JP4786080B2 - 歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高融点の金属を鋳造する歯科用リン酸塩系埋没材に関する。
特に、埋没後２０〜３０分後に埋没したリングを８００〜１０００℃のファーネスに直接投入する急速加熱型のリン酸塩系埋没材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
陶材焼き付け用合金として用いられる高融点の金属を鋳造するためにはリン酸塩系埋没材を用いられてきた。
リン酸塩系埋没材の組成は、結合材として酸化マグネシウムと第１リン酸アンモニウム、耐火材（骨材）としてシリカ、アルミナ、ジルコン等を含むものであり、専用液としてコロイダルシリカで練和することも特徴的でである。
この埋没材の利点として、専用液のコロイダルシリカの濃度を調節することにより、様々な金属の鋳造収縮に見合った総合膨張を得ることがる。たとえば、金を主体とするプレシャス合金からニッケル、コバルトを主体とするノンプレシャス合金まで幅広く使用できる。
【０００３】
ノンプレシャス合金の鋳造収縮を補うには２．５％以上の総合膨張を必要とする。通常のリン酸塩系埋没材としては、熱膨張量を１．５％以上上げることが難しいことから、専用液から得られる硬化膨張を期待しなければならない。専用液のみで練和したときに、リン酸塩系埋没材の熱膨張量に加え、硬化膨張を１．５％以上を膨張させる様に調整し、金属の膨張・収縮量に合わせて希釈して用いるのが通法である。
【０００４】
この他に代表的な埋没材として石こう系埋没材があり、これは高温で分解するために高温では使用できない。しかし、比較的安価であるため、低融点（１０００〜１１００℃）の金属には石こう系埋没材が用いられ、高融点（１１００℃以上）の金属にはリン酸塩系埋没材を用いるのが通例である。
近年、石こう系埋没材は短時間鋳造法すなわち急速加熱型と呼ばれる埋没材が主流となりつつある。通常であれば、石こう系埋没材はノーマル加熱鋳造法により行われる。
【０００５】
ノーマル加熱鋳造法とは埋没終了後、１時間程度放置し、それからファーネスに入れ室温から１．５〜２時間かけて７００℃の温度に達するように加熱し、３０分係留してから鋳造するものである。ところが、最近短時間鋳造法（以下急速加熱鋳造法と呼ぶ）と呼ばれる鋳造法が主流となってきた。急速加熱鋳造法とは技工作業の大幅な短縮を目的として、埋没後２０〜３０分後に７００℃のファーネスにリングを直接投入する方法のことである。
近年、石こう系埋没材においても、急速加熱型の技術が発展しており、数々の問題点を克服しており、短時間で強度を有するように設計され、急硬化性を付与されるようになった。
【０００６】
表面性状においては、石こう系埋没材の場合、結合材は半水石こうを主成分としているため主に水和反応により凝固反応が生じる。したがって埋没材を短時間で熱衝撃を加えても水和反応を急激に促進するだけであるため、鋳造体の鋳肌荒れを生じることはあまり問題にならなかった。
【０００７】
一方、リン酸塩系埋没材は従来のノーマル加熱鋳造法がまだ多いものの、急速加熱鋳造法が急速に普及しつつある。
リン酸塩系埋没材のノーマル加熱とは埋没終了後、１時間程度放置し、それからファーネスに入れ室温から１．５〜２時間かけて８００〜９００℃の温度に達するように加熱し、３０分係留してから鋳造するものである。
【０００８】
これに対し、急速加熱鋳造法は埋没後２０〜３０分後に８００〜９００℃のファーネスにリングを直接投入するものである。
しかし、リン酸塩系埋没材は先に述べた酸化マグネシウムと第１リン酸アンモニウムを結合材としているため、短時間でファーネスに投入するには短時間で硬化させる必要がある。リン酸塩系埋没材を急速加熱した場合、表面性状は通常加熱した場合よりも滑沢でないことが問題であった。
【０００９】
また、結合材を減少させた場合、硬化膨張量が減少してしまい、ノンプレシャス合金の鋳造収縮を補うことが難しい状態であった。
今までのリン酸塩などの無機塩を用いる方法は反応性に問題があり、急速加熱を行った場合、表面性状が悪くなることやヒートショックに弱いという問題を抱えていた。
【００１０】
表面性状を改善する方法と耐火度を上げる方法は代表的には特開昭５９−１８１２０３に公開されており、半水石こうをベースとして、これに酸性リン酸アルミニウムを加えることによって解決している。
しかし、硬化性が悪く、急速加熱をすると亀裂、クラックを生じ、ヒートショックに弱いという問題点を抱えていた。
【００１１】
高い総合膨張を得ることを目的とする方法が特開昭６３−１４１９０６に公開されており、半水石こうもしくはリン酸塩系の結合材をベースとして、耐火度を上げる耐火材を加え、膨張材として天然でんぷん及び周期律表第ＩＶ、Ｖ、ＶＩ族の遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物、珪化物、硫化物を加える方法がある。
