JPS5884638A - 熱可塑性物体の封止方法 - Google Patents

熱可塑性物体の封止方法

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JPS5884638A
JPS5884638A JP57186666A JP18666682A JPS5884638A JP S5884638 A JPS5884638 A JP S5884638A JP 57186666 A JP57186666 A JP 57186666A JP 18666682 A JP18666682 A JP 18666682A JP S5884638 A JPS5884638 A JP S5884638A
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JP
Japan
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wax
thermoplastic
electromagnetic radiation
thin layer
gate
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English (en)
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グレゴリ−・アレン・ベネデイクト
アルバ−ト・ミラ−・ロツクウツド
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Howmet Turbine Components Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱可塑性物体間に亀裂のない封止部を形成する
ための改良方法に係るものである。本発明は、「ロスト
ワックス」法で用いるワックス模型とワックスゲートと
の封正に特に適用用能である。
「ロストワックス」法に最も古い合金鋳物製造技術の１
つである。この方法で鋳物を製造するには、目的とする
最終の金属鋳物と同じ形状のワックス模型が形成きれる
。次にセラミック鋳型がこの模型の周りに形成され１次
いで焼成されて、目的とする金属鋳物の逆原型になる。
この焼成工程の間に、元のワックス模型は融解されるか
焼きつく逼れる。融解金属がセラミック鋳型に注入され
、この金属が冷却、固化した後、セラミック鋳型を欠き
取ると、後に目的とする最終の金属鋳物が残る。
融解金織をセラミック鋳型に注入するためにに流路を設
ける必要がある。この流路を形成するには、ワックスゲ
ートをワックス模型に増付ける必要がある。セラミック
鋳型に１回使用されるだけで欠き取られて破壊されるの
で、一連のワックスゲートバーのすべてを流し込みカッ
プに連結し、このゲートバーに多数のワックス模型を連
結して。
多数の模型からなる１個のワックス集合体（ｗａｘｃｌ
ｕｓｔｅｒ　）をつくることが多い。
ワックス模型とワックスゲートを連結してワックス集合
体を完全に形成することがロストワックス法における最
も労働集約的な作業の１つであった。ワックス模型とワ
ックスゲートとの間の封止部には亀裂をなくしで、液状
のセラミックスラリ　′−が亀裂内で固化し、ワックス
除去後に、融解金属の流路に侵入しないようにする必要
がある。そうでなければ、金属流で折り取られたセラミ
ック粒子が最終の鋳物を汚染してその有用性を損なうこ
とがある。ワックス自体もかなり純粋であって、焼きつ
くされたとき、金属鋳物を汚染するような残渣を残さな
いものでなければならない。したがって、このワックス
集合体を刺止する方法はいずれも液密封止部を与え、か
つ最終鋳物の汚染もワックス模型およびワックスゲート
の変形も起してはならない。
ワックス集合体にある接合部を封止する現行の工程には
高度の熟練作業がきまれでいる。作業員は接合部に加熱
した道具、たとえば熱いナイフを当てて接合部を１つず
つ注意深く封止する。これは費用のかかる、そして時間
を要する工程である。
この工程を自動化することが長い開銀まれていたが、こ
れまでの試みは成功しなかった。
本発明の目的に、隣接する相補的な熱可塑性固体物体間
に亀裂のない封止部を形成するために、簡単で信頼でき
る比較的費用のかからない方法を提供することである。
本発明のそのほかの目的と利益に、以下の説明で述べら
れ、一部にその説明から自明であり、また本発明を実施
