JP5454887B2

JP5454887B2 - 歯冠修復物の製造方法

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Publication number: JP5454887B2
Application number: JP2009238861A
Authority: JP
Inventors: 英夫小倉; 一夫大熊
Original assignee: 学校法人日本歯科大学
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2029-10-16
Also published as: JP2011083448A

Description

本発明は、歯冠修復物、特にジルコニアを含有するセラミック材料を用いた歯冠修復物の製造方法に関する。

近年、歯冠修復物（人工歯冠）用の材料として、セラミック粉末を焼結させて得られるセラミックスが広く用いられている。セラミックスは、耐摩耗性、審美性、耐変色性（耐食性）などに優れ、かつ、金属アレルギーの問題も生じず、最も生体にとって安全な材料である。しかしながら、セラミックスには、靱性や延性に劣り脆い材料であり、かつ、セラミック粉末を高温（１２００℃）以上で焼成する必要がある。また、セラミック粉末を焼結させると収縮が生じるため、セラミックスに正確な寸法精度を求めることが難しく、歯科用材料としてセラミックスの使用には多くの問題がある。

従来、審美性と耐久性の両方を満足できる歯冠修復物として、メタルボンド（陶材焼付け前装鋳造冠；メタル−セラミックス歯冠）が多く採用されている。これは、金、銀、プラチナ、パラジウムなどの貴金属合金や、ニッケル、クロム、コバルトなどの卑金属合金により作製された金属フレーム（コーピングキャップ）に、セラミック粉末を溶着させて、頬側面のセラミックス（前装材）が天然歯と類似する色調を発揮するようにしたものである。

同様に、白いレジンを前装する硬質レジン前装冠も多くの修復に用いられているが、摩耗性や吸水による着色に問題があり、メタルボンドの方が優れているといえる。

しかしながら、メタルボンドでは、金属フレームの一部が唇側に露出する場合があるため、審美性に問題があったり、また、金属アレルギーの問題が生じたりする可能性がある。

これに対して、コーピングキャップを含めた歯冠修復物のすべてをセラミックスによって作製するオールセラミックスクラウンがある。オールセラミックスクラウンは、メタルボンドのコーピングに使用する金属による金属アレルギーの心配がなく、かつ、審美性に優れ、天然歯と同様な色調を容易に得ることができるので、現在では、多くの臨床家が関心を集めている。また、コンピュータも普及したので、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムを用いて、セラミックスを削り出すことにより、歯冠修復物を容易に作成することも可能となっている（特許文献１参照）。

オールセラミックスクラウンの材料としては、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）などのセラミック材料が用いられている。しかしながら、アルミナやスピネルなどのセラミックスのみからなる材料では、脆く、衝撃力に弱く、通常の咬合力以下の負荷がかかった場合でも、割れや欠けなどが生じることがある。

このため、アルミナやスピネルなどのセラミック材料にジルコニウム粉末を添加して、その混合物を焼成することにより、弾性係数を大幅に向上させた（硬化させた）セラミックスが開発されている（特許文献２、特許文献３参照）。

このようなジルコニア系セラミックスは、ビッカーズ硬度が１２００〜２０００程度の硬度を有し、従来のアルミナやスピネル単独のセラミックスと比較して、靱性や曲げ強度が大幅に向上しており、歯冠修復物におけるコア材であるコーピングキャップの材料として注目を集めている。

オールセラミックスクラウンの作製においては、本焼結後の切削加工を行うと切削工具の摩耗により精度が悪くなるので、半焼結後のセラミックスをＣＡＤ／ＣＡＭシステムを用いて削り出し、コーピングキャップの外形を決定し、その後、セラミックスを焼結させることにより、コーピングキャップを得ている。特にジルコニア系セラミックスは、その高い硬度から、本焼結後の切削加工自体が極めて困難である。

しかしながら、セラミック材料、特にジルコニア系セラミックスは焼結により収縮する性質を有し、予めその収縮量を見込むことが困難である。このため、加工後に本焼結する場合にも、焼成前に焼結後の形状を精度よく決定することが困難であるという問題がある。

