JP2010503772A - パラジウム−コバルトをベース配合とする合金及びそれを含む歯科製品 - Google Patents

Abstract

パラジウム−コバルトの二成分系に基づく合金が提供され、それは約１４．０乃至約１５．５の熱膨張率（ＣＴＥ）を有し、アルミニウム、ホウ素、クロミウム、ガリウム、リチウム、レニウム、ルテニウム、シリコン、タンタル、チタン及びタングステンの金属添加物の一つ以上を含んでもよい。

Description

本発明は、パラジウム−コバルトをベース配合とする新規な合金を提供する。合金は、例えば、鋳物歯科製品または歯科修復物、特に、合金−陶材（金属に溶解される陶材（ＰＦＭ））修復物を作るために使われることができる。

以下の議論において、特定の構造および／または方法が、参考文献として設けられている。しかし、以下の参考文献は、これらの構造および／または方法が従来技術を構成するとの自白として解釈されるべきでない。出願人は、前述の構造および／または方法が、従来技術としての資格を得ないことをはっきりと証明する権利を確保する。

１９５０年代後期から歯冠、橋義歯などは、合成物が個体構成要素より強いように、金属及び陶材間に結合剤があるように製作された、陶材薄板を有する金属基板を含む合成物によって作られた。前述の合成物を案出するときに、考慮されるべきいくつかの側面がある。

美学は、考慮されるべき１つの側面である。前述の合成物を使用する主たる理由は、天然生歯の通常の彩色を再生することである。健康な天然生歯のエナメル層は全く半透明であり、陶材は同等の半透明に作られることができる。エナメルの半透明は、健康に見られる象牙質の色を可能にする。象牙質カラーは、通常帯淡黄色の色合いを有する。合成物として効果的な陶材／合金化合物として、酸化物層は、陶材との結合を形成するために合金に存在しなければならない。高金の合金が適切な帯黄色の地色を適当な美学のために陶材に提供することが可能である一方、合金化元素は、黒く着色した酸化被膜にダークグレイを形成することができ、この基礎をなす帯黄色の地色を選別して除くことができる。さらに、より大きい量の合金化元素は、更に合金の基本的な金色を減らすかまたは除去することができる着色した酸化被膜を形成する。

機械的特性は、考慮される別の側面である。米国規格協会／米国歯科医師会（「ＡＮＳＩ／ＡＤＡ」）詳説＃３８及び、国際標準化機構（「ＩＳＯ」）の標準ＩＳＯ９６９３は、合金のために少なくとも２５０メガパスカル（「ＭＰａ」）の降伏強度を要求する。金ベースの合金における前述の強さを達成するために、合金化元素の重要な量が、加えられなければならなく、その結果、合金は灰色により近い色を有する。合金が特に張力おいてほとんど強さを有しておらず、ゼロ延性である陶材を支えたので、それが大きな強さを提供するのに必要であると思われた。金属の任意のわずかな変形は、陶材層の破損を引き起こすことができる。前述の標準のための最小値は、効率よく使われている標準の展開時に合金を試験することを基礎としてセットされた。その後、この最小値より小さいものを有する合金が効率よく使われたという理由から、最小値必要条件は疑われた。さらに、単一歯冠のための最小値必要条件は、３つ以上のユニット・ブリッジから成る冠より低いべきであることが示された。

ドイツのキール大学の未発表の研究は、１つの例で、７５キログラムの力が歯の破損を引き起こしたのに対して、３０から３５キログラムの力が患者に痛みを引き起こすことを示した。

物質的特性は、考慮される別の側面である。上述の標準が熱膨張率（「ＣＴＥ）の最小値または最大値を義務づけないとしても、これらの標準は、ＣＴＥ値が陶材及び合金に示されることを必要とする。これは、一般に普及している概念として、陶材及び金属の係数は、二つの融合性を保証するために「合致されるべきである」という理由である。この概念は、二つ間の圧迫は、加熱する間より冷却する間に発生すること及び、陶材及び金属の冷却速度が、非常に有意に変化することを考慮することに失敗した。

