JP4125002B2

JP4125002B2 - Ｍｇ鋳造方法及び装置

Info

Publication number: JP4125002B2
Application number: JP2001381386A
Authority: JP
Inventors: 志朗岡本; 定美堤
Original assignee: 株式会社キャスティングオカモト
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2021-12-14
Also published as: JP2003181623A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はＭｇ鋳造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属床や支台歯などの歯科材料は金合金、パラジウム合金などが用いられているが、これらはおしなべて高価であり、患者にとって金銭的な負担が大きい。
【０００３】
ところで、マグネシウム及びマグネシウム合金（以下、これを総称してＭｇという）は、自然界に大量に存在し、安価に入手できる金属資源であると言われており、それぞれの用途に応じた添加金属を加えて使用されている。
【０００４】
使用例の代表例としては、Ｍｇが鋳造可能であり且つ軽量であることから、例えば自動車用部品や携帯用コンピュータのケースなどで量産されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本件発明者は、Ｍｇは人体にとって必須金属であり、また、生体適合性にも優れていることから、これを歯科材料又は人工関節などの医科材料を鋳造成形すれば患者に対して安価に提供できると考え、本発明を案出するに至ったものである。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、比較的小型のＭｇ成形品を鋳造するのに適したＭｇ鋳造方法及びその装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、比較的小型の単一品を鋳造により製造するのに適したＭｇ鋳造方法及びその装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる技術的課題は、本発明の一つの局面によれば、
加熱手段無しのるつぼを用意し、
Ｍｇ鋳造装置の中に配置した成形型の上に、外部の加熱手段で加熱した前記るつぼを配置し、該加熱したるつぼの中に投入されたＭｇ塊が溶解したら、前記るつぼの底の注湯孔から成形型の中に注湯することを特徴とするＭｇ鋳造方法を提供することにより達成される。
【０００９】
Ｍｇはその融点が比較的低く、約６５０℃である。また、例えば歯科材料であれば、一つの製品を作るのに比較的少量のＭｇで足りる。このことから、外部の加熱手段で熱したるつぼを用意し、このるつぼの中にＭｇ塊を投入することで、比較的短時間のうちに、このＭｇ塊を溶解させることができる。
【００１０】
このことは、Ｍｇ塊を溶解する段階でのるつぼは、自己が保有する熱エネルギを使ってＭｇ塊を溶解させることであり、例えば、Ｍｇ鋳造装置の中に加熱手段を用意し、この加熱手段によってるつぼを加熱する又はるつぼの中のＭｇ塊を加熱してＭｇ塊を溶かす場合に問題となる、Ｍｇ溶解時の酸化燃焼の虞を無くすることが可能となる。
【００１１】
したがって、本発明のように、外部の加熱手段で加熱したるつぼが保有する熱エネルギを使ってＭｇ塊を溶解させることにより、Ｍｇ溶解時の酸化燃焼の問題を解消することができる。
【００１２】
Ｍｇの溶湯に含まれるガスのほとんどが水素ガスであることが知られているが、この水素の脱ガスのために、注湯を不活性ガス雰囲気で行うのがよい。また、必要であれば、Ｍｇ塊を溶解させるときも不活性ガス雰囲気で行うのが好ましい。