特表２００４−５２８０９５号公報特開２００１−３２７５１６号公報特開２００７−１２６３６０号公報

本発明は、従来の問題点に対して、ジルコニア系セラミックスを用いてコーピングキャップを作製する場合にも、形状精度よく製造しうる方法を提供することを目的とする。

本発明に係る歯冠修復物の製造方法の一態様は、半焼結状態にあるジルコニア系セラミックスからなるコーピングキャップを所定形状に加工した後、可視領域または近赤外領域の波長で、ピーク出力が１６ｋＷ以上で、パルス幅が３０ｎｓｅｃ以下であるレーザを照射することにより、該ジルコニア系セラミックスの少なくとも表面の一部を焼結させる工程を含むことを特徴とする。

本発明に係る歯冠修復物の製造方法の別の態様は、半焼結状態にあるジルコニア系セラミックスからなるコーピングキャップを、可視領域または近赤外領域の波長で、ピーク出力が１６ｋＷ以上で、パルス幅が３０ｎｓｅｃ以下であるレーザを照射することにより、所定形状に加工するとともに、該ジルコニア系セラミックスの少なくとも表面の一部を焼結させる工程を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る歯冠修復物の製造方法のさらに別の態様は、本焼結された状態にあるジルコニア系セラミックスからなるブロックを、可視領域または近赤外領域の波長で、ピーク出力が１６ｋＷ以上で、パルス幅が３０ｎｓｅｃ以下であるレーザを照射することにより、所定形状のコーピングキャップに加工する工程を含むことを特徴とする。

前記レーザのビームスポット径を２５〜３５μｍとし、スポットの重ね量を８〜１２μｍとし、複数回の重ね打ちを行いながら、レーザを移動させることが好ましい。

本発明により、コーピングキャップの少なくとも表面の一部を高出力のレーザにより焼結させることにより、色彩に影響を与えることなく、形状精度に優れたコーピングキャップを得ることができる。特に、形状加工を施しながら、焼結させることで、形状精度をより安定化させることができる。

本発明によりジルコニア系セラミックスからなるコーピングキャップの表面を焼結させた一実施例を示す写真である。本発明により焼結させたジルコニア系セラミックスの組成分析の結果を示すグラフである。

発明者らは、従来のジルコニア系セラミックスをコーピングキャップとして用いる歯冠修復物における上述の問題について鋭意検討した結果、特定のレーザを用いた焼結および加工により、その改善を図れるとの知見を得て、本発明を完成したものである。

本発明の歯冠修復物の製造方法は、半焼結状態にあるジルコニア系セラミックスからなるコーピングキャップを所定形状に加工した後、可視領域または近赤外領域の波長で、ピーク出力が１６〜１００ｋＷであり、パルス幅が１０〜３０ｎｓｅｃ（繰り返し周波数：５０ｋＨｚの時）であるレーザを照射することにより、該ジルコニア系セラミックスの少なくとも表面の一部を焼結させる工程を含むことを特徴とする。なお、本発明では、ピーク出力が１００ｋＷを超えるもの、パルス幅が１０ｎｓｅｃ未満のものなど、さらに高出力のレーザについても問題なく適用可能である。

すなわち、かかる特性のレーザ照射により、ジルコニア系セラミックスのコーピングキャップの少なくとも表面が短時間に焼結するため、焼結過程におけるコーピングキャップの収縮を防止することが可能となり、その形状精度の向上を図ることができる。

レーザ特性が、ピーク出力が１６ｋＷ未満、またはパルス幅が３０ｎｓｅｃを超える（繰り返し周波数：５０ｋＨｚの時）場合、ジルコニア系セラミックスの焼結が十分になされない。また、ジルコニア系セラミックスの表面に金属が浮き出てしまい、コーピングキャップの強度ないしは耐久性に問題が生じたり、表面に浮き出た金属により歯冠修復物の審美性に問題が生じたりする。この観点より、レーザ特性は、ピーク出力が１６ｋＷ以上、かつ、パルス幅が３０ｎｓｅｃ以下に規制される必要がある。

