JP4539397B2 - セラミック製歯科補綴物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、セラミック製歯科補綴物の製造方法に関する。

近年、歯科医療におけてＣＡＤ（Computer Aided Design）／ＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）が応用されており、セラミック製歯科補綴物をＣＡＤ／ＣＡＭを利用して製造する方法が知られている。このような方法においては、緻密焼結されたセラミック材料を切削加工する際、緻密焼結されたセラミック材料の硬さゆえに切削加工に甚大な時間が必要であり、また、加工工具の磨耗が著しくなるという問題があった。

このような問題を解決すべく、例えば、特許文献１及び特許文献２などには、ある程度の硬度まで予備焼結された材料を切削加工し、その後、緻密焼結することにより歯科補綴物を製造する方法が記載されている。
特許第３４９２４１９号公報 特表２００３−５０６１９１号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に記載される製造方法においては、酸化セリウムを含む正方晶酸化ジルコニア粒子と酸化アルミニウム粒子を主成分とするセラミック粉末を原料とする場合については十分な検討がなされておらず、このような原料から製造される歯科補綴物については、使用に耐え得る高強度な歯科補綴物が得られると共に、短時間で製造可能な製造方法は知られていない。また、上記特許文献１及び特許文献２においては、予備焼結工程における処理温度（以下、予備焼結温度という）と製造された歯科補綴物の強度に関する検討が十分になされていない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、酸化セリウムを含む正方晶酸化ジルコニア粒子と酸化アルミニウム粒子を主成分とするセラミック粉末を原料として用い、使用に耐え得る高強度な歯科補綴物が得られると共に、短時間で歯科補綴物が製造可能なセラミック製歯科補綴物の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、酸化ジルコニウム６５．９〜６９．９重
量％、酸化セリウム１０．１〜１１．１重量％、酸化アルミニウム１９．５〜２３．５重
量％、酸化チタン０．０１〜０．０３％、及び酸化マグネシウム０．０４〜０．０８重量
％を原料配合物として含むセラミック複合体からなるセラミック製歯科補綴物を製造する
方法であって、前記正方晶酸化ジルコニウム粒子と酸化アルミニウム粒子を主成分とする
原料配合物を、冷間等方加圧（ＣＩＰ：Cold Isostatic Pressing）により成形して圧粉
体を得る圧粉体成形工程と、前記圧粉体成形工程で得られた圧粉体を、所定形状に整形し
て整形加工体を得る整形加工工程と、前記整形加工工程で得られた整形加工体を、該整形
加工体が緻密焼結される温度より低い温度で予備焼結して予備焼結体を得る予備焼結工程
と、前記予備焼結工程で得られた予備焼結体を、完成品となる歯科補綴物と略同一形状に
切削加工して切削加工体を得る切削加工工程と、前記切削加工工程により得られた切削加
工体を、該切削加工体が緻密焼結される温度で緻密焼結して歯科補綴物を得る緻密焼結工
程と、を含み、前記予備焼結工程における処理温度が、１１００℃以上１３００℃以下で
あることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のセラミック製歯科補綴物の製造方法において、前記予備焼結工程で得られた予備焼結体の曲げ強度が、３５〜５００ＭＰａの範囲であることを特徴とする。

本発明によれば、安定化剤として酸化セリウムを８〜１２ｍｏｌ％含む正方晶酸化ジルコニウム粒子と酸化アルミニウム粒子を主成分とする原料配合物を用い、予備焼結して得られた予備焼結体を切削加工し、その後に、緻密焼結することにより歯科補綴物を製造するようにしたので、セラミック製歯科補綴物を短時間で製造することが可能となる。

また、予備焼結温度を１１００℃以上１４５０未満の範囲とすることにより、製造された歯科補綴物の強度の低下を防止する共に、切削加工に要する時間を短縮することができる。

