JPS62295654A - 歯列矯正装置の力伝達要素のための材料及びその製造法 - Google Patents

Abstract

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め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 本発明は、歯科に使用される装置に係り、更に詳細には
主として歯列矯正に使用され、また外科的捕てつや口腔
外科に適用される新規にして改良された装置に係る。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点周知の如
く、歯列矯正装置は成る歯を移動し又は操作して周囲の
歯との関係に於ける不規則性や異常を矯正するために使
用される。かる矯正は荷重が作用し荷重が解除されるこ
とに伴ってそれぞれエネルギを吸収し解放する弾性的に
変形するワイヤを主たる源とする力を付与する力付与装
置を適用することによって達成される。歯列矯正処置に
従来より使用されている力付与ワイヤは、１８−８ステ
ンレス鋼、「エルジロイ（Ｅｌｇｆｌｏｙ）Ｊなる商品
名にて販売されている合金の如きクロム−コバルト−ニ
ッケル（ＣＣＮ）合金等の成る種の合金にて形成されて
おり、より最近になってチタニウムを含有する合金にて
形成され、それらの材料の曲げ及び捩り特性が活かされ
ている。初期の材料については、殆どの努力は最適の装
置構造を開発することに対してのみ向けられており、補
助的な注意のみが装置に使用される材料に対して払われ
ていた。

適正な力を適性に付与するためには、適宜な形状に設定
され臨床的に寸法設定された形態及び力付与ワイヤの断
面寸法の変化についての研究が必要であるだけでなく、
歯列矯正装置に含まれる生的メカニズムをよく理解する
ことが必要である。

望ましい歯の移動は、比較的小さくしかも連続的な矯正
力を伝達することの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。主要で基本的な主
機械的特性は、組織が殆ど損傷されることなく歯が迅速
に且殆ど痛みを感じることなく移動するよう力の大きさ
が中程度乃至小さい値であること、組織の最大の応答性
を得るべく歯列矯正装置が活動性を喪失しても力のレベ
ルが一定であること、力付与点又はこれと等価な領域の
位置が正確であること、力が作用する距離全体に亙り与
えられる力が均一であることを含んでいる。また永久変
形を生じることなく大きい撓みに耐える能力を歯列矯正
装置に与えることが好ましい。勿論歯に作用する力が急
激に減少すると、歯は緩慢にしか移動せず、所望の結果
を正確に達成することが困難になる。

歯に与えられる力の大きさは一部には歯列矯正装置に使
用されるワイヤの断面により決定され、ワイヤの断面が
小さくなればなる程発生される力は所望の小さい値にな
る。しかし断面の小さいワイヤは主として大きな撓みを
達成するために使用される。断面の大きいワイヤはバン
ド装着型又は直接接着型のブラケットの溝に良好にフィ
ツトし、良好なフィツトは制御された歯の移動を達成す
る上で必要である。ワイヤ及びブラケットが互いに適正
に適合していない場合には、これらの部材間の遊びによ
り制御が失われてしまう。溝やルーメンの大きさを低減
することは好ましくない。何故ならば、第一に公差を制
御することが困難になり、第二に製造に起因する合金ワ
イヤの断面の変動は発生する力の大きさに大きな影響力
を有しているからである。このことに拘らず、ワイヤの
断面を低減し、これに伴って荷重−撓み率を低減しその
範囲を増大させることが１８−８ステンレス鋼製ワイヤ
を用いて力を一定に維持するために従来より採用されて
いる。この点に関し、断面を低減し過ぎると発生する力
が最適の力になる前に永久変形を生じてしまうので、注
意が払われなければならない。

歯列矯正に於ける従来の主要な強調は歯列矯正装置の改
良された構造に対するものであり、従来より使用されて
いる１８−８ステンレス鋼製ワイヤやＣＣＮ合金製ワイ
ヤに替わる代替材料に対しては殆ど注意が払われていな
いが、代替材料としてのチタニウム合金材料を使用する
ことによって上述の好ましい主機械的特性を与える努力
が現在行われている。かかる努力の一つの例が米国特許
第３，３５１，４６３号に記載されたニチノール（Ｎｉ
ｔ＋ｎｏｌ）合金を使用することの提案に見られる。

これらの材料は、好ましくは原子を基準に見てニッケル
がコバルトに置換されたニッケルとチタニウムとの実質
的に化学量論的な金属間化合物である。この合金はその
臨界的変態温度以下にて予備成形され、該温度以上に加
熱されると、機械的記憶を呈して材料をその元の形状に
復帰させるものである。かかる材料を歯列矯正に適用す
ることが米国特許第４，０３７，３２４号に記載されて
おり、この米国特許に於てはワイヤの長手方向の収縮特
性が使用されている。この金属間化合物は非常に延性に
優れているものと報告されているが、実際にはこの材料
は主要な歯列矯正装置の形態に冷間曲げすることに耐え
ず、閉ループ等に使用することができないものであるこ
とが解った。勿論このことにより、構造上大きく湾曲さ
せることを要する歯列矯正装置の形成にニチノール合金
を使用することが大きく制限される。更にこの合金は溶
接したりろう付けしたりすることができないものであり
、これによりこの合金を使用することが大きく阻害され
る。事実このニチノール合金製のワイヤを接合する唯一
の方法は機械的方法である。

