KR102211376B1 - 치아교정 기구와, 이의 제조 및 사용 방법 - Google Patents

Abstract

치아교정 기구(10, 110, 132, 150, 152, 168, 210, 310, 410, 500)는 적어도 2개의 다른 금속 요소의 베이스 합금 조성을 갖는 형상 기억 합금 및 적어도 하나의 금속 요소가 결핍된 합금 조성을 갖는 처리 영역으로 이루어진 부분을 포함한다. 그러한 베이스 합금은 니켈 티타늄 합금(NiTi), 동 크롬 니켈 티타늄 합금(CuCrNiTi), 또는 동 알루미늄 니켈 합금(CuAlNi)을 포함한다. 상기 처리 영역은 상기 베이스 합금을 에너지 소스에 노출시킴으로써 상기 베이스 합금 조성에 대해 동, 알루미늄, 니켈, 및 티타늄의 적어도 하나가 결핍될 수 있다. 상기 베이스 합금 조성은 제1오스테나이트 종료 온도를 갖고, 상기 처리 영역은 상기 제1오스테나이트 종료 온도와 다른 오스테나이트 종료 온도를 갖는다. 상기 처리 영역은 아치와이어(10), 스톱(152), 후크(150), 크라운(110), 밴드(132), 또는 치아교정 브라켓(210, 310, 410, 500)의 일부를 형성한다.

Description

치아교정 기구와, 이의 제조 및 사용 방법{ORTHODONTIC APPLIANCES AND METHODS OF MAKING AND USING SAME}

본 출원은 2013년 9월 6일 출원된 미국 가특허출원 제61/874,571호를 우선권 주장하고 있으며, 상기 특허 문헌의 내용은 참조를 위해 본 발명에 모두 포함된다.

본 발명은 통상 치아교정 기구에 관한 것으로, 특히 금속의 치아교정 기구와, 이를 제조 및 사용하기 위한 방법에 관한 것이다.

치아교정 치료는 종종 치아에 기구를 부착하거나 또는 어느 하나의 기구를 치아에 미리 부착된 또 다른 치아교정 기구에 부착하는 것을 포함한다. 이후 기구(들)에 인가된 힘이 치아로 전달되고, 이에 의해 치아를 이동시킨다. 그와 같이, 치아교정 기구들은 환자의 치아 상태를 개선하는데 사용된 올바른 치아교정 치료의 주요 요소를 나타낸다. 치아교정 기구들은 브라켓(bracket), 아치와이어(archwire), 후크(hook), 밴드(band), 및 또 다른 장치들을 포함한다.

치아교정 브라켓 사용의 일 예로서, 치아교정 전문의는 치아교정 브라켓들을 접착제에 의해 환자의 치아에 부착한 후, 각 브라켓의 슬롯에 아치와이어를 체결한다. 그러한 아치와이어는 치아를 원하는 쪽의 방향, 즉 심미적 위치로 이끌게 하려는 회전력, 팁핑(tipping)력, 압출력, 침투력, 평행 이동력, 및/또는 토오크(torque)력을 포함한 복원력을 생성하기 위해 치아교정 브라켓들에 굴곡 및/또는 비틀림 스트레스(stress)를 인가한다. 작은 탄성 중합체 O-링 또는 극세 금속 와이어와 같은 전통의 결찰사(ligature)가 각 브라켓 슬롯 내에 아치와이어를 유지하기 위해 채용된다. 각 브라켓에 개별 결찰사를 적용하는데 부딪치는 어려움들로 인해, 브라켓 슬롯 내에 아치와이어를 유지하기 위한 래치(latch), 클립, 또는 슬라이드(slide)와 같은 가동부(movable portion) 또는 가동 부재에 따른 결찰의 필요성을 없앤 자가-결찰 치아교정 브라켓이 개발되었다.

치아교정 치료의 통상의 순서에 있어서, 작은 직경의 원형의 금속 아치와이어가 임시의 치아 이동을 위해 사용되고, 이후 나중의 치료 단계들에서 직사각형의 금속 아치와이어가 사용된다. 최종 단계는 브라켓 내에 슬롯을 채우는 직사각형 단면의 아치와이어의 사용을 포함한다. 예컨대, 작은(예컨대, 0.014 인치 직경) 원형의 아치와이어는 초기에 사용되고, 직사각형 단면(예컨대, 0.021 인치×0.025 인치)의 아치와이어는 보통 치료의 말미에 또는 거의 말미에 토오크가 치아 쪽으로 정확하게 향하게 할 필요가 있을 때 도입된다. 그러한 직사각형의 형태가 각 브라켓에 대해 회전할 수 없게 만들기 때문에, 상기 아치와이어는 치아에 토오킹력(torquing force) 또는 직립력(uprighting force)을 가한다. 결과적으로, 그러한 직사각형의 와이어는 인접한 치아들간 약간 트위스트될 것이다. 각기 다른 크기의 다른 아치와이어들이 치료의 중간 단계 동안 도입될 것이다.

이는 일반적으로 부정 교합이 심한 곳에서는 몇 가지의 이유 때문에 큰 단면의 아치와이어로 치료를 개시하는데는 실용적이지 못하다. 무엇보다도, 그러한 브라켓 슬롯들이 보통 서로 정렬되지 않기 때문에, 아치와이어가 치료의 개시시에 사실상 트위스트되거나 휘어져야 한다. 큰 단면의 아치와이어들이 더 작은 와이어들보다 더 쉽게 영구 변형을 겪기 때문에, 초기 트위스트 또는 편향은 치료의 시작시에 그것들을 거의 소용없게 한다. 또한 큰 와이어들은 환자에게 심한 고통을 주는 치료의 초기 단계 동안 예측불가능한 큰 힘을 가할 수 있다. 이러한 이유 때문에, 종종 초기에 보다 작은 아치와이어들을 사용할 필요가 있고 이후 치료의 진행에 따라 그러한 작은 아치와이어를 보다 큰 단면의 아치와이어로 교체해야 한다. 환자에게 있어, 이것은 빈번한 약속 및 "의자"에서 보내는 상당한 시간을 의미한다. 임상의에게 있어, 이것은 증가된 비용 및 감소된 치료 수용력을 의미한다.

초기 단계의 와이어는 통상 초탄성 특성을 갖는 형상 기억 합금(SMA; shape memory alloy)으로 이루어졌다. 그러한 SMA는 특정 온도 범위를 통해 가열될 때 마르텐사이트 상(martensitic phase)에서 오스테나이트 상(austenitic phase)으로 가역 결정상(reversible crystalline phase) 변환을 겪는다. 일반적으로, 마르텐사이트는 부드러우면서 유연성이 있는 반면, 오스테나이트는 단단하면서 탄력성이 있다. 이들 2개의 상들은 개별적으로 유일한 기계적인 특성을 제공하기 때문에, 사용하는 동안 그러한 합금의 온도는 상기 마르텐사이트 및 오스테나이트에 따라 합금의 기계적인 특성을 나타낸다. 따라서, 치아교정 기구가 인간의 신체에 사용될 때 나타난 그러한 상들은 기구의 기계적인 특성을 결정할 것이다.

