(57)【要約】【課題】  タービン組立体用の高温ガス経路構成部品における陥凹部の形成に関する。【解決手段】  金属構成部品の内部通路の表面内に選択されたサイズ及び形状の少なくとも１つの陥凹部を形成する方法であって、金属構成部品を形成する鋳造プロセス中に、内部通路を形成するのに好適なセラミックコア上に直接書込み法によってセラミックベース材料（５０）を堆積させ、且つポジ特徴部として前記セラミックベース材料を堆積させる段階と、堆積されたセラミックベース材料を熱処理する段階と、セラミックコア（５６）が内部通路のための所望の位置として選択された位置において鋳造品内に組み込まれる鋳造法により、金属構成部品を形成する段階と、鋳造プロセス完了後、金属構成部品からセラミックコアを除去し、該セラミックベース材料のポジ特徴部を除去することによって形成される陥凹部を該通路の表面内に備えた内部通路を形成する段階とを含む。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックコア（５６）の表面（５４）を変更する方法であって、
前記セラミックコア（５６）の表面（５４）上に直接書込み法によって所定のパターンに従ってセラミックベース材料（５０）を堆積させる段階を含む方法。
【請求項２】
前記直接書込み法が、溶射法、レーザ化学蒸着(ＣＶＤ)法、インクジェット法、レーザ粒子誘導法、マトリックス支援パルスレーザ蒸着（ＭＡＰＬＥ）法、ペン型供給法、及びこれらのいずれかの組合せから成る群から選ばれる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ペン型書込み法が、
（ｉ）回転及び直交方向の並進のためにセラミックコア（１０４）を取り付けるステージ（１０８）と該ステージ（１０８）から並進するためのエレベータ（１２０）とを含むコンピュータ制御機械（１００）と、
（ｉｉ）前記エレベータ（１２０）に回転自在に取り付けられるペン先端部（１２４）と、
（ｉｉｉ）前記セラミックコア（１０４）の少なくとも１つの表面（１２７）上に材料（１０２）の流れを射出するための、前記ペン先端部（１２４）と流れ連通して結合される供給装置（１２６）と、
を備えるロボットペンを使用して実行されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記セラミックベース材料（５０）が、前記コア表面（５４）上にポジ特徴部（６０）のパターンとして堆積されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ポジ特徴部（６０）が、菱形、円錐形、半球形、部分半球形、円形ピン、細長い六面体、細長い半円筒形、及びこれらの組合せから成る群から選択された形状であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記セラミックベース材料（５０）が、アルミナ、アルミナ−アルミニウム、シリカ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化マグネシウム、ケイ酸塩類、イットリア、ジルコニア、及びシリカ−ジルコンから成る群から選択された少なくとも１つの成分を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
金属構成部品の内部通路の表面内に選択されたサイズ及び形状の少なくとも１つの陥凹部を形成する方法であって、
（ａ）金属構成部品を形成する鋳造プロセス中に、内部通路を形成するのに好適なセラミックコア（５６）上に直接書込み法によってセラミックベース材料（５０）を堆積させ、且つ硬化時に前記陥凹部の形状が反転した形状のポジ特徴部（６０）として前記セラミックベース材料（５０）を堆積させる段階と、
（ｂ）前記段階（ａ）において堆積されたセラミックベース材料を熱処理する段階と、
（ｃ）前記セラミックコア（５６）が内部通路のための所望の位置として選択された位置において鋳造品内に組み込まれる鋳造法により、金属構成部品を形成する段階と、
（ｄ）前記鋳造プロセスが完了後、前記金属構成部品からセラミックコア(５６)を除去することにより、前記セラミックベース材料のポジ特徴部（６０）を除去することによって形成される前記陥凹部を前記通路の表面内に備えた内部通路を形成する段階と、
を含む方法。
【請求項８】
前記段階（ａ）においてポジ特徴部（６０）として堆積されたセラミックベース材料のパターンに対応する陥凹部のパターンを形成するための請求項７に記載の方法。
【請求項９】
段階（ａ）において堆積された前記セラミックベース材料（５０）が、材料を焼結させてこれを前記セラミックコア（５６）に堅固に結合させるのに十分な熱条件の下で段階（ｂ）において熱処理されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
請求項７の方法によって形成される金属構成部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、高温環境において使用される金属構成部品に関する。より具体的には、本発明は、タービン組立体用の高温ガス経路構成部品における陥凹部の形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々なタイプの金属構成部品が高温環境において使用される。これらのタイプの構成部品の実施例を代表するものとしては、タービンエンジン部品がある。該部品は、通常、インベストメント鋳造法によって製造される。
【０００３】
タービンエンジンの高温ガス経路に沿って存在するピーク温度は、運転性能のためにできる限り高温に維持される場合が多い。エンジンのタービンブレード及び他の要素は、通常、高温環境に耐え得る合金（例えば超合金）で作られる。超合金は、通常は、約１，０００°Ｃから１，１５０°Ｃの作動温度限界を有する。これらの温度を上回る温度で運転すると、様々なタービン要素がエンジンを故障及び損傷させる可能性がある。
【０００４】
タービンの高温ガス経路構成部品は、典型的には冷却流体（空気のような）が通過する多様な内部通路を使用する。冷却流体の使用は、構成部品のバルク温度
を許容可能な温度レベルに維持する。特許文献１は、タービンブレードのような様々な構成部品の冷却チャネルの使用について論じている。特許文献２は、タービンエーロフォイルのための内部メッシュ冷却孔構成に関して記載している。
【０００５】
多くの異なるタイプの冷却通路が、様々な状況において使用できる。これらのタイプの内部通路は、通常、インベストメント鋳造プロセス中にセラミックコアを組み込むことによって形成される。最終的な鋳造物からコアを除去することにより、冷却流体のための所望の中空通路が得られるが、これは多くの場合複雑で精密に形成された内部流れネットワークである。
