JPH06102964B2 - シムを有するタービンブレード摩耗防止装置 - Google Patents

シムを有するタービンブレード摩耗防止装置

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JPH06102964B2
JPH06102964B2 JP4021567A JP2156792A JPH06102964B2 JP H06102964 B2 JPH06102964 B2 JP H06102964B2 JP 4021567 A JP4021567 A JP 4021567A JP 2156792 A JP2156792 A JP 2156792A JP H06102964 B2 JPH06102964 B2 JP H06102964B2
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dovetail
titanium
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dovetail groove
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05D2230/54—Building or constructing in particular ways by sheet metal manufacturing
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、タービンエンジンに
関し、特に圧縮機およびファン段のロータ内に摩擦によ
り誘引される摩耗損傷を軽減することに関する。
【０００２】
【従来の技術】２つの材料部品が互いに繰り返しこすれ
たり、すべったりするとき、それに伴う摩擦力が原因
で、熱の発生を介して、または一般に擦過（ｆｒｅｔｔ
ｉｎｇ）と呼ばれる種々の疲れ過程を介して材料に損傷
（ダメージ）が加えられる。チタンがチタンに接触する
ようなある種の材料同士の系は、特にこのような損傷を
受けやすい。２つのチタン部品を互いに垂直な力をかけ
てこすると、これらの部品は１００サイクルのようなわ
ずかなサイクル後にゴーリング（擦傷）と呼ばれる１種
の表面損傷を呈する。ゴーリングはサイクル数とともに
増大し、最終的にいずれかまたは両方の部品の疲れによ
る破損につながる可能性がある。
【０００３】宇宙航空用途では時に、互いにこすれる可
能性のあるチタン部品を使用する。チタン合金は、強度
が高く、密度が低く、低温および中間温度での環境特性
が良好であるので、航空機および航空機エンジンに用い
られる。設計上の要請からチタン部品が互いにこすれ合
わざるをえない場合、上述した種類の疲れ損傷が起こる
おそれがある。
【０００４】ある形式の航空機エンジン設計では、チタ
ン製圧縮機ディスク（ロータとも言う）またはファンデ
ィスク（ロータ）はその外周に一連のダブテール溝を有
する。チタン製圧縮機ブレードまたはファンブレードの
ダブテール形基部がディスクの各ダブテール溝にはま
る。ディスクの停止中、ブレードのダブテールは溝内に
保持される。エンジンの作動中、遠心力によりブレード
が半径方向外向きに移動する。ブレードダブテールの側
面がディスクのダブテール溝の傾斜側面に対してすべ
り、ブレードとロータディスクとの間に相対移動が生じ
る。
【０００５】このすべり移動はディスクとブレードのチ
タン部品の間に、エンジン始動、出力増大（離陸）、出
力減少、停止のような過渡的運転状態で生じる。運転サ
イクルの繰り返しにつれて、すべり移動が表面輪郭形状
を変え、はまり合うチタン部品の疲れ性能の低下につな
がる可能性がある。このような運転状態の間、ダブテー
ル溝の近傍でロータに発揮される垂直およびすべり力
が、ゴーリングにつながり、その後ディスクに疲れ亀裂
が始まり、伝ぱする。エンジンサイクル数の増加につれ
ての、亀裂の開始や損傷の広がりを予測するのは困難で
ある。したがって、エンジンのオペレータ、たとえば航
空会社はロータダブテール溝の内面を頻繁に検査しなけ
ればならず、これは極めて面倒な作業である。
【０００６】チタン製ブレードのダブテールとチタン製
ロータディスクのダブテール溝との間の摩擦運動により
生じる損傷を回避するか軽減するために、種々の技術が
試みられている。現在、もっとも普及している技術は、
チタン部品同士の接触領域を金属合金で被覆して、チタ
ン部品をゴーリングから保護する方法である。２つの被
覆した接触領域の間のすべり接触を、二硫化モリブデン
を主成分とする密実なドライフィルム潤滑材で潤滑し
て、摩擦をさらに減少させる。
【０００７】このアプローチは、ロータ／ブレード部品
における擦過または疲れ損傷の発生を減少させるのに有
効であるが、コーティングの使用寿命がいちじるしく変
化することが確認された。さらに、金属合金をディスク
やブレード部品に適用する塗工方法が、被覆された部品
の疲れ性能を減少させる可能性があることを確かめた。
このような損傷を軽減し、構成部品の一体性を維持する
すぐれた方法が依然として必要とされている。このよう
な方法は、長年にわたって最適なものとされてきたロー
タおよびブレードを大きく設計変更することなく、チタ
ン部品の寿命を増大し、必要とされる検査の時間間隔を
増大するものであるのが、望ましい。この発明は、この
必要を満たし、さらに関連した利点をもたらす。
【０００８】欧州特許出願（ＥＰＡ）８９１０６９２
１．３に記載された高温部品における擦過の発生を減少
させる新しい方法では、２つの独立の重ねたホイルを使
用し、これらのホイルは摩擦係数の小さい材料接触表面
を有するが、ダブテールおよびダブテール溝とつがう表
面は摩擦係数が大きい。ホイルは、摩擦係数が小さい材
