JP2011513941A - 歯科用焼結炉及びセラミック歯科要素の焼結方法 - Google Patents

Abstract

セラミック歯科要素を焼結するための歯科用焼結炉は、焼結される歯科要素（１４）を格納するための格納チャンバ（１０）を備える。格納チャンバ（１０）は、歯科要素（１４）を予備焼結温度まで加熱する電気加熱ユニット（２４）により囲まれる。さらに、格納チャンバ（１０）は、中空導体として設計された環状のマイクロ波導体（３０）によって囲まれる。マイクロ波導体は、内壁（４６）に、格納チャンバ（１０）に向かうマイクロ波を分離する複数の分離スロット（４８）を備える。セラミック歯科要素の焼結方法においては、初めに全ての歯科要素を電気加熱ユニット（２４）により予備焼結温度まで加熱し、次に歯科要素（１４）を焼結温度までペアで加熱するために、予備焼結温度まで加熱された歯科要素（１４）をマイクロ波放射で照射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯科用焼結炉と、特に前記歯科用焼結炉を使用したセラミック歯科要素の焼結方法とに関する。

歯科要素、例えばクラウン及びブリッジフレームワークなどは、多くの場合にセラミックから製作される。使用される材料は、特に歯科用セラミック材料、例えば、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムとの組み合わせ、並びにガラスを含浸させたアルミニウム及びジルコニウムの酸化物である。

酸化ジルコニウムから歯科要素を製造する方法として、こうした要素を焼結することは知られている。これは、多くの場合５〜１０時間におよぶ長時間プロセスを通じて歯科要素を約１５００℃の高温にさらすことによって行われる。歯科要素の損傷を避け、不均一な収縮を防ぐため、歯科要素は、出来る限り一様な様態で加熱されななければならない。このため、通常は電気加熱ユニットである従来の加熱ユニットから構成される焼結炉内に歯科要素を配置することが知られている。このようにして、格納チャンバ内に収容された歯科要素への加熱は、従来、熱輻射及び／又は熱対流方式によって行われている。
さらに、例えば欧州特許第０７１３６３３号明細書から、従来の加熱ユニットの使用に加え、マイクロ波の使用によってセラミック部品の加熱を行うことが知られている。この中で、格納チャンバへの加熱は、電気加熱ユニット形態の従来の加熱ユニットとマイクロ波装置とによって同時に行われている。加熱処理に供される加熱要素は、格納チャンバ内に配置される。さらに、マイクロ波が格納チャンバに結合される。格納チャンバ内では、マイクロ波は不均一に伝播するため、先述の配置ではマイクロ波スターラを提供することが必要となる。しかし、そのようなマイクロ波スターラを提供するにもかかわらず、格納チャンバ内のマイクロ波場は十分に均一となることはない。これによりセラミック部品は不均一に加熱されることになる。特に、部品が部分的に過加熱されるという虞がある。その結果、部品が損傷し、或いは破壊に至る場合がある。セラミック歯科要素に対する品質要求、特に、その寸法及び断面全体にわたるその材料の性質の一様性に関して極めて高いため、欧州特許第０７１３６３３号明細書に記載される上記装置は、高品質のセラミック歯科要素の製作に対し適さないのである。欧州特許第０７１３６３３号明細書に記載される装置のさらなる問題点は、格納チャンバ内に配置された前記加熱ユニットにより、マイクロ波の均一性が著しく損なわれることにある。

