JPH03503848A - 繊維強化複合材料よりなる受動的歯科装置 - 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】 繊維強化複合材料よりなる受動的歯科装置発明の背景及び概要 本発明は、歯科装置及びその構造部材に係る。より詳細には、本発明は受動的な 、即ち力を付与しない歯科装置に係り、また繊維強化プラスチツク複合材料より なる受動的な部材を使用する歯科装置に係る。

歯科装置は広範囲の目的で使用されているが、一般に力を付与する用途と力を付 与しない用途とに分類される。前者の用途は一般に歯や骨をより望ましい位置へ 移動する゛ために力が使用される歯科矯正装置に対応している。本願出願人の従 来技術であってベータチタン合金及び繊維強化複合材料を使用する歯科矯正装置 がそれぞれ米国特許第４゜１９７．６４３号及び米国特許出願節８１７，９２３ 号（米国特許第４，７１７，３４１号）に記載されている。

力を付与しない、即ち受動的な歯科装置は歯を復元したり、置換したり、歯列矯 正や歯抜けの後に自然の歯を所望の位置に保持したり、歯の移動を防止したり、 弱った歯周組織の支持力を増大するために使用される。また受動的な歯科装置は バー、ワイヤ、ビーム（梁）、支柱、止め金、他の複雑な形状物として機能する 構造部材を含んでいることが多い。例えばリテーナに於ては一般に歯を所定の位 置に維持するために部分的に歯の形状に成形されたワイヤが使用される。ワイヤ はプラスチック部分内に埋込まれ、プラスチック部分はそれに埋込まれたワイヤ クランプと共働して歯科装置を所定の位置に保持する。また歯周副子に於ては、 歯周外科手術の後に或いは他の理由から歯を安定させるべく歯に接合されたワイ ヤが使用される。子供には空間維持装置が装着されることが多く、空間維持装置 は無歯の領域の両側の歯に取付けられ或いは口の両側の臼歯に接続されたビーム が組込まれた装置である。従来より使用されている取外し可能型の部分義歯はそ れに対し補てつ歯が固定される金属骨組である。従来のブリッジや酸にてエツチ ングされたブリッジの如き固定型の補てつ装置には構造的一体性を確保するだめ のバーやビームが組込まれている。

また他の受動的な歯科装置にも構造部材が組込まれている。

上述の装置や他の受動的な歯科装置は固定型、取外し可能型、固定及び取外し可 能型、回置換型、受動的矯正及び顎関節（ＴＭＪ）型の五つのカテゴリーに分類 される。固定型の装置やリテーナは直接歯に接合され、矯正処置の後に歯を保持 したり歯周副子として機能するよう使用される。

取外し可能型の装置やリテーナは歯に直接接合されるのではなく、柔軟な組織や 他の歯により支持される。取外し可能型の装置は歯を保持したり歯の置換の目的 で使用される。

固定及び取外し可能型の装置やリテーナも柔軟な組織や歯により支持されるが、 これらは他の歯に別途接合又は取付けられた固定アクソチメントに接続される。

固定型の歯置換装置は抜けた歯に一時的に又は永久的に置き代るために或いは空 間維持装置として作用するよう使用される。本明細書に記載された材料や方法が バンド、クラウン、ベニヤ、又は小形の復元材料と共に個々の抜けた歯を復元す るために使用されてよい。更に受動的な矯正装置や顎関節装置は、歯の成長を変 化させたり歯の発達を案内したり顎関節や筋肉の機能又は形態を変化させるため に筋肉の力を伝達又は使用する。例えばかかる装置として機能回復装置、ヘッド ギヤ、咬合挙上及び関節円板再生装置、唇バンパ等がある。

これら五つのカテゴリーの装置は何れも受動的なものであり力を付与しないもの であるが、これらの装置は力付与装置と組合せて互いに独立の装置として或いは 力付与装置と一体的の装置として使用されてもよい。

従来より上述した種々の型式の装置が合金や重合体より形成されている。クロム −コバルト−ニッケル（Ｃｒ−Ｃｏ−Ｎｉ）の如き合金が部分義歯の骨組に一般 に使用されている。固定型の義歯装置に於ては金合金、パラジウム合金、Ｃｒ− Ｃｏ−Ｎｉ合金が使用されている。リテーナや歯周副子にはステンレス鋼製のワ イヤやバーが組込まれており、空間維持装置にはステンレス鋼製のワイヤが使用 されている。殆ど全ての歯科用構造装置に使用されている重合体は、それがリテ ーナの如き部材であろうと一つの完全な義歯の如き装置全体であろうと、ポリメ チルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の如きアクリル重合体である。

力を付与しない歯科構造部材に重要な幾つかの特徴がある。かかる特徴のうち最 も重要なものは剛性及び強度が高くしかも体積が小さいということである。構造 部材は歯の組繊の相対位置を維持したり補てつ装置の一部として作用することが 多い。これらの場合に於ては部材は応力を受けても撓んだり変形したりしないこ とが必要である。従って剛性が高いことが重要である。装置の剛性はその装置の 幾何学形状の慣性モーメント及び構成材料の弾性係数に依存している。実際には 剛性を確保するために体積や弾性係数を変更することには限界がある。例えばＣ ｒ−Ｃｏ−Ｎｉ合金は金合金に比して高い弾性係数を有しているので、Ｃｒ−Ｃ ｏ−Ｎｉ合金よりなる固定型の補てつ装置は金合金より形成された装置より薄く 形成されてもよい。剛性や強度に加えて力を付与しない歯科部材に重要な他の特 徴として、処理及び装置の製造が容易であること、正確に装着し得ること、外観 に優れていること、それ自身及び他の材料に容易に接合することができること、 硬い歯の組織に容易に接合することができること、生物学的両立性を有している こと、構造的安定性に優れていること等がある。

