JPH03216253A - チタンまたはチタン合金の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】 （産業上の利用分野） 本発明は、歯科用等の薄肉鋳物の精密鋳造方法およびそ
の装置に関し、詳しくは、主として歯科用のチタンまた
はチタン合金の精密鋳造方法およびその装置に関するも
のである。

（従来の技術） チタンおよびチタン合金は、耐蝕性に優れ、人体への毒
性がなく、かつ軽いという特性から歯科用金属として賞
用されている．しかし、チタンおよびチタン合金は融点
が高く、加熱状態では酸素との親和力が強く酸化されや
すく加工しにくい金属の一つである． 歯科用の鋳物の鋳造方法は、既に大気圧下あるいは無酸
素雰囲気下での竪型遠心鋳造方法あるいはガス加圧圧大
鋳造方法などが知られている。さらに進んだ精密鋳造方
法として特開昭６２−２７０２６８、また、遠心精密鋳
造装置として特開昭６２−２６７０６２などもある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、大気圧下での遠心鋳造方法では、溶湯が
酸化されるという問題があり、また、ガス加圧圧大鋳造
方法では、鋳巣が発生ずることがあり、薄肉鋳物の鋳造
は困離であるなどの問題がある。さらに、チタンおよび
チタン合金は融点が高いため鋳造しにクく、第４図に示
す歯科用鋳物（義歯床）では多くの問題がある。第４図
は義歯床を示す模式図で、図中４１は床部、４２はクラ
スプ、４３はリテーナ、４４はフィニッシュラインをそ
れぞれ示す。床部４ｌは口蓋に接する部分で薄肉が要求
される。クラスブ４２は義歯を永久歯に固定する留め金
で強い力がかかる．リテーナ４３は義歯を固定している
床用レジンと床部４ｌを繋ぐ働きをする。フィニ，シュ
ライン４４は金属床部４ｌと床用レジンとの境界設定を
目的として、床用レジンの厚みに合わせて自然な移行状
態にする。

床部４１は薄肉のため湯回り不足が生しやすく、また、
クラスフ゛４２およびフイニ・冫シュライン４４などに
は鋳巣が生しやすい。クラスプ４２に鋳巣があると、ク
ラスプ４２は強い力がかかるため、使用中に折損するこ
とがある。鋳巣発生防止と湯回り改善のために、クラス
プ４２およびリテーナ４３の端部にはガス抜きが必要で
ある．しかし、ガス抜きを設けた場合でも、床部４ｌの
肉厚は０．６ｍ＋＊と比較的厚めで、かつ、Ｘ線検査で
鋳造欠陥が内在することがある。また、鋳型については
、ガス抜きが必要なため鋳型が複雑になるということと
、湯口構成部と鋳型構成部とが一体のため、鋳造ごとに
鋳型全体を製造しなければならず、鋳型製造コストの点
からも問題がある． さらに、遠心鋳造方法は、鋳型を高速回転させるため回
転軸に対するバランスが重要であり、／ｓｌランスが悪
いと高速回転時に振動が生し鋳型の破壊、装置の故障、
さらには鋳造不能といった問題が生じる。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記に説明した歯科用鋳物の問題点に鑑み、
本発明者らが鋭意研究を行い、検討を重ねた結果完成さ
れたもので、その第１発明は、Ａｒガス雰囲気中で、チ
タンまたはチタン合金をるつぼ内でアーク溶解し、遠心
鋳造する鋳造方法において、回転の中心部に湯口を設け
た鋳型を水平に高速回転させ、回転数が設定回転数に達
した後、そのるつぼを傾斜して溶湯を湯口に直接注入し
、溶湯を鋳型に鋳込むチタンまたはチタン合金の精密鋳
造方法である。

第２発明は、回転の中心部に設けた湯口の内面に下広が
りのテーパを付与した鋳型を水平に高速回転させ、回転
数が設定回転数に達した後、るつぼを傾斜して溶湯を湯
口に直接注入し、／８湯を鋳型に鋳込むことを特徴とす
るチタンまたはチタン合金の精密鋳造装置である。

