(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品の長手方向軸線（３３）を有し、該部品の長手方向軸線（３３）の両側に位置しかつ該部品の長手方向軸線（３３）に対して第１の角度で配向された第１の対の第１押圧面（４０）と前記部品の長手方向軸線（３３）の両側に位置しかつ該部品の長手方向軸線（３３）に対して第２の角度で配向された第２の対の第２押圧面（４２）とを含む根元表面と、その端部におけるタング（４４）とを有する根元（３６）を含むタービン部品（３０）に用いられる固定治具（６０）であって、
該固定治具（６０）の残りの部分が支持される基台（６２）と、
前記タービン部品（３０）が該部品の長手方向軸線（３３）に平行なクランプ方向（６８）に押し付けられた時に、前記タービン部品（３０）が停止リミットを越えて移動するのを防止するストッパ（６４）と、
第１のクランプアーム（７０）が前記タービン部品（３０）に面する第１クランプ面（７２）を備えて該タービン部品（３０）の前縁側に位置し、また第２のクランプアーム（７４）が前記タービン部品(３０)に面する第２クランプ面（７６）を備えて該タービン部品（３０）の後縁側に位置し、その各々が、そのクランプ面（７２、７６）が前記押圧面の１つに接触していない解放位置とそのクランプ面（７２、７６）が前記押圧面の１つに接触して前記タービン部品（３０）を前記クランプ方向（６８）に前記ストッパ（６４）に対して押し付けるクランプ位置との間で移動可能である、２つのクランプアーム（７０、７４）と、
該クランプアーム（７０、７４）の各々を前記解放位置と前記クランプ位置との間で制御可能に移動させるクランプ力発生装置（８８、９０）と、
を含むことを特徴とする固定治具（６０）。
【請求項２】
前記タービン部品（３０）は、タービンブレード（３２）であることを特徴とする、請求項１に記載の固定治具（６０）。
【請求項３】
前記第１の対の第１押圧面（４０）は、前記ストッパ（６４）に係合し、また前記第２の対の第２押圧面（４２）の各々には、前記それぞれのクランプ面（７２、７６）の１つが接触することを特徴とする、請求項１に記載の固定治具（６０）。
【請求項４】
前記ストッパ（６４）は、肩部（６６）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の固定治具（６０）。
【請求項５】
部品の長手方向軸線（３３）を有し、該部品の長手方向軸線（３３）の両側に位置しかつ該部品の長手方向軸線（３３）に対して鋭角で配向された第１の対の第１押圧面（４０）と前記部品の長手方向軸線（３３）の両側に位置しかつ該部品の長手方向軸線（３３）に対して鈍角で配向された第２の対の第２押圧面（４２）とを含む根元表面と、その端部におけるタング（４４）とを有する根元（３６）を含むガスタービンブレードに用いられる固定治具（６０）であって、
該固定治具（６０）の残りの部分が支持される基台（６２）と、
前記ガスタービンブレードが、該部品の長手方向軸線（３３）に平行であり前記根元（３６）から翼形部に向かう方向であるクランプ方向（６８）に押し付けられた時に、それぞれの前記第１の対の第１押圧面に係合して前記タービンブレードが停止リミットを越えて移動するのを防止する一対のストッパ肩部と、
第１のクランプアーム（７０）が、前記タービンブレードに面する第１クランプ面（７２）を備えて該タービンブレードの前縁側に位置し、また第２のクランプアーム（７４）が、前記タービンブレードに面する第２クランプ面（７６）を備えて該タービンブレードの後縁側に位置し、その各々が、そのクランプ面（７２、７６）が前記第２の対の第２押圧面（４２）の１つに接触していない解放位置とそのクランプ面（７２、７６）が前記第２の対の第２押圧面（４２）の１つに接触して前記タービンブレードを前記クランプ方向（６８）に前記一対のストッパ肩部に対して押し付けるクランプ位置との間で枢動可能である、２つの枢動可能なクランプアーム（７０、７４）と、
その１つが前記クランプアーム（７０、７４）の各々を前記解放位置と前記クランプ位置との間で制御可能に移動させる一対の液圧シリンダ（９２、９４）と、
を含むことを特徴とする固定治具（６０）。
【請求項６】
