(57)【要約】【課題】  インプラント体及びその製造方法並びに歯科用インプラントにおいて、良好な生体親和性及び高い骨結合を得ること。【解決手段】  骨に接触状態で固定されるインプラント体２であって、ジルコニアで形成された母材部２ａと、該母材部２ａの表面に形成され母材部２ａよりも低い硬度の表面層２ｂと、で構成されている。すなわち、ジルコニアの母材部２ａにより機械的強度に優れているだけでなく、柔らかく軟質な表面層２ｂが骨と母材部２ａとの硬度差を緩和する緩衝層として機能すると共に柔らかい表面により骨密着性がさらに高まる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨に接触状態で固定されるインプラント体であって、
ジルコニアで形成された母材部と、
該母材部の表面に形成され前記母材部よりも低い硬度の表面層と、で構成されていることを特徴とするインプラント体。
【請求項２】
請求項１に記載のインプラント体において、
前記表面層に、多数のひび割れが形成されていることを特徴とするインプラント体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のインプラント体において、
前記表面層の硬度が、前記骨の硬度以下であることを特徴とするインプラント体。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のインプラント体において、
前記表面層が、水酸化ジルコニウムで形成されていることを特徴とするインプラント体。
【請求項５】
前記骨としての歯槽骨の穿孔に挿入されて固定される請求項１から４のいずれか一項に記載のインプラント体を備えていることを特徴とする歯科用インプラント。
【請求項６】
骨に接触状態で固定されるインプラント体の製造方法であって、
ジルコニアで形成された母材部の表面に、水分を含む空気中でレーザ光を照射して前記母材部よりも低い硬度の水酸化ジルコニウムの表面層を形成する工程を有していることを特徴とするインプラント体の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載のインプラント体の製造方法において、
前記レーザ光が、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザによる基本波のレーザ光であることを特徴とするインプラント体の製造方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のインプラント体の製造方法において、
前記レーザ光の照射により前記表面層の硬度を前記骨の硬度以下とすることを特徴とするインプラント体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨に密着状態で固定されるインプラント体、例えば、永久歯の歯根欠損等の際に顎の骨などに埋め込まれるインプラント体及びその製造方法並びに歯科用インプラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、骨に埋設等して接触状態に固定され、人工骨、骨接合材料又は骨補填材等として適用されるインプラント体が用いられている。
例えば、虫歯や破損により永久歯の歯根が失われた場合、歯槽骨の穿孔にインプラント体が挿入されて固定される歯科用インプラントが用いられている。この歯科用インプラントは、一般に、歯槽骨に固定されるインプラント体と、該インプラント体に螺着され人工歯冠を装着可能なアバットメントと、で構成されている。
【０００３】
現在、上記インプラント体を構成する材料としては、純チタンが多く採用されているが、純チタンの場合、金属アレルギーが生じるおそれや細菌付着が多い等の不都合があるため、近年、インプラント体に好適な他の材料として、例えば生体親和性や機械的強度が優れたセラミックス材料が検討されている。例えば、特許文献１には、インプラントの材料としてセラミックス材料を含めいくつかの材料が記載されている。また、この特許文献１では、生物学的適合性を付与するため、インプラントの表面に対して化学的、電気化学的、機械的、又はレーザ処理等を行って粗面化する点について記載がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０４６２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、上記特許文献１に記載の技術では、インプラントの表面に機械的処理やレーザ処理等を行って粗面化することで、生物学的適合性を高めているが、単に粗面化するだけでは不十分であり、良好な生体親和性及び高い骨結合を獲得することが困難であった。このため、さらに良好な生体親和性を備えていると共に、骨結合を強化可能なインプラント体が求められており、特に、生体親和性や機械的強度等が優れたセラミックス材料で形成されたインプラント体が要望されている。