JPH0318893B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ 産業上の利用分野 本発明は精密鋳造用鋳型（特に金属鋳造床、ク
ラスプ、ブリツジ等の歯科用の金属精密鋳造用鋳
型）及びその製造方法に関するものである。

ロ 従来技術 従来、歯科用金属、例えば金属鋳造床、クラス
プ、ブリツジ、鋳造金属冠、インレー用の金属と
しては一般に、鋳造用Co−Cr合金（例えば、
Co65％、Cr28％、Mo5％、その他にNi、Mn含
有）や、Au−Cu合金（例えばAu90％、Cu10
％）、更にはNi合金が使用されている。こうした
歯科用金属精密鋳造品を製造する方法としては、
シリカ粉末に粘結剤としての石膏、リン酸、リン
酸及びコロイダルシリカ、エチルシリケート等を
添加してなる埋没材を使用して作製した鋳型を用
いるロストワツクス法が知られている。

ところが近年、上記したCo−Cr合金よりも耐
食性に優れ、人体への為害作用もなく、しかも適
度な機械的性質をもつチタン又はチタン合金が歯
科用金属として注目されるようになつてきた。

しかしながら、チタン又はチタン合金を精密鋳
造する場合、上記した如きシリカ製の鋳型はチタ
ンを含むスラグに侵食され易く、このためにスポ
ーリング（亀裂、剥裂等）が発生し、精密な鋳造
自体が不可能となつてしまう。そこで、シリカに
代わつて、チタンと反応性の乏しいグラフアイト
やマグネシアを鋳型材料として使用することが試
みられている（“NIKKEI MECHANICAL”
1986.12.1）が、こうした材料は鋳型として硬化
するときに収縮を生じる性質があるので、鋳造金
属が一般に鋳造時に収縮することも考慮すれば、
鋳造品は設定サイズよりも大幅に小さくなつてし
まい、これも精密鋳造には不適当である。加え
て、収縮を生じる材料では、鋳型の通気性も悪く
なるため、鋳造時に鋳型と鋳造金属の溶湯との界
面に発生するガスや空気を鋳型を通じて外部に放
出することが不十分となり、品質の良好な精密鋳
造品が得られない。

ハ 発明の目的 本発明の目的は、チタン又はチタン合金等の精
密鋳造において鋳造金属の侵食に耐え、かつ鋳型
膨張性に優れ、通気性も良好な精密鋳造用鋳型を
提供することにある。

本発明の他の目的は、そうした精密鋳造用鋳型
を再現性良く作製することのできる製造方法を提
供することにある。

ニ 発明の構成及びその作用効果 即ち、本発明は、マグネシア（MgO）と、化
学反応で体積膨張を生じる金属粉末（例えばTi
粉末）とを必須成分として含有する埋没材から作
製された精密鋳造用鋳型に係るものである。

また、本発明は、マグネシア（MgO）に、化
学反応で体積膨張を生じる金属粉末（例えばTi
粉末）を添加し、この混合物に粘結剤（例えば塩
化マグネシウム）を添加して混練した後、この混
練物を高温（特に750℃以上）で焼成する精密鋳
造用鋳型の製造方法も提供するものである。

本発明によれば、精密鋳造用鋳型に作製される
埋没材の基本成分としてマグネシア（MgO）を
用いているが、このMgOは特にチタンを鋳造す
る際にチタンに侵食され難い有利な性質を有する
ため、スポーリング等のない精密鋳造が可能とな
る。しかも、本発明による埋没材は、化学反応
（例えば加熱酸化、塩化、硫化）で体積膨張を生
じる金属粉末（以下、「膨張性金属粉末」と称す
る。）をMgOに添加したものであるから、この膨
張性金属粉末の体積膨張によつてMgOの収縮を
抑えるだけでなく鋳型自体を十分に体積膨張せし
めることができる。この鋳型の体積膨張率（量）
は、精密鋳造時に生じる鋳造金属の収縮率（量）
に一致するように設定できるので、得られる鋳造
品は常にほぼ設定サイズ通りのものとなる。ま
た、その際、鋳型の膨張によつて鋳型自体が適度
に多孔性となり、鋳造時の通気性が向上して、ガ
スや空気を十二分に外部へ放出できるので、高品
質の精密鋳造品が得られる。この膨張性金属粉末
の添加によつてもたらされる他の効果は、膨張が
直線的であるために鋳型の安定性が良く、かつ同
粉末の配合量を決めさえすれば膨張率を適切にコ
ントロールし、再現性良く膨張率を設定すること
ができる。また、鋳型の耐熱性も、膨張性金属粉
末の化学変化（例えば酸化）によつて向上させる
こともできる。

