IRUCAA@TDC : チタン鋳造体の鋳巣発生に及ぼす鋳造条件の影響について

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(1)Title Author(s) Journal URL. チタン鋳造体の鋳巣発生に及ぼす鋳造条件の影響について小田, 豊; 吉田, 英貴; 孫, 賢宣歯科学報, 95(2): 149-152 http://hdl.handle.net/10130/2519. Right. Posted at the Institutional Resources for Unique Collection and Academic Archives at Tokyo Dental College, Available from http://ir.tdc.ac.jp/.

(2) 149. 原著チタン鋳造体の鋳巣発生に及ぼす鋳造条件の影響について* 小田豊吉田英責孫賢宣東貢歯科大学歯科聾工学講座 (指導:住井俊夫教授) 年11月1日受付) 年11月8日受理). The Influence of Casting Conditions over the Incidence of Porosity in Cast Titanium Yutaka ODA, Hideki YosHIDA, and Son HYUNSAN Department of Dental Materials Science, Tokyo I)ental College (Director : Prof. Toshio Sumii). ワックスを用いて付与した.即ち,湯流れが異なると考. 緒言チタンは耐食性や生体適合性に優れ,歯科用材料として. えられる,スブルー径が2mmと4mmの場合および. の十分な機械的性栗も備えている1'ものの,融点が高く,. ワックスパターン接続部が2mmX 4mmの平板状の場. 高温で活性な金属であることから,従来の歯科鋳造法では. 合であるo また,ベントの彩響を調べるためにスブルー. 鋳造が不可能である｡従って,チタン専用の鋳型材ならび. と反対部位に直径長さ5 mmの間接ベントを付. に鋳造機あるいは鋳造方法が開発され,今日チタンを用い. 与したパターンも作製した｡ゲートフォーマ一にスブ. た修復物や補経物が次第に普及しつつあるo しかし,チタ. ルーを接続した後,チタン鋳造用埋没材(チタベストP. ン鋳造体の場合,形態的に良好な鋳造体が待られたとして. s :モリタ)をメーカー指示の方法で練和し,内径45. も内部にチタン特有の鋳巣が発生し易く未だこの. mm,高さの金属リングに埋没した｡埋没材が硬. 原画や対策について明確にされていないo ｢般に鋳巣の発. 化した後,メーカー指示の予備焼却とリングの加熱. 生原因としては,凝固時の収縮孔,金属からのガスの放. 分係留)を行い,チタン用鋳造機サイクラ-ク(モ. 出,鋳込み時の空気あるいはガスの巻き込みなどが考えられ,その対策としてスブルー形態,鋳型濫度,ベントの付. リタ)によって鋳造を行った｡尚,チタンは歯科用純チタンA(モリタ)を用い,溶解電流溶解時間60. 与などが考えられている｡そこで,チタン鋳造体の鋳巣の. アルゴン圧で鋳造を行った｡鋳造時. 発生率とこれら3つの要因の関係を調べ,鋳巣の発生率と. の条件として鋳型温度をの低温との高温鋳型. の関係について検討した｡. としたo同一条件における鋳造体は10個作製した｡ 2.鋳巣発生率の測定円板状パターンの鋳造体を鋳型から取り出した後,サ. 方法上鋳造体の作製. ンドブラストによって清掃した｡次に,歯科用Ⅹ線装置. 直径厚さ1mmの円板状ワックスバク-ンをブルーインレ-ワックスを用いて作製した｡次に. 線フイルム(コダックを用いⅩ線写真を撮影する. に示す3種のスブルー形態をビニールライン. (管電圧管電流7 mAで線照射)とⅩ ことによって鋳巣の発生状況を観察した｡に鋳巣の発生状況の一例を示した｡更に, Ⅹ線フイルム上の. *本論文の要旨は,第247回東京歯科大学学会例会(平成 4年3月5日,千葉)において発表した｡. 鋳巣の面積を多目的画像解析装置日本アビオニクス社)によって測定した｡鋳巣の発生率はⅩ線. -29-.

