| 【発明の名称】 |
ロケーターを伴うセラミックの中子及び方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】マイケル ウェイン マーティンズ
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| 【要約】 |
【課題】本発明の目的は、上記の欠点を克服する手法において溶解金属物質の鋳造で使用するためのセラミックの中子でロケーターを提供するための方法及び装置を提供することである。
【解決手段】セラミックの中子に複数のロケーター要素を提供するための方法及び装置は、ダイのダイの穴にセラミックの中子を配置することと、中子表面に面する内側末端のロケーター−成形穴を有する各ピンを伴うダイの穴に複数のピンを位置することと、及び中子の表面に複数のロケーター要素を成形するために溶解されたワックスを各ロケーター−成形穴に導入することを含んでいる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 セラミックの中子にロケーター要素を成形する方法であって、前記中子に近接する複数のロケーター−成形穴を有するダイの穴にセラミックの中子を配置することと、及び前記中子の表面に複数のロケーター要素を成形するために各ロケーター−成形穴への流動物質の導入からなることを特徴とする方法。
【請求項２】 前記流動物質が、溶解されたワックスであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】 セラミックの中子にロケーター要素を成形する方法であって、前記中子に近接する内部末端上のロケーター−成形穴を有する各ピンを伴う複数のピンを有するダイの穴にセラミックの中子を配置することと、及び前記中子の表面に複数のロケーター要素を成形するために各ロケーター−成形穴への流動物質の導入からなることを特徴とする方法。
【請求項４】 前記流動物質が溶解されたワックスからなり、及び前記ロケーター−成形穴に導入されて、前記ロケーター要素を成形するために凝固されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】 それぞれのピンの各ロケーター−成形穴が、前記流動物質を供給する径路との連絡を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】 前記ダイの穴が、各々の前記ピンに関するダイの穴表面を含み、前記中子を位置するために形態化され、一方で前記ロケーター要素が前記中子に成形されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】 前記ダイの穴表面が、前記中子及び前記流動物質が前記クリアランスへの流入の防御が効果的な前記ダイの穴表面間に制限されたクリアランスを提供するために形態化されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項８】 前記クリアランスが０．０１０インチ以下であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項９】 前記中子が、第一ダイの部分で複数の前記ピンに面する凹状エーロフォイル表面及び第二ダイの部分で複数の前記ピンに面する凸状表面の中子表面を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１０】 前記中子に相対する前記ピンの前記位置を入り組み可能な調節を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１１】 セラミックの中子にロケーター要素を成形する装置であって、該装置が、ダイの穴と、前記中子に近接する内部末端上のロケーター−成形穴を有する各ピンを伴うダイの穴の複数のピンと、前記中子の表面に面する各前記ロケーター−成形穴と、及び前記中子の表面に複数のロケーター要素を成形するようにそれぞれのロケーター−成形穴へ流動物質を導入するための径路とからなることを特徴とする装置。
【請求項１２】 前記ダイが上型及び下型からなり、数多の前記ピンが前記上型に配列され、残りの前記ピンが前記下型に配列されていることを特徴とする請求項１１の装置。