現在のところこれらの全ての要件を完全に満す単一の歯科材料や装置のデザイン は存在しない。一般に、合金は優れた機械的性質を有しているが、特殊な技工処 理を要し、臨床家か形成したり調整したりすることが困難なものであり、審美性 の点でも劣る。また合金のなかにはニッケルやベリリウムの如き生物学的両立性 を存しない元素を潜在的に含んでいるものがある。ＰＭＭＡの如き構造用重合体 歯科材料は合金に比して容易に処理し得るものではあるが、処理は一般に特殊な 歯科技工室に於て行われる。より一層重要なことには、重合体材料の剛性や強度 は低く、これを補償するために大きい体積を必要とする。リテーナの如く装置に よっては両者の好ましい特徴を活すべく金属及びプラスチックの両方が使用され ることがある。

歯科文献には、分散材にて強化することによりアクリル重合体の機械的性質を改 善せんとする試みが報告されている。しかしこの方法により成功したのは、ビス フェノールＡグリシジルメタクリレ−１−（Ｂ　Ｉ　Ｓ−ＧＭＡ）やポリウレタ ンジメタクリレートの如きメタクリレートマトリックス中に粒状の分散材が分散 された復元用の充填材に於てである。粒状の分散材が分散されたプラスチックは 繊維強化された複合材料ではなく、充填材、セメント、ベニヤとして使用され、 上述の如き種類の構造部材としては使用されない。

構造部材に繊維強化を採用する試みは成功を納めていないことが報告されている 。二つの最近の報告書は１９８５年９月に出版されたＪｏｕｒｎａｌ　ｏｒ　Ｃ １ｊｎｊｃａｌ　０ｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ、Ｖｏｌ、１９、Ｎｏ、９．６５５ −８頁（Ｒ，Ｈ，Ｍｕｌｌａｒｋｙ）　、及び１９８４年１月に出版されたＪｏ ｕｒｎａｌ　ｏｒ　Ｐｒｏｓｔｈｅｔｉｃ　Ｄｅｎｔｉｓｔｒｙ　、　Ｖｏｌ、 ５１、Ｎ０１１．１１９頁〜１２１頁（ＤｅＢ。

ｅｒ）である。これら何れの文献に於ても、著者は従来の歯科用アクリル樹脂中 に繊維を配置し、これと同時に所望の装置を形成せんとしている。これらの記事 に於ては強化によりある程度性質を改善することができることが報告されている が、その改善の程度は有効な繊維強化複合材料より推測される程度よりも遥かに 低い。更にこれらの方法は手によって行われ、そのため繊維の表面を汚染し、樹 脂と繊維との間の界面に於ける濡れ性を悪化させ易い。１９８６年９月に出版さ れたＣＤＳ　Ｒｅｖｉｅｗ、２３頁〜２５頁（Ｍ、　Ｆ。

Ｌｅｖｅｎｓｏｎ）に記載された副子も同様の欠点を有しているものと思われる 。更にこれらの方法は実施することが困難なものであり、また信頼性に欠ける。

　Ｄｅｂｏｅｒは繊維を組込むことに於ける技術的困難性はそのことによって得 られる利益を上回るかもしれないことを述べている。

期待される機械的性質を従来達成することかできなかった理由は有効な複合材料 を形成することができなかったことにあるものと考えられる。これらの方法は、 複合材料の形成と同時に装置が形成され、従来の歯科材料や方法が使用された点 に於て注目に値する。しかしデータによれば強度及び剛性や弾性係数は期待され た値よりも低い。これは濡れ性が悪いことや樹脂と繊維との間の界面に空隙が存 在することと共に繊維の充填量が制限されていることによるものと考えられる。

Ｇｒａｖｅ　５Ｃｈａｎｄｌｅｒ、　Ｗｏｌｆａａｒｄｔは緩く織られた炭素繊 維マットやケブラー繊維マットにて歯科用アクリルを強化する試みを行った（Ｄ ｅｎｔ、　　Ｍａｔｅｒ、　、Ｖｏｌ、１．１８５頁〜１８７頁、１９８５年） 。標準的な試験標本について行われた曲げ試験の結果によれば、ある歯科用アク リルついてはある程度性質の改善が見られたが、他のアクリルについては強度及 び剛性が低下した。

本発明は、これらの技術的困難性を解消し、従来より使用されている重合体組成 物に比して好ましい性質の組合せを有する力を付与しない、即ち受動的な歯科部 材及び装置を提供せんとするものである。好ましい性質の組合せは剛性及び強度 が高いことだけでなく、一般的に使用されている歯科用重合体による場合に比し て高い機械的性質を含んでいる。本発明の歯科用部材や装置は歯科用合金に比し て外観に優れ、容易に処理し形成し調整することができ、これによりより一層優 れしかもユニークなデザインが可能である。この目的には、改良された二段階の 工程により予め形成された有効な繊維強化複合材料より製造された受動的な歯科 用部材や装置を提供することが含まれている。

本発明の他の一つの目的は、繊維の濡れ性を最適化ししかも空隙の発生を解消し 、これにより多量の繊維を組込むことを可能にし、これにより強度及び他の望ま しい機械的性質を向上させる二段階の方法を用いて製造される上述の如き種類の 受動的な歯科用部材及び装置を提供することである。この目的には、まず有効な 複合材料を製造し、かる後その複合材料より歯科用部材を形成する方法を提供す ることが含まれている。