更にこの合金の如き金属ワイヤは審美性の点で劣ってお
り、この材料より特殊な形状及び断面の製品を製造する
ことが困難である。

米国特許第４，１９７，６４３号に記載されている如き
βチタニウム合金を使用する本願発明者等による従来の
開発により、ステンレス鋼やニチノール合金を使用する
場合に於ける種々の問題の多くが解決され、またそれと
同時に最適の歯列矯正力を伝達することが容易化された
。この材料は容易に接合することができるものであり、
低い剛性、即ち弾性係数を宵し、しかも組織の応答住良
（且組織の損傷を殆ど伴うことなく連続的に比較的痛み
の少ない歯の移動を達成すべく、長期間に亙り好ましい
小さい大きさの力を発生し、力を一定に維持することが
できるものである。しかしこの材料は成る特定の状況に
合せて特殊な形状に形成するための成形性に乏しく、ま
た審美的に見て劣るものである。

現在歯列矯正医は歯列矯正装置の構造及び使用される材
料の選定を行うことによって力付与装置を制御し始めて
いるが、得られる材料の特性によりそれらを使用するこ
とが制限されている。この点に関し全ての歯列矯正装置
にとって重要であり、またワイヤ及びブラケットやチュ
ーブ等のアタッチメントの両方に関係する幾つかの局面
や臨床的パラメータがある。ワイヤについては、かかる
パラメータにはスプリングバック、剛性、成形性、接合
性、審美性、形状及び寸法が含まれる。またアタッチメ
ントの特性に関し考慮すべき点としては、ジオメトリ−
１歯に対する接合性、ワイヤの取付性、審美性、製造の
容易性等がある。

弾性変形やスプリングバックのパラメータは、歯列矯正
装置が維持することができ、しかも全体とし弾性的であ
る、即ちその元の形状及び位置に回復することができる
撓みや活動性の指標である。

この特徴は、それにより歯列矯正医による再調整が必要
になる以前に於ける歯列矯正装置が効果的に作用する距
離を決定するので重要である。比較的大きい撓みを維持
し得る歯列矯正装置は、激しく転移した歯に容易に係合
することができる。歯列矯正装置の弾性撓み、即ちスプ
リングバックは基本的には撓み係数に対する撓み強さの
比、又は同様に弾性係数に対する引張り降伏強さの比に
比例している。

歯列矯正装置の剛性は重要である。何故ならば、歯列矯
正装置の剛性は歯に与えられる力を決定付ける主要な因
子であるからである。剛性が高くなればなる程活動性の
各単位に対する力が高くなる。

歯列矯正装置の剛性は材料の撓み係数に比例しており、
等方的な材料に於てはその引張り弾性係数に比例してい
る。従って弾性係数の小さい材料は低剛性を有している
。

多くの臨床状況に於ては、ワイヤや歯列矯正装置は成る
特定の場合に好ましい所定の形状に成形されるに十分な
成形性を有していなければならない。更にワイヤや歯列
矯正装置はそれらの強度や弾性特性を維持しつつ接合さ
れ得るものでなければならず、また断面形状及び寸法が
所望の値でなければならない。

勿論特に口唇側の歯列矯正装置については審美性も一つ
の重要な考慮すべき点である。全ての金属製ワイヤやブ
ラケットは灰色又は銀色をなしており、歯の白色の背景
を背にすると非常に目立ってしまうものである。従って
奇麗な歯の色をなす歯列矯正装置を使用することは多く
の患者にとって審美的に見てかなり喜ばしいことである
。

ブラケット、チューブ、束縛ワイヤ、及びワイヤより歯
へ直接力を伝達するこれらに関連するアタッチメント要
素も、如何なる歯列矯正装置に於ても考慮されなければ
ならない種々の特性を有している。例えばアタッチメン
トの構造、ジオメトリ−１及び全体としての寸法は、取
扱いの容易性及び歯列矯正用力付与装置の種々の能動的
な特徴に寄与する能力の両方にとって重要である。アタ
ッチメントは歯全体を囲繞するバンドを使用することな
く歯の表面に直接接合されることが多い。

歯に直接接合されるアタッチメントは、満足し得る接合
状態を得るためには、歯に接触する表面に成る機能的な
形状を有していることが必要とされる。更にアタッチメ
ントは容易に製造し得るものでなければならない。

しかしながら、ニッケルーチタニウム合金の如き高い弾
性撓みををする合金は容易に成形することができないも
のであり、また機械的手段によってのみ接合することが
できるものである。他方弾性撓みが最も低いステンレス
鋼は非常に成形性に優れており、またろう付けはオペレ
ータが傷付き易い手続ではあるがろう付けによって接合
され得るものである。

また核磁気共鳴診断試験は益々一般的になってきており
、この診断試験は成る診断手続に於ては将来ＣＡＴスキ
ャンに置き代わるという予測がある。従来使用されてい
る型式の金属製の歯列矯正装置はこの診断手続に関し一
つの問題となっている。何故ならば、金属は所要の放射
線半透過性を有しておらず、得られる像に干渉するから
である。

より一層審美性に優れた歯列矯正装置を得るべく、ポリ
カーボネート及びセラミック材料よりブラケットを製造
する試みが従来より行われている。

しかしポリカーボネート製のブラケットは歯列矯正装置
に於てしばしば生じる高い応力に耐えることができず、
一般に従来のステンレス鋼製の弓形ワイヤにより得られ
るトルクレベルよりも遥かに低いトルクレベルに於て破
損する。またセラミックは高価であり、複雑な形状や寸
法にては得られないものであり、更には脆弱である。

発明の概要 従って本発明の目的は、容易に且正確に成る与えられた
力を付与することを容易にし、しかも歯列矯正装置の剛
性及び強度特性の両方を最適化し、これにより生的両立
性、成形性、環境安定性、審美性、及び接合の容易性の
必要な基準を満たしつつ歯列矯正装置の有効な機能期間
を増大させる新規にして改良された歯列矯正装置を提供
することである。

