JPH0655256A - 合金構造体、その製造方法及び合金鋳造モールド - Google Patents
合金構造体、その製造方法及び合金鋳造モールドInfo
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- JPH0655256A JPH0655256A JP5029421A JP2942193A JPH0655256A JP H0655256 A JPH0655256 A JP H0655256A JP 5029421 A JP5029421 A JP 5029421A JP 2942193 A JP2942193 A JP 2942193A JP H0655256 A JPH0655256 A JP H0655256A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 極めて薄い壁を有する構造体を形成できるよ
うにする。 【構成】 少なくとも一部がセラミックシェルにより画
定された約０．７６２ｍｍ以下の厚さを有するモールド
キャビティ内へ融解合金を射出するのに、該モールドキ
ャビティ全体を熔融金属で満たさせると共に、当該合金
の射出圧力でセラミックシェルにクリープを生じさせな
いように、当該射出工程中、合金の射出圧力を減少させ
る。
うにする。 【構成】 少なくとも一部がセラミックシェルにより画
定された約０．７６２ｍｍ以下の厚さを有するモールド
キャビティ内へ融解合金を射出するのに、該モールドキ
ャビティ全体を熔融金属で満たさせると共に、当該合金
の射出圧力でセラミックシェルにクリープを生じさせな
いように、当該射出工程中、合金の射出圧力を減少させ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、単一鋳造で作った高温
適用の薄壁構造体及びその製造方法に関し、特に、高温
でのガスの衝突に耐えることのできる薄壁中空構造体に
関する。
適用の薄壁構造体及びその製造方法に関し、特に、高温
でのガスの衝突に耐えることのできる薄壁中空構造体に
関する。
【０００２】
【従来の技術及びその問題点】１部品構造の厚壁合金構
造体は米国特許第３，８０６，２７６号及び同第３，１
９２，５７８号各明細書に開示されている。高温衝突ガ
スに耐えることのできる薄壁を有するラミネート構造体
も既知である。例えば、このような構造体は、米国特許
第４，２４５，７６９号、同第４，０４２，１６２号、
同第４，００４，０５６号、同第３，９６３，３６８
号、同第３，９５０，１１４号、同第３，９３３，４４
２号、同第３，８１０，７１１号、同第３，７３２，０
３１号、同第３，７２６，６０４号、同第３，６９８，
８３４号、同第３，７００，４１８号、同第３，６４
４，０５９号、同第３，６４４，０６０号、同第３，６
１９，０８２号、同第３，６１６，１２５号、同第３，
６１０，７６９号、同第３，６０６，５７２号、同第
３，６０６，５７３号、同第３，５８４，９７２号、同
第３，５２７，５４４号、同第３，５２９，９０５号及
び同第３，４９７，２７７号各明細書に開示されてい
る。このような構造体の薄壁はろう付け、溶接又は接着
により別の薄壁又は実質的に厚い構造体にラミネート
（積層）される。ラミネート方法は、合金に直接影響を
及ぼすか又は構造体の全体の高温性能を制限するような
高温ろう付け、溶接又は接着材料を含む。更に、機械的
な手段又はエッチングにより、これらの薄壁の層に穴を
明けなければならない場合があるが、これは多大な時間
とかなりの労力とを要し、高価となる。これらのラミネ
ート薄壁構造体は、構造体を形成する合金の融点より高
い温度でのガス衝突に耐えることができるが、構造体を
製造する方法は、時間を要し、かなりの労力を要し、極
めて高価である。
造体は米国特許第３，８０６，２７６号及び同第３，１
９２，５７８号各明細書に開示されている。高温衝突ガ
スに耐えることのできる薄壁を有するラミネート構造体
も既知である。例えば、このような構造体は、米国特許
第４，２４５，７６９号、同第４，０４２，１６２号、
同第４，００４，０５６号、同第３，９６３，３６８
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１９，０８２号、同第３，６１６，１２５号、同第３，
６１０，７６９号、同第３，６０６，５７２号、同第
３，６０６，５７３号、同第３，５８４，９７２号、同
第３，５２７，５４４号、同第３，５２９，９０５号及
び同第３，４９７，２７７号各明細書に開示されてい
る。このような構造体の薄壁はろう付け、溶接又は接着
により別の薄壁又は実質的に厚い構造体にラミネート
（積層）される。ラミネート方法は、合金に直接影響を
及ぼすか又は構造体の全体の高温性能を制限するような
高温ろう付け、溶接又は接着材料を含む。更に、機械的
な手段又はエッチングにより、これらの薄壁の層に穴を
明けなければならない場合があるが、これは多大な時間
とかなりの労力とを要し、高価となる。これらのラミネ
ート薄壁構造体は、構造体を形成する合金の融点より高
い温度でのガス衝突に耐えることができるが、構造体を
製造する方法は、時間を要し、かなりの労力を要し、極
めて高価である。
【０００３】大半の従来の中空構造体鋳造方法では、セ
ラミックコアを使用している。これらのセラミックコア
は、融解合金がコアのまわりで固化するときにコアが圧
縮できるに十分な程度の低さの密度を有さねばならない
と一般に認識されてきた。また、セラミックコアが約６
０％ないし７０％の密度を有する場合は、コアのまわり
で固化する融解合金によりコアがつぶれたり破壊された
りすると一般に認識されてきた。また、このような低い
密度でしかも０．７６ｍｍ（０．０３インチ）より小さ
い厚さを有するセラミックコアは鋳造期間中につぶれた
り破壊したりすると一般に認識されてきた。従来のセラ
ミックコアの密度は約５０％から約６０％までの範囲の
ものである。
ラミックコアを使用している。これらのセラミックコア
は、融解合金がコアのまわりで固化するときにコアが圧
縮できるに十分な程度の低さの密度を有さねばならない
と一般に認識されてきた。また、セラミックコアが約６
０％ないし７０％の密度を有する場合は、コアのまわり
で固化する融解合金によりコアがつぶれたり破壊された
りすると一般に認識されてきた。また、このような低い
密度でしかも０．７６ｍｍ（０．０３インチ）より小さ
い厚さを有するセラミックコアは鋳造期間中につぶれた
り破壊したりすると一般に認識されてきた。従来のセラ
ミックコアの密度は約５０％から約６０％までの範囲の
ものである。
【０００４】１００％の密度を有する１００％の水晶ロ
ッドを使用したが、このような使用は湾曲状又は直線状
の孔又は中央通路の形成に限定されていた。現在まで、
高密度（約７０％ないし９９％以上の密度）セラミック
コアはラジアル（半径方向）通路を形成するために使用
していなかった。一般に、タービン羽根の如きタービン
エンジンの部品においては、このようなラジアル通路は
部品即ちタービン羽根の外側薄壁に平行に位置する。
ッドを使用したが、このような使用は湾曲状又は直線状
の孔又は中央通路の形成に限定されていた。現在まで、
高密度（約７０％ないし９９％以上の密度）セラミック
コアはラジアル（半径方向）通路を形成するために使用
していなかった。一般に、タービン羽根の如きタービン
エンジンの部品においては、このようなラジアル通路は
部品即ちタービン羽根の外側薄壁に平行に位置する。
【０００５】大きなコアのために高密度材料を使用する
と金属を破壊するものと一般に認識されている。融解合
金が大きな高密度コアのまわりで固化するとき、金属が
コアより速く収縮し、高密度コアのために破壊してしま
う。従って、融解合金の速い収縮速度を補償し、金属の
破壊を阻止するために、従来は、低密度コアを使用して
きた。
と金属を破壊するものと一般に認識されている。融解合
金が大きな高密度コアのまわりで固化するとき、金属が
コアより速く収縮し、高密度コアのために破壊してしま
う。従って、融解合金の速い収縮速度を補償し、金属の
破壊を阻止するために、従来は、低密度コアを使用して
きた。
【０００６】従来技術において認められる別の問題点は
鋳造期間中の顕著な歪みの問題である。現在まで、鋳造
部品のこのような顕著な歪みは「モールドバックル（し
ぼられ）」として知られる現象により生じるものと一般
に認識されてきた。この「モールドバックル」はコア及
びパターンのまわりでのシェルの形成工程において生じ