本発明の更に他の一つの目的は、繊維強化複合材料に於ける繊維の配向及び分散 状態か改善され、しかも手により繊維を配置する場合に従来より生じている繊維 の表面の汚染や繊維と樹脂との界面に於ける欠陥の発生を回避する上述の如き種 類の受動的歯科装置の製造方法を提供することである。この目的には、歯科用部 材に広範囲の樹脂を効果的に使用したり種々の処理方法を効果的に利用するため の手段を提供することが含まれている。

本発明の更に他の一つの目的は、歯や他の部材に直接接合することができ、容易 に且直接複雑な形状物に成形することができ、これにより殆ど技能を必要とせず 、単純な手続しか必要とせず、より一層複雑な形状を存し、歯の位置をより一層 効果的に制御することができ、体積が小さくて使用感に優れ、外観に優れ、患者 の協力に依存しない固定型のリテーナの如き繊維強化複合材料製の受動的な歯科 装置を提供することである。

本発明によれば、取外し可能型の装置はより高い強度を有ししかも体積が小さく 、これにより破損や変形を生じにくい。大きさが小さいことによって患者による 受入れや協力が得られ易く、口蓋を覆う範囲が小さく、これにより咀噌中の味覚 をより自然なものにし、保持機構の複雑さを低減することができる。更に固定型 の歯置換装置は既存の重合体ブリッジよりも強力であり、直接的な手続や技工室 に於ける手続を単純することができ、隣接する歯に対する影響度が低く、外観に 優れている。

本発明による受動的な装置は、より一層機能及び快適性に優れた複雑な曲面を有 していてよく、単純に製造することができるものであり、最も重要なことには強 力で耐久性に優れている。例えばヘッドギヤについては本発明によればより一層 強力で効率的な複雑な形状が可能になる。また本発明の装置は従来に比して小さ い体積しか有しておらず、より優れた外観を冑し、患者にとってより一層快適な ものである。

他の目的及び利点は一部は明らかであり一部はこれ以降詳細に指摘される。

これらの目的及び関連する目的は、本発明によれば、実質的に重合体マトリック スと該マトリックス中に埋込まれた繊維とよりなる有効な繊維強化複合材料より 製造された受動的な歯科装置やその構造部材により達成される。複合材料の繊維 は複合材料の２０νｔ％以上を構成し、複合材料の弾性係数は０．５Ｘ１０６ｐ ｓｉ　　（３，５Ｘ１０’　ｋｇ／ｃｄ）以上である。本発明の有益な結果は二 段階の工程を使用する方法を採用することによって達成される。所要の剛性及び 強度、繊維の配向、空隙を生じることなく繊維がマトリックスに密着した有効な 繊維強化複合材料がまず製造される。次いで複合材料が歯科装置に成形され、こ れにより優れた外観及び容易な処理、構造的安定性が達成される。この二段階の 方法によれば最も有利な機械的性質を最適化することができる。

本発明の幾つかの部材、一つ又はそれ以上のこれらの部材の互いに他に対する相 互関係、特徴、性質、組成、特性、要素の相互関係を含む本発明の例示的適用例 に関する以下の説明より、本発明をより一層良好に理解することができる。

好ましい実施例の説明 前述の如く、本発明は、まず有効な繊維強化複合材料を形成し、しかる後該複合 材料より歯科装置を形成することを含む二段階の方法を採用することにより改良 された歯科装置及びその構造部材を提供せんとするものである。この方法によれ ば歯科装置の形成に関連する事項により制限を受けることなく複合材料の機械的 性質を最適化することができる。勿論実際には有効な複合材料の形成とほぼ同時 に歯科装置が形成される。しかし説明の明瞭化及び理解を容易ならしめる目的で 、まず有効な′ａ維強化複合材料が製造され、しかる後その複合材料より歯科装 置が形成される二つの独立した工程に本発明の方法を分解して説明する。

有効な繊維強化複合材料を良好に製造することに関し以下の如き幾つかの局面が ある。

（１）繊維がマトリックスにより効果的に濡れ、これに対応して繊維とマトリッ クスとが強固に結合すること（２）マトリックス全体に繊維が一様に分散される ようにすること （３）最終的に形成される歯科装置やその部材に必要とされる特定の特徴や性質 に合せて繊維がマトリックス内に適正に配向されること （４）複合材料中に空孔や空隙が存在しないこと（５）適当な繊維及びマトリッ クスが適正に選定されること 本願出願人と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願箱８１７．９２５号（米国 特許第４，７１７，３４１号）に記載されている如く、装置の剛性はその構成材 料の弾性に比例している。歯科の分野に於て現在使用されているプラスチック材 料の弾性係数は１．　０ＸＩＯ６ｐｓ＋　　（７，ＯＸｌ　０’　ｋｇ／ｃｄ） よりもかなり低く、一般に０．３〜０．５ＸＩＯ’　ｐｓ４　　（２，１〜３． 　５ｘｌＯ’　ｋｇ／ｃｄ）の範囲である。この範囲の弾性係数、好ましくは約 １．０Ｘ１０６ｐｓｉ　　（７，ＯＸ　１０’　ｋｇ／ｃシ）又はそれ以上の弾 性係数を有する材料によれば、歯の治療の多様性がかなり増大され、また歯科装 置に必要な剛性や可撓性をより一層均−に増大させることができる。本発明の有 効な繊維強化複合材料は好ましい範囲の弾性係数を存し、また形状や断面積のみ を調整する従来の方法とは異なり、複合材料の特性を調整することにより剛性や 強度を広範囲に亙り連続的に選定し得るよう設計し形成することができるもので ある。

