JP2754092B2 - 複合材料の生理的歯科固定合釘およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、複合材料で形成した生理的歯科用固定合釘
と、この合釘と正常なぞうげ質壁の間に配置した歯冠再
構築材料とから成る歯冠−歯根再構築システム、および
この合釘の製造工程に関する。

背景技術 現在歯科医療で使用されている歯科用固定合釘は一般
に合金で作られる。しかし、これらの合釘は、通例しば
しば擁護される貴金属合金で形成した場合でも、化学反
応あるいは電気化学反応による腐食や酸化の現象を発生
することがあるので、完全に満足できるものではないこ
とが証明されている。

この欠点を克服するために、特許第FR−Ａ−2,588,18
1号に記載するような、機械的強度の高いファイバを母
材を構成する樹脂に包含して成る複合材料の口腔内補綴
の作成がすでに考案されている。また、特許第FR−Ａ−
2,626,167号に記載するような、ファイバを含むことが
望ましい合成樹脂を織条の中心糸の周囲に成形して成る
合釘も周知である。特許第DE−Ａ−3,825,601も同様
に、異なる直径を持ち、相互に同軸上に並んだ２つの部
分によって形成される複合材料から成る改良で構成さ
れ、小さい方の直径の部分を歯の根管に係合するように
した歯科用固定合釘を開示している。この方法で製造さ
れた合釘は興味深い物理的および機械的特性を持ちが、
このようにして得られた合釘は、機械的特性がぞうげ質
の自然的特質からかなりかけ離れているので、完全に満
足できるものではない。合釘とぞうげ質の間の機械的特
性の相違は常に障害の源となり、応力が特定の位置に集
中してしまい、物を噛むときに再構築アセンブリにかか
る応力のためについにアセンブリの構成要素が分離する
と、再構築アセンブリは破損する結果となる。

発明の概要 本発明の目的は、応力を緩和し、力がかかる領域全体
に最大限に応力を分散する再構築システムを提供するこ
とによって、この欠点を克服することである。

この目的を達成するために、複合材料の生理的歯科用
固定合釘および合釘と健康なぞうげ質壁との間に配置し
た歯冠再構築材料から成るこの歯冠−歯根再構築システ
ムは、合釘を母材を構成する樹脂に高強度の繊維を埋め
込むという改良によって構成し、繊維を合釘の軸方向に
相互に平行に、しかもこの合釘の中心部では合釘の端か
ら端まで連続して伸長させ、抵抗性繊維を均等に緊張さ
せ予め引張り応力をかけることによって、合釘の横方向
弾性率がぞうげ質の平均の横方向弾性率と同じ値つまり
18GPaとなり、また縦方向圧縮−引張り強さおよび剪断
強さがぞうげ質の平均値より高くなるようにすることを
特徴とする。

本発明による固定合釘は異方性の機械的特性を有す
る。つまり、機械的特性が、繊維つまり合釘の縦方向に
対する力の方向の角度によってかなり変化する。高性能
炭素繊維をエポキシ樹脂の母材に埋め込んで形成した合
釘の場合、横方向弾性率の値は、引張り力をかける角度
が横方向に対して０°の場合には8.5GPa、角度が20°の
場合には34GPaとなり、物を噛むときに歯に働く応力の
平均方向に対応する０°から20°の角度範囲では平均で
20GPaとなる。この値は、ぞうげ質の横方向弾性率の18G
Paに近い。圧縮抵抗に関しては、500MPaまで上げること
ができる。これは、ぞうげ質の平均抵抗より200MPaより
高い値である。このような特徴は、複合材料のうち、10
0％の繊維を合釘の端から端まで連続して伸長させ、か
つ均等に緊張させ、また合釘の総体積つまり繊維自体と
母材を構成する樹脂との合計体積の40ないし80％をこれ
らの繊維で占めることによって達成される。繊維は高性
能炭素繊維が望ましく、樹脂はエポキシ樹脂またはポリ
エステル樹脂が望ましい。一般に、このような複合材料
は1.50ないし1.60g/cm3程度の大きさの密度を持つ。以
上に示した特徴は、機械加工後に得られる。これが本発
明と先行技術を区別する点である。先行技術の場合、た
とえ樹脂に繊維を埋め込んだ複合材料によって構成して
も、機械加工が行なわれ、材料の性質は必要な正確な配
向性を持つ異方性が得られるように適切に設計されてい
ないので、でき上がったリングの機械加工中にこれらの
特徴の大部分を失ってしまう。本発明の技術的特徴と利
点をさらによく理解するために、添付の図面を参照しな
がら、本発明を限定しない例として実施例を上げて説明
する。

図面の簡単な説明 図１は、本発明による歯冠−歯根再構築システムの縦
断面図である。

図２は、500倍の電子走査顕微鏡で撮影した、本発明
によるシステムの合釘の一部分の顕微鏡写真の概略的複
製印刷である。

図３は、図１の線III-IIIにおける拡大横断面図であ
る。

図４は、歯根と固定合釘の一部分をさらに拡大した横
断面図である。

発明を実施するための最良の形態 図１は、複合材料で形成され、歯牙２の根管穴に開け
た収容部に係合して動かないようにした生理的固定合釘
１と、合釘１の上部に形成され、歯根２から突き出した
歯冠再構築材料３のブロックとによって構成された、本
発明による歯冠−歯根再構築システムを示す。

