JP3937460B2 - 焼き流し精密鋳造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は、焼き流し精密鋳造方法（インベストメント鋳造法、investment casting process）に関するものであり、詳細には、ロストパターン（lost pattern）を一時的鋳型の中で生じさせる焼き流し精密鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来技術の説明】
本発明は、弾性を示す鋳型の中で液体を凝固させることによる「ロストワックス（Lost Wax）」方法と「一時的パターン（Temporary Pattern）」方法である焼き流し精密鋳造方法における本質的な改良を与えるものである。これらの方法の両方共、高品質鋳造物の製造を可能にするものであるが、各方法は数多くの欠点を有している。
【０００３】
「ロストワックス」方法の主要欠点は、製造用パターンで用いられるワックスの変形および取り扱いが源となっている。このワックスを注入するに必要とされている道具の価格が高いことから、この方法は、大規模に製造すべき片に関してのみ利益が得られる方法である。このワックスパターンの取り扱いが複雑なことから、クラスター（cluster）即ち多数パターンを製造する時の労力コストが高い。また、このワックスを用いることに関連した困難さが存在していると共に、このワックスを再利用する時それの品質が低下する。
【０００４】
弾性を示す鋳型の中で液体を凝固させることによって一時的パターンを生じさせた後この一時的パターンをセラミック材料でコートする「一時的パターン」方法を用いる時の目的は、壁厚が薄く複雑な形状を有する精密な部品を製造することにある。従って、この方法の主要な欠点は、
１． 薄壁を得る必要がある時、このパターンの中に如何なる亀裂も生じさせることなく、その弾性を示す鋳型からその一時的パターンを抽出することに関する数多くの困難さ、
２． 複雑なコアを必要とする片を製造するのは困難であり、このことから、セラミック製コアを用いることが必須であり、これによって最終生成物の価格が上昇すること、
３． 如何なる亀裂も生じさせることなくその弾性を示す鋳型から完成したクラスターを抽出することの困難さ、
である。
【０００５】
本発明を用いることにより、従来技術の焼き流し精密鋳造方法が有する上記欠点に打ち勝つと共にそれの矯正を行う。ロストパターンのセラミックコーティング物を用いることによる精密鋳造方法を提供し、ここでは、従来技術の方法とは異なり、部分的もしくは全体的にロストであってもよいロストパターンを一時的鋳型の中で生じさせる。本発明は、以下に示す有利な効果を与えるものである：
１． 極めて薄いか或は複雑なコアを必要とする鋳物片を含む全ての種類の鋳物片を、亀裂が生じる危険を回避すると共に金属を流し込む工程を行っている間にコアを用いる必要もなく製造することができること、
２． それらが示す複雑さに関係なく、長時間、中間的時間および短時間で製造され得る全ての種類の高品質片を、最小限の工具投資で製造することができ、このことから、上記複雑な片を長時間、中間的時間および短時間で利益が上がるように製造できること、
３． ロストパターンおよび鋳型の製造で再利用可能な材料を用いて全ての種類の高品質片を製造することができ、これにより、ロストパターンおよび鋳型の製造コストが低くなること、そして
４． 亀裂が生じる危険性なしに完全なクラスター（多数パターン）を製造することが必要とされている時でさえ、全ての種類の高品質片を製造することができ、これにより、そのロストパターンの取り扱いコストが低くなること。
【０００６】
【発明の要約】
本発明に従い、一時的鋳型の中で生じさせたロストパターンのセラミックコーティング物を用いて鋳物片を生じさせる、以下に明記する如く実施する本方法により、上記利点を達成した。
【０００７】
