JP2022062198A - 歯科用被加工体 - Google Patents
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Abstract
【課題】複雑な構造及び煩雑な製造工程を必要とせず、至近距離から観察した場合に、エナメル質の下に象牙質が存在して外観に影響を与えているように見え天然歯を忠実に再現した歯科用補綴物を作製するための歯科用被加工体を提供する。【解決手段】歯科用補綴物を作製するための歯科用被加工体であって、前記歯科用被加工体の一端Pから他端Qに向かう第1方向に延在する直線上において、前記一端Pから全長の25%までの区間にある第1点AのL*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*をL1とし、前記他端Qから全長の25%までの区間にある第2点CのL*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*をL2とし、前記第1点から前記第2点を結ぶ直線上において、前記第1点と前記第2点の間にある第3点BのL*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*をL3としたとき、L3>L1であり、L3>L2である、歯科用被加工体に関する。【選択図】図1
Description
本発明は、歯科用被加工体に関する。
近年、インレー、クラウン等の歯科用補綴物を、コンピューターによって設計し、ミリング装置により機械加工して作製するCAD/CAMシステムを適用させる例が増加している。このようなシステムでは、適当な大きさを有する直方体、円柱、ディスク等の形状のブロックが供給され、これを機械加工機にセットして削り出すことで歯冠形状や歯列形状の修復物を得る。ブロックの素材としては、ジルコニア、ガラスセラミックス、チタン、アクリル樹脂、ポリマー樹脂と無機充填材を含む複合材料等、種々の材料が提案されている。
その中でも、ジルコニアは高強度である特性により、歯科分野において、フレーム用材料として長年使用されており、近年はジルコニア材料の透光性の向上に伴い、ジルコニアのみで歯科用補綴物を作製することも多くなっている。歯科分野において、ジルコニア材料は高強度である特性により、フレーム用材料として使用されてきた。また、当初、歯科用ジルコニアは、単色のみであったが、審美性を追求するため、積層構造を有するものが種々検討されてきた。特許文献1及び2には、層ごとに色調の異なる3層又は4層のジルコニア焼結体が開示されており、単色のジルコニア焼結体に比べ、より天然歯に近づいた外観が得られていると記載されている。
また、特許文献3には、天然歯と同様の構造として、砲弾型の形状を内部に導入した積層ジルコニア仮焼体が開示されている。天然歯の構造(内部に位置する不透明な象牙質の外面に、透明なエナメル質が被さる構造)と同様の構造とすることにより、天然歯と同様の外観を得ることが可能となると記載されている。
上述のように、近年ではジルコニアのみで歯科用補綴物を作製することも多くなってきており、天然歯とできるだけ差異がない、優れた審美性を発現する歯科用補綴物が必要である。
特許文献1及び2に記載のジルコニアにおいては、単色のジルコニアに比べて天然歯に近い審美性は得られていた。例えば、特許文献1では、前歯に適用した場合、前歯の切端部から歯頚部にかけて色が徐々に濃くなり、天然歯に近い審美性は得られていた。一方、天然歯では、エナメル質は半透明であり、エナメル質の下に象牙質がほぼ存在しない部位(切端部)とは異なり、エナメル質の下に象牙質が存在する部位(切端部以外)では、象牙質の色(乳白色)がエナメル質の半透明性に起因して歯の外見に影響を与える。
特許文献1及び2に記載のジルコニアでは、水平方向に複数の層(板状、膜状)が積層した積層構造であり、天然歯の構造とは根本的に異なっているため、エナメル質の下に存在する象牙質の色が浮き上がっているかのように見せて、天然歯をより忠実に再現することまではできていなかった。そのため、特許文献1及び2に記載のジルコニアを歯科用補綴物として使用した際に、比較的遠くから観察した場合には審美性が得られていたが、歯科用補綴物を装着した人物に近い距離(例えば1m以下或いは50cm以下の至近距離)で観察する場合(対面時又はカメラを使用した撮影時)において、エナメル質の下に存在する象牙質の色が浮き上がっているかのように見せるという点では、さらに改善の余地があった。
また、特許文献3では、天然歯の構造により近づけるという構造的特徴によって、エナメル質の下に象牙質が存在し、外観に影響を与えるという天然歯と同様の高い審美性を有する歯科用補綴物が得られるものである。しかしながら、特許文献3に記載のジルコニア仮焼体においては、その複雑な構造のため、単純な積層体(特許文献1及び2)に比べて工程は煩雑であり、その結果、製造コストが大幅に上昇するという課題もある。また、歯冠形状に加工する際、加工物の位置設定等も煩雑であり、適用できる症例も限定されるという課題がある。
そこで、複雑な構造及び煩雑な製造工程を必要とせず、至近距離から観察した場合に、エナメル質の下に象牙質が存在して外観に影響を与えているように見え天然歯を忠実に再現した歯科用補綴物を作製するための歯科用被加工体が求められている。
本発明者らは、上記課題を解決するために明度(L*)の挙動に着目し、鋭意研究を重ねた結果、平板状の層の積層構造を備える多層構造体において、切端部から歯頚部にかけて常に減少する傾向を示していたL*を、切端部から中間部にかけては増加させ、中間部から歯頚部にかけては減少させることにより、上記課題を解決できることを見出し、この知見に基づいてさらに研究を進め、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
[1]歯科用補綴物を作製するための歯科用被加工体であって、
前記歯科用被加工体の一端Pから他端Qに向かう第1方向に延在する直線上において、
前記一端Pから全長の25%までの区間にある第1点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*をL1とし、
前記他端Qから全長の25%までの区間にある第2点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*をL2とし、
前記第1点から前記第2点を結ぶ直線上において、前記第1点と前記第2点の間にある第3点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*をL3としたとき、
L3>L1であり、
L3>L2である、歯科用被加工体;
[2]L3-L1が0.2以上5.0以下であり、
L3-L2が0.2以上4.0以下である、[1]に記載の歯科用被加工体;
[3]前記第1点から前記第3点に向かって、L*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*は増加傾向を示し、
前記第3点から前記第2点に向かって、L*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*は減少傾向を示す、[1]又は[2]に記載の歯科用被加工体;
[4]前記第1点から前記第3点に向かって、L*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*が0.5以上減少する区間が存在せず、
前記第3点から前記第2点に向かって、L*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*が0.5以上増加する区間が存在しない、[1]~[3]のいずれかに記載の歯科用被加工体;
[5]前記第1点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なa*をa1、b*をb1とし、
前記第2点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なa*をa2、b*をb2とし、
前記第3点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なa*をa3、b*をb3としたとき、
a1<a3<a2であり、
b1<b3<b2である、[1]~[4]のいずれかに記載の歯科用被加工体;
[6]組成が異なる少なくとも3層の積層構造を備える多層構造体である、[1]~[5]のいずれかに記載の歯科用被加工体;
[7]前記多層構造体が、円盤状又は角柱状である、[6]に記載の歯科用被加工体;
[8]前記組成が異なる少なくとも3層がそれぞれ、前記第1点を含む層、前記第2点を含む層、前記第3点を含む層である、[6]又は[7]に記載の歯科用被加工体;
[9]前記歯科用被加工体が、ジルコニアと、ジルコニアの相転移を抑制可能な安定化剤とを含有する、ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である、[1]~[8]のいずれかに記載の歯科用被加工体;
[10]前記ジルコニアの主たる結晶系が単斜晶系である、[9]に記載の歯科用被加工体;
[11]前記安定化剤の少なくとも一部はジルコニアに固溶されていない、[9]又は[10]に記載の歯科用被加工体;
[12]ジルコニアと安定化剤の合計molに対する安定化剤の含有率が略同一である層を少なくとも2層備える、[9]~[11]のいずれかに記載の歯科用被加工体;
