JPS6137027B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属製の身装具、工芸品、義歯・工
業用小物などを精密に鋳造する方法と装置に関
し、薄くて広い形や細くて長い形の部分までをも
正確に美しく鋳造でき、しかも簡単な装置と操作
で自動的に精密鋳造を行なえるようにする事を目
的とする。

精密鋳造においては、溶融した材料の鋳込み温
度及び鋳込みタイミングが特にシビヤーに要求さ
れる。即ち、溶融材料の鋳込みに適正な温度範囲
が狭く、これを越えると過熱ぎみとなつて、酸
化・窒素・肌荒れ・気泡などが生じ、逆に、それ
に満たなければ加熱不足で湯回りが悪くなり、薄
くて広い形や細くて長い形の部分にまで充分に流
れ込まない。

また、鋳型への溶融材料の流れ込みが途切れた
り、流れ込み速度が遅かつたりすると、溶融材料
が流れ込みの途中で凝固し始め、正しい形に鋳造
できない。流れ込み速度が逆に速すぎると、鋳物
の内部が最後に凝固し、その部分の収縮により変
形やひけが生ずる問題がある。

従来では、材料が溶解されてから鋳込みに適正
な温度範囲に加熱された否かを目で見て判定して
いたため、熟練者が根を詰めて行なつても間違い
が多い。しかも、るつぼを転倒させるか公転させ
るかして、溶融材料をるつぼから鋳型に流し込む
ため、流し込み初めの時点で、溶融材料の一部が
先走つて途切れたり、流れ込み速度が遅かつたり
する。従つて、上記諸問題を解決できず、薄くて
広い形や細くて長い形の部分を正確に美しく鋳造
できなかつた。

本発明は、上記諸問題を解消して、どのような
形状の部分でもその隅々まで正確に美しく精密鋳
造できるようにする事を目的とし、そのために、
材料が完全に溶解されて鋳込みに適正な温度に加
熱されたときに、溶融材料全体が一丸となつて自
づからるつぼから鋳型に一挙に鋳込まれ、しか
も、その材料は溶解開始前から鋳込み終了後に至
るまで終始一貫して、不活性ガス雰囲気で酸化や
窒化から保護し続けるとともに、その不活性ガス
雰囲気のガス圧で溶解した材料の沸騰を抑制し続
けるようにする事を目的とする。

以下、本発明の精密鋳造方法の実施に使用する
精密鋳造装置の一例を、図面に基き説明する。

図中、符号１は密閉に形成された溶解室であ
り、その下側に密閉に形成された鋳込み室２が配
置される。溶解室１は密閉状の溶解ケース３内に
形成され、その横側面に開設された操作口４は蓋
５で密閉に閉じられる。鋳込み室２は上面開口状
の鋳込みケース６内に形成され、連結ボルト７・
高さ調節ナツト８・揺動式係止腕９により、鋳込
みケース６が溶解ケース３に圧接されて、鋳込み
室２がシールリング１０で密閉に保たれる。係止
腕９を水平に回転させてナツト８から離脱させる
と、鋳込みケース６を溶解ケース３から取外し
て、鋳込み室２の上面を開放できる。溶解ケース
３の底壁の中央部に座板１１が一体に形成され、
座板１１の中央部に鋳込み穴１２が明けられる。

溶解室１内で座板１１上にるつぼ１３が載置さ
れ、鋳込み室２内で座板１１下に鋳型１４が配置
されて環状シール１５で気密接当される。鋳型１
４は受台１６と高さ調節ボルト１７を介して鋳込
みケース６に支持される。るつぼ１３は銅又は銅
合金で円盤形に形成され、その中央部に容室１８
かすり鉢形に形成され、その底部に溶融材料通過
穴１９が明けられ、この溶融材料通過穴１９の周
肉壁の上面に材料受け面２０が扁平に形成され
る。

