鋳型材料および鋳型製造方法
【課題】鋳型の製造過程においてクラックや割れが生じ難く且つ成形物を取り出す際には鋳型を容易に破壊可能なロストワックス法に好適な鋳型材料および鋳型の製造方法を提供する。
【解決手段】鋳型を製造するためにビニロン繊維を含む埋没材２２が用いられることから、バリが無く鋳肌面も良好な鋳造品を得ることができる。すなわち、鋳型材料である埋没材に軟化温度が238(℃)のビニロン繊維が含まれていることから、その埋没材の機械的強度が高められている。そのため、上述したように埋没後、加熱して原型１４を消失させる際に、原型の構成材料との熱膨張係数の相違に起因して硬化体に引張応力が働いても、少なくともビニロン繊維の軟化温度まではそのビニロン繊維によって硬化体の機械的強度が高められているので、硬化体にクラックや割れが生ずることなく、原型が消失して鋳型が得られる。
【解決手段】鋳型を製造するためにビニロン繊維を含む埋没材２２が用いられることから、バリが無く鋳肌面も良好な鋳造品を得ることができる。すなわち、鋳型材料である埋没材に軟化温度が238(℃)のビニロン繊維が含まれていることから、その埋没材の機械的強度が高められている。そのため、上述したように埋没後、加熱して原型１４を消失させる際に、原型の構成材料との熱膨張係数の相違に起因して硬化体に引張応力が働いても、少なくともビニロン繊維の軟化温度まではそのビニロン繊維によって硬化体の機械的強度が高められているので、硬化体にクラックや割れが生ずることなく、原型が消失して鋳型が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製品の成形に用いられる鋳型材料および鋳型製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、歯科用補綴物や装身具等の小型且つ高い寸法精度が要求される金属製品の成形には、石膏や燐酸塩を鋳型材料としたロストワックス法がよく用いられる。ロストワックス法は、製造しようとする金属製品の形態を有する原型を容易に消失する材料で作製し、適宜の位置にスプルー線を取り付けて鋳型材料すなわち埋没材で埋没し、加熱して原型を消失させて空洞を有する鋳型を製造し、その鋳型の空洞に熔融金属を注入し、鋳型を破壊して金属の成形体を取り出すものである。ロストワックス法では、原型材料として低融点のワックスや樹脂(キャストパターンレジン)、或いは光造形に用いる光硬化型樹脂が用いられる。
【０００３】
上記ロストワックス法において、鋳型の耐熱性や強度を高めるための提案が種々為されている。例えば、歯科用石膏系埋没材組成物において、α−半水石膏と石英またはクリストバライトとから成る混合物に四弗化エチレン樹脂を微量混合したものが知られている(例えば特許文献１を参照)。上記半水石膏は結合材として、石英またはクリストバライトは耐火材としてそれぞれ機能するもので、上記埋没材組成物は、燐酸塩系埋没材に比較して耐熱性に劣る石膏系埋没材の耐熱性を高めようとしたものである。四弗化エチレン樹脂は加熱時にガス化して石膏と反応し、耐熱性を有する弗化カルシウム(CaF2)を生成する。そのため、上記埋没材組成物を鋳型作製に用いると、生成した弗化カルシウムは繊維状となって鋳型内に微細且つ均一に分布して、耐熱性の劣る石膏と熔融合金とが直接接触することを防止するので、鋳型としての耐熱性が向上させられるとされている。
【０００４】
また、光硬化樹脂消失モデル用鋳型材料の骨材成分として、ジルコンサンド、ジルコンフラワー、熔融シリカ、珪石、ガラス繊維を粉砕したミルドファイバーの混合物を用いるものが知られている(例えば特許文献２を参照。)。この鋳型材料は、ジルコンサンドおよびジルコンフラワーを骨材の主成分とする耐熱性に優れた鋳型材料の強度をミルドファイバーを添加することで高めようとしたものである。
【０００５】
また、繊維および耐火性充填剤を含む乾燥混合物とゾル状結合剤とを含むインベストメント鋳造用シェル鋳型に用いる混合物が知られている(例えば特許文献３を参照。)。この材料は、シェル鋳型の強度向上を目的として耐火性繊維を添加する場合に十分な成形体強度とスラリーの流動性を得るためには多量のポリマーの添加が必要になる問題を回避しようとしたもので、コロイダルシリカ、エチルシリケート、イオン珪酸塩等のゾル状結合剤を用いることにより、成形体強度を向上させるための添加物が無用になる利点があるとされている。上記繊維としては、耐火性繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、有機繊維、炭素繊維等が挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−１９２７７８号公報
【特許文献２】特開２００６−２４７６８５号公報
【特許文献３】特表２００８−５３４２８６号公報
【特許文献４】特開２００１−０３０２１５号公報
【特許文献５】特開２００１−０７９８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ロストワックス法において鋳型を製造するに際して、強度向上対策が何ら施されていない鋳型材料を用いると、鋳型を製造するための原型消失過程において鋳型にクラックや割れが生ずる場合があった。原型がワックスから成る場合には消失時に大量の水蒸気が発生することが、原型が樹脂から成る場合には熱膨張の不整合(樹脂の熱膨張率が鋳型材料のそれに比較して大きい)が、それぞれ原因として推定される。特に、光硬化型樹脂では消失温度が600〜700(℃)程度と比較的高く、且つ熱膨張係数が20×10-5(/℃)であって石膏系埋没材の2×10-5(/℃)に比較して著しく大きいことからクラックや割れが発生し易い傾向にある。また、熱膨張係数が0.5×10-5(/℃)程度と石膏系埋没材よりも更に小さい燐酸塩系埋没材が用いられる場合には、原型樹脂との熱膨張差が一層大きくなるので、クラックや割れが一層生じ易い。クラックが生じた鋳型を用いて鋳込みを実施すると、鋳造品にバリが発生することとなる。
【０００８】
これに対して、強度が比較的高い材料を埋没材として用い、或いは、加熱の際の昇温速度を低くする等の対策を講じたが、クラックや割れを抑制することはできなかった。また、前記特許文献１〜３に記載されているような種々の強度向上対策を施した鋳型材料を用いることが考えられるが、何れの材料を用いても、製造工程が長く且つ複雑化したり、良好な鋳肌面や寸法精度が得られない等、満足できる結果は得られないのが現状である。また、金属の成形体を取り出す際に鋳型を破壊するロストワックス法では、その鋳型を容易に破壊し得ることが望まれるが、前記の各鋳型材料では高い耐熱性を有する繊維状の弗化カルシウム、ミルドファイバー、耐火性繊維等を鋳型の強度を高める目的で生成させ或いは添加することから、鋳型の破壊が困難になる。
【０００９】
上述したように、鋳型材料には、鋳型製造時は強度向上が望まれる反面で、鋳込み時は鋳型を容易に破壊できることが望まれるという相反する課題が存する。本発明者は、このような課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、原型を消失させて鋳型を製造する際の鋳型のクラックや割れは200(℃)以下の温度範囲で生ずることを見出した。本発明は、斯かる知見に基づいて為されたもので、その目的は、鋳型の製造過程においてクラックや割れが生じ難く且つ成形物を取り出す際には鋳型を容易に破壊可能なロストワックス法に好適な鋳型材料および鋳型の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
斯かる目的を達成するため、第１発明の要旨とするところは、耐火物粉末および無機結合剤を含むロストワックス法に用いられる鋳型材料であって、軟化温度が190(℃)以上の有機繊維を含むことにある。
【００１１】
また、第２発明の要旨とするところは、原型を埋没材に埋没して加熱することによりその原型を消失させると共にその埋没材を硬化させて鋳型を製造する方法であって、前記第１発明の前記鋳型材料を前記埋没材として用いると共に、前記加熱過程において600(℃)以上の温度で前記有機繊維を消失させることにある。
