JP2000005866A - 金属鋳造用装置及びこの装置を用いた金属の鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高融点金属を鋳造するのに適した装置及びこ
の装置を用いた金属の鋳造方法を提供する。 【解決手段】 圧力制御可能な鋳造室１内に、ルツボ２
と鋳型３とアーク放電用の電極棒１０が設けられてお
り、鋳型３の鋳込み口５に近接するルツボ２の流出端部
側に支軸６が存在し、ルツボ２が支軸６を中心として傾
斜可能で、ルツボ２の非流出端部側にルツボ傾斜手段７
が存在し、ルツボ２上での金属４のアーク溶融が開始さ
れてから、溶融が進行し、ルツボ２が傾斜して溶融状態
の金属４が落下するまでの間、金属−電極棒間の間隔が
ほぼ一定に保たれ、金属４が流動して落下する間もアー
ク放電が継続される。この際、鋳造室１に、減圧ポンプ
１２と加圧ガス供給源１３を接続し、圧力制御されたガ
ス供給圧力Ｐ₁ を、鋳込みに必要なガス圧力Ｐ₂ よりも
大きくし、ガス圧力Ｐ₂ に達した時点で加圧ガスの供給
を遮断することが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歯科の分野におい
て使用される金属、例えばチタン等の高融点金属を鋳造
するのに適した金属鋳造用装置に関するものである。
又、本発明は、このような装置を使用して、より高い鋳
込み能力で鋳造を行うことが可能な方法に関するもので
もある。

【０００２】

【従来の技術】今日までに、虫歯や脱落した歯を修復す
る際に補綴物が利用されてきており、このような歯科用
補綴物を構成する材料としては、高融点金属、例えばチ
タン、ジルコニウム、白金等やこれらの合金が使用され
ている。その中でも特にチタンは、強度、軽さ、耐蝕
性、生体適合性、価格等の点において非常に適した材料
であり、広く使用されている。そして、このような金属
を用いて歯科用補綴物を作製する際には、所望の形状の
空洞部が形成された鋳型が使用され、この鋳型の空洞部
内に、上記の金属を溶融させた状態で直接注入して成型
後、鋳型を破壊して鋳造物を取り出すのが一般的であ
る。

【０００３】これまでに使用されてきている一般的な金
属鋳造用装置としては、図２に示されるような、鋳造空
洞９が形成された鋳型３の上方に、傾倒可能な金属製の
ルツボ２が配置された構造のものがある。この装置は、
ルツボ２の上面に載せた金属４を不活性ガス（例えばア
ルゴンガス）雰囲気中でアーク融解させ、金属４が完全
に溶融した時点で、ルツボ２を傾倒させて鋳型３の鋳込
み口５へ溶融金属を流し込み、開閉弁（電気式開閉弁）
１４が開いて、圧力調整器１７により設定された圧力値
で加圧ガス供給源１３から鋳造室１の内部へ加圧ガスが
流入し、鋳造室１の内部がガス加圧されて、鋳造を行う
ものである。この装置では、ルツボ２は、支軸６（支
点）を中心として下方側へ傾倒するように移動し、２’
の位置で止まる。この場合において、一般的に、金属鋳
造用装置の鋳込み能力は、この圧力値に比例し、向上す
るとされている。尚、図２の装置の陰極側の電極棒１０
としては、一般的なタングステン電極棒が使用される。

【０００４】しかしながら、この図２に示される金属鋳
造用装置では、鋳型３の上方に配置されるルツボ２にお
ける支軸６が、鋳型３の鋳込み口５から遠い方に位置し
ているために、ルツボ２と鋳型３との間に、傾倒終了時
のルツボ２が鋳型３と接触しないようにするための間隔
を設ける必要があり、よって、溶融された金属は、この
間隔よりも大きい距離を落下することになる。一般的
に、この間隔は４〜５ｃｍ程度であるので、このような
装置では、溶融状態にある金属を高い温度のままで鋳型
３内の鋳造空洞９に落下させることが難しいという問題
点があり、装置を小型化することにも制限がある。しか
も、このような構造の装置の場合には、溶融した金属が
一定の幅で落下するため、鋳込み口５の周囲に溶融した
金属が付着したり、金属の落下位置にバラツキが生じる
という問題点もある。更に、この装置の場合には、ルツ
ボが傾斜し始めると、金属−電極棒間の距離が変動する
（大きくなる）ため、直ちにアーク放電が停止されて、
溶融金属の適度なオーバーヒートが全く実現されず、こ
のことにより、高い温度の溶融金属を鋳型３内に鋳込む
ことが困難であるという問題点もある。