各クランプ面（７２、７６）は、前記クランプアーム（７０、７４）が前記クランプ位置にある時に前記クランプ面（７２、７６）が接触する前記第２押圧面の部分に適合するような形状にされていることを特徴とする、請求項５に記載の固定治具（６０）。
【請求項７】
タービン部品（３０）を形状加工する方法であって、
部品の長手方向軸線（３３）を有し、該部品の長手方向軸線（３３）の両側に位置しかつ該部品の長手方向軸線（３３）に対して鋭角で配向された第１の対の第１押圧面（４０）と前記部品の長手方向軸線（３３）の両側に位置しかつ該部品の長手方向軸線（３３）に対して鈍角で配向された第２の対の第２押圧面（４２）とを含む根元表面と、その端部におけるタング（４４）とを有する根元（３６）を含むタービン部品（３０）を準備する段階と、
その残りの部分が支持される基台（６２）と、
前記タービン部品（３０）が該部品の長手方向軸線（３３）に平行なクランプ方向（６８）に押し付けられた時に、前記タービン部品（３０）が停止リミットを越えて移動するのを防止するストッパ（６４）と、
第１のクランプアーム（７０）が、前記タービン部品（３０）に面する第１クランプ面（７２）を備えて該タービン部品（３０）の前縁側に位置し、また第２のクランプアーム（７４）が、前記タービン部品(３０)に面する第２クランプ面（７６）を備えて該タービン部品（３０）の後縁側に位置し、その各々が、そのクランプ面（７２、７６）が前記押圧面の１つに接触していない解放位置とそのクランプ面（７２、７６）が前記押圧面の１つに接触して前記タービン部品（３０）を前記クランプ方向（６８）に前記ストッパ（６４）に対して押し付けるクランプ位置との間で移動可能である、２つのクランプアーム（７０、７４）と、
該クランプアーム（７０、７４）の各々を前記解放位置と前記クランプ位置との間で制御可能に移動させるクランプ力発生装置（８８、９０）と、
を含む固定治具（６０）を準備する段階と、
前記タービン部品（３０）を前記固定治具（６０）にクランプする段階と、
その後に、前記タービン部品（３０）が前記固定治具（６０）にクランプされた状態で、該タービン部品（３０）の前記根元（３６）を形状加工する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記形状加工する段階は、
前記タービン部品（３０）の前記根元（３６）を研削する段階、
を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記形状加工する段階は、
前記タービン部品（３０）の前記タング（４４）を形状加工する段階、
を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記クランプする段階は、
前記一対の押圧面の１つを前記ストッパ（６４）に対して係合させる段階、
を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン部品を支持するように固定することに関し、より具体的には、ガスタービン部品を固定治具にクランプし該ガスタービン部品の根元を形状加工することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最も一般的に実施される方法においては、ガスタービンエンジン用のタービンブレードは、ほぼ最終形状に鋳造される。次いで、もしあれば、根元及びシュラウドのようなタービンブレードの部分は、研削のような技術により最終的な所望の形態に形状加工される。その後、タービンブレードは、保護コーティングを施すこと又は他の方法により処理される。
【０００３】
仕上がったタービンブレードは、各タービンブレードの根元の「ダブテール」構成をタービンディスク上のそれぞれ適合するような形状にされたスロットに嵌合させて、タービンディスク又はホイールに組み込まれる。次に、タービンディスクは、ガスタービンエンジン内のシャフト上に支持される。タービンブレードは、タービンディスク内において高い精度で確定された位置及び角度配向を有していなければならない。少しでも位置決め不良及び配向不良があれば、実用運転中にタービンディスクが回転すると、空気力学的な効率不良やタービンディスク及びタービンブレード内の許容できない振動発生を招く。
