JPS59166340A - チタン製品の鋳造方法 - 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】 本発明はチタン製品の騎造方法（二関し、その目的とす
るところはチタンを用いて歯科用補綴物等の極小部品の
鋳造を可能ならしめようというものでるる。

チタンは軽量かつ機械強度大でろり、しかも耐蝕性４二
優れているという性質に着目されて最近航空機、宇宙ロ
ケット、化学プラント等に多用されているが、これ等の
場合部品が概ね大型であることから鋳造以外の例えば鍛
造にて製作可能でめるも、小型部品特に歯科用補綴物の
ように極小部品の場合鋳造１１外の方法では事火上製作
不可能である４二も拘らず、チタンの融点が約１．７０
０℃以上と高融点であることと高温下６二おける活性か
高く反応性に富むことから鋳造番二際しての溶浴材即ち
坩堝材と詩込み時の鋳型材に未解決の問題が残されてお
りチタン製品特番二極小部品の鋳造は不可能であった。

例えばチタン溶融用の坩堝含シリカーアルミナ製となし
た場合チタン溶湯とシリカ（ＳｉＯ□）又はアルミナ（
ＡＪ２０．）が容易（二反応して坩堝が侵蝕されるだけ
でなくチタンが坩堝表面番二接触して酸化することによ
りチタン表面（二脆い性質の酸化チタン（Ｔｉ０２）を
生じ、この酸化チタンを混在したままでＷｊ込みを行え
ば鉤造物壷こ脆弱部分を生ずるという欠点があり、又銅
製坩堝の場合鋼の融点がチタン融点よりも低いという基
本的な問題点があることからチタン溶融温度を低くせざ
るを得す、しかも銅の熱伝導率即ち放熱効果が高いこと
からチタン溶融熱が坩堝４二奪われ、溶湯温度が低下し
、ひいてはチタン溶湯の流動性が低下して舞込み時にお
ける時込みを困難にするばかりでなく坩堝内（二残留付
着する溶融チタン量が多くなり不経済でめった。。

一方上述した坩堝の問題点（二加えて侍型用埋没材即ち
！５材（口開してもチタン溶湯との反応（こよる耐蝕性
、及び耐熱性等の問題があり、例えば従来公知のリン酸
塩基、エチルシリケート系、無結晶シリカ系等の高温用
埋没材からなる鋳型の場合チタン溶湯との反応が避けら
れず詩肌荒れを生じたり巣含生ずる欠点が残されていた
。

