JPH0248257B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、複層被覆歯科用インプラント及びそ
の製造方法に関する。 天然歯が脱落した場合、歯槽骨に人工的な歯根
（インプラント）を埋植し、このインプラントに
人工歯冠を装着することにより人工歯を取付ける
方法が以前から研究されている。しかし、インプ
ラントは強度的な観点から金属のような機械的強
度の大ききい材料で作らなければならず、従つて
インプラントは単に機械的な結合力で歯槽骨と結
合させているにすぎず、十分に固定されないと
か、埋植後、使用中に歯槽骨に炎症を引き起こし
脱落するなどの欠点を有するので実用化されなか
つた。 最近、骨と直接化学的に結合する生体活性ガラ
スまたはガラスセラミツク（以下、単に生体活性
ガラスと言う）が開発され（特開昭53−145394号
公報参照）、これを被覆したインプラントが提案
されている。かかる生体活性ガラスと骨と結合す
る機構は、当該ガラス中の原子が体液の作用でイ
オンとなつて溶出し、溶出したイオンは骨との境
界付近に沈着し、場合によつて、骨中の無機化合
物と同じ化合物が生成することにより、生前活性
ガラスは骨と直接、強固に結合すると言う。 しかし、イオンが溶出するに従い、生体活性ガ
ラスの表面の性質が変化し、反応層と呼ぶことの
できる初めのガラスとは性質の違つた層を形成
し、本発明者らの研究によればこの層は、骨との
結合が完成するのつれて形成速度は小さくなる
が、ガラスの反応性が高いと長期間のうちにはイ
オンの溶出が徐々にではあるが着実に進み、反応
槽の厚みが増加し、やがて、芯体と生体活性ガラ
スとの境界部まで反応が進行する。困つたこと
に、この反応層は一般に元の生体活性ガラスやも
ちろん芯体よりも機械的強度が弱く、もろいこと
が判明した。特に、反応槽が芯体との境界にまで
進行した場合には、芯体と生体活性ガラス層との
結合力が弱まり咬合時の圧力によつて最悪の場
合、インプラントが歯槽骨から脱落する結果に至
ることが判明した。従つて、芯体との境界に至る
前に反応層の進行が停止することが望ましく、そ
れも急に停止するのではなく、徐々に停止するこ
とが望ましい。そのため、芯体との境界付近は反
応性が多少あり、反応層の形成速度が非常に遅い
生体活性ガラスであることが望ましい。 従つて、本発明の目的は、初期反応性が高く、
そのため歯槽骨に埋植後の定着が早く、しかも骨
との結合強度が高く、それでいて長期間経過後も
安定して歯磋骨内に保持することのできる歯科用
インプラントを提供するにある。 本発明者らは、この目的のため生体活性ガラス
の被複層被覆に着目したが、一方ガラスの被覆法
として最も簡便な溶融浸漬被覆法を採用しようと
すると、内層のガラスと外層のガラスとの熱膨張
係数を一致させる必要がある。もし、一致させな
いと、被覆した後常温まで冷却したとき、被覆ガ
ラス大きな残留応力が残り、割れてしまうか、又
は極端に割れ易い状態となる。ところが、従来の
特開昭53−145394号公報に開示されたガラスで
は、生体との反応性を決定すると、熱膨張係数は
一義的に決定され、そのため反応性が異なり、し
かも熱膨張係数が一致するガララスの組み合わせ
を捜すことは非常に困難である。また、ガラスの
特性として組成の異なるガラス同士は結合強度が
弱い。更にまた浸漬被覆法では芯体の損傷防止、
作業性及び省エネルギーの観点から被覆に使用す
るガラスは、低融性であることが望ましい。 本発明者らは、研究を進めた結果、 SiO₂ 35〜60モル％ B₂O₃ ０〜15 Na₂O 10〜30 CaO ５〜40 P₂O₅ ０〜15 K₂O ０〜20 Li₂O ０〜10 MgO ０〜５ La₂O₃＋Ta₂O₅＋Y₂O₃ ０〜８ F₂ ０〜15 なる組成の一部公知の生体活性ガラスにTiO₂を
添加すると、熱膨張係数（温度100℃から300℃の
２点間で測定したもの）が実質的に変化せずに反
