(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造用セラミックコア（１）を製造する方法であって、
前記コア（１）は少なくとも第１の横方向突起（１１）を含む形状を示し、
方法は、少なくとも、
前記第１の横方向突起（１１）に縦軸（Ｚ）方向に隣接する少なくとも１つの追加の横方向突起（１５）と一緒にコア（１）の形状に相当する形状を示す部品（１０）を形成するために、セラミック粒状物および高分子バインダーを含むペーストを鋳型キャビティ内に注入するステップと、
部品（１０）を焼成するステップと、
前記焼成ステップ後に部品（１０）から前記追加の横方向突起（１５）を除去するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
方法が、前記焼成ステップ後に部品（１０）に樹脂を含侵させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
追加の横方向突起（１５）が機械加工により除去される、請求項１および２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
追加の横方向突起（１５）が、第１の横方向突起（１１）の突出方向（Ｘ）を垂線とする断面に関して、第１の横方向突起（１１）の断面の面積（ｓ１）の７５％〜１２５％に相当する面積（ｓ０）を示す断面を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
追加の横方向突起（１５）が、縦軸（Ｚ）方向および突出方向（Ｘ）に垂直な厚さ方向（Ｙ）に関して、第１の横方向突起（１１）の厚さ（ｅ１）の９０％〜１１０％に相当する厚さ（ｅ０）を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
追加の横方向突起（１５）が、縦軸（Ｚ）方向と平行な幅に関して、第１の横方向突起（１１）の幅の９０％〜１１０％に相当する幅（Ｌ０）を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記コア（１）は、複数の第１の横方向突起（１１、１２、１３、１４）を含み、コア（１）の形状が、部品（１０）の縦軸（Ｚ）と平行に互いから離間された複数の第１の横方向突起（１１、１２、１３、１４）を示す、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
第１の横方向突起（１１）の突出方向（Ｘ）を垂線とする断面に関して、前記第１の横方向突起（１１、１２、１３、１４）の前記断面の面積は、前記追加の横方向突起（１５）から離れるにつれて減少する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第１の横方向突起（１１、１２、１３、１４）の全てが、縦軸（Ｚ）方向に関して、同じ方向に、追加の横方向突起（１５）から離間されている、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
部品（１０）の追加の横方向突起（１５）と最も接近する第１の横方向突起（１１）との間の最小距離（ｄ０）が、前記複数の第１の横方向突起（１１、１２、１３、１４）のうちの最も接近する第１の横方向突起（１１）と次に接近する第１の横方向突起（１２）との最小距離（ｄ１）の０．７〜２．５倍である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記コア（１）が、ブレード（２）に冷却回路を形成するためにターボ機械ブレード（２）を製造するための鋳型で受けられるためのものであり、前記第１の横方向突起（１１）はブレード（２）の後縁に出口溝を形成する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造の分野に関し、より詳しくは、鋳造用のセラミックコアを製造することに関し、コアは、鋳型内で作製される鋳物内に内部空洞を形成のための鋳型で受けられる。
【背景技術】
【０００２】