る。連続するシェル層の１つが十分に乾燥しない場合、
この層はパターンから離れるように移動して、モールド
に「バックル」を生じさせ、歪んだ鋳造形状を生じさせ
てしまう。現在まで、鋳造形状の歪みがシェルのクリー
プにより生じるとは認識されていなかった。
鋳造期間中の顕著な歪みの問題である。現在まで、鋳造
部品のこのような顕著な歪みは「モールドバックル（し
ぼられ）」として知られる現象により生じるものと一般
に認識されてきた。この「モールドバックル」はコア及
びパターンのまわりでのシェルの形成工程において生じ
る。連続するシェル層の１つが十分に乾燥しない場合、
この層はパターンから離れるように移動して、モールド
に「バックル」を生じさせ、歪んだ鋳造形状を生じさせ
てしまう。現在まで、鋳造形状の歪みがシェルのクリー
プにより生じるとは認識されていなかった。
【０００７】ガスタービン羽根の如きラミネート薄壁構
造体の従来の製造方法においては、薄壁は極めて薄い肉
厚に冷間圧延された金属により提供される。次いで、冷
間圧延金属をエッチングまたは機械加工して、その表面
に小さな穴を形成する。これらの小さな穴は、ガスター
ビン羽根に高温ガスが衝突するときに薄い壁にわたって
冷却空気フィルムを形成する。この冷間圧延金属はター
ビン羽根の外壁を提供するように湾曲形状に形成し接着
（または、薄壁から羽根の主本体への熱伝達を提供する
に十分な程度に溶着）しなければならない。この形成工
程において、壁の穴に歪みが生じる場合がある。穴が適
正に位置していなかったり、金属が十分に接着していな
かった場合は、羽根上のある領域にホットスポットが発
生し、生産率が制限されてしまう。更に、冷間圧延金属
は後に熱処理せねばならず、この熱処理により、羽根の
表面にわたっての熱伝達特性が変化してしまい、これは
好ましくない。
造体の従来の製造方法においては、薄壁は極めて薄い肉
厚に冷間圧延された金属により提供される。次いで、冷
間圧延金属をエッチングまたは機械加工して、その表面
に小さな穴を形成する。これらの小さな穴は、ガスター
ビン羽根に高温ガスが衝突するときに薄い壁にわたって
冷却空気フィルムを形成する。この冷間圧延金属はター
ビン羽根の外壁を提供するように湾曲形状に形成し接着
（または、薄壁から羽根の主本体への熱伝達を提供する
に十分な程度に溶着）しなければならない。この形成工
程において、壁の穴に歪みが生じる場合がある。穴が適
正に位置していなかったり、金属が十分に接着していな
かった場合は、羽根上のある領域にホットスポットが発
生し、生産率が制限されてしまう。更に、冷間圧延金属
は後に熱処理せねばならず、この熱処理により、羽根の
表面にわたっての熱伝達特性が変化してしまい、これは
好ましくない。
【０００８】他の鋳造上の問題は極めて壊れ易く脆いセ
ラミックコアに起因する。このような問題はコアの厚さ
及び密度を減少させればさせるほど深刻になる。
ラミックコアに起因する。このような問題はコアの厚さ
及び密度を減少させればさせるほど深刻になる。
【０００９】現在のところ、迅速にしかも比較的安価に
かつさほど労力を要せずに得られる単一鋳造で作った高
温適用の薄壁構造体及びその製造方法を要求している。
この要求を満たす手段は今まで存在しなかった。
かつさほど労力を要せずに得られる単一鋳造で作った高
温適用の薄壁構造体及びその製造方法を要求している。
この要求を満たす手段は今まで存在しなかった。
【００１０】
【発明の構成並びに作用効果】本発明に係る物品の特徴
とするところは、１．０１６ｍｍより小さな厚さを持つ
少なくとも１つの極めて薄い壁を有する１部品構造で単
一鋳造の多重壁合金構造体を備えていることである。本
発明はまた、鋳造方法、合金鋳造モールド及びコアにも
関する。
とするところは、１．０１６ｍｍより小さな厚さを持つ
少なくとも１つの極めて薄い壁を有する１部品構造で単
一鋳造の多重壁合金構造体を備えていることである。本
発明はまた、鋳造方法、合金鋳造モールド及びコアにも
関する。
【００１１】本発明は、寸法上の精確さ及び約０．７６
ｍｍ（０．０３インチ）より小さな厚さを有する薄壁中
空構造体を反復可能な状態でしかも信頼をもって製造又
は鋳造するための手段を実現させるような種々の現象や
作用の発見に基づく。例えば、本発明は、セラミックシ
ェルのクリープの問題がキャビティ内への融解合金の射
出圧力を制御することにより解決できるという発見を含
む。射出圧力はシェルにクリープを生じさせずに約０．
７６ｍｍ（０．０３インチ）より小さな厚さを有する壁
を鋳造するために時間の関数として制御するとよい。
ｍｍ（０．０３インチ）より小さな厚さを有する薄壁中
空構造体を反復可能な状態でしかも信頼をもって製造又
は鋳造するための手段を実現させるような種々の現象や
作用の発見に基づく。例えば、本発明は、セラミックシ
ェルのクリープの問題がキャビティ内への融解合金の射
出圧力を制御することにより解決できるという発見を含
む。射出圧力はシェルにクリープを生じさせずに約０．
７６ｍｍ（０．０３インチ）より小さな厚さを有する壁
を鋳造するために時間の関数として制御するとよい。
【００１２】本発明は、薄い（狭い）キャビティを合金
で満たした後にヘッド（水頭）圧力を逃すためのオリフ
ィスを使用することによりキャビティ内への合金の射出
圧力を時間の関数として変化させることができるという
発見を含む。
で満たした後にヘッド（水頭）圧力を逃すためのオリフ
ィスを使用することによりキャビティ内への合金の射出
圧力を時間の関数として変化させることができるという
発見を含む。
【００１３】本発明は、約７０％より大きな密度（好ま
しくは、９９％又はそれ以上の密度）を有する薄いコア
を使用することにより約０．１２７ｍｍないし０．３８
１ｍｍの極めて薄い（狭い）通路を形成できるという発
見を含む。
しくは、９９％又はそれ以上の密度）を有する薄いコア
を使用することにより約０．１２７ｍｍないし０．３８
１ｍｍの極めて薄い（狭い）通路を形成できるという発
見を含む。
【００１４】本発明は、固化する合金に囲まれてもつぶ
れたり壊れたりせずに、約０．１２７ｍｍないし０．３
８１ｍｍの厚さ及び約７０％より大きな密度を有する薄
いコアを形成できるという発見を含む。
れたり壊れたりせずに、約０．１２７ｍｍないし０．３
８１ｍｍの厚さ及び約７０％より大きな密度を有する薄
いコアを形成できるという発見を含む。
【００１５】本発明は、鋳造により約０．１２７ｍｍな
いし約０．３８１ｍｍの幅を有する狭いラジアル通路を
形成するためにこのような薄いコアを使用することがで
き、このような通路を約０．１２７ｍｍないし約０．７
６２ｍｍの厚さを有する薄い外壁に実質上平行に形成で
きるという発見を含む。
いし約０．３８１ｍｍの幅を有する狭いラジアル通路を
形成するためにこのような薄いコアを使用することがで
き、このような通路を約０．１２７ｍｍないし約０．７
６２ｍｍの厚さを有する薄い外壁に実質上平行に形成で
きるという発見を含む。
【００１６】本発明は、生産率を減少させずに、０．１
２７ｍｍないし０．３８１ｍｍの厚さを有するコアをコ
ア形成方法、パターン形成方法及び鋳造方法に使用でき
るという発見を含む。
２７ｍｍないし０．３８１ｍｍの厚さを有するコアをコ
ア形成方法、パターン形成方法及び鋳造方法に使用でき
るという発見を含む。
【００１７】本発明は、薄壁構造体内に極めて小さい穴
を形成するため及び鋳造期間中上述の薄いコアを適所に
保持するために、約０．１２７ｍｍないし約１３．９７
ｍｍの最小寸法を有する高密度セラミックコア（好まし
くは、水晶コア）を使用して構造体を鋳造できるという
発見を含む。これらのコアは任意の形状でよい。
を形成するため及び鋳造期間中上述の薄いコアを適所に
保持するために、約０．１２７ｍｍないし約１３．９７
ｍｍの最小寸法を有する高密度セラミックコア（好まし
くは、水晶コア）を使用して構造体を鋳造できるという
発見を含む。これらのコアは任意の形状でよい。
【００１８】本発明は、細い直径のロッドを収容し保持
するためのポケットをセラミックコア内にドリルで形成
できるという発見を含む。
するためのポケットをセラミックコア内にドリルで形成
できるという発見を含む。
【００１９】本発明は、セラミックコア、細いロッド及
び薄いセラミクコア構造を使用することにより、極めて
薄い外壁と、内壁と、これらの間の極めて狭い通路とを
有する１部品構造の中空多重壁構造体を鋳造できるとい
う発見を含む。
び薄いセラミクコア構造を使用することにより、極めて