ポジパターン（positive pattern）を用い、このパターンの上に液体Ｍを注いだ後これをこの融点以下にまで冷却することで固体状態にすることにより、この一時的鋳型のロスト部品を生じさせる。このパターンを、その鋳型のロスト部品から抽出し、そして永久的部品を用いる場合、永久的部品とそれらのロスト部品とを組み立てることによって、該一時的鋳型を生じさせる。
【０００８】
該一時的鋳型の中に２番目の液体Ａを注ぎ込んだ後、この２番目の液体が固体状態に到達するまでこれを冷却することにより、該一時的パターンを生じさせる。
【０００９】
この温度を適切に調節することを通してこれらのロスト部品を溶融させるか、或はこの一時的鋳型を適当な溶媒の中で溶解させることによって、その一時的鋳型のロスト部品を除去することにより、一時的パターンを得る。
【００１０】
次に、この一時的パターンの回りにセラミックコーティング物を置く。この温度を材料Ａの溶融温度以上にまで上昇させることにより、この一時的パターンの溶融と除去を生じさせ、その結果として、鋳造すべき片と同じ形状の空洞を有するセラミック殻を得る。
【００１１】
このセラミック殻の空洞に溶融金属を充填し、これを固化させて最終的な片を生じさせる。
【００１２】
本発明の特徴は、本発明を実施する１つの態様、特に該一時的鋳型を充分に溶融させることによってそれを除去することを含む方法を説明する添付図を参照することによってより良く理解されるであろう。
【００１３】
好適な態様に関連させて本発明を記述するが、本発明をその態様に限定することを意図するものでないと理解されるであろう。それとは対照的に、添付請求の範囲で限定する如き本発明の精神および範囲内に包含され得る如き全ての代替、修飾形および相当物を包含することを意図している。
【００１４】
【実施例】
図１−３を参照することで、本発明の焼き流し精密鋳造方法に従って製造する金属製品または鋳物片２００を示し、そしてこれには、片２００の中に生じさせた環状リセス２０２内に位置している多数の薄ブレード２０１が含まれている。片２００は、環状の外側壁２０３と中心の平らな円形表面２０４を含んでいる。本発明の焼き流し精密鋳造方法に従って製造する、図１−３に示す片２００の構造は、説明の目的でのみ用いるものであることは理解されるべきである、と言うのは、本発明の焼き流し精密鋳造方法を用いることで、異なる形状を有する片２００が多数製造され得るからである。
【００１５】
図４−６を参照し、製造する鋳物片２００と同じ構造を有する少なくとも１つのポジパターン２１０を製造することで、本発明の方法を開始する。このポジパターン２１０を、一般に、硬質支持片２１２の上に位置させた弾性材料２１１の層を用いて生じさせる。このパターン２１０は、このパターン２１０の大きさおよび形状に応じて、１つまたは多様な片を複製し得る。図４は、本発明の方法で用いるパターン２１０を示しており、そして図５は、別のパターン２１０’を示している。示す参照番号を用いて、同じ構造を有する構成要素を表す。各パターン２１０、２１０’は、内部空洞２１３、２１３’を形成している。図６は、パターン２１０’の詳細を示しており、ここで、弾性を示す材料２１１は、最終的に製造すべきブレード２０１（図１−３）に関連した形２１５を限定している。これらの異なるパターン２１０、２１０’の空洞２１３、２１３’内部に液体Ｍ２１４を注ぎ込んだ後、空洞２１３、２１３’が充填されている各アセンブリを、液体Ｍ２１４の融点よりも低い温度Ｔ（１）にまで冷却し、その結果として、液体Ｍ２１４の固化を生じさせる。次に、これらのパターン２１０、２１０’を取り外した後、その凝固した液体Ｍ２１４は、図７−９に示す如き一時的鋳型２２１の２つの部品２２０、２２０’を生じ、これには、製造すべきブレード２０１の形状を有する空洞２５０が備わっている。
【００１６】
図１０に示すように、これらの一時的鋳型部品２２０、２２０’を組み立てて一時的鋳型２２１を作成することで、内部空洞２２５を生じさせる。