【０００６】
極めて多くの場合、冷却通路は、その構成部品の冷却効果を大幅に高める表面特徴部を含む。例えば、通路は、乱流面を含むことができる。特許文献１は、横方向リブ粗面の形態のこのような乱流面の使用について言及している。結果として得られる冷却効果の向上は、最終的にはタービン構成部品の動作温度を低下させる。
【０００７】
乱流は、高温ガス経路に沿って冷却効果を高めるために非常に効果的とすることができる。しかしながら、幾つかの状況においては、このタイプの特徴部に関係した欠点がある。例えば、エーロフォイル表面の或る領域上での乱流面の使用は、望ましくないことに、摩擦の影響により有意な圧力損失を招く場合がある。
【０００８】
一つには乱流面の使用が場合により不利であることに起因して、他のタイプの表面特徴部が大きな関心を呼ぶことになった。特許文献１に説明されているように、冷却通路における様々なタイプの表面窪み、すなわち「陥凹部」の使用はまた、構成部品の熱伝達特性を改善することができる。幾つかの場合においては、バルク冷却流体は、選択されたパターンの陥凹部上を螺旋運動で移動する。螺旋運動は、中央の冷媒を熱伝達面へ循環させる働きをする。このように、乱流が利用される方法と比べて、この熱交換法はより効果的である。
【０００９】
残念なことに、金属構成部品の内側領域の一部内に陥凹部を形成することは、極めて困難な場合が多い。例えば、ガスタービンブレードの内部流れネットワークの或る領域内に陥凹部を形成するための実用的方法は存在しない。更に、それらの領域内で精密な寸法形状を有する陥凹部の特定パターンを形成することは、多くの場合不可能であった。陥凹部は、例えば部品を形成するために使用されるインベストメント鋳造法によって鋳造するには、小さ過ぎる場合が多い。陥凹部を鋳造する試みは、ダイの早期磨耗のような別の問題を更に誘起する可能性もある。
【００１０】
電解加工及び放電加工（ＥＤＭ）のような方法は、基板の露出面上に陥凹部及び他の特徴部を形成するために場合によっては使用することができる。しかしながらこれらの方法は、アクセスが容易でない理由により、囲まれた内部領域内に特徴部を形成するためには容易に使用することができない。
【特許文献１】米国特許第６，６４４，９２１号公報
【特許文献２】米国特許第５，６９０，４７２号公報
【特許文献３】特開平０２−１８８４６０号公報
【特許文献４】米国特許第４，１４１，７８１号公報
【特許文献５】米国特許第４，０９７，２９２号公報
【特許文献６】米国特許第３，６５４，９８４号公報
【特許文献７】特表２００３−５２７７３５号公報
【特許文献８】特開２００１−１１５２５０号公報
【特許文献９】特開平１０−１８３０１３号公報
【特許文献１０】特表２００４−５０４１４０号公報
【特許文献１１】米国特許第５，１５４，９４５号公報
【特許文献１２】特表平０５−５０４６５６号公報
【特許文献１３】特表２００２−５２８７４４号公報
【特許文献１４】米国特許第６，２６８，５８４号公報
【特許文献１５】米国特許第６，６６０，３４３号公報
【特許文献１６】米国特許出願番号第１０／６２２，０６３号公報
【特許文献１７】米国特許出願番号第１０／６１１，７４５号公報
【非特許文献１】「Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ化学技術百科事典」（Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）第３版、第７巻、７９８頁以下
【非特許文献２】Ｊ．Ｒ．Ｗａｌｋｅｒ著「現代金属加工（Ｍｏｄｅｒｎ  Ｍｅｔａｌｗｏｒｋｉｎｇ）」（Ｔｈｅ  Ｇｏｏｄｈｅａｒｔ−Ｗｉｌｃｏｘ  Ｃｏ．，Ｉｎｃ．，１９６５）
【非特許文献３】Ｔ．Ｃ．Ｄｕ  Ｍｏｎｄ著「シェルモールディング及びシェルモールド鋳造法（Ｓｈｅｌｌ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  ａｎｄ  Ｓｈｅｌｌ  Ｍｏｌｄ  Ｃａｓｔｉｎｇｓ）」（Ｒｅｉｎｈｏｌｄ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏｒｐ．，１９５４）
【非特許文献４】Ａ．Ｐｉｑｕｅ及びＤ．Ｂ．Ｃｈｒｉｓｅｙ編、「高速プロとタイプ用途のための直接書込み法（Ｄｉｒｅｃｔ−Ｗｒｉｔｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｆｏｒ  Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，２００２）
【非特許文献５】「Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ化学技術百科事典」（第４版、１９９６、第２０巻、１１２−１１９頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、金属構成部品内に陥凹部を形成するための新規の方法が当技術分野において望まれることは理解されるであろう。特に有利な方法は、例えば蛇行冷却される複雑なタービンブレードなどの複雑な部品の内部領域内で陥凹部を形成できる方法であり、任意の所望のパターンに従って非常に特殊な寸法形状を有する陥凹部の形成を可能にし、及び、例えば様々な鋳造法のような金属構成部品を形成するために使用される他の方法と全般的に互換性を有する方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施形態は、セラミックコアの表面を変更する方法に関し、本方法は、セラミックコアの表面上に直接書込み法により所定のパターンに従ってセラミックベース材料を堆積させる段階を含む。
【００１３】
本発明の別の実施形態は、金属構成部品の内部通路の表面内に選択されたサイズ及び形状の少なくとも１つの陥凹部を形成する方法に関するものである。この方法は、
（ａ）金属構成部品を形成する鋳造プロセス中に、内部通路を形成するのに好適なセラミックコア上に直接書込み法によってセラミックベース材料を堆積させ、且つ硬化時に陥凹部の形状が反転した形状のポジ特徴部としてセラミックベース材料を堆積させる段階と、
（ｂ）段階（ａ）において堆積されたセラミックベース材料を熱処理する段階と、
（ｃ）セラミックコアが内部通路のための所望の位置として選択された位置において鋳造品内に組み込まれる鋳造法により、金属構成部品を形成する段階と、