【０００５】またこれとは別に、図２に示される構造の
装置の場合には、鋳込み能力に関係する圧力値が圧力調
整器１７により一義的に決定されるため、より高い鋳込
み能力を得ようとすると、圧力調整器１７の設定圧力値
をより高い値とする必要があり、これに伴い、鋳造室１
の耐圧力構造をより強化する必要が生じてくるという問
題点がある。又、鋳造室１の内部には、圧力調整器１７
により設定された圧力値に達するまでガスの供給が行わ
れるので、１回の鋳造工程において、より多量のガスが
消費されることになるという問題点もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決し、アーク放電によって溶融状態にある高温の
金属、特にチタン等の歯科用高融点金属を温度低下させ
ることなく鋳型内に鋳込み可能な構造を有する金属鋳造
用装置を提供することを課題とする。又、加圧ガスを利
用して、より高い鋳込み能力を得ながら、軽微な耐圧力
構造鋳造室が使用可能であり、しかも、鋳造工程におけ
る加圧ガスの消費量を低減させることが可能な金属鋳造
用装置を提供することも、本発明の課題である。更に、
本発明は、上記の装置を使用して、より高い鋳込み能力
で鋳造を行うことが可能な方法を提供することを課題と
するものでもある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】高融点金属を鋳造するの
に適した本発明の金属鋳造用装置は、内部圧力を制御可
能な鋳造室１の内部に、ルツボ２と鋳型３が設けられて
おり、上記ルツボ２の上方には、該ルツボ２上に載置さ
れる金属４をアーク放電によって溶融させるための電極
棒１０が設けられており、上記ルツボ２が、支軸６を中
心としてルツボ２上で溶融された金属４を上記鋳型３の
鋳込み口５へ流し込むように傾斜可能であり、上記支軸
６が、上記鋳込み口５に近接する上記ルツボ２の流出端
部側に位置し、上記ルツボ２の非流出端部側に、該非流
出端部を上方へ引き上げてルツボを傾斜させるための傾
斜手段７が設けられているものにおいて、上記支軸６
が、上記ルツボ２上でのアーク放電による金属４の溶融
が開始されてから、該金属４の溶融が進行し、溶融状態
となった金属４が該ルツボ２の傾斜により流動して落下
するまでの間、上記金属４と上記電極棒１０の先端との
間隔がほぼ一定に保たれる位置に設けられていること、
及び、上記ルツボ２が傾斜し、溶融状態となった金属４
が該ルツボ２上を流動して落下する間も、溶融状態にあ
る金属４と上記電極棒１０の先端との間にアーク放電が
継続されるようにアーク放電が制御されることを特徴と
する。

【０００８】又、本発明は、上述の構造を有する金属鋳
造用装置において、上記鋳造室１に、該鋳造室１の内部
を減圧状態とすることが可能な減圧ポンプ１２と、該鋳
造室１の内部へ加圧ガスを供給する加圧ガス供給源１３
とが接続されており、上記加圧ガス供給源１３から上記
鋳造室１内へ供給される加圧ガスの流入が開閉弁１４に
よって制御され、上記加圧ガス供給源１３のガス供給圧
力Ｐ₁ が、上記鋳型３の鋳型空洞９内へ溶融状態の金属
を鋳込み不足なく鋳込むのに必要なガス圧力Ｐ₂ よりも
大きく、上記ルツボ２が傾斜することにより該ルツボ２
上で溶融された金属４が上記鋳型３の鋳込み口５へ流し
込まれた際に、上記開閉弁１４が開状態となり、上記加
圧ガス供給源１３から上記鋳造室１内へ加圧ガスが流入
し、上記鋳造室１の内部圧力が上記ガス圧力Ｐ₂ に達し
た時点で、上記鋳造室１内への加圧ガスの流入が上記開
閉弁１４によって遮断される構造であることを特徴とす
るものでもある。

