歯科用修復物の作製方法
【課題】セラミック製の歯科用修復物を高精度かつ安価に作製する方法を提供する。
【解決手段】ラピッドプロトタイピング法を用いたセラミック製の歯科用修復物の作製方法が、基板を準備する工程と、基板上に、以下の工程(a)、(b):(a)基板上の上流側から下流側にスキーマを移動させて、光硬化樹脂とセラミックパウダーとを含むスラリーを基板上に塗布する工程、(b)スラリーの修復物形成部分に光を照射するとともに、修復物形成部分の少なくとも上流側のスラリーにも光を照射して、スラリーを硬化させる工程を繰り返し、修復物形成部分に形成された造形体と、少なくともその上流側に形成された造形用ガードとをスラリー中に形成する造形工程と、硬化せずに残ったスラリーを除去する工程と、造形体を加熱して造形体を焼結する焼結工程と、造形体にガラスを浸潤させる浸潤工程とを含む。
【解決手段】ラピッドプロトタイピング法を用いたセラミック製の歯科用修復物の作製方法が、基板を準備する工程と、基板上に、以下の工程(a)、(b):(a)基板上の上流側から下流側にスキーマを移動させて、光硬化樹脂とセラミックパウダーとを含むスラリーを基板上に塗布する工程、(b)スラリーの修復物形成部分に光を照射するとともに、修復物形成部分の少なくとも上流側のスラリーにも光を照射して、スラリーを硬化させる工程を繰り返し、修復物形成部分に形成された造形体と、少なくともその上流側に形成された造形用ガードとをスラリー中に形成する造形工程と、硬化せずに残ったスラリーを除去する工程と、造形体を加熱して造形体を焼結する焼結工程と、造形体にガラスを浸潤させる浸潤工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はセラミック製の歯科用修復物の作製方法に関し、特にラピッドプロトタイピング法を用いたセラミック歯冠修復物の作製方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、審美性等の理由から、金属製の歯冠修復物に代わりセラミック製の歯冠修復物に対する需要が増大している。セラミック製の歯冠修復物の作製には、CAD/CAMシステムが導入されている。CAD/CAMシステムでは、まず、歯列データに基づいてコンピュータ上で歯冠修復物の形状が決定される。続いて、かかる形状に基づいてブロック状のセラミックをドリルで切削し、歯冠修復物が作製される。
【非特許文献1】Nakamura T., Tanaka H, Kinuta S, Akao T, Okamaoto K, Wakabayashi K, Yatani H, "In vitro study on marginal and internal fit of CAD/CAM all-ceramic crowns", Dent Mater J. 2005 Sep; 24(3):456-9
【非特許文献2】Hotta Y, Miyazaki T, Fujiwara T, Tomita S, Shinya A, Sugai Y, Ogura H, "Durability of tungsten carbide burs for the fabrication of titanium crowns using dental CAD/CAM", Dent Mater J. 2004 Jun; 23(2):190-6
【非特許文献3】Li H, You DO, Zhou CR, Ran JG, "Study on machinable glass-ceramic containing fluorophlogopite for dental CAD/CAM system", J Mater Sci Mater Med. 2006 Nov; 17(11):1133-7
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、セラミックの切削加工は、1つずつ切削するシリアル処理で行われるため、1つの歯冠修復物の作製に2時間程度かかり、製造コストが高くなるという問題があった。
また、ドリルの摩耗により、完成した歯冠修復物の形状が、CAD上で設計した歯冠修復物の形状からずれるという問題もあった。
更には、セラミックの切削に用いられるドリルの刃が高価であるという問題もあった。
【0004】
そこで、本発明は、ラピッドプロトタイピング法を用いて、セラミック製の歯科用修復物を高精度かつ安価に作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、ラピッドプロトタイピング法を用いたセラミック製の歯科用修復物の作製方法であって、
基板を準備する工程と、
基板上に、以下の工程(a)、(b):
(a)基板上の上流側から下流側にスキーマを移動させて、光硬化樹脂とセラミックパウダーとを含むスラリーを基板上に塗布する工程、
(b)スラリーの修復物形成部分に光を照射するとともに、修復物形成部分の少なくとも上流側のスラリーにも光を照射して、スラリーを硬化させる工程、
を繰り返し、修復物形成部分に形成された造形体と、少なくともその上流側に形成された造形用ガードとをスラリー中に形成する造形工程と、
硬化せずに残ったスラリーを除去する工程と、
造形体を加熱して造形体を焼結する焼結工程と、
造形体にガラスを浸潤させる浸潤工程とを含むことを特徴とする歯科用修復物の作製方法である。
【発明の効果】
【0006】
本発明にかかる歯科用修復物の作製方法では、十分な強度特性等を備えたセラミック製の歯科用修復物を、欠け等の損傷の発生なく高精度に形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
実施の形態1.
