【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は歯列矯正器具およびその製造方法に係り、特に不整歯列や捻転歯を矯正するために使用するアーチワイヤーやブラケットなどの歯列矯正器具およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
不整歯列や捻転歯を矯正する歯列矯正器具としてアーチワイヤーやブラケットが知られている。ブラケットを歯に取り付け、ブラケットにアーチワイヤーを掛け渡すことで、アーチワイヤーの復元力を利用して不正歯列を整直する。
【０００３】
アーチワイヤーのなかには、ニッケル・チタン合金製のものがあり、フックをろう付けするために、接着層として貴金属メッキが施されたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
また、歯列矯正器具の摩擦を低減させるためにコーティングが施されたものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
さらに、チタン系素材にロジュウムストライクメッキが施され、その表面に貴金属メッキが施されたものがある（例えば、特許文献３参照。）。
加えて、歯列矯正器具の表面に金を含む合金メッキが施されたものがある（例えば、特許文献４、特許文献５参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５，８８２，１９３号明細書（第１−２頁、図２）
【特許文献２】
米国特許第６，２９９，４３８号明細書（第５頁、図１）
【特許文献３】
特公平Ｈｌ−２５３９４号公報（第２頁）
【特許文献４】
特開平Ｈ６−１２５９２２号公報（第２頁、図１）
【特許文献５】
特開平Ｈ８−１４０９９５号公報（第２頁、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１の技術は、ニッケル・チタン合金が活性な金属で、そのままでは酸化してろう付けできないために貴金属めっきを施すものである。貴金属めっきとしては、金、白金、ロジュウム、及びパラジウムが開示されている。
【０００７】
金めっき、またはパラジウムめっきされたブラケットやアーチワイヤーは、審美性を評価され臨床に供されている。
しかし、金およびパラジウムは柔らかく、ブラッシングなどの摩耗に対して耐久性を疑問視されている。
【０００８】
ロジュウムめっきは眼鏡や時計などの一部の装飾品にみられるが、歯列矯正分野では用いられていない。これは従来のロジュウムめっきの技法では、耐摩耗性を付与するほどの厚付けめっきができないためである。
特に、特許文献１では、具体的なロジュウムめっき方法について言及していない。
【０００９】
特許文献２のコーティングは、ロジュウムを含む貴金属の膜で、コーティング法は化学蒸着（ＣＶＤ）、イオンビーム照射、プラズマＣＶＤやスパッタリングなどが採用される。
しかし、これらのコーティング法はいずれもワークがある程度に加熱されるので、特にニッケル・チタン合金においては超弾性特性を破壊してしまう虞がある。
【００１０】
加えて、この種のコーティング法は成膜の密着性が悪く、特にアーチワイヤーのように曲げ力が繰り返される部材においては、コーティング法による成膜が割れてはがれてしまうなどの問題がある。さらに、亀裂の入った膜の間から腐食が進み、ニッケルが溶出するなど、根本的な解決とはならない。
【００１１】
特許文献３によれば、貴金属めっきとして金−パラジウムめっきを開示しているが、ロジュウムメッキは下地処理（すなわち、接着層）としてとりあげられている。
金−パラジウムめっきは、硬度が低く傷が付きやすいので、ブラッシングで摩耗してしまう虞がある。
【００１２】
特許文献４および特許文献５には、歯列矯正器具の表面に金を含む合金めっきを施す例が示されている。この技術によれば審美性を改善できるが、滑り性と耐摩耗性を満足させることはできない。
【００１３】
以上の特許文献１〜５の内容や、歯列矯正器具の現状をまとめると、ブラケットは金属製の場合ステンレス鋼で製造され、アーチワイヤーは約半分の割合でニッケル・チタン合金により製造されている。
ステンレス鋼やニッケル・チタン合金はいずれも耐食性は良いが、口腔内環境において微量のニッケルやクロムの金属アレルギー元素を溶出することが知られている。
【００１４】
ところで、歯列矯正はアーチワイヤーに沿って、歯がブラケットと一緒に移動することにより為される。よって、アーチワイヤーとブラケットスロットとの摩擦が、治療の進み具合に影響する。
【００１５】
すなわち、ブラケットのスロットの中で、アーチワイヤーをスムーズに滑らせる必要がある。アーチワイヤーのなかには、イオンプレーティングなどにより滑り性を改善したものがあるが、より滑り摩擦を低くするものが望まれていた。
また、アーチワイヤーの表面は製造工程上、酸化膜を落とすために酸洗いやバレル研磨を施す場合が多く、滑らかな表面を得られ難かった。
【００１６】
一方、近年、歯列矯正の治療中においても審美性を求める傾向にある。しかしながら、歯につけた金属製のブラケットは黒く目立ち、特に大人の患者にとっては抵抗感のあるものであった。
金属製のブラケットに変わり、プラスチックやセラミック製のブラケットが普及している。しかし、それらと一緒に用いられるニッケル・チタン合金製の超弾性アーチワイヤーは、治療の経過とともに黒く変色し、審美性の観点からも改良の余地が残されていた。
【００１７】
また、黒く変色したニッケル・チタン製のアーチワイヤーは、口腔内環境により表面に酸化膜を生成しており、う蝕予防のためのフッ素と口腔内の弱酸性雰囲気により、ニッケル・チタンワイヤーは水素脆化を起こすことが知られている。
【００１８】
さらに、フッ素徐放性の歯科矯正用接着剤が普及し、フッ素洗口が一般に指導されている。しかし、フッ素はニッケル・チタン合金を腐食させる性質を有し、このことがニッケル溶出の一因ともなる。
加えて、ニッケル・チタン製のアーチワイヤーは水素を吸収しやすく、結晶格子間に拡散固溶した水素により折れやすくなる。