本発明の他の一つの目的は、寸法を変えることなくワイ
ヤの剛性を変化させる能力及び簡便な製造法を用いてユ
ニークなワイヤ／ブラケット係合構造体を製造すること
を可能にする能力と共に、改善されたスプリングバック
特性を有する上述の如き型式の歯列矯正装置を提供する
ことである。

本発明の更に他の一つの目的は、従来の合金よりも低い
弾性係数、高い弾性撓み、及び所定の弾性係数に対する
降伏強さの比を呈することができ、しかも断面積の異な
る複数個のワイヤを定期的に設置する必要性を低減する
ことのできる新規にして改良された力付与材料を使用す
る上述の如き型式の歯列矯正装置を提供することである
。この目的には、ワイヤ及びアタッチメントに於てより
両立性の高い断面、形状、寸法を可能にし、しかもワイ
ヤの公差を小さくする必要性を低減する材料を使用する
ことが含まれている。また上述の目的には、力の大きさ
及び力に対するモーメントの比がただ単に断面を修正す
るという従来の方法ではなく弾性係数を選定することに
よって制御され、これにより歯列矯正装置の断面積を一
定にすることを臨床的に実施し易くする一連のワイヤを
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、より広い範囲の所望の
特性を有する材料を使用し、力に対するモーメントの最
適の比、早期に且正確にブラケットが係合することによ
る改善された制御、取扱いの容易性、歯が移動される際
に於ける歯の回転中心が正確であること、単純な取付け
や設置を可能にすべく、単純な形態より非常に複雑な形
態までの広範囲に亙る歯列矯正装置に成形され得る材料
を使用する上述の如き型式の新規にして改良された歯列
矯正装置を提供することである。この目的には、独立の
構成要素の品質を活かすことができ、また大きく向上さ
れた審美性を可能にする度合材料を使用することが含ま
れている。

本発明の更に他の一つの目的は、非常に優れた成形性、
接合性、及び外観を有し製造工程を単純化する繊維強化
複合材料を使用する上述の如き型式の新規にして改良さ
れた歯列矯正装置を提供することである。上述の如き複
合材料は単純なワイヤに対してのみならず、弓状体、種
々のセグメント、フック、タイバツク、束縛ワイヤ及び
ばね、ピン、ブラケット、チューブ、活性のある舌側の
装置や他の機構を含む口腔内に固定される装置の多くの
構成要素に対し使用されてよい。またこれらの複合材料
は頭飾りの如き取外し可能な口腔外の装置にも使用され
てよい。

本発明の更に他の一つの目的は、繊維強化複合材料を使
用し、荷重−撓み率が低いことに起因して時間が経過し
ても成る与えられた撓みを生じる一定の力レベルにて小
さい力を供給することができ、ワイヤの断面寸法を変え
ることなく連続的な範囲内にてワイヤの剛性を変化させ
ることができ、比較的激しく位置のずれた歯にも係合す
ることでき、歯列矯正装置の機能期間を増大させること
ができ、成る与えられた力を与えることの容易性及び正
確さを増大させることのできる能力を有する上述の如き
型式の歯列矯正装置を提供することである。この目的に
は、それぞれを最適化しユニークでより一層適宜な形状
を使用することを容易にすべく、材料の特性と調整され
得る歯列矯正装置構造を提供することが含まれている。

これらの目的及びこれらに関連する目的は、本発明によ
れば、繊維強化複合材料にて形成され０゜３　ｘ　１０
５ｐｓｉ　（２１ｘ　１０３ｋｇ／ａ？）と３０×１０
６ｐｓｌ　（２１００Ｘ　１０３ｋｇ／ａｍ’）との間
の撓み弾性係数を有し、少なくとも約４０　Ｘ　１０−
３までの弾性係数に対する降伏強さの比を有する力伝達
要素を有する歯列矯正装置を提供することによって達成
される。複合材料は実質的に重合体マトリックスと該マ
トリックス内に充填された繊維成分とよりなり、繊維成
分は複合材料の５ｗｔ％以上をなしている。本発明の歯
列矯正装置は従来より使用され、ている合金により得ら
れる弾性係数の範囲を越える弾性係数を何し、また好ま
しい強度特性及び改善された審美性を有する材料を使用
する点に於て特に有効なものである。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例 力付与装置の制御及び予測は歯列矯正処置に従来より重
点が置かれているが、このことは従来よりワイヤワイヤ
の大きさや装置の構造を変化させることによって達成さ
れている。片持張りの曲げ剛性は、それが歯列矯正に使
用されようが他の用途に使用されようが、弾性係数と慣
性モーメントとの積に等しい。一般に使用されているス
テンレス鋼やＣＣＮ合金の弾性係数は互いにほぼ同一で
あるので、これらの弾性係数は通常一定として取り扱わ
れ、装置の剛性及び撓み範囲はワイヤの大きさ、スパン
長さ、及びデザインにより制御されていた。前述の如く
、過去数年間に於てβチタニウム、ニッケルーチタニウ
ム合金、複ストランドのワイヤ又は編組されたワイヤが
歯列矯正の技術分野に導入された。これらの代替合金は
当技術分野に於て一般的に受入れられており、その人気
は上昇している。βチタニウム等の新規な合金によれば
、それらの弾性係数及び弾性係数に対する降伏強さの比
が一般に使用されている初期の合金より大きく異なって
いるので、改善され若しくは単純化された構造が可能に
なる。

