(57)【要約】【課題】翼形部内に通路を切削又は形成するための改善されたシステム及び方法を提供すること。【解決手段】翼形部において通路を形成するためのシステムは、流体コラム内に閉じ込められたレーザビームを発生する液体ジェット誘導レーザと、翼形部のアパーチャに流体結合されたパージ媒体供給源と、を含む。パージ媒体は、パージ媒体供給源から、内部キャビティの内面に実質的に平行な流れ方向で流れる。コントローラは、外面を通って第１の通路を切削するよう液体ジェット誘導レーザに指示するように構成される。通路の中心線は、パージ媒体流れ方向に対して鋭角を形成する。第１の通路は、アパーチャより半径方向で遠位にある第１の半径方向位置にて形成される。また、本明細書で記載されるシステムを用いて翼形部に通路を形成する方法も開示される。【選択図】      図１
2016133119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼形部（１０）において通路（１２８，１３８）を形成するためのシステム（１００）であって、
流体コラム（１０８）内に閉じ込められたレーザビーム（１１０）を発生する液体ジェット誘導レーザ（１０２）と、
前記翼形部のアパーチャ（３２，３４）に流体結合され、パージ媒体（１１６）を前記翼形部の内部キャビティ（１８）の内面（１２２）に実質的に平行な流れ方向で流れるように前記内部キャビティ内に提供するパージ媒体供給源（１１４）と、
前記液体ジェット誘導レーザと通信状態にあるコントローラ（１２０）と、
を備え、
前記コントローラが、メモリ（１２４）内に格納された論理回路を実行して、該論理回路が、前記流体コラム及び前記レーザビームが前記内部キャビティ内に貫通するように前記翼形部の外面を通って第１の通路（１２８）を切削するよう前記液体ジェット誘導レーザに指示し、前記通路の中心線が前記パージ媒体流れ方向に対して鋭角を形成し、前記第１の通路が前記翼形部の外面に沿って定められる第１の半径方向位置（ＲＰ１）に形成され、前記第１の半径方向位置が前記アパーチャより半径方向で遠位にある、システム（１００）。
【請求項２】
前記アパーチャが前記翼形部の先端部分（２６）に近接して位置付けられ、前記第１の半径方向位置が根元部分（２４）に近接している、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項３】
前記アパーチャが前記根元部分に近接して位置付けられ、前記第１の半径方向位置が前記先端部分に近接している、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項４】
前記論理回路が、前記第１の通路と前記アパーチャとの間の前記翼形部の外面に沿って半径方向に位置付けられた第２の通路（２２８）を切削するよう前記液体ジェット誘導レーザに指示する、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項５】
前記鋭角が６５度未満である、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項６】
前記パージ媒体が、前記内部キャビティ内に２５〜８０ポンド／平方インチの間の圧力を有する、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項７】
前記パージ媒体が、少なくとも２インチ／秒の流速で前記内部キャビティを流れる、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項８】
前記パージ媒体が、前記内部キャビティの内部で前記流体コラムと交差する、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項９】
翼形部（１０）において通路（１２８，２２８）を形成するための方法（３００）であって、
パージ媒体（１１６）を前記翼形部の先端部分（２６）に近接して定められたアパーチャ（３２）を通って前記翼形部の外面（１２）下に定められた内部キャビティ（１８）内に流入させ、前記パージ媒体が前記内部キャビティの内面（１１２）に実質的に平行な流れ方向（１２６）で流れるようにするステップ（３０２）と、
流体コラム（１０８）内に閉じ込められたレーザビーム（１１０）により、前記翼形部の根元部分（２４）に近接した第１の半径方向位置（ＲＰ１）において前記翼形部の外面（１２）を通って第１の通路（１２８）を切削し、前記流体コラム及び前記レーザビームが前記内部キャビティ内に貫通するようにするステップ（３０４）と、
を含み、前記第１の通路の中心線（１３２）が前記パージ媒体の流れ方向（１２６）に対して鋭角（１３２）を形成し、
前記方法が更に、
前記レーザビームにより、前記第１の通路と前記先端部分との間に定められた第２の位置（ＲＰ２）において前記翼形部の外面を通って第２の通路（２２８）を切削し、前記流体コラム及び前記レーザビームが前記内部キャビティ内に貫通するようにするステップを含み、
前記第２の通路の中心線（２３０）が、前記パージ媒体の流れ方向に対して鋭角（２３２）を形成する、ことを特徴とする方法（３００）。
【請求項１０】
前記パージ媒体により、前記内部キャビティ内で前記流体コラム及び前記レーザビームを分断するステップを更に含む、請求項９に記載の方法（３００）。