欧州特許第０７１３６３３号明細書

本発明の目的は、高品質のセラミック歯科要素を製作するために適用される歯科用焼結炉、さらには、それに対応するセラミック歯科要素の焼結方法を提供することである。

上記各目的は、請求項１に記載の歯科用焼結炉と、請求項８に記載のセラミック歯科要素の焼結方法とによりそれぞれ達成される。

クラウン及びブリッジフレームワークなどのセラミック歯科要素を焼結するために提供される本発明の歯科用焼結炉は、焼結される歯科要素を格納するための、好ましくは筒形の、特に好ましくは円筒形の格納チャンバを備える。セラミック歯科要素は、好ましくは酸化ジルコニウムから成り、特に好ましい実施形態によれば、酸化ジルコニウムのみから作られたものである。さらに、格納チャンバに配置された歯科要素を加熱する手段として、加熱ユニット、特に従来の加熱ユニットが備わる。前記加熱ユニットを用いることで、特に熱輻射を通じ、また場合によってはさらに熱対流を通じて、歯科要素が予備焼結温度まで加熱されることになる。この温度は、好ましくは約８００〜１１００℃の範囲になる。加熱ユニットは格納チャンバ内に配置されることが好ましく、そして格納チャンバを少なくとも部分的に囲む形態が好ましい。必要に応じ、個別の加熱要素、例えば加熱スパイラルを、格納チャンバの周囲に等間隔で配置することが出来る。加熱ユニット、特に従来タイプの加熱ユニットに加え、マイクロ波発生器が備わる。このマイクロ波発生器は、格納チャンバを少なくとも部分的に、好ましくは完全に囲んでいるマイクロ波導体に接続される。前記マイクロ波導体はマイクロ波発生器によって発生されたマイクロ波を導入するためのもので、複数の分離要素を備えている。この分離要素は、マイクロ波を格納チャンバの方向に分離する働きをするものである。この分離要素は個別のマイクロ波源及びマイクロ波アンテナのそれぞれに対応して動作するように設計されることが好ましい。前記個別の分離要素は、好ましくは、格納チャンバ内に高均一なマイクロ波場を発生させる態様で格納チャンバの周囲に配設される。

前記極めて均一なマイクロ波場により、格納チャンバ内で複数の歯科要素を同時に焼結することが可能となる。さらに、特に従来型の加熱ユニットに、複数の分離要素を具備することにより格納チャンバ内に極めて均一なマイクロ波場を発生させるマイクロ波発生器を組み合わせることにより、焼結時間の大幅な短縮が可能となる。特に、本発明の歯科用焼結炉の使用により、焼結時間を５０％以上、場合によっては７０％以上短縮することが出来るようになる。

マイクロ波導体に接続されるか、又はマイクロ波導体によって形成される分離要素は、格納チャンバの周囲に一様な態様で配設されることが好ましい。例えば格納チャンバが円筒形である場合、この分離要素はその円周方向に沿って等間隔で配設される。これにより、例えば、加熱ユニットの個別の加熱要素、例えば加熱ロッド又は加熱スパイラルに対して分離要素を円周方向にオフセットして配設することが可能となり、これにより加熱ユニットがマイクロ波に及ぼす擾乱効果を低減することが可能となる。ここで、マイクロ波導体は、好ましくは環形状、より好ましくは円環形状を有し、格納チャンバを完全に囲む。マイクロ波導体は、その内部をマイクロ波が伝播することが出来るように中空導体として形成されることが好ましい。中空導体の材料としては、中空導体の壁を通してマイクロ波の漏れを回避する効果があるものが選定される。また、中空導体は矩形断面を有することが好ましい。

格納チャンバ内に出来る限り高均一性のマイクロ波場を発生させるため、分離要素は、格納チャンバの方向に面するマイクロ波導体の内壁に配設される。特に好ましい実施形態によれば、分離要素はマイクロ波導体の内壁に配設された分離スロットを具備する。円環形状の中空導体では、この複数のスロットは、特に好ましくは、円周方向に沿って一様な態様で配設される。さらに、このスロットがマイクロ波導体の円周方向に対して傾斜して配設される場合は、出来る限り高均一性の磁場を得るために有利となる。スロットの円周方向に対するその傾斜は、好ましくは１０°〜１５°の範囲である。傾斜角度αは、好ましくは以下の式に従い計算され、

式中、ｎはスロットの数を示す。なお、分離スロットは上昇傾斜と下降傾斜の態様で交互に配設されることが好ましい。

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、少なくとも一部の分離要素は、対応する分離要素におけるマイクロ波の強度及び／又は伝播方向を調整するための調整手段を備える。前記調整手段により、スロット幅、スロット長及び／又は傾斜角度の変更が可能となる。この調整手段はロッド状に成形された要素を備えることが特に好ましい。好ましくは金属製のロッド状要素により、マイクロ波の伝播方向及び／又は強度に影響を及ぼすことが可能となる。前記ロッドは、好ましくは分離スロットと垂直に配設され、より好ましくは格納チャンバの方向に向けられる。従って、格納チャンバが円筒形の場合、ロッドは半径方向に配設される。前記所望にロッド状に成形された調整手段の位置は可変であることが特に好ましい。距離を変えるために、前記所望にロッド状に成形された素子は分離スロットに対して変位及び／又は回転可能に配設される。これに関して、前記ロッドは、マイクロ波導体の内壁と反対側の外壁に変位可能に保持されることが特に好ましい。

本発明は、さらにセラミック歯科要素の焼結方法に関するものであり、好ましくは上述の歯科用焼結炉を使用することにより実施される。本発明によれば、格納チャンバに配置された歯科要素は、加熱ユニット、特に従来タイプの加熱ユニット、例えば電気加熱ユニットにより予備焼結温度まで加熱されることになる。この温度は、通常は８００〜１１００℃の範囲である。また、本発明によれば、予備焼結温度まで加熱された歯科要素は、マイクロ波放射により照射され、それにより歯科要素が焼結温度まで加熱されることになる。ここで、歯科要素の照射は、出来る限り高均一性のマイクロ波場を使用することにより行われ、前記マイクロ波場は、好ましくは上述の歯科用焼結炉によって発生される。