이와 관련하여, 마르텐사이트에서 오스테나이트로의 상 변경이 시작되는 온도는 통상 A_s로 나타내고, "오스테나이트 시작 온도"라고 부르며, 그러한 상 변경이 가열에 따라 종료되는 온도는 A_f로 나타내고, "오스테나이트 종료 온도"라고 부른다. A_f 이상의 합금에서 안정한 상은 오스테나이트 상이다. 냉각 동안, 상이 오스테나이트에서 마르텐사이트로 변경되는 온도는 M_s로 나타내고, "마르텐사이트 시작 온도"라고 부르며, 상 변경이 종료되는 온도는 M_f로 나타내고, "마르텐사이트 종료 온도"라고 부른다. 그러한 가역 상 변환은 SMA가 어느 한 온도에서 변형되게 하고 이후 SMA가 모두 또는 거의 모두 앞서 변형된 또는 원래의 형상을 회복하는 상승 온도로 가열되게 한다. NiTi계 합금들은 공지의 형상 기억 합금이고 니켈(Ni)과 티타늄(Ti)의 합금이다. 예컨대, NiTi계 합금의 한 타입은 약 50/50의 니켈/티타늄의 합금인 니티놀(nitinol)이다.

또한, SMA는 종종 초탄성 특성을 나타낸다. 초탄성은 A_f 또는 이보다 약간 높은 온도에서 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 스트레스-도입 상 변환으로부터 야기된다. 오스테나이트로의 복귀는 스트레인(strain)이 감소되거나 제거될 때 일어난다. 치아교정에 사용된 초탄성 물질의 스트레스-스트레인 작용은 이러한 상 변경의 충분한 이점을 취하고, 종종 기존의 스테인레스 스틸을 훨씬 넘어선 6% 스트레인까지 회복하게 한다.

현재의 제조 기술은 그러한 합금의 조성, 합금의 열 처리, 및 치아교정 기구의 제조 동안 합금에 도입된 스트레스를 제어하는 선-규정된 공정에 초점을 맞추고 있다. 일괄하여, 이들 파라미터는 변환 특성, 즉 SMA의 온도 A_s, M_s, A_f, 및 M_f에 의해 규정된 변환 커브의 형상을 확립한다.

치아교정 기구들이 일반적으로 성공적이긴 하지만, 치아교정 기구의 제조자들은 지속적으로 그러한 기구들의 성능을 향상시키려 노력하고 있다. 이에 따라, 치아교정 치료 동안 향상된 성능을 제공하는 초탄성 및/또는 형상 기억 치아교정 기구들을 여전히 필요로 한다.

본 발명은 치아교정 브라켓의 상기한 그리고 다른 단점 및 결점들을 극복한다. 본 발명이 소정의 실시예들과 연계되어 기술될 지라도, 본 발명이 이들 실시예들로 한정되지 않는다는 것을 알아야 할 것이다. 그와 반대로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 범주 내에 속하는 모든 대안, 변형 및 등가물들을 포함한다.

본 발명의 원리들에 따라, 치아교정 기구는 적어도 2개의 금속 요소의 베이스 합금 조성을 갖는 형상 기억 합금 및 상기 베이스 합금 조성의 적어도 하나의 금속 요소가 결핍된 합금 조성을 갖는 처리(즉, 처리된) 영역으로 이루어진 부분을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 형상 기억 합금은 니켈 티타늄 합금(NiTi)이고, 상기 처리 영역의 합금 조성은 상기 베이스 합금 조성에 대해 니켈이 결핍된다.

일 실시예에 있어서, 상기 형상 기억 합금은 동 크롬 니켈 티타늄 합금(CuCrNiTi)이고, 상기 처리 영역의 합금 조성은 상기 베이스 합금 조성에 대해 동, 니켈, 및 티타늄 중 하나가 결핍된다.

일 실시예에 있어서, 상기 형상 기억 합금은 동 알루미늄 니켈 합금(CuAlNi)이고, 상기 처리 영역의 합금 조성은 상기 베이스 합금 조성에 대해 적어도 알루미늄이 결핍된다.

일 실시예에 있어서, 상기 형상 기억 합금은 동 알루미늄 니켈 합금(CuAlNi)이고, 상기 처리 영역의 합금 조성은 베이스 합금 조성에 대해 적어도 동이 결핍된다.

일 실시예에 있어서, 상기 베이스 합금 조성은 제1오스테나이트 종료 온도를 갖고, 상기 처리 영역은 상기 제1오스테나이트 종료 온도보다 높은 오스테나이트 종료 온도를 갖는다.

일 실시예에 있어서, 상기 부분은 아치와이어, 스톱(stop), 후크, 크라운(crown), 밴드, 또는 치아교정 브라켓의 일부를 형성한다.

일 실시예에 있어서, 치아교정 기구는 일단부에서 타단부까지 측정된 길이를 갖는 아치와이어이고, 여기서 상기 부분은 상기 아치와이어의 길이에 따른 제1영역을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 아치와이어는 제2영역을 형성하는 비처리(즉, 처리되지 않은) 영역을 포함하고, 상기 비처리 영역은 베이스 합금 조성을 갖고, 상기 제2영역은 상기 제1영역에 인접한다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 치아에 배치를 위한 치아교정 기구가 개시된다. 상기 치아교정 기구는 적어도 2개의 금속 요소의 베이스 합금 조성을 갖는 형상 기억 합금으로 이루어진 바디를 포함한다. 상기 바디는 치아를 수용하기 위한 개구를 규정하는 정점의 마진(margin)을 갖춘 측벽을 포함한다. 상기 측벽은 베이스 합금 조성의 적어도 하나의 금속 요소가 결핍된 처리 영역을 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 바디는 치아와 접촉하도록 구성된 내면을 더 포함하고, 상기 내면은 처리 영역을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 내면의 처리 영역은 인간 신체의 온도 또는 그 온도에 가까운 온도에서 상기 바디의 비처리 영역보다 큰 탄력성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 상기 내면의 처리 영역은 치아에 부딪치어 압축될 때 유연하게 변형하도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 바디는 접착제 없이 치아의 위치에 유지하도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 바디의 적어도 하나의 단면 치수는 구강 온도로 되기 전에 치아의 단면 치수보다 커진다.

일 실시예에 있어서, 상기 바디는 환형 단면 형상을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 상기 바디는 동작 온도로 가열할 때 변형된 확대 상태에서 축소 상태로 변하도록 구성된다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 치아교정 아치와이어에 배치를 위한 치아교정 기구가 개시된다. 상기 치아교정 기구는 적어도 2개의 금속 요소의 베이스 합금 조성을 갖는 형상 기억 합금으로 이루어진 C형 바디를 포함한다. 상기 C형 바디는 아치와이어를 체결하도록 구성된다. 상기 C형 바디는 사이에 개구를 규정하는 대향하는 제1부분 및 제2부분을 포함한다. 제3부분은 상기 제1부분과 제2부분간 확장하고 상기 개구에 대향한다. 처리 영역은 상기 제1부분, 제2부분, 및 제3부분의 적어도 한 부분을 형성한다. 상기 처리 영역은 상기 베이스 합금 조성의 적어도 하나의 금속 요소가 결핍된다.

일 실시예에 있어서, 상기 바디는 가열할 때 개방 위치와 폐쇄 위치간 변환되도록 구성되고, 상기 바디는 상기 폐쇄 위치에서 아치와이어를 체결하도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 바디는 가열 동안 기계적인 입력 없이 개방 위치와 폐쇄 위치간 변환되도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 처리 영역은 제1부분, 제2부분, 또는 제3부분의 적어도 하나의 내면을 따라 노출된다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1부분, 제2부분, 또는 제3부분의 적어도 하나의 내면은 적어도 하나의 립(rib)을 포함하며, 상기 립은 이 립이 상기 아치와이어를 접촉할 때 유연하게 변형되도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 립은 상기 바디의 둘레 에지에 평행하다.

