JPH03295552A - 歯科用切削具の製造法 - 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） 本発明は歯科治療あるいは歯科技工用に用いる歯科用切
削具およびその製造法の改良に関するものである。

（従来の技術） 従来歯科用切削具としては、鉄系の合金鋼、あるいは超
硬合金、超微粒子超硬合金またはサーメットを素材とし
、切削刃および刃溝をその頭部Ａに持つ第１図のような
構成の歯科用バーか使用されている。ここで被切削物で
ある入歯は、エナメル質の場合ヌープ硬さで３４３前後
と一般のガラス並の高い硬度を有している為、切削にお
ける切削刃の耐久性は乏しく、作業中に急速な切削性能
の劣化を生じるという欠点がある。また、金属基材の表
面にダイヤモンドパウダーをニッケルまたはクロムメツ
キを用いて強固に電着させた研削面を頭部Ｂにもつ第２
図のような構成の歯科用ダイヤモンドポイントも用いら
れ、このものはエナメル質のように高い硬度を有してい
る被切削物の研削には適するが、ヌープ硬さで６８前後
とより軟質の入歯象牙質の研削では歯科用バーと異なり
、切り屑を排出する刃溝を持たない為、目詰まりにより
切削性能が低下するという不利がある。このような切削
性能の劣化した切削具を継続して使用すると、作業性が
低下するばかりでなく、多量の摩擦熱と微振動が生じ、
この発熱は患者に不快感や疼痛を与え、また、微振動は
二次カリエスの発生を誘起する可能性がある。さらに最
近においてはエアタービン、エアベアリングを使用した
高速回転型のハントピースが普及するのに伴い、歯科用
切削具にはより一層の耐久性が求められるようになって
きた。

（発明が解決しようとする課題） 上述した不利、欠点を解決し、被切削物の硬度を問わず
終始安定した切削性能を維持し、耐久性に優れた歯科用
切削具として金属製歯科用バーの表面にダイヤモンド薄
膜を形成することが考えられたが、鉄系の合金鋼上にダ
イヤモンド膜を形成することは極めて困難である。そこ
で、超硬合金、微粒子超硬合金あるいはサーメットを用
いてもダイヤモンド膜とは通常その密着性が悪いので種
々の中間膜を介して密着性を改善しようとする技術が開
発されている。例えば特開昭５８−１２６９７２号公報
には、セラミック系の中間膜を形成した後、ダイヤモン
ド薄膜を形成することが記載されている。また、特開昭
５９−１５９９８１号公報には、金属の中間膜上にダイ
ヤモンド薄膜を形成してなる工具が記載されている。し
かしながらこれらのいづれの方法でも、中間膜を形成し
た後、ダイヤモンド薄膜を形成するという分離独立した
工程を組合わせることにより成り立っているため、各層
間の密着性が必ずしも充分でなく、これらの技術により
実用的な歯科用切削具を得ることは難しい。

本発明は、被切削物の硬度を問わす、終始安定した切削
性能を有し、かつ耐久性に優れた歯科用切削具を提供し
ようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明者等は、このような課題を解決すべく、切削刃表
面へのダイヤモンド薄膜形成法について種々検討した結
果、超硬合金、超微粒子超硬合金あるいはサーメット基
材の表面に、Ｗよりなる薄膜を被覆した後、炭素源を含
有するマイクロ波励起プラズマガスにより浸炭させてＷ
Ｃとした中間膜を形成させた後、引続き同装置内で中間
膜上にダイヤモンド状炭素多結晶層を付着形成せしめた
歯科用切削具によれば前記諸課題を解決することを見出
し本発明を完成するに至った。その要旨は、超硬合金、
超微粒子超硬合金およびサーメットの内から選ばれた１
種の材質からなる歯科用バーを基材とし、その頭部の刃
溝を有する切削刃表面にタングステンカーバイド（ＷＣ
）よりなる中間膜を焼結密着させ、さらにこの中間膜の
表面にダイヤモンド状炭素多結晶膜を付着形成させてな
ることを特徴とする歯科用切削具、および超硬合金、超
微粒子超硬合金およびサーメットの内から選ばれた１種
の材質からなる切削刃基材表面に、厚さ０、Ｏ１〜１．
０μｍのＷよりなる蒸着膜を被覆した後、水素および炭
化水素ガスを原料としたマイクロ波励起プラズマガス中
で浸炭させてＷＣ中間膜としそれと同時にプラズマガス
の熱輻射により１，０００〜ｌ、　５００℃の範囲に加
熱してＷＣ中間膜と基材表面を焼結密着させ、さらにこ
の中間膜の表面に水素対炭化水素ガスの体積混合比率が
５０＝１〜２００：１である混合ガスを原料としたマイ
クロ波励起プラズマによる気相沈積法によりダイヤモン
ド状炭素多結晶膜を付着形成させてなることを特徴とす
る歯科用切削具の製造法にある。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明の歯科用切削具は、ＪＩＳ　Ｂ　４０５３　　に
規定されている超硬合金、超微粒子超硬合金あるいはサ
ーメットより選ばれた材質からなる歯科用バーを基材と
するもので、その合金組成は、超硬合金にあっては、金
属相としてＣＯを含有する硬質相がＷＣからなる焼結体
、超微粒子超硬合金ではＷ、Ｔｉ、Ｔａ、■およびＣｒ
の各金属カーバイドの内１種以上を硬質相とし、金属相
としてＣｏを含有する焼結体である。また、サーメット
は、硬質相にＴｉ、ＴａおよびＮｂの各炭化物および／
または各窒化物を、金属相にＣＯまたはＮｉを使用した
焼結体である。以上３種類の合金組成の金属相で、ある
ＣｏまたはＮｉ含有率は５〜１５重量％が好ましい。

