(57)【要約】【課題】複雑な３次元形状の口腔内装置の内部まで、短時間で抗菌性イオンを注入して長期間にわたって優れた抗菌性を実現する。【解決手段】口腔内装置は、表面の一部あるいは全体にフッ素をイオン注入し、または、金属又は陶材の表面の一部あるいは全体に、抗菌作用のある抗菌性金属をイオン注入している。フッ素または抗菌性金属をイオン注入している部分は、人工歯１１の表面、義歯床１２の表面、維持装置１９の表面、咬合誘導装置１３の表面、歯科矯正装置１４の表面、人工歯根２１に被せる上部構造等である。さらに、口腔内装置へのイオン注入方法は、導電性があってイオンの通過隙間がある導電材７を口腔内装置１の外側に配置し、口腔内装置１をセットしているホルダー６に導電材７を電気的に接続し、口腔内装置１の周辺にプラズマを形成すると共に、口腔内装置１にパルス状の高電圧を印加して表面から抗菌材をイオン注入する。【選択図】　図５
2004000504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の一部あるいは全体にフッ素をイオン注入してなる口腔内装置。
【請求項２】
フッ素をイオン注入している部分が、人工歯の表面、義歯床の表面、維持装置の表面、咬合誘導装置の表面、歯科矯正装置の表面、人工歯根に被せる上部構造の表面のいずれかである請求項１に記載される口腔内装置。
【請求項３】
金属製又は陶材製の口腔内装置であって、金属又は陶材の表面の一部あるいは全体に抗菌作用のある抗菌性金属をイオン注入してなる口腔内装置。
【請求項４】
人工歯の表面、義歯床の表面、維持装置の表面、咬合誘導装置の表面、歯科矯正装置の表面、人工歯根に被せる上部構造の表面のいずれかに抗菌性金属をイオン注入している請求項３に記載される口腔内装置。
【請求項５】
抗菌性金属がチタン、銀、銅、亜鉛の少なくとも一つを含む請求項３に記載される口腔内装置。
【請求項６】
導電性があってイオンの通過隙間がある導電材を口腔内装置の外側に配置し、この口腔内装置をセットしているホルダーに導電材を電気的に接続し、口腔内装置の周辺にプラズマを形成すると共に、口腔内装置にパルス状の高電圧を印加して表面から抗菌材をイオン注入する口腔内装置へのイオン注入方法。
【請求項７】
抗菌材がフッ素、抗菌性金属のいずれか又は両方である請求項６に記載される口腔内装置へのイオン注入方法。
【請求項８】
プラズマベースのイオン注入技術でフッ素、抗菌性金属のいずれか又は両方をイオン注入する請求項６に記載される口腔内装置へのイオン注入方法。
【請求項９】
導電材が金属網である請求項６に記載される口腔内装置へのイオン注入方法。
【請求項１０】
導電材がチタン製である請求項９に記載される口腔内装置へのイオン注入方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン注入している口腔内装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
義歯床表面を真空蒸着などの通常の方法を用いて抗菌性金属で被覆する方法は開発されている。しかしながら、この方法では、金属と義歯床表面との結合性が低く、該金属が容易に剥離し、長期にわたって抗菌性を発揮することができなかった。そこで、合成樹脂製の義歯床に抗菌性金属をイオン注入する技術が開発された（特開平９ー１０２３６）。この義歯床は抗菌性金属を高電圧で加速して表面に注入するので、表面のみでなく内部まで比較的に深く抗菌性金属を注入できる。しかし、この質量分離型のイオン加速器を用いて注入する方法は一方向からのイオン注入であり、立体物や複雑形状のものでは注入時に回転させても注入されない部分が生じやすい。また、大量の個数を同時に注入処理することができず、注入時間も長いことから、生産性が低く、コストが高くなった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９ー１０２３６号公報
【０００４】
一方、歯垢付着防止の一つの方法としてフッ素化合物を義歯床表面などに塗布する方法が古くから行なわれてきたが、この方法は持続性を持たせるため、毎回薬剤を塗布する必要があり、効果を維持することがなかなか困難であった。また化学的に口腔内装置の義歯床表面などにフッ素化合物を反応させて歯垢付着防止を試みる例が報告されているが、限定された材料で限定された口腔内装置しか適用が出来ず実用化には至っていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の欠点を解消するためには、持続性のある抗菌性イオンを口腔内装置の全面を覆うように均一にイオンを注入できれば解消できる。また、電気が流れにくい絶縁材では抗菌性イオンを注入しようとしても、表面にプラスに帯電しているイオンが蓄積して表面電位が高くなり、イオン注入が行われなくなってしまい、現実には内部まで抗菌性のイオンを注入できない欠点があった。さらに、表面に多量のイオンが蓄積されると、表面電位が高くなり、この電位上昇によって放電破壊が発生し、この放電破壊により口腔内装置が損傷を受ける弊害が発生した。
【０００６】
さらに、従来の口腔内装置は、合成樹脂に銀や銅等の抗菌性金属をイオン注入しているので、口腔内装置として充分に満足できる抗菌作用を実現するのは難しい欠点があった。
【０００７】
本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、耐久性があって長期間にわたって抗菌性を有する安価な口腔内装置と、この口腔内装置にイオン注入する方法を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、簡単な装置を使用して、内部まで速やかにイオン注入して製作できる口腔内装置とこの口腔内装置にイオン注入する方法とを提供することにある。
