JPH0243560Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案は、純チタン若しくはチタン系合金を初
め、ニツケルクロム、コバルトクロム合金等の鋳
造を行なう精密鋳造機に関し、鋳型の加熱及び冷
却に要する時間を短縮でき、鋳造全体の生産性を
向上できるものを提供する。

＜従来技術＞ 精密鋳造用の材料、例えば、純チタン若しくは
チタンを主成分とする合金（NiTi合金等）から
なチタン材料は、軽くて耐熱性が高く、強靭性、
耐摩耗性、耐蝕性が大きく、種々の点で優れた物
理的、機械的性質を有する（上記NiTi合金は形
状記憶作用や超弾性等の特殊な性質を持つ）とと
もに、生体に対してなじみが良く、手術で生体に
埋没しても害にならないという特性から、工業界
は勿論、義歯や整形手術等の外料医療界などでも
活用されるこが待ち望まれていた。

しかしながら、チタン材料は、活性度が非常に
高く、酸素との親和性がきわめて大きいために、
鋳型に生成した酸化物から酸素を抜きとる反応の
自由エネルギー変化が鋳造温度周辺では負になる
ので、チタン鋳造材料が容易に酸化されて機械的
強度等を劣化させてしまうのが現状である。

従つて、チタン鋳造により義歯などの複雑で精
巧な形のものを製造しようとすれば、チタン鋳造
材料を鋳込んだときの収縮を防がねばならず、こ
のためには、鋳込み前に鋳型を600〜800℃に加熱
しておく操作を要するが、実際には、この鋳型の
加熱は鋳造機外で別途に加熱したのちに鋳込室に
セツトする方法をとるので、通常の鋳型、例え
ば、リン酸塩系、黒鉛でコーテイングしたリン酸
塩系若しくはマグネシア系の鋳型は600℃以上の
高温で空気中の酸素により容易に酸化されてしま
う。

このため、鋳込室にセツトされたときには、鋳
型は既に酸化されてしまつており、これにチタン
鋳造材料を鋳込むと、鋳型の酸化物から酸素を奪
つてチタン材料が酸化してしまい、粗悪なチタン
鋳造品しか出来ないという結果をもたらす。

そこで、本考案者等は、当該考案に先立つてチ
タン材料の酸化を引き起こさない精密鋳造機の開
発を試み、第８図に示すような鋳造機を考案した
（昭和59年10月、日本歯料理工学会学術講演会講
演集として販布、V₀1.3 Special IssueB）。

即ち、鋳造機本体１内に溶解室２と鋳込室３を
連通状に形成し、溶解室２にるつぼ１１とこのる
つぼ１１内の鋳造材料４を溶解する装置５とを設
け、鋳込室３に鋳型受台６とこの鋳型受台６上の
鋳型７を周囲から加熱する加熱器８とを設け、溶
解室２及び鋳込室３を真空ポンプ１０に接続し、
真空ポンプ１０で溶解室２・鋳込室３及び鋳型７
内に真空引きしたのち、加熱器８で鋳型７を加熱
し、るつぼ１１内の鋳造材料４を無酸素雰囲気で
溶解装置５により溶解して鋳型７に鋳込むように
構成した精密鋳造機である。

従つて、その鋳造方法を示すと次のようにな
る。

(1) 鋳型７を鋳造機とは別の加熱炉で300℃まで
加熱して脱ろうを行なう。

(2) 鋳型７をドーナツ状の電気ヒータ８の中央に
セツトしたのち、これをロータリー真空ポンプ
１０により排気する。

そして、電気ヒータ８で略600℃の鋳造温度
まで鋳型７を加熱する。

(3) 上記鋳造温度に達すれば、10分間この状態に
係留したのち、アルゴンガス供給源５１から
Arガスを流入させ、るつぼ１１上に予めセツ
トしておいた合金４をアーク溶解する。

