JP2006307301A - 酸化膜の形成方法及び酸化膜を有する人工歯根材 - Google Patents

Abstract

【課題】 短時間で完了し、特に人工歯根材表面に好ましく形成できる酸化膜の形成方法を提供する。
【解決手段】 金属部材の表面に、タングステン、タングステンカーバイド、シリコンカーバイド及びチタンカーバイドから成る群から選択される金属及び／又は金属カーバイドを含む過酸化水素溶液を接触させ、前記金属部材表面を対応する金属酸化物に変換し酸化膜３３を形成する。本酸化膜形成方法によると、従来の酸化膜形成方法より短時間で同じ厚さの酸化膜を形成でき、この酸化膜を形成した人工歯根材ボディ１及びヘッド８では、ネジの緩みと腐食電流の発生を防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属部材への酸化膜形成方法及び酸化膜を形成した人工歯根材に関し、より詳細には人工歯根材等の生体インプラント材表面を酸化して酸化膜を形成するための方法と人工歯根材に関する。

近年、インプラント技術の発展は目覚ましいものがあり、疾病、災害などにより骨機能や手足の関節機能が失われた場合などに、これらを修復するための治療に整形外科用人工骨及び人工関節等を構成する生体インプラント材が使用されている。特に整形外科の分野では、失われた関節機能を復元するための人工関節が広く用いられ、また、歯科医療の分野では人工歯根が脚光を浴びている。
生体インプラントは生体内で劣化や破壊などの変化を生じ易くまた異物反応などを伴うことから生体に対して無害かつ親和性があり、化学的に安定で、かつ機械的強度の大きい材料が要求される。従って通常生体インプラントは、機械的性質に優れた金属基材の表面に、生体親和性に優れたリン酸カルシウム材料をコーティングして製造される。

このような生体インプラント材のうちの人工歯根材を図７に基づいて説明する。図７は単冠（義歯）を含めた従来の人工歯根材を例示する分解図である。
図示の例では、人工歯根材である生体インプラント材のボディ１は下部の骨内埋込部２と上部のカラー部３から成り、両者は一体成型されている。骨内埋込部２の下半分の周囲には凹状の切り欠き４が形成されるとともに、下端を除く骨内埋込部２の全周の前記切り欠き４以外の部分にはネジ山５が形成され、このネジ山５を骨などに挿入することにより、ボディ１を骨に固定している。

更に前記カラー部３の上面の中央から、側面がやや内向きに傾斜する中空部６が形成され、この中空部６下端から雌ネジ７が骨内埋込部本体２内に向けて刻設されている。
ヘッド８は、断面が下向き台形状で下端面から下向きに雄ネジ９が刻設された下部ヘッド１０と、この下部ヘッド１０の上に一体成形された断面が上向き台形状の上部ヘッド１１とから成っている。このヘッド８は、前記雄ネジ９を前記雌ネジ７に螺合させることにより、前記ボディ１に固定され、更に前記上部ヘッド１１の周面及び上面に接着剤を使用して単冠１２が固定される。
特開２００３−１０５５５７号公報

このような構成から成る人工歯根材では、ボディ１の周面は生体組織に直接接触するため、ハイドロキシアパタイト等を被覆した鏡面に仕上げられるが、ボディ１内の空部６と雌ネジ７には鏡面仕上げは行われず、成形された状態のまま、前記雌ネジ７は
ヘッド８の雄ネジ９と螺合された状態で顎骨等に装着され、長年使用される。
しかし永年使用によりネジに緩みが生じると、単冠の固定が不安定になり、応力が生じて各部材の破損が生じるおそれがある。
更に前記雌ネジ７と雄ネジ９の材料が異なった金属であると、界面にガルバニック電流が発生し、当該電流による腐食作用が前記雌ネジ７と雄ネジ９に及び、ネジに緩みが生じるのと同じ状況が発生する。

