JPH07124690A - ワックスパターン成形用の入子型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワックスパターンの成形の容易化、迅速化、
低コスト化を図り得るワックスパターン成形用の入子型
を提供すること。 【構成】 ワックスパターン成形用の入子型としての入
子型１７は、ロストワックス鋳造に用いられタービンノ
ズルＷと同一形状を有するワックスパターンを、ろうな
どの可溶性材料から成形する際に、金型１０内に配置さ
れて使用される。入子型１７は、翼部１４の形状に対応
した形状を有し、合成樹脂材料からなる中子部としての
プラスチックパターン１８と、このプラスチックパター
ン１８の周囲に成形されソリブルワックス２７からなる
可溶性被覆部１９とから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、精密鋳造法の一つであ
るロストワックス法において使用されるワックスパター
ンを成形する際に使用される入子型の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】精密鋳造法の一つであるロストワックス
法は、鋳型に分割面がなく寸法精度の高い鋳物を製造す
ることができ、さらに切削加工では工数のかかる複雑な
形状のものも製造できることから、タービンのブレー
ド、ホイール、ロータ、航空部品、計器部品などを製造
するために広く用いられている。

【０００３】ロストワックス法の工程を概説すれば、ま
ず、ろうなどの可溶性材料で製品と同一形状の模型（ワ
ックスパターン）を成形し、このワックスパターンの周
囲にスラリーと耐火粒子（例えばセラミック粒子）を交
互に付着させてコーティング層を形成し、乾燥後にワッ
クスパターンを溶融流出させ、ワックスパターン形状、
つまり製品形状と同一形状のキャビティが形成された鋳
型を作る。そして、この鋳型を焼成して強度を持たせ、
溶融金属をキャビティ内に鋳込み、冷却後に鋳型を壊し
て製品を取り出す。

【０００４】前記ワックスパターンは、ワックスパター
ン成形用金型に半溶融状態のろうを圧入して射出成形さ
れ、ワックスパターン全体が型抜き可能な単純な形状で
ある場合には、上下型さらにはスライド型を使用するこ
とによって、当該ワックスパターンを容易に成形するこ
とができる。

【０００５】しかしながら、製品として、例えばタービ
ンなどでは、複雑な三次元形状を有する複数枚の翼を備
えた翼部が設けられているため、スライド型やスチール
コアからなる入子型を使用してもワックスパターンを成
形することが困難な場合がある。

【０００６】そこで、従来より、複雑形状の部位を有す
るワックスパターンを成形する際には、水溶性ワックス
製の入子型を用いた成形方法が採用されている。この成
形方法は、複雑形状部位に対応した形状を有する水溶性
ワックスで構成されたソリブルワックスからなる入子型
を使用する。このソリブルワックス製入子型は、ワック
スパターンとは別個に成形され、ソリブルワックス製入
子型を成形するための金型に、半溶融状態のソリブルワ
ックスを圧入して射出成形される。タービンの翼部を例
に採れば、ソリブルワックス製入子型は、隣接する翼の
間の形状を有し、翼の枚数分だけ成形されている。そし
て、この方法にあっては、予め成形しておいたソリブル
ワックス製入子型をワックスパターン成形用金型内に位
置決め配置する。型締め後に半溶融状態の可溶性材料を
圧入し、当該可溶性材料が冷却され固まった後に、ソリ
ブルワックスを水に溶かして除去すれば、翼および隣接
する翼の間の空間が形成されたワックスパターンが得ら
れる。

【０００７】ところで、一般に、ワックスパターンは、
そのボリュームが大きければ大きいほど、面引けおよび
変形などが生じ易くなり、目的とする形状を得ることが
難しくなることから、チル（中子）の使用が必要とな
る。ソリブルワックス製入子型にあっても、そのボリュ
ームが大きい場合には中子が使用されるようになってい
る。従来では、ソリブルワックス製入子型の中子の材質
としては、同質のソリブルワックスが使用されていた。
この種のソリブルワックス製入子型は、まず、中子の部
分のみを中子成形用金型を用いてソリブルワックスで予
め成形しておき、次いで、この中子を入子型を成形する
ための金型内に位置決め配置し、型締め後に半溶融状態
のソリブルワックスを圧入し、中子の外周を、同じ材質
で被覆する。そして、ワックスパターンを成形するとき
には、可溶性材料が冷却され固まった後に、入子型の部
分も水に溶かして除去する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ソリ
ブルワックスからなる中子部と、この中子部の周囲に成
形され同質のソリブルワックスからなる被覆部とを有す
る入子型では、ソリブルワックスの成形回数が２倍にな
る。例えば、２４枚の翼が設けられたタービンを例に採
ると、中子を成形するために要する成形回数が２４回
で、被覆部を成形するのに要する成形回数が２４回で、
計４８回の成形が必要となる。

