JPH02239860A - 人工歯根の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は歯科医療分野に用いられる純チタン製人工歯根
の表面処理方法に関するものである。

（従来の技術） 歯科医療用としての人工歯根は既に多種多様のものが出
回っている。一般に、人工歯根として求められる条件と
しては生体為害性が無く、生体親和性があり、機械的強
度があり、機械加工性が優れ、かつ安価であることが望
ましい。

一方、医科、歯科を問わず生体内に埋入するインプラン
ト材は、それらが使用される部位によりその形状に大き
な制限がある。顎骨の厚さ、骨の太さ等人工的なインプ
ラント移植を受ける部位の状態は患者個々により異なっ
ている。従って、人工的なインプラント材は、その基材
の持つ機械的強度が大きく、かつ機械加工性が良好なほ
ど移植できる適応症が増加する。斯かる理由から従来公
知のセラミックスを基材とするものから、次第に金属を
基材とするものが開発されてきた。また、その金属の中
でも前述のように生体為害性、生体親和性などを考慮し
てチタンまたはチタン基合金を用いる方法が開発されて
きたが、チタンそのものは例えば表面硬度、審美性（こ
こでいう審美性とは、自然歯牙構造との釣り合いにおい
て、不健康且つ不調和な美的感党を与えない意）の観点
から必ずしも斯界の要求を満足し得す、従ってそれらの
問題点を改善する方法もいくつか提案されている。

一例として、特開昭６２−１２２６６９号公報において
、生体用インプラント材として純チタンにＣＶＤ法によ
り、膜厚１ｏμｍの窒化チタン被膜を形成させた実施例
が開示されている。更に、同公報には純チタン以外の所
謂チタン基合金に窒化チタン、酸化チタン、炭化チタン
、炭窒化チタン等のコー１へ層を基材表面に０．１〜３
０μｍの膜厚で、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、レーザ
ーＣＶＤ法およびイオン注入法等を用いて形成する方法
が提案されている。

（発明によって解決しようとする課題）しかしながら、
同公報に例示されているように純チタンを基材として膜
厚１０／Ｌｍの窒化チタン層を形成させた場合、人工歯
根としての用途を考慮すると咬合応力による変形のため
、窒化チタン層の破壊を生しるおそれが極めて大である
。即ち、基材の特性を損なうことなく窒化チタン被膜を
形成するためには厚過ぎる窒化チタン被膜の形成は、そ
の被膜が剥離したり、破損を生したりするために本来の
目的を達成し得す、また、窒化チタンの被膜が０．５μ
ｍ以下の場合、耐摩耗性の低下や発色不良をぎたして実
用的でない、さらに同公報に例示されているものは窒化
チタンの膜厚が］Ｏμｍで、硬度が１．　９　０　０　
Ｈ　ｖとなっているが、窒化チタンの硬度は通常２０５
０〜２　４　０　０　Ｈ　ｖであり、成膜技術に未完成
な部分か残されているものと思われる。

また、同公報によれば、他の例として多層被膜を形成す
ることにより、窒化チタン本来の硬度以上の硬度を具備
させているが、これはコスＩ〜の］二昇を招いて安価な
インプラン１〜材の供給を妨げるものとなる。

さらに同公報による例示の中にはチタン基合金を基材と
して用いることが示されているが、チタン基合金は価格
も高く、かつ加工性も悪いために前述の通り、使用する
部位に制限が生じると共に全体的にコス１−アップにつ
ながるという問題点を有し、とくに代表的なチタン基合
金の一つである６ＡＱ−４Ｖ合金の場合は生体に有害な
バナジウムが含まれているなど、その成分金属の安全性
に疑問を持つ専門家もいる。

また、人工歯根の場合、その強度も欠かせない条件であ
るが、薄い歯肉を通して露出する部分はチタン特有の灰
色の金属色そのものを用いると、外観上不健康な色にな
り、審美上問題があった。

