(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２の製造物部分のキャビティサイズよりも小さいキャビティサイズを有する部分を有する中空の製造物のための複合鋳造コアであって、該コアは、
小さいキャビティ製造物部分のキャビティサイズ及び形状を決定しそして第１セラミック材から形成される第１コア部分と、
第２の製造物部分のキャビティサイズ及び形状を決定しそして第２セラミック材から形成される第２コア部分と、そして
前記第１及び第２コア部分を機械的に接続させる手段とを備え、
製造物が後縁部分と本体部分とを有する中空のガス冷却されるガスエンジンタービンブレイドであり、そして前記第１コア部分は前記後縁部分のキャビティサイズ及び形状を決定し、前記第２コア部分は前記本体部分のキャビティサイズ及び形状を決定することを特徴とする複合鋳造コア。
【請求項２】
第１及び第２セラミック材は共にアルミナ−イットリアをベースとしたセラミック材であることを特徴とする請求項１に記載の複合鋳造コア。
【請求項３】
第１及び第２セラミック材は同じ粒子サイズを有することを特徴とする請求項１に記載の複合鋳造コア。
【請求項４】
第１及び第２セラミック材は同じ熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１に記載の複合鋳造コア。
【請求項５】
後縁スロットを有するブレイドで使用するために、少なくとも前記後縁コア部分が低圧射出成形によって形成され、そのスロットに相当する後縁コア部分の厚さが、０．０３８ｃｍ（０．０１５インチ）或いはそれ未満の鋳造ブレイド後縁スロットの厚さを与えることを特徴とする請求項１に記載の複合鋳造コア。
【請求項６】
前記第１コア部分及び第２コア部分はそれぞれ、対応軸を有する少なくとも１つの貫通孔を有し、前記それぞれの貫通孔の軸は平行ではないことを特徴とする請求項１に記載の複合鋳造コア。
【請求項７】
前記機械的接続手段は、それぞれのコア部分において形成される舌状要素および溝要素を有する互いに補足的な噛合要素を含むことを特徴とする請求項１に記載の複合鋳造コア。
【請求項８】
前記接続された第１コア部分と前記第２コア部分が焼結されることを特徴とする請求項１に記載の複合鋳造コア。
【請求項９】
ブレイドがブレイド本体部分に対して小さいキャビティサイズの後縁部分を有する中空ガスタービンエンジンブレイド用の鋳造コアの形成方法において、
ａ）後縁部分のキャビティサイズ及び形状を決定する第１コア部分が第１セラミック材から形成されるステップと、
ｂ）本体部分のキャビティサイズを決定する第２コア部分が第２セラミック材から形成されるステップと、
ｃ）第１及び第２コア部分が複合鋳造コアを与えるために機械的に接続されるステップと、
からなることを特徴とする形成方法。
【請求項１０】
後縁及び本体コア部分がそれぞれ接続面で接続され、前記後縁コア部分形成ステップが前記後縁コア部分に関連する接続面に一対の補足的噛合要素の一方を形成するステップを含み、前記本体コア部分形成ステップが、前記本体コア部分に関連する接続面に一対の補足的な噛合要素の他方を形成するステップを含むことを特徴とする請求項９に記載のガスタービンエンジンブレイド鋳造コアの形成方法。
【請求項１１】
前記第２コア部分形成ステップは、前記一方の噛合要素を有する第１コア部分接続面を含むあらかじめ形成された第１コア部分をダイスに挿入し、前記第１コア部分接続面に接触させ、これを包囲するために、前記ダイスに前記第２セラミック材を注入するステップを含み、前記他方の噛合要素は前記第２コア部分と同時に形成され、前記第１コア部分及び前記第２コア部分が同時に接続されることを特徴とする請求項１０に記載のガスタービンエンジンブレイド鋳造コアの形成方法。
【請求項１２】
前記後縁コア部分及び前記本体コア部分が未焼結の白地体として形成、接続され、接続された第１及び第２コア部分を焼結するステップを含むことを特徴とする請求項９に記載のガスタービンエンジンブレイド鋳造コアの形成方法。
【請求項１３】
第１及び第２コア部分が貫通孔を有し、それぞれの貫通孔の軸が平行ではなく、前記第２コア部分形成ステップが“シングル・プル”ダイスを用いるステップを含むことを特徴とする請求項９に記載のガスタービンエンジンブレイド鋳造コアの形成方法。
【請求項１４】
前記第１及び第２セラミック材は同じであり、第１コア部分形成ステップ及び第２コア部分形成ステップが射出成形によって達成されることを特徴とするガスタービンエンジンブレイド鋳造コアの形成方法。
【請求項１５】
熱可塑性バインダーが第１及び第２コア部材に添加され、機械的に接続するステップが第１及び第２コア部分を熱可塑性バインダーを使って加熱接着するステップを含むことを特徴とする請求項１４に記載のガスタービンエンジンブレイド鋳造コアの形成方法。
【請求項１６】