【０００９】このように、１つのワックスパターンを成
形するごとに、新たな入子型を、被覆部のみならず中子
部から再度成形しなければならないため、入子型の成形
に時間と費用を要し、ワックスパターンの成形の容易
化、迅速化、コストの低減を図ることができない。さら
に、ソリブルワックス製入子型の溶解除去を完全に行わ
ないとワックスパターンの品質不良、ひいては製品の品
質不良を招く虞がある。このため、ソリブルワックス製
入子型の溶解除去工程に比較的長時間を要し、この点か
らもワックスパターンの成形の容易化、迅速化を図るこ
とができなくなる。

【００１０】本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決
するためになされたものであり、ロストワックス鋳造法
において使用されるワックスパターンを成形する際に使
用される入子型であって、ワックスパターンの成形の容
易化、迅速化、コストの低減を図り得るワックスパター
ン成形用の入子型を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るワックスパターン成形用の入子型は、
合成樹脂材料からなる中子部と、この中子部の周囲に成
形され可溶性材料からなる可溶性被覆部とを有する。

【００１２】

【作用】本発明に係る入子型では、中子部を繰り返し使
用することができ、この中子部を再使用し、可溶性被覆
部のみを成形するだけで入子型を製作することができ
る。したがって、中子部をも可溶性樹脂材料から成形す
る場合に比べると、成形回数が半減し、入子型の成形に
要する時間とコストが減少する。

【００１３】さらに、可溶性樹脂材料からなる可溶性被
覆部のみを溶解除去すればよいので、入子型における可
溶性被覆部の溶解除去工程に要する時間が短くて済む。
しかも、合成樹脂材料で構成された入子型の中子は、ワ
ックスパターンの成形毎に作り替える必要がなく、しか
も、中子プラスチック表面が、他の入子型に対するシー
ル面となることから、ワックスパターンの成形毎に、入
子型の組合せ誤差を避けることができ、ワックスパター
ンの品質が安定化する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明に係る入子型を使用したワックス
パターン成形装置の金型を示す断面図、図２（１）
（２）は図１に示される入子型を示す斜視図、図２
（３）および図３は入子型の中子部を構成するプラスチ
ックパターンを示す斜視図および平面図、図４（１）
（２）は図３のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線に沿う断面図、
図４（３）（４）は入子型の同図（１）（２）に対応す
る断面図である。

【００１５】図１に示すワックスパターン成形装置の金
型１０は、製品をロストワックス法により鋳造する際に
使用するろう模型（ワックスパターン）を成形するため
のものである。ロストワックス法は、前述したように、
複雑な形状を有する製品も鋳造することができるという
利点がある精密鋳造法の一つである。ワックスパターン
は、ろうなどを用いて射出成形され、製品の外形形状と
同一形状を有している。

【００１６】ロストワックス法により鋳造される製品の
一例を、図８および図９（１）〜（３）に示す。この製
品は、タービンノズルのタービン静翼Ｗであり、内方リ
ング部１１と、この内方リング部１１と所定の隙間を隔
てて配置される外方リング部１２と、両リング部１１、
１２間に設けられ傾斜した複数枚の翼（ブレード）１３
を有する翼部１４とから構成される。

【００１７】ブレード１３は、図６（１）にも示すよう
に、三次元形状の曲面を有している。なお、以下の説明
においては説明の便宜上、図６（１）においてブレード
の右側に示される曲面をブレード表面１５と、左側に示
される曲面をブレード裏面１６と称する。また、同図中
ブレードの上端をブレード上端縁と、下側をブレード下
端縁と称する。

【００１８】ブレード１３が複雑な三次元曲面形状を有
することから、ワックスパターンを成形する際には、翼
部１４を形成するために複数の入子型１７が使用されて
いる。本実施例の入子型１７は、図２（１），（２）に
示すような形状を呈し、同図（３）に示される合成樹脂
材料からなる中子部１８の周囲の所定部位に、可溶性材
料からなる可溶性被覆部１９を被覆して構成されてい
る。なお、中子部１８をプラスチックパターンとも称す
る。