固定合釘１を得るために、まず引抜成形（またはその
他の同等のプロセス）、たとえば直径８ミクロンの高性
能炭素の連続した繊維を芯としたエポキシ樹脂の押出成
形によって、複合材料のリングを形成する。これらの繊
維５は押出機を出たときに、総体積つまり樹脂の固化後
の樹脂と繊維から成る体積の40ないし80％を占め、好ま
しくは60％を占めるようにする。繊維５は均等に緊張さ
せ、合釘１の軸上に単方向縦配列し、輪で束ねたり、覆
いをかけたりせず、さらに軽く引張り応力をかける。

本発明の特に有利な実施例では、均等に緊張させた繊
維が総体積または総重量の64％を占めるようにし、繊維
の密度を実質的にエポキシ樹脂４の密度と等しくする。
このように非常に高率の繊維は、合釘１にきわめて高い
剪断値（剪断強さ:170MPa）をもたらし、通常の生理的
条件下では合釘の破折が起こらない。圧縮強さは440MPa
で、対応する歯牙構造より少し高い。さらに、合釘１の
材料の機械的特性の異方性により、咬合接触中の歯冠ぞ
うげ質から歯根ぞうげ質への弾性率（たとえば80GPaか
ら18GPaへ）の低下を非常に高い相似性で再現すること
が可能になる。合釘を構成する材料の異方性のために、
引張り−圧縮時の弾性率は、繊維５の軸に対する加える
力の方向の角度によって変化する。応力の影響を調整
し、危険なく合釘とぞうげ質の境界の表面を増やすこと
を可能にするのはこの特徴であるので、これは根本的な
重要な特徴である。応力が繊維に直角のときの弾性率は
8GPaである。応力が横方向平面（transverseplane）に
対し20°の角度のときの弾性率は34GPaである。これ
は、高い応力をかけて物を噛むとき、中心位置に戻る前
に食物をすりつぶす瞬間に割れや破折を招くことが最も
多いケースである。この瞬間の弾性率の平均値は21GPa
であり、これは歯根のぞうげ質の弾性率に非常に近い
（18GPa）。作成しようとする合釘の最大直径と同じ
か、それより大きい直径を持つ上述のような複合材料の
連続リングを、次に、たとえば機械的にスライシングな
どによって機械加工し、図１に示す形状の合釘を形成す
る。この固定合釘は、相互に一直線に並んだ２つの同軸
的円筒−円錐形部、つまり大きい直径の上部の円筒−円
錐形部と小さい直径の下部の円筒−円錐形部によって構
成される改良から成る。上部円筒−円錐形部は、比較的
大きい直径ａの円筒形シャンク６、およびその下端部か
ら下向きに収束しながら伸長し、直径ｂの小底面を持つ
円錐台部７から成る。この小底面に続くのは、直径ｂの
円筒形シャンク８であり、その端部に下向きに収束し、
直径ｃの小さい底面を持つ円錐台部９がある。大径ａの
上部円筒形シャンク６は、3mm台の距離Ａにわたる歯根
２内部に円筒形部分を保持することを確保する。本発明
の固定合釘は、小径ｂの円筒形シャンク８の長さに対応
する長さＢにわたる第２円筒形部の保持をも確保する。
高さがそれぞれh1およびh2の円錐台部７および９は、歯
牙２の根の内部に合釘１を安定化させる段階を構成す
る。

以上に説明した固定合釘において、均等に緊張させた
繊維は縦方向に伸長し、当然のことながら円錐台部７お
よび９で切り込んだ繊維は別として、合釘の頭端から下
端まで連続している。

下表は、実施した試験中に完全な満足が得られた様々
な合釘の寸法の値（単位:mm）である。

直径a: 1.4 1.8 2.1 直径b: １ 1.2 1.4 直径c: 0.65 0.85 0.85 高さh1: １ １ １ 高さh2: １ １ １ 長さB: 2.5 ３ 3.5 図２および図４でさらによく分かるように、スライシ
ング後に得られる合釘は、10ないし20ミクロンを越える
ことは決してないがその存在は一定している、突出した
要素が規則的に分布した平坦でない表面を持つ。これ
は、合釘の円錐台形の安定化段階7,9の高さにおける炭
素繊維５の断面が機械加工のために斜角断面（30°）と
なっているためであり、また円筒形部では、繊維５間の
溝によって繊維５がエポキシ樹脂４の母材に非常にしっ
かりと固定された状態を維持しているためである。これ
によって、支台歯を形成した歯牙表面と全く同じ非破折
性が形成される。

合釘表面の突出した要素は、合釘の表面を粗くするの
で、予め根管穴に開けた収容部に前記合釘を配設する前
にぞうげ質表面と合釘に塗布する接着剤10（図３および
図４）の接着力が向上する。

