(57)【要約】  複雑な内部特徴を備える中空のタービンエンジン構成部品は、第１の領域（１２０）と、第２の高精細度領域（１２４）とを有する。第１の領域（１２０）は、射出成形またはトランスファ成形などのあらゆる従来のプロセスによって形成される第１のセラミック中子ピースによって形成することができる。第２の領域（１２４）は、トモ・リソグラフィ成形などの、高精細度特徴を製造するために有効な方法によって別個に形成された第２のセラミック中子ピースによって形成することができる。第１の中子ピース（１２）と第２の中子ピース（１４）とは、インターロック係合によって接合することができ、中間熱処理プロセスを受けると、熱により変形し、熱的クリープが第１および第２の中子ピース（１２，１４）を互いに不可逆的にインターロックすることによって第１および第２の中子ピース（１２，１４）の間に三次元のインターロック継手（１３２）を形成し、これにより、継手（１３２）が物理的にロックされ、熱処理による継手安定性が提供される。
2016533905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン構成部品を鋳造するときに使用する中子を形成する方法において、
成形の第１のプロセスを用いて中子（１２２）の通常精細度領域（１２０）を形成し、
前記第１のプロセスとは異なる、高精細度特徴を製造するために有効な成形の方法であるリソグラフィ成形を用いて、前記中子（１２２）の高精細度領域（１２４）を形成し、
該高精細度領域（１２４）は、凹所、キャビティ、開口、突出部、通路、溝、スロットおよびくぼみから成るグループから選択された１つまたは複数の高精細度特徴を有しており、
前記通常精細度領域（１２０）は、第１の中子ピース（１２）によって形成されており、前記高精細度領域（１２４）は、第２の中子ピース（１４）によって形成されており、
前記第１の中子ピース（１２）は、中にキャビティ（１２６）を有しており、
前記第２の中子ピース（１４）は、突出部（１２８）を有しており、
前記第１の中子ピース（１２）と、前記第２の中子ピース（１４）とを、前記突出部（１２８）の第１の部分（１３）が前記キャビティ（１２６）の少なくとも一部に収容されるように接合し、
中間熱処理プロセスによって前記突出部（１２８）を加熱し、該突出部（１２８）を熱により変形させ、熱クリープを許容することによって前記第１の中子ピース（１２）と前記第２の中子ピース（１４）との間に三次元のインターロック継手（１３２）を形成し、これにより、該継手（１３２）が物理的にロックされて熱処理によって継手安定性を提供するように、前記第１の中子ピース（１２）と前記第２の中子ピース（１４）とを不可逆的にインターロックし、
前記キャビティ（１２６）は、該キャビティ（１２６）が、該キャビティ（１２６）よりも小さな断面積を有するネック（１６２）を介して前記第１の中子ピース（１２）を貫通して露出させられるように、横方向接触面（１６９）からずらされており、
前記突出部（１２８）を収容した前記キャビティ（１２６）内の、前記中間熱処理プロセスの間に前記突出部（１２８）が熱により変形させられたときに前記突出部（１２８）によって空けられた前記キャビティ（１２６）内の空間の少なくとも一部に、ロッキング部材を挿入することを特徴とする、タービンエンジン構成部品を鋳造するときに使用する中子を形成する方法。
【請求項２】
前記突出部（１２８）は、前記中間熱処理プロセスを受けた後に不可逆的にインターロックされた継手（１３２）を形成するさねつぎ継手（１３２）を形成している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ネック（１６２）は、該ネック（１６２）が別の外面（１６８）よりも前記第１の中子ピース（１２）の１つの外面（１６６）に近くなるように、前記キャビティ（１２６）に対してずらされている、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記突出部（１２８）は、第１の平面（１４２）で見て長手方向軸線（１４０）に対して鋭角（１３８）で前記第２の中子ピース（１４）から延びる第１の突出部（１３４）および第２の突出部（１３６）から形成されており、前記第１の突出部（１３４）は、鳩尾形状を有しており、前記第１の平面（１４２）に対して９０°の第２の平面で見て前記長手方向軸線（１４）から鋭角（１３８）で互いに離れるように軸方向に延びる外側側壁（１４４，１４６）を備え、前記第１の突出部（１３４）と、前記第２の突出部（１３６）とは、これらの間に位置決めされた開放空間（１４８）によって分離されており、前記第１の中子ピース（１２）における前記キャビティ（１２６）は、前記第１の突出部（１３４）および前記第２の突出部（１３６）を収容するように形成された第１のキャビティ（１５０）および第２のキャビティ（１５２）を有しており、前記第１のキャビティ（１５０）は、鳩尾状の側壁を有しており、前記第１の突出部（１３４）が前記中間熱処理プロセスを受けて、前記第１のキャビティ（１５０）内の所定の位置へ熱により変形し、不可逆的なインターロックされた継手（１３２）を形成したときに、前記第１の突出部（１３４）を収容するようにサイズ決めされており、前記第１の中子ピース（１２）の一部は、前記第１のキャビティ（１５０）を前記第２のキャビティ（１５２）から分離している、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第２の突出部（１３６）は、前記第１の平面（１４２）に対して９０°の第２の平面で見て前記長手方向軸線（１４０）から鋭角（１３８）で互いに離れるように軸方向に延びる外側側壁（１４４，１４６）を備えた鳩尾形状を有しており、前記第２のキャビティ（１５２）は、鳩尾状の側壁（１５４，１５６）を有しており、前記第２の突出部（１３６）が前記中間熱処理プロセスを受けて、前記第２のキャビティ（１５２）内の所定の位置へ熱により変形し、不可逆的にインターロックされた継手（１３２）を形成したときに前記第２の突出部（１３６）を収容するようにサイズ決めされている、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記突出部（１２８）の前記第１の部分（１３０）が前記キャビティ（１２６）の少なくとも一部に収容されるように前記第１の中子ピース（１２）と前記第２の中子ピース（１４）とを接合することは、成形体状態にある前記第１の中子ピース（１２）および前記第２の中子ピース（１４）を接合することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記突出部（１２８）の前記第１の部分（１３０）が前記キャビティ（１２６）の少なくとも一部に収容されるように前記第１の中子ピース（１２）と前記第２の中子ピース（１４）とを接合することは、型の外側において前記第１の中子ピース（１２）および前記第２の中子ピース（１４）を接合することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記第１の中子ピース（１２）は、多重壁中子である、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記中子（１２２）とは別個に幅木を形成し、該幅木を前記中子（１２２）に接合する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
タービンエンジン構成部品を鋳造するときに使用する中子（１２２）を形成する方法において、
成形の第１のプロセスを用いて中子（１２２）の通常精細度領域（１２０）を形成し、
前記第１のプロセスとは異なる、高精細度特徴を製造するために有効な成形の方法であるリソグラフィ成形を用いて、前記中子（１２２）の高精細度領域（１２４）を形成し、
該高精細度領域（１２４）は、凹所、キャビティ、開口、突出部、通路、溝、スロットおよびくぼみから成るグループから選択された１つまたは複数の高精細度特徴を有しており、
前記通常精細度領域（１２０）は、第１の中子ピース（１２）によって形成されており、前記高精細度領域（１２４）は、第２の中子ピース（１４）によって形成されており、
前記第１の中子ピース（１２）は、中にキャビティ（１２６）を有しており、
前記第２の中子ピース（１４）は、突出部（１２８）を有しており、
前記第１の中子ピース（１２）と、前記第２の中子ピース（１４）とを、前記突出部（１２８）の第１の部分（１３０）が前記キャビティ（１２６）の少なくとも一部に収容されるように接合し、
中間熱処理プロセスによって前記突出部（１２８）を加熱し、該突出部（１２８）を熱により変形させ、熱クリープを許容することによって前記第１の中子ピース（１２）と前記第２の中子ピース（１４）との間に三次元インターロック継手（１３２）を形成し、これにより、該継手（１３２）が物理的にロックされて熱処理によって継手安定性を提供するように前記第１の中子ピース（１２）と前記第２の中子ピース（１４）とを不可逆的にインターロックし、
箔部材を備えた前記第２の中子ピース（１４）を形成し、前記箔部材の一部は前記第２の中子ピース（１４）に埋め込まれ、前記箔部材の一部は前記第２の中子ピース（１４）を超えて突出しており、前記突出部（１２８）の前記第１の部分（１３０）が前記キャビティ（１２６）の少なくとも一部に収容されるように前記第１の中子ピース（１２）と前記第２の中子ピース（１４）とを接合することは、前記箔部材の前記突出部を前記第１の中子ピース（１２）の前記キャビティ（１２６）に挿入することを含むことを特徴とする、タービンエンジン構成部品を鋳造するときに使用する中子（１２２）を形成する方法。
【請求項１１】
タービンエンジン構成部品を鋳造するときに使用する中子を形成する方法において、
成形の第１のプロセスを用いて中子（１２２）の通常精細度領域（１２０）を形成し、
前記第１のプロセスとは異なる、高精細度特徴を製造するために有効な成形の方法であるリソグラフィ成形を用いて、前記中子（１２２）の高精細度領域（１２４）を形成し、
該高精細度領域（１２４）は、凹所、キャビティ、開口、突出部、通路、溝、スロットおよびくぼみから成るグループから選択された１つまたは複数の高精細度特徴を有しており、
前記通常精細度領域（１２０）は、翼本体部分として成形された第１の中子ピース（１２）によって形成されており、前記高精細度領域（１２４）は、翼本体部分として成形された第２の中子ピース（１４）によって形成されており、前記第１の中子ピースと、前記第２の中子ピース（１４）とは、タービン翼の少なくとも一部を形成しており、
前記第１の中子ピース（１２）は、該第１の中子ピースにおいてキャビティ（１２６）を有しており、
前記第２の中子ピース（１４）は、突出部（１２８）を有しており、
前記第１の中子ピース（１２）と、前記第２の中子ピース（１４）とを、前記突出部（１２８）の第１の部分（１３０）が前記キャビティ（１２６）の少なくとも一部に収容されるように接合し、
中間熱処理プロセスによって前記突出部（１２８）を加熱し、該突出部（１２８）を熱により変形させ、熱クリープを許容することによって前記第１の中子ピース（１２）と前記第２の中子ピース（１４）との間に三次元のインターロック継手（１３２）を形成し、これにより、該継手（１３２）が物理的にロックされて熱処理によって継手安定性を提供するように、前記第１の中子ピース（１２）と前記第２の中子ピース（１４）とを不可逆的にインターロックし、
前記キャビティ（１２６）は、該キャビティ（１２６）が、該キャビティ（１２６）よりも小さな断面積を有するネック（１６２）を介して前記第１の中子ピース（１２）を貫通して露出させられるように、横方向接触面（１６９）からずらされており、
前記突出部（１２８）を収容した前記キャビティ（１２６）内の、前記中間熱処理プロセスの間に前記突出部（１２８）が熱により変形させられたときに前記突出部（１２８）によって空けられた前記キャビティ（１２６）内の空間の少なくとも一部に、ロッキング部材（１６４）を挿入することを特徴とする、タービンエンジン構成部品を鋳造するときに使用する中子を形成する方法。
【請求項１２】
前記突出部（１２８）は、前記中間熱処理プロセスを受けた後に不可逆的にインターロックされた継手（１３２）を形成するさねつぎ継手（１３２）を形成している、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記ネック（１６２）は、該ネック（１６２）が別の外面（１６８）よりも前記第１の中子ピース（１２）の１つの外面（１６６）に近くなるように、前記キャビティ（１２６）に対してずらされている、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記突出部（１２８）は、第１の平面（１４２）で見て長手方向軸線（１４０）に対して鋭角（１３８）で前記第２の中子ピース（１４）から延びる第１の突出部（１３４）および第２の突出部（１３６）から形成されており、前記第１の突出部（１３４）は、鳩尾形状を有し、前記第１の平面（１４２）に対して９０°の第２の平面で見て前記長手方向軸線（１４０）から鋭角（１３８）で互いに離れるように軸方向に延びる外側側壁を備えており、前記第１の突出部（１３４）と、前記第２の突出部（１３６）とは、これらの間に位置決めされた開放空間（１４８）によって分離されており、前記第１の中子ピース（１２）における前記キャビティ（１２６）は、前記第１の突出部（１３４）および前記第２の突出部（１３６）を収容するように形成された第１のキャビティ（１５０）および第２のキャビティ（１５２）を含み、前記第１のキャビティ（１５０）は、鳩尾状の側壁を有しており、前記第１の突出部（１３４）が前記中間熱処理プロセスを受け、前記第１のキャビティ（１５０）内の所定の位置へ熱により変形し、不可逆的にインターロックされた継手（１３２）を形成したときに、前記第１の突出部（１３４）を収容するようにサイズ決めされており、前記第１の中子ピース（１２）の一部は、前記第１のキャビティ（１５０）を前記第２のキャビティ（１５２）から分離している、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の突出部（１３６）は、前記第１の平面（１４２）に対して９０°の第２の平面で見て前記長手方向軸線（１４０）から鋭角（１３８）で互いに離れるように軸方向に延びる外側側壁を備えた鳩尾形状を有しており、前記第２のキャビティ（１５２）は、鳩尾状の側壁（１５４，１５６）を有しており、前記第２の突出部（１３６）が前記中間熱処理プロセスを受けて、前記第２のキャビティ（１５２）内の所定の位置へ熱により変形し、不可逆的にインターロックされた継手（１３２）を形成したときに、前記第２の突出部（１３６）を収容するようにサイズ決めされている、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
