JP2014050610A - 歯科用インプラント及び歯科インプラントの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 咀嚼力に十分に耐え得る強度と歯肉との早期結合性と親和性を備えることで植立後、早期安定が可能な歯科用インプラントを提案する。
【解決手段】 融点の異なるリン酸カルシウム系化合物を含む材料により、芯材を前記リン酸カルシウム系化合物の内、融点が低いリン酸カルシウムの融点に基づいた態様で、熔射被覆して、水熱処理を行い、針状及び／又は柱状のリン酸カルシウム系化合物の結晶であって、長さが２μｍ〜７μｍで一定の方向に配列した結晶列、及び芯材表面から放射状に延びた結晶の集まりで覆われた熔射被覆層を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯科用インプラント及び歯科用インプラントの製造方法に関するものである。

歯科用インプラントは、生体内外を連結する形態を備えるため、生体外からの細菌、異物等の侵入等を防ぐと共に長期間、平均で３００Ｎ程度の咀嚼力に耐える必要がある。この咀嚼力は、常に一方向から加わるものではなく、又、固い食物が、歯肉、義歯等に様々な方向から衝突する状況が常にあることから、植立後の歯槽骨の早期結合性や生体内外の境界に位置する歯肉との早期の安定性が必要とされる。
特開平４−３７１１４６号公報には、リン酸カルシウム化合物をプラズマ熔射法を用いて熔射被覆した後、水熱処理を行って、再結晶化したアパタイト被覆層を形成することが記載されている。

特開平２−１６１９３９号公報には、歯槽骨植立部にカット面を形成したネジ部が形成され、歯肉周辺の芯材には、連続した凹部が形成されたワンピースタイプの人工歯根が示されている。
特開２００５−２７０５２９号には、ネジ部から、放射状に広がる支台部が形成された構成が示されている。

特開２００７−１４３７７２には、挿入時、骨残渣を骨外へ排出する適当な深さが次第に浅くなっていくネジ部が形成され、上部には、歯科医、歯科技工士等が、患者に応じて大きさを加工できるように、歯槽骨植立部の芯材よりも容積が大きい支台部が形成され、この容積が大きい部分と骨植立部の間を接続する傾斜部分に歯肉が接触するように形成されている。
歯肉との接触部位で放射状に広がる形状は、歯肉との接触面を広くする他、歯槽骨上でインプラントを安定させることも可能とするが重心が高くなる為に植立時に不安定な状態となる場合もある。

特開平４−３７１１４６号公報 特開２００７−１４３７７２号公報 特開平２−１６１９３９号公報 特開２００５−２７０５２９号公報 特開平９−９９０５３号公報

特開平４−３７１１４６号公報に記載されたプラズマ熔射法による被覆と、水熱処理によるアパタイト再結晶化の手法は、生体親和性の高いインプラントを得る手法として、優れているが、
プラズマ熔射は、超高温で、リン酸カルシウム化合物を溶融して芯材に吹き付けるため、温度と、熔射時間によっては、その後の再結晶処理を施しても、ハイドロキシアパタイト結晶のための結晶核が十分にできなかったり、結晶の成長が不十分であったりすることから、適宜成長したアパタイト結晶を表面に形成したインプラントを得るには、プラズマ温度や熔射時間の煩雑な調整が必要となる場合があった。

又、歯科インプラントが、生体内外を貫通して植立されることから、歯肉とインプラントの接触面での安定的な結合は、より重要な課題である。
特開平９−９９０５３号公報では、歯肉との接触面を鏡面研磨するなどして微小な凹凸を除去し、その面に水熱処理を施して酸化皮膜を形成することが記載されており、歯肉との安定的な結合を図る旨の記載がされている。歯肉との接触面は、生体外と生体内との境界であり、この部分からの感染は、たとえ、歯槽骨との結合が良好であっても、歯科用インプラントとして安定した状態ではないことから、より早期の結合性が求められている。

更に歯科用インプラントは、構造面でも、咀嚼力に耐える必要があり、生体との親和性が良好であっても、破折した場合、交換しなければならず、患者に大きな負担を与える。
特開2005-270529には、歯槽骨へ植立する部分に対し、一様にねじ山が比較的高い状態としたネジ部が示されており、特開平２−１６１９３９号公報、には、歯肉が入り込む部分に凹部が形成されているなど、生体との接触面を多くとることで、より歯槽骨、歯肉との結合性を図ろうとする構成が示されているが、咀嚼力等による荷重が長期間かかった場合、破折の可能性を考慮する必要がある。

ところで、生体組織との接触部位に凹凸をもうけることは、接触面の面積を広くすることができ、骨組織の侵入による安定性を図ることが可能とはなるが、その分、強度が低下して破折の原因ともなる。そこで、凹凸をなるべく形成せず、円筒体の様なより平面状に近い側面をもつ柱状体構造が好ましい場合があるが、歯槽骨への埋入の為の深さの目印が探しにくく、又、生体との接触面積が小さくなり、植立後の安定性が損なわれるおそれがある。

上記に鑑み本発明は、歯槽骨との接触面にハイドロキシアパタイト結晶を成長させた再結晶面を有する歯科用インプラント（人工歯根）において、ハイドロキシアパタイト結晶が、針状及び／又は柱状（六角柱状）であって、その長さが、２μｍから７μｍ程度に成長したものが、一定の方向に、整列した整列状結晶群およびインプラント表面から放射状に延びた状態の放射状結晶群によって占められたインプラント表面を形成することで、これらの純粋なハイドロキシアパタイト結晶状態が造骨作用を生じさせることを知見し本発明に到達した。
整列状結晶群とは、例えば図２（a)（b)でしめす一定方向に整列（配向）した状態のひとまとまりの結晶列を示し、放射状結晶群とは、インプラント表面から外方向へ向かって放射状に延びた状態のひとまとまりの結晶の集まりを示すものであって、図２（a)（b)は、複数の整列状結晶群と複数の放射状結晶群でインプラント表面が占められた状態を示す。
図１と図２（b)は、同一部位について倍率を変えて撮影した電顕写真である。図１は、×１０００、図２（a)（b)は、いずれも×１００００で撮影している。図２（a)は、六角柱状のハイドロキシアパタイト結晶が多く撮影されており、図２（b)は、針状のハイドロキシアパタイト結晶が撮影されている。