しかし、でんぷんの添加は膨張が不安定になるという問題点を抱えていた。
【００１２】
耐熱性と滑沢な表面性状を得る方法が特開平２−２０７０１０に公開されており、カルシウムとリンのモル比が１．５〜２．０であるリン酸カルシウム化合物をα型リン酸三カルシウムとリン酸四カルシウムを結合材として用いる。
しかし、この方法でも硬化性が悪く、急速加熱では亀裂が入るという問題点を抱えていた。
【００１３】
表面への金属の焼き付きの克服方法が特開平４−３２７５１４に公開されており、通常のリン酸塩系埋没材に酸化アルミニウムを加え、なおかつクリストバライト及び酸化アルミニウムの平均粒径が２〜４０μｍであることで解決している。
しかし、表面の焼き付きは防止できるが、表面性状の向上は十分ではなかった。
【００１４】
石こう系埋没材においては石こうの熱分解ガスを防止することにより高融点の金属を鋳造できるよう試みられた方法が特開平９−２２０６３８に公開されている。
しかし、半水石こうをベースとして耐火度を上げる方法は、十分な硬化膨張が得られず、高融点の金属の溶解状態により表面性状が悪くなるという問題点があった。
また、熱分解ガスを防止する得策を多種試みられているが、未だ通常の使用に到る解決には到っていないのが現状である。
【００１５】
熱膨張においては、練和液で調整するため、ある程度適した熱膨張を有する埋没材が望まれているが、リン酸塩系埋没材においては、他の要望を同時に解決された埋没材は報告されていない。
更にリン酸塩系埋没材で急速加熱型の技術は発展しておらず、数々の問題点を抱えており、ヒートショックや、ヒビ割れ、表面性状などを同時に解決できるものは無かった。特に表面性状が安定した鋳造体を得る方法においては、解決することは容易でないことである。
【００１６】
総合膨張特に熱膨張量を確保することが難しく、ヒートショックにより割れやひびが入ることが多かった。ある程度、調整がされたものであっても膨張が不安定になり、安定して使用できないものであった。
亀裂、クラックを生じることが多くそれらを解決するものはなかった。
要望により、これらの問題点を解決するだけでなく、短時間で硬化させる必要があるが硬化性のよいものはなかった。
表面の焼き付けを防止する事と表面性状が良好であることを兼ね備えることは解決されていない。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、十分な膨張が得られ、表面に金属の焼き付きが起こる危険性が無く、リン酸塩系埋没材の表面性状を向上させ、高い総合膨張を得られ、かつ急速加熱を可能にすることが課題である。
リン酸塩系埋没材において、表面性状を向上させることや、十分な硬化膨張を得られることが望まれている。
なおかつ、急速加熱をしても亀裂やクラックのないヒートショックに強い歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材は開発されていない。
【００１８】
更にまた、精密な鋳造体を短時間で鋳造でき、ヒートショックに強く、大きな総合膨張を得ることが望まれており、より幅広い金属に使用でき、表面性状が滑沢な鋳造体を得ることができる埋没材は、従来はなく、これらの課題を解決することが望まれている。
従来の埋没材の利点に加え、硬化性がよく、急速加熱を可能にし、表面性状が安定した鋳造体を得られ、膨張量を確保し、ヒートショックにより割れやひびが無く、膨張が安定に発現し、亀裂、クラックを生じることなく、練和後、鋳型の形態付与後は、短期間で硬化し形態が安定し、表面の焼き付けが発生せず、表面性状が良好であることを兼ね備えることを課題とする。
また、本発明は急速加熱を行うのに適当な硬化時間を有し、鋳造時には高い圧縮強度を有し、鋳造後は掘り出しやすい埋没材を創製することである。
【００１９】
【課題の解決手段】
これらの課題について本発明者らは鋭意研究の結果、本発明に到ることができた。
本発明は、歯科鋳造用埋没材であって、（ａ）酸化マグネシウム、（ｂ）第１リン酸アンモニウム（ｃ）骨材を含むリン酸塩系埋没材において、
（ａ）平均粒径が１０〜４０μｍである酸化マグネシウム（ｂ）第１リン酸アンモニウムの内２５μｍ以下が全第１リン酸アンモニウムに対して１０〜４５重量％であることを特徴とする歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材である。
【００２０】
好ましい本発明の歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材は、（ａ）酸化マグネシウムが平均粒径２０〜３０μｍであり、且つ１００μｍ以上の粒子が１％以内であり、（ｂ）第１リン酸アンモニウムが６０μｍ以下であり、且つ２５μｍ以下が全第１リン酸アンモニウムに対して２０〜３５重量％であることを特徴とする歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材である。