【請求項１１】
前記内部キャビティ内を流れる前記パージ媒体が、２５〜８０ポンド／平方インチの間の圧力である、請求項９に記載の方法（３００）。
【請求項１２】
前記内部キャビティ内で前記パージ媒体を少なくとも２インチ／秒の流速で流すステップを更に含む、請求項９に記載の方法（３００）。
【請求項１３】
前記翼形部の先端部分に沿って定められたアパーチャ（３２）を通って前記内部キャビティ内に前記パージ媒体を流すステップが、水蒸気、液体及び不活性ガスのうちの少なくとも１つを前記内部キャビティ内に流すステップを含む、請求項９に記載の方法（３００）。
【請求項１４】
前記鋭角が約６５度未満である、請求項９に記載の方法（３００）。
【請求項１５】
前記内部キャビティ内に配置されたセンサ（１３４）により前記レーザビームが前記内面を貫通したことを示す信号を発生させるステップを更に含み、該センサが、前記コントローラと電気的に通信状態にあり、該コントローラが、前記信号に基づいて前記パージ媒体の流速の開始、停止、又は変更を行う命令を実行する、請求項９に記載の方法（３００）。
【請求項１６】
翼形部（１０）において通路（１２８，２２８）を形成するための方法（４００）であって、
パージ媒体（１１６）を前記翼形部の根元部分（２４）に近接して定められたアパーチャ（３４）を通って前記翼形部の外面（１２）下に定められた内部キャビティ（１８）内に流入させ、前記パージ媒体が前記内部キャビティの内面（１１２）に実質的に平行な流れ方向（１２６）で流れるようにするステップ（４０２）と、
流体コラム（１０８）内に閉じ込められたレーザビーム（１１０）により、前記翼形部の先端部分（２６）に近接し前記翼形部に沿って定められた半径方向位置（ＲＰ１）において前記翼形部の外面（１２）を通って第１の通路（１３８）を切削し、前記流体コラム及び前記レーザビームが前記内部キャビティ内に貫通するようにするステップ（４０４）と、
を含み、前記第１の通路の中心線（１４０）が前記パージ媒体の流れ方向（１２６）に対して鋭角（１４２）を形成し、
前記方法が更に、
前記レーザビームにより、前記第１の通路と前記根元部分との間に定められた第２の位置（ＲＰ２）において前記翼形部の外面を通って第２の通路（２３８）を切削し、前記流体コラム及び前記レーザビームが前記内部キャビティ内に貫通するようにするステップ（４０６）と、
を含み、前記第２の通路の中心線（２４０）が、前記パージ媒体の流れ方向（１２６）に対して鋭角（２４２）を形成する、ことを特徴とする方法（４００）。
【請求項１７】
前記内部キャビティ内を流れる前記パージ媒体が、２５〜８０ポンド／平方インチの間の圧力である、請求項１６に記載の方法（４００）。
【請求項１８】
前記内部キャビティ内で前記パージ媒体を少なくとも２インチ／秒の流速で流すステップを更に含む、請求項１６に記載の方法（４００）。
【請求項１９】
前記鋭角が約６５度未満である、請求項１６に記載の方法（４００）。
【請求項２０】
前記内部キャビティ内に配置されたセンサ（１３４）により前記レーザビームが前記内面を貫通したことを示す信号を発生させるステップを更に含み、該センサが、前記コントローラと電気的に通信状態にあり、該コントローラが、前記信号に基づいて前記パージ媒体の流速の開始、停止、又は変更を行う命令を実行する、請求項１６に記載の方法（４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、翼形部の製造システム及び方法に関する。より具体的には、本発明は、翼形部に通路を切削又は形成するための液体ジェット誘導レーザを含むシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの効率は一般に、燃焼ガスの温度の上昇に伴って高くなる。しかしながら、タービン内の過度の温度は、タービンにおける翼形部の寿命を短縮する場合があり、従って、補修、保守整備、及びこれに伴う運転停止期間が増大する可能性がある。その結果、翼形部に冷却を提供するための様々な設計及び方法が開発されてきた。例えば、熱障壁コーティングは、熱保護を強化するために翼形部の外面に施工することができる。特定の設計において、冷却又はパージ媒体は、翼形部から対流的及び／又は伝導的に熱を除去するために翼形部内部に形成された内部キャビティ又は冷却回路に供給することができる。パージ媒体は一般に、内部キャビティの内面に実質的に平行な流れ方向に流れる。
【０００３】
翼形部に通路又は貫通孔を形成することができ、冷却回路の外部に及び翼形部の外面上又はその全体にわたってパージ／冷却媒体の流体連通を提供し、従って、外面に対してフィルム冷却を提供することができる。通路は一般に、内部キャビティの外面及び内面を通って延びる。特定の構成において、通路はまた、熱障壁コーティングを通って延びる。  通路は、多くの場合、翼形部にわたって冷却媒体を提供するために、鋳造後の翼形部の高合金金属に正確な位置及び正確な幾何形状で孔開け又は機械加工される。特定の事例において、通路の少なくとも一部は、様々な角度で翼形部に孔開けされる。例えば、通路は、翼形部の外面、内部キャビティの内面、パージ媒体流れ方向に対して、及び／又は翼形部の軸平面に垂直に延びる半径平面に対して角度を付けることができる。
【０００４】
