JP3041080B2

JP3041080B2 - 精密鋳造装置

Info

Publication number: JP3041080B2
Application number: JP11561291A
Authority: JP
Inventors: 勲松本
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Priority date: 1991-04-19
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 2000-05-15
Anticipated expiration: 2015-05-15
Also published as: JPH06142895A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は精密鋳造装置に関し、特
に、高温活性の極めて高いチタンやチタン合金等の歯科
用材料を精密鋳造するのに用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】精密鋳造装置は、歯科用材料の如き小形
製品の鋳造を行なうのに広く使用されている。

【０００３】図５は従来の圧迫式精密鋳造装置１を示す
ものであって、この装置１は、上部の加圧溶解室２及び
下部の減圧鋳造室３を有する密閉容器４を具備してい
る。そして、加圧溶解室２内にはカルシア又は酸化イッ
トリウムから成る有底円筒状のるつぼ５が配置されてい
る。

【０００４】上述のるつぼ５の周囲には、高周波誘導加
熱コイル６が埋設された耐熱セメント製の支持部材７が
配設されており、高周波誘導加熱コイル６には電源８か
ら同軸電極９を介して高周波電流が供給されるようにな
っている。そして、るつぼ５は支持部材７と一緒に同軸
電極９を中心に回動可能に構成されている。また、るつ
ぼ５の下方箇所には、鋳型１０が配設されている。

【０００５】鋳造に当っては、例えばチタン材料１１を
るつぼ５内に入れ、高周波誘導加熱コイル６に高周波電
流を供給する。そして、るつぼ５内のチタン材料１１が
誘導加熱されて溶解された後に、るつぼ５を回動させて
傾けることによりチタン材料から成る溶湯をるつぼ５か
ら流し出して鋳型１０の造形空洞１２内に注入し、所定
形状の精密鋳造品を製造する。

【０００６】また、図６は従来の遠心式精密鋳造装置１
４を示すものである。この装置１４を簡単に説明する
と、マグネシア等から成る有底円筒状のるつぼ１５、及
び燐酸塩石膏等から成る鋳型１６が回転アーム１７の一
端に取付けられると共に、回転アーム１７の他端にはる
つぼ１５及び鋳型１６と釣り合うバランス錘１８が取付
けられており、これにより回転体１９が構成されてい
る。そして、この回転体１９は支持部材２０にて回転自
在に軸支された回転軸２１の上端に支持され、回転軸２
１の下端がベルト２２を介して電動機２３に連結されて
いる。

【０００７】また、るつぼ１５内の金属材料（鋳造用イ
ンゴット）を加熱・溶解させるための高周波誘導加熱コ
イル２４が昇降手段２５によって昇降可能に配設されて
おり、このコイル２４には電源２６からフレキシブルリ
ード線２７を介して高周波電流が供給されるようになっ
ている。

【０００８】かくして、鋳造に当っては、高周波誘導加
熱コイル２４を昇降手段２５にて上昇移動させて、静止
状態にあるるつぼ１５を取囲む位置に配置させ、その時
点でこのコイル２４に電源２６から高周波電流を供給す
る。これにより、るつぼ１５内の金属材料が高周波誘導
加熱されて溶解される。次いで、前記コイル２４を下降
移動させた後に、電動機２３を駆動することにより、回
転軸２１と一緒に回転体１９を高速で回転駆動する。こ
れにより、るつぼ１５内の溶湯金属を遠心力にて鋳型１
６内に注湯し、所定形状の精密鋳造品を製造する。

【０００９】

【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では、カルシアや酸化イットリ
ウム等の材質から成るるつぼ５又は１５を用いるように
していたため、次のような問題点がある。すなわち、例
えばチタンやチタン合金等の如く高温活性が極めて高い
歯科用材料の精密鋳造を行なうに当っては、るつぼ５又
は１５と溶湯とが互いに反応し合って溶湯が酸化されて
しまい、鋳造製品の品質劣化を招くといった問題点があ
る。これは、るつぼ５又は１５の材質が酸素を含むこ
と、及びその熱伝導率が小さいことに起因すると考えら
れる。

【００１０】また、図５に示す圧迫式精密鋳造装置１の
場合には、鋳造時に溶湯を傾注しながら鋳込むようにし
ているため、傾注の初期と終期とでは溶湯に温度差を生
じ、従って同一温度での理想的な鋳造ができないという
問題点がある。

【００１１】さらに、るつぼ５又は１５内の溶湯は完全
には鋳込まれず、可成りの量の金属材料が残存してしま
い、金属材料のすべてを有効利用し得ないという不都合
がある。これは、溶湯が酸化されてるつぼ５又は１５の
内面に付着すること等に起因すると考えられる。

