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技術 ターボ機械のロータブレード

出願人 サフラン・エアクラフト・エンジンズ
発明者 アルノー・ネグリロマン・バールスリム・ベンサラアレクサンドル・ジメルトマ・ラルデリエドウニ・ギャブリエル・トラオ
出願日 2019年1月4日 (1年7ヶ月経過) 出願番号 2019-000263
公開日 2019年6月13日 (1年1ヶ月経過) 公開番号 2019-090417
状態 未査定
技術分野 タービンロータ・ノズル・シール ガスタービン、高圧・高速燃焼室
主要キーワード 円周方向リング 横方向端縁 捩り応力 半径方向軸線 カップ部分 耐摩耗材料 ブレード部分 耐摩耗層
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年6月13日)のものです。
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図面 (11)

課題

本発明は、ターボ機械ロータブレードに関する。また、本発明は、ターボ機械のロータブレードに耐摩耗材料被着させる方法を提供する。

解決手段

ターボ機械のロータブレードは、その遠位端において、下側に第1の端縁201および上側に第2の端縁202を有するプラットフォーム2と、下側に第1の端部分301および上側に第2の端部分302を有する少なくとも1つの封止部材であり、前記第1の端部分と前記第2の端部分との間で前記プラットフォーム2から半径方向外側に延在する封止先端を有する封止部材とを備えるヒール105を有する。少なくとも1つの封止部材について、ヒール105が、少なくとも端縁201、202のうちの1つにおいて、端縁201、202に対応する封止部材の端部分301、302に沿って延在するボウル5を形成する部分を備える。ボウル5を形成する部分が、耐摩耗材料の被着物受け入れるのに適している。

概要

背景

ブレードスタッキング軸の両側に配置される、下側および上側を備えるターボ機械ロータブレードが存在する。この種のブレードは、たとえば、タービン段のブレードである。図1を参照して、この種のブレードは、それらの遠位端103において、ヒール105を有する。

各ヒール105は、下側に第1の端縁201および上側に第2の端縁202を有するプラットフォーム2を含む。各ヒール105は、下側に第1の端部分301および上側に第2の端部分302を有する少なくとも1つのシールリップ3を含む。シールリップ3は、たとえば、ブレードとロータと同心のシュラウドとの間の摩擦を制限するように、ステータライニング、たとえばアブレーダブルライニング協働することができる。

シールリップ3は、前記第1の端部分301と前記第2の端部分302との間に前記プラットフォーム2から半径方向外側に延在するシールリップ先端を有する。半径方向によって、ターボ機械の軸線に対して直交する方向が意味される。

その近位端102において、ブレードは、たとえば、これがターボ機械のロータのディスクに取り付けられる根元104を含む。いくつかの可動ブレードが、ロータディスクに取り付けられることができ、それらのヒール105は、この場合、円周方向リングを形成するように端縁から端縁に配置される。1つのこの種の円周方向リングにより、ターボ機械を通過するガス流路を外側で画定し、それによって、起こり得るガス漏れを制限することができる。

ブレードが動作時に受ける振動減衰させるために、ブレードは、それらのスタッキング軸を中心に捩り応力でそれらのロータディスクに取り付けられる。スタッキング軸によって、ブレードの最下方部分の重心を通過する軸、すなわち近位端に最も近く、ターボ機械の軸線に直交する軸が意味される。

したがって、ヒール105のプラットフォーム2は、各ブレードが主として横方向端縁201および202の前記第2の部分に沿ってその隣接するものに押し当たることによって捩り応力を与えられるように、設計される。ブレードの相互支持を改善するために、および特に、ヒール105の跨りを回避するために、および1つのブレードからその隣接するものまでできるだけ効果的に応力を伝達するために、第1の端縁201および/または第2の端縁202に沿って、2つのシールリップ3および4の2つの端部分301および302の間に、「Z」を形成する3つの部分を有する輪郭を設けることが知られており、「Z」の中央部分は、突出した端縁を有する。この端縁は、隣接するブレードとの摩擦からヒール105を保護するように耐摩耗材料の層を受け入れるように設計される。

