(57)【要約】  人工歯科補装具は内側材料で形成された内側部分と、外側材料で構成され内側部分の少なくとも一部を覆う外側部分とを有している。内側材料は実質的に自然な歯の色とは異なる色であり、一方、外側材料は実質的に自然な歯の色と同じである。内側材料及び外側材料の両方とも、ポリマーを含む材料を含有している。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側材料で形成された内側部分と、
外側材料で形成され前記内側部分の少なくとも一部を覆う外側部分と
を備え、
前記内側材料及び前記外側材料は異なる色であり、前記内側材料は自然の歯の色とは実質的に異なり、前記外側材料は自然の歯の色と実質的に同じであり、前記内側材料及び前記外側材料の両方ともがポリマーを含有している人工歯科補装具。
【請求項２】
請求項１記載の人工歯科補装具であって、前記内側及び外側材料の少なくとも一方のポリマーは、ポリ（アリールケトン）を含有している人工歯科補装具。
【請求項３】
請求項１記載の人工歯科補装具であって、前記内側及び外側材料の少なくとも一方のポリマーは、ポリエーテルケトンケトン及びポリエーテルエーテルケトンの少なくとも一方を含有している人工歯科補装具。
【請求項４】
請求項１記載の人工歯科補装具であって、前記内側及び外側材料の一方のポリマーはポリエーテルエーテルケトンを含有し、前記内側及び外側材料の他方のポリマーはポリエーテルケトンケトンを含有している人工歯科補装具。
【請求項５】
請求項１記載の人工歯科補装具であって、前記内側及び外側材料の少なくとも一方は、強化成分及びポリマーを含有している複合材料を含有している人工歯科補装具。
【請求項６】
請求項５記載の人工歯科補装具であって、前記強化成分は、微粒子、繊維及び多孔質発泡体の少なくとも一つの形状である人工歯科補装具。
【請求項７】
請求項５記載の人工歯科補装具であって、前記強化成分は、セラミック、金属及びポリマーからなる群から選択される少なくとも一つの要素を含有している人工歯科補装具。
【請求項８】
請求項５記載の人工歯科補装具であって、前記強化成分は、カーボン、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3安定化ＺｒＯ2、ＭｇＯ安定化ＺｒＯ2，Ｅガラス、Ｓガラス、リン酸カルシウム、ヒドロキシアパタイト、ＴｉＯ2、Ｔｉ、Ｔｉ6Ａｌ4Ｖ、Ｔａ、ステンレススティール
３１６Ｌステンレススティール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、及びアラミドからなる群から選択される少なくとも一つの要素で作製される繊維を少なくとも含有している人工歯科補装具。
【請求項９】
請求項５記載の人工歯科補装具であって、前記内側材料は、カーボン繊維、アルミナ繊維及びジルコニア繊維からなる群から選択される少なくとも一つの要素を含む強化成分を含有する第１の複合材料を含有し、前記外側材料は、Ｅガラス、ジルコニア及びアルミナのうちの少なくとも一つの繊維を含む強化成分を含有する第２の複合材料を含有している人工歯科補装具。
【請求項１０】
請求項５記載の人工歯科補装具であって、前記強化成分は、前記複合材料の全重量の約９９％以下で含有されている人工歯科補装具。
【請求項１１】
請求項５記載の人工歯科補装具であって、前記強化成分は、前記複合材料の全重量の約７０％以下で含有されている人工歯科補装具。
【請求項１２】
請求項５記載の人工歯科補装具であって、前記強化成分は、前記複合材料の全重量の約３０％〜５０％で含有されている人工歯科補装具。
【請求項１３】
請求項５記載の人工歯科補装具であって、前記強化成分は、前記複合材料の全重量の約３５％で含有されている人工歯科補装具。
【請求項１４】
請求項５記載の人工歯科補装具であって、前記強化成分は、前記複合材料の全重量の約３０％で含有されている人工歯科補装具。
【請求項１５】
請求項１記載の人工歯科補装具であって、前記外側材料は、更に着色剤を含有している人工歯科補装具。
【請求項１６】
請求項１５記載の人工歯科補装具であって、前記着色剤は、酸化チタンを含有している人工歯科補装具。
【請求項１７】
請求項１記載の人工歯科補装具であって、前記外側材料は、前記外側材料のポリマーと、強化成分と、着色剤とを含有している複合材料を含有している人工歯科補装具。
【請求項１８】
請求項１記載の人工歯科補装具であって、前記外側材料は、前記外側材料の全重量の約２０％以下である着色剤を更に含有している人工歯科補装具。
【請求項１９】
請求項１記載の人工歯科補装具であって、前記外側材料は、前記外側材料の全重量の約５〜１５％でである着色剤を更に含有している人工歯科補装具。
【請求項２０】
請求項１記載の人工歯科補装具であって、前記外側材料は、前記外側材料の全重量の約７〜１２％である着色剤を更に含有している人工歯科補装具。
【請求項２１】
請求項１記載の人工歯科補装具であって、前記外側材料は、約０．０１μｍ〜１００μｍの粒子の大きさを有する着色剤を更に含有している人工歯科補装具。
【請求項２２】
請求項１記載の人工歯科補装具であって、前記外側材料は、約０．１μｍ〜１０μｍの粒子の大きさを有する着色剤を更に含有している人工歯科補装具。
【請求項２３】
請求項１記載の人工歯科補装具であって、前記外側材料は、約０．５μｍ〜５μｍの粒子の大きさを有する着色剤を更に含有している人工歯科補装具。
