(57)【要約】  コア本体を形成する下部、スクイーラ先端凹部を形成する上部、および上部と下部を一緒に保持するための１組のロッドを備えるブレード用セラミックコアの製造方法は、  １０００℃未満の引火点を有する材料でロッドを被覆するステップ、  ロッドを金型内に位置決めするステップ、  セラミックを注入することによって上部および下部を成形するステップ、  セラミックコアを焼成するステップを含む。
2015506840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア本体を形成する下部（１）、凹部を形成する上部（２）、および上部と下部を一緒に保持することに貢献する１組のロッド（３）を備えるブレード用セラミックコア（１０）の製造方法であって、
ロッドの膨張が所定の比率より大きくなる境界である温度閾値未満の引火点を有する材料でロッドが被覆される被覆ステップ（ＥＮＤ）と、
ロッドが金型内に位置決めされるステップ（ＰＯＳ）と、
上部および下部がセラミック注入によって成形されるステップであって、成形される部分が金型内で一体部品を形成してコア形状を成すように成形されるステップ（ＭＯＵ）と、
セラミックコアを焼成するステップ（ＣＵＩ）と
を含むことを特徴とする、セラミックコア製造方法。
【請求項２】
ステップが順次行われることを特徴とする、請求項１に記載のセラミックコア製造方法。
【請求項３】
温度閾値が１０００℃であることを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれかに記載のセラミックコア製造方法。
【請求項４】
所定の膨張率が１％であることを特徴とする、請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載のセラミックコア製造方法。
【請求項５】
該コアの焼成ステップ（ＣＵＩ）の前に、コアの金型除去ステップ（ＤＥＭ）が行われることを特徴とする、請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載のセラミックコア製造方法。
【請求項６】
各ロッドが、凹部に囲まれる可能性のある表面が被覆されることを特徴とする、請求項１から請求項５のうちのいずれか一項に記載のセラミックコア製造方法。
【請求項７】
ロッドの一部の被覆が、ワニス被膜の塗布であることを特徴とする、請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載のセラミックコア製造方法。
【請求項８】
ロッドの被覆が、各ロッドの表面の一部におけるワックス被膜の付着を含むことを特徴とする、請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載のセラミックコア製造方法。
【請求項９】
ロッドの被覆が、各ロッドの表面の一部における樹脂被膜の付着を含むことを特徴とする、請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載のセラミックコア製造方法。
【請求項１０】
ロッドの被覆が、各ロッドの表面の一部におけるグラファイト被膜の付着を含むことを特徴とする、請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載のセラミックコア製造方法。
【請求項１１】
コア本体を形成する下部（１）、凹部を形成する上部（２）、および上部と下部を一緒に保持することに貢献する１組のロッド（３）を備えるタービンブレード用セラミックコア（１０）であって、請求項１から請求項１０のうちのいずれか一項に記載の方法を使用して製造されることを特徴とする、セラミックコア（１０）。
【請求項１２】
請求項１１に記載のコアを使用した鋳造方法を使用して製造されたことを特徴とする、タービンブレード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、可動ブレードの空気循環のための複雑な中空翼列を製造するためのロストワックス成形で使用されるセラミックコアの製造方法に関する。本発明は、特に、該ブレードが航空エンジンで使用される航空分野に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
セラミックコアは、特に、金属翼列冷却回路を得るために使用される使い捨て可能な部品である。
【０００３】
第一に、コアは、ポリマーセラミック混合物を注入手段に注入することによって製造される。第二に、コアは、その後、ポリマーを除去してセラミックを焼結するために焼成される。第三に、コアは、バリ取りされて、機械的強度を付与する樹脂で含浸される。
【０００４】
