セラミック材料の表面性状が 対合材料の摩耗に及ぼす影響
日 本 大 学 大 学 院 歯 学 研 究 科 歯 学 専 攻
佐 伯 修
（ 指 導 ： 松 村 英 雄 教 授 ， 小 泉 寛 恭 専 任 講 師 ）
概 要
セ ラ ミ ッ ク 材 料 は ， 高 い 機 械 的 強 度 と 優 れ た 生 体 親 和 性 を 有 し て お り ， 歯 冠 修 復 材 料 と し て 使 用 さ れ て い る 。 ま た ， 患 者 の 審 美 的 要 求 に 伴 い ， セ ラ ミ ッ ク 材 料 を 臼 歯 部 に 適 用 す る 頻 度 が 増 加 し て い る 。 ジ ル コ ニ ア は ， セ ラ ミ ッ ク 材 料 の 中 で も 高 い 機 械 的 強 度 を 持 ち ， 歯 科 領 域 で の 応 用 範 囲 が 拡 大 し て い る 材 料 で あ る 。 従 来 ， ジ ル コ ニ ア は 補 綴 装 置 の フ レ ー ム 材 料 と し て 用 い ら れ ， セ ラ ミ ッ ク 材 料 を 築 盛 ，焼 成 し 補 綴 装 置 と し て 使 用 さ れ て き た 。し か し ，セ ラ ミ ッ ク 材 料 を 築 盛 ， 焼 成 し た ジ ル コ ニ ア の 補 綴 装 置 は ， 築 盛 部 分 の 破 損 や チ ッ ピ ン グ な ど が 問 題 と な っ て い る 。 こ の 問 題 を 解 決 す る た め に ジ ル コ ニ ア 単 体 の 補 綴 装 置 が 製 作 さ れ る よ う に な っ て き て い る 。 し か し ， ジ ル コ ニ ア 単 体 の 補 綴 装 置 は 機 械 的 強 度 が 高 い た め ， 対 合 歯 へ の 影 響 は 未 だ 不 明 な 点 が 多 い 。 そ こ で 本 研 究 で は ， ジ ル コ ニ ア を は じ め と し た 各 種 セ ラ ミ ッ ク 材 料 の 表 面 性 状 の 違 い が ， 規 格 化 さ れ た 球 状 対 合 試 料 の 摩 耗 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て ， 摩 耗 量 測 定 な ら び に 走 査 電 子 顕 微 鏡 （ 以 下 SEM）
観 察 を 行 っ た 。
セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 は ， ジ ル コ ニ ア （ カ タ ナ KT 10， ク ラ レ ノ リ タ ケ デ ン タ ル ），焼 付 用 陶 材（ 以 下 porcelain，EX-3 nA1B，ク ラ レ ノ リ タ ケ デ ン タ ル ）お よ び 二 ケ イ 酸 リ チ ウ ム ガ ラ ス セ ラ ミ ッ ク ス（ 以 下 LDG ceramics，e.max CAD MO1/C14， Ivoclar Vivadent） を 用 い た 。 球 状 対 合 試 料 と し て 金 合 金 （ キ ャ ス テ ィ ン グ ゴ ー ル ド M.C. Type IV， ジ ー シ ー ） と フ ル オ ロ ア パ タ イ ト ガ ラ ス セ ラ ミ ッ ク ス （ 以 下 HP ceramics，e.max ZirPress LT A3，Ivoclar Vivadent） を 用 い た 。
摩 耗 試 験 に 先 立 ち ， セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 お よ び 球 状 対 合 試 料 の ビ ッ カ ー ス 硬 さ を 測 定 し た 。 ビ ッ カ ー ス 硬 さ は ， 荷 重 9.8 N， 荷 重 保 持 時 間 15 秒 の 条 件 で 微 小 硬 度 計 （HMV-1， 島 津 ） を 用 い て 測 定 し た 。
セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 は ，そ れ ぞ れ 製 造 者 指 示 に 従 い 焼 成 し ，平 板 状（18×18×2 mm）に 調 製 し た 。セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 の 表 面 性 状 は ，粗 面 と 研 磨 面 を 規 定 し た 。 表 面 粗 さ は ，JIS B 0633:2011 に 準 拠 し ，表 面 粗 さ 測 定 器（ サ ー フ コ ム 1400，東 京 精 密 ） を 用 い て 測 定 し た 。
球 状 対 合 試 料 は ，球 状 原 型（2.0 mm PMMA 球 ，佐 藤 鉄 工 ）を 用 い て 製 作 し た 。 金 合 金 球 状 対 合 試 料 は 鋳 造 ，硬 化 熱 処 理 を 行 い ，研 磨 を 行 っ た 。HP ceramics 球 状 対 合 試 料 は 製 造 者 指 示 に 従 っ て 加 圧 成 形 後 ， グ レ ー ズ 材 （IPS e.max Ceram Glaze Paste FLUO，Ivoclar Vivadent） を 用 い て グ レ ー ズ 処 理 を 行 っ た 。
摩 耗 試 験 に は セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 と 球 状 対 合 試 料 を 用 い ， グ リ セ ロ ー ル と 球 状 PMMA 粉 末（ ア ク ロ ン ，ジ ー シ ー ）を 混 和 し た 疑 似 食 物 を 使 用 し た 。摩 耗 試 験 は ，荷 重 5.9 N，ス ト ロ ー ク 幅 3.0 mm，ス ト ロ ー ク 回 数 5,000 回 ，繰 返 し 速 度 1 Hz の 条 件 で ス ト ロ ー ク 型 摩 耗 試 験 機 （K-317, 東 京 技 研 ） を 用 い て 行 っ た 。 摩 耗 高 さ は ， 走 査 レ ー ザ ー 顕 微 鏡 を （1LM21W, レ ー ザ ー テ ッ ク ） を 用 い て 球 状 対 合 試 料 摩 耗 部 位 直 径 を 計 測 し ，計 算 式 に よ り 算 出 し た 。摩 耗 試 験 後 の 試 料 表 面 を SEM を 用 い て 観 察 し た 。
