置合せするための手段をさらに含む、請求の範囲第４項記載の取付具。
【請求項６】
前記取付具が、前記一側が開口した加工物の支持構造体に前記カバーを固着するための手段を含む、請求の範囲第１項記載の取付具。
【請求項７】
前記カバーを固着するための手段が、
前記一側が開口した加工物の支持構造体の側壁に取付けられた舌状部材を含んでなり、前記舌状部材はスロットを有し、
前記舌状部材を収容するための前記カバー内のスロットを含んでなり、
前記舌状部材内の前記スロットを通過するとともに前記カバーの外側面に接しているウェッジを含んでなる、請求の範囲第６項記載の取付具。
【請求項８】
前記カバーに載置されたマスキング装置をさらに含んでなり、前記マスキング装置は前記加工物の一部がコーティングされることを防止する、請求の範囲第１項記載の取付具。
【請求項９】
前記コア部材に固定された端板、および
前記取付具を回転するための手段に前記取付具を固定するための手段をさらに含んでなり、前記固定するための手段は、前記端板から突出した中空の円筒部材を含んでなる、請求の範囲第１項記載の取付具。
【請求項１０】
前記中空の円筒部材が内部通路を有し、
前記回転するための手段がそれから突出する軸を有するベース部材を含み、および
前記軸が前記内部通路と組合わされる、請求の範囲第９項記載の取付具。
【請求項１１】
前記軸が第１の部分と第２の部分を有し、および
前記第２の部分はヒンジ配列で前記第１の部分に接続され、前記取付具の装填を容易にするために第２の部分を第１の部分に対して回転させることができる、請求の範囲第１０項記載の取付具。
【請求項１２】
前記円筒部材を前記軸に固着するための手段をさらに含んでなり、
前記固着するための手段は、前記中空の円筒部材内の一対の位置合せされたスロット、前記軸内の一対の位置合せされたスロット、および前記各スロットを通って延在するウェッジを含んでいる、請求の範囲第１０項記載の取付具。
【請求項１３】
前記軸上のキー、および
前記キーと組み合わされ、これにより前記部材内の前記スロットを前記軸内の前記スロットと位置合せするための、前記円筒部材内のキー溝をさらに含んでなる、請求の範囲第１２項記載の取付具。
【請求項１４】
複数のエーロフォイルを同時にコーティングすることを容易ならしめるためのモジュール式の取付具において、
外周部を有する管状部材を含んでなり、
前記エーロフォイルを保持するために前記外周部に固定された複数のレセプタクルを含んでなり、
前記レセプタクルはそれぞれ個々のエーロフォイルを受容するための一側が開口した支持構造体を含んでなり、前記支持構造体はエーロフォイルの形状に対応した形状の上壁を有しており、および
前記レセプタクルのそれぞれは前記一側が開口した支持構造体を閉じるためのカバーをさらに含んでなる、モジュール式の取付具。
【請求項１５】
前記エーロフォイルの１つの表面がコーティングされることを防止するために前記上壁に載置された第１のマスキング装置、および
前記エーロフォイルの一部がコーティングされることを防止するために前記カバーに載置された第２のマスキング装置をさらに含んでなる、請求の範囲第１４項記載のモジュール式の取付具。
【請求項１６】
加工物をコーティングするためのシステムにおいて、
コーティングチャンバを含んでなり、
前記コーティングチャンバ内に位置されたモジュール式の取付具を含んでなり、前記モジュール式の取付具は、外周部を有する管状のコア部材、長手方向に延在する中央軸、および前記外周部に固定されコーティング操作の間においてコーティングされる前記加工物を保持するための手段を有し、
前記加工物を前記保持するための手段内で静止したままに維持しながら前記コーティング操作の間に前記モジュール式の取付具を前記中心軸の回りで回転するための手段を含んでなり、
前記モジュール式の取付具を前記回転するための手段に載置するための手段を含んでなり、前記載置するための手段は前記モジュール式の取付具の端部から突出する円筒部材を含んでなり、この部材は前記回転するための手段により駆動される軸を受容するために適合されており、
前記円筒部材を前記軸に固着するための手段をさらに含んでなり、
前記軸が第１の部分および前記第１の部分に軸方向で隣接した第２の部分を有し、および
