(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
剪断速度７０ｓ−１以下かつ流動性指数０．６未満で試験して室温で１〜１０００Ｐａ・ｓの粘度を有するスラリーを、１.５〜１０ｍｍの平均壁厚を有する薄壁使い捨てコアダイ内へ０.０７〜７ｋｇ／ｃｍ２の静水圧で注入する段階と、
前記静水圧を除いて、前記薄壁使い捨てコアダイがもとの位置に復元する段階と、
スラリーを硬化して硬化セラミックコアを形成する段階と、
硬化セラミックコアから薄壁使い捨てコアダイを除去する段階と、
硬化セラミックコアを焼成して固化セラミックコアを形成する段階と
を含んでなる方法。
【請求項２】
薄壁使い捨てコアダイが２〜８ｍｍの平均壁厚を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
金属を含むワックスダイ内に固化セラミックコアを配置する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
固化セラミックコアとワックスダイとの間にワックスを注入する段階をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
注入したワックスを冷却して固化セラミックコアを内包したワックス部品を形成する段階をさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
セラミック粒子を含有するスラリーにワックス部品を浸漬する段階をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ワックス部品を焼成処理に付してセラミック外側シェルを形成する段階をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
焼成処理中にワックス部品からワックスを除去する段階をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
溶融金属をセラミック外側シェル中に導入して所望の金属部品を形成する段階をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属部品が翼形部である、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、使い捨て薄壁コアダイ、その製造方法並びに該コアダイを用いて製造した物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
複雑な幾何形状を有する部品、例えば内部通路やボイドを有する部品は、現在の工業的方法を用いて鋳造するのは困難である。かかる部品用の装置の設計・組立は費用と時間がかかり、例えばかなりのリードタイム（設計から完成までの時間）を必要とする。この状況は、従来の鋳型がシェルと別途形成される１以上のコアとからなり、コアが鋳造時にずれやすく、そのため鋳造公差が低下して鋳造効率（歩留まり）が下がるという鋳型の性状のためさらに悪くなる。従来の方法では鋳造が困難な複雑な幾何形状の部品の例として、ガスタービンエンジン用の中空翼形部があり、特に比較的小さな二重壁翼形部が挙げられる。かかるガスタービンエンジン用の翼形部の具体例としては、タービンセクション及び圧縮機セクションのロータ動翼及びステータ静翼、その他内部冷却が必要とされる部品がある。
【０００３】
現行の中空部品鋳造法では、セラミックコアとシェルを別々に製造している。（中空部品の中空部分を画成するための）セラミックコアを製造するには、まずセラミックを含有するスラリーを金属コアダイに注入する。硬化・焼成後、スラリーを固めてセラミックコアを形成する。次にセラミックコアをワックスで包み、ワックスパターンの周りにセラミックシェルを形成する。次いでセラミックコアを包むワックスを除去してセラミック鋳型を形成する。セラミック鋳型を次いで金属部品の鋳造に用いる。
【０００４】
セラミックコアの製造に用いられるスラリーは室温で測定して概して約１０５〜約１０８Ｐａ・ｓの比較的高い粘度を有する。が、金属コアダイに存在するチャネル及び隙間をすべて高粘度スラリーで充填するため、コアダイへのスラリーの注入には約３５ｋｇ／ｃｍ２以上の圧力が用いられる。こうした大きな圧力を使用するため、壁厚約１５ｍｍ以上の金属コアダイの使用が奨励される。かかる金属コアダイは重く、製造コストがかかり、その製造方法は概して時間がかかる。