合金が陶材の焼成の間、部分的に溶解しないために、合金の固相線は、陶材の焼成温度より十分に高くなければならないことは、容易に理解される。

化学的特性は、考慮される別の側面である。金属に陶材を結合することは、直接的に発生しない。むしろ、それは陶材及び金属酸化被膜の間で発生する。通常のＰＦＭ手順は、合金の表面上の金属酸化被膜を生産するために鋳造合金を適切な温度まで加熱することである。この酸化物が合金に付着しない場合、それは単に陶材へのその付着によって取り除かれることができる。いくつかの結合は単に機械的である。しかし、主たる結合は陶材と金属酸化物との相互溶解及びその反対として起こる。酸化物が陶材に溶解可能および／またはその反対でない場合、結合は起こらない。陶材が燃焼するときに、小さい粒子及びより大きい粒子の表面は溶かされる（溶解した）とともに、この液体陶材及び金属酸化被膜は、液体または固体拡散によって溶液を形成する。

本願発明は、任意に従来の技術と関連している上述の欠点の一つ以上に対処することができる配合、材料及び技術を提供する。

本発明の態様は、“Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ Ｍｅｔａｌ Ｃａｓｔｉｎｇｓ”という発明名称の、１９９８年９月１日に発行されたｌｎｇｅｒｓｏｌｌ他の米国特許第５，７９９，３８６号の原子化方法及び圧縮方法によって、棒に鋳造されるともに、必須の厚みに圧延または反対に加工される、通常の溶融過程で製造されることができる合金を提供する。前記発明は、全体として本願明細書に引用される。

本発明の別の態様は、通常の陶材の発火の間、溶解が発生しない固相線を有する合金を提供する。

本発明の別の態様は、陶材と共存できることが示された範囲のＣＴＥを有する合金を提供する。

本発明の別の態様は、通常の歯科治療によって容易に鋳造されることができ、通常の歯科検査法を使用して鋳直すことができる合金を提供することである。

本発明の別の態様は、研がれることができて、高い光沢のつやが出る鋳造合金ユニットを提供する。

本発明の別の態様は、陶材層の明瞭な色に影響を与えない淡い酸化物カラーを有するとともに、陶材の発火の間に酸化物を増加させない、合金を提供する。

本発明の別の態様は、陶材焼成温度まで加熱されるときに、陶材との結合を始める薄い、連続した、ねばり強い酸化物が形成される合金を提供する。

本発明の別の態様は、患者に痛みを引き起こす力を上回る負荷に耐える力を有する合金を提供する。

本発明の一実施例によって形成される合金は、パラジウム−コバルト二元合金であり、ここで、パラジウムは約２０乃至約９０重量％であり、コバルトは約１０乃至約８０重量％である。熱膨張率（ＣＴＥ）は、約１４．０乃至約１５．３である。約０重量％から約２０重量％までの以下の金属がＰｄ／Ｃｏベース合金に加えられることができる。アルミニウム、ホウ素、クロミウム、ガリウム、リチウム、レニウム、ルテニウム、シリコン、タンタル、チタン、タングステンまたはそれらの組合せ。

本発明の別の態様は、約２７から約３０重量％のＰｄ、約５５から約５８重量％のＣｏ、約８から約１１重量％のＣｒ、約２．５から約４重量％のＷ、約１から約２．５重量％のＧａおよび約１重量％未満のＡｌ、Ｓｉ、Ｂ、Ｌｉまたはそれらの組合せを含む合金を提供する。

本発明の別の態様は、約２０乃至約９０重量％のＰｄ、約１０から約８０重量％のＣｏ、及び約０から約２０重量％のアルミニウム、ホウ素、クロミウム、ガリウム、リチウム、レニウム、ルテニウム、シリコン、タンタル、チタン、タングステンまたはそれらの組合せを含んでいる歯科合金に溶解される歯科陶材配合を含んでいる歯科製品または歯科修復物を提供する。

さらにもう一つの態様によれば、本発明はパラジウム及びコバルトを含むベース配合を含んでいる合金を提供することであり、パラジウム及びコバルトの量の比率は、約１０：８０乃至約８０：１０として表示され、合金は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｇａ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｒｅ及びそれらの組合せから選択される添加剤を更に約０乃至約３０重量％含み、ここで、合金の熱膨張率は、２５−５００℃において約１４．０乃至約１５．５である。