本発明のチタン製品島造方法は以上のような従来問題に
鑑みて開発されたもので、その要旨とするところはチタ
ンの効率的な溶融を可能にするとともにチタン溶湯と反
応せず詩肌荒れ、巣等を生ずることのない材質からなる
溶融用相場、鉤込み用鋳型でチタン鋳造を可能となした
点（こあり、以下本発明の鋳造方法を詳説すれば、 本発明のチタン萄造方法はチタンを加熱溶融する溶融工
程と溶融されたチタン溶湯を詩型内に鋳込む綺込み工程
とからなり、先づ溶融工程はチタンインゴットを坩堝内
（二人れて所定の加熱手段例えばアーク方式又は高周波
方式等によって加熱、溶融するものであり、坩堝として
は酸化マグネシウム及び／又は酸化ジルコニウムのよう
゛（口高融点でかつチタン溶湯との反応性が低い材質を
成るべく高純度で用いるものとし、例えば酸化マグネシ
ウム（ＭｇＯ）の場合好ましくは約５０メツシユ以上の
微粒化した酸化マグネシウム１００部６二結合剤、例え
はポリメチルセルロース専の有機結合剤や塩化マグネシ
ウム、硫酸マグネシウム尋の無機結合剤を約８〜８０部
混合し、この混合物を約１２００〜１４００℃の高温で
焼成すれば各結合剤は焼失するかマグネシウム酸化物と
なって酸化マグネシウムのみを主体とする坩堝となすこ
とができる。又、加熱手段（二て坩堝内のチタンインゴ
ットを溶融する（二際しては酸化マグネシウム！ｇｉ！
相堝の場合その耐火温度が約２８００℃でありチタンの
融点（約１７００±１００’ｃ　）とは相当の温度差を
有していることからチタン溶融昏こ十分便用可能でろる
が、高温下番二おいては雰囲気（３応じて反応性を高１
９、例えば還元雰囲気では１８００℃、酸化雰囲気中で
は２２００℃　で反応性を示し、チタンの融点との温度
差は酸化雰囲気の場合４００℃と接近し、還元雰囲気の
場合温度差無しという条件が考えられることから加熱溶
融時のチタン溶湯温度が尚゛ぐなるに伴ってチタン溶湯
ト酸化マグネシウムが僅かではあるが反応して前記した
如き従来問題を生ずるおそれがある。従ってこのような
状況を考慮して本発明ではチタン溶湯温度を出来るだけ
低ぐなし、かつ好ましくはアルゴンガフ等の不活性ガフ
雰囲気で加熱溶融することが望ましく、坩堝１は第１図
番二足すように内部にチタンインゴット２をＬｌ！容可
能な形状となし常用の加熱手段番二で例えばアルゴンア
ーク加一手段で溶融するものであるが、この坩堝１内の
インゴット２番二対する加熱手段の付与例えばアークと
インゴット表面の接触状態がインゴット表面６二対し、
均−Ｇ：分散されるような状態が好ましく、この観点か
らは円柱状の一つのインボラトラ用（八たり、又は複数
の小インゴットを用いること等が適宜採用される。これ
はインゴットの一部のみを集中してアーク等（二より溶
融したとき６二は過加熱されチタン溶湯／Ｍ度が坩堝材
料である酸化マグネシウムと反応する温度以上（二なる
おそれがあることを防止する為である。しかしインボッ
・トを適正に溶融した場合（二おいても現実の坩堝内４
二おける溶融操作終了後においては坩堝内面瘍二極（僅
かのチタン酸化物が生成される場合があるので一回の溶
融工程終了毎番二坩堝周壁３の内側面を所定厚さだけ削
除して坩堝の再利用を可能となし、この場合チタンイン
ゴット２は削除厚さに応じて数種の径のものを用意する
ものとするか、若しくは第２図に示すようＧ二坩堝１を
着脱自在ε二嵌合される内、外筒ｉ’、ｉ’の多重筒構
造となして一回又は数回の使用の度毎に内筒１′を取替
えて使用するものとしてチタン溶湯と坩堝との急加速的
な反応を防止するものとする。又、多重筒構造の坩堝１
ｆ、使用する場合には内筒１′のみを高純度の酸化マグ
ネシウムで成形し、外Ｎ１”ｄシリカ−アルミナ等の従
来公知の材質又は低純度の酸化マグネシウム等の適当な
坩堝材を互いに着脱可能又は一体に固定した状態で使用
することができる。尚、前記の坩堝（二おいて内部に高
純度の酸化マグネシウム製内筒１“を外筒１”に他の材
料のものを使用した時（二は比較的結合強度の弱い内筒
を補強する為に外筒（二強度シウム製の坩堝の外側を金
属枠で被覆して強度を高めることも可能である。

チタンインゴット２の形状は加熱浴−１時の熱分布を考
慮して円柱形状となすのが望壕しく、又当該円柱インゴ
ットは縦長細棒伏若しくは掻払がりの盤状となすことは
好塘しくな（、円柱の高さと断面直径を出来るだけ近似
値１法となすことが望ましい。更に溶融時番二おける溶
解電流はチタンインゴットの重量体積Ｇ口広じて選択す
ることが肝要でアリ、特にアルゴンアーク（二よる溶融
の場合、電流値が高過き゛ると坩堝（二過度の熱を与え
ることとなってチタン溶湯と坩堝の反応を高めるおそれ
があることから、本発明者の夾陸（二よれば下記の表（
二示す電流値が望ましいことが明らかとなつｆＣ８次◆
二上記の溶融工程で溶融されたチタン溶湯を鉤型内へ時
込む鈎込工程においては、前記のようにチタンが高融点
でありしかも高温状態即ち溶融状態における反応性が高
いことから時型材の選択が極めて重要であり、本発明で
は前記した坩堝と同様番二酸化マグネシウム及び／又は
酸化ジルコニウム＋Ｓ型材として用いるものとし、例え
ば酸化マグネシウム製の％Ｆとなす場合約５０メツシユ
の微粒となした酸化マグネシウム１００部に結合剤。

