JPS60244458A - 精密鋳造方法およびその装置 - 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】 この発明は高周波誘導加熱や電気抵抗式加熱などの加熱
手段によって各種の合金を融解し歯科用義歯−修復物ま
たは装飾品などの小型精密鋳造品を製造する精密鋳造法
およびその装置に関するものである。

精密鋳造法を機能別に大別すると、（イＩ鋳物材料の加
熱融解法、（ロ）溶湯の注湯タイミング（以下鋳造タイ
ミングと記ず）判定法、しり鋳造圧力を与える方法とに
なシ、上記（イ）ト）は従来一般に安定して余９問題が
ないが、←】の方法においては可成り問題があり、しか
も鋳造工程の中でも製品の良否な左右するもっとも重要
な要素である８すなわち溶湯の鋳込λに適正な温度（以
下鋳造温度と記す）は一般にその材料の融点より若干高
い温度であり。

これを越えオーバーヒートさせると結晶粒が粗大化し、
また結晶粒界に不純物が混入するなど機械的性質を悪く
するだけでなく、鋳造品に気泡や肌荒など起し欠陥製品
となる。また逆に適正温度に満たないと融解不足さなシ
、ナメラレ（鋳込み不足）を生じ鋳造品の最大欠陥を生
じる。従来この鋳造温度および鋳造タイミングの適否を
熟練者が目視で判定するのが一般的であるが、融解中僅
かに変化する色調や形状の変化によって適正なタイミン
グをとらえることはきわめてむつかしく高度の熟練を要
する上に、その熟練者にてもその判定を誤ることもあシ
、製品の歩留りが低く、高価な材料を使用する歯科用に
おいてはその損失は大きい。そこでこの目視法の歩留ｖ
を向上させるため従来からいろいろ試みられている方法
の−っは放射温度計を用いて融解金属の温度を測定する
方法とか、上記鋳造温度を目標値とし、これと放射温度
計の検出値とを比較し、その偏差に応じて加熱源を自動
制御する方法とかである。しかしながら上記放射温度計
は材料が融解する際放射する赤外線の量によって材料の
表面温度を測定するので。

各種の材料の温度に対する放射率を決定することが面倒
であるだけでなく、融解室のぞき窓のガラスの曇りによ
って測定誤差が生じるし、！！た鋳造材が少ないはあい
放射温度計の受熱板全面に像が結ばず、正しい測温がで
きないなどの問題があり。

実用土正確な測温か困難で、したがって鋳造タイミング
が狂うという欠点がある。つぎに別の方法として融解時
間を制御して鋳造タイミングを管理する方法がある。し
かしながらこの方法では常に融解強さいいかえると加熱
エネルギーめ時間当りの出力を一定にする必要があり、
さらに鋳造量やるつぼ内での材料位置などもすべて一定
にしなければならない。しかもこの方法は融解過程を無
視しているので応用範囲が限られるという欠点がある。

以上述べたとおシ鋳造タイミングの適正化が実用的に困
難である現況において筆者らが考案し。

去る昭和５９年４月２５日出願した特許願「精密鋳造装
置」は測温を一切行わずに鋳造タイミングを正確にきら
えよりとするものである。すなわち金属材料は融解時に
必ず形状変化を伴ない、！！たその表面にスボ、ト（黒
点）や表皮の破れなどが生ずるという冶金学上の定理に
もとづき、近年発達したＣＯＤイメージ・センサを用い
、上記形状変化をその輪郭画像信号として検出し、鋳造
タイミングを適正に決定するように構成されており、精
密鋳造における現在の問題点や欠点をほぼ解消するもの
である。しかしながら上記装置はつぎのばあいに限り、
適正な鋳造タイミングを決定しえないという欠点がある
。すなわち鋳物材料が円柱状でこれを同心円状のるつぼ
内に収容するばあい、上記材料の外径がるつぼ内径に近
似していると、ＣＣＤが撮像する輪郭像の変化を材料の
融解時に見出すことができないことである。

この発明は上記の現況に鑑みてなされたもので。

筆者らの先に出願した「精密鋳造装置」の欠点を解消し
、鋳物材料の形状の如何にかかわらず、最適の鋳造タイ
ミングを確認し、注湯するようにしたものである。すな
わちるつぼ内の鋳物材料を加熱するばあ、い、現在用い
られている如何なる加熱手段によっそも材料全体を一様
に加熱することはできず、したがって材料の加熱が進行
するに伴ない材料自体に温度分布が生じ、そのそれぞれ
の部分から発せられる輝度＋ｒ　Ｃ、ＣＤイメージ・セ
ンサによって検出することによって上記加熱進行中の材
料の温度分布が時々刻々輝度分布像上して表示器に映像
され、その輝度分布像の頂部が直線を形成した時点を基
準として鋳造最適タイミングを決定し、鋳型に注湯する
ことによって良質の鋳造品を高い歩留りで鋳造しうる方
法と、この方法による構成簡単にして高能率の小型低床
な装置とを提供しようとするものである。

