JPH0785742B2 - 歯科矯正ブラケット、その製造方法、およびそれに使用する接着剤 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は歯科矯正ブラケットに関
する。 【０００２】 【従来の技術】歯科矯正ブラケットは一般的に金属で形
成され、典型的には患者の歯に直接結合される。通常、
歯科矯正ブラケットと歯との間を良好に結合することが
重要である。金属ブラケットおよび金属ブラケットと歯
との結合に使用する接触面に関して数年にわたり多くの
改良がなされてきた。その結果、従来の代表的金属ブラ
ケットと歯との結合は概ね許容できる値に達した。近年
では美的ブラケットが風潮である。代表的なこれら装飾
的ブラケットはセラミック材で形成され、この材料は歯
へ直接固定するのが更に難しい。この困難性を克服して
単一結晶アルミナで形成されたブラケットとの良好な結
合を得るために、かかるブラケットを使用する方法とし
ＵＳＰ４，６８１，５３８が提案された。しかし、かか
る方法は許容できる結合強度を得るために外科的処方と
注意を必要とする。更に、ブラケットの基部内にアンダ
−カットを設けることが提案されている。基部にアンダ
−カットを設けることは結合強度を改善するが、代表的
従来技術の金属ブラケット程の強度をもたない。加え
て、ある接着剤は新しい美的ブラケットの透明または半
透明特性を減少させることで知られる。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】本出願人はブラケット
の審美感を減ずることなく改善された結合強度を維持で
きる歯科矯正ブラケット、その製造方法およびそれに使
用する接着剤を提供しようとする。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明の１側面におい
て、本発明による歯科矯正ブラケットは歯に取り付ける
基部を有する。上記基部はセラミック材で形成されかつ
歯との接触面を有する。上記基部は活性剤と共に上記接
触面へ拡散結合された粒子を有し、上記活性剤は上記粒
子が上記接触面へ拡散結合される温度まで温度を低下さ
せるものであり、上記粒子の寸法は、上記基部の粒子で
被覆された歯との接触面が歯へ接合されるときに流動セ
メントによって浸透する粒子間に空隙を形成して、機械
的アンダーカットを付与しかつ機械的保留定着を可能に
するために略５から２００ミクロンの範囲にあり、上記
粒子は小粒子で上記空隙を実質的に充填することを回避
することのできる寸法均一性を有することを特徴とす
る。 上記粒子をブラケット基部へ拡散結合するために活
性剤が使用される。この活性剤はブラケットおよび粒子
の加熱時にブラケットの基部面そして基部と接触してい
る粒子上で溶融、流動する。表面を濡らす液体と同様
に、この液状活性剤が粒子と基部との間にメニスカス
（湾曲面）を形成する。上記粒子が小さ過ぎると、即
ち、直径約５ミクロン未満である場合には、メニスカス
が結果的に粒子へ潜伏し、かつ粒子とブラケット面との
間に充分な『アンダーカット』を形成できない場合があ
る。 上記粒子の寸法の上限値は、粒子寸法が大きくなる
につれて粒子層およびブラケット全体の厚みが増大して
望ましくなく、かつ固定されたブラケット基部面領域上
の粒子数が減って結合強度を弱くなることを考慮して決
定されている。 本発明の最大の特徴は十分な機械的アン
ダーカットを形成し、流動セメントにより浸透する粒子
間に空隙を形成し、ブラケットの粒子被覆された歯接触
面が歯へ接合されたときに機械的に保留定着することで
ある。 更に、本発明において、粒子は相対的に小さい粒
子による空隙の実質的充填を回避できる寸法均一性を有
するものであることが必要である。 本明細書において、
「均一大」（uniform size）および「寸法均一性」（si
