JP5454887B2 - Method for manufacturing crown restoration - Google Patents
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Description
本発明は、歯冠修復物、特にジルコニアを含有するセラミック材料を用いた歯冠修復物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a crown restoration using a ceramic material containing a crown restoration, particularly zirconia.
近年、歯冠修復物（人工歯冠）用の材料として、セラミック粉末を焼結させて得られるセラミックスが広く用いられている。セラミックスは、耐摩耗性、審美性、耐変色性（耐食性）などに優れ、かつ、金属アレルギーの問題も生じず、最も生体にとって安全な材料である。しかしながら、セラミックスには、靱性や延性に劣り脆い材料であり、かつ、セラミック粉末を高温（１２００℃）以上で焼成する必要がある。また、セラミック粉末を焼結させると収縮が生じるため、セラミックスに正確な寸法精度を求めることが難しく、歯科用材料としてセラミックスの使用には多くの問題がある。 In recent years, ceramics obtained by sintering ceramic powder has been widely used as a material for restorations of dental crowns (artificial crowns). Ceramics are the safest materials for living bodies because they are excellent in wear resistance, aesthetics, discoloration resistance (corrosion resistance), etc., and do not cause metal allergy problems. However, ceramics are brittle materials with poor toughness and ductility, and it is necessary to fire ceramic powder at a high temperature (1200 ° C.) or higher. In addition, when ceramic powder is sintered, shrinkage occurs, so it is difficult to obtain accurate dimensional accuracy in ceramics, and there are many problems in using ceramics as a dental material.
従来、審美性と耐久性の両方を満足できる歯冠修復物として、メタルボンド（陶材焼付け前装鋳造冠；メタル−セラミックス歯冠）が多く採用されている。これは、金、銀、プラチナ、パラジウムなどの貴金属合金や、ニッケル、クロム、コバルトなどの卑金属合金により作製された金属フレーム（コーピングキャップ）に、セラミック粉末を溶着させて、頬側面のセラミックス（前装材）が天然歯と類似する色調を発揮するようにしたものである。 Conventionally, as a restoration of a crown that satisfies both aesthetics and durability, a metal bond (a porcelain baking pre-cast crown; a metal-ceramic crown) has been widely used. This is because ceramic powder is welded to a metal frame (coping cap) made of a noble metal alloy such as gold, silver, platinum, palladium, or a base metal alloy such as nickel, chromium, cobalt, etc. The dressing material) is designed to exhibit a color tone similar to natural teeth.
同様に、白いレジンを前装する硬質レジン前装冠も多くの修復に用いられているが、摩耗性や吸水による着色に問題があり、メタルボンドの方が優れているといえる。 Similarly, hard resin crowns with white resin are also used for many restorations, but there are problems with wear and coloring due to water absorption, and it can be said that metal bonds are superior.
しかしながら、メタルボンドでは、金属フレームの一部が唇側に露出する場合があるため、審美性に問題があったり、また、金属アレルギーの問題が生じたりする可能性がある。 However, in the metal bond, a part of the metal frame may be exposed on the lip side, which may cause a problem in aesthetics and may cause a problem of metal allergy.
これに対して、コーピングキャップを含めた歯冠修復物のすべてをセラミックスによって作製するオールセラミックスクラウンがある。オールセラミックスクラウンは、メタルボンドのコーピングに使用する金属による金属アレルギーの心配がなく、かつ、審美性に優れ、天然歯と同様な色調を容易に得ることができるので、現在では、多くの臨床家が関心を集めている。また、コンピュータも普及したので、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムを用いて、セラミックスを削り出すことにより、歯冠修復物を容易に作成することも可能となっている（特許文献１参照）。 On the other hand, there is an all-ceramic crown in which all restorations of the crown including the coping cap are made of ceramics. All-ceramic crowns do not have to worry about metal allergies due to the metals used in metal bond coping, are aesthetically pleasing, and can easily obtain the same color tone as natural teeth. Is attracting interest. In addition, since computers have become widespread, it is also possible to easily create a restoration of a crown by cutting out ceramics using a CAD / CAM system (see Patent Document 1).