料接触表面に沿ってのすべり移動を許容するが、ホイル
とそれとつがう部品との間のすべりは、摩擦係数が大き
いので、防止する。この形式の設計での経験から、薄い
ホイルそれぞれが次第にダブテール溝領域の外に出て行
き、ブレードのダブテールとロータのダブテール溝とが
接触状態に置かれ、その結果擦過が生じることを確かめ
た。この移動を抑える試みとして、１例では、ホイルに
フランジを形成した。これらのフランジは、ブレードの
ダブテールとロータのダブテール溝との間の隙間が小さ
いので、小さくなければならず、また、ある程度の改良
を達成するが、ホイルが次第に移動する問題を解決する
とは期待できない。
【０００９】
【発明の概略】この発明は、ガスタービンの圧縮機また
はファンのチタン製ブレードおよびチタン製ロータに、
ブレードダブテールとロータダブテール溝とのすべり接
触により誘起される、擦過からの疲れ誘引損傷を軽減す
る方法を提供する。チタン部品の摩耗寿命を従来の方法
と較べて延長し、そしてその寿命はより安定している。
ロータもブレードも、摩耗を減らす特別なコーティング
を必要とせず、したがってベース材料の特性を劣化する
特別な被覆方法に供されない。この発明のシムの摩耗寿
命に達したら、エンジンを再使用のため簡単に再生し、
調整することができる。再生の際、エンジンの大部分を
分解する必要がない。再生時に、高価なロータをスクラ
ップにしたり再加工したりすることもない。
【００１０】この発明によるロータ並びにブレード組立
体は、チタンロータと、チタンブレードと、補強シムと
を備え、チタンロータがその円周にダブテール溝を有
し、ダブテール溝が側壁および底部を含み、チタンブレ
ードが上記ダブテール溝にはまる寸法のダブテールを有
し、ダブテールがダブテール溝の側壁上の１対の接触領
域に沿ってロータに接触し、ダブテール溝の各側壁に１
つの接触領域があり、ダブテール溝底部とブレードダブ
テール底部との間に非接触領域が残り、補強シムがブレ
ードダブテール底部とロータダブテール溝底部との間の
非接触領域に配置され、このシムは、ダブテール溝の接
触領域におけるチタンブレードのダブテールおよびチタ
ンロータの擦過摩耗を防止する手段を含む。ここで使用
する用語「チタン」は純チタンとチタン合金の両方を包
含する。
【００１１】さらに、この発明によれば、チタンロータ
とチタンブレードとの間に配置するのに適当な形状とさ
れた補強シムが提供され、上記チタンロータはその円周
にダブテール溝を有し、各ダブテール溝が、ロータ（デ
ィスク）の円周から始まってロータの内径上の底部で終
端する互いに反対側に位置する側壁を含み、各溝はさら
に、内方へ互いに拡開する少なくとも２つの反対側に位
置する側壁により画定され、上記チタンブレードは上記
ロータダブテール溝にはまる寸法のダブテールを有し、
ダブテールがダブテール溝の側壁上に位置する１対の接
触領域に沿ってロータに接触し、１つの接触領域がダブ
テール溝の各側面にあり、ブレードダブテール底部とロ
ータダブテール溝底部との間に非接触領域が残る。補強
シムは、接合された少なくとも２つの材料層を備え、そ
の１つが強化ダブラーで、ダブテール溝の接触領域にお
けるチタンダブテールとチタンロータの擦過摩耗を防止
する手段に接合されている。
【００１２】この発明の２つの好適な構成を規定した。
第１の形態では、補強シムは、擦過防止層を含み、擦過
防止層は外面で接触領域（圧力面とも言う）においてダ
ブテール溝の拡開部分に少なくとも接触する。擦過防止
層は２つの側面を持ち、片方の側面がダブテールに接触
し、反対側側面が接触領域においてダブテール溝に接触
し、これによりこの領域でのダブテールとダブテール溝
との接触を防止する。擦過防止層を構成する材料は、チ
タンにこすられても擦過を示さない。擦過防止層に用い
る材料はチタン以外の材料でなければならない。さら
に、強化用ダブラーが、少なくとも、擦過防止層の非接
触領域の上に配置された部分に重なる。ダブラーは、擦
過防止層の接触領域の上に配置された部分に重ならな
い。非接触領域においてダブラーを擦過防止層に恒久的
に接合するので、シムは、２つの層をもつが、単一の部
品である。２つの層は、ブレードダブテールおよびダブ
テール溝の側面とのすべり接触の結果としてすり減る犠
牲層である擦過防止層と、強化用ダブラー層とである。
【００１３】他の好適な構成では、多層補強シムは、内
面およびロータダブテール溝に隣接する外面を有する第
１層を含む。第１層は、第１層がなければブレードダブ
テールとロータダブテール溝とが接触する近傍で、ロー
タダブテール溝の圧力面領域に接触する外面上にスリッ
プ防止材料を有する。第１層の内面は外面とは反対側に
位置するスリップ促進材料である。シムの第２層は内面
および外面を有し、ブレードダブテールに隣接する。第
２層は、ブレードダブテールの接触領域に隣接する内面
上にスリップ防止材料を有し、また内面とは反対側の、
第１層の内面と接触する外面上にスリップ促進材料を有
する。各層のスリップ防止材料は隣接するチタン部品に
接触し、シムとチタン部品との間のすべり移動を阻止す
る作用をなす。第１層のスリップ促進材料は第２層のス
リップ促進材料と接触し、ブレードダブテールとロータ
ダブテール溝との間の相対移動を、両スリップ促進材料
の、したがってシムの２層の互いのすべりにより吸収す
るようになっている。第１層を補強する強化用ダブラー
は、第１層の非接触領域の上に位置する部分に重なる
が、第１層の接触領域の上に位置する部分に重ならな
い。強化用ダブラーを非接触領域において第１層に永久
的に接合するが、第１層とは異なる材料から形成する。
【００１４】この発明では、他の疲れ軽減技術を利用す
ることもできる。表面硬化、潤滑、その他当業界で周知
の技術をブレードダブテール、ロータダブテール溝また
