JP2009534193A - 連続鋳型充填方法、鋳型アセンブリおよび鋳造物 - Google Patents

Abstract

複数の鋳型へ溶融金属または合金を鋳込むための方法および装置が開示される。この複数の鋳型は鋳型湯口通路によって溶湯供給路と溶湯が流通するように接続される。この溶湯供給路は、鋳型に溶融金属または合金を完全にまたは部分的に、順々に充填するように構成される。この態様で鋳型を充填することによって、鋳型への充填が均一となり、最初に充填された鋳型以降の鋳型への異物の混入が減少し、それにより鋳造物品の品質を向上させることが可能となる。

Description

本発明は、溶融金属または溶融合金の鋳造に関し、より詳細には、溶融金属または溶融合金を、この溶融金属または溶融合金の供給路に、この溶融金属または溶融合金が部分的または完全に順次充填される状態で接続された複数の鋳型に鋳込む方法および装置に関する。

本発明は、参照によって本願に組み込まれる２００６年４月１９日に出願された米国仮特許出願第６０／７９３，３１８号の優先権および利益を主張するものである。

溶融金属または溶融合金（溶湯）のインベストメント鋳造においては、従来、１つの溶湯注入カップが複数の物品成形鋳型の一つ一つに連結されたセラミック製のギャング鋳型（ｇａｎｇ ｍｏｌｄ：一群の鋳型、または鋳型群）が用いられてきた。ガス・タービン・エンジン翼の鋳造用に設定されたある１つの従来式鋳造法において、この注入カップは、それ自体から延伸する複数の主溶湯供給ゲート・スポークを含んでいる。これらの各主ゲート・スポークは、それぞれがまた複数の個別の溶湯供給ゲート・スポークに枝分かれし、これら個別のゲート・スポークが各個別の鋳型へと延伸している。例えば、３つまたはそれ以上の溶湯供給分岐ゲート・スポークが、各主スポークから枝分かれしている場合もある。各物品成形鋳型は、少なくとも１つの、鋳造される物品の形状を有した鋳型空洞部を含んでいる。

従来の鋳造では通常その設定において、溶湯を注入カップに受容し、鋳造炉内での溶湯の跳ね上がりを最小限に抑えるために、坩堝から鋳型の注入カップへと注入される初期ストリームは幅狭にされる。主ゲート・スポークはこの注入カップに連通しており、主として、溶湯を各分岐ゲート・スポークを経由して個別の各鋳型へと送出することと、鋳型内で生じる鋳引け（液体から固体への凝固時に生じる収縮）を補うための溶湯の適切な貯蔵部として機能することとの二重の役割を果たす。それ故例えば等軸晶物の鋳造の場合、スポークの断面積を、通常、このスポークから溶湯を充填される鋳型空洞部の断面積よりも大きくする必要がある。例えば従来の等軸鋳造ではその設定において、全スポークの断面積の合計が初期注入ストリームの断面積の少なくとも１０倍となる場合もある。このように初期注入ストリームの断面積に対してスポークの断面積の割合が大きくなると、その結果として鋳型内への溶湯の供給が一貫性を欠いた不均一なものとなる。注入ストリームの方向に配向されたスポークは、注入ストリームの方向から離れて配置されたスポークよりも多くの溶湯流を受容することとなり、このため鋳型の初期の充填が不均一なものとなる。

上述の従来の鋳造ではその設定において、溶湯の初期送出と、その後の個々の鋳型における凝固収縮を調整するための溶湯供給との両方を提供するために多数のスポークが必要とされるのは、金属または合金の利用が非効率となる観点から、望ましいことではない。即ち、主スポークおよび分岐スポーク内で凝固した金属または合金は、利用可能な物品へと注型されることなく、鋳型の個々のゲートとして残留することとなる。

このギャング鋳型の形成は周知のロスト・ワックス法で行われてきた。このロスト・ワックス法においては、ギャング鋳型の形状に合致する蝋または他の一過性の模型アセンブリをセラミック・スラリーに繰り返し浸漬させ、余剰なスラリーを除去し、そして粗いセラミック・スタッコ粒子を塗布し、模型アセンブリ上に所望の鋳型肉厚のセラミック・シェルを形成する。続いてこの模型アセンブリを選択的に除去し、残ったセラミック・ギャング・シェル鋳型を高温で加熱し、このシェル鋳型にその後の鋳造に必要とされる強度を与える。鋳造の過程においては、溶融金属または合金が注入カップへと注入され、ゲートを経由して流れて、実質的に同時に物品成形鋳型群に充填される。この溶融金属または合金が鋳型内で凝固し、鋳型内でインベストメント鋳造物品が形成される。

翼（ｖａｎｅ）、ガス・タービン・エンジン翼などの重要な航空宇宙用構成部材のインベストメント鋳造においては、ギャング鋳型が、溶融金属または合金を注入カップからスポークへと供給する各溶湯供給路に配置された溶融金属または合金フィルタを含んでおり、個々の鋳型に流入する前にこの溶融金属または合金から非金属混入物を除去するように構成されている場合も多い。

本発明は、複数の鋳型へ溶融金属または合金を鋳込むための方法および装置について、鋳型への充填を均一とし、最初に充填された鋳型以降の鋳型への異物の混入を減少させ、それにより鋳造物品の品質を向上させることを目的とする。

本発明は、溶融金属または合金（溶湯）を鋳込むための方法および鋳型アセンブリを提供する。この方法および鋳型アセンブリは、金属または合金の溶湯を鋳型アセンブリの溶湯受容鋳型カップへ供給するステップと、この溶湯を鋳型アセンブリの鋳型カップから溶湯供給路へと供給し、複数の鋳型が一列に順々に接続されたこの溶湯供給路を通じて、各鋳型へと流入させるステップとを含む。この溶湯供給路は、一連の鋳型のそれぞれが、次の鋳型が少なくとも部分的に充填される前に、少なくとも部分的に充填されるように構成される。

本発明の１つの例示的方法の実施形態においては、列中の１番目の鋳型が、列中の２番目の鋳型への充填が始まる前に、完全または部分的に充填される。続いて列中の２番目の鋳型が、列中の３番目の鋳型への充填が始まる前に、完全または部分的に充填され、列の残りの鋳型への充填が全て完了するまでこの状態が繰り返される。

本発明のもう１つの例示的方法の実施形態においては、列中の次の鋳型に充填される溶湯に非金属混入物などの異物が混入する混入量を低減させるために、列中の１番目の鋳型が、溶湯をその鋳型空洞部を通じて次の鋳型へと流入させずに、デッド・エンド状態で充填される。

デッド・エンド充填を実施するための１つの例示的実施の形態においては、列中の１番目の鋳型を溶湯供給路から流入する溶湯でその頂上部から完全に充填し、次に１番目の鋳型の頂上部から２番目の鋳型の頂上部へと延伸する第２の溶湯供給路を利用して２番目の鋳型をその頂上部から充填し、そして全ての鋳型の充填が完了するまでこれを繰り返す。またあるいは、もう１つのデッド・エンド充填法においては、１番目の鋳型の閉塞した反対端から離れた一端に配置された単一の流入路を利用して、１番目の鋳型を充填する。この第１の鋳型は、デッド・エンド流を提供するように構成された物品成形鋳型または非物品成形鋳型であってもよい。

本発明の方法の実施においては、鋳型を、長手方向に沿って急な角度で傾斜する溶湯供給路に接続することも可能である。あるいは、鋳型を、長手方向に沿って徐々に縮小する（徐々にその断面積が小さくなる）溶湯供給路に接続することも可能である。そしてさらに、鋳型を、長手方向が直立した溶湯供給路に接続することも可能である。本発明の１つの好ましい実施の形態においては、列中の隣接する鋳型が、鋳型の頂上部から頂上部へ順次充填が行われる状態で、各溶湯供給路によって接続されている。

本発明の特定の実施の形態においては、鋳型を、ギャング鋳型の直線状またはアーチ状溶湯供給路の長手方向に沿って配置することもできる。また鋳型を、等軸物品、鋳型の軸に沿った多数の柱状結晶粒を有する方向性凝固物品、または単一方向結晶粒を有する単結晶物品を鋳込むように構成することもできる。

