(57)【要約】      （修正有）【課題】液体ジェット導波レーザシステムを用いて、翼形部内に流路切り開く。【解決手段】液体ジェット導波レーザを使用して、翼形部１０内に流路切り開くための方法は、翼形部に対して規定された第１のＸ、Ｙ、およびＺ位置であって、翼形部の外面１２から５ｍｍより大きく、かつ２０ｍｍより小さい第１のスタンドオフ距離に、液体ジェット導波レーザの切頭円錐形の先端部を位置決めするステップを含む。方法はまた、液体ジェット導波レーザによる、流体カラム内に閉じ込められたレーザビームを生成するステップを含み、レーザビームは外面に向けられる。方法は、翼形部の内部キャビティ１８の内面を通るレーザビームの破過をモニターするステップと、破過が検出されると、レーザビームを遮断するステップと、第２のＸ、Ｙ、およびＺ位置であって、第２のスタンドオフ距離に、切頭円錐形の先端部を再位置決めするステップと、をさらに含む。【選択図】図１
2016172283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体ジェット導波レーザ（１０２）を用いて翼形部（１０）内に流路（２０２）を切り開くための方法（３００）であって、
前記翼形部に対して規定された第１のＸ、Ｙ、およびＺ位置であって、前記翼形部（１０）の外面（１２）から５ｍｍより大きく、かつ２０ｍｍより小さい第１のスタンドオフ距離に、前記液体ジェット導波レーザ（１０２）の切頭円錐形の先端部（１３２）を位置決めするステップと、
前記液体ジェット導波レーザ（１０２）による、流体カラム（１０８）内に閉じ込められたレーザビーム（１１０）であって、前記外面（１２）に向けられる前記レーザビーム（１１０）を生成するステップと、
前記翼形部（１０）の内部キャビティ（１８）の内面（１１２）を通る前記レーザビーム（１１０）の破過をモニターするステップと、
破過が検出されると、前記レーザビーム（１１０）を遮断するステップと、
第２のＸ、Ｙ、およびＺ位置であって、前記翼形部（１０）から第２のスタンドオフ距離に、前記切頭円錐形の先端部（１３２）を再位置決めするステップと、を含む方法（３００）。
【請求項２】
前記スタンドオフ距離は、１０ｍｍと１５ｍｍとの間である、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項３】
前記翼形部（１０）の前記内部キャビティ（１８）の中にパージ媒体を流すステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項４】
前記レーザビーム（１１０）の所定のパルス数の後に、前記翼形部（１０）の前記内部キャビティ（１８）の中にパージ媒体を流すステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項５】
前記所定のパルス数は、前記外面（１２）と前記内部キャビティ（１８）との間の前記翼形部（１０）の壁厚に少なくとも部分的に基づく、請求項４に記載の方法（３００）。
【請求項６】
前記レーザビーム（１１０）のパルスを追跡するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項７】
所定のパルス数の後に破過が検出されない場合には、前記パルス数を所定の許容範囲と比較するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法（３００）。
【請求項８】
前記パルス数が前記所定の許容範囲内にある場合には、前記レーザビーム（１１０）はオン状態を維持する、請求項７に記載の方法（３００）。
【請求項９】
前記パルス数が前記所定の許容範囲外にある場合には、前記レーザビーム（１１０）は遮断される、請求項６に記載の方法（３００）。
【請求項１０】
前記レーザビーム（１１０）は、流路（２０２）の完全な形成を確実にするために、破過が検出された後にパルスすることができる、請求項６に記載の方法（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、翼形部を製造するための方法を含む。より具体的には、本発明は、液体ジェット導波レーザシステムを用いて翼形部内に流路を切り開くための方法を含む。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの効率は、一般に、燃焼ガスの温度が上昇すると共に増大する。しかし、タービン内の過度の温度は、タービンの翼形部の寿命を短縮し、したがってそれに関連する修理、保守、および停止を増加させるおそれがある。結果として、翼形部を冷却するために、様々な設計および方法が開発されている。たとえば、冷却媒体を翼形部内部のキャビティまたは冷却回路に供給して、対流および／または伝導により翼形部から熱を除去することができる。特定の構成では、冷却媒体は、翼形部内の流路を通ってキャビティから流出し、翼形部の外面上にフィルム冷却を提供することができる。特定の事例では、熱保護を向上させるために、断熱コーティングが翼形部の外面に施され、流路が断熱コーティングを通って延在する。
