JP5510137B2

JP5510137B2 - 修理方法及び一体型翼車

Info

Publication number: JP5510137B2
Application number: JP2010156878A
Authority: JP
Inventors: 孝彦菅野; 元若林
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: JP2012017720A

Description

本発明は、一体型翼車（ブリスク）の動翼を修理する修理方法等に関する。

近年、航空機エンジンの分野においては、機械的強度及び軽量性の向上を図るために、ディスクと動翼を一体型構造にした一体型翼車（ブリスク）が圧縮機又はタービンのロータとして適用されるようになっている。それに伴い、一体型翼車の動翼の修理に関しても種々の開発がなされており、本願の出願人も一体型翼車の動翼を修理する修理方法について開発して出願し、その出願内容も公開されている（特許文献１参照）。そして、その先行技術に係る修理方法について簡単に説明すると、次のようになる。

まず、動翼の根本部（翼根部）を残しつつ、動翼に生じた欠陥（損傷部）を除去する。そして、根本部の翼面形状に対応する支持面を有した複数のサポート部材を用い、ティグ溶接等により複数のサポート部材同士を一体的に結合させると共に、ティグ溶接等により複数のサポート部材からなるサポートユニットを一体型翼車のディスクに一体的に結合させる。これにより、複数のサポート部材の支持面により根本部を包囲した状態で支持することができる。

続いて、基端面が根本部の先端面と同じ大きさの補修翼を用い、根本部の先端面及びサポートユニットの頂面を同一面（同一平面）上に位置させた状態で、摩擦接合により補修翼の基端面を根本部の先端面に接合させる。これにより、補修翼と根本部とサポートユニットとからなる接合体を形成することができる。

最後に、機械加工によって接合体からポートユニットを除去して、接合体を動翼の元の形状に仕上げる。これにより、一体型翼車を元の状態に復元することができる。

特開２００９−３９７４６号公報

ところで、摩擦接合により補修翼の基端面を根本部の先端面に高精度に接合させて、動翼の修理精度の向上を図るには、ティグ溶接等による溶接部（溶接領域）を十分に確保して、摩擦接合中において、複数のサポート部材の支持面より根本部の翼面を強固に支持する必要がある。一方、ティグ溶接等による溶接部を大きくすると、溶接時における熱伝導によって根本部の金属組織が変化して、根本部の機械的強度の低下を招くおそれがある。つまり、根本部の機械的強度を維持しつつ、摩擦接合により補修翼の基端面を根本部の先端面に高精度に接合させて、動翼の修理精度を向上させることは容易でないという問題がある。

なお、前述の問題は、一体型翼車の動翼の修理だけでなく、一体型翼車の動翼を含む、金属部品における部品ベースから突出した突出部材の修理についても生じるものである。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の修理方法等を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴（本願の請求項１又は請求項２に係る発明の特徴）は、一体型翼車（金属部品の１つ）の動翼を修理する修理方法において、前記動翼の根本部（翼根部）を残しつつ、前記動翼に生じた欠陥（損傷部）を除去する欠陥除去工程（損傷部除去工程）と、前記欠陥除去工程の終了後に、前記根本部の翼面形状（側面形状の１つ）に対応する支持面を有した複数のサポート部材を用い、結合ネジの締め付けによって複数の前記サポート部材同士を一体的に結合させ、かつサブ結合ネジの締め付けによって複数の前記サポート部材からなるサポートユニットを前記一体型翼車のディスクに一体的に結合させることにより、複数の前記サポート部材の前記支持面により前記根本部の翼面を包囲した状態で支持するサポート工程と、前記サポート工程の終了後に、基端面が前記根本部の先端面よりも大きくなるように余肉（余肉部）を有した補修翼（補修部品の１つ）を用い、前記根本部の先端面及び前記サポートユニットの頂面を同一面上に位置させた状態で、摩擦接合により前記補修翼の基端面を前記根本部の先端面及び前記サポートユニットの頂面に接合させることにより、前記補修翼と前記根本部と前記サポートユニットとからなる接合体を形成する摩擦接合工程と、前記摩擦接合工程の終了後に、前記接合体から前記サポートユニット及び前記補修翼の前記余肉を除去して、前記接合体を前記動翼の元の形状に仕上げることにより、前記一体型翼車を元の状態に復元する仕上げ工程と、を具備したことを要旨とする。

