JP5973691B2 - 複合コアダイ、その製造方法並びにそれから製造した物品 - Google Patents

Description

本発明は、複合使い捨て及び再使用可能な鋳造用コアダイに関する。

複雑な幾何形状を有する部品、例えば内部通路やボイドを有する部品は、現在の工業的方法を用いて鋳造するのは困難である。かかる部品用の装置の設計・組立は費用と時間がかかり、例えばかなりのリードタイム（設計から完成までの時間）を必要とする。この状況は、従来の鋳型がシェルと別途形成される１以上のコアとからなり、コアが鋳造時にずれやすく、そのため鋳造公差が低下して鋳造効率（歩留まり）が下がるという鋳型の性状のためさらに悪くなる。従来の方法では鋳造が困難な複雑な幾何形状の部品の例として、ガスタービンエンジン用の中空翼形部があり、特に比較的小さな二重壁翼形部が挙げられる。かかるガスタービンエンジン用の翼形部の具体例としては、タービンセクション及び圧縮機セクションのロータ動翼及びステータ静翼、その他内部冷却が必要とされる部品がある。

現行の中空部品鋳造法では、セラミックコアとシェルを別々に製造している。（中空部品の中空部分を画成するための）セラミックコアを製造するには、まずセラミックを含有するスラリーを金属コアダイに注入する。硬化・焼成後、スラリーを固めてセラミックコアを形成する。次にセラミックコアをワックスで包み、ワックスパターンの周りにセラミックシェルを形成する。次いでセラミックコアを包むワックスを除去してセラミック鋳型を形成する。セラミック鋳型を次いで金属部品の鋳造に用いる。かかる現行の方法は、費用がかかり、長いリードタイムを要し、コアとシェルとの間の信頼できる位置合わせ精度に欠ける（セラミック鋳型への溶融金属の注湯時にコアがシェルと相対的に移動し得る）ため鋳造収率が低いという短所がある。中空翼形部の場合には、この方法にはさらに、鋳造物に望ましい孔を、鋳造部品の形成後に費用のかかる別の工程、例えば放電加工（ＥＤＭ）又はレーザー穿孔で形成するという短所もある。

翼形部の開発時間と開発コストは、かかる部品が概して何回もの反復を時には部品の生産中にも必要とするので増大することが多い。耐久性の要求を満たすために、タービン翼形部は、乏しい鋳造公差を補償するため、厚さを増し、冷却空気流性能を高めた設計とされることが多く、その結果エンジン効率が低下し、エンジンスラストが低下する。タービン翼形部の鋳造方法を改良できれば、優れた翼形部冷却効率と良好な寸法安定性を達成しながら、耐久性の向上した広い範囲での推進システムを得ることができる。