歯冠−歯根再構築システムはさらに、図１に示すよう
に、欠損部の再構築を終了し、かつ個々の形態に合わせ
て形成する、合釘１と残存する健康なぞうげ質壁2aとの
間の接合要素３から成る。この目的に使用される歯冠再
構築材料３は、長さ200ミクロン、直径９ミクロンの短
い潤滑ガラスファイバ（ポリウレタンアクリル母材にし
っかりと結合するように特殊表面処理を行なった）を
（60重量％、70ないし80体積％）充填した自己重合ポリ
ウレタンアクリル樹脂である。これらの短いファイバ
は、材料３の塊に不規則に配置される。再構築材料３の
機械的特性は、応力が緩和され、合釘１と健康なぞうげ
質壁2aの間の耐久性結合が得られるように設定された。
弾性特性は、弾性率が非常に低い（3.7±0.3GPa）の
で、最初の歯間衝撃時に応力の１次緩衝子として機能す
ることができる。この特性は、30％の事例で外部体積に
明らかな変化を生じることなく、試験片が破損限度を越
えることが観察された、圧縮および曲げの機械的強度試
験中に非常に明瞭に証明された。圧縮強さは、歯牙のぞ
うげ質のそれに近い（220±20MPa）。

吸水係数は0.3％であり、硬化時間は３分から４分の
間である。この材料はまた、炭素／エポキシ複合材料と
化学的に相溶性があるので、しっかりした境界面を確立
することができ、これは、化学的結合の微細調整の効果
を高める合釘の表面の微細粗さによって強化される。

以上の説明から、本発明による歯冠−歯根再構築シス
テムの構成要素の機械的特性は、相互にできるだけ類似
しており、特に横方向弾性率はぞうげ質のそれに非常に
近いことが分かる。このような特性の均質性により、構
成要素間の結合力は高くなり、境界面の疲労度は低下す
る。再構築材料３は応力の１次緩衝子の役割を果たし、
この緩衝は、横方向平面に対して０°から20°までの角
度領域にかかる応力に対するその弾性率の平均値が、ぞ
うげ質のそれに実質的に等しいという事実によって、合
釘１で完了する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 999999999 デュレ，ベルナード フランス国 バーンアイ エフ―38470 ラジァルナティール （番地無し) (72)発明者 レイナード，マルコ フランス国 メイラン エフ―38240 ジルスト ルー ド ビジョー―シェン 15 (72)発明者 レイナード，ピィエール―ルカ フランス国 グルノーブル エフ― 38000 ルー ラビエーピケ ２ (72)発明者 デュレ，フランソワ フランス国 レ グラン―レンプス エ フ―38690 ドレイ―デ―ビィグネス （番地無し) (72)発明者 デュレ，ベルナード フランス国 バーンアイ エフ―38470 ラジァルナティール （番地無し)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複合材料の生理的歯科用固定合釘（１）
   と、この合釘（１）と健康なぞうげ質壁（2a）との間に
   配置される歯冠再構築材料（３）とを備え、 前記合釘（１）は、母材を構成する樹脂（４）に高強度
   の繊維（５）を埋め込んだ構造を有し、 前記繊維（５）は、相互に平行して前記合釘（１）の軸
   方向に伸長し、かつ前記合釘の中心部では前記合釘の一
   端から他端まで連続している歯冠−歯根再構築デバイス
   であって、 前記繊維は、均等に緊張させられ、かつ事前に引張り応
   力を加えられおり、この結果として得られる前記合釘の
   横方向弾性率は、ぞうげ質の弾性率の平均値の大きさ程
   度になり、かつ前記合釘の縦方向の圧縮−引張り強さお
   よび剪断強さは、ぞうげ質の対応する平均値より大きい
   ことを特徴とする歯冠−歯根再構築デバイス。
2. 【請求項２】繊維（５）が、合釘（１）の総体積の40％
   ないし80％を占めることを特徴とする、請求項１記載の
   歯冠−歯根再構築デバイス。
3. 【請求項３】合釘は、直径の異なる相互に直線上に並ん
   だ２つの同軸上の円筒−円錐形部から形成され、 それぞれの円筒−円錐形部は、円筒部（6,8）と、それ
   に続き根尖方向に収束する円錐台部（7,9）から成り、 スライシング後に得られる合釘（１）は、20μｍ以下の
   突出した要素が規則的に分布した平坦でない表面を有す
   ることを特徴とする請求項１または２記載の歯冠−歯根
   再構築デバイス。
4. 【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の複合
   材料の生理的歯科用固定合釘の製造方法において、 均等に緊張させかつ事前に引張り応力を加えた連続した
   繊維を芯として、その周囲に樹脂（４）を押出し成形す
   る工程と、 前記樹脂の硬化後に、硬化した複合材料のリングを切断
   する工程と、 前記リングをスライシングによって機械加工し、それぞ
   れ円筒形シャンク（6,8）とそれに続き根尖方向に収束
   するそれぞれの円錐台部（7,9）とから成る、直径が異
   なり相互に直線上に並んだ２つの同軸上の円筒−円錐形
   部を有する合釘を形成する工程と を備えることを特徴とする、生理的歯科用固定合釘の製
   造方法。