前記取付具を前記軸上に装填することを容易ならしめるために前記第２の部分が前記第１の部分に対して回転可能である、システム。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、工業用タービンやジェットエンジン用のベーンやブレードのような加工物をコーティングするための装置において使用される新規なモジュール式の取付具に関するものである。本発明はまた、この新規なモジュール式の取付具を使用するためのシステムおよび方法に関するものである。
工業用のタービンエンジンやジェットエンジンに使用されるベーンやブレードには、一般的に、それらの腐食、熱疲労に対する抵抗性を改善するため、およびその他のそれらの性能を高めるために、コーティング操作が行われる。経済的に実行可能である事業用のプロセスを提供するためには、多数の構成部品を一度にコーティングすることが必要である。米国特許第４、１９２、２５３号には、複数の構成部品を同時にコーティングするためのこの種の事業用システムの１つが例示されている。このシステムにおいては、コーティングされる複数の構成部品は、コーティングチャンバ内に挿入されるとともに、コーティング操作の間においてそれらの長手軸の回りで同時に回転される。構成部品をそれらの長手軸の回りで同時に回転させることは、取付具の先端部に各構成部品を載置することにより行われ、また、取付具の他端部は、取付具および取付具に載置された個々の構成部品を回転するための複合歯車によって動作される駆動システムに接続されている。この形式のシステムの主要な欠点は、その複雑性およびこれに関連するコストである。さらに別の欠点は、取付具のそれぞれからコーティングされた部品を個々に取り除くとともにコーティングされる新しい部品をこれら取付具上に載置する際に遅れが生じることである。
発明の要約
したがって、本発明の主要な目的は、多数の加工物を同時にコーティングすることが容易であるモジュール式の取付具を提供することにある。
本発明の別の目的は、より迅速な部品の切換えを行うことができる、上記の取付具を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、経済的に実行可能である、上記の取付具を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、本発明のモジュール式の取付具をタービンのブレードやベーンなどの加工物をコーティングするために使用するためのシステムおよび方法を提供することにある。
上記の各目的は本発明のモジュール式の取付具によって達成される。
本発明によれば、コーティング装置とともに使用される取付具は、概括的には、中空のコア部材、およびコア部材の外面に固定されたコーティングされるべき複数の加工物を保持するための手段を含んで構成される。取付具にはさらに、これをコーティングチャンバ内の回転駆動軸に載置されることを可能とする手段が設けられている。
保持するための手段は、その内部にコーティングされるべき各部品が設置された、複数のレセプタクルつまり容器から構成される。レセプタクルは、加工物のコーティングされるべき部分だけがコーティング操作を受ける一方で加工物の残りの部分がコーティング操作からマスクされるように設計されている。各レセプタクルには、特別に設計された、一側が開口した加工物の支持構造体ないし容器および支持構造体の開口した側を閉じるためのカバーが形成されている。各レセプタクルは、カバーを支持構造体に固着するための手段を含んでいる。
動作の際には、コーティングされる複数の加工物は最初にコア部材に取付けられたレセプタクル内に設置されるとともにカバーが所定位置に固着されてコーティングされるべき加工物の部分だけが露出される。加工物が載置されたモジュール式の取付具は次いでコーティングチャンバ内の回転駆動軸に設置され固着される。コーティングチャンバは次いで閉じられて、コーティング操作が開始される。コーティング操作の間、駆動軸および取付具が回転される一方で加工物は支持用のレセプタクル内で静止したままに維持される。本発明の取付具は、加工物のコーティングが、加工物のそれぞれをそれ自体の長手ないし中心軸の回りで個々に回転することなく行われる点で、上記した従来技術のシステムとは異なるものである。本発明の取付具により提供されるコーティングのタイプは、オフアクジスコーティング（off axis coating）、と称される。