ビ ッ カ ー ス 硬 さ は ， ジ ル コ ニ ア が 有 意 に 高 い 値 を 示 し ， 金 合 金 が 有 意 に 低 い 値 を 示 し た 。 セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 の 表 面 粗 さ は ， 粗 面 に お い て porcelain 平 板 と
LDG ceramics 平 板 が 有 意 に 高 い 値 を 示 し ，研 磨 面 に お い て ，porcelain 平 板 が 有 意 に 高 い 値 を 示 し た 。
摩 耗 試 験 は ，金 合 金 球 状 対 合 試 料 に 対 し て ，粗 面 に お い て は porcelain 平 板 が 有 意 に 高 い 値 を 示 し ，研 磨 面 に お い て も porcelain 平 板 が 有 意 に 高 い 値 を 示 し た 。 HP ceramics 球 状 対 合 試 料 に 対 し て ， 粗 面 に お い て は ジ ル コ ニ ア 平 板 が 有 意 に 高 い 値 を 示 し ，研 磨 面 に お い て は porcelain 平 板 が 有 意 に 高 い 値 を 示 し た 。各 種 セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 の 表 面 粗 さ と 各 球 状 対 合 試 料 の 摩 耗 量 と の 間 に ， そ れ ぞ れ 高 い 正 の 相 関 を 認 め た 。
SEM 観 察 で は ， 粗 面 に 対 し て ， 金 合 金 球 状 対 合 試 料 と HP ceramics 球 状 対 合 試 料 共 に 明 ら か な 摩 耗 部 位 が 認 め ら れ た 。HP ceramics 球 状 対 合 試 料 の 滑 走 痕 が ， porcelain 平 板 粗 面 と LDG ceramics 平 板 粗 面 上 に 観 察 で き た が ，ジ ル コ ニ ア 平 板 粗 面 上 に は 認 め ら れ な か っ た 。 滑 走 部 の 拡 大 像 で は ， 金 合 金 球 状 対 合 試 料 は 摩 耗 面 辺 縁 に 金 属 が 伸 展 し た 像 を 認 め た 。 ま た セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 粗 面 に 対 し て は ， 滑 走 方 向 に 線 条 痕 が 観 察 さ れ た 。HP ceramics 球 状 対 合 試 料 は ，摩 耗 面 辺 縁 部 が 不 明 瞭 で あ り ， 摩 耗 面 は 粗 造 で あ る こ と が 観 察 さ れ た 。
セ ラ ミ ッ ク 材 料 の 表 面 性 状 が 対 合 材 料 の 摩 耗 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 検 討 し た 結 果 ， 以 下 の 結 論 を 得 た 。
1. 金 合 金 球 状 対 合 試 料 の 摩 耗 量 は ，粗 面 お よ び 研 磨 面 共 に porcelain 平 板 が ジ ル コ ニ ア 平 板 ，LDG ceramics 平 板 と 比 較 し て 有 意 に 高 い 値 を 示 し た 。
2. HP ceramics 球 状 対 合 試 料 の 摩 耗 量 は ，粗 面 で は ジ ル コ ニ ア 平 板 が 有 意 に 高 い 値 を 示 し た が ， 研 磨 面 で は porcelain 平 板 が 有 意 に 高 い 値 を 示 し た 。
3. す べ て の セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 の 表 面 粗 さ と 球 状 対 合 試 料 の 摩 耗 量 と の 間 に 高 い 正 の 相 関 を 認 め た 。
4. 金 合 金 球 状 対 合 試 料 滑 走 時 に は ， セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 表 面 に 変 化 は 観 察 さ れ な か っ た が ，HP ceramics 球 状 対 合 試 料 滑 走 時 に お い て ，porcelain 平 板 と LDG ceramics 平 板 の 表 面 に 滑 走 痕 を 認 め た 。
5. 金 合 金 球 状 対 合 試 料 で は ，摩 耗 面 辺 縁 に 金 属 が 伸 展 し た 像 を 認 め ，HP ceramics 球 状 対 合 試 料 で は ， 摩 耗 面 辺 縁 部 が 不 明 瞭 で あ り ， 摩 耗 面 は 粗 造 で あ っ た 。
な お ， 本 論 文 は 原 著 論 文 Saiki O, Koizumi H, Nogawa H, Hiraba H, Akazawa N, Matsumura H. Influence of ceramic surface texture on the wear of gold alloy and heat-pressed ceramics, Dent Mater J 2014, (in press)を 基 幹 論 文 と し ，SEM 観 察 に よ る 新 た な 実 験 デ ー タ を 加 え る こ と に よ っ て 総 括 し た も の で あ る 。