【０００９】更に、本発明の金属鋳造方法は、内部圧力
を制御可能な鋳造室１の内部に、ルツボ２と鋳型３が設
けられており、上記ルツボ２の上方には、該ルツボ２上
に載置される金属４をアーク放電によって溶融させるた
めの電極棒１０が設けられており、上記ルツボ２が、支
軸６を中心としてルツボ２上で溶融された金属４を上記
鋳型３の鋳込み口５へ流し込むように傾斜可能であり、
上記支軸６が、上記鋳込み口５に近接する上記ルツボ２
の流出端部側に位置し、該ルツボ２上でのアーク放電に
よる金属４の溶融が開始されてから、該金属４の溶融が
進行し、溶融状態となった金属４が該ルツボ２の傾斜に
より流動して落下するまでの間、上記金属４と上記電極
棒１０の先端との間隔がほぼ一定に保たれる位置に設け
られており、上記ルツボ２の非流出端部側に、該非流出
端部を上方へ引き上げてルツボを傾斜させるための傾斜
手段７が設けられた構造を有する金属鋳造用装置を用い
て金属を鋳造する方法であって、上記ルツボ２上に金属
４を載置した後、上記金属４と上記電極棒１０との間に
電圧を印加してアーク放電を生じさせ、該金属４が溶融
して流動可能な状態となった時点で、上記ルツボ２を傾
斜させ、溶融状態にある金属４を上記鋳型３の鋳込み口
５へ流し込む際、溶融状態となった金属４が上記ルツボ
２上を流動して落下する間においても、溶融状態にある
金属４と上記電極棒１０の先端との間にアーク放電を継
続させることを特徴とする。

【００１０】又、本発明は、上述の方法において、上記
金属鋳造用装置として、上記鋳造室１に、該鋳造室１の
内部を減圧状態とすることが可能な減圧ポンプ１２と、
該鋳造室１の内部へ加圧ガスを供給する加圧ガス供給源
１３とが接続され、上記加圧ガス供給源１３から上記鋳
造室１内へ供給される加圧ガスの流入が開閉弁１４によ
って制御可能な構造を有するものを使用し、上記加圧ガ
ス供給源１３のガス供給圧力Ｐ₁ が、上記鋳型３の鋳型
空洞９内へ溶融状態の金属を鋳込み不足なく鋳込むのに
必要なガス圧力Ｐ₂ よりも大きくなるようにし、上記開
閉弁１４を、上記ルツボ２の傾斜によって該ルツボ２上
で溶融された金属４が上記鋳型３の鋳込み口５へ流し込
まれた際に開状態となるように、かつ、上記加圧ガス供
給源１３から上記鋳造室１内へ加圧ガスが流入するよう
に制御し、上記鋳造室１の内部圧力が上記ガス圧力Ｐ₂
に達した時点で、上記鋳造室１内への加圧ガスの流入を
上記開閉弁１４によって遮断することを特徴とするもの
でもある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の金属鋳造用装置の
一例を図面に示して本発明を説明するが、本発明はこれ
に限定されるものではない。図１は、本発明の金属鋳造
用装置を使用して鋳造を行う際の状態を示す図である。
本発明の金属鋳造用装置では、内部圧力を制御可能な構
造を有した鋳造室１の内部に、ルツボ２と鋳型３が設け
られており、ルツボ２の上方には、ルツボ２に載置され
る金属４をアーク溶融させるための電極棒１０が設けら
れている。この電極棒１０には、一般的なタングステン
電極棒等が使用され、ルツボ２としては金属ルツボが使
用される。そして、このルツボ２は、その上面でアーク
溶融された金属４を、鋳型３の鋳込み口５へ流し込むこ
とができるように、支軸６を中心として傾斜可能な構造
を有している。

【００１２】本発明の装置における支軸６は、鋳込み口
５に近接するルツボ２の流出端部側に位置し、ルツボ２
の非流出端部側（即ち、鋳込み口５から遠い側）が支軸
６を中心として持ち上げられるようになっており、しか
も、ルツボ２上でのアーク放電による金属４の溶融が開
始されてから、金属４の溶融が進行して、溶融状態とな
った金属４がルツボ２の傾斜により流動して落下するま
での間、金属４と電極棒１０の先端との間隔がほぼ一定
に保たれて、ルツボ２が傾斜し始めてからも両者間に電
流が継続して流れ、アーク放電が継続して達成できる位
置にあり、ルツボ２が傾斜して溶融状態にある金属４が
流動して落下する間も金属４−電極棒１０間に電圧が印
加され、金属４−電極棒１０間のアーク放電が継続され
るように制御される。