[13]安定化剤の含有率が略同一であるすべての層は着色成分を含み、かつ当該層における前記着色成分の組成が互いに異なる、[12]に記載の歯科用被加工体;
[14]ジルコニアと安定化剤の合計molに対する前記安定化剤の含有率が互いに異なる層を少なくとも2層備える、[9]~[13]のいずれかに記載の歯科用被加工体;
[15]ジルコニアと安定化剤の合計molに対する前記安定化剤の含有率がすべての層において略同一である、[9]~[13]のいずれかに記載の歯科用被加工体;
[16]前記安定化剤がイットリアである、[9]~[15]のいずれかに記載の歯科用被加工体;
[17]前記一端Pを含む層のイットリアの含有率が、ジルコニアとイットリアの合計molに対して3.5mol%以上6.5mol%以下であり、
前記他端Qを含む層のイットリアの含有率が、ジルコニアとイットリアの合計molに対して2.5mol%以上4.5mol%未満であり、
前記一端Pを含む層のイットリアの含有率が前記他端Qを含む層のイットリアの含有率より多い、[16]に記載の歯科用被加工体。
前記歯科用被加工体の一端Pから他端Qに向かう第1方向に延在する直線上において、
前記一端Pから全長の25%までの区間にある第1点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*をL1とし、
前記他端Qから全長の25%までの区間にある第2点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*をL2とし、
前記第1点から前記第2点を結ぶ直線上において、前記第1点と前記第2点の間にある第3点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*をL3としたとき、
L3>L1であり、
L3>L2である、歯科用被加工体;
[2]L3-L1が0.2以上5.0以下であり、
L3-L2が0.2以上4.0以下である、[1]に記載の歯科用被加工体;
[3]前記第1点から前記第3点に向かって、L*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*は増加傾向を示し、
前記第3点から前記第2点に向かって、L*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*は減少傾向を示す、[1]又は[2]に記載の歯科用被加工体;
[4]前記第1点から前記第3点に向かって、L*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*が0.5以上減少する区間が存在せず、
前記第3点から前記第2点に向かって、L*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*が0.5以上増加する区間が存在しない、[1]~[3]のいずれかに記載の歯科用被加工体;
[5]前記第1点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なa*をa1、b*をb1とし、
前記第2点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なa*をa2、b*をb2とし、
前記第3点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なa*をa3、b*をb3としたとき、
a1<a3<a2であり、
b1<b3<b2である、[1]~[4]のいずれかに記載の歯科用被加工体;
[6]組成が異なる少なくとも3層の積層構造を備える多層構造体である、[1]~[5]のいずれかに記載の歯科用被加工体;
[7]前記多層構造体が、円盤状又は角柱状である、[6]に記載の歯科用被加工体;
[8]前記組成が異なる少なくとも3層がそれぞれ、前記第1点を含む層、前記第2点を含む層、前記第3点を含む層である、[6]又は[7]に記載の歯科用被加工体;
[9]前記歯科用被加工体が、ジルコニアと、ジルコニアの相転移を抑制可能な安定化剤とを含有する、ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である、[1]~[8]のいずれかに記載の歯科用被加工体;
[10]前記ジルコニアの主たる結晶系が単斜晶系である、[9]に記載の歯科用被加工体;
[11]前記安定化剤の少なくとも一部はジルコニアに固溶されていない、[9]又は[10]に記載の歯科用被加工体;
[12]ジルコニアと安定化剤の合計molに対する安定化剤の含有率が略同一である層を少なくとも2層備える、[9]~[11]のいずれかに記載の歯科用被加工体;
[13]安定化剤の含有率が略同一であるすべての層は着色成分を含み、かつ当該層における前記着色成分の組成が互いに異なる、[12]に記載の歯科用被加工体;
[14]ジルコニアと安定化剤の合計molに対する前記安定化剤の含有率が互いに異なる層を少なくとも2層備える、[9]~[13]のいずれかに記載の歯科用被加工体;
[15]ジルコニアと安定化剤の合計molに対する前記安定化剤の含有率がすべての層において略同一である、[9]~[13]のいずれかに記載の歯科用被加工体;
[16]前記安定化剤がイットリアである、[9]~[15]のいずれかに記載の歯科用被加工体;
[17]前記一端Pを含む層のイットリアの含有率が、ジルコニアとイットリアの合計molに対して3.5mol%以上6.5mol%以下であり、
前記他端Qを含む層のイットリアの含有率が、ジルコニアとイットリアの合計molに対して2.5mol%以上4.5mol%未満であり、
前記一端Pを含む層のイットリアの含有率が前記他端Qを含む層のイットリアの含有率より多い、[16]に記載の歯科用被加工体。
本発明によれば、複雑な構造及び煩雑な製造工程を要することなく、至近距離から観察した場合に、エナメル質の下に象牙質が存在して外観に影響を与えているように見え天然歯を忠実に再現した歯科用補綴物を作製することが可能となる。
本発明の歯科用被加工体を、模式図として図1を用いて説明する。図1に示す歯科用被加工体10の一端Pから他端Qに向かう第1方向Yに延在する直線上において、一端Pから全長Xの25%までの区間にある第1点AのL*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*をL1とし、他端Qから全長Xの25%までの区間にある第2点CのL*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*をL2とし、第1点Aから第2点Cを結ぶ直線上において、第1点Aと第2点Cの間にある第3点BのL*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*をL3としたとき、歯科用補綴物を至近距離から観察した場合にエナメル質の下に象牙質が存在して外観に影響を与えているように見え天然歯と同様の外観を忠実に再現するため、L3>L1であり、L3>L2である。
本発明において、最終的なL*とは、歯科用被加工体を加工して焼成することで作製される歯科用補綴物を患者に装着する際に該歯科用補綴物が発現しているL*の値を意味する。最終的なL*は、歯科用被加工体の材質によっては被加工体自体のL*と同じ場合と異なる場合がある。詳細は後述の被加工体の素材の記載において説明する。また、本発明において、明度を表すL*は、黒背景での値を用いた。通常白背景での明度の値を用いることも多いが、本発明では黒背景での値を用いることにより、歯科用補綴物を至近距離(例えば1m以下或いは50cm以下)から観察した場合にエナメル質の下に象牙質が存在して外観に影響を与えているかのように見え天然歯の外観を忠実に再現するための、L*の挙動をより正確に把握することが可能となる。L*の測定方法の詳細は後述の実施例において詳細を説明する。
天然歯と同様の外観を再現するための明度(L*)の挙動について説明する。天然歯は不透明で彩度が高い象牙質が内部に位置し、その外面に透明で彩度が低いエナメル質が被さる構造をもつ。この構造に基づく外観を、水平方向の多層構造体(平板状の層の積層構造を有する多層構造体)で再現するという観点から、各層の明度に着目して詳細に検討した。天然歯を水平方向(歯頚部から切端部までの断面方向)から見た場合、最上部(切端部)はほぼエナメル質で形成されるため、透光性は高くなる。これを多層構造体の最上層に置き換えた場合、最上層での黒背景における適切なL*としては比較的低い値(中間層に比べて低い値)となることが明らかになった。一方、天然歯の中間部(切端部と歯頚部の中間部)は内部の象牙質の上にエナメル質が被さっているため、内部の象牙質の影響により、透光性が最上部より低くなる。これを多層構造体の中間層に置き換えた場合、中間層での黒背景における適切なL*としては最上層より高くなることが明らかになった。また、天然歯の最下部(歯頚部)も中間部と同様に象牙質の上にエナメル質が被さった構造となるが、内部の象牙質の厚みが増し、特に彩度の面で象牙質は天然歯の最下部(歯頚部)の外観に影響を与える。上記のように、最下部は、中間部に比べて内部の象牙質の厚みが増し、象牙質の影響により透光性が中間部より低くなる。これを多層構造体の最下層に置き換えた場合、彩度との組合せとの関係で最下層での黒背景における適切なL*としては、中間層と比べて低くなることが明らかになった。天然歯の切端部はほぼエナメル質で形成されるため、透光性は高く、多層構造体に係る最上層の黒背景におけるL*としては高い値も検討された。しかしながら、黒背景における各層のL*に関して、最上層のL*を比較的低い値(中間層に比べて低い値)とすることで、最上層より高い中間層のL*、中間層より低い最下層のL*と組み合わせた際に一体となって、多層構造体である歯科用被加工体から得られる歯科用補綴物を至近距離から観察した場合に、エナメル質の下にあたかも象牙質が存在して外観に影響を与えているかのように見え、天然歯と同様の外観を発現することができるものである。よって、多層構造体での黒背景におけるL*は、多層構造体の最上層から中間層にかけて増加し、中間層から最下層にかけて減少する傾向をもつことにより、至近距離から観察した場合に、エナメル質の下に象牙質が存在して外観に影響を与えているかのように見え、天然歯と同様の外観を発現することができる。