前記第２コア部分形成ステップ及び前記加熱接着ステップが同時に実行されることを特徴とする請求項１５に記載のガスタービンエンジンブレイド鋳造コアの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、包囲鋳造（インベスティメント鋳造）用の多部品コア部に係り、特に、中空ガスタービンエンジンブレイド鋳造用の多部品コア部、およびその製造方法に関する。なお、この出願は、１９９２年１月１７日に出願された米国出願番号０７／８２１，８１７の一部継続出願であり、同一発明者によって成されたものである。
【０００２】
【従来の技術】
高性能ガスタービンエンジン用のタービンブレイドは、孔に供給される冷気用の導管、及びブレイド近傍に配置されたスロットを備えるための内部キャビティを有する必要がある。これらがなければ、ブレイドは、高温環境の下では作動できない。ここで、２８００゜Ｆのオーダの温度は普通であり、ブレイドが、例えば新しい“反応性”超合金のような現在の耐高温性超合金で形成されるときでさえ、作動できない。この反応性超合金は、近年、単結晶ガスタービンエンジンブレイドの適用を促進するための多大な有用性が見出だされている。米国特許(U.S. Patent) No.4,719,080( 発明者Duhl) にその詳細が記載されている。その結果として、従来のブレイドの形成工程、及び装置は、包囲鋳造するこのようなブレイドに対して分離されたコア部が、鋳造ブレイドの内部キャビティの大きさを決定する分離されたコア部と共に使用される。種々のコア材、及びコア形成術が、従来技術として知られ、それらは、例えば、米国特許 4,191,720( 発明者Pasco etal.)、及び米国特許 4,532,974( 発明者Mills et al.) に記載されている。
【０００３】
図１は、従来のガスタービンエンジンブレイドの内部キャビティを形成する１つのコアを示し、１０で示されている。コア１０は、鋳造ブレイドの“前縁”部でキャビティの大きさを決定する部分１０ａ、及び“後縁”ブレイド部でそのキャビティの形状を決定する部分１０ｂを有する。図１に示されるコアでは、コア部１０ｂのエッジ１３もまた、鋳造ブレイドの後縁スロットの形状を決定する。図２の（Ｂ）は、所定のガスタービンブレイドの後縁スロット、及び厚さＨ0 を有するコア１０のエッジ１３を概略的に示す図である。
【０００４】
ガスタービンの作動には、種々のブレイド部への冷気の流れを正確に制御することが重要である。不十分な流れは、早期のブレイド故障の可能性を導く“過熱点”の発生を招く。また、過剰の流れはエンジンの熱性能を減退させる。一般に、最も小さい後縁スロットの、確実に、しかも正確に維持される厚さを有するブレイドを製造することが有利である。鋳造ブレイドの後縁スロットから流出する冷ｍ気の流れをより制御し、冷気に伝導される熱を増加させることによって、従来のコアは、鋳造体のペデスタルの形成を許容する貫通孔の配列を備えている。このペデスタルは、後縁を補強し、熱伝導のための増加されたブレイド内面と同様に、ラビリンスタイプの流量制限を与える。図２の（Ａ）は、ピッチ間隔Ｓ0 のペデスタル形成の貫通孔２０の配列を示す。
【０００５】
図１に示されるものと同様の複雑なセラミックコアを成形するために、セラミックコアの成形材は、まず成形キャビティに注入され、最小の抵抗領域を満たし、ついで流れに対する最大抵抗領域を満たす。このような流れに対する最大抵抗領域とは、典型的に、最も断面の小さい領域、或いは体積に対して高い表面積比を有する領域（即ち、長くて薄い後縁射出(exit)）である。
【０００６】
例えば、典型的に、射出成形工程で用いられる熱可塑性バインダ材を利用したセラミックコア混合物は、流れを妨げ、コアダイスの加圧された領域で迅速に凝固する傾向にある。ランナー(runner)供給装置が凝固しなければ、キャビティ内の材料圧力は、プレスノズルでの材料に加えられる水圧を作り出す。しかし、射出成形技師の経験から、最大圧力が加えられるときでさえ、好ましい製品を形成するためにコアダイスは完全に満たされない。これは特に、薄い後縁射出を備えたコアを製造するときに正しい。これらの射出は、体積縦横比で成形するためのダイス表面積であり、熱伝導及び流れの見地から不利である。その結果、従来のコア、及びコア形成技術で製造されるブレイド製造物は、製品として実施できる基礎として、約０．０１５インチ以上の厚さの最小ブレイドスロット、及び約０．０１５インチ以上の最小ペデスタルピッチ間隔を有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
トランスファー成形、及び射出成形などの様々なコア製造工程で製造される一体型のコアは、図１の孔２０を形成するリブ(rib) のように、比較的複雑な“マルチ・プル”ダイスを必要とする。この“マルチ・プル”はダイスコア部分を形成する後縁近傍に位置するペデスタル形成した貫通孔の軸と、コア部分の前縁に隣接する他の貫通孔との間の傾いた関係にある。この傾いた関係は、ブレイド