本発明の上記方法では、好ましくは、上記従来型加熱ユニットの温度制御式パワーフィードバック制御が具備される。マイクロ波放射について温度制御は必要とされない。マイクロ波放射を発生させるマイクロ波発生器の制御について１つ又は複数の時間プロファイルを用いることによってのみ実行されることが特に好ましい。従って、歯科要素を焼結する間、歯科要素に対する複雑な温度計測は不要となる。本発明では、代わりに、予備焼結温度を達成するための時間プロファイルを定義して保存することで十分である。従って、本発明によれば、予備焼結温度に達したときすぐに、すなわち、好ましくは対応する時間プロファイルの経過後に、歯科要素をマイクロ波により照射することが特徴とされる。本発明によれば、好ましくは、５〜６０分間の時間であれば十分である。

所望の従来加熱ユニットを制御するため、好ましい実施形態によれば、格納チャンバ又は炉内に熱素子又は温度センサを配設することである。焼結過程において、加熱ユニットにより達成される温度は、滞留時間全体を通じて一定に保たれることが好ましい。ここで、所望の従来加熱ユニットにより達成されるべき目標温度は、実際には８００〜１１００℃の予備焼結温度を著しく上回ることも起こり得る。

歯科要素の焼結制御を可能とするため、マイクロ波放射は、好ましくは８００〜１１００℃の予備焼結温度に達したときにのみ作動させることが特に好ましい。こうすると、マイクロ波放射は、好適に予熱された歯科要素に対してのみ照射されることになる。これにより、極めて一様な処理済み構造材が得られる。

本発明の好ましい実施形態が、以下に添付の図面を参照してさらに詳細に説明される。

図面では、以下が示される：

歯科用焼結炉の断面図である。 マイクロ波導体の斜視図である。 周方向に対し切断したマイクロ波導体の断面図である。 図３の線ＩＶ−ＩＶの方向における断面図である。

本歯科用焼結炉は格納チャンバ１０を備え、この格納チャンバ１０は、例えば前記格納チャンバ内部に配置された支持要素１２上に、焼結される複数の歯科要素１４を収容する。図示される実施形態において、格納チャンバ１０は筒形ハウジング１６によって画定され、このハウジング１６は、カバー１８とボトム２０とにより密閉することができる。カバー１８及びボトム２０の双方の格納チャンバ１０に面している側には、格納チャンバ１０からのマイクロ波の漏れを防止する絶縁要素２２がそれぞれ具備されている。

ハウジング１６の内部には加熱ユニット２４が配置され、この加熱ユニット２４は格納チャンバの周方向に沿って分配された複数の加熱要素を具備する場合がある。前記加熱ユニット２４は、好ましくは、ライン２６を介して制御ユニットに接続される電気加熱器である。さらに、前記ハウジング１６は、加熱ユニット２４により発生した熱が外部に放熱することのないように高温断熱材２８によって覆われている。

本発明によれば、ハウジング１６、すなわち格納チャンバ１０も、環状のマイクロ波導体３０によって囲まれる。マイクロ波導体３０は中空導体として形成され、矩形断面を有する。好ましくは、筒形ハウジング１６と平行に延在するマイクロ波導体３０の外壁３２にフィードライン３４が設けられる。フィードライン３４は、例えば矩形断面を有することもでき、同様に中空形状を有している。フィードライン３４にフランジ３６を介してマイクロ波発生器３８が接続される。マイクロ波発生器３８により発生したマイクロ波は、フィードライン３４と、マイクロ波導体３０の外壁３２に設けられる開口部４０とを介して、前記中空のマイクロ波導体３０の内側チャンバ４２に供給されることになる。

固定用支持体（図示せず）を取り付けるため、マイクロ波導体３０に２つの環状フランジ４４が設けられている。

前記フランジ４４を用いて、２つ以上の好ましくは環状のマイクロ波導体３０をその上に一つずつ積み重ねる構成で配置することがさらに可能となる。かかる配置では、各マイクロ波導体３０は、好ましくは個別のマイクロ波発生器３８にそれぞれ接続される。