本発明に従って使用される複合材料は二つの主要な成分、即ち重合体マトリック スと該マトリックス中に埋込まれた繊維とよりなっている。繊維は長い連続フィ ラメントの形態をなしていることが好ましいが、繊維は３〜４關程度の短いもの であってもよい。或いは均一な長さ又は無作為な長さの短繊維が使用されてもよ い。複合材料が細長いワイヤの形態をなす場合には、繊維は少なくとも部分的に ワイヤの長手方向に沿って整合され配向される。しかし複合材料の最終用途に応 じて、繊維は非常に高い捩り強さの如き特定の性質を付与すべくワイヤの長手方 向に垂直な角度までの如く他の方向に配向されてもよい。本発明の複合材料は、 複合材料中の繊維の配向や使用される繊維の体積率を含む種々の製造パラメータ を変化させることにより調整することのできる特殊な性質を有する歯科装置を製 造するために使用されてよい。かかる特徴は、特定の歯科装置が三次元の成る特 性を必要とし、装置の全ての方向の制御が必要である場合に特に重要である。

種々の繊維が使用されてよいが、最も一般的に使用される繊維はガラス繊維、炭 素繊維若しくは黒鉛繊維、「ケブラー」なる商品名にて販売されている繊維の如 きポリアラミド繊維である。ポリエステル、ポリアミドの如き他の材料や特定の マトリックスと両立し得る他の天然材料及び合成材料も所定の特性を付与するた めに使用されてよい。

本発明に従って使用される連続繊維の繊維径及び繊維長は種々の値であってよく 、特に成る範囲の直径の繊維を使用することが好ましい。合成繊維が使用される 場合には、その直径は約１．５〜１５デニールであってよ（、ガラス繊維の如き 無機繊維は一般に非常に細く、その直径は数ミクロン乃至サブミクロンの範囲に ある。ガラス繊維の典型的な繊維径の範囲は約０．３〜２５μｍであり、好まし い範囲は約３〜１２μｍである。炭素繊維や黒鉛繊維の直径は典型的にはガラス 繊維の範囲の下限近傍にあり、好ましくは約３〜１２μｍである。これらの繊維 は不規則な断面形状を有していてよく、或いは円形又は「ドツグボーン」の形態 をなしていてよい。

本発明によれば、主要な数の繊維がワイヤの長手方向に沿って整合されることが 好ましい。繊維の配向は装置を形成するために使用される製造方法によりある程 度達成されるが、繊維は装置内に特定の方向に配向されるよう設計される。これ らの方法として、圧縮成形法の如き成形法があるが、好ましい方法はパルトルー ジョンとして知られる押出し法である。パルトルージョン法に於ては、重合体マ トリックスによる連続繊維の濡れ性を改善し、マトリックスと繊維との間の結合 を向上させる目的で連続繊維にサイジング剤、即ち結合剤が適用される。かくし て処理された繊維は互いに整合され、それらがマトリックス重合体の浴に通され る間所定の状態に維持される。繊維は液相状態にあるマトリックス材料が繊維に 密に接触し繊維に効果的に濡れる間引張り状態に維持され、これによりより一層 有効な結合が行われて複合材料の機械的性質が改善される。繊維を所定の位置に 物理的に保持することにより、最終的に得られる複合材料中に繊維が均一に分散 されることが確保される。繊維及びマトリックスが重合体の浴を出ると、一様な 外形や外部寸法が達成され、繊維がマトリックスの外面より突出することがない よう、複合材料は一連のローラやダイに通される。

連続繊維は一般に互いに他に対し平行に配列され、製造される装置の長手方向の 如き一つの方向に沿って整合される。連続繊維を強化繊維とする複合材料によれ ば、従来より使用されている重合体にて達成される範囲よりも高い弾性係数を有 するワイヤを製造することができる。例えば連続繊維は１．０〜６０Ｘ１０６ｐ ｓｉ　　（７，０ＸＩＯ’〜４゜２　Ｘ　１０６ｋｇ／ｃｄ）の範囲及びそれ以 上の弾性係数を有する複合材料を製造し得るよう調整され得る。ガラス繊維や合 成繊維は約３５Ｘ１０６ｐｓｉ　　（２，５Ｘ１０’　ｋｇ／ｃｄ）までの弾性 係数を有し、炭素繊維は４０〜５０Ｘ１０６ｐｓｉ　（２，８〜３．　５　Ｘ　 １０５ｋｇ／ｃｄ）までの範囲の弾性係数を有している。

強化繊維に合せてマトリックスとして使用される重合体材料は完全に重合された 熱可塑性物質であることが好ましいが、部分的に重合された熱硬化性物質の如き 広範囲の種々の重合体材料が使用されてよい。熱可塑性物質によれば、成形を容 易に行うことができ、また受動的装置の製造に適した剛性、強度、スプリングバ ック、耐クリープ性を得ることができる。例えばかかる重合体材料として、ナイ ロン、ポリエステルの如きポリアミドや、ポリエチレンテレフタレートグリコー ルの如きグリコールエステルや、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、 ポリアクリレート、ポリウレタン、スチレン、スチレンアクリロニトリル、ＡＢ Ｓ、ポリスルホン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフ ィドの如きポリオレフィンや、ビニルエステル、エポキシの如き他の広範囲の種 々の重合体組成物がある。これらのうち熱可塑性物質が好ましい。何故ならば熱 可塑性物質はそれほど脆弱ではなく、優れた靭性を有し、歯科装置の形成工程を 容易にするからである。

