JPH02295671A - 精密鋳造方法 - 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】 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
密鋳造方法に関し、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等の精密
鋳造物を製作するための精密鋳造方法に適用して最適な
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食性に優れ、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、
これら画室３．５を互いに連通ずる連通孔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とか
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ｌ４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、図外の真空ボンブ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がら空気を抜いてそ
の内部を真空状態とし、その後にアルゴンガス等の不活
性ガスを加圧溶解室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、電源回路からアーク電極ｌ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、溶解状
態の鋳物材料１５を加圧溶解室３と減圧鋳造室５との圧
力差、及び鋳物材料ｌ５の自重によってるつぼ２の流出
口９から自然落下させ、鋳型７の湯口１２を通し造形空
洞１３内へ鋳込むようにしている。

Ｃ．発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述の如き精密鋳造方法の場合には、鋳
物１５の加熱は上面側から行なわれること、及び鋳物材
料１５の下面は熱伝導性の良い銅製のるつぼ２に接触し
ていることに起因して、鋳物材料１５の上部と下部は均
一に加熱されない。すなわち、鋳造材料１５の上部がま
ず先に高温に加熱せしめられてから下部が徐々に高温に
加熱されることとなり、上部の温度と下部の温度との間
に差を生じる。そして、この温度差は、アーク電極１に
供給される電力の大きさひいては加熱の強弱に依存して
大きくなる。

具体的には、アーク電極１に供給される電力が大き過ぎ
ると、加熱初期に鋳物材料１５の上部のみが過熱されて
材質劣化を来たすおそれがある。また、このような状態
が続くと鋳物材料１５の中央軸部のみが部分的に溶けて
先に落下し、相当量の外周縁部分が溶解せずに固形のま
まるつぼ２の内部に残存してしまうといった好ましくな
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。

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、鋳物材料を部分的な温度差なくできる
だけ均一に加熱でき、しかも適切な鋳込み温度（溶解温
度よりも５０゜Ｃ〜１００℃高い温度）に設定して型へ
の鋳込み操作を行なうことができるような精密鋳造方法
を提供することにある。

Ｃ．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、るつぼ内に
入れられた鋳造材料の上面を加熱することにより前記鋳
造材料を溶解せしめて鋳型内に鋳込むようにした精密鋳
造方法において、前記鋳造材料の加熱時に前記鋳物材料
の上面及び下面の温度をそれぞれ検知し、これらの温度
の差に基いて加熱の強弱を調整するようにしている。

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４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方法を実施するための装
置を示すものであって、本装置は、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１６
ａ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ｌ７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１
６ｂ，１７ｂ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ｌ
が取付けられ、このアーク電極１には図九のアーク電源
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ｌ５と反応しないように熱導伝性の
高い鋼材から構成され、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
して一対の突出ビン２５ｃ，　２５ｄがるつぼ２ｌの側
面に取付けられており、これらの突出ビン２５ｃ，　２
５ｄはエアシリンダにて作動されるＬ字状のりフタ（図
示せず）にて上方へ持ち上げられ、これに伴いるつぼ２
１は支持ビン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の軸線方向の対応箇所
に覗き窓２６ａが設けられている．すなわち、下部容器
ｌ７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２７ａが配設されており、この筒状部材
２７ａの先端面が覗き窓２６ａとなっている．そして、
前記筒状部材２７ａの内部には鋳物材料１５の下面の温
度を測定するヒートセンサ（感光式温度検知器）２８ａ
が収納され、このヒートセンサ２８ａの出力信号が制御
回路２９に供給されるように構成されている。さらに、
上部容器１６のドーム部１６ａには、加圧溶解室３内に
延出する筒状部材２７ｂが配設されており、この筒状部
材２７ｂの先端面が覗き窓２６ｂとなっている．そして
、前記筒状部材２７ｂの内部には鋳物材料１５の上面の
温度を測定するヒートセンサ２８ｂが収納され、このヒ
ートセンサ２８ｂの出力信号が前記制御回路２９に供給
されるようになっている。

一方、前記制御回路２９は、ヒートセンサ２８ａ，２８
ｂからの出力信号をそれぞれ増幅するブリアンプ３１ａ
，３ｌｂと、これらのプリアンプ３１ａ，　３ｌｂの出
力を比較する比較器３２と、この比較器３２の出力に基
いてアーク電源回路３４に電力調整用の制御信号を出力
する電力調整器３３とから構成されている。なお、鋳物
材料１５の材質の種類に応じて赤外線の放射率が異なる
ので、これに対応すべく比較器３２のしきい値を補正で
きるようになっている。

