JP2002511775A - 歯科医療器具中のセラミックへの金属取付け - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、金属インサートを歯科矯正器具又は歯科治療器具に取付ける方法であって、（ａ）約５００℃未満の融点を有する低融点はんだを用いてはんだ付けする方法;（ｂ）エポキシと、４−メタクリルオキシエチルトリメリテート無水物（４−ＭＥＴＡ）を含む接着剤と、これらの組合せとから成る群から選択される接着剤を用いて接着する方法;（ｃ）前記金属インサートが反応性金属を含む場合の、接着剤を用いて接着する方法;（ｄ）前記金属インサート及び前記器具の少なくとも一方の少なくとも一部を反応性金属又はその酸化物によって被覆した後に接着剤を用いて接着する方法;及び（ｅ）前記金属インサートと前記器具との間にアマルガムを配置し、該インサートと該器具とを一緒に、それらの間に配置された該アマルガムと共に付着する方法;から成る群から選択される一つの方法による、上記取付け方法に向けられている。

Description

【発明の詳細な説明】 歯科医療器具中のセラミックへの金属取付け発明の分野 本発明は歯科矯正器具及び歯科治療器具に関し、更に詳しくは、セラミック製 の歯科矯正器具又は歯科治療器具に金属インサート(metallic insert,金属性部 分)を取り付ける方法に関する。発明の背景 歯科矯正器具及び歯科治療器具の形成にセラミックを用いることは周知である 。慣用的な金属器具に比べたセラミックの審美的魅力のために、セラミックが特 に有利であることが判明している。しかし、セラミック材の物理的な性質又は特 徴は、セラミックを歯科矯正器具及び歯科治療器具に用いる場合に、幾つかの限 界を示すことがある。例えば、典型的に用いられるセラミック材は主として酸化 アルミニウムと酸化ジルコニウムとに基づき、これら両方とも歯科矯正器具及び 歯科治療器具に通常用いられる金属よりも硬く、脆い破砕挙動を示す。この特徴 はセラミック器具を使用中に破損し易くし、このことがセラミック器具の機能と 効果とを弱めることがある。更に、このような器具を形成するために用いられる 機械加工操作は典型的にこのような器具に比較的粗い外面を残す。この粗さはセ ラミック器具と歯科矯正ワイヤとの間に、ステンレス鋼器具と歯科矯正ワイヤと の間の摩擦係数に比べて、かなり大きい摩擦係数を生じる。この増大した摩擦係 数は特定の器具に沿った又は特定の器具を通るワイヤの滑らかな滑動を妨げるこ とによって治療効率を低下させることがある。更に、セラミック材は一般に、歯 科矯正器具及び歯科治療器具に用いられる金属よりも硬いために、かつセラミッ ク器具の表面粗さのために、このような器具はセラミック材と接触する金属ワイ ヤの摩耗と腐食とを生じ、それによってワイヤの特性と寸法を変えることによっ て治療効率をさらに減ずる傾向がある。 器具の角を丸くする手段、セラミック・ブラケット内のアーチワイヤ(archwir e)スロット部分を平滑にする手段、セラミック器具をより大きな靭性を 有する物質で被覆する手段等の手段によって、歯科矯正器具及び歯科治療器具中 のセラミック材のこれらの限界を最小にする種々な試みがなされている。しかし 、これらのアプローチのいずれも商業的成功を経験していない。更に最近では、 歯科矯正ブラケットに関して、歯科矯正金属ワイヤがブラケットのセラミック本 体部分に対立するものとして金属ライナーに接触するように、ブラケット本体の 細長いチャンネル中に金属アーチワイヤ・スロット・ライナーを位置付けること が提案されている。詳しくは、リード(Reed)等の米国特許第５，３５８，４０２ 号明細書に、この金属ライナーをブレージング(brazing,ろう付け)によって、又 は現場で形成することによって歯科矯正ブラケット中に位置付けることが提案さ れている。リードのブレージング方法によると、金属ブレージング材料をセラミ ックブラケット本体の細長いチャンネル中に分配し、金属アーチワイヤ・スロッ ト・ライナーをチャンネル中に挿入する。