JP4142613B2 - 歯科修復材を製造する方法ならびに製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段に係る歯科修復材を製造する方法に関し、更に請求項１０の前段に係る装置およびより好適な方法に関する。

現在使用される歯科修復材を形成する方法は様々な技術を含む。２つの周知の技術の１つにロストワックス法があり、もう１つにコンピュータモデリング及びミリング法がある。

最初に、本明細書で使用される次の用語は下記に定義された意味を有するものとする。

「歯」は１つ以上の歯を示す。同様に、「歯調製域」は歯科修復材を装入するために調製された一本の歯を意味するかあるいは数本の歯、及びその周囲域を示す。「歯科修復材」はインレー、アンレー、ベニヤ、クラウン及びブリッジを示す。また、コーピングにも適用される。

本明細書に使用される「ストーンモデル」は印象から鋳造する歯調製域の模型を示す。「ストーンモデル」は焼き石膏に類似するが焼き石膏よりも強化された特別な焼き石膏誘導体で作られる。

「コンピュータ」は１つ以上のコンピュータを示す。

ロストワックス法は、非常に良好な歯科修復材を提供するものであるが、満足できる製品を製造するのに時間がかかると共に熟練した職人を必要とする。このようなロストワックス法の１つは非常に高品質な歯科修復材を製造するエンプレス（登録商標）キットが利用される。エンプレス（登録商標）はイボクラール・ビバデント・アクチェンゲゼルシャフトの商標である。

コンピュータモデリング及びミリング技術は基本的には修復される領域を走査したデジタル画像を利用し、次に適当な材料をミリング加工することで歯科修復材を作成する。１台のコンピュータが走査装置に接続し、もう１台がミリング加工機と接続し、更に別のコンピュータが走査データを処理して歯科修復材の３Ｄ画像を生成する。これらの機能全てが同一のコンピュータで実行可能と考えられ、コンピュータが走査ステーション及びミリング加工ステーションに配線される。

米国特許第５，４５２，２１９号明細書はコンピュータ制御ミリング加工機による鋳型製造方法について記載され、ここで鋳型は歯科修復材の調製に使用される。この特許は模型の三次元表面のデータを得るために歯模型を走査する工程、前記データを処理して工具経路プログラムを生成する工程、そのプログラムを使用して歯鋳型において不適切なイメージを有する歯鋳型が直接製作されることを制御する工程について記載される。この鋳型は次に人工歯の作成に利用される。しかしながら、この鋳型は高温でセラミックを鋳造する際の利用には適さない。

米国特許第５，４５２，２１９号明細書

従って、本発明の目的は、本願請求項１の前段部に係る歯科修復材を作成する方法及び請求項１０の前段部に係る高温でセラミックを鋳造する際に好適な埋没材鋳型を圧縮するのに利用される装置を提供することである。

この目的は請求項１及び１０に開示の特徴事項により解決される。好適な態様は従属項に開示される。

本発明はエンプレス（登録商標）キットにより製造されるタイプの高品質な歯科修復材の製造を簡素化する。本発明の特徴の１つに、埋没材ブロックは８００−１２００℃の範囲で加熱されたオーブン内の利用に適するよう提供され、且つ適当な歯科修復材材料の鋳塊も提供される。調製された歯は直接的あるいは間接的どちらかで走査され歯調製表面のデジタル３次元画像を得る。次に所望の歯科修復材の３Ｄコンピュータ模型が、歯調製域の走査及びコンピュータ記憶装置に格納されたデータを利用するコンピュータにより作成される。コンピュータ制御ミリング加工装置を使用して、埋没材ブロックをミリング加工して所望の歯科修復材の３Ｄコンピュータ模型の形に鋳型を製造する。埋没材ブロックは次に互いに圧縮されて埋没材鋳型を製造する。埋没材ブロック及び歯科修復材材料の鋳塊は次に充分に高い温度まで加熱され歯科修復材材料を流動化させる。歯科修復材材料は次に鋳塊から埋没材鋳型に圧縮されて歯科修復材を形成する。次に、鋳型及び圧縮された歯科修復物が冷却される。冷却後、歯科修復材は鋳型から取り除かれる。