【００１９】中子部としてのプラスチックパターン１８
の平面は、図３に示すように、円弧形状をなし、所定個
数のプラスチックパターン１８を組み立てることにより
リング形状となる。図４（１）（２）に示すように、プ
ラスチックパターン１８は、略箱形状を有する頭部２０
と、基部２１と、この基部２１に連設された首部２２と
を有する。頭部２０は、首部２２の上端面に着脱自在に
取り付けられている。首部２２には、図６（２）に示す
ように、ブレード裏面１６に向かい合う裏斜面２３と、
ブレード表面１５に向かい合う表斜面２４とが形成され
ている。また、表斜面２４から基部２１底面まで貫通す
る通孔２５が形成されている。この通孔２５は、ソリブ
ルワックスを注入する際の注入通路、ソリブルワックス
を水溶除去する際の排出通路として機能する。

【００２０】入子型１７は、図４（３），（４）に示す
ように、プラスチックパターン１８の頭部２０および表
斜面２４に略垂直方向に連続する表側端面２６を除くほ
ぼ全面に渡って、可溶性被覆部１９を構成するソリブル
ワックス２７が被覆されている。通孔２５内にもソリブ
ルワックス２７が充填されている。頭部２０の図中左右
方向の側端面、前記表側端面２６および裏斜面２３に略
垂直方向に連続する裏側端面２８に被覆されたソリブル
ワックス２７の表面がシール面となっている。

【００２１】２つの入子型１７を相互に突き合わせたと
きには、図５に示すように、頭部２０のシール面同士が
当接してブレード１３の上端縁が定まり、裏側端面２８
に被覆されたソリブルワックス２７の表面と表側端面２
６とが当接してブレード１３の下端縁が定まり、ブレー
ド１３の外形形状に対応した形状を有するキャビィティ
２９が形成されるようになっている。

【００２２】本実施例では、プラスチックパターンは、
繰り返し使用され、しかも、入子型１７のプラスチック
表面が、他の入子型１７のソリブルワックス表面または
プラスチック表面に当接して、シール面となることか
ら、ワックスパターンの成形毎に、入子型の組合せ誤差
を避けることができ、ワックスパターンの品質が安定化
する。

【００２３】プラスチックパターン１８は、首部２２お
よび基部２１とがプラスチックパターン成形用金型を用
いて一般的な合成樹脂の射出成形法により一体的に成形
され、これとは別個に頭部２０が合成樹脂で射出成形さ
れている。プラスチックパターン１８の成形材料は、ワ
ックスパターンの成形時の金型温度においても溶融ある
いは変形を生じない合成樹脂材料であれば特に限定され
るものではない。

【００２４】入子型１７は、入子型成形用金型を用いて
射出成形法により成形される。金型の構成を概説すれ
ば、当該金型３４は、図７に示すように、上型３５と、
この上型３５に対して相対的に接近離反移動可能な下型
３６とを有する。上型３５は、入子型１７の外形形状に
対応した内面形状を有する第１ブロック３７と、これを
支持する上方支持ブロック３８とを有する。一方、下型
３６は、プラスチックパターン１８の基部２１に対応し
た内面形状を有する第２ブロック３９と、射出口４０が
形成された第３ブロック４１と、これらを支持する下方
支持ブロック４２とを有する。下型３６には、射出口４
０からプラスチックパターン１８の通孔２５に連通する
注入通路４３が形成されている。これら上下型３５、３
６を型締めすることにより、入子型１７の外形形状に対
応した形状を有するキャビィティ４４が金型３４内に形
成される。

【００２５】そして、入子型１７を成形するには、上下
型３５、３６を型締めした後、金型３４内に形成される
キャビティ４４内に溶融したソリブルワックス２７を圧
入し、これを冷却して固化させれば、プラスチックパタ
ーン１８を中子部とした所定形状を有する入子型１７が
成形される。このようにして射出成形される入子型１７
は、少なくともブレード１３の枚数分だけ複数個成形さ
れている。