箔部材を備えた前記第２の中子ピース（１４）を形成し、前記箔部材の一部は前記第２の中子ピース（１４）に埋め込まれ、前記箔部材の一部は前記第２の中子ピース（１４）を超えて突出し、前記突出部（１２８）の前記第１の部分（１３０）が前記キャビティ（１２６）の少なくとも一部に収容されるように前記第１の中子ピース（１２）と前記第２の中子ピース（１４）とを接合することは、前記箔部材の突出した部分を前記第１の中子ピース（１２）の前記キャビティ（１２６）に挿入することを含む、請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦政府から資金援助を受けた開発に関する記述
本発明のための開発は、アメリカ合衆国エネルギ省によって認められた契約番号DE-FC26-05NT42644によって一部補助された。したがって、アメリカ合衆国政府は本発明における何らかの権利を有することがある。
【０００２】
関連出願との相互参照
本願は、２０１０年２月２５日に出願され、既に放棄された、米国実用特許出願第１２／７１２６３２号の一部継続特許出願であり、その全体が本明細書に組み込まれる。
【０００３】
発明の分野
本発明の態様は、一般にタービンエンジン構成部品に関し、より具体的には、鋳造されたタービンエンジン構成部品に関する。
【背景技術】
【０００４】
タービンエンジンでは、タービンブレードまたはベーンなどの多くの構成部品が、エンジン作動中に高温ガスに曝される。作動環境に耐えるために、これらの構成部品は通常エンジン作動中に冷却される。冷却を促進するために、これらの構成部品は、冷却チャネルおよびキャビティなどの複数の内部特徴を有することができる。このような特徴を有すると、構成部品を製造する困難さが劇的に高まる可能性がある。したがって、冷却式タービン構成部品を経済的に製造する可能性は、あらゆる設計の実現性にとって必須である。
【０００５】
タービンブレードは通常、ブレードの内部特徴を形成するために中子を使用する、インベストメント鋳造によって形成される。その結果、中子は、ブレードの所望の冷却性能を得るために必要とされる特徴を達成するために決定的に重要である。従来、中子は、射出成形（低圧または高圧）またはトランスファ成形によって製造される。いずれのプロセスにおいても、精密な型が必要とされる。中子を取り出すためにダイのセグメントが引き離される方向は、中子の設計において重要なファクタであり、中子設計に対して制限を課す。なぜならば、様々なダイセグメントを、干渉なく引き離せることが保証されなければならないからである。分離平面の必要数が増加するに従って、ダイを分離させることが益々困難になり、ある時に、不可能になる。したがって、中子の設計は、結局はブレードの設計に影響を与える可能性がある。
【０００６】
壁面近傍冷却を含む先進的な冷却方式へと向かう傾向に伴い、従来の中子製造方法のみでは、先進的な設計の要求を満たすことができなくなっている。したがって、タービンエンジン構成部品において先進的な内部冷却特徴を容易に提供することができるシステムおよび方法が必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の態様は、タービンエンジン構成部品を鋳造する際に使用する中子を形成する方法に関する。本方法は、中子の通常精細度（normal resolution）領域を形成するステップと、高精細度（high resolution）特徴を製造するために有効な方法を利用して中子の高精細度領域を形成するステップとを含む。中子は、多重壁中子であってもよい。
【０００８】
１つの実施の形態では、通常精細度領域を第１の中子ピースによって形成することができ、高精細度領域を第２の中子ピースによって形成することができる。このような場合、本方法は、第１および第２の中子ピースを接合するステップを含むことができる。幾つかの例では、第１および第２の中子ピースを接合するステップを型の外側で行うことができる。高精細度領域をトモ・リソグラフィ成形（Tomo Lithographic Molding）によって行うことができる。第１の中子ピースの少なくとも一部を、例えばトモ・リソグラフィ成形であってもよい、高精細度特徴を製造するために有効な方法を利用して行うことができる。
【０００９】
第１の中子ピースは、内側から外側まで延びる、第１の中子ピース内のキャビティを有することができる。第２の中子ピースは、突出部を有することができる。このような場合、接合ステップの結果として、突出部をキャビティに収容することができる。突出部の少なくとも一部を加熱することができる。加熱された突出部を、第１および第２の中子ピースがインターロック係合するように成形することができる。１つの実施の形態では、成形ステップは、突出部を第１の中子ピースの外側上に折り曲げることを含むことができる。凹所を第１の中子ピースに形成することができ、凹所は、突出部の折り曲げられた部分の少なくとも一部を収容する。これにより、突出部を、第１の中子ピースの外側と実質的に同一平面にすることができる。別の実施の形態では、成形ステップは、突出部の少なくとも一部を、キャビティの少なくとも一部に実質的に対応するように成形することを含むことができる。
【００１０】
第１の中子ピースは、第１の中子ピースにおいてキャビティを有することができ、第２の中子ピースは、突出部を有することができる。突出部は、第１の部分と、第２の部分とを有することができる。第１の部分は、キャビティに収容されるように構成することができ、第２の部分は、キャビティへの収容を防止するように構成することができる。このような場合、接合ステップの結果、突出部の第１の部分のみをキャビティに収容することができる。その結果、第１および第２の中子ピースの間に所望の間隔を維持することができる。第１および第２の中子ピースがインターロック係合するように、突出部の第１の部分を加熱および成形することができる。
【００１１】
第１の中子ピースは複数の凹所を有することができ、第２の中子ピースは複数の突出部を有することができる。凹所および突出部はインターロック係合するように構成することができる。接合ステップの結果、各突出部を凹所のそれぞれ１つに収容することができる。あらゆる適切なタイプのインターロックを使用することができる。１つの実施の形態では、凹所は雌型鳩尾状部分であってもよく、突出部は雄型鳩尾状部分であってもよい。幾つかの例では、各凹所と、凹所に収容された突出部との間に間隙を形成することができる。このような場合、本方法は、さらに、間隙の少なくとも一部にセラミック材料を提供するステップと、接合された第１および第２の中子ピースを焼成するステップとを含むことができる。
【００１２】
１つの実施の形態では、第１の中子ピースおよび第２の中子ピースの双方は、接合ステップの間に完全に焼成することができる。別の実施の形態では、第１の中子ピースおよび第２の中子ピースのうちの少なくとも一方は、成形体状態であってもよい。第１の中子ピースおよび／または第２の中子ピースは、溶剤、可塑剤、およびウレタンまたはエポキシ樹脂のうちの少なくとも一方を含むバインダを用いて形成することができる。このような場合、本方法は、さらに、成形体状態の第１の中子ピースおよび／または第２の中子ピースの目標特性を達成するために、溶剤、可塑剤、およびウレタンまたはエポキシ樹脂のうちの少なくとも一方を選択するステップを含むことができる。第１の中子ピースおよび／または第２の中子ピースを、成形体状態において硬化温度まで加熱することができる。第１の中子ピースおよび／または第２の中子ピースを、目標の構成となるように熱により成形することができる。
【００１３】
１つの実施の形態では、第１の中子ピースは凹所を有することができる。このような場合、本方法はさらに、箔部材を備える第２の中子ピースを形成することを含むことができる。箔部材の一部を第２の中子ピースに埋め込むことができ、箔部材の一部は、第２の中子ピースを超えて突出することができる。このような場合、接合ステップは、箔部材の突出部分を第１の中子ピースの凹所に挿入することを含む。
【００１４】
本方法はさらに、中子とは別個に幅木を形成するステップと、幅木を中子に接合するステップを含むことができる。中子は、複数の凹所または複数の突出部を有することができる。幅木は、複数の突出部および複数の突出部の向き合った一方を含むことができる。凹所および突出部はインターロック係合するように構成されており、接合ステップの結果、各突出部を凹所のそれぞれ１つに収容する。幾つかの例では、本方法は、幅木に中子ロックを形成する付加的なステップを含むことができる。
【００１５】
発明の態様によるその他の実施の形態は、鋳造翼用のマルチピース中子を接合する方法に関する。このような方法では、第１のセラミック中子ピースが形成される。第１の中子ピースは、概して、翼本体部分として成形されており、複数の凹所または複数の突出部のいずれかを有する。第１の中子ピースは、係合面を有する。第１のセラミック中子ピースの少なくとも一部を、例えばトモ・リソグラフィ成形などの、高精細度特徴を製造するために有効な方法を利用して行うことができる。
【００１６】
第２のセラミック中子ピースは、第１の中子ピースとは別個に形成される。第２の中子ピースは、高精細度領域を有する。第２の中子ピースは係合面を有する。第２の中子ピースは、複数の突出部および複数の凹所のうちの向き合った一方を有する。第１および第２の中子ピースの凹所および突出部は、実質的にインターロック係合するように構成されている。第２の中子ピースは、概して翼の後縁部分として成形されている。第２のセラミック中子ピースを別個に形成するステップは、高精細度特徴を製造するために有効な方法を用いて行うことができる。高精細度特徴を製造するために有効な方法の一例は、トモ・リソグラフィ成形である。
【００１７】
第１の中子ピースおよび第２の中子ピースは、各突出部がそれぞれの凹所に収容されかつ係合面が当接するように、接合することができる。その結果、中子アセンブリが形成される。接合ステップは、型の外側で行うことができる。
【００１８】
１つの実施の形態では、第１の中子ピースおよび第２の中子ピースの双方は、接合プロセスの間、成形体状態であってもよい。このような場合、少なくとも第２の第２の中子ピースは、溶剤、可塑剤、およびウレタンまたはエポキシ樹脂のうちの少なくとも一方を含むバインダを用いて形成することができる。本方法は、さらに、成形体状態における第２の中子ピースの目標特性を達成するために、溶剤、可塑剤、およびウレタンまたはエポキシ樹脂のうちの少なくとも一方を選択するステップを含むことができる。成形体状態である間に、第２の中子ピースを硬化温度まで加熱することができる。その時点で、第２の中子ピースを、目標の構成となるように熱により形成することができる。
【００１９】
第１の中子ピースは凹所を有することができ、さらに、箔部材を備える第２の中子ピースを形成するステップを含み、箔部材の一部は第２の中子ピースに埋め込まれており、箔部材の一部は、第２の中子ピースの係合面を超えて突出しており、接合ステップは、箔部材の突出部を第１の中子ピースの凹所に挿入することを含む。第１の中子ピースおよび／または第２の中子ピースは、多重壁中子であってもよい。
【００２０】
本方法は、さらに、第１および第２の中子ピースとは別個に幅木を形成すするステップと、第１の中子ピースおよび第２の中子ピースのうちの少なくとも一方に幅木を接合するステップとを含むことができる。第１の中子ピースおよび／または第２の中子ピースは、複数の凹所または複数の突出部のいずれかを有することができる。幅木は、複数の突出部および複数の突出部の向き合った１つを含むことができる。凹所および突出部はインターロック係合するように構成することができる。幅木を第１の中子ピースおよび／または第２の中子ピースに接合するステップの結果、各突出部が凹所のそれぞれ１つに収容される。１つの実施の形態では、中子ロックを幅木に形成することができる。
【００２１】
別の点では、本発明の態様は、タービンエンジン構成部品用の鋳造中子に関する。鋳造中子は、通常精細度細部の第１の領域と、高精細度細部の第２の領域とを有するセラミック中子本体を有する。１つの実施の形態では、第１の領域は翼本体部分であってもよく、第２の領域は翼後縁部分であってもよい。中子本体は、多重壁中子であってもよい。
【００２２】
幾つかの例では、第１の領域を第１の中子ピースによって形成することができ、第２の領域を別個の第２の中子ピースによって形成することができる。第２の中子ピースは、モノリシック構造であってもよい。箔部材は、第１および第２の中子ピースの間に延び、第１および第２の中子ピースと係合することができる。箔部材の一部を第２の中子ピースに埋め込むことができ、箔部材の別の部分は、第１の中子ピースにおける凹所に収容することができる。
【００２３】
第１のセラミック中子ピースは複数の凹所を有することができ、第２のセラミック中子ピースは複数の突出部を有することができる。各突出部は、凹所のうちのそれぞれ１つとインターロック係合するように適応させることができる。各突出部は、第１のセラミック中子ピースを第２のセラミック中子ピースに接合するために凹所のそれぞれ１つに収容することができる。各凹所と、凹所に収容されたそれぞれの突出部との間に間隙が形成されてもよい。間隙にセラミック材料を充填することができる。