【請求項１３】 前記ダイの穴が、前記中子を位置するために形態化される各々の前記ピンに関するダイの穴表面を含み、一方で前記ロケーター要素が前記中子に成形されることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】 前記ダイの穴表面が、前記中子及び前記流動物質が前記クリアランスへの流入の防御が効果的な前記ダイの穴表面間に制限されたクリアランスを提供するために形態化されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】 前記クリアランスが０．０１０インチ以下であることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】 前記ダイの穴が、凹状のエーロフォイル表面及び凸状のエーロフォイル表面を含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】 前記中子のそれぞれの凹状のエーロフォイル表面と前記中子の凸状のエーロフォイル表面が面するように、複数の前記ピンが前記凹状のエーロフォイル表面に配列され、別の複数の前記ピンが前記凸状のエーロフォイル表面に配列されることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】 前記中子に相対する前記ピンの前記位置の入り組み可能な調節を含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】 エーロフォイルの鋳造で使用するためのセラミックの中子であって、該中子は、凹状中子表面及び凸状中子表面からなり、前縁及び後縁によって接続され、第一のロケーター要素が一時的な物質の前記凹状表面で鋳造され及び第二のロケーター要素が前記一時的な物質の前記凸状表面で鋳造され、前記第一及び第二のロケーターが前記凹及び凸状中子表面上に鋳造された前記一時的な物質のストリップによって接続され、少なくとも一つの前記前縁及び前記後縁の周辺を包んでいることを特徴とするセラミックの中子。
【請求項２０】 前記第一のロケーター及び第二のロケーター要素が、前記凹状表面から前記凸表面に向かう方向で整列されることを特徴とする請求項１９の中子。
【請求項２１】 前記一時的な物質がワックスであることを特徴とする請求項１９の中子。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、中子でロケーター要素を成形する方法と同様に、そこで成形されたロケーター要素を有する鋳造溶解金属物質で使用するためのセラミックの中子に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンのほとんどの製造者は、エンジンの多大な信頼性を認可し十分なエーロフォイルの使用期間を提供するためにエーロフォイルの内部冷却の効率を改善する入り組んだ空冷径路を含む、発展型インベストメント鋳型タービンエーロフォイル（つまり、タービンブレード若しくは羽根）を評価している。内部冷却径路は、溶解金属が中子に関する鋳型で鋳造される、セラミックシェルモールドに位置している、一つ以上の薄いエーロフォイル型のセラミックの中子を用いて鋳型エーロフォイルで成形される。溶解金属の凝固後、鋳型及び中子は、中子が以前から残存した、一つ以上の内部径路を伴う鋳型エーロフォイルを取り残すために除去される。
【０００３】一般的には、セラミックの中子は、セラミックのフルオロ、有機性熱硬化性及び／若しくは熱可塑性結合剤及び様々な添加物からなる、可塑化されたセラミック化合物を用いて製造される。セラミック化合物は、中子ダイ若しくは鋳型において高温でインジェクションモールド若しくはトランスファーモールドされる。緑（点火されていない）の中子がダイ若しくは鋳型から除去される場合、典型的には、中子を終了し、操作を判断し、高い焼結温度で焼成するより以前に、常温まで冷却する上下のセッター間に位置される。
【０００４】終了した焼成された中子は、周知のロストワックスインベストメント鋳造方法で、使用するための中子／模型アセンブリを成形するための中子に関して導入されるワックス模型物質での模型のダイの穴に配置され、正確に位置される。特に、中子／模型アセンブリは、セラミックスラリーに繰り返し浸漬され、余剰なスラリーを排出し、粗いセラミックのしっくい若しくは砂粒子でしっくい加工され、アセンブリに関してシェルモールドを集団的に成形する複数のセラミック層を構築するために乾燥される。次いで、そこにセラミックの中子を伴うシェルモールドを取り置きするために模型は選択的に除去される。
【０００５】模型のダイの穴でのセラミックの中子を正確に位置する計画は、ロケーターが模型のダイの穴の壁と連動し、そこにおいて中子を正方向に配置するような中子の凹凸エーロフォイル表面の接着するプラスチックロケーターを含んでいる。かかる技術は、時間を費やし接着を必要とする手動のアセンブリ操作を含むことが欠点である。かかる技術はまた、それによって操作の手動の性質の結果１つの中子から次の中子までロケーターの位置が変わるかもしれない、セラミックの中子における中子のロケーターの応用における変化を受けることが欠点である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記の欠点を克服する手法において溶解金属物質の鋳造で使用するためのセラミックの中子でロケーターを提供するための方法及び装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックの中子にロケーター要素を成形するための方法及び装置を提供し、上記方法及び装置において、セラミックの中子が中子に近接する複数のロケーター−成形穴を有するダイの穴に配置され、溶解したワックスのような流動物質が中子表面で複数のロケーター要素を成形するための各ロケーター−成形穴に導入されることを特徴とする。