すれば知ることができる。本発明のこれらの目的と利益
は、特許請求の範囲に特に指摘した手段と組み合せによ
って現実に達成することができる。
こイ１らの目的を達成するために、かつ本明細薔で広範
囲にわたって記載し、また実施例を示した本発明の目的
に従って、隣接する熱可塑性固体物体間に亀裂のない封
止部を形成するための本発明の方法は、前記熱可塑性物
体間に、電磁線を吸収する薄層体を配置すること、前記
物体をその間にある前記薄層体と密接させてアセンブリ
を形成することおよび前記薄層体が実質的に吸収する周
波数の電磁線を前記アセンブリに照射して隣接する熱可
塑性面を融解し、前記物体間に前記封止部を形成するこ
とからなる。薄層体は少くとも１つの前記物体の外周部
から突出するのが好ましい。さらに、薄層体は燃焼後に
実質的に灰を残妊ないのが好ましい。
好適な本発明の実施態様においてに、薄層体に結晶性黒
鉛を含んだポリスチレン結合剤からなる。
電磁線がマイクロ波域内にあって、実質的な容積を占め
るアセンブリを同時に封止できるようにすることも好ま
しい。
特に好適な実施態様においては、熱可塑性物体は、ロス
トワックス法で封止δれるワックス模型とワックスゲー
トである。ワックス模型とワックスゲートにに相補的な
雄部分と雌部分があることが好ましく、また薄層体には
前記雄部分の周りに嵌合する開口部があって、前記薄層
体をアセンブリに正確に位置づけできることが好ましい
。雄部分と雌部分との嵌合は十分な滑り嵌めとして、刺
止過程で起る融解と同化の間、模型とゲートを接触面に
力を与えないで保持できるようにすべきである。
本明１１１１Ｉ書に含まれ、その一部を構成する添付の
図面に本発明の一実施態様を示し、本明細曹の記載と共
に本発明の詳細な説明に役立つものである。
現在好適な本発明の実施態様は以下に詳細に記載され、
その実施例に添付の図面に水爆れている。
Ｃ以下余白、次頁につづく。） 本発明に従えば、互いに隣接する相補的な熱可塑性固体
物体間に亀裂のない封止部が形成される。
当業者には理解きれるように、広範囲にわたる熱可塑性
物体が本発明の方法によって封止できる。
熱可塑性物体は本発明に従って使用される照射電磁線の
作用を実質的に受けないものが好ましく、熱可塑性物体
が電磁線によって直接加熱されないように丁べきである
。本明細書の実施態様では、熱可塑性固体物体はロスト
ワックス法で使用されるワックス模型とワックスゲート
である。例えば、第１図にワックス模型（１）とワック
スゲートバー（２）が示されている。この実施例では、
ロストワックス法で通常使用されるワックスおよびワッ
クス充てん剤がいずわも使用できる。常に良好な封止が
可能である特に好適なワックス組成物はパラフィン系ワ
ックスである。
本発明に従えば、電磁線吸収薄層体は第１図に示す通り
熱可塑性物体間に配置され、その後、熱可塑性物体がそ
の間にある薄層体に密接される。
薄層体をつくる電磁線吸収材料を個々の実施例について
選択下ることは当業者には可能である。この材料は電磁
線によって迅速に加熱されで融解し、隣接する熱可塑性
物体の接触面を封止するものでなけ稍ばならない。薄層
体は、実質的ζこ電磁線を吸収しない材料中に炭質材料
を分散させたものからなるのが好ましい。特に好適な材
料はポリスチレン結合剤中に結晶性黒鉛を含むものであ
る。薄層体の組成物は、約２０〜３０重量％の結晶性黒
鉛が７０〜８０重３１％のポリスチレンに分散したもの
が好ましい。薄層体に含まわる炭質材料の粒径は約０，
５〜０，６ミクロンであるのが好ましい。
薄層体の厚さは約０．０１３ｃｍ（約０．００５インチ
）であるのが好才しい。薄層体は、封止しようとする熱
可塑性物体の少なくとも一方の周辺部から約０．１６ｃ
ｍ（約１／１６インチ〕突出していると最適な結果が得
られるので好ましい。薄層体が熱可塑性物体の少なくと
も一方の周辺部から突出していないと、アンダーカット
や凹凸が生ずることがある。
熱可塑性物体がロストワックス法で使用きれるワックス
模型とワックスゲートである好適な実施態様において、
薄層体は燃焼後に灰を残さないもの、そして浩然非金属
であるのが好ましい。薄層体を構成する材料はワックス
除去工程で流出するか、予備加熱工程で燃え尽きるが、
合金鋳物の汚染を回避するために、薄層体中のｒＬ電磁
線吸収材料燃焼後に実質的に灰を残さないものとすべき
である。たとえば、灰分がわず力１に０．２重量％であ
る結晶性黒鉛が商業的に入手できる。
