粉末焼結体の製造方法、粉末焼結体成型用オス型、および粉末焼結体成型用メス型
【解決手段】
目的とする粉末焼結体と同一形状の元型を用いて第１メス型を作成し、この第１メス型を用いて発泡可能な樹脂製オス型前駆体を形成し、次いでこの発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡膨張させて得られる樹脂製発泡膨張オス型を用いて第２メス型を作成し、この第２メス型に粉末原料を充填成形して得られる成形体を焼結して粉末焼結体を製造する粉末焼結体の製造方法、並びにこの方法に使用する粉末焼結体成型用オス型および粉末焼結体成型用メス型である。
【効果】
この発明によれば、製品ごとに数値化して設計をする必要がないので、生体材料等の少量生産品または複雑な形状の製品であっても、簡易に、また安価にセラミックス等の粉末焼結体を製造することができる。
目的とする粉末焼結体と同一形状の元型を用いて第１メス型を作成し、この第１メス型を用いて発泡可能な樹脂製オス型前駆体を形成し、次いでこの発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡膨張させて得られる樹脂製発泡膨張オス型を用いて第２メス型を作成し、この第２メス型に粉末原料を充填成形して得られる成形体を焼結して粉末焼結体を製造する粉末焼結体の製造方法、並びにこの方法に使用する粉末焼結体成型用オス型および粉末焼結体成型用メス型である。
【効果】
この発明によれば、製品ごとに数値化して設計をする必要がないので、生体材料等の少量生産品または複雑な形状の製品であっても、簡易に、また安価にセラミックス等の粉末焼結体を製造することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、粉末焼結体の製造方法、粉末焼結体成型用オス型、および粉末焼結体成型用メス型に関し、さらに詳しくは、目的とする粉末焼結体と同一形状の元型を用いて第１メス型を作成し、この第１メス型を用いて発泡可能な樹脂製オス型前駆体を形成し、次いでこの発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡膨張させて得られる樹脂製発泡膨張オス型を用いて第２メス型を作成し、この第２メス型に粉末原料を充填成形して得られる成形体を焼結して粉末焼結体を製造することを特徴とする粉末焼結体の製造方法、並びにこの方法に使用する粉末焼結体成型用オス型および粉末焼結体成型用メス型に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックスは通常、プレス成形法、加圧鋳込み成形法または高速遠心成形法等の成形方法により原料粉末を所定のメス型に充填して成形し、成形体を製造した後、この成形体を焼結して製造される。
【０００３】
この焼結の際に、成形体は収縮する。この収縮は、高い圧を加えて原料粉末をメス型に充填しても粉末間の隙間をなくすことはできないことから成形体中に空隙が生じ、焼結による原料粉末の凝集により、原料がその空隙中に入り込むことにより起こると考えられる。この空隙は上記いかなる成形方法によっても形成されるので、上記成形体の収縮は、上記いかなる成形方法によっても避けられない。
【０００４】
したがって、目的とするセラミックスと同じ形および大きさの成形体を製造し、これを焼結したのでは、目的とするセラミックスよりも小さい製品しか得られず、目的とする形および大きさのセラミックスは得られない。
【０００５】
このため目的とするセラミックスを製造するためには、成形体が焼結により収縮したときに目的の形および大きさになるように、予め目的とするセラミックスよりも大きな成形体を作る必要がある。
【０００６】
このような成形体を作るためには、これを作るメス型もそれに合わせて大きく成形する必要があり、さらにそのメス型を作るオス型もそれに合わせて大きく成形する必要がある。
【０００７】
このようなオス型等の製造には、従来、CAD・CAM等を使用して、焼結収縮分を数値化して設計を行い、製造する方法が採られていた。
しかしこのような方法は、製品ごとに数値化して設計をする必要があるので、大量生産が予定されているセラミックスには好適に適用することができるが、多品種少量生産品の場合には、膨大な手間がかかり、コスト高になり、適していない。たとえば人工の骨や歯などのような、使用する人ごとに要求される形および大きさが異なる生体材料等の製造にはこの方法は適さない。
【０００８】
またこの方法は、焼結したときの収縮分を数値化する必要があるので、数値化が容易な単純な形状のセラミックスには適用することが可能であるが、複雑な形状の製品の場合には、収縮分の正確な数値化が困難であり、適さない。たとえば上記生体材料や複雑な形状のアクセサリー類等にはこの方法は適さない。
【０００９】
このような焼結収縮による問題点は、セラミックスの他、原料粉末を圧縮成形し、これ
を焼結して製造する製品全般について生じる問題点であり、たとえば金属粉末を原料とする金属材料等にも生じる。
【特許文献１】特開２００３−３２８００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明は、粉末焼結体の焼結収縮により生じる上記問題点を解決することを目的とする。すなわち、この発明の課題は、焼結収縮分の数値化をすることなく、容易に、また複雑な形状であっても所望の粉末焼結体を製造することのできる粉末焼結体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための手段は、目的とする粉末焼結体と同一形状の型を用いて第１メス型を作成し、この第１メス型を用いて発泡可能な樹脂製オス型前駆体を形成し、次いでこの発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡膨張させて得られる樹脂製発泡膨張オス型を用いて第２メス型を作成し、この第２メス型に粉末原料を充填成形して得られる成形体を焼結して粉末焼結体を製造する粉末焼結体の製造方法であり、
この粉末焼結体の製造方法の好ましい態様として、
樹脂製発泡膨張オス型は、前記発泡可能な樹脂製オス型前駆体に発泡剤を含浸させた後この発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡膨張させて作成され、
樹脂製発泡膨張オス型は、前記発泡可能な樹脂製オス型前駆体を超臨界流体に浸漬してこの発泡可能な樹脂製オス型前駆体に超臨界流体成分を含浸させた後、この発泡可能な樹脂製オス型前駆体を常圧下に移すことにより発泡膨張させて作成され、
超臨界流体は超臨界窒素であり、
発泡膨張オス型は、第２メス型作成工程において、溶解性溶剤によって溶解除去しうる溶剤溶解性樹脂製であり、
樹脂製発泡膨張オス型を溶解性溶剤によって溶解除去し、
発泡可能な樹脂製オス型前駆体は、スチレン系重合体製であり、
発泡可能な樹脂製オス型前駆体は、ポリスチレン製であり、
第２メス型作成工程の成型材料が焼結工程において焼結除去される樹脂であり、
第２メス型作成工程の成型材料が熱硬化型樹脂であり、
成形体は、プレス成形法、加圧鋳込み成形法、および遠心成型法からなる群から選ばれた少なくとも１種の成型方法で作成され、
成形体は、高速遠心成形で作成される。
【００１２】
他の手段は、樹脂製膨張発泡体から形成されかつ原形状物品の元型と全方向に均等の倍率の大きさを有する粉末焼結体成型用オス型であり、
この粉末焼結体成型用オス型の好ましい態様として、
樹脂製膨張発泡体が、スチレン系重合体の発泡膨張体であり、
樹脂製膨張発泡体が、ポリスチレンの発泡膨張体であり、
樹脂製膨張発泡体が、スチレン系重合体を発泡剤で発泡して形成された発泡膨張体であり、
樹脂製膨張発泡体が、ポリスチレンを超臨界流体に浸漬して超臨界流体成分を含浸させ、これを発泡して形成させた発泡膨張体であり、
樹脂製膨張発泡体が、ポリスチレンを超臨界窒素流体に浸漬して窒素を含浸させ、これを発泡して形成させた発泡膨張体であり、
樹脂製膨張発泡体が、原形状物品の元型のロウ型、シリコン型または石膏型から作成された第１メス型により成型された発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡剤で原形状物品の元型と全方向に均等の倍率の大きさに発砲膨張して成る。