本発明の取付具の他の詳細およびこれがコーティング装置内で据付けられ使用される態様、および本発明の付随する他の目的および特長は、以下の詳細な説明および添付図面において説明されている。添付図面において、同様な符号は同様な構成要素を示している。
図面の詳細な説明。
図１は、本発明によるモジュール式の取付具の斜視図である。
図２は、図１のモジュール式の取付具の２−２線に沿った断面図である。
図３は、図１のモジュール式の取付具の端面図である。
図４は、取付具がコーティングチャンバ内で回転駆動軸に接続されている態様を例示した、図１のモジュール式の取付具の横断面図である。
図５は、加工物の支持構造体の上面図である。
図６は、上記加工物の支持構造体用のカバーの上面図である。
図７は、図６のカバーの部分的な正面図である。
図８は、加工物の支持構造体に固着されたカバーを示した上面図である。
図９は、本発明による取付具の他の実施形態の斜視図である。
図１０は、中空の円筒部材を断面で示した、図９の取付具の側面図である。
図１１は、図９の取付具がベース部材に載置されている状態を示した一部断面図である。
図１２は、ベース部材の側面図である。
好ましい実施形態の詳細な説明
添付図面を参照して、図１に本発明に係るモジュール式の取付具１０を例示した。このモジュール式の取付具１０は、中心軸１４およびこれに固定された端板１６および１８を有するとともに長手方向に延在するコア部材１２を含んで構成される。図２に示したように、コア部材１２は、コーティング装置内に配置された回転駆動軸２２を受容するために形づくられた中空の内部チャンネル２０を含んでいる。
コア部材１２はいずれかの所望の外形を有している。例えば、コア部材１２は方形あるいは長方形の形状を有している。あるいは、コア部材１２は円形の形状を有している。
上述したように、コア部材１２は中空の内部チャネル２０を有している。この内部チャンネル２０は、実質的にコア部材の長さと同一の広がりを持っており、また取付具１０が載置される回転駆動軸２２の形状に対応する横断面形状を有している。
端板１６および１８は、好ましくは円形の形状であるが、いずれかの所望の形状とすることができる。図３に示したように、端板１８は、それが駆動軸２２の平端部２６を受容するためのスロット２４およびアイレットつまり鳩目２８を有する点において、端板１６と異なっている。図４を参照して、平端部２６は、駆動軸２２を取付具１０に固着するための手段３２を受容するための開口部３０をその中に有している。固着手段３２は、好ましくは、その中に開口部３４を有するくさび（楔）つまりウェッジから構成される。ウェッジ３２は、端板１８に押しつけられ、またアイレット２８および開口部３４を通るワイヤ片（図示せず）により所定位置に保持される。
コア部材１２および端板１６と１８は当業分野において公知の適切な材料から形成されている。
複数のレセプタクル３６が、コア部材１２の周囲に沿ってその回りに離間されている。後述するように、レセプタクル３６のそれぞれはコーティングされる加工物３８の個々の１つを保持している。レセプタクル３６は、好ましくはコア部材１２と同じ材料から形成され、またコア部材１２の外面３９、４０、４２および４４に固定されている。当業分野において公知であるいずれかの適当な手段を、レセプタクル３６を外面３８、４０、４２および４４に固定するために使用することができる。好ましくは、レセプタクル３６はコア部材１２の外面に溶接されている。
各レセプタクル３６は２つの構成部品から形成されている。第１の構成部品は、加工物３８を受容するための、図５に示したような、一側が開口した加工物の支持構造体４６である。第２の構成部品は、加工物支持構造体４６の開口した側を閉じるための、図６に示したような、カバー４８である。図５から明らかなように、加工物支持構造体４６は、底壁５０、底壁５０から突出した２つの側壁５２と５４、側壁５２と５４を接続する背壁５６、および加工物３８の表面の１つの形状に対応して成形された部分的な上壁５８を含んでいる。レセプタクル３６内に挿入されるべき加工物３８は開口側を通って矢印Ａにより示されたように挿入される。
