JPH08117248A

JPH08117248A - 歯列矯正用ブラケットおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH08117248A
Application number: JP26292994A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Tanji; 宏彰丹治; Masahiro Yoshida; 昌弘吉田; Akira Shironita; 昭白仁田; Takashi Hino; 隆司日野
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd; Hoya Corp
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd; Hoya Corp
Priority date: 1994-10-26
Filing date: 1994-10-26
Publication date: 1996-05-14

Abstract

(57)【要約】【構成】部分安定化ジルコニア焼結体よりなり、該焼
結体が立方晶系の結晶構造をもつジルコニアを実質的に
含まず、しかも正方晶系の結晶構造をもつジルコニアを
９５．５モル％以上９９％以下含むことを特徴とする、
歯列矯正用ブラケット。【効果】初期の強度、靭性が高く、審美性が優れてい
るだけでなく、実際の矯正治療において長期に実用に共
した時の機械的性質の安定性も高いので、すぐれた治療
効果と治療中の審美性とを両立できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高強度、高靭性であ
り、かつ耐食性に優れた部分安定化ジルコニア焼結体か
らなる歯列矯正用ブラケットに関する。

【０００２】

【従来の技術】歯列矯正の際に用いられるブラケット
は、人の口腔中で矯正用ワイヤーの力を長期間にわたっ
て受けることから、機械的強度と耐食性とが要求され
る。このためブラケットの材質として、従来はステンレ
スが用いられてきたが、ステンレスは歯と全く異なった
色調を有するため、審美性の点で問題があった。ステン
レス製ブラケットのこの問題を解決するものとして、透
明あるいは透光性を有するセラミックからなるブラケッ
トが提案されている。特開昭６４−２５８４７号公報で
は単結晶アルミナからなるブラケットが、特開昭６４−
４６４５１号公報では酸化イットリウムを含有する単結
晶ジルコニアからなるブラケットがそれぞれ開示されて
いる。しかしこれらの単結晶セラミックス材料は、高価
であることに加えて、複雑な形状を有するブラケットへ
の加工が容易でなく、しかもへき開破壊しやすいという
欠点があり、広く実用に供せられるに至っていない。単
結晶セラミックスからなるブラケットのこれらの問題点
がなく、外観色調が歯に近く、しかも強度と靭性に優れ
た材料として、ジルコニア焼結体からなるブラケット
が、フランス特許第２５５９０５９号、特開平２−２１
８５７号、特開平３−１７０１４８号、特開平４−２８
０８６４号などの特許公報において種々提案されてい
る。特開平２−２１８５７号公報ではジルコニア焼結体
として酸化イットリウムなどで部分安定化されたいわゆ
る部分安定化ジルコニアを用いることが、また特開平３
−１７０１４８号公報では部分安定化ジルコニアの焼結
にＨＩＰ法を用いることがそれぞれ開示されている。特
開平４−２８０８６４号公報では色調が人の歯に非常に
近いものとして、酸化エルビウム、酸化プラセオジム、
酸化鉄からなる色剤を含む部分安定化ジルコニアのブラ
ケットが開示されている。