【請求項２４】
請求項１記載の人工歯科補装具であって、前記内側材料の弾性係数は約３１４６ｋｓｉより大きく、前記外側材料の弾性係数は約３６３ｋｓｉより大きい人工歯科補装具。
【請求項２５】
請求項２４記載の人工歯科補装具であって、前記外側材料の弾性係数は、約３６３ｋｓｉ〜４１９ｋｓｉの間である人工歯科補装具。
【請求項２６】
請求項１記載の人工歯科補装具であって、前記内側材料の弾性係数は、約３１４６ｋｓｉより大きく、前記外側材料の弾性係数は約８７５ｋｓｉより大きい人工歯科補装具。
【請求項２７】
請求項２６記載の人工歯科補装具であって、前記外側材料の弾性係数は、約８７５ｋｓｉと１０３９ｋｓｉとの間である人工歯科補装具。
【請求項２８】
請求項１記載の人工歯科補装具であって、前記外側部分は、前記人工歯科補装具が人の口の内部に位置しているときに、覆われずに残されるように構成された内側部分の実質的に一部の上にのみに配置されている人工歯科補装具。
【請求項２９】
請求項１記載の人工歯科補装具であって、前記人工歯科補装具は、支台を有している人工歯科補装具。
【請求項３０】
請求項１記載の人工歯科補装具であって、前記人工歯科補装具は、
骨に少なくとも部分的に埋め込まれるように構成された歯科インプラント、
支台上に取り付けられるように構成された義歯、
治療スクリュー、
歯肉縁、
固定マウント、
治療キャップ、及び
治療カラー
の少なくとも一つを有している人工歯科補装具。
【請求項３１】
内側部分であって、自然な歯の色とは実質的に異なる色を有するとともに、ポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルケトンケトンの少なくとも一つを含むポリマーと、カーボン繊維、アルミナ繊維及びジルコニア繊維からなる群から選択される少なくとも一つの要素を含む繊維強化成分とを含有する内側複合材料を有するもの、並びに、
外側部分であって、前記内側部分の色とは実質的に異なる色を有し自然な歯の色と実質的に同じ色を有するとともに、前記内側複合材料の少なくとも一部を覆い、ポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルケトンケトンの少なくとも一つを含むポリマーと、Ｅガラス繊維を含む繊維強化成分とを含有する外側複合材料を有するもの
を含有する人工歯科補装具。
【請求項３２】
請求項３１記載の人工歯科補装具であって、前記外側部分は、着色剤を更に含有している人工歯科補装具。
【請求項３３】
請求項３２記載の人工歯科補装具であって、前記着色剤は、ＴｉＯ2を含有している人工歯科補装具。
【請求項３４】
請求項３１記載の人工歯科補装具であって、前記内側及び外側複合材料は、両方ともポリエーテルエーテルケトンを含有し、前記内側材料及び外側複合材料は、異なる弾性係数を有している人工歯科補装具。
【請求項３５】
請求項３１記載の人工歯科補装具であって、前記内側複合材料は、ポリエーテルエーテルケトンを含有し、前記外側複合材料は、ポリエーテルケトンケトンを含有している人工歯科補装具。
【請求項３６】
顎に取り付けるように構成されたインプラントと、
前記インプラント上に取り付けられ、自然な歯の色とは実質的に異なる色を有する内側材料と自然な歯の色と実質的に同じ色の外側材料とを含有する支台と
を備え、
前記内側材料の色と前記外側材料の色とは互いに実質的に互いに異なり、前記外側材料は内側材料の少なくとも一部の上に配され、前記内側材料及び外側材料は両方ともポリマーを含有している、人工歯科補装具。
【請求項３７】
請求項３６記載の人工歯科補装具であって、前記内側材料の弾性係数は、前記外側材料の弾性係数より大きい人工歯科補装具。
【請求項３８】
請求項３６記載の人工歯科補装具であって、前記内側材料の弾性係数は、前記外側材料の弾性係数の少なくとも約３倍より大きい人工歯科補装具。
【請求項３９】
請求項３６記載の人工歯科補装具であって、前記内側材料の弾性係数は、前記外側材料の弾性係数の少なくとも約８倍より大きい人工歯科補装具。
【請求項４０】
請求項３６記載の人工歯科補装具であって、前記内側及び外側材料は両方とも、強化成分と、ポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルケトンケトンの少なくとも一つとを更に含有している人工歯科補装具。
【請求項４１】
請求項３６記載の人工歯科補装具であって、前記外側材料は、繊維強化成分と着色剤とを更に含有している人工歯科補装具。
【請求項４２】
少なくともポリマーを含有し実質的に自然な歯の色と同じ色を有する外側材料を提供すること、
ポリマー及び強化成分を含有し実質的に自然な歯の色とは異なる色を有し前記外側材料の色とは異なる色である内側複合材料を提供すること、
前記外側材料を金型に注入し、それによって前記人工歯科補装具の外側の層を形成すること、
前記内側複合材料を金型に注入し、それによって前記人工歯科補装具のコアを形成すること、及び
人工歯科補装具を形成すること
を包含する人工歯科補装具を形成するための方法。
【請求項４３】
請求項４２記載の方法であって、前記内側複合材料は、前記外側材料が前記内側複合材上に注入される前に注入され固化される方法。
【請求項４４】
請求項４２記載の方法であって、前記内側複合材料は、前記外側材料が金型内で固化する前に金型に注入される人工歯科補装具を形成するための人工歯科補装具を形成するための方法。
