JPH09154854A - 歯科用器具 - Google Patents

歯科用器具

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JPH09154854A
JPH09154854A JP31386595A JP31386595A JPH09154854A JP H09154854 A JPH09154854 A JP H09154854A JP 31386595 A JP31386595 A JP 31386595A JP 31386595 A JP31386595 A JP 31386595A JP H09154854 A JPH09154854 A JP H09154854A
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dental instrument
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orthodontic bracket
dental
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賢一 下平
Junichi Hayashi
純一 林
Mitsuo Ito
充雄 伊藤
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MATSUMOTO SHIKA, University of
Matsumoto Dental University
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INJIETSUKUSU KK
MATSUMOTO SHIKA, University of
Matsumoto Dental University
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Abstract

(57)【要約】 【課題】製造が容易であり、表面の濡れ性が良く、低摩
擦部位、接着性に優れる部位等の機能性部位を容易に得
ることができる歯科用器具を提供すること。 【解決手段】歯科矯正用ブラケット(歯科用器具)1
は、板状の基部2と、該基部2の上面側に形成された係
合部3とで構成されている。係合部3には、その中央部
に、ワイヤーが挿通される一文字状のスロット4が形成
されている。歯科矯正用ブラケット1は、好ましくは金
属粉末射出成形法により製造されたものであり、Tiを
基本成分とし、C:0.03〜0.5wt%、O:0.0
8〜0.8wt%、N:0.03〜0.6wt%を含む金属
材料で構成されている。この金属材料の少なくとも表面
付近には、多数の空孔が散在している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、歯科矯正用ブラケ
ットのような歯科用器具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】口腔内で使用される歯科用器具(歯科用
部品)として、歯列を矯正する歯科矯正用ブラケットお
よびワイヤーが知られている。
【0003】歯科矯正用ブラケット(以下単に「ブラケ
ット」と言う)は、歯牙に接着固定される基部と、この
基部の上部に形成された係合部とを有し、係合部に形成
されたスロット内にワイヤーを挿通し、このワイヤーを
緊張して歯列を矯正するものである。
【0004】このようなブラケットの構成材料として
は、従来、ステンレス鋼等の金属材料、ジルコニ
ア、アルミナ、サファイア系等のセラミックス、ポリ
カーボネート、ポリジメタクリレート等の硬質プラスチ
ックが用いられていた。
【0005】しかしながら、これらの材料には、いずれ
も、次のような欠点がある。
【0006】ステンレス鋼製のブラケットは、生体適合
性が劣り、特に、金属アレルギーの発症や、Ni、Cr
の溶出による発ガンのおそれ等の生体への悪影響があ
る。また、表面の金属光沢により、ブラケット装着時の
審美性が劣る。さらに、表面の唾液に対する濡れ性が低
いので、使用時に乾燥し易く、唇等の粘膜や皮膚のよう
な生体組織に対する潤滑性が劣り、場合によっては炎症
を起こすこともあり、ブラケット装着者に苦痛を与える
ことがある。
【0007】セラミックス製のブラケットは、それ自体
靱性が低く、ブラケットの装着時、使用時等に破損を生
じ易い。特に、歯列矯正終了後、ブラケットを撤去する
際に、破損を生じ易く、撤去がし難く、慎重を要する。
さらに、セラミックスによるブラケットは、極めて高価
である。
【0008】硬質プラスチック製のブラケットは、強度
および耐摩耗性が低く、変形や破損を生じ易いととも
に、緊張したワイヤーの応力を歯牙に伝えにくく、しか
も前記ステンレス鋼と同様に、表面の唾液に対する濡れ
性が低く、それによる同様の問題が生じる。さらに、ス
ロットの内面に対するワイヤーの摺動抵抗が大きいの
で、適正かつ微妙な荷重調整がし難く、また、使用時で
の摩耗も生じ易い。
【0009】ところで、近年、歯科矯正用ブラケットに
用いられる新たな材料として、TiまたはTi合金が提
案されている(特開平6−14942号公報)。
【0010】TiまたはTi合金は、軽量で強度が高
く、耐食性および生体適合性に優れているが、ブラケッ
トへの製造・加工は、鋳造品に対し特殊な工具による切
削加工や、レーザー加工を施したり、超塑性成型加工に
より行ったりするので、製造が容易ではないという問題
がある。特に、複雑で微細な形状への加工には、複雑な
製造工程と高度な技術とを要し、製造コストも増大す
る。
【0011】また、特に鋳造品による場合には、その金
属組織が緻密であるため、表面の唾液に対する濡れ性が
低く、それによる前記同様の問題が生じる。
【0012】また、スロットの内面に対するワイヤーの
摺動抵抗も比較的大きく、適正かつ微妙な荷重調整がし
難いという問題もある。
【0013】また、鋳造時に反応する酸素、窒素等によ
る脆化で、前記セラミック製ブラケットと同様の問題点
が発生することがある。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、製造
が容易であり、表面の濡れ性、特に唾液との濡れ性が良
く、また低摩擦部位、接着性に優れる部位等の機能性部
位を容易に得ることができる歯科用器具を提供すること
にある。
【0015】
【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
(1)〜(22)の本発明により達成される。
【0016】(1) Tiを基本成分とし、C:0.0
3〜0.5wt%、O:0.08〜0.8wt%、N:0.