そして、このようなハイドロキシアパタイト結晶状態で占められたインプラント表面を形成する手法として、
融点の異なるリン酸カルシウム系化合物を含む材料を前記融点の低いリン酸カルシウム系化合物の融点温度に基づくプラズマ熔射により、芯材に熔射被覆する工程により、再結晶の為の結晶核を多く内在可能としながら芯材との結合が十分な被覆層がえられ、再結晶化後の結晶状態が、針状及び／又は柱状のリン酸カルシウム系化合物の結晶であって、長さが２μｍ〜７μｍで同一の方向へ配列した結晶列、及び放射状の結晶で覆われているものとすることで、驚くべきことにインプラント表面からの造骨作用により、植立後のインプラントを可急的に安定化させることを知見し、本発明に至った。
本体の材料は、チタン、チタン合金、ステンレス、ジルコニア、部分安定化ジルコニア、ジルコニア、部分安定ジルコニア、アルミナ、ＣａＯ―Ｎａ₂Ｏ―Ｐ₂Ｏ₅−ＳｉＯ₂系ガラス（バイオガラス）等の金属材又はセラミックス剤及びこれら材料の複合材が例示され、その中で、チタン、チタン合金が強度、生体親和性等の点で好ましい。
出発原料となる複合材を形成するリン酸カルシウム化合物は、ハイドロキシアパタイト、リン酸四カルシウム、αーリン酸三カルシウム、βーリン酸三カルシウム、リン酸二カルシウム、リン酸二カルシウム二水和物等さまざまなリン酸カルシウム等を示すものであるが、少なくとも水熱処理後、ハイドロキシアパタイトとして再結晶化し、複数の整列状結晶群と複数の放射状結晶群でインプラント表面が占められた状態となるものであれば上述に限るものではない。

インプラント表面からの造骨作用について、

本発明における骨組織に埋入される部位に形成される再結晶化されたハイドロシアパタイト結晶は針状及び／又は、六角等の柱状をしており、一定方向に成長して配列したり、放射状に配列している。これがコラーゲンとの整合性を獲得する力となり造骨作用を生じさせる。
具体的には、 図１及び図２（a)（b)で示すように針状及び／又は柱状の純粋な再結晶化ハイドロキシアパタイトが一定方向に成長配列した領域及び放射状に形成された領域が密集した面を、血液成分から分化した破骨細胞は、針状及び又は柱状の再結晶ハイドロキシアパタイトを自然骨の凹凸した状態と見なす等して結晶の先端に取り付き、当該結晶をその先端から溶解し、吸収していく。

破骨細胞によるハイドロキシアパタイト結晶の溶解、吸収後、破骨細胞に起因したシグナル又は状況に基づいて骨芽細胞が活動を始める。
骨芽細胞は、破骨細胞が、針状及び／又は柱状のハイドロキシアパタイト結晶を溶解、吸収した部位を中心に、ハイドロキシアパタイト結晶の間隙に対し、場合によっては変形する等して入り込み活動する。
骨芽細胞等が分泌するオステオポンチン、オステオカルシン、骨シアロタンパク等の骨関連タンパク質及び、骨芽細胞等が産生する繊維状等を有するコラーゲンは、針状及び／又は柱状のハイドロキシアパタイト結晶の間隙に吸着蓄積する。
更に、コラーゲン繊維の表面等にハイドロキシアパタイト分子が沈着する。
コラーゲン繊維の表面等に沈着したハイドロキシアパタイト分子の一部は、針状及び／又は柱状のハイドロキシアパタイト結晶の溶解等によって生じる過飽和な“場”の形成で、早期に生体内でハイドロキシアパタイト結晶を析出させる。
沈着及び析出したハイドロキシアパタイトは、コラーゲン繊維同士を結合させたり、新生結晶アパタイトと、針状／及び又は柱状のハイドロキシアパタイト結晶を結合させる等のセメント的役割を行って骨の土台を形成していく。
更に新生骨の形成を行った後の骨芽細胞は、骨細胞となってこの土台に埋め込まれながら、上記作用が繰り返し行われ、新生骨の造骨作用が進行する。
このように、針状及び／又は柱状（六角）のハイドロキシアパタイト結晶によって形成されるインプラント表面は、骨芽細胞等の働きを支え、新生骨を造骨する為の優れた足場となる。このインプラント表面からの造骨作用は、歯槽骨側からの造骨作用と共に行われることから、迅速で強固なインプラント表面と骨組織との結合を実現する。

チタン芯材のみのインプラント

次に比較例としてチタン芯材のみのインプラントについて説明する。
通常、チタン芯材のみのインプラントは、チタンそのものがバイオアクティブでない為に、インプラント体側から新生骨は成長せず、造骨作用がないことから、チタン芯材の場合は、歯槽骨側からの新生骨の増加によるものののみ、インプラントとの接触が図られる。 又、インプラントと骨組織は、あくまでも接触であり、インプラントと骨との間には物理的接触以外の化学的作用はない。これに対し、本発明は、破骨細胞を誘導することで結果として骨芽細胞を誘い込むなどして造骨作用が働き、新生骨が作られることで、インプラントと歯槽骨はイオン交換による化学結合が獲得される。従って、骨-インプラント双方からの造骨作用により、チタン芯材のみのインプラントと比べて早期に骨の結合が早まる。
又、針状及び／又は柱状のリン酸カルシウム化合物結晶が同一方向に配列した領域（ 整列状結晶群）、及びインプラント表面から外方向に放射状に配置された領域（放射状結晶群）によって、インプラント表面が占められることで、その造られた新生骨が、密に結合するため、より高い結合力が得られるものである。