【００１９】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記の問題を解決し、審美性に優れ、滑り性がよく、耐摩耗性に優れた歯列矯正器具およびその製造方法を提供することである。
更には、超弾性を損なわず、口腔内のフッ素雰囲気において腐食や変色が発生せず、もってニッケル溶出を最小限に抑えられるアーチワイヤーなどの歯列矯正器具およびその製造方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明は、請求項１に記載した歯列矯正器具のように、歯列矯正器具素材の表面に、金被覆層を介して、ロジュウム層を被覆してなることを特徴とする。
【００２１】
この歯列矯正器具素材は、ニッケル・チタン合金からなる形状記憶合金で、歯列矯正用アーチワイヤー，リテーナ類、顎間装置、エキスパンダー、またはコイルスプリング等が該当する。
また、金被覆層は、純度９８％以上の金被覆層であって、その厚みが０．５μｍ〜２．０μｍである。さらに、ロジュウム層は、純度９８％以上で厚みが０．５μｍ〜２．０μｍであって、表面粗さが最大高さ０．４μｍ（Ｒｍａｘ）である。
【００２２】
本発明の歯列矯正器具によれば、ニッケル・チタン合金で製造された歯列矯正器具素材の表面に、金層およびロジュウム層の二重層をめっきにより形成し、それぞれの膜厚を０．５μｍ〜２．０μｍに設定した。
よって、歯列矯正器具素材に含有するニッケルが、唾液や食品・飲料などでニッケルイオンとして溶出することを防止できる。
加えて、口腔内のフッ素雰囲気において腐食や変色が生じることを防止できる。
【００２３】
さらに、表層のロジュウム層により、審美性および対磨耗性の改善された歯列矯正器具を得た。
加えて、ロジュウム層の表面粗さを最大高さ０．４μｍ（０．４μｍ Ｒｍａｘ）に抑えることで、優れた滑り性を得ることができる。
【００２４】
前述した目的を達成するために、本発明は、請求項８に記載した歯列矯正器具の製造方法のように、歯列矯正器具素材の表面に金層を被覆し、その上にロジュウム層を被覆することを特徴とする。
また、歯列矯正器具素材の表面に、ストライクメッキを施した後、金層を被覆し、その上にロジュウム層を被覆する。このストライクメッキは、弱酸性金ストライクメッキである。
【００２５】
さらに、ロジュウム層の被覆工程において、リン酸酸性ロジュウム厚付けメッキ液を用い、ロジュウム層の被覆後に、中性もしくは無酸化雰囲気中、１５０度Ｃ〜４００度Ｃで２時間〜２４時間熱処理した。
【００２６】
本発明の歯列矯正器具の製造方法によれば、金被覆層とロジュウム層との二層を形成した熱処理をおこなうことにより、歯列矯正器具素材の表面と金被覆層との間に金属拡散を起こさせてバリアー層を形成するとともに、金被覆層とロジュウム層との間に金属拡散を起こさせてバリアー層を形成することができる。
これにより、金被覆層およびロジュウム層の密着性を高めることができる。
これにより、金被覆層とロジュウム層との二重めっき層の被覆力を向上させることができる。
【００２７】
加えて、熱処理をおこなうことにより、歯列矯正器具素材のチタンまたは鋼が吸蔵している水素を放出させ、脆化を除去することにより靱性を回復できる。
また、熱処理温度を１５０℃〜４００℃に抑えることで、歯列矯正器具素材の弾性が損なわれることを防ぐことができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に説明する各実施形態において、図１〜図３において説明した部材等については、図中に同一符号あるいは相当符号を付すことにより説明を簡略化あるいは省略する。
【００２９】
ここで、歯列矯正器具としてアーチワイヤーを例に説明する。しかし、本発明にかかる歯列矯正器具は、アーチワイヤーに限るものではなく、歯列矯正用ブラケット，バッカルチューブ，バンド、リンガルアタッチメント類、フェースボウ、リップバンパー、リテーナ類、顎間装置、コイルスプリング、エキスパンダー、リムーバブルアプライアンスなどのその他の歯列矯正器具に適用することが可能である。
【００３０】
図１〜図３に示すように、本発明に係る歯列矯正器具であるアーチワイヤー１０は、アーチワイヤー素材（歯列矯正器具素材）１１の表面１２に、金（Ａｕ）被覆層（金層）１３を介して、ロジュウム（Ｒｈ）層１４を被覆したものである。
なお、図２および図３は図１に示すアーチワイヤー１０の横断面（Ａ−Ａ断面）を示す断面図であって、図２は熱処理前の状態を示し、図３は熱処理後の状態を示す。
【００３１】
このアーチワイヤー素材１１は、ニッケル（Ｎｉ）・チタン（Ｔｉ）合金などのニッケル含有合金からなる形状記憶合金である。
また、金被覆層１３は、純度が９８％以上であって、その膜厚ｔ１が０．５μｍ〜２．０μｍのめっき被覆膜である。
さらに、ロジュウム層１４は、純度が９８％以上で膜厚ｔ２が０．５μｍ〜２．０μｍのめっき被覆膜である。
このロジュウム層１４は、表面粗さが最大高さ０．４μｍ（Ｒｍａｘ）に抑えられている。
【００３２】
アーチワイヤー１０によれば、ニッケル・チタン合金で製造されたアーチワイヤー素材１１の表面１２に、金被覆層１３およびロジュウム層１４の二重層をめっきにより形成し、それぞれの膜厚を０．５μｍ〜２．０μｍに設定した。
よって、アーチワイヤー素材１１に含有するニッケルが、唾液や食品・飲料などでニッケルイオンとして溶出することを防止できる。
加えて、口腔内のフッ素雰囲気において腐食や変色が生じることを防止できる。
【００３３】
さらに、表層のロジュウム層１４により、審美性および対磨耗性の改善されたアーチワイヤー１０を得た。
加えて、ロジュウム層１４の表面粗さを最大高さ０．４μｍ（Ｒｍａｘ）に抑えることで、優れた滑り性を得ることができる。
【００３４】
次に、アーチワイヤー１０の製造方法について説明する。
先ず、図２に示すアーチワイヤー素材１１の表面１２に機械的研磨を施す。
この機械的研磨としては、バレル研磨、バフ研磨などの研磨材・油性研磨助剤を用いる。
次に、アルカリ性浴で、陽極および陰極電解処理により、表面１２を脱脂洗浄する。
【００３５】
次いで、表面１２に弱酸性金ストライクめっき（図示せず）を施す。
