JPWO2013191141A1 - 鋳造用埋没材組成物およびこれを用いた鋳物の鋳造方法 - Google Patents

Abstract

従来のワックスパターンと、消失温度や消失挙動が異なるレジンパターンを用い、その処理効率に優れる「急速加熱」によって鋳造を行った場合に、良好な鋳造をすることができる鋳造用埋没材組成物を提供すること。主成分として熱膨張性耐火材を使用せず、結合材と、平均粒子径が５〜２０μｍの非熱膨張性耐火材とを主成分としてなり、該主成分の合計を１００質量部とした場合に、結合材の含有量が２５〜４０質量部であり、かつ、非熱膨張性耐火材の含有量が６０〜７５質量部であることを特徴とする鋳造用埋没材組成物、およびこれを用いた鋳物の鋳造方法。

Description

本発明は、結合材と非熱膨張性耐火材とを主成分とした鋳造用埋没材組成物に関する。より具体的には、焼石膏を結合材とする石膏系鋳造用埋没材組成物、或いは、酸化マグネシウムと第１リン酸アンモニウムとの混合物を結合材とするリン酸塩系鋳造用埋没材組成物に関する。特に、歯科用の補綴材を形成する際に行われる３Ｄプリンターにより出力して得たレジンパターンを用いての鋳造、さらに鋳造する際の加熱方式が急速加熱である場合にも好適な、鋳造用埋没材組成物およびこれを用いた鋳物の鋳造方法に関する。

歯科治療では、個々の患者に対応した複雑な形の金属製等の材料からなる補綴物や入れ歯を用いることが一般的である。これらの補綴物等を作製する場合に古くから行われている金属の鋳造方法の一つとして、精密鋳造法のロストワックス法がある。該方法で補綴物等を作製する場合の手順の概略は、下記のようである。まず、印象材を用いて患者が必要としている部分（目的物）の型取りをし、これをもとに石膏歯型模型を作る。そして、該石膏歯型模型から、技工士が手作業で、目的物と同じ形状の模型を蝋(ワックス)で精密に作る。次に、得られたワックスパターン（蝋模型）の周囲に耐火材からなる埋没材を流し込んで固め、次に加熱することでワックスパターンを消失（焼却、脱蝋）させ、(ロスト)鋳型を形成する。その後、形成した鋳型の空間に溶融した金属を注ぎ、冷却した後、鋳型を壊して鋳造物を取り出すことで、目的とする複雑な形状の補綴物等を得ている。

近年、画像解析技術が飛躍的な進歩を遂げる中で、下記の方法が開発され、利用されてきている。具体的には、上記と同様にして作成した石膏型模型を、３Ｄでスキャンニングして精緻な画像データ（以下、単に「画像データ」ともいう）を得、コンピュータ（ＰＣ）上で目的物である補綴物等をデジタル描写し、３Ｄプリンターにより機械的に精密な立体画像として目的物のレジンパターンを出力している。画像解析技術の進展とともに、今後、この技術は普及すると予想されるが、この場合には、上述したワックスパターンに換えてレジン（アクリル系ＵＶ硬化樹脂等）で作製したパターンを使用し、加熱することでレジンパターンを消失させて(ロスト)鋳型を形成し、その後の工程を行うことになる。

上記したワックスパターンやレジンパターンに対して用いる埋没材は、鋳造する金属によって異なるが、「石膏系埋没材」、「リン酸塩系埋没材」、「シリカ系無結合型埋没材」等がある。この中で「石膏系埋没材」は、「リン酸塩系埋没材」に比べて融点が比較的に低い金属の鋳造に用いられている。より具体的には、融点が１１００℃以下（ガスバーナーで、溶ける範囲の貴金属合金)の金属〔例えば、パラジウム系合金(金パラなど)や銀など〕で鋳造する場合は、「石膏系埋没材」が用いられている。「石膏系埋没材」は、「リン酸塩系埋没材」に比べて高温鋳造特性には劣るものの、操作性（流動性）や鋳造物の掘出性に優れ、残留応力による変形や経時変化が少ない等といった利点があり、広く利用されている。

「リン酸塩系埋没材」は、上記した石膏系埋没材を適用する場合よりも融点が高い金属〔例えば、融点が１２００℃〜１４００℃である、Ｃｏ−Ｃｒ（コバルト−クロム系合金）やＮｉ−Ｃｒ（ニッケル−クロム系合金）など〕で鋳造する場合に用いられている。また、先に述べた画像解析技術を利用した場合のように、近年、ワックスパターンに変わり、レジンパターンを使用して鋳造を行う場合も多くなっている。レジンパターンは、ワックスパターンに比べて消失温度が高いことから、レジンパターンを使用した鋳造の場合は、埋没材中で、より高温の金属に対応できる「リン酸塩系埋没材」が使用されることが多い。

一方、近年、処理の効率化を目的として、上記した埋没材を流し込んで固めた後の工程で、加熱してワックスパターン等を消失（焼却、脱蝋）させて(ロスト)鋳型を形成する際の加熱方法にも変化が起きている。具体的には、電気炉の温度を室温から徐々に目的の温度まで昇温させる「通常加熱」から、目的の温度の炉にいきなり投入する「急速加熱」に変わってきている。このため、埋没材の特性として、急速加熱を行った場合に、クラック、割れ、破壊などが起こらないものであることが求められている。