前述した単冠１２が固定される上部ヘッド１１の周面及び上面を酸化して酸化膜を形成し、この酸化膜に接着剤を使用して単冠を固定することにより接着力を増大させることが試みられている（特許文献１）。特許文献１における酸化膜形成は、金属部材に過酸化水素水を接触させながら可視光（ハロゲンランプ）等を照射することにより行っている。
この方法でも酸化膜は形成されるが、形成速度が満足できるレベルに達していないため、膜形成に時間が掛かり過ぎたり、厚さの不十分な膜しか形成できないといった問題点があった。

従って本発明は、前述の従来技術の欠点を解消し、従来より高速で金属部材表面を酸化して酸化膜を形成する方法と、酸化膜を有する人工歯根材を提供することを目的とする。

本発明は、金属部材を酸化してその表面に酸化膜を形成する酸化膜形成方法において、前記金属部材の表面に、金属及び／又は金属カーバイドを含む過酸化水素溶液を接触させ、前記金属部材表面を対応する金属酸化物に変換することを特徴とする酸化膜の形成方法であり、前記金属及び／又は金属カーバイドは、タングステン、タングステンカーバイド、シリコンカーバイド及びチタンカーバイドから成る群から選択可能である。更に本発明は、ボディとヘッドを含んで成り、前記ボディ及び前記ヘッドをネジにより互いに螺合した人工歯根材において、前記ボディ及びヘッドの少なくとも一方のネジに酸化膜を形成したことを特徴とする人工歯根材、及び骨内埋込部とカラー部を含んで成り、前記骨内埋込部の周面に酸化膜を形成したことを特徴とする人工歯根材である。

以下本発明を詳細に説明する。
本発明の酸化膜の形成方法では、金属部材をタングステン、タングステンカーバイド、シリコンカーバイド及びチタンカーバイド等から選択される金属及び／又は金属カーバイドを含む過酸化水素溶液に接触させることにより、前記金属部材の表面を酸化して酸化膜を生成させる。
タングステン等を含む過酸化水素水を使用すると、過酸化水素水単独、又は過酸化水素水と可視光の併用と比較して、酸化膜形成が促進され、短時間で酸化膜を形成できる。
その理由は、タングステン、タングステンカーバイド、シリコンカーバイドあるいはチタンカーバイド等が、過酸化水素を活性化してヒドロキシラジカルを発生させ、このラジカルが過酸化水素の有する酸化力を更に向上させる能力を有するからであると推測できる。

本発明の酸化膜形成方法は、任意の金属部材に対して適用でき、その金属部材表面の金属を金属酸化物に変換することにより酸化膜を生成させる。金属部材の材質は特に限定されず、人工歯根材の場合には、純チタン（Ｔｉ）、チタン合金、金・銀・パラジウム（Ａｕ−Ａｇ−Ｐｄ）合金、銀（Ａｇ）合金、コバルト・クロム（Ｃｏ−Ｃｒ）合金、ニッケル・クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金、ステンレスなどが使用できる。
なお従来の人工歯根材ではチタンとして純チタン２種が使用されてきたが、噛み合わせ等の応力により折損が生じる場合がある。純チタン４種は純チタン２種より強度が強く、特に人工歯根材を含めた生体インプラント材の材料として好ましく使用できる。

使用する過酸化水素溶液の濃度は特に限定されないが、通常は３４％の過酸化水素水を使用することが望ましく、この過酸化水素水を希釈して使用しても良い。
この過酸化水素水に添付する金属等には、タングステン、タングステンカーバイド、シリコンカーバイド及びチタンカーバイド等が含まれ、これらの金属及び／又は金属カーバイドの粉末を前記過酸化水素水中で攪拌して懸濁させた後に、使用することが好ましい。前記粉末の粒径は望ましくは１〜２００μｍ、より望ましくは５〜１００μｍ、更に望ましくは１０〜５０μｍであるが、これらに限定されない。

前記過酸化水素水は任意の方法、例えば浸漬、刷毛塗り及び滴下等で金属部材表面と接触させれば良い。加熱下で接触させても支障はないが、室温下での接触で十分である。
接触時間は長くするほど、厚い酸化膜が得られるが、６０分程度の接触で満足できる厚さ（通常は０．０５〜２μｍ、好ましくは０．１〜１μｍ、より好ましくは０．３〜０．５μｍであるがこれらに限定されない）の酸化膜が得られる。