また本発明は、鋳型アセンブリの溶湯受容鋳型カップに金属または合金の溶湯を供給するステップと、鋳型カップから第１の複数の鋳型が一列に順々に接続された鋳型アセンブリの第１溶湯供給路に溶湯を供給するステップと、第１溶湯供給路から連結溶湯供給路を経由して第２の複数の鋳型が一列に順々に接続された第２供給路へ、第２の複数の鋳型への充填が始まる前に第１の複数の鋳型が少なくとも部分的に充填されるように溶湯を供給するステップとを含む、溶融金属または合金を鋳込むための方法および鋳型アセンブリをも想定に入れる。

また本発明のさらにもう１つの実施の形態において、溶融金属または合金を鋳込むための方法および鋳型アセンブリは、金属または合金の溶湯を、列中の先の鋳型の頂上部とその次の鋳型の頂上部とを接続する各溶湯供給部材によって、一列に順々に接続された複数の鋳型に供給するステップと、そして列中の各鋳型に次の鋳型が充填される前に完全に充填しきるステップとを含む。

もう１つの実施の形態において、本発明は、直線またはアーチ状凝固ゲート（湯口）に接続された複数の凝固金属または合金物品からなる、金属または合金鋳造物の鋳造法を提供する。この方法において、この凝固ゲートに接続された１番目の金属または合金物品は、同じくこの凝固ゲートに接続された残りの他の凝固金属または合金物品よりも多くの異物を含んでいる。この鋳造物には、傾斜し、種々の断面を有し、あるいは直立した凝固ゲートの全長に沿って連なって接続された凝固物品も含まれる。本発明のもう１つの実施の形態において、この鋳造物には、頂上部から頂上部へまたは頂上部から底部へ各凝固ゲートによって相互に接続された、隣接した凝固物品も含まれる。この凝固物品には等軸多結晶物品、方向性凝固柱状晶物品、単結晶物品または複合物品も含まれる。

本発明においては、一連の鋳型にその充填の過程で大きな中断を差し挟むことなくより均一且つ一貫性のある充填をなすことができ、鋳造される高価な金属および合金をより有効に利用して製造コストの削減を図ることができ、また本発明のある実施の形態においては、順列中の後に続いて充填される物品への非金属混入物や溶滓（溶滓）などの異物の混入を低減させ、結果的に廃棄鋳造物品の発生を減少させることができる、といった有利点がある。さらに、物品を方向性凝固によって鋳造し、方向性凝固柱状晶または単結晶物品を生成する場合において、本発明を実施することにより、方向性凝固をもたらすための鋳型の結晶粒核形成室内の溶湯熱の維持を向上させることができる。それにより、鋳造物品の品質を向上させることが可能となる。

本発明のその他の利点は、図面を参照して述べる以下の本発明の詳細な説明から、より容易に明白となるであろう。

図１Ａは、本発明の１つの例示的実施の形態による、鋳型注入カップの底部の湯口から放射状に延びる複数の溶湯供給部材を有するギャング鋳型アセンブリを示す斜視図である。
図１Ｂは、図１Ａのギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。
図１Ｃは、一連の各鋳型が次の鋳型への充填が始まる前に完全に充填し終えるように、各鋳型に対して傾斜して接続された溶湯供給路内の溶融金属または合金を示す、１つの溶湯供給部材を表す拡大部分断面図である。
図１Ｄは、鋳型が順次に部分的に充填されるように、傾斜した供給路の上部に取り付けられた構図を示す、もう１つの溶湯供給部材を表す拡大部分断面図である。
図２は、一連の各鋳型が次の鋳型への充填が始まる前に完全に充填し終えるように、鋳型注入カップから離れる方向に段々に断面積が減少する、複数の断面を有する（縮小する）非傾斜溶湯供給路内の溶融金属または合金を示す、もう１つの例示的溶湯供給部材を表す拡大部分断面図である。
図３は、重力鋳造の過程で水平に順々に充填され、一連の各鋳型が次の鋳型の充填が始まる前に完全に充填し終える形で、直立型の溶湯供給部材に沿って順々に鋳型が接続された、本発明のもう１つの例示的実施の形態によるギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。
図４は、一連の鋳型の１番目の鋳型から２番目の鋳型そして３番目の鋳型そしてまたそれ以降へと、重力鋳造の過程で鋳型が順々に充填されるように、溶融金属または合金を頂上部から頂上部へと段階式に流動させる、一連のアーチ状溶湯供給部材によって連結される鋳型を有するギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。図４において、この段階式流れは、一連の鋳型のそれぞれが次の鋳型の充填がなされる前に完全に充填されるように、水平に順々に各鋳型の頂上部から次の鋳型の頂上部へと供給される。
図４Ａは、一連の鋳型の１番目および２番目の鋳型が溶湯供給スポークに接続されている、一連のアーチ状溶湯供給部材によって接続される鋳型を有する、図４のアセンブリに対するもう１つの代替的ギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。
図５は、異物を収集する状態で溶融金属または合金の溶湯が供給される擬似第１鋳型、およびこの溶湯が各鋳型空洞部の底部から頂上部を通じて一連の鋳型を水平に順々に流動するように、各鋳型の頂上部から次の鋳型の底部へこの溶湯を流動させる一連の溶湯供給部材によって連結された物品成形鋳型を有する、鋳型アセンブリの一連の鋳型を示す拡大部分断面図である。
図６は、異物の収集または捕捉を補助する状態で溶融金属または合金の溶湯が供給される擬似第１鋳型、およびこの溶湯が各鋳型空洞部の底部から頂上部を通じて一連の鋳型を斜めに順々に流動するように、各鋳型の頂上部から次の鋳型の底部へこの溶湯を流動させる一連の溶湯供給部材によって連結された物品成形鋳型を有する、さらにもう１つの鋳型アセンブリの一連の鋳型を示す拡大部分断面図である。
図７は、順列中２番目の鋳型への充填が完了する前に１番目の鋳型への充填が完了する状態で、一連の水平な溶湯供給部材によって直立型の湯口に連結された一連の鋳型を有する、本発明のもう１つの実施の形態によるギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。各鋳型が各溶湯供給部材の頂上部に接続された構図が示される。
図８は、順列中の次の積層鋳型への充填が完了する前に１番目の積層鋳型への充填が完了する状態で、それぞれ溶湯が流動するように一連の水平な各溶湯供給部材によって直立型の湯口に連結された垂直積層鋳型を有する、本発明のもう１つの実施の形態によるギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。
図９は、順列中の２番目の鋳型への充填が完了する前に１番目の鋳型への充填が完了するように直立型の湯口に接続された、各溶湯供給部材の底部に接続された鋳型を有する、図７のギャング鋳型アセンブリに類似した本発明のもう１つの実施の形態によるギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。
図１０は、第１の複数の鋳型が溶湯が流動するように接続された第１アーチ状溶湯供給部材および第２の複数の鋳型が溶湯が流動するように接続された第２アーチ状溶湯供給部材を有する、本発明のもう１つの例示的実施の形態によるギャング鋳型アセンブリを示す斜視図である。第１および第２溶湯供給部材が、第２の複数の鋳型への充填の前に第１の複数の鋳型への充填が部分的または完全になされるように、アーチ状の第３溶湯供給路によって接続されている構図が示される。
図１１は、各配列または順列中の２番目の鋳型への充填が完了する前に１番目の鋳型への充填が完了するように、鋳型注入カップ底部の湯口からＨ型に延在する複数の溶湯供給部材を有する、本発明のもう１つの例示的実施の形態によるもう１つのギャング鋳型アセンブリを示す斜視図である。
図１２は、順列中の各鋳型への充填が次の鋳型への充填がなされる前に完了するように、鋳型注入カップ底部の湯口から傾斜螺旋状に延在するアーチ状溶湯供給部材を有する、本発明のもう１つの例示的実施の形態によるさらにもう１つのギャング鋳型アセンブリを示す斜視図である。
図１３は、単結晶物品を鋳造するように構成され、図５と同様の状態で一連の溶湯供給部材によって連結された物品成形鋳型を有する、本発明のもう１つの例示的実施の形態によるさらにもう１つのギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。
図１４は、方向性凝固、柱状晶物品を鋳造するように構成され、図４と同様の状態で溶融金属または合金を頂上部から頂上部へと順に流動させて順列中の鋳型を充填するように一連の溶湯供給部材によって接続された物品成形鋳型を有する、本発明のもう１つの例示的実施の形態によるさらにもう１つのギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。

