(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳物の外形形状に対応する空洞部に沿ってそれぞれ延在し、相互に積層された複数の耐火材粉末層と、
前記複数の耐火材粉末層間に介在する複数のスタッコ層と、
ニオビア安定化ジルコニアを含み、前記複数のスタッコ層を構成する耐火材粒子の粒子径よりも大の大きさを有する易崩壊部と
を備えることを特徴とする精密鋳造用鋳型。
【請求項２】
前記易崩壊部は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体によって構成され、
前記焼結体は２０％以下の空隙率を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の精密鋳造用鋳型。
【請求項３】
前記易崩壊部は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体を粉砕して得られる焼結体粉砕粒子によって構成され、
前記焼結体は２０％以下の空隙率を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の精密鋳造用鋳型。
【請求項４】
耐火材粉末を含むスラリを蝋型の表面に付着させ、スラリ層を形成するスラリ層形成工程と、
前記スラリ層に、耐火材粒子をスタッコとして付着させるスタッコ付着工程と、
前記スラリ層に、ニオビア安定化ジルコニアを含み且つ前記耐火材粒子の粒子径よりも大の大きさを有する易崩壊部を付着させる易崩壊部付着工程と、
前記スラリ層を乾燥させる乾燥工程と、
を備えることを特徴とする精密鋳造用鋳型の製造方法。
【請求項５】
ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して焼結体を作製する焼結体作製工程を備え、
前記易崩壊部付着工程にて、前記焼結体を前記易崩壊部として前記スラリ層に付着させる
ことを特徴とする請求項４に記載の精密鋳造用鋳型の製造方法。
【請求項６】
ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して焼結体を作製する焼結体作製工程と、
前記焼結体を粉砕して焼結体粉砕粒子を作製する粉砕工程と、
を備え、
前記易崩壊部付着工程にて、前記焼結体粉砕粒子を前記易崩壊部として前記スラリ層に付着させる
ことを特徴とする請求項４に記載の精密鋳造用鋳型の製造方法。
【請求項７】
請求項４乃至６の何れか１項に記載の精密鋳造用鋳型の製造方法によって製造された精密鋳造用鋳型を用意する鋳型用意工程と、
前記精密鋳造用鋳型に溶湯を注湯し、鋳物を製造する注湯工程と、
を備えることを特徴とする回転機械翼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、精密鋳造用鋳型、精密鋳造用鋳型の鋳造方法、及び、回転機械翼の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属、合金等の鋳造を行う鋳型にあっては、鋳物を取り出すときに鋳型の強度が高すぎて鋳型を割ることが困難になる場合がある。このような鋳型から鋳物を取り出す際には、ハンマーによる打撃、サンドブラスト、又は、スチールショット等により鋳型を破壊すこととなる。そのため、鋳物に対して鋳型破壊による衝撃のダメージが加わり欠陥が生じる可能性がある。
【０００３】
また、鋳型としては、シリカゾルに対してジルコンやアルミナ等を混合したものを焼成して形成される鋳型が知られている。このような鋳型は、一般に温度低下による収縮が少なく、その線膨張係数が、鋳物である金属の線膨張係数と一桁違う値になってしまう。そのため、鋳物が冷却される際の収縮により、鋳物に引張応力が作用して鋳物に割れなどの不具合が生じる可能性がある。
【０００４】
特許文献１には、ジルコニアを１０重量％以上含む材料を用いて鋳型を形成する技術が提案されている。この特許文献１の技術は、温度に応じて結晶構造が変化するジルコニアの性質を利用している。つまり、金属溶湯の注湯により鋳型が高温になることを利用して、鋳型中に微細なクラックを無数に発生させて、鋳型を自己崩壊させている。
しかしながら、ジルコニアは、温度が１１００℃付近になると結晶構造が、単斜晶から正方晶に変化して体積が変化してしまう。そのため、溶湯を鋳型に注湯する過程で、鋳型に体積変化が生じて精密鋳造が困難になる可能性がある。
【０００５】
そこで、特許文献２が開示する鋳型は、内側から順にプライマリ層とバックアップ層とを積層して備え、プライマリ層とバックアップ層との少なくとも一方が、分散媒としてのシリカゾルと、シリカゾルに分散されたニオビア安定化ジルコニアと、を含む鋳型形成用スラリを熱処理して形成されている。