具体的には、例えば酸性ふっ化アンモン（ふっ酸を除くふっ化物が含有されているもの）などを電導塩とし、金の含有量が２．０ｇ／（リットル）以下にて建浴し、比較的高い直流電圧で金ストライクの皮膜を瞬時に（６０秒以下）析出させる。
金ストライクの皮膜は、膜厚が約０．０７５μｍで表面１２の全面に形成される。
【００３６】
続いて、金被覆層（中間層）１３として、９８％以上の純金めっき層を形成する。
具体的には、金ストライク皮膜（図示せず）が形成されたアーチワイヤー素材１１を、弱酸性（ＰＨ３．６〜ＰＨ４．３）の純金めっき浴に浸漬し、陰極電解で表面１２に金めっきを行なう。
【００３７】
金めっきで形成した金被覆層１３は、ビッカース硬度１５０〜２００と比較的低い硬さであり、金被覆層１３の表層の皮膜硬度を維持するには、膜厚を略０．５μｍ〜２．０μｍに設定することが好ましい。
金被覆層１３の表面に、白金族６種（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ）の中で、硬度・展延性・審美性などの皮膜の特性が平均的に優れているロジュウム（Ｒｈ）のめっき皮膜を形成する。
【００３８】
ここで、ロジュウムめっきは、一般には、硫酸酸性浴が主流であるが、硫酸酸性浴で形成される皮膜は、０．５μｍ以下の薄膜にすると、白色光沢のあるきれいな皮膜が得られるが、１．０μｍ以上の厚膜となるとマイクロ・クラックが生じる傾向にある。
【００３９】
本発明にかかるアーチワイヤー１０では、ロジュウム層１４の膜厚ｔ２は０．５μｍ〜２．０μｍと厚膜であり、硫酸酸性浴に代えてリン酸酸性浴（リン酸酸性ロジュウム厚付けメッキ液）を採用する。
リン酸酸性浴を採用することで、フラッシュめっきから７μｍの厚膜まで、内部応力の非常に小さい（すなわち、マイクロ・クラックが発生しない）光沢皮膜が得られる。
【００４０】
なお、リン酸酸性浴のロジュウムめっき液は、例えば腕時計の時計バンドに２μｍの光沢膜厚めっきを施す際に採用されている。
このめっき液で時計バンドに施しためっき皮膜は、大手時計メーカの社内規格の、耐蝕テスト（塩水噴霧テスト・人工汗・人工指紋液）および対磨耗テストに合格した実績を有する。
【００４１】
ここで、硫酸浴のめっき皮膜とリン酸浴のめっき皮膜とを図４の（Ａ）〜（Ｄ）で比較する。図４の（Ａ）および図４の（Ｂ）は硫酸酸性浴でめっき処理したロジュウム層１８を示す倍率一万倍の顕微鏡写真である。
【００４２】
このロジュウム層１８は、素地１９に粒状のものが積層しためっき膜であり、０．５μｍ以下の薄膜では白色光沢のあるきれいな皮膜が得られるが、１．０μｍ以上の厚膜となるとマイクロ・クラックが生じやすくなる。
また、図４の（Ａ）に示すようにロジュウム層１８の表面１８Ａの平坦度に改良の余地がある。
【００４３】
図４の（Ｃ）および図４の（Ｄ）はリン酸酸性浴でめっき処理したロジュウム層１４を示す顕微鏡写真である。
このロジュウム層１４は、素地２０に苔状のものが積層しためっき皮膜であり、フラッシュめっきから７μｍの厚膜まで、内部応力を抑えてマイクロ・クラックの生じ難い光沢皮膜が得られる。
【００４４】
特に、図４の（Ｃ）から見て取れるように、例えば銭苔状ともいえる薄板形状のものが積み重なるような積層状態になるため、ロジュウム層１４の表面１４Ａの平坦度を高めることができる。また、このような積層形状によれば、ロジュウム層１４が曲げられたときでも、その厚み方向の亀裂の発生を抑止することができるものと思われる。したがって、素地２０と外界（例えば口腔内）とを好適に隔絶し、素地２０の成分の溶出を抑止することができる。
具体的には、ロジュウム層１４の表面１４Ａを、最大高さ０．４μｍ（Ｒｍａｘ）の表面粗さに抑えることができる。これにより、アーチワイヤー１０は優れた滑り性を得ることができる。
【００４５】
このロジュウム層１４を金被覆層１３の表面に形成することで、図２に示すようにロジュウム層１４の膜厚ｔ２が０．５μｍ〜２μｍ、金被覆層１３の膜厚ｔ１が０．５μｍ〜２μｍの二重層とし、その後、熱処理をおこなう。
【００４６】
熱処理をおこなうことにより、図３に示すようにニッケル・チタン合金の表面１２と金被覆層１３との間に金属拡散を起こさせて第１バリアー層１５を形成するとともに、金被覆層１３とロジュウム層１４との間に金属拡散を起こさせて第２バリアー層１６を形成する。
これにより、金被覆層１３およびロジュウム層１４の密着性を高めることができる。
これにより、金被覆層１３とロジュウム層１４との二重めっき層の被覆力を向上させることができる。
【００４７】
加えて、熱処理をおこなうことにより、アーチワイヤー素材１１のチタンが吸蔵している水素を放出させ、脆化を除去することにより靱性を回復できる。
【００４８】
熱処理の温度は、アーチワイヤー素材１１に使用した形状記憶合金の特性を劣化させることのないように、最高温度を４００℃に設定する必要がある。
好ましくは、中性もしくは無酸化雰囲気中で４００℃より低温（１５０℃〜３８０℃）で２時間〜２４時間、より好ましくは１０時間〜１５時間保持する。
これにより、アーチワイヤー１０の製造工程が完了する。
【００４９】
次に、実施例１〜実施例３および比較例１〜比較例２を、図７の表、図５および図６に基づいて説明する。
実施例１〜実施例３は、アーチワイヤー素材１１に膜厚０．５μｍの金めっきで金被覆層１３を一律に形成し、その上にロジュウムめっきでロジュウム層１４を、次の膜厚で形成したものである。
研磨について：
研磨方法として、湿式メディアにて５時間および乾式メディアにて５時間のバレル研磨を行った。そして、アーチワイヤー全面を、最大表面粗さが０．２μｍ（Ｒｍａｘ）となるように仕上げた。
アーチワイヤーについて：
アーチワイヤーのサイズは、横断面形状が０．０１８インチ×０．０２５インチ（０．４５７ｍｍ×０．６３５ｍｍ）を用いた。すなわち、エッジワイズ（歯軸方向）の厚みが０．０１８インチ（０．４５７ｍｍ）で、フラットワイズ（唇言方向）の厚みが０．０２５インチ（０．６３５ｍｍ）の角ワイヤーを用いた。また、アーチワイヤーは、１４ｍｍ間隔で３点曲げ試験の復元力が５５０ｇ〜８００ｇ程度の比較的力の強いＨＥＡＶＹ ＦＯＲＣＥ（ヘビーフォース）センタロイワイヤー（ＴＯＭＹ製）を用いた。このワイヤーはＮｉＴｉ合金でＮｉを５１ａｔ％、Ｔｉを４９ａｔ％含んでいる。
