JP2006082090A - 鋳造装置用チャンバ吸湿防止方法及び鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 保管期間中に充填される不活性ガスが吸湿していても、その影響による融解金属の酸化を防止する。
【解決手段】 不活性ガスの供給状態で坩堝４内の金属を融解し、鋳型６に鋳込む鋳造作業が実行された後、次に鋳造作業が再開されるまでの保管期間中には、チャンバ２内を真空ポンプ４５で排気し、その後、不活性ガスを不活性ガスボンベ５０から封入し、チャンバ２内を無酸素状態に維持する。鋳造作業の再開直前に、チャンバ２内を真空ポンプ４５で排気し、不活性ガスボンベ５０から新たに不活性ガスを供給する鋳造前工程を複数回にわたって繰り返す。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば義歯のような歯科用小型製品や装身具等の小型製品を鋳造する鋳造装置及び、そのチャンバの吸湿防止方法に関する。

鋳造を行う場合、融解する金属の酸化防止のため、密閉チャンバ内に不活性ガスを充満させ、無酸素に近い雰囲気中で融解することが鋳造品の品質向上の観点から望ましい。しかし、チャンバ内の坩堝やそれの周辺の断熱材などは比較的多孔質の材料が使用されていることが多く、鋳造作業が終わった後、チャンバを開放したままにしておくと、坩堝等が周囲の水分を吸湿する。吸湿したまま鋳造作業を行うと、金属融解時に発生する高温によって坩堝等から水蒸気が発生し、不活性ガスによる無酸素雰囲気が阻害され、融解する金属に酸化皮膜が形成されることになる。これを防止するために、例えば特許文献１に開示されているような技術がある。

この技術では、鋳造作業が終了した後、再度鋳造作業が再開されるまで、密閉チャンバ内に不活性ガスを供給しておき、坩堝等が吸湿することを防止しようとするものである。

特開２００１−２０５４２１号公報

しかし、この技術では、作業中止中に、密閉チャンバには外部に設けた不活性ガスの供給源、例えばアルゴンガス系統から不活性ガスを供給するので、このアルゴンガス系統において吸湿現象が生じ、その吸湿したアルゴンガスが密閉チャンバ内に充填される。従って、鋳造作業再開時から１乃至２回の鋳造工程では、融解される金属に酸化皮膜が形成されるという問題が依然として生じる。

本発明は、融解される金属に酸化皮膜が形成されることが防止できる鋳造装置及び、鋳造装置用チャンバ吸湿防止方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様のチャンバの防湿方法は、チャンバ内に鋳型と共に配置されている融解用容器に金属を収容し、前記チャンバ内に不活性ガスを封入し、前記金属の融解及び融解金属の前記鋳型への鋳込みを行う鋳造作業が、時間をおいて繰り返される。排気手段によってチャンバ内を排気した後に、不活性ガス供給源から不活性ガスを供給することが望ましい。先の鋳造作業の終了後に、前記チャンバ内を排気し、不活性ガスを封入して次の前記鋳造作業の開始まで前記チャンバ内を無酸素雰囲気状態にして維持する保管工程が行われる。この不活性ガスは、前記不活性ガス供給源から供給することが望ましい。この工程において、不活性ガス供給源からの不活性ガスが吸湿していることがある。前記保管工程の終了後であって次の前記鋳造作業の開始前に、前記チャンバ内を排気し、さらに前記不活性ガスの封入を行う鋳造前工程を、実行する。

このように構成すると、保管工程において吸湿した不活性ガスがチャンバ内に供給されても、鋳造作業の前に行われる鋳造前工程において、この吸湿した不活性ガスが排気され、融解用容器等が吸湿した水分も排気された上に、新たな不活性ガスが供給されるので、次の鋳造工程が実行されても、融解金属が酸化されることを防止することができる。

鋳造前工程は複数回繰り返すことが望ましい。複数回繰り返すことによって、より確実に湿気を帯びた不活性ガスが融解用容器に供給されることを避けることができる。また、融解用容器等に吸湿された水分が排気される。