過剰なブレージング材料を拭い取った 後に、長方形マンドレルをライナー中に挿入して、アーチワイヤ・スロットの形 態の維持を助成する。次に、ブラケット本体と、ライナーと、マンドレルとのア センブリを炉中に入れて、アルゴン雰囲気中で８５０℃に１２分間加熱して、ラ イナーをセラミック・ライナーにブレージングしてから冷却する。或いは、ブラ ケット本体と、ライナーと、ブレージング材料とを真空下、８５０℃の炉中に５ 分間入れることができる。ブレージング方法はライナーとブラケット本体とを接 合させるのに役立つが、この方法は重大な欠点を有する。セラミック材料と金属 材料とは非常に異なる熱膨張性と収縮性を有し；ブレージング方法はこのような 極度に高い温度を必要とするので、セラミック・ブラケットは金属アーチワイヤ ・スロット・ライナーとセラミック・ブラケットとの間の異なる熱膨張／収縮の ために生ずる応力の結果として微細亀裂を発生させる傾向がありうる。これらの 微細亀裂は結局はセラミック製器具の破損を生じうる。リードの現場的方法はこ のような厳しい温度を必要としないが、この方法は、型アセンブリのチャンネル を通して圧力下で溶融金属粉末を射出してライナーを成形するために、セラミッ ク・ブラケットがひと度形成されたならば、金属射出成形機と方法とを用いるこ とを必要とする点で、それ自体の限界を有する。 従って、金属インサートとセラミック製器具とを極端な高温に暴露させる必要 がなく、異なる熱膨張と収縮による器具の応力と亀裂形成を生じない、セラミッ ク製歯科矯正器具又は歯科治療器具への金属インサートの取付け方法を有するこ とが望ましいと考えられる。セラミック器具を形成した後に付加的な金属射出成 形プロセスの使用を必要としない方法を有することも望ましいと考えられる。発明の概要 本出願の要旨は、本出願と同時に出願された、「歯科矯正器具を強化するため のインサートと、その製法」なる名称の同時係属出願第 号の要旨に関 係する。この同時係属出願の明細書はその全体において本明細書に援用される。 本発明は、歯科矯正器具又は歯科治療器具に金属インサートを取り付ける方法 に関する。本発明の１態様は、金属インサートをセラミック製器具に約５００℃ 未満の融点を有する低融点はんだを用いてはんだ付けすることを含む。好ましく は、この方法は、はんだ付け工程の前に、金属インサート及び器具の少なくとも 一方の少なくとも一部をドーピング物質、例えばチタン水和物によって被覆する 工程を更に含む。 本発明の方法の他の態様は、金属インサートを器具に、エポキシ;４−メタク リルオキシエチルトリメリテート無水物（４−ＭＥＴＡ）を含む接着剤;又はこ れらの組合せ:によって接着させることを含む。この方法は更に、接着工程の前 に金属インサートの表面の少なくとも一部を粗面化する工程を含んでもよい。 本発明の方法の更なる態様は、金属インサートが反応性金属を含む場合に、金 属インサートを歯科矯正器具又は歯科治療器具に接着剤によって接着させること を含む。反応性金属は好ましくは、チタン、アルミニウム、ケイ素、ベリリウム 、ジルコニウム、ホウ素、スズ、及びこれらの組合せから成る群から選択される 。この方法は好ましくは、反応性金属を例えばシラン処理(silanation)によっ酸 化及びこれらの方法を含めた、任意の組合せのような方法によって適切に行うこ とができる。この方法はまた、好ましくは、反応性金属又はその酸化物を例えば 活性化する工程を含み、この活性化工程は接着工程の前に行われる。 この方法の更に他の態様は、金属インサート及び器具の少なくとも一方の少な くとも一部を反応性金属又はその酸化物によって被覆する工程と、この被覆工程 後に、金属インサートをセラミック器具に接着剤によって接着させる工程とを含 む。この被覆工程自体は例えばプラズマ蒸着(plasma deposition)、スパッタリ ング、イオンビーム注入(ion beam implantation)、化学蒸着、物理蒸着、陽極 シラン処理によって活性化する工程を含み、このシラン処理は被覆工程後でかつ 接着工程前に行うことが好ましい。 本発明の方法は、金属インサートを歯科矯正器具又は歯科治療器具に取り付け る従来方法より優れた幾つかの利益と利点を提供する。