【０００３】これらのブラケットは従来のステンレス製
ブラケットよりもその色調がはるかに人の歯に近く、装
着していても目だたない優れた審美性を有するものであ
る。またその材料である部分安定化ジルコニア焼結体
は、その強度と靭性が従来のセラミックス焼結体よりも
大幅に優れているため、ブラケットのように高い荷重を
連続的に受ける用途においても、破壊することなく使用
できるものと期待されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】部分安定化ジルコニア
は、ＺｒＯ₂にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ₂Ｏ₃などの「安定
化剤」を添加固溶させることにより、本来は高温でのみ
安定に存在する正方晶系の結晶構造を有するＺｒＯ₂を
室温付近においても焼結体中に保持したもので、この正
方晶ＺｒＯ₂が外部から加えられた応力によって、低温
安定相である単斜晶系の結晶構造を有するＺｒＯ₂に相
変態を起こす、いわゆる応力誘起変態によって材料の強
化をはかったものであり、セラミックスとしては特に高
い靭性を有することが知られた材料である。このため部
分安定化ジルコニアは強度と靭性が必要とされる機械部
品、構造部品としての応用が種々はかられている。ジル
コニア焼結体には、部分安定化ジルコニアの他に、安定
化剤の添加量をさらに増やし、正方晶ＺｒＯ₂よりもさ
らに高温で安定な立方晶系の結晶構造を有するＺｒＯ₂
からなる安定化ジルコニアとして一般に知られるものが
あるが、ブラケットには強度と靭性が高い部分安定化ジ
ルコニアを用いるのが好ましく、特に歯に近い透明感を
出すため気孔の少ないものが用いられるのが普通であ
る。高強度のセラミック焼結体を得るには一般的に言っ
て、気孔率が少なくしかも焼結体を構成する粒子の平均
結晶粒子径が小さいことが望まれる。ジルコニアの場合
も種々報告されているが、平均結晶粒子径１μ以下、気
孔率１％以下というのが一般的な水準である。しかし部
分安定化ジルコニア焼結体の場合には、存在する結晶相
の種類と量が、機械的性質を決める上で特に重要であ
る。特公昭６１−２１１８４号公報では、部分安定化ジ
ルコニア焼結体において強度と靭性の高い材料を得る上
で、正方晶系の結晶構造を有するジルコニアの存在量が
重要な因子であることが開示されており、特公平３−２
９０２１号公報では５０モル％以上の正方晶ジルコニア
を含むことが優れた機械的性質を得るために必要である
としている。しかし特開昭６２−１７０７０公報では、
あまりに正方晶ジルコニアの存在量が多すぎると、かえ
って靭性の低下を招くことが指摘され、正方晶系の結晶
構造を有するジルコニアの存在量は８５〜９５モル％が
最も好ましく、破壊靭性を表すＫ_ICとして、２０ＭＰａ
ｍ^1/2後という極めて高い値が得られるとしている。

【０００５】ところが、これらの高強度かつ高靭性の部
分安定化ジルコニアを用いて、ブラケットを作製し使用
すると、口腔中で長期間経過すると、強度が低下する場
合が認められた。特に意外であったのはＫ_ICが、２０Ｍ
Ｐａｍ^1/2を越える超高靭性の部分安定化ジルコニアに
おいても、このような破損が認められたことであった。

【０００６】従って、本発明は、機械的性質に優れ、外
観色調が人の歯のそれに極めて近いだけでなく、長期矯
正治療中の強度低下をなくし、破損事故の可能性を解消
する歯列矯正用ブラケットおよびその製造方法を提供す
ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになされたものであり、本発明の歯列矯正用ブ
ラケットは、部分安定化ジルコニア焼結体よりなり、該
焼結体が立方晶系の結晶構造をもつジルコニアを実質的
に含まず、しかも正方晶系の結晶構造をもつジルコニア
を９５．５モル％以上９９％以下含むことを特徴とする
ものである。

【０００８】さらに本発明の歯列矯正用ブラケットは、
部分安定化ジルコニアが、主としてＺｒＯ₂と部分安定
化剤とからなり、ＺｒＯ₂／部分安定化剤のモル比が９
７．８／２．２〜９８．４／１．６の範囲にあり、かつ
ＺｒＯ₂と部分安定化剤を合計で９８．５〜９９．７重
量％含むのが好ましい。

【０００９】また本発明の歯列矯正用ブラケットは、部
分安定化剤が，Ｙ₂Ｏ₃であるのが好ましい。さらに本
発明の歯列矯正用ブラケットは、部分安定化ジルコニア
が、Ａｌ₂Ｏ₃を０．１〜０．４重量％、ＴｉＯ₂を
０．０５〜０．３重量％、Ｅｒ₂Ｏ₃を０．０３〜０．
６重量％、Ｐｒ₆Ｏ₁₁を０．００１〜０．０１重量％含
有するのが好ましい。