【発明の効果】
【００１２】
前記第１発明によれば、鋳型材料に軟化温度が190(℃)以上の有機繊維が含まれていることから、鋳型材料の機械的強度がその有機繊維によって高められる。そのため、この鋳型材料を埋没材としてロストワックス法に用いると、加熱して原型を消失させる際に水蒸気が発生し或いは熱膨張の不整合が生じても、少なくとも200(℃)程度までは有機繊維によって強度が高められた状態にあるので、鋳型にクラックや割れが生ずることが抑制される。また、有機繊維が用いられているため、上記加熱処理の際に分解して消失するので、強度向上効果は鋳型の製造時のみに働くこととなる。そのため、鋳型の使用時において鋳造製品を取り出す際にはその鋳型を容易に破壊でき、しかも、有機繊維の消失により多くの連通気孔が形成されることから鋳型の通気性が向上するので、鋳込み時に溶湯を流し込み易く、鋳肌面に優れた鋳造品を得ることができる。また、有機繊維はガラス繊維やセラミック繊維のように皮膚に刺さることがないため、鋳型材料の調製時、鋳型の製造時、および鋳造時等の何れの段階においても作業の安全性が高い利点もある。
【００１３】
また、前記第２発明によれば、上記第１発明の鋳型材料が埋没材として用いられ、原型を消失させると共に埋没材を硬化させるための加熱過程において、600(℃)以上の温度で前記有機繊維が消失させられることから、前述したように鋳型のクラックや割れが好適に抑制されると共に、鋳造製品を取り出す際には鋳型を容易に破壊できる。
【００１４】
なお、添加する有機繊維は、原型を埋没して加熱した際に、クラックや割れの原因になる原型からのガスの発生や原型の熱膨張等が生じる段階まで強度向上効果が保たれることが必要である。原型材料は、埋没材で埋没した後の加熱工程で消失するものであれば特に限定されず、良く知られるワックスや樹脂等から適宜選択することができるが、有機繊維の構成材料は、ワックスから成る原型が用いられる場合においてはその水蒸気の発生温度において、樹脂から成る原型が用いられる場合においてはそのガラス転移点および融点において、それぞれ分解や消失が生じない材料から成るものであればよい。ロストワックス法に用いられる原型材料では、上記水蒸気発生温度・ガラス転移点・融点はせいぜい200(℃)程度であるので、軟化温度が190(℃)以上の有機繊維を用いれば、水蒸気発生や樹脂のガラス転移等に伴うクラック等を抑制できる。軟化温度が190(℃)以上であれば、特に限定されず種々の有機繊維を用いることができる。なお、光硬化型樹脂は300(℃)程度まで残存するが、本発明者の試験結果によれば、前述したように鋳型のクラックや割れは200(℃)以下で生じ、これよりも高温では樹脂が残存していても特に問題は生じない。
【００１５】
因みに、パルプ繊維等の天然繊維、ポリプロピレン繊維やアクリル繊維等の合成繊維、グラスウール等の無機繊維等を添加して無機材料から成る成形体等の強度を高めることは、前述したようなロストワックス法に用いられる鋳型材料に限られず、従来から種々の無機材料に対して行われている。例えば、外壁材や屋根材等の外装材として用いられる繊維補強無機硬化体を製造するに際して、逆流式混合機等を用いて、ビニロン等の繊維を乾式解繊しながらその繊維に付着剤を噴霧し、還元期スラグおよび石膏等から成るマトリックス材料の一部を繊維の周りに付着させ、次いで残りのマトリックス材料を加えて混練し、成形硬化する製造方法が知られている(例えば特許文献４を参照。)。上記無機硬化体の製造方法は、繊維の分散液にマトリックス材料を加えて混合する方法では分散性や繊維とマトリックス材料との密着性が不十分になることを改善しようとするものである。上記のように付着剤を噴霧して繊維とマトリックス材料を予備混合することにより、繊維の分散性が向上するものとされている。
【００１６】
また、第一分割型と第二分割型との間に形成した型窩内に、セメント、モルタル、石膏等の水硬性無機質成形材料を注入し、水抜き孔からその余剰水分を脱水して硬化させる注入脱水成形法を用いて鬼瓦等の複雑な凹凸形状を有する無機質成形体を製造するに際して、その水硬性無機質成形材料に、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール等の無機性繊維、ビニロン系合成繊維等の有機性繊維の補強材を添加することが知られている(例えば特許文献５を参照。)。なお、上記製造方法は、無機質成形体の注入口近傍の部分が多量の余剰水分を含有する水硬性無機質成形材料と接触していることから、その注入口を型窩狭隘部に開口することにより、その注入口近傍の部分を薄肉にして脱水性を改善し、無機質成形体の強度を高めようとするものである。
【００１７】
しかしながら、これらは何れも繊維を添加することによって高強度の成形物を得るもので、繊維は成形物に残存したままである上、添加する繊維の物性については特に示されていない。
【００１８】
ここで、好適には、前記有機繊維は、アクリル、ビニロン、アラミドの少なくとも一種から成るものである。これらは軟化点が190(℃)以上であることから好適に用いられる。強度を一層高めるためには、これらの中でも引張強さが特に高いビニロンおよびアラミドが好ましく、アラミドが最も好ましい。
【００１９】
また、好適には、前記有機繊維は、前記耐火物粉末および前記無機結合剤の合計量100重量部に対して0.3乃至0.5重量部の範囲で含まれるものである。このようにすれば、調製する際の分散性や原型を埋没する際の流動性が高く、鋳型製造時にクラックや割れの生じ難い鋳型材料が得られる。有機繊維を添加することによる強度向上効果を十分に得るためには、添加量が多い方が好ましく、0.3重量部以上添加することが好ましい。一方、添加量が多くなるほど繊維が相互に絡み易くなると共に鋳型材料の流動性も低下する傾向があるので、高い分散性や流動性を保つためには0.5重量部以下に留めることが好ましい。
【００２０】
また、好適には、前記有機繊維は、1乃至3(mm)の範囲内の長さ寸法を有するものである。このようにすれば、調製する際の分散性や原型を埋没する際の流動性が高く、鋳型製造時にクラックや割れの生じ難い鋳型材料が得られる。有機繊維を添加することによる強度向上効果を十分に得るためには、繊維長が長い方が好ましく、1(mm)以上であることが好ましい。一方、繊維長が長くなるほど繊維が相互に絡み易くなると共に鋳型材料の流動性も低下する傾向があるので、高い分散性や流動性を保つためには繊維長を3(mm)以下に留めることが好ましい。
【００２１】
また、好適には、前記有機繊維は、相互に長さの異なる複数種類のものが混合して用いられる。このようにすれば、単一の長さ寸法のものが用いられる場合に比較して一層の強度向上効果が得られる。例えば、2(mm)程度のものを20(wt%)、3(mm)程度のものを80(wt%)程度の割合で用いると特に高い強度を得ることができる。また、複数種類の長さ寸法の繊維は、例えば、3(mm)以上の長さ寸法のものを無作為に適宜の寸法に切断して用いることもできる。
【００２２】
また、好適には、前記有機繊維は、0.5乃至30(μm)の範囲内の太さ寸法を有するものである。このようにすれば、添加量を比較的少なくしても鋳型製造時のクラックや割れを十分に抑制できる。有機繊維が細くなるほど繊維自体の強度が低くなることから強度向上効果が得られがたくなるので、太さ寸法は0.5(μm)以上が好ましい。一方、有機繊維が太くなるほど十分に強度を高めるために必要な添加量が多くなるので、太さ寸法は30(μm)以下が好ましい。同様な理由から、太さ寸法は10〜20(μm)の範囲が最も好ましい。
【００２３】
また、好適には、前記鋳型材料は、歯科または装飾用に用いられるものである。本発明の鋳型材料は、クラックや割れが抑制され且つ鋳造時の鋳型の破壊も容易であることから、小さく且つ高い寸法精度を要求される金属製品の製造に好適に用い得るので、歯科や装飾用に好適である。
【００２４】
また、好適には、前記原型は光硬化型樹脂から成るものである。本発明の鋳型材料は、上述したように鋳型製造時の加熱温度が比較的高い場合でも樹脂の熱膨張に起因するクラックや割れなどが抑制されているので、処理温度が高い光硬化型樹脂にも特に工程や作業方法を変更することなく用い得る。
