日補綴会誌 Ann Jpn Prosthodont Soc 15 : 458-466, 2023

依 頼 論 文◆企画：令和 4 年度東関東支部学術大会／生涯学習公開セミナー「アナログとデジタル共存時代の歯科生体材料を再考する」

補綴歯科領域における CAD/CAM 用デンタルマテリアルの現状と展望
谷本安浩，永田俊介，加藤由佳子

Current status and future perspectives of dental materials for CAD/CAM system in prosthodontics
Yasuhiro Tanimoto, PhD, Shunsuke Nagata, DDS, PhD and Yukako Kato, DDS抄録
近年，デジタルテクノロジーが歯科領域に導入され，CAD/CAM システムなどを応用したデジタルデンティ
ストリーも発展してきた．現在，CAD/CAM システムには，除去製造（切削加工）法と付加製造（積層造形）法がある．これらに使用されるデンタルマテリアルは素材別に有機（高分子）材料，無機（セラミック）材料，
金属材料，およびそれらを組み合わせた複合材料に分類され，それぞれに特徴がある．
本稿では，CAD/CAM システムにおける切削加工および積層造形に使用されているデンタルマテリアルの主な種類，特徴を概説し，今後の展望について述べる．
キーワード
デンタルマテリアル，CAD/CAM，除去製造（切削加工），付加製造（積層造形）

ABSTRACT
Recently, digital technology has been introduced in dental fields, following by digital dentistry with CAD/CAM
system has been developed. Nowadays, there are subtractive manufacturing method and additive manufacturingmethod in CAD/CAM system. Dental materials used in CAD/CAM system are generally classified into polymers,
ceramics, metals, and its composites, and have certain inherent properties, respectively.
In this paper, we would like to provide an overview of the main types and characteristics of dental materials
used for subtractive manufacturing and additive manufacturing in CAD/CAM system, and then discuss the future
perspectives of them.
Key words:
Dental materials, CAD/CAM, Subtractive manufacturing, Additive manufacturing

Ⅰ．緒化している．たとえば，CAD/CAM システムによる切削加工は，オールセラミックレストレーションを発展させ，そのメイン素材であるジルコニアはニーズの高まりとともに進化している 1）．また，コンポジット
レジン（CR）を素材とする CAD/CAM 冠 2）について
は 2014 年 4 月から小臼歯に対する保険収載が開始し，2020 年 9 月までに適用部位が大臼歯，前歯に拡大されたことが追い風となり，CAD/CAM 冠用 CR ブロッ
クは幅広く臨床応用されている．さらに，ガラス繊維
強化レジンやスーパーエンジニアリングプラスチック（スーパーエンプラ）である芳香族ポリエーテルケト

言

歯科治療にはさまざまな材料，すなわちデンタルマ
テリアルが使用されており，その発展は日進月歩である．特に近年，工業分野におけるデジタルテクノロ
ジーが歯科領域にも導入され，CAD/CAM システム
や AI などを応用したデジタルデンティストリーも発展してきた．そのようななかで，歯科修復物・補綴装置の設計や製作においてデジタルワークフローが構築され，それに伴い使用されるデンタルマテリアルも変日本大学松戸歯学部歯科生体材料学講座
Department of Dental Biomaterials, School of Dentistry at Matsudo, Nihon University458