応性のみが低下し得ること、更に外層（骨と接す
る層）のTiO₂の含有率は、初期反応性を良くし、
骨との結合強度を高めるため０〜２％が適当であ
り、また内層（芯体と接する層）のTiO₂の含有
率は、芯体との境界付近の反応性を低減し、かつ
低融性を確保するために５〜10モル％が適当であ
ることを見い出し、本発明を成すに至つた。 従つて、本発明の第１発明は機械的強度の大き
い芯体及び被覆ガラス被覆層からなる歯科用イン
プラントに於いて、外層が SiO₂ 35〜60モル％ B₂O₃ ０〜15 Na₂O 10〜30 CaO ５〜40 TiO₂ ０〜２ P₂O₅ ０〜15 K₂O ０〜20 Li₂O ０〜10 MgO ０〜５ La₂O₃＋Ta₂O₅＋Y₂O₃ ０〜８ F₂ ０〜15 からなる組成範囲から選ばれた生体活性ガラスで
あり、内層が、外層に使用したガラス組成に単に
TiO₂を追加してTiO₂の含有率を５〜10モル％と
したガラスであることを特徴とする複層被覆歯科
用インプラントを提供する。 本発明に於いて、機械的強度の大きい芯体と
は、生体適合性のあるコバルト−クロム合金、ス
テンレススチール、ニツケル−クロム合金、など
の金属、アルミナなどのセラミツクが使用され
る。芯体の形状は、歯の部位に応じて例えばほぼ
逆円錐形、逆円錐台、逆四角錐台などに近いもの
が使用される。 他方、外層を形成する生体活性ガラスは、上述
のとおりであるが、ここに於いてTiO₂は反応性
を抑制する成分があり、２モル％を超えると抑制
し過ぎてインプラントの初期定着性及び骨との結
合強度を悪化させる。ベースとなるガラス組成に
ついては、B₂O₃、Na₂O、CaOはTiO₂よりはる
かに効果が小さいが反応性に影響を与え、その量
が多いほど反応性が増加する。したがつて、これ
らの量が極端に多い場合には、反応性が増すが、
逆に余りに反応性が過剰で、かえつて極端にもろ
い反応層が形成され、結合強度が低下する。ま
た、極端に少ないと反応性がなくなつてしまう。
このためB₂O₃の上限は15モル％、Na₂Oの上限は
30モル％下限は10モル％、CaOの上限は40モル％
下限は５モル％となる。ガラス構成酸化物である
SiO₂は、60モル％を越えると低融性とならず、
35モル％未満とするとTiO₂でも抑制できない程
に反応性が過剰になる。K₂O及びLi₂OはNa₂Oと
置換して反応性、低融化に対して同様の効果を得
ることができる。Li₂Oが10モル％を越えると生
体との適合性を得ることができない。 MgOはCaOに置換して導入できるが、５モル
％を越えると適合性を得ることができない。F₂
は低融化を助けるために導入してもよいが、15モ
ル％を越えると適当な反応性を得られない。
La₂O₃、Ta₂O₅及びY₂O₃が合計で８モル％を越え
ると低融性とすることができない。P₂O₅が15モ
ル％超過では適当な反応性を得ることができな
い。 内層のガラス組成は、上記外層で使用したガラ
ス組成にただTiO₂を追加してTiO₂の含有率を５
〜10モル％としたものである。本発明に従えば、
TiO₂を追加してもガラスの熱膨張係数が実質的
に変化せず、単に生体との反応性が低下するだけ
であり、しかもこの範囲内であれば反応層の進行
が芯体との境界前で徐々に停止され、長期間経過
後にもインプラントの歯槽骨との結合が良好に保
たれる。なお、ここで熱膨張係数が実質的に変化
しないとは、内層のガラスの熱膨張係数と外層ガ
ラスのそれとの差が±0.05×10^-5℃以内であるこ
とを意味する、これは内層と外層ガラスの境界付
近では、成分の相互拡散により、幅を持つた境界
層を形成し、上記程度の熱膨張係数の違いによる
応力発生は、吸収されてしまうからである。 本発明のインプラントでは、ガラスの内層と外
層との間に中間層を設けてもよく、この場合中間
層のガラス組成は、外層のガラス組成に対して内
層のTiO₂追加量よりも少ない追加量のTiO₂を追