(4) 合金４が溶解するのを見計つて鋳造機本体１
を90度回転させ、溶湯を鋳型７内に鋳込むとと
もに、溶解室２をArガスで加圧する。

(5) 鋳造後、鋳型７が冷却するのを待つて、鋳込
室３からこれを取り出し、鋳型７を割つて鋳造
物を取り出す。

この場合、鋳型７を真空中で加熱すると分解が
起こり、変質するのではないかという疑問がある
が、本考案者等の実験では、リン酸塩系鋳型材料
が変質したり分解してガスが発生するということ
はなく、真空中で加熱しても全く問題はなかつ
た。

従つて、上記先行技術では、鋳型７を鋳込室３
に収容し、当該鋳込室３を無酸素状態に保つたう
えで、これを加熱するので、鋳型７が酸化するこ
とがなく、完成品の鋳造物、特に、チタン鋳造物
でもこれが酸化して品質を低下することを未然に
防止できるのである。

＜考案が解決しようとする問題点＞ 上記先行技術は、鋳型７を鋳込室３にセツトし
てから、真空引きを行ない、鋳込室３が真空状態
になつた後加熱器８を起動させて鋳型７を加熱す
る。

しかし、加熱器８は、起動した後に充分温まつ
て鋳型７を加熱し始めるまでに時間がかかり、こ
の予熱時間がロスタイムになる。

しかも、鋳型７は、鋳造後も加熱器８で取囲ま
れていて、加熱器８を構成する断熱周壁で断熱さ
れるため、放熱が進まずに、チタン等が酸化しな
い温度にまで冷却するのに時間がかかる。

即ち、当該鋳造機では、鋳型を鋳込室にセツト
してから鋳造物を取り出すまでの鋳造時間が長く
なつてしまう問題があつた。

本考案は、上記問題点を解決することを技術的
課題とする。

＜問題点を解決するための手段＞ 上記課題を解決する手段を、実施例に対応する
第１図乃至第６図を用いて以下に説明する。

即ち、鋳造機本体１内で鋳込室３の隣りに待避
室１２を設け、鋳込室３内の鋳型受台６と加熱器
８との一方を移動装置１４で待避室１２に待避移
動可能に構成し、この待避状態では鋳型７を囲む
加熱器８の断熱周壁８ａによる囲繞面積を減少さ
せて鋳型７の外方に放熱空間を拡大するものであ
る。

＜作用＞ 鋳型７を鋳型受台６にセツトすれば、待避室１
２に待避移動していた鋳型受台６若しくは加熱器
８を鋳込室３に進出移動して、鋳込室３の真空引
きと加熱器８の予熱を同時に行なう。

この場合、鋳型をセツトする以前に、鋳型受台
６から離間して待避室１２若しくは鋳込室３に移
動してある加熱器８を予め予熱始動して、受台に
セツトしたときに脱ろうした鋳型が冷えないよう
にしておいても良い。

因みに、真空引き初期には真空度が低く、鋳込
室３内には多少の空気が残つているが、鋳型７の
温度は末だ充分に加熱されていないので低く、鋳
型が酸化される温度には達していないため、鋳込
み時における鋳造材料の汚染の心配はない。

そして、加熱器８の温度が高温に上昇し、鋳型
７を所定鋳造温度に加熱したならば、合金を融解
して鋳込みを行ない鋳造操作を終了する。

また、鋳造終了後、鋳型受台６と加熱器８の一
方を再び待避室１２に待避移動して、加熱器８を
鋳型７から離間させ、鋳型７の外方に放熱空間を
拡大して熱輻射による鋳型の冷却を促進する。

＜考案の効果＞ 本鋳造機にあつては、鋳込室内の真空引きの以
前から、若しくは真空引きに並行して加熱器の予
熱ができるので、鋳型を鋳込室にセツトしてから
鋳造温度に加熱するまでの時間を短縮できる。

しかも、鋳型を受台上にセツトする以前に、鋳
型受台から離間して加熱器を予熱始動することが
できるので、加熱器の立ち上がり加熱時間を短縮
でき、鋳型を鋳造温度に加熱するまでの時間を一
層短縮することができる。