第１の特徴によると、基端面が前記根本部の先端面よりも大きくなるように前記余肉を有した前記補修翼を用い、摩擦接合により前記補修翼の基端面を前記根本部の先端面だけでなく、前記サポートユニットの頂面に接合させているため、摩擦接合中において、前記補修翼の基端面と前記ディスクの外周面との協働により前記根本部だけでなく、前記サポートユニット（複数の前記サポート部材）を挟持することになる。これにより、ティグ溶接等の溶接法によることなく、前記結合ネジ及び前記サブ結合ネジを締め付けるだけで、摩擦接合中（摩擦接合工程中）において、複数の前記サポート部材の支持面より前記根本部の翼面を強固に支持することができる。

本発明の第２の特徴（本願の請求項３に係る発明の特徴）は、航空機エンジンに用いられ、ディスクと、前記ディスクの外周面に等間隔に一体形成された複数の動翼とを備えた一体型翼車（ブリスク）において、少なくともいずれかの前記動翼は、第１の特徴からなる修理方法に基づいて修理されたものであることを要旨とする。

本発明の第３の特徴（本願の請求項４又は請求項５に係る発明の特徴）は、金属部品における部品ベースから突出した突出部材を修理する修理方法において、前記突出部材の根本部を残しつつ、前記突出部材に生じた欠陥（損傷部）を除去する欠陥除去工程（損傷部除去工程）と、前記欠陥除去工程の終了後に、前記根本部の側面形状に対応する支持面を有した複数のサポート部材を用い、結合ネジの締め付けによって複数の前記サポート部材同士を一体的に結合させ、かつサブ結合ネジの締め付けによって複数の前記サポート部材からなるサポートユニットを前記部品ベースに一体的に結合させることにより、複数の前記サポート部材の前記支持面により前記根本部の側面を包囲した状態で支持するサポート工程と、前記サポート工程の終了後に、基端面が前記根本部の先端面よりも大きくなるように余肉（余肉部）を有した補修部品を用い、前記根本部の先端面及び前記サポートユニットの頂面を同一面上に位置させた状態で、摩擦接合により前記補修部品の基端面を前記根本部の先端面及び前記サポートユニットの頂面に接合させることにより、前記補修部品と前記根本部と前記サポートユニットとからなる接合体を形成する摩擦接合工程と、前記摩擦接合工程の終了後に、前記接合体から前記サポートユニット及び前記補修部品の前記余肉を除去して、前記接合体を前記突出部材の元の形状に仕上げることにより、前記金属部品を元の状態に復元する仕上げ工程と、を具備したことを要旨とする。

なお、「金属部品」とは、一体型翼車を含む意であって、「ベース部品」とは、一体型翼車のディスクを含む意であって、「突出部材」とは、一体型翼車の動翼の含む意である。

第３の特徴によると、基端面が前記根本部の先端面よりも大きくなるように前記余肉を有した前記補修部品を用い、摩擦接合により前記補修部品の基端面を前記根本部の先端面だけでなく、前記サポートユニットの頂面に接合させているため、摩擦接合中に、前記補修部品の基端面と前記ディスクの外周面との協働により前記根本部だけでなく、前記サポートユニット（複数の前記サポート部材）を挟持することになる。これにより、ティグ溶接等の溶接法によることなく、前記結合ネジ及び前記サブ結合ネジを締め付けるだけで、摩擦接合中（摩擦接合工程中）において、複数の前記サポート部材の支持面より前記根本部の側面を強固に支持することができる。

本願の請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の発明によれば、ティグ溶接等の溶接法によることなく、前記結合ネジ及び前記サブ結合ネジを締め付けるだけで、摩擦接合中において、複数の前記サポート部材の支持面より前記根本部の翼面を強固に支持することができるため、前記根本部の機械的強度を維持しつつ、摩擦接合により前記補修翼の基端面を前記根本部の先端面に高精度に接合させて、前記動翼の修理精度を十分に向上させることができる。

本願の請求項４又は請求項５に記載の発明によれば、ティグ溶接等の溶接法によることなく、前記結合ネジ及び前記サブ結合ネジを締め付けるだけで、摩擦接合中において、複数の前記サポート部材の支持面より前記根本部の側面を強固に支持することができるため、前記根本部の機械的強度を維持しつつ、摩擦接合により前記補修部品の基端面を前記根本部の先端面に高精度に接合させて、前記突出部材の修理精度を十分に向上させることができる。