耐摩耗材料の被着は、従来、粗い鋳物上に行われている。しかし、被着されるべき量は、比較的小さく、被着されるべき表面は、ブレードの質量を増加しないように、かつ使用される材料の量を制限するように可能な最小限度のものである。したがって、オーバーフローが耐摩耗材料の被着中に生じること、およびオーバーフローがブレードの機械加工後になくならないことがよく起こる。この場合、ブレードを手で修正することによってオーバーフローを除去することが必要である。しかし、この種の手による修正ステップは、端縁のおよび被着物の小さな寸法を考慮すれば、相変わらず困難である。加えて、この種のステップは、一方では、ブレードの製造方法をより複雑にし、追加の検査ステップが必要であることから、このステップを長びかせるので、また他方では、これがかなりの数の不合格品を発生させるので、不経済である。

そのうえ、この種のヒール105は、特定の輪郭および突出した端縁を有さなければならず、また、これは、粗い部分に対してより複雑な製作を必要とする。

概要

本発明は、ターボ機械のロータブレードに関する。また、本発明は、ターボ機械のロータブレードに耐摩耗材料を被着させる方法を提供する。ターボ機械のロータブレードは、その遠位端において、下側に第1の端縁201および上側に第2の端縁202を有するプラットフォーム2と、下側に第1の端部分301および上側に第2の端部分302を有する少なくとも1つの封止部材であり、前記第1の端部分と前記第2の端部分との間で前記プラットフォーム2から半径方向外側に延在する封止先端を有する封止部材とを備えるヒール105を有する。少なくとも1つの封止部材について、ヒール105が、少なくとも端縁201、202のうちの1つにおいて、端縁201、202に対応する封止部材の端部分301、302に沿って延在するボウル5を形成する部分を備える。ボウル5を形成する部分が、耐摩耗材料の被着物を受け入れるのに適している。a

目的

効果

実績

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請求項1

ターボ機械用ロータブレードにして、その遠位端(103)において、下側に第1の端縁(201)および上側に第2の端縁(202)を有するプラットフォーム(2)と、下側に第1の端部分(301)および上側に第2の端部分(302)を有する少なくとも1つのシールリップ(3、4)であり、前記第1の端部分(301)と前記第2の端部分(302)との間で前記プラットフォーム(2)から半径方向外側に延在するシールリップ先端を有する、シールリップ(3、4)とを含むヒール(105)を有するロータブレードであって、少なくとも1つのシールリップ(3、4)について、ヒール(105)が、端縁(201、202)のうちの1つにおいて、端縁(201、202)に対応するシールリップ(3、4)の端部分(301、302)に沿って延在するカップ(5)を形成する少なくとも1つの部分を含み、カップ(5)を形成する部分が、耐摩耗材料(7)の被着物受け入れるように設計されること、および、このように形成された各カップ(5)に溶融合金装填することによって被着される耐摩耗材料(7)の層を含むことを特徴とする、ロータブレード。

請求項2

ヒール(105)が、少なくとも1つのシールリップ(3、4)について、それぞれ第1の端縁(201)、第2の端縁(202)において、シールリップ(3、4)のそれぞれ第1の端部分(301)、第2の端部分(302)に沿って延在するカップ(5)を形成するそれぞれ第1の部分、第2の部分を含み、カップ(5)を形成するそれぞれ第1の部分、第2の部分が、耐摩耗材料(7)の被着物を受け入れるように設計されることを特徴とする、請求項1に記載のロータブレード。

請求項3

カップ(5)を形成する各部分が、対応するシールリップ(3、4)の端部分(301、302)の両側に延在する2つの壁(501、502)を含み、壁(501、502)が、カップの側壁を形成し、シールリップ(3、4)の端部分(301、302)が、カップ(5)の底部を形成することを特徴とする、請求項1に記載のロータブレード。