補綴歯科領域における CAD/CAM 用デンタルマテリアルの現状と展望

459

表 1 素材別における切削加工用材料
材

料

製品名
PMMA

M-PM- ディスク，レジンディスク，Ivotion

ポリカーボネート

ZR-CAD デンチャー PC
PEEK

芳香族ポリエーテルケトン

高分子
コンポジットレジン

PEKK

Pekkton

CAD/CAM冠用材料（Ⅰ）

カタナ アベンシア，松風 ブロック HC，セラスマート 270

CAD/CAM冠用材料（Ⅱ）

カタナ アベンシア ブロック 2，松風ブロック HC ハードⅡ，
セラスマートプライム

CAD/CAM冠用材料（Ⅲ）

セラスマート 300，カタナ アベンシア P ブロック，
松風ブロック HC スーパーハード

CAD/CAM冠用材料（Ⅳ）

セラスマート レイヤー，カタナ アベンシア N，
松風 ブロック HC ハード AN

繊維強化レジン

TRINIA，C-Temp

長石系
ガラス

CEREC Blocs，VITABLOCS Mark Ⅱ

リューサイト系

Everest G-Blank，IPS Empress CAD，initial LFR

二ケイ酸リチウム系

IPS e.max CAD，Initial LiSi Block，CEREC Tessera

メタケイ酸リチウム系

VITA SUPRINITY，Celtra Duo

Nano リチウムダイシリケート系

単一組成型
セラミックス

ジルコニア
単一組成
積層型

混合組成
積層型

金

属

松風 PEEK，KZR-CAD PEEK，Ceramill Peek

Amber Mill3Y-HA

IPS e.max ZirCAD MO，カタナジルコニア LT，Aadva ST，
松風ディスク ZR SS

3Y

IPS e.max ZirCAD LT，Aadva El，KZR-CAD Zr HT，
松風ディスク ZR SS カラード

4Y

IPS e.max ZirCAD MT，カタナジルコニア HT，LUXEN Enamel，
Ceramil Zolid HI+

5Y

カタナジルコニア ST，Aadva NT，KZR-CAD Zr SHT，
Ceramil Zolid FX

6Y

カタナジルコニア UT，松風ディスク ZR ルーセント ウルトラ

M3Y

Cercon ht ML，dima Mill Zirconia ML，Necera Pearl Multi-Shade

M4Y

Ceramill Zolid Gen-X，カタナジルコニア HTML PLUS，LUXEN Enamel
Multi Gradation

M5Y

Ceramill Zolid FX multilyer，カタナジルコニア STML，
KZR-CAD Zr GR-SHT

M6Y

カタナジルコニア UTML

M3Y-M5Y

Nacera Pearl Natural，IPS e.max ZirCAD Prime，
松風ディスク ZR ルーセント スープラ

M3Y-M4Y

Sakura Zr. Disk，LUXEN Multi Premium

M4Y-M5YIPS e.max ZirCAD MT Multi，カタナジルコニア YML，TANAKA エナメル Zr マルチブライト

チタン合金

KZR-CAD Ti Gr.5，Colado CAD Ti5，Ceramill Ti alloy

コバルトクロム合金

Colado CAD CoCr4，KM- コバルトクロム CAD，Ceramill Sintron

ンなども使用されるようになってきた 3）．また，歯科用 CAD/CAM システムにおいて，除去製造（切削加工）
法に加えて，付加製造（積層造形）法を応用したデジ
タルデンチャー 4,5），メタルクラスプ 6）やジルコニア
冠 7）などの歯科補綴装置の研究開発も活発に行われている．
以上のように，CAD/CAM を用いた補綴装置の製作に使用されるデンタルマテリアルは素材別に有機（高分子）材料，無機（セラミック）材料，金属材料，
およびそれらを組み合わせた複合材料に分類され，それぞれに特徴がある．これらのマテリアルは適切に使用されてこそ期待した性能を発揮するため，基本的性
質や特徴を十分に理解しておく必要がある．
本稿では，CAD/CAM システムによる切削加工法

および積層造形法を応用した補綴装置の製作に使用されているデンタルマテリアルの主な種類，特徴および今後の展望について述べる．

Ⅱ．切削加工用材料
歯科用 CAD/CAM システムにおける除去製造法，
すなわち切削加工法ではブロック状あるいはディスク状の種々の素材を切削工具によって所望の形状に削り出す．ここでは，切削加工に使用されるデンタルマテ
リアルについて素材別（表 1）に概説する．
1．高分子材料
切削加工用ポリメチルメタクリレート（PMMA）