【００１３】図３には、（ａ）本発明の装置を使用した
場合と、（ｂ）従来の装置を使用した場合における、ア
ーク放電開始から鋳造終了までの、金属−電極棒間の間
隔（ｌ）の時間的変動と、アーク放電電流の時間的変動
を示すグラフ（左側の図）と共に、ルツボが傾斜するこ
とにより金属−電極棒間の間隔が変動する様子を示す図
（右側の図）が示されている。図３（ａ）に示されるよ
うに、本発明の装置の場合には、アーク放電開始から鋳
造終了までの間、ルツボが傾斜しても、金属−電極棒間
の間隔（ｌ₁ ）が変動せずに一定であり（実線で示され
ている）、このため、ルツボが傾斜し始めてもアーク放
電が継続でき、アーク放電はルツボの傾斜が終了するま
で（ルツボ上に金属がなくなるまで）達成可能で、アー
ク放電の停止時期を任意に選択することができ、溶融状
態にある金属の温度低下が防止される。この図におい
て、点線で示されているのが、アーク放電電流の時間的
変動である。これに対して、従来の装置の場合には、図
３（ｂ）に示されるように、ルツボが傾斜する前と後で
は、金属−電極棒間の間隔がｌ₁ からｌ₂ に変動するた
めに、ルツボが傾斜し始めるとアーク放電が必然的に停
止され、アーク放電が停止されてから金属が鋳型に流し
込まれるまでの金属の温度低下を防止することができな
い。

【００１４】尚、本発明の装置には、ルツボ２の非流出
端部側に、該非流出端部を上方へ引き上げてルツボを傾
斜させるための傾斜手段７が設けられており、この傾斜
手段７の構造は図面に例示したものに限定されない。こ
の傾斜手段７としては、図１に示されるような、シーソ
ーと同様の構造を有するものが特に好ましく、図１にお
ける傾斜手段７は、一方の端部（ルツボ２に近い方の端
部）が、ルツボ２の非流出端部側の底面と接触し、他方
の端部には、支軸６を中心としてルツボ２を引き上げる
ことができるように重り１５が取付けられている。図１
の装置の場合、金属４が溶融される前の状態では、実線
で示されるように、傾斜手段７のルツボ２側が下がった
状態で保持され、ルツボ２が水平に位置するが、金属４
が完全に溶融した際には、傾斜手段７の保持が解除さ
れ、傾斜手段７の重り１５が取付けられた側の端部が下
がると同時に、ルツボ２が支軸６を中心として傾斜し、
ルツボ及び傾斜手段はそれぞれ、点線で示されている
２’、７’の位置に達する。

【００１５】本発明では、鋳型３の構造は特に限定され
るものではなく、図１に示されるような、側壁側に鋳込
み口５を有し、鋳込み口５と近接するようにしてルツボ
２が配置され、鋳型３の内部に、鋳込み口５から斜め下
方に向かって形成された滞留部８を経て斜め上方に鋳造
空洞９が形成された構造のものであっても、鋳型３の上
面側に鋳込み口５が設けられた一般的な構造のものであ
っても良く、前者の場合には、以下に述べるガス圧力を
利用した方法により金属鋳造を実施する。尚、図１の装
置では、種々の大きさの鋳型３に対応できるように、ス
ライド可能な固定部材１１が設けられている。

【００１６】図１に示される本発明の金属鋳造用装置に
おいては、気密性を有する鋳造室１に、鋳造室１の内部
を減圧状態とすることが可能な減圧ポンプ１２と、鋳造
室１の内部へ加圧ガスを供給する加圧ガス供給源１３
（一般的にはアルゴンガスボンベ等の不活性ガスボン
ベ）が接続されており、加圧ガス供給源１３から鋳造室
１内へ供給される加圧ガスの流入が開閉弁１４によって
制御されるようになっている。そして、この装置の場
合、鋳造前には開閉弁１４が閉鎖され、減圧ポンプ１２
によって鋳造室１の内部が減圧状態とされ、アーク放電
により溶融した金属を鋳型３の鋳型空洞９内へ鋳込む際
に、減圧ポンプ１２による減圧が遮断されて開閉弁１４
が開状態となり、鋳造室１内が所定圧力に加圧され、鋳
造が行われる。尚、図１に例示した圧力制御タイプの本
発明の装置における鋳造室１には、鋳造室１の内部圧力
を検出可能な圧力検出器１６と、加圧ガス供給源１３か
らの供給ガス圧力を、予め一定圧力、即ち、溶融金属が
流動可能な時間内に鋳造空洞９へ鋳込むのに必要な圧力
に調整するための圧力調整器１７が設けられている。本
発明では、このような圧力検出器１６として電気式圧力
検出器が使用されるのが一般的であるが、これに限定さ
れるものではない。