【００２４】
凹所は雌型鳩尾状部分であってもよく、突出部は雄型鳩尾状部分であってもよい。雄型鳩尾状部分のうちの１つまたは複数は、厚さ面を有することができる。厚さ面は、第２のセラミック中子ピースの係合面に対して９０°未満で角度を成すことができる。各鳩尾状部分は、第１の側面と、第２の側面と、少なくとも１つの厚さ面とを有することができる。厚さ面は、複数の突出するアンダカットを有することができる。
【００２５】
鋳造中子は、さらに、セラミック中子本体とは別個に形成されているが、セラミック中子本体に取り付けられた幅木を有することができる。中子ロックを幅木に形成することができる。中子本体は、複数の凹所または複数の突出部のいずれかを有することができる。幅木は、複数の突出部および複数の突出部の向き合った１つを含むことができる。凹所および突出部はインターロック係合するように構成することができる。各突出部を凹所のそれぞれ１つに収容することができる。
【００２６】
第１および第２の中子ピースの間のインターロック係合の別の実施の形態は、三次元インターロック継手を形成するように、熱による変形によって第１および第２の中子ピースを不可逆的にインターロックさせるために使用されてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、第１および第２の中子ピースは、タービンブレードに限定されないが、タービンブレードなどのガスタービンエンジン用のタービン翼の少なくとも一部を形成するために使用されてもよい。第１の中子ピースは、第１の成形プロセスを用いて中子の通常精細度領域から形成されてもよい。第２の中子ピースは、第１のプロセスとは異なる、高精細度特徴を製造するために有効な成形法であるリソグラフィ成形を用いて中子の高精細度領域から形成されてもよい。高精細度領域は、凹所、キャビティ、開口、突出部、通路、溝、スロットおよびくぼみから成るグループから選択された１つまたは複数の高精細特徴を有してもよい。第１の中子ピースは、キャビティを有してもよく、第２の中子ピースは、突出部を有してもよい。第１および第２の中子ピースは、突出部の第１の部分がキャビティの少なくとも一部に収容されるように接合されてもよい。突出部は、中間熱処理プロセスによって加熱されてもよく、突出部を熱により変形させ、熱によるクリープを許容することによって第１および第２の中子ピースの間に三次元のインターロック継手を形成し、第１および第２の中子ピースを互いに不可逆的にインターロックさせ、これにより、継手が物理的にロックされ、熱処理による継手安定性を提供する。
【００２７】
突出部は、Ｚ−Ｙ平面であってもよい第１の平面で見て長手方向軸線に対して鋭角で第２の中子ピースから延びる第１および第２の突出部から形成されてもよい。第１の平面は、Ｘ−Ｙ平面によって規定される平面に対して直交していてもよい。加えて、第１の突出部は、Ｚ−Ｙ平面に規定された第１の平面に対して９０°であるＸ−Ｙ平面における第２の平面で見て、長手方向軸線から鋭角で互いから離れるように軸方向に延びる外側側壁を備える鳩尾形状を有してもよい。第１および第２の突出部は、それらの間に位置決めされた開放空間によって分離されていてもよい。第１の中子ピースにおけるキャビティは、第１および第２の突出部を収容するように形成された第１および第２のキャビティを含んでもよい。第１のキャビティは、鳩尾状側壁を有してもよく、また、第１の突出部が中間熱処理プロセスを受け、第１のキャビティ内の所定の位置内へ熱により変形し、不可逆的にインターロックされた継手を形成するとき、第１の突出部を収容するようにサイズ決めされており、この場合、第１の中子ピースの一部が第１のキャビティを第２のキャビティから分離している。第２の突出部は、Ｚ−Ｙ平面における第１の平面に対して９０°であるＸ−Ｙ平面における第２の平面で見て、長手方向軸線から鋭角で互いから離れるように軸方向に延びる外側側壁を備える鳩尾形状を有してもよい。第２のキャビティは、鳩尾状側壁を有してもよく、また、第２の突出部が中間熱処理プロセスを受け、第２のキャビティ内の所定の位置内へ熱により変形し、不可逆的にインターロックされた継手を形成するとき、第２の突出部を収容するようにサイズ決めされていてもよい。
【００２８】
突出部は、中間熱処理プロセスを受けた後に、不可逆的なインターロックされた継手を形成する溝継手における舌片を形成してもよい。キャビティは、突出部を収容し、中間熱処理プロセスの間に突出部が熱により変形することができるようにサイズ決めされていてもよい。キャビティは、キャビティよりも小さな断面積を有するネックを介してキャビティが第１の中子ピースを貫通して露出させられるように、横方向接触面からずれていてもよい。第１および第２の中子ピースは、突出部の第１の部分がキャビティの少なくとも一部に収容されるように第１および第２の中子ピースが接合されるときには成形体状態であってもよい。これにより、中間熱処理プロセスの間に突出部が熱により変形させられたときに、突出部はキャビティから外れず、第１および第２の中子ピースが互いに取り付けられた状態を保持する。ロッキング部材は、突出部を収容するキャビティ内の、中間熱処理プロセスの間に突出部が熱により変形させられたときに突出部によって空にされたキャビティにおける空間の少なくとも一部に、挿入されてもよい。ネックは、第２の外面よりも第１の中子ピースの第１の外面に近くなるように、キャビティに対してずれていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、第１および第２の中子ピースは、突出部の第１の部分がキャビティの少なくとも一部に収容されるように構成されていてもよく、第１および第２の中子ピースを型の外側で接合することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の態様による、第１の領域および第２の領域を有する鋳造中子の透視図である。
【図２】第１の鋳造中子ピースおよび第２の鋳造中子ピースを示す、本発明の態様による鋳造中子アセンブリの透視分解図である。
【図３】本発明の態様による、第１の鋳造中子ピースにおける雌型鳩尾状スロットと、第２の鋳造中子ピースにおける雄型鳩尾状突出部との間の境界面の拡大図である。
【図４】第２の鋳造中子ピースの様々な面における複数の突出するアンダカットを示す、本発明の態様に従って形成された鋳造中子ピースにおける雄型鳩尾状突出部の透視図である。
【図５】第２の鋳造中子ピースの係合面に対して角度づけられた厚さ面を備える雄型鳩尾状突出部を示す、本発明の態様に従って形成された鋳造中子ピースの平面図である。
【図６】通常精細度特徴を備える第１の領域と、高精細度特徴を備える第２の領域とを示す、本発明の態様による鋳造中子の拡大図である。
【図７】本発明の態様による、幅木および中子ロックを備える鋳造中子の斜視図である。
【図８】本発明の態様に従って形成された多重壁鋳造中子の一部の透視図である。
【図９Ａ】第１の中子ピースにおけるキャビティに収容され、第１の中子ピースの外側を越えて延びる第２の中子ピースの突出部を示す、第１の中子ピースと第２の中子ピースとを接合する代替的な形式の透視断面図である。
【図９Ｂ】本発明の態様に従って、第２の中子ピースの突出部が第１の中子ピース上に折り曲げられ、第１および第２の中子ピースをインターロック係合させていることを示す、第１の中子ピースと第２の中子ピースとを接合する代替的な形式の透視断面図である。
【図１０Ａ】第１の中子ピースにおけるキャビティに収容された第１の領域と、第１および第２の中子ピースの間の距離を固定するためにキャビティよりも大きな第２の領域とを備える第２の中子ピースの突出部を示す、第１の中子ピースと第２の中子ピースとを接合する代替的な形式の側方断面図である。
【図１０Ｂ】本発明の態様に従って、第２の中子ピースの突出部がキャビティ内に局所的に形成されており、これにより、第１および第２の中子ピースをインターロック係合させていることを示す、第１の中子ピースと第２の中子ピースとを接合する代替的な形式の側方断面図である。
【図１１】第２の中子ピースが、各突出部に鳩尾形状を形成する、鋭角を成して第２の中子ピースから延びる第１および第２の突出部から形成された突出部を有する、第１の中子ピースおよび第２の中子ピースの代替的な構成の透視図である。
【図１２】図１１の代替的な構成の側方断面図であり、図１１における線１２−１２に沿った断面で示した、第１および第２の中子ピースが互いに取り付けられる前の、分解図で示している。
【図１３】図１１の代替的な構成の側方断面図であり、第１の中子ピースが第２の中子ピースと接触して配置されたときの、ただし第１および第２の中子ピースが互いに取り付けられる前の、分解図で示している。
【図１４】図１１の代替的な構成の側方断面図であり、第１の中子ピースが第２の中子ピースと接触して配置されたときの、ただし第１および第２の中子ピースが互いに取り付けられる前の、分解図で示している。
【図１５】第１の中子ピースおよび第２の中子ピースの代替的な構成の側方断面図であり、第１の中子ピースはキャビティを有し、第２の中子ピースは、三次元インターロック継手を生じるようにキャビティに挿入されかつ熱により変形させられるための、第２の中子ピースから延びるように形成された突出部を有する。
【図１６】第１の中子ピースのキャビティに挿入された、図１５に示された第２の中子ピースからの突出部の側方断面図である。
【図１７】第１の中子ピースのキャビティに挿入され、三次元インターロック継手を生じるように熱により変形させられた、図１５に示された第２の中子ピースからの突出部の側方断面図である。
【図１８】中間熱処理プロセスの間に突出部が熱により変形させられたときに突出部によって空にされたキャビティ内の空間の少なくとも一部において、突出部を収容するキャビティに位置決めされたロッキング部材とともに、第１の中子ピースのキャビティに挿入されかつ三次元インターロック継手を形成するように熱により変形させられた、図１５に示された第２の中子ピースの突出部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１から図１８に示したように、本発明の実施の形態は、タービンエンジン構成部品を鋳造するときに使用するための、１つまたは複数の高精細度領域を備える鋳造中子システムに関する。発明の態様をタービン翼用の鋳造中子に関連して説明するが、詳細な説明は例示としてのみ意図されているものである。実際には、本発明の態様は、あらゆる中空の鋳造タービンエンジン構成部品、特に複雑な内部特徴を備える構成部品に関連して使用することができる。発明の実施の形態は図１から図８に示されているが、本発明は、例示された構造または用途に限定されない。
【００３１】
図１を参照すると、本発明の態様による鋳造中子１０が示されている。鋳造中子１０は、第１の領域１１および第２の領域１３を有することができる。１つの実施の形態では、中子１０は、タービンブレードまたはベーンの鋳造に関連して使用することができる。このような場合、第２の領域１３は、中子１０の翼後縁部分１６を形成することができ、第１の領域１１は、中子１０の翼本体部分１８を形成することができる。
【００３２】
第１の領域１１は、例えば、凹所、キャビティ、開口、突出部、通路、溝、スロットおよび／またはくぼみを含む、１つまたは複数の特徴を有することができる。これらの特徴は、通常精細度のものであってよい。すなわち、これらの特徴は、例えば射出成形（低圧または高圧）またはトランスファ成形を含む従来の鋳造技術によって製造することができる。第１の領域１１は、形成される最終部品に応じて、必要に応じてサイズ決めおよび成形することができる。
【００３３】
第２の領域１３は、最終的に形成される部品における所望の内部特徴に応じて、例えば凹所、キャビティ、開口、突出部、通路、溝、スロットおよび／またはくぼみであってよい１つまたは複数の高精細度の特徴または細部を有する高精細度領域であってもよい。中子の高精細度領域は、形成される最終部品において内部特徴または細部を形成するために使用することができる。このような特徴または細部は、鋳造される最終部品における冷却を最適化するために有効となりうる。
【００３４】
高精細度領域は、従来の中子形成法の自然の能力または範囲を超えている。例えば、高精細度領域は、従来の中子形成技術を用いると、４つ以上のダイ分離平面を必要とするものである。したがって、本発明の態様によれば、第２の領域１３は、従来の中子形成技術を用いて以前は達成不能であった１つまたは複数の高精細度特徴を有することができる。以下の説明は１つの高精細度領域１３を備える鋳造中子１０に関するものであるが、本発明の態様による鋳造中子は複数の高精細度領域を有することができると理解されることに注意すべきである。さらに、高精細度領域は鋳造中子１０の後縁部分１６に関連するものとして示されているが、本発明の実施の形態はこのような位置に限定されないことが理解される。実際には、幾つかの例では、後縁部分１６は高精細度領域を有さなくてもよい。高精細度領域は、翼本体部分１８を含むあらゆる適切な位置において適用することができる。
【００３５】
鋳造中子１０は、あらゆる適切な材料から形成することができる。１つの実施の形態では、鋳造中子１０は、例えば、シリカベースのセラミック配合物を含むセラミックから形成することができる。鋳造中子１０の第１および第２の領域１１，１３は、同じ材料から形成することができる。代替的に、鋳造中子１０の第１および第２の領域１１，１３は、異なる材料から形成することができる。
【００３６】