さらにまた、本発明の他の大切な目的は、極めて優れた抗菌性を実現できる口腔内装置と、この口腔内装置へのイオン注入方法を提供することにある。
さらに、本発明の大切な目的は、複雑な３次元形状の口腔内装置の表面に均一にフッ素、抗菌性金属のいずれか又は両方をイオン注入できる口腔内装置へのイオン注入方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の口腔内装置は、表面の一部あるいは全体にフッ素をイオン注入している。フッ素をイオン注入している部分は、例えば、人工歯の表面、義歯床の表面、維持装置の表面、咬合誘導装置の表面、歯科矯正装置の表面、人工歯根に被せる上部構造の表面等である。
さらに、本発明の請求項３に記載する口腔内装置は、金属製又は陶材製で、金属又は陶材の表面の一部あるいは全体に、抗菌作用のある抗菌性金属をイオン注入している。抗菌性金属は、人工歯の表面、義歯床の表面、維持装置の表面、咬合誘導装置の表面、歯科矯正装置の表面、人工歯根に被せる上部構造の表面等にイオン注入できる。イオン注入される抗菌性金属は、たとえばチタン、銀、銅、亜鉛の少なくとも一つを含む金属である。
【０００９】
さらに、本発明の請求項６に記載している口腔内装置へのイオン注入方法は、導電性があってイオンの通過隙間がある導電材を口腔内装置の外側に配置し、口腔内装置をセットしているホルダーに導電材を電気的に接続し、口腔内装置の周辺にプラズマを形成すると共に、口腔内装置にパルス状の高電圧を印加して表面から抗菌材をイオン注入する。この方法でイオン注入される抗菌材には、フッ素または抗菌性金属のいずれか又は両方が使用できる。さらに、導電材には、金属網を使用することができ、とくに導電材にはチタン製の金属網が適している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための口腔内装置と口腔内装置へのイオン注入方法を例示するものであって、本発明は口腔内装置とイオン注入方法を下記に特定しない。
【００１１】
口腔内装置は、図１に示す義歯１０、図２に示す咬合誘導装置１３、図３に示す歯科矯正装置１４、図４に示す人工歯根２１に被せる上部構造２７等である。これ等の口腔内装置は、従来のようにフッ素化合物を単に表面に塗布するのでなく、フッ素系ガスをプラズマ化して材料中に表面からフッ素をイオン注入するものである。口腔内装置は、金属や陶材で構成している部分には、抗菌性金属をプラズマ化してこれを均一にイオン注入するものである。これ等の口腔内装置は、表面から適度な深さにフッ素、あるいは銀やチタン等の抗菌性金属をイオン注入して、長期間にわたる抗菌性を実現している。これ等の口腔内装置は、表面の全体にフッ素をイオン注入して、全面に抗菌性を持たせている。ただし、表面の一部であって抗菌性を必要とする部分にのみフッ素をイオン注入して、抗菌性を持たせることもできる。
【００１２】
口腔内装置である図１の義歯１０は、義歯床１２に人工歯１１と維持装置１９を固定している。人工歯１１は、金属、陶材、合成樹脂を成形して製作される。図の義歯１０は、人工歯１１を合成樹脂製の義歯床１２に固定して、この合成樹脂製の義歯床１２を金属製の義歯床２０で連結している。図２の咬合誘導装置１３は、金属や合成樹脂を成形して製作される。図３の歯科矯正装置１４も、金属や合成樹脂、ゴム等で製作される。図４の人工歯根２１は、チタンや合金等の金属で製作され、人工歯根２１に被せる上部構造２７は、金属、陶材、合成樹脂を成形して製作される。金属や陶材等の歯科材料は、耐摩耗性が優れるので、長い期間にわたって抗菌性が低下しない特長がある。口腔内装置は、種々の歯科材料で構成される部分に表面からフッ素をイオン注入して抗菌性を実現できる。フッ素をイオン注入して抗菌性を実現する歯科材料は、金属、陶材、合成樹脂、ゴム等である。
【００１３】
人工歯根２１に被せる上部構造２７は、表面にフッ素又は抗菌性金属をイオン注入する。上部構造２７の表面は、イオン注入しないと口腔内細菌が繁殖して歯周病等の原因となるからである。人工歯根２１は、図４に示すように、先端部が歯槽骨２２に埋設されて、この埋設部分が歯槽骨２２と結合して固定される。上部構造２７は、歯槽骨２２に固定された人工歯根２１の上端部分であって、歯茎から突出する突出部分に被せて固定される。人工歯根２１は、歯槽骨２２に埋設されるので、歯槽骨２２との親和性が大切である。人工歯根２１を歯槽骨２２に一体化させてしっかりと固定するためである。さらに、人工歯根２１は、歯肉２３と対向する表面においては、歯肉２３を密着させることが大切である。この部分に隙間ができると、この隙間から口腔内細菌が侵入して歯槽膿漏等の原因となるからである。したがって、人工歯根２１にはフッ素や抗菌性金属をイオン注入しない。図４の人工歯根２１は、フッ素や抗菌性金属をイオン注入していないので、先端部が歯槽骨２２と安定して結合して、しっかりと固定できると共に、歯肉２３と対向する表面においては、歯肉２３を隙間なく密着できる。人工歯根２１に被せる上部構造２７は、表面にフッ素や抗菌性金属をイオン注入しているので、口腔内細菌の付着を有効に防止して歯周病等を防止できる。
【００１４】
金属または陶材製である歯科材料は、抗菌作用のある抗菌性金属をイオン注入して抗菌性のある口腔内装置とすることができる。イオン注入される抗菌性金属は、チタン、銀、銅、亜鉛等であるが、とくにチタンと銀が優れた効果がある。抗菌性金属はイオンの状態で歯科材料に表面から内部に注入される。
【００１５】