本発明の人工歯根材は、ネジにより互いに螺合したボディとヘッドを含み、前記ボディ及びヘッドの少なくとも一方のネジに酸化膜を形成している。
人工歯根材に限らず、各種ネジでは、雄ネジと雌ネジは加工精度にも依るが、当初から相互間に僅かな間隙が生じていることが多い。特に人工歯根材の場合には永年使用によりボディとヘッドの間に緩みが生じて単冠がぐらついて適正な噛み合わせを保持できなることが多い。
本発明のように、ボディ及びヘッドの少なくとも一方のネジに酸化膜を形成しておくと、当初の螺合時に両ネジ間に酸化膜が存在するため、大きな抵抗が生じるが、一旦両者が互いに嵌合してしまえば、実質的に間隙を生じさせることなく、ボディとヘッドが一体化される。従って永年使用しても緩みが生じることが殆ど無く、長期間に亘って単冠が安定な状態に保持される。

更に歯科衛生上、口腔内での細菌の繁殖を抑制することが要請されている。特に従来の人工歯根材では、ボディとヘッドのネジ部の間隙に食物等に付着している細菌が進入し、この間隙は適度な温度に維持されかつ養分も豊富であることから、前記細菌が繁殖しやすくなっている。
しかし本発明では前記間隙を酸化膜により閉塞してあるため、細菌の進入を防止でき、細菌の繁殖も生じない。

更にボディとヘッドを構成する金属（又は金属合金）が異なると、両者間にガルバニック電流が流れ、ボディとヘッドの界面付近に腐食が生じるが、本発明では前記酸化膜が絶縁膜として機能し、前記ガルバニック電流の発生を阻止する。従って本発明では前記腐食を防止できる。
人工歯根材の単冠との接合部分、つまり前記ヘッドに酸化膜を形成することは特許文献１等から公知であるが、本発明方法により、タングステン、タングステンカーバイド、シリコンカーバイド及びチタンカーバイド等から選択される金属及び／又は金属カーバイドを含む過酸化水素溶液を前記ヘッドに接触させることにより、短時間で所望厚さの酸化膜を形成できる。

このように、金属部材が人工歯根材の場合、本発明の人工歯根材はボディとヘッドをネジにより互いに螺合した人工歯根材の少なくとも一方のネジに酸化膜を形成することを特徴とするものであるが、本発明の酸化膜形成方法を人工歯根材に適用する場合は、ネジ以外の部材にも適用可能である。
人工歯根材のボディは、通常、骨に埋め込まれる骨内埋込部とヘッドを介して単冠が固定されるカラー部からなり、骨内埋込部が埋め込まれて骨に接触する。この骨内埋込部の表面に酸化膜が形成されていると、人工歯根材と骨の接合あるいは骨の生育が促進される。従って骨内埋込部の少なくとも一部に酸化膜を形成した人工歯根材は、骨に対する親和性が高くなる。
このように本発明の人工歯根材は、ネジにより互いに螺合した人工歯根材のボディ及びヘッドの少なくとも一方のネジに酸化膜を形成しものと、骨内埋込部の周面の少なくとも一部に酸化膜を形成したものである。
しかし本発明方法自体は人工歯根材の上記部位への酸化膜形成に限定されるものではなく、人工歯根材の他の部位、他の生体インプラント材や金属製品への酸化膜形成に使用できる。
更に前述した金属及び／又は金属カーバイドを含む過酸化水素溶液は、人間を含めた生体内の歯や入れ歯のホワイトニングにも使用できる。

以上の通り、本発明の酸化膜形成方法によると、従来の酸化膜形成方法より短時間で同じ厚さの酸化膜を形成できる。
ボディ及び前記ヘッドをネジにより互いに螺合した人工歯根材の前記ボディ及びヘッドの少なくとも一方のネジに酸化膜を形成すると、ネジの緩みと腐食電流の発生を防止でき、更に骨内埋込部の少なくとも一部に酸化膜を形成しておくと、骨との接合が促進される。