通路を形成するための様々なプロセスが知られている。例えば、液体ジェット誘導レーザを用いて、熱障壁コーティングのチッピングのリスクを低減した状態で翼形部を通る通路を生成することができる。レーザビームが翼形部材料を切除すると、ほぼ円錐形の通路が形成される。このため、レーザビームは、通路が完全に形成される前に、最初に内部キャビティの内壁を貫通することになる。パージ媒体は、切削プロセス中に形成される場合があるグリット（細粒）又は他の副生成物を内部キャビティから押し流し又はパージするのに用いることができる。
【０００５】
通路は一般に、通路の中心線がパージ媒体流れ方向に対して鈍角を形成するような角度又は配向にされるので、パージ媒体は、レーザビームの周囲の部分的に形成された通路に流入又は逆流し、従って、流体コラムを変位させ、通路の適切な形成を阻害することになる。結果として、翼形部は、追加の機械加工を必要とするか廃棄され、従って、翼形部製造の時間及び／又はコストが増大する可能性がある。従って、翼形部を製造するため、特に翼形部内に通路を切削又は形成するための改善されたシステム及び方法が有用となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，１６５，６００号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において記載され、又は本説明から明らかになることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。
【０００８】
本発明の１つの実施形態は、翼形部において通路を形成するためのシステムである。本システムは、流体コラム内に閉じ込められたレーザビームを発生する液体ジェット誘導レーザを含む。パージ媒体供給源は、翼形部のアパーチャに流体結合される。パージ媒体供給源は、翼形部の内部キャビティ内にパージ媒体を提供する。パージ媒体は、内部キャビティの内面に実質的に平行な流れ方向で流れる。本システムはまた、液体ジェット誘導レーザと電気的に通信状態にあるコントローラを含む。コントローラは、メモリ内に格納された論理回路を実行して、該論理回路が、流体コラム及びレーザビームが内部キャビティ内に貫通するように翼形部の外面を通って第１の通路を切削するよう液体ジェット誘導レーザに指示し、通路の中心線がパージ媒体流れ方向に対して鋭角を形成する。第１の通路は、翼形部の外面に沿って定められる第１の半径方向位置に形成され、第１の半径方向位置がアパーチャより半径方向で遠位にある。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、翼形部において通路を形成するための方法である。本方法は、パージ媒体を翼形部の先端部分に近接して定められたアパーチャを通って流すステップを含む。パージ媒体は、翼形部の外面下に定められた内部キャビティ内に配向される。パージ媒体は、内部キャビティの内面に実質的に平行な流れ方向で流れる。本方法は更に、流体コラム内に閉じ込められたレーザビームにより、翼形部の根元部分に近接し翼形部スパンに沿って定められた第１の半径方向位置において翼形部の外面を通って第１の通路を切削し、流体コラム及びレーザビームが内部キャビティ内に貫通するようにするステップを含む。第１の通路の中心線は、パージ媒体の流れ方向に対して鋭角を形成する。本方法は更に、レーザビームにより、第１の通路と先端部分との間に定められた第２の位置において翼形部の外面を通って第２の通路を切削し、流体コラム及びレーザビームが内部キャビティ内に貫通するようにするステップを含む。第２の通路の中心線は、パージ媒体の流れ方向に対して鋭角を形成する。
【００１０】
本発明の更に別の実施形態において、翼形部を製造する方法が提供される。本方法は、パージ媒体を翼形部の根元部分に近接して定められたアパーチャに流すステップを含む。パージ媒体は、翼形部の外面下に定められた内部キャビティ内に配向される。パージ媒体は、内部キャビティの内面に実質的に平行な流れ方向で流す。本方法は更に、流体コラム内に閉じ込められたレーザビームにより、翼形部の先端部分に近接し翼形部に沿って定められた第１の半径方向位置において翼形部の外面を通って第１の通路を切削するステップを含む。流体コラム及びレーザビームが内部キャビティ内に貫通し、第１の通路の中心線がパージ媒体の流れ方向に対して鋭角を形成する。本方法はまた、レーザビームにより、第１の通路と根元部分との間に定められた第２の位置において翼形部の外面を通って第２の通路を切削し、流体コラム及びレーザビームが内部キャビティ内に貫通するようにするステップを含み、第２の通路の中心線は、パージ媒体の流れ方向に対して鋭角を形成する。
【００１１】
当業者であれば、本明細書を精査するとこのような実施形態の特徴及び態様、並びにその他がより理解されるであろう。
【００１２】
添付図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全かつ有効な開示を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の１つの実施形態による例示的な翼形部の斜視部分側断面図。
【図２】本発明の少なくとも１つの実施形態による、翼形部に通路を形成するためのシステムの斜視図。