일 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 립은 상기 바디의 둘레 에지를 가로지른다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 아치와이어를 치아와 결합하기 위한 치아교정 브라켓은 적어도 2개의 금속 요소의 베이스 합금 조성을 갖는 형상 기억 합금으로 이루어진 브라켓 바디를 포함한다. 상기 브라켓 바디는 그 안에 아치와이어를 수용하도록 구성된 아치와이어 슬롯 및 상기 브라켓 바디의 적어도 일부를 형성하는 처리 영역을 포함한다. 상기 처리 영역은 상기 베이스 합금 조성의 적어도 하나의 금속 요소가 결핍된다.

일 실시예에 있어서, 상기 브라켓 바디는 일체형 결찰 부재를 더 포함하며, 상기 일체형 결찰 부재는 아치와이어가 아치와이어 슬롯 내에 삽입될 수 있는 개방 위치 및 상기 일체형 결찰 부재가 상기 아치와이어 슬롯으로부터 아치와이어의 제거를 방지하도록 구성된 폐쇄 위치를 갖는다. 상기 치아교정 브라켓은 자가-결찰 치아교정 브라켓이고, 여기서 상기 일체형 결찰 부재는 처리 영역을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 처리 영역은 치아교정 치료 동안 초탄성 특성을 나타내도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 치아교정 브라켓은 치아교정 치료 동안 초탄성 특성을 나타내지 않는 비처리 영역을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 처리 영역은 구강 공동의 정상 동작 온도 이하의 온도 범위에서 형상 기억 특성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 상기 브라켓 바디는 중심부에 의해 분리된 중위부(mesial portion) 및 원위부(distal portion)를 더 포함하며, 각각의 상기 중위부, 원위부, 및 중심부는 아치와이어 슬롯을 규정한다. 상기 중심부는 일체형 결찰 부재를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 브라켓 바디는 상기 아치와이어 슬롯에 의해 분리된 잇몸 바디부 및 교합 바디부를 더 포함한다. 상기 일체형 결찰 부재는 일체형 결찰 클립의 형태이며, 상기 일체형 결찰 클립은 단지 하나의 상기 잇몸 바디부 또는 교합 바디부로부터 확장한다.

일 실시예에 있어서, 상기 일체형 결찰 부재는 일체형 결찰 클립의 형태이고, 상기 일체형 결찰 클립은 상기 폐쇄 위치에서 아치와이어 슬롯을 걸쳐 확장하는 제1부분, 상기 일체형 결찰 클립이 브라켓 바디에 형성된 제2부분, 및 상기 제1부분과 제2부분 사이의 제3부분을 갖추며, 적어도 상기 제2부분은 처리 영역을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 브라켓 바디는 이 브라켓 바디로부터 확장하는 다수의 윙(wing)을 더 포함한다. 상기 처리 영역의 적어도 일부는 적어도 하나의 타이 윙(tie wing)에 배치된다.

일 실시예에 있어서, 상기 브라켓 바디는 다수의 처리 영역을 포함한다. 각각의 영역은 베이스 합금 조성과 다른 합금 조성을 갖는다. 다수의 처리 영역은 브라켓 바디 상에 임펙트(impact)로부터의 충격을 흡수하도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 각각의 다수의 처리 영역은 구강 공동의 온도에서 제공된 오스테나이트에 대한 마르텐사이트의 비율이 다르고, 하나 또는 그 이상의 처리 영역에서 상기 오스테나이트는 상기 브라켓 바디 상에 임펙트가 가해질 때 마르텐사이트로 변환한다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 치아교정 기구의 제조 방법은 적어도 2개의 금속 요소의 베이스 합금 조성을 갖는 형상 기억 합금으로 이루어진 치아교정 기구를 에너지 소스에 노출시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 베이스 합금 조성에 대해 적어도 하나의 금속 요소가 결핍되는 처리 영역을 형성하기 위해 표면을 포함하는 영역으로부터 적어도 하나의 금속 요소를 제거하도록 상기 에너지 소스에 의해 치아교정 기구의 표면을 처리하는 단계를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 치아교정 기구를 노출시키는 단계는 아치와이어, 스톱, 후크, 밴드, 크라운, 및 치아교정 브라켓을 포함하는 그룹 중 하나를 상기 에너지 소스에 노출시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 적어도 2개의 금속 요소의 베이스 합금 조성을 갖고 상기 베이스 합금 조성으로부터 적어도 하나의 금속 요소가 결핍된 조성을 갖는 처리 영역을 포함하는 형상 기억 합금으로 이루어진 치아교정 기구의 이용 방법은 구강 공동의 정상 온도와 다른 온도에서 상기 치아교정 기구를 스토어링(storing)하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 처리 영역의 상 조성이 상기 베이스 합금 조성의 상 조성과 다르도록 환자의 입 내에 치아교정 기구를 설치하는 단계를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 스토어링 단계는 구강 공동의 정상 온도보다 낮은 온도에서 스토어링하는 단계를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 설치 후 그리고 치료 동안, 상기 방법은 오스테나이트에 대한 마르텐사이트의 비율을 증가시키기 위해 치아교정 기구의 온도를 감소시키고 이후 냉각된 처리 영역의 일부를 포함하는 기구를 유연하게 변형하는 단계를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 치아교정 기구는 밴드 또는 크라운이고, 상기 밴드 또는 크라운을 치아에 설치하는 것은 처리 영역을 유연하게 변형하며, 그러한 설치는 상기 밴드 또는 크라운과 치아 사이의 접착제를 없앤다.