第１の領域１１および第２の領域１３は、形成される最終部品、および最終部品における所望の内部特徴に応じて、必要に応じてサイズ決めおよび／または成形することができる。本発明の態様によれば、第２の領域１３は概して、第１の領域１１よりも、より複雑な、より高精細度の、臨界的なおよび／または入り組んだ特徴を有することができる。図６は、第１および第２の領域１１，１３の相対的な複雑さの一例を示している。図示したように、第１の領域１１は、第１の領域１１において所定の深さで延びる複数の延在した通路２１および／または第１の領域１１において中子を貫通して延びる延在した通路２３を有することができる。対照的に、第２の領域１３は、１つまたは複数の高精細度特徴を有することができる。このような高精細度特徴は、極めて入り組んだ配列における短い、薄い壁部の部材またはクロスオーバ３４を有することができる。クロスオーバ３４は、第２の領域１３において中子１０の厚さを貫通して延びる通路３５によって形成することができる。その結果、クロスオーバ３４は、その長さに沿って他の材料によって包囲されていない。幾つかの例では、通常精細度領域よりも高精細度領域においてより多数の特徴を設けることができる。
【００３７】
本発明の態様による鋳造中子１０は、あらゆる適切な形式で形成することができる。１つの実施の形態では、第１および第２の領域１１，１３を１つのモノリシックの中子として形成することができる。代替的に、図２から図５に示したように、第１および第２の領域１１，１３を、中子アセンブリを形成するために互いに接合される別個のピースとして形成することができる。このような場合、第１の領域１１を第１の中子ピース１２によって形成することができ、第２の領域１３を第２の中子ピースと１４によって形成することができる。第２の中子ピース１４は、第１の中子ピース１２とは別個に形成することができる。
【００３８】
第１の領域１１および／または第１の中子ピース１２などの通常精細度領域は、例えば射出成形（低圧または高圧）またはトランスファ成形などの従来の技術を含むあらゆる適切な中子形成技術を用いて形成することができる。第２の領域１３および／または第２の中子ピース１４などの高精細度領域は、高精細度特徴および／または細部を製造するために有効な方法によって形成することができる。すなわち、高精細度領域は、従来の中子形成プロセスを用いて達成することができない高精細度特徴または細部を生ぜしめることができるプロセスによって形成することができる。
【００３９】
高精細度特徴または細部を生ぜしめることができるプロセスの一例は、バージニア州シャーロッツビル所在のMikro Systems Inc.から提供されているプロセスであるトモ・リソグラフィ成形（Tomo Lithographic Molding）である。トモ・リソグラフィ成形は、米国特許第７４１１２０４号、第７４１０６０６号、第７１４１８１２号、米国特許出願公開第２００４／０１５６４７８号、第２００８／００５３６３８号および第２００９／００８４９３３号に記載されており、これらの出願は、引用により本明細書に組み込まれる。トモ・リソグラフィ成形は、従来の中子形成プロセスと比較して、高精細度特徴に関してより高い幾何学的および寸法的制御を提供することができる。トモ・リソグラフィ成形は、５０ミクロンまでの特徴を生ぜしめることができる。
【００４０】
概して、トモ・リソグラフィ成形は、リソグラフィ微細加工、精密積層技術、成形および鋳造プロセスなどの複数の構成プロセスを含むことができる。まず、三次元デジタルモデルを一連のリソグラフィマスクに変換することができる。各マスクは、所望の三次元固体（この場合は第２の中子ピース１４）の横断面スライスを表すことができる。次いで、金属箔またはポリマフィルムから正確な複製をリソグラフィにより機械加工するために、各マスクを使用することができる。耐久性のある、超高精度種型を形成するために、箔および／またはフィルム（“toma”）を積層することができる。最後に、高中実度モノリシック部品を鋳造するために、材料を型に注入することができる。
【００４１】
高精細度特徴または細部を生じることができるプロセスは、高品質の鋳造中子を製造するときに有効であるが、このようなプロセスを用いて中子全体を形成する必要はない。従来の鋳造技術を用いるのではなく、中子１０の１つまたは複数の領域を形成するために高精細度特徴および／または細部を製造するために有効なプロセスを使用するかどうかを決定するためには、１つまたは複数の判断基準を用いることができる。例えば、１つの判断基準は、その領域の複雑さであってもよい。高精細度特徴および／または細部を製造するために有効な方法は、特に中子の他の部分と比較して、複雑な、臨界的なおよび／または入り組んだ特徴を有する中子のこれらの領域に関連して使用することができる。例えば、タービンブレード用の鋳造中子において、多数の冷却通路および／または複雑な後縁領域は、不可能ではないにしても、従来の成形型を過剰に複雑にする可能性があり、その結果、トモ・リソグラフィ成形などの、高精細度特徴および／または細部を製造するために有効な方法を使用するほうが重視される。
【００４２】
代替的にまたは付加的に、別の判断基準は、従来の中子形成技術を使用するときに必要とされるであろう中子射出ダイの複雑さであってもよい。従来の中子形成法において、ダイを引き離すことができる平面の最大の数は３である。中子の設計が、ダイを引き離すために４つ以上の平面を必要とするならば、技術の欠如または物理的干渉により、不可能ではないにしても、従来の技術の下ではコストが極めて高くなる場合がある。したがって、中子の少なくとも一部を製造するために、トモ・リソグラフィ成形などの、高精細度特徴および／または細部を製造するために有効な代替的な方法を使用することは、より費用対効果が高いものであり得る。
【００４３】
上記判断基準のうちの１つまたは複数に加えてまたはそれらに代えて、付加的な判断基準は時間および／またはコストであってもよい。幾つかの例では、従来技術を用いて鋳造中子の少なくとも一部を形成することに伴う時間および／または関連するコストは、本明細書に記載されたような、高精細度特徴および／または細部を製造するために有効な方法によって鋳造中子の少なくとも一部を形成することに関連する時間および／またはコストを超える可能性がある。このような場合、高精細度特徴および／または細部を製造するために有効な方法によって中子の少なくとも一部を形成することがより望ましい場合がある。
【００４４】
上述のように第１および第２の領域１１，１３が別個の中子ピース１２，１４によって形成されている場合、中子アセンブリを形成するために、中子ピース１２，１４をあらゆる適切な方式で接合することができる。中子ピース１２，１４を接合する１つの方式が本明細書に記載されているが、本発明の態様は、いかなる特定の接合方式にも限定されない。一例として、第１および／または第２の中子ピース１２，１４は、このような接合を容易にするための１つまたは複数の特徴を有することができる。例えば、第１および第２の中子ピース１２，１４は、複数のインターロック特徴部によって接合することができる。例えば、中子ピース１２，１４のうちの一方が少なくとも１つの突出部を有することができ、中子ピース１２，１４のうちの他方が少なくとも１つの凹所を有することができる。各突出部および各凹所の少なくとも一部は、互いに実質的にインターロック係合するように適応させることができる。例えば、突出部および凹所は、幾つかの可能性を挙げるとすれば、雄型および雌型の鳩尾状部分、ほぼ球状の突出部および凹所、またはほぼＴ字形の突出部および凹所として構成することができる。適切なインターロック係合の付加的な例が、本明細書および米国特許出願公開第２００９／００８４９３３号に記載されており、この米国出願公開は引用により本明細書に組み込まれる。各突出部を凹所のそれぞれ１つに収容することができる。
【００４５】
１つの実施の形態では、図２に示したように、第１の中子ピース１２は、スロットの形式などの複数の雌型鳩尾状部分２０を有することができ、第２の中子ピース１４は、複数の雄型鳩尾状部分２２を有することができる。図面および以下の説明はこの配列に関するものであるが、代替的にまたは付加的に、第１の中子ピース１２は、複数の雄型鳩尾状部分（図示せず）を有することができ、第２の中子ピース１４は、複数の雌型鳩尾状部分（図示せず）を有することができる。さらに、上述のように、本発明の態様に従って中子ピースを接合することができる複数のその他の方式が存在する。
【００４６】
特に第２の中子ピース１４がセラミックから形成されている場合、雄型鳩尾状部分２２は、通常、従来の中子形成技術を用いて形成するのは困難であることが認められるであろう。しかしながら、第２の中子ピース１４が、トモ・リソグラフィ成形などの、高精細度特徴を製造するために有効なプロセスを用いることによって形成されるので、雄型鳩尾状部分２２を、高い信頼度および雄型鳩尾状部分２２の特徴部に対する制御で、第２の中子ピース１４に設けることができる。
【００４７】
あらゆる数の雄型鳩尾状部分２２および雌型鳩尾状部分２０が存在することができる。１つの実施の形態では、４つの雄型鳩尾状部分２２と、４つの雌型鳩尾状部分２０とが存在することができる。雄型鳩尾状部分２２は、全て実質的に同じサイズおよび形状であってもよいし、または雄型鳩尾状部分２２のうちの少なくとも１つが異なるサイズおよび／または形状であってもよい。当然、雌型鳩尾状部分２０は、雄型鳩尾状部分２２を収容するようにサイズ決めおよび成形されている。
【００４８】
雄型鳩尾状部分２２は、第１の側面３６および第２の側面３８を有することができる（図２および図４）。第１の側面３６および第２の側面３８は、ほぼ平坦であってよい。第１の側面３６および第２の側面３８は、互いに対して実質的に平行であってよい。雄型鳩尾状部分２２は、例えば第１の厚さ面４０、第２の厚さ面４２および第３の厚さ面４４を含む、１つまたは複数の厚さ面を有することもできる。各雄型鳩尾状部分２２は、関連する軸線４６を有することができる。
【００４９】
厚さ面４０，４２および／または４４（図２および図４）などの、雄型鳩尾状部分２２の面のうちの１つまたは複数は、１つまたは複数の“突出するアンダカット”を有することができ、この用語は、米国特許第７４１１２０４号、第７４１０６０６号、第７１４１８１２号、米国特許出願公開第２００４／０１５６４７８号および第２００８／００５３６３８号に記載されており、これらの各米国出願は引用により全体が本明細書に組み込まれる。突出するアンダカットは、トモ・リソグラフィ成形プロセスにおいて使用される多層型における鋳造の結果的な特徴でありうる。突出するアンダカット５０を有する雄型鳩尾状部分２２の一例が、図４に示されている。突出するアンダカット５０は、例えば上端面５２および／または係合面２４を含む、第２の中子ピース１４の他の面に設けることもできる。突出するアンダカット５０は、以下でより詳細に説明するような多くの利点を提供することができる。第２の中子ピース１４は、多層型における鋳造によって形成されるが、それ自体はモノリシック構造であることに注意すべきである。
【００５０】
雄型鳩尾状部分２２は、第２の中子ピース１４の係合面２４から突出することができる。雄型鳩尾状部分２２と、突出するアンダカット５０とを除き、係合面２４はそれ以外ではほぼ平坦であってよい。第２の中子ピース１４が後縁中子１６である場合、係合面２４は、ほぼ半径方向Ｒに延在することができる。半径方向とは、このような翼がタービンエンジンにおける作動位置に取り付けられたときに、タービン軸線に対してほぼ半径方向であることを意味することを意図したものである。
【００５１】
雄型鳩尾状部分２２の向きは、あらゆる適切な形式で定めることができる。１つの実施の形態では、鳩尾状部分の向きは、図２に概略的に示したように、第１の中子ピース１２および／または第２の中子ピース１４を互いに横方向に組み合わせることによって第１および第２の中子ピース１２，１４を組み合わせることができるように定めることができる。
【００５２】
Ｘ−Ｙ−Ｚ軸を含むデカルト座標系を第２の中子ピース１４に適用することができる（図２および図４、５）。第２の中子ピース１４の係合面２４は、実質的にＹ−Ｚ軸によって規定された平面にあってよい。半径方向Ｒは、Ｙ軸に対して実質的に平行な方向に延びることができる。雄型鳩尾状部分２２は、ほぼＸ軸に沿って係合面２４から突出することができる。第１の側面３６および第２の側面３８は、実質的にＸ−Ｙ軸によって規定することができる平面にあってよい。このような場合、図４に示したように、雄型鳩尾状部分２２の軸線４６は、実質的にＸ軸の方向に延びることができる。
【００５３】
トモ・リソグラフィ成形の使用により、高度の寸法制御および信頼性を得られることに注目すべきである。したがって、雄型鳩尾状部分２２は、各鳩尾状部分軸線４６が係合面２４に対してまたは実質的にＸ−Ｚ軸によって規定された平面に対してあらゆる適切な角度で延びるように設けることができる。図４に示したように、鳩尾状部分軸線４６は、係合面２４に対してまたは実質的にＹ−Ｚ軸によって規定された平面に対して約９０°であってよい。しかしながら、雄型鳩尾状部分２２の向きは、鳩尾状部分軸線４６が係合面２４に対してまたは実質的にＸ−Ｚ軸によって規定された平面に対して９０°未満であるように定めることができる。
【００５４】
さらに、図５を参照すると、厚さ面４０，４２，４４のうちの１つまたは複数は、係合面２４に対してまたは実質的にＹ−Ｚ軸によって規定された平面に対してほとんどあらゆる角度で延びることができる。例えば、第２の厚さ面４２は、係合面２４に対してまたは実質的にＹ−Ｚ軸によって規定された平面に対して所定の角度αで延びることができる。１つの実施の形態では、第２の厚さ面４２を、係合面２４に対してまたは実質的にＹ−Ｚ軸によって規定された平面に対して約２８°の角度にすることができる。
【００５５】
複数の雄型鳩尾状部分２２の場合、各鳩尾状部分２２の第２の厚さ面４２は全て、係合面２４に対してまたは実質的にＹ−Ｚ軸によって規定された平面に対して同じ角度αであってもよいし、または、鳩尾状部分２２のうちの少なくとも１つは、係合面２４に対してまたは実質的にＹ−Ｚ軸によって規定された平面に対して異なる角度で延びる第２の厚さ面４２を有してもよい。
【００５６】
