JP6879540B2 - Composite layered structure utilizing the self-assembled layered structure of high temperature oxidized TiO2 - Google Patents

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Description

本発明は、Ti表面に形成されたTiOからなる層状組織を備え、白色の審美性を発揮すると共に剥離強度が向上した複合層状構造体に関する。 The present invention relates to a composite layered structure having a layered structure made of TiO 2 formed on the Ti surface, exhibiting white aesthetics and having improved peel strength.

齲蝕や歯周病などの歯科疾患による健全歯の欠損を補綴する歯科補綴や、歯列矯正においては、レジン、セラミクス、金属等で構成される歯科用デバイスが使用されることが多い。これらの主たる目的は当然の事ながら、咬合や発語等の口腔機能の回復あるいは改善であるが、近年におけるユーザーの美意識の向上、即ち審美性に係る「見た目」の改善または回復も重要とされる。 Dental devices made of resin, ceramics, metal, etc. are often used in dental prostheses for prosthesis of healthy tooth defects due to dental diseases such as dental caries and periodontal disease, and in orthodontics. Naturally, the main purpose of these is to restore or improve oral functions such as occlusion and speech, but in recent years it is also important to improve the user's aesthetic awareness, that is, to improve or restore the "appearance" related to aesthetics. To.

例えば、メタルボンドポーセレンクラウンは特に目立ちやすい前歯で使用される人工歯冠であるが、強度や靭性、加工性に優れる金属を支台歯として、その上に、歯と色が近く耐摩耗性に優れる陶材を焼付けて欠損部を補綴するものである。陶材は、隣接する健全歯と色調をあわせるため、何層にも透明度や色調の異なるものを焼付けて作製される。すなわち、メタルボンドポーセレンクラウンは見えないところは金属製、見えるところは審美性の高いセラミクス製という複合材料であるが、焼付界面の剥離が実用上の問題として挙げられる。また、レジンで被覆するレジン前装冠もあるが、先のメタルボンドポーセレンクラウンと同様に界面強度に加えレジンの耐久性の低さが問題となる。 For example, the metal bond porcelain crown is an artificial crown used for the anterior teeth, which are particularly conspicuous. An excellent porcelain material is baked to prosthesis the defective part. The porcelain material is made by baking multiple layers with different transparency and color tone in order to match the color tone with the adjacent healthy teeth. That is, the metal bond porcelain crown is a composite material made of metal in the invisible part and made of ceramic with high aesthetics in the visible part, but peeling of the baking interface can be mentioned as a practical problem. There is also a resin muzzle loader that is coated with a resin, but like the metal bond porcelain crown mentioned above, the low durability of the resin is a problem in addition to the interfacial strength.

近年の審美性重視の流れから、ここ数年で先に述べた人工歯では、支台歯もセラミクス製にしたオールセラミクスクラウンも台頭してきている。また、連結冠(ブリッジ)は、ファイバーコアなどレジンと無機材料との複合材等がある。このような人工歯冠の非金属化は、優れたレジン(樹脂材料)や無機−有機ハイブリット材料が開発されたお陰であるが、機械的性質や耐久性はまだ金属には及ばない。クラウンやインレー等の人工歯冠以外の歯科用デバイスでも、義歯床やインプラント、ブラケットや矯正アーチワイヤ等、靭性や弾性、強度等の他の素材に比べて金属が秀でる機械的性質を利用せざるを得ない部材は多い。
一方で、患者のQOLへの関心の高まりに伴い、安全性や欠損機能回復だけでなく外観の回復、すなわち歯科材料の審美性向上への要求はますます高まっていることから、金属と遜色の無い強度や靭性を持ち、尚且つ金属色を白色で被覆した材料の登場が望まれている。
Due to the recent trend toward aesthetics, the all-ceramic crown, which is made of ceramics as the abutment tooth, has emerged in the artificial teeth mentioned above in the last few years. Further, the connecting crown (bridge) includes a composite material of a resin and an inorganic material such as a fiber core. Such non-metalization of artificial crowns is due to the development of excellent resins (resin materials) and inorganic-organic hybrid materials, but their mechanical properties and durability are still inferior to those of metals. Even dental devices other than artificial crowns such as crowns and inlays have to take advantage of the mechanical properties of metals, such as denture bases, implants, brackets and orthodontic arch wires, which are superior to other materials such as toughness, elasticity and strength. There are many members that cannot be obtained.
On the other hand, with the growing interest of patients in QOL, there is an increasing demand for not only safety and recovery of defective function but also recovery of appearance, that is, improvement of aesthetics of dental materials, which is comparable to metal. It is desired to introduce a material that has a lack of strength and toughness and that has a metallic color coated with white.

本発明者らは、Tiや生体用β型Ti合金であるTi−29Nb−13Ta−4.6Zr(Ti:Nb:Ta:Zr=53.4:29:13:4.6)やTi−36Nb−2Ta−3Zr−0.3O(Ti:Nb:Ta:Zr:O=58.7:36:2:3:0.3)合金において、高温酸化処理により生成する白色被膜による金属表面の白色化に成功している。その製造法は既に出願を行っている(例えば、特許文献1参照。)。
これら先行技術は主にTi−29Nb−13Ta−4.6Zr合金等のTi合金を白色化する技術であり、歯科材料としての用途を想定している。Ti−29Nb−13Ta−4.6Zr及びTi−36Nb−2Ta−3Zr−0.3O等の白色酸化膜は、緻密で基板のTi合金と密着性は高く、その密着強度は70MPa以上である。
The present inventors have Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr (Ti: Nb: Ta: Zr = 53.4: 29: 13: 4.6) and Ti-36Nb, which are β-type Ti alloys for Ti and living organisms. In -2Ta-3Zr-0.3O (Ti: Nb: Ta: Zr: O = 58.7: 36: 2: 3: 0.3) alloy, whitening of the metal surface by a white film formed by high temperature oxidation treatment. Has been successful. The manufacturing method has already been filed (see, for example, Patent Document 1).
These prior arts are mainly techniques for whitening Ti alloys such as Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr alloy, and are expected to be used as dental materials. White oxide films such as Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr and Ti-36Nb-2Ta-3Zr-0.3O are dense and have high adhesion to the Ti alloy of the substrate, and the adhesion strength is 70 MPa or more.

一方、工業用純Ti等のいわゆる純Tiでは、高温酸化によってルチル型TiOで構成される酸化被膜を金属表面が形成される。このルチル型TiOは、L*a*b*表色系で算出したその明度L*は、70〜85と日本人の歯冠色と同程度かそれ以上である。Ti酸化物の高温相であるルチル型TiOは、「チタンホワイト」と呼ばれる白色顔料として塗料や化粧品成分として従来より使用されている。また、食品添加物の一つとしても既に利用されていることから、TiO自体の安全性は高い。さらに、ルチル型TiOは、細胞毒性試験においても、生体安全性の高い基板のTi−29Nb−13Ta−4.6Zrと同程度の安全性を持つ。 On the other hand, in so-called pure Ti such as industrial pure Ti, the metal surface is formed with an oxide film composed of rutile-type TiO 2 by high-temperature oxidation. The rutile-type TiO 2 has a lightness L * calculated by the L * a * b * color system of 70 to 85, which is about the same as or higher than the crown color of Japanese people. Rutile-type TiO 2, which is a high-temperature phase of Ti oxide, has been conventionally used as a white pigment called "titanium white" as a paint or cosmetic ingredient. Moreover, since it has already been used as one of food additives, the safety of TiO 2 itself is high. Furthermore, the rutile-type TiO 2 has the same level of safety as the highly biosafe substrate Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr in the cytotoxicity test.

特開2013−147439号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-147439

しかしながら、TiOは、Ti酸化物の中でも最も脆い酸化物である。例えば、被膜剥離試験においても形成されたTiO膜内での凝集破壊が容易に起こり、コーティング層としては強度が不十分である。なお、上記のTi−29Nb−13Ta−4.6ZrやTi−36Nb−2Ta−3Zr−0.3Oの白色酸化被膜の剥離強度が最大70MPa程度を示す。一方、TiO白色酸化膜の剥離強度は高々2〜3MPa程度であり、標準的な接着材の被膜強度30MPaの1/10しかない。 However, TiO 2 is the most brittle oxide among Ti oxides. For example, even in the film peeling test, cohesive fracture occurs easily in the formed TiO 2 film, and the strength of the coating layer is insufficient. The peel strength of the white oxide film of Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr and Ti-36Nb-2Ta-3Zr-0.3O is about 70 MPa at maximum. On the other hand, the peel strength of the TiO 2 white oxide film is at most about 2 to 3 MPa, which is only 1/10 of the film strength of a standard adhesive of 30 MPa.

このため、Ti基板の上に形成されたTiO酸化膜は、低い剥離強度しかなく、そのままでは歯科用材料等として使用できなかった。 Therefore, the TiO 2 oxide film formed on the Ti substrate has only low peel strength and cannot be used as it is as a dental material or the like.

本発明の目的は、生体安全性に優れるTi基板及びTiO膜をベースとし、白色性に優れ、高い剥離強度を有する複合層状構造体を提供することである。 An object of the present invention is to provide a composite layered structure having excellent whiteness and high peel strength based on a Ti substrate and a TIO 2 film having excellent biosafety.

本発明に係る複合層状構造体は、Ti基板と、
前記Ti基板の表面に設けられた2層のTiO層と前記2層のTiO層を接続するTiOの骨格と前記2層のTiO層の間の前記TiOの骨格以外の間隙を占めるSiO層とが積層された積層体と、
を含む。
The composite layered structure according to the present invention includes a Ti substrate and
A gap other than the backbone of the TiO 2 between the Ti substrate 2 layer TiO 2 layer and the second layer of TiO 2 skeleton and the two-layer TiO 2 layer connecting the TiO 2 layer of which is provided on the surface of A laminated body in which two layers of SiO occupying are laminated, and
including.

本発明に係る複合層状構造体によれば、生体安全性に優れるTi基板及びTiO膜をベースとし、白色性に優れ、高い剥離強度を有する。 According to the composite layered structure according to the present invention, it is based on a Ti substrate and a TIO 2 film having excellent biosafety, and has excellent whiteness and high peel strength.