なお、ジルコニア系セラミックスの十分な焼結のためには、前記レーザのビームスポット径を２５〜３５μｍとし、スポットの重ね量を８〜１２μｍとし、１パルスの照射時間であるパルス幅を２０ｎｓｅｃ（繰り返し周波数：５０ｋＨｚの時）以下として、複数回、少なくとも２回の重ね打ちを行いながら、レーザを移動させることが好ましい。

さらには、かかる特性を有するレーザ加工を、ジルコニア系セラミックスからなるコーピングキャップの所定形状への加工に適用することも可能である。かかるレーザ加工を、既存のＣＡＤ／ＣＡＭシステムと組み合わせて用いることで、半焼結状態のコーピングキャップを所望の形状に精度よく加工が行えるとともに、同時に、コーピングキャップの少なくとも表面を焼結させることができる。さらに、コーピングキャップの最外形を本焼結するので、残りの部分の本焼結時に生じる収縮をコントロールすることにより、得られる歯冠修復物の形状精度をさらに向上させることができる。

このようにジルコニア添加の強化型セラミックブロックの表面をレーザによる切削加工と焼結とを同時に行うことができるため、極めて短時間で歯冠修復物の加工製造を行うことが可能となる。

なお、かかるレーザ加工は、半焼結状態のコーピングキャップのみならず、焼結後のコーピングキャップにも適用できる。すなわち、切削加工では過摩耗により加工が困難な焼結後のジルコニア系セラミックブロックについても、コーピングキャップ加工を摩耗を考慮することなく行うことができ、その形状精度の向上を図ることが可能となる。

本発明によるレーザ照射を、コーピングキャップの焼結工程、もしくはコーピングキャップの所定形状への加工工程、さらには加工および焼結工程に適用し、レーザ照射が適用されない工程について通常の電気炉を用いた焼成を適用することができる。すなわち、本発明のレーザ加工により、焼付け用陶材が築盛されるコーピングキャップの表面の一部について焼結させた後、通常の電気炉による焼成により焼結させるようにしてもよい。ただし、少なくともコーピングキャップの表面側を本発明のレーザ加工により焼結させることが、形状精度の観点から好ましい。また、一連の工程により、裏面側を含めて、コーピングキャップ全体をレーザ加工により焼結させてもよい。これらはコストや作業効率の観点から、任意に選択されうるものである。

このように、本発明は、ナノ秒（ｎｓ）という極めて短い時間のパルス発振により高出力のレーザを照射するレーザ加工を歯冠修復物の製造工程に適用することで、ジルコニア系セラミックスからなるコーピングキャップの切削加工と焼結が極めて短時間になされ、かつ焼成収縮をコントロールすることにより、コーピングキャップを形状精度よく加工することが可能となる。

さらに、レーザによる加工も可能であり、コーピングキャップの形状精度が極めて高いため、所望の形状に近い形でコーピングキャップの形状を設計でき、かつ、形状の変化が少ないことから、形状精度の高い歯冠修復物を提供することが可能となる。

［実施例１］
コーピングキャップ材料として、ジルコニア系セラミック材料であるビタ・インセラム・ジルコニアブロック・ＧＮ−Ｉ（ジーシーコーポレーション社製）を使用した。

ＣＡＤ／ＣＡＭシステム（ジーシーコーポレーション社製、ＤＥＮＴＡＬＣＡＤ／ＣＡＭＧＮ−Ｉ）を使用して、支台歯の三次元データを測定した。付属したソフトによりコンピュータ上で、コーピングキャップの三次元的データを作製した。