zeuniformity)の用語は、全ての粒子が比較的狭い範囲
の粒子寸法であることを意味し、相対的に大きい粒子間
の空隙が相対的に小さい粒子により充填されて空隙 の目
的が損なわれることなく機械的保留定着が妨害されない
ようにするために規定されている。同様に、「粒子大」
（particle size)の用語は、すべての粒子が球形とは限
らないので粒子の寸法を表すために使用され、粒子大、
即ち、粒子の寸法、の数値は特定された寸法の粒子の少
なくとも１面の最大長を表す。 【０００５】他の側面として、本発明による歯科矯正ブ
ラケットは透明または半透明のセラミック材で形成さ
れ、歯に取り付けるために一体的に形成された歯との接
触面を有する基部を有し、上記接触面には実質的に均一
大の粒子の実質的単一層が固定され、上記粒子は実質的
に球状であって実質的に透明または半透明の材料で形成
されている。 【０００６】更に、他の側面として、本発明による歯科
矯正ブラケットは歯に取り付ける基部を有する歯科矯正
ブラケットであって、上記基部が多結晶質のアルミナ材
で形成されかつ歯との接触面を有し、上記接触面には実
質的均一大の粒子の実質的単一層が拡散結合され、上記
粒子は酸化ジルコニウムで形成されかつ５から２００ミ
クロン範囲の大きさであることを特徴とする。 【０００７】更に、本発明は粒子の実質的単一層を歯科
矯正ブラケットの歯との接触面へ次の工程で布設するこ
とを特徴とする方法を提供する。 イ）有機バインダ、活性剤、表面活性剤を含む接着剤層
を歯科矯正ブラケットの上記接触面へ塗布し、 ロ）上記接触面へ実質的に均一大の粒子の単一層を布設
し、かつ ハ）上記歯科矯正ブラケットを加熱して上記粒子を上記
接触面へ拡散結合する。 【０００８】更に、粒子の実質的単一層を歯科矯正ブラ
ケットの歯との接触面へ布設する本発明による方法は次
の工程によりなる。 イ）有機バインダ、活性剤、表面活性剤を含む接着剤層
を多結晶アルミナ材で形成された歯科矯正ブラケットの
上記接触面へ塗布し、 ロ）酸化ジルコニウムで形成された実質的均一大の粒子
単一層を上記接触面へ布設し、かつ ハ）上記歯科矯正ブラケットを加熱して上記粒子を上記
歯接触面へ拡散結合する。 【０００９】更に、本発明の他の側面は、粒子を加熱接
着するために使用する歯科矯正ブラケットの歯との接触
面に塗布する接着剤に関し、この接着剤は室温で実質的
に粘着性である有機バインダと、活性剤および表面活性
剤との混合物からなることを特徴とする。 【００１０】 【実施例】添付図面、図１から４を参照して本発明によ
り形成された患者の歯へ直接取り付けられる歯科矯正ブ
ラケット１０を説明する。この歯科矯正ブラケットは基
部１２および一対のタイウイング１４から成り、このタ
イウイングは基部１２から延びている。タイウイング１
４は各々歯科矯正アーチワイヤ（図示せず）を受ける長
孔１６を有する。上記歯科矯正ブラケットは透明または
半透明のセラミック材で形成されるのが好ましい。図示
特定態様において、歯科矯正ブラケット１０は単結晶ア
ルミナ材で形成されている。基部１２は患者の歯の表面
に設置するための歯との接触面１８を有する。接触面１
８は５ミクロンから２００ミクロンの範囲の大きさの実
質的に均一大の個別粒子２０の実質的単一層（図３およ
び４がよく表している）を具備する。粒子２０は図示さ
れたように実質的球形であるのが好ましい。好ましい態
様において、粒子２０は酸化ジルコニウムで形成された
実質的球状の中空ボールで構成される。かかる例は商品
番号ＡＥ−７０７８でＭｅｔｃｏから購入できる。単一
層１９を形成する粒子２０は実質的に均一大であって、
隣接粒子２０間の空隙を完全に埋めない小粒子である。
好ましくは、層１９内の粒子の寸法変化は小粒子２０が
大粒子２０の大きさの約７５％以下、更に好ましくは、
８５％以下である。この寸法変化が余りに大きいと、粒