【００１７】この図１の金属鋳造用装置を使用する場
合、加圧ガス供給源１３のガス供給圧力Ｐ₁ が、鋳型３
の鋳型空洞９内へ溶融状態の金属を鋳込み不足なく鋳込
むのに必要なガス圧力Ｐ₂ よりも大きく、ルツボ２が傾
斜することにより該ルツボ２上で溶融された金属４が鋳
型３の鋳込み口５へ流し込まれた際に、開閉弁１４が開
状態となり、加圧ガス供給源１３から鋳造室１内へ加圧
ガスが流入し、鋳造室１の内部圧力がガス圧力Ｐ₂ に達
した時点で、圧力検出器１６から開閉弁１４に制御信号
が送られ、鋳造室１内への加圧ガスの流入が開閉弁１４
によって瞬時に遮断されることが好ましい。このように
して、鋳造室内が急速に加圧される構造を有する本発明
の装置を用いて得られた鋳造品は均質なものであり、鋳
込み性（パターンの忠実性）の点において優れており、
鋳型空洞９へ溶融状態の金属を鋳込み不足なく鋳込むの
に必要かつ最低の不活性ガス消費量にすることができ
る。不活性ガス消費量が少ないということは言い換える
と、鋳造室１の内部圧力も軽減することになるため、そ
の耐圧構造も、目的とする鋳込みに対して必要かつ最低
の強度で足ることになる。本発明では、この開閉弁１４
によって、鋳造室１の内部圧力がガス圧力Ｐ₂ を越えな
いように調整され、この開閉弁１４は、弁の開閉が電気
的に制御されるもの（電気式開閉弁）であっても、機械
的に制御されるもの（機械式開閉弁）であっても良い。
又、この開閉弁１４は、圧力検出器１６からの信号によ
って開閉制御されても、圧力検出器１６からの制御を受
けずに、鋳造室１の内部圧力がガス圧力Ｐ₂ に達するま
での時間の間だけ開くように制御される時間制御タイプ
のものであっても良い。

【００１８】図４には、（ａ）本発明の装置を使用した
場合と、（ｂ）従来の装置を使用した場合における、ア
ーク放電開始から鋳造終了までの間の、アーク放電電流
の時間的変動と、鋳造室内の圧力の時間的変動を示すグ
ラフが示されている。図４（ａ）に示されるように、本
発明の装置の場合には、ルツボが傾斜し始めてもアーク
放電電流が一定値に保たれ、ルツボ上の金属への加熱が
継続され（点線で示されている）、溶融状態の金属が鋳
型内に流し込まれてから、鋳造室内が短時間で所定の圧
力値にまで加圧されることがわかる。これに対して、従
来の装置の場合には、図４（ｂ）に示されるように、ル
ツボが傾斜し始めるとほぼ同時にアーク放電が停止し、
溶融状態にある金属は、鋳型に流し込まれる間は一切加
熱されず、又、所定の圧力値に達するまでの時間も、
（ａ）の場合よりも長くなり、高融点金属の鋳造の場合
には、充分な鋳込み性を得るのが困難である。

【００１９】図５は、一般的な内容積を有する歯科金属
鋳造用装置の鋳造室内に、４ｋｇｆ／ｃｍ² 及び１０ｋ
ｇｆ／ｃｍ² の圧力でガス充填を行った時の鋳造室の内
部圧力‐時間曲線の一例である。ガス充填とは、すなわ
ち高圧側より低圧側へのガスの流れであり、この圧力差
が大きい程、溶融金属が鋳型空洞内へ早く強く流れ込む
ことになる。図５に示されるように、鋳造室内へガス充
填を行った場合、ガスの流入に伴い、この圧力差が減少
し、最終的に圧力差が無くなった時点で、ガスの移動が
無くなり充填が終了され、１０ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で
ガス充填を行った時に鋳造室内のゲージ圧（本明細書で
は、鋳造室の内部圧力を、大気圧との圧力差として表示
しており、大気圧（１気圧）が０で、１気圧以下の圧力
を負の圧力として表示している）が３ｋｇｆ／ｃｍ² に
なるまでの時間ｓ₁ と、４ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力でガス
充填を行った時に鋳造室内のゲージ圧が３ｋｇｆ／ｃｍ
²になるまでの時間ｓ₂ とでは、ｓ₁ の方がｓ₂ よりも
小さく、１０ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力でガス充填を行った
時の圧力上昇率θ₁ の方が、４ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で
ガス充填を行った時の圧力上昇率θ₂ よりも大きい。こ
れを、金属鋳造用装置に置き換えて見ると、鋳型空洞９
へ溶融金属を押し込むのに必要な圧力が今仮に４ｋｇｆ
／ｃｍ² 必要だとすると、圧力調整器１１の設定圧力値
は４ｋｇｆ／ｃｍ² で良いはずであるが、溶融金属は時
間の経過と共に凝固するため、流動可能時間内に鋳造が
行われないと、鋳込み不足となってしまう。特に、チタ
ンなどのように高融点金属は流動可能時間が非常に短
く、圧力上昇率θ₂ では完全な鋳込成形は行えない場合
が起こり得る。