【０００３】
液体ジェット導波レーザシステムは、断熱コーティングを削り取るリスクを低減して、翼形部を貫通する流路を形成するために使用することができる。しかし、流路の深さおよび／または翼形部の表面に沿って切削されなければならない孔の角度もしくはアスペクト比は、一般に、液体ジェット導波レーザシステムのノズル本体を翼形部の表面の近くに配置させることを必要とする。従来のノズルは、ほぼ円筒形で平坦な面であり、嵩張るので、そのため翼形部表面に対するノズルの正確な位置決めを妨げ、または影響を与える。結果として、レーザビームは完全に外面を貫通することができず、修復または廃棄しなければならない損傷した翼形部になる。したがって、改良された液体ジェット導波レーザシステムが有用であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０６２６９５５号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の態様および利点は、以下で記述され、または、記述から明らかになり、または本発明の実施を通して学習することができる。
【０００６】
本発明の一実施形態は、液体ジェット導波レーザビームを用いて翼形部内に流路を切り開くための方法である。本方法は、翼形部に対して規定された第１のＸ、Ｙ、およびＺ位置であって、翼形部の外面から５ｍｍより大きく、かつ２０ｍｍより小さい第１のスタンドオフ距離に、液体ジェット導波レーザの切頭円錐形の先端部を位置決めするステップを含む。本方法はまた、液体ジェット導波レーザによる、流体カラム内に閉じ込められたレーザビームであって、外面に向けられるレーザビームを生成するステップを含む。本方法は、翼形部の内部キャビティの内面を通るレーザビームの破過をモニターするステップと、破過が検出されると、レーザビームを遮断するステップと、第２のＸ、Ｙ、およびＺ位置であって、第２のスタンドオフ距離に、切頭円錐形の先端部を再位置決めするステップと、をさらに含む。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、翼形部内に流路を切り開くためのシステムである。システムは、ノズル本体と、ノズル本体の端部に接続または結合された切頭円錐形の先端部と、を有する液体ジェット導波レーザを含む。切頭円錐形の先端部は、レーザ通路および切頭円錐形の先端部の端面に沿った開口部を画定する。開口部は、レーザ通路からの出口を提供する。液体ジェット導波レーザは、開口部を通して切頭円錐形の先端部を出る流体カラム内に閉じ込められたレーザビームを生成する。システムはまた、液体ジェット導波レーザに接続された多軸アクチュエータアームを含む。システムは、コントローラをさらに含む。コントローラは、液体ジェット導波レーザおよび多軸アクチュエータアームと電子的に通信する。コントローラは、切削動作中に切頭円錐形の先端部の開口部と翼形部の外面との間のスタンドオフ距離を維持する、メモリに記憶された論理を実行するようにプログラムされ、ここで、スタンドオフ距離は５ｍｍ〜２５ｍｍである。
【０００８】
当業者は、本明細書を精査することにより、このような実施形態の特徴および態様、ならびにその他をよりよく理解するであろう。
【０００９】
本発明の完全で可能にする開示は、当業者にとってその最良の形態を含み、以下の添付の図面を参照して本明細書の残りの部分においてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による例示的な翼形部の斜視図である。
【図２】本発明の様々な実施形態による、図１に示す翼形部を製造するためのシステムの機能ブロック図である。
【図３】本発明の例示的な一実施形態による、液体ジェット導波レーザの一部分の断面側面図である。
【図４】本発明の一実施形態による、翼形部に沿って位置決めされた、図３に示すノズル本体の一部分および液体ジェット導波レーザの切頭円錐形の先端部の側面図である。
