JPH02295668A

JPH02295668A - 鋳造用インゴット

Info

Publication number: JPH02295668A
Application number: JP1116866A
Authority: JP
Inventors: Isao Matsumoto; 勲松本; Yoshitaka Usui; 臼井　可隆
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: DKK Co Ltd
Priority date: 1989-05-10
Filing date: 1989-05-10
Publication date: 1990-12-06
Anticipated expiration: 2013-09-24
Also published as: JP2802373B2

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、鋳造用インゴットに関し、特に、高温活性が
高い材．料から成る歯科用や成形外科用等の精密鋳造物
を製作するのに用いて好適な鋳造用インゴットに関する
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用の材料として、
生体との親和性や耐食性に優れ、かつ強度が強《比重の
小さなチタンやチタン合金等が広く用いられている。

しかし、チタンの融点はｌ６７２゜Ｃと高く、しかも高
温状態の下では酸素はもちろんのことその他の殆んどの
ものと強く反応して劣化する。このようにチタンは高温
活性が極めて高いのが最大の欠点であり、その性質のた
めに鋳造が非常に難しいものになっている．特に酸素は
チタンに大量に固溶（固溶解度：１０重量％以上）し、
これに起因してチタンの延伸性が阻害される．ちなみに
、酸素の固溶解度が僅か０．７重量％を超えると脆くな
り、歯科用等の鋳造製品として好ましくないものになっ
てしまう。

ところで、現在において広く用いられている鋳造用るつ
ぼの材質は酸化アルミニウム（Ａ　ｊ！　ｔ’ｓ＞或い
はマグネルア（ＭｇＯ）から成るものが一般的であるが
、このような材質のるつぼでは成分中の酸素が高温のチ
タンと反応（還元作用）を生じるため使用することがで
きない。このような事情から、チタンと反応しにくい酸
化カルシウム（Ｃａｂ）或いは酸化イットリウム（Ｙｚ
Ｏｓ）材のものを用いると共に、できるだけ短時間のう
ちにチタンを溶融させ、これにより、チタンとるつぼと
の間の反応をなるべく抑えるようにしているのが実状で
ある。

Ｃ．　発明が解決しようとする課題しかしながら、チタン等の如き高温活性の高い材質から
成る鋳造用インゴットを短時間で溶融させるようにした
場合には溶湯の温度が低く過ぎ、湯まわりの不良を生じ
易いといった不都合を生じる．その一方、このような不
都合を解消すべく加熱時間を長くして溶融温度を高くし
ようとすると、チタン材とるつぼとが互いに反応し易く
なってチタン材の酸化の進行が太き《なってしまうこと
となる．本発明はこのような実状を勘案してなされたも
のであって、その目的は、チタン材又はチタン合金材を
適度な温度に溶融し，てもるつぼとの間に反応（酸化・
還元反応）を生じることがなく、従って酸素を含まない
鋳造製品を得ることができるような鋳造用インゴットを
提供することにある。

ｄ．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、本発明においては、高温
活性の高い鋳造用材料の上面を除く外表面であって、鋳
造加熱時にるつぼの内面に対向配置される部分の外表面
に、薄い窒化物層を形成するようにしている．以下、本発明の一実施例に付き図面を参照して説明する
。

第１図は歯科用鋳造製品を製造するための精密鋳造装置
１を示すものであって、本装置１は、互いに着脱可能に
構成された上部容器２と下部容器３とから成る密閉容器
４を具備している。上部容器２はドーム状部２ａとこの
ドーム状部２ａの下端に一体成形されたフランジ部２ｂ
とから構成され、下部容器３は円筒状筐体部３ａとこの
筐体部３ａの上端に一体成形されたフランジ部３ｂとか
ら構成されている。そして、上部容器２及び下部容器３
のフランジ部２ｂ，３ｂが重ね合せ状態で密着結合され
て１つの密閉容器４が構成？れるようになっており、そ
の内部空間は下部容器３の土壁から成る隔壁５にて上下
に区画されている。

しかして、隔壁５の上部が加圧溶解室６、その下部が減
圧鋳造室７として構成されている。

上述の加圧溶解室６内には、酸化アルミニウム等からな
る酸化アルミニウム（Ａｎ■０，）製のるつぼ８が配設
されている。このるつぼ８は、第２図に明示するように
、鋳物用インゴット９の収容用凹部１０を有しており、
第１図において紙面に垂直な方向に延びる軸線Ｘを中心
に矢印Ａ方向に回動されるように構成されている．さら
に、るつぼ８の底壁には、第４図に明示するように、タ
ングステン材等から成るアース電極ｌ４が嵌着されてい
る。