次に、歯科用切削具の製造法について述べる。

先ず、上記各合金組成に相当する金属粉末、金属炭化物
または窒化物粉末に有機溶剤、パラフィン等を混合して
充分混練し、これを金型とプレスにより例えば第１図の
ような頭部に刃溝をもつ切削刃はを有する歯科用切削具
に成形する。次いで８００〜１，０００℃の水素気流中
で予備焼結し、研削加工により切削刃および刃溝を施し
、最後に１，３５０〜１，５５０℃の温度で本焼結を行
ない、歯科用バー基材として仕上げられる。続いてこの
歯科用バー基材を真空蒸着器内に設置し、系内を２　Ｘ
　１０−５〜Ｉ　Ｘ　１０”’Ｔｏｒｒまで減圧した状
態でＷ膜を厚さが０．０１〜１．０μｍとなるよう蒸着
、被覆する。以上の焼結体の製造法および真空蒸着法は
それぞれ公知の方法として知られているもので良い。

本発明の最大の怜徴は、このＷ被覆超硬合金、超微粒子
超硬合金またはサーメツト製歯科用バー基材の表面を浸
炭、焼結処理を加えてＷＣ中間膜とした後、ダイヤモン
ド状多結晶炭素を付着させ、被切削材を選ぶことなく、
長期間の切削耐久性を保ったことである。この浸炭、焼
結処理は、従来から公知のマイクロ波励起プラズマによ
る気相沈積法を改善、応用したもので、原料として炭素
源にメタン、エタン、プロパン等の炭化水素ガスと水素
ガスとの混合ガスを使用する。この混合ガスの体積比率
は水素：炭化水素＝５０：１〜６００：１が良（、第３
図に示した装置を使用して処理するこの装置の石英ガラ
ス製反応器３の内部にある基材支持台２の上に未加工の
歯科用バー１を設置（マイクロ波に対して頭部のみ露出
させ、柄部は遮蔽する）した後、器内をＩ　Ｘ　１０−
５〜Ｉ　Ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒとなるように真空ポンプ
５で減圧する。次いでこの反応器内に前述した比率の炭
化水素ガスおよび水素ガスを夫々のボンベ１０．１１か
ら導入し混合しつつ流通させる。反応器内の圧力は、器
内のバーの温度およびバー表面のＷ膜への浸炭の度合い
に大きな影響を与えるが、本発明においては２〜５０Ｔ
ｏｒｒの範囲となるように圧力調整弁６により調整を行
なう。マグネトロン発振器１３より発振され、　２．４
５ＧＨ２用方型導波管１２中を伝播してきた周波数２．
４５ＧＨ，のマイクロ波およびマイクロ波反射板４によ
り反射された該マイクロ波の反射波が反応器内を流通す
る混合ガスに吸収されることによリプラズマ火災が生ず
る。このマイクロ波反射板４は、反応器後方の２．４５
ＧＨ２用方型導彼管中を約７ｃｍの範囲で可動し、バー
の廻りに発生するプラズマ火炎の位置を調整することが
できる。また、インピーダンス整合用スタブ７は、マイ
クロ波の混合ガスへの効果的な吸収を意図して、２．４
５ＧＨ２用方型導波管中に挿入されている金属製の棒体
であり、その挿入深度は自動インピーダンス整合器８に
より可変とされる。マイクロ波高周波電力はバーの表面
温度が８００〜１．５００℃、好ましくは１．０００〜
１，５００℃の範囲となるように調整されるバーの温度
が８００℃未満ではプラズマにより浸炭生成したＷＣと
バー基材との焼結反応が遅く、また１、５００℃以上で
は表面にグラファイト成分が付着してしまう為、後述の
ダイヤモンド状多結晶炭素膜の生成が難しくなる。Ｗ蒸
着膜への充分な浸炭を行なう為にはＷ蒸着膜の厚さはあ
まり厚くては困難で１．０μｍ未満であることが好まし
い。