オールセラミックスクラウンの材料としては、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）などのセラミック材料が用いられている。しかしながら、アルミナやスピネルなどのセラミックスのみからなる材料では、脆く、衝撃力に弱く、通常の咬合力以下の負荷がかかった場合でも、割れや欠けなどが生じることがある。 Ceramic materials such as alumina (Al 2 O 3 ) and spinel (MgAl 2 O 4 ) are used as the material for the all ceramic crown. However, a material made only of ceramics such as alumina and spinel is brittle, weak against impact force, and may be cracked or chipped even when a load below the normal occlusal force is applied.
このため、アルミナやスピネルなどのセラミック材料にジルコニウム粉末を添加して、その混合物を焼成することにより、弾性係数を大幅に向上させた（硬化させた）セラミックスが開発されている（特許文献２、特許文献３参照）。 For this reason, a ceramic having a significantly improved elastic modulus (cured) has been developed by adding zirconium powder to a ceramic material such as alumina or spinel and firing the mixture (Patent Document 2,). (See Patent Document 3).
このようなジルコニア系セラミックスは、ビッカーズ硬度が１２００〜２０００程度の硬度を有し、従来のアルミナやスピネル単独のセラミックスと比較して、靱性や曲げ強度が大幅に向上しており、歯冠修復物におけるコア材であるコーピングキャップの材料として注目を集めている。 Such zirconia-based ceramics have a Vickers hardness of about 1200 to 2000, and have significantly improved toughness and bending strength compared to conventional ceramics of alumina or spinel alone, and a restoration of a crown Has attracted attention as a material for coping caps.
オールセラミックスクラウンの作製においては、本焼結後の切削加工を行うと切削工具の摩耗により精度が悪くなるので、半焼結後のセラミックスをＣＡＤ／ＣＡＭシステムを用いて削り出し、コーピングキャップの外形を決定し、その後、セラミックスを焼結させることにより、コーピングキャップを得ている。特にジルコニア系セラミックスは、その高い硬度から、本焼結後の切削加工自体が極めて困難である。 In the production of all-ceramic crowns, the accuracy after cutting after the main sintering deteriorates due to wear of the cutting tool. Therefore, the ceramic after semi-sintering is cut out using a CAD / CAM system, and the outer shape of the coping cap is formed. The coping cap is obtained by determining and then sintering the ceramic. In particular, zirconia ceramics are extremely difficult to cut after the main sintering because of their high hardness.
しかしながら、セラミック材料、特にジルコニア系セラミックスは焼結により収縮する性質を有し、予めその収縮量を見込むことが困難である。このため、加工後に本焼結する場合にも、焼成前に焼結後の形状を精度よく決定することが困難であるという問題がある。 However, ceramic materials, particularly zirconia-based ceramics, have the property of shrinking upon sintering, and it is difficult to anticipate the amount of shrinkage in advance. For this reason, even when performing main sintering after processing, there is a problem that it is difficult to accurately determine the shape after sintering before firing.
本発明は、従来の問題点に対して、ジルコニア系セラミックスを用いてコーピングキャップを作製する場合にも、形状精度よく製造しうる方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method capable of manufacturing a coping cap using zirconia-based ceramics with high shape accuracy with respect to the conventional problems.
本発明に係る歯冠修復物の製造方法の一態様は、半焼結状態にあるジルコニア系セラミックスからなるコーピングキャップを所定形状に加工した後、可視領域または近赤外領域の波長で、ピーク出力が１６ｋＷ以上で、パルス幅が３０ｎｓｅｃ以下であるレーザを照射することにより、該ジルコニア系セラミックスの少なくとも表面の一部を焼結させる工程を含むことを特徴とする。 In one aspect of the method for producing a restoration of a crown according to the present invention, after processing a coping cap made of a zirconia ceramic in a semi-sintered state into a predetermined shape, the peak output is at a wavelength in the visible region or near infrared region. It includes a step of sintering at least a part of the surface of the zirconia ceramic by irradiating a laser having a pulse width of 16 kW or more and a pulse width of 30 nsec or less.