本発明によれば、種々の弾性係数を有する繊維強化複合
材料にて形成されたワイヤを使用することにより、処置
中に力付与装置を制御することができ、これにより断面
寸法を一定に維持し得ることが解った。この方法によれ
ば、ブラケットが早期に且正確に係合し、取り扱いが容
易になり、また取付けや設置が単純になることによって
制御が改善される。かかる力付与装置によれば、一体重
な使用に設計され一定断面積の歯列矯正装置を臨床的に
融通性のあるものにするワイヤやアタッチメントを長期
間に亙り使用することができる。

第１図は、市販の歯列矯正用材料について剛性、即ち弾
性係数を横軸に取ってスプリングバック、即ち最大弾性
曲げ撓みを示している。この第１図より解る如く、ステ
ンレス鋼及びＣＣＮ合金材料は約２７ｘ１０５　ｐｓｉ
（１９００Ｘ１０’　ｋｇ／Ｃ，Ｊの高い弾性係数の値
及び最も低いスプリングバックを示している。最も低い
弾性係数は遍ＸＨされた、即ち複ストランドのワイヤに
見られ、その値は１〜２Ｘ１０６１）Ｓｌ（７０〜１４
０Ｘ１０３ｋｇ／ａａ’）であるのに対し、βチタニウ
ム及びニッケルーチタニウム合金の弾性係数はそれぞれ
約１０ＸＩＯ６ｐｓｉ（７００Ｘ１０３ｋｇ／ａｒ’）
　、６Ｘ１０６　ｐｓｉ　（４２０Ｘ　１０’　ｋｇ／
ａｗ’）である。弾性係数が１２〜２４Ｘ１０’　　ｐ
ｓｉ（８４０〜１６９０ｘｌＯ’ｋｇ／ａ？）である領
域には大きなギャップが存在し、この領域が埋められれ
ば、ワイヤを選定するに際しより高い融通性が得られ、
また歯列矯正装置の剛性や可撓性をより一層一様に増大
させることができる。また望ましい低い剛性ををする材
料は十分な強度を有していないことが多いのに対し、剛
性が増大されると必然的に弾性撓み、即ちスプリングバ
ックが減少することも知られている。

第２図は第１図と同一の縦軸及び横軸を用いて、本発明
の繊維強化複合材料について得られた特性を示している
。第２図に示されている如く、使用される複合材料をそ
れが所望の特性を有するよう調節することにより、それ
らの撓み係数及び強度を連続的に且広範囲に亙り変化さ
せることができる。またこれらの材料は約０．５Ｘ１０
６　ｐｓｉ（３５Ｘ１０’　ｋｇ／ａ？）　〜２５Ｘ１
０６　ｐｓｉ　（１７６０ｘ　１０’　ｋｇ／ａ！２）
の範囲の撓み係数の値を呈し、また約４×１０〜約３０
Ｘ１０　　の弾性撓み比を呈する。

本発明に於て使用される複合材料は二つの主要な構成要
素、即ち重合体マトリックス及び該マトリックス中に充
填された繊維よりなっている。繊維は長く連続的なフィ
ラメントの形態をなしていてよく、また一様又は無作為
な長さの短繊維の形態をなしていてもよい。複合材料が
細長いワイヤの形態をなす場合には、繊維はワイヤの長
手方向に沿って少なくとも部分的に整合され配向される
。

しかし最終の用途に応じて、繊維は最大の捩り強さの如
き特殊な特性を付与すべく、ワイヤの長手方向に垂直な
角度にまで他の方向に配向されてもよい。他の歯列矯正
用のアタッチメントに使用される場合には、短繊維はマ
トリックス全体に亙り無作為に配向されていてよい。普
通ではない異方性を有する装置を製造するために複合材
料が使用されてよいことが本発明の一つの特徴である。

異方性は複合材料中に於ける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技術を用いて調整されてよ
い。かかる特徴は歯列矯正用の力付与装置が三次元的な
ものであり、力付与装置の三つの全ての方向の制御が重
要であるので特に重要である。ワイヤは頬−舌の方向又
は咬合部−菌内方向に剛性が高く捩り方向に低剛性であ
るよう形成され、或いはワイヤは種々の捩り効果が得ら
れるよう特殊に設計される。例えば退縮中に切歯に対し
歯列弓幅及び歯の整合に関する完全な制御を行い得るよ
う、種々の剛性が採用される。この効果は特性が等方向
である金属ワイヤによっては得れない。

種々の繊維が使用されてよいが、最も一般的に使用され
ている繊維はガラス繊維、炭素繊維若しくは黒鉛繊維、
及び［ケブラー（Ｋｅｖｅｌａｒ　）　Ｊ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。

特定のマトリックスと両立し得るポリエステル、ポリア
ミド、及び他の天然又は合成材料の如き他の材料も特定
の性質を付与すべく使用されてよい。

前述の如く、繊維は短繊維又は連続的なガラスフィラメ
ントや黒鉛フィラメントの如き連続繊維の何れの形態を
なしていてもよい。典型的には短繊維の繊維径や繊維長
は種々の値であり、成る範囲の繊維径及び繊維長を採用
することが好ましく、一般に成る用途にとっては繊維長
が小さければ小さいほどよい。「繊維長が小さい」とは
約１／８ｉｎｃｈ　（３、２ｍｍ）又はそれ以下の繊維
長を有する繊維を意味するが、チョッピングされた繊維
や不連続繊維が使用される場合には、１１ｎｃｈ　（２
５［Ｉｌｍ）までの繊維長を有する繊維を用いる場合に
も良好な結果が得られる。この場合にも繊維長は種々の
値であってよく、これらの繊維は短繊維と区別すべく連
続的な長さの材料と呼ばれる。繊維径は合成材料につい
ては約１．５〜１５デニールの範囲である。ガラス繊維
や炭素繊維の如き無機材材は一般に細かい繊維であり、
ガラス繊維の繊維径は数μ又はサブミクロンである。ガ
ラス繊維の典型的な繊維径の範囲は約０．３〜９μであ
る。用途によっては、特に所要の強度特性が製造される
特定の構造体により決定される場合には、織られた繊維
材料や織られていない繊維材料を使用することも可能で
ある。