図５に示したように、背壁５６は、それに取付けられた加工物支持体６０を有している。加工物支持体６０は、加工物の支持構造体４６の内部で加工物３８のルート部（root portion）を位置合せするために機能する。コーティング操作の間、加工物３８の特定の部分だけがコーティングされる。正しいコーティングを確保するために、上壁５８には、その外側面から延在するマスキング構造体６２が設けられている。このマスキング構造体６２は、コーティングされないままに維持される加工物３８の面の形状に対応して成形されている。
側壁５４には舌状体６４が溶接されている。図５に示したように、舌状体６４は、カバー４８を所定位置に固着するためのウェッジ６８を受容するためのスロット６６を有している。
カバー４８は、図６および図７に示したように、加工物支持構造体４６の開口側を閉じる。カバー４８は、支持構造体４６と同じ材料から形成されており、またコーティングされる加工物の第２の表面の形状に実質的に対応するように成形された内面６７を有している。カバー４８の内面６７には加工物支持体７０が載置されている。加工物支持体７０は加工物支持体６０とともに、コーティングされる加工物を挟んでこれをレセプタクル３６内に正しく位置させている。図６に示したように、カバー４８はまた、それに取付けられるマスキング装置７２を有している。このマスキング装置７２は、溶接のようないずれかの所望の方法でカバー４８に固着される。マスキング装置７２は、タービンのブレートやベーンの後縁のような、加工物の特定の部分が、コーティングされることを防止する。
カバー４８はさらに、舌状体６４と嵌合しこれを収容するスロット７４を含んでいる。アイレット７６はカバーの外面７７に載置されている。カバー４８が図８に示したように支持構造体４６に接近して位置されたとき、それに孔開けされた開口部７８を有するウェッジ６８は、舌状体６４内のスロット６６を通って挿入される。ウェッジ６８は、カバーの外面７７に押し付けられて、これによりカバー４８が支持構造体４６をシールするようになる。ワイヤ片（図示せず）が次いで、アイレット７６および開口部７８を通過し、これによりカバー４８は支持構造体４６に確実に留め付けられる。
図４に示したように、カバー部材１２は、コーティングチャンバ（図示せず）内に設置されたときには、軸２２をその長手軸の回りで回転するための駆動システム（図示せず）に載置された軸２２上に設置される。軸２２を回転するための駆動システムは当業分野において公知であるいずれかの適切な駆動システムから構成される。コア部材１２は、駆動軸の平端部２６に端板１８内のスロット２４を通過させることにより、およびウェッジ３２に平端部２６内の開口部３０を通過させてウェッジ３２をワイヤ片によりアイレット２８に固着することにより、駆動軸２２に固着される。
本発明のモジュール式の取付具は次のように使用される。最初に、コーティングされるべき加工物３８はレセプタクル３６の加工物支持構造体４６の内部に設置される。次いで、カバー４８が加工物支持構造体４６の開口した側上に設置されて舌状体６４内のスロット６６を通ってウェッジ６８を通過させるとともに、ワイヤ（図示せず）をウェッジ６８内の開口部７８およびカバーに留め付けられたアイレット７６を通過させることにより所定位置に固着される。その後、モジュール式の取付具１０は、所定位置にある加工物３８とともに、コーティングチャンバの延長部分にある載置装置上に設置される。このユニットは、電子ビーム物理蒸着チャンバのような、コーティングチャンバ内に運搬され、またコーティング操作の間においてモジュール式の取付具１０をその中央の長手方向の軸１４の回りで回転させる駆動軸２２に固着される。コーティング操作の間においては、取付具１０が回転する一方、加工物３８自体はレセプタクル３６内で静止したままに維持される。コーティング操作が完了した後、モジュール式の取付具１０は加工物３８とともにチャンバから取り除かれ、また新しい取付具１０がコーティングされる加工物とともに据付られる。
以上の説明から、本発明の取付具によれば多くの事業上の特徴を提供できることが判る。特に、本取付具によれば、多数の加工物を一度にコーティングすることができる。本取付具によればさらに、内部の加工物の配置が容易となり、またそこからの加工物の移動が容易になる。さらに、他の加工物のセットを別の取付具上でコーティングしながら加工物を取付具内に設置および取付具から移動することができる。さらに、本発明の取付具を次いで従来技術のシステムで容易に使用することができる。
