歯科インプラントの設計・製造プロセスの現状・課題・展望
高 橋 正 史 堤祐 介
(いわゆる入れ歯)と比較して優れた咬合機能の回復が実現す.

は じめにるだけでなく，審美性や発音の機能の回復にも効果があるとされている．また，部分床義歯とは異なり，隣接する歯への天然歯の喪失により低下した咬合機能を回復するため，歯負担がないこともメリットの一つとなっている．

科インプラント(Dental Implant)を用いた治療が，近年にな

日 本 国 内 の 歯 科 イ ン プ ラ ン ト の 需 要 は 年 間 約 150 億 円

り，一般に普及するようになってきた．歯科インプラントは( 2013 年)の規模であり， 5 年間で 51 と高い伸び率を維持

人工歯を有する上部構造が，顎骨まで挿入された下部構造とし続けている．一方，需要に対する国内生産の割合は約連結することで，頑強な固定を実現するデバイスであり，そ21 であり，また歯科インプラント製品の輸出額と輸入額の形状には，固定部が板状のブレード型，円柱状のシリンダの比率は約 1 対128と，臨床では輸入製品が圧倒的に多く用ー型，スレッドと呼ばれるねじ山をもつスクリュー型，ワイいられていることを示している(1)．

ヤー構造で空洞部をもつバスケット型など，さまざまなデザインのものが検討されてきた．図に，現在主流となってい.

歯科インプラントの製造プロセス

る歯科インプラントの基本的な構造を示す．天然の歯根が存在していた位置の顎骨に，インプラント体(Implant body)ま歯科インプラントには咬合に伴う局所的かつ複雑な荷重にたはフィクスチャー( Fixture )と呼ばれる，スクリュー形状長期間耐えるための力学的信頼性が求められることから，イをもった人工の歯根を埋入固定し，その直上にアバットメン

ンプラント体およびアバットメントには主に金属材料が使用

ト(Abutment)と呼ばれる，人工歯の上部構造を構築するたされ，そのほとんどが工業用純チタン(4 種)またはチタン合めの土台が，歯肉と接触する位置に連結されている．

金( Ti 6Al 4V ELI )となっている．表，に，工業用純この歯科インプラントを用いた治療により，金属床義歯チタンとチタン合金の組成および機械的性質をそれぞれ示
す(2)(3)．
歯科インプラントはインターナルタイプとエクスターナルタイプに大別される．図にそれぞれのタイプのインプラン
ト体の写真を示す．これらの違いは，インプラント体を主にしてアバットメントがどのように嵌合するかを意味しており，例えばインターナルタイプ(写真左)は嵌合部の深度が大きいためにインプラント体とアバットメントが強固に連結され，上部構造から伝達されるせん断加重に対する力学的信頼性に優れる．一方，エクスターナルタイプは嵌合深度が浅いために複数のアバットメントを同時に連結することができる．いずれのタイプが適当であるかはケースにより異なり，歯科医師の判断によって適宜選択され用いられている．
図 2 の写真に示すように，インプラント体の底部すなわ
ちスクリューの先端部には大きな切り欠きが設けられている

図1

一般的な歯科インプラントの構造．

ことが多い．これは，埋入手術の際に，顎骨にネジ山を形成

株式会社ジーシー R&D Center アドバンステクノロジー開発センター インプラント開発グループ所長(〒1748585 東京都板橋区蓮沼町761)
東京医科歯科大学生体材料工学研究所准教授
Designing and Processing of Dental Implants; Masashi Takahashiand Yusuke Tsutsumi(GC Co. Ltd., Tokyo. Tokyo Medical andDental University, Tokyo)
Keywords: dental implant, design, process, biofunction, dental prosthesis
2015年11月30日受理[doi:10.2320/materia.55.133]

ま て り あ 第55巻 第 4 号(2016)
Materia Japan

表1

工業用純チタンおよびチタン合金の組成(2)．
化種

学

成分 (mass)類Ti

HNOFeCAlV

純 Ti(1 種)
純 Ti(2 種)
純 Ti(3 種)
純 Ti(4 種)

Bal.
Bal.
Bal.
Bal.

0.013
0.013
0.013
0.013

0.05
0.05
0.07
0.07

0.15
0.20
0.30
0.40

0.20
0.25
0.30
0.50

――――――――

Ti6Al4V ELI

Bal.