実施の形態1に係る複合層状構造体の断面構造を模式的に示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure of the composite layered structure according to the first embodiment. 複合層状構造体を構成する積層体の膜厚と明度L*との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the film thickness of the laminated body which constitutes a composite layered structure, and the lightness L *. TiO膜のパイ皮状構造体と実施例1に係る複合層状構造体のL*a*b*表色系におけるL*値、a*値、b*値を示す棒グラフである。It is a bar graph which shows the L * value, a * value, b * value in the L * a * b * color system of the pie skin-like structure of a TiO 2 film and the composite layered structure which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る複合層状構造体、実施例2におけるSiO層にAuコロイドを含有させた複合層状構造体、及び、TiO膜のパイ皮状構造体のそれぞれの各波長の分光反射率を示すグラフである。The spectral reflectance of each wavelength of the composite layered structure according to Example 1, the composite layered structure in which Au colloid is contained in the SiO 2 layer in Example 2, and the pie-skin structure of the TiO 2 film are determined. It is a graph which shows. 実施例1に係る複合層状構造体及びTiO膜のパイ皮状構造体の剥離強度を示す棒グラフである。It is a bar graph which shows the peeling strength of the composite layered structure and the pie skin-like structure of a TIO 2 film which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る複合層状構造体における剥離試験後の表面の剥離状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the peeling state of the surface after the peeling test in the composite layered structure which concerns on Example 1. FIG. (a)は、実施例1に係る複合層状構造体の断面構造を示すSEM画像であり、(b)は、(a)と同じ箇所のTiの含まれる箇所を白色で示すSEM−EDS画像であり、(c)は、(a)と同じ箇所のSiの含まれる箇所を白色で示すSEM−EDS画像である。(A) is an SEM image showing a cross-sectional structure of the composite layered structure according to Example 1, and (b) is an SEM-EDS image showing a portion containing Ti in the same portion as (a) in white. Yes, (c) is an SEM-EDS image showing a portion containing Si in the same portion as in (a) in white. TiO単相材、実施例1の複合層状構造体、複合層状構造体の作製過程で得られる乾燥シリカゲル体と、シリカゲル体の加熱処理後の試料についてのXPSによるO 1sスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the O 1s spectrum by XPS about the dry silica gel body obtained in the manufacturing process of the TiO 2 single-phase material, the composite layer structure of Example 1, and the composite layer structure, and the sample after the heat treatment of the silica gel body. .. TiO層のX線回折パターンである。It is an X-ray diffraction pattern of two layers of TiO. 低温乾燥によるシリカゲル乾燥体のX線回折パターンである。It is an X-ray diffraction pattern of the silica gel dried body by low temperature drying. 高温加熱後の実施例1に係る複合層状構造体のX線回折パターンである。It is an X-ray diffraction pattern of the composite layered structure which concerns on Example 1 after heating at a high temperature. Ti基板上に形成されたTiO膜のパイ皮状構造体の断面構造を模式的に示す概略断面図である。It is the schematic cross-sectional view which shows typically the cross-sectional structure of the pie-skin-like structure of a TIO 2 film formed on a Ti substrate. Ti基板上に形成されたTiO膜のパイ皮状構造体の断面構造を示すSEM画像である。6 is an SEM image showing a cross-sectional structure of a pie crust-like structure of a TIO 2 film formed on a Ti substrate. 図11のTiO膜のパイ皮状構造体の空隙層間の連結孔(ビア)を示すSEM画像である。11 is an SEM image showing connecting holes (vias) between void layers of the pie-skin-like structure of the TiO 2 film of FIG. 11. Ti基板の高温酸化時の保持時間とTiO膜のパイ皮状構造体の膜厚との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the holding time at the time of high temperature oxidation of a Ti substrate, and the film thickness of a pie crust-like structure of a TIO 2 film. Ti基板の表裏面にTiO膜のパイ皮状構造体を形成した場合の表面及び裏面のL*a*b*表色系におけるL*値、a*値、b*値を示す棒グラフである。It is a bar graph which shows the L * value, a * value, and b * value in the L * a * b * color system of the front surface and the back surface when the pie skin-like structure of the TIO 2 film is formed on the front and back surfaces of the Ti substrate. .. Ti基板上に形成されたTiO膜のパイ皮状構造体について剥離試験後の表面の剥離状態を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the peeling state of the surface after the peeling test about the pie skin-like structure of the TIO 2 film formed on the Ti substrate. 実施例3の途中の高温酸化過程において、Ti基板上に形成されたTiO膜のパイ皮状構造体を有する高温酸化被膜の表面を示す写真である。It is a photograph which shows the surface of the high temperature oxide film which has the pie skin-like structure of the TIO 2 film formed on the Ti substrate in the high temperature oxidation process in the middle of Example 3. FIG. 図16の酸化皮膜に塩化金酸水溶液含浸処理を10回行った後、真空含浸処理を行ってSiOゲルを複合化したAu含有複合層状構造体の表面を示す写真である。6 is a photograph showing the surface of an Au-containing composite layered structure in which the oxide film of FIG. 16 is impregnated with an aqueous solution of chloroauric acid 10 times and then vacuum impregnated to composite a SiO 2 gel. 図16のTiO膜のパイ皮状構造体を有する高温酸化被膜の表面と、塩化金酸水溶液含浸処理を1回又は10回(n=10)行った後、真空含浸処理を行ってSiOゲルを複合化したAu含有複合層状構造体の表面とについての分光測色結果を示すグラフである。 The surface of the high-temperature oxide film having the pie-skin-like structure of the TiO 2 film of FIG. 16 is impregnated with an aqueous solution of chloroauric acid once or 10 times (n = 10), and then vacuum impregnated to perform SiO 2 It is a graph which shows the spectrophotometric result about the surface of the Au-containing composite layered structure in which a gel is composited. Au添加TiO/SiO複合層状構造体(n=10)について、最表面とについてのXPSによるAu 4fスペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the Au 4f spectrum by XPS about the outermost surface of the Au-added TiO 2 / SiO 2 composite layered structure (n = 10). Au添加TiO/SiO複合層状構造体(n=10)について、研磨により表面層を除いた被膜表面についてのXPSによるAu 4fスペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the Au 4f spectrum by XPS about the coating surface which removed the surface layer by polishing about the Au-added TiO 2 / SiO 2 composite layered structure (n = 10). 実施例4に係るAg含有の複合層状構造体の表面の写真である。It is a photograph of the surface of the composite layered structure containing Ag according to Example 4. Ag濃度0.04mol%の場合のAg含有のTiO/SiO複合層状構造体の表面のXPSによるAg 3dスペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the Ag 3d spectrum by XPS of the surface of the TiO 2 / SiO 2 composite layer structure containing Ag when the Ag concentration is 0.04 mol%. Ag濃度0.4mol%の場合のAg含有のTiO/SiO複合層状構造体の表面のXPSによるAg 3dスペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the Ag 3d spectrum by XPS of the surface of the TiO 2 / SiO 2 composite layered structure containing Ag when the Ag concentration is 0.4 mol%. 試料がチタン板(CP Ti)の場合の寒天培地の表面の様子を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the surface of the agar medium when the sample is a titanium plate (CP Ti). 試料が実施例1のTiO/SiO複合層状構造体の場合の寒天培地の表面の様子を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the surface of the agar medium when the sample is the TiO 2 / SiO 2 composite layered structure of Example 1. 試料が実施例4のAg含有のTiO/SiO複合層状構造体の場合の寒天培地の表面の様子を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the surface of the agar medium when the sample is the Ag-containing TiO 2 / SiO 2 composite layer structure of Example 4.

(発明に至った経過)
Ti基板上には陽極酸化によってルチル構造のTiO被膜が形成される。このTiO被膜は、ナノポーラスをもつカラム構造を持つ事が知られており、TiO相の高い生体安全性や光触媒機能から、光触媒利用に関する研究や医療材料への応用を目的とした研究が報告されている。元来TiOは、「チタンホワイト」の名で白色顔料に使用され、化粧品の成分でもあり、また食品添加物にも指定されている人体に安全な材料である。また、高い可視光反射特性と紫外域波長吸収性を持ち、アナターゼ構造と同様にルチル構造も光触媒機能を示すなどの優れた性質を持つ。
(Progress leading to the invention)
A rutile-structured TiO 2 film is formed on the Ti substrate by anodizing. This dio 2 coating is known to have a column structure with nanoporous, and due to the high biosafety and photocatalytic function of the TiO 2 phase, research on the use of photocatalysts and research aimed at application to medical materials have been reported. Has been done. Originally, TiO 2 is used as a white pigment under the name of "titanium white", is also a component of cosmetics, and is a safe material for the human body, which is also designated as a food additive. In addition, it has high visible light reflection characteristics and ultraviolet wavelength absorption, and the rutile structure has excellent properties such as exhibiting a photocatalytic function as well as the anatase structure.

本発明者は、Ti基板表面にTi酸化物を付着させることで、金属に白色の審美性を付与する研究を行ってきた。具体的には、Ti基板を約850℃以上の温度で酸素存在下にて熱処理を施すと陽極酸化同様に表面にルチル型TiOが成長する。これまでの研究でTi基板の高温酸化被膜を数十μm厚まで肥厚化することにより、図10に示すように、自己組織化によって2〜3μm間隔のTiO層と空隙層とが積層されたパイ皮状構造を形成することを見出している。このTiO酸化膜は、日本人の上顎中切歯の歯冠色に近い明度(白色)を呈するため、Ti製歯科材料の表面被覆層への利用を試みている。 The present inventor has conducted research to impart white aesthetics to a metal by adhering a Ti oxide to the surface of a Ti substrate. Specifically, when the Ti substrate is heat-treated at a temperature of about 850 ° C. or higher in the presence of oxygen, rutile-type TiO 2 grows on the surface in the same manner as anodization. In the previous studies, by thickening the high-temperature oxide film on the Ti substrate to a thickness of several tens of μm, as shown in FIG. 10, two TiO layers and a void layer at intervals of 2 to 3 μm were laminated by self-assembly. It has been found to form a pie crust-like structure. Since this TiO 2 oxide film exhibits a brightness (white) close to the crown color of Japanese maxillary central incisors, we are trying to use it for the surface coating layer of Ti dental materials.

しかし、このTiO膜は、図10に示すように、自己組織化によって0.5〜3μm間隔のTiO層2と空隙層3によるパイ皮状構造体7を形成する。TiOは、Ti酸化物の中でも最も脆い酸化物である。さらにこのパイ皮状構造体7には空隙層3があることから、被膜剥離試験においても膜内での凝集破壊が容易に起こり、コーティング層としては強度が不十分である。このTiO白色酸化膜の剥離強度は2〜3MPa程度であり、標準的な接着材の被膜強度(約20〜30MPa)の1/10しかない。この場合、剥離は主にパイ皮状構造体7の中でも脆弱な空隙層3で生じる。そのため、TiO酸化膜の剥離は主にこの空隙層3で起こり、従来の技術ではTiO白色酸化膜が剥がれやすく剥離強度が著しく乏しいという課題があった。 However, as shown in FIG. 10, this TiO 2 film forms a pie crust-like structure 7 consisting of TiO 2 layers 2 and void layers 3 at intervals of 0.5 to 3 μm by self-assembly. TiO 2 is the most brittle oxide among Ti oxides. Further, since the pie crust-like structure 7 has the void layer 3, cohesive fracture in the film easily occurs even in the film peeling test, and the strength of the coating layer is insufficient. The peel strength of this TiO 2 white oxide film is about 2 to 3 MPa, which is only 1/10 of the film strength of a standard adhesive (about 20 to 30 MPa). In this case, the peeling occurs mainly in the fragile void layer 3 in the pie crust-like structure 7. Therefore, the peeling of the TiO 2 oxide film mainly occurs in the void layer 3, and the conventional technique has a problem that the TiO 2 white oxide film is easily peeled off and the peeling strength is remarkably poor.

本発明者は、真空下におけるゾル・ゲル法によって、TiO膜のパイ皮状構造体の空隙層にSiOをハイブリッド化(複合化)することを試みた。ハイブリッド化によって、TiO膜のパイ皮状構造体の空隙層にシリカゾルが入り込む。その後、乾燥させてシリカゲル化させ、高温加熱して結晶化させた。これによって、TiO膜のパイ皮状構造体全体の剥離強度が著しく向上し、Ti基板からTiO−SiO複合層状構造体からなる白色酸化膜が剥がれにくくなるという新たな知見を得た。更に、空隙層にSiOの充填を行った場合、TiO膜の明度(白さ)は維持されるか、僅かに増加することを見出した。
以上によって本発明に至ったものである。
The present inventor has attempted to hybridize (composite) SiO 2 in the void layer of the pie crust-like structure of the TiO 2 film by the sol-gel method under vacuum. By hybridization, silica sol enters the void layer of the pie crust-like structure of the TiO 2 membrane. Then, it was dried and made into silica gel, and heated at a high temperature to crystallize. As a result, a new finding has been obtained that the peeling strength of the entire pie-skin-like structure of the TiO 2 film is remarkably improved, and the white oxide film made of the TiO 2- SiO 2 composite layered structure is less likely to be peeled from the Ti substrate. Furthermore, it has been found that when the void layer is filled with SiO 2 , the brightness (whiteness) of the TiO 2 film is maintained or slightly increased.
The above has led to the present invention.

第1の態様に係る複合層状構造体は、Ti基板と、
前記Ti基板の表面に設けられた2層のTiO層と前記2層のTiO層を接続するTiOの骨格と前記2層のTiO層の間の前記TiOの骨格以外の間隙を占めるSiO層とが積層された積層体と、
を含む。
The composite layered structure according to the first aspect includes a Ti substrate and
A gap other than the backbone of the TiO 2 between the Ti substrate 2 layer TiO 2 layer and the second layer of TiO 2 skeleton and the two-layer TiO 2 layer connecting the TiO 2 layer of which is provided on the surface of A laminated body in which two layers of SiO occupying are laminated, and
including.

上記構成によれば、生体安全性に優れるTi基板及びTiO膜をベースとし、白色性に優れ、高い剥離強度を有する。 According to the above configuration, it is based on a Ti substrate and a TIO 2 film having excellent biosafety, and has excellent whiteness and high peel strength.

第2の態様に係る複合層状構造体は、上記第1の態様において、前記積層体の前記TiO層の厚さは、0.5μm〜5μmの範囲であってもよい。 In the composite layered structure according to the second aspect, in the first aspect, the thickness of the dio 2 layer of the laminated body may be in the range of 0.5 μm to 5 μm.

第3の態様に係る複合層状構造体は、上記第1又は第2の態様において、前記積層体の前記SiO層の厚さは、0.2μm〜5μmの範囲であってもよい。 In the composite layered structure according to the third aspect, in the first or second aspect, the thickness of the SiO 2 layer of the laminated body may be in the range of 0.2 μm to 5 μm.

第4の態様に係る複合層状構造体は、上記第1から第3のいずれかの態様において、前記積層体は、前記2層のTiO層と前記TiOの骨格と前記SiO層とが複数組にわたって積層されていてもよい。 The composite layered structures according to the fourth aspect, in the third one of embodiments from the first, the laminate, the two-layer TiO 2 layer and said TiO 2 skeleton and the SiO 2 layer is It may be laminated over a plurality of sets.

第5の態様に係る複合層状構造体は、上記第1から第4のいずれかの態様において、前記積層体の厚さは、10μm以上であってもよい。 In any of the first to fourth aspects of the composite layered structure according to the fifth aspect, the thickness of the laminated body may be 10 μm or more.

第6の態様に係る複合層状構造体は、上記第1から第5のいずれかの態様において、L*a*b*表色系における明度L*値は、70以上であってもよい。 In any of the first to fifth aspects of the composite layered structure according to the sixth aspect, the lightness L * value in the L * a * b * color system may be 70 or more.

第7の態様に係る複合層状構造体は、上記第1から第6のいずれかの態様において、前記積層体の前記SiO層は、Auコロイド又はAgイオンを含んでもよい。 In the composite layered structure according to the seventh aspect, in any one of the first to sixth aspects, the SiO 2 layer of the laminated body may contain Au colloid or Ag ions.

