JPH0352979B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は人工歯冠、詳しくはアパタイトを主体
とするリン酸カルシウム系鉱物質のガラスセラミ
ツクス（再結晶ガラス）よりなる人工歯冠並びに
その製造法に関する。

従来の人工歯冠は４つのタイプに分かれる。そ
の１は金属製のもの、その２は陶材によるもの
（ジヤケツト・クラウン）、その３は金属と陶材と
の複合によるもの（メタルボンド）、その４は金
属とレジンとの複合によるものである。第１の金
属の場合は貴金属、準貴金属、非貴金属など金属
は種々あるが、いづれも精密鋳造によつて高精度
の形状維持が出来るが、基金属、準貴金属のもの
は高価となる欠点がある上にいづれも金属個有の
光沢が生体と不調和で嫌われる向きが多い。さら
に、非貴金属のものは特に生体為害性の問題は金
属材料の研究によつて改良されはしたものの、未
だ解決と云う段階迄には立至つていない。第２の
陶材によるものは築盛・焼成の繰り返しによつて
製作するもの故に反復加熱による寸法変化が起り
がちで天然歯に装着した場合に寸法的に不適合と
なることがあり、築盛・焼成と云う技倆の上に寸
法精度をあげると云う要求から歩留りも極めて悪
く、また製作コストが高くなり易い。第３の金属
と陶材の複合材のものは金属製歯冠の金属光沢を
消すために歯冠表面に陶材を築盛・焼付けするも
のであるので、これも第１の金属の問題が当然付
随する上に、製作が面倒でコスト高になり易い。
更に重要なことは金属製歯冠は対合天然歯に較べ
て硬度が低いので長期の咬合によつて局部ふ食や
変形を起すこと逆に陶材もしくは陶材被覆をされ
たものは天然歯に較べ高硬度故に天然歯に損耗を
与えることならびに前述のとおり反覆加熱による
寸法精度の低下は避けられないことである。ま
た、第４の金属とレジンの複合材は変色や疲労を
起し易い上に、経時的な変質による耐久性に問題
を残している。

本発明は上述諸点を解決するためになされたも
ので、天然の骨や歯の主な無機成分であるアパタ
イトを主体とするリン酸カルシウム鉱物を晶出さ
せたガラスセラミツクスで歯冠を製することを内
容とするものであつて、その特筆されるべき所は
先づ物としては、セラミツク材でありながら精密
鋳造によつて得られるので歯冠としての寸法精度
が極めて高くて天然歯への装着が正確に行なわれ
ること、天然歯とのセメント接着を行なうにつき
特にリン酸カルシウム鉱物との化学的結合性のよ
いセメント（例えばガラスアイオノマー及びカル
ボキシレート、セメントとして市場入手性あり）
を用いた時に天然歯に対する接着強度が頗る高い
こと、天然歯に極めて近い物性を有するため対合
する天然歯との咬合による損耗が天然歯同士の損
耗と大差がなく且つ天然歯と同等の力学的強度が
得られること並びに従来品に較べて容易且つ短時
間に製作できるため遥かに安価に得られる点にあ
り、一方製造法的には従来の歯科用精密鋳造装置
をそのまゝ利用し得るので、特殊な製造技術や装
置が不用で容易且つ寸法精度高く製造し得るこ
と、また着色がし易いことが挙げられる。

以下に本発明を詳述する。本発明のガラスセラ
ミツクスを形成するガラスセラミツクス原料組成
物としては例えば特公昭51−8970及び特開昭57−
191252に夫々開示されているものなどが挙げられ
る。両者はMgO−CaO−SiO₂−P₂O₅系のガラス
セラミツクスで組成範囲も近似しているが両者に
共通な事柄は天然骨質である水酸アパタイト
〔Ca₁₀（PO₄）₆（OH）₂〕類似のアパタイト質鉱物
（例えば酸素アパタイト〔Ca₁₀（PO₄）₆O〕、弗素ア
パタイト〔Ca₁₀（PO₄）₆F₂〕）などの微結晶を含む
故に天然骨質との化学的親和性、即ちなじがよく
て生体内のインプラント部材、例えば人工骨、人
工歯根に応用した時それ迄のものでは得られなか
つた生体骨との結合が強化されると云う点にあ
り、このうち後者はアパタイトの他に強度補強用
としてのウオラストナイト（CaO・SiO₂）をも
同時に晶出すると云う点も特徴としている。

