(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状のディスクを回転しつつディスクを中心側から冷却した状態において、ディスクの外周端面に接近した第１の誘導加熱器によりディスクを外周端面側から加熱すると共に、ディスクの外周端面から所要の間隔を隔てた内側位置にてディスクの両面に接近した第２の誘導加熱器によりディスクの内側位置を加熱するように、第１の誘導加熱器及び第２の誘導加熱器に対して同一方向に電流を流して、第２の誘導加熱器による加熱位置とディスクの外周端面との間の周縁部に均一加熱部を形成することを特徴とするディスクの部分加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジェットエンジンのタービンディスクのような円盤状のディスクの部分加熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６はジェットエンジンのタービンディスクの概略例を示している。円盤状を有しているディスク１の中心部には、軸２が貫通する軸孔３が形成されており、また周縁部にはタービンブレード４を固定するための固定溝５が形成されており、上記ディスク１は鍛造によって成形するようにしている。
【０００３】
上記ディスク１におけるタービンブレード４が固定される周縁部Ａには、クリープ強度が要求され、また、周縁部Ａより内側の内周部Ｂには、繰返し作用する遠心力及び剪断荷重に対する疲労強度が要求される。このため、図６のように鍛造されたディスク１を、加熱工程において、上記性能を維持するための加熱処理を実施している。
【０００４】
図７は従来のディスク１の誘導加熱装置の一例を示したもので、ディスク１を軸２を中心に回転しつつディスク１を軸２を介して中心側から冷却し、一方、ディスク１の周縁部Ａの幅をカバーして加熱できる大きさの主の誘導加熱器６，６を周縁部Ａに対向するように両側に配置し、且つディスク１の外周端面１ａに対向するように外周誘導加熱器７を配置し、更に主の誘導加熱器６の内側位置に補助の誘導加熱器８を配置している。
【０００５】
図中、○に×は紙面の表面から裏面に向かって流れる電流の向きを示し、○に黒丸●は紙面の裏面から表面に向かって流れる電流の向きを示している。
【０００６】
上記主の誘導加熱器６、外周誘導加熱器７、及び補助の誘導加熱器８を作動して、ディスク１の周縁部Ａのみを高温で均一に加熱し、周縁部Ａの金属の粒径が一定になるように制御することによって、周縁部Ａに耐クリープ強度を保持させるようにする。
【０００７】
このとき、ディスク１の内周部Ｂには、鍛造時のままの金属の粒径を保持させて疲労強度を保持させるようにしており、このために、内周側からの冷却操作と合わせて、周縁部Ａの熱が内周部Ｂに伝熱されないように温度を調節することによって、周縁部Ａと内周部Ｂとの間に急激な温度勾配を形成させ保持させて、耐疲労強度を保持させる内周部Ｂの幅を大きくとる必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図７に示したような従来のディスクの加熱装置においては、周縁部Ａをカバーするようにした主の誘導加熱器６と補助の誘導加熱器８によって加熱するようにしており、しかもディスク１を挟んで配置されている主の誘導加熱器６と補助の誘導加熱器８の一方と他方とで、電流の向きを変えているために、図８のようにディスク１に対して広範な磁束密度ベクトルの分布が作用している。図８に示す数値の単位はＴ（テスラ）である。
【０００９】
従って、図９に示すように、発熱密度は主の誘導加熱器６と補助の誘導加熱器８に対応するように広範囲にわたって高く保持されている。図９に示す数値の単位はワット／ｍ3である。
【００１０】
このために、図１０に示すような熱流束ベクトルの分布となる。図１０に示す数値の単位はワット／ｍ2 である。
【００１１】
即ち、図１０に示すように、周縁部Ａの熱流束ベクトルは比較的大きな値を示しており、よって周縁部Ａには熱の移動があって温度が均一でないことを示している。
【００１２】
更に、周縁部Ａから内周部Ｂにかけて熱流束ベクトルがなだらかに大きくなっており、よって周縁部Ａから内周部Ｂに向かって全体的に熱が移動していて、この部分での温度の勾配は小さいことがわかる。
【００１３】
図５は、ディスク１の半径方向の温度の分布を示している。図７に示した従来装置では、図５中破線で示すように、周縁部Ａから内周部Ｂに向かう温度勾配が緩やかな状態となっており、よって内周部Ｂの耐疲労強度を保持するために、ある温度以上には加熱しない部分の幅Ｌ1が小さくなってしまい、よって充分な内周部Ｂを確保できないという問題がある。
【００１４】
更に、周縁部Ａが一定温度に加熱され難く、外周端面１ａに向かって温度が降下する（ダレる）現象が生じ、このために周縁部Ａの金属の粒径を一定に維持できないという問題がある。
【００１５】
また、内周部Ｂの加熱されない幅Ｌ1を広く確保しようとして、内周側からの冷却の能力を高めるように調節した場合には、温度勾配は変化せずに、図５の破線の状態から二点鎖線で示すように単に平行移動した状態になるのみであり、よって二点鎖線のように調節した場合には、周縁部Ａにおける一定の高温に加熱できる幅Ｓ1が狭くなってしまうという問題がある。
【００１６】
本発明は、かかる従来の問題点を解決すべくなしたもので、ディスクの周縁部を任意の幅で均一温度に加熱でき、しかも周縁部と内周部との間に急峻な温度勾配を形成できるようにしたディスクの部分加熱方法を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円盤状のディスクを回転しつつディスクを中心側から冷却した状態において、ディスクの外周端面に接近した第１の誘導加熱器によりディスクを外周端面側から加熱すると共に、ディスクの外周端面から所要の間隔を隔てた内側位置にてディスクの両面に接近した第２の誘導加熱器によりディスクの内側位置を加熱するように、第１の誘導加熱器及び第２の誘導加熱器に対して同一方向に電流を流して、第２の誘導加熱器による加熱位置とディスクの外周端面との間の周縁部に均一加熱部を形成することを特徴とするディスクの部分加熱方法、に係るものである。
