至今，在修补虫牙或脱落的牙齿时，采用了修补材料，作为构成这 种修补材料的材料，使用了高熔点金属，例如钛、锆，铂等或它们的合 金。在这些材料中，考虑到强度、重量、耐腐蚀性、生物相容性、价格 等方面，钛是非常适合的材料，从而得到广泛使用。
另外，在利用这些金属制造用于牙科用的修补材料时，一般的作法 是：使用能够形成具有理想形状的孔腔部的铸模，以熔融状态将所述金 属直接注入这种铸具的孔腔部内成形，之后，破坏铸模取出铸造材料。
作为至今一直使用的常规金属铸造用装置，如图2所示，采用了这样 的结构，即在形成有铸造腔9的铸模3的上方设有可倾斜的金属材料制成 的坩埚2。在这种装置中，在惰性气体(例如氩气)氛围中以电弧熔化放置 在坩埚2上表面的金属4，在金属4完全熔化时，使坩埚2倾斜，从而使熔 化的金属流入铸模3的浇铸口5内，打开开关阀(电开关阀)14，加压气体 以由压力调整器17设定的压力值从加压气体供给源13流入铸造室1的内 部，对铸造室1的内部进行气体加压，进行铸造。在这种装置中，坩埚2 可移动以便以支承轴6(支承点)为中心向下方倾斜，停止在2’的位置处。 在这种情况下，一般来说，金属铸造用装置的浇铸能力与该压力值成正 比提高。另外，图2的装置中阴极侧的电极棒10使用的是常规的钨电极 棒。
但是，在图2所示的金属铸造用装置中，由于设置在铸模3上方的坩 埚2中的支承轴6位于远离铸模3的浇铸口5的位置处，因此在坩埚2和铸模 3之间必须设有在倾斜结束时防止坩埚2与铸模3接触的间隔，以使熔化的 金属经过大于该间隔的距离落下。一般来说，由于该间隔为大约4-5cm， 因此这种装置存在的问题是：难以在保持高温状态下使处于熔融状态的 金属落入铸模3内的铸造腔9内，并且还限制了实现装置的小型化。另外， 具有这种结构的装置还存在这样的问题，即，由于熔化的金属是以一定 宽度落下的，因此，熔化的金属会附着于浇铸口5的周围，从而在金属下 落的位置会产生不均匀。
另外，在采用这种装置的情况下，由于在坩埚倾斜时，金属-电 极棒之间的距离会变化(增大)，因此会出现这样的问题，即：电弧 放电会突然停止，不能完全实现熔化金属的适当过热，因此难以使高 温熔融金属注入铸模3内。
另外，在采用具有图2所示结构的装置的情况下，由于通过压力调 整装置17单一地确定与浇铸能力相关的压力值，因此，若要获得更高 的浇铸能力，必须将压力调整装置17的设定压力值设定为较高的值， 与此相伴，会产生要求进一步强化铸造室1的耐压力结构的问题。另 外，由于在铸造室1内部，需进行气体供给直至达到由压力调整装置17 设定的压力值，因此，在一次性铸造工艺中，会导致产生较大量气体 消耗的问题。
本发明的概述
本发明的目的在于提供金属铸造用装置，该装置能够解决上述问 题，并具有在不会降低通过电弧放电而处于熔融状态的高温金属、特 别是钛等牙科用高熔点金属的温度的情况下，使其注入铸模内的结 构。
另外，本发明的目的还在于提供这样的金属铸造用装置，其能够 利用加压气体获得更高的浇铸能力，同时还可以使用具有简单耐压结 构的铸造室，并且可以降低铸造工艺中加压气体的消耗量。
另外，本发明提供了可以利用上述装置、以更高的浇铸能力进行 铸造的方法。
在适用于铸造高熔点金属的本发明的装置中，在可以控制内部压 力的铸造室1内部设有坩埚2和铸模3，在所述坩埚2上方设有电极棒 10，其用于通过电弧放电熔化放置在所述坩埚2上的金属4，所述坩埚2 可以以支承轴6为中心倾斜以便使在坩埚2上熔化的金属4流入所述铸 模3的浇铸口5内，所述支承轴6位于靠近所述浇铸口5的所述坩埚2的流 出端部侧，在所述坩埚2的非流出端部侧设有用于向上方提升该非流出 端部以使坩埚倾斜的倾斜机构7，所述金属铸造用装置的特征在于：
