JPH0271735A - 歯列矯正器具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、歯科において器具に関し、特に歯列矯正器具
に関するものである。

［従来の技術］ Ｔ１Ｎｉ合金、Ｔｉ−Ｎｉ　−Ｘ　（Ｘ−Ｃｕ。

Ｃ「等）合金が熱弾性型マルテンサイトｉ態の逆変態に
付随して顕著な形状記憶効果を示すことはよく知られて
いる。（［金属Ｊ　１９６６年２月１３日号、４４．「
日本金属学会会報」第１２巻第３号（１９７３）１５７
．ｒ日本金属学会誌」第３０巻、第２号（１９７５）１
７５）これと同時に、Ｔ１Ｎｉ合金にゴムのようなしな
やかさを示す超弾性機能があることもよく知られている
。（「Ｊ、＾ｐｐ１．ｐｈｙｓ、３４　（１９６３）１
４７５、東北大学選研堂報２７　（１９７１）これらの
形状記憶及び超弾性機能を利用して、バイブ継手、感温
アクチュエータ、ヒートエンジン、ブラジャーおよび歯
科矯正線等の商品化が行われている。特に、歯科矯正器
具に適用することは、米国特許第４０３７３２４号に開
示されている。また、ＪＡＤＡ、８２　（１９７１）１
３７３゜ＡＩｌ、Ｊ、０ｒｔｈｏｄ　６３　（１９７３
）　４６４にも詳しく述べられている。

Ｃ発明が解決しようとする課２ｆＪ］ 歯列矯正器具は、周知の歯との関係で、不規則及び不正
常な歯を修正するために使用される。この修正操作は、
変形応力の荷重・除荷に伴ない可逆的にエネルギーを吸
収したり、放出したりすることが可能なワイヤーを用い
た器具を使用して行われる。この矯正器具に使用される
ワイヤーは主に１８−８ステンレス鋼ワイヤー、最近で
はＮ１−７７合金ワイヤーであった。

１８−８ステンレス鋼ワイヤーを用いた場合、矯正に洪
し得る伸びひずみはほぼ１％である。このため、過度の
伸びあるいは曲げを与えると、本来、目的に必要とされ
る可逆的なエネルギーの吸収・放出機能が損われしまう
。

これに対し、Ｔｉ−Ｎｉ合金ワイヤーは、従来のステン
レスワイヤーと比較して、異常な弾性限界があることが
見出されている。すなわち、加工上り材の弾性限界（伸
びひずみの最大値）は約４％を示す。ｕｎｉｔｃｋ　（
米）はこの合金ワイヤー（加工上り材）を矯正ワイヤー
として実用化している。

しかしながら、このワイヤーは、加工上り材のため、脆
い難点、および伸び変形の増加と伴に、変形に必要な荷
重もほぼ直線的に増加するため、矯正治療を受ける患者
への生理的苦痛を余儀なくする難点があった。この苦痛
を柔げるためには、所要の面移動は比較的軽いが、連続
的な矯正力を供給することができる最適の力付与装置を
形成することによって最も良好に達成されることが＾ｎ
ｇｌｅＯｒｔｔ＋ｏｄｏｎＬ　１ｓｔ第３１巻（１９６
１年発行）に報告されている。この目的を達成するｔ：
めには変形に要する力の大きさが小さいこと、口腔組織
の最大限の応答を与えるべく器具が非機能状態になるま
で力のレベルが一定であること、等が挙げられる。

このアプローチの一例として、Ｎｉ−Ｔｉ合金ワイヤー
の焼鈍材を使用することに見出すことができる。この焼
鈍材は通常３０〜４０％の冷間加工減面率が施されたの
ち４００〜５００℃の熱処理を行うことによって得られ
る。かかる処理を行われたワイヤーは、少なくとも口腔
内ＱＭ度に於いて、ゴムの如き弾性挙動を振舞うことが
可能となる。すなわち、伸びひずみで５〜６％、且つ、
変形に要する力の大きさが小さく、一定変形力によって
も伸びが可能なこと、面移動に伴なう軽い連続的な矯正
力を供給することができる。すなわち、ワイヤーの弾性
変形によって可逆的なエネルギーの吸収・放出が容易と
なり得る。