【００１０】また本発明は上記歯列矯正用ブラケットを
安定して製造するための方法に関するものであり、本発
明の歯列矯正用ブラケットは、主としてＺｒＯ₂と部分
安定化剤とからなり、ＺｒＯ₂／部分安定化剤のモル比
が９７．８／２．２〜９８．４／１．６の範囲にあり、
かつＺｒＯ₂と部分安定化剤の合量が９８．５〜９９．
７重量％であり、さらに比表面積が５〜１７ｍ²／ｇの
範囲にある原料粉末を、歯列矯正用ブラケットの形状に
成形し、得られた成形体を１２５０℃〜１４５０℃の温
度で１時間以上保持することにより焼結し、さらに非還
元性雰囲気中で、１０００ｋｇ／ｃｍ²以上の圧力下１
２５０℃〜１４５０℃の温度で３０分以上保持すること
により、立方晶系の結晶構造をもつジルコニアを実質的
に含まず、しかも正方晶系の結晶構造をもつジルコニア
を９５．５モル％以上９９％以下含み、気孔率が１％以
下、平均結晶粒子径が１μｍ以下の部分安定化ジルコニ
アからなる歯列矯正用ブラケットを得ることを特徴とす
る。

【００１１】また本発明の歯列矯正用ブラケットの製造
方法においては、部分安定化剤としてＹ₂Ｏ₃を用いる
のが好ましい。また本発明の歯列矯正用ブラケットの製
造方法において、原料粉末が、Ａｌ₂Ｏ₃を０．１〜
０．４重量％、ＴｉＯ₂を０．０５〜０．３重量％、Ｅ
ｒ₂Ｏ₃を０．０３〜０．６重量％、Ｐｒ₆Ｏ₁₁を０．
００１〜０．０１重量％含むのが好ましい。

【００１２】先ず、本発明の歯列矯正用ブラケットにつ
いて詳述する。本発明の歯列矯正用ブラケットは、立方
晶ジルコニアを実質的に含まず、しかも正方晶ジルコニ
アを９５．５モル％以上９９％以下含むものである。ジ
ルコニアには単斜晶系、正方晶系、立方晶系の３種類の
結晶構造があるので、このことは本発明の歯列矯正用ブ
ラケットには、単斜晶系の結晶構造を有するジルコニア
が１〜４．５モル％含まれることを意味している。そし
て本発明の歯列矯正用ブラケットをこのような組成とす
ることにより、歯列矯正用ブラケットに要求される機械
的性質と耐食性の両者を満足させることができる。この
点を詳しく説明する。人の口腔中に長期間保持したとき
の種々の部分安定化ジルコニアの強度変化は、単斜晶ジ
ルコニアの存在量に依存し、単斜晶ジルコニアの量が増
えると、人の口腔中で長期間保持したときの強度低下が
大きいことがわかった。しかしその一方で、単斜晶ジル
コニアは、部分安定化ジルコニアの高靭性発現の原因で
ある応力誘起変態を起こす核としても作用することか
ら、その存在量があまりに少なすぎるとかえって強度の
低下を招くこととなる。歯列矯正用ブラケットとして
は、曲げ強度が１３００ＭＰａ以上、破壊靭性のＫ_ICが
８ＭＰａｍ^1/2以上あることが望まれるが、このような
初期強度と初期靭性を有し、しかもこの二つの特性が、
口腔中に１年以上の長期間保持してもほとんど劣化しな
いような耐食性を有するためには、立方晶ジルコニアを
含まず、しかも正方晶ジルコニアを９５．５モル％以上
９９％以下含むことが必要である。これは立方晶ジルコ
ニアがジルコニアの靭性向上に寄与せず、正方晶ジルコ
ニアが９５．５モル％未満では強度と靭性の劣化原因と
なる単斜晶ジルコニアの量が多すぎ、また正方晶ジルコ
ニアが９９モル％を越えると応力誘起変態の核が少なす
ぎるため、十分な初期強度と初期靭性が得られないから
である。