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。かる配向は非常に望
ましく、第３図の顕微鏡写真を模した図に最もよく示さ
れている。第３図に於て、良好に分散されたガラス短繊
維及びそれらの整合状態を容易に見ることができる。こ
の標本に於ては、ガラス繊維は約４：３ｗｔ％の繊維充
填率にてナイロンマトリックス中に分散された。同様の
配向特性が例えば１０〜２５ｖｔ％の繊維充填率の如き
低い繊維濃度に於て得られる。かかる配向によれば製品
を形成するために使用される製造方法より散文となり、
装置に特殊に組込まれる。これらの製造方法は、製品に
一般的ではない断面積の部分を形成することを容易にす
るだけでなく、力付与ワイヤの長さに沿って断面積が変
化することを容易にする射出成形の如き成形工程を含ん
でいる。

短繊維は種々の製造方法を採用し易くするだけでなく、
最終製品の塑性変形や延性を含む高度に調整された特性
を付与する。最終製品がブラケットの如きアットチメン
トを含む場合には、マトリックス中に於ける繊維の配向
に対する制御は必要な矯正力を付与するに望ましい角度
にワイヤを有効に保持する点に関し重要である。

連続繊維が使用される場合には、連続繊維は一般に互い
に他に対し平行に配列された状態に配置され、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
。連続繊維を強化材とする複合材料によれば、金属製の
ワイヤを用いて得られる範囲を越える弾性係数を有する
ワイヤを製造することができる。例えば０．５Ｘ１０５
　ｐｓｉ（３５Ｘ　１０３ｋｇ／ｃ２）程度の低い弾性
係数を有する低剛性の短繊維材料とは対照的に、連続繊
維材料は１．５〜３０Ｘ１０’　　ｐｓｉ（１１０〜２
１００　ｘ　１０３ｋｇ／ａｎ’）の範囲の弾性係数を
有するよう製造され得る。第１図より解る如く、金属は
この範囲の重要な部分に属する弾性係数を与えることが
できない。

剛性の値の範囲が大きいことに加えて、連続繊維材料は
より高いスプリングバック、即ち弾性復元率を有してい
る。このことにより繊維強化複合材料はその力伝達能力
により高い精度を能動的に付与することができる。かく
して複合材料を適宜に調整することは、特に金属を使用
することができない領域に於て非常に有効であることが
解る。

強化繊維のためのマトリックスとして使用される重合体
材料は熱可塑性材料又は熱硬化性材料の何れであっても
よく、種々の重合体材料を含んでいる。例えば重合体材
料はナイロン６−６の如きポリアミド、ポリエステル、
ポリエチレン・テレフタレート・グリコール、ポリカー
ボネート、ポリプロピレンやポリエレンの如きポリオレ
フィン、ポリアクリレート、ポリウレタン、ＡＢＳ、ポ
リスルホン、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファ
イド、又はビニルエステルやエポキシ型材料を含む他の
重合体組成物を含んでいてよい。

これらの材料の特性も種々のふ加物を使用することによ
って変化され向上されてよい。例えば重合体材料の潤滑
性はテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）やこれと同様の充填材の
如きフルオロ化合物を使用することによって向上されて
よい。

上述の如く、繊維強化複合材料の最終的な性質は、その
組成物に使用される個々の材料に応じて変化するのみな
らず、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繊維径に応じて変化する。かくして
各組成物中にける繊維の体積率が、腹合材料の全組成物
の約５％程度の低い値より約７５〜８０％までの広い範
囲内に於て変化されてよい。また腹合材料の剛性、即ち
撓み係数は腹合材料の降伏強さと同様繊維の】の増大と
共に増大する。しかし歯列矯正の目的で従来より使用さ
れている合金がほぼ等方性を有しているのとは対照的に
、複合材料が異方性を有するよう故意に設計されてよい
ことが本発明の一つの重要な特徴である。このことは鐵
惟強化複合材料の異種性により、また組成物内に使用さ
れる繊維の配向や体積率により可能とされる。かくして
本発明によれば、装置が撓みに関しては非常に剛固であ
るが捩りに関しては非常に可撓性が高いよう形成され得
るよう、捩り及び撓みに関し大きく異なる性質を付与す
ることができる。かかる特徴は、歯列矯正用の力付与装
置が三次元的なものであり、力付与装置を三つの全ての
方向に制御することが臨界的ではないにしても非常に重
要であるので特に重要である。

以下の例は本発明の宵効性を十分に理解するためのもの
である。これらの例は説明のためのものであり、本発明
の実施を制限するためのものではない。特に断わらない
限り、全ての部は重量部である。

例１ ナイロン６−６及び繊維径が約８〜１２μの範囲であり
平均繊維長が０．　００８〜１／８１ｒ＋ｃｈ（０，２
０〜３．　２ａ＋＋ｎ）の範囲内にある３０ｖｔ％のチ
ョッピングされたガラス繊維より繊維強化複合材料が形
成された。複合材料は寸法が０．０１９ＸＯ，０２５ｉ
ｎｃｈ（０，４８ＸＯ，６４ｍａ＋）である実質的に長
方形の断面を存する歯列矯正用ワイヤに形成された。こ
のワイヤは加熱された鋳型内にて形成され、ワイヤの寸
法は歯列矯正用のワイヤに従来より使用されている寸法
に匹敵し、これと同時に容易に射出成形し得る寸法に設
定された。得られたワイヤは１．３Ｘ１０６　ｐｓＩ（
９０Ｘ　１０３ｋｇ／ｃｍ２）の撓み弾性係数を有し、
３８゜０ＸＩＯ３ｐｓｉ（２６７０Ｘ１０’　ｋｇ／ａ
ｍ’）の撓み強さを有し、２９．２ｘｌＯの弾性変形比
を有していた。