【特許文献１】米国特許出願第１０／６７５３７４号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１１／２５６８２３号明細書
【特許文献３】米国特許第３２２０９７２号明細書
【特許文献４】米国特許第３５１６９４６号明細書
【特許文献５】米国特許第３７１５３３４号明細書
【特許文献６】米国特許第３７７５４５２号明細書
【特許文献７】米国特許第４２８８３４５号明細書
【特許文献８】米国特許第４３２３７５６号明細書
【特許文献９】米国特許第４４２１９０３号明細書
【特許文献１０】米国特許第４７２４２９９号明細書
【特許文献１１】米国特許第４７３００９３号明細書
【特許文献１２】米国特許第５０１４７６３号明細書
【特許文献１３】米国特許第５０３８０１４号明細書
【特許文献１４】米国特許第５０４３５４８号明細書
【特許文献１５】米国特許第５３３７５６８号明細書
【特許文献１６】米国特許第５３９７２１５号明細書
【特許文献１７】米国特許第５９３１６３８号明細書
【特許文献１８】米国特許第６０１７１８６号明細書
【特許文献１９】米国特許第６２５４３３４号明細書
【特許文献２０】米国特許第６２６９５４０号明細書
【特許文献２１】米国特許第６２８３７１３号明細書
【特許文献２２】米国特許第６３３８６０９号明細書
【特許文献２３】米国特許第６３７９５２８号明細書
【特許文献２４】米国特許第６４０２４６４号明細書
【特許文献２５】米国特許第６４１９４４６号明細書
【特許文献２６】米国特許第６４２９４０２号明細書
【特許文献２７】米国特許第６５０２６２２号明細書
【特許文献２８】米国特許第６５０４１２７号明細書
【特許文献２９】米国特許第６５１１２９４号明細書
【特許文献３０】米国特許第６５４６７３０号明細書
【特許文献３１】米国特許第６５６１７６１号明細書
【特許文献３２】米国特許第６６２６２３０号明細書
【特許文献３３】米国特許第６６６９４４５号明細書
【特許文献３４】米国特許第６９７４３０８号明細書
【特許文献３５】米国特許出願公開第７１３４８４２号明細書
【特許文献３６】米国特許出願公開第２００５／０００６０４７号明細書
【特許文献３７】米国特許出願公開第２００５／００７０６５１号明細書
【特許文献３８】米国特許出願公開第２００５／０１５６３６１号明細書
【特許文献３９】米国特許出願公開第２００５／０２０５２３２号明細書
【特許文献４０】米国特許出願公開第２００６／００６５３８３号明細書
【特許文献４１】米国特許出願公開第２００６／０１５３６８１号明細書
【特許文献４２】米国特許出願公開第２００６／０２３３６４１号明細書
【特許文献４３】米国特許出願公開第２００６／０２７５１１２号明細書
【特許文献４４】米国特許出願公開第２００７／０００３４１６号明細書
【非特許文献１】HARVEY ET AL;"Non-Axisymmetric Turbine End Wall Design:Part 1 Three-Dimensional Linear Design System;ASME Paper;99-GT-337;Presented at the International Gas Turbine & Aeroengine Congress & Exhibition,Indianapolis,Indiana;8 pages:June 7-June 10,(1999)
【非特許文献２】KRAUSS ET AL;"Rheological Properties of Alumina Injection Feedstocks";Materials Research:8:pp 187-189:(2005)
【非特許文献３】SIEVERDING;"Secondary Flows in Straight and Annular Turbine Cascades";in Thermodynamics and Fluid Mechanics of Turbomachinery,Volume II;Eds.A.S.Ucer,P.Stow,and Ch.Hirsch;NATO ASI Series;Martinus Nijhoff Publishers;pp 621-664;(1985)