本発明はこのアパタイトを主体とし、その他ト
リカルシウムホスフエート（3CaO・P₂O₅）など
のリン酸カルシウム鉱物を晶出させたガラスセラ
ミツクスをインプラント部材とは作用効果や使用
目的の異つた人工歯冠に適用する所に漸新な発想
があり、即ち繰り返すがこのセラミツクスに期す
る性質の主要点は生体骨との馴染みによ結合の強
化ではなく、対合する天然歯との咀しやく咬合に
よつても天然歯の咬合面或は歯冠の咬合面に過度
の損傷を生起しないような調和的な咬耗性（咬合
による摩耗性）を発揮させる点、つまり天然歯に
近似した物性をもつた歯冠を提供するにある。次
にこのようなガラスセラミツク歯冠を得るに当
り、一般の歯科用精密鋳造（遠心鋳造もしくは加
圧鋳造）装置をそのまゝ利用して鋳造による成形
を可能ならしめる（但しこの鋳造工程内にリン酸
カルシウム系鉱物の晶出を含ませる）ことにより
寸法精度、生産性を高め得る製造法を提供するこ
とにある。このような着想は上記刊行物には何一
つ開示のない本発明固有のものである。歯冠はそ
の性質上圧縮、曲げ、衝撃、引張り及び剪断の各
種外力の付加される生体埋入用のインプラント部
材とは違つて単冠（クラウン）にしろブリツヂに
しろ問題とされるストレスは主に圧縮と曲げスト
レスにあり、このうち圧縮ストレスに対してはセ
ラミツクス固有の優れた特性によつて材料的に解
決し得るものであり、一方曲げストレスは部位に
もよるが1000Kg／cm²程度の曲げ強度があれば日常
的には充分耐久出来る。本発明の実施例によれば
この程度の曲げ強度はウオラストナイト微結晶の
晶出がなくとも打ち出せることを知悉した。従つ
て、先行技術のうち後者のようにウオラストナイ
トの存在を必須とすることは不要であり、ウオラ
ストナイトの不均質な晶出は鋳造物に内部歪を発
生させて破壊を起す恐れがあり好ましくない。そ
のため、本発明は鋳造後800℃〜900℃に保持して
結晶化させることにより、ウオラストナイトの多
量の晶出を避けてアパタイトを主体に晶出させる
ことを特徴とした。なお、リン酸カルシウム系鉱
物として本発明ではアパタイト質鉱物に狭縮され
るものではなくトリカルシウムホスフエートその
他の類似物をも除外するものではない。これらは
アパタイトの結晶化の温度条件によつて副生され
るものである。このような理由から先行技術の前
者、後者いづれも採用出来るのみならず鋳造可能
なガラス質であつてアパタイトを主体とするリン
酸カルシウム系鉱物の微結晶を含むガラスセラミ
ツクスであれば広く適用され得るのである。本発
明に於けるアパタイト質鉱物微結晶のセラミツク
ス全体に対する割合は容積比にてほゞ30％以上、
好ましくは50％以上であることが望まれ、これ以
下となると該微結晶の晶出による物性の改善の効
果が薄れる傾向となる。

以下に本発明歯冠を製造法を例に採つて詳細に
説明する。

(a) ガラスセラミツク原料組成物の調整：SiO₂
−P₂O₅−CaO−MgO−CaF₂系組成物を主成分
とするガラス組成に相当するバツチを酸化物、
水和物或は弗化物を用いて調製し、その配合物
を加熱下で非活性的な材料製（白金など）のる
つぼを用いて炉（電気炉）内で加熱溶融してガ
ラス化し、急冷する。この急冷はガラス状態を
保つたまゝ常温に持ち越す作業であり、徐冷す
ると前記鉱物の微結晶の幾何かゞ晶出して〓后
の再加熱の融点を不当に上げてしまう恐れがあ
るからである。