【図３】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図２に示す翼形部に通路を形成するシステムを含む、例示的な翼形部の側面図。
【図４】本発明の１つの実施形態による、図２に示す翼形部に通路を形成するシステムを含む、例示的な翼形部の側面図。
【図５】本発明の１つの実施形態による、翼形部に通路を形成する例示的な方法のブロック図。
【図６】本発明の１つの実施形態による、翼形部に通路を形成する例示的な方法のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで、その１つ又はそれ以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号表示を使用している。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。加えて、用語「上流側」及び「下流側」は、流体又は光学的経路における構成要素の相対的位置を示している。例えば、流体が構成要素Ａから構成要素Ｂに流れる場合、又はレーザビームが構成要素Ａから構成要素Ｂに移動する場合、構成要素Ａは、構成要素Ｂの上流側にある。逆に、構成要素Ｂが構成要素Ａから流体又はレーザビームを受け取る場合、構成要素Ｂは構成要素Ａの下流側にある。
【００１５】
各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。
【００１６】
次に、幾つかの図全体を通して同じ参照符号が同じ要素を表す図面を参照すると、図１は、タービン又は他の航空力学装置に組み込むことができる例示的な翼形部１０の斜視図を示す。図１に示すように、翼形部１０は一般に、翼形部１０の正圧側面１４及び負圧側面１６を定める外面１２を含む。正圧側面１４は、略凹面状の湾曲を有し、負圧側面１６は、正圧側面１４に対向する略凸面状の湾曲を有する。正圧及び負圧側面１４，１６は、翼形部１０内部の冷却回路などの内部キャビティ１８を定めるよう互いから離隔されている。
【００１７】
内部キャビティ１８は、翼形部１０内部のパージ又は冷却媒体２０が直接的に翼形部１０から対流的及び／又は伝導的に熱を除去するための蛇行又は曲がり経路もしくは冷却回路を提供することができる。正圧及び負圧側面１４，１６は、翼形部１０の根元部分２４と先端部分２６との間をスパン２２で半径方向に延びる。更に、正圧及び負圧側面１４，１６が接合して、翼形部１０の上流側部分にある前縁２８及び翼形部１０の下流側部分にある後縁３０を形成する。前縁及び後縁２８，３０は、根元及び先端部分２４，２６間をスパン２２で半径方向に延びる。
【００１８】
図１に示す例示的な翼形部１０は、当該技術分野で公知の何れかのプロセスを用いて製造することができる。例えば、翼形部１０は、当該技術分野でよく知られている鍛造、機械加工、溶接、押出加工、及び／又は鋳造法により製造することができる。翼形部１０は、例えば、ニッケル、コバルト、及び／又は鉄超合金を含むことができる１又はそれ以上の高合金金属から製造することができる。
【００１９】
特定の実施形態において、翼形部１０は、内部キャビティ内に流路を少なくとも部分的に定める１又はそれ以上のアパーチャを含む。アパーチャは、翼形部１０に沿ったあらゆる箇所に位置決めすることができ、アパーチャの位置決めは、請求項に別途定めのない限り、何れかの特定の位置に特に限定されない。例えば、１つの実施形態において、翼形部１０は、該翼形部１０の先端部分２６に近接して定められ及び／又は配置されるアパーチャ３２を含む。１つの実施形態において、翼形部１０は、該翼形部１０の根元部分２４に近接して定められ及び／又は配置されるアパーチャ３４を含む。
【００２０】
翼形部１０に冷却を提供するために、正圧側面１４、負圧側面１６、前縁２８、及び／又は後縁３０の各々又は何れかに沿って複数の通路３６を形成又は切削することができる。通路３６は、内部キャビティ１８から翼形部１０の外面１２を通って流体連通を提供して、翼形部１０の外面１２にわたって冷却媒体を供給し、従って、翼形部のフィルム冷却を可能にすることができる。請求項に特に記載のない限り、通路３６の数及び／又は位置は特定の実施形態に応じて変えることができ、通路３６の特定の数又は位置に本発明が限定されないことは、当業者であれば本明細書の教示から容易に理解されるであろう。
【００２１】
図１に示されるように、特定の実施形態において、熱障壁コーティング３８は、翼形部１０の外面１２の少なくとも一部に施工することができる。熱障壁コーティング３８は、低放射率又は高反射率の耐熱コーティング、滑らかな表面仕上げ、及び／又は下にある外面１２への良好な接着性を備えることができる。例えば、当該技術分野で公知の熱障壁コーティングは、ジルコニア（ＺｒＯ２）、イットリアにより部分的又は完全に安定化された酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ）、又は他の貴金属酸化物のような金属酸化物を含む。
【００２２】