본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성하는 수반의 도면들은 본 발명을 설명하기 위해 상기한 통상의 설명과 이하 주어진 상세한 설명과 함께 발명의 실시예들을 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 치아교정 아치와이어의 개략도이고;
도 2는 섹션 라인 2-2를 따라 취해진 도 1의 치아교정 기구의 개략 단면도이고;
도 3은 각기 다른 처리 영역 또는 영역을 개략적으로 기술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 치아교정 아치와이어의 상승도이고;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수 처리 영역의 주사형 전자 현미경(SEM; Scanning Electron Microscope) 사진이고;
도 5는 하나의 처리 영역 또는 영역 내의 다수의 처리 영역을 개략적으로 기술하는 도 1의 원형 영역(5)의 개략도이고;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔에 의해 처리된 원형의 아치와이어의 한 영역의 SEM 사진이고;
도 7은 도 6에 나타낸 레이저 빔에 의해 처리된 영역에 걸친 아치와이어의 합금 조성의 변경을 그래픽적으로 나타내고;
도 8은 아치와이어의 비처리 영역의 스트레인 대 스트레스의 그래프이고;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 아치와이어의 처리 영역과 비교된 도 8에 나타낸 바와 같은 아치와이어의 비처리 영역에 대한 스트레인 대 스트레스의 그래프이고;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 아치와이어의 처리 영역과 비교된 도 8에 나타낸 바와 같은 아치와이어의 비처리 영역에 대한 스트레인 대 스트레스의 그래프이고;
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 아치와이어의 처리 영역과 비교된 도 8에 나타낸 바와 같은 아치와이어의 비처리 영역에 대한 스트레인 대 스트레스의 그래프이고;
도 12는 상업적으로 이용가능한 아치와이어의 2개의 영역에 대한 편향 대 로드(load)와 비교된 도 9, 10, 및 11에 나타낸 스트레스 대 스트레인 관계를 갖는 각각의 처리 영역에 대한 편향 대 로드를 비교하는 편향 대 로드의 그래프이고;
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 처리 후 CuAlNi 합금에 대한 편향 대 로드의 이론적인 그래프이고;
도 14a 및 14b는 각각 비처리 아치와이어와 비교된 일 실시예 및 의도에 따라 처리된 직사각형 아치와이어들에 대한 마찰 대 각도(degrees) 및 모멘트 대 각도의 그래프이고;
도 15a 및 15b는 각각 비처리 아치와이어와 비교된 일 실시예 및 의도에 따라 처리된 원형의 아치와이어들에 대한 마찰 대 각도 및 모멘트 대 각도의 그래프이고;
도 16은 주기적 응력 로딩시의 비처리 아치와이어에 대한 스트레인 대 스트레스의 그래프이고;
도 17은 도 16과의 비교를 위한 주기적 응력 로딩시의 본 발명의 일 실시예에 따라 처리된 아치와이어에 대한 스트레인 대 스트레스의 그래프이고;
도 18은 비처리 아치와이어 및 상업적으로 이용가능한 아치와이어와의 비교를 위한 처리 아치와이어(즉, 처리된 아치와이어)에 대한 OSIM 결과의 그래프를 나타내고;
도 19 및 20은 각각 상업적으로 이용가능한 아치와이어와 비교된 본 발명의 일 실시예에 대한 치열궁(dental plier)에 따른 수직력 분포 및 수평력 분포의 개략도이고;
도 21은 다수의 처리 영역을 갖는 아치와이어의 일 실시예에 대한 영역에 따른 동등한 스트레스의 그래프이고;
도 22는 비처리 아치와이어와 본 발명의 일 실시예를 비교하는 니켈(Ni) 이온 방출 대 시간의 그래프이고;
도 23은 비처리 아치와이어와 본 발명의 실시예들을 비교하는 분극 전위 대 전류 밀도의 그래프이고;
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 크라운 구성의 치아교정 기구의 사시도이고;
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 밴드 구성의 또 다른 치아교정 기구의 사시도이고;
도 26은 개방 위치에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 후크 구성의 또 다른 치아교정 기구의 사시도이고;
도 27은 폐쇄 위치에 나타낸 도 26의 후크의 사시도이고;
도 28은 본 발명에 따른 후크의 일 실시예의 사시도이고;
도 29는 섹션 라인 29-29에 따라 취해진 도 28의 후크의 단면도이고;
도 30은 본 발명에 따른 후크의 일 실시예의 사시도이고;
도 31은 섹션 라인 31-31을 따라 취해진 도 30의 후크의 단면도이고;
도 32는 본 발명에 따른 후크의 일 실시예의 사시도이고;
도 33은 섹션 라인 33-33을 따라 취해진 도 32의 후크의 단면도이고;
도 34a-34c는 개방/폐쇄의 다양한 스테이지에서 본 발명의 일 실시예에 따른 스톱의 사시도이고;
도 35-37은 본 발명의 실시예들에 따른 예시의 처리 영역들을 나타내는 도 34a에 나타낸 스톱의 섹션 라인 35-35를 따라 취해진 단면도이고;
도 38은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시의 스톱 단면의 SEM 사진이고;
도 39는 본 발명의 실시예들에 따른 스톱 및 후크의 사진이고;
도 40은 본 발명의 일 실시예에 따른 스톱의 사진이고;
도 41은 본 발명의 실시예들에 따른 후크에 대한 변위 대 힘의 이론적인 그래프이고;
도 42는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자가-결찰 치아교정 브라켓의 사시도이고;
도 43a는 폐쇄 위치에서의 일체형 결찰 부재를 나타내는 섹션 라인 43A-43A를 따라 취해진 도 42의 치아교정 브라켓의 단면도이고;
도 43b는 도 43a와 유사하나 개방 위치에서의 일체형 결찰 부재를 나타내는 도 42의 치아교정 브라켓의 단면도이고;
도 44는 도 42의 치아교정 브라켓의 상승도이고;
도 45는 본 발명에 따른 치아교정 브라켓의 일 실시예의 사시도이고;
도 46a는 폐쇄 위치에서의 일체형 결찰 부재를 나타내는 섹션 라인 46A-46A를 따라 취해진 도 45의 치아교정 브라켓의 단면도이고;
도 46b는 도 46a와 유사하나 개방 위치에서의 일체형 결찰 부재를 나타내는 도 45의 치아교정 브라켓의 단면도이고;
도 47은 본 발명에 따른 자가-결찰 치아교정 브라켓의 일 실시예의 사시도이고;
도 48은 도 47의 자가-결찰 치아교정 브라켓의 상승도이고;
도 49는 본 발명에 따른 자가-결찰 치아교정 브라켓의 일 실시예의 사시도이고;
도 50은 도 49의 자가-결찰 치아교정 브라켓의 상승도이고;
도 51은 다수의 처리 영역의 층형-타입 배열을 나타내는 본 발명에 따른 치아교정 브라켓의 일 실시예의 사시도이고;
도 52는 도 51의 치아교정 브라켓과 비교된 다수의 처리 영역의 다른 배열을 나타내는 본 발명에 따른 치아교정 브라켓의 일 실시예의 사시도이고;
도 53은 도 51 및 52의 치아교정 브라켓과 비교된 다수의 처리 영역의 다른 배열을 나타내는 본 발명에 따른 치아교정 브라켓의 일 실시예의 사시도이며;
도 54는 도 51-53의 치아교정 브라켓과 비교된 다수의 처리 영역의 다른 배열을 나타내는 본 발명에 따른 치아교정 브라켓의 일 실시예의 사시도이다.

아치와이어

초탄성 특성을 나타내는 형상 기억 합금(SMA)의 아치와이어들은 치아교정 치료에 사용할 수 있다. 현재, 아치와이어 제조자들은 사용 동안 환자의 치열궁의 모든 치아에 인가될 원하는 힘에 따라 특정 오스테나이트 종료 온도(A_f)를 타겟으로 하고 있다. A_f를 감소시킴으로써, 그러한 아치와이어는 사용 동안 보다 큰 강성 및 탄성을 나타낸다. A_f를 증가시킴으로써, 상기 아치와이어는 보다 부드러우면서 좀더 유연해진다. 따라서, 원하는 A_f를 타겟으로 함으로써, 상기 아치와이어는 치료 동안 모든 치아에 타겟의 공지된 로딩(loading) 성능을 제공할 것이다.

통상 그들의 길이를 따라 균일하게 형성된 특성을 갖는 아치와이어 외에, 그들의 길이를 따라 특성의 변화를 갖는 아치와이어들은 각기 다른 교정력으로 환자의 치열궁의 각기 다른 영역 또는 구역을 타겟으로 하도록 개발되고 있다. 이를 달성하기 위해, 각기 다른 탄성을 갖는 각기 다른 영역 또는 섹션들 내와 같이 아치와이어에 기계적인 특성들의 변화를 제공하기 위한 노력으로, 몇몇 제조자들은 각기 다른 오스테나이트 종료 온도를 갖는 각 섹션과 함께 와이어의 개별 섹션들을 결합했다. 다른 제조자들은 아치와이어의 길이를 따라 A_f의 차를 야기하기 위해 국부 열 처리 방법을 개발하거나 또는 대안으로 상기 아치와이어의 길이를 따라 각기 다른 단면 구성을 갖는 아치와이어를 제조했다. 환자의 치열궁에서의 치아의 변화를 처리하는데 사용된 또 다른 기술은 치아의 요구된 재배향에 따라 유일한 교정력을 특정 치아에 제공하도록 아치와이어를 국부적으로 밴딩하는 것을 포함한다. 각각의 이들 기술은, 아치와이어의 길이를 따라 기계적인 특성의 변화를 제공하지만, 집중적으로 처리해야 하고, 그 결과 비용면에서 효율적이지 않다.