これに対し、鋳造に使用される上記したような金属は、それぞれ固化するときの収縮率が異なるので、いずれの埋没材を用いる場合も、使用する金属の収縮率を補うための膨張率を持つものとなるように調整されている。具体的には、例えば、熱膨張性の耐火材である、クリストバライトや石英を含有させることで、埋没材の膨張率を調整している。一方、上記した急速加熱に対応した埋没材にするためには、膨張が大き過ぎることで生じ易い、クラックや割れ等の発生を防止できるものでなければならないという課題がある。先述したように、「石膏系埋没材」は優れた特性を有するが、「リン酸塩系埋没材」に比べて高温鋳造特性に劣ることから、レジンパターンを用い、「急速加熱」で鋳造する場合は、通常、「リン酸塩系埋没材」が用いられている。ここで、従来技術における焼却温度は、石膏系埋没材を使用した場合は、７００〜７５０℃とされており、リン酸塩系埋没材を使用した場合は、８００〜９００℃とされている。しかし、「リン酸塩系埋没材」を使用したとしても、その膨張率を鋳造する金属毎に最適に維持し、さらに、「急速加熱」した場合に生じ易いクラック等の発生を抑制することは、容易なことではない。

このような現状において、レジンパターンを用いての「急速加熱」に良好に対応できる「リン酸塩系埋没材」や「石膏系埋没材」、特に、鋳造物の掘出性に優れている「石膏系埋没材」が提供されれば、極めて有用である。このため、下記に述べるように、この点を目的とした種々の提案がなされている。例えば、急速加熱しても、クラック、割れ、破壊などの発生がない石膏系埋没材として、焼石膏と、特定の平均粒子径のクリストバライトと石英とを主成分とする石膏系埋没材において、通気度増大用成分として、無機塩類と上記の平均粒子径よりも大きな粒径の耐火材料粉末を添加することについての提案がある（特許文献１参照）。また、耐熱材と半水石膏とを含む石膏系鋳造用埋没材において、耐熱材としてＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃スピネルを添加することで、高温における鋳造に適用可能になるとする提案がある（特許文献２参照）。また、半水石膏と耐熱材とからなる主成分に、炭酸カルシウムを添加することで通気性を改善し、この結果、高温焼成の際に、石膏またはワックスの熱分解によりガスが発生することによる鋳型のクラック発生や鋳造品のバリ発生が抑制できるとした提案がある（特許文献３参照）。また、石膏系埋没材やリン酸塩系埋没材において、金属の鋳造収縮を補償する性能に優れた石英やクリストバライトの一部を、トリジマイトで置換することで、歯科用鋳型の急速加熱を可能にでき、鋳造時におけるワックスパターンの消失および鋳型の予熱に要する時間が大幅に短縮され、高精度の鋳造が可能になるとした提案もある（特許文献４参照）。本発明者らの検討によれば、上記したトリジマイトは、熱膨張率の上昇がクリストバライトに比べて緩やかであるものの、熱膨張性耐火材である点で、クリストバライトを使用した技術と何ら異なるものではない。さらに、リン酸塩系の埋没材において、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ものを提供することについての提案もある（特許文献５参照）。

特公平７−１０３００６号公報 特開平１０−１１３７４６号公報 特開２００２−８７９１８号公報 特開平６−３３６４０９号公報 特開２００３−３４６０８号公報

上記した現状に対し、本発明者らは、特に、レジンパターンを鋳造に用いた場合に好適な「リン酸塩系埋没材組成物」や「石膏系埋没材組成物」を開発することは、近年、その展開が期待されている「３Ｄプリンターにより機械的に精密なレジンパターンを出力する技術」のさらなる展開、ひいては、例えば、複雑な構造の歯科用の補綴物等を、簡易かつ精巧に製造する技術の確立のためには、極めて重要であると認識するに至った。さらに、その場合に、前記した「急速加熱」にも対応できるものとできれば、その実用価値は極めて高いものになる。これに対して本発明者らの検討によれば、ワックスパターンに比べ、レジンパターンを完全に消失させるためには、その加熱温度を、ワックスパターンを消失させる場合よりも高くする必要があることに加え、その消失挙動もワックスパターンとは全く異なるものになる。このため、先に述べたように、処理の効率化を達成するために行われている急速加熱に対応し、鋳型にクラックや割れ等が生じることを有効に防止でき、寸法精度に優れる鋳造物を得ることができる「石膏系埋没材」に関しては、従来より検討や提案がされてはいるものの、これらの技術は、いずれもレジンパターンへの適用を目的として開発されたものではないので、直ちに適用できるものではない。また、「リン酸塩系埋没材」は、石膏系のものに比較して高温に耐え得るが、これまでに、特に、レジンパターンを用いた場合に最適な組成、或いは、レジンパターンを用いて「急速加熱」を行う場合に最適な組成といった観点からの開発はなされていない。

したがって、本発明の目的は、レジンパターンを用いた場合においても良好な鋳造をすることができる新規な鋳造用埋没材組成物を提供することにある。さらに、本発明の目的は、その処理効率に優れる「急速加熱」によってレジンパターンを用いて鋳造を行った場合にも、クラックや割れ等の発生が抑制された鋳型を形成することができ、得られる鋳造物が、所望した良好なサイズのもので、しかも、バリや荒れのない表面が滑沢で良好なものになる埋没材を提供することにある。より具体的には、「急速加熱」によってレジンパターンを用いて鋳造を行う場合に好適な、新規な「石膏系埋没材組成物」或いは「リン酸塩系埋没材組成物」を提供することにある。

上記の目的は、下記の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、主成分として熱膨張性耐火材を使用せず、結合材と、平均粒子径が５〜２０μｍの非熱膨張性耐火材とを主成分としてなり、該主成分の合計を１００質量部とした場合に、結合材の含有量が２５〜４０質量部であり、かつ、非熱膨張性耐火材の含有量が６０〜７５質量部であることを特徴とする鋳造用埋没材組成物を提供する。

本発明の好ましい形態としては、下記のものが挙げられる。すなわち、前記結合材が、焼石膏、又は、酸化マグネシウムと第１リン酸アンモニウムの混合物のいずれかであること；前記非熱膨張性耐火材が、溶融シリカ、ムライト、ジルコンおよびアルミナからなる群から選ばれる１種以上であること；前記結合材の含有量が２５〜３５質量部であり、かつ、非熱膨張性耐火材の含有量が６５〜７５質量部であること；歯科鋳造用であること、である。