また得られたワイヤは複ストランドのステンレス鋼製ワ
イヤにて現在得られるスプリングバック特性よりも約１
．５倍高いスプリングバック特性を有していた。この材
料の剛性、即ち弾性係数は生物学的に望ましい小さい力
を発生し、またこれと同時にこの材料は改善された審美
性を有していた。何故ならば、この材料の組成は自然の
歯の色彩を与えるよう修正され得るからである。またこ
の材料の成形性は非常に優れており、ワイヤの長方形構
造によりトルクの発生及び三次元的制御が可能になった
。この材料の弾性係数が小さく弾性変形比が高いことに
より、南を大きく移動させることが容易になるので、こ
の材料は歯列矯正の初期の整合機能に適している。

例２ 上述の例１に於て使用されたものと同一の重合体及び繊
維材料を用いて、組成物中の繊維の充填率が６０ｗｔ％
に設定された点を除き例１の場合と同様の歯列矯正用ワ
イヤが製造された。得られたワイヤは２．８Ｘ１０５　
ｐｓｉ（２ＯＸＩＯコｋｇ／瓢２）の撓み弾性係数を有
し、５０Ｘ１０’　　ｐｓｉ（３５００ｋｇ／ユ２）の
撓み強さを有し、弾性変形比は１７．８Ｘ１０’であっ
た。かかる構成により、歯を比較的大きく移動させるこ
とが必要とされる初期又は二次整合用の低剛性ワイヤが
得られる。これと同時に生物学的に好ましい低剛性が得
られる。

例３ ナイロンの代りにポリエステル樹脂が使用された点を除
き、例１の手続が繰返された。特定の重合体材料はｒＷ
Ｆ−１００６Ｊなる商品名にてエル・エヌ・ピー・コー
ポレイション（ＬＮＰ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｆｏｎ　）よ
り販売されているポリブチレン・テレフタレートであっ
た。得られたワイヤは１．２×１０６ｐｓｉ　（８４Ｘ
　１０３ｋｇ／ｃｍ２）の撓み弾性係数を有し、２８ｘ
ｌＯ’　　ｐｓｉ（２０００ｋｇ／ａｎ２）の撓み強さ
を有し、２３．３　Ｘ　１０’の撓み変形比を有してい
た。

例４ アミンにて硬化されたエポキシ樹脂及び繊維径−３。

が３．１５Ｘ１０　　＋ｎｃｈ（８，０ＯＸＩＯｍｍ）
である６２ｖｏ１％の連続黒鉛ストランドより繊維強化
複合材料が形成された。この材料は「マグナマイト（Ｍ
ａｇｎａｍｉｔｅ　）　Ｊなる商品名ニテハーキュリー
ズφケミカルやカンバー−−（ｌｌｅｒｃｕｌｅｓ　Ｃ
ｈｅＩｌｌｊｃａｔ　Ｃｏａ＋ｐａｎｙ　）より市販さ
れている。この材料は連続的な歯列矯正用のストランド
又はワイヤに引抜き加工されると、１８．５ｘ１０６　
ｐｓｉ（５９８　Ｘ　１０３　ｋｇ／ａＩ）の弾性係数
を有し、１４．１ＸＩＯの弾性変形比を有していた。

この材料の特性は従来のステンレス鋼ワイヤとβチタニ
ウム材料との間に位置し、これにより歯列矯正用ワイヤ
に於て一般には得られない剛性を有し、しかもこれら二
つの従来の歯列矯正用材料の中間のスプリングバック特
性を有している。この材料は中程度のスプリングバック
特性を必要とする吉例及び顔面側の歯列矯正組立体のた
めのワイヤや予備成形されたばね又は比較的高い剛性が
保持ワイヤに必要とされる場合に特に適している。

更にこの材料は吉例の弓状体や、審美性が考慮すべき一
つの因子とはならない口唇側の用途に使用されてよい。

何故ならば、高体積率の黒鉛フィラメントにより製造さ
れる歯列矯正用ワイヤに灰色の色彩が付与されるからで
ある。

例５ ポリカーボネートマトリックス中に４０ｖｔ％のガラス
繊維を分散させることにより繊維強化複合材料が形成さ
れた。ガラス繊維は例１に於けるガラス繊維と同一の寸
法のものであった。この材料は歯の色彩を呈するよう修
正され、また射出成形によって所要の形状に成形される
歯列矯正用ブラケットに形成された。この材料は１．５
Ｘ１０６ｐｓｉ　（１１０Ｘ　１０３ｋｇ／ＣＩＩ）の
撓み弾性係数を有し、３０　Ｘ　１０３ｐｓｉ　（２１
００ｋｇ／ａｍ’）の撓み強さを有し、Ｒ１１８、Ｍ９
７のロックウェル硬さを有していた。

例６ ポリカーボネイトの代りにナイロン６−６を使用し、ガ
ラス繊維の量を５０ｖｔ％に増大して例５のプロセスが
繰返された。得られた歯列矯正用ブラケットは２．２Ｘ
１０６　ｐｓｉ（１５０Ｘ１０３ｋｇ／　ａＩ＋２）の
撓み弾性係数ををし、４６．５Ｘ１０’　　ｐｓｉ　（
３２７０ｋｇ／ｃ＋ａ’）の撓み強さを有し、Ｒ１２１
、Ｍｌｏｏのロックウェル硬さを宵していた。このブラ
ケットの中央部乃至先端部の幅は３゜０ｍｍであった。