本発明の実施の形態1にかかるセラミック製の歯科用修復物の作製方法では、ラピッドプロトタイピング法(Rapid Prototyping Method)が用いられる。
図1は、本実施の形態1にかかる歯科用修復物の作製に用いる紫外線硬化光造形装置(CAM装置)の外観であり、図2は装置の内部である。かかる紫外線硬化光造形装置は、DMEC社製の紫外線硬化光造形装置(SCS−300P)をベースに改造を加えたものである。
【0008】
紫外線硬化光造形装置では、スキーマを用いて、例えば、紫外線硬化性のスラリーを基板上に一定の膜厚で塗布するとともに、紫外線を照射してスラリーを部分的に硬化させることが可能となる。特に、スラリーには、セラミックを成分としたスラリーを用いることもできる。
【0009】
図3は、ラピッドプロトタイピング法を用いた歯科用修復物の作製工程の概略図であり、図2の紫外線硬化光造形装置を、右下から左上の方向に見た場合の概略図である。
本実施の形態1にかかる歯科用修復物の作製方法は、以下の工程1〜7を含む。
【0010】
工程1:図3(a)に示すように、基板10を準備する。基板10は、基板10上への積層が進むに従って、その積層された厚さずつ下降するようになっている。続いて、スキーマ20を用いて、コンポジットスラリー30を基板10上に塗布する。スキーマ20は上流側(左側)から下流側(右側)への一方向(Aの方向)にコンポジットスラリー30を延ばしながら塗布する。塗布されるコンポジットスラリー30の膜厚は、基板10とスキーマ20との距離により調整できるが、ここでは、1層の膜厚は30μmとする。但し、1層の膜厚は30μmに限定されるものではない。
【0011】
コンポジットスラリー30には、紫外線硬化樹脂とセラミックパウダー(ナノ粒子)の混合物が用いられ、例えば、アクリル系樹脂(KC1159、DMEC社製)と、αアルミナ粒子(平均粒子径0.17μm、大明化学工業製)を、体積比60/40で混合したスラリーが好ましい。但し、かかる混合比は60/40に限定されるものではない。
【0012】
また、コンポジットスラリー30には、紫外線硬化樹脂とジルコニア強化アルミナ(ZTA)を混合したスラリーを用いても構わない。但し、かかる材料はジルコニア強化アルミナ(ZTA)に限定されるものではない。
【0013】
なお、図2は、透明の基板上に、白いコンポジットスラリーが塗布された状態を示している。
【0014】
工程2:図3(b)に示すように、コンポジットスラリー30の所定部分に紫外線レーザ(波長:355nm)を照射して、コンポジットスラリー30を硬化させる。
紫外線レーザを照射する部分は、予め作成された、歯科用修復物と造形用ガードのCADデータに基づいて決定される。具体的には、歯科用修復物と造形用ガードのCAD画像を、コンポジットスラリー30(膜厚30μm)の1層毎に水平分割したCADデータを作成し、そのデータに基づいて、1層毎に紫外線レーザを照射する。
【0015】
紫外線レーザが照射された部分は、硬化して造形用ガード31、造形体32となる。紫外線レーザが照射されない部分は、コンポジットスラリー30のまま残る。
【0016】
なお、ここでは紫外線を用いてコンポジットスラリー30を硬化したが、可視光硬化レジンをコンポジットスラリーの材料に用いて、可視光を用いてコンポジットスラリーを硬化させても構わない。また、スラリーの硬化は、インクジェットプリンターによる硬化剤の噴射によっても可能である。
【0017】
また、紫外線レーザを走査させてコンポジットスラリー30を硬化する代わりに、例えば、マスクを用いて、所定領域に一度に紫外線を照射して硬化させても構わない。
【0018】
工程3:図3(c)に示すように、工程1と同様に、スキーマ20でコンポジットスラリー30を積み重ねて塗布する。塗布するコンポジットスラリー30の膜厚は、1層目と同じく30μmである。
続いて、紫外線レーザを照射して、所定位置のコンポジットスラリー30を硬化させて造形用ガード31、造形体32を形成する。
【0019】
2層目のコンポジットスラリー30をスキーマ20で塗布する場合、塗布されるコンポジットスラリー30に押されて、1層目に形成した造形体32が剥離したり、A方向に位置がずれたりする。特に、クラウン等の歯科用修復物では、下方の厚みが薄く、基板10から剥離しやすい。
【0020】
これに対して、本実施の形態1にかかる製造方法では、造形体32の上流側に造形体ガード31が形成されているため、上層のコンポジットスラリー30を塗布する場合に、下層の造形体32にかかる力が大幅に軽減され、下層の造形体32の剥離等が防止できる。造形体32と造形体ガード31との間隔は、造形体ガード31の周囲でほぼ等間隔であり、0.1mm〜1.0mm程度が好ましく、特に0.5mm程度が好ましい。
【0021】
ここで、造形体ガード31は、少なくとも造形体32の上流側に設けられれば、下層の造形体32の剥離等を防止する効果が得られる。
【0022】
なお、上述のように、クラウン等の歯科用修復物では下方の厚みが薄く、基板10から造形体32が剥離しやすい。このため、図3(c)に示すように、造形体32と造形体ガード31との間隔は、造形体ガード31の周囲でほぼ等間隔の0.5mm程度とすることが好ましい。しかしながら、例えばブロック状の造形体のように、薄い部分の無い形状の場合には、図4に示すような造形体ガード31を用いてもよい。
【0023】
図4において、上図が、造形体32の周囲に設けられた造形体ガード31の上面図、下図が造形体ガード31の側面図である。図4では、左側が、スキーマ20がコンポジットスラリー30を塗布する場合の上流側であり、右側が下流側である。
【0024】
このように、造形体32が基板から剥離しにくい形状の場合には、必ずしも造形体32と造形体ガード31との間隔を一定にする必要は無く、造形体32の少なくとも上流側に、図4に示すような造形体ガード31を設けることにより、良好な造形体32を形成することができる。
【0025】
工程4:コンポジットスラリー30の塗布工程(図3(a))と露光硬化工程(図3(b))を繰り返すことにより、図3(d)に示すような、造形体ガード31、造形体32が形成される。
【0026】
図5Aは、図3(d)に対応する、造形体ガード31および造形体32のCAD画像であり、図3(d)を上から見た状態を示す。また、図5Bは、図5Aの構造の上面を削り取った状態であり、造形体ガード31中に配置された造形体32を示す。
【0027】
図6Aは、工程1〜4により実際に作製した造形体ガード31および造形体32の上面写真であり、図6Bは、造形体ガード31を破壊して取り出した造形体32の上面写真である。造形体32は、臼歯クラウンである。