はシムに適用することにより、疲れ損傷の発生をさらに
低減することができる。しかし、この発明のシムを補強
することで、シムがブレードダブテールとロータダブテ
ール溝との間の領域から次第に移動するのを防止し、こ
れによりシムが確実に所定の位置に留まって、エンジン
運転中に接触領域におけるブレードとロータの間の接触
を防止する。
【００１５】この発明の他の特徴および利点は、添付の
図面に関連した好適な実施例についての以下の詳細な説
明から明らかになるであろう。以下の実施例はこの発明
の原理を例示により具体的に示す。
【００１６】
【具体的な構成】この発明の補強シムは、図１に示した
ジェットエンジン１０のような航空機ジェットエンジン
に組み合わせて用いるのが好適である。ジェットエンジ
ン１０は、ガスタービン１２と、これにより駆動される
バイパスファン１４とを含む。バイパスファン１４は、
多数のファンブレード１８を装着したファンディスク、
すなわちロータ１６を含む。この発明の使用をファンロ
ータおよびブレードに関連して説明するが、ガスタービ
ン１２の圧縮機部分の圧縮機ロータおよびブレードにも
等しく適用できる。タービンエンジンのファンおよび圧
縮機部分は通常、エンジンの圧縮機より後方の部分より
低い温度で作動する。この温度は約６００°Ｆ以下に限
定される。ファンロータ１６、ファンブレード１８、圧
縮機ディスクおよび圧縮機ブレードは、ここで説明する
実施例では、チタン合金製である。しかし、ロータまた
はディスクとそれにつがうブレードは、互いにつがう接
触関係に持ち込まれると、特に当接表面が互いに相対移
動する場合、擦傷（ゴーリング）または擦過（フレッテ
ィング）しやすい合金または合金の組み合わせから形成
してもよい。
【００１７】ファンブレード１８のファンロータ１６へ
の組立を図２および図３に詳しく示す。ロータ１６はそ
の円周のまわりに、多数の円周方向外向きに開口したダ
ブテール溝２０を有する。各ダブテール溝２０は傾斜し
た側壁２２を有し、これらの側壁２２は円周からディス
クまたはロータの内方部分に向かう方向に拡開し、底部
２４で終端する。各ファンブレード１８はその下端にダ
ブテール２６を有し、ダブテール２６の側面２８はブレ
ード本体からダブテール底部への方向に外向きに傾斜し
ている。ブレードダブテール２６は、図３に示すよう
に、ロータのダブテール溝２０に滑り込む形状と寸法と
なっている。
【００１８】ロータ１６の停止時、各ブレードダブテー
ル２６はロータのダブテール溝２０内に保持されてい
る。ブレードダブテール２６の底部がロータのダブテー
ル溝２０の底部に接触してもよい。ジェットエンジン１
０を作動させると、ロータ１６が中心シャフトのまわり
に回転する結果、ブレード１８が遠心力のせいで外向き
に、図３の矢印３０の方向に移動する。そうすると、ダ
ブテール側面２８がロータのダブテール溝２０の側壁２
２に当たり、ブレード１８をロータのダブテール溝２０
内に保持し、ブレード１８がロータ１６から抜け出るの
を防止する。ブレードダブテールの摺動がダブテール接
触圧および摩擦係数と組み合わさって、ディスクおよび
ブレード両方にせん断力が加わる。図３の検討から明ら
かなように、ダブテール側面２８と溝側壁２２との間に
全体を３２で示した荷重のかゝる接触領域があり、また
全体を３４で示した非接触領域ではそのような荷重接触
がない。
【００１９】ジェットエンジン１０が休止から作動し、
飛行運転を経由して、再び休止に戻る、通常「サイク
ル」と称される過程をへる際、ブレード１８は方向３０
に種々の荷重で引っ張られる。ブレードのダブテール側
面２８とロータのダブテール溝側壁２２とが互いにすべ
る距離は、小さく、代表的には約０．０１０インチ以下
であるが、そのように小さいにもかかわらず、擦過疲れ
損傷の原因となる。なかではロータ１６の損傷がもっと
も重大である。繰り返しサイクルの後に小さな亀裂が生
じるからである。このような亀裂がダブテール溝側壁２
２からロータ１６内に延び、最終的にロータの破損につ
ながる可能性がある。
【００２０】従来、ブレードのダブテール側面２８とロ
ータ１６の溝側壁２２とのすべり運動のため摩耗および
疲れ損傷が両圧力面に生じていたが、この発明によれ
ば、ブレードダブテール２６とダブテール溝側壁２２と
の間に補強シム４０を挿入することにより、このような
摩耗および疲れ損傷を軽減する。シム４０の配設を図２
および図３に示し、シムの２つの好適な実施例の詳細な
構成を図４および図５に示す。各実施例で強化ダブラー
を用いることにより、各シムを厚くでき、たとえば約
０．０１５−約０．０４インチ、好ましくは約０．０２
０−約０．０３５インチとすることができる。強化ダブ
ラーを用いれば、ずらせようとする荷重その他の機構の
せいでシムが接触領域から移動することについて心配す
る必要がなくなる。
【００２１】シム４０は薄い成層シートで、ブレードダ
ブテール２６に付着し、使用中はブレードダブテール２
６とロータ溝側壁２２との間に保持されるように形成さ
れている。シム４０の形状は大体しぼったＵ形で、Ｕの
脚部の上部がわずかに近づくように曲げられている。シ
ム４０は十分に長く、ブレードダブテール底部のまわり
をまわり、ブレードダブテール２６およびロータのダブ
テール溝側壁２２間の全接触表面３２を越えて延び、ブ
レードダブテール２６の側壁２８とロータのダブテール
溝側壁２２とを完全に分離するので、両側壁は接触表面
３２に沿って互いに接触できない。ブレードをロータに
組み立てるには、シムを各ブレードに滑らせてはめ、こ
のブレード／シム組立体をロータのダブテール溝に通常
の方法で挿入する。
【００２２】この発明の第１の好適な実施例によれば、
ロータ並びにブレード組立体は、チタンロータと、チタ
ンブレードと、補強シムとを備え、上記チタンロータは