【図５】本発明の一実施形態による、翼形部の流路を切り開くための例示的な方法のステップを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態を示すために、ここで詳細に参照を行うが、それの１つまたは複数の実施例を添付の図面に示す。詳細な説明は、図面の特徴を参照するために、数字および文字の符号を用いる。図面および説明の同様のまたは類似の符号は、本発明の同様のまたは類似の部材を指すために用いている。本明細書において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、１つの構成部品と別の構成部品とを区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成部品の位置または重要性を示すことを意図しない。さらに、「上流」および「下流」という用語は、流体または光の経路における構成要素の相対的な位置を表す。たとえば、構成要素Ａから構成要素Ｂへ流体が流れるまたはレーザビームが伝搬する場合は、構成要素Ａは構成要素Ｂの上流にある。逆に、構成要素Ｂが構成要素Ａから流体の流れまたはレーザビームを受け取る場合は、構成要素Ｂは構成要素Ａの下流にある。
【００１２】
各実施例は本発明の説明のために提供するものであって、本発明を限定するものではない。実際、本発明の範囲または趣旨を逸脱せずに、修正および変更が本発明において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。たとえば、一実施形態の一部として図示または記載する特徴は、さらに別の実施形態を与えるために、別の実施形態で用いることができる。したがって、本発明は、添付の請求の範囲およびそれらの等価物の範囲に入るこのような修正および変更を包括することが意図されている。
【００１３】
本発明の様々な実施形態は、翼形部内に１つまたは複数の流路を切り開くためのシステムを含む。システムは、一般に、ノズル本体と切頭円錐形の先端部とを含む液体ジェット導波レーザビームを含む。切頭円錐形の先端部は、流体カラムによって閉じ込められたレーザビームを翼形部などの加工片に向かって導く。閉じ込められたレーザビームは、翼形部の外面を通って特定の角度で正確な孔を形成するために使用することができる。たとえば、切頭円錐形の先端部の形状は、翼形部の外面から必要な所望のまたは最適なスタンドオフ距離を実現するために、操作者が翼形部の外面に対してレーザビームを２５度以上の角度に位置決めすることを可能にし、液体ジェット導波レーザビームの全体的な切削効果を維持することができる。本発明の例示的な実施形態は、タービンに組み込まれた翼形部の場面で一般的に説明されるが、当業者であれば、特許請求の範囲に特に記載していない限り、本発明の実施形態はタービンに限定されないことを本明細書の教示から容易に理解するであろう。
【００１４】
ここで図面を参照すると、図面全体を通じて同一符号は同一要素を示しており、図１は、タービンまたはその他の航空力学的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および負圧側面１６を画定する外面１２を含む。正圧側面１４はほぼ凹面の曲率を有し、負圧側面１６は、正圧側面１４に対向するほぼ凸面の曲率を有する。正圧および負圧側面１４、１６は、互いに分離されて、翼形部１０内の冷却回路などの内部キャビティ１８を画定する。
【００１５】
内部キャビティ１８は、翼形部１０内のパージまたは冷却媒体２０が翼形部１０から伝導および／または対流により熱を除去するために、蛇行または曲がりくねった経路または冷却回路を提供することができる。正圧および負圧側面１４、１６は、翼形部１０の根元部２４と先端部２６との間の翼幅２２で半径方向に延在する。正圧および負圧側１４、１６は、さらに接合して、翼形部１０の上流側部分に前縁２８を形成し、翼形部１０の下流側部分に後縁３０を形成する。前縁２８および後縁３０は、根元部２４と先端部２６との間の翼幅２２で半径方向に延在する。
【００１６】
図１に示す例示的な翼形部１０は、当該技術分野で公知の任意のプロセスを使用して製造することができる。たとえば、翼形部１０は、当該技術分野で公知の鍛造、機械加工、溶接、押出し、および／または鋳造方法によって製造することができる。翼形部１０は、たとえば、ニッケル、コバルト、および／または鉄超合金、ならびに類似の合金を含むことができる１つまたは複数の高合金金属から製造することができる。
【００１７】
特定の実施形態では、翼形部１０は、内部キャビティ１８内への流路を少なくとも部分的に画定する１つまたは複数の開口部を含む。開口部は、翼形部１０に沿った任意の点に配置することができ、特許請求の範囲に記載がない限り、開口部の位置決めは、いかなる特定の位置にも特に限定されるものではない。たとえば、一実施形態では、翼形部１０は、翼形部１０の先端部２６に近接して画定および／または配置された開口部３２を含む。一実施形態では、翼形部１０は、翼形部１０の根元部２４に近接して画定および／または配置された開口部３４を含む。
