JP3943647B2 - 膨張調整剤およびこれを添加した鋳型材ならびにこの鋳型の製造方法 - Google Patents
膨張調整剤およびこれを添加した鋳型材ならびにこの鋳型の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミナとマグネシアを含む骨材をスピネル反応させて鋳造用鋳型を製造する鋳型材およびこの鋳型の製造方法ならびにスピネル反応に用いる膨張調整剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属、セラミックス、ガラスセラミックなどは、鋳造、粉末冶金、高温圧迫、超塑性加工などによって複雑な形状物に造形することができる。しかし、これらの材料は、造形温度が高いために、常温に冷却された状態においては、凝固、焼結、相変換、冷却などに伴う収縮が生じ、目的とする造形物と寸法、形状など点で誤差を生じることがある。この収縮による誤差を防止して所望とおりの造形物を得るためには、造形用の鋳型を幾分大きくして上述した収縮量を補償する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この収縮による誤差を補償するための方法の一つとして、造形物を生成するためのワックス自体を凝固収縮する量を加味して幾分大きく形成する方法がある。しかしながら、この方法では、鋳造に用いる金属やセラミックの種類毎（換言すると、材料の熱膨張係数が異なる毎）にワックスの寸法を変えなければならず、そのためワックスの製作が極めて煩雑である。
【０００４】
また、上述した誤差を補償するための他の方法として、鋳型を焼成によって製作する際に溶湯の鋳造収縮する量を加味して鋳型を幾分膨張させて製造する方法が存在する。そして、この方法を利用した１つの方法として、特開平３−３３０６０号公報に開示された方法がある。特開平３−３３０６０号公報に開示された方法では、アルミナとマグネシアとを主骨材とする鋳型材を用い、この鋳型材のスピネル反応を利用して鋳型を幾分膨張させている。上述した主骨材を１２００℃以下の焼成温度に加熱すると、アルミナとマグネシアとがスピネル反応を起こし、このスピネル反応の際に熱膨張が発生する。このように製作した鋳型は、チタンやジルコニウムなどの高温活性金属を鋳造するのに使用することができる。この反応によって生じたスピネル構造物の融点は２１５０℃であり、骨材成分であるアルミナ（融点：２０５０℃）やマグネシア（融点：２８２０℃）と同様に、シリカ（融点：１７２３℃）に比べ耐熱性、耐反応性に優れている。
【０００５】
ところが、スピネル反応は、上述したとおり、１２００℃以下の焼成温度において急激に起こる反応であるので、鋳型を焼成する炉の設定温度の違いにより発現する膨張量が異なってくる。したがって、温度分布が悪い炉においては、同一炉内でも鋳型の一部において膨張量が相違し、鋳型の適合性に違いが生じることになる。この適合性の違いを解消するために、この違いを意図してスピネル反応が完了する温度域以上に焼成温度を上昇した場合には、逆に焼結反応が起こり始め、鋳型の収縮が始まる。それ故に、適度な膨張量を得るためには、鋳型の焼成温度を厳密に管理しなければならないが、たとえば歯科用の廉価な炉では温度管理を充分正確に行うことが困難であり、同一炉内においても適合性にばらつきが生じるおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、アルミナとマグネシアとをスピネル反応させて鋳型を製造するときに適度な膨張量を得ることができる鋳型材を提供することである。
本発明の他の目的は、適度な膨張量を得ることができる鋳型の製造方法を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、アルミナとマグネシアとを含む骨材をスピネル反応させるときの膨張量を調整することができる膨張調整剤を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意研究の結果、アルミナとマグネシアとを含む骨材をスピネル反応させて鋳造用鋳型を製造する際に、特定の材料を膨張調整剤として用いることによって、鋳型の膨張量を調整することができることを見出した。
また、本発明者は、鋭意研究の結果、アルミナとマグネシアとを含む骨材をスピネル反応させる際に、特定の材料を膨張調整剤として用いることによって、スピネル反応時の膨張量を調整することができることを見出した。
すなわち、本発明は、スピネル反応するアルミナとマグネシアとを含む骨材と、前記骨材を結合するための酢酸マグネシウムからなる結合剤と、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム、フッ化バリウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、臭化リチウムおよび酸化ホウ素から選択される１種または２種以上の添加剤と、鋳造時の膨張量を調整するための膨張調整剤とを混合して生成する鋳造用鋳型材であって、
前記鋳造用鋳型材は、前記膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムを含み、前記ホウ酸アルミニウムの添加量が、前記アルミナとマグネシアの合計重量に対し、ホウ酸としての重量換算で０．５〜１８％であることを特徴とする鋳造用鋳型材である。
また本発明は、スピネル反応するアルミナとマグネシアとを含む骨材と、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム、フッ化バリウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、臭化リチウムおよび酸化ホウ素から選択される１種または２種以上の添加剤と、鋳造時の膨張量を調整するための膨張調整剤とを混合して生成する鋳造用鋳型材であって、
前記鋳造用鋳型材は、前記膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムおよび酢酸カルシウムを含み、前記ホウ酸アルミニウムの添加量が、前記アルミナとマグネシアの合計重量に対し、ホウ酸としての重量換算で０．５〜１８％であることを特徴とする鋳造用鋳型材である。
本発明に従えば、鋳型材は、アルミナおよびマグネシアを骨材として膨張調整剤を含んでいるので、この鋳型材により製造した鋳型は耐熱性に優れ、チタン、ジルコニアなどの高温活性金属の鋳造に適したものとなる。また、酢酸マグネシウムからなる結合剤を用いるので、アルミナとマグネシアを含む骨材を適量の水で混和して鋳型の混和物を所要のとおりに自然硬化させることができる。酢酸マグシウムは潮解性であるので、水溶液にして保存できる。また、膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムを用いるので、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。または、アルミナおよびマグネシアを骨材とした鋳型材の膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウム、酢酸カルシウムを用いるので、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができ、またその膨張調整剤の添加量をコントロールすることによって、鋳型を所望のとおり膨張させることができる。
【０００８】
さらに本発明は、アルミナとマグネシアとを含む骨材と、前記骨材を結合するための酢酸マグネシウムからなる結合剤と、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム、フッ化バリウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、臭化リチウムおよび酸化ホウ素から選択される１種または２種以上の添加剤と、鋳造時の膨張量を調整するための膨張調整剤とを混合して鋳造用鋳型材を生成し、
前記鋳造用鋳型材を生成するに際して、前記膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムを用い、前記ホウ酸アルミニウムの添加量が、前記アルミナとマグネシアの合計重量に対し、ホウ酸としての重量換算で０．５〜１８％であり、前記鋳造用鋳型材をスピネル反応させて鋳型を製造することを特徴とする鋳型の製造方法である。
また本発明は、アルミナとマグネシアとを含む骨材と、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム、フッ化バリウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、臭化リチウムおよび酸化ホウ素から選択される１種または２種以上の添加剤と、鋳造時の膨張量を調整するための膨張調整剤とを混合して鋳造用鋳型材を生成し、
前記鋳造用鋳型材を生成するに際して、前記膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムおよび酢酸カルシウムを用い、前記ホウ酸アルミニウムの添加量が、前記アルミナとマグネシアの合計重量に対し、ホウ酸としての重量換算で０．５〜１８％であり、前記鋳造用鋳型材をスピネル反応させて鋳型を製造することを特徴とする鋳型の製造方法である。
本発明に従えば、アルミナおよびマグネシアを骨材として膨張調整剤を含んだ鋳型材を生成し、この鋳型材をスピネル反応させ鋳型を製造しているので、製造された鋳型は耐熱性に優れ、チタン、ジルコニアなどの高温活性金属の鋳造に適したものとなる。また、酢酸マグネシウムからなる結合剤を用いるので、アルミナとマグネシアを含む骨材を適量の水で混和して鋳型の混和物を所要のとおりに自然硬化させることができる。酢酸マグシウムは潮解性であるので、水溶液にして保存できる。また、膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムを用いるので、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。または、アルミナおよびマグネシアを骨材とした鋳型材の膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウム、酢酸カルシウムを用いるので、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができ、またその膨張調整剤の添加量をコントロールすることによって、鋳型を所望のとおり膨張させることができる。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