その円周にダブテール溝を有し、ダブテール溝が円周か
らロータ（またはディスク）の内方部分に向かう方向に
拡開するが、ロータの内径に位置する底部で終端する側
壁を含み、上記チタンブレードは上記ロータダブテール
溝にはまる寸法のダブテールを有し、ダブテールがロー
タダブテール側壁に、ダブテール溝の向かい合う側面上
にそれぞれ位置する１対の接触領域に沿って接触し、ブ
レードダブテールとロータダブテール溝との間に非接触
領域が残り、上記補強シムがブレードダブテールとロー
タダブテール溝との間に配置され、このシムは、（ａ）
少なくとも接触領域に位置し、チタンに対してこすられ
たときに擦過を示さない材料から形成された擦過防止層
と、（ｂ）上記シムの非接触領域の上に配置された部分
に重なり、そこに固着されているが、シムの接触領域の
上に配置された部分に重ならないダブラーと、（ｃ）擦
過防止層とダブラーとを非接触領域で接合する接合部と
を含む。
【００２３】この実施例においてはさらに、補強シムは
チタンロータとチタンブレードとの間に配置するのに適
当な形状とされ、上記チタンロータはその円周にダブテ
ール溝を有し、ダブテール溝が円周からロータ（または
ディスク）の内方部分に向かう方向に拡開するが、ディ
スクの内径に沿って位置する底部で終端する側壁を含
み、上記チタンブレードは上記ロータダブテール溝には
まる寸法のダブテールを有し、ダブテールがロータに、
ロータダブテール溝の側面上に位置する１対の反対側に
位置する接触領域に沿って接触し、１つの接触領域がロ
ータダブテール溝の各側面にあり、ブレードダブテール
とロータダブテール溝との間に非接触領域が残り、上記
シムは（ａ）ブレードダブテールとロータダブテール溝
との間に接触領域および非接触領域両方にわたって介在
し、チタンに対してこすられたときに擦過を示さない材
料から形成された擦過防止層と、（ｂ）上記擦過防止層
の非接触領域の上に配置された部分に重なり、そこに固
着されているが、擦過防止層の接触領域の上に配置され
た部分に重ならないダブラーと、（ｃ）擦過防止層とダ
ブラーとを非接触領域で接合する接合部とを含む。
【００２４】第１の好適な形態のシム４０を図４に詳し
く示す。縮めたＵの形状のシム４０は擦過防止層４２を
含み、擦過防止層４２がブレードダブテール２６の端部
（仮想線で示す）のまわりに延在する形状となってい
る。擦過防止層４２は、ブレード１８とロータ１６間の
力を支える接触領域３２において、ブレードダブテール
２６とロータダブテール溝２０との間に保持されてい
る。擦過防止層４２の片側はブレードダブテール２６に
接触し、反対側はロータダブテール溝２０に接触する。
【００２５】シム４０は第２層としてダブラー４４も含
み、ダブラー４４が擦過防止層４２に重なり、それに永
久的に固着されている。ダブラー４４は擦過防止層４２
の下側部分のまわりにだけ延在する。ダブラー４４は、
ブレード１８とロータ１６間の大きな荷重を支えない非
接触領域３４に位置する接合部（図示せず）において、
擦過防止層４２に接合されている。すなわち、ダブラー
４４は、大きな荷重を支える接触領域３２においては、
ブレードダブテール２６とロータダブテール溝２０との
間に存在しない。
【００２６】擦過防止層４２を形成する材料は、チタン
およびチタン合金に対して大きな法線（垂直）力でこす
られても、またそのようなこすり作用のサイクルが繰り
返されても、チタンおよびチタン合金に擦過または他の
形式の疲れ損傷を誘引しない材料である。約６００°Ｆ
までの使用に適当なこの種の材料は通常チタンより柔ら
かいので、チタンではなくその材料が損傷をこうむり、
摩擦接触により摩耗する。擦過防止層４２を形成するの
に現在のところ好適なこの種の材料はリン青銅である。
リン青銅のもっとも好適な組成は約４−６％の錫、約
０．０５−０．１５％のリン、残部量の銅である。リン
青銅は通常の方法で熱処理すればよい。しかし、これら
の合金をテンパーする処理としては、引張試験で約１２
％以上の伸びと８０，０００ｐｓｉ以上の引張強さを達
成する処理が好適である。
【００２７】上記組成のリン青銅が擦過防止層用の材料
として好適であるが、約９％のニッケル、約２．５％の
錫および残部量の銅の公称組成を有する銅−ニッケル合
金、約１０％のアルミニウム、約１％の鉄および残部量
の銅の公称組成を有するアルミニウム−青銅合金、銅−
ベリリウム合金などの他の材料も使用できる。上記合金
はすべて周知であり、市販品を入手できる。
【００２８】試験から、擦過防止材料だけからなる単層
シムを用いると、チタンへの損傷を短時間減少させる
が、単層シムがブレードダブテールのまわりを円周方向
に、図４に示す矢印４６の方向に回転する可能性がある
ことがわかった。集中ピーク応力が位置３２において擦
過防止層上の局部区域に起こり、これが擦過防止層の早
期破壊につながる。ロータ圧力面に隣接して擦過防止層
が存在しなければ、ロータの擦過が起こる。接触領域３
２の片方がすぐに保護されない状態になり、損傷が生じ
る。単層構造は最終的に溝からはみ出てロータから離れ
る可能性もあり、擦過防止による保護の利益がなくな
る。
【００２９】このような擦過防止層４２の移動を防止す
るために、第２層、すなわちダブラー４４を擦過防止層
４２に、接触領域３２から離れて位置する接合部で接合
する。ダブラー４４は擦過防止層４２より大きな強度を
有する。ダブラー４４が接触領域３２近くまで延在し、
ほとんど接触するのが好ましい。ダブラー４４が接合さ
れていると、一体のシムは方向４６に移動するのを物理
的に阻止される。シムのこの特徴は、スチッフネスも優
れた高強度ダブラーによるものである。
【００３０】ダブラー４４は適当な銅基、ニッケル基、
コバルト基または鉄基材料から構成することができる。
