Orthodontic appliance

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、歯列矯正の治療に使用されるブラケット、バッカルチューブ、バンド、その他の口腔内補助製品等を包含する歯列矯正器具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】歯列矯正器具の内、アーチワイヤーを保持するブラケットを例にとって説明すると、当該ブラケットの成形材料としては、一般に、ステンレス、チタン、セラミック、プラスチックが使用されているが、ステンレス製ブラケットは、強度及び加工面では優れているが、クロームやニッケルの成分が金属アレルギーを引き起こす問題点を有していた。 又、チタン製ブラケットは、耐食性に優れているが、純チタンは強度が不十分で、強度的に多少満足できるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金はバナジウム成分の有毒性に加えて、口腔内で異種金属と共存すると電池作用を起こして、金属溶出を伴う危険性があると共に、高価で且つ加工性が悪いという問題点を有していた。 セラミック製ブラケットは、審美性に優れているが、歯のエナメル質に比べて硬いために、咀嚼中に、対向する歯の切縁を摩滅する恐れがあるばかりか、
治療終了時やその途中で歯面から取り除く場合には、剛性が高くエナメル面を損傷したり、脆性破壊を起こして、その一部が歯面に残留して、これをダイヤモンドバーで削り取らねばならないと言う不都合もあった。 更に、プラスチック製ブラケットは、これも審美性に優れているが、やはり、機械的強度が不足しているために、
治療中に、アーチワイヤーからの外力が加わると、割れたり変形したりする恐れを有していると共に、吸水性の高い材料で成形された場合には、食物色素による変色の問題点を有していた。 更に、プラスチック製ブラケットの下では、アーチワイヤーとの大きな摩擦抵抗により、
アーチワイヤーに沿った円滑な移動ができなくなって、
矯正治療を遅延させる恐れも十分にあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】その上、これら従来の各種ブラケットにあって、治療過程で、例えば、矯正状態の修正や変更が余儀なくされた場合には、通常、アーチワイヤーをブラケットから取り外して、該アーチワイヤーに必要な曲げ加工等を施して治療を続行するか、或いは、ブラケットまでをも歯面から取り除いて、歯面の正しい位置に再接着しなければならなかったので、治療経過に伴う矯正状態の修正や変更が徒に大変となると共に、これに伴い、確実迅速な治療効果も望めなくなってしまう恐れがあった。 尚、斯るブラケットに関する問題点は、その他の歯列矯正器具に対しても、大なり小なり当てはまるものである。 従って、当該分野においては、
既述した成形材料上の問題点や治療過程上の問題点を有効に解決できる歯列矯正器具の出現が大いに熱望されている訳である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、斯る要請に応えるために開発されたもので、歯列矯正器具を過冷却液体領域をもつアモルファス合金から成形することを特徴とする。 従って、本発明の歯列矯正器具にあっては、アモルファス合金の高耐食性・高耐久性・高強靱性といった特性を備えることとなるので、これにより、今までの歯列矯正器具における成形材料上の問題点を解決できることとなる。 しかも、過冷却液体領域をもつアモルファス合金を使用することにより、歯列矯正器具自体を所定温度に加熱して、当該歯列矯正器具に比較的弱い力を加えると、必要な形状に変形調整することが可能となるので、例え、治療過程で、矯正状態の修正や変更などが余儀なくされた場合にも、従来の如き煩雑な作業を行なわなくとも、これに即座に対応できることとなる。 又、特に、過冷却液体領域が２０Ｋ以上と広いアモルファス合金やアモルファス合金割合が３０％以上のものを使用すると、温度制御や加工時間の制御が容易となるので、歯列矯正器具に対する形状の変形調整が一層至便となる。

