JPS5982142A - セラミツク鋳型およびその製造方法 - Google Patents

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、セラミック鋳造用鋳型及びその鋳型を製造す
る方法に関するものである。

鋳型を製造するのに広く用いられる方法はロストワック
ス法でありこの鋳造法は製造しようとする製品の模型を
ろうで作り、このろうの模型を個々の微粒子から成るセ
ラばツク材料で包み込むものである。このセラミック材
料は、所望の厚さになるまで繰り返しかけられる。この
方法の欠点をマ模型にかけられたセラミック材料が層状
になることである。前記方法のもうひとつの欠点はセラ
ミックスラリ−に用いられる結合剤がシリカ系のものと
きまっており、この方向性をもって固化して作られる製
品の鋳込みに用いられる高い温度でゆがみが生ずるよう
なシェル全体の耐火性を前記結合剤が限定することであ
る。

金属製品を鋳込む装置は公知になったものがあり、この
開示された装置は、各鋳型を直接、トランスファー成形
技術によってセラミック材料で作るものである。

射出成形技術による場合は鋳型、とくに形状が複雑なも
のは押型の複雑式を最少にするために２個寸たは３個以
−ヒの部材で作る。この方法は前記部材の鋳込前検査が
容易である点は長所であるが、前記部材を鋳込注湯前に
固定若しくは接着しなけばろ−らないという欠点を有す
る。公知にされた方法では部材から成る複（りの鋳型を
セラミック被伊を施して組立体として結合保持する〃１
、または組み立ててから当て部材で包んで結合併持する
。もうひとつの欠点は、接着剤を用いる部分では前記鋳
型用部材に、接着剤を充分施せるだけの面を有すイ）フ
ランジを設けなければならないという点である。

方向性をもたせて固化させ−Ｃ作る製品、（単結晶から
成る製品を含む）を鋳込む場合には、均質で継手も緻密
な鋳型を作ることを含めて温度を高くすること、及び鋳
型を強度を大きく、壁を薄く、熱伝導性を良くすること
が要求される。上述の何れの鋳型製造法も上述の請求を
全て同時に満足させることができない。

本発明の第１の目的は、鋳込用空間を特定する鋳型であ
って少なくともこの鋳込用空間を特定する部位が薄肉で
継目がなく、構造の均質なものを提供することにある。

ここで１薄肉の１とは壁体肉厚が０．５筋乃至２．０喘
の程度の鋳型を含むことを意味するう 本発明の第２の目的は上述のような鋳型を製造する方法
を提供することにちる。

不発明は前記目的を、使捨方式の模型の周囲にセラミッ
ク材料を射出する工程を設けることを基本的な特徴とす
る鋳型製造法によって達成′Ｖ−るものである。前記射
出成形工程によって、構造が均質な鋳型を得ると共に従
来のロストワックス法では使われなかった強度の大きい
セラミック材料を使用できるようになる。それと同時に
、使捨方式の＠型を取り囲む押型の中にセラミック材料
を射出することによって継目のない鋳型を得ることがで
きる。換言するならば、鋳型の壁体を薄くできることｒ
ｈす、オた、強度の大きいセラばツク材料（このような
材料は熱伝導度も高い）を選択的に使用して鋳型の冷却
速度を著しく増加させることであり、かつ、鋳造工程経
費、特に方向性を以って固化させて作る製品の鋳造工程
経費を節減できることである。

前記製造法に特許請求の範囲の各項に記載した付加的な
工程を全部または一部加えれば本発明の長所を更に多く
することができるう例えば中子を一体摺造で組込んだ形
状の鋳型を極めて高い′Ｍ度で作ること力＆できる。こ
れは、射出成形によって作る中子を鋳型のセラミックと
同じ材料で作って焼成前の状態１で硬化すれば、前記使
捨方式の模型の中に埋込むことができる。この方法によ
れは、このεＪ４型を焼成する時に、この鋳型と中子の
収縮量が同一になるので、この両者の間の相対的な寸法
の変化が全くなくなる。