緒 言
セ ラ ミ ッ ク 材 料 は ， 高 い 機 械 的 強 度 と 優 れ た 生 体 親 和 性 を 有 し て お り ， 歯 冠 修 復 材 料 と し て 使 用 さ れ て い る 。 ま た ， 患 者 の 審 美 的 要 求 に 伴 い ， セ ラ ミ ッ ク 材 料 を 臼 歯 部 に 適 用 す る 頻 度 が 増 加 し て い る 。 ジ ル コ ニ ア は ， セ ラ ミ ッ ク 材 料 の 中 で も 高 い 機 械 的 強 度 を 持 ち ， 歯 科 領 域 で の 応 用 範 囲 が 拡 大 し て い る 材 料 で あ る 。 従 来 ， ジ ル コ ニ ア は 補 綴 装 置 の フ レ ー ム 材 料 と し て ， セ ラ ミ ッ ク 材 料 を 築 盛 ， 焼 成 し 使 用 さ れ て き た 1)。 し か し ， セ ラ ミ ッ ク 材 料 を 築 盛 ， 焼 成 し た ジ ル コ ニ ア の 補 綴 装 置 は ， 築 盛 部 分 の 破 損 や チ ッ ピ ン グ な ど が 問 題 と な っ て い る 2)。 こ の 問 題 を 解 決 す る た め に ， ジ ル コ ニ ア 単 体 の 補 綴 装 置 が 製 作 さ れ る よ う に な っ て き て い る 3,4)。し か し ，ジ ル コ ニ ア は 他 の 歯 科 用 セ ラ ミ ッ ク 材 料 と 比 較 し て 耐 摩 耗 性 が 高 い た め 5)， 対 合 歯 の 摩 耗 に 及 ぼ す 影 響 が 懸 念 さ れ て い る 6-8)。
摩 耗 は ， 材 料 の 構 造 密 度 や 結 晶 構 造 ， 対 合 歯 の 状 態 ， 食 物 ， ブ ラ ッ シ ン グ と 歯 磨 剤 ， 口 腔 習 癖 な ど 複 数 の 要 因 が 関 与 す る 現 象 で あ る 。 特 に 表 面 粗 さ ， 微 細 構 造 お よ び 患 者 の 咬 合 状 態 は ， 摩 耗 に 強 く 影 響 を 与 え る 要 因 で あ る こ と が 報 告 さ れ て
い る 9-11)。 近 年 ， ジ ル コ ニ ア が 対 合 歯 の 摩 耗 に 及 ぼ す 影 響 に 関 す る 研 究 が 数 多 く
報 告 さ れ て い る 5,12-16)。 研 磨 を 行 っ た ジ ル コ ニ ア は 他 の セ ラ ミ ッ ク 材 料 と 比 較 し て ， エ ナ メ ル 質 の 摩 耗 量 に 与 え る 影 響 が 小 さ く ， 対 合 試 料 の 摩 耗 に 与 え る 影 響 も 小 さ い こ と が 報 告 さ れ て い る 14,15)。こ の よ う に 近 年 の 研 究 に お い て ，研 磨 を 行 っ た ジ ル コ ニ ア は ， 他 の セ ラ ミ ッ ク 材 料 と 比 較 し て 対 合 歯 の 摩 耗 に 与 え る 影 響 は 小 さ い と さ れ て い る 5,6,10,12-17)。こ れ ら の 研 究 で は ，対 合 試 料 は ケ イ 酸 マ グ ネ シ ウ ム
や ヒ ト エ ナ メ ル 質 が 用 い ら れ て い る 5,6,10,12-17)。一 方 ，歯 科 用 合 金 や 歯 科 用 セ ラ ミ ッ ク 材 料 を 球 状 対 合 試 料 と し て 用 い た 研 究 は 少 な い 。
歯 科 用 合 金 や 加 圧 成 形 セ ラ ミ ッ ク 材 料 を 用 い て ， ロ ス ト ワ ッ ク ス 法 に よ っ て ， 精 密 な 球 状 対 合 試 料 を 製 作 す る こ と が 可 能 で あ る 5,18,19)。 そ こ で 本 研 究 で は ， ジ ル コ ニ ア を は じ め と し た 各 種 セ ラ ミ ッ ク 材 料 の 表 面 性 状 の 違 い が 規 格 化 さ れ た 球 状 対 合 試 料 の 摩 耗 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て ，摩 耗 量 測 定 な ら び に 走 査 電 子 顕 微 鏡（ 以 下 ，SEM） 観 察 を 行 う こ と に よ っ て 検 討 し た 。
材 料 お よ び 方 法 1. 材 料
本 研 究 に 使 用 し た 材 料 を Table 1 に 示 し た 。 平 板 試 料 の セ ラ ミ ッ ク 材 料 に は ， ジ ル コ ニ ア（ カ タ ナ KT10，ク ラ レ ノ リ タ ケ デ ン タ ル ），焼 付 用 陶 材（ 以 下 porcelain， EX-3 nA1B， ク ラ レ ノ リ タ ケ デ ン タ ル ） お よ び 二 ケ イ 酸 リ チ ウ ム ガ ラ ス セ ラ ミ ッ ク ス （ 以 下 LDG ceramics，e.max CAD MO1/C14，Ivoclar Vivadent） を 用 い た 。 各 種 セ ラ ミ ッ ク 材 料 は ，製 造 者 指 示 に 従 っ て 焼 成 し（ ジ ル コ ニ ア：焼 成 温 度 1,400℃ ， 焼 成 時 間 2 時 間 ；porcelain： 開 始 温 度 600℃ ， 乾 燥 時 間 7 分 ， 温 度 上 昇 率 45℃ / 分 ， 焼 成 温 度 930℃ ；LDG ceramics： 焼 成 温 度 850℃ ， 係 留 時 間 10 分 ）， 平 板 状
（18×18×2 mm） に 調 製 し た 。 そ の 後 ， セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 は 耐 水 研 磨 紙