이제 도면들, 특히 도 1-3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예는 치아교정 치료에 사용하기 위한 치아교정 아치와이어(10)를 포함한다. 그러한 아치와이어(10)는 다수의 구역 또는 영역(12, 14, 16, 및/또는 18)들을 포함한다. 이하 상세히 나타내는 바와 같이, 영역(12, 14, 16, 및/또는 18)들 중 소정 적어도 2개의 영역은 이들 영역에서의 합금 조성의 변화에 의해 기계적인 특성이 다르다. 예컨대, 배면 영역(12)은 어금니에 높은 로드를 생성하고, 반면 전면 영역(18)은 앞니에 낮은 로드를 생성한다. 적어도 소정 두 영역의 그러한 기계적인 특성은 사용 동안 그러한 영역들이 대응하는 치아 또는 치아의 그룹에 미리 결정된 로드를 인가하도록 그 영역 내의 SMA의 조성(즉, 제공된 요소들의 중량%)을 선택적으로 변경함으로써 미리 결정된다. 결과적으로, 영역(12, 14, 16, 및/또는 18)들 중 소정 적어도 2개의 영역은 베이스 합금의 A_f 또는 조성으로부터 그 영역의 일부 또는 전부에 대한 A_f를 증가 또는 감소시키도록 조성이 다르다. 상기 아치와이어의 길이를 따라 SMA의 조성을 변경하는 것은 임상의가 각기 다른 치아에 선택적으로 다른 힘들을 생성하게 할 것이다. SMA 내에서 각기 다른 특성들을 갖는 각기 다른 영역들을 선택적으로 생성하는 과정은 본원에서 다중 기억 소재 기술(MMMT; Multiple Memory Material Technology)이라고 부를 것이다. 예컨대, 치열궁에 14개의 치아가 있다고 가정하면, 각 아치와이어는 14개 치아 각각에 또는 그 소정의 조합에 고유의 힘을 전달하도록 주문 제작될 것이다. 따라서 임상의는 환자의 특정 부정 교합을 위한 아치와이어를 주문제작할 것이다. 치료를 그러한 개별 치아 수준에 맞춤으로써, 임상의는 각 치아를 원하는 심미적 위치로 더 빠르게 가져올 수 있을 것이다.

그러한 목적을 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 그리고 이하 좀더 상세히 기술하는 바와 같이, 상기 아치와이어(10)는 하나 또는 그 이상의 영역(12, 14, 16, 및/또는 18)들에서 레이저에 의해 선택적으로 처리된다. 형상 기억 소재의 레이저 처리는 그 전체 내용이 참조를 위해 본원에 포함되는 미국공개 제2012/0192999호에 기술되어 있다. 일반적으로, SMA의 표면에 레이저 빔을 통해 에너지를 인가하는 것은 그 SMA의 화학적 성질의 국부적 변경을 야기한다. 이러한 조성의 국부적 변경은 선택된 요소 또는 선택된 요소들의 제거에 의해 또는 선택된 요소의 추가에 의해 이루어질 것이다. 어떠한 경우에도, 처리 영역에서의 요소들의 상대적 원자 비율은 원래의 상대적 원자 비율로부터 변경된다.

그러한 나타낸 실시예에 있어서, 치아교정 아치와이어는 이 아치와이어가 직사각형 단면을 규정하는 폭(20) 및 높이(22)를 갖도록 도 2에 가장 잘 나타나 있는 직사각형 단면을 갖는다. 그러나 본 발명의 실시예들은, 다른 아치와이어 단면들, 예컨대 원형의 단면 구성이 종래기술로 공지되어 있는 바와 같이, 직사각형 단면을 갖는 아치와이어로 한정하지 않는다는 것을 알아야 할 것이다. 특히 본 발명의 실시예들은 원형의 아치와이어를 포함한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 아치와이어(10)는 NiTi와 같은 단편의 SMA로 이루어진다. 즉, 그리고 이하 좀더 상세히 기술되는 바와 같이, 상기 아치와이어(10)는 아치와이어를 형성하기 위해 함께 용접되거나 또는 납땜되는 SMA의 개별 섹션들의 집합은 아니다. 더욱이, 일 실시예에 있어서, 상기 아치와이어(10)는 일단부(24)에서 타단부(26)까지 균일한 단면 구성을 갖는다. 예컨대, 상기 아치와이어(10)가 직사각형 단면 구성에 대응하는 폭(20) 및 높이(22)의 치수를 갖는 곳에서, 그러한 폭(20) 및 높이(22)는 나타낸 바와 같이 일단부(24)에서 타단부(26)까지 거의 일정하다. 즉, 영역(12, 14, 16, 18)들 중 소정 적어도 2개의 영역들간 기계적 특성의 차는 SMA 와이어의 개별 섹션들을 열 처리한 후 아치와이어의 구성에 이들 섹션을 어셈블링하거나 또는 그 길이를 따라 아치와이어(10)의 단면 치수를 변경함으로써 달성되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 아치와이어(10)는 SMA로 이루어지며, 원래의 베이스 합금 조성과 다르도록 하나 또는 그 이상의 구역 또는 영역(12, 14, 16, 18; 도 3)들 내의 그 합금의 조성을 변경하도록 처리된다. 일 예로서, 그리고 도 4 및 5와 관련하여, 일 실시예에서, 레이저 빔이 하나 또는 그 이상의 영역(12, 14, 16, 18), 예컨대 아치와이어(10)의 영역(12)을 처리하기 위해 사용될 것이다. 도 4 및 5와 관련하여, 레이저 빔(나타내지 않음)은 거칠게 원형의 처리 영역(28)들을 생성하도록 아치와이어(10)의 표면에 포커스된다. 상기 아치와이어(10)의 표면을 가로질러 레이저 빔을 펄싱(pulsing)함으로써, 그러한 반복의 처리 영역(28)들은 그 인접한 영역들 사이에 오버랩 영역(30; overlap area)들을 생성할 것이다. 단지 일 예로서, 그리고 한정하지 않고, 상기 레이저 빔은 약 5 ㎛ 직경에서 약 1000 ㎛(1 mm) 직경 정도만큼 작은 치수를 갖는 영역(28)을 생성하도록 포커스된다. 더욱이, 나타내진 않았지만, 그러한 처리 영역(28)은 상기 아치와이어(10) 표면의 일부 또는 그 모두를 커버하도록 배열될 것이다. 따라서, 오버랩 영역(30)이 있거나 없는 처리 영역(28)들을 형성함으로써, 상기 하나 또는 그 이상의 처리 구역 또는 영역(12, 14, 16, 및/또는 18)이나 또는 그 소정의 일부가 아치와이어(10)를 따라 상기 레이저 빔에 의해 형성될 것이다. 다수의 처리 영역들은 서로 인접하거나 또는 처리되지 않고 남겨진 아치와이어(즉, 베이스 합금 조성의 비처리 영역이 있는)의 영역들로 분리될 것이다.

그러한 레이저 빔에 의해 SMA의 처리는 그 합금의 하나 또는 그 이상의 구성 요소들을 선택적으로 제거함으로써 상기 처리 영역(28)에서의 합금의 조성을 변경할 것이다. 그러한 합금의 조성을 변경함으로써, 처리 영역에서의 A_f의 국부적 변화는 비처리의 베이스 합금 조성에 대해 달성될 것이다. 예컨대, NiTi에 대해, 상기 레이저 빔은 원래의 벌크 합금 조성에 대해 처리 영역에서의 합금 조성의 단편적인 티타늄의 증가를 야기하는 니켈을 선택적으로 제거할 것이다. 예컨대, 50-50 NiTi 합금으로부터 니켈의 선택적 제거는 처리 영역에서 50 wt.% 이상의 티타늄을 갖는 합금을 생성할 것이다. 그러한 처리 영역에 대한 A_f는 벌크(bulk) 또는 베이스 합금 조성에 따라 증가할 것이다. 다른 일 예로서, CuAlNi에 있어, 레이저 또는 다른 국부화 고에너지로 처리하는 것은 원래의 벌크 합금 조성에 대한 그러한 처리 영역에서의 합금 조성의 단편적인 알루미늄의 증가를 야기하는 동 및/또는 니켈을 선택적으로 제거하는 것으로 믿어지고 있다. 그러나, 이러한 합금에 있어서, 상기 처리 영역에 대한 A_f는 벌크 또는 베이스 합금 조성에 따라 감소할 것이다. 더욱이, 상기 처리 영역에서의 알루미늄의 상대적 비율은 그 처리 영역에 대한 스트레스-스트레인 응답의 안정기 스트레스(plateau stress)로 스케일(scale)한다.

