JP2008086633A - Orthodontic wire - Google Patents

Orthodontic wire Download PDF

Info

Publication number
JP2008086633A
JP2008086633A JP2006272712A JP2006272712A JP2008086633A JP 2008086633 A JP2008086633 A JP 2008086633A JP 2006272712 A JP2006272712 A JP 2006272712A JP 2006272712 A JP2006272712 A JP 2006272712A JP 2008086633 A JP2008086633 A JP 2008086633A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wire
film
color
teeth
alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006272712A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mamoru Nakaoka
中岡守
Motohiro Tajima
田島基裕
Shigeru Yamanaka
山中茂
Saburo Otani
大谷三郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HYOMEN KAISHITSU KENKYUSHO KK
MARUEMU WORKS CO Ltd
Original Assignee
HYOMEN KAISHITSU KENKYUSHO KK
MARUEMU WORKS CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HYOMEN KAISHITSU KENKYUSHO KK, MARUEMU WORKS CO Ltd filed Critical HYOMEN KAISHITSU KENKYUSHO KK
Priority to JP2006272712A priority Critical patent/JP2008086633A/en
Publication of JP2008086633A publication Critical patent/JP2008086633A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an orthodontic wire which is designed to shorten the treatment period, ease pain, and bring no odd feeling about its color, has a high strength, low elasticity, and is ductile enough to remain unbroken in being bent for treatment, and has a low friction coefficient, a long-lasting stable spring property, and a color that matches that of teeth. <P>SOLUTION: This wire, made of a βtype Ti alloy of high strength and low elasticity called rubber metal, after being wiredrawn in a cold or warm working process, and shaped into a wire with a circular or oval cross section, is coated with a group IVa, group Va, or group VIa nitride film, carbide film, carbonitride film, or metal film having gold or white color closer to teeth color by means of a physical vapor deposition method. With the control on the drawing and film-forming conditions, the wire becomes free from twists or bends, having a high strength, a low elasticity, an enduring ductility high enough to prevent fracture in being bent, and a long-lasting stable spring property with a low friction coefficient. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は歯の矯正治療のために供せられるワイヤーに関する。 The present invention relates to a wire provided for orthodontic treatment of teeth.

歯の咬み合わせが悪い人や歯並びが良くない人の不正咬合治療として、Co-Cr系強力線やステンレス鋼線等の強力ワイヤーやNiTi合金線を歯に長期間押し当てて矯正することが行なわれてきた。 As a treatment for malocclusion of people with poor tooth occlusion and poor tooth alignment, a strong wire such as Co-Cr strong wire or stainless steel wire or NiTi alloy wire is pressed against the tooth for a long time to correct it. I have been.

しかしこれら強力鋼線や合金線は高い強度を有していると同時に、高い弾性率を有しており、これらワイヤーを患者の歯に押し付けた当初、押し付けられた高い応力に対して疼痛を感じることが多かった。また、矯正が終了するまで1年ないし3年の長期にわたって治療を続ける必要があった。また、NiTiは、Niを含んでいるためアレルギーの問題で使用が制限されていた。更に、これらワイヤーは灰色系の金属色をしており、口を開いた時の歯の色に対して違和感があり、心的な面においても患者は苦痛を強いられてきた。 However, these strong steel wires and alloy wires have high strength and at the same time have a high modulus of elasticity, and when these wires are pressed against the patient's teeth, they feel pain against the high stress that was pressed. There were many things. In addition, it was necessary to continue treatment for a long period of 1 to 3 years until correction was completed. NiTi contains Ni and its use has been restricted due to allergy problems. In addition, these wires have a gray metallic color, and there is a sense of discomfort with the color of the teeth when the mouth is opened.

最近、高い強度を有しながら低い弾性率を示すゴムメタルと称せられるβ型Ti合金が開発され、特許第3375083号に開示された。この材料を歯科矯正用ワイヤーとして用いることができれば、これまで患者が感じていた疼痛を和らげることが可能となる。しかしながら、この合金をワイヤーに線引き加工すると大きく湾曲するのを避けることができなかった。この湾曲を是正するために加温すると、脆化して治療中の曲げ加工時に破断してしまう問題点があった。更に、摩擦係数が高く治療中に歯に沿って移動することが困難であった。また、灰色系の金属色をしており、口を開いた時の歯の色に対する違和感は改善されなかった。更に、長期間の治療中に荷重を受けたワイヤーの歪量が大きく一定の応力を付与できない問題もあった。こうした問題のため歯科矯正用ワイヤーとして用いられることはなかった。
特許第3375083号
Recently, a β-type Ti alloy called rubber metal having high strength and low elastic modulus has been developed and disclosed in Japanese Patent No. 3375083. If this material can be used as an orthodontic wire, it will be possible to relieve pain that has been felt by patients. However, when this alloy is drawn into a wire, it cannot be avoided that the alloy is greatly bent. When heating is performed to correct this curvature, there has been a problem that it becomes brittle and breaks during bending during treatment. Furthermore, the coefficient of friction was high and it was difficult to move along the teeth during treatment. In addition, it had a gray metallic color, and the discomfort with the tooth color when the mouth was opened was not improved. Furthermore, there is a problem that the strain amount of the wire subjected to a load during a long-term treatment is large and a constant stress cannot be applied. Because of these problems, it was not used as an orthodontic wire.
Japanese Patent No. 3375083