薄い外壁と、内壁と、これらの間の極めて狭い通路とを
有する１部品構造の中空多重壁構造体を鋳造できるとい
う発見を含む。
【００２０】本発明は、第１セラミックコアを形成し、
金属を所望する領域においてワックス又はプラスチック
のパターンで第１セラミックコアを被覆し、このパター
ン上に極めて薄い湾曲したセラミックコアを配置し、こ
の極めて薄いセラミックコア及びパターンを貫通して第
１セラミックコア内へ延びる孔をドリルで形成し、この
孔にロッドを挿通して第１セラミックコアのポケット内
にこのロッドを収容させ、金属の薄い壁を所望する領域
においてワックスまたはプラスチックのパターンの薄い
層で極めて薄いセラミックコアを被覆し、薄いセラミッ
クコアを湾曲形状に保持するのに力が必要となるような
所定の位置で傾斜ポケットを薄いセラミックコア内に形
成するために、ワックス又はプラスチックのパターンの
薄い層を貫通して薄いセラミックコア内へ延びる孔を形
成し、外側ロッドの一部をワックス又はプラスチックの
パターンの薄い層の孔に挿入してこのロッドを薄いセラ
ミックコアのポケット内に収容させて、構造体の鋳造時
に、薄い層を貫通して薄いセラミックコアのポケット内
へ延びるか第１セラミックコアのポケット内へ延びる通
路を提供し、ワックス又はプラスチックのパターンの薄
い層及び外側ロッドの他の部分をセラミックシェルで覆
うことにより、極めて薄い湾曲したコアを鋳造モールド
内で適所に保持できるという発見を含む。
金属を所望する領域においてワックス又はプラスチック
のパターンで第１セラミックコアを被覆し、このパター
ン上に極めて薄い湾曲したセラミックコアを配置し、こ
の極めて薄いセラミックコア及びパターンを貫通して第
１セラミックコア内へ延びる孔をドリルで形成し、この
孔にロッドを挿通して第１セラミックコアのポケット内
にこのロッドを収容させ、金属の薄い壁を所望する領域
においてワックスまたはプラスチックのパターンの薄い
層で極めて薄いセラミックコアを被覆し、薄いセラミッ
クコアを湾曲形状に保持するのに力が必要となるような
所定の位置で傾斜ポケットを薄いセラミックコア内に形
成するために、ワックス又はプラスチックのパターンの
薄い層を貫通して薄いセラミックコア内へ延びる孔を形
成し、外側ロッドの一部をワックス又はプラスチックの
パターンの薄い層の孔に挿入してこのロッドを薄いセラ
ミックコアのポケット内に収容させて、構造体の鋳造時
に、薄い層を貫通して薄いセラミックコアのポケット内
へ延びるか第１セラミックコアのポケット内へ延びる通
路を提供し、ワックス又はプラスチックのパターンの薄
い層及び外側ロッドの他の部分をセラミックシェルで覆
うことにより、極めて薄い湾曲したコアを鋳造モールド
内で適所に保持できるという発見を含む。
【００２１】本発明は、セラミックシェルに最も近い面
上での上述のワックス又はプラスチックのパターンの薄
い層をサンドブラストすることにより、セラミックシェ
ルを使用したことにより生じる鋳造物の壁における欠陥
を排除できるという発見を含む。
上での上述のワックス又はプラスチックのパターンの薄
い層をサンドブラストすることにより、セラミックシェ
ルを使用したことにより生じる鋳造物の壁における欠陥
を排除できるという発見を含む。
【００２２】本発明は、平滑な外表面を有し、約０．１
２７ｍｍほどの薄い壁厚を有する単一鋳造の薄壁構造体
を製造する手段の発見を含む。
２７ｍｍほどの薄い壁厚を有する単一鋳造の薄壁構造体
を製造する手段の発見を含む。
【００２３】本発明は、２３１７℃（４３００°Ｆ）又
はそれ以上の高い温度での衝突ガスに耐えることのでき
る単一鋳造の薄壁中空構造体の発見を含む。
はそれ以上の高い温度での衝突ガスに耐えることのでき
る単一鋳造の薄壁中空構造体の発見を含む。
【００２４】本発明の他の利点は、コアが高密度のため
レーザーを使用して薄いセラミックコアを更に詳細な形
状に形成できることである。
レーザーを使用して薄いセラミックコアを更に詳細な形
状に形成できることである。
【００２５】本発明は図８に示すような約０．７６２ｍ
ｍより小さな厚さをそれぞれ有する薄い多重壁を備えた
構造体を製造するために使用できる。
ｍより小さな厚さをそれぞれ有する薄い多重壁を備えた
構造体を製造するために使用できる。
【００２６】本発明の構造体は、従来のラミネート薄壁
構造体に比べて、一層軽量で、一層の高温耐久力を有
し、一層強靭であり、遥かに安価に製造できる。
構造体に比べて、一層軽量で、一層の高温耐久力を有
し、一層強靭であり、遥かに安価に製造できる。
【００２７】それぞれ０．７６２ｍｍより小さな厚さを
有する２０個以上の薄壁を備えた多重壁構造体を作るの
に本発明の技術を使用できる。
有する２０個以上の薄壁を備えた多重壁構造体を作るの
に本発明の技術を使用できる。
【００２８】
【実施例】本発明の技術は、等軸、方向性固化及び単一
結晶合金方法を使用する薄壁中空構造体の製造に使用で
きる。等軸、方向性固化及び単一結晶合金構造体を製造
するための種々の技術が知られている。本発明は単一結
晶鋳造技術を使用する極薄壁構造体の製造に特に適す
る。このような単一結晶鋳造技術の１つを図７に示し、
この図には、水冷冷却板１０２に担持されモールドヒー
タ１０４内に収容された鋳造モールド１００を示す。鋳
造炉１０６は真空装置１０８と、融解合金をモールド１
００内へ注入するための誘導融解るつぼ１１０とを有す
る。融解合金をモールド内へ注入した後、モールドはエ
レベータ１１２により炉からゆっくり排出される。
結晶合金方法を使用する薄壁中空構造体の製造に使用で
きる。等軸、方向性固化及び単一結晶合金構造体を製造
するための種々の技術が知られている。本発明は単一結
晶鋳造技術を使用する極薄壁構造体の製造に特に適す
る。このような単一結晶鋳造技術の１つを図７に示し、
この図には、水冷冷却板１０２に担持されモールドヒー
タ１０４内に収容された鋳造モールド１００を示す。鋳
造炉１０６は真空装置１０８と、融解合金をモールド１
００内へ注入するための誘導融解るつぼ１１０とを有す
る。融解合金をモールド内へ注入した後、モールドはエ
レベータ１１２により炉からゆっくり排出される。
【００２９】一般に、単一結晶鋳造においては、成形
（モールド）温度は少なくとも１５３８℃（２８００°
Ｆ）に高められているのが好ましく、単一結晶超合金は
１５３８℃（２８００°Ｆ）に加熱され、単一結晶は約
２５４ｍｍ／ｈ（毎時１０インチ）でゆっくり成長す
る。一般に、等軸方法に対しては、モールド温度は約９
８２℃（１８００°Ｆ）に高められ、等軸合金温度は１
５３８℃（２８００°Ｆ）に高められ、合金は毎分１ｍ
ｍの速度で固化される。
（モールド）温度は少なくとも１５３８℃（２８００°
Ｆ）に高められているのが好ましく、単一結晶超合金は
１５３８℃（２８００°Ｆ）に加熱され、単一結晶は約
２５４ｍｍ／ｈ（毎時１０インチ）でゆっくり成長す
る。一般に、等軸方法に対しては、モールド温度は約９
８２℃（１８００°Ｆ）に高められ、等軸合金温度は１
５３８℃（２８００°Ｆ）に高められ、合金は毎分１ｍ
ｍの速度で固化される。
【００３０】種々の型式の超合金化合物及びその製法が
当業界で知られている。最も関心のある合金はニッケ
ル、クロム、アルミニウム及びその他の物質の複合混合
物である。
当業界で知られている。最も関心のある合金はニッケ
ル、クロム、アルミニウム及びその他の物質の複合混合
物である。
【００３１】０．７６ｍｍ（０．０３インチ）より小さ
い厚さの少なくとも１つの壁を有する多重壁構造体を鋳
造するための従来の試みは、「シェルクリープ」として
知られた現象により不成功に終わっていた。０．７６ｍ
ｍ（０．０３インチ）より狭い通路を融解合金で完全に
満たすためには、実質的な量のヘッド圧力が必要であ
る。しかし、このような鋳造方法に使用するセラミック
シェルはこれらの狭い通路を満たすに必要なヘッド圧力
に耐えるに十分な強度を有さない。その結果、ヘッド圧
力がシェルの壁に外向きのクリープを生じさせ、モール
ドを歪ませ、鋳造製品を許容できないものにしてしま
う。この問題は、単一結晶封鎖鋳造の如き遅い固化を伴
う高温での鋳造の場合に特に厄介である。
い厚さの少なくとも１つの壁を有する多重壁構造体を鋳
造するための従来の試みは、「シェルクリープ」として
知られた現象により不成功に終わっていた。０．７６ｍ
ｍ（０．０３インチ）より狭い通路を融解合金で完全に
満たすためには、実質的な量のヘッド圧力が必要であ
る。しかし、このような鋳造方法に使用するセラミック
