JP6856426B2

JP6856426B2 - 遮熱コーティング方法、翼セグメントの製造方法

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Publication number: JP6856426B2
Application number: JP2017067363A
Authority: JP
Inventors: 妻鹿　雅彦; 雅彦妻鹿; 秀次谷川; 裕貴小室; 匠坊野; 鳥越　泰治; 泰治鳥越; 芳史岡嶋; 大祐工藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2021-04-07
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: JP2018168771A

Description

本発明は、遮熱コーティング方法、翼セグメントの製造方法に関する。

ガスタービンでは、その効率を向上させるために、使用するガスの温度を高く設定している。このような高温のガスに晒される動翼や静翼のようなタービン部材には、その表面に遮熱コーティング（ＴｈｅｒｍａｌＢａｒｒｉｅｒＣｏａｔｉｎｇ：ＴＢＣ）が施されている。遮熱コーティングとは、被溶射物であるタービン部材の表面に、溶射により熱伝導率の小さい溶射材（例えば、熱伝導率の小さいセラミックス系材料）を被覆したものである。遮熱コーティングがタービン部材の表面に形成されることで、タービン部材の遮熱性及び耐久性が向上する。遮熱コーティングは、タービン部材の外側からタービン部材の表面に向かって溶射ガンで溶射粒子を溶射することで形成される。

特許文献１には、ロータ動翼の表面に形成された遮熱コーティングが記載されている。遮熱コーティングは、基材上に形成された第一の被膜であるボンドコート層と、ボンドコート層上に形成された第二の被膜である縦割れを有する緻密なトップコート層とを有している。トップコート層は、大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）法等の方法で形成される。

特開２００８−１７４８３８号公報

ところで、遮熱コーティングが形成されるタービン部材としては、一つのシュラウドに対して複数の翼本体が一体に形成された静翼セグメントがある。静翼セグメントでは、隣り合う翼本体同士の間隔が狭くなっている。その結果、翼本体の対向する面には、静翼セグメントの外から見た際に、陰になってしまう領域が生じる。この陰になってしまう領域に対して、トップコート層を形成しようと静翼セグメントの外側から溶射粒子を噴射しても、陰になってしまう領域に溶射粒子が行き渡らず、均質なトップコート層を形成することが難しい。その結果、隣り合う複数の翼本体を有する翼セグメントの全域に均質なトップコート層を形成することができない可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、隣り合う複数の翼本体を有する翼セグメントの全域に均質なトップコート層を形成することが可能な遮熱コーティング方法、翼セグメントの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明の第一態様に係る遮熱コーティング方法は、断面翼形状をなして翼厚方向に離れて並んだ複数の翼本体と、前記翼本体の翼高さ方向の基端部で前記複数の翼本体を連結する翼端壁部とを有する翼セグメント本体に遮熱コーティングを形成する遮熱コーティング方法であって、隣り合う前記翼本体の間の空間に第一溶射ガンを挿入させて前記翼高さ方向と交差する第一方向に移動させ、前記空間の中で前記翼本体の間の距離が所定の距離よりも短い狭隘空間で溶射粒子を噴射させて、前記狭隘空間に面した前記翼本体の表面にセラミックを含むトップコート層を形成する狭隘空間トップコート層形成工程と、前記第一溶射ガンよりも大きな第二溶射ガンを前記翼セグメント本体の外側で前記翼高さ方向に移動させて、前記翼セグメント本体の表面に前記トップコート層を形成する全域トップコート層形成工程とを含み、前記第一溶射ガンは、前記第一方向に延在するガン本体部と、前記ガン本体部の先端に設けられて、前記第一方向に対して交差する方向に溶射粒子を噴射する噴射孔が形成された噴射部とを有し、前記狭隘空間トップコート層形成工程では、前記第一溶射ガンは、前記狭隘空間から前記噴射部が外れ、前記第一溶射ガンの噴射孔と前記翼本体の表面との距離が予め定めた最低溶射距離よりも広くなる位置まで移動した後に前記翼高さ方向に移動されることで前記第一方向に往復移動され、前記狭隘空間から外れた位置での前記第一方向への前記第一溶射ガンの移動速度は、前記狭隘空間内での移動速度よりも速い成膜不能な速度とされる。

このような構成によれば、狭隘空間に面した翼本体の表面に対向した第一溶射ガンの噴射孔から狭隘面に溶射粒子が溶射される。これにより、静翼セグメントの外側からでは陰になってしまい、均質なトップコート層を形成可能な量の溶射粒子が行きわたらない狭隘空間に面した翼本体の表面に、十分な量の溶射粒子を溶射できる。また、三次元的な曲面を有する複雑な形状の翼本体では、狭隘空間に面した翼本体の表面は、翼高さ方向に複雑な曲面形状をなして長く延びている。一方、狭隘空間に面した翼本体の表面は、翼弦方向には単純な曲面形状をなして短く延びている。そのため、狭隘空間に面した翼本体の表面に沿って第一溶射部を翼高さ方向に移動すると、狭隘空間に面した翼本体の表面に対する噴射部の距離を一定に保つことが難しい。これに対し、第一方向に第一溶射ガンを移動させることで、翼高さ方向に移動させる場合に比べて、狭隘空間に面した翼本体の表面に対する噴射部の位置を安定させやすくなる。その結果、狭隘空間に面した翼本体の表面に対して噴射孔を垂直に近い角度に配置して溶射粒子を溶射することができる。これにより、狭隘空間に面した翼本体の表面に対して溶射粒子を均一に溶射できる。