（及びコア）の湾曲による。このような複雑なダイスは、かなり高価であり、成形方法も複雑である。
【０００８】
そこで、この発明は、上述したような事情に鑑み成されたものであって、その目的は、ガスタービンのような中空の製造物の包囲鋳造体用の改良されたコアを提供することにある。この中空の製造物は、比較的狭いキャビティ部分を含む様々なキャビティの大きさを有し、最適な大きさに制御されている。
【０００９】
また、この発明の目的は、後縁スロット、及びペデスタル形成された貫通孔を有するタイプの包囲鋳造ガスタービンブレイドに用いられるコアを提供することにある。ここで、得られる鋳造ブレイド後縁スロットの厚さ、及びペデスタルピッチ間隔は、従来のコア、及びコアを形成する工程から得られる現在の最小限の大きさから意味ある減少を可能とする。
【００１０】
さらに、この発明の目的は、新しい“反応性”超合金を用いて約０．０１５インチ未満、或いはそれに等しい厚さの鋳造ブレイド後縁スロットを達成できるアルミナベースのコアを提供することにある。
【００１１】
またさらに、この発明の目的は、以下のようなコア、及びコアの形成方法を提供することにある。即ち、鋳造ガスタービンブレイド製造物を構成するコアを提供するための成形肯定で、“シングル・プル”タイプのダイスの使用を可能とし、この製造物は最適な内部キャビティの大きさに制御され、特に、ブレイドの最小キャビティ大きさ部分を有する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、
他の製造物部分に比べて小さいキャビティサイズの部分を有する中空の製造物の鋳造用複合コアにおいて、
小さいキャビティ製造物部分のキャビティサイズ及び形状を決定し、特徴的な粒子サイズを有する第１セラミック材から形成される第１コア部分と、
他の製造物部分のキャビティサイズ及び形状を決定し、第２セラミック材から形成され、前記第１コア部分に接続され、前記第２セラミック材は前記第１セラミック材より大きい特徴的な粒子サイズを有する第２コア部分と、からなることを特徴とするコア部分を提供するものである。
【００１３】
【作用】
この発明によれば、他の製造物部分に対して小さいキャビティサイズの部分を有する中空製造物用の複合鋳造コアは、小さいキャビティ製造物部分の所定のキャビティサイズの第１コア部分からなり、第１セラミック材から形成される。さらに、複合コアは、第２セラミック材から形成される他の製造物部分の所定のキャビティサイズの第２コア部分からなり、第１コア部分に接続される。
【００１４】
好ましい実施例の一つとして、第２セラミック材は、第１セラミック材より大きい粒子サイズを有する特徴がある。他の好ましい実施例では、第１セラミック材は、第２セラミック材に対して、異なる熱反応性、浸出性、及び／又は流動性を有する。さらに好ましい実施例では、第１及び第２セラミック材は共に、超合金鋳造材を含む希土類に反応させる時、高い抵抗性を示すように選択される。
【００１５】
特に、製造物は、中空で、ガスが冷却されるガスエンジンタービンブレイドであり、このブレイドは後縁部分と本体部分とを有する。第１コア部分は、キャビティサイズ、及びブレイド後縁部分の形状を決定する。また、第２コア部分は、キャビティサイズ、及びブレイド本体部分の形状を決定する。この発明の記載の中で用いられている“ブレイド”という用語は、ガスタービンエンジン回転ブレイドと共に固定ばねを包含する。薄いエアフォイル型エンジンの構造に関しても同様である。
【００１６】
複合鋳造コアは、さらに、第１コア部分と第２コア部分とを機械的に接続した噛合手段を含む事が望ましい。この第１コア部分及び第２コア部分は、それぞれ、互いに接続された面を有し、舌状材及び溝などの補足的な噛合部材が、噛合手段を備えたそれぞれの接続面に備えられている。
【００１７】
さらに、この発明によれば、他の製造物部分に対して小さいキャビティサイズの部分を有する中空製造物用の鋳造コアを形成する方法は、小さいキャビティ製造物部分の所定のキャビティサイズ、及び形状の第１コア部分が第１セラミック材から形成されるステップと、他の製造物部分の所定のキャビティサイズ、及び形状の第２コア部分が第２セラミック材から形成されるステップと、複合鋳造コアを提供するために第１及び第２コア部分を機械的に接続するステップとからなる。
【００１８】
好ましい実施例の一つとして、この工程は、第２セラミック材が第１セラミック材より大きい粒子サイズを有するように材料を選択する予備のステップを含む。他の好ましい実施例では、この工程は、第２セラミック材に対して異なる熱浸出性、反応性、及び／又は流動性を有する第１セラミック材を選択するステップを含む。