溝の幅は０．４１ｍｍ（０，０１６ｉｎｃｈ）であり、
壁の厚さは１．０〜２．５ｍｍの範囲であった。

この材料は例５の材料の比して僅かに改善された機械的
性質を有し、従来の０．０１７ＸＯ，０２５ｉｎｃｈ（
０，４３ＸＯ，６４ｔａｍ）の断面のステンレス鋼製の
弓形ワイヤにより得れる最大値である約５０００ｇ−ａ
ｍの捩りに耐え得るものであった。比較として、従来の
ポリカーボネート製ブラケットは約２０００ｇ−ｍａ＋
のトルクにて破損する。

繊維が溝に対し４５〜９０″にて配向された場合に最適
の性能が得られた。

例７ ポリカーボネートの代りにｒＧ　Ｆ　−１００８」なる
商品名にてエル・エヌ・ピー・コーポレイションより販
売されているポリスルホンを使用して例５のプロセスが
繰返された。得られた歯列矯正用ブラケットは１．６Ｘ
１０’　　ｐｓｉ（ＩＩＯＸＩ０３ｋｇ／ｃｍ２）の撓
み弾性係数を有し、２７ｘｌＯ’　　ｐｓｉ　（１９０
０ｋｇ／ａｍ’）の撓み強さを有していた。またこの材
料は応力割れ、加水分解、及び脱色に対する耐性を含む
優れた耐環境安定性を有しており、所望の歯の色彩を付
与すべく容易に着色し得るものであった。

例８ 同一の重合体マトリックスを使用し、組成物中に分散さ
れる繊維の種類及び量を変化させて多数の種々の繊維強
化複合材料が形成された。使用された重合体はナイロン
６−６であり、選定された二つの繊維は炭素繊維及びチ
ョッピングされたガラス繊維であった。複合材料はワイ
ヤに成形され、該ワイヤは１〜３．４ｘｌＯ’　　ｐｓ
ｉ（７０〜２４０　Ｘ　１０’　ｋｇ／ａｍ’）の範囲
内の弾性係数を有していた。下記の表１は繊維の種類、
使用されるＧ’Ａ　＆にの体積率、各材料についての弾
性係数及び降伏強さを示している。

例９ 普通ではない異方性を有する繊維強化複合＋４料が形成
された。この複合材料は部分的に爪台された樹脂にて予
め含浸された黒鉛の連続ストランド又はフィラメントよ
り形成された。かかる予めな浸されたストリップの幅及
び厚さはそれぞれ１２ｉｎｃｈ（３００ｍｍ）　、０．
００５２ｉｎｃｈ（０，１３■）であった。ストリップ
が積層され、適度に加熱され加圧された状態にて完全に
重合された。しかし個々の層は互いに他に対する繊維の
配向が相互に異なるよう配向された。

例１０ 種々の材料特性の影響及び複雑でない力付与装置がより
一層容易に分析され得るよう、キャビティ構造を有する
加熱されたアルミニウム鋳型内に射出することにより、
ガラス繊維が充填されたポリカーボネートよりなる複合
材料より一連の単純な実験用歯列矯正用ブラケットが製
造された。咬合部−歯肉平面内にて溝の垂直方向に対し
４５゜の十分な繊維配向が得られるよう、鋳型の開口部
が溝の中心の直下にてベース内に故意に配置された。こ
の位置に対し９０°にて配向されしかも咬合部−歯肉平
面内に存在する繊維は、歯列矯正用弓形ワイヤよりのト
ルクに対するブラケットの抵抗を改善する点に於て遥か
に有効性が低い。０゜５＋＋＋ｍｓ　１．　０ｆｆ１１
１１％　１．　５ｍｍ５２．　　Ｏｏａ＋の臨床的に適
切な壁の厚さにてブラケットが形成された。繊維強化の
有効性を示すべく、充填されていないポリカーボネート
のブラケット及び２０％のガラス繊維が充填されたポリ
カーポートのブラケットが各壁厚にて形成された。

下記の表２は各ブラケット内に於て発生される最大トル
ク、即ちモーメント及びトルクが最大の場合に於けるブ
ラケット内に於けるワイヤの撓み、即ち回転量を示して
いる。表２より繊維強化により性能が改善されることが
解る。更に最大トルクは市販のβチタニウム製歯列矯正
用ワイヤにより発生され得る値に近づいたが、それでも
同様の大きさのステンレス鋼製のワイヤにより達成され
る値よりも低い値であった。

例１１ ０．０２０ＸＯ１０２５ｉｎｃｈ　（０，５１Ｘ　０゜
６４　ｍｍ）及び０．０２５ｘＯ，０３０ｉｎｃｈ（０
゜６４ＸＯ，７６ｍｍ）の通常の断面寸法を有する一連
のガラス繊維強化ナイロン製歯列矯正用ワイヤが射出成
形された。これらの標本の表面は平滑であり、繊維は均
一に分散されており、第３図に示されている如く主とし
てワイヤの長手方向に平行に配向されていた。繊維の充
填率は０％〜４３％に変化された。１１ｎｃｈ　（２５
ＩＩｌｍ）のスパン長さの標本について撓みに関し機械
的性質が測定された。

表３に示されている如く、弾性係数は断面積が一定の場
合繊維含有量の増大と共に増大した。

この繊維強化ワイヤのスプリングバックは種々の撓み二
に於てステンレス鋼に匹敵する値又はそれよりも優れた
値であった。比較的短いスパン長さに関しスプリングバ
ックが優れていることは注目すべきことである。