鋳型１４は義歯用であり、鉄製筒枠２０内に石
膏と砂とからなる形材２１が形成され、この形材
２１内に湯口２２及び造形空洞２３が形成され
る。鋳型１４の湯口２２は座板１１の鋳込み穴１
２を通じてるつぼ１３の溶融材料通過穴１９に連
通され、これにより、溶解室１と鋳込み室２と
が、るつぼ容室１８・溶融材料通過穴１９・鋳込
み穴１２・湯口２２・造形空洞２３、形材１８の
粒子間隙で形成されるガス抜き路・及び受台１６
の上面に刻設されたガス抜き溝１６ａを順に経て
連通される。

溶解室１の上面の一側部に圧力不活性ガス注入
口２５が明けられ、この注入口２５が流量調節弁
２６を介して不活性ガスの一種であるアルゴンガ
スの容器２７に接続される。溶解室１の一側下部
に真空引き口２８が明けられこの真空引き口２８
が逆止弁２９を介して真空ポンプ３０に接続され
る。鋳込み室１４の上面の一側部に不活性ガス排
出口３１が明けられ、この排出口３１が絞り調節
用の弁３２を経て切換弁３３で大気放出口３４と
真空ポンプ３０とに切換可能に接続される。

るつぼ１３の容室１８の底部に形成した材料受
け面２０上に円柱形の単体の材料３５が立てて置
かれ、材料３５の底部３５ａで溶融材料通過穴１
９がほぼ塞かれる。溶解室１内で、材料３５の上
側にタングステン製のアーク放電電極３６が適当
間隔距てて対置され、アーク放電電極３６と材料
３５とに亘つて電源３７から直流電圧又は交流電
圧が電圧調節器３８・昇圧器３９・溶解ケース
３・及びるつぼ１３を経て印加されるように構成
される。アーク放電電極３６は、高さ調節ネジ４
０で高さ調節可能に、溶解ケース３に固定され
る。アーク放電電極３６の高さと、電圧調節器３
８で調節されるアーク放電電圧とは、次のように
設定される。即ち、第４図ハに示すように、アー
ク放電４１で材料３５が必要充分に溶解・加熱さ
れて溶け落ちるに至つた時点におけるアーク放電
電極３６と材料３５との間の距離Ａをアーク放電
限界値として、このアーク放電限界値Ａでアーク
放電４１が途切れて停止するように設定される。
５１はのぞき窓である。

次に、上記構成の精密鋳造装置を用いて、本発
明の精密鋳造方法の実施手順の一例を説明する。

この精密鋳造方法は、不活性雰囲気形成工程、
雰囲気圧力形成工程、材料溶解工程、及び鋳込み
工程の順から成る。

不活性雰囲気形成工程では、材料３５の酸化及
び窒化を防ぐために、溶解室１及び鋳込み室２を
不活性雰囲気にする。即ち、切換弁３３を真空ポ
ンプ側に切換えて、真空ポンプ３０を作動させる
と、逆止弁２９を通じて溶解室１が真空にされる
とともに、切換弁３３と絞り調節弁３２とを通じ
て鋳込み室２及び鋳型１４内が真空にされる。充
分に真空になつたところで、切換弁３３を閉じ、
真空ポンプ３０を停止する。

次いで、流量調節弁２６を開けて、アルゴンガ
ス容器２７からアルゴンガスを溶解室１に注入す
る。すると、アルゴンガスが溶解室１から、材料
３５とるつぼ１３の材料受面２０との隙間、るつ
ぼ１３と座板１１との隙間、鋳込み穴１２、湯口
２２、造形空洞２３、形材２１の粒子間隙から成
るガス抜き路、及びガス抜き溝２４を経て鋳込み
室に流れ込み、溶解室１・鋳型１４内・及び鋳込
み室２がアルゴンガスで不活性雰囲気に保たれ
る。