好才しくは炭質であるｔ磁線吸収材料のための結合剤は
実質的に電子線を吸収しない材料であるのが奸才しい。
結合剤を選択する際のその他の要件は、低融点かつ低灰
分であって、しかも取り扱いに好都合な適度の強度をも
っていることである。
結合剤はまた、炭質の電磁線吸収材料との混合が容易で
あり、かつ炭質材料上混合した場合、薄膜又は薄層に形
成し易いものでなければならない。
好適な結合剤はポリスチレンやポリエチレンのような高
分子材料である。当業者には前記の性質をもったその他
の結合剤を決めることは可能であるが、本発明において
現在量も奸才しい結合剤はポリスチレンである。
薄層体の厚さは、熱可塑性物体を融解させるのに十分な
電磁線吸収材料が存在し、かつ取り扱い上で満足できる
性質を与えるのに十分なものであわばよい。既に示した
通り、厚さは約０．０１３ｃｍ（約０００５インチ）で
あるのが奸才しい。
ロストワックス法に関する好適な実施態様では、ワック
ス模型とワックスケートを結合させるとき、融解と同化
の過程において接触面に力を加えないで平滑な亀裂のな
いすみ内部が形成されるようにすべきである。嵌合がゆ
るいと各部品が垂イ９下り、または互いに分離し、重力
によって融解ワックスがはみ出し、または流動すること
がある。
本発明に従えば、封止部を形成する際ｌこ熱可塑性物体
間に所望の物理的嵌合を得るための１つの有利な方法は
、熱可塑性物体に相補的な雄部分と雌部分を設けること
である。第１図に示す通り、突出部（４）が非円形のテ
ーパー付き雄部材であり、嵌め合いキャビティ（５）が
雌部分である。第６図に示すように、薄層体（３）には
突出部（４）に嵌合する開口部（６）を設けることがで
きる。薄層体（３）は、封止しようとする熱可塑性物体
の少なくとも一方、たとえば図面に示し１こ模型（１）
の周辺部より外にわずかに延びているのが好ましい。そ
の他さまざまの方策で、封止部を形成する際に力がかか
らないようにして熱可塑性物体と薄層体を所定位置に維
持することは当業者には極めて容易に思いつくであろう
。
本発明に従って熱可塑性物体と薄層体を密接させた後、
薄層体と前記物体は薄層体のみが実質的に吸収する周波
数の電磁線で照射される。この電磁線により吸収材料の
分子構造は交番電界に追従してこの交番電界と常に一致
し、吸収材料はその分子の摩擦によって発生する熱のた
めに迅速に加熱される。他方、熱可塑性材料は電磁線の
作用を受けないので、もさのますの状態を維持する。し
かし、熱可塑性物体の相補的な接触面は薄層体からの熱
伝導によって融点以上に加熱される。電磁線を止めると
、熱可塑性物体の融解部分は混合固化して、亀裂のない
封止部を形成する。
広い周波数範囲の電磁線、特に１０６〜１０１４ヘルツ
の周波数をもつＺτ電ｉ線が加熱のために使用できる。
好適な電磁線はマイクロ波域のものである。マイクロ波
エネルギーの使用が有利なのは、そ１１が多くの材料に
対して選択的効果をもっているからである。ワックス、
アルミニウム、はとんどのセラミックなどのような非極
性材料はマイクロ波放射線の作用を受けない。水や黒鉛
のような極性材料はマイクロ波エネルギーの存在下で迅
速に加熱される。
９１５Ｍ）ｉｚと２，４５０ＭＨｚの間の周波数で作動
する標準型マイクロ波発生装置を使用してマイクロ波エ
ネルギーを供給することができる。封止時間は広い範囲
で変えることができる。２秒ないし２分の時間範囲で封
止が首尾よく達成された。マイクロ波源の電力レベルが
高いほど、封止時間は短い。％定の試験用模型について
、電力以夕１の変数をすべて一定に保った場合、封止時
間は電力約１００ワツトでの約４５秒から電力約７００
ワツトでの約４秒まで変化した。はとんどの実用的利用
に対して、２．５ＫＷまでの電力を供給できるマイクロ
波ユニットが適当なはずである。封止時間に影響を与え
るその他の変数は、損失フィルム中の黒鉛の割合、黒鉛
粒子のタイプと寸法、使用結合剤、薄層体の厚さ、模型
周囲からの薄層体の突出度合、封止されるスプルーの寸
法、封止される模型の数およびマイクロ波共鳴体のキャ
ビティの形状である。
ロストワックス法に関する好適実施態様では、ワックス
ゲートへのワックス模型の封止結合を迅速に行なうには
、才ずそれらをテーパー付凹凸結合によって機械的に結
合させて、第１図に示す通り合せ面間に薄い極性薄層体
を保持することである。このアセンブリをマイクロ波エ
ネルギー場内に置いた場合、１５秒以内に封止結合が生
じるのが好ましい。模型とゲートの合せ面のワックスは