【００１７】
図１１および１２を参照して、温度をＴ（１）に維持しながら、この一時的鋳型２２１の内部空洞２２５の中に液体Ａ２２６を注ぎ込む。液体Ｍ２１４と液体Ａ２２６の間の関係は下記の如くである必要がある：
Ｔ（Ｍ）＜Ｔ（Ａ）
ここで、Ｔ（Ｍ）およびＴ（Ａ）は、それぞれ材料Ｍ２１４およびＡ２２６の溶融温度である。材料Ｍ２１４は水の如き水系材料であってもよく、そして材料Ａ２２６は低分子量のパラフィンであってもよい。
【００１８】
この一時的鋳型２２１の温度を、Ｍ２１４の融点Ｔ（Ｍ）よりも低い、即ち液体Ａ２２６の固化温度よりも明らかに低い温度Ｔ（１）にすると、液体Ａ２２６の固化が生じる。
【００１９】
この一時的鋳型２２１の温度を、材料Ａ２２６の融点とＭ２１４の融点の間の温度Ｔ（２）にし、ここでは、
Ｔ（Ｍ）＜Ｔ（２）＜Ｔ（Ａ）
である。図１３および１４に示すように、この温度Ｔ（２）において、この一時的鋳型２２１の溶融が生じ、そして一時的パターン２３０は固体状態のままである。
【００２０】
また、この一時的鋳型２２１を溶媒の中に浸すか或は浸漬することにより、一時的鋳型２２１の一時的鋳型部品２２０、２２０’を溶解させてもよい。材料Ｍ２１４はこの溶媒に溶解性を示すべきであるが、材料Ａ２２６はこの溶媒に溶解性を示すべきではない。従って、図１３および１４に示すように、この溶媒は一時的鋳型部品２２０、２２０’を溶かし、そして一時的パターン２３０は固体状態のままで残存する。例えば、材料Ｍ２１４が水の如き水系材料でありそして材料Ａ２２６がこの水系材料に溶解性を示さない場合、その一時的鋳型部品２２０、２２０’と一時的パターン２３０を、温度Ｔ（２）の水の如き水系材料の中に浸漬することにより、これらの一時的鋳型部品２２０、２２０’をその一時的パターン２３０から取り外してもよい。
【００２１】
図１５および１６に示すように、このパターン２３０をＴ（Ａ）以下の温度に維持しながら、Ｔ（Ａ）以下の固化温度を有するべきであるセラミックスラリー２４０の中にパターン２３０を浸すことによって、この一時的パターン２３０のコーティングを行う。この必要条件以外は本分野の技術者に知られている通常の手段を用いて、このコーティング工程を実施する。このセラミックスラリーは、固化して堅くなることにより、その一時的パターン２３０の回りに位置しているセラミック殻２４１を生じる。
【００２２】
図１７および１８を参照して、この一時的パターン２３０とセラミック殻２４１の温度をＴ（Ａ）、即ち材料Ａ２２６の融点以上の温度に上昇させ、その結果として、この一時的パターン２３０が溶融し、そしてこのセラミック殻２４１の位置を逆さにすることにより、このセラミック殻２４１の内部空洞２４２からその一時的パターン２３０が排出される。材料Ａが水の如き水系材料に溶解性を示さない場合、Ｔ（Ａ）以上の温度の水の如き水系材料の中に該セラミック殻を浸漬することにより、このセラミック殻２４１の内部空洞２４２からその一時的パターン２３０を除去してもよい。
【００２３】
次の段階、例えばこのセラミック殻２４１の乾燥、図１９に示す如き、セラミック殻２４１への溶融金属２５０の充填、この金属２５０の固化、鋳物片２００（図１−３）に粘着しているセラミック殻２４１の除去、および何らかの残存材料、例えばこの片の供給系または湯口の除去などの全ては、本分野の技術者に知られている通常の操作を用いて実施され得る。
【００２４】
本発明の上記態様の可能な修飾形は、その一時的鋳型２２１を全体的に除去する代わりにこの一時的鋳型２２１を部分的にのみ除去することである。これは、この鋳型２２１の一時的部品２２０を永久的部品２２０”（図７および１０）に置き換えることによって達成され得る、と言うのは、鋳物片２００のこの領域の剥離は如何なる困難さも示さないからである。このようにして、上に記述した如き一時的部品２２０’と永久的部品２２０”が備わっている、部分的にロストの一時的鋳型２２１’が得られる。次に、この一時的鋳型部品２２０’が前に記述したのと同様に溶融もしくは溶解する場合、その一時的パターン２３０から単にそれを取り除くことにより、この一時的鋳型２２１の永久的部品２２０”をその一時的パターン２３０から取り除くことができる。