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、良好な生体親和性及び高い骨結合を得ることができるインプラント体及びその製造方法並びに歯科用インプラント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】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のインプラント体は、骨に接触状態で固定されるインプラント体であって、ジルコニアで形成された母材部と、該母材部の表面に形成され前記母材部よりも低い硬度の表面層と、で構成されていることを特徴とする。
【０００８】
このインプラント体では、ジルコニアで形成された母材部と、該母材部の表面に形成され母材部よりも低い硬度の表面層と、で構成されているので、ジルコニアの母材部により機械的強度に優れているだけでなく、柔らかく軟質な表面層が骨と母材部との硬度差を緩和する緩衝層として機能すると共に柔らかい表面により骨密着性がさらに高まる。
【０００９】
また、本発明のインプラント体は、前記表面層に、多数のひび割れが形成されていることを特徴とする。すなわち、このインプラント体では、表面層に、多数のひび割れが形成されているので、単に粗面化されているだけでなく、骨細胞が表面層のひび割れ内に侵入することが可能になり、骨細胞が侵入すると、接触面積が大幅に増大すると共に楔効果が得られ、さらに高い骨密着性及び骨結合を得ることができる。
【００１０】
また、本発明のインプラント体は、前記表面層の硬度が、前記骨の硬度以下であることを特徴とする。すなわち、このインプラント体では、表面層の硬度が、骨の硬度以下とされているので、骨と同等の硬度又は骨よりも軟質で柔らかい表面であるため、より骨組織が密着し易くなる。
【００１１】
また、本発明のインプラント体は、前記表面層が、水酸化ジルコニウムで形成されていることを特徴とする。すなわち、このインプラント体では、表面層が、水酸化ジルコニウムで形成されているので、表面層の水酸化ジルコニウムによって、骨組織との良好な生体親和性及び高い骨結合を得ることができる。すなわち、この表面層の水酸化ジルコニウムは、イオン交換作用を有しており、カルシウムイオンの増加及び細胞の運動性等の増強が図られると考えられ、骨密着性が大幅に向上する。
【００１２】
本発明の歯科用インプラントは、前記骨としての歯槽骨の穿孔に挿入されて固定される上記本発明のインプラント体を備えていることを特徴とする。
すなわち、この歯科用インプラントでは、歯槽骨の穿孔に挿入されて固定される上記本発明のインプラント体を備えているので、機械的強度に優れていると共に、柔らかく軟質な表面層によって歯槽骨に対する高い骨密着性が得られる。
【００１３】
本発明のインプラント体の製造方法は、骨に接触状態で固定されるインプラント体の製造方法であって、ジルコニアで形成された母材部の表面に、水分を含む空気中でレーザ光を照射して前記母材部よりも低い硬度の水酸化ジルコニウムの表面層を形成する工程を有していることを特徴とする。
【００１４】
すなわち、このインプラント体の製造方法では、ジルコニアで形成された母材部の表面に、水分を含む空気中でレーザ光を照射して母材部よりも低い硬度の水酸化ジルコニウムの表面層を形成するので、母材部表面に骨密着性の高い軟質な水酸化ジルコニウムの表面層を容易に形成することができる。すなわち、例えば固体レーザ等の短波長レーザ光が照射された母材部のジルコニアが、レーザ光の高エネルギーによって表面性状が変わって粗面化されるだけでなく、ジルコニアと水分とを反応させてハイドロオキサイト系の物質、すなわち水酸化物（水酸化ジルコニウム）の表面層を形成することができる。また、この製法による水酸化ジルコニウムの表面層は、多数のひび割れが生じることにより、低硬度化させることができる。
【００１５】
また、本発明のインプラント体の製造方法は、前記レーザ光が、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザによる基本波のレーザ光であることを特徴とする。すなわち、このインプラント体の製造方法では、レーザ光として、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザによる基本波のレーザ光を用いことで、短波長で高エネルギーのレーザ光により、ジルコニアの母材部表面に水酸化ジルコニウムの表面層を形成すると共に多数のひび割れを容易に形成することができる。
【００１６】
