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技術 焼き流し精密鋳造方法

出願人 ジユアン・デ・アントニオ・ゴニヤロンスリカルド・インサウステイ・マルテイネス・デ・ラヒダルガ
発明者 ジユアン・デ・アントニオ・ゴニヤロンスリカルド・インサウステイ・マルテイネス・デ・ラヒダルガ
出願日 1994年4月12日 (26年8ヶ月経過) 出願番号 1994-097064
公開日 1995年1月6日 (25年11ヶ月経過) 公開番号 1995-001075
状態 特許登録済
技術分野 鋳造前の予備処理と金属の鋳造 鋳型又は中子及びその造型方法
主要キーワード 多数パターン 残存材料 環状リセス 鋳型部品 円形表面 鋳物部品 固体状金属 鋳型アセンブリ
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この項目の情報は公開日時点(1995年1月6日)のものです。
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図面 (20)

目的

焼き流し精密鋳造方法。

構成

この焼き流し精密鋳造方法は、ポジパターンの上に液体を注いだ後この液体が固化するまでそれを冷却することによって生じる、一時的鋳型を用いている。このポジパターンを取り外し、そしてこの一時的鋳型の空洞の中に別の液体を注ぎ込むことによって一時的パターンを生じさせた後、この第二液体が固化するまでそれを冷却する。次に、この一時的鋳型を溶融させるか或は溶解させることによって一時的パターンを残すが、これをセラミックスラリーでコートすることによってセラミック殻を生じさせることができる。次に、この一時的パターンを溶融させるか或は溶解させることによって、このセラミック殻からその一時的パターンを取り外すことができる。このセラミック殻に溶融金属充填し、これを固化させることで、最終的な鋳物片を生じさせることができる。

概要

背景

概要

焼き流し精密鋳造方法。

この焼き流し精密鋳造方法は、ポジパターンの上に液体を注いだ後この液体が固化するまでそれを冷却することによって生じる、一時的鋳型を用いている。このポジパターンを取り外し、そしてこの一時的鋳型の空洞の中に別の液体を注ぎ込むことによって一時的パターンを生じさせた後、この第二液体が固化するまでそれを冷却する。次に、この一時的鋳型を溶融させるか或は溶解させることによって一時的パターンを残すが、これをセラミックスラリーでコートすることによってセラミック殻を生じさせることができる。次に、この一時的パターンを溶融させるか或は溶解させることによって、このセラミック殻からその一時的パターンを取り外すことができる。このセラミック殻に溶融金属充填し、これを固化させることで、最終的な鋳物片を生じさせることができる。

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請求項1

(a)鋳物片一部の少なくとも1つのポジパターンを生じさせ、ここで、このポジパターンは、少なくとも1つの内部空洞を有しており、(b)温度T(1)で、その少なくとも1つのポジパターンが有する少なくとも1つの空洞に液体材料Mを充填し、(c)この材料Mが固体状態に到達して一時的鋳型部品を生じるまで、その充填したポジパターンを冷却し、(d)この一時的鋳型部品からそのポジパターンを取り外し、(e)少なくとも1つの一時的鋳型部品を組み立てることで一時的鋳型を生じさせ、(f)この一時的鋳型に液体材料Aを充填し、ここで、材料MとAの間の関係はT(M)<T(A)[ここで、T(M)およびT(A)は、材料MおよびAの融点温度である]であり、(g)その液体材料Aが固化して一時的パターンを生じるまで、その充填した一時的鋳型を冷却し、(h)この一時的パターンから該一時的鋳型を取り外し、(i)この一時的パターンにセラミックコーティング物をコートすることで、この一時的パターンの回りにセラミック殻を生じさせ、(j)このセラミック殻から液体材料Aを排出させることで、このセラミック殻から一時的なパターンを取り外し、(k)このセラミック殻に溶融金属を充填した後、この溶融金属を固化させ、そして(l)この固体状金属からそのセラミック殻を分離する、段階を含む、鋳物片を製造するための焼き流し精密鋳造方法。

技術分野

0001

本発明は、焼き流し精密鋳造方法(インベストメント鋳造法、investment casting process)に関するものであり、詳細には、ロストパターン(lost pattern)を一時的鋳型の中で生じさせる焼き流し精密鋳造方法に関する。