【００１２】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、溶湯金属が酸化されずに
しかもるつぼ内に金属材料の多くが残存することなく品
質良好な製品を鋳造し得るような精密鋳造装置を提供す
ることにある。

【００１３】

【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、（ａ）半径方向に沿って放射状に
延びる複数のスリットが形成された円筒形状の金属製の
るつぼと、（ｂ）前記るつぼを取り囲むように配設さ
れた高周波誘導加熱コイルと（ｃ）前記るつぼの直下
位置に配設された鋳型と、（ｄ）金属材料を載置する
載置治具と、（ｄ）前記載置治具を駆動する駆動機構
と、をそれぞれ具備し、前記載置治具上に載置された金
属材料を前記るつぼ内に配置して前記高周波誘導加熱コ
イルに高周波電流を供給することにより、前記スリット
を通して前記金属材料に電磁力を作用せしめて前記金属
材料を前記るつぼ内の空中に浮揚させると共に、前記駆
動機構にて前記載置治具を前記るつぼの直下箇所から外
れた位置に移動させた状態とし、前記金属材料が前記る
つぼ内において誘導加熱されて溶解された後に、前記高
周波誘導加熱コイルへの高周波電流の供給を遮断するこ
とによって、前記溶解状態の金属材料を前記るつぼから
前記鋳型内に自然落下させて鋳造するように構成してい
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例に付き図１〜図４を参
照して説明する。なお、図１〜図４において、図５及び
図６と同一の部分には同一の符号を付すこととする。

【００１５】図１は本発明に係る圧迫式精密鋳造装置３
０を示すものであって、本装置３０は上下２つの筐体３
１，３２とを有している。これらの筐体３１，３２のフ
ランジ部３１ａ，３２ａが互いに接合された状態でボル
ト締め等にて結合されて密閉容器４となされており、下
方の筐体３２の上部壁３２ｂによってこの密閉容器４は
上方側の加圧溶解室２と下方側の減圧鋳造室３とに区画
されている。

【００１６】また、上方の筐体３１の側壁３１ｂには同
軸電極９が貫通状態で固定されており、この同軸電極９
に接続された螺旋状の高周波誘導加熱コイル６が加圧溶
解室２のほぼ中央箇所に配置されている。そして、この
コイル６には電源８から同軸電極９を介して高周波電流
が供給されるようになっている。

【００１７】そして、上述の高周波誘導加熱コイル６に
よって囲まれた領域内に、円筒形状の金属製のるつぼ３
３が図外の支持手段にて固定配置されている。このるつ
ぼ３３は、例えば熱伝導率の高い銅等から成るものであ
って、図２及び図３に示す如く、下端縁部分が円筒形状
に成形されると共にその下端縁部分から上方の部分にお
いて半径方向に沿って放射状に延びる複数のスリット３
４が等角度間隔で設けられている。なお、これらのスリ
ット３４はるつぼ３３の内周面から外周面に貫通されて
いる。

【００１８】さらに、上述のるつぼ３３には、図２に示
すように、その内部に冷却水通路３５が形成されてお
り、この通路３５内に冷却水が供給されるように構成さ
れている。

【００１９】また、加圧溶解室２内には、るつぼ３３の
中空部３３ａに対応する箇所に、チタン材等の金属材料
（鋳造材料）Ｍを載置する載置治具３６が配設されてい
る。そして、この載置治具３６は駆動ロッド３７にて上
下方向に移動可能に構成されている。

【００２０】一方、筐体３２の上部壁３２ｂには、前記
るつぼ３３の直下箇所に箱状の鋳型収納部３８が一体成
形されており、この収納部３８内に造形空洞１２を有す
る鋳型１０が配設されている。なお、この収納部３８の
底壁３８ａには小孔３９が形成されており、この小孔３
９を介して加圧溶解室２と減圧鋳造室３とが互いに連通
されている。

【００２１】また、真空排気装置４０にて密閉容器４内
が真空になされると共に、不活性ガス供給装置４１から
加圧溶解室２内に不活性ガスが供給されるようになって
いる。

【００２２】次に、上述の装置３０を用いて精密鋳造を
行なう場合の操作並びに作用に付き説明する。

【００２３】まず、加圧溶解室２を開けて収納部３８内
に鋳型１０を収納すると共に、載置治具３６上に金属材
料Ｍを載置する。そして、駆動ロッド３７を図外の昇降
手段にて図１において一点鎖線で示す位置から実線で示
す位置（高周波誘導加熱コイル６の上端側位置、すなわ
ち、このコイル６の上下方向の中央部分より上方の位
置）に上昇させることにより、金属材料Ｍをるつぼ３３
内の所定位置に配置する。