好適には、歯調製域は直接的あるいは間接的に走査され、その走査データは１つ以上の鋳型を作成するのに使用されて適切な歯科修復材を調整し、更に適切な歯科修復材材料は１つ以上の鋳型に圧縮されて所望の歯科修復材を形成する。

更に本発明の好適で詳細な特徴は、以下に記載する本発明の実施態様にて開示される。

本方法により製造された歯科修復材は原寸大、あるいはそれ以下の寸法の歯科修復材である。更に、歯科修復材は単一の修復材材料から形成される。あるいは、２つの部分からなる歯科修復材であり、第１の修復材料がまず鋳造され、第２の上層修復材材料が第１の下層修復材材料の上に鋳造される。この型の修復材は複合修復材として呼ばれる。ブリッジは複合修復材である。すなわち、ブリッジでは非常に強固な修復材材料から形成された第１の下層部分と、所望の外観により一致しそうなガラスセラミックからなる第２の上層修復材材料を有することが望ましい。

もし歯科修復物が原寸大で構成される場合、所望の外観を得るために歯科修復材を着色したりつや出しのみが必要である。もし原寸以下の場合、歯科修復材が適切な材料からなる１つ以上の層を所望の最終的な寸法に構築されるまで添加し、更にそれを所望の外観及び半透明性を提供する実験技術者が必要である。典型的には、もし歯科修復物が前歯用の場合、層状化される。外観があまり重要ではない場所の別の歯科修復材は着色するのみである。

最初の図１に関して、エンプレス（登録商標）キットを使用する方法のフローチャートを図示する。この従来方法によると、歯科医が歯科修復材用の歯を調製した後にその歯調製域の印象が作成される。この印象から硬質のストーンモデルが作成される。この硬質のストーンモデルを使用して、歯科技術者は歯科修復材のワックスモデルを作成する。ここで技術者はワックス歯モデルにワックススプルー（湯口）を接着する。スプルー土台はほぼ円形土台部と加圧プランジャあるいはピストン用のガイドを形成するよう作用する上方拡張円柱部とを有するよう構成される。スプルー及びワックスモデルはここでスプルー土台の円柱部の頂部に接着される。ペーパーシリンダはここでワックスモデル及びスプルーの周囲のスプルー土台上に設置される。位置決め輪がペーパーシリンダの頂部に次に設置される。埋没材材料は上方拡張円柱部周囲のペーパーシリンダ、ワックス歯科モデル及びスプルーに注がれる。位置決め輪が次に取り除かれリングゲージがペーパーシリンダに設置される。埋没材材料は室温で、典型的には３０分から１時間の間設置され、設置された埋没材材料は埋没材リングと呼ばれる。リングゲージ及びスプルー土台は、図４の符号１２で示される埋没材リングから取り除かれる。埋没材リングはここで加圧プランジャあるいはピストンと共にオーブン内に設置され、オーブンは８５０℃に予め加熱される。埋没材リングはワックスが気化し残留物が全て除かれるのに充分な時間の間オーブン内に放置される。

この工程が完了した後、高温の埋没材リング１２、鋳塊１８、及び加圧プランジャ２０は図４に示されるタイプの加圧オーブン内に設置され、加熱炉が土台３８上に設置される。加熱炉は頂部壁３３及び側壁３５を含む（オーブンドアは示されない）。加熱炉の内部チャンバ３６はスパイラルヒーター３４により加熱される。ピストン組立体２４は頂部壁３３に収容される。図示される実施態様においてピストン組立体はモーター２６、回転出力軸２８、及び適当な機構３０を介して電気的に印加される。しかしながら、別の形態の動力もピストン組立体２４に使用される。このオーブンは閉められより高温で、典型的には８００−１２００℃の範囲に加熱される。ピストン組立体２４はシール３２を介して延在するため、真空状態が内部チャンバ３６において維持される。鋳塊１８を加熱する間、及びそれが軟化した後、鋳型の中に圧縮成形され所望の歯科修復材が形成される。修復材鋳型が鋳塊由来の歯科修復材材料で充填された後、埋没材リングが加熱炉から取り出され更に室温まで冷却される。歯科修復材は埋没材リングから取り除かれ、典型的には「サンド」ブラストにより取り除かれ、この「サンド」ブラスト装置は典型的には小さいガラスビーズを使用する。歯科修復材はここで仕上げられる。この仕上げは着色及び層化を含み、このような技術は当業者にとって周知である。