歯の矯正治療に対してこれまで、治療期間を短縮することおよび矯正治療におけるワイヤーから受ける疼痛を和らげると共に、色彩的にも違和感なく治療期間を過ごせることが求められてきた。そのためには、矯正用ワイヤーの強度が高いだけでなく低い弾性率を有すること、治療のためにワイヤーを屈曲加工した際、破断しない延性を有していること、ワイヤーが取り扱いやすいよう湾曲していないこと、また、長期間の治療中、ワイヤーに一定の歪を与えた際に、歯に付与する応力の減少が少ないことが要求される。更に歯と違和感のない色彩を有していること、更にワイヤーが歯の矯正とともに、適正な位置に移動できるよう、ワイヤーの摩擦係数が低いことが歯科矯正用ワイヤーに求められる。また、ワイヤーが歯に沿って確実に当り、歯に適正なトルクを付与できることが望まれる。
In the past, it has been required to shorten the treatment period for orthodontic treatment, to relieve the pain received from the wire during orthodontic treatment, and to spend the treatment period without any discomfort in color. For this purpose, the strength of the straightening wire is not only high, but also has a low modulus of elasticity, has a ductility that does not break when the wire is bent for treatment, and the wire is curved for easy handling. In addition, it is required that the stress applied to the tooth is reduced little when a certain strain is applied to the wire during a long-term treatment. Furthermore, the orthodontic wire is required to have a color that does not cause a sense of incongruity with the teeth and that the wire has a low coefficient of friction so that the wire can move to an appropriate position along with the correction of the teeth. Further, it is desired that the wire can surely hit along the tooth and can give an appropriate torque to the tooth.

本発明は、歯科矯正用ワイヤーとして従来用いられてきた強力線やNiTi合金線に替わって、800MPa以上の高強度を持ちながら70GPa以下の低い弾性率を示すβ型Ti合金を素材として用いる。これを冷間または温間において線引き加工して、円形あるいは矩形断面形状のワイヤーに加工した後、物理的蒸着法を用いて美しい金色あるいは歯の色に近い白色系の色彩を持つ、IVa族、Va族およびVIa族の窒化物薄膜、炭化物薄膜、炭窒化物薄膜あるいは金属薄膜を被覆することによって上述した諸課題を改善できることを見出した。   The present invention uses, as a material, a β-type Ti alloy having a high elasticity of 800 MPa or more and a low elastic modulus of 70 GPa or less while having a high strength of 800 MPa or more, instead of a strong wire or a NiTi alloy wire conventionally used as an orthodontic wire. After this is drawn in cold or warm, it is processed into a wire with a circular or rectangular cross-sectional shape, and then using a physical vapor deposition method, it has a beautiful gold color or white color close to the color of teeth, IVa group, It has been found that the above-mentioned problems can be improved by coating a Va group and VIa group nitride thin film, carbide thin film, carbonitride thin film or metal thin film.

800MPa以上の強度と70GPa以下の弾性率を有するTi合金としてはVa族の元素を多量に含むβ型Ti合金が開発されている。この材料は800MPa以上の高い強度を有しているにもかかわらず、70GPa以下の低い弾性率を有しており、更に、ワイヤーに線引き加工しても従来の金属と異なり、加工硬化が少なく、ほとんど同程度の高い強度と低い弾性率を維持している。このため、低い力で歯に沿わせることができ、また矯正治療に適した形に容易に折り曲げることができる。また、弾性率が小さいことは、歯の移動によるひずみの変化に対して、保持応力の変化がすくなく安定した力を歯に与えることに寄与する。800MPa未満の強度では、強度が不足し、歯の矯正に長期間を必要となり好ましくない。また、弾性率が70GPa以上では、ワイヤーを歯に押し当てた際、患者が疼痛を感じるようになる。
本発明の目的を達成するには、矯正用ワイヤーの素材に800MPa以上の強度と70GPa以下の弾性率を有せしめたβ型Ti合金を素材として用いることが重要である。
As a Ti alloy having a strength of 800 MPa or more and an elastic modulus of 70 GPa or less, a β-type Ti alloy containing a large amount of a Va group element has been developed. Despite having a high strength of 800 MPa or more, this material has a low elastic modulus of 70 GPa or less, and even when wire is drawn, unlike conventional metals, there is little work hardening, It maintains almost the same high strength and low elastic modulus. For this reason, it can follow a tooth with low force, and can be easily bent into a shape suitable for orthodontic treatment. In addition, the small elastic modulus contributes to giving a stable force to the teeth with little change in holding stress against changes in strain due to tooth movement. A strength of less than 800 MPa is not preferable because the strength is insufficient and a long period of time is required for dental correction. When the elastic modulus is 70 GPa or more, the patient feels pain when the wire is pressed against the teeth.
In order to achieve the object of the present invention, it is important to use a β-type Ti alloy having a strength of 800 MPa or more and an elastic modulus of 70 GPa or less as the material of the straightening wire.