【００１３】ジルコニアの結晶相の存在量は、従来通り
焼結体試料のＸ線回折法により求められる。試料は、ま
ず＃２００前後のダイヤモンド砥石で研削加工し測定面
を平面に加工した後、研削面で生じた相変態の影響をな
くすため、ダイヤモンドペーストにより穏やかに研磨
し、鏡面に加工する。このようにして調製した研磨面に
ついてＸ線回折測定を行なう。本発明のブラケットにお
いてジルコニア焼結体は立方晶ジルコニアを実質的に含
まないことが必須要件である。これは原理上は試料のＸ
線回折を測定したときに立方晶ジルコニアに由来する回
折線が認められないことに相当するが、実際には立方晶
ジルコニアの（００４）面及び（２２２）面の回折線が
検出できないことをもって、立方晶ジルコニアが含まれ
ないと判断するのが通常であり、本発明においてもこの
２本の回折線が測定されないことをもって実質的に立方
晶ジルコニアを含まないこととする。正方晶ジルコニア
の定量は、次式により算出することができる。

【００１４】

【数１】

【００１５】部分安定化ジルコニアにおける各結晶相の
存在量は、安定化剤の種類と量、ジルコニア、部分安定
化剤以外の添加成分の種類と量などの多岐にわたる要因
に依存する。このため本発明のように正方晶ジルコニア
を９５．５〜９９モル％という非常に狭い範囲で安定に
製造するためには、これらの要因の影響について把握し
ておくことが必要である。本発明の場合、部分安定化剤
は比較的低温での焼結を可能とする酸化イットリウムを
用いるのが好ましいが、酸化マグネシウム、酸化カルシ
ウムなどの部分安定化剤で一部を置き換えることを妨げ
ない。また焼結温度を低く抑えて粒成長を防ぎ、しかも
焼結体の透明感を高める上で、少量かつ所定量の酸化チ
タンを含有するのが好ましい。さらに応力誘起変態の核
として少量かつ所定量の酸化アルミニウムを含有するの
が好ましい。色調を人の歯に近いものにするため、少量
かつ所定量の酸化エルビウムと酸化プラセオジムを合わ
せて含有するのが好ましい。色調の調整剤としてはこの
他にも各種遷移金属酸化物が知られているが、ピンク色
と黄色を基調とする人の歯に最も近い色調を出すのが、
この二つの酸化物の組合せだからである。

【００１６】部分安定化剤の量は、ＺｒＯ₂／部分安定
化剤のモル比で９７．８／２．２〜９８．４／１．６の
範囲にあり、かつＺｒＯ₂と部分安定化剤の合量が９
８．５〜９９．７重量％となるようにするのが好まし
い。

【００１７】さらにＴｉＯ₂を０．０５〜０．３重量
％、Ａｌ₂Ｏ₃を０．１〜０．４重量％、Ｅｒ₂Ｏ₃を
０．０３〜０．６重量％、そしてＰｒ₆Ｏ₁₁を０．００
１〜０．０１重量％含有するのが好ましい。

【００１８】部分安定化剤、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃各成
分の含有量は、それぞれの固有の効果が有効に現れる十
分条件の範囲にあると同時に、正方晶ジルコニアの量を
安定して９５．５〜９９モル％にするための必要条件で
ある。すなわち、各成分のそれぞれの効果については、
より広い範囲でそれぞれの効果を有する焼結体が得られ
るのであるが、前記範囲に含まれない組成では、焼結条
件とＨＩＰ条件を調節しても目的とする正方晶ジルコニ
ア量を９５．５〜９９モル％とすることができなくなる
のである。また、Ｅｒ₂Ｏ₃とＰｒ₆Ｏ₁₁はそれぞれの
下限量よりも量が少ないと白っぽくなり、また逆に上限
量よりも多いと色が濃くなり過ぎて、いずれも実際に歯
に装着したときに歯の色調との相違から審美性が低下す
るので好ましくない。なお本発明で用いられる部分安定
化ジルコニアにおいてはＡｌ₂Ｏ₃以外の添加成分、す
なわち、部分安定化剤、ＴｉＯ₂、Ｅｒ₂Ｏ₃、Ｐｒ₆
Ｏ₁₁はいずれもＺｒＯ₂中に固溶していると考えられ
る。

【００１９】次に歯列矯正用ブラケットを製造するため
の本発明の方法について説明する。本発明の歯列矯正用
ブラケットの製造方法においては、原料粉末として、主
としてＺｒＯ₂と部分安定化剤とからなり、ＺｒＯ₂／
部分安定化剤のモル比が９７．８／２．２〜９８．４／
１．６の範囲にあり、かつＺｒＯ₂と部分安定化剤の合
量が９８．５〜９９．７重量％であるものを用いる。