例えば、上記で考察した 、 金属インサートを歯科矯正器具又は歯科治療器具に取付ける本発明の方法の更 なる態様は、インサートと器具との間にアマルガムを配置し、インサートと器具 とをそれらの間に配置されたアマルガムと共に付着させること(fitting)を含む 。本発明の方法の幾つかの態様は温度上昇を殆ど又は全く必要としないので、先 行技術が遭遇した、異なる熱膨張／収縮と、同時発生の応力及び破損問題とを回 避する。更に、はんだ付けを含む本発明の態様は低融点はんだを用いるので、こ の場合も、先行技術のブレージング方法に見い出される、異なる熱膨張／収縮の 重大な問題を回避する。更に、この方法は、ひと度器具が形成されたならば、射 出成形の工程を必要としない。 これら及びその他の利益と利点とは、本発明の下記詳細な説明を検討するなら ば、当業者に容易に明らかになるであろう。発明の詳細な説明 本明細書で用いる限り、「歯科矯正器具又は歯科治療器具」なる用語は、歯（ 単数又は複数）を動かし、整列させ、位置決めするために歯表面に直接又は間接 的に付着させることができるあらゆるデバイスを意味する。非限定的な例はブラ ケット、口内管(buccal tube)等を包含する。「金属インサート」なる用語は、 器具上の又は器具中の、器具の強化を助成し、あらゆる位置に空間的に配置され る、適切なあらゆる適当な形状及び寸法の金属アイテムを意味する。 本発明の一つの態様では、金属インサートを器具に約５００℃未満、好ましく は約３００℃未満の融点を有する低融点はんだを用いてはんだ付けすることによ って、金属インサートをセラミック製歯科矯正器具又は歯科治療器具に取り付け ることができる。このような低融点はんだの使用は、特に、ブレージングに必要 な非常な高温を回避し、それによって、異なる材料の異なる熱膨張と収縮のため のセラミックの応力と亀裂形成を回避することができるので、非常に有利である 。任意のこのような低融点はんだを用いることができるが、適当なはんだは金、 スズ及び／又はガリウムのような金属の種々な組合せを包含しうる。このような 低融点はんだの１つは約８０重量％の金と約２０重量％のスズとを含み、カルフ ォルニア州、ベルモントのベスゴ(Wesgo)から商品名ＡＴＡＵ−２０ＳＮで商業 的に入手可能である。低融点はんだを用いる場合には、接着させるべきインサー ト及び器具の一部をドーピング物質、例えばチタン水和物によって被覆すること が好ましい。ドーピング物質はインサート表面と器具表面との湿潤性を改良して 、はんだとインサートと器具との間の良好な接着結合の形成を助成する。 本発明の方法の他の態様は、例えばエポキシ、４−メタクリルオキシエチルト リメリテート無水物（４−ＭＥＴＡ）を含む接着剤等の耐湿性接着剤によって、 金属インサートをセラミック製歯科矯正器具又は歯科治療器具に接着させること を含む。エポキシ及び４−ＭＥＴＡを含む接着剤は、多くの接着剤とは異なり、 反応性金属に接着可能であるばかりでなく、ステンレス鋼にも接着可能であるの で、特に、金属インサートがステンレス鋼から製造されている場合に、器具への インサートの接着に有利に用いられ得る。エポキシを用いる場合には、この方法 は好ましくはセラミック器具に接着させるべき金属インサートの表面の一部を粗 面化する工程を含む。更に、多くのエポキシは薄くなる傾向があるので、エポキ シをインサート又は器具に供給する前にエポキシに増粘剤を加えることが有利で あり得る。エポキシにヒュームドシリカを加えることによって、エポキシの厚さ を適当に調節することができる。充分なヒュームドシリカをエポキシにも加えて 、エポキシに水とペーストとの間の稠度を与えることが特に有利であると判明し ている。大抵のエポキシに関してこのような稠度は、約１〜５重量％のヒューム ドシリカ、好ましくは約３重量％のヒュームドシリカを加えることによって達成 されることができる。微細な先端付きの注射器にエポキシを入れた後に、このエ ポキシを、器具と接着させるべきインサート表面に沿って供給することによって 、エポキシを適当に施用することができる。次に、インサートと器具とを一緒に 接合させることができる。