【００１３】
また他の手段は、熱硬化型樹脂から形成されかつ原形状物品の元型と全方向に均等の倍率の大きさを有する成形体を作成できることを特徴とする粉末焼結体成型用メスであり、
この粉末焼結体成型用メス型の好ましい態様として、
熱可塑性樹脂が、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびエポキシ樹脂からなる群から選ばれた少なくとも１種であり、
熱可塑性樹脂がエポキシ樹脂であり、
上記粉末焼結体成型用オス型から熱硬化型樹脂を用いて形成された粉末焼結体成型用メス型である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の粉末焼結体の製造方法、粉末焼結体成型用オス型、および粉末焼結体成型用メス型によれば、製品ごとに数値化して型の設計をする必要がないので、多品種少量生産品の場合でも型の作成に手間がかからず、製品がコスト高になることがない。このためこの発明を使用すれば、たとえば人工の骨や歯などのような、使用する人ごとに要求される形および大きさが異なる生体材料等であっても所望の粉末焼結体を安価に製造することができる。
【００１５】
またこの発明の粉末焼結体の製造方法、粉末焼結体成型用オス型、および粉末焼結体成型用メス型によれば、焼結したときの収縮分を数値化する必要がないので、収縮分の数値化が困難な複雑な形状の製品の場合でも、収縮分を見込んだオス型およびメス型の作成が可能である。このためこの発明を使用すれば、たとえば上記生体材料や複雑な形状のアクセサリー類等であっても所望の粉末焼結体を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の粉末焼結体の製造方法は、目的とする粉末焼結体と同一形状の型を用いて第１メス型を作成し、この第１メス型を用いて発泡可能な樹脂製オス型前駆体を形成し、次いでこの発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡膨張させて得られる樹脂製発泡膨張オス型を用いて第２メス型を作成し、この第２メス型に粉末原料を充填成形して得られる成形体を焼結して粉末焼結体を製造する粉末焼結体の製造方法である。本発明の粉末焼結体の製造方法を、図1を用いて説明する。このプロセスは、所望の形および大きさを有する元型
から、これと実質的に同じ形および大きさを有する粉末焼結体１を製造するプロセスである。このプロセスは、工程（ａ）〜（ｅ）からなる。
【００１７】
図１の工程（ａ）は、元型２から第1メス型３を作成する工程である。元型２は、目的
とする粉末焼結体と実質的に同じ形および大きさを有する。元型２は、既存の技術、たとえば既存の歯科技工技術により作成することができ、たとえばロウ型、シリコン型または石膏型である。
【００１８】
第1メス型３も、元型２から既存の技術により作成することができ、たとえば元型２を
所定の容器に入れ、その容器内に、石膏系埋没剤と水とを混合して得られる泥漿を流し込み、これを固めることにより、石膏製の第１メス型３が得られる。
【００１９】
第１メス型３を作成した後、第１メス型３内の元型２を除去する。元型２の除去方法としては、たとえば、第１メス型３を切断して元型２を取り出す方法でもよく、また元型２をロウ型にしておき、第１メス型内に埋没している元型２に通じる孔を第１メス型に設け、この第１メス型ごと元型を加熱することにより、元型２を融解させ、その融解物を前記孔から排出する方法でもよい。
【００２０】
図１の工程（ｂ）は、第１メス型３からオス型前駆体４を作成する工程である。
オス型前駆体４は、発泡膨張することによりオス型７になる物体である。オス型前駆体
４は、発泡膨張することのできる樹脂、すなわち発泡可能な樹脂製である。オス型前駆体４の材料である発泡可能な樹脂としては、成形体を焼結したときに所望の粉末焼結体を製造することができるようにオス型を作成することができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００２１】
後述するオス型前駆体４を発泡膨張させる方法として、オス型前駆体４を作成した後このオス型前駆体４に発泡剤を含浸させる方法を採る場合には、このようなオス型前駆体４の材料としては、熱可塑性であり、また非結晶性である材料が好適である。なぜなら、オス型前駆体の材料が非結晶性であると、熱履歴の影響を受けにくいので、膨張工程が同条件であればほぼ同じ量のガスがオス型前駆体に含浸して同じような発泡挙動が示され、発泡膨張の再現性が良好になるからである。このような材料としては、ポリスチレン、スチレン・アクリロニトリル共重合体、スチレン・ブタジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・アクリロニトリル共重合体等のスチレン系重合体、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、ポリ乳酸等を挙げることができ、特にスチレン系重合体が好ましく、さらにポリスチレンが、上記のメリットが大きい点で好適である。
【００２２】
オス型前駆体４の形および大きさとしては、成形体を焼結したときに所望の粉末焼結体が得られるようにオス型を作成することができる形および大きさであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜決定することができる。一般的には、このようなオス型前駆体４の形および大きさとしては、所望する粉末焼結体の形および大きさと同じであることが好適である。なぜなら、発泡膨張させる前のオス型前駆体の形および大きさが所望する焼結体の形および大きさと同じであれば、オス型前駆体を全方向に均等に発泡膨張させてオス型を作成し、そのオス型に基づいて作成した成形体を焼結するときに、その成形体を全方向から均等に収縮させることにより、粉末焼結体を所望の形および大きさにすることができるからである。
【００２３】
オス型前駆体４の作成方法としては、前述のようなオス型前駆体を作成することができれば特に制限はない。たとえば、オス型前駆体４をポリスチレンで作成するときには、図１に示したように、溶融したポリスチレンを原料注入孔５から第1メス型内に注入し、こ
れを固化させてオス型前駆体４を作成することができる。このようにして作成されたオス型前駆体４は、元型と同じ形および大きさである。
【００２４】
図１の工程（ｃ）は、オス型前駆体４を発泡膨張させてオス型７を作成する工程である。
オス型７は、第２メス型９を作成するための型であり、粉末焼結体成型用オス型である。この発明は、このオス型７の作成方法に特徴を有する。すなわちこの発明は、成形体を焼結したときに所望の粉末焼結体が得られるように、オス型前駆体４を発泡膨張させてオス型７を作成する発泡膨張オス型作成工程を有することを特徴とする。さらに詳しくいえば、この発明は、成形体を焼結したときにこの成形体は収縮することから、その収縮分を考慮して、成形体を焼結して得られる粉末焼結体が所望の形および大きさになるように、その所望する粉末焼結体よりも予めオス型を大きく作成するためにオス型前駆体を発泡膨張させてオス型を作成する発泡膨張オス型作成工程を有する。つまりこの発明は、オス型前駆体を発泡膨張させて所望する粉末焼結体よりも大きなオス型を作成し、そのオス型からメス型を作成し、そのメス型から成形体を作成し、この成形体を焼結して所望の粉末焼結体を製造する粉末焼結体の製造方法である。
【００２５】
オス型前駆体４を発泡させると、オス型前駆体４の中に多数の気泡８が生じ、オス型前駆体４が膨張してオス型７となる。このオス型７は、樹脂製膨張発泡体により形成され、かつ元型に対して全方向に均等な倍率の大きさを有する。
【００２６】
オス型前駆体４を発泡膨張させる方法としては、成形体を焼結したときに粉末焼結体が所望の形および大きさになるように、前記オス型を作成することのできる方法であれば特に制限はなく、オス型前駆体４の材料等に応じて適宜選択することができる。このような方法としては、たとえばオス型前駆体４の原料に発泡剤を混合してオス型前駆体４を作成し、この発泡剤の作用によりこのオス型前駆体４を発泡膨張させる方法、およびオス型前駆体４を作成した後、このオス型前駆体４に発泡剤を含浸させて、その含浸した発泡剤の作用によりこのオス型前駆体４を発泡膨張させる方法等を挙げることができる。