図１は、スクイーラ先端凹部を形成する上部２とコア本体を形成する下部１とを備えたセラミックコア本体１０を示した図である。セラミックコアは、ブレード、特に、航空エンジンのタービンブレードに使用される。一般に、このタイプのブレードは、ブレードを囲撓する円形翼列に結合される。凹部を形成する部分は、ブレード端部の開口キャビティを形成する。凹部は、機能的には、ブレード根元部に加わる遠心力を低減し、ブレード先端の熱伝達を低減する。凹部は、コア本体を凹部に接続するロッド３を使用してコア本体に取り付けられる。ロッドもセラミック製としてもよい。一般に、ロッドを作成するのに、コアの膨張係数より高い膨張係数を有する任意の材料が適している。
【０００５】
該コアの製造に関して、前記コアの焼成ステップで１つの問題が生じる。焼成ステップは、材料の注入の前にロッドが予め位置決めされている金型でのセラミック成形ステップの後で行われる。
【０００６】
コア本体を凹部に接続するロッド３が成形された後、ロッド３は凹部およびコア本体の形状をした成形セラミックに取り付けられる。焼成時に温度が上昇すると、ロッドは膨張する。図２は、焼成後のセラミック内でのロッドの膨張結果、特に、凹部２の開口亀裂２０を形成する亀裂２０が発生した結果を示している。
【０００７】
１つの解決方法は、アルミナロッドに対向するコアに局所的に肉厚部を設けるステップから成る。
【０００８】
図３は、セラミックが焼成された後にセラミック内部のロッドの位置で凹部に沿って亀裂を形成する部分を補強するように設けられた肉厚部３０を示した図である。その後、過剰な厚みは取り除かれる。局部肉厚部が面一にカットされる前には、ロッドに沿って目に見える亀裂はない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この解決方法の不利点の１つは、この肉厚部は、焼成後に、例えば、手動で研削することで取り除かれなければならないという点である。この作業の間に、凹部で亀裂が再び発生する可能性があることがわかった。亀裂は、その後、凹部の表面で開口亀裂となる。
【００１０】
１つの主な不利点は、この場合、コアが使用に適さなくなり、場合によっては、コアを廃棄しなければならないということである。
【００１１】
本発明は、上述の不利点を解決する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、コア本体を形成する下部、スクイーラ先端凹部を形成する上部、および上部と下部を一緒に保持することに貢献する１組のロッドを備えるブレード用セラミックコアの製造方法に適用できる。本発明の方法は、
ロッドの膨張が所定の比率より大きくなる境界である温度閾値未満の引火点を有する材料でロッドが被覆される被覆ステップと、
ロッドが金型内に位置決めされるステップと、
上部および下部がセラミック注入によって成形されるステップであって、成形される部分が金型内で一体部品を形成してコア形状を成すように成形されるステップと、
セラミックコアを焼成するステップと
を含む。
【００１３】
一実施形態によれば、温度閾値は１０００°である。
【００１４】
一実施形態によれば、ロッドの膨張率は１％である。
【００１５】
セラミックコア製造方法により、焼成時にロッドの存在によって引き起こされるセラミックの亀裂を防ぐことができる。
【００１６】
本発明の方法は、特に、少なくとも１つのロッドを被覆するためにワニス塗布のような予備ステップを含む。ロッドのワニス塗布により、凹部の亀裂を防ぐことができる。
【００１７】
それぞれのロッドは、アルミナ製としてもよいし、またはコアの膨張係数より高い膨張係数を有するセラミック材料製としてもよい。
【００１８】
亀裂は、焼成時のワニスの発火により、焼成されたセラミックと膨張したロッドとの間の空間が解放されることによって防がれる。ワニスまたはロッドを被覆する等価材料の発火温度は、ワニスの発火温度より高い温度で膨張するロッドの周囲の空間を解放する。
【００１９】
有利には、ステップは順次行われる。
【００２０】
有利には、コアの金型除去ステップ（ＤＥＭ）はコア焼成ステップ（ＣＵＩ）の前に行われる。
【００２１】
有利には、各ロッドは、凹部に囲まれる可能性がある表面が被覆される。
【００２２】
有利には、ロッドの一部の被覆は、ワニス被膜から成る。
【００２３】
有利には、ロッドの被覆は、
各ロッドの表面の一部におけるワックス被膜の付着、
各ロッドの表面に一部における樹脂被膜の付着、
各ロッドの表面の一部におけるグラファイト被膜の付着
のいずれかから成る。
【００２４】
本発明の目的はさらに、コア本体を形成する下部、凹部を形成する上部、および上部と下部を一緒に保持することに貢献する１組のロッドを備えるタービンブレード用セラミックコアであって、本発明の方法を使用して製造されることを特徴とするセラミックコアに関する。
【００２５】
本発明はさらに、本発明の方法によって製造されたコアを使用した鋳造方法を使用して製造されるタービン用ブレードに関する。
【００２６】