(b) 鋳造：(a)組成物を炉中で減圧下で1200〜1300
℃にて再溶融する。減圧は溶融液に気泡を巻込
まないようにするためで100mmＨｇ程度でよい。
鋳型を構成する埋没材（インベストメント）は
上記ガラス材質と熱膨張特性の近似したものを
選ぶことが必要である。これは〓后の結晶化の
加熱の際に鋳型と注型物との間に熱ストレスを
可及的に発生しない配慮にもとづく。具体的に
はリン酸マグネシウム、マグネシア、ジルコニ
アなどが適用される。冷たい鋳型内に溶融液を
注型することにより無意味なストレスを受けな
いよう鋳型は適温（例えば700℃）に熱される
ことが望まれる。また、注型の際にも気泡を巻
き込まないよう減圧注型が好ましい。鋳造は通
常の遠心鋳造法、加圧鋳造法のいづれであつて
もよい。

(c) 結晶化：(b)の溶融液を鋳型に注型し必要な遠
心力、加圧を与えた后の注型状態の鋳型をその
まゝアパタイト質鉱物の晶出温度である800〜
900℃に１〜２時間加熱する。先行技術のうち
の後者の如くウオラストナイトをも多量に晶出
させる場合は1000℃以上の加熱が必要であるが
本発明の場合はウオラストナイトの晶出は鋳造
物を破損させる恐れがあるため、むしろ避ける
べきであり、アパタイト質鉱物が主として晶出
する温度域である800〜900℃の加熱にとゞめる
ことが好ましい。この加熱によつてアパタイト
質鉱物を主体としトリカルシウムホスフエート
その他の類似物の微結晶がガラス中に晶出分散
したものが得られる。この微結晶は鋳造品の表
面部位に均整に分布するのが常であり、それ故
に天然歯に近い物性を表面に備えた歯冠が得ら
れるのである。上記微結晶の晶出の際に僅かな
体積膨張を伴なうが、本発明では埋没材を当該
ガラス材質と熱膨張の近似したものを適用し且
つ注型の終つた鋳型そのまゝで（離型せずに）
結晶化のために加熱するものであるから、上記
体積膨張は対向鋳型面によつて抑止されブレ圧
縮ストレスが注型物に付与されることになり、
製品歯冠の力学的強度が向上され、また高精度
の寸法安定性も維持出来るのである。

斯様にして得られた人工歯冠はガラスセラミツ
クスの半透明の期色を持ち、線膨張係数α＝９〜
11×10^-6／℃（800℃）、曲げ強度1200〜1400Kg／
cm²、圧縮強度9000〜10000Kg／cm²の物性を備え水
酸アパタイトに近似したものとなつた。また、口
腔内の唾液、酸、アルカリに対しても安定であ
る。着色に当つては上記半透明の故に歯冠裏面の
みを望ましい着色剤にて着色すれば天然歯の色合
と近似した調和のとれた色調を打ち出せるのであ
る。