選択熱障壁コーティング３８は、空気プラズマ溶射（ＡＰＳ）、低圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）、又は耐歪み性の柱状粒構造をもたらす電子ビーム物理蒸着（ＥＢＰＶＤ）などの物理蒸着法（ＰＶＤ）を用いた従来の方法により堆積することができる。選択熱障壁コーティング３８はまた、上述の方法の何れかの組み合わせを用いて施工され、例えば、本発明と同じ出願人に譲受された米国特許第６，１６５，６００号明細書で記載されるように、下にある構造体への施工のため後で転写されるテープを形成することができる。
【００２３】
図２は、翼形部１０に通路を形成するためのシステム１００の斜視図を示す。図２に示すように、システム１００は、液体ジェット誘導レーザ１０２を含むことができる。液体ジェット誘導レーザ１０２は一般に、非集束レーザビーム１０６を発生することができるレーザ１０４を含む。例示的な構成において、非集束レーザビーム１０６は、約５３２ｎｍの波長、約１０ｋＨｚのパルス周波数、及び約４０〜５０Ｗの平均パワーを有することができる。
【００２４】
図２に示すように、液体ジェット誘導レーザ１０２は、流体コラム１０８内に又は流体コラム１０８を通じて非集束レーザビーム１０６を配向するよう構成される。レーザビーム１０６及び流体コラム１０８は、翼形部１０に向けられる。特定の実施形態において、流体コラム１０８は、非集束レーザビーム１０６を集束させることができる脱イオン水などの液体を含むことができる。流体コラム１０８は、約７００〜１，５００ポンド／平方インチの範囲の圧力を有することができるが、本発明は、請求項に特に記載のない限り、流体コラム１０８の何れかの特定の圧力に限定されない。流体コラム１０８は、非集束レーザビーム１０６の光ガイドとして機能して、翼形部１０に配向できる集束又は閉じ込めレーザビーム１１０を生成する。閉じ込めレーザビーム１１０は、翼形部１０の外面１２及び／又は存在する場合には熱障壁コーティング３８を切除し、最終的には内部キャビティの内面又は内側面１１２を貫通して、翼形部１０を通る所望の通路３６を生成する。
【００２５】
特定の実施形態において、システム１００は、アパーチャ３２又はアパーチャ３４（図１）を介して内部キャビティ１８に流体結合されたパージ媒体供給源１１４を含む。パージ媒体供給源１１４は、パージ媒体１１６をアパーチャ３２，３４を通って内部キャビティ１８に提供する。本明細書で使用される場合、用語「パージ媒体」は、何らかの気体又は液体媒体を含むことができる。例えば、パージ媒体１１６は、翼形部１０内でパージ媒体コラム１１８を形成することができる不活性ガス、気体、飽和水蒸気、過熱水蒸気、又は他の何れかの好適な媒体を含むことができる。図２に示すように、パージ媒体１１６は、翼形部１０の内部キャビティ１８内で流体コラム１０８及び／又は閉じ込めレーザビーム１１０と交差するよう整列することができる。
【００２６】
翼形部１０の内部を流れるパージ媒体１１６は、流体コラム１０８の圧力とほぼ一致し、翼形部１０の内部で流体コラム１０８及び／又は閉じ込めレーザビーム１１０を分断させるのに十分な圧力を有することができる。例えば、内部キャビティ１８の内部を流れるパージ媒体１１６は、約２５ポンド／平方インチよりも高い圧力を有することができるが、本発明は、請求項に特に記載のない限り、パージ媒体１１６の何れかの特定の圧力に限定されない。１つの実施形態において、内部キャビティ１８内の圧力は、２５〜８０ポンド／平方インチの間で維持又は変化する。
【００２７】
特定の実施形態において、内部キャビティ１８を通るパージ媒体１１６の流速は、切削又は成形プロセスの間に一定又は変化することができる。流速は、様々な要因に基づくことができる。例えば、パージ媒体１１６の流速は、少なくとも一部は翼形部１０の壁厚に基づくことができる。壁厚は、外面１２又は熱障壁コーティング３８と内部キャビティ１８の内面１１２との間の厚さ又は距離として定義することができる。１つの実施形態において、流速は、８〜１０ミリメートルの壁厚に対して少なくとも２インチ／秒である。１つの実施形態において、流速が８〜１０ミリメートルの壁厚に対して少なくとも２インチ／秒である場合、内部キャビティ内のパージ媒体の圧力は、２５〜８０ポンド／平方インチとすることができる。
【００２８】
特定の実施形態において、図２に示すように、システム１００は、液体ジェット誘導レーザ１０２と電気的に通信状態にあるコントローラ１２０を含む。コントローラ１２０は、何れかの好適なプロセッサベースのコンピュータデバイスとすることができる。例えば、好適なコントローラは、パーソナルコンピュータ、携帯電話（スマートフォンを含む）、携帯情報端末、タブレット、ラップトップ、デスクトップ、ワークステーション、ゲーム機、サーバ、他のコンピュータ及び／又は他の何れかの好適なコンピュータデバイスを含むことができる。図２に示すように、コントローラ１２０は、１又はそれ以上のプロセッサ１２２と、関連するメモリ１２４とを含むことができる。プロセッサ１２２は、一般に、当該技術分野で公知のあらゆる好適なプロセッシングデバイスとすることができる。同様に、メモリ１２４は、一般に、限定ではないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードドライブ、フラッシュドライブ、又は他のメモリデバイスを含む、何れかの好適な１又は複数のコンピュータ可読媒体とすることができる。
【００２９】