窒化チタンは一般的に黄金色を呈し、歯肉を通した場合
相殺されてピンク色を呈して斯る不快感を解消してくれ
るが、歯肉の色が各個人または部位によって異なるため
予め人工歯根の色をコントロールすることが必要とされ
る。しかし、従来は窒化チタン層の膜厚を変えることな
く色調を変化させるという技術的思想や概念は当該分野
においては存在しなかった。

（課題を解決するための手段） 本発明者等は以上のような課題を解決するために種々検
討の結果、基材に純チタンを用い、低温イオンプレーテ
ィング法により該基材の表面に特定の膜厚の窒化チタン
層を形成させることにより、生体為害性がなく、生体親
和性にも優れ、表面硬度も高く、機械的強度を有し、機
械加工性も良く、安全かつ安価で審美性にも優れた人工
歯根を製造し得ることに成功し、共に提案するものであ
る。

即ち、本発明は基材として純チタンを用い、その表面に
窒化チタン層を形成してなる人工歯根の表面処理方法に
おいて、イオンプレーティング法により該基材の表面に
１０〜３　０　０　’Ｃの温度域で、平均膜厚０．５〜
５．０μｍの範囲内であり、硬度２　０　０　０　Ｈ　
ｖ以上の窒化チタン層を形成し、かつ該基材の色調を窒
化チタン層の膜厚を変えることなく変化させることを特
徴とする人工歯根の表面処理方法を提供するものである
。

本発明の基材として用いられる純チタンは、その純度が
９９．０％以上、残部が不可避不純物からなる純チタン
材が望ましい。

本発明における表面処理方法は、純チタン材の持つ欠点
の一つである表面硬度の不足を補う手段として、該基材
の表面に窒化チタン層を平均膜厚が０．５〜５．０μｍ
の範囲内、好ましくは］．Ｏ〜５．０μｍの範囲内に形
成する。その方法は１０〜３００℃という比較的低温に
よるイオンプレーティング法で窒化チタン層を形成する
。しかも膜厚を変えずに色調を制御することが容易であ
るという利点を有する。

また、表面硬度は少なくとも２　０　０　０　Ｈ　ｖ以
上に保持することが必要である。

窒化チタン層の膜厚が、０．５μｍ未満の場合は充分な
硬度が得られず、色調も完全な黄金色を呈することがで
きない。逆に、膜厚を５．０μｍを超えると咬合応力に
よる変形等により窒化チタン層にヒビ、クラックが発現
したり、最悪の場合破壊する傾向が現れると共に窒化チ
タン層の形成に要する時間が長くなり、製造コストも高
くなる。

硬度が２００　０　Ｈ　ｖ以下の場合は耐摩耗性や引張
強度などの機械的特性が低下して好ましくない。

本発明の特色の一つである窒化チタン層の膜厚を変える
ことなく窒化チタン特有の黄金色の濃淡を所望に応じて
変化させることはイオンプレーティングの際のチタンの
蒸発量および導入する窒素ガス量を制御することにより
、形成される窒化チタンの膜厚を変えることなく達成す
ることができる。

（作用） 本発明は、基材として純チタンを用いた人口歯根の表面
処理方法であって、該基材の表簡に低温によるイオンプ
レーティング加工を施すことにより窒化チタン層を形成
させて硬度や特定の色調をコン１−ロールするものであ
るが、低温イオンプレーティングで窒化チタン層を平均
膜厚が０．５〜５．０μｍの範囲内で硬度も２　０　０
　０　Ｈ　ｖ以上に保持することができ、しかも窒化チ
タンの膜厚を変えることなく、色調をコントロールし得
るという作用があり、審美性や生体親和性も優れている
。

一般に純チタンのような基材を加工硬化させた場合、イ
オンプレーティング法で施行すると引張強度などの機械
的強度は若干低下するが、高温でのイオンプレーティン
グ処理をした場合斯かる特性が大幅に低下する。本発明
の場合、低温でのイオンプレーティング処理をするため
、その低下を７％程度に抑え、人工歯根として用いる場
合の咬合応力による変形などに十分に耐えることが可能
である。