次に、本発明による埋没材は、上記した顕著な
作用効果を奏する上で、下記の如き成分配合比を
有していることが望ましい。

MgO 60〜95重量％ 膨張性金属粉末 25重量％以下 粘結剤 0.5〜5.0重量％ ここで、使用するMgOは耐火材一般に用いら
れている粒度範囲のものであつてよいが、その割
合が埋没材全量（100重量％とする：以下同様）
の60％重量％未満では埋没材としての本来の性能
（耐火性）が低下し易く、また95重量％を超える
と他の添加成分の割合が減つて所望の膨張性や粘
結性が弱くなる傾向がある。MgOの含有量は、
目的とする性能（鋳型の膨張性等）によつて異な
るが、実用的には60〜85重量％とするのがよい。

また、上記膨張性金属粉末としては、金属チタ
ン粉末、金属鉄粉末、金属アルミニウム粉末、金
属亜鉛粉末、金属スズ粉末が挙げられるが、これ
は鋳型の膨張率を決める上で極めて重要である。
膨張性金属粉末の含有量はその効果を発揮するた
めには25重量％以下とするのがよいが、25重量％
を超えるとMgOの割合が減りすぎるためである
（但し、埋没材としての性能を保持できれば、25
重量％を超えても差し支えない）。この膨張性金
属粉末の含有量は目的とする膨張率によつて異な
るが、通常は１〜20重量％とするのが実用的であ
る。また、その粒径は、粒度で50〜500メツシユ
（例えば300メツシユ）とするのがよい。なお、使
用する膨張性金属粉末は純金属であつてよいが、
不純金属（不純物含有）であつてもよい。

また、上記粘結剤は埋没材を固めるのに必要で
あつて、例えば塩化マグネシウム（MgCl₂）、硫
酸マグネシウム（MgSO₄）、第三リン酸マグネシ
ウム（MgPO₃（））等が使用可能である。この
粘結剤は通常、水分を添加し、上記MgO及び膨
張性金属粉末と混練するが、この際に粘結剤の量
は0.5〜5.0重量％とするのがよい。また、MgO、
粘結剤、水分の間ではモル比で、（３〜８）
MgO・MgCl₂・（10〜18）H₂Oとするのがよい
が、いずれにしても、粘結剤が少なすぎると埋没
材を固めるのが困難となり、逆に多すぎると
MgOが少なくなつてしまう。

本発明によれば、上述した組成の埋没材を高温
で加熱焼成して精密鋳造用鋳型とするが、この高
温処理時に、埋没材中の特に膨張性金属粉末が化
学変化して体積膨張する。膨張性金属粉末として
Ti粉末を用いる場合、加熱焼成時に酸化され、
元の体積より膨張した酸化チタンに変化するの
で、これが鋳型を所期通り所定の割合だけ膨張さ
せるのに寄与する。この鋳型の膨張は、膨張性金
属粉末の量によつて異なるが概して十分なもので
あり、後述するTi等の鋳造金属の収縮量を十分
に相殺するものである。しかも、温度が低下（降
温）したときでも、上記の鋳型の体積膨張は十分
に保持されることが判明したのである。この鋳型
はまた、鋳造金属であるTiやTi合金に対する型
離れ（離型）も良好である。

なお、上記の焼成時に生成する酸化チタンは鋳
造金属であるTiとは反応しないことも都合がよ
い。また、金属Ti等の膨張性金属は、塩化マグ
ネシウム等の粘結剤と反応し、金属塩化物に部分
的に転化されるので、塩素ガスの発生等もなく、
有利である。また、埋没材にFe粉を添加すると
き、通常はTi粉に併用するのがよいが、これは、
Fe粉を混合すると埋没材の熱伝導率が向上して
Tiの酸化を促進する効果がある（酸化チタンと
なれば熱伝導率が低下するが、Fe粉によつてそ
うしたことが防止される）からである。但し、
Fe粉は特に、比較的低温では膨張にはあまり寄
与しないが、高温焼成のときには膨張性が十分大
きくなり、鋳型の膨張にとつて必要となることも
ある。この場合には、Fe粉をTi粉に代えて使用
することもできる。なお、使用するFe粉は純鉄
以外にも不純な鉄であつてよいが、後者の方が発
火の危険性がない。

上記の焼成は高温で行う方が、上記したことか
ら望ましいが、通常は750℃以上、更には800〜
1100℃とするのがよい。また、焼成は常圧で、混
練物の第１硬化（例えば70℃、１時間）後に行う
が、焼成時間や温度コントロールは目的とする膨
張率に応じて設定することができる。