【請求項４５】
請求項４２記載の方法であって、前記外側及び内側材料の両方のポリマーは、ポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルケトンケトンの少なくとも一つを含有している人工歯科補装具を形成するための方法。
【請求項４６】
請求項４２記載の方法であって、金型への注入に先だって、前記外側材料に着色剤を混合することを包含している人工歯科補装具を形成するための方法。
【請求項４７】
請求項４６記載の方法であって、前記着色剤がＴｉＯ2を含有している人工歯科補装具を形成するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年５月２４日に出願された米国出願第１１／４２０，０２４号の一部継続出願である２００６年１月１１日に出願された米国出願第１１／６２２，１７１号の継続出願であり、両出願ともそれらの全体が参照によってここに取り入れられる。
【０００２】
本発明は、人工歯科補装具に関し、より詳細には、人工歯科補装具の構築に使用するための方法及び材料に関する。
【背景技術】
【０００３】
失われ、欠損し、傷を負い又は疾患を患った歯を人工歯科補装具によって置き換えることは、しばしば望ましいことである。人工歯科補装具には、例えば、下顎骨又は上顎骨に挿入されるインプラントが含まれる。他の人工歯科補装具は、骨の十分な量が、咀嚼の間支持し及び固定するインプラントと一体化（bone osseointegrate）するまで、一時的にインプラントをカバーする。この「治癒過程」の間に使用されるこのような装具には、暫定的な歯肉縁、治療スクリュー、治療カラー、治療キャップが含まれる。他の構造には、人工歯を取り付けるための架台として機能しインプラントが取り付けられる支台が含まれる。
【０００４】
これらの歯科補装具の幾つかは、歯科患者の顔を見たときに見え、又はその一部が見える。例えば、義歯を支持する支台は、義歯によってカバーされていない歯肉近傍の目に見える領域を有し得る。これらの見える領域は、自然の歯の色を有していない材料又はプラスチックからなり、歯科補装具は患者の顔面上における非審美的に心地よい外観を与えるものではない。この欠陥に向けて取り組むために、自然の歯の色を有する歯科補装具が存在する。しかしながら、これらの装具は十分な強度を欠いており、これは比較的頻繁な交換又は修理をもたらしている。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、本発明の特徴を有する本発明の一実施形態に係る人工歯科補装具の断面図である。
【図２】図２は、図１の装具の支台の斜視図である。
【図３】図３は、図２の３−３線に沿った断面図である。
【図４】図４は、本発明に従う特徴を有する人工歯科補装具の他の実施形態の断面図である。
【図５】図５は、本発明の特徴を有するもう一つの支台の断面図である。
【図６】図６は、本発明の特徴を有する人工歯科補装具の更なる他の実施形態の断面図である。
【図７】図７は、本発明の特徴を有する仮補装具の実施形態の断面図である。
【図８】図８は、本発明の特徴を有する人工歯科補装具の製造のための一般的な例示のプロセスのフローチャートである。
【図９】図９は、図７のプロセスに対する更なるステップのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図１を参照すれば、人工歯科補装具１０が図示されており、これは、歯科患者の口における歯のない領域の復元に使用される。人工歯科補装具１０は、歯科的な外科的処置の間人間の顎１６のインプラント１４上にネジによって取り付けられた支台１２を有している。顎１６は下顎又は上顎であり得る。支台１２は、支台１２の全体をカバーし又はしない歯の形状の義歯１８を支持している。義歯又は人工歯は、支台を受容するように設計された内側キャビティと、自然の歯の外観と硬さを再現した外側部分とを含んでいるのが一般的である。人工歯は、セメントで固められ、ネジで固定され、さもなければ支台に固定される。
【０００７】
図２〜３を参照すれば、支台１２はコア又は内側部分２０を有しており、インプラント１４への取付のための金属製の保持スクリュー２４と一体的に形成された審美的な外側層又は部分２２を有している。支台１２は、スクリュー２４の頭部へのアクセスを提供するボア２６を有し、インプラント１４に取り付けられるときにセメント又は他の材料で埋められる。内側部分２０は、以下に示すように外側部分２２によってカバーされるので、特に色が制限されるものではない。従って、内側部分２０は、暗色又は自然の他の色と異なり外側部分２２とは異なる色の他の審美的に望ましくない色の高強度ポリマーを有し得る。
【０００８】
外側部分２２は、自然の歯の色と実質的に同じ色の審美的に好ましい外側材料からなる。本実施形態では、外側部分２２は、内側部分２０の全体を実質的に覆って図示されている。これは、義歯１８が半透明であり暗色の内側部分２０が義歯を通して見えるときに提供される。もちろん、外側部分２２も、成形プロセスの間そうすることにより費用効率がより高くなるときには、内側部分２０の全体を実質的にカバーするように提供され得る。
【０００９】