以下図面を用いてこの発明の精密鋳造法を用いた鋳造装
置の実施例を説明する。第１図に実施例としての高周波
溶解加圧精密鋳造装置の外観斜視図であシ、装置（１）
は筆者らが考案し既に公開されている特開昭５８−７４
２６３号公報「高周波溶解加圧鋳造機」に示した加熱室
（第２図にて示す）（２）の底面外表面部（３）と、上
下部！ｖＩ筐体からなる王室部（５：とを外部に露出し
、その他の機構部分を上部・下部器筐（６１（７１でも
って包被した装置を一部改造したものである。すなわち
上部器筐（６１前面の操作盤（８１に設けてあった加熱
室のぞき窓（第２図に示す（９１）を外部から観察でき
る観察窓を廃し、この発明の要部の一つである映像表示
器（１０１を設けたことである。したが−で操作盤（８
１上の手動掃作ボタン群０１およびそれらと連動する表
示灯群υは上記装置のままであり０手動操作の順序など
も同じであるが、ただ術者が上記観察窓から加熱室内の
融解状況を目視せずｔこ操作盤上の映像表示器α〔の映
像すなわちるつぼ内材料の輝度分布像ｔこまって鋳造タ
イミングを決めるようにしたのである。第２図に移って
、上記上部器筐（６）内の加熱室（２１と凸状鋳型０４
と、この鋳型α４）ヲ加熱室底面外表面部（３）に圧接
している鋳型受台ＱＧとを断面図にて説明し・併せてる
つぼ（１η内の鋳物材料（Ｍ）の融解状況な上記表示器
０αに映像するこの発明の要部の構成を説明する。凸状
鋳型α→は上部突出部にるつぼＣＩ？＋と。

ロストワックス法にて造形した精密鋳型空洞部器および
湯道ａ９とを１体に成型し、上記るつぼ（１７）　ｔ＋
耐大筒伏体（ホ）の内部すなわち加熱室（２）に収容さ
れ。

かつ凸状鋳型下部基部Ｑ１）は鋳型受台αＱ上にアスベ
ストリングに）を介して支承されている。この受台Ｑ時
は第１図で示した下部室（５）の中心軸上で空気圧シリ
ンダピストン翰または図示しない圧縮ばねによって下方
から所定の圧力にて押上げられ、上記基部（２）肩部な
７２スベストパ、キング（ハ）を介して上記加熱室底面
外表面部（３）に圧接されている。耐火筒状体（ホ）の
周囲には高周波誘導加熱コイ／Ｉ／＠が巻回してあシ、
さらに加熱室（２）の上端部を密封する透明耐火材にて
なるのぞき窓（９１ヲ設けるとともに。

加熱室（２１内を減圧する排気管＠によびたとえば約５
＃／ｃＪＧの圧力のアルゴンガス導入管（ホ）を設けて
いる。以上の構成は従来装置のものであり、この発明の
要部はるつぼ（１″７１内の鋳物材料（Ｍ）の輝度分布
を映像として表示せしめる構成、である。上記のぞき窓
（９）のたとえば上部所定の位置にたとえば倍高１０倍
の実射レンズｑ）と、フィルターＣ１１）とを設ける・
実射レンズ（至）は単−凸レンズに限らず複合レンズで
もよい。このようにして材剥（Ｍ）の加熱が進行し、そ
の放射する放射光【】ノ】はレンズ（至）の結像位置に
設置した１次元ＣＣＤイメージーセンザ■の感光部Ｑに
入射される。この感光部（至）はたとえば幅約３０μｍ
、長さ約３０ｖｒｍの間に約２６ＱＯ個の感光画素を１
列に配列し、ここで光電変換・蓄積された信号−電荷＊
、、−ＣＣＴ’）内のアナログシフトレジスタで転送し
９時系列的なアナログ電圧信号（Ｄりを出力する。この
信号（Ｄｌ）は材料（Ｍ）のたとえば中心線上の輝度分
布を示し、これが映像信号発生回路（財）によって輝度
分布映像Ｉ信号（Ｄ２）に変換され、映像表示器ααに
久方される。映像表示器０α。