【０００５】又、具体的な合金組成としては、一般式：
Ｘa−Ｙb−Ｍc、但し、ＸはＺｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｍｇ及び希土類金属から選ばれた１以上の金属、ＹはＡｌ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｔｉ及び希土類金属から選ばれた１以上の金属、ＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕなどの遷移金属から選ばれた１以上の金属で、a＝５０〜８０、b＝５〜２０、
c＝０〜５０で示されるアモルファス合金が考えられる。 即ち、ベースとなるＺｒ、Ｔｉ、Ｈｆ等の元素は人体に対する有害の心配が殆どないので、歯列矯正器具には適しているし、又、Ｍ元素のＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ
は、上記Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ元素等と共存して、アモルファス形成能を向上させる。 この内、更に好ましいと思われる代表例を挙げれば、Ｚｒ ₆₃ −Ａｌ ₁₂ −Ｃｏ ₃ −Ｎ
ｉ ₇ −Ｃｕ ₁₅ 、Ｚｒ ₆₀ −Ａｌ ₁₅ −Ｃｏ ₅ −Ｎｉ ₁₅ −Ｃｕ
₅ 、Ｚｒ ₆₅ −Ａｌ ₇ . ₅ −Ｃｕ ₂₇ . ₅ 、Ｚｒ ₅₅ −Ａｌ ₂₀ −
Ｃｏ ₂₀ 、Ｚｒ ₇₀ −Ａｌ ₁₅ −Ｆｅ ₁₅ 、Ｚｒ ₆₀ −Ａｌ ₁₅
−Ｎｉ ₂₅である。

【０００６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳述する。
まず、図１に示すように、代表例として挙げた上記乃至の合金組成をもつ各母合金１を、先端部にφ１．０
〜２．０mmの小孔２ａの開けた石英ノズル２に入れて、
真空中で誘導加熱して溶解後、石英ノズル２を降下させ、次いで、アルゴンガスの圧力をかけて、銅製金型３
内に上記小孔２ａから溶湯を噴出することによって、１
０ ⁴ 〜１０ ⁷ Ｋ／ｓの冷却速度で急冷して、試料となるφ
３．０×５０mmのバルク材４を製造した。 尚、上記母合金１は、スポンジ状のＺｒ金属をアーク溶解炉で溶解してガス抜きした後、他の元素を入れ溶解して作った。

【０００７】そして、このバルク材４がアモルファス合金となったかどうかをＸ線回折装置によって構造回折したところ、図２に示す如く、空冷したものはシャープなＺｒの存在を示したが、の合金組成からなるバルク材４はＺｒのＫα線相当域で明確なピークを示さなかった。 又、このアモルファス合金は、好ましくは、３０％
以上のアモルファス合金割合をもつ。

【０００８】次ぎに、それぞれの合金組成のアモルファス合金について、熱性質を調べるために示差走査熱量分析（ＤＳＣ曲線）を行なった。 その結果は、図３に示す如く、個々の合金組成により、ガラス遷移温度Ｔｇと結晶化温度Ｔｘは大きく異なり、過冷却液体領域△Ｔｘ
（Ｔｘ−Ｔｇ）の最大値は、Ｆｅを含むの合金組成で５６Ｋ、Ｃｏを含むの合金組成で６９Ｋ、Ｎｉを含むの合金組成で７７Ｋ、又、Ｃｕを含むの合金組成で８８Ｋと言った値が得られた。 これにより、Ｃｕを含むの合金組成のアモルファス合金が最も広い過冷却液体領域△Ｔｘを示し、この過冷却液体領域△Ｔｘを与えるＴｇとＴｘが６３０〜７１０Ｋと低い温度領域にあることも判明した。

【０００９】図４は、上記ＤＳＣ曲線の内、最も良好な結果を示したＣｕを含むの合金組成のアモルファス合金について、それぞれの３元素の構成割合と過冷却液体領域△Ｔｘの組成依存性を示したものであるが、図から明らかなように、５９〜７７Ｚｒ、５〜１３Ａｌ、２５
〜３２Ｃｕであり、特に、のＺｒ ₆₅ −Ａｌ ₇ . ₅ −Ｃｕ
₂₇ . ₅の合金組成が最も高い８０Ｋの過冷却液体領域△Ｔ
ｘを示している。 尚、図示はしないが、の合金組成では１００Ｋを、では９０Ｋを示した。

【００１０】図５は、の合金組成のアモルファス合金の過冷却液体領域△Ｔｘ手前Ｔｇ付近での温度変化に対する応力−歪み曲線を示したもので、Ｔｇ＝６３０Ｋを超えるＡにあっては、ごく僅かな応力で歪みが生じていることが確認できる。 これは、過冷却液体領域△Ｔｘにおける超塑性現象を示している。 又、Ｔｇ手前の５７０
Ｋや６００Ｋにおいても、比較的弱い応力で変形がスタートし、その後は応力が緩和されて継続的に変形が進むことが判明した。