歯科矯正用ワイヤーには、歯に沿わせて使用する単線ワイヤーと、単線ワイヤーに一層の応力を付加するために用いられるコイルスプリングワイヤーがある。一般に、ワイヤーの断面形状としては、円形が最も多く使用されている。しかし、矯正用ワイヤーの内、単線のまま使用される場合には、円形よりも矩形の方が歯に沿わせて固定しやすい。また、矯正しようとする歯にトルクを与えることが可能となるので、矯正術者の矯正方法に多くの選択肢を与え、短期の矯正を可能にする。ただし、この場合、初期の線に捩れがあると、矩形の面だけでなく、角が歯に当る部分が生じることになり、ワイヤーの全長にわたって歯に密着させることができなかったり、不正確なトルクが歯にかかることになる。従って、ワイヤーに捩れがないことがないことが重要である。
断面が矩形の場合、ワイヤーの角に触れて、口腔内を傷付ける恐れが生じる。このような事故を防ぐためには、矩形ワイヤーのコーナーにR0.03mm以上のアールを設ける必要がある。
歯科矯正用ワイヤーの内コイルスプリングワイヤーとして用いられる場合には特に矩形である必要はなく、円形であっても差し支えない。この場合、線径は1mmφを越えるとスプリングの強度が高くなりすぎるため、1mmφ以下であることが必要である。
Orthodontic wires include a single wire used along with teeth and a coil spring wire used for applying further stress to the single wire. Generally, a circular shape is most frequently used as the cross-sectional shape of the wire. However, when the straightening wire is used as a single wire, the rectangular shape is easier to fix along the teeth than the circular shape. In addition, since it is possible to apply torque to the teeth to be corrected, many options are given to the correction method of the corrector, and short-term correction is possible. However, in this case, if the initial line is twisted, not only the rectangular surface but also the part where the corner hits the tooth can not be brought into close contact with the tooth over the entire length of the wire. Torque is applied to the teeth. Therefore, it is important that the wire is not twisted.
When the cross section is rectangular, the mouth of the wire may be damaged by touching the corners of the wire. In order to prevent such an accident, it is necessary to provide a radius of R0.03mm or more at the corner of the rectangular wire.
When it is used as an inner coil spring wire of an orthodontic wire, it does not need to be rectangular in particular, and may be circular. In this case, if the wire diameter exceeds 1 mmφ, the strength of the spring becomes too high, so it is necessary that the wire diameter be 1 mmφ or less.

このβ型Ti合金ワイヤーは、従来使用されてきた矯正用ワイヤーと同様、灰色系の金属色をしており、従来と同様、患者が口を開けたときに違和感を感じることは避けられない。また、線の摩擦抵抗が1.0前後と高く、ワイヤーに沿って歯が移動し難い点も変わらない。これらの問題点を解決するため、本発明では物理的蒸着法を用いて、IVa族、Va族およびVIa族の窒化物薄膜、炭化物薄膜、炭窒化物薄膜あるいは金属薄膜を被覆する。IVa族およびVa族の窒化物としては、TiNやZrNなどがあり、美しい金色あるいは白色が加わった薄い金色の色彩を示す。IVa族、Va族およびVIa族の金属薄膜は、歯の色に近い白色を示す。また、VIa族の窒化物薄膜であるCrNは光沢のある金属色を示し、患者の好みに応じて皮膜の材種を選択することができる。歯にこれらを被覆したワイヤーを装着することによって、従来の矯正ワイヤーで感じていたような違和感が減少する。中でもTiの窒化物であるTiNあるいは金属TiはTi合金ワイヤーに最も密着性良く被覆させることができる。また、CrN皮膜はTiN系に比べて摩擦係数が低く、矯正時のワイヤーの移動がスムースに行われやすいなどの特徴を有する。 This β-type Ti alloy wire has a gray metallic color like conventional straightening wires, and it is inevitable that the patient feels uncomfortable when the patient opens his mouth as in the conventional case. In addition, the frictional resistance of the wire is as high as around 1.0, and the point that the teeth are difficult to move along the wire remains the same. In order to solve these problems, in the present invention, a nitride thin film, a carbide thin film, a carbonitride thin film, or a metal thin film of IVa group, Va group and VIa group is coated using a physical vapor deposition method. Group IVa and Va group nitrides include TiN and ZrN, which show a beautiful gold color or a light golden color with white added. Group IVa, Va and VIa metal thin films show a white color close to the color of the teeth. In addition, CrN, which is a VIa group nitride thin film, shows a glossy metallic color, and the type of film can be selected according to patient preference. By attaching the wires covering these teeth to the teeth, the uncomfortable feeling that is felt with conventional orthodontic wires is reduced. Among these, TiN, which is a nitride of Ti, or metal Ti can be coated on the Ti alloy wire with the best adhesion. In addition, the CrN film has a feature that the coefficient of friction is lower than that of TiN, and the wire is easily moved during correction.

上述の皮膜を被覆する方法としては、物理的蒸着法の他に、化学的蒸着法やメッキ法があるが、化学的蒸着法では処理温度を高くしなければならず、処理中にTi合金ワイヤーを脆化してしまう。また、メッキ法では密着性が高くなく、治療のためワイヤーを折り曲げた際に、皮膜が剥離する恐れがある。これに対し、物理的蒸着法では比較的低い温度で密着性良く窒化物や炭窒化物、炭化物あるいは金属薄膜を被覆することができる。
物理的蒸着法であっても、原料ターゲットからの輻射熱によって、処理中に温度が上昇する。処理中にワイヤーの温度が320℃以上に加熱されると、当該β型Ti合金ワイヤーを脆化してしまい、治療に際し、150°以上に折り曲げた際、破断してしまう。歯科矯正用ワイヤーとしては150°以上に折り曲げても破断しない延性を維持していることが必要である。このため被覆処理中にワイヤーの温度が320℃を超えないようにしなければならない。
In addition to physical vapor deposition, there are chemical vapor deposition and plating methods as methods for coating the above-mentioned film. However, chemical vapor deposition requires a high processing temperature. Will become brittle. In addition, the plating method does not have high adhesion, and there is a possibility that the film may be peeled off when the wire is bent for treatment. On the other hand, in the physical vapor deposition method, a nitride, carbonitride, carbide or metal thin film can be coated with good adhesion at a relatively low temperature.
Even in the physical vapor deposition method, the temperature rises during processing due to radiant heat from the raw material target. When the temperature of the wire is heated to 320 ° C. or higher during the treatment, the β-type Ti alloy wire is embrittled and broken when it is bent to 150 ° or higher during treatment. It is necessary for the orthodontic wire to maintain ductility that does not break even when it is bent at 150 ° or more. For this reason, the temperature of the wire must not exceed 320 ° C. during the coating process.