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
３５が一体成形されており、この鋳型受け３５の底部に
これらの室３．５を互いに連通ずる連通孔６が形成され
ている．そして、湯口１２及び造形空洞ｌ３を有する通
気性の鋳型７が前記鋳型受け３３内に配設され、この鋳
型７にて連通孔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３６に形成された開孔３７に対応配置されてい
る． また、図示を省略したが、加圧熔解室３には鋳物材料１
５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を置く．シかる後、第
１図に示すように上部容器２を閉蓋してフランジ部１６
ｂ，　１７ｂを密着結合状態とし、図外の真空ボンブに
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ｌ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２１の凹
部２２内で溶解させる。この際、鋳物材料ｌ５の上面及
び下面の温度はヒートセンサ２８ａ．２８ｂにて検知（
測定）され、その検知信号が制御回路２９のプリアンプ
３０ａ．３０ｂにて比較器３１に供給される。

しかして、鋳物材料ｌ５の上面の温度と下面の温度との
差が予め設定された値以上である場合すなわち鋳物材料
１５の加熱が急激である場合には、比較器３・１の出力
が大きくなり、これに基づいて電力調整器３３から前記
温度差に応じた制御信号が出力されてアーク電源回路３
４からアーク電極１に供給される電力が徐々に小さくな
らしめられる。その結果、アーク放電による鋳物材料１
５の加熱が相対的に弱くなり、鋳物材料ｌ５の上面と下
面の温度差が小さくなる。そして、温度差が予め設定さ
れた大きさになった時点で電力の低減が停止され、以後
はそめ時点の電力にて鋳物材料１５の加熱が行なわれる
．また、これとは逆に、前記温度差が予め設定された値
以下である場合すなわち鋳物材料１５の加熱が緩慢であ
る場合には、比較器３ｌの出力が小さくなり、これに基
づいて、電力調整器３３から前記温度差に応じた制御信
号が出力されてアーク電源回路３４からアーク電極１に
供給される電力が徐々に大きくならしめられる。その結
果、アーク放電による鋳物材料１５の加熱が相対的に強
くなり、鋳物材料１５の上面と下面の温度差が大きくな
る。そして、温度差が予め設定された大きさになった時
点で電力の増大が停止され、以後はその時点の電力にて
鋳物材料１５の加熱が行なわれる。これにより、鋳物材
料ｌ５は部分的に偏って溶解されることなく理想状態の
下で溶解されることとなる。

かくして、鋳物材料１５が最適な鋳込み温度に達すると
、プリアンプ３１ａ又は３ｌｂの出力信号に基づいて図
外のるつぼ回動用エアシリンダが作動される。これに伴
い、突出ピン２５ｃ，　２５ｄが上方へ持ち上げられる
ため、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２ｌ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２ｌ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２ｌ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２ｌは既
述の如く傾斜されるため、るつぼ２１の凹部２２内に溶
解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少量であり、
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から落下されてしまうような不都合を生じ
るおそれはない。

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、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ｌに
代えて高周波誘導加熱コイルやレーザ式加熱装置等を加
熱手段として用いるようにしてもよい。

また、本発明に係る方法は、第１図及び第２図に示すよ
うな回動式のるつぼ２１を用いる場合に限らず、従来よ
り用いられている第４図に示す如き自然落下式のるつぼ
２を用いる場合にも適用可能であることは言う迄もない
． ｅ．発明の効果 以上の如く、本発明は、るつぼ内に配置された鋳物材料
の上面及び下面の温度を検知してこれらの温度の差に基
いて鋳物材料の加熱の強弱を調整するようにしたもので
あるから、鋳物材料の上層部と下層部との温度差を極力
小さくしてできるだけ均一な加熱を行なうことが可能と
なり、上層部あるいは中央軸部のみが部分的に偏って溶
解されてしまうような事態の発生を防止できる。また、
急激な加熱により鋳物材料の材質劣化を来たすような不
都合も解消できる． さらに、本発明に係る精密鋳造方法によれば、鋳物材料
の上面及び下面の温度を検知する手段を用いるようにし
ているので、何れか一方或いは両方の温度検知手段から
の温度検知信号に基いて鋳物材料を適切な鋳込み温度に
設定して鋳型への鋳込み操作を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を説明するためのも
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方法を実施するために用
いられる精密鋳造装置の断面図である． ｌ−ｒ・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、
　　　　　　７・・・鋳型、１５・・・鋳造材料、　　
　　　　１８・・・密閉容器、２ｌ・・・るつぼ、 ２３・・・注湯溝、 ２１ａ ・・・貫通孔、 ２６ａ．２６ｂ ・・・覗き窓、 ２８ａ，２８ｂ ・・・ヒートセンサ、 ２９・・・制御回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）るつぼ内に入れられた鋳造材料の上面を加熱する
   ことにより前記鋳造材料を溶解せしめて鋳型内に鋳込む
   ようにした精密鋳造方法において、前記鋳造材料の加熱
   時に前記鋳物材料の上面及び下面の温度をそれぞれ検知
   し、これらの温度の差に基いて加熱の強弱を調整するよ
   うにしたことを特徴とする精密鋳造方法。
2. （２）前記温度の差が大きい場合には弱い加熱状態に調
   整し、前記温度の差が小さい場合には強い加熱状態に調
   整するようにしたこと特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項に記載の精密鋳造方法。