シェルはこれらの狭い通路を満たすに必要なヘッド圧力
に耐えるに十分な強度を有さない。その結果、ヘッド圧
力がシェルの壁に外向きのクリープを生じさせ、モール
ドを歪ませ、鋳造製品を許容できないものにしてしま
う。この問題は、単一結晶封鎖鋳造の如き遅い固化を伴
う高温での鋳造の場合に特に厄介である。
【００３２】図１は圧力下で融解合金を射出する前の標
準のモールドの縦断面図である。図１において、地点Ａ
−Ｂの部分は合金チャージリザーバを表し、地点Ｂ−Ｃ
はチャージランナーを表し、地点Ｃ−Ｄは鋳造すべき部
品の実際の形状を表す。図２は持続する融解合金の射出
ヘッド圧力によるモールドの歪みを示す縦断面図であ
る。図２から分かるように、融解合金の射出期間中にヘ
ッド圧力を維持すると、壁は所望のものよりも厚くなっ
てしまう。地点Ｄ−Ｅは実質的なヘッド圧力下での「シ
ェルクリープ」による鋳造シェルの歪みを示す。従来の
方法を用いた場合、「シェルクリープ」現象は構造体の
鋳造における寸法精度を損ねてしまう。
準のモールドの縦断面図である。図１において、地点Ａ
−Ｂの部分は合金チャージリザーバを表し、地点Ｂ−Ｃ
はチャージランナーを表し、地点Ｃ−Ｄは鋳造すべき部
品の実際の形状を表す。図２は持続する融解合金の射出
ヘッド圧力によるモールドの歪みを示す縦断面図であ
る。図２から分かるように、融解合金の射出期間中にヘ
ッド圧力を維持すると、壁は所望のものよりも厚くなっ
てしまう。地点Ｄ−Ｅは実質的なヘッド圧力下での「シ
ェルクリープ」による鋳造シェルの歪みを示す。従来の
方法を用いた場合、「シェルクリープ」現象は構造体の
鋳造における寸法精度を損ねてしまう。
【００３３】本発明は、約０．７６ｍｍ（０．０３イン
チ）より小さな厚さを有するキャビティ内への融解合金
射出圧力を時間の関数として変化させることによりセラ
ミックシェルの「クリープ」の問題を解決できるという
発見を含む。この概念を図３にグラフで示す。これを達
成する手段の１つを図４に示す。
チ）より小さな厚さを有するキャビティ内への融解合金
射出圧力を時間の関数として変化させることによりセラ
ミックシェルの「クリープ」の問題を解決できるという
発見を含む。この概念を図３にグラフで示す。これを達
成する手段の１つを図４に示す。
【００３４】図４は約０．７６ｍｍ（０．０３インチ）
より小さな厚さを有する壁を備えた構造体を製造するた
めのキャビティ１２を有する部分モールド１１を具備し
たセラミックシェル１０を示す。融解合金はキャビティ
１２内へ射出され、固化されて所望の構造体となる。合
金チャージライン１４は所望の構造体のために指定され
たモールドキャビティ１２の領域の上方に位置する。融
解合金は容器１５により画定されたリザーバ１６から供
給され、合金チャージライン１４を通ってモールド１１
の構造体用キャビティ１２へ送られる。チャージ圧力制
御手段はモールド１１の構造体用キャビティ１２の上方
に位置し合金チャージライン１４に接続した制御オリフ
ィス１８でよい。チャージ圧力制御手段は、キャビティ
１２が満たされた後に過剰の合金を除去し、融解合金の
ヘッド圧力を減少させ、セラミックシェルの不当な「ク
リープ」を排除する逃しライン２０でもよい。逃しライ
ン２０は過剰合金リザーバ２２に連通する。好ましく
は、過剰合金リザーバ２２は合金リザーバ１６の真下に
位置し、容器１５を支持する中空柱２４により形成され
る。複数個の部分モールド１１を柱２４のまわりの半径
方向に設けて、これらに関連する複数個のチャージライ
ン１４及び逃しライン２０を設けるとよい。約０．７６
ｍｍ（０．０３インチ）より小さな厚さを有する壁を鋳
造するためのヘッド圧力の典型的な範囲は、約８．３０
Ｍｇ／ｍ3（０．３ｌｂｓ／ｉｎ3）の密度を有するニッ
ケルベースの超合金の場合は、約２５４ｍｍ（１０イン
チ）から約３５６ｍｍ（１４インチ）までの範囲であ
る。この技術は、０．７６ｍｍ（０．０３インチ）より
小さな厚さと、１．５２ｍ（５フィート）までの高さ
と、０．６１ｍ（２フィート）までの幅とを有するキャ
ビティを満たすために使用してもよい。
より小さな厚さを有する壁を備えた構造体を製造するた
めのキャビティ１２を有する部分モールド１１を具備し
たセラミックシェル１０を示す。融解合金はキャビティ
１２内へ射出され、固化されて所望の構造体となる。合
金チャージライン１４は所望の構造体のために指定され
たモールドキャビティ１２の領域の上方に位置する。融
解合金は容器１５により画定されたリザーバ１６から供
給され、合金チャージライン１４を通ってモールド１１
の構造体用キャビティ１２へ送られる。チャージ圧力制
御手段はモールド１１の構造体用キャビティ１２の上方
に位置し合金チャージライン１４に接続した制御オリフ
ィス１８でよい。チャージ圧力制御手段は、キャビティ
１２が満たされた後に過剰の合金を除去し、融解合金の
ヘッド圧力を減少させ、セラミックシェルの不当な「ク
リープ」を排除する逃しライン２０でもよい。逃しライ
ン２０は過剰合金リザーバ２２に連通する。好ましく
は、過剰合金リザーバ２２は合金リザーバ１６の真下に
位置し、容器１５を支持する中空柱２４により形成され
る。複数個の部分モールド１１を柱２４のまわりの半径
方向に設けて、これらに関連する複数個のチャージライ
ン１４及び逃しライン２０を設けるとよい。約０．７６
ｍｍ（０．０３インチ）より小さな厚さを有する壁を鋳
造するためのヘッド圧力の典型的な範囲は、約８．３０
Ｍｇ／ｍ3（０．３ｌｂｓ／ｉｎ3）の密度を有するニッ
ケルベースの超合金の場合は、約２５４ｍｍ（１０イン
チ）から約３５６ｍｍ（１４インチ）までの範囲であ
る。この技術は、０．７６ｍｍ（０．０３インチ）より
小さな厚さと、１．５２ｍ（５フィート）までの高さ
と、０．６１ｍ（２フィート）までの幅とを有するキャ
ビティを満たすために使用してもよい。
【００３５】本発明は、約７０％より大きい（好ましく
は、約９９％又はそれより大きい）密度を有する薄いコ
アを使用して約０．１２７ないし０．３８１ｍｍ（０．
００５ないし０．０１５インチ）の幅を有する極めて薄
い通路を形成できるという発見を含む。本発明は約０．
１２７ないし約０．５０８ｍｍ（０．００５ないし０．
０２０インチ）より小さな厚さを有し、約９９％より大
きな密度を有する薄いコアを利用する。これらのコアは
セラミック材料又はプラスチック材料で作る。このよう
なコアの高密度がコア製造、ワックスパターン製造、成
形及び鋳造に耐えるに十分な強度をコアに与えることが
分かった。このような薄いコアに使用する適当な材料
は、普通水晶と呼ばれているシリカ（ＳｉＯ2）材料で
ある。コアの表面は、機械加工又は、好ましくはレーザ
ーパターニングにより、ペデスタル又はぎざぎざを提供
するようにパターン化するとよい。約０．７６ｍｍ
（０．０３インチ）より小さい厚さを有する極めて薄い
コアは、これに穴を形成する前又は後に、例えば輪郭ダ
イス上での「クリープ」形成処理により、形造られる。
は、約９９％又はそれより大きい）密度を有する薄いコ
アを使用して約０．１２７ないし０．３８１ｍｍ（０．
００５ないし０．０１５インチ）の幅を有する極めて薄
い通路を形成できるという発見を含む。本発明は約０．
１２７ないし約０．５０８ｍｍ（０．００５ないし０．
０２０インチ）より小さな厚さを有し、約９９％より大
きな密度を有する薄いコアを利用する。これらのコアは
セラミック材料又はプラスチック材料で作る。このよう
なコアの高密度がコア製造、ワックスパターン製造、成
形及び鋳造に耐えるに十分な強度をコアに与えることが
分かった。このような薄いコアに使用する適当な材料
は、普通水晶と呼ばれているシリカ（ＳｉＯ2）材料で
ある。コアの表面は、機械加工又は、好ましくはレーザ
ーパターニングにより、ペデスタル又はぎざぎざを提供
するようにパターン化するとよい。約０．７６ｍｍ
（０．０３インチ）より小さい厚さを有する極めて薄い
コアは、これに穴を形成する前又は後に、例えば輪郭ダ
イス上での「クリープ」形成処理により、形造られる。
【００３６】極めて薄いセラミックコアは、合金鋳造温
度に耐えることができ強酸又はベースで容易に除去でき
るか灰を伴わずに焼失できる種々の材料で作ることがで
きる。極めて薄いセラミックコアのための好ましい材料
は水晶である。図６はレーザにより表面にパターンを形
成された適当な薄いセラミックコアを示す。パターンは
熱交換ための表面積を増大させるために鋳造部品におい
てチャンネルやペデスタルを形成する。
度に耐えることができ強酸又はベースで容易に除去でき
