JP2844467B2 - 精密鋳造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 a. 産業上の利用分野 本発明は比較的小型でかつ精密な鋳造製品を鋳造する
精密鋳造装置に関し、特に、高温活性が極めて高いチタ
ン及びチタン合金等から成る歯科用や成形外科用精密鋳
造物を製作するための精密鋳造装置に適用して最適なも
のである。

b. 従来の技術 最近、歯科用や成形外科用の精密鋳造物の材料とし
て、生体との親和性や耐蝕性に優れ、かつ、強度が強く
比重の小さなチタンやチタン合金が広く用いられてい
る。

第４図は、歯科用チタン合金材料の従来の精密鋳造装
置を示すものであって、本装置は、アーク電極（非消耗
性電極）１及びるつぼ２が配設された加圧溶解室３と、
この加圧溶解室３の下方に隔壁４で仕切られた減圧鋳造
室５と、これら両室3,5を互いに連通する連通孔６と、
この連通孔６を閉塞するように配置された通気性の鋳型
７から構成されている。上述のるつぼ２は銅製のもので
あり、その上部の中央部分にはすり鉢状部８が形成さ
れ、さらにその底部の中央部分には円形の流出口９が形
成されている。そして、前記るつぼ２は加圧溶解室３内
に配設された載置台10上に載置固定されている。

一方、上述の鋳型７は通気性の埋設材11に湯口12及び
造形空洞13を形成して成るものであって、前記湯口12は
載置台10の貫通孔14を介してるつぼ２の流出口９に対応
配置されている。

鋳造を行なうに当たっては、固形のチタン又はチタン
合金から成る鋳物材料15をるつぼ２のすり鉢状部８に載
置し、流出口９を鋳物材料15の底面にて閉塞した状態に
する。次いで図外の真空ポンプを作動させることによっ
て加圧溶解室３及び減圧鋳造室５から空気を抜いてその
内部を真空状態とし、その後にアルゴンガス等の不活性
ガスの加圧溶解室３内に供給し、加圧溶解室２と減圧鋳
造室３との間に一定の差圧を付与せしめる。

このような状態の下で、アーク電極１に電流を供給す
ることにより鋳物材料15との間にアークを発生させて鋳
物材料15を溶解させる。そして、鋳物材料15が溶解され
ると、溶解状態の鋳物材料15が加圧溶解室３と減圧鋳造
室５との圧力差、及び鋳物材料15の自重によってるつぼ
２の流出口９から自然落下し、鋳型７の湯口12を通って
造形空洞13内へ鋳込まれるようになっている。

c. 発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述の如き従来の精密鋳造装置にあっ
ては、鋳物材料15を鋳込む際に、加圧溶解室３と減圧鋳
造室５との圧力差及び鋳物材料15の自重によって自然に
落下させるようにしたものであるため、鋳物材料15の溶
解温度の制御が不可能であり、使用する鋳物材料15の種
類に応じた最適な鋳込み温度（溶解温度よりも50゜〜10
0高い温度）に設定して鋳造することができないといっ
た大きな問題点がある。

このため、鋳物材料15の下部部分が溶解しないうちに
上部部分のみが急激に過熱状態となって材質劣化を来た
す場合がある。また、溶解温度に幅がある合金の鋳物材
料15の場合には、鋳物材料が偏って溶けて部分的に溶解
した材料のみが落下し、るつぼ２の内部に相当量の材料
が残るという好ましくはない現象を生じ、鋳物材料15を
効率良く使用することができない場合がある。従って、
特に合金等のように溶解温度に幅がある鋳物材料を使用
する場合には、円滑かつ精密な鋳造を行なうのに支障を
来たすことがある。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであ
って、その目的は、鋳物材料がるつぼ内で適切な溶解温
度（鋳込み温度）になった時点で鋳物材料を鋳型に流し
込むことができるような精密鋳造装置を提供することに
ある。