一般に理解されるように、メモリ１２４は、１又は複数のプロセッサ１２２によって実行できる命令又はロジックを含む、１又は複数のプロセッサ１２２がアクセス可能な情報を記憶するように構成することができる。命令又はロジックは、１又は複数のプロセッサ１２２によって実行されたときに、該プロセッサ１２２が所望の機能を提供するようにする何らかの命令セットとすることができる。例えば、命令又はロジックは、コンピュータ可読形式にレンダーされたソフトウェア命令とすることができる。ソフトウェアの使用時には、本明細書に含まれる教示を実施するために、あらゆる好適なプログラミング、スクリプト、又は他のタイプの言語もしくは言語の組み合わせを用いることができる。或いは、限定ではないが、特定用途向け回路を含むハードワイヤードロジック又は他の回路構成によって命令を実施することができる。
【００３０】
図３は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、例示的な翼形部１０の側面図を示す。１つの実施形態において、図３に示すように、パージ媒体供給源１１４は、翼形部１０の先端部分２６に近接したアパーチャ３２を介して内部キャビティ１８に流体結合される。パージ媒体供給源１１４は、翼形部１０のキャビティ１８内にパージ媒体１１６を提供又は配向し、パージ媒体１１６が矢印１２６で示されるように内部キャビティ１８の内面１１２に実質的に平行な流れ方向で流れるような向きにされる。
【００３１】
第１の通路１２８は、外面１２を通って延びて内部キャビティ１８の内面１１２を貫通するように、液体ジェット誘導レーザ１０２を介して翼形部１０に形成される。第１の通路１２８は、半径方向スパン２２に対して、アパーチャ３２から遠位にある第１の半径方向位置ＲＰ１に形成される。第１の通路１２８は、該第１の通路１２８の中心線１３０が内部キャビティ１８の内面１１２及びパージ媒体流れ方向１２６のうちの少なくとも一方に対して鋭角１３２をなすように形成される。第１の通路１２８の鋭角１３２は、例えば、レーザビーム１１０が内部キャビティ１８の内面１１２を最初に貫通するときに、第１の通路１２８の形成が完了する前に内部キャビティ１８からパージ媒体１１６が早期に吹き抜け、従って、孔開けプロセスを中断する可能性を阻止又は低減する。
【００３２】
第２の通路２２８は、外面１２を通って延びて内部キャビティ１８の内面１１２を貫通するように、液体ジェット誘導レーザ１０２を介して翼形部１０に形成される。第２の通路又は孔２２８は、半径方向スパン２２に対して、第１の通路１２８と翼形部１０の先端部分２６又はアパーチャ３２との間に定められる第２の半径方向位置ＲＰ２に形成される。第２の通路２２８は、該第２の通路２２８の中心線２３０が内部キャビティ１８の内面１１２及びパージ媒体流れ方向１２６のうちの少なくとも一方に対して鋭角２３２をなすように形成される。第２の通路２２８の鋭角２３２は、第１の通路１２８の鋭角１３２と同じか又は異なることができる。鋭角２２８は、例えば、レーザビーム１１０が内部キャビティ１８の内面１１２を最初に貫通するときに、第２の通路２２８の形成が完了する前に内部キャビティ１８からパージ媒体１１６が早期に吹き抜けるのを阻止する。
【００３３】
パージ媒体１１６は、内部キャビティ１８内で流体コラム１０８及び／又は閉じ込めレーザビーム１１０と交差し、従って、流体コラム１０８を分断し及び／又は閉じ込めレーザビーム１１０を散乱させる。このようにして、パージ媒体１１６は、新規に形成された第１の通路１２８に向かい合って内部キャビティ１８の内面１１２に閉じ込めレーザビーム１１０が衝突するのを防ぐ。特定の実施形態において、コントローラ１２０に電気的に結合されたセンサ１３４を内部キャビティ１８内に配置して、内面１１２を通る及び／又は内部キャビティ１８内に入るレーザビーム１１０の貫通を示す電気信号を検出し及び／又はコントローラ１２０に送信することができる。
【００３４】
センサ１３４は、光センサ、音響センサ、又は内面１１２を通るレーザビーム１１０の貫通を検出するのに好適な何らかのセンサを含むことができる。この実施形態において、コントローラ１２０は、メモリ１２４内に格納された論理回路を実行することができ、該論理回路は、レーザビームのパワーの増大、レーザビームのパワーの減少、流体コラムの流圧の増大、内部キャビティへのパージ媒体の圧力又は流速の増減、或いは、レーザビームが内部キャビティ１８の内面１１２に後方衝突するのを阻止しながら第１の通路１２８の適正な形成を確保する他の好適な処理の実施を液体ジェット誘導レーザ１０２に指示する。
【００３５】
鋭角１３２，２３２は、通路１２８，２２８の形成の完了前に該通路への早期逆流を阻止又は制限する、９０度未満の何れかの角度とすることができる。例えば、１つの実施形態において、鋭角１３２及び／又は２３２は、約６５度以下である。１つの実施形態において、鋭角１３２及び／又は２３２は、約４５度以下である。１つの実施形態において、鋭角１３２及び／又は２３２は、約３０度以下である。
【００３６】
図４は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、例示的な翼形部１０の側面図を示す。１つの実施形態において、図４に示すように、パージ媒体供給源１１４は、翼形部１０の根元部分２４に近接したアパーチャ３４を介して内部キャビティ１８に流体結合される。パージ媒体供給源１１４は、翼形部１０のキャビティ１８内にパージ媒体１１６を提供又は配向し、パージ媒体１１６が矢印１３６で示されるように内部キャビティ１８の内面１１２に実質的に平行な流れ方向で流れるような向きにされる。