将所述支承轴6设置在这样的位置上，即：在通过在上述坩埚2上 的电弧放电而导致金属4开始熔化之后，直至随着所述金属4的熔化的 进展，使处于熔融状态的金属4随着所述坩埚2的倾斜而向下流动的期 间，使所述金属4和所述电极棒10顶端的间隔均保持大致恒定；并且控 制电弧放电，以便在所述坩埚2倾斜、熔融状态的金属4流经所述坩埚2 落下期间，在熔融状态的金属4和所述电极棒10的顶端之间持续进行电 弧放电。
另外，根据本发明，在具有以上结构的金属铸造用装置中，还具 有以下特征：可以使所述铸造室1内部处于减压状态的减压泵12、向所 述铸造室1内部供给加压气体的加压气体供给源13与所述铸造室1相 连，通过开关阀14控制从所述加压气体供给源13向所述铸造室1内供给 的加压气体的流入，所述加压气体供给源13的气体供给压力P1大于使熔 融状态的金属充分注入所述铸模3的铸模腔9内所需的气体压力P2，在通 过使所述坩埚2倾斜而使在该坩埚2上熔化的金属4流入所述铸模3的浇 铸口5时，所述开关阀14处于开启状态，使加压气体从所述加压气体供 给源13流入所述铸造室1内，在所述铸造室1的内部压力达到所述气体 压力P2时，通过所述开关阀14切断加压气体向所述铸造室1内的流入。
另外，在利用金属铸造用装置铸造金属的本发明的金属铸造方法 中，在可以控制内部压力的铸造室1内部设有坩埚2和铸模3，在所述坩 埚2的上方设有电极棒10，其用于通过电弧放电熔化放置在所述坩埚2 上的金属4，所述坩埚2可以以支承轴6为中心倾斜以便使在坩埚2上熔 化的金属4流入所述铸模3的浇铸口5内，所述支承轴6位于靠近所述浇 铸口5的所述坩埚2的流出端部侧，并将所述支承轴6的位置设置成：在 通过在上述坩埚2上的电弧放电而导致金属4开始熔化之后，直至随着 所述金属4的熔化的进展，使熔融状态的金属4通过所述坩埚2的倾斜而 向下流动的期间，使所述金属4和所述电极棒10顶端的间隔均保持大致 恒定，在所述坩埚2的非流出端部侧设有用于向上方提升所述非流出端 部以使坩埚倾斜的倾斜机构7，该方法的特征在于：
在将金属4放置在所述坩埚2上后，在所述金属4和所述电极棒10之 间施加电压以产生电弧放电，在所述金属4熔化后处于可流动的状态 时，使所述坩埚2倾斜，在处于熔融状态的金属4流入所述铸模3的浇铸 口5时，即使在熔融状态的金属4流经所述坩埚2上并落下期间，在熔融 状态的金属4和所述电极棒10顶端之间持续进行电弧放电。
根据本发明，在上述方法中，还具有以下特征：作为所述金属铸 造用装置具有这样的结构，即，使可以使所述铸造室1内部处于减压状 态的减压泵12、向所述铸造室1内部供给加压气体的加压气体供给源13 与所述铸造室1相连，通过开关阀14控制从所述加压气体供给源13向所 述铸造室1内供给的加压气体的流入，所述加压气体供给源13的气体供 给压力P1大于使熔融状态的金属充分注入所述铸模3的铸模腔9内所需 的气体压力P2，控制所述开关阀14以便在通过使所述坩埚2倾斜而使在 该坩埚2上熔化的金属4流入所述铸模3的浇铸口5时，所述开关阀14处 于开启状态，且加压气体能够从所述加压气体供给源13流入所述铸造 室1内，在所述铸造室1的内部压力达到所述气体压力P2时，通过所述开 关阀14切断加压气体向所述铸造室1内的流入。
附图的简要说明
图1为显示利用本发明的金属铸造用装置进行铸造时状态的视 图。
图2显示现有已知常规金属铸造用装置的内部结构的视图。
图3(a)是显示在使用本发明的装置时，从电弧放电开始至铸造 结束期间，金属-电极棒之间间隔随时间变化以及电弧放电电流随时 间变化的曲线图(左侧图)，并且是显示通过坩埚倾斜而使金属-电 极棒之间间隔变化的状态的视图(右侧图)；图3(b)为显示在使用 现有装置时，从电弧放电至铸造结束期间的金属和电极棒之间间隔随 时间变化以及电弧放电电流随时间变化的曲线图(左侧图)，并且是 显示通过坩埚倾斜而使金属和电极棒之间间隔变化的状态视图(右侧 图)。