雰囲気圧力形成工程では、溶融した材料の鋳込
みに適正な温度範囲を拡げ、かつ溶融材料の鋳込
み速度を適正にするために、溶解室１・鋳型１４
内・及び鋳込み室２を加圧状態にする。即ち、ア
ルゴンガスを溶解室１に注入し続け、切換弁３３
を大気放出口３４側に切換え、流量調節弁２６と
絞り調節弁３２とを調節して、溶解室１を５気圧
（ゲージ圧、以下同じ）、鋳込み室２を３気圧、そ
の差圧を２気圧に保つ。この状態では、アルゴン
ガスが溶解室１に注入され続け、前記と同様に鋳
型２２内及び鋳込み室２に流れ込み、絞り調節弁
３２・切換弁３３を経て大気放出口３４から大気
中に放流され続ける。この加圧状態は、鋳込が完
了するまで継続する。

次に、材料溶解工程に入る。即ち、アーク放電
電極３６と材料３５との間に所定値の電圧を印加
して、アーク放電４１を起こさせると、このアー
ク放電４１の熱で、材料３５が第４図イ乃至ニに
示すようにその上端部からその底部に向つて次第
に溶解されて流れ落ち、るつぼ１３の容室１８に
受け溜められてゆく。このとき、材料３５が上か
ら順に溶解される事と、材料３５の底部３５ａの
熱量がるつぼ１３に吸収収される事から、その材
料底部３５ａが最後まで溶け残り、材料底部３５
ａで溶融材料通過穴１９が塞ぎ続けられる。溶解
された材料３５ｂは、溶解室１内の加圧力でその
沸点が高められて、沸騰が抑止され続ける。

材料３５がその上部から底部まで完全に溶解し
てるつぼ１３内に流れ落ちた第４図ハの状態に至
ると、アーク放電４１が放電限界値Ａに達して途
切れて自動停止する。これにより、完全に溶融し
た材料３５ｂは鋳込みに適正な温度範囲内に自動
的に入る。このとき、材料３５の固体底部３５ａ
での溶融材料通過穴１９の閉塞が解かれて、鋳込
み工程に自動的に移行する。

その材料がニツケル合金・クロム合金・コバル
ト合金・又はチタン合金などの高融点（約1400―
1900℃）の場合でも、るつぼ１３は銅乃至銅合金
製の底融点（約1100℃）ではあるが、熱伝導性が
高くて熱を速やかに拡散させて低温に保たれるか
ら、その溶融材料３５ｂでるつぼ１３が溶損され
る事はない。

鋳込み工程では、るつぼ１３内の溶融材料３５
ｂが適正な温度範囲内に保たれながら、その全部
が一団となつて、溶融材料通過穴１９を通り抜
け、湯口２２から造形空洞２３内に鋳込まれる。
このとき、溶融材料３５ｂには溶解室１の加圧力
で加圧され続け、その沸騰を抑止され続ける。ま
た、溶融材料３５ｂは、溶解室１の加圧力５気圧
で異常に速く鋳込まれようとするのに対して、鋳
込み室２の加圧力３気圧でその鋳込み速度を緩や
かにし、その差の２気圧と自重とで適正な速度で
造形空洞２３内に鋳込まれていき、造形空洞２３
の奥部から入口部に向つて順に凝固されながらそ
の入口部から尚も注入され続ける。これにより、
造形空洞２３内に形成される鋳物は、その凝固・
冷却による収縮に伴つて溶融材料が補充されるか
ら、ひけや変形が生じないで、正しい形状にでき
あがる。

本発明の精密鋳造方法の別実施例として、上記
主実施例の一部を次の各項に掲げるように変形す
る事が考えられる。

(A) 材料３５の溶解手段を第５図に示すようにす
る。即ち、るつぼ１３上で、材料３５の外周を
発熱カバー５０で覆い、この発熱カバー５０は
カーボン又はタングステン等の高融点材料製
で、アーク放電電極３６との間に発生するアー
ク放電４１で高温に加熱されて、熱ふく射し、
このふく射熱で材料３５を溶解する。

(B) 材料３５を溶解する装置を、アーク放電加熱
装置からガスバーナ又は高周波加熱装置に変え
る。

(C) 上記主実施例・(A)又は(B)において、第６図に
示すように、座板１１内に冷却室４２を形成し
流量調節弁４３から冷却室４２を通過する水又
は油などの冷媒４４で、座板１１を介してるつ
ぼ１３を強制冷却する。