【００２０】この原料粉末は、上記ＺｒＯ₂／部分安定
化剤以外に、Ａｌ₂Ｏ₃を０．１〜０．４重量％、Ｔｉ
Ｏ₂を０．０５〜０．３重量％、Ｅｒ₂Ｏ₃を０．０３
〜０．６重量％、Ｐｒ₆Ｏ₁₁を０．００１〜０．０１重
量％含むものが好ましい。

【００２１】この原料粉末は、次のようにして作製され
る。すなわち、オキシ塩化ジルコニウムなどのＺｒＯ₂
前駆体、塩化イットリウムなどのＹ₂Ｏ₃前駆体などの
部分安定化剤の前駆体、さらに塩化アルミニウムなどの
Ａｌ₂Ｏ₃前駆体、塩化チタニウムなどのＴｉＯ₂前駆
体、塩化エルビウムなどのＥｒ₂Ｏ₃前駆体および塩化
プラセオジムなどのＰｒ₆Ｏ₁₁前駆体を、酸化物に換算
して上記の組成範囲となるように配合した水溶液を先ず
調製する。次にこの水溶液を１００℃まで穏やかに加温
して水を蒸発させて前駆体混合粉末を得た後、この粉末
を空気中で９００〜１０５０℃に加熱する。この加熱に
より、各前駆体は酸化物に変換され、上述のようにＺｒ
Ｏ₂、Ｙ₂Ｏ₃などの部分安定化剤、ＴｉＯ₂、Ｅｒ₂
Ｏ₃、Ｐｒ₆Ｏ₁₁を含有する原料粉末が得られる。

【００２２】この原料粉末においては、その比表面積が
５〜１７ｍ²／ｇの範囲である必要がある。その理由
は、比表面積が１７ｍ²／ｇを越えると原料粉末が凝集
を起こしやすくなり、焼結体中に１０μｍを越える大き
さの気孔が発生しやすくなる。また比表面積が５ｍ²／
ｇ未満では、焼結体の平均粒子径が大きくなり、正方晶
ジルコニア量が９５．５％に達しないからである。

【００２３】本発明の方法においては、上記の原料粉末
を歯列矯正用ブラケットの形状に成形する。この成形
は、射出成形法や金型による加圧成形法など、セラミッ
クスの粉末の一般的成形法により行なう。射出成形法に
よるブラケット形状への成形は、原料粉末に成形助剤と
して樹脂とワックスとの混合物を加え、加熱混泥後、得
られた混泥物を射出成形用ペレットとし、射出成形機を
用いて、このペレットを射出成形することにより行なう
のが好ましい。また金型加圧成形法によるブラケット形
状への成形の一例をあげると、まず原料粉末にたとえば
０．５〜５重量％のＰＶＡを有機性粘結剤として加え、
これを噴霧化して直径５０〜２００μｍの球状とし、こ
れをブラケットの形状の金型に充填し、５００〜１００
０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で成形することにより行われる。

【００２４】本発明の方法においては、上記のようにし
て得られたブラケット形状の成形体を、１２５０℃〜１
４５０℃の温度で１時間以上保持することにより焼結
（常圧焼結）し、さらに非還元性雰囲気で１０００ｋｇ
／ｃｍ²以上の圧力下１２５０℃〜１４５０℃の温度で
３０分以上保持することによりＨＩＰ処理する。

【００２５】上述のように、焼結条件としては、１２５
０℃〜１４５０℃の温度で１時間以上保持して常圧焼結
した後、さらに非還元性雰囲気中で１０００ｋｇ／ｃｍ
²以上の圧力下１２５０℃〜１４５０℃の温度で３０分
以上保持するＨＩＰ処理が必要である。ＨＩＰを行う際
の非還元性雰囲気としては、アルゴンなどの不活性ガ
ス、およびこれと２％程度の酸素との混合ガスなどがあ
る。常圧焼結での焼結温度が１２５０℃未満であると緻
密化が進まず、そのあとにＨＩＰ処理をしても１％以下
の気孔率が達成できない。また常圧焼結での焼結温度が
１４５０℃よりも高いと焼結体中の粒子径が大きくなり
すぎて、正方晶ジルコニア量の減少や強度低下につなが
り好ましくない。常圧焼結の焼結時間は気孔率を１％以
下とするため少なくとも１時間が必要である。