このデータを基に、３Ｄレーザ深削装置（ギルトマイスター社製、ＬＡＳＥＲＴＥＣ４０）を使用した。該装置を用いて、加工後の半焼結状態にあるコーピングキャップに対して、結晶媒体：Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ結晶、平均出力：１６Ｗ、ピーク出力：２８ｋＷ、繰り返し周波数：５０ｋＨｚ、パルス幅：１６ｎｓｅｃ、スポットの重ね量（移動量）：１０μｍ、ビームスポット径：３０μｍの条件で、２．６Ｗの出力で、２度打ちにより、レーザを照射した。

その結果、図１に示すように、表面が焼結したコーピングキャップが得られた。コーピングキャップの表面に、金属酸化物が析出して浮き出ることはなかった。該表面の組成について、Ｘ線回折装置（株式会社リガク製、ＲＩＮＴ１００）を用いた分析を行ったところ、図２に示す測定結果が得られた。かかる測定結果より、ジルコニア系セラミックスが焼結していることが確認された。

また、同様にして、５％−０．７Ｗ、２０％−２．２Ｗ、５０％−５．９Ｗの出力条件で同様に、コーピングキャップにレーザ照射を行ったところ、いずれもジルコニア系セラミックスが焼結していることが確認された。また、いずれにおいても、コーピングキャップの表面への金属酸化物の浮きは観察されなかった。

［実施例２］
ジルコニア系セラミック材料として、ナノＺＲ（パナソニックデンタル株式会社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様に、結晶媒体：Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ結晶、平均出力：１６Ｗ、ピーク出力：２８ｋＷ、繰り返し周波数：５０ｋＨｚ、パルス幅：１６ｎｓｅｃ、スポットの重ね量（移動量）：１０μｍ、ビームスポット径：３０μｍの条件で、９．９Ｗの出力で、２度打ちにより、レーザを照射した。実施例１と同様の分析を行ったところ、いずれの出力においても、同様に、ジルコニア系セラミックスが焼結していることが確認された。また、いずれにおいても、コーピングキャップの表面への金属酸化物の浮きは観察されなかった。

［比較例１］
結晶媒体として、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ結晶を用いて、平均出力：１００Ｗ、ピーク出力：１５０ｋＷ、パルス幅：５ｍｓｅｃの条件で、レーザ照射を行ったこと以外は、実施例１と同様に、ジルコニア系セラミックスを半焼結状態でレーザ照射を行った。その結果、金属酸化物が浮き出て、本焼結しなかった。

Claims

半焼結状態にあるジルコニア系セラミックスからなるコーピングキャップを所定形状に加工した後、可視領域または近赤外領域の波長で、ピーク出力が１６ｋＷ以上で、繰り返し周波数を５０ｋＨｚとしたときのパルス幅が３０ｎｓｅｃ以下であるレーザを照射することにより、該ジルコニア系セラミックスの少なくとも表面を焼結させる工程を含むことを特徴とする、歯冠修復物の製造方法。
半焼結状態にあるジルコニア系セラミックスからなるコーピングキャップを、可視領域または近赤外領域の波長で、ピーク出力が１６ｋＷ以上であり、繰り返し周波数を５０ｋＨｚとしたときのパルス幅が３０ｎｓｅｃ以下であるレーザを照射することにより、所定形状に加工するとともに、該ジルコニア系セラミックスの少なくとも表面を焼結させる工程を含むことを特徴とする、歯冠修復物の製造方法。
本焼結された状態にあるジルコニア系セラミックスからなるブロックを、可視領域または近赤外領域の波長で、ピーク出力が１６ｋＷ以上であり、繰り返し周波数を５０ｋＨｚとしたときのパルス幅が３０ｎｓｅｃ以下であるレーザを照射することにより、所定形状のコーピングキャップに加工する工程を含むことを特徴とする、歯冠修復物の製造方法。
前記レーザのビームスポット径が２５〜３５μｍであり、スポットの重ね量が８〜１２μｍであり、複数回の重ね打ちを行いながら、レーザを移動させる、請求項１〜３のいずれかに記載の歯冠修復物の製造方法。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法により得られる歯冠修復物。