【０００８】本発明の一つの実例となる実施態様において、セラミックの中子に複数のロケーター要素を提供するための方法及び装置は、ダイのダイの穴にセラミックの中子を配置することと、中子に近接する内側末端のロケーター−成形穴を有する各ピンを伴うダイの穴に複数のピンを提供することと、及び中子の表面に複数のロケーター要素を成形するために溶解されたワックスのような流動物質を各ロケーター−成形穴に導入することを含んでいる。
【０００９】特異的な実施態様において、それぞれのピンの各ロケーター−成形穴は、溶解されたワックス若しくは他の流動物質をそこに供給するためのダイの溶解ワックス供給径路と連絡している。ダイの穴は、正方向の中子の位置を提供する一方でロケーター要素がそこで型に入れて成形される、ダイの穴の表面領域を含んでいる。例えば、ダイの穴の表面は、近接するピンを提供され、並びに、中子と正方向の中子の位置のためのダイの穴の表面間に制限されて制御されたクリアランスを提供、及びかかるダイの穴の表面と中子表面間から流れる溶解したワックス若しくは他の流動物質を防ぐことを提供して形態化されている。
【００１０】エーロフォイル型の中子を伴い実行に役立つ発明の別の実施態様において、複数のピンは凹状のエーロフォイルの中子表面に面し、他の複数のピンは、凹凸状のエーロフォイルの中子表面にロケーター要素を成形するために凸面状の中子表面に面している。ピンは、完成した鋳造の青写真規格を提供することを決定された中子の測定にロケーター要素の高さが合わせられることを可能にする、異なる中子エーロフォイル型に関連のあるピンの位置を決めるダイで入り組み可能で調整可能である。
【００１１】本発明は、ダイを成形する模型で中子の正方向の位置のために提供する中子に溶解された複数のロケーター要素を有するセラミックの中子を提供する。
【００１２】本発明は、タービンブレード及び羽根のような、特に中子が比較的長くて薄い壁状のセラミックの中子である、ガスタービンエーロフォイルの鋳造で使用されるエーロフォイル型のセラミックの中子にロケーター要素を成形するために有用である。本発明の他の目的及び利点は、添付の図を参照して下記の詳細な記載からより明らかになるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は、中子が除去された場合に、中子が鋳物ブレードにおいて冷却径を成形する、ニッケル若しくはコバルトを基にした超合金のガスタービンエンジンブレードの鋳造で使用するためのセラミックの中子に関した例証の目的のためにここより下記に記載される。発明は、他の応用のために様々な金属及び合金で様々な鋳物を作るために他のセラミックの中子に関して実行することができることはそのように制限されていない。
【００１４】ニッケル若しくはコバルトを基にした超合金のガスタービンエンジンブレードの鋳造で使用するための実例となる焼成されたセラミックの中子１０が、図１に例証されている。中子１０は、タービンブレードの鋳物に成形された内部の冷却径の形態を有する。中子１０は、根の領域１２及びエーロフォイル領域１４からなるように例証されている。エーロフォイル領域１４は、前縁１６及び後縁１８を含んでいる。開口部またはスロット２１は、完成した鋳造の設計がかかるスロットによって成形された内部の鋳物特徴を要求するという出来事で中子に提供される。数多の中子は、かかる開口部若しくはスロット２１を含まないかもしれない。
【００１５】中子１０は、タービンのエーロフォイル中子技術では周知であるように、凸面の側Ｓ１及び反対の凹面の側Ｓ２を含んでいる。
【００１６】中子１０は、可塑化されたセラミック物質が中子ダイ若しくは鋳型に導入される、従来のインジェクション鋳造法、トランスファー鋳造法、若しくは別の中子を成形する技術によって製造可能である。インジェクション、若しくはトランスファー鋳造のセラミックの中子は、セラミックパウダー（つまり、アルミナ、シリカ、ジルコン、ジルコニア、等、フルオロ）、有機結合剤（つまり、熱硬化性結合物質、熱可塑性若しくは橋かけ熱可塑性結合物質、及び上記に列記した物質の混合物）、及び周知のような溶解金属若しくは合金を鋳造するための適切な強さの多孔性の焼成されたセラミックの中子を成形するために次いで焼成若しくは燒結される緑の中子を成形するための超常温のダイの温度でダイに入れる高温の様々な添加物を含有するセラミック物質の注入によって鋳造される。