【００２５】
また、好適には、前記鋳型材料は、耐火物粉末としてクリストバライト、珪砂、スピネル、およびマグネシアの少なくとも一種を含むものである。本発明は、歯科および装飾用に一般的に用いられるこれらの耐火物粉末を含む鋳型材料に好適に適用される。
【００２６】
また、好適には、前記鋳型材料は、無機結合剤として石膏または燐酸塩を含むものである。本発明は、歯科および装飾用に一般的に用いられる石膏系および燐酸塩系の鋳型材料に好適に適用される。なお、耐火物粉末と無機結合剤の混合比は所望する鋳型の特性に応じて適宜定められるが、石膏系鋳型材料においては、例えば、石膏を20〜40重量部に対して前記耐火物粉末を80〜60重量部、合計100重量部となるように混合する。また、燐酸塩系鋳型材料においては、例えば、燐酸塩を3〜15重量部に対して前記耐火物粉末を97〜85重量部、合計100重量部となるように混合する。なお、燐酸塩系鋳型材料は石膏系鋳型材料に比較して熱膨張係数が小さく、原型との熱膨張量の相違が一層大きいことから、これを用いる場合には、前記有機繊維は引張強度の高いアラミド繊維を用いることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の鋳型材料を用いた鋳型により製造した歯冠を示す断面図である。
【図２】図１の歯冠を製造するための原型を台座に取り付けた状態で示す図である。
【図３】図２の原型を歯科用埋没材で埋没した状態を示す図である。
【図４】原型が消失して得られた鋳型を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【００２９】
図１は、歯科用補綴物の一種である歯冠１０の一例を示す断面図である。この歯冠１０は、鋳造用金合金や鋳造用銀合金等の良く知られた歯科用合金から成る金属製歯冠で、ロストワックス法によって鋳込み成形されたものであり、歯１２に装着された状態で示している。
【００３０】
図２〜図４は、上記の歯冠１０を鋳込み成形するための鋳型２８の製造方法を説明するための図である。なお、通常は１個の鋳型で複数個の歯冠を鋳造するが、図２〜図４では説明の便宜上１個取りの図で示した。図２は、原型１４にスプルー線１６を植立し、台座１８に移した段階を示している。原型１４は、歯科用に好適な光造形樹脂(例えばEnvisionTEC社製WIC300)から成るもので、例えば、歯冠１０を装着する歯１２の型をとって、光造形法を用いて作製される。また、スプルー線１６は、歯科用ワックス(例えばGC社製レディーキャスティングワックス)から成るもので、後述するように溶湯導入路３０を形成するために取り付けられる。
【００３１】
次いで、図３に示すように、台座１８に例えば金属製又はゴム製の鋳造用リング２０を設置して、この内側に歯科用埋没材２２を流し込み、原型１４を埋没する。この歯科用埋没材２２は、例えば常温硬化性の石膏系材料(例えば(株)ノリタケデンタルサプライ販売のフォルテ)に、ビニロン繊維等の有機繊維を混合したものである。
【００３２】
上記石膏系材料は、石膏、セラミック粉、硬化時間調整剤、硬化膨張調整剤、流動性調整剤などを含むものである。セラミック粉は、鋳造する金属の熱膨張係数に応じて、例えば、クリストバライト、珪砂、スピネル、マグネシアの中から１または２種以上が用いられる。また、石膏は20〜40重量部、セラミック粉は80〜60重量部の範囲で、それらの合計が100重量部となるようにそれぞれ含まれる。この石膏系材料の熱膨張係数は2.1×10-5(/℃)程度であるが、前記光造形樹脂WIC300の熱膨張係数は22.0×10-5(/℃)程度であるから、熱膨張係数は一桁相違し、光造形樹脂の方が著しく大きい。
【００３３】
また、上記ビニロン繊維は、例えば、長さ2(mm)、直径15(μm)程度の市販品(例えばユニチカ(株)製ＦＧＮ)で、軟化温度が238(℃)程度、引張強さが687〜1470(MPa)程度、ヤング係数が11〜37(GPa)程度、比重が1.3程度の物性を有する。本実施例では、石膏系材料100重量部に対してビニロン繊維を0.5重量部程度添加する。繊維の混合方法は特に限定されず、粉体の混合一般に用いられている適宜の方法を採りうるが、例えば、ミキサー、Ｖミキサー、攪拌機、プラネタリミキサーなどで乾式混合すればよい。また、埋没材２２の調製時には、粉体(石膏とセラミック粉)100重量部に対して水を20〜40重量部程度(例えば30重量部)添加し、1分間程度攪拌した後にリング２０内に流し込む。
【００３４】
次いで、30分間程度放置して歯科用埋没材２２が硬化した後、その硬化体２４から台座１８および鋳造用リング２０を取り外し、例えば700(℃)に加熱した電気炉内に硬化体２４を入れ、１時間程度加熱する。これにより、図４に示すように、原型１４およびスプルー線１６が焼却除去され、その原型１４の存在した部分が空隙部２６となった鋳型２８が得られる。その際、スプルー線１６が存在した部分には金属溶湯を流し込むための溶湯導入路３０が形成される。この鋳型２８に溶湯導入路３０から金属溶湯を流し込み、硬化後、鋳型２８を破壊して鋳造品を取出し、研磨を施すことで前記歯冠１０が得られる。
【００３５】
本実施例によれば、上述したように鋳型２８を製造するためにビニロン繊維を含む埋没材２２が用いられることから、バリが無く鋳肌面も良好な鋳造品を得ることができる。すなわち、鋳型材料である埋没材２２に軟化温度が238(℃)のビニロン繊維(すなわち軟化温度が190(℃)以上の有機繊維)が含まれていることから、その埋没材２２の機械的強度が高められている。そのため、上述したように埋没後、加熱して原型１４を消失させる際に、原型１４の構成材料(光造形樹脂WIC300)との熱膨張係数の相違に起因して硬化体２４に引張応力が働いても、少なくともビニロン繊維の軟化温度まではそのビニロン繊維によって硬化体２４の機械的強度が高められているので、硬化体２４にクラックや割れが生ずることなく、原型１４が消失して鋳型２８が得られる。
【００３６】
しかも、硬化体２４の機械的強度を高めるために用いられるビニロン繊維は加熱処理の際に分解して消失するので、強度向上効果は鋳型２８の製造時のみに働く。そのため、鋳造品を取り出す際には鋳型２８を容易に破壊でき、しかも、鋳肌面に優れた鋳造品を得ることができた。更に、鋳型２８にはビニロン繊維の消失跡に気孔が形成されるので、鋳込み時に金属溶湯を流し込み易い利点もある。また、ビニロン繊維はガラス繊維やセラミック繊維のように皮膚に刺さることがないため、埋没材２２の調製時、鋳型２８の製造時、および鋳造時等の何れの段階においても作業の安全性が高い利点もある。なお、歯冠１０の寸法精度は、例えば、適合性が150(μm)程度と高く、有機繊維を添加しても寸法精度に変化は認められなかった。
【００３７】
なお、上記の実施例においては、無機結合剤として石膏が含まれる歯科用埋没材２２が用いられた場合を説明したが、歯科用として同様に一般的に用いられている燐酸塩系材料も同様に用い得る。燐酸塩系材料としては、例えば、リン酸アンモニウムを3〜15重量部、セラミック粉を97〜85重量部の範囲で、それらの合計が100重量部となるようにそれぞれ含むものが好ましい。このような燐酸塩系材料としては、例えば、(株)ノリタケデンタルサプライ販売のスーパーベストが挙げられる。セラミック粉は、石膏系材料の場合と同様に、鋳造する金属の熱膨張に合わせてクリストバライト、珪砂、スピネル、マグネシアから１種類または２種類以上が用いられる。また、前記硬化時間調整剤等も同様に適宜含まれる。
【００３８】
このような燐酸塩系材料にも前述したように有機繊維を添加することで、原型１４の消失過程における機械的強度を十分に高め、クラックや割れの発生を抑制できる。但し、燐酸塩系材料は石膏系材料に比較して熱膨張係数が小さく、原型１４を構成する光造形樹脂との熱膨張係数の差が一層大きいことから、強度的に優れたアラミド繊維を用いることが好ましい。なお、燐酸塩系材料においては、使用時に上記粉体(燐酸塩とセラミック粉)100重量部に対して15〜30重量部(例えば20重量部)のコロイダルシリカ液を添加する。
【実施例１】
【００３９】
以下、具体例について更に説明する。