最新の翼形部における二重壁構成や狭い二次流れ流路のため、タービン翼形部の鋳造に用いられる既に複雑なセラミックコアの複雑さが一段と増す。セラミックコアは様々な冷却チャンネル及び造作を表す翼形部の種々の内部ボイドに完全に一致するので、冷却回路の複雑さが増すと、その分セラミックコアの複雑さも増す。コアダイを用いて完全な一体型セラミックコアを形成することができないので、二重壁構成は製造が困難である。代わりに、セラミックコアを多数の別個の部品として製造し、それらを集成して完全な一体型セラミックコアとする。そのため、この製造法は時間のかかる生産性の低いプロセスである。
米国特許第３２２０９７２号明細書 米国特許第３５１６９４６号明細書 米国特許第３７１５３３４号明細書 米国特許第３７７５４５２号明細書 米国特許第４２８８３４５号明細書 米国特許第４３２３７５６号明細書 米国特許第４４２１９０３号明細書 米国特許第４７２４２９９号明細書 米国特許第４７３００９３号明細書 米国特許第５０１４７６３号明細書 米国特許第５０３８０１４号明細書 米国特許第５０４３５４８号明細書 米国特許第５３３７５６８号明細書 米国特許第５３９７２１５号明細書 米国特許第５９３１６３８号明細書 米国特許第６０１７１８６号明細書 米国特許第６２５４３３４号明細書 米国特許第６２６９５４０号明細書 米国特許第６２８３７１３号明細書 米国特許第６３３８６０９号明細書 米国特許第６３７９５２８号明細書 米国特許第６４０２４６４号明細書 米国特許第６４１９４４６号明細書 米国特許第６４２９４０２号明細書 米国特許第６５０２６２２号明細書 米国特許第６５０４１２７号明細書 米国特許第６５１１２９４号明細書 米国特許第６５４６７３０号明細書 米国特許第６５６１７６１号明細書 米国特許第６６２６２３０号明細書 米国特許第６６６９４４５号明細書 米国特許第６９７４３０８号明細書 米国特許第７１３４８４２号明細書 米国特許出願公開第２００５／０００６０４７号明細書 米国特許出願公開第２００５／００７０６５１号明細書 米国特許出願公開第２００５／０１５６３６１号明細書 米国特許出願公開第２００５／０２０５２３２号明細書 米国特許出願公開第２００６／００６５３８３号明細書 米国特許出願公開第２００６／０１５３６８１号明細書 米国特許出願公開第２００６／０２３３６４１号明細書 米国特許出願公開第２００６／０２７５１１２号明細書 米国特許出願公開第２００７／０００３４１６号明細書 Harvey et al; "Non-Axisymmetric Turbine End Wall Design: Part 1 Three-Dimensional Linear Design System; ASME Paper; 99-GT-337; Presented at the International Gas Turbine & Aeroengine Congress & Exhibition, Indianapolis, Indiana; 8 pages; June 7-June 10, 1999 Krauss et al; "Rheological Properties of Alumina Injection Feedstocks"; Materials Research; 8; pp 187-189; 2005 Sieverding; "Secondary Flows in Straight and Annular Turbine Cascades"; in Thermodynamics and Fluid Mechanics of Turbomachinery, Volume II; Eds. A.S. Ucer, P. Stow and Ch. Hirsch; NATO ASI Series; Martius Nijhoff Publishers; pp 621-664; 1985 Shih et al; "Controlling Secondary-Flow Structure by Leading-Edge Airfoil Fillet and Inlet Swirl to Reduce Aerodynamic Loss and Surface Heat Transfer"; Transactions of the ASME; 125; pp 48-56; January 2003 Takeishi et al; "An Experimental Study of the Heat Transfer and Film Cooling on Low Aspect Ratio Turbine Nozzles"; The American Society of Mechanical Engineers, 345E. 47th St., New York, N.Y. 10017; ASME Paper 89-GT-187; Presented at the International Gas Turbine & Aeroengine Congress & Exhibition, June 4-8, Toronto, Ontario, Canada, 9 pages, 1989 Theiler et al; "Deposition of Graded Metal Matrix Composites by Laser Beam Cladding"; BIAS Bremen Institute of Applied Beam Technology, Germany; http://www.bias.de/WM/Publikationen/Deposition%20of%20graded,pdf; 10 pages; June 2005

したがって、当技術分野では、二重壁翼形部鋳造用の完全な一体型セラミックコアを高精度で製造する改良方法が必要とされている。

本発明によれば、再使用可能なコアダイと使い捨てコアダイとを備える複合コアダイであって、使い捨てコアダイが再使用可能なコアダイと物理的連通関係にあり、さらに使い捨てコアダイと再使用可能なコアダイとの間の連通表面が複合コアダイに導入されるスラリーの漏れを防止するバリヤとして作用する、複合コアダイが提供される。

また、使い捨てコアダイを再使用可能なコアダイと物理的連通関係に配置して複合コアダイを形成し、ここで使い捨てコアダイと再使用可能なコアダイとの間の連通表面が複合コアダイに導入されるスラリーの漏れを防止するバリヤとして作用し、セラミック粒子を含有するスラリーを複合コアダイに導入し、スラリーを硬化して硬化セラミックコアを形成し、使い捨てコアダイ及び再使用可能なコアダイを硬化セラミックコアから除去し、硬化セラミックコアを焼成して固化セラミックコアを形成する工程を含む方法が提供される。

本発明を説明する際に（特に特許請求の範囲で）単数形で記載したものであっても、明示されているか文脈上明らかな場合を除いて、単数及び複数も含むと解される。量に関して用いる「約」は、標記の値を含み、その文脈に応じた意味をもつ（例えば、ある量の測定に伴う誤差を含む）。本願で開示する範囲はすべて上下限を含み、上限と下限は互いに独立に組合せ可能である。

