JPH0154291B2 - - Google Patents

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JPH0154291B2
JPH0154291B2 JP60210993A JP21099385A JPH0154291B2 JP H0154291 B2 JPH0154291 B2 JP H0154291B2 JP 60210993 A JP60210993 A JP 60210993A JP 21099385 A JP21099385 A JP 21099385A JP H0154291 B2 JPH0154291 B2 JP H0154291B2
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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は結晶化ガラスに関し、特に、人工歯根
や人工歯冠等の歯科材料(これに限定するもので
は無いが)に適した生体材料用結晶化ガラスおよ
びその製造方法に関するものである。 〔従来技術およびその問題点〕 人工歯科材料に要求される条件としては、人体
に無害であることはもちろんであるが、その外に
種々の条件があり、中でも機械的強度が大きいこ
と、生体親和性が高く生体へ良く結合することが
重要である。 従来この種の典型的な材料としては、アルミナ
やアパタイト焼結体が知られている。しかしなが
ら、アルミナは生体と結合しにくいとの欠点があ
り、生体へ結合させるための特殊な工夫をしなけ
ればならない。またアパタイト焼結体は機械的強
度の低いとの欠点を有している。 一方、結晶化ガラスを人工歯科材料や人工骨へ
用いることも行なわれている。例えば、特公昭51
−8970号公報には、骨代替物に適したNa2O―
K2O―MgO―GaO―SiO2―P2O3結晶化ガラスを
提案している。この結晶化ガラスはアパタイト結
晶を有し、生体親和性は良いが、Na2OやK2Oを
含むので、機械的強度が低いこと、化学耐久性が
悪く、生体組織内における長期安定性に欠ける欠
点がある。 また、特開昭57−191252号公報、特開昭60−
131849号公報あるいは特開昭60−137853号公報に
は、MgO―CaO―SiO2―P2O5結晶化ガラスが示
されている。これらの公開公報に示された結晶化
ガラスは、SiO2を41%以下に制限してアパタイ
ト析出量を多くして骨との化学結合の良好な結晶
化ガラスを得ている。しかしながら、同結晶化ガ
ラスは、機械的強度において未だ不満足なもので
ある。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、従来の生体用結晶化ガラスに
比して機械的強度が格段に高く、しかも生体親和
性結合力その他の点で劣ることのない、特に人工
歯科材料に適した無アルカリ結晶化ガラスおよび
その製造方法を提供することを目的とする。 〔発明の構成〕 本発明の生体用結晶化ガラスは、重量%で、
MgO7〜16%(好ましくは7.2〜14%)、CaO20〜
45%(好ましくは25〜38%)、SiO241〜50%(好
ましくは41.5〜50%)、P2O58〜30%(好ましくは
8.2〜25%)、B2O30〜5%(好ましくは0〜4
%)、F20〜5%(好ましくは0〜3%)、Al2O30
〜10%(好ましくは0〜6%)の組成を有するこ
と、多数の緻密な結晶がガラス中に分散している
こと、無アルカリガラスであることを特徴とする
いる。 なお、任意成分のうち、B2O3とF2は、合計で
0.05〜5%含有されているのが好ましい。 本発明の無アルカリ結晶化ガラスの製造方法
は、上記組成を有する200メツシユ以下のガラス
粉末を調整し、これに加圧成型した後、ガラス粉
末焼結温度域で加熱し、次いで結晶析出温度域で
加熱処理することを特徴とするものである。 本発明による結晶化ガラス中の緻密な結晶と
は、アパタイト、ウオラストナイト、およびジオ
プサイトであり、これらの結晶が粉末粒子の内部
で形成成長するばかりでなく粒子表面から内部に
向かつて成長して複雑にからみあつた構造となつ
ている。この結果、結晶化ガラス強度を高めると
共に機械加工によるカケやクラツクの発生をふせ
ぎ、機械加工性を良好にしている。 なお、ウオラストナイトおよびジオプサイト結