例１２ 歯列矯正用の大きさの弓状ワイヤを形成すべく六つの熱
可塑性マトリックス組成物が射出成形された。各標本は
撓みについて試験され、各標本についての最大トルク及
び歪みが表４に示されている。ワイヤの大きさは実質的
に表３に示された値と同一であった。

例１３ 市唄の連続繊維のシートが所望の厚さになるまで互いに
積層され、次いで歯列矯正用弓形ワイヤに好ましい最終
幅及び長さの寸法になるよう切断された。表５は使用さ
れた材料、出発原料としてのシートの厚さ、及び積層さ
れた各標本の撓み及び引張り試験の結果を示している。

これらのワイヤの曲げモーメントは活動性と共にほぼ線
形的に増大した。ステンレス鋼と比較した場合に於ける
連続繊維のワイヤの撓み係数の値、即ち剛性の低い範囲
により臨床的に見て好ましい比較的小さく且より連続的
な力が与えられる。また連続繊維ののワイヤはステンレ
ス鋼に比して改善されたスプリングバック、即ち回復力
を有していた。１／４Ｉｎｃｈ　（６、４ｍｍ）のスパ
ンを用いて８０°撓まされた後に於ては、アラミド繊維
が充填された複合材料は約４０″回復したのに対し、ス
テンレス鋼は約２５″しか回復しなかった。

以上の説明より明らかである如く、本発明の繊維強化複
合材料によれば、スプリングバックか高いこと及びワイ
ヤの寸法を変化させることなくワイヤの剛性を変化させ
ることができることを含む歯列矯正用ワイヤの臨床的利
点が得られる。断面は一定であってもよく、またその長
さに沿って変化していてもよい。更に本発明の歯列矯正
装置は装置の審美性、装置の成形性、ユニークな断面構
造を与え、また種々の装置内にユニークな構造的特徴を
組込む能力に対する制御を含んでいてよい。

本発明の歯列矯正装置の他の一つの利点は、本発明の装
置は核磁気共鳴診断試験手続に干渉しないということで
ある。金属や合金はかかる試験により得られる像に干渉
するのに対し、繊維強化複合材料は核磁気共鳴分析に干
渉しない。また繊維強化複合材料は接着剤や熱を用いて
又は超音波により容易に接合することができるものであ
り、これにより従来必要であったろう付や電気抵抗溶接
の必要性が排除され、ユニークなワイヤ、ブラケット、
チューブの構造体に形成することができるものであり、
しかも必要に応じてその摩擦特性を修正することができ
るものである。

以上に於ては本発明を特定の実施例及び多数の例につい
て詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例や例に限
定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の
実施例が可能であることは当業者にとって明らかであろ
う。

区　　Ｋ　　区 （ト）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　葡Ｊ 未　　　　　　　　　　　　禦　　　禦　　　驚　　　
禦　　　　　女！１ゴゴ纏シ 擾　　　［Ｆ］ 区　　　る Δ　　　　　　く＼ ００ｕ”ｔｏｏ　　　　ＯＯｕ”ｌＬｎモ　　モ　　千
　　モ　　モ　　モ

【図面の簡単な説明】

第１図は種々の歯列矯正装置に対し従来より使用されて
いる合金の剛性とスプリングバック特性との間の関係を
示すグラフである。 第２図は本発明の繊維強化複合材料について剛性とスプ
リングバック特性との間の関係を示す第１図と同様のグ
ラフである。 第３図は本発明の繊維強化複合材料の断面を示す顕微鏡
写真を模した図である。 特許出願人　　ザ・ユニヴアーシティ・オブ・コネチカ
ット 代　　理　　人　　　弁理士　　　明　　石　　昌　　
毅撓み強−！／撓と孫欽Ｘ　１０−” 才（し、７＋強てΣ／」１ンヨフ子イ＃、＝【タミ　Ｘ
　１０−”第　３　図 （治之茂毛芝股） （方　式） １、事件の表示　昭和６２年特許願第００５８６６号２
、発明の名称 歯列矯正装置 ３、補正をする者 事件との関係　　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・アヴエニュ−２６３ 名　称　　ザ・ユニヴアーシティ・オブ・コネチカット
４、代理人

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）患者の歯に対し矯正力を付与する歯列矯正装置に
   して、力伝達要素が３０×１０＾６ｐｓｉ（２１×１０
   ＾３ｋｇ／ｃｍ＾２）以下の弾性係数を有し１８−８ス
   テンレス鋼の弾性係数に対する降伏強さの比に匹敵する
   値より１８−８ステンレス鋼の弾性係数に対する降伏強
   さの比の少なくとも３００％までの範囲内の予め選定さ
   れた弾性係数に対する降伏強さの比を有する繊維強化複
   合材料にて形成されており、これにより時間が経過して
   もより一定の力が与えられ、連続的な範囲の剛性が達成
   され、前記複合材料は前記ステンレス鋼よりも高い最大
   弾性撓みを有し、力伝達の容易性及び精度を向上させる
   べく複雑な歯列矯正装置構造を与える能力を有する歯列
   矯正装置。
2. （２）患者の歯に矯正力を与える歯列矯正装置にして、
   アタッチメント要素が実質的に重合体マトリックスと該
   マトリックス中に分散された少なくとも１０ｗｔ％の繊
   維とよりなる繊維強化複合材料にて形成されており、前
   記繊維は主として力伝達要素により与えられる最大トル
   クに効果的に抵抗するに十分な方向に配向されている歯
   列矯正装置。