曲げ負荷について：
アーチワイヤーに加えた折り曲げ負荷は、このアーチワイヤーの中ほどを、ライトワイヤープライヤーの嘴部（Ｒ０．１ｍｍ以下）で片振り角度９０°に折り曲げを１０回繰り返したものを試料とした。
ニッケルおよびチタンの溶出量について：
実施例１、２，３および比較例１，２は、それぞれ１％乳酸水溶液、３７℃に１週間浸漬し、その後、ＩＰＣ（発光分光分析装置ＳＰＳ７８００ ＳＩＩ製）によって溶出したＮｉ、Ｔｉを分析した。なお、図７の表においては、溶出量の平均（Ｍｅａｎ）と溶出量の標準偏差（Ｓ．Ｄ．）を示す。
実施例１；ロジュウム層１４の膜厚１．０μｍ
実施例２；ロジュウム層１４の膜厚０．５μｍ
実施例３；ロジュウム層１４の膜厚０．２μｍ
【００５０】
実施例１〜実施例３に使用したロジュウムめっき液およびめっき処理は、下記のような浴組成および条件でおこなった。
リン酸ロジュウム；５．０ｇ
リン酸 ；１００ｍｌ
電流密度 ；０．５Ａｍｐ／ｄｍ２
温度 ；６５℃
【００５１】
比較例１は、アーチワイヤー素材１１の表面１２を機械的研磨仕上げのみ（湿式５時間研磨および乾式５時間研磨のバレル研磨で、仕上げの表面粗さは最大高さが０．２μｍ（Ｒｍａｘ））を施したものである。すなわち、金被覆層１３やロジュウム層１４を施さないものである。
比較例２は、アーチワイヤー素材１１そのままの状態、すなわち表面１２に機械的研磨仕上げを施さないものである。
【００５２】
実施例１〜実施例３および比較例１，比較例２に対するニッケルイオンの溶出量の測定結果を表１、図５および図６（アーチワイヤーのめっきの膜厚とチタン・ニッケルの溶出量との関係を説明するグラフ）に示す。なお、腐食試験としては、人工唾液を用いた。
図７の表、図５および図６から明らかなように、ロジュウム層１４の膜厚を０．２μｍ以上とすることで、ニッケルイオンの溶出を減らすことができることが判った。すなわち、ロジウムメッキを施すことによりＮｉのみならずＴｉの溶出量も１／１０以下になった。
なお、ロジュウム層１４を形成する際の、析出量の厚さの平均的なばらつきを考慮して、ロジュウム層１４の膜厚ｔ２を０．５μｍ以上に設定することが好ましい。
【００５３】
その他、前述した各実施形態において例示したアーチワイヤー素材１１、金被覆層１３、ロジュウム層１４等の材質，形状，寸法，形態，数，配置個所，厚さ寸法等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００５４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明にかかる歯列矯正器具によれば、歯列矯正器具素材に含有するニッケルやクロムなどの金属アレルギー元素が、唾液や食品・飲料などで金属イオンとして溶出することを防止できる。
加えて、口腔内のフッ素雰囲気において腐食や変色が生じることを防止できる。
さらに、審美性および対磨耗性の改善された歯列矯正器具を得ることができ、優れた滑り性を確保することができる。
【００５５】
また、本発明にかかる歯列矯正器具の製造方法によれば、熱処理をおこなうことにより、歯列矯正器具素材の表面と金被覆層との間に金属拡散を起こさせてバリアー層を形成するとともに、金被覆層とロジュウム層との間に金属拡散を起こさせてバリアー層１６を形成することができる。
これにより、金被覆層およびロジュウム層の密着性を高めることができる。
これにより、金被覆層とロジュウム層との二重めっき層の被覆力を向上させることができる。
【００５６】
加えて、熱処理をおこなうことにより、歯列矯正器具素材のチタンが吸蔵している水素を放出させ、脆化を除去することにより靱性を回復できる。
また、熱処理の際に温度を１５０℃〜４００℃に抑えることで、歯列矯正器具素材の弾性が損なわれることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る歯列矯正器具を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る歯列矯正器具の熱処理前の状態を示す断面図である。
【図３】本発明に係る歯列矯正器具の熱処理後の状態を示す断面図である。
【図４】硫酸浴のめっき皮膜とリン酸浴のめっき皮膜とを比較した顕微鏡写真である。
【図５】本発明に係る歯列矯正器具のチタン・ニッケルの溶出量を説明するグラフである。
【図６】本発明に係る歯列矯正器具のチタン・ニッケルの溶出量を説明するグラフである。
【図７】本発明に係る実施例および比較例を示した表である。
【符号の説明】
１０ アーチワイヤー（歯列矯正器具）
１１ アーチワイヤー素材（歯列矯正器具素材）
１２ 表面
１３ 金被覆層（金層）
１４ ロジュウム層
１５ 第１バリアー層
１６ 第２バリアー層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an orthodontic appliance and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an orthodontic appliance such as an archwire or a bracket used for correcting an irregular dentition or a twisted tooth, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Archwires and brackets are known as orthodontic appliances for correcting irregular dentition and torsion teeth. The bracket is attached to the teeth, and the archwire is wrapped around the bracket, thereby using the archwire's resilience to realign the incorrect dentition.