【００２６】ＨＩＰ処理は焼結体の透光性を高め、より
歯の色調に近づけるために行うが、ジルコニアの還元を
防止するため非還元性雰囲気中で行う。一例としてアル
ゴンに２％の酸素を含む混合ガスがあげられる。ＨＩＰ
温度は好ましい色調を得るためには大気中での焼結温度
と同等であることが必要である。ＨＩＰ処理温度の上限
は、常圧焼結の上限温度と同じ理由により決まるもので
ある。ＨＩＰ圧力は好ましい色調を得るためには１００
０ｋｇ／ｃｍ²以上が必要である。ＨＩＰ処理後の焼結
体には、その強度に悪影響を及ぼす、大きさが１０μｍ
を越える気孔は存在せず、最大でも大きさ１〜数μｍの
気孔がブラケット１個当りに数個存在する。このほかに
は大きさ５０〜１００ｎｍのきわめて微細な気孔が、焼
結体の粒子三重点を中心に存在する。本発明の焼結体で
は１〜数μｍの気孔があっても、平均結晶粒子径が小さ
く、正方晶の存在量が多く、また強度低下の原因となる
巨大な気孔が無いので、８ＭＰａｍ^1/2以上のＫ_IC、１
３００ＭＰａ以上の曲げ強度が安定して得られる。

【００２７】このようにして得られた焼結体は、気孔率
が１％以下、平均結晶粒子径は１μｍ以下である部分安
定化ジルコニア焼結体であり、該焼結体は、立方晶系の
結晶構造をもつジルコニアを実質的に含まず、正方晶の
結晶構造をもつジルコニアを９５．５〜９９モル％含
む。そして該焼結体は、機械的強度、耐食性ともに優
れ、かつ人間の歯の色調に極めて近い歯列矯正用ブラケ
ットを構成する。

【００２８】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に説明する。実施例１〜１１、比較例１〜１５実施例１〜１１および比較例１〜１５の焼結体を製造す
るための原料粉末を調製した。それぞれ純度９９．９％
のオキシ塩化ジルコニウム、塩化イットリウム、塩化ア
ルミニウム、塩化チタニウム、塩化エルビウムよび塩化
プラセオジムを、酸化物に換算して表１の組成になるよ
うに調整して水溶液を得た。この水溶液を１００℃まで
穏やかに加温して水を蒸発させて塩化物混合粉末を得
た。つぎにこの粉末を空気中で８７５〜１１００℃に加
熱して、仮焼によりそれぞれの成分が酸化物に変換され
た原料粉末を得た。得られた原料粉末のＺｒＯ₂／Ｙ₂
Ｏ₃モル比、ＺｒＯ₂とＹ₂Ｏ₃の合量、Ａｌ₂Ｏ₃、
ＴｉＯ₂、Ｅｒ₂Ｏ₃、Ｐｒ₆Ｏ₁₁の量は表１に示し
た。仮焼温度は目的とした原料粉末の比表面積に応じて
変化させたもので、実施例４、５、比較例３、４の仮焼
温度はそれぞれ１０２５℃、９００℃、１１００℃、８
７５℃、またその他の実施例と比較例は１０００℃であ
る。原料粉末には主な不純物としてＮａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、
ＳｉＯ₂が含まれ、その含有量は原料バッチによって若
干変動があり、約０．０５〜０．２５％の範囲にあっ
た。原料粉末の比表面積はＢＥＴ法により測定した。

【００２９】この原料粉末各８５０ｇに形成用助剤とし
て樹脂とワックスの混合物１５０ｇを添加し、加圧ニー
ダーにより１２０℃で１時間加熱混泥した。この混泥物
をペレタイザーにより射出成形用ペレットとして。この
ペレットを用いて射出成形機により、ブラケット形状の
成形体を得た。