加した組成とする。例えば外層（TiO₂含有量０
モル％）、中間層（同３モル％）、内層（同７モル
％）とする。ガラス被覆層の厚さは、内層：100
〜1000μｍ、外層：100〜500μｍ、全体で200〜
1500μｍが適当である。 いずれのガラス組成に於いても製造は、ガラス
技術に於いて公知の方法で行なうことができ、所
定の組成に従い各成分の原料として酸化物、炭酸
塩、硝酸塩、フツ化物等を使用し、所定の割合で
混合し、混合粉砕して調合原料となし、これを
1000〜1300℃に加熱した電気炉中の白金るつぼに
投入し、溶融清澄後、かくはんし、均一化する。 こうして得られた溶融ガラスに芯体を浸漬した
後、引き上げて徐冷することにより内層を被覆
し、必要に応じて研磨して整形する。次いで被覆
された芯体を外層となる溶融ガラス中に浸漬し、
前回と同様の操作を繰り返す。こうして、本発明
の第１発明のインプラントが製造される。 従つて、内層は再加熱されるので芯体と実質的
に同一の熱膨張係数を有するガラス組成でなけれ
ばならない。（なお、ここで実質的に同一とは芯
体のそれより0.1×10^-5℃^-1低いものまで意味す
るが、少しでも上回つたものは意味しない。）と
ころが好都合なことに本発明で使用する内層のガ
ラス組成の範囲内で、芯体特に使用上望ましい金
属芯体の熱膨張係数に実質的に一致するガラスを
選択することができる。 従つて、本発明の第２発明は、 (1) 金属芯体を、該芯体と実質的に同一の熱膨張
係数を有する前述の内層ガラスの融液中に浸漬
し、 (2) 当該芯体を引き上げ、 (3) 被覆された芯体を、被覆したガラスのガラス
転移温度（Tg）まで冷却し、 (4) 冷却された被覆芯体を同温度でガラス被覆層
と芯体とが同一の温度になるまで保持し、 (5) 次いで0.8℃／分以下の速度で徐冷し、 (6) 必要に応じて常温にて研磨整形し、 (7) 再び、被覆芯体を、外層を形成するガラス融
液中に浸漬し、 (8) 以下、前記(2)〜(6)の工程と同様に処理するこ
とにより本発明の歯科用インプラントを製造す
る方法を提供する。 この方法では、芯体と内層のガラスが実質的に
等しい熱膨張係数を有する組み合わせを使用する
ので、第(3)工程で、芯体とガラス被覆層との温度
を一致させる必要がある。 本発明の製法でTgで温度を一旦保持する理由
は、芯体とガラスとの温度を一致させるためと、
それまでの冷却過程で発生したガラス中の応力を
完全に解放するためである。もし、このTgより
高い温度で保持すると、ガラス被覆層の形状保持
（例えば厚みを一定にすること）が難しくなる。
逆にTgより低い温度で保持すると、ガラスが実
質的に固体となり、それまでに発生した応力を解
放することができない。しかしながら、Tgより
40℃まで低い温度範囲であれば、長時間例えば１
〜24時間保持することにより、それまでに発生し
た応力を解放することができるので、本発明でガ
ラス転移温度Tgで保持するとはTgからTgより
40℃低い温度までの範囲の任意の温度で保持する
ことを意味する。 こうして、Tgで一旦保持することにより、ガ
ラス中のそれまでに発生した応力は解放され、し
かも芯体とガラス層の温度が一致したので、この
後、両者に温度差が生じないようにすることと、
ガラス層自身の各部位で温度差が生じないように
するために0.8℃／分以下の温度で徐冷する。 Tg以下の熱膨張の温度依存性は、ほぼ直線
（この直線は100℃〜300℃間で測定した熱膨張係
数で代表されることが如られている）であり、本
発明の製法では上記熱膨張係数の実質的に等しい
金属芯体とガラスを使用しているので、Tg以下
で両者の温度を等しく徐冷することにより、ガラ
ス層に残留応力の実質的にない歯科用インプラン
トが得られる。徐冷は0.8℃／分以下で行なうが、
これにより芯体とガラス層に温度差が生じないの
で一定の温度差を持つて冷却する特開昭53−