フッ素又は抗菌性金属をイオン注入する歯科材料の金属は、金合金、ステンレス、金銀パラジウム合金、コバルトクロム合金、ニッケルクロム合金、チタン等が使用される。歯科材料の陶材は、シリカやアルミナ等を含む無機材料を所定の形状に成形して焼結したものである。歯科材料の合成樹脂は、ポリメチルメタクリレート樹脂等が使用できる。ゴムはシリコンラバー等が使用できる。
【００１６】
フッ素又は抗菌性金属を表面部分にイオン注入する口腔内装置は、以下の装置で製造される。
口腔内装置は、プラズマベースのイオン注入技術（Ｐｌａｓｍａ−Ｂａｓｅｄ　Ｉｏｎ　Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ、以下ＰＢＩＩ法）を用いて、フッ素イオン又は抗菌性金属を表面部分にイオン注入する。この方法でイオン注入された口腔内装置は、極めて優れた抗菌性を実現する。ＰＢＩＩ法は、図５に示すように、処理したい試料となる口腔内装置１を金属製の試料ホルダー６に固定して、その周辺にプラズマを形成し、試料にパルス状の高電圧を印加しながらイオンを注入するので、立体物の形状に沿って全面にわたって均一にイオンを注入でき、一度に大量の口腔内装置にイオン注入ができる。
【００１７】
ＰＢＩＩ法でイオン注入する図５のＰＢＩＩ装置は、プラズマ中に浸漬された口腔内装置１に負電圧（誘引電圧）を印加する。この負電圧により、口腔内装置１の周囲にプラズマシース（イオンシース）が形成されて、イオン電流が流れる。プラズマから引き出されたイオンは、シース中で誘引電圧により加速されて口腔内装置１の表面に注入される。この装置は、シースが口腔内装置全体をくまなく覆うため、口腔内装置１の全表面にわたってイオンを注入することが可能である。
【００１８】
ＰＢＩＩ法で、口腔内装置１に連続して高電圧を印加すると、シース長が時間の経過と共に拡大して、注入電流が時間と共に減少する傾向がある。この傾向を少なくするために、イオン注入とプラズマ生成のタイミングをパルスで同期させて行う。この方法によると、毎回注入で失われたプラズマを注入して回復させ、プラズマ密度を上げて口腔内装置１の形状に適合した短いシース長として注入することが可能となる。ＰＢＩＩ法で口腔内装置１にイオン注入する装置は、従来のビーム輸送系を必要とするイオン注入装置に比較して、装置を安価に構成できる特長がある。
【００１９】
ＰＢＩＩ装置は、真空ポンプ等の真空排気装置１５で排気される真空チャンバー３に、プラズマ源１６と、ガス供給装置１７とを連結しており、さらに、高圧電源４と純水冷却機構（図示せず）と、制御装置１８を設けている。図に示すＰＢＩＩ装置は、真空チャンバー３の上部から高電圧を印加するため、棒状のフィードスルー５を通し、これに高圧電源４を接続して負誘引電圧を印加している。フィードスルー５は、絶縁ガイシ２を介して真空チャンバー３の上面に固定している。フィードスルー５の下部に付けた口腔内装置１のホルダー６は、注入電流による発熱で試料が変質しないように、循環水で冷却している。プラズマ源１６は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ガス・プラズマ源を使用している。ただ、プラズマ源には、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ガス・プラズマ源以外のプラズマ源を用いることもできる。このプラズマ源は、ＲＦ共振周波数範囲を１５０〜３５０ｋＨｚとし、最低動作圧力を０．３Ｐａ、ＲＦガス・プラズマ源の通常出力を２００Ｗとする。さらに、光ファイバー制御により、誘引電圧パルスと同期させてプラズマを生成させている。また、通常用いられるパルスの繰返し周波数は１０００ｐｕｌｓｅｓ／ｓｅｃとする。
【００２０】
フッ素プラズマを生成する原料としては、フッ素ガス単独を使用することもできるが、好ましくは、混合物もしくは化合物ガスを用いる。安全性を向上させるためである。混合ガスには、通常Ａｒ＋Ｆ２混合ガス、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６ガス等を使用する。好ましくは、カーボンや硫黄等の不純物の混入がない、ＡｒとＦ２の混合ガスを用いる。このガス中のＦ２含有量は、通常多く使用される濃度では５％であるが、Ａｒガスは不活性ガスであり、たとえフッ素と同時にイオン注入されても、すぐに気化して残存しないことが確認されている。ＰＢＩＩ法でのＡｒ＋Ｆ２混合ガスによるイオン注入の条件は、Ａｒ＋Ｆ２混合ガス流量は７０ＳＣＣＭ、チャンバー内ガス圧は１．０Ｐａ、誘引パルス負電圧は１〜２０ｋＶ、繰り返しパルス数は１０００ｐｕｌｓｅｓ／ｓｅｃ、パルス幅は１０μｓ、イオン注入量は注入時間６０分とする。
【００２１】
【実施例】
［実施例１］
以下のようにして、ステンレス製の口腔内装置にイオン注入する。ステンレスにはステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）を使用する。ただ、ステンレスには、このステンレス以外のステンレス材も使用できる。口腔内装置の金属は、用途に適した形状に加工して使用されるが、形状にかかわらず表面にイオン注入されるので、この実施例においては、口腔内装置を、長さ１０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの板状とする。ステンレスにフッ素イオンを注入するために、ＡｒとＦ２の混合ガスを用いる。この混合ガスには、カーボンや硫黄等の不純物濃度の少ないものがよい。このガス中のＦ２含有量は５％で、多くはＡｒであるが、Ａｒガスは不活性ガスであるので、たとえフッ素と同時にＡｒがイオン注入されても、すぐに気化して残存しない。ＰＢＩＩ装置を使用して、Ａｒ＋Ｆ２混合ガスを使用するイオン注入の条件は、Ａｒ＋Ｆ２混合ガス流量を７０ＳＣＣＭ、チャンバー内ガス圧を１．０Ｐａ、誘引パルス負電圧を１〜２０ｋＶの間で変化させ、繰り返しパルス数を１０００ｐｕｌｓｅｓ／ｓｅｃ、パルス幅を１０μｓとし、注入時間を６０分としてイオン注入する。