【００１９】
特に、第１及び第２コア部分はそれぞれ接続面で接続され、第１コア部分形成ステップは、第１コア部分に関連する接続面に、一対の補足的な噛合部材の一方を形成するステップを含む。第２コア部分形成ステップは、第２コア部分に関連する接続面に、一対の補足的な噛合部材の他方を形成するステップを含む。
【００２０】
さらに、第２コア部分形成ステップは、一対の補足的な噛合要素の一方を有する第１コア部分の接続面を含む予め形成された第１コア部分をダイスに挿入するステップと、第１コア部分接続面を接触させ、包囲するためのダイスに、第２セラミック材を流し込むステップと、を含む。それによって他方の補足的な噛合要素が第２コア部分に一致するように形成される。また、第１コア部分及び第２コア部分は、大きさの制御性及び再現性を達成する方法で、一致して接続される。
【００２１】
【実施例】
以下、図面を参照してこの発明の一実施例について詳細に説明する。
【００２２】
まず、図３によれば、この発明によって製造される中空のガスタービンエンジンブレイド鋳造コア部１１０が概略的に示されている。ここで、以下に示す説明では、図１、図２の（Ａ）、及び図２の（Ｂ）に示した従来のガスタービン鋳造コア部に関する各部の番号に１００を加算した番号がそれぞれ対応する部分に付されている。
【００２３】
この発明によれば、中空の製造物用の複合鋳造体コア部は、他の製造物部分に対して相対的に小さいキャビティ(cavity)サイズを備えた部分を有する。このコア部は、小さいキャビティ製造物の所定のキャビティサイズ、及び形状の第１コア部を含み、第１セラミック材から形成される。本実施例のように、図４によれば、鋳造ガスタービン（図示しない）の所定のキャビティとなるガスタービンブレイド複合鋳造コア部１１０は、第１及び第２コア部１１２及び１１４を含み、これらは、以下、詳細に示される方法で、それぞれ隣接する縁面１１６及び１１８で接続されている。コア部１１２は、製造されたブレイド製造物の後縁部で所定のキャビティとなる。このブレイドは最小のキャビティサイズ（厚さ）を有する。コア部１１４は、所定のより大きなキャビティサイズ、或いはブレイドの
“本体”部分となる。
【００２４】
この発明の好ましい実施例によれば、２つの部分からなるガスタービンブレイド鋳造コア部に関して説明するが、この発明はこれに限定されない。無ブレイド鋳造物と同様に、３つ或いはそれ以上の部分からなるブレイド鋳造コア部は、この発明の特徴から導き出される。
【００２５】
図４の断面図によれば、コア後縁部分１１２は、曲線状であり、隣接する縁面１１６から先端１１３までの厚さがテーパー状である。これは、最終的なガスタービンエンジンブレイド製造物の後縁スロットサイズを決定する。図５（Ｂ）は、厚さＨの先端部分１１３を示す。コア部１１２は、さらに、複数の貫通孔１２０を含む。孔１２０は、鋳造ブレイド製造物にペデスタルを備え、後縁部分のブレイドキャビティに橋渡しする。ペデステルは、冷気の後縁スロットへの流出率を制限するために備えられ、増加されたブレイドの剛性、及び内部熱伝導表面積を備えている。
【００２６】
さらに、この発明は、貫通孔が、約０．０１５インチ、或いはそれ未満のピッチで間隔を置かれたペデスタルを鋳造ブレイドに備えるために一定間隔で配置されることが可能である。それによって、より多くの冷気の流れを制御する。また、この発明は、コア部分１１２の先端部分を備えている。このコア部分は、厚さ約０．００７乃至０．０１０インチの鋳造ブレイド後縁スロットを構成する。その結果、更に中空ブレイドを通る冷気の流出率を制御できるように改良される。
【００２７】
この発明の鋳造コア材は、焼結の間と共にブレイドの鋳造の間、材料が合体し、バインダー材の“焼成”の結果、大きさが変化（収縮）する。それゆえ、最終なブレイド後縁スロットの厚さ０．００７インチは、必ずしもコア先端部の厚さが０．００７インチであることを意味するわけではない。また、０．０１５インチ間隔のペデスタルピッチも、コア部分１１２の貫通孔１２０の間隔が０．０１５インチに等しいわけではない。しかし、従来のデザイン、および試作を用いることで、熟練した技師は実地練習をだいなしにすることなしにこの発明に開示される技術を与えて、所望のブレイドの大きさを達成できる。また、この発明によるブレイド鋳造コアは、貫通孔なし、あるいは異なる形状の孔の外形も有する。
【００２８】
