(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワックス模型（２，２２，３２）と、該ワックス模型内に固定されたセラミックコア（１，２１，３１）とから成るインベストメント鋳造用鋳造装置からセラミックコアを回収する方法において、
前記鋳造装置の鋳造工程に対する受容可否を検査し、受容不可の場合は、該鋳造装置を、ワックス模型のワックス材料に対する脆性遷移温度へ向けて冷却し、ワックス模型を脆性破壊除去によりセラミックコアから除去することを特徴とするセラミックコアの回収方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、ワックス模型の寸法及び厚さに依存して、２０ないし３０分間、−７０ないし−８０℃の範囲の温度にて前記鋳造装置を冷却する、方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、ワックス模型を均一に冷却して、ワックス模型の不均一又は急激な冷却によりセラミックコアに応力が生じるのを回避する、方法。
【請求項４】
請求項１、２又は３の何れか１つの項に記載の方法において、ワックス模型の冷却時、ワックス模型が非拘束状態にあることを保証する、方法。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか１つの項に記載の方法において、セラミックコアをワックス模型内に配置するため中子押さえが使用される、方法。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１つの項に記載の方法において、脆性破壊除去は、工具を使用することで更に促進される、方法。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れかの項に記載の方法において、ワックス模型の射出成形前にセラミック中子に取り付けられた中子押さえ（３８）が、ワックス模型の脆性破壊除去後にも維持される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックコアの回収方法、より具体的には、インベストメント又はロストワックス鋳造過程にて使用されるワックス模型に関して利用される回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロストワックス技術を利用するインベストメント鋳造過程は、周知である。基本的に、最終的に製造される構成要素の複製物であるワックス模型が形成され、該ワックスが失われて構成要素を形成する鋳型が残る。成形の容易さ及び成形に適していることを理由としてワックスが使用される。
【０００３】
幾つかの構成要素の製造に関して、セラミックコア又は中子をワックス模型内に組み込むことが必要である。これらのセラミックコアは、最終的な製品内にキャビティ又は通路を形成することを許容する。典型的なインベストメント成形技術は、セラミック中子を有するワックス模型を形成し、次に、その組み合わせ体を鋳造装置として利用するステップを備えており、その後に、該鋳造装置により鋳型が形成され、該鋳型はセラミックスラリーから最終製品を鋳造する。セラミックコアは、最終的な構成要素の鋳造のため、鋳型内の所要位置に止まる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
残念なことに、ワックス模型は、当初の成形段階にて不適切に形成され且つ（又は）その後、取り扱い中又はワックスを搬送する間、損傷する可能性がある。当然に、欠陥のあるワックス模型は、更なる加工に不適当であり、従って、廃棄処理しなければならない。残念なことに、セラミックコア又は中子は、相対的に高価であり、また、脆性であるため、回収過程中、容易に損傷する。これらの問題点は、原型の鋳造物等に関し特注のセラミック中子が使用される場合、更に悪化する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に従って、鋳造装置を提供し得るように適宜に形成されたワックス模型内にセラミック中子が固定された、インベストメント鋳型からセラミックコアを回収する方法であって、鋳造装置が受容可能であるかを検査され、その後の鋳造方法に受容し得ないことが分かったならば、次に、該鋳造装置を形成されたワックス模型のワックス材料に対する脆性遷移温度に実質的に向けて特定の状態下にて冷却し、これにより、脆性破壊除去により模型をセラミック中子から除去することができることを特徴とする回収方法が提供される。
【０００６】
好ましくは、特定の状態は、ワックス模型の寸法及び厚さに依存して、２０ないし３０分間、−７０ないし−８０℃の範囲、好ましくは、−７５℃の温度にて冷却するステップを備えるものとする。更に、特定の状態は、ワックス模型の周りにて均一に環境的に冷却して、セラミックコアに対し応力を付与するであろうワックス模型を亙る異り又は急激な冷却勾配となるのを回避するステップを備えている。通常、特定の状態は、ワックス模型は、冷却したとき、非規制状態にあることを保証するステップを含む。
【０００７】
全体として、セラミックコアをワックス模型内に配置するため中子押さえが使用される。
典型的に、脆性破壊除去は、鈍角な工具を使用することで更に促進される。
【０００８】