一方、当該β型Ti合金を線引き加工した状態においては、加工応力が内在しているために、大きく湾曲している。加工方法を最適化しても、200mm当り10mm以上の曲りを避けることは困難である。大きく湾曲したままでは、歯科矯正用ワイヤーとしては使用しにくい。コイルスプリングに加工する際にも大きな曲がりがあっては加工が困難となる。本発明では、800MPa以上の強度と70GPa以下の弾性率を有するβ型Ti合金を線引き加工したワイヤーに上述の薄膜を被覆処理する際に、ワイヤーを250℃以上に加熱する事により曲がりが200mm当り7mm以下に軽減することを見出した。
しかし、320℃以上にすると、前述したように、当該ワイヤーは脆化してしまうため、被覆処理中の温度を250℃以上320℃以下の狭い範囲に制御することが必要である。
On the other hand, in the state in which the β-type Ti alloy is drawn, the processing stress is inherently curved, so that the β-type Ti alloy is greatly curved. Even if the processing method is optimized, it is difficult to avoid bending of 10 mm or more per 200 mm. It remains difficult to use as an orthodontic wire if it is largely curved. When processing into a coil spring, if there is a large bend, processing becomes difficult. In the present invention, when the above thin film is coated on a wire obtained by drawing a β-type Ti alloy having a strength of 800 MPa or more and an elastic modulus of 70 GPa or less, bending is performed per 200 mm by heating the wire to 250 ° C. or more. It was found to reduce to 7 mm or less.
However, when the temperature is set to 320 ° C. or higher, as described above, the wire becomes brittle. Therefore, it is necessary to control the temperature during the coating process to a narrow range of 250 ° C. or higher and 320 ° C. or lower.

また、このβ型チタン合金を上記の温度範囲で被覆処理することにより、一定のひずみを与えたときに応力が時間の経過と共に減少するリラクゼーションを小さくすることができ、ばねとして利用した場合の「へたり」を小さくすることができることを見出した。こうした特性は、長時間応力をかけて歯を移動させる歯科矯正ワイヤーにとっては重要であり、時間に伴うワイヤー自身のばね特性の劣化をきわめて小さくして、長期間安定した応力を歯に与えることを可能とする。 In addition, by coating this β-type titanium alloy in the above temperature range, the relaxation in which the stress decreases with the passage of time when a certain strain is applied can be reduced. I found out that it is possible to reduce the size. These characteristics are important for orthodontic wires that move teeth under stress over a long period of time, and the deterioration of the spring characteristics of the wire itself over time is extremely small, providing stable stress to the teeth for a long period of time. Make it possible.

皮膜厚さは特に規定する必要はないが、ワイヤー全面に金色あるいは白色系の色彩を付与するためには、0.05μm以上が望ましい。また、厚くするとワイヤーを曲げ加工した際に、皮膜が剥離しやすくなる上、被覆処理時間を長くする必要があるため、2μm以下であることが望ましい。 The film thickness need not be specified, but in order to give a gold or white color to the entire wire surface, it is preferably 0.05 μm or more. Further, when the wire is thickened, the film is easily peeled when the wire is bent, and it is necessary to lengthen the coating treatment time, so that the thickness is desirably 2 μm or less.

歯の矯正治療に、ワイヤーに沿って歯が適正な位置に移動するためには、ワイヤー表面の摩擦抵抗が低いことが重要である。従来のワイヤー材料や、本発明が素材として用いるβ型Ti合金の摩擦抵抗は低くない。 In order to move teeth along the wire to an appropriate position for orthodontic treatment, it is important that the frictional resistance of the wire surface is low. The friction resistance of the conventional wire material and β-type Ti alloy used as a raw material by the present invention is not low.

ワイヤー表面の摩擦抵抗を低くするためにはまず、表面粗さをRz2.0μm以下にしておくことが必要である。ワイヤーに加工した後の表面粗さを前述の表面粗さ以下にしておくとともに、皮膜を被覆した際に、表面粗さを大きく増加させてはいけない。皮膜を被覆する物理的蒸着法にはイオンプレーティング法やスパッタリング法がある。しかし、イオンプレーティング法を用いると最大、1μm前後の粒子が、処理中の原料ターゲットから飛散してきて皮膜内に含まれやすいため、ワイヤーに加工した後の表面粗さがRz2.0μmに近い場合には、皮膜を被覆後の表面粗さがRz2.0μmを超えてしまう恐れがある。これに対し、スパッタリング法では大きい粒子の飛散はほとんどなく、ワイヤーに加工した後の表面粗さをほぼそのまま維持することができる。表面粗さがRz2.0μm以下の平滑な皮膜を得るためには、被覆法としてはスパッタリング法が好ましい。 In order to reduce the frictional resistance of the wire surface, it is first necessary to make the surface roughness Rz 2.0 μm or less. The surface roughness after processing into a wire should be less than or equal to the aforementioned surface roughness, and the surface roughness should not be greatly increased when the film is coated. There are an ion plating method and a sputtering method as physical vapor deposition methods for coating the film. However, when the ion plating method is used, the maximum particle size of around 1μm is scattered from the raw material target being processed and is easily contained in the film, so the surface roughness after processing into a wire is close to Rz2.0μm. In this case, the surface roughness after coating the film may exceed Rz 2.0 μm. In contrast, in the sputtering method, there is almost no scattering of large particles, and the surface roughness after being processed into a wire can be maintained almost as it is. In order to obtain a smooth film having a surface roughness of Rz 2.0 μm or less, a sputtering method is preferred as the coating method.