145394号に記載された製法に比べ、温度管理が極
めて簡単で、生産性が高い。 また、本発明の製法によれば、得られるガラス
層にひび割れがなく、またひび割れが生じにくい
ガラス被覆歯科用インプラントが得られる。 ガラス層同士を比べても本発明で使用するガラ
スの組み合わせでは、熱膨張係数が実質的に同一
であるので、重ねて被覆する工程に於いても、温
度管理が極めて楽であり、またガラス層にひび割
れがなく、またひび割れが生じにくいインプラン
トが得られる。 次いで実施例により本発明をより具体的に説明
する。 実施例 １ 第１図は、本実施例で製造した歯科用インプラ
ントの断面図である。P₁は金属芯体（上面直径
5.0mm×長さ11.0mmの略逆円錐形でCo−Cr合金：
三金工業社製の商品名サンコリウム、熱膨張係数
1.43×10^-5℃^-1）であり、Ａ（外層）は厚さ200μ
ｍの外層の生体活性ガラス、ａ（内層）は厚さ
300μｍの内層の生体活性ガラスである。各々の
ガラス組成を次に示す。

【表】 前記ガラスａの融液（1080℃）に金属芯体を浸
漬し、引き上げて放冷し、535℃の恒温炉に入れ
て１時間保持して芯体と被覆ガラスａ層との温度
とを一致させた後、0.5℃／分の速度で常温まで
徐冷した。 次いで内層ａが被覆された芯体を、前記ガラス
Ａの融点（1010℃）中に浸漬し、引き上げて放冷
し、525℃の恒温炉中に入れて１時間保持して芯
体、ガラスａ層及びガラスＡ層の温度を一致させ
た後、0.5℃／分の速度で常温まで徐冷し、前記
インプラントを製造した。 こうして得られた本発明のインプラントは、ガ
ラス被覆層にひび割れが見られず、表面をダイヤ
モンド砥石で研削しても、ひび割れは生じなかつ
た。 このインプラントを歯槽骨に埋植し、完全な結
合を確認した後、人工歯冠のような上部構造を装
着する。 実施例 ２ 第２図は本実施例で製造したインプラントの断
面図である。P₂は上面にくぼみを有する略逆円
錐形の上面直径4.5mm×長さ10mmの金属芯体（Ni
−Cr合金で三金工業社製の商品名サニリウム、
熱膨張係数1.36×10^-5℃^-1）である。このくぼみ
に人工歯冠またはそれを装着するためのポストコ
アが嵌合接着される。Ｂ（外層）は厚さ100μｍの
生体活性ガラス、ｂ（内層）は厚さ400μｍの生体
活性ガラスである。各々のガラス組成を次に示
す。

【表】 前記内層ｂのガラスの融液（1070℃）に金属芯
体を浸漬し、引き上げて放冷し、530℃の恒温炉
に入れて１時間保持して芯体と被覆ガラス層ｂと
の温度とを一致させた後、0.5℃／分の速度で常
温まで徐冷した。 次いで内層ｂが被覆された芯体を、前記外層Ｂ
のガラスの融液（1000℃）中に浸漬し、引き上げ
て放冷し、520℃の恒温炉中に入れて１時間保持
して芯体、ガラスｂ層及びガラスＢ層の温度を一
致させた後、0.5℃／分の速度で常温まで徐冷し、
前記インプラントを製造した。 こうして得られた本発明のインプラントは、ガ
ラス被覆層にひび割れが見られず、表面をダイヤ
モンド砥石で研削しても、ひび割れは生じなかつ
た。 実施例 ３ 芯体は、実施例２で使用したものと全く同じも
のであり、ここでは外層は厚さ250μｍの生体活
性ガラス、内層は厚さ250μｍの生体活性ガラス
で各ガラスの組成は次のとおりである。

【表】

【表】 前記内層のガラスの融点（980℃）に金属芯体
を浸漬し、引き上げて放冷し、500℃の恒温炉に
入れて１時間保持して芯体と被覆内層ガラス層と
の温度とを一致させた後、0.5℃／分の速度で常
温まで徐冷した。 次いで内層のガラスが被覆された芯体を、前記
外層のガラスの融液（950℃）中に浸漬し、引き
上げて放冷し、490℃の恒温炉中に入れて１時間
保持して芯体、内層ガラス層及び外層ガラス層の
温度を一致させた後、0.5℃／分の速度で常温ま
で徐冷し、前記インプラントを製造した。 こうして得られた本発明のインプラントは、ガ