第３発明は、湯口の底部に湯口の回転方向にあわせて、
湯口の接線方向に湯溜まりを設けた請求項（２）のチタ
ンまたはチタン合金の精密鋳造装置である。

第４発明は、鋳型を湯口構成部と鋳型構成部とに分割し
た請求項（３）のチタンまたはチタン合金の精密鋳造装
置である。

第５発明は、鉛直回転軸に対して鋳型の水平バランス調
整機構を設けた請求項（４）のチタンまたはチタン合金
の精密鋳造装置である。

（作用） 以下、本発明の作用について説明する。

Ａｒ雰囲気中で溶解および鋳造を行う理由は、チタンお
よびチタン合金が高温では酸化されやすいためで、良好
な品質の鋳物を得る上からもＡ『ガス雰囲気中での溶解
および鋳造は不可欠である。なお、Ａｒガス雰囲気に替
えて、他の不活性ガスを使用することも可能である。

遠心鋳造において、回転数が設定回転数に達した後、溶
湯を鋳込む理由は、回転数が設定回転数に達するまでの
溶湯の温度低下を防止し、最適な遠心力で溶湯を速やか
に鋳型内部に圧入させるためで、このことにより、湯回
り不足および鋳巣の発生を抑制することができる。また
、鋳込み時の回転数を高めることによって、鋳型のガス
抜きを不要とすることができる。このためには、クラウ
ン類で１０００〜２５００回転／分、全部床、局部床で
は２５００〜３６００回転／分の回転数が好ましい。

るつぼを傾斜して溶湯を湯口に直接注入する理由は、溶
湯の歩留り向上、温度低下防止および汚染防止のためで
、別樋、タンディシュなどの使用は避ける。

湯口の内面に下広がりのテーパを付与する理由は、遠心
鋳造において、テーパを付与しない湯口を用いた場合、
溶湯は遠心力で湯口から溢れ、必要とする量の溶湯を鋳
型内部に圧人することができないためである。したがっ
て、湯口の内面に下広がりのテーパを付与することによ
って、溶湯に下向きの力が加わり床部の湯回り不足を防
止することができる。

湯口の底部に湯口の回転方向に合わせて、湯口の接線方
向に湯溜まりを設ける理由は、遠心力の効果を有効に利
用して、鋳型内部に溶湯を圧入するためのもので、接線
方向の湯溜まりを設けることによって、溶湯の流れが滑
らかになる．このことにより、湯回り不足および鋳巣の
発生が抑制できる． 鋳型を湯口構成部と鋳型構成部に分割する理由は以下の
通りである． 湯口構成部と鋳型構成部を分割構造にすることによって
、製品を取り出すためには鋳型構成部のみを壊せばよく
、このため、湯口構成部は複数回使用することができる
．さらに、鋳型の製造が容易になるとともに、鋳型の製
造コストも低減することができる。なお、この場合には
、湯口底部の湯溜まりに溶湯が残らないように鋳込むこ
とが重要である。

湯口構成部および鋳型構成部の材料は、カーボン、マグ
ネシャ等チタンおよびチタン合金と反応しないものが望
ましい． 回転軸に対する鋳型バランスの調整方法は、鋳型設計時
の計算値から行う方法あるいは同一形状の場合は過去の
実績値を用いる方法などがあるが、何れも満足できるも
のではなかった。また、鋳型八ランス調整機構としては
、回転軸に対して直接的に行うものもあるが、本発明で
は鋳型個々について水平バランス調整を行うことを目的
として、以下に説明する水平バランス調整機構を堤案じ
ている。

第２図は鋳型固定方法と水平バランス調整機構を示す平
面図で、第３図（ａ）、（ｂ）は第２図Ａ部の平面図お
よび側面図で、（ａ）はバランス調整時を、（ｂ）はバ
ランス調整後を示す図である。図中１２は湯口、１３は
湯溜まり、１４は湯道、ｌ５は湯口構成部、ｌ６は鋳型
構成部、ｌ７は製品成形部、ｌ８は内枠、ｌ９は外枠、
３ｌは鋳型枠、３２は当て金、３３は鋳型締めつけボル
ト、３４は枠固定ボルト、３５はバランス調整ナット、
３６はバランス調整支持突起、３７はバランス調整支持
台、３８はバランス調整支持突起にがし部をそれぞれ示
す。

