JP6903815B2 - 歯科補綴物用ブロック体 - Google Patents

Description

本開示は歯科補綴物用ブロック体に関する。

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

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

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

国際公開番号 ＷＯ２０１６／０３１３９９

本開示は、機械加工性が良好な歯科補綴物用ブロック体を提供することを課題とする。

本開示の１つの態様は、歯科補綴物とするための機械加工をする前の歯科補綴物用ブロック体であって、歯科補綴物用ブロック体は柱状又は板状であり、主とする結晶相が二ケイ酸リチウムであり、かつ、歯科補綴物用ブロック体の切断面の一部を拡大した視野で観察した場合に、拡大した視野に存在する０．５μｍ以上の長さを有する結晶が占める面積の総和の、拡大した視野の面積に対する比率が２１％以下である、歯科補綴物用ブロック体である。

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

比率は１％以下としてもよい。

上記歯科補綴物用ブロック体は、ＳｉＯ_２を６０質量％以上８０質量％以下、Ｌｉ_２Ｏを１０質量％以上２０質量％以下、Ａｌ_２Ｏ_３を３質量％以上１５質量％以下、及び、Ｐ_２Ｏ_５を４．２質量％以上１０質量％以下で含むように構成してもよい。

上記歯科補綴物用ブロック体は、ＳｉＯ_２を６０質量％以上８０質量％以下、Ｌｉ_２Ｏを１０質量％以上２０質量％以下、Ａｌ_２Ｏ_３を３質量％以上１５質量％以下、及び、Ｐ_２Ｏ_５を５質量％以上１０質量％以下で含むように構成してもよい。

さらに、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、及びＲａから選ばれる少なくとも１つの元素の酸化物を含んでもよい。

さらに、Ｔｉ及びＺｒの酸化物の少なくとも一方が含まれてもよい。

さらに、Ｖ_２Ｏ_５、ＣｅＯ_２、Ｅｒ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、及びＴｂ_４Ｏ_７から選ばれる少なくとも１つが含まれてもよい。

上記の機械加工が切削加工であってもよい。

上記歯科補綴物用ブロック体において、切断面で、空隙が占める面積が平均で２％以下であるように構成することができる。

上記歯科補綴物用ブロック体において、切断面の倍率２００倍の顕微鏡写真で着色材の粒状物が認められないように構成することができる。

本開示によれば、機械加工性が良好な歯科補綴物用ブロック体が得られる。

図１は歯科補綴物用ブロック体１０の外観斜視図である。 図２は切断面の一部を拡大して結晶が見えるように表した図である。 比率の測定の方法を説明する図である。 比率の測定の方法を説明する他の図である。

以下、具体的な形態例を説明する。ただし本発明はこれら形態に限定されるものではない。

１つの形態に係る歯科補綴物用ブロック体（以下、「ブロック体」と記載することがある。）は、角柱、円柱等の柱状、又は、板状（ディスク状）であり、ここから切削や研削等の機械加工により変形や削り出しをして歯科補綴物とする。その中でも切削により歯科補綴物を作製する場合には角柱又は板状（ディスク状）とすることができる。角柱のブロック体は主に単品の歯科補綴物を削り出すために用いられることが多く、板状のブロック体は、１つのブロック体から複数の歯科補綴物を削り出すために用いられることがある。

図１には角柱であるブロック体１０の外観斜視図を表した。角柱の場合には、幅Ｗ、奥行きＤ、高さＨのそれぞれが１０ｍｍ以上３５ｍｍ以下の範囲とすることができる。一方、板状のブロック体の場合には厚さが１０ｍｍ以上３５ｍｍ以下の範囲となるように構成することができる。
これにより、切削加工で歯科補綴物を作製しやすいブロック体となる。

そして、図１に示した本形態に係るブロック体１０は次のような構造を具備している。図２には、図１に符号Ａ_１で示した点線に沿って切断したブロック体１０の切断面のうち、その一部を拡大した図を表した。この図は縦（幅方向）５μｍ、横（奥行方向）５μｍの視野で拡大した図である。このような図は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像により得ることができる。

ブロック体１０は、その主とする結晶相が二ケイ酸リチウムである。ここで「主とする結晶相」とは、Ｘ線回折装置による分析により観測される結晶相中、結晶析出割合が最大の結晶相を意味する。

