JP4167170B2

JP4167170B2 - 卓上型ｄｌｃ表面処理装置

Info

Publication number: JP4167170B2
Application number: JP2003415745A
Authority: JP
Inventors: 富男内; 少歩蔡
Original assignee: ふくはうちテクノロジー株式会社
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2023-12-12
Also published as: JP2005168936A

Description

本発明は、レジン製の義歯や、有床義歯を形成するレジン製の義歯床などの表面にＤＬＣ皮膜を製膜する表面処理を行う卓上型ＤＬＣ表面処理装置に関する。

義歯には、金属製のもの、セラミックス（ポーセレン）製のもの、レジン（高分子）製のものの三種類がある。
このうち、金属製の義歯は生体親和性及び加工性の面から金や銀が用いられているが、前歯には審美性の点から向かず、また、医療保険の対象外であるため患者の費用負担が大きくなるという問題もある。
また、セラミックス製の義歯は、審美性・耐久性に優れているが、硬くてもろいという欠点が指摘されると同時に、やはりこれも医療保険の対象外であるため費用負担が大きくなるという問題もある。

レジン製の義歯は、審美性・加工性に優れ、医療保険の対象となるため患者の費用負担が軽く、特に人工歯を義歯床に固定して成る部分入れ歯や総入れ歯などは人口歯部分も義歯床部分もレジン製がほとんどである。
しかし、レジン製人工歯は、口腔内で摩耗、膨潤や変色などが起こり長期の使用に耐えられないだけでなく、食べかすなどがレジン製の人工歯や義歯床の表面に付着して口臭の原因となるという問題もある。

このため、人工歯を硬い材料から成る内層と、その表面を被覆する内層より軟らかい材料からなる外層で形成し、外層のみを磨耗させることにより内層の磨耗を防ごうとする試みがなされているが、結局外層は磨耗されてしまうため、十分な効果は得られていなかった。
特開２００１−２９９７８０公報

そこで本発明は、レジン歯でも、口腔内で摩耗、膨潤や変色などが起こらず、長期の使用に耐えられ、また、口臭の原因となる食べかすなどが付着しにくくなるようにその表面処理を行う卓上型ＤＬＣ表面処理装置を提供することを技術的課題としている。

この課題を解決するために、請求項１の発明は、小型ワークの表面にＤＬＣコーティング膜を形成する卓上型ＤＬＣ表面処理装置であって、ワークを載置するステージ電極とその上方に位置する上部電極を備えた真空チャンバがケーシングと一体に形成され、該ケーシングに、真空チャンバ内の空気を真空ポンプで排出する真空排気系と、ソケットに装着されたガス充填圧１ＭＰａ未満のカセットボンベから真空チャンバ内に原料ガスを送給する原料ガス供給系と、前記電極間に電圧３５０〜２０００Ｖ、周波数１０^３〜１０^１０Ｈｚの交流高電圧を印加するプラズマ用電源と、前記真空排気系、原料ガス供給系及びプラズマ用電源をコントロールする制御装置が配されていることを特徴としている。
請求項２の卓上型ＤＬＣ表面処理装置は、真空排気系により真空チャンバ内が真空状態となった後、原料ガスの供給を開始し、真空チャンバ内があらかじめ設定された圧力になったときに前記交流高電圧を供給して所定期間プラズマを発生させることによって前記ステージ電極上に載置されたワーク表面にＤＬＣコーティング膜が生成されるように前記真空排気系、原料ガス供給系、プラズマ用電源をコントロールする制御装置を備えている。
請求項３の卓上型ＤＬＣ表面処理装置は、真空チャンバの内面を覆う着脱可能な内カバーを備えている。
請求項４の卓上型ＤＬＣ表面処理装置は、真空排気系、原料ガス供給系、プラズマ用電源、制御装置がいずれも１００Ｖの単相交流電源で駆動されるように成されている。