【００１３】
加熱したるつぼの中にＭｇ塊を投入するタイミングとしては、るつぼをＭｇ鋳造装置の中にセットする前でもよいが、その後であってもよい。Ｍｇ鋳造装置の中にるつぼをセットした後にＭｇ塊を投入すれば、その後、Ｍｇ鋳造装置の中を不活性ガス雰囲気にすることが容易となるであろう。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態としては、るつぼの底に比較的小径の貫通孔又は注湯孔を設け、注湯の際に、るつぼの中に不活性ガスを導入して、Ｍｇ溶湯を注湯孔を通じて成形型の中に噴射させるのがよい。
【００１５】
成形型の中での湯回りを良好にするには、成形型の中にＭｇを注湯するときに、前記成形型のキャビティを吸引するのがよい。
【００１６】
本発明の他の局面によれば、
上方に開口した有底の本体と、
該本体の開口を閉じる開閉可能な蓋体と、
該蓋体から下方に垂下するガス誘導筒体と、
前記本体の底部分に配置され、成形型を昇降するための昇降手段と、
前記ガス誘導筒体の中に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記成形型のキャビティを吸引するための吸引手段と、
加熱手段無しのるつぼとを有し、
外部の加熱手段で加熱したるつぼを前記成形型の上に間隔を隔てて配置し、該加熱したるつぼの中のＭｇを注湯できる状態になったら、前記昇降手段により前記成形型を上昇させて前記成形型と係合させ、更に該成形型と前記ガス誘導筒体とを係合させて、前記不活性ガス供給手段から前記ガス誘導筒体の中に供給される不活性ガスによって前記るつぼの中のＭｇを該るつぼの底の注湯孔を通じて前記成形型の中に注湯すると共に、該注湯の際に、前記吸引手段により前記成形型のキャビティを吸引することを特徴とするＭｇ鋳造装置が提供される。
【００１７】
上記Ｍｇ鋳造装置では、るつぼの底の注湯孔が比較的小径であるのがよく、これにより、注湯の際にガス誘導筒体の中に導入される不活性ガスによって、るつぼの中のＭｇ溶湯をるつぼの底の注湯孔を通じて勢いよく成形型の中に充填することができる。
【００１８】
本発明の上記目的、他の目的及びその作用効果は、以下の本発明の好ましい実施例の詳しい説明から明らかになるであろう。
【００１９】
【実施例】
以下に、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。
図１は、実施例のＭｇ鋳造装置を示す。Ｍｇ鋳造装置１は、上方に開放した略円柱形状の内部空間を備えた有底の装置本体２と、この本体２の開口端にヒンジ３を介して取り付けられた蓋体３とを有し、蓋体３を閉めてネジロック５を回転させることにより、装置内を気密状態に保つことができる。
【００２０】
装置本体２の下端には、ベースピストン６が嵌挿され、このベースピストン６は、本体２の内壁面に沿って上下に移動可能である。本体２の内壁面には、その上下方向中間部分に、径方向内方に突出した内周リング部分７が形成され、この内周リング部分７と、その下のベースピストン６との間に圧縮バネ８が介装されている。
【００２１】
蓋体３は、その中央部分に、耐圧及び耐熱ガラス８を含む覗き窓９を有する。蓋体３には、また、この覗き窓９の下に、覗き窓９に整列してガス誘導筒体１０が配設され、このガス誘導筒体１０の下端には外方に向けて延びる円周フランジ１１が形成されている。
【００２２】
蓋体３には、覗き窓９とガス誘導筒体１０との間に開口１２ａを有する第１の内部通路１２が形成され、他方、本体２には、その上端面に一端を開放した第２の内部通路１３が形成され、この第２の内部通路１３は、本体２の上部側面に開放したＡｒガス導入ポート１４に連通している。第１の内部通路１２と第２の内部通路１３は、蓋体３を密閉すると、互いに連通してＡｒガス導入通路を構成する。