本発明における融点の異なるリン酸カルシウム系化合物は、上記で示した材料の中で、例えば融点(１６７０°以上)が高いリン酸三カルシウムと融点が低い（１６５０°以下）ハイドロキシアパタイトの組み合わせ等を示すものであり、前記融点の低いリン酸カルシウム系化合物の融点に基づくプラズマ熔射とは、プラズマ熔射の熔射条件（キャリアガス、プラズマガス、２次ガス等の各種ガスの種類、流量、圧力、温度や、プラズマ出力用例えばアーク放電の為の電圧、電流、周波数、）を調整して低い融点のリン酸カルシウム化合物粉末がほぼ溶融する熱量に設定したプラズマ熔射を行うものであって、その際、少なくとも被覆された融点の高いリン酸カルシウム化合物からなる原料粉末中に結晶粉末が残る状態を示すものである。尚、上記融点は、代表値であって、実際は、両者の融点の差が１００°以上ある場合もある。
その他、融点の高いリン酸カルシウム系化合物の融点温度と同じかそれ以上としながら、熔射時間を短くして、融点温度の低いリン酸カルシウム系化合物の溶融を行った後、融点が高いリン酸カルシウム化合物が完全に溶融状態となる前であって、原料となる粉末の結晶が多く残こるタイミングまで熔射をおこなう場合が例示される。
すなわち、プラズマ熔射により、融点の低いリン酸カルシウム化合物を熔射被覆して、結合性の高い被覆層を形成し、その被覆層に熔射原料粉末の結晶が残った状態の融点の高いリン酸カルシウム系化合物が含まれている状態が形成される調整がされたプラズマ熔射であればよい。
低い融点のリン酸カルシウム化合物は、全重量に対し、１％〜１５％程度の割合で配合されることが好ましい。

プラズマ熔射のプラズマ温度の調整は、例えば、プラズマ放電を行う際の電流と電圧、周波数、各種ガスの量、種類、圧力等を調整して行ったり、混入するアルカリ金属の量、成分を調整して電離度を調整した熱プラズマ等を利用して行うものであってもよい。 プラズマ熔射以外の方法（高速フレーム熔射）により熔射皮膜を形成する際にも熱源の調整を行うことにより同様の効果を得ることが期待できる。
又、融点の高いリン酸カルシウム系化合物は、水熱処理により、ハイドロキシアパタイトの針状及び／又は柱状の結晶を成長させ、歯槽骨と接触するインプラント表面上で整列し、整列した結晶列及び放射状の結晶状態を形成するものであれば良く、好ましくは、α−リン酸三カルシウム及び／又はβ―リン酸三カルシウムが例示される。
水熱処理は、水、リン酸イオンとカルシウムイオンが共存する水溶液 又はリン酸カルシウム水溶液又はこれらの水蒸気雰囲気を被覆後の芯材を浸漬した後、高温高圧下に置く処理を示す。水熱処理は、オートクレーブ処理用の装置を用いて行うことが好ましい。

水熱合成処理における水中に共存させるリン酸イオンは、ＰＯ₄ で表され、ハイドロキシアパタイト、リン酸三カルシウム、リン酸四カルシウム、リン酸水素カルシウムなどのリン酸カルシウム化合物の他に、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸アンモニウムなどが例示しうる。カルシウムイオンは、上記リン酸カルシウム化合物の他に、炭酸カルシウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、水酸化カルシウムなどが例示しうる。また、金属の耐食性、化学的安定性などを考慮して、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｖ、Ｆなどの各種イオンを添加したものをも包含する。
又、結晶化及び結晶成長を促すため、浸漬する水溶液、及び雰囲気のリン酸イオン及びカルシウムイオンの濃度を過飽和又は局所的に過飽和の状態とすることが好ましい。過飽和状態の形成は、リン酸イオン及びカルシウムイオンの濃度が過飽和になる程度にリン酸カルシウム等を水溶液に投与する態様が例示されるが、その他、水にプラズマ熔射後の芯材を浸漬する場合は、被覆された溶融状態の融点の低いリン酸カルシウム化合物が、溶出する量で過飽和状態の水溶液を形成するような水の量が好ましい。

処理時間は、５時間〜５０時間、好ましくは７時間〜２８時間前後が示されるが、処理する本数、被覆層の厚み、材料等によって、適宜調整され、この範囲に限るものではない。
水熱処理により、残留し又は発生した被覆層の結晶核が成長し、針状及び／又は柱状（好ましくは六角柱状）のハイドロキシアパタイトが形成される。
このようなハイドロキシアパタイトの結晶状態における結晶の長さは、好ましくは、２μから７μmであり、芯材表面に沿うように整列した整列状結晶群及び芯材表面から放射状に形成された放射状結晶群が、共存した状態で且つインプラントの歯槽骨との接触表面を占めている状態が好ましい。尚、歯槽骨と接触するインプラント表面は、予めサンドブラスト等の表面を粗面化する処理が施されていることから、整列方向は、表面の凹凸に沿った状態となる場合もあり、図１、２で示すような結晶の整列状態及び放射状態であれば良い。
成長した結晶が２μm以下だと、ハイドロキシアパタイト以外のリン酸カルシウム化合物が残留する可能性があり、７μm以上だと、結晶が折れる可能性が高くなる。このように水熱処理による結晶成長は、水熱処理の時間が７時間から２８時間前後が例示されるが、水熱処理の際の添加物や、被覆層の状態、でこの範囲外となることもある場合もある。
水熱処理の温度は、１１０°から１２５°が好ましい。１１０°だと、結晶成長が不十分であり、１２５°以上だと、被覆層が脆弱になる。上述した水熱処理の時間についてもその範囲外では、同様のことが言い得る。
尚、水熱処理により結晶の育成は、例えば、処理時間を長くすれば、より結晶が成長するが、上記結晶の長さの範囲を超えると、成長しすぎて脆くなると共に剥離が生じる。