溶融金属または合金を複数の鋳型に鋳込むための方法および装置の例示的実施の形態には、金属または合金の溶湯を鋳型アセンブリの溶湯受容鋳型カップに供給するステップと、そしてこの溶湯をこの鋳型カップから鋳型アセンブリの溶湯供給路へと供給して、この溶湯供給路に溶湯が流動するように一列に連なって接続された複数の鋳型へと流動させるステップとが含まれ、ここでこの溶湯供給路は、順列中の各鋳型が同じ順列中の次の鋳型へ少なくとも部分的に充填される前に少なくとも部分的に充填されるように構成される。

図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃは、本発明の１つの実施の形態を、その範囲に制限を加えることなく例示する図である。図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃにおいて、ギャング鋳型１０が、一体化した溶湯受容鋳型カップ１０ａ、この鋳型カップ１０ａに連通した湯道１０ｃを有する湯口１０ｂ、およびこの湯口に接続され、それぞれが溶湯供給路１０ｅを有する複数の溶湯供給部材１０ｄを有する構図が示される。オプションとして、溶湯が鋳型に流入する前の異物除去のために、例えば網状セラミック・フィルタまたは細胞流入セラミック・フィルタなどの従来型の溶融金属または合金フィルタ（図示せず）を、鋳型カップ１０ａに標準的に装備することも可能である。

本発明の１つの例示的実施の形態において、複数の物品成形鋳型２０が、水平よりもやや上方に傾斜し、鋳型カップ１０ａからほぼ放射方向に延在する複数（図中４本が示される）の溶湯供給部材１０ｄのそれぞれに、その全長に沿って溶湯を流動させることができるように接続される構図が示される。各鋳型２０は、生成される鋳造物品の形状および閉塞端２０ｅを有する物品成形鋳型空洞部２０ｃを内部に含み、またその領域を画定するセラミック・シェル２０ａにより構成される。鋳型空洞部は所望の鋳造物品を生成するための任意の形状でよいが、限定的な意味ではなく例示のために、鋳型空洞部２０ｃがガス・タービン・エンジン翼の形状を有する構図が示される。このために、この鋳型空洞部は、翼根領域２０ｒ、翼プラットフォーム領域２０ｐ、翼幹領域２０ｆおよび翼端領域２０ｔを含む。この鋳型空洞部２０ｃは、溶融金属または合金が鋳型カップ１０ａに供給され、湯口および湯道１０ｅを通じて流動する際、各溶湯供給路１０ｅから溶融金属または合金を受け入れるように、各溶湯供給路１０ｅに流体連通した状態で接続された鋳型湯口通路２０ｇによって接続される。溶融金属または合金は、鋳型カップまたは他の任意の溶湯格納容器上に位置する、従来型の傾斜可能坩堝または底部供給坩堝などの従来型坩堝ＣＲから、鋳型カップ１０ａへと注ぎ込まれる。またあるいは、金属または合金を、固体装填物として鋳型カップ１０ａ内に配置し、誘導溶解、電子ビーム溶解またはその他の溶解法によって、その内部で原位置溶解させることも可能である。溶融金属または合金を、真空、保護雰囲気、または鋳込まれる特定の溶融金属または合金に基づいた空気下の、坩堝またはその他の溶湯格納容器内で、溶解および／または保持することも可能である。

ギャング鋳型１０は、周知のロスト・ワックス法によってセラミック・シェル鋳型アセンブリとして形成され得る。このロスト・ワックス法においては、ギャング鋳型の形状に合致した形状を有するワックスまたは他の一過性模型アセンブリ（例えばワックス鋳型カップ、ワックス湯口、ワックス溶湯供給部材、ワックス鋳型）が作り上げられる。この一過性の模型アセンブリをセラミック・スラリーに繰り返し浸漬させ、余剰なスラリーを除去し、そして粗いセラミック・スタッコ粒子を塗布し、模型アセンブリ上に所望の鋳型肉厚のセラミック・シェルを形成する。続いてこの模型アセンブリを選択的に除去し、残ったセラミック・シェル・ギャング鋳型を高温で加熱し、このシェル鋳型にその後の鋳造に必要とされる強度を与える。

鋳造の過程において、図１Ｂに示す溶融金属または合金Ｍは、坩堝ＣＲまたはその他の溶湯格納容器から鋳型カップ１０ａへと注ぎ込まれ、重力によって湯口１０ｂおよびゲート通路１０ｅを通じて流動する。本発明の１つの実施の形態において、この溶融金属または合金Ｍは、湯口から傾斜した溶湯供給路１０ｅを通じて流れ、溶湯供給部材１０ｄの全長に沿った鋳型１０の位置に応じて、順に物品成形鋳型空洞部２０ｃへと充填される。例えば図３を参照すると、溶融金属または合金Ｍは最初に鋳型＃１へと流れ込み完全に充填され、続いて２番目に鋳型＃２へと流れ込み完全に充填され、続いて３番目に鋳型＃３へと流れ込み完全に充填され、最後に鋳型＃４へと流れ込み完全に充填される。この溶融金属または合金Ｍは鋳型内で凝固し、各鋳型２０内でインベストメント鋳造物品が形成される。この鋳造物品は、鋳型材料が除去される時点では凝固ゲートおよび湯口および鋳型カップに接続されている。鋳型材料を除去した後、この鋳造物品を、切断、挽き切り、Ｖ字切り込みを利用した折り取り、または他の任意の分離技術によってゲートから分離する。

図１Ａ〜１Ｄにおいては、鋳型２０が、鋳型空洞部２０ｃ内で等軸多結晶インベストメント鋳造物品を生成する構図が示されているが、本発明を実施することにより柱状晶物品、単結晶物品または複合物品などの任意のタイプの鋳造物品を生成することができ、本発明はこの内容に限定されるものではない。

この順序で鋳型２０へ充填することにより、一連の鋳型に対して、大きな中断を差し挟むことなくより均一且つ一貫した充填を行うことができるという利点が得られることが分かった。これによって鋳型２０内の鋳造物品の稠度および品質が向上する。さらに、この順序で鋳型２０へ充填することにより、鋳造に使用される高価な金属および合金をより効率的に利用することができ、製造コストの削減を図ることができる。また本発明を実施することにより、空孔欠陥、結晶粒欠陥、非金属混入物などの放射線検査により確認される欠陥、非金属混入物などの目に見える欠陥によって廃棄される鋳造物品の数を削減することができる。本発明の特定の実施の形態においては、順列中の後に続いて充填される鋳型（例えば鋳型＃２−＃４）への非金属混入物および溶滓などの異物の混入を減少させることにより、結果的に廃棄される鋳造物品の数を削減することができる。周知のように、非金属混入物は、製造される鋳造物品の伸張性、破断性、耐用年数を減少させるなど、鋳型内で凝固する物品の機械的性質にとって有害である。航空宇宙分野の用途では、鋳型＃２、＃３、＃４などの内部で凝固する金属または合金物品の内部への非金属混入物のレベルを減少させることは、タービン・エンジンまたは機体の製造業者などの、物品（製品）のエンド・ユーザにとって、きわめて重要および／または多くの場合必要不可欠となる。鋳型＃１内で生成された鋳造物品は、廃棄または再加工されるか、あるいは金属または合金を回収して再び溶解させる場合もある。

図１Ｄを参照すると、本発明のもう１つの例示的実施の形態において、物品成形鋳型２０が、傾斜した溶湯供給部材１０ｄ上に、溶湯供給路１０ｅと流体連通した状態で配置される。図１Ｄに示されるように、溶湯供給部材１０ｄは水平に対して鋭角的に傾斜している。