続いて前述の浸炭、焼結により形成されたＷＣ中間膜上
に、ダイヤモンド状多結晶炭素膜を形成させる。このダ
イヤモンド状炭素膜は公知の方法であるマイクロ波励起
プラズマによる気相沈積法によれば良いが、本発明に適
した成膜条件としては炭素源をメタン、エタン、プロパ
ン等の炭化水素ガスとし、水素ガスとの混合ガスを使用
する。

この混合ガスの体積比率は炭化水素ガス：水素＝１：５
０〜１：２００がよい。この炭化水素ガス／水素の比率
が１／２００未満であると、沈積するダイヤモンド状炭
素膜を構成する結晶粒塊の粗大化が生じ、形成されたダ
イヤモンド状炭素膜の剥離強度が低下してしまい、逆に
１１５０を超えると、形成されたダイヤモンド膜中にグ
ラファイト成分の混入が目立つようになり、切削時の耐
久性を向上させるに足る膜硬度が得られな（なる。この
マイクロ波励起プラズマ沈積法はＷＣ中間膜の形成と同
様、第３図に示した装置を使用して実施する。前述の浸
炭焼結処理に引続き、反応器内に前述した比率の炭化水
素ガスおよび水素ガスを夫々のボンベ１Ｏ１１１から導
入、混合しつつ流通させる。反応器内の圧力は反応器中
のバーの温度および形成されるダイヤモンド状炭素膜を
構成する結晶の形状と組成に大きく影響を与えるが、本
発明においては１５〜１００Ｔｏｒｒの範囲となるよう
に圧力調整弁６によって調整する。このバーの表面温度
は８００〜１、’１００℃となるようにマイクロ波高周
波電力を調整する。バーの温度が８００℃未満ではダイ
ヤモンド状炭素膜の形成が遅く、概ね１．１００℃以上
の温度では形成されたダイヤモンド膜中にグラファイト
成分の混入が目立つようになるので、反応中のバーの温
度は８００℃〜１，１００℃の範囲とするのが好ましい
。このような反応条件下では、炭化水素ガスが水素を主
体としたプラズマにより熱分解され、ＷＣ中間膜上に均
一なダイヤモンド状多結晶炭素膜として形成される。

以下、本発明の実施態様を実施例を挙げて具体的に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１〜９、比較例１〜５） Ｃｏを１０重量％、Ｔｉを２０重量％含有し、他がＷＣ
よりなる超硬合金を用いてＪＩＳ　Ｔ　５２０１のスト
レートハンドピース用６枚刃の形状を有する歯科用バー
（第１図）を作成した。次にこのバーをアセトンにより
洗浄後真空蒸着器内に設置し、系内を３×１０−’Ｔｏ
ｒｒまで減圧した後、赤外線ランプによりバー表面が２
００℃となるよう加熱した。次に電子ビームによりＷを
溶融、蒸発させ、バー刃面でのＷ蒸着膜の膜厚が、第１
表に記載の所定の膜厚となるように２０分から６０分間
蒸着した。次にこのバーを反応器内に設置し、反応器内
を０．０１Ｔｏｒｒまで減圧した後、水素およびメタン
ガスの比率が２００・１の割合となるよう調整した混合
ガスを１００ｃｃ／ｍｉｎの流量で系内に導入流通させ
つつ、系内圧力を８　Ｔｏｒｒに維持した。この雰囲気
下でマグネトロンから発振した周波数２．４５ＧＨｚの
マイクロ波を該反応器内に導いてバー周辺にプラズマ火
炎を発生させ、バーが１０２０℃となるようマグネトロ
ンの発振出力を調整し、３時間にわたり浸炭、焼結処理
を行なった。この後、プラズマ火炎を維持した状態で、
水素およびメタンガスの比率を第１表に記載の所定の割
合となるよう調整し、また、系内圧力を３０Ｔｏｒｒに
し、バーの温度が８５０℃となるようマグネトロン発振
出力を調整し、１５時間にわたり反応を行なわせ、ダイ
ヤモンド状炭素膜を形成した。このようにして得られた
歯科用切削具について、ＪＩＳ　Ｔ　５２０１の側刃切
削試験に準じて、連続した二度にわたる切削試験を行な
い、切削に要した時間および切削後の刃面の状態を調べ
耐久試験とした。