本発明に係る歯冠修復物の製造方法の別の態様は、半焼結状態にあるジルコニア系セラミックスからなるコーピングキャップを、可視領域または近赤外領域の波長で、ピーク出力が１６ｋＷ以上で、パルス幅が３０ｎｓｅｃ以下であるレーザを照射することにより、所定形状に加工するとともに、該ジルコニア系セラミックスの少なくとも表面の一部を焼結させる工程を含むことを特徴とする。 According to another aspect of the method for producing a restoration of a crown according to the present invention, a coping cap made of zirconia-based ceramics in a semi-sintered state has a peak output of 16 kW or more at a wavelength in the visible region or near infrared region, and a pulse By irradiating a laser having a width of 30 nsec or less, it is processed into a predetermined shape and includes a step of sintering at least a part of the surface of the zirconia ceramic.
また、本発明に係る歯冠修復物の製造方法のさらに別の態様は、本焼結された状態にあるジルコニア系セラミックスからなるブロックを、可視領域または近赤外領域の波長で、ピーク出力が１６ｋＷ以上で、パルス幅が３０ｎｓｅｃ以下であるレーザを照射することにより、所定形状のコーピングキャップに加工する工程を含むことを特徴とする。 Furthermore, in another aspect of the method for producing a restoration of a crown according to the present invention, a block made of zirconia-based ceramics in a main sintered state has a peak output at a wavelength in the visible region or near infrared region. It includes a step of processing a coping cap having a predetermined shape by irradiating a laser having a pulse width of 16 kW or more and a pulse width of 30 nsec or less.
前記レーザのビームスポット径を２５〜３５μｍとし、スポットの重ね量を８〜１２μｍとし、複数回の重ね打ちを行いながら、レーザを移動させることが好ましい。 Preferably, the laser beam spot diameter is 25 to 35 μm, the spot overlap amount is 8 to 12 μm, and the laser is moved while performing multiple overstrikes.
本発明により、コーピングキャップの少なくとも表面の一部を高出力のレーザにより焼結させることにより、色彩に影響を与えることなく、形状精度に優れたコーピングキャップを得ることができる。特に、形状加工を施しながら、焼結させることで、形状精度をより安定化させることができる。 According to the present invention, a coping cap excellent in shape accuracy can be obtained without affecting color by sintering at least a part of the surface of the coping cap with a high-power laser. In particular, the shape accuracy can be further stabilized by sintering while performing shape processing.
発明者らは、従来のジルコニア系セラミックスをコーピングキャップとして用いる歯冠修復物における上述の問題について鋭意検討した結果、特定のレーザを用いた焼結および加工により、その改善を図れるとの知見を得て、本発明を完成したものである。 The inventors have earnestly studied the above-mentioned problems in the restoration of a crown using conventional zirconia-based ceramics as a coping cap, and as a result, obtained knowledge that the improvement can be achieved by sintering and processing using a specific laser. Thus, the present invention has been completed.
本発明の歯冠修復物の製造方法は、半焼結状態にあるジルコニア系セラミックスからなるコーピングキャップを所定形状に加工した後、可視領域または近赤外領域の波長で、ピーク出力が１６〜１００ｋＷであり、パルス幅が１０〜３０ｎｓｅｃ（繰り返し周波数：５０ｋＨｚの時）であるレーザを照射することにより、該ジルコニア系セラミックスの少なくとも表面の一部を焼結させる工程を含むことを特徴とする。なお、本発明では、ピーク出力が１００ｋＷを超えるもの、パルス幅が１０ｎｓｅｃ未満のものなど、さらに高出力のレーザについても問題なく適用可能である。 In the method for producing a restoration of a crown of the present invention, after processing a coping cap made of zirconia ceramics in a semi-sintered state into a predetermined shape, the peak output is 16 to 100 kW at a wavelength in the visible region or near infrared region. And a step of sintering at least a part of the surface of the zirconia ceramic by irradiating a laser having a pulse width of 10 to 30 nsec (when the repetition frequency is 50 kHz). It should be noted that the present invention can be applied to any laser with higher output such as one having a peak output exceeding 100 kW or one having a pulse width of less than 10 nsec.