外側部分２２に適切で自然な歯の色を提供するために、外側部分は着色料を含むポリマーから作られる。従って、内側部分２０と外側部分２２との界面に強固で安定な結合を形成するために、内側部分２０もポリマーで形成することが望ましい。任意的には、内側部分２０及び／又は外側部分２２は、粒子、ファイバー、及び／又は以下に記述する多孔質発泡体などの強化成分と混合したポリマーを含んだ複合材料からなり得る。
【００１０】
図４を参照すれば、他のアプローチによって、人工歯科補装具４０は、支台４２をインプラント４８に取り付ける分離した保持スクリュー４２を受容する貫通ボア４４を有する支台４２を有している。インプラント４８及び支台４２は、反対方向に回転可能であり、六角ネジ結合及び／又はスプライン５０（破線で示されている）のような感触のよい接続構造を有している。
【００１１】
支台４２は、歯肉線による等の義歯１８（想像線で示されている）によってカバーされずに最も残されそうな内側部分５４の少なくとも一部をカバーする外側部分５２を有している。従って、義歯の構成が分かれば、外側部分５２は、義歯によってカバーされずに残されているであろう内側部分５４のそれらの部分のみを実質的にカバーする形状とされ得る。あるいは、外側部分５２は、義歯１８によってカバーされている外側部分５２の部分を含む外側部分５２の更なる部分を含むように、拡張部分５６（破線で示されている）を有し得る。また、外側部分５２は、貫通ボア４４を形成する表面を任意的にカバーするように、円筒状の内側部分５８を有し得る。
【００１２】
図５を参照すれば、実質的に円筒状の支台６０が図示されており、これは、暗い歯ではない色（例えば黒色）の、ポリマーコーティングされたポリマー被覆内側部分６２と、自然の歯の色と実質的に同じ色（例えば白、アイボリー、又は暗黄白色のような例示可能な名称のもの）の外側審美的部分６４とを有している。支台６０は、一体的に形成された保持スクリュー６８へのアクセスを提供するボア６６を有している。ボア６６は、この実施形態では外側部分６４の材料によっては覆われていない。図５の円筒状支台６０は、９個のテストサンプルを製造するために使用され、９個のテストサンプルのそれぞれについての内側及び外側の材料の特定の組成は、以下に詳細に記述されている。
【００１３】
支台に加えて、又は支台に代えて、外側の審美的な、内側のポリマー部分をカバーするポリマー部分を有する構造が、人工義歯、インプラント及び／又は保持スクリューを含む人工歯科補装具の他の部分に提供され得ることが理解されるであろう。図６を参照して、もう一つの実施形態においては、人工歯科補装具７０は、先に述べた内側及び外側部分とともに、治療スクリュー７８を有している。人工歯科補装具７０は、下顎７６又は上顎の穴７４に係合する螺設歯科インプラント７２を含んでおり、これは、外科的処置又は以下の抜歯の間に形成される。治療スクリュー７８は、頭部８２から延びる螺設シャフト８０を含んでいる。螺設シャフト８０はインプラント７２の螺設穴８４に係合する。治療スクリュー７８は、インプラント７２が下顎７６に接合する間の下顎７６が治る間、螺設穴８４に屑が入り及び組織が生長するのを妨げる。この場合には、治療スクリュー７８の少なくとも頭部８２の頂部は、ポリマーベースの内側部分を覆うポリマーベースの審美的外側部分を有し得る。
【００１４】
他の歯科用品も、歯肉線の近傍に位置することを意味する歯肉縁のような上記内側及び外側部分を有し得る。インプラントと顎骨との骨接合の間又はコーピング又はクラウンなどの修復が行われている間に使用される一時的な装具も、上記構成を有し得る。これには、一時的治療カップ、又はインプラントと一体的に形成された支台上に置かれたカラーが含まれる。幾つかの実施形態では、図７に示すような固定マウント９０のような一時的な装具が、手術部位にインプラントを設置するのに使用され得る。例えば、固定マウント９０に接続されるスクリュー形状のインプラントは、固定マウント上の多角穴９２にねじ込みツールを適用することによりその部位に螺合され得る。この固定マウント９０は、製造業者によって歯科インプラントに予め組み付けておくことができる。固定マウント９０の内側ポリマー部分９４は、ネジを回す際の負荷に耐える十分な材料強度を有している。外側部分９６は、固定マウント９０を治療の間所定の位置に留めておくことができ、審美的一時的修復を提供するように、歯の色をしたカバーリングを提供するであろう。
【００１５】
ここで述べたように示されている実施形態の何れにおいても、内側部分及び外側部分の両方が、ポリマー材料で作製される。ポリマー材料は、以下に限定されるものではないが、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリ（アリールケトン）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）及び／又はポリエーテルイミド（ＰＥＩ）のような芳香族ポリマーケトン、ポリスルホン（ＰＳｕ）、並びにポリフェニルスルホン、又はこれらの熱可塑性樹脂の組合せを含む熱可塑性樹脂である。一つの適切なポリマーは、マサチューセッツ州のピッツフィールドのGeneral Electric Plastics, Inc.のＵＬＴＥＭ（登録商標）のポリイミドである。他の適切なポリマーは、ジョージア州のアルファレッタのSolvay Advanced Polymers, LLCのＲａｄｅｌ（登録商標）である。他の十分なＰＥＥＫポリマーは、ＰＥＥＫ  ＧＡＴＯＮＥ（登録商標）（Gharda, Inc., ムンバイ, インド)、 ＰＥＥＫ  ４５０ (Victrex, Inc., Lancashire, 英国)、及びＰＥＥＫ−ＣＬＡＳＳＩＸ（登録商標） (Invibio, Inc., Lancashire, 英国)である。許容し得るＰＥＫＫポリマーは、ＰＥＫＫ  Ａ１０５０ (Polymics, Inc., State College, ペンシルベニア州)である。
