JP2003520134A

JP2003520134A - 鋳造部品を製造する方法及び装置

Info

Publication number: JP2003520134A
Application number: JP2000602417A
Authority: JP
Inventors: フラジアー，ドナルド・ジェイ; シュリンガー，エム・エリック; ブレイディ，ガイ・アレン; クッシュ，マシュー; ヴェスリー，パトリック・エイ
Original assignee: ロールス−ロイス・コーポレーション
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2003-07-02
Anticipated expiration: 2019-11-19
Also published as: JP2011136371A; CA2351322C; CA2714871A1; CA2714871C; EP2364796A3; EP2359958A1; CA2663076A1; ATE520485T1; CA2628350C; JP5662818B2; JP2010167498A; EP2359959A1; WO2000051761A1; EP1152848A1; JP2011104657A; EP1152848B1; JP5595945B2; JP5679843B2; JP4903310B2; CA2663076C

Abstract

(57)【要約】溶融金属から鋳造品を製造する装置である。該装置の１つの形態は、鋳造用金型８０内に溶融金属１０８を精密注入する装置を備えている。精密注入装置は、溶融金属の供給装置１０６と金型８０との間の圧力差によって駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【関連出願の相互参照】

本出願は、１９９８年１１月２０日付けで出願され、その内容を参考として引
用し本明細書に含めた、連続番号６０／１０９，２９８の米国仮特許出願の利益
を主張するものである。更に、本出願は、１９９９年５月２８日付けで出願され
、その内容を参考として引用し本明細書に含めた、連続番号０９／３２２，８６
３の一部継続出願である。

【０００２】

【発明の背景】

本発明は、略、鋳造部品を製造する方法及び装置に関する。より具体的には、
本発明の１つの実施の形態において、開始種を保持する精密鋳造用金型内で超合
金を指向性凝固することにより単一鋳造結晶構造体が製造される。本発明は、ガ
スタービンエンジンの部品を鋳造するために開発されたものであるが、この分野
以外の特定の用途が可能である。

【０００３】ガスタービンエンジンの性能は、略、燃焼室から流れる高温の作用流体の作動
温度の上昇と共に向上する。作用流体に許容可能な温度を制限するものとしてガ
スタービンエンジンの設計者が認識する一つの因子は、エンジン部品が高温の作
動流体にさらされたとき、劣化しえないようにすることである。ブレード及びベ
ーンのような翼は、エンジンの作動中に高温の熱及び大きい運動荷重にさらされ
る部品の例である。

【０００４】ガスタービンエンジン部品にてしばしば利用されている１つの冷却技術は、穴
及び通路の内部回路網である。冷却媒体の流れは、部品の内部通路を通って流れ
且つ部品の外面に排出される。冷却媒体が内部通路を通ることは、その部品から
冷却媒体へ熱伝達されることを可能にする。

【０００５】高温の薄い肉厚の鋳造構造体の製造について記載され、その内容を参考として
引用して本明細書に含めた、米国特許第５，２９５，５３０号に１つの方法及び
装置が開示されている。この米国特許第５，２９５，５３０号には、真空加熱炉
内で水冷型の冷却プレート上に支持されたセラミック鋳型金型内に溶融金属を注
入する方法が記載されている。溶融金属の射出圧力は、その過程中、鋳造用金型
の壁が著しく変形しないように、時間と共に変化させることができる。その後、
鋳造用金型内の溶融金属を指向性凝固させる。

【０００６】従来の技術は、内部通路及び穴を有する薄肉厚の鋳造部品を製造することがで
きるが、１つの部品を鋳造するための改良された方法及び装置が依然として、必
要とされている。本発明は、新規且つ非自明の仕方にてこの課題及びその他の課
題を満足させるものである。

【０００７】

【発明の概要】

本発明の１つの形態は、溶融金属の指向性凝固により少なくとも１つの結晶を
成長させるべく適用可能な金属種を備え、該開始種が溶融金属を受ける部分と、
熱伝達媒体が通過し得るようにされた少なくとも１つの内部通路とを有する、装
置を対象とするものである。

【０００８】本発明の別の形態は、溶融金属を製品に凝固するために使用される金属種結晶
を対象とするものである。この種結晶は、溶融端部と、基端部とを有し、その端
部の間に溶融部分及び非溶融部分が存在する、金属部材を備え、基端部は、部材
から熱を伝達し得るように吸熱体に接触し得るようにされた第一の面を画成し、
溶融部分は、溶融端部に形成され且つ溶融金属を受け入れ得るようにされ、溶融
部分は、第一の面の面積よりも小さい断面積の非溶融状態と、溶融部分が基端部
への熱伝達を制限し得ないように第一の面と実質的に等しい断面積を有する溶融
状態とを有する。

【０００９】本発明の別の形態は、溶融金属が指向性凝固する間に、金属開始種と熱交換す
る装置を対象とする。この装置は、金属開始種を機械的に把持し且つ金属材料が
凝固するとき、開始種との熱伝達路を保つ少なくとも１つの部材と、熱を除去す
べく少なくとも１つの部材と接続された熱伝達吸熱体とを備えている。

【００１０】本発明の別の形態は、排出口を有するるつぼと、該るつぼ内で金属材料を溶融
させ得るようにるつぼが内部に配置された真空加熱炉と、金属開始種と、開始種
を受け入れ得るようにされた開口部及び排出口から排出された溶融金属材料を受
け入れる内部キャビティを有する鋳造用金型とを備え、開始種は、開口部内に配
置され且つ内部キャビティ内に受け入れられた溶融金属材料が接触可能であり、
第一の期間中、開始種に対しエネルギを選択的に付与すべく開始種と接続された
ヒータを備え、開始種はキャビティ内に注入した金属に接続され、金属材料がキ
ャビティ内で指向性凝固する間に、熱が開始種から吸引される装置を対象とする
。

【００１１】本発明の別の形態は、溶融金属を注入する装置を対象とする。この装置は、貫
通する穴を有する底部壁部材を有するるつぼと、該るつぼ内に配置された第一の
直立管であって、穴の周りに配置され且つ底部壁部材に接続された第一の端部と
、閉じた他端である、第二の端部とを有し、溶融金属がるつぼから第一の管まで
流れるのを許容する少なくとも１つの入口部（ｅｎｔｒａｎｃｅ）を有する第一
の直立管と、第一の管内に配置された第二の直立管であって、底部壁部材と接続
され且つ穴と流体的に連通した一端と、管からの入口（ｉｎｌｅｔ）を画成する
他端とを有し、ある容積の溶融金属を受け入れえるようにされた第一のキャビテ
ィを有する第二の直立管と、溶融金属が少なくとも１つの入口部から入口まで流
れるため第二の管に沿って伸びる通路とを備えている。

【００１２】本発明の別の形態は、溶融金属を加熱炉内の鋳造用金型内に注入する方法を対
象とする。この方法は、排出穴を有するるつぼであって、該るつぼ内に配置され
た注入アセンブリを有し、注入アセンブリは、直立の内管の周りに配置された直
立の外管を有し、該内管は、排出穴と流体的に連通する前記るつぼを提供するこ
とと、溶融材料をるつぼ内で液体状態に溶融させることと、液体状態の金属をる
つぼから外管と内管との間に画成されたキャビティ内に流動させることと、液体
状態の金属が内管内に流れ且つ内管を充填し得るようにキャビティを過剰充填す
ることと、内管の充填を停止することと、液体状態の金属を内管から排出するこ
ととを備えている。

【００１３】本発明の別の形態は、溶融金属を注入する装置を対象とする。この装置は、底
部壁部材、溶融金属を保持し得るようにされた内部容積を有する機械的ハウジン
グと、内部容積内で溶融金属の表面より下方から溶融金属を受け入れ得るように
された第一の溶融金属入口（ｉｎｌｅｔ）端、その間に通路を有する第二の溶融
金属出口端を有する溶融金属供給部材であって、その少なくとも一部分が機械的
ハウジング内に配置された前記溶融金属供給部材とを備え、通路は、第一の通路
部分及び第二の通路部分と、溶融金属が流れる方向が変化する湾曲部分とを有し
、第一の排出モードにおいて、第一の通路部分内での溶融金属の第一の流動方向
が、溶融金属の入口から湾曲部分に向け、また、第二の方向に第二の通路部分を
通って湾曲部分から上記出口に向かう。

【００１４】本発明の更に別の実施の形態は、自由形態に製造されたセラミックシェルであ
って、溶融金属を受け入れ得るようにされたキャビティを画成する薄い第一の外
壁を有する前記セラミックシェルと、内面を有する第二の外壁を有する容器であ
って、シェルが容器内に配置され且つ内面から隔てられた前記容器と、第一の外
壁と内面との間の空間を実質的に充填し且つ上記シェルを補強する少なくとも１
つの支持部材とを備える、鋳造用金型を対象とするものである。

【００１５】本発明の更に別の形態は、溶融金属を内部に受け入れ得るようにされた内部キ
ャビティを有する金型であって、該キャビティが、頂部分と、底部分と、側部分
とを有する前記金型を提供することと、上記側部分を通じての熱伝達を最小にす
べくセラミックシェルを絶縁することと、金型を環境制御チャンバ内に配置する
ことと、キャビティにより画成された鋳造物を形成し得るようにキャビティに溶
融金属を充填することと、鋳造品の一端からエネルギを吸引することにより溶融
金属を金型内にて指向性凝固することとを備える方法を対象とするものである。

【００１６】本発明の更に別の形態は、溶融金属材料を受け入れるキャビティを画成し得る
ように共に接続された複数の材料層と、キャビティと連通する出口とを有する鋳
造用金型を提供することと、鋳造用金型をある勾配にて配向することと、キャビ
ティ内に配置され且つ複数の材料層の１つに結合されていないすべての材料を自
由にし得るように鋳造用金型を回転させることと、キャビティ内に配置された材
料をキャビティ外に且つ出口通じて流すこととを備える方法を対象とするもので
ある。

【００１７】本発明の更に別の形態は、自由形態の製造技術により一体型セラミック鋳造鋳
型シェルであって、溶融金属を受け入れ得るようにされた内部キャビティを有す
る鋳造用金型シェルを構成することと、セラミック鋳造用金型シェルを補強する
ことと、セラミック鋳造用金型シェル内に金属開始種を配置し、金属開始種が溶
融金属を受け入れ得るようにすることと、内部キャビティを溶融金属にて充填す
ることと、内部キャビティ内で溶融金属を指向性凝固させるべく金属開始種を通
じて熱を吸引することとを備える方法を対象とする。

【００１８】本発明の更に別の形態は、セラミック鋳造用金型装置を製造する方法であって
、リザーバ及びエネルギ源を含む立体リソグラフィ装置を提供することと、ガス
タービンエンジン部品を表わす鋳造用金型装置の複数の断面を画成するデータフ
ァイルを立体リソグラフィ装置に提供することと、セラミック粒子と、モノマー
と、光開始剤とから成るセラミック充填樹脂をリザーバ内に配置することと、モ
ノマーを重合化し且つ層のセラミック粒子を共に保持するポリマーバインダから
成る実質的に硬化した層を形成すべく鋳造用金型装置の断面をエネルギ源により
セラミック充填樹脂層の上に描くことと、実質的に硬化した層をセラミック充填
樹脂の別の層にて覆うことと、モノマーを重合化し且つ別の層のセラミック材料
を共に保持するポリマーバインダから成る実質的に硬化した別の層を形成すべく
、前記被覆した後、鋳造用金型装置の別の断面をエネルギ源により前記被覆をセ
ラミック充填樹脂の別の層の上に描くことと、複数の実質的に硬化した層を有す
る鋳造用金型装置を製造し得るように複数の断面の各々に対し被覆すること及び
描くこととを繰り返すこととを備える、方法を対象とするものである。

【００１９】本発明の更に別の形態は、素セラミックの鋳造用金型装置であって、溶融金属
材料を受け入れ得るようにされた複雑な形状の容積を画成する内面として形成さ
れた実質的に円滑な薄い外壁部材を有するシェルであって、薄い外壁部材がポリ
マーバインダにより共に接続されたセラミック粒子の層状構造体であるシェルと
、容積内に配置され且つ該容積内に受け入れた溶融金属材料から形成された部品
内に少なくとも１つの通路を形成し得るようにされたコアであって、有機系ポリ
マーバインダにより共に接続されたセラミック粒子の層状構造体である前記コア
とを備える、鋳造用金型装置を対象とする。

【００２０】本発明の１つの目的は、鋳造部品を製造する独創的な装置を提供することであ
る。本発明の関連する目的及び有利な点は、以下の説明から明らかになるであろう
。

【００２１】

【好ましい実施の形態の説明】

本発明の原理の理解を促進する目的のため、次に、図面に図示した実施の形態
に関して説明し、この説明のため特定の用語を使用する。しかし、これにより本
発明の範囲を何ら限定することを意図するものではなく、図示した装置の変更例
及び更なる改変例及び図示した本発明の原理の更なる適用例は、本発明が関係す
る技術分野の当業者に通常、案出されるものと考えられることが理解されよう。

【００２２】図１を参照すると、航空機の飛行推進エンジンを製造し得るように共に一体化
された、ファン部分２１と、コンプレッサ部分２２と、燃焼部分２３と、タービ
ン部分２４とを含むガスタービンエンジン２０が図示されている。この型式のガ
スタービンエンジンは、一般にターボファンと称されている。ガスタービンエン
ジンの１つの代替的な形態は、ファン部分を備えずに航空機の飛行推進エンジン
を製造し得るように共に一体化された、コンプレッサと、燃焼装置と、タービン
とを備えている。航空機という語は、一般的な語であり、ヘリコプター、飛行機
、ミサイル、無人宇宙船及びその他の実質的に同様の装置を含む。ガスタービン
エンジンの部品を共に連結する多数の方法が存在することを理解することが重要
である。コンプレッサ同士を接続するインタークーラーを備える追加的なコンプ
レッサ及びタービンを追加することができ、また、タービンの間に再加熱燃焼室
を追加することもできる。

【００２３】ガスタービンエンジンは、産業的用途に使用するのにも同様に適している。歴
史的に、ガス及び油の輸送管用の圧送装置、発電装置及び軍艦推進用のガスター
ビンエンジンの広範囲に亙る用途が存在する。

【００２４】コンプレッサ部分２２は、複数のコンプレッサブレード２６が接続されたロー
タ２５を備えている。該ロータ２５は、ガスタービンエンジン２０内で回転可能
な軸２７に固着されている。複数のコンプレッサベーン２８がブレード２６に対
して流体の流れを指向させるようにコンプレッサ部分２２内に配置されている。
タービン部分２４は、ロータディスク３１に接続された複数のタービンブレード
３０を備えている。ロータディスク３１は、ガスタービンエンジン２０内で回転
可能な軸２７に固着されている。燃焼装置部分２３からの高温のガスからタービ
ン部分２４内で抽出されたエネルギは軸２７を通じて伝達されてコンプレッサ部
分２２を駆動する。更に、燃焼装置部分２３から出る高温のガス状流れを指向さ
せるべく複数のタービンベーン３２がタービン部分２４内に配置されている。

【００２５】タービン部分２４は、ファン部分２１を駆動する動力をファン軸３３に提供す
る。ファン部分２１は、複数のファンブレード３５を有するファン３４を備えて
いる。空気は矢印Ａの方向に向けてガスタービンエンジン２０に入り且つファン
部分２１を通ってコンプレッサ部分２２及びバイパス管路３６内に流れる。説明
文に特段の記載がない限り、ファンブレード、ファンベーン、コンプレッサブレ
ード、タービンブレード、コンプレッサベーン及びタービンベーンを説明するた
め翼という語を使用する。従来のガスタービンエンジンの原理及び部品に関する
更なる詳細は、当業者に知られていると考えられるから本明細書では説明しない
。

【００２６】図２乃至図７を参照すると、本発明の鋳造用金型装置から製造可能である鋳造
部品の一例が図示されている。この開示は、特段の記載がない限り、図２乃至図
７に図示した例にのみ限定することを意図するものではない。より具体的には、
図２を参照すると、ガスタービンエンジンブレード３０が図示されている。１つ
の実施の形態において、ガスタービンエンジンブレード３０は、冷却媒体が通る
ための内部流路を有する単一鋳造製品を画成する。内部冷却路は、複数の熱伝達
台座３７が形成された通路を有する。１つの実施の形態において、隔たった一対
の壁の間にて複数の台座３７が一体に形成されている。該台座は本発明の鋳造用
金型装置により製造可能な細部の型式の代表的なものである。冷却台座の形状、
寸法及び分布状態は、熱伝達パラメータ及び設計の特定のパラメータの関数であ
ることが理解される。図３は、以下の寸法を有する台座はより具体的に考えられ
るものに過ぎないことを示すために利用され、また、通路及び台座の１つの実施
の形態の寸法は、表１に記載されている。しかし、その他の台座及び通路の寸法
及び幾何学的形態が本明細書にて考えられることが理解されよう。

【００２７】台座長さ０．５０８−１．２７ｍｍ（０．０２０−０．０５０´´）幅０．５０８−１．２７ｍｍ（０．０２０−０．０５０´´）高さ０．３０４８−０．５０８ｍｍ（０．０１２−０．０２０´´）通路長さＮ／Ａ幅０．３０４８−０．５０８ｍｍ（０．０１２−０．０２０´´）高さ０．３０４８−０．５０８ｍｍ（０．０１２−０．０２０´´）表１図４及び図５を参照すると、本装置により製造可能な単体品の多数壁ガスター
ビンエンジン部品の１つの実施の形態の断面図が図示されている。更に、図６に
は、本発明の装置により製造可能な航空機４２の前縁４３が図示されている。図
７には、本装置により製造できる型式の鋳造製品の別の例を示す内部流体流れ回
路を有する液圧弁体４４が図示されている。図示した製品は、限定的なものであ
ることを意図するものではなく、本発明の装置により他の鋳造製品が製造可能で
あると考えられ、例えば、非限定的に、宝石、歯科補綴物、一般的な補綴物、特
注の金物、ゴルフクラブヘッド、プロペラ、エレクトロニクスの実装品、管、弁
及び精密許容公差及び／又は細部のため従来から、インベストメント鋳造された
その他の製品を含む。

【００２８】本発明の方法及び装置は、一般に、等軸指向性凝固結晶すなわち単結晶の範疇
とされる、マイクロ構造体を有する単一体の単一鋳造部品又は多数部品から成る
鋳造部品を製造するために利用することができる。本発明の好ましい鋳造用金型
装置は、実質的に任意の型式の鋳造金属製品を製造するのに適している。しかし
、より好ましい実施の形態において、本発明は、薄い肉厚の単結晶構造体を製造
するのに特に有用である。この鋳造構造体は、多くの異なる形状、寸法、形態を
有することができ、また、多岐に亙る金属材料にて形成することができる。例え
ば、本発明の装置は、厚さが約０．７６２ｍｍ（約０．０３インチ）以下の少な
くとも１つの壁を有する多数壁構造体を鋳造することを許容する。更に、１つの
好ましい実施の形態において、鋳造構造体／部品内に極めて細い通路を形成する
ことができ、また、より好ましい実施の形態において、幅約０．１２７ｍｍ（約
０．００５インチ）乃至約０．３８１ｍｍ（約０．０１５インチ）の極めて細い
通路を形成することができる。しかし、その他の幅及び／又は寸法及び／又は厚
さの肉厚及び通路を有する鋳造品が考えられる。

【００２９】ガスタービンエンジン部品は、超合金組成材料にて製造することが好ましい。
非限定的に、ニッケル系、又はコバルト系組成物のような色々な型式の超合金組
成物が存在し、かかる組成物の製造は、略、当該技術分野の当業者に公知である
。対象とする殆んどの超合金組成物は、ニッケル、クロム、アルミニウム及びそ
の他の選択した元素の複雑な混合体である。

【００３０】図８を参照すると、開始種３００から溶融金属の制御された指向性凝固が図示
されている。制御された溶融金属の凝固は、柱状粒子又は単結晶のマイクロ構造
体を有する製品を製造するために使用することが好ましい。より具体的には、制
御された溶融金属の凝固は、溶融金属を指向性凝固することにより実現される。
指向性凝固は、溶融金属を充填させた鋳造用金型３０１を通じて境界面を漸進的
に動かすことを含む。多くの状況において、成長中の結晶に対し厳密に配向させ
た結晶学的構造体を付与するため金属開始種３００が使用される。この金属開始
種３００は、鋳造用金型３０１内に配置し、溶融金属３０２を金型３０１内に導
入することで、開始種は、当初の面３０３から液相境界面３０４として画成され
た面に溶融して戻る。本発明の１つの形態において、開始種が溶融して戻ること
は、開始種から液体溶融金属のパドルを形成する。１つの実施の形態において、
パドルの深さは約１．２７ｍｍ（約０．０５０インチ）であるが、その他のパド
ルの深さとすることも考えられる。液相境界面３０４と固相境界面３０６との間
に凝固領域３０５が配置されている。熱勾配が金型３０１内で溶融金属３０２を
通って垂直方向に移動するに伴い、金属は、樹枝状結晶３０７の成長及びマトリ
ックス材料の凝固を通じて凝固する。単結晶過程において、溶融材料は、種３０
２の非溶融部分からエピタクシー的に凝固する。

【００３１】図９を参照すると、溶融金属を受け入れる一体型金型４５ａが図示されている
。１つの実施の形態において、金型４５ａは、略三次元的印刷として知られる自
由形態製造技術により形成される。三次元的印刷装置において、直接型セラミッ
ク鋳造用金型を形成するためセラミック材料が層状に配置され、層の密度は、配
置される材料の１インチ当たりのドット数により変化させることができる。三次
元的印刷技術に関する情報は、米国特許第５，３４０，６５０号、米国特許第５
，３８７，３８０号及び米国特許第５，２０４，０５５号に開示されている。三
次元的印刷用に商業的に利用可能な装置は、カリフォルニア州、ノースリッジの
ソーリゲン・テクノロジーズ（ＳｏｌｉｇｅｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）イ
ンコーポレーテッドから入手可能である。

【００３２】一体型金型４５ａは、セラミック材料を層状に印刷し且つ接着することにより
形成され、その層の各々は、溶融金属を内部に受け入れるセラミックシェルを形
成し得るように隣接する層に接着させる。装置４６ａは、材料及びバインダの層
を付着し、設計ファイルに基づいて一体型金型４５ａを形成する。設計ファイル
は、部品のコンピュータ支援設計から作製することが好ましい。好ましくは、金
型４５ａは、凝固したときに部品を画成し得るように、溶融金属を受け入れる内
部キャビティを有する主要本体４７ａを備える薄肉厚のシェルである。内部金属
受け入れキャビティの一部分は、参照番号４８ａで示してある。一体型金型４５
ａは、複数の薄い壁４８ａと、内部金型コア５０ａと、内部金属受け入れキャビ
ティとを備えている。１つの実施の形態において、薄い壁４９ａは、約０．１２
７ｍｍ（約０．００５インチ）乃至約３８．１００ｍｍ（約１．５０インチ）の
範囲の厚さを有し、より好ましくは、薄い壁は、約１．０１６ｍｍ（約０．０４
０インチ）以下、最も好ましくは、約０．５０８ｍｍ（約０．０２０インチ）の
厚さであるようにする。底部支持部材５１ａ、充填管５２ａ、支持部材５３ａ、
壁部材５４ａが主要本体４７ａと一体に形成されている。１つの好ましい実施の
形態において、壁部材５４ａは、ウェブ構造体により画成される。その他の一体
型金型の型式が考えられ、本発明は、図９の特定の金型の形態及び／又は材料に
のみ限定することを意図するものではない。