図１Ａ〜１Ｄおよび続く図２〜図１４において、同じ参照番号は同じまたは類似の機能または構成要素を指すために用いられる。

図２を参照すると、本発明のさらにもう１つの例示的実施の形態において、一連の物品成形鋳型２０が、種々の断面（縮小する断面）１０ｆを有し、鋳型カップから距離が離れるほど断面積が減少する、溶湯供給路１０ｅを有する溶湯供給部材１０ｄに、溶湯が流動するように接続された構図が示される。鋳型２０は、鋳造の過程でこれらの鋳型が順々に充填されるように、溶湯が鋳型ゲート通路２０ｇを通じて流動する状態で溶湯供給路１０ｅの各断面（縮小する断面）１０ｆに接続される。つまり、溶融金属または合金Ｍは、最初に鋳型＃１へと流れ込み完全に充填され、次に鋳型＃２へと流れ込み完全に充填され、最後に鋳型＃３へと流れこみ完全に充填される。図２においては溶湯供給部材１０ｄを水平に配置した構図が示されるが、これを水平に対して傾斜させることも可能である。

図３を参照すると、本発明のさらにもう１つの例示的実施の形態において、物品成形鋳型２０が、直立型溶湯供給部材１０ｄから延在するゲート・スポーク１０に、溶湯が流動する状態で接続される構図が示される。溶湯供給部材１０ｄは直立型溶湯供給路１０ｅを含んでおり、鋳型２０には、各鋳型湯口通路２０ｇを通じてほぼ水平に溶融金属または合金が供給される。各鋳型には溶融金属または合金Ｍが順々に充填され、最初に鋳型＃１へと流れ込み完全に充填され、２番目に鋳型＃２へと流れ込み完全に充填され、３番目に鋳型＃３へと流れ込み完全に充填され、最後に鋳型＃４へと流れ込み完全に充填される。溶融金属または合金は鋳型カップ１０ａに注入され、重力によって湯口１０ｂを通じて下方へ流動し、次に金属の静圧および重力によって溶湯供給路１０ｅを通じて上方へ流動し、各鋳型へと流れ込む。図においては鋳型２０が水平方向を向いた構図が示されるが、先端領域２０ｔが根元領域２０ｒよりも下になるように下方に傾斜させて構成することもできる。

図４を参照すると、本発明のさらにもう１つの例示的実施の形態において、金属または合金の溶湯を鋳型アセンブリの溶湯含有鋳型カップ１０ａに供給し、続いて鋳型カップ１０ａからの溶湯を鋳型アセンブリの溶湯供給スポーク１０ｓに供給し、複数の鋳型２０へと流動させる構図が示される。これらの鋳型２０の内の１番目の鋳型は、鋳型カップから溶湯供給スポーク１０ｓの通路を通じて直接溶湯が流れ込むように接続されており、それに続く鋳型は、各溶湯供給部材１０ｄによって、順列中の先行する鋳型の頂上部から次の鋳型への頂上部へとそれぞれ相互に接続される。具体的に述べるとこの実施の形態においては、図に示すように、一連の物品成形鋳型２０が、鋳型湯口通路２０ｇに接続された溶湯供給部材１０ｄの各溶湯供給路１０ｅによって接続されており、順列中の１番目の鋳型＃１の頂上部から２番目の鋳型＃２の頂上部へ、そして３番目の鋳型＃３の頂上部またそれ以降へと、溶融金属または合金を頂上部から頂上部へと段階的に流動させ、鋳造の過程において鋳型が順々に充填される。この一連の溶湯供給部材１０ｄおよび相互に接続された鋳型２０を、鋳型カップ１０ａまたは湯口１０ｂに対して任意のパターンで配置することも可能である。例えば、この一連の溶湯供給部材１０ｄおよび相互接続された鋳型２０を、鋳型カップおよび／または湯口に対して直線状または円形状またはその他のアーチ状に配置することも可能である。

図４を参照すると、溶融金属または合金の縦列流れは、溶湯が順列中の先行する鋳型の鋳型空洞部２０ｃを通じて次の鋳型へ直接流れ込むのではなく、一連の鋳型２０の各鋳型空洞部２０ｃ内部で一端行き詰まりとなり、続いて順列中の各鋳型２０の鋳型空洞部２０ｃの頂上部から次の鋳型２０の鋳型空洞部の頂上部へと順々に流動する。具体的に述べると、通路１０ｅを有する第１溶湯供給部材１０ｄは、溶融金属または合金を、注入カップ１０ａ（または湯口）から最初に充填される鋳型＃１の鋳型空洞部２０ｃの頂上部湯口通路２０ｇへ供給するために配置され、そして第２ゲート部材１０ｄは、溶湯金属または合金を、最初に充填される鋳型＃１から順列中の次の鋳型＃２の鋳型空洞部２０ｃの頂上部へ、またそれ以降の鋳型へ供給するために配置される。

鋳型は溶湯金属または合金によって順々に充填される。溶湯金属または合金は、鋳型カップ１０ａ（または湯口）から最初に鋳型＃１へと流れこみ完全に充填され、続いてこの鋳型＃１から順列中の鋳型＃２へと流れ込み完全に充填され、そして次の鋳型へと流れ込み完全に充填され、全ての鋳型が溶融金属または合金で充填されるまでこれを繰り返す。

一連の溶湯供給部材はアーチ状の溶湯供給部材１０ｄとして示されているが、適切な形状および溶湯通路１０ｅの断面サイズを有する他の任意の溶湯供給部材を利用することもできる。例えば、溶湯供給部材１０ｄを、順列中の先行する鋳型の頂上部から次の鋳型へ溶湯を順々に流動させることのできる、コ字状または反転湾曲形状またはその他の任意の形状をとる、直線および／または曲線状の部分で構成することも可能である。

オプションとして、溶湯が鋳型に流入する前に溶滓および非金属混入物などの異物を除去するために、例えば網状セラミック・フィルタまたは細胞流入セラミック・フィルタなどの従来型の溶融金属または合金フィルタＦを、溶湯供給スポーク１０ｓの通路内に配置することも可能である。

図４Ａは、通路１０ｅを有する一連のアーチ状溶湯供給部材１０ｄによって接続された鋳型２０を有する図４のギャング鋳型アセンブリに対する、１つの代替的ギャング鋳型アセンブリを示す断面図であり、ここでは順列中の１番目の鋳型＃１および２番目の鋳型＃２が、溶湯フィルタＦをその内部に有する溶湯供給スポーク１０ｓに接続されており、それに続く鋳型＃３およびそれ以降の鋳型は、図４に示されるのと同様に頂上部と頂上部が接続されている。

オプションとして、図４および４Ａに示す物品成形鋳型＃１を、図５および６を参照して以下に述べる、またこれらの図において鋳型＃０として示される擬似または仮の非物品成形鋳型で置き換えることも可能である。擬似または仮の非物品成形鋳型とは、この非物品成形鋳型の鋳型空洞部２０ｃが、物品成形鋳型によって鋳造される物品の形状を有していないという意味である。

図５および６を参照すると、鋳型アセンブリにおいて、第１の擬似または仮の非物品成形鋳型＃０にゲート・スポーク１０ｓによって行き止まりの状態で溶湯が供給されて非金属混入物および溶滓などの異物が収集または捕捉され、続く物品成形鋳型＃１−＃３およびそれ以降の鋳型は一連の溶湯供給部材１０ｄによってその頂上部と底部とが接続され、溶融金属または合金の溶湯が各鋳型の頂上部から次の鋳型の底部へ、そして各鋳型空洞部２０ｃを通じて流れ、図５においては水平に図６においては斜め上に順々にそれぞれ流動する構図が示される。鋳型＃１、＃２、＃３およびそれ以降の鋳型の各鋳型空洞部２０ｃにおいて、図に示される溶湯供給部材１０ｄの配置の結果として、溶湯は底部から頂上部へと流れる。図５および６において、溶湯は、鋳型カップ（図示せず）からゲート・スポーク１０ｓの通路を通じて、擬似または仮の鋳型＃０の頂上部へと流れる。この擬似または仮の鋳型＃０が完全に充填された後、溶湯は、第１溶湯供給部材１０ｄの通路１０ｅを通じて鋳型＃１の頂上部から鋳型＃２の底部へと流れる。溶湯は、鋳型＃２の底部から鋳型空洞部２０ｃを通じて頂上部へと流れ、続いて第２溶湯供給部材１０ｄを通じて鋳型＃２の頂上部から次の鋳型＃３の底部へと流れ、これが繰り返される。擬似または仮の鋳型＃０は非物品成形鋳型として示されているが、この１番目の鋳型を例えば図４に示すような物品成形鋳型として構成することも可能である。