0.0125

0.05

0.13

0.25

0.08

5.506.50

表2合計――――――――――――

3.504.50

0.10

0.40

工業用純チタンおよびチタン合金の機械的性質(引張試験)(3)．
引張強さ
N/mm2

耐力
N/mm2

伸び()

絞り()

純 Ti(1 種)
純 Ti(2 種)
純 Ti(3 種)
純 Ti(4 種)270410340510480620
550750

165
215
345
485

27
2318
15――――

Ti6Al4V ELI

825

755

1025

種その他
個々

類

図3

ミーゼス体モデルによるマイクログルーブの応力分散効果のシミュレーション解析の一例．

る．マイクログルーブ加工により，応力を分散させることで
図2

インターナルタイプ(左)とエクスターナルタイプ(右)のインプラント体．

骨縁部の吸収を抑制し，長期埋入に伴うインプラント体の緩みを防ぐ効果が期待される．
一方，顎骨形態が不良な場合や，骨吸収の進行により骨縁部が口腔内に完全に露出した場合は，粗い表面はメインテナするためのタッピングの役割を持たせるためである(セルフンスと呼ばれる清掃が比較的困難となるため，骨縁部およびタップ機能)．この機能により，事前にタッピングを行う手上端から数 mm を平滑面とした製品が選択される場合もあ順を省くだけではなく，顎骨の切削片がこの切り欠き部に充る．

填されることで，周辺組織との適合性を向上し，安定した初期固定性が得られる．

歯科インプラントの素材には，上述のように主に工業用純チタンや Ti 6Al 4V ELI 合金が用いられ， NC 旋盤などの

図 2 左の写真のインプラント体最上部には，スクリュー工作機械により，ベースとなる形態まで切削加工により成形ピッチおよび深さの異なる溝加工が施されていることがわかする．かつては切削加工したまま(機械加工面と呼ばれる)のる．マイクログルーブ( Micro groove )と呼ばれるこの細か凹凸形状で製品として供給されていたが，近年では，臨床成い溝をインプラント体のカラー部(骨縁部)に形成すること績からさまざまな手法にて表面を粗く仕上げた製品が主流とで，表面積の増大による骨結合の促進とともに，咬合におけなっている．チタン表面の粗面化は，主にブラスト処理，化る応力をインプラント体表面に形成した骨に適度に分散させ学処理，加熱処理，陽極酸化処理，およびこれらの組み合わる機能を合わせ持つ．図は，マイクログルーブの有無によせが用いられる．また，チタンの小球をインプラント体表面る，インプラント体表面での応力伝達のシミュレーション結にコーティングすることで，表面の粗面化を実現したものも果を示す．過度な応力負荷に継続的に曝される環境では，周ある．以前はチタンをプラズマ溶射する方法も積極的に検討

囲の骨組織の吸収を引き起こすことが臨床的に示されていされていたが，最適な粗さへの調整が困難であるなどの理由

ミ ニ 特 集から，現在ではほとんど用いられていない．図に示す表面

パタイト層が埋入手術中に剥離，溶解することが報告されては，ブラストと酸処理により 1 mm もしくはそれ未満の微小おり(6) ，この問題を解決するため， PVD や CVD などのドな多数の窪みと，その集合体が 20 mm 程度のマクロな窪み

ライプロセスによるハイドロキシアパタイトの薄膜形成が検を形成したヒエラルキー構造をもつ表面である．生体組織や討されている．

細胞と接触する材料の表面形態は，その機能に影響を及ぼす

歯科インプラントは顎骨から歯肉を貫通し，口腔内に露出ことが知られている．図は粗面を最適化することで得られする形で使用されるデバイスであるため，表面の清浄度は非る生体機能の一例を示す．血小板(図中矢印)が表面の凹凸に常に重要である．チタン表面に付着した数十ナノメートルのトラップされている様子が確認できる．血小板を豊富に含む汚染炭素の層により，細胞の活性が阻害されることが報告さ

血漿( Platelet Rich Plasma, PRP )は材料と骨との結合促進れている(7)．先述したような粗面化などの表面処理プロセスすることが報告されており(4) ，図 5 のように血小板がトラの過程で接触した汚染物質が，製品のパッケージ時に残留すップされる表面構造を付与することで，インプラント体と骨ることは避けねばならない．それ故，洗浄工程もまた重要視組織とのオッセオインテグレーションの促進が達成される．

されている．インプラント表面の汚染を確認する方法としこれまで歯科インプラントの表面形態と生体機能についてて，光電子分光分析(XPS，ESCA)などが行われる．インプ述べたが，材料表面の化学的性質もまた，生体機能に大きなラント表面数十ナノメートルのレベルの汚染層の評価によ影響を及ぼす．代表的なものは，ハイドロキシアパタイトのり，清浄性が検査・担保されている．

