JPS63156036A

JPS63156036A - チタン又はチタン合金に焼付ける陶材組成物及びその焼付方法

Info

Publication number: JPS63156036A
Application number: JP61303528A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Masuda; 喜男増田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1986-12-18
Filing date: 1986-12-18
Publication date: 1988-06-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は陶材組成物及びその焼付方法に関し、詳細には
チタン又はチタン合金（以下、チタン合金で代表するこ
ともある）を歯科用の補綴材として用いたときに、該補
綴材の表面に焼付けられる陶材組成物及びその焼付方法
に関するものである。

［従来の技術］歯科用の補綴材として従来から一般的に用いられてきた
金属材料としては、金、銀−パラジウム合金、ニッケル
ークロム合金、コバルト−クロム合金等を挙げることが
できる。しかしながらこれらの金属材料は、歯科用補綴
材として相応しくない諸性質を有している。即ち、金、
銀、パラジウム等は高価格であることや比重が大きな点
で問題があり、ニッケルを含む合金では、生体組織との
不親和性や溶出金属イオンの有害性等の点で問題視され
ていた。

これに対し、チタン合金は比重が比較的小さいこと、及
び生体組織との親和性や無害性の点で優れており、既に
整形外科の分野では骨の補修用として使用されている。

そしてこの様な点に注目され、チタン合金は歯科用補綴
材としても利用される様になり、今後ますますその需要
が増大するものと思われる。

［発明が解決しようとする問題点］上述した様に、チタン合金は歯科用補綴材として有用な
金属材料であるが、チタン合金を実際に補綴材として用
いるについては、次に述べる様な若干の問題が残されて
いる。即ち金属焼付陶材の着装が望ましい箇所にチタン
合金を補綴材として適用しようと思っても、これまでは
チタン合金補綴材に相応しい歯科用向材が知られておら
なかった。そこでチタンを補綴材として使用する場合に
は、不本意ながら他の金属製補綴材に用いられる既存の
陶材を前記チタン合金表面に焼付けしているのが実情で
ある。しかしながら既存の陶材においては、チタン合金
表面に馴染めるものがなく、焼付時に陶材が破損するか
、或は焼付けできたとしてもその接着強度が極めて低く
なり、陶材としての機能が殆んど達成できないといった
問題があった。

本発明は上述した様な実情に鑑みてなされたものであり
、その目的とするところは、生体親和性や無害性の点で
優れた長所を持つチタン又はチタン合金を歯科用補綴材
として用いる場合に、該補綴材の表面に焼付けるのに最
適な陶材組成物と、該陶材組成物をチタン表面上に支障
なく十分接着強度で焼付ける方法を提供することにある
。

［問題点を解決する為の手段］上記目的を達成し得た本発明は次に示す４つの発明を包
含する。

第１の発明は、ＳｉＯ２：４５〜６５％Ｂ２Ｏ２：２〜１０％Ａ　１２０３　：　１０〜２０％を必須成分として含む他、Ｎａ２０．に２０．ｔ、ｔ、Ｏよりなる群から選択され
る１種以上を合計で７〜２０％′（但し、個々には１０
％以下）含み、且つＣａｂ。

ＭｇＯ，ＢａＯよりなる群から選択される１種以上を合
計で１〜５％（但し、個々には３％以下）含んでなる点
に要旨を有するチタン又はチタン合金に焼付ける陶材組
成物である。

第２の発明は、上記第１の発明の陶材組成物に加え、Ｚ
ｒＯ，：３％以下、ＳｎＯ２：１０％以下を必須成分と
して含んだ点に要旨を有する陶材組成物である。

第３の発明は、上記第２の発明の陶材組成物をチタン又
はチタン合金表面上に築盛した後、真空又は不活性ガス
雰囲気中で焼成することを要旨とする陶材組成物の焼付
方法である。

更に第４の発明は、上記第１の発明の陶材組成物を用い
るものであり、チタン又はチタン合金表面上にオペーク
層を形成した後、該オペーク層の表面に該陶材組成物を
築盛し、真空又は不活性ガス雰囲気中で焼成する点に要
旨を有する陶材組成物の焼付方法である。

［作用］本発明は上述の如く構成されるが、要は陶材の熱膨張係
数と接着強度の改善を主眼としてなされたものである。

即ち、本発明者らは、従来の問題点であった陶材破損の
原因はチタン合金と陶材の熱膨張係数の違いにあること
に注目した。そこで陶材の熱膨張係数を、使用するチタ
ン合金の熱膨張係数にできるだけ近づけてやれば良いと
の観点から種々検討した結果、本発明を完成したもので
ある。

