JPS6320141B2 - - Google Patents
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- JPS6320141B2 JPS6320141B2 JP54029822A JP2982279A JPS6320141B2 JP S6320141 B2 JPS6320141 B2 JP S6320141B2 JP 54029822 A JP54029822 A JP 54029822A JP 2982279 A JP2982279 A JP 2982279A JP S6320141 B2 JPS6320141 B2 JP S6320141B2
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
- A61C7/00—Orthodontics, i.e. obtaining or maintaining the desired position of teeth, e.g. by straightening, evening, regulating, separating, or by correcting malocclusions
- A61C7/12—Brackets; Arch wires; Combinations thereof; Accessories therefor
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- Health & Medical Sciences (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Dental Tools And Instruments Or Auxiliary Dental Instruments (AREA)
Description
本発明は一般的には歯科に於いて使用される器
具に係り、更に詳細には主に歯列矯正に使用され
るが補綴や口腔手術などにも使用可能な新規にし
て改良された器具に係る。 周知の如く歯列矯正用器具は周知の歯との関係
に於ける不規則性及び/又は不正常を修正すべく
或る歯を操作するために使用される。かかる操作
は、荷重を掛けたりその荷重を取つたりする間エ
ネルギを吸収したり解放したりする弾性的に変形
されたワイヤが起源である力付与装置を使用して
行なわれる。従来歯列矯正処置に於いて使用され
た力付力ワイヤは主に18−8ステンレス鋼ワイヤ
より形成されてそのワイヤの曲げ及びねじり特性
が有利に利用されていた。 American Journal of Orthodontics第65巻
(1974年発行)の270〜289ページにC.J.Burstone
等により著わされた「Force systems From An
Ideal Arch」と題する記事に記載されている如
く、矯正力を適正に与えるためには、適当に形状
を定められ治療可能な大きさに形成された形状及
び力付与ワイヤの断面に大きさの変化の研究が必
要であるのみならず、歯列矯正用器具に係る生物
力学を充分理解する必要がある。従来ほとんどの
努力は最適の器具形状の開発に対してしか払われ
ずただ単に付加的な配慮がそのような器具に使用
される材料に対して払われるだけであつた。 生物力学については、Angle Orthodontist第
31巻(1961年発行)の1〜14ページにC.J.
Burstone等により、所要の歯移動は比較的軽い
が連続的な矯正力を供給することができる最適の
力付与装置を形成することによつて最も良好に達
成されることが報告されている。主要な域は基本
的な生物力学的特性には、力の大きさが小さいこ
と(これによれば口腔組織に最小限の損傷しか与
えずに迅速且つ比較的無痛状態にて歯が移動す
る)、口腔組織の最大限の応答を与えるべく器具
が非機能状態となるまで力のレベルが一定である
こと、力の作用点或はそれに等価なものの位置が
正確であること、力が作用する部分全体に亘つて
その加えられる力が一様であること、などがあ
る。又歯列矯正用器具に永久変形することなく大
きな撓みを生じる能力を与えるものが望ましい。
勿論歯に作用する力があまりにも速く衰えると、
その歯は緩慢にしか移動せず所要の効果を正確に
生じるのが困難となる。 従来歯に加えられる力の大きさは部分的にはそ
の器具に使用されたワイヤの断面により決定さ
れ、ワイヤが細くなればなるほど所要の小さな力
を与えるようになつていた。太いワイヤはバンド
装着或は直接接着されたブラケツトの溝内に或は
管の内径内に良好に嵌合し、かかる良好な嵌合は
制御された状態にて歯を移動するのに必要であ
る。もし細いワイヤが使用されるとワイヤとブラ
ケツト間の遊びによつて制御ができなくなる。従
つて(1)公差を制御するのがより困難であり、(2)ワ
イヤ断面の製造誤差は力の大きさにより大きな影
響を及ぼすので、溝或は内径の寸法を低減するこ
とは好ましくない。このようなことにもかかわら
ず、18−8ステンレス鋼ワイヤを使用して力の一
定性を達成すべく、ワイヤ断面を低減しこれに付
随して荷重撓み率を低減することが従来より行わ
れてきた。この点で、あまりにも断面を低減しす
ぎると最適の力となる前に永久的な変形を生じて
しまうことがあるので注意が払われなければなら
ない。 歯列矯正研究に於ける主要且つ優勢的な強調は
改良された器具設計に対してなされてきたが、又
従来より使用されている18−8ステンレス鋼ワイ
ヤの代替材料に対してはほとんど注意が払われな
かつたが、現在では代替の材料を使用することに
よつて上述した如き好ましい生物力学的特性を与
えることに努力が払われてきている。かかるアプ
ローチの一例を米国特許第3351463号に開示され
た型のNitinol合金を使用することに見出すこと
ができる。かかる材料はニツケルとチタニウム
(原子と原子を置換える要領でニツケルの代わり
にコバルトを有しているのが好ましい)の化学量
論的組成に近い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成形可能であり、
その温度以上に加熱されるとその材料をその以前
に配置された形状に戻そうとする機械的記憶を示
す。かかる材料を歯列矯正用器具に適用すること
は米国特許第4037324号に開示されており、その
ワイヤの長手方向の収縮特性が使用されている。
かかる金属間化合物材料は非常に延性が大きいも
のとして報告されているが、実際にはその材料は
主要な歯列矯正用の形状に冷間曲げするのに耐え
きれず閉ループ等に使用することはできないこと
が分つている。勿論このことによつて設計の点で
かなり湾曲されることを要する器具の形成にかか
る合金を使用することがかなり制限される。更に
かかる材料は溶接或はろう付けすることができず
これにより実質的にその実用性が制限されてい
る。 本発明はステンレス鋼或はNitinol合金を使用
した場合に従来直面した問題の多くを解決し、し
かも最適の歯列矯正力を供給するのを容易にする
ものである。従つて本発明の目的は、口腔組織が
最大限に応答し且つその組織が最小限にしか損傷
を受けない状態にて連続的に比較的無痛状態にて
歯の移動を行うべく、好ましいほど力の大きさが
小さく且つ長期間に亘つて力が一定であることを
含む最適の歯列矯正力特性を与える歯列矯正用力
付与ワイヤを使用した新規にして改良された歯列
矯正用器具を提供することである。かかる目的に
は従来使用された18−8ステンレス鋼ワイヤに比
して弾性係数の小さい力付与ワイヤを提供するこ
とが含まれている。 本発明の他の一つの目的は、より容易且つ正確
に或る所要の力を与えるのを容易にし且つ永久変
形することなくより大きく撓むことができる能力
を有し、従つて器具の有効機能時間がそれに関連
して増大ししかも生理学的両立性、加工性、口腔
内環境的安定性等の所要の基準にかなう上述した
形式の新規にして改良された歯列矯正用器具を提
供することである。 本発明の更に他の一つの目的は、小さい弾性係
数、大きい最大弾性撓み、大きい弾性係数に対す
る降伏強さの比を有し、然も小さな断面を有する
ワイヤを定期的に装着する必要性を低減する新規