そのようなコアは、特に、消失模型あるいはロストワックス鋳造方法で使用され得る。いわゆる「消失模型」あるいは「ロストワックス」鋳造方法は、古来より知られている。これらは特に、複雑な形状の金属部品を作成するのに適している。したがって、ロストワックス鋳造は、ターボ機械ブレードを製造するために特に使用されている。この関連において、用語「ターボ機械」は、流体の流れと、例えば、コンプレッサ、ポンプ、タービン、プロペラ、または複数のそのような要素の組み合わせなどの少なくとも１つのローターとの間でエネルギーを伝達することが可能ないかなる機械を示すために使用される。用語「ブレード」は、固定式または回転式にかかわらず、ターボ機械でこのエネルギー伝達に寄与するいかなる翼要素も含むために使用される。ロストワックス鋳造は、製造に特に役立つ。
【０００３】
ロストワックス鋳造では、第１のステップは、例えば、ろうまたは樹脂などの比較的低い融解温度を有する溶解可能材料で模型を通常作製することである。模型は、次いで、鋳型を形成するために耐熱材料でカバーされることになる鋳造ツリーと一体化される。鋳型の溶解可能材料が鋳型の内部から取り除かれる、または除去された後、結果として、そのような方法についての名前で用語「ロスト」後、溶融金属は、模型が鋳型から取り除かれる、または除去されることによって形成される鋳型内で空洞を満たすために鋳型内に鋳造される。一旦金属が冷却し、凝固すれば、模型の形状を有する金属部品を回収するために、鋳型は開放または破壊されてもよい。用語「金属」は、純金属だけでなく上記すべての金属合金も含むようにこの関連において使用される。
【０００４】
そのような鋳造方法によって得られる金属部品内に複雑な内部空洞を形成するために、各模型内で１つ以上の耐熱性コアを一体化することが可能である。これらの耐熱性コアは、溶解可能な材料が取り除かれた後、各鋳型の内部の適切な位置に残り、それによって、複雑な形状が鋳型内で作製される鋳物内部に形成されることを可能にする。それらは、部品を鋳型から外す場合に、続いて鋳型の残りと一緒に除去することができる。
【０００５】
典型的には、そのような耐熱性コアは、セラミック材料からなり、鋳造方法では消耗品を構成する。それらを製造するために、射出成形方法が発展してきており、セラミック粒状物および高分子バインダーを含むペーストが、コアを形成するために圧力下で鋳型キャビティに注入され、コアは、次いでそれを強化するために焼成される。コアが鋳造プロセスの間に受ける力に耐えるコアの能力をさらに向上するために、コアは、またその初期焼成後で再度２回目焼成される前に、樹脂で含侵されてもよい。
【０００６】
それにもかかわらず、そのようなコアを製造する場合、特にそれらの形状が複雑な場合の不良率は比較的高くなり得る。これは、コアの焼成、その後の冷却の間に生成される内部応力により、内部応力はコアのある臨界点で亀裂を生じさせる可能性がある。特に、ターボ機械ブレードに冷却回路を形成する場合、コアは、特に、横方向突起を示し得、横方向突起は、次いで、ブレードの外側表面に至る出口チャンネル、特にブレードの後縁で出口溝を形成することを目的とされてもよい。そのような状況下では、クラックは、横方向突起の少なくとも１つの根元で形成する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、それらの欠点を改善しようとする。特に、本開示は、セラミックコアの少なくとも１つの第１の横方向突起の根元でクラックを形成しないようにすることを可能にする鋳造用セラミックコアを製造する方法を提案しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、この目的は、方法が、少なくとも、前記第１の横方向突起に隣接する少なくとも１つの追加の横方向突起と一緒にコアの形状に相当する形状を示す部品を形成するために、セラミック粒状物および高分子バインダーを含むペーストを鋳型キャビティ内に注入するステップと、部品を焼成するステップと、前記焼成ステップ後に部品から前記追加の横方向突起を除去するステップと、を含むことによって達成される。
【０００９】
これらの条件によって、焼成の間にクラックを生成する傾向がある内部応力は、部品の追加の横方向突起に集中させることができ、そのとき、追加の横方向突起は犠牲の役割を果たすことができ、それは続いて除去され、完成されたセラミックコア上でもはや発見されないことになるからである。コアの第１の横方向突起は、いずれかの他の隣接する横方向突起と一緒に、次いで、そのようなクラックの形成を免れることができ、それによって不良率を低減する。