前述の如く繊維強化複合材料の最終的な性質は組成物に使用される個々の物質に 応じて変化するだけでなく、重合体マトリックスに対する繊維の体積比や使用さ れる特定の繊維の直径によっても変化する。繊維をマトリックスに濡らすことは 繊維の体積率が低いほど容易であるので、繊維の体積率及び濡れ性は互いに関連 している。しかし繊維の体積率が増大するにつれてマトリックスが繊維束中に浸 透し個々の繊維を全て完全に含浸することが困難になる。従来技術に於て歯科装 置に関し報告されている繊維の体積率は比較的低く、約２０％以下である。この ことは標準的な歯科技法にて高体積率の繊維を濡らすことができないことによる ものと考えられる。従来の材料に於ては、繊維の体積率が高くなると、濡れが効 果的に行われず空隙が生じることに起因して複合材料の機械的性質が低下するも のと考えられる。

複合材料中の繊維の体積率は有効な複合材料の全組成物の約５％程度の低い値よ り約８５〜９０％までの広い範囲内にて変化されてよい。一般に１５〜２０％の 繊維体積率が採用されるか、好ましい複合材料は４０〜６０％の連続繊維を含ん でいる。複合材料の剛性や弾性係数は複合材料の降伏強さと同様繊維の体積率の 増大につれて増大する。

本発明によれば、強化繊維は手によっては配置されず、繊維の配向状態や分散状 態を最適化すべく機械的装置が使用される。繊維を手によって配置すると繊維の 表面が汚染され、その結果樹脂と繊維との間の界面の性状が悪化する。

繊維を配置するために使用される機械的装置には、開放成形、マツチド−ダイ成 形、樹脂射出成形、シート成形、練り粉成形、バルク成形、圧縮成形、トランス ファー成形、反応射出成形、射出成形、プレス成形、オートクレーブ成形、パル トルージョンの如き押出し成形（これらに限定されるものではない）を含む種々 の成形法を組込むことができる。これらの何れの方法に於ても樹脂か繊維に良好 に濡れるよう樹脂が繊維の周りに十分に流動しなければならない。このことは、 樹脂か繊維束中に浸透し全ての繊維を完全に濡らすよう、繊維の体積率か増大す るにつれて重要になる。高体積率の繊維により強化された熱可塑性物質よりなる 複合材料を形成するために使用されるパルトルージョン法に於ては、繊維のスト ランドが樹脂中に通され、しかる後渦巻通路に通され、これによりストランドが 通路の側壁に接触して引張られる際に樹脂が繊維に対し押付けられる。この方法 は米国特許第４，４３９．３８７号及び同第４．３１２．９１７号に記載されて いる。これらの米国特許には、繊維と樹脂とを互いに密に接触させ、それらの間 に相対運動を発生させる押比しダイのスキージ作用が記載されている。繊維に対 する張力を含むこれら全ての因子は繊維の改善された濡れ性に寄与する。

熱硬化性樹脂が使用される場合には、繊維は樹脂中に組込まれ、圧力や機械的装 置を用いて樹脂に完全に濡らされる。樹脂は複合材料がその一体性を維持するこ とができしかも室温に於て手により容易に成形することができる段階にまで部分 的に重合される。次いで複合材料は所望の形状に成形される。しかる後複合材料 は化学物質、熱、光又は他の放射線を含む種々の手段により最終的に重合され硬 化される。予め成形された複合材料、即ちプリプレグは複合材料としての最終的 な機械的性質を有してはいないが、繊維の分散や樹脂の含浸は完全に行われた状 態にある。

ポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）をマトリックスとし５５％ の連続的なガラス繊維を強化繊維とする典型的な複合材料の曲げ特性が、歯材装 置に典型的な寸法、即ち公称で０．０２５ＸＯ，０２５Ｘ１ｉｎｃｈ（０゜６４ ｘ０．６４Ｘ２．５＋＊■）の寸法を有する標本について測定された。標本は２ ケ月までの時間に亙り３７℃、４５℃、５０℃にて乾燥条件及び湿態条件に曝さ れた。一般に弾性係数は１．５〜２．　５Ｘ１０”　ｐｓ＋　　（１，１〜１． ８Ｘ　１０５ｋｇ／ｃｄ）の範囲にて変化し、５０℃の温度に１ケ月曝された後 にも明瞭な劣化は認められなかった。最大モーメント及び最大曲げ角度について も同様の結果か得られた。三つの全てのパラメータについて上述の値に匹敵する 結果が湿態条件下に於ても得られた。また４０％、５０％、６０％の連続的なガ ラス繊維にて強化されたＰＥＴＧ及び他の熱可塑性樹脂よりなる複合材料につい ても試験が行われた。ＰＥＴＧの長さ１０ｎｎｓの標本の弾性係数は１．５〜２ 、３Ｘ１０８ｐｓ＋　（１，１〜１．６Ｘ１０５ｋｇ／ｃｄ）の範囲であった。

またＰＥＴＧの１％の永久変形時の平均モーメントは１１００−１３００ｇｍ− ｉＩｌであった。複合材料の最大モーメントはガラス繊維の体積率が４０％より ６０％に増大するにつれて１３３０ｇｌＩｌ−ｍｓより１５８０ｇＩＩｌ−ｃｍ に増大した。

