JPH01157759A - チタンまたはチタン合金精密鋳造方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

頭発明の目的 （イ）産業上の利用分野 この発明は純チタンやチタンを主成分とする合金のよう
に活性がきわめて大きく、溶融状態では大気あるいはほ
とんどすべての耐火材と反応し鋳造がきわめてむつかし
い鋳造材料を、そのすぐれた物理的・機械的性質を損ね
ることなく、歯科用などの小形精密鋳造物を能率よく製
造しうるチタンまｆｃニチタン合金精密鋳造方法および
その装置に関する。 Ｐ）従来技術およびその問題点 純チタンまたはチタン金主成分とする合金からなるチタ
ン材料は、耐食性にすぐれ、生体とはきわめて安定で適
合性のよい金属といわれており、また強度と延性があり
、熱膨張が小さく軽いことなど歯科用金属として最適と
考えられる。しかし、チタンの融点は約１．７００℃で
高く、溶融状態（標準鋳込温度１．７００〜１．８００
℃）では非常に高い活性度を有し、大気中の酸素や窒素
あるいはるつぼ材中のいろいろの元素と反応して鋳造物
を脆化させるので、義歯などの複雑で精巧な形状の精密
鋳造物を産業ベースで製造させることはきわめて困難で
ある。しかし前述したように歯科用に。 最適な金属での精密鋳造物の活用が強く要望される情況
に対してチタン精密鋳造技術の研究も盛んに行われてい
る現況である。現在チタン精密鋳造の研究は主として遠
心式を含めアーク放電溶解式別冊鋳造法によって行われ
ているが、この鋳造法はるつぼと鋳型とを一体成形した
凸状鋳型を用いる連続加圧鋳造法に比し、鋳造品の結晶
粒子が粗く、鋳造体表面からの規則的なデンドライト成
長があり、かつ鋳肌のなめらかさが不足するなど本質的
ないろいろの問題点がある。筐た高真空ふん囲気を要す
る溶解室の内容量が大きく、排気装置が高価となるだけ
でなく、るつぼと鋳型とが離れでいるので、注湯に時間
がかかり、鋳型材料が反はチタンなどの活性度の高い材
料に対しては鋳造）効率が悪く、不向きな鋳造法といえ
る。これらの問題を解消し、チタンなどを鋳造する目的
で！Ｊ者らが考案し先に出願した実願昭６１−第８０４
９２号「加圧鋳造装置」の明細書に示した装置は、凸状
鋳型を用いる従来の連続加圧鋳造装置の改良にかかるも
のである。すなわち鋳型を収容した鋳型室の排気系に鋳
型室内容量の少くとも３倍以上のチャンバ全段けること
によって、大容量の排気装置を用いることなく、注湯時
、溶湯を急速に減圧し。 加圧不活性ガス圧力を従来の約りに低減せしめ。 溶湯が不活性ガス全巻き込むことを防止したものである
。しかしながら上記出願の装置においては凸状鋳型を単
一の埋没材でるつぼと鋳型部全一体成形しているため、
チタンなどを溶解するるつぼ部において埋没材中の酸化
物から酸素を奪うか。 萱たはるつぼ内壁の気孔に残存している空気と反応して
溶湯が酸化または窒化するなどして高品質のチタン鋳造
品を得ることができなかった。この失敗に鑑み、？者ら
はるつぼ部と鋳型部とにそれぞれに適応した異なる耐火
材を用い、それらを結合することによって溶解ならびＬ
ｌｃ鋳造のいずれにもすぐれた効果を示す凸状鋳型とし
、これを用い几鋳造効率の良い鋳造装置すなわち実願昭
６２−第２１１１７号「加圧鋳造装置ｊ全出願したうし
かるにこの出願にかかる装置は上記るつぼと鋳型との耐
火材が低融点金属とくに貴金属系合金を対象としたもの
であり、チタンの鋳造には用いることができｌＸＡ。 ｅ９技術的課題 この発明は前述した現況に鑑みてなされたものであり、
鋳造効率のすぐれた連続加圧鋳造装置を用いてチタンま
たはチタン合金を精密鋳造とくに歯科用鋳造品を鋳造す
る方法およびその装置において、凸状鋳型のるつぼ部を
高活性の鋳造材の融解に適し、鋳型部全前記溶湯の注湯
ならひに鋳造に適するそれぞれ異質の耐火材を一体的に
結合し形成した凸状鋳型を用いるとともに、注湯時鋳型