本発明の歯科用被加工体は、至近距離から観察した場合にエナメル質の下に象牙質が存在して外観に影響を与えているように見え天然歯と同様の外観をより忠実に再現するため、L3-L1は0.2以上であることが好ましく、0.5以上であることがより好ましく、0.7以上であることがさらに好ましい。また、L3-L1は5.0以下が好ましく、4.0以下がより好ましく、3.0以下がさらに好ましい。また、L3-L2は0.2以上であることが好ましく、0.4以上であることがより好ましく、0.6以上であることがさらに好ましい。また、L3-L2は4.0以下が好ましく、3.0以下がより好ましく、2.5以下がさらに好ましい。L1、L2及びL3は、患者が希望する歯科用補綴物の色調も考慮して変更されるため、上記の関係を満たす限り特に限定されないが、L1としては、例えば、61~81が好ましく、63~79がより好ましく、66~76がさらに好ましい。L3としては、64~83が好ましく、66~81がより好ましく、69~78がさらに好ましい。L2としては、62~82が好ましく、64~80がより好ましく、67~77がさらに好ましい。なお、本発明の歯科用被加工体において、L1に係る第1点Aが切端部に対応し、L2に係る第2点Cが歯頚部に対応する。
本発明の歯科用被加工体は、天然歯と同様の外観を再現するため、第1点Aから第2点Cへの連続的な明度の挙動において、第1点Aから第3点Bに向かって、L*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*は増加傾向を示すことが好ましく、0.5以上減少する区間が存在しないことがより好ましく、0.3以上減少しないことがさらに好ましい。また、第3点Bから第2点Cに向かって、L*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*は減少傾向を示すことが好ましく、0.5以上増加する区間が存在しないことがより好ましく、0.3以上増加しないことがさらに好ましい。
本発明の歯科用被加工体は、天然歯と同様の色調を有するため、第1点AのL*a*b*表色系による黒背景での最終的なa*をa1、b*をb1とし、第2点CのL*a*b*表色系による黒背景での最終的なa*をa2、b*をb2とし、第3点BのL*a*b*表色系による黒背景での最終的なa*をa3、b*をb3としたとき、a1<a3<a2であり、かつb1<b3<b2であることが好ましい。a1、a2、a3、b1、b2及びb3は、患者が希望する歯科用補綴物の色調も考慮して変更されるため、上記の関係を満たす限り特に限定されないが、a1としては、例えば、-4.5~2が好ましく、-3.5~1.5がより好ましく、-3.5~1がさらに好ましい。a3としては、例えば、-4.5~3が好ましく、-3.5~2がより好ましく、-3.5~1.5がさらに好ましい。a2としては、例えば、-4.5~4が好ましく、-3.5~3がより好ましく、-3.5~2.5がさらに好ましい。b1としては、例えば、-2~17が好ましく、-1~15がより好ましく、-1~12がさらに好ましい。b3としては、例えば、-1~23が好ましく、0~21がより好ましく、0~18がさらに好ましい。b2としては、例えば、1~25が好ましく、2~23がより好ましく、3~20がさらに好ましい。
本発明の歯科用被加工体の素材は特に限定されることはなく、ジルコニア、ガラスセラミックス、アルミナ、アクリル樹脂、ポリマー樹脂と無機充填材を含む複合材料等を用いることができる。ここで、最終的なL*、a*、b*とは、作製される歯科用補綴物を患者に装着する際に発現しているL*の値、a*の値、b*の値を意味し、前述した歯科用被加工体の素材によっては被加工体自体のL*と同じ場合と異なる場合がある。例えば、ジルコニアの場合、最終的なL*、a*、b*とは、焼結後のL*の値、a*の値、b*の値を意味し、機械加工後に熱処理を必要とするガラスセラミックスの場合、最終的なL*、a*、b*とは、熱処理後のL*の値、a*の値、b*の値を意味する。
本発明の歯科用被加工体は、積層構造を備えることに特に限定されないが、組成が異なる少なくとも3層の積層構造を備える多層構造体であることにより、作製することができる。また、ある好適な実施形態では、多層構造体が有する積層構造はほぼ平行な層により構成される。このような略平板状の層から構成される積層構造において、各層のL*を前述した関係に設定することにより、砲弾型等の複雑な層構造としなくても、歯科用補綴物を至近距離から観察した場合にエナメル質の下に象牙質が存在して外観に影響を与えているように見え天然歯を忠実に再現することが可能となる。前記好適な実施形態において、多層構造体が有する各層は、略平板状の層であればよく、本発明の効果を奏する限り、若干の凹凸を有する平板状の層も含む。なお、組成が異なる少なくとも3層はそれぞれ、第1点Aを含む層、第2点Cを含む層、第3点Bを含む層とすることができ、本発明の効果を奏する限り、各層の間に、さらに別の層を含んでもよい。前記多層構造体が備える略平板状の層の数は、3以上であれば特に限定されず、4層以上であってもよく、5層以上であってもよい。また、層の数は特に限定されないが、10層以下であってもよい。ある好適な実施形態では、積層構造を備える多層構造体は3層構造を有し、第1層は第1点Aを含む層であり、第2層は第3点Bを含む層であり、第3層は第2点Cを含む層である。各層の厚さは特に限定されず、例えば、3層構造の積層構造を備える多層構造体では、各層は略同一の厚さであってもよい。
「組成が異なる」とは、各層に含まれるあらゆる成分の有無、及びその含有量の内、ひとつでも異なればよい。例えば、使用される着色成分の種類が異なるのみでもよく、使用される着色成分が同じでも、そのいずれかの含有量が異なるのみでもよい。また、微量の添加成分のみが異なる場合でもよく、当然、主成分が大きく異なる複数の積層構造をもつ場合でもよい。
本発明の歯科用被加工体は着色成分を含有すると好ましい。着色成分としては、本発明の効果を奏するものであれば特に限定されず、顔料、複合顔料、蛍光剤、及び乳濁剤等が挙げられる。
前記顔料としては、例えば、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Y、Zr、Sn、Sb、Bi、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Tb及びErの群から選択される少なくとも1つの元素の酸化物が挙げられ、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Pr、Tb及びErの群から選択される少なくとも1つの元素の酸化物を含むことが好ましい。前記複合顔料としては、例えば、(Zr,V)O2、Fe(Fe,Cr)2O4、(Ni,Co,Fe)(Fe,Cr)2O4・ZrSiO4、(Co,Zn)Al2O4等が挙げられ、(Zr,V)O2を含むことが好ましい。蛍光剤としては、例えば、Y2SiO5:Ce、Y2SiO5:Tb、(Y,Gd,Eu)BO3、Y2O3:Eu、YAG:Ce、ZnGa2O4:Zn、BaMgAl10O17:Eu等が挙げられる。乳濁剤としては、例えば、ケイ酸ジルコニウム、酸化スズ、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化チタン(TiO2)、酸化アルミニウム等が挙げられる。
本発明の歯科用被加工体は、ジルコニアと、ジルコニアの相転移を抑制可能な安定化剤とを含有する、ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体であることが好ましい。歯科用被加工体の素材としてジルコニアを用いることにより、歯科用補綴物として好適な透光性を持ちつつ、優れた強度を兼ね備えることが可能となる。本発明におけるジルコニア成形体は、未焼成、すなわち焼結されていないジルコニアからなる成形体である。本発明におけるジルコニア成形体は、部分安定化ジルコニア、又は完全安定化ジルコニアであってもよい。本発明において「焼結されていない」とは、ジルコニア粉末の粒子同士の接触している部分が互いに反応していない状態を指す。本発明におけるジルコニア仮焼体は、ジルコニア粒子(粉末)が完全には焼結していない状態でブロック化したものである。