そして、ブロック体１０は、図２で示した視野範囲において、表れている個々の結晶のうち０．５μｍ以上の長さを有する結晶を抽出したとき、抽出した結晶の面積の総和が、図２で示した視野の面積（５μｍ×５μｍ）に対して２１％以下の比率である。この比率は１０％以下であることが好ましく、１％以下であることがさらに好ましい。
これにより、主とする結晶相が二ケイ酸リチウムであるブロック体としても、従来の加工し易い（例えばメタケイ酸リチウムを主結晶相とするような）材質によるブロック体の加工と同等以上の条件で切削や研削が可能となる。そしてこれによれば、例えばメタケイ酸リチウムを主結晶相とするようなブロック体に対して必要とされる加工後の熱処理を必要としないので、形状が変わることなく機械加工の精度を維持したまま歯科補綴物とすることができる。

このような比率は次のように得る。
図１に示したブロック体１０を例にすると、最も大きい方向（図１の例では高さ方向）において、中央Ａ_１、全長Ｈに対して端面から１０％の位置の２つの端部Ａ_２、及び端部Ａ_３における３つの切断面を得る。図３には３つの切断面のうち中央Ａ_１における切断面を示した。
そして中央Ａ_１、端部Ａ_２、端部Ａ_３における切断面のそれぞれについて、点線で示した中央Ｂ_１、当該Ｂ_１に対して幅Ｗ方向に隣り合い、全幅Ｗに対して端部から１０％の位置の２つの端部Ｂ_２、及び、中央Ｂ_１に対して奥行きＤ方向に隣り合い、全奥行きＤに対して端部から１０％の位置の２つの端部Ｂ_３のそれぞれについて、図２のような５μｍ×５μｍの視野で走査型電子顕微鏡による画像を得る。従って、１つの切断面当たり５つ、全部で１５個の当該画像を得る。得られる画像の例を図４の上部に示した。

次に、各画像について、図４の下部に示したように、ここに表れている結晶のうち、結晶の長さが０．５μｍ以上のもの（図４の下部の図のうち塗りつぶした部分）を抽出し、その結晶の面積の総和Ｓを求める。次に、当該面積の総和Ｓを画像の視野面積Ｓ_０（５μｍ×５μｍ）で除して百分率で表し、画像ごとに個別に比率を得る（Ｓ／Ｓ_０×１００％）。従って全部で１５個の個別の比率を得る。
そして、これら個別の比率の平均値を算出し、これを比率とする。

上記のように得た比率が２１％以下とすることができる。

本形態に係るブロック体は、次の成分を含んで構成することができる。そして、その主とする結晶相は二ケイ酸リチウムである。
ＳｉＯ_２を６０質量％以上８０質量％以下、
Ｌｉ_２Ｏを１０質量％以上２０質量％以下、
Ａｌ_２Ｏ_３を３質量％以上１５質量％以下、
Ｐ_２Ｏ_５を４．２質量％以上１０質量％以下。

上記各成分については次の通りである。
ＳｉＯ_２の含有量が６０質量％未満、又は８０質量％を超えると、均質なブロック体を得ることが困難となる。より好ましくは６５質量％以上７５質量％以下である。
Ｌｉ_２Ｏの含有量が１０質量％未満、又は２０質量％を超えると、均質なブロック体を得ることが困難となるとともに、機械加工性が低下する傾向がある。より好ましくは１２質量％以上１８質量％以下である。
Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が３質量％未満であると、二ケイ酸リチウムが主とする結晶相として析出するが、機械加工性が低下する傾向がある。一方、１５質量％を超えると、主とする結晶相が二ケイ酸リチウムでなくなり、強度が低下する傾向がある。より好ましくは３質量％以上７質量％以下である。
Ｐ_２Ｏ_５の含有量が４．２質量％未満であると長さが０．５μｍ以上の結晶が増加する傾向にあり、機械加工性が低下する虞がある。好ましくは５質量％以上である。一方、１０質量％を超えると失透し透明なブロック体が得られ難くなる傾向がある。