【００２７】
後者の方法としては、たとえばオス型前駆体４を超臨界流体に浸漬してオス型前駆体４に超臨界流体成分を含浸させた後、このオス型前駆体４を常圧下に移すことにより、含浸した超臨界流体成分の作用によりこのオス型前駆体４を発泡膨張させる方法を挙げることができる（以下、超臨界流体法という）。この超臨界流体法で用いる超臨界流体としては、上記のように超臨界流体成分の含浸、およびオス型前駆体の発泡膨張をさせることができるような流体、たとえば超臨界の窒素、アルゴンおよび二酸化炭素等を挙げることができ、特に超臨界の窒素は、超臨界流体成分である窒素の含浸が容易であり、発泡性も良く、また安価である点で好適である。
【００２８】
前記超臨界流体法において、オス型前駆体４を超臨界流体に浸漬してオス型前駆体に超臨界流体成分を含浸させる条件としては、前記成形体を焼結したときに所望の粉末焼結体が得られるようにオス型前駆体を発泡膨張させることができるような条件が選択され、たとえば含浸圧力、含浸時間および含浸温度等の条件が適宜決定される。これらの条件は、オス型前駆体４の材質および形状、並びに超臨界流体の種類等に応じて決定される。この方法によりオス型前駆体４に超臨界流体成分を含浸させると、発泡剤である超臨界流体成分をオス型前駆体中に多量に、また均一に含浸、分散させることができる。
【００２９】
超臨界流体法において、オス型前駆体４に超臨界流体成分を含浸させた後、オス型前駆体４を常圧下に移し、オス型前駆体４を発泡膨張させる条件も、成形体を焼結したときに所望の粉末焼結体が得られるようにオス型前駆体４を発泡膨張させることができるような条件が選択され、たとえば発泡温度および発泡時間等の条件が適宜決定される。これらの条件は、オス型前駆体４の材質および形状、並びに超臨界流体成分の種類等に応じて決定される。
【００３０】
たとえばオス型前駆体４の材料にポリスチレン、超臨界流体に超臨界窒素を用いたときには、含浸圧力としては、１３〜２２MPａ、含浸時間としては試料全体が飽和状態になるまでの時間で２〜５時間、含浸温度としては、３８３〜４１０Ｋが好適である。これらの条件を適宜決定すれば、オス型前駆体４を線膨張率で１４０％まで全方向に均等に発泡膨張させることができる。１４０％という膨張率は、成形体を焼結したときに生じる収縮を補うのに十分な値である。
【００３１】
また上記含浸および発泡膨張の条件としては、たとえば、低温でオス型前駆体４に超臨界流体成分を含浸させ、常圧に戻した後、発泡が起こる温度に昇温して発泡させる方法、および常圧に戻した後に昇温しなくても発泡が起こる温度で超臨界流体成分を含浸させた後、常圧に戻すことにより自発的に発泡させる方法等を用いることができる。
【００３２】
この方法によりオス型前駆体４を発泡膨張させると、オス型前駆体中に分散している発泡剤である超臨界流体成分を均等に発泡させることができる。このため超臨界流体法を用いれば、オス型前駆体４が複雑な形状であっても、オス型前駆体を元の形を維持させたまま発泡膨張させることが容易である。
【００３３】
このように超臨界流体法によりオス型前駆体４を発泡膨張させると、オス型前駆体と同
じ形で、体積がオス型前駆体４より大きいオス型７を作成することが容易である。このため超臨界流体法によりオス型７を作成し、そのオス型７から第２メス型９、さらにその第２メス型９から成形体を作成してこの成形体を焼結すると、この成形体はオス型７と同じ形および大きさを有するから、成形体を焼結収縮させれば、粉末焼結体をオス型前駆体４と実質的に同じ形および大きさにすることが容易である。したがってオス型前駆体４を、所望する粉末焼結体と同じ形および大きさにしておけば、所望する粉末焼結体の形状が複雑であっても、上記超臨界流体法によりオス型７を作成して、所望する粉末焼結体を容易に得ることができる。このように、超臨界流体法以外の発泡膨張方法によっても本発明のオス型７を作成することはできるが、超臨界流体法を用いれば、所望する粉末焼結体の形状が複雑であっても、容易に、また再現性良く、成形体を焼結したときに所望の粉末焼結体が得られるようなオス型７を作成することができる。
【００３４】
図１の工程（ｄ）は、オス型７から第２メス型９を作成する工程である。第２メス型９は、粉末原料を充填成形して成形体を作成するための型であり、粉末焼結体成型用メス型である。この第２メス型９の製造方法には特に制限はなく、公知の方法を使用することができる。図１においては、オス型７を第２メス型９の原料１０の中に埋め込み、原料１０を固化させた後、オス型７を除去することにより第２メス型９が作成される。その後オス型７は、除去される。
【００３５】
第２メス型９の材料としては、オス型７を侵さないこと、成形体の作成に絶えうる強度をメス型に付与できること、オス型７を溶解除去する場合にはその溶媒に侵されないこと、および成形体作成後に第２メス型９を熱焼失させる場合には熱焼失させることができること、等の条件を満たす材料が選択される。たとえばオス型７の材質がポリスチレンである場合には、これらの条件を満たすものとして、２液硬化型の熱硬化性樹脂、たとえばフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびエポキシ樹脂等を挙げることができ、これらの中で特にエポキシ樹脂が好ましい。
【００３６】
オス型７を除去する方法としては、第２メス型９が損傷することがない限り特に制限はない。オス型７の材質がポリスチレンである場合には、これを溶解除去する方法が最も簡易であり、好適である。この場合、第２メス型９の材質が上記２液硬化型の熱可塑性樹脂であるときには、溶解除去に用いる溶解性溶剤として、エチルベンゼン、１，４−ジオキサン、アニソールおよび安息香酸等を用いることができる。溶解除去する場合には、孔１１から第２メス型９内に溶媒を流し込み、オス型７を溶解除去する。
【００３７】
工程（ｅ）は、第２メス型９により成形体１２を作成し、この成形体１２を焼結して、粉末焼結体１を製造する工程である。
まず第２メス型９内に、孔１１から粉末原料を充填し、これを成形して成形体１２を作成する。粉末原料としては、粉末焼結体に応じて適宜選択され、たとえば粉末焼結体がセラミックスならばセラミック粉末が、金属材料ならば金属粉末が使用される。粉末原料を充填成形して成形体１２を作成する方法については、焼結可能な成形体が得られる限り特に制限はなく、公知の方法、たとえばプレス成形法、加圧鋳込み成形法または高速遠心成形法等を用いることができる。
【００３８】
このようにして作成された成形体１２は、オス型７と同じ形および大きさを有する。図１において粉末焼結体１は、球形で表されているが、本発明の粉末焼結体はこの形に制限されず、製造が可能な限り任意の形を採りうる。
【００３９】
次に成形体２を焼結して粉末焼結体１を製造する。成形体１２は、焼結により収縮して、粉末焼結体１となる。この粉末焼結体１は、原料粉末に対応してセラミックスおよび金属材料等となる。成形体１２は、第２メス型９から取り出してから焼結してもよく、また
第２メス型９ごと加熱して、第２メス型９を熱分解させると同時に成形体１２を焼結してもよい。また成形体１２を焼結する方法については、前記成形体を焼結したときに所望の粉末焼結体が得られるような方法を、公知の方法から選択して用いることができる。
【００４０】
このように製造された粉末焼結体１は、元型２と実質的に同じ形および大きさを有する。
また本発明においては、上記のように作成したオス型から直接メス型を作成し、そのメス型から成形体を作成し、その成形体をそのまま焼結して粉末焼結体を製造する方法が最も簡易で好ましいが、必ずしもそのような方法には制限されず、必要に応じて、たとえばオス型に適当な加工を加えてからメス型を作成したり、成形体に適当な加工を加えてから焼結したりしてもよい。
【実施例１】
【００４１】
図２に示した縦断面を有する有底筒状体である元型から、これと形および大きさが実質的に同じであるセラミックスを、図1に示した製造プロセスに従って製造する方法を以下
説明する。
【００４２】
（１）第１メス型の作成（工程（ａ））
元型から、これと同じ形および大きさを有するロウ型を既存の歯科技工技術により作成した。