本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照した以下の詳細な説明を読めば、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】可動ブレード用セラミックコアの図である。
【図２】焼成後のセラミックコアで、コアの凹部の亀裂の形成を示した図である。
【図３】亀裂形成を補強するための肉厚部を備えたセラミックコアの図である。
【図４】本発明の方法の主なステップを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本明細書において、「引火点」または「発火点」は、本体または可燃性材料が、熱エネルギー源の影響下で引火する外気とのガス状混合物を生成するのに十分な蒸気を放出する最も低い温度を指す。
【００２９】
以降の記述全体を通して、用語「被覆」ステップは、本願に従って塗布される被覆を指すのに使用するものとする。
【００３０】
タービンブレード用セラミックコアは、コア本体を形成する下部、凹部を形成する上部、および上部と下部を互いに保持させることに貢献する１組のロッドを備える。上部と下部は、互いに固定される。本発明の簡単な一実施形態では、少なくとも１つのロッドは、コアの２つの部分を定位置で保持することに貢献する。
【００３１】
実施形態に応じて、上部と下部は、同様に２つの部分を一緒に保持することに貢献する共有ゾーンを備えてもよい。図１は、この実施形態を示したものであり、部分１と部分２は、コアの側面に位置する共有ゾーン４によっても互いに保持されている。
【００３２】
本発明のセラミックコアの製造方法は、ロッドがセラミック部品を成形するための金型に挿入される前に行われるロッドの被覆ステップ（図４においてＥＮＤで表されている）を含む。コアの凹部に囲まれるロッドの一部にワニスが付着される。一実施形態では、コア本体に囲まれるロッドの一部はワニスで被覆されない。
【００３３】
本発明の特定の一実施形態では、ロッドは、金型内に位置決めされた後に被覆されてもよい。しかし、ロッドは、ロッドの表面全体が均一に被覆されるように、金型に挿入される前に被覆されるのが好ましい。
【００３４】
ロッドは、塗布される材料の種類、必要な被膜の厚みおよび／または被覆されるロッド（複数可）の部分に応じて、さまざまな方法で被覆されてよい。
【００３５】
本発明の一実施形態では、ロッド全体が１０００℃未満の引火点を有する材料で被覆される。
【００３６】
別の実施形態では、各ロッドの凹部に囲まれる部分のみが下塗り（ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）で被覆される。ロッドのコア本体に囲まれる部分はワニスで被覆されない。利点の１つは、ワニスの量がロッドの膨張によって弱くなった構造体の一部に合わせられるという点である。
【００３７】
１０００℃の温度限界は、コアを形成するセラミック材料の変形が始まる温度に相当する。したがって、この温度限界は、焼成温度がこの限界に達する前にロッドに塗布された材料が発火するので、特に興味深い温度である。また、材料の引火点の温度が温度限界より低い温度であれば、少なくとも同様の機能を果たすようなより低い温度限界を選択することも可能である。
【００３８】
一般に、温度閾値は、ワニスのような被覆材料がロッドの膨張前に発火するように選択される。膨張は、一定の限界未満では事実上ゼロであると推定される。一実施形態では、この限界は、ロッド寸法の１％の膨張に相当する１％に決められる。他の実施形態によれば、いわゆる「結果として生じる」膨張限界を規定する所定の比率は、使用される材料や材料の寸法に応じて、１％より高く２％以下またはそれ以上としてよい。
【００３９】
異なる実施形態では、材料は、ロッドを浸漬することにより塗布されてもよいし、または、例えば、ブラシでロッドに材料を塗布することにより塗布されてもよい。
【００４０】
好適な一実施形態では、塗布される材料はワニスである。このワニスは、例えば、「マニキュア液」タイプのワニスとしてよい。この場合、ワニス塗布方法は、女性が指の爪にワニスを塗布するような従来の方法でブラシを使用してロッドに塗布される。
【００４１】
適切なワニスとしては、溶剤、樹脂、ニトロセルロース、および可塑剤（ｐｌａｓｔｉｆｉｅｒ）が挙げられる。例えば、本発明の方法では、「Ｐｅｇｇｙ  Ｓａｇｅ  ｎａｉｌ  ｖａｒｎｉｓｈ  ａｌｌ  ｆｏｒｍｕｌａｓ」という商品名で販売されている「チキソトロピック系」ワニスのようなワニスが使用されてもよい。
【００４２】
ワニスがロッドに塗布された後、ロッドは金型内に配置される。好ましくは、ロッドは、ワニスが乾燥した後に、ＰＯＳで表される方法ステップに従って位置決めされる。金型内の各ロッドの位置は、材料が注入される時に材料が各ロッドを囲むように決められる。
【００４３】
本発明の方法は、金型内へのセラミックの注入を含む成形ステップ（図４においてＭＯＵで表されている）を含む。セラミックの注入により、そのために設けられたハウジング内でコアが形成され、その結果、金型の形状に応じた本体および凹部が形成される。