すなわち、かかる特性のレーザ照射により、ジルコニア系セラミックスのコーピングキャップの少なくとも表面が短時間に焼結するため、焼結過程におけるコーピングキャップの収縮を防止することが可能となり、その形状精度の向上を図ることができる。 That is, at least the surface of the zirconia ceramic coping cap is sintered in a short time by laser irradiation with such characteristics, so that it becomes possible to prevent the coping cap from shrinking during the sintering process and to improve its shape accuracy. be able to.
レーザ特性が、ピーク出力が１６ｋＷ未満、またはパルス幅が３０ｎｓｅｃを超える（繰り返し周波数：５０ｋＨｚの時）場合、ジルコニア系セラミックスの焼結が十分になされない。また、ジルコニア系セラミックスの表面に金属が浮き出てしまい、コーピングキャップの強度ないしは耐久性に問題が生じたり、表面に浮き出た金属により歯冠修復物の審美性に問題が生じたりする。この観点より、レーザ特性は、ピーク出力が１６ｋＷ以上、かつ、パルス幅が３０ｎｓｅｃ以下に規制される必要がある。 When the laser characteristics are such that the peak output is less than 16 kW or the pulse width exceeds 30 nsec (repetition frequency: 50 kHz), the zirconia ceramic is not sufficiently sintered. Further, the metal floats on the surface of the zirconia-based ceramics, which causes a problem in the strength or durability of the coping cap, or the metal floated on the surface causes a problem in the aesthetics of the restoration of the crown. From this viewpoint, the laser characteristics need to be regulated such that the peak output is 16 kW or more and the pulse width is 30 nsec or less.
なお、ジルコニア系セラミックスの十分な焼結のためには、前記レーザのビームスポット径を２５〜３５μｍとし、スポットの重ね量を８〜１２μｍとし、１パルスの照射時間であるパルス幅を２０ｎｓｅｃ（繰り返し周波数：５０ｋＨｚの時）以下として、複数回、少なくとも２回の重ね打ちを行いながら、レーザを移動させることが好ましい。 In order to sufficiently sinter zirconia ceramics, the laser beam spot diameter is set to 25 to 35 μm, the spot overlap amount is set to 8 to 12 μm, and the pulse width corresponding to one pulse irradiation time is set to 20 nsec (repeatedly). (When the frequency is 50 kHz), it is preferable to move the laser while performing multiple hits at least twice.
さらには、かかる特性を有するレーザ加工を、ジルコニア系セラミックスからなるコーピングキャップの所定形状への加工に適用することも可能である。かかるレーザ加工を、既存のＣＡＤ／ＣＡＭシステムと組み合わせて用いることで、半焼結状態のコーピングキャップを所望の形状に精度よく加工が行えるとともに、同時に、コーピングキャップの少なくとも表面を焼結させることができる。さらに、コーピングキャップの最外形を本焼結するので、残りの部分の本焼結時に生じる収縮をコントロールすることにより、得られる歯冠修復物の形状精度をさらに向上させることができる。 Furthermore, laser processing having such characteristics can be applied to processing a coping cap made of zirconia-based ceramics into a predetermined shape. By using such laser processing in combination with an existing CAD / CAM system, a semi-sintered coping cap can be accurately processed into a desired shape, and at the same time, at least the surface of the coping cap can be sintered. . Furthermore, since the outermost shape of the coping cap is main-sintered, the shape accuracy of the obtained crown restoration can be further improved by controlling the shrinkage that occurs during the main sintering of the remaining part.
このようにジルコニア添加の強化型セラミックブロックの表面をレーザによる切削加工と焼結とを同時に行うことができるため、極めて短時間で歯冠修復物の加工製造を行うことが可能となる。 As described above, since the surface of the reinforced ceramic block added with zirconia can be simultaneously cut and sintered by laser, it is possible to process and manufacture the restoration of the crown in an extremely short time.
なお、かかるレーザ加工は、半焼結状態のコーピングキャップのみならず、焼結後のコーピングキャップにも適用できる。すなわち、切削加工では過摩耗により加工が困難な焼結後のジルコニア系セラミックブロックについても、コーピングキャップ加工を摩耗を考慮することなく行うことができ、その形状精度の向上を図ることが可能となる。 Such laser processing can be applied not only to a semi-sintered coping cap but also to a coping cap after sintering. In other words, even for sintered zirconia ceramic blocks that are difficult to machine due to excessive wear in cutting, coping cap processing can be performed without considering wear, and the shape accuracy can be improved. .
