JP2903319B2 - Surface hardening method for dental implant members - Google Patents
Surface hardening method for dental implant membersInfo
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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歯科用
インプラント部材の表面硬化方法に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for hardening the surface of a pure titanium dental implant member used in the field of dental care.
（従来の技術） 歯科医療用としてのインプラントは既に多種多様のも
のが出回っている。一般に、歯科用インプラントとして
求められる条件としては表面硬度が高く、生体有為性が
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。(Prior Art) A wide variety of implants for dental care have already been circulated. In general, the conditions required for a dental implant are desirably high surface hardness, no biological significance, biocompatibility, mechanical strength, excellent machinability, and low cost.
一方、医科、歯科を問わず生体内に埋入するインプラ
ントは、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
る適応性が増加する。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
ように生体有為性、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
タンそのものは表面硬度の観点から必ずしも斯界の要求
を満足し得ず、従ってこの点を改善する方法もいくつか
提案されている。On the other hand, an implant to be implanted in a living body regardless of a medical department or a dentist has a great limitation in its shape depending on a used portion. The condition of the site where the artificial implant is implanted, such as the thickness of the jawbone and the thickness of the bone, differs from patient to patient.
Therefore, the artificial implant has a greater mechanical strength of the base material and the better the machinability, the more adaptable the implant is. For this reason, those based on ceramics have been increasingly developed from those based on conventionally known ceramics. Among these metals, methods of using titanium or a titanium-based alloy have been developed in consideration of biopotentiality, biocompatibility, and the like as described above. However, titanium itself is not necessarily required in the art from the viewpoint of surface hardness. Therefore, some methods have been proposed to improve this point.
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1
0μｍに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
タン等のコート層を基材表面に0.1〜30μｍの膜厚で、C
VD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。As an example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-122669, a film thickness 1
An embodiment in which a titanium nitride film is formed to a thickness of 0 μm is disclosed. Further, the same publication discloses a so-called titanium-based alloy other than pure titanium, a coating layer of titanium nitride, titanium oxide, titanium carbide, titanium carbonitride, etc.
Methods of forming using a VD method, a plasma CVD method, a laser CVD method, an ion implantation method, and the like have been proposed.
（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10μｍの窒化チタン層を形成させた
場合、歯科用インプラント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じる
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
じたりするために本来の目的を達成し得ず、また、窒化
チタンの被膜が薄すぎる場合、耐摩耗性の低下をきたし
て実用的ではない、さらに同公報が例示されているもの
は窒化チタンの膜厚が10μｍで、硬度が1900Hvとなって
いるが、窒化チタンの硬度は通常2050〜2400Hvであり、
成膜技術に未完成な部分が残されているものと思われ
る。(Problems to be Solved by the Invention) However, when a titanium nitride layer having a thickness of 10 μm is formed using pure titanium as a base as exemplified in the publication, occlusal stress is considered in consideration of use as a dental implant. Therefore, there is a great possibility that the titanium nitride layer will be broken due to the deformation caused by the deformation. That is, the formation of a titanium nitride film that is too thick to form a titanium nitride film without impairing the properties of the base material cannot achieve its original purpose because the film peels or is damaged. Also, if the titanium nitride coating is too thin, it is not practical because it causes a decrease in wear resistance.Moreover, those disclosed in the publication have a titanium nitride film thickness of 10 μm and a hardness of 1900 Hv. However, the hardness of titanium nitride is usually 2050-2400Hv,
It seems that unfinished parts are left in the film forming technology.
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、これはコストの上昇を招いて安価なイ
ンプラント材の供給を妨げるものとなる。According to the same publication, as another example, a multilayer coating is formed to have a hardness higher than the original hardness of titanium nitride. However, this causes an increase in cost and a supply of an inexpensive implant material. It will hinder.
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トアップにつ
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6Al−4V−残Ti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。Further, in the example of the publication, it is indicated that a titanium-based alloy is used as a base material. However, as described above, the titanium-based alloy is expensive and has poor workability. It has the problem that it leads to an increase in cost as a whole, especially in the case of 6Al-4V-remaining Ti alloy, which is one of the typical titanium-based alloys, and contains vanadium harmful to living organisms. Some experts question the safety of the component metals.
