NACHITECHNICALREPORT
Machining

15B4

Vol.

Feb/2008■ 新商品・適用事例紹介
航空機用エンジンのブローチ加工「クリスマスブローチ加工」
マシニング事業
マテリアル

Broaching for Aircraft Engine"Fir Tree Broaching"〈キーワード〉航空機・ジェットエンジン・ブローチ加工・耐熱合金
クリスマスブローチ・摩耗

機械工具事業部／工具製造事業部／ブローチ部

野田
Tetsuo Noda

哲夫

航空機用エンジンのブローチ加工「クリスマスブローチ加工」

要

1. 航空機用エンジンの旨※1

航空機用ジェットエンジン内部でブレード（羽根）を勘合させるとり付け溝の加工にはクリスマスブローチ加工が不可欠の工程である。

ブローチ加工航空機用エンジンの製造における重要工程の一つとしてブローチ加工がある。

クリスマスブローチ加工に要求される形状は、安航空機用ジェットエンジンは、図1に示すように、一さら全上非常に高い仕上げ精度が要求されるうえ、基のエンジンに吸気、圧縮を行なうコンプレッサーディに加工ワークは、Ni基合金を代表とする難削材のスク、燃焼ガスをコンプレッサーの駆動力に変換するターブロー
耐熱合金であり、形状精度を満たすだけでなく、ビンディスクをそれぞれ複数枚備えている。

チ加工表面の状態が重要な品質項目である。
加工特性を考慮した最適な刃具設計、加工条件さらに高精度、高能率加工の要求にの設定により、応えていく。

Abstract
Broaching with X-mas Tree Form Broach is indispensible in the machining of installation grooves
for engagement of blades inside the aircraft engine. High precision is required for finishing theforms of the grooves with X-mas Tree Form
Broach because of safety. In addition, the material of the engine is a heat-resistant Ni-base alloythat is very difficult to cut. Therefore, it is crucial
to satisfy the form precision and the superb surface finish in broaching.
X-mas Tree Form Broach satisfies the broachingrequirements of high precision and high efficiency with the optimal blade design and broachingconditions specific to the broaching characteristics.

図1 ジェットエンジン

さらにこれらを分類すると、吸気側から低圧（LPC）、コンプレッサー、続いてタービンもおよび高圧（HPC）タービンに分けられる。
高圧（HPT）、低圧（LPT）（羽根）を勘合させる取これらのディスクとブレードり付け溝は、図2のようにそれぞれ特徴を持った形※2

コンプレッサーディスクには、ダブテール状をしており、ター（鳩の尾）形状を加工するダブテールブローチ、ビンディスクには、高温高圧下での応力分散に優れたクリスマスツリー形状を加工するクリスマスブローチが用いられている。ブローチ加工により、これらの溝形状を一枚のディスク全周に亘り数十ケ所成形する。
NACHIは、ブローチ盤、ブローチによる機械と工具のセットにてこのジェットエンジンの心臓部の加工をサポートしている。

1

2. クリスマスブローチとその切削方式
1）クリスマスブローチの構成

2）形状精度

ここに示したクリスマスおよびダブテール形状の溝

このクリスマスブローチ加工に要求される形状は、を加工するためには、加工部位ごとに形状の異なる安全上非常に高い仕上げ精度が要求されている。

十数本のブローチを一組として加工する。クリスマス

図3にてＡで示す部位（以下圧力面と呼ぶ）は、ディブローチの切削方式の例を図3に示す。

ブレードの遠心力を受ける面であスクが回転する際、この例での加工は、①〜②番ブローチの溝入れり、溝形状の中で一番重要な部分である。この圧力に始まり、⑩⑪番にてフォームの粗取り加工、⑫番にブロー面の製品公差レンジは、通常十数μｍであり、てハカマ部仕上げ、⑬番にてフォーム部仕上げ、⑭

チ加工時には5μｍ程度のレンジしか許されない。また、番にて溝底を仕上げる事で一溝の加工が完了する。

た、同Ｂに示すブローチ同士のつなぎ部での段差（ミワーク材質、クリスマスブローチの設計に際しては、スムーズな形状を保証しなければスマッチ）はなく、切削長、形状などから最適な刃溝ピッチ、切り込みならない。

