JP2802371B2 - 精密鋳造方法 - Google Patents

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、これら両室3,5を互いに連通する連通孔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載
置台10の貫通孔14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、図外の真空ポンプ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か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１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15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性のるつぼ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、上部の温度と下部呑温度との間に差を
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、相当料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℃〜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16a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17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16b,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１
が取付けられ、このアーク電極１には図外のアーク電源
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15と反応しないように熱導伝性の高い銅
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ピン25c,25dがるつ
ぼ21の側面に取付けられており、これらの突出ピン25c,
25dはエアシリンダにて作動されるＬ字状のリフタ（図
示せず）にて上方へ持ち上げられ、これに伴いるつぼ21
は支持ピン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17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,28bから
の出力信号をそれぞれ増幅するプリアンプ31a,31bと、
これらのプリアンプ31a,31b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を互いに連通する連通孔６が形成されてい
る。そして、湯口12及び造形空洞13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、加圧溶解室３には鋳物材料
15の酸化防止のためにアルゴンガス等の如く不活性ガス
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を閉蓋して鋳型受け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。しかる後、第１図に
示すように上記容器２を閉塞してフランジ部16b,17bを
密着結合状態とし、図外の真空ポンプにて密閉容器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１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15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15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31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34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15の加熱が相
対的に弱くなり、鋳物材料15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、以後はその時点の電
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
31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15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31b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2
1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21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21
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21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21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
記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１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。 １……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、 21……るつぼ、21a……貫通孔、 23……注湯溝、26a,26b……覗き窓、 28a,28b……ヒートセンサ、29……制御回路。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−244458（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−257962（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−91953（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−34453（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 23/00 A61C 5/10 A61C 13/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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を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。