JPH0617521B2

JPH0617521B2 - 超弾性を利用した歯科用Ａｕ―Ｃｕ―Ｚｕ合金

Info

Publication number: JPH0617521B2
Application number: JP60068531A
Authority: JP
Inventors: 隆一吉田
Original assignee: GC Dental Industiral Corp
Current assignee: GC Corp
Priority date: 1985-04-02
Filing date: 1985-04-02
Publication date: 1994-03-09
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: FR2579624A1; GB2173815A; US4690799A; CH665221A5; GB8607227D0; JPS61227139A; FR2579624B1; GB2173815B; DE3610805A1; DE3610805C2

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

本発明は主としてクラスプに最適な超弾性を利用した歯
科用Au−Cu−Zn合金に関するものである。

【従来の技術】

従来より歯科において歯牙欠損部分はブリツジや義歯に
よつて補綴されているが、このような補綴に際して残存
歯牙がある場合にはこの残存歯牙にクラスプ(バネ)をか
ける方法が採用されている。このクラスプは通常、金合金，白金加金合金，金銀パラ
ジウム合金，ニツケル・クロム合金，コバルト・クロム
合金等から成る直径１mm程度の歯科加工用合金線から成
り、その一端を残存歯牙の形状に沿わせてほぼ円形に曲
げてその先端部を残存歯牙のアンダーカツト内に位置せ
しめると共に他端を義歯床内に埋入せしめて義歯床の安
定を図るものであるが、そのためには歯科加工用合金線
をクラスプの所望形状に曲げる必要があり、歯科加工用
合金線を寸法精度良く且つ適合の良い形状にクラスプを
形成することは容易でなく、かなりの熟練が必要であつ
た。そこで近年では寸法精度が良く且つ適合の良いクラ
スプを作製するために、金合金，白金加金合金，金銀パ
ラジウム合金，ニツケル・クロム合金，コバルト・クロ
ム合金等から成る歯科鋳造用合金を使用し歯科精密鋳造
法によつてクラスプを成形するようになつてきている。

【発明が解決しようとする問題点】

しかしながら一般的に鋳造によるクラスプは、歯科加工
用合金線を曲げ加工して作製したクラスプと比較して鋳
造欠陥が生じ易く、且つ耐久性において劣つている問題
点があつた。特に溶融点が高く鋳造欠陥が生じ易いニツ
ケル・クロム合金やコバルト・クロム合金においてはク
ラスプの折損事故が多発しているのが現状である。また、クラスプは義歯の着脱時や、咬合時の大きな咬合
圧を受けて弾性変形を繰り返すものであるので、過大な
咬合圧等を受けてその変形量が弾性限度を越えた場合に
は永久変形を生じ歯牙とクラスプとの間の維持力が弱く
なってクラスプとしての機能が失なわれることがあると
共に、たとえ弾性限度内の変形であつても繰り返し変形
を受けている間に金属疲労により折損するという問題点
があつた。