【００２５】
本発明の方法は、鋳物部品の複雑さに関係なくロスト鋳型の中でロストパターンを生じさせることを可能にすることで、ロストパターンが壊れる危険性を回避すると共に、変形する危険性が高いコアを用いる必要もないことから、全ての種類の最上品質鋳物部品２００を製造することを可能にするものである。加うるに、これらのロストパターンおよび鋳型を製造するにおいて、再利用が容易な材料を用いている。
【００２６】
明白な修飾形および相当物が本分野の技術者に明らかになるであろうように、本発明は、この示し記述した構成、操作、正確な材料または態様の正確な詳細に限定されるものではないと理解する。従って、本発明は添付請求の範囲によってのみ限定されるべきものである。
【００２７】
本発明の特徴および態様は以下のとうりである。
【００２８】
１． （ａ）鋳物片一部の少なくとも１つのポジパターンを生じさせ、ここで、このポジパターンは、少なくとも１つの内部空洞を有しており、
（ｂ）温度Ｔ（１）で、その少なくとも１つのポジパターンが有する少なくとも１つの空洞に液体材料Ｍを充填し、
（ｃ）この材料Ｍが固体状態に到達して一時的鋳型部品を生じるまで、その充填したポジパターンを冷却し、
（ｄ）この一時的鋳型部品からそのポジパターンを取り外し、
（ｅ）少なくとも１つの一時的鋳型部品を組み立てることで一時的鋳型を生じさせ、
（ｆ）この一時的鋳型に液体材料Ａを充填し、ここで、材料ＭとＡの間の関係はＴ（Ｍ）＜Ｔ（Ａ）［ここで、Ｔ（Ｍ）およびＴ（Ａ）は、材料ＭおよびＡの融点温度である］であり、
（ｇ）その液体材料Ａが固化して一時的パターンを生じるまで、その充填した一時的鋳型を冷却し、
（ｈ）この一時的パターンから該一時的鋳型を取り外し、
（ｉ）この一時的パターンにセラミックコーティング物をコートすることで、この一時的パターンの回りにセラミック殻を生じさせ、
（ｊ）このセラミック殻から液体材料Ａを排出させることで、このセラミック殻から一時的なパターンを取り外し、
（ｋ）このセラミック殻に溶融金属を充填した後、この溶融金属を固化させ、そして
（ｌ）この固体状金属からそのセラミック殻を分離する、
段階を含む、鋳物片を製造するための焼き流し精密鋳造方法。
【００２９】
２． 該一時的鋳型と一時的パターンを温度Ｔ（２）［ここで、Ｔ（Ｍ）＜Ｔ（２）＜Ｔ（Ａ）］にまで加熱してこの一時的鋳型を溶融させることにより、この一時的鋳型を該一時的パターンから取り外す、第１項の焼き流し精密鋳造方法。
３． 該一時的鋳型と一時的パターンを溶媒の中に浸漬しそしてこの一時的鋳型を該溶媒の中に溶解させるすることで、この一時的鋳型を該一時的パターンから取り外し、ここで、該材料Ｍが該溶媒に溶解性を示すが該材料Ａはこの溶媒に溶解性を示さない、第１項の焼き流し精密鋳造方法。
【００３０】
４． 少なくとも１つの永久的鋳型部品を生じさせ、そして少なくとも１つの永久的鋳型部品と一緒に少なくとも１つの一時的鋳型部品を組み立てることによって、該一時的鋳型を生じさせる段階を含む、第１項の焼き流し精密鋳造方法。
【００３１】
５． 材料Ｍのための水系材料を用いる段階を含む、第１項の焼き流し精密鋳造方法。
【００３２】
６． 該水系材料Ｍが水である第５項の焼き流し精密鋳造方法。
【００３３】
７． 材料Ａが水に不溶である第６項の焼き流し精密鋳造方法。
【００３４】
８． 材料Ｍが水系材料であり、そして該材料Ａがこの水系材料に不溶であり、そして該一時的鋳型と一時的パターンを温度Ｔ（２）［ここで、Ｔ（Ｍ）＜Ｔ（２）＜Ｔ（Ａ）］の該水系材料の中に浸漬することにより、該一時的鋳型を該一時的パターンから取り外す、第１項の焼き流し精密鋳造方法。
【００３５】