本発明によれば、特にマイクロ波導体３０の内壁４６の円周面上に配設される分離スロット４８が設けられる。図示される実施形態において、前記分離スロット４８は分離要素の一部として設けられ、分離要素はさらに調整手段５０を備える。分離スロット４８は、前記内壁４６において円周方向５２（図４）に沿って一様な態様で配設される。好ましくは、全ての分離スロット４８は同じ長さと同じ幅を有する。分離スロット４８は好ましくは、円周方向５２に延在する長手方向軸５４に対し傾斜し、傾斜は交互に反転する方向に延在している（図２）。しかしながら、傾斜角度は全てのスロットについて同じであることが好ましい。

前記調整手段５０は、マイクロ波源として機能する前記スロット４８から格納チャンバ１０に向かって放射されるマイクロ波の強度及び／又は伝播方向を調整するために設けられている。図示される実施形態において、その調整手段は、固定手段５８によって外壁３２に取り付けられたロッド形状の調整要素５６を備える。前記ロッド５６は、矢印６０の方向に変位可能であり、従って、マイクロ波の強度及び／又はその伝播方向を調整するために、ロッド先端６２とスロット４８との間の距離を変えることが可能となる。場合により、ロッド５６は枢動することもできる。

本発明の方法を実施するため、制御ユニット６４が具備され、これは前記電気ライン２６を介して加熱ユニット２４に接続されると共にライン６６を介してマイクロ波発生器３８に接続される。前記ライン２６、６６を介して、加熱ユニット２４及びマイクロ波発生器３８に制御コマンドをそれぞれ送信することが出来る。加熱ユニット２４は時間／温度制御によって制御される。このため、熱要素は図示されてはいないが、格納チャンバ１０内の雰囲気温度を計測するために格納チャンバ１０内に設けられる。特に、時間プロファイルが前記制御ユニット６４によってモニタされることになる。時間プロファイルは、一方では、格納チャンバ１０において予備焼結温度を達成し、これにより加熱ユニット２４のタイミングを制御することに寄与し、他方では、マイクロ波発生器のタイミングを制御することに寄与する。

Claims (11)

1. セラミック歯科要素を焼結するための歯科用焼結炉であって、
   焼結される前記歯科要素（１４）を格納するための格納チャンバ（１０）と、
   前記格納チャンバ（１０）に配置された前記歯科要素（１４）を予備焼結温度まで加熱するための加熱ユニット（２４）と、
   マイクロ波発生器（３８）に接続され、且つ前記格納チャンバ（１０）を少なくとも部分的に囲むマイクロ波導体（３０）であって、前記格納チャンバ（１０）に向かうマイクロ波を分離するための複数の分離要素（４８、５０）を備えるマイクロ波導体と
   から構成されることを特徴とする歯科用焼結炉。
2. 前記マイクロ波導体（３０）は、環状の中空導体として設計されることを特徴とする請求項１に記載の歯科用焼結炉。
3. 前記マイクロ波導体（３０）は、専用のマイクロ波発生器（３８）に、フィード導体（３４）を介して接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の歯科用焼結炉。
4. 前記分離要素（４８）は、前記格納チャンバ（１０）の方向に面する前記マイクロ波導体（３０）の内壁（４６）に配設され、好ましくは分離スロット（４８）から成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の歯科用焼結炉。
5. 少なくとも一部分の前記分離要素（４８、５０）は、マイクロ波の強度及び／又は伝播方向を設定するための調整手段（５０）を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の歯科用焼結炉。
6. 前記調整手段（５０）は、特に前記分離スロット（４８）に対し垂直に変位し、且つ好ましくは前記格納チャンバ（１０）の方向に面するロッド（５６）から成ることを特徴とする請求項５に記載の歯科用焼結炉。
7. 前記ロッド（５６）は、前記分離スロットまでの自身の距離を変えるため、変位可能な態様で特に前記マイクロ波導体（３０）の前記内壁（４６）と反対側の外壁（３２）に保持されることを特徴とする請求項６に記載の歯科用焼結炉。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の歯科用焼結炉を使用することによるセラミック歯科要素の焼結方法であって、
   加熱ユニット（２４）により前記歯科要素（１４）を予備焼結温度まで加熱する工程と、
   前記予備焼結温度まで加熱された前記歯科要素（１４）にマイクロ波放射を照射して、前記歯科要素を焼結温度まで加熱する工程と
   を備えることを特徴とするセラミック歯科要素の焼結方法。
9. 前記予備焼結温度に達した後、前記焼結温度に達するまで前記加熱ユニット（２４）は作動される請求項８に記載のセラミック歯科要素の焼結方法。
10. 前記マイクロ波放射は、前記予備焼結温度に達したときにのみ作動される請求項８又は９に記載のセラミック歯科要素の焼結方法。
11. マイクロ波発生器（３８）の制御は、時間プロファイルのみによって行われる請求項８〜１０のいずれか一項に記載のセラミック歯科要素の焼結方法。

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