ジルコニアの相転移を抑制可能な安定化剤は、部分安定化ジルコニアを形成可能なものが好ましい。該安定化剤としては、例えば、酸化カルシウム(CaO)、酸化マグネシウム(MgO)、イットリア(酸化イットリウム;Y2O3)、酸化セリウム(CeO2)、酸化スカンジウム(Sc2O3)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化ランタン(La2O3)、酸化エルビウム(Er2O3)、酸化プラセオジム(Pr6O11)、酸化サマリウム(Sm2O3)、酸化ユウロピウム(Eu2O3)及び酸化ツリウム(Tm2O3)等の酸化物が挙げられ、イットリアが好ましい。本発明のジルコニア仮焼体及びその焼結体中の安定化剤の含有率は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP;Inductively Coupled Plasma)発光分光分析、蛍光X線分析等によって測定することができる。本発明のジルコニア仮焼体及びその焼結体において、該安定化剤の含有率は、ジルコニアと安定化剤の合計molに対して、0.1~18mol%が好ましく、1~15mol%がより好ましく、1.5~10mol%がさらに好ましい。
歯科用(特に歯科医院での使用)として好適な色調、透光性及び強度を達成する観点から、本発明の歯科用被加工体はジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、ジルコニアの主たる結晶系は単斜晶系であることが好ましい。本発明において、「主たる結晶系が単斜晶系である」とは、ジルコニア中のすべての結晶系(単斜晶系、正方晶系及び立方晶系)の総量に対して以下の数式(1)で算出されるジルコニア中の単斜晶系の割合fmが50%以上の割合を占めるものを指す。本発明のジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体において、以下の数式(1)で算出されるジルコニア中の単斜晶系の割合fmは、単斜晶系、正方晶系及び立方晶系の総量に対して55%以上が好ましく、歯科用(特に歯科医院での使用)としてより好適な色調、透光性と優れた強度を示す観点から、60%以上がより好ましく、70%以上がさらに好ましく、75%以上がよりさらに好ましく、80%以上が特に好ましく、85%以上がさらに特に好ましく、90%以上が最も好ましい。単斜晶系の割合fmは、CuKα線によるX線回折(XRD;X-Ray Diffraction)パターンのピークに基づいて以下の数式(1)から算出することができる。なお、ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体における主たる結晶系は、収縮温度の高温化及び焼成時間の短縮化に寄与していると考えらえる。
本発明の歯科用被加工体がジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、正方晶系及び立方晶系のピークが実質的に検出されなくてもよい。すなわち、単斜晶系の割合fmを100%とすることができる。
数式(1)において、Im(111)及びIm(11-1)は、それぞれジルコニアの単斜晶系の(111)面及び(11-1)面のピーク強度を示す。It(111)は、ジルコニアの正方晶系の(111)面のピーク強度を示す。Ic(111)は、ジルコニアの立方晶系の(111)面のピーク強度を示す。
本発明の歯科用被加工体がジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、前記安定化剤は、ジルコニアの結晶系のうち少なくとも一部が単斜晶系であるように存在していることが好ましい。すなわち、該安定化剤の少なくとも一部がジルコニアに固溶されていないことが好ましい。安定化剤の一部がジルコニアに固溶されていないことは、例えば、XRDパターンによって確認することができる。ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体のXRDパターンにおいて、安定化剤に由来するピークが確認された場合には、ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体中においてジルコニアに固溶されていない安定化剤が存在していることになる。安定化剤の全量が固溶された場合には、基本的に、XRDパターンにおいて安定化剤に由来するピークは確認されない。ただし、安定化剤の結晶状態等の条件によっては、XRDパターンに安定化剤のピークが存在していない場合であっても、安定化剤がジルコニアに固溶されていないこともあり得る。ジルコニアの主たる結晶系が正方晶系及び/又は立方晶系であり、XRDパターンに安定化剤のピークが存在していない場合には、安定化剤の大部分、基本的に全部、はジルコニアに固溶しているものと考えられる。ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体においては、該安定化剤の全部がジルコニアに固溶されていなくてもよい。なお、本発明において、安定化剤が固溶するとは、例えば、安定化剤に含まれる元素(原子)がジルコニアに固溶することをいう。
本発明の歯科用被加工体がジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、歯科用(特に歯科医院での使用)として好適な色調、透光性及び強度を達成する観点から、前記ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体の一端Pから他端Qに向かう第1方向Yに延在する直線上において、安定化剤の含有率が互いに異なる層について、一端Pから他端Qに向かって上記数式(1)で算出されるジルコニア中の単斜晶系の割合fmの増減傾向が変化しないことが好ましい。いいかえると、ジルコニア中の単斜晶系の割合fmが単調に増加又は減少することが好ましい。また、ある実施形態においては、安定化剤の含有率との関係において、歯科用(特に歯科医院での使用)として好適な色調、透光性及び強度を達成する観点から、一端Pから他端Qに向かう直線上において安定化剤の含有率が減少傾向にある場合、前記一端Pから他端Qに向かう直線上においてジルコニア中の単斜晶系の割合fmが増加傾向にあることが好ましい。
本発明の歯科用被加工体がジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、ジルコニアと安定化剤の合計molに対する安定化剤の含有率が互いに異なる層(以下、単に「安定化剤の含有率が互いに異なる層」ともいう)を少なくとも2層備えることが好ましい。安定化剤の含有率が互いに異なる層は、2層以上であれば特に限定されず、3層であってもよく、4層であってもよく、5層以上であってもよい。さらに、本発明の歯科用被加工体はジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、ジルコニアと安定化剤の合計molに対する安定化剤の含有率が略同一である層(以下、単に「安定化剤の含有率が略同一である層」ともいう)を少なくとも2層備えることが好ましい。「安定化剤の含有率が略同一である」とは、層間の安定化剤の含有率の差が、0.1mol%未満であることが好ましく、0.05mol%未満であることがより好ましく、0.03mol%未満であることがさらに好ましい。ある好適な実施形態としては、前記歯科用被加工体がジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、該歯科用被加工体が、組成が異なる少なくとも3層の積層構造(例えば、3層~6層)を備える多層構造体であり、前記積層構造において、各層はジルコニアと、ジルコニアの相転移を抑制可能な安定化剤とを含有し、ジルコニアと安定化剤の合計molに対する安定化剤の含有率がすべての層において略同一である、歯科用被加工体が挙げられる。さらに、安定化剤の含有率が略同一であるすべての層は着色成分を含み、かつ当該層における着色成分の組成が互いに異なることが好ましい。本発明の歯科用被加工体がジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、安定化剤の含有率が互いに異なる層を備えるとともに、安定化剤の含有率が略同一である層を備え、さらに安定化剤の含有率が略同一であるすべての層は着色成分を含み、かつ当該層における着色成分の組成が互いに異なることによって、歯科用被加工体において、L3>L1かつL3>L2を達成でき、エナメル質の下にあたかも象牙質が存在して外観に影響を与えているかのように見え、天然歯と同様の外観を忠実に再現することが可能となる。
以下に、安定化剤がイットリアである場合を例として、ジルコニア焼結体での明度(L*)の挙動についてさらに説明する。積層構造を備えるジルコニア焼結体では、層に含まれるイットリアの含有率が少なくなるに従い、層の透過率は低下し、黒背景での明度(L*)は上昇する。また、同一のイットリアの含有率(例えば、2.5mol%以上6.5mol%以下、好ましくは3.0mol%以上6.0mol%以下)を含むジルコニア(ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体)を使用する場合、配合される顔料を多くすることにより、基本的に明度(L*)は低下する。つまり、最上層(切端部側)から中間層に向けて、ベースのジルコニアとともに含まれるイットリアの含有率を少なくすることにより、中間層の明度(L*)を最上層の明度に対して上昇させることができる。さらに、中間層から最下層(歯頚部側)に向かって、ベースのジルコニアとともに含まれるイットリアの含有率を同じにする又はイットリアの含有率の減少量を最低限にとどめた上で、顔料を中間層から最下層に向けて増量して添加することにより、中間層から最下層(歯頚部側)に向かって明度(L*)を減少することができる。各層の明度(L*)をこのように設定することにより、至近距離から観察した場合にエナメル質の下に象牙質が存在して外観に影響を与えているように見え、天然歯と同様の外観を忠実に再現することができる。なお、上記のように、イットリアの含有率、顔料の添加量を各層で変化させることに限定されることはなく、本発明でのL*の挙動を達成するために、各層の組成を適宜調整することができる。例えば、顔料と乳濁剤を適切に調整することにより、本発明でのL*の挙動を再現することもできる。