図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る修理方法に基づいて修理される前の動翼を示す模式的な図、図１（ｂ）は、本発明の実施形態に係る修理方法における欠陥除去工程を説明する模式的な図である。図２は、本発明の実施形態に係る修理方法におけるサポート工程を説明する斜視図である。図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る修理方法におけるサポート工程を説明する模式的な図、図３（ｂ）は、本発明の実施形態に係る修理方法における摩擦接合工程を示す模式的な図である。図４（ａ）は、本発明の実施形態に係る修理方法における摩擦接合工程を説明する模式的な図、図４（ｂ）は、本発明の実施形態に係る修理方法における仕上げ工程を説明する模式的な図である。図５は、本発明の実施形態に係る修理方法に用いられる第１サポート部材と第２サポート部材の斜視図である。図６は、本発明の実施形態に係る修理方法の修理対象である一体型翼車の部分斜視図である。

以下、図１から図６を参照して、本発明の実施形態に係る修理方法の修理対象である一体型翼車、本発明の実施形態に係る修理方法に用いられる第１サポート部材と第２サポート部材、本発明の実施形態に係る修理方法の具体的な内容等について順次説明する。なお、図面中、「ＦＦ」は、前方向を、「ＦＲ」は、後方向をそれぞれ指してある。

図６に示すように、本発明の実施形態に係る修理方法の修理対象である一体型翼車（ブリスク）１は、航空機エンジンの圧縮機又はタービンに用いられるものであって、ニッケル合金又はチタン合金により構成されている。また、一体型翼車１は、円形状のディスク３と、ディスク３の外周面に間隔を置いて一体形成された複数枚の動翼５とからなっている。ここで、各動翼５は、基端側に、根本部（翼根部）７を有している。

続いて、図５を参照して、第１サポート部材９と第２サポート部材１１の具体的な構成について説明する。

図５に示すように、第１サポート部材９は、ステンレス鋼により構成されてあって、根本部７の腹側翼面７ａを支持する第１支持面９ｓを有している。また、第１サポート部材９の両端側には、ディスク３の周縁（前側周縁又は後側周縁）に当接可能な第１突出片１３がそれぞれ形成されている。そして、第１サポート部材９の両端部には、結合ボルト（結合ネジの一例）１５を挿通可能な挿通穴（ボルト穴）１７がそれぞれ形成されており、第１サポート部材９における各挿通穴１７に隣接した位置には、位置決めピン１９を係合可能なピン穴２１が形成されている。

第２サポート部材１１は、ステンレス鋼により構成されてあって、根本部７の背側翼面７ｂを支持する第２支持面１１ｓを有している。また、第２サポート部材１１の両端側には、ディスク３の周縁（前側周縁又は後側周縁）に当接可能な第２突出片２３がそれぞれ形成されている。そして、第２サポート部材１１の両端部には、第１サポート部材９の挿通穴１７に整合可能かつ結合ボルト１５と螺合可能なネジ穴２５がそれぞれ形成されており、第２サポート部材１１における各ネジ穴２５に隣接する位置には、第１サポート部材９のピン穴２１に整合可能かつ位置決めピン１９を係合可能なピン穴２７が形成されている。更に、各第２突出片２３には、サブ結合ボルト（サブ結合ネジの一例）２９と螺合可能なネジ穴３１がそれぞれ形成されている（図２参照）。

続いて、図１から図４を参照して、本発明の実施形態に係る修理方法の具体的な内容について説明する。

本発明の実施形態に係る修理方法は、一体型翼車１の動翼５を修理する修理方法であって、欠陥除去工程（損傷部除去工程）、サポート工程、摩擦接合工程、及び仕上げ工程を具備している。そして、各工程の具体的な内容は、次のようになる。

(i)欠陥除去工程
図１（ａ）（ｂ）に示すように、動翼５の根本部（翼根部）７を残しつつ、動翼５に生じた欠陥（損傷部）Ｄを機械加工によって除去する。なお、残した根本部７は、ディスク３の外周面から所定の長さになっている。