460

日補綴会誌

15 巻 4 号（2023）

図 1 歯科分野における複合材料の強化形態による分類（文献 9）を改変，引用）の主な用途はデンチャー，プロビジョナルクラウンやスプリントなどである．切削加工用 PMMA は紛液重
合法（従来型）による加熱重合型 PMMA に比べて，重合度が高く，ほとんど気泡もないため，高い機械的性質を有する．そのため，切削加工で製作されるデン
チャーは従来型および積層造形によるデンチャーよりも機械的性質に優れている 4）．一方，問題点としては，
デンチャーの体積よりも大きいレジンディスクが必要であり，切削加工にて製作することにより余剰部分の切削片が出るため，材料の有効利用率が低いなどがある．また，デジタルデンチャー用として PMMA のほ
かに，ポリカーボネート製品（ZR-CAD デンチャー
PC）も販売されている．ポリカーボネートは PMMAに比べて，耐衝撃性・耐摩耗性に優れており，吸水性も低い．
現在，ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）やポ
リエーテルケトンケトン（PEKK）などのスーパーエンプラ製品が販売されている．PEEK や PEKK は高い
融点およびガラス転移点を有し，優れた耐熱性と強度を示す．また，ポリカーボネートやポリアミドなどと異なり，その構造の骨格にエステル結合やアミド結合を含まないため，加水分解しにくく，耐水・耐薬品性に大変優れる．一方，透光性が低いので審美面の観点からその用途は限定され，主にフレームやインプラン
トのアバットメントなどに適用されている．

CAD/CAM 冠 用 CR は 2014 年 の 保 険 収 載 から 2020 年 ま で に 適 用 範 囲 が 拡 大 さ れ， 機 能 区 分（Ⅰ）～（Ⅳ）に分類されている．2020 年度における CAD/CAM 冠の総市場は約 61 億円とされ 8），急速にその需要が伸びている．CAD/CAM 冠用 CR は成形修復用 CR と同様の組成で，シリカフィラーと熱硬化性ジメタクリレート樹脂から構成される粒子分散強化型複合材料である（図 1）9）．CAD/CAM 冠用 CR
は，フィラー含有量が成形修復用 CR とほぼ変わらな
いが，機械的性質に優れている．これは，デンチャー
用レジンディスクと同様，CAD/CAM 冠用 CR ブロッ
クは高温・高圧下で成形・重合を完了させたポリマー構造体であり，重合率が高く，残留モノマーが非常に少ないためである．
ガラス繊維強化レジンは，ガラスクロスを強化材とし，熱硬化性エポキシ樹脂をマトリックスとする，繊維強化型複合材料である（図 1）．現在，TRINIA と
10）
C-Temp の 2 製品がある ．それぞれの曲げ強さは，
TRINIA が約 400 MPa，C-Temp が約 450 MPa であり（ともにメーカー公表値），CAD/CAM 冠用 CR の
機能区分Ⅲ（大臼歯用，曲げ強さ 240 MPa 以上）に比べても高い．現在，その用途はフレームやプロビ
ジョナルブリッジに限定されている．
そのほかの高分子材料として，従来のパラフィン
ワックスを主成分とする歯科用ワックスと比較して融補綴歯科領域における CAD/CAM 用デンタルマテリアルの現状と展望

点の高いマイクロクリスタリンワックスなどが切削加工用ワックスとして使用されている．特徴としては
ワックスアップしたワックスパターンに比べて熱による変形が少ないなどの利点がある．
2．セラミック材料
歯科用 CAD/CAM システムが普及する以前，歯科用セラミックスは，陶材焼付金属冠における焼付用陶材やキャスタブルセラミックス，加熱加圧用セラミッ
クスなどのガラスセラミックス（結晶化ガラス）が主流であった 11）．現在，歯科領域に CAD/CAM システ
ムが浸透するなかで，切削加工用ガラスセラミックス，二ケとして，リューサイト系（K2O・Al2O3・4SiO2）
イ酸リチウム系（Li2O・2SiO2）やメタケイ酸リチウ
ム系（Li2O・SiO2）などがある．これらのガラスセラ
ミックスはジルコニア（ZrO2）に比べて，透光性があり，審美性に優れているが，機械的性質は低い．そのため，主にインレー，クラウンおよびラミネートベニ
アに使用され，ブリッジへの適応範囲は限定される．
高密度焼結体であるジルコニアは，単斜晶，正方晶，立方晶の三つの結晶系が成り立ち，温度により変態する．1975 年に Garvie によって正方晶と立方晶が混在する部分安定化ジルコニア（Partially stabilized
zirconia：PSZ）が見い出され 12），一般産業界ではジルコニアの開発，応用が急速に進んだ．国内において，2005 年に Cercon が薬事承認された後，これまでにPSZ および正方晶ジルコニア多結晶体（Tetragonal
zirconia polycrystal：TZP）の歯科用ジルコニア製品が多く販売されている．イットリア系ジルコニア
は，曲げ強さが約 560 ～ 1,400 MPa，破壊靭性値が約 2.4 ～ 4.2 MPa・m1/2 を示し 1），これまでのガラスセラミックスに比べて機械的性質に大変優れている．
特に，アルミナやイットリアの添加量を調整すること
で，適度な機械的性質と透光性を有するモノリシック
ジルコニア冠の使用も可能となった．また，多数歯欠損によるロングスパンにも幅広く適用されるが，連結部の面積は 7.0 mm2 以上必要との報告 13）もあり，その形状も含めて，補綴装置の設計には注意が必要である．さらに現在，プリシェードを数層積層したマルチレイヤー型，組成の異なる TZP や PSZ を積層させた混合組成積層型が市販されている．最近では，透光性に大変優れる超透光性 PSZ などが上市されており，歯科用ジルコニアは強度のみならず，透光性・審美性の改善 1）や高速焼成に関する適正化 14）なども進んで
いる．

