特開 2022-119090 坩堝及び遠心鋳造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022119090

(43)【公開日】2022-08-16

(54)【発明の名称】坩堝及び遠心鋳造装置

(51)【国際特許分類】

   B22D 41/02 20060101AFI20220808BHJP

   B22D 13/06 20060101ALI20220808BHJP

   F27B 14/10 20060101ALI20220808BHJP

   F27D 11/08 20060101ALI20220808BHJP

【ＦＩ】

B22D41/02 B

B22D13/06 W

F27B14/10

F27D11/08 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021016084

(22)【出願日】2021-02-03

(71)【出願人】

【識別番号】595176674

【氏名又は名称】株式会社ウェイナ総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100177264

【弁理士】

【氏名又は名称】柳野 嘉秀

(74)【代理人】

【識別番号】100074561

【弁理士】

【氏名又は名称】柳野 隆生

(74)【代理人】

【識別番号】100124925

【弁理士】

【氏名又は名称】森岡 則夫

(74)【代理人】

【識別番号】100141874

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 久由

(74)【代理人】

【識別番号】100166958

【弁理士】

【氏名又は名称】堀 喜代造

(72)【発明者】

【氏名】中村 精三

【テーマコード（参考）】

4E014

4K046

4K063

【Ｆターム（参考）】

4E014BA02

4K046AA03

4K046BA03

4K046CB05

4K046CD04

4K063AA04

4K063AA12

4K063BA03

4K063CA03

4K063FA64

(57)【要約】

【課題】内坩堝の側面の面積を小さくして溶湯の接触を抑制することにより、溶湯が内坩堝の側面に溶着して坩堝から出なくなる溶解不良を低減できる、坩堝、及び、遠心鋳造装置を提供する。
【解決手段】遠心鋳造装置１が備える坩堝１０は、上面中央部に収容凹部１１ａが形成された外坩堝１１と、外坩堝１１の収容凹部１１ａに収容されるカーボン製の内坩堝１２と、を備え、内坩堝１２は、底面部１２ａと、底面部１２ａの外周縁から上方に立ち上がる側面部１２ｂと、を備え、内坩堝１２の側面部１２ｂの上端部は、外坩堝１１の収容凹部１１ａの内側面の上端部よりも低くなるように形成される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面中央部に収容凹部が形成された外坩堝と、前記外坩堝の前記収容凹部に収容されるカーボン製の内坩堝と、を備える坩堝であって、
前記内坩堝は、底面部と、該底面部の外周縁から上方に立ち上がる側面部と、を備え、
前記側面部の上端部は、前記外坩堝の前記収容凹部の内側面の上端部よりも低くなるように形成される、坩堝。

【請求項2】

前記外坩堝はカーボン製である、請求項１に記載の坩堝。

【請求項3】

前記内坩堝には電極部材が連結され、
前記内坩堝に配置された金属がアーク放電により溶解される、請求項１又は請求項２に記載の坩堝。

【請求項4】

請求項３に記載の坩堝と、前記坩堝から溶湯が流し込まれる鋳型と、前記坩堝に配置された金属に対してアーク放電を行う電極トーチと、前記坩堝及び前記鋳型を回転させる回転機構と、前記回転機構の回転軸を挟んで前記坩堝及び前記鋳型の反対側に設けられるバランスウェイトと、を備える、遠心鋳造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、チタン等の金属を溶解させる際に用いる坩堝、及び、この坩堝を備える遠心鋳造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、チタン等の金属を溶解させて鋳造を行う技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１には、坩堝で溶解されたチタン溶湯を遠心鋳造法で鋳造室に鋳込む技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特公平３－４２９８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の技術においては、坩堝の内側面に溶湯が接触して溶着し、遠心鋳造の際に坩堝から溶湯が出なくなる溶解不良が問題となっていた。そこで、本開示は、上記に関する課題を解決することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

以下では、上記課題を解決するための手段を説明する。

【0006】

本発明に係る坩堝は、上面中央部に収容凹部が形成された外坩堝と、前記外坩堝の前記収容凹部に収容されるカーボン製の内坩堝と、を備える坩堝であって、前記内坩堝は、底面部と、該底面部の外周縁から上方に立ち上がる側面部と、を備え、前記側面部の上端部は、前記外坩堝の前記収容凹部の内側面の上端部よりも低くなるように形成される。

【0007】

また、本発明に係る坩堝において、前記外坩堝はカーボン製であることが好ましい。

【0008】

また、本発明に係る坩堝において、前記内坩堝には電極部材が連結され、前記内坩堝に配置された金属がアーク放電により溶解されることが好ましい。

【0009】

また、本発明に係る遠心鋳造装置は、前記坩堝と、前記坩堝から溶湯が流し込まれる鋳型と、前記坩堝に配置された金属に対してアーク放電を行う電極トーチと、前記坩堝及び前記鋳型を回転させる回転機構と、前記回転機構の回転軸を挟んで前記坩堝及び前記鋳型の反対側に設けられるバランスウェイトと、を備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る坩堝によれば、内坩堝の側面の面積を小さくして溶湯の接触を抑制することにより、溶湯が内坩堝の側面に溶着する溶解不良を低減できる。