特許文献２が開示する鋳型によれば、溶湯を鋳型に注湯したときの昇温過程では、ニオビア安定化ジルコニアの結晶構造は変化しない。このため昇温過程では鋳型の強度は低下せず、ジルコニアを用いる場合に比べ、鋳物を安定に鋳造することができる。一方、特許文献２が開示する鋳型によれば、溶湯を注湯して高温になった際に、ニオビア安定化ジルコニアを脱安定化させることができる。さらに、この脱安定化によりニオビアとジルコニアに遊離させることができる。そのため、鋳物が冷却される際に、ジルコニアの結晶構造が変化して体積変化、および、強度低下が生じ、鋳型の自己崩壊性を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１５４０４号公報
【特許文献２】特開２０１５−１７１７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
精密鋳造の場合、鋳物が複雑な形状を有するため、注湯後の溶湯の降温過程において鋳型の一部の強度を特に低下させることが望ましい場合がある。しかしながら、特許文献１及び特許文献２がそれぞれ開示する鋳型では、ジルコニアやニオビア安定化ジルコニアが鋳型全体に分布しているので、このような要望には対応できない。
【０００８】
上述した事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、鋳型の一部の強度を低下させることが可能な精密鋳造用鋳型、精密鋳造用鋳型の鋳造方法、及び、回転機械翼の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る精密鋳造用鋳型は、
鋳物の外形形状に対応する空洞部に沿ってそれぞれ延在し、相互に積層された複数の耐火材粉末層と、
前記複数の耐火材粉末層間に介在する複数のスタッコ層と、
ニオビア安定化ジルコニアを含み、前記複数のスタッコ層を構成する耐火材粒子の粒子径よりも大の大きさを有する易崩壊部と
を備える。
【００１０】
上記構成（１）によれば、ニオビア安定化ジルコニアを含む易崩壊部を局所的に設けることにより、注湯後の溶湯の降温過程において、精密鋳造用鋳型の一部の強度を部分的に低下させることができる。特に、易崩壊部が、耐火材粒子の粒子径よりも大の大きさを有するので、易崩壊部における結晶構造の変化による体積変化量を大きくすることができ、精密鋳造用鋳型の一部の強度を特に低下させることができる。
【００１１】
（２）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
前記易崩壊部は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体によって構成され、
前記焼結体は２０％以下の空隙率を有する。
上記構成（２）によれば、易崩壊部がニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体によって構成され、焼結体は２０％以下の空隙率を有するので、易崩壊部における結晶構造の変化による体積変化量を確実に大きくすることができ、精密鋳造用鋳型の一部の強度を特に低下させることができる。
【００１２】
（３）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
前記易崩壊部は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体を粉砕して得られる焼結体粉砕粒子によって構成され、
前記焼結体は２０％以下の空隙率を有する。
【００１３】
上記構成（３）によれば、易崩壊部は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体を粉砕して得られる焼結体粉砕粒子によって構成され、焼結体は２０％以下の空隙率を有するので、易崩壊部における結晶構造の変化による体積変化量を確実に大きくすることができ、精密鋳造用鋳型の一部の強度を特に低下させることができる。
【００１４】
（４）本発明の少なくとも一実施形態に係る精密鋳造用鋳型の製造方法は、
耐火材粉末を含むスラリを蝋型の表面に付着させ、スラリ層を形成するスラリ層形成工程と、
前記スラリ層に、耐火材粒子をスタッコとして付着させるスタッコ付着工程と、
前記スラリ層に、ニオビア安定化ジルコニアを含み且つ前記耐火材粒子の粒子径よりも大の大きさを有する易崩壊部を付着させる易崩壊部付着工程と、
前記スラリ層を乾燥させる乾燥工程と、
を備える。
【００１５】
上記構成（４）によれば、ニオビア安定化ジルコニアを含む易崩壊部を局所的に設けることにより、注湯後の溶湯の降温過程において、精密鋳造用鋳型の一部の強度を部分的に低下させることができる。特に、易崩壊部が、耐火材粒子の粒子径よりも大の大きさを有するので、易崩壊部における結晶構造の変化による体積変化量を大きくすることができ、精密鋳造用鋳型の一部の強度を特に低下させることができる。
【００１６】
（５）幾つかの実施形態では、上記構成（４）において、
ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して焼結体を作製する焼結体作製工程を備え、
前記易崩壊部付着工程にて、前記焼結体を前記易崩壊部として前記スラリ層に付着させる。