口腔内の環境に於ける受動的装置の潜在的安定性か応力解放、クリープ、電解質 中の安定性について実験室的試験にて評価された。４５℃の脱イオン水中に３ケ 月まで維持された直線的な種々の長さの標本の曲げ特性に劣化は認められなかっ た。応力解放及びクリープは１１ｎｃｈ　（２５ｍｍ）の標本を１０″〜５０° 撓んだ状態で３７℃の水中に２ケ月間維持することにより測定された。種々の時 間的間隔にて標本が取出された。次いで永久変形及び元の撓み量に維持するに必 要なモーメントが測定された。モーメントは全ての複合材料に於て約２５％低下 し、殆どの応力解放は最初の３日間に於て生じた。応力の解放は臨床的に許容さ れるものと考えられる。何故ならば受動的装置は応力を及ぼしてはならず、従っ て劣化が生じてはならないからである。

受動的な装置は咀噌や他の力付与部材より力を受けるが、その場合の撓みは比較 的小さい。

歯科装置の成形はヒートガンを使用して予め成形されたバー、ストリップ、又は ワイヤを歯型上にて直接成形することにより達成される。他の用途に於ては、予 め成形された形状体はまず炉内に於て加圧された状態で最適の温度に加熱され或 いは加熱された乾燥空気を供給するヒートガンにより最適の温度に加熱された型 を用いて製造される。予め成形された形状体によれば、最終的に形成される歯科 装置により一層近い円弧形や他の複雑な形状体が得られ、これにより製造を一層 容易にすることができる。雄型及び雌型を使用すれば最終的に形成される歯科装 置を正確に製造することができるが、一般には最終的に形成される歯科装置に使 用される予め成形された形状体が歯型上にてヒートガンを用いて成形される。

歯科装置の最終的な成形工程は口腔内の硬い組織及び柔軟な組繊の両方を正確に 複製する歯型を用いて達成される。

繊維強化複合材料のストリップやバーが歯型に対しシール又は固定され、各部分 が柔軟になるまで順次加熱される。

成形温度を最適化すべくある範囲の温度が採用される。このことは直径可変のノ ズルを経て乾燥した高温の空気流を供給する加減抵抗器により制御される電気ヒ ートガンを使用することにより達成されてよい。製造中には温度は一部には部材 よりヒートガンのノズルまでの距離を調節することによっても制御される。使用 される温度はマトリックス−繊維組成物次第である。歯科装置の製造に使用され るＰＥＴＧ−ガラス繊維複合材料に於ては、一般に８０〜１２０℃の範囲の温度 が使用される。

予め成形された複合材料はそれが軟化された後、複合材料を歯型に対し押圧する 器具を用いて手により歯や柔軟な組織の複雑な形状に成形される。他の一つの方 法はより一層均−な圧力を生ずるようシリコーン型やゴム帯を使用して装置を形 成する方法である。複合材料が形成された後、寸法安定性を更に向上させるべく 応力解放処理が行われてよい。最終的に形成された歯科装置はそれが歯型より取 出される前に室温に冷却される。

臨床的用途に於て採用されている方法は主として炉やヒートガンにより加熱され た乾燥空気を使用する方法である。

かくして部材に与えられる熱を制御する種々の方法が使用されてよい。実験結果 によれば、アルコールの火炎や乾燥熱源はガラス吹き工により採用されている方 法を用いることにより型を使用することなく部材を形成することかできることか 判っている。

熱硬化性物質よりなる歯科装置の成形は手の圧力や適当な器具を用いて複合材料 を歯型に合せて成形することにより達成される。場合によっては成形は口腔内に 於て直接的に行われる。受動的な歯科装置を必要な複雑な形状に成形した後、化 学的に或いは放射線エネルギによる硬化法により完全な重合が行われる。

ガラス繊維−熱可塑性マトリックス複合材料に関する接合試験が熱、熱−超音波 加熱法、市販の矯正用接着剤を用いて行われた。適正な方法によれば、市販の接 着剤を用いて約２０００ｐｓｉ　　（１４１ｋｇ／ｃｄ）の剪断強さが得られた 。

ＰＥＴＧ〜５０％ガラス繊維の複合材料に於ては１６３０ｐｓｉ　　（１１５ｋ ｇ／ｃｊ）の値が得られた。矯正用ブラケットのエナメルに対する接合部の剪断 強さは典型的には２０００〜３０００ｐｓｉ　　（１４１〜２１１ｋｇ／ｃシ） である。超音波加熱法によればより一層高い強度が得られる。これらの接合法に よれば、受動的な装置を歯に接合したり複雑な形状体を製造しそれらを加熱によ って接合することができる。

本発明に従ワて形成された種々の繊維強化複合材料の断面が顕微鏡により評価さ れた。繊維の分布状態はほぼ均一であり、最も重要なことには全ての繊維は熱可 塑性樹脂に完全に密着し、従って繊維と樹脂との間の界面には空隙が認められな かった。この顕微鏡による評価は機械的性質のデータに呼応しており、この評価 の結果より樹脂の効果的な強化が行われているものと結論づけることができる。

受動的な歯科装置が最長で約７ケ月に亙り２０Å以上の患者に適用された。これ らの装置は外観用の取外し可能なアッパリテーナと、互いに接合されたアッパ及 びロア吉例リテーナと、ブリッジとを含んでいた。ブリッジは抜けた犬歯、側切 歯、大臼歯に置き代るために使用された。全てのブリッジには置換用のアクリル 歯が使用されていた。接合された吉例副子が適用された１人の患者に於ては、抜 歯されるべき自然の歯が切断され、支柱として装置に直接接合された。

以下の例は本発明の有効性をより一層良好に理解するだめのものである。これら の例は説明の目的で記載されており、本発明の実施態様を制限するものではない 。特に断らない限り全ての部は重量部である。