さらに使用するブローチ盤の引き抜き荷重、量を決め、この総合形状精度を保証するため、ディスクと同ストローク、ホルダー列数などの設備条件を満たすブロー（図
材料のテストピースを専用ブローチ盤にて試加工しチ形状、長さを検討し、最終的な配列が決定される。

5）、加工形状、工具精度の保証を行なう。

フォーム部仕上げ用ブローチ⑬番の参考例を図4に示す。

（ａ）
ダブテール溝
コンプレッサー側（b）
クリスマス溝タービン側

図4 クリスマスブローチ（仕上げ用）

図2 ダブテール溝とクリスマス溝⑭⑨⑪⑧⑩⑬⑦⑥⑤④③⑫②①

図3 クリスマスブローチ切削方式図

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図5 テストピース加工

2航空機用エンジンのブローチ加工「クリスマスブローチ加工」

3）被削材
航空機用エンジンに使用されるディスクの材質はNi基合金Inconel718を代表とする耐熱合金である。
硫黄快削鋼を100とした各種材料の切削性を、図6に示す。
ブローチ材質には耐摩耗性に優れた高級粉末ハイスを用い加工するが、再研削あたりのディスク加工数は数枚程度で、一般的な鉄系材料に比べ切削性は悪く加工は困難を極める。

図6

耐熱合金の被削性

3. ブローチ摩耗と加工面状態
航空機エンジン用ワーク加工においては、形状精切削長5ｍと35ｍとし、加工後のワーク表面から深さその表面状態が重要な品質度を満たすだけでなく、方向の硬さを比較したグラフを、図7に示す。切削面項目である。加工面の粗さ、ムシレなどのサーフェスは表面から0.1ｍｍまで硬度の上昇が見られる。また（Surface Texture）、表層部の変質層、テクスチャ

35ｍ加工後では、硬度がより大きく上昇している。こ（Surface塑性変形等のサーフェス インテグリティ

れはブローチ加工表面（図8）における結晶粒の変Integrity）が工具寿命判定のポイントである。

質に伴い、表面硬度の上昇を起こしていることを示※3※4

工具刃先の摩耗は、表面状態に大きな影響を与している。

えるInconel706を切削速度7ｍ/min、切込み60μm、

図7

表面硬さ比較

図8 ブローチ加工面（組織写真）

34. 切りくず処理とブローチ形状
3）ブローチ最適形状

1）切りくず処理
工具刃先の摩耗は、切りくずの形状にも影響をブローチ設計時、図12に示すような応力解析等与える。Inconel718の新品時と5m切削後の切りくを行ない、信頼性の高い工具の設計、作り込みを行ず形状を、図9に示す。刃先が摩耗した状態の切りなっている。

このような切りくずは刃溝ポケットくずはカールせず、図12Ａ部に示すブローチ刃溝頂部は、切削負荷に突っ張るように張付き（図10）、ブラシでは容易にによる応力集中が起きやすく、強度不足によるブロー除去できなくなるため注意が必要となる。

チ破損を引き起こす可能性の高い部分である。

2）切りくずの分断
クリスマスブローチの仕上げフォームは複雑であり、これを図11（a）のようにそのままの形状で切削すると、このように刃溝深さ、及び刃溝により形成されるエッジの設計を最適化し、応力集中の回避を図ることで、新品時はもちろん再研削時も使い勝手の良い工具となっている。

幅の広い総形の切りくずが発生する。このような切りくずは刃溝ポケット内でカールせず、加工面がむしれたり、切りくず詰まりの原因となる。よって仕上げブローチにおいては、図11（ b）のようなジグザグ切削と呼ばれる切削方式をとっている。
この方式では、仕上げ形状の歯形と、それと異なる形状の粗歯形を組み合わせて、ブローチ切れ刃を構成する。切削中、切りくずは図11（b）に示すように分断され、良好な切りくず排出性が得られる。
（b）
ジグザグ切削方式（ａ）総形切削方式