エポキシは室温においても硬化するが、熱を加えるこ とによって硬化時間を促進することができる。例えば、金属アーチワイヤ・スロ ッ ト・ライナーをセラミック製ブラケットのアーチワイヤ・スロットに取り付ける 場合に、接合したインサートと器具を約５０〜６０℃の温度の炉中に約１時間入 れることが有利であると判明している。適当なエポキシの例はニュージャージー 州、ハッケンザックのマスターボンド(Masterbond)社から入手可能な、ＥＰ３０ ＭＥＤとＵＶ１０ＭＥＤとを含む。更に、ヒュームドシリカを用いて、特定のエ ポキシを増粘化する場合には、ニュージャージー州のＤｅｇｕｓｓａから商品名 ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ−９７２でヒュームドシリカを入手することができる。 ４−メタクリルオキシエチルトリメリテート無水物（４−ＭＥＴＡ）を含む接 着剤も、歯科矯正器具又は歯科治療器具への金属インサートの取り付けに有利に 用いることができる。４-ＭＥＴＡは日本、京都のサン・メディカル(Sun Medica l)社から商品名４−ＭＥＴＡで入手可能である。 本発明の方法の更なる態様は、金属インサートが反応性金属を含む場合に、金 属インサートをセラミック製の歯科矯正器具又は歯科治療器具に接着剤によって 接着させることを包含する。反応性金属は反応性を有するあらゆる金属であるこ とができるが、好ましくは反応性金属はチタン、アルミニウム、ケイ素、ベリリ ウム、ジルコニウム、ホウ素、スズ、又はこれらの組合せである。適当な接着剤 の例はカリフォルニア州、グレンドラのオームコ(Ormco)から入手可能なＳｙｓ ｔｅｍ Ｏｎｅ Ｐｌｕｓ Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ；ミネソタ州、セントポールに よって製造されたＴｒａｎｓｂｏｎｄ ａｎｄ Ｃｏｎｃｉｓｅ接着剤；及びイ リノイ州、イタスカのレリアンス・オルトドナイト・プロダクツ(Reliance Orth odonite Products)社から入手可能な接着剤を包含する。この方法は好ましくは さらに、反応性金属を活性化する工程を包含する。反応性金属をシラン処理する ことによって、金属インサートを適当に活性化することができる。本発明を限定 する訳ではないが、３−γ メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランによ って形成されたシラン処理溶液を用いて有益な結果が得られている。この特定の シランによって形成された適当な溶液は、約２ｇのシランと、約８４ｇの９９． ７％イソプロパノールと、約８ｇの試薬等級酢酸と、約７ｇの脱イオン水とを包 含することができる。必要な場合には、この方法は、接着工程の前に、反応性金 属をガスと活性に反応させて、金属インサートの表面上に反応性金属の 酸化物を形成する工程を包含することもできる。金属インサートを酸素含有環境 に暴露させるならば、インサートが自然に数秒間内に表面上に反応性金属の酸化 物を形成する。しかし、必要な場合には、インサートを特別なガス環境に暴露さ せることによって、積極的な方法工程でこの酸化物の形成を達成することができ る。シラン化は一般に、金属インサートの反応性金属を活性化するために用いら れる。しかし、必要な場合には、金属インサートを活性化する代わりに、セラミ ック・ブラケット自体をシラン処理によって活性化することができる。或いは、 金属インサートとセラミック器具の両方をシラン処理によって活性化することが できる。セラミック器具をシラン処理すべきであり、その器具がアルミナから形 成されている場合には、シラン処理の前に、セラミック製ブラケットをシリカに よって被覆することが好ましい。 本発明のさらなる態様は、金属インサートと、歯科矯正器具又は歯科治療器具 との少なくとも一方の少なくとも一部を反応性金属又は反応性金属の酸化物によ って被覆する工程と、この被覆工程後に、インサートを器具に接着剤によって接 着させる工程とを包含する。この特定の態様において、金属インサートは反応性 金属を含む必要はない。