追加的な態様によれば、本発明はセラミックまたはガラスセラミック材料と結合する上記の合金の一つ以上を提供する。そして、それは任意に陶材を含むことができる。

更なる態様によれば、合金及びセラミックまたはガラスセラミックは、酸化被膜によって任意に一体に結合される。なお更なる態様によれば、歯科製品例えば歯冠または橋義歯のような修復は、本発明の合金および／または化合物を含むことができる。

これらの、またその他の、本発明の態様は、本願発明を図で示してあるが、本願発明を決して制限することではない以下の詳細な説明及び添付の実施例から明瞭になる。

図１は、本発明の一態様に基づいて形成される歯科製品の概略図である。 図２は、図１の製品の一部の拡大された断面図である。

金属に溶解される陶材（ＰＦＭ）応用に適切である本発明の合金のいくつかの特性が示される。合金は、酸化された鋳造合金基体に陶材を結合するための酸化物コーティングにより灰色である。合金は、鋳造プロテーゼのための特性及び陶材サポートのための機械的特性を有し、容易に明るい光沢のつやが出る。合金は、パラジウム−コバルトの二成分系の一部に基づくものであり、ここで、約１４．０乃至約１５．３範囲の熱膨張率（ＣＴＥ）を取得するために、パラジウムは約２０から約９０重量％であり、コバルトは、約１０から約８０の重量％である。物理的、化学的、機械的及び扱い特性を改良するために、約２０重量％までの以下の金属がＰｄ／Ｃｏベース合金に加えられることができる。アルミニウム、ホウ素、クロミウム、ガリウム、リチウム、レニウム、ルテニウム、シリコン、タンタル、チタン、タングステンまたはそれらの組合せ。本発明の合金は、通常陶材の焼成の間に、溶解が発生しない十分に高い固相線及び陶材と共存できるために立証された範囲の係数（ＣＴＥ）を有する。

本発明の合金は、通常の歯科処置によって容易に鋳造されることができて、通常の歯科検査法を使用して作り直すことが可能である。鋳造合金ユニットは、研がかれることができ、高い光沢のつやが出る。合金は、陶材層の明瞭な色に影響を及ぼさない淡い酸化物カラーを有することができ、陶材の焼成の間に、酸化物は増加しない。陶材焼成温度まで加熱されるときに、薄い、連続的で、ねばり強い酸化物が形成され、それは陶材と結合し始める。合金は、患者に痛みを引き起こす力を上回る負荷に耐える強さを有する。

パラジウム・コバルト・ベースを使用するとともに本発明の合金は美的ニーズに応えることができる。すなわち、合金系は、天然生歯の通常の彩色を再生する。健康な天然生歯のエナメル層は全く半透明であり、陶材は類似した半透明に作られることができる。エナメルの半透明は、健康に見られる象牙質の色を可能にする。この色は、通常黄色がかった色合いを有する。陶材合金化合物とともに、酸化物の層は、陶材との結合を形成するためになければならない。高金の合金が黄色がかった地色を陶材に提供するのに対して、コスト的に安価であるその他の金属及び、合金（例えばニッケル、コバルト、パラジウム、その他）は灰色の地色を提供する。適当な結合のために、合金化元素は鋳物面上の酸化物を形成する。ダークグレイから黒に着色した酸化被膜は、陶材化粧張り層の明瞭な色に影響を及ぼすことができる。本発明の合金系は、酸化被膜の量及び色を調整するために加えられる要素を含んでもよく、それは、アルミニウム、ホウ素、クロミウムおよび／またはシリコンを含むがこれに拘束されないグループから選択される。

合金の機械的特性は、少なくとも合金のための約２５０ＭＰａの降伏強度を必要とするが、ＡＮＳＩ／ＡＤＡ詳説＃３８及びＩＳＯ標準ＩＳＯ９６９３に続く。前述の強さを達成するために、クロミウム、シリコン、タンタル、チタンおよび／またはタングステンのグループから選択されるが、抑制されるわけではない合金化元素の重要な量は、合金処方に加えられてもよい。

上述した標準は、熱膨張率（ＣＴＥ）のための最小値または最大値を必要としない。しかし、陶材及び合金のためのＣＴＥ値を含む物理的な特性は、規定されてもよい。本発明の合金は、粒度を規定するために加えられ、クロミウム、ガリウム、タンタル、チタン、タングステン、レニウムおよび／またはルテニウムを含むがこれに限らないグループから選択される要素を含んでもよい。