しかしながら、このワイヤーは加温されることによる形
状の復元、もしくはゴムの如きしなやかさによる自発的
形状の復元のいづれか若しくは双方を併せ持つことのた
めに歯列矯正用の形状に冷間曲げすることができず、所
要の形状に固定するために４００℃程度以上の温度まで
加熱される必要があった。このため閉ループ等の矯正器
具に使用することができず、設計上かなりの湾曲を要す
る器具の形成に使用することがかなり制限される。

本発明はステンレス鋼あるいはＴｉ−Ｎｉ合金を使用し
た場合の欠点を解決し、最適の歯列矯正力を供給するの
を容品にするものである。よって本発明の技術的課題は
、従来のＮｉ−Ｔｉ合金焼鈍材のもつ、口腔組織が最大
限に応答し、且つその組織が最小限にしか損傷を受けな
い状態にて連続的に比較的無痛状態にて歯の移動を行う
べく、好ましいほどの力の大きさが小さく、且つ長期間
に亘って力が一定となる特長を保持しつつ、歯列矯正用
器具が、歯の歯冠に作用してそれが移動される際に、そ
の歯の正確な回転中心を与えるよう最適の力に対するモ
ーメントの比を与えるべく、簡単なものから非常に准雑
な歯列矯正用の形状まで広範囲の歯列矯正器具に形成す
ることを、高くとも８０℃以下で可能にした歯列矯正器
具を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成は、原子パーセントでニッケルを４５
〜５１％、鉄を０．５〜５．０％、残部チタンからなる
Ｔｉ−Ｎｉ−Ｆｅ合金よりなり溶体化処理、熱間加工及
び冷間加工率１０〜５０％で冷間加工されたワイヤーを
４００〜１０００℃で焼鈍したワイヤーによって得るこ
とができる。

即ち、本発明によれば、原子パーセントでＮｉを４５．
　０〜５１．　０ａｔ％、Ｆｅを０．５〜５゜０ａｔ％
、残部Ｔｉよりなる合金を用いたことを特徴とする歯列
矯正器具が得られる。

本発明によれば、前記合金よりなり少なくとも、口腔内
温度（３７℃）において可逆的なエネルギーの吸収・放
出が可能な超弾性特性を保有し、且つ高くとも８０℃の
温度で塑性変形することを特徴とする歯列矯正器具が得
られる。

発明の歯列矯正器具において合金線に含有されるＦｅを
０．５〜５．０原子パーセントとしたのは、０．５未満
では添加効果が少なく、５．０を越えると加工性を極端
に悪くするためである。更に、Ｎｉを４５〜５１原子パ
ーセントとしたのは４５未満ではＴｉ、Ｎｉ相が析出し
、逆に５１を越えるとＴｉＮｉ３相が析出し、加工性を
悪くするためである。

［実施例］ 本発明の実施例について説明する。

表−１に示す組成の合金が高周波真空溶解法によって得
られた。但し、本実施例以外の溶解法、例えば、アーク
溶解法、電子ビーム溶解法、あるいは粉末冶金法によっ
ても本発明合金は得られる。

合金は、それぞれ９００〜１０００℃で溶体化処理後、
約９００℃で熱間鍛造、熱間圧延されたのち冷間加工に
よって０．７０＋ａｍφまで線引きされ、約９００℃の
温度で歪み取り焼鈍が行われ、０．５Ｃ）＋ｅφに加工
された。