本発明は、別の実施形態として、鋳造目的物の３Ｄスキャニング画像解析データを利用し、３Ｄプリンターにより出力して得たレジンパターンを用い、ロストワックス法によって鋳物を鋳造する際に、上記いずれかに記載の鋳造用埋没材組成物を用いることを特徴とする鋳物の鋳造方法を提供する。

本発明によれば、特にレジンパターンに適用した場合に良好な鋳造をすることができ、さらに、「急速加熱」によってレジンパターンを用いて鋳造を行った場合に、クラックや割れや破壊等の発生が抑制された鋳型が得られる鋳造用埋没材の提供が可能になる。より具体的には、本発明によれば、形成した鋳型が、クラックや割れ等の発生が抑制された良好なものになり、該鋳型を用いて得られた鋳造物は、所望した良好なサイズのものであり、さらに、表面にバリや荒れのない滑沢で良好なものになる「埋没材組成物」、特に、「石膏系埋没材組成物」或いは「リン酸塩系埋没材組成物」が提供される。本発明によって提供される鋳造用埋没材組成物は、特に歯科鋳造用として有用であり、これを用いることで、例えば、歯科治療に必要となる複雑で精緻な形状の補綴物を、要求される所望のサイズであって、かつ、良好な表面状態を有するものとでき、しかも、このような補綴物を歩留まりよく経済的に得ることができるようになる。

以下、好ましい実施の形態を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。本発明者らは、上記した従来技術の課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明が対象とするレジンパターンは、従来のワックスパターンとは全く異なる方法で得られており、この点を利用することで、従来の埋没材の組成に囚われることなく、全く異なる組成からなる埋没材にできるとの知見を得た。この新たな知見に基づき鋭意検討を行った結果、鋳造用埋没材組成物を、本発明で規定する組成のものとすれば、これを用いてレジンパターンを用いた急速加熱方式の鋳造を行った場合に、鋳型にクラックや割れなどが起こらず、表面状態が良好であって、その寸法精度に優れ、要求されるサイズに忠実な鋳造物を得ることができることを見出して本発明に至った。本発明の埋没材組成物は、使用する結合材によって、「鋳造用石膏系埋没材組成物」或いは「鋳造用リン酸塩系埋没材組成物」となるが、いずれの場合も上記した優れた特性のものになる。

以下に、本発明に至った経緯について説明する。本発明者らは、レジンパターンに適用でき、急速加熱にも適応できる埋没材の提供を目的として鋭意検討する過程で、下記の点を見出した。まず、従来の埋没材においては、その結合材の耐熱性を向上させるために必要とされる耐火材は、鋳造に用いる金属の収縮を補うために所望の膨張率が得られる材料であることが必須であると考えられており、現状、使用されているものは、いずれも、そのように構成されたものであった。これに対し、本発明者らは、鋳造に「レジンパターン」を使用する場合には、従来のように、埋没材の特性を、使用する金属に応じた所望の膨張率を確保したものにすることは必ずしも必要ではないことを見出した。そして、この「レジンパターン」の形成技術がもつ特有の点をより積極的に利用すれば、より有用で、経済的にも優れる埋没材の提供が可能になることを見出して、本発明に至った。具体的には、本発明者らは、レジンパターンは、従来のワックスパターンとは全く異なり、画像処理して得られた目的物の画像データに基づき、３Ｄプリンターで立体的に出力する方法によって形成されているため、出力されるレジンパターンの形状に対し、ＰＣ上でデータ処理する過程で、細かな修正を加えることが極めて容易にできる点に着目した。

より具体的には、先に述べたように、ワックスパターンの場合は、患者から型取りして形成した石膏歯型模型から、技工士が手作業で、型に忠実に、必要となる目的物のワックスパターンを形成しているのに対し、レジンパターンの場合は、患者から型取りして形成した石膏歯型模型を３Ｄでスキャンニングして精緻な画像データを得、これをＰＣ上で適宜に加工し、必要となる補綴物等をデジタル描画し、その後に３Ｄプリンターによって立体画像を出力することで目的物のレジンパターンを形成しているが、この点を積極的に利用すれば、埋没材への要求性能の変更が可能になることを見出した。すなわち、ＰＣ上での画像データの加工時に、鋳型や鋳造に用いる金属の膨張と収縮を予め考慮して画像データを作成し、該画像データに基づきレジンパターンを形成することは、技術的に極めて容易なことである。このことは、これまでの「石膏等の結合材とともに使用する耐火材は、クリストバライトや石英等の熱膨張性耐火材を含有するものでなければならない」とする従来の技術常識に囚われることなく、より広範な材料から耐火材を選択できることを意味しているとの認識を持つに至った。本発明者らは、このような新たな観点から、結合材とともに用いる耐火材について鋭意検討した結果、その最適な材料組成を見出して本発明に至った。

本発明の説明は、特に、歯科用の埋没材を中心に行っているが、これは代表例であり、本発明の鋳造用埋没材組成物の利用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、複雑で精緻な形状の、宝飾品、美術工芸品、金属部品等を精密鋳造する場合にも、何ら区別することなく用いることができることは勿論である。上記した画像解析技術を応用して機械的に、目的物の精緻で立体的なレジンパターンを形成する技術の利用は、今後、広範な分野に及ぶものと予想されるが、本発明の、石膏系鋳造用埋没材組成物或いはリン酸塩系の鋳造用埋没材組成物は、その実現において大きな意味をもつものになると考えられる。