子が過度に密集して詰め込まれ上記ブラケットの美質を
低下させる。特定態様において、層１９の粒子２０の大
きさは３７から４４ミクロンの範囲である。 【００１１】図１から４の特定態様において、基部１２
の接触面１８は実質的に連続している。しかし、本発明
はそれに拘束されない。図５は本発明により形成された
他の態様のブラケット３０を示す。このブラケット３０
は図１から４のブラケットと実質的に同一であり、同一
参照番号は同一部を示すが、接着を改善するために一定
ブラケットに溝３２が設けられる点で異なる。 【００１２】不規則な形状の粒子がより良い結合のため
に使用されてよいが、その粒子は、例えば、結晶アルミ
ナから形成された美的ブラケットに使用される場合に美
感を損ねる。 【００１３】上記のごとく、粒子２０は永久的に布設さ
れるるように接触面１８へ固定される。特定態様におい
て、粒子２０は接触面１８へ拡散結合（溶接）される。
次の表は本発明により接触面１８へ使用された粒子２０
を有する単結晶アルミナで形成した歯科矯正ブラケット
の接着強度を粒子２０を使用しない単結晶アルミナのブ
ラケットおよび標準歯科矯正金属ブラケットとの比較で
示す。従来技術および本発明の単結晶アルミナブラケッ
トは接触面１８に溝を有する場合と有しない場合とにつ
いてテストした。溝付単結晶アルミナブラケットは図５
に示されたもの、溝無し単結晶アルミナブラケットは図
１から４のものである。金属ブラケットおよび単結晶ア
ルミナ溝付ブラケットは従来の代表的接着剤を用いて歯
に結合された。この例において、商品名Ｃｈａｌｌｅｎ
ｇｅでＯｒｍｃｏから販売されている２部ジメタクリレ
ート接着剤を使用した。ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＰｈａｒ
ｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ により販売されているライト
硬化接着剤が結晶アルミナブラケットと歯との結合に使
用された。 【００１４】 【表１】 【００１５】上記表から理解されるように、標準金属ブ
ラケットの接着強度は１５０ｋｇ／ｃｍ² であり、従来
技術の単結晶アルミナ製の基部内に溝を有する歯科矯正
ブラケットの接着強度は７５ｋｇ／ｃｍ² 、本発明によ
る溝付単結晶アルミナ歯科矯正ブラケットの接着強度は
１８０ｋｇ／ｃｍ² であった。本発明による粒子の単一
層を有する基部内に溝を有しない単結晶アルミナブラケ
ットは同様に従来金属ブラケットを越える改良結果を示
している。これは接着強度を改良するために溝を設ける
必要のないことを示す。従来技術の単結晶アルミナブラ
ケットおよび代表的金属ブラケットと比較した場合の本
発明のブラケットの接着強度は事実上向上している。 【００１６】粒子２０がブラケット１０の接触面１８に
しっかりと接着されることは重要である。本発明の出願
人は次の手順が約３７から４４ミクロン大の酸化ジルコ
ニウム粒子の実質的単一層１９を単結晶アルミナのブラ
ケット１０の接触面１８へ拡散結合させるのに実に効果
的であることを発見した。第１に、ブラケット１０を接
触面１８が上方へ向くように倒立にする。次いで、接着
剤を接触面１８へ塗布する。この接着剤はブラシまたは
スプレできるような密度を有する。該接着剤は有機バイ
ンダ、活性剤および表面活性剤の混合物からなる。本発
明の目的から、活性剤は粒子２０およびブラケット１０
の融点より下の拡散結合に必要な活性化（活性エネルギ
を下げる）に使用される材料である。有機バインダと活
性剤は混合を可能にするために充分な量の表面活性剤と
共に混合される。特定式において、混合物の約７２．３
重量％の有機バインダ、約２４．１重量％の活性剤およ
び約３．６重量％の表面活性剤。実質的に均一な混合物
を形成するために適性な混合が重要である。この場合、