更に前記セラミックを焼成している間、この鋳型をその
内壁面と夕１槽面で保持すればこの鋳型の壁体のゆがみ
を最少にすることができる。

以下本発明の実施例を図によって説明する。

第１図に示す押型ＩＱは空洞１１を有し、この空洞には
予備成形されたアルｉすの中子１２が取りつけである。

この中子の内部表面は鋳込腫れる製品、この実施例では
ガスタービンエンジン用１６１定〆の形状を正確に作り
得るように形成される。この中子は、隣接する端部と縁
で支持される。ただし、端部及び縁１４　、１５は露出
したままにしておくので、この部分は前記押型の中に射
出される材料で被覆されることはない。

前記中子は予備焼成してもよく、この場合この中子の強
度は補助支持体を使わずに済む。然し乍らこの中子を未
焼成の状態まで硬化するにとどめると共に、前期射出工
程を行なっている開動いたりゆがんだりしないように高
温用の使捨方式の邪持装置１３を用いて、固定する方が
好ましい。

前記型持装置に「高温」を付した場合には後述のように
、その型持装置は、セラミック鋳型と中子を焼成する時
に前記セラミック鋳型に強度が出てその鋳型を支持する
必要がなくなる温度まで、強度が低下しない材料で作ら
なければならない。

この温度は前記セラミック鋳型の最終焼成温度よりは低
いが、前記型持装置はこの温度を越えた時に燃えてなく
なるものでなければならない。

１だ、前記型持装置の材料は、少なくとも前記セラミッ
ク鋳型が支持を必要としなくなる温度まで、収縮層がセ
ラミック鋳型と同程度であるものが好−ましい。

以上の捗求を全て満足し得る材料としては、例えばグラ
ファイト充鎮剤を加えた熱硬化性フェノールホルムアル
デヒド樹脂がある。

この方法の次の段階は前記空洞１１の中への使捨材料の
射出であり、この段階で中子１２と型持装置１３の中子
の露出されていた端部及び縁１４．１５を除く部分が使
捨材料に包まれて模型が作られる。第２図に押型１（）
を取り出した後の模型１６を示す。

次いでこの模型１６は第３図に示すように押型２゜の中
にＯＲされ、これに前記セラεツク材料が射出されて鋳
型が作られる。これは本工程の最終段階である。前記模
型１６はその端部が支持されるが、前記射出作業を行な
っている間動かないように高温型持装置２２がこの模型
の長手方向に沿って設置される。前記押型の中に前記使
捨模型によって行定される空間２４の中にセラはツク材
料が射出され、この鋳型は所ｍｌｒ生」の状態まで硬化
されると前記押型から取り出される。

熱膨張の差が出ても差支えないようにするために、中子
の露出されていた部分１４　、１５の一方を除く全ての
部分に、鋳型の焼成中に焼滅するポリスチレン塗料を塗
布する。このようにして前記埋め込まれた部分の一方の
部分だけが前記鋳型に一体構造で固定され、前記他方の
部分が自由に摺動できる状態になる。

この段階における鋳型を第４図に示すが、これについて
はなすべきことは前記使捨模型１６を取り除き、上記セ
ラミック鋳型と中子を焼成して鋳型を仕上げることだけ
である。この仕上げられた鋳型を第５図に示す。

前記使捨模型に使用した材料は、種類に応じて溶融、焼
却、溶ｍその他適当な方法で除去する。

この除去のために加熱しなければならないところは前記
焼成段階に組み入れてもよい。後述する理由によって、
前記模型を焼成する前の予備加熱段階で取シ出す方が好
ましい。

前記鋳型の壁が薄いのでこの壁を焼成段階でねじれない
ように支持するのが好ましい。この壁体を支持するには
切頭楔形のスペーサーを用いて鋳型を組み立て、この各
スペーサーの１面一！たは両面に鋳型が整合する凹部を
設けるのが好ましい。

この四部は鋳型の外面の長手方向の各点に接触する形状
にする。前記楔形のスペーサーは組み立てる時に組立体
が円筒形または多角形になるように配置することかでき
る・ 第６図に、上述のような鋳型２４とスペーサー３０から
成る円筒形の組立体を示す。このスペーサーは前記］生
」のセラミック鋳型と同程度の焼成収縮率を有する材料
で作るべきであり、前記Ｕ生コのセラミック鋳型と同一
の材料で作ってもよい。