にして改良された力付与ワイヤを使用した上述し
た型式の歯列矯正用器具を提供することである。
かかる目的には、適当な断面を有するワイヤを使
用し、これによりより正確なワイヤ公差の必要性
を低減して所要の撓みを達成することが含まれて
いる。又かかる目的には、その力の大きさ及び力
に対するモーメントの比が唯単にその断面を修正
するという従来の方法によるのではなく弾性係数
を選択することによつて制御されるワイヤを提供
することも含まれている。 本発明の更に他の一つの目的は、歯列矯正用器
具が、歯の歯冠に作用してそれが移動される際に
その歯の正確な回動中心を与えるよう最適の力に
対するモーメントの比を与えるべく、簡単なもの
から非常に複雑な歯列矯正用の形状まで広範囲の
歯列矯正用器具に形成可能な常温にて安定なβチ
タニウム合金を使用した上述の如き型式の新規に
して改良された歯列矯正用器具を提供することで
ある。かかる目的には、そのβ結晶構造に関連す
る優れた塑生及び加工性を有利に生かすことがで
き然もその固溶体合金の機械的熱的処理過程を制
御することによつて所要の強度特性を得ることが
できる安定化されたβチタニウム材料を使用する
ことも含まれている。 本発明の更に他の一つの目的は、器具の機械的
性質に影響することなくそのベース或はメインア
ーチ或はセグメントに溶接可能である上述した如
き形式の新規にして改良された歯列矯正用器具を
提供することである。巧妙で時間を要するろう付
け工程を要しこれにより降伏強さの如きワイヤ特
性に悪影響を及ぼす18−8ステンレス鋼とは異な
り、例えばβチタニウム合金ワイヤより形成され
たフツク、止め部材、舌状ワイヤ、ばねなどを直
接溶接することができる。又この材料のかかる溶
接性は使用の融通性を増大し、より軽量の制御ワ
イヤを重いワイヤに剛固に固定して適正に固定し
これにより一定の力の割合にて最適の大きさの力
を供給することができる。 他の目的は一部は明らかであり一部は以下に行
われる本発明の詳細な説明に於いて指摘されるで
あろう。 かかる目的及び関連する目的は、本発明によれ
ば20×106psi(1.4×106Kg/cm2)よりも充分低い弾
性係数を有する常温にて安定なβチタニウム合金
より形成された力付与ワイヤを使用した歯列矯正
用器具によつて達成される。チタニウム合金ワイ
ヤによれば同一の断面を有する18−8ステンレス
鋼ワイヤのそれよりも80%或はそれ以上高い弾性
係数に対する降伏強さの比が得られ、又かかるス
テンレス鋼ワイヤよりも高い最大弾性撓みが得ら
れる。更にチタニウム合金ワイヤは長期間に亘つ
てより小さく且つより一定の力の成分を与えるこ
とができこれによりその器具の有効機能時間を長
くすることができ、又主要な歯列矯正用の形状に
繰り返し冷間曲げするのに耐える能力を具備して
いることを特徴としている。 以下の添付の図を参照しつつ、本発明をその好
ましい実施例及びいくつかの例について詳細に説
明する。 制御された歯の移動を行なうべくより一定の力
にて且つ良好にブラケツトに係合した状態にて18
−8ステンレス鋼の半分或はそれ以下の力を供給
することができる種々の歯列矯正器具に形成され
たβチタニウム合金ワイヤを使用して本発明を説
明する。本発明の装置(器具)によれば小さな弾
性係数を有する材料を採用することにより、小さ
な力を供給する装置に比較的大きなワイヤ断面を
使用することができる。例えば小さな力を供給す
る装置には0.1〜2.0mmの範囲の断面を有するワイ
ヤが採用されてよい。かかる本発明の装置によれ
ば、最適な大きさの力がより容易且つ正確に供給
される。なぜならばより大きな断面を有するワイ
ヤは第1図に図示されたアーチワイヤ10の如き
ワイヤ及びそのマウントと歯に装着されたブラケ
ツト12との間の取付け部に於ける公差因子の影
響を最小限にするからである。更にβチタニウム
合金材料によれば、リボン状、多角形状、或は丸
い断面形状のワイヤの如く治療中一定断面のワイ
ヤを使用することができる。かくして力の大きさ
は従来の伝統的な方法に於ける如くワイヤの断面
形状を変化するのではなく合金それ自身により制
御される。 所要の力を最適に一定にすることは、歯列矯正
用ワイヤのための合金材料としてβチタニウムを
使用することによつて荷重撓み率を低減すること
により行われる。βチタニウム合金によればその
材料の機械的熱的処理過程を制御することにより
器具特性を最適にすることができ又周知の如くワ
イヤの荷重撓み率はその材料の弾性係数の関数で
あるので、本発明によれば、ステンレス鋼の弾性
係数のほぼ2/3或はそれ以下である弾性係数を与
えることが可能である。 かかるワイヤは加工性が高いので、種々の力の
比にて所要のモーメントを供給すべく簡単なもの
から複雑なものまで広範囲の歯列矯正用装置を製
造することが容易である。図示の如く歯列矯正用
器具はT字状ループ14、垂直ループ16,1
7,18及び固定されたフツク19の如き複雑な
形状或は補助部材を含んでいてよい。隙間をなく
すことは第1図の上顎上に符号20にて図示され
た形式の前歯押込用組立体を使用して達成されて
よい。かかる装置はβチタニウム合金にて形成さ
れた複雑なばね22をステンレス鋼製のアーチ状
セグメント24,26と組合わせて使用して隙間
を縮め歯根を移動する機能を与える。更に先をつ
ぶされたワイヤや紐状のワイヤは、本発明のβチ
タニウム合金ワイヤの熱処理時効前の延性が高い
のでかかるβチタニウム合金ワイヤより形成され
てよい。以前には製造中冷間加工によつて18−8
ステンレス鋼材料内に脆さや割れ目が発生された
ので、それを結わえることができるよう所要の硬
度以下の硬度が使用された。βチタニウム合金の
かかる加工特性及びほとんどすべての複雑な歯列
矯正用の形状に形成した後それを硬化することが
できることにより、その歯列矯正装置が歯冠に取
付けられた点に於いて正確に機能し且つ治療中歯
が移動される際にその歯に適正且つ所定の回動中
心を与えることができる。 βチタニウムワイヤの延性が高いことは、長方
形ばね28の如き特定の複雑なばねを形成する場
合に有利に使用される。更にかかる材料即ちβチ
タニウムワイヤは、第1図に図示された如き犬歯
や前歯の後退、歯根移動、歯の整合や高さの統一
の如き用途に好適である。かかる材料の延性が高
いことによるこのように加工性が優れていること
は、第2図に図示された器具の如き歯列矯正用リ
テーナ、臼歯用器具、取外し可能な止め金状器具
などのための止め金或は保持装置にその材料を形
成することができることによつて減ずることはな
い。唇状部材30、指状ばね32、エプロン状ば
ね34の如き器具の機能構成要素は患者によつて
誘発される荷重の下でもその自らの形状を維持す
る。更にβチタニウムにて形成された舌状アーチ
部材は最適の力をより一定に供給する。ばねの形
状は広範囲に変化してよく、極く僅かな代表的な
例のみが第2図のばね或は第3図のアーチ状セグ
メント38に固定されたコイルばね36によつて
図面に図示されていることが理解されよう。 又本発明のβチタニウムワイヤを使用した歯列
矯正用器具は溶接可能であるという有利な特徴を
有している。従つてばね、止め部材、フツク或は
他の補助部材が舌状アーチ、ベースアーチ或は他
のアーチワイヤの如きより太いワイヤに直接溶接
されてよく、これにより従来の歯列矯正用装置の
如くばねを所定の位置にろう付けする必要がな
い。βチタニウム材料の溶接はその材料の特性に
は実質的に影響せず、従つて歯根移動用ばねや回
動用ばねの如き器具にそれを使用することがで
き、又剛性或は係止状態を制御すべく或る領域に
於いて一つ或はそれ以上のワイヤの一体形状に容
易に溶接することができ然もより小さな最適の大
きさの力を供給し得るよう他の領域に於いて個々
のワイヤが自由であることは重要である。 本発明のβチタニウム合金系の主要な利点の一
つは、その材料に施される熱的及び機械的処理の
結果としてその材料を使用することによつて得ら
れる特性の範囲が広いということである。従つて
材料及びその処理を適当に選択することにより、
βチタニウム合金の弾性係数をそれが20×106psi