【００１６】
一つのアプローチによって、９個の製造された実施例に使用されるように、少なくとも一つの内側部分及び外側部分がＰＥＥＫ又はＰＥＫＫにより作製される。あるいは、内側部分及び外側部分の両方が、同じポリマーによって作製され、又は一部がＰＥＥＫで他の部分がＰＥＫＫで作製され得る。
【００１７】
内側部分及び／又は外側部分を強化するために、内側及び／又は外側材料は、強化成分を含む複合材料であり得る。強化成分は、これらに限定されるものではないが、粒子、ファイバー、及び／又は多孔質発泡体であり得、これらには、カーボン、アルミナ、ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、マグネシウム安定化ジルコニア、Ｅガラス、Ｓガラス、リン酸カルシウム、アルミナ、二酸化チタン、及び／又は、ヒドロキシアパタイト及びリン酸三カルシウムを含み周囲の骨と歯科装具との骨接合を改善するヒドロキシアパタイト又は二相リン酸カルシウムのようなリン酸カルシウムが含まれる。また、繊維は、他の金属又は合金ベースの材料であり得、チタニウム、Ｔｉ6Ａｌ4Ｖ、Ｔａ、ステンレススティール、及び／又は３１６Ｌステンレススティール、又はＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ若しくは他の例えばケプラー（登録商標）（E.I.duPont de Nemours and Co., Wilmington, デラウェア州）のようなアラミド繊維のようなポリマー自身からなるものでもよい。ポリマー強化成分は、内側又は外側部分のバルク又はマトリックスを形成する同じポリマー材料に置き換えられ得る。
【００１８】
セラミック、粒子又は繊維のような強化成分の内側又は外側複合材料における比率は、内側又は外側複合材料の全重量の約７０重量％以下であり、好ましくは約２０〜６０％の間、最も好ましくは約３０％〜５０％の間である。一つのケースでは、繊維は約３０％で、他のケースでは繊維は３５％で提供されている。この比率は、例えば強化成分がＴａ発泡体のような比較的重い金属ベースの繊維又は発泡体の場合には、約９９％以下であり得る。
【００１９】
繊維材料としても言及される強化成分は、これらに限定されるものではないが、球状、細長い繊維状又は他の形状のものを含み得る。一実施形態では、強化成分は、約１ｎｍから約１００ｎｍのナノ粒子及び／又は１００ｎｍから１００μｍのマイクロ粒子を含んでいる。これらの繊維は、約１から１０００の長さ対直径比を有し得る。幾つかのケースでは、この比率は、約１０，２０又は２５のように低く、及び１００，１５０又は１０００ように高くてもよい。繊維の長さは、約１ｍｍのように短く、又は約５０ｍｍのように長くてもよい。以下に記述する９個の製造された実施例の多くにおいて、繊維は、約１〜２ｍｍの長さで、長さ対直径比が約８〜１６である。他の例は、約２５０〜８６０のより好ましい長さ対直径比を与え、その場合の繊維の長さは５〜６ｍｍである。
【００２０】
繊維は、摩擦に対する抵抗性を高めるために、様々な直径を有し得、様々なタイプの繊維と、複合材料の破壊靱性を向上させ又は複合材料の色をコントロールするために繊維に融合するナノ粒子を含む粒子とを含み得る。これらのもう一つの特徴は、親の米国特許出願に詳細に説明されている。
【００２１】
上述のように、外側材料は自然の歯の色と実質的に同じ色である。原料ポリマー材料ＰＥＥＫ−ＣＬＡＳＳＩＸ（登録商標）及びＵＬＴＥＭ（登録商標）は、着色剤を既にポリマーと混合したものとして得た。他の原料ポリマー材料については、着色剤をポリマーに添加して所望の自然の歯の色を得た。一実施形態では、ポリマーと混合される着色剤は、ルチル及び／又は酸化チタン（ＴｉＯ2）などの無機材料である。一つのケースでは、着色剤は、内側又は外側複合材料を全重量として、約２０％より少なくしかし約５から１５％で、より好ましくは７から１２％で提供される。９個の実施例の幾つかについては、着色剤は複合材料の重量の約１０％で提供されている。また、着色剤は、約０．１から１００μｍで、より好ましくは約０．１から１０μｍで、最も好ましくは約０．５から５μｍで提供されている。
【００２２】
図８〜９を参照すれば、人工歯科補装具の形成１００のための方法が、外側材料の提供１０２を含んでいる。上述のように、既に望ましい審美的色彩を有し及び／又は強化成分と予め混合された原料のポリマー材料が得られる。このケースでは、原料のポリマー材料はペレットで供給され、ペレットは金型への注入のために加熱されるのに望ましいサイズまでミリングすることのみを必要としている。
【００２３】
