JP4514231B2 - ガラス組成で接着されたデンチンセラミックスとアルミナセラミックスの歯牙 - Google Patents

Description

本発明は、歯科医師を目指す学生が、口腔内作業を体験し、治療の練習をする顎歯模型用に用いる歯牙である。具体的には支台歯形成、窩洞形成等の形体付与を体験する為に用いる歯牙の製造方法に関する。

口腔内治療練習用の顎歯模型用の歯牙は、エポキシ樹脂、メラミン樹脂で製造されることが多く、一般に普及している。
しかし、エポキシ樹脂、メラミン樹脂では切削感が異なることから支台歯形成や窩洞形成の練習をしても実際の口腔内での作業をした場合では異なる切削感、作業性から当惑する事が多かった。具体的には、エポキシ樹脂、メラミン樹脂は軟らかく切削を多くしてしまう傾向にあり、天然歯は硬いために思った様に切削できない傾向にあった。硬い天然歯でも、デンチン部分は硬いが、エナメル部分は更に硬い構造となっている。その結果、強く削ってしまい、上手く形体を作れないことも発生する可能性がある。

もう少し、硬い材料を求められた結果、コンポジットタイプのものが市販されている。コンポジットタイプの歯牙であっても、デンチン部分とエナメル部分が同一の切削感であるから、天然歯と切削感が異なり、支台歯形成や窩洞形成の練習をしても実際の口腔内での作業をした場合では異なる切削感、作業性から当惑する事が多かった。分かりやすい表現では滑る感覚があり、天然歯とは大きく違う切削感である。

実開平１‐９００６８には、エナメル質層に金雲母結晶［ＮａＭｇ３（Ｓｉ３ＡｌＯ１０）Ｆ２］およびリチア・アルミナ・シリカ系結晶（Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２，Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２）が同時に析出したビッカース硬さ３５０〜４５０に制御されたガラス・セラミックスから構成され、歯根層には、ポリオール（主剤）に白色・赤色および黄色の着色剤を加え、さらにイソシアネートプレポリマー（硬化剤）を混入してシリコーンゴム母型に真空下で注入して、常温で硬化させ事前に準備をし、エナメル質層と歯根層との間に介在し、両者を合着している象牙質層はオペーク色を呈した接着性レジンで形成されていることが示している。

しかしながら、エナメル質層が金雲母結晶やリチア・アルミナ・シリカ系結晶にて構成されたものでは天然歯に比べ、切削感が硬すぎるため使用に耐える物ではなく、更に象牙質層は接着性レジンで形成されている為、接着材の切削感が柔らかすぎる為、使用に耐える物ではなかった。また更に、接着層にてデンチンを形成するとの記載がある。エナメル層部分と歯根層部分を形成して、接着することが示されている。厚みのある接着材層にてデンチンとして認識するものである。

特開平５−２２４５９１には、天然歯と極めて類似した切削性を有し、歯科教育切削実習用として好適な歯牙模型を提供することが示されている。主要構成成分として、無機物粉体と架橋型樹脂とを、重量比で２０％対８０％乃至７０％対３０％の割合で含有している。

本発明の歯牙模型を構成する無機物粉体としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカ、等々が紹介され、上記化合物に限定されるものではなく、各種の無機物粉体を用いることができる。
しかし、天然歯と切削感が異なることから支台歯形成や窩洞形成の練習をしても実際の口腔内での作業をした場合では異なる切削感、作業性から当惑する事が多かった。また、無機物粉末体の開示のみである。特にエナメル部分とデンチン部分の切削性の違いを示せる歯牙模型ではなかった。
特開平５−２１６３９５には、天然歯と極めて類似した切削性を有し、歯科教育切削実習用として好適な歯牙模型及びその製造方法を提供することが紹介されている。歯牙模型の主要構成成分として、気孔率が４０〜８０％のヒドロキシアパタイト粉末と、（メタ）アクリル酸エステル系樹脂とを、重量比で２０％対８０％乃至５０％対５０％の割合で含有しているものである。
従来の歯牙模型は、切削性において満足できる状況にない。従って、天然歯と切削性において類似する歯牙模型の開発が望まれていることが示されているものの、十分な切削感を示すものではなかった。特にエナメル部分とデンチン部分の切削性の違いを示せる歯牙模型ではなかった。