図６においては、図５とは異なり一連の物品成形鋳型２０が順々に上昇して配置される構図が示される。

図７は本発明のもう１つの実施の形態によるギャング鋳型アセンブリ１０を示しており、この鋳型アセンブリにおいては、鋳型２０が、順列中２番目の鋳型＃２への充填が完了する前に１番目の鋳型＃１への充填が完了するように、各鋳型湯口通路２０ｇによって、直立型湯口１０ｂから溶湯が流動するように連通した通路１０ｅを有する一連の水平溶湯供給部材１０ｄに接続されている。この鋳型が各溶湯供給部材１０ｄの頂上部に接続された構図が示される。この湯口１０ｂは鋳型カップ１０ａから流れ込む溶湯を受け入れる。

図８は本発明のもう１つの実施の形態による図７のギャング鋳型アセンブリに類似したギャング鋳型アセンブリを示しており、この鋳型アセンブリにおいては、上下方向に積み重ねられた鋳型２０が、鋳型間の接続路Ｐによって溶湯が流動するように接続されている。この鋳型２０は、下側の順列中２番目の鋳型＃２への充填が完了する前に１番目の鋳型＃１への充填が完了するように、また上側の順列中鋳型＃４への充填が完了する前に鋳型＃３への充填が完了するように、各鋳型湯口通路２０ｇによって、直立型湯口１０ｂに接続された一連の水平溶湯供給部材１０ｄの通路１０ｅに接続されている。

図９は本発明のもう１つの実施の形態による図７のギャング鋳型アセンブリに類似したギャング鋳型アセンブリを示しており、この鋳型アセンブリにおいて、鋳型２０は、順列中２番目の鋳型＃２への充填が完了する前に１番目の鋳型＃１への充填が完了するように、各鋳型湯口通路２０ｇによって、直立型湯口１０ｂに接続された各溶湯供給部材１０ｄの通路１０ｅの底部に接続されている。

さらに図１Ａ〜１Ｄおよび２を参照すると、鋳型２０は、ギャング鋳型１０の湯口１０ｂから延在する直線状の（真っ直ぐな）溶湯供給部材１０ｄの全長に沿って配置されている。

一方図１１を参照すると、鋳型は直線状の（真っ直ぐな）、傾斜した溶湯供給部材１０ｄの全長に沿って配置されており、この溶湯供給部材１０ｄは、水平に対して鋭角に傾斜し、クロス・ゲート・スポーク１０ｓからＨ字形パターンに延在する。このクロス・ゲート・スポーク１０ｓは、ギャング鋳型１０の湯口１０ｂに溶湯が流動するように接続され、この湯口１０ｂから流入する溶融金属または合金の溶湯を受け入れ、鋳型へと供給する。本発明は任意の適切なパターンのゲート部材および鋳型を利用して実施することができ、本明細書において示しまた説明されたパターンのみに限定されるものではない。

一方で例えば、鋳型を、ギャング鋳型のアーチ状ゲート部材の全長に沿って配置することも可能である。例えば図１２を参照すると、溶湯供給部材１０ｄは、溶湯が流動するように湯口１０ｂに接続された略放射状のゲート・スポーク１０ｓから延在する。図において、この溶湯供給部材１０ｄが鋳型カップ１０ａを中心に上方に傾斜して螺旋状に延在し、鋳型２０が溶湯が流動するようにこの螺旋状ゲート部材に接続されている構図が示される。この傾斜した螺旋形状によって、一連の鋳型２０はこの螺旋の傾きの方向に順々に充填される。

本発明の上述の例示的実施の形態においては、鋳型２０が、その内部で等軸物品を鋳造するように構成されている構図が示される。つまり、溶融金属または合金は鋳型空洞部２０ｃへと導入され、空気、真空または鋳込む金属または合金に応じた保護雰囲気下で凝固され、鋳造物品内に等軸結晶粒微構造が提供される。本発明は、等軸鋳造物品の生成のみに限定されるわけではなく、方向性凝固柱状晶物品、単結晶物品、複合物品などの他の鋳造物品の生成のために実施することも可能である。

例えば図１３を参照すると、単結晶物品を鋳造するための１つの例示的なギャング鋳型が、鋳型カップ１０ａ、湯口１０ｂ、ゲート・スポーク１０ｓ、および単結晶物品を鋳造するように構成された鋳型２０へ溶融金属又は合金を供給するための通路１０ｅを有する、図５を参照して上に述べたタイプの一連のゲート部材１０ｄによって構成される構図が示される。このゲート・スポーク１０ｓが２つ、３つまたはそれ以上の分岐ゲート・スポークに分岐していてもよく、この場合、各分岐ゲート・スポークは一連の鋳型のそれぞれに溶湯が流動するように接続される。

図１３において、各鋳型２０は、溶融金属または合金から熱を一方向に除去するチル・プレートＣＰによって閉塞された結晶粒核形成室２１、およびこの核形成室に接続され、また内部を通じて上方へ伝播する単結晶又は単結晶粒を選択し、さらにその上方の鋳型空洞部２０ｃ内の溶融金属または合金に伝播させる“ピグテール（ｐｉｇｔａｉｌ）”通路などの結晶セレクタ通路２２を含む。核形成室２１および／または“ピグテール”通路の代わりに、鋳型内に単結晶シード（図示せず）を配置し、単結晶粒または単結晶の核形成を行い鋳型２０ｃ内部に伝播させることも可能である。この場合鋳型＃１はチル・プレートとは連通せずその下部が閉塞されており、鋳型＃２〜＃３またそれ以降の鋳型も同様である。物品が方向性凝固により鋳造され方向性凝固柱状粒または単結晶物品を生成する場合、本発明を実施することによって、方向性凝固をもたらすための鋳型結晶粒核形成室２１内での溶湯熱の保持が向上する。

図１３に示す鋳造法は、鋳型が、鋳型注入カップの溶湯供給スポークから溶湯が供給されるセラミック・シェル鋳型の溶湯供給室上に積み重ねられる方法や、溶湯供給室がピグテールなどの結晶粒セレクタ上に配置される方法や、最下部の鋳型のみが鋳型湯口通路によって溶湯供給室と溶湯が流動するように直接接続されており、この最下部の鋳型の上に配置された残りの鋳型が鋳型間の直立型接続路によって次の鋳型に接続されている方法などの、先行技術による単結晶鋳造法とは異なる。また溶湯供給室上に複数の鋳型のスタック（積み重なり）を配置する方法も採られてきた。この方法においては、各スタックの最下部の鋳型のみが鋳型湯口通路によって溶湯が流動するように溶湯供給室と直接接続されており、各スタックにおける最下部の鋳型の上の残りの鋳型は、これらの鋳型間の直立型接続路によって次の鋳型に接続されており、最下部の鋳型に同時に溶湯が充填され、次にその上の鋳型に同時に溶湯が充填されそれ以降もこれが繰り返される、といったように構成されている。

図１４を参照すると、鋳型カップ１０ａと、湯口１０ｂと、ゲート・スポーク１０ｓと、および図４を参照して上に述べたタイプの、柱状晶物品を鋳造するように構成された鋳型２０に溶融金属または合金を供給する通路１０ｅを有する一連の溶湯供給部材１０ｄと、によって構成された柱状晶物品を鋳造するための１つの例示的ギャング鋳型が示される。特に、鋳型２０は、内部の溶融金属または合金から一方向に熱を除去するチル・プレートによって閉塞された結晶粒核形成室２１を含む。鋳型空洞部２０ｃは核形成室２１に接続しており、この核形成室２１内を上方に伝播する多数の結晶または結晶粒が、鋳型空洞部２０ｃ内の溶融金属または合金に伝播し、柱状晶物品を形成するように構成されている。また鋳型＃１の下端をチル・プレートに接続させずに閉塞し、鋳型＃２〜＃３またそれ以降も同様にチル・プレートに接続させずに閉塞する、といったように構成することも可能である。