バインダと活性剤は懸濁状態にある。また、活性剤はを
余り多く使用しないことが重要である。これは加熱中に
粒子の変形および粒子間の空隙の充填をもたらす吸引作
用の原因になるからである。図示特定態様において有機
バインダはニュヨーク州、ブルックリンのＣｏｔｒｏｎ
ｉｃｓから購入された。ここで使用された活性剤はニュ
ヨーク州、オシニングのＡｒｅｍｃｏによる商品名、Ｃ
ＥＲＭＣＯＡＴ５１２−Ｔで販売されている。また、表
面活性剤は商品名、ＳＰＡＮ８５をＩＣＩから購入した
ものを使用した。混合接着剤はブラシまたはスプレのい
ずれかにより接触面１８へ塗布された。膜厚は０．００
１から０．００５インチ（０．０２から０．０１ｃｍ）
が好ましい。混合接着剤は略１から５分間室温で乾燥し
た。乾燥後接着剤はまだ粘着性があった。そこで、粒子
２０を接触面１８上へ散布し、ブラケット１０を回転さ
せて、接触面１８へ大量の粒子１０を詰め込み、粒子の
稠密単一層を形成する。粘着有機バインダは該粒子球を
設置して接触面１８上の所定位置ヘ固定する。その後、
ブラケットを炉に入れ、空気内で約１２０°Ｃまで予備
加熱し、次いで炉を略６００°Ｃまで加熱する。典型的
には、有機バインダを略６００°Ｃで焼き払う。炉内温
度は粒子２０の設置を邪魔しないように実質的に一定の
勾配関数で上昇させる。１５°Ｃ／分を越えないのが好
ましい。雰囲気から６００°Ｃまでの粒子加熱の典型時
間フレームは略３０から６０分である。この後、上記歯
科矯正ブラケットをブラケットの融点温度未満の第２温
度まで加熱する。図示特定態様において、歯科矯正ブラ
ケット１０は単結晶アルミナで形成され、２０５０から
２１００°Ｃの範囲の融点温度を有する。炉の温度は略
１６００°Ｃまで上昇させる。炉の温度をあまり高くし
ないことが重要である。これが粒子の変形お空隙の充填
原因となるからである。逆に炉の温度があまり低いと接
触面１８と粒子２０の結合を不十分にする。適宜の範囲
は許容値が得られるまでサンプル実験することにより決
定できる。混合接着剤に使用される活性剤は粒子２０を
実質的に融点未満の温度で接触面１８の接触点へ拡散結
合、“溶接”する。この歯科矯正ブラケットはこの温度
で拡散結合されるまで維持される。この典型的時間は約
３０から６０分である。この後、ブラケットは冷却され
炉から取り出される。 【００１７】本出願人はこの手順が粒子２０と歯科矯正
ブラケット１０の接触面１８との間の接着を粒子１０へ
いかなる実質的変形を与えることなく高度に提供するこ
とを知見した。粒子１０は歯科矯正ブラケットと実質的
に同一の膨張係数を有する材料で形成するのが好まし
い。 【００１８】次に、適切な歯科接着剤を接触面１８と歯
へ固定するブラケット１０とに従来法により塗布する。
適宜な接着剤として商品名、Ｃｈｉａｌｌｅｎａｇｅ
でＯｒｍｃｏから発売されているものを使用できる。し
かし、この他適宜の接着剤の使用が可能である。接着強
度の改善から広範囲の接着剤が歯科医師に利用されるで
あろう。 【００１９】異なる組合せの材料がブラケット１０およ
び／または粒子２０に使用されてよく、かつブラケット
製造に関して一定の変更が必要に応じてなされてよい。
多結晶アルミナ材（例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃ
ｔｒｉｃ 社から購入できる）による歯科矯正ブラケッ
トの製造において、中空酸化ジルコニウム粒子を接触面
１８へ接着する。約３７から４４ミクロン範囲大の適宜
酸化ジルコニウム粒子を商品名、ＡＥ−７０７８でＭｅ
ｔｃｏから購入できる。美的観点から上記ブラケットの
製造に所定の変更を加えるのが望ましい。粒子２０を単
結晶アルミナブラケットに関して上記したようにブラケ
ット１０の接触面１８上へ置く。この粒子を基部上にお
いた後、酸素含有環境、例えば、空気、を有する炉内に