처리는, 베이스 합금 조성에 그러한 요소의 추가에 의해, 선택된 금속 요소의 농도를 증가한다. 이는 상기 선택된 금속 요소를 갖는 합금으로 상기 베이스 합금 조성을 둘러쌈으로써 달성될 것이다. 예컨대, 그러한 둘러쌈은 베이스 합금에 부가될 선택된 금속 요소의 포일(foil)의 시트들 사이에 베이스 합금 조성을 샌드위치하는 것을 포함한다. 일단 둘러싸면, 레이저는 적어도 그 선택된 금속 요소를 선택적으로 승화시키거나 아니면 증발시키도록 상기 포일을 국부적으로 가열하는데 사용될 것이다. 이후 그러한 증발된 요소는 레이저에 의해 공급된 열 에너지의 도움으로 베이스 합금 내로 확산한다. 따라서 상기 베이스 합금은 금속 요소의 선택적인 증가에 의해 베이스 합금 조성과 다른 처리 영역을 형성하도록 급증의 선택된 금속 요소를 수용한다.

또한, 하나 또는 그 이상의 그러한 구성의 금속 요소의 승화를 야기하는 레이저 처리는 향상된 표면 특성을 제공할 것이다. 예컨대, 단편적인 퍼센테이지의 티타늄의 증가는 강한 산화물층의 성장을 이끌 것이다. 그러한 산화물층의 이점은 향상된 내부식성 및/또는 니켈-함유 합금으로부터 니켈 방출의 감소를 포함한다. 그러한 합금 표면의 화학적 성질 변경에 대한 다른 이점은 그러한 표면에 침전제(precipitant)의 형성을 포함한다. 예컨대, NiTi 합금에서, 니켈의 감소는 베이스 NiTi 합금 조성에 비해 상대적으로 단단한 Ti₂Ni와 같은 티타늄-풍부 니켈 침전제의 형성을 허용한다. 그 표면의 그와 같은 침전제는 와이어-브라켓 접촉 영역에서 결합/마찰력을 감소시킨다. NiTi 합금이 특히 언급되었지만, 이것으로 한정하지 않고, 동 니켈 티타늄(CuNiTi), 동 크롬 니켈 티타늄(CuCrNiTi), 동 알루미늄 니켈(CuAlNi), 동 알루미늄 망간(CuAlMn), 동 알루미늄 베릴륨(CuAlBe), 철 팔라듐(FePd), 니켈 망간 갈륨(NiMnGa), 및 철 망간 실리콘(FeMnSi) 뿐만 아니라, 그러한 구역 또는 영역에서의 합금 조성의 국부 변경을 야기하도록 구역 또는 영역으로부터 그 선택된 구성 요소가 승화되거나 아니면 제거되는 다른 합금 조성을 포함하는 본 발명의 실시예들에 따른 치아교정 기구를 제조하는데 또 다른 합금들이 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예들의 좀더 완전한 이해를 용이하게 하기 위해, 다음의 비제한의 예들이 제공된다.

예 1

도 6에 나타낸 원형의 CuNiTi 아치와이어는 미리 결정된 수의 펄스를 위한 레이저로 처리된다. 그러한 CuNiTi 아치와이어의 베이스 합금 조성은 5 원자%(at.%) Cu, 44.8 원자% Ni, 49.8 원자% Ti, 및 0.2 원자% Cr이다. 상기 CuNiTi 아치와이어는 Ormco Corporation으로부터 상업적으로 이용가능하고 상표 Damon Copper Ni-Ti^®로 판매된다. 상기 아치와이어는 0.01 ms 지속 시간(dwell time) 동안 30% 피크 파워(peak power)로 동작하는 레이저 빔 스폿(spot) 크기를 갖는 광섬유 레이저에 의해 처리된다. 도 6에 나타낸 아치와이어는 1 펄스의 레이저에 의해 처리되고, 다음에 상기 아치와이어는 도 6에 나타낸 포인트들에서 에너지 분산 분광기(EDS)에 의해 분석된다. 그러한 EDS 정보가 도 7에 플롯되어 있다. 유사하게, 상기 아치와이어는 상기 EDS에 의해 분석되는 각 추가의 대응하는 레이저 처리에 의해 총 3 펄스, 총 5 펄스, 및 총 10 펄스로 처리된다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 일반적으로 그러한 EDS 포인트 3과 12 사이에서는 원자% 티타늄의 상대적 증가와 원자% 니켈 및 원자% 동의 대응하는 일반적인 감소를 나타낸다. 이들 상대적 변경은 니켈 및 동이 아마도 승화를 통해 그러한 처리 영역으로부터 제거된다는 것을 나타낸다.

상기 기술한 바와 같이, 본 발명의 아치와이어(10)는 하나 또는 그 이상의 영역(12, 14, 16, 18)들을 포함하고, 그러한 영역들은 합금의 조성이 소정 2개 또는 그 이상의 영역들간 다르다. 이는 처리 영역이 시작 합금 함유량에 비해 보통 더 높은 티타늄 함유량의 합금 조성을 갖는 예 1에 나타나 있다. 그리고, 처리 후, 상기 처리 영역은 인접한 비처리 영역들 중 어느 하나의 조성과 다른 조성을 갖는다. 그 결과, 이후의 레이저 처리의 선택된 영역(12, 14, 16, 18; 도 3)들 각각은 A_f가 다르고, 이에 따라 각각의 영역은 사용 동안 그러한 영역에 의해 생성된 로드가 다를 것이다. 특히, 이하 좀더 상세히 나타내는 바와 같이, 아치와이어의 길이에 따른 합금 조성의 변경은 인장 테스트에서 아치와이어(10)의 언로딩(unloading)에 따라 대응하는 변환 안정기 스트레스를 변경한다. 일 예로서, 그러한 원래의 벌크 합금에 대한 그 합금 조성의 변경은 약 75%까지, 약 50%까지, 또는 약 20%까지 변환 안정기 스트레스를 감소시킬 수 있다. 상기 변환 안정기 스트레스의 변경은 원래의 벌크 합금의 조성 및 선택된 처리에 좌우된다는 것을 알 수 있을 것이다.

예 2

이제 도 3 및 8-11을 참조하면, 예 1에 기술한 것과 동일한 조성을 갖는 0.014 인치×0.025 인치 직사각형의 CuNiTi 아치와이어의 선택된 영역들이 광섬유 레이저에 의해 처리된다. 영역 12가 처리되지 않고 남는다. 그러한 비처리 영역(12)에 대한 기계적인 데이터가 도 8에 나타나 있다. 나타낸 바와 같이, 언로딩에 따른 변환 안정기 스트레스(30으로 나타낸)는 약 175 MPa를 초과한다.