(D) 上記(C)において、第７図に示すように、冷却
室４２をるつぼ１３内に移設し、その冷却室４
２の出入口４５を自封式継手４６及び溶解ケー
ス３の底壁内に形成した通孔４７を介して外部
の冷媒の供給部及び回収部に連通させる。

(E) 上記主実施例・(A)，(B)，(C)又は(D)において、
るつぼ１３を銅・銅合金・銀・銀合金・金・金
合金・アルミニウム・及びアルミニウム合金の
うちから選定した一種以上の材料で製造する。

(F) 上記主実施例・(A)，(B)，(C)，(D)，又は(E)にお
いて、第８図に示すように、るつぼ１３の容室
１８の底部で、材料載置面２０の周縁部と容室
１８の下周縁との間に材料熱量吸収用壁面４８
を筒穴状に形成し、この壁面４８から材料底部
３５ａの熱量をるつぼ１３に吸収させる。

(G) 上記主実施例・(A)，(B)，(C)，(D)，(E)又は(F)
に
おいて、第９図に示すように、るつぼ１３の容
室１８を複曲凹面状に形成する。

本発明は、材料が完全に溶解されて鋳込みに適
正な温度に加熱されたときに、材料の底部での溶
融材料通過穴の閉塞が解かれるように、材料溶解
装置・材料・るつぼ等を相互に関連させ合つて予
め設定しておく事により、材料が完全に溶解され
て鋳込みに適正な温度に加熱されたときに、溶融
材料通過穴が開放されて、その溶融材料全体が一
丸となつて、自動的にタイミング良く溶融材料通
過穴を通り抜けて、鋳型に一挙に鋳込まれ、しか
も、その材料は溶解開始前から鋳込み終了後に至
るまで終始一貫して、不活性ガス雰囲気で酸化や
窒化から保護し続けるとともに、その不活性ガス
雰囲気のガス圧で溶解した材料の沸騰を抑制し続
ける。

これにより、適温の溶融材料全体が一丸となつ
てるつぼから鋳型内にひとりに好タイミングで鋳
込まれるから、溶融材料は、温度不足による湯回
りの悪化もなければ、過熱による気泡や肌荒れ等
の発生もなく、身装品・工芸品・義歯などに多く
見うけられる薄くて広い形や細く長い形の部分で
も、その隅々まで正確に美しく、しかも滑らかな
肌に精密鋳造する事ができる。

しかも、材料は溶解前から鋳込み終了後まで不
活性ガス雰囲気に保ち続けられるから、鋳物が酸
化や窒化する事を確実に防止できる。

これと同時に、溶解された材料は溶解前から鋳
込み後の凝固後まで、溶解室側からも鋳込み室側
からも終始一貫して加圧され続けるから、その沸
点が高くなり、溶融材料の鋳込みに適正な温度範
囲が高温側に拡がり、この拡大された適正温度範
囲に材料を容易に溶解・加熱することができ、そ
のうえ、適正温度範囲のうちの新たに拡大された
高温側部分に材料を溶解・加熱する場合には、過
熱障害を起こす事なく、溶融材料の流動性を高め
て、鋳込み時の湯回りをよくする事ができ、これ
により非常に緻密な形状にでも正確に美しく鋳造
する事ができる。

また、材料の溶解から鋳込みへの移行は、材料
の溶解の完了で溶融材料通過穴が開放される事に
より、自動的にタイミング良く連続して行なわれ
るから、精密鋳造技術に詳しくない人でも失敗す
る事が殆んどなく、鋳造製品のロス率を大幅に低
減できる。

そのうえ、溶解完了から鋳込み開始への移行に
は、人為的な判断や操作が一切不要であるから、
その運転に手間がかからず、作業者１人当りの運
転台数を増やして、その精密鋳造品の生産量を増
す事ができ、かつ、運転途中でのロスタイムがな
く、その分だけ鋳造の１サイクルを短縮して、生
産速度を速める事ができる。