上記方法は時間がかかり、所望の結果を得るのに熟練の職人が必要と考えられる。しかしながら、この方法による製品はその外観と歯科修復材の縁部が調製された歯にほぼ一致する傾向にある点で非常に満足できる。

異なる方法で歯科修復材を製造することについて開示する。この方法では、図２のフローチャートからわかるように、印象が歯調製域から取られ、更にストーンモデルが次に印象から形成される。このモデルが硬化した後に、走査して３Ｄコンピュータ画像を作成する。走査画像は直接患者の口の中で取られるかあるいは直接印象から取られることもある。いずれにしても、走査画像は次にコンピュータ内部で歯型ライブラリから歯型と合致させて所望の歯科修復材を作成する。この工程が完了した後、歯科修復材の３Ｄコンピュータ画像がミリング加工機に送信され最終的な歯科修復材がミリング加工される。実際には、ミリング加工される歯科修復材の材料は非常に硬質な材料、例えば酸化ジルコニウム製のセラミック材料のようなものである。高度に熟練の技術者がワックスモデルを彫る必要がないことがこのシステムの利点である。加えて、時間が節約できる。しかしながら、この方法を実施すると歯科修復材の外観はエンプレス（登録商標）キットを使用して製造した歯科修復材と同程度の品質にはならず、また常に好適な縁部とはならない。

本発明の原理に関して、走査は従来技術と同様な方法で直接的あるいは間接的に歯調整域で作成される。走査データの３Ｄデジタル画像は次に走査装置に備えられたコンピュータで作成され、このような３Ｄ画像は図５及び７で示される。歯科修復材のグラフィック３Ｄモデルは次に走査データ及びコンピュータ内部の歯型のライブラリから作成される。これはコンピュータの操作者により歯型を幾つか選択する必要があり、そのように作成された歯科修復材の３Ｄ画像は適切な末端部の検査に有用であり、この歯科修復材の３Ｄ画像は図６に示され、これはすなわち図５の歯科調製域の走査画像で使用するために作成された歯科修復材の３Ｄモデルである。この３Ｄ画像は２つの表面を有し、１つは（図示しない）歯調製域の走査に対応し、もう１つは口内で見ることができる歯の解剖学的な外観に対応することに注目すべきである。もし歯科修復材の着色のみが必要な場合には、３Ｄ画像は原寸大の歯科修復材とし、もし歯科技術者により追加の材料で層状化させなければならない場合には、３Ｄ画像は原寸以下の寸法とする。コンピュータ内部のデータライブラリはその内部に格納される原寸大及び原寸以下の歯科修復材の両方を有する。もし修復材がブリッジからなる場合、ブリッジを作るために操作者がコンピュータ記憶装置から１つ以上の歯修復材を選択する必要がある。加えて、歯科修復材が複合修復材からなる場合には、コンピュータは図８に示すように最初にコーピング３Ｄ画像を生成し、次に図９に示すように続いて歯科修復材上層部を生成する。この上層部は、図６に示すように鋳造後に着色のみが必要な原寸大の歯科修復材部分か、あるいは歯科技術者により添加される仕上げ層を有する必要があるわずかに原寸以下の寸法の歯科修復部分のどちらかとなる。