湯口構成部１５と鋳型構成部ｌ６とからなる鋳型は、内
枠１８に螺着されている鋳型枠３１内に、湯口ｌ２が内
枠１日の中心と一致するように当て金３２を介して鋳型
締めつけボルト３３によって固定される．鋳型の固定が
終わった後、水平バランスの調整を行う。バランスの調
整は枠固定ポルト３４を緩め、内枠１８と外枠１９を分
離した状態にした後、第３図（ａ）に示すように、内枠
【８のバランス調整支持突起３６を外枠ｌ９のバランス
調整支持台３７にのせ、内枠１８と外枠ｌ９が完全に分
離した状態で内枠ｌ８のバランスの状態を確認する．例
えば、第２図における１２時−６時方向のバランス調整
は、バランス調整ナット３５を回転移動させて行う．ま
た、３時−９時方向のバランス調整は、枠固定ボルト３
４の座金の枚数を代えることによって行う．バランス調
整後は、第３図（ｂ）に示すように、バランス調整支持
突起３６を外枠１９のバランス調整支持台３７から外し
、外枠１９のバランス調整支持突起にがし部３８に移す
。この状態で内枠ｌ８と外枠ｌ９の底部は密着している
．この後、枠固定ボルト３４によって、内枠ｌ８と外枠
ｌ９を螺着する．外枠ｌ９は外枠ｌ９の中心と鉛直回転
軸の中心が一致した状態で鉛直回転軸に固定されている
ため、この一連のバランス調整作業を行うことによって
、鉛直回転軸に対して鋳型の水平バランスを調整するこ
とができる。

なお、バランス調整支持台３７は、二方向のバランス調
整を行うため、９０゜間隔から少しずらしてある。また
、外枠ｌ９のバランス調整支持台３７は、外枠ｌ９に設
けた４木の支持柱に替えることも可能である。さらに、
外枠ｌ９に代わるバランス調整支持台を本鋳造装置外に
設けることによって、チャンバー２３の外でバランス調
整をすることも可能である。

（実施例） 以下、図示の実施例に基づいて本発明について詳述する
。

第１図は、本発明に係わるチタンまたはチタン合金の遠
心鋳造装置の断面模式図で、図中１は電極、２はるつぼ
、３はビン、４はるつぼ留め爪、５はシリンダー、６は
ばね、７はピストン、８は支持具、９は位置定装置、Ｉ
Ｏは支持柱、１ｌはるつぼ回転止め爪、ｌ２は湯口、１
３は湯溜まり、ｌ４は湯道、ｌ５は湯口構成部、１６は
鋳型構成部、ｌ７は製品成形部、ｌ８は内枠、ｌ９は外
枠、２０は回転軸、２ｌは減速歯車、２２はモータ、２
３はチャンバー、２４は排気口、２５は不活性ガス導入
口、２６はのぞき窓をそれぞれ示す。

第１図に示すように、溶解および鋳造装置はチャンバー
２３内に設置してある。電極ｌはタングステン製で、支
持具８に固定され、支持具８は位置定装置９に固定され
ている。電極ｌは支持具８を介して位置定装置９によっ
て上下および前後に調整される。