【００２３】
本体２は、その下端部つまりベースピストン６に対応した位置に一端を開放した第３の内部通路１５を有し、この第３の内部通路１５は、本体２の下部側面に開放した吸引ポート１６に連通している。
【００２４】
本体２は、また、その底の中央に一端を開放した第４の内部通路１７を有し、この第４の内部通路１７は、本体２の下端側面に開放した加圧ガス導入ポート１８に連通している。
【００２５】
ベースピストン６には、その側面に円周凹所１９が形成され、この円周凹所１９は、内部通路２０を介してベースピストン６の上面中央に開放した吐出口２１に連通している。
【００２６】
Ａｒガス導入ポート１４は、Ａｒガス源２２に対して、第１の外部配管２３を介して接続され、この第１の外部配管２３には、流量調整弁２４と、第１の開閉弁２５と、圧力計２６とが介装されている。流量調整弁２４と開閉弁２５は共に手動であってもよいし電動であってもよいが、この実施例では、流量調整弁２４は手動であり、開閉弁２５は、例えばソレノイドを用いた電動弁で構成されている。この開閉弁２５は、Ａｒ充填スイッチ２７を操作することによって開閉される。
【００２７】
吸引ポート１６は、例えば吸引ポンプなどの真空源２８に対して、第２の外部配管２９を介して接続され、この第２の外部配管２９には、第２の開閉弁３０が介装されている。この第２の開閉弁３０は、手動であってもよいが、この実施例では電動であり、吸引スイッチ３１を操作することによって第２の開閉弁３０が開閉される。
【００２８】
加圧ガス導入ポート１８は、加圧ガス源３２に対して、第３の外部配管３３を介して接続され、この外部配管３３には、逆止弁の機能を備えた第３の開閉弁３４が介装されている。この第３の開閉弁３４は手動であってもよいが、この実施例では電動であり、セットスイッチ３５を操作することによって開閉される。第３の開閉弁３４は、開弁したときに、加圧ガス源３２から加圧ガス導入ポート１８に向けてのガスの流れは許容するものの、逆の流れは禁止する。
【００２９】
Ｍｇ鋳造装置１には、ベースピストン６の上に、歯科技工技術の分野では周知のロストワックス法による多孔質の耐熱埋没材（例えば石膏系埋没材）からなる、円筒体５０で囲まれた成形型５１が配置され、また、その上に中間リング５２が配置される。
【００３０】
中間リング５２は、本体２の高さ方向中間部分に形成された円周リング部分７に着座する大きさを有する。この中間リング５２は、その中央に比較的大径の一つの中央開口５３を有し、また、中央開口５３よりも径方向外方に比較的小さな径の複数の連通孔５４を有する。この複数の小径連通孔５４は、円周方向に等間隔に配置されているのが好ましい。
【００３１】
中間リング５２は、Ｍｇ溶解用るつぼ５５の座を提供する部材でもあり、中間リング５２の上面の中央部分には、中央開口５３の回りに円形凹所５６が形成され、この円形凹所５６の側壁は、上方に向けて徐々に拡径した傾斜面で構成されている。
【００３２】
るつぼ５５は、上方に開放した有底円筒体からなり、耐熱性に優れた材料又は金属、例えばステンレス鋼から作られている。るつぼ５５の外径は、中間リング５２の円形凹所５６の底部分の径とほぼ等しい。
【００３３】
るつぼ５５は、その底壁の中央に、比較的小径の上下に延びる射出注湯孔５７を有し、内部底面５８は、中央射出注湯孔５７に向けて漏斗状に傾斜するテーパ面で構成されている。
【００３４】
次に、Ｍｇ鋳造装置１の操作方法を含めてＭｇ鋳造方法を説明する。例示のＭｇ鋳造は、インレイ、クラウン、支台歯、前装冠、金属床、鋳造バー、鋳造クラスプなど歯科材料の鋳造に向けられたものであるが、これら歯科材料に類する比較的小型の精密鋳造品や、人工歯根などの歯科用インプラントや、例えば人工関節などの外科用インプラントや、骨固定用具（プレート、ピン、ネジ、ワイヤなど）或いは随内釘、ステントなどにも適用可能である。