また、予備焼結工程で得られた予備焼結体の曲げ強度を３５〜５００ＭＰａの範囲とすることにより、製造された歯科補綴物の強度の低下を防止する共に、切削加工に要する時間を短縮することができる。

以下、本発明の一実施形態に係るセラミック製歯科補綴物の製造方法について、図１及び図２を参照して説明する。本製造方法は、安定化剤として酸化セリウムを８〜１２ｍｏｌ％含む正方晶酸化ジルコニウム粒子と酸化アルミニウム粒子を主成分とするセラミック複合体からなる歯科補綴物を製造する方法であって、以下の圧粉体成形工程、整形加工工程、予備焼結工程、切削加工工程、及び緻密焼結工程を含んでいる。なお、図１及び図２においては、左側に各工程の説明図、右側に各工程より作製された成形体を示している。

図１（ａ）に示されるように、圧粉体成形工程では、冷間等方加圧（ＣＩＰ：Cold Isostatic Pressing）装置１０を用い、安定化剤として酸化セリウムを８〜１２ｍｏｌ％含む正方晶酸化ジルコニウム粒子と酸化アルミニウム粒子を主成分とする原料配合物をバインダーと共に成形モールド１０ａ内に密封し、上パンチ１０ｂ及び下パンチ１０ｃを介して圧力を加えて圧粉体１を得る。なお、原料配合物の調整方法は、特に限定されるものではなく、例えば、特許第２９４５９３５号公報に記載される方法により調整される。

図１（ｂ）に示されるように、整形加工工程では、圧粉体成形工程で得られた圧粉体１を旋盤装置２０等を使って切削し、後述する切削加工工程において切削加工がし易いように圧粉体１を円柱状（所定形状）等に整形して整形加工体２を得る。

そして、図２（ａ）に示されるように、予備焼結工程おいて、整形加工工程で得られた整形加工体２を焼結炉３０内に載置し、熱源３０ａにより整形加工体２を加熱してバインダーを除去し、整形加工体２が緻密焼結される温度より低い温度で予備焼結して予備焼結体３を得る。なお、予備焼結温度は、整形加工体２が緻密焼結される温度より低ければ、特に限定されるものではないが、１１００℃以上１４５０℃未満の範囲であることが望ましい。１１００℃未満だと後述するように製造した歯科補綴物の強度が低下し、１４５０℃以上だと整形加工体２が緻密焼結され、切削加工に甚大な時間が必要となる虞があるからである。また、予備焼結工程で得られた予備焼結体３の曲げ強度は、３５〜５００ＭＰａの範囲であることが好ましい。予備焼結体３の曲げ強度が３５ＭＰａより小さいと製造した歯科補綴物の強度が低下し、５００ＭＰａより大きいと切削加工に甚大な時間が必要となるからである。なお、本明細書における曲げ強度とは、ＪＩＳ Ｒ１６０１の３点曲げ試験より測定された曲げ強度を意味する。

図２（ｂ）に示されるように、切削加工工程では、予備焼結工程で得られた予備焼結体３をＣＡＤ／ＣＡＭ装置２１等を使って完成品となる歯科補綴物と略同一形状に切削加工して、切削加工体４を得る。なお、後述する緻密焼結工程では、切削加工体４を緻密焼結する際、切削加工体４の収縮によりその寸法が変化する虞があるため、収縮による寸法変化を考慮して、切削加工体４を加工することが好ましい。

図２（ｃ）に示されるように、緻密焼結工程では、切削加工工程により得られた切削加工体４を焼結炉３０内に載置し、切削加工体４が緻密焼結される温度で緻密焼結して歯科補綴物５を得る。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
特許第２９４５９３５号公報に記載される方法により、酸化ジルコニウム６５．９〜６９．９重量％、酸化セリウム１０．１〜１１．１重量％、酸化アルミニウム１９．５〜２３．５重量％、酸化チタン０．０１〜０．０３重量％、及び酸化マグネシウム０．０４〜０．０８重量％を含む原料配合物を調整し、調整した原料配合物をＣＩＰ成形して圧粉体を作成し、これを円柱体状に整形加工して整形加工体を得た。そして、得られた整形加工体を１２００℃で予備焼結して予備焼結体を作成し、これを独Hint-ELs社製、DentaCAD systeme dmmxを使用して切削加工して切削加工体として３連歯冠を作成した。そして、この切削加工体を１４５０℃で緻密焼結し、最終的に歯科補綴物を得た。