本発明の他の態様の鋳造装置は、チャンバを有している。このチャンバ内に融解用容器が配置され、この容器内部に金属が収容される。前記チャンバ内には、前記融解用金属内の前記金属を融解する加熱手段も配置されている。前記チャンバ内に鋳型も配置されている。この鋳型には、前記融解用金属内の融解された前記金属が鋳込まれる。チャンバは、融解用容器に金属が供給可能に、かつ鋳型を取り出し可能に構成することが望ましい。前記チャンバ内を排気する排気手段と、前記チャンバ内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源が設けられている。この排気手段、不活性ガス供給源及び加熱手段が制御手段によって制御される。この制御手段は、鋳造制御手段と、保管制御手段と、鋳造前制御手段とを、備えている。鋳造制御手段は、前記チャンバ内を前記排気手段によって排気させた後、前記不活性ガス供給源に前記不活性ガスを前記チャンバ内に供給させ、前記加熱手段に前記融解用容器内の前記金属を融解させ、前記鋳型に前記融解された金属を鋳込ませる。保管制御手段は、鋳造制御手段の停止後に、前記チャンバ内を前記排気手段に排気させ、その後に、前記不活性ガス供給源に前記不活性ガスを前記チャンバ内に供給させる。鋳造前制御手段は、前記保管制御手段の停止後で、前記鋳造制御手段の作動再開前に、前記排気手段に前記チャンバを排気させ、その後に前記不活性ガス供給源に前記不活性ガスを前記チャンバ内に供給させる。排気手段の制御及び不活性ガスの制御には、制御手段によって開閉される弁手段を使用することが望ましい。前記鋳造前制御手段は、前記排気及び前記不活性ガスの供給を複数回にわたって行うことが望ましい。

本発明によれば、不活性ガスの供給系統で吸湿し、湿気を帯びた不活性ガスが滞留していても、或いは鋳造作業前にチャンバ内の雰囲気が吸湿していても、その吸湿している雰囲気が排気されて、新たに不活性ガスが封入されて、無酸素雰囲気状態に維持されるから鋳造作業を再開したとき、金属の酸化が防止される。

図１において、融解用容器、例えば坩堝４および鋳型６が内部に配置されたチャンバ２は、上部チャンバ３、下部チャンバ５、および下部チャンバ５とピストン形式で結合されているシリンダ７とにより構成されている。下部チャンバ５は、シリンダ７内に注入される後述の不活性ガス圧力により押し上げられて、上部チャンバ３と接触部分９において接触し、その接触部分９に設けられたＯリング１１により上下のチャンバ内は気密に保たれる。上部チャンバ３内に設けられた坩堝４の外周には加熱手段、例えば高周波誘導加熱コイル１０が配置されている。坩堝４内には融解される金属８が収容されており、誘導加熱コイル１０により高周波誘導加熱される。融解された金属は、坩堝４の下部が両側に開いて坩堝４が２分割されることにより、下部の鋳型６に注入される。坩堝４の構成および開閉機構は公知であるので、詳細な説明は省略する。

４５は排気手段、例えば真空ポンプで、弁手段、例えば電磁バルブ４６と電磁バルブ４８に接続されている。電磁バルブ４６は駆動電圧が印加されないときは図１のように閉の状態にあり、駆動電圧が印加されると真空ポンプ４５を上部チャンバ３と接続し、上下チャンバ３、５内を真空状態にする。電磁バルブ４８は駆動電圧が印加されたときは、シリンダ７に真空ポンプ４５を接続し、シリンダ７内を真空状態にして下部チャンバ５を引き下げ、上下チャンバ３、５を開放状態にする。

不活性ガス供給手段、例えば不活性ガスボンベ５０は、弁手段、例えば電磁バルブ４８と５２に接続されている。電磁バルブ５２は、駆動電圧が印加されているときは、不活性ガスボンベ５０と上部チャンバ３を流量調整ノズル５４を介して接続し、上下チャンバ３、５内に不活性ガス、例えばアルゴンを注入する。電磁バルブ５２は駆動電圧が印加されないときは図１のように閉状態になり、不活性ガスの注入を停止する。電磁バルブ４８は駆動電圧が印加されたときは前記のようにシリンダ７が真空状態にされて下部チャンバ５が引き下げられるが、駆動電圧が印加されないときは図１のようにガスボンベ５０とシリンダ７とを接続し、シリンダ７に不活性ガスを注入し、不活性ガス圧力によって下部チャンバ５が押し上げられて、上部チャンバ３と接触してチャンバ２は密閉される。不活性ガスとして例えばアルゴンが使用される。５６は上部チャンバ３および下部チャンバ５の排気弁、例えば排気電磁バルブである。

前記のチャンバ２、該チャンバ２に接続される真空ポンプ４５、電磁バルブ４６、４８、５２、５６、不活性ガスボンベ５０、流通調整ノズル５４を含む構成部分は、制御部６０によって、次のようなシーケンスで動作し、鋳造作業が行われる。まず、下部チャンバ５がシリンダ７内に下降し、上下チャンバ３、５が開放されている状態で、坩堝４に金属８を入れ、下部チャンバ５に鋳型６をセットする。