また、「着色成分の組成が互いに異なる」とは、各層に含まれる着色成分の種類のみが異なる場合、各層での着色成分の含有量のみが異なる場合及び各層に含まれる着色成分の種類及び着色成分の含有量の両方が異なる場合を含む。なお、着色成分はジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体の少なくとも1層に含まれていればよい。ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体が、安定化剤の含有率が異なる層と安定化剤の含有率が同じで着色成分の量が異なる層とを同時に持つことにより、得られるジルコニア焼結体について、一つの材料の中で部位(層)により必要とされる透光性、色調、強度をそれぞれ適正に設定することが可能となる。各層の厚さは、特に限定されないが、0.5mm~3cm程度であってもよい。
本発明の歯科用被加工体がジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、安定化剤の含有率が互いに異なる層は、安定化剤の含有率が略同一である層と一部の層が重複していてもよい。以下に、具体例を挙げて説明する。ある好適な実施形態(X-1)としては、ジルコニアと、ジルコニアの相転移を抑制可能な安定化剤とを含有する3層の積層構造を備え、ジルコニアの主たる結晶系が単斜晶系であり、第1層と第2層の安定化剤の含有率が互いに異なり、第2層と第3層の安定化剤の含有率が略同一である、ジルコニア仮焼体が挙げられる。他の好適な実施形態(X-2)としては、ジルコニアと、ジルコニアの相転移を抑制可能な安定化剤とを含有する4層の積層構造を備え、ジルコニアの主たる結晶系が単斜晶系であり、第1層、第2層及び第3層の安定化剤の含有率が互いに異なり、第3層と第4層の安定化剤の含有率が略同一である、ジルコニア仮焼体が挙げられる。また、他の好適な実施形態(X-3)としては、ジルコニアと、ジルコニアの相転移を抑制可能な安定化剤とを含有する4層の積層構造を備え、ジルコニアの主たる結晶系が単斜晶系であり、第1層と第2層の安定化剤の含有率が互いに異なり、第2層、第3層及び第4層の安定化剤の含有率が略同一である、ジルコニア仮焼体が挙げられる。さらに、他の好適な実施形態(X-4)としては、ジルコニアと、ジルコニアの相転移を抑制可能な安定化剤とを含有する少なくとも3層の積層構造(例えば、3層~6層、好適には3層又は4層)の積層構造を備え、ジルコニアの主たる結晶系が単斜晶系であり、ジルコニアと安定化剤の合計molに対する安定化剤の含有率がすべての層において略同一である、ジルコニア仮焼体が挙げられる。前記したように、各好適な実施形態(X-1)~(X-4)において、安定化剤の含有率が略同一であるすべての層は着色成分を含み、かつ当該層における着色成分の組成が互いに異なることが好ましい。また、本発明のジルコニア仮焼体において、安定化剤の含有率が互いに異なる層を備える場合、安定化剤の含有率が一番高い層は、端面に存在する1層であることが好ましい。例えば、図1の歯科用被加工体10がジルコニア成形体もしくは仮焼体である場合、一端Pから他端Qに向かう第1方向Yに延在する直線上において、一端Pを含む層が安定化剤の含有率が一番高い層であってもよい。ある好適な実施形態では、歯科用として好適な色調が得られる点から、安定化剤の含有率が一番高い層には、積層構造に1層だけ含むジルコニア仮焼体が挙げられる。本発明の歯科用被加工体はジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、安定化剤の含有率が一番高い層は、着色成分を含んでいてもよい。安定化剤の含有率が一番高い層が着色成分を含む場合、当該層に含まれる着色成分の組成は、他の層に含まれる着色成分の組成と互いに異なることが好ましい。
本発明の歯科用被加工体がジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、歯科用として好適な色調、透光性及び強度を達成する観点から、前記ジルコニア仮焼体の一端Pから他端Qに向かう第1方向Yに延在する直線上において、前記一端Pから他端Qに向かってジルコニアと安定化剤の合計molに対する安定化剤(好適にはイットリア)の含有率が同じである複数の層を含みつつも、全体としてその増減傾向が変化しないことが好ましい。いいかえると、安定化剤(好適にはイットリア)の含有率が単調に増加又は減少することが好ましい。以下、歯科用被加工体の模式図として図1を用いて説明する。図1の歯科用被加工体10がジルコニア成形体もしくはジルコニア仮焼体である場合、一端Pから他端Qに向かう第1方向Yに延在する直線上において、安定化剤の含有率の増加傾向又は減少傾向は逆方向に変化しないことが好ましい。すなわち、一端Pから他端Qに向かう直線上において安定化剤の含有率が減少傾向にある場合、安定化剤(好適にはイットリア)の含有率が同じである複数の層を含みつつも、安定化剤の含有率が実質的に増加する区間が存在しないことが好ましい。
本発明の歯科用被加工体がジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体から作製したジルコニア焼結体の強度及び透光性の観点から、安定化剤はイットリアが好ましい。以下、安定化剤はイットリアである場合の実施形態を説明する。図1の歯科用被加工体10がジルコニア成形体もしくは仮焼体である場合、一端Pを含む層のイットリアの含有率は、ジルコニアとイットリアの合計molに対して、3.5mol%以上が好ましく、3.7mol%以上がより好ましく、3.8mol%以上がさらに好ましく、4.0mol%以上が特に好ましく、また、6.5mol%以下が好ましく、6.0mol%以下がより好ましく、5.8mol%以下がさらに好ましく、5.5mol%以下が特に好ましい。前記一端Pを含む層におけるイットリアの含有率が3.5mol%以上6.5mol%以下の場合、ジルコニア焼結体の透光性を高めることができ、歯科用補綴物の切端部として適切な透光性を得ることができる。また、歯科用被加工体10がジルコニア成形体もしくは仮焼体である場合、他端Qを含む層のイットリアの含有率は、ジルコニアとイットリアの合計molに対して、2.5mol%以上が好ましく、3.0mol%以上がより好ましく、3.3mol%以上がさらに好ましく、3.5mol%以上が特に好ましく、また、4.5mol%未満が好ましく、4.2mol%以下がより好ましく、4.1mol%以下がさらに好ましく、4.0mol%以下が特に好ましい。前記他端Qを含む層におけるイットリアの含有率が2.5mol%以上4.5mol%未満の場合、ジルコニア焼結体の強度を高めることができ、歯科用補綴物の歯頚部として適切な強度を得ることができる。さらに、前記他端Qを含む層におけるイットリアの含有率が2.5mol%以上4.5mol%未満の場合、透光性は高くなり過ぎず、歯科用補綴物の歯頚部として適切な透光性を得ることができる。また、各層の黒背景でのL*と一体となって、至近距離から観察した場合に、エナメル質の下に象牙質が存在して外観に影響を与えているように見え天然歯を忠実に再現できる点から、前記一端Pを含む層のイットリアの含有率が前記他端Qを含む層のイットリアの含有率より多いことが好ましい。いいかえると、(前記一端Pを含む層のイットリアの含有率)/(前記他端Qを含む層のイットリアの含有率)>1であることが好ましい。なお、本発明の歯科用被加工体がジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、一端Pを含む層と他端Qを含む層の間に、イットリアの含有率が一端Pを含む層又は他端Qを含む層のいずれかの含有率と異なる層を中間層として少なくとも1つ含む。これにより、歯頚部から切端部の間で、透光性が段階的に移行し、天然歯と同様の透光性を得ることができる。また、前記ジルコニア仮焼体の一端Pから他端Qに向かう第1方向Yに延在する直線上において、イットリアの含有率が互いに異なる層について、前記一端Pから他端Qに向かってジルコニアとイットリアの合計molに対するイットリアの含有率の増減傾向が変化しないものであって、前記各層のイットリアの含有率がそれぞれ所定の範囲内にあるものがより好ましい。