るつぼ２はカーボン製で、ピン３を支点として自重で回
転可能な状態で、支持具８に固定され、支持具８は位置
定装置９に固定されている。るつぼ２は支持具８を介し
て位置定装Ｗ９によって上下および前後に調整される．
このようにして、電極ｌとるつぼ２の位置関係を調整す
る．さらに、るつぼ２は、溶解時、シリンダー５内のば
ね６によって押されたピストン７の先端のるつぼ留め爪
４によって水平に保たれる。溶湯を湯口１２に注入する
際は、シリンダー５内にＡ『ガスを圧入し、ピストン７
をばね６側に移動させ、ピストン７の先端のるつぼ留め
爪４を、るつぼ２から外し、るつぼ２をるつぼ回転止め
爪ｌ１まで自重回転させて傾斜させる．傾斜角度はるつ
ぼ２内の溶湯が湯口１２に完全に注入できるよう一定条
件に事前に調整しておく。なお、るつぼ２からるつぼ留
め爪４を外す方法は、Ａｒガスの圧入に限られたもので
はなく、別の機械的方法によっても良い。ただし、この
場合は、チャンパー２３内の雰囲気ガスがリークしない
構造でなければならないため、構造が複雑になる。また
、Ａｒガスを使用する利点は、＾ｒガスがチャンバー２
３内にリークしても、Ａｒガス雰囲気のため実害がない
点にある。

位置定装置９はチャンハ−２３の底部から垂直に立てら
れた支持柱１０に装着されている。なお、電ＦＩｉ１と
るつぼ２は溶解用電ｉｌｌ（図示せず）に接続されてい
る． 湯口構成部ｌ５は湯口ｌ２と湯溜まり１３とからなり、
湯口構成部１５は、湯口Ｉ２の中心が回転軸２０の中心
と一致するように、内枠ｌ８に装着固定されている。湯
口１２は内面に下広がりのテーバが付けてあり、底部に
は接線方向に湯溜まりｌ３が設けてある鋳型構成部１６
は湯道ｌ４と製品成形部ｌ７とからなり、湯口構成部１
４の湯溜まりｌ３と鋳型構成部ｌ６の湯道１４とが繋が
る状態で内枠１８に装着固定されている．なお、湯口構
成部１５と鋳型構成部ｌ６はカーボン製を用いた。

内枠ｌ８は外枠ｌ９内に螺着されている。外枠ｌ９は底
部が回転軸２０に固着されており、さらに、回転軸２０
は減速歯車２ｌを介してモータ２２に連結さている。湯
口構成部ｌ５と鋳型構成部ｌ６が装着固定されている内
枠１８は、先に述べた回転軸に対する水平バランス調整
を行った後、外枠１９に螺着され、回転軸２０を介して
モータ２２によって高速回転する．チャンバー２３には
、真空ポンプに繋がる排気口２４とアルゴンボンベに繋
がる不活性ガス導入口２５とが設けられている．なお、
チャンバー２３には運転時のためののぞき窓２６が設け
てある。

湯口ｌ２、湯溜まりｌ３、湯道ｌ４、製品成形部ｌ７の
位置関係は第２図に示す通りで、湯口構成部ｌ５は湯口
１２と湯溜まり１３とからなり、湯口１２は、内面に下
広がりのテーパが付けてあり、底部には接線方向に湯溜
まりｌ３が設けてある。鋳型構成部ｌ６は製品成形部Ｉ
７と製品成形部１７に繋がる湯道１４とからなっている
．湯口構成部ｌ５と鋳型構成部ｌ６は別々に製作され、
湯口構成部１５の湯溜まりｌ３と鋳型構成部ｌ６の湯道
１４とが繋がる状態で内枠１８に装着固定されている。

内枠１８には湯口構成部ｌ５と鋳型構成部ｌ６を一組と
して、左右対称に二組または１２０”間隔に三組など複
数組を装着することができる。ただし、この場合は、組
数に応じた湯溜まりｌ３を設けた湯口構成部１５を１！
備しなければならない。

つぎに、鋳造工程について説明する． 最初に湯口構成部ｌ５と鋳型構成部１６が装着固定され
ている内枠１８のバランス調整を行った後、るつぼ２に
チタンインゴット４１ｇを装入し、電極ｌとチタンイン
ゴット上面の間隙を調整し、ついで、るつぼ２と鋳型上
面の位置関係を位宜定装置９で調整した。その後、大気
からの汚染を避けるため、排気口２４からチャンバー２
３内の空気を排気し、不活性ガス導入口２５からＡｒガ
スを導入し、チャンバー２３内を１気圧のＡ『ガス雰囲
気にした．その後、電極ｌとるつぼ２に通電して、チタ
ンインゴソトを溶解した。溶解後、内外枠１８、ｌ９を
高速回転させ、回転数が３０００回転／分に達した後、
るつぼ２をるつぼ回転止め爪ｌ１まで回転傾斜させ、溶
湯を湯口ｌ２に注入した．注入された溶湯は、遠心力に
よって、湯口１２底部の湯溜まり１３、湯道ｌ４を経て
製品成形部ｌ７に圧入され健全な歯科用鋳物に成形され
た。

