JPS596739B2 - 精密鋳造方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、精密鋳造方法および該方法を実施するための
装置に関する。

さらに詳しくは、主として歯科用、装飾用その他複雑な
形状で薄肉の金属製品を鋳造する方法および装置に関す
る。

従来のこの種の鋳造方法として遠心鋳造方法が多く用い
られている。

しかし、遠心鋳造方法は坩堝および鋳型を一体として高
速で回転させるので、危険性を伴うという不都合がある
。

また、坩堝を収容する溶解室と鋳型を収容する鋳造室と
を２室に区画し、被鋳造材料を溶融した後上記画室間に
差圧を与え、この差圧により溶融材料を坩堝底部の吹出
孔から鋳型に向けて吹出させる圧迫鋳造方法（たとえば
特開昭５５−７０４６２号公報、実開昭５０−１２２１
９６号公報、特開昭，５５−１６５２６６号公報）が公
知となっている。

しかしながら、この方法は表面張力により坩堝内に係留
していた溶融材料を差圧により坩堝底部の吹出孔から噴
出させて鋳型に注入するものであり、噴出時溶融材料の
一部が飛散して完全な鋳造品が得られないという不都合
がある。

この欠へは差圧を大きくする程顕著となり、また差圧を
小さくすると鋳型内での湯廻りが悪くなり、いづれにし
ても肉厚が０．３ｙｎｍ程度の薄肉部を有する鋳造品の
場合良好な鋳造品を得ることが困難である。

また、両室を隔壁で区画しなければならないと共に画室
にそれぞれ圧力調整手段を設ける必要があり、装置が複
雑化、大型化すると共に圧力調整操作が面倒である。

これらのことからして、現在歯科技工関係や装飾品製造
関係の分野では、従来最も使用率の高（・遠心鋳造法と
同等もしくはそれ以上の品質が得られると共に、小型で
小さなスペースに設置でき、操作が簡単でかつ安全性の
高い装置の開発が強く要望されている。

本発明の目的は、上記事情に鑑み、表面肌が椿めて平滑
でかつ内部欠陥のない商品質の薄肉鋳迄品を得ることが
でき、かつ小型軽量、操作簡単で安全性の高い精密鋳造
方法および装置を提供することにある。

本発明は、特許請求の範囲に記載した構成により、上記
目的を達成するものである。

以下、図面に示す実施例を参照しながら、本発明を詳細
に説明する。

第１図は、本発明に係る装置の一実施例を示す断面概念
図である。

図示の装置は高周波誘導加熱を利用したものである。

１は以下に述べる坩堝や鋳型等を収容するためのケーシ
ングであり、該ケーシング１は内部に隔壁を設けること
なく坩堝や鋳型等を一緒に収容する一室を形成し、かつ
ケーシング内部と外部を遮断すべく気密構造にしてある
。

２は溶融すべき被鋳造材料３を内部に収容する坩堝であ
り、底部に溶融材料流出孔２ａを有している。

坩堝２は適宜手段（図示せず）により支持してある。

４は上記被鋳造材料３を加熱溶融する手段であり、本実
施例では坩渦２の外周に配設した高周波誘導加熱コイル
を用い、該コイル４は制御盤５に電気的に接続してある
。

制御盤５には高周波発振器を有する高周波電源および制
御装置（いずれも図示せず）等を付設してある。

７は上記坩堝の流出孔２ａを開閉する手段であり、本実
施例では流出孔２ａの下部に位置するシャツタ７ａと、
該シャツタ７ａを支持する旋回シャツタ受１７ｂと、該
シャツタ受ゆ７ｂを支持しかつケーシング１外部に突出
している旋回軸７Ｃとから成る。

該旋回軸７ｃは適宜方法により矢印八方向に上下動し、
かつ矢印Ｂ方向に旋回可能に構成してある。

上記シャツタ７ａは、図示の如く上方かつ流出孔２ａ下
側に位置しているとき該流出孔２ａを閉成している。

そして、たとえば旋回軸７ｃに連結したハンドル（図示
せず）を操作し、旋回軸７ｃを下方向に移動させてから
旋回させると、該流出孔２ａは開成する。

８は上記坩堝２の下側に配置した鋳型であり、該鋳型の
湯口８ａの中心は上記流出孔２ａの中心と一致させてあ
る。

９は鋳型置台である。

１０は鋳型出入扉、１１は気密維持のためのシール材で
ある。

１２はケーシング１の上部開口部１ａを覆う開閉可能な
幅度センサカバーであり、該カバー１２内には坩堝２の
中心線上に位置させて幅度センサ１３を配設してある。

該センサ１３は坩堝内の溶融金属の湛度を計測、検出し
、該湛度を所定値に保持する等の自動制御を行うための
センサである。

該センサ１３は上記制御盤５に接続され、また制御盤５
に付設した幅度計１４により該センサ１３で検知した幅
度を目視可能に構成してある。

１５は坩堝２内部を観察するための透明体から成るのぞ
き窓、１６は気密維持用シール材である。

２０はケーシング１内部を減圧又は加圧等する圧力調整
手段であり、真空源たとえば真空ポンプ２１、圧縮空気
源２２、両者２１．２２とケーシング１とを連通させる
連通路２３、該連通路２３に設げた真空ポンプ用電磁弁
２４、圧縮空気源用電磁弁２５とから成り、両電磁弁２
４．２５は制御盤５に接続してある。