溶解及び鋳造の間、酸化を調整するために加えられることができる要素は、アルミニウム、ホウ素、リチウム、シリコンを含むが、これに限定されるものではない。さらに、熱転送率も考慮される。陶材焼成温度から冷えるときに、両方の陶材の縮み及び合金は起こり、合金（それはより急速に冷える）はより急速に縮んで、したがって陶材上の引張り力を金属結合に置く。縮みの差異があまりに大きい場合、合成物が室温に到達するときに、陶材は合金に結合されない。焼成の間、合金が部分的に溶解しないように、合金の固相線は陶材の焼成温度より十分に高くなければならないことは容易に理解される。

本発明の合金に陶材を結合することに関して、それは、陶材及び金属の間で発生するわけではなく、それは、陶材の間で発生するものであり、陶材の焼成時及びその前に合金が加熱される時に金属酸化被膜が形成される。酸化物が合金に付着しない場合、それは単に陶材によって取り除かれることができる。いくつかの結合は単に機械的であるが、主たる結合は陶材における金属酸化物及びその反対の多溶液として起こる。酸化物が陶材に可溶および／またはその反対でない場合、結合が起こらない。

本発明の特定態様の例示の実施例は、図１−２に示される。本発明によって形成される合金を含んでいる合成物は、図解される。具体的には、合成物は歯科製品１０（例えば修復）の形で実施される。図示されるように、歯科製品１０は、本発明の原理によって形成される合金１２を含んでもよく、前述のように、例えば、陶材層１４のような第２の材料と組み合せて接着された。図２において図解されるように、本願明細書において記載されているように、合金１２は酸化被膜１６によって第２の材料または陶材１４に結合される。もちろん、本発明は例示の実施例に限定されるわけではなく、多数の代替合成物および／または歯科製品が、考察される。

以下の実施例は、説明の目的とする。前述の詳細は、単にその目的としており、バリエーションは以下の請求項によって定義される本発明の精神と範囲から逸脱することなく当業者によって作られることが可能であることが理解される。

実施例１−７（熱膨張率（ＣＴＥ））
陶材を伴う本発明の合金の今日的な用法の成功的使用のために、ＣＴＥが約１４．０乃至約１５．３の範囲内であるべきである。２つの金属が合金の主成分を含むときに、前述の合金のＣＴＥがそれぞれ金属のＣＴＥの間のどこかに存在することが期待される。パラジウム及びコバルトの合金のために必然的に、正しく調整するために、必ずしも保持するというわけではないことが測定された。Ｐｄが１２．５及びＣｏが１１．７５のＣＴＥを有するのに対して、Ｐｄ／Ｃｏの合金を含んでいる本発明の合金は以下の実施例で示すようにより高い値を有する。ここで一覧の量は重量％で示される。

実施例８−１２（固相線）
本発明の特定の実施例の合金の最小値固相線温度は、合金の表層上の陶材が焼成する間、溶解しないようにするために約１０２５℃であると測定される。

合金９及び１１は、必須の最小値固相線温度を満たさないようには見えない。

実施例１３
タイプ：貴ＰＦＭ／タイプ−４／ＩＳＯ ９６９３
３１−Ｖｌ
配合：パラジウム：２８＋／−０．８０％；Ｃｏ：５５−５８％；Ｃｒ：８．０−１１．０％；Ｗ：２．５−４．０％；Ｇａ：１．０−２．５％；（Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ及びＬｉ：＜１．０％）
密度：９．０ｇｍ／ｃｃ
Ｃｏｌｏｒ：白
るつぼ：セラミック

簡単な温度：７５０−８２０℃（１３８０°−１５１０°Ｆ）
鋳込み温度：１４１０−１４６０℃（２５７０−２６６０°Ｆ）
溶融温度：１１００−１３５０℃（２０１０−２４６０°Ｆ）
酸化サイクル：９２５℃／５分／空気
陶材適合性：ＩＰＳ ｄ．Ｓｉｇｎ；ＩＰＳ Ｃｌａｓｓｉｃｓ及びＩｎＬｉｎｅ
引張特性：
Ｕ．Ｔ．Ｓ ０．２％オフセット耐力伸び率絶対値弾力性（Ｐｒｏｏｆ Ｓｔｒｅｓｓ Ｐｅｒｃｅｎｔ Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ Ｍｏｄ．Ｏｆ Ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ）
硬度：
Ｃ．Ｔ．Ｅ：＠２５−５００℃ ＠２０−６００℃
細孔サイクル：
８００ＭＰａ ６１０ＭＰａ ９．０％ １７５，０００ＭＰａ
３６５ＶＨＮ
１４．２×１０^−６／℃／インチ／インチ；
１４．８×１０^−６／℃／インチ／インチ