【０００４】
タービンディスク上のスロットに嵌合されるのは各タービンブレードの根元であるので、根元は非常に高い精度に形状加工されなければならない。２つの技術が、根元の形状加工においてタービンブレードを正確な位置及び配向に保持するために広く用いられてきた。その技術の１つでは、タービンブレードの翼形部は、低い融点をもつ金属の母材中に鋳込まれ、該母材を用いてタービンブレードをその根元が研削又は他の形状加工のために位置決めされた状態に保持する。この方法は、実用可能ではあるが、根元の形状加工が完了した後に翼形部の表面から低融点の金属をきれいに取り除く必要がある。翼形部の表面を注意深く清浄化した後に金属が微量でも残っていれば、その後コーティングを施すのに悪影響を及ぼす可能性がある。タービンブレードを保持するために、機械的な固定具すなわち冶具が開発されてきた。これらの固定治具は、低融点の金属を用いることを避けるが、該固定治具は、根元の位置決め不良を生じるか又は各根元が同一に形状加工されるようにタービンブレードを十分に繰り返し可能にかつしっかりと保持しないので、完全には満足できるものではなかった。
【特許文献１】
米国特許第５２２２４２１号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
タービンブレードの根元及び他のガスタービン部品を形状加工することに対する改良された方法の必要性がある。本発明は、この必要性を満たし、かつ更に関連する利点を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、タービンブレード、圧縮機ブレード、又は一部の形式のベーンのようなガスタービン部品を、該ガスタービン部品を形状加工するために特定の固定位置に保持するための固定治具を提供し、また形状加工を行うための方法を提供する。この方法は、その完全な除去が難しい熔融金属を使用しない。固定治具は、前もって高い精度に確立されたガスタービン部品の形状部分を用いてガスタービン部品を保持する。この方法は、汚染がなくまた操作員の技術に依存することを最小にして、各ガスタービン部品が高い精度で、迅速に、かつ再現可能に加工されることを可能にする。
【０００７】
部品の長手方向軸線を有するタービンブレードのようなガスタービン部品をクランプするための固定治具が、提供される。タービン部品は、部品の長手方向軸線の両側に位置しかつ該部品の長手方向軸線に対して第１の角度、好ましくは鋭角で配向された第１の対の第１押圧面と部品の長手方向軸線の両側に位置しかつ該部品の長手方向軸線に対して第２の角度、好ましくは鈍角で配向された第２の対の第２押圧面とを含む根元表面と、根元の端部におけるタングとを有する根元を含む。固定治具は、該固定治具の残りの部分が支持される基台と、ガスタービン部品が該部品の長手方向軸線に平行なクランプ方向に押し付けられた時に、ガスタービン部品が停止リミットを越えて移動するのを防止するストッパとを含む。固定治具は更に、第１のクランプアームが、ガスタービン部品に面する第１クランプ面を備えて該ガスタービン部品の前縁側に位置し、また第２のクランプアームが、ガスタービン部品に面する第２クランプ面を備えて該ガスタービン部品の後縁側に位置する２つのクランプアームを含む。各クランプアームは、そのクランプ面が押圧面の１つに接触していない解放位置とそのクランプ面が押圧面の１つに接触してガスタービン部品をクランプ方向にストッパに対して押し付けるクランプ位置との間で、好ましくは枢動運動により移動可能である。クランプ力発生装置、好ましくは液圧シリンダが、クランプアームの各々を解放位置とクランプ位置との間で制御可能に移動させる。
【０００８】
第１の対の第１押圧面は、ストッパに係合し、また第２の対の第２押圧面には、それぞれのクランプ面が接触することが好ましい。ストッパは、肩部の形態であることが望ましい。各クランプ面は、クランプアームがクランプ位置にある時にクランプ面が接触する押圧面に適合するような形状にされることができる。
【０００９】
