JP6732868B2 - 歯科補綴物用材料、歯科補綴物作製用ブロック体、及び歯科補綴物 - Google Patents

Description

本発明は機械加工性に優れる歯科補綴物用材料、歯科補綴物作製用ブロック体、及び歯科補綴物に関する。

近年のＣＡＤ／ＣＡＭ（コンピュータ支援設計／コンピュータ支援製造）技術の発達により、歯科補綴物の作製において、当該歯科補綴物の形状を所定の形式に変換したデータで取り扱い、当該データを加工装置に送信することにより、加工装置は当該データに基づいて自動的に切削や研削等の機械加工を行って歯科補綴物を作製する。これにより迅速に歯科補綴物を提供することが可能となっている。

このような歯科補綴物は、歯科補綴物としての基本機能である強度、硬さ、口腔内環境に対する化学的耐久性、及び天然歯と同様の審美性（色合い、質感）を有していることが必要である。
これに加えて歯科補綴物は複雑な凹凸を有しており、複雑な形状を例えばチッピング等の不具合を生じることなく短時間で機械加工することも重要である。このような短時間で加工できる材料とすることにより、さらに迅速な歯科補綴物の作製が可能となる。

特許文献１には、所定の成分を含む歯科補綴物用材料が開示され、これにより上記基本機能及び切削性の向上を図っている。

特許第４７７７６２５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、切削性に優れるメタケイ酸リチウムを主結晶相とした状態で機械加工し、その後に熱処理をして硬い二ケイ酸リチウムを得る。この場合、機械加工後のさらなる熱処理に伴う体積膨張及び体積収縮により、変形する可能性があり、最終的な歯科補綴物の寸法精度が低下してしまう問題があった。
また、熱処理を施した場合、主とする結晶相が二ケイ酸リチウムとなり硬くなるため、機械加工性が乏しいという問題があった。仮にこれを加工しようとしても、迅速な機械加工は困難であった。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、機械加工後にさらなる熱処理を施さなくとも必要な強度が得られ、且つ機械加工性が良好な歯科補綴物用材料を提供することを課題とする。またこの材料を用いた歯科補綴物用ブロック体、及び歯科補綴物を提供する。

以下、本発明について説明する。

本発明の１つの態様は、歯科用補綴物を形成する材料であって、ＳｉＯ_２を６０．０質量％以上８０．０質量％以下、Ｌｉ_２Ｏを１０．０質量％以上２０．０質量％以下、及びＡｌ_２Ｏ_３を５．１質量％以上１０．０質量％以下、で含む、歯科補綴物用材料である。

上記歯科補綴物用材料では、その主とする結晶相が二ケイ酸リチウムとしてもよい。

ここで「主とする結晶相」とは、Ｘ線回折装置による分析により観測される結晶相中、結晶析出割合が最大の結晶相を意味する。以下同様である。

また上記歯科補綴物用材料は、さらに、Ｎａ_２Ｏが２．８質量％以下、Ｋ_２Ｏが１０．０質量％以下、ＣａＯが３．０質量％以下、ＳｒＯが１０．０質量％以下、ＢａＯが１０．０質量％以下、ＭｇＯが３．０質量％以下、Ｒｂ_２Ｏが２．８質量％以下、Ｃｓ_２Ｏが２．８質量％以下、Ｆｒ_２Ｏが２．８質量％以下、ＢｅＯが３．０質量％以下、及びＲａＯが１０．０質量％以下から選ばれる少なくとも１つを含んでもよい。

また、歯科用補綴物を機械加工により作製する前のブロック体であって、柱状に形成されており、その材料が上記歯科補綴物用材料からなる歯科補綴物作製用ブロック体を提供することができる。

また、歯科補綴物の形状とされており、その材料が上記歯科補綴物用材料からなる歯科補綴物を提供できる。

本発明によれば、機械加工後にさらなる熱処理を施さなくとも必要な強度が得られ、且つ機械加工性が良好な歯科補綴物用材料が得られる。これにより精度よい歯科補綴物を迅速に提供することが可能となる。

以下、本発明について具体的な形態を例に説明する。ただし本発明はこれら形態に限定されるものではない。

１つの形態に係る歯科補綴物作製用ブロック体は、角柱、円柱等のような柱状を有するブロック状であり、ここから切削や研削等の機械加工により変形や削り出しをして歯科補綴物とする。この歯科補綴物作製用ブロック体は後述する歯科補綴物用材料により構成されている。