【問題点を解決するための手段】

本発明者は上記したような問題点を除去すべく鋭意研究
の結果、形状記憶効果，超弾性効果の特性を有する合金
として近年歯科への応用が研究され始めた合金の中で、
特に超弾性をクラスプに応用すれば金属疲労によつて折
損することのない優れた耐久性を有するクラスプの製作
が可能となるという観点に立つて、従来の歯科精密鋳造
法によつて容易に鋳造することができ、且つ超弾性効果
を有し更に歯科用として使用しても毒性がなくしかも口
腔内での耐食性に優れていて適度の物性を有する合金と
してAu−Cu−Zn合金に着目した。このAu−Cu−Zn合金と
しては、既にAuがｘ原子％，Cuが（55−ｘ）原子％，Zn
が45原子％の系統のもの（以下、公知三元合金と言う）
については研究がなされ、ｘが16〜36原子％までの状態
についてはその特性が知られているが、この公知三元合
金の鋳造体は大変硬く、且つ引張強度も低いため、わず
か10〜20度曲げると折損するため歯科用として使用に耐
え得ないものであつた。そこでこの公知三元合金の３つの元素の添加割合を変更
して歯科用合金としてZn量を減少せしめると共に口腔内
での耐食性を向上せしめるためにAu量を増大せしめ、そ
れにつれてCu量を変化せしめた合金について所望の特性
を得べく種々実験・研究を繰り返した結果、本発明を完
成したのである。すなわち、本発明は添付第１図のAu−
Cu−Zn三元系組成図に示すように点Ａ（Au 63wt％,Cu 1
1wt％，Zn 26wt％）,点Ｂ（Au 55wt％,Cu 17wt％，Zn 2
8wt％），点Ｃ（Au 55wt％,Cu 18wt％，Zn 27wt％），
点Ｄ（Au 63wt％,Cu 14wt％，Zn 23wt％）,点Ｅ（Au 65
wt％,Cu 12wt％，Zn 23wt％），点Ｆ（Au 65wt％,Cu 11
wt％，Zn 24wt％）で囲まれる範囲内にあることを特徴
とする超弾性を利用した歯科用Au−Cu−Zn合金を提供す
るものである。以下、本発明に係る超弾性を利用した歯科用Au−Cu−Zn
合金について詳細に説明する。本発明者は歯科用Au−Cu−Zn合金を開発するに当つて、
次の知見に基づいてAu，Cu，Znの各含有量を決定した。 Auは歯科用合金としての口腔内での耐食性を向上させ且
つCu及びZnと共に超弾性効果を発揮させるのに重要な元
素であり、口腔内での耐食性はAuの含有量に比例して向
上するが、その含有量が多くなるとAu含有量が62〜64wt
％をピークに硬さが減少すると共に高価となるので55〜
65wt％とした。また、Cuは合金の溶融点を比較的低く押
さえ且つ引張強さと伸びを大きくするのに必要な元素で
あるが、その含有量が多くなると超弾性効果が劣る傾向
があり、またその含有量が少なくなると溶融点が上昇し
て繰り返し鋳造するとZnの含有量を低下せしめる作用が
あるので11〜18wt％とした。またZnは合金中に含まれる
酸素を除去するための脱酸効果と鋳造性を向上せしめる
効果とを有する元素であるが、その含有量が少なくなる
と超弾性効果が劣る傾向にあり、またその含有量が多く
なると引張強さ及び伸びが小さくなるための23〜28wt％
とした。