(3) 小田,他:チタン鋳造体の鋳巣発生と鋳造条件. 150. フイルムに撮影された鋳造体の面積と鋳巣の面積の比で表した｡. Tablel Analysis Of variance procedure : dependent variable and porosity Source Sumofsqares df Meansquare Fvalue 9. t -. . . 0. . . 1. . . 己. . O. #. . 2. U. e ヽ U. . . n U . 5. . . 9. 1. . . . . 1. 3. . . . . ヽ. 1. ソ J. . . 1. 1. Total. mm. sprue. . Sprue. . Flat 4. 0. mm. 1. 2. Sprue. Error. 0 U 7 0 H U l. AxBxC. EB ⊂∃≒≠==コ =尋===コ. 2 0 1 0 2 2 O. BxC. 0 0 5 ソ. AxC. O 1 2 4 6 6 1 7 2 0 2 0 1 1 0 0. AxB. 2 1 1 2 - 2 1 2 8 9. C : Mold temperature. 0 1 2 7 1 6 2 0 3 7. B : Vent. 4 0 2 0 3 1 0 6 0 0. A : Shape ofsprue. * Degrees of freedom #sig･nificant at p <0. 001. Fig･ 1 Wax pattern and sprue design (unit : mm). 実験結果. 鋳巣発生率の測定結果をに示した｡直径4 mmのスブルーで鋳型忠度900℃,ベント有りの場合が最も大きな鋳巣発生率を示し,直径2mmのスブルーで鋳型温度100℃,ベント無しの場合が最小値 %を示した｡鋳巣の発生率を,スブルー形態,鋳型温皮,ベントの有無を要因として三元配置分散分析を行った結果をに示したo鋳型濫度の要因がの危険率で有意差を示し,鋳型温度が高塩の900℃で鋳巣が発生し易いことを示した｡更に,ベントの有無ではベントを付与した場合に鋳巣の発生が大きくなる傾向にあるものの有意差は認められなかった｡スプル-形態については有意差は認められなかった｡考察一般に鋳造体に発生する鋳巣の成因には,鋳型内の空. Fig･. 2 Representative XIRay radiograph of pure titanium casting. 気の排出不十分,鋳込み時の空気の巻き込み,夜相と固相の溶解度の差に起因するガス,凝固収縮による収縮孔が考えられる｡チタン鋳造においては溶解雰囲気として禾活性のアルゴンガスが利用され,加圧ガスとしても用いられる.従って,奥野6)はチタン鋳造に多発する鋳巣はアルゴンガスの排出不十分や巻き込みが主な原因とし,通気性が大きすぎたり,鋳型とのぬれが良すぎる場合は溶濠の供給が間に合わず空洞になり,鋳造圧が大きすぎた場合は湯流れが乱流となりアルゴンガスの巻き込みが4Iじる,と述べているoまた,宮川は3)埋没材との反応による欠陥が生じると報吾しており,都賀谷4),. 100oC 900oC IOOoC 9000C No. Venting. Her￠5)らも球状あるいはパイプ状の鋳巣の発生につい. Venting. て報吾している｡これらの報吾から,従来の歯科用合金. Fig. 3 Porosity in cast Titanium. の鋳造体に比較してチタン鋳造の場合は特有の鋳巣が発 -30-.