本発明によるレーザ照射を、コーピングキャップの焼結工程、もしくはコーピングキャップの所定形状への加工工程、さらには加工および焼結工程に適用し、レーザ照射が適用されない工程について通常の電気炉を用いた焼成を適用することができる。すなわち、本発明のレーザ加工により、焼付け用陶材が築盛されるコーピングキャップの表面の一部について焼結させた後、通常の電気炉による焼成により焼結させるようにしてもよい。ただし、少なくともコーピングキャップの表面側を本発明のレーザ加工により焼結させることが、形状精度の観点から好ましい。また、一連の工程により、裏面側を含めて、コーピングキャップ全体をレーザ加工により焼結させてもよい。これらはコストや作業効率の観点から、任意に選択されうるものである。 The laser irradiation according to the present invention was applied to the sintering process of the coping cap or the processing process of the coping cap into a predetermined shape, and further to the processing and sintering process, and a normal electric furnace was used for the process in which the laser irradiation was not applied. Firing can be applied. That is, after sintering a part of the surface of the coping cap on which the porcelain for baking is built up by the laser processing of the present invention, it may be sintered by firing in a normal electric furnace. However, at least the surface side of the coping cap is preferably sintered by the laser processing of the present invention from the viewpoint of shape accuracy. Moreover, you may sinter the whole coping cap by laser processing by a series of processes including a back surface side. These can be arbitrarily selected from the viewpoint of cost and work efficiency.
このように、本発明は、ナノ秒（ｎｓ）という極めて短い時間のパルス発振により高出力のレーザを照射するレーザ加工を歯冠修復物の製造工程に適用することで、ジルコニア系セラミックスからなるコーピングキャップの切削加工と焼結が極めて短時間になされ、かつ焼成収縮をコントロールすることにより、コーピングキャップを形状精度よく加工することが可能となる。 As described above, the present invention applies a laser processing that irradiates a high-power laser by pulse oscillation of an extremely short time of nanoseconds (ns) to a manufacturing process of a crown restoration, thereby making a coping made of zirconia ceramics. By cutting and sintering the cap in a very short time and controlling the firing shrinkage, it becomes possible to process the coping cap with high shape accuracy.
さらに、レーザによる加工も可能であり、コーピングキャップの形状精度が極めて高いため、所望の形状に近い形でコーピングキャップの形状を設計でき、かつ、形状の変化が少ないことから、形状精度の高い歯冠修復物を提供することが可能となる。 Furthermore, laser processing is possible, and the shape accuracy of the coping cap is extremely high, so that the shape of the coping cap can be designed in a shape close to the desired shape, and there are few changes in the shape. It is possible to provide a crown restoration.
［実施例１］
コーピングキャップ材料として、ジルコニア系セラミック材料であるビタ・インセラム・ジルコニアブロック・ＧＮ−Ｉ（ジーシーコーポレーション社製）を使用した。
[Example 1]
As a coping cap material, Vita, Inseram, Zirconia Block, GN-I (manufactured by GC Corporation), which is a zirconia-based ceramic material, was used.
ＣＡＤ／ＣＡＭシステム（ジーシーコーポレーション社製、ＤＥＮＴＡＬ ＣＡＤ／ＣＡＭ ＧＮ−Ｉ）を使用して、支台歯の三次元データを測定した。付属したソフトによりコンピュータ上で、コーピングキャップの三次元的データを作製した。 Using a CAD / CAM system (DENTAL CAD / CAM GN-I manufactured by GC Corporation), three-dimensional data of the abutment tooth was measured. Three-dimensional data of coping caps was created on a computer using the included software.