【００２２】
この装置でイオン注入されたステンレスを２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）で分析してフッ素濃度を検出すると、図６のグラフに示すように変化する。このグラフは、表面でフッ素濃度（ＣＰＳ）が約１０３オーダとなり、内部に向かって濃度が低下する。パルス電圧を２０ｋＶとし、注入時間を６０分とすると、表面から約３０ｎｍまでの深さで約１０３〜１０４オーダでフッ素が注入され、注入エネルギーが高いほど深く多くフッ素が注入される。
【００２３】
ただし、イオン注入された口腔内装置の注入分布は、以下のようにして分析する。口腔内装置の歯科材料にイオン注入したフッ素の深さ方向の分布を、ＳＩＭＳ法で測定した。この測定において、スパッタは２ｋｅＶで加速されたセシウム・イオン銃を用いて行う。スパッタ率はＳＩＭＳ終了後に段差系を用いて計測した深さを、スパッタ時間で割ることによって計算する。各グラフ横軸の深さは、上記スパッタ率を一定としてスパッタ時間によって計算する。
【００２４】
この実施例で製作されたステンレス製の口腔内装置の細菌付着量を図７に示す。イオン注入しないステンレス製の口腔内装置を比較例として示している。フッ素のイオン注入を５ｋｅＶで６０分、１０ｋｅＶで６０分、２０ｋｅＶで６０分実施した口腔内装置は、ＦＩＴＣ強度（菌の付着量）が無注入材と比べて有意（ｐ＜０．０１）に減少する。また、５ｋｅＶで６０分のものに比べて、１０ｋｅＶで６０分したものと、２０ｋｅＶで６０分したものは、菌の付着量が有意（ｐ＜０．０１）に減少しており、高エネルギーで注入した方が効果的であることが明らかである。抗菌性の優れた口腔内装置は菌付着量が少なくなる。したがって、歯垢中には多くの細菌が含まれていることは明らかにされており、この菌付着量が少なくなることは、抗菌性が優れていることと同じ意味である。
【００２５】
ただし、菌の付着量は、以下のように顕微蛍光測定法で測定した。
各試料を８０％アルコールで処理後，滅菌ＰＢＳで洗浄し、Ｏ．Ｄ．＝０．６のＳ．ｍｕｔａｎｓ　ＭＴ８１４８（ｃ　ｔｙｐｅ）を含んだＢＨＩ液体培地中に，各試料（５個）をそれぞれ浸漬する。その後，３７℃で１時間経過後，各試料表面に単層に付着したＳ．　ｍｕｔａｎｓを、２．５％グルタルアルデヒド溶液で２０分固定する。
各試料表面の菌付着状態を走査型電子顕微鏡で観察し，菌が単層に付着していることを確認する。
その後、各固定試料を洗浄後、１％ＢＳＡ−ＰＢＳで３０分ブロッキングして洗浄した後、　Ｓ．ｍｕｔａｎｓに対する抗ＳＭ抗体で３０分反応させる。次に試料を洗浄した後、ＦＩＴＣ標識抗ＩｇＧ抗体で３０分反応させ、洗浄してベクタシールドを添加する。このようにして作製した試料をニコン蛍光顕微鏡をベースとした、フォトカウント方式による顕微蛍光測光装置にて測定する。測定は、菌が単層に付着した試料表面を、スポット測光（ｃｏｕｎｔ　ｐｅｒ　０．５　ｓｅｃ）で１サンプルにつき５カ所計測し、５カ所の数値の和を１サンプルの測定値とする。５カ所のスポット面積の和は、４０１９．２μｍ２であった。５サンプルの測定値は、それぞれベースを引いて表示し、平均値±ＳＤをもって菌の付着量とする。
【００２６】
この実施例で製作されるステンレス製の口腔内装置の水に対する濡れ接触角を、協和界面科学社製ＣＡ−Ｘ型により２５℃大気中にて測定した。イオン注入しないステンレス製の口腔内装置の接触角は８２度であったが、フッ素のイオン注入を、５ｋｅＶで６０分、１０ｋｅＶで６０分、２０ｋｅＶで６０分実施したステンレス製の口腔内装置は、順番に各々１０５度、１０１度、１０３度で、いずれも無注入材より有意に高い接触角を示した。接触角の大きい口腔内装置は、口腔内装置の表面で菌を含む水がはじかれて菌が付着し難くなる。したがって、本明細書において「抗菌性」とは、口腔内装置の表面で菌の発育を阻止する状態、すなわち静菌又は殺菌する状態のみでなく、表面の接触角を大きくして虫歯菌や歯周病菌等の付着を抑制して、実質的には菌の繁殖を抑制する状態を含む広い意味に使用する。
【００２７】
この実施例で製作されたステンレス製の口腔内装置表面を光電子分光分析法により元素分析を行い、そのフッ素元素濃度を表１に示す。イオン注入しないステンレス製の口腔内装置も比較例として示している。フッ素のイオン注入を５ｋｅＶで６０分、１０ｋｅＶで６０分実施した場合は、いずれもサンプル表面のフッ素元素濃度は約４０ａｔ％で、無注入材では検出されなかった。
【００２８】
【表１】
2004000504.tif 000003
【００２９】
ただし、フッ素元素濃度は，Ｘ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ：Ｘ−ｒａｙ　Ｐｈｏｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）により、真空中でＡｒスパッタして表面に付着した炭素を落とした後に測定した。
【００３０】
［実施例２］
ステンレスと比較してチタン製の口腔内装置にイオン注入する。チタンには純チタンを使用する。ただ、チタンには、純チタン以外のチタン合金も使用できる。チタンの口腔内装置も、ステンレスと同じように用途に適した形状に加工して使用されるが、形状にかかわらず表面にイオン注入されるので、この実施例においても、ステンレスと同じように、口腔内装置を、長さ１０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの板状とする。チタンにフッ素イオンを注入するために、ＡｒとＦ２の混合ガスを用いる。この混合ガスには、カーボンや硫黄等の不純物濃度の少ないものがよい。このガス中のＦ２含有量は５％で、多くはＡｒであるが、Ａｒガスは不活性ガスであるので、たとえフッ素と同時にＡｒがイオン注入されても、すぐに気化して残存しない。ＰＢＩＩ装置を使用して、Ａｒ＋Ｆ２混合ガスを使用するイオン注入の条件は、Ａｒ＋Ｆ２混合ガス流量を７０ＳＣＣＭ、チャンバー内ガス圧を１．０Ｐａ、誘引パルス負電圧を１〜２０ｋＶの間で変化させ、繰り返しパルス数を１０００ｐｕｌｓｅｓ／ｓｅｃ、パルス幅を１０μｓとし、注入時間を６０分としてイオン注入する。