また、鋳造終了後には、鋳型外方の放熱空間を
拡大して、いわば加熱器の断熱周壁によつて鋳型
の放熱が妨げられる状態を解消し、鋳型の冷却時
間を短縮できるので、もつて、鋳造時間の全体を
短くして精密鋳造機の生産性を向上できる。

＜実施例＞ 以下、本考案の実施例を図面に基いて説明す
る。

第１図は精密鋳造機の要部切欠斜視図、第２図
は同鋳造機の縦断正面図、第３図は加熱器及び鋳
型の横断平面図であつて、鋳造機本体１の内部を
区画壁１５を介して上方を溶解室２に、また、下
方を鋳込室３に各々構成し、両室２及び３を区画
壁１５の中央に空けた出湯口１３及び連通溝１７
により連通状に形成する。

上記鋳造機本体１の左側面を開し、当該開口面
にヒンジ１６を介して扉式蓋１８を開閉自在に取
り付ける。尚、符号１９は開閉レバー、符号２０
はのぞき窓である。

前記溶解室２の出湯口１３の上方にるつぼ１１
を載置して、鋳造機本体の上壁９にアーク放電電
極棒５を突出し、その先端をるつぼ１１に臨ませ
る。

るつぼ１１は、黒鉛を材質として皿状に形成
し、その中央に流出孔２１を空けて溶解した合金
を鋳込室３に流出可能に構成する。

尚、るつぼ１１は、合金量の多い場合、溶湯温
度を調整できるように、割り型形式のものにして
も良い。

一方、鋳込室３から見て溶解室２とは反対側
に、即ち、鋳込室３の下方に待避室１２を連設
し、溶解室２に対して鋳型受台６を上下摺動自在
に配置する。

上記鋳型受台６に外嵌するように円筒形状の電
気ヒータ８を配置し、電気ヒータ８を移動装置１
４に載置して待避室１２と鋳込室３に亘つて待避
移動及び進出移動可能に構成する。

電気ヒータ８は、第３図に示すように、円筒状
断熱周壁８ａの内壁２２の上下に亘つて凹溝２３
を刻み、内壁表面全体を断熱材で覆うとともに、
凹溝２３に沿つて抵抗線２４を埋設してこれを電
源２５に接続したものである。

移動装置１４は、第１図に示すように、電気ヒ
ータ８を載置する昇降台２６と昇降台２６を案内
するガイド棒２７と昇降台２６を昇降操作するリ
ンク機構２８とから構成される。

昇降台２６は中央に開口部２９を開けて鋳型受
台６及び鋳型７を遊嵌可能にし、鋳込室３及び待
避室１２に亘つて上下に立設した二本のガイド棒
２７に昇降可能に取り付けられる。

リンク機構２８は、鋳造機本体１の側壁１ａに
支点３４を介して取り付けたＶ型リンク３１と底
壁１ｂに支点棒３５を介して取付けた基端リンク
３２と両リンク３１及び３２を連結する中間リン
ク３３とから成り、Ｖ型リンク３１のうち、鋳造
機本体１内に配置されるリンク３６の先端に係止
突起３７を突出し、これを昇降台２６に空けた係
止溝３８に係合させるとともに、本体１外に配置
されるリンク４０に中間リンク３３の一端を連結
する。

支点棒３５の一端から、その長さ方向に直交す
る方向に基端リンク３２を連出し、当該基端リン
ク３２に中間リンク３３の他端を連結し、支点棒
３５の他端に昇降用レバー４１を取付ける。

尚、符号４３は鋳造機本体１に取付けた移動装
置１４の上昇限界ストツパー、符号４５は支点棒
３５に取付けた上限調整ボルトである。従つて、
調整ボルト４５を進退することにより電気ヒータ
８の上昇位置を微量調整できる。

他方、溶解室２に不活性ガス注入孔５０を空
け、Arガス供給源５１ａ・５１ｂ二基をソレノ
イド弁５２ａ，５２ｂを各々介して当該注入孔５
０に並列状に接続する。

また、鋳込室３及び溶解室２に夫々吸引孔５
３・５４を空け、鋳込室３から導出する吸引ライ
ン５５を二股状に分岐し、一方にソレノイド弁５
６を、他方にソレノイド弁５７及び手動弁５８を
各々接続し、これらをロータリー真空ポンプ１０
に接続する。