【００１７】
上記構成（５）によれば、易崩壊部がニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体によって構成され、焼結体は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して作製されているので、易崩壊部における結晶構造の変化による体積変化量を確実に大きくすることができ、精密鋳造用鋳型の一部の強度を特に低下させることができる。
【００１８】
（６）幾つかの実施形態では、上記構成（４）において、
ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して焼結体を作製する焼結体作製工程と、
前記焼結体を粉砕して焼結体粉砕粒子を作製する粉砕工程と、
を備え、
前記易崩壊部付着工程にて、前記焼結体粉砕粒子を前記易崩壊部として前記スラリ層に付着させる。
【００１９】
上記構成（６）によれば、易崩壊部が、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体を粉砕して得られた焼結体粉砕粒子によって構成され、焼結体は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して作製されているので、易崩壊部における結晶構造の変化による体積変化量を確実に大きくすることができ、精密鋳造用鋳型の一部の強度を特に低下させることができる。
【００２０】
（７）本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械翼の製造方法は、
請求項４乃至６の何れか１項に記載の精密鋳造用鋳型の製造方法によって製造された精密鋳造用鋳型を用意する鋳型用意工程と、
前記精密鋳造用鋳型に溶湯を注湯し、鋳物を製造する注湯工程と、
を備える。
【００２１】
上記構成（７）によれば、ニオビア安定化ジルコニアを含む易崩壊部を局所的に設けることにより、注湯後の溶湯の降温過程において、精密鋳造用鋳型の一部の強度を部分的に低下させることができる。特に、易崩壊部が、耐火材粒子の粒子径よりも大の大きさを有するので、易崩壊部における結晶構造の変化による体積変化量を大きくすることができ、精密鋳造用鋳型の一部の強度を特に低下させることができる。このため、回転機械翼の形状が複雑であっても、回転機械翼の形状に応じて精密鋳造用鋳型の一部の強度を特に低下させることができ、回転機械翼における不具合の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、鋳型の一部の強度を低下させることが可能な精密鋳造用鋳型、精密鋳造用鋳型の鋳造方法、及び、回転機械翼の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転機械翼の製造方法により製造された回転機械翼を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る精密鋳造用鋳型を概略的に示す斜視図である。
【図３】図２中のＩＩＩ面での精密鋳造用鋳型及び中子の概略的な断面を示す図であり、図中円内は一部を拡大して示している。
【図４】図２中のＩＶ面での精密鋳造用鋳型及び中子の概略的な断面を示す図であり、図中円内は一部を拡大して示している。
【図５】本発明の一実施形態に係る回転機械翼の製造方法の概略的な手順を示すフローチャートである。
【図６】図５の回転機械翼の製造方法の鋳型用意工程に適用可能な、本発明の一実施形態に係る精密鋳造用鋳型の製造方法の概略的な手順を示すフローチャートである。
【図７】図６の精密鋳造用鋳型の製造方法に適用可能な、易崩壊部用意工程の手順を概略的に示すフローチャートである。
【図８】図６の精密鋳造用鋳型の製造方法に適用可能な、易崩壊部用意工程の手順を概略的に示すフローチャートである。
【図９】実施例１及び３の試験片Ｅ１，Ｅ３を説明するための概略的な図であり、図中円内は一部を拡大して示している。
【図１０】実施例２及び４の試験片Ｅ２，Ｅ４を説明するための概略的な図であり、図中円内は一部を拡大して示している。
【図１１】比較例１及び比較例２の試験片Ｃ１，Ｃ２を説明するための概略的な図であり、図中円内は一部を拡大して示している。
【図１２】実施例１〜４及び比較例１，２の試験片Ｅ１〜Ｅ４，Ｃ１，Ｃ２の３点曲げ試験結果を比較例１，２に対する曲げ強さの減少率とともに示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係る回転機械翼の製造方法により製造された回転機械翼１を概略的に示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る精密鋳造用鋳型３（３ａ，３ｂ）を概略的に示す斜視図であり、精密鋳造用鋳型３（３ａ，３ｂ）は回転機械翼１の鋳造に使用可能である。図３は、図２中のＩＩＩ面での精密鋳造用鋳型３ａ及び中子の概略的な断面を示す図であり、図中円内は一部を拡大して示している。図４は、図２中のＩＶ面での精密鋳造用鋳型３ｂ及び中子の概略的な断面を示す図であり、図中円内は一部を拡大して示している。