【００３３】図１０及び図１１を参照すると、溶融金属を内部に受け入れる鋳造用金型装置
４５の１つの実施の形態が図示されている。該鋳造用金型装置４５は、光硬化性
セラミック樹脂から一体に製造されたシェル金型及びコアを有する。しかし、本
発明は、一体型鋳型金型にのみ限定されるものではない。より具体的には、別の
実施の形態において、非一体型の鋳造用金型装置は、光硬化性セラミック樹脂か
ら製造された分離可能なコア及びシェル金型を有している。金型４５は、略、選
択的レーザ励起（ＳＬＡ）として知られる、自由形態製造技術により形成される
。選択的レーザ励起は、照射エネルギにさらされたとき、凝固する液体樹脂を利
用する立体的リソグラフィ方法に基づくものである。本発明において、光硬化性
セラミックが充填された樹脂は、セラミック粒子を共に保持するポリマーバイン
ダを形成し得るように照射エネルギにより重合化された少なくとも１つのモノマ
ーを有する。この照射エネルギは、当業者に知られた複数のエネルギ源の任意の
ものにより供給することができる。好ましくは、この照射エネルギは、電磁放射
線により画定し、また、より好ましくは、照射エネルギは、約２６０乃至３８０
ナノメートル、最も好ましくは、約３５０ナノメートルの波長を有するレーザ源
から発生された紫外線である。しかし、その他の波長の光とすることも考えられ
る。選択的レーザ励起用の商業的に利用可能な機械は、カリフォルニア州、ヴァ
レンシアの３Ｄシステムズ（３Ｄｓｙｓｔｅｍｓ）から入手可能である。選択
的レーザ励起法及び立体的リソグラフィ法に関する更なる情報は、その内容を参
考として引用して本明細書に含めた米国特許第５，２５６，３４０号、米国特許
第５，５５６，５９０号、米国特許第５，５７１，４７１号、米国特許第５，６
０９，８１２号及び米国特許第５，６１０，８２４号に開示されている。

【００３４】一体型金型４５は、ポリマーバインダにより共に保持されたセラミック粒子の
層内でセラミック充填樹脂を光重合化することにより形成される。しかし、本発
明は、セラミック充填樹脂にのみ限定されず、１つの代替的な実施の形態は、金
属充填樹脂を含むものである。更に、その他のフィラーを利用することも考えら
れる。１つの実施の形態において、壁部材の層は、概略図的に線４９ａ、４９ｂ
、４９ｃ、４９ｄとして図示された隣接する複数のセラミック材料の部分により
画成される。この場合、１つの層内の隣接する線の数、および図面における層の
数は、完全に一例であり、また、本明細書に記載したものにのみ限定することを
意図するものではない。好ましくは、壁部材の個々の層は、セラミック樹脂にエ
ネルギビームにより描かれた１乃至５本の線にて形成される。より好ましくは、
壁部材の個々の層は、セラミック樹脂にエネルギビームにより描いた２本の線に
より形成される。しかし、本発明は、１つの層内にその他の数の個々の線を有す
る個々の層を対象とするものである。

【００３５】壁部材の層は、線にて形成されるものとして図示したが、代替的な実施の形態
において、壁部材は、隔たったドット及び／又は接続したドットの層にて形成さ
れることが理解される。参照番号４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄで図示した線
はまた、一連のドットで形成することもできる。一連のドットは、１つの層を画
成し得るように互いに対して隔てられ、１つの壁部材を画成し得るように複数の
層が配置されている。１つの実施の形態において、壁部材は、鋳造用金型内に注
入された溶融金属を保持することのできる隔たったドットから成る格子構造体を
有する。更に、別の実施の形態において、格子構造体は、金型の内部キャビティ
から壁部材を通じてガスを排気することを許容しつつ、溶融金型内に注入した溶
融金属を保持することができる。

【００３６】層を形成する個々の線の幅は、エネルギビームの幅により決定され、より好ま
しくは、レーザがエネルギビームを画成するようにする。１つの実施の形態にお
いて、エネルギビームの幅は約０．１２７ｍｍ（約０．００５インチ）乃至約０
．６３５ｍｍ（約０．０２５インチ）の範囲であることが好ましく、約０．２０
３２ｍｍ（約０．００８インチ）であることがより好ましい。しかし、約．０２
５４ｍｍ（約．００１インチ）の幅を有するエネルギビームは、鋳造用金型装置
内で極めて細い細部を形成するために考えられる。更に、命令によりエネルギビ
ームの幅／寸法を変化させる能力を備えることも考えられる。より具体的には、
１つの実施の形態において、エネルギビームの寸法は、製品の特定の層内及び／
又は層の間で変更可能である。商業的に入手可能な立体リソグラフィ装置（３Ｄ
システムからのＳＬＡ２５０）において、レーザ源は、セラミック樹脂の表面に
て３０ｍワットのパワーを有するＨｅ／Ｃｄレーザである。しかし、異なるレー
ザ源を有するその他の立体リソグラフィ装置も考えられる。

【００３７】鋳造用金型装置４５の製造は、鋳造用金型装置の三次元的形状を画定するデー
タファイルにより制御される。図１２を参照すると、鋳造用金型装置を形成する
方法を決定する製造ファイル１００５を作製する装置の１つの実施の形態が図示
されている。部品の設計の仕様を規定し得るように部品（例えば、ガスタービン
ブレード）のパラメータを画定するａｃｔ１０００データが集められ且つ処理さ
れる。ａｃｔ１０００からのデータは、コンピュータモデル作製装置を使用して
部品の見本を製造するため、ａｃｔ１００１にて利用され、１つの実施の形態に
おいて、コンピュータモデル作製装置は、コンピュータビジョン（ＣＶ）製品に
より画定される。しかし、その他のコンピュータモデル装置も考えられる。鋳造
用金型装置の見本を作製するため、金型モデル作製の行動１００２内で行動１０
０１からのコンピュータ支援設計見本が処理される。１つの好ましい実施の形態
において、鋳造用金型装置の見本は、行動１００２内でユニグラフィックス（Ｕ
ｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ）装置により作製される。鋳造用金型装置の行動１００２
内で製造された金型モデルをＳＴＬ又はＳＬＣのような特定のファイルフォーマ
ットに変換するために、変換行動１００３が使用される。鋳造用金型装置の層及
び必要とされる全ての支持体を描くのに適した別個の二次元的スライスを作製す
るため、行動１００３からの次のファイルを行動１００４内で処理する。行動１
００５内で製造ファイルは完成する。このファイルは、立体リソグラフィ装置内
のエネルギ源を駆動し且つ鋳造用金型装置を製造する。

【００３８】１つの好ましい実施の形態において、走査レーザビーム４６ｂは、データファ
イルを読み取り且つセラミック充填混合体でモノマーを局部的に重合化し得るよ
うに、セラミック充填樹脂の量に基づいて三次元的形状の断面を描く命令を発生
するコンピュータにより指向される。モノマー混合体をレーザで照射すると、固
体のポリマーゲルが形成される。一体型金型４５は、凝固して製品にするため、
溶融金属を受け入れる内部キャビティを有する主要本体４７を備える薄いシェル
であることが好ましい。内部金属受け入れキャビティの一部は、参照番号４８で
示してある。一体型金型４５は、薄い壁４９と、内部金型コア５０と、内部金属
受け入れキャビティとを有する。１つの好ましい形態において、薄い壁４９は、
約１．５２４ｍｍ（約０．０６０インチ）以下の厚さを有し、より好ましくは、
約０．３８１ｍｍ（約０．０１５インチ）乃至約１．５２４ｍｍ（約０．０６０
インチ）の範囲の厚さを有し、最も好ましくは、約０．５０８ｍｍ（約０．０２
０インチ）の厚さを有するようにする。しかし、その他の壁の厚さを有する鋳造
用金型とすることも考えられる。１つの好ましい鋳造用金型において、主要本体
４７、底部支持部材５１、充填管５２、支持部材５３及び壁部材５４により形成
される。１つの好ましい実施の形態において、壁部材５４は、ウェブ構造体によ
り画成される。図１０に図示した鋳造用金型は、本発明により製造することので
きる鋳造用金型の型式の完全な一例である。より具体的には、その他の鋳造用金
型の形態が考えられ、本発明は、図１０及び図１１に図示した特定の金型にのみ
限定することを意図するものではない。

【００３９】図１３を参照すると、立体リソグラフィ装置５００により製造される鋳造用金
型装置４５が図示されている。該立体リソグラフィ装置５００は、略当業者に知
られていると考えられ、鋳造用金型装置を製造する方法の説明を容易にし得るよ
うに著しく簡略化して示してある。流体封込めリザーバ５０１、高さ変更部材５
０２及びレーザ４６ｃは、立体リソグラフィ装置５００の一部分を構成する。リ
ザーバ５０１には、金型装置４５が製造されるある量の光硬化性セラミック充填
樹脂が充填される。

【００４０】本発明の１つの好ましい形態において、高さ変更部材５０２は、鋳造用金型装
置４５のそれ以前に硬化した層をセラミック充填樹脂内の所定の深さまで浸漬さ
せるため、可動の昇降装置を画定する。セラミック充填樹脂は、硬化した最上方
層を未硬化のセラミック充填樹脂の層にて再被覆する。より好ましい実施の形態
において、昇降装置は、その過程の他の部分と協働して、製造した鋳造用金型を
セラミック充填樹脂液浴内で増分的に下降させるコンピュータ制御の装置である
。１つの実施の形態において、非硬化の樹脂被覆の公称厚さは、約０．１０１６
ｍｍ（約０．００４インチ）乃至約０．２５４ｍｍ（約０．０１０インチ）の範
囲、より好ましくは、約０．１０１６ｍｍ（約０．００４インチ）である。しか
し、その他の層の厚さとすることも考えられる。更に、個々の層の厚さは、層の
間で変更し又は層の間にて実質的に同様の厚さに保つことができる。装置は、か
なり低粘度の樹脂に対し実質的に均一な再被覆厚さを保証する措置を備えること
が好ましい。樹脂を水平にするため次の技術を利用することが考えられる、すな
わち、樹脂が自然に水平となるように時間的遅れをもたせること及び／又は樹脂
が水平になるのを支援し得るように超音波処理を行い且つ／又は樹脂が水平にな
るのを支援し得るように機械的支援過程を行うことである。レーザビーム４６ｂ
は、三次元的データファイル内のデータにより駆動され、光硬化性セラミック充
填樹脂の上で鋳造用金型の断面を描き得るように三次元的データファイル内のデ
ータにより駆動される。この描くこと及び再被覆することとは、セラミック部品
が完成するまで続行する。

【００４１】図１４を参照すると、製造指向角度θにて立体リソグラフィ装置５００内で製
造される鋳造用金型装置４５が図示されている。製造指向角度θは、製造すべき
所定の平坦面又は略平坦面（又は中実な面の集合体）に対する接線角度が最大に
なるように選ばれる。製造配向角度θは、セラミック樹脂充填リザーバの面５０
３に対して実質的に垂直に伸びる軸線Ｚから測定する。本発明の１つの形態は、
セラミック充填樹脂上に比較的大きい妨害されない平坦面を描くのを最小にし得
るように断面を配向する。該断面は、軸線Ｚに対して実質的に垂直で且つ樹脂の
面５０３に対して実質的に平行に画成され且つ描かれる。製造プラットフォーム
５０５は、製造配向角度θにて鋳造用金型装置４５の製造を配向させ得るように
角度θにてリザーバ５０１内に形成される。好ましい実施の形態において、製造
配向角度θは鋭角な角度であり、より好ましくは、約１０°乃至約４５°の範囲
の鋭角な角度とし、最も好ましくは、約４５°とする。

【００４２】簡単な二次元的形状において、製造配向は、比較的容易に画成され、例えば、
複数のリングを互いに製造することにより、中空の円筒体を形成することが好ま
しい。比較的大きい支持されない天井部を製造する必要がないように複数の矩形
の部分を互いの上で製造することにより、中空の矩形の管を形成することが好ま
しい。ガスタービンエンジンブレード用のコア付き鋳造鋳型装置のような、複雑
な形状は、最適な製造配向を計算するため全てのセラミック面を分析することを
必要とする。

【００４３】図１５を参照すると、鋳造用金型装置４５の一部分を画成する複数の硬化層５
０６、５０７、５０８、５０９の拡大図が図示されている。好ましいアルミナ充
填樹脂の硬化層は、約０．０５０８ｍｍ（約０．００２インチ）乃至約０．２０
３２ｍｍ（約０．００８インチ）の範囲の厚さを有し、より好ましくは、約０．
１０１６ｍｍ（約０．００４インチ）の厚さを有するようにする。好ましい二酸
化ケイ素充填樹脂の硬化層は、約０．０５０８ｍｍ（約０．００２インチ）乃至
約０．５０８ｍｍ（約０．０２０インチ）の範囲の厚さを有し、より好ましくは
、約０．１５２４ｍｍ（約０．００６インチ）の厚さを有するようにする。しか
し、その他の硬化厚さも本発明にて考えられる。更に、個々の硬化層は、同一又
は異なる厚さとすることができる。しかし、個々の硬化層の各々が実質的に均一
の厚さを有することが好ましい。

【００４４】個々のセラミック粒子５１０の粒子寸法は、約２０μｍ以下であることが好ま
しく、より好ましくは、約０．１μｍ乃至約３．０μｍの範囲であるようにする
。粒子の寸法を制御することは、セラミック鋳造用金型装置を製造するその他の
知られた技術と比較して、より細かい細部及び実質的に円滑な面に製造すること
を許容する。

【００４５】鋳造用金型装置は、層状の製造構造体であり、図１４及び図１５は、個々の硬
化層を強調するために誇張して示してある。個々の層は、複数のセラミック粒子
５１０と、個々の層内に粒子を共に保持するポリマーバインダ５１１とから成っ
ている。１つの実施の形態において、ポリマーバインダ５１１は、硬化層を共に
接続し得るように隣接する層の間を伸びている。層５０６、５０７のような一対
の隣接する硬化層の各々は、層の線６００にて当接するそれぞれの断面積を有す
る。１つの好ましい実施の形態において、隣接する層の相補的な面の間には、そ
れぞれの面の各々の約１０％乃至約１００％の範囲の接続部がある。より好まし
くは、二酸化ケイ素充填樹脂の１つの実施の形態において、隣接する層の相補的
な面の間には、それぞれの面の約１０％の接続部がある。アルミナ充填樹脂の１
つの実施の形態において、隣接する層の相補的な面の間には、それぞれの面の約
５０％の接続部がある。しかし、幾つかの代替的な実施の形態において、隣接す
る硬化層はポリマーバインダにより共に連結されていない。これら層は、機械的
及び／又は二次的化学反応により互いに対して保持されている。

【００４６】層の厚さは、再被覆した非硬化層の厚さ及びレーザビームの浸透深さに依存す
る。より具体的には、硬化深さは、硬化層の厚さプラス過剰硬化深さの値として
表示してある。１つの実施の形態において、過剰硬化深さは、硬化する層の真下
の硬化厚さ層の約５０％となる。１つの実施の形態において、その後の素層剥離
又は層の分離を最小にし得るようにアルミナ充填層を実質的に過剰硬化すること
が必要とされる。しかし、本発明の実施の形態は、硬化層の約１０％乃至約１５
０％の範囲の過剰硬化深さを利用する。しかし、本発明は、上記の硬化深さは限
定されるものではなく、本発明にてその他の硬化深さが考えられる。

【００４７】セラミック充填樹脂は、焼結可能なセラミック材料、光硬化性モノマー、光開
始剤、及び分散剤を含む。セラミック充填樹脂は、焼結したときの亀裂に抵抗す
る素セラミック金型を製造し得るように立体リソグラフィにて特に使用し得るよ
うにされている。充填樹脂は、約４，０００ｃＰｓ以下、より好ましくは、約９
０ｃＰｓ乃至約３，０００ｃＰｓの範囲、最も好ましくは、約１００乃至約１０
００ｃＰｓの範囲の粘度を有する充填樹脂を提供し得るように成分を混合するこ
とにより調合する。形成される充填樹脂は、樹脂中の固体の容積の約４０％乃至
約６０％の固体装荷量を有する。更に１つの実施の形態において、充填樹脂は、
約１．０乃至約４．０ｇ／ｍｌ、より好ましくは、約１．５乃至２．５ｇ／ｍｌ
の範囲の密度を有する。

【００４８】本発明にて使用される焼結可能なセラミック材料は、多岐に亙るセラミック材
料から選ぶことができる。具体的な例は、アルミナ、イットリア、マグネシウム
、窒化ケイ素、二酸化ケイ素及びその混合体を含む。焼結可能なセラミック材料
は充填樹脂の総量に基づいて約５０容積率（容積％）にて充填樹脂中に含まれる
。言い換えると、充填樹脂は、焼結可能なセラミック材料の約５０乃至約８５重
量％（重量％）、より好ましくは、充填樹脂の総重量に基づいて約６５乃至約８
０重量％を含むようにする。

【００４９】一例において、焼結可能なセラミック材料として二酸化ケイ素が選ばれる。二
酸化ケイ素は、本発明に従って硬化した金型を提供し得るように焼結するのに適
した平均的粒子寸法を有する乾燥粉体として提供することができる。好ましくは
、粉体二酸化ケイ素は約０．５μｍ乃至約２０．０μｍ、より好ましくは、約１
．０μｍ乃至約２０．０μｍ、より好ましくは、約１．０μｍ乃至約５．０μｍ
の平均的粒子寸法を有するように選ぶ。好ましくは、二酸化ケイ素の量は充填樹
脂の総重量に基づいて約５０．０重量％乃至約７２．０重量％の範囲とする。

【００５０】モノマーは、光開始剤の存在下にて照射されたとき、光重合させることのでき
る任意の適当なモノマーが選ばれる。モノマーの例は、アクリレートエステル及
び置換したアクリレートエステルを含む。２つ以上のモノマーの組み合せ体を使
用することができる。好ましくは、モノマーの少なくとも１つは、多機能モノマ
ーである。多機能モノマーにより、モノマーは成長するポリマー鎖と結合部を形
成することができる２つ以上の官能分子を含むものと理解する。本発明と共に使
用可能であるモノマーの具体的な例は、１，６−ヘキサンジオールジアクリレー
ト（ＨＤＤＡ）及び２−フェノキシアクリル酸塩（ＰＯＥＡ）を含む。光硬化性
モノマーは充填樹脂の総重量に基づいて約１０乃至約４０重量％、より好ましく
は、約１０乃至約３５重量％、最も好ましくは、約２０乃至３５重量％の範囲の
量にて存在する。

【００５１】充填樹脂中にて二酸化ケイ素が均一なコロイド状懸濁状態を保つのに適当な量
にて、分散剤が提供される。該分散剤は、多岐に亙る既知の界面活性剤から選ぶ
ことができる。好ましい分散剤は、アンモニア塩、より好ましくは、テトラアル
キルアンモニア塩を含む。テトラアルキル基は多岐に亙る置換物質を含むことが
できる。本発明にて使用される分散剤の具体的な例は、非限定的に、ポリオキシ
プロピレン−２−ヒドロキシエチルアンモニウム酢酸塩、及びアンモニウム塩化
物を含む。好ましくは、分散剤の量は、充填樹脂中のセラミックの総重量に基づ
いて約１．０重量％乃至約１０重量％の量の範囲とする。

【００５２】当業者に既知の多数の光開始剤から開始剤を選ぶことができる。光開始剤は、
照射されたとき、所望のモノマーの光重合化を生じさせるのに適するように選ば
れる。典型的に，光開始剤の選択は、光重合化を生じさせるように使用される放
射線の波長により決まる。好ましい光開始剤は、ベンゾフェノン、トリメチルベ
ンゾフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、イソプロピルチ
オキサントン、２−メチル−１−［４（メチルチオ）フェニル］−２−モルホリ
ンオプロファノン及びその混合体を含む。光開始剤は、充填樹脂が適当な波長の
放射線で照射されたとき、モノマーを重合化するのに十分な量にて追加する。好
ましくは、光開始剤の量は、充填樹脂中のモノマーの総重量に基づいて、約０．
０５乃至約５重量％の範囲とする。

【００５３】セラミック充填樹脂の１つの代替的な形態において、ある量のモノマーに代え
て、ある量の非反応性希釈剤が使用される。好ましくは、置換した非反応性希釈
剤の量は、樹脂中のモノマーの約５％乃至約２０％（重量比又は容積比）に等し
い。所定のセラミック樹脂組成物の一例は、１００ｇのモノマーを必要とし、こ
のモノマーは、代替的な形態において、約５乃至２０重量％のモノマーを非反応
性希釈剤（すなわち、モノマーの９５乃至８０ｇプラス非反応性希釈剤の５乃至
２０ｇ）にて約５乃至２０重量％のモノマーを置換する。非反応性希釈剤は、二
塩基エステル又はデカヒドロナフタリンを非限定的に含む。二塩基エステルの例
は、純粋な形態又は混合体にて入手可能なジメチルコハク酸塩、ジメチルグルタ
レート及びジメチルアジペートを含む。

【００５４】充填樹脂は、最初に、モノマー分散剤を焼結可能なセラミックと組み合わせて
均一な混合体を形成することにより、提供される。添加順序は、本発明にとって
通常、極めて重要ではないが、モノマー及び分散剤を最初に組み合せ、次に、焼
結可能なセラミックを添加する。好ましくは、焼結可能なセラミック材料を約５
乃至２０容積％の増分量にてモノマー／分散剤の組合わせ体中に添加する。セラ
ミック材料を増分的に添加する間、約５乃至１２０分の間、例えば、ボール粉砕
機のような任意な適当な方法により、形成される混合体を完全に混合させる。焼
結可能なセラミック材料の全てを添加したとき、形成される混合体は、１０時間
以上に亙る更なる時間、混合させる。樹脂は、照射する直前、好ましくは、照射
前、約２時間以内に光開始剤を添加し且つ混合体中に混合させる。

【００５５】１つの好ましい二酸化ケイ素充填樹脂は、約６７．１重量％の二酸化ケイ素、
約３１重量％のモノマー、約１．３７重量％の分散剤、及び約０．６１９重量％
の光開始剤から成るものとする。重量％は二酸化ケイ素充填樹脂の総重量に基づ
く。好ましいアルミナ充填樹脂は、約７８．２％のアルミナ、約２０．１重量％
のモノマー、約１．５６重量％の分散剤、及び約０．１０１重量％の光開始剤を
含む。