Ａ．電磁バルブ４８の駆動電圧をオフにして、図示のようにシリンダ７とボンベ５０を接続し、不活性ガスをシリンダ７に注入する。これによって下部チャンバ５は上昇し、上部チャンバ３と密着して、上下チャンバ３、５を密閉する。
Ｂ．電磁バルブ４６に駆動電圧を印加して、上部チャンバ３と真空ポンプ４５とを接続し、上下チャンバ３、５内を真空状態にする。
Ｃ．電磁バルブ４６の駆動電圧をオフにして図１に示すように閉じて、上下チャンバ３、５内を真空に保つ。
Ｄ．電磁バルブ５２に駆動電圧を印加して、不活性ガスボンベ５０と上部チャンバ３とを流通調整ノズル５４を介して接続して、上下チャンバ３、５内に不活性ガスを注入する。

Ｅ．上下チャンバ３、５内の不活性ガス圧力が大気圧をやや越えたところで排気電磁バルブ５６に駆動電圧を印加して開放させ、不活性ガスの放出を開始する。
Ｆ．不活性ガスは、流量調整ノズル５４によって調整された流量で上下チャンバ３、５内を流れ続けて、上下チャンバ３、５内は無酸素雰囲気状態になる。
Ｇ．この状態で、図示しない回路によって高周波誘導加熱コイル１０に高周波電流を供給して、金属８の加熱、融解が開始される。
Ｈ．金属８が所望の融解状態になると、坩堝４が２分割されて、融解金属は鋳型６に注入される。
Ｉ．鋳型６に注入された金属が硬化すると、電磁バルブ５２と排気電磁バルブ５６の駆動電圧をオフにして、これらの電磁バルブ５２、５６を閉じる。これによって不活性ガスの流れは停止する。
Ｊ．次に、電磁バルブ４８に駆動電圧を印加して、真空ポンプ４５とシリンダ７とを接続し、下部チャンバ５を引き下げて、上下チャンバ３、５を開放し、一連の鋳造作業を終了する。制御部６０が、これらＡ乃至Ｊの制御を行うことによって鋳造制御手段が実現されている。

前記の鋳造作業の終了後、上部チャンバ３、坩堝４、その周辺の断熱材が冷却すると、吸湿が始まる。このため、吸湿が始まる時間後に次の鋳造作業を行う場合には、鋳造装置を吸湿を防止した状態で保管する必要がある。この保管工程は、次のようにして実現される。

前記の鋳造作業が終了し、鋳型６および鋳造された製品を取出した後、上下チャンバ３、５内に融解する金属８および鋳型６を入れずに前記のシーケンスＡ〜Ｄと同様のシーケンスを含む次のシーケンスを実行する。

Ａ．電磁バルブ４８の駆動電圧をオフにして、シリンダ７とボンベ５０を接続し、不活性ガスをシリンダ７に注入する。これによって下部チャンバ５は上昇し、上部チャンバ３と密着して、上下チャンバ３、５を密閉する。
Ｂ．電磁バルブ４６に駆動電圧を印加して、上部チャンバ３と真空ポンプ４５とを接続し、上下チャンバ３、５内を真空状態にする。
Ｃ．電磁バルブ４６の駆動電圧をオフにして図１に示すように閉じて、上下チャンバ３、５内を真空に保つ。
Ｄ．電磁バルブ５２に駆動電圧を印加して、不活性ガスボンベ５０と上部チャンバ３とを流通調整ノズル５４を介して接続して、上下チャンバ３、５内に不活性ガスを注入する。

そして、鋳造工程におけるＥ工程を次のＥ′のように変更する。
Ｅ′．上下チャンバ３、５内の不活性ガス圧力が大気圧をやや越えたところで電磁バルブ５２の駆動電圧をオフにして不活性ガスの注入を停止する。これにより、上下チャンバ３、５は不活性ガスが注入された状態で密閉され、保管状態となる。制御部６０が、これらＡ乃至Ｄ、Ｅ’の制御を行うことにより、保管制御手段が実現されている。

後刻、次の鋳造作業を行う場合には、鋳造装置の前記の保管状態を解除する。そして、鋳造前工程として、上述したＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ’の工程を複数回、例えば２回繰り返す。これによって、保管工程において、不活性ガスボンベ５０で吸湿現象が生じ、その吸湿した不活性ガスがその供給系統内にあるいは密閉チャンバ内に充填されていても、排気、排気状態の維持、不活性ガスの供給が複数回にわたって繰り返されるので、その供給系統あるいはチャンバ内の坩堝４等が吸湿していても、それらの水分が排出される。制御部６０が、これらＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ’の制御を行うことによって鋳造前制御手段が実現されている。