本発明の１つの特徴として、上部、下部及び中間部の埋没材ブロックが提供されることである。図１１−１２において、上部、下部及び中間部のブロックは５０、５２及び５４としてそれぞれ示される。「上部」及び「下部」の用語は加圧オーブン中におけるそれらの位置を示す。３つのみブロックが図示されているが、追加のブロックも使用できる。埋没材ブロック材料は、良好な縁部を提供するエンプレス（登録商標）キットに使用される材料と類似の特性を有し、さらに鋳型に成形される鋳塊が良好な流動特性となるのに必要な温度まで燃焼できる特徴を有するよう選択される。すなわち、埋没材ブロックは５０ミクロン以下になるよう縁部をミリング加工できるような微細な粒子サイズの材料から製造される。材料は適度にミリング加工され易いものがよい。更に、材料は加圧オーブンの温度を上回る温度において安定性を有するべきである。材料は歯科修復材を損傷することなく歯科修復材から取り除かれるべきである。更に、材料は鋳塊の熱膨張係数と同様な係数を有するべきである。この類の材料の１つにＨＳインベストメントの商標名で米国ジョージア州ローレンスビルのマイクロスター・コーポレイションにより販売される鋳造埋没材材料がある。この材料は、１００グラムのＨＳインベストに対して２５ｍｌの水の割合で水と混合される。最初に手練りした後そのスラリーは短時間真空中に置かれる。次に１分間真空中で混合される。次にそのスラリーは鋳型内に設置され鋳型およびスラリーは更に１５−２０秒の間振動器上に設置される。約１５分から１時間ベンチ設置した後、硬化した埋没材ブロックは鋳型から取り出されて数時間１６００℃で燃焼される。燃焼後適切に冷却される。

図１０に見られるように、上部及び下部埋没材ブロック５０、５２は歯科修復材のコンピュータ生成３Ｄグラフィックモデルに基づき工具５６、５８でミリング加工され、下部埋没材ブロックは典型的に内部に歯調製域と接するミリング加工された表面部を有し、上部埋没材ブロックは内部にミリング加工された解剖学的表面部を有する。アンダカットに必要な場合には、１つ以上の中間部埋没材ブロック５４は更にその上部でミリング加工される表面部を有する。ミリング加工工具５６、５８はバーなどが適当である。図１１−１２に示されるように、埋没材ブロック５０の上部５０．１は円筒キャビティ６０が設けられ鋳塊１８及び加圧プランジャあるいはピストン２０が装入される。上部５０．１及び下部５０．２はまたその内部にミリング加工された１つ以上の適当なスプルー（図示しない）を有する。

上部、下部及び中間部埋没材ブロックはミリング加工されて歯科修復材用の適当な金型キャビティ１４を提供しそれらブロックは図１２に示されるように互いに圧縮される。すなわち、ここで６４及び６６として示される上部及び下部クランプリングがそれぞれ設けられる。これらクランプリングは適当なキャビティ６４．１、６４．２及び６６．１を備えて埋没材ブロック５０、５２及び５４の結合部分をぴったりと装入させる。更にこれらクランプリングは適切なねじ山６４．３及び６６．２を設ける。これらクランプリングは高熱伝導率を有する材料からなり、例えば１２００℃まで上昇される温度においても良好な機械的安定性を有する。更にこれらクランプリングは長時間回転可能な材料から構成されるべきである。適当な材料としてステンレス鋼、銅ニッケル合金及び銅タングステン合金が含まれる。

埋没材ブロック５０、５２、５４は下部クランプリング６６上に積み重ねられ、次に上部リング６４が固定されこれらブロックを互いにきつく締付ける。図示されるように、これらリングは上記目的のためにねじ山６４．３、６６．２を備える。しかしながら、別の適切な形状の装置によりこれらのクランプリングを使用してそれらブロックを互いに固定してもよい。例えば、燃焼炉はピストンロッド２４と類似するが上部埋没材ブロック５０の上部表面５０．３上に独立して支持可能な別の加圧機構を設ける。

適切な歯科修復材材料の鋳塊１８は次に上部埋没材ブロック５０の上部５０．１の円筒キャビティ内に設置される。この鋳塊はガラス、ガラスセラミック、金属あるいは８００−１２００℃の範囲で軟化する高分子材料などのいずれかの適切な歯科修復材材料からなる。加圧プランジャあるいはピストン２０は鋳塊の上に設置される。これら部材を図４に示される型に類似の加圧オーブンに設置される。この鋳塊は次に所望の温度まで上昇され、金型キャビティ１４内に加圧され修復材を生成する。加圧センサ４４は正確な圧力がかかっていることを保証するのに使用される。この工程が完了した後、これら部材は次に従来のエンプレス（登録商標）キットを使って行われた方法と同様な方法で更に加工される。すなわち、これら部材がオーブンから取り出され冷却された後、埋没材ブロックは「サンド」ブラストにより歯科修復材から取り除かれる。「サンド」ブラストが鋳型を歯科修復材から取り除くのに使用されるか、別の技術を使用してもよい。例えば埋没材鋳型は激しいブローが当てられ、修復材から粉々に散らすようにする。当業者にとって周知の別の技術も使用可能である。