また本発明は、アルミナとマグネシアとを含む骨材に、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム、フッ化バリウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、臭化リチウムおよび酸化ホウ素から選択される１種または２種以上を添加してスピネル反応させるときに添加する膨張調整剤であって、
アルミナセメントおよびマレイン酸カルシウムからなり、前記アルミナセメントおよびマレイン酸カルシウムの添加量が、前記アルミナとマグネシアの合計重量に対し、カルシウム元素としての重量換算で０．１〜２５％であり、
さらにシリカを含み、前記シリカは、粒径が１．０μｍ以下で、結晶構造がアモルファス構造であり、そしてその添加量が、アルミナとマグネシアとの合計重量に対し重量換算で１〜１５％であることを特徴とする膨張調整剤である。
本発明に従えば、アルミナセメントおよびマレイン酸カルシウムの添加量が、アルミナとマグネシアとの合計重量に対し、カルシウム元素としての重量換算で０．１〜２５％であるので、スピネル反応の際に鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。
また、シリカの添加量がアルミナとマグネシアとの合計重量に対し重量換算で１〜１５％であるので、スピネル反応の際に鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。また、シリカの粒径が１．０μｍ以下であるので、特に好適に骨材と充分均一に混合することができる。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照してさらに詳述する。
まず、図１および図２を参照して鋳型の製造方法を説明する。この実施形態では、鋳型は、それ自体周知のロストワックス法によって製作される。すなわち、図１に示すように、所定形状の疑似金型支持歯２の周面および上面に、鋳造物の形状に対応した形状のワックス４の層を形成する。このワックス４は、図２に示すとおりに、鋳造枠体６内に設置される。鋳造枠体６は、鋳造台８と鋳造リング１０とを有し、鋳造台８の上面外周部に鋳造リング１０が着脱自在に装着される。鋳造台８および鋳造リング１０は、上面が開放された円筒状の鋳造空間１２を規定する。鋳造台８は、弾性変形可能なゴム材料から形成するのが好ましく、その中央部には円錐状に上方に延びる中間突部８ａが設けられ、さらに中間突部８ａの先端部に円筒状に細長く延びる支持突部８ｂが設けられ、支持突部８ｂの先端面にワックス４が図１に示す状態とは上下を逆にした状態で載置される。鋳造リング１０は金属材料から形成され、この鋳造リング１０の内周面には、セラミックウール１４が付設される。セラミックウール１４は、焼成時の径方向の膨張を吸収する作用を有する。
【００２０】
次いで、鋳造枠体６の鋳造空間１２に鋳型材の混和物を充填して自然硬化させる。鋳型材の混和物は、後述する鋳型材を適量、たとえば鋳型材１００ｇに対し、１０ｃｃから２５ｃｃ、好ましくは１５ｃｃの水で混和することによって生成され、この混和物が、ワックス４が収容された鋳造空間１２内に充填される。混和物の水が１０ｃｃ未満であれば混和しにくく、２５ｃｃを超えると割れが生じやすくなる。なお、後述する結合剤や膨張調整剤のうち、水溶性のものについて、予め水溶液にしておき、これを混和に使用する場合は、より好適に混和の均一化を行え、特に上記水溶性のもののうち、酢酸マグネシウムなどの潮解性のものについては、水溶液にしておくことが保存に至便である。
【００２１】
上記混和物が自然硬化した後、鋳造リング１０から鋳造台８が取外される。しかる後、所定の焼成条件、焼成温度をたとえば９００℃付近の温度に維持し、焼成時間をたとえば１０分間から９０分間、好ましくは３０分間行ってワックス４を消失させ、これによって図３に示す鋳型１６が製作される。焼成時間が１０分未満では焼成ムラが生じやすく、９０分を超えると時間・電力等の浪費となる。このように製作した鋳型１６は、ワックス４の形状に対応する第１の鋳型空洞１８（後述する造形物の形状に対応している）と、鋳型台８の中間突部８ａおよび支持突部８ｂの形状に対応する第２の鋳型空洞２０とを有し、第２の鋳型空洞２０が第１の鋳型空洞１８まで延びている。
【００２２】
鋳型材としては、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）とマグネシア（ＭｇＯ）とを含む骨材と、この骨材を結合するための結合剤と、鋳造時の膨張量を調整するための膨張調整剤と含むものを用いる。アルミナとマグネシアとを含む骨材を用いて鋳型１６を製作し、この鋳型１６を１２００℃以下の焼成温度に加熱すると、アルミナとマグネシアとがスピネル反応、すなわち、
Ａｌ2Ｏ3＋ＭｇＯ→ＭｇＡｌ2Ｏ4
を起こしてスピネル構造物が生成され、このスピネル反応によって所定の膨張量が得られる。このスピネル反応を行う際に、骨材としてジルコニア（ＺｒＯ2）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ4）、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）および結晶性シリカ（ＳｉＯ2）から選択される１種または２種以上の材料からなる補助骨材を含んでいるものが望ましく、特に補助骨材としてジルコニアまたはスピネルを好都合に用いることができ、このような補助骨材を含んでいる場合には、上述したスピネル反応を所望のとおりに行うことができる。
【００２３】
また、結合剤としてリン酸アンモニウム（例：ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4）、リン酸アルミニウム（例：Ａｌ（Ｈ2ＰＯ4）3）、ジルコニアゾル、アルミナゾル、コロイダルシリカ、塩基性乳酸アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3と乳酸を含むもの）、エチルシリケート（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）、および酢酸マグネシウム（例：Ｍｇ（ＣＨ3ＣＯＯ）2４Ｈ2Ｏ）から選択される１種または２種以上の材料を含んでいるのが望ましく、特に酢酸マグネシウムを好都合に用いることができる。このような結合剤を用いることによって、アルミナとマグネシアを含む骨材を適量の水で混和して鋳型の混和物を所要のとおりに自然硬化させることができる。そして、鋳型材として、骨材（補助骨材を用いた場合には補助骨材を含めた骨材）を重量換算で６０〜９８．９％含み、結合剤を重量換算で１〜３０％含むものを用いるのが望ましい。結合剤の量が重量換算で１％より少ない場合には、鋳型材としての結合力が得られず、バリ、クラックなどが発生しやすくなる。一方、結合剤の量が重量換算で３０％を越える場合には、鋳型材に含まれる骨材の量が少なくなり、スピネル反応によって生成されるスピネル構造物の量が少なくなる。
【００２４】
さらに、膨張調整剤としては、カルシウムを含む化合物群から選択される材料、ホウ酸化合物群から選択される材料およびシリカ（ＳｉＯ2）のうち少なくとも１種または２種以上の材料を含むのが望ましい。このような膨張調整剤を鋳型材に含めることによって、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができ、またその膨張調整剤の添加量をコントロールすることによって、所望の膨張量を得ることができる。
【００２５】
膨張調整剤としてのカルシウムを含む化合物群の材料は、オクタン酸カルシウム（例：［ＣＨ3（ＣＨ2）6ＣＯＯ］2Ｃａ）、ギ酸カルシウム（例：Ｃａ（ＨＣＯＯ）2）、吉草酸カルシウム（例：［ＣＨ3（ＣＨ2）3ＣＯＯ］2Ｃａ）、クエン酸カルシウム（例：Ｃａ3（Ｃ6Ｈ5Ｏ7）2・４Ｈ2Ｏ）、グルコン酸カルシウム（例：Ｃａ［ＨＯＣＨ2（ＣＨＯＨ）4ＣＯＯ］2・Ｈ2Ｏ）、安息香酸カルシウム（例：Ｃａ（Ｃ6Ｈ5ＣＯＯ）2・３Ｈ2Ｏ）、コハク酸カルシウム（例：Ｃａ［ＣＨ2ＣＯＯ］2・３Ｈ2Ｏ）、酢酸カルシウム（例：Ｃａ（ＣＨ3ＣＯＯ）2・Ｈ2Ｏ）、サリチル酸カルシウム（例：Ｃａ（ＨＯＣ6Ｈ4ＣＯＯ）2・２Ｈ2Ｏ）、シュウ酸カルシウム（例：Ｃａ（ＣＯＯ）2・Ｈ2Ｏ）、フマル酸カルシウム（例：Ｃａ［ＣＨＣＯＯ］2・３Ｈ2Ｏ）、プロピオン酸カルシウム（例：［ＣＨ3ＣＨ2ＣＯＯ］2Ｃａ）、マレイン酸カルシウム（例：Ｃａ［ＣＨＣＯＯ］2・Ｈ2Ｏ）、マロン酸カルシウム（例：ＣＨ2［ＣＯＯ］2Ｃａ・４Ｈ2Ｏ）、水酸化カルシウム（例：Ｃａ（ＯＨ）2）、硫酸カルシウム（例：ｎＣａＳＯ4・ｍＨ2Ｏ）、炭酸カルシウム（例：ＣａＣＯ3）、リン酸カルシウム（例：ｘＣａＯ・ｙＰ2Ｏ5・ｚＨ2Ｏ）、けい酸カルシウム（例：ＣａＳｉＯ3）、フッ化カルシウム（例：ＣａＦ2）、塩化カルシウム（例：ＣａＣｌ2・ｎＨ2Ｏ）、臭化カルシウム（例：ＣａＢｒ2・２Ｈ2Ｏ）、チタン酸カルシウム（ＣａＯ・ＴｉＯ2）、ドロマイト（ＭｇＣＯ3・ＣａＣＯ3）、ガーネット（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・３ＳｉＯ2）、灰長石（ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）、ディオプサイド（ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2）、ゲーレナイト（２ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2）、アルミナセメント（Ａｌ2Ｏ3とＣａＯを主成分とするもの）、カルシア（ＣａＯ）およびマグネシアセメント（ＭｇＯを主成分としＣａＯを含むもの）から選択される１種または２種以上の材料であるのが望ましく、これらから酢酸カルシウム、マレイン酸カルシウム、アルミナセ メントを選択することによって、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。特に酢酸カルシウムは好都合に用いることができ、酢酸カルシウムは粉末状のものと液体状のものの双方を用いることができる。
【００２６】
このカルシウムを含む化合物群の材料の添加量は、アルミナとマグネシアとの合計重量に対し、カルシウム元素としての重量換算で０．１〜２５％であるのが望ましい。上記材料の添加量が重量換算で０．１％より少ない場合には、膨張調整剤としの効果が現れず、一方上記材料の添加量が重量換算で２５％を越える場合には、骨材のスピネル反応によってスピネル生成物が充分に生成されず、鋳型１６の膨張不足となって適合性が悪くなる。
【００２７】
膨張調整剤として、一般式ｎＡｌ2Ｏ3・ｍＢ2Ｏ3で表されるホウ酸アルミニウムを用いることによって、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。ホウ酸化合物群から選択される材料として、特に、（９Ａｌ2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3）で表されるホウ酸アルミニウムを好都合に用いることができる。