【００５６】表ＩＩを参照すると、好ましい二酸化ケイ素系樹脂及び好ましいアルミナ充填
樹脂が記載されている。重量／ｇ容積重量％容積％ｃｃアルミナ１９８０５００７８．２４８．０モノマー５１０５００２０．１４８．０分散剤３９．６３８．８１．５６３．７３光開始剤２．５５２．３２０．１０１０．２２３・・・・・・・・・・・・・・・・・・合計２５３２１０４１１００％１００％二酸化ケイ素２２１０１０００６７．１４８．５モノマー１０２０１０００３１．０４８．５分散剤４４．２４３．３３１．３７２．１４光開始剤５．１０４．６３６０．６１９０．８９９・・・・・・・・・・・・・・・・・・・合計３２７９２０４８１００％１００％表ＩＩ１つの代替的な実施の形態において、セラミック充填樹脂は二重硬化樹脂とし
て規定される。二重硬化樹脂は、モノマーを光重合化するため、２つの型式の開
始剤を利用する。１つの好ましい形態において、紫外線硬化用の１つの光開始剤
及び熱硬化用の別の開始剤により形成される。熱硬化用の開始剤の一例は、ベン
ゾイル過酸化物すなわちＡＩＢＮである。ＡＩＢＮは２−２’−アゾ−ビス−イ
ソブチリルニトリルから成っている。しかし、熱硬化用の開始剤は、当業者に既
知の多数のその他の開始剤から選ぶことができる。

【００５７】図１６を参照すると、薄肉構造体４９の１つの代替的な実施の形態５５が図示
されている。複合壁構造体５５は、その間を接続する複数の内壁部材５８を有す
る隔たった一対の薄い外壁５６、５７を備えている。複数のキャビティ６３が壁
構造体５５に形成され、１つの実施の形態において、内部コア構造体５９を有す
る。１つの好ましい実施の形態において、内部コア構造体５９は、中空であり且
つキャビティ６３を画成する壁に一体的に接続されている。

【００５８】図１７を参照すると、一体型金型４５の薄壁構造体４９の第三の実施の形態６
０が図示されている。壁構造体６０は、多孔質内側部材６２と共に形成され且つ
該内側部材に接続された隔たった一対の外壁６１を有している。内側部材６２の
密度は、外壁６１の密度よりも低いことが好ましい。壁構造体６０、５５、４９
は、設計により必要とされるように共に又は別個に使用することができる。壁構
造体４９、５５、６０は、本発明の壁構造体の完全に一例であり、本発明を複合
的壁構造体のその他の設計に限定することを意図するものではないことが理解さ
れる。

【００５９】図１８及び図１９を参照すると、金型コア５０の一部分の代替的な形態６５、
７０がそれぞれ図示されている。金型コア６５は、中空の内部コア構造体６７が
形成された一体の薄壁構造体６６を有している。外壁構造体６６と内側の中空コ
ア構造体６７との間には、多孔質構造体６９が形成されている。金型コア７０は
、内部中空コア７２が形成された薄壁７１を有している。複数の補強リブ７４が
外壁７１と内部中空コア７２との間に形成されている。金型コア５０、６５、７
０の形態は限定的であることを意図するものではなく、金型コアのその他の設計
も考えられる。

【００６０】図２０及び図２１を参照すると、素鋳造用金型装置の別の実施の形態が図示さ
れている。鋳造用金型５２５は、上述した鋳造用金型装置４５と実質的に同様で
あり、より具体的には、鋳造用金型装置５２５は、一体的なセラミックシェル５
２６と、セラミックコア５２７とを有している。コアセラミックシェル５２６と
コア５２７との間の容積５２８は、溶融金属材料から製造すべき部品を画成する
。好ましくは、容積５２８は、溶融金属の受け入れを妨げるように伸びる支持構
造体を有しない。より具体的には、より好ましい実施の形態において、断面を描
いても容積５２８内の何らかの構造体を描くことにはならない。しかし、本発明
の別の実施の形態において、製造過程は、セラミックシェル５２６及び／又はコ
ア５２７を傷付けずに除去することのできる支持構造体を容積５２８内に形成す
る。１つの好ましい形態において、セラミックシェル５２６の内壁面５２９及び
形成されたセラミックコア５２７の外面５３０は、実質的に円滑である。壁面は
、複数の当接層の一部分により画成された段付き面として又は単一層の面により
画成された平坦面の何れかとして画成される。より具体的には、層状態部品は、
約１０μｍ乃至３０μｍの範囲の仕上げにて段付き面に対し形成された面を有し
、また、約０．５μｍ乃至約１０μｍの範囲の仕上げにて平坦面に対し形成され
た面を有する。

【００６１】鋳造用金型装置５２５の１つ実施の形態において、コア５２７は実質的に中空
である。薄い外壁シェル５４０は、該シェルと一体に形成された複数の隔たった
内壁部材５４１を有している。中実な形態及び実質的に中空の形態を有するコア
は本発明の範囲に属すると考えられる。

【００６２】図２２を参照すると、図２０の線２２−２２に沿った部分断面図が図示されて
いる。セラミックコア５２７は、溶融金属を受け入れ得るように形成された通路
５３２を有している。より具体的には、溶融金属を受け入れ得るようにセラミッ
クコア５２７に形成された複数の隔たった通路５３２が存在する。通路５３２は
、部品に細部を鋳造することを許容する。１つの好ましい実施の形態において、
通路５３２の各々は、約０．１２７ｍｍ（約０．００５インチ）乃至約０．７６
２ｍｍ（約０．０３０インチ）の範囲の幅／直径にて形成され、より好ましくは
、約０．５０８ｍｍ（約０．０２０インチ）以下の幅／直径を画成し、最も好ま
しくは、約０．２５４ｍｍ（約０．０１０インチ）の幅／直径を画成するように
する。図２３は、一体の多数壁セラミック鋳造用金型装置の別の実施の形態の図
である。

【００６３】図２４を参照すると、加熱炉５５０内に配置された鋳造用金型装置４５が概略
図的に図示されている。該加熱炉は、素セラミック鋳造用金型装置からポリマー
バインダを実質的に燃焼させ且つセラミック粒子を焼結させるのに必要な熱を提
供する。１つの好ましい形態において、鋳造用金型装置は、加熱炉の面５５１に
定置する個々の層の数を最小にし得るように加熱炉内で配向されている。素セラ
ミック金型装置用の加熱過程は、加熱炉内で金型を約０．１℃／分乃至約５．０
℃／分の速度にて通常の室温から約３００℃乃至約５００℃の第一の温度まで加
熱することを含む。その後、約０時間乃至約４時間の時間範囲に亙って、ポリマ
ーバインダを燃焼するため最高温度を保つ。加熱段階の後、低密度となった鋳造
用金型装置に焼結過程を行う。この焼結過程は、加熱炉内の温度を約５．０℃／
分乃至約１０．０℃／分の速度にて第一の温度から約１３００℃乃至１６００℃
の範囲の第二の温度まで上昇させる。鋳造用金型装置は、約０時間乃至約４時間
の時間範囲内、第二の温度に保たれる。鋳造用金型装置は、次に、約５．０℃／
分乃至１０．０℃／分の速度にて室温まで冷却させる。鋳造用金型装置は、約７
０％以上の密度まで焼結することが好ましく、より好ましくは、鋳造用金型装置
は、約９０乃至９８％の範囲の密度まで焼結する。最も好ましくは、鋳造用金型
装置は、実質的に完全な密度まで焼結する。１つの実施の形態において、焼結し
たセラミック鋳造用金型装置は、約９９重量％のセラミック粒子であり、より好
ましくは、約９９重量％のアルミナである。

【００６４】アルミナ系素セラミック金型装置用の好ましい加熱過程は、加熱炉内で金型を
約１℃／分の速度にて通常の室温から約３００℃の第一の温度まで加熱すること
と、その第一の温度を約５時間、維持することとを含む。その後、その温度を約
１℃／分の速度にて第一の温度から約５００℃の第二の温度まで上昇させる。そ
の第二の温度は約０時間、保つ。約１０℃／分の速度にて第二の温度から約１５
５０℃の第三の温度まで温度を上昇させる。その第三の温度を約２時間、維持す
る。次に、鋳造用金型装置を約５℃／分の速度にて第三の温度から室温まで冷却
させる。

【００６５】二酸化ケイ素系素セラミック金型装置用の１つの好ましい加熱過程は、加熱炉
内で金型を約１℃／分の速度にて通常の室温から約３００℃の第一の温度まで加
熱することと、その第一の温度を約４時間、維持することとを含む。その後、温
度を約１℃／分の速度にて第一の温度から約５００℃の第二の温度まで上昇させ
る。その第二の温度を約０時間、維持する。その温度を約１０℃／分の速度にて
第二の温度から約１５００℃の第三の温度まで上昇させる。その第三の温度を約
２時間、維持する。次に、鋳造用金型装置を約５℃／分の速度にて第三の温度か
ら室温まで冷却させる。

【００６６】一体型鋳造用金型４５、４５ａは、異なる過程にて製造され、これら金型は性
質が相違するが、その双方と共に、溶融金属を受け入れるセラミックシェルを形
成する。しかしながら、本発明の別の形態において、セラミックシェルは、溶融
材料以外のその他の凝固材料を受け入れることができる。三次元的印刷及び選択
的レーザ励起によりセラミック金型を製造することに関して説明したが、本発明
の鋳造は、特段の記載のない限り、これら型式の金型にのみ限定することを意図
するものではない。例えば、セラミックスラリー、樹脂シェル金型又は砂金型に
浸漬させることによりシェルが形成されるコア及びパターンを使用する従来技術
で製造された金型も対象にすることが考えられる。以下に、鋳造用金型という語
は、略、鋳造用金型４５を意味し、また、別の特段の記載がない限り、あらゆる
型式のセラミック鋳造用金型を含むことを意図するものである。

【００６７】図２５を参照すると、一体型鋳造用金型４５の１つの実施の形態が図示されて
いる。完成した一体型金型４５は、基部材５１と、頂部材７７と、該基部材及び
頂部材の間を伸びる主要本体４７とを有している。支持部材５３は底部材５１と
頂部材７７との間を伸びる一方、充填管５２は、充填入口（ｆｉｌｌｉｎｌｅ
ｔ）７８から主要本体４７の底部分４７ａまで伸び且つ金型内部の金属受け入れ
キャビティと流体的に連通している。好ましくは、基部材５１は、リング構造体
により画成されるようにする。通気口７９は、一体型金型４５に形成され且つガ
ス状材料が金型に入り且つ金型から出るのを許容し得るように内部金属受け入れ
キャビティに開放し、材料の除去及び鋳造の充填を助ける。代替的な実施の形態
において、一体型鋳造用金型４５は異なる形態とすることができ、また、基部材
及び／又は頂部材のような特徴部を含まなくてよいことが理解される。

【００６８】１つの実施の形態において、頂部材７７は、容器８０と接触可能な歯付きリン
グ又はディスク構造体のディスクを画成する。好ましくは、一体型金型４５は、
該金型の製造に必要な材料の量を最小にし得る設計とされ、このため、その薄い
シェルにより、内部で鋳造される製品の輪郭に類似したものとなる。この実施例
において、金型４５は、ガスタービンブレードに類似するが、その他の形状とす
ることも考えられる。更に、一体型金型は、その外面が内部キャビティ内で鋳造
される製品／部品の形状に順応しないように形成してもよい。

【００６９】一体型金型４５を設計し且つ製造するとき、次のものを含む考慮すべき多数の
パラメータがある。すなわち、（１）金型の所望の強度及び硬さ、（２）金型の
製造速度、（３）金属が凝固するときの金型内のコアの潰れ可能性、（４）鋳造
中の加熱／冷却速度、（５）コアの除去／排出速度、（６）凝固後の冷却中の鋳
造の制約である。溶融金属が金型の周りで凝固するときの金型の一部の潰れ可能
性は、部品の密度、構造及び多孔度を変化させることにより対処することができ
る。例えば、図１８及び図１９を参照すると、多孔質構造体６８と、溶融金属が
内部で凝固するときに部分的に潰れ／溶融する補強ウェブ構造体７４とを有する
コア構造体６５、７０が図示されている。

【００７０】図２６を参照すると、加熱炉８１内に配置された金型容器８０及び一体型金型
４５が図示されている。金型容器８０は、一体型金型４５が内部に配置された状
態で図示されているが、金型容器８０内にはその他の型式の金型を配置すること
も可能であることが理解される。金型容器８０は、鋳造過程中、一体型金型４５
を保持する設計及び構造とされている。容器８０の外壁部材８２は、金型容器の
内面と基部材５１の外面５１ａ及び頂部材７７の外面７７ｂの一部分との間に締
まり嵌めを提供し得るような寸法とされた貫通開口部を有する。１つの実施の形
態において、金型容器８０は、底部材５１及び頂部材７０の上方でシュリンク嵌
めされる厚い肉厚の繊維状セラミック管により画成される。本明細書で使用する
管という語は、中空の部材を規定するものであり、特段の記載がない限り、中空
の円筒状構造体にのみ限定することを意図するものではない。別の実施の形態に
おける容器は、カップ形状の容器を略画成する一体的な底部壁部材を有する。し
かし、本発明にて容器のその他の形状も考えられる。更に、１つの代替的な実施
の形態において、容器及び金型は締まり嵌め状態にはない。

【００７１】１つの好ましい実施の形態において、金型容器８０は、細長い円筒状形状の管
により画成される。１つの形態において、外壁部材８２の肉厚は、約０．２５４
ｍｍ（約０．０１０インチ）乃至２５．４ｍｍ（１インチ）の範囲とし、より好
ましくは、約１２．７ｍｍ（約０．５インチ）とする。しかし、本発明にてその
他の肉厚も考えられる。外壁部材８２は、特定の熱伝達条件に合うように選んだ
セラミック材料にて作られている。１つの実施の形態にて、部材は、取り扱いを
容易にし得るようにその外面８２ａから迅速に熱伝達する一方、別の実施の形態
において、部材は、一体型金型４５を絶縁し得る設計とされている。非限定的に
、外壁部材８２に対し多孔質セラミック、セラミック繊維マット、金属及び熱バ
リア被覆を有する金属のような材料が考えられる。

【００７２】少なくとも１つの支持部材８３が外壁８２の内面８４と一体型金型４５の外面
４５ａとの間の空間内に配置されている。支持部材は、鋳造過程中、薄い肉厚の
一体型金型４５に対する支持体を提供する。補強した金型容器８０は、溶融金属
を高圧力にて薄いシェル金型に供給することを許容する。１つの実施の形態にお
いて、ニッケルの約７．６２ｃｍ（約３インチ）乃至約６０．９６ｃｍ（約２４
インチ）の範囲の溶融金属の圧力は、補強した薄肉厚の一体型金型と共に使用可
能であると考えられる。しかし、その他の溶融金属の圧力も可能であると考えら
れる。

【００７３】１つの好ましい実施の形態において、支持部材８３は、複数の支持部材により
画成され、より好ましくは、複数のセラミック媒体部材により画成される。１つ
の実施の形態において、約０．２５４ｍｍ（約０．０１０インチ）乃至約２．５
４ｍｍ（約０．１００インチ）の範囲内の寸法を有する複数の支持部材が球状体
／ボールとして画成される。しかし、その他の寸法も考えられる。複数の支持部
材は、金型容器８０内の空間を充填し且つ一体型金型の外面４５ｄに当接する。
複数の支持部材の形状は、非限定的に、錠剤状、球状又は繊維状を含むことが理
解される。更に、本発明の代替的な実施の形態において、金型容器内の支持部材
は、外壁８２の内面８４と一体型金型４５の外面４５ｄとの間に形成された連続
的なセラミック材料と、アルミナ、ムライト、二酸化ケイ素、ジルコニア又はジ
ルコンのようなセラミック発泡材により画成することができる。ウェブ構造体５
４は、複数の支持部材８３が容器８０から進むのを防止すべく底部壁部材を形成
するのに利用される材料の量を最小にする設計及び構造とされている。しかし、
非限定的に、中実な壁のようなその他の構造体も考えられる。複数のセラミック
支持媒体８３は、再使用及び／又はリサイクルのため容器から容易に除去可能で
ある。

【００７４】図２７を参照すると、補助的金型ヒータ９１を更に備える金型容器８０が図示
されている。補助的金型ヒータ９１は、溶融金属の凝固中及び一体型金型キャビ
ティ内で結晶が成長する間、必要なエネルギを追加し得るように制御される。１
つの形態において、補助的金型ヒータ９１は、金型容器８０の外壁８２の内面８
４に接続されると共に、金型容器８０の頂部分に配置される。しかし、金型容器
に沿ったその他の位置も考えられる。

【００７５】図２８を参照すると、一体型金型４５が内部に配置された金型容器８０の断面
図が図示されている。この断面図は、溶融金属を内部に受け入れる内部キャビテ
ィの翼型形成部分に相応する、図２７の線２８−２８に沿ったものである。複数
の支持部材８３が外面４５ｄに当接し、キャビティ４８内に溶融金属を注入する
間、薄い壁４９を支持する。複数の支持部材８３は、一体型金型４５から外壁８
２までの熱伝達を防止する絶縁体として機能する空間９４をその間に有している
。更に、複数の支持部材８３は、容器の外壁８２への不連続的な熱伝達路を画成
する。複数の部材８３は、一体型金型４５に対し所望の温度を保ち得るように一
体型金型４５から輻射される熱を保持する機能を果たす。

【００７６】図２９を参照すると、一体型鋳造用金型が内部に配置された金型容器８０が図
示されている。容器８０の外壁８２と金型４５の外面４５ａとの間に画成された
空間内には、一体型金型４５の一部分を加熱し得るように局部的な金型ヒータ９
３が配置されている。金型容器内で局部的な金型ヒータ９３を利用することは、
金型４５の外面４５ａの任意の部分に隣接し又は近接する位置にて行うことがで
きる。局部的な金型ヒータ９３は、面に沿って連続的とし又は面に沿って不連続
とし又は金型の設計に関係するパラメータにより必要とされるように面から隔て
ることができる。図２９の補助的金型ヒータの図は、限定的なものであることを
意図するものではない。

【００７７】図３０及び図３１を参照すると、一体型金型４５の内部キャビティから非結合
材料４００を除去する方法及び装置が図示されている。この過程は、相互に接続
された複数の材料層を有する自由形態に製造された金型に関して図示されている
が、金属受け入れキャビティ内に配置された非結合粒子を有するその他の金型構
造体に対しても有用であると考えられる。非結合材料は、粉体、微粒子及びキャ
ビティ４８内の一体型金型４５の壁に結合されていないその他の材料に関する。
１つの形態において、鋳造金属受け入れキャビティ内から非結合材料を除去する
過程は、直接セラミック鋳造用金型を形成し得るように粉体の層を印刷し且つ結
合することにより製造された金型に関する。別の実施の形態において、一体型金
型４５は、キャビティ内の非結合材料を乾燥させ得るように加熱されている。別
の形態において、鋳造金属受け入れキャビティから非結合材料を除去する過程は
、セラミックシェルを形成し得るように選択的レーザ励起技術により製造された
金型に関する。非ゼリー状スラリーを乾燥させ且つ除去するか又は非乾燥状態で
除去することができる。

【００７８】一体型金型４５を有する金型容器８０は傾斜角度θにて配置され且つ軸線Ｚの
周りを回転させる。好ましい実施の形態において、角度θは約５乃至９０°の範
囲の鋭角な角度であり、より好ましくは、この角度θは約１５°である。しかし
、代替的な実施の形態において、角度θは変更可能である。一体型金型４５の回
転及び移動により非結合材料４００は、内部キャビティを画成する壁から脱落し
且つ内部キャビティと連通する出口開口１０１を通過し、集め箇所１０４に入る
。１つの代替的な実施の形態において、一体型金型は、非結合材料４００を内部
キャビティから除去した後、出口開口１０１内に挿入される栓（図示せず）を有
する。１つの好ましい実施の形態において、出口開口１０１は、特定の結晶学的
構造及び／又は迅速な凝固を容易にし得るように鋳造工程中利用される金属開始
種を受け入れ得る寸法とされている。

【００７９】１つの形態において、一体型金型４５のスプロケット７７は、駆動装置１０２
と係合する。該駆動装置１０２は、容器が約０．１乃至２回転／分の範囲の速度
にて回転し、より好ましくは、約１／３回転／分の速度にて回転するように駆動
されるが、その他の速度も考えられる。一体型金型が回転される滞在時間は約１
５分乃至約２日の範囲とし、より好ましくは、約２時間とする。しかし、その他
の滞在時間も考えられる。容器８０は、軸線Ｚの周りを回転するとき、容器支持
体１０３に沿って、矢印Ｐの方向に進む。容器スペーサ１０５が容器同士の接触
を防止し得るように対の金型容器８０の間に配置されている。更に、容器８０は
、内部キャビティから材料４００を除去し易くするのに必要なように上下逆さに
することができ、また、材料の除去を容易にし得るよう内部キャビティ内に流体
洗浄剤を導入することができる。内部キャビティ内の流体の導入は、通常の状態
又は上下逆さの状態で行うことができる。

【００８０】一体型金型４５には、その内部キャビティ内に溶融金属を受け入れる前に熱加
工工程が行われる。一体型金型４５は、三次元的印刷により又は選択的レーザ励
起方法により形成されるかどうかに関係なく、鋳造過程に十分でない素状態強度
を有し、このため、上述したように、加熱されるに伴いその強度を増す。幾つか
の金型構造体において、素状態の金型内に存在するポリマー及びその他の材料を
燃焼することが必要である。より具体的には、選択的レーザ励起方法により形成
された一体型金型の場合、素位相の金型内のポリマーを燃焼する必要がある。三
次元的印刷技術により製造された金型は、略、燃焼過程を必要とせず、それは、
素状態の一体型金型４５から除去すべき十分な材料が存在しないからである。最
後に、金型は、望まれるミクロ構造体の成長を促進し得るように選んだ適当な温
度まで予熱しなければならない。柱状粒子構造体の場合、金型を予熱するのに望
まれる温度は、約１４８２．２２℃（約２７００°Ｆ）であり、単結晶鋳造の場
合、金型の予熱に望まれる温度は、約１５３７．７８℃（約２８００°Ｆ）であ
る。

【００８１】本発明の１つの形態において、一体型金型４５に対し一貫的な熱加工工程を行
うことが望まれる。この一貫的な熱加工は、素状態の金型４５を加熱することと
、素状態の金型内の不要な材料を燃焼することと、所望のミクロ構造体を鋳造す
るのに必要な所望の温度まで金型を予熱することとを含む。金型は、加熱及び焼
結工程後、冷却し、検査し、必要に応じて修理し且つ鋳造の準備をする。その後
、金型は、金型を予熱するのに望まれる温度まで上昇させる。より好ましい形態
において、これらステップの各々は、実質的に連続的な形態にて同一の加熱炉内
で行われる。金型の熱サイクルを不要にすることは、精緻／微妙な通路を有する
中空構造体を鋳造する能力を向上させることになる。