(1.4×106Kg/cm2)より充分小さな広い範囲に亘
つて変化するよう変化させることができる。例え
ばたいていの合金が8〜16×106psi(0.56〜1.1×
106Kg/cm2)であるのに対しβチタニウム合金の
弾性係数は約6〜18×106psi(0.42〜1.3×106Kg/
cm2)の範囲に亘つて変化する。このことは、18−
8ステンレス鋼歯列矯正用ワイヤの弾性係数の変
化範囲が比較的狭い(通常27〜31×106psi(1.9〜
2.2×106Kg/cm2)の範囲である)に比べれば非常
に重要な事柄である。 ワイヤの最大弾性撓みは弾性係数に対する降伏
強さの比の関数であるので、βチタニウム合金材
料の降伏強さについて考えることも重要である。
本発明による合金によれば約7×104psi(0.5×104
Kg/cm2)と30×104psi(2.1×104Kg/cm2)との間で
変化する降伏強さが得られ、このうちの比較的高
い値はステンレス鋼にて得られるものに匹敵し得
るものである。勿論降伏状強さの変化は完全には
弾性係数の変化から独立したものではない。むし
ろ降伏強さは弾性係数と共に変化し、従つて必ず
しもそうである必要はないが降伏強さが増大する
と弾性係数に対する降伏強さの比もこれに対応し
て増大する。いずれにせよβチタニウム合金によ
れば18−8ステンレス鋼に比して実質的に高い比
を得ることができ、かかる材料の最大弾性撓みに
よつてかかる比を増大することができる。弾性係
数に対する降伏強さの比が大きくなるほどワイヤ
はより長い期間に亙つてより高い精度にてより小
さく且より一定の大きさの力を与えることがで
き、歯列矯正器具としてより好ましい作用を言う
ことができると共に、歯列矯正器具の有効機能期
間を長くすることができる。従つて弾性係数に対
する降伏強さの比を二乃至三倍にし且つ弾性係数
を約1/3に低減することにより、従来の歯列矯正
用器具に於けるよりも広い作用範囲に亘つてより
小さな大きさの力がより一定に供給される。かか
る最適にされた高降伏強さ及び低弾性係数は、か
なりの冷間加工をした後にも優れた溶接性や加工
性を与えつつ達成される。又本発明の合金によれ
ば良好な口腔内での安定性及び口腔組織との生理
学的両立性が与えられる。 本発明のβチタニウム合金に於ける特性の変化
は或る程度その材料の特定の化学組織や熱的及び
機械的処理過程に依存しているので、かかるβチ
タニウム合金材料の性質について少し説明するの
が望ましい。この点で合金元素を添加されていな
いチタニウムは二つの結晶学的同素体にて存在し
得ることが知られている。1625〓(885℃)まで
の温度に於いてはチタニウムは稠密六方晶のまま
であるが、これ以上の温度に於いてはその金属原
子が体心立方系の配列位置を占める。従来低温の
形態即ち稠密六方晶はアルフア(α)と称され、
他方高温の形態即ち体心立方晶はベータ(β)と
称されていた。モリブデン、コロンビユーム、タ
ンタル、バナジウムの如き体心立方晶を有する合
金添加元素は、βチタニウム相を安定化しかくし
てα−β変態温度を降下せしめる傾向がある。従
つて高温度のβチタニウムが合金にて安定化され
たβ相を急激に冷却し且つβからαへの変態を阻
止することにより常温にて得られる。体心立方構
造がβ域より常温に冷却される際にも維持される
に充分なほどβ安定化元素を添加された材料は、
β安定チタニウム合金或はただ単にβチタニウム
合金と称される。かかる材料は大部分がチタニウ
ムであり、重量で約25%まで或はそれ以上の合金
添加元素を含有している。上上述したものの他に
安定化合金添加元素にはマンガン、鉄、クロム、
コバルト、ニツケル、銅、及びアルミニウム、
錫、ジルコニウムなどがある。かかる種類の材料
の組成の詳細な点については1957年2月9日付に
て発行された米国特許第2797996号に開示されて
いる。 この合金が体心立方構造であるためその合金材
料が優れた塑性及び高い延性を有しており、これ
によりその材料をたいていの複雑な歯列矯正用の
形状に容易に形成することができる。又これらの
材料は冷間加工及び熱処理時効を施すことによつ
て非常に高い強度及び硬化性を具備するようにな
るという潜在的能力を有している。従つて合金元
素にて安定化されたβチタニウム相は熱にて誘発
され析出したα相を含有するβ相に変態可能であ
り大きくその材料の強度特性を高めることができ
る。通常βチタニウム合金は高温度にまで或はβ
形態にまで加熱され、その後常温に急激に冷却し
て常温に於いても安定したβ相合金とされる。か
かる溶体化熱処理された或は完全に焼き戻しされ
たと称される条件に於ける安定したβ相材料は非
常に高い延性を有し且つかかる段階に於いて或は
部分的に或は完全に強化された後に所要の歯列矯
正用器具に形成され得る。かかる強化とこれに伴
つて生じる延性の低減は、冷間加工或は種々の時
間に亘る高温度に於ける熱処理時効により達成さ
れる。従つて体心立方構造の優れた延性及び低強
度は非常に複雑な構造体の製造に適している。又
かかる特性のためにかなりの冷間加工を行うこと
が可能であり、このことにより最終製品に所要の
強度特性が与えられ、これにより熱処理時効の必
要性が排除される。 市販のβチタニウム合金材料の特定の化学組成
はすでに知られている。代表的なβチタニウム合
金はほぼ以下の合金組成を有している。 A 13%バナジウム、11%クロム、3%アルミニ
ウム B 8%モリブデン、8%バナジウム、2%鉄、
3%アルミニウム C 11.5%モリブデン、6%ジルコニウム、4.5
%錫 D 3%アルミニウム、8%バナジウム、6%ク
ロム、4%ジルコニウム、4%モリブデン βチタニウム合金は航空宇宙工学の分野に於い
て研究されてきたが、これまでに行われた研究の
ほとんどは材料の強度特性を最大にして重量に対
する強度の比を最適にすることにその重きがおか
れていた。かかる従来の研究は歯列矯正用器具に
於いて使用されたものよりも実質的に大きな断面
を有する材料、即ち0.1〜2.0mmの範囲よりも大き
な断面を有する材料に関するものであつた。好ま
しい歯列矯正用ワイヤは上述の範囲の下方の部分
内のものであり、従来約0.2〜1.0mmの断面を有し
ており、好ましいワイヤの大きさは典型的には約
0.35〜0.80mmである。 以下の例は本発明の有効性を完全に理解するた
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態様を限定するものではな
い。 例 1 この例はステンレス鋼に比較した場合のβチタ
ニウムの弾性係数及び弾性係数に対する降伏強さ
の比の変化を説明するためのものである。なぜな
らば、これらの係数や比より歯列矯正用器具の最
大弾性撓みや荷重撓み率を良好に予測できるから
である。 標準的な18−8ステンレス鋼歯列矯正用ワイヤ
がカリフオルニア州モンロビア所在のUnitek
Corporationより入手された。このワイヤは0.030
インチ(0.756mm)の直径を有し、それが入手さ
れた条件にて弾性係数及び降伏強さが試験され
た。 重量で11.5%モリブデン、6%ジルコニウム、
4.5%錫、残部チタニウムなる仕様書組成を有す
るミル加工されたβチタニウムワイヤが、溶体化
熱処理された状態及び引抜き加工されたままの状
態にて同一の直径即ち0.756mmにて入手された。
溶体化熱処理された材料は1300〜1350〓(704〜
732℃)に合金を加熱し且つ水焼入れすることに
より発生されたほとんど完全なβ相材料であつ
た。この溶体化熱処理された材料は次いで2乃至
8時間900〓(482℃)の温度に加熱され、その材
料の弾性係数及び降伏強さの特性が種々の時間間
隔にて試験された。 引張り試験は定歪み率インストロン試験器を使
用して0.5cm/min.のクロスヘツド率にて行われ
た。1/2インチ(1.27cm)の歪みゲージ伸び計が
400:1或は1000:1の歪み倍率にて使用された。
この伸び計は極めて細いワイヤ標本を試験する目
的で僅かに修正されていた。かかる伸び計の修正
はJournal of Dental Researchの第56巻(1977
年10月発行)の1227〜1231ページにA.J.