(ii)サポート工程
欠陥除去工程の終了後に、図２及び図３（ａ）に示すように、一方の第１突出片１３をディスク３の前側周縁に当接させ、かつ他方の第１突出片１３をディスク３の後側周縁に当接させるように、第１サポート部材９をディスク３にセットする。また、一方の第２突出片２３をディスク３の前側周縁に当接させ、かつ他方の第２突出片２３をディスク３の後側周縁に当接させるように、第２サポート部材１１をディスク３にセットする。次に、一対の位置決めピン１９を対応関係にある第１サポート部材９のピン穴２１及び第２サポート部材１１のピン穴２７に係合させる。そして、一対の結合ボルト１５を対応関係にある第１サポート部材９の挿通穴１７にそれぞれ挿通させた状態で、一対の結合ボルト１５を対応関係にある第２サポート部材１１のネジ穴２５にそれぞれ螺合させて締め付けることにより、第１サポート部材９と第２サポート部材１１を一体的に結合させる。更に、一対のサブ結合ボルト２９を対応関係にある第２サポート部材１１のネジ穴３１にそれぞれ螺合させて締め付けることにより、一対のサブ結合ボルト２９の先端部によってディスク３の周縁を前後から押圧（挟持）して、第１サポート部材９と第２サポート部材１１からあるサポートユニットＵをディスク３に一体的に結合させる。これにより、第１サポート部材９の第１支持面９ｓ及び第２サポート部材１１の第２支持面１１ｓにより根本部７の翼面（腹側翼面７ａ及び背側翼面７ｂ）を包囲した状態で支持することができる。

ここで、サポートユニットＵの頂面側には、根本部７の翼面７ａ，７ｂの先端側周縁を包囲する突出部Ｕｐが形成されている。

(iii)摩擦接合工程
サポート工程の終了後に、図３（ｂ）に示すように、ディスク３を摩擦接合装置（大部分図示省略）にセットする。また、基端面が根本部７の先端面よりも大きくなるように余肉３３ｅを有しかつ外周面に被保持部３３ｇが形成された補修翼３３を用い、摩擦接合装置のホルダ３５によって補修翼３３の被保持部３３ｇを保持することにより、補修翼３３を摩擦接合装置にセットする。ここで、補修翼３３は、ニッケル合金又はチタン合金により構成されており、補修翼３３の基端面の輪郭（輪郭形状）は、サポートユニットＵの突出部Ｕｐの先端面の輪郭と同じになっている。

そして、補修翼３３の基端面を根本部７の先端面及びサポートユニットＵの頂面に押付けながら、補修翼３３を同一面（同一平面）内において往復摺動させることにより、根本部７の先端面及びサポートユニットＵの頂面を同一面上に位置させた状態で、摩擦接合（具体的には、線形摩擦接合）により補修翼３３の基端面を根本部７の先端面及びサポートユニットＵの頂面に接合させる。これにより、補修翼３３と根本部７とサポートユニットＵとからなる接合体Ｚを形成することができる。

(iv)仕上げ工程
摩擦接合工程の終了後に、図４（ａ）に示すように、一対の位置決めピン１５を対応関係にある第１サポート部材９のピン穴２１及び第２サポート部材１１のピン穴２７からそれぞれ離脱させる。また、一対の結合ボルト１５を緩めて、対応関係にある第２サポート部材１１のネジ穴２５からそれぞれ離脱させると共に、一対のサブ結合ボルト２９を緩めて、対応関係にある第２サポート部材１１のネジ穴３１からそれぞれ離脱させる。そして、機械加工によって接合体ＺからサポートユニットＵ及び補修翼３３の余肉３３ｅを除去して、接合体Ｚを動翼５の元の形状に仕上げる。これにより、一体型翼車１を元の状態に復元することができる。

なお、補修翼３３の基端面とサポートユニットＵの頂面との接合部を機械加工によって除去するだけで、サポートユニットＵを接合体Ｚから除去することができるようになっている。

以上により、本発明の実施形態に係る修理方法の一連の工程が終了する。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

基端面が根本部７の先端面よりも大きくなるように余肉３３ｅを有した補修翼３３を用い、摩擦接合により補修翼３３の基端面を根本部７の先端面だけでなく、サポートユニットＵの頂面に接合させているため、摩擦接合中において、補修翼３３の基端面とディスク３の外周面との協働により根本部７だけでなく、サポートユニットＵ（第１サポート部材９と第２サポート部材１１）を挟持することができる。これにより、ティグ溶接等の溶接法によることなく、結合ボルト１５及びサブ結合ボルト２９を締め付けるだけで、摩擦接合中（摩擦接合工程中）において、第１サポート部材９の第１支持面９ｓ及び第２サポート部材１１の第２支持面１１ｓより根本部７の翼面７ａ，７ｂを強固に支持することができる。

従って、本発明の実施形態によれば、根本部７の機械的強度を維持しつつ、摩擦接合により補修翼３３の基端面を根本部７の先端面に高精度に接合させて、動翼５の修理精度を十分に向上させることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、本発明の実施形態に係る修理方法を一体型翼車１の動翼５以外の金属部品の突出部材の修理に適用する等、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、本願発明の実施形態に係る修理方法に基づいて修理された動翼５を備えた一体型翼車１（換言すれば、復元された一体型翼車１）に及ぶ等、これらの実施形態に限定されないものである。