【００２８】
ホウ酸アルミニウムの添加量は、アルミナとマグネシアとの合計重量に対し、ホウ酸としての重量換算で０．５〜１８％である。上記材料の添加量が重量換算で０．５％より少ない場合には、膨張調整剤としの効果が現れず、一方上記材料の添加量が重量換算で１８％を越える場合には、骨材のスピネル反応によってスピネル生成物が充分に生成されず、鋳型１６の膨張不足となって適合性が悪くなる。
【００２９】
また、膨張調整剤として使用するシリカは、粒径が１．０μｍ以下で、結晶構造がアモルファス構造であるのが望ましく、また添加量は、アルミナとマグネシアとの合計重量に対し重量換算で１〜１５％であるのが望ましい。シリカの粒径が１．０μｍ以下である場合には、特に好適に骨材と充分に均一に混合することができる。また、シリカの添加量が重量換算で１％より少ない場合には、調整剤としての効果が得られず、一方シリカの添加量が重量換算で１５％を越える場合には、骨材のスピネル反応によってスピネル生成物が充分に生成されず、鋳型１６の膨張不足となって適合性が悪くなる。
【００３０】
このような鋳造用鋳型材として、骨材としてのアルミナおよびマグネシアと、補助骨材としてのジルコニアと、膨張調整剤としてのホウ酸アルミニウムおよび／またはシリカと、結合剤としての酢酸マグネシウムとの組合せのものを好都合に用いることができる。
【００３１】
鋳型材には、添加剤として、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ3）、フッ化バリウム（ＢａＦ2）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）および酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）から選択される１種または２種以上であるのが望ましく、このような添加剤を鋳型材に添加することによって焼成温度を下げることができる。
【００３２】
鋳型材に添加される膨張調整剤は、次のとおりのメカニズムによってスピネル反応における膨張量を調整する。膨張調整剤が含まれていない場合には、上述した反応式のスピネル反応は、１２００℃以下の焼成温度において起こり、アルミナとマグネシアの各１モルから１モルのスピネルが生成され、生成されたスピネルの比重が小さくなることによって膨張が生じる。このスピネル反応は、本来、アルミナまたはマグネシアのいずれか一方が消失するまで継続して行われ、スピネル反応の終了と同時に焼結収縮が起こる。ところが、鋳型材に膨張調整剤としての酢酸カルシウムが含まれている場合には、上記スピネル反応が、酢酸カルシウム中のカルシウムの存在により途中で停止し、上述した焼結収縮も緩和され、これによって、スピネル反応により所定の膨張量を得ることができる。そして、鋳型材に添加する膨張調整剤としての酢酸カルシウムの配合量を調整することによって、スピネル反応をコントロールし、スピネル生成物の量を調整することができ、所望の膨張量の鋳造体としての鋳型を製作することができる。
【００３３】
膨張調整剤としての他の材料も酢酸カルシウムと同様の作用をもたらすので、酢酸カルシウムに代えて、またはこれとともに用いることができるが、特にアルミナセメントおよびマレイン酸カルシウムを用いることができ、またはホウ酸アルミニウムを用いることができ、さらにホウ酸アルミニウムおよび酢酸カルシウムを用いることができる。なお、膨張調整剤の添加量が過少である場合には、膨張調整剤としての効果が充分に発揮されず、所望の膨張量を得ることができなくなる。一方、膨張調整剤の添加量が過多である場合には、スピネル反応が起こり難くなったり、耐熱性が劣化したりする。それ故に、膨張調整剤は、上述したとおり、その材料に適した量を添加する必要がある。
【００３４】
上述のとおりにして製作した鋳型１６は、耐熱性に優れているので、チタン、ジルコニアなどの高温活性金属の鋳造に適している。そして、この鋳型を用いて製作された鋳造物は、歯科治療における義歯に好都合に用いることができる。
【００３５】
図４は、アーク溶解式の真空溶解鋳造装置の一実施形態を示しており、上述したとおりにして製作した鋳型１６は、この鋳造装置に適用して鋳造物を形成することができる。図４を参照して、この鋳造装置３２は、ハウジング本体３４を有し、このハウジング本体３４内の空間は仕切壁３６によって溶解室３８と鋳造室４０とに仕切られている。溶融および鋳造時には、溶解室３８および鋳造室４０は真空状態に保持される。鋳造室４０には、支持テーブル４２が設けられ、この支持テーブル４２上に、図１〜図３に示すとおりにして製作された鋳型１６（図３）が載置される。仕切壁３６には、通湯口４３を有するブッシュ４４が装着され、このブッシュ４４の通湯口４３を通して鋳型１６の第１および第２の鋳型空洞１８，２０に溶融金属が注入される。溶解室３８には、傾動可能なルツボ４５が配設されている。このルツボ４５には、鋳造する金属、たとえば純チタンまたはチタンを主成分とする合金のインゴット４６が収容される。ルツボ４５の上方には、アーク発生装置４８のアーク発生電極５０が設けられている。アーク発生電極５０には高圧電圧が印加され、アーク発生電極５０からルツボ４５に収容されたインゴット４６に向けてアーク放電が行われ、これによってルツボ４５内のインゴット４６が溶解される。また、溶融室３８の内面には反射板５２が配設されている。さらに、溶融室３８はチューブ５４を介してボンベ５６に接続されている。ボンベ５６には不活性ガスが収容されており、溶解、鋳造時には、ボンベ５６内の不活性ガスが溶融室３８に送給される。
【００３６】
この鋳造装置においては、ルツボ４５内に鋳造する金属インゴット４６が収容され、アーク発生電極５０からのアーク放電によって金属インゴット４６が溶解される。金属インゴット４６の溶解後、ルツボ４５を傾動させて溶解金属が鋳型１６の第１および第２の鋳造空洞１８，２０に注入され、注入した溶解金属が冷却固化することによって、これら鋳造空洞１８，２０の形状に対応する鋳造物が得られる。なお、図４は真空溶解鋳造装置の例であるが、これに限定されず、遠心鋳造装置など他の形態の鋳造装置を用いてもよい。
【００３７】
比較例１
比較例１として、表１に示す組成を有する鋳型材（骨材として重量換算で３５％のマグネシアおよび重量換算で２５％のアルミナと、補助骨材として重量換算で１８％のジルコニアと、膨張調整剤として重量換算で５％の酢酸カルシウムと、結合材として重量換算で１５％の酢酸マグネシウムと、添加剤として重量換算で２％のフッ化リチウムとからなる鋳型材）を用いて図１〜図３に示す方法で鋳型を製作した。鋳型を焼成する時の温度は９００℃であり、また焼成時間は５０分であった。そして、この製作した鋳型を図４に示すアーク溶解式鋳造装置（株式会社モリタ製作所から製品名：サイクラークＩＩとして市販されている鋳造装置）に取付け、この鋳造装置を用いて溶解させたチタンの溶湯を鋳型に注湯して鋳造体を製造した。この鋳造時の鋳型温度は６００℃であった。
【００３８】
鋳造後に鋳型から取出した直後の鋳造体の外観を目視で観察し、その観察結果を表１における鋳肌状態の欄に示す。鋳肌状態の欄では、鋳造体に鋳型材の付着がないものを「良好」と、鋳型材の付着が幾分あるものを「やや悪い」と、また鋳型材の付着が多いものを「悪い」と示す。また、鋳造後に鋳型を目視で観察し、鋳型に割れが発生しているか否かを調べた結果を表１における鋳型割れの欄に示す。鋳型割れの欄では、鋳型の割れが存在しないものを「無し」と、鋳型の割れが幾分存在するものを「僅か有り」と、また鋳型の割れが顕著に存在するものを「有り」と示す。この比較例１では、鋳肌には鋳型材の付着はなく、また鋳型の割れも存在していなかった。
【００３９】
さらに、鋳造物（通常クラウンと呼ばれる）の適合性を調べるために、図５に示すとおり、製作した鋳造物１０２を、ワックス４を形成した元の疑似金型支持歯２に被せ、このときに生じた隙間ｄ（支持歯２の基台２ａの上面と鋳造物１０２の下端との隙間）を測定し、その測定結果を表１における金型との隙間の欄に示す。金型との隙間の欄における数字は、上記隙間の寸法であり、「過膨張」とあるのは、膨張が大きくて鋳造物１０２を支持歯２に被せたときにある程度ガタが存在することを示す。比較例１では、この間隙ｄが０．０５〜０．１０であり、適合性も良好であった。適合性は、上記間隙ｄの値が小さいと適合性が良好となり、上記間隙ｄが大きくなると適合性が悪くなる。
【００４０】
【表１】
【００４１】
比較例２および３
比較例２および３では、組成が異なる鋳型材（補助骨材と膨張調整剤の混合比を変えたもの）を用いる点を除いて比較例１と実質上同一条件にて鋳造物を製作した。そして、製作した鋳造物の鋳肌状態、鋳型の割れ、および適合性について調べ、それらの結果を表１に示す。比較例２では、骨材として重量換算で３５％のマグネシアおよび重量換算で２５％のアルミナと、補助骨材として重量換算で２３％のジルコニアと、膨張調整剤として重量換算で１０％の酢酸カルシウムと、結合材として重量換算で１５％の酢酸マグネシウムと、添加剤として重量換算で２％のフッ化リチウムとからなる鋳型材を用い、また比較例３では、骨材として重量換算で３５％のマグネシアおよび重量換算で２５％のアルミナと、補助骨材として重量換算で８％のジルコニアと、膨張調整剤として重量換算で１５％の酢酸カルシウムと、結合材として重量換算で１５％の酢酸マグネシウムと、添加剤として重量換算で２％のフッ化リチウムとからなる鋳型材を用いた。
【００４２】
比較例１〜３の結果から、スピネル反応するアルミナとマグネシアとの含有量が同一である場合でも、膨張調整剤としての酢酸カルシウムの添加量が異なれば適合性に差が生じることが確認できた。この結果から、酢酸カルシウムの添加量を調整することによって、膨張量を調整することができることが理解されるであろう。
【００４３】
膨張調整剤としての酢酸カルシウムの添加量を調整することによって膨張量が変化することを確認するために、比較例１〜３において、スピネル反応前後の温度と鋳型の膨張率との関係を調べ、その結果を図６に示す。鋳型の熱膨張率の変化は、（株）リガクから製品名：ＴＡＳ−１００として市販されている熱膨張測定装置を用いて測定した。図６から理解されるとおり、膨張調整剤としての酢酸カルシウムの添加量が重量換算で５％と少ないと熱膨張率が大きく、その添加量が重量換算で１０％、重量換算で１５％と増えると熱膨張率が小さくなった。この結果から、膨張調整剤としての酢酸カルシウムの添加量を調整することによって鋳型の膨張量を調整することができることが確認できた。
【００４４】
比較例４〜７、実施例１，２