ダブラー４４は接触領域３２の荷重支持部分間に介在し
ないので、チタンへの損傷を避けるように選択する必要
がない。その代わりに、ダブラー４４は、剛性および強
度、成形性、そして擦過防止層３２への接合性の点から
選択する。ダブラー４４として好適な材料はインコネル
７１８（Ｉｎｃｏｎｅｌ−７１８）である。他の材料と
して、ハインズ２５（Ｈａｙｎｅｓ２５）、ベリリウム
−銅合金およびオーステナイト系ステンレス鋼も適当で
ある。
【００３１】図４のシム４０は次のようにして製造す
る。擦過防止層４２およびダブラー４４を別々に圧延
し、ダブテール２６およびダブテール溝２０の正確な形
状に依存する好適な厚さにする。しかし、代表的な例で
は、擦過防止層４２の厚さが約０．０１８インチで、ダ
ブラー４４の厚さが約０．０１５インチであり、したが
ってシムの厚さが約０．０３３インチである。当業界で
周知のスタンピングまたはダイ成形技術を用いて、擦過
防止層４２およびダブラー４４を別々にスタンピングま
たは圧縮成形し、代表的には図４に示すような正確な最
終形状を正確に達成する。擦過防止層４２とダブラー４
４をろう付け、リベット打ちまたはスポット溶接して、
補強シム４０を形成する。この際、ロータダブテール溝
に組み込んだ後で、ダブラー４４が接触領域３２に侵入
しないようにする。擦過防止層４２とダブラー４４とを
接合する方法としてスポット溶接が好適である。ろう付
けは、同じ材料の擦過防止層とダブラー、たとえば焼鈍
ＩＮ−７１８の擦過防止層と焼入れ（硬化）ＩＮ−７１
８のダブラーとを接合するのに適当な技術である。ろう
付けは、所望に応じて、接合領域を非接触領域全域に延
在させるのを可能にする。つぎに、シム４０をブレード
１８に組み合わせ、通常の方法を用いてロータ１６のダ
ブテール溝２０に挿入する。
【００３２】第２の好適な実施例は、多層補強シム４０
で、図５に示す。この発明の第２の観点によれば、チタ
ン製ロータ並びにブレード組立体は、チタンロータと、
チタンブレードと、補強シムとを備える。上記チタンロ
ータはその円周にダブテール溝を有し、ダブテール溝が
円周からロータ（またはディスク）の内方部分に向かう
方向に拡開するが、ロータの内径に位置する底部で終端
する側壁を含み、上記チタンブレードは上記ロータダブ
テール溝にはまる寸法のダブテールを有し、ダブテール
がダブテール溝の側壁上の１対の向かい合う接触領域に
沿ってロータに接触し、１つの接触領域がロータダブテ
ール溝の各側面に位置し、上記補強シムがブレードダブ
テールとロータダブテール溝との間に配置され、このシ
ムは、第１層と、第２層と、ダブラーとを含む。第１層
は、少なくともロータダブテール溝の接触領域に隣接し
てスリップ防止材料を設層した外面と、スリップ促進内
面とを有する。第２層は、ブレードダブテールに隣接
し、第２層は所望に応じて、ブレードダブテールの接触
領域に隣接する内面上にスリップ防止材料を、また内面
とは反対側の外面上にスリップ促進材料を有する。各層
のスリップ防止材料は隣接するチタン部品に接触し、シ
ムとチタン部品との間のすべり移動を阻止する作用をな
す。第１層のスリップ促進内面は第２層のスリップ促進
外面と接触し、ブレードダブテールとロータダブテール
溝との間の相対移動を、両スリップ促進面の互いのすべ
りにより吸収するようになっている。上記ダブラーは、
上記第１層の非接触領域の上に位置する部分に重なる
が、第１層の接触領域の上に位置する部分に重ならず、
非接触領域に位置する接合部で第１層に接合されてい
る。
【００３３】この実施例においてはさらに、補強シムは
チタンロータとチタンブレードとの間に配置するのに適
当な形状とされ、上記チタンロータはその円周にダブテ
ール溝を有し、ダブテール溝が円周からロータ（または
ディスク）の内方部分に向かう方向に拡開するが、ディ
スクの内径に位置する底部で終端する側壁を含み、上記
チタンブレードは上記ロータダブテール溝にはまる寸法
のダブテールを有し、ダブテールがロータダブテール溝
の側面上に位置する１対の反対側に位置する接触領域に
沿ってロータに接触し、１つの接触領域がロータダブテ
ール溝の各側面にある。上記補強シムは、第１層と、第
２層と、高強度ダブラーとを含む。第１層は、ロータダ
ブテール溝に隣接し、ロータダブテール溝の接触領域に
隣接する外面上にスリップ防止材料を、外面とは反対側
の内面上にスリップ促進材料を有する。第２層は、ブレ
ードダブテールに隣接し、第２層は、ブレードダブテー
ルの接触領域に隣接する内面上にスリップ防止材料を、
また内面とは反対側の外面上にスリップ促進材料を有す
る。各層のスリップ防止材料は隣接するチタン部品に接
触し、シムとチタン部品との間のすべり移動を阻止する
作用をなす。第１層のスリップ促進材料は第２層のスリ
ップ促進材料と接触し、ブレードダブテールとロータダ
ブテール溝との間の相対移動を、両スリップ促進材料の
互いのすべりにより吸収するようになっている。上記ダ
ブラーは、第１層に固着されている。
【００３４】図５を参照すると、シム４０は、互いには
まり合ってはいるが、互いに固着されていない２つの層
５０および５２を含み、各層はダブテール２６の端部の
まわりに延在する。層５０および５２それぞれが、接触
領域３２および非接触領域３４両方において、ダブテー
ル２６とダブテール溝２０との間に介在する。図示のよ
うに、第２層５２は第１層５０の内側にはまっている。
層５０および５２は強い材料、好ましくはＩＮ−７１８
のような合金から形成する。他にハインズ２５やオース
テナイト系ステンレス鋼などの材料も使用できる。
【００３５】ダブテール溝２０の接触領域３２に直接隣
接する第１層５０の部分５４は、その（ダブテール溝２
０に隣接する）外面が、第１層５０とチタン側壁２２と
の間のスリップを防止する材料のコーティング５６で被