さらに、第一溶射ガンを翼弦方向に往復移動させる際に、噴射部が狭隘空間から外れた位置で第一溶射ガンが翼高さ方向に移動される。そのため、狭隘空間に面した翼本体の表面に溶射粒子を溶射している状態で、第一溶射ガンが翼高さ方向に移動されることを防ぐことができる。その結果、狭隘空間に面した翼本体の表面に対する噴射部の距離がばらついた状態で、狭隘面に溶射粒子が溶射されてしまうことが押されられる。したがって、狭隘空間に面した翼本体の表面に対して翼高さ方向に不均一なトップコート層が形成されてしまうことを抑えることができる。

さらに、狭隘空間から外れた位置での第一溶射ガンの移動速度を速めることで、狭隘空間に面した翼本体の表面以外の翼本体の表面において、第一溶射ガンから溶射された溶射粒子が付着しづらくなる。したがって、第一溶射ガンによって、狭隘空間から外れた翼本体の表面に局所的に溶射粒子が堆積されることを抑えることができる。

また、本発明の第二態様に係る遮熱コーティング方法では、第一態様において、前記狭隘空間トップコート層形成工程では、前記翼本体の背側面に対して前記トップコート層が形成されていてもよい。

このような構成とすることで、狭隘空間に面した翼本体の表面が翼本体の背側面とされる。そのため、噴射孔が背側面に向けた状態で狭隘空間内に第一溶射ガンが挿入される。これにより、狭隘空間に面する翼本体の表面の中でも特に外側から陰になりやすい背側面に高い精度でトップコート層を形成することができる。

また、本発明の第三態様に係る遮熱コーティング方法では、第一又は第二態様において、前記全域トップコート層形成工程は、前記狭隘空間トップコート層形成工程の後に実施されていてもよい。

このような構成とすることで、狭隘空間に面した翼本体の表面に局所的に溶射粒子が堆積してしまうことを抑えることができる。

また、本発明の第四態様に係る遮熱コーティング方法では、第一態様から第三態様のいずれか一つにおいて、前記噴射部は、前記ガン本体部から前記溶射粒子の噴射方向に向かって傾斜して延びていてもよい。

このような構成とすることで、噴射部がガン本体部の延在方向に対して翼本体の表面に沿うように傾斜している。そのため、空間内に噴射部を挿入した際に、湾曲した翼本体の表面に噴射部を接触させずに、より深い位置まで噴射部を到達させることができる。これにより、翼本体に対して第一溶射ガンを干渉させることなく、狭隘空間まで噴射部を到達させることができる。その結果、狭隘空間における噴射部と狭隘面との距離を適切な溶射距離とすることができる。適切な溶射距離を確保して狭隘面に溶射することで、必要な性能が確保されたトップコート層を狭隘空間に面した翼本体の表面に形成することができる。

また、本発明の第五態様に係る遮熱コーティング方法では、第一態様から第四態様のいずれか一つにおいて、前記狭隘空間トップコート層形成工程の前に実施され、前記空間に前記第一溶射ガンを挿入させて前記第一方向に移動させ、前記狭隘空間で溶射粒子を噴射させて、前記狭隘空間に面した前記翼本体の表面に金属結合層としてのアンダーコート層を形成する狭隘空間アンダーコート層形成工程をさらに含んでいてもよい。

このような構成とすることで、狭隘空間に面した翼本体の表面に均質なアンダーコート層を形成することができる。その結果、狭隘空間に面した翼本体の表面において均質なアンダーコート層上にトップコート層を形成することができる。これにより、狭隘空間に面した翼本体の表面でのトップコート層の密着性を向上させることができる。

また、本発明の第六態様に係る遮熱コーティング方法では、第五態様において、前記狭隘空間アンダーコート層形成工程の前に実施され、前記翼セグメント本体の外側から前記溶射粒子を噴射させて、前記翼セグメント本体の表面に前記アンダーコート層を形成する全域アンダーコート層形成工程をさらに含んでいてもよい。

また、本発明の第七態様に係る遮熱コーティング方法では、第一態様から第六態様のいずれか一つにおいて、前記狭隘空間トップコート層形成工程では、前記翼本体の形状に基づいて前記狭隘空間を事前に特定し、前記第一溶射ガンによる溶射条件を溶射位置に応じて変更制御してもよい。

このような構成とすることで、狭隘空間に面した翼本体の表面とそれ以外の翼本体の表面とに対して適切な溶射条件で、それぞれトップコート層を形成することができる。したがって、翼本体の表面に、より質の高いトップコート層を形成することができる。

また、本発明の第八態様に係る翼セグメントの製造方法は、断面翼形状をなして翼厚方向に離れて並んだ複数の翼本体と、前記翼本体の翼高さ方向の基端部で前記複数の翼本体を連結する翼端壁部と、を有する翼セグメント本体を準備する翼セグメント本体準備工程と、第一態様から第七態様の何れか一つの遮熱コーティング方法で、前記翼セグメント本体準備工程で準備された前記翼セグメント本体の前記狭隘空間に面した前記翼本体の表面に前記トップコート層を形成する遮熱コーティング形成工程とを含む。