例　　１ マトリックス材料としてポリエチレンテレフタレートグリコールを使用し、強化 繊維として１３μｍの直径を有する連続的なガラス繊維を使用して繊維強化熱可 塑性物質よりなる盲動な複合材料が形成された。ガラス繊維の体積率は下記の表 １に示された通りであった。

形成された複合材料を使用して、歯列弓の石膏型上にてリテーナが形成された。

厚さ０．　０２５ｉｎｃｈ　（０，６４ｍ＠）及び０．　０４０ｉｎｃｈ（１， ０市）の複合材料より固定型の吉例犬歯−犬歯リテーナ、小臼歯−小臼歯リテー ナ、接合型の吉例リテーナが形成された。これらの幅は０．　０４０ｉｎｃｈ　 （１，０ｍｍ）　〜０．　１２０ｉｎｃｈ　（３，０ｍｍ）であった。

これらの装置は平坦な予め成形されたストリップ又は歯により一層馴染んだ形状 になるよう３０″の内角をなすよう予め成形された複合材料が変形されたストリ ップより形成された。予め成形された複合材料のストリップは円弧状に成形され た。かくして成形された円弧状の複合材料は歯の舌側面に対し乾燥熱により成形 された。加減抵抗器を有するヒートガンにより成形温度が正確に制御された。

適当な歯の舌側面に対しストリップの一端を保持した状態で、ストリップが隣接 する歯に沿って容易に成形されるに十分なほど軟化するまで、温暖な空気流がス トリップの歯に隣接する部分に吹付けられた。この工程は犬歯−犬歯リテーナ、 小臼歯−小臼歯リテーナ、大臼歯−大臼歯リテーナが形成されるまで継続された 。かくして成形された複合材料はそれが室温に冷却されると２Ｘ１０６ｐｓ＋　 　（１゜４　Ｘ　１０５）ｃｇ／ｃｄ）以上の弾性係数及び高い強度を示した。

複合材料は成形後に半透明になり、これにより・優れた外観を呈した。成形され たＰＥＴＧよりなる吉例リテーナも従来の歯科矯正用接着剤を用いて抜歯される べき歯に接合された。この場合の接合は良好であった。このことから、装置を容 易に製造することができ、良好な外観が得られ、直接接合が可能であることか判 る。吉例及び唇側のリテーナを形成するプロセスは金属ワイヤを成形することを 要する現在使用されている方法にして遥かに単純であり、必要な技能は少なくて よく、厳密でなくてよい。また吉例のリテーナは歯に直接接合することがき、し かも優れた外観を有し歯に良好に適合し得るものであるという追加の利点を有し ていた。

同一のパルトルージョン法を用いて他の繊維強化複合材料が形成された。長さ５ ｍ！１についての見かけの弾性係数か下記の表１に示されている。

例２ 例１の場合と同一のプロセスを使用して、歯列弓の全ての歯に直接接合され或い は右側及び左側の大臼歯に選択的に接合される固定型の大臼歯−大臼歯装置を製 造すべく、ＰＥＴＧをマトリックスとし体積率５５％のガラス繊維を強化繊維と し長さ０９０４０ｉｎｃｈ　（１，０ｍ＋＊）　、幅０．０６０ｉｎｃｈ（１， ５＋ａｍ）の複合材料が使用された。間欠的にまた連続的に接合される同様の装 置が歯の唇側面に形成された。

例３ 上側歯列弓用の取外し可能型の被包式リテーナが形成された。この場合ＰＥＴＧ をマトリックスとし体！＄６０％のガラス繊維を強化繊維とし、０．０４０ＸＯ ，０８０ｉｎｃｈ（１，ＯＸ２．　０＋＋ｎ）　、０．　０４０Ｘ０．　０６０ ｉｎｃｈ（１，ＯＸｌ、　　５＋ｏｍ）　、０．　０４０Ｘ０．　０５０ｉｎｃ ｈ（１゜ＯＸｌ、３＋ｎｍ）の寸法を有する唇側用のワイヤが形成された。この ワイヤは最も後側の大臼歯の後方に配置され、しかる後アクリル板にその吉例に て接合された。この取外し可能型のリテーナは高い強度及び剛性を示した。その 利点として、金属ワイヤによる場合には不可能ではないにしても困難である唇側 及び頬側の面に於けるワイヤの細かい成形を単純に行うことができること、スト リップか咬合側の歯肉の幅であることから歯に対する制御が良好に行われること 、外観に優れていること等がある。

例４ 乳歯の大臼歯や永久歯の小臼歯が抜けた後の空間を維持する空間維持装置が形成 された。ＰＥＴＧ−ガラス繊維複合材料であって繊維の体積率が６０％である複 合材料が形成され、しかる後その複合材料が抜けた歯に隣接する歯に対しその頬 側及び吉例にて接続された。次いでこれらの複合材料のストリップは抜けた歯の 空間を確保し維持すべく歯に接合された。

例５ ＰＥＴＧ−５５％ガラス繊維繊維材料のストリップであって、０．０４０Ｘ０． ０６０ｉｎｃｈ（１，ＯＸｌ、５ｍ）又は０．０４０ＸＯ，０８０ｊｎｃｈ　（ １，３Ｘ２．０ｍｍ）の寸法を有するストリップより矯正副子が形成された。こ れらの副子は直接接合が可能であるよう頬側面及び舌側面の両方に形成された。

使用された方法は例１に於て説明した方法と同様であった。これら刷子は連続的 に接合され、大臼歯より大臼歯まで、小臼歯より小臼歯まで、犬歯より犬歯まで 延在していた。