第8の態様に係る複合層状構造体の製造方法は、Ti基板を酸化雰囲気下で800℃以上の温度で加熱して、Ti基板の上に、2層のTiO層と前記2層のTiO層を接続するTiOの骨格と前記2層のTiO層の間の前記TiOの骨格以外の空隙層とが積層されたパイ皮状構造体を形成する加熱酸化処理工程と、
真空含浸ゾルゲル法によってシリカ前駆体のSi含有アルコキシドを加水分解と縮重合によってゾル化させると共に、得られたシリカゾルを前記パイ皮状構造体の前記空隙層に含浸させると共に、前記シリカゾルの少なくとも一部をシリカゲル化させる、真空含浸工程と、
前記シリカゲルを乾燥させる乾燥工程と、
前記シリカゲルを結晶化温度以上の温度で加熱して結晶化させる加熱工程と、
を含む。
Manufacturing method of the eighth composite layered structure according to the aspect, by heating at a temperature above 800 ° C. The Ti substrate in an oxidizing atmosphere, on the Ti substrate, the TiO 2 layer of 2-layer the second layer TiO a thermal oxidation treatment step and the gap layer other than the backbone of the TiO 2 between the TiO 2 backbone wherein 2-layer TiO 2 layer to form a stacked pie skin-like structure that connects the two layers,
The Si-containing alkoxide of the silica precursor is hydrolyzed and polycondensed by the vacuum-impregnated sol-gel method, and the obtained silica sol is impregnated into the void layer of the pie crust-like structure, and at least a part of the silica sol. Vacuum impregnation process and
A drying step of drying the silica gel and
A heating step of heating the silica gel at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature to crystallize the silica gel.
including.

上記構成によれば、真空含浸ゾルゲル法によってTiO膜のパイ皮状構造体の空隙層にシリカゾルを真空含浸させると共に、乾燥させてシリカゲル化させ、加熱してシリカゲルを結晶化させている。これによって、TiO膜のパイ皮状構造体の空隙層にSiO層を形成して補強することができ、TiO単相材に比べて4倍以上の剥離強度を持つ被膜を得ることができる。 According to the above configuration, the void layer of the pie crust-like structure of the TiO 2 film is vacuum-impregnated with silica sol by the vacuum-impregnated sol-gel method, dried to silica gel, and heated to crystallize silica gel. As a result, the SiO 2 layer can be formed and reinforced in the void layer of the pie crust-like structure of the TiO 2 film, and a film having a peel strength four times or more that of the TiO 2 single-phase material can be obtained. it can.

第9の態様に係る複合層状構造体の製造方法は、上記第8の態様において、前記真空含浸工程の前に、前記パイ皮状構造体にAuコロイド溶液または塩化金水溶液を真空含浸させる金含浸工程を含んでもよい。 The method for producing a composite layered structure according to a ninth aspect is, in the eighth aspect, gold impregnation in which the pie crust structure is vacuum impregnated with an Au colloidal solution or a gold chloride aqueous solution before the vacuum impregnation step. The process may be included.

第10の態様に係る複合層状構造体の製造方法は、上記第8又は第9の態様において、前記真空含浸工程において、前記シリカ前駆体に硝酸銀を加えてもよい。 In the method for producing a composite layered structure according to a tenth aspect, silver nitrate may be added to the silica precursor in the vacuum impregnation step in the eighth or ninth aspect.

以下、実施の形態に係る複合層状構造体及びその製造方法について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。 Hereinafter, the composite layered structure and the method for manufacturing the composite layered structure according to the embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, substantially the same members are designated by the same reference numerals.

(実施の形態1)
<複合層状構造体>
図1は、実施の形態1に係る複合層状構造体の断面構造を模式的に示す概略断面図である。この複合層状構造体10は、Ti基板1と、Ti基板1の表面に設けられた2層のTiO層2と2層のTiO層2を接続するTiOの骨格6と2層のTiO層2の間のTiOの骨格6以外の間隙を占めるSiO層4とが積層された積層体8と、を含む。この複合層状構造体10では、図10に示すTi基板1上に高温酸化反応で形成されたTiO膜のパイ皮状構造体7の2層のTiO層2の間の空隙層3にSiO層4を充填して補強していることを特徴とする。この積層体8は、TiO層とSiO層とが単に交互に積層された超格子構造等とは異なり、SiO層4がTiOの骨格6と共に存在する。また、積層体8は、2層のTiO層2とTiOの骨格6とSiO層4とが複数組にわたって積層されていてもよい。この場合、積層体8の層に垂直な方向にわたって複数のSiO層が互いに接続されている。これによって、この複合層状構造体10の積層体8では、後述する実施例1に示すように、元のTiO膜のパイ皮状構造体7に比べて剥離強度が4倍以上、好ましくは10倍以上と大幅に改善されている。また複合層状構造体10の積層体8の硬度も向上している。
なお、SiO層は、結晶化している場合に限られず、非結晶(アモルファス)部分を含んでもよい。
(Embodiment 1)
<Composite layered structure>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure of the composite layered structure according to the first embodiment. The composite layered structure 10 includes a Ti substrate 1, a skeleton 6 of the TiO 2 that connects the two layers of TIM 2 layer 2 provided on the surface of the Ti substrate 1, and two layers of thio 2 layer 2, and two layers of thio. Includes a laminate 8 in which a SiO 2 layer 4 occupying a gap other than the skeleton 6 of the TiO 2 between the two layers 2 is laminated. In the composite layered structure 10, SiO the space layers 3 between which Ti substrate 1 on the high temperature oxidation reaction formed two layers TiO 2 layer of the TiO 2 film pie skin-like structure 7 2 shown in FIG. 10 It is characterized in that the two layers 4 are filled and reinforced. In this laminated body 8, unlike a superlattice structure in which TiO 2 layers and SiO 2 layers are simply alternately laminated, the SiO 2 layer 4 exists together with the skeleton 6 of TiO 2. Further, in the laminated body 8, the two layers of the TiO 2 layer 2 and the skeleton 6 of the TiO 2 and the SiO 2 layer 4 may be laminated in a plurality of sets. In this case, a plurality of SiO 2 layers are connected to each other in a direction perpendicular to the layer of the laminated body 8. As a result, in the laminated body 8 of the composite layered structure 10, the peel strength is four times or more, preferably 10 times or more, as compared with the pie-skin-like structure 7 of the original TiO 2 film, as shown in Example 1 described later. It has been greatly improved by more than double. Further, the hardness of the laminated body 8 of the composite layered structure 10 is also improved.
The SiO 2 layer is not limited to the case where it is crystallized, and may include a non-crystal (amorphous) portion.

図2は、複合層状構造体10を構成する積層体8の膜厚と明度L*との関係を示すグラフである。
図2に示すように、積層体8の厚さがおよそ10μm以上で明度L*が70以上となることがわかる。なお、積層体8の厚さが100μmに至るまで明度L*はおよそ80を示す。明度L*が70以上であるので、基板の金属色を被覆し、表面色を灰色から白色に出来る。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the film thickness of the laminated body 8 constituting the composite layered structure 10 and the brightness L *.
As shown in FIG. 2, it can be seen that the thickness of the laminated body 8 is about 10 μm or more and the brightness L * is 70 or more. The brightness L * shows about 80 until the thickness of the laminated body 8 reaches 100 μm. Since the brightness L * is 70 or more, the metallic color of the substrate can be coated and the surface color can be changed from gray to white.

以下にこの複合層状構造体10を構成する構成要素について説明する。 The components constituting the composite layered structure 10 will be described below.

<Ti基板>
Ti基板1は、純度98%以上のTi基板であればよい。さらに、工業用純Tiからなるものであってもよい。例えば、Commercially Pure(CP) Ti Grade 2であってもよい。なお、JIS規格(JIS H4650)1種、2種、3種、4種のいずれの純TiからなるTi基板であってもよい。
<Ti board>
The Ti substrate 1 may be a Ti substrate having a purity of 98% or more. Further, it may be made of pure industrial Ti. For example, it may be Commercially Pure (CP) Ti Grade 2. A Ti substrate made of any of JIS standard (JIS H4650) 1 type, 2 types, 3 types, and 4 types of pure Ti may be used.

<TiO層>
このTiO層2は、Ti基板1を酸化雰囲気下で800℃以上の温度で加熱することによってTi基板1の表面に形成される。工業的には好ましくは800℃〜1200℃の温度範囲で加熱することが好ましい。また、加熱時間は、例えば10分以上加熱すればよい。なお、効率等を考慮すると工業的には24時間以下の時間範囲で加熱することが好ましい。つまり、このTiO層2は、上記の高温酸化処理によってTi基板1上に形成されるTiO膜のパイ皮状構造体7を構成している(図10)。Ti基板上に熱処理によって自己組織化されるTiO被膜は、その熱処理条件によってTiO層厚さと空隙層の厚さをそれぞれ制御が可能である。TiO層2の厚さは、0.1μm〜5μmの範囲が好ましく、0.5μm〜5μmの範囲がさらに好ましい。0.1μm未満の厚さのTiO層は、多層に積層しにくく、充分な白色度が得られない。一方、1層の厚さが5μmを越えて肥厚化させる場合、結晶粒が大きくなることにより、ゾルの進入経路となる上下の空隙層を繋ぐTiO層内の連結孔(ビア)数も減少することから、真空含浸ゾルゲル法による空隙層へのSiOの充填が不十分となり、ハイブリッド化による十分な強度が得られなくなり剥離強度が低下する。
また、TiO膜のパイ皮状構造体7では、図10に示すように、TiO層2は、空隙層3によって離間している。一方、この複合層状構造体10では、図1に示すように、TiO層2は、SiO層4を介して離間している。なお、各TiO層2はTiOの骨格6で接続されている。
<Tio 2 layer>
The TiO 2 layer 2 is formed on the surface of the Ti substrate 1 by heating the Ti substrate 1 at a temperature of 800 ° C. or higher in an oxidizing atmosphere. Industrially, it is preferable to heat in the temperature range of 800 ° C. to 1200 ° C. The heating time may be, for example, 10 minutes or more. In consideration of efficiency and the like, it is industrially preferable to heat in a time range of 24 hours or less. That is, the TiO 2 layer 2 constitutes the pie-skin-like structure 7 of the TiO 2 film formed on the Ti substrate 1 by the above-mentioned high-temperature oxidation treatment (FIG. 10). The TIO 2 coating self-assembled on the Ti substrate by heat treatment can control the thickness of the TIO 2 layer and the thickness of the void layer depending on the heat treatment conditions. The thickness of the TiO 2 layer 2 is preferably in the range of 0.1 μm to 5 μm, more preferably in the range of 0.5 μm to 5 μm. The TiO 2 layer having a thickness of less than 0.1 μm is difficult to be laminated in multiple layers, and sufficient whiteness cannot be obtained. On the other hand, when the thickness of one layer exceeds 5 μm and the thickness is increased, the number of connecting holes (vias) in the TiO 2 layer connecting the upper and lower void layers that serve as the entry path of the sol decreases due to the increase in crystal grains. Therefore, the filling of SiO 2 in the void layer by the vacuum impregnated sol-gel method becomes insufficient, sufficient strength cannot be obtained by hybridization, and the peel strength decreases.
Further, in the pie-skin-like structure 7 of the TiO 2 film, as shown in FIG. 10, the TiO 2 layer 2 is separated by the void layer 3. On the other hand, in the composite layered structure 10, as shown in FIG. 1, the TiO 2 layer 2 is separated from each other via the SiO 2 layer 4. Each TiO 2 layer 2 is connected by a skeleton 6 of TiO 2.

<SiO層>
SiO層4は、Ti基板1上に形成されたTiO膜のパイ皮状構造体7の空隙層3に真空含浸法によって充填されたSi含有の有機化合物をシリカゲル(SiOゲル)化し、次いで、結晶化することによって形成される。なお、SiO層4は、結晶化されたものに限られず、非結晶(アモルファス)部分を含んでもよい。SiO層の厚さは空隙層間隔で決まる。上述の様に、空隙間隔はTiO被膜作製時の熱処理条件によって制御が可能である。SiO層4の厚さは、0.2μm〜5μmの範囲であってもよい。SiO層の厚さが薄すぎると、SiO層のハイブリッド化(複合化)による補強効果が得られず、厚すぎる場合は、複合層状構造体の骨格となるTiO自己組織膜自体の強度が低下する。また、各SiO層4は、ビア(連結孔)5によって接続されている。
<SiO 2 layer>
The SiO 2 layer 4 is formed by silica gel (SiO 2 gel) of a Si-containing organic compound filled in the void layer 3 of the pie crust-like structure 7 of the TIO 2 film formed on the Ti substrate 1 by a vacuum impregnation method. It is then formed by crystallization. The SiO 2 layer 4 is not limited to the crystallized one, and may include a non-crystal (amorphous) portion. The thickness of the two layers of SiO is determined by the spacing between the void layers. As described above, the gap spacing can be controlled by the heat treatment conditions at the time of forming the TiO 2 film. The thickness of the SiO 2 layer 4 may be in the range of 0.2 μm to 5 μm. If the thickness of the SiO 2 layer is too thin, the reinforcing effect due to the hybridization (composite) of the SiO 2 layer cannot be obtained, and if it is too thick, the strength of the TiO 2 self-assembled monolayer itself which is the skeleton of the composite layered structure itself. Decreases. Further, each SiO 2 layer 4 is connected by a via (connecting hole) 5.