本発明によれば、使い捨て部分と再使用可能な部分とを備える複合コアダイが提供される。一実施形態では、使い捨て部分及び再使用可能な部分両方がエンフォーサを含む。エンフォーサは、セラミックスラリーの鋳造及び硬化中に使い捨て部分と再使用可能な部分を機械的に支持（サポート）する。使い捨て部分（以下、「使い捨てコアダイ」）と再使用可能な部分（以下、「再使用可能なコアダイ」）は、互いに協働的に使用してセラミックコアを形成することができる。その後、セラミックコアを使用して、部品、例えばタービン翼形部の所望の鋳造品を生成することができる。この方法で製造した鋳造品は、他の工業的に採用されているプロセスで製造したものより、寸法公差が良好である。

本発明の方法の一実施形態では、セラミックを含有するスラリーを複合ダイに導入する。スラリーは通常セラミックの粒子を含有し、焼成時に固めて固化セラミックコアを形成するが、その形状及び体積は複合ダイの内部形状及び体積と実質的に同一である。複合ダイの隙間やチャンネルに導入されたスラリーを次に硬化して硬化セラミックコアを形成する。スラリーの硬化時に、再使用可能なコアダイを任意の対応するエンフォーサと共に除去する。再使用可能なコアダイ及び対応するエンフォーサは通常金属から作成し、他の成形操作に再使用することができる。

使い捨てコアダイも任意の対応するエンフォーサと共に除去する。得られた硬化セラミックコアを焼成して、固化セラミックコアを形成する。次に固化セラミックコアをワックスダイ内に配置する。ワックスダイは金属から作られる。ワックスを固化セラミックコアと金属との間に注入し、放冷する。次にワックスダイを取り除くと、後にセラミックコアが内包されたワックス体が残る。次にワックス体をインベストメント鋳造プロセスに付し、ワックス体を繰り返しセラミックスラリーに浸漬して、内面の幾何形状が目的部品の外面に対応するセラミックスラリーコートを形成する。次にセラミックスラリーコートの内側に位置するワックス体を焼成処理に付し、ワックスを除去すると、後にセラミック鋳型が残る。次に溶融金属をセラミック鋳型に注いで、目的の金属部品を生成する。上述の通り、この部品は、例えばタービン翼形部のようなタービン部品とすることができる。

図１（ａ）は、タービン翼形部の製造に用いることができる複合コアダイ１００の一実施形態を示す。図１（ａ）から分かるように、使い捨てコアダイ１０を複数個の再使用可能なコアダイ５０，５２，５４，５６と協働的に使用して、複合コアダイ１００を形成する。図１（ａ）では、使い捨てコアダイ１０を使用してセラミックコアの内面を生成する。一実施形態では、複合コアダイ１００を用いてタービン翼形部を製造する方法において、使い捨てコアダイ１０及び再使用可能なコアダイ５０，５２，５４，５６を互いに密着関係に設置する。使い捨てコアダイ１０と再使用可能なコアダイ５０，５２，５４，５６との接触点を、複合コアダイ１００からのスラリーの漏れを防止するように、静止嵌合状態に配置する。

図１（ｂ）は、タービン翼形部の製造に用いることができる複合ダイ１００の別の実施形態を示す。この実施形態では、任意のエンフォーサ２０を用いて使い捨てコアダイ１０の支持を得る。この実施形態では、使い捨てコアダイ１０を用いてセラミックコアの外面を生成する。

図１（ｂ）から分かるように、エンフォーサはその輪郭が使い捨てコアダイ１０の外側輪郭と合致して、セラミックコアの注入時に使い捨てコアダイに必要な機械的支持を確保する。使い捨てコアダイ１０だけにエンフォーサ２０を設けているが、再利用可能なコアダイ５０を第２のエンフォーサ（図示せず）により支持することも可能である。

上述の通り、セラミック粒子を含有するスラリーを次に複合コアダイ１００の隙間やチャンネルに導入する。スラリーの詳細は、米国特許出願第１０／６７５，３７４号及び第１１／２５６，８２３号（その全体を本発明の先行技術として援用する）に記載されている。セラミックコアを形成した後、再使用可能なコアダイ５０（又は複数個の再使用可能なコアダイ５０，５２，５４，５６）を任意のエンフォーサ２０と共に除去する。次にスラリーを硬化させて、硬化セラミックコアを形成する。使い捨てコアダイ１０も除去すると、後には図２に示す硬化セラミックコアが残る。図２は、硬化セラミックコアを、焼成して固化セラミックコア９０を形成した後の状態で示す。使い捨てコアダイは、化学的、熱的又は機械的方法又はこれらの少なくとも１つを含む組合せにより除去することができる。除去方法の例には、化学的溶解、化学的分解、機械的研磨、溶融、熱分解、又はこれらの除去方法の少なくとも１つを含む組合せがある。