图4(a)为显示在使用本发明的装置时，从电弧放电开始至铸造 结束期间的电弧放电电流随时间的变化以及铸造室内压力随时间的变 化的视图；图4(b)为显示在使用现有装置时，从电弧放电开始至铸造 结束期间的电弧放电电流随时间的变化以及铸造室内压力随时间的变 化的视图。图5为显示在具有常规内部容积的牙科用金属铸造用装置的 铸造室内、以4kgf/cm2以及10kgf/cm2的压力进行气体填充时的铸造室 内部压力-时间曲线的一个例子的视图。
图6为显示在本发明的金属铸造用装置中，加压气体供给源13的气 体供给压力P1与使熔融状态的金属充分注入铸模3的铸造腔9内所需的 气体压力P2之间关系的视图。
实施本发明的最佳形式
下面，虽然参照附图对本发明中金属铸造用装置的一个例子进行了 说明，但是本发明不应局限于此。图1为显示利用本发明的金属铸造用装 置进行铸造时的状态的附图。
在本发明的金属铸造用装置中，在具有可以控制内部压力的结构的 铸造室1内部设有坩埚2和铸模3，在坩埚2的上方设有电极棒10，其用于 电弧熔化放置在坩埚2中的金属4。在所述电极棒10中，使用的是常用的 钨电极棒和类似物，坩埚2使用的是金属坩埚。所述坩埚2具有可以以支 承轴6为中心倾斜的结构，以便能够使上表面的由电弧熔化的金属4流入 铸模3的浇铸口5内。
本发明中的支承轴6位于在浇铸口5附近的坩埚2的流出端侧，使坩埚 2的非流出端侧(即，离开浇铸口5的侧部)以支承轴6为中心向上提升， 并且处在该位置：在通过坩埚2上的电弧熔化造成金属4开始熔化之后，直 至随着金属4的熔化的进展，而使熔融状态的金属4通过坩埚2的倾斜而流 动落下的期间，能使金属4和电极棒10的顶端之间的间隔均保持大致恒 定，以便即使在坩埚2开始倾斜后，电流仍在这两个元件之间继续流动， 从而能够实现连续进行电弧放电；在坩埚2倾斜且处于熔融状态的金属4 流动落下时，在金属4和电极棒10之间施加电压，从而进行控制以连续进 行金属4-电极棒10之间的电弧放电。
在图3中，图3(a)给出了在使用本发明的装置时，从电弧放电开始 至铸造结束期间，金属-电极棒之间间隔(1)随时间变化以及电弧放电电 流随时间变化的曲线图(左侧图)，同时给出了通过坩埚倾斜而使金属 -电极棒之间间隔变化的状态的视图(右侧图)；图3(b)给出了在使 用本发明的装置时，从电弧放电开始至铸造结束期间，金属-电极棒之 间间隔(1)随时间变化以及电弧放电电流随时间变化的曲线图(左侧 图)，同时给出了通过坩埚倾斜而使金属和电极棒之间间隔变化的状态 的视图(右侧图)。
如图3(a)所示，在使用本发明装置的情况下，在从电弧放电至铸 造结束期间，即使坩埚倾斜，金属-电极棒之间的间隔(11)也不会变化 而保持恒定(如图中实线所示)，因此，即使坩埚倾斜，也能够持续进 行电弧放电，在坩埚倾斜结束之前(直至坩埚上金属消失)均可以实现 电弧放电，因此可以任意选择电弧放电的停止时间，从而防止熔融状态 的金属的温度下降。在该图中，虚线显示了电弧放电电流随时间的变化。
与此相比，在使用现有装置的情况下，如图3(b)所示，在坩埚倾 斜前后，由于金属-电极棒之间的间隔从l1变为l2，因此，在坩埚开始倾 斜时，必然停止电弧放电，在停止电弧放电后，在金属流入铸模之前， 并不能够防止金属温度降低。