比較例４では、焼成温度が異なる点を除いて比較例１と実質上同一条件にて鋳造物を製作した。比較例４における焼成温度は、比較例１より５０℃低い８５０℃であった。比較例５および６では、鋳型材の組成および鋳造時の鋳型温度が異なる点を除いて比較例１と実質上同一条件にて鋳造物を製作した。比較例５における鋳型材は、骨材として重量換算で４０％のマグネシアおよび重量換算で２０％のアルミナと、補助骨材として重量換算で２６％のスピネルと、膨張調整剤として重量換算で７％の炭酸カルシウムと、結合材として重量換算で５％の塩基性乳酸アルミニウムと、添加剤として重量換算で２％のフッ化リチウムとからなるものであり、鋳造時の鋳型温度は４００℃であった。また比較例６における鋳型材は、骨材として重量換算で３０％のマグネシアおよび重量換算で２５％のアルミナと、補助骨材として重量換算で３４％のスピネルと、膨張調整剤として重量換算で４％の酢酸カルシウムと、結合材として重量換算で５％のリン酸アンモニウムと、添加剤として重量換算で２％のフッ化リチウムとからなるものであり、鋳造時の鋳型温度は１００℃であった。
実施例１および比較例７では、鋳型材の組成が異なる点を除いて比較例１と実質上同一条件にて鋳造物を製作した。実施例１における鋳型材は、骨材として重量換算で３５％のマグネシアおよび重量換算で２５％のアルミナと、補助骨材として重量換算で１８％のジルコニアと、膨張調整剤として重量換算で３％のホウ酸アルミニウムと、結合材として重量換算で１７％の酢酸マグネシウムと、添加剤として重量換算で２％のフッ化リチウムとからなるものであり、また比較例７における鋳型材は、骨材として重量換算で３５％のマグネシアおよび重量換算で２５％のアルミナと、補助骨材として重量換算で１８％のジルコニアと、膨張調整剤として重量換算で５％のシリカと、結合材として重量換算で１５％の酢酸マグネシウムと、添加剤として重量換算で２％のフッ化リチウムとからなるものであった。
さらに、実施例２では、鋳型材の組成および焼成温度が異なる点を除いて比較例１と実質上同一条件にて鋳造物を製作した。実施例２における鋳型材は、骨材として重量換算で３５％のマグネシアおよび重量換算で２５％のアルミナと、補助骨材として重量換算で１８％のジルコニアと、膨張調整剤として重量換算で５％の酢酸カルシウムおよび重量換算で５％のホウ酸アルミニウムと、結合材として重量換算で１０％の酢酸マグネシウムと、添加剤として重量換算で２％のフッ化リチウムとからなるものであり、鋳造時の鋳型温度は８８０℃であった。
【００４５】
これら比較例４〜７、実施例１，２において製作した鋳造物の鋳肌状態、鋳型の割れ、および適合性について調べ、それらの結果を表１に示す。表１から、実施例１，２においても適合性が良好であった。なお、比較例６では、鋳造時の鋳型温度を１００℃に設定したが、１００℃以下の温度でも鋳造可能である。
【００４６】
比較例８〜１１
比較のために、比較例８〜１１の実験を行った。比較例８〜１０では、それぞれ、比較例１，４，６の鋳型材の混合比と略同様の配分となるように膨張調整剤を添加しないで調整したものを用いた点を除いて比較例１，４，６と実質上同一の条件（表１参照）で鋳造物を製作した。そして、製作した鋳造物の鋳肌状態、鋳型の割れ、および適合性について調べ、それらの結果も表１に示す。比較例８〜１０の結果から、膨張調整剤を添加しない場合には、鋳造物に鋳型材が付着したり、鋳型割れが発生したり、過膨張となったりし、比較例９を除いて所望の鋳造物を得ることができなかった。
【００４７】
また、比較例１１では、比較例７の鋳型材とシリカの混合比を変えた点を除いて比較例７と実質上同一の条件で鋳造物を製作した。そして、その結果も表１に示す。比較例１１の結果から、膨張調整剤としてのシリカの量が過剰になると収縮が大きくなって適合性が悪くなった。
【００４８】
なお、比較例１，４と比較例８，９とを対比することによって理解される如く、比較例１，４における金型の隙間の差と、比較例８，９における金型の隙間の差とを比較した場合、比較例１，４における上記隙間の差が、比較例８，９における上記差よりも小さく、このことより、カルシウムの添加によって焼成温度の影響を緩和されることが確認された。
【００４９】
なお、比較例１〜１１および実施例１，２はすべてフッ化リチウムを添加剤として添加した例であり、この添加剤の働きによりスピネル反応の開始温度を１２００℃から９００℃付近に下げることが可能である。また、他の添加剤によって焼成温度を様々にした場合でもフッ化リチウムと同様に膨張調整剤の効果を得ることができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の請求項１，２の鋳型材によれば、鋳型材は、アルミナおよびマグネシアを骨材として膨張調整剤を含んでいるので、この鋳型材により製造した鋳型は耐熱性に優れ、チタン、ジルコニアなどの高温活性金属の鋳造に適したものとなる。また、酢酸マグネシウムからなる結合剤を用いるので、アルミナとマグネシアを含む骨材を適量の水で混和して鋳型の混和物を所要のとおりに自然硬化させることができる。酢酸マグシウムは潮解性であるので、水溶液にして保存できる。また、膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムを用いるので、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。または、アルミナおよびマグネシアを骨材とした鋳型材の膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウム、酢酸カルシウムを用いるので、スピネル反応後の金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができ、またその膨張調整剤の添加量をコントロールすることによって、鋳型を所望のとおり膨張させることができる。
【００５１】
また本発明の請求項３，４の鋳型の製造方法によれば、アルミナおよびマグネシアを骨材として膨張調整剤を含んだ鋳型材を生成し、この鋳型材をスピネル反応させ鋳型を製造しているので、製造された鋳型は耐熱性に優れ、チタン、ジルコニアなどの高温活性金属の鋳造に適したものとなる。また、酢酸マグネシウムからなる結合剤を用いるので、アルミナとマグネシアを含む骨材を適量の水で混和して鋳型の混和物を所要のとおりに自然硬化させることができる。酢酸マグシウムは潮解性であるので、水溶液にして保存できる。また、膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムを用いるので、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。または、アルミナおよびマグネシアを骨材とした鋳型材の膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウム、酢酸カルシウムを用いるので、スピネル反応後の金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができ、またその膨張調整剤の添加量をコントロールすることによって、鋳型を所望のとおり膨張させることができる。
【００５２】
本発明の請求項５の膨張調整剤によれば、膨張調整剤として、アルミナセメントおよびマレイン酸カルシウムを用いることによって、スピネル反応後の金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができ、またその膨張調整剤の添加量をコントロールすることによって、所望の膨張量を得ることができる。
また本発明の請求項５の前述の膨張調整剤によれば、カルシウムを含む化合物群の材料の添加量が、アルミナとマグネシアとの合計重量に対し、カルシウム元素としての重量換算で０．１〜２５％であるので、スピネル反応の際に鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。
また、シリカの添加量がアルミナとマグネシアとの合計重量に対し重量換算で１〜１５％であるので、スピネル反応の際に鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。また、シリカの粒径が１．０μｍ以下であるので、骨材と充分均一に混合することができる。
【００５３】
【００５４】
【００５６】
【００５７】
【００５８】
【図面の簡単な説明】
【図１】 支持歯にワックスを形成した状態を簡略的に示す断面図である。
【図２】 鋳造枠体にワックスを収容した状態を簡略的に示す断面図である。
【図３】 製作した鋳型を簡略的に示す断面図である。
【図４】 真空溶解鋳造装置の一例を簡略的に示す断面図である。
【図５】 鋳造体の適合性を調べるための方法を説明するための簡略図である。
【図６】 温度変化に対する鋳型の膨張率の変化率の変化を示す図である。
【符号の説明】
２ 疑似金型支持歯
４ ワックス
６ 鋳造枠体
１６ 鋳型
３２ 真空溶解鋳造装置
１０２ 鋳造物
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミナとマグネシアを含む骨材をスピネル反応させて鋳造用鋳型を製造する鋳型材およびこの鋳型の製造方法ならびにスピネル反応に用いる膨張調整剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属、セラミックス、ガラスセラミックなどは、鋳造、粉末冶金、高温圧迫、超塑性加工などによって複雑な形状物に造形することができる。しかし、これらの材料は、造形温度が高いために、常温に冷却された状態においては、凝固、焼結、相変換、冷却などに伴う収縮が生じ、目的とする造形物と寸法、形状など点で誤差を生じることがある。この収縮による誤差を防止して所望とおりの造形物を得るためには、造形用の鋳型を幾分大きくして上述した収縮量を補償する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この収縮による誤差を補償するための方法の一つとして、造形物を生成するためのワックス自体を凝固収縮する量を加味して幾分大きく形成する方法がある。しかしながら、この方法では、鋳造に用いる金属やセラミックの種類毎（換言すると、材料の熱膨張係数が異なる毎）にワックスの寸法を変えなければならず、そのためワックスの製作が極めて煩雑である。
【０００４】
また、上述した誤差を補償するための他の方法として、鋳型を焼成によって製作する際に溶湯の鋳造収縮する量を加味して鋳型を幾分膨張させて製造する方法が存在する。そして、この方法を利用した１つの方法として、特開平３−３３０６０号公報に開示された方法がある。特開平３−３３０６０号公報に開示された方法では、アルミナとマグネシアとを主骨材とする鋳型材を用い、この鋳型材のスピネル反応を利用して鋳型を幾分膨張させている。上述した主骨材を１２００℃以下の焼成温度に加熱すると、アルミナとマグネシアとがスピネル反応を起こし、このスピネル反応の際に熱膨張が発生する。このように製作した鋳型は、チタンやジルコニウムなどの高温活性金属を鋳造するのに使用することができる。この反応によって生じたスピネル構造物の融点は２１５０℃であり、骨材成分であるアルミナ（融点：２０５０℃）やマグネシア（融点：２８２０℃）と同様に、シリカ（融点：１７２３℃）に比べ耐熱性、耐反応性に優れている。
