JPH0341175B2

JPH0341175B2 -

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Publication number: JPH0341175B2
Application number: JP11947587A
Authority: JP
Priority date: 1987-05-15
Filing date: 1987-05-15
Publication date: 1991-06-21
Also published as: JPS63281744A

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。

ところが一般に、鋳造金属は凝固時に収縮する
性質（上記した如きAu合金の場合は線収縮率
1.25％）があるため、こうした収縮を相殺するた
めに種々の添加物を埋没材に入れたり、或いは石
膏の量でコントロールしている（石膏が少ない
程、膨張量が大）。

しかし、加熱焼成時に膨張はしても室温に戻す
と膨張量が大きく減少するとか、膨張が不安定で
再現性に乏しいといつた問題点がある。こうした
膨張量のコントロールが不良であると、鋳造品が
設定サイズに比べてばらつき、精密鋳造には不適
当となる。加えて、鋳型の通気性も不均一とな
り、鋳造時に鋳型と鋳像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
ことが不十分となつたり、放出しすぎたりし、品
質の良好な精密鋳造品が得られないこともある。

ハ発明の目的本発明の目的は、金属の精密鋳造において鋳型
膨張性が優れかつその再現性、安定性が良好であ
り、通気性、耐熱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、溶融シリカと、化学反応で体
積膨張を生じる金属粉末（例えばFe粉末、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、鋳造金属に直接接して用いられる精密鋳造
用鋳型に係るものである。

また、本発明は、溶融シリカに、化学反応で体
積膨張を生じる金属粉末（例えばFe粉末、Ti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（特に750℃以上）
で焼成する、鋳造金属に直接接して用いられる精
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溶融シリカを用いている
が、このシリカは容易に入手可能である上に、熱
膨張を殆どせず、耐熱性もよく、熱伝導性も良好
である。従つて、埋没材として型の再現性や精度
が向上することになる。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。）を溶融シリカ粉末に添
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。

溶融シリカ粉末 20〜95重量％膨張性金属粉末 80重量％以下粘結剤 0.5〜5.0重量％ここで、使用する溶融シリカ粉末は耐火材一般
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20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。溶融シリカ
粉末の含有量は、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20〜60重量％
とするのがよい。このシリカ粉末と併用して、マ
グネシア（MgO）等の耐火材料も添加してもよ
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80重量％以下とするのがよいが、80重量％
を超えるとシリカの割合が減りすぎるためであ
る。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５〜50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100メツシユ、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、上記シリカ及び膨
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、SiO₂、
粘結剤、水分の間ではモル比で、（３〜８）
SiO₂・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
剤を固めるのが困難となり、逆に多すぎるとシリ
カ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
例えば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等は
鋳造金属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、この埋没
材では溶融シリカを用いているので特にFe粉を
添加することを要しない。しかし、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、後者の法が発火の危険性がな
い。

上記の焼成は高温で行う方が、上述したことか
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、本発明を具体的な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。

溶融シリカ粉末 24.4重量％ MgCl₂・6H₂O 2.4重量％ Fe粉末（100メツシユ） 73.2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
フイルムケースに充填した。そして、これを70℃
で１時間第１硬化（予備硬化）させてから、800
℃で焼成したところ、6.6％の膨張（長さ方向）
が得られた。これは室温まで冷却したところ、膨
張率（長さ方向）は5.5％に減少したが、この膨
張率は金属収縮を相殺する上で十分である。即
ち、金属鉄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鉄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、金属鉄の一
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。

溶融シリカ粉末 49.5重量％ MgO（マグネシアクリンカー） 24.8重量％ MgCl₂・6H₂O 0.9重量％ Ti粉末（300メツシユ） 24.8重量％焼成温度を900℃としたところ、試料の膨張は
1.17％となつた。

例３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。

溶融シリカ粉末 49.5重量％ MgCl₂・6H₂O 0.9重量％ Ti粉末（300メツシユ） 24.8重量％ Fe粉末（100メツシユ） 24.8重量％焼成温度を750℃としたところ、試料の膨張は
1.2％となつた。

例４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。

溶融シリカ粉末 49重量％ MgCl₂・6H₂O ２重量％ Fe粉末（100メツシユ） 49重量％焼成温度を820℃としたところ、試料の膨張は
2.2％となつた。

例５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。

溶融シリカ粉末 45重量％ MgCl₂・6H₂O １重量％ Ti粉末（300メツシユ）９重量％ MgO（マグネシアクリンカー） 45重量％焼成温度を800℃としたところ、試料の膨張は
1.7％となつた。

例６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。

溶融シリカ粉末 46.5重量％ MgCl₂・6H₂O 1.4重量％ Zn粉末 28.2重量％石膏 23.9重量％試料の膨張は2.3％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。

溶融シリカ粉末 54.1重量％ MgCl₂・6H₂O 1.6重量％ Fe粉末 8.2重量％ Zn粉末 8.2重量％石膏 27.9重量％試料の膨張は2.2％となつた。

例８（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2.3/1
００mm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Co−Cr合金の如き高温での鋳造（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、Co−
Cr合金、Au−Cu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を形成する。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、この成形空間に埋没
材１３が直接面することになる（第４図参照）。

この場合、上述した理由から、溶融シリカ及び
膨張性金属粉末を含有した本発明による埋没材に
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、溶融金属（例えばCo
−Cr合金、Au−Cu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
心力を利用して溶融金属を湯口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
填された溶融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。

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、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、高精度の鋳製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、２０……ワツクス
パターン、２８……るつぼである。

Claims

【特許請求の範囲】１溶融シリカと、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、鋳造金属に直接接して用いられる精密
鋳造用鋳型。２溶融シリカに、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、鋳
造金属に直接接して用いられる精密鋳造用鋳型の
製造方法。