JP2547953B2

JP2547953B2 - 人工歯根

Info

Publication number: JP2547953B2
Application number: JP6013503A
Authority: JP
Inventors: 克成西原
Original assignee: AIZU INTAANASHONARU KK
Current assignee: AIZU INTAANASHONARU KK
Priority date: 1994-02-07
Filing date: 1994-02-07
Publication date: 1996-10-30
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: US5584693A; JPH07213540A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、人工歯根を二重構造
とし歯根膜（歯周靭帯）の機能を緩衝材で代行させる骨
性癒着型の人工歯根に関する。

【０００２】

【従来の技術】有床義歯に代わって人工物を直接顎骨に
植立して欠損歯を回復することは、歯科インプラントと
してすでに長い間実施されてきている。しかし、材料の
特性や技術面にまだ未解決の問題が残っている。例え
ば、現在実用化されている生物活性セラミックス（ｂｉ
ｏａｃｔｉｖｅｃｅｒａｍｉｃｓ）やチタンを用いた人
工歯根は、顎骨との結合がすべて骨性癒着か骨接合（ｏ
ｓｓｅｏｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）の様式になってお
り、有効な緩衝機構を備えていない。しかし、骨性癒着
様式の歯は、爬虫類以下の動物にのみ存在するもので、
高等動物にはこの様式のものは見られないのでこれを人
体に用いるには、有効な緩衝装置を考案する必要があ
る。

【０００３】すなわち、哺乳動物の歯は咀嚼に対応する
ために、微小な可動性が必要とされる。したがって、靭
帯結合の植立によって顎骨と結合している。これに対し
て骨性癒着の歯は咀嚼することができない爬虫類に特徴
的なもので、必ず破損するのである。そのため、ある爬
虫類では２０〜３０回生え代わる。事実、人間の場合も
骨に付着する人工歯根は材料がセラミックスである場
合、大半が折れる。材料が金属であっても、古い形状の
インプラントは、その形状が不適当なために、本来の歯
周靭帯のような機能をもつ線維組織が生成しない。した
がって、時に破断を生じ、多くの場合周囲骨が破壊され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、植立後、本
来の歯周靭帯の機能を二重構造の緩衝材で代行させる、
骨性癒着型の人工歯根を提供しようとするものである。
緩衝材が主応力線の変換装置として機能し、人工歯根の
外筒が、本来の歯根の周囲に形成される固有歯槽骨に相
当するものである。これにより、咀しゃく機能下で人工
歯根周囲骨の長期的に安定した新生と改造（ｒｅｍｏｄ
ｅｌｌｉｎｇ）が維持される。

【０００５】

【課題を解決するための手段】人工歯根のような機械臓
器の開発には材料の研究以外に形状の研究と機能の研究
が必要である。すなわち、本発明の構成は、その特許請
求の範囲に記載のとおり、一端に歯冠部、反対端に根尖
部を有する円柱状である人工歯根において、外筒と内部
歯根の二重構造を有し、軸方向に沿って外筒及び内部歯
根の側面部に膨出部と陥凹部が交互に形成され、外筒と
内部歯根は緩衝材によって固着され、根尖端部は前歯、
小臼歯、犬歯型では丸く、大臼歯型のみ分岐して中心に
陥凹を有することを特徴とする人工歯根である。この人
工歯根では周囲骨に分布するミーゼスの相当応力がかな
り平均化され、最大応力値の１／１００〜１／１０、最
小応力値の１０〜数十倍の範囲の分布域に顕著な骨の増
成が生じる。これはピエゾ電流、ストリーミングポテン
シャルおよび骨形成因子の流動によるものと考えられ
る。