設置して略１時間略６５０゜Ｃまで加熱して有機バイン
ダを焼去する。単結晶アルミナブラケットの場合、この
温度は特定有機バインダを焼き去るに必要な温度に変更
されてよい。この後、ブラケットを冷却して水素環境の
第２炉内へ設置して略１８００゜Ｃまで加熱する。粒子
２０をそこへ拡散結合させするためにこのブラケットを
この温度で略１時間維持する。多結晶アルミナが空気環
境内において拡散結合させるのに必要な温度で半透明に
なるので、該ブラケットを水素環境をもつ炉内へ置く必
要がある。この炉はタングステンまたは高純度のアルミ
ナで内張りされて多結晶アルミナブラケットの潜在的退
色を最少にするのが好ましい。適宜な炉としてニュージ
ャージ州、ブルームフイールドのＣＭ Ｆｕｒｎａｃｅ
の炉を利用できる。粒子２０を接触面１８へ拡散結合し
た後、該ブラケットを冷却して炉から取り出す。本出願
人は酸化ジルコニウム粒子内のある不純物が拡散結合工
程で粒子の僅かな変色原因になることを発見した。この
ボールの透明度を回復するために歯科矯正ブラケット１
０を第３加熱処理工程に掛けた。ここでは歯科矯正ブラ
ケットを例えば、空気の、酸素含有環境を持つ炉内に設
置して略６５０°Ｃまで加熱して存在する不純物を酸化
して粒子１０を高い透明度まで回復した。その後、該ブ
ラケットを通常の接着法、即ち、ブラケットの歯接触面
と歯との間に適宜の接着剤を置くことにより患者の歯へ
固定した。 【００２０】上記実施例は本発明の精神および範囲にお
いて上記粒子を用いることなく様々に変更できる。 【００２１】

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明により形成された歯科矯正ブラケットの
上斜視図であって結合状態の基部を表す。 【図２】図１の歯科矯正ブラケットの下斜視図である。 【図３】図１の歯科矯正ブラケットの結合基部の拡大部
分正面図である。 【図４】図１の歯科矯正ブラケットの結合基部の拡大斜
視図である。 【図５】本発明により形成されたブラケットの他の態様
の下斜視図である。 【符号の説明】 １０…歯科矯正ブラケット １２…基部１２ １８…接触面１８ １９…粒子の単一層 ２０…粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ファロック ファージン−ニア アメリカ合衆国，カリフォルニア 90302, イングルウッド，ウエスト フェアビュー ブルバード 141 (56)参考文献 特開 平１−25847（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−46451（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 歯に取り付けるための基部を有する歯科
   矯正ブラケットであって、上記基部はセラミック材で形
   成されかつ歯との接触面を有し、上記基部は活性剤と共
   に上記接触面へ拡散結合された粒子を有し、上記活性剤
   は上記粒子が上記接触面へ拡散結合される温度まで温度
   を低下させる、上記粒子の寸法は、上記基部の粒子で被
   覆された歯との接触面が歯へ接合されるときに流動セメ
   ントによって浸透する粒子間に空隙を形成して機械的ア
   ンダーカットを付与しかつ機械的保留定着を可能にする
   ために略５から２００ミクロンの範囲にあり、上記粒子
   は小粒子で上記空隙を実質的に充填することを回避する
   ことのできる寸法均一性を有することを特徴とする歯科
   矯正ブラケット。 【請求項２】 上記粒子は実質的に中空かつ球状であ
   る、請求項１の歯科矯正ブラケット。 【請求項３】 上記基部は実質的に透明のセラミック材
   で形成されている、請求項１の歯科矯正ブラケット。 【請求項４】 上記粒子および上記基部の膨張係数は、