実施例１４−２１（固相線）

合金１７、１８及び１９は、必須の最小値固相線温度を満たさない。

明細書に使用される成分、構成要素、反応状況などの数量を表示する全ての数は、用語「凡そ」によって全ての事例において修飾されるように理解されるべきである。本願明細書において提示される内容の発表した数値的な範囲及びパラメータ、幅広い範囲が、近似値であるにもかかわらず、記載される数値的な値は、できるだけ正確に示された。しかし、標準偏差によって明らかにされたように、あらゆる数値は、例えばそれらのそれぞれの測定技術から起こる特定のエラーを本質的に含むことがある。

本発明がその好ましい実施例と関連して記載されているにも関わらず、特に記載されていない追加、削除、変換及び置換は、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の精神と範囲から逸脱することなく、行われてもよいと当業者によって理解される。

Claims (16)

1. 合金であって、
   約２０から約９０重量％のパラジウム、及び約１０から８０重量％のコバルトのベース配合を含み、
   さらに、合金は、アルミニウム、ホウ素、クロミウム、ガリウム、リチウム、レニウム、ルテニウム、シリコン、タンタル、チタン、タングステンまたはそれらの組合せからなる成分を約０から約２０重量％を含み；
   合金の熱膨張率が、２５−５００℃において約１４．０乃至約１５．２である前記合金。
2. 約３０乃至約４３重量％のパラジウム、約５７乃至約７０重量％のコバルト、約０乃至約１０重量％の添加剤を含み、２５−５００℃での熱膨張率が、約１４．０乃至約１４．７である請求項１に記載の合金。
3. 約３３乃至約４７重量％のパラジウム、約５３乃至約６７重量％のコバルト、約２乃至約２０重量％のＣｒ、約０乃至約１０重量％の添加剤を含み、２５−５００℃での熱膨張率が、約１４．４乃至約１４．６である請求項１に記載の合金。
4. 約２７乃至３０重量％のパラジウム、約５５乃至約５８重量％のコバルト、約８乃至約１１重量％のクロミウム、約２．５乃至約４重量％のタングステン、約１乃至約２．５重量％のガリウムを含み、アルミニウム、シリコン、ホウ素及びリチウムまたはそれらの組合せの量が約１重量％未満である請求項１に記載の合金。
5. 約２８．２重量％のパラジウム、約５６重量％のコバルト、約１０重量％のクロミウム、約３重量％のタングステン、約１．５重量％のガリウムを含み、ここで、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、Ｌｉまたはそれらの組合せの量が、約１重量％未満であり、熱膨張率が、２５−５００℃において約１４．２である請求項１に記載の合金。
6. 化合物として、セラミックまたはガラスセラミック材料に結合される請求項１に記載の合金。
7. セラミックまたはガラスセラミック材料が陶材を含む請求項６に記載の化合物。
8. 結合剤が酸化被膜を含む請求項６に記載の化合物。
9. 請求項６の化合物を含む歯科製品。
10. 歯冠または歯科矯正治具を含む請求項９に記載の歯科製品。
11. パラジウム及びコバルトを含むベース配合を含み、
    パラジウム及びコバルトの含有量の比率が約１０：８０乃至約８０：１０として表示され、更にＡｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｇａ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｒｅ及びそれらの組合せから選ばれる混合剤を約０−３０重量％含み、ここで、合金の熱膨張率が、２５−５００℃において約１４．０乃至約１５．５である合金。
12. 化合物として、セラミックまたはガラスセラミック材料に結合される請求項１１に記載の合金。
13. セラミックまたはガラスセラミック材料が陶材を含む請求項１１に記載の化合物。
14. 結合剤が酸化被膜を含む請求項１１に記載の化合物。
15. 請求項１１の化合物を含む歯科製品。
16. 歯冠または橋義歯を含む請求項１１に記載の歯科製品。

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