（#170-2,000，Wetordry Tri-M-ite，3M）を 用 い て 研 削 を 行 い ，バ フ（TexMet 1,500， Buehler） と ダ イ ヤ モ ン ド ペ ー ス ト （1 µm，MetaDi，Buehler） を 用 い て 仕 上 げ 研 磨 を 行 っ た 。 そ の 後 ， セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 は ， ア ル ミ ニ ウ ム 枠 に エ ポ キ シ レ ジ ン（EpoxiCure，Buehler）を 用 い て 包 埋 し た 。セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 は そ れ ぞ れ 7 個 製 作 し た 。
セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 の 表 面 性 状 は ，FG コ ン ト ラ ア ン グ ル ハ ン ド ピ ー ス
（S200MLX， ヨ シ ダ ） と ダ イ ヤ モ ン ド ポ イ ン ト （ 松 風 ダ イ ヤ モ ン ド ポ イ ン ト FG 102R， 松 風 ） を 用 い ， 荷 重 2.0 N， 回 転 速 度 200,000 r/min に て 研 削 し た 面 を 粗 面 と 規 定 し た （Fig. 1）。 ま た ， 粗 面 を セ ラ ミ ッ ク ス 用 研 磨 ポ イ ン ト （StarGloss blue/pink/gray，Edenta） に て 研 磨 後 ， ブ ラ シ と 研 磨 用 ペ ー ス ト （Zircon-Bright，
DVA） に て 仕 上 げ ， 研 磨 面 と し た 。
球 状 対 合 試 料 の 材 料 に は ， 金 合 金 （ キ ャ ス テ ィ ン グ ゴ ー ル ド M.C. Type IV， ジ ー シ ー ） と フ ル オ ロ ア パ タ イ ト ガ ラ ス セ ラ ミ ッ ク ス （ 以 下 HP ceramics，e.max ZirPress LT A3，Ivoclar Vivadent） を 使 用 し ， 球 状 原 型 に は 直 径 2.0 mm の PMMA 球 （ 佐 藤 鉄 工 ） を 用 い た 。 金 合 金 球 状 対 合 試 料 は ， 原 型 を ク リ ス ト バ ラ イ ト 埋 没 材（ イ デ ア ベ ス ト ミ ク ロ ，ジ ー シ ー ）を 用 い て 埋 没 し ，鋳 造 ，硬 化 熱 処 理 を 行 い ， シ リ コ ー ン ポ イ ン ト（M2 13/10，松 風 ）を 用 い て 研 磨 を 行 っ た 。HP ceramics 球 状 対 合 試 料 は ，原 型 を 専 用 埋 没 材（IPS Pressvest，Ivoclar Vivadent）を 用 い て 埋 没 し ， 製 造 者 指 示 に 従 っ て 加 圧 成 形 （ 開 始 温 度 700℃ ， 温 度 上 昇 率 60℃/分 ， 焼 成 温 度 900℃ ，係 留 時 間 15 分 ）し た 後 ，グ レ ー ズ 材（IPS e.max Ceram Glaze Paste FLUO，
Ivoclar Vivadent） を 用 い て グ レ ー ズ 処 理 （ 開 始 温 度 403℃ ， 温 度 上 昇 率 60℃/分 ， 焼 成 温 度 770℃ ，係 留 時 間 1～2 分 ）を 行 っ た 。球 状 対 合 試 料 は ，円 柱 状（ 直 径 10 mm）の レ ジ ン（ パ タ ー ン レ ジ ン ，ジ ー シ ー ）内 に 先 端 の 球 状 部 位 が 露 出 す る よ う に 設 置 し た （Fig. 2）。
2. ビ ッ カ ー ス 硬 さ の 測 定
セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 お よ び 球 状 対 合 試 料 に 使 用 し た 材 料 を ，平 板（18×18×2 mm）に 加 工 し ，耐 水 研 磨 紙（#2,000，Wetordry Tri-M-ite，3M）に て 研 削 を 行 っ た 。 ビ ッ カ ー ス 硬 さ は ，荷 重 9.8 N，荷 重 保 持 時 間 15 秒 の 条 件 で 微 小 硬 度 計（HMV-1， 島 津 ） を 用 い て 測 定 し た 。 測 定 は 1 試 料 に つ き 6 カ 所 測 定 を 行 い ， そ の 平 均 値 を 各 試 料 の ビ ッ カ ー ス 硬 さ と し た 。
3. 表 面 粗 さ （Ra） の 測 定
セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 の 表 面 粗 さ は ，JIS B 0633:2001 に 準 拠 し ， 表 面 粗 さ 測 定 器（ サ ー フ コ ム 1400，東 京 精 密 ）を 用 い て 測 定 し た 。摩 耗 試 験 滑 走 方 向 と 平 行 に ， 1 試 料 5 カ 所 測 定 を 行 い ， そ の 平 均 値 を 各 試 料 の 表 面 粗 さ と し た 。
4. 摩 耗 試 験
摩 耗 試 験 に は セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 と 球 状 対 合 試 料 を 用 い ， グ リ セ ロ ー ル と 球 状 PMMA 粉 末（ ア ク ロ ン ，ジ ー シ ー ）を 混 和 し た 疑 似 食 物 を 使 用 し た 。摩 耗 試 験 は ，荷 重 5.9 N，ス ト ロ ー ク 幅 3.0 mm，ス ト ロ ー ク 回 数 5,000 回 ，繰 返 し 速 度 1 Hz の 条 件 で ス ト ロ ー ク 型 摩 耗 試 験 器（K-317，東 京 技 研 ）を 用 い て 行 っ た 18,19)（Fig.