石膏系埋没材100重量部にビニロン繊維(何れも前述)を0.1、0.3、0.5重量部の各割合で混合し、前述した工程に従って鋳型を作製して歯冠１０の鋳込みを実施した。ビニロン繊維の添加量が0.3重量部または0.5重量部のものでは鋳造品にバリ等は認められず、鋳肌面も良好であった。また、寸法精度の変化も認められなかった。一方、ビニロン繊維の添加量が0.1重量部では鋳造品にバリが発生した。したがって、有機繊維の添加量は埋没材100重量部に対して0.3重量部以上とすることが好ましい。
【実施例２】
【００４０】
燐酸塩系埋没材(例えば(株)トクヤマデンタル製ラピズモールド或いはニューラピズモールド)に、長さ寸法が2(mm)程度で直径が15(μm)のアラミド繊維(例えば帝人テクノプロダクツ(株)製テクノーラ、チョップド繊維)を、埋没材100重量部に対して0.5重量部の割合で添加し、十分に混合した後、粉体100重量部に対してコロイダルシリカを20重量部の割合で添加し、以下、前記各実施例と同様にして鋳型を作製して歯冠１０の鋳込みを実施した。この結果、バリが無く、鋳肌面も良好な鋳造品が得られた。また、寸法精度の変化も認められなかった。
【実施例３】
【００４１】
石膏系埋没材100重量部にビニロン繊維を0.3、0.5重量部の各割合で添加し、十分に混合した。なお、石膏系埋没材は前述した各実施例と同じものを用いたが、ビニロン繊維は、前述した各実施例で用いた長さ寸法が2(mm)のものと、同じもので長さ寸法のみが3(mm)とされたものを用意し、長さ寸法2(mm)：3(mm)を20：80の重量割合で混合して用いた。このような埋没材を用いて、前記各実施例と同様にして鋳型を製造し、歯冠１０の鋳込みを実施したところ、本実施例においても、0.3重量部、0.5重量部何れの添加量の場合にも、バリが無く、鋳肌面も良好な鋳造品が得られた。また、寸法精度の変化も認められなかった。
【実施例４】
【００４２】
石膏系埋没材100重量部にビニロン繊維を0.3、0.5重量部の各割合で添加し、十分に混合した。なお、石膏系埋没材は前述した各実施例と同じものを用いたが、ビニロン繊維は、長さ寸法が4(mm)と長い他は前述した各実施例で用いたものと同じものを用意し、これを無作為に切断したものを用いた。このような埋没材を用いて、前記各実施例と同様にして鋳型を製造し、歯冠１０の鋳込みを実施したところ、0.3重量部、0.5重量部何れの添加量の場合にも、バリが無く、鋳肌面も良好な鋳造品が得られた。また、寸法精度の変化も認められなかった。
【００４３】
［比較例１］
また、比較例として、ビニロン繊維等の有機繊維を何ら添加しない他は前記実施例１で用いたものと同様な石膏系埋没材を用意し、前記実施例と同様な手順に従って鋳型を３個製造した。２個は製造過程で割れ、鋳造ができなかった。残る１個は割れていなかったが、歯冠１０の鋳込みを実施したところ、鋳造物に大きなバリが発生した。有機繊維を添加しない場合には、硬化体２４の強度が不足するため、原型１４の消失過程でクラックが生じるものと考えられる。
【００４４】
［比較例２］
石膏系埋没材100重量部に長さが4(mm)である他は前述した各実施例に用いたものと同じビニロン繊維を0.1、0.3、0.5重量部の各割合で添加し、十分に混合した。この混合粉を用いて前記各実施例と同様にして鋳型を製造し、歯冠１０の鋳込みを実施したところ、何れの添加割合でも鋳造物にバリが生じた。添加した有機繊維の長さ寸法が3(mm)を越えると、埋没材を調製する際に繊維が絡みやすくなると共に、原型１４を埋没する際の流動性が不十分になる場合があるものと考えられる。
【実施例５】
【００４５】
前述した石膏系埋没材に、表１に示した物性を有する繊維をそれぞれ添加した。何れの繊維も、繊維直径が15(μm)で長さ寸法2(mm)、3(mm)のものを、2(mm)：3(mm)を2：8の重量割合で混合したものを0.5(wt%)添加し、十分に混合したものを準備した。このようにして用意した粉体を用いて、前記各実施例と同様にして鋳型を製造し、歯冠１０の鋳込みを実施した。鋳造結果を表１の右端「鋳造結果 石膏系」欄に示す。表１の鋳造結果欄において、○は鋳造欠陥無し、△は小さなバリが見られるが概ね良好、×はバリ発生または鋳型に割れが発生したものである。
【００４６】
【表１】
【実施例６】
【００４７】
また、石膏系埋没材に代えて燐酸塩系埋没材(例えばWhip Mix社製FastFire)を用いた他は上記実施例５と同様にして上記表１に示した繊維をそれぞれ添加して埋没材を用意した。このようにして用意した粉体100重量部にコロイダルシリカを20重量部の割合で添加し、前記各実施例と同様にして鋳型を製造し、歯冠１０の鋳込みを実施した。なお、埋没後の加熱処理はFastFireの指定に従い850(℃)に加熱した炉に投入して30分繋留後に取り出した。鋳造結果を前記表１の右端の「鋳造結果 燐酸塩系」欄に示す。
【００４８】
上記表１に示す評価結果によれば、石膏系埋没材、燐酸塩系埋没材の何れを用いた場合にも、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびナイロン繊維を添加しても、鋳型２８の製造時に割れやクラックを十分に抑制することはできず、鋳造品すなわち歯冠１０にバリが生ずることは抑制できない。これらは軟化温度が180(℃)以下と比較的低いことから、原型１４の消失過程において引張応力が作用しなくなる前、すなわち200(℃)に至る前に引張強度が著しく低下し、補強効果が得られないものと考えられる。
【００４９】
また、石膏系埋没材を用いた場合には、アクリル繊維を添加すると、鋳型にクラックが生じ難くなって、小さなバリが生ずる程度まで鋳造品の品質が改善する。また、ビニロンおよびアラミド繊維を添加すると、鋳型にクラックが認められず、鋳造品に全く欠陥が生じない結果となった。この結果によれば、鋳型にクラックが生ずることを十分に抑制し、鋳造品の欠陥を防止するためには、軟化温度が200(℃)程度以上の有機繊維を用いることが一層好ましいものと考えられる。また、強度が高い方が好ましいと言える。
【００５０】
また、燐酸塩系埋没材を用いた場合には、アラミド繊維を用いた場合のみ鋳造欠陥が無く、他の繊維では何れも鋳造品にバリが生じ、或いは鋳型が割れる結果となった。前述したように、燐酸塩系埋没材は石膏系埋没材に比較して熱膨張係数が小さいことから、原型材料との熱膨張差が一層大きくなるため、これにより生ずる引張応力に抗して鋳型のクラックや割れを抑制するためには、引張強度の高い繊維を添加することが必要になるものと考えられる。
【００５１】
以上、本発明を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。
【符号の説明】
【００５２】
１０：歯冠、１４：原型、１６：スプルー線、１８：台座、２０：鋳造用リング、２２：歯科用埋没材、２４：硬化体、２６：空隙部、２８：鋳型
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製品の成形に用いられる鋳型材料および鋳型製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、歯科用補綴物や装身具等の小型且つ高い寸法精度が要求される金属製品の成形には、石膏や燐酸塩を鋳型材料としたロストワックス法がよく用いられる。ロストワックス法は、製造しようとする金属製品の形態を有する原型を容易に消失する材料で作製し、適宜の位置にスプルー線を取り付けて鋳型材料すなわち埋没材で埋没し、加熱して原型を消失させて空洞を有する鋳型を製造し、その鋳型の空洞に熔融金属を注入し、鋳型を破壊して金属の成形体を取り出すものである。ロストワックス法では、原型材料として低融点のワックスや樹脂(キャストパターンレジン)、或いは光造形に用いる光硬化型樹脂が用いられる。
【０００３】