９． 材料Ａが水に不溶であり、そして該セラミック殻をＴ（Ａ）以上の温度の水の中に浸漬することにより、該一時的鋳型を該セラミック殻から取り外す、第１項の焼き流し精密鋳造方法。
【００３６】
１０． 該セラミック殻と一時的パターンをＴ（Ａ）以上の温度にまで加熱することにより、該一時的鋳型を該セラミック殻から取り外す、第１項の焼き流し精密鋳造方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法の実施に従って製造する、多数のブレードが備わっている鋳物片の上面図である。
【図２】図１の線２−２に沿って取った部分断面図である。
【図３】該鋳物片ブレードの断面構造を説明している、図１の弧線３−３に沿って取った部分断面図である。
【図４】本発明に従う一時的鋳型の一部を製造する目的で用いたポジパターンの部分断面図である。
【図５】本発明に従う一時的鋳型の別の一部を製造する目的で用いたポジパターンの部分断面図である。
【図６】図５の円部分の部分分解断面図である。
【図７】本発明に従う、図４のポジパターンを用いて製造した一時的鋳型の部分断面図である。
【図８】本発明に従う、図５のポジパターンを用いて製造した一時的鋳型の部分断面図である。
【図９】図８の一時的鋳型の円部分の部分分解断面図である。
【図１０】本発明に従う、図７および図８の一時的鋳型を組み立てることによって生じさせた一時的鋳型である。
【図１１】図１０の一時的鋳型アセンブリの中に液体Ａを注ぎ込んだ後の、図１０の一時的鋳型アセンブリである。
【図１２】図１１の円部分の部分分解断面図である。
【図１３】本発明に従う、図１１の一時的鋳型アセンブリの中で生じさせた一時的パターンの部分断面図である。
【図１４】図１３の円部分の部分分解断面図である。
【図１５】セラミック殻を生じさせるためのセラミックコーティング物がその上に存在している図１３の一時的パターンの部分断面図である。
【図１６】図１５の円部分の部分分解断面図である。
【図１７】図１５のセラミック殻、および該一時的パターンを取り外してそれをこのセラミック殻から除去した時生じるそれの空洞の部分断面図である。
【図１８】図１７の円部分の部分分解断面図である。
【図１９】該セラミック殻に溶融金属を注ぎ込んでそれの内側でこの溶融金属を固化させた後の、図１７のセラミック殻鋳型の部分断面図である。

Claims (1)

1. （ａ）鋳物片一部の少なくとも１つのポジパターンを生じさせ、ここで、このポジパターンは、少なくとも１つの内部空洞を有しており、
   （ｂ）温度Ｔ（１）で、その少なくとも１つのポジパターンが有する少なくとも１つの空洞に液体材料Ｍを充填し、
   （ｃ）この材料Ｍが固体状態に到達して一時的鋳型部品を生じるまで、その充填したポジパターンを冷却し、
   （ｄ）この一時的鋳型部品からそのポジパターンを取り外し、
   （ｅ）少なくとも１つの一時的鋳型部品を組み立てることで一時的鋳型を生じさせ、
   （ｆ）この一時的鋳型に液体材料Ａを充填し、ここで、材料ＭとＡの間の関係はＴ（Ｍ）＜Ｔ（Ａ）［ここで、Ｔ（Ｍ）およびＴ（Ａ）は、材料ＭおよびＡの融点温度である］であり、
   （ｇ）その液体材料Ａが固化して一時的パターンを生じるまで、その充填した一時的鋳型を冷却し、
   （ｈ）この一時的パターンから該一時的鋳型を取り外し、
   （ｉ）この一時的パターンにセラミックコーティング物をコートすることで、この一時的パターンの回りにセラミック殻を生じさせ、
   （ｊ）このセラミック殻から液体材料Ａを排出させることで、このセラミック殻から一時的なパターンを取り外し、
   （ｋ）このセラミック殻に溶融金属を充填した後、この溶融金属を固化させ、そして
   （ｌ）この固体状金属からそのセラミック殻を分離する、
   段階を含む、鋳物片を製造するための焼き流し精密鋳造方法。

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