（実施例２）
予備焼結温度を１３００℃とした以外は実施例１と同様にし、歯科補綴物を得た。

（比較例）
実施例１と同様の原料配合物を用い、ＣＩＰ成形した圧粉体を円柱体状に整形加工して整形加工体を作製し、この整形加工体を１４５０℃で緻密焼結して緻密焼結体を作成した。更に、この緻密焼結体を独Hint-ELs社製、DentaCAD systeme dmmxを使用して切削加工して３連歯冠を作成し、歯科補綴物とした。

実施例１、実施例２、及び比較例の製造条件、並びに、実施例１及び実施例２により得られた予備焼結体の曲げ強度、比較例により得られた緻密焼結体の曲げ強度を表１に示す。なお、曲げ強度は、後述する実施例３乃至実施例５と同様に、４０ｍｍ×３ｍｍ×４ｍｍの試験片を作製し、ＪＩＳ Ｒ１６０１に準拠して３点曲げ試験を行って測定した。

実施例１及び実施例２、並びに、比較例について切削加工に要した時間を図３に示す。なお、同図において、（ａ）は実施例１、（ｂ）は実施例２、（ｃ）は比較例を示している。同図に示されるように、１２００℃で予備焼結を行った実施例１について切削に要した時間は、１４５０℃で緻密焼結を行った比較例の切削に要した時間の１／３以下であり、切削時間の大幅な短縮が可能であることが分かる。

（実施例３乃至実施例５）
実施例３は、予備焼結温度を８５０℃とし、切削加工体の形状として３点曲げ強度試験用に４０ｍｍ×３ｍｍ×４ｍｍとした以外は実施例１と同様にし、歯科補綴物を得た。実施例４は、予備焼結温度を１０５０℃とした以外は実施例３と同様にし、歯科補綴物を得た。実施例５は、予備焼結温度を１１００℃とした以外は実施例３と同様にし、歯科補綴物を得た。

上記実施例３乃至実施例５の製造条件、並びに、ＪＩＳ Ｒ１６０１に準拠して行った実施例３乃至実施例５の予備焼結体の３点曲げ強度及び緻密焼結体の３点曲げ強度を表２に示す。また、これら実施例３乃至実施例５の緻密焼結体の３点曲げ強度と予備焼結温度の関係を、比較例の緻密焼結体の３点曲げ強度と共に図４に示す。なお、同図において、（ａ）は実施例３、（ｂ）は実施例４、（ｃ）は実施例５、（ｄ）は比較例を示している。

図４に示されるように、実施例５の緻密焼結体の３点曲げ強度は、実施例３及び実施例４の緻密焼結体の３点曲げ強度に比べて急激に上昇しており、予備焼結温度１１００℃を境にして強度に大きな差が生じていることが分かる。また、緻密焼結体を切削加工した比較例の３点曲げ強度は、予備焼結体を切削加工した実施例３乃至実施例５の各３点曲げ強度と比較して、更に高いものとなっていることが分かる。

このように、予備焼結体を切削加工した後に緻密焼結して得られた歯科補綴物の強度は、緻密焼結体を切削加工することによって得られる歯科補綴物と比較して、強度が低下するものの、予備焼結温度を所定温度以上、すなわち、本実施例において示された１１００℃以上とすることにより、最終的に製造された歯科補綴物の強度低下を抑えることができる。