【0011】

また、本発明に係る坩堝によれば、成形時の寸法精度、高い離型性、低い伝熱性、高寿命性、及び、耐火性を備える外坩堝を備えることができる。

【0012】

また、本発明に係る坩堝によれば、アーク放電により溶解した溶湯が内坩堝の側面に溶着する溶解不良を低減できる。

【0013】

また、本発明に係る遠心鋳造装置によれば、内坩堝の側面の面積を小さくして溶湯の接触を抑制することにより、遠心鋳造時において溶湯が内坩堝の側面に溶着する溶解不良を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】遠心鋳造装置を示す正面図。

【図2】遠心鋳造装置の内部構造を示す正面図。

【図3】（ａ）及び（ｂ）は坩堝を示す正面図及び平面図。

【図4】（ａ）は坩堝を示す分解図、（ｂ）は鋳造時の坩堝を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

［遠心鋳造装置１］
以下では図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態に係る坩堝１０を用いた遠心鋳造装置１について説明する。遠心鋳造装置１は、例えば歯科用の義歯床を鋳造する際に、主にチタン合金（Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ等）を用いて遠心鋳造を行う場合に用いられる。特に、歯科用の義歯床を鋳造する場合は、破折等が発生しやすい純チタンよりもチタン合金を採用することが好ましい。遠心鋳造装置１は、回転機構を備える本体部２を主として構成される。本体部２は、正面に中空の鋳造室２ａが形成される。本体部２の下端部はベース２ｂで支持される。

【0016】

鋳造室２ａはアーム２ｃを介してベース２ｂに連結された蓋部３で開閉可能とされる。本体部２の上部には、使用者が遠心鋳造装置１をタッチパネル及び各種スイッチにより操作するための操作部２ｄが設けられる。本体部２には図示しない減圧ポンプが接続されている。蓋部３で鋳造室２ａを密閉した状態で減圧ポンプを作動させることにより、鋳造室２ａの内部が真空状態に減圧される。

【0017】

蓋部３には外部から鋳造室２ａの内部を視認できるように窓部３ａが形成されている。また、蓋部３には後述する電極トーチ６の位置を調節するための調節部３ｂが設けられている。具体的には、調節部３と電極トーチ６とは磁石を介して連結されており、使用者が調節部３の位置を操作することにより、電極トーチ６の位置を調節することができる。

【0018】

鋳造室２ａの内部には、回転軸４に支持された状態で電極トーチ６、バランスウェイト７、鋳型９、及び、坩堝１０が回転可能に設けられる。坩堝１０は坩堝支持部５を介して回転軸４に支持される。また、鋳型９は鋳型支持部８を介して回転軸４に支持される。鋳型９には鋳造品（義歯床）の形状である鋳込室９ａが形成されている。バランスウェイト７は回転機構の回転軸４を挟んで坩堝１０及び鋳型９の反対側に設けられている。図３及び図４に示す如く、坩堝１０には電極部材１３が連結されている。電極トーチ６及び電極部材１３は本体部２における図示しない電源装置に接続されている。

【0019】

遠心鋳造装置１において遠心鋳造を行う際には、坩堝１０の内部に金属（チタン合金のインゴット）を載置し、蓋部３で鋳造室２ａを密閉した状態で、鋳造室２ａの内部を真空状態に減圧する。そして、本体部２の電源装置が電極トーチ６及び電極部材１３に電圧を印加することにより、電極トーチ６から坩堝１０に配置された金属に対してアーク放電を行う。坩堝１０内の金属はアーク放電により溶解し、溶湯Ｍとなる（図４（ｂ）を参照）。

【0020】

そして、本体部２の回転機構は図２中の矢印に示す如く、坩堝１０、鋳型９、及びバランスウェイト７を、回転軸４を中心として時計回りに回転させる。回転機構の遠心力により、坩堝１０から鋳型９に溶湯Ｍが流し込まれ、鋳込室９ａの内部に鋳造品（義歯床）が形成される。

【0021】

［坩堝１０］
次に、図３及び図４を用いて、本発明の一実施形態に係る坩堝１０について詳細に説明する。図３及び図４に示す如く、坩堝１０は外坩堝１１と内坩堝１２とを組み合わせて構成している。

【0022】

外坩堝１１はカーボン製の角柱状の部材であり、上面中央部には内坩堝１２を収容するための収容凹部１１ａが形成されている。外坩堝１１の一側面には溶湯Ｍを流出させるために収容凹部１１ａの内側と外側とを連通する溝部１１ｂが形成されている。また、収容凹部１１ａの底面には電極部材１３を挿通するための挿通孔１１ｃが形成されている。