本発明に係る卓上型ＤＬＣ表面処理装置は、ワークをセットしてスタートボタンを押すだけで面倒な操作が一切必要なく、誰でも簡単にその表面にＤＬＣコーティング膜を形成する表面処理を行うことができるという効果がある。
また、１００Ｖ単相交流の家庭用電源があればワークの表面にＤＬＣコーティング膜Ｃを形成することができ、三相交流電源や複雑なエア制御システムは不要であるので、小規模な歯科技工士作業所、歯科医院、一般家庭においても、どこでも簡単に表面処理を行うことができる。

本発明装置で表面処理された義歯や義歯床は、その表面にＤＬＣコーティング膜が形成されているので、医療保険適用の安価なレジン歯でも口腔内で摩耗、膨潤、変色などが起こらず、長期の使用に耐えられ、また、口臭の原因となる食べかすなどが付着しにくいという優れた効果がある。
また、長期の使用により口腔内においてレジン歯が劣化する原因として、レジン歯の原料に含まれるモノマーが溶出することが考えられるが、ＤＬＣコーティング膜を形成することによってモノマーの溶出による劣化が抑制される。
さらに、ＤＬＣコーティング膜を形成することにより、レジン歯に比して生体親和性がより向上するという効果があるので、通常の義歯として用いるのはもちろんのこと、インプラント用義歯のように歯肉に直接触れるような義歯として用いるのに好適である。

本例では、従来のレジン製の義歯や義歯床を表面処理するだけで、口腔内で摩耗、膨潤や変色などが起こらず、長期の使用に耐えられ、口臭の原因となる食べかすなどが付着しにくくすることができるようにすると共に、誰でも簡単にそのような表面処理を行うことができるようにした。

図１は本発明装置で表面処理された義歯を示す説明図、図２は本発明に係る卓上型ＤＬＣ表面処理装置を示す説明図、図３はその外観図、図４は制御手順を示すフローチャートである。

図１（ａ）に示す義歯１Ａは総入れ歯や部分入れ歯などの有床義歯として使用されるもので、レジン製人工歯２がレジン製義歯床３に固定され、少なくとも口腔内に装着した状態で口腔内に露出する人工歯２及び義歯床３の表面にＤＬＣコーティング膜Ｃが形成されている。
この場合に、レジン製義歯床本体３ａの表面にＤＬＣコーティング膜Ｃを形成した義歯床３を製造した後、表面にＤＬＣコーティング膜Ｃを形成したレジン製人工歯２を固定する場合であっても、ＤＬＣコーティング膜Ｃを形成していない義歯床本体３ａにレジン製人工歯２を固定した後、その表面全体にＤＬＣコーティング膜Ｃを形成する場合であっても良い。
また、図１（ｂ）に示す義歯１Ｂはインプラント用の無床義歯（挿し歯）として使用されるもので、人工歯根に固定されるレジン製人工歯４の表面にＤＬＣコーティング膜Ｃが形成されている。

ＤＬＣはダイヤモンドに近い性質を有する非晶質炭素（アモルフォスカーボン）であり、高硬度、低摩擦係数、耐磨耗性などの特性を有する。
このようなＤＬＣの薄膜から成るＤＬＣコーティング膜Ｃを形成した義歯をサンプルとし、その膜厚を変化させながら歯科用磨耗試験機を用い、荷重２５０ｇ、歯磨き剤（ハケアー：商品名）を塗布した７２時間の歯磨き実験（歯ブラシ時間を１回１分１日２回として６年分の歯磨き時間に相当）を行ったところ、膜厚を５ｎｍにすると、コーティング膜を形成しない義歯の約２倍の耐磨耗性を有し、膜厚を７５ｎｍにすると実に１６倍もの耐磨耗性を有する。
しかし、膜厚が７５ｎｍを超えるとコーティング膜に剥がれが生じたり、剥がれがない場合でも色が濃くなりすぎるため、ＤＬＣコーティング膜Ｃの膜厚は５ｎｍ以上７５ｎｍ以下であることが好ましい。