好ましい本発明は歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材であって、（ａ）酸化マグネシウムが５〜１５重量％（ｂ）第１リン酸アンモニウム１０〜２０重量％である歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材である。
【００２１】
本発明は歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材であって（ｃ）骨材がジルコニア、ケイ酸ジルコニウム、溶融石英、ムライト、アルミナから選ばれた１種以上を含むことを特徴とする歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材である。
更に、本発明は歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材を練和する専用液としてコロイダルシリカ溶液を用い、そのコロイダルシリカの平均粒径が７０〜１００ｎｍである歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材であることが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材について具体的に説明する。例示されるものに関しては特に限定されるものではない。
本発明の（ａ）構成要件である酸化マグネシウムであるが、一般に歯科用で用いられる酸化マグネシウムは、純度は高い方が好ましく、微細化してある方が好ましい。１００μｍ以上の粒子は粒度分布において１％以内であることが好ましい。更に好ましくは１００μｍ以上の粒子を含まないことである。
また、平均粒径は１０〜４０μｍであることが好ましく、２０〜３０μｍであることが更に好ましい。
リン酸塩系埋没材全体への配合量は、５〜１５重量％あることが好ましい。
【００２３】
次に、本発明の（ｂ）構成要件である第１リン酸アンモニウムであるが、第１リン酸アンモニウムは可溶性であるが、埋没材の結合材で用いる場合、最大粒径は小さいことが好ましい。リン酸塩系埋没材の表面滑沢性より６０μｍ以上の粒径のものが無いことが好ましい。さらに６０μｍ以下の粒子の内、２５μｍ以下の粒子が１０〜４５重量％であることが好ましく、２０〜３５重量％であることが更に好ましい。
リン酸塩系埋没材全体への配合量は、１０〜２０重量％あることが好ましい。
【００２４】
次に、本発明の好ましい（ａ）構成要件と（ｂ）構成要件の配合比は重量比で（ａ）／（ｂ）＝０．３〜１．０であることが好ましい。さらに好ましくは、（ａ）／（ｂ）＝０．４〜０．８である。
【００２５】
次にこれらの結合材を配合する（ｃ）構成要件である骨材であるが、歯科鋳造用の埋没材に使用される耐火材であればよく、具体的には
石英、クリストバライト、溶融石英、アルミナ、ジルコニア、ケイ酸ジルコニウム、カルシア、イットリアなどがある。ジルコニア、ケイ酸ジルコニウム、石英、クリストバライトが特に好ましい。
【００２６】
また、これら骨材の配合量であるが、急速加熱型のリン酸塩系埋没材では、クリストバライトの配合量は少ない方が良い。クリストバライトの配合量は１５〜４５％が好ましく、２５〜３５％が特に好ましい。ジルコニア、ケイ酸ジルコニウムの配合量は５〜１５％が好ましい。
【００２７】
さらに、これらの埋没材としての粉材を練和する液材であるが、コロイダルシリカ水溶液が上げられる。本発明を達せしめるためには高い硬化膨張と急速加熱を並立するため、大粒径コロイダルシリカを用いることが好ましい。コロイダルシリカの平均粒径は１０ｎｍ〜１２０ｎｍが好ましく、７０ｎｍ〜１００ｎｍが特に好ましい。
また、コロイダルシリカ濃度は２０〜５０重量％が好ましく、３５〜４５重量％が特に好ましい。
【００２８】
本発明により得られる効果としては、３０分以内で８００℃〜１０００℃のファーネスに直接投入でき、硬化膨張が１．５％以上得られ、なおかつ表面性状が滑沢なものが得られる。
【００２９】
【実施例】
以下に、本発明を実施例によって説明するが本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、酸化マグネシウムの粒度測定は、日機装製マイクロトラックＨＲＡ型を用い、第１リン酸アンモニウムの篩いはＪＩＳの標準篩いを用いた。
【００３０】
試料１の調整
酸化マグネシウム原料を粉砕し、分級して、平均粒径が２５μｍ、１００μｍ以上の粒子の頻度を１％以内に調整した。
【００３１】
試料２の調整
第１リン酸アンモニウムを粉砕し、２５０メッシュ（６０μｍ）を全通し、２５μｍ（５００メッシュ）篩い下の粒子が３０重量％になるように調整した。
【００３２】
試料３の調整
酸化マグネシウムの粉砕
酸化マグネシウム原料を粉砕し、分級して、平均粒径が４５μｍ、１００μｍ以上の粒子の頻度を１％以内に調整した。
【００３３】
試料４の調整