本発明によれば、隣り合う複数の翼本体を有する翼セグメントの全域に均質なトップコート層を形成することができる。

本発明の実施形態に係る静翼セグメントを説明する斜視図である。本発明の実施形態に係る遮熱コーティングを説明する模式図である。本発明の実施形態に係る翼セグメントの製造方法を説明するフロー図である。本発明の実施形態に係る狭隘空間に第一溶射ノズルが挿入された状態を説明する翼セグメントの断面図である。本発明の実施形態に係る第一溶射ノズルの移動する様子を説明する翼セグメントの側面図である。

以下、本発明の実施形態について図１から図５を参照して説明する。
翼セグメントの製造方法Ｓ１は、遮熱コーティングが形成された翼セグメントを製造する。本実施形態の翼セグメントの製造方法Ｓ１は、翼セグメントとして、ガスタービンの静翼セグメント１を製造する。静翼セグメント１は、環状に並んで相互に連結されることで１つの静翼環を形成する。静翼セグメント１は、翼セグメント本体２と、遮熱コーティング３とを有している。

翼セグメント本体２は、例えば、Ｎｉ基合金等の周知の耐熱合金により形成されている。翼セグメント本体２は、図１に示すように、翼本体２１と、内側シュラウド（翼端壁部）２２と、外側シュラウド２３と、を有している。

翼本体２１は、断面が翼形状をなして翼高さ方向Ｄｘに延びている。翼本体２１は、ガスタービンのロータ（不図示）の径方向に延びている。したがって、翼本体２１の延びる翼高さ方向Ｄｘは、ロータの径方向である。翼本体２１は、翼高さ方向Ｄｘから見た際に、背側の表面である背側面２１ａ（図４参照）が凸形状面とされている。翼本体２１は、翼高さ方向Ｄｘから見た際に、腹側の表面である腹側面２１ｂ（図４参照）が凹形状面とされている。翼本体２１は、翼弦方向Ｄｙの前方側の端部が前縁部２１ｃを形成している。翼本体２１は、翼弦方向Ｄｙの後方側の端部が後縁部２１ｄを形成している。翼本体２１は、翼厚方向Ｄｚに離れて複数（本実施形態では三つ）並んでいる。隣り合う翼本体２１の間には、空間Ａが形成されている。

ここで、翼本体２１の翼高さ方向Ｄｘは、翼本体２１の延びている方向である。また、翼本体２１の翼弦方向Ｄｙは、本実施形態における翼高さ方向Ｄｘと直交する方向であって、翼本体２１の翼弦の延びる方向を含む前縁部２１ｃと後縁部２１ｄとを結んだ仮想線と平行な方向とする。翼本体２１の翼厚方向Ｄｚは、本実施形態における翼高さ方向Ｄｘ及び翼弦方向Ｄｙと直交する方向とする。

内側シュラウド２２は、複数の翼本体２１を翼高さ方向Ｄｘの基端部側で連結している。本実施形態の内側シュラウド２２は、翼高さ方向Ｄｘから見た際に、平行四辺形状をなしている。内側シュラウド２２は、翼厚方向Ｄｚの長さが翼弦方向Ｄｙの長さよりも長く形成されている。

外側シュラウド２３は、複数の翼本体２１を翼高さ方向Ｄｘの先端部側（外側シュラウド２３側）で連結している。したがって、外側シュラウド２３は、内側シュラウド２２に対して、翼本体２１を挟んで翼高さ方向Ｄｘの反対側に配置されている。本実施形態の外側シュラウド２３は、翼高さ方向Ｄｘから見た際に、平行四辺形状をなしている。内側シュラウド２２は、翼厚方向Ｄｚの長さが翼弦方向Ｄｙの長さよりも長く形成されている。

翼セグメント本体２には、ガスタービンにおける燃焼ガスが流れる流路として、隣り合う翼本体２１と、内側シュラウド２２と、外側シュラウド２３とで画成された空間Ａが形成されている。翼セグメント本体２の空間Ａは、隣り合う翼本体２１の間の距離が所定の距離よりも短い狭隘空間Ａｘを含んでいる。したがって、空間Ａは、翼本体２１の形状に応じて翼弦方向Ｄｙに向かって翼厚方向Ｄｚの距離が変化している。ここで、狭隘空間Ａｘは、空間Ａの中で翼厚方向Ｄｚの距離が後述する第二溶射ガンが挿入不能な距離以下であるエリアである。したがって、本実施形態の所定の距離は、例えば、第二溶射ガンの外径の大きさである。本実施形態の狭隘空間Ａｘは、図４に示すように、翼本体２１の翼弦方向Ｄｙの中心位置よりも前縁部２１ｃ側の背側面２１ａに面して形成されている。狭隘空間Ａｘは、翼本体２１の翼高さ方向Ｄｘの基端部側（内側シュラウド２２側）から先端部側まで延びている。

遮熱コーティング３は、翼セグメント本体２を母材として、翼セグメント本体２の表面に形成されている。遮熱コーティング３は、翼セグメント本体２の表面の全域を覆うように形成されている。この遮熱コーティング３は、図２に示すように、アンダーコート層３１と、トップコート層３２とを有している。

アンダーコート層３１は、翼セグメント本体２からトップコート層３２が剥離することを抑制する。アンダーコート層３１は、耐食性および耐酸化性に優れた金属結合層である。アンダーコート層３１は、例えば、溶射材としてＭＣｒＡＬＹ合金の金属溶射粉を翼セグメント本体２の表面に対して溶射して形成される。ここで、アンダーコート層３１を構成するＭＣｒＡｌＹ合金の「Ｍ」は、金属元素を示している。この金属元素「Ｍ」は、例えば、ＮｉＣｏ、ＣｏＮｉ、Ｎｉ、Ｃｏ等の単独の金属元素、又は、これらのうち２種以上の組み合わせからなる。