（ｄ）鋳造プロセスが完了後、金属構成部品からセラミックコアを除去することにより、セラミックベース材料のポジ特徴部を除去することによって形成される陥凹部を通路の表面内に備えた内部チャネルを形成する段階と、
を含む。
【００１４】
本発明の１つの利点は、タービンエンジン構成部品の複雑な冷却通路内に陥凹部を精密に形成できることである。従って本明細書に記載された方法によって作製される構成部品は、本発明の別の実施形態を表すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の様々な特徴に関する更なる詳細は、以下の説明及び添付図面から明らかになるであろう。
【００１６】
本発明においては、様々な金属構成部品を使用することができる。金属の非限定的な例としては、鋼、アルミニウム、チタニウム及びニオビウムのような耐熱金属類、及びニッケル基、コバルト基、又は鉄基などの超合金類がある。構成部品は通常、高温に曝され、従って冷却を必要とする物品である。構成部品はまた、ある種の内部チャネルを必要とするものである。上述のように、タービンエンジンエーロフォイルは、その主な例である。
【００１７】
金属構成部品の内部チャネルを形成するために使用されるセラミックコアは、当技術分野においてよく知られている。これらは、方向性凝固共融合金及び超合金材料のインベストメント鋳造において使用される場合が多い。インベストメント鋳造法、コア、及びセラミックシェルモールドに関連した情報は、広く入手可能である。有用な情報源の例は、「Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ化学技術百科事典」（Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）第３版、第７巻、７９８頁以下参照、Ｊ．Ｒ．Ｗａｌｋｅｒ著「現代金属加工（Ｍｏｄｅｒｎ  Ｍｅｔａｌｗｏｒｋｉｎｇ）」（Ｔｈｅ  Ｇｏｏｄｈｅａｒｔ−Ｗｉｌｃｏｘ  Ｃｏ．，Ｉｎｃ．，１９６５）、及びＴ．Ｃ．Ｄｕ  Ｍｏｎｄ著「シェルモールディング及びシェルモールド鋳造法（Ｓｈｅｌｌ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  ａｎｄ  Ｓｈｅｌｌ  Ｍｏｌｄ  Ｃａｓｔｉｎｇｓ）」（Ｒｅｉｎｈｏｌｄ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏｒｐ．，１９５４）である。
【００１８】
当業者は、コア材料及び処理条件の選択に影響を及ぼす様々な要因に精通している。一般的には、セラミックコアは、高い鋳造温度で物理的及び化学的に安定性を保たなくてはならない。これらはまた、金属構成部品を形成するために鋳造される溶融金属に対して比較的反応しないものでなくてはならない。更にコアは、商業的に妥当な時間内に行うことのできる例えば浸出処理により、作業完了後に鋳造物から除去可能でなくてはならない。
【００１９】
コア及びこれらを製造するための技術に関連した特定の情報もまた、多くの引用文献に記載されている。これらの非限定的な例としては、特開平０２−１８８４６０号公報、第４，１４１，７８１号（Ｇｒｅｓｋｏｖｉｃｈ他）、第４，０９７，２９２号（Ｈｕｓｅｂｙ他）、及び第３，６５４，９８４号（Ｍｅｌｌｅｎ，Ｊｒ．他）が含まれる。これらの全ては引用により本明細書に組み込まれる。通常コアを製造するセラミックベース材料は、典型的には、アルミナ、アルミナ−アルミニウム、シリカ（例えば溶融シリカ）、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化マグネシウム、ケイ酸塩類（例えば、ケイ酸アルミニウム及びケイ酸ジルコニウム）、イットリア、ジルコニア、及びシリカ−ジルコンから成る群から選ばれる少なくとも１つの成分を含有する。当業者には知られているように、コアの形成に種々の結合剤を使用してもよい。その例として、ケイ酸エチル、コロイド状アルミナ、ケイ酸ナトリウム、コロイドジルコニウム、及びコロイドシリカが含まれる。結合剤は、例えばアクリルアミド類、アクリレート類、及びそれらの組合せのような重合可能なモノマー類である、有機ベースの結合剤である場合が多い。
【００２０】
当業者には理解されるように、コアは、射出成形法又はトランスファー成形法によって製造される場合がある。多くの場合、それらはセラミックスラリーから作製される。１つの非限定的な例としては、コアは、特開平０２−１８８４６０号公報に記載されているように、凝固可能な液体、セラミック粉末、及びゲル化剤のセラミックスラリーから作製することができる。このスラリー組成物は、コア形の成形キャビティ内に導入され、次いで凝固及びゲル化処理される。次に、成形された「グリーン（未焼成品）」は、適切な温度及び時間スケジュールに従って加熱され、結果として焼結セラミックコアが得られる。
【００２１】
上述のように、セラミックコアは、インベストメント鋳造法又は同様の方法に使用されるシェルモールド内に組み込まれたときに、金属構成部品の内部「中空」領域を形成する。本発明に従ってコア上に堆積されるポジ（すなわち表面上に隆起した）特徴部は、構成部品の内部領域内に所望の陥凹部を形成する。図１は、本発明のこの態様を単純な形態で説明している。セラミック材料が、一連のポジ特徴部１２としてセラミックコア１６の表面１４上に堆積される。図中には円錐形状が示されている。セラミック材料は、堆積後、後述するように該材料を焼結させてコア表面１４に堅固に結合するよう熱処理される。
【００２２】
図１の右側には、インベストメント鋳造法においてコア１６を使用した結果として得られる金属鋳造物１８を示す。鋳造物からコアを除去すると、陥凹部２０が得られる。これらの陥凹部（本実施例においては「窪み」）は、ポジ特徴部１２のパターンを反転形態で正確に複製している。
【００２３】
セラミック材料は、このような形状に反転される所望の陥凹部に従って、種々の形状及びサイズのポジ特徴部として堆積することができる。ポジ特徴部の非限定的な例としては、菱形、円錐形、半球形、部分半球形、円形ピン、及びこれらの組合せが含まれる。エーロフォイルの場合には、特徴部の一部又は全部を或る種の細長い六面体の形状で堆積させることが望ましい場合がある。このようなポジ特徴部は、実質的に平坦な矩形状の底面を有する溝又はチャネルを形成するのに役立つことになろう。別の例としての部分半球形は、細長い半円筒形状（例えば、かまぼこ形）に類似しており、これは最終的には丸みを帯びた底面を有する溝を形成することになる。
【００２４】