【０００５】
ところが、スピネル反応は、上述したとおり、１２００℃以下の焼成温度において急激に起こる反応であるので、鋳型を焼成する炉の設定温度の違いにより発現する膨張量が異なってくる。したがって、温度分布が悪い炉においては、同一炉内でも鋳型の一部において膨張量が相違し、鋳型の適合性に違いが生じることになる。この適合性の違いを解消するために、この違いを意図してスピネル反応が完了する温度域以上に焼成温度を上昇した場合には、逆に焼結反応が起こり始め、鋳型の収縮が始まる。それ故に、適度な膨張量を得るためには、鋳型の焼成温度を厳密に管理しなければならないが、たとえば歯科用の廉価な炉では温度管理を充分正確に行うことが困難であり、同一炉内においても適合性にばらつきが生じるおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、アルミナとマグネシアとをスピネル反応させて鋳型を製造するときに適度な膨張量を得ることができる鋳型材を提供することである。
本発明の他の目的は、適度な膨張量を得ることができる鋳型の製造方法を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、アルミナとマグネシアとを含む骨材をスピネル反応させるときの膨張量を調整することができる膨張調整剤を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意研究の結果、アルミナとマグネシアとを含む骨材をスピネル反応させて鋳造用鋳型を製造する際に、特定の材料を膨張調整剤として用いることによって、鋳型の膨張量を調整することができることを見出した。
また、本発明者は、鋭意研究の結果、アルミナとマグネシアとを含む骨材をスピネル反応させる際に、特定の材料を膨張調整剤として用いることによって、スピネル反応時の膨張量を調整することができることを見出した。
すなわち、本発明は、スピネル反応するアルミナとマグネシアとを含む骨材と、前記骨材を結合するための酢酸マグネシウムからなる結合剤と、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム、フッ化バリウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、臭化リチウムおよび酸化ホウ素から選択される１種または２種以上の添加剤と、鋳造時の膨張量を調整するための膨張調整剤とを混合して生成する鋳造用鋳型材であって、
前記鋳造用鋳型材は、前記膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムを含み、前記ホウ酸アルミニウムの添加量が、前記アルミナとマグネシアの合計重量に対し、ホウ酸としての重量換算で０．５〜１８％であることを特徴とする鋳造用鋳型材である。
また本発明は、スピネル反応するアルミナとマグネシアとを含む骨材と、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム、フッ化バリウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、臭化リチウムおよび酸化ホウ素から選択される１種または２種以上の添加剤と、鋳造時の膨張量を調整するための膨張調整剤とを混合して生成する鋳造用鋳型材であって、
前記鋳造用鋳型材は、前記膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムおよび酢酸カルシウムを含み、前記ホウ酸アルミニウムの添加量が、前記アルミナとマグネシアの合計重量に対し、ホウ酸としての重量換算で０．５〜１８％であることを特徴とする鋳造用鋳型材である。
本発明に従えば、鋳型材は、アルミナおよびマグネシアを骨材として膨張調整剤を含んでいるので、この鋳型材により製造した鋳型は耐熱性に優れ、チタン、ジルコニアなどの高温活性金属の鋳造に適したものとなる。また、酢酸マグネシウムからなる結合剤を用いるので、アルミナとマグネシアを含む骨材を適量の水で混和して鋳型の混和物を所要のとおりに自然硬化させることができる。酢酸マグシウムは潮解性であるので、水溶液にして保存できる。また、膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムを用いるので、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。または、アルミナおよびマグネシアを骨材とした鋳型材の膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウム、酢酸カルシウムを用いるので、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができ、またその膨張調整剤の添加量をコントロールすることによって、鋳型を所望のとおり膨張させることができる。
【０００８】
さらに本発明は、アルミナとマグネシアとを含む骨材と、前記骨材を結合するための酢酸マグネシウムからなる結合剤と、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム、フッ化バリウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、臭化リチウムおよび酸化ホウ素から選択される１種または２種以上の添加剤と、鋳造時の膨張量を調整するための膨張調整剤とを混合して鋳造用鋳型材を生成し、
前記鋳造用鋳型材を生成するに際して、前記膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムを用い、前記ホウ酸アルミニウムの添加量が、前記アルミナとマグネシアの合計重量に対し、ホウ酸としての重量換算で０．５〜１８％であり、前記鋳造用鋳型材をスピネル反応させて鋳型を製造することを特徴とする鋳型の製造方法である。
また本発明は、アルミナとマグネシアとを含む骨材と、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム、フッ化バリウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、臭化リチウムおよび酸化ホウ素から選択される１種または２種以上の添加剤と、鋳造時の膨張量を調整するための膨張調整剤とを混合して鋳造用鋳型材を生成し、
前記鋳造用鋳型材を生成するに際して、前記膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムおよび酢酸カルシウムを用い、前記ホウ酸アルミニウムの添加量が、前記アルミナとマグネシアの合計重量に対し、ホウ酸としての重量換算で０．５〜１８％であり、前記鋳造用鋳型材をスピネル反応させて鋳型を製造することを特徴とする鋳型の製造方法である。
本発明に従えば、アルミナおよびマグネシアを骨材として膨張調整剤を含んだ鋳型材を生成し、この鋳型材をスピネル反応させ鋳型を製造しているので、製造された鋳型は耐熱性に優れ、チタン、ジルコニアなどの高温活性金属の鋳造に適したものとなる。また、酢酸マグネシウムからなる結合剤を用いるので、アルミナとマグネシアを含む骨材を適量の水で混和して鋳型の混和物を所要のとおりに自然硬化させることができる。酢酸マグシウムは潮解性であるので、水溶液にして保存できる。また、膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムを用いるので、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。または、アルミナおよびマグネシアを骨材とした鋳型材の膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウム、酢酸カルシウムを用いるので、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができ、またその膨張調整剤の添加量をコントロールすることによって、鋳型を所望のとおり膨張させることができる。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
また本発明は、アルミナとマグネシアとを含む骨材に、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム、フッ化バリウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、臭化リチウムおよび酸化ホウ素から選択される１種または２種以上を添加してスピネル反応させるときに添加する膨張調整剤であって、
アルミナセメントおよびマレイン酸カルシウムからなり、前記アルミナセメントおよびマレイン酸カルシウムの添加量が、前記アルミナとマグネシアの合計重量に対し、カルシウム元素としての重量換算で０．１〜２５％であり、
さらにシリカを含み、前記シリカは、粒径が１．０μｍ以下で、結晶構造がアモルファス構造であり、そしてその添加量が、アルミナとマグネシアとの合計重量に対し重量換算で１〜１５％であることを特徴とする膨張調整剤である。
本発明に従えば、アルミナセメントおよびマレイン酸カルシウムの添加量が、アルミナとマグネシアとの合計重量に対し、カルシウム元素としての重量換算で０．１〜２５％であるので、スピネル反応の際に鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。
また、シリカの添加量がアルミナとマグネシアとの合計重量に対し重量換算で１〜１５％であるので、スピネル反応の際に鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。また、シリカの粒径が１．０μｍ以下であるので、特に好適に骨材と充分均一に混合することができる。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照してさらに詳述する。
まず、図１および図２を参照して鋳型の製造方法を説明する。この実施形態では、鋳型は、それ自体周知のロストワックス法によって製作される。すなわち、図１に示すように、所定形状の疑似金型支持歯２の周面および上面に、鋳造物の形状に対応した形状のワックス４の層を形成する。このワックス４は、図２に示すとおりに、鋳造枠体６内に設置される。鋳造枠体６は、鋳造台８と鋳造リング１０とを有し、鋳造台８の上面外周部に鋳造リング１０が着脱自在に装着される。鋳造台８および鋳造リング１０は、上面が開放された円筒状の鋳造空間１２を規定する。鋳造台８は、弾性変形可能なゴム材料から形成するのが好ましく、その中央部には円錐状に上方に延びる中間突部８ａが設けられ、さらに中間突部８ａの先端部に円筒状に細長く延びる支持突部８ｂが設けられ、支持突部８ｂの先端面にワックス４が図１に示す状態とは上下を逆にした状態で載置される。鋳造リング１０は金属材料から形成され、この鋳造リング１０の内周面には、セラミックウール１４が付設される。セラミックウール１４は、焼成時の径方向の膨張を吸収する作用を有する。