【００３０】脱脂のため、成形体を３８０℃で２時間空
気中で加熱した後に、表１に示す条件でまず常圧焼結、
ついでＨＩＰ処理した。ＨＩＰ処理は２％の酸素を含む
アルゴンガス中で行った。得られたブラケットをバレル
研磨法により、その表面を鏡面に仕上げた。表１に実施
例１〜１１、比較例１〜１５のブラケット製造条件を示
す。

【００３１】図１に、得られたブラケットの斜視図を示
す。図１に示すように、このブラケット１は、台部２
と、台部２の上方に設けた２対のウィング３，４，５，
６と、ウィング３，５とウィング４，６の間に設けたス
ロット７とからなる。ウィング３と５の間およびウィン
グ４と６の間は湾曲状にけずり取られた形状となってい
る。

【００３２】得られた実施例１〜１１、比較例１〜１５
のブラケットについて、まずＸ線回折法により正方晶ジ
ルコニアと立方晶ジルコニアの量を求めた。測定は
（株）マック・サイエンス製ＭＸＰ−１８型Ｘ線回折装
置により、Ｃｕターゲット、５０ＫＶ−３００ｍＡの条
件で行った。またマイクロインデンテーション（ＭＩ）
法により、破壊靭性Ｋ_ICを求めた。強度は、ブラケット
と同一条件で作製した強度試験片を用いたＪＩＳ−Ｒ１
６０１の方法による三点曲げ強度測定値と、図２に示す
方法で測定したブラケット破壊荷重により評価した。ブ
ラケット破壊荷重は次のようにして測定した。すなわち
ブラケットの台部２をその下面で固定し、そのスロット
７にくさび３０を０．５ｍｍ／分の速度で降下させ加圧
して、ブラケットが破壊した時の荷重を求めた。破壊は
通常スロット７の下部コーナー部１４とウィング３、４
の下面コーナー部１６付近との間をクラックが成長する
形で起きた。つぎに、実施例１〜１１および比較例１〜
１５のブラケットを各１０人の人それぞれの歯に接着
し、１年間を経過させた後、ブラケットを取りはずし、
ブラケットの破壊荷重を測定した。

【００３３】結果を表２に整理する。実施例１〜１１の
ブラケットはいずれも初期強度が１３９０ＭＰａ以上、
初期破壊靭性が１０．２ＭＰａｍ^1/2以上有った。しか
も口中で１年間経過した後も、破壊荷重の低下は１０．
７％以下であり、したがって強度低下もこれと同等のわ
ずかなものであると考えられる。

【００３４】これに対し、正方晶の存在量が９５．５％
未満の比較例１、３、５、９、１０、１２、１３、１
４、１５のブラケットは口中１年経過後の強度減少が３
７．７〜５８．６％もあり、その劣化が著しい。また正
方晶が９９％を越えて存在する比較例２、６、７は初期
強度が低い問題がある。またＥｒ₂Ｏ₃、Ｐｒ₆Ｏ₁₁が
多い比較例７はその色が歯よりも濃すぎ、またこれら２
成分が少ない比較例８はその色が白すぎるため、いずれ
も歯に接着したときにその外観色調の違いから、見たと
きに違和感があり、審美上好ましくない。

【００３５】比較例４、１１は、正方晶の存在量が本発
明の範囲内にあっても気孔や粒径が大きすぎるため初期
強度が１３００ＭＰａにおよばない。比較例９、１０、
１３は、正方晶の存在量が請求範囲外になるため口腔中
での強度低下が大きいため、実用上問題である。

【００３６】なお歯列矯正用ブラケットは口腔中で用い
られるため、高温で滅菌してから使用されることが予想
される。部分安定化ジルコニアは２００〜３００℃の温
度域での安定性が必ずしも高くないことが知られている
ため、本発明のブラケットについても、滅菌操作を想定
した耐熱性試験を行った。すなわち、各ブラケットを空
気中２５０℃の高温で保持して、保持時間と強度変化の
関係を調べ、またオートクレーブ中で２５０℃の熱水に
曝してその強度変化を調べた。強度は破壊荷重の測定に
より評価した。その結果空気中２５０℃で保持した場合
には、４００時間もの長時間保持したとき初期強度から
６０〜９０％もの強度低下が認められたが、２４時間で
はまったく強度低下がなかった。また２５０℃熱水中で
は３０時間で８０〜９０％の強度低下が認められたが、
３時間以内ではまったく強度低下が認められなかった。
この様に本発明の歯列矯正用ブラケットは、きわめて長
時間にわたる耐熱性の点では必ずしも優れていないが、
通常の使用で想定される数時間以内の高温保持による滅
菌操作では強度低下を起こすことがなく、実用上問題が
ないと判断された。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】