雄型鳩尾状部分２２を、係合面２４において半径方向ＲまたはＹ軸の方向に実質的に整列させることができる。しかしながら、１つの実施の形態では、鳩尾状部分２２のうちの少なくとも１つを、Ｚ方向などに他の雄型鳩尾状部分２２からずらすことができる（図示せず）。
【００５７】
第１の中子ピース１２は、係合面２６を有することができる。係合面２６は実質的に平坦であることができ、各雌型鳩尾状部分２０用の開口２８を有することができる。係合面２４，２６を、実質的に嵌め合い係合のために構成することができる。係合面２４，２６は、第１および第２の中子ピース１２，１４の間に境界面２７を規定することができる。境界面２７を、あらゆる適切な位置に配置することができる。１つの実施の形態では、境界面２７を、鋳造中子１０における通常精細度の領域に配置することができる。
【００５８】
鳩尾状部分（雄型鳩尾状部分２２および雌型鳩尾状部分２０の双方をいう）を、あらゆる適切な形式で離間させることができる。例えば、荷重を部材全体に等しく分布させるために、鳩尾状部分を等しく離間させることができる。しかしながら、鳩尾状部分は等しく離間させられていなくてもよい。必要なところに支持を提供し、あらゆる入り組んだ細部との干渉を回避するために、鳩尾状部分を必要に応じて離間させることができる。トモ・リソグラフィ成形などの、高精細度特徴および／または細部を製造するために有効な方法を使用して高度の正確性でもって第２の構成部品１４に雄型鳩尾状部分２２を配置することができると認められるであろう。雄型鳩尾状部分２２に強度を提供し、雄型鳩尾状部分２２の間の薄い壁部のゆがみを防止するために、雄型鳩尾状部分を、第２の中子部分１４におけるクロスオーバ３４（図３）と実質的に直接に整列するように配置することができる。クロスオーバ３４は、構造的強度を提供することができ、鋳造される最終部品に冷却通路を形成することができる。
【００５９】
第１の中子部材１２および第２の中子部材１４を、各雄型鳩尾状部分２２がそれぞれ雌型鳩尾状部分２０に収容されるように組み合わせることができる。ＸおよびＹ方向などの少なくとも２つの次元における移動をほぼ制限するために、雄型鳩尾状部分２２は、雌型鳩尾状部分２０にインターロック係合することができる。
【００６０】
しかしながら、第２の中子ピース１４が、トモ・リソグラフィ成形または高精細度特徴および／または細部を製造するために有効なその他のプロセスを用いて形成される場合、雌型鳩尾状部分２０との付加的な係合を提供するように第２の中子ピース１４を構成できることに注意すべきである。例えば、突出するアンダカット５０は、雌型鳩尾状部分２０との付加的な係合を提供することができる。代替的にまたは付加的に、係合面２４または実質的にＹ−Ｚ軸によって規定された平面に対して角度をなす第２の厚さ面４２を備える雄型鳩尾状部分２２は、第３の係合方向成分（例えば、少なくとも部分的にＺ方向を含む）を提供することができる。
【００６１】
したがって、本発明の態様によるシステムは、雄型および雌型鳩尾状部分２０，２２の間において三次元インターロック係合を提供することができる。したがって、トモ・リソグラフィ成形プロセスは、第１および第２の中子ピース１２，１４の係合性および整合性を高めることができると認められるであろう。組み立てられたとき、第１の中子ピース１２の係合面２６は、第２の中子ピース１４の係合面２４に当接することができる。
【００６２】
第１および第２の中子ピース１２，１４の接合を、型の外側で行うことができる。すなわち、第１および第２の中子ピース１２，１４を、個々のダイまたは型において別個に形成することができる。次いで、第１および第２の中子ピース１２，１４を互いに組み合わせ、それらの個々のダイ／型またはあらゆるその他のダイ／型から接合することができる。接合プロセスは型またはダイに制限されないので、第１および第２の中子ピース１２，１４および中子アセンブリ１０全体を製造するときのより大きな自由度を実現することができると認められるであろう。ダイ／型の外側における第１および第２の中子ピース１２，１４の取扱いを、第１および第２の中子ピース１２，１４を形成するときのバインダシステムの使用によって容易にすることができる。このようなバインダシステムの詳細を後で説明する。
【００６３】
雄型鳩尾状部分２２が雌型鳩尾状部分２０に収容されるとき、図３に示したように雄型鳩尾状部分２２と雌型鳩尾状部分２０との間に僅かな間隙３０が存在してもよい。間隙３０は、雄型鳩尾状部分２２と雌型鳩尾状部分２０との間の境界面の少なくとも一部にわたって延びていることができる。１つの実施の形態では、間隙３０は、雄型鳩尾状部分２２と雌型鳩尾状部分２０との間の境界面の全体にわたって延びていることができる。間隙３０は、約０．００５インチであってよい。間隙３０に接着材料を充填することができる。
【００６４】
第１および第２の中子ピース１２，１４がセラミック材料から形成されている場合、接着材料は、焼成可能なセラミック材料３２であってもよい。材料３２は、スラリの形式であってもよい。このセラミック材料３２は、第１および／または第２の中子ピース１２，１４の材料と同じまたは実質的に類似であってもよい。セラミック材料３２は、その特性が、第１および第２の中子ピース１２，１４の材料の特性と同じであるかまたはさもなければ十分に適合するように選択することができ、この結果、接合された中子ピース１２，１４がその後に焼成させられたときに、中子アセンブリ１０の材料特性は、全体を通して実質的に一定のままである。１つの実施の形態では、セラミック材料３２は、第２の中子ピース１４の材料と実質的に同じであってもよい。次いで、接合された第１および第２の中子ピース１２，１４を、中子アセンブリ１０を形成するためにキルンまたは炉において一緒に焼成することができる。
【００６５】
雄型鳩尾状部分２２の１つまたは複数の面（厚さ面４０，４２，４４など）が１つまたは複数の突出するアンダカット５０を有するならば、セラミック材料３２は、付着するための付加的な表面積を有し、これにより、境界面の一体性および／または強度を潜在的に増大させることが認められるであろう。このような付加的な表面積は、より良好な成形体状態での結合およびより良好な高温焼結につながることができる。さらに、第２の中子ピース１４を形成するためのトモ・リソグラフィ成形の使用により、第１および第２の中子ピースが一緒に焼成されるときに生じ得る中子ねじれまたは中子シフトによる歪みを最小限に減じるために、雄型鳩尾状部分２２を選択的にサイズ決め、成形および向き決めすることができる。
【００６６】
第１および第２の中子ピース１２，１４の係合面２４，２６の間の境界面２７を付加的な方法で強化することができる。例えば、境界面２７を横切って、中子ピース１２，１４のそれぞれへ強化部材が延びていることができる。強化部材は、あらゆる適切な構造であってよい。１つの実施の形態では、強化部材は箔６０であってもよい。箔６０は、極めて薄い、しばしば柔軟なシートであってもよい。箔６０は、１つの箔、または、正確に整合させられかつ／または積層されたモノリシックな中実の物体となるように結合された複数の箔、から成ることができる。個々の箔６０を、化学的切削加工またはエッチングなどのあらゆる適切な形式で形成することができる。箔６０を、例えばモリブデンなどのあらゆる適切な金属、またはあらゆる適切な合金から形成することができる。箔６０は、中子ピース１２，１４を接合する際に所望の強度および／または機能性を提供するように形成することができる。箔６０は、境界面２７において所望の特性を提供するためにあらゆる適切なサイズ、形状および／または特徴を有することができる。１つの実施の形態では、箔６０は、第２の中子ピース１４の係合面２４全体を横切ってほぼＺ方向に延びていることができる（図２）。
【００６７】
箔６０をあらゆる適切な形式で中子１０に設けることができる。１つの実施の形態では、図３に示したように、箔６０の一部を第２の中子ピース１４に埋め込むことができる。そのために、箔６０を、トモ・リソグラフィ型／ダイであってもよい中子型／ダイに挿入することができる。セラミックスラリを、型／ダイ内および箔６０の一部の周囲に注入することができる。スラリをその後、第２の中子ピース１４を形成するように硬化させることができる。その結果、箔６０の一部６０ａを第２の中子ピース１４に埋め込むことができ、箔６０の一部６０ｂは、係合面２４などの第２の中子ピース１４の外側から突出することができる。箔６０の突出部分６０ｂを、第１の中子ピース１２における凹所６２に収容することができる。凹所６２を、あらゆる適切な形式で第１の中子ピース１２に形成することができる。例えば、鋳造プロセスの間またはその後の機械加工作業の間に凹所６２を形成することができる。１つの実施の形態において、凹所６２は、横方向に箔６０を収容するために、その端部のうちの一方において開放していることができる。
【００６８】
２つの中子ピース（第１および第２の中子ピース１２，１４など）は、本明細書において説明されているように組み合わされ、箔６０は、２つの中子ピースの間（係合面２４，２６の間など）に規定された境界面２７を横切って延びることができる。箔６０の突出部分６０ｂは、第１および第２の中子ピース１２，１４をそれらの組立ての間に正確に整列させることを助けることができる。第１および第２の中子ピース１２，１４が接合されるとき、箔６０は、中子ピース１２，１４のそれぞれの中へ延びることができる。その結果、２つの中子ピース１２，１４の間の接合を補強することができ、これは、鋳造中子１０の質を高めることができる。箔６０は、必要であれば、後に中子１０から化学的に溶出またはその他の形式で除去することができる。
【００６９】
第１および第２の中子ピース１２，１４をそれらの処理における異なる段階において組み合わせることができる。例えば、第１の中子ピース１２および第２の中子ピース１４が完全に焼成または焼結されたときに、第１の中子ピース１２および第２の中子ピース１４を組み合わせることができる。代替的に、第１および第２の中子ピース１２，１４を、双方が成形体状態のとき、すなわち予備焼成または予備焼結された状態にあるときに組み合わせることができる。成形体状態では、第１および第２の中子ピースの双方は、鋳造されており、各中子ピース１２，１４をそれぞれの型から取り出すことができるように十分に硬化しているが、完全には焼成または焼結されていない。したがって、本発明の態様によるシステムおよび方法は、型設計の自由度を高めることができると認められるであろう。
【００７０】
通常、成形体状態における従来のとおりに形成された鋳造中子の強度は弱い。その結果、このような中子本体を型から搬出することは困難である。本明細書で説明されているように、このような中子本体が１つまたは複数の高精細度特徴または領域を有する場合にはこのような搬出は特に困難となり得る。中子の歩留りは低い。なぜならば、中子の脆い成形体強度のためにおよび／または中子の特徴部が極めて小さくかつ複雑であるため、型／ダイから取り出されるときに中子が破損する可能性があるからである。バインダの付加は、取扱いおよび／またはその他の有益な特性を得るために、成形体の強度を高めることができる。
【００７１】
バインダシステムおよび成形材料の付加的な詳細をここで示す。少なくとも部分的に型を充填するための成形材料を準備および／または提供するために、粉末材料をバインダシステムと組み合わせることができ、これにより、スラリなどの成形材料を形成する。粉末は、セラミック、シリカ、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ホウ素および／またはイットリアなどのいずれかを含むことができる。粉末、成形材料および／または鋳造方法は、それぞれが引用によりその全体が本明細書に組み込まれる以下の米国特許明細書（米国特許第２９６１７５１号明細書（発明の名称“Ceramic Metal Casting Process”）、米国特許第３９５７７１５号明細書（発明の名称“Casting of High Melting Point Metals and Cores Therefore”）、米国特許第４１９０４５０号明細書（発明の名称“Ceramic Cores for Manufacturing Hollow Metal Castings”）、米国特許第４２８４１２１号明細書（発明の名称“Process and Materials for Making Refractory Cores”）、米国特許第４８３７１８７号明細書（発明の名称“Alumina-Based Core Containing Yttria”）、米国特許第５３９４９３２号明細書（発明の名称“Multiple Part Cores for Investment Casting”）、米国特許第６５８８４８４号明細書（発明の名称“Ceramic Casting Cores with Controlled Surface Textures”）、米国特許第７４１３００１号明細書（発明の名称“Synthetic Model Casting”）および米国特許出願公開第２００８／０１６９０８１号明細書（発明の名称“Method and Apparatus for Production of a Cast Component”））に記載されたもののいずれかを含む、本明細書に記載されたもののいずれかであってよい。
【００７２】
以下は、部材のための可能な成形材料であり、その近似組成は、以下のような範囲であってよい。すなわち、シリカ１０％〜９９％、アルミナ１％〜９０％、クリストバライト１％〜２０％、ジルコン１％〜２０％、酸化マグネシウム０．０１％〜１．０％、シリコーン樹脂１％〜３０％、有機バインダ１％〜３０％である。
【００７３】