上に述べた実施の形態において、溶融金属または合金が鋳型カップ、湯口、ゲート部材、鋳型２０の鋳型空洞部２０ｃ内で凝固した後、鋳型材料を金属または合金鋳造物から取り除く。この金属または合金鋳造物には、鋳型空洞部２０ｃ内で形成され、湯口および注入カップに接続した凝固ゲートに接続した凝固金属または合金物品が含まれる。鋳型材料は、ノックアウト法、振動法、研磨剤吹き付け法、化学溶解／噴射除去法、またはその他の従来の鋳型除去法によって取り除かれる。最初に充填される鋳型（例えば図中の擬似鋳型＃０または鋳型＃１）内の凝固金属または合金物品中には、溶融金属または合金の時点で混入した非金属混入物がより多く含まれる。その後に続いて充填された残りの鋳型（例えば＃２、＃３、＃４など）内で形成された、後の凝固金属または合金物品には、非金属混入物の混入の割合が少ない。

図１０は、本発明のもう１つの実施の形態による、鋳型カップ１０ａ、湯口１０ｂおよび溶融が流動するように接続された略放射状ゲート・スポーク１０ｓを有するギャング鋳型アセンブリ１０を示す。このゲート・スポーク１０ｓは、第１の複数の鋳型２０に溶湯が流動するように接続された通路１０ｅを有する第１アーチ状溶湯供給部材１０ｄに向かって延びる。この第１アーチ状溶湯供給部材は、第２の複数の鋳型２０’に溶湯が流動するように接続された通路１０ｅ’を有する第２アーチ状溶湯供給部材１０ｄ’と、溶湯が流動するように接続されている。この第１および第２溶湯供給部材は、溶湯が流動して、第１の複数の鋳型２０が、第２の複数の鋳型２０’への充填の前に完全にまたは部分的に充填されるように、アーチ状溶湯供給接続部材１０ｇによって接続されている。溶湯供給部材１０ｄ、１０ｄ’はリング状または図に示すような部分リング状である。あるいはこの溶湯供給部材が直線状またはその他の任意の形状であってもよい。さらにアーチ状または直線状の溶湯供給部材（図示せず）を、接続部材１０ｇに類似した適切な溶湯供給接続部材（図示せず）によって接続し、それぞれ一連の複数の鋳型を溶湯が流動するように接続された第３、第４、第５、その他の溶湯供給部材を構成することも可能である。

本発明の実施に際して、鋳型アセンブリにおいて、種々の鋳造法を利用した鋳造を行うことができる。例えば鋳型アセンブリにおいて、溶湯を鋳型カップ１０ａに供給し、空気、真空または保護雰囲気下に配置された鋳型２０へと重力によって流動させる重力鋳造を行うことも可能である。さらに例えば米国特許第６，０１９，１５８および６，０７０，６４４号明細書に開示されるような、鋳型アセンブリにおいて、鋳型カップ１０ａ内の溶湯にガス圧力を加え、鋳型への溶湯の流動を補助するといった方法を行うことも可能である。さらに米国特許第６，４５３，９７９号明細書に開示されるような、鋳型アセンブリに、外面釉薬層またはコーティングを施し、鋳型壁ガス透過率を低減させ、真空室内の鋳型カップに供給される溶湯にガス圧力を加えて溶湯の鋳型への流動を補助するといった方法を行うことも可能である。

以下の例は、本発明の範囲に制限を加えることなく、本発明の内容をさらに例証するために示されるものである。

この例では、高圧タービン翼を方向凝固させるためのセラミック・インベストメント・シェル鋳型アセンブリを生成した。この鋳型アセンブリは、真空および華氏５００度（摂氏２６０度）の過熱下で市販のニッケル基超合金（ＲＥＮＥ１４２）溶湯を注ぎ込む中央鋳型カップを含む。この鋳型カップ１０ａは、６個の放射状に延在する溶湯供給スポーク１０ｓを含んでおり、この６個の溶湯供給スポーク１０ｓのそれぞれは鋳型ギャングと溶湯が流動するように接続されており、この鋳型ギャングは最初に充填される円筒形擬似（非物品形成）シェル鋳型と、図４と同様の状態でアーチ状溶湯供給路によってその頂上部と頂上部とが相互に接続される一連の１０個の物品形成（タービン翼形成）シェル鋳型とによって構成されている。擬似鋳型および１番目の物品成形鋳型は、図４Ａと同様の状態で各溶湯供給スポーク１０ｓに接続され、ここでこの円筒形擬似鋳型は図４Ａの鋳型＃１で示す位置に配置され、タービン翼鋳造物を形成するための各物品成形鋳型は図４Ａの鋳型＃２、＃３およびそれ以降の鋳型の位置に配置された。各擬似鋳型は、円筒形の断面の鋳型空洞部を有し、その下端がチル・プレートＣＰに接続する。これらの物品成形鋳型およびチル・プレートは、鋳型カップを中心としてチル・プレート上で円形パターンで構成されているという点を除き、図１４に示す構成と同じである。２０ｐｐｉ（線インチあたり細孔）の従来型溶湯セラミック・フィルタを、放射状にそれぞれ延在する各溶湯供給スポークの図４に示す位置と同じ位置に配置した。

先に述べたタイプの複数の鋳型アセンブリにおいて、該例の連続充填法を利用して時間かけて充填を行い、タービン翼鋳造物を形成した。擬似鋳型内で形成される鋳造物は円筒状の形状をしており、これはタービン翼の鋳造物ではない。該実施例の連続充填法により鋳造された、一連の物品成形鋳型の２〜１０番目のタービン翼鋳造物において、異物の混入により廃棄されたタービン翼鋳造物の割合は約１．２％〜２．５％であった。連続充填により、各一連の鋳型の内の１番目の鋳型で鋳造されたタービン翼鋳造物のうち、異物の混入によって廃棄された鋳造物の割合は約５％であった。従って該実施例により鋳造された、各一連の鋳型の内の２〜１０番目の鋳型のタービン翼鋳造物においては、各一連の鋳型の内の１番目の鋳型で鋳造されたタービン翼の場合に比べ、廃棄される鋳造物の割合に著しい減少が見られた。

本発明を特定の実施の形態を参照することによって上に述べてきたが、本技術分野の当業者であれば、本発明がこれらの実施の形態の内容に限定されるものではなく、添付請求項において述べる本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の修正、変更などを加えることができることを理解するであろう。

本発明は、順次充填される状態で接続された複数の鋳型に溶融金属または溶融合金を鋳込む方法および装置に関し、複数の鋳型へ溶融金属または合金を鋳込むための方法および装置に適用することができる。