【００２０】
次いで、鋳造枠体６の鋳造空間１２に鋳型材の混和物を充填して自然硬化させる。鋳型材の混和物は、後述する鋳型材を適量、たとえば鋳型材１００ｇに対し、１０ｃｃから２５ｃｃ、好ましくは１５ｃｃの水で混和することによって生成され、この混和物が、ワックス４が収容された鋳造空間１２内に充填される。混和物の水が１０ｃｃ未満であれば混和しにくく、２５ｃｃを超えると割れが生じやすくなる。なお、後述する結合剤や膨張調整剤のうち、水溶性のものについて、予め水溶液にしておき、これを混和に使用する場合は、より好適に混和の均一化を行え、特に上記水溶性のもののうち、酢酸マグネシウムなどの潮解性のものについては、水溶液にしておくことが保存に至便である。
【００２１】
上記混和物が自然硬化した後、鋳造リング１０から鋳造台８が取外される。しかる後、所定の焼成条件、焼成温度をたとえば９００℃付近の温度に維持し、焼成時間をたとえば１０分間から９０分間、好ましくは３０分間行ってワックス４を消失させ、これによって図３に示す鋳型１６が製作される。焼成時間が１０分未満では焼成ムラが生じやすく、９０分を超えると時間・電力等の浪費となる。このように製作した鋳型１６は、ワックス４の形状に対応する第１の鋳型空洞１８（後述する造形物の形状に対応している）と、鋳型台８の中間突部８ａおよび支持突部８ｂの形状に対応する第２の鋳型空洞２０とを有し、第２の鋳型空洞２０が第１の鋳型空洞１８まで延びている。
【００２２】
鋳型材としては、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）とマグネシア（ＭｇＯ）とを含む骨材と、この骨材を結合するための結合剤と、鋳造時の膨張量を調整するための膨張調整剤と含むものを用いる。アルミナとマグネシアとを含む骨材を用いて鋳型１６を製作し、この鋳型１６を１２００℃以下の焼成温度に加熱すると、アルミナとマグネシアとがスピネル反応、すなわち、
Ａｌ2Ｏ3＋ＭｇＯ→ＭｇＡｌ2Ｏ4
を起こしてスピネル構造物が生成され、このスピネル反応によって所定の膨張量が得られる。このスピネル反応を行う際に、骨材としてジルコニア（ＺｒＯ2）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ4）、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）および結晶性シリカ（ＳｉＯ2）から選択される１種または２種以上の材料からなる補助骨材を含んでいるものが望ましく、特に補助骨材としてジルコニアまたはスピネルを好都合に用いることができ、このような補助骨材を含んでいる場合には、上述したスピネル反応を所望のとおりに行うことができる。
【００２３】
また、結合剤としてリン酸アンモニウム（例：ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4）、リン酸アルミニウム（例：Ａｌ（Ｈ2ＰＯ4）3）、ジルコニアゾル、アルミナゾル、コロイダルシリカ、塩基性乳酸アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3と乳酸を含むもの）、エチルシリケート（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）、および酢酸マグネシウム（例：Ｍｇ（ＣＨ3ＣＯＯ）2４Ｈ2Ｏ）から選択される１種または２種以上の材料を含んでいるのが望ましく、特に酢酸マグネシウムを好都合に用いることができる。このような結合剤を用いることによって、アルミナとマグネシアを含む骨材を適量の水で混和して鋳型の混和物を所要のとおりに自然硬化させることができる。そして、鋳型材として、骨材（補助骨材を用いた場合には補助骨材を含めた骨材）を重量換算で６０〜９８．９％含み、結合剤を重量換算で１〜３０％含むものを用いるのが望ましい。結合剤の量が重量換算で１％より少ない場合には、鋳型材としての結合力が得られず、バリ、クラックなどが発生しやすくなる。一方、結合剤の量が重量換算で３０％を越える場合には、鋳型材に含まれる骨材の量が少なくなり、スピネル反応によって生成されるスピネル構造物の量が少なくなる。
【００２４】
さらに、膨張調整剤としては、カルシウムを含む化合物群から選択される材料、ホウ酸化合物群から選択される材料およびシリカ（ＳｉＯ2）のうち少なくとも１種または２種以上の材料を含むのが望ましい。このような膨張調整剤を鋳型材に含めることによって、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができ、またその膨張調整剤の添加量をコントロールすることによって、所望の膨張量を得ることができる。
【００２５】
膨張調整剤としてのカルシウムを含む化合物群の材料は、オクタン酸カルシウム（例：［ＣＨ3（ＣＨ2）6ＣＯＯ］2Ｃａ）、ギ酸カルシウム（例：Ｃａ（ＨＣＯＯ）2）、吉草酸カルシウム（例：［ＣＨ3（ＣＨ2）3ＣＯＯ］2Ｃａ）、クエン酸カルシウム（例：Ｃａ3（Ｃ6Ｈ5Ｏ7）2・４Ｈ2Ｏ）、グルコン酸カルシウム（例：Ｃａ［ＨＯＣＨ2（ＣＨＯＨ）4ＣＯＯ］2・Ｈ2Ｏ）、安息香酸カルシウム（例：Ｃａ（Ｃ6Ｈ5ＣＯＯ）2・３Ｈ2Ｏ）、コハク酸カルシウム（例：Ｃａ［ＣＨ2ＣＯＯ］2・３Ｈ2Ｏ）、酢酸カルシウム（例：Ｃａ（ＣＨ3ＣＯＯ）2・Ｈ2Ｏ）、サリチル酸カルシウム（例：Ｃａ（ＨＯＣ6Ｈ4ＣＯＯ）2・２Ｈ2Ｏ）、シュウ酸カルシウム（例：Ｃａ（ＣＯＯ）2・Ｈ2Ｏ）、フマル酸カルシウム（例：Ｃａ［ＣＨＣＯＯ］2・３Ｈ2Ｏ）、プロピオン酸カルシウム（例：［ＣＨ3ＣＨ2ＣＯＯ］2Ｃａ）、マレイン酸カルシウム（例：Ｃａ［ＣＨＣＯＯ］2・Ｈ2Ｏ）、マロン酸カルシウム（例：ＣＨ2［ＣＯＯ］2Ｃａ・４Ｈ2Ｏ）、水酸化カルシウム（例：Ｃａ（ＯＨ）2）、硫酸カルシウム（例：ｎＣａＳＯ4・ｍＨ2Ｏ）、炭酸カルシウム（例：ＣａＣＯ3）、リン酸カルシウム（例：ｘＣａＯ・ｙＰ2Ｏ5・ｚＨ2Ｏ）、けい酸カルシウム（例：ＣａＳｉＯ3）、フッ化カルシウム（例：ＣａＦ2）、塩化カルシウム（例：ＣａＣｌ2・ｎＨ2Ｏ）、臭化カルシウム（例：ＣａＢｒ2・２Ｈ2Ｏ）、チタン酸カルシウム（ＣａＯ・ＴｉＯ2）、ドロマイト（ＭｇＣＯ3・ＣａＣＯ3）、ガーネット（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・３ＳｉＯ2）、灰長石（ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）、ディオプサイド（ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2）、ゲーレナイト（２ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2）、アルミナセメント（Ａｌ2Ｏ3とＣａＯを主成分とするもの）、カルシア（ＣａＯ）およびマグネシアセメント（ＭｇＯを主成分としＣａＯを含むもの）から選択される１種または２種以上の材料であるのが望ましく、これらから酢酸カルシウム、マレイン酸カルシウム、アルミナセ メントを選択することによって、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。特に酢酸カルシウムは好都合に用いることができ、酢酸カルシウムは粉末状のものと液体状のものの双方を用いることができる。
【００２６】
このカルシウムを含む化合物群の材料の添加量は、アルミナとマグネシアとの合計重量に対し、カルシウム元素としての重量換算で０．１〜２５％であるのが望ましい。上記材料の添加量が重量換算で０．１％より少ない場合には、膨張調整剤としの効果が現れず、一方上記材料の添加量が重量換算で２５％を越える場合には、骨材のスピネル反応によってスピネル生成物が充分に生成されず、鋳型１６の膨張不足となって適合性が悪くなる。
【００２７】
膨張調整剤として、一般式ｎＡｌ2Ｏ3・ｍＢ2Ｏ3で表されるホウ酸アルミニウムを用いることによって、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。ホウ酸化合物群から選択される材料として、特に、（９Ａｌ2Ｏ3・２Ｂ2Ｏ3）で表されるホウ酸アルミニウムを好都合に用いることができる。
【００２８】
ホウ酸アルミニウムの添加量は、アルミナとマグネシアとの合計重量に対し、ホウ酸としての重量換算で０．５〜１８％である。上記材料の添加量が重量換算で０．５％より少ない場合には、膨張調整剤としの効果が現れず、一方上記材料の添加量が重量換算で１８％を越える場合には、骨材のスピネル反応によってスピネル生成物が充分に生成されず、鋳型１６の膨張不足となって適合性が悪くなる。
【００２９】
また、膨張調整剤として使用するシリカは、粒径が１．０μｍ以下で、結晶構造がアモルファス構造であるのが望ましく、また添加量は、アルミナとマグネシアとの合計重量に対し重量換算で１〜１５％であるのが望ましい。シリカの粒径が１．０μｍ以下である場合には、特に好適に骨材と充分に均一に混合することができる。また、シリカの添加量が重量換算で１％より少ない場合には、調整剤としての効果が得られず、一方シリカの添加量が重量換算で１５％を越える場合には、骨材のスピネル反応によってスピネル生成物が充分に生成されず、鋳型１６の膨張不足となって適合性が悪くなる。
【００３０】
このような鋳造用鋳型材として、骨材としてのアルミナおよびマグネシアと、補助骨材としてのジルコニアと、膨張調整剤としてのホウ酸アルミニウムおよび／またはシリカと、結合剤としての酢酸マグネシウムとの組合せのものを好都合に用いることができる。
【００３１】
鋳型材には、添加剤として、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ3）、フッ化バリウム（ＢａＦ2）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）および酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）から選択される１種または２種以上であるのが望ましく、このような添加剤を鋳型材に添加することによって焼成温度を下げることができる。
【００３２】