【００１８】
翼形部１０に冷却を提供するために、複数の冷却孔または流路３６を、正圧側面１４、負圧側面１６、前縁２８、および／または後縁３０の各々もしくはいずれかに沿って形成または切り開くことができる。流路３６は、内部キャビティ１８から翼形部１０の外面１２を通る流体連通を提供し、翼形部１０の外面１２を横切って冷却媒体を供給して、そのフィルム冷却を提供することができる。流路３６の数および／または位置は、特定の実施形態によって変化することができ、特許請求の範囲に具体的に記載されない限り、本発明は流路３６のいかなる特定の数または位置にも限定されるものではないことを、当業者であれば本明細書の教示から容易に認めるであろう。
【００１９】
図１に示すように、特定の実施形態では、断熱コーティング３８を翼形部１０の外面１２の少なくとも一部分の上に施すことができる。断熱コーティング３８は、耐熱性のための低い放射率もしくは高い反射率コーティング、滑らかな仕上げ、および／または下地の外面１２に対する良好な密着性を含むことができる。たとえば、当該技術分野で公知の断熱コーティングは、イットリア（Ｙ２Ｏ３）によって部分的もしくは完全に安定化されたジルコニア（ＺｒＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）、または他の貴金属酸化物などの金属酸化物を含む。
【００２０】
選択された断熱コーティング３８は、歪み耐性の柱状結晶粒構造が得られる、空気プラズマ溶射（ＡＰＳ）、低圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）、または電子ビーム物理蒸着（ＥＢＰＶＤ）などの物理気相成長（ＰＶＤ）技術を用いる従来の方法によって堆積することができる。選択された断熱コーティング３８はまた、たとえば本発明と同じ譲受人に譲渡された米国特許第６，１６５，６００号に記載されているように、下地基板に適用するために続いて転写されるテープを形成するために上記方法のいずれかの組み合わせを用いて適用することができる。
【００２１】
図２は、翼形部１０内に冷却孔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、液体ジェット導波レーザ１０２を含むことができる。液体ジェット導波レーザ１０２は、一般に、非合焦レーザビーム１０６を生成するレーザ１０４を含む。例示的な構成では、非合焦レーザビーム１０６は、約５３２ｎｍの波長、約１０ｋＨｚのパルス周波数、約４０〜５０Ｗの平均パワーを有することができる。
【００２２】
図２に示すように、液体ジェット導波レーザ１０２は、流体カラム１０８の中にまたはそれを通して非合焦のレーザビーム１０６を導くように構成される。レーザビーム１０６および流体カラム１０８は、翼形部１０に向かって導かれる。特定の構成では、流体カラム１０８は、非合焦レーザビーム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。流体カラム１０８は、約７００〜１５００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、特許請求の範囲に特に記載されない限り、本発明は流体カラム１０８のいかなる特定の圧力にも限定されるものではない。流体カラム１０８は、非合焦レーザビーム１０６のための光導波路として作用し、翼形部１０に導くことができる集束されたまたは閉じ込められたレーザビーム１１０を生成する。閉じ込められたレーザビーム１１０は、翼形部１０の外面１２および／または存在する場合には断熱コーティング３８を切除して、最終的に内部キャビティの内側または内面１１２を貫通して、翼形部１０を貫通する所望の冷却孔３６を形成する。
【００２３】
特定の実施形態では、システム１００は、開口部３２または開口部３４（図１）を介して内部キャビティ１８へ流体結合されるパージ媒体供給１１４を含む。パージ媒体供給１１４は、開口部３２、３４を通して内部キャビティ１８内にパージ媒体１１６を供給する。本明細書で使用する「パージ媒体」という用語は、気体または液体の媒体を含むことができる。たとえば、パージ媒体１１６は、不活性ガス、液体、飽和水蒸気、過熱蒸気、または翼形部１０内のパージ媒体カラム１１８を形成することができる他の任意の適切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内の流体カラム１０８および／または閉じ込められたレーザビーム１１０と交差するように位置合わせすることができる。
【００２４】