従来の鋳造用埋没材では、その耐火性向上と鋳型の寸法変化を調整することを目的として、結合材に加えて、耐火材としてクリストバライトや石英等の熱膨張性耐火材を使用することが通常であるが、この場合、特に、クリストバライトの膨張が大きすぎる(配合量が多すぎる)と割れやすくなることが知られている。これに対し、本発明では、基本的には、その主成分に、クリストバライトのような熱膨張性耐火材を使用せずに、結合材と、平均粒子径が５〜２０μｍの非熱膨張性耐火材とを主成分とし、さらに、主成分の配合を、結合材と非熱膨張性耐火材との合計を１００質量部とした場合に、結合材の含有量を２５〜４０質量部とし、非熱膨張性耐火材の含有量を６０〜７５質量部となるように規定した。なお、本発明でいう主成分とは、添加剤として含有させる成分に対する用語であって、添加剤以外の成分を意味している。該添加剤とは、本発明の鋳造用埋没材組成物を１００質量部とした場合に、その含有量がそれぞれ５質量部よりも少ない量で使用する成分を意味している。本発明者らの検討によれば、このように構成した本発明の鋳造用埋没材組成物は、これらの埋没材で、レジンパターンを用い、さらに急速加熱による鋳造を行った場合にも良好な鋳造をすることができ、クラックや割れ等の発生が抑制された鋳型の形成ができ、得られる鋳造物は、所望する良好なサイズの、バリや荒れのない表面が滑沢で良好なものになる。

以下、本発明の石膏系或いはリン酸塩系の鋳造用埋没材組成物（以下、単に「埋没材組成物」とも呼ぶ）を構成する各材料について説明する。
＜結合材＞
本発明の埋没材組成物を構成する結合材としては、焼石膏（以下、これを用いたものを「石膏系埋没材組成物」と呼ぶ）か、または、酸化マグネシウムと第１リン酸アンモニウムとの混合物（以下、これを用いたものを「リン酸塩系埋没材組成物」と呼ぶ）が挙げられる。

（焼石膏）
焼石膏とは、硫酸カルシウムの１／２水和物［ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏ］および無水和物［ＣａＳＯ₄］であり、β型半水石膏、α型半水石膏、III型無水石膏、又はそれらの混合物などが挙げられる。いずれの焼石膏も本発明に用いることができるが、鋳造時に必要な鋳型の強度を考慮すると、α型半水石膏を用いることがより好ましい。焼石膏は、水と化学反応し、容易に二水石膏に変化するため結合材として用いられる。本発明の石膏系埋没材組成物に適量の水を加えて混練したスラリーは、レジンパターンを中子とする型枠内に注入すると速やかに固結する。その後、これを高温で焼成すると、レジンパターンが消失し、鋳型が形成される。本発明の石膏系埋没材組成物は、結合材として石膏が用いられていることから、上記スラリーを型枠へ注入する時の流動性に優れ、得られる鋳型は、焼成後の残留応力による変形が少なく、また、鋳造後の鋳造物の取出しが容易にでき、経時変化も少ないといった利点を有するものになる。本発明の石膏系埋没材組成物における焼石膏の配合割合は、焼石膏と、後述する非熱膨張性耐火材とからなる主成分の合計を１００質量部とした場合に、焼石膏が２５〜４０質量部であることを要する。より好ましくは、２５〜３５質量部となるようにすると、形成した鋳型のクラックや割れの発生を、より安定して、良好に抑制できるようになる。

（酸化マグネシウムと第１リン酸アンモニウム）
本発明のリン酸塩系埋没材組成物では、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の混合物を用いる。この際に使用する酸化マグネシウムは、純度は高い方が好ましく、さらに、微細化してある方が好ましい。また、酸化マグネシウムとともに用いる第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は、最大粒径の小さいものを用いることが好ましい。歯科鋳造用とする場合、前記した特許文献５では、埋没材中における酸化マグネシウムの配合量を、埋没材全体において５〜１５質量％程度とし、第１リン酸アンモニウムの配合量を、埋没材全体において１０〜２０質量％程度とすることが好ましいとしている。本発明においても、これらの点については公知技術と何ら異なるところはない。また、従来のリン酸塩系埋没材の場合は、耐火材として、石英、クリストバライト等を含むものを用い、練和する場合に練和液としてコロイダルシリカを用いることが一般的であり、熱膨張性の耐火材を用いることに加えて、練和液のコロイダルシリカの濃度を調節することによって様々な金属の鋳造収縮に見合った総合膨張を得ている。これに対し、本発明では、主成分として熱膨張性の耐火材を用いることなく、上記した結合材とともに、後述する特定の粒子径の非熱膨張性の耐火材を用い、これらを主成分とし、該主成分の合計を１００質量部とした場合に、結合材の含有量が２５〜４０質量部、非熱膨張性耐火材の含有量が６０〜７５質量部となるようにする。結合材のより好ましい配合量としては、石膏系埋没材組成物と同様、２５〜３５質量部程度であり、型枠へ注入する時の流動性に優れた埋没材組成物スラリーを得ることができる。また、練和する場合においても公知技術同様、水又は練和液を用いることができる。

＜非熱膨張性耐火材＞
本発明の埋没材組成物では、その主成分が、上記した結合材と、平均粒子径が５〜２０μｍの非熱膨張性耐火材とで構成され、さらに、結合材と、該非熱膨張性耐火材とからなる主成分の合計を１００質量部とした場合に、非熱膨張性耐火材の配合量が６０〜７５質量部となるようにすることを要する。また、混練してスラリーとした場合における、材料の混練性や流動性の点から、平均粒子径が５〜２０μｍの非熱膨張性耐火材を用いることがより好ましい。さらに、平均粒子径が５〜２０μｍの非熱膨張性耐火材の配合量は、６５〜７５質量部程度にすることがより好ましい。

このように、本発明で規定する割合で非熱膨張性耐火材を主成分として配合させ、かつ、本発明で規定する平均粒子径のものを用いることで、先述した本発明の顕著な効果が得られる。すなわち、本発明者らの検討によれば、この場合において使用する非熱膨張性耐火材の平均粒子径が５μｍよりも小さくなると、ヒートショックによるクラックが鋳型に発生し、鋳造物にバリが発生するという不具合が生じる。一方、使用する非熱膨張性耐火材の平均粒子径が２０μｍよりも大きくなると、鋳造物の表面に荒れが生じ、滑沢な表面状態の鋳造物を得ることができなくなる。また、主成分の合計を１００質量部とした場合に、非熱膨張性耐火材の配合量を６０〜７５質量部程度にすることにより、鋳型の耐熱性が十分に担保される。