【００４３】
このロウ型に、湯道を作るためのロウ棒を取り付け、これをキャスティングリング（株式会社モリタ製）に設置した。歯科鋳造用石膏系埋没剤と水とを混合し、この混合物を、振動を加えながらキャスティングリング内に流し込んだ。石膏が固まったら、これを加熱してロウ型およびロウ棒を融かし、形成された湯道から融けたロウを流し出した。
【００４４】
このようにして石膏製の第１メス型を作成した。
（２）オス型前駆体の作成（工程（ｂ））
第1メス型を手動射出成形機に取り付け、ペレット状のポリスチレン（ＰＳ）（東洋ス
チール株式会社製）を手動射出成形機のシリンダー内に入れ、このポリスチレンを溶融温度付近の温度で混錬した。手動射出成形機のピストンを下げて、第１メス型の空隙部に融解したポリスチレンを鋳込んだ。ポリスチレンが固化した後、第1メス型を割って、作成
されたオス型前駆体を取り出した。このようにしてポリスチレン製のオス型前駆体を作成した。
【００４５】
（３）オス型の作成（工程（ｃ）、発泡膨張オス型作成工程）
オス型前駆体を発泡膨張させる発泡膨張装置１３を図３に示した。
空気恒温槽１４内に収容されたオートクレーブ１５内にオス型前駆体を入れ、系内の真空排気およびオス型前駆体の脱揮を行った。窒素シリンダー１６および高圧ガス注入機１７よりオートクレーブ１５内に窒素ガスを導入した。オートクレーブ１５内を圧力１５ＭＰａ、温度３９１Ｋで3時間保持することにより、オス型前駆体に窒素を飽和含浸させた
。その後オートクレーブ１５内を、この温度を保持しながら大気圧まで一気に減圧することで、オス型前駆体を発泡膨張させた。このようにしてポリスチレン製のオス型を作成した。
【００４６】
（４）第２メス型の作成（工程（ｄ））
オス型をメス型作成用の容器に入れ、その中に融解させたエポキシ樹脂（スペシフィックス、ストルアス社製）を流し込み、そのエポキシ樹脂を固化させた。固化したエポキシ樹脂に、オス型に通じる孔を設け、その孔からエチルベンゼンを流し込み、エポキシ樹脂内のオス型を溶解させ、除去した。このようにしてエポキシ樹脂製の第２メス型を作成し
た。
【００４７】
（５）粉末焼結体の作成（工程（ｅ））
まず次のようにして、高速遠心成形法により成形体を作成した。ジルコニア粉末（TZ-3YS-E、東ソー株式会社製）７０質量％、水２８質量％およびポリカルボン酸アンモニウム２質量％を混合し、タービュラーミルで分散させて、泥漿を得た。この泥漿を第２メス型に適量入れ、高速冷却遠心機に装着して、１００００ｒｐｍで３．６ｋｓ間回転させた。上澄みを除去した後、沈殿部を乾燥させて、成形体を作成した。
【００４８】
この成形体を、メス型に収容したまま、１６２３Ｋで3時間加熱して、第２メス型の除
去および成形体の焼結をした。
以上のようにしてセラミックスを製造した。
【００４９】
（６）このようにして製造されたセラミックスと元型との寸法を、図２に示したａ〜ｄにより比較した。結果を表１に示した。
このセラミックスは、元型と実質的に同じ形および大きさを有していた。すなわちこのセラミックスは、所望の粉末焼結体であった。
【００５０】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】は、本発明の粉末焼結体の製造方法を含む粉末焼結体の製造プロセスである。
【図２】は、実施例で使用した元型の縦断面図である。
【図３】は、オス型前駆体を発泡膨張させる発泡膨張装置１３の説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 粉末焼結体
２ 元型
３ 第1メス型
４ オス型前駆体
７ オス型
８ 気泡
９ 第２メス型
１２ 成形体
１３ 発泡膨張装置
１４ 空気恒温槽
１５ オートクレーブ
１６ 窒素シリンダー
１７ 高圧ガス注入機
【技術分野】
【０００１】
この発明は、粉末焼結体の製造方法、粉末焼結体成型用オス型、および粉末焼結体成型用メス型に関し、さらに詳しくは、目的とする粉末焼結体と同一形状の元型を用いて第１メス型を作成し、この第１メス型を用いて発泡可能な樹脂製オス型前駆体を形成し、次いでこの発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡膨張させて得られる樹脂製発泡膨張オス型を用いて第２メス型を作成し、この第２メス型に粉末原料を充填成形して得られる成形体を焼結して粉末焼結体を製造することを特徴とする粉末焼結体の製造方法、並びにこの方法に使用する粉末焼結体成型用オス型および粉末焼結体成型用メス型に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックスは通常、プレス成形法、加圧鋳込み成形法または高速遠心成形法等の成形方法により原料粉末を所定のメス型に充填して成形し、成形体を製造した後、この成形体を焼結して製造される。
【０００３】
この焼結の際に、成形体は収縮する。この収縮は、高い圧を加えて原料粉末をメス型に充填しても粉末間の隙間をなくすことはできないことから成形体中に空隙が生じ、焼結による原料粉末の凝集により、原料がその空隙中に入り込むことにより起こると考えられる。この空隙は上記いかなる成形方法によっても形成されるので、上記成形体の収縮は、上記いかなる成形方法によっても避けられない。
【０００４】
したがって、目的とするセラミックスと同じ形および大きさの成形体を製造し、これを焼結したのでは、目的とするセラミックスよりも小さい製品しか得られず、目的とする形および大きさのセラミックスは得られない。
【０００５】
このため目的とするセラミックスを製造するためには、成形体が焼結により収縮したときに目的の形および大きさになるように、予め目的とするセラミックスよりも大きな成形体を作る必要がある。
【０００６】
このような成形体を作るためには、これを作るメス型もそれに合わせて大きく成形する必要があり、さらにそのメス型を作るオス型もそれに合わせて大きく成形する必要がある。
【０００７】
このようなオス型等の製造には、従来、CAD・CAM等を使用して、焼結収縮分を数値化して設計を行い、製造する方法が採られていた。
しかしこのような方法は、製品ごとに数値化して設計をする必要があるので、大量生産が予定されているセラミックスには好適に適用することができるが、多品種少量生産品の場合には、膨大な手間がかかり、コスト高になり、適していない。たとえば人工の骨や歯などのような、使用する人ごとに要求される形および大きさが異なる生体材料等の製造にはこの方法は適さない。
【０００８】
またこの方法は、焼結したときの収縮分を数値化する必要があるので、数値化が容易な単純な形状のセラミックスには適用することが可能であるが、複雑な形状の製品の場合には、収縮分の正確な数値化が困難であり、適さない。たとえば上記生体材料や複雑な形状のアクセサリー類等にはこの方法は適さない。
【０００９】
このような焼結収縮による問題点は、セラミックスの他、原料粉末を圧縮成形し、これ
を焼結して製造する製品全般について生じる問題点であり、たとえば金属粉末を原料とする金属材料等にも生じる。
【特許文献１】特開２００３−３２８００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明は、粉末焼結体の焼結収縮により生じる上記問題点を解決することを目的とする。すなわち、この発明の課題は、焼結収縮分の数値化をすることなく、容易に、また複雑な形状であっても所望の粉末焼結体を製造することのできる粉末焼結体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための手段は、目的とする粉末焼結体と同一形状の型を用いて第１メス型を作成し、この第１メス型を用いて発泡可能な樹脂製オス型前駆体を形成し、次いでこの発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡膨張させて得られる樹脂製発泡膨張オス型を用いて第２メス型を作成し、この第２メス型に粉末原料を充填成形して得られる成形体を焼結して粉末焼結体を製造する粉末焼結体の製造方法であり、
この粉末焼結体の製造方法の好ましい態様として、
樹脂製発泡膨張オス型は、前記発泡可能な樹脂製オス型前駆体に発泡剤を含浸させた後この発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡膨張させて作成され、