トップコート層３２は、アンダーコート層３１の表面に積層されている。このトップコート層３２は、セラミックを含む溶射材をアンダーコート層３１の表面に溶射することで形成される。本実施形態のトップコート層３２は、緻密な縦割を有するセラミック被膜であるＤＶＣ（ＤｅｎｓｅＶｅｒｔｉｃａｌｙＣｒａｃｋ）膜、あるいは気孔を有するポーラス膜等である。トップコート層３２を形成する際に用いられる溶射材としては、ジルコニア系セラミックを用いることができる。ジルコニア系セラミックとしては、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、および、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）で部分安定化させたジルコニア（ＺｒＯ_２）であるイッテルビア安定化ジルコニア（ＹｂＳＺ）等が挙げられる。

次に上述した静翼セグメント１を製造する翼セグメントの製造方法Ｓ１を説明する。本実施形態の翼セグメントの製造方法Ｓ１は、図３に示すように、翼セグメント本体準備工程Ｓ１０と、遮熱コーティング形成工程Ｓ２０とを含む。

翼セグメント本体準備工程Ｓ１０は、事前に翼セグメント本体２を準備する。本実施形態の翼セグメント本体準備工程Ｓ１０では、鋳造等によって翼セグメント本体２を製造して準備する。

遮熱コーティング形成工程Ｓ２０は、翼セグメント本体準備工程Ｓ１０で準備された翼セグメント本体２の表面に遮熱コーティング方法Ｓ３０で遮熱コーティング３を形成する。本実施形態の遮熱コーティング形成工程Ｓ２０では、翼セグメント本体２の表面にアンダーコート層３１及びトップコート層３２が形成される。遮熱コーティング形成工程Ｓ２０では、翼セグメント本体２の空間Ａの中で狭隘空間Ａｘに面した翼本体２１の表面にもアンダーコート層３１及びトップコート層３２が形成される。本実施形態の遮熱コーティング形成工程Ｓ２０は、以下の遮熱コーティング方法Ｓ３０で実施される。

遮熱コーティング方法Ｓ３０は、翼セグメント本体２に遮熱コーティング３を形成する。本実施形態の遮熱コーティング方法Ｓ３０は、全域アンダーコート層形成工程Ｓ３１と、狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３２と、狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３と、全域トップコート層形成工程Ｓ３４とを含む。本実施形態の遮熱コーティング方法Ｓ３０では、狭隘空間Ａｘに面する翼本体２１の表面である狭隘面Ｘを溶射する際には第一溶射ガン５を使用する。また、翼セグメント本体２を外側から溶射する際には、第二溶射ガンを使用する。本実施形態の狭隘面Ｘは、図４に示すように。隣り合う翼本体２１の対向する表面のうち、片側の翼本体２１の背側面２１ａである。狭隘面Ｘは、翼本体２１の翼弦方向Ｄｙの中心位置よりも前縁部２１ｃ側に形成されている。狭隘面Ｘは、図５に示すように、翼本体２１の翼高さ方向Ｄｘの基端部側から先端部側まで延びている。

第一溶射ガン５は、使用出力や供給粉末量が第二溶射ガンよりも小さい。第一溶射ガン５は、大気プラズマ溶射（ＡＰＳ:ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｌａｓｍａｓｐｒａｙｉｎｇ）を実施する場合、１パスの成膜幅が１０ｍｍ〜１ｍｍ程度とされている。第一溶射ガン５は、図４に示すように、ガン本体部５１と、噴射部５２とを有している。

ガン本体部５１は、第一溶射ガン５の移動方向となる第一方向に延在している。本実施形態のガン本体部５１は、円柱状をなしている。第一方向は、ガン本体部５１の延びる方向であって、翼高さ方向Ｄｘと交差する方向である。本実施形態の第一方向は、翼弦方向Ｄｙである。

噴射部５２は、ガン本体部５１の先端に一体に設けられている。噴射部５２は、第一方向に対して交差する方向に溶射粒子を噴射する噴射孔５３が形成されている。本実施形態の噴射孔５３は、ガン本体部５１の延びる方向に対して直交する方向を向いて開口している。本実施形態の噴射部５２は、ガン本体部５１から溶射粒子の噴射方向に向かって傾斜して延びている。したがって、本実施形態の第一溶射ガン５は、ガン本体部５１の延びる方向に対して、先端部を形成する噴射部５２で折れ曲がるように形成されている。具体的には、噴射部５２は、ガン本体部５１の延びる方向に対して５°から２０°程度傾斜しており、特に１０°程度傾斜していることが好ましい。なお、噴射部５２の傾斜角度は、翼本体２１の形状に応じて適宜設定されればよい。

第二溶射ガンは、第一溶射ガン５よりも大きな外形を有している。第二溶射ガンは、使用出力や供給粉末量が第一溶射ガン５よりも大きい。第二溶射ガンは、大気プラズマ溶射法を実施する場合、１パスの成膜幅が１５ｍｍ〜２５ｍｍ程度とされている。第二溶射ガンは、円柱状をなしている。第二溶射ガンは、先端部から延在する方向に向かって溶射粒子を噴射させる。第二溶射ガンは、空間Ａに挿入不能な大きさの断面形状で形成されている。