晶は結晶化ガラスの機械的強度を高める作用を有
する。また、アパタイトは前述のように、結晶化
ガラスと骨との間に化学結合を生じさせるととも
に生体親和性を良好にする結晶として知られてい
る。 本発明の結晶化ガラスの組成範囲を上記のよう
に限定したのは次の理由による。 MgOが約7%より少ない場合は、失透性が高
く、融液のガラス化が困難になると同時にジオプ
サイト結晶の析出量が少なくなるので、最低で7
%好ましくは7.2%以上とする。また、14%より
多くなると、アパタイト結晶の析出量が少なくな
るので、最大で16%好ましくは14%以下とする。 CaOが25%より少なくなると析出するアパタイ
ト及びウオラストナイトの析出量が減少するの
で、最低で20%好ましくは25%以上とする。ま
た、CaOの量が38%を越えると失透性が困難とな
つてくるので、好ましくは38%以下、最大でも45
%とする。 SiO2が41%より少ない場合は、ジオプサイト、
ウオラストナイト結晶の析出量が少なくなりすぎ
る。したがつて最低で41%好ましくは41.5%以上
とする。また50%より多い場合は、融液の粘度が
高く、ガラスの溶解が困難であると共にアパタイ
ト結晶の析出量が少ないので、50%以下を必要と
する。 本発明では、SiO2を41%以上としているが、
これは、前述の特開昭57−191252号等において、
SiO2の含有量を41%以下にした理由からすると、
アパタイトの量が少なく骨との良好な化学結合が
得られないと言うことになる。しかしながら、後
記の実施例から明かなように、SiO2が41%以上
の本願発明の結晶化ガラスは、骨との結合力(接
着強度)は、41%以下の従来例のものと変らず、
むしろ機械的強度が倍近く迄向上するといる驚く
べき結果を得ている。 P2O5が8%より少ない場合は、失透性が高く、
ガラスの溶解、成形が困難となると同時に、ガラ
スが少量のアパタイト結晶しか析出しないので、
最低で8%、好ましくは8.2%以上とする。また
25%を越えるとウオラストナイトの析出量が減少
してくるので、好ましくは25%以下、最大でも30
%を越えることはできない。 B2O3、F2、Al2O3は任意成分であるが、B2O3
F2は結晶化ガラス中にアパタイト結晶を安定し
て析出させる効果を有するが、B2O3が5%より
多い場合は、骨と化学結合するのに時間がかかり
すぎるため5%を限度とし、好ましくは4%以下
である。F2が5%より多い場合は結晶化速度が
速くなり、焼結性が悪くなるので最大でも5%、
好ましくは3%以下とする。なお、アパタイト結
晶を安定して得るためには、B2O3とF2の少なく
とも一方を0.05以上用いるのが好ましいが、合量
で5%を越えると、ガラスが分相しやすくなると
同時に成形が困難となる。またAl2O3が10%より
多い場合は、生体組織との親和性が悪くなり、骨
と化学結合を作らない。 本発明の結晶化ガラスの製造方法において、ガ
ラス粉末焼結温度域での加熱処理は気孔率が小さ
く機械的強度の大きい結晶化ガラスを得るため、
結晶析出温度域での加熱処理は、チタンから多数
の緻密な結晶、すなわち、アパタイト、ウオラス
トナイト及びジオプサイト結晶を析出させるため
に重要である。 ガラスを200メツシユ以下の粒度の粉末にする
ことは、加熱処理により、気孔が少なく、しかも
アパタイト、ウオラストナイト、ジオプサイト結
晶が微粒子で均一に析出したからみあつた結晶構
造を有する結晶化ガラスを得るために重要な条件
である。融液を直接所定の形状のガラスに成形
し、これを加熱処理した場合には、ウオラストナ
イト結晶がガラス表面からのみ析出し、内部に亀
裂の生じた機械的強度の低い結晶化ガラスしか得
られない。 尚、ガラス粉末焼結温度域とは、熱収縮開始温
度から同終結温度までの温度域であり、ガラス粉
末成形体を一定速度で加熱し、その間の熱収縮を
測定することにより求められる。 また結晶析出温度域とは、結晶析出による発熱
開始温度から同終結温度までの温度域であり、ガ
ラス粉末を一定速度で加熱し、その間の示差熱分
析を行うことによつて求められる。 〔実施例〕 以下、実施例により本発明を説明する。 表は、本発明に係る結晶化ガラスのガラス組成
及び曲げ強度の例を示したものである。
【表】
【表】 表1に各ガラス試料は、次のように調製した。 表1に示す各ガラス組成になるように調合した