融解して周囲に流れ、固体のまま無傷でいる薄層体の突
出縁部を一体化させて、平滑で亀裂のないすみ内部そ形
成する。加熱した薄層体によって液化したワックスは約
３ｏ秒後に再固化して、模型とゲートとの間に封止結合
部を与え、こわが模型の形状によって数分以内に十分な
強度に達する。
第１図から推測し得るように、模型がゲートバーの両側
に首尾よく結合される。こうして、本発明の方法により
複数個の熱可塑性物体を同時に有利に結合することがで
きる。単ゲート付き部品はもちろん、多ゲート付き部品
の結合にも本発明の方法を利用することができる。封止
しようとする６対の面の平面を実質的に平行かつ水平に
して、液化した熱可塑性物体の流動を阻止することが奸
才しい。しかし、この流動の問題は、熱可塑性物体を適
切に選択することによって最小限度にすることができる
。液化したとき流動しにくい材料が必らずあるからであ
る。いずわにしろ、熱可塑性物体のアセンブリ全体を適
当に機械的に結合した後、すべての接合部を電磁線に１
回被曝させる単一操作で封止することができる。熱可塑
性物体は電磁線の作用を受けないので、電磁線源は個々
の接合部焦点を合わせる必要がなく、アセンブリ全体に
向けても安全である。
本明細書に広範囲にわたって記載し、また具体的に示し
たように、従来技術と比較すると、本発明によって、満
足できる封止が、著しく省力化して遥かに高速度で、一
層ばらつきが小さく達成される。本発明の方法が容易に
自動化できることは明らかである。たとえば、電磁線を
使用して封止部を形成できる速度から、１個の電磁線源
で全工場の生産を処理することができる。コンベヤ方式
によってアセンブリを複数の作業場から移送することが
できる。ダイ付き打抜ブレスを使用して損失フィルムロ
ールから適尚な形状の薄層体を、アセンブリが電磁線の
場に入ると同じ速度で裁断することができる。制御系を
使用してサイクル時間、電場の強度およびパルスの形状
を自動的に設定し各アセンブリ毎に最適性能を保証する
ことができる。コンベヤの傍の作業員は熱可塑性物体と
薄層体を組立て、それを実質的に電磁線の作用を受けな
いトレーの上で封止のための位置に置くことができる。
トレー上に記号化された、蓚たはその他の方法で与えら
れる情報を自動的に制御系に入力る。
本発明の範囲と精神に反することなく、さ才ざまな変更
と変化を本発明の方法においてなし得ることは当業者に
は明らかであろう。
本発明を要約すれば次の通りである。
隣接する熱可塑性物体間に電磁線を吸収する薄層体を配
置すること、前記熱可塑性物体をその間にある前記薄層
体き密接させること、および前記薄層体のみが実質的に
吸収する周波数の電磁線を前記熱可塑性物体と前記薄層
体に照射することによって、前記熱可塑性物体間に亀裂
のない封止部が形成される。この方法は合金鋳物製造の
ためのロストワックス法の一部としてワックス模型とワ
ックスゲートの封止に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の好適実施例において封止結合しよう
とする熱可塑性物体の断面図、第２図＆瓜第１図の冥施
例で使用ざわるゲートバーの千面邑第３図は、第１図の
実施例で使用される薄層体の平面図である。 なお図面に用いられている符号において、（１）・・・
・・・・・・・・・・・・模型（２）・・・・・・・・
・・・・・・・ゲートバー（３）・・・・・・・・・・
・・・・・薄層体（４）・・・・・・・・・・・・・・
・突出部（５１＝・・・・・・・・・・・・・キャビテ
ィ（６）・・・・・・・・・・・・・・・開口部である
。 代理人　上屋　勝 〃　　　　　　常　　包　　芳　　男 〃　　杉浦俊貴 Ｆ／θ、２ Ｆ／θ、３

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）、隣接する熱可塑性物体間に亀裂のない封止部を
    形成するようにした熱可塑性物体の封止方法において。 ａ）前記熱可塑性物体間に、電磁線を吸収する薄層体を
    配置すること、 ｂ）前記熱可塑性物体をその間にある前記薄層体と密接
    させてアセンブリを形成すること、および、 Ｃ）前記薄層体が実質的に吸収する周波数の電磁線を前
    記アセンブリに照射して隣接する熱可塑性面を融解し、
    前記熱可塑性物体間に前記封止部を形成すること、 からなる方法。 （２）、前記熱可塑性物体の各々が照射電磁線の作用を