更に本発明は、円筒体により近い形状の金属芯材と歯肉との接触面を研磨して、好ましくは鏡面研磨をした研磨面に、カルシウム成分とリン成分、好ましくは結晶化した、又は植立後、唾液等水分との接触により結晶が成長したハイドロキシアパタイト等のリン酸カルシウム化合物を含む水熱合成被膜とすることで、金属芯材と歯肉との親和性、植立後のハイドロキシアパタイト結晶の成長による早期結合性を向上させて、生体内外を歯肉接触部位において早期に封鎖し、長期間安定した歯科用インプラントを実現する。
当該水熱合成皮膜は、プラズマ熔射によるリン酸カルシウム複合材の熔射後、ハイドロキシアパタイト結晶の発現及び成長を行う際の水熱処理時の同時に行われることが好ましい。
水熱合成皮膜は、過飽和又は局所的に過飽和な水溶液に芯材の研磨面が浸漬される水熱処理により、結晶核が存在した状態又は発生する状態で形成される。過飽和な水溶液でなくても、過飽和に近い濃度の水溶液であっても良く、又、水熱合成時間を長くすれば、過飽和水溶液の使用をしなくても良い場合もある。

更に、水熱合成被膜は、歯肉と接触した状態で、唾液、その他の体液との接触により、水熱合成被膜から溶出したリン酸イオンとカルシウムイオンが共存した水溶液が過飽和又は局所的に過飽和状態で、局所的に存在する場合が生じることで、これらの結晶核が成長してハイドロキシアパタイト結晶が育成される場合もあり、より芯材と歯肉との結合性が向上する。
円筒体に、より近い形状は、少なくとも、ネジ部から歯肉接触部までの範囲で凹凸のない筒状体で形成されることが好ましい。
更に本発明は、柱状の本体の歯槽骨植立部に、ネジ部の山の高さが柱状の半径と同等かそれ以下であって、支台方向に向かって溝の深さが浅くなり、最終的に柱状の表面と同じ状態となるネジ部と、支台方向には、収束性を有する形状を備えた歯冠装着部を形成し、前記柱状の本体の歯槽骨に植立する部位までに形成した再結晶化セラミックス被覆部、前記柱状の本体の歯肉接触部を鏡面研磨した研磨部を形成することで、より形状を柱状体に近づけさせて破折するおそれを解消させる。

又、本発明は、円筒体に近い形状とすることで、見た目に特徴がなくなり、どこまでが歯槽骨植立部かを注意する必要がある形状となるが、再結晶化セラミックス被覆部と鏡面状の歯肉接触部の境界を歯槽骨植立位置と明確に設定することができる為、施術時、使用者が適切な植立を可能とする。

芯材と歯肉接触面に形成される水熱合成皮膜について、

金属材料表面は、表面の微小な凹凸を除去する為、予め研磨紙、面バフ、ローラーバニシング等による機械研磨、化学研磨、電解研磨などの方法を用いて研磨を行った後、好ましくは、鏡面研磨を行った後に水熱合成処理を行うことによりリン成分とカルシウム成分を含む水熱合成皮膜を形成する。
水熱合成処理は、上述したリン酸カルシウム複合材による被覆層にハイドロキシアパタイト結晶を発現及び育成するといった再結晶化のための水熱処理と同じタイミングで行われることが好ましい。処理時間は、熔射被覆層表面への処理時間と同じか、それ以下又はそれ以上であってもよいが、製造工程を同じくする為に、同一時間で同じ処理であることが好ましい。

鏡面研磨後のリン成分とカルシウム成分を含む水熱合成処理による水熱合成皮膜の厚み及び成分の一例を表１に示す。

表1において、処理後は、カルシウム成分とリン成分がそれぞれ存在しており、水熱合成によるリン酸カルシウム化合物を含む皮膜の厚みも2倍となっている。金属表面をリン成分とカルシウム成分を含む厚さが２倍程度の水熱合成皮膜とすることで、水熱合成皮膜と歯肉の早期結合が図られる。

又、歯肉及び口腔内は、唾液等の体液による水分の豊富な部位であることから、本発明にかかる歯肉部に形成した水熱合成膜は、植立後でもハイドロキシアパタイト結晶を析出及び成長させることでき、生体親和性、歯肉結合性を促進させることが可能である。
又、水熱合成手法として、文献及びホームページ（例えば、J. Ceram. Soc. Japan, Vol. 107, No. 10, pp. 907-912, 1999. 及び http://www.eim.ceram.titech.ac.jp/fields_j/hydrothermal/multi.htmlに記載の手法 ）に記載されたチタン芯材上に形成される多層結晶膜の製造方法を参考に用いることができる。
チタン芯材表面は、研磨され好ましくは鏡面研磨かそれに近い状態まで研磨することで、表面の微細な凹凸を除去した状態で水熱合成皮膜を形成することが好ましい。
当該手法によれば、芯材の歯肉との接触面に、研磨により微小な凹凸を取り除いた状態でハイドロキシアパタイト結晶又は結晶核を含む水熱合成皮膜を形成することで、歯肉との早期結合性を実現可能とする。

本発明は、融点の異なるリン酸カルシウム系化合物を含む材料により、芯材を前記リン酸カルシウム系化合物の内、融点が低いリン酸カルシウムの融点に基づいた態様で、熔射被覆した後、水熱処理を施して再結晶化セラミックス被覆部を備えることで、インプラント表面からの造骨作用を促進させて、骨組織との早期の安定化を図ることができる。
又、歯肉との接触面について、微小な凹凸を研磨で取り除いた面に、リン酸塩及びカルシウム塩の濃度が過飽和又は局所的に過飽和の状態で水熱処理を施してハイドロキシアパタイト結晶又はその結晶核を含む皮膜部を形成することで、より早期の生体組織との結合により、安定した歯科用インプラントを実現する。