翼形部１０内を流れるパージ媒体１１６は、流体カラム１０８の圧力とほぼ釣り合う圧力であって、かつ、翼形部１０内の流体カラム１０８および／または閉じ込められたレーザビーム１１０を破壊するのに十分な圧力を有することができる。たとえば、内部キャビティ１８内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、特許請求の範囲に特に記載されない限り、本発明はパージ媒体１１６のいかなる特定の圧力にも限定されるものではない。一実施形態では、内部キャビティ１８内の圧力は、２５〜８０ポンド／平方インチに維持され、またはその範囲で変化する。
【００２５】
内部キャビティ１８を通るパージ媒体１１６の流速は、切削または形成時において一定とすることができ、または変化してもよい。流速は、様々な要因に基づいてもよい。たとえば、パージ媒体１１６の流速は、翼形部１０の壁厚に少なくとも部分的に基づくことができる。壁厚は、外面１２または断熱コーティング３８と内部キャビティ１８の内面１１２との間の厚さもしくは距離と定義することができる。一実施形態では、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。一実施形態では、８〜１０ミリメートルの壁厚に対して流速が少なくとも２インチ／秒である場合には、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。
【００２６】
特定の実施形態では、図２に示すように、システム１００は、液体ジェット導波レーザ１０２と電子的に通信するコントローラ１２０を含む。コントローラ１２０は、任意の適切なプロセッサベースのコンピューティングデバイスであってもよい。たとえば、適切なコントローラは、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、ゲームコンソール、サーバ、他のコンピュータ、および／または他の任意の適切なコンピューティング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つまたは複数のプロセッサ１２２および関連するメモリ１２４を含むことができる。プロセッサ１２２は、一般に、当該技術分野において既知の任意の適切な処理デバイスであってもよい。同様に、メモリ１２４は、一般に、任意の適切なコンピュータ可読媒体であってもよく、それは、これらに限らないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードドライブ、フラッシュドライブ、または他のメモリデバイスを含む。
【００２７】
一般的に理解されるように、メモリ１２４は、プロセッサ１２２が実行することができる命令または論理を含む、プロセッサ１２２により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。命令または論理は、プロセッサ１２２によって実行された場合にプロセッサ１２２に所望の機能を提供させる命令の任意のセットであってもよい。たとえば、命令または論理は、コンピュータ可読形式で表現されたソフトウェア命令であってもよい。ソフトウェアを使用する場合、任意の適切なプログラミング言語、スクリプト言語、または他のタイプの言語もしくは言語の組み合わせは、本明細書に含まれる教示を実施するために使用することができる。あるいは、命令は、ハードワイヤードロジック、またはこれに限定されないが特定用途向け回路を含む他の回路によって実施することができる。
【００２８】
一実施形態では、システム１００は、多軸アクチュエータ１２６を含む。液体ジェット導波レーザ１０２は、多軸アクチュエータ１２６に接続される。多軸アクチュエータ１２６は、液体ジェット導波レーザ１０２を特定のＸ、Ｙ、およびＺ座標であって、翼形部１０に対して所定のスタンドオフ距離１２８に位置決めするために使用することができる。多軸アクチュエータ１２６は、コントローラ１２０に電子的に結合され、それによって制御することができる。
【００２９】
図３は、本発明の様々な実施形態による、液体ジェット導波レーザ１０２の一部分の拡大図を示す。少なくとも一実施形態では、図２および図３に示すように、液体ジェット導波レーザ１０２は、ノズル本体１３０と、ノズル本体１３０の端部１３４に接続または結合された切頭円錐形の先端部１３２と、を含む。特定の実施形態では、レーザ１０４は、ノズル本体１３０内に少なくとも部分的に収容されてもよく、切頭円錐形の先端部１３２内に／により少なくとも部分的に画定されたレーザ通路１３６を通るように非合焦レーザビーム１０６を導くように位置決めすることができる。レーザ通路１３６は、切頭円錐形の先端部１３２を通って翼形部１０に向かうように非合焦レーザビーム１０６を導くための案内経路を少なくとも部分的に画定することができる。