【００３１】
この装置でイオン注入されたチタンをＳＩＭＳ分析してフッ素濃度を検出すると、図８のグラフに示すように変化する。このグラフは、チタンもステンレスと同じようにフッ素イオンが注入されるが、ステンレスよりもチタンの方が僅かに多くのフッ素が注入され、表面でのフッ素濃度（ＣＰＳ）が約１０４オーダとなり、内部に向かって濃度が低下する。パルス電圧を２０ｋＶとし、注入時間を６０分とすると、表面から約６０ｎｍまでの深さで約１０３〜１０４オーダでフッ素が注入され、注入エネルギーが高いほど、深く多くフッ素が注入される。さらに、この実施例で得られた口腔内装置の細菌付着を測定すると、フッ素イオン注入しない口腔内装置では８．７×１０４ｃｏｕｎｔｓであったが、５ｋｅＶと１０ｋｅＶで６０分フッ素イオン注入すると、それぞれ２．８×１０４ｃｏｕｎｔｓ、２．１×１０４ｃｏｕｎｔｓと減少して、細菌の付着性が抑制された。
【００３２】
［実施例３］
導電性材料と比較のため、合成樹脂製の口腔内装置にイオン注入する。イオン注入する合成樹脂には、ポリメチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）を使用する。ただし、口腔内装置には、ポリメチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）以外も使用されるので、このポリメチルメタクリレート樹脂以外の合成樹脂の口腔内装置も、以下に示すようにしてイオン注入できる。さらに、口腔内装置の合成樹脂も、用途に適した形状に加工して使用されるが、形状にかかわらず表面にイオン注入されるので、この実施例においても、合成樹脂製の口腔内装置を、長さ１０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの板状とする。合成樹脂製の口腔内装置の表面にＰＢＩＩ装置を使用して、負電圧の繰り返しパルス数を１０００ｐｕｌｓｅｓ／ｓｅｃ、パルス幅１０μｓで、ガス圧は１．０Ｐａで、電圧は５、１０ｋＶ、時間は６０分でＣＦ４ガスを用いてフッ素イオンの注入を行う。
【００３３】
この装置でイオン注入された合成樹脂をＳＩＭＳ分析してフッ素濃度を検出すると、図９のグラフに示すように変化する。このグラフから、パルス電圧を５ｋＶとし、注入時間を６０分とすると、表面でのフッ素濃度（ＣＰＳ）は約１０４オーダとなって内部に向かって次第に低下し、パルス電圧を１０ｋＶとし、注入時間を６０分とすると、イオン注入される濃度が低くなる。したがって、合成樹脂製の口腔内装置は絶縁材なので、高エネルギーではチャージアップが大きくなるため、注入エネルギーは約５ｋｅＶ程度の場合に多くフッ素が注入される。
【００３４】
ところで、合成樹脂のような絶縁材の口腔内装置にイオン注入すると、図１０に示すように、プラスに帯電されたフッ素イオンにより口腔内装置１がチャージアップされる。チャージアップされてプラスに帯電された口腔内装置１は、イオンを反発してイオン注入を妨害する。この弊害は、図１１に示すように、口腔内装置１の外側に導電性があってイオンの通過隙間がある導電材７を設け、この導電材７を、口腔内装置１をセットしているホルダー６に接続してホルダー６と同電位にして解消できる。この装置は、ホルダー６と導電材７である金属網の空間でホローカソード放電によって中和用プラズマが生成される。この中和用プラズマ中の電子によって、絶縁物表面に蓄積される注入イオンや２次電子放出による電荷の大部分が中和されるので、チャージアップはほとんど無くなり、抵抗なくプラスイオンを注入できる。中和用プラズマは、ホルダー６と同電位であるので、中和用プラズマ中にあるイオンは注入されず、金属網の外側に形成されるイオンシースからメッシュを通過したイオンが口腔内装置１に注入される。そのため、イオン注入エネルギーは変化しない。導電材７には、たとえばチタン網やステンレス網等の金属網を使用する。とくに、金属網にチタン網を使用してイオン注入した絶縁材である口腔内装置は、細菌付着量が無処理材の１．６×１０５ｃｏｕｎｔｓに対し、５ｋｅＶ６０分注入材では１．０×１０３ｃｏｕｎｔｓとなり、約１／１００に著しく低減できる。それは、チタン網がフッ素イオン注入時にスパッタされ、フッ素と同時にチタンイオンが口腔内装置に注入されるため、チタンによっても菌付着性が抑制されるからである。
【００３５】
図１１に示すように、金属網を設けたＰＢＩＩ装置でイオン注入された合成樹脂製の口腔内装置をＳＩＭＳ分析してフッ素濃度を検出すると、図１２のグラフに示すように、より効率よく口腔内装置の深くまでフッ素が注入される。このグラフは、パルス電圧を５ｋＶとし、注入時間を６０分とすると、表面でのフッ素濃度（ＣＰＳ）は約１０４オーダとなって内部に向かって少しずつ低下し、パルス電圧を１０ｋＶとし、注入時間を６０分とすると、イオンの注入される濃度が低くなる。したがって、合成樹脂製の口腔内装置は、注入エネルギーが約５ｋｅＶ程度の場合に深く多くフッ素が注入される。この実施例で得られた口腔内装置の細菌付着を測定すると、フッ素イオン注入しない口腔内装置の１．６×１０５ｃｏｕｎｔｓに比較して、５．４×１０３ｃｏｕｎｔｓとなり、細菌の付着性が抑制される。とくに、金属網を使用してイオン注入した口腔内装置は、２．１×１０３ｃｏｕｎｔｓとなり、細菌の付着量が効果的に抑制される。