表面粗さがRz2.0μm以下の平滑な表面にするとともに、β型Ti合金の表面に前述した薄膜を被覆することによって摩擦抵抗を下げることができる。前述した薄膜の中でも、金属薄膜より窒化物、炭窒化物あるいは炭化物皮膜の方が摩擦抵抗は小さい。摩擦抵抗を小さくしたことによって、歯の矯正中にワイヤーに沿って歯が移動しやすくなり、治療期間の短縮に大きく寄与する。 A frictional resistance can be lowered by coating the surface of the β-type Ti alloy with the above-described thin film while making the surface roughness Rz 2.0 μm or less. Among the thin films described above, a nitride, carbonitride, or carbide film has a lower frictional resistance than a metal thin film. By reducing the frictional resistance, it becomes easier for the teeth to move along the wire during tooth correction, which greatly contributes to shortening the treatment period.

本発明により、従来より大幅に短い期間で歯の矯正治療を完了することができる。また、歯の矯正治療における疼痛を和らげると共に、外観的にも違和感なく治療期間を過ごせることができる。 According to the present invention, the orthodontic treatment can be completed in a significantly shorter period than before. In addition, the pain during orthodontic treatment can be eased and the treatment period can be spent without any discomfort in appearance.

高強度でありながら低い弾性率を有するβ型Ti合金を、冷間において、円形や矩形断面のワイヤーに加工する。加工後のワイヤーに捩れを発生させることなく加工することができるが、ワイヤーが大きく湾曲することは避けられない。これをイオンプレーティング装置あるいはスパッタリング装置に取り付けて、IVa族、Va族およびVIa族の窒化物薄膜、炭化物薄膜、炭窒化物薄膜あるいは金属薄膜を被覆する。これら皮膜を被覆する際、250から320℃の範囲に制御しながら被覆処理をすることが重要である。その結果、高強度でありながら弾性率が低く、荷重を長期間受けた際のへたりが小さく、摩擦係数が低く、真直で、美しい色彩の歯科矯正用ワイヤーを製造することができる。このワイヤーを用いて、歯の矯正することによって、ワイヤーを取り付けた際の、患者の疼痛がなく、また、歯の色との違和感を感じることもなく、従来より短い期間で歯の矯正治療を完了することができる。 A β-type Ti alloy having high strength but low elasticity is processed into a wire having a circular or rectangular cross section in the cold state. The processed wire can be processed without causing twisting, but it is inevitable that the wire is greatly curved. This is attached to an ion plating apparatus or a sputtering apparatus to cover a nitride thin film, carbide thin film, carbonitride thin film or metal thin film of IVa group, Va group and VIa group. When coating these films, it is important to perform the coating treatment while controlling the temperature in the range of 250 to 320 ° C. As a result, it is possible to produce an orthodontic wire that is high in strength but has a low elastic modulus, a small sag when subjected to a load for a long period of time, a low friction coefficient, and a straight and beautiful color. By using this wire to correct the teeth, there is no pain for the patient when attaching the wire, and there is no sense of discomfort with the color of the teeth. Can be completed.

以下に具体的な実施例を述べる。 Specific examples will be described below.

実施例1 30%Nbと0.7%Ta,0.7%Zrおよび1.2%Oを含み、残部Tiからなるβ型Ti合金コイルを線引き加工した。素材のTi合金コイルの線形は0.65mmφで、引張強度は860MPaおよび弾性率は45GPaであった。線引きした4種類の形状のワイヤについて断面寸法および機械的特性を表1に示す。曲りは200mm長さ当りの直線からのずれで評価している。No.AとNo.Dは丸形状のワイヤーでNo.BとNo.Cは矩形断面をしている。いずれも800MPa以上の強度と70GPa以下の弾性率を有しており、線引き前と比較して、強度は高くなっているが、弾性率は大きな変化はなく、歯科矯正用ワイヤー特性としては好ましい特性値に変化している。また、捩れが全く見られなかった。ただ、引抜加工状態のワイヤーは200mm当り10〜30mmと大きく曲っていた。この曲がりはこの後、歯に沿った形状に曲げ加工したり、コイルスプリングに加工する際に支障をきたす。
Example 1 A β-type Ti alloy coil containing 30% Nb, 0.7% Ta, 0.7% Zr, and 1.2% O and comprising the balance Ti was drawn. The material Ti alloy coil linearity was 0.65mmφ, the tensile strength was 860MPa, and the elastic modulus was 45GPa. Table 1 shows the cross-sectional dimensions and mechanical properties of the four types of wire drawn. Bending is evaluated by deviation from a straight line per 200mm length. No. A and No. D are round wires, and No. B and No. C have a rectangular cross section. Both have a strength of 800 MPa or more and an elastic modulus of 70 GPa or less, and the strength is higher than before drawing, but the elastic modulus has not changed significantly, and is a desirable property for orthodontic wire properties. The value has changed. In addition, no twist was observed. However, the wire in the pultruded state was greatly bent at 10 to 30 mm per 200 mm. This bending is then hindered when it is bent into a shape along the teeth or processed into a coil spring.