另外，在本发明的装置中，在坩埚2的非流出端部侧，设有用于向上 方提升该非流出端部以使坩埚倾斜的倾斜机构7，该倾斜机构的结构不应 局限于图中举例说明的结构。作为这种倾斜机构7，如图1所示，最好具 有与杠杆相同的结构，在图1中的倾斜机构7中，其一个端部(靠近杠杆2 的端部)与坩埚2的非流出端部侧的底面接触，在其另一端部设有能够以 支承轴6为中心向上提升坩埚2的压铁15。就图1的装置而言，在使金属4 熔化之前的状态下，如图中实线所示，虽然将倾斜机构7的坩埚2侧保持 在向下倾斜的状态，而坩埚2处于水平位置，但是在金属4完全熔化时， 解除倾斜机构7的保持作用，使倾斜机构7中在侧部装配有压铁15的端部 向下倾斜，同时，坩埚2以支承轴6为中心倾斜，坩埚以及倾斜机构分别 到达由虚线所示的2’、7’的位置。
在本发明中，不应特别限制铸模5的结构，如图1所示，可采用这样 的结构，即：在侧壁侧设有浇铸口5，使坩埚2靠近浇铸口5设置，在铸模 3的内部经由浇铸口5向斜下方形成的滞留部8向斜上方形成了铸造腔9， 也可采用在铸模3的上表面侧设置浇铸口5的一般性结构，在采用前一结 构的情况下，通过利用下面所述的气体加压的方法进行金属铸造。另外， 在图1的装置中，设有可滑动固定的部件11，以对应具有各种尺寸的铸模 3。
在图1中所示的本发明的金属铸造用装置中，将可以使铸造室1内部 处于减压状态的减压泵12、向铸造室1内部供给加压气体的加压气体供给 源13(通常为氩气储气瓶等惰性气体储气瓶)连接至具有气密性的铸造室 1，通过开关阀14控制从加压气体供给源13供给至铸造室1内的加压气体 的流入。另外，在采用这种装置的情况下，在铸造前关闭开关阀14，通 过减压泵1 2使铸造室1的内部处于减压状态，在将通过电弧放电熔化的金 属注入铸模3的铸造腔9内时，停止通过减压泵12进行的减压，使开关阀 14处于开启状态，并使铸造室1内部加压至规定的压力，进行铸造。另外， 在图1所示的压力控制型的本发明装置的铸造室1中，设有可以检测铸造 室1内部压力的检测器16，以及压力调整器17，所述压力调整器用于将由 加压气体供给源13供给的气体压力调整至预定的压力，即在可流动的时 间内使熔融金属注入铸造腔9内所需的压力。在本发明中，虽然基本上采 用了电气式压力检测器作为所述压力检测器16，但是，不应局限于此。
在采用图1的金属铸造用装置的情况下，最好使加压气体供给源13的 气体供给压力P1大于将熔融状态的金属充分注入铸模3的铸模腔9内所需 的气体压力P2，并在通过坩埚2倾斜使在该坩埚2上熔化的金属4流入铸模 3的浇铸口5时，使开关阀14处于开启状态，加压气体从加压气体供给源 13流入铸造室1内，在铸造室1的内部压力达到气体压力P2时，将控制信 号从压力检测器16输送至开关阀14，通过开关阀14瞬时切断加压气体向 铸造室1内的流入。这样，利用具有对铸造室内快速加压的结构的本发明 装置所获得的铸造产品具有均匀的品质，且在浇铸性(模型的精确性)方 面也是优良的，并且能够获得使熔融状态的金属充分注入铸造模腔9所需 的最低惰性气体消耗量。由于惰性气体消耗量较少，换句话说，减小了 铸造室1的内部压力，因此，该耐压结构能够满足作为目标浇铸所需的最 低强度。
在本发明中，通过所述开关阀14，调整铸造室1的内部压力以使其不 超过气体压力P2，所述开关阀14可以采用电控阀体开关的阀(电开关 阀)，也可以采用以机械方式控制阀体开关的阀(机械式开关阀)。另外， 可利用压力检测器16发出的信号控制所述开关阀14，和可以采用时间控 制型阀，其不接受压力检测器16的控制，而是控制成仅在铸造室1的内部 压力达到气体压力P2的时候开启。
在图4中，图4(a)是在使用本发明的装置时，从电弧放电开始至铸 造结束期间的电弧放电电流随时间的变化以及铸造室内压力随时间变化 的曲线图；图4(b)是在使用现有装置时，从电弧放电开始至铸造结束期 间的电弧放电电流随时间的变化以及铸造室内压力随时间变化的曲线 图。