は横軸を上記材料ＣＭ）の中心線とし、縦軸にその中心
線上の各位置にお叶る単位面積当シの明るさすなわち輝
度の分布像（工・Ｂ）を平面状に映像する。

この輝度分布像はいうまでもなく材料（Ｍ）の加熱の進
行に伴なって時々刻々に変化する。これを第３・第４図
で説明する。図はこの発明の実施例装置によって鋳物材
料を融解したときの実際の輝度分布像の変化な承すもの
で、それぞれの図■は目視にて得た材料の形状を図■の
分布図との対象のため付記したものであシ１表示器０■
の映像ではない。図■の横軸（Ｐ）はるつぼ内材料（Ｍ
）のたとえばＸ方向（図の参照）の位置（るつぼ内壁１
端からの距離−））を示し、＋ｄｌはるつげαηの内径
に対応し、タテ軸（Ｂ）は材料の輝度（ｃａｄ／／ｒ１
１１を示す。

ただし、つぎにのべるように■〜■の分布像（工・Ｂ）
は時系列的に順次映像されるもので、これをまとめて示
したのが図■である。第３図■において加熱開始後６０
ｓｅｅにて分布は■となり、そのときの形状は図■の■
のように外周部の輝度が内部のそれに比し高い。（高輝
度部を斜線で示す）っぎに数ｓｅｃ後に■のように高輝
度の部分が増すと。

分布も■のように相似状に上昇する。さらに加熱が進行
し、■のときには外形が円形に変化するが中央部の輝度
は未だ低い。加熱時間が７０　ｓｅｃに達すると■のよ
うに中央にスポット伏に低輝度の部分を残すだけとなシ
１１分布像平坦に近づく。そして７２ｓｅｃにて全面が
同一輝度になると１分布像も■のように凹凸のない直線
を形成する。この時点が材料（Ｍ）が鋳造温度に達した
ことを示すものであるから、鋳造タイミングの適正値は
この材料のばあい７２４−２＝７４ｓｅｃである。この
ように分布像の頂部が直線化した時点を基準として材料
によってそれぞれ決定する。ただし、この時点を超える
遅延時間が永いと分布像ｔこ再び凹凸が発生し、前述し
たオーバーと一トとなる。つぎに第４図＠■に移る。こ
のばあいは１合金材が図■に示すようにショット状であ
るので、融解途中に分布像に多（の山が不規則に発生し
、形状も■■のように不定形であるが、完全融解寸前に
も形状も■のようにるつぼ内径の円形となったことを分
布像■にて認められる。さらに加熱が進行すれば第３図
のばあいと同様９分布俊の頂部が直線を形成する。この
時点が材料の温度が鋳造温度に達したことを示すもので
あり、鋳造タイミングはこの時点を基準として決めるこ
とによって、融解不足は絶無とな９、遅延時間を任意に
設定すればオーバヒートのない最適の鋳造タイミングを
確立することができる。なお、上記ＣＣＤイメージ・セ
ンサは波長４００ｎｍから１１０００ｎにわたりすぐれ
た感度を有しており、上記加熱室のぞき窓（９）のガラ
スが融解中に発生する金属蒸気やガスによって曇っても
材料ＣＭ）から放射される赤外線域のいずれかのスペク
トルがそれを透過して輝度分布を的確に撮像するため。

上記鋳造タイミングが狂うことはない。

つぎに第５図によって自己走査型画像検出器■を２次元
検出器間にした一つの実施例装置を説明する。第５図■
は材料ＣＭ）をたとえば上記第３図で示した六角形イン
ゴットとし、これを２次元ＣＣＤイメージ・センサ（４
（１にて撮像するばあい、２次元センサ（イ）は通常水
平（Ｘ軸ン方向と垂直（Ｙ軸Ｊ方向の自己走査回路を備
えているが、これの垂直方向走査回路を出力平均化回路
＋４１）に置換えた状態を示している。このことによっ
てＹ方向のた＜　（Ｙｕ）〜（Ｙｎ＋）の出力のうち同
じく一定レベル以上のものを平均化し、　ＣＤｘｘ）と
して出力する。このように［７て（Ｄｘｎ）ｔでの変化
は図■に示すように第３図の■の■と同じく材料ＣＭ）
のＸ軸上の輝度分布像として表示器に映像しうるもので
ある。