なお、上記扉１０およびカバー１２はワンタッチで開閉
可能に構成してある。

次に、本発明に係る精密鋳造方法について、上記装置に
よる鋳造方法を参照しながら説明する。

以下の説明は、銀合金を溶解、鋳造して歯科用鋳造品を
得る場合について説明する。

まず溶解工程について説明する。

幅度センサカバー１２を開け、黒鉛坩堝の流出孔２ａが
黒鉛シャツタ７ａにより閉成されていることを確認し、
該坩堝２内に被鋳造材料３である塊状の銀合金約１０１
’を装入した後、該カバー１２を閉じる。

該カバー１２が確実に閉じられていることを確認した後
、制御盤５に設けた高周波発振器の通電ボタン（図示せ
ず）をオンする。

すると、高周波電源から加熱コイル４に通電され、黒鉛
坩堝２は高周波誘導電流によって発熱し、銀合金が加熱
される。

この場合の幅度は、幅度センサ１３により検出され、制
御盤の湛度計１４によって読み取ることができる。

銀合金の湛度が約８００℃になった時点で、別途準備さ
れている加熱炉中で加熱乾燥されていた鋳型８を取り出
し、鋳型出入扉１０を開いて該鋳型８を鋳型置台９上に
載置し、扉１０を閉じる。

続いて制御盤５に設けた真空ポンプ稼動用ボタン（図示
せず）をオンにし、減圧を開始する。

該ボタンをオンにすると真空ボンプ２１が稼動すると共
に電磁弁２４が開成し、ケーシング１内の減圧が行なわ
れ、ケーシング１内の負圧が約７ ６ ｃｍ Ｈ？ （
ゲージ圧）になるまで減圧する。

減圧中も銀合金の加熱は続けられ、銀合金は負圧が約７
６ｃｍ Ｈ？の状態で１１００℃まで昇温しで溶解す
ると共にさらに昇温され、溶解温度より所定温度高い状
態たとえばＩＩ８０℃±１０’Ｃの状態で少なくとも数
秒間、好ましくは約５秒間保持する。

この場合の幅度制御は、渦度センサ１３を介して自動制
御される。

また、図示していないがケーシング１内の圧力を計測す
るためのブルドン管真空計を設け、これによりケーシン
グ１内圧力をチェックできるようにしてある。

上記工程は、要するにケーシング１内の一室に坩堝２と
鋳型８とを共に収容し、減圧状態の下で材料を溶解する
ものであれば良い。

従って最初から坩堝２および鋳型８を収容し、減圧しな
がら加熱溶解しても良いし、所定値まで減圧後加熱溶解
しても良い。

上記溶解工程によれば、溶解は減圧された残留空気量の
少ない状態のケーシング１内で行なわれるので、銀合金
は無酸化の状態で溶解されかつ後に述べる鋳造工程に至
るまで無酸化の状態で坩堝２内に保持される。

また、坩堝２として黒鉛坩堝を使用することもこの無酸
化状態の維持に役立つ。

この状態は、のぞき窓１５から観察することができる。

さらに、坩堝２および鋳型８を同一室内に配設し、該室
内を減圧して溶解を行うので、溶解金属中のガスならび
に鋳型８内に混入されている水分やガスを吸引除去する
ことができ、鋳造品の欠陥発生個数を減少させることが
できる。

上記実施例において鋳型を加熱炉で加熱乾燥しておくの
は、予め鋳型８内の水分およびガスをある程度放出させ
ておき、工程のスピードアップ及び完全化を図るためで
ある。

溶解工程における減圧の目的は上記の通りであるので、
該減圧状態における圧力は−７４ｃＭＨ？（ゲージ圧）
以下であること、即ら負圧が７ ４ｃｍＨ？ （ゲージ
圧）以上であることが望ましい。

負圧が７ ０ｃｍ Ｈ？以下の場合は鋳造品の欠陥発生
個数が多くなり、７ ４ＣｍＨｆ以上になると欠陥発生
は零になる。

第２図に本発明に係る負圧と鋳造欠陥（巣）発生個数と
の関係を表わす実験結果を示す。

なお、上記溶解工程において溶融金属を１１８０℃±ｌ
Ｏ℃に所定時間保持するのは、以下に述べる鋳造工程で
の湯廻りの向上を図るためである。

次に、鋳造工程について説明する。

上記の如く溶融金属を１１８０℃±ｌＯ℃で５秒間保持
した後、旋回軸７ｃを介してシャツタ７ａを旋回させ、
坩堝の流出孔２ａを開成する。

加熱コイル４への通電は流出孔２ａの開成と同時または
所定時間径過後に停止する。

流出孔２ａの開成により、溶融金属は自重で自然落下し
、湯口８ａから湯道８ｂを通って鋳造空胴８ｃに達する
。

溶融金属全量が鋳型８に落下移行すると、ただちに電磁
弁２４を開成すると同時に真空ポンプ２１の作動を停止
し、かつ同時に電磁弁２５を開いて圧縮空気源２２によ
り圧縮空気を送出して加圧を行い、ケーシング１内を４
驚（ゲージ圧）に加圧する。