表−１に本発明合金および比較合金の熱間加工性、熱間
加工性の良否につき示しているが、Ｆｅ添加量が５．０
原子パーセントを越えるＮα７．Ｎｏ。

８の合金は本発明合金に比べて熱間加工性は悪く、更に
、供試材を得るための０．７＋ｅ−〜０．５ｍｍφの最
終冷間加工は出来なかった。比較合金Ｎｏ、　１につい
ても表−１に示すように、本発明合金に比べると冷間加
工性は悪い。これらのことにより、Ｔｉ−Ｎｉ合金にＦ
ｅを添加すると、その熱間・冷間加工性はＴ１Ｎｉ合金
に比べて変わらないか、あるいは改善されると云えるが
、５原子パーセントを越えるとかえって悪くする傾向に
あることが云える。

０．５０ｍｍφまで加工された供試ワイヤーは、それぞ
れ９００℃、７００℃、６００℃、５００℃、４００℃
および３００℃で１時間熱処理され、室温（２０℃）、
および口腔内温度（３７℃）での応力−ひずみ曲線が求
められた。

第１図に室温でΔＩｌｌ定された結果の一例として、比
較合金Ｎｏ、　１および本発明合金Ｎ００４の加工上り
材（未焼鈍材）、５００℃焼鈍材の応力−ひずみ曲線を
示した（なお、市販されている１８−８ステンレス鋼ワ
イヤーの例も併せて示している）。

、本発明合金Ｎａ　４は比較合金Ｎ（Ｌ　１と同様に焼
鈍によって形状記憶合金の特長の一つであるゴムのよう
なしなやかな超弾性を保Ｈし、伸び変化に対し応力が一
定となる降伏応力を認めることができる。

表−２に、３７℃における３％引張り時の応力を異なる
温度において熱処理した各々の試料について示した。表
中、Ｎｏ、　７　、　Ｎｏ、　８の合金は冷間加工不可
のため、引張り試験は行われなかった。各合金試料（比
較合金および本発明合金を含む）とも、冷間の加工上り
材は第１図中Ｎ０１１合金同様に荷重の除荷と同時にほ
ぼひずみは解消される。しかし、明確な降伏は認められ
ない。明確な降伏を示す超弾性特性が得られるのは、は
ぼ４００℃以上の熱処理材からである（３００℃では、
焼鈍効果は薄い）。良好な超弾性が得られるのは、比較
合金Ｎｏ。

１同様４００〜５００℃であった。６００℃を越えると
応力レベルは４００〜５００℃処理材に比べて約半分に
なると同時に超弾性特性も悪くなる。

特に、繰り返えしに対しては極端な劣化を示す。

よって歯列矯正器具に第一義的に求められるワイヤー変
形に対する可逆的なエネルギーの吸収・放出を得るため
には４００〜５００℃の熱処理材が適当である。しかし
ながら低応力レベルでのエネルギの吸収・放出および必
ずしも繰り返えしを求められない場合には、その限りで
はなく、６００℃あるいはそれ以上の温度での処理が許
容される。

次に、塑性加工性を調べるために表−２に示した各試料
は３７℃で９０度に曲げられ、曲げ応力の解放時の残留
ひずみ、更に、８０℃加熱による残留ひずみの解消の度
合が調べられた。５００℃処理材の結果を表−３に示し
た。比較合金Ｎα１は室温で応力解放と同時にほぼ元の
形状に戻った。

すなわち、超弾性効果が強いために３７℃での塑性加工
は難しい、更に８０℃に加熱するたわずかな残留ひずみ
も解消する。このため、特定形状への固定は変形後拘束
下で４００〜５００℃に加熱する必要がある。