この２次元センサ（社）は１次元センサ（至）に比し、
高価になるが第４図にて説明したンヨ、ト伏などの不定
形の材料の融解過程においては材料とセンサとの方向を
合わせる必要がなく１作業能率が良い。

ただし、完全融解の時点すなわち分布像頂部が直線を形
成する頃には特に１次元センサとの差異はない。

以上がこの発明の実施例であるが、この発明は図示や説
明に限定されるものでないことはいうまでもない。たと
えばこの発明は高周波溶解加圧鋳造に限らず、電気抵抗
式や発熱体るつぼ加熱式などるつぼ肉材料の融解状況が
ＣＣＤイメージ・センサにて撮像しつる方法ならびに装
置であればどのようなものにも適用できる。またＣＣＤ
イメージ−センサ■の取付位置は材料の放射光軸上に限
らず。

反射鏡などを用いて任意の位置に取付けられる。

映像表示器は通常ディスプレイ用ＣＲＴとするが。

オシロ管またはその他の表示器にてもよく、また必ずし
も鋳造装置の操作盤に組込まなくてもよい。

また２次元ＣＯＤによる方法は、上記に限らずいろいろ
考えられるものである。

この発明は以上のように構成されているので従来の精密
鋳造における大ぎい懸案であった最適の鋳造タイミング
の決め手となり、鋳造品の歩留りを飛躍的に向上させる
とともに筆者らが先に出願した発明の装置の欠点を解消
したものである。すなわち高価にして校正や補正を要し
、しかも正確な測温か困難である放射温度計の代りに小
形低廉にして特に融解室のガスや金属蒸気などの影響が
少なく、材料の融解状況をその輝度分布像にょっ′て正
確に撮像するＣＣＤと、上記分布像を表示する映像表示
器とによって鋳物材料の拡販ごとの最適鋳造タイミング
が容品かっ正確にとらえることができ、高品質の鋳造品
が能率良く製造できる精密鋳造方法ならびに簡単な構造
にして小形低廉な便宜な装置を提供しえたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例としての高周波溶解加圧精密
鋳造装置の外観斜視図、第２図は上記装置の融解室の断
面および輝度分布映像部のプロ。 り図、第３図■は上記装置によるインゴット材の融解過
程の形状ならびｅこ輝度変移図１図■は同じく上記イン
ゴット材の表示器画面での輝度分布像の変移図、第１図
■は上記装置によるショット材の融解過程の形状ならび
に輝度変移図８図■は同じ（上記ショット材の表示器画
面での輝度分布像の変移図、第５図■はこの発明の別の
実施例として２次元自己走査形画像検出器の使用法を説
明する原理図１図■は上記図■による輝度分布図である
。 （２）・・・融解室　（８）・・・鋳造操作盤　（１ｏ
ｌ・・・映像表示器αυ・−・手動操作ボタン群　（２
）・・・鋳造工程表示ランプ群ａ→・・・鋳型　（Ｍ）
・・・鋳物材料　（Ｉη・・・るつぼ叩・−・精密鋳型
空洞部　σ呻・・・湯道（ハ）・・・加熱手段としての
高周波誘導コイル川・・・実射レンズ　＠　（４０１・
・・自己走査型画像検出器（鈴は１次元、（ト）は２次
元検出器〕（Ｄｌ）・・・輝度信号　（Ｄ２）・・・輝
度分布映像信号（工・Ｂ）・・・輝度分布像

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、るつぼ内に収容した少量の鋳物材料を加熱手段によ
   って融解し、その融解進行状態をレンズを介して自己走
   査影画像検出器によって輝度信号として検出し、前記材
   料の輝度分布を表示器に映像せしめ、この分布像の頂部
   が直線を形成したとぎ、これを基準として鋳型に注湯す
   る鋳込みタイミングを決定することを特徴さする精密鋳
   造方法。 ２、るつぼ内の鋳物材料を融解する加熱手段と。 前記材料の放射光を結像する集射レンズと。 前記レンズの結像位置に設け、入射光像を輝度信号に変
   換し出力する自己走査型画像検出器と、前記検出器の出
   力信号を、輝度分布像として映像する映像表示器とを設
   けたことを持金とする精密鋳造装置。 ３加熱手段が高周波誘導加熱装置である特許請求の範囲
   第２項記載の精密鋳造装置。 ４自己走査形画像検出器が１次元検出器である特許請求
   の範囲第２項または第３項記載の精密鋳造装置。 ５自己走査形画像検出器が２次元検出器である特許請求
   の範囲第２頂または第３項記載の精密鋳造装置。