Goldberg等により著わされた「Reduction in
the Modulus of Elasticity in Orthodontic
wires」と題する記事に記載されている。 ステンレス鋼ワイヤの降伏強さは23.9×104psi
(1.68×104Kg/cm2)であり、弾性係数は22.9×
106psi(1.61×106Kg/cm2)であり、従つて弾性係
数に対する降伏強さの比は1.04×10-2であつた。
引抜き加工されたままの状態のチタニウム合金の
降伏強さは15.1×104psi(1.06Kg/cm2)であり、弾
性係数は10.1×106psi(0.703×106Kg/cm2)であ
り、弾性係数に対する降伏強さの比は1.49×10-4
であつた。熱処理時効された合金材料の降伏強さ
及び弾性係数は熱処理の時間と共に変化し、約四
時間乃至四時間半の処理時間にてその最大値とな
つた。弾性係数に対する降伏強さの比が最大値と
なるところではその材料の降伏強さは19.1×
104psi(1.34×104Kg/cm2)であり、弾性係数は
13.4×106psi(0.942×106Kg/cm2)であり、比は
1.42×10-2であつた。溶体化熱処理された材料の
比は全然熱処理されていないものについての0.97
×10-2から上述した最大値まで変化した。加熱す
ることにより降伏強さ及び弾性係数が増大したの
はα相の析出によるものである。しかしかかる熱
処理時効或はα相析出処理中に於ける弾性係数は
降伏強さと同一の割合では増大しないので弾性係
数に対する降伏強さの比は増大する。 同一の合金を1000〓(538℃)及び1100〓(593
℃)に熱処理時効した場合にも勢述した増大に匹
敵し得る降伏強さ及び弾性係数の増大が認められ
た。降伏強さは10×104psi(0.70×104Kg/cm2)な
る処理されていないレベルよりそれぞれ15.8×
104psi(1.11×104Kg/cm2)及び15.5×104psi(1.09
×104Kg/cm2)のレベルまで上昇し、一方弾性係
数は10×106psi(0.70×106Kg/cm2)から前述の温
度レベルに於ける15×106psi(1.05×106Kg/cm2)
まで変化した。 例 2 この例の目的は合金材料の改善された比の測定
値と最大弾性撓み特性との相互関係を説明するた
めである。 例1と同一であるがワイヤ直径の異なる材料に
ついてその降伏強さ及び弾性係数が試験された。
更にそのワイヤは第4図に図示された形状を有す
る歯列矯正用長方形ループ状ばねに形成された。
ループは6mmの高さと10mmの歯莖方向長さと10mm
のブラケツト間距離とを有していた。これらのル
ープ状ばねは第4図に於いて矢印にて図示されて
いる如く、ブラケツトの前方及び後方の位置に或
る力を加えることによつて降伏するまでの最大撓
みが測定された。かかる試験はIEEE Trans on
Engineering in Medicine and Biology第24巻
(1977年発行)の538〜539ページにD.J.Solonche
等により著わされた「A Device for
Determining the Mechanical Behavior of
Orthodontic Appliances」と題する記事に記載
された形式の特別に設計されたばね試験器を使用
して行われた。この試験器はLVDTトランスデ
ユーサを使用しており、最大敷居値に到達した後
の永久変形を検出することができた。 その材料の加工性はそのワイヤを1mm直径のマ
ンドレル上にて90゜の角度に冷間曲げすることに
よりADA Specification No.32on Orthodontic
wiresを使用して測定され、そのワイヤが破断す
るまでに耐え得る湾曲の回数を測定された。90゜
の湾曲と元の位置に戻すことが二回の冷間曲げと
して数えられた。それぞれの試験は種々のワイヤ
の種々の位置を使用して10回繰り返えされた。そ
の試験結果を表に示す。
具に係り、更に詳細には主に歯列矯正に使用され
るが補綴や口腔手術などにも使用可能な新規にし
て改良された器具に係る。 周知の如く歯列矯正用器具は周知の歯との関係
に於ける不規則性及び/又は不正常を修正すべく
或る歯を操作するために使用される。かかる操作
は、荷重を掛けたりその荷重を取つたりする間エ
ネルギを吸収したり解放したりする弾性的に変形
されたワイヤが起源である力付与装置を使用して
行なわれる。従来歯列矯正処置に於いて使用され
た力付力ワイヤは主に18−8ステンレス鋼ワイヤ
より形成されてそのワイヤの曲げ及びねじり特性
が有利に利用されていた。 American Journal of Orthodontics第65巻
(1974年発行)の270〜289ページにC.J.Burstone
等により著わされた「Force systems From An
Ideal Arch」と題する記事に記載されている如
く、矯正力を適正に与えるためには、適当に形状
を定められ治療可能な大きさに形成された形状及
び力付与ワイヤの断面に大きさの変化の研究が必
要であるのみならず、歯列矯正用器具に係る生物
力学を充分理解する必要がある。従来ほとんどの
努力は最適の器具形状の開発に対してしか払われ
ずただ単に付加的な配慮がそのような器具に使用
される材料に対して払われるだけであつた。 生物力学については、Angle Orthodontist第
31巻(1961年発行)の1〜14ページにC.J.