   約１２００°Ｃの温度変化を受けて上記基部から上記粒
   子が分離するのを回避することのできる程度に類似して
   いる、請求項１の歯科矯正ブラケット。 【請求項５】 結晶アルミナで形成されている、請求項
   １の歯科矯正ブラケット。 【請求項６】 上記粒子は結晶アルミナで形成されてい
   る、請求項５の歯科矯正ブラケット。 【請求項７】 上記粒子の寸法は３０から５０ミクロン
   の範囲である、請求項１の歯科矯正ブラケット。 【請求項８】 上記粒子は酸化ジルコニウムである、請
   求項１の歯科矯正ブラケット。 【請求項９】 粒子の実質的単一層を歯科矯正ブラケッ
   トの歯との接触面へ次の工程で布設することを特徴とす
   る方法。 イ）有機バインダ、活性剤、表面活性剤を含む接着剤層
   を歯科矯正ブラケットの上記接触面へ塗布し、 ロ）上記接触面へ実質的に均一寸法の粒子の単一層を布
   設し、かつ ハ）上記歯科矯正ブラケットを加熱して粒子を上記接触
   面へ拡散結合する。 【請求項１０】 上記歯科矯正ブラケットを第１に上記
   有機バインダを焼去できる第１温度下に置き、次いで上
   記粒子が上記接触面へ拡散結合する更に高い温度下に置
   く、請求項９の方法。 【請求項１１】 上記第１温度が略６００°Ｃである、
   請求項１０の方法。 【請求項１２】 上記第２温度が略１６００°Ｃであ
   る、請求項１０の方法。 【請求項１３】 上記歯科矯正ブラケットを第２温度下
   に置いて上記粒子が上記接触面へ拡散結合した後、上記
   歯科矯正ブラケットを冷却し、次いで酸化雰囲気を有す
   る炉へ入れ、上記粒子を純化するために不純物を酸化さ
   せるまたは酸化物を減少させる温度まで加熱する、請求
   項１０の粒子の実質的単一層を歯科矯正ブラケットの歯
   との接触面へ布設する方法。 【請求項１４】 粒子の実質的単一層を歯科矯正ブラケ
   ットの歯との接触面へ次の工程により布設することを特
   徴とする方法。 イ）有機バインダ、活性剤、表面活性剤を含む接着剤層
   を多結晶アルミナ材で形成された歯科矯正ブラケットの
   上記接触面へ塗布し、 ロ）酸化ジルコニウムで形成された実質的均一寸法の粒
   子単一層を上記接触面へ布設し、かつ ハ）上記ブラケットを加熱して上記粒子を上記歯接触面
   へ拡散結合する。 【請求項１５】 上記歯科矯正ブラケットを第１に上記
   有機バインダを焼去できる第１温度下に置き、次いで上
   記歯科矯正ブラケットを上記粒子が上記接触面に拡散結
   合する更に高い第２温度で加熱する、請求項１４の方
   法。 【請求項１６】 上記粒子に存在する不純物を酸化また
   は上記粒子の酸化物を減少するために上記ブラケットを
   酸化雰囲気で第３加熱処理する、請求項１５の方法。 【請求項１７】 上記第１温度が略６５０°Ｃであり、
   上記歯科矯正ブラケットを酸素含有環境下に置く、請求
   項１４の方法。 【請求項１８】 上記第２高温は略１８００°Ｃであ
   り、この温度の上記歯科矯正ブラケットを水素環境下に
   置く、請求項１７の方法。 【請求項１９】 上記第３加熱処理を約６５０°Ｃの温
   度で行う、請求項１８の方法。 【請求項２０】 歯に取り付ける基部を有する歯科矯正
   ブラケットであって、上記基部は多結晶質のアルミナ材
   で形成されかつ歯との接触面を有し、上記接触面には実
   質的均一寸法の粒子の実質的単一層が拡散結合され、上
   記粒子は酸化ジルコニウムで形成されかつ５から２００
   ミクロンの範囲の寸法であることを特徴とする歯科矯正
   ブラケット。 【請求項２１】 上記粒子は実質的に中空かつ球状であ
   る、請求項２０の歯科矯正ブラケット。 【請求項２２】 上記粒子の寸法は３７から４４ミクロ
   ンの範囲である、請求項１９の歯科矯正ブラケット。