このように予備焼結温度を、１１００℃以上１４５０℃未満（１４５０℃以上の温度では切削加工体が緻密焼結してしまう）とし、得られた予備焼結体を切削加工した後に緻密焼結することにより、高強度を有する歯科補綴物を製造することができると共に、切削加工時間の短縮を図ることが可能となる。

次に、予備焼結温度１０５０〜１１００℃を境界とする急激な歯科補綴物の曲げ強度の変動の原因について、図５（ａ）（ｂ）及び表３を参照して検討する。図５（ａ）は、実施例３により得られた歯科補綴物を円盤状（φ１２ｍｍ×ｔ１．０ｍｍ）に加工して、その表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したものであり、図５（ｂ）は比較例と同様の方法により得られた緻密焼結体を同円盤状にして観察したものである。また、表３は、実施例３及び比較例により製造された歯科補綴物の密度を示したものである。

これらＳＥＭ写真及び表３に示されるように、実施例３により得られたサンプルは、切削加工後に緻密焼結を行ったにもかかわらず粉末粒子が観察され、密度も比較例より低いことから空孔率が低くなっていることが分かる。したがって、予備焼結して得られた予備焼結体を切削加工し、その後に、緻密焼結することにより得られる歯科補綴物は、緻密焼結体した後に、切削加工することにより得られる歯科補綴物と比較して、緻密焼結時の焼結が完全には行われないために、強度の低下が起こっているものと考えられる。

本発明の一実施形態に係るセラミック製歯科補綴物の製造方法の説明図であり、（ａ）は圧粉体成形工程、（ｂ）は整形加工工程をそれぞれ示す図。 （ａ）は同製造方法の予備焼結工程、（ｂ）は切削加工工程、（ｃ）は緻密焼結工程をそれぞれ示す図。 切削加工前の予備焼結温度と切削加工時間の関係を示すグラフ。 切削加工前の焼結温度と製造されたセラミック製歯科補綴物の３点曲げ強度の関係を示すグラフ。 （ａ）は実施例３により得られたセラミック製歯科補綴物のＳＥＭ写真、（ｂ）は比較例により得られたセラミック製歯科補綴物のＳＥＭ写真。

符号の説明

１ 圧粉体
２ 整形加工体
３ 予備焼結体
４ 切削加工体
５ 歯科補綴物

Claims (2)

1. 酸化ジルコニウム６５．９〜６９．９重量％、酸化セリウム１０．１〜１１．１重量％
   、酸化アルミニウム１９．５〜２３．５重量％、酸化チタン０．０１〜０．０３％、及び
   酸化マグネシウム０．０４〜０．０８重量％を原料配合物として含むセラミック複合体か
   らなるセラミック製歯科補綴物を製造する方法であって、
   前記正方晶酸化ジルコニウム粒子と酸化アルミニウム粒子を主成分とする原料配合物を
   、冷間等方加圧（ＣＩＰ：Cold Isostatic Pressing）により成形して圧粉体を得る圧粉
   体成形工程と、
   前記圧粉体成形工程で得られた圧粉体を、所定形状に整形して整形加工体を得る整形加
   工工程と、
   前記整形加工工程で得られた整形加工体を、該整形加工体が緻密焼結される温度より低
   い温度で予備焼結して予備焼結体を得る予備焼結工程と、
   前記予備焼結工程で得られた予備焼結体を、完成品となる歯科補綴物と略同一形状に切
   削加工して切削加工体を得る切削加工工程と、
   前記切削加工工程により得られた切削加工体を、該切削加工体が緻密焼結される温度で
   緻密焼結して歯科補綴物を得る緻密焼結工程と、を含み、
   前記予備焼結工程における処理温度が、１１００℃以上１３００℃以下であることを特
   徴とするセラミック製歯科補綴物の製造方法。
2. 前記予備焼結工程で得られた予備焼結体の曲げ強度が、３５〜５００ＭＰａの範囲であ
   ることを特徴とする請求項１に記載のセラミック製歯科補綴物の製造方法。