別の方法では、調合プロセスがポリマー材料１１６を加熱するのに使用され、（もし存在するなら）着色剤１１８が別に供給され、及び／又は（もし存在するなら）強化成分１２０が粘稠な状態に別に供給され、加熱された材料への機械的混合１２４により、複合材料１２６が得られる。調合プロセスに先だって、良好な分散を達成するために、必要に応じて、シグマタイプ混合機などの適当な混合機を用いてドライの予備混合が行われる。一実施形態では、ポリマー材料は、実質的に室温で望ましい粘性のある状態を有し、加熱する必要はない。着色剤１１８及び強化成分１２０が実質的に均一にポリマー材料全体に分散するまで、複合材料１２６を混合することが望ましい。実質的には、複合材料１２６は、オリフィス又はダイを介して押し出され加圧される。複合材料がオリフィスを出たとき、略円筒状の断片又はペレットに小さくカットされる。この調合プロセスは、ＺＳＫ−２５ツインイクストルーダを用いて行われ得る。あるいは、複合材料は直接金型に注入され得る。複合材料は、所望の形状に実質的に変形される少なくとも一つのブロックに形成され得ることも理解されるであろう。
【００２４】
上記の調合プロセスに先だって、又はこれと同時に、材料中における分子と内側及び外側部分の結合を増大させるために、強化成分１２０又は複合材料１２６が任意的にカップリング剤１２２で処理され得る。シラン及びその他のカップリング剤と、その使用については、親の米国特許出願に詳細に記載されている。
【００２５】
射出成形の準備が整ったペレットは、次に射出成型機に移され、そこで、例えば、外側材料が実質的に室温で望ましい粘度を有していないなら、所望の粘度をえるために外側材料、特にポリマー材料成分が加熱される。一度材料が所望の粘度状態になれば、以下のようにして射出が行われる。このプロセスの間、もし存在するなら、強化成分及び着色剤はポリマー材料中で実質的に分散した状態を保つ。外側材料を提供する同様のプロセスが、内側材料を提供するのに使用され得る。
【００２６】
以下に記載した９個の製造された実施例については、オーバーモールド又は２ステージモールド射出プロセス（多成分、移送、又は挿入成形とも称される）が、Ｅｎｇｅｌ  １００  ＴＬ射出成形機で使用されて人工歯科補装具が形成される。内側及び外側部分を成形するために、内側部分用の材料が内側部分又は支台のコアを形成するための第１の金型に射出１０６されて保持スクリューを覆う。コアが実質的に冷えて固化すると、それは第２の金型に挿入される。審美的な外側部分用の材料が次に第２の金型に射出１０８されて、固化した内側部分を覆う。２つの材料は別々に射出されるが、化学結合又は機械的接合構造が２つの部分の間に形成される。材料は冷却されて歯科補装具が形成１１０される。
【００２７】
上記の代わりに、同時注入成形によっても実施例は成形され得る。このプロセスでは、単一の金型が使用され、外側材料が最初に金型に注入１１２されて審美的な外側部分を形成する。外側材料が注入されたとき、それは噴流を形成して金型の空洞内の外側表面を満たしてコートする。次に、即座に内側材料が、外側材料が冷却して固化する前に外側材料に続いて注入１１４される。この結果、改善された結合及び接合の性質が内側及び外側部分の間にもたらされる。次に、材料が金型内で凝固して人工歯科補装具が形成される１１０。
【００２８】
十分な時間が経過した後、人工歯科補装具が実質的に固化して金型から取り出される。射出成形プロセス１０６又は１０８の何れかに続いて、人工歯科補装具は機械加工され研磨されて望ましくない変形と表面の粗さが低減される。加えて、人工歯科補装具の外側表面がガスプラズマ洗浄プロセスにより処理されて、人工歯科補装具と所望の例えば義歯に取り付けるのに使用され得る支台との間の結合が高められる。
【００２９】
この方法では、異なる複合材料及び非複合材料をいくつでも連続して注入して一体的な歯科補装具を形成することができる。従って、人工歯科補装具は上述の内側及び外側部分に加えて他の層を有し得る。各層の色は、同じ装具内で色の範囲又は階調を提供するように選択され得る。更に、各層のための材料は、人工歯科補装具の異なる領域における異なる構造又は化学的性質を提供し得る。このような追加的な層は、内側部分の下、内側及び外側部分の間、又は外側部分を覆って形成し得る。これらに限定されるものではないが、反射率、不透明性、及び鏡面性などの表面仕上げ及び光学的性質は、ポリマー材料、強化成分及び／又はここで述べたような添加剤の選択によって調整され得ることが理解されるであろう。
【実施例】
【００３０】
以下は、上述のように内側及び外側部分を有する人工歯科補装具の構造の９個の製造された実施例の記述である。各製造された実施例の材料の成分は、以下に示すように表１に示されている。これらの実施例は図５に示されているような円筒の支台について提供されているが、各実施例についての内側及び外側部分の成分は、ここに記載した他の歯科装具のいずれにも、また咀嚼のための強度及び自然な歯の色の両方を必要とする他の歯科装具の何れにも使用されることができる。以下の全てのパーセンテージは、特に示さない限り重量％である。
【００３１】
実施例１〜６について、外側の審美的な材料はそのままのポリマー又は自然な歯の色を提供するために着色剤を既に混合した複合材料からなる。実施例７〜９については、自然な歯の色を達成するために別々の着色剤がそのままのポリマー又は複合材料に混合される。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
実施例１．  この実施例では、内側材料はポリエーテルエーテルケトンと特定のＰＥＥＫ  ＧＡＴＯＮＥ（登録商標）５３３０ＣＦ（Ｇｈａｒｄａ，Ｉｎｃ．によって製造）とを有する複合材料である。ＰＥＥＫは約３０重量％のカーボン繊維と予め混合されているペレットで供給される。より詳細には、カーボン繊維は、カーボン繊維とＰＥＥＫとの合計の約３０重量％で含まれている。内側複合材料は暗い黒色である。