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

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

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

歯科補綴物用ブロック体は、審美性を高める観点から、さらに公知の着色剤を含めてもよい。これには例えばＶ_２Ｏ_５、ＣｅＯ_２、Ｅｒ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｔｂ_４Ｏ_７から選ばれる少なくとも１つを挙げることができる。

ここで、歯科補綴物用ブロック体には空隙が認められないことが好ましい。ただし、若干の空隙は影響が小さいと考えられるので、上記比率を測定した１５か所において、縦（幅方向）６０μｍ×横（奥行き方向）６０μｍの観察範囲で空隙が占める面積が平均で２％以下であることが好ましい。
また、上記比率を測定した１５か所において、倍率２００倍の顕微鏡写真で着色材の粒状物が目視にて認められないことが好ましい。
これら空隙や粒状物は、母材との界面を生じ、機械加工性に影響を与える虞がある。また、着色材の粒状物の存在は歯科補綴物の色むらの原因となる虞もある。
このような歯科補綴物用ブロック体は、粉末成型ではなく、後で説明するように材料の溶融によって成型することにより確実に実現が可能となる。

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

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

溶融工程は、上記説明した各成分を１１００℃以上１６００℃以下にて溶融する。これにより歯科補綴物用ブロック体のための溶融ガラスを得ることができる。この溶融は十分に均一な性質を得るために数時間にわたって行われることが好ましい。

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

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

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

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

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

冷却工程は、熱処理工程により得られた二ケイ酸リチウムブランクを室温まで冷却する工程である。これにより二ケイ酸リチウムブランクが歯科補綴物用ブロック体となり、加工工程に供給することが可能となる。

加工工程は、得られた歯科補綴物用ブロック体を機械加工して、歯科補綴物の形状に加工する工程である。機械加工の方法は特に限定されることはないが、切削や研削等が挙げられる。これにより歯科補綴物を得ることができる。

この加工は、生産性の良い条件で行うことができる。すなわち、これまで二ケイ酸リチウムを主とする結晶相に有する歯科補綴物用のブロック体は機械加工性が乏しいため効率の良い切削をすることが難しかった。そのため二ケイ酸リチウムを主とする結晶相としない加工し易い材質のブロック体（例えばメタケイ酸リチウムを主結晶相とするブロック体。）で加工を行い、これをさらに熱処理して二ケイ酸リチウムに変換し、後から強度を高める工程を経る必要があった。
これに対して本形態によれば、二ケイ酸リチウムを主とする結晶相を有するブロック体であっても、加工し易い材質による加工と同等以上の条件で切削や研削が可能である。そして加工した後に熱処理が必要ないので形状が変わることなく機械加工の精度を維持したまま歯科補綴物とすることができる。

実施例１乃至実施例１０、及び比較例１乃至比較例４では、含まれる成分を変更して上記説明した溶融成型法による作製方法で、主とする結晶相が二ケイ酸リチウムであるブロック体を準備し、切削により歯科補綴物を作製して機械加工性を評価した。

各例におけるブロック体は次のように作製した。
各例について、表１に示した材料をその割合に応じて混ぜて１３００℃にて３時間溶融し溶融ガラスを得た（溶融工程）。次いで、この得られた溶融ガラスを型に流し込み、室温まで冷却することによりガラスブランクとした（ガラスブランク作成工程）。そして、得られたガラスブランクを加熱し、６５０℃で６０分間維持した（核形成工程）。これをさらに加熱し、８５０℃で１０分間維持し、主とする結晶相が二ケイ酸リチウムである二ケイ酸リチウムブランクとした（熱処理工程）。その後室温まで徐冷して（冷却工程）ブロック体を得た。
得られたブロック体は幅Ｗが１４ｍｍ、奥行きＤが１２ｍｍ、高さＨが１８ｍｍの直方体である。

表１には成分ごとにその含有量を質量％で表した。また、表１には上記説明した方法により得た０．５μｍ以上の長さの結晶が占める比率（％）、機械加工性をそれぞれ表した。なお、表１の成分の項目における空欄は０質量％を表している。

