(57)【要約】【課題】  ガスタービンエンジンの中空コンポーネントの製造といった、内部コアをもつろうパターンを用いる工程においてコアやろう金型の寸法、形状に生じる誤差を改善する。【解決手段】  中空コンポーネントのろうパターンが、概ね、第１の自立位置決め特徴部１２をもつ第１のパターン半部１０と、第２の自立位置決め特徴部１８をもつ第２のパターン半部１６と、前記第１の自立位置決め特徴部１２と前記第２の自立位置決め特徴部１８とに接触するように配置されるとともに前記第１のパターン半部１０と前記第２のパターン半部１６との間に取り付けられた複数のコア１４と、を備えてなる。こうしたろうパターンを用いることにより、内部コアの配置や位置決めが容易となり、さらにコアがろうのインジェクション圧力などの負荷を受けないため、結果として生じる中空コンポーネントの寸法や形状も保障される。【選択図】図１
2007098476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部コアをもつろうパターンを用いた中空コンポーネントの製造方法であって、
一つもしくは複数の第１の自立位置決め特徴部をもつ第１のパターン半部の製造と、
一つもしくは複数の第２の自立位置決め特徴部をもつ第２のパターン半部の製造と、
一つもしくは複数のコアの提供と、
前記一つもしくは複数の第１の自立位置決め特徴部と前記一つもしくは複数の第２の自立位置決め特徴部とを前記一つもしくは複数のコアの周囲で結合させることによるパターンの組立てと、
を備えてなる中空コンポーネント製造方法。
【請求項２】
前記組立てが、前記一つもしくは複数の第１の自立位置決め特徴部を前記一つもしくは複数の第２の自立位置決め特徴部の各々に相補的に結合させることを特徴とする請求項１に記載の中空コンポーネント製造方法。
【請求項３】
前記提供が、一つもしくは複数の耐火金属コアの提供を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の中空コンポーネント製造方法。
【請求項４】
前記提供が、一つもしくは複数のセラミックコアの提供を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の中空コンポーネント製造方法。
【請求項５】
前記組立てが、
前記一つもしくは複数の第１の自立位置決め特徴部を前記一つもしくは複数のコアに合わせ、
前記一つもしくは複数の第２の自立位置決め特徴部を前記一つもしくは複数のコアに合わせ、
前記第１のパターン半部と前記第２のパターン半部との位置を調節し、
前記第１のパターン半部を前記一つもしくは複数のコアおよび前記第２のパターン半部に接触するように配置することを備えてなる請求項１に記載の中空コンポーネント製造方法。
【請求項６】
前記第１のパターン半部と前記第２のパターン半部とを前記一つもしくは複数のコアに対して溶接するステップと、
溶接により形成された溶接継ぎ目を融和させるステップと、
をさらに備えてなることを特徴とする請求項１に記載の中空コンポーネント製造方法。
【請求項７】
前記溶接が、ろう溶接を備えることを特徴とする請求項６に記載の中空コンポーネント製造方法。
【請求項８】
前記融和が、一つもしくは複数のコア出口部と、前記第１のパターン半部および前記第２のパターン半部の間に形成された接合面とをシールするように前記溶接継ぎ目を融和することを特徴とする請求項６に記載の中空コンポーネント製造方法。
【請求項９】
前記組立てが、前記一つもしくは複数のコアを前記一つもしくは複数の第１の自立位置決め特徴部および前記一つもしくは複数の第２の自立位置決め特徴部の内部に、ある角度をとるように配置することを特徴とする請求項１に記載の中空コンポーネント製造方法。
【請求項１０】
前記組立てが、前記一つもしくは複数のコアを前記一つもしくは複数の第１の自立位置決め特徴部および前記一つもしくは複数の第２の自立位置決め特徴部の内部に、前記第１のパターン半部および前記第２のパターン半部の側面部を通して配置することを特徴とする請求項１に記載の中空コンポーネント製造方法。
【請求項１１】
中空コンポーネントを製造する内部コアをもつパターンであって、
一つもしくは複数の第１の自立位置決め特徴部をもつ第１のパターン半部と、