なお、以下の説明では、精密鋳造用鋳型３ａ，３ｂを一括して精密鋳造用鋳型３とも称する。
【００２６】
図１に示した回転機械翼１は、タービン動翼であり、翼部１０、プラットホーム１２、及び、翼根部１４を有する。また、タービン動翼は、翼部１０、プラットホーム１２及び翼根部１４の内部に内部流路１６を有する。タービン動翼の翼部１０及びプラットホーム１２は、作動流体としての高温の燃焼ガスに曝されるので、内部流路１６に供給される冷却ガスによって冷却される。なお、内部流路１６の形状は、精密鋳造に用いられる中子の形状に対応している。
【００２７】
図２〜図４に示した精密鋳造用鋳型３は、図１の回転機械翼１の鋳造に適用可能である。精密鋳造用鋳型３はシェル型の鋳型であり、回転機械翼１の外形形状よりも一回り大きな外形形状を有するとともに、回転機械翼１の外形形状に対応する形状の空洞部１８を有する。空洞部１８内には、内部流路１６を形成するための中子１７が配置されている。
【００２８】
図３及び図４に示したように、精密鋳造用鋳型３は、複数の耐火材粉末層２０、複数のスタッコ層２２及び易崩壊部２４を有している。
複数の耐火材粉末層２０は、鋳物、即ち回転機械翼１の外形形状に対応する空洞部１８に沿ってそれぞれ延在し、相互に積層されている。各耐火材粉末層２０は、蝋型に付着させた層状のスラリ（スラリ層）を乾燥及び焼成することによって形成される。スラリは、例えば、シリカゾルに、耐火材粉末（フラワ）が混合されたものであり、シリカゾル中のシリカの粒子径は、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、シリカゾルの分散媒は、水等の極性溶媒である。
【００２９】
耐火材粉末層２０は、スラリの成分に由来する耐火材粉末（フラワ）及びシリカを含む。フラワは、例えば、ジルコン又はアルミナ等の耐火材の粉末によって構成され、０．１μｍ以上５００μｍ以下の粒子径を有する。
ただし、フラワの粒子は、スラリ層を焼成することにより焼結しているが、本明細書において、耐火材粉末の粒子径とは、焼成前の粒子径をいうものとする。つまり、フラワの粒子径とは、スラリ中の耐火材粉末の粒子径をいうものとする。
また、本明細書において、粒子径とは、レーザ回折式粒子径分布測定装置によって測定される粒子径分布において、体積積分値が５０％となる平均粒子径（Ｄ５０）をいうものとする。
【００３０】
複数のスタッコ層２２は、複数の耐火材粉末層２０の間に介在している。複数のスタッコ層２２は、複数の耐火材粒子２６によって構成され、耐火材粒子２６は、耐火材粉末層２０を構成するフラワよりも大きな粒子径を有する。耐火材粒子２６は、例えば、アルミナ又はムライト等の耐火材の粒子によって構成され、例えば、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の平均粒子径を有する。従って、スタッコ層２２の耐火材粒子２６の粒子径は、耐火材粉末層２０のフラワの粒子径よりも大である。
なお、スタッコ層２２を構成する耐火材粒子２６も、焼成によって焼結しているが、耐火材粒子２６の粒子径とは焼成前の粒子径をいうものとする。
【００３１】
図３及び図４に示したように、易崩壊部２４は、複数の耐火材粉末層２０間、耐火材粉末層２０内又は耐火材粉末層２０に隣接して配置されている。易崩壊部２４は、耐火材粉末層２０の面内方向にて局所的に配置されている。易崩壊部２４は、ニオビア安定化ジルコニアを含み、複数のスタッコ層２２を構成する耐火材粒子２６の粒子径よりも大の大きさを有する。
【００３２】
上記構成によれば、ニオビア安定化ジルコニアを含む易崩壊部２４を局所的に設けることにより、注湯後の溶湯の降温過程において、精密鋳造用鋳型３の一部の強度を部分的に低下させることができる。特に、易崩壊部２４の大きさが、耐火材粒子２６の粒子径よりも大であるので、易崩壊部２４における結晶構造の変化による体積変化量を大きくすることができ、精密鋳造用鋳型３の一部の強度を特に低下させることができる。そしてこの結果として、鋳物が複雑な形状を有していても、鋳物を安定に鋳造可能であるとともに、鋳物から精密鋳造用鋳型３を容易に取り外すことができる。
【００３３】
幾つかの実施形態では、図３に示したように、易崩壊部２４は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体２８によって構成され、焼結体２８は０％以上２０％以下の空隙率を有する。
上記構成によれば、易崩壊部２４がニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体２８によって構成され、焼結体２８は２０％以下の空隙率を有するので、易崩壊部２４における結晶構造の変化による体積変化量を確実に大きくすることができ、精密鋳造用鋳型３ａの一部の強度を特に低下させることができる。