【００３７】
第１の通路１３８は、外面１２を通って延びて内部キャビティ１８の内面１１２を貫通するように、液体ジェット誘導レーザ１０２を介して翼形部１０に形成される。第１の通路１３８は、半径方向スパン２２に対して、アパーチャ３４から遠位にある第１の半径方向位置ＲＰ１に形成される。第１の通路１３８は、該第１の通路１３８の中心線１４０が内部キャビティ１８の内面１１２及びパージ媒体流れ方向１３６のうちの少なくとも一方に対して鋭角１４２をなすように形成される。第１の通路１３８の鋭角１３２は、例えば、レーザビーム１１０が内部キャビティ１８の内面１１２を最初に貫通するときに、第１の通路１３８の形成が完了する前に内部キャビティ１８からパージ媒体１１６が早期に吹き抜けるのを阻止する。
【００３８】
第２の通路２３８は、外面１２を通って延びて内部キャビティ１８の内面１１２を貫通するように、液体ジェット誘導レーザ１０２を介して翼形部１０に形成される。第２の通路又は孔２３８は、半径方向スパン２２に対して、第１の通路１３８と翼形部１０の根元部分２４又はアパーチャ３４との間に定められる第２の半径方向位置ＲＰ２に形成される。第２の通路２３８は、該第２の通路２３８の中心線２４０が内部キャビティ１８の内面１１２及びパージ媒体流れ方向１３６のうちの少なくとも一方に対して鋭角２４２をなすように形成される。第２の通路２３８の鋭角２４２は、第１の通路１３８の鋭角１４２と同じか又は異なることができる。鋭角２４８は、例えば、レーザビーム１１０が内部キャビティ１８の内面１１２を最初に貫通するときに、第２の通路２３８の形成が完了する前に内部キャビティ１８からパージ媒体１１６が早期に吹き抜けるのを阻止する。
【００３９】
パージ媒体１１６は、内部キャビティ１８内で流体コラム１０８及び／又は閉じ込めレーザビーム１１０と交差し、従って、流体コラム１０８を分断し及び／又は閉じ込めレーザビーム１１０を散乱させる。このようにして、パージ媒体１１６は、新規に形成された通路１３８に向かい合って内部キャビティ１８の内面１１２に閉じ込めレーザビーム１１０が衝突するのを防ぐ。特定の実施形態において、コントローラ１２０に電気的に結合されたセンサ１４４を内部キャビティ１８内に配置して、内面１１２を通る及び／又は内部キャビティ１８内に入るレーザビーム１１０の貫通を示す電気信号を検出し及び／又はコントローラ１２０に送信することができる。
【００４０】
センサ１４４は、光センサ、音響センサ、又は内面１１２を通るレーザビーム１１０の貫通を検出するのに好適な何らかのセンサを含むことができる。この実施形態において、コントローラ１２０は、メモリ１２４内に格納された論理回路を実行することができ、該論理回路は、レーザビームのパワーの増大、レーザビームのパワーの減少、流体コラムの流圧の増大、内部キャビティへのパージ媒体の圧力又は流速の増減、或いは、レーザビームが内部キャビティ１８の内面１１２に後方衝突するのを阻止しながら通路１３６の適正な形成を確保する他の好適な処理の実施を液体ジェット誘導レーザ１０２に指示する。
【００４１】
鋭角１４２，２４２は、通路１３８，２３８の形成の完了前に該通路への早期逆流を阻止又は制限する、９０度未満の何れかの角度とすることができる。例えば、１つの実施形態において、鋭角１３２及び／又は２３２は、約６５度以下である。１つの実施形態において、鋭角１４２及び／又は２４２は、約４５度以下である。１つの実施形態において、鋭角１４２及び／又は２４２は約３０度以下である。
【００４２】
図２、３及び４に例示され本明細書で説明されるシステム１００は、翼形部を製造する方法を提供する。図５は、本発明の１つの実施形態による例示的な方法３００のフロー図を示す。３０２において、方法３００は、パージ媒体１１６を翼形部１０の先端部分２６に近接して定められたアパーチャ３２を通って翼形部１０の外面１２下に定められた内部キャビティ１８内に流入させ、パージ媒体１１６が内部キャビティ１８の内面１１２に実質的に平行な流れ方向１２６に流れるようにするステップを含む。３０４において、図３に示すように、方法３００は、流体コラム１０８内に閉じ込められたレーザビーム１１０により、翼形部１０の根元部分２４に近接した第１の半径方向位置ＲＰ１において翼形部１０の外面１２を通って第１の通路１２８を切削し、流体コラム１０８及びレーザビーム１１０が内部キャビティ１８内に貫通するようにするステップを含み、ここで第１の通路１２８の中心線１３２は、パージ媒体流れ方向１２６に対して鋭角１３２を形成する。３０６において、方法３００は、流体コラム１０８及びレーザビーム１１０が内部キャビティ１８内に貫通するように、レーザビーム１１０により、第１の通路１２８と先端部分２６との間の第２の半径方向位置ＲＰ２において翼形部１０の外面１２を通って第２の通路２２８を切削するステップを含み、ここで第２の通路２２８の中心線２３０は、パージ媒体流れ方向１２６に対して鋭角２３２を形成する。
【００４３】