コア部１１２に利用されるセラミック鋳造材は、良好な浸出性を有する物が選択される。また、特に、コア部分１１２の形成中に満たされ、浸出操作の間にブレイドの小さなキャビティ部分から流されるための型のすべての部分に許容されるのに十分小さい粒子サイズのものが選択される。図３に示す複合コアに対して、シリカ、ジルコン、及びアルミナがそれぞれ８４重量％、１０重量％、及び６重量％で、約１２０乃至３２５メッシュの平均粒子サイズを有する混合物が、この発明の一実施例に最適であることが分かった。シリコン樹脂は、前記組成でトランスファー成形するためにバインダーとして最適であることが分かった。コア部分１１２の形成の利用に最適とされる他のセラミック材としては、アルミナ、ジルコン、シリカ、イットリア、マグネシア及びその混合物である。このコア部分は、後縁ブレイド部分におけるキャビティを決定する。しかし、これらのアルミナ、及びジルコンなどは、シリカに比べてより浸出しにくいが、流動姓、低コスト、及び鋳造体に対して用いられる金属合金材との反応性の減少などの好ましい他の特色を有する。ここで、１或いは２つのコア部分１１２及び１１４が低圧射出成形で形成される実施例で、好ましいとされる材料の特徴的な系統は、米国特許番号４，８３７，１８７に記載されている。
【００２９】
この発明によれば、さらに、複合コアは他の製造物部分のキャビティサイズを決定する第２コア部分を含み、第２セラミック材から形成され、第１コア部分に接続される。図４によれば、コア部分１１４は、ガスタービンブレイドの本体部分のキャビティサイズを決定する。また、コア部１１４は、前円１１５から隣接縁面１１８まで曲線状であり、テーパー状である。これは、後縁コア部分１１２と組み合わせて、熟練した技師によってわかるような所望の空力(aerodynamic) ブレイド形状を提供するためである。図４の（Ａ）及び（Ｂ）によれば、コア部分１１４は貫通孔１２２を含み、この貫通孔は鋳造ブレイド本体キャビティに、縦方向に拡張したリブを備えるためのものである。図４の（Ａ）に示す断面図からわかるように、貫通孔１２０及び１２２の軸１２０ａ及び１２２ａは、それぞれ、複合鋳造コア１１０の湾曲のため、傾いている。
【００３０】
この発明の第１の好ましい実施例では、本体コア部分１１４は、コア部分１１２に用いられる材料の粒子サイズに比べてより大きい特徴的な粒子サイズを有するセラミック材から形成される。これは、変形に対する安定性及び抵抗性の増加のためである。従来の一体型コア構造では、本体コア部分１１４の後縁部分１１２に適する“微”粒子のセラミック材を使用すると、焼結の間、不所望の縮み及び歪みを受けたコアが提供される。その結果、この発明の第１の好ましい実施例では、より大きい粒子サイズのセラミック材が本体コア部分１１４に使用される。完成した鋳造ガスタービンブレイド本体部分において相対的にキャビティサイズが大きいため、好ましい浸出性には劣るが潜在的に上等の成形、低反応性、或いはコスト性を有するセラミック材がコア部分１１４に利用される。第１の好ましい実施例でコア部分１１４に適する材料は、１２０メッシュ（−５０乃至＋１００）の粒子サイズを有するアルミナであることがわかり、シリコン樹脂バインダがトランスファー成形工程に使用された。後縁スロットの厚さが０．０１５インチ未満或いはそれに等しい厚さ、及び０．０１０インチ未満或いはそれに等しい厚さ、即ち約０．００８、或いはそれ未満の厚さがトランスファー成形技術を使用した第１実施例で得られる。
【００３１】
アルミナが第１実施例による図３に示す複合鋳造コア１１０の本体部分１１４の構造に対して好ましいことがわかったが、シリカ及びジルコンは、シリカ、ジルコン及びアルミナの混合物と同様にコア部分１１４を形成するために使用される。第１の実施例に対して、本体コア部分１１４に使用されるセラミック材料は、後縁コア部分に使用されるものと同じものか異なるものであるが、特定のコア部分によって改善される鋳造条件を反映するために、特徴的な粒子サイズは異なるように選択される。
【００３２】
“より大きな特徴的な粒子サイズ”という用語は、すべての粒子が同じサイズを有する、或いはすべての粒子が第１セラミック材の粒子と比較して大きいという意味で解釈されるのではない。熟練した技師が実現するように、粒状製造物を分類するために利用されるふるい分けなどの標準技術は、２つの連続的なふるいサイズの間に材料の粒子サイズの分布を与える。また、商業上実施できる工程は、時には不十分な分類結果を生じる。それは、より小さい粒子サイズが微少量、混入することであり、十分なふるい分けが可能であれば、より小さいサイズは残らない。したがって、“より大きな特徴的な粒子サイズ”という用語は、平均して、その材料の粒子が比較される材料の粒子に対して相対的により大きい特徴的な大きさを有することを意味する。
【００３３】
この発明の第２の好ましい実施例は、セラミック材の特徴的な粒子サイズは、意味深長に異なる必要がない。むしろ、異なる材料がコア部１１２及び１１４を形成するために、熱浸出性、成形性、低反応性、コスト性などの他の重要な因子のうち１つ或いはそれ以上に基づいて、選択される。例えば、シリカ、或いはシリカベースのセラミック材は、最小の大きさを有するコア部１１２に使用されることが望ましい。これは、一般に、アルミナ、或いはアルミナベースのセラミック材より高い割合で浸出するためである。コア部分１１２にシリカベースのセラミック材が使用されると同時に、アルミナ或いはアルミナベースのセラミック材がコア部分１１４に使用される。ここで、内部の大きさがより大きいブレイドは、商業上適当な時間で浸出する特性の劣った材料の除去を許容する傾向にある。