一つもしくは複数の第２の自立位置決め特徴部をもつ第２のパターン半部と、
前記一つもしくは複数の第１の自立位置決め特徴部および前記一つもしくは複数の第２の自立位置決め特徴部に接触するように配置された一つもしくは複数のコアと、
を備えてなるパターン。
【請求項１２】
前記一つもしくは複数の第１の自立位置決め特徴部が凹状の特徴部もしくは凸状の特徴部のいずれかであって、前記一つもしくは複数の第２の自立位置決め特徴部が前記一つもしくは複数の第１の自立位置決め特徴部の相補形状をなすことを特徴とする請求項１１に記載のパターン。
【請求項１３】
前記第１のパターン半部もしくは前記第２のパターン半部のいずれか一方もしくは両方と接触するように配置された一つもしくは複数の付加的なパターン部品をさらに備えてなることを特徴とする請求項１１に記載のパターン。
【請求項１４】
前記一つもしくは複数のコアが、前記第１のパターン半部および前記第２のパターン半部とある角度をとるように配置されることを特徴とする請求項１１に記載のパターン。
【請求項１５】
前記一つもしくは複数のコアが、前記第１のパターン半部および前記第２のパターン半部の側面部を通して配置されることを特徴とする請求項１１に記載のパターン。
【請求項１６】
前記第１のパターン半部および前記第２のパターン半部が、ろう材料を備えてなることを特徴とする請求項１１に記載のパターン。
【請求項１７】
前記一つもしくは複数のコアが、セラミック材料を備えてなることを特徴とする請求項１１に記載のパターン。
【請求項１８】
前記一つもしくは複数のコアが、耐火金属を備えてなることを特徴とする請求項１１に記載のパターン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は中空コンポーネントの製造に関し、特に中空コンポーネントの模型（パターン）の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロスト・ワックス鋳造工程ではコンポーネントのろうパターンがつくられる。ろうパターンは製造されるコンポーネントの複製である。通常複数のろうパターンがろうパターンゲートツリー（ｇａｔｉｎｇ  ｔｒｅｅ）に一か所に組み立てられてクラスタすなわちろう鋳型アセンブリを形成する。ろう鋳型アセンブリは素早くゲル化する液状セラミックスラリに浸漬され、このセラミックスラリで被覆されたろう鋳型アセンブリにこれを補強する耐火物粒がふりかけられ、そしてこの耐火物粒がスラリコーティングと結合してろう鋳型アセンブリのまわりにセラミックの層を形成する。この工程は数回繰り返されてろう鋳型アセンブリのまわりに複数のセラミックの層をつくる。この後ろうが溶かし出されて最初のろうクラスタと同じ形状の内部空間をもつセラミックシェル鋳型が残る。このセラミックシェル鋳型はインベストメント鋳造鋳型と呼ばれる。鋳型を高温で焼成して残留するごく僅かなろうを除去することにより浄化すると同時にセラミックシェル鋳型を硬化させる。その後セラミックシェル鋳型は減圧条件もしくは大気条件のいずれかで運転される鋳造炉へと送られる。その後溶融金属の充填物がセラミックシェル鋳型に鋳湯され、この鋳型が室温まで冷却され、その後セラミックシェル鋳型が除去されて、一つもしくは複数の鋳造コンポーネントが残る。
【０００３】
中空コンポーネントのロスト・ワックス鋳造では、中空コンポーネントのろうパターンはろうをろう金型に注入することによってつくられるとともに、このろう金型の中には一つもしくは複数の予め成形されたセラミックコアが配置されている。ろう金型は所定の形状表面をもち、セラミックコアはスペーサ支持具、中子押えなどのような支持具によりろう金型の形状表面から間隔が取られて金型表面とセラミックコア表面との間に正確な厚さ間隙が確保されている。一般的に、セラミックコアは所定形状に成形された突起部をもち、ろう金型のこれに対応する形状の開口部に設置される。突起部と支持具との組み合わせは、正確に位置決めされたピンやスロットの配置によりセラミックコアがろう金型の中で垂直方向に動くのを防止する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、セラミックコアの寸法や形状の製作公差のため、あるいはセラミックコアの製造工程内での歪みのため、ろう金型に対するセラミックコアの位置を最適化することは困難である。セラミックコアの歪みのため、ろう金型に対するセラミックコアの特定の表面特徴を最適化することは特に困難であり、これはコア表面特徴とセラミックコアの成形突起部との間に最も大きい寸法の相違が生じるためである。セラミックコアが大きくなるほど、歪みはますます顕著になる。
