−技術資料−●歯科用ジルコニア粉末「Zpex®4」
無機材料研究所

ジルコニア CSG

無機材料研究所

セラミックス G天野
藤崎
永山
畦地晶子
浩之
仁士
翔

1000MPa、全光線透過率の目標を「Zpex®」と「Zpex1．はじめにSmile®」 の 間 の 45 ％ 以 上 と し、「Zpex®4」 を 開 発 し歯科ユーザーの要望に応えるため、我々は透光感た。 尚、着色グレード「Zpex®4 − Yellow」の強度も≧焼結体用ジルコニア粉末「Zpex®」（2012 年度版「東1000MPa に設計しており、「Zpex®4」グレードで混合ソー研究・技術報告 56」（既報））、その後、VITA 社したシェード色調焼結体の強度も全て≧ 1000MPa が®の「VITAPAN classical」と同等な色調が再現できる得られる。

「Zpex®」の着色透光感グレード、更に透光感を向上「Zpex®4」の 1500℃焼結体における平均粒子径は 0.66

した新グレード「Zpex Smile®」と「Zpex Smile®」のμｍであり、気孔や析出物はない（図 1）。

着色透光感グレードを相次いで開発し、紹介してきた（2014 年度版「東ソー研究・技術報告 58」（既報））。
「Zpex®」の登場により、ジルコニア義歯の製造方
法はジルコニア焼結体のフレームにポーセレンを築盛

3．焼結体の各種特性［1］評価用焼結体の調製

す る 方 法 か ら、「Full Contour」 や「Full Anatomic」、

φ 25mm 金型に 3g の粉末を入れ、一軸プレス成形または「Full Crown」と呼ばれるジルコニア焼結体により 19.6MPa の圧力下にてプレス成形体を作製しのみで義歯を作製する製法へと大きく変わり、「Zpexた。その後、プレス成形体を 196MPa の圧力で CIP 成®

Smile 」の登場により透光感が重要な前歯への展開形した。CIP 成形体を 1000℃で 1 時間保持して仮焼をが可能となった。ただし、「Zpex Smile®」は「Zpex®」

行ない、仮焼体を得たのち、常圧焼結により焼結体を®に比較して強度が低いため、「Zpex Smile 」ではブリッ®

得た。焼結条件は昇温速度 600℃／ h、1500℃で 2 時間

ジへの適用が進まず、高強度かつ「Zpex 」以上の透保持した。降温速度は 600℃／ h であり、焼結に要し光感が求められた。そこで、我々は要望に応えた新グた時間は約 7 時間であった。

®

レード「Zpex 4」を開発上市し、2016 年に発表した。
®

本報では高強度高透光感グレード「Zpex 4」とその着色グレードについて、その技術概要を紹介する。

3g 焼結体は両面を研削し、その両面を鏡面になるまで研磨して、厚さ 1mm の焼結体として全光線透過率を測定した。

なお、本技術の開発目的は高品質、かつ、より自然

3 点曲げ強度は上記と同様の条件で得た焼結体を使歯に近い審美性を持つ歯科用修復材料の提供であり、用し、JIS R1601 に準じた測定方法により測定した。

全ての人々に自然歯での生活と同等な生活を提供することで社会貢献することを目指している。

2．高強度高透光感グレード「Zpex®4」の開発先に開発した「Zpex®」は従来の焼結体よりも透光性が高いが、前歯用としては透光感が不足していた。
また、「Zpex Smile®」は自然歯に近い高透光性を持つが、低強度ゆえに 3 連ブリッジ以下のみと使用制限がある。そこで高強度かつ「Zpex®」よりも高透光性のジルコニア材料が強く求められていた。

図 1 「Zpex®4」の 1500℃焼結体結晶粒子®

我 々 は 強 度 の 目 標 を「Zpex 」 と 同 等 の 強 度61

TOSOH Research & Technology Review Vol.63（2019）

安定化した新グレード「Zpex®4」は 1500℃焼結で全［2］全光線透過率測定
全光線透過率の測定は濁度計（日本電色工業株式会

光線透過率 45％と全波長領域で高い透過性を持ち、3社製、型式：NDH2000）を用いて、JIS K7361 に準拠

点曲げ強度は 1450℃～ 1550℃焼結で「Zpex®」と同等して測定した。光源としては光源 D65 を使用した。の 1100MPa を維持している（表１）。

また、紫外可視近赤外分光光度計（日本分光株式会［4］水熱劣化耐性社製、型式：V − 650）に直径 150mm 積分球ユニット

ジルコニアは水熱環境下で結晶相が正方晶から単斜（形式：IVL − 724）を取り付けて波長 250 ～ 850nm の晶に相変態し、劣化する。このとき、強度のみでなく光に対する全光線透過率を測定した。

全光線透過率が低下する。生体材料用の水熱劣化試験［3］焼結体特性

としては、ISO13356（2015）における加速試験（オー各種グレードの無着色焼結体での透光性の外観（目トクレーブを用いた 134℃水中で 5h の水熱処理）が視比較）を図 2、紫外可視近赤外分光光度計での透過率測定結果を図 3 に示した。

45
®

40

焼結で全光線透過率 41％であるが、4mol％の Y2O3 で35

Sintered Temp.