【0028】
図7Aは、工程1〜4により実際に作製した造形体ガード31および造形体32の底面写真であり、図7Bは、造形体ガード31を破壊して取り出した造形体32の底面写真である。
【0029】
特に、図6B、図7Bから分かるように、スキーマ20でコンポジットスラリー30を積層する工程で、造形体32の下部等が欠け落ちることもなく、CAD画像通りの造形体32が得られていることがわかる。
【0030】
なお、図5Aや図6Aに示すように、造形体ガード31の上流側(左側)は、テーパ形状になっているが、このような形状にすることにより、スキーマ20でコンポジットスラリー30を塗布する場合の、コンポジットスラリー30と、下層に形成された造形体ガード31との抵抗を小さくすることができる。
【0031】
工程5:基板10上のコンポジットスラリー30を、例えばアルコールやアセトン等の溶剤で溶かして、造形体ガード31と造形体32のみとする。
更に、造形体ガード31を機械的に破壊して、造形体32を取り出す。例えば、図6Aに示すように、造形体ガード31に隙間(横方向に延びた線)ができるように形成すると、造形体ガード31の取り外しが容易となる。
【0032】
工程6:造形体32を電気炉に入れて、加熱処理(焼結処理)を行う。加熱処理は、例えば以下の工程(a)、(b)からなる。
(a)焼却(脱脂)工程: 600℃×2時間
(b)焼結工程 :1500℃×2時間
【0033】
工程(a)では、造形体32中のアクリル樹脂成分が焼却されてなくなる。また、工程(b)では、アルミナのナノ粒子同士が焼結される。なお、ここでは、工程(a)と工程(b)を、別工程として行ったが、工程(b)の昇温中に、アクリル樹脂の焼却を行うことも可能である。
【0034】
工程7:加熱処理を行った造形体32に対して、ガラス浸潤処理を行う。具体的には、例えば、La2O3・B2O3・Al2O3・SiO2系ガラスの粉体に、造形体32を埋めた状態で、電気炉中で、1100℃×2時間、加熱処理を行う。
造形体32を冷やした後、ブラスト処理を行い、表面に付着した余剰のガラスを除去する。以上の工程1〜7により、セラミック製の歯科用修復物が完成する。
【0035】
図8Aは、歯科用修復物(臼歯クラウン)のCAD画像であり、図8Bは、本実施の形態1にかかるラピッドプロトタイピング法を用いて作製した、焼結処理前(写真左)、焼結処理後(写真右)の歯科用修復物(造形体)である。
【0036】
また、図9は、焼結処理前の歯科用修復物(造形体)の上面(左上)、斜視(左下)、底面(右上)の写真であり、図10は、焼結処理後の歯科用修復物(造形体)の上面(左上)、斜視(左下)、底面(右上)の写真である。
【0037】
本実施の形態1にかかる作製方法を用いることにより、CADで作製した形状が、再現よく作製できていることがわかる。一方、焼結処理の前後で、造形体の体積が縮小していることも分かる。
【0038】
焼結処理の前後での、造形体の寸法の変化について調べた結果を以下の表1に示す。焼結処理条件は、上述の工程6に示す工程(a)(b)である。
【0039】
(表1)
【0040】
表1からわかるように、上述の焼結処理条件では、焼結処理の前後において、近遠心方向、頬舌方向に約23〜24%、歯軸方向に約25%、収縮が発生している。歯軸方向の収縮が大きいのは、重力の影響が加わったためと考えられる。
【0041】
このように、焼結処理により、体積収縮が発生するため、かかる収縮率を考慮した上で、CAD上で歯科用修復物の設計を行うのが好ましい。
【0042】
なお、収縮率は、焼結処理条件、特に処理温度に依存するため、焼結処理条件を考慮した上で歯科用修復物の設計を行う必要がある。
【0043】
次に、1)ラピッドプロトタイピング法による造形後、2)焼結処理後、および3)ガラス浸潤処理後の、造形体の曲げ強度および密度についての実験結果を示す。
【0044】
1)ラピッドプロトタイピング法による造形は、7mm×3mm×28mmの平板形状のCADデータを作成し、かかるデータに基づいてラピッドプロトタイピング法により造形体を作製した。
【0045】
2)焼結処理は、上述の工程6と同様に、
(a)焼却(脱脂)工程: 600℃×2時間
(b)焼結工程 :1500℃×2時間
の各工程を行った。
【0046】
3)ガラス浸潤処理は、上述の工程7と同様に、La2O3・B2O3・Al2O3・SiO2系ガラスの粉体に造形体を埋めた状態で、1100℃×2時間、加熱処理を行った。更に、造形体を冷やした後ブラスト処理を行った。
【0047】
造形体の曲げ強さは、万能試験機(EZ−Test、島津製作所製)を用い、3点曲げ試験で測定した。また、造形体の密度は、アルキメデス法で計測した。
以下の表2は、造形体の曲げ強さ、密度である。
【0048】
(表2)
【0049】
1)造形後の曲げ強度は、6.66±0.40MPaと小さかったが、3)ガラス浸潤処理後には、196.99±23.71MPaとなり、曲げ強度が向上したことがわかる。
また、1)造形後の密度は、2.09±0.02g/cm3であるが、3)ガラス浸潤処理後には、3.71±0.05g/cm3となり、α−アルミナの理論密度である3.98g/cm3に近くなっていることがわかる。
【0050】
図11Aは、2)焼結処理後の造形体の切断面の顕微鏡写真であり、図11Bは、その拡大写真である。図11Bから分かるように、切断面の表面には、細かいクラックが発生している。また、積層間での剥離が発生するために、曲げ強度も低くなっている
【0051】
また、図12Aは、2)焼結処理後の造形体の曲げ試験後の破面写真であり、図12Bは、3)ガラス浸潤処理後の表面写真である。
【0052】
2)焼結処理後の造形体では、図11Bに示すように、造形体内に多くのクラックが存在するが、3)ガラス浸潤処理後には、ガラスがクラック内に浸潤することにより、クラックを封止する。これは、例えば、図12A(ガラス浸潤処理前)と図12B(ガラス浸潤処理後)に示す造形体の破面状態からも分かる。
【0053】
以上のように、本発明の実施の形態1にかかるラピッドプロトタイピング法を用いることにより、セラミック製の歯科用修復物を、欠け等の損傷の発生なく形成することができる。
【0054】
また、強度や密度においても、優れた特性を有する歯科用修復物を得ることができる。
【0055】
更に、焼結処理条件に応じた収縮率を考慮して歯科用修復物を行うことにより、正確な寸法の歯科用修復物を得ることができる。
【0056】
実施の形態2.