0002

本発明は、弾性を示す鋳型の中で液体凝固させることによる「ロストワックス(Lost Wax)」方法と「一時的パターン(Temporary Pattern)」方法である焼き流し精密鋳造方法における本質的な改良を与えるものである。これらの方法の両方共、高品質鋳造物の製造を可能にするものであるが、各方法は数多くの欠点を有している。

0003

「ロストワックス」方法の主要欠点は、製造用パターンで用いられるワックスの変形および取り扱いが源となっている。このワックスを注入するに必要とされている道具の価格が高いことから、この方法は、大規模に製造すべき片に関してのみ利益が得られる方法である。このワックスパターンの取り扱いが複雑なことから、クラスター(cluster)即ち多数パターンを製造する時の労力コストが高い。また、このワックスを用いることに関連した困難さが存在していると共に、このワックスを再利用する時それの品質が低下する。

0004

弾性を示す鋳型の中で液体を凝固させることによって一時的パターンを生じさせた後この一時的パターンをセラミック材料でコートする「一時的パターン」方法を用いる時の目的は、壁厚が薄く複雑な形状を有する精密な部品を製造することにある。従って、この方法の主要な欠点は、
1. 薄壁を得る必要がある時、このパターンの中に如何なる亀裂も生じさせることなく、その弾性を示す鋳型からその一時的パターンを抽出することに関する数多くの困難さ、
2. 複雑なコアを必要とする片を製造するのは困難であり、このことから、セラミック製コアを用いることが必須であり、これによって最終生成物の価格が上昇すること、
3. 如何なる亀裂も生じさせることなくその弾性を示す鋳型から完成したクラスターを抽出することの困難さ、である。

0005

本発明を用いることにより、従来技術の焼き流し精密鋳造方法が有する上記欠点に打ち勝つと共にそれの矯正を行う。ロストパターンのセラミックコーティング物を用いることによる精密鋳造方法を提供し、ここでは、従来技術の方法とは異なり、部分的もしくは全体的にロストであってもよいロストパターンを一時的鋳型の中で生じさせる。本発明は、以下に示す有利な効果を与えるものである:
1. 極めて薄いか或は複雑なコアを必要とする鋳物片を含む全ての種類の鋳物片を、亀裂が生じる危険を回避すると共に金属を流し込む工程を行っている間にコアを用いる必要もなく製造することができること、
2. それらが示す複雑さに関係なく、長時間、中間的時間および短時間で製造され得る全ての種類の高品質片を、最小限の工具投資で製造することができ、このことから、上記複雑な片を長時間、中間的時間および短時間で利益が上がるように製造できること、
3. ロストパターンおよび鋳型の製造で再利用可能な材料を用いて全ての種類の高品質片を製造することができ、これにより、ロストパターンおよび鋳型の製造コストが低くなること、そして
4. 亀裂が生じる危険性なしに完全なクラスター(多数パターン)を製造することが必要とされている時でさえ、全ての種類の高品質片を製造することができ、これにより、そのロストパターンの取り扱いコストが低くなること。

0006

本発明に従い、一時的鋳型の中で生じさせたロストパターンのセラミックコーティング物を用いて鋳物片を生じさせる、以下に明記する如く実施する本方法により、上記利点を達成した。

0007

ポジパターン(positive pattern)を用い、このパターンの上に液体Mを注いだ後これをこの融点以下にまで冷却することで固体状態にすることにより、この一時的鋳型のロスト部品を生じさせる。このパターンを、その鋳型のロスト部品から抽出し、そして永久的部品を用いる場合、永久的部品とそれらのロスト部品とを組み立てることによって、該一時的鋳型を生じさせる。

0008

該一時的鋳型の中に2番目の液体Aを注ぎ込んだ後、この2番目の液体が固体状態に到達するまでこれを冷却することにより、該一時的パターンを生じさせる。

0009

この温度を適切に調節することを通してこれらのロスト部品を溶融させるか、或はこの一時的鋳型を適当な溶媒の中で溶解させることによって、その一時的鋳型のロスト部品を除去することにより、一時的パターンを得る。