[0003]
Some arch wires are made of a nickel-titanium alloy, and some have a noble metal plating as an adhesive layer for brazing a hook (for example, see Patent Document 1).
Further, there is an orthodontic appliance coated with a coating in order to reduce friction of the orthodontic appliance (for example, see Patent Document 2).
[0004]
Further, there is a titanium-based material in which rhodium strike plating is performed, and the surface thereof is plated with a noble metal (for example, see Patent Document 3).
In addition, there is an orthodontic appliance in which gold-containing alloy plating is applied to the surface of the orthodontic appliance (for example, see Patent Documents 4 and 5).
[0005]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 5,882,193 (page 1-2, FIG. 2)
[Patent Document 2]
US Pat. No. 6,299,438 (page 5, FIG. 1)
[Patent Document 3]
Japanese Patent Publication No. H25-25394 (page 2)
[Patent Document 4]
JP H6-125922 (page 2, FIG. 1)
[Patent Document 5]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-140995 (page 2, FIG. 2)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the technique of Patent Document 1, nickel-titanium alloy is an active metal and is oxidized as it is and cannot be brazed, so that noble metal plating is performed. As the noble metal plating, gold, platinum, rhodium, and palladium are disclosed.
[0007]
Brackets and archwires plated with gold or palladium have been evaluated for esthetics and are used clinically.
However, gold and palladium are soft, and their durability against wear such as brushing has been questioned.
[0008]
Although rhodium plating is found on some ornaments such as glasses and watches, it is not used in the field of orthodontics. This is because the conventional rhodium plating technique cannot perform thick plating to provide abrasion resistance.
In particular, Patent Document 1 does not mention a specific rhodium plating method.
[0009]
The coating disclosed in Patent Document 2 is a film of a noble metal containing rhodium, and the coating method employs chemical vapor deposition (CVD), ion beam irradiation, plasma CVD, sputtering, or the like.
However, in any of these coating methods, since the work is heated to a certain degree, there is a possibility that the superelastic property is destroyed particularly in the case of a nickel-titanium alloy.
[0010]
In addition, this type of coating method has poor adhesion of the film formation, and in particular, in a member having a repeated bending force such as an archwire, there is a problem that the film formation by the coating method is cracked and peeled off. Furthermore, the corrosion does not progress from between the cracked films, and the nickel is eluted.
[0011]
According to Patent Document 3, gold-palladium plating is disclosed as precious metal plating, but rhodium plating is taken up as a base treatment (that is, an adhesive layer).
Gold-palladium plating has low hardness and is easily scratched, and may be worn by brushing.
[0012]
Patent Literature 4 and Patent Literature 5 show examples in which gold-containing alloy plating is performed on the surface of an orthodontic appliance. According to this technique, aesthetics can be improved, but slip and abrasion resistance cannot be satisfied.
[0013]
To summarize the contents of the above Patent Documents 1 to 5 and the current state of the orthodontic appliance, when the bracket is made of metal, the bracket is made of stainless steel, and the arch wire is made of a nickel-titanium alloy in a ratio of about half. .
Although stainless steel and nickel-titanium alloys all have good corrosion resistance, they are known to elute trace amounts of nickel and chromium allergic elements in the oral environment.
[0014]
By the way, orthodontics are performed by teeth moving along with a bracket along an archwire. Therefore, friction between the archwire and the bracket slot affects the progress of the treatment.
[0015]
That is, it is necessary to smoothly slide the archwire in the slot of the bracket. Some archwires have improved slipperiness by ion plating or the like, but those having lower sliding friction have been desired.
In addition, the surface of the arch wire is often subjected to pickling or barrel polishing in order to remove an oxide film in a manufacturing process, and it is difficult to obtain a smooth surface.
[0016]
On the other hand, in recent years, there is a tendency to seek esthetics even during orthodontic treatment. However, the metal brackets on the teeth were black and noticeable, especially for adult patients.
Instead of metal brackets, plastic and ceramic brackets have become widespread. However, the nickel-titanium alloy superelastic archwire used together with them has turned black with the progress of treatment, leaving room for improvement from the viewpoint of aesthetics.
[0017]
In addition, the nickel-titanium arch wire that has turned black has an oxide film formed on the surface due to the oral environment, and the nickel-titanium wire has hydrogen due to fluorine for caries prevention and a weakly acidic atmosphere in the oral cavity. It is known to cause embrittlement.
[0018]
Further, a fluoride-releasing orthodontic adhesive has become widespread, and fluorine mouth washing is generally instructed. However, fluorine has the property of corroding nickel-titanium alloys, which contributes to nickel elution.