【００３４】
この発明に帰する意外な結果の１つとしては、中空ガスタービンエンジンブレイドを鋳造するための複合コアを提供するための組み合わせで、首尾よく異なる熱特性（例えば、熱膨張係数）を有するセラミック材を使用するための能力である。例えば、１０００℃で燃焼されたアルミナ製造物の熱膨張係数は、燃焼され溶融されたシリカ製造物のそれの約８倍である。
【００３５】
この多部品コアに関する発明の第３実施例では、ガスタービンエンジンブレイドコア１１０のコア部分１１２及び１１４に使用される材料の組成、或いは特徴的な粒子サイズに、本質的に差がない。むしろ、２つの部品からなるコア構造が、特に後縁部分で、改善されたブレイドコアの大きさ制御性、及び再現性の点で意外な利点を与える事がわかった。
【００３６】
セラミック材の特別なクラス、即ち米国特許番号４，８３７，１８７，に記載されているタイプの材料は、低圧射出成形によるガスタービンエンジンブレイドコア１１０の２つのコア部分１１２及び１１４を形成するのに適していることがわかった。特に、アルミナが約８４．５重量％、イットリアが７．０重量％、マグネシアが１．９重量％、グラファイト（粉末）が６．６重量％の組成の材料が、例えば図３に概略を示すように、２つの部分からなるコア構造に対して好ましいことがわかった。アルミナ成分は３７μｍのサイズの粒子が７０．２％、５μｍの粒子が１１．３％、０．７μｍの粒子が３％含まれる。他の成分の粒子サイズは、グラファイトが〜１７．５μｍ、イットリアが〜４μｍ、マグネシアが〜４μｍである。使用される熱可塑性バインダは以下の成分を含む。Okerin 1865Q(Astor Chemical)、パラフィンベースのワックス１４．４１重量％、DuPont Elvax 310  〜０．４９重量％、オレイン酸〜０．５９重量％である。他のセラミック材成分、及び熱可塑性バインダは米国特許番号４，８３７，１８７，に記載されているものも使用した。
【００３７】
好ましい最小の後縁スロットの大きさ、約０．００７乃至０．０１０インチを達成するための適当な“細かさ”を有する一方で、前記材料は、コア部分１１４を思い通りに形成するために取扱い、燃焼させる間、十分な浸出性、及び重要な十分な大きさ安定性、を有することがわかった。前記同一の材料は、さらに、高性能ガスタービンエンジンブレイドを鋳造するのに用いられる超合金を含むある希土類に対して、比較的無反応であるという利点を有し、この様な適応が望ましい。
【００３８】
２つのコア要素に対して１つの共通の材料を有することによって、共通の縮み係数が適用される。すべてのコア部分が１つの材料で製造されたとき、コアの焼結で生じる異なる縮み係数による割れが、軽減される。接続される異なる材料で発生する熱膨張による不整合が接合領域での割れを導く。これは、１つの材料からなるコアの場合ではない。さらに、複数の材料のコアが熱的に処理され、隣接する材料が異なる熱膨張率、及び／又は全体の最終的な縮小値を有する場合、接続領域で割れが生じるおそれがある。これは、１つの材料で製造されるコアでは考慮する必要のないことである。
【００３９】
この３つのすべての実施例では、キャビティ、或いは平行でない軸を有する貫通孔を有するガスタービンエンジンブレイドのような組み立て製造物の利点を与える。より詳細には以下に述べる。
【００４０】
この発明によれば、コア部分を接続するための手段を備えている。この実施例では、コア部分１１２及び１１４を接続するための手段は、後縁コア部分１１２の縁面１１６に形成される舌状要素１２４、及びコア本体部分１１４の縁面に形成される溝要素１２６という補足的な噛合要素を含む。溝要素１２６は、白地(green body)状態、及び焼結状態時に、コア部分１１２及び１１４を固定するために、舌状要素１２４に組み合わせられる。この組み合わせは、図４の（Ｂ）に示すように、溝要素１２６によって確実に保持されるために先端が突出した舌状材１２４を形成することによって強調される。
【００４１】
ここからわかるような、他の補足的な噛合タイプの接続手段および形状を含む他の接続手段が利用される。この発明では、コア部分に用いられる材料の熱特性がほとんど変わらない場合には、補足的な噛合要素を必要としない機械的接続手段が用いられる。ここで、機械的接続手段という用語は、コア間の熱結合を含む。例えば、熱可塑性バインダ材を有するコア部分を加熱すること、また、化学結合とは対照的に、接着剤或いは溶剤を使用することによって成される。しかし、異なる熱特性のコア部分を有する上記実施例に対して、舌状要素および溝要素が好ましいとされる。それは、コア部分１１２および１１４が、本質的に縁面１１６及び１１８の全長にわたって組み合わせられるためであり、それによって歪み及び割れに対する耐性の増加、大きさ制御性の向上、および再現性の増加が得られる。