全域アンダーコート層形成工程Ｓ３１は、図３に示すように、狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３２の前に実施される。全域アンダーコート層形成工程Ｓ３１は、翼セグメント本体２の外側から溶射粒子を噴射させて、翼セグメント本体２の表面にアンダーコート層３１を形成する。本実施形態の全域アンダーコート層形成工程Ｓ３１は、第二溶射ガンで高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ：ＨｉｇｈＶｅｌｏｃｉｔｙＯｘｙｇｅｎＦｕｅｌ）や減圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ：ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＰｌａｓｍａＳｐｒａｙｉｎｇ）を実施することでアンダーコート層３１を形成する。全域アンダーコート層形成工程Ｓ３１では、溶射粒子を溶射するＨＶＯＦやＬＰＰＳ用の溶射ガンを翼セグメント本体２の外側で翼高さ方向Ｄｘに往復移動させる。

狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３２は、狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３の前に実施される。狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３２は、第一溶射ガン５を用いて狭隘空間Ａｘに面した翼本体２１の表面である狭隘面Ｘに金属結合層としてのアンダーコート層３１を形成する。狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３２では、狭隘空間Ａｘで第一溶射ガン５から溶射粒子を噴射させる。狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３２では、第一溶射ガン５は、図４に示すように、後縁部２１ｄ側から空間Ａに挿入される。その後、第一溶射ガン５を前縁部２１ｃに向かって第一方向である翼弦方向Ｄｙに移動させる。

本実施形態の狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３２では、第一溶射ガン５は、噴射孔５３を翼本体２１の背側面２１ａを向けて空間Ａに挿入される。これにより、狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３２では、狭隘空間Ａｘでは背側面２１ａのみに対してアンダーコート層３１が形成される。

狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３２では、図５に示すように、溶射粒子を溶射する第一溶射ガン５を翼弦方向Ｄｙに往復移動させる。第一溶射ガン５は、往復移動される際に、翼厚方向Ｄｚから見た際に噴射部５２の位置が狭隘空間Ａｘから外れた位置で翼高さ方向Ｄｘに移動される。具体的には、第一溶射ガン５は、後縁部２１ｄ側では、翼厚方向Ｄｚから見た際に、翼本体２１から外れた位置まで噴射部５２が移動した後に翼高さ方向Ｄｘの先端部側に移動される。また、第一溶射ガン５は、前縁部２１ｃ側では、翼厚方向Ｄｚから見た際に、噴射孔５３と翼本体２１の表面との距離が予め定めた最低溶射距離よりも広くなる位置まで噴射部５２が移動した後に、翼高さ方向Ｄｘの先端部側に移動される。

この際、第一溶射ガン５は、狭隘空間Ａｘから外れた位置での移動速度が狭隘空間Ａｘ内での移動速度よりも速くされている。第一溶射ガン５は、噴射部５２が狭隘空間Ａｘから外れた位置に存在している場合での翼弦方向Ｄｙの移動速度が、成膜不能な速度であることが好ましい。逆に、第一溶射ガン５は、噴射部５２が狭隘空間Ａｘに存在している場合での翼弦方向Ｄｙの移動速度が均質な成膜が可能な速度であることが好ましい。

ここで、具体的な狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３２での溶射条件は、例えば、溶射材をＭＣｒＡｌＹ合金の溶射粒子、Ａｒ／Ｈ２を５０／２［ｌ／ｍｉｎ］、電流値を２６０［Ａ］、粉末量を４［ｇ／ｍｉｎ］、溶射距離を２５［ｍｍ］としてもよい。

狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３は、第一溶射ガン５を用いて大気プラズマ溶射で狭隘面Ｘにセラミックを含むトップコート層３２を形成する。したがって、本実施形態の狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３では、アンダーコート層３１が形成された狭隘面Ｘにトップコート層３２が形成される。狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３では、狭隘空間Ａｘで溶射粒子を噴射させる。狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３は、狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３２とは使用する溶射粒子を変えて、狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３２と同様の動きで第一溶射ガン５を移動させながら溶射する。

具体的には、本実施形態の狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３では、第一溶射ガン５は、図４に示すように、後縁部２１ｄ側から空間Ａに挿入される。その後、第一溶射ガン５を前縁部２１ｃに向かって翼弦方向Ｄｙに移動させる。その際、第一溶射ガン５の噴射孔５３は、翼本体２１の背側面２１ａを向いている。これにより、狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３では、狭隘空間Ａｘでは背側面２１ａのみに対してトップコート層３２が形成される。

狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３では、図５に示すように、溶射粒子を溶射する第一溶射ガン５を翼弦方向Ｄｙに往復移動させる。第一溶射ガン５は、往復移動させる際に、狭隘空間Ａｘから噴射部５２が外れた位置で翼高さ方向Ｄｘに移動される。具体的には、第一溶射ガン５は、後縁部２１ｄ側では、翼厚方向Ｄｚから見た際に、翼本体２１から外れた位置まで噴射部５２が移動した後に翼高さ方向Ｄｘの先端部側に移動される。また、第一溶射ガン５は、前縁部２１ｃ側では、翼厚方向Ｄｚから見た際に、噴射孔５３と翼本体２１の表面との距離が予め定めて最低溶射距離よりも広くなる位置まで噴射部５２が移動した後に、翼高さ方向Ｄｘの先端部側に移動される。