【００１０】
部品をより良好に強化するために、方法は、前記焼成ステップ後に部品に樹脂を含侵させるステップをさらに含んでいてもよい。この含侵ステップは、追加の横方向突起を除去する前後に行われてもよい。
【００１１】
部品の内部応力を追加の横方向突起により良好に集中させるために、追加の横方向突起は、同じ断面に第１の横方向突起の断面の面積の７５％〜１２５％に相当する面積を示す断面を有していてもよい。特に、追加の横方向突起は、同じ横軸と平行な第１の横方向突起の厚さの９０％〜１１０％に相当する部品の横軸と平行な厚さ、および／または部品の縦軸と平行な第１の横方向突起の幅の９０％〜１１０％に相当する部品の縦軸と平行な幅を有していてもよい。
【００１２】
コアの形状は、第１の横方向突起だけでなく、部品の縦軸と平行に互いから離間された複数の横方向突起を示し、特に、第１の横方向突起から離れるにつれて減少する断面を示す。部品の追加の横方向突起は、同じ軸に沿って、および前記複数の横方向突起の他の横方向突起に対して反対方向に、前記第１の横方向突起から離間されていてもよい。そのような状況下で、内部応力を追加の横方向突起により良好に集中させるために、部品の追加の横方向突起と第１の横方向突起との間の最小距離は、第１の横方向突起と前記複数の横方向突起のうち最も接近する横方向突起との最小距離の０．７〜２．５倍、特に１〜１．５倍であってもよい。
【００１３】
特に、コアは、ブレードに冷却回路を形成するためにターボ機械ブレードを製造するための鋳型で受けられるためのものであってもよく、前記第１の横方向突起は後縁に出口溝を形成していてもよい。
【００１４】
本発明は、非限定的な実施例として示された実装形態の次の詳細な説明を読むと、十分に理解されることができ、その利点がよりよく明らかになる。説明は、添付の図面を参照している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の方法によって製造されたセラミックコアの図である。
【図２Ａ】追加の横方向突起を除去する前の、コアを形成する部品の側面図である。
【図２Ｂ】平面ＩＩＢ−ＩＩＢ上の断面における同じ部品の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の特定の実施形態を構成する方法を使用して作製されたセラミックコア１を示す。セラミックコア１は、ロストワックス鋳造によってターボ機械ブレード２（破線で表された）を製造する際に使用される。図から分かるように、コア１は、コア１の横軸Ｘに平行に置かれ、コア１の縦軸Ｚと平行に互いにオフセットされた４つの横方向突起１１、１２、１３および１４を表す。これら４つの横方向突起１１、１２、１３および１４は、歯の形態であり、ブレード２の冷却回路用ブレード２に後縁出口溝を形成するためのものである。
【００１７】
コア１を製造する第１のステップでは、例えば、マイクロメートルサイズのシリカ粒子によって構成されたセラミック粒状物、およびペーストに所望の程度の粘性を付与する役目をする高分子バインダーを含むペーストが、例えば、５メガパスカル（ＭＰａ）〜７０ＭＰａの範囲にある高圧で、追加の横方向突起と一緒にではあるがコア１の形状に相当する形状を示す鋳型キャビティに注入される。これは、焼成ステップ中にセラミック粒状物を焼結させることによって強化される中間部品を製造する。例として、焼成ステップは、セラミック粒状物が焼結させられるだけでなく、高分子バインダーが除去されることを保証するように、８０℃で１つの安定状態および１２００℃で他の安定状態で、３０時間（ｈ）〜４５ｈの範囲にある全持続時間を有し得る。
【００１８】