In addition, nickel / titanium archwires easily absorb hydrogen and are easily broken by hydrogen diffused and dissolved between crystal lattices.
[0019]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to improve the aesthetics, to improve the slipperiness, and to improve the abrasion resistance of the orthodontic appliance. It is to provide a manufacturing method.
It is still another object of the present invention to provide an orthodontic appliance such as an arch wire which does not impair superelasticity, does not cause corrosion or discoloration in a fluorine atmosphere in the oral cavity, and thereby minimizes nickel elution, and a method of manufacturing the same. .
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides an orthodontic appliance according to claim 1, wherein the surface of the orthodontic appliance material is coated with a rhodium layer via a gold coating layer. It is characterized by the following.
[0021]
The orthodontic appliance material is a shape memory alloy made of a nickel-titanium alloy, and corresponds to an orthodontic archwire, retainers, an intermaxillary device, an expander, a coil spring, or the like.
The gold coating layer is a gold coating layer having a purity of 98% or more, and has a thickness of 0.5 μm to 2.0 μm. Further, the rhodium layer has a purity of 98% or more, a thickness of 0.5 μm to 2.0 μm, and a surface roughness of a maximum height of 0.4 μm (Rmax).
[0022]
According to the orthodontic appliance of the present invention, a double layer of a gold layer and a rhodium layer is formed by plating on the surface of the orthodontic appliance material made of nickel-titanium alloy, and the thickness of each layer is 0.5 μm. ２．０2.0 μm.
Therefore, it is possible to prevent nickel contained in the orthodontic appliance material from being eluted as nickel ions in saliva, foods, beverages, and the like.
In addition, corrosion and discoloration in a fluorine atmosphere in the oral cavity can be prevented.
[0023]
Furthermore, an orthodontic appliance with improved aesthetics and abrasion resistance was obtained by the surface rhodium layer.
In addition, by suppressing the surface roughness of the rhodium layer to a maximum height of 0.4 μm (0.4 μm Rmax), excellent sliding properties can be obtained.
[0024]
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing an orthodontic appliance according to claim 8, wherein a surface of the orthodontic appliance material is coated with a gold layer, and a rhodium layer is formed thereon. It is characterized by coating.
In addition, after strike plating is applied to the surface of the orthodontic appliance material, a gold layer is coated, and a rhodium layer is coated thereon. This strike plating is weak acid gold strike plating.
[0025]
Further, in the coating step of the rhodium layer, a heat treatment was performed at 150 ° C. to 400 ° C. for 2 hours to 24 hours in a neutral or non-oxidizing atmosphere after coating the rhodium layer using a phosphoric acid acid rhodium thick plating solution.
[0026]
According to the method for manufacturing an orthodontic appliance of the present invention, by performing a heat treatment in which a gold coating layer and a rhodium layer are formed, metal diffusion between the surface of the orthodontic appliance material and the gold coating layer is performed. And a barrier layer can be formed by causing metal diffusion between the gold coating layer and the rhodium layer.
Thereby, the adhesion between the gold coating layer and the rhodium layer can be improved.
Thereby, the covering power of the double plating layer of the gold coating layer and the rhodium layer can be improved.
[0027]
In addition, the heat treatment releases hydrogen absorbed by titanium or steel of the orthodontic appliance material, and can recover toughness by removing embrittlement.
Further, by suppressing the heat treatment temperature to 150 ° C. to 400 ° C., it is possible to prevent the elasticity of the orthodontic appliance material from being impaired.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in each embodiment described below, the members and the like described in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals or corresponding reference numerals in the drawings to simplify or omit the description.
[0029]
Here, an archwire will be described as an example of the orthodontic appliance. However, the orthodontic appliance according to the present invention is not limited to the archwire, and is not limited to the archwire, brackets, buccal tubes, bands, lingual attachments, face bows, lip bumpers, retainers, intermaxillary devices, coil springs. , Expanders, removable appliances, and other orthodontic appliances.
[0030]
As shown in FIGS. 1 to 3, an archwire 10 which is an orthodontic appliance according to the present invention includes a gold (Au) coating layer (gold layer) on a surface 12 of an archwire material (orthodontic appliance material) 11. ) 13 through which a rhodium (Rh) layer 14 is coated.
2 and 3 are cross-sectional views each showing a cross section (AA cross section) of the archwire 10 shown in FIG. 1. FIG. 2 shows a state before heat treatment, and FIG. 3 shows a state after heat treatment. Show.
[0031]
The arch wire material 11 is a shape memory alloy made of a nickel-containing alloy such as a nickel (Ni) / titanium (Ti) alloy.
The gold coating layer 13 is a plating coating film having a purity of 98% or more and a thickness t1 of 0.5 μm to 2.0 μm.
Further, the rhodium layer 14 is a plating coating film having a purity of 98% or more and a film thickness t2 of 0.5 μm to 2.0 μm.
The rhodium layer 14 has a maximum surface roughness of 0.4 μm (Rmax).
[0032]
According to the arch wire 10, a double layer of the gold coating layer 13 and the rhodium layer 14 is formed on the surface 12 of the arch wire material 11 made of a nickel-titanium alloy by plating, and the thickness of each of the layers is 0.5 μm to 0.5 μm. It was set to 2.0 μm.
Therefore, it is possible to prevent nickel contained in the archwire material 11 from being eluted as nickel ions in saliva, foods, beverages, and the like.
In addition, corrosion and discoloration in a fluorine atmosphere in the oral cavity can be prevented.
[0033]
Further, the arch wire 10 having improved aesthetics and abrasion resistance was obtained by the surface rhodium layer 14.
In addition, by suppressing the surface roughness of the rhodium layer 14 to a maximum height of 0.4 μm (Rmax), excellent slipperiness can be obtained.
[0034]
Next, a method for manufacturing the archwire 10 will be described.