第１リン酸アンモニウムを粉砕し、１２５メッシュ（１２５μｍ）を全通し、２５μｍ（５００メッシュ）篩い下の粒子が５重量％になるように調整した。
【００３４】
試料５の調整
第１リン酸アンモニウムを粉砕し、１２５メッシュ（１２５μｍ）を全通し、２５μｍ（５００メッシュ）篩い下の粒子が５０重量％になるように調整した。
【００３５】
クリストバライト（２００メッシュ（７７μｍ）全通）、石英（２００メッシュ（７７μｍ）全通）、ケイ酸ジルコニウム（２００メッシュ（７７μｍ）全通）、ジルコニア（２００メッシュ（７７μｍ）全通）及び試料１〜５を以下の組成にて配合した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【表３】
【００３９】
練和液は、日産化学製スノーテックスＺＬ（無水ケイ酸４０重量％、平均粒子径９０ｎｍ）、及び日産化学製スノーテックス３０（無水ケイ酸３０重量％、平均粒子径３０ｎｍ）を用いた。
鋳型の試験方法は日本工業規格「歯科鋳造用石こう系埋没材」Ｔ６６０１−１９９８に準拠した。すなわち硬化時間、圧縮強さはこれに準拠し、熱膨張については８００℃まで昇温させ、その数値を読みとった。
埋没材練和方法は混液比２２ｍＬ／１００ｇ粉でスノーテックスＺＬを練和液Ａとし、スノーテックス３０を練和液Ｂとした。真空攪拌器は松風パワーリフトミキサーを用い、練和時間は３０秒とした。
【００４０】
硬化膨張の試験
リング径高さ４０ｍｍ、内径４０ｍｍのリングに松風ノンアスベストを内張りしてワセリン塗布した。リングに練和泥を流し込み、ガラス板を載せ、縦型ダイヤルゲージ（１／１００ｍｍ読みとり）にて硬化膨張値を読みとり、膨張率を計算する。
総合膨張とは、熱膨張に硬化膨張を加えた膨張量のことである。
【００４１】
ヒートショック試験
リング径高さ５５ｍｍ、内径４０ｍｍのリングに松風ノンアスベストを内張りしてワセリン塗布した。リングに練和泥を流し込み、練和開始から２０分後に８００℃に昇温したファーネスに入れ、クラックの発生を確認した。鋳造不可能な場合は×とし、クラックが発生しているものは△とし、全くクラックが無いものは○とした。
【００４２】
鋳造面の確認
リング径高さ５５ｍｍ、内径４０ｍｍのリングに松風ノンアスベストを内張りしてワセリン塗布した。リングに練和泥を流し込み、練和開始から２０分後に８００℃に昇温したファーネスに入れ、３０分係留後、松風ユニメタルを鋳造し、その表面性状を確認した。表面研磨の必要のないものを○とし、表面を研磨して使用可能なものを△とし、鋳造体表面に著しい突起物がある場合を×とした。
【００４３】
【表４】
【００４４】
【効果】
上記結果のように、本発明により、プレシャス合金からノンプレシャス合金まで幅広く鋳造でき、表面性状がよく、急速加熱を行ってもヒートショックに強く、亀裂やクラックが入ることがない歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材を得ることができた。
【００４５】
本発明により、リン酸塩系埋没材において、表面性状を向上させ、十分な硬化膨張を得られ、なおかつ急速加熱をしても亀裂やクラックのないヒートショックに強い歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材を得ることができた。
本発明は、精密な鋳造体を短時間で鋳造でき、ヒートショックに強く、大きな総合膨張を得ることにより幅広い金属に使用でき、表面性状が滑沢な鋳造体を得ることができる埋没材を創製することである。
また、本発明を利用することにより、鋳造時には十分な圧縮強度を有し、鋳造体を掘り出しやすいものが得られた。

Claims (3)

1. 歯科鋳造用埋没材であって、（ａ）酸化マグネシウム、（ｂ）第１リン酸アンモニウム、（ｃ）骨材を含むリン酸塩系埋没材において、（ａ）平均粒径が１０〜４０μｍである酸化マグネシウムを５〜１５重量％、（ｂ）第１リン酸アンモニウムを１０〜２０重量％含んでおり、
   前記第１リン酸アンモニウムのうち、粒径が２５μｍ以下の第１リン酸アンモニウムが１０〜４５重量％であることを特徴とする歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材。
2. 請求項１記載の歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材であって（ｃ）骨材がジルコニア、ケイ酸ジルコニウム、溶融石英、ムライト、アルミナから選ばれた１種以上を含むことを特徴とする歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材。
3. 請求項１〜２記載の歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材を練和する専用液としてコロイダルシリカ溶液を用い、そのコロイダルシリカの平均粒径が７０〜１００ｎｍである歯科用急速加熱型リン酸塩系埋没材。