次に本発明歯冠の具体的構造を第１図〜第３図
につき述べる。第１図は単冠の例であり、天然歯
ｔの上面を印象採取、ロストワツクス法によつて
鋳型を作成し単冠１０を鋳造する。この単冠１０
を天然歯ｔに冠着するに両者の間にセメント４、
とりわけグラスアイオノマーセメントもしくはカ
ルボキシレートセメントの如くアパタイト質に優
れた接着性を有するもの、を用いることによつて
天然歯ｔと単冠１０との相互接着は大幅に改善さ
れる。第２図Ａ，Ｂのものは第１図と同様の単冠
の例であるが咬合外力に対する抗性を改善するた
めに単冠１０の厚み内に咬合圧縮方向とほゞ直交
方向に浅い倒椀形の第１の補強部片２を埋込一体
とした例であり、この部片２は単冠１０と近似し
た熱膨張特性を持ち且つ加熱下に於て単冠１０に
対し化学的に不活性な材料、例えばアルミナ
（Al₂O₃）セラミツクスやジルコニヤ（ZrO₂）セ
ラミツクスを用いる。前者は線膨張係数α＝８×
10^-6／℃（800℃以下同じ）、後者はα＝11×
10^-6／℃で当該ガラスセラミツクス材質のα＝10
×10^-6／℃に近似し化学的にも不活性である。ま
た、これらのセラミツクスに代つて金属Pd（α＝
11×10^-6／℃）、Pd合金、金属Ti（α＝９×
10^-6／℃）及びTi合金のいづれかを用いてもよ
い。このような第１の補強部片２はその形状に別
途作成したものを単冠１０の鋳造時に埋込成型す
ることによつて本実施例のものが得られる。第２
図Ａの第１の補強部片２は盲板の例であるが、同
図Ｂのものは厚み方向に透孔２２…の複数個を設
けてこの透孔２２…内にガラスセラミツクス１を
連通させることにより該ガラスセラミツクス１に
よるアンカリング効果（投錨効果）を期待すると
共に材料の軽量化を図つてある。第３図Ａ，Ｂの
歯冠１はブリツヂ１１の例である。この例では第
２図Ａ，Ｂと同様の第１の補強部片２，２に加え
てブリツヂ１１のスパン部分の曲げ強度補強のた
めに、第２の補強部片３を用いた例であり、この
部片３の材質は部片２と同じものであるがその形
状は横長のロツド状や板状のものであり、セラミ
ツクス同志を材質と選んだ場合は第３図Ａの如く
ロツドの両端に突出部３１，３１を備えてこれが
部片２，２の対応部の挿通孔２１，２１に夫々嵌
挿されて連結され部片２−３−２が架橋された状
態でブリツヂ１１の厚み内部に埋設一体とされた
例である。金属同志を選んだ場合は第３図Ｂの如
く両補強部片２，３をあらかじめ一体に鋳造する
ことも可能である。第３図の例によればスパン部
分の曲げ強度も増大されて耐久性の高いブリツヂ
が得られる。なお、上記の第１や第２の補強体は
適所に登孔２２…及び３２…を設けてガラスのア
ンカリング効果と材質の軽量化をはかることが前
例同様望ましい〔第３図Ｂの如し〕。

以上５例はほんの僅例にすぎず、補強部片の
数、形状及び構造には種々の変更が加えられるこ
とは自明である。

本発明歯冠の着色については、ガラスセラミツ
クスの半透明性の故に全体を着色する必要がなく
歯冠１の裏面（歯科セメント４側）のみに天然歯
牙に近い着色剤を焼付けるかセメント４自体を着
色すれば擬似天然歯の色調を打ち出せるのであ
る。また、第１、第２の補強部片２，３を用いる
場合は、その補強部片２，３全体をその製造過程
に於て上記着色剤にて着色しておくことにより、
例え部片２，３が外方より半透視されても違和的
な色調を与えるおそれがない。このように本発明
における着色範囲は狭くて済み又容易であると云
う特典がある。

以下に本発明の実施例及び結果と修復とを以下
に挙ける。

（実施例） (a) ガラスセラミツク原料組成物の調製：
SiO₂27％（重量…以下同じ）、P₂O₃13％、
CaO54％、MgO3％、B₂O₃2％、CaF₂1％の組
成に相当するバツチを酸化物、水和物或いは弗
化物を用いて調製して白金るつぼに採つて電気
炉にて1450℃、２時間加熱溶融し、次にこの溶
融物を水中急冷してガラスセラミツク原料組成
物を得た。

(b) 鋳造：(a)組成物を電気炉中で1300℃で溶融す
ると共にリン酸マグネシウム系埋没材で構成し
た遠心鋳造鋳型を700℃に加熱保持し減圧下で
上記溶融液をこの鋳型内に注型して遠心鋳造し
た。なお、鋳造品は第１図の単冠である。

