DE69631737T2

DE69631737T2 - Vorrichtung für die Zahnpflege

Info

Publication number: DE69631737T2
Application number: DE69631737T
Authority: DE
Inventors: Kenichi Suwa-shi Nagano-ken Shimodaira; Junichi Suwa-shi Nagano-ken Hayashi; Michio Shiojiri-shi Nagano-ken Ito
Original assignee: Seiko Epson Corp; Matsumoto Dental University
Current assignee: Seiko Epson Corp; Matsumoto Dental University
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2016-11-30
Also published as: EP0776638A2; JPH09154854A; EP0776638B1; EP0776638A3; US5800162A; JP3408683B2; DE69631737D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnpflegevorrichtung, wie Zahnklammern für die orthodontische Korrektur, die leicht herzustellen ist, eine gute Oberflächenbenetzbarkeit, insbesondere in Bezug auf Speichel, aufweist und bei der funktionelle Bereiche, wie Bereiche mit geringer Reibung und Bereiche mit verbesserter Haftfähigkeit, sich leicht erhalten lassen.
Beschreibung des Stands der Technik
Als Zahnpflegevorrichtungen, die in der Mundhöhle verwendet werden, sind orthodontische Klammern und Drähte zur Verwendung bei der orthodontischen Korrektur der Zahnausrichtung (Zahnreihe) bekannt.
Klammern für den orthodontischen Einsatz (nachstehend einfach als "orthodontische Klammern" bezeichnet) umfassen im allgemeinen eine Grundlage, die am Zahn durch Verkleben fixiert wird, und einen Drahtaufnahmeteil, der oben auf der Grundlage ausgebildet ist. Der Drahtaufnahmeteil weist einen Schlitz auf, durch den ein Draht geführt wird. Durch Festziehen des Drahtes wird eine straffe Brücke zur Zahnausrichtung gebildet.
Herkömmlicherweise werden für diese Arten von Klammern z. B. folgende Materialien verwendet: 1) Metallmaterialien, z. B. rostfreier Stahl; 2) Keramik, z. B. Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid und Saphir; und 3) harte Kunststoffe, d. h. Polycarbonate und Polydimethacrylate. Jedoch treten bei diesen Materialien die folgenden Defekte auf.
Klammern aus rostfreiem Stahl sind zur Verwendung im menschlichen Körper vergleichsweise ungeeignet, insbesondere üben sie nachteilige Einflüsse auf das Körpergewebe auf, indem sie Metallallergien verursachen oder eine karzinogene Wirkung aufgrund einer Elution von Ni und Cr befürchten lassen. Beim Träger ergibt sich ferner aufgrund eines metallischen Glanzes ein beeinträchtigtes Erscheinungsbild der Klammern. Außerdem führt die geringe Benetzbarkeit der Oberfläche durch Speichel dazu, dass bei der Verwendung leicht Trockenheit auftritt. Außerdem ist das Gleitvermögen von rostfreiem Stahl in Bezug zu Körpergeweben, wie Schleimhäuten der Lippe oder Haut, ungünstig. Demzufolge kann es zu Entzündungen kommen, die dem Patienten Schmerzen bereiten.
Klammern aus Keramik weisen von Natur aus eine geringe Zähigkeit auf. Daher kommt es beim Tragen und beim Einsatz der Klammern leicht zu Brüchen. Insbesondere ist es erforderlich, beim Entfernen der Klammern nach Beendigung der orthodontischen Korrektur der Zähne sorgfältig vorzugehen, um einen Bruch zu vermeiden. Ferner sind Klammern aus keramischem Material besonders teuer.
Klammern aus harten Kunststoffen weisen eine geringe Festigkeit und Beständigkeit gegen Reibung auf, so dass es leicht zu Deformationen und Brüchen kommt. Ferner ist es schwierig, in wirksamer Weise die Spannung von den gespannten Drähten auf die Zähne zu übertragen. Außerdem besteht ebenso wie bei rostfreiem Stahl eine schlechte Benetzbarkeit der Oberfläche mit Speichel, so dass die gleichen Probleme auftreten. Ferner tritt ein erheblicher Gleitwiderstand der Drähte an der Innenfläche des Schlitzes auf, was es schwierig macht, sehr kleine Belastungseinstellungen korrekt vorzunehmen. Außerdem kommt es bei der Verwendung leicht zu Abrieberscheinungen.
In den letzten Jahren wurden neue Materialien, wie Ti oder Ti-Legierungen zur Verwendung in orhodontischen Vorrichtungen vorgeschlagen (JP-A-6-14942). Ti- oder Ti-Legierungen zeichnen sich durch ihr geringes Gewicht und ihre hohe Festigkeit aus, verhalten sich antikorrosiv und sind mit dem Körpergewebe verträglich. Jedoch ist die Herstellung und Bearbeitung der Klammern nicht einfach, da zur spanabhebenden Bearbeitung der Gussstücke spezielle Werkzeuge oder eine Laserbearbeitung erforderlich sind. Das Gussstück kann auch durch eine superplastische Formgebungsbearbeitung gebildet werden. Insbesondere bei der Verarbeitung des Materials zu komplizierten und winzigen Formen sind komplizierte Herstellungsverfahren und ein hohes Maß an Sachverstand erforderlich, was die Herstellungskosten erhöht.
Außerdem ist insbesondere im Fall von Gussstücken die Metallstruktur sehr dicht. Daher ergibt sich eine geringe Benetzbarkeit der Oberfläche mit Speichel, so dass die gleichen Schwierigkeiten auftreten. Außerdem ergibt sich ein vergleichsweise größerer Gleitwiderstand der Drähte an der Innenfläche der Schlitze, was es erschwert, geringfügige Belastungseinstellungen genau vorzunehmen.
Eine weitere Schwierigkeit besteht in der Reaktion mit Sauerstoff und Stickstoff während des Gießens, was zu einer brüchigen Beschaffenheit der Klammern führt. Somit treten die gleichen Probleme wie bei keramischen Klammern auf.
Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend erörterten Schwierigkeiten des Stands der Technik zu überwinden und eine Zahnpflegevorrichtung bereitzustellen, die ein geringes Gewicht aufweist, eine ausreichende mechanische Festigkeit und Härte bei entsprechender Duktilität und Elastizität besitzt und mit dem Körpergewebe gut verträglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die Zahnpflegevorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der nachgeordneten Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Zahnpflegevorrichtung weist ein geringes Gewicht auf und besitzt eine ausreichende mechanische Festigkeit und Härte bei entsprechender Duktilität und Elastizität. Die Zahnpflegevorrichtung weist ferner Teile auf, die herkömmlichen Klammern aus rostfreiem Stahl, Keramik oder Kunststoff in Bezug auf Haftfestigkeit, Gleiteigenschaften des Drahts und dergl. sowie in Bezug auf reibungsmindernde Beschaffenheit und Oberflächenbenetzbarkeit überlegen sind. Außerdem erweist sich die Zahnpflegevorrichtung in Bezug auf die Verträglichkeit mit dem Körpergewebe, das Erscheinungsbild und die Einfachheit der Entfernung als besonders günstig. Gemäß einer Ausführungsform liegt eine Oberflächenschicht vor, die in Bezug auf die Gleiteigenschaften des Drahtes und dergl. sowie in Bezug auf die reibungsmindernde Beschaffenheit eine zusätzliche Verbesserung mit sich bringt. Gemäß einer Ausführungsform liegen Poren in der Nähe der Oberfläche vor, wodurch die Haftfestigkeit, die Benetzbarkeit der Oberfläche und das Erscheinungsbild noch weiter verbessert werden.