461

3．金属材料
切削加工の際，熱と切削屑が発生するため，熱伝導性と材料単価が高い貴金属合金は切削加工法における被削材としては不向きと言える．そのため，切削加工
用金属材料には純チタン，チタン合金（Ti-6Al-4V）やコバルトクロム合金などの非貴金属合金が用いられる．切削加工用チタンである KZR-CAD Ti は Grade
4 および Grade 5 が上市されている．また同じく，切削加工用チタンあるいはコバルトクロム合金である
Colado CAD は均質なミクロ構造を有しており，ミリングに負担がかかりにくいように設定されている．
主に陶材焼付金属冠のフレームに使用されている．

Ⅲ．積層造形用材料
近年，積層造形は CAD/CAM システムによるデジ
タル歯科技工における手法の一つとして応用されるようになってきた．造形方式は ISO/ASTM 52900 規（図格において，七つの方式に細分化されている 15）
2）．また，表 2 に各造形方式で使用可能な素材を示す．特に歯科領域においては，光硬化性樹脂の造形を主とする液槽光重合法（Vat photo-polymerization：
VPP）と，金属粉末材料からコバルトクロム合金やチタン合金などを造形することができる粉末床溶融結合法（Powder bed fusion：PBF）などが盛んに用いられている．そこでここでは，主に VPP および PBF で使用されるデンタルマテリアルについて素材別（表 3）に概説する．
1．高分子材料
現在，歯科領域における積層造形で最も活用されているのは高分子材料であり，その用途はさまざまである．種類としてはビニル系，スチレン系，アクリル系，
ポリエステル系，ポリカーボネート系，ポリアミド系などがある 16）．また，切削加工用と同様，機械的性
質および生体安全性に優れた PEEK も応用されている．積層造形用高分子材料は技工装置として，石膏模型の代替となる歯牙模型や印象採得用の個人トレー，
鋳造用パターンなどに用いられる．また，口腔内で使用する装置としては，義歯，インプラントサージカル
ガイド，プロビジョナルクラウンなどが挙げられる．
積層造形は，一度に複数の装置を造形することが可能で，加工時間も切削加工と比較して短時間であることに加え，材料ロスが少なく低コストであるため製作効率に優れている．また，レーザー光により材料を選択的に硬化させることができるため，中空構造を有す

日補綴会誌462

15 巻 4 号（2023）

図 2 各種積層造形方式の模式図

表 2 各種積層造形方式で利用可能な素材
高分子材料

セラミックス

液槽光重合法

方

式

○

△

金

属

粉末床溶融結合法

○

○

○

材料噴射法

○

材料押出法

○

結合剤噴射法○○○

シート積層法○△○指向性エネルギー堆積法○

る装置を精度良く製作することが可能である 17）．これにより模型製作時に用いる樹脂材料の使用量を低減
でき，中空構造を有する軽量の顎義歯を容易に製作できる．さらに，工具サイズに規制されないため微細な構造を再現可能であり，高い精度で補綴装置を製作することが可能である 18）．そのため，積層造形法で製作したデジタルデンチャーは従来法のデンチャーよりも適合性が良く，高い維持力を有する 19）．その一方，積層造形法ではさまざまな材料を層ごとに盛り上げ，造形するため，層間にギャップが生じる．その結果，切削加工用樹脂や加熱重合樹脂と比較して不均質で，異方性を示す 20）．最近では，光硬化性樹脂にシリカ
ガラスやジルコニアなどのナノフィラーを添加することで機械的性質の向上を試みた研究もある 21）．現在，最終補綴装置として利用できる樹脂材料も上市されており，適応範囲は今後拡大していくと考えられる．