上述のように、コアの表面上にポジ特徴部を形成するセラミック材料を堆積させるために、直接書込み法が使用される。直接書込み法は、当技術分野において公知であり、多くの引用文献で記載されている。その例としては、引用により本明細書に組み込まれる米国特表２００３−５２７７３５号公報が含まれる。Ａ．Ｐｉｑｕｅ及びＤ．Ｂ．Ｃｈｒｉｓｅｙ編、「高速プロとタイプ用途のための直接書込み法（Ｄｉｒｅｃｔ−Ｗｒｉｔｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｆｏｒ  Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，２００２）のような教育的テキストも利用可能である。
【００２５】
本明細書で使用される「直接書込み」法とは、好適な直接書込みツールを使用して材料を開口から表面に向けて射出することにより、液体、液体懸濁液、又はペースト（材料充填度がより高い）を表面上に堆積させるプロセスである。通常、ツール自体は、表面と実質的に接触しない。直接書込みツールは、プリント表面に対しｘ−ｙ格子上で制御可能である（すなわち、基板と装置の一方又は両方が移動可能である）ことが好ましい。
【００２６】
一般に、直接書込み法の堆積材料としては、広範な金属、セラミック、又は高分子粉末を含むことができる。本発明の実施例においては、堆積材料は、コアを形成する材料と通常は同様又は同一のセラミック粉末である（これらの材料に関しては、上に少し詳しく説明した。）粉末は、溶剤中に均一に分散されて、スラリー（直接書込み法のための専門用語では、「インク」と呼ばれる場合が多い）を形成する。様々な添加剤が存在してもよい。例えば、スラリーに適当な流動特性を与えるために、異なるタイプの界面活性剤を添加することができる。更に、後続の熱処理の前に、堆積される材料の一体性を高めるために、澱粉又はセルロースなどの結合剤が使用される場合が多い。スラリーは、様々な要因に応じて、例えば水からタールまでの範囲の粘性を有することができる。これらの要因には、使用される直接書込み法のタイプ、形成されている特徴部のタイプ、例えば、これらのサイズ、形状、及び要求される一体性などが含まれる。スラリーすなわちインクは、任意のタイプの基板上に自動化された方法で直接塗布される。通常は、堆積の所望のパターンをプログラムするのにＣＡＤ／ＣＡＭインターフェースが使用される。
【００２７】
スラリー形成に関する一般的な詳細事項の多くは、当技術分野において公知であるので、本明細書では広範に説明する必要はない。「Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ化学技術百科事典」第４版、第５巻、６１０から６１３頁、並びに特開２００１−１１５２５０号公報及び特開平１０−１８３０１３号公報などのセラミック処理の種々の情報源を参照する。更に、上述の直接書込み法のテキスト（Ｐｉｑｕｅ／Ｃｈｒｉｓｅｙ）は、直接書込み用インク及びペースト剤の望ましい特性の多くについて説明している。
【００２８】
要約すると、スラリーは十分に分散され、気泡及び発泡が無いことが望ましい。典型的にはスラリーは、使用されることになる特定の直接書込み法の要件に従って調整された良好な流動学的特性を有する。（例えば、セラミックスラリーは、後述するような様々なペン技法が使用される場合には、練り歯磨きの粘稠度を有する場合が多い。）スラリーの固体粒子沈降速度は、可能な限り遅いことが好ましい。またスラリーは、化学的に安定であるべきである。更に、堆積されたセラミック材料は、乾燥時にはその形状を保持し、例えば焼成前の仕上げや取扱いなどの後工程のために十分な強度を持つべきである。
【００２９】
必要な特性を与えるために、広範な添加剤がスラリー中に存在してもよい。その非限定的な例（上述の結合剤及び界面活性剤に加えて）には、増粘剤、分散剤、解こう剤、沈降防止剤、可塑剤、軟化剤、潤滑剤、界面活性剤、及び消泡剤が含まれる。当業者は、必要以上に実験を行うことなく、使用される任意の添加剤の最も適切なレベルを選択することができるようになる。スラリーは、何らかの従来の混合技術によって調製することができる。混合方法の非限定的な例には、高速ブレンダ、リボンブレンダ、回転キャニスタ、及び、例えばロールミルのような剪断ミキサの使用が含まれる。
【００３０】
上記に示すように、本発明において使用することができる直接書込み法は当該技術分野で公知である。例えば、上述の溶射法は、Ｐｉｑｕｅ／Ｃｈｒｉｓｅｙのテキスト（例えば、２６５から２９３頁）で説明されているように、従来の方法から派生したものである。非限定的な例としては、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）法、及び真空プラズマ蒸着（ＶＰＳ）などのプラズマ法が含まれる。ＨＶＯＦは、極めて高速で溶射ガンのジェット流内に粉末が射出される連続燃焼法である。当業者は、一次ガス、二次ガス（使用される場合）、及び冷却ガスの選択、ガス流量、出力レベル、コーティング粒径、及び同様のものなどの様々なＨＶＯＦの詳細に精通している。
【００３１】
典型的なプラズマ法においては、一般的なＤＣ（直流）熱プラズマトーチが使用され、カソードと環状の水冷式銅アノードとの間に安定した電気アークを発生させる。溶射ガン内部の後部からプラズマガス（アルゴン又は他の不活性ガスであることが多い）が導入される。ガスは、渦を巻いて旋回した後、アノードノズルの前部から出る。カソードからアノードにわたる電気アークは、電気回路を完成して、既存のプラズマフレームを形成する。
【００３２】
プラズマ溶射法に精通した者であれば、４０ｋＷで作動する従来のＤＣトーチでは、プラズマ温度が、例えば１５，０００Ｋの非常な高温となる場合があることを理解している。基板上に堆積されるセラミック材料は、粉末の形態で供給される。この粉末は、プラズマフレーム内に導入される。粉末粒子は、加速され、基板に向かう高速経路上にてフレーム内で溶融され、ここで各粒子が基板に衝突して急速に固化される。当業者は、一般的なプラズマ溶射法の変形形態に精通しており、更に本プロセスを様々な堆積材料に適応させる技術にも精通している。本発明の実施例においては、プラズマ法及び他の溶射法を変更して、コンピュータとインターフェースで接続する。このタイプのプロセスは、例えば引用により本明細書に組み込まれる特表２００４−５０４１４０号公報で全体的に説明されている。
【００３３】