Burstone等により、所要の歯移動は比較的軽い
が連続的な矯正力を供給することができる最適の
力付与装置を形成することによつて最も良好に達
成されることが報告されている。主要な域は基本
的な生物力学的特性には、力の大きさが小さいこ
と(これによれば口腔組織に最小限の損傷しか与
えずに迅速且つ比較的無痛状態にて歯が移動す
る)、口腔組織の最大限の応答を与えるべく器具
が非機能状態となるまで力のレベルが一定である
こと、力の作用点或はそれに等価なものの位置が
正確であること、力が作用する部分全体に亘つて
その加えられる力が一様であること、などがあ
る。又歯列矯正用器具に永久変形することなく大
きな撓みを生じる能力を与えるものが望ましい。
勿論歯に作用する力があまりにも速く衰えると、
その歯は緩慢にしか移動せず所要の効果を正確に
生じるのが困難となる。 従来歯に加えられる力の大きさは部分的にはそ
の器具に使用されたワイヤの断面により決定さ
れ、ワイヤが細くなればなるほど所要の小さな力
を与えるようになつていた。太いワイヤはバンド
装着或は直接接着されたブラケツトの溝内に或は
管の内径内に良好に嵌合し、かかる良好な嵌合は
制御された状態にて歯を移動するのに必要であ
る。もし細いワイヤが使用されるとワイヤとブラ
ケツト間の遊びによつて制御ができなくなる。従
つて(1)公差を制御するのがより困難であり、(2)ワ
イヤ断面の製造誤差は力の大きさにより大きな影
響を及ぼすので、溝或は内径の寸法を低減するこ
とは好ましくない。このようなことにもかかわら
ず、18−8ステンレス鋼ワイヤを使用して力の一
定性を達成すべく、ワイヤ断面を低減しこれに付
随して荷重撓み率を低減することが従来より行わ
れてきた。この点で、あまりにも断面を低減しす
ぎると最適の力となる前に永久的な変形を生じて
しまうことがあるので注意が払われなければなら
ない。 歯列矯正研究に於ける主要且つ優勢的な強調は
改良された器具設計に対してなされてきたが、又
従来より使用されている18−8ステンレス鋼ワイ
ヤの代替材料に対してはほとんど注意が払われな
かつたが、現在では代替の材料を使用することに
よつて上述した如き好ましい生物力学的特性を与
えることに努力が払われてきている。かかるアプ
ローチの一例を米国特許第3351463号に開示され
た型のNitinol合金を使用することに見出すこと
ができる。かかる材料はニツケルとチタニウム
(原子と原子を置換える要領でニツケルの代わり
にコバルトを有しているのが好ましい)の化学量
論的組成に近い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成形可能であり、
その温度以上に加熱されるとその材料をその以前
に配置された形状に戻そうとする機械的記憶を示
す。かかる材料を歯列矯正用器具に適用すること
は米国特許第4037324号に開示されており、その
ワイヤの長手方向の収縮特性が使用されている。
かかる金属間化合物材料は非常に延性が大きいも
のとして報告されているが、実際にはその材料は
主要な歯列矯正用の形状に冷間曲げするのに耐え
きれず閉ループ等に使用することはできないこと
が分つている。勿論このことによつて設計の点で
かなり湾曲されることを要する器具の形成にかか
る合金を使用することがかなり制限される。更に
かかる材料は溶接或はろう付けすることができず
これにより実質的にその実用性が制限されてい
る。 本発明はステンレス鋼或はNitinol合金を使用
した場合に従来直面した問題の多くを解決し、し
かも最適の歯列矯正力を供給するのを容易にする
ものである。従つて本発明の目的は、口腔組織が
最大限に応答し且つその組織が最小限にしか損傷
を受けない状態にて連続的に比較的無痛状態にて
歯の移動を行うべく、好ましいほど力の大きさが
小さく且つ長期間に亘つて力が一定であることを
含む最適の歯列矯正力特性を与える歯列矯正用力
付与ワイヤを使用した新規にして改良された歯列
矯正用器具を提供することである。かかる目的に
は従来使用された18−8ステンレス鋼ワイヤに比
して弾性係数の小さい力付与ワイヤを提供するこ
とが含まれている。 本発明の他の一つの目的は、より容易且つ正確
に或る所要の力を与えるのを容易にし且つ永久変
形することなくより大きく撓むことができる能力
を有し、従つて器具の有効機能時間がそれに関連
して増大ししかも生理学的両立性、加工性、口腔
内環境的安定性等の所要の基準にかなう上述した
形式の新規にして改良された歯列矯正用器具を提
供することである。 本発明の更に他の一つの目的は、小さい弾性係
数、大きい最大弾性撓み、大きい弾性係数に対す
る降伏強さの比を有し、然も小さな断面を有する
ワイヤを定期的に装着する必要性を低減する新規
にして改良された力付与ワイヤを使用した上述し
た型式の歯列矯正用器具を提供することである。
かかる目的には、適当な断面を有するワイヤを使
用し、これによりより正確なワイヤ公差の必要性
を低減して所要の撓みを達成することが含まれて
いる。又かかる目的には、その力の大きさ及び力
に対するモーメントの比が唯単にその断面を修正
するという従来の方法によるのではなく弾性係数
を選択することによつて制御されるワイヤを提供
することも含まれている。 本発明の更に他の一つの目的は、歯列矯正用器
具が、歯の歯冠に作用してそれが移動される際に
その歯の正確な回動中心を与えるよう最適の力に
対するモーメントの比を与えるべく、簡単なもの
から非常に複雑な歯列矯正用の形状まで広範囲の
歯列矯正用器具に形成可能な常温にて安定なβチ
タニウム合金を使用した上述の如き型式の新規に
して改良された歯列矯正用器具を提供することで
ある。かかる目的には、そのβ結晶構造に関連す
る優れた塑生及び加工性を有利に生かすことがで
き然もその固溶体合金の機械的熱的処理過程を制
御することによつて所要の強度特性を得ることが
できる安定化されたβチタニウム材料を使用する
ことも含まれている。 本発明の更に他の一つの目的は、器具の機械的
性質に影響することなくそのベース或はメインア
ーチ或はセグメントに溶接可能である上述した如
き形式の新規にして改良された歯列矯正用器具を
提供することである。巧妙で時間を要するろう付
け工程を要しこれにより降伏強さの如きワイヤ特
性に悪影響を及ぼす18−8ステンレス鋼とは異な
り、例えばβチタニウム合金ワイヤより形成され
たフツク、止め部材、舌状ワイヤ、ばねなどを直
接溶接することができる。又この材料のかかる溶
接性は使用の融通性を増大し、より軽量の制御ワ
イヤを重いワイヤに剛固に固定して適正に固定し
これにより一定の力の割合にて最適の大きさの力
を供給することができる。 他の目的は一部は明らかであり一部は以下に行
われる本発明の詳細な説明に於いて指摘されるで
あろう。 かかる目的及び関連する目的は、本発明によれ
ば20×106psi(1.4×106Kg/cm2)よりも充分低い弾
性係数を有する常温にて安定なβチタニウム合金
より形成された力付与ワイヤを使用した歯列矯正