【発明の効果】本発明の歯列矯正用ブラケットは、初期
の強度、靭性が高く、審美性が優れているだけでなく、
実際の矯正治療において長期に実用に共した時の機械的
性質の安定性も高いので、すぐれた治療効果と治療中の
審美性とを両立できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】歯列矯正用ブラケットの１実施例を示す斜視図

【図２】ブラケットの破壊強度の測定法を示す端面図

【符号の説明】

１ブラケット２台部３〜６ウィング７スロット１４スロット下部コーナー部１６ウィングの下面コーナー部３０くさび

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者白仁田昭岡山県岡山市上道北方18−39 (72)発明者日野隆司岡山県備前市伊部1931

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】部分安定化ジルコニア焼結体よりなり、
該焼結体が立方晶系の結晶構造をもつジルコニアを実質
的に含まず、しかも正方晶系の結晶構造をもつジルコニ
アを９５．５モル％以上９９％以下含むことを特徴とす
る、歯列矯正用ブラケット。
【請求項２】部分安定化ジルコニアが、主としてＺｒ
Ｏ₂と部分安定化剤とからなり、ＺｒＯ₂／部分安定化
剤のモル比が９７．８／２．２〜９８．４／１．６の範
囲にあり、かつＺｒＯ₂と部分安定化剤を合計で９８．
５〜９９．７重量％含むことを特徴とする、請求項１に
記載の歯列矯正用ブラケット。
【請求項３】部分安定化剤が、Ｙ₂Ｏ₃であることを
特徴とする、請求項２に記載の歯列矯正用ブラケット。
【請求項４】部分安定化ジルコニアが、Ａｌ₂Ｏ₃を
０．１〜０．４重量％、ＴｉＯ₂を０．０５〜０．３重
量％、Ｅｒ₂Ｏ₃を０．０３〜０．６重量％、Ｐｒ₆Ｏ
₁₁を０．００１〜０．０１重量％含有することを特徴と
する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の歯列矯正用
ブラケット。
【請求項５】主としてＺｒＯ₂と部分安定化剤とから
なり、ＺｒＯ₂／部分安定化剤のモル比が９７．８／
２．２〜９８．４／１．６の範囲にあり、かつＺｒＯ₂
と部分安定化剤の合量が９８．５〜９９．７重量％であ
り、さらに比表面積が５〜１７ｍ²／ｇの範囲にある原
料粉末を、歯列矯正用ブラケットの形状に成形し、得ら
れた成形体を１２５０℃〜１４５０℃の温度で１時間以
上保持することにより焼結し、さらに非還元性雰囲気中
で、１０００ｋｇ／ｃｍ²以上の圧力下１２５０℃〜１
４５０℃の温度で３０分以上保持することにより、立方
晶系の結晶構造をもつジルコニアを実質的に含まず、し
かも正方晶系の結晶構造をもつジルコニアを９５．５モ
ル％以上９９％以下含み、気孔率が１％以下、平均結晶
粒子径が１μｍ以下の部分安定化ジルコニアからなる歯
列矯正用ブラケットを得ることを特徴とする、歯列矯正
用ブラケットの製造方法。
【請求項６】部分安定化剤として、Ｙ₂Ｏ₃を用いる
ことを特徴とする、請求項５に記載の歯列矯正用ブラケ
ットの製造方法。
【請求項７】原料粉末が、Ａｌ₂Ｏ₃を０．１〜０．
４重量％、ＴｉＯ₂を０．０５〜０．３重量％、Ｅｒ₂
Ｏ₃を０．０３〜０．６重量％、Ｐｒ₆Ｏ₁₁を０．００
１〜０．０１重量％含む、請求項５または６に記載の歯
列矯正用ブラケットの製造方法。