別の好適な直接書込み法は、同様にＰｉｑｕｅ／Ｃｈｒｉｓｅｙのテキストに記載されているレーザ化学蒸着（ＬＣＶＤ）法である。ＬＣＶＤは、薄膜成長用の熱技術である。要約すると、光分解、熱分解、又は振動的／回転的に励起されるセラミックの前駆材料を活性剤としてレーザが使用される。この方法を用いて、「大量添加」により基板上に複雑な構造を形成することができる。材料堆積は、他の直接書込み法におけるのと同様に、コンピュータ化された運動制御の下で実施することができる。米国特許第５，１５４，９４５号及び特表平０５−５０４６５６号公報もまた、ＬＣＶＤの様々な態様について検討しており、これらは引用により本明細書に組み込まれる。
【００３４】
別の極めて一般的な直接書込み法は、インクジェット法に基づいた方法である。これらの方法は、Ｐｉｑｕｅ／Ｃｈｒｉｓｅｙのテキスト（例えば、第７章）、及び他の多くの引用文献、例えば「Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ化学技術百科事典」（第４版、１９９６、第２０巻、１１２−１１９頁）で広く説明されている。例えば、連続モードシステム及び要求モード（例えばインパルス）システムなどの様々なインクジェットシステムが使用できる。要求モードシステムの中にも、例えば圧電システム及び熱インパルスシステムなどのインパルスシステムの様々なタイプ更に存在する。インクジェットシステム用の電子制御機構もまた当該技術分野でよく知られている。例えば、所望の堆積パターンがプログラムされたＣＡＤ／ＣＡＭインターフェースを使用した様々なコンピュータ制御システムを使用することができる。
【００３５】
当業者は、通常水又は溶剤ベースとすることができるインク組成のための要件に精通している。上述の添加剤の一部に加えて、インクジェットの組成は、本堆積法に幾分特有な他の成分を含有することができる。例えば、ノズル内でインクが乾くのを防止するために、湿潤剤及び選択された助溶剤を使用してもよい。本発明に従って使用されるセラミックスラリーの組成は、インクジェット堆積法と適合するように容易に調整することができる。
【００３６】
本発明に使用することができる更に別の直接書込み法は、レーザ案内式直接書込み（ＬＧＤＷ）法である。このタイプの典型的なプロセスにおいては、Ｐｉｑｕｅ／Ｃｈｒｉｓｅｙのテキスト（例えば、１０頁及び６４６−６４８頁）で説明されているように、堆積粒子の流れが生成される。粒子は、レーザビームにより拘束されて、基板の選択された領域上に配向される。粒子は、懸濁（例えば水中の懸濁）として発生する場合が多い。幾つかの実施例においては、超音波微粒化法を使用して、粒子を大気中で拡散させ、レーザビームと接触させる。
【００３７】
レーザ式粒子誘導システム及びこれに関連する詳細は、引用により本明細書に組み込まれる特表２００２−５２８７４４号公報及び第６，２６８，５８４号でも説明されている。後者の特許文献で説明されているように、レーザ式粒子誘導システムは通常、堆積パターンを命令するためにコンピュータ駆動される様々な位置決め機構を含む。ＬＧＤＷシステムの幾つかは、Ｏｐｔｏｍｅｃ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ（ニューメキシコ州アルブケルク）から商業的に入手可能である。
【００３８】
「ＭＡＰＬＥ」（「ｍａｔｒｉｘ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｐｕｌｓｅｄ  ｌａｓｅｒ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ（マトリクス支援パルスレーザ蒸着）」の頭文字に対応）法は、本発明に好適な直接書込み法の別の実施例である。ＭＡＰＬＥ法については、Ｐｉｑｕｅ／Ｃｈｒｉｓｅｙのテキスト（例えば、１３８−１３９頁及び５２１頁以降）にかなり詳細に説明されている。本方法はまた、米国特許第６，６６０，３４３号及びでも説明されており、これらの両方は引用により本明細書に組み込まれる。
【００３９】
要約すると、ＭＡＰＬＥ法は集束紫外線レーザパルスを使用して、担体上のコーティングから基板上に材料を移動させる。或るタイプのＭＡＰＬＥシステムにおいては、レーザは、担体（通常は透明）を通り、担体と材料との境界位置で裏面から転写しようとする材料に衝突する。この材料は、レーザエネルギを吸収するように設計されており、境界面において局所的に蒸発を生じさせる。このようにして、堆積材料の離散的な「パケット」が、コンピュータ制御されたパターンに従って基板に向けて発射される。担体と基板の一方又は両方を移動させながら一連のレーザパルスを使用することにより、所望のパターンを直接書き込むことができる。
【００４０】
当業者は、本明細書で使用されるセラミック組成物の特性（例えば、粒子サイズ及び流動性）をＭＡＰＬＥ法に適合させるよう調整することができるようになる。様々な他の処理パラメータはまた、ＭＡＰＬＥ法に精通した者によって調整することができる。これらのパラメータの例としては、入射ビームのエネルギ、パルスレーザ速度、及び同様のものなどが含まれる。
【００４１】
ペン型供給システムは、別の部類の直接書込み法を表しており、これらは本発明にとって好ましい場合が多い。このシステムは、多くの場合自動化された注入器を使用し、一般的に「マイクロペン印刷」法と呼ばれる場合もある。引用文献のＰｉｑｕｅ／Ｃｈｒｉｓｅｙのテキストは、これらのシステムに関する一般的な説明を提供しており（例えば、第８章）、また、上記で引用された特表２００３−５２７７３５号公報においても言及されている。印刷用ペースト又はインクの流動性、並びに湿潤性及び接着特性などの上述のプロセス要因の幾つかは、本明細書でも関係がある。商業的なペン型供給システムは、様々な製造元から入手可能である。例えば、ニューヨーク州ハニオイフォールズのＭｉｃｒｏｐｅｎ（商標）ツールは、Ｏｈｍｃｒａｆｔ，  Ｉｎｃ．，から入手可能である。Ｄｏｔｌｉｎｅｒ（商標）供給システムは、Ｍａｎｎｃｏｒｐ（ペンシルバニア州ハンティンドンヴァレイ）から入手可能である。
【００４２】
１つの例示的なペン型堆積法は、２００３年６月３０日に出願された、Ｒ．Ｂｕｎｋｅｒ他の同時係属出願の出願番号第１０／６１１，７４５号に記載されており、本出願は引用により本明細書に組み込まれる。本明細書の図２に示すように、堆積材料の混合物５０は、ノズルすなわち「ペン」５２を介してコア／被加工物５６の表面５４上に供給される。混合物５０は通常、液状媒体５８中に分散されたセラミック粉末５７を含むセラミックスラリーである。（上述のように、このスラリーの粘性は非常に高い場合もある。）混合物５０は制御速度でノズル５２を介して送出され、ポジ特徴部６０の所望の形状及びサイズを達成する。１回又はそれ以上の回数のペンの通過を表面上で行うことができる。ノズルオリフィスのサイズは（以下に述べる他の要因と共に）、各通過毎に所望の寸法を形成するように選択される。