焼結体２８は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を、加熱しながらプレス成形することにより作製可能である。プレス成形される粉末の粒子径は、例えば、０．０１μｍ以上１０μｍ以下である。
幾つかの実施形態では、焼結体２８の空隙率は０％以上１０％以下である。
【００３４】
幾つかの実施形態では、図４に示したように、易崩壊部２４は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体２８を粉砕して得られる焼結体粉砕粒子３０によって構成され、焼結体は０％以上２０％以下の空隙率を有する。
【００３５】
上記構成によれば、易崩壊部２４は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体２８を粉砕して得られる焼結体粉砕粒子３０によって構成され、焼結体は２０％以下の空隙率を有するので、易崩壊部２４における結晶構造の変化による体積変化量を確実に大きくすることができ、精密鋳造用鋳型３ｂの一部の強度を特に低下させることができる。
【００３６】
幾つかの実施形態では、図３及び図４に示したように、易崩壊部２４は、精密鋳造用鋳型３の内面側（空洞部１８側）よりも外面側の近くに配置される。
鋳型が自己崩壊する際の破壊の起点は、通常、鋳型の外面側に位置している。そこで、上記構成によれば、精密鋳造用鋳型３の破壊の起点となる易崩壊部２４が外面側の近くに配置されていることで、溶湯の降温過程で、精密鋳造用鋳型３を効率的に自己崩壊させることができる。
【００３７】
幾つかの実施形態では、図２に示したように、易崩壊部２４は、回転機械翼１のチップ側に隣接する精密鋳造用鋳型３の部分（易崩壊部配置部分）３２に配置される。回転機械翼１の翼部１０において、プラットホーム１２よりもチップ側（先端側）に近い部分は肉厚が薄いため、溶湯の降温過程で鋳物に張力が作用し、鋳物に割れが生じる虞がある。
この点、上記構成によれば、易崩壊部２４は、回転機械翼１のチップ側に対応する精密鋳造用鋳型３の部分３２に配置されおり、精密鋳造用鋳型３が易崩壊部２４を起点として自己崩壊することによって、回転機械翼１のチップ側で割れが生じることが抑制される。
【００３８】
幾つかの実施形態では、図２に示したように、易崩壊部２４は、回転機械翼１の翼部１０とプラットホーム１２の境界に隣接する精密鋳造用鋳型３の部分（易崩壊部配置部分）３４に配置される。回転機械翼１の翼部１０とプラットホーム１２の境界部分では、溶湯の降温過程で残留応力が生じ、不具合が生じる可能性がある。
この点、上記構成によれば、易崩壊部２４は、回転機械翼１の翼部１０とプラットホーム１２の境界に対応する精密鋳造用鋳型３の部分３４に配置されおり、精密鋳造用鋳型３が易崩壊部２４を起点として自己崩壊することによって、回転機械翼１の翼部１０とプラットホーム１２の境界で残留応力が生じることが抑制される。
【００３９】
図５は、本発明の一実施形態に係る回転機械翼の製造方法５の概略的な手順を示すフローチャートである。図６は、回転機械翼の製造方法５の鋳型用意工程に適用可能な、本発明の一実施形態に係る精密鋳造用鋳型の製造方法７の概略的な手順を示すフローチャートである。図７は、精密鋳造用鋳型の製造方法７に適用可能な、易崩壊部用意工程Ｓ１６（Ｓ１６ａ）の手順を概略的に示すフローチャートである。図８は、精密鋳造用鋳型の製造方法７に適用可能な、易崩壊部用意工程Ｓ１６（Ｓ１６ｂ）の手順を概略的に示すフローチャートである。
【００４０】
図５に示したように、本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械翼の製造方法５は、鋳型用意工程Ｓ１、注湯工程Ｓ２、鋳型除去工程Ｓ３及び中子除去工程Ｓ４を有している。
鋳型用意工程Ｓ１では、後述する精密鋳造用鋳型の製造方法７によって製造された精密鋳造用鋳型３を用意する。
注湯工程Ｓ２では、精密鋳造用鋳型３に溶湯を注湯する。
鋳型除去工程Ｓ３では、注湯した溶湯が凝固して得られる鋳物、即ち回転機械翼１から、精密鋳造用鋳型３を取り外す。
中子除去工程Ｓ４では、鋳物から中子１７を取り外し、鋳物、即ち回転機械翼１を得る。
【００４１】
上記構成によれば、後述するように、ニオビア安定化ジルコニアを含む易崩壊部２４を局所的に設けることにより、注湯後の溶湯の降温過程において、精密鋳造用鋳型３の一部の強度を部分的に低下させることができる。特に、易崩壊部２４が、耐火材粒子２６の粒子径よりも大の大きさを有するので、易崩壊部２４における結晶構造の変化による体積変化量を大きくすることができ、精密鋳造用鋳型３の一部の強度を特に低下させることができる。このため、回転機械翼１の形状が複雑であっても、回転機械翼１の形状に応じて精密鋳造用鋳型３の一部の強度を特に低下させることができ、回転機械翼１における不具合の発生を防止することができる。
【００４２】