<添加物について>
なお、酸化膜の色調は、酸化物自身の色と被膜の厚みで決まる。TiO酸化膜は、後述のように高い明度L*とわずかな黄色味+b*を有する。そこで、被膜の肥厚化により明度(L*)と黄色味(+b*)を増加させることが出来る。一方、酸化物色自体は赤味(+a*)を殆ど持たず、肥厚化によっては赤みを制御出来ない。歯冠色により近づけるためには、何らかの手法で被膜の色に赤味を持たせる事が必要である。例えば、後述する実施例2で示すように、TiO/SiO複合層状構造体において、SiO層への金属錯体等の色素添加によりTiO単相では不可能であった赤味を持たせることができる。色調のバリエーションが増えることで、歯科材料としての高い審美性への要求に答えることも可能となる。更には、SiO層へのフッ素イオン添加による齲蝕防止、銀イオン添加による抗菌性の付与など、機能性向上による付加価値化が期待できる。
<About additives>
The color tone of the oxide film is determined by the color of the oxide itself and the thickness of the film. The TiO 2 oxide film has a high lightness L * and a slight yellowish color + b * as described later. Therefore, the lightness (L *) and the yellowness (+ b *) can be increased by thickening the coating film. On the other hand, the oxide color itself has almost no redness (+ a *), and the redness cannot be controlled by thickening. In order to get closer to the crown color, it is necessary to make the color of the coating reddish by some method. For example, as shown in Example 2 described later, in the TiO 2 / SiO 2 composite layered structure, the addition of a dye such as a metal complex to the SiO 2 layer gives a reddish tint that was not possible with the TiO 2 single phase. be able to. By increasing the variety of color tones, it is possible to meet the demand for high aesthetics as a dental material. Furthermore, it can be expected to add value by improving functionality, such as preventing caries by adding fluorine ions to the SiO 2 layer and imparting antibacterial properties by adding silver ions.

<複合層状構造体の製造方法>
実施の形態1に係る複合層状構造体の製造方法について説明する。
(1)まず、Ti基板を用意する。具体的には、例えば、工業用Ti基板を用意する。なお、表面を研磨して面性状を一様としてもよい。さらに、超音波洗浄等の後、乾燥させて、試験片表面の汚染を排除してもよい。
(2)次に、Ti基板を酸化雰囲気下で800℃以上の温度で加熱する。工業的には好ましくは800℃〜1200℃の温度範囲が好ましい。また、加熱時間は、例えば10分以上加熱してもよい。なお、効率等を考慮すると工業的には24時間以下の時間範囲で加熱することが好ましい。酸化雰囲気としては、酸素含有雰囲気、例えば、大気中であってもよい。また、具体的には、例えば、熱処理炉を用い、大気中でTi基板を加熱保持した後に炉冷してもよい。これによってTi基板上にTiO層と空隙層とが積層されたTiO膜のパイ皮状構造体を形成できる。
(3)次いで、真空含浸ゾルゲル法によってシリカ前駆体自体、又は、シリカ前駆体から加水分解・縮重合を経て得られるシリカゾルをTiO膜のパイ皮状構造体内の空隙層に真空含浸させる。真空含浸ゾルゲル法では、例えば、絶対圧力で200hPa以下としてもよい。例えば、シリカ前駆体としてTEOSを用い、酸触媒にHClを用いてもよい。なお、真空含浸の際に縮重合がさらに進行して、シリカゾルの一部がシリカゲルに変化してもよい。あるいは、シリカゾルの全部がシリカゲルに変化してもよい。
(4)その後、必要に応じて乾燥工程を行ってもよい。例えば、40℃〜100℃で低温乾燥を行って、空隙層に真空含浸させた上記シリカゾルをシリカゲルとすることができる。なお、上記温度範囲は例示であって、さらに低温での乾燥を行ってもよい。また、乾燥の雰囲気は、真空雰囲気であってもよい。上記真空含浸時にシリカゾルからシリカゲルへの変化が完了していた場合も乾燥工程によって、シリカゲルを乾燥させることができる。この乾燥工程によって、例えば、溶媒、副生成物等を除去することができる。
(5)次いで、必要に応じて二酸化ケイ素(SiO)の結晶化温度(573℃)以上の温度で加熱工程を行ってもよい。この加熱によって、シリカゲルを結晶化させることができる。
なお、上記工程のうち、(4)乾燥工程及び/又は(5)加熱工程は、必須の工程ではなく、任意に行えばよい。
以上の工程によって、Ti基板1と、その上に形成されたTiO層2と上下2層のTiO層2を接続するTiOの骨格6と上下2層のTiO層2の間のTiOの骨格以外の間隙を占めるSiO層4とが積層された積層体8と、を含む複合層状構造体10を得ることができる。
<Manufacturing method of composite layered structure>
A method for manufacturing the composite layered structure according to the first embodiment will be described.
(1) First, a Ti substrate is prepared. Specifically, for example, an industrial Ti substrate is prepared. The surface may be polished to make the surface texture uniform. Further, after ultrasonic cleaning or the like, the test piece may be dried to eliminate contamination on the surface of the test piece.
(2) Next, the Ti substrate is heated at a temperature of 800 ° C. or higher in an oxidizing atmosphere. Industrially, the temperature range of 800 ° C. to 1200 ° C. is preferable. Further, the heating time may be, for example, 10 minutes or more. In consideration of efficiency and the like, it is industrially preferable to heat in a time range of 24 hours or less. The oxidizing atmosphere may be an oxygen-containing atmosphere, for example, the atmosphere. Further, specifically, for example, a heat treatment furnace may be used to heat and hold the Ti substrate in the atmosphere and then cool the furnace. This enables forming a pie-skin-like structure of the TiO 2 film and the TiO 2 layer and the gap layer is stacked on Ti substrate.
(3) Next, the silica precursor itself or the silica sol obtained by hydrolysis and polycondensation from the silica precursor by the vacuum impregnation sol-gel method is vacuum impregnated in the void layer in the pie crust-like structure of the TiO 2 film. In the vacuum impregnated sol-gel method, for example, the absolute pressure may be 200 hPa or less. For example, TEOS may be used as the silica precursor and HCl may be used as the acid catalyst. In addition, polycondensation may further proceed during vacuum impregnation, and a part of the silica sol may be changed to silica gel. Alternatively, the entire silica gel may be converted to silica gel.
(4) After that, a drying step may be performed if necessary. For example, the silica gel obtained by vacuum-impregnating the void layer by low-temperature drying at 40 ° C. to 100 ° C. can be used as silica gel. The above temperature range is an example, and drying may be performed at a lower temperature. Moreover, the dry atmosphere may be a vacuum atmosphere. Even when the change from silica gel to silica gel is completed at the time of the vacuum impregnation, the silica gel can be dried by the drying step. By this drying step, for example, solvents, by-products and the like can be removed.
(5) Next, if necessary, the heating step may be performed at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature (573 ° C.) of silicon dioxide (SiO 2). Silica gel can be crystallized by this heating.
Of the above steps, the (4) drying step and / or (5) heating step is not an essential step and may be performed arbitrarily.
The process described above, Ti and the substrate 1, TiO between on the formed the TiO 2 layer 2 as a skeleton 6 of TiO 2 that connects the TiO 2 layer 2 of upper and lower layers upper and lower layers TiO 2 layer 2 to the It is possible to obtain a composite layered structure 10 including a laminated body 8 in which a SiO 2 layer 4 occupying a gap other than the skeleton of 2 is laminated.

(TiO膜のパイ皮状構造体)
図10は、Ti基板1上に形成されたTiO膜のパイ皮状構造体7の断面構造を模式的に示す概略断面図である。図11は、Ti基板1上に形成されたTiO膜のパイ皮状構造体7の断面構造を示すSEM画像である。図12は、図11のTiO膜のパイ皮状構造体7の空隙層間の連結孔(ビア)を示すSEM画像である。図13は、Ti基板の高温酸化時の保持時間とTiO膜のパイ皮状構造体の膜厚との関係を示すグラフである。
Ti基板1上の高温酸化被膜を数十μm厚まで肥厚化することにより、自己組織化によって0.5〜3μm間隔のTiO層2と空隙層3によるパイ皮状構造7を形成する。また、このTiO酸化膜は、歯冠色に近い明度(白色)を呈する。このTiO膜のパイ皮状構造体7は、TiO層2と、上下2層のTiO層の間の空隙層3とが積層されて構成されている。また、上下2層のTiO層は、TiOの骨格6で接続されている。また、図12に示されるように、TiO層2は、数μm径の結晶で構成されており、各TiO層2には、その上下の空隙層3を繋ぐ直径数百nm程度の連結孔(ビア)5が多数存在する。つまり、各空隙層3は、ビア5で接続されている。なお、図10の概略断面図では、TiO層2は、面に垂直方向にわたってほぼ同じ厚さとして示している。一方、図11に示すように、実際にはTi基板1の表面から内部に向かって酸化反応が進行するため、表面側のTiO層2が比較的厚く、Ti基板に近い深部のTiO層2が比較的薄くなる。また、図13に示すように、高温酸化時の保持時間が長くなるにつれてTiO膜のパイ皮状構造体の膜厚は厚くなる。膜厚の増加速度は徐々に緩くなるが、180分余りで厚さ200μmに達することがわかる。
(Tio 2 membrane pie crust structure)
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure of a pie-skin-like structure 7 of a TIO 2 film formed on a Ti substrate 1. FIG. 11 is an SEM image showing the cross-sectional structure of the pie-skin-like structure 7 of the TIO 2 film formed on the Ti substrate 1. FIG. 12 is an SEM image showing connecting holes (vias) between the void layers of the pie crust-like structure 7 of the TiO 2 film of FIG. FIG. 13 is a graph showing the relationship between the retention time of the Ti substrate during high-temperature oxidation and the film thickness of the pie-skin-like structure of the TIO 2 film.
By thickening the high-temperature oxide film on the Ti substrate 1 to a thickness of several tens of μm, a pie crust-like structure 7 is formed by the TIO 2 layer 2 and the void layer 3 at intervals of 0.5 to 3 μm by self-organization. Further, the TiO 2 oxide film exhibits luminosity (white) near the crown color. The pie-skin-like structure 7 of the TiO 2 film is formed by laminating the TiO 2 layer 2 and the void layer 3 between the upper and lower two TiO 2 layers. Further, TiO 2 layers of upper and lower layers are connected with TiO 2 skeletal 6. Further, as shown in FIG. 12, the TiO 2 layer 2 is composed of crystals having a diameter of several μm, and each TiO 2 layer 2 is connected to the void layers 3 above and below the dio 2 layer 2 with a diameter of about several hundred nm. There are many holes (vias) 5. That is, each void layer 3 is connected by a via 5. In the schematic cross-sectional view of FIG. 10, the TiO 2 layer 2 is shown as having substantially the same thickness in the direction perpendicular to the surface. On the other hand, as shown in FIG. 11, since the oxidation reaction actually proceeds from the surface of the Ti substrate 1 toward the inside, the TiO 2 layer 2 on the surface side is relatively thick, and the TiO 2 layer in the deep part close to the Ti substrate is used. 2 becomes relatively thin. Further, as shown in FIG. 13, the film thickness of the pie crust-like structure of the TiO 2 film becomes thicker as the holding time during high-temperature oxidation becomes longer. The rate of increase in film thickness gradually slows down, but it can be seen that the thickness reaches 200 μm in about 180 minutes.

図14は、Ti基板の表裏面にTiO膜のパイ皮状構造体を形成した場合の表面及び裏面のL*a*b*表色系におけるL*値、a*値、b*値を示す棒グラフである。
図14に示すように、表裏面のTiO膜のパイ皮状構造体は、明度L*値が80前後と高い。一方、赤−緑色を示すa*値がほぼゼロであり、青−黄色を示すb*値が約8前後であるので、肉眼ではわずかに黄色がかった白色に見える。
FIG. 14 shows the L * value, a * value, and b * value in the L * a * b * color system of the front surface and the back surface when the pie-skin-like structure of the TIO 2 film is formed on the front and back surfaces of the Ti substrate. It is a bar graph which shows.
As shown in FIG. 14, the pie-skin-like structure of the TiO 2 film on the front and back surfaces has a high lightness L * value of around 80. On the other hand, since the a * value indicating red-green is almost zero and the b * value indicating blue-yellow is around 8, it looks slightly yellowish white to the naked eye.

図15は、Ti基板上に形成されたTiO膜のパイ皮状構造体について剥離試験後の表面12の剥離状態を示す概略図である。
図15に示すように、剥離試験後の表面12は白色を呈する。つまり、剥離はTiO膜のパイ皮状構造体7の主に空隙層3で生じるため、剥離面12にはTiO層2の白色酸化膜が残留することがわかる。
FIG. 15 is a schematic view showing a peeled state of the surface 12 of the pie-skin-like structure of the TiO 2 film formed on the Ti substrate after the peeling test.
As shown in FIG. 15, the surface 12 after the peeling test is white. That is, since the peeling occurs mainly in the void layer 3 of the pie-skin-like structure 7 of the TiO 2 film, it can be seen that the white oxide film of the TiO 2 layer 2 remains on the peeling surface 12.