【００８２】図３２を参照すると、溶融金属の装荷分１０８を一体型金型４５を有する金型
容器８０のような鋳造用金型に供給する鋳造装置４２０の作用図が図示されてい
る。本発明は、実質的な連続的な形態すなわちバッチ加工形態にて機能する鋳造
装置を対象とする。鋳造装置と共に利用される鋳造用金型は、特定の金型型式又
は構造にのみ限定することを意図するものではない。鋳造装置は、加熱路１０７
内に配置された精密溶融金属供給装置１０６を備えている。本発明の１つの好ま
しい形態において、加熱炉１０７は、二重チャンバ付き真空加熱炉により画成さ
れる。しかし、本発明にて空気溶融又は加圧鋳造加熱炉のようなその他の型式の
加熱炉も考えられることが理解される。ある量の溶融金属を金型８０に配置する
精密溶融金属供給装置は、環境的に制御されたチャンバ１０９内に配置される。
溶融金属供給装置１０６は、るつぼ１１１内の溶融金属の表面の下方から溶融金
属が供給される。溶融材料１１０の供給分がチャンバ１０９内に進み且つるつぼ
１１１内で溶融される。るつぼ内の溶融金属の供給分は超加熱状態に加熱され、
このため、鋳造タービンエンジン部品と関係した合金の場合、超加熱は１７６．
６６７乃至２０４．４４４℃（３５０乃至４００°Ｆ）の範囲にある。しかし、
本発明において、これら合金及びその他の型式の金属に対するその他の超熱温度
が考えられることが理解される。

【００８３】１つの実施の形態において、制御チャンバ１０９には、るつぼ１１１内で溶融
金属の表面蒸発を遅くする遮蔽体及び／又は薄膜を形成する不活性ガス１１２が
供給される。溶融金属の分配は、溶融金属供給装置１０６と金型８０との間の圧
力差によって制御される。１つの実施の形態において、溶融金属の排出は、溶融
金属の表面に正圧を付与することで制御される一方、この正圧は、るつぼ１１１
からのある量の溶融金属を金型８０内に供給する。金型８０は、真空加熱炉の第
二のチャンバ内に配置され且つ溶融金属供給装置１０６よりも低圧である。

【００８４】図３３及び図３４を参照すると、本発明の鋳造装置の１つの実施の形態１１５
が図示されている。鋳造装置１１５は、壁１１４により分離された上方チャンバ
１１７及び下方チャンバ１１８を有する二重チャンバ付き真空加熱炉１１６を備
えている。チャンバの間に形成された圧力差を利用して溶融金属の装荷分を金型
に供給する。金型入口ポート（ｍｏｌｄｅｎｔｒｙｐｏｒｔ）１１９は、参
照番号８０で示したような鋳造用金型容器を導入し且つ下方チャンバ１１８から
除去することを可能にする。本発明の１つの形態において、金型入口ポート１１
９は、金型容器８０を除去しまた下方チャンバ内に挿入するとき、下方チャンバ
１１８内で真空環境を保つことを可能にする流体密のインターロック部を画成す
る。溶融金属を注入し且つ凝固させる間に、金型８０を保持する回転可能な保持
具１２１が下方チャンバ内に配置されている。開始種４２１は、金型容器８０と
共に位置決めされ且つ保持具１２１と接続されている。本発明の１つの好ましい
形態において、保持具１２１は、金型４５内で溶融金属を指向性凝固させ得るよ
う開始種からエネルギを吸引すべく開始種４２１と熱伝達可能に連通する熱伝達
装置を備えている。

【００８５】金属材料供給装置１２０は、非溶融金属材料１３７を上方チャンバ１１７内に
配置された溶融るつぼ１２２内に導入することを許容する。本発明の１つの形態
において、非溶融金属材料１３７は、棒状の形態であり、鋳造装置１１５の作動
を妨害せずにるつぼ内に送られる。好ましい実施の形態において、溶融るつぼ１
２２は、耐火性るつぼを画成し、この耐火性るつぼ内で、金属材料は誘導ヒータ
１２３により誘導的に加熱される。空中浮揚型及び抵抗型のようなその他の形態
のヒータは、非限定的に、るつぼ１２２内の金属材料を溶融させ且つその温度を
上昇させることが可能であると考えられる。るつぼ１２２は、ある量の溶融金属
を保持する設計及び構造とされており、その溶融金属からより少量の溶融金属の
装荷分が除去され、個々の金型を充填する。るつぼが保持することのできる溶融
金属の量は、約２．２６７９６乃至９０．７１８５ｋｇ（約５乃至２００ポンド
）の範囲、より好ましくは、約２２．６７９６ｋｇ（約５０ポンド）の範囲とす
る。しかし、上述したように、るつぼは、連続的な過程に十分な能力を備えるこ
とができ、又は個々の１回の注入にあった寸法とすることができる。１つの実施
の形態において、溶融金属のリザーバを保持するるつぼは溶融金属の装荷分の供
給及び非溶融金属の材料を溶融のためるつぼ内に導入することに関係する温度変
化を少なくする。溶融るつぼ１２２内の溶融金属１２４は、溶融金属分配装置内
に進む。１つの実施の形態において、溶融金属分配装置は、ノズル２５３を通じ
て充填管５２の精密に配置された入口７８まで溶融金属を精密注入する装置を画
成する。溶融金属分配装置１２５及び溶融金属をるつぼ１２２から分配する代替
的な実施の形態のより詳細な説明を以下に記載する。

【００８６】本発明の１つの実施の形態において、回転可能な保持具１２１は液体冷却され
且つ真空加熱炉の下方チャンバ１１８内に配置される。熱伝達装置が鋳造用金型
４５の各々と接続され且つ溶融金属の凝固中、熱伝達路を維持する。回転可能な
保持具は、複数の金型容器ホルダ１２９を備えている。図３４の実施の形態にお
いて、金型容器ホルダ１２９はスポーク部材であるが、溶融金属で充填され且つ
所望の特定のマイクロ構造体となるように凝固するとき金型を保持するその他の
構造も考えられる。金型容器８０は、位置１３１まで回転され、この位置におい
て、フィラー管の入口７８は注入ノズル２５３と整合する。

【００８７】図３５を参照すると、鋳造装置の１つの代替的な実施の形態１３５が図示され
ている。鋳造装置１３５は、鋳造装置１１５と実質的に同様であり、同様の特徴
部は同様の参照番号で表示する。鋳造装置１３５と鋳造装置１１５との間の主要
な相違点は、非溶融金属材料１３７が上方チャンバ１１７内に流れるとき、該金
属材料に対する流体密のシールを形成するシール１３６を含む点である。１つの
好ましい形態において、シール１３６は、非溶融金属材料１３７の外面１３７ａ
と当接する。金属材料１３７は矢印Ｓの方向に向けて上方チャンバ１１７内に進
むと、るつぼ１２２内の溶融合金１２４に作用する圧力が増す。溶融金属１２４
に作用する圧力及び／又は力が増加することは、金属材料１３７が溶融金属１２
４内に進むこと且つ／又は弁１２６を通じて供給される不活性ガス１２７の圧力
を上昇させることに起因する。１つの好ましい形態において、不活性ガスは、ア
ルゴン又はヘリウムで、不活性ガスに関係する圧力差は６０ミリトルである。

【００８８】図３６を参照すると、本発明の鋳造装置の別の実施の形態１４０が図示されて
いる。鋳造装置１４０は、鋳造装置１３５と実質的に同一であり、同様の特徴部
は同様の参照番号で表示してある。鋳造装置１４０は、ノズル２５３を金属充填
管５２の入口７８内に位置決めすることを可能にする。ノズルを充填管に接続す
ることは、充填を促進し得るように水頭圧力を増すことを可能にする。更に、１
つの形態において、この装置は時間に亙って溶融金属の圧力を制御すべく適用可
能である。このため、溶融金属をノズルから排出したとき、溶融合金が充填管５
２まで通るための封じ込められた通路が存在する。ノズル２５３が金型容器８０
の入口７８と合わさるようにするため、回転可能な保持具１２１は垂直方向に可
動である。保持具１２１は、金型交換器１３０から金型容器８０を受け入れ得る
ように下降させ、次に、溶融金属の装荷分を金型内に注入しようとするとき、金
型容器を着座した関係にて位置決めし得るように持ち上げる。

【００８９】図３７を参照すると、図３３乃至図３６の従来の鋳造装置と実質的に同様であ
る鋳造装置１４５が図示されており、主要な相違点は鋳造装置１４５がより大き
い鋳造用金型を取り扱う能力の点である。鋳造装置１４５は、下方チャンバ５２
８に隣接する入口（ｄｏｏｒｗａｙ）１４６を通じてより大きい鋳造用金型５２
５を導入することを許容する。１つの実施の形態において、溶融金属１２４は、
溶融金属分配装置から金型キャビティ５２５の入口（ｉｎｌｅｔ）５２３内に供
給される。その後、金型５２２は、昇降装置５４８によりチャンバ５２８に対す
る注入位置から引き出される。

【００９０】図３８を参照すると、金属開始種１５１に対する熱伝達を行う熱伝達装置１５
０の第一の実施の形態が図示されている。１つの好ましい形態において、種にお
ける熱勾配は時間と共に相違する。より具体的には、１つの実施の形態において
、熱勾配は核形成の間、小さく、結晶が成長する間、実質的により大きい。１つ
の形態における熱勾配は、液体対固体の境界面にて約１１．３２９９℃／ｍｍ（
約５５０°Ｆ／インチ）以上である。１つの実施の形態において、開始種１５１
は、約０．６３５ｍｍ（約０．２５インチ）乃至約７．６２ｃｍ（約３．００イ
ンチ）の範囲の長さ「Ｂ」を有するが、その他の開始種の長さも考えられる。熱
伝達装置１５０は、ジョーの面１５４を開始種１５１の本体と当接する熱伝達配
置状態に配置し得るよう通常、機械的に偏倚された一対のジョー１５２を有して
いる。ジョー１５２は、溶融金属が凝固するとき、開始種１５１に対する熱伝達
路を維持する。機械的な作動構造体１５３は、通常、面１５４が開始種１５１と
接触状態に維持されるよう閉じた位置に向けてばね偏倚された一対の可動アーム
１５５を有している。開始種１５１は、アーム１５４、１５５の端部に機械的な
力Ｆを加えることにより、熱伝達装置１５０から容易に非接続状態とされる。

【００９１】対のジョー１５２の各々は、開始種１５１の温度を変化させるべくある量の熱
伝達媒体１６１を受け入れる内部冷却通路５３０を有している。熱伝達装置１５
０は、能動的な冷却装置を利用するが、本発明は、受動的な冷却装置を採用する
ことも考える。好ましくは、熱伝達媒体１６１は、金属開始種１５１からエネル
ギ／熱を吸引する冷却剤／吸熱体である。熱は、金型キャビティ内で凝固する溶
融金属から伝導により開始種に供給される。その後、冷却媒体がジョー１５２を
通ることで、開始種を通じて熱伝達が行われ、金型キャビティ内に溶融金属の熱
勾配を生じさせ且つ指向性凝固を生じさせる。更に、多くの型式の冷却媒体を使
用することができる。最も簡単な型式は、その熱容量及び／又は相変化の点で魅
力のある固体であり、その非限定的な例は、銅である。水及び／又はアルゴンの
ような流体も冷却媒体を画成することができる。更に、より大きい熱伝達能力又
は熱伝達性を有する熱伝達冷却媒体は、アルミニウム、スズ又は水銀のような液
体金属を含む。

【００９２】図３９を参照すると、本発明の熱伝達装置の１つの代替的な実施の形態１６５
が図示されている。１つの好ましい形態において、種における熱勾配は、時間と
共に変化する。より具体的には、１つの実施の形態において、熱勾配は、核形成
の間、小さく、結晶が成長する間、実質的により大きい。１つの形態における熱
勾配は、液体が固体境界面まで凝固するとき、約１１．３２９９℃／ｍｍ（約５
５０°Ｆ／インチ）よりも大きい。熱伝達装置１６５は、熱伝達装置１５０と実
質的に同様であり、相違点は、対のジョー１６６を通る金属開始種１５１を局部
的に加熱する能力の点である。更に、１つの実施の形態において、開始種を同時
に局部的に加熱し且つ冷却することができる。加熱能力は、種と溶融金属との境
界面の熱流量を調整するために利用される。熱伝達装置１５０及び熱伝達装置１
６５は実質的に同様であるため、同様の特徴部は同一の参照番号で表示する。熱
伝達装置１６５の１つの好ましい実施の形態において、ジョー１６６は、導線５
３１により電源に接続され、電流がジョー１６６を通って流れる結果、金属開始
種１５１が抵抗加熱される。開始種１５１からの結晶構造体の成長を制御するた
め、金属開始種１５１を局部的に加熱する能力が望まれる。

【００９３】図４０及び図４１を参照すると、金属開始種１７０に対する熱伝達を行う熱伝
達装置の別の実施の形態１７１が図示されている。好ましい形態において、種に
おける熱勾配は時間と共に変化させる。より具体的には、１つの実施の形態にお
いて、熱勾配は、核形成中、小さく、結晶が成長する間、実質的により大きい。
１つの形態における熱勾配は、約１１．３２９９℃／ｍｍ（約５５０°Ｆ／イン
チ）以上である。開始種１７１は、金属開始種１５１と実質的に同様であり、一
対の精密位置決め特徴部１７２を更に備えている。金属開始種１７１は、金型容
器８０の開口部内に配置され且つ熱受け入れキャビティと連通状態に配置され、
溶融金属を注入すると、金属開始種１７１の一部分は、溶融金属を受け入れ且つ
部分的に溶融される。精密位置決め特徴部１７２は、一対のジョー１７３の各々
の接触端部１７４を受け入れ得る設計及び構造とされている。ジョー１７３の各
々の熱除去端部１７５はハウジング１８０内に配置されている。該ハウジング１
８０は、冷却媒体が通るための通路１７６を有している。ハウジング１８０を通
り且つジョーの熱除去端部１７５を亙って冷却媒体が通ることが矢印で概略図的
に図示されている。１つの実施の形態において、局部的なヒータ１７８は、機械
的ハウジング１８０に接続されている。ヒータ１７８は、対のジョー１７３と伝
導的熱伝達可能な関係にあり、ジョーの接触端部１７４を通じて開始種１７１に
エネルギを付与する。局部的ヒータ１７８は、溶融金属と金属開始種との間の境
界面の熱流量を調節するように制御される。熱伝達装置のジョー１７３を図４０
に図示した位置から開放し、次に、対のジョー１７３を図４１に図示した位置に
閉じるため、機械的アクチュエータ１７７が利用される。アクチュエータ１７７
は、液圧アクチュエータであることが好ましいが、鋳造環境にて機能するのに必
要な性質を持つその他のアクチュエータが考えられる。

【００９４】図４２を参照すると、溶融金属を受け入れる内部キャビティ１８６を有する金
型１８５が図示されている。金型１８６は、内部キャビティ１８６及び開始種受
け入れ入口（ｉｎｌｅｔ）１８９に対し且つ該キャビティ及び入口からガス状材
料を通し、金属開始種１８８を受け入れ且つ該開始種と緊密に係合するようにす
る通気端部１８７を有している。金属開始種１８８は、面１８８ａにて溶融金属
を受け入れ得るように配置されている。金属開始種は、その他の種の形状が可能
であると考えられるため、図４２に図示した種の形状にのみ限定することを意図
するものではない。開始種の補助的ヒータ１９５及び補助的金型ヒータ１９６は
金型１８５内に配置されている。絶縁体１９０は、金型１８５の下面１８５ａと
熱伝達装置１９１との間に配置され鋳造用金型１８５からの熱伝達を最小にする
。好ましい形態において、種における熱勾配は時間と共に変化する。より具体的
には、１つの実施の形態において、熱勾配は、核形成の間、小さく、結晶が成長
する間、実質的により大きい。１つの形態における熱勾配は液体対固体の境界面
にて約１１．３２９９℃／ｍｍ（約５５０°Ｆ／インチ）以上である。

【００９５】熱伝達装置１９１は、開始種１８８の面１９８に当接し且つ外面１９８との接
触状態を保つ位置まで可動である一対のアーム１９３、１９４を備えている。熱
伝達装置１９１と開始種１９９との当接関係は、アーム１９３、１９４が開始種
１８８から確実に解放されるまで維持可能である。精密位置決め部材１９２は、
溶融金属受け入れキャビティ１８６内で溶融面１８８ａの垂直高さを正確に配置
し得るように開始種１８８の底面１８８ｂに接触する。冷却媒体通路１９７は、
冷却媒体が通り得るように対のアーム１９３、１９４の各々に形成されている。
キャビティ１８５内の溶融金属は、開始種１８８に熱伝達する一方、該開始種は
面１９８を通じて冷却した対のアーム１９３、１９４に熱伝達する。通路１９７
内を流れる冷却媒体はアーム１９３、１９４から熱を除去する。このように、キ
ャビティ１８６内の溶融金属を指向性凝固させるため開始種１８８を通じて熱勾
配が形成される。

【００９６】図４３を参照すると、熱伝達装置１９１と接続された金型容器２００が図示さ
れている。金型容器２００は、金型容器８０と実質的に同様であり、実質的に同
一の特徴部は同様の参照番号で表示する。薄肉厚の一体型金型４５は、頂部分１
８６ａ、底部分１８６ｂ及び側部分１８６ｃを有する内部キャビティ１８６を備
えている。高温のガス状材料がキャビティ１８６に且つキャビティ１８６から出
ることを許容する通気口７９が頂部分１８６ａに近接する位置に配置されている
。開始種受け入れ入口１８９は底部分１８６ｂに形成され、側部分１８６ｃは、
金型の側壁４９からの熱伝達を最小にし得るよう絶縁されている。１つの好まし
い形態において、種における熱勾配は時間と共に変化する。より具体的には、１
つの実施の形態において、熱勾配は核形成の間、小さく、結晶が成長する間、実
質的により大きい。１つの形態における熱勾配は、液体対固体の境界面にて約１
１．３２９９℃／ｍｍ（約５５０°Ｆ／インチ）以上である。溶融金属受け入れ
キャビティ１８６の形状は、完全に一例であり且つ本発明を限定することを意図
するものではない。

【００９７】図４４を参照すると、鋳造用金型内に配置された開始種を通じて熱を吸引する
熱伝達装置の１つの代替的な実施の形態２０１が図示されている。１つの好まし
い形態において、種における熱勾配は時間と共に変化する。より具体的には、１
つの実施の形態において、熱勾配は核形成の間、小さく、結晶が成長する間、実
質的により大きい。１つの形態における熱勾配は、液体対固体の境界面にて約１
１．３２９９℃／ｍｍ（約５５０°Ｆ／インチ）以上である。１つの実施の形態
において、一体型熱伝達装置２０１は、開始種部分２０２と、精密位置決め面２
０３と、貫通路２０４とを備えている。開始種部分２０２は、金型の薄いセラミ
ックシェルの面５５０内に受け入れられ且つ該面５５０と当接する。開始種部分
２０２の垂直位置は、精密位置決め部材１９２により固着され、該精密位置決め
部材は精密位置決め面２０３と当接する。通路２０４は、熱伝達装置２０１に形
成され且つ熱伝達媒体を通す設計とされている。より具体的には、該通路は、熱
伝達装置に形成された支承面２０６と強固に係合し且つ整合可能な一対のカプラ
ー２０５（その１つのみを図示）と接続可能な設計とされている。対のカプラー
２０５が熱伝達装置２０１と接続され且つ通路２０４と整合された状態で、熱伝
達媒体の流れは、カプラー２０５内の通路５５１を通って熱伝達装置２０１の通
路２０４内に流れることができる。

【００９８】支承面２０６及びカプラー２０５の各々における相応する面は、冷却媒体が継
手の周りで漏洩するのを防止するよう実質的に流体密のシールを形成する。更に
、１つの実施の形態において、支承面２０６は電気的接点を画成し、対のカプラ
ー２０５は熱伝達装置２０１と合わさったとき、回路が接続され且つ電流が熱伝
達装置２０１を通って流れ、種部分２０２を加熱するヒータを形成する。熱伝達
装置２０１は、開始種部分２０２の局部的な加熱を許容し且つ開始種部分２０２
の上で金型内で凝固する溶融金属からエネルギを吸引することを可能にする。

【００９９】図４５を参照すると、金型の薄いセラミックシェルとの当接関係から除去され
たエネルギ伝達装置２０１の１つの実施の形態の斜視図が図示されている。１つ
の形態において、エネルギ伝達装置２０１は、開始種部分２０２を有する一体的
主要本体２０７を有している。開始種部分は、鋳造用金型の種受け入れ部分内に
配置し、溶融金属が矢印Ｆの方向に溶融面２０８を横断して流れ得るようにする
ことが可能である。しかし、本発明は、一体型装置にのみ限定されず、多岐に亙
る幾何学的形態及び流路を有する組み立てた装置も含む。

【０１００】図４６Ａ及び図４６Ｂを参照すると、鋳造用金型２１０の一部分が図示されて
いる。１つの好ましい形態において、鋳造用金型２１０は、選択的レーザ励起又
は三次元的印刷により形成されるが、金型はこれら方法により製造された金型に
限定することを意図するものではなく、当業者に知られたその他の方法により製
造することができる。鋳造用金型２１０は、一体型鋳造用金型２１０内のキャビ
ティ２１２に溶融金属を供給する通路を提供する注入管２１１を備えている。１
つの実施の形態において、開始種２１３は、鋳造用金型２１０内に配置され且つ
ディフューザ２１１ａの排出部分２１６に対する所定の位置に開始種２１３の最
初の溶融面２１５ａを配置し得るように位置決め部材２１４により配置される。
ディフューザ２１１ａは、開始種の最初の溶融面２１５ａを溶融金属にて完全に
覆うことを可能にする。ディフューザ部分２１１ａの壁は、１５°乃至４５°の
範囲にあることが好ましい角度φにて開放する。開始種本体の一部分が最初に溶
融する間、開始種２１３に輸送されるエネルギを増し得るようにディフューザ部
分２１１ａは、開始種に亙る溶融金属の動きを遅くする。１つの実施の形態にお
いて、最初の溶融面２１５の高さ及びディフューザ部分２１１ａの形態は、種の
一部分を溶融させ得るように溶融金属から除去され且つ開始種２１３に輸送され
る熱の量を最大にし得るように選択される。

【０１０１】本発明の１つの実施の形態において、溶融可能な部材２２０は、鋳造用金型２
１０内に配置し、溶融金属の流れが部材２２０を溶融させ且つ溶融可能な部材か
ら成る材料を溶融金属と共に金型キャビティ２１２内に供給するようにする。溶
融可能な部材２２０は、注入管２１１の一部分内に配置される。しかし、溶融可
能な部材２２０の位置は、ディフューザ２１１ａのような他の場所とすることが
できる。１つの好ましい形態において、部材２２０は、溶融金属が充填管２１１
を通って流れるのを実質的に妨害せず且つ溶融金属の熱により容易に溶融される
ワイヤー又はメッシュである。溶融可能な部材２２０は、溶融し且つ溶融合金と
混合し、改良された展性及び／又は酸化抵抗性のような非限定的な性質を鋳造部
品に付与する。１つの形態において、溶融可能な部材２２０は、非限定的に希土
類金属元素のような反応性金属にて形成される。