本発明の歯科用被加工体がジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、ジルコニアとイットリアの合計molに対して、歯科用被加工体10の一端Pを含む層と他端Qを含む層のイットリアの含有率の差が3.0mol%以下であることが好ましく、2.5mol%以下であることがより好ましく、2.0mol%以下であることがさらに好ましい。また、当該イットリアの含有率の差が0.3mol%以上であることが好ましく、0.5mol%以上であることがより好ましく、1.0mol%以上であることがさらに好ましい。歯科用被加工体10の一端Pを含む層と他端Qを含む層のイットリアの含有率の差が3.0mol%以下の場合、歯科用被加工体10から作製される歯科用補綴物の切端部と歯頚部での透光性の差が大きくなり過ぎず、歯科用補綴物として適切な透光性を得ることができる。さらに、該イットリアの含有率の差が3.0mol%以下の場合、一端Pを含む層と他端Qを含む層の焼成収縮率の差を0.3%以内とすることが可能となり、歯科用被加工体10から歯科用補綴物を作製する際にクラックの発生及び変形を防ぐことが可能となる。本発明の歯科用被加工体はジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、一端Pを含む層と他端Qを含む層の間にイットリアの含有率が一端Pを含む層又は他端Qを含む層のいずれかの含有率と異なる層を中間層として少なくとも1つ含む。中間層と、イットリアの含有率が中間層と異なる層(例えば一端Pを含む層又は他端Qを含む層)とのイットリアの含有率との差は、2.0mol%以下であると好ましく、1.5mol%以下であるとより好ましく、1.0mol%以下であるとさらに好ましい。また、当該イットリアの含有率の差が0.1mol%以上であることが好ましく、0.3mol%以上であることがより好ましく、0.5mol%以上であることがさらに好ましい。
本発明の歯科用被加工体がジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、ジルコニアに固溶されていないイットリア(以下において「未固溶イットリア」ということがある)の存在率fyは、以下の数式(2)に基づいて算出することができる。
数式(2)において、Iy(111)は、CuKα線によるXRDパターンにおける2θ=29°付近のイットリアの(111)面のピーク強度を示す。Im(111)及びIm(11-1)は、ジルコニアの単斜晶系の(111)面及び(11-1)面のピーク強度を示す。It(111)は、ジルコニアの正方晶系の(111)面のピーク強度を示す。Ic(111)は、ジルコニアの立方晶系の(111)面のピーク強度を示す。
本発明の歯科用被加工体がジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、未固溶イットリアの存在率fyは、歯科用(特に歯科医院での使用)としてより好適な色調、透光性と優れた強度を示す観点から、0%より大きいと好ましく、1%以上がより好ましく、2%以上がさらに好ましい。未固溶イットリアの存在率fyの上限は、例えば13%以下であってもよいが、好適にはジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体におけるイットリアの含有率に依存する。図1の歯科用被加工体10の一端Pを含む層、すなわちイットリアの含有率が3.5mol%以上6.5mol%以下である層においては、fyは13%以下とすることができる。図1の歯科用被加工体10の他端Qを含む層、すなわちイットリアの含有率が2.5mol%以上4.5mol%未満である層においては、fyは7%以下とすることができる。図1の歯科用被加工体10の一端Pを含む層、すなわちイットリアの含有率が3.5mol%以上6.5mol%以下である層においては、fyは1%以上が好ましく、2%以上がより好ましく、3%以上がさらに好ましい。図1の歯科用被加工体10の他端Qを含む層、すなわちイットリアの含有率が2.5mol%以上4.5mol%未満である層においては、fyは0.5%以上が好ましく、1%以上がより好ましく、2%以上がさらに好ましい。
なお、上記数式(2)は、Iy(111)の代わりに他のピークを代入することによって、イットリア以外の安定化剤の未固溶存在率の算出にも適用することができる。
本発明の歯科用被加工体がジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、歯科用(特に歯科医院での使用)として好適な色調、透光性と強度を達成する観点から、前記ジルコニア仮焼体の一端から他端に向かう第1方向に延在する直線上において、イットリアの含有率が互いに異なる層については、前記一端から他端に向かって上記数式(2)で算出されるジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体における未固溶イットリアの存在率fyの増減傾向が変化しないことが好ましい。いいかえると、イットリアの含有率が互いに異なる層については、イットリアの含有率が単調に増加又は減少し、ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体中の未固溶イットリアの存在率fyが単調に増加又は減少することが好ましい。以下、歯科用被加工体の模式図として図1を用いて説明する。図1の歯科用被加工体10の一端Pから他端Qに向かう第1方向Yに延在する直線上において、イットリアの含有率が互いに異なる層については、ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体中の未固溶イットリアの存在率fyの増加傾向又は減少傾向は逆方向に変化しないことが好ましい。すなわち、一端Pから他端Qに向かう直線上において、イットリアの含有率が互いに異なる層については、イットリアの含有率が単調に増加又は減少するのに伴って、ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体中の未固溶イットリアの存在率fyが減少傾向にある場合、ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体中の未固溶イットリアの存在率fyが実質的に増加する区間が存在しないことが好ましい。また、ある実施形態においては、安定化剤の含有率との関係において、歯科用(特に歯科医院での使用)として好適な色調、透光性と強度を達成する観点から、一端Pから他端Qに向かう直線上においてイットリアの含有率が互いに異なる層については、ジルコニア仮焼体中の未固溶イットリアの存在率fyが減少傾向にある場合、前記一端Pから他端Qに向かう直線上においてジルコニア中の単斜晶系の割合fmが増加傾向にあることが好ましい。
以上、図1の模式図を用いて説明してきたが、本発明において、歯科用被加工体が、円盤状或いは直方体等の六面体形状を有する場合、上記「一端」及び「他端」とは、上面及び下面(底面)上の一点を指すと好ましい。当該一点は、端面上の一点でもよいし、断面上の一点でもよい。
なお、本発明において、「一端から他端に向かう第1方向」とは、L*の値が変化している方向を意味する。例えば、第1方向とは、後述の製造方法における粉末を積層する方向であると好ましい。
本発明の歯科用被加工体がジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、本発明の効果を奏する限り、ジルコニア、安定化剤及び着色成分以外の添加物を含有してもよい。また、安定化剤の含有率が一番高い層は、着色成分を含んでいてもよく、含まなくてもよい。該添加物としては、例えば、アルミナ(Al2O3)、酸化チタン(TiO2)、シリカ(SiO2)等が挙げられる。
本発明の歯科用被加工体がジルコニア仮焼体である場合、ジルコニア粒子と安定化剤と着色成分を含む原料粉末から形成されたジルコニア成形体をジルコニア粒子が焼結に至らない温度で焼成(即ち仮焼)して作製することができる(仮焼工程)。安定化剤の含有率が一番高い層は、着色成分を含んでいてもよく、含まなくてもよい。ジルコニア成形体は、特に限定されず、ジルコニア粒子と安定化剤とを含む原料粉末を用いて、公知の方法(例えば、プレス成形等)を用いて製造することができる。仮焼温度は、ブロック化を確実にするため、例えば、800℃以上が好ましく、900℃以上がより好ましく、950℃以上がさらに好ましい。また、焼成温度は、寸法精度を高めるため、例えば、1200℃以下が好ましく、1150℃以下がより好ましく、1100℃以下がさらに好ましい。すなわち、ジルコニア仮焼体の製造方法として、800℃~1200℃であることが好ましい。このような焼成温度であれば、安定化剤の固溶は進行しないと考えられる。
本発明のジルコニア仮焼体の曲げ強さは、機械加工を可能にする強度を確保するために、15MPa以上が好ましい。また、ジルコニア仮焼体の曲げ強さは、機械加工を容易にするために、70MPa以下が好ましく、60MPa以下がより好ましい。前記曲げ強さは、ジルコニア成形体を仮焼することで得られる。
前記曲げ強さは、ISO 6872:2015に準拠して測定することができるが、試験片の大きさの条件のみを変えて、5mm×10mm×50mmの大きさの試験片を用いて測定を行う。該試験片の面及びC面は、600番のサンドペーパーで長手方向に面仕上げする。該試験片は、最も広い面が鉛直方向(荷重方向)を向くように配置する。曲げ試験測定において、スパンは30mm、クロスヘッドスピードは0.5mm/分とする。
本発明の歯科用被加工体は、所定の形状を有する成形体であってもよい。例えば、ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体は、ディスク(円盤)状、角柱状(例えば、直方体状等)を有することができる。