これら線引き加工したβ型Ti合金ワイヤーを、スパッタリング装置に取り付け、4x10-3Pa以下に排気後、ヒーターにより300℃に加熱した。1時間後、Arガスを導入して0.52Paとし、皮膜原料のTi、ZrあるいはCrターゲットに電圧を加えてArプラズマを発生させ、それぞれTi、Zr、Crを蒸発させた。引き続いて、窒素ガスを全体ガス量の20%になるように炉内に導入した。これによって、Ti合金ワイヤー表面上で、Ti、ZrあるいはCrと窒素が反応して、それぞれTi、ZrあるいはCrの窒化物皮膜を形成した。皮膜形成中、ワイヤーの温度が上昇してきたため、5分間成膜した後、3分間成膜を休止する工程を2回ないし6回繰り返した。皮膜厚さは0.05〜0.3μmであった。これらの窒化物薄膜を被覆したβ型Ti合金ワイヤーの曲り、延性、表面粗さおよび色調を表2に示す。曲りは表1と同様、200mm長さ当りの直線からのずれで示している。皮膜形成後の曲がりはいずれも200mm長さ当り5mm以下で、引抜加工状態に比べて大きく改善されている。窒化物皮膜を被覆したワイヤーの強度や弾性率は、皮膜形成前と比べてほとんど変化していない。また、延性は150°曲げた際のワイヤーの切断の有無で評価しているが、いずれも切断の様子は全くなく良好であった。TiNおよびZrNの色調は美しい金色あるいは白金色を呈していた。表面粗さはいずれも、Rz2.0μm以下で、摩擦係数はいずれも0.5〜0.6で滑らかであった。
また、CrNは光沢のある金属色で、摩擦係数は0.30と低い値を示していた。
These drawn β-type Ti alloy wires were attached to a sputtering apparatus, evacuated to 4 × 10 −3 Pa or less, and then heated to 300 ° C. with a heater. After 1 hour, Ar gas was introduced to 0.52 Pa, voltage was applied to the Ti, Zr or Cr target of the coating material to generate Ar plasma, and Ti, Zr and Cr were evaporated. Subsequently, nitrogen gas was introduced into the furnace so as to be 20% of the total gas amount. As a result, Ti, Zr or Cr and nitrogen reacted on the Ti alloy wire surface to form a Ti, Zr or Cr nitride film, respectively. During the film formation, the temperature of the wire increased, and after the film was formed for 5 minutes, the process of stopping the film formation for 3 minutes was repeated 2 to 6 times. The film thickness was 0.05 to 0.3 μm. Table 2 shows the bending, ductility, surface roughness and color tone of the β-type Ti alloy wires coated with these nitride thin films. Similar to Table 1, the curve is shown as a deviation from a straight line per 200 mm length. The bending after the film formation is 5mm or less per 200mm length, which is a significant improvement over the drawing process. The strength and elastic modulus of the wire coated with the nitride film are hardly changed compared to before the film is formed. The ductility was evaluated based on whether or not the wire was cut when it was bent by 150 °. The colors of TiN and ZrN were beautiful gold or platinum. All of the surface roughnesses were Rz 2.0 μm or less, and the friction coefficients were all smooth from 0.5 to 0.6.
CrN was a glossy metallic color with a low coefficient of friction of 0.30.

実施例2
実施例1に述べたβ型Ti合金ワイヤー、No.Bを、スパッタリング装置に取り付け、4x10-3Pa以下に排気後、ヒーターにより300℃に加熱した。1時間後、Arガスを導入して0.52Paとし、皮膜原料のTiターゲットに電圧を加えてArプラズマを発生させ、それぞれTiを蒸発させた。引き続いて、窒素ガスとCH4ガスを全体ガス量のそれぞれ10%になるように炉内に導入した。これによって、Ti合金ワイヤー表面上で、Tiと窒素およびCH4ガスが反応してTiの炭窒化物膜、TiCNが形成される。また、窒素ガスを導入しないで、ArガスとCH4ガスを導入すると、TiCが形成される。いずれの場合も成膜中温度が上昇してくるので5分間成膜した後、5分間成膜を休止する工程を5回繰り返した。皮膜厚さは0.2〜0.25μmであった。これらの炭窒化物薄膜を被覆したβ型Ti合金ワイヤーの曲り、延性、表面粗さおよび色調を表3に示す。曲りは表1、2と同様、200mm長さ当りの直線からのずれで示している。皮膜形成後の曲がりはいずれも200mm長さ当り5mm以下で、引抜加工状態に比べて大きく改善されている。炭窒化物皮膜を被覆したワイヤーの強度や弾性率は、皮膜形成前と比べてほとんど変化していない。また、延性は150°曲げた際のワイヤーの切断の有無で評価しているが、いずれも切断の様子は全くなく良好であった。表面粗さはいずれも、Rz2.0μm以下で、摩擦係数はTiN皮膜の場合より低い値を示した。
Example 2
The β-type Ti alloy wire No. B described in Example 1 was attached to a sputtering apparatus, evacuated to 4 × 10 −3 Pa or less, and then heated to 300 ° C. with a heater. After 1 hour, Ar gas was introduced to 0.52 Pa, a voltage was applied to the Ti target of the coating material to generate Ar plasma, and Ti was evaporated. Subsequently, nitrogen gas and CH 4 gas were introduced into the furnace so that each amount was 10% of the total gas amount. As a result, Ti, nitrogen and CH 4 gas react on the Ti alloy wire surface to form a Ti carbonitride film, TiCN. If Ar gas and CH 4 gas are introduced without introducing nitrogen gas, TiC is formed. In any case, since the temperature during film formation rises, the process of film formation for 5 minutes and then the film formation pause is repeated 5 times. The film thickness was 0.2 to 0.25 μm. Table 3 shows the bending, ductility, surface roughness and color tone of the β-type Ti alloy wire coated with these carbonitride thin films. Similar to Tables 1 and 2, the curve is shown as a deviation from a straight line per 200 mm length. The bending after the film formation is 5mm or less per 200mm length, which is a significant improvement over the drawing process. The strength and elastic modulus of the wire coated with the carbonitride film are almost the same as before the film formation. The ductility was evaluated based on whether or not the wire was cut when it was bent by 150 °. The surface roughness was less than Rz2.0μm, and the coefficient of friction was lower than that of TiN film.