樹脂製発泡膨張オス型は、前記発泡可能な樹脂製オス型前駆体を超臨界流体に浸漬してこの発泡可能な樹脂製オス型前駆体に超臨界流体成分を含浸させた後、この発泡可能な樹脂製オス型前駆体を常圧下に移すことにより発泡膨張させて作成され、
超臨界流体は超臨界窒素であり、
発泡膨張オス型は、第２メス型作成工程において、溶解性溶剤によって溶解除去しうる溶剤溶解性樹脂製であり、
樹脂製発泡膨張オス型を溶解性溶剤によって溶解除去し、
発泡可能な樹脂製オス型前駆体は、スチレン系重合体製であり、
発泡可能な樹脂製オス型前駆体は、ポリスチレン製であり、
第２メス型作成工程の成型材料が焼結工程において焼結除去される樹脂であり、
第２メス型作成工程の成型材料が熱硬化型樹脂であり、
成形体は、プレス成形法、加圧鋳込み成形法、および遠心成型法からなる群から選ばれた少なくとも１種の成型方法で作成され、
成形体は、高速遠心成形で作成される。
【００１２】
他の手段は、樹脂製膨張発泡体から形成されかつ原形状物品の元型と全方向に均等の倍率の大きさを有する粉末焼結体成型用オス型であり、
この粉末焼結体成型用オス型の好ましい態様として、
樹脂製膨張発泡体が、スチレン系重合体の発泡膨張体であり、
樹脂製膨張発泡体が、ポリスチレンの発泡膨張体であり、
樹脂製膨張発泡体が、スチレン系重合体を発泡剤で発泡して形成された発泡膨張体であり、
樹脂製膨張発泡体が、ポリスチレンを超臨界流体に浸漬して超臨界流体成分を含浸させ、これを発泡して形成させた発泡膨張体であり、
樹脂製膨張発泡体が、ポリスチレンを超臨界窒素流体に浸漬して窒素を含浸させ、これを発泡して形成させた発泡膨張体であり、
樹脂製膨張発泡体が、原形状物品の元型のロウ型、シリコン型または石膏型から作成された第１メス型により成型された発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡剤で原形状物品の元型と全方向に均等の倍率の大きさに発砲膨張して成る。
【００１３】
また他の手段は、熱硬化型樹脂から形成されかつ原形状物品の元型と全方向に均等の倍率の大きさを有する成形体を作成できることを特徴とする粉末焼結体成型用メスであり、
この粉末焼結体成型用メス型の好ましい態様として、
熱可塑性樹脂が、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびエポキシ樹脂からなる群から選ばれた少なくとも１種であり、
熱可塑性樹脂がエポキシ樹脂であり、
上記粉末焼結体成型用オス型から熱硬化型樹脂を用いて形成された粉末焼結体成型用メス型である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の粉末焼結体の製造方法、粉末焼結体成型用オス型、および粉末焼結体成型用メス型によれば、製品ごとに数値化して型の設計をする必要がないので、多品種少量生産品の場合でも型の作成に手間がかからず、製品がコスト高になることがない。このためこの発明を使用すれば、たとえば人工の骨や歯などのような、使用する人ごとに要求される形および大きさが異なる生体材料等であっても所望の粉末焼結体を安価に製造することができる。
【００１５】
またこの発明の粉末焼結体の製造方法、粉末焼結体成型用オス型、および粉末焼結体成型用メス型によれば、焼結したときの収縮分を数値化する必要がないので、収縮分の数値化が困難な複雑な形状の製品の場合でも、収縮分を見込んだオス型およびメス型の作成が可能である。このためこの発明を使用すれば、たとえば上記生体材料や複雑な形状のアクセサリー類等であっても所望の粉末焼結体を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の粉末焼結体の製造方法は、目的とする粉末焼結体と同一形状の型を用いて第１メス型を作成し、この第１メス型を用いて発泡可能な樹脂製オス型前駆体を形成し、次いでこの発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡膨張させて得られる樹脂製発泡膨張オス型を用いて第２メス型を作成し、この第２メス型に粉末原料を充填成形して得られる成形体を焼結して粉末焼結体を製造する粉末焼結体の製造方法である。本発明の粉末焼結体の製造方法を、図1を用いて説明する。このプロセスは、所望の形および大きさを有する元型
から、これと実質的に同じ形および大きさを有する粉末焼結体１を製造するプロセスである。このプロセスは、工程（ａ）〜（ｅ）からなる。
【００１７】
図１の工程（ａ）は、元型２から第1メス型３を作成する工程である。元型２は、目的
とする粉末焼結体と実質的に同じ形および大きさを有する。元型２は、既存の技術、たとえば既存の歯科技工技術により作成することができ、たとえばロウ型、シリコン型または石膏型である。
【００１８】
第1メス型３も、元型２から既存の技術により作成することができ、たとえば元型２を
所定の容器に入れ、その容器内に、石膏系埋没剤と水とを混合して得られる泥漿を流し込み、これを固めることにより、石膏製の第１メス型３が得られる。
【００１９】
第１メス型３を作成した後、第１メス型３内の元型２を除去する。元型２の除去方法としては、たとえば、第１メス型３を切断して元型２を取り出す方法でもよく、また元型２をロウ型にしておき、第１メス型内に埋没している元型２に通じる孔を第１メス型に設け、この第１メス型ごと元型を加熱することにより、元型２を融解させ、その融解物を前記孔から排出する方法でもよい。
【００２０】
図１の工程（ｂ）は、第１メス型３からオス型前駆体４を作成する工程である。
オス型前駆体４は、発泡膨張することによりオス型７になる物体である。オス型前駆体
４は、発泡膨張することのできる樹脂、すなわち発泡可能な樹脂製である。オス型前駆体４の材料である発泡可能な樹脂としては、成形体を焼結したときに所望の粉末焼結体を製造することができるようにオス型を作成することができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００２１】
後述するオス型前駆体４を発泡膨張させる方法として、オス型前駆体４を作成した後このオス型前駆体４に発泡剤を含浸させる方法を採る場合には、このようなオス型前駆体４の材料としては、熱可塑性であり、また非結晶性である材料が好適である。なぜなら、オス型前駆体の材料が非結晶性であると、熱履歴の影響を受けにくいので、膨張工程が同条件であればほぼ同じ量のガスがオス型前駆体に含浸して同じような発泡挙動が示され、発泡膨張の再現性が良好になるからである。このような材料としては、ポリスチレン、スチレン・アクリロニトリル共重合体、スチレン・ブタジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・アクリロニトリル共重合体等のスチレン系重合体、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、ポリ乳酸等を挙げることができ、特にスチレン系重合体が好ましく、さらにポリスチレンが、上記のメリットが大きい点で好適である。
【００２２】
オス型前駆体４の形および大きさとしては、成形体を焼結したときに所望の粉末焼結体が得られるようにオス型を作成することができる形および大きさであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜決定することができる。一般的には、このようなオス型前駆体４の形および大きさとしては、所望する粉末焼結体の形および大きさと同じであることが好適である。なぜなら、発泡膨張させる前のオス型前駆体の形および大きさが所望する焼結体の形および大きさと同じであれば、オス型前駆体を全方向に均等に発泡膨張させてオス型を作成し、そのオス型に基づいて作成した成形体を焼結するときに、その成形体を全方向から均等に収縮させることにより、粉末焼結体を所望の形および大きさにすることができるからである。
【００２３】
オス型前駆体４の作成方法としては、前述のようなオス型前駆体を作成することができれば特に制限はない。たとえば、オス型前駆体４をポリスチレンで作成するときには、図１に示したように、溶融したポリスチレンを原料注入孔５から第1メス型内に注入し、こ