また、本発明のインプラント体の製造方法は、前記レーザ光の照射により前記表面層の硬度を前記骨の硬度以下とすることを特徴とする。すなわち、このインプラント体の製造方法では、レーザ光の照射により表面層の硬度を骨の硬度以下とするので、上述したように、より骨組織が密着し易くなる表面層を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るインプラント体及びその製造方法によれば、ジルコニアで形成された母材部の表面に、形成され母材部よりも低い硬度の表面層が形成されるので、ジルコニアの母材部により機械的強度に優れているだけでなく、柔らかく軟質な表面層が骨と母材部との硬度差を緩和する緩衝層として機能すると共に柔らかい表面により骨密着性がさらに高まる。したがって、インプラント体として、良好な生体親和性及び高い骨結合を得ることができる。特に、このインプラント体を歯槽骨の穿孔に挿入されて固定される歯科用インプラントのインプラント体として適用することで、歯槽骨に対して高い骨密着性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るインプラント体及びその製造方法並びに歯科用インプラントの一実施形態において、歯科用インプラントを示す正面図である。
【図２】本実施形態において、インプラント体を示す模式的な要部拡大断面図である。
【図３】本発明に係るインプラント体及びその製造方法並びに歯科用インプラントの比較例及び実施例において、表面の赤外分光光度分析の結果を示すグラフである。
【図４】本発明に係るインプラント体及びその製造方法並びに歯科用インプラントの実施例において、インプラント体表面を撮影したＳＥＭ像である。
【図５】本発明に係るインプラント体及びその製造方法並びに歯科用インプラントの実施例において、インプラント体表面を撮影したＳＥＭ像である。
【図６】本発明に係るインプラント体及びその製造方法並びに歯科用インプラントの実施例において、インプラント体表面を撮影したＳＥＭ像である。
【図７】本発明に係るインプラント体及びその製造方法並びに歯科用インプラントの比較例において、実際にインプラント体を実験用ラットに埋入、４週間経過した状態の光学顕微鏡による要部断面の拡大写真である。
【図８】本発明に係るインプラント体及びその製造方法並びに歯科用インプラントの比較例において、インプラント体を実験用ラットに埋入後、４週間経過した状態の光学顕微鏡による要部断面の拡大写真である。
【図９】本発明に係るインプラント体及びその製造方法並びに歯科用インプラントの実施例において、インプラント体を実験用ラットに埋入後、４週間経過した状態の光学顕微鏡による要部断面の拡大写真である。
【図１０】本発明に係るインプラント体及びその製造方法並びに歯科用インプラントの実施例において、インプラント体を実験用ラットに埋入後、４週間経過した状態の光学顕微鏡による要部断面の拡大写真である。
【図１１】本発明に係るインプラント体及びその製造方法並びに歯科用インプラントの比較例において、インプラント体を実験用ラットに埋入後、４週間経過した状態の光学顕微鏡による要部断面の拡大写真である。
【図１２】本発明に係るインプラント体及びその製造方法並びに歯科用インプラントの実施例において、インプラント体を実験用ラットに埋入後、４週間経過した状態の光学顕微鏡による要部断面の拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るインプラント体及びその製造方法並びに歯科用インプラントの一実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００２０】
本実施形態のインプラント体２は、骨に接触状態で固定されるインプラント体であって、図１に示すように、上記骨としての歯槽骨の穿孔に挿入されて固定される歯科用インプラント１のインプラント体に適用したものである。
このインプラント体２は、下部（先端側）ほど外径が漸次小さくなる先細の略円柱形状とされている。このインプラント体２は、外周に雄ねじ部３が形成され、該雄ねじ部３が、インプラント体２の軸方向に漸次形状を変化させて形成されている。また、雄ねじ部３は、先端側がねじ山に切削溝を設けたセルフタップねじ部３ａとされ、歯槽骨の穿孔に直接ねじ込み固定が可能になっている。
【００２１】
このインプラント体２の上部には、アバットメント（図示略）がねじ構造等の結合手段によって固定可能とされている。例えば、アバットメントの下部に雄ねじが形成され、インプラント体２の上部には、アバットメントの下部の雄ねじを螺着可能な雌ねじ孔（図示略）が形成されている。
【００２２】
また、インプラント体２は、図２に示すように、インプラント体２が、ジルコニアで形成された母材部２ａと、該母材部２ａの表面に母材部２ａよりも低い硬度の水酸化ジルコニウムで形成された表面層２ｂと、で構成されている。
この表面層２ｂには、多数のひび割れＷが形成され、表面の硬度をさらに低下させている。
上記表面層２ｂの硬度は、歯槽骨の硬度以下とされ、通常の歯槽骨のビッカース硬度が５００Ｈｖ程度であるのに対し、本実施形態の表面層２ｂの硬度は３００Ｈｖ程度とされている。