【００３５】
図２は、Ｍｇ鋳造装置１の中に、成形型５１と中間リング５２を設置した状態を示す。この状態では、ベースピストン６は下端位置に位置しており、このため、成形型５１の上面と中間リング５２の下面とは離間した状態にある。
【００３６】
この準備工程の間に、または、この準備工程の次に、るつぼ５５を例えば電子レンジ５９などの外部加熱手段を用いて加熱する。るつぼ５５の加熱は、例えばるつぼ５５が約１１００℃になるまで続ける。この温度は、特に限定されるものではない。後に説明するが、加熱したるつぼ５５内でＭｇを適当な時間内に溶解させるのに都合のよい温度であればよく、これはるつぼ５５の大きさ（熱容量）や、対象となるＭｇ塊の大きさによって最適値を決めればよい。
【００３７】
次に、図３に示すように、加熱したるつぼ５５をＭｇ鋳造装置１内に挿入し、中間リング５２の上に配置させる。
【００３８】
次に、図４に示すように、Ｍｇ鋳造装置１内のるつぼ５５の中にＭｇ塊６０を投入する。次いで、蓋体３を閉じ、ネジロック５を用いて、蓋体３で本体３を密閉する。
【００３９】
次いで、Ａｒガス充填スイッチ２７及び吸引スイッチ３１を操作して、第１、第２の開閉弁２５、３０を開き、Ｍｇ鋳造装置１の下方から吸引しながら不活性ガスであるＡｒガスを充填する。Ｍｇ鋳造装置１の上部から導入されたＡｒガスは、図４に矢印で示すように、るつぼ５５が位置する中間リング５２の上方の空間を通り、中間リング５２の小径貫通孔５４を通って、成形型５１が存在する下方空間に入り、成形型５１のキャビティＣに入り込んだ後、成形型５１内を通過し、その下端面からベースピストン６の内部通路２０を通って外部に吸引される。
【００４０】
作業者は、この間、覗き窓９を通じて、るつぼ５５内のＭｇ塊６０の様子を観察する。Ｍｇ塊６０が全て溶解したら、セットスイッチ３５を操作して、図５に示すように、第３開閉弁３４を開け、加圧ガス源３２から加圧ガスをベースピストン６の下側空間に導入する。これにより、ベースピストン６は上方に付勢され、圧縮バネ８のバネ力に抗してベースピストン６は上昇する。
【００４１】
上昇動するベースピストン６は、成形型５１を押し上げて、この成形型５１の上端面を中間リング５２に押す付け、更には、この中間リング５２を押し上げて、最終的には、るつぼ５５の上端面が、蓋体３のガス誘導筒体１０の下端フランジ１１と圧接した状態になる。
【００４２】
図５は、ベースピストン６の上昇動によって、成形型５１と中間リング５２とるつぼ５５とガス誘導筒体１０とが一体化して、ガス誘導筒体１０からるつぼ５５の射出孔５７を通じて成形型５１のキャビティＣに至る一本の密閉通路が形成された状態を示す。図５の状態になると、Ａｒガスは、ガス誘導筒体１０を通ってるつぼ５５の中に入り、溶湯を押し下げる。るつぼ５５内の溶湯は、るつぼ５５の射出注湯孔５７を通じて成形型５１のキャビティＣ内に噴射される。キャビティＣは、真空源２８によって吸引された状態にあり、このため、キャビティＣ内に入った溶湯はキャビティＣの細部まで素早く充填される。
【００４３】
以上の工程が完了したら、全てのスイッチ２７、３１、３５をＯＦＦにして全ての開閉弁を閉じ、次いで、蓋体３を開けて、るつぼ５５、中間リング５２，成形型５１を取り出す。
【００４４】
上述の説明から理解できるように、Ｍｇ鋳造装置１は、ベースピストン６が下降位置にあるか上昇位置にあるかによって２つの態様を形成する。すなわち、ベースピストン６が下降位置にあるときには、図４に示すように、装置内の上端つまり蓋体３の中央覗き窓９の近くから導入されたＡｒガスは、ガス誘導筒体１０を通り、このガス誘導筒体１０の下端とるつぼ５５の上端との間の隙間を通って中間リング５２の上方空間に入り、更に、中間リング５２の連通孔５４を通って中間リング５２の下方空間に流入して、成形型５１のキャビティＣ内に入る第１の態様をとる。