【非特許文献４】SHIH ET AL;"Controlling Secondary-Flow Structure by Leading-Edge Airfoil Fillet and Inlet Swirl to Reduce Aerodynamic Loss and Surface Heat Transfer";Transactions of the ASME;125;pp 48-56;January(2003)
【非特許文献５】TAKEISHI ET AL;"An Experimental Study of the Heat Transfer and Film Cooling on Low Aspect Ratio Turbine Nozzles";The American Society of Mechanical Engineers,345 E.47th St.,New York,N.Y.10017;ASME Paper 89-GT-187;Presented at the Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition,June 4-8,Toronto,Ontario Canada;9 pages(1989)
【非特許文献６】THEILER,ET AL;"Deposition of Graded Metal Matrix Composites by Laser Beam Cladding";BIAS Bremen Institute of Applied Beam Technology,Germany;http:/www.bias.de/WM/Publikationen/Deposition%20of%20graded.pdf:10 pages;June 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、金属コアダイよりも軽量のコアダイを製造できるようにコアダイ設計を改良することが望まれる。これらのコアダイが、複雑な内部形状を有する構造の製造に低粘度スラリー（ひいては低い作業圧力）を活用できる薄壁を有していることも望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願では、剪断速度７０ｓ−１以下で試験して室温で約１〜約１０００Ｐａ・ｓの粘度及び０．６未満の流動性指数（flow index）を有するスラリーを、約１.５〜約１０ｍｍの平均壁厚を有する薄壁使い捨てコアダイ内に約７ｋｇ／ｃｍ２以下の圧力で注入する段階と、スラリーを硬化して硬化セラミックコアを形成する段階と、硬化セラミックコアから薄壁使い捨てコアダイを除去する段階と、硬化セラミックコアを焼成して固化セラミックコアを形成する段階とを含んでなる方法について開示する。
【０００７】
本願では、厚さ約１.５〜約１０ｍｍの壁を有するコアダイであって、壁がポリマーを含んでいて、約０．０７〜約７ｋｇ／ｃｍ２の静水圧による永久変形に耐えるのに有効な強度を有するコアダイについても開示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本願では、壁厚約１．５〜約１０ｍｍの薄壁使い捨てコアダイについて開示する。薄壁使い捨てコアダイの上記壁厚は、使い捨てコアダイのチャネル及び隙間のすべてにスラリーが流入できるようにするため、低粘度スラリーに加えられる圧力に耐えるのに有効である。さらに、使い捨てコアの薄い壁は、永久変形を起こさずに印加圧力に耐えるのに有効な弾性率及び曲げ強さを有する。
【０００９】
これらの薄壁使い捨てコアダイは、好適には有機ポリマーから製造され、ラピッドプロトタイピング法で迅速に製造できる。薄壁使い捨てコアダイは、セラミックコアの製造後、セラミックコアから容易に除去できる。除去は一般に化学的、熱的又は機械的方法でなされる。
【００１０】
一実施形態では、薄壁使い捨てコアダイを用いた部品の製造方法は、低粘度スラリーを薄壁使い捨てコアダイに注入することを含む。次いで、スラリーを硬化して硬化セラミックコアを形成する。硬化セラミックコアから薄壁使い捨てコアダイを除去し、硬化セラミックコアを焼成して固化セラミックコアを形成する。
【００１１】
次いで、固化セラミックコアをワックスダイ内に配置する。ワックスダイは金属から作られる。固化セラミックコアと金属との間にワックスを注入して、放冷する。次にワックスダイを取り除くと、後にセラミックコアが内包されたワックス部品が残る。次いでワックス部品をインベストメント鋳造プロセスに付し、ワックス部品を繰り返しセラミックスラリーに浸漬して、内面の幾何形状が目的部品の外面に対応するセラミックスラリーコートを形成する。次にセラミックスラリーコートの内側に位置するワックス部品を焼成処理に付し、ワックスを除去すると、後にセラミック鋳型が残る。次に溶融金属をセラミック鋳型に注いで、所望の金属部品を製造する。上述の通り、この部品は、例えばタービン翼形部のようなタービン部品とすることができる。