03〜0.6wt%を含む金属材料で構成されていること
を特徴とする歯科用器具。
【0017】(2) 前記金属材料中のC、OおよびN
の合計含有量が、0.14〜1wt%である上記(1)に
記載の歯科用器具。
【0018】(3) 内部に比べ硬度が高い表面層を有
する上記(1)または(2)に記載の歯科用器具。
【0019】(4) 内部に比べC、OおよびNの合計
含有量が多い表面層を有する上記(1)ないし(3)の
いずれかに記載の歯科用器具。
【0020】(5) 前記表面層は、表面層中のC、O
およびNの合計含有量をawt%、表面層より内側の部分
におけるC、OおよびNの合計含有量をbwt%としたと
き、a/bが1.1以上である部分の厚さが2〜100
μm である上記(3)または(4)に記載の歯科用器
具。
【0021】(6) 少なくとも表面付近が親水性を有
する上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の歯科用
器具。
【0022】(7) 少なくとも表面付近に、平均径が
0.5〜50μm の空孔が散在している上記(1)ない
し(6)のいずれかに記載の歯科用器具。
【0023】(8) 前記空孔の径は、そのほとんどが
0.5〜100μm の範囲に分布している上記(7)に
記載の歯科用器具。
【0024】(9) 前記空孔の空孔率が0.05〜
5.0 vol%である上記(7)または(8)に記載の歯
科用器具。
【0025】(10) 前記空孔率が表面から内部に向か
って漸減する部分を有する上記(9)に記載の歯科用器
具。
【0026】(11) 前記歯科用器具は、板状の基部
と、該基部の上面側に位置し、ワイヤーを挿通するスロ
ットを有する係合部とを備える歯科矯正用ブラケットで
ある上記(1)に記載の歯科用器具。
【0027】(12) 前記基部の底面に微小な凹凸が形
成されている上記(11)に記載の歯科用器具。
【0028】(13) 少なくとも前記スロットの内面
に、内部に比べ硬度が高い表面層を有する上記(11)ま
たは(12)に記載の歯科用器具。
【0029】(14) 少なくとも前記スロットの内面
に、内部に比べC、OおよびNの合計含有量が多い表面
層を有する上記(11)ないし(13)のいずれかに記載の
歯科用器具。
【0030】(15) 前記表面層は、表面層中のC、O
およびNの合計含有量をawt%、表面層より内側の部分
におけるC、OおよびNの合計含有量をbwt%としたと
き、a/bが1.1以上である部分の厚さが2〜100
μm である上記(13)または(14)に記載の歯科用器
具。
【0031】(16) 少なくとも前記係合部の表面付近
が親水性を有する上記(11)ないし(15)のいずれかに
記載の歯科用器具。
【0032】(17) 少なくとも前記係合部の表面付近
および/または前記基部の底面付近に、平均径が0.5
〜50μm の空孔が散在している上記(11)ないし(1
6)のいずれかに記載の歯科用器具。
【0033】(18) 前記空孔の径は、そのほとんどが
0.5〜100μm の範囲に分布している上記(17)に
記載の歯科用器具。
【0034】(19) 前記空孔の空孔率が0.05〜
5.0 vol%である上記(17)または(18)に記載の歯
科用器具。
【0035】(20) 前記空孔率が表面側から内部に向
かって漸減する部分を有する上記(19)に記載の歯科用
器具。
【0036】(21) 上記(11)ないし(20)のいずれ
かに記載の複数の歯科用器具と、前記各歯科用器具のス
ロットに挿通されるワイヤーとを含むことを特徴とする
歯科用器具。
【0037】(22) 前記歯科用器具の少なくとも一部
が金属粉末射出成形法により製造されたものである上記
(1)ないし(21)のいずれかに記載の歯科用器具。
【0038】
【発明の実施の形態】以下、本発明の歯科用器具を添付
図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明する。
【0039】図1および図2は、それぞれ、本発明の歯
科用器具を歯科矯正用ブラケットに適用した場合の実施
例を示す平面図および底面図、図3は、図1中のIII −
III線断面図である。これらの図に示すように、歯科矯
正用ブラケット1は、板状の基部(ブラケットベース、
ブラケットステム)2と、該基部2の上面(表面)側に
形成された係合部(タイウイング)3とで構成されてい
る。
【0040】係合部3には、その中央部に、後述するワ
イヤー7が挿通される一文字状のスロット4が形成され
ている。図3に示すように、本実施形態におけるスロッ
ト4の断面形状は、矩形をなしているが、これに限ら
ず、例えば、V字状、U字状であってもよい。
【0041】このような歯科矯正用ブラケット1は、基
部2の底面(裏面)5を接着剤により歯牙15に接着す
ることにより固定される。基部2の底面5には、微小な
凹凸6が形成されている。本実施形態においては、この
凹凸6は、格子状に形成された溝で構成されている(図
2参照)が、凹凸の形態としては、これに限定されず、
例えば、平行な直線状の溝、同心円状の溝等の他のパタ
ーンの溝や、規則的または不規則(散点状)に配置され
た凸部(突起)または凹部(ディンプル)であってもよ
い。
【0042】このような凹凸6を形成することにより、
接着剤の実質的な接着面積が増大し、歯牙15への接着
性(接着強度)が増大する。なお、凹凸6は、それを設
けない場合に比して、接着面積が好ましくは5〜250
%程度、より好ましくは30〜100%程度増大するよ
うなものであるのがよい。
