JP2005324033A - 歯科補綴物及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 歯科補綴物がロストワックス鋳造法で製作する代わりに金属物体から形成される。
【解決手段】 安定な金ベース合金は、金より容易に酸化され且つ金と共に時効されるベース金属合金化添加物のみを含む。典型的な金属は、チタン、ジルコニウム、イットリウム及びクロムを含む。歯科補綴物の機械加工で発生するスクラップは、空気中で溶融され、前記基本金属がすべて酸化され、且つ実質的に純金が新しい合金に再利用するために回収される。
【選択図】 なし

Description

本発明は、金属物体から歯科用の補綴物を機械加工またはフライス加工することを含んで成る金属物体から歯科用の補綴物を形成するための方法を提供するものであり、金属物体は、主に金とこの金と組み合わさって合金を時効硬化し且つ金よりも迅速に酸化する少なくとも１種の添加金属とを含む。その後、歯科補綴物をフライス加工する装置から得られたスクラップは、実質的に純金を回収するために酸化雰囲気中において溶融される。

１世紀にわたって、ロストワックス鋳造法が、歯科用修復物を製作のために使用されてきた。この方法の成功は、その使用の簡単且つ容易性とこの工程による保存性にある。修復物に用いられる高価な金属の９５％を越える利用率が、鋳造スクラップの再溶解によって容易に達成される。５％未満の廃棄物を達成するために、この合金は、揮発性元素、及び容易にスラグに溶け込み、或いは合金が溶融されている間に消失されるような元素を含まない。

最近、コンピュータで制御される機械加工またはフライス加工の技術、すなわちＣＡＤ及びＣＡＭが、歯科補綴物の製作、特にセラミックから作られた補綴物に使用されている。この補綴物を鋳造または鍛造された半製品のような大きな材料物体からフライス加工するために、ＣＡＤ及びＣＡＭが必要とされる。発生した廃棄物またはスクラップの量は、ほとんど８０〜９０％程度である。この方法は、セラミック材料は低価格であるために、セラミックをフライス加工するためには効率的な価格となる。しかしながら、このような高い廃棄物割合は、高価な金属合金に対しては容認することができない。この課題が、第１であり経済的意味である。使用者は必要以上の多くの合金を購入しなければならない。経済的な主因子は、機械加工された後の廃棄物またはスクラップをどのように取り扱うかである。

典型的な歯科合金組成物は、ロストワックス鋳造法を用いて設計される。この合金元素は、鋳造工程の際に、少しの損失もない特別な組成であるように選択される。しかしながら、ＣＡＤ及びＣＡＭのフライス加工操作におけるこれらの合金の使用は、大量のスクラップが、再利用のために迅速に再溶解することができないので、経済的でない。

このような因子が仕上げフライス加工製品の最終価格を増加させ、加工品をロストワックス鋳造法に比較して法外な価格にする。この発明は、金を容易に回収するためにこの金に選ばれた合金化添加物を含ませることにより、フライス加工の廃棄物を経済的に回収することに取り組む。

本発明は、金属物体から歯科用の補綴物を機械加工またはフライス加工することを含んで成る金属物体から歯科用の補綴物を形成するための方法を提供するものであり、金属物体は、主に金とこの金と組み合わさって合金を時効硬化し且つ金よりも迅速に酸化する少なくとも１種の添加金属とを含む。その後、歯科補綴物をフライス加工する装置から得られたスクラップは、実質的に純金を回収するために酸化雰囲気中において溶融される。

機械加工される歯科補綴物において、金と合金化される典型的な金属は、チタン、ジルコニウム、イットリウム、及びクロムを含む。また、バリウム、希土類金属またはそのような金属が、粒を微細化するために含まれる。

本発明の実行のための適切な合金は、金とベース金属(base metal)とから成り、すなわち、金よりも容易に酸化するベース金属とから成る。すなわち、迅速な酸化物でないプラチナ族金属はこの合金に含まれない。１種または種々の基本ベース金属合金化原料は、金合金を時効硬化するとともに金よりも迅速に酸化されるものである。また、このベース金属は、生体適合性がある。例えば、チタン、ジルコニウム、イットリウム及びクロムである。

金の中でのこのような合金化元素の２相平衡状態図を考慮したとき、温度の上昇で金中へのベース金属の溶解度多くなり、且つ温度の低下と共に溶解度が減少することがわかった。一般的に、ベース金属と金との金属間化合物が存在する。