Bei einem Herstellungsverfahren durch ein Metallpulver-Spritzgießverfahren lassen sich selbst komplizierte und winzige Formgebungen leicht mit einem hohen Grad an Genauigkeit und guter Reproduzierbarkeit vornehmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnpflegevorrichtung bei Anwendung auf orthodontische Klammern.
2 ist eine Ansicht von unten der Ausführungsform von 1.
3 ist ein Querschnitt entlang der Linie III–III von 1.
4 ist eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform.
5 ist eine Querschnittansicht, die eine Vergrößerung im Bereich der inneren Oberfläche des Schlitzes in orthodontischen Klammern zeigt.
6 ist eine Querschnittansicht, die eine Vergrößerung in der Nähe der Oberfläche des Drahtaufnahmeteils in orthodontischen Klammern zeigt.
7 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Linienanalyse von Kohlenstoff (C) mit einem elektronischen Linien-Mikroanalysengerät zeigt, und zwar im Querschnittbereich einer Vergrößerung in der Nähe des Drahtaufnahmeteils in orthodontischen Klammern.
8 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Linienanalyse von Sauerstoff (O) mit einem elektronischen Linien-Mikroanalysengerät zeigt, und zwar im Querschnittbereich einer Vergrößerung in der Nähe des Drahtaufnahmeteils in orthodontischen Klammern.
9 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Linienanalyse von Stickstoff (N) mit einem elektronischen Linien-Mikroanalysengerät zeigt, und zwar im Querschnittbereich einer Vergrößerung in der Nähe des Drahtaufnahmeteils in orthodontischen Klammern.
10 ist eine photographische Aufnahme zur Darstellung der Metallzusammensetzung.
11 ist eine photographische Aufnahme zur Darstellung der Metallzusammensetzung.
12 ist eine photographische Aufnahme zur Darstellung der Metallzusammensetzung.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Nachstehend wird die erfindungsgemäße Zahnpflegevorrichtung ausführlich unter Bezugnahme auf die in den beigefügten Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen erläutert.
Wie in den Figuren gezeigt, sind die orthodontischen Korrekturklammern 1 aus einer planaren Grundlage 2, die eine Klammergrundlage und einen Klammerstiel umfasst, und aus einem Drahtaufnahmeteil (Verbindungsflügel) 3, der an der oberen Oberfläche der Grundlage 2 ausgebildet ist, zusammengesetzt.
Ein Schlitz 4 erstreckt sich in gerader Richtung in der Mitte des Drahtaufnahmeteils 3. Durch diesen Schlitz verläuft ein Draht 7. Die nachstehenden Ausführungen enthalten Einzelheiten über den Draht. Wie in 3 gezeigt, weist der Querschnitt des Schlitzes 4 in der bevorzugten Ausführungsform eine rechteckige Gestalt auf. Es besteht jedoch keine Beschränkung auf diese Ausführungsform. Beispielsweise kann ein V-förmiger oder U-förmiger Schlitz vorliegen.
Wie in 4 dargestellt, werden derartige orthodontische Klammern 1 am Zahn 15 durch Ankleben der Bodenebene (rückwärtige Ebene) 5 der Grundlage 2 an den Zahn 15 mit einem Klebstoff befestigt. Winzige Einkerbungen 6 sind an der unteren Ebene 5 der Grundlage 2 ausgebildet; vergl. 2. In der bevorzugten Ausführungsform sind diese Einkerbungn 6 als Rillen, vorzugsweise in Gitterform, ausgebildet. Jedoch sind die Einkerbungen nicht auf diese Formation beschränkt. Beispielsweise können Rillen in Form von geraden Linien oder von konzentrischen Kreisen oder Rillen mit anderen Mustertypen ausgebildet sein. Alternativ können Vorsprünge oder Vertiefungen in regelmäßiger oder unregelmäßiger Form (z. B. Streuung) ausgebildet sein.
Durch Ausbildung dieser Einkerbungen 6 wird die durch den Klebstoff haftende Oberfläche vergrößert. Die Klebeeigenschaften (Haftfestigkeit) beim Ankleben der Grundlage 2 an den Zahn 15 werden dadurch erhöht. Vorzugsweise werden die Einkerbungen 6 so gebildet, dass die Klebefläche um etwa 5 bis 250 % und insbesondere um etwa 30 bis 100 % erhöht ist, verglichen mit dem Fall, bei dem keine Einkerbungen vorliegen. Ferner ist es bevorzugt, die Tiefe der Einkerbungen 6 auf etwa 50 bis 300 μm und insbesondere auf etwa 100 bis 150 μm festzulegen.
4 zeigt den Zustand, bei dem die erfindungsgemäße Zahnpflegevorrichtung, die aus einer Mehrzahl von orthodontischen Klammern 1 und Draht 7 zusammengesetzt ist, an Zähnen angebracht ist. Eine entsprechende orthodontische Klammer 1 ist mit der unteren Ebene der Grundlage 2 durch das Klebstoffmaterial an die Zahnfläche der Zähne 15 geklebt. Ein Draht 7 verläuft durch den Schlitz 4 der einzelnen orthodontischen Klammern und befindet sich in gespanntem Zustand. Durch die dadurch ausgeübte Zugkraft werden die orthodontischen Klammern 1 einer Belastung ausgesetzt, die eine orthodontische Korrektur unter Ausrichtung der Zähne bewirkt.
Der Draht 7 kann beispielsweise aus Ti oder Ti-Massen, rostfreiem Stahl oder superplastischen Massen oder einer Kombination daraus zusammengesetzt sein. Der Querschnitt des Drahts kann beispielsweise rechteckig, polygonal, kreisförmig, elliptisch, halbkreisförmig oder dergl. sein.
Auf die vorstehende Weise aufgebaute orthodontische Klammern 1 bestehen aus Metallmaterial, das Ti als Grundkomponente enthält, zusammen mit Kohlenstoff (C) in einer Menge von etwa 0,03 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Metallmaterial, Sauerstoff (O) in einer Menge von etwa 0,08 bis 0,8 Gew.-%, bezogen auf das Metallmaterial, und Stickstoff (N) in einer Menge von etwa 0,03 bis 0,6 Gew.-%, bezogen auf das Metallmaterial.
Ti weist ein geringes Gewicht auf und besitzt eine hohe Festigkeit und eine hohe Härte. Es unterliegt nicht leicht Deformationen und Brüchen, so dass es dauerhaft ist und eine korrosionsfreie Beschaffenheit aufweist. Außerdem ergibt sich nur eine äußerst geringe Elution von Metallkomponenten, so dass allergische Reaktionen aufgrund von Metallallergien und dergl. unter Kontrolle gehalten werden können, d. h. es ergibt sich eine gute Körperverträglichkeit. Ferner weist Ti im Gegensatz zu rostfreiem Stahl einen geringen metallischen Glanz auf und beeinträchtigt das Erscheinungsbild der Zähne, die mit den Klammern versehen sind, nicht.
Im Metallmaterial zur Bildung der orthodontischen Klammern 1 liegen C, O und N beispielsweise in Form von chemischen Verbindungen mit Ti vor. Da diese Elemente im Metallmaterial in ausgewogenen Anteilen enthalten sind, behält die Zahnpflegevorrichtung ihre günstigen physikalischen Eigenschaften in Bezug auf Festigkeit, Härte, Duktilität (Zähigkeit) und Elastizität. Unter diesen Elementen ist der Anteil an N von besonderer Bedeutung. Selbst wenn der Anteil an Stickstoff nur winzig ist, ergeben sich starke Einflüsse und Verbesserungen der physikalischen Eigenschaften des Metallmaterials.