【0023】

本実施形態において、外坩堝１１は平面視で一辺が５０ｍｍ程度の矩形に形成されている。また、外坩堝１１は高さが６０ｍｍ程度で形成されている。また、収容凹部１１ａは、内径寸法が４５ｍｍ程度、深さが２４ｍｍ程度の大きさに形成されている。なお、外坩堝１１の形状及び大きさは限定されるものではなく、他の構成を採用することも可能である。

【0024】

なお、外坩堝１１をカーボン以外の金属（銅など）やセラミック等の他の素材で形成することも可能である。但し、他の素材と比較して、成形時の寸法精度、高い離型性、低い伝熱性、高寿命性、及び、耐火性等の観点より、外坩堝１１をカーボンで形成することが好ましい。

【0025】

内坩堝１２はカーボン製の円形皿形状の部材であり、外坩堝１１の収容凹部１１ａの内部に収容される。図３及び図４に示す如く、内坩堝１２は、底面部１２ａと、底面部１２ａの外周縁から上方に立ち上がる側面部１２ｂと、を備えている。遠心鋳造装置１において遠心鋳造を行う際には、内坩堝１２における底面部１２ａに金属が載置され、内坩堝１２の上で金属が溶解される。

【0026】

本実施形態において、内坩堝１２は平面視で外径寸法が４５ｍｍ程度、側面部１２ｂ
の高さが１０ｍｍ程度の大きさに形成されている。即ち、内坩堝１２の外径寸法は収容凹部１１ａの内径寸法に対してほぼ同じ大きさで形成されている。なお、内坩堝１２の形状及び大きさは限定されるものではなく、他の構成を採用することも可能である。

【0027】

本実施形態に係る坩堝１０においては、内坩堝１２をカーボンで形成することにより、他の素材を用いた場合と比較して、内坩堝１２が成形時の寸法精度、高い離型性、低い伝熱性、高寿命性、及び、耐火性等を備える構成としている。詳細には、外坩堝１１及び内坩堝１２で用いる素材は、炭素をＣＩＰ（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ、冷間静水圧加圧）成形することにより高密度、高強度で高固有抵抗にした高密度炭素製品を採用することがより好ましい。

【0028】

内坩堝１２の下面には雌ねじ部１２ｃが形成されている。雌ねじ部１２ｃには電極部材１３の上端部に形成された雄ねじ部１３ａが螺入され、内坩堝１２と電極部材１３とが連結される。電極部材１３の素材には、タングステンやステンレス等の高融点金属が採用される。電極部材１３は外坩堝１１の挿通孔１１ｃに挿通され、外坩堝１１の下面からは電極部材１３の下端部に形成された雄ねじ部１３ａが延出される。電極部材１３の下部は本体部２の電源装置に接続される。

【0029】

本実施形態に係る坩堝１０においては図３（ａ）に示す如く、内坩堝１２の側面部１２ｂの上端部は、外坩堝１１の収容凹部１１ａの内側面の上端部よりも低くなる（内坩堝１２の側面部１２ｂの高さが外坩堝１１の収容凹部１１ａの深さよりも小さくなる）ように形成されている。これにより、図４（ｂ）に示す如く、アーク放電により溶解した溶湯Ｍが内坩堝１２の内側面において接触する面積を低減させることができる。

【0030】

即ち、本実施形態に係る坩堝１０を用いた遠心鋳造装置１によれば、内坩堝１２の側面の面積を小さくして溶湯Ｍの接触を抑制することにより、溶湯Ｍが内坩堝１２の内側面に溶着して坩堝１０から出なくなる溶解不良を低減させることが可能となる。また、内坩堝１２の側面への溶湯Ｍの接触を抑制することにより、坩堝１０内での溶湯Ｍの残量を低減させることも可能となる。

【0031】

特に、本実施形態に係る遠心鋳造装置１の如く、純チタンと比較して高い電流値でアーク放電を行うチタン合金を用いて鋳造を行う場合には、溶湯Ｍの溶着がより発生しやすくなるため、上記の如く内坩堝１２の側面の面積を小さくして溶湯Ｍの接触を抑制することがより好適となる。

【符号の説明】

【0032】

１ 遠心鋳造装置 ２ 本体部（回転機構）
２ａ 鋳造室 ２ｂ ベース
２ｃ アーム ２ｄ 操作部
３ 蓋部 ３ａ 窓部
３ｂ 調節部 ４ 回転軸
５ 坩堝支持部 ６ 電極トーチ
７ バランスウェイト ８ 鋳型支持部
９ 鋳型 ９ａ 鋳込室
１０ 坩堝 １１ 外坩堝
１１ａ 収容凹部 １１ｂ 溝部
１１ｃ 挿通孔 １２ 内坩堝
１２ａ 底面部 １２ｂ 側面部
１２ｃ 雌ねじ部 １３ 電極部材
１３ａ 雄ねじ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】