First, the surface 12 of the archwire material 11 shown in FIG. 2 is mechanically polished.
For this mechanical polishing, an abrasive such as barrel polishing or buff polishing or an oil-based polishing aid is used.
Next, the surface 12 is degreased and washed in an alkaline bath by anodic and cathodic electrolytic treatment.
[0035]
Next, the surface 12 is subjected to weak acid gold strike plating (not shown).
Specifically, for example, ammonium fluoride (containing fluoride except hydrofluoric acid) or the like is used as a conductive salt, and a bath is prepared with a gold content of 2.0 g / (liter) or less. A gold strike film is instantaneously (less than 60 seconds) deposited at a relatively high DC voltage.
The gold strike film has a thickness of about 0.075 μm and is formed over the entire surface 12.
[0036]
Subsequently, a pure gold plating layer of 98% or more is formed as a gold coating layer (intermediate layer) 13.
Specifically, the arch wire material 11 on which the gold strike film (not shown) has been formed is immersed in a weakly acidic (PH 3.6 to PH 4.3) pure gold plating bath, and gold plating is performed on the surface 12 by cathodic electrolysis. Perform
[0037]
The gold coating layer 13 formed by gold plating has a relatively low hardness of Vickers hardness of 150 to 200, and in order to maintain the surface hardness of the surface layer of the gold coating layer 13, the thickness is approximately 0.5 μm to 2.0 μm. Preferably, it is set to 0 μm.
The surface of the gold coating layer 13 is formed of a rhodium (Ru, which has, on average, excellent film properties such as hardness, spreadability, and aesthetics among the six platinum group metals (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, and Pt). Rh) plating film is formed.
[0038]
Here, in general, rhodium plating mainly uses a sulfuric acid acid bath, but when a film formed by the sulfuric acid acid bath is formed to a thin film of 0.5 μm or less, a white glossy and clean film can be obtained. When the thickness is 0.0 μm or more, micro cracks tend to occur.
[0039]
In the archwire 10 according to the present invention, the thickness t2 of the rhodium layer 14 is as thick as 0.5 μm to 2.0 μm, and a phosphoric acid bath (a plating solution of a phosphoric acid rhodium thickening solution) is used instead of the sulfuric acid acid bath. Is adopted.
By using a phosphoric acid acid bath, a glossy film having very low internal stress (ie, no micro cracks) can be obtained from flash plating to a thick film of 7 μm.
[0040]
In addition, the rhodium plating solution of the phosphoric acid acid bath is employed, for example, when a watch band of a wristwatch is plated with a glossy film having a thickness of 2 μm.
The plating film applied to the watch band with this plating solution has passed the corrosion resistance test (salt spray test, artificial sweat, artificial fingerprint solution) and anti-abrasion test of the in-house standard of a major watch manufacturer.
[0041]
Here, the plating film of the sulfuric acid bath and the plating film of the phosphoric acid bath are compared in FIGS. FIGS. 4A and 4B are 10,000 × magnification micrographs showing the rhodium layer 18 plated with a sulfuric acid acid bath.
[0042]
The rhodium layer 18 is a plating film formed by laminating a granular material on a substrate 19. A thin film having a thickness of 0.5 μm or less can provide a clean film having a white luster, but a thick film having a thickness of 1.0 μm or more has a micro crack. Tends to occur.
Further, as shown in FIG. 4A, there is room for improvement in the flatness of the surface 18A of the rhodium layer 18.
[0043]
FIGS. 4C and 4D are micrographs showing the rhodium layer 14 plated with a phosphoric acid acid bath.
The rhodium layer 14 is a plating film in which moss-like materials are laminated on the substrate 20, and from the flash plating to a thick film of 7 μm, a glossy film in which micro cracks are hardly generated by suppressing internal stress is obtained.
[0044]
In particular, as can be seen from FIG. 4 (C), for example, a thin plate shape, which can be said to be a moss-like shape, is stacked so that the flatness of the surface 14A of the rhodium layer 14 can be increased. In addition, according to such a laminated shape, even when the rhodium layer 14 is bent, it is considered that the generation of cracks in the thickness direction can be suppressed. Therefore, the base 20 and the outside world (for example, in the oral cavity) can be suitably isolated from each other, and elution of the components of the base 20 can be suppressed.
Specifically, the surface 14A of the rhodium layer 14 can be suppressed to a surface roughness having a maximum height of 0.4 μm (Rmax). Thereby, the archwire 10 can obtain excellent slipperiness.
[0045]
By forming the rhodium layer 14 on the surface of the gold coating layer 13, as shown in FIG. 2, the thickness t2 of the rhodium layer 14 is 0.5 μm to 2 μm, and the thickness t1 of the gold coating layer 13 is 0.5 μm to After forming a double layer of 2 μm, heat treatment is performed.
[0046]
The heat treatment causes metal diffusion between the nickel-titanium alloy surface 12 and the gold coating layer 13 to form the first barrier layer 15 as shown in FIG. The second barrier layer 16 is formed by causing metal diffusion between the second barrier layer 16 and the layer 14.
Thereby, the adhesion between the gold coating layer 13 and the rhodium layer 14 can be improved.
Thereby, the covering power of the double plating layer of the gold coating layer 13 and the rhodium layer 14 can be improved.
[0047]
In addition, by performing the heat treatment, the hydrogen absorbed by the titanium of the archwire material 11 can be released, and the toughness can be restored by removing embrittlement.
[0048]
It is necessary to set the maximum temperature of the heat treatment to 400 ° C. so as not to deteriorate the characteristics of the shape memory alloy used for the arch wire material 11.
Preferably, it is maintained at a temperature lower than 400 ° C. (150 ° C. to 380 ° C.) for 2 hours to 24 hours, more preferably 10 hours to 15 hours in a neutral or non-oxidizing atmosphere.