【００２４】しかる後に、加圧溶解室２を閉じてフラン
ジ３１ａ、３２ａを密着結合し、真空排気装置４０にて
密閉容器４内を真空にする。次いで、不活性ガス供給装
置４１からアルゴンガス等の不活性ガスを加圧溶解室２
内に注入してし所定圧力に加圧し、これにより、加圧溶
解室２と減圧鋳造室３との間に所定の圧力差が存在する
ように設定する。

【００２５】次いで、電源８から高周波誘導加熱コイル
６に高周波電流（Ｊｏ）を供給する。これに伴い、高周
波電流（Ｊｏ）が作る磁束（Ｂ）がるつぼ３３のスリッ
ト３４を通って金属材料Ｍに作用し、この金属材料Ｍに
誘導電流（Ｊｅ）が流れる（図２参照）。これにより、
金属材料Ｍはジュール加熱され溶解されて溶湯となる。
この際、溶湯の表面に流れる誘導電流（Ｊｅ）と磁束
（Ｂ）との相互作用により溶湯に電磁力（Ｆ）が生じ、
この電磁力（Ｆ）の方向はフレミングの左手の法則によ
りるつぼ３３の軸心に向かう方向よりも上向きの方向と
なる。それは、誘導電流（Ｊｅ）はるつぼ３３の周方向
に沿う方向であり、金属材料Ｍが置かれているるつぼ３
３の上端側位置における磁束（Ｂ）の方向は図２におい
て矢印Ｈで示す如く曲げられるからである。その結果、
電磁力Ｆにより金属材料Ｍがるつぼ３３内の空中に浮揚
された状態に保持され、この浮揚状態の下で高周波誘導
加熱が開始される。

【００２６】これと同時に、載置治具３６をるつぼ３３
よりも下方になるまで下降させ、その位置で回動させる
ことによって載置治具３６をるつぼ３３の直下箇所から
外れた位置に配置せしめる。

【００２７】このようにして、金属材料Ｍを所要時間に
亘って高周波誘導加熱するのに伴い、金属材料Ｍは浮揚
状態のままで溶解され、その表面張力の作用により球状
となる。そして、最適な鋳込み温度状態になった時点
で、高周波誘導加熱コイル６への高周波電流の供給を停
止する。すると、浮揚状態で溶解された金属材料Ｍに作
用している電磁力が消失するので、金属材料Ｍ（溶湯）
が自重により自然落下し、鋳型１０の造形空洞１２内に
注入される。これにより、所定形状の歯科用の鋳造製品
が得られる。

【００２８】また、図４は本発明に係る遠心式精密鋳造
装置５０を示すものであって、本装置５０では、図２及
び図３に示す既述の円筒状銅製るつぼ３３と同様のもの
が用いられている。そして、密閉容器５１に配設された
駆動機構５２によって、金属材料Ｍの載置治具５３が上
下方向及び水平方向に移動され得るように構成されてい
る。さらに、るつぼ３３の下方位置に、回転可能に支持
された鋳型１６が配設されている。また、るつぼ３３の
周囲を囲む高周波誘導加熱コイル２４には、既述の実施
例と同様に同軸電極９を介して電源１２から高周波電流
が供給されるようになっている。なお、その他の構成
は、従来の場合と同様である。

【００２９】本装置５０を用いて鋳造を行なうに際して
は、まず、載置治具５３上に金属材料Ｍを載置して駆動
機構５２を作動させることによって、金属材料Ｍをるつ
ぼ３３内に配置する。次いで、高周波誘導加熱コイル２
４に通電することにより、金属材料Ｍをるつぼ３３内の
空中に浮揚せしめて高周波誘導加熱にて溶解させる。こ
れと同時に、載置治具５３は駆動機構５２にて下降させ
て水平移動させ、るつぼ３３の直下箇所から外れた位置
に配置する。

【００３０】そして、金属材料Ｍが溶解されて所要の鋳
込温度に達した時点で高周波誘導加熱コイル２４への通
電を遮断する。これに伴い溶湯が自然落下されて鋳型１
６の注湯口に、注入され、その直後に電動機２３が駆動
開始されて回転アーム１７が高速で回転される。これに
より、溶湯は遠心力によって鋳型１６の造形空洞１６ａ
内に鋳込まれて自然冷却され、所定形状の精密鋳造製品
が得られる。