全量移行直前に加圧を開始しても良い。

圧縮空気源２２はコンプレッサーでも良いし、４贅の圧
縮空気を貯留するリザーバでも良い。

加圧時間はタイマで制御し、所定時間たとえば１０秒〜
９０秒程度が良い。

上記鋳造工程によれば、溶融金属は自然落下して鋳型８
に移行し、全量移行後は所定圧力で加圧される。

従って、従来の圧力差により溶融金属を噴出させる場合
と異なり、溶融金属の飛散はなく、また溶融金属中にガ
スが混入して鋳造品に気泡が発生するおそれもない。

さらに、全量移行後の加圧により、該加圧力は湯口８ａ
内の溶融金属の表面に作用し、未だ溶融状態にある湯道
８ｂおよび鋳造空胴８ｃ内の溶融金属の薄肉先端部まで
作用するので、鋳造空胴８ｃ内を溶融金属で充満させる
ことができ、その結果表面が平滑で、鋳造ひけ巣や気泡
等の欠陥のない完全な鋳造品が得られる。

上記鋳造工程における加圧は、加圧力３贅（ゲージ圧）
以上、好ましくは３贅〜５υが良い。

以下では複雑な形状のものまたは薄肉鋳造品の場合湯廻
りが悪く、加圧の効果が少ない。

また、加圧力が大きいと湯廻りは良くなるが、５驚以上
になると圧力増大による特に著るしい効果は認めらレナ
い。

なお、加圧源としては、空気の他アルゴンガス、窒素ガ
スその他のものを使用しても良い。

また、黒鉛坩堝２は加熱コイル４により誘導加熱され、
鋏合金の融薇以上の高温になっているので、坩堝２の底
部からの輻射熱は鋳型湯口８ａに保留されている溶融金
属の凝固を遅延させ、押湯としての効果を助長させてい
る。

従って、坩堝２の材質に黒鉛を使用することは、溶融金
属の酸化防止の他湯廻りの改善にも効果を有する。

以上説明した様に、本発明においては坩堝および鋳型を
一室内に収容し、該室を減圧した状態で溶解し、溶融材
料を自重で自然落下させ、落下後上記室内を加圧して鋳
造するから、以下のような効果がある。

ｌ，坩堝及び鋳型を収容して減圧溶解することにより、
無酸化状態で溶解保持でき、鋳型の水分、ガスも吸引除
去できる。

また、自然落下させるので溶融金属の飛散、ガスの混入
のおそれがない。

さらに、落下後加圧するので湯廻りが良くなる。

そして、これらの利点が総合され、極めて良好な薄肉鋳
造品が得られる。

２．坩堝及び鋳型を一室内に収容し、該室内で溶解、鋳
造を行う。

従って、従来の如く室内に隔壁を設ける必要がなく、圧
力調整手段も１つで良く、隔壁部のシール性の問題もな
い等従来に比べて装置の小型化、構造の簡単化が図れる
。

また、これに対応して従来の如く各室毎の圧力調整操作
も不要であるので、操作の大幅な簡素化が図れる。

３．高速回転機構を有しないので、遠心鋳造法に比べて
安全性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る精密鋳造装置の一実施例を示す断
面概念図、第２図は負圧と鋳造欠陥発生個数との関係を
示す図である。 １・・・・・・一室を形成するケーシング、２・・・・
・・坩堝、２ａ・・・・・・流出孔、３・・・・・・被
鋳造材料、４・・・・・・加熱溶融手段、７・・・・・
・流出孔開閉手段、８・・・・・・鋳型、２０・・・・
・・圧力調整手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 坩堝と該坩堝の下側に配置した鋳型とを一室内に収
   容すると共に上記室内を負圧状態にし、該負圧状態の下
   で坩堝内の被鋳造材料を溶融し〜溶融後該溶融材料を自
   重で鋳型に落下させ、坩堝内の溶融材料が鋳型に移行し
   た後上記室内の負圧状態を解除すると共に該室内を加圧
   することを特徴とする精密鋳造方法。 ２ 上記負圧状態におげる負圧が、７４ＣｒｒｌＨク以
   上であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   した精密鋳造方法。 ３ 上記加圧状態における圧力が、３贅以上であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載した精密鋳造
   方法。 ４ 底部に流出孔を有する坩堝と、該坩堝内の被鋳造材
   料を加熱溶融する手段と、上記坩堝の流出孔を開閉する
   手段と、上記坩堝の下側に配置した鋳型と、これらの坩
   堝、加熱溶融手段、開閉手段および鋳型を収容すべき一
   室を形成するケーシングと、該ケーシング内圧力を調整
   する手段とを備えて成ることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載した方法を実施するための精密鋳造装置
   。