この際、第一溶射ガン５は、狭隘空間Ａｘから外れた位置での移動速度が狭隘空間Ａｘ内での移動速度よりも速くされている。第一溶射ガン５は、噴射部５２が狭隘空間Ａｘから外れた位置に存在している場合での翼弦方向Ｄｙの移動速度が、成膜不能な速度であることが好ましい。逆に、第一溶射ガン５は、噴射部５２が狭隘空間Ａｘに存在している場合での翼弦方向Ｄｙの移動速度が均質な成膜な可能な速度であることが好ましい。

また、狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３では、翼本体２１の形状に基づいて狭隘空間Ａｘを事前に特定し、第一溶射ガン５による溶射条件を溶射位置に応じて変更制御する。具体的には、狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３では、事前にシミュレーションを実施して翼本体２１の形状に基づく狭隘空間Ａｘの形状を特定する。特定した狭隘空間Ａｘの形状に応じて第一溶射ガン５の位置や移動速度、噴射する溶射粒子の粉末量等の溶射条件を変更させるように制御する。

ここで、狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３での溶射条件は、例えば、溶射材をＹＳＺの溶射粒子、Ａｒ／Ｈ２を３０／２．５［ｌ／ｍｉｎ］、電流値を２５０［Ａ］、粉末量を１５［ｇ／ｍｉｎ］、溶射距離を２１〜２９［ｍｍ］としてもよい。

全域トップコート層形成工程Ｓ３４は、狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３の後に実施される。全域トップコート層形成工程Ｓ３４は、第二溶射ガンを用いて大気プラズマ溶射で翼セグメント本体２の表面の全域にトップコート層３２を形成する。全域トップコート層形成工程Ｓ３４は、第二溶射ガンを翼セグメント本体２の外側で翼高さ方向Ｄｘに往復移動させる。

ここで、全域トップコート層形成工程Ｓ３４での溶射条件は、例えば、溶射材をＹＳＺの溶射粒子、Ａｒ／Ｈ２を３５／７．４［ｌ／ｍｉｎ］、電流値を６００［Ａ］、粉末量を６０［ｇ／ｍｉｎ］、溶射距離を１８０〜２５０［ｍｍ］とする。

上記のような遮熱コーティング方法Ｓ３０によれば、狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３２及び狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３では、第一溶射ガン５が狭隘空間Ａｘに挿入される。第一溶射ガン５は、ガン本体部５１の延びる方向に対して直交する方向を向いて開口した噴射孔５３を有している。その結果、第一溶射ガン５で大気プラズマ溶射を実施することで、狭隘面Ｘに対向した噴射孔５３から狭隘面Ｘに溶射粒子が直接溶射される。これにより、静翼セグメント１の外側からでは陰になってしまい、均質なトップコート層３２を形成可能な量の溶射粒子が行きわたらない狭隘面Ｘに、十分な量の溶射粒子を溶射できる。

また、狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３２及び狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３では、第一溶射ガン５は、翼高さ方向Ｄｘではなく翼弦方向Ｄｙに往復移動する。三次元的な曲面を有する複雑な形状の翼本体２１では、狭隘面Ｘは、翼高さ方向Ｄｘに複雑な曲面形状をなして長く延びている。一方、狭隘面Ｘは、翼弦方向Ｄｙには単純な曲面形状をなして短く延びている。そのため、狭隘面Ｘに沿って第一溶射部を翼高さ方向Ｄｘに移動すると、狭隘空間Ａｘに面した翼本体２１の表面に対する噴射部５２の距離を一定に保つことが難しい。これに対し、翼弦方向Ｄｙに第一溶射ガン５を移動させることで、翼高さ方向Ｄｘに移動させる場合に比べて、狭隘面Ｘに対する噴射部５２の位置を安定させやすくなる。その結果、狭隘面Ｘに対して噴射孔５３を垂直に近い角度に配置して溶射粒子を溶射することができる。したがって、狭隘面Ｘに対して溶射粒子を均一に溶射できる。

これらにより、狭隘面Ｘに対して十分な量の溶射粒子を均一に溶射することができる。その後、全域トップコート層形成工程Ｓ３４で狭隘面Ｘ以外の翼セグメント本体２の表面にトップコート層３２及びアンダーコート層３１が通常通り形成される。したがって、隣り合う複数の翼本体２１を有する静翼セグメント１の全域に均質なトップコート層３２及びアンダーコート層３１を形成することができる。

また、第一溶射ガン５を翼弦方向Ｄｙに往復移動させる際に、噴射部５２が狭隘空間Ａｘから外れた位置で第一溶射ガン５が翼高さ方向Ｄｘに移動される。そのため、狭隘面Ｘに溶射粒子を溶射している状態で、第一溶射ガン５が翼高さ方向Ｄｘに移動されることを防ぐことができる。その結果、狭隘面Ｘに対する噴射部５２の距離がばらついた状態で、狭隘面Ｘに溶射粒子が溶射されてしまうことが押されられる。したがって、狭隘面Ｘに対して翼高さ方向Ｄｘに不均一なトップコート層３２やアンダーコート層３１が形成されてしまうことを抑えることができる。