d. 課題を解決するための手段 上述の目的を達成するために、本発明では、内部にる
つぼが配置されると共に前記るつぼの上方箇所に加熱手
段が配設された加圧溶解室と、前記加圧溶解室の下方に
隔壁で仕切られた減圧鋳造室と、前記加圧溶解室及び減
圧鋳造室を互いに連通する連通孔と、前記連通孔を閉塞
するように配置された通気性の鋳型とをそれぞれ具備す
る精密鋳造装置において、前記るつぼに温度検知用の貫
通孔を形成すると共に、前記るつぼ上に載置された鋳物
材料の下面部分の温度を前記貫通孔を通して検知する感
光式温度検知器を前記加圧溶解室に設ける一方、前記る
つぼを傾斜可能に構成し、前記るつぼ上に載置された鋳
物材料が前記加圧溶解室内で前記加熱手段にて加熱され
て前記鋳物材料の下面部分が所定温度に達した時点で、
前記感光式温度検知器から出力される検知信号に基づい
て前記るつぼを傾斜させることにより、前記るつぼ内の
溶解状態の鋳物材料を前記鋳型に流し込むようにしてい
る。

以下、本発明の一実施例に付き第１図〜第３図を参照
して説明する。なお、第１図において第６図と同様の部
分には共通の符号を付すこととする。

第１図は本発明に係る精密鋳造装置の構成を示すもの
であって、本発明は、互いに着脱可能に構成された上部
容器16と下部容器17とから成る密閉容器18を具備してい
る。上部容器16はドーム状部16aとこのドーム状部16aの
下端に一体成形されたフランジ部16bとから構成され、
下部容器17は円筒状筐体部17aとこの筐体部17aの上端に
一体成形されたフランジ部17bとから構成されている。
そして、上部容器16及び下部容器17のフランジ部16b,17
bが重ね合せ状態で密着結合されて１つの密閉容器18が
構成されるようになっており、その内部空間は下部容器
17の上壁から成る隔壁４にて上下に区画されている。し
かして、隔壁４の上部が加圧溶解室３、その下部が減圧
鋳造室５として構成されている。

また、上述の上部容器16の天井部分にはアーク電極１
が取付けられ、このアーク電極１には図外のアーム電源
回路から電源が供給されるようになっている。また、加
圧溶解室３内には回動可能に構成されたるつぼ21が配設
されている。このるつぼ21は、チタン等の如き高温活性
の高い鋳物材料15と反応しないように熱伝導性の高い銅
材から構成され、第２図に明示するように、鋳物材料15
の載置用段付凹部22及びこの凹部22に連なる注湯溝23を
上面に形成して成るものである。そして、るつぼ21の両
側部の一対の支持板24に軸支された支持ピン25a,25bを
中心に回動可能に構成されている。さらに、これらの支
持ピン25a,25bに対応して一対の突出ピン25c,25dがるつ
ぼ21の側面に取付けられており、これらの突出ピン25c,
25dはエアシリンダにて作動されるＬ字状のリフタ（図
示せず）にて上方へ持ち上げられ、これに伴いるつぼ21
は支持ピン25a,25bを中心に第２図において矢印Ａ方向
に回動されるようになっている。

また、第１図及び第２図に示すようにるつぼ21にはそ
の側面から前記凹部22に貫通する貫通孔21aが形成され
ており、この貫通孔21aの軸線方向の対応個所に覗き窓2
6が設けられている。すなわち、下部容器17のフランジ
部17bを貫通して加圧溶解室３内に延出する筒状部材27
が配設されており、この筒状部材27の先端面が覗き窓26
となっている。そして、前記筒状部材の内部には感光式
温度検知器28が収納され、この温度検知器28の出力信号
は制御回路29に供給されるように構成されている。な
お、前記温度検知器28は鋳物材料15から放射される光に
基いて温度を検知する感光式検知器（ヒートセンサ）で
ある。

一方、前記制御回路29は、第３図に示すように、温度
検知器28からの出力信号を増幅するプリアンプ30と、こ
のプリアンプ30の出力を基準電圧と比較する、比較判定
回路31と、この比較判定回路31の出力に基づいて図外の
アーク電源回路をON−OFFするON−OFF切換回路32とから
構成されている。なお、上述の比較判定回路31は、鋳物
材料15の種類に応じて赤外線の放射率が異なるのでその
種類に応じてアーク電極１の通電をON−OFFにする際の
しきい値を変更するために基準電圧を任意に補正できる
機能を備えたものである。