【００２０】図６は、本発明の金属鋳造用装置におけ
る、加圧ガス供給源１３のガス供給圧力Ｐ₁ と、鋳型３
の鋳型空洞９内へ溶融状態の金属を鋳込み不足なく鋳込
むのに必要なガス圧力Ｐ₂ との関係を示したものであ
る。図６に示されるように、本発明の装置にあっては、
加圧ガス供給源１３のガス供給圧力Ｐ₁ の方が、鋳込み
に必要とされるガス圧力Ｐ₂ よりも大きく、ガス供給圧
力がＰ₁ の時に鋳造室の内部圧力がＰ₂ に到達するまで
の時間ｓ₁ の方が、溶融金属の流動可能時間ｓ_p よりも
小さい。本発明の装置を用いて鋳造を行う場合において
一般的なＰ₂ の値は１〜３ｋｇｆ／ｃｍ² であり、ｓ₁
＜ｓ_p の条件を満たすのに一般的なＰ₁ の値は５〜９ｋ
ｇｆ／ｃｍ² である。ただし、Ｐ₁ の一般的な上限値が
９ｋｇｆ／ｃｍ² であるのは、一般的な鋳造室の耐圧が
１０ｋｇｆ／ｃｍ² 以下に設定されているためであり、
鋳造室１が更に大きな圧力にも耐え得る耐圧構造を有す
るものである場合には、Ｐ₁ が９ｋｇｆ／ｃｍ² を越え
ても良い。

【００２１】上述の装置を使用して金属を鋳造するため
の本発明の方法では、ルツボ２上に金属４を載置した
後、金属４と電極棒１０との間に電圧を印加してアーク
放電を生じさせ、該金属４が溶融して流動可能な状態と
なった時点で、ルツボ２を傾斜させ、溶融状態にある金
属４を鋳型３の鋳込み口５へ流し込む際、溶融状態とな
った金属４がルツボ２上を流動して落下する間において
も、溶融状態にある金属４と電極棒１０の先端との間に
アーク放電が継続するようにアーク放電電流を制御する
（図３（ａ）参照）。又、加圧ガスを使用して金属鋳造
を行う本発明の方法においては、前記装置の開閉弁１４
を、ルツボ２の傾斜によって該ルツボ２上で溶融された
金属４が鋳型３の鋳込み口５へ流し込まれた際に開状態
とすることによって、加圧ガス供給源１３から鋳造室１
内へ加圧ガスが流入するように制御し、鋳造室１の内部
圧力がガス圧力Ｐ₂ に達した時点で、鋳造室１内への加
圧ガスの流入を開閉弁１４によって遮断する（図３
（ｂ）参照）。

【００２２】

【実施例】次に、図１に示した構造の本発明による金属
鋳造用装置を使用して、（ａ）ルツボが傾斜し始めて溶
融金属が流動落下する間もアーク放電を継続した場合
と、（ｂ）ルツボが傾斜し始めると同時にアーク放電を
停止した場合との、有効鋳込み金属量比較実験を行った
際の実験結果を示す。上記（ａ）及び（ｂ）の場合の有
効鋳込み金属量（有効率）は、ロスト・ワックス法によ
り、金属４（溶融前のインゴット）の体積より充分に大
きな鋳造空洞９を有する鋳型３を用いて鋳込みを行い、
鋳造空洞９及びスプルーを満たした金属重量（これを金
属４の重量で除して百分率にて表示したもの）を計量し
た。各場合とも２種類の金属４（サイズ・重量）にてそ
れぞれ６回の実験を行って評価用サンプルを得た。

【００２３】使用金属：ＪＩＳ２種チタン 金属サイズ（重量）：φ３０ｍｍ×高さ１２ｍｍ（４０
ｇ） φ２５ｍｍ×高さ１２ｍｍ（２５ｇ） 鋳型材：セレベストＤ スプルー：φ３．２ｍｍ×長さ１０ｍｍ パターン：φ３０ｍｍ×高さ１５ｍｍ 鋳型温度：７００℃ 加圧条件：加圧ガス供給源１２から減圧状態（−７０ｃ
ｍＨｇ、常圧よりも７０ｃｍＨｇ低い圧力）の鋳造室内
へ供給される加圧ガスの圧力Ｐ₁ と鋳造室内のゲージ圧
Ｐ₂ については次の通りである。 Ｐ₁ ＝４ｋｇｆ／ｃｍ² 、Ｐ₂ ＝３ｋｇｆ／ｃｍ² 上記鋳造実験により得られた鋳造品の有効鋳込み金属量
（有効率）を、以下の表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】上記表１の実験結果に示されるように、本
発明の金属鋳造用装置を使用した場合であっても、ルツ
ボが傾斜し始めて溶融金属が流動落下する間もアーク放
電を継続した場合は、ルツボの傾斜と同時にアーク放電
を停止した場合（従来の傾倒式金属鋳造用装置を使用し
た場合に相当する）に比べて、有効鋳込み金属量が大き
く、鋳造後にルツボ内に残留する金属量が少ないので、
必要最小限の量の金属を用いて非常に効率の良い鋳造が
行える。

