JP3075302B2 - 精密鋳造装置 - Google Patents

精密鋳造装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は遠心式精密鋳造装置に関
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】この精密鋳造装置の型式を分類すると、圧
迫式と遠心式とに大別される。圧迫式精密鋳造装置は、
カルシアや酸化イットリウム等から成る有底円筒状のる
つぼ内で鋳造材料を加熱溶解した後に、このるつぼを傾
けることによって溶湯を鋳型に流し、鋳型の上面と下面
との間に生ぜしめた圧力差にてるつぼ内の溶湯を鋳型の
造形空洞内に鋳込むようにしたものである。また、遠心
式精密鋳造装置は、カルシアや酸化イットリウム等から
成る有底円筒状のるつぼ内で鋳造材料を加熱溶解した後
に、このるつぼを水平面に沿って高速回転させることに
よりるつぼ内の溶湯を遠心力にて鋳型内に鋳込むように
したものである。
【0004】遠心式のものは、圧迫式のものに比べて、
鋳型への溶湯の鋳込み力が大きく、しかも短時間のうち
に鋳込みを行ない得るので、溶湯を鋳型の造形空洞の先
端まで充分に回り込ませることができるという利点があ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、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素
材から成るるつぼを用いるようにしていたため(いわゆ
るスカル溶解)、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のに当たっては、るつ
ぼ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、るつぼの素材が酸素を含むこと、その熱伝導率
が小さいこと、及びるつぼと溶湯との接触時間が長いこ
と等に起因すると考えられる。
【0006】また、るつぼ内の溶湯は完全には鋳込まれ
ず、可成りの量の鋳造材料が固化状態で残存してしま
い、鋳造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の内面に付着
すること等に起因すると考えられる。
【0007】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、遠心式の精密鋳造装置の改善を図るこ
とを目的としている。具体的には、本発明の目的は、る
つぼと鋳造材料の溶湯とが互いに反応を生じるのを極力
抑止し得て、るつぼ内に鋳造材料が固化状態で残存(付
着)することがなく、高品質の鋳造製品を得ることがで
きるような遠心式精密鋳造装置を提供することにある。
【0008】
【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、半径方向に沿って放射状に延びる複
数のスリットを有する有底円筒形状の金属製のるつぼ
と、前記るつぼの外周を取り囲み得るように構成された
高周波誘導加熱コイルと、前記るつぼに隣接する位置に
配置された鋳造とをそれぞれ設け、前記高周波誘導加熱
コイルを前記るつぼの外周を取り囲むように配置して前
記高周波誘導加熱コイルに高周波電流を供給し、これに
応じて前記高周波誘導加熱コイルから生じる磁束を前記
スリットを通して前記るつぼ内の鋳造材料に作用せしめ
ることにより、前記鋳造材料を電磁力にて前記るつぼ内
で浮揚した状態の下で高周波誘導加熱して溶解せしめ、
しかる後に、前記るつぼ及び鋳型を高速回転させること
により前記るつぼ内の前記鋳造材料の溶湯を遠心力にて
前記鋳型内に注湯するようにしている。
【0009】
【作用】スリットを有する金属製のるつぼを用いること
により、鋳造材料の溶湯が高周波誘導加熱コイルの通電
に伴って発生する電磁力にてるつぼの内面から離間して
浮揚状態となるため、るつぼと鋳造材料とが互いに接触
して反応を生じることがない。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例に付き図面を参照し
て説明する。
【0011】図1は、本発明に係る遠心式精密鋳造装置
1を示すものである。この装置1の構成を説明すると、
有底円筒状の金属製のるつぼ2が回転アーム4の一端に
取付けられると共に、燐酸塩石膏等から成る鋳型3がる
つぼ2に隣接配置されている。また、回転アーム4の他
端にはるつぼ2及び鋳型3と釣り合うバランス錘5が取
付けられており、これにより回転体6が構成されてい
る。そして、この回転体6は支持部材7にて回転自在に
軸支された回転軸8の上端に支持され、回転軸8の下端
がベルト9を介して電動機10に連結されている。
【0012】また、るつぼ2内の鋳造材料(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11が駆動機構12によって昇降可能に配設されてお