１一体型翼車
３ディスク
５動翼
Ｄ欠陥
７根本部
７ａ翼根部の腹側翼面
７ｂ翼根部の背側翼面
９第１サポート部材
９ｓ第１支持面
１１第２サポート部材
１１ｓ第２支持面
１３第１突出片
１５結合ボルト
１７挿通穴
１９位置決めピン
２１ピン穴
２３第２突出片
２５ネジ穴
２７ピン穴
２９サブ結合ボルト
３１ネジ穴
Ｕサポートユニット
Ｕｐサポートユニットの突出部
Ｚ接合体
３３補修翼
３３ｅ補修翼の余肉
３３ｇ補修翼の被保持部
３５摩擦接合装置のホルダ

Claims

一体型翼車の動翼を修理する修理方法において、
前記動翼の根本部を残しつつ、前記動翼に生じた欠陥を除去する欠陥除去工程と、
前記欠陥除去工程の終了後に、前記根本部の翼面形状に対応する支持面を有した複数のサポート部材を用い、結合ネジの締め付けによって複数の前記サポート部材同士を一体的に結合させ、かつサブ結合ネジの締め付けによって複数の前記サポート部材からなるサポートユニットを前記一体型翼車のディスクに一体的に結合させることにより、複数の前記サポート部材の前記支持面により前記根本部の翼面を包囲した状態で支持するサポート工程と、
前記サポート工程の終了後に、基端面が前記根本部の先端面よりも大きくなるように余肉を有した補修翼を用い、前記根本部の先端面及び前記サポートユニットの頂面を同一面上に位置させた状態で、摩擦接合により前記補修翼の基端面を前記根本部の先端面及び前記サポートユニットの頂面に接合させることにより、前記補修翼と前記根本部と前記サポートユニットとからなる接合体を形成する摩擦接合工程と、
前記摩擦接合工程の終了後に、前記接合体から前記サポートユニット及び前記補修翼の前記余肉を除去して、前記接合体を前記動翼の元の形状に仕上げることにより、前記一体型翼車を元の状態に復元する仕上げ工程と、を具備したことを特徴とする修理方法。
前記摩擦接合工程に用いられる前記補修翼の基端面の輪郭は、前記サポートユニットの頂面側に形成されかつ前記根本部の翼面の先端側周縁を包囲する突出部の先端面の輪郭と同じであることを特徴とする請求項１に記載の修理方法。
航空機エンジンに用いられ、ディスクと、前記ディスクの外周面に等間隔に一体形成された複数の動翼とを備えた一体型翼車において、
少なくともいずれかの前記動翼は、請求項１又は請求項２に記載の修理方法に基づいて修理されたものであることを特徴とする一体型翼車。
金属部品における部品ベースから突出した突出部材を修理する修理方法において、
前記突出部材の根本部を残しつつ、前記突出部材に生じた欠陥を除去する欠陥除去工程と、
前記欠陥除去工程の終了後に、前記根本部の側面形状に対応する支持面を有した複数のサポート部材を用い、結合ネジの締め付けによって複数の前記サポート部材同士を一体的に結合させ、かつサブ結合ネジの締め付けによって複数の前記サポート部材からなるサポートユニットを前記部品ベースに一体的に結合させることにより、複数の前記サポート部材の前記支持面により前記根本部の側面を包囲した状態で支持するサポート工程と、
前記サポート工程の終了後に、基端面が前記根本部の先端面よりも大きくなるように余肉を有した補修部品を用い、前記根本部の先端面及び前記サポートユニットの頂面を同一面上に位置させた状態で、摩擦接合により前記補修部品の基端面を前記根本部の先端面及び前記サポートユニットの頂面に接合させることにより、前記補修部品と前記根本部と前記サポートユニットとからなる接合体を形成する摩擦接合工程と、
前記摩擦接合工程の終了後に、前記接合体から前記サポートユニット及び前記補修部品の前記余肉を除去して、前記接合体を前記突出部材の元の形状に仕上げることにより、前記金属部品を元の状態に復元する仕上げ工程と、を具備したことを特徴とする修理方法。
前記摩擦接合工程に用いられる前記補修部品の基端面の輪郭は、前記サポートユニットの頂面側に形成されかつ前記根元部の側面の先端側周縁を包囲する突出部の先端面の輪郭と同じであることを特徴とする請求項４に記載の修理方法。