Thereby, the manufacturing process of the archwire 10 is completed.
[0049]
Next, Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 will be described based on the table of FIG. 7 and FIGS. 5 and 6.
In the first to third embodiments, a gold coating layer 13 is uniformly formed on the archwire material 11 by gold plating with a thickness of 0.5 μm, and a rhodium layer 14 is formed thereon by rhodium plating with the following film thickness. It was done.
About polishing:
As a polishing method, barrel polishing was performed for 5 hours with a wet medium and 5 hours with a dry medium. Then, the entire surface of the arch wire was finished so that the maximum surface roughness was 0.2 μm (Rmax).
About Archwire:
As the size of the arch wire, a cross section of 0.018 inch × 0.025 inch (0.457 mm × 0.635 mm) was used. That is, a square wire having an edgewise (tooth axis direction) thickness of 0.018 inch (0.457 mm) and a flatwise (lip direction) thickness of 0.025 inch (0.635 mm) was used. Further, as the arch wire, a heavy force HEAVY FORCE (heavy force) center alloy wire (manufactured by TOMY) having a relatively strong restoring force of about 550 g to 800 g in a three-point bending test at 14 mm intervals was used. This wire is a NiTi alloy and contains 51 at% of Ni and 49 at% of Ti.
About bending load:
The bending load applied to the archwire was a sample obtained by repeatedly bending the middle of the archwire 10 times with a beak (R 0.1 mm or less) of a light wire plier to a swing angle of 90 °.
About the elution amount of nickel and titanium:
In Examples 1, 2, and 3 and Comparative Examples 1 and 2, each was immersed in a 1% aqueous lactic acid solution at 37 ° C. for 1 week, and then Ni and Ti eluted by IPC (emission spectroscopic analyzer SPS7800 SII) were analyzed. . In the table of FIG. 7, the average (Mean) of the elution amount and the standard deviation (SD) of the elution amount are shown.
Example 1: 1.0 μm thickness of the rhodium layer 14
Example 2; 0.5 μm thickness of the rhodium layer 14
Example 3; thickness of the rhodium layer 14 was 0.2 μm
[0050]
The rhodium plating solution and the plating treatment used in Examples 1 to 3 were performed under the following bath composition and conditions.
Rhodium phosphate; 5.0 g
Phosphoric acid; 100ml
Current density: 0.5 Amp / dm 2
Temperature; 65 ° C
[0051]
In Comparative Example 1, only the surface 12 of the arch wire material 11 was mechanically polished (barrel polishing of 5 hours of wet polishing and 5 hours of dry polishing, and the finished surface roughness had a maximum height of 0.2 μm (Rmax)). It has been subjected to. That is, the gold coating layer 13 and the rhodium layer 14 are not applied.
In Comparative Example 2, the arch wire material 11 is left as it is, that is, the surface 12 is not subjected to mechanical polishing.
[0052]
Table 1, FIG. 5 and FIG. 6 show the measurement results of the nickel ion elution amount for Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 (the relationship between the film thickness of the archwire plating and the titanium and nickel elution amount). Graph illustrating the relationship). In addition, artificial saliva was used for the corrosion test.
As is clear from the table of FIG. 7, and FIGS. 5 and 6, it was found that the elution of nickel ions can be reduced by setting the thickness of the rhodium layer 14 to 0.2 μm or more. That is, the elution amount of not only Ni but also Ti was reduced to 1/10 or less by applying rhodium plating.
The thickness t2 of the rhodium layer 14 is preferably set to 0.5 μm or more in consideration of the average variation in the thickness of the deposition when the rhodium layer 14 is formed.
[0053]
In addition, the materials, shapes, dimensions, shapes, numbers, arrangement locations, thickness dimensions, and the like of the arch wire material 11, the gold coating layer 13, the rhodium layer 14, etc. exemplified in the above-described embodiments can achieve the present invention. If there is, it is arbitrary and is not limited.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the orthodontic appliance according to the present invention, metal allergic elements such as nickel and chromium contained in the orthodontic appliance material are eluted as metal ions in saliva, food, beverages, and the like. Can be prevented.
In addition, corrosion and discoloration in a fluorine atmosphere in the oral cavity can be prevented.
Furthermore, an orthodontic appliance with improved aesthetics and abrasion resistance can be obtained, and excellent sliding properties can be secured.
[0055]
Further, according to the method for manufacturing an orthodontic appliance according to the present invention, by performing a heat treatment, a metal layer is caused to diffuse between the surface of the orthodontic appliance material and the gold coating layer to form a barrier layer. The barrier layer 16 can be formed by causing metal diffusion between the gold coating layer and the rhodium layer.
Thereby, the adhesion between the gold coating layer and the rhodium layer can be improved.
Thereby, the covering power of the double plating layer of the gold coating layer and the rhodium layer can be improved.
[0056]
In addition, by performing the heat treatment, the hydrogen absorbed by the titanium of the orthodontic appliance material is released, and the toughness can be restored by removing embrittlement.
Further, by suppressing the temperature to 150 ° C. to 400 ° C. during the heat treatment, it is possible to prevent the elasticity of the orthodontic appliance material from being impaired.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an orthodontic appliance according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state before a heat treatment of the orthodontic appliance according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state after heat treatment of the orthodontic appliance according to the present invention.
FIG. 4 is a micrograph comparing a plating film of a sulfuric acid bath with a plating film of a phosphoric acid bath.
FIG. 5 is a graph illustrating the elution amount of titanium / nickel in the orthodontic appliance according to the present invention.
FIG. 6 is a graph illustrating the elution amount of titanium / nickel in the orthodontic appliance according to the present invention.
FIG. 7 is a table showing examples and comparative examples according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10 arch wire (orthodontic appliance)
11 arch wire material (orthodontic appliance material)
12 Surface 13 Gold coating layer (gold layer)
14 rhodium layer 15 first barrier layer 16 second barrier layer