【００４２】
この発明によれば、他の製造物部分に対して小さいキャビティサイズの部分を有する中空製造物用鋳造コアの形成方法は、小さいキャビティ製造物部分のキャビティサイズを決定する第１コア部分が第１セラミック材から形成されるステップを含む。図６はその概略を示す。ステップ１５２は、図３に示す実施例の後縁コア部分１１２が第１セラミック材から形成される工程からなる。その方法は、それぞれのセラミック材を選択するステップ、特に、後縁コア部分１１２用のセラミック材を選択する予備のステップ１５０を含む。第１セラミック材用の粒子サイズの選定は、最小のキャビティの大きさに従ってなされ、材料は製品として実施できる操作を与えるために、必要な流動性、浸出性、等の特性を有する。
【００４３】
後縁コア部分１１２を形成するステップ１５２は、孔１２０の軸１２０ａがすべて互いに平行であるときは、シングルプルダイスで仕上げられる。シリカ／ジルコンの混合物及びバインダのような選択されたセラミック材は、十分な密度およびダイス外部での取扱いを許容するための完全性を備えた白地体を形成するために、ダイス（図示しない）で濃密化される。良好なリリース特性および長寿命化のために、ダイスはクロムメッキされる。
【００４４】
この工程での次のステップ１５４は、コア部分１１２の縁面１１６に備えられる舌状要素１２４のような補足的な噛合要素を形成するステップを含む。このような要素は機械的接続を容易にするために用いられる。これは、形成されたコア部分１１２を機械的に仕上げることによって達成されるが、適当なダイスが作られることでステップ１５２で形成されるコア部分と同時に選択的に形成される。後者はかなり製造時間を短縮できるが、複雑性、およびダイスのコスト性が増加する。
【００４５】
この発明によれば、さらにこの方法は、他のより大きなキャビティ製造物部分のキャビティサイズを決定する第２コア部分が第２セラミック材から形成されるステップを含む。第２コア部分形成ステップは、コア部分１１４のような、より大きな大きさに従って最適なセラミック材を選択する予備のステップを含む。上述したように、第２セラミック材がより大きな特徴的な粒子サイズを有し、及び／又は好ましい浸出性に劣り、又は流動性を有するが、これを埋め合わせるように大きさ安定性の増加、反応性の低下などの利点を有するように選択される。
【００４６】
この方法は、第２ダイスに予め形成されたコア後縁部分１１２を挿入し、第２ダイスの残りの空間に第２セラミック材を装填することによって、コア本体部分１１４を形成するステップ１５６を含む。第２セラミック材は、適当な流動特性を有する。材料がコア部分１１２の隣接縁面１１６の十分な範囲に接触する。図４の（Ａ）および（Ｂ）に示したような補足的な噛合手段を使ったコア構造に対しては、第２セラミック材は、溝要素１２６を形成するために舌状要素１２４のすべての面のまわりに注がれる。こうして本体コア部分の形成ステップがコア部分１１２および１１４の接続ステップと同時に達成される。
【００４７】
ある適用では、コア本体部分１１２および溝要素１２６を別々に形成し、上述した焼結によってそれらを接続することが有益であるが、補足的な噛合タイプの接続要素を使用することで、上述したような形成及び接続が同時に成されるステップの方が明らかに好ましい。特に、貫通孔１２０を備えたコア後縁部分１１２が予め形成されているため、安価なシングルプルダイスが貫通孔１２２を備えた本体コア部分１１４を形成するために使用される。
【００４８】
さらに、この方法は、接続されたコアを焼結するステップ１５８を含む。これは、熟練した技師による技術と使い慣れた装置によって達成される。また、この方法は、所望の形状での保存を確実にし、縦方向の割れを防止するために、コアセッタ(core setter) 、或いは他の白地体支持要素の使用を含む。
【００４９】
トランスファー成形、射出成形、注入コア技術、およびそれらの組み合わせなどの様々な成形技術は、工程を実行し、この発明の多部品コア部を形成するために使用される。一般に、“より粗い”粒子サイズ、或いは好ましい流動性に劣る材料は、コア部分１１４を形成するためのトランスファー成形で使用される。しかし、トランスファー成形はコア部分１１２に対しても同様に使用される。また、射出成形は、選択された材料に依存して、コア部分１１２および１１４に対して共に使用される。
【００５０】