［切削試験条件］ 被切削材ニアクリル板（板厚１ｍｍ）、切削回転数：　
２，００Ｏｒｐｍ、側刃切削距離：第１、第２回切削と
も各１０ｍｍ、切削荷重：　０．５ｋｇｆ０薄膜法によ
るＸ線回折を用いて調べた浸炭、焼結により形成された
ＷＣ中間膜の組成を、この耐久試験の結果と合わせて第
１表に併記した。これより本発明による歯科用切削具が
二度にわたる切削試験のいずれにおいても２０秒以内で
切削を完了することが判かる。また、本発明による歯科
用切削具が従来の歯科用切削具である比較例１および５
に対しより安定した切削力と耐久性を有すること第　　
１ 表 が明らかである。

（発明の効果） 本発明によれば従来のものと比較してより安定した切削
力と、優れた耐久性を有する歯科用切削具を製造するこ
とができ、歯科医療の上でその利用価値は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は切削刃および刃溝を有する歯科用バーの側面図
、第２図はダイヤモンドポイントの側面図である。第３
図はマイクロ波プラズマ気相沈積法反応装置の概念図で
ある。主な記号は次の通りである。 Ａ・ Ｂ・ ・歯科用バー頭部（切削刃および刃溝）・歯科用ダイヤ
モンドポイント頭部 （研削面） 歯科用バー　　２・・・基材支持台 反応管　　　　４・・・反射板 真空ポンプ　　６・・・圧力調整弁 インピーダンス整合用スタブ 自動インピーダンス整合器 ９　・ １０・ ＩＪ　・ １２・ １３・ 流量調節弁 炭化水素ガスガスボンベ 水素ガスボンベ ２、４５ＧＨｚ用方型導波管 マグネトロン発振器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超硬合金、超微粒子超硬合金およびサーメットの内
   から選ばれた１種の材質からなる歯科用バーを基材とし
   、その頭部の刃溝を有する切削刃表面にタングステンカ
   ーバイド（ＷＣ）よりなる中間膜を焼結密着させ、さら
   にこの中間膜の表面にダイヤモンド状炭素多結晶膜を付
   着形成させてなることを特徴とする歯科用切削具。 ２、ＷＣ中間膜が、切削刃基材表面に被覆された厚さ０
   ．０１〜１．０μｍのタングステン（Ｗ）よりなる蒸着
   膜を、水素および炭化水素ガスを原料としたマイクロ波
   励起プラズマガス中で浸炭させてＷＣとし、それと同時
   に基材と焼結密着させてなることを特徴とする請求項１
   に記載の歯科用切削具。 ３、ダイヤモンド状炭素多結晶膜を水素および炭化水素
   ガスを原料としたマイクロ波励起プラズマによる気相沈
   積法によりＷＣ中間膜表面に付着形成させてなることを
   特徴とする請求項１に記載の歯科用切削具。 ４、超硬合金、超微粒子超硬合金およびサーメットの内
   から選ばれた１種の材質からなる切削刃基材表面に、厚
   さ０．０１〜１．０μｍのＷよりなる蒸着膜を被覆した
   後、水素および炭化水素ガスを原料としたマイクロ波励
   起プラズマガス中で浸炭させてＷＣ中間膜とし、それと
   同時にプラズマガスの熱輻射により１，０００〜１，５
   ００℃の範囲に加熱してＷＣ中間膜と基材表面を焼結密
   着させ、さらにこの中間膜の表面に水素対炭化水素ガス
   の体積混合比率が５０：１〜２００：１である混合ガス
   を原料としたマイクロ波励起プラズマによる気相沈積法
   によりダイヤモンド状炭素多結晶膜を付着形成させるこ
   とを特徴とする歯科用切削具の製造法。