ホ 実施例 次に、本発明を具体的は例によつて更に詳細に
説明する。

下記のようにして、本発明に基づく精密鋳造用
鋳型の膨張試験を行つた。

例 １ 下記の配合比で埋没材成分を用意した。

MgO（マグネシアクリンカー） 90重量％ MgCl₂・6H₂O １重量％ Ti粉末（300メツシユ） ９重量％ これらの成分に水15c.c.（100ｇに対して）を加
えて30秒間混練したものを径25mmφ×長さ45mmの
フイルムケースに流し込み、径25mmφ×長さ28.5
mmの試料とした。そして、これを70℃で１時間第
１硬化（予備硬化）させてから、次のように昇温
せしめて加熱焼成し、各焼成温度での試料の熱膨
張（長さ方向）を測定した。

焼成（℃） 熱膨張（mm） 400 0.05 450 0.15 500 0.25 550 0.35 600 0.45 650 0.55 700 0.63 750 0.77 800 0.90 850 1.06 900 1.06 950 1.06 1000 1.06 1100 1.06 950 1.06 900 1.06 850 1.03 760 1.00 400 0.90 20 0.90 この結果から、高温で焼成することによつて
1.06mmもの膨張（膨張率は3.7％）が実現され、
これは常温にまで冷却してもそれ程変化せず、
0.90mmの膨張を保持できること（膨張率は3.16
％）が分かる。これは、金属チタンが加熱時に十
分に酸化膨張したこと、温度が下がつても酸化チ
タンによる膨張状態がそれ程変化しないことを示
している。また、金属チタンの一部がMgCl₂（粘
結剤）と化学反応するために塩素ガスが発生しな
いことも判明した。

例 ２ 埋没材の組成を下記のように変更した。

MgO（マグネシアクリンカー） 90.7重量％ MgCl₂・6H₂O 1.5重量％ Ti粉末（300メツシユ） 7.8重量％ これらに水15c.c.（100ｇ当たり）加えて混練し
て鋳型（径25mmφ×長さ45mmのフイルムケース）
に流し込み、70℃で１時間予備硬化した後に焼成
した。350℃で膨張を始め、1000℃で試料は1.26
mm膨張（長さ方向）した（膨張率2.8％）。そし
て、これを常温にまで冷却しても、膨張量は1.07
mm（膨張率2.38％）と十分であつた。なお、膨張
率は焼成温度が750℃、800℃、900℃のときも
1000℃のときと同じであつた。

例 ３ 例２において埋没材組成を下記に変更し、同様
に焼成処理した。

MgO（マグネシアクリンカー） 62.5重量％ MgCl₂・6H₂O 2.5重量％ Ti粉末（300メツシユ） 17.5重量％ Fe粉末（100メツシユ） 17.5重量％ 焼成温度を800℃としたところ、試料の膨張は
10.5％となつた。

例 ４ 例２において埋没材組成を下記に変更し、同様
に焼成処理した。

MgO（マグネシアクリンカー） 80.2重量％ MgCl₂・6H₂O 0.9重量％ Ti粉末（300メツシユ） 18.9重量％ 焼成温度を800℃としたところ、試料の膨張は
5.5％となつた。

例 ５ 例２において埋没材組成を下記に変更し、同様
に焼成処理した。

MgO（マグネシアクリンカー） 84重量％ MgCl₂・6H₂O １重量％ Ti粉末（300メツシユ） ３重量％ TiO₂ 12重量％ 焼成温度を800℃としたところ、試料の膨張は
1.3％となつた。

例 ６ 例２において埋没材組成を下記に変更し、同様
に焼成処理した。

MgO（マグネシアクリンカー） 94重量％ MgCl₂・6H₂O １重量％ Fe粉末（100メツシユ） ５重量％ 焼成温度と800℃としたところ、試料の膨張は
3.2％となつた。

例 ７ 例１において埋没材組成を下記に変更し、同様
に焼成処理した。但し、試料の長さは60.6mmとし
た。

MgO（マグネシアクリンカー） 82.4重量％ リン酸マグネシウム 1.1重量％ Ti粉末（300メツシユ） 3.3重量％ TiO₂ 13.2重量％ 焼成温度を800℃としたところ、試料の膨張は
0.6％となり、20℃に冷却しても0.5％となつた。

例 ８ 例１において埋没材組成を下記に変更し、同様
に焼成処理した。但し、試料の長さは56mmとし
た。

MgO 82.4重量％ 硫酸マグネシウム 1.1重量％ Ti粉末（300メツシユ） 3.3重量％ TiO₂ 13.2重量％ 焼成温度を800℃としたところ、試料の膨張は
0.9％となり、20℃に冷却しても0.7％となつた。