歯科補綴物は複雑な形状を有するとともに、一部が薄く形成されており、このような形状を精度よく、欠け等を生じさせることなく、速く機械加工するためには、歯科補綴物を構成する材料の影響も大きい。これに対して本形態に係る歯科補綴物作製用ブロック体及び本形態に係る歯科補綴物は次のような歯科補綴物用材料により形成されている。

本形態に係る歯科補綴物用材料は、次の成分を含んで構成されている。そして、その主とする結晶相が二ケイ酸リチウムである。
ＳｉＯ_２ ：６０．０質量％以上８０．０質量％以下
Ｌｉ_２Ｏ ：１０．０質量％以上２０．０質量％以下
Ａｌ_２Ｏ_３ ：５．１質量％以上１０．０質量％以下

上記各成分については次の通りである。
ＳｉＯ_２の含有量が６０．０質量％未満、又は８０．０質量％を超えると、後述する製造工程において均質なガラスブランクを得ることが困難となる。好ましくは６５質量％以上７５質量％以下である。
Ｌｉ_２Ｏの含有量が１０．０質量％未満、又は２０．０質量％を超えると、後述する製造工程において均質なガラスブランクを得ることが困難となるとともに、機械加工性が低下する傾向がある。より好ましくは１２質量％以上１８質量％である。
Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が５．１質量％未満であると、二ケイ酸リチウムが主とする結晶相として析出するが機械加工性が低下する傾向がある。一方、１０．０質量％を超えると、主とする結晶相が二ケイ酸リチウムでなくなり、強度が低下する傾向がある。より好ましくは５．１質量％以上８．０質量％である。

さらに、歯科補綴物用材料は、上記成分に加えて次の成分を含んでいてもよい。ただしここに表される成分は０質量％を含んでいることからもわかるように、必ずしも含まれている必要はなく、いずれかが含まれてもよいという意味である。

溶融温度を調整するための成分を０質量％以上１５．０質量％以下で含有させることができる。これにより後述する製造工程において溶融温度を適切なものとすることが可能となる。１５．０質量％より多く含有させてもよいが、その効果の向上は限定的である。溶融温度調整材として具体的には、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｒａの酸化物を挙げることができる。さらに好ましくは次の通りである。
Ｎａ_２Ｏ：２．８質量％以下
Ｋ_２Ｏ：１０．０質量％以下
ＣａＯ：３．０質量％以下
ＳｒＯ：１０．０質量％以下
ＢａＯ：１０．０質量％以下
ＭｇＯ：３．０質量％以下
Ｒｂ_２Ｏ：２．８質量％以下
Ｃｓ_２Ｏ：２．８質量％以下
Ｆｒ_２Ｏ：２．８質量％以下
ＢｅＯ：３．０質量％以下
ＲａＯ：１０．０質量％以下

また、結晶核を形成するための成分を合計で０質量％以上１０．０質量％以下で含有させることができる。これにより二ケイ酸リチウム結晶を形成する核が効率よく生成される。ただし、これより多くの当該化合物を含有させても効果の向上は限定的であるため１０．０質量％以下とした。ここで結晶核形成材として機能する化合物としてはＺｒ、Ｐ、Ｔｉの酸化物（ＺｒＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２）を挙げることができる。その際には、ＺｒＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、及びＴｉＯ_２から選ばれる少なくとも１つが含まれ、その合計が０質量％以上１０．０質量％以下であることが好ましい。

歯科補綴物用材料は、審美性を高める観点から、さらに公知の着色剤を含めてもよい。これには例えばＶ_２Ｏ_５、ＣｅＯ_２、及びＥｒ_２Ｏ_３等を挙げることができる。

ここで、歯科補綴物用材料は、断面における倍率２０００倍の顕微鏡写真で空隙が認められないことが好ましい。ただし、若干の空隙は影響が小さいと考えられるので、観察範囲（例えば、縦６０μｍ×横６０μｍ）で空隙が占める面積が２％以下であることが好ましい。また、同様に歯科補綴物用材料の切断をして研磨した表面における倍率２００倍の顕微鏡写真で着色材の粒状物が認められないことが好ましい。
これら空隙や粒状物は、母材との界面を生じ、加工性に影響を与える虞がある。また、着色材の粒状物の存在は歯科補綴物の色むらの原因となる。
このような歯科補綴物用材料は、粉末成型ではなく、後で説明するように材料の溶融によって成型することにより確実に実現が可能となる。

以上の歯科補綴物用材料、歯科補綴物作製用ブロック、及びここから加工して作製された歯科補綴物によって、歯科補綴物として基本機能である強度、硬さ、口腔内環境に対する化学的耐久性、及び天然歯と同様の審美性（色合い、質感）を備えることができる。これに加えて機械加工性も向上し、加工後の熱処理が不要であるという十分な強度を有しているにもかかわらず、従来における切削用のセラミック材料と同程度の加工条件で不具合を生じることなく機械加工することが可能である。