コーティングである．骨の無機主要成分であるハイドロキシ

歯肉と接触するアバットメントは，インプラント体と同様

アパタイトは，材料表面にコーティングすることで，骨形成にチタン系の材料が用いられるのが一般的である．最近でを促進する効果があることが古くから報告されており(5)，歯は，アバットメントまたはアバットメントとインプラント体科だけでなく整形外科においても多くの使用実績がある．一に白色を呈するジルコニアを用いた製品も使用されている．

方，プラズマ溶射は高温プロセスを含むため，被溶射材の温ジルコニアを用いる最大のメリットは審美性にある．加齢や度上昇を伴うこと，またコーティング厚さの制御が困難であ歯周炎により歯肉の後退が進行すると，歯肉を通してアバッり，膜厚が数十マイクロメートルを超えると基材との密着性トメントが透過して見える場合がある．チタンのような金属が低下することが課題となっている．実際にハイドロキシア

材料では透けた箇所が黒色となり審美性に劣る．白色であるジルコニアを用いることで，この審美性の問題を解決することができる．かつてはアルミナが用いられた時期もあったが，力学的強度や信頼性の面から，現在では非金属のインプラントでは，破壊靱性の高いジルコニアにほとんどが置き換わっている．ジルコニアは非常に硬度が高く，成形加工が困難であるため，既製のものはもとより，患者毎の症例に合わせて形状を最適化するカスタムメイド製品が CAD/CAM を活用して作製されている．

.

歯科インプラント開発の将来展望

歯科インプラントの製造プロセスにおいて肝要となるの
図4

粗面化した歯科インプラント体表面の走査電子顕微鏡像．

は，表面の構造や組成など，物理的・化学的因子によりデバイス周辺の生体組織を制御することである．表面の粗造化，無機成分のコーティング，親水化処理や UV 照射など，顎骨とインプラント間のオッセオインテグレーションの獲得をいかに早期化するかに着目した開発が進められてきた．一方，良好な臨床成績が達成されている現在においては，審美性もまた重要な因子として認識され始めている．また，近年
では骨量の少ない患者や部位など，インプラント治療の適応範囲を拡大する，長さの短いインプラント体(ショートインプラント)が注目されている(図)．一般的なインプラント体は 10 12 mm 程度の長さをもつが，ショートインプラン
トは 6 7 mm 程度であり，顎骨との十分な支持を得るため複数のインプラントを連結する等の対処が現状では必要とな

図5

インプラント表面構造によりトラップされたラット血小板の走査電子顕微鏡像．

ま て り あ 第55巻 第 4 号(2016)
Materia Japanっているが，今後の表面改質の革新により，簡便化とさらなる応用の拡大が期待されている．ショートインプラントと同

文

献様に，現状 4 mm 程度の直径を 3.5 mm 未満に縮小し，適用( 1 ) 厚生労働省 薬事工業生産動態統計調査，(2015)．
( 2 ) JIS H4600 チタン板及び条．
( 3 ) JIS H4657 チタン合金棒及び鍛造品．
( 4 ) I. Georgakopoulos, S. Tsantis, P. Georgakopoulos, P. Korfiatis, E. Fanti, M. Martelli, L. Costaridou, T. Petsas, G.
Panayiotakis and F. S. Martelli: Clin. Cases Miner. BoneMetab., 11(2014), 5966.
( 5 ) R. Z. LeGeros: Adv. Dent. Res., 2(1988), 164180.
( 6 ) H. Oguchi and G. W. Hasting: Bioceramics, 7(1994), 215221.
( 7 ) R. Hayashi, T. Ueno, S. Migita, Y. Tsutsumi, H. Doi, T.
Ogawa, T. Hanawa and N. Wakabayashi: J. Dent. Res., 93(2014), 698703.の範囲の拡大と低侵襲化を目指したナローインプラントの開★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

図6

ショートインプラントの一例．

発も進められている．小型化による断面積の減少は負荷応力の増大に直結するため，歯科インプラントの小型化におけるイノベーションは，材料の強度をはじめとする機械的性質に依存していると言っても過言ではない．研究者や各メーカーが日々工夫を凝らして歯科インプラントの開発に積極的に取高橋正史
1997年 3 月 芝浦工業大学大学院工学研究科修士課程修了
1997年 4 月 株式会社ジーシー入社
2015年10月－ 現職
専門分野金属工学◎歯科用インプラントならびに関連器材の開発に従事．

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り組んでおり，今後も歯科医療における革新が展開されるものと思われる．

高橋正史

堤祐介ミ ニ 特 集