また、歯科用インプラントの場合、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、歯肉を通じた場合相殺されてピン
ク色を呈して斯か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歯科用イ
ンプラント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。In the case of a dental implant, its strength is also an indispensable condition, but the part exposed through thin gingiva becomes unhealthy in appearance if the gray metallic color itself unique to titanium is used, which causes aesthetic problems. there were. Titanium nitride generally has a golden color and is offset by passing through the gingiva to give a pink color and eliminate such discomfort. Color control is needed. However, conventionally, there was no technical idea or concept in the art to change the color tone without changing the thickness of the titanium nitride layer.
（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、生体有為性がなく、生体
親和性にも優れ、表面硬度も高く、機械的硬度を有し、
機械加工性も良く、安全かつ安価で審美性にも優れた歯
科用インプラントを製造することに成功し、茲に提案す
るものである。(Means for Solving the Problems) The present inventors have conducted various studies to solve the above problems, and as a result, using pure titanium as a base material, the surface of the base material is specified by a low-temperature ion plating method. By forming a titanium nitride layer with a thickness of, there is no biological significance, excellent biocompatibility, high surface hardness, mechanical hardness,
The present invention has succeeded in producing a dental implant which has good machinability, is safe and inexpensive, and has excellent aesthetics.
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歯科用インプラント部材
の表面硬化方法において、イオンプレーティング法によ
り該基材の表面に10〜300℃の温度域で、平均膜厚4.0〜
5.0μｍの範囲内の窒化チタン層を形成することにより
表面硬度を2200Hv以上とすることを特徴とする歯科用イ
ンプラント部材の表面硬化方法を提供するものである。That is, the present invention uses pure titanium as a base material, and in a surface hardening method of a dental implant member having a titanium nitride layer formed on the surface thereof, the surface of the base material is heated to 10 to 300 ° C. by an ion plating method. Average temperature 4.0 ~
An object of the present invention is to provide a method for hardening the surface of a dental implant member, wherein the surface hardness is set to 2200 Hv or more by forming a titanium nitride layer in a range of 5.0 μm.
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硬化方法は、純チタン
材のも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4.0〜
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。The pure titanium used as the base material of the present invention is desirably a pure titanium material having a purity of 99.0% or more and a balance of unavoidable impurities. The surface hardening method in the present invention, as a means to compensate for the lack of surface hardness, which is one of the disadvantages of pure titanium material, the average thickness of the titanium nitride layer on the surface of the substrate is 4.0 to
It is formed within a range of 5.0 μm. In this method, a titanium nitride layer is formed by ion plating at a relatively low temperature of 10 to 300 ° C.
この方法により、表面硬度は2200Hv以上とすることが
できる。According to this method, the surface hardness can be made 2200 Hv or more.
窒化チタン層の膜厚が、薄すぎる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、膜厚が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おそれがあ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。硬度が低い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。If the thickness of the titanium nitride layer is too small, sufficient hardness cannot be obtained, and the color tone cannot be completely golden. Conversely, if the thickness exceeds 5.0 μm, cracks and cracks appear in the titanium nitride layer due to deformation due to occlusal stress, etc. Manufacturing costs also increase. If the hardness is low, mechanical properties such as abrasion resistance and tensile strength are undesirably reduced.
（作用） 本発明は、基材として純チタンを用いた歯科用インプ
ラント部材の表面硬化方法であって、該基材の表面に低
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を高くするものであるが、
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
4.0〜5.0μｍの範囲内で硬度も2200Hv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。(Function) The present invention relates to a method of hardening a dental implant member using pure titanium as a base material, wherein a titanium nitride layer is formed by performing ion plating at a low temperature on the surface of the base material. To increase the hardness,
Average thickness of titanium nitride layer by low temperature ion plating
The hardness can be maintained at 2200 Hv or more within the range of 4.0 to 5.0 μm, and without changing the thickness of titanium nitride,
It has the effect of controlling the color tone, and has excellent aesthetics and biocompatibility.