3）。 摩 耗 高 さ は ， 走 査 レ ー ザ ー 顕 微 鏡 （1LM21W， レ ー ザ ー テ ッ ク ） を 用 い て 球 状 対 合 試 料 の 摩 耗 部 位 直 径 （d） の 計 測 を 行 い ， 以 下 の 計 算 式 に よ り 算 出 し た 。
摩 耗 高 さ ＝1 －
2 4d2
5. SEM 観 察
摩 耗 試 験 後 の 試 料 を 24 時 間 減 圧 下 で 乾 燥 し た 後 ， オ ス ミ ウ ム 蒸 着 を 30 秒 間 行 っ た 。加 速 電 圧 15 kV の 条 件 で SEM（S-4300，日 立 ハ イ テ ク ノ ロ ジ ー ズ ）を 用 い て ， 摩 耗 試 験 後 の 試 料 表 面 を 観 察 し た 。
6. 統 計 分 析
統 計 分 析 は ，Kolmogorov-Smirnov 検 定 を 行 い ，正 規 性 の 検 定 を 行 っ た 。そ の 後 ， Levene 検 定 に て 等 分 散 性 の 検 定 を 行 っ た が ，一 部 の 結 果 に 等 分 散 性 が 認 め ら れ な か っ た た め ， 試 料 間 比 較 は ノ ン パ ラ メ ト リ ッ ク 統 計 法 の Steel-Dwass 多 重 比 較 検
定 を 行 っ た 。 ま た ， そ れ ぞ れ の セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 の 表 面 粗 さ と 摩 耗 量 の 相 関 分 析 を 行 い ， 回 帰 係 数 を 求 め た 。
結 果 1. ビ ッ カ ー ス 硬 さ
ビ ッ カ ー ス 硬 さ お よ び 統 計 分 析 の 結 果 を Table 2 に 示 す 。 ジ ル コ ニ ア が 1,443.5 と 有 意 に 高 い 値 を 示 し （category a）， 金 合 金 が 220.0 と 有 意 に 低 い 値 を 示 し た
（category e）。 各 材 料 間 に 有 意 な 差 を 認 め た （categories a-e）。
2. 表 面 粗 さ （Ra）
表 面 粗 さ お よ び 統 計 分 析 の 結 果 を Table 3 に 示 す 。 粗 面 に お い て ，porcelain 平 板 と LDG ceramics 平 板 （category f） が ジ ル コ ニ ア 平 板 （category g） と 比 較 し て 有 意 に 高 い 値 を 示 し た 。研 磨 面 に お い て ，porcelain 平 板（category h）が ジ ル コ ニ ア 平 板 と LDG ceramics 平 板（category i）と 比 較 し て 有 意 に 高 い 値 を 示 し た 。す べ て の セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 に お い て 研 磨 後 に 表 面 粗 さ の 減 少 が 認 め ら れ た 。
3. 摩 耗 試 験
金 合 金 球 状 対 合 試 料 の 摩 耗 量 お よ び 統 計 分 析 の 結 果 を Table 4 に 示 す 。 金 合 金 球 状 対 合 試 料 に 対 し て ， 粗 面 に お い て は porcelain 平 板 が 有 意 に 高 い 値 を 示 し
（category j），研 磨 面 に お い て も porcelain 平 板 が 有 意 に 高 い 値 を 示 し た（category l）。
HP ceramics 球 状 対 合 試 料 の 摩 耗 量 お よ び 統 計 分 析 の 結 果 を Table 5 に 示 す 。HP ceramics 球 状 対 合 試 料 に 対 し て ， 粗 面 に お い て は ジ ル コ ニ ア 平 板 が 有 意 に 高 い 値 を 示 し （category n）， 研 磨 面 に お い て は porcelain 平 板 が 有 意 に 高 い 値 を 示 し た
（category q）。
各 種 セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 の 表 面 粗 さ と 各 球 状 対 合 試 料 の 摩 耗 量 と の 間 に ， そ れ ぞ れ 高 い 正 の 相 関 を 認 め た（Figs. 4，5）。金 合 金 球 状 対 合 試 料 で の 回 帰 係 数 は ， porcelain 平 板 研 磨 面 が 最 小 の 4.5，porcelain平 板 粗 面 が 最 大 の 150.0 を 示 し ，HP ceramics 球 状 対 合 試 料 に お い て は ，LDG ceramics 平 板 粗 面 が 最 小 の 7.1， ジ ル コ ニ ア 平 板 粗 面 が 最 大 の 58.6 で あ っ た 。
4. SEM 観 察