【００１１】又、Ｃｕ ₂₇ . ₅をＣｏ、Ｎｉ、Ｃｕに置換したとの合金組成のものについても、同様な示差走査熱量分析（ＤＳＣ曲線）や応力−歪み曲線と温度との関係を調べたところ、略同等の結果が得られた。

【００１２】更に、との合金組成のアモルファス合金は、室温及び体温（３７°Ｃ）域において、ビッカース硬度Ｈｖ４５０、引張強さ１４００ＭＰａであり、
の合金組成のものは、ビッカース硬度Ｈｖ４００、引張強さ１２００ＭＰａであり、これらの強度は、現在使用されている析出硬化型ステンレス鋼やＴｉ−６Ａｌ−４
Ｖ合金よりも高強度であるので、歯列矯正器具としては最適なものとなる。

【００１３】次ぎに、以上の特性をもつアモルファス合金からブラケットを具体的に成形する一例を説明すると、まず、図６に示すように、回転する銅製の双ロール５間にノズル２の小孔２ａから溶湯を噴出して、φ３．
０mm径のアモルファス連続線６を得る。 そして、図７に示すように、当該連続線６を上型７・下型８・スライド型９・エジェクタピン１０を備える熱間プレス型側に供給して、当該連続線６の先端部をプレス型投入前に６７
０Ｋに加熱して、過冷却液体領域の粘弾性挙動に見合った歪み速度（５．０×１０‐ ³ ／Ｓ）でプレスすれば、
プレス型に応じた形態を備えるブラケット１１が成形できる。

【００１４】そして、斯る方法で成形されたブラケット１１は、アモルファス合金特有の高耐食性・高耐久性・
高強靱性を備えると共に、生体に安全なものであるが、
広い過冷却液体領域を有するアモルファス合金から成形されているので、治療前は勿論のこと、治療過程でも、
必要に応じてブラケット１１の形状を自在に変形調整できる大きな利点を有することとなる。 即ち、治療開始時は、図８に示す状態であったが、６ヵ月経過した後には、図９に示す状態にまで矯正されたと仮定すると、この状態では、アーチワイヤーＷは、殆どストレートとなっているが、最初のブラケットの取付位置が不正確であったために、歯Ｔ１については、近心方向に傾斜させる必要があり、歯Ｔ２に関しては、圧下させる必要が生じた。 このような場合には、今までは、アーチワイヤーＷ
をブラケット１１から取り外して、該アーチワイヤーＷ
に必要な曲げ加工を施して治療を続行するか、或いは、
ブラケット１１を患者の歯面から取り除いて、当該歯面の正しい位置に再接着する方法が一般に採用されている。

【００１５】しかし、本発明のブラケット１１の下では、先に説明した如く、５７０〜６００Ｋ位の低い温度で加熱して、比較的弱い力を加えれば、アーチワイヤーＷを保持するブラケット１１のスロットを変形調整することが可能となる。 例えば、上記歯Ｔ１に接着されているブラケット１１に関しては、図１０Ａに示す如く、遠心側のスロット１２と近心側のスロット１２とを上下にずらして、傾きを与え、又、歯Ｔ２に接着されているブラケット１１に関しては、図１０Ｂに示す如く、アーチワイヤーＷを保持するスロット１２を一律に所定の下方向にずらすだけで、アーチワイヤーＷを取り外した状態では勿論であるが、アーチワイヤーＷを取り付けたままでも、患者の歯列上で簡単に変形調整できるので、アーチワイヤーを外して曲げ加工を加えたり、ブラケットを再接着しなければならない従来のものと比較すると、その対応が頗る良好となって、その後の矯正治療をより理想的な状態の下で正確に続行することが可能となる。

【００１６】尚、５７０〜６００Ｋの温度で、ブラケット１１を加熱する方法は、１例として、電極を内蔵したプライヤーＰを用いた直流低電圧の通電加熱が用いられ、具体的には、図１１に示す如く、スロット１２を基準として、プライヤＰのプラスマイナスの先端部Ｐａ・
Ｐｂでウイング１３の下を両側から挾持して通電すれば、これにより、上記したような必要に応じたブラケット１１に対する変形調整が可能となる。 又、治療が略終了して保定を行なう場合には、図１２に示す如く、同様に、電極付きプライヤＰで通電加熱して、スロット１２
を閉じれば、これにより、アーチワイヤーＷをブラケット１１側に簡単に固定できる。