2．セラミック材料
近年ではセラミックレストレーションの最新技術として，ジルコニア製補綴装置を積層造形にて製作する
試みがなされている 7）．代表的な方法としては，ジル
コニア粉末を混合した光硬化性樹脂を用いて VPP によって，積層→光重合・硬化→脱脂→焼成して製作する．VPP で製作したジルコニア冠は，臨床的に応用可能な曲げ強さを有し 22），硬さや破壊靭性に関して
も切削加工法と同等の値を示しており 23），機械的性
質に関しては十分な特性を有する．また，マージンや内面の適合精度に関しても，臨床的に許容できる範囲での製作が可能である 24）．現在，直接インク書込み法（Direct ink writing：DIW）によるジルコニア造形法が開発されており，今後，歯科領域で DIW の積極的な活用が期待される 25）．近年では，Lithoz 社の特許技術である VPP とデジタル・ライト・プロセッ
シングを組み合わせたセラミック光造形技術を用いた
高透光性の石英ガラスベースの積層造形用材料も開発されている．
その他のセラミック材料として，材料押出法（熱溶融堆積法）によるハイドロキシアパタイトブロックの製作 26）などがあり，骨欠損部の形態を自在に再現することが可能である．加えて，従来の材料よりも高い比
表面積を有するため，再生医療におけるスキャホールドとして優れた特性を有することが示唆されている．

補綴歯科領域における CAD/CAM 用デンタルマテリアルの現状と展望

463

表 3 素材別における積層造形用材料
材

料

高分子

セラミックス
金

属

製品名

主な用途

ASIGA デンタモデル，SP-Model，DH Print モデル，NextDent モデル 2.0，
Formlabs Model Resin，Freeprint モデル

模型材

ASIGA デンタトレー，DH Print トレー，NextDent トレー，
Formlabs Custom Tray Resin，Freeprint トレー

トレー

ASIGA デンタキャスト，SP-Cast，DH Print キャスト，NextDent キャスト，
Formlabs Wax Resin，Freeprint キャスト

パターンレジン

ASIGA デンタガイド，DH Print スプリント & ガイド，
NextDent オルソフレックス，Freeprint スプリント，Freeprint オーソ

スプリント

DH Print プロビジョナル CB，Formlabs Temporary CB Resin，Formlabs Permanent Crown Resin，Detax テンポラリー

歯冠用材料

Flexcera Base，SP-Partial，DH Print デンチャーベース，
Formlabs Digital Dentures Resin，Detax デンチャーベース

義歯用材料

ジルコニア

Lithacon 3Y 210，3DMIX Zirconia，AdmaPrint Z130

歯冠用材料

ハイドロキシアパタイト

LithaBone HA 480，3DMIX HAP，AdmaPrint B130

骨補填材，インプラント

チタン合金

純チタン，Ti-6Al-4V 合金

コバルトクロム合金

Co-Cr-Mo-W 合金粉末：SP2，CCMS-W
Co-Cr-Mo 合金粉末：MP1，CCMS1

歯冠用材料，義歯用材料

図 3 各種切削加工用材料の曲げ強さ（メーカー公表値）

3．金属材料
金属粉末を三次元に積層して補綴装置を製作する場
合，高出力レーザーの熱エネルギーによって粉末粒子を選択的に溶融する，PBF によって製作を行う．三次元積層造形用の金属粉末材料は，Co-Cr-Mo-W 合
金粉末の SP2（EOS），CCMS-W（山陽特殊製鋼）と，
Co-Cr-Mo 合金粉末の MP1（EOS），CCMS1（山陽特殊製鋼）の計 4 種が薬事承認を受けている 27）．積
層造形用のコバルトクロム合金は従来の鋳造用合金よりも高い機械的性質や疲労特性を有しており，生体適
合性においても同等の性質を示す 28）．積層造形法で製作したメタルフレームやクラスプは，鋳造法の場合と同等の適合性を有するが，切削加工法に比べると劣るとの報告がある 29）．積層造形による造形物の表面