【００３０】
様々な実施形態では、切頭円錐形の先端部１３２は、切頭円錐形の先端部１３２の端面１４０に沿って配置された開口部１３８を含み、および／または画定することができる。開口部１３８は、レーザ通路１３６からの出口または放出口を画定する。一実施形態では、レーザ通路１３６は、開口部１３８の上流側の切頭円錐形の先端部１３２の中心線１４２に対して半径方向内向きに分岐している。
【００３１】
特定の実施形態では、流体チャンバ１４４が切頭円錐形の先端部１３２内に少なくとも部分的に画定される。流体チャンバ１４４は、一般に、非合焦レーザビーム１０６は、開口部１３８の上流側の流体チャンバ１４４を通るようにレーザ通路１３６と位置合わせされる。１つまたは複数の流体回路１４６を、切頭円錐形の先端部１３２および／またはノズル本体１３０内に画定することができ、流体源（図示せず）と流体チャンバ１４４との間の流体連通を提供することができる。一実施形態では、切頭円錐形の先端部１３２および／またはノズル本体１３０は、アシストガス流路１４８を少なくとも部分的に画定する。アシストガス流路１４８は、アシストガス１５０をレーザ通路１３６に提供するために用いることができ、アシストガス１５０は、切削屑の除去を支援するために、および／または翼形部１０への熱影響を最小限にするために、用いることができる。
【００３２】
特定の実施形態では、図３に示すように、切頭円錐形の先端部１３２は、外面１５２を含む。外面１５２は、切頭円錐形の先端部１３２の中心線１４２に対して半径方向内向きに分岐している。一実施形態では、外面１５２は、ノズル本体１３０の端部１３４から切頭円錐形の先端部１３２の端面１４０へ中心線１４２に対して半径方向内向きに分岐している。すなわち、切頭円錐形の先端部１３２の端面１４０は、ノズル本体１３０の端部１３４よりも小さな断面直径を有する。
【００３３】
図４は、本発明の一実施形態による、翼形部１０に沿って位置決めされた、図３に示すノズル本体１３０の一部分および切頭円錐形の先端部１３２の側面図である。一実施形態では、切頭円錐形の先端部１３２の外面１５２は、翼形部の外面から必要な所望のまたは最適なスタンドオフ距離を実現するために、翼形部の外面に対して２５度以上の角度に位置決めすることができ、液体ジェット導波レーザビームの全体的な切削効果を維持することができる。
【００３４】
一実施形態では、切頭円錐形の先端部１３２の開口部１３８および／または切頭円錐形の先端部１３２の端面１４０と翼形部１０の外面１２との間のスタンドオフ距離１２８は、約４０ｍｍ未満である。特定の実施形態では、スタンドオフ距離１２８は３０ｍｍ未満である。特定の実施形態では、スタンドオフ距離１２８は約１５ｍｍ〜２５ｍｍである。特定の実施形態では、スタンドオフ距離は約２５ｍｍである。特定の実施形態では、スタンドオフ距離は約１０ｍｍ〜１５ｍｍである。切頭円錐形の先端部１３２により達成可能なスタンドオフ距離１２８は、閉じ込められたレーザビーム１１０が、２５ｍｍまたは１５ｍｍを超えるようなより大きなスタンドオフ距離におけるエネルギーと比較して、より高いエネルギーで外面１２に当たり、またはそれを切削することを可能にする。結果として、切削処理中の損傷した流路３６および／または断熱コーティング３８に対する損傷の可能性が、大幅に低減および／または除去される。
【００３５】
当業者であれば、図２から図４に関して説明し図示したシステム１００は、液体ジェット導波レーザビームを使用して、翼形部内の流路を切り開くための方法を提供することができることを容易に理解するであろう。図５は、液体ジェット導波レーザビームを使用して、翼形部内に流路を切り開くための例示的な方法３００のブロック図を示す。ステップ３０２で、方法３００は、翼形部１０に対して規定された第１のＸ、Ｙ、およびＺ位置または座標２００であって、翼形部１０の外面１２から５ｍｍより大きく、かつ２０ｍｍより小さい第１のスタンドオフ距離１２８に、液体ジェット導波レーザの切頭円錐形の先端部１３２を位置決めするステップを含む。ステップ３０４で、方法３００は、流体カラム１０８内に閉じ込められた、液体ジェット導波レーザ１０２によって生成されたレーザビーム１１０により、第１の流路２０２を切り開くステップを含む。ステップ３０６で、方法３００は、内部キャビティ１８内に配置されたセンサ２０４により、翼形部１０の内部キャビティ１８の内面１１２を通るレーザビーム１１０の破過をモニターするステップを含む。センサ２０４は、コントローラ１２０に電子的に連結することができ、光センサ、音響センサ、またはレーザビーム１１０の破過を検出するのに適した任意のセンサを含むことができる。ステップ３０８で、方法３００は、破過が検出されるとレーザビーム１１０を遮断するステップを含む。ステップ３１０で、方法３００は、第２のＸ、Ｙ、およびＺ位置または座標２０６であって、第２のスタンドオフ距離２０８に、切頭円錐形の先端部１３２を再位置決めするステップを含む。