【００３４】
外側材料については、ＵＬＴＥＭ（登録商標）１０１０ポリエーテルイミド（ＧＥＰｌａｓｔｉｃｓ，Ｉｎｃ．によって製造）がその原料の形態で着色剤と予め混合されたペレットとして供給されている。外側材料は自然な歯の色と実質的に同じ色であり、黒色の内側材料が外側材料を通して実質的に見えないように低い透明性を有している。
【００３５】
図８〜９に示されているプロセスについて上記で説明したように、内側複合材料は加熱され支台のコアを形成するための第１の金型に射出される。次に、それは固化したコアを第２の金型に入れる前に冷却される。次に、外側材料は加熱されて第２の金型に射出され、内側材料を覆い、そこでそれは冷却されて歯科支台となって完了する。冷却されると、支台は金型から取り出され、必要に応じて機械加工及び／又は洗浄される。
【００３６】
実施例２．  この実施例では、ＵＬＴＥＭ（登録商標）１０１０ポリエーテルイミドが実質的に自然な歯の色であり低い透明性を有しているＰＥＥＫ−ＣＬＡＳＳＩＸ（登録商標）ポリマーに置き換えられている点を除いて、支台の製造方法は実施例１に記載したものと同じである。内側複合材料におけるカーボン繊維は、約５〜６ｍｍの長さと、約７μｍの直径を有し、長さ対直径比が約７１５〜８６０の範囲である。
【００３７】
実施例３．  この実施例では、内側複合材料は、ペレットとして供給されているポリマーＰＥＥＫ４５０（Ｖｉｃｔｒｅｘ  Ｉｎｃ．によって製造）を含んでいる。ＰＥＥＫは粉体に挽かれ、２００メッシュの篩にかけられる。次に、約３０重量％のアルミナ繊維（ＡｌＯ2）をＰＥＥＫとシグマタイプの混合機内で混合して強化成分を提供した。アルミナ繊維は約２０μｍの直径と、約１〜２ｍｍの長さを有し、長さ対直径比が約８〜１６の範囲である。粉体の形状の内側複合材料は、次に、ＺＳＫ−２５ツインスクリュー押出機を用いて調合して複合材料ペレットにした。これは、繊維が小片として見える顕著に灰色の内側複合材料を形成した。外側材料は、実施例２の外側材料として上記で説明したＰＥＥＫ−ＣＬＡＳＳＩＸ（登録商標）ポリマーを含んでいる。その後、内側及び外側混合物を加熱し、別々に金型キャビティに射出されて、上記の実施例１でも説明した歯科支台が形成された。
【００３８】
実施例４．  この実施例では、審美的な外側材料は実施例３と同様であり、同様の方法で調製される。内側複合材料については、ＰＥＫＫ  Ａ１０５０ポリマー（Ｐｏｌｙｍｉｃｓ，Ｉｎｃ．によって製造）が、実施例３の繊維とほぼ同じサイズのアルミナ繊維（ＡｌＯ2）３０重量％と混合され調合された。内側複合材料は、明るい色の小片として見える繊維を有する黒色である。内側及び外側材料は、上記の実施例１で説明したように射出した。
【００３９】
実施例５．  この実施例では、内側複合は、３０重量％のジルコニア繊維（ＺｒＯ2）を強化成分として含むＰＥＫＫ  Ａ１０５０を含んでいる。ジルコニア繊維も、約１２０μｍの直径と、１〜２ｍｍの長さを有している。ＰＥＥＫ及びジルコニア繊維は、実施例３の内側材料について上記で説明したように混合され調合され、ジルコニア繊維が明るい色の小片として見える黒色の物質を形成した。ここで、実質的に歯の色をしたＵＬＴＥＭ（登録商標）１０１０が審美的な外側材料として使用された。内側及び外側材料の両方とも、実施例１について上記で説明したように射出した。
【００４０】
実施例６．  この実施例では、支台の製造方法は、審美的な外側材料がＵＬＴＥＭ１０１０に代えてＰＥＥＫ−ＣＬＡＳＳＩＸである点を除いて、実施例５に記載した方法と同じであった。
【００４１】
実施例７．  この実施例では、内側材料は、更なる強化成分を含まない黒色のＰＥＫＫ  Ａ  １０５０ポリマーであり、外側複合材料は、３５重量％の主たる強化成分としてのＥガラス繊維と着色剤としての１０重量％の酸化チタン（ＴｉＯ2）とを混合し調合したＰＥＫＫ  Ａ  １０５０ポリマーであり、実質的に自然の歯と同じ色の外側複合材料を提供している。Ｅガラス繊維は、約５〜６ｍｍの長さと、１０〜２０μｍの直径とを有し、長さ対直径比が約２５０〜６００の範囲である。内側及び外側材料の両方とも、実施例１について上記で説明したように射出される。
【００４２】
実施例８．  この実施例では、機械的な強度の高いカーボン強化材料が人工装具の成分の内側部分を形成するのに使用され、ＴｉＯ2を配合した材料が外側部分を形成するのに使用される。カーボン繊維で強化された内側部分の複合材料は暗い色であり、歯科の用途には向かないが、白色の審美的に満足し得るＴｉＯ2を配合した外側材料の複合材料でカバーされる。より詳細には、外側複合材料は実施例７のものと同じであるが、内側複合材料は、ＰＥＫＫ  Ａ  １０５０に代えて予め混合されたカーボン繊維を有するＰＥＥＫ  ＧＡＴＯＮＥ（登録商標）５３３０  ＣＦである。従って、外側複合材料の混合及び調合の方法は、実施例７についての説明と同様であり、内側及び外側材料の両方の射出の方法は、実施例１について説明したのと同じである。内側材料のカーボン繊維は、長さ対直径比が約７１５〜８６０の範囲であり、外側材料における長さ対直径比が約２５〜６００の範囲である。
【００４３】