しかし、用いる特定の金属に拘わらず、この態様は接合 させるべき表面の１つの少なくとも一部を反応性金属又は反応性金属の酸化物に よって被覆することを包含する。この被覆工程は好ましくは、プラズマ蒸着、ス パッタリング、イオンビーム注入、化学蒸着、物理蒸着、陽極酸化等の方法によ って適切に行われる。更に、反応性金属は好ましくはチタン、アルミニウム、ケ イ素、ベリリウム、ジルコニウム、ホウ素、スズ、又はこれらの組合せである。 更に、この方法は反応性金属をガスと活性に反応させて、金属インサートの表面 上に酸化物を形成する工程を含むことができる。この実施態様は反応性金属又は 金属酸化物を上記で考察したように、例えばシラン処理によって活性化する工程 をも包含することができる。必要な場合には、このシラン処理工程をセラミック 製ブラケット自体を活性化するためにも用いることができる。 本発明の更に他の態様では、金属インサートをセラミック製歯科矯正器具又は 歯科治療器具に、インサートと器具との間にアマルガムを配置し、インサートと 器具とをそれらの間に配置されたアマルガムと共に付着させることによって取り 付ける。アマルガムの適当なあらゆる歯科治療用アマルガム又は歯科矯正用アマ ルガムであることができ、典型的には、例えば、水銀、銀等の金属を含む。 上記に示した種々な態様で考察した、セラミック製器具に金属インサートを取 り付ける方法は、先行技術方法を凌駕して特に有利である。本発明の方法は周囲 温度又は比較的低いはんだ付け温度で行うので、この方法は取り付けられる材料 の熱係数(thermal coefficients)の変化の影響と重大性とを最小にする。また、 この変化の影響と重大性とを最小にすることにより、この方法はセラミック構造 体中に微細亀裂又は他の傷を形成する可能性を最小にする、他の場合にはこれら の微細亀裂又は他の傷が装置の破損又は究極的な破壊を生じることになる。 本発明を幾つかの特定の態様に関し上記に述べたが、請求の範囲を制限する又 は如何なる意味でも限定することは出願人のねらいではない。この他の利点及び 改変は当業者に容易に明らかであろう。それ故、本発明は本明細書に述べる特定 の詳細、方法及び例証的実施例に限定されず、出願人の一般的な発明の概念の要 旨及び範囲から逸脱せずに、このような詳細からの発展がなされうる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．セラミック製の歯科矯正器具又は歯科治療器具に金属インサートを取付け る方法であって、 （ａ）約５００℃未満の融点を有する低融点はんだを用いてはんだ付けする方法 、 （ｂ）エポキシと、４−メタクリルオキシエチルトリメリテート無水物（４−Ｍ ＥＴＡ）を含む接着剤と、これらの組合せとから成る群から選択される接着剤を 用いて接着する方法、 （ｃ）前記金属インサートが反応性金属を含む場合の、接着剤を用いた接着方法 、 （ｄ）前記金属インサート及び前記器具の少なくとも一方の少なくとも一部を、 反応性金属又はその酸化物によって被覆した後に接着剤により接着する方法、及 び （ｅ）前記金属インサートと前記器具との間にアマルガムを配置し、前記インサ ートと前記器具とを一緒に、それらの間に配置された前記アマルガムと共に付着 する方法 から成る群から選択された方法によって前記金属インサートを前記歯科矯正器具 又は歯科治療器具に取付ける工程を含む、上記取付け方法。 ２．セラミック製の歯科矯正器具又は歯科治療器具に金属インサートを取付け る方法であって、前記金属インサートを前記セラミック製歯科矯正器具又は歯科 治療器具に、約５００℃未満の融点を有する低融点はんだを用いてはんだ付けす る工程を含む、上記取付け方法。 ３．低融点はんだは約３００℃未満の融点を有する、請求項２記載の方法。 ４．低融点はんだは金、スズ、ガリウム及びこれらの組合せから成る群から選 択された金属を含む、請求項２記載の取付け方法。 ５．低融点はんだは金とスズとを含み、前記金が約８０重量％を占め、前記ス ズが約２０重量％を占める、請求項２記載の取付け方法。 ６．