【0043】また、凹凸6における凹部の深さは、50
〜300μm 程度とするのが好ましく、100〜150
μm 程度とするのがより好ましい。
【0044】図4は、複数の歯科矯正用ブラケット1と
ワイヤー7とで構成される本発明の歯科用器具を歯に装
着した状態を示す図である。各歯科矯正用ブラケット1
をその基部2の底面において接着剤により対応する歯牙
15の表面に接着するとともに、各歯科矯正用ブラケッ
ト1のスロット4にワイヤー7を挿通し、ワイヤー7を
緊張して、その張力により歯科矯正用ブラケット1に荷
重を与え、これにより歯列を矯正する。
【0045】なお、ワイヤー7としては、例えば、Ti
またはTi合金、ステンレス鋼、超弾性合金等で構成さ
れたものが挙げられ、その横断面形状としては、矩形等
の多角形や、円形、楕円形、半円形等のものが挙げられ
る。
【0046】以上のような歯科矯正用ブラケット1は、
Tiを基本成分とし、C:0.03〜0.5wt%、O:
0.08〜0.8wt%、N:0.03〜0.6wt%を含
む金属材料で構成されている。
【0047】Tiは、軽量でかつ高強度、高硬度であ
り、変形や破損が生じ難く、耐久性、耐食性に優れ、ま
た、金属成分の溶出も極めて少なく、金属アレルギーの
発症等も抑制されるなど、生体適合性に優れている。さ
らに、Tiは、ステンレス鋼のような金属光沢が少ない
ので、ブラケットの装着時に審美性を損なわない。
【0048】歯科矯正用ブラケット1を構成する金属材
料(以下単に「金属材料」と言う)中には、C、Oおよ
びNが、例えばTiとの化合物を形成する形で存在して
いる。これらの元素が金属材料中にバランス良く含まれ
ていることで、歯科用器具として好適な強度、硬度、延
性(靱性)、弾性等の物理的特性を保持する。これらの
元素のうち、Nの含有は特に重要である。Nは、その含
有量が微量であっても、金属材料の前記物理的特性を向
上する効果が高い。
【0049】金属材料中のCの含有量は、0.03〜
0.5wt%程度とされ、好ましくは0.04〜0.2wt
%程度、より好ましくは0.05〜0.1wt%程度とさ
れる。Cの含有量が0.03wt%未満では、O、Nの含
有量が少ない場合に、金属材料の強度が低下し、また、
0.5wt%を超えると、金属材料の延性が低下する。
【0050】金属材料中のOの含有量は、0.08〜
0.8wt%程度とされ、好ましくは0.1〜0.5wt%
程度、より好ましくは0.25〜0.3wt%程度とされ
る。Oの含有量が0.08wt%未満では、C、Nの含有
量が少ない場合に、金属材料の強度が低下し、また、
0.8wt%を超えると、金属材料の延性が低下する。
【0051】金属材料中のNの含有量は、0.03〜
0.6wt%程度とされ、好ましくは0.035〜0.1
4wt%程度、より好ましくは0.04〜0.05wt%程
度とされる。Nの含有量が0.03wt%未満では、C、
Oの含有量が少ない場合に、金属材料の強度が低下し、
また、0.6wt%を超えると、金属材料の延性が低下す
る。
【0052】また、金属材料中のC、OおよびNの合計
含有量は、0.14〜1wt%程度であるのが好ましく、
0.18〜0.8wt%程度であるのがより好ましく、
0.3〜0.4wt%程度であるのがさらに好ましい。こ
の合計含有量が0.14wt%未満では、金属材料の強度
が低下し、また、1wt%を超えると、金属材料の延性が
低下する。
【0053】また、金属材料中には、例えば、Fe、C
r、Pd、Co、Zr、Al、V、Mo等の他の元素が
不可避的にまたは積極的に、金属アレルギー等の弊害が
生じない範囲で含有していてもよい。これらの元素の添
加は、金属材料の強度の増大に寄与する。これらの元素
は、Tiとの合金または金属間化合物を形成する形で存
在しているのが好ましい。
【0054】図5は、歯科矯正用ブラケット1における
スロット4の内面41付近を拡大して示す断面図であ
る。同図に示すように、スロット4の内面41には、内
部9に比べ硬度がより高い表面層8が形成されている。
【0055】表面層8の硬度が高いことの原因は種々あ
るが、その代表例としては、表面層8の組成にある。す
なわち、表面層8におけるC、OおよびNの合計含有量
は、内部9のそれに比べて多い(表面層8におけるC、
OおよびNの合計含有量の平均値が内部9のそれに比べ
て好ましくは4〜60%程度、より好ましくは5〜20
%程度多い)。
【0056】このような硬質の表面層8を有することに
より、スロット4の内面41に対するワイヤー7の摺動
性が向上し(摺動抵抗が低くなり)、ワイヤー7に対す
る歯科矯正用ブラケット1の移動を容易に行えるので、
より適正かつ微妙な荷重調整を行うことが可能となる。
【0057】なお、表面層8とそれより内側の部分(内
部9)との境界は、必ずしも明確でなくてもよく、境界
付近において、硬度が連続的に変化していたり、C、
O、N等の含有元素に所定の濃度勾配が形成されている
ものであってもよい。
【0058】例えば、後者の場合、表面層8は、表面層
8中のC、OおよびNの合計含有量をawt%、表面層8
より内側の部分(内部9)におけるC、OおよびNの合
計含有量をbwt%としたとき、a/bが1.1以上であ
る部分の厚さが2〜100μm であるのが好ましく、5
〜50μm であるのがより好ましい。この厚さが2μm
未満では、表面層8としての前記機能、すなわちワイヤ
ー7の摺動性向上効果が十分に発揮されないかまたはそ
の効果の持続性が劣り、100μm を超えると、金属材
料の脆化により、使用中または、撤去時に破損を生じ易