図２及び図３に示す卓上型ＤＬＣ表面処理装置１１は、義歯１Ａ、１Ｂなどの小型ワークの表面に、上述したＤＬＣコーティング膜Ｃを形成するものである。
表面処理装置１１は、ワークを載置するステージ電極１２Ａとその上方に位置する上部電極１２Ｂを備えた真空チャンバ１３が卓上型のケーシング１４と一体に形成され、該ケーシング１４に、真空チャンバ１３内の空気を真空ポンプ１５で排出する真空排気系１６と、ソケット１７に装着されたガス充填圧１ＭＰａ未満のカセットボンベ１８から真空チャンバ１３内に原料ガスを送給する原料ガス供給系１９と、前記電極１２Ａ、１２Ｂ間に電圧３５０〜２０００Ｖ、周波数１０^３〜１０^１０Ｈｚの交流高電圧を印加するプラズマ用電源２０と、前記真空排気系１６、原料ガス供給系１９及びプラズマ用電源２０をコントロールする制御装置２１が配されている。

真空チャンバ１３には、その内面を覆う着脱可能な内カバー２２が設けられて、ＤＬＣが著しく付着したときに、新品の内カバー２２と交換することにより容易にメンテナンスできるようになっている。
また、真空チャンバ１３の外側にこれを覆うカバー２９が設けられている。

ケーシング１４の正面には、スタートスイッチ２３と、ワークの大きさによって製膜時間を調整することにより膜厚調整が可能なタイマスイッチ２４と、プラズマ用電源２０の動作状態を確認する各種メータ類２５が配されている。

真空排気系１６は、真空チャンバ１３の底部に開口する排気管２６が真空ポンプ１５に接続されており、真空ポンプ１５は制御装置２１からの操作信号により起動・停止されるようになっている。
本例では、ケーシング１４の内部に真空ポンプ１５が配されているが、これに限らず、先端に外部の真空ポンプに接続される接続ポートを形成した排気管２６をケーシング１４内に配しても良い。この場合は、制御装置２１で真空ポンプのオンオフを行わずに、排気管２６に介装した電磁バルブを開閉すれば良い。

原料ガス供給系１９は、カセットボンベ１８を装着するソケット１７がケーシング１４内のカセットボンベ収容部２７に配されると共に、前記ソケット１７から真空チャンバ１３に至る原料ガス供給管２８が設けられている。
カセットボンベ１８には、原料ガスとして炭化水素系ガス（例えばメタンガス）や、炭化水素系ガスと水素ガスとを所定の混合比で混合したガスが、ガス充填圧大気圧以上１ＭＰａ未満、ガス量１０リットル以下で充填されている。
そして、ソケット１７には電磁バルブが組み込まれ、制御装置２１からの操作信号により、原料ガス供給系１９を導通・遮断させて、ソケット１７に装着されたカセットボンベ１８からの原料ガスの供給を開始・停止するように成されている。
なお、カセットボンベ１８は、ケーシング１４内のカセットボンベ収容部２７内に収容する場合に限らず、ケーシング１４外に露出して形成されたソケット１７に露出された状態で装着される場合でも良い。

プラズマ用電源２０は、一般家庭用の１００Ｖ単相交流電源を、例えば、電圧３５０〜２０００Ｖ、周波数１０^３〜１０^１０Ｈｚの交流高電圧に変換して真空チャンバ１３内の電極１２Ａ、１２Ｂに印加することにより、１Ｐａ〜１５０Ｐａの低真空条件下で電極１２Ａ、１２Ｂ間にプラズマを生じさせる。
このとき、ステージ電極１２Ａに載置されたレジン製の人工歯は絶縁物であるから、その表面に誘起する自己バイアスのため負に帯電され、プラズマ中に集中した高密度イオンが負に帯電している人工歯の表面に向って加速され、高速高エネルギーを持つイオンが人工歯表面と衝突することにより、人工歯表面にＤＬＣ膜が形成される。