請求項4

上流シールリップ(3)および下流シールリップ(4)を含むことを特徴とする、請求項1に記載のロータブレード。

請求項5

耐摩耗材料が、ステライト系のものであることを特徴とする、請求項1に記載のロータブレード。

請求項6

ブレードが、機械加工以前に粗いブレード部分であることを特徴とする、請求項1に記載のターボ機械のロータブレード。

請求項7

ブレードが、機械加工されたブレードであることを特徴とする、請求項1に記載のターボ機械のロータブレード。

請求項8

ターボ機械のロータブレードに耐摩耗材料を被着させる方法であって、機械加工以前にターボ機械のロータブレードの粗い部分を供給するステップであり、前記部分が、その遠位端(103)において、下側に第1の端縁(201)および上側に第2の端縁(202)を有するプラットフォーム(2)、および下側に第1の端部分(301)および上側に第2の端部分(302)を有する少なくとも1つのシールリップ(3、4)であり、前記第1の端部分(301)と前記第2の端部分(302)との間で前記プラットフォーム(2)から半径方向外側に延在するシールリップ先端を有し、それによって、少なくとも1つのシールリップ(3、4)について、ヒール(105)が、端縁(201、202)のうちの1つにおいて、端縁(201、202)に対応するシールリップ(3、4)の端部分(301、302)に沿って延在するカップ(5)を形成する少なくとも1つの部分を含み、カップ(5)を形成する部分が、耐摩耗材料(7)の被着物を受け入れるように設計される、シールリップ(3、4)を含むヒール(105)を有する、ステップと、形成された各カップ(5)に耐摩耗材料(7)の層を被着させるステップと、被着された耐摩耗材料(7)の層を越えて延在するカップ(5)の側壁(501、502)を機械加工するステップとを含む、方法。

請求項9

耐摩耗材料(7)の層の、および機械加工されたカップ(5)を形成する部分の表面を、これらを滑らかにするようにサンディングするステップをさらに含むことを特徴とする、請求項8に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、ターボ機械ロータブレードに関する。また、本発明は、ターボ機械のロータブレードに耐摩耗材料被着させる方法に関する。

背景技術

0002

ブレードスタッキング軸の両側に配置される、下側および上側を備えるターボ機械のロータブレードが存在する。この種のブレードは、たとえば、タービン段のブレードである。図1を参照して、この種のブレードは、それらの遠位端103において、ヒール105を有する。

0003

各ヒール105は、下側に第1の端縁201および上側に第2の端縁202を有するプラットフォーム2を含む。各ヒール105は、下側に第1の端部分301および上側に第2の端部分302を有する少なくとも1つのシールリップ3を含む。シールリップ3は、たとえば、ブレードとロータと同心のシュラウドとの間の摩擦を制限するように、ステータライニング、たとえばアブレーダブルライニング協働することができる。

0004

シールリップ3は、前記第1の端部分301と前記第2の端部分302との間に前記プラットフォーム2から半径方向外側に延在するシールリップ先端を有する。半径方向によって、ターボ機械の軸線に対して直交する方向が意味される。

0005

その近位端102において、ブレードは、たとえば、これがターボ機械のロータのディスクに取り付けられる根元104を含む。いくつかの可動ブレードが、ロータディスクに取り付けられることができ、それらのヒール105は、この場合、円周方向リングを形成するように端縁から端縁に配置される。1つのこの種の円周方向リングにより、ターボ機械を通過するガス流路を外側で画定し、それによって、起こり得るガス漏れを制限することができる。

0006

ブレードが動作時に受ける振動減衰させるために、ブレードは、それらのスタッキング軸を中心に捩り応力でそれらのロータディスクに取り付けられる。スタッキング軸によって、ブレードの最下方部分の重心を通過する軸、すなわち近位端に最も近く、ターボ機械の軸線に直交する軸が意味される。

0007

したがって、ヒール105のプラットフォーム2は、各ブレードが主として横方向端縁201および202の前記第2の部分に沿ってその隣接するものに押し当たることによって捩り応力を与えられるように、設計される。ブレードの相互支持を改善するために、および特に、ヒール105の跨りを回避するために、および1つのブレードからその隣接するものまでできるだけ効果的に応力を伝達するために、第1の端縁201および/または第2の端縁202に沿って、2つのシールリップ3および4の2つの端部分301および302の間に、「Z」を形成する3つの部分を有する輪郭を設けることが知られており、「Z」の中央部分は、突出した端縁を有する。この端縁は、隣接するブレードとの摩擦からヒール105を保護するように耐摩耗材料の層を受け入れるように設計される。