【００１２】
図１は、タービン翼形部の製造に使用できる例示的な薄壁使い捨てコアダイ１００の一実施形態を示す。上述の通り、セラミック粒子を含有するスラリーを次に薄壁使い捨てコアダイ１００の隙間やチャンネルに導入する。スラリーの詳細は、米国特許出願第１０／６７５３７４号及び同第１１／２５６８２３号に記載されており、それらの開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。次いでスラリーを硬化して硬化セラミックコアを形成する。薄壁使い捨てコアダイ１０も除去すると、後には図２に示す硬化セラミックコアが残る。図２は、硬化セラミックコアを、焼成して固化セラミックコア９０を形成した後の状態で示す。使い捨てコアダイは、化学的、熱的又は機械的方法又はこれらの少なくともいずれかを含む組合せによって除去することができる。除去法の例としては、化学的溶解、化学的分解、機械的研磨、溶融、熱分解又はこれらの除去法の少なくともいずれかを含む組合せがある。
【００１３】
次に、セラミックコアを、コアの組成に応じて約１０００℃〜約１７００℃の温度で焼成して、固化セラミックコア９０を形成する。焼成温度は例えば約１０９０℃〜約１１５０℃である。
【００１４】
ここで図３を参照すると、固化セラミックコア９０を次にワックスダイ９２に挿入する。ワックスダイ９２の内面９４は、タービン翼形部の所望の外面に対応する。次に、図３に示すように、溶融ワックス９６をワックスダイに注入する。ワックスが凝固したら、図４に示すワックス翼形部１０２をワックスダイ９２から除去し、図４及び図５に示すように繰り返しセラミックスラリーに浸漬してセラミックシェル９８を生成する。次に、ワックス翼形部１０２内に存在するワックスを溶融させ、固化セラミックコア９０を内包するセラミックシェル９８から流出させることにより、ワックス翼形部１０２からワックスを除去する。ワックスの除去後、溶融金属を固化セラミックコア９０を内包するセラミックシェル９８に注入することができる。一実施形態では、図５に示すように、溶融金属をセラミックシェル９８に注入して翼形部を形成する。図５は、溶融金属注入後のセラミックシェル９８を示す。金属の冷却・凝固後、セラミックシェル９８を壊して目的の翼形部を取り出す。次に固化セラミックコアを目的の翼形部から化学的浸出によって除去する。
【００１５】
上述の通り、薄壁使い捨てコアダイは、一般に、有機ポリマーを含む注入成形組成物から製造する。有機ポリマーは、多種多様な熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマーのブレンド、又は熱可塑性ポリマーと熱硬化性ポリマーのブレンドから選択できる。有機ポリマーは、ホモポリマー、コポリマー、例えば星形ブロックコポリマー、グラフトコポリマー、交互ブロックコポリマー又はランダムコポリマー、アイオノマー、デンドリマー又はこれらの有機ポリマーの１種以上を含む組合せを含む。有機ポリマーは、かかるポリマー、コポリマー、ターポリマーなどのブレンド、或いはこれらの有機ポリマーの１種以上を含む組合せであってもよい。使い捨てコアダイは通常ラピッドプロトタイピング法で製造する。
【００１６】
適当な有機ポリマーの例には、天然及び合成ワックス及び脂肪酸エステル、ポリアセタール、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアラミド、ポリアリーレート、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリベンゾオキサゾール、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリーレート、ポリウレタン、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリーレンスルフィド、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリエーテルイミドなど、又はこれらのポリマー樹脂の１種以上を含む組合せが挙げられる。
【００１７】