上記ロストワックス法において、鋳型の耐熱性や強度を高めるための提案が種々為されている。例えば、歯科用石膏系埋没材組成物において、α−半水石膏と石英またはクリストバライトとから成る混合物に四弗化エチレン樹脂を微量混合したものが知られている(例えば特許文献１を参照)。上記半水石膏は結合材として、石英またはクリストバライトは耐火材としてそれぞれ機能するもので、上記埋没材組成物は、燐酸塩系埋没材に比較して耐熱性に劣る石膏系埋没材の耐熱性を高めようとしたものである。四弗化エチレン樹脂は加熱時にガス化して石膏と反応し、耐熱性を有する弗化カルシウム(CaF2)を生成する。そのため、上記埋没材組成物を鋳型作製に用いると、生成した弗化カルシウムは繊維状となって鋳型内に微細且つ均一に分布して、耐熱性の劣る石膏と熔融合金とが直接接触することを防止するので、鋳型としての耐熱性が向上させられるとされている。
【０００４】
また、光硬化樹脂消失モデル用鋳型材料の骨材成分として、ジルコンサンド、ジルコンフラワー、熔融シリカ、珪石、ガラス繊維を粉砕したミルドファイバーの混合物を用いるものが知られている(例えば特許文献２を参照。)。この鋳型材料は、ジルコンサンドおよびジルコンフラワーを骨材の主成分とする耐熱性に優れた鋳型材料の強度をミルドファイバーを添加することで高めようとしたものである。
【０００５】
また、繊維および耐火性充填剤を含む乾燥混合物とゾル状結合剤とを含むインベストメント鋳造用シェル鋳型に用いる混合物が知られている(例えば特許文献３を参照。)。この材料は、シェル鋳型の強度向上を目的として耐火性繊維を添加する場合に十分な成形体強度とスラリーの流動性を得るためには多量のポリマーの添加が必要になる問題を回避しようとしたもので、コロイダルシリカ、エチルシリケート、イオン珪酸塩等のゾル状結合剤を用いることにより、成形体強度を向上させるための添加物が無用になる利点があるとされている。上記繊維としては、耐火性繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、有機繊維、炭素繊維等が挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−１９２７７８号公報
【特許文献２】特開２００６−２４７６８５号公報
【特許文献３】特表２００８−５３４２８６号公報
【特許文献４】特開２００１−０３０２１５号公報
【特許文献５】特開２００１−０７９８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ロストワックス法において鋳型を製造するに際して、強度向上対策が何ら施されていない鋳型材料を用いると、鋳型を製造するための原型消失過程において鋳型にクラックや割れが生ずる場合があった。原型がワックスから成る場合には消失時に大量の水蒸気が発生することが、原型が樹脂から成る場合には熱膨張の不整合(樹脂の熱膨張率が鋳型材料のそれに比較して大きい)が、それぞれ原因として推定される。特に、光硬化型樹脂では消失温度が600〜700(℃)程度と比較的高く、且つ熱膨張係数が20×10-5(/℃)であって石膏系埋没材の2×10-5(/℃)に比較して著しく大きいことからクラックや割れが発生し易い傾向にある。また、熱膨張係数が0.5×10-5(/℃)程度と石膏系埋没材よりも更に小さい燐酸塩系埋没材が用いられる場合には、原型樹脂との熱膨張差が一層大きくなるので、クラックや割れが一層生じ易い。クラックが生じた鋳型を用いて鋳込みを実施すると、鋳造品にバリが発生することとなる。
【０００８】
これに対して、強度が比較的高い材料を埋没材として用い、或いは、加熱の際の昇温速度を低くする等の対策を講じたが、クラックや割れを抑制することはできなかった。また、前記特許文献１〜３に記載されているような種々の強度向上対策を施した鋳型材料を用いることが考えられるが、何れの材料を用いても、製造工程が長く且つ複雑化したり、良好な鋳肌面や寸法精度が得られない等、満足できる結果は得られないのが現状である。また、金属の成形体を取り出す際に鋳型を破壊するロストワックス法では、その鋳型を容易に破壊し得ることが望まれるが、前記の各鋳型材料では高い耐熱性を有する繊維状の弗化カルシウム、ミルドファイバー、耐火性繊維等を鋳型の強度を高める目的で生成させ或いは添加することから、鋳型の破壊が困難になる。
【０００９】
上述したように、鋳型材料には、鋳型製造時は強度向上が望まれる反面で、鋳込み時は鋳型を容易に破壊できることが望まれるという相反する課題が存する。本発明者は、このような課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、原型を消失させて鋳型を製造する際の鋳型のクラックや割れは200(℃)以下の温度範囲で生ずることを見出した。本発明は、斯かる知見に基づいて為されたもので、その目的は、鋳型の製造過程においてクラックや割れが生じ難く且つ成形物を取り出す際には鋳型を容易に破壊可能なロストワックス法に好適な鋳型材料および鋳型の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
斯かる目的を達成するため、第１発明の要旨とするところは、耐火物粉末および無機結合剤を含むロストワックス法に用いられる鋳型材料であって、軟化温度が190(℃)以上の有機繊維を含むことにある。
【００１１】
また、第２発明の要旨とするところは、原型を埋没材に埋没して加熱することによりその原型を消失させると共にその埋没材を硬化させて鋳型を製造する方法であって、前記第１発明の前記鋳型材料を前記埋没材として用いると共に、前記加熱過程において600(℃)以上の温度で前記有機繊維を消失させることにある。
【発明の効果】
【００１２】
前記第１発明によれば、鋳型材料に軟化温度が190(℃)以上の有機繊維が含まれていることから、鋳型材料の機械的強度がその有機繊維によって高められる。そのため、この鋳型材料を埋没材としてロストワックス法に用いると、加熱して原型を消失させる際に水蒸気が発生し或いは熱膨張の不整合が生じても、少なくとも200(℃)程度までは有機繊維によって強度が高められた状態にあるので、鋳型にクラックや割れが生ずることが抑制される。また、有機繊維が用いられているため、上記加熱処理の際に分解して消失するので、強度向上効果は鋳型の製造時のみに働くこととなる。そのため、鋳型の使用時において鋳造製品を取り出す際にはその鋳型を容易に破壊でき、しかも、有機繊維の消失により多くの連通気孔が形成されることから鋳型の通気性が向上するので、鋳込み時に溶湯を流し込み易く、鋳肌面に優れた鋳造品を得ることができる。また、有機繊維はガラス繊維やセラミック繊維のように皮膚に刺さることがないため、鋳型材料の調製時、鋳型の製造時、および鋳造時等の何れの段階においても作業の安全性が高い利点もある。
【００１３】
また、前記第２発明によれば、上記第１発明の鋳型材料が埋没材として用いられ、原型を消失させると共に埋没材を硬化させるための加熱過程において、600(℃)以上の温度で前記有機繊維が消失させられることから、前述したように鋳型のクラックや割れが好適に抑制されると共に、鋳造製品を取り出す際には鋳型を容易に破壊できる。
【００１４】
なお、添加する有機繊維は、原型を埋没して加熱した際に、クラックや割れの原因になる原型からのガスの発生や原型の熱膨張等が生じる段階まで強度向上効果が保たれることが必要である。原型材料は、埋没材で埋没した後の加熱工程で消失するものであれば特に限定されず、良く知られるワックスや樹脂等から適宜選択することができるが、有機繊維の構成材料は、ワックスから成る原型が用いられる場合においてはその水蒸気の発生温度において、樹脂から成る原型が用いられる場合においてはそのガラス転移点および融点において、それぞれ分解や消失が生じない材料から成るものであればよい。ロストワックス法に用いられる原型材料では、上記水蒸気発生温度・ガラス転移点・融点はせいぜい200(℃)程度であるので、軟化温度が190(℃)以上の有機繊維を用いれば、水蒸気発生や樹脂のガラス転移等に伴うクラック等を抑制できる。軟化温度が190(℃)以上であれば、特に限定されず種々の有機繊維を用いることができる。なお、光硬化型樹脂は300(℃)程度まで残存するが、本発明者の試験結果によれば、前述したように鋳型のクラックや割れは200(℃)以下で生じ、これよりも高温では樹脂が残存していても特に問題は生じない。
【００１５】