くなることがある。
【0059】なお、この厚さは、後述する歯科矯正用ブ
ラケット1の製造工程において、焼成の際の焼成条件
(焼成温度、焼成時間、焼成雰囲気の真空度やガス組成
等)により適宜調整することができる。
【0060】表面層8の硬度は、特に限定されないが、
ビッカース硬度HVが200〜400程度であるのが好
ましく、300〜380程度であるのがより好ましい。
このような硬度であれば、前述した効果がより一層有効
に発揮される。
【0061】なお、このような表面層8は、少なくとも
スロット4の内面41に形成されていればよいが、その
他の部分に形成されていてもよく、歯科矯正用ブラケッ
ト1の全体を覆うように形成されていてもよい。
【0062】図6は、歯科矯正用ブラケット1における
係合部3の表面31付近を拡大して示す断面図である。
同図に示すように、係合部3の表面31付近は、微小な
空孔10が散在し、これにより、親水性(保水機能)が
付与される。そして、この親水性により、係合部3の表
面31の濡れ性が向上し、表面31が唾液等で濡れたと
きにそれを保持し、乾燥を防止する。よって、生体組
織、特に唇等の粘膜のような軟組織に対する潤滑性が確
保され、炎症の抑制等、歯科矯正用ブラケットの装着者
に苦痛を与えることが防止される。
【0063】また、空孔10の存在により、係合部3の
表面31の光沢が失われ、前述した審美性の向上にも寄
与する。
【0064】空孔10の平均径は、0.5〜50μm 程
度であるのが好ましく、5〜20μm 程度であるのがよ
り好ましい。平均径が0.5μm 未満であると、唾液の
侵入が不十分となり、潤滑性が低下するとともに、審美
性がやや劣る。
【0065】また、50μm を超えると、金属材料の強
度および延性が低下するとともに、開空孔の発生も多く
なり、使用時にこの開空孔内に食べかす等が滞留し、細
菌のの増殖の原因となる等の悪影響が生じる。
【0066】また、空孔10の径は、そのほとんど(特
に66%以上)が0.5〜100μm の範囲に分布して
いるのが好ましく、5〜50μm の範囲に分布している
のがより好ましい。この場合、分布曲線の関数は、特に
限定されず、例えば、ガウス分布(正規分布)、二項分
布等が挙げられる。これにより、表面31の濡れ性がよ
り一層向上するとともに、審美性が確保される。
【0067】また、空孔10の空孔率は、0.05〜
5.0 vol%程度であるのが好ましく、0.5〜2.0
vol%程度であるのがより好ましい。空孔率が0.05
vol%未満であると、表面31の濡れ性向上効果が少な
く、また、5.0 vol%を超えると、金属材料の強度
(特に引張強度)、延性(靱性)および弾性が低下す
る。
【0068】このような空孔率は、表面31から深さ方
向に一定であっても、表面31側から内部9に向かって
漸減するかまたはそのような部分を有するものであって
もよい。後者の場合、歯科矯正用ブラケット1の強度お
よび延性をより高く維持しつつ、表面31の濡れ性を向
上することができる。
【0069】なお、このような空孔10は、歯科矯正用
ブラケット1を後述する金属粉末射出成形法により製造
する場合には、容易に形成することができ、上記空孔1
0に関する諸条件は、結合材の種類、添加量や焼成条件
(焼成温度、焼成時間、焼成雰囲気の真空度やガス組成
等)等の製造条件の設定により適宜調整することができ
る。
【0070】本実施形態では、基部2の底面5付近、特
に凹凸6の表面付近にも、前記と同様の空孔10が形成
されている。これにより、凹凸6の作用に加え、歯科矯
正用ブラケット1を歯牙15に固定するための接着剤の
保持性がより一層向上し、歯牙15への接着性(接着強
度)が増大する。
【0071】なお、空孔10は、少なくとも係合部3の
表面31付近や基部2の底面5付近に形成されていれば
よいが、その他の部分に形成されていてもよく、歯科矯
正用ブラケット1の全体に形成されていてもよい。
【0072】さて、以上に述べたような歯科矯正用ブラ
ケット1の製造方法は、特に限定されないが、金属粉末
射出成形法(MIM:Metal Injection Molding )によ
り製造されたものであるのが好ましい。以下、この金属
粉末射出成形法について説明する。
【0073】[1] Ti(またはTi合金)よりなる
金属粉末と結合材(有機バインダー)とを用意し、これ
らを混練機により混練し、混練物(コンパウンド)を得
る。
【0074】金属粉末の平均粒径は、特に限定されない
が、通常、5〜60μm 程度が好ましく、10〜40μ
m 程度がより好ましい。
【0075】一方、結合材としては、例えば、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体
などのポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポ
リブチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリスチ
レン等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリアミ
ド、ポリエステル、ポリエーテル、または、これらの共
重合体等の各種熱可塑性樹脂や、各種ワックス、パラフ
ィン等のうちの1種または2種以上を混合して用いるこ
とができる。
【0076】このような結合材の添加量は、4〜15wt
%程度が好ましく、4〜8wt%程度がより好ましい。4
wt%未満では、成形時における流動性が乏しくなり、射