【００１７】図３乃至５に言及すると、セラミックの中子のロケーター要素を成形するための装置が例証されている。装置は、一つの末端でピン２１´によって共に蝶番で動く下型２０ａ及び上型２０ｂを有し、矢印ＣＰによって図解的に示されている３５トンのクランプ押圧機能を用いてワックス注入中に共にクランプ可能なダイ２０を含んでいる。ダイの下型２０ａの上方に面する表面３０は図３Ａに示され、ダイの上型２０ｂの下方に面する表面３２は図３Ｂに示されている。ダイ部分２０ａ、２０ｂがお互いに留められると、表面３０、３２は流動のしっかりした密封を成形し、図４及び５の中子１０を受け取るためにダイの穴２０ｃをその間に確定する。
【００１８】ダイの下型２０ａの上方に面する表面３０は、一般的に、０．２５インチの直径を有する円筒状のピンであるが、ピンの何れの形状及び寸法が適切に使用することができる、直立して引き延ばされているピン３６のペアを含む上がっているダイの穴の表面３４ａのペアを有する奥に引っ込められて引き延ばされたダイの穴３４を含んでいる。各ピン３６は、隣接して配置されるために適応され、及びロケータ要素をその上に成形するために図５の凸の中子表面Ｓ１に面する、奥に引き込まれたロケーター−成形穴３６ａを有する内部末端を伴う中子１０に最も近接する内部末端を含んでいる。各ピン３６は、ダイの下型２０ａの穴に入り込む、入り組み外部末端３６ｂを含むため、各ピン３６は、ダイの上型２０ａの穴におけるダイの部分２０ａ、２０ｂの水平板Ｐ１、Ｐ２から軸に添って往復する移動が可能である。表面３０はまた、ダイ２０の中子の位置の目的のための中子１０でのスロット２１で受け取られる引き延ばされて上げられたリブ３４ｂを含んでいる。
【００１９】ダイの下型２０ａはまた、従来のワックス注入機の注入ピストンのような、供給源からの圧力を掛けて、中子１０に関して引き続き模型を成形するために使用される種類の溶解されたワックスを受け取るための引き入れ口４０を含んでいる。本発明は、例えば、ロストワックス法で使用されている唯一のプラスチックポリマーのような別の物質が採用可能であるため、ロケーター要素を成形するための物質としての溶解したワックスの使用を制限しない。
【００２０】引き入れ口４０は、図３Ｂ、４及び５のダイの下型２０ａに機械加工された引き延ばされた供給径路４２のペアと連絡している。各径路４２は、それぞれの径路４２に対して及び図３Ａで一番分かり易く示されているような中子１０の縦軸に対して通常方向で延在する、側面の径路４４と連絡している。各径路４４は、圧力（例えば、３００ｐｓｉ）の下で、ロケーター要素のために溶解されたワックス若しくは別の流動物質を図３Ｂで最も良好に示されている隣接のピン３６のロケーター−成形穴３６ａに供給する。特に、各径路４４は、各ピン３６の内部末端と隣接する中子表面Ｓ１若しくはＳ２間のクリアランススペースＣＳによる各ピンのロケーター−成形穴３６ａと連絡する、小さい側面の径路４５と連絡している。クリアランススペースＣＳは、ダイの上型２０ｂと上型のダイの領域２０ｓの中子間に供給される。本発明は、増加したワックスの流れが上部のピン３６まで必要とされる場合において径路４５（ダイの下型）に対するダイの上型の相手の径路（示されていない）に溶解されたワックスを提供するための図５に点線ＡＡで示されるようなダイの上型２０ｂの径路４２及び４４に対する相手を提供することを想像する。このようにして、ダイの上型は、径路４２、４４及び４５のような径路を含むであろう。
【００２１】ダイの上型２０ｂの下方に面する表面３２は、表面３４と同様で、及びダイの下型２０ａでのピンと同様なピン３６のペアを含む、ダイの穴の表面５４ａのペアを有する奥に引き込められて引き延ばされたダイの穴５４を含む。ダイの上型及び下型のピン３６は、図５で明らかなように共軸である。ダイの上型の各ピン３６は、隣接して配置されるために適応され、及びロケータ要素をその上に成形するために図５の凹状の中子表面Ｓ２に面する、奥に引き込まれたロケーター−成形穴３６ａを有する内部末端を伴う中子１０に最も近接する内部末端を含んでいる。各ピン３６は、ダイの上型２０ｂの穴に入り込む、入り組み外部末端３６ｂを含むため、各ピン３６は、ダイの上型２０ｂの穴におけるダイの部分２０ａ、２０ｂの水平板Ｐ１、Ｐ２から軸に添って往復する移動が可能である。
【００２２】ダイの下型及び上型のピン３６は、図４に最良に示されるように各ピン３６のスロット３６ｓに連動するためにダイの部分２０ａ、２０ｂに入り込んだ引き延ばされた側面のカギ５０による回転から防御される。
【００２３】ダイの下型及び上型２０ａ、２０ｂのダイの穴の表面３４ａ、５４ａは、ダイの穴２０ｃの中子１０を正方向に回転するように形態化され、一方、ロケーター要素は中子表面Ｓ１、Ｓ２で鋳造される。最終的に、ダイの穴の表面３４ａ、５４ａ及び中子表面Ｓ１、Ｓ２間に、ダイの穴２０で中子１０を正方向に回転する一方で溶解したワックスがクリアランススペースへの流入を防御するワックスタイトシーリング作用（ｗａｘ−ｔｉｇｈｔ ｓｅａｌｉｎｇ ａｃｔｉｏｎ）を提供する、制限されて接近したクリアランススペース（ｌｉｍｉｔｅｄ ｃｌｏｓｅ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｓｐａｃｅ）ＣＳ１が提供される。典型的な溶融模型ワックスにおいて、表面３４ａ、５４ａ及び中子表面Ｓ１、Ｓ２間のクリアランスは０．０１０インチ以下である。ダイの表面３０、３２はまた、０．０１０インチ以下である上記のワックスタイトクリアランススペース（ｗａｘ−ｔｉｇｈｔ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｓｐａｃｅ）を有する。