用器具によつて達成される。チタニウム合金ワイ
ヤによれば同一の断面を有する18−8ステンレス
鋼ワイヤのそれよりも80%或はそれ以上高い弾性
係数に対する降伏強さの比が得られ、又かかるス
テンレス鋼ワイヤよりも高い最大弾性撓みが得ら
れる。更にチタニウム合金ワイヤは長期間に亘つ
てより小さく且つより一定の力の成分を与えるこ
とができこれによりその器具の有効機能時間を長
くすることができ、又主要な歯列矯正用の形状に
繰り返し冷間曲げするのに耐える能力を具備して
いることを特徴としている。 以下の添付の図を参照しつつ、本発明をその好
ましい実施例及びいくつかの例について詳細に説
明する。 制御された歯の移動を行なうべくより一定の力
にて且つ良好にブラケツトに係合した状態にて18
−8ステンレス鋼の半分或はそれ以下の力を供給
することができる種々の歯列矯正器具に形成され
たβチタニウム合金ワイヤを使用して本発明を説
明する。本発明の装置(器具)によれば小さな弾
性係数を有する材料を採用することにより、小さ
な力を供給する装置に比較的大きなワイヤ断面を
使用することができる。例えば小さな力を供給す
る装置には0.1〜2.0mmの範囲の断面を有するワイ
ヤが採用されてよい。かかる本発明の装置によれ
ば、最適な大きさの力がより容易且つ正確に供給
される。なぜならばより大きな断面を有するワイ
ヤは第1図に図示されたアーチワイヤ10の如き
ワイヤ及びそのマウントと歯に装着されたブラケ
ツト12との間の取付け部に於ける公差因子の影
響を最小限にするからである。更にβチタニウム
合金材料によれば、リボン状、多角形状、或は丸
い断面形状のワイヤの如く治療中一定断面のワイ
ヤを使用することができる。かくして力の大きさ
は従来の伝統的な方法に於ける如くワイヤの断面
形状を変化するのではなく合金それ自身により制
御される。 所要の力を最適に一定にすることは、歯列矯正
用ワイヤのための合金材料としてβチタニウムを
使用することによつて荷重撓み率を低減すること
により行われる。βチタニウム合金によればその
材料の機械的熱的処理過程を制御することにより
器具特性を最適にすることができ又周知の如くワ
イヤの荷重撓み率はその材料の弾性係数の関数で
あるので、本発明によれば、ステンレス鋼の弾性
係数のほぼ2/3或はそれ以下である弾性係数を与
えることが可能である。 かかるワイヤは加工性が高いので、種々の力の
比にて所要のモーメントを供給すべく簡単なもの
から複雑なものまで広範囲の歯列矯正用装置を製
造することが容易である。図示の如く歯列矯正用
器具はT字状ループ14、垂直ループ16,1
7,18及び固定されたフツク19の如き複雑な
形状或は補助部材を含んでいてよい。隙間をなく
すことは第1図の上顎上に符号20にて図示され
た形式の前歯押込用組立体を使用して達成されて
よい。かかる装置はβチタニウム合金にて形成さ
れた複雑なばね22をステンレス鋼製のアーチ状
セグメント24,26と組合わせて使用して隙間
を縮め歯根を移動する機能を与える。更に先をつ
ぶされたワイヤや紐状のワイヤは、本発明のβチ
タニウム合金ワイヤの熱処理時効前の延性が高い
のでかかるβチタニウム合金ワイヤより形成され
てよい。以前には製造中冷間加工によつて18−8
ステンレス鋼材料内に脆さや割れ目が発生された
ので、それを結わえることができるよう所要の硬
度以下の硬度が使用された。βチタニウム合金の
かかる加工特性及びほとんどすべての複雑な歯列
矯正用の形状に形成した後それを硬化することが
できることにより、その歯列矯正装置が歯冠に取
付けられた点に於いて正確に機能し且つ治療中歯
が移動される際にその歯に適正且つ所定の回動中
心を与えることができる。 βチタニウムワイヤの延性が高いことは、長方
形ばね28の如き特定の複雑なばねを形成する場
合に有利に使用される。更にかかる材料即ちβチ
タニウムワイヤは、第1図に図示された如き犬歯
や前歯の後退、歯根移動、歯の整合や高さの統一
の如き用途に好適である。かかる材料の延性が高
いことによるこのように加工性が優れていること
は、第2図に図示された器具の如き歯列矯正用リ
テーナ、臼歯用器具、取外し可能な止め金状器具
などのための止め金或は保持装置にその材料を形
成することができることによつて減ずることはな
い。唇状部材30、指状ばね32、エプロン状ば
ね34の如き器具の機能構成要素は患者によつて
誘発される荷重の下でもその自らの形状を維持す
る。更にβチタニウムにて形成された舌状アーチ
部材は最適の力をより一定に供給する。ばねの形
状は広範囲に変化してよく、極く僅かな代表的な
例のみが第2図のばね或は第3図のアーチ状セグ
メント38に固定されたコイルばね36によつて
図面に図示されていることが理解されよう。 又本発明のβチタニウムワイヤを使用した歯列
矯正用器具は溶接可能であるという有利な特徴を
有している。従つてばね、止め部材、フツク或は
他の補助部材が舌状アーチ、ベースアーチ或は他
のアーチワイヤの如きより太いワイヤに直接溶接
されてよく、これにより従来の歯列矯正用装置の
如くばねを所定の位置にろう付けする必要がな
い。βチタニウム材料の溶接はその材料の特性に
は実質的に影響せず、従つて歯根移動用ばねや回
動用ばねの如き器具にそれを使用することがで
き、又剛性或は係止状態を制御すべく或る領域に
於いて一つ或はそれ以上のワイヤの一体形状に容
易に溶接することができ然もより小さな最適の大
きさの力を供給し得るよう他の領域に於いて個々
のワイヤが自由であることは重要である。 本発明のβチタニウム合金系の主要な利点の一
つは、その材料に施される熱的及び機械的処理の
結果としてその材料を使用することによつて得ら
れる特性の範囲が広いということである。従つて
材料及びその処理を適当に選択することにより、
βチタニウム合金の弾性係数をそれが20×106psi
(1.4×106Kg/cm2)より充分小さな広い範囲に亘
つて変化するよう変化させることができる。例え
ばたいていの合金が8〜16×106psi(0.56〜1.1×
106Kg/cm2)であるのに対しβチタニウム合金の
弾性係数は約6〜18×106psi(0.42〜1.3×106Kg/
cm2)の範囲に亘つて変化する。このことは、18−
8ステンレス鋼歯列矯正用ワイヤの弾性係数の変
化範囲が比較的狭い(通常27〜31×106psi(1.9〜
2.2×106Kg/cm2)の範囲である)に比べれば非常
に重要な事柄である。 ワイヤの最大弾性撓みは弾性係数に対する降伏
強さの比の関数であるので、βチタニウム合金材
料の降伏強さについて考えることも重要である。
本発明による合金によれば約7×104psi(0.5×104
Kg/cm2)と30×104psi(2.1×104Kg/cm2)との間で
変化する降伏強さが得られ、このうちの比較的高
い値はステンレス鋼にて得られるものに匹敵し得
るものである。勿論降伏状強さの変化は完全には
弾性係数の変化から独立したものではない。むし
ろ降伏強さは弾性係数と共に変化し、従つて必ず