【０００６】従来は、材料の生体反応のみが研究されて
いたが、この発明は形状の異なる人工歯根の生体反応を
研究するとともに、有限要素解析による形状効果の研究
に基づいて開発されたものである。人工歯根を植立した
場合、その歯根の形状に依存したそれぞれの主応力線が
人工歯根の周囲に分布する。骨は主応力線の軌跡に従っ
て形成されるのである。骨性癒着の歯と線維結合組織の
歯では歯の機能が全く異なる。主応力線の分布は、骨に
癒着する歯では、歯根を通った主応力線（ｐｒｉｎｃｉ
ｐａｌｓｔｒｅｓｓｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ）がその
まま連続体として骨に流れる。つまり、顎骨と歯は一体
として咀嚼力に対応する。しかし骨と人工歯根はヤング
率やポアソン比（Ｐｏｉｓｓｏｎ’ｓｒａｔｉｏ）の
相違が大きいので無荷重の時や小荷重下では骨と歯根が
癒着しているが、大きな荷重が反復すると必ず界面離開
を生じる。これは、約３０年前に計算によって一般の材
料工学に関して明らかにされたことで、理論破壊強度の
３倍（理論破壊強度に等しい場合も作ることは不可能）
の強度にしても、剛体を剛のシステムで結合すれば荷重
下で必ず離開するということが知られている。しかし、
医学、歯科医学の分野では今日でもこのことは殆ど無視
されている。

【０００７】これに対して、線維結合組織付着様式の人
工歯根の主応力線の分布の解析によれば応力を歯根が先
ず負担し、歯周の線維組織で主応力線が全く異なる直交
する二成分に変換される。主応力線には電磁波と同様に
直交する二種類しかないが、歯周靭帯が主応力線の変換
機構であったということは重要な発見である。変換され
た主応力線は、平行なものは固有歯槽骨を作り、直角に
走行するものは骨梁を作る。固有歯槽骨を走行する主応
力線は顎骨の皮質骨に連なりここで終る。一方、固有歯
槽骨に付着する直角に走行する骨梁を通る主応力線は、
やはり顎骨の皮質骨に達し、ここで終る。つまり、歯に
加わる咀嚼力はすべてが顎骨の皮質骨で負担されてお
り、高等動物の歯と顎骨は他に類を見ない、極めて特殊
なる力学機能体システムであるといえる。本発明の人工
歯根では、この歯周の線維組織（歯周靱帯の代用）の機
構を二重構造の間に存在する緩衝材で代行させる。外筒
が固有歯槽骨に相当し、これが周囲骨と骨性癒着する
が、主応力線はすでに緩衝材で変換され、均等化されて
いるので、外筒と骨との癒着間には、極めて小さい荷重
がかかることとなる。その結果、天然歯根と同様に長期
的機能に耐えられ、骨のリモルディングが維持される。
また、本発明の人工歯根においては、外筒の内部面が、
単純な円筒形である場合と、外筒の内部面が波状形であ
る場合の両方が含まれる。

【０００８】以下、本発明の人工歯根の形状に基づいて
その作用を具体的に説明すると、図１は本発明の人工歯
根１とその周囲の骨組織２との骨性癒着した関係を模式
的に表わしたものである。本発明の人工歯根１の外筒７
の周囲に骨組織２が形成される。付着上皮直下の粘膜下
組織において線維組織３が直角に走行して人工歯根の外
筒７に付着している。５は歯冠部であり、８は内部歯根
であって、外筒７とは緩衝材９によって固着されてい
る。Ａは本様式の人工歯根で誘導される固有歯槽骨につ
らなる骨梁、Ｂは顎骨の輪郭を形成する皮質骨を示す。
図３及び４は本発明の人工歯根の断面図である。本発明
の人工歯根は外筒７とその内部に樹脂接着剤などの緩衝
材９によって固着された内部歯根８とから構成されてい
る。軸方向に沿って外筒７の側面部に膨出部４と陥凹部
３が交互に形成されている。同様に内部歯根８の側面部
にも膨出部４’と陥凹部３’が交互に形成されており、
両者とも外形は波状形態を有している。外筒７と内部歯
根８との隙間には樹脂接着剤などの緩衝材９が充填され
両者を固着している。樹脂接着剤９の充填の際には所望
によりボール状のプラスチック製ストッパー１０を配置
することにより外筒７と内部歯根８の固着を容易かつ完
全に行うことができる。なお軸方向とは歯冠部５と根尖
部６を結ぶ線である。図３は、外筒の内部面が単なる円
筒形である場合であり、図４は、外筒の内部面が波状形
である場合である。