なお、真空排気系１６に用いる真空ポンプ１５や電磁バルブ、原料ガス供給系１９のソケット１７に組み込まれた電磁バルブ、プラズマ用電源２０、制御装置２１はいずれも、一般家庭用の１００Ｖ単相交流電源で作動する。

図４は制御装置２１による処理手順を示すフローチャートである。
まず、ＤＬＣコーティング膜Ｃを形成しようとする人工歯などのワークを真空チャンバ１３内のステージ電極１２Ａに載置し、タイマスイッチ２４をセットしてスタートスイッチ２３をオンすると図４に示す処理が実行開始される。

ステップＳＴＰ１で真空ポンプ１５がオンされ、ステップＳＴＰ２で真空チャンバ１３内が所定の真空状態になったと判断されたときに、ステップＳＴＰ３に移行する。この判断は、所定の内部圧力が予め設定された真空度に達したか否かを判断する場合に限らず、真空度に達する時間を予め設定しておく場合でも良い、

ステップＳＴＰ３では、ソケット１７の電磁バルブを開いて原料ガス供給系１９を導通させることにより原料ガスの供給を開始し、ステップＳＴＰ４で真空チャンバ１３内が予め設定された圧力に達したときにプラズマ用電源２０をオンして電極１２Ａ、１２Ｂ間に電圧３５０〜２０００Ｖ、周波数１０^３〜１０^１０Ｈｚの交流高電圧を印加する。

ステップＳＴＰ５ではタイマスイッチ２４でセットした時間が経過したか否かを判断し、経過したと判断されるとステップＳＴＰ６に移行し、プラズマ用電源２０がオフされて製膜を終了する。
ステップＳＴＰ７ではそれと同時またはその後、ソケット１７の電磁バルブを閉じて原料ガス供給系１９を遮断することにより原料ガスの供給を停止し、さらにその後、真空チャンバ１３内に残存する原料ガスが排出された後、ステップＳＴＰ８で真空ポンプ１５を停止して、処理を終了する。

このようにして表面にＤＬＣコーティング膜Ｃが形成された義歯１Ａ、１Ｂは、レジン歯でも、口腔内で摩耗、膨潤、変色などが起こらないので、長期の使用に耐えられ、また、口臭の原因となる食べかすなどが付着しにくいという大変優れた効果を有する。

また、表面にＤＬＣコーティング膜Ｃを形成した義歯と、形成しない義歯を、７０℃の熱水２０ｍｌ中に１週間浸漬し、溶液に溶け出したモノマーをガスクロマトグラフィーで分析して比較した。７０℃は3７℃で約１年の浸漬実験に相当する。
その結果、ＤＬＣコーティング膜Ｃを形成していない義歯に比して、原料に含まれるモノマーの溶出が抑制されることが判明した。
したがって、ＤＬＣコーティング膜Ｃを形成することにより、レジン製の義歯でも劣化が少なく、長期間の使用に耐えることができる。

さらに、ＤＬＣコーティング膜の生体親和性を確認した。
この実験は、義歯材料を厚さ２ｍｍにスライスし、片面にＤＬＣコーティング膜を形成した試料を麻酔下で成兎背部皮下に埋め込み、４週後に、試料を皮下ごと摘出して病理切片作成した。
摘出した試料は、１０％ホルマリンに３日間浸し、固定化、アルコール脱水の後、６０℃、２１時間でパラフィン包埋を行った。
これをミクロトーム（ヤマト精機）により、厚さ５μｍに薄切りし、キシロール、アルコールにて脱パラフィンを行い、細胞核が青藍色に結合組織が赤色に染まるヘマトキシリン・エオジン染色を行った。
染色した切片は、プレパラート上に封入し、光学顕微鏡にて病理観察を行った。
試料の表裏を観察し、ＤＬＣコーティング側とノンコーティング側における組織反応を観察した。
その結果、ＤＬＣコーティング側の方が結合組織が薄く、ノンコーティング側には炎症細胞が多くみられた。これより、ＤＬＣコーティング膜は安全な材料であり、ノン意コーティングに比して生体親和性がより高いことが確認された。
したがって、通常の義歯として用いるのはもちろんのこと、インプラント用義歯のように歯肉に直接触れるような義歯として用いる場合に好適である。