引用によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第４８３７１８７号明細書に記載されたタイプのものなどのセラミック材料を、成形材料のために、および／または低圧射出成形によってガスタービンエンジンのブレード中子の中子部材を形成する際に使用することができる。特に、８４．５質量％のアルミナなどの約１質量％〜約９０質量％のアルミナ、約７．０質量％のイットリアなどの約１質量％のイットリア〜約２０質量％のイットリア、１．９質量％のマグネシアなどの約０．０５質量％のマグネシア〜約１０質量％のマグネシア、および／または約６．６質量％の黒鉛（粉末）などの約１質量％の黒鉛（粉末）〜約１５質量％の黒鉛（粉末）、の組成を有する成形材料が、ツーピース中子構造において許容可能に機能することが分かった。例えば、例示的な成形材料は、約９４質量％の２００メッシュ融解石英、約６質量％の４００メッシュクリストバライト、約６質量％の３２５メッシュ板状アルミナ、および／または約０．２％の超精密ＭｇＯを含むことができる。
【００７４】
この成形材料の製造された典型的な実施の形態のアルミナ成分は、約７０．２％の約３７マイクロメートルのサイズの粒子、約１１．３％の約５マイクロメートルの粒子、および約３％の約０．７マイクロメートルの粒子を含んでいた。その他の成分の粒子サイズは、黒鉛が約１７．５マイクロメートル、イットリアが約４マイクロメートル、マグネシアが約４マイクロメートルであった。使用された熱可塑性バインダは、以下の成分（混合物の質量％）、すなわち、OKERIN 1865Q（Astor Chemical）、約１４．４１質量％のパラフィンベースワックス、約０．４９質量％のDuPont ELVAX 310 FINNECAN、約０．５９質量％のオレイン酸を含んでいた。米国特許第４８３７１８７号明細書に示されたものを含む、その他のセラミック材料成分および熱可塑性バインダを使用することができる。
【００７５】
成形材料の典型的な実施の形態において、広範囲の様々なシリコーン樹脂のいずれかを使用することができる。例えば、置換基グループが、シリコーン原子に直接に付着した水素原子または有機ラジカルであるようなあらゆる有機シロキサンを含む、それぞれが引用によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第３０９０６９１号明細書および米国特許第３１０８９８５号明細書に記載されたタイプのシロキサンを使用することができる。一般に、ケイ素原子ごとに１〜３の水素および／または有機置換基を含むシロキサン、および、酸素原子および／または窒素原子を含むグループによって選択的に置換された、１〜１２の炭素原子を含む有機グループを、使用することができる。ここで使用される場合、「シロキサン」とは、分子ごとに少なくとも１つの結合を含む材料を言いかつ含むことが意図されている。典型的な実施の形態では、約１１ｇ〜１９ｇ（全ての値およびそれらの値の間のサブレンジも含む）のMOMENTIVE 355シリコーン樹脂を、１００ｇごとのセラミック粉末とともに使用することができる。
【００７６】
成形材料の典型的な実施の形態は、ジメチルシロキサン、モノメチルシロキサン、フェニルメチルシロキサン、モノフェニルシロキサン、ジフェニルシロキサン、モノエチルシロキサン、エチルメチルシロキサン、ジエチルシロキサン、フェニルエチルシロキサン、モノプロピルシロキサン、エチルプロピルシロキサン、ジビニルシロキサン、モノビニルシロキサン、エチルビニルシロキサン、フェニルビニルシロキサン、ジアリルシロキサン、モノアリルシロキサン、アリルエチルシロキサン、アリルビニルシロキサン、モノシクロヘキシルシロキサン、ガンマ−ヒドロキシプロピルメチルシロキサン、ベータ−メトキシエチルメチルシロキサン、ガンマ−カルボキシプロピルシロキサン、ガンマ−アミノプロピルシロキサン、および／またはガンマ−シアノプロピルメチルシロキサンなどのシロキサン樹脂を使用することができる。
【００７７】
成形材料の典型的な実施の形態は、シリカ、アルミナおよび／またはジルコンなどの耐火材および／またはセラミック材料を含むＩＶＢ族金属などの、型および鋳造部品の準備において典型的に使用されるタイプの様々なフィラー材料のうちのいずれかを使用することができる。上述のように、フィラー粒子は、シロキサン樹脂の部分的な分解の結果として、予備成形された部品の焼成においてケイ酸結合によって互いに結合することができる。ベーキングまたは焼成された部品のかさ密度、見掛け密度、見掛け空隙率および／またはその他の特性は、フィラーおよび／またはシロキサン樹脂の相対的割合を変化させることによって、成形材料において使用されているセラミック粒子のサイズ分布を変化させることによって、および／または部材の空隙率を高めるために焼成時に焼失することができる黒鉛および／または木材粉末を成形材料に付加することによって、制御することができる。
【００７８】
シリカが一次フィラーである場合、ベーキングおよび／または焼成された部材は、例えば約１．４〜約２．０ｇ／ｍｌなどの、約１〜約３ｇ／ｍｌの範囲のかさ密度を有することができる。この範囲は、約１．８０〜約２．５０ｇ／ｍｌの見掛け固体密度、および約１５〜約３５％の見掛け空隙率に対応することができる。この目的のために、約１００〜約４００メッシュの範囲の粒子サイズを有するフィラー材料を使用することができる。
【００７９】
予備成形された部材構成を成形するために、上述のシリコーン樹脂と組み合わせて、フィラー材料として黒鉛を使用することができる。ベーキングおよび焼成時、約１．２ｇ／ｍｌの最小かさ密度と、約５ｇ／ｍｌの最大かさ密度とを有する所望の部材を形成するために、ケイ酸結合に加えて、炭素および／または黒鉛結合を形成することができる。このような黒鉛部材は、複雑な中子を用いる、精密鋳造チタン構成部品の製造において特に有効である可能性がある。
【００８０】
フィラー、シリコーン樹脂および／または触媒成分に加えて、成形材料は、望まれるならば、予備成形部品の準備における材料の成形中にその加工特性を向上させるためにシリコーン樹脂のための可塑剤を含むように配合することができる。例えば、パラフィンワックス、スチレン、フェノールまたは低分子量フェノール樹脂、および／またはＮ，Ｎ’−ジステアリルエチレンジアミンなどの脂肪アミンを含むシリコーン樹脂のためのあらゆる適切な可塑剤を使用することができる。成形材料における可塑剤の量は、成形材料の樹脂含有量の約０〜約７質量％で変化することができる。
【００８１】
離型剤または潤滑剤などの多数の添加剤のうちのいずれかを、予備成形された中子構成の準備において成形中に成形材料の加工特性を向上させるために成形材料に付加することができる。代表的な材料は、例えば、ステアリン酸カルシウムおよび脂肪酸のその他の金属塩を含む。
【００８２】
成形材料は、ドライブレンド、ウェットミキシング、ホットミキシング等を含む公知の混合技術に従って配合することができ、次いで、トランスファ成形、射出成形および／または圧縮成形などの従来の成形技術を用いて従来の形式で成形することができる。圧力、ダイ温度、コンパウンド温度および／または硬化時間を含む成形パラメータは、成形される部材の構成および／または成形材料の特定の組成にいくらか依存して変化することができる。トランスファ成形または射出成形に通常使用される典型的な圧力範囲は、約１００ｐｓｉｇ〜約１００００ｐｓｉｇ、圧縮成形の場合には約１００ｐｓｉｇ〜約５０００ｐｓｉｇである。コンパウンドおよび／またはダイ温度は、通常、ほぼ室温から約４００°Ｆの範囲であってもよく、および／または約１〜約１０分の時間であってもよい。
【００８３】
成形材料が含む粉末の粒子の分布は、中子の場合、中子本体、中子の後縁および／または中子の前縁などの、鋳造部品全体および／またはそのあらゆる部分にわたって制御することができる。
【００８４】
バインダシステムは、１つまたは複数のウレタンおよび／またはエポキシ樹脂、１つまたは複数の溶剤および／または湿潤剤、および／または１つまたは複数の可塑剤等を含むことができる。パラフィンワックス、スチレン、フェノールまたは低分子量フェノール樹脂、および／またはＮ，Ｎ’−ジステアリルエチレンジアミンなどの脂肪アミンを含む、様々な可塑剤のうちのいずれかを使用することができる。バインダシステムは、例えばＰＭＭＡアクリル粉末、樹脂、２部エポキシシステムおよび／または複合材などのアクリル、および／またはブチル、ラウリル、ステアリル、イソブチル、ヒドロキシエチル、ヒドロキシプロピル、グリシジルおよび／またはエチルなどのメタクリレート、例えばＡＢＳ、アセチル、アクリル、アルキド、フルオロサーモプラスチック、液晶ポリマ、スチレンアクリロニトリル、ポリブチレンテレフタレート、サーモプラスチックエラストマ、ポリケトン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ＰＶＣ、ポリエステル、ポリウレタン、サーモプラスチックゴムおよび／またはポリアミドなどのサーモプラスチック、例えばフェノール、ビニルエステル、尿素および／またはアメラミンなどのサーモセット、および／または、例えばエラストマ、天然ゴム、ニトリルゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、ネオプレン、ブチルゴム、フルロシリコーン、ＴＦＥ、ＳＢＲ、および／またはスチレンブタジエンなどのゴム、を用いて製造することができる。典型的な実施の形態は、脂環式熱硬化エポキシを使用することができる。例えば、ウィスコンシン州ジャーマンタウンのResinlabから市販される、約１０ｇ〜２０ｇのWO32701-8エポキシを、合計セラミック粉末重量の１００ｇあたり、０．９４：１にほぼ等しいＡ：Ｂの製造者の指示に従って混合して、使用することができる。
【００８５】
バインダ材料および／または成分は、ＭＥＫ、アセトン、ヘプタンおよび／またはイソプロピルアルコールなどの様々な溶剤に完全に溶解可能であるおよび／またはこのような様々な溶剤を用いて希釈することができる液体であってよい。ＭＥＫの場合、溶剤の付加は、合計セラミック粉末重量の１００グラムあたり１０〜２２グラムの範囲であってもよい。アセトンの場合、溶剤の付加は、合計セラミック粉末重量の１００グラムあたり１４〜２７グラムの範囲であってもよい。イソプロピルアルコールの場合、溶剤の付加は、合計セラミック粉末重量の１００グラムあたり１１〜２１グラムの範囲であってもよい。バインダシステムは、本明細書に組み込まれた特許のいずれかに記載されたもののうちのいずれかを含む、本明細書に記載されたこれらの適切な材料のうちのいずれかを含むことができる。
【００８６】
成形材料が、シリカ成分の全てまたは少なくとも一部を、クリストバライトとして特定することができるシリカの結晶相と置換するように配合された場合、約２７００°Ｆ以上の温度において所望の熱的安定性を有するセラミック中子を製造できることが分かった。クリストバライトが、約２．５％よりも多いが、約１０質量％以下の量で成形材料の成分として存在している場合、セラミック中子の高温安定性は、シリカ成分が、アモルファス融解石英、または中子のセラミック成分としてのジルコンおよび／またはアルミナとの融解石英の組合せから形成されているような中子の高温安定性よりも、優れている可能性がある。
【００８７】
溶融金属が型キャビティ内へ注入されるときの、中子本体におけるクリストバライトの量は、重要である可能性がある。量は、中子の強度または熱衝撃特性に不利に影響することなく、高温安定性の所望の向上を達成するために十分である可能性がある。シリカの全てがクリストバライトと置換された場合、有利な使用を得ることができるが、焼成された中子における最大濃度を、焼成された中子における約３５質量％および／または約５〜約２０質量％のクリストバライトに制限することが望ましい可能性がある。中子の残りは、上述の米国特許第３９５７７１５号明細書に記載されたような、有機ケイ素樹脂などのバインダとともに、融解石英および／または融解石英およびジルコン、および／または融解石英、ジルコンおよび／またはアルミナと配合することができる。クリストバライトの存在は、成形材料を構成する成分にクリストバライトを直接付加することによって達成することができる。このために、クリストバライトは、約７０〜約−３２５メッシュなどの範囲において、微細に分割された形式で使用することができる。中子は、バインダとしてシリコーン樹脂を使用するトランスファ成形技術によって形成することができる。
【００８８】
以下の例は、成形材料のための近似成分範囲を質量によって特定する。すなわち、シリカ１０％〜９９％、アルミナ１％〜９０％、クリストバライト１％〜２０％、ジルコン１％〜２０％、酸化マグネシウム０．０１％〜１．０％、シリコーン樹脂１％〜３０％、有機バインダ１％〜３０％である。例えば、融解石英（６０％）およびアルミナ（４０％）の配合物を使用することができる。
【００８９】
上述の配合物は、重量で等分に、潤滑剤としてのステアリン酸カルシウムなどの付加的な成分と、微細に分割された酸化マグネシウムおよび／または安息香酸の形式であってよい触媒とを含むことができ、潤滑剤は、約０．２〜約２質量％の範囲の量で存在し、触媒は、約０．２〜約２質量％の範囲の量で存在している。
【００９０】
バインダは、標準的な混合技術を用いて部分的および／または完全に混合することができる。例えば、食品ブレンダなどのキッチンミキサおよび／または約１馬力のRoss Dispersion Mixer, model 100 LCなどのセラミックスラリミキサを使用することができる。バインダを分散させかつ／またはバインダを粉末に混合するための混合時間は、約１分〜約２４時間であってもよい。バインダは、型に成形材料を充填する前に粉末と部分的および／または完全に混合することができるか、または型に直接加えることができる。混合は、せん断、振動、遠心力、共振混合、静的混合、および／または回転するボールミルなどを含むあらゆる公知の技術によって生じることができる。
【００９１】
スラリ配合物は、ポリビニルアルコールおよびポリエチレングリコールを含むことができる、あらゆる所望の湿潤材および／または代替的なバインダシステムを含むことができる。
【００９２】
概して、粉末、バインダおよび／または成形材料の約５００〜約１００００ｃｐｓの粘度が、これらが型に流入しかつ／または型を充填するために適切でありうる。成形材料のバインダ濃度（重量でセラミック粉末に対して約１０％〜約２０％の範囲のバインダ）は、バインダの焼失を促進しかつ／または粉末の焼結を可能にするために十分に低いことができる。