このデータを基に、３Ｄレーザ深削装置（ギルトマイスター社製、ＬＡＳＥＲＴＥＣ４０）を使用した。該装置を用いて、加工後の半焼結状態にあるコーピングキャップに対して、結晶媒体：Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ結晶、平均出力：１６Ｗ、ピーク出力：２８ｋＷ、繰り返し周波数：５０ｋＨｚ、パルス幅：１６ｎｓｅｃ、スポットの重ね量（移動量）：１０μｍ、ビームスポット径：３０μｍの条件で、２．６Ｗの出力で、２度打ちにより、レーザを照射した。 Based on this data, a 3D laser deep-cutting device (manufactured by Giltmeister, LASERTEC 40) was used. Using this apparatus, with respect to a coping cap in a semi-sintered state after processing, crystal medium: Nd: YVO4 laser crystal, average output: 16 W, peak output: 28 kW, repetition frequency: 50 kHz, pulse width: 16 nsec, spot The amount of overlap (movement amount) was 10 μm, and the beam spot diameter was 30 μm.
その結果、図１に示すように、表面が焼結したコーピングキャップが得られた。コーピングキャップの表面に、金属酸化物が析出して浮き出ることはなかった。該表面の組成について、Ｘ線回折装置（株式会社リガク製、ＲＩＮＴ１００）を用いた分析を行ったところ、図２に示す測定結果が得られた。かかる測定結果より、ジルコニア系セラミックスが焼結していることが確認された。 As a result, as shown in FIG. 1, a coping cap having a sintered surface was obtained. Metal oxide did not precipitate and floated on the surface of the coping cap. When the surface composition was analyzed using an X-ray diffractometer (RINT100, manufactured by Rigaku Corporation), the measurement results shown in FIG. 2 were obtained. From these measurement results, it was confirmed that the zirconia ceramics were sintered.
また、同様にして、５％−０．７Ｗ、２０％−２．２Ｗ、５０％−５．９Ｗの出力条件で同様に、コーピングキャップにレーザ照射を行ったところ、いずれもジルコニア系セラミックスが焼結していることが確認された。また、いずれにおいても、コーピングキャップの表面への金属酸化物の浮きは観察されなかった。 Similarly, when the coping cap was irradiated with laser under the same output conditions of 5% -0.7W, 20% -2.2W, 50% -5.9W, all of the zirconia ceramics were sintered. It has been confirmed that In any case, no floating of the metal oxide on the surface of the coping cap was observed.
［実施例２］
ジルコニア系セラミック材料として、ナノＺＲ（パナソニックデンタル株式会社製）を用いたこと以外は、実施例１と同様に、結晶媒体：Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ結晶、平均出力：１６Ｗ、ピーク出力：２８ｋＷ、繰り返し周波数：５０ｋＨｚ、パルス幅：１６ｎｓｅｃ、スポットの重ね量（移動量）：１０μｍ、ビームスポット径：３０μｍの条件で、９．９Ｗの出力で、２度打ちにより、レーザを照射した。実施例１と同様の分析を行ったところ、いずれの出力においても、同様に、ジルコニア系セラミックスが焼結していることが確認された。また、いずれにおいても、コーピングキャップの表面への金属酸化物の浮きは観察されなかった。
[Example 2]
As in Example 1, except that nano ZR (manufactured by Panasonic Dental Co., Ltd.) was used as the zirconia ceramic material, crystal medium: Nd: YVO4 laser crystal, average output: 16 W, peak output: 28 kW, repetition frequency : 50 kHz, pulse width: 16 nsec, spot overlap amount (moving amount): 10 μm, beam spot diameter: 30 μm, laser irradiation was performed twice with 9.9 W output. When the same analysis as in Example 1 was performed, it was confirmed that the zirconia ceramics were similarly sintered at any output. In any case, no floating of the metal oxide on the surface of the coping cap was observed.
［比較例１］
結晶媒体として、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ結晶を用いて、平均出力：１００Ｗ、ピーク出力：１５０ｋＷ、パルス幅：５ｍｓｅｃの条件で、レーザ照射を行ったこと以外は、実施例１と同様に、ジルコニア系セラミックスを半焼結状態でレーザ照射を行った。その結果、金属酸化物が浮き出て、本焼結しなかった。
[Comparative Example 1]
Zirconia-based ceramics as in Example 1 except that Nd: YAG laser crystal was used as the crystal medium and laser irradiation was performed under the conditions of average output: 100 W, peak output: 150 kW, and pulse width: 5 msec. Was irradiated with laser in a semi-sintered state. As a result, the metal oxide was raised and was not sintered.
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