また、加圧溶解室３と減圧鋳造室５とを区画する隔壁
４には、減圧鋳造室５内に突出する有底円筒状の鋳型受
け33が一体成形されており、この鋳型受け33の底部にこ
れらの室3,5を互いに連通する連通孔６が形成されてい
る。そして、湯口12及び造形空洞13を有する通気性の鋳
型７が前記鋳型受け33に配設され、この鋳型７に連通孔
６が閉塞されている。なお、鋳型７の湯口12は、上方に
向けて開口しており、前記支持板24の載置台34に形成さ
れた開孔35に対応配置されている。

また、図示を省略したが、加圧溶解室３には鋳物材料
15の酸化防止のためにアルゴンガス等の如き不活性ガス
が供給されるように構成され、減圧鋳造室５には密閉容
器18内を真空状態にするための真空ポンプが配設されて
いる。

次に、上述の如き構成の精密鋳造装置を用いて精密鋳
造を行なう際の操作及び作用に付き述べる。

まず、上部容器２を開蓋して鋳型受け33内に所定の鋳
型７を収納すると共に、水平に保持されたるつぼ21の凹
部22内に固形の鋳物材料15を置き、鋳物材料15をるつぼ
21上に載置した状態にする。しかる後、第１図に示すよ
うに上部容器２を閉蓋してフランジ部16b,17bを密着結
合状態とし、図外の真空ポンプにて密閉容器18内の空気
を抜いて真空状態にする。次いで、加圧溶解室３内にア
ルゴンガス等の不活性ガスを注入して所定の圧力に加圧
し、加圧溶解室３と減圧鋳造室５との間に所定の圧力差
を付与せしめる。

このような状態に設定した後に、アーク電極１に電源
を供給してアーク電極１と鋳物材料15との間にアークを
発生させることにより、鋳物材料15をるつぼの凹部22内
で溶解させる。この際、鋳物材料の温度は温度検知器28
にて検知され、その検知信号が制御回路29のプリアンプ
30にて比較判定回路31に供給される。そして、鋳物材料
15が最適な鋳込み温度に達すると、比較判定回路31から
所定の指令信号（比較出力）がON−OFF切換回路32に出
力され、ON−OFF切換回路32が作動される。これに基づ
いて、アーク電極１へ電源の供給が停止されると共に、
図外のエアーシリンダが作動されて突出ピン25c,25dが
上方へ持ち上げられるのに伴いるつぼ21が支持ピン25a,
25bを中心に第１図及び第２図において矢印Ａ方向に回
動されて傾斜される。この際、るつぼ21の凹部22内の溶
解した鋳物材料15は、その表面張力によって偏平な回転
楕円体となってその溶湯上面が前記凹部22内でほぼ水平
な面を形成する一方、その一部がるつぼ21の注湯溝23を
流れて下方の鋳型７に向けて徐々に落下し、鋳型７の湯
口12を介して造形空洞13内に注入される。

なおこの場合、るつぼ21の凹部22内の溶解した鋳物材
料15は、温度の高い上層部から鋳型７内に向けて落下し
てゆき、るつぼ２と接触している温度の低い部分ほど最
後に落下（或いはるつぼ21の凹部22内にその一部が凝固
して残存）することとなるが、るつぼ21は既述の如く傾
斜されるため、るつぼ21の凹部22内に溶融金属が多量に
残留することはない。すなわち、鋳物材料15が残存した
としてもその量は極めて小量であり、大部分の材料を有
効に鋳込むことができる。従って、鋳物材料が偏って溶
けて部分的に溶解した鋳物材料15のみが鋳込まれ、相当
量の残余の鋳物材料15が固形のままるつぼ21から落下さ
れしまうような不都合を生じるおそれはない。

さらに、本実施例の精密鋳造装置によれば、鋳物材料
15の材質の種類に応じて比較判定回路31の基準電圧を補
正することにより、溶解温度に幅のある合金材料等にお
いても最適な鋳造温度（溶解温度より50゜〜100゜だけ
高い温度）とすることができる。