鋳型材に添加される膨張調整剤は、次のとおりのメカニズムによってスピネル反応における膨張量を調整する。膨張調整剤が含まれていない場合には、上述した反応式のスピネル反応は、１２００℃以下の焼成温度において起こり、アルミナとマグネシアの各１モルから１モルのスピネルが生成され、生成されたスピネルの比重が小さくなることによって膨張が生じる。このスピネル反応は、本来、アルミナまたはマグネシアのいずれか一方が消失するまで継続して行われ、スピネル反応の終了と同時に焼結収縮が起こる。ところが、鋳型材に膨張調整剤としての酢酸カルシウムが含まれている場合には、上記スピネル反応が、酢酸カルシウム中のカルシウムの存在により途中で停止し、上述した焼結収縮も緩和され、これによって、スピネル反応により所定の膨張量を得ることができる。そして、鋳型材に添加する膨張調整剤としての酢酸カルシウムの配合量を調整することによって、スピネル反応をコントロールし、スピネル生成物の量を調整することができ、所望の膨張量の鋳造体としての鋳型を製作することができる。
【００３３】
膨張調整剤としての他の材料も酢酸カルシウムと同様の作用をもたらすので、酢酸カルシウムに代えて、またはこれとともに用いることができるが、特にアルミナセメントおよびマレイン酸カルシウムを用いることができ、またはホウ酸アルミニウムを用いることができ、さらにホウ酸アルミニウムおよび酢酸カルシウムを用いることができる。なお、膨張調整剤の添加量が過少である場合には、膨張調整剤としての効果が充分に発揮されず、所望の膨張量を得ることができなくなる。一方、膨張調整剤の添加量が過多である場合には、スピネル反応が起こり難くなったり、耐熱性が劣化したりする。それ故に、膨張調整剤は、上述したとおり、その材料に適した量を添加する必要がある。
【００３４】
上述のとおりにして製作した鋳型１６は、耐熱性に優れているので、チタン、ジルコニアなどの高温活性金属の鋳造に適している。そして、この鋳型を用いて製作された鋳造物は、歯科治療における義歯に好都合に用いることができる。
【００３５】
図４は、アーク溶解式の真空溶解鋳造装置の一実施形態を示しており、上述したとおりにして製作した鋳型１６は、この鋳造装置に適用して鋳造物を形成することができる。図４を参照して、この鋳造装置３２は、ハウジング本体３４を有し、このハウジング本体３４内の空間は仕切壁３６によって溶解室３８と鋳造室４０とに仕切られている。溶融および鋳造時には、溶解室３８および鋳造室４０は真空状態に保持される。鋳造室４０には、支持テーブル４２が設けられ、この支持テーブル４２上に、図１〜図３に示すとおりにして製作された鋳型１６（図３）が載置される。仕切壁３６には、通湯口４３を有するブッシュ４４が装着され、このブッシュ４４の通湯口４３を通して鋳型１６の第１および第２の鋳型空洞１８，２０に溶融金属が注入される。溶解室３８には、傾動可能なルツボ４５が配設されている。このルツボ４５には、鋳造する金属、たとえば純チタンまたはチタンを主成分とする合金のインゴット４６が収容される。ルツボ４５の上方には、アーク発生装置４８のアーク発生電極５０が設けられている。アーク発生電極５０には高圧電圧が印加され、アーク発生電極５０からルツボ４５に収容されたインゴット４６に向けてアーク放電が行われ、これによってルツボ４５内のインゴット４６が溶解される。また、溶融室３８の内面には反射板５２が配設されている。さらに、溶融室３８はチューブ５４を介してボンベ５６に接続されている。ボンベ５６には不活性ガスが収容されており、溶解、鋳造時には、ボンベ５６内の不活性ガスが溶融室３８に送給される。
【００３６】
この鋳造装置においては、ルツボ４５内に鋳造する金属インゴット４６が収容され、アーク発生電極５０からのアーク放電によって金属インゴット４６が溶解される。金属インゴット４６の溶解後、ルツボ４５を傾動させて溶解金属が鋳型１６の第１および第２の鋳造空洞１８，２０に注入され、注入した溶解金属が冷却固化することによって、これら鋳造空洞１８，２０の形状に対応する鋳造物が得られる。なお、図４は真空溶解鋳造装置の例であるが、これに限定されず、遠心鋳造装置など他の形態の鋳造装置を用いてもよい。
【００３７】
比較例１
比較例１として、表１に示す組成を有する鋳型材（骨材として重量換算で３５％のマグネシアおよび重量換算で２５％のアルミナと、補助骨材として重量換算で１８％のジルコニアと、膨張調整剤として重量換算で５％の酢酸カルシウムと、結合材として重量換算で１５％の酢酸マグネシウムと、添加剤として重量換算で２％のフッ化リチウムとからなる鋳型材）を用いて図１〜図３に示す方法で鋳型を製作した。鋳型を焼成する時の温度は９００℃であり、また焼成時間は５０分であった。そして、この製作した鋳型を図４に示すアーク溶解式鋳造装置（株式会社モリタ製作所から製品名：サイクラークＩＩとして市販されている鋳造装置）に取付け、この鋳造装置を用いて溶解させたチタンの溶湯を鋳型に注湯して鋳造体を製造した。この鋳造時の鋳型温度は６００℃であった。
【００３８】
鋳造後に鋳型から取出した直後の鋳造体の外観を目視で観察し、その観察結果を表１における鋳肌状態の欄に示す。鋳肌状態の欄では、鋳造体に鋳型材の付着がないものを「良好」と、鋳型材の付着が幾分あるものを「やや悪い」と、また鋳型材の付着が多いものを「悪い」と示す。また、鋳造後に鋳型を目視で観察し、鋳型に割れが発生しているか否かを調べた結果を表１における鋳型割れの欄に示す。鋳型割れの欄では、鋳型の割れが存在しないものを「無し」と、鋳型の割れが幾分存在するものを「僅か有り」と、また鋳型の割れが顕著に存在するものを「有り」と示す。この比較例１では、鋳肌には鋳型材の付着はなく、また鋳型の割れも存在していなかった。
【００３９】
さらに、鋳造物（通常クラウンと呼ばれる）の適合性を調べるために、図５に示すとおり、製作した鋳造物１０２を、ワックス４を形成した元の疑似金型支持歯２に被せ、このときに生じた隙間ｄ（支持歯２の基台２ａの上面と鋳造物１０２の下端との隙間）を測定し、その測定結果を表１における金型との隙間の欄に示す。金型との隙間の欄における数字は、上記隙間の寸法であり、「過膨張」とあるのは、膨張が大きくて鋳造物１０２を支持歯２に被せたときにある程度ガタが存在することを示す。比較例１では、この間隙ｄが０．０５〜０．１０であり、適合性も良好であった。適合性は、上記間隙ｄの値が小さいと適合性が良好となり、上記間隙ｄが大きくなると適合性が悪くなる。
【００４０】
【表１】
比較例２および３
比較例２および３では、組成が異なる鋳型材（補助骨材と膨張調整剤の混合比を変えたもの）を用いる点を除いて比較例１と実質上同一条件にて鋳造物を製作した。そして、製作した鋳造物の鋳肌状態、鋳型の割れ、および適合性について調べ、それらの結果を表１に示す。比較例２では、骨材として重量換算で３５％のマグネシアおよび重量換算で２５％のアルミナと、補助骨材として重量換算で２３％のジルコニアと、膨張調整剤として重量換算で１０％の酢酸カルシウムと、結合材として重量換算で１５％の酢酸マグネシウムと、添加剤として重量換算で２％のフッ化リチウムとからなる鋳型材を用い、また比較例３では、骨材として重量換算で３５％のマグネシアおよび重量換算で２５％のアルミナと、補助骨材として重量換算で８％のジルコニアと、膨張調整剤として重量換算で１５％の酢酸カルシウムと、結合材として重量換算で１５％の酢酸マグネシウムと、添加剤として重量換算で２％のフッ化リチウムとからなる鋳型材を用いた。
【００４２】
比較例１〜３の結果から、スピネル反応するアルミナとマグネシアとの含有量が同一である場合でも、膨張調整剤としての酢酸カルシウムの添加量が異なれば適合性に差が生じることが確認できた。この結果から、酢酸カルシウムの添加量を調整することによって、膨張量を調整することができることが理解されるであろう。
【００４３】
膨張調整剤としての酢酸カルシウムの添加量を調整することによって膨張量が変化することを確認するために、比較例１〜３において、スピネル反応前後の温度と鋳型の膨張率との関係を調べ、その結果を図６に示す。鋳型の熱膨張率の変化は、（株）リガクから製品名：ＴＡＳ−１００として市販されている熱膨張測定装置を用いて測定した。図６から理解されるとおり、膨張調整剤としての酢酸カルシウムの添加量が重量換算で５％と少ないと熱膨張率が大きく、その添加量が重量換算で１０％、重量換算で１５％と増えると熱膨張率が小さくなった。この結果から、膨張調整剤としての酢酸カルシウムの添加量を調整することによって鋳型の膨張量を調整することができることが確認できた。
【００４４】
比較例４〜７、実施例１，２
比較例４では、焼成温度が異なる点を除いて比較例１と実質上同一条件にて鋳造物を製作した。比較例４における焼成温度は、比較例１より５０℃低い８５０℃であった。比較例５および６では、鋳型材の組成および鋳造時の鋳型温度が異なる点を除いて比較例１と実質上同一条件にて鋳造物を製作した。比較例５における鋳型材は、骨材として重量換算で４０％のマグネシアおよび重量換算で２０％のアルミナと、補助骨材として重量換算で２６％のスピネルと、膨張調整剤として重量換算で７％の炭酸カルシウムと、結合材として重量換算で５％の塩基性乳酸アルミニウムと、添加剤として重量換算で２％のフッ化リチウムとからなるものであり、鋳造時の鋳型温度は４００℃であった。また比較例６における鋳型材は、骨材として重量換算で３０％のマグネシアおよび重量換算で２５％のアルミナと、補助骨材として重量換算で３４％のスピネルと、膨張調整剤として重量換算で４％の酢酸カルシウムと、結合材として重量換算で５％のリン酸アンモニウムと、添加剤として重量換算で２％のフッ化リチウムとからなるものであり、鋳造時の鋳型温度は１００℃であった。
実施例１および比較例７では、鋳型材の組成が異なる点を除いて比較例１と実質上同一条件にて鋳造物を製作した。実施例１における鋳型材は、骨材として重量換算で３５％のマグネシアおよび重量換算で２５％のアルミナと、補助骨材として重量換算で１８％のジルコニアと、膨張調整剤として重量換算で３％のホウ酸アルミニウムと、結合材として重量換算で１７％の酢酸マグネシウムと、添加剤として重量換算で２％のフッ化リチウムとからなるものであり、また比較例７における鋳型材は、骨材として重量換算で３５％のマグネシアおよび重量換算で２５％のアルミナと、補助骨材として重量換算で１８％のジルコニアと、膨張調整剤として重量換算で５％のシリカと、結合材として重量換算で１５％の酢酸マグネシウムと、添加剤として重量換算で２％のフッ化リチウムとからなるものであった。
さらに、実施例２では、鋳型材の組成および焼成温度が異なる点を除いて比較例１と実質上同一条件にて鋳造物を製作した。実施例２における鋳型材は、骨材として重量換算で３５％のマグネシアおよび重量換算で２５％のアルミナと、補助骨材として重量換算で１８％のジルコニアと、膨張調整剤として重量換算で５％の酢酸カルシウムおよび重量換算で５％のホウ酸アルミニウムと、結合材として重量換算で１０％の酢酸マグネシウムと、添加剤として重量換算で２％のフッ化リチウムとからなるものであり、鋳造時の鋳型温度は８８０℃であった。
【００４５】
これら比較例４〜７、実施例１，２において製作した鋳造物の鋳肌状態、鋳型の割れ、および適合性について調べ、それらの結果を表１に示す。表１から、実施例１，２においても適合性が良好であった。なお、比較例６では、鋳造時の鋳型温度を１００℃に設定したが、１００℃以下の温度でも鋳造可能である。