摩 耗 し た 金 合 金 球 状 対 合 試 料 と HP ceramics 球 状 対 合 試 料 の SEM 像 を Figs. 6， 7 に 示 す 。粗 面 に 対 し て ，金 合 金 球 状 対 合 試 料 と HP ceramics 球 状 対 合 試 料 共 に 明 ら か な 摩 耗 部 位 が 認 め ら れ た （Figs. 6a-c，Figs. 7a-c）。 摩 耗 試 験 後 の セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 粗 面 の SEM像 を Fig. 8に 示 す 。HP ceramics 球 状 対 合 試 料 の 滑 走 痕 が ， porcelain 平 板 粗 面 と LDG ceramics 平 板 粗 面 上 に 観 察 で き た が （Figs. 8e, f）， ジ ル コ ニ ア 平 板 粗 面 上 に は 認 め ら れ な か っ た 。ま た ，金 合 金 球 状 対 合 試 料 の 滑 走 痕 は ， す べ て の セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 粗 面 に お い て 観 察 さ れ な か っ た （Figs. 8a-c）。
滑 走 部 の 拡 大 像 で は ， 金 合 金 球 状 対 合 試 料 は 摩 耗 面 辺 縁 に 金 属 が 伸 展 し た 像 を 認 め た （Fig. 9）。 ま た セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 粗 面 に 対 し て は ， 滑 走 方 向 に 線 条 痕 が 観 察 さ れ た が （Figs. 9a-c）， セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 研 磨 面 に 対 し て は 認 め ら れ な か っ た
（Figs. 9d-f）。HP ceramics 球 状 対 合 試 料 は ， 摩 耗 面 辺 縁 部 が 不 明 瞭 で あ り ， 摩 耗 面 は 粗 造 で あ っ た （Fig. 10）。
考 察
近 年 ， 臨 床 に お い て セ ラ ミ ッ ク 材 料 を 臼 歯 部 に 使 用 す る 機 会 が 増 加 し て い る 。 高 い 耐 摩 耗 性 を 有 す る セ ラ ミ ッ ク 材 料 を 臼 歯 部 に 使 用 し た 際 に ， 対 合 歯 の 摩 耗 が 容 易 に 進 行 す る と 考 え ら れ ， 検 討 さ れ て き た 。 こ れ ら の 報 告 で は ， 規 格 化 さ れ た ケ イ 酸 マ グ ネ シ ウ ム や ヒ ト エ ナ メ ル 質 が 対 合 試 料 と し て 用 い ら れ て き た
5,6,10,12-17)。 し か し ， ロ ス ト ワ ッ ク ス 法 に て ， 金 合 金 や HP ceramics を 用 い ， 規 格
化 し た 対 合 試 料 を 製 作 す る こ と は 可 能 で あ る 5)。 そ こ で 本 研 究 で は ， こ れ ら の 材 料 で 規 格 化 さ れ た 対 合 試 料 を 作 製 し ， 検 討 を 行 っ た 。
平 板 試 料 の 表 面 性 状 に つ い て は ，臨 床 条 件 を 想 定 し ，粗 面 お よ び 研 磨 面 と し た 。 す な わ ち ， 粗 面 は チ ェ ア サ イ ド に お け る ダ イ ヤ モ ン ド ポ イ ン ト を 用 い た 咬 合 調 整 後 の 表 面 性 状 を ， 研 磨 面 は チ ェ ア サ イ ド に お け る 研 磨 後 の 表 面 性 状 を 想 定 し た 。 ま た ，摩 耗 試 験 は 咬 頭 滑 走 運 動 を 想 定 し 9)，PMMA 粉 末 と グ リ セ ロ ー ル の ス ラ リ ー を 介 在 さ せ た 5)。
摩 耗 試 験 に 先 立 ち ， 今 回 使 用 し た 材 料 の ビ ッ カ ー ス 硬 さ と 各 種 セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 の 表 面 粗 さ の 測 定 を 行 っ た 。 ジ ル コ ニ ア は ， ビ ッ カ ー ス 硬 さ に お い て 有 意 に 高 い 値 を 示 し た が ， 表 面 粗 さ に お い て は 粗 面 ， 研 磨 面 共 に 有 意 に 低 い 値 を 示 し た 。 こ れ は ， ジ ル コ ニ ア の 機 械 的 強 度 が 非 常 に 高 い た め ， ダ イ ヤ モ ン ド ポ イ ン ト で は 研 削 さ れ に く か っ た た め と 考 え ら れ た 。ま た ，研 削 後 の porcelain が 最 も 粗 い 面 を 呈 し た の は ， 焼 成 中 に 発 生 し た 微 細 な 空 隙 の 存 在 や 複 数 成 分 か ら 構 成 さ れ て い る こ と な ど の た め と 考 え ら れ た 6,10)。