【００２６】

【発明の効果】本発明の金属鋳造用装置では、ルツボが
傾斜する間もアーク放電が実施でき、鋳型内へ鋳造され
る際に、高い融点を有する金属や合金の溶融状態を保つ
ことができ、しかも、溶融された金属を一定位置に流し
込むことができるので、品質の良い鋳造品が得られ、歯
科用補綴物として特に優れた材料であるチタン等の高融
点金属の鋳造に適している。又、本発明の方法を用いる
ことにより、溶融状態にある金属の流動可動時間内での
鋳造が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属鋳造用装置を用いて鋳造を行う際
の状態を示す図である。

【図２】従来より知られている一般的な金属鋳造用装置
の内部構造を示す図である。

【図３】（ａ）本発明の装置を使用した場合と、（ｂ）
従来の装置を使用した場合における、アーク放電開始か
ら鋳造終了までの、金属−電極棒間の間隔の時間的変動
と、アーク放電電流の時間的変動を示すグラフ（左
図）、及び、ルツボが傾斜することにより金属−電極棒
間の間隔が変動する様子を示す図（右図）である。

【図４】（ａ）本発明の装置を使用した場合と、（ｂ）
従来の装置を使用した場合における、アーク放電開始か
ら鋳造終了までの間の、アーク放電電流の時間的変動
と、鋳造室内の圧力の時間的変動を示すグラフである。

【図５】一般的な内容積を有する歯科金属鋳造用装置の
鋳造室内に、４ｋｇｆ／ｃｍ²及び１０ｋｇｆ／ｃｍ²
の圧力でガス充填を行った時の鋳造室の内部圧力‐時間
曲線の一例を示す図である。

【図６】本発明の金属鋳造用装置における、加圧ガス供
給源１３のガス供給圧力Ｐ₁ と、鋳型３の鋳型空洞９内
へ溶融状態の金属を鋳込み不足なく鋳込むのに必要なガ
ス圧力Ｐ₂ との関係を示した図である。

【符号の説明】

１ 鋳造室 ２ ルツボ ３ 鋳型 ４ 金属 ５ 鋳込み口 ６ 支軸 ７ 傾斜手段 ８ 滞留部 ９ 鋳造空洞 １０ 電極棒 １１ 固定部材 １２ 減圧ポンプ １３ 加圧ガス供給源 １４ 開閉弁 １５ 重り １６ 圧力検出器 １７ 圧力調整器

フロントページの続き (72)発明者 桑村 康彦 京都府京都市中京区西ノ京島ノ内町21番地 ネオコーポラス島ノ内Ａ−404号 Ｆターム(参考） 4C059 HH02 HH14 HH19 HH33