因みに、パルプ繊維等の天然繊維、ポリプロピレン繊維やアクリル繊維等の合成繊維、グラスウール等の無機繊維等を添加して無機材料から成る成形体等の強度を高めることは、前述したようなロストワックス法に用いられる鋳型材料に限られず、従来から種々の無機材料に対して行われている。例えば、外壁材や屋根材等の外装材として用いられる繊維補強無機硬化体を製造するに際して、逆流式混合機等を用いて、ビニロン等の繊維を乾式解繊しながらその繊維に付着剤を噴霧し、還元期スラグおよび石膏等から成るマトリックス材料の一部を繊維の周りに付着させ、次いで残りのマトリックス材料を加えて混練し、成形硬化する製造方法が知られている(例えば特許文献４を参照。)。上記無機硬化体の製造方法は、繊維の分散液にマトリックス材料を加えて混合する方法では分散性や繊維とマトリックス材料との密着性が不十分になることを改善しようとするものである。上記のように付着剤を噴霧して繊維とマトリックス材料を予備混合することにより、繊維の分散性が向上するものとされている。
【００１６】
また、第一分割型と第二分割型との間に形成した型窩内に、セメント、モルタル、石膏等の水硬性無機質成形材料を注入し、水抜き孔からその余剰水分を脱水して硬化させる注入脱水成形法を用いて鬼瓦等の複雑な凹凸形状を有する無機質成形体を製造するに際して、その水硬性無機質成形材料に、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール等の無機性繊維、ビニロン系合成繊維等の有機性繊維の補強材を添加することが知られている(例えば特許文献５を参照。)。なお、上記製造方法は、無機質成形体の注入口近傍の部分が多量の余剰水分を含有する水硬性無機質成形材料と接触していることから、その注入口を型窩狭隘部に開口することにより、その注入口近傍の部分を薄肉にして脱水性を改善し、無機質成形体の強度を高めようとするものである。
【００１７】
しかしながら、これらは何れも繊維を添加することによって高強度の成形物を得るもので、繊維は成形物に残存したままである上、添加する繊維の物性については特に示されていない。
【００１８】
ここで、好適には、前記有機繊維は、アクリル、ビニロン、アラミドの少なくとも一種から成るものである。これらは軟化点が190(℃)以上であることから好適に用いられる。強度を一層高めるためには、これらの中でも引張強さが特に高いビニロンおよびアラミドが好ましく、アラミドが最も好ましい。
【００１９】
また、好適には、前記有機繊維は、前記耐火物粉末および前記無機結合剤の合計量100重量部に対して0.3乃至0.5重量部の範囲で含まれるものである。このようにすれば、調製する際の分散性や原型を埋没する際の流動性が高く、鋳型製造時にクラックや割れの生じ難い鋳型材料が得られる。有機繊維を添加することによる強度向上効果を十分に得るためには、添加量が多い方が好ましく、0.3重量部以上添加することが好ましい。一方、添加量が多くなるほど繊維が相互に絡み易くなると共に鋳型材料の流動性も低下する傾向があるので、高い分散性や流動性を保つためには0.5重量部以下に留めることが好ましい。
【００２０】
また、好適には、前記有機繊維は、1乃至3(mm)の範囲内の長さ寸法を有するものである。このようにすれば、調製する際の分散性や原型を埋没する際の流動性が高く、鋳型製造時にクラックや割れの生じ難い鋳型材料が得られる。有機繊維を添加することによる強度向上効果を十分に得るためには、繊維長が長い方が好ましく、1(mm)以上であることが好ましい。一方、繊維長が長くなるほど繊維が相互に絡み易くなると共に鋳型材料の流動性も低下する傾向があるので、高い分散性や流動性を保つためには繊維長を3(mm)以下に留めることが好ましい。
【００２１】
また、好適には、前記有機繊維は、相互に長さの異なる複数種類のものが混合して用いられる。このようにすれば、単一の長さ寸法のものが用いられる場合に比較して一層の強度向上効果が得られる。例えば、2(mm)程度のものを20(wt%)、3(mm)程度のものを80(wt%)程度の割合で用いると特に高い強度を得ることができる。また、複数種類の長さ寸法の繊維は、例えば、3(mm)以上の長さ寸法のものを無作為に適宜の寸法に切断して用いることもできる。
【００２２】
また、好適には、前記有機繊維は、0.5乃至30(μm)の範囲内の太さ寸法を有するものである。このようにすれば、添加量を比較的少なくしても鋳型製造時のクラックや割れを十分に抑制できる。有機繊維が細くなるほど繊維自体の強度が低くなることから強度向上効果が得られがたくなるので、太さ寸法は0.5(μm)以上が好ましい。一方、有機繊維が太くなるほど十分に強度を高めるために必要な添加量が多くなるので、太さ寸法は30(μm)以下が好ましい。同様な理由から、太さ寸法は10〜20(μm)の範囲が最も好ましい。
【００２３】
また、好適には、前記鋳型材料は、歯科または装飾用に用いられるものである。本発明の鋳型材料は、クラックや割れが抑制され且つ鋳造時の鋳型の破壊も容易であることから、小さく且つ高い寸法精度を要求される金属製品の製造に好適に用い得るので、歯科や装飾用に好適である。
【００２４】
また、好適には、前記原型は光硬化型樹脂から成るものである。本発明の鋳型材料は、上述したように鋳型製造時の加熱温度が比較的高い場合でも樹脂の熱膨張に起因するクラックや割れなどが抑制されているので、処理温度が高い光硬化型樹脂にも特に工程や作業方法を変更することなく用い得る。
【００２５】
また、好適には、前記鋳型材料は、耐火物粉末としてクリストバライト、珪砂、スピネル、およびマグネシアの少なくとも一種を含むものである。本発明は、歯科および装飾用に一般的に用いられるこれらの耐火物粉末を含む鋳型材料に好適に適用される。
【００２６】
また、好適には、前記鋳型材料は、無機結合剤として石膏または燐酸塩を含むものである。本発明は、歯科および装飾用に一般的に用いられる石膏系および燐酸塩系の鋳型材料に好適に適用される。なお、耐火物粉末と無機結合剤の混合比は所望する鋳型の特性に応じて適宜定められるが、石膏系鋳型材料においては、例えば、石膏を20〜40重量部に対して前記耐火物粉末を80〜60重量部、合計100重量部となるように混合する。また、燐酸塩系鋳型材料においては、例えば、燐酸塩を3〜15重量部に対して前記耐火物粉末を97〜85重量部、合計100重量部となるように混合する。なお、燐酸塩系鋳型材料は石膏系鋳型材料に比較して熱膨張係数が小さく、原型との熱膨張量の相違が一層大きいことから、これを用いる場合には、前記有機繊維は引張強度の高いアラミド繊維を用いることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の鋳型材料を用いた鋳型により製造した歯冠を示す断面図である。
【図２】図１の歯冠を製造するための原型を台座に取り付けた状態で示す図である。
【図３】図２の原型を歯科用埋没材で埋没した状態を示す図である。
【図４】原型が消失して得られた鋳型を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【００２９】
図１は、歯科用補綴物の一種である歯冠１０の一例を示す断面図である。この歯冠１０は、鋳造用金合金や鋳造用銀合金等の良く知られた歯科用合金から成る金属製歯冠で、ロストワックス法によって鋳込み成形されたものであり、歯１２に装着された状態で示している。
【００３０】
図２〜図４は、上記の歯冠１０を鋳込み成形するための鋳型２８の製造方法を説明するための図である。なお、通常は１個の鋳型で複数個の歯冠を鋳造するが、図２〜図４では説明の便宜上１個取りの図で示した。図２は、原型１４にスプルー線１６を植立し、台座１８に移した段階を示している。原型１４は、歯科用に好適な光造形樹脂(例えばEnvisionTEC社製WIC300)から成るもので、例えば、歯冠１０を装着する歯１２の型をとって、光造形法を用いて作製される。また、スプルー線１６は、歯科用ワックス(例えばGC社製レディーキャスティングワックス)から成るもので、後述するように溶湯導入路３０を形成するために取り付けられる。
【００３１】
次いで、図３に示すように、台座１８に例えば金属製又はゴム製の鋳造用リング２０を設置して、この内側に歯科用埋没材２２を流し込み、原型１４を埋没する。この歯科用埋没材２２は、例えば常温硬化性の石膏系材料(例えば(株)ノリタケデンタルサプライ販売のフォルテ)に、ビニロン繊維等の有機繊維を混合したものである。