如图4(a)所示，在采用本发明装置的情况下，即使坩埚倾斜，仍使 电弧放电电流保持在某一固定值上，从而持续对坩埚上的金属进行加热 (如虚线所示)，在熔融状态的金属流入铸模内后，在短时间内对铸造腔 内加压达到规定的压力值。与此相比，在采用现有装置的情况下，如图 4(b)所示，几乎在坩埚开始倾斜的同时停止电弧放电，熔融状态的金属 在流入铸模时根本未被加热，并且达到规定压力值的时间比(a)时的时间 长，因此在进行高熔点金属铸造的情况下，难以获得充分的浇铸特性。
图5为在具有常规内部容积的牙科用金属铸造用装置的铸造室内、以 4kgf/cm2以及10kgf/cm2的压力进行气体填充时铸造室的内部压力-时 间曲线的一个例子。所谓气体填充，即气体从高压侧向低压侧的流动， 其压力差越大，熔融金属就越早、越快地流向铸模腔内。如图5所示，在 向铸模腔内进行气体填充时，伴随气体的流入，其压力差将减小，最终 在无压力差时，气体不再运动，从而填充结束，若在以10kgf/cm2的压力 进行气体填充时，铸造室内的表压(在本说明书中，铸造室的内部压力 被表示为与大气压的压力差，大气压(一个大气压)为0，将小于1个大 气压的压力表示为负压力)达到压力3kgf/cm2的时间为s1，而在以 4kgf/cm2的压力进行气体填充时，铸造室内的表压达到压力3kgf/cm2的 时间为s2，s1小于s2，以10kgf/cm2的压力进行气体填充时的压力升高率 θ1大于以4kgf/cm2的压力进行气体填充时的压力升高率θ2。
若以金属铸造用装置对其进行替换，在假定将熔融金属压入铸造腔9 内所需的压力为4kgf/cm2时，压力调整器11的设定压力值应该为 4kgf/cm2，但是，由于熔融金属会随时间的推移而凝固，因此，若在可 以流动的时间内不进行铸造，则不能进行充分浇铸。特别是，如钛这样 的高熔点金属的可流动时间非常短，从而会出现不能以压力升高率θ2进 行完整的浇铸成形的情况。
图6显示了在本发明的金属铸造用装置中，加压气体供给源13的气体 供给压力P1与使熔融状态的金属充分注入铸模3的铸造腔9内所需的气体 压力P2之间的关系。
如图6所示，在本发明的装置中，加压气体供给源13的气体供给压力 P1大于浇铸所必需的气体压力P2，在气体供给压力为P1时，铸造室的内部 压力达到P2的时间s1小于熔融金属可流动时间sp。在采用本发明的装置进 行铸造的情况下，通常的P2值为1-3kgf/cm2，为了满足s1＜sp的条件，通 常的P1值为5-9kgf/cm2。但是，P1的通常上限值之所以为9kgf/cm2，是 由于通常的铸造室的承载压力设定为小于10kgf/cm2，在铸造室1具有能 够承受更大压力的耐压结构的情况下，P1可以超过9kgf/cm2。
在利用上述装置铸造金属的本发明方法中，在将金属4放置在坩埚2 后，在金属4和电极棒10之间施加电压，产生电弧放电，在所述金属4熔 化以形成可流动状态时，使坩埚2倾斜，在使处于熔融状态的金属4流入 铸模3的浇铸口5时，即使在熔融状态的金属4流至坩埚2上并流下期间， 也将放电电流控制成可使处于熔融状态的金属4和电极棒10顶端之间保 持放电(参照图3(a))。另外，在利用加压气体进行金属铸造的本发 明的方法中，应进行这样的控制，即在通过坩埚2的倾斜使在该坩埚2上 熔化的金属4流入铸模3的浇铸口5时，使前述装置的开关阀14处于开启状 态，以便加压气体能够从加压气体供给源13流入铸造室1内，从而在铸造 室1的内部压力达到气体压力P2时，通过开关阀14切断加压气体向铸造室 1内的流入(参见图3(b))。
实施例
下面，说明利用具有图1所示结构的本发明的金属铸造用装置在(a) 坩埚开始倾斜以便在熔融金属流动落下期间保持电弧持续放电的情况 下，以及在(b)坩埚开始倾斜的同时停止电弧放电的情况下，进行有效 浇铸金属量比较实验时的实验结果。