(真空含浸ゾルゲル法)
真空含浸ゾルゲル法では、ゾルゲル法の面では、例えば、TEOS(オルトケイ酸テトラエチル)などのSi含有アルコキシド(シリカ前駆体)を用いる。また、酸性条件又は塩基性条件で、加水分解・重縮合反応を行わせて、アルコールを脱離させてシリカゾル(SiO(シリカ、二酸化ケイ素))を合成する。一方、真空含浸の面では、シリカ前駆体であるSi含有アルコキシド又はその加水分解後のシリカゾル等をTiO膜のパイ皮状構造体の空隙層に真空含浸させる。真空含浸は、雰囲気を減圧することによって行えばよい。上記雰囲気の絶対圧力は、例えば200hPa以下であればよい。さらに低真空雰囲気であってもよい。なお、真空含浸中に、さらに縮重合が進行してシリカゾルの一部がシリカゲルに変化してもよい。あるいは、シリカゾルの全部がシリカゲルに変化してもよい。
(Vacuum impregnated sol-gel method)
In the vacuum impregnated sol-gel method, in terms of the sol-gel method, for example, a Si-containing alkoxide (silica precursor) such as TEOS (tetraethyl orthosilicate) is used. Further, a hydrolysis / polycondensation reaction is carried out under acidic or basic conditions to desorb alcohol to synthesize silica sol (SiO 2 (silica, silicon dioxide)). On the other hand, in terms of vacuum impregnation, the void layer of the pie crust-like structure of the TiO 2 film is vacuum impregnated with a Si-containing alkoxide which is a silica precursor or a silica sol after hydrolysis thereof. Vacuum impregnation may be performed by reducing the pressure in the atmosphere. The absolute pressure of the atmosphere may be, for example, 200 hPa or less. Further, a low vacuum atmosphere may be used. In addition, during vacuum impregnation, partial polycondensation may proceed further and a part of the silica sol may be changed to silica gel. Alternatively, the entire silica gel may be converted to silica gel.

(シリカ前駆体)
ゾルゲル法によってSiO層(シリカ)を形成するためのシリカ前駆体としては、例えば、TEOS等のSi含有アルコキシドを用いることができる。なお、シリカ前駆体としては、ゾルゲル法によってシリカを生成するものであればよく、Si含有アルコキシドに限定するものではない。
(Silica precursor)
As the silica precursor for forming the SiO 2 layer (silica) by the sol-gel method, for example, a Si-containing alkoxide such as TEOS can be used. The silica precursor may be any as long as it produces silica by the sol-gel method, and is not limited to the Si-containing alkoxide.

(触媒)
ゾルゲル法における触媒としては、酸性触媒又は塩基性触媒のいずれであってもよい。酸性触媒としては、例えば、塩酸(HCl)、硝酸、硫酸、酢酸等を使用できる。塩基性触媒としては、例えば、アンモニア(NH)、エチルアミン、ピリジン等を使用できる。
なお、TiO層のパイ皮状構造の空隙層に真空含浸させるにあたって、使用する触媒としては塩酸(HCl)が好ましい。触媒として塩酸を用いることによってゾルゲル反応が比較的ゆっくりと進行するため、空隙層に含浸された後にSiOのゾルゲル反応を進行させることができるものと考えられる。
(catalyst)
The catalyst in the sol-gel method may be either an acidic catalyst or a basic catalyst. As the acidic catalyst, for example, hydrochloric acid (HCl), nitric acid, sulfuric acid, acetic acid and the like can be used. As the basic catalyst, for example, ammonia (NH 3 ), ethylamine, pyridine and the like can be used.
Hydrochloric acid (HCl) is preferable as the catalyst used for vacuum impregnating the void layer having a pie crust-like structure of two layers of TiO. Since the sol-gel reaction proceeds relatively slowly by using hydrochloric acid as a catalyst, it is considered that the sol-gel reaction of SiO 2 can proceed after the void layer is impregnated.

(実施例1)
(1)まず、Commercially Pure Ti、Grade 2(以下、「CP Ti」という。)を厚さ1mmにファインカッターで切断した。その後、エメリー紙を用いて#4000まで研磨して面性状を一様とした。さらに、試験片をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥させて、付着物による試験片表面の汚染を排除した。以上によってTi基板を用意した。
(2)次に、熱処理炉を用い、大気中で1000℃(1273K)で30分間(1.8ks)にわたってTi基板を保持した後に炉冷した。これによって、図10に示すようなTi基板1上にTiO層2と空隙層3とが積層されたTiO膜のパイ皮状構造体7を形成した。
(3)次いで、真空含浸ゾルゲル法によってシリカ前駆体から加水分解を経て得られるシリカゾルをTiO膜のパイ皮状構造体内の空隙層に真空含浸させた。真空含浸ゾルゲル法では、例えば、シリカ前駆体としてTEOSを用い、酸触媒としてHClを用いた。具体的には、TEOS(42g)に純水(10g)、エタノール(10g)、酸触媒としてHClを添加し、撹拌しながら真空中でTiO膜のパイ皮状構造体内の空隙層にシリカゾルを真空含浸させた。
(4)その後、60℃(333K)でおよそ一晩にわたって低温乾燥を行った。これによって空隙層に真空含浸させた上記シリカゾルをシリカゲル化させた。
(5)次いで、600℃で100分(6.0ks)にわたって高温加熱を行った。これによって残留する水分や有機物を除去した。
以上の工程によって、実施例1の複合層状構造体を得た。
(Example 1)
(1) First, Commercially Pure Ti and Grade 2 (hereinafter referred to as "CP Ti") were cut to a thickness of 1 mm with a fine cutter. Then, it was polished to # 4000 using emery paper to make the surface texture uniform. In addition, the test piece was ultrasonically cleaned in acetone and dried to eliminate contamination of the test piece surface with deposits. The Ti substrate was prepared by the above.
(2) Next, using a heat treatment furnace, the Ti substrate was held in the air at 1000 ° C. (1273 K) for 30 minutes (1.8 ks) and then cooled in the furnace. Thus, to form a pie-skin-like structure 7 of the TiO 2 film and the TiO 2 layer 2 and the gap layer 3 is laminated on the Ti substrate 1 as shown in FIG. 10.
(3) Next, the silica sol obtained by hydrolysis from the silica precursor by the vacuum-impregnated sol-gel method was vacuum-impregnated in the void layer in the pie crust-like structure of the TiO 2 film. In the vacuum impregnated sol-gel method, for example, TEOS was used as the silica precursor and HCl was used as the acid catalyst. Specifically, pure water (10 g), ethanol (10 g), and HCl as an acid catalyst are added to TEOS (42 g), and silica sol is added to the void layer in the pie crust-like structure of the TiO 2 film in a vacuum while stirring. Vacuum impregnated.
(4) Then, low temperature drying was performed at 60 ° C. (333K) for about overnight. As a result, the silica sol vacuum-impregnated in the void layer was made into silica gel.
(5) Next, high-temperature heating was performed at 600 ° C. for 100 minutes (6.0 ks). As a result, residual water and organic substances were removed.
Through the above steps, the composite layered structure of Example 1 was obtained.

(実施例2)
実施例2では、真空含浸ゾルゲル法において、シリカ前駆体にAuコロイドを含有させた以外は実施例1と同様にして複合層状構造体を得た。
(Example 2)
In Example 2, a composite layered structure was obtained in the same manner as in Example 1 except that the silica precursor contained Au colloid in the vacuum impregnated sol-gel method.

(分光測色計による酸化被膜色の測定)
色調の定量評価をするため、分光測色計を用いて表面酸化被膜の測色を行って、L*a*b*表色系で数値化した。ここで、L*は明度であり、a*は赤−緑の色相に対応し、b*は黄−青の色相に対応している。測色計は、コニカミノルタ製のCM−5を用いた。
(Measurement of oxide film color with a spectrophotometer)
In order to quantitatively evaluate the color tone, the color of the surface oxide film was measured using a spectrophotometer and quantified by the L * a * b * color system. Here, L * corresponds to the lightness, a * corresponds to the hue of red-green, and b * corresponds to the hue of yellow-blue. As the colorimeter, CM-5 manufactured by Konica Minolta was used.

図3は、TiO膜のパイ皮状構造体と実施例1に係る複合層状構造体のL*a*b*表色系におけるL*値、a*値、b*値を示す棒グラフである。
図3に示すように、実施例1に係る複合層状構造体は、明度L*値が80前後と高い。一方、赤−緑色を示すa*値がほぼゼロであり、青−黄色を示すb*値が約8前後であるので、肉眼ではわずかに黄色がかった白色に見える。これによって、Ti製歯科材料の表面被覆層として有用であることがわかる。
また、実施例1に係る複合層状構造体は、TiO膜のパイ皮状構造体と比べて、白さを示す明度L*は、ハイブリッド化により僅かに上昇傾向を示すが、少なくともネガティブな影響を及ぼさない。a*値、b*値もほとんど変化せず、各波長でも反射率もほぼ同じであることがわかる。従って、TiO被膜本来の色調を大きく変化させること無く、被膜の剥離強度の向上が可能となった。
FIG. 3 is a bar graph showing the L * value, a * value, and b * value in the L * a * b * color system of the pie-skin-like structure of the TiO 2 film and the composite layered structure according to Example 1. ..
As shown in FIG. 3, the composite layered structure according to the first embodiment has a high brightness L * value of about 80. On the other hand, since the a * value indicating red-green is almost zero and the b * value indicating blue-yellow is around 8, it looks slightly yellowish white to the naked eye. This shows that it is useful as a surface coating layer for Ti dental materials.
Further, in the composite layered structure according to Example 1, the lightness L *, which indicates whiteness, tends to increase slightly due to hybridization as compared with the pie-skin-like structure of the TiO 2 film, but at least has a negative effect. Does not reach. It can be seen that the a * value and the b * value hardly change, and the reflectance is almost the same at each wavelength. Therefore, it is possible to improve the peel strength of the film without significantly changing the original color tone of the TiO 2 film.

図4は、実施例1に係る複合層状構造体、実施例2におけるSiO層にAuコロイドを含有させた複合層状構造体、及び、TiO膜のパイ皮状構造体のそれぞれの各波長の分光反射率を示すグラフである。
図4に示すように、TiO膜のパイ皮状構造体の空隙層にSiO層を導入することにより、近紫外域では反射率が増加し、また、可視光域の反射率はわずかに増加するか、TiO膜のパイ皮状構造体の場合とほぼ同様である。なお、実施例2に示すように、SiO層にAuコロイドを含有させた場合には、λ=400nmからの反射率の立ち上がりがより低波長側から開始し、全波長に渡り反射率が上昇した。つまり、この複合層状構造体において、シリカゾル中への色素添加による着色や、フッ素イオン添加による齲蝕防止、銀イオン添加による抗菌性の付与など、機能性の付与も可能となる。
FIG. 4 shows the wavelengths of the composite layered structure according to Example 1, the composite layered structure in which the SiO 2 layer in Example 2 contains Au colloid, and the pie skin-like structure of the TiO 2 film. It is a graph which shows the spectral reflectance.
As shown in FIG. 4, by introducing the SiO 2 layer into the void layer of the pie crust-like structure of the TiO 2 film, the reflectance is increased in the near-ultraviolet region, and the reflectance in the visible light region is slightly increased. It increases or is almost the same as in the case of the pie crust-like structure of the TiO 2 film. As shown in Example 2, when Au colloid is contained in the SiO 2 layer, the rise of the reflectance from λ = 400 nm starts from the lower wavelength side, and the reflectance increases over all wavelengths. did. That is, in this composite layered structure, it is possible to impart functionality such as coloring by adding a pigment to the silica sol, prevention of dental caries by adding fluorine ions, and imparting antibacterial properties by adding silver ions.

(密着性試験による剥離強度測定)
密着性測定には、密着性試験機Quad Group Inc.製のROMULUS(商品名)を用いた。酸化被膜表面と上部形状φ2.7mmのスタッドピンをエポキシ系接着剤(150℃(423K)で60分(3.6ks)保持)で固定した。その後、円筒形状の支持台に試験片をのせ、スタッドピンに荷重(10.5kgf/s)を鉛直下方向に加えた。そして、酸化被膜が剥離した際の荷重を接着面積で除し、酸化被膜密着強度を算出した。
(Measurement of peel strength by adhesion test)
For adhesion measurement, the adhesion tester Quad Group Inc. ROMULUS (trade name) manufactured by the same manufacturer was used. The surface of the oxide film and the stud pin having an upper shape of φ2.7 mm were fixed with an epoxy adhesive (held at 150 ° C. (423K) for 60 minutes (3.6ks)). Then, the test piece was placed on the cylindrical support, and a load (10.5 kgf / s) was applied to the stud pin in the vertical downward direction. Then, the load when the oxide film was peeled off was divided by the adhesive area to calculate the oxide film adhesion strength.

図5は、実施例1に係る複合層状構造体及びTiO膜のパイ皮状構造体の剥離強度を示す棒グラフである。図6は、実施例1に係る複合層状構造体における剥離試験後の表面の剥離状態を示す概略図である。
図5に示すように、実施例1に係る複合層状構造体の剥離強度は、TiO膜のパイ皮状構造体の約15倍程度まで上昇した。また、図6に示すように、剥離試験後の剥離面11は、白色ではなく金属色を呈している。つまり、TiO層とSiO層とが積層した積層体内の剥離ではなく、積層体とTi基板との界面での剥離が確認された。更に、複合層状構造体の硬さはTiO単相のHv=604から、ハイブリッド化によりHv=658に上昇した。
FIG. 5 is a bar graph showing the peel strength of the composite layered structure and the pie crust-like structure of the TiO 2 film according to Example 1. FIG. 6 is a schematic view showing a peeling state of the surface of the composite layered structure according to Example 1 after the peeling test.
As shown in FIG. 5, the peel strength of the composite layered structure according to Example 1 increased to about 15 times that of the pie crust-like structure of the TiO 2 film. Further, as shown in FIG. 6, the peeling surface 11 after the peeling test has a metallic color instead of white. That is, it was confirmed that the TiO 2 layer and the SiO 2 layer were not peeled off in the laminated body but at the interface between the laminated body and the Ti substrate. Furthermore, the hardness of the composite layered structure increased from Hv = 604 of the TiO 2 single phase to Hv = 658 by hybridization.