【００３２】
上記石膏系材料は、石膏、セラミック粉、硬化時間調整剤、硬化膨張調整剤、流動性調整剤などを含むものである。セラミック粉は、鋳造する金属の熱膨張係数に応じて、例えば、クリストバライト、珪砂、スピネル、マグネシアの中から１または２種以上が用いられる。また、石膏は20〜40重量部、セラミック粉は80〜60重量部の範囲で、それらの合計が100重量部となるようにそれぞれ含まれる。この石膏系材料の熱膨張係数は2.1×10-5(/℃)程度であるが、前記光造形樹脂WIC300の熱膨張係数は22.0×10-5(/℃)程度であるから、熱膨張係数は一桁相違し、光造形樹脂の方が著しく大きい。
【００３３】
また、上記ビニロン繊維は、例えば、長さ2(mm)、直径15(μm)程度の市販品(例えばユニチカ(株)製ＦＧＮ)で、軟化温度が238(℃)程度、引張強さが687〜1470(MPa)程度、ヤング係数が11〜37(GPa)程度、比重が1.3程度の物性を有する。本実施例では、石膏系材料100重量部に対してビニロン繊維を0.5重量部程度添加する。繊維の混合方法は特に限定されず、粉体の混合一般に用いられている適宜の方法を採りうるが、例えば、ミキサー、Ｖミキサー、攪拌機、プラネタリミキサーなどで乾式混合すればよい。また、埋没材２２の調製時には、粉体(石膏とセラミック粉)100重量部に対して水を20〜40重量部程度(例えば30重量部)添加し、1分間程度攪拌した後にリング２０内に流し込む。
【００３４】
次いで、30分間程度放置して歯科用埋没材２２が硬化した後、その硬化体２４から台座１８および鋳造用リング２０を取り外し、例えば700(℃)に加熱した電気炉内に硬化体２４を入れ、１時間程度加熱する。これにより、図４に示すように、原型１４およびスプルー線１６が焼却除去され、その原型１４の存在した部分が空隙部２６となった鋳型２８が得られる。その際、スプルー線１６が存在した部分には金属溶湯を流し込むための溶湯導入路３０が形成される。この鋳型２８に溶湯導入路３０から金属溶湯を流し込み、硬化後、鋳型２８を破壊して鋳造品を取出し、研磨を施すことで前記歯冠１０が得られる。
【００３５】
本実施例によれば、上述したように鋳型２８を製造するためにビニロン繊維を含む埋没材２２が用いられることから、バリが無く鋳肌面も良好な鋳造品を得ることができる。すなわち、鋳型材料である埋没材２２に軟化温度が238(℃)のビニロン繊維(すなわち軟化温度が190(℃)以上の有機繊維)が含まれていることから、その埋没材２２の機械的強度が高められている。そのため、上述したように埋没後、加熱して原型１４を消失させる際に、原型１４の構成材料(光造形樹脂WIC300)との熱膨張係数の相違に起因して硬化体２４に引張応力が働いても、少なくともビニロン繊維の軟化温度まではそのビニロン繊維によって硬化体２４の機械的強度が高められているので、硬化体２４にクラックや割れが生ずることなく、原型１４が消失して鋳型２８が得られる。
【００３６】
しかも、硬化体２４の機械的強度を高めるために用いられるビニロン繊維は加熱処理の際に分解して消失するので、強度向上効果は鋳型２８の製造時のみに働く。そのため、鋳造品を取り出す際には鋳型２８を容易に破壊でき、しかも、鋳肌面に優れた鋳造品を得ることができた。更に、鋳型２８にはビニロン繊維の消失跡に気孔が形成されるので、鋳込み時に金属溶湯を流し込み易い利点もある。また、ビニロン繊維はガラス繊維やセラミック繊維のように皮膚に刺さることがないため、埋没材２２の調製時、鋳型２８の製造時、および鋳造時等の何れの段階においても作業の安全性が高い利点もある。なお、歯冠１０の寸法精度は、例えば、適合性が150(μm)程度と高く、有機繊維を添加しても寸法精度に変化は認められなかった。
【００３７】
なお、上記の実施例においては、無機結合剤として石膏が含まれる歯科用埋没材２２が用いられた場合を説明したが、歯科用として同様に一般的に用いられている燐酸塩系材料も同様に用い得る。燐酸塩系材料としては、例えば、リン酸アンモニウムを3〜15重量部、セラミック粉を97〜85重量部の範囲で、それらの合計が100重量部となるようにそれぞれ含むものが好ましい。このような燐酸塩系材料としては、例えば、(株)ノリタケデンタルサプライ販売のスーパーベストが挙げられる。セラミック粉は、石膏系材料の場合と同様に、鋳造する金属の熱膨張に合わせてクリストバライト、珪砂、スピネル、マグネシアから１種類または２種類以上が用いられる。また、前記硬化時間調整剤等も同様に適宜含まれる。
【００３８】
このような燐酸塩系材料にも前述したように有機繊維を添加することで、原型１４の消失過程における機械的強度を十分に高め、クラックや割れの発生を抑制できる。但し、燐酸塩系材料は石膏系材料に比較して熱膨張係数が小さく、原型１４を構成する光造形樹脂との熱膨張係数の差が一層大きいことから、強度的に優れたアラミド繊維を用いることが好ましい。なお、燐酸塩系材料においては、使用時に上記粉体(燐酸塩とセラミック粉)100重量部に対して15〜30重量部(例えば20重量部)のコロイダルシリカ液を添加する。
【実施例１】
【００３９】
以下、具体例について更に説明する。
石膏系埋没材100重量部にビニロン繊維(何れも前述)を0.1、0.3、0.5重量部の各割合で混合し、前述した工程に従って鋳型を作製して歯冠１０の鋳込みを実施した。ビニロン繊維の添加量が0.3重量部または0.5重量部のものでは鋳造品にバリ等は認められず、鋳肌面も良好であった。また、寸法精度の変化も認められなかった。一方、ビニロン繊維の添加量が0.1重量部では鋳造品にバリが発生した。したがって、有機繊維の添加量は埋没材100重量部に対して0.3重量部以上とすることが好ましい。
【実施例２】
【００４０】
燐酸塩系埋没材(例えば(株)トクヤマデンタル製ラピズモールド或いはニューラピズモールド)に、長さ寸法が2(mm)程度で直径が15(μm)のアラミド繊維(例えば帝人テクノプロダクツ(株)製テクノーラ、チョップド繊維)を、埋没材100重量部に対して0.5重量部の割合で添加し、十分に混合した後、粉体100重量部に対してコロイダルシリカを20重量部の割合で添加し、以下、前記各実施例と同様にして鋳型を作製して歯冠１０の鋳込みを実施した。この結果、バリが無く、鋳肌面も良好な鋳造品が得られた。また、寸法精度の変化も認められなかった。
【実施例３】
【００４１】
石膏系埋没材100重量部にビニロン繊維を0.3、0.5重量部の各割合で添加し、十分に混合した。なお、石膏系埋没材は前述した各実施例と同じものを用いたが、ビニロン繊維は、前述した各実施例で用いた長さ寸法が2(mm)のものと、同じもので長さ寸法のみが3(mm)とされたものを用意し、長さ寸法2(mm)：3(mm)を20：80の重量割合で混合して用いた。このような埋没材を用いて、前記各実施例と同様にして鋳型を製造し、歯冠１０の鋳込みを実施したところ、本実施例においても、0.3重量部、0.5重量部何れの添加量の場合にも、バリが無く、鋳肌面も良好な鋳造品が得られた。また、寸法精度の変化も認められなかった。
【実施例４】
【００４２】
石膏系埋没材100重量部にビニロン繊維を0.3、0.5重量部の各割合で添加し、十分に混合した。なお、石膏系埋没材は前述した各実施例と同じものを用いたが、ビニロン繊維は、長さ寸法が4(mm)と長い他は前述した各実施例で用いたものと同じものを用意し、これを無作為に切断したものを用いた。このような埋没材を用いて、前記各実施例と同様にして鋳型を製造し、歯冠１０の鋳込みを実施したところ、0.3重量部、0.5重量部何れの添加量の場合にも、バリが無く、鋳肌面も良好な鋳造品が得られた。また、寸法精度の変化も認められなかった。
【００４３】
［比較例１］
また、比較例として、ビニロン繊維等の有機繊維を何ら添加しない他は前記実施例１で用いたものと同様な石膏系埋没材を用意し、前記実施例と同様な手順に従って鋳型を３個製造した。２個は製造過程で割れ、鋳造ができなかった。残る１個は割れていなかったが、歯冠１０の鋳込みを実施したところ、鋳造物に大きなバリが発生した。有機繊維を添加しない場合には、硬化体２４の強度が不足するため、原型１４の消失過程でクラックが生じるものと考えられる。