【００１７】更に、本発明のブラケット１１にあっては、同様な原理に基づいて、そのベース面１４に対して、必要な接着強度を保障するアンダーカットを付与することも可能となる。 即ち、アモルファス合金は化学的には不活性のため、通常の歯科用接着剤を使用して患者の歯面に必要な強度を持って接着することが困難であるから、これを改善するために、図１３に示す如く、５７
０〜６００Ｋ位の加熱雰囲気中で、ブラケット１１のベース面１４を例えば鋼製メッシュ１６に強く押し付けると、メッシュ１６の各隙間からアモルファス合金が押し出されるので、この押し出された柱状の先端部を圧縮して潰せば良い。 従って、この状態で冷却して、塩化第二鉄やフッ化水素酸等の強酸を用いてメッシュ１６を溶かせば、ベース面１４にアンダーカット１４ａをいとも簡単に形成することが可能となる。 又、図１４に示す如く、金型でベース面１４に多数の突起１５を作り、この各突起１５の先端部をやはり加熱雰囲気中で押し潰すことによっても、同効なアンダーカット１４ａを簡単に形成することが可能となる。

【００１８】尚、これまでの説明は、ブラケット１１に対する変形調整例を説明したものであるが、ブラケット１１に対する変形調整はこれに限定されるものではなく、矯正経過や患者の症例等に応じた種々の変形調整が可能であると共に、バッカルチューブやバンドやアーチワイヤー等に対しても同様なことが言える。 又、上記の実施例では、バルク材たる連続線６からブラケット１１
を成形したものであるが、当該連続線６をパウダーとなして、このパウダーとバインダーとを混合して、金属射出成形方法の下で、ブラケットやバッカルチューブ等を成形することは実施に応じ任意である。

【００１９】

【発明の効果】以上の如く、本発明の歯列矯正器具は、
過冷却液体領域をもつアモルファス合金から成形されているため、歯列矯正器具として要求される高耐食性・高耐久性・高強靱性といった要求を全て満足することができると共に、広い過冷却液体領域をもつアモルファス合金を使用することにより、温度制御や加工時間の制御の制約を緩和して、歯列矯正器具自体の治療に即した変形調整を可能とするので、特に、治療過程で、矯正状態の修正や変更等が余儀なくされた場合には、頗る最適なものとなる。 その上、接着ベース面を有する歯列矯正器具に対しては、上記の変形調整に加えて、ベース面に対する改善も容易に行なえるので、この点からも、従来の歯列矯正器具からは期待できない作用効果が得られることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】試料となるバルク材の製造法を示す説明図である。

【図２】Ｘ線回折装置による回折結果を示す説明図である。

【図３】示差走査熱量分析結果を示す説明図である。

【図４】３元素の構成割合と過冷却液体領域の組成依存性を示す説明図である。

【図５】温度変化に対する応力−歪み曲線を示す説明図である。

【図６】連続線の製造法を示す説明図である。

【図７】（Ａ)(Ｂ）は連続線からブラケットを成形する熱間プレス型を異なる方向から示す説明図である。

【図８】治療開始の状態を示す説明図である。

【図９】図８において６ヵ月が経過した状態を示す説明図である。

【図10】（Ａ)(Ｂ）はブラケットに対する変形調整例を示す平面図である。

【図11】ブラケットの加熱方法の一例を示す説明図である。

【図12】ブラケットにアーチワイヤーを固定する変形調整例を示す説明図である。

【図13】ブラケットのベース面にアンダーカットを付与する方法を示す要部拡大説明図である。

【図14】（Ａ)(Ｂ）はアンダーカットを付与する別方法を示す要部拡大説明図である。

【符号の説明】

１１ ブラケット（歯列矯正器具） １２ スロット １３ ウイング １４ ベース面 １４a アンダーカット １５ 突起 １６ メッシュ Ｐ 電極付きプライヤ

フロントページの続き (72)発明者 井上 明久 宮城県仙台市青葉区川内無番地 川内住宅 11−806 (72)発明者 張 涛 宮城県仙台市青葉区土樋１丁目10−12 広 瀬ニューライフ104号 (72)発明者 持立 幹雄 福島県双葉郡大熊町大字下野上字金谷平 417−２ (72)発明者 西 喜久雄 福島県原町市橋本町１丁目121番地