ガスタービン部品を形状加工するための方法は、上述のようなガスタービン部品と上述のようなその基本的又は修正された形態の固定治具とを準備する段階を含む。ガスタービン部品は、固定治具にクランプされ、その後ガスタービン部品が固定治具にクランプされている状態で、ガスタービン部品の根元は形状加工される。根元のタング部分は、研削により形状加工されるのが好ましい。根元の端面もまた、好ましくは研削により形状加工されることができる。
【００１０】
本方法は、溶融金属を用いることを避け、ガスタービン部品が適当にかつしっかりと位置決めされ、根元、特に根元のタングを形状加工することを保証する簡便な固定方法を提供する。
【００１１】
本発明の他の特徴及び利点は、実施例により本発明の原理を示す添付の図面に関連してなされる、好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、本発明の技術的範囲は、この好ましい実施形態に限定されない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、ガスタービン部品を形状加工する方法を示す。ガスタービン部品が、符号２０において準備される。図２は、この場合はタービンブレード３２である、このようなガスタービン部品３０を示す。タービンブレード３２は、任意の使用可能な材料で形成されるが、ニッケル基超合金又はコバルト基超合金のような超合金であることが好ましい。タービンブレード３２は、部品の長手方向軸線３３を有しており、高温の排気ガスの流れがそれに対して向けられる翼形部３４を含む。タービンブレード３２は、翼形部３４から下向きに延びてタービンディスク上の適合するスロットに係合する根元３６によりタービンディスク（図示せず）に取り付けられる。根元３６は、部品の長手方向軸線の両側に位置しかつ該部品の長手方向軸線３３に対して第１の角度、好ましくは鋭角Ａ１で配向された第１の対の第１押圧面を含む根元の側表面３８を有する。根元３６は、部品の長手方向軸線３３の両側に位置しかつ該部品の長手方向軸線３３に対して第２の角度、好ましくは鈍角Ａ２で配向された第２の対の第２押圧面４２を含む。根元は更に、翼形部３４から遠い側の根元３６の端部にタング４４を含む。根元３６はまた、図２のページ紙面の平面から上向きに面した、また該平面から遠ざかる方向に下向きに面した各端面４５を有する。プラットホーム４６が、翼形部３４が根元３６に結合される領域から横方向外向きに延びている。随意的に、多くの内部通路が翼形部３４の内部を貫通して延び、翼形部３４の表面の開口４８で終わる。実用運転時には、冷却空気の流れが、内部通路を通して導かれ開口４８から流出して翼形部３４の温度を低下させる。回転シュラウド５０が、根元３６から遠い側の翼形部の先端に設けられている。翼形部３４は、前縁５２及び後縁５４を有するものとして説明することができる。
【００１３】
ガスタービン部品３０を保持するための固定治具６０が、図１の符号２２において準備される。図３及び図４は、固定治具６０の好ましい形態を示す。図３を見ると、ガスタービン部品３０は全く存在せず、また図４を見ると、ガスタービン部品３０は存在し、固定治具６０により所定位置にクランプされている。固定治具６０は、該固定治具６０の残りの部分が支持される基台６２を含む。ストッパ６４が基台６２に取り付けられる。ストッパ６４は、好ましくは部品の長手方向軸線５２の両側に位置する一対の肩部６６の形態であり、ガスタービン部品３０が部品の長手方向軸線３３に平行なクランプ方向６８に押し付けられた時に、第１の対の第１押圧面４０に係合してガスタービン部品３０が停止リミットを越えて移動するのを防止する。（図示した好ましい事例では、クランプ方向６８は、根元３６から翼形部３４に向かう方向である。クランプ方向６８は、ストッパ及びクランプアームの位置決めを逆にすることによって、翼形部３４から根元３６に向かう方向になるように逆にしてもよい。）
【００１４】
固定治具６０は、２つのクランプアームを含み、これらクランプアームは、それらが面する方向及びおそらくはクランプ面の形状を除いて構造が同じである。クランプアームは、基台６２に直接支持されるか、又はそれに代えて構造体に支持され、この構造体が次に基台６２に支持されることによって基台に間接的に支持される。第１のクランプアーム７０は、ガスタービン部品３０の前縁５２側に位置する。第１のクランプアーム７０の第１クランプ面７２は、ガスタービン部品３０に面している。第２のクランプアーム７４は、ガスタービン部品３０の後縁５４側に位置する。第２のクランプアーム７４の第２クランプ面７６は、ガスタービン部品３０に面している。