出成形が不能または困難となるか、あるいは成形物の組
成が不均一となり、15wt%を超えると、射出成形によ
り得られた成形体を焼成した際の収縮率が増大し、寸法
精度が低下し、また、空孔率やC量が上記範囲を超え易
くなる。
【0077】なお、混練に際しては、前記金属粉末およ
び結合材の他に、例えば、可塑剤、潤滑剤、酸化防止
剤、脱脂促進剤、界面活性剤等の各種添加物を必要に応
じ添加することができる。
【0078】混練条件の一例としては、混練温度が常温
〜150℃程度、混練時間が60〜180分程度とする
ことができる。
【0079】[2] 前記[1]の工程で得られた混練
物または該混練物より造粒されたペレット等を用いて、
射出成形機により射出成形し、歯科矯正用ブラケット1
の形状の成形体を製造する。なお、成形体の寸法は、後
の焼成による収縮を考慮した寸法とされる。
【0080】このとき、成形条件としては、例えば、材
料温度が好ましくは130〜170℃、より好ましくは
150〜160℃程度、射出圧力が、300〜600kg
f/cm2 程度、より好ましくは300〜400kgf/cm2
度、金型温度が好ましくは5〜50℃、より好ましくは
10〜20℃程度とされる。
【0081】[3] 前記[2]の工程で得られた成形
体に脱バインダー処理を施す。この脱バインダー処理と
しては、非酸化性雰囲気、例えば真空または減圧状態
(例えば1×10-1〜1×10-6 Torr )下で、熱処理
を行うことによりなされる。
【0082】この場合、熱処理条件としては、好ましく
は温度50〜650℃程度で8〜72時間程度、より好
ましくは温度60〜550℃程度で12〜18時間程度
とされる。
【0083】なお、この脱バインダー処理(脱脂処理)
は、バインダー中の特定成分を所定の溶媒(液体、気
体)を用いて溶出させることにより行ってもよい。
【0084】また、本工程[3]は、省略されてもよ
い。
【0085】[4] 次に、得られた成形体を焼成し
て、金属焼結体を製造する。焼成は、1回または2回以
上行うことができる。
【0086】焼成条件としては、好ましくは温度400
〜1400℃程度で10〜26時間程度、より好ましく
は温度500〜1350℃程度で15〜18時間程度と
される。この場合、焼成雰囲気は、非酸化性雰囲気、す
なわち真空または減圧状態(例えば1×10-2〜1×1
-6 Torr )下、アルゴンガス等の不活性ガス中、その
他還元性雰囲気中であればよい。
【0087】前記表面層8を形成する場合には、焼成の
途中で、焼成雰囲気中にC、OまたはNの内の少なくと
も1つの元素を含む気体、例えば、空気、O2 ガス、C
2ガス、COガス、N2 ガス、メタンガス、アセチレ
ンガス、プロパンガスの1種または2種以上を焼成雰囲
気中に注入する。このような気体の組成、注入量(焼成
雰囲気中のガス分圧)および注入後の焼成時間等の条件
により前述した表面層8の諸条件が決定される。
【0088】[5] 必要に応じ、得られた金属焼結体
の表面に、ショットブラスト、ホーニング等の研磨、エ
ッチング、湿式メッキ、蒸着、イオンプレーティング、
スパッタリング、CVD、溶射等の表面処理を施す。表
面層8を必要な部分(例えばスロット4の内面41)に
のみ形成する場合には、研磨処理、エッチング等により
不要部分の表面層8を除去する。
【0089】以上のような各工程を経て、金属焼結体よ
りなる歯科矯正用ブラケット1が得られる。
【0090】以上のような金属粉末射出成形法によれ
ば、従来の鋳造法による鋳造欠陥や湯流れの問題がな
く、また、形状が複雑で微細な歯科用器具であっても一
体成形することができ、容易かつ再現性よく製造するこ
とができる。特に、従来では、基部2の底面5に研削加
工を施したり、網状体を接着固定したりする必要があっ
たが、このようなことを行うことなく、微小な凹凸6や
スロット4を一体的に、同時に形成することができ、製
造が容易であるとともに、それらの寸法精度も高く、歩
留も良い。
【0091】また、結合材の種類、添加量、脱バインダ
ー処理の条件、焼成条件等の調整により、歯科矯正用ブ
ラケット1を構成する金属材料の組成(特に、表面層の
組成)や空孔径、空孔率等の空孔に関する条件を所望に
設定することができるという利点もある。
【0092】また、金属粉末射出成形法によれば、金属
材料の表面、特に、スロット4の内面41や基部2の底
面5等に、焼結肌として微小な凹凸(図10〜図12参
照)を形成することができ、これにより、前記ワイヤー
7の慴動性や歯牙への接着性がより向上する。
【0093】また、この微小な凹凸は、前述した表面の
濡れ性の向上にも寄与する。この微小な凹凸の条件は、
Ti粉末の選択や成形条件、焼結条件の設定によりコン
トロールすることができる。
【0094】なお、本実施形態では、歯科矯正用ブラケ
ット1は、金属粉末射出成形法により基部2および係合
部3を一体成形しているが、基部2および係合部3を別
個に製造し、これらを接合したものであってもよい。こ
の場合、基部2および係合部3は、それぞれ、金属粉末
射出成形法により製造されたものでも、その他の方法に
より製造されたものでもよい。
【0095】
【実施例】次に、本発明の歯科用器具の具体的実施例に
ついて説明する。
【0096】(実施例1)金属粉末射出成形法により、
以下のようにして、図1〜図3に示す形状の歯科矯正用
ブラケットを製造した。
【0097】まず、平均粒径20μm のTi粉末と、バ
インダーおよびその他の添加剤として、エチレングリシ
ジルメタクリレート−ビニルアセテート共重合体:2.