このように強化された中間部品１０は、図２Ａおよび図２Ｂに示されている。図２Ａから分かるように、コア１を形成することになる中間部品１０は、中間部品１０を焼成した後、コア１を使用する前に除去されるように構成された少なくとも１つの追加の横方向突起１５を有する。したがって、示される実施形態において、コア１の４つの横方向突起１１、１２、１３および１４に加えて、中間部品は、第１の横方向突起１１に隣接する追加の横方向突起１５を示し、示される実施形態では、４つの横方向突起１１、１２、１３および１４の１つは、ブレード２の根元に最も近い。より具体的には、追加の横方向突起１５は、他の横方向突起１２、１３および１４から遠ざかる第１の横方向突起１１から離間されている。部品１０上では、縦軸Ｚと平行な方向に追加の横方向突起１５と第１の横方向突起１１との最小距離ｄ０が、第１の横方向突起１１と次の横方向突起１２との最小距離ｄ１の０．７〜２．５倍の範囲にある。特に、距離ｄ０は、距離ｄ１の１〜１．５倍の範囲にあってもよい。
【００１９】
図２Ｂは、図２Ａの断面ＩＩＢ−ＩＩＢにおける横方向突起１５、１１、１２、１３および１４の断面を示す。この図に図式的で示されるように、追加の横方向突起１５の断面の面積ｓ０は、第１の横方向突起１１の断面の面積ｓ１に類似する。特に、面積ｓ０は、面積ｓ１の７５％〜１２５％の範囲にあってもよい。具体的には、２つの面積ｓ０およびｓ１は実質的に等しくてもよい。他の横方向突起１２、１３および１４の断面の面積ｓ２、ｓ３およびｓ４は、ｓ１＞ｓ２＞ｓ３＞ｓ４、あるいはそれらの少なくともすべては面積ｓ０およびｓ１未満であるように、第１の横方向突起１１の断面の面積ｓ１から行くにつれて減少してもよい。
【００２０】
示される実施形態では、横方向突起１５、１１、１２、１３および１４の各々は、実質的に長方形の断面を示す。縦軸Ｚおよび第１の横軸Ｘに垂直な第２の横軸Ｙにそれぞれ平行な方向における追加の横方向突起１５の幅Ｌ０および厚みｅ０は、各々、第１の横方向突起１１の相当する寸法Ｌ１およびｅ１の９０％〜１１０％の範囲にある値を示してもよい。
【００２１】
部品１０が焼成、焼結される結果、それは縮み、それによって、部品１０内に内部応力を生成する。これらの内部応力は、追加の横方向突起１５の根元でクラックを生成する可能性があり、それは、このように、第１の横方向突起１１、あるいはその後の横方向突起１２、１３および１４にクラックが生じることを回避するために犠牲の役割を果たす。それにもかかわらず、その後のステップで、追加の横方向突起１５は、部品１０にコア１のための最終形状を付与するように、例えば、機械加工により除去される。クラックは、このようにして、追加の横方向突起１５と一緒に除去される。
【００２２】
他のステップは、追加の横方向突起１５を除去する前、または好ましくは後に行ってもよく、その他のステップでは、部品１０にさらにより良好な機械的性質を付与するために、部品１０に熱硬化性樹脂を含侵させることが可能である。
【００２３】
これらのステップ後に、セラミック粒状物および高分子バインダーのペーストからスタートし、追加の横方向突起を備えた部品１０を介して、セラミックコア１は、このようにしてその最終形状で得られる。
【００２４】
結果として生じるコア１は、次いで、鋳型内で作製された鋳物中の複雑な内部輪郭を形成するために鋳型に組み入れることができる。
【００２５】
このようにして、ロストワックス鋳造方法では、このように得られるようなコア１は、作製される金属部品の模型に組み入れることができ、その模型は比較的低い融解温度で溶ける材料を使用して作製される。そのような材料は、例えば、ろうまたは樹脂であってもよい。模型は、次いで、鋳型を形成するために、耐熱材料で覆われるように設計される鋳造ツリー状に強化することができる。鋳型の内部から模型の溶解可能材料を取り除く、または除去した後に、溶融金属は模型が取り除かれるまたは除去された後に、鋳型内に模型によって形成される成形用キャビティを満たすように鋳型内に鋳造される。一旦金属が冷却し凝固すれば、鋳型は模型の形状を有する金属部品を回収するために開かれる、または破壊される。
【００２６】
本発明は特定の実施形態を参照して記載されるものの、請求項によって定義される本発明の全体的な範囲を超えることなく様々な修正および変更がなされてもよいことは、明らかである。結果的に、明細書および図面は、限定的な意味ではなくむしろ説明的な意味で見なされるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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