【００４５】
当業者であれば理解できるように、ベースピストン６は実質的にガス式のジャッキつまり昇降手段を構成するものであるが、ベースピストン６の下に液体を充填して液体式のジャッキを構成するようにしてもよい。すなわち、ベースピストン６はガス式又は液体式つまり流体式ジャッキを構成する。変形例として、ベースピストン６の代わりに機械式の昇降手段、例えばパンタグラフ式ジャッキやスクリューネジ式ジャッキで構成してもよい。
【００４６】
他方、ベースピストン６が上昇位置にあるときには、図５に示すように、装置内の上端に導入されたＡｒガスは、ガス誘導筒体１０を通ってるつぼ５５内の圧力を増圧し、るつぼ５５内の溶湯を押し下げて噴出孔５７からキャビティＣ内に注入させる第２の態様をとる。
【００４７】
上記の実施例では、加熱したるつぼ５５を装置内にセットした後に、このるつぼ５５の中にＭｇ塊を投入するようにしたが、装置内にセットする前の加熱るつぼ５５にＭｇ塊を投入し、その後、Ｍｇ塊を含むるつぼ５５を装置内にセットするようにしてもよい（図６）。
【００４８】
また、キャビティＣ内に不活性ガスを吹き込むのは、図７に示すように、注湯する前段階であれば何時行ってもよい。例えば、装置内に成形型５１及び中間リング５２をセットしたら、直ちに、蓋体３を閉じ、真空源２８によって吸引しながらＡｒガスを装置内に導入することにより（第１、第２の開閉弁２５、３０を開弁）、キャビティＣ内にＡｒガスを吹き込むようにしてもよい。
【００４９】
このように事前に、キャビティＣ内にＡｒガスを吹き込んであれば、ベースピストン６を上昇させて、Ｍｇ鋳造装置１が第１態様から第２態様に変化する直前に、Ａｒガス源２２から装置内へのガスの導入を開始するようにしてもよい。
【００５０】
キャビティＣにＡｒガスを吹き込むときのＡｒガス流量と、キャビティＣに溶湯を注湯するときのＡｒガス流量とを異ならせるようにしてもよい。これは流量調整弁２４を操作することによって行うことができる。例えば、キャビティＣ内での湯回りを促進するために、注湯の際のＡｒガスの導入量を（装置１が第２の態様にあるとき）を増量するようにしてもよい。
【００５１】
逆に、キャビティＣへの湯回りを考慮する必要がないときには、注湯の際又はＭｇ塊が溶解する途中で、第２開閉弁３０を閉じて吸引を停止するようにしてもよい。
【００５２】
上述したＭｇ鋳造装置１は、装置内にヒータなどの加熱手段を全く備えていないものであるが、例えば、キャビティＣの湯回り性を向上するために、成形型５５の回りに加熱源（例えば、電気ヒータ）を設けて成形型５５の温度制御を行うようにしてもよい。
【００５３】
上述したるつぼ５５の底の射出注湯孔５７の径を比較的大径にした注湯孔を作ると共にこのるつぼ５５と成形型５０との間にシャッター（図示せず）を配置して、るつぼ５５の中のＭｇ塊が溶解したら、シャッターを開いてるつぼ５５の注湯孔から成形型５０の中にＭｇを充填するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のＭｇ鋳造装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１のＭｇ鋳造装置に、外部で加熱したるつぼをセットする前段階の態様を説明するための図である。
【図３】外部でるつぼを加熱する工程から注湯までの操作手順を説明するためのフロー図である。
【図４】Ｍｇ鋳造装置の中に、先ず、加熱したるつぼをセットし、次いで、このるつぼの中にＭｇ塊を投入した後に蓋体を閉めてＭｇ鋳造装置内にＡｒガスを供給して、Ｍｇ塊が溶解する過程で、装置内をＡｒガス雰囲気にすると共に、成形型のキャビティにＡｒガスを吹き込んでいる状態を説明するための図である。
【図５】Ｍｇ溶湯を成形型の中に注湯する状態を説明するための図である。