【００１９】
本発明によれば、ディスクの外周端面に接近した第１の誘導加熱器によりディスクを外周端面側から加熱すると共に、ディスクの外周端面から所要の間隔を隔てた内側位置にてディスクの両面に接近した第２の誘導加熱器によりディスクの内側位置を加熱するようにしているので、周縁部と内周部との間の温度勾配が急峻になるようにディスクを内周側から冷却しても、周縁部を広い幅で安定した高い均一温度に保持することができ、同時に耐疲労強度を保持する必要がある加熱しない内周部の幅も大きく確保できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の部分加熱方法を実施する装置の形態例を示したものであり、図中、図７と同一の構成部分には同一の符号を付すことにより説明を省略し、本発明の特徴部分についてのみ以下に詳述する。
【００２２】
図１に示すように、鍛造にて形成された円盤状のディスク１を、軸２を中心に回転し、且つディスク１は軸２を介して中心側から冷却するようにしている。
【００２３】
上記ディスク１の外周端面１ａに接近する位置に、ディスク１を外周端面１ａ側から加熱する第１の誘導加熱器９を設ける。
【００２４】
一方、ディスク１の外周端面１ａから所要の間隔、即ち均一加熱すべき周縁部Ａの幅を隔てた内側位置には、ディスク１の両面に接近してディスク１を周縁部Ａより内側位置で加熱する第２の誘導加熱器１０，１０を設ける。
【００２５】
上記第１の誘導加熱器９及び第２の誘導加熱器１０，１０は、すべての電流の向きが紙面の表面から裏面に向かって流れるようにしている。
【００２６】
以下に、上記形態例の作用を説明する。
【００２７】
円盤状のディスク１を回転しつつディスク１を軸２を介して中心側から冷却した状態において、ディスク１の外周端面１ａに接近した第１の誘導加熱器９によりディスク１を外周端面１ａ側から加熱する。
【００２８】
同時に、ディスク１の外周端面１ａから均一加熱を行う周縁部Ａの幅を隔てた内側位置にて、第２の誘導加熱器１０，１０によりディスク１を加熱する。
【００２９】
上記したように、第２の誘導加熱器１０，１０は、ディスク１の周縁部Ａより内側の位置を加熱するようにしており、しかも、第１の誘導加熱器９及び第２の誘導加熱器１０，１０に対して電流の向きをすべて同じ方向、即ち紙面の表面から裏面に向かって流すようにしているので、図２に示すような磁束密度ベクトルの分布となる。
【００３０】
このために、図３に示すように発熱密度の分布が周縁部Ａのすぐ内側位置に集中するようになり、しかも周縁部Ａの発熱密度が略均一な状態になり、よって、図４に示すような熱流束ベクトルの分布となる。
【００３１】
即ち、図４に示すように、周縁部Ａでの熱流束ベクトルは非常に小さく、よって周縁部Ａでは熱の移動が殆どなく、温度が一定に保たれていることがわかる。
【００３２】
また、周縁部Ａから少し内側の位置では、従来装置の図１０に比べて、熱流束ベクトルが狭い範囲で急激に変化しており、よってこの部分での温度勾配が大きいことがわかる。
【００３３】
このため、図１の装置では、図５に実線で示すように、周縁部Ａと内周部Ｂとの間の温度勾配が急峻になり、よって内周部Ｂの耐疲労強度を保持するために、ある温度以上には加熱しないようにする幅Ｌ2を大きく保持することができる。
【００３４】
更に、周縁部Ａの幅全体を一定の温度で加熱することができ、よって従来装置の破線や二点鎖線で示すように外周端面１ａに向かって温度が降下する（ダレる）現象を生じるようなことがない。
【００３５】
このように、周縁部Ａの温度を一定に保持できることにより、周縁部Ａの金属の粒径を一定に維持することができる。
【００３６】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、タービンディスク以外のディスクの部分加熱にも適用できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、ディスクの外周端面に接近した第１の誘導加熱器によりディスクを外周端面側から加熱すると共に、ディスクの外周端面から所要の間隔を隔てた内側位置にてディスクの両面に接近した第２の誘導加熱器によりディスクの内側位置を加熱するようにしているので、周縁部と内周部との間の温度勾配が急峻になるようにディスクを内周側から冷却しても、周縁部を広い幅で安定した高い均一温度に保持することができ、同時に耐疲労強度を保持する必要がある加熱しない内周部の幅も大きく確保できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の部分加熱方法を実施する装置の形態例を示す切断側面図である。
【図２】図１の装置における磁束密度ベクトルの分布図である。
【図３】図１の装置における発熱密度の分布図である。
【図４】図１の装置における熱流束ベクトルの分布図である。
【図５】本発明と従来装置におけるディスクの半径方向距離での温度を比較して示した線図である。
【図６】ディスクの一例を示す斜視図である。
【図７】従来の誘導加熱装置の一例を示す切断側面図である。
【図８】図７の装置における磁束密度ベクトルの分布図である。
【図９】図７の装置における発熱密度の分布図である。
【図１０】図７の装置における熱流束ベクトルの分布図である。
【符号の説明】
１  ディスク
１ａ  外周端面
９  第１の誘導加熱器
１０  第２の誘導加熱器
Ａ  周縁部
【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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