利用失蜡造型铸造法、使用具有远大于金属4(熔化前的铸块)体积的 铸造腔9的铸模3进行浇铸，测量充满铸造腔9和浇口的金属重量(将其除 以金属4的重量以百分数表示的值)，以获得上述(a)和(b)中的有效 浇铸金属量(有效率)。
在每一种情况下，分别对两种金属4(尺寸·重量)进行六次实验以 获得用于评估的样值。
使用的金属：    JIS2级钛
金属尺寸(重量)：φ30mm×高度12mm(40g)
                φ25mm×高度12mm(25g)
铸模材料：      Cerepaste D(蜡膏D)
浇口：          φ3.2mm×长度10mm
模型：          φ30mm×高度15mm
铸模温度：      700℃
加压条件：从加压供给源12向减压状态(-70cmHg(厘米汞柱)， 比常压低70cmHg的压力)的铸造室内供给的加压气体压力P1与铸造室内 的表压P2为以下等式：
P1＝4kgf/cm2，P2＝3kgf/cm2。
在下面的表1中给出了通过上述铸造实验所获得的铸造制品的有效 浇铸金属量(有效率)。
                                表1 在开始坩埚的倾斜 后，由持续电弧放电 产生的有效率 ()内为有效浇铸金 属的量 在坩埚倾斜开始的同时停 止电弧放电时产生的有效 率 ()内为有效浇铸金属的 量 金属4 的重量 40g     71.3％    (28.5g)     70.8％    (28.3g)     70.0％    (28.0g)     70.5％    (28.2g)     70.8％    (28.3g)     72.3％    (28.9g)     53.8％    (21.5g)     55.5％    (22.2g)     54.3％    (21.7g)     52.0％    (20.8g)     55.3％    (22.1g)     54.5％    (21.8g) 平均值     71.0％    (28.4g)     54.2％    (21.7g) 25g     81.6％    (20.4g)     81.2％    (20.3g)     81.2％    (20.3g)     80.8％    (20.2g)     81.2％    (20.3g)     80.4％    (20.1g)     69.6％    (17.4g)     68.0％    (17.0g)     66.4％    (16.6g)     61.2％    (15.3g)     68.8％    (17.2g)     68.4％    (17.1g) 平均值     81.1％    (20.3g)     67.1％    (16.8g)
如上述表1的实验结果所示，即使在使用本发明的金属铸造用装置 时，在坩埚开始倾斜以便熔融金属流下时仍保持电弧放电的情况与在坩 埚倾斜的同时停止电弧放电的情况(相当于使用现有倾斜式金属铸造用 装置的情况)相比，由于有效浇铸金属量较大，而在铸造后残留在坩埚 内的金属量较少，因此，利用必需的最小量的金属便能够进行非常有效 的铸造。
工业实用性
在本发明的金属铸造用装置中，由于在坩埚倾斜期间能够进行电弧 放电，在铸模内进行铸造时，能够保持高熔点金属或合金的熔化状态， 并且能够使熔化的金属流至某一确定位置，因此，能够获得品质良好的 铸造制品，并且可用于特别适于作为牙科用修补物质的钛等高熔点金属 的铸造。另外，通过使用本发明的方法，可以在熔融状态的金属可流动 的时间内进行铸造。