Der C-Gehalt im Metallmaterial beträgt etwa 0,03 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Metallmaterial, vorzugsweise etwa 0,04 bis 0,2 Gew.-% und insbesondere 0,05 bis 0,1 Gew.-%. Wenn der C-Gehalt weniger als 0,03 Gew.-% beträgt, so ergibt sich eine verminderte Festigkeit des Metallmaterials, sofern der Gehalt an O und N ebenfalls gering ist. Wenn der C-Gehalt 0,5 Gew.-% übersteigt, so verringert sich die Duktilität des Metallmaterials.
Der O-Gehalt im Metallmaterial beträgt etwa 0,08 bis 0,8 Gew.-%, bezogen auf das Metallmaterial, vorzugsweise etwa 0,1 bis 0,5 Gew.-% und insbesondere etwa 0,25 bis 0,3 Gew.-%. Liegt der O-Gehalt unter 0,08 Gew.-% und sind die Mengen an C und N gering, so nimmt die Festigkeit des Metallmaterials ab. Übersteigt der O-Gehalt 0,8 Gew.-%, so nimmt die Duktilität des Metallmaterials ab.
Der N-Gehalt im Metallmaterial beträgt vorzugsweise etwa 0,03 bis 0,6 Gew.-%, bezogen auf das Metallmaterial, insbesondere etwa 0,35 bis 0,14 Gew.-% und ganz besonders etwa 0,04 bis 0,05 Gew.-%. Wenn der N-Gehalt unter 0,03 Gew.-% liegt und die Mengen an C und O gering sind, nimmt die Festigkeit des Metallmaterials ab. Übersteigt der N-Gehalt 0,6 Gew.-%, so nimmt die Duktilität des Metallmaterials ab.
Vorzugsweise betragen die Gesamtmengen an C, O und N im Metallmaterial etwa 0,14 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Metallmaterial, insbesondere etwa 0,18 bis 0,8 Gew.-% und ganz besonders etwa 0,3 bis 0,4 Gew.-%. Liegt der Gesamtgehalt unter 0,14 Gew.-%, so nimmt die Festigkeit des Metallmaterials ab. Bei einem Anteil über 1,0 Gew.-% nimmt die Duktilität des Metallmaterials ab.
Das Metallmaterial kann beispielsweise auch die Elemente Fe, Cr, Pd, Co, Zr, Al, V, Mo und andere Elemente oder Gemische davon (unvermeidlich oder zufällig) in einem Bereich enthalten, der keine Entzündungen (Reaktionen) durch Metallallergien und dergl. verursacht. Der Zusatz dieser Elemente trägt zusätzlich zur Festigkeit des Metallmaterials bei. Vorzugsweise liegen diese Elemente in Legierungen mit Ti vor oder bilden Metallverbindungen.
5 ist eine vergrößerte Querschnittansicht zur Darstellung des Bereiches in der Nähe der inneren Oberfläche 41 des Schlitzes 4 in den orthodontischen Klammern 1. Wie aus der Figur hervorgeht, ist an der inneren Oberfläche 41 des Schlitzes 4 eine Oberflächenschicht 8 ausgebildet, die im Vergleich zum inneren Teil 9 einen hohen Härtegrad aufweist.
Für den hohen Härtegrad der Oberflächenschicht 8 gibt es zahlreiche Gründe. Der Hauptgrund besteht jedoch in der Zusammensetzung der Oberflächenschicht. Die Gesamtmenge an C, O und N in der Oberflächenschicht 8 ist im Vergleich zum inneren Teil 9 hoch, wobei der Durchschnittswert der Gesamtmenge an C, O und N in der Oberflächenschicht 8 vorzugsweise um etwa 4 bis 60 % und insbesondere um etwa 5 bis 20 % höher als im inneren Teil 9 ist.
Als Folge der harten Beschaffenheit der Oberflächenschicht 8 verbessert sich die Gleitfähigkeit des Drahtes 7 an der inneren Oberfläche 41 des Schlitzes 4 (der Gleitwiderstand ist verringert) und eine Bewegung der orthodontischen Klammern 1 am Draht 7 lässt sich leicht durchführen, was zu genaueren und kleineren Einstellungen der Belastung führt.
Die Grenze zwischen der Oberflächenschicht 8 und dem Teil, der von der Oberflächenschicht 8 weiter nach innen geht, d. h. dem inneren Teil 9, muss nicht klar definiert sein. In der Nähe der Grenze kann es einen kontinuierlichen Übergang in Bezug auf den Härtegrad geben oder die enthaltenen Elemente, wie C, O und N, können in Tiefenrichtung einem vorbestimmten Konzentrationsgradienten folgen.
Wenn beispielsweise im letztgenannten Fall die Gesamtmenge an C, O und N in der Oberflächenschicht 8 als a Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, definiert ist und die Gesamtmenge an C, O und N im von der Oberflächenschicht 8 aus gesehen weiter nach innen liegenden Teil (innerer Teil 9) als b Gew.-% definiert ist, ist es bevorzugt, dass die Dicke des Teils, in dem das Verhältnis a:b einen Wert von 1,1:1 oder mehr hat, etwa 2 bis 100 μm und insbesondere etwa 5 bis 50 μm beträgt. Wenn diese Dicke weniger als 2 μm beträgt, so ergibt sich die Funktion der Oberflächenschicht 8, nämlich die Verbesserung der Gleiteigenschaften des Drahtes 7, nicht in ausreichendem Maße oder es kommt zu einer Beeinträchtigung der Dauerhaftigkeit. Wenn die Dicke dieses Teils 100 μm übersteigt, so wird das Metallmaterial spröde und unterliegt bei der Verwendung oder bei der Entfernung leicht Brüchen.
Die Dicke dieses Teils kann in geeigneter Weise eingestellt werden, indem man die Brennbedingungen (Brenntemperatur, Brennzeit, Vakuum der Brennatmosphäre, Gaszusammensetzung und dergl.) während der Brennstufe beim Herstellungsverfahren der orthodontischen Klammern, das nachstehend erläutert wird, steuert.
Der Härtegrad der Oberflächenschicht 8 unterliegt keinen speziellen Beschränkungen. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Vickers-Härte etwa 200 bis 400 und insbesondere etwa 300 bis 380 beträgt. Bei diesem Härtebereich zeigen sich die vorstehend angegebenen Wirkungen.
Die Oberflächenschicht 8 kann zumindest an der inneren Oberfläche 41 (Wände und Boden) der Schlitze 4 ausgebildet sein. Sie kann jedoch auch an anderen Teilen ausgebildet sein, z. B, die gesamten orthodontischen Klammern 1 bedecken.
6 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht des Bereiches in der Nähe der Oberfläche 31 des Drahtaufnahmeteils 3 der orthodontischen Klammern 1. Die Oberfläche 31 umfasst die gesamte Oberfläche des Drahtaufnahmeteils 3 mit Ausnahme der Oberfläche des Schlitzes 4. Wie in der Figur dargestellt, sind winzige Poren in der Nähe der Oberfläche 31 des Drahtaufnahmeteils 3 verstreut, die zur hydrophilen Beschaffenheit (Wasserretentionsfunktion) beitragen. Die hydrophile Beschaffenheit verbessert die Benetzungseigenschaften der Oberfläche 31 des Drahtaufnahmeteils 3, so dass bei Benetzung der Oberfläche 31 mit Speichel ein Benetzungszustand aufrechterhalten werden kann und somit Trockenheit verhindert wird. Infolgedessen lassen sich das Gleitvermögen an Körpergewebe, insbesondere an den Lippen und anderen Weichgeweben, einschließlich Schleimhäuten, aufrechterhalten, entzündliche Reaktionen verringern und Schmerzen für den Träger der orthodontischen Klammern verhindern. Die Existenz der Poren 10 schränkt auch den Glanz der Oberfläche 31 des Drahtaufnahmeteils 3 ein, wodurch das Erscheinungsbild der an den Zähnen getragenen Klammern erheblich verbessert wird.