    実質的に受けないものである特許請求の範囲第１項記載
    の方法。 （３）、前記熱可塑性物体をその間にあるＭｉ］記薄層
    体と密接させたとき、前記薄層体が少くとも１つの前記
    熱可塑性物体の外周部から突出するようにした特許請求
    の範囲第１項記載の方法。 （４）、前記薄層体が可燃性である特許請求の範囲第２
    項または第６項記載の方法。 （５）、前記薄層体に燃焼後に実質的に灰を残さないも
    のである特許請求の範囲第４項記載の方法。 （６）、前記薄層体が、実質的に電磁線を吸収しない材
    料中に炭質材料を分散筋せたものからなる特許請求の範
    囲第５項記載の方法。 （７）、電磁線がマイクロ波域のものである特許請求の
    範囲第１項記載の方法。 （８）、前記熱可塑性物体の少なくとも一つがワックス
    からなる特許請求の範囲第１項またげ第７項記載の方法
    。 （９）、前記熱可塑性物体の何れもがワックスからなる
    特許請求の範囲第１項またに第７項記載の方法。 ａＯ）、前記熱可塑性物体がワックス模型とワックスゲ
    ートである特許請求の範囲第９項記載の方法。 （１１）１ワックス部品からなりかつ隣接する熱可塑性
    物体間に亀裂のない封止部を形成する熱可塑性物体の封
    止方法において、 ａ）前記ワックス部品間に実質的に電磁線を吸収する材
    料からなる薄層体を配置すること、ｂ）前記ワックス部
    品をその間にある前記薄層体と密接させること、および
    、 リ　マイクロ波のスペクトル域にある電磁線を前記薄層
    体および前記ワックス部品に照射して前記部品間に前記
    封止部を形成すること、からなる方法。 ０２）、前記薄層体の周辺部が少くとも１つの前記ワッ
    クス部品の周辺部から突出するようにした特許請求の範
    囲第１１項記項の方法。 α３）、４：Ｊ記薄層体が可燃性である特許請求の範囲
    第１１項記載の方法。 Ｑ４）　％　＠　’ｉａ薄層体は燃焼後に実質的に灰を
    残さないものである特許請求の範囲第１６項記載の方法
    。 ０５）、前記薄層体の厚さが約０．０１３０（約０゜０
    ０５インチ）である特許請求の範囲第１４項記載の方法
    。 （１６）　、前記薄層体が結晶性黒鉛を約２０ないし６
    ０重薫チ含む特許請求の範囲第１項または第１１項記載
    の方法。 α７）、曲記薄層体がポリスチレンを約７０−８０重量
    係富む特許請求の範囲第１６項記載の方法。 ＋１８１　、ワックス模型とワックスケートをつくり、
    前記ワックス模型とワックスゲートとの周りにセラミッ
    ク鋳型を形成し、前記ワックス模型とワックスゲートを
    融解または焼きつくして前記ワックス模型とワックスゲ
    ートを除去することによって合金鋳物を製造するロスト
    ワックス法における熱可塑性物体の封止方法において、 ａ＞　＃ｉ品性黒鉛約２０ないし３０重ｉ％とポリスチ
    レン約７０ないし８０重量係とからなり、かつ燃焼後ｌ
    こ実質的に灰を残でない薄層体を、前記熱可塑性物体を
    構成する前記ワックス模型とワックスゲートの間に配置
    すること、ｂ）前記ワックス模型とワックスゲートとを
    その間にある前記薄層体と密接させること、および、 Ｃ）マイクロ波域の電磁線を前記薄層体ワックス模型お
    よびワックスゲートに照射して亀裂のない封止部を形成
    すること、 からなる方法。 （１９、前記薄層体の縁部が前記ワックス模型とワック
    スの少なくとも一方の外周部から突出している特許請求
    の範囲第１８項記載の方法。 ００１前記ワツクス模型とワックスゲートには相補的な
    雄部分と雌部分とがあり、前記ウェハーには前記雄部分
    に嵌合する開口部があり、そして前記工程（ａ＋と（ｂ
    ）が、前記薄層体を前記雄部分の周りに配置した後に前
    記雄部分を前記雌部分に挿入することからなる特許請求
    の範囲第１９項記載の方法。 （２１）、前記薄Ｉ一体の厚もが約０．０１３（１１＋
    １（約０．００５インチ）である特許請求の範囲第２０
    項記載の方法。
JP57186666A 1981-10-23 1982-10-23 熱可塑性物体の封止方法 Pending JPS5884638A (ja)

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