【０００９】外筒は側面部に膨出部と陥凹部を交互に有
する波状形態であるため、周囲骨と癒着しやすい構造と
形状になっている。内部歯根は有限要素解析の結果得ら
れた応力分散形状となっており、表面で主応力線が直行
する二成分に分離されやすい形状となっている。外筒と
内部歯根は樹脂の接着剤にて接着されることにより、主
応力線が変換されるとともに、該接着層がクッションと
なり咬合力の骨に及ぼす破壊傾向が除去される。

【００１０】本発明においては、図５に示されるように
歯冠部５の表面にも膨出部４''と陥凹部３''が交互に形
成される態様が含まれる。歯冠部５の表も波状形態とす
ることにより歯冠を緩衝材を用いて固着できるばかりで
なく、該接着層が上記と同様に主応力線の変換装置とク
ッションとなり咬合力の人工歯根内筒に及ぼす破壊傾向
が除去される。なお、外筒と内部歯根の形状は植立部位
によって若干形が異なっており、後述の実施例に示すよ
うに、根尖端部は前歯、小臼歯、犬歯型では丸く、大臼
歯型では分岐して中心に陥凹を有する。

【００１１】外筒に用いられる材料は、金属単体、合
金、金属に蒸着または溶接された生体活性または不活性
セラミック、表面が金属またはセラミックの多孔体であ
る金属、サーメット、バイオガラス、これらの複合材料
などから選ばれる。また、内部歯根に用いられる材料
は、金属、単体、合金、セラミックス、サーメット、バ
イオガラス、プラスチックス、これらの複合材料などか
ら選ばれる。緩衝材には、プラスチックスの接着剤やセ
メント材や金属（アマルガム）が用いられる。例えば、
スーパーボンド（商標名）、ユージノールセメント（商
標名）、アマルガム等である。

【００１２】次に、本発明の人工歯根の材料として適当
な金属について説明する。（１）概要純ＴｉやＴｉ合金は、生体用の金属材料として医科およ
び歯科の分野で幅広い応用が試みられている。特に、純
Ｔｉは生体為害性が極めて少なく、生体との親和性が良
いため、体内に挿入する人工歯根として高く評価されて
いる。また、形状記憶効果を利用することで挿入後の固
定が容易に行える利点を活かし、Ｔｉ系の形状記憶合金
を人工歯根として実用化する研究も行われている。その
中でもＴｉＰｄ系形状記憶合金は、歯科で長年用いられ
てきたＰｄと耐食性に優れたＴｉを主組成とする合金で
あり、生体為害性の少ない人工歯根用の材料として期待
されている。

【００１３】（２）ＴｉＰｄ−Ｃｏ合金の組成Ｔｉ−５０ｍｏｌ％Ｐｄ合金のＰｄをＣｏで１９〜２０
ｍｏｌ％置換した組成であり、４〜５０℃の温度範囲で
熱弾性型マルテンサイト変態する。図１３に示すように
Ｃｏ濃度が高くなると変態温度が低下し、Ｃｏ濃度が２
０ｍｏｌ％の組成では４℃で変態する。Ｔｉ−５０−ｘｍｏｌ％Ｐｄ−Ｘｍｏｌ％Ｃｏ（１９≦
ｘ≦２０）（３）耐食性Ｔｉ−５０ｍｏｌ％Ｐｄ合金のアノード分極を測定する
と、図１４に示すように不動態化皮膜の破壊する電位は
０．６Ｖ付近である。図１５に示す市販の鋳造用Ｃｏ−
Ｃｒ合金と比較すると同等の耐食性を示すと思われる。
このＴｉＰｄ合金のＰｄをＣｏで一部置換したＴｉＰｄ
−Ｃｏ合金では、Ｃｏ濃度が増加するにつれて図１６に
示すように不動態化皮膜の破壊する電位が卑な方に移行
して耐食性が低下する。しかし、自然電位が比較的高い
ことや不動態化皮膜が生成するため不動態域での電流密
度が低いことなどを考慮すると、Ｃｏ濃度が２０ｍｏｌ
％の組成でもステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）とほぼ同程
度の耐食性を示すのではないかと考えられる。