り、このコイル11には電源13からフレキシブルリー
ド線14を介して高周波電流か供給されるようになって
いる。
【0013】なお、前記回転体6は密閉容器30内に収
納配置されており、この密閉容器30内は真空排気装置
31にて真空状態になされると共に、不活性ガス供給装
置32から密閉容器30内に不活性ガスが供給されるよ
うに構成されている。
【0014】本装置1に用いられるるつぼ2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、下端縁部分がほぼ円筒形状に成形される
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15が等角度間隔
で設けられている。なお、これらのスリット15はるつ
ぼ2の内周面から外周面に貫通されている。また、るつ
ぼ2の底面には、2段の階段状載置部(凹部)16が設
けられている。
【0015】そして、るつぼ2の上端面には、鋳型3の
側の一部分に、上方に突出する突出壁部17が一体成形
されており、この突出壁部17に溶湯注入孔18が形成
されている。さらに、るつぼ2の内周面には、鋳型3の
側の一部分に、前記溶湯注入孔18に連通する凹溝状の
湯道19が設けられている。
【0016】次に、上述の装置1を用いて精密鋳造を行
なう際の操作並びに作用に付き説明する。
【0017】まず、鋳造材料20を図3に示す如くるつ
ぼ2の階段状載置部16上に載置し、るつぼ2の底面と
鋳造材料20の底面とが互いに完全に接触することなく
その一部分のみの接触状態にする。そして、密閉容器3
0内を真空排装置31にて真空状態にすると共に、不活
性ガス供給装置32にてアルゴン等の不活性ガスを密閉
容器30内に注入する。
【0018】次いで、駆動機構12を作動させることに
より、高周波誘導加熱コイル11を上昇せしめてるつぼ
2の外周を取り囲む位置に配置する。そして、このコイ
ル11に電源13から高周波電流を供給することによ
り、るつぼ2内の鋳造材料20を高周波誘導加熱して溶
解する。
【0019】ここで、鋳造材料20の加熱溶解のメカニ
ズムについて説明すると次の通りである。すなわち、高
周波誘導加熱コイル11に高周波電流(Jo)を流す
と、高周波電流(Jo)が作る磁束(B)がるつぼ2の
スリット34を通って鋳造材料20に作用し、この鋳造
材料20に誘導電流(Je)が流れる(図4参照)。こ
れにより、鋳造材料20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(J
e)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2の軸心に向かう方向よりも上
向きの方向(斜め方上)となる。それは、誘導電流(J
e)はるつぼ2の周方向に沿う方向であり、鋳造材料2
0が置かれているるつぼ2の上端側位置における磁束
(B)の方向は図4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により鋳造材料20
がるつぼ2内の空中に浮揚された状態に保持される。そ
して、この浮揚状態の下で高周波誘導加熱が開始され
る。
【0020】このようにして、鋳造材料20を所要時間
に亘って高周波誘導加熱するのに伴い、鋳造材料20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
球状の溶湯20′となる(図4参照)。そして、最適な
鋳込み温度に達した時点で、高周波誘導加熱コイル11
への高周波電流の供給を停止すると共に、駆動機構12
にて前記コイル11を下降させてるつぼ2から外れた位
置すなわちるつぼ2の下方位置に配置する。
【0021】しかる後に、電動機10を作動させること
により、回転体6を高速で回転駆動する。これに伴い、
るつぼ2内の溶湯20′が遠心力にて附勢される結果、
溶湯20′は湯道19を通って溶湯注入孔18から鋳型
3内に鋳込まれる。しかして、鋳型3内に鋳込まれた溶
湯20′は自然冷却され、所定形状の精密鋳造製品が得
られる。
【0022】上述の如き遠心式精密鋳造装置1によれ
ば、鋳造材料20の溶解をるつぼ2に対して非接触状態
の下での浮揚加熱にて行なうようにしているので、溶解
時に鋳造材料20がるつぼ2と反応を生じることがな
く、従って鋳造製品の品質劣化を招来するのを抑えるこ
とができる。更に詳述すると、鋳造材料20の浮揚加熱
時には、溶湯20′はるつぼ2の内面と全く接触するこ
とがなく、また浮揚加熱後の遠心鋳造に際しては、溶湯
20′の一部がるつぼ2に接触することになるが、酸化
された溶湯20′が鋳型3に鋳込まれることはない。
【0023】すなわち、浮揚加熱後に高周波誘導加熱コ
イル11への通電を停止するのに伴って溶湯20′の底
部がるつぼ2の底面に接触するものの、溶湯20′の周
面はその表面張力にてるつぼ2の内周面に接触しない。
また、遠心鋳造時には、溶湯20′がるつぼ2の湯道1
9及び溶湯注入孔18を通るため、これらの部分に溶湯