(断面観察と元素マッピング)
図7(a)は、実施例1に係る複合層状構造体の断面構造を示すSEM画像である。図7(b)は、図7(a)と同じ箇所のTiの含まれる箇所を白色で示すSEM−EDS画像である。図7(c)は、図7(a)と同じ箇所のSiの含まれる箇所を白色で示すSEM−EDS画像である。
図7(a)のSEM画像では、Ti基板の表面に垂直な方向を90°傾けて水平にして示している。つまり、紙面の左側から右側に向かってTiO層及びSiO層が積層されている様子を示している。図7(a)では、TiO層が厚く、SiO層が薄く積層されていることがわかる。図7(b)のSEM−EDS画像では、Tiの含まれる箇所が白色で示されており、図7(a)と対応していることがわかる。図7(c)のSEM−EDS画像では、Siの含まれる箇所が白色で示されており、TiO層間の空隙層に、SiO層が導入されているのが元素マッピングから確認された。
(Cross section observation and element mapping)
FIG. 7A is an SEM image showing a cross-sectional structure of the composite layered structure according to the first embodiment. FIG. 7B is an SEM-EDS image showing in white a portion containing Ti in the same portion as in FIG. 7A. FIG. 7 (c) is an SEM-EDS image showing a portion containing Si in the same portion as in FIG. 7 (a) in white.
In the SEM image of FIG. 7A, the direction perpendicular to the surface of the Ti substrate is tilted by 90 ° and shown horizontally. That is, it shows a state in which the TiO 2 layer and the SiO 2 layer are laminated from the left side to the right side of the paper surface. In FIG. 7A, it can be seen that the TiO 2 layer is thick and the SiO 2 layer is thinly laminated. In the SEM-EDS image of FIG. 7 (b), the portion containing Ti is shown in white, and it can be seen that it corresponds to FIG. 7 (a). In the SEM-EDS image of FIG. 7 (c), the portion containing Si is shown in white, and it was confirmed from the element mapping that the SiO 2 layer was introduced into the void layer between the TiO 2 layers.

(シリカゲル乾燥体の状態)
真空含浸ゾルゲル法で複合層状構造体を作製した際、同時に得られるシリカゲル乾燥体は、その時点でゲルの透明度は高い。また、この複合層状構造体の作製時に用いるシリカゲル乾燥体と、従来の手法で得られるシリカゲル乾燥体の光学顕微鏡像を対比すると、真空含浸ゾルゲル法で得られた乾燥シリカゲル体の方が、従来法で得られる乾燥シリカゲル体に比べてボイドが少ない。従って、同様にボイドなどの欠陥の少ないシリカゲルがTiO層間に導入されていると考えられる。つまり、SiO層の結晶化後も初期欠陥が少なく、TiO単相材に比べて複合層状構造体の剥離強度が向上したと考えられる。
(State of dried silica gel)
When the composite layered structure is produced by the vacuum impregnated sol-gel method, the silica gel dried product obtained at the same time has high gel transparency at that time. Further, comparing the optical microscope image of the dried silica gel obtained by the conventional method with the dried silica gel used when producing this composite layered structure, the dried silica gel obtained by the vacuum impregnated sol-gel method is the conventional method. There are fewer voids than the dry silica gel obtained in. Therefore, it is considered that silica gel having few defects such as voids is similarly introduced between the TiO 2 layers. That is, it is considered that the initial defects were few even after the crystallization of the SiO 2 layer, and the peel strength of the composite layered structure was improved as compared with the TiO 2 single-phase material.

(X線光電子分光法(XPS)による表面分析)
図8は、TiO単相材、実施例1の複合層状構造体、複合層状構造体の作製過程で得られる乾燥シリカゲル体と、シリカゲル体の加熱処理後の試料についてのXPSによるO 1sスペクトルを示す図である。なお、TiO単相材のダブルピークはいずれもTiOに起因するものである。
図8に示すように、実施例1の複合層状構造体は、真空含浸ゾルゲル法による生成物はSiOであることがわかる。
(Surface analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS))
FIG. 8 shows the O 1s spectra of the TiO 2 single-phase material, the composite layered structure of Example 1, the dried silica gel body obtained in the process of producing the composite layered structure, and the sample after the heat treatment of the silica gel body by XPS. It is a figure which shows. The double peaks of the TiO 2 single-phase material are all caused by TiO 2.
As shown in FIG. 8, it can be seen that in the composite layered structure of Example 1, the product obtained by the vacuum impregnated sol-gel method is SiO 2.

(X線回折(線源:Cu)によるSiOの結晶性評価)
図9Aは、TiO層のX線回折パターンである。図9Bは、低温乾燥による乾燥シリカゲル体のX線回折パターンである。図9Cは、高温加熱後の実施例1に係る複合層状構造体のX線回折パターンである。
図9Aに示すように、TiO単相材は、ルチル(Rutile)構造のTiOを示すスペクトルのピーク(「R」及び面指数を付して示す)が現れている。図9Bに示すように、乾燥シリカゲル体では結晶性の低さを示すブロードなピークが得られた。一方、図9Cに示すように、実施例1に係る複合層状構造体では、TiO層のシャープなピーク(「R」及び面指数を付して示す)と、SiO層の結晶に対応すると考えられるピーク(「S」及び面指数を付して示す:(110)S及び(01−2)S)がそれぞれ現れており、600℃での加熱によって一部結晶化したSiO層が形成されていることが確認された。
(Evaluation of the crystallinity of SiO 2 by X-ray diffraction (radioactive source: Cu))
FIG. 9A is an X-ray diffraction pattern of two layers of TiO. FIG. 9B is an X-ray diffraction pattern of the dried silica gel body by low temperature drying. FIG. 9C is an X-ray diffraction pattern of the composite layered structure according to Example 1 after heating at a high temperature.
As shown in FIG. 9A, the TiO 2 single-phase material has a peak (indicated by “R” and a plane index) of the spectrum showing TiO 2 having a rutile structure. As shown in FIG. 9B, a broad peak indicating low crystallinity was obtained in the dry silica gel body. On the other hand, as shown in FIG. 9C, the composite layered structure according to the first embodiment corresponds to the sharp peak of the TiO 2 layer (shown with “R” and the plane index) and the crystal of the SiO 2 layer. Possible peaks (shown with "S" and surface index: (110) S and (01-2) S) appear, respectively, and a partially crystallized SiO 2 layer is formed by heating at 600 ° C. It was confirmed that it was done.

(実施の形態2)
実施の形態2に係る複合層状構造体の製造方法は、実施の形態1に係る複合層状構造体の製造方法と対比すると、シリカゲルの真空含浸工程の前に、TiO膜のパイ皮状構造体にAuコロイド溶液または塩化金水溶液を真空含浸させる金含浸工程を含む点で相違する。それ以外の工程については実施の形態1と実質的に同様であるので説明を省略する。
TiO/SiO複合層状構造体の色調は、酸化物自身の色と被膜の厚みで決まる。この場合、被膜の肥厚化により明度(L*)と黄色味(+b*)を増加させることは出来るが、酸化物色自体が赤味(+a*)を殆ど持たず、肥厚化による制御が出来ない。歯冠色により近づけるためには、何らかの手法で被膜の色に赤味を持たせる事が必要であった。本発明者は、複合皮膜の作製過程においてSiOゲルに可視光波長域でも赤を発色させる長波長側(λ=620nm〜750nm)の反射率を上昇させる添加剤を加える事で、赤味成分の付加が可能になると考えた。また、同様の技術を用いることにより、薬剤徐放性や抗菌性などの機能性を持たせる事も可能と考えた。
実施の形態2では、上記のように金含浸工程を含むので、TiO/SiO多層構造体を出発材料として、SiO層への金属錯体等の色素添加により、TiO単相では不可能であった赤味を持たせる事も可能となる。また、色調のバリエーションが増えることで、歯科材料としての高い審美性への要求に答えることも可能となる。更には、SiO層へのフッ素イオン添加による齲蝕防止、銀イオン添加による抗菌性の付与など、機能性向上による付加価値化が期待できる。
(Embodiment 2)
The method for producing the composite layered structure according to the second embodiment is compared with the method for producing the composite layered structure according to the first embodiment, and the pie-skin-like structure of the TiO 2 film is before the vacuum impregnation step of silica gel. Is different in that it includes a gold impregnation step of vacuum impregnating an Au colloidal solution or a gold chloride aqueous solution. Since the other steps are substantially the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
The color tone of the TiO 2 / SiO 2 composite layered structure is determined by the color of the oxide itself and the thickness of the coating film. In this case, the lightness (L *) and yellowness (+ b *) can be increased by thickening the coating film, but the oxide color itself has almost no redness (+ a *) and cannot be controlled by thickening. .. In order to get closer to the crown color, it was necessary to make the color of the coating reddish by some method. The present inventor added an additive that increases the reflectance on the long wavelength side (λ = 620 nm to 750 nm), which causes red to develop even in the visible light wavelength range, to the SiO 2 gel in the process of producing the composite film, thereby causing a reddish component. I thought that it would be possible to add. In addition, by using the same technology, it is possible to have functionality such as sustained release drug and antibacterial property.
In the second embodiment, since the gold impregnation step is included as described above, it is impossible to use the TiO 2 / SiO 2 multilayer structure as a starting material and add a dye such as a metal complex to the SiO 2 layer with a single phase of TiO 2. It is also possible to give it a reddish tint. In addition, by increasing the variation of color tone, it becomes possible to meet the demand for high aesthetics as a dental material. Furthermore, it can be expected to add value by improving functionality, such as preventing caries by adding fluorine ions to the SiO 2 layer and imparting antibacterial properties by adding silver ions.

(実施例3)
実施例3は、赤味を持つAu含有TiO/SiO複合層状構造体及びその製造方法に関する。
(Example 3)
Example 3 relates to an Au-containing TiO 2 / SiO 2 composite layered structure having a reddish tint and a method for producing the same.

(被膜作製)
(1)まず、パイ皮状構造を持つTiO被膜を作製する。なお、この被膜作製のうち、高温酸化過程及び真空含浸過程は実施例1と実質的に同様である。Commercially Pure Titanium,Grade 2 (以下「CP Ti」)を厚さ1mmにファインカッターで切断した。その後、面性状を一様とするため、エメリー紙を用いて#4000まで研磨した。さらに、付着物による試験片表面の汚染を排除するために、試験片をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥させた。以上によってTi基板を用意した。
(2)次に、熱処理炉を用い、Ti基板を大気中で1000℃(1273K)で30分間(1.8ks)にわたって保持した後に炉冷して、表面酸化処理を行った。これによって、Ti基板1上にTiO層2と空隙層3とが積層されたTiO膜のパイ皮状構造体を形成した。図16は、実施例3の途中の高温酸化過程において、Ti基板上に形成されたTiO膜のパイ皮状構造体を有する高温酸化被膜の表面を示す写真である。図16はモノクロ写真であるが、高温酸化被膜は白色であることがわかる。
(3)続いて、TiO被膜へのAuコロイド含浸を行った。先のTiO被膜を0.0825重量%のテトラクロロ金(III)酸4水和物(HAuCl・4HO)水溶液中に浸漬し、真空含浸を1回(n=1)または10回(n=10)行った後、30℃に保持した恒温器中で24時間乾燥させた。この過程で、被膜は白色からピンク色に変化した。
(4)次いで、乾燥させた被膜の空隙層に真空含浸ゾルゲル法でSiOゲルを導入した。真空含浸ゾルゲル法によるSiO作製は、主剤にTEOSを用いて加水分解により行った。具体的には、TEOS(42g)に、純水(10g)、エタノール(10g)を添加し、撹拌しながらゾルを真空中でTiO膜内に浸漬させた。
(5)その後、60℃(333K)でおよそ一晩にわたって低温乾燥を行った。これによって空隙層に真空含浸させた上記シリカゾルをシリカゲル化させた。
(6)次いで、600℃で100分(6.0ks)にわたって高温乾燥を行った。これによって空隙層のシリカゲルを結晶化させた。
以上の工程によって、実施例3のAu含有の複合層状構造体を得た。
図17は、図16の酸化皮膜に塩化金酸水溶液含浸処理を10回(n=10)行った後、真空含浸処理を行ってSiOゲルを複合化したAu含有複合層状構造体の表面を示す写真である。塩化金酸水溶液含浸処理を10回(n=10)行ったAu含有複合層状構造体によれば、可視光長波長側の反射率を高める効果を持つAuコロイドの含有により、表面色のピンク色の着色が確認された。
(Film preparation)
(1) First, a TiO 2 coating having a pie crust-like structure is prepared. In the preparation of this film, the high temperature oxidation process and the vacuum impregnation process are substantially the same as in Example 1. Commercially Pure Titanium, Grade 2 (hereinafter referred to as "CP Ti") was cut to a thickness of 1 mm with a fine cutter. Then, in order to make the surface texture uniform, it was polished to # 4000 using emery paper. In addition, the test piece was ultrasonically cleaned and dried in acetone to eliminate contamination of the test piece surface with deposits. The Ti substrate was prepared by the above.
(2) Next, using a heat treatment furnace, the Ti substrate was held in the air at 1000 ° C. (1273 K) for 30 minutes (1.8 ks), then cooled in the furnace, and surface oxidation treatment was performed. Thus, to form a pie-skin-like structure of the TiO 2 film and the TiO 2 layer 2 and the gap layer 3 is laminated on the Ti substrate 1. 16, in the middle of the high-temperature oxidation process of Example 3 is a photograph showing a surface of the high-temperature oxidation film having a pie-skin-like structure of the TiO 2 film formed on the Ti substrate. Although FIG. 16 is a monochrome photograph, it can be seen that the high temperature oxide film is white.
(3) Subsequently, Au colloid impregnation was performed on the TiO 2 coating. Ahead of the TiO 2 film 0.0825 wt% of tetrachloroauric (III) acid 4 was immersed in hydrate (HAuCl 4 · 4H 2 O) in an aqueous solution, the vacuum impregnation once (n = 1) or 10 times After (n = 10), the mixture was dried in a thermostat kept at 30 ° C. for 24 hours. During this process, the coating changed from white to pink.
(4) Next, the SiO 2 gel was introduced into the void layer of the dried film by the vacuum impregnated sol-gel method. The SiO 2 was prepared by the vacuum impregnated sol-gel method by hydrolysis using TEOS as the main agent. Specifically, pure water (10 g) and ethanol (10 g) were added to TEOS (42 g), and the sol was immersed in a TiO 2 membrane in a vacuum while stirring.
(5) Then, low temperature drying was performed at 60 ° C. (333K) for about overnight. As a result, the silica sol vacuum-impregnated in the void layer was made into silica gel.
(6) Next, high temperature drying was performed at 600 ° C. for 100 minutes (6.0 ks). As a result, the silica gel in the void layer was crystallized.
Through the above steps, an Au-containing composite layered structure of Example 3 was obtained.
FIG. 17 shows the surface of the Au-containing composite layered structure in which the oxide film of FIG. 16 was impregnated with an aqueous solution of chloroauric acid 10 times (n = 10) and then vacuum impregnated to composite a SiO 2 gel. It is a photograph to show. According to the Au-containing composite layered structure that has been impregnated with an aqueous solution of chloroauric acid 10 times (n = 10), the surface color is pink due to the inclusion of Au colloid that has the effect of increasing the reflectance on the long wavelength side of visible light. Coloring was confirmed.