覆されている。同様に、ダブテール２６の接触領域３２
に直接隣接する第２層５２の部分５８は、その（ダブテ
ール２６に隣接する）内面が、第２層５２とチタンダブ
テール２６との間のスリップを防止する材料のコーティ
ング６０で被覆されている。
【００３６】コーティング５６および６０に好適な材料
は、約６００°Ｆまでの使用に適当な高摩擦軟質材料、
たとえば、銅または約１０％のアルミニウム、１％の鉄
および残部量の銅および不可避的不純物の組成を有する
アルミニウム−青銅である。層にコーティングを塗工す
る方法としては、溶射法が好ましく、この方法では、塗
工後に粗い表面ができ、さらにすべり運動を防止する。
コーティング５６および６０は通常同じ材料から形成す
るが、必須ではない。コーティング５６および６０は、
第１層５０および第２層５２の、それぞれが接触するチ
タン部品に対するすべり移動を防止する。理想的には、
第１層５０とダブテール溝側壁２２との間に相対移動が
なく、第２層５２とダブテール側壁２８との間に相対移
動がない。しかし、少量の移動は許容できる。
【００３７】第１層５０の内向き面５４は、スリップを
促進する被覆材料６２で被覆されている。第２層６２の
外向き面５８は、スリップを促進する被覆材料６４で被
覆されている。これらのコーティング６２および６４は
互いに直面しており、シム４０を組み立ててスロット２
０に配置したとき、互いにすべる。
【００３８】コーティング６２および６４に好適な材料
は、低摩擦硬質材料である。コーティング６２および６
４を二硫化モリブデンを主成分とするドライフィルム潤
滑材から形成するのがもっとも好ましく、これはスプレ
ー塗布またはブラシ塗布により塗工することができる。
本出願人に譲渡された米国特許出願第６４１，２２９号
（１９９１年１月１５日出願）に開示されたポリ（テト
ラフルオロエチレン）、ベントナイト、無機酸化物粒子
およびエポキシを含む材料も好適である。コーティング
６２および６４用の別の材料としては、ポリテトラフル
オロエチレン（商標名テフロン）、窒化チタンまたはこ
れらの材料（好適な材料として前述したものを含む）の
組み合わせがある。テフロンはスプレーまたはブラシ塗
布により塗工でき、窒化チタンは当業界で周知の適当な
堆積技術により塗工できる。コーティング６２および６
４が互いに摩擦なしですべるのが理想的であるが、小さ
な摩擦係数なら許容できる。補強ダブラー６６は非接触
領域の第１層５０の外面のまわりに延在するが、ダブテ
ール溝２０の接触領域３２に直接隣接する第１層５０の
部分５４まで延在しない。ダブラー６６を非接触領域で
第１層５０に、スポット溶接やろう付けなどの適当な方
法で接合する。ダブラー６６はニッケル基、コバルト基
または鉄基材料からなる高強度材料であり、剛性および
強度の点から選ばれる。ダブラー６６は、ブレードダブ
テールおよびダブテール溝間の領域からのシムの移動を
防止する。接合部（図示せず）はスポット溶接または所
望に応じて非接触領域全域に分布するろう付けである。
【００３９】図５のシム４０の各要素の寸法は、このシ
ムを適用すべき特定のロータ／ブレード装置と適合する
ように選ぶ。１実施例では、層５０および５２はそれぞ
れ厚さ約０．０１２インチのＩＮ−７１８である。これ
らの層は、図４のシム４０に関して前述したのと同じ製
造技術で形成するが、図５のシムの場合、層５２と５４
を互いに固着しない。ダブラー６６は高強度材料ならど
れでもよく、厚さ約０．０１５インチである。スリップ
防止用コーティング５６および６０用の材料として、ア
ルミニウム青銅を溶射法により厚さ約０．００５インチ
に塗工するのが好ましい。スリップ促進用コーティング
６２および６４用の材料として、主成分として二硫化モ
リブデンをブラシまたはスプレー法により厚さ約０．０
０２−０．００４インチに塗工するのが好ましい。本出
願人に譲渡された米国特許出願第６４１，２２９号に開
示されたポリ（テトラフルオロエチレン）、ベントナイ
ト、無機酸化物粒子およびエポキシを含む材料も好適で
ある。
【００４０】図５のシム４０の作動において、層５０は
ロータダブテール溝２０の側壁２２に対して極めて僅か
しかスリップせず、ダブラー６６とスリップ防止コーテ
ィング両方により所定の位置に保持される。層５２はブ
レードダブテール２６の側壁２８に対して極めて僅かし
かスリップしない。したがって、チタン部品への損傷は
最小となる。すべり損傷の機会がほとんどないからであ
る。その代わり、ロータダブテール溝２０の側壁２２と
ブレードダブテール２６の側壁２８との間の相対移動
を、スリップ促進コーティング６２および６４での層５
２の層５０に対する移動によって吸収する。
【００４１】図５の多層シム４０の作動の原理は、図４
のシムのそれとは異なる。図５のシムは、接触領域３２
におけるダブテール側壁２８と溝側壁２２との間の相対
移動を、シム自身の内部でのすべり移動によって吸収す
る。シムとチタン部品との間にはほとんどすべり移動が
ない。これに対して、図４のシムは、シムの擦過防止層
の各チタン部品の支承面に対するすべりによって、相対
移動を吸収しており、このようなすべりがあっても、擦
過防止層に用いる材料を適切に選択しているので、チタ
ン部品を傷つけることはない。
【００４２】この発明のシムをエンジン用途に用いるこ
とにより、擦過の開始が遅くなる。ＩＮ−７１８および
青銅から形成したこの発明の補強シムを用いることによ
り、擦過の開始が２０００サイクル以上遅くなる。青銅
シムを用いることにより、擦過の開始が１５００サイク
ル以上遅くなる。一方、シムのない、二硫化モリブデン
潤滑材で被覆したチタンブレードをチタンロータに挿入
した装置では、約２００サイクル以内で擦過が認められ
た。したがって、擦過の開始が見られるまでのエンジン