部を減圧し、溶湯の加圧力を低く保つなどしてチタン１
７ｃはチタン合金の精密鋳造品を高品質にかつ能率よく
製造すること金課顯としたものである。 Ｃ）考案の構成（技術的手段） 上記課題を解決するために講じた技術的手段は次のとお
りである。 （イ）凸状鋳型のるつは部の周壁として薄肉の筒状体を
配し、耐熱性埋没材によってるつぼ底部と鋳型部とを一
体成型するに当り。 （ロ）前記筒状体およびるつぼ底部をチタンまたベチタ
ン合金の融解に際し、溶湯と反応せず、かつ吸水率零パ
ー七ントの耐火材によって形成するとともに。 ｒｖ前記以外の部分を耐熱性埋没材によって通気性をも
たせた。 ことである。 （３）技術的手段の作用 前述したごとくチタン’Ｅ７’ｃはチタン合金を融解す
るるつぼばそれらを融解するに足る高耐熱性を有する耐
火材でなければならないことはいう筐でもないが、チタ
ンなどの活性度の高い溶湯と反応し、るつぼ中の酸化物
が溶湯を汚染するおそれが全くなく、さらに真空ふん囲
気にしたばあい酸素・窒素ガスなど全残留させる気孔が
存在しないすなわち吸水率零の耐大材が絶対必要である
。筆者らに各種耐大材にて種々実験を繰返し、よりやく
上記条件を満たすに足る耐火材一般にち密質アルミナと
称される磁器の一種にそれを見出すことができた。その
耐火材粉末全適切な方法で成形し。 高温で焼成しるつぼ周壁を形成する薄肉の筒状体磁器に
仕上げる。したがってその内径・肉厚および長さなどが
自在のるつぼ周壁となる。これは通常円筒体でアリ、そ
の内腔には１ｖ合いるつばの底を形成する皿状焼成体も
上記と同一のち密質アルミナの粉末を任意の形状に成形
し、かつ中央に湯口金膜け、焼成する。以上のように事
前に焼成した円筒体と皿状体とヲはめ合わせて所望の容
量のるつぼを形成し、これの上部を下にして、ゴム成形
型にさし込む。ついであらかじめ用意されたワックスパ
ターンの７１−ル線を上記皿状体の湯口を通してゴム型
の円錐台に樹立し、このゴム型上に鋳型成形用ゴム型を
載せ、これらに耐熱性埋没材泥を注入し、成形加熱して
るつは部と鋳型部とを一体成型するのである。このよう
にして形成するるつぼの内容量は上記のごとく９円筒体
にはめ合わす皿状体の位篩によって自在に変更できるの
で１円筒体内径を変える必要はない。またるつぼ底部材
の皿状体を用いず、上記ゴム型の円錐台によって成形さ
れたるつぼの埋没材地肌に前述したち密質アルミナにて
なるコーテイング材を所定の厚みに塗布し、鋳型亦熱時
焼成してもよい。 （４）発明の効果 この発明は以上のように構成されているので。 従来鋳造がむつかしくとくに歯科用精密鋳造品を高品質
に、しかも能率良く鋳造しぇなかったチタンまたはチタ
ン合金を、すぐれた鋳造性をもつ連続加圧鋳造装置を用
い、融解する凸状鋳型のるつぼ部を前述した耐火材で形
成したのである。この耐火性磁器材は全く気孔を有して
いないので減圧または不活性ガス置換工程を経ることに
よってるつぼ表面のふん囲気ガスすなわち酸素や窒素ガ
スは完全に排除され、溶湯を汚染するおそれはない。 ついでたとえば高周波誘導等などで加熱がすすんで上記
鋳造材が溶融状態になってもるつぼの耐火材は何等の化
学的・熱的変化を生ぜず、すなわち耐火材中の酸化物か
ら酸素が遊離するなどして溶湯を酸化させることは全く
ない。一方上記るつぼと一体成形されてはいるが、異質
の耐火材すなわち通気性を有する耐熱性埋没材で成り、
上記るっほときわめて短かい湯道を介して連通ずる鋳型
空洞部を内部に設けた鋳型部は、上記るつほの加熱が進
んでいるときは、真空排気したのち低圧の不活性ガス置
換ふん囲気にしているのが通例である。 融解が進行し、注湯のタイミングに達した瞬間加熱室内
に不活性ガスを圧入し、溶湯を加圧すると同時に鋳型部
全所定の真空圧に減圧する。鋳型埋没材が適切な通気性
を有しているので空洞部内が減圧され、その負圧と上記
庫圧との圧力差が溶湯に作用し、溶湯は速かに空洞部に