れを固化させてオス型前駆体４を作成することができる。このようにして作成されたオス型前駆体４は、元型と同じ形および大きさである。
【００２４】
図１の工程（ｃ）は、オス型前駆体４を発泡膨張させてオス型７を作成する工程である。
オス型７は、第２メス型９を作成するための型であり、粉末焼結体成型用オス型である。この発明は、このオス型７の作成方法に特徴を有する。すなわちこの発明は、成形体を焼結したときに所望の粉末焼結体が得られるように、オス型前駆体４を発泡膨張させてオス型７を作成する発泡膨張オス型作成工程を有することを特徴とする。さらに詳しくいえば、この発明は、成形体を焼結したときにこの成形体は収縮することから、その収縮分を考慮して、成形体を焼結して得られる粉末焼結体が所望の形および大きさになるように、その所望する粉末焼結体よりも予めオス型を大きく作成するためにオス型前駆体を発泡膨張させてオス型を作成する発泡膨張オス型作成工程を有する。つまりこの発明は、オス型前駆体を発泡膨張させて所望する粉末焼結体よりも大きなオス型を作成し、そのオス型からメス型を作成し、そのメス型から成形体を作成し、この成形体を焼結して所望の粉末焼結体を製造する粉末焼結体の製造方法である。
【００２５】
オス型前駆体４を発泡させると、オス型前駆体４の中に多数の気泡８が生じ、オス型前駆体４が膨張してオス型７となる。このオス型７は、樹脂製膨張発泡体により形成され、かつ元型に対して全方向に均等な倍率の大きさを有する。
【００２６】
オス型前駆体４を発泡膨張させる方法としては、成形体を焼結したときに粉末焼結体が所望の形および大きさになるように、前記オス型を作成することのできる方法であれば特に制限はなく、オス型前駆体４の材料等に応じて適宜選択することができる。このような方法としては、たとえばオス型前駆体４の原料に発泡剤を混合してオス型前駆体４を作成し、この発泡剤の作用によりこのオス型前駆体４を発泡膨張させる方法、およびオス型前駆体４を作成した後、このオス型前駆体４に発泡剤を含浸させて、その含浸した発泡剤の作用によりこのオス型前駆体４を発泡膨張させる方法等を挙げることができる。
【００２７】
後者の方法としては、たとえばオス型前駆体４を超臨界流体に浸漬してオス型前駆体４に超臨界流体成分を含浸させた後、このオス型前駆体４を常圧下に移すことにより、含浸した超臨界流体成分の作用によりこのオス型前駆体４を発泡膨張させる方法を挙げることができる（以下、超臨界流体法という）。この超臨界流体法で用いる超臨界流体としては、上記のように超臨界流体成分の含浸、およびオス型前駆体の発泡膨張をさせることができるような流体、たとえば超臨界の窒素、アルゴンおよび二酸化炭素等を挙げることができ、特に超臨界の窒素は、超臨界流体成分である窒素の含浸が容易であり、発泡性も良く、また安価である点で好適である。
【００２８】
前記超臨界流体法において、オス型前駆体４を超臨界流体に浸漬してオス型前駆体に超臨界流体成分を含浸させる条件としては、前記成形体を焼結したときに所望の粉末焼結体が得られるようにオス型前駆体を発泡膨張させることができるような条件が選択され、たとえば含浸圧力、含浸時間および含浸温度等の条件が適宜決定される。これらの条件は、オス型前駆体４の材質および形状、並びに超臨界流体の種類等に応じて決定される。この方法によりオス型前駆体４に超臨界流体成分を含浸させると、発泡剤である超臨界流体成分をオス型前駆体中に多量に、また均一に含浸、分散させることができる。
【００２９】
超臨界流体法において、オス型前駆体４に超臨界流体成分を含浸させた後、オス型前駆体４を常圧下に移し、オス型前駆体４を発泡膨張させる条件も、成形体を焼結したときに所望の粉末焼結体が得られるようにオス型前駆体４を発泡膨張させることができるような条件が選択され、たとえば発泡温度および発泡時間等の条件が適宜決定される。これらの条件は、オス型前駆体４の材質および形状、並びに超臨界流体成分の種類等に応じて決定される。
【００３０】
たとえばオス型前駆体４の材料にポリスチレン、超臨界流体に超臨界窒素を用いたときには、含浸圧力としては、１３〜２２MPａ、含浸時間としては試料全体が飽和状態になるまでの時間で２〜５時間、含浸温度としては、３８３〜４１０Ｋが好適である。これらの条件を適宜決定すれば、オス型前駆体４を線膨張率で１４０％まで全方向に均等に発泡膨張させることができる。１４０％という膨張率は、成形体を焼結したときに生じる収縮を補うのに十分な値である。
【００３１】
また上記含浸および発泡膨張の条件としては、たとえば、低温でオス型前駆体４に超臨界流体成分を含浸させ、常圧に戻した後、発泡が起こる温度に昇温して発泡させる方法、および常圧に戻した後に昇温しなくても発泡が起こる温度で超臨界流体成分を含浸させた後、常圧に戻すことにより自発的に発泡させる方法等を用いることができる。
【００３２】
この方法によりオス型前駆体４を発泡膨張させると、オス型前駆体中に分散している発泡剤である超臨界流体成分を均等に発泡させることができる。このため超臨界流体法を用いれば、オス型前駆体４が複雑な形状であっても、オス型前駆体を元の形を維持させたまま発泡膨張させることが容易である。
【００３３】
このように超臨界流体法によりオス型前駆体４を発泡膨張させると、オス型前駆体と同
じ形で、体積がオス型前駆体４より大きいオス型７を作成することが容易である。このため超臨界流体法によりオス型７を作成し、そのオス型７から第２メス型９、さらにその第２メス型９から成形体を作成してこの成形体を焼結すると、この成形体はオス型７と同じ形および大きさを有するから、成形体を焼結収縮させれば、粉末焼結体をオス型前駆体４と実質的に同じ形および大きさにすることが容易である。したがってオス型前駆体４を、所望する粉末焼結体と同じ形および大きさにしておけば、所望する粉末焼結体の形状が複雑であっても、上記超臨界流体法によりオス型７を作成して、所望する粉末焼結体を容易に得ることができる。このように、超臨界流体法以外の発泡膨張方法によっても本発明のオス型７を作成することはできるが、超臨界流体法を用いれば、所望する粉末焼結体の形状が複雑であっても、容易に、また再現性良く、成形体を焼結したときに所望の粉末焼結体が得られるようなオス型７を作成することができる。
【００３４】
図１の工程（ｄ）は、オス型７から第２メス型９を作成する工程である。第２メス型９は、粉末原料を充填成形して成形体を作成するための型であり、粉末焼結体成型用メス型である。この第２メス型９の製造方法には特に制限はなく、公知の方法を使用することができる。図１においては、オス型７を第２メス型９の原料１０の中に埋め込み、原料１０を固化させた後、オス型７を除去することにより第２メス型９が作成される。その後オス型７は、除去される。
【００３５】
第２メス型９の材料としては、オス型７を侵さないこと、成形体の作成に絶えうる強度をメス型に付与できること、オス型７を溶解除去する場合にはその溶媒に侵されないこと、および成形体作成後に第２メス型９を熱焼失させる場合には熱焼失させることができること、等の条件を満たす材料が選択される。たとえばオス型７の材質がポリスチレンである場合には、これらの条件を満たすものとして、２液硬化型の熱硬化性樹脂、たとえばフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびエポキシ樹脂等を挙げることができ、これらの中で特にエポキシ樹脂が好ましい。
【００３６】
オス型７を除去する方法としては、第２メス型９が損傷することがない限り特に制限はない。オス型７の材質がポリスチレンである場合には、これを溶解除去する方法が最も簡易であり、好適である。この場合、第２メス型９の材質が上記２液硬化型の熱可塑性樹脂であるときには、溶解除去に用いる溶解性溶剤として、エチルベンゼン、１，４−ジオキサン、アニソールおよび安息香酸等を用いることができる。溶解除去する場合には、孔１１から第２メス型９内に溶媒を流し込み、オス型７を溶解除去する。
【００３７】
工程（ｅ）は、第２メス型９により成形体１２を作成し、この成形体１２を焼結して、粉末焼結体１を製造する工程である。