図７に示したように、本発明の少なくとも一実施形態に係る精密鋳造用鋳型の製造方法７は、蝋型用意工程Ｓ１０、スラリ用意工程Ｓ１２、スタッコ用意工程Ｓ１４、易崩壊部用意工程Ｓ１６（Ｓ１６ａ，Ｓ１６ｂ）、スラリ層形成工程Ｓ１８、スタッコ付着工程Ｓ２０、易崩壊部付着工程Ｓ２２、乾燥工程Ｓ２４、脱蝋工程Ｓ２６、及び、焼成工程Ｓ２８を有している。
【００４３】
蝋型用意工程Ｓ１０では、回転機械翼１と同じ外形形状を有する蝋型を用意する。蝋型は、例えば射出成形により製造可能である。蝋型の内部には、回転機械翼１の内部流路１６と同じ形状の中子１７が配置されている。
スラリ用意工程Ｓ１２では、スラリを用意する。スラリは、シリカゾルに、耐火材粉末（フラワ）が混合されたものである。例えば、シリカゾル中のシリカの粒子径は、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、シリカゾルの分散媒は、水等の極性溶媒である。また例えば、フラワは、ジルコン又はアルミナ等の耐火材の粉末によって構成され、５μｍ以上８０μｍ以下の粒子径を有する。
【００４４】
スタッコ用意工程Ｓ１４では、スタッコを用意する。スタッコは、複数の耐火材粒子２６によって構成されている。耐火材粒子２６は、例えば、アルミナ又はムライト等の耐火材の粒子によって構成され、例えば、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の粒子径を有する。
易崩壊部用意工程Ｓ１６では、易崩壊部２４を用意する。易崩壊部２４は、ニオビア安定化ジルコニアを含み、スタッコを構成する耐火材粒子２６の粒子径よりも大の大きさを有する。
【００４５】
スラリ層形成工程Ｓ１８では、フラワを含むスラリを蝋型の表面に付着させ、スラリ層を形成する。例えば、タンクに貯留されたスラリに蝋型を浸漬することにより、蝋型の表面にスラリ層を形成することができる。
スタッコ付着工程Ｓ２０では、スラリ層に、耐火材粒子２６をスタッコとして付着させる。スタッコ付着工程Ｓ２０では、例えばレインサンダー装置によって、スラリ層の表面の全域に渡って、耐火材粒子２６が付着させられる。
易崩壊部付着工程Ｓ２２では、スラリ層に、ニオビア安定化ジルコニアを含み且つ耐火材粒子２６の粒子径よりも大の大きさを有する易崩壊部２４を付着させる。
なお、易崩壊部２４は、スラリ層の面内方向にて一部に付着させればよいので、スラリ層上又はスラリ層内の必要な部分にのみ配置される。
乾燥工程Ｓ２４では、蝋型の表面上に形成したスラリ層を乾燥させる。
【００４６】
上述したスラリ層形成工程Ｓ１８、スタッコ付着工程Ｓ２０、必要に応じて易崩壊部付着工程Ｓ２２、及び、乾燥工程Ｓ２４を１回行うことにより、スラリ層、スタッコ及び必要に応じて易崩壊部２４を含む、１ｍｍ以上３ｍｍ以下の厚さの膜が蝋型の表面上に形成される。そして、スラリ層形成工程Ｓ１８、スタッコ付着工程Ｓ２０、必要に応じて易崩壊部付着工程Ｓ２２、及び、乾燥工程Ｓ２４を所定回数繰り返すことにより、蝋型の表面上に適当な厚さの膜を形成する。得られた膜は鋳型の中間体である。繰り返し回数ｎは、例えば、２回以上１５回以下である。
【００４７】
脱蝋工程Ｓ２６では、スラリ層形成工程Ｓ１８、スタッコ付着工程Ｓ２０、易崩壊部付着工程Ｓ２２、及び、乾燥工程Ｓ２４を繰り返すことによって得られた膜、即ち鋳型の中間体から、蝋型を除去する。蝋型は、例えば、鋳型の中間体をオートクレーブを用いて、１３０℃以上１８０°以下の温度にて加熱することによって溶解させることで、除去可能である。
【００４８】
焼成工程Ｓ２８では、鋳型の中間体を、例えば９５０℃以上１０５０℃以下の温度で熱処理して焼結させ、精密鋳造用鋳型３を得る。
注湯工程Ｓ２では、焼成工程Ｓ２８で得られた精密鋳造用鋳型３内に溶湯を注入する。精密鋳造用鋳型３内で溶湯の温度が低下して溶湯が凝固することにより、回転機械翼１が形成される。溶湯は、例えば、耐熱合金の溶湯であり、Ｎｉ基合金の溶湯である。Ｎｉ基合金は、例えばＭＧＡ１４００、ＭＧＡ２４００、又は、ＣＭＳＸ−４であり、この場合、注湯時の溶湯の温度は、１３５０℃以上１５５０℃以下である。
【００４９】
鋳型除去工程Ｓ３では、回転機械翼１から、精密鋳造用鋳型３を除去する。精密鋳造用鋳型３には、例えば、機械的な衝撃を加えることによって破壊して除去される。
中子除去工程Ｓ４では、回転機械翼１から、中子を除去する。中子は、例えば、回転機械翼１とともに中子をアルカリ溶液に浸漬することによって溶解され、除去される。
【００５０】
上記構成によれば、ニオビア安定化ジルコニアを含む易崩壊部２４を精密鋳造用鋳型３に設けることにより、注湯後の溶湯の降温過程において、精密鋳造用鋳型３の一部の強度を部分的に低下させることができる。これは以下の理由による。