영역 14, 16 및 18은 각 영역에 대한 각기 다른 기계적 특성을 생성하도록 각기 다른 피크 파워로 광섬유 레이저에 의해 개별적으로 처리된다. 상기 영역(14)은 50 ㎛의 레이저 빔 스폿 크기 및 30%의 피크 파워에 0.01 ms 지속 시간의 스케줄을 갖는 광섬유 레이저에 의해 처리된다. 도 9는 영역(14)의 처리에 따른 기계적 데이터를 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 언로딩에 따른 변환 안정기 스트레스(32로 나타낸)는 약 150 MPa±20 MPa를 측정한다. 따라서, 처리 이후, 영역(14)은 30으로 나타낸 비처리 영역의 변환 안정기 스트레스에 비해 보다 낮은 변환 안정기 스트레스를 나타냈다. 도 3 및 10과 관련하여, 영역(16)은 상기 영역(14)의 처리와 유사하나 40%의 피크 파워를 갖는 광섬유 레이저에 의해 처리된다. 도 10은 상기 기술한 처리 이후의 영역(16)에 대한 기계적 데이터를 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 언로딩에 따른 변환 안정기 스트레스(34에 나타낸)는 약 100 MPa±20 MPa이다. 따라서, 처리 이후, 영역(16)은 각 30의 비처리 영역(12) 및 32(도 9에 나타낸)의 영역(14)의 변환 안정기 스트레스에 비해 보다 낮은 변환 안정기 스트레스를 나타냈다. 이제 도 3 및 11을 참조하면, 영역(18)은 상기 영역(14, 16)의 처리와 관련하여 상기 나타낸 것과 같지만 60%의 피크 파워를 갖는 광섬유에 의해 처리된다. 도 11은 레이저 처리 이후의 영역(18)에 대한 기계적 데이터를 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 언로딩에 따른 변환 안정기 스트레스(36으로 나타낸)는 약 50 MPa±20 MPa이다. 따라서, 처리 이후, 영역(18)은 각 30의 비처리 영역(12), 32(도 9에 나타낸)의 영역(14), 및 34(도 10에 나타낸)의 영역(16)의 변환 안정기 스트레스들에 비해 더 낮은 변환 안정기 스트레스를 나타냈다.

예 2(상기)로부터의 다중 영역 아치와이어는 상표 Bioforce^®로 GAC International, Inc.에 의해 판매되는 상업적으로 이용가능한 아치와이어와 비교했다. 그러한 Bioforce^®는 NiTi(CuNiTi가 아니라) 아치와이어이다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 각 아치와이어 상의 각기 다른 영역들은 인스트론 머신(Instron machine)에서 3-포인트 밴드(bend) 테스팅을 거친다. 나타낸 바와 같이, Bioforce^® 아치와이어에서 큰 어금니(Molar)와 작은 어금니(Premolar) 안정기 스트레스에 작은 차이가 있지만, 예 2에 따른 처리 아치와이어는 Bioforce^® 아치와이어보다 큰 범위의 기계적 특성을 제공한다.

다른 실시예에 있어서, CuAlNi 합금 아치와이어의 개별 영역들은 각 영역에 대한 각기 다른 기계적 특성을 생성하기 위해 다른 피크 파워로 광섬유 레이저와 같은 레이저에 의해 처리될 것이다. 이러한 레이저 처리는 상기 기술한 것과 유사할 것이다. CuAlNi의 이러한 처리는 하나 또는 그 이상의 니켈에 대한 동 비율, 니켈에 대한 알루미늄의 비율, 및 알루미늄에 대한 동의 비율을 변경하도록 동 및 니켈의 어느 하나 또는 그 모두를 선택적으로 제거할 것으로 믿는다. 결과적으로, 그러한 처리 영역에서의 알루미늄의 상대적 비율은 증가할 것이다. 이러한 경우, 각기 다른 비율의 구성 요소들을 포함하는 아치와이어 상의 각기 다른 영역들에 대한 기계적 데이터는 도 13에 나타낸 것과 유사할 것이다.

이러한 이론적인 설명에서, 그리고 이론으로 제한하지 않고, 각 처리된 영역으로부터 동 및/또는 니켈의 제거는 원래의 조성에 비해 그 영역에 대한 변환 온도가 감소하는 영역들을 생성할 것이라 믿는다. 즉, 특정 영역에 대한 변환 온도는 그러한 영역 대 원래의 조성에서의 알루미늄의 농도의 증가에 따라 감소할 것이다.

또한, 예컨대, 그리고 도 13과 관련하여, CuAlNi 합금의 그러한 원래의 조성은 커브 40으로 나타낸 스트레스-스트레인 커브를 가질 것이다. 동 및/또는 니켈이 제거되고 이에 의해 처리 영역에서의 알루미늄의 상대적 비율이 증가되는 프로세싱 후, 그러한 스트레스-스트레인 커브는 커브 42로 나타날 것이다. 일 예로서 그리고 한정하지 않고, 제거된 동 및/또는 니켈의 중량%는 약 0.01% 내지 약 1%가 될 것이다. 더 많은 동 또는 니켈이 제거되고 이에 의해 처리 영역에서의 알루미늄의 상대적 비율이 상기 커브(42)와 관련된 것에 비해 증가되는 다른 프로세싱 후, 상기 스트레스-스트레인 커브는 커브 44로 나타날 것이다. 이는 프로세싱으로 인해 감소가 관찰되는 NiTi와 반대이다. 장점으로, 베이스 조성에 대해 알루미늄의 증가가 있는 영역들을 갖는 베이스 CuAlNi 합금의 다중력(multiforce) 아치와이어가 생성될 것이다. 그러한 처리 영역들은 베이스 조성에 대한 스트레스-스트레인 반응에 있어 예측가능한 증가를 가질 것이다.

요약하면, CuAlNi 합금의 처리 효과는 그러한 처리된 영역에서 증가하는 스트레인과 연관된 스트레스의 크기를 증가시키는데 있다. 상기 처리 영역에서의 합금의 알루미늄 함유량의 상대적 증가는 A_f의 감소를 나타낼 것이다. 이러한 관계는 알루미늄 함유량에 있어 적어도 작은(즉, 1 wt.%보다 작은) 증가에 대한 선형 관계가 될 것이다. 예컨대, 알루미늄 함유량의 증가를 야기하는 처리는 알루미늄의 %증가에 따른 안정기 스트레스의 약 305 MPa 증가 및 약 -2.2MPa/℃의 안정기 스트레스의 변화를 야기할 것이다. 또 다른 처리의 효과는 미세구조의 변경이 될 것이다. 단결정 CuAlNi 합금의 경우, 처리는 일반적으로 단결정 합금보다 더 단단한 다결정 CuAlNi 합금의 형성을 야기할 것이다.

예 3

이제 도 14a, 14b, 15a, 및 15b를 참조하면, 예 1과 동일한 조성의 추가 CuNiTi 아치와이어들이 예 2에서 기술한 프로세스에 따라 처리된다. 하나의 아치와이어 세트는 0.018 인치×0.025 인치 직사각형의 아치와이어이고, 또 다른 아치와이어 세트는 원형의 0.018 인치 직경 아치와이어이다. 예 2와 유사하게, 그러한 이루어진 처리는 도 14a 및 14b의 "직사각형 FX" 그래프로 나타낸 바와 같이 처리되지 않은 베이스 아치와이어 재료에 대한 "S_베이스(Base)" 및 직사각형 아치와이어들에 대한 각각의 표시 "S_50", "S_100", 및 "S_150"에 대응하는 50 MPa, 100 MPa, 및 150 MPa의 평균 안정기 스트레스와 유사하다. 예 2와 유사하게, 그러한 이루어진 처리는 도 15a 및 15b의 "원형 FX" 그래프로 나타낸 바와 같이 처리되지 않은 베이스 아치와이어 재료에 대한 "R_베이스" 및 원형 아치와이어들에 대한 각각의 표시 "R_50", "R_100", 및 "R_150"에 대응하는 50 MPa, 100 MPa, 및 150 MPa의 평균 안정기 스트레스와 유사하다.