図13は、本実施の形態2にかかるラピッドプロトタイピング法を用いた歯科用修復物の作製工程の概略図である。
【0057】
図13は、上述の実施の形態1の工程3(図3(c))が終わった後に、1層目の修復物形成部分と2層目の修復物形成部分が重なった部分(基板10の法線方向から見て重なった部分)に、更に、紫外線レーザや可視光のような光を照射する多重露光工程を示す。
【0058】
光は、2層目の修復物形成部分を通り、1層目の修復物形成部分に達するように照射する。かかる光は、1層目の修復物形成部分の底面には達しないようにする。図13において、破線で囲まれた領域が、光が照射された領域である。
【0059】
スキーマでスラリーを塗布する際、スラリーの粘度によっては、スラリーの表面張力により、下層に積層された層の間の相対的な位置がずれたり、層の間に空気が入る場合がある。
【0060】
これに対して、本実施の形態2にかかる方法では、2層目に光を照射して修復物形成部分に造形体等を形成した後、更に、1層目と2層目の修復物形成部分が重なった部分に光を照射し、多重露光することにより、1層目と2層目との接着強度を上げている。1層目と2層目の修復物形成部分が重なった部分は、CADデータに基づき決定される。
【0061】
これにより、積層された層間の相対的な位置ずれ等が防止され、より精度の高い歯科用修復物(造形体)の形成が可能となる。
【0062】
また、多重露光工程は、造形体の作製だけでなく、造形体ガードの作製に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1】本発明の実施の形態1にかかる歯科用修復物の作製に用いる紫外線硬化光造形装置の外観である。
【図2】本発明の実施の形態1にかかる歯科用修復物の作製に用いる紫外線硬化光造形装置の内部である。
【図3】本発明の実施の形態1にかかるラピッドプロトタイピング法を用いた歯科用修復物の作製工程の概略図である。
【図4】本発明の実施の形態1にかかる、他の造形体ガードである。
【図5A】造形体ガードおよび造形体のCAD画像である。
【図5B】図5Aの構造の上面を削り取ったCAD画像である。
【図6A】実際に作製した造形体ガードおよび造形体の上面写真である。
【図6B】実際に作製した造形体の上面写真である。
【図7A】実際に作製した造形体ガードおよび造形体の底面写真である。
【図7B】実際に作製した造形体の底面写真である。
【図8A】歯科用修復物のCAD画像である。
【図8B】本発明の実施の形態1にかかるラピッドプロトタイピング法を用いて作製した、焼結処理前、焼結処理後の歯科用修復物である。
【図9】焼結処理前の歯科用修復物の上面、斜視、底面写真である。
【図10】焼結処理後の歯科用修復物の上面、斜視、底面写真である。
【図11A】焼結処理後の造形体の切断面の顕微鏡写真である。
【図11B】焼結処理後の造形体の切断面の顕微鏡拡大写真である。
【図12A】焼結処理後の造形体の破断面の写真である。
【図12B】ガラス浸潤処理後の破断面の写真である。
【図13】本発明の実施の形態2にかかるラピッドプロトタイピング法を用いた歯科用修復物の作製工程の概略図である。
【符号の説明】
【0064】
10 基板、20 スキーマ、30 コンポジットスラリー、31 造形体ガード、32 造形体。
【技術分野】
【0001】
本発明はセラミック製の歯科用修復物の作製方法に関し、特にラピッドプロトタイピング法を用いたセラミック歯冠修復物の作製方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、審美性等の理由から、金属製の歯冠修復物に代わりセラミック製の歯冠修復物に対する需要が増大している。セラミック製の歯冠修復物の作製には、CAD/CAMシステムが導入されている。CAD/CAMシステムでは、まず、歯列データに基づいてコンピュータ上で歯冠修復物の形状が決定される。続いて、かかる形状に基づいてブロック状のセラミックをドリルで切削し、歯冠修復物が作製される。
【非特許文献1】Nakamura T., Tanaka H, Kinuta S, Akao T, Okamaoto K, Wakabayashi K, Yatani H, "In vitro study on marginal and internal fit of CAD/CAM all-ceramic crowns", Dent Mater J. 2005 Sep; 24(3):456-9
【非特許文献2】Hotta Y, Miyazaki T, Fujiwara T, Tomita S, Shinya A, Sugai Y, Ogura H, "Durability of tungsten carbide burs for the fabrication of titanium crowns using dental CAD/CAM", Dent Mater J. 2004 Jun; 23(2):190-6
【非特許文献3】Li H, You DO, Zhou CR, Ran JG, "Study on machinable glass-ceramic containing fluorophlogopite for dental CAD/CAM system", J Mater Sci Mater Med. 2006 Nov; 17(11):1133-7
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、セラミックの切削加工は、1つずつ切削するシリアル処理で行われるため、1つの歯冠修復物の作製に2時間程度かかり、製造コストが高くなるという問題があった。
また、ドリルの摩耗により、完成した歯冠修復物の形状が、CAD上で設計した歯冠修復物の形状からずれるという問題もあった。
更には、セラミックの切削に用いられるドリルの刃が高価であるという問題もあった。
【0004】
そこで、本発明は、ラピッドプロトタイピング法を用いて、セラミック製の歯科用修復物を高精度かつ安価に作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、ラピッドプロトタイピング法を用いたセラミック製の歯科用修復物の作製方法であって、
基板を準備する工程と、
基板上に、以下の工程(a)、(b):
(a)基板上の上流側から下流側にスキーマを移動させて、光硬化樹脂とセラミックパウダーとを含むスラリーを基板上に塗布する工程、
(b)スラリーの修復物形成部分に光を照射するとともに、修復物形成部分の少なくとも上流側のスラリーにも光を照射して、スラリーを硬化させる工程、
を繰り返し、修復物形成部分に形成された造形体と、少なくともその上流側に形成された造形用ガードとをスラリー中に形成する造形工程と、
硬化せずに残ったスラリーを除去する工程と、
造形体を加熱して造形体を焼結する焼結工程と、
造形体にガラスを浸潤させる浸潤工程とを含むことを特徴とする歯科用修復物の作製方法である。
【発明の効果】
【0006】
本発明にかかる歯科用修復物の作製方法では、十分な強度特性等を備えたセラミック製の歯科用修復物を、欠け等の損傷の発生なく高精度に形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
実施の形態1.