【０１０２】図４７Ａ乃至図４７Ｃを参照すると、溶融金属は溶融面１８８ａを亙って矢印
Ｇの方向に流れるとき、開始種１８８の一部分が溶融して戻る状態が図示されて
いる。開始種１８８は、溶融端及び基端を有する金属部材であり、該基端は部材
に対し且つ／又は部材から熱を伝達し得るよう熱伝達装置と接触可能である。溶
融加速部分２２５が溶融端に形成され且つ参照番号Ｐで示した材料の最初の高さ
を有する。図４７Ａを参照すると、非溶融状態にある溶融部分が図示され、この
溶融部分は、基端の断面積よりも小さい断面積を有する。溶融金属が面１８８ａ
を亙って流れる時間の後、溶融部分２２５は部分的に溶融して戻る。面１８８ｂ
（図４７Ｂ）は、ある時間、溶融金属が通過した後の溶融部分２２５のプロファ
イルを示し、その高さはＱで示してある。図４７Ｃを参照すると、追加的な溶融
金属が溶融部分２２５を亙って流れるとき、溶融過程が続行し、プロファイルは
１８８ｃで示してあり、Ｒで示した高さを有する。溶融部分２２５の溶融が続く
と、凝固する金属からの熱伝達が生ずる溶融部分の表面積は、開始種１８８の基
部２２６の表面積と等しい寸法に近づく。１つの実施の形態において、種が溶融
して戻る状態が完了すると、溶融部分は、溶融金属から開始種への熱伝達を制限
しないよう基端に実質的に等しい断面積を有する。

【０１０３】図４８及び図４９を参照すると、本明細書で可能であると考えられる開始種の
他の実施の形態が図示されている。開始種２３０は、半円形の断面である溶融加
速部分２３１を有するが、非限定的に、溝付き面及び／又はギザギザ付き面のよ
うなその他の幾何学的形状も考えられる。開始種２３５は、溶融部分２３５ａと
、熱伝達媒体が通り得るように形成された通路２３６とを有する。本明細書にお
いて、開始種はその他の幾何学的形状が可能であり、また、溶融加速部分２３５
ａは備えなくてもよいが、熱伝達材料が流れるための通路を備えるようにしても
よいことが理解される。１つの代替的な実施の形態において、より多くの精緻な
冷却通路を形成し得るよう複数の内部通路が考えられる。

【０１０４】図５０を参照すると、鋳造装置１１５のような鋳造装置から溶融金属を分配す
る装置の別の実施の形態２３０が図示されている。溶融るつぼ２３１は、溶融金
属が底部壁部材の穴を通過しない点を除いて、溶融るつぼ１２２と実質的に同一
である。溶融金属供給通路２３２は、供給端部２３３及び排出端部２３４を有す
る。供給端部２３３は、溶融金属の面の下方から溶融金属が供給され、通路２３
２がるつぼ２３１内の溶融金属の柱状部分の高さまで充填される。供給通路２３
２から金型容器８０内への溶融金属の排出は、チャンバ１１７とチャンバ１１８
との間の圧力差によって制御される。

【０１０５】溶融金属供給通路２３２は、受動的な溶融金属流れ制御機能を有する。１つの
実施の形態において、通路２３２の部分２３２ａは、流れ制御手段として機能す
る。るつぼ内の溶融金属に十分な圧力が付与されたとき、通路２３２は、溶融金
属にて充填される。付与された圧力を解放すると、溶融金属はるつぼに戻り且つ
るつぼ内の溶融金属の高さに実質的に等しい通路内の高さに保たれる。１つの形
態において、溶融金属を部分２３２ａから且つノズル６００外に供給することは
、高さ「Ｃ」プラスチャンバ１１７及びチャンバ１１８の間の圧力差により制御
される所定の圧力及び速度で行われることになる。通路２３２を充填するのに必
要な作動エネルギは「Ｄ」で示してある。

【０１０６】装置の１つの好ましい形態において、溶融金属の排出は、るつぼ２３１内の溶
融金属に対し圧力を付与することで制御される。上述したように、溶融金属に付
与された圧力は、金属材料１３７を溶融金属内に前進させること、及び／又は不
活性ガスにより溶融金属の表面に圧力を付与することにより形成することができ
る。溶融金属の表面における圧力が上昇すると、追加的な溶融金属が供給端部２
３３及び供給通路２３２を通じて排出端部２３４に付勢される。排出端部２３４
にて、溶融金属は、ノズル６００を通って金型容器の入口（ｉｎｌｅｔ）まで流
れる。溶融金属に作用する圧力を解放すると、点２３５を超える溶融金属が供給
され、通路内の残る溶融金属はその位置に留まり且つ／又はるつぼ２３１に戻さ
れる。このため、金型容器８０への溶融金属の供給は、チャンバ１１７、１１８
の間の圧力差により制御される。１つの代替的な実施の形態において、金型容器
８０への溶融金属の流れは、溶融金属に作用する圧力を上昇させることに代えて
、容器の周りの圧力を下降させることにより行うことができる。

【０１０７】図５１を参照すると、溶融金属を鋳造装置１１５のような鋳造装置から分配す
る溶融金属の分配装置の１つの代替的な実施の形態２４０が図示されている。よ
り具体的には、溶融金属の分配装置２４０は、上方チャンバ１１７内に配置され
、金型８０は、下方チャンバ１１８内に配置されている。るつぼ２４１は、るつ
ぼ１２２と実質的に同様であり且つ金属材料を溶融させ得るようにヒータ１２３
により加熱される。るつぼの排出穴２４２がるつぼに形成され且つ壁部材１１４
を貫通する通路２４３と整合されている。ストッパロッド２４４が上方チャンバ
１１７内に配置されている。該ストッパロッド２４４は、密封面２４５が穴２４
２の周りでるつぼの壁に係合し、溶融金属が通過するのを防止する位置と、密封
面２４５が穴２４２の周りで壁と当接する関係から除去される別の位置との間に
て可動である。重力は、ストッパロッドの密封面２４５をその密封位置から除去
したとき、溶融金属が金型８０内に流れるのを許容する。

【０１０８】図５２を参照すると、溶融金属の分配装置１２５が内部に配置されたるつぼ１
２２の拡大図が図示されている。るつぼ１２２は穴７００を有している。溶融金
属の分配装置１２５は、互いに且つるつぼ１２２と流体的に連通した外側通路２
５０及び内側通路２５１を有している。複数の充填穴２５２は、るつぼ１２２内
の溶融金属が装置１２５の外側通路２５０内に流れるのを許容する。外側通路２
５０が溶融金属にて充填されると、溶融金属は、内側通路２５１の供給端部２５
１ａ内に溢れることができる。内側通路２５１は、排出端部２５１ｂを有し、溶
融金属はこの排出端部を通ってノズル２５３まで流れる。ノズル２５３の周りの
内側通路２５１の部分２５５は、溶融金属が蓄積するのを許容し、この溶融金属
は、ノズル２５３の温度を溶融金属のるつぼの温度近くに保つために使用される
。

【０１０９】１つの実施の形態において、熱遮蔽体及び／又はヒータ２５４は、ノズル２５
３から隔てられ且つ該ノズル２５３の周りに配置され、ノズルを機械的に保護し
、またノズルからの熱損失を少なくする。ノズル２５３は、るつぼの穴７００を
通って伸び且つ溶融金属の流れを集中させ得る設計とされた排出穴を有する。１
つの形態において、溶融金属の流れは、実質的に垂直に排出されるが、別の実施
の形態において、その流れは他の相対的な方向に排出される。１つの実施の形態
において、排出穴は、直径約３．１７５ｍｍ（約０．１２５インチ）であるが、
その他の寸法も考えられる。更に、ノズルは、溶融金属の排出が完了する毎にそ
れ自体でパージする点で自己洗浄型である。より具体的には、１つの実施の形態
において、ノズル２５３は尖った端部２５３ａを有する。

【０１１０】溶融金属の分配装置１２５の構造体は、複数の入口充填穴２５２を有し、内側
部材２５６が隔てられた外側部材２５７を備えることが好ましい。内側部材２５
６及び外側部材２５７は、アルミナ又はその他の適当なセラミックにて作られる
ことが好ましく、外側部材は、等しく隔てられた４つの入口充填穴２５２を有す
るが、入口穴のその他の数及び間隔も考えられる。内側部材及び外側部材はるつ
ぼ１２２の基部に接続される。より好ましくは、分配装置１２５は、一端にて閉
じられた第一の直立の外管２５７及び内方に隔てられた第二の直立の内管２５６
とを画成する。内管２５６及び外管２５７は、るつぼ１２２の底部壁部材７０１
に接続され且つ穴７００の周りに配置されている。１つの好ましい実施の形態に
おいて、内管２５６は、所定の量の溶融金属を保持する計測量供給キャビティを
画成する。

【０１１１】図５２ａを参照すると、溶融金属の分配装置の１つの代替的な実施の形態が図
示されている。溶融金属の分配装置６５０は、機械的ハウジング／るつぼ６５１
内に配置されさている。機械的ハウジングは、溶融金属を内部に受け入れ得るよ
うにされた内部容積６５２を有している。溶融金属の分配装置は、通路６５４が
形成された部材６５３を備えている。通路６５４の一端には溶融金属入口（ｉｎ
ｌｅｔ）６５５があり、その他端には溶融金属出口がある。１つの代替的な実施
の形態において、溶融金属の分配装置の一部分のみが溶融金属が配置された内部
容積内に配置される。通路６５４内に湾曲部分６５５が画成されている。溶融金
属は、通路６５４に入り且つ通路を通ってハウジング６５１内の溶融金属の高さ
まで流れる。機械的ハウジング内の溶融金属に圧力を付与したとき、溶融金属は
、湾曲部分６５５に駆動され且つ通路６５４を通って溶融金属出口まで流れ且つ
排出される。１つの形態において、溶融金属は、矢印Ａで示した第一の方向に流
れ、湾曲部分６５５に達し、この湾曲部分６５５から矢印Ｂで示した第二の方向
に流れる。溶融金属の入口６５５は、内部容積内の溶融金属の面６７０の下方に
配置されている。１つの実施の形態において、溶融金属の分配装置は一体に形成
されている。

【０１１２】溶融金属の分配装置６５０の１つの好ましい実施の形態において、通路は、実
質的にＵ字形の通路を形成し得るように湾曲部分と合わさる実質的に直立部分を
有する。更に、湾曲部分は機械的ハウジング／るつほ６５１内の溶融金属の高さ
よりも上方にあることが好ましい。１つの形態において、通路の一部分は、溶融
金属の入口と溶融金属の出口との間にて断面積が変化する。より好ましい形態に
おいて、通路の少なくとも一部分は湾曲部分の前にテーパーが付けられ、より好
ましくは、截頭円錐形の形状の通路を画成するようにする。１つの実施の形態に
おいて、通路６５４は、該通路と流体的に連通する状態に配置された通気口７０
０を有する。しかし、１つの代替的な実施の形態において、通路は該通路に接続
された通気口を有しない。通気口は通路を換気し且つ通路を加熱流体で洗浄する
ことを許容するために利用される。本発明は、溶融金属の分配装置の部品に対し
その他の幾何学的形状及び寸法とすることも可能と考える。

【０１１３】図５３Ａ乃至図５３Ｅを参照すると、溶融金属の分配装置１２５の１つの実施
の形態から溶融金属を分配する過程が図示されている。非溶融金属材料１３７が
るつぼ１２２内に前進すると、その材料は溶融し且つある量の溶融金属１２４を
形成する。溶融金属１２４は複数の充填穴２５２を通って装置１２５の外側通路
２５０内に流れる。非溶融金属材料１３７がるつぼ内に連続的に進み、その後に
、溶融すると、るつぼ１２２内での溶融金属の高さＨは、内側通路２５１の供給
端部２５１ａの高さまで上昇する。内側通路／計測量供給チャンバ２５１を溶融
金属で充填するため、チャンバ内の溶融金属１２４に追加的な力を付与すること
が必要となる。

【０１１４】この追加的な力は、非溶融金属材料１３７をるつぼ内の溶融金属の量内に連続
的に進めることで付与することができる。るつぼ内の溶融金属１２４に作用する
圧力を増すための第二の方法は、溶融合金の表面に対し加圧した不活性ガスを導
入することである。溶融金属に作用する追加的な圧力は溶融金属が充填穴２５２
を通って連続的に流れるようにする。その後、溶融金属は外側通路２５０から内
側通路の供給端部２５１ａにあふれる。内側通路の充填は、充填穴２５２は比較
的迅速な過程であり、それは、充填穴２５２はノズル２５３よりも実質的に大き
い材料の流入分が入口通路から排出されるようにすることを許容する寸法とされ
ているからである。内側通路２５１が溶融金属で実質的に充填されたとき、面１
２４ａに作用する圧力は除去され、内側通路２５１は最早、外側通路２５０から
溶融金属を受け取らず、該内側通路はその溶融金属の装荷分をノズル２５３を通
じて集中的な流れにて排出する。

【０１１５】溶融金属の分配装置の１つの実施の形態において、センサ８００（図５３Ｄ）
はノズルからの溶融金属の最初の流れを検出し得るようにノズル２５３に近接し
て配置されている。ノズル２５３から溶融金属の最初の流れが検出されたとき、
センサは、溶融金属の面１２４ａから更なる圧力が除去されるようにする信号を
送る。１つの実施の形態において、この信号は、溶融金属への圧力の付与を制御
する制御装置に送られる。溶融金属がノズル２５３から排出されたことの早期の
表示は、充填穴２５２及びノズル穴の全体寸法の差のため、内側通路２５１の充
填の完了と実質的に同時である。１つの実施の形態において、充填穴２５２から
の材料の流入は、ノズル穴を通る材料の流出量よりも著しく多い。

【０１１６】図５４を参照すると、溶融金属の圧力が時間の関数として図示されている。図
３６に図示した１つの実施の形態において、ノズル２５３は、充填管５２の入口
７８と流体的に連通状態に接続されている。次に、チャンバ１１７内の圧力を上
昇させるか又はチャンバ１１８内の圧力を減少させる何れかにより溶融金属の流
れを開始させることができる。チャンバ１１８内の圧力の減少は、金型の内部キ
ャビティを真空にし、これにより、残留する粉体のようなルーズな材料を除去す
ること、及び／又はアルミニウム、チタン及びハフニウムのような反応性元素を
保護するため金型のガス量を軽減させることの機能が可能である。更に、チャン
バ１１７内の圧力の上昇は、金型キャビティの細部を充填するのに役立つ。多く
の材料間の反応を抑制し且つ凝固に起因する収縮を軽減するためチャンバ１１７
内でより高圧力を使用することができる。

【０１１７】図５５を参照すると、その後の鋳造工程が行われるように加熱炉８０１内に配
置されたガスタービンエンジンブレード３０が図示されている。単結晶及び／又
は柱状粒子鋳造用のこの後鋳造加工工程は、熱等静圧加圧工程、均質化工程及び
焼入工程を含む。熱等静圧加圧工程は、部品３０を加熱炉８０１内に配置し且つ
部品に対し高温度及び圧力を作用させ、鋳造構造体から空隙を除去する。１つの
実施の形態において、熱等静圧加圧は、約１３０１．６７乃至１３１５．５６℃
（約２３７５乃至２４００°Ｆ）の温度及び約２０６．８４３ＭＰａ（約３０，
０００ｌｂｓ／平方インチ）の圧力にて行われる。この圧力は、アルゴンのよう
な不活性ガスにて供給されることが好ましい。図５５を参照すると、圧力は矢印
８０２で示し、温度は矢印８０３で示してある。

【０１１８】熱等静圧加圧工程後、部品に対し均質化工程を行い、これにより、凝固過程中
に分離するであろうし且つ鋳造構造体の初期の融点を上昇させる設計とされた要
素間に拡散を生じさせる。均質化サイクルは、部品に対し焼入ステップを行い、
その後に、焼鈍し工程を行うことで完了する。

【０１１９】本発明の１つの実施の形態において、３つの後鋳造工程は、加熱炉８０１内の
連続的な過程に組み合わされる。熱等静圧加圧工程は、鋳造品の空隙を少なくし
得るようにある時間、加熱炉８０１内の温度及び圧力を上昇させることにより加
熱炉８０１内で行われる。その後、加熱炉８０１内の温度は、部品３０を形成す
る材料の初期融点の約−３．８８９℃（２５°Ｆ）以内の値まで上昇させる。好
ましくは、加熱炉８０１内の温度は、ある時間、材料の融点の−１５℃（５°Ｆ
）以内まで上昇させる。均質化工程が完了した後、低温の不活性ガスを加熱炉８
０１内に高圧力で輸送することにより、焼入工程が行われる。鋳造部品の老化は
、所望に応じて真空又は圧力下にて続行させることができる。

【０１２０】鋳造工程の１つの好ましい形態は、約２５４ｃｍ（約１００インチ）／時の速
度、より好ましくは約１５２．４ｃｍ（約６０インチ）／時の速度にて単結晶が
成長することを許容する。しかし、その他の成長速度も考えられる。結晶をこれ
らの速度にて成長させ得ることは、より遅い凝固過程中に生じる合金中の元素の
分離を最小にする。合金中の元素の分離の減少により、後鋳造工程の均質化サイ
クルは、約２４時間以内で行われ、より好ましくは、約２時間で行われるように
する。大きい熱勾配及び比較的短い開始種を利用する結果、加工がより迅速とな
り、収縮率がより少なく、疲労性質を改良し、また、より大きい応力破断強度を
促進する、低分離を生ずる。

【０１２１】図５６を参照すると、金属柱状粒子の開始種９００が図示されている。開始種
９００は、指向性凝固した柱状粒子部品９０１を成長させる設計とされている。
開始種９００は、鋳造部品に再現することが望ましい極めて細かい粒子９０２を
有している。金属開始種９００のこの精密に配向した結晶学的構造体は鋳造部品
にこの構造を付与するために使用される。

【０１２２】本発明は図面に図示し且つ上記の説明にて詳細に記載したが、これは単に一例
でありその性質を限定するものであると見なすべきではなく、好ましい実施の形
態のみを図示し且つ説明したものであり、本発明の精神に属する全ての変更及び
改変は、保護の対象に含めることを望むものであることが理解される。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガスタービンエンジンの図である。

【図２】図１のガスタービンエンジン内のガスタービンエンジンブレードの斜視図であ
る。

【図３】図２の一部分のガスタービンエンジンブレードを備える、内部冷却通路の１つ
の実施の形態の平面図である。

【図４】薄い外壁を有する鋳造翼の１つの実施の形態の断面図である。

【図５】多数壁鋳造構造体の１つの実施の形態の図である。

【図６】本発明の１つの面による方法にて製造された前縁を有する雰囲気空気／航空機
の１つの実施の形態の図解図である。

【図７】鋳造弁体の１つの実施の形態の図である。

【図８】開始種からの樹枝状成長の図である。

【図９】本発明の１つの実施の形態による鋳造用金型の一部分の図である。

【図１０】本発明の別の実施の形態による鋳造用金型の一部分の図である。

【図１１】製造サイクルが実質的に完了したときの図１０の鋳造用金型の図である。

【図１２】鋳造用金型装置用の製造ファイルを作製する方法の１つの実施の形態のフロー
チャートである。

【図１３】立体リソグラフィ法により製造される図１０の鋳造用金型の図である。

【図１４】層状製造構造体の層を画成する境界を拡大した、図１０の鋳造用金型の図であ
る。

【図１５】図１４の層状製造構造体の一部分の拡大図である。

【図１６】図１０の鋳造用金型の一部分を備える壁構造体の１つの代替的な実施の形態の
図である。

【図１７】図１０の鋳造用金型の一部分を備える壁構造体の１つの代替的な実施の形態の
図である。

【図１８】図１０の鋳造用金型の一部分を備えるコアの１つの代替的な実施の形態の図で
ある。

【図１９】図１０の鋳造用金型の一部分を備えるコアの１つの代替的な実施の形態の図で
ある。

【図２０】本発明の鋳造用金型の１つの代替的な実施の形態の断面図である。

【図２１】図２０の鋳造用金型の斜視図である。

【図２２】図２０の鋳造用金型の線２２−２２に沿った断面図である。

【図２３】本発明の鋳造用金型の別の実施の形態の断面図である。

【図２４】素セラミック金型を焼結する加熱炉内の鋳造用金型の概略図である。

【図２５】頂部材を更に備える、本発明の１つの実施の形態である自由形態にて製造した
一体型鋳造用金型の図である。

【図２６】図２５の一体型鋳造用金型が内部に配置された金型容器の部分図である。

【図２７】加熱リングを更に備える図２６の金型容器の１つの代替的な実施の形態の部分
図である。

【図２８】線２８−２８に沿った図２７の断面図である。

【図２９】ヒータを更に備える、図２７の金型容器の１つの代替的な実施の形態の断面図
である。

【図３０】鋳造用金型から非結合材料を除去する装置の図である。

【図３１】鋳造用金型から非結合材料を除去する図３０の装置の１つの実施の形態の図で
ある。

【図３２】本発明の鋳造装置の１つの実施の形態の図である。

【図３３】本発明の部品を鋳造する鋳造装置の１つの実施の形態の断面図である。

【図３４】図３３の鋳造装置の概略図である。

【図３５】本発明の部品を鋳造する鋳造装置の１つの代替的な実施の形態の断面図である
。

【図３６】本発明の部品を鋳造する鋳造装置の１つの代替的な実施の形態の断面図である
。

【図３７】本発明の部品を鋳造する鋳造装置の１つの代替的な実施の形態の断面図である
。

【図３８】開始種にエネルギを伝達する熱伝達装置の１つの実施の形態の斜視図である。

【図３９】開始種を加熱する電気的手段を更に備える、図３８の熱伝達装置の斜視図であ
る。

【図４０】鋳造容器内に配置された開始種にエネルギを伝達する熱伝達装置の開始位置か
位置にあるときの１つの代替的な断面図である。

【図４１】閉じた位置にあるときの図４０の熱伝達装置の断面図である。

【図４２】鋳造用金型内の開始種にエネルギを伝達する熱伝達装置の１つの代替的な実施
の形態の断面図である。

【図４３】鋳造用金型内の開始種にエネルギを伝達する熱伝達装置の１つの代替的な実施
の形態の断面図である。

【図４４】鋳造用金型から熱を除去する熱伝達装置の１つの代替的な実施の形態の断面図
である。

【図４５】図４４の熱伝達装置の斜視図である。

【図４６】４６Ａは、金属開始種を有する鋳造用金型の一部分の図である。４６Ｂは、４６Ａの線４６−４６に沿った断面図である。

【図４７】４７Ａは、金属開始種の１つの実施の形態の斜視図である。４７Ｂは、ある量の溶融金属がその上を通った後の図４７Ａの金属開始種の斜
視図である。４７Ｃは、追加の量の溶融金属がその上を通った後の図４７Ｂの金属開始種の
斜視図である。