20′が接触することとなる。しかし、この接触時間
は、浮揚溶解時間及び遠心鋳造時間から成る鋳造所要時
間のうちの極めて短かい遠心鋳造時間のみであるため、
溶湯20′とるつぼ2との間の反応は従来のいわゆるス
カル溶解に比べて極めて少ない。しかも、酸化反応を生
じた溶湯部分は直ちに固化してるつぼ2の湯道19及び
溶湯注入孔18上に残存することとなり、酸化された溶
湯20′が鋳型3内に鋳込まれることはない。従って、
鋳造製品の品質劣化を来たすことがない。また、上述の
如く、接触を生じる遠心鋳造工程は極めて短時間である
ため、るつぼ2内に固化状態で残存する鋳造材料20の
量は少量で済む。
【0024】このように本発明の作用効果を確かめるた
めに、以下に示す如き条件で実験を行なった。
【0025】実験例 1.鋳造材料 (1)材質:チタン (2)形状・寸法:30mmφ(直径)×16mm(高
さ)の円柱体 (3)重量:50g 2.密閉容器内の圧力:1×10-3Torr 3.密閉容器内の雰囲気:アルゴン置換(圧力200T
orr) 4.高周波加熱条件 (1)周波数:200kHz (2)入力:10kW (3)加熱時間:30秒 5.遠心鋳造条件 (1)鋳込温度:1720℃ (2)回転体の回転数:600r.p.m. 6.鋳造品:金属床(メタルプレート)
【0026】この実験で得られた精密鋳造製品の強度を
測定したところ、素材と同様の強度であり、高品質のも
のであった。
【0027】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、高周波誘導加熱コイル11をるつぼ2の外
周に固定配置すると共に、回転体6と一緒に回転される
ように構成してもよい。この場合には、遠心鋳造時にお
いても前記コイル11に高周波電流を供給することによ
って、電磁力を溶湯20′に常時作用させておき、この
電磁力にてるつぼ2の湯道19及び溶湯注入孔18への
溶湯20′の接触を抑制することができ、完全な非接触
状態の下での遠心鋳造が可能となる。
【0028】以上の如く、本発明は、スリット付の有底
円筒形状の金属製のるつぼ及び高周波誘導加熱コイルを
用いて鋳造材料をるつぼ内で浮揚加熱して溶湯とし、こ
の溶湯を遠心力にてるつぼ内から鋳型に鋳込むようにし
たものであるから、鋳造材料は電磁力にて浮揚せしめら
れた状態ですなわちるつぼに対して非接触で加熱溶解さ
れることとなり、るつぼと鋳造材料との間に好ましくな
い反応を生じるのを効果的に防止できる。その結果、高
品質の精密鋳造製品を得ることができると共に、るつぼ
内における鋳造材料の残存量を全く無くすか或いは非常
に少なくすることができる。従って、高温活性の極めて
高いチタンやチタン合金等の遠心鋳造用の装置に本発明
を適用すれば特に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る遠心式鋳造装置の構成を示す断面
図である。
【図2】前記装置に用いられているるつぼの平面図であ
る。
【図3】前記るつぼの断面図である。
【図4】スリット付るつぼ内の鋳造材料(溶湯)に作用
する電磁力を概念的に示す斜視図である。
【符号の説明】
1 遠心式精密鋳造装置 2 銅製のるつぼ 3 鋳型 6 回転体 11 高周波誘導加熱コイル 15 スリット 18 溶湯注入孔 19 湯道 20 鋳造材料 20′溶湯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H05B 6/26 H05B 6/26 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 13/06 B22D 13/10 503 B22D 21/02 H05B 6/26

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半径方向に沿って放射状に延びる複数の
    スリットを有する有底円筒形状の金属製のるつぼと、前
    記るつぼの外周を取り囲み得るように構成された高周波
    誘導加熱コイルと、前記るつぼに隣接する位置に配置さ
    れた鋳型とをそれぞれ設け、前記高周波誘導加熱コイル
    を前記るつぼの外周を取り囲むよう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し、これに応じて
    前記高周波誘導加熱コイルから生じる磁束を前記スリッ
    トを通して前記るつぼ内の鋳造材料に作用せしめること
    により、前記鋳造材料を電磁力にて前記るつぼ内で浮揚
    した状態の下で高周波誘導加熱して溶解せしめ、しかる
    後に、前記るつぼ及び鋳型を高速回転させることにより
    前記るつぼ内の前記鋳造材料の溶湯を遠心力にて前記鋳
    型内に鋳込むようにしたことを特徴とする精密鋳造装
    置。
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