本発明の実施の形態1にかかるセラミック製の歯科用修復物の作製方法では、ラピッドプロトタイピング法(Rapid Prototyping Method)が用いられる。
図1は、本実施の形態1にかかる歯科用修復物の作製に用いる紫外線硬化光造形装置(CAM装置)の外観であり、図2は装置の内部である。かかる紫外線硬化光造形装置は、DMEC社製の紫外線硬化光造形装置(SCS−300P)をベースに改造を加えたものである。
【0008】
紫外線硬化光造形装置では、スキーマを用いて、例えば、紫外線硬化性のスラリーを基板上に一定の膜厚で塗布するとともに、紫外線を照射してスラリーを部分的に硬化させることが可能となる。特に、スラリーには、セラミックを成分としたスラリーを用いることもできる。
【0009】
図3は、ラピッドプロトタイピング法を用いた歯科用修復物の作製工程の概略図であり、図2の紫外線硬化光造形装置を、右下から左上の方向に見た場合の概略図である。
本実施の形態1にかかる歯科用修復物の作製方法は、以下の工程1〜7を含む。
【0010】
工程1:図3(a)に示すように、基板10を準備する。基板10は、基板10上への積層が進むに従って、その積層された厚さずつ下降するようになっている。続いて、スキーマ20を用いて、コンポジットスラリー30を基板10上に塗布する。スキーマ20は上流側(左側)から下流側(右側)への一方向(Aの方向)にコンポジットスラリー30を延ばしながら塗布する。塗布されるコンポジットスラリー30の膜厚は、基板10とスキーマ20との距離により調整できるが、ここでは、1層の膜厚は30μmとする。但し、1層の膜厚は30μmに限定されるものではない。
【0011】
コンポジットスラリー30には、紫外線硬化樹脂とセラミックパウダー(ナノ粒子)の混合物が用いられ、例えば、アクリル系樹脂(KC1159、DMEC社製)と、αアルミナ粒子(平均粒子径0.17μm、大明化学工業製)を、体積比60/40で混合したスラリーが好ましい。但し、かかる混合比は60/40に限定されるものではない。
【0012】
また、コンポジットスラリー30には、紫外線硬化樹脂とジルコニア強化アルミナ(ZTA)を混合したスラリーを用いても構わない。但し、かかる材料はジルコニア強化アルミナ(ZTA)に限定されるものではない。
【0013】
なお、図2は、透明の基板上に、白いコンポジットスラリーが塗布された状態を示している。
【0014】
工程2:図3(b)に示すように、コンポジットスラリー30の所定部分に紫外線レーザ(波長:355nm)を照射して、コンポジットスラリー30を硬化させる。
紫外線レーザを照射する部分は、予め作成された、歯科用修復物と造形用ガードのCADデータに基づいて決定される。具体的には、歯科用修復物と造形用ガードのCAD画像を、コンポジットスラリー30(膜厚30μm)の1層毎に水平分割したCADデータを作成し、そのデータに基づいて、1層毎に紫外線レーザを照射する。
【0015】
紫外線レーザが照射された部分は、硬化して造形用ガード31、造形体32となる。紫外線レーザが照射されない部分は、コンポジットスラリー30のまま残る。
【0016】
なお、ここでは紫外線を用いてコンポジットスラリー30を硬化したが、可視光硬化レジンをコンポジットスラリーの材料に用いて、可視光を用いてコンポジットスラリーを硬化させても構わない。また、スラリーの硬化は、インクジェットプリンターによる硬化剤の噴射によっても可能である。
【0017】
また、紫外線レーザを走査させてコンポジットスラリー30を硬化する代わりに、例えば、マスクを用いて、所定領域に一度に紫外線を照射して硬化させても構わない。
【0018】
工程3:図3(c)に示すように、工程1と同様に、スキーマ20でコンポジットスラリー30を積み重ねて塗布する。塗布するコンポジットスラリー30の膜厚は、1層目と同じく30μmである。
続いて、紫外線レーザを照射して、所定位置のコンポジットスラリー30を硬化させて造形用ガード31、造形体32を形成する。
【0019】
2層目のコンポジットスラリー30をスキーマ20で塗布する場合、塗布されるコンポジットスラリー30に押されて、1層目に形成した造形体32が剥離したり、A方向に位置がずれたりする。特に、クラウン等の歯科用修復物では、下方の厚みが薄く、基板10から剥離しやすい。
【0020】
これに対して、本実施の形態1にかかる製造方法では、造形体32の上流側に造形体ガード31が形成されているため、上層のコンポジットスラリー30を塗布する場合に、下層の造形体32にかかる力が大幅に軽減され、下層の造形体32の剥離等が防止できる。造形体32と造形体ガード31との間隔は、造形体ガード31の周囲でほぼ等間隔であり、0.1mm〜1.0mm程度が好ましく、特に0.5mm程度が好ましい。
【0021】
ここで、造形体ガード31は、少なくとも造形体32の上流側に設けられれば、下層の造形体32の剥離等を防止する効果が得られる。
【0022】
なお、上述のように、クラウン等の歯科用修復物では下方の厚みが薄く、基板10から造形体32が剥離しやすい。このため、図3(c)に示すように、造形体32と造形体ガード31との間隔は、造形体ガード31の周囲でほぼ等間隔の0.5mm程度とすることが好ましい。しかしながら、例えばブロック状の造形体のように、薄い部分の無い形状の場合には、図4に示すような造形体ガード31を用いてもよい。
【0023】
図4において、上図が、造形体32の周囲に設けられた造形体ガード31の上面図、下図が造形体ガード31の側面図である。図4では、左側が、スキーマ20がコンポジットスラリー30を塗布する場合の上流側であり、右側が下流側である。
【0024】
このように、造形体32が基板から剥離しにくい形状の場合には、必ずしも造形体32と造形体ガード31との間隔を一定にする必要は無く、造形体32の少なくとも上流側に、図4に示すような造形体ガード31を設けることにより、良好な造形体32を形成することができる。