以上、本発明の一実施例に付き説明したが、本発明は
既述の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術
的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

例えば、既述の実施例ではアーク電極１を鋳物材料15
の加熱手段として用いるようにしたが、アーク電極１に
代えて高周波誘導加熱コイルやレーザー式加熱装置等を
加熱手段として用いるようにしてもよい。

e. 発明の効果 以上の如く、本発明は、るつぼに温度検知用の貫通孔
を形成すると共に、るつぼ上に載置された鋳物材料の下
面部分の温度を貫通孔を通して検知する感光式温度検知
器を加圧溶解室に設け、この感光式温度検知器からの検
知信号に基づいてるつぼを傾斜させ、適切な鋳込み温度
に加熱されて溶解された鋳物材料を鋳型に流し込むよう
にしたものであるから、鋳物材料の材質の種類に応じた
最適な鋳込み温度に達した時点で鋳込み操作を開始でき
る。すなわち、本発明によれば、温度検知手段として感
光式温度検知器を用いるようにしたことに加えて、るつ
ぼに温度検知用の貫通孔を形成してこの貫通孔を通して
感光式温度検知器にて鋳物材料の下面部分の温度（最適
な鋳込み温度になっているか否かの判定するのに最も重
要な部分の温度）を正確に検知するようにしているの
で、るつぼを傾斜させて溶解状態の鋳物材料を鋳型に流
し込むタイミングを最適に設定することができる。従っ
て、溶解温度に幅のある鋳物材料をであっても、最良の
条件の下で材料変化を伴うことなく鋳造を行なうことが
できる。しかも、本発明によれば、るつぼを傾斜される
ことにより鋳物材料を最適な鋳込み温度の下で流下させ
るようにしたので、るつぼ内において偏って部分的に溶
解された鋳物材料のみが鋳込まれ、その他の残余部分は
固形のままるつぼ内に残存してしまうような事態を生じ
ることがなく、鋳物材料の殆ど大部分を効率的に鋳込む
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示すものであっ
て、第１図は精密鋳造装置の断面図、第２図はるつぼの
斜視図、第３図は制御回路の構成を示すブロック図、第
４図は従来の精密鋳造装置の断面図である。 １……加熱手段としてのアーク電極、 ３……加圧溶解室、４……隔壁、 ５……減圧鋳造室、６……連通孔、 ７……鋳型、15……鋳造材料、 16……上部容器、17……下部容器、 18……密閉容器、21……るつぼ、 21a……貫通孔、23……注湯溝、 25a,25b……支持ピン、26……覗き窓、 28……温度検知器（ヒートセンサ）、 29……制御回路、30……プリアンプ、 31……補正機能を備えた比較判定回路、 32……ON−OFF切換回路。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−91953（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−11103（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−244458（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−34453（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 23/00 A61C 5/10,13/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部にるつぼが配置されると共に前記るつ
   ぼの上方箇所に加熱手段が配設された加圧溶解室と、前
   記加圧溶解室の下方に隔壁で仕切られた減圧鋳造室と、
   前記加圧溶解室及び減圧鋳造室を互いに連通する連通孔
   と、前記連通孔を閉塞するように配置された通気性の鋳
   型とをそれぞれ具備する精密鋳造装置において、前記る
   つぼに温度検知用の貫通孔を形成すると共に、前記るつ
   ぼ上に載置された鋳物材料の下面部分の温度を前記貫通
   孔を通して検知する感光式温度検知器を前記加圧溶解室
   に設ける一方、前記るつぼを傾斜可能に構成し、前記る
   つぼ上に載置された鋳物材料が前記加圧溶解室内で前記
   加熱手段にて加熱されて前記鋳物材料の下面部分が所定
   温度に達した時点で、前記感光式温度検知器から出力さ
   れる検知信号に基づいて前記るつぼを傾斜させることに
   より、前記るつぼ内の溶解状態の鋳物材料を前記鋳型に
   流し込むようにしたことを特徴とする精密鋳造装置。