【００１４】（４）機械的性質ＴｉＰｄ−Ｃｏ合金のマイクロビッカース硬さは、２０
０前後であり、形状記憶による変形範囲内では時効硬化
させたタイプIV金合金より幾分低い値をとる。冷間では
滑りによる塑性変形量が比較的少ないため割れ易く加工
しにくいが、８００〜９００℃の熱間で加工を行うと容
易に圧延できる。０℃付近で曲げ変形を与えたＴｉ−３
０ｍｏｌ％Ｐｄ−２０ｍｏｌ％Ｃｏ合金を２６℃まで加
熱すると形状記憶効果が現れる。セラミックス材料は一
般に親水性であり、生体となじみやすいので本発明に適
している。特にバイオセラミックと呼ばれるものが適し
ている。セラミックスの具体例としては、生体とほとん
ど化学反応しないバイオイナートであるアルミナ、ジル
コニアや逆に生体と反応するバイオアクティブである３
ＣａＯ・Ｐ₂Ｏ₅多孔質体、水酸アパタイト、アパイト含
有結晶化ガラスが好適である。

【００１５】プラスチック材料としては、強度や膨張率
の点から選ばれるが、エンジニアプラスチックと呼ばれ
るもののうち、ポリアセタール樹脂、ＡＢＳ樹脂、エポ
キシ樹脂、ポリアミド樹脂、アイオノマー、ジアリルフ
タレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリフェニレ
ンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミドな
どが好ましい。以上の金属材料、セラミック材料、プラ
スチック材料はあくまで例示であって、本発明はこれら
のみに限定されるものではない。本発明において樹脂接
着剤と用いられるものは、熱可塑性樹脂系のものおよび
熱硬化性樹脂系のものが利用できるが、具体的には、シ
アノアクリレート、エポキシ樹脂、ポリイソシアネート
などがあげられるが、本発明はこれらに限定されない。

【００１６】

【実施例】本発明の人工歯根は用いる部位および材料に
よって最適の形状が異なる。以下それ等を具体的に図面
によって示す。以下の各実施例の人工歯根においては、
その内部構造は、図３，４または図５で示されるような
外筒と内部歯根の二重構造である。図６は、上顎前歯用
の人工歯根の説明図である。以下各図ともａは正面図、
ｂは左側面図、ｃは右側面図、ｄは背面図、ｅは平面
図、ｆは底面図である。側面には軸方向に沿って半径方
向の膨出部４と陥凹部３とが交互に設けられ先端に根尖
部６が存在する。陥凹部は側面の一部に穴のような陥凹
部９として存在してもよい。

【００１７】図７は、下顎、前歯、犬歯用の人工歯根の
説明図であり、各符号は図６と同じである。図８は上下
顎小臼歯用の人工歯根である。図９は上顎大臼歯用の人
工歯根の一例であり、歯根部が三つに分れている。図１
０は下顎大臼歯用の人工歯根の一例であり、歯根部が二
つに分れている。図１１は上顎大臼歯用の人工歯根の他
の例であり、歯根部が三つに分れている。図１２は下顎
大臼歯用の人工歯根の他の例であり、歯根部が四つに分
れている。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の人工歯根
は二重構造により応力の分散と均等化をはかるもので従
来の人工歯根に比較すると周囲骨が破壊されにくく、長
期に安定であるとともに、感染が防止され、固有歯槽骨
に相当する外筒と周囲骨がよく癒着し、それに付着する
骨梁の形成が容易であり、長期にわたる安定した機能が
維持される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の人工歯根の作用の説明図。