前記焼成段階を適当に行なう方法は公知である。

その方法による時は、前記円筒形の組立体に耐火性テー
プをかけ、このテープは加熱されると前記組立体の構成
部材よりも大きく収縮するものを使用する。このように
して焼成を行なえば、前記テープは前記切頭楔形のスペ
ーサーを引き寄せて密に結合させるので、このスペーサ
ーの側面が前記鋳型の壁体を良く支持するようになる。

前記生の状態セラミック鋳型と中子は可撓性が大きく、
捷た前記焼成段階の早い時期に前記スペーサーの圧力で
どのようなゆがみも矯正される、 上述のように前記鋳型が中子を一体化構造で組み込むも
のである場合には、前記グラファイト入りスペーサーが
鋳型の内側へのゆがみを防ぐ。また、鋳型が中子を組み
込まないものである場合には支持体をその鋳型の内部に
設けるのが好ましく、その場合には鋳型を非焼結性セラ
ミック粉末、例えば再結晶アルミナで満たして支持体の
作用をさせることができるし、前記鋳型の空洞の内部に
幾つもの支持体を置くこともできる。後者即ち多数の支
持体を置く場合は、従来どおり支持体を使捨模型の中に
埋め込むように設け、ビンを高温用使捨材料例えば上述
のようｌグラファイト入り樹脂で作ることができる。こ
れらの部材は前記使捨材料が取り除かれた後に残るがセ
ラミック鋳型が最高焼結温度になる前にジ立滅する。

次ぎに上述の方法に使用する材料について見れば本発明
に県つく方法の長所のひとつであるが鋳型用のセラミッ
ク材料を従来のロストワックス法よりも広い範ＩＵＩか
ら選定することができる。従って前記セラミック材料は
、従来の組成のシリカまたはアルｉすやジルコニアのよ
うな強度の大きいセラミックを使うことができる。

ＭｆＪ記セラｉツク材料は射出工程のために樹脂結合剤
と混合される。この結合剤は熱可塑性樹脂でよくこの樹
脂は冷えた押型に射出されれば固まるが加熱すれは寸た
柔らかぐなる。このような樹脂を用いればｊ４ｉＪ記使
捨模型は従来のろうの模型と同じになる。

円筒形の組立体のセラばツク鋳型を焼成することの利益
を犬轡くするためには、上述のように、熱硬化性樹脂を
用いるのが良く、この樹脂は高温の押型の中に射出され
て硬化する。この硬化１−た樹脂は、前記焼成工程の初
期における強度が太きいし、再度軟化することがない。

勿論２つのタイプの樹脂を混合すれば適当な強さをＭｔ
持することができる。

熱便化性樹脂を用いる場合には、前記使捨イー型の材料
は、そのセラミック材料を射出している間、変形するこ
となく、その射出温度と圧力に耐え得るものでなければ
ならないが、焼滅、溶融、溶解等の比較的単純な方法で
除去で六るものであることも必要である。そのだめの好
せしい利料としては水溶性有概化合物、例えばしよ糖が
あり、これは熱硬化性樹脂結合剤を用いる七うｉツク鋳
型の通常の射出渦管１５０℃を甥えるオで適当な強度を
併つ。

しょ糖は雲母や粉１−スレートを含んでいるが、可溶性
増量剤、例えば塩化アンモニラｌ、を用いるのが好まし
く、この増量剤は発泡剤４・汎ん、でいるものでも差し
支えない。代替材料として、成るｔＴ′Ｉのイバ融点合
金例えば七ロボンド（（ＨＩｊＲＲＯＪＪＯＮＤ　）ま
＊ハセＯツ１１．−　（ａＪａｗｏＴＲｕｗ　）　ｒｙ
Ｈ＠品名ｃ市ＩＷ、すｈている錫と亜鉛の合金を使うこ
ともできる。

前記押型２０の中に模型１６を支持する型持装置２２も
、前記射出工程の温度と圧力に耐え得るものでなければ
ならない。然し乍ら、前記スペーサーは前記セラミック
が射出される空間２４を横断するように伸びるのでこの
スペーサーは射出される材料と同じもので作って生の状
態まで硬化させておくことが好ましい。前記セラミック
材料は射出工程で生の状態まで硬化しているセラミック
材料に吸収されてこれと均質になυ、弱い部分を全く形
成することなく一体化することが判った。従って、前記
支持体は前記鋳型の一部になる。