卓上型ＤＬＣ表面処理装置１１は、ワークをセットしてスタートボタンを押すだけで面倒な操作が一切必要なく、誰でも簡単にその表面にＤＬＣコーティング膜を形成することができるという効果がある。
また、１００Ｖ単相交流の家庭用電源があればワークの表面にＤＬＣコーティング膜Ｃを形成することができ、三相交流電源や複雑なエア制御システムは不要であるので、小規模な歯科技工士作業所、歯科医院、一般家庭においても、どこでも簡単に表面処理を行うことができる。
しかも、原料ガスの供給にガス充填圧が１ＭＰａ未満のカセットボンベを用いているので安全であり、高圧ガス取締法による規制がないので、使用するバルブや配管類も耐圧の低い小型で安価なもので足り、その分、製造コストを抑えることができると同時に、装置全体を小型化できる。

本発明に係る卓上型ＤＬＣ表面処理装置は、医療保険が適用される安価なレジン製の義歯や義歯床を長期使用に耐えるように、歯科技工士や歯科医師が表面処理する用途に適用できる。

本発明装置で表面処理されたレジン歯を示す説明図。本発明に係る卓上型ＤＬＣ表面処理装置を示す説明図。その外観図。制御手順を示すフローチャート。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ義歯
２、４人工歯
３義歯床
３ａ義歯床本体
ＣＤＬＣコーティング膜
１１卓上型ＤＬＣ表面処理装置
１２Ａステージ電極
１２Ｂ上部電極
１３真空チャンバ
１４ケーシング
１５真空ポンプ
１６真空排気系
１８カセットボンベ
１９原料ガス供給系
２０プラズマ用電源
２１制御装置

Claims

小型ワークの表面にＤＬＣコーティング膜を形成する卓上型ＤＬＣ表面処理装置であって、ワークを載置するステージ電極とその上方に位置する上部電極を備えた真空チャンバがケーシングと一体に形成され、該ケーシングに、真空チャンバ内の空気を真空ポンプで排出する真空排気系と、ソケットに装着されたガス充填圧１ＭＰａ未満、ガス量１０リットル以下のカセットボンベから真空チャンバ内に原料ガスを送給する原料ガス供給系と、前記電極間に電圧３５０〜２０００Ｖ、周波数１０^３〜１０^１０Ｈｚの交流高電圧を印加するプラズマ用電源と、前記真空排気系、原料ガス供給系及びプラズマ用電源をコントロールする制御装置が配されていることを特徴とする卓上型ＤＬＣ表面処理装置。
前記制御装置は、真空排気系により真空チャンバ内が真空状態となった後、原料ガスの供給を開始し、真空チャンバ内があらかじめ設定された圧力になったときに前記交流高電圧を供給して所定期間プラズマを発生させることによって前記ステージ電極上に載置されたワーク表面にＤＬＣコーティング膜が生成されるように前記真空排気系、原料ガス供給系、プラズマ用電源をコントロールする請求項１記載の卓上型ＤＬＣ表面処理装置。
前記真空チャンバの内面を覆う着脱可能な内カバーを備えた請求項１又は２記載の卓上型ＤＬＣ表面処理装置。
前記真空排気系、原料ガス供給系、プラズマ用電源、制御装置がいずれも１００Ｖの単相交流電源で作動されるように成された請求項１又は２記載の卓上型ＤＬＣ表面処理装置。