0008

耐摩耗材料の被着は、従来、粗い鋳物上に行われている。しかし、被着されるべき量は、比較的小さく、被着されるべき表面は、ブレードの質量を増加しないように、かつ使用される材料の量を制限するように可能な最小限度のものである。したがって、オーバーフローが耐摩耗材料の被着中に生じること、およびオーバーフローがブレードの機械加工後になくならないことがよく起こる。この場合、ブレードを手で修正することによってオーバーフローを除去することが必要である。しかし、この種の手による修正ステップは、端縁のおよび被着物の小さな寸法を考慮すれば、相変わらず困難である。加えて、この種のステップは、一方では、ブレードの製造方法をより複雑にし、追加の検査ステップが必要であることから、このステップを長びかせるので、また他方では、これがかなりの数の不合格品を発生させるので、不経済である。

0009

そのうえ、この種のヒール105は、特定の輪郭および突出した端縁を有さなければならず、また、これは、粗い部分に対してより複雑な製作を必要とする。

発明が解決しようとする課題

0010

本発明の1つの目的は、これらの欠点を補償することである。

課題を解決するための手段

0011

この目的を達成するために、ターボ機械のロータブレードにして、その遠位端において、
下側に第1の端縁および上側に第2の端縁を有するプラットフォームと、
下側に第1の端部分および上側に第2の端部分を有する少なくとも1つのシールリップであり、前記第1の端部分と前記第2の端部分との間で前記プラットフォームから半径方向外側に延在するシールリップ先端を有する、シールリップと
を含むヒールを有する、ロータブレードであって、
少なくとも1つのシールリップについて、ヒールが、その端縁のうちの少なくとも1つにおいて、端縁に対応するシールリップの端部分に沿って延在するカップを形成する部分を含み、カップを形成する部分が、耐摩耗材料の被着物を受け入れるように設計される、ロータブレードが提供される。

0012

本発明は、有利なことに、単独で、またはそれらの技術的に可能な組み合わせのいずれかをもって、次の特徴、すなわち、
このように形成された各カップに被着される耐摩耗材料の層、
ヒールが、少なくとも1つのシールリップについて、それぞれ第1の端縁、第2の端縁において、シールリップのそれぞれ第1の端部分、第2の端部分に沿って延在するカップを形成するそれぞれ第1の部分、第2の部分を含み、カップを形成するそれぞれ第1の部分、第2の部分が、耐摩耗材料の被着物を受け入れるように設計されること、
カップを形成する各部分が、シールリップの対応する端部分の両側に延在する2つの壁を含み、壁が、カップの横方向端縁を形成し、シールリップの端部分が、カップの底部を形成すること、
上流シールリップおよび下流シールリップ
耐摩耗材料が、ステライト系のものであること、
ブレードが、機械加工前に粗いブレード部分であること、
ブレードが、機械加工されたブレードであること
によって補完される。

0013

本発明はさらに、ターボ機械のロータブレードに耐摩耗材料を被着させる方法であって、
ターボ機械のロータブレードのこの種の粗い部分を供給するステップと、
形成された各カップに耐摩耗材料の層を被着させるステップと、
被着された耐摩耗材料の層を越えて延在するカップの壁を機械加工するステップと
を含む、方法に関する。

0014

そのうえ、本方法は、耐摩耗層の、および機械加工されたカップを形成する部分の表面を、これらを滑らかにするようにサンディングするステップを含むことができる。

0015

本発明の他の特徴および利点は、1つの実施形態の説明で後に明らかにされるであろう。

図面の簡単な説明

0016

先行技術によるターボ機械のロータブレードの詳細図である。
本発明の一実施形態の実施例によるターボ機械のロータブレードを示す図である。
耐摩耗材料の被着物のない図2のブレードのシールリップを示す図である。
耐摩耗材料の被着物のある図3aのシールリップを示す図である。
本発明の一実施形態の実施例による粗いロータブレード部分のヒールの半径方向軸線に沿った図である。
本発明の一実施形態の実施例による方法の図5aの粗い部分への適用後のターボ機械のロータブレードのヒールの半径方向軸線に沿った図である。
図4aのヒールの斜視図である。
耐摩耗材料の被着後の図5aのヒールの斜視図である。
機械加工およびサンディング後の図5bのヒールの斜視図である。
本発明の一実施形態の1つの実施例による方法についてブロック図の形で示す図である。