次に、セラミックコアを、コアの組成に応じて約１０００℃〜約１７００℃の温度で焼成して、固化セラミックコア９０を形成する。焼成温度は例えば約１０９０℃〜約１１５０℃である。

ここで図３を参照すると、固化セラミックコア９０を次にワックスダイ９２中に挿入する。ワックスダイ９２の内面９４は、タービン翼形部の所望の外面に対応する。次に、図３に示すように、溶融ワックス９６をワックスダイ中に注入する。ワックスが凝固したら、図４に示すワックス翼形部１０２をワックスダイ９２から除去し、繰り返しセラミックスラリーに浸漬してセラミックシェル９８を生成する。次に、ワックス翼形部１０２内に存在するワックスを溶融させ、固化セラミックコア９０を内包するセラミックシェル９８から流出させることにより、ワックス翼形部１０２からワックスを除去する。ワックスの除去後、溶融金属を固化セラミックコア９０を内包するセラミックシェル９８に注入することができる。一実施形態では、図５に示すように、溶融金属をセラミックシェル９８に注入して翼形部を形成する。図５は、溶融金属注入後のセラミックシェル９８を示す。金属の冷却・凝固後、セラミックシェル９８を壊して目的の翼形部を取り出す。次に固化セラミックコアを目的の翼形部から化学的浸出により除去する。

上述の通り、再使用可能なコアダイ及びエンフォーサは通常金属又はセラミックから作成する。適当な金属には、鉄鋼、アルミニウム、マグネシウムなど又はこれら金属の１種以上を含む組合せがある。所望に応じて、再使用可能なコアダイをラピッド・プロトタイピング法で製造することもでき、ポリマー材料の使用も可能である。再使用可能なコアダイ及び使い捨てコアダイに使用できるポリマー材料の適当な例を以下に説明する。

再使用可能なコアダイは通常、高い精度を要求する、バンプ、グルーブなどの複雑な造作を有する表面の生成のために選択されたダイである。一実施形態では、１回の成形工程に単一の再使用可能なコアダイを用いてセラミックコアを生成することができる。別の実施形態では、所望に応じて、１回の成形工程に複数個の再使用可能なコアダイを使用することができる。

ここで図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照すると、通常、再使用可能なコアダイを複合コアダイの外側部分として使用することが分かる。言い換えると、再使用可能なコアダイの内面がコアの外面を形成する。

図６（ｂ）から分かるように、複合コアダイは、再使用可能なコアダイを備え、これがコアダイの外面の一部分だけを形成する構成とすることができる。或いはまた、図６（ａ）に示すように、複合コアダイは、再使用可能なコアダイを備え、これが複合コアダイの外面全体を形成する構成とすることもできる。スラリーを複合コアダイに注入し、硬化した後、再使用可能なコアダイを機械的に除去する。

複合コアダイにおいて、使い捨てコアダイは再使用可能なコアダイと物理的連通関係にある。使い捨てコアダイと再使用可能なコアダイとの連通の点及び表面が、最終的に固化されてセラミックコアとなるスラリーの流れに対するバリヤとして作用するのが望ましい。

使い捨てコアダイは、再使用可能なコアダイを除去する前又は後で除去することができる。一実施形態では、使い捨てコアダイを再使用可能なコアダイの除去後にのみ除去する。上述の通り、使い捨てコアダイを化学的、熱的又は機械的方法で除去することができる。使い捨てコアダイは通常一部品構成であるが、所望に応じて、目的の鋳造品の製造に２部品以上の構成を用いることができる。

使い捨てコアダイは、翼形部における内面又は外面いずれの生成にも使用できる。もう一度図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照すると、使い捨てコアダイを複合コアダイの外側部分としても、複合コアダイの内側部分としても使用できることが分かる。