Der durchschnittliche Durchmesser der Poren beträgt vorzugsweise 0,5 bis 50 μm und insbesondere etwa 5 bis 20 μm. Liegt der durchschnittliche Durchmesser unter 0,5 μm, so kann Speichel nicht in ausreichendem Maße eindringen und das Gleitvermögen wird verringert. Ferner verschlechtert sich das Erscheinungsbild aufgrund des Glanzes.
Übersteigt der durchschnittliche Durchmesser den Wert von 50 μm, so ergeben sich eine verringerte Festigkeit und Duktilität des Metallmaterials. Da ferner die offenen Poren groß sind, werden Nahrungsmittel und dergl. in diesen offenen Poren während des Einsatzes festgehalten, was zu einer Vermehrung von Bakterien und zum Auftreten von anderen nachteiligen Wirkungen führt.
Vorzugsweise weist der Großteil (insbesondere mehr als 66 %) der Poren 10 einen Durchmesser im Bereich von etwa 0,5 bis 100 μm und insbesondere im Bereich von etwa 5 bis 50 μm auf. In diesem Fall unterliegt die Funktion der Verteilungskurve keinen speziellen Beschränkungen. Beispielsweise sind eine Gauss-Verteilung (normale Verteilung), eine binomische Verteilung und dergl. zulässig. Infolgedessen werden die Benetzungseigenschaften der Oberfläche 31 sowie das Erscheinungsbild weiter verbessert.
Die Poren liegen vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,05 bis 5 Vol.-%, bezogen auf das Volumen der Klammer, und insbesondere von etwa 0,5 bis 2,0 Vol.-% vor. Wenn die Poren in einer Menge von weniger als 0,05 Vol.-% vorliegen, so ergibt sich keine angemessene Verbesserung der Besetzungseigenschaften der Oberfläche 31. Übersteigt die Menge 5,0 Vol.-%, so werden die Festigkeit des Metallmaterials, insbesondere die Zugfestigkeit, die Duktilität und die Elastizität vermindert.
Die Anzahl der vorhandenen Poren kann in Tiefenrichtung von der Oberfläche 31 aus abnehmen. Insbesondere kann sie von der Oberfläche 31 in Richtung zum inneren Teil 9 graduell abnehmen. In diesem Fall werden die Besetzungseigenschaften der Oberfläche 31 verbessert, wobei ein hohes Maß an Festigkeit und Duktilität in den orthodontischen Klammern 1 aufrechterhalten wird.
Die Poren 10 lassen sich in den orthodontischen Klammern 1 leicht durch ein nachstehend erläutertes Metallpulver-Spritzgießverfahren herstellen. Die Bedingungen in Bezug auf die Poren 10 lassen sich leicht einstellen, indem man die Herstellungsbedingungen, z. B. Typ und Menge des Bindemittels, Brennbedingungen (Brenntemperatur, Brennzeit, Vakuum der Brennatmosphäre, Gaszusammensetzung und dergl.) und ähnliche Parameter, steuert.
Bei den bevorzugten Ausführungsformen sind Poren 10 auf die vorstehend angegebene Weise in der Nähe der unteren Ebene 2 der Grundlage 2 und insbesondere in der Nähe der Oberfläche der Einkerbungen 6 gebildet. Infolgedessen wird (neben der Funktionsweise der Einkerbungen 6) die Dauerhaftigkeit des Klebstoffmaterials bezüglich der Fixierung der orthodontischen Klammern 1 an den Zähnen weiter verbessert und die Hafteigenschaften (Haftfestigkeit) zum Festkleben der Grundlage 2 an die Zähne 15 werden verbessert.
Obgleich es ausreicht, dass die Poren 10 zumindest in der Nähe der Oberfläche 31 des Drahtaufnahmeteils 3 oder in der Nähe der unteren Ebene 5 der Grundlage 2 ausgebildet sind, können sie auch in anderen Teilen ausgebildet sein. Sie können sogar in den gesamten orthodontischen Klammern 1 ausgebildet sein.
Bezüglich des Herstellungsverfahrens der vorerwähnten orthodontischen Klammern 1 gibt es keine Beschränkung auf eine spezielle Technik. Es ist jedoch günstig, die Klammern durch ein Metallpulver-Spritzgießverfahren (MIM) herzustellen. Nachstehend wird das Metallpulver-Spritzgießverfahren näher erläutert.
MIM-Verfahren
Stufe 1: Metallpulver aus Ti (oder einer Ti-Legierung) und ein oder mehr Bindemittel (organische Bindemittel) werden bereitgestellt und mit einem Kneter zu einer Masse verknetet. Der durchschnittliche Korndurchmesser (Teilchendurchmesser) des Metallpulvers ist nicht auf einen bestimmten Durchmesser beschränkt. Jedoch wird im allgemeinen ein Durchmesser von etwa 5 bis 60 μm und insbesondere von etwa 10 bis 40 μm bevorzugt.
Als Bindemittel können ein oder mehr beispielhafte Substanzen aus der folgenden Gruppe ausgewählt werden: Polyethylen; Polypropylen; Poleolefine, wie Ethylen-Vinylacetat-Copolymere; Polymethylmethacrylat; Polybutylmethacrylat und andere Acrylharze; Polystyrol und andere Styrolharze; Polyvinylchlorid; Polyamid; Polyester; Polyether; thermoplastische Harze, einschließlich Copolymere der vorstehend aufgeführten Substanzen; verschiedene Wachstypen, Paraffin; und dergl.
Die Bindemittel werden vorzugsweise in einer Menge von etwa 4,0 bis 15,0 Gew.-%, bezogen auf das Metallmaterial, und insbesondere einer Menge von etwa 4,0 bis 8,0 Gew.-% zugegeben. Wenn die Zugabemenge des Bindemittels weniger als 4,0 Gew.-% beträgt, so ergibt sich während der Formgebung kaum eine fließfähige Beschaffenheit und der Spritzgießvorgang wird unmöglich oder sehr schwierig oder es kommt zu einer inhomogenen Beschaffenheit des Formkörpers. Wenn die Menge des Bindemittels mehr als 15,0 Gew.-% beträgt, so ergibt sich eine erhöhte Schrumpfungsrate beim Brennen des durch das Spritzgießverfahren erhaltenen Formkörpers, wodurch die Maßgenauigkeit abnimmt. Dies kann bewirken, dass die Anzahl an Poren oder der C-Gehalt über die vorgenannten Bereiche hinausgehen.
Außerdem können abgesehen von dem Metallpulver und den Bindemitteln je nach den Erfordernissen während des Knetvorgangs verschiedene Additive zugesetzt werden, z. B. Weichmacher, Gleitmittel, Antioxidationsmittel, entfettungsfördernde Mittel und oberflächenaktive Mittel.