例６ 一つの側切歯に置き代るための三面型永久ブリッジ又は一時ブリッジが形成され た。０．０４０ＸＯ，１６０ｉｎｃｈ（１，ＯＸ４．０關）の寸法を有するＰＥ ＴＧ−ガラス繊維複合材料のストリップが吉例のバーを形成するよう中切歯と犬 歯との間にて成形された。無歯空間に適合するようアクリル歯が研削された。次 いで成形された吉例バーが歯科用接着剤及びアクリル樹脂を用いてアクリル歯に 接合された。吉例バーを保持してブリッジの保持力を増大する溝がアクリル歯に 形成された。このブリッジは歯に直接接合することができるものであり、従って ブリッジの接続を行うために歯を研削する必要のないものである。抜けた上側の 犬歯や下側の第一大臼歯に置き代る同様のブリッジが形外観が重要な因子ではな い場合には、連続的な炭素繊維を使用して有効な繊維強化複合材料を製造するこ とができる。この例の場合約４μｍの直径を存する連続的な炭素繊維が約６５ｖ ｔ％の量にて重合体マトリックス中に埋め込まれた。重合体マトリックスはエポ キシ樹脂であり、例１のプロセスに従って厚さ０．　０１０ｉｎｃｈ　（０，２ ５ｍｍ）　、幅約６ｉｎｃｈ　（１５，２ｃ１１１）の有効な繊維強化複合材料 が形成された。得られた複合材料のストリップが厚さ０．１６ｉｎｃｈ　（４， １ｍｍ）　、幅０．０３０ｉｎｃｈ　（０，７６ｍｍ）　、長さ数インチ（数セ ンチ）の最終寸法になるよう切断された。

複合材料は室温に於て手により歯列弓の石膏型の舌側面に当接した状態で容易に 形成された。次いで部分的に重合された複合材料が所定の位置に保持され、組立 体全体が真空炉内に於て１００℃に２時間加熱され、これにより樹脂が硬化され た。

以上の開示内容について種々の修正、改変、変更等が本発明の範囲内にて行われ てよいことは当業者にとって明らかであろう。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成２年５月１５日 特許庁長官　殿　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　い和１、特許出 願の表示　　ＰＣＴ／ＵＳ８８１０４０４９２、発明の名称 繊維強化複合材料よりなる受動的歯科装置３、特許出願人 住　所　アメリカ合衆国コネチカット州、ファーミントン、ファーミントン・ア ヴユニ二一　２６３名　称　サ・ユニヴアーシティ・オブ・コネチヵット代表者 　パブロースカス、レオナード・ピー国　籍　アメリカ合衆国 ４、代理人 居　所　〒１０４東京都中央区新川１丁目５番１９号６、添付書類の目録 （１）補正書の翻訳文　　　　　　１通請求の範囲 （１）矯正用リテーナ、ブリッジ、空間維持装置、歯置換装置、副子として使用 される受動的歯科装置に於て、その構造部材が所望の剛性、強度及び安定性を有 しその後の患者に対する適用のための処理を容易に行なうことのできる予め成形 された形状体としての有効な繊維強化複合材料より形成されており、前記複合材 料は重合体マトリックスと該マトリックス中に埋め込まれた強化繊維とよりなっ ており、前記強化繊維は複合材料の少なくとも３０νｔ％をなし、前記重合体マ トリックスに実質的に完全に密着しており、前記複合材料は実質的に空隙を含ま ず、０．５Ｘ１０’ｐｓｉ　　（３，５Ｘ１０’　ｋｇ／ｃｊ）以上の弾性係数 を有することを特徴とする受動的歯科装置。

（２）受動的歯科装置を製造する方法にして、所望の剛性、安定性及び強度を有 し特定の歯科装置に適合する繊維配向を有する有効な繊維強化複合材料であって 、重合体マトリックスと該マトリックス中に埋め込まれた少なくとも３０ｗｔ％ の繊維とを含み、前記繊維は前記マトリックスに実質的に完全に密着し、これに より実質的に空隙を含まない複合材料を形成し、しかる後その後の患者に対する 適用のための処理を容易に行なうことができるよう前記有効な繊維強化複合材料 を前記歯科装置の構造部材に成形する方法。

国際調査報告 ””””””′Ａ””””””　Ｐｅｒ／１．！Ｓ［１８１０４，、＋４９

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）矯正用リテーナ、ブリッジ、空間維持装置、副子等として使用される受動 的歯科装置に於て、その構造部材が重合体マトリックスと該マトリックス中に埋 め込まれた強化繊維とよりなる有効な繊維強化複合材料より形成されており、強 化繊維は複合材料の少なくとも２０ｗｔ％をなし、前記重合体マトリックスに実 質的に完全に密着しており、前記複合材料は実質的に空隙を含まず、０．５×１ ０５ｐｓｉ（３．５×１０４ｋｇ／ｃｍ２）以上の弾性係数を有することを特徴 とする受動的歯科装置。
2. （２）受動的歯科装置を製造する方法にして、所望の剛性及び強度を有し特定の 歯科装置に適合する繊維配向を有する有効な繊維強化複合材料であって、重合体 マトリックスと該マトリックス中に埋め込まれた少なくとも２０ｗｔ％の繊維と を含み、前記繊維は前記マトリックスに実質的に完全に密着し、これにより実質 的に空隙を含まない複合材料を形成し、しかる後前記有効な繊維強化複合材料を 前記歯科装置の構造部材に成形する方法。