主結晶は、Ｘ線回折装置（Ｅｍｐｙｒｅａｎ（登録商標）；スペクトリス株式会社製）を用いて測定し、リートベルト法による定量分析の結果、観測された結晶相中、結晶析出割合が最も高い結晶相とした。本実施例及び比較例におけるブロック体はいずれも二ケイ酸リチウムが主とする結晶相であった。

「比率」は上記した０．５μｍ以上の長さを有する結晶の比率であり、上記した方法により得た面積の比率（％）である。

「機械加工性」は、評価に際し、従来における加工用のブロック体を参考１、参考２として２種類準備した。それぞれ次のようなブロック体である。
（参考１）メタケイ酸リチウムを主結晶相としたブロック体であり、ＳｉＯ_２が７２．３質量％、Ｌｉ_２Ｏが１５．０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が１．６質量％の割合で含まれている。
（参考２）メタケイ酸リチウムの結晶相と二ケイ酸リチウムの結晶相とが概ね同じ割合で含有されたブロック体であり、ＳｉＯ_２が５６．３質量％、Ｌｉ_２Ｏが１４．７質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が２．１質量％の割合で含まれている。
実施例及び比較例について、セラミック加工機（ＣＥＲＥＣ（登録商標） ＭＣ ＸＬ；シロナデンタルシステムズ株式会社製）で加工した際の参考１、参考２のブロック体に対する、加工時間、工具の消耗具合、及びチッピングの程度をそれぞれ評価した。参考１、参考２のブロック体と比較して加工時間、工具の消耗具合、及びチッピングのいずれについても良好であるものを「良好」、その中でも特に優れたものを「特に良好」とし、同等であるものを「同等」、加工時間、工具の消耗具合、及びチッピングのいずれかにおいて参考１、参考２のブロック体と比較して同等未満であったものを「不良」で表した。

表１からわかるように、実施例の歯科補綴物用ブロック体によれば、主結晶が二ケイ酸リチウムであるにも関わらず、機械加工性が良好である。なお、実施例及び比較例のいずれのブロック体も必要な強度は具備していた。また、空隙や粒状物についても上記した好ましい条件を満たしていた。

１０ 歯科補綴物用ブロック体

Claims (9)

1. 歯科補綴物とするための機械加工をする前の歯科補綴物用ブロック体であって、
   ＳｉＯ _２ を６０質量％以上８０質量％以下、
   Ｌｉ _２ Ｏを１０質量％以上２０質量％以下、
   Ａｌ _２ Ｏ _３ を３質量％以上１５質量％以下、及び、
   Ｐ _２ Ｏ _５ を４．５質量％以上１０質量％以下、含み、
   前記歯科補綴物用ブロック体は柱状又は板状であり、主とする結晶相が二ケイ酸リチウムであり、かつ、
   前記歯科補綴物用ブロック体の切断面の一部を拡大した視野で観察した場合に、前記拡大した視野に存在する０．５μｍ以上の長さを有する結晶が占める面積の総和の、前記拡大した視野の面積に対する比率が１１％以下である、歯科補綴物用ブロック体。
2. 前記比率が１％以下である請求項１に記載の歯科補綴物用ブロック体。
3. Ｐ _２Ｏ_５を５質量％以上１０質量％以下、含むとともに、前記比率が１％以下である、請求項１に記載の歯科補綴物用ブロック体。
4. Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、及びＲａから選ばれる少なくとも１つの元素の酸化物を含む請求項１乃至３のいずれかに記載の歯科補綴物用ブロック体。
5. Ｔｉ及びＺｒの酸化物の少なくとも一方が含まれる請求項１乃至４のいずれかに記載の歯科補綴物用ブロック体。
6. Ｖ_２Ｏ_５、ＣｅＯ_２、Ｅｒ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、及びＴｂ_４Ｏ_７から選ばれる少なくとも１つを含む請求項１乃至５のいずれかに記載の歯科補綴物用ブロック体。
7. 前記機械加工が切削加工である、請求項１乃至６のいずれかに記載の歯科補綴物用ブロック体。
8. 切断面において、空隙が占める面積が平均で２％以下である、請求項１乃至７のいずれかに記載の歯科補綴物用ブロック体。
9. 切断面の倍率２００倍の顕微鏡写真で着色材の粒状物が認められない、請求項１乃至８のいずれかに記載の歯科補綴物用ブロック体。

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