（非熱膨張性耐火材の具体例）
本発明で使用する非熱膨張性耐火材の具体的なものとしては、例えば、溶融シリカ（シリカガラス、溶融石英、石英ガラスとも呼ばれている）、ムライト（Ａｌ₆Ｏ₁₃Ｓｉ₂）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ₄）およびアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などが挙げられる。石膏系およびリン酸塩系のいずれの埋没材の場合も、これらの群から選ばれる１種類以上を用いることができる。これらの材料は、いずれも高い融点をもち、耐熱性に優れ、石膏に強度を与える耐火材として機能するが、従来、埋没材に一般的に用いられている熱膨張性の耐火材であるクリストバライトや石英と異なり、非熱膨張性の耐火材である。このため、これらの耐火材は、金属の収縮率を補う目的に適うものではないので、これまでは、石膏系埋没材およびリン酸塩系埋没材のいずれにおいても、その主成分として使用されることはなかった。なお、本発明の所期の目的を損なわない範囲内であれば、必要に応じて、添加材としてこれらの熱膨張性の耐火材を使用することは可能である。

（非熱膨張性耐火材を主成分として使用した効果）
先にも述べたように、本発明者らは、特にレジンパターンを用いて「石膏系やリン酸塩系の埋没材」で鋳型を形成して鋳造する場合は、基本的に熱膨張性耐火材を用いる必要はなく、換言すれば、埋没材の熱膨張率を鋳造する金属に合わせて調整する必要がないことを見出した。そして、石膏系の結合材である焼石膏や、酸化マグネシウムと第１リン酸アンモニウムとの混合物からなるリン酸塩系の結合材と、上記に列挙したような、特有の粒径の非熱膨張性耐火材を主成分とし、これらの成分を、本発明に規定するように配合してなる埋没材組成物を使用すれば、下記の優れた効果が得られることを見出した。すなわち、本発明の石膏系埋没材組成物或いはリン酸塩系埋没材組成物を精密鋳造法に用いることで、レジンパターンに忠実な寸法精度に優れる鋳型を形成することができ、しかも、急速加熱した場合に、クラック、割れ、破壊などの発生が抑制された良好な状態の鋳型を形成することができる。これは、本発明で使用する耐火材は非熱膨張性であるため、従来の熱膨張性耐火材を用いた埋没材で課題となっていた、その膨張が大き過ぎることで生じやすかったクラックや割れや破壊等が有効に防止されることによる。さらに、本発明では、主成分として使用する非熱膨張性耐火材を、平均粒子径が５〜２０μｍの範囲内にある特定のものにすることで、「急速加熱」した場合におけるヒートショックによる鋳型に生じるクラック等の発生を抑制することを可能とし、鋳造物にバリが生じることがなく、表面に荒れのない、滑沢な表面状態を有し、しかも所望するサイズの良好な鋳造物を簡便に得ることを達成している。以下、その顕著な効果が得られた経緯等について、「石膏系埋没材組成物」を例にとって説明するが、勿論、本発明は、これに限定されず、「リン酸塩系埋没材組成物」においても同様である。

従来の「石膏系の埋没材」の組成は、例えば、α型焼石膏、石英、クリストバライトを主配合とし、それぞれが約１／３ずつ配合されたものである。そして、金属の収縮を補うために必要となる埋没材の膨張率は、「硬化膨張率(炉に入れる時点)」＋「熱膨張率」＝「総合膨張率」とされており、これに基づいて、個々の金属毎に詳細な配合を決定する必要があった。上記硬化膨張率は、α型焼石膏の水和による膨張を主とし、クリストバライトおよび石英の膨潤による若干の膨張により得られ、一方、上記「熱膨張率」は、クリストバライトおよび石英の熱的変化を主としており、クリストバライトの膨張が最も大きいことが知られている。このため、従来の埋没材では、鋳造に用いる金属に応じて、熱膨張性耐火材の種類と量を適宜に調整し、最適な配合を決定する必要があった。特に、急速加熱に適用可能なものとするためには、焼石膏と熱膨張性耐火材からなる主成分の配合に加えて、先述した従来技術にあるように、種々の物質の添加量を最適なものに調整する必要があった。

本発明者らは、検討の過程で、前記した近年においてその使用がされ始めたレジンパターンについての詳細な検討として、従来のワックスパターンとの加熱挙動の違いについて詳細に調査した。この結果、ワックスパターンを構成するワックス（蝋）は、その溶融温度が１００℃程度であるため、加熱することで極めて容易に脱蝋し、気化して消失する。これに対し、レジンパターンを構成するレジンは、加熱しても容易には溶けずに、温度を上げることで炭化消失する。このように、ワックスパターンとレジンパターンとでは、その加熱挙動が全く異なる。そして、レジンは、上記したように、炭化消失するため、焼却が不十分だと炭化物が残ったり、炭化消失するときに膨張する性質があり、このことに起因して鋳型の破壊を生じる場合があることもわかった。例えば、本発明者らの検討によれば、ワックスパターンでは、ワックスが７０℃付近で溶融し、炭化を経て５６０℃で完全に消失したのに対し、レジンパターンでは、レジンが４２０℃付近で軟化(形が崩れ始める)し、徐々に気化・消失(小さく)しながら６６０℃で完全に消失した。