次に、上記した歯科補綴物を作製する方法の１つの例について説明する。ここには歯科補綴物用材料、歯科補綴物作製用ブロック体を作製する方法も含まれる。本形態の作製方法は、溶融工程、ガラスブランク作製工程、核形成工程、熱処理工程、冷却工程、及び加工工程を備えて構成されている。

溶融工程は、上記説明した各成分を１３００℃以上１６００℃以下にて溶融する。これにより歯科補綴物用材料の溶融ガラスを得ることができる。この溶融は十分に均一な性質を得るために数時間にわたって行われることが好ましい。

ガラスブランク作製工程は、歯科補綴物作製用ブロック体の形状に近い形状を有するガラスブランクを得る工程である。溶融工程で得た溶融ガラスを型に流し込み、室温にまで冷却することによりガラスブランクが得られる。材料の変質や割れを防止するため当該冷却はゆっくりとした温度変化により行われる。

このようにして得られたガラスブランクを歯科補綴物用材料として供給することもできる。その際には、ガラスブランクを所定のブロックの形に整えて歯科補綴物作製用ブロック体とすればよい。

核形成工程は、ガラスブランク作製工程で得られたガラスブランクを加熱し、４００℃以上６００℃以下にて所定の時間維持する工程である。これにより結晶生成のための核が形成される。維持の時間は核が十分に形成される時間であればよいので１０分以上が好ましい。当該時間の上限は特に限定されることはないが、６時間以下とすることができる。

熱処理工程は、冷却することなくガラスブランクを加熱し、８００℃以上１０００℃以下にて所定の時間維持する工程である。これにより主とする結晶相が二ケイ酸リチウムである二ケイ酸リチウムブランクを得ることができる。維持の時間は好ましくは１分以上、さらに好ましくは３分以上である。当該時間の上限は特に限定されることはないが、３時間以下とすることができる。

また、核形成工程及び熱処理工程においては、上記の通り、所定の温度範囲内に維持する必要があるが、所定の温度範囲内であれば、必ずしも一定の温度に維持する必要はない。即ち、昇温し続けてもよい。

このようにして得られた二ケイ酸リチウムブランクを歯科補綴物用材料として供給することもできる。その際には例えば、二ケイ酸リチウムブランクの形状を所定のブロックの形に整えて歯科補綴物作製用ブロック体とすればよい。

なお、熱処理工程は温度が異なる中間の過程を設けてもよい。すなわち、上記のように８００℃以上１０００℃以下で維持する前に、核形成工程に引き続き冷却することなくガラスブランクを加熱し、例えば、６００℃以上８００℃以下にて所定の時間維持する。これにより結晶が生成され中間物を得る。その際の維持の時間は１０分以上が好ましい。当該時間の上限は特に限定されることはないが、６時間以下とすることができる。この中間の過程の後に冷却することなく上記のように８００℃以上１０００℃以下で維持する加熱を行ってもよい。

冷却工程は、熱処理工程により得られた二ケイ酸リチウムブランクを常温まで冷却する工程である。これにより二ケイ酸リチウムブランクを加工工程に供給することが可能となる。

加工工程は得られた二ケイ酸リチウムブランクを機械加工して、歯科補綴物の形状に加工する工程である。機械加工の方法は特に限定されることはないが、切削や研削等が挙げられる。これにより歯科補綴物を得ることができる。

この加工は、従来よりも生産性の良い条件で行うことができる。すなわち従来において二ケイ酸リチウムを主とする結晶相に有する歯科補綴物用の材料は機械加工性が乏しいため効率の良い切削をすることができなかった。そのため従来では二ケイ酸リチウムを主とする結晶相としない加工し易い状態で加工を行い、これをさらに熱処理する等して後から強度を高める工程を経る必要があった。
これに対して本発明によれば、二ケイ酸リチウムを主とする結晶相を有する材料としても従来の加工し易い材質における加工と同等の条件で切削や研削が可能である。そして加工した後に熱処理が必要ないので形状が変わることなく機械加工の精度を維持したまま歯科補綴物とすることができる。

実施例１〜実施例９、及び比較例１〜比較例６では含まれる成分を変更して上記説明した作製方法により主とする結晶相が二ケイ酸リチウムである材料を準備し、切削により歯科補綴物を作製してその際の機械加工性、強度、空隙及び色むらの有無を評価した。なお、実施例１〜実施例９及び比較例１〜比較例５については溶融成型法により作製され、比較例６については粉末成型法により作製された材料である。