【図６】外部でるつぼを加熱する工程から注湯までの他の操作手順を説明するための、図３に関連したフロー図である。
【図７】成形型のキャビティにＡｒガスを吹き込むタイミングを説明するための図である。
【符号の説明】
１Ｍｇ鋳造装置
２装置本体
３蓋体
６ベースピストン
１０ガス誘導筒体
２２Ａｒガス源
５１成形型
Ｃ成形型のキャビティ
５２中間リング
５５るつぼ
５７注湯孔
５９電子レンジ
６０Ｍｇ塊

Claims

加熱手段無しのるつぼを用意し、
Ｍｇ鋳造装置の中に配置した成形型の上に、外部の加熱手段で加熱した前記るつぼを配置し、該加熱したるつぼの中に投入されたＭｇ塊が溶解したら、前記るつぼの底の注湯孔から成形型の中に注湯することを特徴とするＭｇ鋳造方法。
前記るつぼの底の注湯孔が小径であり、前記るつぼの中で溶けたＭｇを前記成形型の中に注湯するときに、前記るつぼの中にガスを導入して該るつぼの中のＭｇを前記小径注湯孔から前記成形型の中に注湯させる、請求項１のＭｇ鋳造方法。
前記加熱したるつぼの中に前記Ｍｇ塊を投入する工程が、前記加熱したるつぼを前記Ｍｇ鋳造装置の中に入れた後に行われる、請求項１又は２のＭｇ鋳造方法。
前記加熱したるつぼの中に前記Ｍｇ塊を投入する工程が、前記加熱したるつぼを前記Ｍｇ鋳造装置の中に入れる前に行われる、請求項１又は２のＭｇ鋳造方法。
前記注湯が不活性ガス雰囲気で行われる請求項１〜４のいずれか一項のＭｇ鋳造方法。
前記成形型の中にＭｇを注湯するときに、前記成形型のキャビティを吸引する、請求項５のＭｇ鋳造方法。
前記鋳造型が、ロストワックス法による耐熱埋没材からなる、請求項１〜６のいずれか一項のＭｇ鋳造方法。
上方に開口した有底の本体と、
該本体の開口を閉じる開閉可能な蓋体と、
該蓋体から下方に垂下するガス誘導筒体と、
前記本体の下端部に配置され、成形型を昇降するための昇降手段とを含むＭｇ鋳造装置を用意し、
底に比較的小径の注湯孔を備え且つ加熱手段無しのるつぼを用意し、
外部の加熱手段で加熱したるつぼを前記成形型の上に間隔を隔てて配置する工程と、
前記外部の加熱手段で加熱したるつぼを前記成形型の上に間隔を隔てて配置する前又は配置した後に、該るつぼの中にＭｇ塊を投入する工程と、
前記るつぼの中のＭｇを成形型に注湯できる状態になったら、前記昇降手段により前記成形型を上昇させて前記るつぼと係合させ、更に該るつぼと前記ガス誘導筒体とを係合させる工程と、
前記ガス誘導筒体の中にガスを導入して、前記るつぼの中のＭｇを前記注湯孔を通じて前記成形型の中に充填する工程とを含むことを特徴とするＭｇ鋳造方法。
前記るつぼの中のＭｇを前記成形型の中に注湯するときに、前記成形型を吸引する工程を更に含む、請求項８のＭｇ鋳造方法。
前記るつぼの中のＭｇを前記成形型の中に注湯する前に、前記成形型の中に不活性ガスを導入する工程を更に含む、請求項８又は９のＭｇ鋳造方法。
上方に開口した有底の本体と、
該本体の開口を閉じる開閉可能な蓋体と、
該蓋体から下方に垂下するガス誘導筒体と、
前記本体の底部分に配置され、成形型を昇降するための昇降手段と、
前記ガス誘導筒体の中に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記成形型のキャビティを吸引するための吸引手段と、
加熱手段無しのるつぼとを有し、
外部の加熱手段で加熱したるつぼを前記成形型の上に間隔を隔てて配置し、該加熱したるつぼの中のＭｇを注湯できる状態になったら、前記昇降手段により前記成形型を上昇させて前記成形型と係合させ、更に該成形型と前記ガス誘導筒体とを係合させて、前記不活性ガス供給手段から前記ガス誘導筒体の中に供給される不活性ガスによって前記るつぼの中のＭｇを該るつぼの底の注湯孔を通じて前記成形型の中に注湯すると共に、該注湯の際に、前記吸引手段により前記成形型のキャビティを吸引することを特徴とするＭｇ鋳造装置。