例えばポリメチルセルロース等の有機結合剤や塊化マグ
ネシウム、硫酸マグネシウム等の無機結合剤を３〜３０
部混合し、この混合物を約１２００〜１４００℃の高温
で焼成すれば結合剤は焼失するかマグネシウム酸化物と
なって酸化マグネシウムのみを主体とする鋳型となすこ
とができる。とりわけこれ等の結合剤の中で硫酸マグネ
シウムは水溶性でかつ７０℃曲後で硬化し酸化マグネシ
ウム粒子との混合成形が容易で約１１４８’ｃで完全４
二分解して酸化マグネシウムとなって基材としての酸化
゛７グネシウムととも６二焼結されることから結合剤と
しては硫酸マグネシウムの採用が好ましい。

而して以上のように１２００℃以上の高温（二で焼成さ
れた碕型番二チタン溶湯を遠心力等で鱒込むこと６二よ
り目的とする碕造物を得るのであるが、このチタン溶湯
の碕込み（：際しては跨型１１ｊｎ度全焼成温度近傍で
維持した状態若しくは１０００℃程度又は常温から８０
０″Ｃ程度の温度（二設定して用いることが採用される
。この鉤型１Ｍ度はチクン溶湯騎込み後の冷却時間とも
関係すること６二なり構造された後のチタン製品の物性
が調整されることになる。例えばこのような方法で構造
されたチタン製品６二おいては峙込み後急冷１例えば鉤
型として常温番二近いものを用いた時６二は、チタン製
品は比較的硬度の小さいものとなる傾向にめり、又め込
み後徐冷例えば８００″ｒ：程度の鉤型を用いて詩込み
後徐冷しｆｃ製品會得た１守（二は、このチタン製品は
比較的硬度が大なるもの（二なる傾向にある。

一方酸化マグネシウム゛は焼結する際（二収稲し、史（
二上記したよう番二常編から８００℃の所定の温度まで
冷却すること６二より幾分収縮する性質があり、しかも
チタンも縦置収縮を生ずることから酸化マグネシウム製
詩型の作成特番二酸化マグネシウムの焼結（二よる収縮
並び（二給込時のチタンの凝固収縮を考慮して鉤型作成
時のベースとなる副模型を予想収縮分だけ膨張した副模
型となすこと６二より所望の精度を有するチタン釣造物
を峙造し得るようになしている。例えば歯科用補綴物の
碕造の場合第３図に示すような口腔内印象４を尽（二図
中Ａ工程の如く石膏模型５を作成し、次いでＢ工程（二
示す如く寒天印象６を作成しその四部（二各種埋没材を
充填してＣ工程番二足すよう（二側模型７を常法通り作
成するものであるが、この副模型作成時番二酸化マグネ
シウムの焼結による収縮率及び詩込み時のチタンの凝固
（二よる収縮率を補正すべく模型材として凝固時（二膨
張しその膨張率を予じめ設定し得る材料、例えはリン酸
塩系模型材を用いて目的とする構造物手法よりも収縮分
だけ大寸法（約２〜１０％）とした副模型７となし、こ
の副模型７をベースとして比較的精度の低いものを対象
とする時例えば構造冠等の場合４二はＤ工程（二示すよ
うにワックスアップした後側模型７を取外してワックス
パターン８を作成し、このワックスパターン８’ｒＥ工
程番二示すように前記した酸化マグネシウム鋳型材６二
で埋没した後焼成して間型９を形成するものとし、高精
度の構造物例えば金属床又はインブラント等の場合４二
は上記副模型７で再び寒天印象１０を作成しくＦ工程参
照）、この寒天印象１０の四部４二酸化マグネシウム詩
型材を埋没してＧ工程に示すように副々摸型１１を作成
し当該副々模型（こＨ工程の如くワックスアップ８を施
した後、史（二Ｉ工程で示すよう（二酸化マグネシウム
萄型材にて二次埋没し、次いで焼成すること番こよって
ワックスを焼去しワックス跡である鋳込室９１を空隙と
して有する鋳型９を形成するものである。上述し次酸化
マグネシウム詩型材は酸化マグネシウムと結合剤として
の硫酸マグネシウム及び水番二よって水混練物としたも
のを用いるものであり、図中Ｅ、Ｇ及びＩ工程における
酸゛化マグネシウム間型拐（二よる埋没工程では埋没後
は１〜２日自、熱乾燥するか又は温水加熱、乾燥炉中で
の加熱若しくは電磁波加熱等番二よる強制乾燥例えば７
０〜１００℃の加熱状態で約１０分間乾燥することによ
り硬化させ、その後焼成するものとする。