【図４８】本発明の開始種の１つの代替的な実施の形態の図である。

【図４９】貫通路を有する本発明の開始種の図である。

【図５０】鋳造装置内に配置された溶融金属供給装置の１つの代替的な実施の形態の断面
図である。

【図５１】鋳造装置内に配置された溶融金属供給装置の１つの代替的な実施の形態の断面
図である。

【図５２】図３３の溶融金属供給装置の拡大図である。５２ａは、溶融金属供給装置の１つの代替的な実施の形態の図である。

【図５３】５３Ａは、第一の段階における図５２の溶融金属供給装置の図である。５３Ｂは、第二の段階における図５２の溶融金属供給装置の図である。５３Ｃは、第三の段階における図５２の溶融金属供給装置の図である。５３Ｄは、第四の段階における図５２の溶融金属供給装置の図である。５３Ｅは、第五の段階における図５２の溶融金属供給装置の図である。

【図５４】装荷圧力が時間と共に変化する過程のグラフである。

【図５５】ある圧力及び温度環境内の図２のガスタービンエンジンブレードの図である。

【図５６】溶融金属が指向性凝固した多結晶製品を形成し得るように凝固する指向性凝固
した開始結晶の図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２２Ｃ 9/06 Ｂ２２Ｃ 9/06 Ｂ 9/10 9/10 ＤＥＪ 9/24 9/24 ＣＢ２２Ｄ 18/04 Ｂ２２Ｄ 18/04 ＡＢＧＮＶＺ 23/00 23/00 Ａ 27/08 27/08 33/02 33/02 39/06 39/06 43/00 43/00 ＧＦ０１Ｄ 5/18 Ｆ０１Ｄ 5/18 5/28 5/28 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｄ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ブレイディ，ガイ・アレンアメリカ合衆国インディアナ州46032，カーメル，ファームビュー・コート 1105 (72)発明者クッシュ，マシューアメリカ合衆国インディアナ州46142，グリーンウッド，パロ・ヴィスタ・ロード 1249 (72)発明者ヴェスリー，パトリック・エイアメリカ合衆国インディアナ州46074，ウエストフィールド，イースト・トゥーハンドレッドアンドセカンド・ストリート 2502 Ｆターム(参考） 3G002 CA07 CA11 CA15 CB01 EA06 4E014 LA02 LA09 LA10 LA11 PA06 4E093 NA02 NA03 NA04 NB05 NB08 NB10 PA03 QA01 QB01 QC10 UC01 UC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】装置において、溶融金属を指向性凝固により少なくとも１つの結晶を成長させるために適用可
能な金属種であって、溶融金属を受け入れる部分と、溶融金属の少なくとも一部
が凝固する間、熱伝達媒体を通し得るようにされた少なくとも１つの内部通路と
を有する前記金属種を備える、装置。
【請求項２】請求項１の装置において、前記金属種が超合金材料にて形成され且つ溶融した超合金材料から結晶を成長
させ得るようにされた、装置。
【請求項３】請求項１の装置において、前記少なくとも１つの通路が、熱伝達媒体を通し得るようにされた複数の通路
を画成する、装置。
【請求項４】請求項１の装置において、前記種が、第一の端部及びその反対側の第二の端部を有し、前記部分が、前記第一の端部に形成され、熱状態に応答して固体状態から液体
状態に相変化させる溶融加速手段を備える、装置。
【請求項５】請求項４の装置において、前記加速手段が減少した断面積を有する部分を画成する、装置。
【請求項６】請求項５の装置において、前記加速手段が略屋根の形状をしている、装置。
【請求項７】溶融金属を製品に凝固するときに使用される金属種結晶にお
いて、溶融端部及び基端を有し、該溶融端部及び基端の間に溶融部分及び非溶融部分
を有する金属部材であって、前記基端が前記部材から熱を伝達すべく吸熱体（ｈ
ｅａｔｓｉｎｋ）に接触し得るようにされた第一の面を画成する前記金属部材
と、前記溶融端部に形成され且つ溶融金属を受け入れ得るようにされた前記溶融部
分であって、前記第一の面の面積よりも小さい断面の非溶融状態と、前記溶融部
分が前記基端への熱伝達を制限しないように前記第一の面と実質的に等しい断面
積を有する溶融状態とを有する前記溶融部分とを備える、金属種結晶。
【請求項８】請求項７の金属種において、前記部材が超合金材料にて形成される、金属種。
【請求項９】請求項７の金属種において、少なくとも１つの内部に形成された通路を更に備え、該少なくとも１つの内部に形成された通路が、熱伝達媒体を通過し得るように
された、金属種。
【請求項１０】請求項７の金属種において、前記金属部材が細かい粒子の柱状構造体を有する、金属種。
【請求項１１】溶融金属が指向性凝固する間、金属開始種と熱交換する装
置において、金属開始種を機械的に把持し且つ金属材料が凝固するとき、開始種に対する熱
伝達路を維持する少なくとも１つの部材と、熱を除去し得るように前記少なくとも１つの部材と接続された熱伝達吸熱体（
ｓｉｎｋ）とを備える、装置。
【請求項１２】請求項１１の装置において、前記少なくとも１つの部材が、開始種に対して熱伝達可能に当接して配置され
た一対の機械的部材を画成する、装置。
【請求項１３】請求項１１の装置において、前記熱伝達吸熱体が能動的装置である、装置。
【請求項１４】請求項１３の装置において、前記少なくとも１つの部材が通路を備え、前記熱伝達吸熱体が前記熱伝達通路を貫通して通る熱伝達媒体を画成する、装
置。
【請求項１５】請求項１４の装置において、前記熱伝達媒体が液体金属である、装置。
【請求項１６】請求項１１の装置において、前記少なくとも１つの部材が一対の部材を画成し、該一対の部材の各々が、開始種と当接し且つ熱伝導可能な関係にあるジョー部
分を有し、該ジョー部分の各々が、前記熱伝達吸熱体と流体的に連通する熱伝達通路を有
する、装置。
【請求項１７】請求項１６の装置において、前記熱伝達吸熱体が流体を画成する、装置。
【請求項１８】請求項１６の装置において、前記種が、時間と共に変化する熱流量と、核形成と関係した第一の熱勾配と、
結晶の成長と関係した第二の熱勾配とを有し、該第二の熱勾配が前記第一の熱勾配よりも大きい、装置。
【請求項１９】請求項１１の装置において、前記少なくとも１つの部材と接続された熱伝達源を更に備え、該熱伝達源が、金属開始種を局部的に加熱し得るように前記少なくとも１つの
部材にエネルギを伝達し得るようにされた、装置。
【請求項２０】請求項１９の装置において、前記熱伝達源が前記少なくとも１つの部材を通じて電流を流す電源を備え、こ
れにより、金属種が抵抗加熱される、装置。
【請求項２１】請求項１１の装置において、鋳造用金型を更に備え、開始種が該鋳造用金型内に配置される、装置。
【請求項２２】請求項２１の装置において、開始種が溶融金属を受け入れ得るようにされた第一の面を有し、該第一の面を
所定の位置にて精密に配置し且つ保持する手段を更に備える、装置。
【請求項２３】請求項２２の装置において、開始種が第二の面を有し、精密に配置し且つ保持する前記手段が、前記第二の面に接触する部材を備える
、装置。
【請求項２４】請求項２２の装置において、開始種が該開始種の上に形成された精密な配置特徴部を備え、精密に配置し且つ保持する前記手段が、前記少なくとも１つの部材の一部分に
より画成され、前記一部分が、開始種に形成された前記精密な配置特徴部と相互に係合する、
装置。
【請求項２５】請求項１１の装置において、前記熱伝達吸熱体が、受動的装置である、装置。
【請求項２６】請求項１２の装置において、開始種が該種に形成された一対の配置特徴部を備え、該対の機械的部材の各々の一部分が、開始種を所定の位置に配置し得るように
前記配置特徴部の１つと係合可能である、装置。
【請求項２７】装置において、排出孔を有するるつぼと、るつぼ内の金属材料を溶融させるべく内部に配置された前記るつぼを有する真
空加熱炉と、金属開始種と、前記開始種を受け入れ得るようにされた開口部と、前記排出孔から排出された
溶融金属材料を受け入れる内部キャビティとを有する鋳造用金型であって、前記
開始種が前記開口部内に配置され且つ前記内部キャビティ内に受け入れた溶融金
属材料が接触可能である、前記鋳造用金型と、第一の期間の間、前記開始種に対し選択的にエネルギを追加し得るように前記
開始種に接続されるヒータとを備え、開始種が前記キャビティ内に注入された金属に接続され、前記キャビティ内で金属材料が指向性凝固する間、熱が前記開始種を通じて吸
引される、装置。
【請求項２８】請求項２７の装置において、前記開始種を把持する少なくとも１つの部材を更に備え、該少なくとも１つの部材が前記開始種に対する熱伝達路を確立する、装置。
【請求項２９】請求項２８の装置において、前記少なくとも１つの部材が、熱伝達媒体が通るための熱伝達通路を備え、こ
れにより、熱がキャビティ内の溶融金属から前記開始種まで伝導的に伝達され、前記熱伝達通路内で前記熱伝達媒体が循環することにより、前記開始種内に熱
勾配が生じ且つキャビティ内の溶融金属が指向性凝固するようにした、装置。
【請求項３０】請求項２９の装置において、ヒータが第一の時間と第二の時間との間にて、前記種の熱勾配を変化させ得る
ように操作される、装置。
【請求項３１】装置において、機械的ハウジングを有する真空加熱炉と、該機械的ハウジング内に配置され、排出オリフィスを有するるつぼと、るつぼ内の前記金属材料を溶融させ得るように前記ハウジング内に且つ前記る
つぼに隣接して配置されたヒータと、前記オリフィスを通じて排出された溶融金属材料を受け入れるキャビティと、
前記キャビティの溶融金属材料と接触するように前記金型内に開始種を配置する
部分とを有する鋳造用金型とを備え、前記開始種が、熱伝達媒体が通るための少なくとも１つの通路を有する金属本
体を備える、装置。
【請求項３２】請求項３１の装置において、前記金型が、熱損失を防止し得るように絶縁され、前記溶融金属材料からの熱が前記開始種を通じて吸引され、これにより、溶融
金属材料が指向性凝固されるようにした、装置。
【請求項３３】請求項３２の装置において、溶融金属材料の指向性凝固が単結晶部品を形成する、装置。
【請求項３４】請求項１１の装置において、前記少なくとも１つの部材と接続され且つ金属開始種の局部的な加熱を増し得
るようにされた熱伝達源を更に備える、装置。
【請求項３５】請求項３４の装置において、前記熱伝達源が、第一のモードにて種を通る熱勾配を減少させ得るように調節
され、前記熱伝達吸熱体が、第二のモードにて種を通る熱勾配を増大させ得るように
調節される、装置。
【請求項３６】請求項１１の装置において、前記少なくとも１つの部材と接続され且つ金属開始種を加熱し得るようにされ
た熱伝達源を更に備え、前記熱吸熱体及び前記熱源が同時に作動可能である、装置。
【請求項３７】溶融金属を注入する装置において、貫通する孔が形成された底部壁部材を有するるつぼと、該るつぼ内に配置された直立の第一の管であって、前記孔の周りに配置され且
つ前記底部壁部材に接続された第一の端部と、閉じられた他端である第二の端部
とを有し、溶融金属が前記るつぼから前記第一の管まで流れるのを許容するする
少なくとも１つの入口部（ｅｎｔｒａｎｃｅ）を有する前記直立の第一の管と、該第一の管内に配置された直立の第二の管であって、前記底部壁部材に接続さ
れ且つ前記孔と流体的に連通した一端と、前記第一の管からの入口（ｉｎｌｅｔ
）を画成する他端とを有し、ある量の溶融金属を受け入れ得るようにされた第一
のキャビティを有する前記直立の第二の管と、溶融金属が前記少なくとも１つの入口部から前記入口まで流れ得るように前記
第二の管に沿って伸びる通路とを備える、装置。
【請求項３８】請求項３７の装置において、前記孔と流体的に連通するノズルであって、溶融金属の実質的に垂直な流れを
供給し得るようにされた前記ノズルを更に備える、装置。
【請求項３９】請求項３７の装置において、前記孔と接続され且つ第二の管の前記第一のキャビティと流体的に連通したノ
ズルを更に備え、該ノズルが、溶融金属を受け入れ得るようにされた入口と、溶融金属を排出し
得るようにされた出口とを有し、第一の圧力の第一のチャンバ、第二の圧力の第二のチャンバを有する機械的ハ
ウジングを更に備え、前記るつぼが、前記第一のチャンバ内に配置され、ノズルの前記出口が前記第二のチャンバ内に配置される、装置。
【請求項４０】請求項３９の装置において、前記第一のチャンバと前記第二のチャンバとの間に圧力差を発生させる圧力差
手段を更に備え、前記圧力差手段が前記第一の圧力が前記第二の圧力よりも高圧となるようにさ
せたとき、前記るつぼ内の溶融金属は、前記少なくとも１つの入口部を通り且つ
前記第二の管に沿って前記通路内に流れるようにした、装置。
【請求項４１】請求項４０の装置において、前記圧力差手段が、前記第一のチャンバと流体的に連通した加圧ガス供給分を
含み、前記加圧ガスの供給分が、前記第一のチャンバ内の前記第一の圧力を上昇させ
得るように制御される、装置。
【請求項４２】請求項４０の装置において、前記圧力差手段が、前記第一のチャンバ内に伸びるある量の非溶融金属の貯蔵
分（ｓｔｏｃｋ）を含み、該非溶融金属貯蔵分は、前記第一の圧力を上昇させ得るように前記るつぼ内の
溶融金属内へ前進するようにした、装置。
【請求項４３】請求項４０の装置において、前記圧力差手段が、前記第二のチャンバと流体的に連通した真空圧を備え、該真空圧が前記第二の圧力を減少させるよう作用可能である、装置。
【請求項４４】請求項３９の装置において、前記出口と前記少なくとも１つの入口部との間の寸法の差が、前記少なくとも
１つの入口部を通る溶融金属の体積流量が前記出口を通る溶融金属の体積流量よ
りも実質的に多くなることを許容する、装置。
【請求項４５】請求項４４の装置において、前記少なくとも１つの入口部が複数の入口部を画成する、装置。
【請求項４６】請求項３９の装置において、前記ノズルが前記第二の管内に伸びる直立部分を備え、第二のキャビティが、前記第二の管と前記ノズルの前記直立部分との間に画成
され、前記第二のキャビティが、溶融金属を受け入れ且つ前記ノズルの前記直立部分
を加熱し得るようにされた、装置。
【請求項４７】請求項３７の装置において、前記第一のキャビティが所定の量の溶融金属を保持する計測量供給キャビティ
を画成する、装置。
【請求項４８】請求項４０の装置において、前記出口に近接して配置されたセンサを更に備え、該センサは、前記出口から溶融金属の最初の流れを検出し且つ前記圧力差手段
と連通し、前記第一のチャンバと前記第二のチャンバとの間の圧力差の発生を停
止させる、装置。
【請求項４９】請求項３９の装置において、前記ノズル及び前記第一の管並びに前記第二の管が互いに対して平行であり、前記少なくとも１つの入口部が第一の管の前記第一の端部に隣接して配置され
る、装置。
【請求項５０】真空加熱炉内で鋳造用金型内に溶融金属を注入する方法に
おいて、排出孔を有するるつぼであって、該るつぼ内に配置された注入アセンブリを有
し、該注入アセンブリが、直立の内管の周りに配置された直立の外管を有し、該
内管が排出孔と流体的に連通した前記るつぼを提供することと、るつぼ内の金属材料を液体状態に溶融させることと、液体状態の金属をるつぼから外管と内管との間に画成されたキャビティ内に流
動させることと、液体状態の金属が内管内に流れ且つ該内管を充填するようにキャビティを過剰
充填することと、内管の充填を停止することと、液体状態の金属を内管から排出することとを備える、方法。
【請求項５１】請求項５０の方法において、前記るつぼを提供するとき、外管が複数の入口孔を有することと、前記液体状態の金属を流動させることが、溶融金属を複数の入口孔を通じて流
すことを含むことと、排出孔とるつぼ内の溶融金属との間の圧力差を上昇させることとを更に含む、
方法。
【請求項５２】請求項５１の方法において、前記圧力差を上昇させることがるつぼ内の溶融金属に正圧を付与することを
含む、方法。
【請求項５３】請求項５２の方法において、前記正圧を付与することが、非溶融金属の貯蔵分をるつぼ内の溶融金属内に進
めることを含む、方法。
【請求項５４】請求項５０の方法において、前記流動させることが、るつぼ内の溶融金属と外管及び内管の間のキャビティ
との間にて圧力差を発生させることを含み、るつぼ内の溶融金属に作用する圧力が外管及び内管の間のキャビティ内の圧力
よりも高圧である、方法。
【請求項５５】請求項５４の方法において、前記キャビティを溢れさせることが、るつぼ内の溶融金属と外管及び内管の間
のキャビティとの間にて圧力差を維持することを含み、るつぼ内の溶融金属に作用する圧力が外管及び内管の間のキャビティ内の圧力
よりも高圧である、方法。
【請求項５６】請求項５５の方法において、内管及び外管の間のキャビティ内の圧力がるつぼ内の溶融金属の圧力よりも高
圧となったとき、前記停止が為される、方法。
【請求項５７】請求項５０の方法において、排出孔と流れ連通状態のノズルを提供することを更に含み、ノズルの少なくとも一部を加熱し得るようにある量の溶融金属をキャビティ内
に流動させることを更に含む、方法。
【請求項５８】請求項５０の方法において、排出孔からの溶融金属の排出を感知することを更に含み、感知が為されたとき、前記停止が為される、方法。
【請求項５９】請求項５０の方法において、溶融金属を受け入れ得るようにされた鋳造用金型を提供することを更に含み、溶融金属の排出口を狭小な通路内の鋳造用金型に接続することを更に含む、方
法。
【請求項６０】請求項５９の方法において、排出孔と流れ連通状態で且つ該排出孔から伸びるノズルを提供することを更に
含み、前記排出口の前方にて鋳造用金型への入口に隣接して前記ノズルを配置するこ
とを更に含む、方法。
【請求項６１】請求項６０の方法において、前記排出口が実質的に垂直な溶融金属の流れを供給する、方法。
【請求項６２】請求項６０の方法において、鋳造用金型の入口をノズルと整合させ得るように鋳造用金型を動かすことを更
に含む、方法。
【請求項６３】装置において、機械的ハウジングと、溶融金属を受け入れ得るようにされ、前記ハウジング内に配置されたるつぼと
、るつぼを加熱し且つ該るつぼ内で受け取った金属を溶融させ得るように該るつ
ぼに隣接して配置されたヒータと、前記るつぼ内に配置された圧力制御の精密注入アセンブリであって、溶融金属
材料が前記るつぼから前記外側キャビティまで流れるための少なくとも１つの入
口部と、溶融した金属材料が内側計測量供給キャビティに流れるための出口とを
有する外側キャビティを備える前記注入アセンブリとを備え、該注入アセンブリが、前記内側計測量供給キャビティが満杯となる迄、前記内
側計測量供給キャビティが前記外側キャビティから溶融した金属材料を受け取る
第一の状態と、前記内側キャビティへの溶融した金属材料の流れが停止され、前
記内側計測量供給キャビティ内の溶融した金属材料が排出される第二の状態とを
有する、装置。
【請求項６４】請求項６３の装置において、前記るつぼが排出開口部を有し、前記第二の状態において、前記内側計測量供給キャビティ内の溶融した金属材
料が前記排出開口部を通って流れる、装置。
【請求項６５】請求項６４の装置において、前記るつぼに接続され且つ前記排出開口部と流体的に連通状態のノズルを更に
備える、装置。
【請求項６６】請求項６５の装置において、前記機械的ハウジングが第一のチャンバと第二のチャンバとを有し、前記るつぼが該第一のチャンバ内に配置され、前記第二のチャンバ内の圧力が前記第一のチャンバ内の圧力よりも高圧である
とき、前記第二の状態が溶融金属を排出する、装置。
【請求項６７】請求項６５の装置において、前記るつぼが底部壁部材を備え、前記排出開口部が該底部壁部材に形成され、前記圧力制御された精密注入アセンブリが、前記底部壁部材に接続され且つ前
記排出開口部の周りに配置された直立の外管を備え、前記圧力制御された精密注入アセンブリが、前記底部壁部材に接続され且つ前
記排出開口部の周りに配置された直立の内管を備え、前記直立の内管が前記直立の外管内に配置され、前記外側キャビティが該各管の間に配置され、記内側計測量供給キャビティが前記内管内に配置される、装置。
【請求項６８】請求項６７の装置において、前記ノズル出口と前記少なくとも１つの入口部との間の面積の差が、前記少な
くとも１つの入口部を通る溶融金属の体積流量が前記出口を通る溶融金属の体積
流量よりも実質的に大きいことを許容する、装置。
【請求項６９】溶融金属を分配する装置において、第一の圧力の第一のチャンバと、第二の圧力の第二のチャンバとを有する機械
的ハウジングと、該機械的ハウジングの前記第一のチャンバ内に配置され且つ非溶融金属材料の
貯蔵分（ｓｔｏｃｋ）を受け入れ得るようにされたるつぼと、該るつぼに隣接して配置され且つ該るつぼ及び非溶融金属材料の少なくとも一
部を加熱し、溶融金属状態にし得るようにされたヒータとを備え、前記るつぼがヒータにより溶融された溶融金属の容積を保持し、第一及び第二の端部を有し且つ該第一及び第二の端部の間の流体的連通路を有
する管であって、前記第一の端部が溶融金属の容積の表面の下方に配置され、第
二の端部が前記第二のチャンバと流体的連通状態に配置され且つ排出孔を画成す
る前記管と、前記第一のチャンバ内に配置され且つ溶融金属の容積に作用し、その圧力を上
昇させる圧力差装置であって、溶融金属が、前記通路を通って前記第二の端部か
ら流出するようにし、前記圧力差装置が非溶融金属材料の少なくとも一部分によ
り画成される前記圧力差装置とを備える、装置。
【請求項７０】請求項６９の装置において、前記圧力差装置が、追加的な非溶融金属材料により補充される消費可能な部材
を画成する、装置。
【請求項７１】請求項７０の装置において、前記第一のチャンバが非溶融金属材料の貯蔵分が通り得るようにされた孔を有
し、該貯蔵分の周りに実質的に流体密のシールが形成される、装置。
【請求項７２】溶融金属を注入する装置において、底部壁部材と溶融金属を保持し得るようにされた内部容積とを有する機械的ハ
ウジングと、内部容積内の溶融金属の表面の下方から溶融金属を受け入れ得るようにされた
第一の溶融金属入口端と、その間に通路を有する第二の溶融金属出口端とを備え
る溶融金属の供給部材とを備え、該供給部材の少なくとも一部分が前記機械的ハウジング内に配置され、前記通路が、第一の通路部分と、第二の通路部分と、溶融金属の流動方向が変