日補綴会誌464

性状は粗いため，積層造形した補綴装置の表面を切削加工により平滑にするハイブリッド製造法も提案されている 29）．現在，歯科領域における金属積層造形の主流はコバルトクロム合金だが，三次元積層造形用チタン合金の研究開発が推進されており，その応用が期待される 30）．

Ⅳ．今後の展望
切削加工法におけるジルコニアや二ケイ酸リチウム
ガラスの発展はオールセラミックレストレーションの浸透に大きく貢献してきた．図 3 に各種切削加工用
材料の曲げ強さを示す．ジルコニアはほかの歯冠修
復・補綴装置用材料に比べて，非常に高い機械的性質を有する．また，直近の 2023 年 6 月には，イットリ
ア濃度 1.5% で結晶粒の小さい 1.5Y-TZP の研究開発が発表され，その曲げ強さは 1,210 MPa，破壊靭性値は 22.0 MPa・m1/2 と驚異的な高靭性を示し 31），今後もジルコニアは飛躍的に進化していくものと考えられる．
近年の貴金属価格の高騰などにより，保険診療における CAD/CAM 冠へのニーズが高まっている．そのようななか，CAD/CAM 冠の臨床エビデンスにおいて脱離が最も多いトラブルであり，その支台歯形態が大きく起因していると考えられている 2）．脱離防止策の一つとして，CAD/CAM 冠に比べて曲げ強さが約
1.5 ～ 2 倍大きいガラス繊維強化レジンの適用が考えられる（図 3）
．これにより，CAD/CAM 冠に比べて支台歯形成の削除量を減らして装置の厚みを薄くでき，支台歯高径や支台歯表面積を確保することが可能である．今後，前装なしで使用可能な審美性に優れた
ガラス繊維強化レジン材料の開発と保険収載が望まれる．その他の材料として，PEEK や PEKK は優れた機械的性質および生体安全性に加えて，ガラス転移点が高いため，簡易的で有効に殺菌可能であり 32），歯科における用途が更に拡大するものと推測される．
積層造形法では，チタンやジルコニア製補綴装置の製作システムの確立が期待される．2020 年には鋳造による純チタン 2 種の大臼歯歯冠修復が保険収載された．現在，積層造形用チタン合金材料の研究開発が推進されており 30），今後，コバルトクロム合金粉末に続き，積層造形用チタン粉末の薬事承認が待たれる．
一方，PBF による合金の積層造形の普及には，装置の小型化や低価格化または診療所－技工所との連携構築などが必要である．また，造形工程で発生する金属
造形物内における残留応力の緩和や表面性状の向上な

15 巻 4 号（2023）

どが今後の課題である．さらに，PBF を含めた各積層造形法の生体安全性に関する研究は少ないため 33），
造形工程や造形物の安全性に関するデータの収集，整備が急務であろう．
以上，さまざまなデンタルマテリアルの開発が進む
なか，筆者は今後，生体組織の物性やバイオメカニク
スを考慮したコンピュータ支援工学のデジタルデン
ティストリーへの更なる導入，発展に期待したい．患者 個 別 モ デ ル（Patient-specific modeling）34） が 実用化されることで，患者それぞれに応じた支台歯形態や補綴装置の形状に関する適正化が進み，より材料の特性を活かした補綴治療が可能になるものと考えられる．

Ⅴ．おわりに現在，CAD/CAM システムによる補綴装置製作においてはアナログとデジタルが共存しているが，ニーズの増加とともにデジタルワークフローに対応したデンタルマテリアルはますます多種多様になっていくものと考えられる．今後も日進月歩のデンタルマテリア
ルについて，その組成や特性などに関する知識を常にアップデートし，臨床において適切に使用する必要が
ある．
謝

辞

本総説の一部は JSPS 科研費 JP20K10018 の助成を受けたことを付記し，謝意を表します．

文

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著者連絡先：谷本 安浩〒 271-8587 千葉県松戸市栄町西 2-870-1
日本大学松戸歯学部歯科生体材料学講座
Tel: 047-360-9352
Fax: 047-360-9350
E-mail: tanimoto.yasuhiro@nihon-u.ac.jp