使い捨てコアダイは、一般に、有機ポリマーを含む注入成形組成物から製造する。有機ポリマーは、多種多様な熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマーのブレンド、又は熱可塑性ポリマーと熱硬化性ポリマーのブレンドから選択できる。有機ポリマーは、ホモポリマー、コポリマー、例えば星形ブロックコポリマー、グラフトコポリマー、交互ブロックコポリマー又はランダムコポリマー、アイオノマー、デンドリマー又はこれらの有機ポリマーの１種以上を含む組合せを含む。有機ポリマーは、かかるポリマー、コポリマー、ターポリマーなどのブレンド、或いはこれらの有機ポリマーの１種以上を含む組合せであってもよい。使い捨てコアダイは通常ラピッド・プロトタイピング法で製造する。

適当な有機ポリマーの例には、天然及び合成ワックス及び脂肪酸エステル、ポリアセタール、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアラミド、ポリアリーレート、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリベンゾオキサゾール、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリーレート、ポリウレタン、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリーレンスルフィド、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリエーテルイミドなど、又はこれらのポリマー樹脂の１種以上を含む組合せが挙げられる。

有機ポリマーのブレンドも使用できる。適当な有機ポリマーのブレンドの例には、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン／ナイロン、ポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル／ポリアミド、ポリカーボネート／ポリエステル、ポリフェニレンエーテル／ポリオレフィン、及びこれらの有機ポリマーブレンドの１種以上を含む組合せが挙げられる。

代表的な有機ポリマーは、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、天然及び合成ワックス及び脂肪酸エステル並びに紫外線（ＵＶ）硬化アクリレートである。適当な合成ワックスの例としては、炭素原子数約１０〜約３８のｎ−アルカン、ケトン、第二アルコール、β−ジケトン、モノエステル、第一アルコール、アルデヒド、アルカン酸、ジカルボン酸、ω−ヒドロキシ酸がある。適当な天然ワックスの例には、動物ワックス、植物ワックス、鉱物ワックスなど、又はこれらのワックスの１種以上を含む組合せがある。動物ワックスの例には、蜜蝋、いぼた蝋（虫白蝋）、シェラックワックス、鯨蝋、ラノリンなど、又はこれらの動物ワックスの１種以上を含む組合せがある。植物ワックスの例には、カルナウバ蝋、ウリクリ（ouricouri）蝋、ホホバ蝋、カンデリラ蝋、ハゼ蝋、米糠油など、又はこれらのワックスの１種以上を含む組合せがある。鉱物ワックスの例には、オゾケライト、モンタンワックスなど、又はこれらのワックスの１種以上を含む組合せがある。

上述の通り、使い捨てコアダイは、熱硬化性もしくは架橋ポリマー、例えばＵＶ硬化アクリレートから製造することができる。架橋ポリマーの例には、放射線硬化性又は光硬化性ポリマーがある。放射線硬化性組成物は、放射線硬化性官能基（例えばエチレン性不飽和基、エポキシドなど）を有する放射線硬化性材料を含有する。適当なエチレン性不飽和基には、アクリレート、メタクリレート、ビニル、アリルその他のエチレン性不飽和官能基がある。本願で用いる「（メタ）アクリレート」という用語には、アクリレート及びメタクリレート官能基が共に包含される。これらの材料はモノマー、オリゴマー及び／又はポリマー又はこれらの混合物の形態とすることができる。上記材料は単官能性でも多官能性でもよく、例えば例えば二官能性、三官能性、四官能性及びそれ以上の官能性材料とすることができる。本願で用いる単官能性、二官能性、三官能性及び四官能性材料とは、それぞれ１個、２個、３個、及び４個の放射線硬化性官能基を有する化合物をいう。

（メタ）アクリレートの例には、メチルアクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート、ネオペンチルアクリレート、ラウリルアクリレート、セチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソボルニルアクリレート、フェニルアクリレート、ベンジルアクリレート、ｏ−トルイルアクリレート、ｍ−トルイルアクリレート、ｐ−トルイルアクリレート、２−ナフチルアクリレート、４−ブトキシカルボニルフェニルアクリレート、２−メトキシカルボニルフェニルアクリレート、２−アクリロイルオキシエチル−２−ヒドロキシプロピルフタレート、２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、ｓｅｃ−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、ｎ−ステアリルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、４−ｔｅｒｔ−ブチルシクロヘキシルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、フェネチルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、グリシジルメタクリレートなど、又はこれらの（メタ）アクリレート類の１種以上を含む組合せが挙げられる。