本発明の一実施例を説明するための図面代用写真図である。 本発明の一実施例を説明するための図面代用写真図である。 本発明の他の実施例を示す図である。。 本発明の他の実施例を示す図である。 図４で示す実施例を説明する為の図である。 図４で示す実施例を説明する為の図である。 本発明の実施例を説明する為の図である。

本発明は、融点の異なるリン酸カルシウム系化合物を含む複合材料を出発原料として、その中の融点の低いリン酸カルシウム化合物の融点温度に基づいたプラズマ熔射を予めサンドブラスト処理した芯材であって、歯槽骨に埋入する部位に被覆することで、被覆層表面に融点の高いリン酸カルシウム化合物に基づく結晶核を多く残存させることで、その後の水熱処理による結晶成長を経て、少なくとも、芯材の骨組織内に植立される面に、針状及び／又は柱状のリン酸カルシウム系化合物の結晶であって、長さが２μｍ〜７μｍで同一の方向へ配列した結晶列、及び放射状の結晶で覆われている状態とした、いわゆる再結晶化セラミックス被覆層を形成する。

このように、針状及び／又は柱状の結晶化したハイドロキシアパタイトを同一方向へ配列させた領域及びインプラント表面から外方向へ向かって放射状に延びた領域で占められた被覆層を形成することで、当該被覆層が驚くべきことに造骨作用があることを知見し、植立後、短期間で、安定したインプラントが得られることを実現するに至った。

他方、歯肉との接触面については、歯肉との接触面に表面凹凸が最小化される程度に研磨された研磨面とリン酸カルシウム化合物の結晶及び／又は結晶核を含む水熱合成皮膜を形成する構成をとることで、歯肉との結合を促進させる。
生体内外を貫通する歯科インプラントに対する咀嚼による揺動等で生じるインプラントと歯肉の接合面間での細菌の感染を防ぎ、生体安定性を早期に実現することを可能とする。
歯槽骨と芯材の接触面にリン酸カルシウム複合材による熔射被覆層を形成し、且つ歯肉と芯材との接触面に水熱合成皮膜部を設ける場合は、歯槽骨埋入部は、表面をサンドブラストにより、表面に凹凸をつけ、歯肉接触面は、この表面の凹凸を無くした研磨面を形成して、その後水熱処理を施す製造手法が示される。
尚、熔射被覆層と、水熱合成皮膜は、一つの芯材に両方が形成されることが好ましいが、例えば、2ピースタイプであって、歯槽骨埋入部と歯肉接触部が別体となる場合は、それぞれの目的に応じた処理が施される場合がある。

更に本発明は、咀嚼力等の大きい荷重が加わっても破折などの危険性を最小限にすべく、円柱状体の芯材の一端に必要な分だけネジ部を形成しその他の部位であって、骨組織内に植立される範囲と歯肉との接触部位を円筒状にし、更に骨組織内に植立される部分に上記の再結晶化セラミックス被覆層を形成すると共に歯肉との接触部に研磨面とリン酸カルシウム化合物の結晶及び／又は結晶核を含む水熱合成皮膜を形成することで、歯槽骨との接触面では、インプラント表面からの造骨作用により、歯槽骨との結合を早期に行うと共に、歯肉及び骨組織との早期結合が可能となり、長期間安定した歯科用インプラントの植立を可能とする。
更に本発明は、長期間の咀嚼に耐え得る為に支台方向にむかって、溝の深さが浅くなり、最終的に本体と同じ表面となるようなネジ部と、歯槽骨内へ植立する範囲を、再結晶化セラミックス被覆層及び水熱合成皮膜部で設定される円筒体であればよいが、場合によっては、四角柱、三角柱、歯根形態を模倣したデザイン等でインプラントを形成しても良い。

本発明は、生体内外を貫通する部位である歯肉接触面に、表面の微小な凹凸を除去した面を形成し、その面にリン酸カルシウム化合物の結晶及び／又は結晶核を含む水熱合成皮膜を形成することで、歯肉とインプラントとの接触面からの感染を早期に防ぎ、全体として早期の安定化をはかることができることから、円筒状に近い構成を持つ形状であっても、歯科用インプラントとして安定した使用を可能とする。
このような、水熱合成皮膜は、水熱処理の際、水又はリン酸カルシウム水溶液、リン酸イオン及びカルシウムイオンが共存した水溶液であって、リン酸等の濃度が過飽和又は局所的に過飽和になる状態のものを用いることで、プラズマ熔射被覆層は、ハイドロキシアパタイト結晶の成長を促進させ、歯肉との接触面には、ハイドロキシアパタイト結晶を形成することができる。
尚、水に浸漬する際は、融点の異なるリン酸カルシウム化合物からなる複合材の中の融点の低いリン酸カルシウム化合物の融点に基づいてプラズマ熔射被覆した際に生じる溶融物が、水に溶け出す為、水の量を少なくすることで、過飽和又は局所的に過飽和なリン酸カルシウム溶液が形成される。

この過飽和又は局所的に過飽和なリン酸カルシウム水溶液は、プラズマ熔射によって被覆されたリン酸カルシウム化合物に存在する結晶核を成長させ、針状及び／又は柱状のハイドロキシアパタイト結晶が同一方向に配列した領域及びインプラント表面から、外方向に向かって放射状に伸びた領域を形成すると共に、歯肉との接触面である研磨面表面に、ハイドロキシアパタイト結晶が形成され得る水熱合成皮膜が形成される。
研磨して、表面に微小な凹凸がない状態の歯肉接触面とサンドブラスト等で表面を粗面化した後、プラズマ熔射によるリン酸カルシウム化合物を被覆した歯槽骨埋入部を持つ一つのインプラント芯材に対し、水熱処理を施すことで、歯槽骨接触面には、針状及び／又は柱状のハイドロキシアパタイト結晶の同一の方向に整列した領域及びインプラント表面から外方向に向かって放射状に延びた領域が形成され、歯肉との接触面の水熱合成皮膜には、ハイドロキシアパタイト結晶及び／又は結晶核が形成される。