複合修復材が形成されると、第１の上部、下部、中間部の埋没材ブロックをミリング加工する必要があり、次に上述の方法を使用して歯科修復材の下層部分あるいはコーピング部分を形成する必要があり、これは図８に示される。次に第２の上部、下部、中間部の埋没材ブロックがミリング加工されこのブロックは下層部分あるいはコーピング部分を支持する。第２の鋳塊が次に使用され、この鋳塊はこのコーピングよりも低い融解温度を有し、第２の鋳塊の修復材材料は上述と同様な方法で再度圧縮されるが、今回はこのコーピングに結合して複合修復材を形成する。この方法は考えられる限りで、第２の成形作業の間にコーピングが鋳造されるような、逆に実施することも可能であるが、これはスプルーが歯調製域に対向する表面と接触する必要がある。これはこの表面上にスプルー由来の残留物が存在し、この残留物を正確に取り除くことは非常に困難であるため不適切である。従って、スプルーは解剖学的表面まで延在することが好適である。

本発明の別の特徴事項として、コンピュータが歯科技術者の利便性のために歯調製域の模型をミリング加工するのに使用される。すなわち、歯科技術者により最終的に加工される間、模型に歯科修復材を設置するようになっている。

上記方法の有利な点としては、時間および熟練者の節約、現存設備の利用、再製時間の大幅な減少、最減化された技術者のミス、完成した製品が高品質なエンプレス（登録商標）歯科修復材であることである。更に、ワックスアップ、湯口を切り取ること、インベストメントで覆うこと、更に焼損する工程を省くことができる。

本発明の好適な態様は上述及び添付の図面にて記載されるが、出願人は上述した詳細な説明及び添付の図面に限定することを意図しておらず以下の請求項により開示される発明の範囲にのみ限定されることを意図する。「上」、「下」なる用語は便宜的に使用されているのみであり限定するものとして解釈されない。

印象が従来のエンプレス（登録商標）処理を使用して製造される方法を示すフローチャートを示す。 歯科修復材が従来のＣＡＤ−ＣＡＭ処理を使用して製造される方法を示すフローチャートを示す。 本願に記載の、発明に実施された多くの工程を示すフローチャートである。 歯科修復材を作成するのに利用される従来の成形機を示す。 第１の歯調製域のコンピュータ生成走査画像を示す。 別のコンピュータ処理画像を示す。 数本の歯を含む第２の歯調製域のコンピュータ生成３Ｄ画像を示す。 別に鋳造された第２の歯調製域用のコーピングの形で減少した寸法の３Ｄ歯科修復材を示す。 図８に示す３Ｄ画像から製造されたコーピング歯科修復材を覆う別の歯科修復材の３Ｄコンピュータ処理画像を示す。 対向する埋没材ブロックをミリング加工する方法を示す。 上部、中間部、下部の埋没材ブロック及び上部及び下部のクランプ構造物からなる組立体の分解組立図を示す。 図１１の組立体における組立体断面図を示す。 上部クランプ構造物の底面図を示す。 図１３の線１４−１４に沿った断面図を示す。

符号の説明

１２ 埋没材リング
１４ 金型キャビティ
１８ 鋳塊
２０ 加圧プランジャ
２４ ピストン組立体
２６ モーター
２８ 回転出力軸
３０ 機構
３３ 頂部壁
３４ スパイラルヒーター
３５ 側壁
３６ 内部チャンバ
３８ 土台
４４ 加圧センサ
５０ 上部埋没材ブロック
５０．１ 上部埋没材ブロックの上部
５０．２ 上部埋没材ブロックの下部
５２ 下部埋没材ブロック
５４ 中間部埋没材ブロック
５６，５８ ミリング加工工具
６０ 円筒キャビティ
６４ 上部クランプリング
６４．１ 上部埋没材ブロックのキャビティ
６４．２ 下部埋没材ブロックのキャビティ
６６．１ 中間部埋没材ブロックのキャビティ
６６ 下部クランプリング

Claims (8)