0010

次に、この一時的パターンの回りにセラミックコーティング物を置く。この温度を材料Aの溶融温度以上にまで上昇させることにより、この一時的パターンの溶融と除去を生じさせ、その結果として、鋳造すべき片と同じ形状の空洞を有するセラミック殻を得る。

0011

このセラミック殻の空洞に溶融金属充填し、これを固化させて最終的な片を生じさせる。

0012

本発明の特徴は、本発明を実施する1つの態様、特に該一時的鋳型を充分に溶融させることによってそれを除去することを含む方法を説明する添付図を参照することによってより良く理解されるであろう。

0013

好適な態様に関連させて本発明を記述するが、本発明をその態様に限定することを意図するものでないと理解されるであろう。それとは対照的に、添付請求の範囲で限定する如き本発明の精神および範囲内に包含され得る如き全ての代替、修飾形および相当物を包含することを意図している。

0014

図1−3を参照することで、本発明の焼き流し精密鋳造方法に従って製造する金属製品または鋳物片200を示し、そしてこれには、片200の中に生じさせた環状リセス202内に位置している多数の薄ブレード201が含まれている。片200は、環状の外側壁203と中心の平ら円形表面204を含んでいる。本発明の焼き流し精密鋳造方法に従って製造する、図1−3に示す片200の構造は、説明の目的でのみ用いるものであることは理解されるべきである、と言うのは、本発明の焼き流し精密鋳造方法を用いることで、異なる形状を有する片200が多数製造され得るからである。

0015

図4−6を参照し、製造する鋳物片200と同じ構造を有する少なくとも1つのポジパターン210を製造することで、本発明の方法を開始する。このポジパターン210を、一般に、硬質支持片212の上に位置させた弾性材料211の層を用いて生じさせる。このパターン210は、このパターン210の大きさおよび形状に応じて、1つまたは多様な片を複製し得る。図4は、本発明の方法で用いるパターン210を示しており、そして図5は、別のパターン210’を示している。示す参照番号を用いて、同じ構造を有する構成要素を表す。各パターン210、210’は、内部空洞213、213’を形成している。図6は、パターン210’の詳細を示しており、ここで、弾性を示す材料211は、最終的に製造すべきブレード201(図1−3)に関連した形215を限定している。これらの異なるパターン210、210’の空洞213、213’内部に液体M214を注ぎ込んだ後、空洞213、213’が充填されている各アセンブリを、液体M214の融点よりも低い温度T(1)にまで冷却し、その結果として、液体M214の固化を生じさせる。次に、これらのパターン210、210’を取り外した後、その凝固した液体M214は、図7−9に示す如き一時的鋳型221の2つの部品220、220’を生じ、これには、製造すべきブレード201の形状を有する空洞250が備わっている。

0016

図10に示すように、これらの一時的鋳型部品220、220’を組み立てて一時的鋳型221を作成することで、内部空洞225を生じさせる。

0017

図11および12を参照して、温度をT(1)に維持しながら、この一時的鋳型221の内部空洞225の中に液体A226を注ぎ込む。液体M214と液体A226の間の関係は下記の如くである必要がある:
T(M)<T(A)
ここで、T(M)およびT(A)は、それぞれ材料M214およびA226の溶融温度である。材料M214は水の如き水系材料であってもよく、そして材料A226は低分子量のパラフィンであってもよい。

0018

この一時的鋳型221の温度を、M214の融点T(M)よりも低い、即ち液体A226の固化温度よりも明らかに低い温度T(1)にすると、液体A226の固化が生じる。

0019

この一時的鋳型221の温度を、材料A226の融点とM214の融点の間の温度T(2)にし、ここでは、
T(M)<T(2)<T(A)
である。図13および14に示すように、この温度T(2)において、この一時的鋳型221の溶融が生じ、そして一時的パターン230は固体状態のままである。

0020

また、この一時的鋳型221を溶媒の中に浸すか或は浸漬することにより、一時的鋳型221の一時的鋳型部品220、220’を溶解させてもよい。材料M214はこの溶媒に溶解性を示すべきであるが、材料A226はこの溶媒に溶解性を示すべきではない。従って、図13および14に示すように、この溶媒は一時的鋳型部品220、220’を溶かし、そして一時的パターン230は固体状態のままで残存する。例えば、材料M214が水の如き水系材料でありそして材料A226がこの水系材料に溶解性を示さない場合、その一時的鋳型部品220、220’と一時的パターン230を、温度T(2)の水の如き水系材料の中に浸漬することにより、これらの一時的鋳型部品220、220’をその一時的パターン230から取り外してもよい。