本発明の取付具は、タービンのブレードやベーンのようなエーロフォイルをコーティングする際に特に有用である。このようなエーロフォイルをコーティングするために使用されたときには、マスキング構造体６２はエーロフォイルの１つの表面のコーティングを防止し、またマスキング装置７２はエーロフォイルの後縁部分のコーティングを防止する。この方法において、前縁や単一の表面のようなエーロフォイルの所望の部分だけがコーティングされる。
図９および図１０に本発明によるモジュール式の取付具１０′の他の実施形態を例示した。上記と同様に、この取付具１０′はコア部材１２、端板１６および１８、並びに、コーティングされる加工物３８を保持するために、コア部材の外周部に沿ってその回りに離間された複数のレセプタクル３６を含んでいる。レセプタクル３６は先に説明したものと同一である。
この取付具１０′は、これを回転駆動システムに接続するために使用される構造が、取付具１０とは異なっている。この点に関して、取付具１０′は、端板１８から突出した中空の円筒部材１１０を有している。この円筒部材１１０は、好ましくは、コア部材１２と同じ材料から作られている。
円筒部材１１０は、その側壁の２つの位置合せされたスロット１１２と１１４、および端板１８と対向した端部１１８に隣接したキー溝１１６によって特徴付けられる。この部材１１０はさらに、コア部材１２内の内部チャンネル２０に位置合せされた内部通路１２０により特徴付けられる。この部材１１０および通路１２０はいずれかの所望の横断面形状を有している。例えば、これらはともに断面が円形である。
図１０および１１はモジュール式の取付具１０′が固着されるベース部材１２２を例示している。このベース部材１２２はいずれかの所望の方法で、取付具１０′をその中央の長手方向の軸の回りで回転するためにコーティングチャンバ（図示せず）と関連して使用される駆動システム（図示せず）に固着される。ベース部材１２２はベース板１２６から突出した軸１２３を有しており、この軸はベース板に隣接した第１の部分１２４および通路１２０を通って内部チャンネル２０内に延在する第２の部分１２８を含んでいる。これらの部分１２４および１２８は好ましくはヒンジ配列で相互接続されており、これにより、取付具１０′をベース部材１２２上に装填することを容易にするために部分１２８を部分１２４に対して回転させることができる。ヒンジ配列１３０は当業分野において公知であるいずれかの適切なヒンジ配列とすることができる。
ベース部材１２２はさらに、第１の部分１２４の一側から突出したキー部材１３２により特徴付けられる。このキー部材１３２はキー溝１１６内に嵌合して、第１の部分１２４内のスロット１３４および１３６が円筒部材１１０内のスロット１１２および１１４と位置合わせされるのを助ける。スロット１３４および１３６がスロット１１２とおよび１１４と位置合わせされた後は、円筒部材１１０を固着するため、また取付具１０′をベース部材１２２および回転駆動ユニットに固着するために、ウェッジ１３８が使用される。必要ならば、ウェッジ１３８を所定位置に固着するために、ウェッジ１３８内の開口部１４０、およびベース部材内の開口部（図示せず）にワイヤ（図示せず）が通される。
ここで、図９から１２に示した構成は非常に特長あるものである。第１に、これによって取付具１０′をコーティングチャンバ内に装填することが容易となる。第２に、これによって取付具１０′とベース部材１２２との間に非常に確実な接続を行うことができる。
以上の通り、本発明によれば、上記した各目的、手段および特長を十分に満たすモジュール式の取付具が提供される。また、以上では本発明の特定の実施形態の組み合わせを説明したが、上記の説明に基づく多くの代替え、変更、および変形は当業者には自明である。したがって、本発明は、添付した請求の範囲の技術思想および範囲内にあるこれら代替え、変更および変形などを包含するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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