本発明は、レジンパターンを形成する方法の特殊性と、上記した埋没材の組成を鋳造する金属毎に調整することの煩雑さに鑑み検討した結果なされたものであり、その最大の特徴は、埋没材の組成を決定する際に、鋳造に用いる各金属の鋳造収縮を補償するための材料の調整操作をそれぞれに行わなくてすむ点にある。先にも述べたように、本発明が前提としているレジンパターンは、患者から型取りして形成した石膏歯型模型から、技工士が手作業で型に忠実に形成するワックスパターンとは異なり、該石膏歯型模型から得た精緻な画像データを、画像解析技術を利用して加工し、加工して得た画像データを３Ｄプリンターで立体的に出力することで形成される。このため、出力する画像データを得る過程で、鋳造に用いる金属の膨張率を加味させることは容易にできる。本発明の埋没材組成物は、この点を利用することを前提としたものであり、予め、鋳造の際に用いる金属の鋳造収縮を織り込んだ画像データに基づいてレジンパターンを形成し、該レジンパターンを用いることで、鋳造の際に生じる金属の鋳造収縮の問題を解決している。すなわち、上記技術を利用することで、本発明の埋没材組成物は、金属の鋳造収縮を補償できる特性を持たない材料を主成分とするものでありながら、所望するサイズの、良好な表面状態を有する鋳造物を歩留まりよく提供することを達成している。なお、本発明の埋没材組成物はレジンパターンを用いた場合においても「急速加熱」に対応できる埋没材組成物であるから、レジンパターンよりも容易に消失するワックスパターンを使用した場合においても、「急速加熱」に対応ができることは勿論である。したがって、ワックスパターンを形成する場合に、レジンパターンを形成する場合のように、鋳造に用いる金属の鋳造収縮を補償した形状のものにできる技術が開発されれば、当然に、本発明の埋没材組成物を適用できることは言うまでもない。

次に、実施例および比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。ここでは、本発明の埋没材組成物を用いて歯科用途の補綴物を鋳造した例を示す。しかし、これは代表例であり、本発明の埋没材組成物が適用できる範囲は歯科鋳造用に限定されるものではなく、宝飾品、美術工芸品、部品等を含む、結合材として焼石膏を用いるロストワックス法で鋳造可能なものに適用可能である。なお、以下の記載で「部」とあるのは、特に断りのない限り質量基準である。

＜Ａ．石膏系埋没材組成物＞
［実施例Ａ−１〜Ａ−８、比較例ａ−１〜ａ−４］
（試料の調製）
下記に挙げた粒度を調整した各原料をそれぞれに用いて、実施例および比較例の「石膏系埋没材組成物」を調製した。なお、下記において、各原料の粒度測定は、日機装社製のマイクロトラックＨＲＡを用いて行った。

下記に示すように粒度を調整した、実施例および比較例で主成分に使用する結合材と非熱膨張性耐火材とを用意した。
（結合材）
焼石膏：α半水石膏原料（吉野石膏社製）を粉砕し、平均粒子径が３０μｍのものを得た。

（非熱膨張性耐火材）
溶融シリカＡ：溶融シリカ原料を粉砕し、平均粒子径が３μｍのものを得た。
溶融シリカＢ：溶融シリカＡと同様の溶融シリカ原料を粉砕し、平均粒子径が５μｍのものを得た。
溶融シリカＣ：溶融シリカＡと同様の溶融シリカ原料を粉砕し、平均粒子径が１５μｍのものを得た。
溶融シリカＤ：溶融シリカＡと同様の溶融シリカ原料を粉砕し、平均粒子径が２０μｍのものを得た。
溶融シリカＥ：溶融シリカＡと同様の溶融シリカ原料を粉砕し、平均粒子径が３５μｍのものを得た。
ムライト：ムライト原料を粉砕し、平均粒子径が１５μｍのものを得た。
ジルコン：ジルコン原料を粉砕し、平均粒子径が１５μｍのものを得た。
アルミナ：アルミナ原料を粉砕し、平均粒子径が１５μｍのものを得た。

（レジンパターンの作成）
Ａ．Ｄ．Ａ．規格試験Ｎｏ．２試験体のクラウン型支台歯模型を用い、クラウン型を作成し、これを「石膏系埋没材」の評価用のレジンパターンとした。

＜評価＞
（評価方法）
先の各原料を用い、表１に示した配合の実施例Ａ−１〜Ａ−３、比較例ａ−１、ａ−２の石膏系埋没材組成物をそれぞれ作製した。得られた埋没材組成物の各１００質量部に対して、練水３３％を加えて３０秒間真空撹拌して埋没材組成物のスラリーをそれぞれ得た。そして、リング径高さ５０ｍｍ、内径４０ｍｍのリングに、厚さ０．７ｍｍのライナーを内張りして、先に作成したレジンパターンを埋没させて、上記のようにして調製したスラリーを流し込んだ。練和開始から３０分後に、７２０℃に昇温したファーネスに入れ、４０分間係留後、金・パラジウム合金を用いて鋳造した。得られた埋没材組成物からなる鋳型と、鋳造物について下記の方法で、下記の項目の試験を行い、それぞれ下記の基準で評価した。

（評価項目および評価方法）
（１）ヒートショック
得られた鋳型のクラックの発生を目視で確認し、鋳造が不可能な程度の大きなクラックが発生しているものを×、鋳造には実用上問題ない程度のクラックが発生しているものを△、クラックがないものを○として評価し、結果を表１に示した。

（２）鋳造物の表面状態
得られた各鋳造物の表面が滑沢であるものを○、表面が荒れている、またはバリが発生しているものを×として評価し、結果を表１に示した。

表１に示された通り、実施例Ａ−１〜Ａ−３の埋没材組成物では、主成分として溶融シリカＣを６０〜７５質量部の範囲で用いたが、いずれの場合も、鋳型にヒートショックによるクラックは発生しておらず、鋳造物の表面も、バリのない良好な滑沢状態となることが確認できた。一方、溶融シリカＣの、配合量が本発明で規定するよりも少ない比較例ａ−１の埋没材組成物を使用した場合は、鋳型の耐火性が足りず鋳型にクラックが生じ、鋳造物にバリが発生した。また、溶融シリカＣの配合量が、本発明で規定するよりも多い比較例ａ−２の埋没材組成物を使用した場合は、鋳型の強度が足りず、この場合もクラックが発生してしまった。