Als ein Beispiel für die Knetbedingungen lassen sich eine Knettemperatur von etwa Raumtemperatur bis 150 °C und eine Knetzeit von etwa 60 bis 180 Minuten aufführen.
Stufe 2: Unter Verwendung der in Stufe 1 erhaltenen Knetmasse oder von aus der Knetmasse hergestellten Pellets wird ein Spritzgießvorgang mit einer Spritzgießvorrichtung zur Bildung eines Formkörpers mit der Gestalt der orthodontischen Klammern 1 durchgeführt. Die Abmessungen des Formkörpers werden unter Berücksichtigung der Schrumpfung, die während der späteren Brennstufe erfolgt, festgelegt.
Bezüglich der Formgebungsbedingungen ist es bevorzugt, dass die Temperatur der Materialien etwa 130 bis 170 °C und vorzugsweise etwa 150 bis 160 °C beträgt. Vorzugsweise beträgt der Spritzgießdruck etwa 300 bis 600 kp/cm² (30 bis 60 MPa) und insbesondere etwa 300 bis 400 kp/cm² (30 bis 40 MPa). Die Formtemperatur beträgt vorzugsweise etwa 5 bis 50 °C und insbesondere etwa 10 bis 20 °C.
Stufe 3: (Diese Stufe kann gegebenenfalls entfallen.) Ein Bindemittel-Extraktionsverfahren kann sodann an dem in Stufe 2 erhaltenen Formkörper durchgeführt werden. Die Entfernung des Bindemittels wird durch Erwärmen in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre, z. B. unter Vakuum oder unter vermindertem Druck, z. B. bei einem Druck von 1×10^–1 bis 1×10⁶ Torr (× 133 Pa), durchgeführt.
In diesem Fall ist es bevorzugt, die Wärmebehandlung etwa 8 bis 72 Stunden bei einer Temperatur von etwa 50 bis 650 °C und insbesondere etwa 12 bis 18 Stunden bei einer Temperatur von etwa 60 bis 550 °C durchzuführen. Das Bindemittel-Extraktionsverfahren (Entfettungsverfahren) kann durch Elution bestimmter Komponenten des oder der Bindemittel unter Verwendung eines vorbestimmten, flüssigen oder gasförmigen Lösungsmittels durchgeführt werden.
Stufe 4: Anschließend wird der in Stufe 2 oder Stufe 3 erhaltene Formkörper zur Herstellung eines metallischen Sinterkörpers gebrannt. Der Brennvorgang kann einmal oder mehrmals durchgeführt werden.
Vorzugsweise wird der Brennvorgang etwa 10 bis 26 Stunden bei einer Temperatur von etwa 400 bis 1400 °C und insbesondere 15 bis 18 Stunden bei einer Temperatur von etwa 500 bis 1350 °C durchgeführt. In diesem Fall handelt es sich bei der Brennatmosphäre um eine nicht-oxidierende Atmosphäre, wobei beispielsweise in Argongas oder in einem anderen inaktiven Gas, unter Vakuum oder unter vermindertem Druck z. B. bei einem Druck von etwa 1×10^–2 bis etwa 1×10^–6 Torr (× 133 Pa) oder in einer anderen Atmosphäre unter reduzierenden Bedingungen gearbeitet wird.
Bei der Bildung der Oberflächenschicht 8 werden ein oder mehr Gase, die mindestens C, O oder N enthalten, in die Brennatmosphäre in der mittleren Phase der Brennstufe eingeleitet. Beispielsweise lassen sich entsprechende Gase unter Luft, O₂, CO₂, CO, N₂, Methan, Acetylen, Propan und Gemischen davon und dergl. auswählen. Durch Steuerung der Brennbedingungen, z. B. der Zusammensetzung des eingeleiteten Gases, der Gaseinleitungsmenge (Partialdruck der Gase in der Brennatmosphäre) und der Brennzeit nach dem Einleiten, lassen sich die vorstehend beschriebenen Zustände der Oberflächenschicht 8 festlegen.
Stufe 5: Gegebenenfalls wird eine Oberflächenbehandlung an der Oberfläche des auf diese Weise erhaltenen Metallsinterkörpers durchgeführt. Beispielsweise können folgende Bearbeitungsmaßnahmen durchgeführt werden: Abstrahlen, Honen, Mahlen, Ätzen, Nassplattieren, Vakuumbedampfen, lonenplattieren, Sputtering, CVD, thermisches Sprühen und andere Oberflächenbearbeitungen. Wenn die Oberflächenschicht 8 nur mit den erforderlichen Teilen (z. B. der inneren Oberfläche 41 der Schlitze 4) zu bilden ist, können nicht erforderliche Teile der Oberflächenschicht 8 durch Mahlen, Ätzen und dergl. entfernt werden.
Die aus dem gesinterten Metallformkörper gebildeten orthodontischen Klammern 1 werden durch die vorstehend erläuterten Stufen erhalten.
Das vorstehend beschriebene Metallpulver-Spritzgießverfahren kann zur Beseitigung der Schwierigkeiten, die bei herkömmlichen Gießverfahren auftreten, wie Gießdefekte oder Flüssigkeitsströmung, herangezogen werden. Ferner lassen sich sogar feine dentale Vorrichtungen von komplizierter Gestalt mit monolithischer Beschaffenheit herstellen, wobei ein einfaches Herstellungsverfahren bei guter Reproduzierbarkeit erreicht wird. Herkömmliche Verfahren erfordern die Durchführung eines Mahlvorgangs oder die Fixierung von zerkleinertem Material an der unteren Ebene 5 der Grundlage 2. Erfindungsgemäß können jedoch winzige Einkerbungen 6 oder der Schlitz 4 monolithisch und gleichzeitig ohne Durchführung derartiger Vorgänge gebildet werden. Dadurch werden neben einer erleichterten Herstellung auch die Genauigkeit der Abmessungen und die Ausbeuten verbessert.
Durch entsprechende Auswahl der Bindemittelarten, der Zugabemengen, der Bindemittel-Extraktionsbedingungen und der Brennbedingungen lässt sich der angestrebte Zustand der Zusammensetzung der Metallmaterialien zur Bildung der Klammern für orthodontische Korrekturen, insbesondere der Zusammensetzung der Oberflächenschicht 8, der Porendurchmesser oder die Anzahl der Poren, entsprechend festlegen, was einen Vorteil darstellt.
Ferner lassen sich mit dem Metallpulver-Spritzgießverfahren winzige Einkerbungen an der Oberfläche des Metallmaterials, insbesondere an der inneren Oberfläche 41 des Schlitzes 4, oder an der unteren Ebene 5 der Grundlage 2 in Form der gesinterten Oberfläche bilden; vergl. die 10 bis 12. Infolgedessen werden die Gleiteigenschaften des Drahts 7 bzw. die Haftung an den Zähnen zusätzlich verbessert.
Diese winzigen Einkerbungen tragen auch zu einer verbesserten Benetzbarkeit der Oberfläche bei, wie vorstehend erläutert wurde. Die Eigenschaften der winzigen Einkerbungen lassen sich steuern, indem man sich bei der Auswahl des Ti-Pulvers, der Formgebungsbedingungen oder der Sinterungsbedingungen entsprechend verhält.
Obgleich in den bevorzugten Ausführungsformen die orthodontischen Klammern 1 durch monolithische Bildung der Grundlage 2 und des Drahtaufnahmeteils 3 durch das Metallpulver-Spritzgießverfahren erhalten werden, können die Grundlage 2 und der Drahtaufnahmeteil 3 auch getrennt hergestellt und miteinander verklebt werden. In diesem Fall können die Grundlage 2 und der Drahtaufnahmeteil 3 jeweils durch das Metallpulver-Spritzgießverfahren oder durch andere Verfahren hergestellt werden.