実施例3 12%Ta、9%Nb,3%V,6%Zr,1%O残部Tiからなるβ型Ti合金コイルを線引き加工した。Ti合金コイルの線形は0.80mmφで、引張強度は840MPaおよび弾性率は46GPaであった。線引き後の断面寸法および機械的特性を表4に示す。断面は矩形をしている。いずれも800MPa以上の強度と70GPa以下の弾性率を有している。また、捩れが全く見られなかった。ただ、引抜加工状態のワイヤーは200mm当り10〜20mmと大きく曲っていた。
Example 3 A β-type Ti alloy coil made of 12% Ta, 9% Nb, 3% V, 6% Zr, 1% O balance Ti was drawn. The Ti alloy coil had a linear shape of 0.80 mmφ, a tensile strength of 840 MPa, and an elastic modulus of 46 GPa. Table 4 shows the cross-sectional dimensions and mechanical properties after drawing. The cross section is rectangular. Both have a strength of 800 MPa or more and an elastic modulus of 70 GPa or less. In addition, no twist was observed. However, the wire in the pultruded state was greatly bent at 10 to 20 mm per 200 mm.

これら線引き加工したβ型Ti合金ワイヤーを、スパッタリング装置に取り付け、4x10-3Pa以下に排気後、ヒーターにより280℃に加熱した。1時間後、Arガスを導入して0.8Paとし、皮膜原料のTi、Vターゲットに電力を加えてアークスポットを発生させ、TiあるいはVを蒸発させ、Ti合金ワイヤー表面にTi薄膜あるいはV薄膜を蒸着した。皮膜形成中、ワイヤーの温度が上昇するため、5分間成膜した後、5分間成膜を休止する工程を4回繰り返し、合計20分間皮膜形成を行った。皮膜厚さは0.8μmであった。こうしてTi薄膜あるいはV薄膜を被覆したβ型Ti合金ワイヤーの曲り、延性、表面粗さおよび色調を表5に示す。ワイヤーの曲りは、200mm長さ当りの直線からのずれで示している。皮膜形成後はいずれも5mm以下で、引抜加工状態に比べて大きく改善されている。金属皮膜を被覆したワイヤーの強度や弾性率は、皮膜形成前と比べてほとんど変化していない。また、150°曲げた際のワイヤーの切断の有無で評価した延性は良好であった。色調は歯に近い白色を呈していた。
These drawn β-type Ti alloy wires were attached to a sputtering apparatus, evacuated to 4 × 10 −3 Pa or less, and then heated to 280 ° C. with a heater. After 1 hour, Ar gas is introduced to 0.8 Pa, electric power is applied to the raw material Ti and V targets to generate arc spots, Ti or V is evaporated, and Ti thin film or V thin film is formed on the Ti alloy wire surface. Vapor deposited. During film formation, the temperature of the wire increased, and after 5 minutes of film formation, the process of stopping film formation for 5 minutes was repeated 4 times to form a film for a total of 20 minutes. The film thickness was 0.8 μm. Table 5 shows the bending, ductility, surface roughness and color tone of the β-type Ti alloy wire thus coated with the Ti thin film or the V thin film. The bending of the wire is shown as a deviation from a straight line per 200 mm length. After film formation, all are 5mm or less, which is a significant improvement compared to the drawing process. The strength and elastic modulus of the wire coated with the metal film have hardly changed compared to before the film was formed. Moreover, the ductility evaluated by the presence or absence of cutting of the wire when bent by 150 ° was good. The color tone was white near the teeth.

実施例4
実施例1における引抜きNo.Dの0.23mmφのワイヤーに実施例1において述べた条件で、TiNを被覆したワイヤを用いて、外径1.44mm、長さ50mm、巻き数125の圧縮コイルばねを作成した。同時に、被覆処理を行わないNo.Dの0.23mmφのワイヤーを用いて圧縮コイルばねを作成した。これら2つ圧縮コイルばねについて、室温にて圧縮荷重120gを2000時間付与した場合のばねに生じる永久歪を測定した。その結果を図1に示す。TiNを被覆したものは被覆していないものに較べて30%以上永久歪みが小さくなっている。永久歪みが小さいことは、ばねのへたりが小さく耐久性が優れていることを意味し、安定した歯科矯正を可能にする。
Example 4
A compression coil spring having an outer diameter of 1.44 mm, a length of 50 mm, and a winding number of 125 was prepared using the wire coated with TiN on the 0.23 mmφ wire of Drawing No. D in Example 1 under the conditions described in Example 1. did. At the same time, a compression coil spring was prepared using a No. D 0.23 mmφ wire that was not coated. With respect to these two compression coil springs, the permanent strain generated in the springs when a compression load of 120 g was applied for 2000 hours at room temperature was measured. The result is shown in FIG. Those coated with TiN have a permanent set smaller by 30% or more than those without coating. Small permanent set means small spring sag and excellent durability, enabling stable orthodontics.