【００４４】
セラミック成形ステップは、コア本体を形成する下部の成形および凹部を形成する上部の成形を含む。２つの部分は、同時に成形されるのが好ましい。ロッドは、ロッドの一部がコアの上部にくるように、およびロッドの一部がコアの下部内にくるように位置決めされる。金型の凹部を形成する部分に注入されるセラミック材料はロッドの凹部内にある部分を囲み、コア本体を形成する金型の一部に注入されるセラミック材料はこの金型の一部に位置決めされたロッドの一部を囲む。
【００４５】
成形後、ロッドはコアの２つの部分を一緒に保持する。
【００４６】
本発明の製造方法に別のステップでは、コアが金型から取り外される。このステップは、図４においてＤＥＭで表されている。したがって、コアの２つの部分に固定されたロッド（複数可）も金型から外される。
【００４７】
その後、このようにして金型から取り外されたコアの焼成ステップが開始される（図４においてＣＵＩで表されている）。
【００４８】
コアが焼成される時に、ロッドの膨張が結果として生じる比率に達する前にロッドを被覆するワニスが引火点に達する。したがって、１２００℃でのアルミナの膨張係数は１．０３％である。したがって、ワニスの引火点で発生するワニスの燃焼または発火は、アルミナロッドを膨張させる焼成温度より低い温度で生じる。
【００４９】
ロッドが膨張する前に、ワニスの発火がロッドの周囲全体の空間を解放する。コアの下部および上部内で成形されたロッドは、その後、焼成の影響下で、温度の上昇に伴って膨張する。ロッドに塗布され燃焼されるワニス被膜の１つの利点は、ワニス被膜はロッドの周囲の空間を解放し、前記空間がロッド膨張に必要な追加の空間となるという点である。したがって、各ロッドに塗布されるワニスの量は、ロッドの膨張によって占められる追加の容積と一致するようにロッドの周囲に形成される空間に適合するように選択される。
【００５０】
実施形態に応じて、ロッドを被覆するのに使用される材料の種類を選択し、前記被膜がロッドに塗布された時の前記被膜の適切な厚さを選択するための試験が使用されてもよい。これらの試験は、焼成時にロッドの膨張に必要な空間に一致するように、燃焼した材料によって解放される理想的な空間を決定することができる。
【００５１】
したがって、焼成時および焼成後に、ロッドの膨張により、亀裂を発生させる可能性のある機械的応力がロッドを囲むセラミック材料に加わることはなくなる。
【００５２】
従来の解決方法では、亀裂が凹部で発生することがよくあることがわかった。凹部はコア本体より薄いので、ロッドの内部膨張に対する抵抗によって生じる亀裂は主に凹部で発生した。
【００５３】
ロッドがワニスのような材料で浸漬されると、特に、図２に示されているように形成される可能性がある亀裂は発生しなくなる。ロッドが可燃性材料で被覆されるこの予備ステップにより、コア凹部の表面に肉厚部を設ける必要がなくなる。
【００５４】
本発明の方法のステップは、順次実行されるのが好ましい。しかし、一実施形態では、各ロッドの被覆ステップは、ロッドが金型に入れられた後に行われると想定される。一方、本発明が十分な機能を果たすものであるならば、当然、成形ステップおよび焼成ステップを連続して行うべきことが不可避であると思われる。
【００５５】
本発明の被覆ステップ時の代替品として、ワニスとほぼ等価な特性を有する他の製品が使用されてもよい。
【００５６】
本発明で使用可能な全ての製品は、例えば、１００分の数ｍｍの薄い被膜を付着させることができる。ロッドに塗布される製品は、アルミナロッドが膨張する前に焼成によって除去されなければならない。本発明の好適な実施形態では、ロッドの被膜として使用されるこれらの製品が望ましくない化学残留物を全く残すべきでないということも重要である。
【００５７】
以下に列挙した製品のそれぞれが利点を有するので、必要な操作の選択肢に応じて他の製品を選択した方が好ましい場合もある。
【００５８】
ワニス以外に、薄い被膜を形成することによりロッドに固着して、残留物を全く残さずに１０００℃になる前に燃焼すると考えられる製品としては、ワックス、樹脂、塗料、および／またはグラファイトが挙げられる。
【００５９】
これらの製品は、以下の利点を有する：
−ロッドの表面に塗布されるとロッドに固着する
−薄い被膜を付着させやすい
−ロッドの表面全体にわたって均一に付着することができる
−最後に、全て１０００℃未満の温度の焼成によって除去される
【００６０】
樹脂は、コアの焼成時に炉を汚染する可能性のある材料を全く含まないように選択されるのが好ましい。
【００６１】
グラファイトの場合、有利には、一酸化炭素の放出を防ぐまたは制限するように燃焼が制御されてもよい。最終的に、焼成時に十分な酸化雰囲気を提供できるように、燃焼が制御されてもよい。
【００６２】