本発明方法により酸化膜を形成した人工歯根材の例を図１に基づいて説明する。
図示の例では、人工歯根材である生体インプラント材のボディ２１は下部の骨内埋込部２２と上部のカラー部２３から成り、両者は一体成型されている。骨内埋込部２２の下半分の周囲には凹状の切り欠き２４が形成されるとともに、下端を除く骨内埋込部２２の全周の前記切り欠き２４以外の部分にはネジ山２５が形成され、このネジ山２５を骨などに挿入することにより、ボディ２１を骨に固定している。

更に前記カラー部２３の上面の中央から、側面がやや内向きに傾斜する中空部２６が形成され、この中空部２６下端から雌ネジ２７が骨内埋込部本体２２内に向けて刻設されている。
ヘッド２８は、断面が下向き台形状で下端面から下向きに雄ネジ２９が刻設された下部ヘッド３０と、この下部ヘッド３０の上に一体成形された断面が上向き台形状の上部ヘッド３１とから成っている。このヘッド２８は、前記雄ネジ２９を前記雌ネジ２７に螺合させることにより、前記ボディ２１に固定され、更に前記上部ヘッド３１の周面及び上面に接着剤を使用して単冠３２が固定される。

前記ボディ２１の骨内埋込部２２の外周と、前記雌ネジ２７及び中空部２６のそれぞれの内面には、タングステン等を含む過酸化水素水でその表面を酸化することにより酸化膜３３が形成されている。更にヘッド２８の全体、つまり上部ヘッド３１、下部ヘッド３０及びこの下部ヘッド３０に下向きに連設された雄ネジ２９の全外周面にも酸化膜３３が形成されている。
図示のヘッド２８をその酸化膜３３が形成された雄ネジ２９を、同じく酸化膜３３が形成されたボディ２１の雌ネジ２７に螺合させて一体化すると、両ネジ２７、２９に形成された酸化膜３３が互いに擦れ合って一部が粉末状に剥離し、この粉末が両ネジ２７、２９間に生じる間隙を閉塞する。従って長期間ネジの緩みを生じさせることなく使用できる。

更に従来の人工歯根材では、ボディとヘッドの金属の材質が異なるとガルバニック電流が流れてボディやヘッドの腐食要因になっていたが、本例ではボディ２１とヘッド２８の間に絶縁性の酸化膜３３が形成されているため、前記ガルバニック電流の発生が抑制されて材料の腐食を防止できる。
前記一体化されたボディ２１とヘッド２８は上部ヘッド３１の外周面を単冠３２の内面に接着剤を使用して接着することにより、前記単冠３２を固定するが、上部ヘッド３１の外周面に存在する酸化膜３３により強固な結合が形成できる。
更に図示の例では、骨内埋込部２２の周囲にも酸化膜２３が形成されており、この酸化膜２３は骨内埋込部２２の顎骨等との接合の促進に寄与する。

次に本発明による酸化膜の形成方法を人工歯根材に応用した実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実施例１］
市販の３４％過酸化水素水（関東化学株式会社製）３０ｍＬに、市販の粒径が１０〜５０μｍのタングステンカーバイド粒子（大同特殊鋼株式会社製）３ｇを攪拌懸濁させた。
図１と同じ構造の株式会社ヨシオカ製の人工歯根材（純チタン４種製）の中空部に前記過酸化水素水を注ぎ、６０分放置した。
その後、過酸化水素水を除去し、中空部をイオン交換水で洗浄した後、分光反射率測定機にて色の表示方法であるａ^*（赤味）、ｂ^*（黄味）、Ｌ^*（明度）表色系（ＪＩＳ−Ｚ−８７２９：１９９４）の変化について測定した。それらの結果を順に図２、図３及び図４にＨ₂Ｏ₂ＷＣとして示す。
前記中空部に生理食塩水を満たし、流れる腐食電流密度を測定したところ、１．８９４±０．２５９Ａ／ｃｍ²であった。その結果を図５にＨ₂Ｏ₂ＷＣとして示す。
図１のヘッドを、前述のタングステンカーバイド粒子を懸濁させた３４％過酸化水素水に浸漬させて６０分放置し、酸化膜を形成させた。
このヘッドにレジン系接着剤を使用して単冠を接着させた。乾燥後、接着強度を測定したところ、２３．５±４．０ＭＰａであった。その結果を図６にＨ₂Ｏ₂ＷＣとして示す。