るか灰を伴わずに焼失できる種々の材料で作ることがで
きる。極めて薄いセラミックコアのための好ましい材料
は水晶である。図６はレーザにより表面にパターンを形
成された適当な薄いセラミックコアを示す。パターンは
熱交換ための表面積を増大させるために鋳造部品におい
てチャンネルやペデスタルを形成する。
【００３７】本発明は、薄壁構造体内に極めて小さな穴
を形成し鋳造期間中に薄いコアを適所に保持するため
に、約２．２９ないし約１４．０ｍｍ（０．０９ないし
約０．５５インチ）の直径を有するロッドを使用して薄
壁構造体を鋳造できるという発見を含む。穴（孔）は所
望の目的に応じてロッドのほかに種々の形状の構造物に
より形成できる。本発明においては、薄壁内の穴は、壁
構造体を鋳造したときに、穴が薄壁の表面上で完全な位
置に位置するような所定の位置に配置したロッドを使用
することにより、精確に形成される。このようなロッド
の使用は、穴を有する湾曲表面が必要な場合に特に有利
である。薄壁の湾曲表面に機械加工で穴を形成するのは
極めて困難であり、多大な時間を要し、高価となる。本
発明においては、極めて小さな穴を有する構造体を鋳造
するのにロッドを使用し、機械加工を排除する。しか
し、このようにするためには、ロッドをコアに設けたポ
ケット内に収容しなければならない。ポケットはコアモ
ールド成形中にコアに形成してもよいし、ドリル加工や
レーザー加工の如き種々の手段により、後でモールド成
形したコアに形成してもよい。
を形成し鋳造期間中に薄いコアを適所に保持するため
に、約２．２９ないし約１４．０ｍｍ（０．０９ないし
約０．５５インチ）の直径を有するロッドを使用して薄
壁構造体を鋳造できるという発見を含む。穴（孔）は所
望の目的に応じてロッドのほかに種々の形状の構造物に
より形成できる。本発明においては、薄壁内の穴は、壁
構造体を鋳造したときに、穴が薄壁の表面上で完全な位
置に位置するような所定の位置に配置したロッドを使用
することにより、精確に形成される。このようなロッド
の使用は、穴を有する湾曲表面が必要な場合に特に有利
である。薄壁の湾曲表面に機械加工で穴を形成するのは
極めて困難であり、多大な時間を要し、高価となる。本
発明においては、極めて小さな穴を有する構造体を鋳造
するのにロッドを使用し、機械加工を排除する。しか
し、このようにするためには、ロッドをコアに設けたポ
ケット内に収容しなければならない。ポケットはコアモ
ールド成形中にコアに形成してもよいし、ドリル加工や
レーザー加工の如き種々の手段により、後でモールド成
形したコアに形成してもよい。
【００３８】本発明は、その一実施例において、ドリル
加工すべきセラミックコアが従来のような保護コーティ
ングを有さない場合は、セラミックコアに上述の細いロ
ッド３０を収容し保持させるように、ポケット２６（図
５）をセラミックコア２８にドリル加工で設けることが
できるという発見を含む。本発明はセラミックコア上で
の保護コーティングの使用を排除するような方法に関連
する。図５に示すように、保護コーティングを有さない
セラミックコア２８をドリル加工して、主コア２８によ
り形成される空間から薄いセラミックコア３２により形
成される狭い空間への通路を提供し、鋳造シェル４４と
主コア２８との間に一定の関係を維持した状態で薄いセ
ラミックコア３２を保持するために、セラミックコア内
に細い直径のロッド３０を収容し保持させるためのポケ
ット２６を形成する。ポケット２６はロッド３０を収容
するのに十分な大きさを有するが、ロッドを適所に強固
に保持し鋳造期間中のロッド又はセラミックコアの熱膨
張に耐えるのに十分な小ささを有する。一般に、ロッド
３０の直径より約０．０１２７ないし約０．０２５４ｍ
ｍ（０．０００５ないし約０．００１インチ）の範囲だ
け大きいクリアランスで十分である。ロッド３０は水
晶、Ａｌ2Ｏ3、その他の同様の材料で作るとよい。
加工すべきセラミックコアが従来のような保護コーティ
ングを有さない場合は、セラミックコアに上述の細いロ
ッド３０を収容し保持させるように、ポケット２６（図
５）をセラミックコア２８にドリル加工で設けることが
できるという発見を含む。本発明はセラミックコア上で
の保護コーティングの使用を排除するような方法に関連
する。図５に示すように、保護コーティングを有さない
セラミックコア２８をドリル加工して、主コア２８によ
り形成される空間から薄いセラミックコア３２により形
成される狭い空間への通路を提供し、鋳造シェル４４と
主コア２８との間に一定の関係を維持した状態で薄いセ
ラミックコア３２を保持するために、セラミックコア内
に細い直径のロッド３０を収容し保持させるためのポケ
ット２６を形成する。ポケット２６はロッド３０を収容
するのに十分な大きさを有するが、ロッドを適所に強固
に保持し鋳造期間中のロッド又はセラミックコアの熱膨
張に耐えるのに十分な小ささを有する。一般に、ロッド
３０の直径より約０．０１２７ないし約０．０２５４ｍ
ｍ（０．０００５ないし約０．００１インチ）の範囲だ
け大きいクリアランスで十分である。ロッド３０は水
晶、Ａｌ2Ｏ3、その他の同様の材料で作るとよい。
【００３９】本発明は鋳造中に極めて薄い湾曲したコア
３２を適所に保持する方法にも関連する。本発明によれ
ば、第１セラミックコア２８を準備し、金属を所望する
領域をワックス又はプラスチックの第１パターン３４で
被覆する。次いで、湾曲した極めて薄いコア３２を第１
パターン３４上に配置し、最初は位置決めピン（図示せ
ず）で位置決めする。位置決めピンは薄いコア３２の隅
部近傍に配置し、パターン３４内へ延出させて、後に述
べる穴形成期間中に薄いコアを適所に一時的に保持す
る。穴は、極めて薄いセラミックコア３２、パターン３
４を貫通して第１セラミックコア２８内にまでドリルで
形成し、小さな直径のロッド３０を収容し保持するため
のポケット２６を第１コア２８内に形成する。小さな直
径のロッド３０は穴を通して挿入され、第１セラミック
コア２８に形成したポケット２６内へ収容される。次い
で、極めて薄いセラミックコアの金属の薄い壁を所望す
る領域をワックス又はプラスチック（又は他の適当な材
料）の薄いパターン３６で覆う。薄いパターン３６を貫
通して薄いセラミックコア３２内まで、傾斜した角度で
穴をドリル形成し、薄いセラミックコアをその湾曲形状
に保持するのに力を要するような所定の位置にポケット
３８を形成する。薄いセラミックコア３２は既に湾曲さ
せておいてもよいが、弾力性即ち弾性を有し、例えばガ
スタービン羽根を作るに必要な湾曲形状から変形してし
まう。外側ロッド４０の一部を薄いパターン３６の穴を
通して挿入し、薄いセラミックコア３２のポケット３８
内に収容させる。最後に、薄いパターン３６及び外側ロ
ッド４０の他の部分をセラミックシェル４４で覆う。
３２を適所に保持する方法にも関連する。本発明によれ
ば、第１セラミックコア２８を準備し、金属を所望する
領域をワックス又はプラスチックの第１パターン３４で
被覆する。次いで、湾曲した極めて薄いコア３２を第１
パターン３４上に配置し、最初は位置決めピン（図示せ
ず）で位置決めする。位置決めピンは薄いコア３２の隅
部近傍に配置し、パターン３４内へ延出させて、後に述
べる穴形成期間中に薄いコアを適所に一時的に保持す
る。穴は、極めて薄いセラミックコア３２、パターン３
４を貫通して第１セラミックコア２８内にまでドリルで
形成し、小さな直径のロッド３０を収容し保持するため
のポケット２６を第１コア２８内に形成する。小さな直
径のロッド３０は穴を通して挿入され、第１セラミック
コア２８に形成したポケット２６内へ収容される。次い
で、極めて薄いセラミックコアの金属の薄い壁を所望す
る領域をワックス又はプラスチック（又は他の適当な材
料）の薄いパターン３６で覆う。薄いパターン３６を貫
通して薄いセラミックコア３２内まで、傾斜した角度で
穴をドリル形成し、薄いセラミックコアをその湾曲形状
に保持するのに力を要するような所定の位置にポケット
３８を形成する。薄いセラミックコア３２は既に湾曲さ
せておいてもよいが、弾力性即ち弾性を有し、例えばガ
スタービン羽根を作るに必要な湾曲形状から変形してし
まう。外側ロッド４０の一部を薄いパターン３６の穴を
通して挿入し、薄いセラミックコア３２のポケット３８
内に収容させる。最後に、薄いパターン３６及び外側ロ
ッド４０の他の部分をセラミックシェル４４で覆う。
【００４０】薄いコア３２は、コア及び保持ロッドの幾
何学関係により適所に保持してもよい。ロッドは、この
ロッドの長手軸線がこの軸線の近傍でのコアの湾曲表面