特に、上述したアルミナ−イットリアベースのセラミック材は、射出成形装置に適することがわかった。この発明による２つの部分の射出成形操作において、別々のコアダイスが所望のコアの後縁部分を成形するのに用いられる。コアの本体から別々に後縁部分が成形されることによって、最大の水圧が後縁射出に加えられ、極めて短時間に、この細部の領域に完全に充填できる。後縁コア部分は、次に、形成され、本体コアダイスに移されたコアダイスから取り除かれる。後縁コアの選定された細部が、本体コアダイスの整合する細部に固定、或いはロックされる。これは、次の本体コアの成形の間に、後縁コア部分を配列するためである。白地（燃焼されていない）の後縁コア部分が、本体コアダイスのブロックに適当な位置に位置決めされた後、本体ダイスブロックシートと共に溶融されたコア材がキャビティに導かれる。
【００５１】
低圧射出成形では、注入材の温度に関連した射出圧力（５００乃至３０００ｐｓｉ程度）によって、後縁コア部分の接続面部分が部分的に再溶融するその結果、本体部分を後縁部分と“結合”させる。典型的に、射出成形で用いられる、ワックスタイプのバインダは、熱可塑性であり、トランスファー成形で使用される熱硬化性バインダ材より低い融点を有するものが使用される。本体コア部分を保存するための適当な加圧サイクル時間が経過した後、コアダイスが開放され、複合コアが、熟練した技師らの使い慣れた装置から取り除かれる。鋼製のダイスによるこのような技術を使うことによって、重要な複雑性を有するアルミナベースのコアは、０．００７乃至０．０１０インチのオーダの厚さの鋳造ブレイドスロットを形成するために、後縁射出の厚さを有するように成形され、燃焼される。
【００５２】
表１は、トランスファーおよび射出成形技術を比較した表であり、図３に示すタイプの２つの部分のガスタービンブレイドコアを形成するために用いられる。
【表１】
0003802095.tif 000002
表１に記載の材料、および工程のパラメータは、典型的なものが記載されているが、この発明の範囲を限定するものではない。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、従来製造されていた一体型のコアダイスに対してこの発明の工程による射出成形された２つの部分に分割されたコアから、以下に示す利点が得られる。
【００５４】
（１）２つの部分のコアを射出成形する技術は、高圧下で、射出成形材を迅速に後縁領域に挿入できる。これは、極めて薄い射出細部を満たすのに大いに貢献する。従来の一体型多面射出成形コアダイスでは、最小抵抗（断面のより大きな領域）の部分が最初に満たされ、材料が冷却され、凝固される。そして、逆圧力が薄い射出を満たすために加えられる前に、流路をふさぐことができる。
【００５５】
（２）２つの射出方法による製造コストが多面ダイスを使用した場合よりも低下される。これは、２つの単一面ダイスが１つの多面ダイスより低コストであるためである。さらに、単一面ダイスが多面ダイスより短い時間で構成できるため、製造時間が短縮される。また、鋳造ブレイド製造物における分割線が減少し、ダイスの寿命が延びる。これらの利点は、２つの部分のコアのトランスファー成形ダイスに生じる。
【００５６】
（３）改善された大きさ制御性は、２つの方法で可能である。これは、所望の後縁厚さを維持するために、一定の調整とメンテナンスを必要とする多面ダイスに後縁が挿入されるためである。単一面ダイスは、高いキャンバ(camber)多面ダイスの移動しない後縁ダイススライド特性を有する。さらに、加圧クランプの圧力は単一面ダイスの分割線に対してより横方向に加わる。これは、白地体コアに対して厚さを固定できる利点がある。さらに、この利点は、トランスファー成形ダイスを使用することによって得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来のガスタービンエンジンブレイドの鋳造体のコア部を概略的に示す図である。
【図２】図２の（Ａ）は、図１に示す従来のコア部を示す図であり、（Ｂ）は、図１に示す従来のコア部の部分断面図を示す。
【図３】図３は、この発明によって製造されるガスタービンエンジンブレイド用の複合鋳造体のコア部を概略的に示す側面図である。
【図４】図４の（Ａ）は、図３に示すガスタービンブレイドの鋳造体のコア部の４（Ａ）−４（Ａ）線で切断された断面図を示し、（Ｂ）は、その断面図の詳細図である。
【図５】図５の（Ａ）は、図３に示す複合コア部の詳細図であり、（Ｂ）は、５（Ｂ）−５（Ｂ）線で切断された複合コア部の部分断面図である。
【図６】図６は、図３に示す複合コア部を製造するための工程を締め鈴である。
【符号の説明】
１１０…中空ガスタービンエンジンブレイド鋳造コア
１１２…第１コア部分
１１４…第２コア部分
１２０…貫通孔
１２４…舌状要素
１２６…溝要素
【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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