【0025】
工程4:コンポジットスラリー30の塗布工程(図3(a))と露光硬化工程(図3(b))を繰り返すことにより、図3(d)に示すような、造形体ガード31、造形体32が形成される。
【0026】
図5Aは、図3(d)に対応する、造形体ガード31および造形体32のCAD画像であり、図3(d)を上から見た状態を示す。また、図5Bは、図5Aの構造の上面を削り取った状態であり、造形体ガード31中に配置された造形体32を示す。
【0027】
図6Aは、工程1〜4により実際に作製した造形体ガード31および造形体32の上面写真であり、図6Bは、造形体ガード31を破壊して取り出した造形体32の上面写真である。造形体32は、臼歯クラウンである。
【0028】
図7Aは、工程1〜4により実際に作製した造形体ガード31および造形体32の底面写真であり、図7Bは、造形体ガード31を破壊して取り出した造形体32の底面写真である。
【0029】
特に、図6B、図7Bから分かるように、スキーマ20でコンポジットスラリー30を積層する工程で、造形体32の下部等が欠け落ちることもなく、CAD画像通りの造形体32が得られていることがわかる。
【0030】
なお、図5Aや図6Aに示すように、造形体ガード31の上流側(左側)は、テーパ形状になっているが、このような形状にすることにより、スキーマ20でコンポジットスラリー30を塗布する場合の、コンポジットスラリー30と、下層に形成された造形体ガード31との抵抗を小さくすることができる。
【0031】
工程5:基板10上のコンポジットスラリー30を、例えばアルコールやアセトン等の溶剤で溶かして、造形体ガード31と造形体32のみとする。
更に、造形体ガード31を機械的に破壊して、造形体32を取り出す。例えば、図6Aに示すように、造形体ガード31に隙間(横方向に延びた線)ができるように形成すると、造形体ガード31の取り外しが容易となる。
【0032】
工程6:造形体32を電気炉に入れて、加熱処理(焼結処理)を行う。加熱処理は、例えば以下の工程(a)、(b)からなる。
(a)焼却(脱脂)工程: 600℃×2時間
(b)焼結工程 :1500℃×2時間
【0033】
工程(a)では、造形体32中のアクリル樹脂成分が焼却されてなくなる。また、工程(b)では、アルミナのナノ粒子同士が焼結される。なお、ここでは、工程(a)と工程(b)を、別工程として行ったが、工程(b)の昇温中に、アクリル樹脂の焼却を行うことも可能である。
【0034】
工程7:加熱処理を行った造形体32に対して、ガラス浸潤処理を行う。具体的には、例えば、La2O3・B2O3・Al2O3・SiO2系ガラスの粉体に、造形体32を埋めた状態で、電気炉中で、1100℃×2時間、加熱処理を行う。
造形体32を冷やした後、ブラスト処理を行い、表面に付着した余剰のガラスを除去する。以上の工程1〜7により、セラミック製の歯科用修復物が完成する。
【0035】
図8Aは、歯科用修復物(臼歯クラウン)のCAD画像であり、図8Bは、本実施の形態1にかかるラピッドプロトタイピング法を用いて作製した、焼結処理前(写真左)、焼結処理後(写真右)の歯科用修復物(造形体)である。
【0036】
また、図9は、焼結処理前の歯科用修復物(造形体)の上面(左上)、斜視(左下)、底面(右上)の写真であり、図10は、焼結処理後の歯科用修復物(造形体)の上面(左上)、斜視(左下)、底面(右上)の写真である。
【0037】
本実施の形態1にかかる作製方法を用いることにより、CADで作製した形状が、再現よく作製できていることがわかる。一方、焼結処理の前後で、造形体の体積が縮小していることも分かる。
【0038】
焼結処理の前後での、造形体の寸法の変化について調べた結果を以下の表1に示す。焼結処理条件は、上述の工程6に示す工程(a)(b)である。
【0039】
(表1)
【0040】
表1からわかるように、上述の焼結処理条件では、焼結処理の前後において、近遠心方向、頬舌方向に約23〜24%、歯軸方向に約25%、収縮が発生している。歯軸方向の収縮が大きいのは、重力の影響が加わったためと考えられる。
【0041】
このように、焼結処理により、体積収縮が発生するため、かかる収縮率を考慮した上で、CAD上で歯科用修復物の設計を行うのが好ましい。
【0042】
なお、収縮率は、焼結処理条件、特に処理温度に依存するため、焼結処理条件を考慮した上で歯科用修復物の設計を行う必要がある。
【0043】
次に、1)ラピッドプロトタイピング法による造形後、2)焼結処理後、および3)ガラス浸潤処理後の、造形体の曲げ強度および密度についての実験結果を示す。
【0044】
1)ラピッドプロトタイピング法による造形は、7mm×3mm×28mmの平板形状のCADデータを作成し、かかるデータに基づいてラピッドプロトタイピング法により造形体を作製した。
【0045】
2)焼結処理は、上述の工程6と同様に、
(a)焼却(脱脂)工程: 600℃×2時間
(b)焼結工程 :1500℃×2時間
の各工程を行った。
【0046】
3)ガラス浸潤処理は、上述の工程7と同様に、La2O3・B2O3・Al2O3・SiO2系ガラスの粉体に造形体を埋めた状態で、1100℃×2時間、加熱処理を行った。更に、造形体を冷やした後ブラスト処理を行った。
【0047】
造形体の曲げ強さは、万能試験機(EZ−Test、島津製作所製)を用い、3点曲げ試験で測定した。また、造形体の密度は、アルキメデス法で計測した。
以下の表2は、造形体の曲げ強さ、密度である。
【0048】
(表2)
【0049】
1)造形後の曲げ強度は、6.66±0.40MPaと小さかったが、3)ガラス浸潤処理後には、196.99±23.71MPaとなり、曲げ強度が向上したことがわかる。