Beispiele
Nachstehend finden sich Beispiele für Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zahnpflegevorrichtung. Sofern nichts anderes angegeben ist, beziehen sich die Gewichtsprozentangaben auf das gesamte Metallmaterial.
Beispiel 1
Orthodontische Klammern werden in der in den 1 bis 3 dargestellten Form auf die nachstehend angegebene Weise hergestellt, wobei man sich des Metallpulver-Spritzgießverfahrens bedient.
Zunächst wurde ein Ti-Pulver mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von 20 μm mit 2,6 Gew.-% eines Ethylenglycidylmethacrylat-Vinylacetat-Copolymeren, 1,6 Gew.-% Dibutylphthalat, 2,8 Gew.-% Wachs und 3,0 Gew.-% Styrol vermischt. Diese Bestandteile werden als Bindemittel oder für andere Zwecke zugesetzt (die Angabe "Gew.-%" bezieht sich hier auf das Gesamtgewicht des Pulvergemisches). Das Gemisch wurde 60 Minuten bei 130 °C an der Luft verknetet, wodurch man eine Knetmasse erhielt.
Unter Verwendung dieser Knetmasse wurde ein Pressling in Form der orthodontischen Klammern 1 gemäß der Darstellung in den 1 bis 3 durch Spritzgießen unter Verwendung einer Spritzgießvorrichtung hergestellt. Folgende Formgebungsbedingungen wurden dabei eingehalten: Materialtemperatur 150 °C, Spritzgießdruck 400 kp/cm² (40 MPa) und Temperatur der Metallform 20 °C.
Anschließend wurde zur Durchführung eines Bindemittel-Extraktionsverfahrens am erhaltenen Formkörper die Temperatur unter vermindertem Druck von 1×10^–2 Torr (× 133 Pa) innerhalb von 17 Stunden von 60 auf 450 °C erhöht. Anschließend wurde die Temperatur von 450 °C 1 Stunde beibehalten. Sodann wurde der Formkörper auf Normaltemperatur abgekühlt.
Der durch das Bindemittel-Extraktionsverfahren erhaltene Formkörper wurde 15 Stunden unter Vakuum (5×10^–6 Torr (× 133 Pa)) von 600 auf 1300 °C erwärmt und sodann 3 Stunden bei 1300 °C gebrannt. Man erhielt orthodontische Klammern aus einem Metallsinterkörper mit Ti als Hauptkomponente.

Für die Spezifikationen der verschiedenen Teile der orthodontischen Klammern gelten folgende Spezifikationen:

Abmessungen der Grundlage:	5 mm × 5 mm
Form der Einkerbungen:	gitterförmige Kanäle (vertikal und
	horizontal in Abständen von 0,5 mm)
Tiefe des eingekerbten Teils der Einkerbungen:	120 μm
Zunahme der Klebeoberfläche durch die Einkerbungen:	62 %
Tiefe des Schlitzes:	2,5 mm
Breite des Schlitzes	1,3 mm

Beispiel 2
Orthodontische Klammern wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Menge an Dibutylphthalat auf 1,4 Gew.-% erhöht und die Menge an Ti-Metallpulver um diese Menge verringert wurde.
Beispiel 3
Orthodontische Klammern wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Verkneten des das Ti-Metallpulver enthaltenden Gemisches in einer Atmosphäre mit hohem Gehalt an Stickstoffgas (Menge des Stickstoffgases 95 %, Rest Sauerstoff) durchgeführt wurde.
Beispiel 4
Orthodontische Klammern wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass während des Bindemittel-Extraktionsverfahrens die Masse 60 Minuten unter einem vermindertem Druck von 1×10^–1 Torr (× 133 Pa) auf eine Endtemperatur von 550 °C erwärmt wurde.
Beispiel 5
Orthodontische Klammern wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die endgültige Brenntemperatur bei der Brennstufe des nach der Extraktion des Bindemittels gebildeten Presslings 1200 °C betrug und 2,5 Stunden aufrechterhalten wurde.
Beispiel 6
Orthodontische Klammern wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass nach Bindemittelextraktion des Presslings bei der Brennstufe der Druck der Brennatmosphäre auf ein Vakuum von 1×10^–4 Torr (× 133 Pa) eingestellt wurde.
Beispiel 7
Orthodontische Klammern wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass anstelle des Ti-Metallpulvers, ein Verbundmetallpulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von 20 μm aus Ti, 6 Gew.-% Al und 4 Gew.-% V gebildet wurde. Die Brennatmosphäre bestand aus Argon von hoher Reinheit bei einem Vakuum von 5×10^–2 Torr (× 133 Pa).
Beispiel 8
Orthodontische Klammern wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Metallform beim Spritzgießen gegen eine solche Form ausgetauscht wurde, dass Vertiefungen mit 600 μm Durchmesser und einer Tiefe von 150 μm, die auf der unteren Ebene der Grundlage verstreut waren, gebildet wurden.
Die Zunahme der Haftoberfläche aufgrund der Bildung der Vertiefungen betrug 90 %.
Beispiel 9
Orthodontische Klammern wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Brennen des Presslings auf die nachstehend beschriebene Weise durchgeführt wurde und die Oberflächenschicht 8 auf der gesamten orthodontischen Klammer gebildet wurde.
Beim Brennverfahren wurde der Pressling 2 Stunden auf 1300 °C in einem Vakuum von 2×10^–6 Torr (× 133 Pa) gebrannt. Sodann wurde Stickstoffgas in die Brennatmosphäre eingeleitet und der Brennvorgang wurde 1 Stunde bei 1300 °C in der Brennatmosphäre und einem Vakuum von 3×10^–4 Torr (× 133 Pa) fortgesetzt.
Beispiel 10
Orthodontische Klammern wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Brennvorgang des Presslings auf die nachstehend beschriebene Weise durchgeführt wurde und die Oberflächenschicht 8 auf der gesamten orthodontischen Klammer gebildet wurde.
Beim Brennverfahren wurde der Pressling 1,5 Stunden bei 1300 °C in einem Vakuum von 2×10^–6 Torr (× 133 Pa) gebrannt. Anschließend wurden Stickstoffgas und Methangas in die Brennatmosphäre in gleicher Menge eingeleitet. Der Brennvorgang wurde 1,5 Stunden bei 1300 °C in einer Brennatmosphäre mit einem Vakuum von 3×10^–4 Torr (× 133 Pa) fortgesetzt.
Beispiel 11
Orthodontische Klammern wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Brennvorgang des Presslings auf die nachstehend beschriebene Weise durchgeführt wurde. Die Oberflächenschicht wurde 8 auf der gesamten orthodontischen Klammer gebildet.
Beim Brennverfahren wurde der Pressling 2 Stunden bei 1300 °C in einem Vakuum von 5×10^–6 Torr (× 133 Pa) gebrannt. Anschließend wurden Stickstoffoxidgas, Acetylengas und Methangas in die Brennatmosphäre in gleicher Menge eingeleitet und 1 Stunde in der Brennatmosphäre und einem Vakuum von 3×10^–4 Torr (× 133 Pa) bei 1300 °C gebrannt.