このようにして鋳造された歯科用鋳物は重量６ｇ、肉厚
０．４ｍｍで、Ｘ線検査の結果無欠陥であった（発明の
効果） 以上説明したように、本発明はガス抜きを設けることな
く融点の高いチタンおよびチタン合金を、肉厚の薄い、
複雑な形状の、しかも、鋳巣、湯回り不足のない健全な
精密鋳物にすることができ、かつ、鋳型を湯口構成部と
鋳型構成部に分割しているため、鋳型の製造が容易で、
さらに、運転毎に鋳型のバランス調整が可能であるとい
う優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わるチタンまたはチタン合金の精
密鋳造装置の断面模式図である。 第２図は、鋳型固定方法と水平バランス調整機構を示す
平面図で、第３図（ａ）、（ｂ）は第２図Ａ部の平面図
および側面図で、（ａ）はバランス調整時を、（ｂ）は
バランス調整後を示す図である。 第４図は義歯床を示す模式図である。 １　電極　　　　　　　２　るっぽ ３　ピン　　　　　　　４−るつぼ留め爪５　シリンダ
ー　　　　６−ばね ７−ピストン　　　　　８一支持具 ９一位置定装置　　　　１０−支持柱 １１−るつぼ回転止め爪　１２−湯口 ｌ３　　湯溜まり　　　　　ｌ４−湯道１５−一湯口構
成部　　　　１６−鋳型構成部１７−製品成形部　　　
　ｌ８一内枠 ｌ９−外枠　　　　　　　２０−回転軸２ｌ一減速歯車
　　　　　２２−　モータ２３−　チャンバー　　　　
２４一排気口２５−・不活性ガス導入口　２６−のぞき
窓３ｌ一鋳型枠　　　　　　３：’−＝当て金３３一鋳
型締めつけボルト ３４一枠固定ボルト ３５−バランス調整ナット ３６・・−バランス調整支持突起 ３７−・バランス調整支持台 ３８・−バランス調整支持突起にがし部４Ｉ−床部 ４２−クラスプ ４３−・リテーナ ４４−　フィニッシュライン 第１図 第２図 第４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｒガス雰囲気中で、チタンまたはチタン合金を
   るつぼ内でアーク溶解し、遠心鋳造する鋳造方法におい
   て、回転の中心部に湯口を設けた鋳型を水平に高速回転
   させ、回転数が設定回転数に達した後、そのるつぼを傾
   斜して溶湯を湯口に直接注入し、溶湯を鋳型に鋳込むこ
   とを特徴とするチタンまたはチタン合金の精密鋳造方法
   。
2. （２）回転の中心部に設けた湯口の内面に下広がりのテ
   ーパを付与した鋳型を水平に高速回転させ、回転数が設
   定回転数に達した後、るつぼを傾斜して溶湯を湯口に直
   接注入し、溶湯を鋳型に鋳込むことを特徴とするチタン
   またはチタン合金の精密鋳造装置。
3. （３）湯口の底部に湯口の回転方向に合わせて、湯口の
   接線方向に湯溜まりを設けたことを特徴とする請求項（
   ２）のチタンまたはチタン合金の精密鋳造装置。
4. （４）鋳型を湯口構成部と鋳型構成部とに分割したこと
   を特徴とする請求項（３）のチタンまたはチタン合金の
   精密鋳造装置。
5. （５）鉛直回転軸に対して鋳型の水平バランス調整機構
   を設けたことを特徴とする請求項（４）のチタンまたは
   チタン合金の精密鋳造装置。