0021

図15および16に示すように、このパターン230をT(A)以下の温度に維持しながら、T(A)以下の固化温度を有するべきであるセラミックスラリー240の中にパターン230を浸すことによって、この一時的パターン230のコーティングを行う。この必要条件以外は本分野の技術者に知られている通常の手段を用いて、このコーティング工程を実施する。このセラミックスラリーは、固化して堅くなることにより、その一時的パターン230の回りに位置しているセラミック殻241を生じる。

0022

図17および18を参照して、この一時的パターン230とセラミック殻241の温度をT(A)、即ち材料A226の融点以上の温度に上昇させ、その結果として、この一時的パターン230が溶融し、そしてこのセラミック殻241の位置を逆さにすることにより、このセラミック殻241の内部空洞242からその一時的パターン230が排出される。材料Aが水の如き水系材料に溶解性を示さない場合、T(A)以上の温度の水の如き水系材料の中に該セラミック殻を浸漬することにより、このセラミック殻241の内部空洞242からその一時的パターン230を除去してもよい。

0023

次の段階、例えばこのセラミック殻241の乾燥、図19に示す如き、セラミック殻241への溶融金属250の充填、この金属250の固化、鋳物片200(図1−3)に粘着しているセラミック殻241の除去、および何らかの残存材料、例えばこの片の供給系または湯口の除去などの全ては、本分野の技術者に知られている通常の操作を用いて実施され得る。

0024

本発明の上記態様の可能な修飾形は、その一時的鋳型221を全体的に除去する代わりにこの一時的鋳型221を部分的にのみ除去することである。これは、この鋳型221の一時的部品220を永久的部品220”(図7および10)に置き換えることによって達成され得る、と言うのは、鋳物片200のこの領域の剥離は如何なる困難さも示さないからである。このようにして、上に記述した如き一時的部品220’と永久的部品220”が備わっている、部分的にロストの一時的鋳型221’が得られる。次に、この一時的鋳型部品220’が前に記述したのと同様に溶融もしくは溶解する場合、その一時的パターン230から単にそれを取り除くことにより、この一時的鋳型221の永久的部品220”をその一時的パターン230から取り除くことができる。

0025

本発明の方法は、鋳物部品の複雑さに関係なくロスト鋳型の中でロストパターンを生じさせることを可能にすることで、ロストパターンが壊れる危険性を回避すると共に、変形する危険性が高いコアを用いる必要もないことから、全ての種類の最上品質鋳物部品200を製造することを可能にするものである。加うるに、これらのロストパターンおよび鋳型を製造するにおいて、再利用が容易な材料を用いている。

0026

明白な修飾形および相当物が本分野の技術者に明らかになるであろうように、本発明は、この示し記述した構成、操作、正確な材料または態様の正確な詳細に限定されるものではないと理解する。従って、本発明は添付請求の範囲によってのみ限定されるべきものである。

0027

本発明の特徴および態様は以下のとうりである。

0028

1. (a)鋳物片一部の少なくとも1つのポジパターンを生じさせ、ここで、このポジパターンは、少なくとも1つの内部空洞を有しており、(b)温度T(1)で、その少なくとも1つのポジパターンが有する少なくとも1つの空洞に液体材料Mを充填し、(c)この材料Mが固体状態に到達して一時的鋳型部品を生じるまで、その充填したポジパターンを冷却し、(d)この一時的鋳型部品からそのポジパターンを取り外し、(e)少なくとも1つの一時的鋳型部品を組み立てることで一時的鋳型を生じさせ、(f)この一時的鋳型に液体材料Aを充填し、ここで、材料MとAの間の関係はT(M)<T(A)[ここで、T(M)およびT(A)は、材料MおよびAの融点温度である]であり、(g)その液体材料Aが固化して一時的パターンを生じるまで、その充填した一時的鋳型を冷却し、(h)この一時的パターンから該一時的鋳型を取り外し、(i)この一時的パターンにセラミックコーティング物をコートすることで、この一時的パターンの回りにセラミック殻を生じさせ、(j)このセラミック殻から液体材料Aを排出させることで、このセラミック殻から一時的なパターンを取り外し、(k)このセラミック殻に溶融金属を充填した後、この溶融金属を固化させ、そして(l)この固体状金属からそのセラミック殻を分離する、段階を含む、鋳物片を製造するための焼き流し精密鋳造方法。