尚、′＠１型材として用いる酸化マグネシウム及び／又
は酸化ジルコニウムは高純度となすことが望ましく、例
えば数％のシリカを混入したマグネシアセメントを時型
材として用いた場合には時込時ｌ二おいてナタン溶賜と
シリカの反応が避けられず碕肌荒れ、巣を生ずるおそれ
が残されていることから酸化マグネシウム及び／又は酸
化ジルコニラ可能である。又このような高純度のめＡν
材をμｆ４νの全量として用いることはコヌト上及び詩
型の機械強度上問題であることから直接チタン溶湯と接
触する鋳込室の内面のみを高純度詩型材（二で構成し、
その他の部分は低純度の同一時型材又は他の時型材にて
構成することも可能である。例えば第４図（二示すよう
に副模型７にワックスアップして形成されるワックスパ
ターン８に高純度の酸化マグネシウム時型材で一次埋没
１２シた後、次いで低純度の酸化マグネシウム巧型材で
二次埋没１６シて６１１記同様（こ乾燥硬化、焼成にで
鋳型を成形するものである。

次（二、本発明（二よる構造方法の典型的な実施例を第
５図に示すＷｊ造各装置の配置例図を基に説明すれば； 実施例 純度９９．５％のチタンを高さ１７．５ｍ、断面直径２
０ｍ、重量２５ｙの円柱形インゴットとなし、これを酸
化マグネシウム装で内径８０ａｓ、内高２２諾、周壁肉
厚５敲となし−ｔｃ　ｔｔｔ堝１内（二投入し、アルゴ
ン雰囲気中で電極１４．１５間（二重流値＋５ＯＡ　で
アーク放電を行ワセて４０〜６０秒間加熱してチタンイ
ンゴット２がその上面から溶融して未溶融部分２″が約
８間残った状態で放電を中止して溶融工程を終了する。

一方、この溶融工程とは別（二５ｏメツシュの微粒状と
なした酢化マグネシウム１００　ｙと硫酸マグネシウム
ｌＯｙの混合比（二よる候化物全約１８００′ｃで約１
時間加熱焼成して空隙厚さ２順、体績７１８騙８の鋳込
室９’（内径２４Ｍ、外径２８ｗＩＬ１幅４．４　ｍの
リング体）を有するＶｊ型９を作ノ視し、これを約２０
０”ｃに降温芒せた状態で、坩堝１とシｆ型９′ｆ：同
時回転させ速・Ｌ？詩構造（こて坩堝１内のチタン溶？
Ｍｊを鋳込室９１内（二鍬ｆ込んで前記のチタン製リン
グ体を得た。

このチタン製リング体は表面に黒っぽいチタン酸化物の
形成が見られず、又詩込み状態も各部の両＃−ｉ蜜（二
存在し巣の発生は見られなかった。

実施例（′−用いた坩堝並びｆ二１ｆｉ４ｊ型材を従来
常用されているシリカ−アルミナ糸坩堝（こ、又時型材
（二はリン酸塩糸材料を用いたもの（こ置換え他の条件
全同一として比較実験をしたところ、先づ坩堝内誓二お
けるチタンインゴットの溶融６二際して溶融チタン（こ
ヌプラッシュが発生し坩堝材料とチタンとの反応の存在
が見られるうえに溶融後の金属（二はチタン酸化物や他
の化合物の存在が明確６二確認され、詩型への速心綺造
時（二坩堝内がら溶湯が流出せず殆んどの部分は相場内
壁面（二止まった状態となるうえに坩堝中心部分から僅
かに時込されたチタン溶湯はνｉ込Ｙ内４二おいて時型
材と史（二反応し純チタンのＷｊ造物が得られなかった
けかりてなく鋳造物であるリング体蚤二は多数の巣の存
在が見られた。