【実施例及び比較例】

このような組成範囲内において第１表に示す36種の組成
のAu−Cu−Zn合金を作製し、引張強さ，伸び，硬さ，0.
1％Na₂S水溶液による変色，疲労試験，目視による弾力
性についてそれぞれ調査し、歯科用として好ましい超弾
性を有する合金組成領域を決定した。第１表における試験方法は以下に示す通りである。Au，
Cu，Znはいずれも99.99％以上の純度のものを１ロツト
が10ｇになるように0.1mgの精度で第１表に従つて計量
し、溶融石英管に入れてアルゴンガスで置換した後、比
例制御式高周波誘導炉にて890℃に制御しながら合金化
した。この合金化したものを通常の歯科精密鋳造法によ
つて遠心鋳造機によつて引張強さ試験用(1.5mmφ×50m
m)，硬さ試験用(５×５×１mm)，疲労試験用(0.6mmφ×
50mmの丸棒の先端に0.3mmφのベントをつけたもの），
変色試験用(10×20×0.5mm)の各試験片を作製した。これらの試験片を用いて引張強さ及び伸びについては、
万能試験機(島津オートグラフDCS-10T)を用いまたロー
ドセルはフルスケール２トンのものを用い標点間距離10
mmにストレインゲージ式伸び計(島津製作所製SG10-50)
をセツトして試験機のフルスケールを200kgf，伸び計の
フルスケールを2.5mmとしてクロスヘツドスピード１mm
／minで引張試験を行つて求めた。また硬さは、試験片を＃1200の耐水研磨紙で仕上げた
後、ビツカース硬さ試験機(明石製作所製Model-AVK)を
用いて試験荷重５kgfで１つの試験片につき５ケ所測定
してその平均値を求めた。変色は、歯科鋳造用合金に関
するJIS規格であるT 6113，T 6105，T 6106の変色試験
法に準拠して行つた。すなわち、＃400の耐水研磨紙で
平滑に仕上げた試験片を37℃の恒温槽内で0.1％Na₂S水
溶液中に３日間全浸漬し、リング状キセノン光源すなわ
ちＣ光源及びデジタル式光電色彩計(ミノルタ社製色彩
計xy-1)を使用して変色前後の試験片についてC.I.E表示
系の色座標ｘ，ｙと視感反射率Ｙとを求め、これをＬ^＊
ａ^＊ｂ^＊系に換算し更にNBS単位に変換して求めた。疲労は、自作した定変位量繰返し両振り曲げ試験機によ
つて行つた。この試験機は歯科用クラスプの変位に似せ
て試験片の保持は片持ち梁式である。動力源としては
４：１のギヤヘツドを持つた直流モータ(特殊電装社製)
を可変型定電圧装置（０〜18Ｖ，１Ａ）から供給され、
この出力電圧を変化させることにより、回転数を０〜36
0rpmまで変えることができる。このギヤヘツドのシヤフ
トに回転カム半径を０〜60mmまで変化させることのでき
るカムを、ニードルベアリングを介して支点からの距離
が５：１の腕の長い方の一端に取り付け、他端には同じ
くニードルヘアリングを介して、平行型のスライドバー
を取り付けた。このスライドバーのストロークは０〜±
12mmまで任意に設定でき、その先端には繰り返し曲げ試
験用治具（溝幅が0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0mmの６
種を用意した）を取り付けた。繰返し曲げ回数はギヤヘ
ツドの回転軸に取り付けたマイクロスイツチにより６桁
の電磁カウンタによつて計数でき、最大99万回まで測定
並びに設定できる。また試験片と曲げ治具との導通の有
無の感知装置と遅延リレーとを組み合わせることによ
り、試験途中での試験片の破断を検知し、カウンター及
び回転を自動的に停止できるようになつている。なお、
試験片に与える変位量はマイクロメータで測定し、所定
の値となるように回転カム半径を調節した。この試験機
による試験条件は、梁の長さを10mm一定とし、繰返し速
度360rpm，変位量±2.0mmの一定の両振りとした。目視による弾力性は、試験片のベント部の0.3mmφの線
状鋳造体を指でほぼ直角に曲げたときの曲率具合と折損
の状態を目視により調べて以下の判断基準によつて行つ
た。 ◎ 超弾性〇やや超断性 △ もどりが50％以下の変形が生じる × もどりがなく大きな変形が生じる ★ 超弾性で且つ形状記憶効果を有する ● やや超弾性で且つ形状記憶効果を有する ▲ もどりが50％以下の変形が生じ且つ形状記憶効果
を有する。このような方法により試験した結果は、第１表に示す通
りであつた。この試験結果を判り易くするために、第２図に第１表に
示した各組成の合金No.の配置図を、第３図に引張試験
に基づく等引張強さ曲線図を、第４図に引張試験に基づ
く等伸び曲線図を、第５図に硬さ試験に基づく等硬さ曲
線図を、第６図に疲労試験に基づく等疲労曲線図を、第
７図に目視による弾力性の判別結果の図をそれぞれ示し
た。この第３図及び第４図から判るように、等引張強さ曲線
と等伸び曲線とは同じような傾向を示しているが、引張
強さはCu量及びZn量が影響しておりCu量が15wt％以上に
なると18wt％までCu量が増加するに従つて強くなる傾向
にあり、またZn量が23〜27wt％の範囲でAu量が55〜61wt
％の範囲では引張強さは45kgf/mm²以上となつたが、第
１図の本発明合金の組成領域を示すAu−Cu−Zn三元系組
成図に示す点ＣとＤとを結ぶ直線にほぼ平行に引張強さ
が変化しており、引張強さが55.5kgf/mm²と大きくてもN
o.18のように超弾性がなくなる組成が存在することが判
つたので、第１図における直線ＣＤよりも上側を本発明
合金の範囲とした。なお、No.４の合金は引張強さが小
さく且つ大変もろい歯科用として使用に耐え得ない合金
であつたがこれは前述の公知三元合金に近い組成である
ためと考えられる。また第４図に示した等伸び曲線は第３図に示した等引張
強さ曲線とよく似た傾向を示し、引張強さの大きい部分
に伸びの大きい組成領域があり第１図における点Ｃの点
Ｄとを結ぶ直線にほぼ平行に等伸び曲線が変化している
ことより上述した本発明合金の組成範囲の限定が妥当で
あることが確認できた。硬さは各No.の合金はすべて170Hv以上の大変大きな値を
示しており、通常の歯科用合金の硬さ、例えば20K金合
金の約80Hvや、18Ｋ合金の約140Hvに比べてかなり大き
いので、歯科用としては充分使用に耐え得ることが確認
できた。特にNo.34の合金は硬さが212Hvという非常に硬
い合金でありしかも引張強さも30.5kgf/mm²とかなり大
きいものであって歯科用として好適であることが判つ
た。また0.1％Na₂S水溶液による変色試験結果から数値
の小さい耐変色性に優れたものを拾い出してみると、Au
量が59wt％以下では12以上の値の変色が認められたがAu
量が60wt％以上ではほとんどの合金で11以下の値となり
Au量が多い程変色が少ないことが認められた。しかしな
がら、この変色も黄色系の変色であつて変色しても黄金
色を呈しており口腔内では大きな変色が起つているよう
には見えない利点のあることが判つた。疲労試験は本発明合金をクラスプに応用する際に折損が
生じないことを確認するための最も重要な試験である
が、第６図から明らかなように同一方法により試験した
時の従来の歯科用合金の平均的疲労破断値、例えば歯科
鋳造用白金加金合金の100回，歯科加工用白金加金合金
線の500回，また歯科用合金として最も耐久性のある歯
科加工用Co−Cr合金線の1000回に比較して本発明合金は
その大部分が優れており、特にNo.12〜16，No.19〜24，
No.28及び29，No.34の合金においては歯科加工用Co−Cr
合金線の３倍以上の耐久性があることが判つた。中でも
No.29の合金は421758回という歯科加工用Co−Cr合金線
の約400倍という驚異的耐久性を有していることが判つ
た。ちなみに超弾性を示す加工されたNi−Ti合金線につ
いて同一試験条件で疲労試験を行つたところ45372回で
破断してしまつた。このように本発明合金は鋳造体であ
るにもかかわらず機械加工された超弾性を示すNi−Ti合
金線よりも優れた耐久性を有していることが確認できた
のである。このように本発明に係る超弾性領域の合金は
疲労破断し難い耐久性のあるクラスプを製作できるので
ある。目視による弾力性の判断の第７図から明らかなように、
No.３，４，５，10，18，25，26，31，32，33，34の各
合金が超弾性効果の劣る合金であることが判つたので、
これらの合金はクラスプとして使用する歯科用合金とし
ては適当でないからこれらの合金を除いた第１図におけ
る点Ａと点Ｂとを結んだ線より下側の領域を本発明合金
の組成領域とした。なお、第１図において点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ａで
囲まれる本発明合金の組成範囲内において、特に点Ａ(A
u 63wt％，Cu 11wt％，Zn 26wt％)，点Ｇ(Au 58wt％，C
u 16wt％，Zn 26wt％)，点Ｈ(Au 59wt％，Cu 16wt％，Z
n 25wt％)，点Ｉ(Au 62wt％，Cu 13wt％，Zn 25wt％)，
点Ｊ(Au 64wt％，Cu 13wt％，Zn 23wt％)，点Ｅ(Au 65w
t％，Cu 12wt％，Zn 23wt％)，点Ｆ(Au 65wt％，Cu 11w
t％，Zn 24wt％)で囲まれる範囲内にある合金は耐久性
において著しく優れている好ましい超弾性を利用した歯
科用Au−Cu−Zn合金であることが判つた。