有機ポリマーのブレンドも使用できる。適当な有機ポリマーのブレンドの例には、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン／ナイロン、ポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリアミド、ポリカーボネート／ポリエステル、ポリフェニレンエーテル／ポリオレフィン、及びこれらの有機ポリマーブレンドの１種以上を含む組合せが挙げられる。
【００１８】
代表的な有機ポリマーは、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、天然及び合成ワックス及び脂肪酸エステル並びに紫外線（ＵＶ）硬化アクリレートである。適当な合成ワックスの例としては、炭素原子数約１０〜約３８のｎ−アルカン、ケトン、第二アルコール、β−ジケトン、モノエステル、第一アルコール、アルデヒド、アルカン酸、ジカルボン酸、ω−ヒドロキシ酸がある。適当な天然ワックスの例には、動物ワックス、植物ワックス、鉱物ワックスなど、又はこれらのワックスの１種以上を含む組合せがある。動物ワックスの例には、蜜蝋、いぼた蝋（虫白蝋）、シェラックワックス、鯨蝋、ラノリンなど、又はこれらの動物ワックスの１種以上を含む組合せがある。植物ワックスの例には、カルナウバ蝋、ウリクリ（ouricouri）蝋、ホホバ蝋、カンデリラ蝋、ハゼ蝋、米糠油など、又はこれらのワックスの１種以上を含む組合せがある。鉱物ワックスの例には、オゾケライト、モンタンワックスなど、又はこれらのワックスの１種以上を含む組合せがある。
【００１９】
上述の通り、使い捨てコアダイは、熱硬化性もしくは架橋ポリマー、例えばＵＶ硬化アクリレートから製造することができる。架橋ポリマーの例には、放射線硬化性又は光硬化性ポリマーがある。放射線硬化性組成物は、放射線硬化性官能基（例えばエチレン性不飽和基、エポキシドなど）を有する放射線硬化性材料を含有する。適当なエチレン性不飽和基には、アクリレート、メタクリレート、ビニル、アリルその他のエチレン性不飽和官能基がある。本願で用いる「（メタ）アクリレート」という用語には、アクリレート及びメタクリレート官能基が共に包含される。これらの材料はモノマー、オリゴマー及び／又はポリマー又はこれらの混合物の形態とすることができる。上記材料は単官能性でも多官能性でもよく、例えば例えば二官能性、三官能性、四官能性及びそれ以上の官能性材料とすることができる。本願で用いる単官能性、二官能性、三官能性及び四官能性材料とは、それぞれ１個、２個、３個、及び４個の放射線硬化性官能基を有する化合物をいう。
【００２０】
（メタ）アクリレートの例には、メチルアクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート、ネオペンチルアクリレート、ラウリルアクリレート、セチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソボルニルアクリレート、フェニルアクリレート、ベンジルアクリレート、ｏ−トルイルアクリレート、ｍ−トルイルアクリレート、ｐ−トルイルアクリレート、２−ナフチルアクリレート、４−ブトキシカルボニルフェニルアクリレート、２−メトキシカルボニルフェニルアクリレート、２−アクリロイルオキシエチル−２−ヒドロキシプロピルフタレート、２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、ｓｅｃ−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、ｎ−ステアリルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、４−ｔｅｒｔ−ブチルシクロヘキシルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、フェネチルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、グリシジルメタクリレートなど、又はこれらの（メタ）アクリレート類の１種以上を含む組合せが挙げられる。
【００２１】
有機ポリマーは、アクリレート単量体を、アクリレート単量体と共重合可能な不飽和結合を有する別の単量体と共重合したものも含む。共重合可能な単量体の適当な例には、スチレン誘導体、ビニルエステル誘導体、Ｎ−ビニル誘導体、（メタ）アクリレート誘導体、（メタ）アクリロニトリル誘導体、（メタ）アクリル酸、無水マレイン酸、マレイミド誘導体など、又はこれらの単量体の１種以上を含む組合せがある。