【００３１】以下に具体例を示す。１．金属材料（１）材質チタン（２）形状・寸法３０ｍｍ（直径）×１６ｍｍ（高
さ）（３）重量５０ｇ２．密閉容器内底力１×１０^-3Ｔｏｒｒに減圧、アル
ゴン置換（圧力２００Ｔｏｒｒ）３．高周波加熱条件（１）周波数１００ｋＨｚ（２）入力１２ｋＷ（３）加熱時間２０秒４．遠心鋳造条件（１）鋳造温度１７００℃ （２）鋳型回転数６００ｒ．ｐ．ｍ．５．鋳造品歯科用

【００３２】このような条件で鋳造したところ、得られ
た精密鋳造品は溶解時に酸素の固容がないため、素材と
同様の強度を示した。

【００３３】上記の精密鋳造装置３０及び５０にて得ら
れた精密鋳造製品は品質の良いものとなる。すなわち、
金属材料Ｍはるつぼ３３に全く接触することがないの
で、るつぼ３３と溶湯金属との間に酸化反応を生じるこ
とがなく、品質劣化を招来することがない。従って、特
に、鋳造材料が高温活性の高いチタンやチタン合金（歯
科用材料）等の場合には、特に有利となる。また、金属
材料Ｍの溶湯は所要の鋳込温度に達した直後に、自然落
下されてタイムラグを生じることなく直ちに鋳型に鋳込
まれるため、鋳込みの開始時と終了時との間に溶湯の温
度変化を来たすことがない。従って、高精度でかつ高品
質の精密鋳造品を得ることができる。

【００３４】以上、本発明の一実施例に付き述べたが本
発明は既述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基いて各種の変形及び変更が可能であ
る。例えば、るつぼ３３は銅製である必要は必ずしもな
く、熱伝導率の高い非磁性の金属であれば何を用いても
よい。

【００３５】

【発明の効果】以上の如く、本発明は、スリットを有す
る円筒形状の金属製のるつぼを用いて、高周波誘導加熱
コイルによりるつぼ内の金属材料を浮揚させた状態で加
熱溶解させて鋳込むように構成したものであるから、金
属材料の溶湯は電磁力の作用によりるつぼと接触するこ
となく鋳型に自然落下されることとなるため、金属材料
とるつぼとの間に反応を生じることなく、かつ、金属材
料（溶湯）を所要の鋳込温度にて瞬時に鋳込むことがで
きる。そのため、酸化による品質劣化や不純物の混入に
よる品質劣化を来たすことがなく、高品質で高精度の精
密鋳造品を得ることができる。さらに、金属材料はるつ
ぼの内周面に一切残らないので、材料全部を有効に利用
でき、経済的効果が大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧迫式精密鋳造装置を示す断面図
である。

【図２】るつぼの一部を切欠いて示す斜視図である。

【図３】るつぼ及び高周波誘導加熱コイルの平面図であ
る。

【図４】本発明に係る遠心式精密鋳造装置の断面図であ
る。

【図５】従来の圧迫式精密鋳造装置の断面図である。

【図６】従来の遠心式精密鋳造装置の断面図である。

【符号の説明】

６高周波誘導加熱コイル１６鋳型１０鋳型２４高周波誘導加熱コイル３０圧迫式精密鋳造装置３３るつぼ３３ａ中空部３４スリット３６載置治具３７駆動ロッド５０遠心式精密鋳造装置５２駆動機構５３載置治具Ｍ金属材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 13/06 B22D 23/00 B22D 21/02 A61C 13/20 H05B 6/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）半径方向に沿って放射状に延びる
複数のスリットが形成された円筒形状の金属製のるつぼ
と、（ｂ）前記るつぼを取り囲むように配置された高
周波誘導加熱コイルと、（ｃ）前記るつぼの直下位置
に配置された鋳型と、（ｄ）金属材料を載置する載置
治具と、（ｄ）前記載置治具を駆動する駆動機構と、
をそれぞれ具備し、前記載置治具上に載置された金属材
料を前記るつぼ内に配置して前記高周波誘導加熱コイル
に高周波電流を供給することにより、前記スリットを通
して前記金属材料に電磁力を作用せしめて前記金属材料
を前記るつぼ内の空中に浮揚させると共に、前記駆動機
構にて前記載置治具を前記るつぼの直下箇所から外れた
位置に移動させた状態とし、前記金属材料が前記るつぼ
内において誘導加熱されて溶解された後に、前記高周波
誘導加熱コイルへの高周波電流の供給を遮断することに
よって、前記溶解状態の金属材料を前記るつぼから前記
鋳型内に自然落下させて鋳造するように構成したことを
特徴とする精密鋳造装置。