【００２４】中子１０の領域は、ダイの下型２０ａの拡大されたダイの穴３４ｃ及びダイの上型の拡大されたダイの穴５４ｃを横切ってかかっている。穴３４ｃ、５４ｃはダイの部分２０ａ、２０ｂから機械加工され、ダイ２０における中子の設置することに参加しない。
【００２５】ダイの部分２０ａ、２０ｂがお互いクランプされている図５の場合、ダイの下型２０ａのピン３６の内部末端は、隣接して配列され、凹状の中子表面Ｓ１に面している。ダイの部分２０ａ、２０ｂがお互いクランプされている場合、ダイの上型２０ｂのピン３６の内部末端は、隣接して配列され、凸状の中子表面Ｓ２に面している。ピン３６の内部末端は、溶解されたワックスの物質が径路４４、４５から各ピンのロケーター−成形穴３６ａに流れ込み、上げられたロケーター要素１００をそこで成形するために凝固することを許容するクリアランススペースＣＳ（例えば、０．０３５インチ）によって中子表面Ｓ１、Ｓ２から間隔が置かれて、図１乃至５に示されるように中子表面Ｓ１、Ｓ２に付される。
【００２６】ロケーター要素１００は、ワックスのエーロフォイル模型が中子１０に対して成形される図６の場合である、模型を成形するダイの穴の中子１０の位置を決めるために使用可能な、任意の適切な形状を有することが可能である。ロケーター要素１００は、一般的に外部半径はダイの穴を成形する模型の中子１０に成形されるワックスエーロフォイル模型の厚さを確定するラインに接している部分的な球形を有するように例証されている。ワックスエーロフォイル模型の厚さは、図５の点線ＡＰによって示唆されている。
【００２７】溶解したワックスが各ピンのロケーター−成形穴３６ａで凝固化された後、クランプ圧力は放出され、ダイの部分２０ａ、２０ｂは蝶番ピン２１´に関して開き、図１のそこに溶解された複数のロケーター要素１００を伴う中子１０は低いダイの穴の表面から除去される。中子１０の凹面側Ｓ１で溶解された各ロケーター要素１００は、図１及び６で示されているような近接の前縁１６及び中子１０の後縁１８の周辺を包む、凝固化ワックスの薄い層若しくはタブ１０２によって凸面側Ｓ２で溶解された基礎的なロケーター要素１００に接続されている。中子がダイ２０から除去される場合、各径路４５での凝固化ワックスは、薄いタブ１０２及び側面の径路４４間の位置にて絶つ。
【００２８】次いで、中子１０は配置され、鋳造されたロケーター要素１００を用いてダイの穴２００を成形する従来の模型で正確に位置される。例えば、中子１０は、上下型の模型ダイ部分２００ａ、２００ｂ間に成形されるダイの穴２００を成形する模型に、図６のダイの穴を成形する模型の壁と連動するロケーター要素１００によって、正確に位置される。熱く溶解されたワックスは、従来の方法で、中子１０に関する穴２００に圧力を掛けて注入され、中子１０に関するワックスタービンブレード模型を成形するために凝固化される。タービンブレード模型は、エーロフォイル部分２０２、プラットフォーム部分２０４、根の部分２０５及びゲーティング２０６を含んでいる。図２は、周知のロストワックス法による、中子／模型アセンブリーに関して続いて成形されたセラミックシェルモールドでの中子をロックするための中子が印刷するような機能である、中子１０の露出された末端１０ｅの例外を伴う中子１０に関する典型的なワックスガスタービンのブレード模型の注入を示している。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５０１４０３５２０
【氏名又は名称】ハウメット リサーチ コーポレイション
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| 【出願日】 |
平成１４年４月１６日（２００２．４．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７０１５０
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−３６１３７０（Ｐ２００２−３６１３７０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年１２月１７日（２００２．１２．１７） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−１１３３６７（Ｐ２００２−１１３３６７） |
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