化する湾曲部分（ｉｎｆｌｅｃｔｉｏｎｐｏｒｔｉｏｎｓ）とを有し、第一の排出モードにおいて、前記第一の通路部分内の溶融金属の第一の流動方
向が、前記溶融金属の入口から前記湾曲部分に向け且つ前記第二の通路部分を通
って前記湾曲部分から第二の方向に前記出口に向かう、装置。
【請求項７３】請求項７２の装置において、前記第一の通路部分及び前記第二の通路部分並びに前記湾曲部分が実質的にＵ
字形の形状を画成する、装置。
【請求項７４】請求項７２の装置において、前記湾曲部分が前記内部容積内の溶融金属の表面の上方にある、装置。
【請求項７５】請求項７４の装置において、湾曲部分内の溶融金属の圧力が、前記溶融金属の入口又は前記溶融金属の出口
の何れかの圧力よりも大きい、装置。
【請求項７６】請求項７５の装置において、前記溶融金属の供給部材が一体的に形成された、装置。
【請求項７７】請求項７２の装置において、前記第二の通路部分が計測量供給キャビティを画成する、装置。
【請求項７８】請求項７２の装置において、前記通路の断面積が前記第一の入口端と前記第二の出口端との間で変化する、
装置。
【請求項７９】請求項７８の装置において、前記第一の通路部分が前記湾曲部分の前でテーパーが付けられる、装置。
【請求項８０】請求項７８の装置において、前記第一の通路が、前記湾曲部分の前方に実質的に截頭円錐形の形状部分を有
する、装置。
【請求項８１】鋳造用金型において、自由形態に製造したセラミックシェルであって、溶融金属を受け入れ得るよう
にされたキャビティを画定する薄い第一の外壁を有する前記セラミックシェルと
、内面を有する第二の外壁を備える容器であって、前記シェルが内部に配置され
且つ前記内面から隔てられる前記容器と、前記第一の外壁と前記内面との間の空間を実質的に充填し且つ前記シェルを補
強する少なくとも１つの支持部材とを備える、鋳造用金型。
【請求項８２】請求項８１の鋳造用金型において、前記セラミックシェルが開始種を受入れる入口を有する、鋳造用金型。
【請求項８３】請求項８１の鋳造用金型において、前記セラミックシェルが一体的な構造である、鋳造用金型。
【請求項８４】請求項８３の鋳造用金型において、前記一体的な構造体が三次元的印刷技術による製造と適合する、鋳造用金型。
【請求項８５】請求項８３の鋳造用金型において、前記一体的構造体が選択的レーザ励起技術による製造と適合する、鋳造用金型
。
【請求項８６】請求項８１の鋳造用金型において、前記容器及び前記セラミックシェルが締り嵌め（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ
ｆｉｔ）にて接続される、鋳造用金型。
【請求項８７】請求項８６の鋳造用金型において、前記セラミックシェルが頂部材部分と底部部材部分とを備え、前記容器が管を画成し、前記内面の一部分が前記頂部材部分及び前記底部材部分と締り嵌めする、鋳造
用金型。
【請求項８８】請求項８７の鋳造用金型において、前記容器が多孔質セラミック、セラミック繊維マット及び熱バリア被覆金属の
1つから選んだ材料にて形成される、鋳造用金型。
【請求項８９】請求項８１の鋳造用金型において、前記少なくとも１つの支持部材が前記第一の外壁と前記内面との間の前記空間
を充填する複数の支持部材を画成する、鋳造用金型。
【請求項９０】請求項８９の鋳造用金型において、前記複数の支持部材がセラミック媒体部材により画成される、鋳造用金型。
【請求項９１】請求項９０の鋳造用金型において、前記複数の支持部材が、約０．２５４ｍｍ（約０．０１０インチ）乃至約２．
５４ｍｍ（約０．１００インチ）の範囲の寸法を有する、鋳造用金型。
【請求項９２】請求項８１の鋳造用金型において、前記セラミックシェルが、略翼形状部分を有し、前記キャビティが略翼形状である、鋳造用金型。
【請求項９３】請求項８１の鋳造用金型において、前記セラミックシェルが、金属開始種を受け入れ得るようにされた入口を有す
る一体的構造体を画成し、前記セラミックシェルが、一体的な頂部材及び一体的な底部材部分を有し、前記内面の一部分が頂部材及び前記底部材と締り嵌め状態に配置され、前記少なくとも１つの支持部材が、前記第一の外壁と前記内面との間の前記空
間を充填する複数のセラミック部材を画成する、鋳造用金型。
【請求項９４】請求項９３の鋳造用金型において、前記容器内に配置された少なくとも１つの補助的ヒータを更に備える、鋳造用
金型。
【請求項９５】請求項８１の鋳造用金型において、前記セラミックシェルが実質的に高密度である、鋳造用金型。
【請求項９６】鋳造用金型において、内面を有する第一の外壁を備える耐火性部材と、厚さが約１．０１６ｍｍ（約０．０４０インチ）以下の第二の外壁及び溶融金
属を受け入れるキャビティを有する一体的な多数壁セラミックシェルであって、
前記シェルが、前記溶融金属受け入れ用キャビティ内に開放する開始種の受け入
れ入口部分を備え、かつ前記シェルが前記耐火性部材内に配置される前記セラミ
ックシェルと、前記外壁に当接し且つ該外壁を補強し得るように、前記第一の外壁と前記第二
の外壁との間にて前記容器内に配置された少なくとも１つの支持部材とを備える
、鋳造用金型。
【請求項９７】請求項９６の鋳造用金型において、前記耐火性部材及び前記セラミックシェルが締り嵌め状態に接続される、鋳造
用金型。
【請求項９８】請求項９７の鋳造用金型において、前記少なくとも１つの支持部材が、前記耐火性部材内に配置された複数の支持
部材を画成する、鋳造用金型。
【請求項９９】請求項９６の鋳造用金型において、前記耐火性部材が、内部キャビティを有する厚肉壁の繊維状セラミック部材で
あり、前記少なくとも１つの支持部材が、前記第二の外壁と前記内面との間の空間を
充填する複数のセラミック部材を画成する、鋳造用金型。
【請求項１００】請求項９６の鋳造用金型において、前記セラミックシェルが、第一の密度を有する第一の部分と、第二の密度を有
する第二の部分とを備え、前記第一の密度が前記第二の密度よりも大きい、鋳造用金型。
【請求項１０１】請求項９６の鋳造用金型において、前記耐火性部材内に配置された金型ヒータを更に備える、鋳造用金型。
【請求項１０２】請求項９６の鋳造用金型において、前記セラミックシェルが実質的に高密度である、鋳造用金型。
【請求項１０３】請求項９６の鋳造用金型において、前記セラミックシェル及び前記少なくとも１つの支持部材が、約７２．６ｍｍ
（約３インチ）乃至６０．９６ｍｍ（２４インチ）のニッケルの鋳造水頭圧（ｃ
ａｓｔｉｎｇｈｅａｄｐｒｅｓｓｕｒｅ）に耐えることのできる構造体を画
成する、鋳造用金型。
【請求項１０４】方法において、溶融金属を受け入れ得るようにされた内部キャビティを有する金型であって、
該キャビティが頂部分と、底部分と、側部分とを有する前記金型を提供すること
と、前記側部分を通じての熱伝達を最小にし得るようにセラミックシェルを絶縁す
ることと、金型を環境制御チャンバ内に配置することと、キャビティにより画成された鋳造品を形成し得るようにキャビティを溶融金属
にて充填することと、鋳造品の一端からエネルギを吸引することにより金型内で溶融金属を指向性凝
固させることとを備える、方法。
【請求項１０５】請求項１０４の方法において、前記金型を提供することが、自由形態製造技術により金型を形成することを画
成する、方法。
【請求項１０６】請求項１０５の方法において、自由形態の製造が選択的レーザ励起技術である、方法。
【請求項１０７】請求項１０４の方法において、金型を金型容器内に配置することを更に含み、前記絶縁することが、金型と金型容器との間に複数のセラミック媒体片を付着
させることを含む、方法。
【請求項１０８】請求項１０４の方法において、金属開始種を金型と接続することを更に含み、前記充填の間、開始種が溶融金属と流体的に連通し、前記指向性凝固することが、伝導的熱伝達通路を介して鋳造品から開始種を通
じて熱を吸引することを含む、方法。
【請求項１０９】請求項１０８の方法において、前記充填の間、金属開始種の一部分を溶融させることを更に含む、方法。
【請求項１１０】請求項１０４の方法において、溶融金属が超合金であり、前記指向性凝固が、約１５２．４ｃｍ（約６０インチ）／時の速度にて為され
る、方法。
【請求項１１１】請求項８７の鋳造用金型において、前記容器が金属材料にて形成される、鋳造用金型。
【請求項１１２】請求項９３の鋳造用金型において、前記容器が管を画成する、鋳造用金型。
【請求項１１３】請求項９３の鋳造用金型において、前記容器がカップを画成する、鋳造用金型。
【請求項１１４】方法において、溶融金属材料を受け入れるキャビティを画成し得るように共に結合した複数の
材料層と、キャビティと連通する出口とを有する鋳造用金型を提供することと、前記鋳造用金型をある勾配にて配向することと、キャビティ内に配置され且つ複数の材料層の１つに結合されていない全ての材
料を自由にし得るように鋳造用金型を回転させることと、キャビティ内に配置された前記材料をキャビティ外に且つ出口を通じて通すこ
ととを備える、方法。
【請求項１１５】請求項１１４の方法において、鋳造用金型を経路に沿って移動させることを更に備える、方法。
【請求項１１６】請求項１１５の方法において、前記移動させることが前記回転と同時に為される、方法。
【請求項１１７】請求項１１４の方法において、前記回転が一方向である、方法。
【請求項１１８】請求項１１４の方法において、前記回転が二方向である、方法。
【請求項１１９】請求項１１４の方法において、キャビティを画成し得るように共に結合された複数の材料層の内面をガス洗浄
することを更に含む、方法。
【請求項１２０】請求項１１４の方法において、前記勾配が鋭角な角度である、方法。
【請求項１２１】請求項１１４の方法において、前記材料がキャビティから通った後、出口内に栓を配置することを更に含む、
方法。
【請求項１２２】請求項１１４の方法において、前記回転が、約０．１回転／分乃至２回転／分の範囲内であり、鋳造用金型が約１５分乃至２日の間、回転される、方法。
【請求項１２３】請求項１２２の方法において、鋳造用金型が約２時間、回転される、方法。
【請求項１２４】請求項１１４の方法において、鋳造用金型を経路に沿って移動させることを更に含み、前記移動及び前記回転の少なくとも一部が同時に為され、前記配向が、鋳造用金型を鋭角な角度に配向する、方法。
【請求項１２５】請求項１１４の方法において、鋳造用金型を金型容器内に配置することを更に含む、方法。
【請求項１２６】方法において、三次元的印刷により一体的セラミックシェルを形成することを備え、該セラミックシェルが、溶融金属材料を受け入れるキャビティを画成すべく共
に結合された複数のセラミック材料層と、キャビティと流体的に連通する少なく
とも１つの出口とを有し、セラミックシェルをある勾配にて配向することと、複数の材料層の１つに結合されていないキャビティ内に配置されたセラミック
材料を自由にすべくセラミックシェルを第一の軸線の周りで回転させることと、キャビティ内に配置された材料をキャビティ外へ且つ少なくとも１つの出口を
通して流すこととを備える、方法。
【請求項１２７】請求項１２６の方法において、セラミックシェルを所定の通路に沿って移動させることを更に備える、方法。
【請求項１２８】請求項１２６の方法において、前記移動させることが実質的に線形である、方法。
【請求項１２９】請求項１２６の方法において、軸線の周りの前記回転が一方向である、方法。
【請求項１３０】請求項１２６の方法において、鋳造用金型管を提供することを更に含み、前記配向する前に、セラミックシェルを鋳造用金型管内に配置することを更に
含む、方法。
【請求項１３１】請求項１５の方法において、キャビティを画成する複数の層の内面を洗浄すべくキャビティを通じてガスを
通すことを更に含む、方法。
【請求項１３２】請求項１５の方法において、キャビティ内のセラミック材料の除去を容易にし得るようにセラミックシェル
を上下逆さにすることを更に含む、方法。
【請求項１３３】請求項１２６の方法において、セラミックシェルと接続された第一の歯車を提供することを更に含み、前記回
転を生じさせ得るように第一の歯車を被駆動の第二の歯車と係合させることを更
に含む、方法。
【請求項１３４】請求項１１４の方法において、複数の層を乾燥させることを更に含む、方法。
【請求項１３５】請求項１３４の方法において、前記乾燥が、金型を予熱する間に為される、方法。
【請求項１３６】装置において、真空加熱炉と、前記真空加熱炉内に配置され且つ排出穴を有するるつぼと、前記るつぼ内の金属材料を溶融させ得るように前記真空加熱炉内に配置された
ヒータと、金属開始種と、前記るつぼ内で且つ前記排出穴の周りに配置されたディスペンサであって、前
記るつぼから溶融金属を通す少なくとも１つの入口部（ｅｎｔｒａｎｃｅ）と、
溶融金属が内側リザーバまで通り得るように前記少なくとも１つの入口部から隔
てられた出口とを有する外側部分を備え、前記内側リザーバが、該内側リザーバが満杯の状態に達する迄、前記外側部分
から溶融金属を受け入れ、前記満杯状態のとき、前記内側リザーバへの溶融金属
の流れが停止され、前記内側リザーバ内の溶融金属が前記排出穴から排出される
、前記ディスペンサと、前記排出穴から排出された溶融金属を受け入れる第一の開口部と、前記開始種
を受け入れる第二の開口部とを有する自由形態に製造された一体的なセラミック
シェルであって、金型容器内に配置され且つ金型容器と接続される前記セラミッ
クシェルと、前記開始種から熱を除去し得るように前記開始種と接続された熱伝達通路とを
備え、前記熱伝達通路が、前記セラミックシェル内の溶融金属が指向性凝固する
とき、前記開始種と接続されたままである、装置。
【請求項１３７】請求項１３６の装置において、前記開始種を選択的に加熱し得るように前記開始種と作用可能に接続されたヒ
ータを更に備える、装置。
【請求項１３８】請求項１３６の装置において、前記セラミックシェルが薄い外壁を有し、前記金型容器内にあり且つ前記薄い外壁と当接する複数の支持部材を更に備え
、前記複数の支持部材が前記セラミックシェルを補強する、装置。
【請求項１３９】請求項１３８の装置において、前記セラミックシェル及び金型容器が、約６０．９６ｃｍ（約２４インチ）の
ニッケルまで鋳造圧力に耐えることのできる鋳造用金型を画成する、装置。
【請求項１４０】請求項１３６の装置において、前記るつぼに接続され且つ且つ前記排出穴と流体的に連通したノズルを更に備
え、前記ノズルをセラミックシェルの前記第一の開口部と近接する位置に配置可
能である、装置。
【請求項１４１】請求項１４０の装置において、前記ノズル及び前記セラミックシェルが、溶融金属が前記ディスペンサから前
記セラミックシェルまで進む間、その間に実質的に閉じた通路を有する構造体を
画成する、装置。
【請求項１４２】請求項１３６の装置において、前記排出穴からの溶融金属の排出が圧力差によって制御される、装置。
【請求項１４３】請求項１３６の装置において、前記熱伝達通路が、前記開始種を機械的に把持する少なくとも１つの部材を含
み、前記少なくとも１つの部材が、前記開始種と伝導的に接続される、装置。
【請求項１４４】請求項１４３の装置において、前記少なくとも１つの部材が前記開始種を機械的に把持する一対の部材を画成
する、装置。
【請求項１４５】請求項１３６の装置において、前記開始種が溶融金属を受け入れ得るようにされた面を有し、該面を前記セラミックシェル内の所定の位置に配置する手段を更に備える、装
置。
【請求項１４６】請求項１３６の装置において、前記セラミックシェル及び前記金型容器が鋳造用金型を画成し、前記セラミックシェルが薄い外壁を有し、該薄い外壁が、前記金型容器内に配置され且つ該薄い外壁の外面に当接する複
数のセラミック部材を更に備え、前記複数の支持部材が前記セラミックシェルを機械的に補強し、前記るつぼに接続され且つ前記排出穴と流体連通状態に配置されたノズルを更
に備え、該ノズルが、セラミックシェルの前記第一の開口部と近接する位置に配置され
、前記排出穴からの溶融金属の排出が圧力差により制御され、前記熱伝達通路が、前記開始種を機械的に把持する一対の伝導部材に形成され
、前記開始種が、溶融金属を受け入れ得るようにされた面を有し、前記開始種に接触し、前記面を前記セラミックシェル内の所定の位置に配置す
る少なくとも１つの位置決め部材を更に備える、装置。
【請求項１４７】装置において、金属材料を保持し得るようにされたるつぼと、第一のチャンバ及び第二のチャンバを有する機械的ハウジングであって、前記
るつぼが第一のチャンバ内に配置された前記機械的ハウジングと、前記るつぼ内の金属材料を溶融した金属状態まで加熱し得るように前記第一の
チャンバ内に配置されたヒータと、溶融部分を含む本体部材を有する金属開始種と、前記るつぼ内に配置された圧力制御の溶融金属の供給装置であって、溶融金属
が通るための通路をを有する部材を備え、前記通路が、るつぼ内の溶融金属の面
の下方から溶融金属を受け入れ得るようにされた第一の部分と、溶融金属の排出
口を画成する第二の部分とを有する前記溶融金属の供給装置と、内部に配置された自由形態の薄いセラミックシェル、外側金型容器を有する鋳
造用金型であって、前記セラミックシェルを支持し得るように前記セラミックシ
ェルと前記外側金型容器との間に少なくとも１つの補強部材を備え、前記セラミ
ックシェルが前記溶融金属の排出口から排出された溶融金属を受け入れるキャビ
ティと、金属開始種を受け入れる開口部とを有し、前記開口部内に配置された前
記溶融部分が該溶融部分に溶融金属が接触するのを可能にし、前記キャビティが
頂部及び底部を有する、前記鋳造用金型と、開始種から熱を除去して前記キャビティ内の金属材料の前記底部から前記頂部
に指向性凝固するように前記開始種と機械的に接続された熱伝達装置とを備える
、装置。
【請求項１４８】請求項１４７の装置において、溶融金属を有する前記るつぼが前記前記第一のチャンバ内に配置され、前記鋳造用金型が前記第二のチャンバ内に配置され、前記第一のチャンバと流体連通状態に接続された加圧ガス源であって、前記第
一のチャンバ内への所定量の加圧ガスを流動させ且つ内部の圧力を前記第二のチ
ャンバ内の圧力よりも高圧力に上昇させ、溶融金属が前記排出口から排出される
ように制御される前記加圧ガス源とを備える、装置。
【請求項１４９】請求項１４７の装置において、溶融金属を有す前記るつぼが前記第一のチャンバと共に配置され、前記鋳造用
金型が前記第二のチャンバ内に配置され、るつぼ内の溶融金属に作用する圧力を上昇させ得るようにされた加圧部材を含
み、前記加圧部材の少なくとも一部が、前記第一のチャンバ内に配置され、また、
溶融金属が前記排出口から排出される第一の状態と、前記排出口からの溶融金属
の流れが停止される第二の状態との間にて可動である、装置。
【請求項１５０】請求項１４９の装置において、前記第一の状態が前記加圧部材を前記溶融金属内に移動させることを含む、装
置。
【請求項１５１】請求項１５０の装置において、前記加圧部材が、前記るつぼ内で溶融され得るように金属材料のバーにより画
成される、装置。
【請求項１５２】請求項１４７の装置において、前記熱伝達装置が、溶融金属を約１５２．４ｃｍ（約６０インチ）／時の速度
で指向性凝固させることを可能にするのに十分なエネルギを吸引する、装置。
【請求項１５３】製品を鋳造する装置において、第一のチャンバ及第二のチャンバを有する真空加熱炉と、前記第一のチャンバ内に配置されたるつぼであって、排出穴を有する前記るつ
ぼと、前記るつぼに隣接して前記第一のチャンバ内に配置され且つ金属材料を溶融金
属状態に加熱し得るようにされたヒータと、溶融金属の受け入れキャビティと、開始種の受け入れ部分とを有する一体的な
自由形態のセラミック鋳造シェルであって、シェル容器内に配置され且つ前記シ
ェル容器内に配置された複数の補強部材及び前記セラミックシェルに当接する少
なくとも一部分により補強された前記鋳造シェルと、溶融金属を前記セラミック鋳造シェル内に排出し得るように前記るつぼ内に配
置された分配手段と、溶融部分を有し、前記セラミックシェルの前記開始種受け入れ部分内に少なく
とも一部分が配置された前記金属開始種であって、前記溶融部分が、前記分配手
段から溶融金属を受け入れ得るように配向された前記金属開始種と、前記鋳造シェル内で溶融金属を指向性凝固させ得るように前記開始種と接続さ
れた指向性凝固手段とを備える、装置。
【請求項１５４】請求項１５３の装置において、前記開始種の温度を調節し得るように金属開始種と作用可能に接続された種ヒ
ータを更に備える、装置。
【請求項１５５】請求項１５３の装置において、前記一体的な自由形態のセラミックシェルが選択的レーザ励起技術により形成
される、装置。
【請求項１５６】請求項１５３の装置において、前記一体的な自由形態のセラミックシェルが三次元的印刷技術により形成され
る、装置。
【請求項１５７】請求項１５３の装置において、前記セラミックシェル内に配置され且つ分配手段から前記溶融金属の受け入れ
キャビティまで進む前記溶融金属が接触可能である溶融可能な部材を備え、これにより、溶融金属が、該溶融可能な部材を溶融させ且つ前記溶融金属の受
け入れキャビティ内の溶融金属と混合するようにした、装置。
【請求項１５８】請求項１５３の装置において、前記溶融金属の分配手段が、前記第一のチャンバ内で正圧を付与することによ
り制御される、装置。
【請求項１５９】方法において、自由形態の製造技術により一体的型のセラミック鋳造用金型のシェルであって
、該鋳造用金型のシェルが溶融金属を受け入れ得るようにされた内部キャビティ
を有する、前記鋳造用金型のシェルを製造することと、セラミック鋳造用金型のシェルを補強することと、金属開始種が溶融金属を受け入れ得るように配置されるように金属開始種を
セラミック鋳造用金型シェル内に配置することと、内部キャビティを溶融金属にて充填することと、内部キャビティ内の溶融金属を指向性凝固させ得るように金属開始種を通じて
熱を吸引することとを備える、方法。
【請求項１６０】請求項１５９の方法において、前記熱を吸引することが、指向性凝固する間、金属開始種に対して伝導的な熱
伝達経路を保ち得るように少なくとも１つの熱伝達部材を開始種と機械的に接続
することを含む、方法。
【請求項１６１】請求項１６０の方法において、少なくとも１つの熱伝達部材内で通路を通じて熱伝達媒体を流すことを更に含
む、方法。
【請求項１６２】請求項１５９の方法において、金属開始種がその内部に形成された通路を有し、前記熱を吸引することが熱伝達媒体を該通路を通じて流動させることを含む、