摩 耗 試 験 に お い て ， 球 状 対 合 試 料 の 摩 耗 量 と セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 の 表 面 粗 さ の 間 に 高 い 正 の 相 関 が 認 め ら れ ， 表 面 粗 さ が 対 合 歯 の 摩 耗 に 影 響 を 及 ぼ し て い る こ と が 示 唆 さ れ た 。 し か し ， ジ ル コ ニ ア 平 板 粗 面 に お い て HP ceramics 球 状 対 合 試 料 の 摩 耗 量 は 有 意 に 高 い 値 を 示 し た が ， 表 面 粗 さ の 値 は 小 さ か っ た 。 そ の 理 由 と し て は ， ジ ル コ ニ ア の ビ ッ カ ー ス 硬 さ は 1,443.5 と 使 用 し た 材 料 の 中 に お い て 有 意 に 高 い 値 を 示 し ，HP ceramics の ビ ッ カ ー ス 硬 さ と の 差 が 大 き い こ と が 挙 げ ら れ る 。さ ら に SEM 観 察 に お い て ，ジ ル コ ニ ア 平 板 粗 面 に は HP ceramics 球 状 対 合 試 料 が 滑 走 し た 跡 は 確 認 で き な か っ た （Fig. 8d）。HP ceramics 球 状 対 合 試 料 は ， 金 合 金 球 状 対 合 試 料 と 異 な り グ レ ー ズ 処 理 が 行 わ れ て お り ， ジ ル コ ニ ア 平 板 粗 面 に よ っ て 約 35～40 µmの 厚 み の グ レ ー ズ 層 10,14-16)が 摩 耗 し た こ と も 影 響 し て い る と 考 え ら れ る 。
一 方 ，porcelain，LDG ceramics お よ び HP ceramics の ビ ッ カ ー ス 硬 さ の 差 は 比 較 的 小 さ か っ た た め ，porcelain 平 板 粗 面 と LDG ceramics 平 板 粗 面 で は ，HP ceramics 球 状 対 合 試 料 に よ る 滑 走 痕 が 生 じ た も の と 考 え ら れ た （Figs. 8e, f）。
HP ceramics 球 状 対 合 試 料 の 摩 耗 量 と 各 種 セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 粗 面 の 表 面 粗 さ の 回 帰 係 数 は ，LDG ceramics 平 板 粗 面 で 最 も 小 さ い 値 を 示 し た 。一 方 ，金 合 金 球 状 対 合 試 料 の 摩 耗 量 と porcelain 平 板 粗 面 の 表 面 粗 さ の 回 帰 係 数 は150と 最 も 高 い 値 を 示 し た 。 こ れ ら の 結 果 は ， 摩 耗 現 象 が 表 面 粗 さ と 硬 さ だ け で は な く ， 構 造 密 度 や 結 晶 構 造 な ど 多 く の 要 因 が 関 与 し て い る た め と 考 え ら れ た 。ま た ，HP ceramics 球 状 対 合 試 料 の グ レ ー ズ 層 は ， 滑 走 摩 耗 試 験 の 初 期 段 階 に 損 耗 さ れ る こ と が 示 唆
調 整 後 に 適 切 な シ ス テ ム を 用 い て 研 磨 を 行 う と と も に ， 口 腔 内 に 装 着 し た 後 も ， 表 面 性 状 の 変 化 に よ る 摩 耗 に 留 意 す る こ と が 重 要 で あ る こ と が 示 唆 さ れ た 。
結 論
セ ラ ミ ッ ク 材 料 の 表 面 性 状 が 対 合 材 料 の 摩 耗 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 検 討 し た 結 果 ， 以 下 の 結 論 を 得 た 。
1. 金 合 金 球 状 対 合 試 料 の 摩 耗 量 は ，粗 面 お よ び 研 磨 面 共 に porcelain 平 板 が ジ ル コ ニ ア 平 板 ，LDG ceramics 平 板 と 比 較 し て 有 意 に 高 い 値 を 示 し た 。
2. HP ceramics 球 状 対 合 試 料 の 摩 耗 量 は ，粗 面 で は ジ ル コ ニ ア 平 板 が 有 意 に 高 い 値 を 示 し た が ， 研 磨 面 で は porcelain 平 板 が 有 意 に 高 い 値 を 示 し た 。
3. す べ て の セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 の 表 面 粗 さ と 球 状 対 合 試 料 の 摩 耗 量 と の 間 に 高 い 正 の 相 関 を 認 め た 。
4. 金 合 金 球 状 対 合 試 料 滑 走 時 に は ， セ ラ ミ ッ ク ス 平 板 試 料 表 面 に 変 化 は 観 察 さ れ な か っ た が ，HP ceramics 球 状 対 合 試 料 滑 走 時 に お い て ，porcelain 平 板 と LDG ceramics 平 板 の 表 面 に 滑 走 痕 を 認 め た 。
5. 金 合 金 球 状 対 合 試 料 で は ，摩 耗 面 辺 縁 に 金 属 が 伸 展 し た 像 を 認 め ，HP ceramics 球 状 対 合 試 料 で は ， 摩 耗 面 辺 縁 部 が 不 明 瞭 で あ り ， 摩 耗 面 は 粗 造 で あ っ た 。
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表および図
Table 1 Materials assessed
Material / Trade name Manufacturer Lot number Composition (mass%) Plate specimen
Zirconia (ZrO2) / Katana KT10 Kuraray Noritake Dental Inc.
Z309849B 94.4 ZrO2, 5.4 Y2O3
Porcelain / EX-3 nA1B Kuraray Noritake Dental Inc.