ここで純チタンの熱膨張係数は９．ＯＸ　１０−’／　
’Ｃ程度であり、又例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ系チタン
合金は９．４　ＸＩＧ−’／を程度であり、従来の金属
製補綴材と比べると比較的小さい。従って本発明に係る
陶材の熱膨張係数は、８．ＯＸｌ０−’〜９．５×１０
−’／ｌ：程度であることが最も好ましいのであるが、
ある程度の範囲までは許容できる。そして上述した組成
の陶材ではその熱膨張係数、７．５×１Ｏ−６〜１１．
ＯＸ　１０−’／を程度となり、この様な熱膨張係数の
範囲であると、陶材の焼付時に破損等が生じることはな
い。

この様にして陶材の熱膨張係数をチタン合金の熱膨張係
数に近ずく様に調整することによって、焼付時における
破損防止は勿論のこと、陶材の接着性も向上することが
できた。尚接着性を向上させるといった観点からすれば
、チタン合金の熱膨張係数よりも陶材の熱膨張係数を少
し低目にするのが好ましＪ／’１１このことによって陶
材に圧縮応力が作用し、陶材のチタン合金への接着強度
が更に向上する。

一方、焼付陶材（焼付ポーセレン）はその構造上、金属
製補綴材の表面に隠蔽力の高い（金属色を隠蔽する）オ
ペーク陶材が使用される。従って本発明においてもこの
点を考慮し、チタン合金表面にオペーク部として陶材を
焼付ける場合は、チタン合金表面との接着強度及び隠蔽
力を高める為に接着強度向上に有効な不透明金属酸化物
を使用した。即ちＺｒＯ２やＳｎＯ２は接着強度向上に
有効な不透明金属酸化物であり、この様な金属酸化物を
オペーク部の陶材中に含有させると陶材とチタン合金表
面との接着強度向上に有効であるのは勿論のこと、オペ
ーク部本来の機能である金属表面の色を隠蔽する効果も
達成される。尚本発明に係る陶材組成物をオペーク部と
して使用する場合には、上述の不透明金属酸化物以外に
もＴｉｅ、を適量含有させるのも隠蔽効果を高める上で
有効である。

この様にしてオペーク部を形成した後、該オペークの表
面（以下ボディ部と呼ぶ）に本発明に係る陶材組成物を
焼付けることによって、所期の目的が達成される。この
場合のボディ部の陶材組成としてはＳｉＯ□、ＺｒＯ，
′等を含有せず陶材の熱膨張係数だけを考慮しても、ボ
ディ部とオペーク部の接着強度は十分である。しかしな
がら５ｉｎ２．Ｚｒ０ｚ　、ＴｉＯ２等の不透明金属酸
化物は、従来から歯科用向材の透明度の調整の為（陶材
の色調を天然歯の色調に近づける為）に使用してきたも
のであることを考えると、ボディ部の陶材においてもこ
れらの金属酸化物を従来と同じ目的で所定量含有させて
もよいのは勿論である。

尚オペーク部は一般に薄く形成されるものであるので、
オペーク部としては従来から使用されているオペーク陶
材を用い、ボディ部に本発明に係る陶材を焼付ける構成
としても本発明の目的は十分達成される。

以下、本発明に係る陶材組成物において、その必須成分
゛の組成範囲限定理由、及び好ましい成分の許容範囲は
下記の如くである。

５ｉ０２：４５〜６５％Ｓ　ｉ　Ｏ２は歯科用陶材のガラス組織を形成する基本
的な金属酸化物であり、４５〜６５％の範囲で含有され
る。Ｓｉｎ、が４５％、よりも少ないと、陶材の熱膨張
係数が高くなりすぎたり、耐水性が低下したりする。こ
れに対し、５ｉ０２が６５％を超えると陶材の軟化点が
高くなりすぎ接着性が低下する。従ってＳ　ｉ　０２は
４５〜６５％に限定する必要があるが、好ましい範囲は
５０〜６０％である。

Ｂ２Ｏ３：２〜１０％Ｂ２０．も前記５ｉ０２と同様歯科用向材のガラス組織
を形成する基本的な金属酸化物であるが更にＢ２０．は
陶材の熱膨張係数を低下させるといった効果がある。Ｂ
２０３が２％よりも少ないと、陶材の軟化点が高くなり
すぎると共に、熱膨張係数を下げる効果が不十分となる
。これに対し、Ｂ２Ｏ３が１０％を超えると陶材の耐水
性が低下する。