【００２３】
次に、上記歯科用インプラント１のインプラント体２の製造方法について説明する。
まず、ジルコニア（ジルコニアセラミックス）で雄ねじ部３を含む上記外形状とされたインプラント体２の母材部２ａを作製する。
【００２４】
次に、母材部２ａの表面に、水分を含む空気（水蒸気を含む雰囲気中）中でレーザ光を照射して水酸化ジルコニウムの表面層２ｂを形成する。この際、使用するレーザ光は、高エネルギーのレーザ光である必要があるため、例えば固体レーザであるＮｄ：ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザによるレーザ光（基本波）を用いる。
【００２５】
また、このレーザ光を照射する際、表面層２ｂの硬度が歯槽骨の硬度以下となるように設定する。すなわち、歯槽骨のビッカース硬度が通常は５００Ｈｖ程度であるため、本実施形態では、硬度が３００Ｈｖ程度の表面層２ｂとなるようにＮｄ：ＹＡＧレーザ光又はＹＶＯ４レーザ光の出力等を設定して照射する。このレーザ光照射により、黒色化した表面層２ｂが形成される。
【００２６】
このように本実施形態のインプラント体２及びこれを備えた歯科用インプラント１では、ジルコニアで形成された母材部２ａと、該母材部２ａの表面に形成され母材部２ａよりも低い硬度の表面層２ｂと、で構成されているので、ジルコニアの母材部２ａにより機械的強度に優れているだけでなく、柔らかく軟質な表面層２ｂが歯槽骨等の骨と母材部２ａとの硬度差を緩和する緩衝層として機能すると共に柔らかい表面により骨密着性がさらに高まる。
特に、表面層２ｂに、多数のひび割れＷが形成されているので、単に粗面化されているだけでなく、骨細胞が表面層２ｂのひび割れＷ内に侵入することが可能になり、骨細胞が侵入すると、接触面積が大幅に増大すると共に楔効果が得られ、さらに高い骨密着性及び骨結合を得ることができる。
【００２７】
すなわち、従来のように表面が緻密で高硬度なセラミックス材のインプラントでは、表面を単に荒らしても骨密着性の向上は限られているが、本実施形態のインプラント体２では、表面に多数形成されたひび割れＷによって表面層２ｂの硬度がより低下すると共に、ひび割れＷを介して骨細胞が内部まで侵入することが可能になり、骨細胞が侵入すると、接触面積の増大と楔効果とによって、高い骨密着性及び骨結合性を得ることができる。
【００２８】
また、表面層２ｂの硬度が、歯槽骨等の骨の硬度以下とされているので、歯槽骨等の骨と同等の硬度又は歯槽骨等の骨よりも軟質で柔らかい表面であるため、より骨組織が密着し易くなる。
さらに、表面層２ｂが、水酸化ジルコニウムで形成されているので、表面層２ｂの水酸化ジルコニウムによって、骨組織との良好な生体親和性及び高い骨結合を得ることができる。すなわち、この表面層２ｂの水酸化ジルコニウムは、イオン交換作用を有しており、カルシウムイオンの増加及び細胞の成長性の増強が図られると考えられ、骨密着性が大幅に向上する。
【００２９】
また、インプラント体２の製造方法では、ジルコニアで形成された母材部２ａの表面に、水分を含む空気中でレーザ光を照射して母材部２ａよりも低い硬度の水酸化ジルコニウムの表面層２ｂを形成するので、母材部２ａ表面に骨密着性の高い軟質な水酸化ジルコニウムの表面層２ｂを容易に形成することができる。すなわち、例えば固体レーザ等の短波長レーザ光が照射された母材部２ａのジルコニアが、レーザ光の高エネルギーによって表面性状が変わって粗面化されるだけでなく、ジルコニアと水分とを反応させてハイドロオキサイト系の物質、すなわち水酸化物（水酸化ジルコニウム）の表面層２ｂを形成することができる。
【００３０】
また、この製法による水酸化ジルコニウムの表面層２ｂは、多数のひび割れＷが生じることにより、低硬度化させることができる。
特に、レーザ光として、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザによる基本波のレーザ光を用いることで、短波長で高エネルギーのレーザ光により、ジルコニアの母材部２ａ表面に水酸化ジルコニウムの表面層２ｂを形成すると共に多数のひび割れＷを容易に形成することができる。
【実施例１】
【００３１】
次に、本発明に係るインプラント体及びその製造方法並びに歯科用インプラントを、実施例により図３から図１２を参照して具体的に説明する。
【００３２】
まず、比較例としてジルコニアの母材部２ａのままで上記レーザ光で水酸化処理した表面層２ｂがない無処理ジルコニアのインプラント体と、本実施例として上記レーザ光で水酸化ジルコニウムの表面層２ｂを形成したレーザ処理ジルコニアのインプラント体と、を作製した。なお、照射したレーザ光としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波を用いた。
【００３３】