【００１５】
各クランプアーム７０、７４は、そのそれぞれのクランプ面７２、７６が第２の対の第２押圧面４２の１つに接触していない解放位置（図３に示す）と、そのそれぞれのクランプ面７２、７６が第２の対の第２押圧面４２の１つに接触するクランプ位置（図４に示す）との間で移動可能である。各クランプアーム７０、７４はその移動を枢動動作により達成するのが好ましい。この枢動動作は、それぞれのクランプアーム７０、７４と基台６２との間に枢動ピンを設けることにより達成することができる。より具体的には、また図示するように、枢動動作は、クランプアーム７０、７４の各々の長さに沿う中間点に突出部７８を設けることによって達成される。突出部７８は、ストッパ６４を支持するそれぞれの各ストッパ支持体８２上のそれぞれの適合する凹み８０中に嵌合された動軸受によって受けられる。それによってクランプアーム７０、７４は、それぞれのクランプ面７２、７６から遠い側のクランプアーム７０、７４のそれぞれの遠位端８４、８６がそれぞれのストッパ支持体８２に向かって押し付けられる時、枢動動作により移動することが可能になる。
【００１６】
クランプアーム７０、７４が、図３におけるように、それぞれの第２押圧面４２に接触する位置から遠ざかる方向に動かされると、ガスタービン部品３０が固定治具６０内に装填されることができるように隙間が生じる。クランプアーム７０、７４がその後図４のクランプ位置に動かされると、それらは共にガスタービン部品３０をクランプ方向６８に押し付けるので、ガスタービン部品３０はストッパ６４に対してクランプされる。具体的には、図４の例示した好ましい事例では、タービンブレード３２は、それぞれの第２押圧面４２に対するクランプ押圧力により押し下げられるので、第１の対の第１押圧面４０は、ストッパ６４のそれぞれの肩部６６に対して押し付けられる。
【００１７】
各クランプアーム７０、７４には、図３の解放位置とクランプ位置との間で制御可能にそれぞれのクランプアーム７０、７４を移動させるそれぞれのクランプ力発生装置８８、９０が設けられる。各クランプ力発生装置８８、９０は、任意の使用可能な形式にすることができる。クランプ力発生装置８８及び９０の各々は、それぞれのクランプアーム７０、７４を動かすためにそれぞれの遠位端８４、８６に対してタンデム式に作動するそれぞれの液圧（任意の使用可能な液体又は気体媒体で作動するが、大きなクランプ力を得るためには液体媒体が望ましい）シリンダ９２、９４を含むのが好都合である。すなわち、クランプ力発生装置８８及び９０は、両方がそれぞれのクランプアーム７０及び７２を解放位置又はクランプ位置まで移動させるので、ガスタービン部品３０は、前縁５２側及び後縁５４側で対称的にクランプされる。クランプ力発生装置８８及び９０がクランプアーム７０、７４をクランプ位置に押し付けないように作動している時、各クランプアーム７０、７４上の戻し板ばね９６が、それぞれのストッパ支持体８２に対して作用して、クランプアーム７０、７４をそれらの解放位置に戻す。
【００１８】
押圧面４０及び４２は、平坦であるか又はより一般的には異なる曲率で湾曲している。２つの第１押圧面４０は、異なる曲率にすることができ、また２つの第２押圧面４２は異なる曲率にすることができる。ストッパ６４は、クランプアーム７０及び７４がクランプ位置にある時に該ストッパ６４が接触する第１押圧面４０のその部分に適合するような形状にされ、また各クランプ面７２、７６は、それぞれのクランプアーム７０、７４が図４のクランプ位置にある時にそれぞれのクランプ面７２、７６が接触する第２押圧面４２のその部分に適合するような形状にされるのが好ましい。ストッパ６４及びクランプ面７２、７６を根元表面３８の接触部分に適合するような形状にすることは、ガスタービン部品３０が固定治具６０内に滑動することなく、しっかりと、かつ高い精度で位置決めされてクランプされることを保証するのに役立つ。
【００１９】