【０００５】
コアに適合された支持具はろうパターンの正確な厚さが確実に取られるように位置決めされている。しかしながら、歪みが過剰になる所では、支持具によってセラミックコアに及ぼされる点荷重が、ろう金型の成形突起部に対応した形状の開口部に配置されたセラミックコアの成形突起部により加えられる制限に対し歪んだ形状を修正しようとする一方で、実際にはセラミックコアを歪ませる。極端な場合では、壊れやすいセラミックコアを破砕するほど歪みが大きくなりろうパターンを破壊する。歪みがセラミックコアを破壊するのに十分ではない場合、セラミックコアにかかる残留ひずみが生じ、ろうがセラミックシェル鋳型から除去された際、セラミックコアがもとの状態にスプリングバックしてその後薄い壁厚部をもつ鋳造タービンブレードやタービンベーンを生じさせる。最近のコンポーネントにおける複雑さや細部の度合いが増すにつれ、この方法はますます確実性を失う。
【０００６】
したがって、薄い壁厚の複雑な構造をもつ中空コンポーネントの製造分野には改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、内部コアをもつろうパターンを使用する中空コンポーネントの製造方法が、概ね、一つもしくは複数の第１の自立位置決め特徴部（ｓｅｌｆ‐ｌｏｃａｔｉｎｇ  ｆｅａｔｕｒｅ）をもつ第１のパターン半部を製造し、一つもしくは複数の第２の自立位置決め特徴部をもつ第２のパターン半部を製造し、一つもしくは複数のコアを提供し、前記一つもしくは複数の第１の自立位置決め特徴部と前記一つもしくは複数の第２の自立位置決め特徴部とを前記一つもしくは複数のコアの周囲で結合させることにより前記ろうパターンを組み立てることを備えてなる。
【０００８】
本発明では、中空コンポーネントのろうパターンが、概ね、一つもしくは複数の第１の自立位置決め特徴部をもつ第１のパターン半部と、一つもしくは複数の第２の自立位置決め特徴部をもつ第２のパターン半部と、前記一つもしくは複数の第１の自立位置決め特徴部と前記一つもしくは複数の第２の自立位置決め特徴部とに接触するように配置された一つもしくは複数のコアと、を備えてなる。
【０００９】
本明細書で述べる中空コンポーネントのろうパターンおよびその製造方法はろうパターン内部におけるコアの一貫した配置と位置決めとを容易にする。さらに、コアはろうのインジェクション圧力を受けないため結果として生じる中空コンポーネントの寸法もまた保障される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１および図２を参照すると、本明細書で述べる中空コンポーネントのろうパターンが組み立てられて最終形状で示されている。概ね、第１のパターン半部１０が、一つもしくは複数のコア１４と位置を調節した一つもしくは複数の第１の自立位置決め特徴部１２を備える。第１の自立位置決め特徴部１２は、すべてではないにせよ、コア１４の物理的特徴の少なくとも一部と相補の関係となる物理的特徴をもつ。望ましくは、第１の自立位置決め特徴部１２は、コア１４が自立位置決め特徴部１２の内部に配置されるようにコア１４と相補の形状をなす。また第２のパターン半部１６がコア１４と位置を調節した一つもしくは複数の第２の自立位置決め特徴部１８を備える。また第２の自立位置決め特徴部１８は、すべてではないにせよ、コア１４の物理的特徴の少なくとも一部と相補の関係となる物理的特徴をもつ。望ましくは、第２の自立位置決め特徴部１８は、コア１４が自立位置決め特徴部１８の内部に配置されるようにコア１４と相補の形状をなす。自立位置決め特徴部１２，１８は凸型（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）の特徴部、凹型（ｎｅｇａｔｉｖｅ）の特徴部、もしくは凹凸両方の特徴部の組み合わせのいずれでもよい。