全体として、ワックス模型を冷却するための特定の状態は、ワックス模型の射出成形前に、セラミック中子に取り付けられた突合せ部及び（又は）中子押さえが脆性破壊除去後に保持されるように選ばれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、添付の図面を参照して単に一例として本発明の１つの実施の形態について説明する。
上記に示したように、いわゆるロストワックス技術を利用するインベストメント成形過程は、周知である。英国特許第９２１７４７７号（ロールスロイス（Ｒｏｌｌｓ  Ｒｏｙｃｅ）Ｐｌｃ）には、インベストメント鋳造用の鋳型を製造する方法が記載されている。この過程の一環として、ワックス模型が形成され、該ワックス模型上にセラミックスラリーが形成され、凝固して適宜な鋳造鋳型となるようにする。１つの構成要素内にキャビティ及び通路を形成するため、予め形成したセラミックコア又は中子を組み込むことが必要である。かかる状況において、適宜な射出成形又はその他の成形技術によってこの予め形成した中子の周りにワックスで出来た鋳型が形成される。かかる状況において、凝固したセラミックスラリー及び予め形成したセラミックコアは、最終的な構成要素に対する適宜なセラミック鋳型が形成されるよう関係するようになる。
【００１０】
本発明は、中間のワックス模型が受容し得ないことが分かったとき、かかるセラミック中子を回収することに関する。かかる受容し得ないことの原因は、成形過程の全ての不規則性、不適切な又は偶発的な構成要素の取り扱い上の損傷、又はワックスのもたれ又はその他の貯蔵中の変形であろう。かかるセラミック中子を形成するコストを考えるならば、セラミック中子を回収することが望ましいが、ワックス模型の性質のため、その下方のセラミックコアを損傷させる可能性のある、掻き落としのような、事前の回収技術が必要とされることが理解されよう。
【００１１】
図２及び図３には、それぞれのワックス模型の一部分の概略断面図が示されている。
図１において、セラミックコア１は、ワックス模型２内に埋め込まれている。穴や窓部３として、ワックス模型２の外面にディンプル４があることが理解されよう。これらのディンプル４は、凝固したとき、溶融したワックスが既知の率にて収縮することに起因する。かかる状況において、実質的に固体の支持されていない穴や窓部内でのこの収縮は、図示したディンプル４を形成することになる。
【００１２】
当然、かかるディンプル４によって、任意のセラミックスラリー形態物（破線５で図示）は、これらのディンプル４を内蔵することになる。かかる状況において、ワックス模型２と、セラミックコア１とを備える鋳造装置から形成された最終的な鋳造鋳型は、それ自体、受容し得ないであろう。ディンプル４は、ワックス模型２の周りのスラリー５により形成されたかかるセラミック鋳造鋳型により最終的な構成要素の鋳造品に移されることになろう。
【００１３】
ディンプルの形成に伴なう上記の問題点を回避するため、いわゆる「突合せ（ｂｕｔｔｅｒｉｎｇ）」という既知の技術がある。図２に示したような、かかる状況において、ワックス模型２２の溶融ワックス成形する前に、穴や窓部２３をワックス内部充填剤にて予め充填する。ワックス内部充填剤は、ワックス模型を射出成形する前に、セラミックコア２１内の穴や窓部２３内で凝固する。何れの場合でも、溶融ワックスを施すことにより、このようにしてワックス模型２２を形成する前、コア２１の穴や窓部２３を亙る表面２６は、実質的に平坦となる。かかる状況において、最終的なワックス模型２２を形成するために施された溶融ワックスは、凝固深さ２７のみを有し、次に、制限された厚さのみを有し、このため、最終的に凝固したワックス模型２２におけるディンプルの形成及びその他の変形を回避するため、生ずる収縮は制限され、次に、実質的に均等とされる。かかるディンプルの形成を回避することにより、ワックス模型２２の周りにセラミックスラリーを施すことにより形成された最終的な鋳造鋳型は、図１に関して説明した非突合せコア内の本来的な収縮差によって変形することはない。回収後、バタリングのために使用したワックスを保持することは、回収したコアを有する更なるワックス模型を形成するために有益であろう。
【００１４】
上述したように、セラミックコアを有するワックス模型が形成されたならば、セラミックスラリーを付与して最終的なセラミック鋳造鋳型を形成し、該鋳型内に典型的に溶融金属を使用して最終的な構成要素を形成する。しかし、かかる形成前、ワックス模型を形成するためのワックスを除去しなければならず、このことは、ワックスを溶融させ、ワックスが凝固したセラミック鋳型から流れ出る、すなわち、ワックスが失われるようにすべく簡単な加熱過程によって実現される。ワックス模型を形成するための射出したワックス、任意のワックスバタリング穴、コアの窓造作物（図２）は、この溶融過程により除去して、最終的な製品を製造するためのセラミック鋳型が残るようにしなければならない。
【００１５】