例 ９（比較例） 例１において埋没材組成を下記に変更し、同様
に焼成処理した。

石 膏 50重量％ Fe粉末 50重量％ 温度と試料の膨張の関係は次の通りであつた。

焼成（℃） 熱膨張（mm） 200 ０ 300 ０ 375 −0.5／100 450 −0.5／100 475 −１／100 600 −1.5／100 675 −２／100 700 −2.1／100 725 −2.3／100 これによれば、焼成温度725℃にて試料は2.3／
100mmも収縮することが分かるが、同時に同温度
で石膏が分解して分解ガスが発生することも確認
された。これでは、鋳型として金属の収縮を相殺
できず、かつ高温での鋳造（特に温度が725℃以
上）は不可能である。

次に、以上に述べた埋没材を使用して、チタン
又はチタン合金からなる歯科用金属の精密鋳造を
行う例を説明する。ここでは、金属鋳造床（義歯
床）の鋳造を例示するが、他の鋳造品についても
同様である。

まず、第１図に示すように、本発明による埋没
材（例えば例５の埋没材）を使用し、公知の方法
によつて復印象模型１を作製する。即ち、原模型
から逆形状の型をとり、この型内に埋没材を流し
込み、模型１を成形する。そして、その模型１の
前面３に所定厚さ（例えば0.4mm）のワツクスシ
ート１０を貼付ける。ワツクスシート１０には、
ワツクス連結部５を介してワツクス漏斗状体４を
連結する。

こうしてワツクスパターン２０を作製した後、
第２図に示すように、成形枠１１内にワツクスパ
ターン２０を収容する。そして、上述した埋没材
（例えば例５の埋没材）１３を流し込む。しかる
後に、固化した耐火材ブロツク１４を枠１１から
取出し、加熱炉に入れて750℃以上（特に800〜
1100℃）で焼成する。この結果、ブロツク１４内
のワツクスパターン２０のワツクスが溶け、外部
へ流出除去される。即ち、第２図に示した漏斗状
体４がまず溶け出てその内側の耐火材部分１３ａ
も除去され、更に連結部５及びワツクスシート１
０も溶け出す。従つて、ブロツク１４には、上述
のパターン２０に対応した形状の薄い成形空間１
５及び湯口１７が形成される（第４図参照）。

この場合、上述した理由から、MgO及び膨張
性金属粉末を含有した本発明に基づく埋没材によ
るブロツク（鋳型）１４は加熱焼成されて一定の
熱膨張を生じる。即ち、第３図に示すように、埋
没材１３は加熱焼成時に一点鎖線で誇張して示す
原形から、ワツクスパターン１０の実線位置へと
膨張している（図面では、膨張後の状態を示して
いる）。

次に第４図のように、ブロツク１４の湯口１７
側を回転軸２４方向に向くようにしてブロツク１
４を回転台２６上に固定し、湯口１７にはるつぼ
２８を取付ける。そして、溶解金属（例えば金属
チタン又はチタン合金）をるつぼ２８内に収容
し、回転台２６を所定速度で回転させ、生じる遠
心力を利用して溶解金属を湯口１７を経て成形空
間１５へ注入する。

こうした遠心鋳造によつて、成形空間１５に充
填された溶解金属の固化で金属精密鋳造品（ここ
では鋳造床）が得られるが、その固化の際に金属
は収縮する（即ち、第３図の実線位置から一点鎖
線位置へと収縮する）性質がある。しかしなが
ら、こうした金属の収縮は、上記した埋没材１３
の膨張によつて既に相殺された形になつているた
め、得られた鋳造品は常に一点鎖線位置のサイズ
のもの（即ち、第１図に示したワツクスパターン
２０と正確に一致した形状のもの）となる。従つ
て、得られた鋳造品は常に設計通りに高精度であ
つて、歯科用精密鋳造品として好適である。

なお、鋳造金属がチタンである場合はその収縮
率が例えば0.9％であるから、これを相殺する膨
張率の埋没材（例えば例３のもの）を使用すると
よい。

また、上記した模型１も、本発明に基づく埋没
材組成で形成しているので、その焼成時に膨張
し、鋳造金属の収縮を上記した前面３側において
も相殺でき、高精度の鋳造品が得られることにな
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであつて、第
１図はワツクスパターンの断面図、第２図は埋没
材でワツクスパターンを固めた状態の断面図、第
３図は加熱焼成時の鋳型の膨張を説明するための
一部分の断面図、第４図は遠心鋳造時の要部断面
図である。なお、図面に示す符号において、 １……模型、１０……ワツクスシート、１３…
…埋没材、１５……成形空間、１７……湯口、２
０……ワツクスパターン、２８……るつぼであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マグネシアと、化学反応で体積膨張を生じる
   金属粉末とを必須成分として含有する埋没材から
   作製された精密鋳造用鋳型。 ２ マグネシアに、化学反応で体積膨張を生じる
   金属粉末を添加し、この混合物に粘結剤を添加し
   て混練した後、この混練物を高温で焼成する精密
   鋳造用鋳型の製造方法。