そして、電磁バルブ４６に駆動電圧を印加して、上部チャンバ３と真空ポンプ４５とを接続し、上下チャンバ３、５内を真空状態にする。次に、電磁バルブ４８に駆動電圧を印加して、真空ポンプ４５とシリンダ７とを接続し、下部チャンバ５を引き下げて、上下チャンバ３、５を開放し、坩堝４に金属８を入れ、下部チャンバ５に鋳型６をセットする。この後は、前述のシーケンスＡ〜Ｊの鋳造作業を実行する。

この構成では、鋳造後に鋳造装置を吸湿防止保管状態にするための専用の装置、部品は特に必要とせず、不活性ガス雰囲気内で上下チャンバ３、５内部を保管するので吸湿対策が可能となる。また、電磁バルブ４６、４８、５２、５６や真空ポンプ７等すべての部分について、保管状態において電力が供給されない状態となるように各部を設計すれば、保管期間中の電力消費を低減することができる。さらに、上下チャンバ３、５内の不活性ガス圧は大気圧を僅かに越えた圧力となるように設定されているため、上下チャンバ３、５の密閉度も完全な密閉状態を必要としない。従って、下部チャンバ５を押し上げるためのガス圧も大気圧と下部チャンバ５の重量の合計を僅かに越えた圧力でよい。また、長時間の保管で不活性ガスがリークしても、チャンバ内が大気圧になった状態でリークが止まり、上下チャンバ３、５内の吸湿効果に与える影響は小さい。また、鋳造作業が中止されている間に、供給している不活性ガスが吸湿したものであっても、鋳造作業の再開前に、上述したように２回にわたって、排気、不活性ガスの供給を繰り返すので、チャンバ内の不活性ガスは吸湿していないものに完全に置換される。また、排気する際にチャンバ内の坩堝等が吸湿していた水分も排気される。従って、鋳造作業が再開されて間もない回に行われる鋳造作業中に金属が酸化することを防止できる。

なお、上の説明では下部チャンバ５の押し上げに不活性ガスを使用しているが、不活性ガスの消費を抑えるために下部チャンバ５の押し上げに圧搾空気を使用してもよい。

図１は本発明による鋳造金属融解装置の一実施形態の構造、動作を説明するための概略ブロック図である。

符号の説明

２ チャンバ
４ 坩堝（融解用容器）
６ 鋳型
１０ 高周波誘導加熱コイル（加熱手段）
４５ 真空ポンプ（排気手段）
５０ 不活性ガスボンベ（不活性ガス供給源）

Claims (4)

1. チャンバ内に鋳型と共に配置されている融解用容器に金属を収容し、前記チャンバ内に不活性ガスを封入し、前記金属の融解及び融解金属の前記鋳型への鋳込みを行う鋳造作業が、時間をおいて繰り返される鋳造工程と、
   先の前記鋳造作業の終了後に、前記チャンバ内を排気し、不活性ガスを封入して次の前記鋳造作業の開始まで前記チャンバ内を無酸素雰囲気状態にして維持する保管工程と、
   前記保管工程の終了後であって次の前記鋳造作業の開始前に、前記チャンバ内を排気し、さらに前記不活性ガスを封入を行う鋳造前工程とを、
   備える鋳造装置用チャンバ吸湿防止方法。
2. 請求項１記載の鋳造装置用チャンバ吸湿防止方法において、前記鋳造前工程を複数回繰り返す鋳造装置用チャンバ吸湿防止方法。
3. チャンバと、
   このチャンバ内に配置され、内部に金属が収容される融解用容器と、
   前記チャンバ内に配置され、前記融解用金属内の前記金属を融解する加熱手段と、
   前記チャンバ内に配置され、前記融解用金属内の融解された前記金属が鋳込まれる鋳型と、
   前記チャンバ内を排気する排気手段と、
   前記チャンバ内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源と、
   前記チャンバ内を前記排気手段によって排気させた後、前記不活性ガス供給源に前記不活性ガスを前記チャンバ内に供給させ、前記加熱手段に前記融解用容器内の前記金属を融解させ、前記鋳型に前記融解された金属を鋳込ませる鋳造制御手段と、
   この鋳造制御手段の停止後に、前記チャンバ内を前記排気手段に排気させ、その後に、前記不活性ガス供給源に前記不活性ガスを前記チャンバ内に供給させる保管制御手段と、
   前記保管制御手段の停止後で、前記鋳造制御手段の作動再開前に、前記排気手段に前記チャンバを排気させ、その後に前記不活性ガス供給源に前記不活性ガスを前記チャンバ内に供給させる鋳造前制御手段とを、
   備える鋳造装置。
4. 請求項３記載の鋳造装置において、前記鋳造前制御手段は、前記排気及び前記不活性ガスの供給を複数回にわたって行う鋳造装置。

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