まず第２メス型９内に、孔１１から粉末原料を充填し、これを成形して成形体１２を作成する。粉末原料としては、粉末焼結体に応じて適宜選択され、たとえば粉末焼結体がセラミックスならばセラミック粉末が、金属材料ならば金属粉末が使用される。粉末原料を充填成形して成形体１２を作成する方法については、焼結可能な成形体が得られる限り特に制限はなく、公知の方法、たとえばプレス成形法、加圧鋳込み成形法または高速遠心成形法等を用いることができる。
【００３８】
このようにして作成された成形体１２は、オス型７と同じ形および大きさを有する。図１において粉末焼結体１は、球形で表されているが、本発明の粉末焼結体はこの形に制限されず、製造が可能な限り任意の形を採りうる。
【００３９】
次に成形体２を焼結して粉末焼結体１を製造する。成形体１２は、焼結により収縮して、粉末焼結体１となる。この粉末焼結体１は、原料粉末に対応してセラミックスおよび金属材料等となる。成形体１２は、第２メス型９から取り出してから焼結してもよく、また
第２メス型９ごと加熱して、第２メス型９を熱分解させると同時に成形体１２を焼結してもよい。また成形体１２を焼結する方法については、前記成形体を焼結したときに所望の粉末焼結体が得られるような方法を、公知の方法から選択して用いることができる。
【００４０】
このように製造された粉末焼結体１は、元型２と実質的に同じ形および大きさを有する。
また本発明においては、上記のように作成したオス型から直接メス型を作成し、そのメス型から成形体を作成し、その成形体をそのまま焼結して粉末焼結体を製造する方法が最も簡易で好ましいが、必ずしもそのような方法には制限されず、必要に応じて、たとえばオス型に適当な加工を加えてからメス型を作成したり、成形体に適当な加工を加えてから焼結したりしてもよい。
【実施例１】
【００４１】
図２に示した縦断面を有する有底筒状体である元型から、これと形および大きさが実質的に同じであるセラミックスを、図1に示した製造プロセスに従って製造する方法を以下
説明する。
【００４２】
（１）第１メス型の作成（工程（ａ））
元型から、これと同じ形および大きさを有するロウ型を既存の歯科技工技術により作成した。
【００４３】
このロウ型に、湯道を作るためのロウ棒を取り付け、これをキャスティングリング（株式会社モリタ製）に設置した。歯科鋳造用石膏系埋没剤と水とを混合し、この混合物を、振動を加えながらキャスティングリング内に流し込んだ。石膏が固まったら、これを加熱してロウ型およびロウ棒を融かし、形成された湯道から融けたロウを流し出した。
【００４４】
このようにして石膏製の第１メス型を作成した。
（２）オス型前駆体の作成（工程（ｂ））
第1メス型を手動射出成形機に取り付け、ペレット状のポリスチレン（ＰＳ）（東洋ス
チール株式会社製）を手動射出成形機のシリンダー内に入れ、このポリスチレンを溶融温度付近の温度で混錬した。手動射出成形機のピストンを下げて、第１メス型の空隙部に融解したポリスチレンを鋳込んだ。ポリスチレンが固化した後、第1メス型を割って、作成
されたオス型前駆体を取り出した。このようにしてポリスチレン製のオス型前駆体を作成した。
【００４５】
（３）オス型の作成（工程（ｃ）、発泡膨張オス型作成工程）
オス型前駆体を発泡膨張させる発泡膨張装置１３を図３に示した。
空気恒温槽１４内に収容されたオートクレーブ１５内にオス型前駆体を入れ、系内の真空排気およびオス型前駆体の脱揮を行った。窒素シリンダー１６および高圧ガス注入機１７よりオートクレーブ１５内に窒素ガスを導入した。オートクレーブ１５内を圧力１５ＭＰａ、温度３９１Ｋで3時間保持することにより、オス型前駆体に窒素を飽和含浸させた
。その後オートクレーブ１５内を、この温度を保持しながら大気圧まで一気に減圧することで、オス型前駆体を発泡膨張させた。このようにしてポリスチレン製のオス型を作成した。
【００４６】
（４）第２メス型の作成（工程（ｄ））
オス型をメス型作成用の容器に入れ、その中に融解させたエポキシ樹脂（スペシフィックス、ストルアス社製）を流し込み、そのエポキシ樹脂を固化させた。固化したエポキシ樹脂に、オス型に通じる孔を設け、その孔からエチルベンゼンを流し込み、エポキシ樹脂内のオス型を溶解させ、除去した。このようにしてエポキシ樹脂製の第２メス型を作成し
た。
【００４７】
（５）粉末焼結体の作成（工程（ｅ））
まず次のようにして、高速遠心成形法により成形体を作成した。ジルコニア粉末（TZ-3YS-E、東ソー株式会社製）７０質量％、水２８質量％およびポリカルボン酸アンモニウム２質量％を混合し、タービュラーミルで分散させて、泥漿を得た。この泥漿を第２メス型に適量入れ、高速冷却遠心機に装着して、１００００ｒｐｍで３．６ｋｓ間回転させた。上澄みを除去した後、沈殿部を乾燥させて、成形体を作成した。
【００４８】
この成形体を、メス型に収容したまま、１６２３Ｋで3時間加熱して、第２メス型の除
去および成形体の焼結をした。
以上のようにしてセラミックスを製造した。
【００４９】
（６）このようにして製造されたセラミックスと元型との寸法を、図２に示したａ〜ｄにより比較した。結果を表１に示した。
このセラミックスは、元型と実質的に同じ形および大きさを有していた。すなわちこのセラミックスは、所望の粉末焼結体であった。
【００５０】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】は、本発明の粉末焼結体の製造方法を含む粉末焼結体の製造プロセスである。
【図２】は、実施例で使用した元型の縦断面図である。
【図３】は、オス型前駆体を発泡膨張させる発泡膨張装置１３の説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 粉末焼結体
２ 元型
３ 第1メス型
４ オス型前駆体
７ オス型
８ 気泡
９ 第２メス型
１２ 成形体
１３ 発泡膨張装置
１４ 空気恒温槽
１５ オートクレーブ
１６ 窒素シリンダー
１７ 高圧ガス注入機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的とする粉末焼結体と同一形状の型を用いて第１メス型を作成し、この第１メス型を用いて発泡可能な樹脂製オス型前駆体を形成し、次いでこの発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡膨張させて得られる樹脂製発泡膨張オス型を用いて第２メス型を作成し、この第２メス型に粉末原料を充填成形して得られる成形体を焼結して粉末焼結体を製造することを特徴とする粉末焼結体の製造方法。
【請求項２】
樹脂製発泡膨張オス型は、前記発泡可能な樹脂製オス型前駆体に発泡剤を含浸させた後この発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡膨張させて作成される請求項１に記載の粉末焼結体の製造方法。
【請求項３】
樹脂製発泡膨張オス型は、前記発泡可能な樹脂製オス型前駆体を超臨界流体に浸漬してこの発泡可能な樹脂製オス型前駆体に超臨界流体成分を含浸させた後、この発泡可能な樹脂製オス型前駆体を常圧下に移すことにより発泡膨張させて作成される請求項１に記載の粉末焼結体の製造方法。
【請求項４】
超臨界流体は超臨界窒素である請求項３に記載の粉末焼結体の製造方法。
【請求項５】
発泡膨張オス型は、第２メス型作成工程において、溶解性溶剤によって溶解除去しうる溶剤溶解性樹脂製である請求項１〜４のいずれか1項に記載の粉末焼結体の製造方法。
【請求項６】
樹脂製発泡膨張オス型を溶解性溶剤によって溶解除去する請求項５に記載の粉末焼結体の製造方法。
【請求項７】
発泡可能な樹脂製オス型前駆体は、スチレン系重合体製である請求項１〜６のいずれか1
項に記載の粉末焼結体の製造方法。
【請求項８】
発泡可能な樹脂製オス型前駆体は、ポリスチレン製である請求項１〜７のいずれか1項
に記載の粉末焼結体の製造方法。
【請求項９】
第２メス型作成工程の成型材料が焼結工程において焼結除去される樹脂である請求項１〜８のいずれか1項に記載の粉末焼結体の製造方法。
【請求項１０】
第２メス型作成工程の成型材料が熱硬化型樹脂である請求項１〜９のいずれか1項に記載
の粉末焼結体の製造方法。
【請求項１１】
成形体は、プレス成形法、加圧鋳込み成形法、および遠心成型法からなる群から選ばれた少なくとも１種の成型方法で作成される請求項１〜１０のいずれか1項に記載の粉末焼結
体の製造方法。
【請求項１２】