【００３６】
［実施例４］
別の絶縁材料としてシリコンラバー製の口腔内装置にイオン注入する。この実施例においても、シリコンラバー製の口腔内装置を、長さ１０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの板状とする。シリコンラバー製の口腔内装置の表面にＰＢＩＩ装置を使用して、負電圧の繰り返しパルス数を１０００ｐｕｌｓｅｓ／ｓｅｃ、パルス幅１０μｓで、ガス圧は１．０Ｐａで、電圧は３〜２０ｋＶ、時間は６０分でＣＦ４ガスを用いてフッ素イオンの注入を行う。この実施例で得られた口腔内装置の細菌付着を測定すると１．８×１０４ｃｏｕｎｔｓで、フッ素イオン注入しないシリコンラバーの口腔内装置の３．８×１０６ｃｏｕｎｔｓに比較して、細菌の付着性が抑制された。
【００３７】
［実施例５］
さらに、イオン注入するガスの種類を替えてシリコンラバー製の口腔内装置にイオン注入する。この実施例においても、シリコンラバー製の口腔内装置を、長さ１０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの板状とする。シリコンラバー製の口腔内装置の表面にＰＢＩＩ装置を使用して、Ａｒ＋Ｆ２混合ガス流量は７０ＳＣＣＭ、チャンバー内ガス圧は１．０Ｐａ、誘引パルス負電圧は３〜２０ｋＶ、繰り返しパルス数は１０００ｐｕｌｓｅｓ／ｓｅｃ、パルス幅は１０μｓ、イオン注入量は注入時間６０分とする。
【００３８】
以上のようにしてイオン注入された口腔内装置をＳＩＭＳ分析してフッ素濃度を検出すると、図１３に示すようになる。このグラフは、表面でのフッ素濃度（ＣＰＳ）が約１０３オーダとなり、内部に向かって濃度が低下する。パルス電圧を２０ｋＶとし、注入時間を６０分とすると、表面から約５００ｎｍの深さまで約１０２オーダでフッ素が注入されたが、注入時の発熱による損傷が生じたため、１０ｋｅＶ以下、特に約５ｋｅＶで注入することが望ましい。
【００３９】
さらに、図１１に示すように金属網を設けてシリコンラバー製の口腔内装置にイオン注入すると、図１４に示すように、パルス電圧を低くして深部まで注入される。とくに、パルス電圧を５ｋＶにすると内部まで多くイオンを注入できることがわかる。
【００４０】
この実施例で得られた口腔内装置の細菌付着を測定すると、無注入の口腔内装置の３．８×１０６ｃｏｕｎｔｓに比較して、パルス電圧を約５ｋＶにしてイオン注入を多くしたものは１．３×１０５ｃｏｕｎｔｓとなり、より細菌の付着性が抑制される。さらに、ステンレス製の金属網を設けてイオン注入したシリコンラバー製の口腔内装置は７．８×１０４ｃｏｕｎｔｓで、細菌の付着性をより抑制できる特長がある。特に、チタン製の金属を設けてイオン注入したシリコンラバー製の口腔内装置の測定値は６．７×１０３ｃｏｕｎｔｓとなり、細菌の付着性を約１／１００以下に著しく低減できる。
【００４１】
［実施例６］
上記の実施例はフッ素を示したが金属系イオンについても実施した。シリコンラバー製の口腔内装置に抗菌性金属であるチタンをイオン注入する。口腔内装置のシリコンラバーは実施例５と同じものを使用する。この実施例は、口腔内装置に抗菌性金属であるチタンをイオン注入するために、図１１に示すように、チタン製の金属網を設けてシリコンラバー製の口腔内装置にイオン注入する。真空チャンバー３に供給するガスは、フッ素を含まないＡｒを用いる。このＰＢＩＩ装置で抗菌性金属であるチタンをイオン注入する条件は、Ａｒガス流量を７０ＳＣＣＭ、チャンバー内ガス圧を１．０Ｐａ、誘引パルス負電圧を３〜２０ｋＶ、繰り返しパルス数を１０００ｐｕｌｓｅｓ／ｓｅｃ、パルス幅を１０μｓ、イオン注入量は注入時間６０分とする。この実施例で得られた口腔内装置の細菌付着を測定すると、パルス電圧を３ｋＶにしてイオン注入を多くしたものが２．３×１０５ｃｏｕｎｔｓで、無注入の口腔内装置の３．８×１０６ｃｏｕｎｔｓに比較して、より細菌の付着性が抑制される。
【００４２】
［実施例７］
シリコンラバー製に代わって、ポリメチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）を使用する以外、実施例６と同じようにして、口腔内装置に抗菌性金属であるチタンをイオン注入する。この実施例で得られた口腔内装置の細菌付着を測定すると２．１×１０４ｃｏｕｎｔｓで、無注入の口腔内装置の１．６×１０５ｃｏｕｎｔｓに比較して、著しく細菌の付着性が抑制される。
【００４３】
［実施例８］
次に、立体物である口腔内装置に対してプラズマ源正面に置かれたサンプルと裏側などに置かれたサンプルが均一にイオン注入されるかどうか確認するため図５に示す設備を用いて、金属あるいは樹脂材料に対して凹凸のある状態で均一にイオン注入が出来るかどうかを図１５に示すような治具を用いて実施した。図１５は、階段状に形成したサンプルホルダー２４の段差面にサンプル２５を設置し、各段差面を遮蔽板２６で仕切って、サンプル２５が遮蔽板２６とサンプルホルダー２４で囲まれる溝の底に設置されている状態を形成して行った。
【００４４】
用いたサンプル２５は、１０ｍｍ×６０ｍｍ×１ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌ板である。サンプルホルダー２４が階段状に形成されているため、遮蔽板２６とサンプルホルダー２４で囲まれる溝のアスペクト比が溝ごとに異なる。ここではアスペクト比を０〜５の範囲とした。アスペクト比とは、溝の深さ／溝幅のことである。アスペクト比０は、平板で溝のない状態を示している。
【００４５】