【００２６】ワックスパターンは、図１に示すワックス
パターン成形用金型１０を用いて射出成形法により成形
される。ワックスパターン成形用金型１０は、上型５０
と、この上型５０に対して相対的に接近離反移動可能な
下型５１とを有する。上型５０は、タービンノズルＷの
内方リング部１１の内周面に対応した内面形状を有する
第１ブロック５２と、プラスチックパターン１８の頭部
２０が嵌合する第２ブロック５３と、これらを支持する
上方支持ブロック５４とを有する。一方、下型５１は、
内方リング部１１の外周面に対応した内面形状を有する
と共にプラスチックパターン１８の基部２１が嵌合する
第３ブロック５５と、外方リング部１２の外周面に対応
した内面形状を有する第４ブロック５６とを有する。上
下型５０、５１の間には、第４ブロック５６を型中心に
向けて押圧する第５ブロック５７が設けられている。第
３ブロック５５には、ろうを圧入するための射出口５８
と注入通路５９とが形成されている。また、プラスチッ
クパターン１８の基部２１に設けた凹部２１ａに嵌合し
て入子型１７の位置決めを行う位置決めピン６０が下型
５１に設けられている。そして、上下型５０、５１を型
締めすることにより、ワックスパターンの外径形状つま
りタービンノズルの外形形状に対応した形状を有するキ
ャビィティ６１が金型１０内に形成される。

【００２７】次に、ワックスパターンの成形手順を説明
する。まず、ワックスパターン成形用金型１０の下型５
０に、予め成形した入子型１７をブレード１３の枚数分
（例えば２４個）並べて配置する。入子型１７の組み立
てにより、図５に示すように、ブレード１３の外形形状
に対応した形状のキャビィティ２９が形成される。ま
た、下型５１へ配置する際には、プラスチックパターン
１８の基部２１に設けた凹部２１ａを位置決めピン６０
に嵌合させることにより、下型５１に対する入子型１７
の位置決めがなされる。

【００２８】次いで、上型５０を下型５１に向けて下降
移動し、第４ブロック５６を型中心に向けて押圧しつ
つ、上下型５０、５１を型締めする。この型締めの際に
は、プラスチックパターン１８の頭部２０を第２ブロッ
ク５３に嵌合させることにより、上型５０に対する入子
型１７の位置決めがなされる。

【００２９】次いで、金型１０内に形成されたキャビテ
ィ６１内に、溶融状態にあるろうなどの可溶性材料を射
出口５８から所定圧力の下で圧入する。キャビティ６１
内に射出された可溶性材料を冷却し固化させた後、上下
型を開き、ワックスパターンを型から取り出す。このと
きには、図６（１）に示すように、入子型１７はブレー
ド１３の間に嵌り込んだままであり、抜き取ることがで
きない。

【００３０】次いで、同図（２）に示すように、ソリブ
ルワックス２７を水に溶かして可溶性被覆部１９を除去
すれば、中子部であるプラスチックパターン１８のみが
残り、ブレード１３との間に所定の隙間Ｓが形成される
ことになる。そして、同図（３）に示すように、プラス
チックパターン１８の頭部２０を首部２２から取り外し
て矢印で示すように上方に抜き取り、プラスチックパタ
ーン１８の基部２１ならびに首部２２を矢印で示すよう
に捩じりながら下方に抜き取れば、タービンノズルＷの
外形形状と同一の外形形状を有するワックスパターンの
成形が終了する。

【００３１】そして、このようにして成形されたワック
スパターンを用いてロストワックス鋳造を行い、研削な
ど所定の機械加工を施すことにより、図８に示す最終的
な製品であるタービンノズルＷの製造が完了する。本実
施例では、入子型１７の中子部１８（プラスチックパタ
ーン）が合成樹脂材料からなるため、当該中子部１８を
一般的な射出成形で容易に成形でき、１つのプラスチッ
クパターン成形用金型を製作するだけで、多数のプラス
チックパターンを容易に成形することができる。さら
に、プラスチックパターン１８は破損したりキズが付い
たり変形したりしない限り半永久的に繰り返して使用す
ることができるため、１つのワックスパターンを成形す
るごとに新たな入子型１７を成形しなければならないも
のの、プラスチックパターン１８を再使用し可溶性被覆
部１９のみをソリブルワックス２７で成形するだけでよ
い。したがって、中子部をもソリブルワックスから成形
する従来例に比べると、成形回数が半減し、入子型１７
の成形に要する時間と費用が減少し、ワックスパターン
の成形の容易化、迅速化、コストの低減を図ることがで
きる。さらに、ソリブルワックス２７からなる比較的薄
い可溶性被覆部１９のみを溶解除去すればよいので、入
子型１７の溶解除去工程に要する時間が短くなり、この
点からもワックスパターンの成形の容易化、コストの低
減を図ることができ、短かい納期に対しても迅速に対応
して製品を製造し納入することができる。