特開平５−２２４５９１には、歯科医学生の歯周疾患治療実習に最適に用いることができる歯牙模型を提供する。構成として歯牙模型は、歯冠部の少なくとも表面がヌープ硬度７０以上を有し、歯根部の少なくとも表面がヌープ硬度１０〜４０を有するものである。
本文中に「歯牙模型の作製法及び経済的な観点から如何なる硬度の素材、例えば金属、セラミクス、樹脂で形成されていてもよく、更には空洞であってもよい。」との記載があるが、切削感の観点から解決されていない。特にエナメル部分とデンチン部分の切削性の違いを示せる歯牙模型ではなかった。
特開平５−２４１４９８、特開平５−２４１４９９、特開平５−２４１５００には、無機充填材の記載やハイドロキシアパタイト充填材の記載があるがいずれも樹脂を母材とするものであり、切削感の解決には至っていない。特にエナメル部分とデンチン部分の切削性の違いを示せる歯牙模型ではなかった。

特開２００４−９４０４９には、レーザー光線を利用した正確な形状計測を可能とする歯科実習用模型歯を提供する発明が記載している。
明細書中には、「本発明の模型歯の歯冠部表面を構成する材料としては、一般的に公知のものを用いることが可能であり、例えば、セラミックス等の磁器あるいはアクリル、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリロニトリルスチレンブタジエン共重合体（ＡＢＳ）、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル等の熱可塑性樹脂材料や、メラミン、ユリア、不飽和ポリエステル、フェノール、エポキシ等の熱硬化性樹脂材料、さらには、これらの主原料にガラス繊維、カーボン繊維、パルプ、合成樹脂繊維等の有機、無機の各種強化繊維、タルク、シリカ、マイカ、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、アルミナ等の各種充填材、顔料や染料等の着色剤、あるいは耐候剤や帯電防止剤等の各種添加剤を添加したものを用いることが出来る。」との記載があるが、好ましい材質の記載がなく、切削感を解決するものでは無かった。

今までの開発ではエナメル部分とデンチン部分の切削性の違いを示せる歯牙模型ではなかった。更にこの切削感を実現する為の具体的な組成としての開示がなく、それらの製造方法についても記載されていない。
顎歯模型はこれらの課題を抱えているにも関わらず、研究報告されているものは見当たらない。

特開平５−２４１４９８ 特開平５−２４１４９９、 特開平５−２４１５００ 特開２００４−９４０４９ 実開平１‐９００６８

従来の顎歯模型用歯牙は、天然歯形体をしているものの切削感が異なる。天然歯の切削感を体験するために、抜去歯を切削するなどの工夫は見られた。抜去歯は人体や動物からの材料であり衛生上の問題があり、衛生管理も十分に行なわないと感染の可能性があり、自由に練習を妨げられ感染予防を十分に行なわなければならなかった。また、天然生体であるため腐敗の問題があり、保存にも十分な注意が必要であった。
天然歯牙を用いずに歯牙の切削感を体験する方法が求められれていた。特に歯牙のエナメル部分からデンチン部分の切削感が変るところが求められており、当然にして、エナメル部分はエナメル質の切削感、デンチン部分はデンチン質の切削感が求められていたが、それを解決する方法は見つかっていなかった。
研究の結果、天然歯牙の切削感を出す為には無機系の焼成体を用いることが必要であるが無機系の材料の硬さを制御することは難しいためにこれらを制御しながら、エナメル部分およびデンチン部分を製造することは難しかった。

焼成体の切削感を調整する為には、焼成体の密度、粒形、焼成温度を合わす事が必要であるが、エナメル部分とデンチン部分の焼成時に収縮や熱膨張などが異なり割れ、剥がれ、ヒビ割れなどが生じ、更に、デンチン部分とエナメル部分の間に隙間ができることから、切削時にチッピングを起こすことがあり、隙間が天然歯牙の切削感と異なる感覚を伝え、使用に耐えるものではなかった。
エナメル部分とデンチン部分を接着する接着層が厚いと異なる切削感を感じる。その結果、天然歯牙と大きく掛け離れた歯牙模型となる。

本発明は治療練習用の顎歯模型用の歯牙であって、デンチン部分とエナメル部分からなり、デンチン部分とエナメル部分をＣＩＭ技術を用いて成型した後に、デンチン部分とエナメル部分の間にガラス粉末を介在させて、脱脂、焼成することによりデンチン部分とエナメル部分が接着されたことを特徴とする顎歯模型用歯牙である。

本発明はガラス粉末によって形成されるデンチン部分とエナメル部分の界面の最大厚さが0.1〜700μｍであることを特徴とする顎歯模型用歯牙である。
本発明がガラス粉末がアルミノシリケートガラスであることを特徴とする顎歯模型用歯牙である。
本発明は治療練習用の顎歯模型用の歯牙であって、
デンチン部分の組成が平均粒子系１〜８μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末をバインダーで混練し、成型器で成形し焼成する工程、エナメル部分の組成が平均粒子系0.1〜1.0μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末をバインダーで混練し成型器で成形し、デンチン部分とエナメル部分の間にガラス粉末を介在させ、焼成する工程を有することを特徴とするの顎歯模型用歯牙である。