図１に戻って、ガスタービン部品３０は、クランプアーム７０、７４が解放位置にあり、従ってガスタービン部品３０を挿入するのに十分な隙間及び空間がある時に、固定治具６０内に挿入される。通常の使用では、基台６２は水平平面内にあり、従ってクランプ方向６８はほぼ垂直方向である。ガスタービン部品３０は、その端面４５の１つが基台６２に接触するように固定治具６０内に装填される。ガスタービン部品３０は、初めに肩部６６から懸垂され、次にクランプアーム７０及び７４により所定位置にしっかりとクランプされる。ガスタービン部品３０は、クランプアーム７０、７４を図４のクランプ位置に移動させることによって、符号２４において固定治具６０内にクランプされる。説明した固定治具の場合には、ガスタービン部品３０は、クランプ動作が起こると、容易にかつ自動的に固定治具６０内で自動調心して、ガスタービン部品３０が固定治具６０内に挿入される時の作業者の僅かな量の位置決め不良のあらゆる影響を回避することが見出された。
【００２０】
タング４４及び／又は根元３６の端面を含む根元３６は、符号２６において形状加工される。形状加工する段階２６は、任意の使用可能な方法により達成されるが、クリープ研削機及び研削技術を用いる研削が使用されるのが好ましい。クリープ研削機は、一般的にはパス当たり０．２０インチ（５．０８mm）程度である比較的大きい各パス毎の材料切り込みを行い、また研削工具は、根元３６に対して迅速に動き、一般的には毎分当たり４５インチ（１１４cm）程度である。クリープ研削機により根元３６に伝えられる力、従ってガスタービン部品３０に伝えられる力、及びガスタービン部品３０中に発生させられる可能性がある振動は、比較的大きい。従って、根元３６は、固定治具６０により極めてしっかりとクランプされなければならないし、また本固定治具６０は、ガスタービン部品６０をしっかりと支持する。
【００２１】
図示した固定治具６０を用いてガスタービン部品３０をクランプすることで、部品の長手方向軸線３３の両側に位置する２つの向かい合う対の押圧面４０及び４２の間でクランプ力が発生する。本方法の好ましい実施において、押圧面４０及び４２は、別の固定治具を用いて、要求に合わせてガスタービン部品３０の残りの部分に対して、高い精度に形状加工され、位置決めされ、また配向されるように前もって形状加工されている。高い精度で形状加工された押圧面４０及び４２をタング４４及び／又は端面４５を位置的にかつ角度的に整合させるための基準面として用いることにより、タング４４及び／又は端面４５が根元表面３８に対して高い精度で機械加工されることになる。第１押圧面４０、４２を形状加工し、次にタング４４及び／又は端面４５を形状加工するこの２つの段階により、押圧面、タング、及び端面が互いに高い精度で位置決めされる結果となり、このことは、ガスタービン部品３０をタービンディスクのそのスロット内に保持するために重要であり、また翼形部３４及びシュラウド５０に対して高い精度で位置決めされる結果となり、このことは、翼形部３４をガスタービンエンジンのガス流路内に高い精度で位置決めするために重要である。
【００２２】
本発明の特定の実施形態を例示の目的で詳細に説明してきたが、本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく様々な変形及び改良を行うことができる。特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を実施するための方法の流れブロック図。
【図２】  タービンブレードの正面図。
【図３】  クランプアームが解放位置にありかつタービンブレードが存在しない状態における、その中に研削のためにタービンブレードが保持される固定治具の平面図。
【図４】  クランプアームがクランプ位置にありかつタービンブレードが存在する状態における、その中に研削のためにタービンブレードが保持される固定治具の平面図。
【符号の説明】
３０  タービン部品
３４  翼形部
４０、４２  押圧面
４４  タング
６０  固定治具
６２  基台
６４  ストッパ
６８  クランプ方向
７０、７４  クランプアーム
８８、９０  クランプ力発生装置
【図１】
0004236917.tif 000002
【図２】
0004236917.tif 000003
【図３】
0004236917.tif 000004
【図４】
0004236917.tif 000005