【００１１】
いったん第１のパターン半部１０、一つもしくは複数のコア１４、および第２のパターン半部１６の位置が調節されると、二つのパターン半部１０，１６が結合されて図２に示すような中空内部をもつコンポーネントのろうパターン２０が形成される。例えば、図１に示すように、第２のパターン半部１６は、一つもしくは複数のコア１４とともに第２のパターン半部１６と結合するのを容易にするための凸状の自立位置決め特徴部を備えてもよく、矢印２２によって示される方向へ相補的な凹状の自立位置決め特徴部をもつ第１のパターン半部と結合する。コア１４はパターン半部１０，１６の間に配置されて第１の自立位置決め特徴部１２および第２の自立位置決め特徴部１８の内部に据えられる。その後ろうパターン２０は当業者に周知の任意の一つあるいは複数の方法を用いてパターン半部１０，１６の間の接合面とコア出口部とでシールされる。例えば、ろうパターン２０は当業者に周知の溶接方法を用いてシールされる。この応用例では、当業者に周知のようにその後溶接の継ぎ目が融和される。
【００１２】
限定的ではなく説明の目的で、コア１４が自立位置決め特徴部１２，１８の内部かつ２つの半部１０，１６の間に配置されて示されている。自立位置決め特徴部１２，１８が各々のパターン半部１０，１６を通して様々な角度で形成され、一つもしくは複数のコア１４が各々の自立位置決め特徴部１２，１８内で各々のパターン半部１０，１６に対してある角度をなすように配置されうることが検討される。また、一つもしくは複数の追加部品が追加されてもよく、例えば、２つの半部のみが用いられるのではなく一つの層が別の層の上に積み重ねられた数個の層をもつように層状のパターンが製造されうることが検討される。また、さらに複数の部品がパターンの形成に用いられる、もしくは大きい部品がパターンの形成に用いられるに従い、追加の自立位置決め特徴部が、コアのみではなくコアはもとより部品の間の結合を容易にするように組み込まれうる。
【００１３】
記述されているように、中空内部をもつコンポーネントのろうパターン２０は、第１のパターン半部１０と、第２のパターン半部１６と、これらの中に配置された一つもしくは複数のコア１４と、を備えてなる。各々のパターン半部１０，１６は中空コンポーネントのろうパターンの外部形状を画定し、当業者に周知の一般的な鋳造工程の運転状況に耐えうる任意の材料を備える。コア１４は当業者に周知の一般的な鋳造工程での使用に適した任意のセラミック材料もしくは耐火金属を備えうる。適切なセラミック材料は、シリカ、アルミナ、ジルコニア、およびこれらの材料の少なくとも一つを備えてなる組み合わせなど、これらに限定することなく含む。適切な耐火金属は、モリブデン、タングステン，およびこれらの材料の少なくとも一つを備えてなる組み合わせなど、これらに限定することなく含む。
【００１４】
限定的ではなく説明の目的で、ろうパターン２０によって形成される中空コンポーネントは、例えばタービンエンジンブレードもしくはベーンといったタービンエンジンコンポーネントである。一方のパターン半部は中空タービンエンジンブレードもしくはベーンのパターンの凸状エアフォイル形状面を画定する。もう一方のパターン半部は中空タービンエンジンブレードもしくはベーンのパターンの凹状エアフォイル形状面を同様に画定する。コアは中空タービンエンジンコンポーネントのパターンの内部形状を画定しうる。例えば、コアは凸状エアフォイル形状面と凹状エアフォイル形状面をもつ。本明細書に記述の方法や結果としてつくられるパターンが実質的に中空の薄い壁をもつコンポーネントを鋳造するあらゆる工業に用いられうることが検討される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による中空コンポーネントをつくる内部コアをもつパターンの分解斜視図。
【図２】図１のパターンの組立て図。
【符号の説明】
【００１６】
１０…第１のパターン半部
１２…第１の自立位置決め特徴部
１４…コア
１６…第２のパターン半部
１８…第２の自立位置決め特徴部
【図１】
2007098476.tif 000003
【図２】
2007098476.tif 000004