実施例

0017

ブレードの実施例
ブレードの一般的な構造
ターボ機械のロータブレードの実施例、図2図5cの参照。この種のブレードは、たとえば低圧段における、たとえば航空機ターボジェットのブレードであってもよい。

0018

ブレードは、スタッキング軸の両側に配置される下側および上側を含む。したがって、ブレードは、ブレードのスタッキング軸に沿って延在するエーロフォイル101を含むことができる。エーロフォイル101は、ブレードの近位端102と遠位端103との間に延在する。

0019

ブレードは、その近位端102において根元104を含み、それによって、これは、たとえばターボ機械のロータのディスクに取り付けられる。ディスクは、ターボ機械の軸線を中心にブレードを回転駆動することができる。

0020

ヒール
ブレードは、その遠位端103においてヒール105を有する。ヒール105は、いくつかの可動ブレードがロータディスクに取り付けられる場合に、それらのヒール105がブレードの回転軸を中心に回転面を画定する回転リングを形成するように端縁から端縁に設定されるように作られ得る。このリングは、特に、エーロフォイル101の間を循環するガス流のための通路の外側表面を画定し、それによって、ブレードの遠位端103において起こり得るガス漏れを制限する機能を有する。

0021

ヒール105は、下側に第1の端縁201および上側に第2の端縁202を有するプラットフォーム2を含む。第1および第2の端縁201および202は、たとえば、両側の横方向端縁である。プラットフォーム2は、ブレード101の間を循環するガス流路を外側で画定することができる。

0022

シールリップ
ヒール105は、少なくとも1つのシールリップ3を含む。シールリップ3は、下側に第1の端部分301および上側に第2の端部分302を有する。シールリップ3は、前記第1の端部分301と前記第2の端部分302との間で前記プラットフォーム2から半径方向外側に延在するシールリップ先端を有する。ヒール105は、上流シールリップ3および下流シールリップ4を含むことができ、上流および下流は、ガス流の方向によって規定される。上流シールリップ3および下流シールリップ4は、いくつかの可動ブレードがロータディスクに取り付けられる場合に、ブレードのシールリップ3および4がブレードの回転軸に沿って回転リングを形成するように端縁から端縁に設定されるように作られることができ、このリングは、実質的に半径方向の面内に含まれる。この種のリングにより、ブレードとステータ、またはステータシュラウドとの間の既存の隙間を制限することができ、これは、この場所における起こり得るガス漏れを制限するようにそれらを取り囲む。

0023

上流シールリップ3の上流に延在するプラットフォーム2の部分は、上流部分203または上流スポイラーを構成する。下流シールリップ4の下流に延在するプラットフォーム2の部分は、下流部分205または下流スポイラーを構成する。上流部分203と下流部分205との間に、プラットフォーム2は、上流シールリップ3と下流シールリップ4との間に延在する中央部分204を有する。

0024

ブレードが動作時に受ける振動を減衰させるために、ブレードは、それらのスタッキング軸を中心に捩り応力でそれらのロータディスクに取り付けられ得る。したがって、プラットフォーム2は、各ブレードが主としてシールリップ3および4の端部分に沿ってヒール105においてその隣接するものに押し当たることによって捩り応力を与えられるように、寸法決めされ得る。

0025

カップを形成する部分
少なくとも1つのシールリップ3について、たとえば各シールリップ3について、ヒール105は、少なくともその端縁201および202のうちの1つにおいて、端縁201または202に対応するシールリップ3の端部分301または302に沿って延在するカップ5を形成する部分を含み、カップ5を形成する部分は、耐摩耗材料7の被着物を受け入れるように設計される。したがって、ヒール105は、少なくとも1つのシールリップ3について、たとえばすべてのシールリップ3について、それぞれ第1の端縁201、第2の端縁202において、シールリップ3のそれぞれ第1の端部分301、第2の端部分302に沿って延在するカップ5を形成するそれぞれ第1の部分、第2の部分を含むことができ、カップ5を形成するそれぞれ第1の部分、第2の部分は、耐摩耗材料7の被着物を受け入れるように設計される。先行技術と比べて、シールリップ3の端部分301または302に沿って、カップ5を形成する部分は、このシールリップ3の補強を可能にし、したがって、隣接するヒール105との接触に起因する負荷によりよく耐えるようする。参照した図は、上流シールリップ3においてカップ5を形成する部分を示しているが、カップ5を形成するこの種の部分は、下流シールリップ4において択一的にまたは相補的に存在し得る。