さらに本発明では、鋳込み室に圧力を加え、こ
れが背圧となつて、溶融材料が造形空洞に流れ込
む鋳込み速度が緩やかにされ、溶解室の高い圧力
でその鋳込み速度が速くなり過ぎる事を防止す
る。

即ち、鋳込み速度が速過ぎると、鋳込みの勢い
が強過ぎて、鋳肌が荒れたり鋳バリが出たりする
うえ、鋳込まれた溶融材料の周囲が先に凝固し始
め、その内部が最後に凝固する事から、その凝固
収縮によりひけや変形などが発生する。

そこで本発明では、鋳込み室内にも圧力をかけ
て、これを背圧として前記材料の鋳込みの勢い及
び速度を調節する事ができる。これにより、鋳肌
荒れ、鋳バリ・ひけ・変形などを充分に解消する
事ができる。

従つて、ニツケル・ニツケル合金・クロム・ク
ロム合金・コバルト・コバルト合金・チタン・又
はチタン合金などの高融点の材料のものでも、工
業用小物は勿論の事、身装具・工芸品・及び義歯
などの緻密な形状に正しく鋳造する事が、本発明
によつて初めてできるようになつた。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の精密鋳造装置の実施例を示し、
第１図は斜視図、第２図は縦断正面図、第３図は
要部分解斜視図、第４図イ乃至ニは材料の溶解開
始から鋳込み開始に至る図、第５図乃至第９図は
それぞれ別実施例の要部の縦断正面図である。 １……溶解室、２……鋳込み室、１３……るつ
ぼ、１４……鋳型、１９……溶融材料通過穴、２
２……湯口、２３……絞り通路、３５……材料、
３５ａ……底部、３５ｂ……溶融材料、３６……
溶解装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 密閉に形成した溶解室１の下側に密閉に形成
   した鋳込み室２を配置し、溶解室１に材料溶解装
   置３６とるつぼ１３を、鋳込み室２に鋳型１４を
   それぞれ配置し、るつぼ１３の底部に溶融材料通
   過穴１９を明け、溶融材料通過穴１９に鋳型１４
   の湯口２２を連通させて、溶解室１と鋳込み室と
   をるつぼ１３、溶融材料通過穴１９、鋳型１４の
   湯口２２、造形空洞２３・ガス抜き路を順に経て
   連通させ、溶解室１を圧力不活性ガス源２７に弁
   ２６を介して連通させるとともに、鋳込み室２を
   外部に絞り通路３２を介して連通させ、るつぼ１
   ３の底部上に材料３５を置いて、材料３５の底部
   ３５ａで溶融材料通過穴１９を塞ぎ、圧力不活性
   ガス源２７から不活性ガスを溶解室１に注入し
   て、ここからるつぼ１３・溶融材料通過穴１９・
   鋳型の湯口２２・造形空洞２３・ガス抜き路・及
   び鋳込み室２に順に流して、絞り通路３２から外
   部に流出させ、これにより以上の各ガス通過部
   １，１３，１９，２２，２３，２，３２を不活性
   ガス雰囲気に保ちながら、溶解室１と鋳込み室２
   とを加佳状態に保つとともに、溶解室１を鋳込み
   室２より高圧に保ち、この状態下において、溶解
   装置３６で材料３５を溶解して行き、溶解した材
   料３５ｂの沸騰を溶解室１の圧力で抑え続け、材
   料３５が全部溶解したところで、材料底部３５ａ
   による溶融材料通過穴１９の閉塞が解けて、溶融
   材料３５ｂがなおも溶解室１の圧力で沸騰を抑え
   続けながら、その圧力で材料通過穴１９を通り抜
   けて、湯口２２から造形空洞２３内に鋳込まれて
   行き、このときの溶融材料３５ｂが造形空洞２３
   内に流れ込む鋳込み速度が鋳込み室２の圧力で緩
   やかにされ、これによりその溶融材料３５ｂが造
   形空洞２３の奥部から入口に向つて順に凝固され
   ながらその入口部からなおも注入され続けて、造
   形空洞２３内に形成される鋳物にひけが生じない
   ようにした精密鋳造方法。