有機ポリマーは、アクリレート単量体を、アクリレート単量体と共重合可能な不飽和結合を有する別の単量体と共重合したものも含む。共重合可能な単量体の適当な例には、スチレン誘導体、ビニルエステル誘導体、Ｎ−ビニル誘導体、（メタ）アクリレート誘導体、（メタ）アクリロニトリル誘導体、（メタ）アクリル酸、無水マレイン酸、マレイミド誘導体など、又はこれらの単量体の１種以上を含む組合せがある。

注入成形組成物中の単量体の重合を活性化するために、注入成形組成物に開始剤を添加することができる。開始剤はラジカル開始剤とすることができる。適当なラジカル開始剤の例としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸アンモニウムとテトラメチルエチレンジアミンの混合物、過硫酸ナトリウム、過硫酸ナトリウムとテトラメチルエチレンジアミンの混合物、過硫酸カリウム、過硫酸カリウムとテトラメチルエチレンジアミンの混合物、アゾビス［２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパン］ＨＣｌ（ＡＺＩＰ）、アゾビス（２−アミジノプロパン）ＨＣｌ（ＡＺＡＰ）、４，４’−アゾ−ビス−４−シアノペンタン酸、アゾビスイソブチルアミド、アゾビスイソブチルアミジン２ＨＣｌ、２，２’−アゾ−ビス−２−（メチルカルボキシ）プロパン、２−ヒドロキシ−１−［４−（ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−メチル−１−プロパノン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−１−プロパノンなど、又はこれらのラジカル開始剤の１種以上を含む組合せがある。ある種の添加剤やコモノマーも重合を開始することができ、この場合には別個の開始剤は望ましくないことがある。開始剤は反応を開始するだけでなく、反応を制御することもできる。開始剤は、注入成形組成物の重量を基準にして約０．００５重量％〜約０．５重量％の量で使用する。

ラジカル開始剤系に加えて、他の開始剤系を注入成形組成物に用いることもできる。他の開始剤系としては、紫外線（ＵＶ）、Ｘ線、γ線、電子線その他適当な重合開始剤として作用し得る放射線がある。開始剤は注入成形組成物に、組成物の製造中に添加しても、注入の直前に添加してもよい。

所望に応じて、分散剤、凝集剤及び懸濁剤を注入成形組成物に添加して、組成物の流動挙動を制御することもできる。分散剤は組成物の流動性を高め、凝集剤は組成物を流れにくくし、懸濁剤は組成物から粒子が沈殿するのを防ぐ。

上述の通り、（複合コアダイから製造した）セラミックコアはさらに、金属鋳造品の成形に用いることができる。一実施形態では、使い捨てコアダイはタービン部品の製造に使用できる。これらのタービン部品は、発電用タービン、例えばガスタービン、水力発電タービン、蒸気タービンなどに使用しても、或いは航空機、機関車又は船舶で推力の供給に用いられるタービンであってもよい。使い捨てコアダイを用いて製造できるタービン部品の例には、静翼及び／又は動翼翼形部がある。使い捨てコアダイを用いて製造できる他のタービン部品の例としては、シール、シュラウド、スプリッタなどがある。

使い捨てコアダイには幾つもの利点がある。使い捨てコアダイは、大量生産可能で、タービン翼形部を製造するための鋳造操作に使用できる。使い捨てコアダイは、単純な形状にも複雑な形状にも製造でき、また低いコストで大量生産できる。使い捨てコアダイの使用は、組み立てや製造工程を付加することなく、セラミックコアの製造を容易にすることができる。使い捨てコアダイの使用は、タービン翼形部を製造するためのコアアセンブリを用いる必要をなくすことができる。さらに、再使用可能なコアダイと使い捨てコアダイとの併用は、使い捨てコアダイの体積の減少を可能にする。このことは、ラピッド・プロトタイピング材料のコストの低下と、製造プロセス時間の短縮につながる。

以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明の要旨から逸脱することなく、種々の改変が可能であり、また構成要素を均等物に置き換え得ることが当業者に明らかである。さらに、本発明の要旨から逸脱することなく、個別の状況や材料を本発明に適合させる多くの変更が可能である。したがって、本発明は本発明を実施するうえで考えられる最良の形態として上述した特定の実施形態に限定されず、本発明は全ての実施形態を包含する。