先に説明した各原料を用い、表２に示した配合の実施例Ａ−４〜Ａ−６の石膏系埋没材組成物をそれぞれ作製した。得られた鋳型と、鋳造物を用いて、先に説明したと同様に評価し、結果を表２に示した。

表２に示した通り、実施例Ａ−４〜Ａ−６の埋没材組成物は、実施例Ａ−２で使用した溶融シリカＣに換えて、それぞれ他の種類の非熱膨張性耐火材を使用した以外は同様にした例である。その結果、ムライトに変えた実施例Ａ−４の埋没材は、実施例Ａ−２の埋没材組成物と同様にヒートショックによるクラックは発生しなかった。また、実施例Ａ−２で使用した溶融シリカを、それぞれ、ジルコン、アルミナに換えた、実施例Ａ−５、Ａ−６の埋没材組成物の場合は、ヒートショックによる小さなクラックの発生が認められたが、そのクラックは、鋳造には実用上問題ない程度のものであった。また、実施例Ａ−４〜Ａ−６の埋没材組成物を使用した場合は、鋳造物の表面は、バリのない良好な滑沢状態となった。

先に説明した各原料を用い、表３に示した配合の、実施例Ａ−７、Ａ−８と比較例ａ−３、ａ−４の石膏系埋没材組成物をそれぞれ作製した。調製したそれぞれの鋳型と鋳造物を用いて、先に説明したと同様に評価し、結果を表３に示した。なお、表３中に、実施例Ａ−２の溶融シリカＣを用いた場合も合わせて示した。

表３に示した通り、実施例Ａ−２の埋没材組成物の調製に使用した溶融シリカＣの代わりに、その平均粒子径が５μｍ、２０μｍである溶融シリカＢ、Ｄを、それぞれに配合した実施例Ａ−７、Ａ−８の埋没材組成物を得た。また、その平均粒子径がそれぞれ３μｍ、３５μｍである溶融シリカＡ、Ｅを、それぞれ配合した比較例ａ−３、ａ−４の埋没材組成物を得た。表３に示したように、実施例Ａ−７、Ａ−８の埋没材組成物を用いた場合は、実施例Ａ−２の埋没材組成物を使用した場合と同様に、混練状態に問題なく、表面が滑沢な鋳造物となることを確認した。しかし、平均粒子径が３μｍの溶融シリカＡを主成分として用いた比較例ａ−３の埋没材組成物の場合は、混練した際のスラリーに流動性がなく、練りにくい状態であり、鋳型にクラックが発生し、表面にバリが発生した。また、平均粒子径が３５μｍの溶融シリカＥを主成分として用いた比較例ａ−４の埋没材組成物の場合は、スラリーの流動性については良好であったが、でき上がった鋳物の表面が荒れていた。

＜Ｂ．リン酸塩系埋没材組成物＞
［実施例Ｂ−１〜Ｂ−８、比較例ｂ−１〜ｂ−４］
（試料の調製）
下記に挙げた粒度を調整した各原料をそれぞれに用いて、実施例および比較例の「リン酸塩系埋没材組成物」を調製した。なお、下記において、各原料の粒度測定は、日機装社製のマイクロトラックＨＲＡを用いて行った。

（結合材）
酸化マグネシウム原料を粉砕し、分級して、平均粒径が２５μｍになるように調整した。また、第１リン酸アンモニウムを粉砕し、これらを結合材として用いた。さらに、また、練和液として、コロイダルシリカゾル（コロイダルシリカの粒子径４０〜６０ｎｍ、濃度３０％）を用意した。

（非熱膨張性耐火材）
溶融シリカＡ：溶融シリカ原料を粉砕し、平均粒子径が３μｍのものを得た。
溶融シリカＢ：溶融シリカＡと同様の溶融シリカ原料を粉砕し、平均粒子径が５μｍのものを得た。
溶融シリカＣ：溶融シリカ原料を粉砕し、平均粒子径が１５μｍのものを得た。
溶融シリカＤ：溶融シリカＡと同様の溶融シリカ原料を粉砕し、平均粒子径が２０μｍのものを得た。
溶融シリカＥ：溶融シリカＡと同様の溶融シリカ原料を粉砕し、平均粒子径が３５μｍのものを得た。
ムライト：ムライト原料を粉砕し、平均粒子径が１５μｍのものを得た。
ジルコン：ジルコン原料を粉砕し、平均粒子径が１５μｍのものを得た。
アルミナ：アルミナ原料を粉砕し、平均粒子径が１５μｍのものを得た。

＜評価＞
（評価方法）
先の各原料を用い、表４に示した配合の実施例Ｂ−１〜Ｂ−３、比較例ｂ−１、ｂ−２のリン酸塩系埋没材組成物をそれぞれ作製した。得られた埋没材組成物の各１００質量部に対して、濃度３０％のコロイダルシリカ水溶液を２０質量部加えて３０秒間真空撹拌して、埋没材組成物のスラリーを得た。そして、リング径高さ５０ｍｍ、内径４０ｍｍのリングに、厚さ０．７ｍｍのライナーを内張りして、先に作成したレジンパターンを埋没させて、上記で調製したスラリーを流し込んだ。練和開始から３０分後に、８００℃に昇温したファーネスに入れ、４０分間係留後、金・パラジウム合金を用いて鋳造した。得られた埋没材組成物からなる鋳型と、鋳造物について下記の方法で、下記の項目の試験を行い、それぞれ下記の基準で評価した。

（評価項目および評価方法）
（１）ヒートショック
得られた鋳型のクラックの発生を目視で確認し、鋳造が不可能な程度の大きなクラックが発生しているものを×、鋳造には実用上問題ない程度のクラックが発生しているものを△、クラックがないものを○として評価し、結果を表４に示した。