溶解室２から導出する吸引ライン５９を二股状
に分岐し、一方にソレノイド弁６０を、他方に二
基の手動アングル弁６１を介して油拡散ポンプ１
０ａを各々接続し、これらを上記真空ポンプ１０
に接続する。

尚、符号７０及び７１は、鋳型加熱で発生する
アンモニアやワツクスの残渣蒸気を除去するため
の、オイルフイルターである。

そして、アーク電源６２の一端を前記アーク放
電電極棒５に、また、その他端を鋳造機本体の底
壁１ｂに各々接続する。

斯くしてなる精密鋳造機を用いて例えばNiTi
合金を鋳造する方法を以下に述べる。

(1) 用意した鋳型７を鋳造機とは別の加熱炉で
300℃まで加熱して脱ろうする。

このとき、電気ヒータ８を移動装置１４で鋳
込室３の下方の待避室１２に待避移動し、予熱
を開始する。

上記待避移動においては、第４図に示すよう
に、支点棒３５を中心として昇降用レバー４１
を矢印Ａ方向に回動すると、リンク機構２８に
よりＶ型リンク３１の先端の係止突起３７は下
方に移動し、昇降台２６を下降せしめるので、
電気ヒータ８を待避室１２に移動することがで
きる。

(2) 扉式蓋１８を開いて鋳型７を鋳込室３にセツ
トし、溶解室２のるつぼ１１上にNiTi合金４
を載置して、扉式蓋１８を閉じる。

そして、鋳型７セツトを終わると、下方の電
気ヒータ８を移動装置１４で鋳込室３に進出移
動し、電気ヒータ８の予熱を継続して鋳型７が
冷えるのを防ぐ。

この場合、既述したように、鋳込室３に空気
がかなりの割合で残留しているが、鋳型７の温
度は末だ低いので、鋳型が酸化反応を起こすこ
とはない。

上記進出移動においては、第５図に示すよう
に、支点棒３５を中心として昇降用ハンドル４
１を矢印Ｂ方向に回動すると、リンク機構２８
によりＶ型リンク３１の先端の係止突起３７は
上方に移動し、昇降台２６を上昇せしめるの
で、電気ヒータ８を鋳込室３に進出させること
ができる。

このとき、鋳型７は、電気ヒータ８によつて
内嵌状に配置され、断熱周壁８ａで囲繞されて
外部から断熱されるとともに、ヒータの輻射熱
を集中的に受けることができる（第３図参照）。

(3) 油拡散ポンプ１０ａ及びロータリー真空ポン
プ１０を稼動させて溶解室２・鋳込室３及び鋳
型７内を真空引きして、鋳造機本体１内に高真
空にする。

(4) 鋳型７は電気ヒータ８で略600℃の鋳造温度
まで加熱される。

この場合、電気ヒータ８は予め加熱操作を施
されているので、ヒータの立ち上がり加熱時間
を省略して、鋳型７が所定の鋳造温度に達する
時間を短縮できる。

(5) 上記鋳造温度に達すればこの状態を略10分間
係留したのち、Ar供給源５１ａ及び５１ｂを
開いて注入孔５０から溶解室２にArガスを流
入させ、NiTi合金４をアーク放電電極棒５で
アーク溶解する。

(6) るつぼ１１上のNiTi合金４が溶解し、溶湯
が出湯口１３から鋳型７に向つて流下すると同
時に、溶解室２にArガスを流入させて略４
Kg／cm²に加圧し、鋳込室３をロータリー真空ポ
ンプ１０で略１Kg／cm²の負圧になるように真空
引きして、鋳込みを円滑に行なう。

(7) 鋳込み終了に伴い、電気ヒータ８を移動装置
１４で待避室１２に待避移動する。

待避操作は上記(3)で既述した通りである。

このとき、鋳型７は鋳込室３に、また、電気
ヒータ８は待避室１２に各々上下に離間して配
置され、前記(1)のヒータ予熱操作時の状態に戻
る。

そして、鋳型７を囲む電気ヒータ８の断熱周
壁８ａによる囲繞面積は減少し、鋳型７の外方
に放熱空間は拡大するので、鋳型７の放熱が促
進され、冷却に要する時間が短縮される。