(c) 結晶化：(b)の注型状態の鋳型のまゝ800℃、
２時間加熱保持して酸素アパタイト〔Ca₁₀
（PO₄）₆O〕を多数結晶化させた。

(d) 離型：結晶化の終つた頃合を見計らつて離型
した。

（結果と修復） 得られたガラスセラミツクスの線膨張係数は10
×10^-6／℃（800℃）、曲げ強度は1400Kg／cm²、圧
縮強度は9000Kg／cm²の機械的性質があり半透明の
ものであつた。この単冠の裏面に着色剤にて天然
歯に近いアイボリー（象牙）色の着色剤（ステイ
ン）を焼付けた后グラスアイオノマーセメントを
介して天然歯台に冠帽固定した。こうして得られ
た人工歯冠は色調も天然歯に近似し長期（ほゞ12
ケ月）の咬合にもかゝわらず対合天然歯を損傷さ
せることもなければそれ自体の咬合面にも何一つ
異常が発見されなかつた。

叙述の説明から判明するように、本発明歯冠は
天然歯質と同様なリン酸カルシウム鉱物の微結晶
を有するガラスセラミツクスよりなるので、天然
歯と物性が近似して対合天然歯及び歯冠それ自体
の咬合面に摩損がなく長期の使用に耐え得るのは
もちろんガラスアイオノマーの如きアパタイトと
親和性の高いセメントを選ぶことによつて天然歯
台との接着強度も良好で脱落の懼れがなく、また
ガラスセラミツクスの半透明の基色を持つ故に着
色に当つては歯冠裏面側に所望の着色をすれば天
然歯に類似の色調を発揮し得るから色採不調和が
なくなる上に着色も容易である…と云う優れた効
果がある。

本発明製造法は、また、セラミツク材料であり
ながら鋳造の可能なガラスセラミツクを用いて従
来の歯科用鋳造法をそのままゝ利用出来るように
したため簡便な手法で寸法精度の高いものを生産
性よく且つ低コストに得られると云う利益をもた
らすと共にリン酸カルシウム鉱物の微結晶化を所
記の鋳型とまゝ実施することによつて結晶化によ
る体積膨張を抑止して寸法の安定性維持やプレ圧
縮ストレスの付与に役立たせ得る利益をも提供し
得るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明歯冠を単冠にとつた一実施例縦
断面図、第２図Ａ，Ｂは本発明の別の実施例に係
る単冠の縦断面図、第３図Ａ，Ｂは本発明歯冠を
ブリツヂに採つた縦断面図、第４図は本発明法の
フローチヤートを夫々示す。 （符号の説明）、１……歯冠、１０……単冠、
１１……ブリツヂ、２……第１の補強部片、２１
……その挿通孔、２２……透孔、３……第２の補
強部片、３１……その突出部、３２……透孔、４
……歯科セメント。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アパタイトを主体とするリン酸カルシウム系
   鉱物の微結晶を容積比で30％以上晶出したSiO₂
   −P₂O₅−CaO−MgO−CaF₂系ガラスセラミツク
   スより成り、全体が鋳造体により構成されたガラ
   スセラミツクスよりなる人工歯冠。 ２ リン酸カルシウム系鉱物がアパタイトを主体
   としこれにトリカルシウムホスフエート系及びそ
   の類似物を含む特許請求の範囲第１項記載の人工
   歯冠。 ３ ガラスセラミツクスが半透明の基色を備え、
   その線膨張係数が９〜11×10^-6／℃（800℃）で
   ある特許請求の範囲第１項記載の人工歯冠。 ４ 人工歯冠が単冠である特許請求の範囲第１項
   記載の人工歯冠。 ５ 人工歯冠がブリツヂである特許請求の範囲第
   １項記載の人工歯冠。 ６ 歯冠の裏面側に所望の色調の着色が施されて
   いる特許請求の範囲第１項記載の人工歯冠。 ７ SiO₂−P₂O₅−CaO−MgO−CaF₂系のセラミ
   ツクス原料組成物をガラス状態に溶融する工程
   と、そのガラス材質と熱膨張の近似した耐火埋没
   材によつて構成した鋳型内にガラスの溶融液を注
   型する工程と、注型後鋳型のままアパタイトを主
   体とするリン酸カルシウム鉱物の結晶化温度に加
   熱保持して当該リン酸カルシウム鉱物を容積比で
   30％以上晶出させる工程と、その後に離型する工
   程とよりなる人工歯冠の製造法。 ８ 結晶化温度が800〜900℃である特許請求の範
   囲第７項記載の製造法。