0029

2. 該一時的鋳型と一時的パターンを温度T(2)[ここで、T(M)<T(2)<T(A)]にまで加熱してこの一時的鋳型を溶融させることにより、この一時的鋳型を該一時的パターンから取り外す、第1項の焼き流し精密鋳造方法。
3. 該一時的鋳型と一時的パターンを溶媒の中に浸漬しそしてこの一時的鋳型を該溶媒の中に溶解させるすることで、この一時的鋳型を該一時的パターンから取り外し、ここで、該材料Mが該溶媒に溶解性を示すが該材料Aはこの溶媒に溶解性を示さない、第1項の焼き流し精密鋳造方法。

0030

4. 少なくとも1つの永久的鋳型部品を生じさせ、そして少なくとも1つの永久的鋳型部品と一緒に少なくとも1つの一時的鋳型部品を組み立てることによって、該一時的鋳型を生じさせる段階を含む、第1項の焼き流し精密鋳造方法。

0031

5. 材料Mのための水系材料を用いる段階を含む、第1項の焼き流し精密鋳造方法。

0032

6. 該水系材料Mが水である第5項の焼き流し精密鋳造方法。

0033

7. 材料Aが水に不溶である第6項の焼き流し精密鋳造方法。

0034

8. 材料Mが水系材料であり、そして該材料Aがこの水系材料に不溶であり、そして該一時的鋳型と一時的パターンを温度T(2)[ここで、T(M)<T(2)<T(A)]の該水系材料の中に浸漬することにより、該一時的鋳型を該一時的パターンから取り外す、第1項の焼き流し精密鋳造方法。

0035

9. 材料Aが水に不溶であり、そして該セラミック殻をT(A)以上の温度の水の中に浸漬することにより、該一時的鋳型を該セラミック殻から取り外す、第1項の焼き流し精密鋳造方法。

0036

10. 該セラミック殻と一時的パターンをT(A)以上の温度にまで加熱することにより、該一時的鋳型を該セラミック殻から取り外す、第1項の焼き流し精密鋳造方法。

図面の簡単な説明

0037

図1本発明の方法の実施に従って製造する、多数のブレードが備わっている鋳物片の上面図である。
図2図1の線2−2に沿って取った部分断面図である。
図3該鋳物片ブレードの断面構造を説明している、図1弧線3−3に沿って取った部分断面図である。
図4本発明に従う一時的鋳型の一部を製造する目的で用いたポジパターンの部分断面図である。
図5本発明に従う一時的鋳型の別の一部を製造する目的で用いたポジパターンの部分断面図である。
図6図5の円部分の部分分解断面図である。
図7本発明に従う、図4のポジパターンを用いて製造した一時的鋳型の部分断面図である。
図8本発明に従う、図5のポジパターンを用いて製造した一時的鋳型の部分断面図である。
図9図8の一時的鋳型の円部分の部分分解断面図である。
図10本発明に従う、図7および図8の一時的鋳型を組み立てることによって生じさせた一時的鋳型である。
図11図10の一時的鋳型アセンブリの中に液体Aを注ぎ込んだ後の、図10の一時的鋳型アセンブリである。
図12図11の円部分の部分分解断面図である。
図13本発明に従う、図11の一時的鋳型アセンブリの中で生じさせた一時的パターンの部分断面図である。
図14図13の円部分の部分分解断面図である。
図15セラミック殻を生じさせるためのセラミックコーティング物がその上に存在している図13の一時的パターンの部分断面図である。
図16図15の円部分の部分分解断面図である。
図17図15のセラミック殻、および該一時的パターンを取り外してそれをこのセラミック殻から除去した時生じるそれの空洞の部分断面図である。
図18図17の円部分の部分分解断面図である。
図19該セラミック殻に溶融金属を注ぎ込んでそれの内側でこの溶融金属を固化させた後の、図17のセラミック殻鋳型の部分断面図である。

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