完全に注湯され。 この鋳込みが完了する１で上記圧力差による加圧が持続
するのである。このように溶湯はふん囲気カスに触れる
ことなく注湯され、急速に凝固するため、埋没材中の酸
化物と反応するおそれはない。 １ｆＣ上記吸引を伴う原圧注湯方法はチタンまたはチタ
ン合金中に吸蔵されているガスを放出するなどの冶金効
果があり、さらに不活性ガス加圧力は上記鋳型部の減圧
による負圧によって低く保つことができるので、溶湯に
ガスを巻き込むおそれはない。以上のようにこの発明は
従来技術の欠点や問題点を解消し、無酸素効果がすぐれ
、高品質のチタンまたはチタン合金の精密鋳造品を歩留
りよく能率よく、かつ廉価に製造する取決およびその装
置を提倶しえ次ものである。 （５）実施例 以下図面によってこの発明の一具体例を説明する。図は
電気的加熱手段を高周波誘導式としたこの発明の実施例
連続加圧鋳造装置の鋳造部（１）の縦断面図である。こ
の装置の真空排気系およびア〜　ルゴンガス供給系は前
述した実願昭６１−第８０４９２号の明細書に詳記して
いるので、ここでは図示を省略する。上記鋳造部

【１】
ハ従来装置のうち凸状鋳型の鋳型部全減圧しうるように
しｆｃ鋳造部と構成上は同じであり、従来と異なるこの
発明の要部にチタンまたはチタン合金全融解・鋳造する
特殊凸状鋳型（２Ｓ）であり、この特殊凸状鋳型（２Ｓ
）の説明に先立ち、鋳造部（１）の槽底を簡単に説明す
る。耐火性筒状体（３）で囲った加熱室（４）は上端部
をのぞき急（５）で密封し、外周に高周波誘導コイ／ｌ
／　（６）　？巻回している。加熱室（４）の下端はた
とえばアスベスト成型材にてなる台座（７）に係合し、
加熱室下部開口部（８）を形成している。上記特殊凸状
鋳型（２ｓ）は鋳型受台０】上にガスケラ）　Ｑｌを介
して載置され、鋳型受台■）は図示しない空気シリンダ
およびそのピストン＠などにて構成される鋳型昇降機構
によって上下動し、上昇時設定された圧力で上記特殊凸
状鋳型（２Ｓ）″Ｉ！ｔガスケッ計０３全０３て上記台
座（７）に圧接し、加熱室（４）ｔ−気密に封止する。 上記鋳型受台〔９）上の鋳型下部基台すなわち鋳型部ａ
＃を収容する下室筐体ｃ！ｉｌハ図示しない筐体昇降機
構のピストンαｅによって上下動され、上昇時上記台座
（７）の周縁に気密結合したリング状部材α９に篩体封
止部材その上部側壁■には加熱室を所定真空圧に減圧す
る真空排気孔■およびアルゴンガスのＲ１！Ｉ８ナラヒ
に加圧アルゴンガス導入出孔のが設けられている。 また下室α９を密封する上記リング状部材αりには下室
Ｃ１！ｌ　’に減圧する真空排気孔はおよび下室をアル
ゴンガスふん囲気にするアルゴンガヌ導入出孔囚が設け
られている。これらそれぞれの排気孔およびガス導入出
孔の導管などは図示全容く。以上が従来装置の構成であ
り、ここでこの発明の要部である特殊凸状鋳型（２Ｓ）
を詳細に説明する。この凸状鋳型（２Ｓ）ｆｌ従来のも
のと同形の凸状であるが、大きく異なるのは突出部のる
つぼ部の構成である。 すなわちるつは部Ｌ２ＥＪに一般にち密質アルミナと称
される磁器材のうちｒｓｓＡ−ＨＪの商品名を有するア
ルミナ９５．４％９シリ力３％の組成のもので円筒状に
焼成されたるつぼ周壁勾と、同じ磁器材で皿状に焼成さ
れたるつは底部材（支）とを組合わせ、つぎに述べる鋳
型部Ｉ：１４Ｊｋ形成する埋没材■によって一体的に結
合形成されている点である。るっは周壁−の高さσ］ノ
は図に示すように加熱室（４）の高周波誘導コイル（６
）に対応して決定されており、鋳造材全収容するるつぼ
内容量（Ｃｒｔ）は、上記皿状のるつぼ底部材■のはめ
合い位置によって自在に設定できる。るつぼ底部材■の
形状は図示のものに限らず任意に成型する。またるつぼ
周壁■の内腔には鋳造后埋没材の分離を容易にする下拡
がりの勾配（２７Ｔ）　ｆ設ける。またるつぼ周壁弼の
下端部は図のように鋳型基台（１４１に埋没させ、その