(分光測色計による酸化被膜色の測定)
色調の定量評価をするため、分光測色計を用いて表面酸化被膜の測色を行って、L*a*b*表色系で数値化した。ここで、L*は明度であり、a*は赤−緑の色相に対応し、b*は黄−青の色相に対応している。測色計は、コニカミノルタ製のCM−5を用いた。
図18は、図16のTiO膜のパイ皮状構造体を有する高温酸化被膜(Oxidation only)の表面と、塩化金酸水溶液含浸処理を1回(n=1)又は10回(n=10)行った後、真空含浸処理を行ってSiOゲルを複合化したAu含有複合層状構造体の表面とについての分光測色結果を示すグラフである。
TiO膜のパイ皮状構造体を有する高温酸化被膜(Oxidation only)の表面は、L*が90.56、a*が−0.35、b*が10.68であった。塩化金酸水溶液含浸処理を1回行ったAu含有複合層状構造体(n=1)は、L*が89.22、a*が0.44、b*が9.16であった。塩化金酸水溶液含浸処理を10回行ったAu含有複合層状構造体(n=10)は、L*が65.58、a*が6.22、b*が2.59であった。
図18に示すように、Au添加により、白さを示すL*と黄色味を示すb*の値が減少し、a*は複合化前は負の値(緑)であったが、n=1で正の値(赤)に増加し、n=10ではa*=6程度まで増加し、即ち赤味が増した。これは、テトラクロロ金(III)酸4水和物(HAuCl・4HO)がTiO被膜中に浸漬した後、金コロイドに変化し、いわゆる金赤と呼ばれる赤色を発色したものと考えられる。
(Measurement of oxide film color with a spectrophotometer)
In order to quantitatively evaluate the color tone, the color of the surface oxide film was measured using a spectrophotometer and quantified by the L * a * b * color system. Here, L * corresponds to the lightness, a * corresponds to the hue of red-green, and b * corresponds to the hue of yellow-blue. As the colorimeter, CM-5 manufactured by Konica Minolta was used.
FIG. 18 shows the surface of a high-temperature oxide film (Oxidation only) having a pie-skin-like structure of the TiO 2 film of FIG. 16 and a gold chloride aqueous solution impregnation treatment once (n = 1) or 10 times (n = 10). It is a graph which shows the spectrophotometric result about the surface of the Au-containing composite layered structure in which the SiO 2 gel is composited by performing the vacuum impregnation treatment after that.
The surface of the high-temperature oxide film (Oxidation only) having a pie-skin-like structure of TiO 2 film was 90.56 for L *, −0.35 for a *, and 10.68 for b *. The Au-containing composite layered structure (n = 1) subjected to the chloroauric acid aqueous solution impregnation treatment once had an L * of 89.22, a * of 0.44, and b * of 9.16. The Au-containing composite layered structure (n = 10) subjected to the chloroauric acid aqueous solution impregnation treatment 10 times had an L * of 65.58, a * of 6.22, and b * of 2.59.
As shown in FIG. 18, the addition of Au reduced the values of L * indicating whiteness and b * indicating yellowness, and a * was a negative value (green) before compounding, but n = At 1, it increased to a positive value (red), and at n = 10, it increased to about a * = 6, that is, the redness increased. This is believed to tetrachloroauric (III) acid tetrahydrate (HAuCl 4 · 4H 2 O) is then immersed in TiO 2 in the coating, changes in the gold colloid was colored red so-called gold red Be done.

(X線光電子分光法による表面分析)
Au添加TiO/SiO複合層状構造被膜(n=10)について、最表面と、研磨により表面層を除いた被膜表面について、XPSによるAu 4fスペクトルを測定し状態分析を行った。
図19は、Au添加TiO/SiO複合層状構造被膜(n=10)について、最表面とについてのXPSによるAu 4fスペクトルを示すグラフである。図20は、研磨により表面層を除いた被膜表面についてのXPSによるAu 4fスペクトルを示すグラフである。
図19及び図20に示すように、被膜表面と研磨面共に金属状態のAuが検出された。最表面のスペクトル強度が高い事から、Auは被膜内部より表面により多く存在するが、真空含浸により被膜内部にもAuが充填されていることが確認された。
(Surface analysis by X-ray photoelectron spectroscopy)
For the Au-added TiO 2 / SiO 2 composite layered structural coating (n = 10), the Au 4f spectrum by XPS was measured and state analysis was performed on the outermost surface and the coating surface excluding the surface layer by polishing.
FIG. 19 is a graph showing the Au 4f spectrum of the Au-added TiO 2 / SiO 2 composite layered structural coating (n = 10) with respect to the outermost surface by XPS. FIG. 20 is a graph showing the Au 4f spectrum by XPS for the coating surface excluding the surface layer by polishing.
As shown in FIGS. 19 and 20, Au in a metallic state was detected on both the coating surface and the polished surface. Since the spectral intensity of the outermost surface is high, Au is more abundant on the surface than inside the coating film, but it was confirmed that Au is also filled inside the coating film by vacuum impregnation.

(実施例4)
実施例4は、Ag含有TiO/SiO複合層状構造体及びその製造方法に関する。
(Example 4)
Example 4 relates to an Ag-containing TiO 2 / SiO 2 composite layered structure and a method for producing the same.

(被膜作製)
(1)まず、パイ皮状構造を持つTiO被膜を作製する。なお、この被膜作製のうち、高温酸化過程及び真空含浸過程は実施例1と実質的に同様である。Commercially Pure Titanium,Grade 2(以下、「CP Ti」)を厚さ1mmにファインカッターで切断した。その後、面性状を一様とするため、エメリー紙を用いて#4000まで研磨した。さらに、付着物による試験片表面の汚染を排除するために、試験片をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥させた。以上によってTi基板を用意した。
(2)次に、熱処理炉を用い、Ti基板を大気中で1000℃(1273K)で30分間(1.8ks)にわたって保持した後に炉冷して、表面酸化処理を行った。
(3)得られたTiO被膜を用い、真空含浸ゾルゲル法によりAg含有TiO/SiO複合層状構造体被膜の作製を行った。主剤にTEOSを用いて加水分解により行った。具体的には、主剤TEOS(42g)に、純水(10g)、エタノール(10g)、硝酸銀(濃度:0.4mol%、0.2mol%、0.04mol%)を添加し、撹拌しながらゾルを真空中でTiO膜内に浸漬させた。なお、Ag塩は、主剤TEOS又は水のいずれに添加してもよい。
(5)その後、60℃(333K)でおよそ一晩にわたって低温乾燥を行った。これによって空隙層に真空含浸させた上記シリカゾルをシリカゲル化させた。
(6)次いで、600℃で100分(6.0ks)にわたって高温乾燥を行った。これによって空隙層のシリカゲルを結晶化させた。
以上の工程によって、実施例4のAg含有の複合層状構造体を得た。
図21は、得られたAg含有の複合層状構造体の表面の写真である。図21に示すように、表面には、酸化銀の形成によると思われる薄い灰茶の着色が確認された。
(Film preparation)
(1) First, a TiO 2 coating having a pie crust-like structure is prepared. In the preparation of this film, the high temperature oxidation process and the vacuum impregnation process are substantially the same as in Example 1. Commercially Pure Titanium, Grade 2 (hereinafter, "CP Ti") was cut to a thickness of 1 mm with a fine cutter. Then, in order to make the surface texture uniform, it was polished to # 4000 using emery paper. In addition, the test piece was ultrasonically cleaned and dried in acetone to eliminate contamination of the test piece surface with deposits. The Ti substrate was prepared by the above.
(2) Next, using a heat treatment furnace, the Ti substrate was held in the air at 1000 ° C. (1273 K) for 30 minutes (1.8 ks), then cooled in the furnace, and surface oxidation treatment was performed.
(3) Using the obtained TiO 2 coating, an Ag-containing TiO 2 / SiO 2 composite layered structure coating was produced by a vacuum impregnated sol-gel method. It was hydrolyzed using TEOS as the main agent. Specifically, pure water (10 g), ethanol (10 g), and silver nitrate (concentration: 0.4 mol%, 0.2 mol%, 0.04 mol%) are added to the main agent TEOS (42 g), and the sol is stirred while stirring. Was immersed in a TiO 2 film in vacuum. The Ag salt may be added to either the main agent TEOS or water.
(5) Then, low temperature drying was performed at 60 ° C. (333K) for about overnight. As a result, the silica sol vacuum-impregnated in the void layer was made into silica gel.
(6) Next, high temperature drying was performed at 600 ° C. for 100 minutes (6.0 ks). As a result, the silica gel in the void layer was crystallized.
Through the above steps, an Ag-containing composite layered structure of Example 4 was obtained.
FIG. 21 is a photograph of the surface of the obtained Ag-containing composite layered structure. As shown in FIG. 21, it was confirmed that the surface was colored with light gray tea, which was considered to be due to the formation of silver oxide.

(X線光電子分光法による表面分析)
Ag含有のTiO/SiO複合層状構造体の表面について、XPSによるAg 3dスペクトルを測定し状態分析を行った。図22は、Ag濃度0.04mol%の場合のAg含有のTiO/SiO複合層状構造体の表面のXPSによるAg 3dスペクトルを示すグラフである。図23は、Ag濃度0.4mol%の場合のAg含有のTiO/SiO複合層状構造体の表面のXPSによるAg 3dスペクトルを示すグラフである。
図22及び図23に示されるように、被膜中に存在するAgは、いずれも金属状態で存在し、その含有量は添加Ag量に依存することが確認された。
(Surface analysis by X-ray photoelectron spectroscopy)
The state of the surface of the Ag-containing TiO 2 / SiO 2 composite layered structure was analyzed by measuring the Ag 3d spectrum by XPS. FIG. 22 is a graph showing the Ag 3d spectrum by XPS on the surface of the Ag-containing TiO 2 / SiO 2 composite layered structure when the Ag concentration is 0.04 mol%. FIG. 23 is a graph showing the Ag 3d spectrum by XPS on the surface of the Ag-containing TiO 2 / SiO 2 composite layered structure when the Ag concentration is 0.4 mol%.
As shown in FIGS. 22 and 23, it was confirmed that the Ag present in the coating film was present in a metallic state, and the content thereof depended on the amount of Ag added.