に対する接線に関して直角（９０°）又はそれ以上の角
度となるように、薄い湾曲コアに挿通するとよい。この
構成により、コアの移動を阻止できる。
何学関係により適所に保持してもよい。ロッドは、この
ロッドの長手軸線がこの軸線の近傍でのコアの湾曲表面
に対する接線に関して直角（９０°）又はそれ以上の角
度となるように、薄い湾曲コアに挿通するとよい。この
構成により、コアの移動を阻止できる。
【００４１】薄いパターン３６、薄いコア３２及び第１
パターン３４を貫通して延び一端を鋳造シェル４４に担
持され他端を主コア２８に担持されたロッド４６を配置
することにより、実質的に直線状の空気通路を形成する
とよい。一端を鋳造シェル４４に保持され薄いパターン
３６及び薄いコア３２を貫通して延びる第１ロッド４８
により、空気流のためのラビリンスを形成するとよい。
第２ロッド５０は第１ロッド４８から横断方向に離れて
位置し、一端を主コア２８により保持され、第１パター
ン３４及び薄いコア３２を貫通して延びる。このため、
部品を鋳造し、ロッド及びコアを除去したとき、空気は
部品の外表面から、薄いパターン３６に関連する薄い壁
内の（ロッド４８により形成された）穴を垂直に通り、
薄い壁に平行に薄いコア３２により形成された通路を通
り、第１パターン３４に関連する壁の（ロッド５０によ
り形成された）穴を垂直に通り、主コア２８により残さ
れた空間へ流れる。この種のラビリンスは薄いパターン
３６に関連する薄い壁との空気接触を増長させ、薄壁の
冷却効果を増大させ、これにより、上述の他の特徴と組
合さって、壁は２３７１℃（４３００°Ｆ）又はそれ以
上の温度での衝突ガスに耐えることができる。その後、
パターンを除去する。ワックスパターンの場合、全体の
モールドを予熱してワックスをモールドから流出させ、
融解合金のためのキャビティを形成させ、このため、コ
アは適所に強固に保持される。次いで、合金を上述のよ
うにモールド内で鋳造し、例えばカセイ溶液でロッド及
びコアを除去する。
パターン３４を貫通して延び一端を鋳造シェル４４に担
持され他端を主コア２８に担持されたロッド４６を配置
することにより、実質的に直線状の空気通路を形成する
とよい。一端を鋳造シェル４４に保持され薄いパターン
３６及び薄いコア３２を貫通して延びる第１ロッド４８
により、空気流のためのラビリンスを形成するとよい。
第２ロッド５０は第１ロッド４８から横断方向に離れて
位置し、一端を主コア２８により保持され、第１パター
ン３４及び薄いコア３２を貫通して延びる。このため、
部品を鋳造し、ロッド及びコアを除去したとき、空気は
部品の外表面から、薄いパターン３６に関連する薄い壁
内の（ロッド４８により形成された）穴を垂直に通り、
薄い壁に平行に薄いコア３２により形成された通路を通
り、第１パターン３４に関連する壁の（ロッド５０によ
り形成された）穴を垂直に通り、主コア２８により残さ
れた空間へ流れる。この種のラビリンスは薄いパターン
３６に関連する薄い壁との空気接触を増長させ、薄壁の
冷却効果を増大させ、これにより、上述の他の特徴と組
合さって、壁は２３７１℃（４３００°Ｆ）又はそれ以
上の温度での衝突ガスに耐えることができる。その後、
パターンを除去する。ワックスパターンの場合、全体の
モールドを予熱してワックスをモールドから流出させ、
融解合金のためのキャビティを形成させ、このため、コ
アは適所に強固に保持される。次いで、合金を上述のよ
うにモールド内で鋳造し、例えばカセイ溶液でロッド及
びコアを除去する。
【００４２】本発明は、セラミックシェルに最も近い面
上のワックス又はプラスチックの上記薄い層の表面張力
を減少させることにより、セラミックシェルを使用した
ときに生じる鋳造壁の欠陥を排除できるという発見を含
む。ワックス又はプラスチックパターンの表面張力を減
少させる１方法はパターンの外表面をサンドブラストす
ることである。
上のワックス又はプラスチックの上記薄い層の表面張力
を減少させることにより、セラミックシェルを使用した
ときに生じる鋳造壁の欠陥を排除できるという発見を含
む。ワックス又はプラスチックパターンの表面張力を減
少させる１方法はパターンの外表面をサンドブラストす
ることである。
【００４３】ワックスの上述の薄い層で薄いセラミック
コアを覆った後、ワックスの薄い層及び外側ロッドの他
の部分をセラミックシェルで覆う。セラミックシェルで
の被覆は、コロイド状のシリカ溶剤内にセラミック粒子
を有するスラリー内にワックスの薄い層を最初に浸すこ
とにより行われる。適当なセラミック粒子は約３２５の
メッシュサイズを有するとよい。次いで、モールドを乾
燥セラミック耐火粉末内に浸し、シェルに強度を与え
る。セラミックスラリーにモールドを浸し次いで乾燥セ
ラミック耐火粉末にモールドを浸す工程は、シェルの十
分な厚さ（例えば、約１２．７ｍｍ（１／２インチ）の
厚さ）が得られるまで繰り返す。セラミックスラリー及
び乾燥粉末は、各浸し工程期間中、１０％ないし３０％
の相対湿度で約２２ー２６℃（７２ー７８°Ｆ）の温度
にてオーブン内で乾燥せしめられる。
コアを覆った後、ワックスの薄い層及び外側ロッドの他
の部分をセラミックシェルで覆う。セラミックシェルで
の被覆は、コロイド状のシリカ溶剤内にセラミック粒子
を有するスラリー内にワックスの薄い層を最初に浸すこ
とにより行われる。適当なセラミック粒子は約３２５の
メッシュサイズを有するとよい。次いで、モールドを乾
燥セラミック耐火粉末内に浸し、シェルに強度を与え
る。セラミックスラリーにモールドを浸し次いで乾燥セ
ラミック耐火粉末にモールドを浸す工程は、シェルの十
分な厚さ（例えば、約１２．７ｍｍ（１／２インチ）の
厚さ）が得られるまで繰り返す。セラミックスラリー及
び乾燥粉末は、各浸し工程期間中、１０％ないし３０％
の相対湿度で約２２ー２６℃（７２ー７８°Ｆ）の温度
にてオーブン内で乾燥せしめられる。
【００４４】乾燥状態において、シェルは約０．０２５
４ｍｍから約０．０７６２ｍｍまで（１／１０００イン
チから３／１０００インチまで）の範囲の寸法を有する
ダスト粒子を生じさせる。モールドを加熱したとき、加
熱によりワックスが膨張して約０．０２５４ｍｍから約
０．０７６２ｍｍまで（１／１０００インチから３／１
０００インチまで）の範囲の寸法をそれぞれ有するダス
ト粒子を十分な量だけ蓄積し、鋳造構造体内に、０．５
０８ｍｍ（２０／１０００インチ）又はそれ以上の寸法
を有する表面欠陥を生じさせる。ワックス又はプラスチ
ックのパターンをセラミックシエルで覆う前にワックス
又はプラスチックの表面張力を変更することにより、こ
の問題を解決できることが分かった。特に適当なサンド
ブラスト材料は約３４．５ｋＰａから約６８．９ｋＰａ
まで（５ｐｓｉから約１０ｐｓｉまで）の範囲の圧力で
使用する１２０グリットのＡｌ2Ｏ3である。
４ｍｍから約０．０７６２ｍｍまで（１／１０００イン
チから３／１０００インチまで）の範囲の寸法を有する
ダスト粒子を生じさせる。モールドを加熱したとき、加
熱によりワックスが膨張して約０．０２５４ｍｍから約
０．０７６２ｍｍまで（１／１０００インチから３／１
０００インチまで）の範囲の寸法をそれぞれ有するダス
ト粒子を十分な量だけ蓄積し、鋳造構造体内に、０．５
０８ｍｍ（２０／１０００インチ）又はそれ以上の寸法
を有する表面欠陥を生じさせる。ワックス又はプラスチ
ックのパターンをセラミックシエルで覆う前にワックス
又はプラスチックの表面張力を変更することにより、こ
の問題を解決できることが分かった。特に適当なサンド
ブラスト材料は約３４．５ｋＰａから約６８．９ｋＰａ
まで（５ｐｓｉから約１０ｐｓｉまで）の範囲の圧力で
使用する１２０グリットのＡｌ2Ｏ3である。
【００４５】上述の技術を使用すると、平滑な外表面を
有し約０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）ほどに薄い
厚さの壁を有する１部品構造の薄壁構造体を製造するこ
とが可能である。図８は本発明に従って製造された単一
鋳造の薄壁ガスタービン羽根の一部を示す。図９は本発
明に従って製造された１部品構造の多重壁構造体の断面
図である。この単一鋳造の薄壁構造体は２３７１℃（４
３００°Ｆ）ほどの高温での衝突ガスに耐えることがで
きる。本発明の技術は、ガスタービン羽根のほか、ジェ
ットエンジンノズル４００（図９）や、航空機４０２
（図１０）のための翼の前縁４０４及びその類似構造体
の如き種々の物品の製造に使用できること明らかであ
る。