はんだ付け工程の前に、金属インサート及びセラミック製歯科矯正器具又 は歯科治療器具の少なくとも一方の少なくとも一部をドーピング物質によって被 覆する工程を更に含む、請求項２記載の取付け方法。 ７．ドーピング物質はチタン水和物を含む、請求項６記載の取付け方法。 ８．セラミック製の歯科矯正器具又は歯科治療器具に金属インサートを取付け る方法であって、前記金属インサートを前記セラミック製歯科矯正器具又は歯科 治療器具に、エポキシと、４−メタクリルオキシエチルトリメリテート無水物（ ４−ＭＥＴＡ）を含む接着剤と、これらの組合せとから成る群から選択される接 着剤を用いて接着させる工程を含む、上記取付け方法。 ９．金属インサートはステンレス鋼を含む、請求項８記載の取付け方法。 １０．接着工程の前に、金属インサートの表面の少なくとも一部を粗面化する 工程を更に含む、請求項８記載の取付け方法。 １１．エポキシに増粘剤を加える工程を更に含む、請求項８記載の取付け方法 。 １２．セラミック製の歯科矯正器具又は歯科治療器具に金属インサートを取付 ける方法であって、前記金属インサートが反応性金属を含む場合に、前記金属イ ンサートを前記セラミック製歯科矯正器具又は歯科治療器具に接着剤によって接 着させる工程を含む上記取付け方法。 １３．反応性金属は、チタン、アルミニウム、ケイ素、ベリリウム、ジルコニ ウム、ホウ素、スズ及びこれらの組合せから成る群から選択する、請求項１２記 載の取付け方法。 １４．接着工程の前に、反応性金属をガスと反応させて、金属インサートの表 面上に前記反応性金属の酸化物を形成する工程を更に含む、請求項１２記載の方 法。 １５．反応性金属を活性化する工程を更に含む、請求項１２記載の取付け方法 。 １６．活性化工程がシラン処理を含む、請求項１５記載の取付け方法。 １７．着工程の前にシラン処理を行う、請求項１６記載の取付け方法。 １８．セラミック製の歯科矯正器具又は歯科治療器具に金属インサートを取付 ける方法であって、 前記金属インサートと前記セラミック製歯科矯正器具又は歯科治療器具との少 なくとも一方の少なくとも一部を反応性金属又はその酸化物によって被覆する工 程;及び 前記被覆工程後に、前記金属インサートを前記セラミック製歯科矯正器具又は 歯科治療器具に接着剤によって接着させる工程 を含む、上記取付け方法。 １９．被覆工程は、プラズマ蒸着、スパッタリング、イオンビーム注入、化学 蒸着、物理蒸着、陽極酸化及びこれらの組合せから成る群から選択する方法によ って行う、請求項１８記載の取付け方法。 ２０．反応性金属は、チタン、アルミニウム、ケイ素、ベリリウム、ジルコニ ウム、ホウ素、スズ及びこれらの組合せから成る群から選択する、請求項１８記 載の取付け方法。 ２１．接着工程の前に、反応性金属をガスと反応させて、前記金属インサート の表面上に前記反応性金属の酸化物を形成する工程を更に含む、請求項１８記載 の取付け方法。 ２２．反応性金属又はその酸化物を活性化する工程を更に含む、請求項１８記 載の取付け方法。 ２３．活性化工程はシラン処理を含む、請求項２２記載の取付け方法。 ２４．被覆工程後でかつ接着工程前に、シラン処理を行う、請求項２２記載の 取付け方法。 ２５．セラミック製歯科矯正器具又は歯科治療器具に金属インサートを取付け る方法であって、 前記金属インサートと前記セラミック製歯科矯正器具又は歯科治療器具との間 にアマルガムを配置する工程；及び 前記金属インサートと前記セラミック製歯科矯正器具又は歯科治療器具とを一 緒に、それらの間に配置された前記アマルガムと共に付着させる工程 を含む、上記取付け方法。 ２６．アマルガムは水銀及び銀を含む、請求項２５記載の取付け方法。 ２７．請求項１記載の方法により製造される歯科矯正器具又は歯科治療器具。 ２８．請求項２記載の方法により製造される歯科矯正器具又は歯科治療器具。 ２９．請求項８記載の方法により製造される歯科矯正器具又は歯科治療器具。 ３０．請求項１２記載の方法により製造される歯科矯正器具又は歯科治療器具 。 ３１．請求項１８記載の方法により製造される歯科矯正器具又は歯科治療器具 。 ３２．請求項２５記載の方法により製造される歯科矯正器具又は歯科治療器具。