【図２】天然歯および結合組織付着様式の人工歯根にお
ける主応力線に一致した歯周部の骨組織のリモデリング
を示す三次元の立体図。

【図３】本発明の人工歯根の説明図。

【図４】本発明の人工歯根の他の態様を示す説明図。

【図５】本発明の人工歯根の他の態様を示す説明図。

【図６】上顎前歯用人工歯根の説明図。

【図７】下顎前歯、犬歯用人工歯根の説明図。

【図８】上下顎小臼歯用人工歯根の説明図。

【図９】上顎大臼歯用人工歯根の一例の説明図。

【図１０】下顎大臼歯用人工歯根の一例の説明図。

【図１１】上顎大臼歯用人工歯根の他の例の説明図。

【図１２】下顎大臼歯用人工歯根の他の例の説明図。

【図１３】ＴｉＰｄ−Ｃｏ合金の変態温度とＣｏ濃度の
関係を示す図表。

【図１４】ＴｉＰｄ合金のアノード分極曲線の図表。

【図１５】市販のＣｏ−Ｃｒ合金のアノード分極曲線の
図表。

【図１６】ＴｉＰｄ合金のアノード分極曲線の図表。

【符号の説明】

１人工歯根２線維組織３，３’，３'' 陥凹部４，４’，４'' 膨出部５歯冠部６根尖部７外筒８内部歯根９樹脂接着剤１０プラスチック製ストッパーＡ骨梁Ｂ顎骨の輪郭を形成する皮質骨

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一端に歯冠部、反対端に根尖部を有する
円柱状である人工歯根において、外筒と内部歯根の二重
構造を有し、軸方向に沿って外筒及び内部歯根の側面部
に膨出部と陥凹部が交互に形成され、外筒と内部歯根は
緩衝材によって固着されていることを特徴とする人工歯
根。
【請求項２】外筒の内部面が円筒形である請求項１記
載の人工歯根。
【請求項３】外筒の内部面が膨出部と陥凹部が交互に
形成された波状形である請求項１記載の人工歯根。
【請求項４】外筒は、金属、金属に蒸着または溶接さ
れた生体活性または不活性セラミック、表面が金属また
はセラミックの多孔体である金属から選ばれた材料から
なることを特徴とする請求項１記載の人工歯根。
【請求項５】外筒はチタンまたはチタン合金からなる
ことを特徴とする請求項４記載の人工歯根。
【請求項６】生体活性セラミックがヒドロキシアパタ
イト、ＴＣＰ、またはバイオグラスである請求項４記載
の人工歯根。
【請求項７】生体不活性セラミックがアルミナまたは
ジルコニアである請求項４記載の人工歯根。
【請求項８】内部歯根は、金属、セラミックス、プラ
スチックから選ばれた材料からなることを特徴とする請
求項１記載の人工歯根。
【請求項９】緩衝材が樹脂接着剤である請求項１記載
の人工歯根。
【請求項１０】根尖端部が丸く、前歯、小臼歯および
犬歯の何れかに用いることを特徴とする請求項１記載の
人工歯根。
【請求項１１】根尖部が分岐しており、その中心に陥
凹を有し、大臼歯に用いることを特徴とする請求項１記
載の人工歯根。
【請求項１２】外筒と内部歯根の隙間に樹脂接着剤を
充填する際に、ボール状のプラスチック製ストッパーを
用いることを特徴とする請求項９記載の人工歯根の製造
法。