0026

カップ5を形成する各部分は、対応するシールリップ3の端部分の両側に延在する2つの壁501および502を含むことができる。したがって、これらの壁は、カップ5の側壁を形成する2つの面501および502を形成し、シールリップ3の端部分は、カップ5の底部を形成する。これらの壁501および502は、その後の機械加工時再加工され得る。

0027

耐摩耗材料の被着物
したがって、ブレードは、このように形成された各カップ5に被着される耐摩耗材料7の層を含むことができる。ブレードを構成する材料は、通常、耐摩耗性が低く、耐摩耗材料により、摩耗を受ける部分を保護することによってその寿命延長することができる。

0028

耐摩耗材料7の層は、高硬度を有する特定の合金プレートをカップ5に蝋付けすることによって得られ得る。

0029

耐摩耗材料7の層は、この側面に溶融合金装填することによって得られ得る。必要な熱は、たとえば、中性ガスで覆われた電気アークから、またはレーザービームからさえ生じ得る。耐摩耗材料7は、コバルト基合金、たとえば良好な耐摩耗特性を有する、商標名「Stellite(ステライト)」のもとに市場で売られているもののタイプの合金のような、たとえばコバルトクロムタングステン、および炭素の合金であってもよい。また、耐摩耗材料7は、ステラティング(Stelliting)によって、機械加工以前に鋳造で粗いブレード上に作られ得る。シールリップ3にカップ5が存在すると、少量を、オーバーフローのいかなる危険もなしに被着させることができる。実際、カップ5を形成する部分は、溶融材料の被着中に「側溝」のように作用し、オーバーフローは、カップ5の端縁によって制限される。この場合、被着された耐摩耗材料を越えて延在するカップ5の壁の端縁は、その後の機械加工時に除去されることができて、機械加工されたブレードを得ることができる。

0030

したがって、カップ部分5の壁501および502は、溶融耐摩耗材料の被着中に完全に溶解しないように十分な厚さを有さなければならない。しかし、被着後のそれらの状態は、機械加工中に修正され得る。したがって、たとえば、壁501および502について1.5mmの厚さで十分である。同様に、耐摩耗材料7の被着物は、層の形状がその後の機械加工および可能なその後のサンディング中に修正され得るので、不完全性を有する必要はない。

0031

また、この種のブレードは、シールリップ3に沿ってステライトの被着を可能にし、それにより、耐摩耗材料7によって保護される領域がシールリップ3で支持されるので、より大きな寿命がブレードに与えられる。そのうえ、この種のブレードは、耐摩耗材料の自動化した被着を可能にし、もはやいかなる手動操作も必要としない。したがって、材料がカップ5に沿ってそれ自体分布するので、少量の材料の被着物を実現することがより容易である。したがって、機械加工後に、耐摩耗材料7の層を得ることができる。耐摩耗材料7の層は、たとえば、1mmの厚さ、またはより大きな厚さを有する。

0032

そのうえ、この種のブレードは、その後の検査段階を必要とせず、カップ5を形成する部分は、いかなるオーバーフローも回避し、部分の最終形状は機械加工後に得られる。その結果は、耐摩耗材料を被着させる方法、およびより一般的にはターボ機械用のロータブレードの製造方法の簡素化である。

0033

実施例の方法
図6を参照して、ターボ機械のロータブレードに耐摩耗材料を被着させる方法が、そこに説明されている。本方法は、上に記述したように、また図5aに示されるようにターボ機械用の粗いロータブレード供給することから成る第1のステップ601を含む。本方法は、図5bに示されるようにヒール105を得るように、形成された各カップ5において上に記述したように耐摩耗材料7の層を被着させることがら成る第2のステップを含む。本方法は、図5cに示されるように機械加工されたブレードを得るように、被着された耐摩耗材料7の層を越えて延在するカップ5の壁501および502の端縁を機械加工することから成る第3のステップ603を含む。

0034

本方法は、耐摩耗材料7の層の、および機械加工後のカップ5を形成する部分の表面を、これらを滑らかにするようにサンディングすることから成る第4のステップ604を含むことができる。

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