これら比較例及び本実施例について、赤外分光光度分析を行った結果を、図３に示す。なお、図中において比較例及び本実施例を示す曲線は、比較のために互いに上下にずらして見易くして表示している。
この分析の結果、本実施例では、図中に丸で囲んだ部分に水酸基系（ＯＨ基）のピーク（曲線の落ち込み部）が見られ、ハイドロオキサイト系の物質として水酸化ジルコニウムが形成されていることがわかる。これに対して、無処理ジルコニアの比較例については、水酸基系のピークは見られない。したがって、本実施例では、ジルコニアの母材部２ａ表面に上記レーザ光照射によって水酸化ジルコニウムの表面層２ｂが形成されていることがわかる。
【００３４】
次に、ナノハードネステスター（ＤＬＣ膜硬度測定用）を用いて硬度測定を行った結果を示す。なお、ナノハードネステスターは、荷重と共に硬度を測定する計測器であり、彫り込み深さが１μｍに設定されている。
【００３５】
ジルコニアの母材部２ａだけの比較例について、ビッカース硬度を２回測定した結果、９９８Ｈｖ及び１１２９Ｈｖであったのに対し、水酸化ジルコニウムの表面層２ｂを形成した本実施例では、ビッカース硬度が、３３６Ｈｖ及び３２８Ｈｖであった。すなわち、ジルコニアの母材部２ａだけの比較例に対して、水酸化ジルコニウムの表面層２ｂを形成した本実施例では、明らかに表面の硬度が低下し、通常５００Ｈｖ程度の歯槽骨に比べても柔らかい表面となっていることがわかる。
【００３６】
次に、本実施例について、インプラント体２の表面層２ｂを、電子顕微鏡によって図４から図６に倍率を変えて撮影したＳＥＭ像を示す。これらＳＥＭ像からわかるように、表面層２ｂに多数のひび割れＷが生じていることがわかる。
【００３７】
次に、実際にインプラント体を実験用ラットに埋入後、４週間経過した状態を観察した結果を、図７から図１２を参照して説明する。
この際、直径１．６ｍｍ、長さ７．０ｍｍのインプラント体を用い、これを４週齢ＳＤラットの脛骨に埋入した。なお、本実施例に使用したインプラント体は、ＹＶＯ４レーザ光の照射により表面層を形成した。
【００３８】
まず、図７、図８及び図１１は、ジルコニアの母材部２ａだけの比較例を用いた場合の要部断面における光学顕微鏡での拡大写真である。なお、拡大写真において、黒一色の部分がインプラント体であり、その周辺で部分的に黒い部分がトルイジン・ブルー染色した骨の成分である（原写真はカラーであって、骨の成分は青く表示されている）。これに対して、図９、図１０及び図１２は、水酸化ジルコニウムの表面層２ｂが形成された本実施例を用いた場合の要部断面における光学顕微鏡での拡大写真である。なお、各図の倍率は、図７が１０倍、図８が４０倍、図９が１０倍、図１０が４０倍、図１１が１５０倍、図１２が５０倍である。
【００３９】
上記比較例及び本実施例について、インプラント体の表面と骨組織との接触率を算出した結果、比較例では、接触率が２７．９％であったのに対し、本実施例では、接触率が６４．８％となり、大幅に接触率が向上している。
このように、比較例のインプラント体を用いた場合に比べて、本実施例のインプラント体を用いた場合、インプラント体周囲に多くの新しく形成された骨の成分が見られ、良好な生体親和性及び高い骨結合が得られていることがわかる。このインプラント体周囲の新生骨は、インプラント体と直接接触し、いわゆるossointegrationが達成されている。
【００４０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００４１】
例えば、上記実施形態では、レーザ光照射としてＮｄ：ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザによるレーザ光を使用したが、ジルコニアの母材部２ａ表面を水酸化して水酸化ジルコニウムの表面層２ｂを形成可能な高エネルギーのレーザ光であれば、他のレーザ光を採用しても構わない。例えば、他の固定レーザによるレーザ光や高調波によるレーザ光を使用しても構わない。
【００４２】
また、上記実施形態では、本発明のインプラント体を、歯槽骨の穿孔に挿入されて固定される人工歯根である歯科用インプラントのインプラント体に適用したが、他の部分の骨に埋設等して接触状態に固定されるインプラント体に採用しても構わない。例えば、骨折や良性腫瘍の切除などで生じた骨の欠損した部分又は腰椎手術で取り除いた軟骨などを補うために、本発明のインプラント体を人工骨や骨補填材として適用しても構わない。また、人工関節の部材、骨折部位の固定に使用する骨接合材料、脊椎の固定器具等に本発明のインプラント体を採用しても構わない。
【符号の説明】
【００４３】
１…歯科用インプラント、２…インプラント体、２ａ…母材部、２ｂ…表面層、Ｗ…ひび割れ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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