Zpex®
1450℃

Zpex®41500℃

Zpex Smile®
1450℃

414549All Light
Transmittance（％）

Transmittance（％）

3mol％の Y2O3 で安定化した「Zpex 」では 1450℃

302520t＝1mm
Zpex®：1450℃×2h（600℃／ h）
Zpex®4：1500℃×2h（600℃／ h）
Zpex Smile®：1450℃×2h（600℃／ h）

151050図２厚さ 1mm 焼結体の透光感比較

表１250350

図３750

分光光度計における全光線透過率

透光感グレード粉末物性、焼結体特性および水熱劣化耐性の比較（代表値）
Zpex®

Zpex®4Zpex Smile®

Y2O3mol％34

5.5

BETm2/g

131010

Green Density

g/cm

3Hardness(Hv10)＊1
Sintered Temp.

Sintered Density

1400℃

g/cm3

3.22

3.28

3.27

1250

1250

1250

6.08

6.07

6.04

＊2

Bending Strength Ave.

MPa

1107

1104

535

All Light Transmittance＊3％

41→41

42→42

47→46μm

0→30→10→0

g/cm3

6.08

6.07

6.04

Monoclinic Transformation Depth＊3
Sintered Temp.

Sintered Density

1450℃

＊2

Bending Strength Ave.

MPa11101103

626

All Light Transmittance＊3％

41→40

44→44

49→49μm0→90→20→0g/cm3

6.08

6.07

6.04

＊2

Bending Strength Ave.

MPa

11421124611

All Light Transmittance＊3％

42→4145→45

50→50

μm

0→110→40→0

Monoclinic Transformation Depth＊3
Sintered Temp.

Sintered Density

1500℃

Monoclinic Transformation Depth＊3
Sintered Temp.

Sintered Density

g/cm

6.08

6.07

6.04

1550℃

Bending Strength Ave.＊2

MPa

1131

1175

611

％

42→4145→45

50→49

μm

0→130→40→0

All Light Transmittance＊3

Monoclinic Transformation Depth＊3
1：JIS R1610(Loads:98.07N)＊62450550
650
Wavelength（nm）

32：JIS R1601(3-point bending test)＊

3：After sintering → After 140℃×24h treatment＊850

東ソー研究・技術報告第 63 巻（2019）

標準的であるが、本検討ではさらに厳しい加速試験

グ レ ー ド に お い て は「Zpex®4」、「Zpex®4 − Yellow」、（140℃× 24h の水熱処理）を行った。

「Zpex® − Pink」、 及 び「Zpex® − Gray」 の 粉 末 混 合 で「Zpex®4」グレードでは、焼結温度を 1550℃として「Zpex®4」グレード（図 5 中段）の VITA シェード色

も、水熱処理による焼結体表面の単斜晶への変態が少調の焼結体を得ることができる。また、シェード色調なく、全光線透過率は変化しない（表 1）。

焼結体の紫外可視近赤外分光光度計での透過率測定

そ の た め、「Zpex®4」 グ レ ー ド で は 1450 ℃ ～結果の比較を図 6 に示した。A1、C4 のシェード色調

1550℃と幅広い焼結温度で高強度、高透光感かつ劣化焼結体において、「Zpex®4」は「Zpex®」と「Zpexが発生しない焼結体が得られる。

Smile®」の中間、もしくは「Zpex Smile®」寄りの透光性を示す。

4．「Zpex®4」を用いた歯科シェード色調焼結体の作製

各粉末の混合は各グレードの顆粒粉末をポリ袋等の中で均一になる様に混合してもよいが、より均一性を上げるためブレンダー等の機械で混ぜ合わせてもよ

VITA シ ェ ー ド ガ イ ド 色 調（ 図 4） の 再 現 に は®

®

「Zpex 」
「Zpex Smile 」と同様に 4 種類の着色粉末（白、®

色、黄色、ピンク、グレー）が必要となる。
「Zpex 4」

図４

図５い。ただし、混合時間が長くなるほど静電気が発生し、色むらが生じるため、短時間での混合を推奨する。
本配合は公開しているが、例えば赤みを強めたい場

VITAPAN® classical カラーシェード

各グレードでの VITA シェード色調焼結体見本（「Zpex®」、「Zpex Smile®」は 1450℃焼結体。「Zpex®4」は 1500℃焼結体。右下数値は全光線透過率）