【効果】

以上詳述した如く本発明に係る超弾性を利用した歯科用
Au−Cu−Zn合金は、従来より実施されてきた歯科精密鋳
造法によつて容易にしかも寸法精度良く歯科用鋳造体を
作製することができ、口腔内で使用しても毒性がなく、
耐食性に優れており、引張強さ，伸び，硬さ，0.1％Na₂
S水溶液による変色，疲労試験，目視による弾力性につ
いての各特性においても著しく優れている合金であり、
歯科精密鋳造法により鋳造クラスプを作製して実際に患
者の義歯に使用した結果従来の歯科鋳造用合金や歯科加
工用合金線を使用して作製したクラスプと比較して耐久
性に優れ折損事故が生じ難くなつて安全性が向上し且つ
残存歯牙の深いアンダーカツトを使用することが可能と
なつて義歯床の安定化を著しく向上せしめることができ
たのである。このように優れた特徴を有する本発明に係る超弾性を利
用した歯科用Au−Cu−Zn合金は、歯科分野に貢献すると
ころの非常に大きな画期的な合金である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明合金の組成領域を示すAu−Cu−Zn三元系
組成図、第２図は第１表に示した各組成No.の合金の配
置図、第３図は引張試験に基づく等引張強さ曲線図、第
４図は引張試験に基づく等伸び曲線図、第５図は硬さ試
験に基づく等硬さ曲線図、第６図は疲労試験に基づく等
疲労曲線図、第７図は目視による弾力性の判別結果の図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】添付第１図のAu−Cu−Zn三元系組成図に示
すように点Ａ（Au 63wt％,Cu 11wt％，Zn 26wt％），点
Ｂ（Au 55wt％,Cu 17wt％，Zn 28wt％），点Ｃ（Au 55w
t％,Cu 18wt％，Zn 27wt％），点Ｄ（Au 63wt％,Cu 14w
t％，Zn 23wt％），点Ｅ（Au 65wt％,Cu 12wt％，Zn 23
wt％），点Ｆ（Au 65wt％,Cu 11wt％，Zn 24wt％）で囲
まれる範囲内にあることを特徴とする超弾性を利用した
歯科用Au−Cu−Zn合金。