【００４３】
材料堆積中に、ノズル５２をコア表面５４に対して変位させて、予め定められた形状を有する特徴部６０を形成するようにされる。（上に示すように、予め定められた形状は、コンピュータ内に例えばＣＡＤ／ＣＡＭファイルとして生成及び保管される。）この「変位」は、コンピュータ制御によりノズル又はコア表面のいずれかを移動させるか、もしくはこれらの両方を移動させることによって行われる。例示的な制御装置が全体的に構成要素６２として図示されている。コア上に堆積される特徴部の高さ及び形状は、一部には供給される材料流の流量によって、更に書込み動作中のペン先端と被加工物との間の相対的な運動速度によって決まる。
【００４４】
多くの場合、一部には金属構成部品内に形成されることになる複雑な内部領域に起因して、コアの表面内にかなりの湾曲が存在する可能性がある。上記のペン技法は、これらの湾曲面並びに任意の不規則面のほとんどの部分上に、所望のセラミック材料を効果的に堆積させることができる。しかしながら、コアの多くの追加的な表面領域上に所望の材料を効果的に堆積させるために、他のタイプのペンシステムを使用することが望ましい場合もある。
【００４５】
複雑な３Ｄ構成のコア及び変化する湾曲面に対して堆積材料を効果的に塗布するための１つのペンシステムが、２００３年７月１７日に出願された、Ｓ．ＲＵＴＫＯＷＳＫＩ他の同時係属出願の出願番号第１０／６２２，０６３号に記載されており、該出願は引用により本明細書に組み込まれる。このシステムは、俗称「ロボットペン」と呼ばれており、コンピュータ制御される。該システムは、被加工物（すなわちこの場合はコア）を取り付けるための多軸ステージと、被加工物を垂直運動させるために協働するエレベータとを含む。通常、ペン先端部は、エレベータに回転自在に取り付けられる。堆積材料を供給する供給装置が、ペン先端部と流れ連通で結合される。被加工物がペンと相対運動するときに、供給装置は、材料の流れを被加工物の表面に射出する。
【００４６】
図３は、任意の好適な被加工物１０４（すなわちセラミックコア）の表面上に任意の好適な材料１０２を流れとして供給するように構成されたロボットペンシステム１００全体の説明図を提供する。コアは、平坦なプレートなどの単純な二次元（２Ｄ）構成を有することもできるが、より一般的には、変化する湾曲面、すなわち３つの軸線に沿って輪郭の変化を有する複雑な３Ｄ構成を有することになる。コアはまた、例えばキャビティ、孔、圧痕、及び同様のものなどの様々な内部領域を含むことができる。しかしながら、本明細書の説明の便宜上、コアは比較的単純な形状として図示されている。
【００４７】
図３に示すロボットペンシステムは、コアの様々な表面上に正確に書き込むための集合装置又はシステムにおいて好適に変更された本来は従来の構成部品の組立体である。（特許出願番号第１０／６２２，０６３号で記載されているように、このようなシステムは、例えば複雑な多軸コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械である商業的に入手可能なフライス盤を変更することによって得ることができる。）
図３のペンシステムは、２軸（Ｘ，Ｙ）方向への精密な並進並びにコア／被加工物１０４に対する精密な回転（Ａ）のためのコア／被加工物１０４を取り付ける３軸ステージ１０８を含む。このシステム機械はまた、従来の回転スピンドル１２２が装着される従来のエレベータ１２０を含む。エレベータは、被加工物ステージ１０８に対する垂直軸（Ｚ）の並進を導入するので、ステージ１０８は３つの移動軸線（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と１つの回転軸線（Ａ）とを備えている。このタイプの多軸能力は、典型的には、様々な３Ｄ被加工物に対するフライス加工を行うのに使用される。しかしながら、このロボットペンシステムにおいては、回転スピンドルが除去され、回転自在にエレベータ１２０に取り付けることのできる回転ペン先端部／ノズル１２４で置き換えられる。
【００４８】
従来の供給装置１２６（又は同様に機能する装置）は、被加工物の表面１２７上に材料１０２（液体、ペースト、又はスラリー）を射出するために、ペン先端部１２４と流れ連通で好適に結合される。（材料１０２は、液体、ペースト、又はスラリーの形態であってよい。）上述のように、材料１０２の堆積は、ペン先端部と取り付けられた被加工物とを相対移動させながら所望のパターンで行われる。
【００４９】
図３に示すように、被加工物ステージ１０８は、任意の従来構成を有することができる。図に示すように、ステージは、被加工物を第１の直線軸Ｘに沿って並進させるための第１のテーブル１２８を含むことができる。第２のテーブル１３０は、第１のテーブルと被加工物１０４とを第２の直線軸Ｙに沿って並進させるために、第１のテーブル１２８の下側に取り付けることができる。第２の軸線Ｙは、２平面取付けのため、及び従来の方式で被加工物を並進させるために、第１の軸線Ｘに対して直角である。ペンシステムは更に、精密駆動回転スピンドル１３２を含む。このスピンドルは、第１のテーブル１２８に好適に取り付けることができ、第１の回転軸線Ａに沿って被加工物を精密回転させることができるようにする。
【００５０】
ペン先端部１２４は、第３の直線軸Ｚ内で並進させるために任意の好適な方式で垂直エレベータ１２０に取り付けることができる。軸線Ｚは、Ｘ及びＹ軸に対して直角である。ペン先端部はまた、第２の回転軸Ｂで回転するようにエレベータに取り付けることができる。このようにして、被加工物１０４の最も外側及び内側の領域に到達するように、ペンの全３６０°移動が可能にされる。ステージ１０８とエレベータ１２０とは、ペン先端部と被加工物との相対運動を可能にする共通構造フレーム１３４で結合することができる。
【００５１】