実施例９．  この実施例では、外側複合材料は、ＴｉＯ2着色剤を含む実施例７のそれと同じであり、一方、内側材料は更なる強化成分を含まない黒色のＰＥＥＫ  ４５０である。従って、外側材料の混合及び調合の方法は、実施例７についての説明と同様であり、内側及び外側材料の両方の射出の方法は、実施例１について説明したのと同じである。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
【表３】
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【００４６】
表２を参照すれば、実施例１及び８に開示した方法によって製造された内側複合材料は、約３１４６ｋｓｉの弾性係数又は引張係数を有している。弾性係数又は引張係数を求めるために、内側及び外側材料の試料を、ＡＳＴＭ  Ｄ−６３８９規格を使用して緊張状態に置き、その結果生じる偏位を記録した。弾性係数は、複合材料の試料を圧縮状態に置くことによっても同様に記録することができる。内側材料についての一方向の弾性係数は、所望なら、存在する繊維の量を増加させることにより、３１４６ｋｓｉより大きくし得る。これに代えて、弾性係数は、（１）適用し得る場合には繊維のアスペクト比（長さ対直径比）を増加させること、（２）強化成分とプラスチック材料との界面又は結合を更に改善すること、及び（３）より均一な分散を達成するためプラスチック材料内の強化成分をより良好に混合し、複合材料中の不純物と空隙の包含を減少させるように調合及び成形プロセスを改善することにより、増大させ得る。このように、内側材料の一つの例示の望ましい塑性係数は、３１４６ｋｓｉ以上である。この弾性係数を増大させる方法は、内側材料に限定されるものではなく、外側材料にも等しく適用される。
【００４７】
表３を参照すれば、実施例２に開示された方法によって製造された外側複合材料は、約３９１ｋｓｉの平均弾性係数を有している。これは、平均値から標準偏差±２８以内の値を含んでいる。この実施例では、約３９１ｋｓｉの平均弾性係数の範囲は、低くて約３６３ｋｓｉの値、高くて約４１８ｋｓｉの値を含んでいる。実施例８の外側複合材料については、平均弾性係数の範囲は約９５７ｋｓｉであり、標準偏差±８２により、低くて約８７５ｋｓｉの値、高くて約１０３９ｋｓｉの値を含んでいる。従って、望ましい弾性係数は、約３６３ｋｓｉ（実施例２）以上又は約８７５ｋｓｉ以上（実施例８）である。
【００４８】
実施例２又は実施例８の何れかに関し、支台は、外側部分の弾性係数より大きい内側部分の弾性係数で形成され得ることが示されている。このことは、外側部分を形成するのに審美的には好ましいが比較的弱い材料を使用することを許容する。実施例２では、内側部分の弾性係数は、外側部分のそれより少なくとも約８倍大きく、一方、実施例８については、内側部分の弾性係数は、外側部分のそれより少なくとも約３倍大きい。
【００４９】
表２及び表３から分かるように、複合材料の弾性係数は、少なくともポリマー材料とそのポリマー材料に混合される強化成分のタイプ及び量とに大きく依存している。また、弾性係数は、強化成分が連続繊維を含んでいるか非連続繊維を含んでいるかどうか、また、強化成分が負荷の方向に配向しているかどうかに依存している。連続繊維強化成分、即ちこの成分の繊維の長さが臨界繊維長より十分に長く、繊維が負荷と同じ方向に配向する場合には、複合材料の弾性係数ＥCは、以下の式（１）によって決定される：
式（１）：Ｅc＝ＶmＥm＋ＶfＥf
ここで、Ｅm及びＥfは、それぞれポリマーマトリックス及びセラミック繊維の係数であり、Ｖm及びＶfは、それぞれポリマーマトリックス及びセラミック繊維の体積であり、Ｖm＋Ｖf＝１である。繊維の臨界繊維長は、繊維の直径、極限強度、及び繊維とプラスチックマトリックスとの間の結合の強さに依存する。多くの組合せについて、この臨界長の長さは約１ｍｍのオーダーである。繊維が負荷を横切る方向に配向している連続繊維強化成分については、複合材料の弾性係数は、以下の式（２）によって決定される：
式（２）：１／ＥC＝Ｖm／Ｅm＋Ｖf／Ｅf
不連続でランダムに配向する繊維の場合については、複合材料の弾性係数は、以下の式（３）によって決定される：
式（３）：Ｅc＝ＶmＥm＋ＫＶfＥf
ここで、Ｋは、Ｖf及びＥ／Ｅmとの比に依存する繊維効率パラメータである。Ｋは、通常０．１〜０．６の範囲である。何れにしても、微粒子繊維を含んだ複合材料についての弾性係数の上限及び下限は、以下の式（４）及び（５）によって決定される：
式（４）：ＥC（上限）＝ＶmＥm＋ＶpＥp
式（５）：ＥC（下限）＝ＥmＥp／（ＶmＥp＋ＶpＥm）
もう一つの人工歯科補装具について、内側及び外側部分のための複合材料は、細孔を有するセラミックマトリックス及び細孔に含まれる熱硬化性プラスチックのような有機材料を含み得る。この代替の複合材料もまた、親出願に詳細に記載されている。
【００５０】
本発明の性質を説明するためにここの記載し及び図示した上記詳細な記載、材料並びに部品及び構成の配置は、当業者によって、以下に添付した特許請求の範囲に表される発明の原理及び範囲内で達成され得ることが理解されるであろう。
【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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【国際調査報告】
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