「
ガスタービンエンジンの難削材複雑形状部品
の加工技術の高度化の研究
」
平成22年度戦略的基盤技術高度化支援事業ヒアリング資料
受付番号：21352813008
採択年度：平成21年度
評価区分：最終評価（主たる技術；切削加工）
事業管理機関：財団法人 新産業創造研究機構
研究実施者：株式会社 ナサダ
株式会社 タジマ
株式会社 ニートレックス
国立大学法人 東京農工大学
研究開発の背景と目的
航空機ガスタービン及び発電用ガスタービンのタービンブレードは、
重要部品であるために従来工法からの変更が難しくコスト低減が進み
にくい。また形状が３次元の複雑形状で難削材が使われており加工方
法の変更はネックになっている。
このタービンブレードを次世代工法、新保持具、新工具、新設備等
を研究開発し無人化の連続加工を可能にして、コストを１／２にする
事により、圧倒的競争力を付けて、川下企業ニーズに答える。
今後のガスタービンの生産量予測
航空機用のジェットエンジンは２０１５年以 降に新型航空機の生産が急激に増加すること が予想されている。 発電用ガスタービンは新興国の電力需要増加 により、大型高効率ガスタービン、原子力タ ービンの需要が大幅に増加することが予想さ れている。 このためにタービンブレードの生産量は２０ ２６年には、現在の３倍に増加すると言われ ている。Ｐ１
主な対象部品
大型ブレードは、８２ｉｎｃｈ（２，０８２ｍｍ）
にスケールアップし難易度が更に向上する。
Ｐ３
研究開発計画概要 １（保持技術の開発）
タービンブレード
保持の従来技術
鋳込み方式
基準ピン方式
タービンブレード
保持の新技術
人体に有害な鉛系の低融
合金鋼を使用する。
クランプ力が弱く精度が出ない。
高効率加工に対応できない。
•保持力を向上し且つ歪
み無しのクランプ
•取付け取外しが容易で
ある
円筒パイプに樹脂を充填
してブレードを固定する
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両端保持加工
研究開発計画概要 ２（加工技術の開発）
樹脂固定による
押し出し加工工法
ピラニア治具固定法
タービンブレード
加工工法の従来技術
タービンブレード
加工工法の新技術
①加工時間が長い
②ツールマークが残る
③ブレードを両端保持するため中央が撓む
④面粗度が荒い
⑤品質の安定が困難
⑥工具寿命が短い
新工法は加工部
及びチャッキング
部すべてを樹脂等
で包み込み、樹脂
等の固定している
媒体ごと切削する。
タービンブレード両端の根部及びシュ
ラウド部をワンタッチで保持し，複合加
工機の主軸と第二主軸でチャッキング
して、ブレード加工を自動化する
Ｐ６
研究開発計画概要 ３（加工工具の開発-①）
① 中心の回転がゼロであり切削していない ② 大容量切削が苦手 ③ ツールマークが残り面粗度が悪い ④ 切削抵抗が大きくブレードのストレスが高い。 ⑤ 工具押さえ空間が狭小のため刃先交換式が困難 ⑥ Φ ３０ｍｍ前後を多用するため高速回転が必要 ⑦ Φ ３０ｍｍ前後を多用するため多刃化が困難 ⑧ 切粉ポケットが狭小で詰まりやすく発熱原因 ⑨ セラミック刃先が普及していないタービンブレード従来工具
と従来加工工法
タービンブレード新工具
と新加工工法
多刃工具 切刃を多くして工具とワークの負担を軽くし、高 能率加工と特にビビリ防止を実現する。 高圧クーラント対応工具(7MＰa） チップ上面を切粉が通過する時間と面積を小さ くして摩耗と溶着を防ぎ、劇的な長寿命化を実 現するＰ７
研究開発計画概要 ４（加工工具の開発-②）
タービンブレード従来工具
と従来加工工法
ウォーターカーテンと切削液内部給油による次
世代ブレード研削技術（ハイパー研削）による翼
面磨き加工の自動化を行い、さらに研磨焼けの
無い重研削加工を実現する
クーラントが砥石の回転 により形成される空気層 によりワークに届かず、 砥石の目詰まり除去、 ワークの冷却が十分にで きない ①熟練技能に頼った作業 ②機械化が困難 ③個人差が大きい ④研磨焼けが起きる ⑤作業環境が悪い（粉塵、騒音、重い・・・） ⑥加工寸法は勘が頼り ⑦後継者の確保が難しい ⑧ブレードの品質安定の盲点 ⑨コスト低減が困難タービンブレード新工具
と新加工工法
Ｐ８
株式会社 タジマ ブレードの加工 株式会社 ナサダ ブレードの加工
共同受注会社
受注業務及び生産管理海外向け営業活動 株式会社Nitolex （砥石の供給） 新規加工会社 ブレードの加工 受注 生産 国内航空 エンジンメーカ 国内発電用 ガスタービンメーカ 海外発電用 ガスタービンメーカ 海外航空 エンジンメーカ 新規加工会社 ブレードの加工 ユーザ 技術供与 技術供与 外注 外注事業化のイメージ
Ｐ９
研究開発結果１（保持具の開発①）
Ｐ１０
低融合金による鋳込み法
基準ピン固定法
樹脂等のよる固定法
パテ部分固定法
非鉄保持材
何故？パテ固定法を選定したか？
高温
２００℃
高圧力
３０ｋｇ
／ｃｍ
２高粘度
水飴状
２全面樹脂硬化方式の
失敗！！
ブレードが樹脂圧と
冷却による収縮で