また、狭隘空間Ａｘから噴射部５２が外れた状態での移動速度が、噴射部５２が狭隘空間Ａｘ内に位置する状態での第一溶射ガン５の移動速度よりも速くされている。狭隘空間Ａｘから噴射部５２が外れた状態での第一溶射ガン５の移動速度を速めることで、狭隘面Ｘ以外の翼本体２１の表面において、第一溶射ガン５から溶射された溶射粒子が付着しづらくなる。したがって、第一溶射ガン５によって、狭隘空間Ａｘから外れた翼本体２１の表面に局所的に溶射粒子が堆積されることを抑えることができる。

また、狭隘面Ｘが翼本体２１の背側面２１ａとされることで、噴射孔５３が背側面２１ａに向けた状態で狭隘空間Ａｘ内に第一溶射ガン５が挿入される。これにより、狭隘空間Ａｘに面する翼本体２１の表面の中でも特に外側から陰になりやすい背側面２１ａにトップコート層３２やアンダーコート層３１を高い精度で形成することができる。

また、本実施形態では狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３の後に全域トップコート層形成工程Ｓ３４が実施される。これにより、狭隘面Ｘに局所的に溶射粒子が堆積してしまうことを抑えることができる。具体的には、仮に大気プラズマ溶射で溶射粒子を溶射する全域トップコート層形成工程Ｓ３４を先に実施した場合、他の部位を溶射した際の第二溶射ガンから溶射された溶射粒子は、跳ね返ったりかすめたりすることで、狭隘面Ｘに対しても部分的に付着する。これは、第一溶射ガン５よりも成膜パスが広く、使用出力や供給粉末量が大きい第二溶射ガンから溶射されることで、速度が速い溶射粒子が広い範囲に溶射されることで生じる。跳ね返ったりかすめたりすることで意図せず狭隘面Ｘに堆積した溶射粒子は、溶射角度が悪く、速度が十分でない、及び温度が低下している等の状態のために、密着性が低下する。その結果、多層にわたって密着性の低い溶射粒子が狭隘面Ｘに堆積し、トップコート層３２の厚みや密度にばらつきが生じてしまう。

一方、先に狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３を実施することで、第二溶射ガンよりも成膜パスが狭く、使用出力や供給粉末量が小さい第一溶射ガン５で狭隘面Ｘにトップコート層３２が形成される。この際、第一溶射ガン５は狭隘空間Ａｘ内で溶射粒子を溶射するために、狭隘面Ｘを含む非常に限定された領域にしか溶射粒子が飛散しない。その結果、狭隘面Ｘに不均質なトップコート層３２が形成されてしまうことを抑えるだけでなく、狭隘面Ｘ以外の翼本体２１の表面に対して不均質なトップコート層３２が形成されてしまうことを抑えることができる。これにより、狭隘面Ｘを含む翼本体２１の表面のトップコート層３２の厚みや密度にばらつきが生じることが抑えられる。

さらに、先に狭隘面Ｘに均質なトップコート層３２を形成することで、後から第二溶射ガンで溶射しても、密着性の低い溶射粒子は均一なトップコート層３２の表面に堆積する。そのため、次工程に研磨等を行うことで後から除去することができ、実質的に遮熱コーティング３を形成する際に影響を受けることがない。

また、第一溶射ガン５の噴射部５２がガン本体部５１の延在方向に対して背側面２１ａに沿うように傾斜している。そのため、後縁側から空間Ａ内に噴射部５２を挿入した際に、湾曲した背側面２１ａに噴射孔５３を接触させずに、より深い位置まで噴射部５２を到達させることができる。その結果、翼本体２１に対して第一溶射ガン５を干渉させることなく、狭隘空間Ａｘまで噴射部５２を到達させることができる。これにより、狭隘空間Ａｘにおける噴射部５２と狭隘面Ｘとの距離を適切な溶射距離とすることができる。溶射距離は、短くなってしまうと、形成される膜が緻密になり過ぎてしまい熱伝導率が低下してしまう。逆に、溶射距離が長くなると、形成される膜がポーラスになり過ぎてしまい耐久性が低下してしまう。これに対し、適切な溶射距離を確保して狭隘面Ｘに溶射することで、必要な性能が確保されたアンダーコート層３１やトップコート層３２を狭隘面Ｘに形成することができる。

また、狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３の前に狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３２が実施される。そのため、狭隘面Ｘに均質なアンダーコート層３１を形成することができる。その結果、狭隘面Ｘにおいて均質なアンダーコート層３１上にトップコート層３２を形成することができる。これにより、狭隘面Ｘでのトップコート層３２の密着性を向上させることができる。

また、狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３において、事前に特定した狭隘空間Ａｘに基づいて、第一溶射ガン５の位置や移動速度、噴射する溶射粒子の粉末量等の溶射条件が調整される。これにより、狭隘面Ｘと狭隘面Ｘ以外の翼本体２１の表面とに対して適切な溶射条件で、それぞれトップコート層３２を形成することができる。したがって、翼本体２１の表面に、より質の高いトップコート層３２を形成することができる。

（実施形態の他の変形例）
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

なお、本実施形態の遮熱コーティング方法Ｓ３０では、狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３２は実施されなくてもよい。したがって、本実施形態の遮熱コーティング方法Ｓ３０では、別の方法でアンダーコート層３１を形成してもよい。