合金を時効硬化するために、本質的にベース金属の全てが金の固溶体中に存在するまで、固溶限に相当する線より高い温度に保持する。このことは、この合金の再加熱が必ずしも必要でないが、溶融状態からこの合金の冷却を生じさせる。この合金が加熱され或いは固溶線以下の温度に保持されたときに、ベース金属が過飽和固溶体から偏析して且つこの合金の変形を妨害する金属間化合物の領域を形成できるように、時効または時効硬化が生じて、それによって、硬さ時強さが増加する。時効工程が長時間（または高温度で）続けられると、金属間化合物が合金母相から析出して、母相結晶構造と不一致(non-coherent)となり、強化効果が消失するかまたは低下する。時効硬化の技術は良く知られている。固溶体の形成及び時効は、運動現象(kinetic phenomena)であり、特定の合金に対する最良の時間と温度とが、幾つかの直接的な試験のみにより容易に決定される。

例えば、約１．７％のチタンの金合金は、９００〜９５０℃の空気中で約１５分の溶体化加熱周期を有する。この合金が金属補綴物に磁器を融合するために使用する場合、磁器の塗布後、この合金は５００℃の空気中で約１５分間時効される。このような溶体と時効周期とは、本発明のその他の高金合金に対しては一般的であると考えられている。

本発明の実施に有効であることが分かった具体的な合金は、大部分が金であり、ｗｔ％で１〜５％のチタンと、１〜５％のジルコニウムと、０．２５〜２％のイットリウムと、１〜１０％のクロムとを含む。チタンとジルコニウムは、原子％ベースで事実上置換可能であることが分かった。換言すれば、硬化の効果は同一の原子％濃度で同じになる。すなわち、金にチタンとジルコニウムと含む３元合金を用いることができる。このような合金は、０．５〜４．５％のチタニウム＋０．５〜４．５％のジルコニウムを有し、チタン＋ジルコニウムの合計が１〜５％の範囲内である。ベース金属を含有するその他の３元合金も提供することができる。明細書および特許請求の範囲に記載した％は、全てｗｔである。

本発明の実施に対する適切な合金の幾つかの例は、次の表に示される。
ｗｔパーセントで 原子パーセントで 鋳造のまま
Ti Zr Au 合金 Ti Zr Au VHN
0 1.5 98.5 1 0.0 3.2 96.8 67
0 2.5 97.5 2 0.0 5.2 94.8 174
0.5 0.5 99 3 2.0 1.1 96.9 79
0.5 1.5 98 4 2.0 3.1 94.9 188
1.5 0.5 98 5 5.9 1.0 93.1 206
1.5 2.5 96 6 5.7 5.0 89.2 236
1.5 0 98.5 7 5.9 0.0 94.1 123
2.5 0 97.5 8 9.5 0.0 90.5 240

その他の適切な合金の例は、鋳造のままのＶＨＮ硬度が約９０で、９９．５％の金と０．５％のイットリウムである。純金は約３０のＶＨＮを有する。

チタン、ジルコニウム及びイットリウムは、この合金が純金に非常に近い色を維持するので、望ましい添加物である。この方法においては、金色が保持される一方でこの合金を強化する。商業用歯科合金では、合金を強化するために必要なパラジウム及びプラチナがこの合金を白くする。本発明の実施においては、白色合金が望ましい場合は、クロム添加物を使用することができる。このような金クロム合金は、冷間加工が困難であるので、機械加工に本質的に適している。

この合金は上記の金とベース金属とから本質的になるとはいえ、約３％のバリウム、或いは粒径の微細化を起こす希土類金属の幾つかを含有することが望ましい。此処に記載するように、用語”バリウム”は、等価な細粒化ポテンシャルを有する希土類金属及びそのような金属を含むことを意図する。細粒化のためのこのような添加物のいずれもが金よりも迅速に酸化する金属である。例えば、イリジウムは高カラット金の粒を微細化するが、金よりも迅速に酸化しないプラチナ族金属であるので、”バリウム”の範囲内と考えられない。ボロンはおそらく金属と考慮されず、且つ一貫して或いは信頼できる細粒化効果を達成することが困難であるという事実にもかかわらず、ボロンは用語”バリウム”内に含まれる。

上述のベース金属に対するよりも少なくした組成限定は、著しい時効硬化影響が現れる添加量である。所望の時効硬化量はそれぞれの適用で非常に変化するので、これらの限定は幾分概算である。さらに、等価の時効硬化の影響を達成するために３元合金を用いるときは、この低い限定よりも低くしても良い。また、３次元金属間化合物を形成するために、この合金に含有される他のベース金属が存在する可能性があり、それが例えば等価な時効硬化を与える。上述のベース金属濃度の上限は、金の中のそれぞれの金属のほぼ固溶限である。これらの限定は、２次元合金と等価な３次元合金においては幾分相違するかもしれない。