本発明は治療練習用の顎歯模型用の歯牙であって、デンチン部分およびエナメル部分が無機粉末焼成体からなることを特徴とするの顎歯模型用歯牙である。
更に接着材であるガラス粉末層の厚みを1〜500μにすることが好ましい。更に好ましくは1〜300μｍであり、更に、1〜200μｍにすることが好ましい。また更に、1〜１00μｍにすることが好ましい。
接着厚みを薄くすることで、無機粉末焼成体のデンチン部分に容易に切削が移り、天然歯牙との切削感が近似する。

本発明は、ＣＩＭ技術を用いて射出成形し、脱脂、焼成の工程を経てデンチン部分およびエナメル部分を成形し、接着材を用いてデンチン部分およびエナメル部分を接着させることを特徴とする顎歯模型用歯牙の製造方法である。

本発明の方法によれば、デンチン部分、エナメル部分両方とも天然歯と同じ様な切削感を得られ、エナメル部分からデンチン部分へ移行する切削感が天然歯に近いことから、模型であっても天然歯牙を削る練習が容易に行なえる。
抜去歯は生体からの材料であり衛生上の問題があるため、感染予防等の処置を取らなくても安全に用いることができ、抜去歯の様な体感ができる歯牙が求められていた。また、衛生管理も特に必要なく、腐敗の恐れもない材料が求められていた。
本発明の歯牙を用いて支台歯形成、窩洞形成をすることによって、一早く天然歯牙と同様な切削感を体験でき、形成体験が容易に行える。また、これらの形成技術を早く取得することができる。
本顎歯模型用歯牙は人体の中で最も硬い天然歯牙の代用物質で、通常の材料では切削時に軟らかく感じてしまうのに対し、天然歯牙と同様な切削感を得ることができる。口腔内での400000回転／分という高速回転するダイヤモンド研削材（エアータービン使用）を用いた切削と同じような切削体験ができる。

成形において高速回転する切削体と接触する為、顎との適合性が重要であり、更に、エナメルとデンチンの適合性も求められることから精密に成形できるＣＩＭ（セラミック インジェクション モールド）技術を用いることが好ましい。
更に、歯牙模型の歯冠の形状も重要であり、支台歯形成や窩洞形成の目標となり隆起部分や窩、咬頭などが正確に表現されていることが重要であり、ＣＩＭでの成形が適している。
本発明の歯牙は歯質と同じように白色、アイボリー色、乳白色、半透明色とすることができるため、よりリアルな切削体験をすることができる。好ましくは白色、アイボリー色、乳白色である。
接着材の軟質な感覚を味わうことなく天然歯牙模型の切削を体験できる。スムーズなエナメル部分からデンチン部分への切削を体感できる。
天然歯の切削感に近似しながら、成型されたエナメル部分からデンチン部分に容易に切削することができる。

顎歯模型用歯牙とは、大学などで顎歯模型を用いて口腔内の治療行為をシミュレーションや治療の練習をするために用いられる歯牙であって、本発明は歯牙を切削し、形成する為に用いられる場合に関する。特に天然歯牙と切削性が近似した歯牙であって、窩洞形成、支台歯形成の練習に用いられる歯牙に関する。

本発明は、成形されたエナメル部分とデンチン部分を接着することにある。
本発明の接着に用いられるガラス粉末はアルミノシリケートガラスが好ましい。
本発明に求められる接着は、エナメル部分とデンチン部分が全体が接着していることで、一部でも接着していない部分があったり、切削感に影響を与えるような大きな気泡があることは好ましくない。