プラズマ源に対してＳＵＳ３１６Ｌサンプルを正面に配置し、溝の内部にサンプルを設置してフッ素イオン注入処理後、そのサンプル表面の元素分析を行い、フッ素元素の濃度と水に対する接触角を調べた。イオン注入条件は、チャンバー内圧力が１．０Ｐａ、注入時間６０分、誘引パルス電圧が５ｋＶ、繰り返しパルス数が１０００ｐｕｌｓｅｓ／ｓｅｃ、フッ素系ガスがＡｒ＋Ｆ２である。その結果を表２に示す。アスペクト比が５までは３５ａｔ％以上のフッ素元素の注入ができていることが分かる。水に対する接触角は、アスペクト比５まで無処理材より有意に高く、アスペクト比が相当に大きく、いいかえると表面に相当に深い凹部があっても、凹部の底の表面から内部までイオン注入されることが分かった。
【００４６】
【表２】
2004000504.tif 000004
【００４７】
［実施例９］
実施例８と比較するため、ＳＵＳ３１６Ｌ評価サンプルはプラズマ源に対して側面に配置して実施例８と同一条件でイオン注入処理を行った。その後、光電子分光分析法により元素分析を行い、フッ素含有量を評価した。この結果アスペクト比が０、１、２、３、４でのフッ素元素濃度は、各々４１．６ａｔ％、４１．８ａｔ％、４１．３ａｔ％、４０．２ａｔ％、３９．８ａｔ％となり、アスペクト比４まで３５ａｔ％以上のフッ素元素が注入されていた。水に対する接触角も、それぞれ、１０５度、１０２度、１００度、１０１度、９９度とアスペクト比４においても無処理材より有意に高かった。
【００４８】
［実施例１０］
実施例８と比較するため、ＳＵＳ３１６Ｌ評価サンプルはプラズマ源に対して裏面に配置して実施例８と同一条件でイオン注入処理を行った。その後、光電子分光分析法により元素分析を行いフッ素含有量を評価した。この結果、アスペクト比が０、１、２、３、４でのフッ素元素の濃度は各々４０．６ａｔ％、４０．２ａｔ％、４０．１ａｔ％、３９．２ａｔ％、３５．８ａｔ％となり、アスペクト比４まで３５ａｔ％以上のフッ素元素が注入されていた。水に対する接触角も、それぞれ、１０４、１０５、９６、９２、８５度とアスペクト比３まで無処理材より有意に高かった。
【００４９】
［実施例１１］
絶縁物に対しても凹凸のある影響を評価するため、プラズマ源に対して合成樹脂（ＰＭＭＡ）サンプルを正面に配置し、図１１に示すように金属網を設け、実施例８と同じようにして溝の内部にサンプルを設置してフッ素イオン注入後、そのサンプル表面の元素分析を行い、フッ素元素濃度と水に対する接触角を調べた。イオン注入条件は、チャンバー内圧力が１．０Ｐａ、注入時間６０分、誘引パルス電圧が５ｋＶ、繰り返しパルス数が１０００ｐｕｌｓｅｓ／ｓｅｃ、フッ素系ガスがＡｒ＋Ｆ２である。その結果を表３に示す。この結果から、アスペクト比が５まで１０ａｔ％以上のフッ素元素が注入ができていることが分かる。水に対する接触角も、アスペクト比５と溝の深さを相当に大きくしても、無処理材より有意に高かった。
【００５０】
【表３】
2004000504.tif 000005
【００５１】
［実施例１２］
上記と同様にプラズマ源に対してＰＭＭＡサンプルを側面に配置し、図１１に示すように金属網を設け、実施例１１と同じようにして溝の内部にサンプルを設置してイオン注入処理後、アスペクト比が０、１、２、３、４のフッ素元素の濃度は各々１１．７ａｔ％、１１．６ａｔ％、１１．２ａｔ％、１０．８ａｔ％、１０．６ａｔ％となり、アスペクト比４まで１０ａｔ％以上のフッ素元素が注入されていた。水に対する接触角も、それぞれ、１１２度、１１０度、１０８度、１０７度、１０２度とアスペクト比４と相当に深い領域まで無処理材より有意に高かった。
【００５２】
［実施例１３］
さらに上記と同様にしてプラズマ源に対してＰＭＭＡサンプルを裏面に配置し、図１１に示すように金属網を設け、実施例１１と同じようにして溝の内部にサンプルを設置してイオン注入処理後、アスペクト比が０、１、２、３でのフッ素元素濃度は各々１１．２ａｔ％、１１．１ａｔ％、１０．８ａｔ％、１０．６ａｔ％となり、アスペクト比３まで１０ａｔ％以上のフッ素元素が注入されていた。水に対する接触角も、それぞれ、１１０度、１０８度、１０５度、１０４度とアスペクト比３まで無処理材より有意に高かった。
【００５３】
以上の実施例は、口腔内装置にフッ素やチタンをイオン注入しているが、口腔内装置には、チタン以外の抗菌性金属をイオン注入して細菌の付着量を少なくすることもできる。抗菌性金属をイオン注入して口腔内装置の菌付着量を少なくできることは、図１１に示すように、抗菌性金属であるチタンからなる金属網を使用してイオン注入し、菌付着量が減少することからも明らかであるが、抗菌性金属のイオン注入は、図１６に示すように、抗菌性金属を真空チャンバー３内にプラズマとして供給する装置でも行うことができる。この装置は、抗菌性金属のプラズマを真空チャンバー３に供給するプラズマ源８を備える。プラズマ源８は、抗菌性金属であるチタン、銀、銅、亜鉛等の金属をプラズマとするパルス・アーク電源９を備える。抗菌性金属のプラズマは、フッ素のイオン注入と同じように、パルスの高電圧で加速されて口腔内装置１にイオン注入される。抗菌性金属をイオン注入する口腔内装置１は、金属または陶材である。
【００５４】
［実施例１４］