(8) 鋳型７の冷却が終了するに伴い、鋳型７を鋳
造機本体１外に出し、これを割つてNiTi合金
を材質とする所望の鋳造物を取り出す。

以上のようにして、本鋳造機は、電気ヒータ８
を鋳込室３と待避室１２との間で上下移動可能に
構成することにより、 (イ) 鋳込室内の真空引きの以前から、若しくは真
空引きに並行して加熱器の予熱ができるので、
鋳型を鋳込室にセツトしてから鋳造温度に加熱
するまでの時間を短縮できるうえ、 (ロ) 鋳型７の放熱空間を拡大して冷却時間を短縮
できるものなので、 鋳造時間全体を短くできる。

因みに、本考案は鋳型受台６と加熱器８との一
方を待避室１２に待避可能に構成すれば良いの
で、上記実施例のように加熱器８を移動する代わ
りに、鋳型受台６を移動可能に構成しても差し支
えない。

また、待避室１２は、上記実施例のように鋳込
室３の下方に連設する代わりに、第６図のように
鋳込室３を後方に拡張し、ドーナツ状の加熱器８
を中央からヒンジを介して二股状に開脚して、鋳
型７の前・側方に放熱空間を拡大しても良いし、
第７図のように鋳込室３を両側に拡張し、加熱器
８を中央から二つ割りにできるように形成しても
良い。

さらに、溶解室２と鋳込室３は、区画壁１５で
仕切らないで、開放連通状に構成しても良い。

しかも、本精密鋳造機は、Ti鋳造を初め、Ni
−Cr，Ni−Co等の各種合金材料の精密鋳造に適
用でき、特に、歯料鋳造等への利用が大いに期待
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本考案の実施例を示し、第１
図は精密鋳造機の要部切欠斜視図、第２図は同鋳
造機の縦断正面図、第３図は加熱器及び鋳型の横
断平面図、第４図は移動装置の下降状態を示す機
構図、第５図は同装置の上昇状態を示す機構図、
第６図及び第７図は各々本考案の他の実施例を示
す鋳込室周辺の横断平面図、第８図は先行技術を
示す第２図相当図である。 １……鋳造機本体、２……溶解室、３……鋳込
室、４……鋳造材料、５……溶解装置、６……鋳
型受台、７……鋳型、８……加熱器、１０……真
空ポンプ、１１……るつぼ、１２……待避室、１
４……移動装置。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 鋳造機本体１内に溶解室２と鋳込室３を連通
   状に形成し、 溶解室２にるつぼ１１とこのるつぼ１１内の
   鋳造材料４を溶解する溶解装置５とを設け、 鋳込室３に鋳型受台６と、この鋳型受台６上
   の鋳型７を周囲から加熱し断熱周壁８ａで断熱
   する加熱器８とを設け、 溶解室２及び鋳込室３を真空ポンプ１０に接
   続し、 加熱器８で鋳型７を加熱するとともに真空ポ
   ンプ１０で溶解室２・鋳込室３及び鋳型７内を
   真空引きしたのち、るつぼ１１内の鋳造材料４
   を無酸素雰囲気で溶解装置５により溶解して鋳
   型７に鋳込むように構成した精密鋳造機におい
   て、 鋳造機本体１内で鋳込室３の隣りに待避室１
   ２を設け、 鋳込室３内の鋳型受台６と加熱器８との一方
   を移動装置１４で待避室１２に待避移動可能に
   構成し、 この待避状態では鋳型７を囲む加熱器８の断
   熱周壁８ａによる囲繞面積を減少させて鋳型７
   の外方に放熱空間を拡大することを特徴とする
   精密鋳造機。 ２ 鋳込室３から見て溶解室２とは反対側に待避
   室１２を設けたことを特徴とする実用新案登録
   請求の範囲第１項に記載の精密鋳造機。