【００２２】
注入成形組成物中の単量体の重合を活性化するために、注入成形組成物に開始剤を添加することができる。開始剤はラジカル開始剤とすることができる。適当なラジカル開始剤の例としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸アンモニウムとテトラメチルエチレンジアミンの混合物、過硫酸ナトリウム、過硫酸ナトリウムとテトラメチルエチレンジアミンの混合物、過硫酸カリウム、過硫酸カリウムとテトラメチルエチレンジアミンの混合物、アゾビス［２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパン］ＨＣｌ（ＡＺＩＰ）、アゾビス（２−アミジノプロパン）ＨＣｌ（ＡＺＡＰ）、４，４’−アゾ−ビス−４−シアノペンタン酸、アゾビスイソブチルアミド、アゾビスイソブチルアミジン２ＨＣｌ、２，２’−アゾ−ビス−２−（メチルカルボキシ）プロパン、２−ヒドロキシ−１−［４−（ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−メチル−１−プロパノン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−１−プロパノンなど、又はこれらのラジカル開始剤の１種以上を含む組合せがある。ある種の添加剤やコモノマーも重合を開始することができ、この場合には別個の開始剤は望ましくないことがある。開始剤は反応を開始するだけでなく、反応を制御することもできる。開始剤は、注入成形組成物の重量を基準にして約０．００５重量％〜約０．５重量％の量で使用する。
【００２３】
ラジカル開始剤系に加えて、他の開始剤系を注入成形組成物に用いることもできる。他の開始剤系としては、紫外線（ＵＶ）、Ｘ線、γ線、電子線その他適当な重合開始剤として作用し得る放射線がある。開始剤は注入成形組成物に、組成物の製造中に添加しても、注入の直前に添加してもよい。
【００２４】
所望に応じて、分散剤、凝集剤及び懸濁剤を注入成形組成物に添加して、組成物の流動挙動を制御することもできる。分散剤は組成物の流動性を高め、凝集剤は組成物を流れにくくし、懸濁剤は組成物から粒子が沈殿するのを防ぐ。
【００２５】
一実施形態では、薄壁使い捨てコアダイはラピッドプロトタイピングで製造される。ラピッドプロトタイピングは、（コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）又はアニメーションモデルリングソフトウェアから）仮想設計を行い、それらを仮想断面に変換し、次いでモデルが完成するまで次々と物理的空間内で各断面を製造する。これは、仮想モデルと物理的モデルがほぼ一致するＷＹＳＩＷＹＧ（見たとおりのものが結果に反映される）プロセスである。
【００２６】
積層法（additive fabrication）では、機械でＣＡＤ図面からデータを読み取って液状又は粉体材料の層を逐次積層し、こうして一連の断面から薄壁使い捨てコアダイを構築する。これらの層（ＣＡＤモデルによる仮想断面に対応する）が互いに自動的に接着又は融着（レーザーが多用される）され、最終形状を生じる。積層法の主な利点は、（閉じ込められた負の空間以外の）ほぼあらゆる幾何形状も製造できることである。所望によっては、多数の薄壁使い捨てコアダイを平行して製造することもできる。例示的な実施形態では、薄壁使い捨てコアダイは、セラミックコアのＵＧ（ＵＮＩＧＲＡＰＨＩＣＳ（登録商標））モデルから所望の厚さの減少分を見込んで境界をずらすことによって製造される。
【００２７】
上述の通り、薄壁使い捨てコアダイは約０．５〜約１０ｍｍ、具体的には約２〜約８ｍｍ、さらに具体的には約３〜約７ｍｍの平均壁厚を有する。薄壁使い捨てコアダイの製造にフォトポリマーを使用する場合、平均壁厚は約１．５ｍｍ〜約３．５ｍｍである。薄壁使い捨てコアダイの製造にワックスを使用する場合、平均壁厚は約４．５〜約７．５ｍｍである。
【００２８】
例示的な実施形態では、薄壁使い捨てコアダイの平均壁厚は、他の工業用金属コアダイの平均壁厚の約１０％〜約２０％である。例示的な実施形態では、薄壁使い捨てコアダイの平均壁厚は他の工業用金属コアダイの平均壁厚の約１５％である。
【００２９】