サイクル数が、シムの選択に応じて、７倍から１０倍以
上増加しているので、擦過の開始を遅らせ、その結果ブ
レード／ディスク装置における疲れ損傷を軽減するかな
くす、この発明のシムの効果が明らかである。
【００４３】以上この発明を特定の例や実施例に関して
説明したが、この発明がその特許請求の範囲に記載した
通りの要旨から逸脱しない範囲で変更可能であること
が、当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンエンジンの斜視図である。
【図２】ファンロータ、ファンブレードおよび両者間に
挿入する補強シムの分解斜視図である。
【図３】組み立てた状態でのファンロータ、ファンブレ
ードおよび両者間に配置した補強シムの断面図である。
【図４】補強シムの第１の好適な実施例の略図的側面図
である。
【図５】補強多層シムの第２の好適な実施例の略図的側
面図である。
【符号の説明】
１６ ファンロータ １８ ファンブレード ２０ ダブテール溝 ２２ 溝側壁 ２４ 底部 ２６ ダブテール ２８ ダブテール側壁 ３２ 接触領域 ３４ 非接触領域 ４０ シム ４２ 擦過防止層 ４４、６６ ダブラー ５０、５２ 層 ５６、６０ スリップ防止用コーティング ６２、６４ スリップ促進用コーティング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーター・ウェイテ アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ ィ、ブランディワイン・レーン、10660番 (56)参考文献 特公 昭33−2951（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】チタン製ロータ並びにブレード組立体が、
    チタンロータと、チタンブレードと、シムとを備え、 チタンロータはそのロータ円周にダブテール溝を有し、
    ダブテール溝が円周からロータの内方部分に向かう方向
    に拡開し、底部で終端する少なくとも１対の側壁を含
    み、 チタンブレードは上記ダブテール溝にはまる寸法のダブ
    テールを有し、ダブテールがダブテール溝の内向きに拡
    開する側壁上の１対の接触領域に沿ってロータに接触
    し、ダブテール溝の各側壁に１つの接触領域があり、ブ
    レードダブテールとダブテール溝との間に非接触領域が
    残り、 シムはブレードダブテールとダブテール溝との間に配置
    され、このシムは、（ａ）擦過防止層、（ｂ）ダブラー
    および（ｃ）接合部を含み、 （ａ）擦過防止層は、ブレードダブテールとダブテール
    溝との間に接触領域および非接触領域両方にわたって介
    在し、チタンに対してこすられたときに擦過を示さない
    材料から形成され、 （ｂ）ダブラーは、上記擦過防止層の非接触領域の上に
    配置された部分に重なるが、擦過防止層の接触領域の上
    に配置された部分に重ならず、 （ｃ）接合部は擦過防止層とダブラーとを非接触領域で
    一緒に接合するチタン製ロータ並びにブレード組立体。
  2. 【請求項２】擦過防止層がリン青銅である請求項１に記
    載の組立体。
  3. 【請求項３】ダブラーが銅基合金、ニッケル基合金、コ
    バルト基合金および鋼よりなる群から選ばれる材料から
    形成された請求項１に記載の組立体。
  4. 【請求項４】接合部が溶接接合部である請求項１に記載
    の組立体。
  5. 【請求項５】接合部がろう付け接合部である請求項１に
    記載の組立体。
  6. 【請求項６】チタン製ロータ並びにブレード組立体が、
    チタンロータと、チタンブレードと、多層シムとを備
    え、 チタンロータはその円周にダブテール溝を有し、ダブテ
    ール溝が円周からロータの内方部分に向かう方向に拡開
    し、底部で終端する少なくとも１対の側壁を含み、 チタンブレードは上記ダブテール溝にはまる寸法のダブ
    テールを有し、ダブテールがダブテール溝の内向きに拡
    開する側壁上の１対の接触領域に沿ってロータに接触
    し、１つの接触領域がダブテール溝の各側面に位置し、 多層シムはダブテールとダブテール溝との間に配置さ
    れ、このシムは、（ａ）第１層と、（ｂ）第２層と、
    （ｃ）高強度ダブラーと、（ｄ）接合部とを含み、 （ａ）第１層は、ダブテール溝に隣接し、ロータダブテ
    ール溝の接触領域に隣接する外面上にスリップ防止材料
    を、また外面とは反対側に位置する内面上にスリップ促
    進材料を有し、 （ｂ）第２層は、ブレードダブテールに隣接し、ブレー
    ドダブテールの接触領域に隣接する内面上にスリップ防
    止材料を、また内面とは反対側の外面上にスリップ促進
    材料を有し、 各層のスリップ防止材料は隣接するチタン部品に接触
    し、シムとチタン部品との間のすべり移動を阻止する作
    用をなし、第１層のスリップ促進材料は第２層のスリッ
    プ促進材料と接触し、ダブテールとダブテール溝との間
    の相対移動を、両スリップ促進材料の互いのすべりによ
    り吸収するようになっており、 （ｃ）高強度ダブラーは、上記第１層の非接触領域の上
    に位置する部分に重なるが、第１層の接触領域の上に位
    置する部分に重ならず、 （ｄ）接合部は非接触領域において第１層とダブラーと
    を互いに接合するチタン製ロータ並びにブレード組立
    体。
  7. 【請求項７】第１層および第２層がニッケル基超合金か
    ら形成された請求項６に記載の組立体。
  8. 【請求項８】スリップ防止材料が銅およびアルミニウム
    青銅から選ばれる請求項６に記載の組立体。