有し約０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）ほどに薄い
厚さの壁を有する１部品構造の薄壁構造体を製造するこ
とが可能である。図８は本発明に従って製造された単一
鋳造の薄壁ガスタービン羽根の一部を示す。図９は本発
明に従って製造された１部品構造の多重壁構造体の断面
図である。この単一鋳造の薄壁構造体は２３７１℃（４
３００°Ｆ）ほどの高温での衝突ガスに耐えることがで
きる。本発明の技術は、ガスタービン羽根のほか、ジェ
ットエンジンノズル４００（図９）や、航空機４０２
（図１０）のための翼の前縁４０４及びその類似構造体
の如き種々の物品の製造に使用できること明らかであ
る。
【００４６】本発明によれば、等軸、単一結晶及び方向
性固化構造体等の種々の薄壁中空構造体を鋳造できる。
等軸構造体に対しては、極めて薄い壁は約０．２５４ｍ
ｍ（１０／１０００インチ）から約１．０１６ｍｍ（４
０／１０００インチ）までの範囲の厚さを有し、好まし
くは約０．２５４ｍｍから約０．３８１ｍｍ（１５／１
０００インチ）までの範囲の厚さを有する。単一結晶及
び方向性固化構造体に対しては、極めて薄い壁は約０．
０７６２ｍｍ（３／１０００インチ）から約１．１０６
ｍｍ（４０／１０００インチ）までの範囲の厚さを有
し、好ましくは０．０７６２−０．５０８ｍｍ（３／１
０００ー２０／１０００インチ）の範囲、一層好ましく
は０．０７６２ｍｍ（３／１０００インチ）から０．２
５４ｍｍ（１０／１０００インチ）までの範囲の厚さを
有する。このような厚さを有する薄壁中空構造体は本発
明の方法を使用して精確な寸法で鋳造できる。
性固化構造体等の種々の薄壁中空構造体を鋳造できる。
等軸構造体に対しては、極めて薄い壁は約０．２５４ｍ
ｍ（１０／１０００インチ）から約１．０１６ｍｍ（４
０／１０００インチ）までの範囲の厚さを有し、好まし
くは約０．２５４ｍｍから約０．３８１ｍｍ（１５／１
０００インチ）までの範囲の厚さを有する。単一結晶及
び方向性固化構造体に対しては、極めて薄い壁は約０．
０７６２ｍｍ（３／１０００インチ）から約１．１０６
ｍｍ（４０／１０００インチ）までの範囲の厚さを有
し、好ましくは０．０７６２−０．５０８ｍｍ（３／１
０００ー２０／１０００インチ）の範囲、一層好ましく
は０．０７６２ｍｍ（３／１０００インチ）から０．２
５４ｍｍ（１０／１０００インチ）までの範囲の厚さを
有する。このような厚さを有する薄壁中空構造体は本発
明の方法を使用して精確な寸法で鋳造できる。
【００４７】本発明又は本発明の素子を範囲又は比で定
義する場合は、本発明は全体範囲または、一層広い範囲
内の任意のサブ範囲又は複数のサブ範囲を含むものとす
る。例えば、本発明の素子が成分Ａの約５ないし約９５
重量％を含むのもとして述べられている場合は、成分Ａ
の約５ないし約４０重量％、成分Ａの約２０ないし約３
０重量％、及び成分Ａの約９０ないし約９５重量％を含
むものとする。例えば、Ａ5-90Ｂ20-70なる表現は、本
発明がＡ5-20Ｂ20-40の組成物、Ａ85-90Ｂ20-25の組成
物、Ａ43Ｂ57の組成物等を含むものとする。例えば、
「約０．０７６２ｍｍ（３／１０００インチ）から約
１．０１６ｍｍ（４０／１０００インチ）までの範囲の
厚さ」なる表現は、約０．０７６２−０．１２７ｍｍ
（３／１０００−５／１０００インチ）の範囲の厚さ、
及び０．１２７−０．３８１ｍｍ（５／１０００−１５
／１０００インチ）の範囲の厚さ等を含むものとする。
義する場合は、本発明は全体範囲または、一層広い範囲
内の任意のサブ範囲又は複数のサブ範囲を含むものとす
る。例えば、本発明の素子が成分Ａの約５ないし約９５
重量％を含むのもとして述べられている場合は、成分Ａ
の約５ないし約４０重量％、成分Ａの約２０ないし約３
０重量％、及び成分Ａの約９０ないし約９５重量％を含
むものとする。例えば、Ａ5-90Ｂ20-70なる表現は、本
発明がＡ5-20Ｂ20-40の組成物、Ａ85-90Ｂ20-25の組成
物、Ａ43Ｂ57の組成物等を含むものとする。例えば、
「約０．０７６２ｍｍ（３／１０００インチ）から約
１．０１６ｍｍ（４０／１０００インチ）までの範囲の
厚さ」なる表現は、約０．０７６２−０．１２７ｍｍ
（３／１０００−５／１０００インチ）の範囲の厚さ、
及び０．１２７−０．３８１ｍｍ（５／１０００−１５
／１０００インチ）の範囲の厚さ等を含むものとする。
【図１】従来の鋳造モールドの断面図である。
【図２】モールドにクリープが生じた後の従来の鋳造モ
ールドの断面図である。
ールドの断面図である。
【図３】本発明の時間に対するチャージ圧力の変化を示
すグラフである。
すグラフである。
【図４】本発明の鋳造モールドの断面図である。
【図５】本発明の鋳造モールド、パターン、コア及びロ
ッドの組合せ体を示す断面部分図である。
ッドの組合せ体を示す断面部分図である。
【図６】本発明の薄いセラミックコアの斜視図である。
【図７】単一結晶合金構造体を形成する方法を示す部分
断面図である。
断面図である。
【図８】本発明の多重壁構造体の一部を示す斜視図であ
る。
る。
【図９】本発明に従って形成したノズルを有するジェッ
トエンジンの部分断面図である。
トエンジンの部分断面図である。
【図１０】本発明に係る材料から作った前縁を有する航
空機の部分斜視図である。
空機の部分斜視図である。
【図１１】従来のフィルム冷却タービン羽根の断面図で
ある。
ある。
【図１２】本発明に係る薄い外壁を有する１部品構造の
単一鋳造タービン羽根の断面図である。
単一鋳造タービン羽根の断面図である。
【図１３】種々のタービン羽根構造を使用したガスター
ビンエンジンのための実際の作動タービン入口温度と時
間との関係を示すグラフである。
ビンエンジンのための実際の作動タービン入口温度と時
間との関係を示すグラフである。
１１ 部分モールド １２ キャビティ １４ チャージライン １６ リザーバ １８ オリフィス ２０ 逃しライン ２２ リザーバ ２６、３８ ポケット ２８ 主セラミックコア ３０、４０ ロッド ３２ 薄いセラミックコア ３４ 第１パターン ３６ 第２パターン ４４ 鋳造モールド（セラミックシェル）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６４Ｃ 1/00 Ｂ 9337−3Ｄ Ｆ０１Ｄ 5/18 7825−3Ｇ (72)発明者 ジェームズ・ポール・ホフ アメリカ合衆国インディアナ州46140，グ リーンフィールド，ノース・トロイ・ロー ド 8834 (72)発明者 ドナルド・ジェームズ・フレイジア アメリカ合衆国インディアナ州46142，グ リーンウッド，モカシン・ロード 616 (72)発明者 ラルフ・エドモンド・ピーラー アメリカ合衆国インディアナ州46171，リ ールズヴィル，ルーラル・ルート １，ボ ックス 320 (72)発明者 ヘイジ・ミューラー−ラージェント アメリカ合衆国インディアナ州46241，イ ンディアナポリス，ピー・オー・ボックス 41091 (72)発明者 フロイド・フリーマン・ツリーズ アメリカ合衆国インディアナ州47402，ブ ルーミントン，ウエスト・ステート・ロー ド 46 5665，ボックス エイ10 ロット ナンバー６ (72)発明者 ジェームズ・ロドニー・ウェットストーン アメリカ合衆国インディアナ州46214，イ ンディアナポリス，マリナー・ウェイ 7265 ナンバー107 (72)発明者 ジョン・ヘンリー・レーン アメリカ合衆国インディアナ州46240，イ ンディアナポリス，ノース・ペンシルバニ ア 8616 (72)発明者 ラルフ・エドワード・ジェフリーズ アメリカ合衆国インディアナ州46254，イ ンディアナポリス，フィールドストーン・ トレイル 4954
Claims (28)
- 【請求項１】 １．０１６ｍｍより薄い厚さを持つ少な
くとも１つの極めて薄い壁を有する単１部品構造で単一
鋳造の多重壁合金構造体を備えた物品。 - 【請求項２】 前記極めて薄い壁が約０．１２７ｍｍか
ら約０．７６２ｍｍまでの範囲の厚さを有することを特
徴とする請求項１の物品。 - 【請求項３】 前記極めて薄い壁が約０．１２７ｍｍの
厚さを有することを特徴とする請求項１の物品。 - 【請求項４】 前記薄い壁と第２の壁により画定された
通路を更に備え、前記通路が約０．１２７ｍｍから約
０．５０８ｍｍまでの範囲の幅を有することを特徴とす
る請求項１の物品。 - 【請求項５】 前記通路を半径方向の通路としたことを
特徴とする請求項４の物品。 - 【請求項６】 前記極めて薄い壁がこの薄い壁の両側で