本発明の歯科用被加工体がジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である場合、以下の製造方法によりジルコニア焼結体を得ることができる。ジルコニア焼結体は、ジルコニア粒子が焼結に至る温度でジルコニア仮焼体を焼成して作製することができる(焼結工程)。焼結工程における焼成温度は、例えば、1400℃以上が好ましく、1450℃以上がより好ましい。また、該焼成温度は、例えば、1650℃以下が好ましく、1600℃以下がより好ましい。昇温速度及び降温速度は300℃/分以下が好ましい。すなわち、本発明のジルコニア焼結体の製造方法として、ジルコニア仮焼体を最高焼成温度1400℃~1650℃で焼成することが好ましい。
焼結工程において、焼結可能温度(例えば、最高焼成温度)における保持時間は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、例えば、120分とすることができる。また、ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体のジルコニアの主たる結晶系が単斜晶系である場合、焼結可能温度における保持時間は、例えば、120分未満、90分以下、60分以下、30分以下、15分以下とすることができる。焼成時間を短縮することにより、生産効率を高めるとともに、エネルギーコストを低減させることができる。
焼結工程における昇温速度及び降温速度は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、焼結工程に要する時間が短くなるように設定すると好ましい。例えば、昇温速度は、焼成炉の性能に応じて最短時間で最高焼成温度に到達するように設定することができる。最高焼成温度までの昇温速度は、例えば、10℃/分以上、50℃/分以上、100℃/分以上、120℃/分以上、150℃/分以上、又は200℃/分以上とすることができる。降温速度は、焼結体にクラック等の欠陥が生じないような速度を設定すると好ましい。例えば、加熱終了後、焼結体を室温で放冷することができる。最高焼成温度とは焼結工程において、最も高くなる温度を意味する。
本発明の歯科用被加工体は、歯科用製品に好適に使用できる。歯科用製品としては、例えば、コーピング、フレームワーク、クラウン、クラウンブリッジ、アバットメント、インプラント、インプラントスクリュー、インプラントフィクスチャー、インプラントブリッジ、インプラントバー、ブラケット、義歯床、インレー、アンレー、矯正用ワイヤー、ラミネートベニア等が挙げられる。また、その製造方法としては各用途に応じて適切な方法を選択することができるが、例えば、本発明の歯科用被加工体がジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体の場合、機械加工した後に焼結することにより、歯科用製品を得ることができる。なお、該機械加工においてCAD/CAMシステムを用いることが好ましい。
本発明は、本発明の効果を奏する限り、本発明の技術的思想の範囲内において、上記の構成を種々組み合わせた実施形態を含む。
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で多くの変形が当分野において通常の知識を有する者により可能である。
[ジルコニア仮焼体の作製]
各実施例及び比較例の歯科用被加工体として、ジルコニア仮焼体を以下の手順により作製した。
各実施例及び比較例の歯科用被加工体として、ジルコニア仮焼体を以下の手順により作製した。
実施例1~5及び比較例1、2のジルコニア仮焼体を作製するために使用する原料粉末の作製方法について説明する。まず、単斜晶系のジルコニア粉末とイットリア粉末を用いて、表1に記載の組成となるように混合物を作製した。次に、この混合物を水に添加してスラリーを作製し、平均粒径0.13μm以下になるまでボールミルで湿式粉砕混合した。粉砕後のスラリーをスプレードライヤで乾燥させ、得られた粉末を950℃で2時間焼成して、粉末(一次粉末)を作製した。なお、前記平均粒径は、レーザー回折散乱法により求めることができる。レーザー回折散乱法は、具体的に例えば、レーザー回折式粒子径分布測定装置(SALD-2300:株式会社島津製作所製)により、0.2%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を分散媒に用いて体積基準で測定することができる。
得られた一次粉末に対して、表1に記載の組成で着色成分(顔料、乳濁剤(TiO2))を添加した。その後、着色成分を添加した粉末を水に添加してスラリーを作製し、平均粒径0.13μm以下になるまでボールミルで湿式粉砕混合した。粉砕後のスラリーにバインダを添加した後、スプレードライヤで乾燥させて、粉末(二次粉末)を作製した。作製した二次粉末を原料粉末として、後述のジルコニア仮焼体の製造に用いた。
次に、ジルコニア仮焼体の製造方法について説明する。まず、内寸20mm×25mmの金型に、各層を構成するように前記原料粉末を表1に記載された順に充填し、一軸プレス成形機によって、面圧300kg/cm2で90秒間、1次プレス成形し、1次プレス成形体を得た。得られた1次プレス成形体を1700kg/cm2で5分間、CIP成形して、積層構造の成形体を作製した。なお、成形体が4層の積層構造を有する多層構造体である実施例4では、各層の充填量は7.5g、成形体が3層の積層構造を有する多層構造体である実施例1~3、5及び比較例1では、各層の充填量は10g、成形体が1層からなる比較例2では、充填量は30gで作製した。得られた成形体を1000℃で2時間焼成してジルコニア仮焼体を作製した。
[ジルコニア焼結体の審美性評価]
各実施例及び比較例のジルコニア仮焼体を用いてジルコニア焼結体を以下の方法で作製し、天然歯の外観との比較の観点で、目視により審美性を評価した。評価にあたっては、天然歯と同様の外観を有する市販のシェードガイドを使用することができる。市販のシェードガイドは、具体的に例えば、VITA社製シェードガイドVITAClassical(商品名)が挙げられる。
各実施例及び比較例のジルコニア仮焼体を用いてジルコニア焼結体を以下の方法で作製し、天然歯の外観との比較の観点で、目視により審美性を評価した。評価にあたっては、天然歯と同様の外観を有する市販のシェードガイドを使用することができる。市販のシェードガイドは、具体的に例えば、VITA社製シェードガイドVITAClassical(商品名)が挙げられる。
まず、前述の方法で作製した実施例及び比較例のジルコニア仮焼体から、CAD/CAMシステム(「カタナ(登録商標)CAD/CAMシステム」、クラレノリタケデンタル株式会社)を用いて前歯の歯冠形状に機械加工した。得られた機械加工後のジルコニア仮焼体を、1550℃で120分間焼成して、ジルコニア焼結体を作製した。また、積層方向のジルコニア焼結体の長さ(厚さ)はいずれも約8mmであった。得られた前歯の歯冠形状のジルコニア焼結体について、以下の基準で目視により評価した。4名中3名以上がある基準を満たすと判断した場合、当該基準を満たすものと判断した。表1に結果を示す。なお、観察者はジルコニア焼結体を目から30cmの距離で目視観察した。
<評価基準>
〇:透光性、色調のグラデーションがあり、エナメル質の下に象牙質が存在し外観に影響しているように見え天然歯と同様の外観を忠実に再現できている。
△:透光性、色調のグラデーションがあるが、エナメル質の下に象牙質が存在しているかのようには見えず、天然歯と同様の外観を忠実に再現できているとはいえない。
×:透光性、色調のグラデーションはなく、天然歯と同様の外観を再現しているとはいえない。
<評価基準>
〇:透光性、色調のグラデーションがあり、エナメル質の下に象牙質が存在し外観に影響しているように見え天然歯と同様の外観を忠実に再現できている。
△:透光性、色調のグラデーションがあるが、エナメル質の下に象牙質が存在しているかのようには見えず、天然歯と同様の外観を忠実に再現できているとはいえない。
×:透光性、色調のグラデーションはなく、天然歯と同様の外観を再現しているとはいえない。
(実施例1~5及び比較例1、2)
実施例1~5では、いずれのジルコニア焼結体も、図1に示す歯科用被加工体10の一端Pを含む層(第1層;切端部に相当する層)に相当する領域から他端Qを含む層(歯頚部に相当する層)に相当する領域に向かって、透光性が徐々に低下し、色調が濃くなるグラデーションが形成され、さらに、エナメル質の下に象牙質が存在し外観に影響しているかのように見え天然歯の構造に基づく外観を多層構造体にて忠実に再現しており、天然歯と差がない外観を呈していた。上記評価が「〇」のものは、至近距離で観察しても特に切端部から中間層にかけての明度感を再現できていることが確認できた。
実施例1~5では、いずれのジルコニア焼結体も、図1に示す歯科用被加工体10の一端Pを含む層(第1層;切端部に相当する層)に相当する領域から他端Qを含む層(歯頚部に相当する層)に相当する領域に向かって、透光性が徐々に低下し、色調が濃くなるグラデーションが形成され、さらに、エナメル質の下に象牙質が存在し外観に影響しているかのように見え天然歯の構造に基づく外観を多層構造体にて忠実に再現しており、天然歯と差がない外観を呈していた。上記評価が「〇」のものは、至近距離で観察しても特に切端部から中間層にかけての明度感を再現できていることが確認できた。