バツチを酸化物、炭酸塩、水和物あるいは弗化物
の原料を用いて調製し、これらを白金るつぼに入
れ、電気炉中で1400〜1500℃で4時間溶融した。
次にこれらの融液を水冷ローラーの間に流してリ
ボン状ガラスとした後、粉砕して200メツシユ以
下の粒度の粉末とした。この粉末を所定の形状に
静水圧プレス成形した後、電気炉中で室温から
1050℃まで30〜60℃/時間の速度で加熱し、1050
℃で2〜10時間保持して焼結、結晶化させ室温ま
で30〜120℃/時間の速度で冷却した。 このような方法によつて製造された結晶化ガラ
ス試料は、いずれも多数のアパタイト、ウオラス
トナイト、ジオプサイト等の結晶を有し、しかも
これらの結晶は互いにからみ合いガラス媒体中に
分散した緻密な構造を有していた。 またこれらの試料は、表1に示されるとおり、
機械的強度(曲げ速度)が2000Kg/cm2以上という
従来の結晶化ガラスに比してはるかに高い値を示
した。 なお、曲げ強度は、5×5×10mmの棒状試料に
ついて三点荷重方式によつて測定した。 次に、本発明の結晶化ガラスが生体への接着強
度の点でもアルミナやアパタイト焼結体より優れ
ており、従来この種の結晶化ガラスに比しても劣
つていないことを示すために、表1のNo.16の試
料、アルミナ多結晶体、アパタイト焼結体、前述
の特開昭57−191252号公報に開示された組成を有
する結晶化ガラスのそれぞれについて測定した骨
との接着強度を表2に示す。 接着強度の測定は次のようにして行なつた。 10×15×2mmの各板状試料を、成熟家兎の脛骨
顆部に貫通挿入した。8週間後に、試料を周囲の
骨と共に摘出し、骨と材料を引き剥した。引き剥
しに要する最大荷重を接着強度とした。従つて、
この値が大きい程、骨と試料との結合力が大きい
ことを示している。 表2から明らかなように、本発明による試料は
特開昭57−191252号による試料と同じ接着強度を
有し、アパタイト焼結体およびアルミナ多結晶よ
り大きな接着強度を有している。しかも本発明に
よる試料は、機械的強度において、アルミナより
は劣るが、他の2つの試料の約2倍となつてい
る。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明による生体用結晶化ガラ
スは、従来のこの種結晶化ガラスに比して、生体
親和性や骨との結合力の点で劣ることなく、機械
的強度において格段に優れている。またアルカリ
成分を含有しないので、化学的安定性も優れてい
る。従つて、本発明の結晶化ガラスは、人工歯根
や歯冠として特に有用である。もちろん歯科用材
料としてだけでなく、人工骨材料としても適して
いることは言う迄もない。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量%でMgO7〜16%、CaO20〜45%、
    SiO241〜50%、P2O58〜30%、B2O30〜5%、
    F20〜5%、Al2O30〜10%の組成を有し、多数の
    緻密な結晶がガラス中に分散していることを特徴
    とする無アルカリ生体用結晶化ガラス。 2 特許請求の範囲第1項の無アルカリ生体用結
    晶化ガラスにおいて、その組成が、重量%で、
    MgO7.2〜14%、CaO25〜38%、SiO241.5〜50%、
    P2O58.2〜25%、B2O30〜4%、F20〜3%、
    Al2O30〜6%であることを特徴とする無アルカ
    リ生体用結晶化ガラス。 3 特許請求の範囲第1項あるいは第2項におい
    て、B2O3とF2の合計含有量が0.05〜5%である
    ことを特徴とする無アルカリ生体用結晶化ガラ
    ス。 4 重量%でMgO7〜16%、CaO20〜45%、
    SiO241〜50%、P2O58〜30%、B2O30〜5%、
    F20〜5%、Al2O30〜10%の組成を有する200メ
    ツシユ以下のガラス粉末を調製し、該ガラス粉末
    を加圧成形し、該成形体をガラス粉末焼結温度域
    で加熱し、次いで、結晶析出温度域で加熱処理す
    ることを特徴とする無アルカリ生体用結晶化ガラ
    スの製造方法。
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