本発明の一実施例について説明する。
出発原料として、それぞれ湿式合成法で合成生成したα―リン酸三カルシウム粉末とハイドロキシアパタイト粉末を、ハイドロキシアパタイト粉末が全体の重量に対して、５％〜９％となるように両者を配合した複合材料を得る。
チタン芯材であって、歯槽骨に埋入される部位にサンドブラスト処理を行い芯材表面に凹凸を形成する。又、歯肉との接触面を研磨して微小な凹凸を除去した状態とする。
サンドブラスト処理を行った面にハイドロキシアパタイトの融点に基づいたプラズマ熔射を行い被覆層を形成する。
被覆後、ＰＨ５．５〜１２の水溶液に９時間から２８時間、温度１１０℃〜１２５℃、圧力０．１〜０．２MPaの状態で浸漬する。

得られた被覆層は、例えば図１及び図２（a)（b)の電顕写真で示す様に、長さが２μｍ〜７μｍ程度に成長した針状及び／又は六角柱状のハイドロキシアパタイト結晶が、一方向へ整列した状態及びインプラント表面に対して放射状に延びた状態が混在したインプラント表面となる。

本発明の他の実施例を以下に説明する。
出発原料として、βーリン酸三カルシウムを湿式合成法で合成する際にハイドロキシアパタイトを全重量に対し、１％〜１５％となるように調整したスラリーを乾燥、造粒した複合粉末を得る。
チタンの金属芯材であって、歯槽骨に埋入される部位に、サンドブラスト処理を用いて表面を粗面化し、ハイドロキシアパタイトの融点に基づいたプラズマ熔射による被覆層を形成する。また、芯材上の歯肉との接触面には予めローラーバニシング加工による鏡面研磨を施す。
被覆後、ＰＨ５．５〜１２の水溶液に９時間から２８時間、温度１１０℃〜１２５℃、圧力０．１〜０．２MPaの状態で浸漬する。
結果、上記実施例と同様、長さが２μｍ〜７μｍ程度に成長した針状及び／又は六角柱状のハイドロキシアパタイト結晶が、一方向へ整列した状態及びインプラント表面に対して放射状に延びた状態が混在したインプラント表面をもつ歯科用インプラントが得られた。
図1及び図２（a)（b)で示すような最終的にハイドロキシアパタイトの結晶による同一方向の整列した領域と、インプラント表面から外方向に放射状に配置された領域によって専有されたインプラント表面が形成される。

本発明の他の実施例を以下に説明する。
出発原料として、αーリン酸三カルシウム粉末とハイドロキシアパタイト粉末をそれぞれ湿式合成法で合成して生成し、ハイドロキシアパタイト粉末が全重量に対し、５％〜１５％となるように両者を配合した複合粉末を得る。
チタン芯材の、歯槽骨に埋入される部位に、ハイドロキシアパタイトの融点に基づいたサンドブラスト処理を用いて表面を粗面化し、プラズマ熔射による被覆層を形成する。また、同芯材の歯肉との接触面には予め鏡面研磨（布バフ研磨）を施す。
被覆後、歯科用インプラント１本当たり、４ccから８ccの水に９時間から２８時間、温度１１０℃〜１２５℃、圧力０．１〜０．２MPaの状態で浸漬する。
結果、水の量を少なくすることで、水熱処理時、溶融したハイドロキシアパタイトが、水に溶出してリン酸成分とカルシウム成分を含む局所的に過飽和な水溶液が形成され、長さが２μｍ〜７μｍ程度に成長した針状及び／又は六角柱状のハイドロキシアパタイト結晶が、一方向へ整列した状態及びインプラント表面に対して放射状に延びた状態が混在したインプラント表面をもつ歯科用インプラントが得られた。

上記製法により得られた人工歯根のサンプルを成犬の大腿骨及び歯槽骨に埋入して、埋入後、第1週から第4週まで、２週毎に屠殺して顎骨及び大腿骨からインプラントを引き抜いた場合の引き抜き強度を測定した。結果を図７に示す。
図7から、第4週で、歯冠が装着できる程度に引き抜き強度が向上し、骨組織との結合が図られていることを確認した。図７で示す様に強度が増加したことは、水素結合による化学的な結合の度合いが増加、すなわち生物学的結合強度の増加が認められた。

図３は、本発明の他の実施例を示す図である。
１は、本体であり、チタン材、チタン合金材などにより円柱状に形成されたものを示す。
２は、ネジ部であり、歯槽骨上に設けた穿孔に挿入累合する際に用いられる。ネジ部２の上部には、凹部１Ａが形成されている。
３は、義歯装着部であり、１ピースタイプであれば歯冠装着する部分、２ピースタイプの場合は、上部構造を示す部分であり、例えば、本体の上部方向へ、収束する形状を備えるものである。
４は、再結晶化セラミックス被覆部であり、再結晶化したハイドロキシアパタイト等のリン酸カルシウム再結晶化セラミックス被覆部で形成され、再結晶化により、表面がざらざらした状態で、本体の直径より、一回り大きい状態でしめされる程度に被覆されている。
５は、水熱合成皮膜部であり、表面をバフ等の研磨材で処理して、好ましくは鏡面状にした部分であり、主に歯肉と接触する部分である。
鏡面に仕上げなくても、少なくとも、歯肉との反応性が低い状態まで研磨すれば良い場合もある。