安定しない・・・
さらに樹脂の使用量
が多くコストが掛かる
インジェクション
研究開発結果２（保持具の開発②）
Ｐ１１
概略図 概略図 タービンブレード固定治具 基準面 タービンブレード固定治具 ペースト状接着樹脂 接着樹脂の鉛直方向の固定力の測定方法 接着樹脂の鉛直方向の固定力の測定方法 タービンブレード固定治具 離型剤を塗布 ペースト状接着樹脂 オートグラフ 鉛直方向の引っ張り試験 測定概略図 測定概略図 三箇所をボルト により固定し 平行を出す ペースト状接着樹脂 オートグラフ 引っ張り方向 離型剤が塗られてい ない部分を一定面積 とする． 表面粗さRa 3.5 m 離型剤 ※接着面積が一定となるように 図の用に離型剤を塗布する． 測定概略図 測定概略図 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 変位 mm 荷重 N 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 変位 mm 荷重 N 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 変位 mm 荷重 N 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 変位 mm 荷重 N
研究開発結果４（保持具の開発④）
Ｐ１３
東京農工大でパテ固定法を検証
研究開発結果５（新加工技術の開発）
Ｐ１４
樹脂固定による押し出し加工工法
①ブレード全体を樹脂で固めると、樹脂の使用量が多くコストが掛かる ②樹脂の硬化時の変形が大きく且つ割れが出来やすい。 ③外形精度の確保が難しい①円筒固定治具による両端加工工法
②ピラニア治具による翼面加工工法
研究開発結果６（多刃工具開発①）
多刃工具の構想図
セラミック多刃工具の設計図面
多刃工具のジェットクーラント
対応工具の設計製作及び
加工技術の研究
Ｐ１５
多刃工具は正面フライス加工、プランジ加工、溝加工の3種類の加工が可能な設 計とし、尚且つ高圧クーラント対応の構造であり、1個のカッターにおいて色々な 加工個所に使用出来る。 特に複合加工機においてはB軸を傾斜させた加工に使用できるため、B軸の傾斜 角度を変えることにより、使用工具の刃先位置が変えられるために１回のセッティ ングで３つの角度（角度0度45度90度）で使用可能となり、大幅に切削長を延ば せる可能性がある。これにより３タイプの加工に使用出来れば大幅な工具費の低 減が実現できる。
研究開発結果７（多刃工具開発②）
Ｐ１６
研究開発結果９（研削技術の開発②）
Ｐ１８
フィルターレス サイクロン集塵機
ⅰ） １
μ m粒子まで、９９．９％集塵率で分離
ⅱ） フィルターが不要
ⅲ） 目詰まりによる減衰ゼロ
研削加工時のスラッジ対策
研究開発結果１０（研削技術の開発③）
Ｐ１９
CBN砥石による研削テスト
（仕上研削加工）
と粒 粒度 寸法 最高使用周速度 CBN 140 100D*20T*15R*25 45m/sアルミナ系多孔質砥石による研削テスト
（重研削加工）
と粒 粒度 寸法 最高使用周速度 SV 80 100*20*25.4 33 m/s周速 回転数 送り 切り 込み 砥石径 差 主軸付加 加工前 加工後 1 33m/s 6300 100 0.1 100.700 100.700 0 2～3% 2 90 100.700 100.698 0.002 2～3% 3 80 0.2 100.698 100.698 0 2～3% 4 70 100.698 100.695 0.003 2～3% 5 60 0.3 100.695 100.692 0.003 2～3% 6 50 100.692 100.690 0.002 2～3% 7 40 0.4 100.690 100.687 0.003 2～3% 8 30 100.687 100.687 0 2～3% 9 20 0.5 100.687 100.685 0.002 2～3% 10 10 100.685 100.684 0.001 2～3% - 30 1 100.890 100.805 0.085 3～4% 目標 粗度 （先側） 粗度 （根部側） Ra Ra 1 Ra 3.0以下 1.92 1.59 2 1.87 1.60 3 2.01 1.61 4 2.29 1.63 5 2.24 1.62 6 2.22 1.65 7 2.34 1.65 8 2.30 1.68 9 2.60 1.66 10 2.57 1.64 - 1.77 1.92 周速 回転数 送り 切り 込み 砥石径 差 主軸付加 加工前 加工後 1 45 8600 3000 0.05 100.01 100.01 0 5% 2 4000 0.03 100.01 100.01 0 5% 3 5000 0.01 100.01 100.01 0 5% 4 2000 0.1 100.01 100 0.01 5～6% 目標 粗度 Ra Ry 1 Ra 1.0以下 0.37 2.6 2 0.36 2.6 3 0.34 2.7 4 0.29 1.6