一方、特許文献1に相当する比較例1では、図1に示す歯科用被加工体10の一端Pを含む層に相当する領域から他端Qを含む層に相当する領域に向かって、透光性が徐々に低下し、色調が濃くなるグラデーションが形成されたものの、エナメル質の下に象牙質が存在しているかのようには見えず、天然歯の構造に基づく外観を多層構造体にて忠実に再現できているとはいえず、天然歯と差がない外観を呈するとはいえなかった。また、比較例2では、一端Pから他端Qに向かって透光性、色調が均一であり、天然歯と同様の外観を呈するとはいえなかった。
[ジルコニア焼結体の色調評価]
各実施例及び比較例のジルコニア焼結体の各層における色調について、以下の方法で各層それぞれ単独のジルコニア焼結体を作製し、L*a*b*表色系(JIS Z 8781-4:2013 測色-第4部:CIE 1976 L*a*b*色空間)による(L*,a*,b*)を測定した。
まず、厚さ1.2mmのジルコニア焼結体が得られるように、予めサイズを調整してプレス成形を行うことで、各実施例及び比較例の各層における原料粉末からなる成形体を作製した。次に、該成形体を1000℃で2時間焼成してジルコニア仮焼体を作製した。次に、1550℃で120分間、該ジルコニア仮焼体を焼成してジルコニア焼結体を作製した。得られたジルコニア焼結体の両面を#600の研磨紙で研磨加工し、厚さ1.2mmのジルコニア焼結体とした後、コニカミノルタジャパン株式会社製の分光測色計CM-3610Aを用いて、D65光源、測定モードSCI、測定径/照明径=φ8mm/φ11mm、黒背景にて色調を測定した。
各実施例及び比較例のジルコニア焼結体の各層における色調について、以下の方法で各層それぞれ単独のジルコニア焼結体を作製し、L*a*b*表色系(JIS Z 8781-4:2013 測色-第4部:CIE 1976 L*a*b*色空間)による(L*,a*,b*)を測定した。
まず、厚さ1.2mmのジルコニア焼結体が得られるように、予めサイズを調整してプレス成形を行うことで、各実施例及び比較例の各層における原料粉末からなる成形体を作製した。次に、該成形体を1000℃で2時間焼成してジルコニア仮焼体を作製した。次に、1550℃で120分間、該ジルコニア仮焼体を焼成してジルコニア焼結体を作製した。得られたジルコニア焼結体の両面を#600の研磨紙で研磨加工し、厚さ1.2mmのジルコニア焼結体とした後、コニカミノルタジャパン株式会社製の分光測色計CM-3610Aを用いて、D65光源、測定モードSCI、測定径/照明径=φ8mm/φ11mm、黒背景にて色調を測定した。
表1より、実施例1~5のジルコニア焼結体において、L*は最上層(1層目)から中間層(2層目)にかけて増加し、その後、中間層から最下層(実施例1~3及び5では3層目、実施例4では4層目)にかけて減少しており、エナメル質の下に象牙質が存在し外観に影響しているように見え天然歯と同様の外観を忠実に再現できるL*の挙動を示していた。一方、比較例1のジルコニア焼結体では、L*は最上層(1層目)から最下層(3層目)にかけて常に減少しており、天然歯の外観を忠実に再現できるL*の挙動は示さなかった。また、比較例2は単層のジルコニア焼結体であるため、L*は一定であり、天然歯の外観を忠実に再現できるL*の挙動は示さなかった。
[ジルコニア焼結体の曲げ強さの測定]
実施例4の4層目における原料粉末を用いて、前記仮焼体の製造方法に従いジルコニア仮焼体を作製し、その後、1550℃で120分間焼成を行い、ジルコニア焼結体を得た。ISO 6872:2015に従い、サンプルサイズ1.2mm×4.0mm×16.0mm、支点間距離(スパン)12mm、クロスヘッドスピード0.5mm/分の条件にて曲げ強さを測定したところ、1150MPaとなり、歯科用補綴物の歯頚部として必要な強度を持つ。
実施例4の4層目における原料粉末を用いて、前記仮焼体の製造方法に従いジルコニア仮焼体を作製し、その後、1550℃で120分間焼成を行い、ジルコニア焼結体を得た。ISO 6872:2015に従い、サンプルサイズ1.2mm×4.0mm×16.0mm、支点間距離(スパン)12mm、クロスヘッドスピード0.5mm/分の条件にて曲げ強さを測定したところ、1150MPaとなり、歯科用補綴物の歯頚部として必要な強度を持つ。
本明細書に記載した数値範囲については、別段の記載のない場合であっても、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし範囲が本明細書に具体的に記載されているものと解釈されるべきである。
本発明の歯科用被加工体は、歯科用補綴物(例えば、前歯用補綴物)等の歯科用製品の作製に利用することができる。
10 歯科用被加工体
P 一端
Q 他端
X 全長
Y 第1方向
A 第1点
B 第3点
C 第2点
P 一端
Q 他端
X 全長
Y 第1方向
A 第1点
B 第3点
C 第2点
Claims (17)
- 歯科用補綴物を作製するための歯科用被加工体であって、
前記歯科用被加工体の一端Pから他端Qに向かう第1方向に延在する直線上において、
前記一端Pから全長の25%までの区間にある第1点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*をL1とし、
前記他端Qから全長の25%までの区間にある第2点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*をL2とし、
前記第1点から前記第2点を結ぶ直線上において、前記第1点と前記第2点の間にある第3点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*をL3としたとき、
L3>L1であり、
L3>L2である、歯科用被加工体。 - L3-L1が0.2以上5.0以下であり、
L3-L2が0.2以上4.0以下である、請求項1に記載の歯科用被加工体。 - 前記第1点から前記第3点に向かって、L*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*は増加傾向を示し、
前記第3点から前記第2点に向かって、L*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*は減少傾向を示す、請求項1又は2に記載の歯科用被加工体。 - 前記第1点から前記第3点に向かって、L*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*が0.5以上減少する区間が存在せず、
前記第3点から前記第2点に向かって、L*a*b*表色系による黒背景での最終的なL*が0.5以上増加する区間が存在しない、請求項1~3のいずれか一項に記載の歯科用被加工体。 - 前記第1点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なa*をa1、b*をb1とし、
前記第2点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なa*をa2、b*をb2とし、
前記第3点のL*a*b*表色系による黒背景での最終的なa*をa3、b*をb3としたとき、
a1<a3<a2であり、
b1<b3<b2である、請求項1~4のいずれか一項に記載の歯科用被加工体。 - 組成が異なる少なくとも3層の積層構造を備える多層構造体である、請求項1~5のいずれか一項に記載の歯科用被加工体。
- 前記多層構造体が、円盤状又は角柱状である、請求項6に記載の歯科用被加工体。
- 前記組成が異なる少なくとも3層がそれぞれ、前記第1点を含む層、前記第2点を含む層、前記第3点を含む層である、請求項6又は7に記載の歯科用被加工体。
- 前記歯科用被加工体が、ジルコニアと、ジルコニアの相転移を抑制可能な安定化剤とを含有する、ジルコニア成形体又はジルコニア仮焼体である、請求項1~8のいずれか一項に記載の歯科用被加工体。
- 前記ジルコニアの主たる結晶系が単斜晶系である、請求項9に記載の歯科用被加工体。
- 前記安定化剤の少なくとも一部はジルコニアに固溶されていない、請求項9又は10に記載の歯科用被加工体。
- ジルコニアと安定化剤の合計molに対する安定化剤の含有率が略同一である層を少なくとも2層備える、請求項9~11のいずれか一項に記載の歯科用被加工体。
- 安定化剤の含有率が略同一であるすべての層は着色成分を含み、かつ当該層における前記着色成分の組成が互いに異なる、請求項12に記載の歯科用被加工体。
- ジルコニアと安定化剤の合計molに対する前記安定化剤の含有率が互いに異なる層を少なくとも2層備える、請求項9~13のいずれか一項に記載の歯科用被加工体。
- ジルコニアと安定化剤の合計molに対する前記安定化剤の含有率がすべての層において略同一である、請求項9~13のいずれか一項に記載の歯科用被加工体。
- 前記安定化剤がイットリアである、請求項9~15のいずれか一項に記載の歯科用被加工体。
- 前記一端Pを含む層のイットリアの含有率が、ジルコニアとイットリアの合計molに対して3.5mol%以上6.5mol%以下であり、
前記他端Qを含む層のイットリアの含有率が、ジルコニアとイットリアの合計molに対して2.5mol%以上4.5mol%未満であり、
前記一端Pを含む層のイットリアの含有率が前記他端Qを含む層のイットリアの含有率より多い、請求項16に記載の歯科用被加工体。
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