Ｎａ２．Ｎｏ、３合金はＦｅを０．２５および０．５原
子パーセントそれぞれ添加しているが、０．２５添加の
Ｎｏ、２合金ではＦｅ添加の効果は認められず、Ｎα１
同様の結果であったが、０．５添加のＮ０１３合金は添
加効果が認められ３７°Ｃに於いて５０９６　ｆＭ度の
残留ひずみを得、加熱しても１０９６程度のひずみが残
留した。Ｎｏ、　４合金以降Ｆｅを１．０原子パ一セン
ト以上添加したものでは、室温に於ける９０度曲げによ
るひずみは、はぼ１００％残留し、８０℃に加熱しても
９０％以上のひずみは残留した。このことは、口腔内温
度近傍でのワイヤー変形が４００〜５００℃の特定され
た熱処理を必要としないで可能であり、且つ口腔内での
最大温度、飲食時に熱ｌ易によって引き起される８０℃
（口腔内では７０℃以下と思われるが）によっても９０
％以上の変形の形状が維持されることを示している。Ｎ
ａ　５合金の５００℃で処理材についての２０”Ｃ，４
０℃、６０℃、８０℃それぞれに於ける応力−ひすみ曲
線を示したが、４０℃に於いてはひずみは若干残留する
。このことにより９０度の曲げに対して形状が固定され
、加熱によっても変化が少ないものの製造を可能に出来
る。更に安定した形状を得ようとすれば、６０℃あるい
は８０　’Ｃに加温した状態で変形すれば良いことが第
２図かられかる。また図中、４０°Ｃでは若］ゝの塑性
変形が認められるが歯列矯正に求められるワイヤーの変
形はせいぜい１〜２％であるため繰り返えしに対しては
殆んどこの残留ひずみは問題にならない。

しかし、口腔内に於いて完全な超弾性を求めたい場合に
は、４００℃程度で焼鈍する必要がある。

この時にはワイヤーの変形は６０〜８０°Ｃで行えば良
い。焼鈍温度が５００°Ｃを越えると、室温および口腔
内温度での超弾性特性は悪くなる。すなわち塑性変形を
受は易くなる。このため、４００〜５００℃が歯科用器
具として本発明合金ワイヤーにとって適当であると云え
るが、変形応力は低いあるいは、加工性の容易さを更に
必要とされる場合には５００℃を越えた焼鈍が行われて
も良い。

第３図は本発明の実施例に係る歯列矯正器具を示す図で
ある。この図のように、長方形ループ状の歯科矯正器具
が上記本発明合金線を所要形状に加工後、固定して熱処
理することにより得られる。

使用に際しては、装若する個人差に応じた形状に、高く
とも８０℃の温度で塑性変形することにより調節が可能
である。

以下余日 表−１ 以下求日 表 ワ ［発明の効果］ このように、本発明によれば歯列矯正器具として用いら
れる図−３に示した長方形ループ状ばね等の加工が室温
あるいは加温によって容易にすることが出来ると同時に
、低応力で可逆的なエネルギーの吸収・放出が可能なワ
イヤーを供給することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、１８−８ステンレス線、ＮＩＩＬ１合金（Ｔ
ｉ−５１ａｔ％Ｎｉ）の未焼鈍材５００℃Ｘ１ｈｒ熱処
理材およびＮ（Ｌ　４合金（Ｔｉ−４８，５ａｔ％Ｎｉ
−１，５ａｔ％Ｆｅ）の室温（２０℃）に於ける応力−
ひずみ曲線を示している。第２図は、陽。 ４合金の２０℃、４０℃、６０℃および８０℃に於ける
応力−ひずみ曲線を示している。第３図には本発明によ
る器具に使用される長方形ループ状ばねの解図を示して
いる。 手続補正書（自発） 平成７年２１２７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子パーセントでＮｉを４５．０〜５１．０ａｔ％
   、Ｆｅを０．５〜５．０ａｔ％、残部Ｔｉからなる合金
   を用いたことを特徴とする歯列矯正器具。 ２、第１の請求項記載の合金よりなり、少なくとも口腔
   内温度（３７℃）に於いて、可逆的なエネルギーの吸収
   ・放出が可能な超弾性特性を保有し、且つ高くとも８０
   ℃までの範囲内の温度で塑性変形することを特徴とする
   歯列矯正器具。