6wt%、ジブチルフタレート:1.6wt%、ワックス:
2.8wt%およびスチレン:3.0wt%とを混合し、該
混合物を混練機により、130℃で60分間空気中で混
練して混練物(コンパウンド)を得た。
【0098】次に、この混練物を用い、射出成形機によ
り射出成形して、図1〜図3に示す形状の歯科矯正用ブ
ラケット1の成形体を製造した。このときの成形条件
は、材料温度が150℃、射出圧力が、400kgf/cm
2 、金型温度が20℃であった。
【0099】次に、得られた成形体に脱バインダー処理
として、1×10-2Torrの減圧下で、60℃から450
℃まで、17時間昇温し、その後450℃で1時間保持
し、ひき続き常温まで冷却した。
【0100】次に、脱バインダー処理がなされた成形体
を真空(5×10-6Torr)中で、600℃から1300
℃まで15時間昇温し、1300℃、3時間焼成して、
Tiを主とする金属焼結体よりなる歯科矯正用ブラケッ
トを得た。
【0101】この歯科矯正用ブラケットにおける各部の
条件は、次の通りである。
【0102】基部2の寸法:5mm×5mm 凹凸6の形態:格子状の溝(縦・横各0.5mm間隔) 凹凸6の凹部の深さ:120μm 凹凸6による接着面積の増大率:62% スロット4の深さ:2.5mm スロット4の幅:1.3mm (実施例2)バインダーとして、ジブチルフタレートを
1.4wt%増加し、その分Ti粉末を減量した以外は実
施例1と同様の歯科矯正用ブラケットを製造した。
【0103】(実施例3)Ti粉末を含む混合物の混練
を窒素ガスリッチな雰囲気中(窒素ガス量:95%、残
部酸素)で行った以外は実施例1と同様の歯科矯正用ブ
ラケットを製造した。
【0104】(実施例4)脱バインダー処理として、1
×10-1Torrの減圧下で、最終温度550℃、60分間
加熱した以外は実施例1と同様の歯科矯正用ブラケット
を製造した。
【0105】(実施例5)脱バインダー処理がなされた
成形体の焼成工程における最終焼成温度およびその保持
時間をそれぞれ、1200℃、2.5時間に変更した以
外は実施例1と同様の歯科矯正用ブラケットを製造し
た。
【0106】(実施例6)脱バインダー処理がなされた
成形体の焼成工程における焼成雰囲気を真空(1×10
-4Torr)中とした以外は実施例1と同様の歯科矯正用ブ
ラケットを製造した。
【0107】(実施例7)Ti粉末に代え、平均粒径が
20μm のTi−6wt%Al−4wt%V合金粉末を用
い、焼成雰囲気を高純度アルゴンにし、真空度5×10
-2Torrとした以外は実施例1と同様の歯科矯正用ブラケ
ットを製造した。
【0108】(実施例8)射出成形における金型を変更
して、歯科矯正用ブラケットにおける基部の底面に、直
径600μm 、深さ150μm の多数のディンプルを散
点状に形成した以外は実施例1と同様の歯科矯正用ブラ
ケットを製造した。
【0109】なお、ディンプルの形成による接着面積の
増大率は、90%であった。
【0110】(実施例9)成形体の焼成を次のようにし
て行い、歯科矯正用ブラケットの全体に表面層を形成し
た以外は実施例1と同様の歯科矯正用ブラケットを製造
した。
【0111】焼成工程において、成形体を真空(2×1
-6Torr)中で、1300℃、2時間焼成した時点で、
焼成雰囲気中に窒素ガスを注入し、真空度3×10-4To
rrの焼成雰囲気として、さらに1300℃、1時間焼成
した。
【0112】(実施例10)成形体の焼成を次のように
して行い、歯科矯正用ブラケットの全体に表面層を形成
した以外は実施例1と同様の歯科矯正用ブラケットを製
造した。
【0113】焼成工程において、成形体を真空(2×1
-6Torr)中で、1300℃、1.5時間焼成した時点
で、焼成雰囲気中に窒素ガスおよびメタンガスを同量注
入し、真空度3×10-4Torrの焼成雰囲気として、さら
に1300℃、1.5時間焼成した。
【0114】(実施例11)成形体の焼成を次のように
して行い、歯科矯正用ブラケットの全体に表面層を形成
した以外は実施例1と同様の歯科矯正用ブラケットを製
造した。
【0115】焼成工程において、成形体を真空(5×1
-6Torr)中で、1300℃、2時間焼成した時点で、
焼成雰囲気中に酸化二窒素ガス(笑気ガス)およびアセ
チレンガスを同量注入し、真空度3×10-4Torrの焼成
雰囲気として、さらに1300℃、1時間焼成した。
【0116】(比較例1)脱バインダー処理を省略し、
成形体の焼成工程における焼成雰囲気を真空度5×10
-3Torrの窒素ガス中、焼成温度および焼成時間をそれぞ
れ、1100℃、2時間とした以外は実施例1と同様の
歯科矯正用ブラケットを製造した。
【0117】(比較例2)JIS1種純Tiの板材(完
全焼鈍材)を原料として、切削、研削、研磨加工等を施
して、実施例1とほぼ同形状の歯科矯正用ブラケットを
製造した。
【0118】この歯科矯正用ブラケットにおける基部の
底面には、直径600μm 、深さ150μm の多数のデ
ィンプルを散点状に形成した。
【0119】(比較例3)ステンレス鋼(SUS316
L)の完全焼鈍材を原料として、切削、研削、研磨加工
を施して、比較例1と同様の歯科矯正用ブラケットを製
造した。
【0120】<金属材料の組成>実施例1〜11および
比較例1〜3の歯科矯正用ブラケットについて、分析装
置として、LECO社製のEC−12型、RO−116
型、TN−114型を用い、金属材料の組成(C、O、
Nの含有量)を分析した。その結果を下記表1に示す。
【0121】なお、実施例4の分析データとして、電子
線マイクロアナライザー(島津製作所社製EPMA−8
705)によるC、O、Nのライン分析結果を図7、図
8および図9に示す。
【0122】また、実施例9、10および11につい
て、表面層中のC、O、Nの合計含有量をa、中央部の
C、O、Nの合計含有量をbとしたとき、a/b≧1.