また、上述の上部容器２の天井部分にはアーク電極１５
が取付けられ、このアーク電極ｌ５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．一方、加圧溶解室６と減圧鋳造室７とを区画する隔壁５
には、減圧鋳造室７内に突出する有底円筒状の鋳型受け
ｌ６が一体成形されており、この鋳型受け１６の底部に
これらの室６，７を互いに連通ずる連通孔１７が形成さ
れている。そして、湯口ｌ８及び造形空洞ｌ９を有する
通気性の鋳型２０が前記鋳型受け１６内に配置され、連
通孔１７が鋳型２０にて閉塞されている。

なお、鋳型２０の湯口ｌ８は、上方に向けて開口してお
り、前記支持部材１２の載置台２１に形成された開孔２
２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６には鋳造用イン
ゴット９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７には
密閉容器４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、上述の精密鋳造装置ｌにて鋳造すべ《用いられる
鋳造用インゴット９に付き述べる。

このインゴット９は、第２図（Ａ）　，　（Ｂ）及び（
Ｃ）に示す如く直方体形状，円錐台形状あるいは平板形
状等に成形されたチタン材２３の所定の外表面に第３図
（Ａ）　．　（Ｂ）及び（Ｃ）に示す如く薄い窒化物Ｊ
ｉ（ＴｉＮ層）２４を形成してなるものである。更に詳
述すれば、チタン材２３の外表面のうち、上面２３ａを
除《全外表面に窒化物層２４が形成されたものである。

このようなインゴット９を製造するに際しては、第２図
（＾）　．　（Ｂ）　．（Ｃ）にそれぞれ示す如く、チ
タン材２３（重１　：　２５ｇ〜５５ｇ）の上面２３ａ
を除く全外表面に高周波誘導加熱コイル２５を対向配置
し、窒素雰囲気中でこれらの最表面を短時間のうちに８
００℃以上の温度に急速加熱する。なおこの場合、加熱
層の厚さ（ひいては窒化物層２４の厚さ）をなるべく薄
くするために高周波誘導加熱コイル２５に供給する電源
の周波数を高くすると共に、加熱中の熱伝導によるチタ
ン材２３の内部への熱移動を極力抑えるために加熱時間
を１秒以内の短い時間とするのが望ましい。さらに、加
熱後における窒化物層２４の厚さをできるだけ薄くする
ために冷却水（水道水等）を加熱後のチタン材２３に噴
射して常温にまで急速冷却させるのが望ましい。

次に、上述の如き構成の精密鋳造装置１及び鋳造用イン
ゴット９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ｌ６内に所定の鋳
型２０を収納すると共に、第１図及び第４図に示すよう
に水平に保持されたるつぼ８の凹部１０内に固形の鋳造
用インゴット９を置く。なおこの場合、第４図に示すよ
うに、インゴット９の窒化物層２４がるつぼ８の凹部ｌ
Ｏに対応しかつ底面の窒化物層２４がアース電極１４に
接触するように配置する．しかる後、上部容器２を閉蓋
してフランジ部２ｂ．３ｂを密着結合状態とし、図外の
真空ポンプにて密閉容器４内の空気を抜いて真空状態に
する．次いで、加圧溶解室６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（例えば、ｌＯ〜７６０ト
ル）に加圧し、加圧溶解室６と減圧鋳造室７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１５に電源
を供給してアーク放電を生ぜしめることにより、Ｖｔ　
造用インゴット９を加熱する。この際、インゴット９の
チタン材２３部分の融点は１６７２゜Ｃ程度であるのに
対し、窒化物層２４の融点は３０００″Ｃ程度であるた
め、加熱温度を１６７２゜Ｃ〜３０００℃の間の温度（
例えば１７５ｏ゜Ｃ程度）に設定することにより、窒化
物層２４が固形状態を維持した状態の下でチタン材２３
のみを溶融させることができる。なお、溶融されたチタ
ン材２３は第４図において一点鎖線で示す如くになる。

従ってこの場合には上述の如く窒化物層２４が溶融され
ずに固形のまま残存するため、溶融したチタン材２３が
るつぼ８の凹部ｌＯの表面に接触することがなく、チタ
ン材２３がるつぼ８と反応して酸化されることがない。

かくして、インゴット９のチタン材２３部分が溶融され
たのをｌＩ″！認した後に、図外のるつぼ回動用エアシ
リンダを作動させることにより、るつぼ８を第１図にお
いて矢印Ａ方向に回動させて傾斜させる。これに伴い、
溶融状態のチタン材２３が固形状態の窒化物１１２４に
よって取り囲まれた域領内から流れ出て下方の鋳型２０
に向けて落下し、鋳型２０の湯口ｌ８を介して造形空洞
ｌ９内に注入されて自然冷却される。これにより、所定
形状の歯科用鋳造製品が得られる。