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工すると引張強度などの機
械的強度は若干低下するが、特に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、歯科用インプラン
トとして用いる場合の咬合応力による変形などに充分に
耐えることが可能である。Generally, when work hardening a substrate such as pure titanium,
When applied by the ion plating method, mechanical strength such as tensile strength is slightly reduced, but such characteristics are significantly reduced particularly when ion plating is performed at a high temperature.
In the case of the present invention, since the ion plating process is performed at a low temperature, the decrease can be suppressed to about 7%, and it is possible to sufficiently withstand deformation due to occlusal stress when used as a dental implant.
（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。(Examples) Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Experimental Examples.
実施例１〜２ 純度99％以上（JIS-H4600-TP35）、暑さ1.3mm、幅12.
5mm、長さ60mm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（株）製SHP400T）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。Examples 1-2 Purity 99% or more (JIS-H4600-TP35), heat 1.3 mm, width 12.
Prepare a 5mm, 60mm long pure titanium test piece conforming to JIS-Z2201, polish and degrease it sufficiently, set it on an ion plating device (Showa Vacuum Co., Ltd. SHP400T), change the processing conditions A titanium nitride coating was formed on the surface of the pure titanium test piece. The processing conditions, film thickness, Vickers hardness, 90 ° C bending test result and tensile test result are as shown in Table 1.
（発明の効果） 本発明によれば、歯科用インプラントの基材として純
チタンを用いることにより、6Al−4V−残Tiに代表され
るような合金成分中に含まれて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。 (Effect of the Invention) According to the present invention, by using pure titanium as a base material of a dental implant, toxic substances contained in alloy components such as 6Al-4V-remaining Ti are eluted. This has the advantage of avoiding the danger of being safe and of being safe and inexpensive.
また、10〜300℃という低温イオンプレーティング法
による窒化チタン被膜を、その平均膜厚が4.0〜5.0μｍ
の範囲内にあるよう形成させることにより、硬度も2200
Hv以上と実用に十分耐え得るものとなり、加工硬化によ
り高めた機械的強度の低下を防ぎ、咬合応力による変形
などに十分耐え得る歯科用インプラントを提供できる。In addition, a titanium nitride film formed by a low-temperature ion plating method of 10 to 300 ° C. has an average thickness of 4.0 to 5.0 μm.
The hardness is 2200 by forming it within the range of
Hv or more is sufficient for practical use, prevents a decrease in mechanical strength increased by work hardening, and provides a dental implant that can sufficiently withstand deformation due to occlusal stress.
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
部分を外観上健康的かつ審美性に優れたものとし、移植
部位に応じて自由に使い分けられるという利点を有す
る。Furthermore, the ability to control the color tone without changing the thickness of the titanium nitride coating has the advantage that the implanted part that appears through the gums is healthy and esthetic in appearance, and can be used freely according to the transplantation site. Have.
純チタンそのものが生体親和性に優れ、生体有為性も
少ないということは知られているが、純チタンはその表
面硬度が100〜300Hv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、歯科用インプラントそのものの断
面積の縮小化が図られ、顎骨幅の薄い患部にも適応でき
るという利点もある。It is known that pure titanium itself is excellent in biocompatibility and has little biological significance.However, pure titanium has a low surface hardness of 100 to 300 Hv, so its wear resistance is inferior, In the case of the present invention, such a disadvantage is solved by forming a titanium nitride layer on the surface of the base material by a low-temperature ion plating method, and furthermore, a decrease in mechanical strength is minimized. There is also an advantage that the area can be reduced and it can be applied to an affected part having a narrow jawbone.
Claims (1)
化チタン層を形成してなる歯科用インプラント部材の表
面硬化方法において、イオンプレーティング法により該
基材の表面に10〜300℃の温度域で、平均膜厚4.0〜5.0
μｍの範囲の窒化チタン層を形成することにより表面硬
度を2200Hv以上とすることを特徴とする歯科用インプラ
ント部材の表面硬化方法。In a method for hardening a dental implant member comprising pure titanium as a base material and a titanium nitride layer formed on the surface thereof, the surface of the base material is heated to 10 to 300 ° C. by ion plating. In the temperature range, average film thickness 4.0 to 5.0
A surface hardening method for a dental implant member, wherein a surface hardness is set to 2200 Hv or more by forming a titanium nitride layer in a range of μm.
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