Ａｌ２Ｏ３：１０〜２０％Ａｌ２Ｏ３は陶材の耐水性向上や熱膨張係数の抑制の為
に１０％以上含有させる必要がある。しかしながら２０
％を超えると陶材の軟化点が高くなりすぎ、金属補綴材
への濡れ性が悪化する。より好ましい範囲は１３〜１８
％である。

Ｎａ、Ｏ，に２０．Ｌｉ２０　：合計で７〜２０％これ
らのアルカリ金属酸化物は、陶材の低融点化及び流動性
の向上の為に合計で７％以上含有させる必要がある。又
夫々の酸化物は各１−０％まで含有させることができる
が、これらの合計が２０％を超えると陶材の焼付時に発
泡したり熱膨張係数が高くなり過ぎる。

Ｃａｂ、ＭｇＯ，Ｂａｄ：合計で１〜５％これらのアル
カリ土類金属酸化物は、陶材の流動性や濡れ性の改良、
及び熱膨張係数の制御に効果があり、合計で１％以上含
有させる必要がある。又夫々の酸化物は各３％まだ含有
できるが、合計で５％を超えると陶材の熱膨張係数が高
くなり過ぎる。

ＺｒＯ２：３％以下Ｚ　ｒ　０．２は陶材の耐水性向上やチタン合金との接
着強度向上に有効である。前述した様に、特に陶材をオ
ペーク部に使用する場合は、接合強度向上の為に必要で
ある。しかしながらその含有量は３％が限度であり、そ
れを超えると陶材の流動性、濡れ性が低下する。又Ｚｒ
Ｏ２は前述した揉に、不透明金属酸化物であり、オペー
ク部における隠蔽効果やボディ部における透明度調整の
為にも有効である。

ＳｎＯ２：１０％以下ＳｎＯ２は、チタン合金との接着強度向上に有効である
。特に陶材をオペーク部に使用する場合は、必須的に含
有される。しかしながら１０％を超えると軟化点が高く
なりすぎるので、１０％以下にする必要がある。

又ＳｎＯ２は前述した様にＺｒＯ２と同様、不透明金属
酸化物であり、オペーク部におけるトヱ蔽効果やボディ
部における透明度の調整の為にも有効である。

ＴｉＯ２；３％以下ＴｉＯ２は前述の様に、金属色の隠蔽に効果的であり、
必要により３％まで含有できる。しかしながら３％を超
えると陶材の軟化点の上昇や熱膨張係数が高くなりすぎ
るので３％以下にする必要がある。

その他の金属酸化物：３％以下以上述へた必須成分及び好ましい成分以外にも、不純物
としてＦｅ２０３　、ＭｎＯ，Ｃｕｂ。

ＮＩＯ，ＣｒＯ３、Ｉ　ｎ２０３　、Ｖ２０Ｓ　。

ＰｂＯ，Ｂ　ｔ２０３　、ＭＯ０３等の金属酸化物の１
種又は２種以上を合計で３％以下含有させても差し支え
ない。しかしながら、これらの酸化物量が合計が３％よ
りも多くなる場合には、陶材の融点が低くなりすぎてし
まい、焼付時に発泡したり熱膨張係数が高くなり過ぎて
しまったりし、チタン合金との接着性が悪くなる。従っ
てこれらの不純物は３％以下に限定する必要がある。

本発明に係る陶材組成物において、その組成割合を限定
した理由は上述した如くであるが、この様な陶材組成物
を焼付けるには下記の方法による。即ち、上述した組成
範囲内からオペーク部、ボディ部及びトランスルーセン
ト部の各部層毎に適正な組成を有する陶材を選択しくオ
ペーク部とボディ部に関しては上述した）、各部層毎に
陶材を築盛した後、真空又は不活性ガス雰囲気中で加熱
処理し、チタン合金表面上に陶材を焼付けて接着させる
。

加熱条件としては、チタン合金の酸化を抑えるといった
観点からすれば、できるだけ低温の方が望ましいのであ
るが、接着強度や光沢度を向上させるという観点からす
れば、比較的高温の方が望ましい。これらの両方の観点
を考慮すれば、本発明で陶材←付ける際の好ましい加熱
温度範囲は６０〇二９８０℃程度である。又焼付時にお
けるチタン合金の酸化を抑制する手段としては、窒化チ
タン（ＴｉＮ）を含む膜をチタン合金表面に被覆するこ
とも有効である。

尚本発明に係る陶材組成物において、配合する際の各成
分の態様は何ら限定するものではないが、熱膨声係数の
調整、接着強度の改善又は審美性等の向上の為に、組成
量の一部又は全部を石英、カシテライト、ルチル、ジル
コン等の鉱物によって配合することも好ましい実施態様
として挙げることができる。