しもそうである必要はないが降伏強さが増大する
と弾性係数に対する降伏強さの比もこれに対応し
て増大する。いずれにせよβチタニウム合金によ
れば18−8ステンレス鋼に比して実質的に高い比
を得ることができ、かかる材料の最大弾性撓みに
よつてかかる比を増大することができる。弾性係
数に対する降伏強さの比が大きくなるほどワイヤ
はより長い期間に亙つてより高い精度にてより小
さく且より一定の大きさの力を与えることがで
き、歯列矯正器具としてより好ましい作用を言う
ことができると共に、歯列矯正器具の有効機能期
間を長くすることができる。従つて弾性係数に対
する降伏強さの比を二乃至三倍にし且つ弾性係数
を約1/3に低減することにより、従来の歯列矯正
用器具に於けるよりも広い作用範囲に亘つてより
小さな大きさの力がより一定に供給される。かか
る最適にされた高降伏強さ及び低弾性係数は、か
なりの冷間加工をした後にも優れた溶接性や加工
性を与えつつ達成される。又本発明の合金によれ
ば良好な口腔内での安定性及び口腔組織との生理
学的両立性が与えられる。 本発明のβチタニウム合金に於ける特性の変化
は或る程度その材料の特定の化学組織や熱的及び
機械的処理過程に依存しているので、かかるβチ
タニウム合金材料の性質について少し説明するの
が望ましい。この点で合金元素を添加されていな
いチタニウムは二つの結晶学的同素体にて存在し
得ることが知られている。1625〓(885℃)まで
の温度に於いてはチタニウムは稠密六方晶のまま
であるが、これ以上の温度に於いてはその金属原
子が体心立方系の配列位置を占める。従来低温の
形態即ち稠密六方晶はアルフア(α)と称され、
他方高温の形態即ち体心立方晶はベータ(β)と
称されていた。モリブデン、コロンビユーム、タ
ンタル、バナジウムの如き体心立方晶を有する合
金添加元素は、βチタニウム相を安定化しかくし
てα−β変態温度を降下せしめる傾向がある。従
つて高温度のβチタニウムが合金にて安定化され
たβ相を急激に冷却し且つβからαへの変態を阻
止することにより常温にて得られる。体心立方構
造がβ域より常温に冷却される際にも維持される
に充分なほどβ安定化元素を添加された材料は、
β安定チタニウム合金或はただ単にβチタニウム
合金と称される。かかる材料は大部分がチタニウ
ムであり、重量で約25%まで或はそれ以上の合金
添加元素を含有している。上上述したものの他に
安定化合金添加元素にはマンガン、鉄、クロム、
コバルト、ニツケル、銅、及びアルミニウム、
錫、ジルコニウムなどがある。かかる種類の材料
の組成の詳細な点については1957年2月9日付に
て発行された米国特許第2797996号に開示されて
いる。 この合金が体心立方構造であるためその合金材
料が優れた塑性及び高い延性を有しており、これ
によりその材料をたいていの複雑な歯列矯正用の
形状に容易に形成することができる。又これらの
材料は冷間加工及び熱処理時効を施すことによつ
て非常に高い強度及び硬化性を具備するようにな
るという潜在的能力を有している。従つて合金元
素にて安定化されたβチタニウム相は熱にて誘発
され析出したα相を含有するβ相に変態可能であ
り大きくその材料の強度特性を高めることができ
る。通常βチタニウム合金は高温度にまで或はβ
形態にまで加熱され、その後常温に急激に冷却し
て常温に於いても安定したβ相合金とされる。か
かる溶体化熱処理された或は完全に焼き戻しされ
たと称される条件に於ける安定したβ相材料は非
常に高い延性を有し且つかかる段階に於いて或は
部分的に或は完全に強化された後に所要の歯列矯
正用器具に形成され得る。かかる強化とこれに伴
つて生じる延性の低減は、冷間加工或は種々の時
間に亘る高温度に於ける熱処理時効により達成さ
れる。従つて体心立方構造の優れた延性及び低強
度は非常に複雑な構造体の製造に適している。又
かかる特性のためにかなりの冷間加工を行うこと
が可能であり、このことにより最終製品に所要の
強度特性が与えられ、これにより熱処理時効の必
要性が排除される。 市販のβチタニウム合金材料の特定の化学組成
はすでに知られている。代表的なβチタニウム合
金はほぼ以下の合金組成を有している。 A 13%バナジウム、11%クロム、3%アルミニ
ウム B 8%モリブデン、8%バナジウム、2%鉄、
3%アルミニウム C 11.5%モリブデン、6%ジルコニウム、4.5
%錫 D 3%アルミニウム、8%バナジウム、6%ク
ロム、4%ジルコニウム、4%モリブデン βチタニウム合金は航空宇宙工学の分野に於い
て研究されてきたが、これまでに行われた研究の
ほとんどは材料の強度特性を最大にして重量に対
する強度の比を最適にすることにその重きがおか
れていた。かかる従来の研究は歯列矯正用器具に
於いて使用されたものよりも実質的に大きな断面
を有する材料、即ち0.1〜2.0mmの範囲よりも大き
な断面を有する材料に関するものであつた。好ま
しい歯列矯正用ワイヤは上述の範囲の下方の部分
内のものであり、従来約0.2〜1.0mmの断面を有し
ており、好ましいワイヤの大きさは典型的には約
0.35〜0.80mmである。 以下の例は本発明の有効性を完全に理解するた
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態様を限定するものではな
い。 例 1 この例はステンレス鋼に比較した場合のβチタ
ニウムの弾性係数及び弾性係数に対する降伏強さ
の比の変化を説明するためのものである。なぜな
らば、これらの係数や比より歯列矯正用器具の最
大弾性撓みや荷重撓み率を良好に予測できるから
である。 標準的な18−8ステンレス鋼歯列矯正用ワイヤ
がカリフオルニア州モンロビア所在のUnitek
Corporationより入手された。このワイヤは0.030
インチ(0.756mm)の直径を有し、それが入手さ
れた条件にて弾性係数及び降伏強さが試験され
た。 重量で11.5%モリブデン、6%ジルコニウム、
4.5%錫、残部チタニウムなる仕様書組成を有す
るミル加工されたβチタニウムワイヤが、溶体化
熱処理された状態及び引抜き加工されたままの状
態にて同一の直径即ち0.756mmにて入手された。
溶体化熱処理された材料は1300〜1350〓(704〜
732℃)に合金を加熱し且つ水焼入れすることに
より発生されたほとんど完全なβ相材料であつ
た。この溶体化熱処理された材料は次いで2乃至
8時間900〓(482℃)の温度に加熱され、その材
料の弾性係数及び降伏強さの特性が種々の時間間
隔にて試験された。 引張り試験は定歪み率インストロン試験器を使
用して0.5cm/min.のクロスヘツド率にて行われ
た。1/2インチ(1.27cm)の歪みゲージ伸び計が
400:1或は1000:1の歪み倍率にて使用された。
この伸び計は極めて細いワイヤ標本を試験する目
的で僅かに修正されていた。かかる伸び計の修正
はJournal of Dental Researchの第56巻(1977
年10月発行)の1227〜1231ページにA.J.