図３には、模型３２の肉厚を調節し得るように中子押さえ３８を使用する状態が示されている。このように、ディンプルが形成されるのを防止し得るようにワックスにて予め充填された窓造作部分３３を有する、セラミックコア３１の穴を利用してワックス模型３２が再度、形成される。中子押さえ３８は、必要とされるワックスの肉厚３７を提供する。中子押さえ３９は、小さい円錐形状のプラスチック射出成形品であり、該射出成形品は、基部と、頂部とを有しており、該頂部は、ワックス模型の肉厚３８が正確に制御されることを保証し得るように、通常、０．７６ｍｍないし２．５４ｍｍの範囲にて正確な形態とされている。これらの中子押さえ３８は、ワックス模型３２のキャビティ内にてコア３１を正確に配置することを保証すべくセラミックコア３１に取り付けられる。必要とされる中子押さえ３８の数は、鋳造すべき特定の構成要素、セラミックコア３１の幾何学的形態、及び課される許容公差の制限値に依存する。通常、中子押さえ３８は、溶融ワックスの除去過程中、鋳造鋳型から排出される。
【００１６】
上記のことから、最終的なセラミック鋳造鋳型を形成するためのワックス模型を製造するとき、かなりの時間及び労力が費やされることが理解されよう。当然、それぞれのワックス模型を形成するとき、注意が払われるが、多数の理由のため、特定のワックス模型を受容し得ないものとして廃棄処理する必要がある。典型的な欠陥は、ワックスの流動線の形成、不正確な寸法、及び取り扱い中のワックス模型の破損又は変形と関連したものである。受容し得ないと分かったならば、ワックス模型は廃棄処理しなければならないが、上述したように、典型的に、このワックス模型は、相対的に高価であり、また、多分、セラミックコアの利用可能性は制限されるであろう。
【００１７】
本発明に従って、受容し得ないワックス模型は、ワックスがガラス化された状態又は脆性となる、すなわちワックスがそのガラス温度又は脆性遷移温度に近づく温度まで冷却されよう。かかる状況において、表面のワックスは、脆性破壊除去を受け易い。要するに、手の圧力又は精々、鈍角な器具の僅かな圧力を加えるだけでワックス模型は任意の下方のセラミックコアから解放される。典型的に、ワックス模型を冷却するための特定の条件は、ワックス模型を非規制状態にて提供し、及び２０ないし３０分間、−７０ないし−８０℃の範囲、好ましくは、−７５℃の温度に露呈させるステップを含む。全体として、冷却は、冷却キャビネット内にて行われ、このため、ワックス模型の全体がその下方のセラミック内に応力を生じさせるであろう、ワックス模型を亙る冷却の差又は急激な冷却を伴なうことなく冷却される。上述したように、ワックスは、セラミックがより安定的である間に、既知の率にて収縮し勝ちとなる。かかる状況において、ワックスは、その下方の寸法的に相対的に安定したセラミックを有する脆性な状態とされ、温度と共に相対的に収縮することにより、脆性となったワックス内に僅かな応力状態を形成する。次に、脆性なワックスは、上述したように、僅かな脆性破壊除去により容易に除去される。下方のセラミックコアは、通常、硬化した面又はガラス被覆した面を有しており、このため、セラミックコアとワックスとの間に表面多孔度の不一致が存在せず、このこともまたかかる脆性破壊除去を容易にすることが理解されよう。
【００１８】
冷却したワックス模型、又はその下方のセラミックコアの凹状部分は、球状部分の収縮性の性質のため、例えば、中子押さえの周りにてソース造作部をある程度、「締結」把持し、このため、かかる位置にてワックスを除去するため、鈍角なへら型の工具を使用することが必要となるであろう。
【００１９】
かかる回収されたコアを再度更なるワックス模型を形成するときに使用する前に、セラミックコアが完全に清浄にされることが重要である。セラミックコア上に保持された廃物的ワックス又は余剰なワックスは、更なるワックス模型を形成するため更なる射出成形ワックスと適正に接合せず、このため、最終的なセラミック鋳造鋳型を適正に形成することを許容する、新たなワックス模型に関して問題を生じさせる。
【００２０】
当該技術は、セラミックコアとワックス模型との間の表面における本来的な収縮の差を利用することに関するものであるため、セラミックコアの表面におけるワックスを除去し、いわゆるワックスのバタリングがセラミックコアの穴や窓造作部内に保持されるよう注意すればよいことが理解されよう。例えば、セラミックコアがタービンブレード用であるならば、この場合、セラミックブレードを中空にするために使用されるセラミックコアの穴としての該ブレードの基部における冷却孔は、通常、ワックスにて充填されよう。このため、このワックスは、該穴内にて拘束され、このため、極めて容易に脆性破壊除去されることはない。更に、ワックスは、別個の加工段階にて射出成形ワックスに組み込まれ、ワックス模型を形成することが理解されよう。かかる状況において、ワックスと二次的に付与された射出成形ワックスとの間に基部破壊層が存在し、本発明に従って脆性破壊除去を容易にすべく利用することができる新たな模型を形成する。
【００２１】
上記の詳細な説明にて、特に重要であると考えられる本発明の特徴に注意を引くようように努めたが、当該出願人は、特に強調したかどうかを問わずに、上述し（又は）図面に示した任意の特許可能な特徴又は特徴の組み合わせに関して保護を請求するものであることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】バタリング無しのセラミックコアを有するワックス模型の一部分の概略断面図である。
【図２】突合せたセラミックコアを内蔵するワックス模型の一部分の概略断面図である。
【図３】ワックスの肉厚を調節し得るよう中子押さえを内蔵するワックス模型の一部分の概略断面図である。
【図１】
0004781721.tif 000002
【図２】
0004781721.tif 000003
【図３】
0004781721.tif 000004