タービン翼形部を製造するのに用いることができる複合コアダイの１例を示す図である。 タービン翼形部を製造するのに用いることができる複合ダイの別の例を示す図である。 硬化セラミックコアを、焼成して固化セラミックコアを形成した状態で示す図である。 固化セラミックコアを包囲するワックスダイを示す図である。 ワックス翼形部をセラミックスラリーに浸漬することにより生成したセラミックシェルを示す図である。 セラミックシェル及び一体の鋳造コアの除去後の翼形部（成形部品）を示す図である。 使い捨てコアダイと再使用可能なコアダイとを組み合わせて複合コアダイを生成することができる構成配置を示す図である。 使い捨てコアダイと再使用可能なコアダイとを組み合わせて複合コアダイを生成することができる別の構成配置を示す図である。

符号の説明

１０ 使い捨てコアダイ
２０ エンフォーサ
５０，５２，５４，５６ 再使用可能なコアダイ
９０ セラミックコア
９２ ワックスダイ
９４ 内面
９６ 溶融ワックス
９８ セラミックシェル
１００ 複合コアダイ
１０２ ワックス翼形部

Claims (8)

1. 中空金属翼形部品の鋳造に用いられるセラミックコア（９０）を形成するための、再使用可能なコアダイ（５０，５２，５４，５６）と使い捨てコアダイ（１０）とを備える複合コアダイ（１００）であって、
   使い捨てコアダイ（１０）が再使用可能なコアダイと直接接触して使い捨てコアダイ（１０）と再使用可能なコアダイとの間の接触表面が複合コアダイ（１００）に導入されるスラリーの漏れを防止するバリヤとして作用し、
   さらに、使い捨てコアダイ（１０）の外側輪郭と合致する輪郭を有するエンフォーサ（２０）であって、スラリーを注入してセラミックコアを形成する際に使い捨てコアダイ（１０）を機械的に支持するエンフォーサ（２０）を備える、複合コアダイ（１００）。
2. 再使用可能なコアダイが金属表面を有する、請求項１記載の複合コアダイ（１００）。
3. 複数個の再使用可能なコアダイを備える、請求項１記載の複合コアダイ（１００）。
4. 再使用可能なコアダイが複合コアダイ（１００）の外壁を形成する、請求項１記載の複合コアダイ（１００）。
5. 複合コアダイ（１００）の外壁の一部分を形成する再使用可能なコアダイを備える、請求項１記載の複合コアダイ（１００）。
6. 再使用可能なコアダイ及び使い捨てコアダイ（１０）両方が有機ポリマーを含有する、請求項１記載の複合コアダイ（１００）。
7. 使い捨てコアダイ（１０）が、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、天然ワックス、合成ワックス、脂肪酸エステル、紫外線硬化アクリレート又はこれらの１種以上を含む組合せを含有する、請求項１記載の複合コアダイ（１００）。
8. 中空金属翼形部品の鋳造方法であって、
   使い捨てコアダイ（１０）を再使用可能なコアダイと直接接触させて複合コアダイ（１００）を形成する工程であって、使い捨てコアダイ（１０）と再使用可能なコアダイとの間の接触表面が複合コアダイ（１００）に導入されるスラリーの漏れを防止するバリヤとして作用する工程と、
   使い捨てコアダイ（１０）の外側輪郭と合致する輪郭を有するエンフォーサ（２０）を配置して使い捨てコアダイ（１０）を機械的に支持する工程と、
   セラミック粒子を含有するスラリーを複合コアダイ（１００）に導入する工程と、
   スラリーを硬化して硬化セラミックコア（９０）を形成する工程と、
   使い捨てコアダイ（１０）及び再使用可能なコアダイを硬化セラミックコア（９０）から除去する工程と、
   硬化セラミックコア（９０）を焼成して固化セラミックコア（９０）を形成する工程と、
   固化セラミックコア（９０）を金属を含有するワックスダイ（９２）内に配置する工程と、
   固化セラミックコア（９０）とワックスダイ（９２）間にワックスを注入する工程と、
   注入したワックスを冷却して固化セラミックコア（９０）を内包したワックス体を形成する工程と、
   ワックス体をセラミック粒子を含有するスラリーに浸漬する工程と、
   ワックス体に焼成処理を施してセラミック外側シェルを形成する工程と、
   焼成処理中にワックス体からワックスを除去する工程と、
   溶融金属をセラミック外側シェル中に導入して目的の中空金属翼形部品を形成する工程と
   を含む方法。
   

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