（２）鋳造物の表面状態
得られた各鋳造物の表面が滑沢であるものを○、表面が荒れている、またはバリが発生しているものを×として評価し、結果を表４に示した。

表４に示した通り、実施例Ｂ−１〜Ｂ−３の埋没材組成物では、主成分として溶融シリカＣを６０〜７５質量部の範囲で用いたが、いずれの場合も、鋳型にヒートショックによるクラックは発生しておらず、鋳造物の表面も、バリのない良好な滑沢状態となることが確認できた。一方、溶融シリカＣの配合量が、本発明で規定するよりも少ない比較例ｂ−１の埋没材組成物を使用した場合は、鋳型の耐火性が足りず鋳型にクラックが生じ、鋳造物にバリが発生した。また、溶融シリカＣの配合量が、本発明で規定するよりも多い比較例ｂ−２の埋没材組成物を使用した場合は、鋳型の強度が足りず、この場合もクラックが発生してしまった。

先に説明した各原料を用い、表５に示した配合の実施例Ｂ−４〜Ｂ−６のリン酸塩系埋没材組成物をそれぞれ作製した。得られた鋳型と、鋳造物を用いて、先に説明したと同様に評価し、結果を表５に示した。

表５に示した通り、実施例Ｂ−４〜Ｂ−６の埋没材組成物は、実施例Ｂ−２で使用した溶融シリカＣに換えて、それぞれ他の種類の非熱膨張性耐火材を使用した以外は同様にした例である。ムライトに変えた実施例Ｂ−４の埋没材組成物は、実施例Ｂ−２の埋没材と同様にヒートショックによるクラックは発生しなかった。実施例Ｂ−２で使用した溶融シリカを、それぞれ、ジルコン、アルミナに換えた、実施例Ｂ−５、Ｂ−６の埋没材組成物の場合は、ヒートショックによる小さなクラックの発生が認められたが、そのクラックは鋳造には実用上問題ない程度のものであった。また、いずれの埋没材を使用した場合も、鋳造物の表面は、バリのない良好な滑沢状態であった。

先に説明した粒径の異なる各原料を用い、表６に示した配合の実施例Ｂ−７、Ｂ−８と比較例ｂ−３、ｂ−４のリン酸塩系埋没材組成物をそれぞれ作製した。これらのリン酸塩系埋没材組成物からなる鋳型と、これを用いて得た鋳造物を用いて、先に石膏系埋没材組成物を用いた例で説明したと同様の方法で評価し、結果を表６に示した。なお、表６中に実施例Ｂ−２の溶融シリカＣを用いた場合も合わせて表６中に示した。

表６に示した通り、実施例Ｂ−２のリン酸塩系埋没材組成物の調製に使用した溶融シリカＣの代わりに、その平均粒子径が５μｍ、２０μｍである溶融シリカＡ、Ｂを、それぞれに配合した実施例Ｂ−７、Ｂ−８の埋没材組成物を得た。表６に示したように、これらの埋没材組成物を用いた場合は、実施例Ｂ−２のリン酸塩系埋没材組成物を使用した場合と同様に、混練状態に問題なく、表面が滑沢な鋳造物となることを確認した。しかし、平均粒子径が３μｍの溶融シリカＡを用いた比較例ｂ−３の埋没材組成物の場合は、混練した際のスラリーの流動性がなく、練りにくい状態にあり、鋳型にクラックが発生し、表面にバリが発生した。また、平均粒子径が３５μｍの溶融シリカＥを用いた比較例ｂ−４の埋没材組成物の場合は、スラリーの流動性については良好であったが、でき上がった鋳造物の表面が荒れていた。

本発明では、近年、その展開が期待されているレジンパターンを用い、かつ、処理効率を向上させる目的で行われているヒートショックが大きい「急速加熱」方式で鋳造物を作製した場合に、鋳型にクラックや割れ等が発生せず、表面にバリや荒れのない、表面が滑沢であり、しかも、要求するサイズの良好な鋳造物を歩留まりよく製造できる技術の達成を可能にする「石膏系埋没材組成物」或いは「リン酸塩系埋没材組成物」を提供する。また、本発明の、レジンパターンを用いた鋳造に好適な「石膏系埋没材組成物」或いは「リン酸塩系埋没材組成物」は、近年、その展開が期待されている「３Ｄプリンターにより機械的に精密なレジンパターンを出力する技術」のさらなる展開、ひいては、例えば、複雑な構造の歯科用の補綴物等を、簡易かつ精巧に製造する技術の確立に貢献できるので、その利用が期待される。

Claims (6)

1. 主成分として熱膨張性耐火材を使用せず、結合材と、平均粒子径が５〜２０μｍの非熱膨張性耐火材とを主成分としてなり、該主成分の合計を１００質量部とした場合に、結合材の含有量が２５〜４０質量部であり、かつ、非熱膨張性耐火材の含有量が６０〜７５質量部であることを特徴とする鋳造用埋没材組成物。
2. 前記結合材が、焼石膏、又は、酸化マグネシウムと第１リン酸アンモニウムとの混合物のいずれかである請求項１に記載の鋳造用埋没材組成物。
3. 前記非熱膨張性耐火材が、溶融シリカ、ムライト、ジルコンおよびアルミナからなる群から選ばれる１種以上である請求項１又は２に記載の鋳造用埋没材組成物。
4. 前記結合材の含有量が２５〜３５質量部であり、かつ、非熱膨張性耐火材の含有量が６５〜７５質量部である請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋳造用埋没材組成物。
5. 歯科鋳造用である請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋳造用埋没材組成物。
6. 鋳造目的物の３Ｄスキャニング画像解析データを利用し、３Ｄプリンターにより出力して得た該鋳造目的物のレジンパターンを用い、ロストワックス法によって鋳物を鋳造する際に、請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋳造用埋没材組成物を用いることを特徴とする鋳物の鋳造方法。