【００９３】
充填された型を通気および／またはガス抜きしかつ／または型において鋳造部品を硬化および／またはセットさせるために、十分な時間を許容することができる。例えば、通気、ガス抜きおよび／または型充填のための時間は約１分〜約６０分であってもよい。鋳造部品は、バインダが少なくとも部分的に架橋および／または硬化させられた後に型から解放することができる。バインダの硬化時間は、型材料と適合していることができる。硬化温度は、約９０°Ｆ〜約３５０°Ｆであってもよい。硬化時間は、約１５分〜約２４時間であってもよい。バインダは、硬化した“成形体”状態のセラミック部分が、バインダ焼失および焼結の前に加熱および熱成形されることを許容することができる、適合した復元特性を有することができる。熱成形温度は、成形体状態セラミック中子を製造するために使用される初期硬化温度と、ポリマバインダの特定のガラス遷移温度（Ｔｇ）とに依存する。樹脂、エポキシ、ウレタンおよびその他の有機ポリマ（バインダ）の製造者は、材料特性データシートにおいて、それらの製品のＴｇを特定する。焼結の間、バインダは完全に焼失することができ、インベストメント鋳造材料と反応するための炭素を実質的に残留させない。
【００９４】
型は、充填の前、間および／または後に閉鎖されるように構成することができる。典型的な実施の形態では、型は、潜在的により容易に空気を型から通気し、成形材料における溶剤をガス抜きし、鋳造部品を型抜きすることなどができる、充填の間および／または後に開放したままである２つ以上の型部分として構成することができる。
【００９５】
型は、重力注入、噴射圧力、真空および／または分散などのあらゆる公知の技術を介して充填することができる。型は、適切な充填を保証するために、溢れさせることができる。真空は、通気および／またはガス抜きを補助するために使用することができる。
【００９６】
成形材料による型の充填の間および／または後、セラミック粒子間の間隙を実質的に排除するために、成形材料の粒子を最大密度状態にコンパクト化、高密度化および／またはパックすることができ、これにより、セラミック焼成の間に粒子が互いに焼結することを補助する。すなわち、粒子の位置、サイズ分布、数および／またはパッキング密度は、充填の間および／または後に型に振動エネルギなどのエネルギを加えることによって調節および／または制御することができる。望まれるように、調節は、振動前整定時間（約２分〜約２時間）、振動時間（約２分〜約２時間）、振動周波数範囲および／または振幅、振動後整定時間（約２分〜約２時間）および／または溶剤分離時間（約２分〜約２時間）などについて行うことができる。直線作動式ジョガーテーブルを、振幅を調節するために約１０％〜約９０％のパワーセッティング範囲で、かつ毎分約２５０〜５０００、約２５０〜３６００、および／または約３６００〜５０００パルスの周波数で使用することができる。型が振動させられているとき、型は、溶剤を成形材料から容易に蒸発させることができるように、開放したままであってもよい。型が振動させられている間および／または開放している間、成形材料の流動、高密度化および／または硬化などに影響するために、型を、加熱（約１５分〜約２４時間にわたって約１００°Ｆ〜約３５０°Ｆの温度範囲）および／または冷却（約１分〜約３時間にわたって約６０°Ｆ〜約８０°Ｆの温度範囲）することができる。
【００９７】
要するに、本発明の態様によるバインダシステムは、３つの主な成分、すなわち樹脂、溶剤および可塑剤を含むことができる。これらの３つの主な成分は、成形体中子に所望の特性を提供するためにバインダにおいて選択的に使用することができる。例えば、所望の作動時間を提供するために、適切なエポキシ樹脂を選択することができる。
【００９８】
本発明の態様によるバインダシステムは、顕著な利点を提供することができる。例えば、バインダシステムは、比較的高い成形体強度、向上した歩留り、微細特徴部制御、および成形体を熱成形する能力を備える中子を製造することができる。強い成形体は、実質的に最小限の破損のリスクで中子をダイ／型から引き出すことを可能にするので有利である。さらに、強い成形体は、従来の中子型／ダイによって設けることはできないような微細かつ複雑な特徴を有することができる。このような微細かつ複雑な特徴は、あらゆる平面に設けることができ、従来にはない抜き勾配を有する。
【００９９】
バインダシステムにより、成形体を熱により成形することもできる。成形体が、所定の硬化温度よりも高い温度に加熱されると、成形体は、成形可能な状態になる。この状態において、欠陥を修正するためにまたは生じた曲がりを補償するために必要であり得る修正を提供するために、成形体を操作することができる。所望の特徴が達成されると、最終的な焼成を行うことができ、その際、バインダは焼失され、粒子は互いに焼結され、これにより、成形体を最終的な構成に硬化させる。焼成または焼結の間に生じ得る成形体における移動を相殺するために、成形体において過剰補償または不足補償を行うことができる点に注意すべきである。成形体を熱により成形する能力は、過去の方式に比べて顕著な利点を有することができると認められるであろう。
【０１００】
完成すると、中子１０は、最終的な構成部品を鋳造するために使用することができる。タービンベーンまたはブレードの場合、このような鋳造は、インベストメント鋳造によって行うことができる。このような場合、中子がワックスで被覆されるように、ワックスが中子１０上に噴射される。セラミックシェルをワックス上に成形することができる。ワックスを溶出させることができ、溶融した金属を、中子１０とセラミックシェルとの間の空間に注入することができる。金属が固化すると、中子１０を鋳造物から化学的に溶出させることができ、ベーンまたはブレードに所望の内部特徴を残す。インベストメント鋳造プロセスでは、本発明の態様に従って成形された中子１０は、一回だけ使用される。
【０１０１】
上述のように、インターロック係合の付加的な形式が可能である。図９Ａおよび図９Ｂは、第１および第２の中子ピース１２，１４の間のインターロック係合を達成することができる方法の別の例を示している。第１の中子ピース１２は、内側９０および外側９２を有することができる。第１の中子ピース１２は、図９Ａおよび図９Ｂにはほぼ矩形で示されているが、本発明の実施の形態は、いかなる特定の形状または構成にも限定されない。キャビティ９４が、第１の中子ピース１２を貫いて内側９０から外側９２へ延びていることができる。キャビティ９４は、あらゆる適切なサイズ、形状および向きを有することができる。１つの実施の形態では、キャビティ９４は、図９Ａおよび図９Ｂに示したように、ほぼ矩形であってもよい。
【０１０２】
第２の中子ピース１４は、内側９６および外側９８を有することができる。第２の中子ピース１４は、図９Ａおよび図９Ｂにはほぼ矩形で示されているが、本発明の実施の形態は、いかなる特定の形状または構成にも限定されない。第２の中子ピース１４は、突出部９９を有することができる。突出部９９は、図９Ａにはほぼ矩形で示されているが、あらゆる適切な構成を有することができる。突出部９９の少なくとも一部は、キャビティ９４内に収容されるように構成することができる。
【０１０３】
突出部９９は、図９Ａに示したように、突出部９９の一部が第１の中子ピース１２の外側を越えて延びるように十分に長くなっていることができる。第２の中子ピース１４が成形体状態にあるときに、バインダの好適な流れ、成形性またはその他の特性を達成するために、突出部９９および／または第２の中子ピース１４の少なくとも一部に熱を加えることができる。幾つかの例では、第２の中子ピース１４の残りの部分に影響を与えることなく、バインダの好適な流れ、成形性またはその他の特性を達成するために、突出部９９および／または第２の中子ピース１４の局所的部分を加熱することができる。次いで、突出部９９が、外側９２などの第１の中子ピース１２上へ折り曲げられるように、第２の中子ピース１４を操作または成形することができる。これにより、第１および第２の中子ピース１２，１４を、インターロック係合状態に維持することができる。接合された第１および第２の中子ピース１２，１４を、中子アセンブリを形成するためにキルンまたは炉において一緒に焼成することができる。
【０１０４】
幾つかの例では、第１の中子ピース１２に凹所１００を形成することができる。凹所１００は、第１の中子ピース１２の外側９２へ開放していることができる。凹所１００は、突出部９９の折り曲げられた部分を収容するようにサイズ決めおよび成形することができる。その結果、図９Ｂに示したように、突出部９９を、第１の中子ピース１２の外側９２と実質的に同一平面にすることができる。
【０１０５】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、第１および第２の中子ピース１２，１４の間のインターロック係合を形成するさらに別の可能な形式を示している。第１の中子ピース１２は、内側１０２および外側１０４を有することができる。第１の中子ピース１２は、図１０Ａおよび図１０Ｂにはほぼ矩形で示されているが、本発明の実施の形態は、第１の中子ピース１２のいかなる特定の形状または構成にも限定されない。キャビティ１０６が、第１の中子ピース１２を貫いて内側１０２から外側１０４へ延びていることができる。キャビティ１０６は、あらゆる適切なサイズ、形状および向きを有することができる。１つの実施の形態では、キャビティ１０６は、図１０Ａおよび図１０Ｂに示したように、内側１０２から外側１０４へ向かって直径が拡大する、ほぼ円錐形であってもよい。
【０１０６】
第２の中子ピース１４は、内側１０８および外側１１０を有することができる。第２の中子ピース１４は、図１０Ａおよび図１０Ｂにはほぼ矩形で示されている。しかしながら、本発明の実施の形態は、第２の中子ピース１４のいかなる特定の形状または構成にも限定されない。第２の中子ピース１４は、突出部１１２を有することができる。突出部１１２の少なくとも一部は、キャビティ１０６に収容されるように構成することができる。
【０１０７】
突出部１１２の少なくとも一部がキャビティ１０６に収容されると、第２の中子ピース１４が成形体状態にあるときに、バインダの好適な流れ、成形性またはその他の特性を達成するために、突出部１１２および／または第２の中子ピース１４の少なくとも一部を加熱することができる。幾つかの例では、第２の中子ピース１４の残りの部分に影響を与えることなく、バインダの好適な流れ、成形性またはその他の特性を達成するために、突出部１１２および／または第２の中子ピース１４の局所的部分を加熱することができる。このような状態において、第２の中子ピース１４を、第１および第２の中子ピース１２，１４をインターロック係合させるように成形することができる。例えば、図１０Ｂに示したように、突出部１１２を、キャビティ１０６の少なくとも一部に対応するように成形することができる。１つの実施の形態では、突出部１１２を、キャビティ１０６全体を充填するように成形することができる。突出部１１２が所望の構成に成形されると、第１および第２のピース１２，１４をインターロック係合させることができる。接合された第１および第２の中子ピース１２，１４を、中子アセンブリ１０を形成するためにキルンまたは炉において一緒に焼成することができる。
【０１０８】
幾つかの例では、突出部１１２および／またはキャビティ１０６は、第１の中子ピース１２の内面１０２と第２の中子ピース１４の内面１０８との間に所望の間隔Ｓを維持するように構成することができる。例えば、突出部１１２は、第１の部分１１４と、第２の部分１１６とを有することができる。第１の部分１１４は、キャビティ１０６に収容されるようにサイズ決めおよび成形することができる。第２の部分１１６は、第２の部分１１６がキャビティ１０６に収容されないことを保証するようにサイズ決め、成形および／またはさもなければ構成することができる。例えば、キャビティ１０６および突出部１１２の横断面形状がほぼ円形である場合、突出部１１２の第２の部分１１６の直径を、キャビティ１０６の直径よりも大きくすることができる。これにより、第１および第２の中子ピース１４，１６の間の距離は、組立ての間および焼成の間、固定および維持することができる。
【０１０９】
本発明の態様によるシステムおよび方法は、成形の他の部分および／またはインベストメント鋳造サイド鋳造プロセスに関連して利点を提供するために適用することができる。例えば、本発明の態様によるシステムおよび方法は、中子１０に関連した幅木および／または中子ロックに関連して提供することができる。概して、幅木は、ワックス噴射の間に中子を型／ダイにおいて保持および整合させることができ、中子ロックは、構成部品の鋳造の間、中子および／またはセラミックシェルを配置および保持することができる。幅木および中子ロックは、通常、鋳造される部品の範囲を超えて延びており、最終的な鋳造構成部品の一部を形成しない。本発明の態様による幅木および中子ロックを有する鋳造中子１０の一例が、図７に示されている。示された中子１０は、中子１０の各端部に１つずつ、２つの幅木７０を有している。中子ロック７２は、幅木７０のうちの一方に形成することができる。幅木７０および中子ロック７２は、あらゆる適切な位置に設けることができる。中子ロック７２は、あらゆる適切なサイズおよび形状であってよい。鋳造中子は、あらゆる適切な構成を有することができるので、点線で示されている。
【０１１０】
本発明の態様は、幅木および中子ロックを形成する際により大きな自由度を可能にすることができる。例えば、幅木を中子ピースと一緒に形成することができる。これに代えて、幅木を中子ピースとは別個に形成することができる。幅木が別個に形成される場合、幅木は、その後、本明細書に説明されているように、２つの中子ピースのための接合技術のうちのいずれかを使用して中子ピースのうちの１つまたは複数に接合することができる。したがって、中子ピースおよび幅木は、ピースを正確に位置合わせするための１つまたは複数の特徴を有することができ、これにより、中子の製造可能性を高める。