以上の説明では歯科用補綴物のよう（二極小部品の鋳造
（二ついて説明し′ｆｃが、他の工業製品のチタン鋳造
物を得る場合も別途作成されたワックヌパターンを鋳型
材中に埋没させて鋳造し得ることは当然である。

以上のよう（二なる本発明のチタン製品の賄造方法によ
れば、従来チタン製品のめ造（二よる製作を不可能とす
る原因となっていた溶融用の坩堝及び詩込み用のめ型を
酸化マグネシウム及び／又は酸化ジルコニウムによって
形成したことにより、チタン溶湯と坩堝又は詩型材料と
の反応（二よる諸欠点を除去してチタン製品、特に歯科
用補綴物の如き極小部品の鋳造（二よる製作を可能とな
し、初期のチタンインゴットの物性を変化させず４二維
持したままで巣の存在しない良質なチタン製品を得るこ
とができたのである。とりわけこのような本発明の鋳造
法（二よれば従来の歯科ｙｔ造法（二おける坩堝材料と
ｓ型材料を前記の如き材料（二変史するだけで他の特別
なりｆ進条件を必要としないことがらＷｊ造操作は容易
でかつ全工程を短時間で行って経済的なチタン製品を得
ることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明（二使用する坩堝の１例をボす断面図、
第２図は同じ（ｔ０堝の他夾施例を示す断面図である。 第８図は本発明の鋳造方法を示す工程図、第４図は鋳造
方法の一例を示す工程図、第５図は本発明の鋳造方法の
具体構成例を示ず照会装置の要部配置図である。 １：坩堝、１１：内筒、１“：外筒、２：チタンインゴ
ット％２Ｉ：チタンインゴット溶融部分、２１：未溶融
部分、６：周壁、４：口腔内印象、５：層重・模型、６
：寒天印象、７：副模型。 ８：ワックヌパターン、９：時開、１ｏ：再寒天印象、
１１：副々模型、１２ニー次埋没、１６：二次埋没、１
４．１５　　：電極。 特許出願人　　株式会社オパラ 第２図 第１図 ２′ 第３ 図 第５図 第４図 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 特願昭５８−１０９７２号 ２発明の名称 チタン製品の鋳造方法 ３、補正をする者 事件との関係　：　特ｔ［出願人 大阪市東淀川区東中島１丁目１８番５号株式会社　オ　
ハ　ラ 代表取経役　小　原　伊佐夫 ４゜代　理　人 大阪市東淀用区東中島１丁目２０番１４号東ロスチージ
ョンビル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）酸化マグネシウム及び／又は酸化ジルコニウム製の
   坩堝１二チタンインゴットを入れて加熱手段６二で溶融
   してなる溶融工程と；酸化マグネシウム及び／又は酸化
   ジルコニウム製の詩型中番二上、記工程で溶融した溶融
   チタンを碕込んでなるｌＩｊ込工程からなるチタン製品
   の鋳造方法。 ２）酸化マグネシウム及び／又は酸化ジルコニウム製の
   坩堝１二チタンインゴットを入れて加熱手段［て溶融し
   てなる溶融工程と；印象中（二酸化マグネシウム及び／
   又は酸化ジルコニウムの焼成時における収縮分及び菊込
   時４二おけるチタンの凝固収縮を補正可能な膨張率を有
   する埋没材を充填して副摸ｍを作り、この副模型を拭（
   二酸化マグネシウム及び／又は酸化ジルコニウム製の鋳
   型を作成し、とのめ型中に上記工程で浴融した溶融チタ
   ン溶融用んでなる詩込工程からなるチタン製品の鋳造方
   法。