本発明の１つの例示的実施の形態による、ギャング鋳型アセンブリを示す斜視図である。 図１Ａのギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。 各鋳型に対して傾斜して接続された溶湯供給路内の溶融金属または合金を示す、１つの溶湯供給部材を表す拡大部分断面図である。 傾斜した供給路の上部に取り付けられた構図を示す、もう１つの溶湯供給部材を表す拡大部分断面図である。 複数の断面を有する（縮小する）非傾斜溶湯供給路内の溶融金属または合金を示す、もう１つの例示的溶湯供給部材を表す拡大部分断面図である。 直立型の溶湯供給部材に沿って順々に鋳型が接続された、本発明のもう１つの例示的実施の形態によるギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。 溶融金属または合金を頂上部から頂上部へと段階式に流動させる、一連のアーチ状溶湯供給部材によって連結される鋳型を有するギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。 図４のアセンブリに対するもう１つの代替的ギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。 各鋳型の頂上部から次の鋳型の底部へこの溶湯を流動させる一連の溶湯供給部材によって連結された物品成形鋳型を有する、鋳型アセンブリの一連の鋳型を示す拡大部分断面図である。 各鋳型の頂上部から次の鋳型の底部へこの溶湯を流動させる一連の溶湯供給部材によって連結された物品成形鋳型を有する、さらにもう１つの鋳型アセンブリの一連の鋳型を示す拡大部分断面図である。 一連の水平な溶湯供給部材によって直立型の湯口に連結された一連の鋳型を有する、本発明のもう１つの実施の形態によるギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。 それぞれ溶湯が流動するように一連の水平な各溶湯供給部材によって直立型の湯口に連結された垂直積層鋳型を有する、本発明のもう１つの実施の形態によるギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。 図７のギャング鋳型アセンブリに類似した本発明のもう１つの実施の形態によるギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。 本発明のもう１つの例示的実施の形態によるギャング鋳型アセンブリを示す斜視図である。 鋳型注入カップ底部の湯口からＨ型に延在する複数の溶湯供給部材を有する、本発明のもう１つの例示的実施の形態によるもう１つのギャング鋳型アセンブリを示す斜視図である。 鋳型注入カップ底部の湯口から傾斜螺旋状に延在するアーチ状溶湯供給部材を有する、本発明のもう１つの例示的実施の形態によるさらにもう１つのギャング鋳型アセンブリを示す斜視図である。 図５と同様の状態で一連の溶湯供給部材によって連結された物品成形鋳型を有する、本発明のもう１つの例示的実施の形態によるさらにもう１つのギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。 図４と同様の状態で溶融金属または合金を頂上部から頂上部へと順に流動させて順列中の鋳型を充填するように一連の溶湯供給部材によって接続された物品成形鋳型を有する、本発明のもう１つの例示的実施の形態によるさらにもう１つのギャング鋳型アセンブリを示す断面図である。

符号の説明

１０ ギャング鋳型
１０ａ 溶湯受容鋳型カップ
１０ｂ 湯口
１０ｃ 湯道
１０ｅ 溶湯供給路
１０ｄ 溶湯供給部材
２０ 物品成形鋳型
２０ａ セラミック・シェル
２０ｃ 物品成形鋳型空洞部
２０ｅ 閉塞端
２０ｆ 翼幹領域
２０ｇ 鋳型湯口通路
２０ｐ 翼プラットフォーム領域
２０ｒ 翼根領域
２０ｔ 翼端領域
ＣＲ 坩堝
Ｍ 合金

Claims (67)