(抗菌性評価)
Ag含有のTiO/SiO複合層状構造体の抗菌性を評価した。抗菌性評価は、抗菌製品技術協議会で定める方法に準拠して、シェーク法によって行った。このシェーク法は、平滑な表面が確保できない材料に有効とされている。シェーク法では、表面積32±5cmの試料と、菌液10mlとを滅菌コップ(フラスコ)内に入れ、温度35℃で24±1時間振とう培養し、その後、寒天培地で40〜48時間培養後の生菌数を測定する。
試料としては、チタン板(CP Ti)と、実施例1のTiO/SiO複合層状構造体と、実施例4のAg含有のTiO/SiO複合層状構造体と、の3種を用いた。また、試験試料数として、チタン板は2個、実施例1のTiO/SiO複合層状構造体は3個、実施例4のAg含有のTiO/SiO複合層状構造体は3個を用いた。試験菌種は、菌名が大腸菌であり、菌株がATCC 25922であった。また、播種菌数は、1×10 CFU・mL−1であった。
(Antibacterial evaluation)
The antibacterial property of the Ag-containing TiO 2 / SiO 2 composite layered structure was evaluated. The antibacterial property evaluation was carried out by the shake method in accordance with the method specified by the Antibacterial Product Technology Council. This shake method is effective for materials for which a smooth surface cannot be secured. In the shake method, a sample having a surface area of 32 ± 5 cm 2 and 10 ml of a bacterial solution are placed in a sterile cup (flask), cultured with shaking at a temperature of 35 ° C. for 24 ± 1 hours, and then cultured on an agar medium for 40 to 48 hours. Later, the viable cell count is measured.
Three types of samples were used: a titanium plate (CP Ti), a TiO 2 / SiO 2 composite layered structure of Example 1, and an Ag-containing TiO 2 / SiO 2 composite layered structure of Example 4. There was. The number of test samples was 2 for the titanium plate, 3 for the TiO 2 / SiO 2 composite layered structure of Example 1, and 3 for the Ag-containing TiO 2 / SiO 2 composite layered structure of Example 4. Using. The test strain was Escherichia coli and the strain was ATCC 25922. The number of disseminated bacteria was 1 × 10 4 CFU · mL -1 .

図24Aは、試料がチタン板(CP Ti)の場合の寒天培地の表面の様子を示す写真である。図24Bは、試料が実施例1のTiO/SiO複合層状構造体の場合の寒天培地の表面の様子を示す写真である。図24Cは、試料が実施例4のAg含有のTiO/SiO複合層状構造体の場合の寒天培地の表面の様子を示す写真である。
試料がチタン板(CP Ti)の場合、生菌数は0.9×10 CFU・mL−1であり、標準偏差が0.11 CFU・mL−1であった。また、試料が実施例1のTiO/SiO複合層状構造体の場合、生菌数は1.44×10 CFU・mL−1であり、標準偏差が0.04 CFU・mL−1であった。また、試料が実施例4のAg含有のTiO/SiO複合層状構造体の場合、いずれの試料も生菌数が0 CFU・mL−1であり、標準偏差が0 CFU・mL−1であった。
以上の結果から、実施例4のAg含有のTiO/SiO複合層状構造体の優れた抗菌性を確認することができた。
FIG. 24A is a photograph showing the state of the surface of the agar medium when the sample is a titanium plate (CP Ti). FIG. 24B is a photograph showing the state of the surface of the agar medium when the sample is the TiO 2 / SiO 2 composite layered structure of Example 1. FIG. 24C is a photograph showing the state of the surface of the agar medium when the sample is the Ag-containing TiO 2 / SiO 2 composite layered structure of Example 4.
When the sample was a titanium plate (CP Ti), the viable cell count was 0.9 × 10 4 CFU · mL -1 , and the standard deviation was 0.11 CFU · mL -1 . When the sample is the TiO 2 / SiO 2 composite layered structure of Example 1, the viable cell count is 1.44 × 10 4 CFU · mL -1 , and the standard deviation is 0.04 CFU · mL -1 . there were. When the sample is the Ag-containing TiO 2 / SiO 2 composite layered structure of Example 4, the viable cell count is 0 CFU · mL -1 and the standard deviation is 0 CFU · mL -1 in each sample. there were.
From the above results, it was possible to confirm the excellent antibacterial properties of the Ag-containing TiO 2 / SiO 2 composite layered structure of Example 4.

歯科医療分野では、近年では貴金属相場の不安定さや、より自然さを求める患者の要望の高まり、レジンやセラミクスの高機能化に伴い、金属から非金属の需要が伸びている。しかし、先の特性では未だ金属に利があり、以前より歯科医療従事者の間では、金属の優れた機械的性質と寸法安定性に、さらに審美性を兼ね備えた「白い金属」が切望されている。本発明により、Tiにおいてその「白い金属」を現実にし、患者だけでなく、歯科医師や技工士にとっても、従来材より高い満足と操作性を提供する技術となる。 In the field of dentistry, in recent years, the demand for metals and non-metals has been increasing due to the instability of the precious metal market, the increasing demand of patients for more naturalness, and the sophistication of resins and ceramics. However, the above characteristics are still advantageous for metals, and dental professionals have long sought a "white metal" that combines the excellent mechanical properties and dimensional stability of metals with aesthetics. There is. INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, Ti becomes a technology that realizes the "white metal" and provides not only patients but also dentists and dental technicians with higher satisfaction and operability than conventional materials.

特に本発明がターゲットとしているのは、アバットメントやレジン前装冠や陶材焼付け鋳造冠の支台歯オペークである。これらは、加齢に伴う歯肉退縮による金属コアの露出や、歯肉辺縁部のブラックマージン出現が兼ねてから問題視されており、本技術によりこれら部材の金属面の露出を抑えることで、上述の問題の低減ないしは解決が可能と期待され、それにより患者の心理的負担を減じる事が出来る。本発明により、白色の複合層状構造体被膜に赤味を含めた色の制御が可能になることで、隣接する健全歯との色差が目立ちやすい前歯への適用も期待出来る。また、粘膜部を覆うTi製義歯床への適用も期待できる。 In particular, the present invention targets abutment, resin muzzle loader, and abutment tooth opaque of porcelain-baked cast crown. These have been regarded as problems since the exposure of the metal core due to gingival recession due to aging and the appearance of the black margin at the gingival margin are combined, and by suppressing the exposure of the metal surface of these members by this technology, the above-mentioned It is expected that the problem can be reduced or solved, which can reduce the psychological burden on the patient. According to the present invention, it is possible to control the color including redness in the white composite layered structure coating, and it can be expected to be applied to the anterior teeth in which the color difference from the adjacent healthy teeth is conspicuous. It can also be expected to be applied to a Ti denture base that covers the mucous membrane.

また、抗菌性の付与により、表面へのバイオフィルム形成抑制効果が期待され、補綴物表面の安定性の維持を可能とし、ひいては治療成績の向上をもたらす。またメンテナンス性の向上により、歯科医師や衛生士の負担も軽減される。 In addition, the imparting of antibacterial properties is expected to have an effect of suppressing the formation of a biofilm on the surface, which makes it possible to maintain the stability of the surface of the prosthesis, which in turn brings about an improvement in treatment results. In addition, the improved maintainability reduces the burden on dentists and hygienists.

更に、歯科補綴物の作製は、これまでの技工士による総手作業から、近年はCAD/CAMや3Dプリンターを用いたオートメーション化へとシフトしている。本技術は、プロセス自体比較的簡便であり、それらのオートメーションプロセスにポストプロセスとして組み込むことが可能である。そうなれば、作製時間短縮やコスト削減だけでなく、より優れた機能も備える高付加価値の補綴物の提供が可能になる。 Furthermore, the production of dental prostheses has shifted from the conventional total manual work by technicians to automation using CAD / CAM and 3D printers in recent years. This technology is relatively simple in the process itself and can be incorporated into those automation processes as a post process. If this happens, it will be possible to provide high value-added prostheses that not only reduce production time and cost, but also have better functions.

なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び/又は実施例のうちの任意の実施の形態及び/又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び/又は実施例が有する効果を奏することができる。 It should be noted that the present disclosure includes appropriately combining any of the various embodiments and / or examples described above, and the respective embodiments and / or embodiments. The effects of the examples can be achieved.

本発明に係る複合層状構造体によれば、元のTiO膜のパイ皮状構造体に比べて剥離強度及び硬度が大幅に改善されている。そこで、歯科治療・矯正の領域において、単に耐久性等の機能面のみならず、近年特にニーズの高い審美性領域において、「白く輝く健康な歯」を実現するために極めて有効な可能性を秘めている。 According to the composite layered structure according to the present invention, peel strength and hardness are greatly improved compared to the pie skin-like structure of the original TiO 2 film. Therefore, in the field of dental treatment and orthodontics, it has the potential to be extremely effective not only in terms of functionality such as durability, but also in the field of aesthetics, which has been particularly in high demand in recent years, to realize "healthy teeth that shine white". ing.

1 Ti基板
2 TiO
3 空隙層
4 SiO
5 ビア
6 TiO柱状部(骨格)
7 パイ皮状構造体
8 積層体
10 複合層状構造体
1 Ti substrate 2 TiO 2 layer 3 Void layer 4 SiO 2 layer 5 Via 6 TiO 2 Columnar part (skeleton)
7 Pie skin-like structure 8 Laminated body 10 Composite layered structure

Claims (10)

Ti基板と、
前記Ti基板の表面に設けられた2層のTiO層と前記2層のTiO層を接続するTiOの骨格と前記2層のTiO層の間の前記TiOの骨格以外の間隙とが積層されたパイ皮状構造体と、前記間隙を占めるSiO層とが積層された積層体と、
を含む、複合層状構造体。
Ti board and
And a gap other than the above TiO 2 backbone between the Ti substrate 2 layer TiO 2 layer and the second layer of TiO 2 skeleton and the two-layer TiO 2 layer connecting the TiO 2 layer of which is provided on the surface of a pie skin-like structure but which are laminated, and the laminated body in which a SiO 2 layer occupying the gap, are stacked,
A composite layered structure containing.
前記積層体の前記TiO層の厚さは、0.5μm〜5μmの範囲である、請求項1に記載の複合層状構造体。 The composite layered structure according to claim 1, wherein the thickness of the TiO 2 layer of the laminated body is in the range of 0.5 μm to 5 μm. 前記積層体の前記SiO層の厚さは、0.2μm〜5μmの範囲である、請求項1又は2に記載の複合層状構造体。 The composite layered structure according to claim 1 or 2, wherein the thickness of the SiO 2 layer of the laminated body is in the range of 0.2 μm to 5 μm. 前記積層体は、前記2層のTiO層と前記TiOの骨格と前記SiO層とが複数組にわたって積層されている、請求項1から3のいずれか一項に記載の複合層状構造体。 The laminate, the two-layer TiO 2 layer and said TiO 2 skeleton and the SiO 2 layer is stacked over a plurality of sets, the composite layered structure according to any one of claims 1 3 .. 前記積層体の厚さは、10μm以上である、請求項1から4のいずれか一項に記載の複合層状構造体。 The composite layered structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness of the laminated body is 10 μm or more. L*a*b*表色系における明度L*値は、70以上である、請求項1から5のいずれか一項に記載の複合層状構造体。 The composite layered structure according to any one of claims 1 to 5, wherein the lightness L * value in the L * a * b * color system is 70 or more. 前記積層体の前記SiO層は、Auコロイド又はAgイオンを含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の複合層状構造体。 The composite layered structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the SiO 2 layer of the laminated body contains Au colloid or Ag ion. Ti基板を酸化雰囲気下で800℃以上の温度で加熱して、Ti基板の上に、2層のTiO層と前記2層のTiO層を接続するTiOの骨格と前記2層のTiO層の間の前記TiOの骨格以外の空隙層とが積層されたパイ皮状構造体を形成する加熱酸化処理工程と、
真空含浸ゾルゲル法によってシリカ前駆体のSi含有アルコキシドを加水分解と縮重合によってゾル化させると共に、得られたシリカゾルを前記パイ皮状構造体の前記空隙層に含浸させると共に、前記シリカゾルの少なくとも一部をシリカゲル化させる、真空含浸工程と、
前記シリカゲルを乾燥させる乾燥工程と、
前記シリカゲルを結晶化温度以上の温度で加熱して結晶化させる加熱工程と、
を含む、複合層状構造体の製造方法。
By heating the Ti substrate at a temperature above 800 ° C. in an oxidizing atmosphere, on the Ti substrate, the two layers of TiO 2 backbone connecting the TiO 2 layer with TiO 2 layer of the two layers of the said two layers TiO A heat oxidation treatment step of forming a pie crust-like structure in which a void layer other than the skeleton of the TiO 2 between the two layers is laminated.
The Si-containing alkoxide of the silica precursor is hydrolyzed and polycondensed by the vacuum-impregnated sol-gel method, and the obtained silica sol is impregnated into the void layer of the pie crust-like structure, and at least a part of the silica sol. Vacuum impregnation process and
A drying step of drying the silica gel and
A heating step of heating the silica gel at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature to crystallize the silica gel.
A method for producing a composite layered structure including.
前記真空含浸工程の前に、前記パイ皮状構造体にAuコロイド溶液または塩化金水溶液を真空含浸させる金含浸工程を含む、請求項8に記載の複合層状構造体の製造方法。 The method for producing a composite layered structure according to claim 8, further comprising a gold impregnation step of vacuum impregnating the pie crust-like structure with an Au colloidal solution or a gold chloride aqueous solution before the vacuum impregnation step. 前記真空含浸工程において、前記シリカ前駆体に硝酸銀を加える、請求項8又は9に記載の複合層状構造体の製造方法。 The method for producing a composite layered structure according to claim 8 or 9, wherein silver nitrate is added to the silica precursor in the vacuum impregnation step.
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