実施例5
上述した表2中にあるNo.B1に示す本発明のワイヤーを、20歳の女性の歯科矯正治療に用いた。従来の強力線に比べて、矯正治療用に加工するのが容易であった。歯にかかる力が柔らかで、従来、治療の初期に患者が訴えていた痛みが大きく軽減されていた。歯の移動速度が従来の10倍程度大きく、従来の強力線を用いる治療では1〜2年を要していた工程を、本発明のワイヤーを用いることにより、6週間で済んだ。また、色調が美しい金色をしており、口を開けた際の違和感が軽減されていた。
Example 5
The wire of the present invention indicated by No. B1 in Table 2 described above was used for orthodontic treatment of a 20-year-old woman. Compared to conventional strong wire, it was easier to process for orthodontic treatment. The force applied to the teeth was soft, and the pain that the patient had complained in the early stages of treatment was greatly reduced. By using the wire of the present invention, the process that required about 1 to 2 years in the treatment using the conventional strong wire was completed in 6 weeks because the tooth moving speed was about 10 times larger than the conventional one. In addition, the color tone is beautiful gold, and the uncomfortable feeling when opening the mouth was reduced.

2種類のコイルばねに圧縮荷重120gを付与した時の永久歪と時間の関係を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between permanent strain and time when a compressive load of 120 g is applied to two types of coil springs.

Claims (1)

800MPa以上の強度と70GPa以下の弾性率を有するβ型Ti合金ワイヤーに、IVa族、Va族およびVIa族の窒化物薄膜、炭化物薄膜、炭窒化物薄膜あるいは金属薄膜を被覆したことを特徴とする歯科矯正用ワイヤー。 A β-type Ti alloy wire having a strength of 800 MPa or more and an elastic modulus of 70 GPa or less is coated with a nitride thin film, carbide thin film, carbonitride thin film or metal thin film of group IVa, Va and VIa. Orthodontic wire.
JP2006272712A 2006-10-04 2006-10-04 Orthodontic wire Pending JP2008086633A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006272712A JP2008086633A (en) 2006-10-04 2006-10-04 Orthodontic wire

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006272712A JP2008086633A (en) 2006-10-04 2006-10-04 Orthodontic wire

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008086633A true JP2008086633A (en) 2008-04-17

Family

ID=39371407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006272712A Pending JP2008086633A (en) 2006-10-04 2006-10-04 Orthodontic wire

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008086633A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013501571A (en) * 2009-08-10 2013-01-17 フビ カンパニー リミテッド Surface coating method for orthodontic bracket
CN103572200A (en) * 2013-11-13 2014-02-12 南京医科大学 Salt bath nitrocarburizing modifying method for surface of orthodontics arch wire
WO2016129630A1 (en) * 2015-02-13 2016-08-18 株式会社シンテック Dental member
CN109207946A (en) * 2018-09-12 2019-01-15 杭州联芳科技有限公司 A kind of nick-eltitanium alloy stent surface treatment method
US10543061B2 (en) 2014-10-03 2020-01-28 3M Innovative Properties Company Methods for managing the scattering of incident light and articles created therefrom

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013501571A (en) * 2009-08-10 2013-01-17 フビ カンパニー リミテッド Surface coating method for orthodontic bracket
CN103572200A (en) * 2013-11-13 2014-02-12 南京医科大学 Salt bath nitrocarburizing modifying method for surface of orthodontics arch wire
US10543061B2 (en) 2014-10-03 2020-01-28 3M Innovative Properties Company Methods for managing the scattering of incident light and articles created therefrom
WO2016129630A1 (en) * 2015-02-13 2016-08-18 株式会社シンテック Dental member
JP2016146992A (en) * 2015-02-13 2016-08-18 株式会社シンテック Dental member
CN109207946A (en) * 2018-09-12 2019-01-15 杭州联芳科技有限公司 A kind of nick-eltitanium alloy stent surface treatment method
CN109207946B (en) * 2018-09-12 2022-05-20 杭州联芳科技有限公司 Nickel-titanium alloy stent surface treatment method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6299438B1 (en) Orthodontic articles having a low-friction coating
JP4809901B2 (en) Orthodontic wire and method for manufacturing the same
AU774230B2 (en) Medical instruments and devices and parts thereof using shape memory alloys
US5573401A (en) Biocompatible, low modulus dental devices
EP2630932B1 (en) Metallic glass orthodontic appliances
JP3116072B2 (en) Orthodontic bracket
US5137446A (en) Orthodontic implement controllable of correction force
JP2008086633A (en) Orthodontic wire
WO1999045161A1 (en) Pseudoelastic beta titanium alloy and uses therefor
Kotha et al. An overview of orthodontic wires
Brantley Evolution, clinical applications, and prospects of nickel-titanium alloys for orthodontic purposes
Malik et al. A review of orthodontic archwires
Abdallah et al. Biomaterials used in orthodontics: brackets, archwires, and clear aligners
Kaur et al. Changing Trends in Orthodontic Arch Wire: A Review
Quintão et al. Orthodontic wires: knowledge ensures clinical optimization
Pious et al. Review of Superelastic Archwires in Orthodontics.
Ashok et al. Orthodontic archwires: an update
EP3386427B1 (en) Multiple layer coating and coating method for dental devices
Sharmila Wires in orthodontics-A short review
CN101617961B (en) Titanium-based quinary alloy, product thereof and preparation method thereof
Sethi et al. EVOLUTION IN NICKEL TITANIUM WIRES: A REVIEW
JP2006192199A (en) Dental metal wire, method for forming thin film on dental metal appliance, and dental wire and dental appliance formed with thin film by this method
Ravi Shantharaj et al. Total Recall: An Update On Orthodontic Wires
Sharma et al. Orthodontic wires and their properties along with clinical implications: A review study
JP2009017996A (en) Orthodontic material