外周に溝ＣＩｌ＋を設け、上記鋳型基台α勾との結合全
強化する。上記るつぼ部■を一体成形するとともに、湯
道（３ｚおよび鋳型空洞部■を内部に形成する鋳型部α
滲は適切な通気性を有する耐熱性埋没材■として従来が
ら高融点材料鋳造用に用いられているリン酸塩系埋没材
とする。しかし性能が同等のものがあれば。 上記に限定しない。このように構成した特殊凸状鋳型（
２Ｓ）を用いチタン″！ｉたはチタン合金全上記した連
続加圧鋳造装置の鋳造郡山によって鋳造する工程の一例
全説明する。真空排気系は排気速度５０〜２００１１ｍ
位の真空ポンプを排気源とし加熱室減圧系と下室減圧系
と、下室急速減圧系とをそれぞれｉ！磁開開閉弁フィル
タおよび下室チャンバによって構成する。上記下室チャ
ンバの内容量は下室ａ９の内容量の少くとも３倍以上の
大容量とする。 アルゴンガス供給系はボンベなどの圧力容器を供給源と
し、下室および加熱室ガス微量吐出系と。 加熱室アルゴンガス加圧系とを圧力調整弁・弁・蓄圧チ
ャンバおよび圧力計によって構成する◇蓄圧チャンバの
内容量は加熱室（４）のそれに比し数倍曲全ノ気密にし
たのち減圧し、加熱室（４）・下室α９をともに約１０
−：′ｖＯｒｒ　　位まで減圧する・つぎに上記画室（
４〕α）のアルゴン吐出系を開き、　０．１Ｋｇ／（７
ｎＧ位のアルゴンガスを吐出せしめ１画室をガス置換す
る。この減圧・ガス置換されたるつぼ部（支）内でチタ
ンまたはチタン合金が加熱・融解し、ついで注湯のタイ
ミングにて加熱室（４）に約Ｉ　Ｋｇ／Ｃｄ　Ｏ（Ｐ人
）に蓄圧されたアルゴンガスを一気に圧入し、溶湯（２
）を加圧する。これと同時に下室排気系の下室チャンバ
が下室α９をたとえば１Ｏ−３Ｔｏｒｒ　　に急速減圧
する。鋳型埋没材■が適切な通気性を有しているので、
それ壕でアルゴンふん囲気下にあった鋳型空洞部■を介
して上記急速減圧は溶湯−に対し約１（帽Ｇの吸引力（
ｐｖ）として作用し、溶湯□□□には（Ｐ＾＋Ｐｖ）の
圧力が働くとともに台座（７）・０リングα秒およびガ
スケットａｏ　（１４１などからの放出ガスや漏れなど
を完全に吸引排出し、注湯が完了する濠で上記真空圧を
維持する。この下室ａ優の急速減圧により加熱室（４）
のアルゴンガス加圧力が従来の約Ｖの低圧でよく、溶湯
がガスを巻き込むことがない。 程に入るバキュームモードで鋳造することもある。 以上がこの発明の一実施例であるが、この発明はこれに
限定されるものではない。たとえばるつぼ全形成する周
壁および底部材または底部コーティングの耐火材は必ず
しもｒｓｓＡ−ＨＪと称するち密質アルミナでなくても
、は寸同等の性能を有するち密質アルミナでもよく、さ
らにチタンまたは壬タン合金の溶湯とをく反応せず、か
つ吸水率零パーセントの耐火性磁器材であれば、たとえ
ばマグネシア糸やジルコン糸などのものでもよい。また
鋳造部の構成が図示したように鋳型部を気密に収容し、
注湯時減圧しうるものであれば、実施例で述べ次排気系
にチャンバなど全設けて行う急速減圧は鋳造品が大型の
はあい以外は必すしも必要としない。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の実施例チタンまたはチタン合金（６］・
・電気的加熱手段の高周波誘導コイル（７）・・・加熱
室台座　　　　　（８）・・・加熱室下部開口部αｅ・
・・上記α９の昇降機構のピストンαｐ・・・上記（７
）と気密結合したリング部材αａ・・・上記（至）の気
密封止部材　　αぐ・・・下室■・・・上記（４）の真
空排気孔 ■・・・上記（４）の不活性ガス導入出孔（至）・・・
上記α９の真空排気孔 ■・・・上記α５の不活性ガス導入出孔■・・・上記（
２Ｓ）のるつぼ部 ＠・・・上記■の周壁円筒体 ■・・・上記母の皿状底部材 ■・・・上記ｑ４１を形成する埋没材　■・・・上記ａ