63

TOSOH Research & Technology Review Vol.63（2019）

表２

着色透光感グレード粉末物性及び焼結体特性の比較（典型値）
Zpex®4

Zpex®4-Yellow

Zpex®-Pink

Zpex®-Gray

Stabilizer

Y2O3

Y2O3

Er2O3

Y2O3

Coloration Element－Fe－

Co

BET

2m /g

10101213

Green Density

g/cm3

3.28

3.28

3.33

3.22

Sintered Temp.

℃

1500

1500

1500

1500

Sintered Density

g/cm3

6.07

6.076.336.08

MPa

1100

1100

1100

1100

1250

1250

1250

1250

4527299

Bending Strength Ave.

＊1Hardness(Hv10)＊2
All Light Transmittance％

1：JIS R1601(3-point bending test)＊＊

2：JIS R1610(Loads:98.07N)「Chairside」治療が可能であるが、ジルコニアに比較45して低強度であり、普及は限定的である。そこで、ジ40

ルコニア義歯でも 1 時間程度で焼結する検討が開始され、この高速焼結を前提とした炉がすでに販売されて30いる。

25

約 70 分の高速焼結（Dentsply Sirona 社製「in Fire

20Zpex® A1 shade

1510

図６Zpex Smile® A1 shade

Sirona 社製「CEREC SpeedFire」）においては、透光

Zpex® C4 shade

感グレード「Zpex®」、新グレード「Zpex®4」はそれZpex®4 C4 shade

50HTC speed」） 及 び、 約 30 分 の 高 速 焼 結（Dentsply

Zpex®4 A1 shade

Zpex Smile® C4 shade

250

350

450
550
650
Wavelength（nm）

750

ぞれ 7 時間焼結と同じ透過率が得られる（図 7、表 3）。

850

各グレードにおける VITA A1, C4 シェード焼結体
透過率比較

®

合は「Zpex − Pink」の配合量を増加させれば任意に色調の調整が可能である。

1600
1400
Temperature（℃）

Transmittance（％）

355．更なる市場ニーズ（高速焼結）への対応

1200
1000
800
600

Nomal sintering(7h)400Rapid sintering : in Fire HTC speed(70min)

200

従来、ジルコニア義歯の焼結には約 7 時間程度か

Rapid sintering : CEREC SpeedFire(30min)

00

かるため、患者の歯を型取った後、義歯の装着には1再度通院が必要となる。現在、加工のみで焼結不要
図７のガラスセラミックス義歯は 1 度の通院で完了する

表３4

通常焼結、高速焼結パターン一例

高速焼結時の透光感グレードの全光線透過率
Sintering TimeZpex®

Zpex®47h

4145

Dentsply Sirona : in Fire HTC speed

70min

4145

Dentsply Sirona : CEREC SpeedFire

30min

4145

Equipment

642
3
Sintering Time（h）

5

東ソー研究・技術報告第 63 巻（2019）

6．おわりに新 グ レ ー ド「Zpex®4」、 着 色 グ レ ー ド「Zpex®4 −Yellow」は高強度かつ透光感が改良されたことで、奥歯だけでなく前歯に対しても、強度が必要となる 3 連
以上ブリッジへの適用が可能となり、また更には奥歯から前歯全ての歯を含む「Full mouth」義歯の作製も可能となった。また、「Zpex®4」は約 30 分の高速焼結でも高透光性を維持しており、「Chairside」治療の普及拡大が期待できる。
今回、歯科業界の強い要望に対応するため、高強度で審美性に優れたジルコニア焼結体用粉末「Zpex®4」の開発を行うことができた。当社は粉末メーカーであり、今後も、歯科材料に限らず、ユーザーの“声”を反映した優れた焼結体の開発をジルコニア粉末の改良・開発により推進していきたい。

参考文献
藤崎浩之、河村清隆、今井紘平、東ソー研究・技術報
告、56、57 − 61（2012）
藤崎浩之、河村清隆、東ソー研究・技術報告、58、43− 47（2014）
山本眞、QDT、36、102 − 133（2011）
伴清治、補綴臨床、52、1 − 3（2019）
伴清治、日本歯科評論、79、3（2019）
特許第 5608976 号
特許第 5707667 号
特許第 5741735 号
特許第 5748012 号
特許第 5804144 号
特許第 5817859 号
特許第 6205988 号
特許第 6493009 号
特許第 6543926 号

65