の空気の流れを促進するための穴を具備し、もって、物
品が前記構造体を形成する合金の融点より高い温度で当
該極めて薄い壁に衝突するガスに耐えられるようにした
ことを特徴とする請求項１の物品。 - 【請求項７】 ２２００℃より高い温度で前記極めて薄
い壁に衝突するガスに耐えられるようになっていること
を特徴とする請求項６の物品。 - 【請求項８】 等軸形状の合金を有し、前記薄い壁が約
０．２５４ｍｍから約０．３８１ｍｍまでの範囲の厚さ
を有することを特徴とする請求項１の物品。 - 【請求項９】 方向的に固化された形状の合金を有し、
前記薄い壁が約０．０７６２ｍｍから約０．５０８ｍｍ
までの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項１の
物品。 - 【請求項１０】 単一の結晶形状に固化された合金を有
し、前記薄い壁が約０．０７６２ｍｍから約０．５０８
ｍｍまでの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項
１の物品。 - 【請求項１１】 前記壁が約０．１２７ｍｍから約１．
５２４ｍまでの範囲の幅と、約０．１２７ｍｍから約
０．６１ｍまでの範囲の長さとを有することを特徴とす
る請求項１の物品。 - 【請求項１２】 物品をガスタービンの部品としたこと
を特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の物
品。 - 【請求項１３】 ２２００℃より高い温度で衝突するガ
スに耐えられる超合金化合物で作ったことを特徴とする
請求項１２の物品。 - 【請求項１４】 少なくとも一部がセラミックシェルに
より画定された約０．７６２ｍｍ以下の厚さを有するモ
ールドキャビティ内へ融解合金を射出する方法におい
て、前記融解合金で前記モールドキャビティ全体を満た
させると共に、当該合金の射出圧力で前記セラミックシ
ェルにクリープを生じさせないように、当該射出工程
中、合金の射出圧力を減少させることを特徴とする射出
方法。 - 【請求項１５】 多重壁の合金構造体を製造する方法に
おいて、 前記合金構造体内の空間に対応する主コア（２８）を提
供する工程と；前記合金構造体の第１壁に対応する第１
除去可能パターン（３４）を前記主コア上に覆う工程
と；前記主コアに対して一定の関係で７０％より大きな
密度を有する薄いコア（３２）を、前記合金構造体内の
薄い通路に対応させて設ける工程と；前記合金構造体内
の０．７６２ｍｍ以下の厚さを有する薄い壁に対応させ
て、前記薄いコアを覆う第２除去可能パターン（３６）
を設ける工程と；前記薄い壁の外表面を画定するように
前記第２除去可能パターンを鋳造モールド（４４）で囲
む工程と；前記主コア及び薄いコアを相互に関して及び
前記鋳造モールドに関して一定の関係に維持しながら、
前記第１及び第２除去可能パターンを除去する工程と；
融解合金で前記鋳造モールドをチャージし、当該鋳造モ
ールドにクリープを生じさせずに前記薄い壁を形成する
ように経時的にチャージ圧力を変化させる工程と；前記
融解合金を固化させる固化工程と；前記鋳造モールド及
びコアを除去し、多重壁の合金構造体を提供する工程
と；を有することを特徴とする多重壁合金構造体の製造
方法。 - 【請求項１６】 前記固化工程が、全体にわたり単一結
晶構造を有する合金構造体を生じさせるように実行され
ることを特徴とする請求項１５の方法。 - 【請求項１７】 前記薄いコア（３２）が、約０．２２
８６ｍｍから約１３．９７ｍｍまでの範囲の直径を有す
る細いロッド（３０、４０）により、前記主コア（２
８）及び前記鋳造モールド（４４）に対して一定関係に
保持されることを特徴とする請求項１５の方法。 - 【請求項１８】 主セラミックコア（２８）を提供する
工程と；合金を鋳造すべきキャビティに対応する第１パ
ターン（３４）を前記主セラミックコア上に覆う工程
と；約０．５０８ｍｍより小さな厚さと約７０％より大
きな密度とを有する薄いコア（３２）を、湾曲形状を有
するように前記第１パターン上に配置する工程と；第１
の細いロッド（３０）を収容するためのポケットを前記
主セラミックコア内に形成するために、湾曲した前記薄
いコア及び前記第１パターンを貫通して当該主セラミッ
クコア内へ延びる孔（２６）を形成する工程と；前記第
１ロッドの長手軸線と前記主セラミックコアから離れた
前記薄いコアの外表面とが実質上直角となるように当該
薄いコア通して当該ロッドの一部を挿入し、前記第１パ
ターンを通して該ロッドを挿入し、該ロッドの一部を当
該主セラミックコアに形成した前記ポケット内に強固に
嵌合する工程と；合金を鋳造すべきキャビティに対応す
る第２パターン（３６）を前記薄いコア上に覆う工程
と；該薄いコアを湾曲形状を呈するように保持するのに
力が必要となるような位置に第２ロッド（４０）を収容
するための傾斜ポケットを該薄いコア内に形成するため
に、前記第２パターンを貫通して該薄いコア内へ延びる
孔（３８）を形成する工程と；前記第２ロッドを前記第
２パターンの孔に挿入して、当該第２ロッドを前記薄い
コアのポケット内に嵌合させる工程と；鋳造モールド
（４４）が前記第２ロッドの一端を担持し、前記第１及
び第２パターンを除去したときに、前記コアが相互に及
び当該鋳造モールドに関して一定の関係を維持し前記薄
いコアがその湾曲形状を維持するように、鋳造モールド
により前記第２パターンを囲む工程と；を有することを
特徴とする方法。 - 【請求項１９】 前記第１及び第２ロッド（３０、４
０）及び（又は）前記薄いコア（３２）を水晶で形成し
たことを特徴とする請求項１８の方法。 - 【請求項２０】 前記第１及び第２パターン（３４、３
６）を除去する工程と；前記鋳造モールド（４４）内に
融解合金を鋳込み同合金を固化する工程と；前記第１及
び第２ロッド（３０、４０）、前記コア（２８、３２）
及び当該鋳造モールドを除去する工程と；を更に有する
ことを特徴とする請求項１８又は１９の方法。 - 【請求項２１】 前記第２パターン（３６）が約０．７
６２ｍｍより小さな厚さを有し；前記鋳造モールド（４
４）にクリープを生じさせずに、前記第２パターンの除
去により発生した空間を合金で完全に満たさせるよう
に、合金チャージ圧力を常時減少させる工程を更に有す
ることを特徴とする請求項１８、１９又は２０の方法。 - 【請求項２２】 合金鋳造モールドにおいて、 融解合金用のリザーバ（１６）と；融解合金の固化時に
所望の形状を与えるようなキャビティ（１２）を有する
部分モールド（１１）と；前記リザーバと前記部分モー
ルドとに連通する融解合金チャージライン（１４）と；
前記部分モールドのキャビティを融解合金で完全に満た
させるための、及び、当該部分モールドにクリープを生
じさせず、当該キャビティを歪ませないように、該キャ
ビティ内への融解合金の射出時に融解合金のチャージ圧
力を減少させるための合金チャージ圧力制御手段（１
８、２０）と；を有することを特徴とする合金鋳造モー
ルド。 - 【請求項２３】 前記合金チャージ圧力制御手段が、前
記融解合金チャージラインに連通し、前記キャビティを
融解合金で満たすが前記部分モールドにクリープを生じ
させないのに十分な時間にわたってチャージ圧力を変化
させるように位置した逃しライン（２０）を有すること
を特徴とする請求項２２の合金鋳造モールド。 - 【請求項２４】 前記逃しラインに連通した第２リザー
バ（２２）を更に有することを特徴とする請求項２３の
合金鋳造モールド。 - 【請求項２５】 前記第２リザーバが前記部分モールド
の上方の位置で前記融解合金用のリザーバを支持する柱
（２４）の中空部分により画定されていることを特徴と
する請求項２４の合金鋳造モールド。 - 【請求項２６】 前記柱に関して半径方向に位置した複
数個の部分モールド（１１）を備え、当該各部分モール
ドが前記融解合金用のリザーバ及び前記第２リザーバに
連通したチャージライン（１４）を有することを特徴と
する請求項２５の合金鋳造モールド。 - 【請求項２７】 合金構造体を鋳造するためのコアにお
いて、 約０．１２７ｍｍから約０．５０８ｍｍまでの範囲の厚
さと、約７０％から約１００％までの範囲の密度とを有
する水晶材料で形成され、ラジアル形状を有することを
特徴とするコア。 - 【請求項２８】 前記水晶材料が９０％より大きい密度
を有することを特徴とする請求項２７のコア。
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