方法。
【請求項１６３】請求項１５９の方法において、金属開始種を選択的に加熱することを更に含む、方法。
【請求項１６４】請求項１６３の方法において、選択的に加熱することが、種を抵抗加熱すべく金属開始種を通じて電流を流す
ことを含む、方法。
【請求項１６５】請求項１５９の方法において、前記製造が、セラミック鋳造用金型シェルを形成し得るように各層に三次元的
印刷をすることを含む、方法。
【請求項１６６】請求項１６５の方法において、前記充填の前に、内部キャビティ内の非結合材料を除去することを更に含む、
方法。
【請求項１６７】請求項１５９の方法において、前記鋳造用金型シェルの製造が、セラミック鋳造用金型を形成し得るように層
を選択的にレーザ励起することを含む、方法。
【請求項１６８】請求項１５９の方法において、前記鋳造用金型シェルの製造中に製造される鋳造用金型シェルを画定し得るよ
うに、製造ファイルを作製することを更に含む、方法。
【請求項１６９】請求項１５９の方法において、溶融可能な部材を提供することを含み、溶融可能な金属が溶融可能な部材を溶
融させ且つ溶融金属と混合する位置にて溶融可能な部材が鋳造用金型内に配置さ
れる、方法。
【請求項１７０】セラミック鋳造用金型装置を製造する方法において、リザーバ及びエネルギ源を含む立体リソグラフィ装置を提供することと、ガスタービンエンジン部品を表わす、鋳造用金型装置の複数の断面を画成する
データファイルを立体リソグラフィ装置装置に対し提供することと、セラミック粒子、モノマー及び光開始剤から成るセラミック充填樹脂をリザー
バ内に配置することと、モノマーを重合化し且つ層のセラミック粒子を共に保持するポリマーバインダ
から成る実質的に硬化した層を形成し得るようにセラミック充填樹脂の層の上に
てエネルギ源により鋳造用金型装置の断面を描くことと、実質的に硬化した層を別のセラミック充填樹脂の層にて覆うことと、モノマーを重合化し且つ別の層のセラミック粒子を共に保持するポリマーバイ
ンダから成る実質的に硬化した別の層を形成すべく、前記覆った後、セラミック
充填樹脂の別の層の上にてエネルギ源により鋳造用金型装置の別の断面を描くこ
とと、複数の実質的に硬化した層を有する鋳造用金型装置を製造すべく複数の断面の
各々に対し、前記覆うこと且つ前記吸引することを繰り返すこととを備える、方
法。
【請求項１７１】請求項１６８の方法において、前記覆うことが、セラミック充填樹脂のリザーバ内に硬化した層を浸漬させる
ことを含む、方法。
【請求項１７２】請求項１６９の方法において、非硬化セラミック樹脂の層を水平にすることを更に含む、方法。
【請求項１７３】請求項１６８の方法において、エネルギ源から非硬化層を通じ且つ隣接する硬化層内にエネルギ照射量（ｄｏ
ｓｅ）を通すことを含み、該エネルギ照射量が別の硬化した層を画成すべく、非硬化層内のモノマーを重
合化すると共に、ポリマーバインダをして硬化した層の少なくとも一部分及び別
の硬化した層を共に接続させる、方法。
【請求項１７４】請求項１７１の方法において、硬化した層及び別の硬化した層が、隣接する層の相補的な面の断面積の約１０
％に亙ってポリマーバインダにより共に接続される、方法。
【請求項１７５】請求項１７１の方法において、硬化した層及び別の硬化した層が、隣接する層の相補的な面の断面積の約５０
％に亙ってポリマーバインダにより共に接続される、方法。
【請求項１７６】請求項１６８の方法において、前記繰り返すことが、ポリマーバインダにより共に接続されていない複数の実
質的に硬化した層を製造する、方法。
【請求項１７７】請求項１６８の方法において、少なくとも１つの断面に亙って描くことが、硬化した材料に隣接する複数の線
により画成された壁部材を形成すべく互いに隣接するエネルギ源により多数の経
路を形成することを含む、方法。
【請求項１７８】請求項１６８の方法において、前記エネルギ源が、約０．１２７ｍｍ（約０．００５インチ）乃至０．６３５
ｍｍ（約０．０２５インチ）の範囲のビーム幅を有する、レーザにより画成され
る、方法。
【請求項１７９】請求項１６８の方法において、前記エネルギ源が、ビーム幅が命令により前記描くことで描かれた線の幅を変
化させるように変更可能である、レーザにより画成される、方法。
【請求項１８０】請求項１７０の方法において、製造配向を決定すべく鋳造用金型装置を分析することを更に含み、該製造配向が、リザーバ内のセラミック充填懸濁液の表面に対し垂直に伸びる
軸線に対する角度θにて選ばれる、方法。
【請求項１８１】請求項１８０の方法において、製造配向角度にて配向された製造面を有するプラットフォームをリザーバ内に
提供し、鋳造用金型装置が該プラットフォーム上に形成されるようにすることを更に含
む、方法。
【請求項１８２】請求項１８０の方法において、前記製造配向角度θが、鋳造用金型装置の平坦面に対する角度θの接線が最大
となるように選ばれ、硬化層がセラミック充填懸濁液の表面に対し実質的に平行に形成される、方法
。
【請求項１８３】請求項１８０の方法において、前記製造配向角度θが、約１０乃至約４５°の範囲にある、方法。
【請求項１８４】請求項１８０の方法において、前記製造配向角度θが約４５°である、方法。
【請求項１８５】請求項１７０の方法において、前記データファイルが金型装置内で鋳造すべき部品の形状を画成する内部キャ
ビティ部分を有する鋳造用金型装置を画定し、前記描くことが、内部キャビティ部分内の支持体を描かない、方法。
【請求項１８６】請求項１８５の方法において、前記データファイルが前記内部キャビティ部分内に配置された少なくとも１つ
のコアの形状を含み、該少なくとも１つのコアの形状が少なくとも１つの断面により画定され、少なくとも１つの断面を描くことが一体的なコア部分を有する硬化層を製造す
る、方法。
【請求項１８７】請求項１８６の方法において、ガスタービンエンジン部品が内部冷却通路を有する翼であり、一体的なコア部分が複数の硬化した断面により形成され、硬化した一体的なコア部分が内部冷却通路の画成と関係する、方法。
【請求項１８８】請求項１７０の方法において、前記繰り返すことが、溶融金属を受け入れ得るようにされたキャビティを間に
有する一体的なコア部材及びシェル部材を製造し、硬化した層の厚さが約０．３８１ｍｍ（約０．０１５インチ）乃至約１．５２
４ｍｍ（約０．０６０インチ）の範囲にあり、製造されたとき、キャビティを画成するシェル部材及びコア部材の表面が実質
的に円滑である、方法。
【請求項１８９】請求項１７０の方法において、ポリマーバインダを実質的に除去し得るように製造された金型装置を加熱する
ことを更に含み、金型装置を約７０％以上の密度に焼結することを更に含む、方法。
【請求項１９０】請求項１８９の方法において、前記加熱が空気中で行われ、該加熱が、温度を周囲温度から約０．１℃／分乃至約５．０℃／分の速度にて
約３００℃乃至約５００℃の第一の温度範囲まで上昇させ且つ該第一の温度範囲
を約０時間乃至約４時間の範囲内の時間、保持することを含み、前記焼結が、温度を前記第一の温度範囲から約５．０℃／分乃至約１０．０℃
／分の速度にて約１３００℃乃至約１６００℃の第二の温度範囲まで上昇させ且
つ該第二の温度範囲を約０時間乃至約４時間の範囲内の時間、保持することを含
み、第二の温度範囲を約５．０℃／分乃至約１０．０℃／分の速度にて略室温まで
冷却することを更に含む、方法。
【請求項１９１】請求項１８９の方法において、鋳造用金型装置がアルミナ系装置であり、前記加熱が空気中で行われ、該加熱が、温度を周囲温度から約１℃／分の速度にて約３００℃第一の温度ま
で上昇させ且つ該第一の温度を約４時間、保持することを含み、前記焼結が、温度を前記第一の温度から約１．０℃／分の速度にて約５００℃
の第二の温度まで上昇させ且つ該第二の温度を約０時間、保持することを含み、前記焼結が、温度を約１０℃／分の速度にて第二の温度から約１５５０℃の第
三の温度まで上昇させ且つ該第三の温度を約２時間、保持することとを更に含み
、第二の温度範囲を約５．０℃／分の速度にて略室温まで冷却することを更に含
む、方法。
【請求項１９２】請求項１８９の方法において、鋳造用金型装置が二酸化ケイ素系装置であり、前記加熱が空気中で行われ、該加熱が、温度を周囲温度から約１℃／分の速度にて約３００℃第一の温度ま
で上昇させ且つ該第一の温度を約４時間、保持することを含み、前記焼結が、温度を前記第一の温度から約１．０℃／分の速度にて約５００℃
の第二の温度まで上昇させ且つ該第二の温度を約０時間、保持することを含み、前記焼結が、温度を約１０℃／分の速度にて第二の温度から約１５００℃の第
三の温度まで上昇させ且つ該第三の温度を約２時間、保持することを更に含み、第二の温度範囲を約５．０℃／分の速度にて略室温まで冷却させることを更に
含む、方法。
【請求項１９３】請求項１７０の方法において、前記データファイルを提供することが、ガスタービンエンジン部品の三次元的
コンピュータモデルを構成することを含み、鋳造用金型装置のコンピュータモデルを形成すべく、三次元的コンピュータモ
デルを処理することを更に含み、鋳造用金型装置のコンピュータモデルをＳＴＬ及びＳＬＣファイルフォーマッ
トの１つに変換することを更に含み、前記変換の後、鋳造用金型装置の二次元的スライスを発生させることを更に含
む、方法。
【請求項１９４】請求項１７０の方法において、セラミック粒子が約１０μｍ以下の公称寸法を有し、エネルギ源が約２６０乃至３８０ナノメートルの波長のレーザである、方法。
【請求項１９５】請求項１７０の方法において、前記覆うことが、硬化した層をセラミック充填樹脂のリザーバ内に増分的に下
降させることを含み、前記覆った後、非硬化セラミック充填樹脂の層を実質的に平坦にすることを更
に含み、エネルギ源がレーザにより画成され、エネルギ源が紫外線光により画成された
エネルギ照射量を放出し、データファイルが金型装置内で鋳造すべき部品の形状を設定する内部キャビテ
ィを有する鋳造用金型装置を備え、前記描くことが、鋳造用金型装置を損傷させずに除去することのできない内部
キャビティ内の支持体を描かず、ガスタービンエンジン部品が内部冷却通路を有する翼であり、鋳造用金型装置が、複数の硬化した層により形成されたコア部分を含み、該コ
ア部分が内部冷却通路を画成する、方法。
【請求項１９６】組成物において、約５０重量％乃至約７２重量％の二酸化ケイ素と、約１０重量％乃至約３５重量％の光硬化性モノマーと、約１重量％乃至約１０重量％の分散剤と、約１重量％乃至約５重量％の光開始剤とから成る、組成物。
【請求項１９７】請求項１９６の組成物において、光硬化性モノマーがアクリレートモノマーを含む、組成物。
【請求項１９８】請求項１９６の組成物において、光硬化性モノマーが少なくとも２つのモノマーを含む、組成物。
【請求項１９９】請求項１９６の組成物において、分散剤がテトラアルキルアンモニウム塩を含む、組成物。
【請求項２００】請求項１９６の組成物において、光硬化性モノマーが二官能性の（ｄｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ）アクリレートモ
ノマーを含む、組成物。
【請求項２０１】請求項１９８の組成物において、モノマーの少なくとも１つが二官能性のアクリレートモノマーである、組成物
。
【請求項２０２】請求項１９８の組成物において、モノマーの少なくとも１つが多官能性のアクリレートモノマーである、組成物
。
【請求項２０３】請求項１９６の組成物において、約９０乃至１０００ｃＰｓの範囲の粘度を提供するのに十分な量の二酸化ケイ
素から成る、組成物。
【請求項２０４】請求項１９６の組成物において、二酸化ケイ素が約１．０μｍ乃至約２０μｍの範囲の平均的粒子寸法を有する
、組成物。
【請求項２０５】請求項１９６の組成物において、光硬化性モノマーが少なくとも２つのモノマーを含み、モノマーの少なくとも
１つが多官能性モノマーであり、分散剤がテトラアルキドアンモニウム塩を含み、約９０乃至約１０００ｃＰｓの範囲の粘度を提供するのに十分な量の二酸化ケ
イ素から成り、二酸化ケイ素が約０．５μｍ乃至約２０．０μｍの範囲内の平均的粒子寸法を
有する、組成物。
【請求項２０６】素セラミック鋳造用金型装置において、溶融金属材料を受け入れ得るようにされた複雑な形状の容積を画定する形成さ
れた実質的に円滑な内面を有する薄い外壁部材を備えるシェルを備え、前記薄い外壁部材が、ポリマーバインダにより共に結合されたセラミック粒子
の層状構造体であり、前記容積内に配置されたコアであって、前記容積内に受け入れられた溶融金属
材料にて形成された部品内に少なくとも１つの通路を形成し得るようにされた前
記コアを備え、該コアが、有機質ポリマーバインダにより共に結合されたセラミック粒子の層
状構造体である、素セラミック鋳造用金型装置。
【請求項２０７】請求項２０６の金型装置において、前記層状構造体が複数の層を含み、隣接する層がポリマーバインダにより共に接続される、金型装置。
【請求項２０８】請求項２０６の金型装置において、前記層状構造体が複数の層を含み、隣接する少なくとも一対の層がポリマーバインダにより共に接続されていない
、金型装置。
【請求項２０９】請求項２０６の金型装置において、前記実質的に円滑に形成された内面が、前記層状構造体の複数の当接層により
画定され、前記第一の部分が、約１０μｍ乃至約３０μｍ範囲の表面仕上げを有する、金
型装置。
【請求項２１０】請求項２０６の金型装置において、前記実質的に円滑に形成された内面が、前記層状構造体の単一層により画定さ
れた第二の部分を有し、前記第二の部分が、約０．５μｍ乃至約１０．０μｍの範囲の表面仕上げを有
する、金型装置。
【請求項２１１】請求項２０６の金型装置において、前記薄い外壁部材が約１．５２４ｍｍ（約０．０６０インチ）以下の厚さの実
質的な部分を有する、金型装置。
【請求項２１２】請求項２０６の金型装置において、前記薄い外壁部材が約０．５０８ｍｍ（約０．０２０インチ）の厚さの実質的
な部分を有する、金型装置。
【請求項２１３】請求項２０６の金型装置において、前記シェル及び前記コアが高密度の部品であり、前記層状構造体の代表的なセラミック粒子が約１０μｍ以下の寸法を有する、
金型装置。
【請求項２１４】請求項２０６の金型装置において、前記シェル及び前記コアが高密度の部品であり、前記シェル及びコアの少なくとも一方が約１０μｍ以下の平均的なセラミック
粒子寸法を有する、金型装置。
【請求項２１５】請求項２０６の金型装置において、前記内面がガスタービンエンジン翼の少なくとも一部分を画成する、金型装置
。
【請求項２１６】請求項２１５の金型装置において、前記コアが、溶融金属材料を受け入れ得るように形成された少なくとも１つの
通路を有し、前記形成された少なくとも１つの通路が約０．１２７ｍｍ（約０．００５イン
チ）乃至約０．７６２ｍｍ（約０．０３０インチ）の範囲の幅を有する、金型装
置。
【請求項２１７】請求項２１５の金型装置において、前記コアが、溶融金属材料を受け入れ得るようにされた少なくとも１つの形態
の通路を有し、前記少なくとも１つの形態の通路が約０．１２７ｍｍ（約０．００５インチ）
の幅を有する、金型装置。
【請求項２１８】請求項２１５の金型装置において、前記コアが溶融金属材料を受け入れ得るように形成された複数の通路を有し、前記形成された複数の通路の各々が０．７６２ｍｍ（０．０３０インチ）以下
の幅を有する、金型装置。
【請求項２１９】請求項２１５の金型装置において、前記コアが中空部分を有する、金型装置。
【請求項２２０】請求項２１９の金型装置において、前記コアがある容積を画定するコア外壁部材を有し、前記容積内にあり且つ前記コア外壁に接続する少なくとも１つの部材を更に備
える、金型装置。
【請求項２２１】請求項２２０の金型装置において、前記少なくとも１つの部材が複数の部材を画成し、該複数の部材が構造的部材である、金型装置。
【請求項２２２】請求項２１５の金型装置において、形成された前記実質的に円滑な内面が、前記層状構造体の複数の当接層により
画成された第一の部分を有し、前記第一の部分が約１０μｍ乃至約３０μｍの範囲の表面仕上げを有し、前記コア及び前記シェルが一体化され、前記薄い外壁部材の実質的な部分が約１．５２４ｍｍ（約０．０６０インチ）
以下の厚さを有し、前記シェル及び前記コアが高密度の部品であり、前記シェル及びコアの少なくとも一方が約１０μｍ以下の平均的セラミック粒
子寸法を有する、金型装置。
【請求項２２３】請求項２０６の金型装置において、前記コアが、前記シェルと接続され且つ該シェルと一体的に形成される、金型
装置。
【請求項２２４】耐火性鋳造用金型において、溶融金属材料を受け入れ得るようにされた複雑な形状のキャビティを画成する
ように形成された実質的に円滑な内面を有する薄い外壁構造体を備える高密度の
焼結セラミックシェルを備え、前記薄い外壁構造体が、約１０μｍ以下の平均的粒子寸法を有するセラミック
材料の複数の高密度の焼結層にて形成され、前記セラミックシェルと一体的に形成され且つ接続され、更に、前記複雑な形
状のキャビティ内に配置された高密度の焼結セラミックコアを備え、前記コアが、約１０μｍ以下の平均的粒子寸法を有する前記セラミック材料の
複数の高密度の焼結層にて形成され、前記コアが、形成された実質的に円滑な外面を有し、前記コアが、鋳造用金型内にて凝固した鋳造金属部品内に少なくとも１つの通
路を形成し得るようにされた、耐火性鋳造用金型。
【請求項２２５】請求項２２４の耐火性鋳造用金型において、前記シェル及び前記コアが、ニッケル系超合金に対し実質的に非反応性である
材料にて形成される、耐火性鋳造用金型。
【請求項２２６】請求項２２５の耐火性鋳造用金型において、不安定な耐火性酸化物が実質的に存在しない、耐火性鋳造用金型。
【請求項２２７】請求項２２４の耐火性鋳造用金型において、前記シェル及び前記コアが、少なくとも約９０重量％のアルミナと、ポリマー
バインダと、付随的な不純物とから成る、耐火性鋳造用金型。
【請求項２２８】請求項２２４の耐火性鋳造用金型において、前記シェル及び前記コアが約９９重量％アルミナである、耐火性鋳造用金型。
【請求項２２９】請求項２２４の耐火性鋳造用金型において、前記複雑な形状のキャビティが、翼を鋳造すべく溶融金属材料を受け入れる翼
形の形状部分を画成する、耐火性鋳造用金型。
【請求項２３０】請求項２２４の耐火性鋳造用金型において、前記薄い外壁構造体が約１．５２４ｍｍ（約０．０６０インチ）以下の厚さを
有する、耐火性鋳造用金型。
【請求項２３１】請求項２２９の耐火性鋳造用金型において、前記薄い外壁構造体の実質的な部分が約１．５２４ｍｍ（約０．０６０インチ
）以下の厚さを有し、前記コアが、実質的に中空のコア容積を有するコア外壁構造体を備え、前記実質的に中空のコア容積内に一体的に形成された支持構造体を更に備え、前記コア及び前記シェルが、セラミック粒子の密度の少なくとも約９０％の密
度を有し、前記シェル及び前記コアが、鋳造用金型内に注入すべき溶融金属に対して実質
的に非反応性である材料にて形成される、耐火性鋳造用金型。
【請求項２３２】請求項２３１の耐火性鋳造用金型において、シェル及びコアが実質的に純粋なアルミナにて形成される、耐火性鋳造用金型
。
【請求項２３３】請求項１７０の方法において、データファイルが、金型装置内で鋳造すべき部品の形状を画成する内部キャビ
ティ部分を有する鋳造用金型装置を画成し、前記描くことが、内部キャビティ部分内に除去可能な支持体を描き、内部キャ
ビティを画成する構造体を損傷させることなく除去可能な支持体を除去すること
を更に備える、方法。
【請求項２３４】請求項１９０の方法において、金型装置の前記焼結が金型装置を実質的に完全な密度まで焼結する、方法。
【請求項２３５】請求項１９１の方法において、金型装置の前記焼結が金型装置を実質的に完全な密度まで焼結する、方法。
【請求項２３６】請求項１９２の方法において、金型装置の前記焼結が金型装置を実質的に完全な密度まで焼結する、方法。
【請求項２３７】請求項１７０の方法において、二次的化学反応を通じて少なくとも一対の複数の実質的に硬化した層を共に接
続することを更に備える、方法。
【請求項２３８】請求項１７０の方法において、二次的化学反応を通じて複数の実質的に硬化した層を共に接続することを更に
備える、方法。
【請求項２３９】請求項１７０の方法において、少なくとも一対の複数の実質的に硬化した層を共に機械的に保持することを更
に備える、方法。
【請求項２４０】請求項１７０の方法において、複数の実質的に硬化した層を共に機械的に保持することを更に備える、方法。
【請求項２４１】請求項２０６の鋳造用金型装置において、前記層状構造体が複数の層を含み、少なくとも一対の隣接する層が機械的に共に保持される、鋳造用金型装置。
【請求項２４２】請求項２０６の鋳造用金型装置において、前記層状構造体が機械的に共に保持された複数の層を備える、鋳造用金型装置
。
【請求項２４３】請求項２０６の鋳造用金型装置において、前記層状構造体が複数の層を備え、少なくとも一対の隣接する層が、二次的化学反応により共に接続される、鋳造
用金型装置。
【請求項２４４】請求項２０６の鋳造用金型装置において、前記層状構造体が、二次的化学反応により共に接続された複数の層を含む、鋳
造用金型装置。
【請求項２４５】請求項２０６の鋳造用金型装置において、前記層状構造体が、複数の層を含み、前記複数の層の少なくとも１つが隔たっ
たドットにより画成される、鋳造用金型装置。
【請求項２４６】請求項２０６の鋳造用金型装置において、前記層状構造体が複数の層を含み、前記複数の層の各々が隔たったドットによ
り画成される、鋳造用金型装置。
【請求項２４７】請求項２２４の鋳造用金型装置において、前記複数の高密度の焼結層の少なくとも１つが隔たったドットにより画成され
る、鋳造用金型装置。
【請求項２４８】請求項２４７の鋳造用金型において、前記隔たったドットの間の間隔が、溶融金属材料を注入する間、キャビティか
らガスを排気することを許容し得る、鋳造用金型装置。
【請求項２４９】請求項２２４の鋳造用金型において、前記セラミックシェルが格子構造体により画成される、鋳造用金型装置。
【請求項２５０】請求項１７０の方法において、ポリマーを実質的に除去し得るように鋳造用金型装置を加熱することを更に含
み、相互に接続された空隙を除去し得るように鋳造用金型装置を焼結することを
更に含む、方法。
【請求項２５１】請求項１７０の方法において、前記セラミック充填樹脂をリザーバ内に配置する際に、開始剤が熱開始剤及び
光開始剤を含む二重開始剤である、方法。