【００３２】さらに、タービンノズルＷのように製品公
差の厳しい翼部を成形するためにブレード枚数分の入子
型を並べるに当たり、ソリブルワックスからなる面同士
を当接させて入子型の位置決めを行うようにすると、個
々の入子型に僅かな形状ズレが生じてもブレード枚数が
多いことからワックスパターンの品質にバラツキが生じ
易かった。これに対し、本実施例では、プラスチックか
らなる面同士、あるいはプラスチックからなる面とソリ
ブルワックス２７からなる面同士を当接させて入子型１
７の位置決めを行い、ソリブルワックス２７からなる面
同士を当接させないようにしてある。したがって、ワッ
クスパターンの成形毎に、入子型の組合せ誤差を避ける
ことができ、ワックスパターンの品質が安定化ないし均
一化し、結果的に、高品質の製品を安定的に製造するこ
とが可能となる。

【００３３】なお、上述した実施例では、製品としてタ
ービンノズルＷを、所定部位の形状として翼部１４の形
状を例示したが、本発明はこの実施例の場合に限定され
るものではなく、いかなる製品、形状にも適用可能であ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のワックス
パターン成形用の入子型は、合成樹脂材料からなる中子
部と、この中子部の周囲に成形され可溶性材料からなる
可溶性被覆部とを有するので、中子部を繰り返し使用す
ることができ、この中子部を再使用し可溶性被覆部のみ
を成形するだけで入子型を容易に製作することができ
る。したがって、中子部をも可溶性樹脂材料から成形す
る場合に比べると、成形回数が半減し、入子型の成形に
要する時間と費用が減少し、ワックスパターンの成形の
容易化、迅速化、コストの低減を図ることができる。さ
らに、可溶性樹脂材料からなる比較的薄い可溶性被覆部
のみを溶解除去すればよいので、入子型における可溶性
被覆部の溶解除去工程に要する時間が短くなり、この点
からもワックスパターンの成形の容易化、迅速化、コス
トの低減を図ることが可能となる。

【００３５】しかも、合成樹脂材料で構成された入子型
の中子は、ワックスパターンの成形毎に作り替える必要
がなく、しかも、中子プラスチック表面が、他の入子型
に対するシール面となることから、ワックスパターンの
成形毎に、入子型の組合せ誤差を避けることができ、ワ
ックスパターンの品質が安定化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る入子型を使用したワックス
パターン成形装置の金型を示す断面図である。

【図２】図２（１）（２）は、図１に示される入子型を
示す斜視図、図２（３）は、入子型の中子部を構成する
プラスチックパターンを示す斜視図である。

【図３】図３はプラスチックパターンを示す平面図であ
る。

【図４】図４（１）（２）は図３のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線
に沿う断面図、同図（３）（４）は、入子型の同図
（１）（２）に対応する断面図である。

【図５】図５は入子型としての入子型を相互に突き合わ
せた状態を示す断面図である。

【図６】図６（１）〜（３）は入子型の作用の説明に供
する断面図である。

【図７】図７は入子型成形用金型の断面図である。

【図８】図８はロストワックス法により鋳造される製品
の一例であるタービンノズルを示す斜視図である。

【図９】図９（１）は、図８に示すタービンノズルの部
分平面図、同図（２）（３）は、同図（１）のＣ−Ｃ
線、Ｄ−Ｄ線に沿う断面図である。

【符号の説明】

１０… ワックスパターン成形用金型 １３… ブレード １４… 翼部（所定部位） １７… 入子型 １８… プラスチックパターン（中子部） １９… 可溶性被覆部 ２７… ソリブルワックス（可溶性材料） ３４… 入子型成形用金型 Ｗ… タービンノズル（製品）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロストワックス鋳造に用いられ製品と同一
   形状を有するワックスパターンを、可溶性材料で成形す
   る際に、金型内に配置され、製品の所定部位の形状に対
   応した形状を有するワックスパターン成形用の入子型で
   あって、 合成樹脂材料からなる中子部と、 この中子部の周囲に成形され可溶性材料からなる可溶性
   被覆部とを有するワックスパターン成形用の入子型。