薄壁使い捨てコアダイ内でのセラミックコアの形成に用いられるスラリーの粘度は剪断速度７０ｓ−１以下で試験して室温で約１〜約１０００Ｐａ・ｓであり、流動性指数は０．６未満である。スラリーの例示的な粘度は、剪断速度７０ｓ−１以下で試験して室温で約５００Ｐａ・ｓである。
【００３０】
薄壁使い捨てコアダイの融点又は分解温度よりも低い硬化温度をスラリーが有していることも望ましい。一実施形態では、約５０℃以下、具体的には約３０℃以下、さらに具体的には約２０℃以下の温度で、最大約９０モル％ものスラリーが硬化するのが望ましい。別の実施形態では、約５０℃以下、具体的には約３０℃以下、さらに具体的には約２０℃以下の温度で、最大約９５モル％ものスラリーが硬化するのが望ましい。さらに別の実施形態では、約５０℃以下、具体的には約３０℃以下、さらに具体的には約２０℃以下の温度で、最大約９８モル％ものスラリーが硬化するのが望ましい。
【００３１】
一実施形態では、約９０モル％まで硬化したときのスラリーの収縮率が約１体積％以下、具体的には約０．７５体積％以下、さらに具体的には約０．５体積％以下であるのが望ましい。別の実施形態では、約９５モル％まで硬化したときのスラリーの収縮率が約１体積％以下、具体的には約０．７５体積％以下、さらに具体的には約０．５体積％以下であるのが望ましい。さらに別の実施形態では、約９８モル％まで硬化したときのスラリーの収縮率が約１体積％以下、具体的には約０．７５体積％以下、さらに具体的には約０．５体積％以下であるのが望ましい。
【００３２】
セラミックコアを生じさせるため、硬化プロセス前のスラリーに加えられる静水圧は概して約０．０７〜約７ｋｇ／ｃｍ２であり、具体的には約０．１〜約６ｋｇ／ｃｍ２、さらに具体的には約０．５〜約５．５ｋｇ／ｃｍ２、特に約１〜約５ｋｇ／ｃｍ２である。一実施形態では、薄壁使い捨てコアダイは、静水圧を除いた後で壁がその当初の位置に復元するのに有効な弾性率を有する。別の実施形態では、薄壁使い捨てコアダイは、静水圧印加時に壁の永久変形を防ぐのに有効な弾性率を有する。
【００３３】
薄壁使い捨てコアダイには幾つもの利点がある。薄壁使い捨てコアダイは、大量生産可能で、タービン翼形部を製造するための鋳造作業に使用できる。薄壁使い捨てコアダイは、単純な形状にも複雑な形状にも製造でき、低いコストで大量生産できる。薄壁使い捨てコアダイの使用は、追加の組立又は製造作業を伴わずに、セラミックコアの製造を容易にすることができる。薄壁使い捨てコアダイの使用は、タービン翼形部の製造にコアアセンブリを用いる必要をなくすことができる。
【００３４】
薄壁使い捨てコアダイの形成に要するラピッドプロトタイピング材料の量が少ないため、プロセスは厚壁コアダイ設計よりも格段に速い。薄壁使い捨てコアダイ除去プロセスも、厚壁使い捨てコアダイの除去に比べて速い。従って、薄壁使い捨てコアダイを使用すると、納期を短縮し製造コストを下げることができる。
【００３５】
以上、例示的な実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、様々な変更をなすことができ、また構成要素を均等な要素で置き換えることができることは当業者には明らかであろう。さらに、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるべく多くの修正を施すことができる。したがって、本発明は本発明の最良の実施形態と思料される上述の特定の実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】タービン翼形部の製造に使用できる薄壁使い捨てコアダイの例示的な実施形態を示す図である。
【図２】硬化セラミックコアを焼成して固化セラミックコアとした状態を示す図。
【図３】固化セラミックコアを包囲するワックスダイを示す図。
【図４】ワックス翼形部をセラミックスラリーに浸漬して製造しセラミックシェルを示す図。
【図５】セラミックシェル及び一体鋳造コアの除去後の翼形部（成形部品）を示す例示的な図。
【符号の説明】
【００３７】
９０  固化セラミックコア
９２  ワックスダイ
９４  内面
９６  溶融ワックス
９８  セラミックシェル
１００  薄壁使い捨てコアダイ
１０２  ワックス翼形部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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