1. 溶融金属または合金を鋳込むための方法であって、
   金属または合金の溶湯を鋳型アセンブリの溶湯含有鋳型カップへ供給するステップと、
   前記溶湯を前記鋳型カップから前記鋳型アセンブリの溶湯供給路へと供給し、前記溶湯供給路と溶湯が流通するように直列に順々に接続された複数の鋳型へと流動させるステップと
   を含み、前記溶湯供給路が、列中の各鋳型が列中の次の鋳型が少なくとも部分的に充填される前に少なくとも部分的に充填されるように構成されることを特徴とする連続鋳型充填方法。
2. 列中の１番目の鋳型が列中の２番目の鋳型への充填がなされる前に完全に充填され、前記２番目の鋳型が列中の３番目の鋳型への充填がなされる前に完全に充填され、そして列中の残りの鋳型が充填され終えるまでこれが繰り返されることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳型充填方法。
3. 列中の１番目の鋳型が、溶湯をその鋳型空洞部を通じて列中の次の鋳型へ流動させることなく、行き止まりの状態で充填されることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳型充填方法。
4. 前記１番目の鋳型が、行き止まりの状態で構成される物品形成または非物品形成鋳型であることを特徴とする請求項３に記載の連続鋳型充填方法。
5. 列中１番目の鋳型を溶湯供給路からその頂上部へ溶湯を供給することによって完全に充填するステップと、
   次に列中２番目の鋳型を、前記１番目に充填された鋳型の頂上部から前記２番目の鋳型の頂上部へと延在する第２溶湯供給路を利用して、その前記頂上部から充填するステップと
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳型充填方法。
6. 前記２番目の鋳型をその前記頂上部から完全に充填し、次に列中３番目の鋳型を、前記２番目の鋳型の前記頂上部から前記３番目の鋳型の頂上部へと延在する第３溶湯供給路を利用して、その前記頂上部から充填し、列中のその後に続く鋳型においてもこれが繰り返されることを特徴とする請求項５に記載の連続鋳型充填方法。
7. 前記１番目の鋳型を、前記１番目の鋳型のその閉塞した反対端から離れて位置する一端の単一の流入路を利用して充填するステップ
   を含むことを特徴とする請求項３に記載の連続鋳型充填方法。
8. ２番目以降の鋳型に充填される溶湯金属または合金に含有される異物のレベルが、１番目の鋳型に充填される溶融金属または合金に含有される異物のレベルよりも低いことを特徴とする請求項３に記載の連続鋳型充填方法。
9. 前記溶湯供給路がその全長に沿って水平に対して鋭角に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳型充填方法。
10. 前記鋳型を前記傾斜した溶湯供給路の上方および／または下方に接続するステップ
    を含むことを特徴とする請求項９に記載の連続鋳型充填方法。
11. 前記溶湯の供給が、断面積が徐々に小さくなる可変断面を有し、長手方向に沿って縮小することを特徴とする請求項１に記載の連続鋳型充填方法。
12. 前記溶湯供給路がその長手方向に沿って直立していることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳型充填方法。
13. 前記列中の隣接する鋳型を、アーチ状通路を有する各溶湯供給路によって接続するステップ
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳型充填方法。
14. 前記鋳型を、列中の先行する鋳型の頂上部から延在する溶湯供給通路により、前記列中の各鋳型の底部へ溶融金属または合金を供給することによって、直列に異なる高さで溶湯が供給されるように接続するステップ
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳型充填方法。
15. 前記鋳型を、ギャング鋳型の直線状溶湯供給路の全長に沿って配置するステップ
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳型充填方法。
16. 前記鋳型を、ギャング鋳型のアーチ状ゲート供給路の全長に沿って配置するステップ
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳型充填方法。
17. 前記通路が螺旋状または環状に延在することを特徴とする請求項１６に記載の連続鋳型充填方法。
18. 前記鋳型を、その内部で等軸多結晶物品を鋳造できるように構成するステップ
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳型充填方法。
19. 前記鋳型を、その内部で前記鋳型の軸に沿って多数の柱状粒子を有する方向性凝固物品を鋳造できるように構成するステップ
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳型充填方法。
20. 前記鋳型を、その内部で単一の粒子を有する単結晶物品を鋳造できるように構成するステップ
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳型充填方法。
21. 前記鋳型カップ内の前記溶湯にガス圧力を加えることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳型充填方法。
22. 溶融金属または合金を鋳込むための方法であって、
    金属または合金の溶湯を、列中の先行する鋳型の頂上部とその次の鋳型の頂上部とをそれぞれ接続する各溶湯供給部材によって直列に順々に接続された複数の鋳型へ供給するステップと、
    前記列中の各鋳型をその次の鋳型が充填される前に完全に充填するステップと
    を含むことを特徴とする連続鋳型充填方法。
23. 前記各溶湯供給部材がアーチ状の形状を有することを特徴とする請求項２２に記載の連続鋳型充填方法。
24. 溶融金属または合金を鋳込むための方法であって、
    金属または合金の溶湯を鋳型アセンブリの溶湯含有鋳型カップへ供給するステップと、
    前記溶湯を、前記鋳型カップから、第１の複数の鋳型が溶湯が流通するように直列に順々に接続された、前記鋳型アセンブリの第１溶湯供給路へ供給するステップと、
    前記溶湯を、前記第１溶湯供給路から溶湯供給接続路を通じて、第２の複数の鋳型が溶湯が流通するように直列に順々に接続された第２供給路へ、前記第１の複数の鋳型が、前記第２の複数の鋳型の前に少なくとも部分的に充填されるように、供給するステップと
    を含むことを特徴とする連続鋳型充填方法。
25. 前記第１溶湯供給路を、前記第１の複数の鋳型が前記第２の複数の鋳型への充填の前に少なくとも部分的に充填されるように構成された前記接続路によって、前記第２溶湯供給路に溶湯が流通するように接続するステップ
    を含むことを特徴とする請求項２４に記載の連続鋳型充填方法。
26. 前記接続路がアーチ状の形状を有するように構成されることを特徴とする請求項２５に記載の連続鋳型充填方法。
27. 前記第１溶湯供給路が直線状またはアーチ状の形状であることを特徴とする請求項２４に記載の連続鋳型充填方法。
28. 前記第１溶湯供給路がその全長に沿って傾斜または縮小することを特徴とする請求項２７に記載の連続鋳型充填方法。
29. 前記第２溶湯供給路が直線状またはアーチ状の形状であることを特徴とする請求項２４に記載の連続鋳型充填方法。
30. 前記第２溶湯供給路がその全長に沿って傾斜または縮小することを特徴とする請求項２９に記載の連続鋳型充填方法。
31. 前記鋳型を、等軸多結晶粒凝固物品を鋳造できるように構成するステップ
    を含むことを特徴とする請求項２４に記載の連続鋳型充填方法。
32. 前記鋳型を、その内部で前記鋳型の軸に沿って多数の柱状粒子を有する方向性凝固物品を鋳造できるように構成するステップ
    を含むことを特徴とする請求項２４に記載の連続鋳型充填方法。
33. 前記鋳型を、その内部で単一の粒子を有する単結晶物品を鋳造できるように構成するステップ
    を含むことを特徴とする請求項２４に記載の連続鋳型充填方法。
34. 溶融金属または合金の溶湯を鋳込むための鋳型アセンブリであって、
    溶湯含有鋳型カップと、
    前記鋳型カップと溶湯が流通するように接続された溶湯供給部材と、
    前記溶湯供給路と溶湯が流通するように直列に順々に接続された複数の鋳型と、
    を含み、前記溶湯供給路が、列中の各鋳型が前記列中の次の鋳型が少なくとも部分的に充填される前に少なくとも部分的に充填されるように、構成されることを特徴とする鋳型アセンブリ。
35. 前記溶湯供給部材が水平に対して鋭角に傾斜し、その内部で溶融金属または合金を上方に傾斜した方向に流動させることを特徴とする請求項３４に記載の鋳型アセンブリ。
36. 前記鋳型が、前記傾斜した溶湯供給部材の上方および／または下方にそこに連通するように配置されることを特徴とする請求項３５に記載の鋳型アセンブリ。
37. 前記鋳型が、直立型溶湯供給路に沿って直列に接続されることを特徴とする請求項３４に記載の鋳型アセンブリ。
38. 前記溶湯供給部材が、鋳型カップから遠ざかる方向に断面が小さくなる可変断面を有することを特徴とする請求項３４に記載の鋳型アセンブリ。
39. 前記列中の隣接する鋳型が、前記隣接する鋳型の頂上部から頂上部へ溶融金属を流動させる各溶湯供給部材によって、溶湯が流通するように接続されることを特徴とする請求項３４に記載の鋳型アセンブリ。
40. 隣接する鋳型間の前記各溶湯供給路がアーチ状の通路を有することを特徴とする請求項３９に記載の鋳型アセンブリ。
41. 各溶湯供給部材が、列中の各鋳型の頂上部から隣接する次の鋳型の頂上部へと延在することを特徴とする請求項３９に記載の鋳型アセンブリ。
42. 前記列中の隣接する鋳型が、前記隣接する鋳型間でその頂上部から底部へ溶融金属を流動させる各溶湯供給部材によって、溶湯が流通するように接続されることを特徴とする請求項３４に記載の鋳型アセンブリ。
43. 前記鋳型が、隣接する鋳型間で各鋳型の底部へ溶融金属または合金を供給する溶湯供給路によって、直列に異なる高さで接続されることを特徴とする請求項３４に記載の鋳型アセンブリ。
44. 前記鋳型が、ギャング鋳型の直線状通路の全長に沿って配置されることを特徴とする請求項３４に記載の鋳型アセンブリ。
45. 前記鋳型が、ギャング鋳型のアーチ状通路の全長に沿って配置されることを特徴とする請求項３４に記載の鋳型アセンブリ。
46. 前記通路が螺旋状または環状に延在することを特徴とする請求項４５に記載の鋳型アセンブリ。
47. 前記各鋳型が、等軸多結晶物品を鋳造するための物品成形鋳型空洞部を含むように構成されることを特徴とする請求項３４に記載の鋳型アセンブリ。
48. 前記各鋳型が、前記鋳型の軸に沿って多数の柱状粒子を有する方向性凝固物品を鋳造するための物品成形鋳型空洞部の下方に配置され、また前記物品成形鋳型空洞部と連通する結晶粒核形成室を含むように構成されることを特徴とする請求項３４に記載の鋳型アセンブリ。
49. 前記各鋳型が、単結晶物品を鋳造するための物品成形鋳型空洞部の下方に配置される結晶粒セレクタ通路または単結晶シードを含むように構成されることを特徴とする請求項３４に記載の鋳型アセンブリ。
50. 溶融金属または合金の溶湯を鋳込むための鋳型アセンブリであって、
    列中の先行する鋳型の頂上部と次の鋳型の頂上部とをそれぞれ接続する各溶湯供給部材によって順々に接続される複数の鋳型
    を含むことを特徴とする鋳型アセンブリ。
51. 前記各溶湯供給部材がアーチ状の形状を有していることを特徴とする請求項５０に記載の鋳型アセンブリ。
52. 金属または合金の鋳造物であって、
    凝固ゲートに接続された複数の凝固金属または合金物品
    を含み、前記ゲートに接続された前記金属または合金物品の内の１番目の物品が、前記凝固ゲートに接続された残りの前記凝固金属または合金物品よりも多くの異物を含んでいることを特徴とする鋳造物。
53. 前記凝固物品が、傾斜した凝固ゲートの全長に沿って直列に接続されていることを特徴とする請求項５２に記載の鋳造物。
54. 前記凝固物品が、前記凝固ゲートの上方および／または下方に配置されていることを特徴とする請求項５３に記載の鋳造物。
55. 前記凝固物品が、可変断面を有する凝固ゲートに接続されていることを特徴とする請求項５２に記載の鋳造物。
56. 前記隣接する凝固物品が、各凝固ゲートによって頂上部から頂上部へ相互に接続されていることを特徴とする請求項５２に記載の鋳造物。
57. 各凝固ゲートが、各凝固物品の頂上部から次の凝固物品の頂上部へ延在することを特徴とする請求項５６に記載の鋳造物。
58. 前記各凝固ゲートがアーチ状のゲートを有することを特徴とする請求項５６に記載の鋳造物。
59. 前記隣接する凝固物品が、各凝固ゲートによって頂上部から頂上部へ相互に接続されていることを特徴とする請求項５２に記載の鋳造物。
60. 前記凝固物品が直線状凝固ゲートの全長にそって配置されていることを特徴とする請求項５２に記載の鋳造物。
61. 前記凝固物品がアーチ状凝固ゲートの全長に沿って配置されていることを特徴とする請求項５２に記載の鋳造物。
62. 前記凝固ゲートが環状または螺旋状に延在することを特徴とする請求項５２に記載の鋳造物。
63. 前記凝固物品がその内部に等軸多結晶物品を含有することを特徴とする請求項５２に記載の鋳造物。
64. 前記凝固物品が方向性凝固柱状晶物品を含有することを特徴とする請求項５２に記載の鋳造物。
65. 前記凝固物品が単結晶物品を含有することを特徴とする請求項５２に記載の鋳造物。
66. 金属または合金の鋳造物であって、
    各凝固ゲートによって頂上部と頂上部が相互に接続される複数の凝固金属または合金物品
    を含み、各凝固ゲートが各凝固物品の頂上部から次の凝固物品の頂上部へと延在することを特徴とする鋳造物。
67. 前記各凝固ゲートがアーチ状の形状を有することを特徴とする請求項６６に記載の鋳造物。

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