［実施例］下記第１表の陶材組成（オペーク部とボディ部とで組成
割合は違う）を有する陶材組成物（試料Ｎｏ、１〜６）
を、３ｉ＋ｍのチタン合金棒の表面で各部層毎に、築盛
及び真空焼付けを施し、その剪断接着強度を測定した。

試験片の形態を第１図（斜視図）に示す。又このときの
陶材のみの熱膨張係数を測定し、陶材とチタン合金との
適合性をも確認した。

これらの測定結果を、焼付温度と共に第１表に併記した
。尚試料Ｎｏ、６は、本発明で規定する組成割合から外
れる組成の陶材であり（Ｂ２０３を含んでいない）、比
較の卆に同時に示した。

第１表の結果からも明らかであるが、本発明で規定する
組成範囲の陶材組成物を所定の焼付方法で焼付けること
によって、チタン合金と陶材の間に十分な接着強度が得
られ、チタン合金へ焼付ける陶材組成物及びその焼付方
法として極めて有効であるのが理解される。これに対し
、試料Ｎｏ、　６のものは、熱膨張係数が大き過ぎ、本
発明の目的を達成で籾ない。

［発明の効果］以上述べた如く本発明によれば、チタン又はチタン合金
を歯科用補綴材とした場合に、その補綴材に最も相応し
い陶材組成物及びその焼付方法が実現できな。

【図面の簡単な説明】

第１図は試験片の形態を示す斜視図である。

Claims

【特許請求の範囲】（１）ＳｉＯ＿２：４５〜６５％（重量％、以下同じ）
Ｂ＿２Ｏ＿３：２〜１０％Ａｌ＿２Ｏ＿３：１０〜２０％を必須成分として含む他、Ｎａ＿２Ｏ、Ｋ＿２Ｏ、Ｌｉ＿２Ｏよりなる群から選択
される１種以上を合計で７〜２０％（但し、個々には１
０％以下）含み、且つＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯよりなる群から選択される１種以上を合
計で１〜５％（但し、個々には３％以下）含んでなるこ
とを特徴とするチタン又はチタン合金に焼付ける陶材組
成物。（２）ＳｉＯ＿２：４５〜６５％Ｂ＿２Ｏ＿３：２〜１０％Ａｌ＿２Ｏ＿３：１０〜２０％を必須成分として含む他、Ｎａ＿２Ｏ、Ｋ＿２Ｏ、Ｌｉ＿２Ｏよりなる群から選択
される１種以上を合計で７〜２０％（但し、個々には１
０％以下）含むと共に、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯよりな
る群から選択される１種以上を合計で１〜５％（但し、
個々には３％以下）含み、且つＺｒＯ＿２：３％以下ＳｎＯ＿２：１０％以下を必須的に含有してなることを特徴とするチタン又はチ
タン合金に焼付ける陶材組成物。（３）ＳｉＯ＿２：４
５〜６５％Ｂ＿２Ｏ＿３：２〜１０％Ａｌ＿２Ｏ＿３：１０〜２０％を必須成分として含む他、Ｎａ＿２Ｏ、Ｋ２＿Ｏ、Ｌｉ＿２Ｏよりなる群から選択
される１種以上を合計で７〜２０％（但し、個々には１
０％以下）含むと共に、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯよりな
る群から選択される１種以上を合計で１〜５％（但し、
個々には３％以下）含み、且つＺｒＯ＿２：３％以下ＳｎＯ＿２：１０％以下を必須的に含有する陶材組成物を用い、該陶材組成物を
チタン又はチタン合金表面上に築盛した後、真空又は不
活性ガス雰囲気で焼成することを特徴とする陶材組成物
の焼付方法。（４）チタン又はチタン合金の表面には、ＴｉＮを含む
被覆層を形成しておく特許請求の範囲第３項に記載の焼
付方法。（５）ＳｉＯ＿２：４５〜６５％Ｂ＿２Ｏ＿３：２〜１０％Ａｌ＿２Ｏ＿３：１０〜２０％を必須成分として含む他、ＮａＯ、Ｋ＿２Ｏ、Ｌｉ＿２Ｏよりなる群から選択され
る１種以上を合計で７〜２０％（但し、個々には１０％
以下）含み、且つＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯよりなる群か
ら選択される１種以上を合計で１〜５％（但し、個々に
は３％以下）含んでなる陶材組成物を用い、チタン又は
チタン合金表面上にオペーク層を形成した後、該オペー
ク層の表面に前記陶材組成物を築盛し、真空又は不活性
ガス雰囲気で焼成することを特徴とする陶材組成物の焼
付方法。