表１、表２には成分ごとにその含有量を質量％で表した。また、表１、表２には結果として主とする結晶相（主結晶）の成分、機械加工性、強度、空隙、色むらをそれぞれ表した。なお、表１、表２の成分の項目における空欄は０質量％を表している。
主結晶は、Ｘ線回折装置（Ｅｍｐｙｒｅａｎ（登録商標）；スペクトリス株式会社製）を用いて測定し、リートベルト法による定量分析の結果、観測された結晶相中、結晶析出割合が最も高い結晶相とした。なお、表１において、「ＬＳ_２」は二ケイ酸リチウム、「ＬＡＳ」はリチウムアルミノシリケートをそれぞれ表している。
機械加工性は、従来における加工用の材料を参考１、参考２として２種類準備した。それぞれ次のような材料である。
（参考１）メタケイ酸リチウムを主結晶相とした材料であり、ＳｉＯ２が７２．３質量％、Ｌｉ_２Ｏが１５．０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が１．６質量％の割合で含まれている。
（参考２）メタケイ酸リチウムの結晶相と二ケイ酸リチウムの結晶相とが概ね同じ割合で含有された材料であり、ＳｉＯ_２が５６．３質量％、Ｌｉ_２Ｏが１４．７質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が２．１質量％の割合で含まれている。
実施例及び比較例について、セラミック加工機（ＣＥＲＥＣ（登録商標） ＭＣ ＸＬ；シロナデンタルシステムズ株式会社製）で加工した際の参考１、参考２の材料に対する、加工時間、工具の消耗具合、及びチッピングの程度をそれぞれ評価した。いずれも参考１、参考２の材料と比較して同等又は良好であるものを「良好」、いずれかにおいて参考１、参考２の材料と比較して同等未満であったものを「不良」で表した。
強度は、ＩＳＯ ６８７２に従って二軸曲げ試験を行い、算出された二軸曲げ強度が３００ＭＰａ以上のとき「良好」、３００ＭＰａよりも低いものを「不良」とした。
空隙は、卓上顕微鏡（株式会社日立ハイテクノロジーズ、ＴＭ３０００）により、断面観察を行い、この画像を画像解析ソフトＩｍａｇｅＪにより解析を行うことにより得た。そして、縦６０μｍ×横６０μｍの観察範囲において、空隙が占める面積が２％以上のものを空隙が「有」とし、２％未満のものを空隙が「無」とした。
色むらは、デジタルマイクロスコープ（株式会社キーエンス、ＶＨＸ−２０００）により断面観察を行い、縦１ｍｍ×横１ｍｍの観察範囲内に着色材の粒子を確認することで行った。このときに着色材の粒子が確認されたものを「有」、着色材の粒子が確認されなかったものを「無」とした。

表１からわかるように、実施例の歯科補綴物用材料によれば、主結晶が二ケイ酸リチウム（ＬＳ_２）であるにも関わらず、機械加工性及び強度の両方において良好である。

Claims (5)

1. 歯科補綴物を切削加工により作製する前のブロック体であって、
   ＳｉＯ_２を６０質量％以上８０質量％以下、
   Ｌｉ_２Ｏを１０質量％以上２０質量％以下、及び
   Ａｌ_２Ｏ_３を５．１質量％以上１０質量％以下、で含み、
   主とする結晶相が二ケイ酸リチウムであり、
   前記ブロック体の任意の断面でいずれの部位でも、縦６０μｍ、横６０μｍの観察範囲内における、空隙が占める面積の割合が２％未満である、歯科補綴物作製用ブロック体。
2. 歯科補綴物を切削加工により作製する前のブロック体であって、
   ＳｉＯ _２ を６０質量％以上８０質量％以下、
   Ｌｉ _２ Ｏを１０質量％以上２０質量％以下、及び
   Ａｌ _２ Ｏ _３ を５．１質量％以上１０質量％以下、で含み、
   主とする結晶相が二ケイ酸リチウムであり、
   前記ブロック体の任意の断面のうち、縦１ｍｍ、横１ｍｍの観察範囲内に着色材の粒子が確認されない、歯科補綴物作製用ブロック体。
3. さらにＶ_２Ｏ_５、ＣｅＯ_２、Ｅｒ_２Ｏ_３の少なくとも１つを含有する請求項１又は２に記載の歯科補綴物作製用ブロック体。
4. 前記切削加工がコンピュータ支援製造装置による切削加工である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の歯科補綴物作製用ブロック体。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の歯科補綴物作製用ブロック体を製造し、前記歯科補綴物作製用ブロック体を切削加工する歯科補綴物の製造方法。