また、各工程で挙げた溶射条件は一例であって、限定されるものではない。溶射条件は、使用される装置や対象とする溶射粒子の種類等に応じて適宜設定されればよい。

また、第一方向は、翼弦方向Ｄｙに限定されるものではなく、翼高さ方向Ｄｘに交差する方向であればよい。第一方向は、翼本体２１の表面に沿った方向であればよい。特に、第一方向は、背側面２１ａに沿った方向であることが好ましい。

また、本実施形態では狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３３において、狭隘空間Ａｘを事前に特定し、第一溶射ガン５による溶射条件を溶射位置に応じて変更制御したが、アンダーコート層３１を形成する際にも同様の固定をおこなってもよい。したがって、狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３２において、事前に狭隘空間Ａｘを特定し、第一溶射ガン５による溶射条件を溶射位置に応じて変更制御してもよい。

Ｓ１…翼セグメントの製造方法１…静翼セグメント２…翼セグメント本体２１…翼本体Ｄｘ…翼高さ方向Ｄｙ…翼弦方向Ｄｚ…翼厚方向２１ａ…背側面２１ｂ…腹側面２１ｃ…前縁部２１ｄ…後縁部Ａ…空間２２…内側シュラウド２３…外側シュラウドＡｘ…狭隘空間Ｘ…狭隘面３…遮熱コーティング３１…アンダーコート層３２…トップコート層Ｓ１０…翼セグメント本体準備工程Ｓ２０…遮熱コーティング形成工程Ｓ３０…遮熱コーティング方法５…第一溶射ガン５１…ガン本体部５２…噴射部５３…噴射孔Ｓ３１…全域アンダーコート層形成工程Ｓ３２…狭隘空間アンダーコート層形成工程Ｓ３３…狭隘空間トップコート層形成工程Ｓ３４…全域トップコート層形成工程

Claims

断面翼形状をなして翼厚方向に離れて並んだ複数の翼本体と、前記翼本体の翼高さ方向の基端部で前記複数の翼本体を連結する翼端壁部とを有する翼セグメント本体に遮熱コーティングを形成する遮熱コーティング方法であって、
隣り合う前記翼本体の間の空間に第一溶射ガンを挿入させて前記翼高さ方向と交差する第一方向に移動させ、前記空間の中で前記翼本体の間の距離が所定の距離よりも短い狭隘空間で溶射粒子を噴射させて、前記狭隘空間に面した前記翼本体の表面にセラミックを含むトップコート層を形成する狭隘空間トップコート層形成工程と、
前記第一溶射ガンよりも大きな第二溶射ガンを前記翼セグメント本体の外側で前記翼高さ方向に移動させて、前記翼セグメント本体の表面に前記トップコート層を形成する全域トップコート層形成工程とを含み、
前記第一溶射ガンは、
前記第一方向に延在するガン本体部と、
前記ガン本体部の先端に設けられて、前記第一方向に対して交差する方向に溶射粒子を噴射する噴射孔が形成された噴射部とを有し、
前記狭隘空間トップコート層形成工程では、
前記第一溶射ガンは、前記狭隘空間から前記噴射部が外れ、前記第一溶射ガンの噴射孔と前記翼本体の表面との距離が予め定めた最低溶射距離よりも広くなる位置まで移動した後に前記翼高さ方向に移動されることで前記第一方向に往復移動され、
前記狭隘空間から外れた位置での前記第一方向への前記第一溶射ガンの移動速度は、前記狭隘空間内での移動速度よりも速い成膜不能な速度とされる遮熱コーティング方法。
前記狭隘空間トップコート層形成工程では、前記翼本体の背側面に対して前記トップコート層が形成される請求項１に記載の遮熱コーティング方法。
前記全域トップコート層形成工程は、前記狭隘空間トップコート層形成工程の後に実施される請求項１又は２に記載の遮熱コーティング方法。
前記噴射部は、前記ガン本体部から前記溶射粒子の噴射方向に向かって傾斜して延びている請求項１から３のいずれか一項に記載の遮熱コーティング方法。
前記狭隘空間トップコート層形成工程の前に実施され、前記空間に前記第一溶射ガンを挿入させて前記第一方向に移動させ、前記狭隘空間で溶射粒子を噴射させて、前記狭隘空間に面した前記翼本体の表面に金属結合層としてのアンダーコート層を形成する狭隘空間アンダーコート層形成工程をさらに含む請求項１から４のいずれか一項に記載の遮熱コーティング方法。
前記狭隘空間アンダーコート層形成工程の前に実施され、前記翼セグメント本体の外側から前記溶射粒子を噴射させて、前記翼セグメント本体の表面に前記アンダーコート層を形成する全域アンダーコート層形成工程をさらに含む請求項５に記載の遮熱コーティング方法。
前記狭隘空間トップコート層形成工程では、前記翼本体の形状に基づいて前記狭隘空間を事前に特定し、前記第一溶射ガンによる溶射条件を溶射位置に応じて変更制御する請求項１から６のいずれか一項に記載の遮熱コーティング方法。
断面翼形状をなして翼厚方向に離れて並んだ複数の翼本体と、前記翼本体の翼高さ方向の基端部で前記複数の翼本体を連結する翼端壁部と、を有する翼セグメント本体を準備する翼セグメント本体準備工程と、
請求項１から７のいずれか一項に記載の遮熱コーティング方法で、前記翼セグメント本体準備工程で準備された前記翼セグメント本体の前記狭隘空間に面した前記翼本体の表面に前記トップコート層を形成する遮熱コーティング形成工程とを含む翼セグメントの製造方法。