2021 Fiscal Year Research-status Report
高強度・高靭性を有する歯科CAD/CAM用グラスファイバー強化型レジンの開発
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20K10018
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
谷本 安浩 日本大学, 松戸歯学部, 教授 (40312045)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平山 紀夫 日本大学, 生産工学部, 教授 (70582518)
北川 剛至 日本大学, 松戸歯学部, 講師 (20419766)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 歯科材料 / CAD/CAM / ファイバー強化型レジン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在、歯科用CAD/CAM装置を用いた切削加工による歯冠修復物・補綴装置の製作システムが発展している。またCAD/CAM冠は健康保険に適用されており、さらなるCAD/CAM用マテリアルの研究開発が望まれる。本研究の目的は、歯工連携により作製したCAD/CAM用グラスファイバー強化型レジン（GFRP）材料について、そのキャラクタリゼーションおよび最適化を実施し、高靭性、高強度を有する新規なCAD/CAM用材料を開発することである。
本年度（令和３年度）においては、CAD/CAM用GFRP材料の機械的特性を明らかにするため、ダイナミック超微小硬度計を用いてダイナミック硬さおよび弾性係数を測定した。また歯ブラシ摩耗試験を行い、試験前後の試料の重量を計測することで歯ブラシ摩耗量を算出し、CAD/CAM用GFRP材料の摩耗特性について評価した。これらにより得られた結果を以下に示す。
１．硬さ試験で得られたダイナミック硬さおよび弾性係数ともに、GFRP材料は従来のCAD/CAM冠用ハイブリッドレジン系材料に比べて低い値を示した。ハイブリッドレジン系材料は試料の表面にまでフィラーが均一に充填されており、表面が樹脂リッチであるGFRP材料はそれに比べてダイナミック硬さおよび弾性係数が低い値を示したもの考えられた。すなわち、CAD/CAM用GFRP材料の表面においてはガラス繊維の補強効果はあまり発現しないことが示唆された。
２．摩耗試験による歯ブラシ摩耗量については、GFRP材料がハイブリッドレジン系材料と比較して低い値を示した。摩耗試験後の電子顕微鏡観察の結果、ハイブリッドレジン系材料ではマトリックスレジンの摩耗と同時に強化フィラーの脱落が多く確認できた。一方、繊維強化型複合材料であるGFRP材料は連続繊維であるガラス繊維の脱落は認められなかった。そのため、GFRP材料はハイブリッドレジン系材料と比べて重量損失量が低い値を示したものと考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は、歯工連携により高靭性・高強度を有するCAD/CAM用材料を作製し、そのキャラクタリゼーションおよび最適化を実施し、従来のCAD/CAM冠の臨床成績を向上させるための新規なCAD/CAM用材料を開発することである。
令和２年度においては、CAD/CAM用GFRP材料の試作とその作製方法を確立することに主眼を置き、ホットプレスによる加圧・加熱成形によって熱可塑性樹脂をガラス繊維クロスで強化したCAD/CAM用GFRP材料を試作した。その結果、ボイドレスでガラス繊維含有率が高いGFRP材料を得られたことから、簡便で成形性の高いCAD/CAM用GFRP材料の作製方法を見出すことができた。
令和３年度においては、CAD/CAM用GFRP材料の機械的特性を明らかにするために、ダイナミック超微小硬度計による硬さ試験および歯ブラシ摩耗試験による摩耗特性の評価を行った。その結果、硬さ試験においてはGFRP材料の表面特性にガラス繊維の補強効果はあまり発現しないことが示唆された。一方、歯ブラシ摩耗試験において、GFRP材料は従来のハイブリットレジン系材料に比べて優れた耐摩耗性を示したことから、ガラス繊維の補強効果を確認することができた。
これらの研究成果については、学会において研究発表を行い、さらには学術誌において原著論文を発表するなど、社会に報告することができた。以上のことから、研究遂行当初の目標を十分に達成しており、本研究は順調に進展しているものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで（令和２・３年度）において得られた研究成果を踏まえて、本研究の目的である高靭性・高強度を有するCAD/CAM用GFRP材料の開発を達成するため、本研究の最終年度である令和４年度においてはGFRP材料の適正化に関する研究をさらに推し進める。
とくに令和４年度においては高機能を有したガラス繊維クロスを強化材としたCAD/CAM用GFRP材料の開発とそのキャラクタリゼーションを実施する。具体的には、これまで使用していた一般的なガラス繊維に比べて繊維径が小さく網目の細かいガラス繊維クロスを強化材とするCAD/CAM用GFRP材料を試作し、その機械的特性について評価・検討する。また、作製したCAD/CAM用GFRPブロック材料について歯科用CAD/CAM装置による切削加工を行い、GFRP製CAD/CAM冠およびブリッジを製作する。さらには有限要素法を用いた数値解析を応用して、荷重下におけるGFRP製CAD/CAM冠およびブリッジの破壊進展解析を行い、それらの破壊メカニズムを明らかにする。
以上により、本研究で作製したGFRP材料および歯科用CAD/CAM装置を用いた切削加工により製作したGFRP製CAD/CAM冠について実験的・解析的評価を実施する。最終的には、高靭性・高強度を有するCAD/CAM用GFRP材料の有用性について明らかにする予定である。
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| Causes of Carryover |
前年度（令和２年度）に引き続き、本年度（令和３年度）においてもコロナ禍の影響により、申請時に現地参加の予定であった各国内学会における学術講演会が来場型ではなくWEB開催に変更となった。また同様に、学会発表・参加に必要な経費を計上していた国際学会（国際歯科材料会議）については次年度へ開催延期（令和４年１１月に延期）となり、それらに係るキャンセルにより次年度使用額が生じた。
これまでの研究成果がすでに論文に掲載されるなど本研究は順調に進展しており、継続して今後得られる研究成果について国内・国際学会で学会発表、また論文投稿することを予定している。そのため、次年度に繰り越した費用については今後のさらなる研究成果の発表・報告に係る費用などに充てる予定である。
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