ワックスの利点の１つは、大気温度におけるワックスの可塑性および鍛造性であり、この利点によりワックスがロッドの被覆に特に有用な製品となる。ワックスの４５℃の融点は、ロッドが膨張する前にロッドの周囲の空間を解放する。別の利点は、ワックスが融解した時に粘度が低いという点であり、そのため、ワックスはロッドの周囲の均一な空間を解放することができる。
【００６３】
本発明の方法は、コアが焼成された後に、セラミック焼結ステップおよび樹脂被覆ステップを含んでもよい。
【００６４】
さらに、本発明は、本発明の方法によって製造されたセラミックコアに関する。本発明のセラミックコアは、アルミナの膨張温度より低い引火点を有する材料で被覆されたロッドを使用して製造することができるという特殊な特徴を有する。
【００６５】
また、本発明は、本発明の方法によって得られるセラミックコアを備えた可動タービンブレードに関する。
【図１】
2015506840.tif 000003
【図２】
2015506840.tif 000004
【図３】
2015506840.tif 000005
【図４】
2015506840.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月21日(2014.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア本体を形成する下部（１）、凹部を形成する上部（２）、および上部と下部を一緒に保持することに貢献する１組のロッド（３）を備えるブレード用セラミックコア（１０）の製造方法であって、
ロッドの膨張が１％より大きくなる境界である温度閾値未満の引火点を有する材料でロッドが被覆される被覆ステップ（ＥＮＤ）と、
ロッドが金型内に位置決めされるステップ（ＰＯＳ）と、
上部および下部がセラミック注入によって成形されるステップであって、成形される部分が金型内で一体部品を形成してコア形状を成すように成形されるステップ（ＭＯＵ）と、
セラミックコアを焼成するステップ（ＣＵＩ）と
を含むことを特徴とする、セラミックコア製造方法。
【請求項２】
ステップが順次行われることを特徴とする、請求項１に記載のセラミックコア製造方法。
【請求項３】
温度閾値が１０００℃であることを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれかに記載のセラミックコア製造方法。
【請求項４】
所定の膨張率が１％であることを特徴とする、請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載のセラミックコア製造方法。
【請求項５】
該コアの焼成ステップ（ＣＵＩ）の前に、コアの金型除去ステップ（ＤＥＭ）が行われることを特徴とする、請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載のセラミックコア製造方法。
【請求項６】
各ロッドが、凹部に囲まれる可能性のある表面が被覆されることを特徴とする、請求項１から請求項５のうちのいずれか一項に記載のセラミックコア製造方法。
【請求項７】
ロッドの一部の被覆が、ワニス被膜の塗布であることを特徴とする、請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載のセラミックコア製造方法。
【請求項８】
ロッドの被覆が、各ロッドの表面の一部におけるワックス被膜の付着を含むことを特徴とする、請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載のセラミックコア製造方法。
【請求項９】
ロッドの被覆が、各ロッドの表面の一部における樹脂被膜の付着を含むことを特徴とする、請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載のセラミックコア製造方法。
【請求項１０】
ロッドの被覆が、各ロッドの表面の一部におけるグラファイト被膜の付着を含むことを特徴とする、請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載のセラミックコア製造方法。
【請求項１１】
コア本体を形成する下部（１）、凹部を形成する上部（２）、および上部と下部を一緒に保持することに貢献する１組のロッド（３）を備えるタービンブレード用セラミックコア（１０）であって、請求項１から請求項１０のうちのいずれか一項に記載の方法を使用して製造され、前記方法により各ロッドの周囲に各ロッドの膨張に適した空間であって、ロッドの周囲の均一な空間を開放する前記空間が形成されることを特徴とする、セラミックコア（１０）。
【請求項１２】
請求項１１に記載のコアを使用した鋳造方法を使用して製造されたことを特徴とする、タービンブレード。
【国際調査報告】
2015506840.tif 000007
2015506840.tif 000008
2015506840.tif 000009
2015506840.tif 000010