[比較例１]
実施例１で使用した人工歯根材に対し処理を行わず、そのままａ^*、ｂ^*、Ｌ^*表色系の変化について測定した。それらの結果を順に図２、図３及び図４にＡＳとして示す。
前記中空部に生理食塩水を満たし、流れる腐食電流密度を測定したところ、４．３４±０．５５７Ａ／ｃｍ²であった。その結果を図５にＡＳとして示す。
更に実施例１と同様にして接着強度を測定した。その結果を図６にＡＳとして示す。

[比較例２]
過酸化水素水にタングステンカーバイド粒子を添付せず、過酸化水素水のみとしたこと以外は実施例１と同じ条件で酸化膜を形成し、かつａ^*、ｂ^*、Ｌ^*表色系の変化について測定した。それらの結果を順に図２、図３及び図４にＨ₂Ｏ₂として示す。
更に実施例１と同様にして腐食電流密度と接着強度を測定した。その結果を図６にＨ₂Ｏ₂として示す。

[実施例２]
タングステンカーバイド粒子の代わりにシリコンカーバイドを使用したこと以外は実施例１と同じ条件で酸化膜を形成し、かつａ^*、ｂ^*、Ｌ^*表色系の変化を観察し、かつヘッドとボディ間に流れる腐食電流密度、及び接着強度を測定した。
本実施例でも実施例１と同じように、酸化膜形成が観察され、腐食電流密度が従来より低く、接着強度は従来より高かった。

[実施例３]
タングステンカーバイド粒子の代わりにタングステンを使用したこと以外は実施例１と同じ条件で酸化膜を形成し、かつａ^*、ｂ^*、Ｌ^*表色系の変化を観察し、かつヘッドとボディ間に流れる腐食電流密度、及び接着強度を測定した。
本実施例でも実施例１と同じように、酸化膜形成が観察され、腐食電流密度が従来より低く、接着強度は従来より高かった。

本発明の人工歯根材を例示する分解図。 実施例１、比較例１及び比較例２におけるａ^*（赤味）を示すグラフ。 実施例１、比較例１及び比較例２におけるｂ^*（黄味）を示すグラフ。 実施例１、比較例１及び比較例２におけるＬ^*（明度）を示すグラフ。 実施例１、比較例１及び比較例２における腐食電流密度を示すグラフ。 実施例１、比較例１及び比較例２における接着強度を示すグラフ。 従来の人工歯根材を示す分解図。

符号の説明

２１……ボディ（人工歯根材） ２２……骨内埋込部 ２３……カラー部 ２７……雌ネジ ２８……ヘッド ２９……雄ネジ ３０……下部ヘッド ３１……上部ヘッド ３２……単冠 ３３……酸化膜

Claims (6)

1. 金属部材を酸化してその表面に酸化膜を形成する酸化膜形成方法において、前記金属部材の表面に、金属及び／又は金属カーバイドを含む過酸化水素溶液を接触させ、前記金属部材表面を対応する金属酸化物に変換することを特徴とする酸化膜の形成方法。
2. 金属及び／又は金属カーバイドが、タングステン、タングステンカーバイド、シリコンカーバイド及びチタンカーバイドから成る群から選択される少なくとも一種である請求項１記載の酸化膜の形成方法。
3. 金属部材の材質が、コバルト・クロム合金、ニッケル・クロム合金、ステンレス、純チタン、チタン合金、金銀パラジウム合金、銀合金、及び金合金のうちの一種である請求項１又は２記載の酸化膜の形成方法。
4. 金属部材がインプラント部材である請求項１から３までのいずれか１項記載の酸化膜の形成方法。
5. ボディとヘッドを含んで成り、前記ボディ及び前記ヘッドをネジにより互いに螺合した人工歯根材において、前記ボディ及びヘッドの少なくとも一方のネジに酸化膜を形成したことを特徴とする人工歯根材。
6. 骨内埋込部とカラー部を含んで成り、前記骨内埋込部の周面に酸化膜を形成したことを特徴とする人工歯根材。

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