（実施例） 以下本発明を実施例および比較実験例によりさらに具体
的に説明する。

実施例１〜５ 純度９９％以上（ＪＩＳ−Ｈ４６００−ＴＰ３５）、厚
さ１．　　３＋ｎｍ、ｒｌｌｌ２．５ｎｗｎ、長さ６０
ｍｍのＪＩＳ−Ｚ２２０１に準拠した純チタン試験片を
用意し、十分に研磨・脱脂した後、イオンプレーティン
グ装置（昭和真空■製ＳＨＰ４．ＯＯＴ）にセットし、
加工条件を変えて純チタン試験片の表面に窒化チタン被
膜を形成した。加工条件、膜厚、ビッカーズ硬度、９０
゜曲げ試験結果および引張試験結果は第１表に示すとお
りである。

（以下余白） 察 表１より本発明方法による場合、曲げ試験結果は全て良
好で膜厚の増加と加工温度」二昇にともなって、処理後
引張強度が若干低下の傾向をみせているが、人工歯根と
しては十分な実用域である。

これに対し、実験例１の膜厚０．４μｍの場合はＨ　ｖ
が２０００台を割る結果を呈示し、実験例２の如＜　３
　０　０　’Ｃを超える加工温度と５．０μｍｋ超過す
る厚みとなった場合、処理後の引張強度が５　０　ｋｇ
／　ｎｗｎ２台に落ち込む傾向が発現している。

また、５μｍを超える厚みとなった場合、曲げ試験にお
いてマイクロクラックを発生していた。

なお、表１中色調についての項目がないので補足してお
くと、実施例１〜５、実験例２のものは全て鮮明な黄金
色、実験例］のものはその黄金色に僅かながら鮮明度の
低下が認められた。また、膜厚を全く同一のものとして
もイオンプレーティング時のチタン蒸発量及び導入窒素
ガス量をコン１・ロールすることにより、黄金色の濃淡
を変化させることができるため色調的に疾患部位に応し
た人工歯根を提供することが可能である。

（発明の効果） 本発明にががる方法によれば、人工歯根の基材として純
チタンを用いることにより、６　Ａ．　Ｑ−４Ｖ一残Ｔ
１に代表されるような合金成分中に名まれでいる毒性物
質が溶出するという危険性を回避し、安全かつ安価であ
るという利点がある。

また、１０〜３００″Ｃという低温イオンブレーテイン
ク法による窒化チタン被膜を、その平均膜厚が０．５〜
５．０μｍの範囲内にあるよう形成させることにより、
る硬度も２　０　０　０　Ｊ−Ｔ　ｖ以」二と実用に十
分酎え得るものとなり、加工硬化により高めた機械的強
度の低下を防き、咬合応力による変形などに十分耐え得
る人工歯根を提供できる。

さらに、窒化チタン被膜の膜厚を変えることなく色調を
コントロールできることは歯肉を通して表われる埋入部
分を外観」二健康的かつ審美性に優れたものとし、移植
部位に応して自由に使い分けられるという利点を有する
。

純チタンそのものが生体親和性に優れ、生体為害性も少
ないということは知られているが、純チタンはその硬度
が１．　Ｏ　Ｏ〜３　０　０　Ｈ　ｖと低いために耐摩
耗性という点は劣っていたが、本発明の場合、低温イオ
ンプレーティング法により基材表面に窒化チタン層を形
成させることにより斯かる不利を解決し、しかも機械的
強度の低下も最小限に抑えられるため、人工歯根そのも
のの断面積の縮小化が図られ、顎骨巾の薄い患部にも適
応できるという利点もある。

一以」二一 出願人　　東邦チタニウム株式会社 川 原 春 幸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、基材として純チタンを用い、その表面に窒化チタン
   層を形成してなる人工歯根の表面処理方法において、イ
   オンプレーティング法により該基材の表面に１０〜３０
   ０℃の温度域で、平均膜厚０．５〜５．０μｍの範囲内
   であり、硬度２０００Ｈｖ以上の窒化チタン層を形成し
   かつ該基材の色調を窒化チタン層の膜厚を変えることな
   く変化させることを特徴とする人工歯根の表面処理方法
   。