前記中子の材料はアルεすである必要はないが鋳込法の
要求に応じて選択する必要がある。このようにして、シ
リカ、その他公知の中子材料を用いることができる。然
し乍ら、本発明個有のもうひとつの長所は前記中子と鋳
型を同一の熱硬化性樹脂結合剤を用いる同一のセラミッ
ク材料で作ることができる点である。この結合は高温で
射出されると中程変の強度と成る程度の可撓性を有する
牛の状態まで硬化する。中子とその支持体を有する鋳型
は全て同一温度で焼成することができ、熱による膨張収
縮の差がないのでゆがみが全く生じない。従って鋳型の
中の中子の位置は鋳型が仕上げられた後も全く変わらな
い。

高温用型持装置１３は、前記グラファイト入すコンパウ
ンドの代わりに、鋳造用金属と類似の金属で作ることが
でき、この金属は前記グラファイトのスペーサーのよう
に焼滅されるのではなく鋳込中に溶融することができる
。

上述の方法は、都合よく、トランスファー成形法で作っ
た鋳型の中に中子を高い精度で設置できるので射出エイ
♀で作られる鋳型の精度等は何等損なわれないつ 上述の方法が従来のロストワックス法より優れているこ
とのひとつは鋳型を作るセラミック材料を正確に射出し
て極めて薄くかつ均質な壁体を作り得ることである。そ
のために熱伝導性を良くして鋳込後の冷却工程を促進す
ることができるう上記均質な材料によって均一な断面を
作ることができ、従来の焼流Ｎ密鋳造によるシェル鋳型
のように表面剥離や亀裂が生じない。前記方法にオ１１
用し得る材料は選択できるので、実７Ｍ′１′る鋳込法
に応じて強度と熱伝導度を最適にするように選択して組
み合わせることができる。鋳型の壁厚を必要に応じて変
更できることは勿論である。

中子のない鋳型を作るためには前記方法は前記第１の段
階を省略して簡単化する。使捨品は中子なしで作られる
し、その周囲にセラミックを射出する時に上述のように
押型の中に支持される。

上述の鋳型は射出工程によって完全に作られる複合型で
大形の鋳型組立体の一部を形成することができ、従って
最近、航空エンジン工業においてエアホイル翼を鋳造す
るための複合型の鋳型を作るのに用いられているが時間
のかかるロストワックス精密鋳造法を必要としなくなる
。