Vergleichsbeispiel 7
Orthodontische Klammern wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Bindemittel-Extraktionsverfahren weggelassen wurde, es sich bei der Atmosphäre beim Pressling-Brennverfahren um eine Stickstoff-Gasatmosphäre mit einem Vakuum von 5×10^–3 Torr (× 133 Pa) handelte und die Brenntemperatur und die Brennzeit auf 1100 °C bzw. 2 Stunden eingestellt wurden.
Vergleichsbeispiel 2
Reines Ti-Blech vom JIS-1-Typ (vollständig getempertes Material) wurde als Ausgangsmaterial verwendet. Der Schneide-, Schleif- und Poliervorgang und ähnliche Maßnahmen wurden am Ti-Blech zur Herstellung von orthodontischen Klammern mit im wesentlichen der gleichen Gestalt wie in Beispiel 1 durchgeführt.
Eine Anzahl von Vertiefungen wurde in Form von verstreuten Pünktchen an der unteren Ebene der Grundlage der orthodontischen Klammern gebildet, und zwar mit einem Durchmesser von 600 μm und einer Tiefe von 150 μm.
Vergleichsbeispiel 3
Vollständig getempertes Material aus rostfreiem Stahl (SUS316L) wurde als Ausgangsmaterial verwendet. Das spanabhebende Bearbeiten, Schleifen und Polieren wurde zur Bildung von orthodontischen Klammern ähnlich den Vorgängen von Vergleichsbeispiel 1 durchgeführt.
Zusammensetzung der Metallmaterialien
Die Zusammensetzung der Metallmaterialien, insbesondere der Gehalt an C, O und N, der Beispiele 1 bis 11 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurde unter Verwendung der Geräte EC-12, RO-116 und TN-114 der Fa. LECO analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Bei der Datenanalyse von Beispiel 4 wurde die Linienanalyse von C, O und N mit einem elektronischen Linien-Mikroanalysengerät (EPMA-8705, Produkt der Fa. Shimadzu Manufacturing Co., Ltd.) durchgeführt. Die Ergebnisse sind in den 7, 8 und 9 aufgeführt.
In den Beispielen 9, 10 und 11 betragen bei einem Gesamtgehalt der Mengen an C, O und N in der Oberflächenschicht 8 von "a" und einem Gesamtgehalt der Mengen an C, O und N im Mittelteil von "b" die Dicken der Teile, in denen a:b ≥ 1,1:1 gilt, 28 μm, 40 μm bzw. 33 μm.
Bedingungen bezüglich der Poren
An den orthodontischen Klammern der Beispiele 1 bis 11 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurden elektronenmikroskopische Aufnahmen der Oberfläche des Drahtaufnahmeteils und eines Querschnitts in der Nähe der Oberfläche des Drahtaufnahmeteils gemacht. Eine elektronenmikroskopische Aufnahme der Oberfläche des Drahtaufnahmeteils von Beispiel 4 (Vergrößerung 500-fach) und eine elektronenmikroskopische Aufnahme der Querschnittfläche in der Nähe der Oberfläche des Drahtaufnahmeteils (Vergrößerung 1000-fach) sind in den 10 bzw. 11 dargestellt. Eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer Querschnittfläche in der Nähe der Oberfläche des Drahtaufnahmeteils von Beispiel 9 (Vergrößerung 400-fach) ist in 12 dargestellt.
An den elektronenmikroskopischen Aufnahmen wurden jeweils die Porendurchmesser, die Porenverteilung und der durchschnittliche Porendurchmesser bestimmt. Ferner wurde die Anzahl der Poren aus dem Dichteverhältnis bestimmt. Die Ergebnisse dieser Berechnungen sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Experimentelle Daten
Die orthodontischen Klammern der Beispiele 1 bis 11 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurden gemäß den nachstehenden Abschnitten 1 bis 8 bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt.
1. Mechanische Festigkeit (Biegefestigkeit)
Die Biegefestigkeit wurde an einem Prüfkörper nach Sinterung auf der Grundlage von JIS Z 2203 gemessen.
Haftfestigkeit
0,1 g 4-META (Klebstoff vom MMA-Typ) wurde auf die untere Ebene der Grundlage der orthodontischen Klammern aufgetragen. Nach Verkleben mit einem künstlichen Zahn wurde eine Härtung vorgenommen. Die Klammern und der künstliche Zahn wurden sodann mit einem Draht fixiert. Die Haftfestigkeit wurde unter Verwendung eines Zugfestigkeitstestgeräts gemessen.
3. Härte
Gemäß JIS Z 2244 wurde die Vickers-Härte HV an der inneren Oberfläche des Schlitzes gemessen (Belastung 5 g).
4. Gleitwiderstand des Drahts
Draht aus rostfreiem Stahl mit einem quadratischen Querschnitt von 0,014 × 0,014 Zoll² (0,36 × 0,36 mm²) wurde hergestellt und durch die Schlitze der orthodontischen Klammern geführt. Ein Ende des Drahts wurde fixiert. Auf das andere Ende wurde durch Ziehen eine ausreichende Spannung ausgeübt, um den Gleitwiderstand des Drahts an der inneren Oberfläche des Schlitzes zu messen. Die für die einzelnen Beispiele und Vergleichsbeispiele gemessenen Werte des Gleitwiderstands wurden verglichen und bewertet.
5. Menge der eluierten Metallkomponente
Nach 3-monatigem Eintauchen der orthodontischen Klammern in 0,05 % Salzsäurelösung wurde die Konzentration der Metallionen in der Lösung quantitativ durch eine Plasmailluminations-Analysiervorrichtung analysiert.
Je geringer die Elutionsmenge ist, desto größer ist die Verträglichkeit mit Körpergewebe.
6. Oberflächenbenetzung
100 orthodontische Klammern von identischer Gestalt wurden 10 Minuten in Wasser getaucht und mit Ultraschallwellen (100 000 Hz) behandelt. Anschließend wurden die orthodontischen Klammern in einer Atmosphäre von 60 °C und einer relativen Feuchtigkeit von 50 % belassen. Die Zeitspanne, die bis zum Trocknen des Drahtaufnahmeteils (Oberfläche des Befestigungsflügels) verstrich, wurde gemessen. Je länger diese Zeitspanne ist, desto besser sind die Benetzungseigenschaften.
7. Erscheinungsbild (Glanz)
Der Glanzgrad (Metallglanz) der Metalloberfläche wurde mit dem Auge beurteilt. Es wurden vier Bewertungen vergeben: Quadrat, Kreis, Dreieck und Kreuz (beginnend mit einem geringen metallischen Glanz als Anzeichen für ein besseres Erscheinungsbild).
8. Einfachheit der Entfernung der Klammern
0,1 g 4-META, (Klebstoff vom MMA-Typ) wurde auf die untere Oberfläche der Grundlage der orthodontischen Klammern aufgetragen. Nach Verkleben mit einem Testzahn ließ man den Klebstoff härten. Sodann wurden die Klammern 200 Tage in physiologische Kochsalzlösung von 37 °C getaucht.
Sodann wurde der die Klammer tragende Testzahn entnommen. Die Klammer wurde mit einer medizinischen Pinzette ergriffen und zur Entfernung vom Zahn gedreht, wobei sorgfältig darauf geachtet wurde, die Klammer nicht zu beschädigen. Dabei wurden der Grad der Drehkraft, die Anzahl der Vorgänge, bei denen die Drehkraft angelegt wurde, und die Kontrollierbarkeit gemeinsam bestimmt und in vier Stufen bewertet: Quadrat, Kreis, Dreieck und Kreuz und zwar entsprechend der Leichtigkeit, mit der die Klammern entfernt werden konnten.
Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, zeigen sämtliche orthodontischen Klammern der Beispiele 1 bis 11 eine hohe mechanische Festigkeit (Biegebeständigkeit) und Haftfestigkeit. Ferner zeigen sie eine hohe Oberflächenhärte und erweisen sich als hervorragend in Bezug auf die Gleiteigenschaften des Drahtes, die abriebfreie Beschaffenheit, die Verträglichkeit mit Körpergewebe, die Oberflächenbenetzung und die Leichtigkeit der Entfernung. Da sie ferner einen geringen metallischen Glanz aufweisen, zeigen sie ein hervorragendes Erscheinungsbild. Insbesondere erweisen sich die orthodontischen Klammern der Beispiele 9 bis 11, deren Oberflächenschichten einen hohen Härtegrad aufweisen, als hervorragend in Bezug auf die Gleiteigenschaften des Drahtes und die abriebfreie Beschaffenheit.
In den orthodontischen Klammern von Vergleichsbeispiel 1, sind die Konzentrationen an C, O und N im Metallmaterial zu hoch. Daher ergibt sich eine geringe mechanische Festigkeit, was die Entfernung der Klammern erschwert. In den orthodontischen Klammern von Vergleichsbeispiel 2 ergibt sich aufgrund der Tatsache, dass das Metallgemisch dicht ist und dass fast keine Poren vorliegen, eine geringe Haftfestigkeit und eine ungünstige Oberflächenbenetzung.
Da die orthodontischen Klammern des Vergleichsbeispiels 3 fast keine Poren aufweisen, ergeben sich eine geringe Haftfestigkeit und eine ungünstige Oberflächenbenetzung wie in Vergleichsbeispiel 2. Ferner ergibt sich eine ungünstige Verträglichkeit mit Körpergewebe aufgrund der Elution von Ni und Cr. Außerdem ist der Grad der Lichtreflexion (Glanz) des Metalls hoch, so dass sich ein ungünstiges Erscheinungsbild ergibt. Die orthodontischen Klammern der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 weisen ferner unbefriedigende Gleiteigenschaften des Drahtes auf.
Die Zahnpflegevorrichtung der vorliegenden Erfindung wurde vorstehend auf der Grundlage der in den Figuren dargestellten Strukturen beschrieben. Jedoch ist die Erfindung nicht auf den Umfang der Beschreibung beschränkt. Beispielsweise ist die Form (Gestalt) der orthodontischen Klammern nicht auf die in den Figuren dargestellte Form beschränkt. Ferner kann das Drahtaufnahmeteil eine Mehrzahl von Befestigungsflügeln aufweisen.
Außerdem ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Zahnpflegevorrichtung nicht auf die vorstehend beschriebenen orthodontischen Klammern beschränkt. Sie kann auf die Befestigung von Zahnprothesen, künstliche Zahnwurzeln und Teile davon sowie auf verschiedene andere Arten von medizinischen Hilfsmitteln der dentalen und oralen Chirurgie angewandt werden.

Claims

Zahnpflegevorrichtung, umfassend ein Element (1), das ein Metallmaterial enthält, das eine Ti-Grundkomponente, 0,03 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Metallmaterial, Kohlenstoff (C), 0,08 bis 0,8 Gew.-%, bezogen auf das Metallmaterial, Sauerstoff (O) und 0,03 bis 0,6 Gew.-%, bezogen auf das Metallmaterial, Stickstoff (N) enthält.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gesamtmenge an C, O und N im Metallmaterial 0,14 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Metallmaterial, beträgt.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Element (1) eine Oberflächenschicht (8) mit einem im Vergleich zum inneren Teil des Elements höheren Härtegrad aufweist.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei eine Oberflächenschicht (8) des Elements (1) eine größere Gesamtmenge C, O und N als ein innerer Teil des Elements enthält.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Gesamtmenge an C, O und N in der Oberflächenschicht (8) a Gew.-%, bezogen auf das Metallmaterial, und die Gesamtmenge an C, O und N im inneren Teil b Gew.-%, bezogen auf das Metallmaterial, beträgt, wobei die Oberflächenschicht (8) eine Dicke von 2 bis 100 μm aufweist und das Verhältnis a:b 1,1:1 oder mehr beträgt.
Zahnpflegevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Oberfläche des Elements (1) hydrophile Eigenschaften aufweist.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 6, wobei eine Oberflächenschicht (31) des Elements (1) verstreute Poren (10) mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,5 bis 50 μm aufweist.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Durchmesser der Poren (10) im Bereich von 0,5 bis 100 μm liegt.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Menge der Poren (10) 0,05 bis 5,0 Vol.-% der Oberflächenschicht (31) ausmacht.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Anzahl an Poren (10) vom Teil der Oberflächenschicht (31) in Richtung zum inneren Teil des Elements (1) allmählich abnimmt.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich um orthodontische Klammern mit einer ebenen Grundlage (2) und einem Drahtaufnahmeteil (3), das an der oberen Oberfläche der Grundlage (2) angeordnet ist und einen Schlitz (4), durch die ein Draht geführt wird, aufweist, handelt.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 11, wobei eine untere Oberfläche der planaren Grundlage (2) winzige Einkerbungen (6) umfasst.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 11, umfassend eine Oberflächenschicht (8), die an einer inneren Oberfläche (41) des Schlitzes (4) einen höheren Härtegrad als an einem inneren Teil des Drahtaufnahmeteils (3) aufweist.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 11, wobei eine Oberflächenschicht (8) an einer inneren Oberfläche (41) des Schlitzes (4) eine größere Gesamtmenge an C, O und N als ein innerer Teil des Drahtaufnahmeteils (3) enthält.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Gesamtmenge an C, O und N in der Oberflächenschicht (8) a Gew.-%, bezogen auf das Metallmaterial, beträgt und die Gesamtmenge an C, O und N im inneren Teil b Gew.-%, bezogen auf das Metallmaterial, beträgt, wobei die Oberflächenschicht eine Dicke von 2 bis 100 um aufweist und das Verhältnis a:b 1,1:1 oder mehr beträgt.
Zahnpflegevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei eine Oberflächenschicht (31) des Drahtaufnahmeteils (3) hydrophil ist.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Oberflächenschicht (31) des Drahtaufnahmeteils (3) verstreute Poren (10) mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,5 bis 50 μm umfasst.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Durchmesser der Poren (10) im Bereich von 0,5 bis 100 μm liegen.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Anteil an Poren (10) 0,05 bis 5,0 Vol.-% der Oberflächenschicht beträgt.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Anzahl an Poren (10) von der Oberflächenschicht in Richtung zum inneren Teil des Drahtaufnahmeteils (3) allmählich abnimmt.
Zahnpflegevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, wobei eine untere Oberflächenschicht der Grundlage (2) verstreute Poren mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,5 bis 5,0 μm umfasst.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Durchmesser der Poren im Bereich von 0,5 bis 100 μm liegen.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, wobei der Anteil an Poren 0,05 bis 5,0 Vol.-% der unteren Oberflächenschicht beträgt.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Anzahl an Poren von der unteren Oberflächenschicht in Richtung zu einem inneren Teil der Grundlage (2) allmählich abnimmt.
Zahnpflegevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 24, umfassend eine Mehrzahl von ebenen Grundlagen (2) und Drahtaufnahmeteilen (3), wobei der Draht (7) durch den Schlitz (4) in den einzelnen Drahtaufnahmeteilen (3) geführt wird.
Zahnpflegevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Element (1) durch ein Metallpulver-Spritzgießverfahren hergestellt worden ist.