水熱合成皮膜部５は、リン酸三カルシウム等のリン酸塩とカルシウム塩を含む水溶液を好ましくは過飽和になる状態で水熱合成処理を行うことで、所定の厚みを備えかつリン成分とカルシウム成分を含み、場合によっては、ハイドロキシアパタイト結晶及び／又は結晶核を含む水熱合成皮膜が形成されている。尚、水熱合成皮膜は、処理をしない場合に自然に発生する酸化皮膜の膜厚よりは厚いが、ハイドロキシアパタイト結晶及び／又は結晶核が析出した状態でも、薄く透明であることから、鏡面の輝きは、損なわれず、歯槽骨植立の際のインプラントの深さが調整可能である。当該水熱合成皮膜形成には、上述した水熱合成処理を行って形成する為、リン成分及びカルシウム成分が含まれており、更にこれらが合成されて、ハイドロキシアパタイト等のリン酸カルシウム化合物層に変換されている場合や結晶が析出した状態とする場合も多く、更に唾液等の水分との接触により、結晶化が促進され、歯肉との結合を促進させることを可能とする。
６は、義歯装着部であり、義歯、歯冠を装着する部分と、歯肉接触部分とで形成される。
７は、歯槽骨植立部であり、再結晶化セラミックス被覆部４と同じ範囲を有する。
８は、カット面であり、本体１の回転防止の作用がある場合がある。カット面８は、対向する面に施されることが好ましい。
水熱合成皮膜部５と再結晶化セラミックス被覆部４の部位は、円筒状で且つ凹凸が少ない状態を形成して、耐久性を向上させることが好ましい。

図４は、本発明の他の実施例を示す図である。図４で示す実施例は、図３で示すネジ部２と本体１の間に凹部１Ａが円周状に形成されることで、咀嚼力等の荷重による破折の可能性を低減する構成を含む。
図４（ａ）は、被覆層、皮膜部を形成していない状態を示す。図４（ｂ）は、被覆層及び皮膜部を形成したものである。
１は、本体であり、チタン材、チタン合金材などにより円柱状に形成されたものを示す。
２は、ネジ部であり、２１は、第１ネジ部であって、義歯装着部（支台部）６方向へねじの溝２４が次第に浅くなっていき、本体１の表面と同等になる形状を有する。
２２は、第２ネジ部であって、ねじの溝の深さが一定となっている。尚、ネジ部２の先端であって、本体１の底部にあたる部分は、球面状に成形されることが植立時に生体への影響を緩和できる点で好ましい場合がある。
ネジ部２は、少なくとも支台部方向に溝２４が浅くなっていく状態で形成されれば良く、第１と第２に分けたネジ部を形成する必要は、必ずしもない。

またネジ部２の外形２３は、本体の直径１１と同等か、それ以下に設定されることが施術を簡素化する点等で好ましい場合がある。ネジ部２の長さ（第１ネジ部２１＋第２ネジ部２２）及びネジ部２の長さを除く長さは、植立部位によって適宜選択される様な品揃えがされるが、少なくとも、歯槽骨植立の範囲を、再結晶化セラミックス被覆部４と水熱合成皮膜部５の配置によって明確にすることが好ましい。
３は、義歯装着部であり、１ピースタイプであれば歯冠装着する部分、２ピースタイプの場合は、上部構造を示す部分であり、例えば、本体の上部方向へ、収束する形状を備えるものであって、先端は、図４で示すように平面状を有している状態が示されるが、当該形状は、歯冠の形状等により、適宜変更される。

４は、再結晶化セラミックス被覆部であり、上述した手法により、再結晶化したハイドロキシアパタイト等のリン酸カルシウム再結晶化セラミックス被覆部で形成され、表面がざらざらした状態で、本体の直径より、厚みがある状態となる。
５は、水熱合成皮膜部であり、表面をバフ等の研磨材で処理して、鏡面状にした部分であり、主に歯肉と接触する部分である。水熱合成皮膜部５は、更にα−ＴＣＰ、β−ＴＣＰ等のリン酸カルシウム化合物を含む水溶液、水蒸気雰囲気等を用いてかつリン酸塩及びカルシウム塩の濃度が過飽和となる状態で、水熱合成処理が施されることで、所定の厚みを備えた水熱合成皮膜が形成されている。尚、水熱合成皮膜は、数ナノメートル程度と薄いことから、鏡面の輝きは、損なわれず、歯槽骨植立時のインプラントの植立深さの目安となる。当該水熱合成皮膜形成には、上述した水熱合成処理を行って形成する為、リン成分及びカルシウム成分が含まれ、さらには、合成されたハイドロキシアパタイト及びその結晶を含む水熱合成皮膜化されており、歯肉との結合を促進させている。
６は、義歯装着部であり、義歯、歯冠を装着する部分と、歯肉接触部分とで形成される。
７は、歯槽骨植立部であり、再結晶化セラミックス被覆部４と同じ範囲を有する。
８は、カット面であり、本体１の回転防止の作用がある場合がある。カット面８は、対向する面に施されることが好ましい。

図４（ａ）は、芯材を加工した状態で、未だ被覆層が形成されていない状態である、歯科用インプラントは、前歯、奥歯でその形状が異なり、また患者の口腔内の状態によって
ネジ部２の長さはそのままで、更に長く又は短くしたり、太く細くしたりした寸法がことなるものを多数用意することが好ましい。
図４及び図６でしめす実施例は、全体に円筒状に近い１ピースタイプの歯科用インプラントを示す。本発明は、２ピースタイプの歯科用インプラントの形態も含まれるが、１ピースタイプの様に植立直後から歯肉より上部に突出した状態で、生体内外を貫通するものには、好適な構成を示す。
図４及び図６で示す実施例は、図３で示す実施例に比べ、図４（ａ）で示す様に形状に凹凸が少ない柱状体であり、更に寸法がことなるインプラントが多数存在する場合があることから、やはり歯槽骨内にどれくらいの深さだけ植立するという点が不明となる。又、実際その他の手法で、表面処理や、被覆をしたりするインプラントもあり、得られる再結晶化セラミックス被覆部も、色が周辺と違って、異なる状態となっているものもあるが、もともと、金属特有の配色により、目立たず又どこからどこまでが、歯槽骨植立部を形成するかまでの指標になるものではないものが多いが、本発明は、再結晶化セラミックス被覆部と水熱合成皮膜部の形状、色によって、額骨植立位置を明確に示すことができる。