図11 ジグザグ切削方式

応力集中の回避

図9

図10

切りくず形状

刃溝ポケットに張付いた切りくず

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図12

頂部刃溝の設計

4

航空機用エンジンのブローチ加工「クリスマスブローチ加工」

5. クリスマスブローチ加工事例
1）ガスタービンへの展開
航空機用エンジンディスクのブローチ加工分野で蓄積したノウハウを用い、同様な形状加工を行なう
発電機用ガスタービンエンジンのクリスマスブローチ加工も行なっている。航空機用エンジンとガスタービ（図13）、ブローチ加工
ンは兄弟のようなものでありガスタービンは加工部位がの形状は同じであるが、図13 ガスタービン発電機ブローチも1セットあたり50本程大型（図14）であり、度とセット本数も数倍と多い。ワーク材質は主に耐熱鋼が用いられており、切削性は航空機用エンジンより良好である。

コンプレッサー

タービン

7〜15

7〜20

航空機

30〜80
30〜70

ガスタービン
発電器

図14

5

航空機エンジンとガスタービン発電機の形状比較（mm）

2）ブローチ盤

縦型では1台で左右のねじれに対応することが可を
ブローチ加工には専用の加工機（ブローチ盤）

さらに図17のように複数列にブローチをと能であり、用いる。NACHIクリスマスブローチ盤は縦型シリーり付け、ブローチ盤のコンパクト化を図ることができる。

ズと横型シリーズを展開している。代表的な縦型クリ

NACHIではお客様の加工ワーク、工場設備など

および横型
スマスブローチ盤SV−20−23Mを図15、の条件に合わせた最適なブローチ加工システムをブローチ盤NSL−35−S61MNCを図16に示す。水

提供している。

平方向に引き抜く横型ブローチ盤は引き抜きストロー
クが長く大型ディスクの加工に対応可能である。

SV-20-23M

図17 クリスマスブローチ盤ワーク取付部

図15 クリスマスブローチ盤

図16

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横型クリスマスブローチ盤

66.地球環境問題の解決に、高効率ガスタービンエンジン
ガスタービンは、エネルギー効率が高く、発電所の危機から脱却し、アジア、中近東向けの大型発電機

発電設備、船舶等の動力さらには航空機のジェット需要から、一般事業所向けの自家発電用まで幅広エンジンとして活用されている。また、高効率ガスター

く需要が見込まれている。

ビンエンジンは、NO XやCO 2などの排出物が少なく、これらのジェットエンジン、ガスタービンの生産にお近年一層顕在化してきている地球規模の環境問題

クリスマスブローチの供給メーカーは世界で10いて、の解決に対して、エネルギーの有効利用と環境負社に満たない。

荷の低減の要請にこたえ、航空機用や産業用などNACHIは、ブローチ盤・工具の改良をさらにすす多くの分野で地球温暖化防止に大きく貢献している。

めると共に、マシナリー、制御、材料部門などとのシナ新機種への高効率ジェッ
欧米の航空機メーカーは、より信頼性の高い高能率な加ジー効果を発揮し、トエンジンの採用を決め、大きく需要が拡大している。

工システムを、世界市場に展開していく。

ガスタービン発電機は、2001年の世界的電力
また、用語解説

参考文献※1 ブレード
クリスマス、およびダブテール溝によりディスク外周に植え込まれる羽根状の部品であり、コンプレッサーでは吸入した空気を圧縮し、タービンでは燃焼室からの排気を受けエンジンを回転させる機能を持つ。

1）西 良正：「航空用ジェットエンジン部品加工から見た諸問題」、
日本機械学会誌、第85巻、第761号（1982.4）※2 ダブテール
溝形状が「鳩の尾」（dove tail）に似ていることに由来し、主にジェットエンジンのコンプレッサーディスクに用いられる形状。

2）西 良正：「航空機用エンジン部品の加工」、生産財マーケティング（1981.3）
3）「ガスタービンと過給機生産統計」日本ガスタービン学会誌、
Vol.34、No.4（2006.7）
4）「民間航空機関連データ集」、財団法人 日本航空機開発協会※3 サーフェス テクスチャ
加工面粗さ、きず、むしれなど、応力集中につながる最表面部の性状評価を示す。
※4 サーフェス インテグリティ
引張残留応力につながる表層部の組織変化、塑性変形を発生させない加工状態の評価であり、材料品位の完全性を示す。

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February / 2008〈発行〉 2008年2月20日
株式会社 不二越 開発本部 開発企画部
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