本発明の歯牙の組成はセラミックスから作製されることが好ましい。本発明の歯牙の組成はアルミナ系、ジルコニア系、シリカ系、窒化アルミ、窒化ケイ素などのセラミックスまたはガラスから作製される。また、アルミナ系、ジルコニア系で作製されることは好ましい。アルミナ系、ジルコニア系とはアルミナまたはジルコニアが焼成体組成の６０％〜１００％、好ましくは８０％〜１００％、更に好ましくは９５％〜１００％であることである。特にアルミナの組成が５０％〜１００％、好ましくは７０％〜１００％、更に好ましくは９０％〜１００％であることである。歯牙の組成がアルミナ粉末から成形されることが好ましい。
エナメル部分とデンチン部分共に、無機粉末焼成体であることが好ましい。エナメル部分とデンチン部分の硬さの調整には、粒度を荒くする、空隙を多くする、材質を変えるなどの方法、焼成温度を変える、係留時間を変える等々の方法があるが、最も適した方法は、同一組成で粒度を変えることである。
エナメル部分の平均粒子径に対して、デンチン部分の平均粒子径を10倍以上にすることが好ましい。エナメル部分の平均粒子径が0.1〜0.5μｍである場合は、デンチン部分の平均粒子径は1.0〜10.0μｍに設定することが好ましい。
焼成温度に関しては組成によって異なるが、焼成温度は800〜1600℃、好ましくは1000〜1550℃の焼成温度、好ましくは1200〜1500℃の焼成温度となる。

エナメル部分とデンチン部分の成形はセラミックスの成形方法でＣＩＭ技術を用いることは好ましい。
ＣＩＭ技術を用いて、エナメル部分とデンチン部分とを射出成形し、脱脂、焼成の工程を経て、エナメル部分とデンチン部分との間にガラス粉末を介在させて、焼成された歯牙であることも好ましい。

歯牙形体のエナメル部分とデンチン部分のメス型の金型を掘出し、目的形状を射出成形できる金型を作製した。エナメル部分もデンチン部分も整形後、脱脂、焼成により収縮が発生する為、その部分を事前に大きく計算して金型を作製した。材料ごとに金型を調整して実施した。エナメルの収縮は約10％であり、デンチンの収縮は約５％程度であった。
（焼成体１）
エナメル部分の原料としてのＣＩＭ用アルミナペレット（Ａｌ_２Ｏ_３が２６％、ＳｉＯ_２が４４％、平均粒径０．２５μｍ、ステアリン酸３０％）１ｋｇを用いて、歯牙形体の金型に、射出成形し射出体１-１を得た。
デンチン部分の原料としてのＣＩＭ用アルミナペレット（Ａｌ_２Ｏ_３が２６％、ＳｉＯ_２が４４％、平均粒径３．０μｍ、ステアリン酸３０％）１ｋｇを用いて、歯牙形体の金型に、射出成形し射出体１−２を得た。
作製されたデンチン部分の上にエナメル部分を下記のガラス粉末を介在させて、脱脂、焼成（１２００度、係留時間１０分）として焼成体１を得た。

（焼成体２）
エナメル部分の原料としてのＣＩＭ用アルミナペレット（Ａｌ_２Ｏ_３が７０％、平均粒径０．３μｍ、ステアリン酸３０％）１ｋｇを用いて、歯牙形体の金型に、射出成形し射出体２−１を得た。
デンチン部分の原料としてのＣＩＭ用アルミナペレット（Ａｌ_２Ｏ_３が６８％、ＳｉＯ_２が２％、平均粒径５．０μｍ、ステアリン酸３０％）１ｋｇを用いて、歯牙形体の金型に、射出成形し射出体２−２を得た。
作製されたデンチン部分の上にエナメル部分を下記のガラス粉末を介在させて、脱脂、焼成（１４００度、係留時間１５分）として焼成体２を得た。
ガラス粉末には、平均粒子系0.5μｍ最大粒系2.0μｍの溶融シリカを用いた。

（焼成体３）
実施例１、２と同じ様に作製して得られた焼成体１−１，１−２，２−１，２−２のエナメル部分とデンチン部分を石英ガラス粉末を用いて焼成して焼成体３、４を得た。

焼成体１〜４の評価として、切削試験、及び接着状態試験を行なった。
切削試験では、焼成体１〜４全てにおいて、良好な切削感であることが確認できた。
接着状態試験は焼成体１〜４を約５ミリ間隔でダイヤモンドディスクを用いてスライスして、接着状態を確認した。焼成体１〜３全てにおいて、良好な接着状態であることが確認できた。

Claims (1)

1. 治療練習用の顎歯模型用の歯牙であって、デンチン部分、エナメル部分およびデンチン部分とエナメル部分の間に形成されたガラス粉末層からなり、
   デンチン部分およびエナメル部分が無機粉末焼成体からなり、ガラス粉末層は溶融シリカ又は石英ガラスからなり、
   エナメル部分の無機粉末の平均粒子径が0.1〜0.5μｍであり、デンチン部分の無機粉末の平均粒子径は1.0〜10.0μｍであり、エナメル部分の平均粒子径に対してデンチン部分の平均粒子径が10倍以上であり、
   ガラス粉末層の厚みは1〜500μｍであることを特徴とする顎歯模型用歯牙。