ラス被覆層にひび割れも見られず、表面をダイヤ
モンド砥石で研削しても、ひび割れは生じなかつ
た。 参考例 第４表に示す４種の組成から成るガラスは、従
来のものより比較的多量のB₂O₃をほぼ同じ割合
だけ導入し、SiO₂、Na₂O、CaOもほぼ同割合と
しつつ、TiO₂の量を変えて、熱膨張係数及び反
応性を調べた。

【表】

【表】 第４表から分るようにこれらの組成からなる生
体活性ガラスは熱膨張率が等しく、しかも第３図
に示したごとくTiO₂の量を変えることで反応性
を変化させることに成功している。第３図は、第
４表に示した４種の組成からなるガラスを生体類
似緩衝溶液中に保持した場合の、溶液のPH変化の
様子を示したグラフである。縦軸が溶液のPHであ
り、横軸は対数で表わした処理時間（hr）であ
る。この図に示されるように、TiO₂の割合が最
も少ない組成(1)のガラスは最も高いPHになり、
TiO₂の割合が最も多い組成(4)のガラスはPHの上
昇が最も小さくなつている。従つてTiO₂の割合
を多くするほど、PHの上昇を少なくできる、すな
わち生体との反応性を小さくできる。 以上のとおり、第１及び第２発明によれば、初
期定着性がよく骨との結合強度が高く、それでい
て長期間の使用にも耐える生体活性ガラス被覆イ
ンプラントが得られ、しかもその製法上も温度管
理が楽で、ガラス被覆層にひび割れがなく、しか
も大きな残留応力が残らないのでガラス層は容易
にはひび割れを起こすことがなく研磨、研削加工
に十分耐えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１、第２発明の
実施例１、２それぞれを示す歯科用インプラント
の断面図である。第３図は第４表に示した各組成
から成るガラスの緩衝溶液中のPH変化の様子を表
わすグラフである。 〔主要部分の符号の説明〕、Ｐ……芯体、ａ，
ｂ……生体活性ガラス内層、Ａ，Ｂ……生体活性
ガラス外層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 芯体及び複層ガラス被覆層からなる歯科用イ
   ンプラントに於いて、外層が、 SiO₂ 35〜60モル％ B₂O₃ ０〜15 Na₂O 10〜30 CaO ５〜40 TiO₂ ０〜２ P₂O₅ ０〜15 K₂O ０〜20 Li₂O ０〜10 MgO ０〜５ La₂O₃＋Ta₂O₅＋Y₂O₃ ０〜８ F₂ ０〜15 からなる組成範囲から選ばれた生体活性ガラスで
   あり、内層が外層に使用したガラス組成に単に
   TiO₂を追加してTiO₂の含有率を５〜10モル％と
   した生体活性ガラスであることを特徴とする複層
   被覆歯科用インプラント。 ２ (1) 金属芯体を、該芯体と実質的に同一の熱
   膨膨張係数を有する下記内層ガラスの融液中に
   浸漬し、 (2) 当該芯体を引き上げ、 (3) 被覆された芯体を、被覆したガラスのガラス
   転移温度（Tg）まで冷却し、 (4) 冷却された被覆芯体を同温度でガラス被覆層
   と芯体が同一の温度になるまで保持し、 (5) 次いで、0.8℃／分以下の速度で徐冷し、 (6) 必要に応じて常温にて研削整形し、 (7) 再び、被覆芯体を下記外層ガラスの融液中に
   浸漬し、 (8) 以下、前記(2)〜(6)の工程と同様に処理するこ
   とを特徴とする、 金属芯体と複層ガラス被覆層からなり、外層
   が、 SiO₂ 35〜60モル％ B₂O₃ ０〜15 Na₂O 10〜30 CaO ５〜40 TiO₂ ０〜２ P₂O₅ ０〜15 K₂O ０〜20 Li₂O ０〜10 MgO ０〜５ La₂O₃＋Ta₂O₅＋Y₂O₃ ０〜８ F₂ ０〜15 からなる組成範囲から選ばれた生体活性ガラスで
   あり、内層が外層で使用したガラス組成にTiO₂
   を追加してTiO₂の含有率を５〜10モル％とした
   生体活性ガラスである複層被覆歯科用インプラン
   トの製造方法。