図３のロボットペンシステムはまた、従来のデジタル式でプログラム可能なコンピュータ又は制御装置１３６を含む。上述のように、コンピュータ１３６は、機械の全ての運動軸線を制御できるように従来方式でソフトウエア構成されている。これには、ペン先端部から堆積材料流１０２が供給されるときのペン先端部１２４と被加工物１０４との相対運動が含まれる。特に、コンピュータ／制御装置１３６は、３つの直線軸Ｘ、Ｙ、Ｚ及び２つの回転軸線Ａ、Ｂに沿った相対運動を制御及び協働させるのに効果的である。これらの回転軸線は、堆積材料の流れが所望のパターンで書き込まれる被加工物の変化する３Ｄ表面に対するペン先端部の精密な位置合わせ及び方向付けを可能にする。コンピュータ／制御装置１３６は、被加工物の三次元的幾何学的形状又は構成１３８並びに被加工物全体にわたるペン先端部の対応する所定のチャネル又はパターンに関して好適なソフトウエアで構成することができる。ペン及び堆積パターンのコンピュータ制御に関する他の詳細は、Ｒｕｔｋｏｗｓｋｉ他の特許出願番号第１０／６２２，０６３号に記載されている。例えば、ペン先端部は通常、被加工物の表面に近接するが接触しないようにこれらの間に好適な空隙を置いて保持される。別の実施例においては、作業中にペン先端部と被加工物１０４との間の空隙を視覚的に観察するために、従来の電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ１４６を任意選択的に取り付けて観察モニタ１４８に結合し、これにより機械オペレータがペン先端部と空隙とを観察して、機械設定及びその動作の制御に使用することができるようになる。通常、ペン先端部は、被加工物表面に対して実質的に垂直に方向付けされる。
【００５２】
供給装置１２６とその動作に関する詳細はまた、Ｒｕｔｋｏｗｓｋｉ他の特許出願で提供される。供給装置は、任意の従来構成を有することができ、通常は、初期状態で所望の書込み材料１０２を蓄えておくための好適なリザーバを有する注入器１４０を含む。この注入器は、例えば可撓的導管によりペン先端部１２４と流れ連通して結合される。供給装置はまた、導管を介して堆積材料を供給してペン先端部１２４から射出させるために、注入器に精密なポンピングを行わせる手段１４２を含むことができる。供給装置は、それ自体のデジタルプロセッサ又は制御装置（例えばパーソナルコンピュータ１４４）などによって任意選択的に制御することができる。Ｒｕｔｋｏｗｓｋｉ他の出願に記載されているように、供給装置及び材料の供給流の精密制御は、堆積される材料の各部分の正確な高さ及び幅を保証する助けとなることができる。
【００５３】
ロボットペンシステム及びその任意選択的な特徴に関する他の詳細はまた、特許出願番号第１０／６２２，０６３号に記載されているが、本明細書では広範な検討は必要ではない。例えば、従来の開ループ制御又は閉ループフィードバック機構を利用して、ペン先端部と被加工物表面との間の特定の空隙を維持することができる。フィードバック制御は、例えばレーザ、音波などの様々な測定装置及びカメラ制御装置の助けによって実施することができる。更にペン先端部は、処理される被加工物の必要に応じて短く又は長くすることができる。ペン先端部を他の構成及び長さを有する先端部と置き換える機構はまた、Ｒｕｔｋｏｗｓｋｉ他により説明されている。ペン先端部は、前述したように、中空の被加工物、すなわち内部領域を有するコアの任意の内表面上に書き込むように位置付けすることができる。
【００５４】
堆積材料がコアの表面に塗布された後、どのような揮発性成分（例えば、結合剤、溶剤、及びこれに類する物）をも除去し、更に材料を固化して強化するために熱処理が行われる。堆積された材料は、単独で又はコアと共に熱処理することができる。例示的な熱処理には、プラズマ、レーザ、電子ビーム加熱などの集束エネルギ源、あるいは何らかの他の局所的源による加熱が含まれる。あるいは、熱処理は、コアに対する損傷を回避するのに十分なほど温度が低い場合には、炉内で行うこともできる。熱処理は、予め設定された「焼成」温度で、又は任意の段階的スケジュールに従って行うことができる。更に、材料が一層よりも多い層で堆積される場合には、各堆積作業の間に熱処理を行うことができる。
【００５５】
熱処理の温度及び時間は、堆積される材料のタイプ、寸法、及び基板組成などの様々な要因に依存することになる。上述のような典型的なセラミック材料（例えば、アルミナベース又はアルミナ／シリカベース）を堆積させる場合には、熱処理は、揮発性成分を燃やし尽くすと共に、固化を促進するのにも十分なスケジュールにされる。後者の現象は、当業者には公知であり、通常、セラミック粉末の粗粒子又は微粒子に粒子間焼結メカニズムを生じるよう誘導して、互いに、及び基板材料に対して該粗粒子又は微粒子を結合させることを伴う。セラミック材料の加熱温度は、典型的には、約１，５００°Ｃから約１，５５０°Ｃの範囲である。しかしながら、この範囲は、大幅に変更してもよく、また、主として揮発性材料を除去するより低温の段階を含むこともできる。
【００５６】
別の実施形態においては、ポジ特徴部用の堆積材料は、コアが未だ焼成されていない、すなわち「グリーン」状態にある間にコア上に書き込むことができる。次に、ポジ特徴部が堆積されたコアは、通常の方式で熱処理することができる。更に特徴部は、グリーン状態にある別の各コア又はコア部分上に書き込むことができ、次いで、これらは、熱処理の前に互いに結合される（従来の方法によって）。別の実施形態においては、熱処理は、堆積プロセスの少なくとも一部分の間に行われる。このような熱処理は、例えばレーザ又は微細プラズマ源をノズル５２に追随させることによって達成することができ、更にグリーン状態のコア又は予め熱処理されたコアに対して行うことができる。
【００５７】
前述したように、コアは、金属構成部品を製造するために任意の従来の鋳造法で使用することができる、その主な実施例はインベストメント鋳造法である。コア自体を使用することにより、構成部品の内部領域の多くが製造される。本発明によってコアに加えられるポジ特徴部は、最終的にはこれらの内部領域内に組み込まれる陥凹部を与える。（鋳造後にコアを除去する方法は、当該技術分野で公知であり、上記で引用された特許の幾つかにおいて記載されているように、通常は好適な溶剤を用いた浸出処理を伴う。）
図４は、タービンエンジン構成部品への陥凹部の組込みを示す例示的な図である。この構成部品は、本発明に従って変更されたセラミックコアを使用して、インベストメント鋳造法によって調製された典型的な部品である。図には中空エーロフォイル１５０の一部分の断面が示されている。対向する側壁１５２、１５４は、これらの間に冷却ネットワーク１５５を形成する。側壁１５２は、より高い温度すなわち「高温」壁を表している。高温壁は、典型的には、少なくとも約１，０００°Ｃ、より多くの場合には約１，４００°Ｃの燃焼ガス温度に曝される。本図においては、側壁１５２は、保護用断熱皮膜（ＴＢＣ）１５６によって覆われている。側壁１５４（エーロフォイルの内壁）は、通常は、「低温表面」又は「冷却表面」と呼ばれている。
【００５８】
このタイプの従来のエーロフォイルにおいては、両側壁は、前縁に沿った軸方向上流側端部及び後縁に沿った軸方向下流側端部（図示せず）で互いに結合される場合が多い。冷却空気は、従来の方式で圧縮機（図示せず）から抽気され、次いで矢印で示す方向へ冷却ネットワーク１５５を通って配向される。
【００５９】