【０１１１】
１つの実施の形態では、幅木は凹所を有することができ、中子ピースは、凹所とインターロック係合するように適応された突出部を有することができる。２つの中子ピースの接合に関連して本明細書に記載されたインターロック係合のうちのいずれかを含む、あらゆる適切なタイプのインターロック係合を使用することができる。これらの特徴は、別個に形成された幅木および中子ピースのより良い位置合わせを可能にし、ひいては、鋳造プロセスのその後の段階におけるより良い位置合わせおよび機能性につながる。逆の配列を提供することができ、その場合、幅木は、中子ピースにおける凹所とインターロック係合するように適応された突出部を有することが認められるであろう。さらに代替的に、幅木は、中子ピースにおける対応する凹所および突出部とインターロック係合するための突出部および凹所の両方を有することができる。
【０１１２】
幅木は、通常精細度の比較的大きな構造であり、すなわち、通常は、いかなる特別な特徴またはジオメトリも有さない。したがって、中子に高精細度領域を形成する方法は、幅木の形成には適さない場合がある。中子ピースとは別個に幅木を形成することにより、保持構造の形成は、これまでは得られなかった自由度を提供できることが認められるであろう。例えば、中子ピースおよび幅木の操作においてより大きな自由度が可能になる。加えて、別個に形成された部材を、高精度の形式において後に位置合わせしかつ接合することができるので、より大きな選択範囲が、幅木の形状および位置について可能となる。同様に、中子ロックの形状および位置のためにより多くの選択肢が得られる。
【０１１３】
上述のことを考慮して、本発明の態様は、鋳造中子を形成するための頑強なシステムおよび方法を提供することができると認められるであろう。本発明の態様によるシステムおよび方法は、中子開発プロセスを減じることができ、ひいては、新製品開発のための市場に出るまでの時間を短縮することができる。さらに、最も複雑な、決定的な、および／または入り組んだ特徴を備える中子ピースを、高度の幾何学的および寸法的制御を提供するプロセスを用いて形成することができるので、スクラップ鋳造物の量を減じることができる。
【０１１４】
上記説明の一部は、２つの中子ピースから成る中子に関するものであるが、本発明の態様は、３つ以上のピースから成る中子に容易に適用することができると理解されることに注意すべきである。例えば、従来の鋳造技術を用いて形成された第３の中子ピース(図示せず）を、あらゆる従来の形式で第１の中子ピース１２に接合することができる、またはインターロック係合などの、上述の形式のうちのいずれかにおいて第２の中子ピース１４に接合することができる。第３の中子ピースが、高精細度特徴および／または細部を製造するために有効な方法を用いて形成されるならば、第３の中子ピースは、インターロック係合によってまたは上述の形式のうちのいずれかにおいて第１の中子ピース１２に接合することができる、またはあらゆる適切な形式で第２の中子ピース１４に接合することができる。再び、あらゆる数の中子ピースを設けることができる。
【０１１５】
マルチピース構造を形成することに加え、本発明の態様によるシステムおよび方法を、多重壁中子を製造するために使用することができる。「多重壁」とは、近接して位置決めされた複数の壁部を備える中子を意味する。本発明の態様による多重壁中子１０１の一例は、図８に示されている。多重壁中子１０１は、第１の中子ピース８０と、第２の中子ピース８２とを有する。第１の中子ピースは、第１の壁部８４を有することができ、第２の中子ピース８２は、第２の壁部８６を有することができる。各壁部は、第１の壁部８４の場合のように１つの壁部、または第２の壁部８６の場合のように複数の壁部を有することができる。第１および第２の壁部８４，８６は、高精細度特徴および／または領域を有することができる。幾つかの例では、一方または両方の壁部８４，８６は、通常精細度のものであってよい。
【０１１６】
２つの隣接する壁部の間の間隔は、実質的に一定であっても、一定でなくてもよい。多重壁中子における隣接する壁部は、概して互いに対して相補的であってもよい。「壁部」は、平坦な構造を意味してもよいが、本発明の実施の形態はそれに限定されない。なぜならば、壁部は、単に幾つか可能性を挙げれば、湾曲、曲げ、複合面、突出部および凹所を含む、複数の平坦でない特徴のうちのいずれかを有することができる。壁部は比較的薄くなっていることができる。
【０１１７】
図８に示された多重壁中子１０１の例は２つの壁部８４，８６を有するが、３つ以上の壁部を設けることができると理解される。さらに、多重壁中子１０１は、第１の中子ピース８０と、第２の中子ピース８２とを有するが、多重壁中子１０１は、単一ピース構造として一緒に形成することができる。代替的に、各壁部は、別個に形成された中子ピース８０，８２によって形成することができ、中子ピース８０，８２は、あらゆる適切な形式で組み合わせることができる。別個の中子ピース８０，８２は、あらゆる適切な位置において接合することができる。例えば、中子ピース８０，８２は、それらの端部領域のうちの１つまたは複数において接合することができる。中子ピース８０，８２は、本明細書に記載され形式のうちのいずれかにおいて直接に接続することができる、または幅木などによって、間接的に接続することができる。代替的にまたは付加的に、その長さに沿った１つまたは複数の位置において、隣接する壁部の間に相互接続部を設けることができる。例えば、２つ以上の別個の中子ピースを接合することに関して上述された相互接続のうちのいずれかを含む、相互接続のあらゆる適切な形式を形成することができる。
【０１１８】
中子が複数の壁部を有すると、中子の表面積全体を増大させることができ、その結果、最終部品の熱伝達特性に影響を与えることができる、より多くの特徴部を提供することができると認められるであろう。さらに、鋳造される構成部品に、より多くの内部特徴を提供することにより、従来の構成部品設計と比べて、重量の全体的な減少を実現することができる。さらに、内部特徴は、集合的に構成部品の強度を高めることができる。
【０１１９】
本明細書に記載された多重壁中子は、従来の中子形成技術を用いて得ることはできないことが容易に認められるであろう。幾つかの例では、多重壁中子は、トモ・リソグラフィ成形などの、本明細書に記載された技術およびシステムのいずれかを含む、高精細度特徴を製造するために有効な方法を用いて形成することができる。本発明の態様による多重壁中子は、高精細度特徴を有しても、有さなくてもよい。多重壁構造は、鋳造される構成部品に高効率冷却特徴部を製造するために有効であり得る。
【０１２０】
幾つかの例では、アセンブリが焼成または焼結されるときに複数の鋳造中子ピースを接合するために接続部材としてガラスまたは石英のロッドが使用されることにも注意すべきである。このような方式は、本明細書に記載された鋳造中子ピースを接合するシステムおよび方法によって排除することができると容易に認められるであろう。代替的に、本発明の態様による鋳造中子ピースを接合するシステムおよび方法は、鋳造中子ピースを接合するときのガラスおよび石英ロッドの使用を最適化するために使用することができる。
【０１２１】
第１および第２の中子ピース１２，１４の間のインターロック係合の別の実施の形態は、図１１〜図１８に示したように、三次元インターロック継手を形成するために熱変形によって第１および第２の中子ピース１２，１４を不可逆的にインターロックさせるために使用されてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、第１および第２の中子ピース１２，１４は、タービンブレードに限定されないが、タービンブレードなどのガスタービンエンジン用のタービン翼の少なくとも一部を形成するために使用されてもよい。第１の中子ピース１２は、第１の成形プロセスを用いて中子１２２の通常精細度領域１２０から形成されてもよい。第２の中子ピース１４は、第１のプロセスとは異なる、高精細度特徴を製造するために有効な成形法であるリソグラフィ成形を用いて中子１２２の高精細度領域１２４から形成されてもよい。高精細度領域１２４は、凹所、キャビティ、開口、突出部、通路、溝、スロットおよびくぼみから成るグループから選択された１つまたは複数の高精細度特徴を有してもよい。第１の中子ピース１２は、キャビティ１２６を有してもよく、第２の中子ピース１４は、突出部１２８を有してもよい。第１および第２の中子ピース１２，１４は、突出部１２８の第１の部分１３０がキャビティ１２６の少なくとも一部に収容されるように接合されてもよい。突出部１２８は、突出部１２８を熱により変形させる中間熱処理プロセスによって加熱されてもよい。熱クリープを許容することによって第１および第２の中子ピース１２，１４の間に三次元のインターロック継手１３２を形成し、これにより、継手１３２が物理的にロックされて熱処理による継手安定性を提供するように第１および第２の中子ピース１２，１４を不可逆的にインターロックする。突出部１２８は、所望のクリストバライト構造を製造するために、中間熱処理プロセスによって、１１００℃よりも高い温度に、約１０時間まで加熱されてもよい。
【０１２２】
図１１〜図１４に示したように、突出部１２８は、Ｚ−Ｙ平面であってもよい第１の平面１４２で見て長手方向軸線１４０に対して鋭角１３８で第２の中子ピース１４から延びる第１および第２の突出部１３４および１３６から形成されてもよい。図１１〜図１３に示したように、第１の平面は、Ｘ−Ｙ平面によって規定される平面に対して直交していてもよい。加えて、図１１に示したように、第１の突出部１３４は、Ｚ−Ｙ平面に規定された第１の平面に対して９０°であるＸ−Ｙ平面における第２の平面で見て長手方向軸線１４０から鋭角１３８で互いから離れるように軸方向に延びる外側側壁１４４，１４６を備える鳩尾形状を有してもよい。第１および第２の突出部１３４，１３６は、それらの間に位置決めされた開放空間１４８によって分離されていてもよい。第１の中子ピース１２におけるキャビティ１２６は、第１および第２の突出部１３４，１３６を収容するように形成された第１および第２のキャビティ１５０，１５２を含んでもよい。第１のキャビティ１５０は、鳩尾状側壁１５４，１５６を有してもよく、また、第１の突出部１３４が中間熱処理プロセスを受け、熱により変形して第１のキャビティ１５０内の所定の位置に入り、不可逆的にインターロックされた継手１３２を形成するとき、第１の突出部１３４を収容するようにサイズ決めされてもよく、この場合、第１の中子ピース１２の一部１５８が第１のキャビティ１５０を第２のキャビティ１５２から分離する。第２の突出部１３６は、Ｚ−Ｙ平面における第１の平面に対して９０°であるＸ−Ｙ平面における第２の平面で見て長手方向軸線１４０から鋭角１３８で互いから離れるように軸方向に延びる外側側壁１４４，１４６を備える鳩尾形状を有してもよい。第２のキャビティ１５２は、鳩尾状側壁１５４，１５６を有してもよく、また、第２の突出部１３６が中間熱処理プロセスを受け、熱により変形して第２のキャビティ１５２内の所定の位置に入り、不可逆的にインターロックされた継手１３２を形成するとき、第２の突出部１３６を収容するようにサイズ決めされていてもよい。
【０１２３】
突出部１２８は、図１５〜図１８に示したように、中間熱処理プロセスを受けた後に不可逆的にインターロックされた継手１３２を形成する、さねはぎ継手を形成してもよい。キャビティ１２６は、突出部１２８を収容し、中間熱処理プロセスの間に突出部１２８が熱により変形することができるようにサイズ決めされていてよい。キャビティ１２６は、キャビティ１２６よりも小さな断面積を有するネック１６２を介してキャビティ１２６が第１の中子ピース１２を貫通して露出させられるように、横方向接触面１６０からずれていてもよい。第１および第２の中子ピース１２，１４は、突出部１２８の第１の部分１３０がキャビティ１２６の少なくとも一部に収容されるように第１および第２の中子ピース１２，１４が接合されるときには、成形体状態であってもよい。これにより、中間熱処理プロセスの間に突出部１２８が熱により変形させられたときに、突出部はキャビティ１２６から外れず、その結果、第１および第２の中子ピース１２，１４が互いに取り付けられた状態を保持する。図１８に示したように、突出部１２８を収容したキャビティ１２６の、中間熱処理プロセスの間に突出部１２８が熱により変形させられたときに突出部１２８によって空けられたキャビティ１２６における空間の少なくとも一部に、ロッキング部材１６４が挿入されてもよい。ネック１６２は、第２の外面１６８よりも第１の中子ピース１２の第１の外面１６６に近くなるように、キャビティ１２６に対してずれていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、第１および第２の中子ピース１２，１４は、突出部１２８の第１の部分１３０がキャビティ１２６の少なくとも一部に収容されるように構成されていてもよく、第１および第２の中子ピース１２，１４を型の外側で接合することを含む。
【０１２４】
前記説明は、本発明の態様によるシステムおよび方法のための１つの可能な適用に関連して提供されている。上記説明は、タービンブレードまたはベーンの鋳造に関連してなされているが、本発明の態様によるシステムは、特に複雑な内部特徴を備える、あらゆる中空の鋳造されたタービンエンジン構成部品に容易に適用できることが理解されるであろう。したがって、本発明は、単なる例として示された本明細書に記載された特定の詳細に限定されることはなく、以下の請求項に定義された発明の範囲において様々な変更および改変が可能であることが当然に理解されるであろう。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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