歯科用の補綴物及び修復物は、機械加工によって時効硬化が可能である合金から作られる。先ず、通常の溶融による合金の物体または半製品が作られる。歯科用の補綴物を機械加工用の半製品のような合金物体を形成するための技術は、全て従来の方法である。

この合金は、鋳造のままの形で機械加工することができる物体か、または、機械加工前に適切な形状へと所望の熱間加工或いは冷間加工ができる鋳造物に形成される。機械加工は、鋳造状態、熱間加工、冷間加工、焼鈍または時効硬化である半製品であってもよい。

好ましくは、この半製品は、利用できる最も高価でないのでＣＡＤ及びＣＡＭによって、歯科用補綴物の所望の金属部品形状に機械加工する。いずれの従来の機械加工法を使用できる。機械加工によって歯科用の器具または補綴物は、この合金から全面的に作ることができ（すなわち、記載される地金でもって）、或いは焼成された歯科補綴部を写したものであっても良い。

薄くて付着性のある酸化膜が、この組成中に含有されるベース金属から容易に形成されるので、この合金は、磁器の被膜の塗布に特に適している。補綴物が時効された後に磁器を塗布しても良く、及び／または時効硬化は、磁器膜を塗布するための加熱周期際に起こすことができる。結果として、磁器の塗布前に時効硬化が存在ので、時効硬化の時間と温度は、磁器の塗布の際に合金が過時効しない十分に低くすることに注意すべきである。

望ましくは、この合金は、機械加工前に時効硬化することができ、磁器の塗布の際に再び時効硬化するようにその後溶体化処理する。磁器を歯科補綴物に適用するための時間及び温度周期と、使用される補綴物の選択との知識は、本発明の実施に対しては必要ない。技術者が知っているように、望まれるほとんどのことは、金合金の熱膨張係数と相性の良い熱膨張係数である。当然、硬さ、色及びそのような磁器的性質は、歯科研究の技術者には重要であり、これらは当業者には良く知られている。

金合金半製品から歯科補綴物を機械加工する過程の際に、相当量のスクラップが大きな物体を機械加工するときに排出される。このスクラップは貯蔵され、分離されたスクラップを異なる等級と組成とを保持することに、多大な注意を払う必要はない。ベース金属はスクラップのその後の処理の際に完全に取り除かれるので、種々の組成物を混合しても良い。鋳造合金は、金よりも容易に酸化しないプラチナ族金属を一般的に含有するので、機械加工されたスクラップは、ロストワックス鋳造法のスクラップと分離するべきである。

機械加工からのスクラップ及び切屑は、空気中または他の酸化環境で溶融される。誘導加熱のような技術は、合金中のベース金属の酸化を促進するために溶融金属の攪拌を進行させるので望ましいが、いずれの加熱技術も適している。

ベース金属の最も急激な酸化に対しては、低い溶融金属酸化物（ボロン酸化物、ホウ酸、金属酸化物として考慮することはできないがホウ酸塩金属）及び／またはハロゲン化金属フラックスが、ベース金属酸化物と結合するために、この回収の際にスクラップの表面で溶融される。粉末フラックスが集められた機械加工スクラップと混合され、加熱された時に、フラックスが先ず溶融し、多くの金属スクラップ粒子表面を被覆する。このような酸化物フラックスの酸化力ポテンシャルは、空気だけより大きくて、且つ金の精製が迅速に処理される。ベース金属酸化物の除去のために灰吹き法も用いることができる。

典型的なフラックスは、ソーダ灰、ホウ砂（好ましくは無水）、シリカ、及び硝石の混合物を含む。フラックスに使用できるその他の原料は、ホウ酸、酸化ホウ酸、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、及び種々の珪酸塩を含む。フラックスの酸化力ポテンシャルを変えるために、この比率は、変化させることができる。例えば、添加金属が、チタン、ジルコニウムまたはイットリウムのようなクロムよりも迅速に酸化するときに、適切である酸素化合物より少ない比率と比較すると、スクラップ中の添加金属がクロムであるとき、増加した酸素化合物が、酸化を迅速に処理するために好ましい。

溶融が、ベース金属がスラグ中にあるようなベース金属を実質的に完全に酸化するために、十分な時間と十分な温度で続けられる。フラックスは、作られた金属酸化物と組み合わさって、液体スラグのように溶融した金の上に浮かぶ。冷却後に、脆いスラグが取り除かれて、残存する金属は実質的に純金である。”実質的に純金”は、ファイブ−ナインの金を作ることを意味しないが、しかし残留する金の純度は、商業的に受け入れることができる。典型的には、これは９９．５〜９９．９％の金である。すなわち、精製された金は、他のいずれかで精製した金と同じようにその後使用することができる。