また、1)造形後の密度は、2.09±0.02g/cm3であるが、3)ガラス浸潤処理後には、3.71±0.05g/cm3となり、α−アルミナの理論密度である3.98g/cm3に近くなっていることがわかる。
【0050】
図11Aは、2)焼結処理後の造形体の切断面の顕微鏡写真であり、図11Bは、その拡大写真である。図11Bから分かるように、切断面の表面には、細かいクラックが発生している。また、積層間での剥離が発生するために、曲げ強度も低くなっている
【0051】
また、図12Aは、2)焼結処理後の造形体の曲げ試験後の破面写真であり、図12Bは、3)ガラス浸潤処理後の表面写真である。
【0052】
2)焼結処理後の造形体では、図11Bに示すように、造形体内に多くのクラックが存在するが、3)ガラス浸潤処理後には、ガラスがクラック内に浸潤することにより、クラックを封止する。これは、例えば、図12A(ガラス浸潤処理前)と図12B(ガラス浸潤処理後)に示す造形体の破面状態からも分かる。
【0053】
以上のように、本発明の実施の形態1にかかるラピッドプロトタイピング法を用いることにより、セラミック製の歯科用修復物を、欠け等の損傷の発生なく形成することができる。
【0054】
また、強度や密度においても、優れた特性を有する歯科用修復物を得ることができる。
【0055】
更に、焼結処理条件に応じた収縮率を考慮して歯科用修復物を行うことにより、正確な寸法の歯科用修復物を得ることができる。
【0056】
実施の形態2.
図13は、本実施の形態2にかかるラピッドプロトタイピング法を用いた歯科用修復物の作製工程の概略図である。
【0057】
図13は、上述の実施の形態1の工程3(図3(c))が終わった後に、1層目の修復物形成部分と2層目の修復物形成部分が重なった部分(基板10の法線方向から見て重なった部分)に、更に、紫外線レーザや可視光のような光を照射する多重露光工程を示す。
【0058】
光は、2層目の修復物形成部分を通り、1層目の修復物形成部分に達するように照射する。かかる光は、1層目の修復物形成部分の底面には達しないようにする。図13において、破線で囲まれた領域が、光が照射された領域である。
【0059】
スキーマでスラリーを塗布する際、スラリーの粘度によっては、スラリーの表面張力により、下層に積層された層の間の相対的な位置がずれたり、層の間に空気が入る場合がある。
【0060】
これに対して、本実施の形態2にかかる方法では、2層目に光を照射して修復物形成部分に造形体等を形成した後、更に、1層目と2層目の修復物形成部分が重なった部分に光を照射し、多重露光することにより、1層目と2層目との接着強度を上げている。1層目と2層目の修復物形成部分が重なった部分は、CADデータに基づき決定される。
【0061】
これにより、積層された層間の相対的な位置ずれ等が防止され、より精度の高い歯科用修復物(造形体)の形成が可能となる。
【0062】
また、多重露光工程は、造形体の作製だけでなく、造形体ガードの作製に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1】本発明の実施の形態1にかかる歯科用修復物の作製に用いる紫外線硬化光造形装置の外観である。
【図2】本発明の実施の形態1にかかる歯科用修復物の作製に用いる紫外線硬化光造形装置の内部である。
【図3】本発明の実施の形態1にかかるラピッドプロトタイピング法を用いた歯科用修復物の作製工程の概略図である。
【図4】本発明の実施の形態1にかかる、他の造形体ガードである。
【図5A】造形体ガードおよび造形体のCAD画像である。
【図5B】図5Aの構造の上面を削り取ったCAD画像である。
【図6A】実際に作製した造形体ガードおよび造形体の上面写真である。
【図6B】実際に作製した造形体の上面写真である。
【図7A】実際に作製した造形体ガードおよび造形体の底面写真である。
【図7B】実際に作製した造形体の底面写真である。
【図8A】歯科用修復物のCAD画像である。
【図8B】本発明の実施の形態1にかかるラピッドプロトタイピング法を用いて作製した、焼結処理前、焼結処理後の歯科用修復物である。
【図9】焼結処理前の歯科用修復物の上面、斜視、底面写真である。
【図10】焼結処理後の歯科用修復物の上面、斜視、底面写真である。
【図11A】焼結処理後の造形体の切断面の顕微鏡写真である。
【図11B】焼結処理後の造形体の切断面の顕微鏡拡大写真である。
【図12A】焼結処理後の造形体の破断面の写真である。
【図12B】ガラス浸潤処理後の破断面の写真である。
【図13】本発明の実施の形態2にかかるラピッドプロトタイピング法を用いた歯科用修復物の作製工程の概略図である。
【符号の説明】
【0064】
10 基板、20 スキーマ、30 コンポジットスラリー、31 造形体ガード、32 造形体。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ラピッドプロトタイピング法を用いたセラミック製の歯科用修復物の作製方法であって、
基板を準備する工程と、
該基板上に、以下の工程(a)、(b):
(a)該基板上の上流側から下流側にスキーマを移動させて、光硬化樹脂とセラミックパウダーとを含むスラリーを該基板上に塗布する工程、
(b)該スラリーの修復物形成部分に光を照射するとともに、該修復物形成部分の少なくとも上流側の該スラリーにも光を照射して、該スラリーを硬化させる工程、
を繰り返し、該修復物形成部分に形成された造形体と、少なくともその上流側に形成された造形用ガードとを該スラリー中に形成する造形工程と、
硬化せずに残った該スラリーを除去する工程と、
該造形体を加熱して該造形体を焼結する焼結工程と、
該造形体にガラスを浸潤させる浸潤工程とを含むことを特徴とする歯科用修復物の作製方法。
【請求項2】
