IRUCAA@TDC : Influence of grade and surface topography of commercially pure titanium on fatigue properties

(1)

Posted at the Institutional Resources for Unique Collection and Academic Archives at Tokyo Dental College, Available from http://ir.tdc.ac.jp/

Title

Influence of grade and surface topography of

commercially pure titanium on fatigue properties

Author(s)

鈴木, 薫

Journal

歯科学報, 119(4): 348-349

URL

http://hdl.handle.net/10130/4957

Right

(2)

論文内容の要旨１．研究目的チタンは優れた耐食性および生体適合性を有し，インプラント材料の主体となっている。しかしながら，純チタン製インプラントが破折する症例が稀に認められる。インプラント体の破折は，インプラント自体の抜去に直結するため深刻な問題である。このような破折の原因のひとつに，インプラント材料が咬合力や咀嚼力による繰り返し荷重を受けることが考えられる。純チタンは，ISO 規格で４種類のグレードに規定されており，インプラント体には主にグレード２またはグレード４が用いられている。グレードが高くなるにつれ，強度は大きくなるが，一方で伸びが小さくなる。このようにグレードによって機械的性質が異なることから，疲労特性もグレードによって異なる可能性がある。また，インプラント体にはさまざまな表面処理が行われているが，これも疲労強度に影響を与えるとの報告もある。インプラントには垂直方向からだけでなく，斜め方向からの荷重もかかるため，臨床を想定した条件下での疲労試験が求められる。しかし斜め方向からの荷重を用いて，純チタンのグレードごとの疲労特性を比較したものはない。そこで本研究は，純チタンのグレードおよび表面処理の違いが，疲労特性に与える影響を明らかにすることを目的とした。２．研究方法純チタングレード２（G２）およびグレード４（G４）の丸棒（直径３mm，長さ１７mm）各５０本を試料とし，機械加工群（MS 群）と表面処理群（RS 群）とに分けた。表面処理群にはアルミナショットブラスト（２５０∼３００μm）および塩酸と硫酸による酸エッチングを行った。３D-SEM にて試料表面を観察し，粗さを測定した。その後，各群５本に対し静的荷重試験，２０本に対し繰り返し荷重試験を行った。荷重方向は ISO１４８０１に準拠して試料の長軸に対し３０°とした。繰り返し荷重試験は，ステアケース法を用いて行った。各荷重試験後の試料に対し，顕微鏡による組織観察とビッカース硬さ試験を行った。統計解析は，静的降伏荷重に対しては二元配置分散分析を行い，ビッカース硬さに対しては一元配置分散分析後，Dunnett 検定を行った。有意水準は０．０５とした。３．研究成績および考察静的降伏荷重では G２の MS 群が６７２±５１N，RS 群が７２４±１００N，G４では MS 群が１０８８±９４N，RS 群が氏名（本籍）すずきかおる

鈴

木

薫

（静岡県）学位の種類博士（歯学）学位記番号第２１３６号（甲第１３４１号）学位授与の日付平成２８年３月３１日学位授与の要件学位規則第４条第１項該当

学位論文題目 Influence of grade and surface topography of commercially pure titanium on fatigue properties

掲載雑誌名 Dental Materials Journal 第３７巻２号３０８−３１６頁２０１７年

doi：１０.４０１２/dmj.２０１７１２５論文審査委員（主査）佐藤亨教授（副査）櫻井薫教授矢島安朝教授河田英司教授武本真治講師歯科学報 Vol．１１９，No．４（２０１９）３４８ ― ９０ ―

(3)

１１１８±９６N であり，MS 群および RS 群ともに G２と G４間で統計学的有意差を認めた。G２の疲労降伏荷重では MS 群が４７３±８２N，RS 群が５６０±６８N，G４では MS 群が６２０±５８N，RS 群が６７５±５１N であった。組織観察では G２にのみ双晶が認められ，G２，G４ともに引張り側に亀裂が観察された試料があった。ビッカース硬さ試験では試験後の試料の圧縮側および引張り側と試験前の試料の間で有意差を認めた。 G２では疲労降伏荷重が静的降伏荷重よりも約２５％減少したのに対し，G４では約４３％減少した。これは， G４が G２に比べ伸びが小さいことと，G２ではすべり変形だけでなく，双晶変形も起こったことが原因と考えられる。また，金属であるチタンは表面処理によってできる表面の亀裂が内側に伝播しないことから，表面処理による影響が見られなかったと考える。４．結論シリンダー形状の純チタングレード２および４試料に対する静的荷重試験，および繰り返し荷重試験の結果以下のことが明らかになった。⑴純チタングレード２およびグレード４の疲労降伏荷重は，純チタングレード２で静的降伏荷重の約２５％，グレード４で静的降伏荷重の約４０％減少した。⑵ショットブラストおよび酸エッチングの併用処理は，純チタンの疲労特性に影響を与えなかった。論文審査の要旨本研究は，グレードおよび表面処理の違いが，純チタンの疲労特性にどのような影響を与えるかを検討することを目的としたものである。本審査委員会において，研究方法の妥当性や得られた結果についての解釈，意義などを中心に以下のような質疑が行われた。主な質問としては，①純チタングレード２とグレード４を選択した理由，②試料を直径３ mm，長さ１７mm にした理由，③グレード２およびグレード４の疲労降伏荷重は異なる荷重を用いて試験しているため，グレード間での比較はできないのではないか，④表面粗さの計測倍率（５００倍と５，０００倍）が異なると，Sa 値も異なるのはなぜか，またカットオフ値の記載は必要ないのか，⑤荷重−変位曲線を用いて降伏荷重を求めているが，各グレードの弾性係数の違いによる影響はないのか，などについてであった。これらの質問に対し，①現在市販されているインプラント体に用いられている純チタンがグレード２またはグレード４の２種類が多いこと，②直径に関しては，最も細い市販のインプラントの直径が３．３mm であるため，それよりやや細い３mm とし，長さに関しては，インプラントの強度試験条件の規格である ISO１４８０１に則り決定したこと，③グレード間の比較に関しては，考察中にのみ得られた結果から推察されることとして記載し，結論では各グレードの減少率の記載に変更すること，④今回はカットオフ値を設定していないこと，５，０００倍においては５００倍よりもごく微小な領域を観察しているため，５００倍で観察した凹凸のさらに表面の凹凸を観察することとなるため，Sa 値が小さくなること，⑤純チタンの弾性係数は１０５∼１１０GPa であり，実測した荷重−変位曲線の傾きもグレードおよび表面処理で相違がなかったため弾性係数を考慮する必要はないと考えるなどの回答があり，その他の質問に関しても，概ね妥当な回答が得られた。さらに，英文の不適切な表現，図についての改善などが指摘され，審査後これらの訂正が行われた。以上より，本研究で得られた結果は，今後の歯学の進歩，発展に寄与するところ大であり，学位授与に値するものと判断した。歯科学報 Vol．１１９，No．４（２０１９）３４９ ― ９１ ―