Goldberg等により著わされた「Reduction in
the Modulus of Elasticity in Orthodontic
wires」と題する記事に記載されている。 ステンレス鋼ワイヤの降伏強さは23.9×104psi
(1.68×104Kg/cm2)であり、弾性係数は22.9×
106psi(1.61×106Kg/cm2)であり、従つて弾性係
数に対する降伏強さの比は1.04×10-2であつた。
引抜き加工されたままの状態のチタニウム合金の
降伏強さは15.1×104psi(1.06Kg/cm2)であり、弾
性係数は10.1×106psi(0.703×106Kg/cm2)であ
り、弾性係数に対する降伏強さの比は1.49×10-4
であつた。熱処理時効された合金材料の降伏強さ
及び弾性係数は熱処理の時間と共に変化し、約四
時間乃至四時間半の処理時間にてその最大値とな
つた。弾性係数に対する降伏強さの比が最大値と
なるところではその材料の降伏強さは19.1×
104psi(1.34×104Kg/cm2)であり、弾性係数は
13.4×106psi(0.942×106Kg/cm2)であり、比は
1.42×10-2であつた。溶体化熱処理された材料の
比は全然熱処理されていないものについての0.97
×10-2から上述した最大値まで変化した。加熱す
ることにより降伏強さ及び弾性係数が増大したの
はα相の析出によるものである。しかしかかる熱
処理時効或はα相析出処理中に於ける弾性係数は
降伏強さと同一の割合では増大しないので弾性係
数に対する降伏強さの比は増大する。 同一の合金を1000〓(538℃)及び1100〓(593
℃)に熱処理時効した場合にも勢述した増大に匹
敵し得る降伏強さ及び弾性係数の増大が認められ
た。降伏強さは10×104psi(0.70×104Kg/cm2)な
る処理されていないレベルよりそれぞれ15.8×
104psi(1.11×104Kg/cm2)及び15.5×104psi(1.09
×104Kg/cm2)のレベルまで上昇し、一方弾性係
数は10×106psi(0.70×106Kg/cm2)から前述の温
度レベルに於ける15×106psi(1.05×106Kg/cm2)
まで変化した。 例 2 この例の目的は合金材料の改善された比の測定
値と最大弾性撓み特性との相互関係を説明するた
めである。 例1と同一であるがワイヤ直径の異なる材料に
ついてその降伏強さ及び弾性係数が試験された。
更にそのワイヤは第4図に図示された形状を有す
る歯列矯正用長方形ループ状ばねに形成された。
ループは6mmの高さと10mmの歯莖方向長さと10mm
のブラケツト間距離とを有していた。これらのル
ープ状ばねは第4図に於いて矢印にて図示されて
いる如く、ブラケツトの前方及び後方の位置に或
る力を加えることによつて降伏するまでの最大撓
みが測定された。かかる試験はIEEE Trans on
Engineering in Medicine and Biology第24巻
(1977年発行)の538〜539ページにD.J.Solonche
等により著わされた「A Device for
Determining the Mechanical Behavior of
Orthodontic Appliances」と題する記事に記載
された形式の特別に設計されたばね試験器を使用
して行われた。この試験器はLVDTトランスデ
ユーサを使用しており、最大敷居値に到達した後
の永久変形を検出することができた。 その材料の加工性はそのワイヤを1mm直径のマ
ンドレル上にて90゜の角度に冷間曲げすることに
よりADA Specification No.32on Orthodontic
wiresを使用して測定され、そのワイヤが破断す
るまでに耐え得る湾曲の回数を測定された。90゜
の湾曲と元の位置に戻すことが二回の冷間曲げと
して数えられた。それぞれの試験は種々のワイヤ
の種々の位置を使用して10回繰り返えされた。そ
の試験結果を表に示す。
【表】
熱処理時効されていない0.14インチ(0.36cm)
直径の溶体化熱処理された合金についての冷間曲
げの値は11.1であり、その合金が実質的に大きな
延性を有しており且つそれが紐状ワイヤとして使
用するに適していることが分つた。 例 3 この例の目的は他の一つのβチタニウム合金に
ついての降伏に到るまでの最大撓みを説明し又撓
みに与える熱処理時効の効果を説明することであ
る。 標準的な18−8ステンレス鋼歯列矯正用ワイヤ
が比較の目的で使用れ、そのワイヤは0.025イン
チ(0.064cm)の直径を有していた。このステン
レス鋼ワイヤと同一の直径を有するミル加工され
たβチタニウム合金が入手された。その合金は重
量で13%バナジウム、11%クロム、3%アルミニ
ウム、残部チタニウムなる仕様書組成を有してい
た。各サンプルは6mmの高さと12mmの歯莖方向長
さと7mmのブラケツト間距離とを有する第4図に
図示された如き歯列矯正用長方形ループ状ばねに
形成された。この試験は例2に於いて述べた要領
にて行われた。その試験結果を表に示す。
直径の溶体化熱処理された合金についての冷間曲
げの値は11.1であり、その合金が実質的に大きな
延性を有しており且つそれが紐状ワイヤとして使
用するに適していることが分つた。 例 3 この例の目的は他の一つのβチタニウム合金に
ついての降伏に到るまでの最大撓みを説明し又撓
みに与える熱処理時効の効果を説明することであ
る。 標準的な18−8ステンレス鋼歯列矯正用ワイヤ
が比較の目的で使用れ、そのワイヤは0.025イン
チ(0.064cm)の直径を有していた。このステン
レス鋼ワイヤと同一の直径を有するミル加工され
たβチタニウム合金が入手された。その合金は重
量で13%バナジウム、11%クロム、3%アルミニ
ウム、残部チタニウムなる仕様書組成を有してい
た。各サンプルは6mmの高さと12mmの歯莖方向長
さと7mmのブラケツト間距離とを有する第4図に
図示された如き歯列矯正用長方形ループ状ばねに
形成された。この試験は例2に於いて述べた要領
にて行われた。その試験結果を表に示す。
【表】
以上に於いては本発明をその特定の実施例及び
いくつかの例について詳細に説明したが、本発明
はかかる実施例或は例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて種々の修正並びに省略が
可能であることは当業者にとつて明らかであろ
う。
いくつかの例について詳細に説明したが、本発明
はかかる実施例或は例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて種々の修正並びに省略が
可能であることは当業者にとつて明らかであろ
う。
第1図はアーチワイヤや補助部材の如き種々の
歯列矯正用装置が使用される態様を示す上顎及び
下顎の解図的側面図である。第2図は取外し可能
な歯列矯正用器具が装着された上鍔の部分を示す
解図的正面図である。第3図は一つの歯列矯正用
アーチワイヤの用途を示す解図的部分図である。
第4図は本発明による器具に使用される長方形ル
ープ状ばねの解図である。 10〜アーチワイヤ、12〜ブラケツト、14
〜T字状ループ、16,17,18〜ループ、1
9〜フツク、20〜前歯押込用組立体、22〜ば
ね、24,26〜アーチワイヤセグメント、28
〜長方形ばね、30〜唇状部材、32〜指状ば
ね、34〜エプロン状ばね、36〜コイルばね、
38〜アーチワイヤセグメント。
歯列矯正用装置が使用される態様を示す上顎及び
下顎の解図的側面図である。第2図は取外し可能
な歯列矯正用器具が装着された上鍔の部分を示す
解図的正面図である。第3図は一つの歯列矯正用
アーチワイヤの用途を示す解図的部分図である。
第4図は本発明による器具に使用される長方形ル
ープ状ばねの解図である。 10〜アーチワイヤ、12〜ブラケツト、14
〜T字状ループ、16,17,18〜ループ、1
9〜フツク、20〜前歯押込用組立体、22〜ば
ね、24,26〜アーチワイヤセグメント、28
〜長方形ばね、30〜唇状部材、32〜指状ば
ね、34〜エプロン状ばね、36〜コイルばね、
38〜アーチワイヤセグメント。
Claims (1)
- 1 0.1〜2mmの断面寸法を有し、6〜18×106psi
(0.42〜1.3×106Kg/cm2)の弾性係数を有する常温
にて安定なβチタニウム合金よりなり、弾性係数
に対する降伏強さの比の値が同一断面を有し応力
を除去された18−8ステンレス鋼ワイヤの同比の
値と同等以上であるワイヤにて構成された歯列矯
正用器具。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US05/886,430 US4197643A (en) | 1978-03-14 | 1978-03-14 | Orthodontic appliance of titanium alloy |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54129797A JPS54129797A (en) | 1979-10-08 |
| JPS6320141B2 true JPS6320141B2 (ja) | 1988-04-26 |
Family
ID=25389038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2982279A Granted JPS54129797A (en) | 1978-03-14 | 1979-03-14 | Appliance for correcting row of teeth |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4197643A (ja) |
| JP (1) | JPS54129797A (ja) |
| DE (1) | DE2910021A1 (ja) |
| FR (1) | FR2419715A1 (ja) |
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