抗菌性金属イオンとして、純チタン製の口腔内装置に銀をイオン注入する。口腔内装置のチタンは実施例２と同じものを使用する。この実施例は、口腔内装置に抗菌性金属である銀をイオン注入するために、図１６に示すように、抗菌性金属のプラズマを真空チャンバー３に供給するプラズマ源８とパルス・アーク電源９を備えた装置を用い、チタン製の口腔内装置にイオン注入する。真空チャンバー３に供給するガスは、フッ素を含まないＡｒを用いる。このＰＢＩＩ装置で抗菌性金属である銀をイオン注入する条件は、Ａｒガス流量を７０ＳＣＣＭ、チャンバー内ガス圧を１．０Ｐａ、誘引パルス負電圧を３〜２０ｋＶ、繰り返しパルス数を１０００ｐｕｌｓｅｓ／ｓｅｃ、パルス幅を１０μｓ、イオン注入量は注入時間６０分とする。この実施例で得られた口腔内装置の注入深さはＳＩＭＳ分析から５０〜１００ｎｍで、細菌付着を測定すると、パルス電圧を２０ｋＶにしてイオン注入を多くしたものが１．３×１０４ｃｏｕｎｔｓで、無注入の口腔内装置の８．７×１０５ｃｏｕｎｔｓに比較して、より細菌の付着性が抑制される。水に対する接触角も９１度となり、無処理材の７３度より有意に高かった。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の請求項１と請求項３の口腔内装置は、耐久性があって長期間にわたって有効な抗菌性が実現される。それは、本発明の口腔内装置が、表面にフッ素をイオン注入し、あるいは金属又は陶材等の表面部分に抗菌性金属をイオン注入しているからである。また、本発明の口腔内装置は、フッ素や抗菌性金属をイオン注入して抗菌性を実現するので、一度に大量にイオン注入できる。このため、生産性がよく、安価に多量生産できて優れた抗菌性の口腔内装置となる。とくに、歯科材料の表面にフッ素をイオン注入している口腔内装置は、単に歯科材料の表面にフッ素を塗布している口腔内装置に比較して極めて耐久性がある。それは、フッ素が表面から内部まで注入されるので、表面が摩耗しても表面にフッ素が表出するからである。また、金属や陶材の歯科材料に抗菌性金属をイオン注入している口腔内装置は、摩耗が少ないことに加えて、表面から内部に抗菌性金属をイオン注入しているので、より耐久性を向上できる特長がある。
【００５６】
さらに、本発明の請求項６のイオン注入方法は、処理したい口腔内装置をホルダーに固定して、口腔内装置の外側に導電材を配置してその周辺にプラズマを形成し、試料にパルス状の高電圧を印加しながらイオンを注入するので、立体物の形状に沿って表面に均一にイオンを注入でき、とくに複雑な３次元形状の凹部までイオン注入して有効な抗菌性を実現する。さらに、本発明のイオン注入方法は、短時間に能率よく、口腔内装置に表面から深部までイオン注入できる特長がある。口腔内装置をセットしているホルダーに導電材を電気的に接続して、抗菌材をイオン注入するからである。とくにこの方法は、絶縁材の歯科材料で構成される口腔内装置の表面にもイオン注入して抗菌性を実現する。導電材が絶縁材である口腔内装置のチャージアップを防止して、内部まで短時間で多くのイオンを注入できるからである。このようにして複雑な３次元形状の凹部まで、短時間にイオン注入して得られる口腔内装置は、極めて優れた抗菌性を実現して、菌付着量を少なくできる特長が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】義歯である口腔内装置の一例を示す平面図
【図２】咬合誘導装置である口腔内装置の一例を示す平面図
【図３】歯科矯正装置である口腔内装置の一例を示す斜視図
【図４】人工歯根に被せる上部構造である口腔内装置の一例を示す断面図
【図５】本発明の一実施例にかかるイオン注入方法に使用するプラズマ型イオン注入装置の概略図
【図６】本発明のイオン注入方法でイオン注入された実施例１のステンレス製の口腔内装置のフッ素濃度を示すグラフ
【図７】実施例１で製作されたステンレス製の口腔内装置の細菌付着量を示すグラフ
【図８】本発明のイオン注入方法でイオン注入された実施例２のチタンの口腔内装置のフッ素濃度を示すグラフ
【図９】本発明のイオン注入方法でイオン注入された実施例３の合成樹脂製の口腔内装置のフッ素濃度を示すグラフ
【図１０】絶縁材の口腔内装置にイオン注入する状態を示す概略図
【図１１】口腔内装置の外側に導電材を設けてイオン注入する状態を示す概略図
【図１２】図１１に示すＰＢＩＩ装置でイオン注入された合成樹脂製の口腔内装置のフッ素濃度を示すグラフ
【図１３】本発明のイオン注入方法でイオン注入された実施例５のシリコンラバー製の口腔内装置のフッ素濃度を示すグラフ
【図１４】図１１に示すＰＢＩＩ装置でイオン注入されたシリコンラバー製の口腔内装置のフッ素濃度を示すグラフ
【図１５】アスペクト比の異なる材料へのイオン注入方法を示す概略図
【図１６】プラズマ型イオン注入装置の他の一例を示す概略図
【符号の説明】
１…口腔内装置
２…絶縁ガイシ
３…真空チャンバー
４…高圧電源
５…フィードスルー
６…ホルダー
７…導電材
８…プラズマ源
９…パルス・アーク電源
１０…義歯
１１…人工歯
１２…義歯床
１３…咬合誘導装置
１４…歯科矯正装置
１５…排気装置
１６…プラズマ源
１７…ガス供給装置
１８…制御装置
１９…維持装置
２０…義歯床
２１…人工歯根
２２…歯槽骨
２３…歯肉
２４…サンプルホルダー
２５…サンプル
２６…遮蔽板
２７…上部構造
【図１】
2004000504.tif 000006
【図２】
2004000504.tif 000007
【図３】
2004000504.tif 000008
【図４】
2004000504.tif 000009
【図５】
2004000504.tif 000010
【図６】
2004000504.tif 000011
【図７】
2004000504.tif 000012
【図８】
2004000504.tif 000013
【図９】
2004000504.tif 000014
【図１０】
2004000504.tif 000015
【図１１】
2004000504.tif 000016
【図１２】
2004000504.tif 000017
【図１３】
2004000504.tif 000018
【図１４】
2004000504.tif 000019
【図１５】
2004000504.tif 000020
【図１６】
2004000504.tif 000021