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のではなく、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、窒化物層２４を形成するための手段とじては高
周波誘導加熱コイル２５に限らず、燃焼炉中においてチ
タン材２３の全表面に薄い酸化物層を形成して、その後
にチタン材２３の上面を切削して上面の窒化物層を除去
するようにしてもよい。また、鋳造用インゴット９の形
状は第２図（Ａ）　．　（Ｂ）　．　（Ｃ）に示される
形状に限定されるものではなく、回転楕円体形状や逆三
角錐形状等のものであっても本発明を適用できる。

また、チタン合金やチタン材２３以外の高温活性の高い
各種の材質のインゴットに対しても本発明を適用し得る
．さらに、鋳造用インゴット９の加熱溶融手段としては、
アーク電極１５に限らず、第５図に示すように、上下方
向に昇降可能に構成された高周波誘導加熱コイル２６を
用いるようにしてもよい。また、本発明に係る鋳造用イ
ンゴット９は、鋳型２ｏを回転させてその遠心力を利用
して鋳造するよにした遠心鋳造装置にも適用できること
は言う迄もない。

ｅ．発明の効果以上の如く、本発明は、高温活性の高い鋳造用材料の上
面を除く外表面に薄い窒化物層を形成するようにしたも
のであるから、鋳造加熱時に前記窒化物層をるつぼの内
面に対応するように配置させて適当な温度に加熱するこ
とにより、酸化物層に取り囲まれた部分すなわち酸化物
層よりも融点が低い材料部分のみが溶融され、融点の高
い酸化物層は固形のまま残存することとなる．その結果
、融解された鋳造用材料がるつぼの内面に密着状態で接
触して酸化されてしまうような事態の発生を確実に防止
でき、酸素を含まない性質の良い鋳造製品を得ることが
できる．また、本発明によれば、鋳造用材料の外表面に形成され
るのは、鋳物用材料よりも融点が大幅に高い窒化物層（
融点３０００℃）なので、窒化物層によって囲まれた部
分の鋳物用材料だけを溶融させる場合の加熱温度の許容
範囲が大きい．このため、鋳物用材料の加熱溶融手段と
して、高周波誘導加熱コイルによる高周波誘導加熱及び
アーク電極によるアーク放電の何れをも採用することが
でき、鋳物用材料並びに鋳造製品の用途等に応じた加熱
溶融手段を自由に選ぶことができる。

さらに、加熱手段としてアーク放電方式を採用した場合
、インゴットの外表面層の電気抵抗が大きいとこの外表
面層に穴をあけてその部分からアース電極を鋳物材料に
接触させる必要があるが、窒化物層の電気抵抗は非常に
小さい（４０μΩ・ｃｍ）ので上述のような複雑な構成
を採る必要がなくこの窒化物層の外面にアース電極を接
触させるだけの簡単な構成で済むといった利点を有する
。

【図面の簡単な説明】

図面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（Ａ），（Ｂ
）及び（Ｃ）は鋳造用インゴットを製造するために高周
波誘導加熱コイルを鋳造用インゴットに対応配置した状
態をそれぞれ示す断面図、第３図（Ａ）　，　（Ｂ）及
び（Ｃ）は窒化物層を有する鋳造用インゴットをそれぞ
れ示す断面図、第４図は鋳造用インゴットがるつぼ内に
入れられた状態を示す拡大断面図、第５図は高周波誘導
加熱コイルにて鋳造用インゴットを加熱するようにした
精密鋳造装置の断面図である。ｌ・・・精密鋳造装置、　　　　　　６・・・加圧溶解
室、７・・・減圧鋳造室、９・・・鋳造用インゴット、ｌ５・・・アーク電極、２３・・・チタン材、２４・・・窒化物Ｎ（ＴｉＮ層）、２５．２６・・・高周波誘導加熱コイル．８・・・るつ
ぼ、１０・・・凹部、２０・・・鋳型、２３ａ・・・上面、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高温活性の高い鋳造用材料の上面を除く外表面で
あって、鋳造加熱時にるつぼの内面に対向配置される部
分の外表面に、薄い窒化物層を形成したことを特徴とす
る鋳造用インゴット。
（２）前記窒化物層が前記鋳造用材料の上面を除く外表
面の全部であることを特徴とする特許請求の範囲第（１
）項に記載の鋳造用インゴット。
（３）前記鋳造用材料がチタンであり、かつ、前記窒化
物層が窒化チタンであることを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項又は第（２）項に記載の鋳造用インゴット
。