図４（ｂ）は、実際、再結晶化セラミックスによる再結晶化セラミックス被覆部４と皮膜部を図４（ａ）に施したものである。
図４でも示すように、円柱状の本体１に、再結晶化したセラミックス被覆層を形成したものであるが、再結晶による結晶成長で、全体的に厚みを備え、一目で、歯槽骨植立部７が認識できる状態となる。
水熱合成皮膜部５は、合成皮膜は形成されているが平滑状態で、銀色に輝く状態であり、歯肉との接触面を形成すればよく、それより上方へ形成されていても、歯冠（義歯）等の装着に支障がない範囲で特に水熱合成皮膜部５の幅は限定されるものではない。

図４で示した歯科用インプラントを装着した例を図５に示した。
図５は、歯槽骨３１に治具により穿孔した状態に、本発明の再結晶化セラミックス被覆部４を備えたネジ部２を累合させて装着した状態を概略的に示した。
歯槽骨３１に穿孔された状態で、再結晶化セラミックス被覆部４のネジ部２をねじ込む程度挿入され、その際、残渣が、義歯装着部（支台部）６方向に排出される。
再結晶化セラミックス被覆部４と水熱合成皮膜部５の境まで植立した状態である。歯槽骨への穿孔は、再結晶化セラミックス被覆部４の幅である歯槽骨植立部７の長さに準じて行われることが好ましい場合もある。
３２は、歯肉部であり、水熱合成皮膜部５の範囲と一致しなくても良いが少なくとも歯肉より幅を広くすることが好ましい。
３３は、歯冠（義歯）であり、奥歯、前歯によって形状は変わるものであり、治療部位によって適宜選択される。

本発明は、表面に長さが２μｍから７μｍの針状及び／又は柱状のハイドロキシアパタイト結晶を同一方向に整列した整列状結晶群 及び／又はインプラント表面から外方向へ放射状に伸びた放射状結晶群で占められたインプラント表面を有する歯科用インプラントによりインプラント表面からの造骨作用が生じ、術後、早期に安定化し、例えば術後、４週間程度で、歯冠が装着できる程度の結合力が得られる歯科用インプラントとなる。
また、併せて、歯肉との接触面にリン酸カルシウムの結晶が形成され得る皮膜が形成されており、歯肉との結合性が良好となり、さらに長期的に安定した歯科用インプラントが提供でき、歯科インプラント分野における利用価値はきわめて高いものとなる。

１ 本体
２ ネジ部
３ 義歯装着部
４ 再結晶化セラミックス被覆部
５ 水熱合成皮膜部
６ 義歯装着部(支台部)
７ 歯槽骨植立部
８ カット面

Claims (9)

1. 融点の異なるリン酸カルシウム系化合物を含む複合材を、融点が低いリン酸カルシウム化合物の融点に基づいて、熔射被覆する歯科用インプラントの製造方法。
2. 融点の異なるリン酸カルシウム系化合物を含む複合材を前記融点の低いリン酸カルシウム系化合物の融点に基づいてプラズマ熔射を行って、芯材に熔射被覆層を形成し、更にこの熔射被覆層に水熱処理をおこなって得られた再結晶化セラミックス被覆部を有する歯科用インプラント。
3. 前記再結晶化セラミックス被覆部は、長さが２μｍ〜７μｍの針状及び／又は柱状のリン酸カルシウム系化合物の結晶が一定の方向に配列した整列状結晶群、及び/又は芯材表面から放射状に延びた放射状結晶群で覆われている請求項１、２に記載の歯科用インプラント及び歯科インプラントの製造方法。
4. 柱状の芯材の一端に設けられた歯槽骨と累合する為のネジ部、歯槽骨に植立される芯材の範囲に形成された再結晶化セラミックス被覆部、前記芯材の歯肉と接触する範囲に形成された研磨面と、この研磨面上に形成されたリン成分とカルシウム成分、及びこれらの合成成分を含む水熱合成皮膜部よりなる請求項１乃至３に記載の歯科用インプラント及び歯科インプラントの製造方法。
5. 前記水熱合成皮膜部が、ハイドロキシアパタイト結晶を含む請求項４に記載の歯科用インプラント及び歯科用インプラントの製造方法。
6. 前記水熱合成皮膜部が、過飽和状態のリン酸イオン及びカルシウムイオンが共存した水溶液、又はリン酸カルシウムが浸漬した溶液に浸漬する水熱処理で得られる請求項４、５に記載の歯科用インプラント及び歯科インプラントの製造方法。
7. 前記芯材の被覆面は、予め粗面処理がされている請求項１乃至４に記載の歯科用インプラント及び歯科用インプラント及び歯科用インプラントの製造方法。
8. 芯材が円柱体であり、且つ前記ネジ部が、歯高値が円柱体の半径と同等かそれ以下であって、義歯装着部方向に向かって溝の深さが浅くなり、最終的に円柱体の表面と同じ状態となるよう形成された歯科用インプラント。
9. 前記ネジ部は、歯高値が、柱状の本体の直径と同じか、それ以下であり、前記ネジ部は、下部では、一定の深さのねじ溝が形成され、上部では上方向へ向かってねじ溝の深さが浅くなっていき前記柱状体の表面と同じ高さとなる形状を有する請求項７に記載の歯科用インプラント。

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