成形体は、高速遠心成形で作成される請求項１〜１１のいずれか1項に記載の粉末焼結体
の製造方法。
【請求項１３】
樹脂製膨張発泡体から形成されかつ原形状物品の元型と全方向に均等の倍率の大きさを有することを特徴とする粉末焼結体成型用オス型。
【請求項１４】
樹脂製膨張発泡体が、スチレン系重合体の発泡膨張体である請求項１３に記載の粉末焼結体成型用オス型。
【請求項１５】
樹脂製膨張発泡体が、ポリスチレンの発泡膨張体である請求項１３または１４に記載の粉末焼結体成型用オス型。
【請求項１６】
樹脂製膨張発泡体が、スチレン系重合体を発泡剤で発泡して形成させた発泡膨張体である請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の粉末焼結体成型用オス型。
【請求項１７】
樹脂製膨張発泡体が、ポリスチレンを超臨界流体に浸漬して超臨界流体成分を含浸させ、これを発泡して形成させた発泡膨張体である請求項１３〜１６のいずれかに記載の粉末焼結体成型用オス型。
【請求項１８】
樹脂製膨張発泡体が、ポリスチレンを超臨界窒素流体に浸漬して窒素を含浸させ、これを発泡して形成させた発泡膨張体である請求項１３〜１７のいずれかに記載の粉末焼結体成型用オス型。
【請求項１９】
樹脂製膨張発泡体が、原形状物品の元型のロウ型、シリコン型または石膏型から作成された第１メス型により成型された発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡剤で原形状物品の元型と全方向に均等の倍率の大きさに発砲膨張して成る請求項１３〜１８のいずれか1項に
記載の粉末焼結体成型用オス型。
【請求項２０】
熱硬化型樹脂から形成されかつ原形状物品の元型と全方向に均等の倍率の大きさを有する成形体を作成できることを特徴とする粉末焼結体成型用メス型。
【請求項２１】
熱硬化型樹脂が、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびエポキシ樹脂からなる群から選ばれた少なくとも１種である請求項２０に記載の粉末焼結体成型用メス型。
【請求項２２】
熱可塑性樹脂がエポキシ樹脂である請求項２０に記載の粉末焼結体成型用メス型。
【請求項２３】
請求項１３〜１９のいずれか１項に記載された粉末焼結体成型用オス型から熱硬化型樹脂を用いて形成された粉末焼結体成型用メス型。
【請求項１】
目的とする粉末焼結体と同一形状の型を用いて第１メス型を作成し、この第１メス型を用いて発泡可能な樹脂製オス型前駆体を形成し、次いでこの発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡膨張させて得られる樹脂製発泡膨張オス型を用いて第２メス型を作成し、この第２メス型に粉末原料を充填成形して得られる成形体を焼結して粉末焼結体を製造することを特徴とする粉末焼結体の製造方法。
【請求項２】
樹脂製発泡膨張オス型は、前記発泡可能な樹脂製オス型前駆体に発泡剤を含浸させた後この発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡膨張させて作成される請求項１に記載の粉末焼結体の製造方法。
【請求項３】
樹脂製発泡膨張オス型は、前記発泡可能な樹脂製オス型前駆体を超臨界流体に浸漬してこの発泡可能な樹脂製オス型前駆体に超臨界流体成分を含浸させた後、この発泡可能な樹脂製オス型前駆体を常圧下に移すことにより発泡膨張させて作成される請求項１に記載の粉末焼結体の製造方法。
【請求項４】
超臨界流体は超臨界窒素である請求項３に記載の粉末焼結体の製造方法。
【請求項５】
発泡膨張オス型は、第２メス型作成工程において、溶解性溶剤によって溶解除去しうる溶剤溶解性樹脂製である請求項１〜４のいずれか1項に記載の粉末焼結体の製造方法。
【請求項６】
樹脂製発泡膨張オス型を溶解性溶剤によって溶解除去する請求項５に記載の粉末焼結体の製造方法。
【請求項７】
発泡可能な樹脂製オス型前駆体は、スチレン系重合体製である請求項１〜６のいずれか1
項に記載の粉末焼結体の製造方法。
【請求項８】
発泡可能な樹脂製オス型前駆体は、ポリスチレン製である請求項１〜７のいずれか1項
に記載の粉末焼結体の製造方法。
【請求項９】
第２メス型作成工程の成型材料が焼結工程において焼結除去される樹脂である請求項１〜８のいずれか1項に記載の粉末焼結体の製造方法。
【請求項１０】
第２メス型作成工程の成型材料が熱硬化型樹脂である請求項１〜９のいずれか1項に記載
の粉末焼結体の製造方法。
【請求項１１】
成形体は、プレス成形法、加圧鋳込み成形法、および遠心成型法からなる群から選ばれた少なくとも１種の成型方法で作成される請求項１〜１０のいずれか1項に記載の粉末焼結
体の製造方法。
【請求項１２】
成形体は、高速遠心成形で作成される請求項１〜１１のいずれか1項に記載の粉末焼結体
の製造方法。
【請求項１３】
樹脂製膨張発泡体から形成されかつ原形状物品の元型と全方向に均等の倍率の大きさを有することを特徴とする粉末焼結体成型用オス型。
【請求項１４】
樹脂製膨張発泡体が、スチレン系重合体の発泡膨張体である請求項１３に記載の粉末焼結体成型用オス型。
【請求項１５】
樹脂製膨張発泡体が、ポリスチレンの発泡膨張体である請求項１３または１４に記載の粉末焼結体成型用オス型。
【請求項１６】
樹脂製膨張発泡体が、スチレン系重合体を発泡剤で発泡して形成させた発泡膨張体である請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の粉末焼結体成型用オス型。
【請求項１７】
樹脂製膨張発泡体が、ポリスチレンを超臨界流体に浸漬して超臨界流体成分を含浸させ、これを発泡して形成させた発泡膨張体である請求項１３〜１６のいずれかに記載の粉末焼結体成型用オス型。
【請求項１８】
樹脂製膨張発泡体が、ポリスチレンを超臨界窒素流体に浸漬して窒素を含浸させ、これを発泡して形成させた発泡膨張体である請求項１３〜１７のいずれかに記載の粉末焼結体成型用オス型。
【請求項１９】
樹脂製膨張発泡体が、原形状物品の元型のロウ型、シリコン型または石膏型から作成された第１メス型により成型された発泡可能な樹脂製オス型前駆体を発泡剤で原形状物品の元型と全方向に均等の倍率の大きさに発砲膨張して成る請求項１３〜１８のいずれか1項に
記載の粉末焼結体成型用オス型。
【請求項２０】
熱硬化型樹脂から形成されかつ原形状物品の元型と全方向に均等の倍率の大きさを有する成形体を作成できることを特徴とする粉末焼結体成型用メス型。
【請求項２１】
熱硬化型樹脂が、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびエポキシ樹脂からなる群から選ばれた少なくとも１種である請求項２０に記載の粉末焼結体成型用メス型。
【請求項２２】
熱可塑性樹脂がエポキシ樹脂である請求項２０に記載の粉末焼結体成型用メス型。
【請求項２３】
請求項１３〜１９のいずれか１項に記載された粉末焼結体成型用オス型から熱硬化型樹脂を用いて形成された粉末焼結体成型用メス型。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２６５１５７（Ｐ２００８−２６５１５７Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１１８０７（Ｐ２００７−１１１８０７）
【出願日】平成１９年４月２０日（２００７．４．２０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１８年１２月５日 粉体粉末冶金協会発行の「粉体粉末冶金協会講演概要集 平成１８年度秋季大会」に発表
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２０日（２００７．４．２０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１８年１２月５日 粉体粉末冶金協会発行の「粉体粉末冶金協会講演概要集 平成１８年度秋季大会」に発表
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
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