Claims (14)

1. 金と、前記金と組み合わさって合金を時効硬化し且つ前記金よりも迅速に酸化する少なくとも１種の添加金属と、から成る金属ボディを形成する工程、及び
   前記金属ボディから歯科補綴物を機械加工する工程、
   を含む歯科補綴物を形成する方法。
2. 前記合金が、前記金よりも迅速に酸化する細粒化金属をさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記合金が、０．５〜４．５ｗｔ％のチタンと０．５〜４．５ｗｔ％のジルコニウムとを含み、チタンとジルコニウムとの合計が１〜５ｗｔ％の範囲にある請求項１に記載の方法。
4. 前記添加金属が、１〜５ｗｔ％のジルコニウムと、０．２５〜２ｗｔ％のイットリウムと、１〜１０ｗｔ％のクロムと、から成る群から選択される請求項１に記載の方法。
5. 請求項１に記載の歯科補綴物の機械加工で発生するスクラップを集めること、
   集めた前記スクラップを酸化雰囲気中で溶融すること、
   金より容易に酸化する金属の全てを酸化すること、及び
   得られた金属酸化物を取り除き純金を回収すること、
   を含む、歯科補綴物の機械加工で発生するスクラップから金を回収する方法。
6. ０、５〜５ｗｔ％のジルコニウムと、０．２５〜２ｗｔ％のイットリウムと、１〜１０ｗｔ％のクロムと、から成る群から選択された少なくとも１種の金属と、
   金から成る残部と、
   を含む合金から形成された、機械加工された歯科補綴物。
7. 前記合金を微細化する粒として０．３ｗｔ％のバリウムまたは希土類金属をさらに含む請求項６に記載の機械加工された歯科補綴物。
8. ０．３ｗｔ％以下のバリウムまたは希土類金属と、
   １〜５ｗｔ％のチタンと、１〜５ｗｔ％のジルコニウムと、０．２５〜２ｗｔ％のイットリウムと、１〜１０ｗｔ％のクロムと、チタン＋ジルコニウムの合計量が１〜５ｗｔ％の範囲にある０．５〜４．５ｗｔ％のチタン＋０．５〜４．５ｗｔ％のジルコニウムと、から成る群から選択された少なくとも１種の金属と、
   残部金と、
   から成る請求項６に記載の合金から形成される機械加工された歯科補綴物。
9. 金と、１〜５ｗｔ％のチタンと、０．３ｗｔ％以下のバリウムまたは希土類金属と、から成る合金から形成された、機械加工された歯科補綴物。
10. 前記合金が、金と、前記金と組み合わさって合金を時効硬化し且つ金より迅速に酸化する少なくとも１種の添加金属と、から成る歯科補綴物を機械加工するための歯科合金半製品。
11. 金と、０、５〜４．５ｗｔ％のチタンと、０、５〜４．５ｗｔ％のジルコニウムと、から成り、且つチタンとジルコニウムの合計量が１〜５ｗｔ％の範囲にある請求項１０に記載の歯科補綴物を機械加工するための歯科合金半製品。
12. 前記合金が、金よりも迅速に酸化し且つまた前記金合金を微細化する細粒化金属をさらに含む請求項１１に記載の歯科補綴物を機械加工するための歯科合金半製品。
13. 前記合金から形成される半製品が、
    １〜５ｗｔ％のジルコニウムと、０．２５〜２ｗｔ％のイットリウムと、１〜１０ｗｔ％のクロムとから成る群から選択された少なくとも１種の金属と、
    金から成る残部と、
    を含む請求項１１に記載の歯科補綴物を機械加工するための歯科合金半製品。
14. 前記合金から形成される半製品が、
    ０．３ｗｔ％以下のバリウムと、
    １〜５ｗｔ％のチタンと、１〜５ｗｔ％のジルコニウムと、０．２５〜２ｗｔ％のイットリウムと、１〜１０ｗｔ％のクロムと、チタン＋ジルコニウムの合計量が１〜５ｗｔ％の範囲にある０．５〜４．５ｗｔ％のチタン＋０．５〜４．５ｗｔ％のジルコニウムとから成る群から選択された少なくとも１種の金属と、
    残部金と、
    から成る請求項１１に記載の歯科補綴物を機械加工するための歯科合金半製品。