ニオビア安定化ジルコニアの結晶構造は、注湯前においては、室温でも高温相の結晶構造である正方晶に保たれている。しかしながら、ニオビア安定化ジルコニアの結晶構造は、注湯後には、溶湯によって１３００℃以上１６００℃以下の温度まで加熱されることによって脱安定化される。このため、溶湯の降温過程において、ニオビア安定化ジルコニア中のジルコニアの結晶構造が、９５０℃以上１１００℃以下の相転移温度で高温相の正方晶から低温相の単斜晶へと相転移する。この相転移により、ジルコニアの体積が膨張し、易崩壊部２４及びその周辺でクラックが発生する。これにより、精密鋳造用鋳型３の一部の強度を部分的に低下させることができる。
【００５１】
特に、易崩壊部２４が、耐火材粒子２６の粒子径よりも大の大きさを有するので、易崩壊部２４における結晶構造の変化による体積変化量を大きくすることができ、精密鋳造用鋳型３の一部の強度を特に低下させることができる。
この結果として、鋳物としての回転機械翼１が複雑な形状を有していても、精密鋳造用鋳型３を回転機械翼１から容易に除去することができるので、回転機械翼１を安定して製造することができ、回転機械翼１に不具合が生じることが防止される。
【００５２】
幾つかの実施形態では、易崩壊部用意工程Ｓ１６ａは、図７に示したように、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を用意する粉末用意工程Ｓ１６０、及び、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して焼結体２８を作製する焼結体作製工程Ｓ１６２を有している。
そして、易崩壊部付着工程Ｓ２２にて、焼結体作製工程Ｓ１６２で得られた焼結体２８を易崩壊部２４としてスラリ層に付着させる。
【００５３】
粉末用意工程Ｓ１６０で用意されるニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末は、例えば、０．０１μｍ以上１０μｍ以下の粒子径を有する。プレス成形の圧力は、０．２ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下であり、プレス成形時の粉末の温度が９００℃以上１２００℃以下になるように、プレス成形時に粉末が加熱される。
焼結体２８は、例えば円柱形状を有し、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下の直径と、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の厚さを有する。またはより大きな焼結体を加工して前記サイズとしてもよい。焼結体２８の空隙率は０％以上２０％以下である。なお、焼結体２８の空隙率は、焼結体２８の体積及び質量から求めることができる。
【００５４】
上記構成によれば、易崩壊部２４がニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体２８によって構成され、焼結体２８は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して作製されているので、易崩壊部２４における結晶構造の変化による体積変化量を確実に大きくすることができ、精密鋳造用鋳型３の一部の強度を特に低下させることができる。
【００５５】
幾つかの実施形態では、易崩壊部用意工程Ｓ１６ｂは、図８に示したように、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を用意する粉末用意工程Ｓ１６０、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して焼結体を作製する焼結体作製工程Ｓ１６２、及び、焼結体２８を粉砕して焼結体粉砕粒子３０を作製する粉砕工程Ｓ１６４を有している。
そして、易崩壊部付着工程Ｓ２２にて、焼結体粉砕粒子３０を易崩壊部２４としてスラリ層に付着させる。
【００５６】
粉末用意工程Ｓ１６０で用意されるニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末は、例えば、０．０１μｍ以上１０μｍ以下の粒子径を有する。プレス成形の圧力は、０．２ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下であり、プレス成形時の粉末の温度が９００℃以上１２００℃以下になるように、プレス成形時に粉末が加熱される。
焼結体２８は、例えば円柱形状を有し、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下の直径と、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の厚さを有する。より大きな焼結体を加工して前記サイズとしてもよい。焼結体２８の空隙率は０％以上２０％以下である。なお、焼結体２８の空隙率は、焼結体２８の体積及び質量から求めることができる。
粉砕工程Ｓ１６４では、焼結体２８が機械的に粉砕され、焼結体粉砕粒子３０が得られる。焼結体粉砕粒子３０の粒子径は、例えば、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
【００５７】