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高融点金属を鋳造するのに適した金属鋳
   造用装置であって、内部圧力を制御可能な鋳造室１の内
   部に、ルツボ２と鋳型３が設けられており、上記ルツボ
   ２の上方には、該ルツボ２上に載置される金属４をアー
   ク放電によって溶融させるための電極棒１０が設けられ
   ており、上記ルツボ２が、支軸６を中心としてルツボ２
   上で溶融された金属４を上記鋳型３の鋳込み口５へ流し
   込むように傾斜可能であり、上記支軸６が、上記鋳込み
   口５に近接する上記ルツボ２の流出端部側に位置し、上
   記ルツボ２の非流出端部側に、該非流出端部を上方へ引
   き上げてルツボを傾斜させるための傾斜手段７が設けら
   れているものにおいて、 上記支軸６が、上記ルツボ２上でのアーク放電による金
   属４の溶融が開始されてから、該金属４の溶融が進行
   し、溶融状態となった金属４が該ルツボ２の傾斜により
   流動して落下するまでの間、上記金属４と上記電極棒１
   ０の先端との間隔がほぼ一定に保たれる位置に設けられ
   ていること、及び、上記ルツボ２が傾斜し、溶融状態と
   なった金属４が該ルツボ２上を流動して落下する間も、
   溶融状態にある金属４と上記電極棒１０の先端との間に
   アーク放電が継続されるようにアーク放電が制御される
   ことを特徴とする金属鋳造用装置。
2. 【請求項２】 上記鋳造室１に、該鋳造室１の内部を減
   圧状態とすることが可能な減圧ポンプ１２と、該鋳造室
   １の内部へ加圧ガスを供給する加圧ガス供給源１３とが
   接続されており、上記加圧ガス供給源１３から上記鋳造
   室１内へ供給される加圧ガスの流入が開閉弁１４によっ
   て制御され、上記加圧ガス供給源１３のガス供給圧力Ｐ
   ₁ が、上記鋳型３の鋳型空洞９内へ溶融状態の金属を鋳
   込み不足なく鋳込むのに必要なガス圧力Ｐ₂ よりも大き
   く、上記ルツボ２が傾斜することにより該ルツボ２上で
   溶融された金属４が上記鋳型３の鋳込み口５へ流し込ま
   れた際に、上記開閉弁１４が開状態となり、上記加圧ガ
   ス供給源１３から上記鋳造室１内へ加圧ガスが流入し、
   上記鋳造室１の内部圧力が上記ガス圧力Ｐ₂ に達した時
   点で、上記鋳造室１内への加圧ガスの流入が上記開閉弁
   １４によって遮断される構造であることを特徴とする請
   求項１記載の金属鋳造用装置。
3. 【請求項３】 内部圧力を制御可能な鋳造室１の内部
   に、ルツボ２と鋳型３が設けられており、上記ルツボ２
   の上方には、該ルツボ２上に載置される金属４をアーク
   放電によって溶融させるための電極棒１０が設けられて
   おり、上記ルツボ２が、支軸６を中心としてルツボ２上
   で溶融された金属４を上記鋳型３の鋳込み口５へ流し込
   むように傾斜可能であり、上記支軸６が、上記鋳込み口
   ５に近接する上記ルツボ２の流出端部側に位置し、該ル
   ツボ２上でのアーク放電による金属４の溶融が開始され
   てから、該金属４の溶融が進行し、溶融状態となった金
   属４が該ルツボ２の傾斜により流動して落下するまでの
   間、上記金属４と上記電極棒１０の先端との間隔がほぼ
   一定に保たれる位置に設けられており、上記ルツボ２の
   非流出端部側に、該非流出端部を上方へ引き上げてルツ
   ボを傾斜させるための傾斜手段７が設けられた構造を有
   する金属鋳造用装置を用いて金属を鋳造するための方法
   であって、 上記ルツボ２上に金属４を載置した後、上記金属４と上
   記電極棒１０との間に電圧を印加してアーク放電を生じ
   させ、該金属４が溶融して流動可能な状態となった時点
   で、上記ルツボ２を傾斜させ、溶融状態にある金属４を
   上記鋳型３の鋳込み口５へ流し込む際、溶融状態となっ
   た金属４が上記ルツボ２上を流動して落下する間におい
   ても、溶融状態にある金属４と上記電極棒１０の先端と
   の間にアーク放電を継続させることを特徴とする、金属
   の鋳造方法。
4. 【請求項４】 上記金属鋳造用装置として、上記鋳造室
   １に、該鋳造室１の内部を減圧状態とすることが可能な
   減圧ポンプ１２と、該鋳造室１の内部へ加圧ガスを供給
   する加圧ガス供給源１３とが接続され、上記加圧ガス供
   給源１３から上記鋳造室１内へ供給される加圧ガスの流
   入が開閉弁１４によって制御可能な構造を有するものを
   使用し、上記加圧ガス供給源１３のガス供給圧力Ｐ
   ₁ が、上記鋳型３の鋳型空洞９内へ溶融状態の金属を鋳
   込み不足なく鋳込むのに必要なガス圧力Ｐ₂ よりも大き
   くなるようにし、上記開閉弁１４を、上記ルツボ２の傾
   斜によって該ルツボ２上で溶融された金属４が上記鋳型
   ３の鋳込み口５へ流し込まれる際に開状態となるよう
   に、かつ、上記加圧ガス供給源１３から上記鋳造室１内
   へ加圧ガスが流入するように制御し、上記鋳造室１の内
   部圧力が上記ガス圧力Ｐ₂に達した時点で、上記鋳造室
   １内への加圧ガスの流入を上記開閉弁１４によって遮断
   することを特徴とする請求項３記載の金属の鋳造方法。