前記例示しだ鋳型には上述のような大形の組立体の湯道
に結合するための開口端部が既に設けである。然し乍ら
、各個の鋳型でそれ自体のための湯道や上昇装置を有す
るものも、本発明に基づく方法で作ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明に基づく鋳型の製造段階にお
ける縦断面図、第６図は焼成後の鋳型組立体を示す図で
ある。 Ｈ）・・・押型、１１°・・空洞、１２・・・アルミナ
中子、１３・・・高温用型持装置、１４　、１５・・・
端部及び縁。 出願人代理人　　　猪　　股　　　　　清手続補正書（
方式） 昭和閏年１１月７７日 特許庁長官　　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和お年特許願第１２１４７４号 ２、発明の名称 セラミック鋳型およびその製造方法 ３、補正をする者 事件との関係４、ｎ′ｊ〕出願人 口−ルスーロイス、リミテッド 明細書の浄書（内容に変更なし） 図面の浄書（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）薄肉で継目のないセラミック鋳型を製造する方法に
   おいて、鋳造品の形状の少なくとも一部を特定する第１
   の押型を作る工程と、前記押型の中に１個または２個以
   上の高温用使捨支持体を設ける工程と、前記押型に便捨
   模型用の材料を満たすことによってこの模型用材料の中
   に前記支持体を埋め込ませると共に前記模型用材料を硬
   化させる段階と、前記使捨模型を前記第１の押型から取
   り出してパら内部表面が前記模型の少ｌくとも製品形状
   特定用部分の外面と概ね一致するように、また前記鋳型
   の壁体の要求された肉厚に合致する空間を特定するよう
   に寸法をきめである第２の押型に前記使捨模型を挿入す
   る工程と、セラミック材料で形成された前記模型と押型
   との間に支持体を設ける工程と、セラミック材料を加圧
   下で前記空間に射出し硬化させて鋳型を形成する工程と
   、前記使捨模型を前記模型から取り除いて前記鋳型を焼
   成する工程とを設けたことを特徴とするセラばツク鋳型
   を製造する方法。 ２）前記セラミック焼成工程に、加熱時の収縮率が前記
   鋳型の材料と同程度の材料で作られた概ね切頭僕形のス
   ペーサ一部材を鋳型の間に父方に置いて、予備焼成条件
   下でこの鋳型の組立体を作る工程と、焼成中に前記鋳型
   の外壁を前記スペーサーで支持することによって、前記
   鋳型組立体を円筒形または多角形アレー形に密に結合保
   持する工程と、前記鋳型組立体及びスペーサーを焼成す
   る工程とを加えたことを特徴とする特許請求の範囲第】
   項に記載のセラミック鋳型を製造する方法。 ３）前記セラＳツク及びスペーサーの材料よりも加熱時
   の収縮率が大きいセラはツクテープ装置を用いて前記鋳
   型組立体の周囲を束ねることにより前記鋳型とスペーサ
   ーの加熱時の収縮を防止するように前記鋳型組立体を保
   持することを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
   セラばツク鋳型を製造する方法。 ４）前記鋳型を中空としこれに非焼結性粉末セラばツク
   を満たして前記焼成工程における前記内部壁体の支持体
   とすることを特徴とする特許請求の範囲ｆｐｊＺ項また
   は第３項に記載のセラミック鋳型を製造する方法。 ５）前記押型の中にセラミック材料を射出する工程に、
   前記セラばツク材料及び熱硬化性樹脂結合剤を混合し、
   前記押型を加熱してこの加熱された押型に前記セラミッ
   ク材料混合剤を射出する工程を含ませることを特徴とす
   る特許請求の範囲の前記各項の何れかに記載のセラミッ
   ク鋳型を製造する方法。 ６）前記セラミック材料をシリカ、アルｉす、またはジ
   ルコニウムの中から選定することを特徴とする特許請求
   の範囲の前記各項の何れかに記載のセラばツク鋳型を製
   造する方法。 ７）前記使捨材料を低融点の金属とすることを特徴とす
   る特許ａ請求の範囲の前記各項（７’ｌ伺れかに記載の
   セラミック鋳型を製造する方法。 ８）前記使捨材料を水溶性有機化合物であることを特徴
   とする特許請求の範囲の第１項乃至第６項の何れかに記
   載のセラミック鋳型を製造する方法。 ９）前記水溶性有機化合物をしょ糖とすることを特徴と
   する特許請求の範囲第８項に記載のセラεツク鋳型を製
   造する方法。 １０）前記しよ糖が増量剤を含むことを特徴とする特許
   請求の範囲第９項に記載のセラミック鋳型を製造する方
   法。 １１）前記使捨材料が取り出された時に前記鋳型の中に
   残った前記使捨材料の中に中子を設けて中空品を前記鋳
   型の中で鋳造できる付加的な工程を設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲前記各項の何れかに記載のセラばツ
   ク鋳型を製造する方法。 １２）前記中子を押型の中に配置する工程によって鋳造
   品の形状を特定する前記内面を設ける工程と前記中子の
   端部及び縁を露出させる工程と前記使捨材料を前記押型
   の中に射出する工程とを設けることを特徴とする特許請
   求の範囲第１１項に記載のセラばツク鋳型を製造する方
   法。 １３）前記中子が高温用型持装置によって前記中子の中
   に支持されることを特徴とする特許請求の範囲第１２項
   に記載のセラミック鋳型を製造する方法。 １４）前記中子が、それ自体、トランスファー成形され
   、生の状態に硬化され、前記鋳型の焼成中に焼成される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載のセラ
   ばツク鋳型を製造する方法。 ｒ５）前記中子が前記鋳型と同一の材料で作られること
   を特徴とする特許請求の範囲第１４項に記載のセラミッ
   ク鋳型を製造する方法。 １６）器壁厚が薄く、特許請求の範囲 倒れかに記載の方法により製造されることを特徴とする
   セラミック鋳型。