上記構成によれば、易崩壊部２４が、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末の焼結体２８を粉砕して得られた焼結体粉砕粒子３０によって構成され、焼結体２８は、ニオビア安定化ジルコニアによって構成される粉末を加熱しながらプレス成形して作製されているので、易崩壊部２４における結晶構造の変化による体積変化量を確実に大きくすることができ、精密鋳造用鋳型３の一部の強度を特に低下させることができる。
【００５８】
［実施例］
図９は、実施例１及び３の試験片Ｅ１，Ｅ３を説明するための概略的な図である。図１０は、実施例２及び４の試験片Ｅ２，Ｅ４を説明するための概略的な図である。図１１は、比較例１及び比較例２の試験片Ｃ１，Ｃ２を説明するための概略的な図である。図１２は、実施例１〜４及び比較例１，２の試験片Ｅ１〜Ｅ４，Ｃ１，Ｃ２の３点曲げ試験結果を比較例１，２に対する曲げ強さの減少率とともに示す表である。
【００５９】
（１）試験片
試験片Ｅ１〜Ｅ４は、精密鋳造用鋳型の製造方法７によって製造され、試験片Ｃ１，Ｃ２は、易崩壊部付着工程Ｓ２２を実施しない以外は精密鋳造用鋳型の製造方法７と同じ方法によって製造された。試験片Ｅ１〜Ｅ４，Ｃ１，Ｃ２は、何れも偏平な直方体形状を有している。
試験片Ｅ１，Ｅ３は、図９に示したように、複数の耐火材粉末層２０、複数のスタッコ層２２及び易崩壊部２４としての円柱形状の焼結体２８を含んでいる。試験片Ｅ２，Ｅ４は、図１０に示したように、複数の耐火材粉末層２０、複数のスタッコ層２２及び易崩壊部２４としての焼結体粉砕粒子３０を含んでいる。試験片Ｃ１，Ｃ２は、複数の耐火材粉末層２０及び複数のスタッコ層２２のみを含み、易崩壊部２４を含んでいない。
（２）試験条件
試験片Ｅ１，Ｅ３，Ｃ１については、焼成工程Ｓ２８後の製造したままの状態で、室温（２３℃）で３点曲げ試験を行った。
試験片Ｅ２，Ｅ４，Ｃ２については、焼成工程Ｓ２８後、１５００℃まで加熱して２時間保持した後、９００℃まで温度を下げ、９００℃にて３点曲げ試験を行った。
（３）試験結果
（ｉ）表１に示したように、試験片Ｅ１，Ｅ３，Ｃ１間では、曲げ強さに顕著な差はなく、易崩壊部２４を設けた試験片Ｅ１，Ｅ３が、易崩壊部２４を設けていない試験片Ｃ１に比べて、十分な曲げ強さを有していることがわかる。
（ｉｉ）表１に示したように、試験片Ｅ１と試験片Ｅ２、試験片Ｅ３と試験片Ｅ４、試験片Ｃ１と試験片Ｃ２をそれぞれ比較した場合、１５００℃まで加熱したことにより試験片Ｅ２，Ｅ４，Ｃ２で焼結が進み、試験片Ｅ２，Ｅ４，Ｃ２の曲げ強度が、試験片Ｅ１，Ｅ３，Ｃ１の曲げ強度よりも上昇している。
（ｉｉｉ）表１に示したように、試験片Ｅ２，Ｅ４と試験片Ｃ２間では、曲げ強さに４０％程度の顕著な差がある。これは、試験片Ｅ２，Ｅ４では、１５００℃から９００℃までの降温過程で易崩壊部２４中のジルコニアの相転移が起こり、易崩壊部２４及びその周辺でクラックが発生し、クラックが破壊の起点となったためと考えられる。
【００６０】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。
例えば、回転機械翼１及び精密鋳造用鋳型３について説明した構成を、回転機械翼の製造方法５及び精密鋳造用鋳型の製造方法７に適用可能であり、その逆も可能である。
例えば、上述した実施形態に係る精密鋳造用鋳型３、回転機械翼の製造方法５及び精密鋳造用鋳型の製造方法７は、回転機械翼１の製造に適しているが、回転機械翼１以外の製造にも適用可能である。
例えば、焼結体２８の形状は円柱形状に限定されることはなく、直方体形状等であってもよい。また、焼結体粉砕粒子３０の形状は円形状に限定されることはなく、異形形状であってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１                  回転機械翼
３，３ａ，３ｂ      精密鋳造用鋳型
５                  回転機械翼の製造方法
７                  精密鋳造用鋳型の製造方法
１０                翼部
１２                プラットホーム
１４                翼根部
１６                内部流路
１７                中子
１８                空洞部
２０                耐火材粉末層
２２                スタッコ層
２４                易崩壊部
２６                耐火材粒子
２８                焼結体
３０                焼結体粉砕粒子
３２，３４          易崩壊部配置部分
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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