(4) 歯科学報. 生すると考えられる｡. が,更にミクロシュリンクなどについても詳編な検討が. 本実験の結果では,鋳型濫度の要因のみが有意差を示. 必要と患われる｡. し,鋳型温度が高塩の900℃で鋳巣の発塗が増加した｡拓諭. この理由として,鋳型温度が高温になることによってチタン溶湯の湯流れが良好になったためアルゴンガスの巻. チタン鋳造体の鋳巣の発生原図とその対策を明らかに. き込みが増加したことと,鋳型材とチタン溶濠との反応. することを目的として,スブルー形態,鋳型温度,ベン. によってガスが発生し易くなったことの両者が考えられ. トの付与の各要因と鋳巣の発生室の関係について検討し. る.チタン鋳造ではチタン溶湯と埋没材の反応を少なく. た結果,. するためや,鋳造体の結晶粒の微細化を意図して鋳型温. (1)チタン鋳造体にはガスが関与する鋳巣が発生し易い. 度を室温とする場合が多いが,鋳巣の発生を減少させる. と考えられた｡. 二次的な効果もあることをこの結果は示している｡. (2)鋳巣の発生率を,スブルー形態,鋳型温度,ベント. スブルー形態を比較した場合,スブルー直径2 mmの. の有無を要図として三元配置分散分析を行ったところ,. 場合で断面積が平板状スブルーの場合で断. 鋳型温度の要因のみが有意差を示し,鋳型温度が高い場. 面積がスブルー直径4 mmの場合で断面積が. 合に鋳巣ができ易いことを示した｡また,ベントの有無. となり断面積が大きいほど鋳型空洞の鋳込. ではベントを付与した場合に鋳巣の発生率が多くなる傾. み速度が大きくなるだけでなく,溶湯の供給室も増加す. 向を示したが有意差は認められなかった｡. るため金属の凝固収縮によって生ずるミクロシュリンク. (3)スブルー直径の違いおよび形状の達いでは鋳巣の発. や引け巣が減少するものと考えられる｡しかし,ベントの有無,鋳型濫度100℃ のいずれの条件において. 生率に差異が箪められなかった. 従って,チタン鋳造における鋳巣の発生率はチタン溶. もスブルー形態の違いによる有為差は認められなかっ. 湯の湯流れ,鋳型材とチタンの反応,鋳型材の通気性な. た｡このことは,チタン鋳造ではミクロシュリンクや収. どが大きく開与しているものと推察されるが,更に詳糸田. 縮孔が発生しないことを意味するのではなく, Ⅹ線撮影. な検討が必要と患われる. による鋳巣の測定では以下の鋳巣が存在したとしても濃淡の差異が明確に識別できず,鋳巣のサイズの小さなミクロシュリンクはカウントされないためと思われる｡ベントの有無については,都窒谷4),佐藤7)はベントの付与が鋳型内の溶湯の圧力を減少させる結果として, 鋳巣が発生しやすくなるとしている｡本実験の結果では有意差は認められなかったもののベントを付与した条件でやや鋳巣の発生量が増加する傾向にあった｡本実験では.鋳造機の特性から間接ベントとしたために明確な差異が表れなかったものと考えられるが,吸引加圧方式のチタン鋳造機では鋳型内ガスの排出の為の通気性と鋳造圧のバランスが鋳巣の発生量に影響していることは明らかと言えよう｡以上の実験結果から,チタン鋳造における鋳巣の発生は.チタン溶湯の湯流れ,鋳型材とチタンの反応,鋳型材の通気性などが大きく関与しているものと推察される. -31-. 文献 1)井田一夫,都賀谷紀宏,鈴木政司純チタンおよびチタン合金の機械的性賛-歯科鋳造用金属としての評価-,歯材器 2)牧野新どうすれば鋳巣ができないか,歯科技工 3)宮川修,産辺孝一,大川成剛,他巻き込まれた埋没材との反応によってできるチタン鋳造体の内部欠陥,歯材蕃 4)三浦維四,井田一夫編チタンの歯科利用,第1版クインテッセンス出版.東京 5) H. Her4･, M. Syverud, M Waarli(1993) : Mold filling and porosity in castings of titanium, Dental Materials, 9(1) ･. 15-18 6)奥野攻チタン鋳造における解決すべき諸問題,歯科技工 7)佐藤秀樹アーク融解･加圧吸引鋳造機の試作4.純チタン鋳造体内部の鋳巣,臼歯保誌 1342･-1357.

(5) 小田,他:チタン鋳造体の鋳巣発生と鋳造条件. 152. Yutaka ODA, Hideki YosHIDA, Son HYUNSAN : The Influence of Casting Conditions over the Incidence of Porosity in Cast Titanium, Shihwa Gahuho, 95 ･. 149-152, 1995. (Department of Dental Materials Science, Tokyo Dental College, Chiba 261,Japan) Key WoT.ds I TitaniuTn-Castmg-Porosity-Mold teTnPerature To determine the causes of porosity in titanium casting, this study focused on the various factors surrounding a sprue shape (diameter /2 mm and_ 4 mm, and flat), molded at tempe℃ ℃ 日比壁田地血完封韓･朋｡用度壷1年掴鑑｡餌持田rp群蘭完｡転記劉肝相当qI壇用宗 quantitive evaluation of internalporoslty･ The result of the observation revealed that gas affected porosity ln titanium castings were easily formed･ Upon tridimensionalanalysIS Of variance of the degree of porosity with the main factors being the usage of the sprue shape, the mold temperature, and presence of the vent, only the mold temperature factor showed slg･n1-. ficant difference with poroslty forming more easily when the mold temperature was higher, Also, there was a higher incidence of porosity when vented but this was not considered to be a slgnificant difference, The sprue diameter and shape did not affect the occurrence of porosity･ It therefore concluded that the incidence of porosity in titanium casting was largely linked to the flow of molten titanium, the reaction of titanium agalnSt mold materials and the balance between casting pressure and the permeability of mold materials.. -32-.

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