1. 歯科修復材を製造する方法であって、
   歯調製域を直接あるいは間接的に走査して歯調製域の表面のデジタル三次元画像を取得し、
   歯調製域の走査及びコンピュータ記憶装置に格納されるデータを利用して歯調製域表面を有する所望の歯科修復材の３Ｄコンピュータ模型を作成する方法において、
   ８００−１２００℃の範囲で加熱されるオーブンでの利用に適した少なくとも上部、中間部および下部の埋没材ブロック（５０，５２，５４）を提供し、且つ
   ８００−１２００℃の範囲で軟化するガラス、ガラス−セラミック、又は金属からなるグループから選択される適切な歯科修復材材料からなる鋳塊（１８）を提供し、
   コンピュータ制御ミリング加工装置を使用し、埋没材ブロック（５０，５２，５４）をミリング加工して所望の歯科修復材の３Ｄコンピュータ模型の形状に鋳型を製造し、
   埋没材ブロック（５０，５２，５４）を互いに圧縮して埋没材鋳型を製造し、
   埋没材ブロック（５０，５２，５４）及び歯科修復材材料の鋳塊（１８）を歯科修復材材料が流動化するのに充分な高温まで加熱し、
   歯科修復材材料を埋没材鋳型内に流し込んで歯科修復材を形成し、
   鋳造され圧縮された歯科修復材を冷却し、更に
   歯科修復材を鋳型から取り除く工程から構成される製造方法。
2. 上部埋没材ブロック（５０）を上部キャビティ（６４．１）に備えて鋳塊（１８）を受け取り、鋳塊（１８）を上部埋没材ブロック（５０）の上部キャビティ（６４．１）に装入した後に歯科修復材材料が鋳型内に圧縮される更なる工程から構成される請求項１記載の方法。
3. コンピュータ制御ミリング加工装置はまた上部埋没材ブロック（５０）に適切なスプルーをミリング加工するのに使用される請求項１記載の方法。
4. 前記調製された歯を走査して調製された表面のデジタル三次元画像を取得する工程が口内で実施される請求項１記載の方法。
5. 印象が前記調製された歯から作られ、更に前記調製された歯を走査して前記調製された表面のデジタル三次元画像を取得する工程が前記印象で実施される請求項１記載の方法。
6. 印象が前記調製された歯から作られ、更に硬質ストーンモデルが前記印象から作成される工程を更に含み、且つ前記調製された歯を走査し調製された表面のデジタル三次元画像を取得する工程が前記硬質ストーンモデルから実施される請求項１記載の方法。
7. 前記歯科修復材は鋳型から取り除かれ埋没材鋳型は歯科修復材から削り落される請求項１記載の方法。
8. 前記歯科修復材は複合歯科修復材用のコーピングであり、複合歯科修復材用の上層部を作成する工程を更に含み、更に、
   ８００−１２００℃の範囲まで加熱されるオーブンへの使用に適した別の上部及び下部埋没材ブロック（５０，５２）を提供し、且つ適切な歯科修復材材料からなる別の鋳塊（１８）を提供し、前記別の鋳塊（１８）は請求項１で作成されたコーピングより低い融解温度を有し、
   コンピュータ制御ミリング加工装置を使用し、前記別の埋没材ブロック（５０，５２，５４）をミリング加工して所望の複合歯科修復材の３Ｄ模型の形状に鋳型を製造し、
   前記ミリング加工された埋没材ブロック（５０，５２，５４）に前記コーピングを設置し、前記歯科修復材上層部のための空間を残し、
   前記埋没材ブロック（５０，５２，５４）を互いに圧縮して埋没材鋳型を製造し、
   前記別の埋没材ブロック（５０，５２，５４）及び前記別の鋳塊（１８）を充分な高温まで加熱して前記別の鋳塊（１８）の歯科修復材材料を流動化させ、
   前記別の鋳塊（１８）の前記歯科修復材材料を前記鋳型内に圧縮して複合歯科修復材を形成する際に、前記別の鋳塊（１８）の前記材料を前記コーピングに結合させて複合修復材を形成し、
   前記鋳型及び圧縮複合歯科修復材を冷却し、更に
   前記鋳型から前記複合歯科修復材を取り除く工程から更に構成される請求項１記載の方法。

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