方法３００は更に、パージ媒体１１６により内部キャビティ１８内で流体コラム１０８及びレーザビーム１１０を分断するステップを含むことができる。特定の実施形態において、内部キャビティ１８内に流れるパージ媒体１１６は、２５〜８０ポンド／平方インチの間の圧力を有する。方法３００はまた、内部キャビティ１８内で少なくとも２インチ／秒の流速でパージ媒体１１６を流動させるステップを含むことができる。特定の実施形態において、翼形部１０の先端部分２６に沿って定められるアパーチャ３２を通してパージ媒体１１６を流動させるステップが、水蒸気、液体及び不活性ガスのうちの少なくとも１つを流動させるステップを含む。特定の実施形態において、鋭角１３２，２３２の一方又は両方は、約６５度未満である。方法３００は、センサ１３４によりレーザビーム１１０が内面１１２を貫通したことを示す信号を発生させ、コントローラ１２０を介して信号に基づきパージ媒体１１６の流速の開始、停止、又は変更を行う命令を実行するステップを含むことができる。
【００４４】
図６は、本発明の１つの実施形態による、例示的な方法４００のフロー図を示す。４０２において、方法４００は、パージ媒体１１６をアパーチャ３４に通して内部キャビティ１８に流入させるステップを含み、ここでパージ媒体１１６は、内部キャビティ１８の内面１１２に実質的に平行な流れ方向１２６で流れる。４０４において、図４に示すように、方法４００は、流体コラム１０８内に閉じ込められたレーザビーム１１０により、翼形部１０の先端部分２６に近接した半径方向位置ＲＰ１において翼形部１０の外面１２を通って第１の通路１３８を切削し、流体コラム１０８及びレーザビーム１１０が内部キャビティ１８内に貫通するようにするステップを含み、ここで第１の通路１３８の中心線１４０は、パージ媒体流れ方向１２６に対して鋭角１４２を形成する。４０６において、方法４００は、流体コラム１０８及びレーザビーム１１０が内部キャビティ１８内に貫通するように、レーザビーム１１０により、第１の通路１３８と根元部分２４との間の半径方向位置ＲＰ２において翼形部１０の外面１２を通って第２の通路２３８を切削するステップを含み、ここで第２の通路２３８の中心線２４０は、パージ媒体流れ方向１２６に対して鋭角２４２を形成する。
【００４５】
方法４００の１つの実施形態において、内部キャビティ１８内を流れるパージ媒体１１６は、２５〜８０ポンド／平方インチの間の圧力で提供される。１つの実施形態において、方法４００は、少なくとも２インチ／秒の流速で内部キャビティ１８内でパージ媒体１１６を流動させるステップを含むことができる。方法４００はまた、内部キャビティ１８内の流体コラム１０８及び／又はレーザビーム１１０に対して実質的に垂直であるようにパージ媒体流れ方向１３６を整列させるステップを含むことができる。１つの実施形態において、方法４００は、水蒸気、液体及び不活性ガスのうちの少なくとも１つを流動させるステップを含む。１つの実施形態において、方法４００は、２５ポンド／平方インチよりも高い圧力でパージ媒体１１６を内部キャビティ１８内に流動させるステップを含むことができる。１つの実施形態において、方法４００は、鋭角が約６５度未満である。１つの実施形態において、方法４００は、センサ１４４によりレーザビーム１１０が内面１１２を貫通したことを示す信号を発生させるステップを含むことができ、ここで、センサ１４４は、コントローラ１２０と電気的に通信状態にあり、コントローラ１２０が、この信号に基づいてパージ媒体１１６の流速の開始、停止、又は変更を行う命令を実行する。
【００４６】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を含む場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４７】
１０  翼形部
１２  外面
１４  正圧側面
１６  負圧側面
１８  キャビティ
２０  冷却／パージ媒体
２２  スパン
２４  根元部分
２６  先端部分
２８  前縁
３０  後縁
３２  アパーチャ
３４  アパーチャ
３６  冷却孔
３８  熱障壁コーティング
１００  システム
１０２  水ジェット誘導レーザ
１０４  レーザ
１０６  非集束レーザビーム
１０８  流体コラム
１１０  閉じ込めレーザビーム
１１２  内面
１１４  パージ媒体供給源
１１６  パージ媒体
１１８  パージ媒体コラム
１２０  コントローラ
１２２  プロセッサ
１２４  メモリ
１２６  パージ媒体流れ方向
１２８  冷却孔
１３０  中心線（孔１２８の）
１３２  鋭角
１３４  センサ
１３６  パージ媒体流れ方向
１３８  冷却孔
１４０  中心線（孔１２８の）
１４２  鋭角
１４４  センサ
２２８  冷却孔
２３０  中心線（孔１２８の）
２３２  鋭角
２３８  冷却孔
２４０  中心線（孔１２８の）
２４２  鋭角
３００  方法
３０２  ステップ
３０４  ステップ
３０６  ステップ
４００  ステップ
４０２  ステップ
４０４  ステップ
４０６  ステップ
【図１】
2016133119.tif 000003
【図２】
2016133119.tif 000004
【図３】
2016133119.tif 000005
【図４】
2016133119.tif 000006
【図５】
2016133119.tif 000007
【図６】
2016133119.tif 000008
【外国語明細書】
2016133119000001.pdf