27687 SiO2, Al2O3, K2O, Na2O, Ba2O, CaO
LDG ceramics / e.max CAD MO1/C14
Ivoclar Vivadent AG
N16387 SiO2, Li2O, K2O, P2O5, ZrO2, ZnO2, Al2O3, MgO
Rounded rod specimen Gold alloy / Casting Gold M.C. Type IV
GC Corp. 702151
70 Au, 8 Ag, 16 Cu, 2 Pt, 3 Pd HP ceramics / e.max
ZirPress LT A3
Ivoclar Vivadent AG
N38404 SiO2, Na2O, K2O, MgO, Al2O3, CaO, ZrO2, P2O5, F*
Porcelain, Feldspathic porcelain for porcelain-fused-to-metal technique; LDG ceramics, Lithium disilicate glass ceramics; HP ceramics, Heat-pressed ceramics; *Harding AB et al.20)
Table 2 Vickers hardness of specimens
Vickers hardness number
Mean (SD) Median IQR Statistical category Zirconia 1447.5 (25.1) 1443.5 49.0 a
LDG ceramics 609.0 (9.7) 607.5 13.0 b HP ceramics 554.8 (13.8) 553.0 25.0 c
Porcelain 519.8 (8.3) 519.5 15.0 d
Gold alloy 219.0 (11.0) 220.0 18.0 e
n=6; SD: Standard deviation; IQR: Interquartile range; Statistical category: Different letters indicate that the values are significantly different (p<0.05).
Table 3 Surface roughness of specimens
Surface roughness (Ra) (μm）
Mean (SD) Median IQR Statistical category Ground surface
Porcelain 2.09 (0.08) 2.10 0.15 f LDG ceramics 2.08 (0.30) 2.03 0.42 f Zirconia 1.62 (0.15) 1.66 0.27 g Polished surface
Porcelain 0.65 (0.10) 0.64 0.21 h Zirconia 0.27 (0.02) 0.27 0.04 i LDG ceramics 0.24 (0.02) 0.24 0.03 i
n=7; SD: Standard deviation; IQR: Interquartile range; Statistical category: Identical letters indicate that the values are not significantly different (p>0.05).
Table 4 Height loss of gold alloy rod
Height loss (µm)
Mean (SD) Median IQR Statistical category Ground surface
Porcelain 90.0 (21.1) 98.6 28.1 j LDG ceramics 54.0 (17.9) 50.9 30.2 k Zirconia 40.0 (8.0) 38.3 13.0 k Polished surface
Porcelain 3.57 (0.6) 3.43 1.18 l Zirconia 1.50 (0.2) 1.53 0.42 m LDG ceramics 1.45 (0.3) 1.41 0.28 m
n=7; SD, Standard deviation; IQR, Interquartile range; Statistical category, Identical letters indicate that the values are not significantly different (p>0.05).
Table 5 Height loss of HP ceramics rod
Height loss (µm)
Mean (SD) Median IQR Statistical category Ground surface
Zirconia 49.8 (11.7) 51.1 20.3 n Porcelain 27.9 (4.0) 28.1 7.1 o LDG ceramics 21.7 (4.0) 21.4 4.9 p Polished surface
Porcelain 9.6 (1.4) 9.6 1.9 q Zirconia 6.4 (1.3) 6.6 2.1 r LDG ceramics 6.0 (1.5) 6.0 2.2 r
n=7; SD, Standard deviation; IQR, Interquartile range; Statistical category, Identical letters indicate that the values are not significantly different (p>0.05).
Figure 1 Preparation of plate specimen.
Figure 2 Rounded rod specimens; (a) gold alloy rod and (b) HP ceramics rod.
Figure 3 Assembly used for wear testing.
Figure 4 Correlation between height loss of gold alloy rod and surface roughness of; (a) polished LDG ceramics, (b) polished porcelain, (c) polished zirconia, (d) ground LDG ceramics, (e) ground porcelain, and (f) ground zirconia.
Figure 5 Correlation between height loss of HP ceramics rod and surface roughness of; (a) polished LDG ceramics, (b) polished porcelain, (c) polished zirconia, (d) ground LDG ceramics, (e) ground porcelain, and (f) ground zirconia.
Figure 6 Worn surfaces of the gold alloy rod abraded with; (a) ground zirconia, (b) ground porcelain, (c) ground LDG ceramics, (d) polished zirconia, (e) polished porcelain, and (f) polished LDG ceramics (Original magnification, ×50).
Figure 7 Worn surfaces of the HP ceramics rod abraded with; (a) ground zirconia, (b) ground porcelain, (c) ground LDG ceramics, (d) polished zirconia, (e) polished porcelain, and (f) polished LDG ceramics (Original magnification, ×50).
Figure 8 Ground plates after abrasion with gold alloy rod; (a) zirconia, (b) porcelain, and (c) LDG ceramics. Ground plates after abrasion with HP ceramics rod; (d) zirconia, (e) porcelain, and (f) LDG ceramics (Original magnification, ×50).
Figure 9 Worn surfaces of the gold alloy rod abraded with; (a) ground zirconia, (b) ground porcelain, (c) ground LDG ceramics, (d) polished zirconia, (e) polished porcelain, and (f) polished LDG ceramics (Original magnification, ×500).
Figure 10 Worn surfaces of the HP ceramics rod abraded with; (a) ground zirconia, (b) ground porcelain, (c) ground LDG ceramics, (d) polished zirconia, (e) polished porcelain, and (f) polished LDG ceramics (Original magnification, ×500).