【００３６】
特定の実施形態では、スタンドオフ距離１２８は１０ｍｍ〜１５ｍｍである。特定の実施形態では、本方法は、翼形部１０の内部キャビティ１１２の中にパージ媒体１１６を流すステップをさらに含む。方法３００はまた、レーザビーム１１０の所定のパルス数の後に、翼形部１０の内部キャビティ１８の中にパージ媒体１１６を流すステップを含むことができる。レーザビーム１１０のパルスは、コントローラ１２０によりモニター、追跡、および／または計数することができる。一実施形態では、所定のパルス数は、第１の流路２０２における外面１２と内部キャビティ１８との間の翼形部１０の壁厚に少なくとも部分的に基づく。一実施形態では、方法３００は、コントローラによりレーザビームのパルスを追跡するステップをさらに含む。一実施形態では、所定のパルス数の後に破過が検出されない場合には、方法３００は、コントローラ１２０によりパルス数を所定の許容範囲と比較するステップをさらに含む。一実施形態では、パルス数が所定の許容範囲内にある場合には、レーザビームはオン状態を維持する。一実施形態では、パルス数が所定の許容範囲外にある場合には、レーザビームは遮断される。一実施形態では、レーザビーム１１０は、流路２０２の完全な形成を確実にするために、破過が検出された後にパルスすることができる。
【００３７】
翼形部１０の翼幅に沿って特定の流路を効率的に切り開くために、特に外面１２および内面１１２を貫通してキャビティ１８に入るのに必要な深さで、ならびに／またはこれらの切り開く必要のあるものを高アスペクト比で切り開くために、切頭円錐形の先端部１３２の端面１４０と翼形部１０の外面１２との間のスタンドオフ距離１２８（図２）を最小にすることが必要であり得る。翼形部１０の非線形プロファイルは、一般には、従来のノズル本体がほぼ円筒形状であることに少なくとも部分的に起因して、必要な所望のまたは最適なスタンドオフ距離１２８を実現することができない、翼幅に沿った領域を形成する。しかし、本明細書で提示する液体ジェット導波レーザ１０２の切頭円錐形の先端部１３２は、実現するべきより近接したスタンドオフ距離を可能にし、したがって切開精度および／または効率を向上させる。
【００３８】
この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許され得る範囲は、請求項によって定義され、当業者が想到す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が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を含む場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
【符号の説明】
【００３９】
１０  翼形部
１２  外面
１４  正圧側面
１６  負圧側面
１８  内部キャビティ
２０  冷却媒体
２２  翼幅
２４  根元部
２６  先端部
２８  前縁
３０  後縁
３２  開口部
３４  開口部
３６  流路、冷却孔
３８  断熱コーティング
１００  システム
１０２  液体ジェット導波レーザ
１０４  レーザ
１０６  非合焦レーザビーム
１０８  流体カラム
１１０  閉じ込められたレーザビーム
１１２  内面、内部キャビティ
１１４  パージ媒体供給
１１６  パージ媒体
１１８  パージ媒体カラム
１２０  コントローラ
１２２  プロセッサ
１２４  メモリ
１２６  多軸アクチュエータ
１２８  第１のスタンドオフ距離
１３０  ノズル本体
１３２  切頭円錐形の先端部
１３４  端部
１３６  レーザ通路
１３８  開口部
１４０  端面
１４２  中心線
１４４  流体チャンバ
１４６  流体回路
１４８  アシストガス流路
１５０  アシストガス
１５２  外面
２００  方法、座標
２０２  第１の流路
２０４  センサ
２０６  座標
２０８  第２のスタンドオフ距離
３００  方法
３０２  ステップ
３０４  ステップ
３０６  ステップ
３０８  ステップ
３１０  ステップ
【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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【外国語明細書】
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