【００４６】
比較例８〜１１
比較のために、比較例８〜１１の実験を行った。比較例８〜１０では、それぞれ、比較例１，４，６の鋳型材の混合比と略同様の配分となるように膨張調整剤を添加しないで調整したものを用いた点を除いて比較例１，４，６と実質上同一の条件（表１参照）で鋳造物を製作した。そして、製作した鋳造物の鋳肌状態、鋳型の割れ、および適合性について調べ、それらの結果も表１に示す。比較例８〜１０の結果から、膨張調整剤を添加しない場合には、鋳造物に鋳型材が付着したり、鋳型割れが発生したり、過膨張となったりし、比較例９を除いて所望の鋳造物を得ることができなかった。
【００４７】
また、比較例１１では、比較例７の鋳型材とシリカの混合比を変えた点を除いて比較例７と実質上同一の条件で鋳造物を製作した。そして、その結果も表１に示す。比較例１１の結果から、膨張調整剤としてのシリカの量が過剰になると収縮が大きくなって適合性が悪くなった。
【００４８】
なお、比較例１，４と比較例８，９とを対比することによって理解される如く、比較例１，４における金型の隙間の差と、比較例８，９における金型の隙間の差とを比較した場合、比較例１，４における上記隙間の差が、比較例８，９における上記差よりも小さく、このことより、カルシウムの添加によって焼成温度の影響を緩和されることが確認された。
【００４９】
なお、比較例１〜１１および実施例１，２はすべてフッ化リチウムを添加剤として添加した例であり、この添加剤の働きによりスピネル反応の開始温度を１２００℃から９００℃付近に下げることが可能である。また、他の添加剤によって焼成温度を様々にした場合でもフッ化リチウムと同様に膨張調整剤の効果を得ることができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の請求項１，２の鋳型材によれば、鋳型材は、アルミナおよびマグネシアを骨材として膨張調整剤を含んでいるので、この鋳型材により製造した鋳型は耐熱性に優れ、チタン、ジルコニアなどの高温活性金属の鋳造に適したものとなる。また、酢酸マグネシウムからなる結合剤を用いるので、アルミナとマグネシアを含む骨材を適量の水で混和して鋳型の混和物を所要のとおりに自然硬化させることができる。酢酸マグシウムは潮解性であるので、水溶液にして保存できる。また、膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムを用いるので、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。または、アルミナおよびマグネシアを骨材とした鋳型材の膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウム、酢酸カルシウムを用いるので、スピネル反応後の金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができ、またその膨張調整剤の添加量をコントロールすることによって、鋳型を所望のとおり膨張させることができる。
【００５１】
また本発明の請求項３，４の鋳型の製造方法によれば、アルミナおよびマグネシアを骨材として膨張調整剤を含んだ鋳型材を生成し、この鋳型材をスピネル反応させ鋳型を製造しているので、製造された鋳型は耐熱性に優れ、チタン、ジルコニアなどの高温活性金属の鋳造に適したものとなる。また、酢酸マグネシウムからなる結合剤を用いるので、アルミナとマグネシアを含む骨材を適量の水で混和して鋳型の混和物を所要のとおりに自然硬化させることができる。酢酸マグシウムは潮解性であるので、水溶液にして保存できる。また、膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムを用いるので、金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。または、アルミナおよびマグネシアを骨材とした鋳型材の膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウム、酢酸カルシウムを用いるので、スピネル反応後の金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができ、またその膨張調整剤の添加量をコントロールすることによって、鋳型を所望のとおり膨張させることができる。
【００５２】
本発明の請求項５の膨張調整剤によれば、膨張調整剤として、アルミナセメントおよびマレイン酸カルシウムを用いることによって、スピネル反応後の金属の鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができ、またその膨張調整剤の添加量をコントロールすることによって、所望の膨張量を得ることができる。
また本発明の請求項５の前述の膨張調整剤によれば、カルシウムを含む化合物群の材料の添加量が、アルミナとマグネシアとの合計重量に対し、カルシウム元素としての重量換算で０．１〜２５％であるので、スピネル反応の際に鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。
また、シリカの添加量がアルミナとマグネシアとの合計重量に対し重量換算で１〜１５％であるので、スピネル反応の際に鋳造収縮を補償するに充分な膨張量を得ることができる。また、シリカの粒径が１．０μｍ以下であるので、骨材と充分均一に混合することができる。
【００５３】
【００５４】
【００５６】
【００５７】
【００５８】
【図面の簡単な説明】
【図１】 支持歯にワックスを形成した状態を簡略的に示す断面図である。
【図２】 鋳造枠体にワックスを収容した状態を簡略的に示す断面図である。
【図３】 製作した鋳型を簡略的に示す断面図である。
【図４】 真空溶解鋳造装置の一例を簡略的に示す断面図である。
【図５】 鋳造体の適合性を調べるための方法を説明するための簡略図である。
【図６】 温度変化に対する鋳型の膨張率の変化率の変化を示す図である。
【符号の説明】
２ 疑似金型支持歯
４ ワックス
６ 鋳造枠体
１６ 鋳型
３２ 真空溶解鋳造装置
１０２ 鋳造物
Claims (5)
- スピネル反応するアルミナとマグネシアとを含む骨材と、前記骨材を結合するための酢酸マグネシウムからなる結合剤と、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム、フッ化バリウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、臭化リチウムおよび酸化ホウ素から選択される１種または２種以上の添加剤と、鋳造時の膨張量を調整するための膨張調整剤とを混合して生成する鋳造用鋳型材であって、
前記鋳造用鋳型材は、前記膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムを含み、前記ホウ酸アルミニウムの添加量が、前記アルミナとマグネシアの合計重量に対し、ホウ酸としての重量換算で０．５〜１８％であることを特徴とする鋳造用鋳型材。 - スピネル反応するアルミナとマグネシアとを含む骨材と、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム、フッ化バリウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、臭化リチウムおよび酸化ホウ素から選択される１種または２種以上の添加剤と、鋳造時の膨張量を調整するための膨張調整剤とを混合して生成する鋳造用鋳型材であって、
前記鋳造用鋳型材は、前記膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムおよび酢酸カルシウムを含み、前記ホウ酸アルミニウムの添加量が、前記アルミナとマグネシアの合計重量に対し、ホウ酸としての重量換算で０．５〜１８％であることを特徴とする鋳造用鋳型材。 - アルミナとマグネシアとを含む骨材と、前記骨材を結合するための酢酸マグネシウムからなる結合剤と、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム、フッ化バリウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、臭化リチウムおよび酸化ホウ素から選択される１種または２種以上の添加剤と、鋳造時の膨張量を調整するための膨張調整剤とを混合して鋳造用鋳型材を生成し、
前記鋳造用鋳型材を生成するに際して、前記膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムを用い、前記ホウ酸アルミニウムの添加量が、前記アルミナとマグネシアの合計重量に対し、ホウ酸としての重量換算で０．５〜１８％であり、前記鋳造用鋳型材をスピネル反応させて鋳型を製造することを特徴とする鋳型の製造方法。 - アルミナとマグネシアとを含む骨材と、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム、フッ化バリウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、臭化リチウムおよび酸化ホウ素から選択される１種または２種以上の添加剤と、鋳造時の膨張量を調整するための膨張調整剤とを混合して鋳造用鋳型材を生成し、
前記鋳造用鋳型材を生成するに際して、前記膨張調整剤として、ホウ酸アルミニウムおよび酢酸カルシウムを用い、前記ホウ酸アルミニウムの添加量が、前記アルミナとマグネシアの合計重量に対し、ホウ酸としての重量換算で０．５〜１８％であり、前記鋳造用鋳型材をスピネル反応させて鋳型を製造することを特徴とする鋳型の製造方法。 - アルミナとマグネシアとを含む骨材に、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム、フッ化バリウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、臭化リチウムおよび酸化ホウ素から選択される１種または２種以上を添加してスピネル反応させるときに添加する膨張調整剤であって、
アルミナセメントおよびマレイン酸カルシウムからなり、前記アルミナセメントおよびマレイン酸カルシウムの添加量が、前記アルミナとマグネシアの合計重量に対し、カルシウム元素としての重量換算で０．１〜２５％であり、
さらにシリカを含み、前記シリカは、粒径が１．０μｍ以下で、結晶構造がアモルファス構造であり、そしてその添加量が、アルミナとマグネシアとの合計重量に対し重量換算で１〜１５％であることを特徴とする膨張調整剤。
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1997
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