更に、上記工程(b)の後に、上記造形工程において最上層にある第2層の修復物形成部分と、その直下の第1層の修復物形成部分とが重なる部分に、該第2層を通って該第1層に達するように上記光を照射する工程(c)を含むことを特徴とする請求項1に記載の歯科用修復物の作製方法。
【請求項3】
上記工程(c)は、上記第2層を通った上記光が該第1層に達し、かつ該第1層の底面には達しないように該光を照射する工程であることを特徴とする請求項2に記載の歯科用修復物の作製方法。
【請求項4】
上記工程(b)が、上記スラリーの修復物形成部分に光を照射するとともに、該修復物形成部分の周囲の該スラリーにも光を照射して、該スラリーを硬化させる工程であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の歯科用修復物の作製方法。
【請求項5】
上記造形体と、該造形体を取り囲む上記造形用ガードとの間隔が、一定であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の歯科用修復物の作製方法。
【請求項6】
上記造形体と上記造形用ガードとの間隔が、0.1〜1.0mmの範囲にあることを特徴とする請求項5に記載の歯科用修復物の作製方法。
【請求項7】
上記スラリーが、紫外線硬化樹脂とセラミックパウダーとのコンポジットスラリーであり、上記光が紫外線であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の歯科用修復物の作製方法。
【請求項1】
ラピッドプロトタイピング法を用いたセラミック製の歯科用修復物の作製方法であって、
基板を準備する工程と、
該基板上に、以下の工程(a)、(b):
(a)該基板上の上流側から下流側にスキーマを移動させて、光硬化樹脂とセラミックパウダーとを含むスラリーを該基板上に塗布する工程、
(b)該スラリーの修復物形成部分に光を照射するとともに、該修復物形成部分の少なくとも上流側の該スラリーにも光を照射して、該スラリーを硬化させる工程、
を繰り返し、該修復物形成部分に形成された造形体と、少なくともその上流側に形成された造形用ガードとを該スラリー中に形成する造形工程と、
硬化せずに残った該スラリーを除去する工程と、
該造形体を加熱して該造形体を焼結する焼結工程と、
該造形体にガラスを浸潤させる浸潤工程とを含むことを特徴とする歯科用修復物の作製方法。
【請求項2】
更に、上記工程(b)の後に、上記造形工程において最上層にある第2層の修復物形成部分と、その直下の第1層の修復物形成部分とが重なる部分に、該第2層を通って該第1層に達するように上記光を照射する工程(c)を含むことを特徴とする請求項1に記載の歯科用修復物の作製方法。
【請求項3】
上記工程(c)は、上記第2層を通った上記光が該第1層に達し、かつ該第1層の底面には達しないように該光を照射する工程であることを特徴とする請求項2に記載の歯科用修復物の作製方法。
【請求項4】
上記工程(b)が、上記スラリーの修復物形成部分に光を照射するとともに、該修復物形成部分の周囲の該スラリーにも光を照射して、該スラリーを硬化させる工程であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の歯科用修復物の作製方法。
【請求項5】
上記造形体と、該造形体を取り囲む上記造形用ガードとの間隔が、一定であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の歯科用修復物の作製方法。
【請求項6】
上記造形体と上記造形用ガードとの間隔が、0.1〜1.0mmの範囲にあることを特徴とする請求項5に記載の歯科用修復物の作製方法。
【請求項7】
上記スラリーが、紫外線硬化樹脂とセラミックパウダーとのコンポジットスラリーであり、上記光が紫外線であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の歯科用修復物の作製方法。
【図3】
【図13】
【図1】
【図2】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図1】
【図2】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【公開番号】特開2008−295726(P2008−295726A)
【公開日】平成20年12月11日(2008.12.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−144859(P2007−144859)
【出願日】平成19年5月31日(2007.5.31)
【新規性喪失の例外の表示】特許法第30条第1項適用申請有り 日本歯科理工学会発行の「歯科材料・機器 平成19年度春期 第49回日本歯科理工学会学術講演会 プログラムおよび講演集」168頁において平成19年4月25日に発表した。
【出願人】(504176911)国立大学法人大阪大学 (1,536)
【出願人】(507178785)Bionic株式会社 (8)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年12月11日(2008.12.11)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年5月31日(2007.5.31)
【新規性喪失の例外の表示】特許法第30条第1項適用申請有り 日本歯科理工学会発行の「歯科材料・機器 平成19年度春期 第49回日本歯科理工学会学術講演会 プログラムおよび講演集」168頁において平成19年4月25日に発表した。
【出願人】(504176911)国立大学法人大阪大学 (1,536)
【出願人】(507178785)Bionic株式会社 (8)
【Fターム(参考)】
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