  9. 【請求項９】スリップ促進材料が二硫化モリブデン、窒
    化チタン、ポリ（テトラフルオロエチレン）、およびポ
    リ（テトラフルオロエチレン）、ベントナイト、無機酸
    化物粒子およびエポキシを含む潤滑材よりなる群から選
    ばれる請求項６に記載の組立体。
  10. 【請求項１０】チタン製ロータ並びにブレード組立体
    が、チタンロータと、チタンブレードと、補強シムとを
    備え、 チタンロータはその円周にダブテール溝を有し、ダブテ
    ール溝が円周からロータの内方部分に向かう方向に拡開
    し、底部で終端する少なくとも１対の側壁を含み、 チタンブレードは上記ダブテール溝にはまる寸法のダブ
    テールを有し、ダブテールがダブテール溝の内向きに拡
    開する側壁上の１対の接触領域に沿ってロータに接触
    し、ダブテール溝の各側壁に１つの接触領域があり、ダ
    ブテールとダブテール溝との間に非接触領域が残り、 補強シムはブレードダブテールとロータダブテール溝と
    の間に配置され、このシムは、ダブテール溝の接触領域
    におけるチタンダブテールおよびチタンロータの擦過摩
    耗を防止する手段と、強化用ダブラーと、ダブラーを擦
    過防止手段に接合する手段とを含むチタン製ロータ並び
    にブレード組立体。
  11. 【請求項１１】擦過防止手段が、接触領域にわたってブ
    レードダブテールとロータダブテール溝との間に介在す
    る擦過防止層を含む請求項１０に記載の組立体。
  12. 【請求項１２】擦過防止手段が、シムと隣接するチタン
    部品それぞれとの間のスリップを防止する手段を含む請
    求項１０に記載の組立体。
  13. 【請求項１３】チタンロータのダブテール溝とチタンブ
    レードのダブテールとの間に配置するのに適当な形状と
    された多層シムにおいて、上記チタンロータの円周に設
    けたダブテール溝が、円周からロータの内方部分に向か
    う方向に拡開し、底部で終端する少なくとも１対の側壁
    を含み、上記ブレードダブテールは上記ロータダブテー
    ル溝にはまる寸法で、ロータダブテール溝の内向き拡開
    側壁上に位置する１対の接触領域に沿ってロータに接触
    し、１つの接触領域がロータダブテール溝の各側面にあ
    り、ブレードダブテールとロータダブテール溝底部との
    間に非接触領域が残り、 上記シムは、 少なくとも２つの材料層と、 ダブテール溝の接触領域におけるチタンダブテールとチ
    タンロータの擦過摩耗を防止する手段と、 高強度ダブラーと、 非接触領域においてダブラーを上記材料層の少なくとも
    一方に接合する接合部とを含む多層シム。
  14. 【請求項１４】チタンロータのダブテール溝とチタンブ
    レードのダブテールとの間に配置するのに適当な形状と
    された多層シムにおいて、上記チタンロータの円周に設
    けたダブテール溝が内向きに傾斜した側壁および底部を
    含み、上記チタンブレードのダブテールは上記ロータダ
    ブテール溝にはまる寸法で、ロータダブテール溝の内向
    き傾斜側壁上に位置する１対の接触領域に沿ってロータ
    に接触し、１つの接触領域がロータダブテール溝の各側
    面にあり、ブレードダブテールとロータダブテール溝底
    部との間に非接触領域が残り、 上記シムは、 ブレードダブテールとロータダブテール溝との間に接触
    領域および非接触領域両方にわたって介在し、チタンに
    対してこすられたときに擦過を示さない材料から形成さ
    れた擦過防止層と、 上記擦過防止層の非接触領域の上に配置された部分に重
    なり、少なくともその一部に固着されているが、擦過防
    止層の接触領域の上に配置された部分に重ならない高強
    度ダブラーと、 擦過防止層とダブラーとを非接触領域で接合する接合部
    とを含む多層シム。
  15. 【請求項１５】チタンロータのダブテール溝とチタンブ
    レードのダブテールとの間に配置するのに適当な形状と
    された多層シムにおいて、上記ロータの円周に設けたダ
    ブテール溝が円周からロータの内方部分に向かう方向に
    拡開し、底部で終端する少なくとも１対の側壁を含み、
    上記チタンブレードのダブテールは上記ダブテール溝に
    はまる寸法で、ロータダブテール溝の内向き拡開側面上
    に位置する１対の接触領域に沿ってロータに接触し、１
    つの接触領域がロータダブテール溝の各側面にあり、上
    記シムは、第１層と、第２層と、高強度ダブラーと、接
    合部とを含み、 第１層は、ダブテール溝に隣接し、ダブテール溝の接触
    領域に隣接する外面上にスリップ防止材料を、また外面
    とは反対側の内面上にスリップ促進材料を有し、 第２層は、ブレードダブテールに隣接し、ダブテールの
    接触領域に隣接する内面上にスリップ防止材料を、また
    内面とは反対側の外面上にスリップ促進材料を有し、 各層のスリップ防止材料は隣接するチタン部品に接触
    し、シムとチタン部品との間のすべり移動を阻止する作
    用をなし、第１層のスリップ促進材料は第２層のスリッ
    プ促進材料と接触し、ダブテールとダブテール溝との間
    の相対移動を両スリップ促進材料の互いのすべりにより
    吸収するようになっており、 高強度ダブラーは非接触領域において第１層とダブテー
    ル溝底部との間の第１層の外面に隣接し、 接合部は非接触領域において高強度ダブラーを第１層に
    接合する多層シム。
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