1である部分の厚さ(表面層の実質厚)は、それぞれ、
28μm 、40μm および33μm であった。
【0123】
【表1】
【0124】<空孔に関する条件>実施例1〜11およ
び比較例1〜3の歯科矯正用ブラケットについて、係合
部の表面および係合部表面付近の切断面の電子顕微鏡写
真を撮影した。このうち、実施例4における係合部の表
面の電子顕微鏡写真(倍率500倍)および係合部表面
付近の切断面の電子顕微鏡写真(倍率1000倍)を、
それぞれ、図10および図11に示し、実施例9におけ
る係合部表面付近の切断面の電子顕微鏡写真(倍率40
0倍)を図12に示す。
【0125】また、各電子顕微鏡写真を参考にして、空
孔径とその分布、平均空孔径を求め、さらに密度比から
空孔率を求めた。その結果を下記表2に示す。
【0126】
【表2】
【0127】<実験>実施例1〜11および比較例1〜
3の歯科矯正用ブラケットに対し、下記1〜8の各項目
について評価した。その結果を下記表3、表4に示す。
【0128】1.機械的強度(抗折力) [測定方法]JIS Z 2203に準拠し、焼結後の抗折力試験
片にて抗折力を測定した。
【0129】2.接着強度 [測定方法]歯科矯正用ブラケットの基部底面に4−M
ETA、MMA系接着剤0.1gを塗布し、凝歯に接着
して硬化させた後、ブラケットおよび凝歯をそれぞれワ
イヤー固定し、引張試験機にて、接着強度を測定した。
【0130】3.硬度 [測定方法]JIS Z 2244に準拠し、スロットの内面のビ
ッカース硬度HVを測定した(荷重5g)。
【0131】4.ワイヤーの摺動抵抗 [測定方法]横断面が0.014inch×0.014inch
の正方形のステンレス鋼製ワイヤーを用意し、このワイ
ヤーを歯科矯正用ブラケットのスロット内に挿通し、次
いで、ワイヤーの一端を固定し、他端を牽引して十分な
張力を与え、ワイヤーのスロット内面に対する摺動抵抗
を測定した。各実施例、比較例について、測定された慴
動抵抗を比較し、相対的に評価した。
【0132】5.金属成分溶出量 [測定方法]歯科矯正用ブラケットを0.05%塩酸溶
液に3か月間浸漬した後、この液中の金属イオン濃度
を、プラズマ発光分析装置により分析し、定量した。
【0133】この溶出量が少ないものほど、生体適合性
に優れることを示す。
【0134】6.表面の濡れ性 [測定方法]同一形状の歯科矯正用ブラケット100個
を超音波(10万Hz)が印加されている水中に10分間
浸漬した後、温度60℃、湿度50%RHの環境下に放置
し、係合部の表面(タイウイングの表面)が乾燥するま
での時間を測定した。この時間が長いものほど、濡れ性
が優れることを示す。
【0135】7.審美性 [評価方法]表面の金属光沢の度合いを目視により判定
した。金属光沢が少ない(=審美性大)ものから順に、
◎、○、△、×の4段階で評価した。
【0136】8.撤去の容易性 [評価方法]歯科矯正用ブラケットの基部底面に4−M
ETA、MMA系接着剤0.1gを塗布し、抜去歯に接
着して硬化させた後、37℃の生理食塩水中で200日
間放置した。
【0137】次に、抜去歯を固定し、ブラケットを鉗子
で挟んで、ブラケットが破損しないように注意しながら
ねじりを加え、抜去歯から離脱させた。このときのねじ
り力の大小、ねじり力を加えた回数、操作性等を総合的
に判断し、撤去の容易性として◎、○、△、×の4段階
で評価した。
【0138】
【表3】
【0139】
【表4】
【0140】
【表5】
【0141】<実験結果の考察>表3に示すように、実
施例1〜11の歯科矯正用ブラケットは、いずれも、機
械的強度(抗折力)および接着強度が高く、また、表面
の硬度が高く、ワイヤーの摺動性、耐摩耗性、生体適合
性、表面の濡れ性、撤去の容易性が優れており、金属光
沢が少ないことから、審美性にも優れている。特に、高
硬度の表面層を有する実施例9〜11の歯科矯正用ブラ
ケットでは、ワイヤーの摺動性および耐摩耗性が特に優
れている。
【0142】これに対し、比較例1の歯科矯正用ブラケ
ットは、金属材料中のC、O、Nの濃度が高すぎるた
め、機械的強度が弱く、撤去がし難く、比較例2の歯科
矯正用ブラケットは、金属組織が緻密質であり、空孔を
ほとんど有さないため、接着強度が低く、表面の濡れ性
が劣っている。
【0143】また、比較例3の歯科矯正用ブラケット
も、空孔をほとんど有さないため、比較例2と同様、接
着強度が低く、表面の濡れ性が劣っているとともに、N
i、Crの溶出により生体適合性が劣り、金属光沢によ
る光の反射量が多く、審美性も低い。さらに、比較例1
〜3の歯科矯正用ブラケットは、ワイヤーの慴動性も悪
い。
【0144】以上、本発明の歯科用器具を図示の構成に
基づき説明したが、本発明は、これに限定されるもので
はない。例えば、歯科矯正用ブラケットの形状について
は、図示のものに限らず、係合部が、複数のタイウイン
グを有するものであってもよい。
【0145】また、本発明の歯科用器具は、上述した歯
科矯正用ブラケットに関するものに限らず、例えば、補
綴用のアタッチメント、人工歯根およびその部品、その
他各種歯科用または口腔外科用の治療器具等に適用する
こともできる。
【0146】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の歯科用器具
によれば、軽量でかつ十分な機械的強度、硬度を有し、
適度な延性、弾性を有し、また、接着性、ワイヤー等の
摺動性、耐摩耗性、表面の濡れ性に優れる部分を持つこ
とができ、生体適合性、審美性、撤去の容易性に優れる
歯科用器具が提供される。
【0147】特に、表面層を有する場合には、ワイヤー
等の摺動性、耐摩耗性をより向上する。また、表面付近
に空孔を有する場合には、接着性、表面の濡れ性、審美
性がより向上する。
【0148】また、金属粉末射出成形法により製造され
たものである場合には、複雑かつ微細な形状のもので
も、容易に、高い寸法精度で、再現性よく製造すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の歯科用器具を歯科矯正用ブラケットに
適用した場合の実施形態を示す平面図である。
【図2】本発明の歯科用器具を歯科矯正用ブラケットに
適用した場合の実施形態を示す底面図である。
【図3】図1中のIII −III 線断面図である。
【図4】本発明の歯科用器具の他の実施形態を示す平面
図である。
【図5】歯科矯正用ブラケットにおけるスロットの内面
付近を拡大して示す断面図である。
【図6】歯科矯正用ブラケットにおける係合部の表面付
近を拡大して示す断面図である。
【図7】歯科矯正用ブラケットにおける係合部の表面付