＃の湯道（至）・・・上記α勾の鋳型空洞部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、上部突出部のるつぼ部と、下部基台の鋳型部とを一
   体成型した凸状鋳型を設け、これのるつぼ部を収容し、
   電気的加熱手段で加熱する加熱室およびその下方に前記
   鋳型部を収容する下室のそれぞれの内部空間を前記凸状
   鋳型の形状に相似する凸字形に形成するとともに、前記
   鋳型部を前記加熱室に圧接することによって、加熱室と
   下室とをそれぞれ気密に分離するようにし、この気密に
   分離した加熱室および下室をそれぞれ独自に減圧または
   加圧するように構成した鋳造装置を用い、（イ）鋳造準
   備工程では、鋳造材料をるつぼ部に収容した凸状鋳型を
   下室の鋳型受台に載置し、加熱室を減圧して前記鋳型を
   吸着させ、ついで前記鋳型受台によって圧接し、さらに
   下室を気密に封止し、 （ロ）減圧または不活性ガス置換工程では、加熱室およ
   び下室の内部をそれぞれ減圧し、所定圧の真空ふん囲気
   にするか、または所定の真空圧に達したのち減圧を停止
   し、不活性ガスを所定圧で導入し、不活性ガスふん囲気
   にし、 （ハ）融解工程では、電気的加熱手段によって加熱室内
   のるつぼ内の鋳造材料を融解し、 （ニ）鋳込み工程では、溶湯の鋳込みタイミングにおい
   て、加熱室内を不活性ガスで加圧するとともに、下室内
   を減圧しるつぼ内の溶湯を鋳型空洞部に注湯し、 （ホ）取出し工程では、加熱室および下室を大気開放し
   、鋳型を取外し、埋没材を剥離し、鋳造品を取出すよう
   にした精密鋳造方法において、前記凸状鋳型のるつぼ部
   と鋳型部とを一体成型するに当り、るつぼ周壁をチタン
   またはチタン合金の融解の際、溶湯と反応せずかつ吸水
   率零パーセントの耐火材にてなる筒状焼成体とするとと
   もに、その内腔のるつぼ底部と鋳型部とを通気性を有す
   る耐熱性埋没材にて形成し、さらに前記るつぼ底部の表
   面を前記耐火材にてコーティングするか、あるいはるつ
   ぼの底部材を前記耐火材の皿状焼成材にて形成したこと
   を特徴とするチタンまたはチタン合金精密鋳造方法。 ２、上部突出部にるつぼ部を、下部基台に鋳型空洞部を
   内部に形成した鋳型部を一体成型した凸状鋳型と、前記
   るつぼ部を下方から収容する凹空間部をもち、その外周
   に電気的加熱手段を、かつその内部空間の減圧または加
   圧導管を設けた加熱室と、前記鋳型を載置し、これを加
   熱室下部開口部に圧接し、加熱室を気密封止する鋳型昇
   降機構と、この機構の鋳型受台に載置された鋳型部を収
   容し、これを外気に対し、気密封止する封止部材および
   昇降機構を有する筐体に、その内部空間を減圧または置
   換ガス導管を設けてなる下室と、前記加熱室と下室の内
   部空間をそれぞれ独自に減圧または不活性ガス置換およ
   び加圧する真空排気系および不活性ガス供給系とを備え
   てなる鋳造装置において、前記凸状鋳型のるつぼ部の周
   壁として薄肉の筒状体を配し、耐熱性埋没材によってる
   つぼ底部と鋳型部とを一体成型するに当り、前記筒状体
   およびるつぼ底部をチタンまたはチタン合金の融解に際
   し、溶湯と反応せずかつ吸水率零パーセントの耐火材に
   よって形成するとともに、それ以外の部分を耐熱性埋没
   材によって通気性をもたせたことを特徴とするチタンま
   たはチタン合金精密鋳造装置。 ３、凸状鋳型のるつぼ底部の表面を溶湯と反応せず、か
   つ吸水率零パーセントの耐火材をコーティングしてなる
   特許請求の範囲第２項記載のチタンまたはチタン合金精
   密鋳造装置。 ４、凸状鋳型のるつぼ底を形成する部材が溶湯と反応せ
   ずかつ吸水率零パーセントの耐火材の皿状焼成体にてな
   る特許請求の範囲第２項記載のチタンまたはチタン合金
   精密鋳造装置。