【００４４】
［比較例２］
石膏系埋没材100重量部に長さが4(mm)である他は前述した各実施例に用いたものと同じビニロン繊維を0.1、0.3、0.5重量部の各割合で添加し、十分に混合した。この混合粉を用いて前記各実施例と同様にして鋳型を製造し、歯冠１０の鋳込みを実施したところ、何れの添加割合でも鋳造物にバリが生じた。添加した有機繊維の長さ寸法が3(mm)を越えると、埋没材を調製する際に繊維が絡みやすくなると共に、原型１４を埋没する際の流動性が不十分になる場合があるものと考えられる。
【実施例５】
【００４５】
前述した石膏系埋没材に、表１に示した物性を有する繊維をそれぞれ添加した。何れの繊維も、繊維直径が15(μm)で長さ寸法2(mm)、3(mm)のものを、2(mm)：3(mm)を2：8の重量割合で混合したものを0.5(wt%)添加し、十分に混合したものを準備した。このようにして用意した粉体を用いて、前記各実施例と同様にして鋳型を製造し、歯冠１０の鋳込みを実施した。鋳造結果を表１の右端「鋳造結果 石膏系」欄に示す。表１の鋳造結果欄において、○は鋳造欠陥無し、△は小さなバリが見られるが概ね良好、×はバリ発生または鋳型に割れが発生したものである。
【００４６】
【表１】
【実施例６】
【００４７】
また、石膏系埋没材に代えて燐酸塩系埋没材(例えばWhip Mix社製FastFire)を用いた他は上記実施例５と同様にして上記表１に示した繊維をそれぞれ添加して埋没材を用意した。このようにして用意した粉体100重量部にコロイダルシリカを20重量部の割合で添加し、前記各実施例と同様にして鋳型を製造し、歯冠１０の鋳込みを実施した。なお、埋没後の加熱処理はFastFireの指定に従い850(℃)に加熱した炉に投入して30分繋留後に取り出した。鋳造結果を前記表１の右端の「鋳造結果 燐酸塩系」欄に示す。
【００４８】
上記表１に示す評価結果によれば、石膏系埋没材、燐酸塩系埋没材の何れを用いた場合にも、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびナイロン繊維を添加しても、鋳型２８の製造時に割れやクラックを十分に抑制することはできず、鋳造品すなわち歯冠１０にバリが生ずることは抑制できない。これらは軟化温度が180(℃)以下と比較的低いことから、原型１４の消失過程において引張応力が作用しなくなる前、すなわち200(℃)に至る前に引張強度が著しく低下し、補強効果が得られないものと考えられる。
【００４９】
また、石膏系埋没材を用いた場合には、アクリル繊維を添加すると、鋳型にクラックが生じ難くなって、小さなバリが生ずる程度まで鋳造品の品質が改善する。また、ビニロンおよびアラミド繊維を添加すると、鋳型にクラックが認められず、鋳造品に全く欠陥が生じない結果となった。この結果によれば、鋳型にクラックが生ずることを十分に抑制し、鋳造品の欠陥を防止するためには、軟化温度が200(℃)程度以上の有機繊維を用いることが一層好ましいものと考えられる。また、強度が高い方が好ましいと言える。
【００５０】
また、燐酸塩系埋没材を用いた場合には、アラミド繊維を用いた場合のみ鋳造欠陥が無く、他の繊維では何れも鋳造品にバリが生じ、或いは鋳型が割れる結果となった。前述したように、燐酸塩系埋没材は石膏系埋没材に比較して熱膨張係数が小さいことから、原型材料との熱膨張差が一層大きくなるため、これにより生ずる引張応力に抗して鋳型のクラックや割れを抑制するためには、引張強度の高い繊維を添加することが必要になるものと考えられる。
【００５１】
以上、本発明を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。
【符号の説明】
【００５２】
１０：歯冠、１４：原型、１６：スプルー線、１８：台座、２０：鋳造用リング、２２：歯科用埋没材、２４：硬化体、２６：空隙部、２８：鋳型
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火物粉末および無機結合剤を含むロストワックス法に用いられる鋳型材料であって、
軟化温度が190(℃)以上の有機繊維を含むことを特徴とする鋳型材料。
【請求項２】
前記有機繊維は、アクリル、ビニロン、アラミドの少なくとも一種から成るものである請求項１の鋳型材料。
【請求項３】
前記有機繊維は、前記耐火物粉末および前記無機結合剤の合計量100重量部に対して0.3乃至0.5重量部の範囲で含まれるものである請求項１または請求項２の鋳型材料。
【請求項４】
前記有機繊維は、1乃至3(mm)の範囲内の長さ寸法を有するものである請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の鋳型材料。
【請求項５】
前記有機繊維は、0.5乃至30(μm)の範囲内の太さ寸法を有するものである請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の鋳型材料。
【請求項６】
歯科または装飾用に用いられるものである請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の鋳型材料。
【請求項７】
原型を埋没材に埋没して加熱することによりその原型を消失させると共にその埋没材を硬化させて鋳型を製造する方法であって、
前記請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の前記鋳型材料を前記埋没材として用いると共に、前記加熱過程において600(℃)以上の温度で前記有機繊維を消失させることを特徴とする鋳型製造方法。
【請求項１】
耐火物粉末および無機結合剤を含むロストワックス法に用いられる鋳型材料であって、
軟化温度が190(℃)以上の有機繊維を含むことを特徴とする鋳型材料。
【請求項２】
前記有機繊維は、アクリル、ビニロン、アラミドの少なくとも一種から成るものである請求項１の鋳型材料。
【請求項３】
前記有機繊維は、前記耐火物粉末および前記無機結合剤の合計量100重量部に対して0.3乃至0.5重量部の範囲で含まれるものである請求項１または請求項２の鋳型材料。
【請求項４】
前記有機繊維は、1乃至3(mm)の範囲内の長さ寸法を有するものである請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の鋳型材料。
【請求項５】
前記有機繊維は、0.5乃至30(μm)の範囲内の太さ寸法を有するものである請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の鋳型材料。
【請求項６】
歯科または装飾用に用いられるものである請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の鋳型材料。
【請求項７】
原型を埋没材に埋没して加熱することによりその原型を消失させると共にその埋没材を硬化させて鋳型を製造する方法であって、
前記請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の前記鋳型材料を前記埋没材として用いると共に、前記加熱過程において600(℃)以上の温度で前記有機繊維を消失させることを特徴とする鋳型製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１６７７２６（Ｐ２０１１−１６７７２６Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３３９４６（Ｐ２０１０−３３９４６）
【出願日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（０００００４２９３）株式会社ノリタケカンパニーリミテド (449)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（０００００４２９３）株式会社ノリタケカンパニーリミテド (449)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]