図４には内部メッシュ冷却構成が存在する。Ｌｅｅに付与された上述の特許（米国特許第５，６９０，４７２号（特許文献２）、引用により本明細書に組み込まれる）に記載されているように、「メッシュ」は通常、交差し合う冷却孔によって形成される。本発明の実施例においては、互いに離間された内部固体ノード１５８を形成するように冷却孔群が交差する。Ｌｅｅ特許において説明されているように、メッシュ構成によりエーロフォイルの側壁間により大きな乱空気流が生じ、これが熱伝達を高める。
【００６０】
本発明に従って、すなわち変更されたコアを使用して、ノード１５８間に所定パターンで陥凹部１６０が形成された。図４においては、陥凹部が窪みとして描かれているが、上述のように、実際には任意の形状又はサイズで製造することができる。陥凹部は、熱伝達表面に沿ったバルク流体運動を開始し持続させることにより、メッシュ冷却システムにおける熱伝達特性を更に改善することができる。更には、このタイプの冷却システムで乱流特徴部を使用することに伴って生じる場合がある欠点を有することなく、改善された冷却性能を達成することができる。
【００６１】
図５は、上記と同様のタービンエーロフォイルの内部領域内の典型的なメッシュ冷却構成の簡略図である。菱形のメッシュノード１７０のパターンによって、交差領域１７２が得られる。鋳造プロセス中に内部領域を形成するのに使用されるコア上のポジ特徴部の反転パターンを設けることにより、これらの交差領域内に陥凹部又は窪み１７４が形成される。本発明のプロセスにより、これまではエーロフォイル表面上に特徴部を設けるために多くの場合必要であったマスキング工程及び他の表面処理工程の必要性が排除される。更に、これまで使用されてきた従来の方法は、本発明の教示に従って達成できるような複雑な冷却チャネルにおける陥凹部の精密パターンを提供することが一般にはできなかった。
【００６２】
しかしながら、本発明に従って形成される陥凹部は、必ずしもメッシュ冷却構成内に組み込む必要はない点が強調されるべきである。この陥凹部は、他の任意のタイプの特定の冷却特徴部を有する、又は有さない広範なエーロフォイル表面上に形成することができる。実際、該陥凹部は、鋳造法によって製造される任意の金属構成部品の表面上に形成することができる。
【実施例】
【００６３】
以下の実施例は説明の目的で提供され、本発明の範囲を限定するどのようなものとも見なすべきではない。
【００６４】
本実施例においては、Ｏｈｍｃｒａｆｔ，Ｉｎｃ．，（ニューヨーク州ハニオイフォールズ）から入手可能なＭｉｃｒｏｐｅｎ（商標）装置（４００シリーズ）が使用された。このペンのサイズは、外径１０ミル（０．２５ｍｍ）×内径７ミル（０．１８ｍｍ）であった。
【００６５】
本実施例においては、被加工物／基板として電子グレードアルミナ片が使用された。そのサイズは、約２インチ×１  ３／８インチ（５．１ｍｍ×３．５ｍｍ）、厚さ約１ｍｍであった。被加工物は、コンピュータ制御によりＸ及びＹ軸線に沿って移動可能な装置のプラットフォーム上に位置付けられた。被加工物は、真空により定位置に保持された。
【００６６】
堆積材料は、アルミナ／酸化マグネシウム（Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯの結合に基づく、１０重量％のＭｇＯ）であった。これは、この２つの酸化物の粉末を乾燥混合し、次いで溶剤（テルピネオール）を添加し、更に混合することによって調製された。（溶剤は少量のセルロース結合剤を含む。）添加された溶剤の量は、練り歯磨きの粘性とほぼ等しい粘性を備えた混合物を形成するのに十分な量であった。組成は次の通りであった。
【００６７】
Ｈｅｒａｅｕｓテルピネオール    ８２．９ｇ
ＭｇＯ粉末（３５ｎｍ）            ４．４ｇ
グリセリン                      ０．３４ｇ
ＴＭ−ＤＡＲアルミナ                ４４ｇ
堆積材料は、装置の供給装置に加えられ、該供給装置は、指令に応じてペンに材料をポンプ注入した。装置は、該装置に選択された設定値である＃４６断面パターンに従って書き込むようにプログラムされた。次に直接書込みが開始された。被加工物サンプルを横切るペン速度は、毎秒約５０ミル（１．２７ｍｍ）であった。書込み中に、ペン先端部は、被加工物表面に対して実質的に垂直で、約１０ミル（２５４ミクロン）より小さな距離で維持された。
【００６８】
書込みは、所望の厚さを達成するために３回通過させて行われた。各通過間の平均空気乾燥時間は約２時間であった。堆積されたクロスハッチング（菱形パターンを形成した）の最終的な平均高さは、約６０ミル（１．５２ｍｍ）であった。
【００６９】
図６は、直接書込みが完了した後の被加工物の拡大写真である。この写真から、交差する対角線（すなわちクロスハッチング）が基板上に精密に書き込まれたことが明らかである。基板とは、コアの表面を意味する。前述のように熱処理された後、菱形パターンは、コア表面と構造的に一体化された。次にコアは、菱形パターンを反転複製している陥凹部を形成するためにシェル製作プロセスにおいて使用することができる。
【００７０】
本発明を特定の実施形態及び実施例に従って説明してきた。しかしながら、特許請求された本発明の概念の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者であれば様々な変更形態、適応形態、及び変形態が考えられるであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】コアの表面上に堆積されるセラミック円錐体、並びに金属鋳造中にそのコアを使用して得られる対応する陥凹部の断面図。
【図２】コアの表面にポジ特徴部を形成するための直接書込みペンシステムの概略図。
【図３】コアの表面にポジ特徴部を直接書込みするためのロボット多軸ペンシステムの概略図。
【図４】メッシュ冷却孔構成内に分散された陥凹部を含む中空エーロフォイルの一部分の断面図。
【図５】メッシュ冷却孔構成内に分散された陥凹部の別の図。
【図６】セラミック特徴部のパターンが堆積されたセラミック基板の一部分の写真。
【符号の説明】
【００７２】
５０  堆積材料の混合物
５２  ノズル、ペン
５４  コア／被加工物５６の表面
５６  コア／被加工物
５７  セラミック粉末
５８  液状媒体
６０  ポジ特徴部
６２  制御装置
【図１】
2005320235.tif 000003
【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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