近を拡大して示す断面部分の、電子線マイクロアナライ
ザーによる「C」のライン分析結果を示すグラフであ
る。
【図8】歯科矯正用ブラケットにおける係合部の表面付
近を拡大して示す断面部分の、電子線マイクロアナライ
ザーによる「O」のライン分析結果を示すグラフであ
る。
【図9】歯科矯正用ブラケットにおける係合部の表面付
近を拡大して示す断面部分の、電子線マイクロアナライ
ザーによる「N」のライン分析結果を示すグラフであ
る。
【図10】金属組織を示す図面代用写真である。
【図11】金属組織を示す図面代用写真である。
【図12】金属組織を示す図面代用写真である。
【符号の説明】
1 歯科用器具 2 基部 3 係合部 31 表面 4 スロット 41 内面 5 底面 6 凹凸 7 ワイヤー 8 表面層 9 内部 10 空孔 15 歯牙
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成8年11月28日
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の歯科器具を歯科用矯正用ブラケットに
適用した場合の実施形態を示す平面図である。
【図2】本発明の歯科器具を歯科用矯正用ブラケットに
適用した場合の実施形態を示す底面図である。
【図3】図1中のIII−III線断面図である。
【図4】本発明の歯科用器具の他の実施形態を示す平面
図である。
【図5】歯科矯正用ブラケットにおけるスロットの内面
付近を拡大して示す断面図である。
【図6】歯科矯正用ブラケットにおける係合部の表面付
近を拡大して示す断面図である。
【図7】X線写真を示す図面代用写真である。
【図8】同上。
【図9】同上。
【図10】金属組織を示す図面代用写真である。
【図11】金属組織を示す図面代用写真である。
【図12】金属組織を示す図面代用写真である。
【符号の説明】 1 歯科用器具 2 基部 3 係合部 31 表面 4 スロット 41 内面 5 底面 6 凹凸 7 ワイヤー 8 表面層 9 内部 10 空孔 15 歯牙
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 充雄 長野県塩尻市大門泉町9−12

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Tiを基本成分とし、C:0.03〜
    0.5wt%、O:0.08〜0.8wt%、N:0.03
    〜0.6wt%を含む金属材料で構成されていることを特
    徴とする歯科用器具。
  2. 【請求項2】 前記金属材料中のC、OおよびNの合計
    含有量が、0.14〜1wt%である請求項1に記載の歯
    科用器具。
  3. 【請求項3】 内部に比べ硬度が高い表面層を有する請
    求項1または2に記載の歯科用器具。
  4. 【請求項4】 内部に比べC、OおよびNの合計含有量
    が多い表面層を有する請求項1ないし3のいずれかに記
    載の歯科用器具。
  5. 【請求項5】 前記表面層は、表面層中のC、Oおよび
    Nの合計含有量をawt%、表面層より内側の部分におけ
    るC、OおよびNの合計含有量をbwt%としたとき、a
    /bが1.1以上である部分の厚さが2〜100μm で
    ある請求項3または4に記載の歯科用器具。
  6. 【請求項6】 少なくとも表面付近が親水性を有する請
    求項1ないし5のいずれかに記載の歯科用器具。
  7. 【請求項7】 少なくとも表面付近に、平均径が0.5
    〜50μm の空孔が散在している請求項1ないし6のい
    ずれかに記載の歯科用器具。
  8. 【請求項8】 前記空孔の径は、そのほとんどが0.5
    〜100μm の範囲に分布している請求項7に記載の歯
    科用器具。
  9. 【請求項9】 前記空孔の空孔率が0.05〜5.0 v
    ol%である請求項7または8に記載の歯科用器具。
  10. 【請求項10】 前記空孔率が表面から内部に向かって
    漸減する部分を有する請求項9に記載の歯科用器具。
  11. 【請求項11】 前記歯科用器具は、板状の基部と、該
    基部の上面側に位置し、ワイヤーを挿通するスロットを
    有する係合部とを備える歯科矯正用ブラケットである請
    求項1に記載の歯科用器具。
  12. 【請求項12】 前記基部の底面に微小な凹凸が形成さ
    れている請求項11に記載の歯科用器具。
  13. 【請求項13】 少なくとも前記スロットの内面に、内
    部に比べ硬度が高い表面層を有する請求項11または1
    2に記載の歯科用器具。
  14. 【請求項14】 少なくとも前記スロットの内面に、内
    部に比べC、OおよびNの合計含有量が多い表面層を有
    する請求項11ないし13のいずれかに記載の歯科用器
    具。
  15. 【請求項15】 前記表面層は、表面層中のC、Oおよ
    びNの合計含有量をawt%、表面層より内側の部分にお
    けるC、OおよびNの合計含有量をbwt%としたとき、
    a/bが1.1以上である部分の厚さが2〜100μm
    である請求項13または14に記載の歯科用器具。
  16. 【請求項16】 少なくとも前記係合部の表面付近が親
    水性を有する請求項11ないし15のいずれかに記載の
    歯科用器具。
  17. 【請求項17】 少なくとも前記係合部の表面付近およ
    び/または前記基部の底面付近に、平均径が0.5〜5
    0μm の空孔が散在している請求項11ないし16のい
    ずれかに記載の歯科用器具。
  18. 【請求項18】 前記空孔の径は、そのほとんどが0.
    5〜100μm の範囲に分布している請求項17に記載
    の歯科用器具。
  19. 【請求項19】 前記空孔の空孔率が0.05〜5.0
    vol%である請求項17または18に記載の歯科用器
    具。
  20. 【請求項20】 前記空孔率が表面側から内部に向かっ
    て漸減する部分を有する請求項19に記載の歯科用器
    具。
  21. 【請求項21】 請求項11ないし20のいずれかに記
    載の複数の歯科用器具と、前記各歯科用器具のスロット
    に挿通されるワイヤーとを含むことを特徴とする歯科用
    器具。
  22. 【請求項22】 前記歯科用器具の少なくとも一部が金
    属粉末射出成形法により製造されたものである請求項1
    ないし21のいずれかに記載の歯科用器具。
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