각각의 처리 아치와이어는 앨버타(Alberta) 대학교에서 마찰 테스팅 어셈블리에서 마찰 테스팅을 거쳤다. 그러한 마찰 테스트는 치아교정 브라켓을 통해 짧은 길이 아치와이어를 견인하는 단계로 이루어진다. 상기 아치와이어는 프로그램가능 선형 마이크로 엑추에이터의 단부에 설치된 클램핑 어셈블리에 유지된다. 그러한 선형 엑추에이터는 미리 결정된 거리에 대해 규정된 일정한 속도로 증분적으로 이동하도록 프로그램된다.

치아교정 브라켓은 6-축 로드 셀에 연결된 회전 스테이지에 부착된다. 와이어는 아치와이어 견인 방향에 대해 미리 결정된 각도로 스테이지를 회전시킴으로써 브라켓과 아치와이어간 특정 각도 방위로 브라켓을 통해 견인된다. 그러한 회전 각도는 아치와이어에 대한 브라켓의 팁핑(tipping), 또는 2차 회전을 시뮬레이트하도록 디자인된다.

고속 데이터 획득 시스템은 아치와이어가 선형 엑추에이터에 의해 브라켓 바디를 통해 견인됨에 따라 그 힘 및 모멘트를 기록하도록 상기 로드 셀로부터 데이터를 캡쳐한다. 다른 힘들 중, 아치와이어 동작 방향의 힘(도 14a 및 15a의 "FX(N)") 및 견인 방향에 수직 방향에 대한 브라켓의 모멘트(도 14b 및 15b의 "MY(N mm)")의 성분이 측정된다.

그러한 마찰 장치는 다음의 파라미터들로 설정된다:

데이터 획득률 200 Hz

채널 샘플링 400 샘플, 비이동 평균

와이어 속도 0.05 mm/s

와이어 증분 0.5 mm

총 와이어 이동 2.5 mm

각도 증분 2°

0°, 2°, 4°, 6°, 8°의 동작 각도 범위(도 14a, 14b, 15a, 및 15b의 각(도)).

각각의 견인 증분의 길이는 예 2에 기술한 바와 같이 처리 아치와이어 상의 처리된 영역들의 적어도 하나를 완전히 가로질러 상기 증분이 확대되도록 선택된다.

도 14a, 14b, 15a, 및 15b에 나타낸 바와 같이, 상기 처리 아치와이어 상에서 관찰된 힘 및 모멘트는 일반적으로 좀더 높은 각도에서 더 현저해지는 베이스 합금 조성(즉, 처리되지 않은 합금)과 처리된 합금 조성간 차 및 "S_베이스" 및 "R_베이스"로 나타낸 베이스 합금 조성보다 작다. 그러한 데이터는 아치와이어의 변환 안정기 스트레스를 변경하는 것 외에, 그러한 조성의 변경이 처리된 표면에서 브라켓과 아치와이어간 마찰을 감소시킨다는 것을 보여준다.

예 4

유사하게, 4개의 다른 CuNiTi 아치와이어는, 즉 60%의 피크 파워와 50 ㎛ 스폿 크기 및 0.01 ms 지속 시간의 광섬유 레이저에 의해, "50 MPa" 변환 안정기 스트레스에 대해 예 2에 나타낸 과정에 따라 처리된다. 그러한 아치와이어들은 0.014 인치 원형의 아치와이어(이하 표의 "14 원형"), 0.018 인치 원형 아치와이어(이하 표의 "18 원형"), 0.014 인치×0.025 인치 직사각형의 아치와이어(이하 표의 "14 직사각형), 및 0.018 인치×0.025 인치 직사각형 아치와이어(이하 표의 "18 직사각형")이다.

각각의 아치와이어는 인스트론 테스팅 머신에 의해 인공 타액으로 3 오프셋 브라켓을 통해 견인된다. 테스트 셋업에서, 직렬의 3개의 브라켓에서 중심 치아교정 브라켓은 35℃의 인조 타액의 보울 속에 유지되는 정렬된 2개의 브라켓으로부터 1 mm정도 수평 오프셋된다. 아치와이어는 각각의 브라켓에 수동으로 결찰되고, 이후 브라켓을 통해 견인된다. 와이어를 견인하기 위한 힘은 11 mm 이동 스팬(travel span)을 통해 측정되고 평균화된다. 그러한 브라켓 슬롯 치수는 0.022 인치×0.028 인치×0.115 인치이다.

모든 레이저 처리된 아치와이어는 베이스 합금 조성에 대해 결합력 감소의 약간의 향상을 보였다.

예 5

0.018 인치×0.025 인치 CuNiTi 아치와이어는 35%의 피크 파워에서 0.01 ms의 스케줄 및 50 ㎛의 레이저 빔 스폿 크기를 갖는 광섬유 레이저에 의해 처리된다. 처리(즉, 처리된) 아치와이어(도 17에 "35%P-10㎲"로 나타낸) 및 동일한 조성의 비처리 아치와이어(도 16의 "018×025-BM"로 나타낸)는 그러한 레이저 처리가 베이스 금속 조성에 대해 내피로성을 저하시켰는지를 결정하기 위한 목적으로 인장 테스트를 10번 거쳤다.

도 16은 비처리의 베이스 합금 조성에 대한 주기적 로딩의 결과를 나타낸다. 도 17은 레이저 처리된 합금 조성에 대한 주기적 로딩의 결과를 나타낸다. 도 16을 도 17과 비교함으로써, 그러한 테스팅의 결과는 레이저 처리가 베이스 합금 조성의 주기적인 기계적 특성의 피로 또는 저하를 야기하지 않는다는 것을 나타낸다.

예 6

예 5의 0.018 인치×0.025 인치 아치와이어들은 앨버타 대학교에 의해 개발된 치아교정 시뮬레이터(OSIM)에 사용되었다. 그러한 OSIM의 결과는 도 18에 나타나 있다. 그러한 도면에서, "절대 힘의 한계(N)"는 "평균 힘의 위치" 기호로 나타낸 각기 다른 위치에서 그러한 아치와이어에 의해 치아 상에 인가된 힘에 대응한다. 특히, 각 아치와이어에 대해 치열궁의 중심(앞니) 위치는 1-1로 나타내고, 앞어금니(송곳니) 위치는 1-3으로 나타내고, 작은 어금니 위치는 1-5로 나타냈다. 또한 도 18은 측정된 힘의 방향을 나태내는데, 즉 "수직(VERTICAL)"은 교합-잇몸 방향으로 측정된 힘과 관련되고, "수평 출력(HORIZ OUT)"은 바깥쪽으로 또는 입술 방향으로 측정된 힘과 관련되며, "수평 입력(HORIZ IN)"은 안쪽으로 또는 혀 방향으로 측정된 힘과 관련된다.

MMM 처리된 0.018 인치×0.025 인치 아치와이어들은 예 2에 따라 처리된다. 각각은 50 MPa, 100 MPa, 및 150 MPa의 안정기 스트레스를 갖는 구역 또는 영역을 포함한다. OSIM 테스팅 동안, 50 MPa 영역은 1-1로 정렬되고, 100 MPa 영역은 1-3으로 정렬되고, 150 MPa 영역은 1-5로 정렬된다.

MMM 처리된 아치와이어들의 OSIM 테스팅의 결과는 동일한 방위의 상업적으로 이용가능한 아치와이어들의 테스팅으로부터의 유사한 결과들과 비교된다. 특히, 도 18에 있어서, 그러한 MMM 처리된 아치와이어들은 처리하지 않은 상업적으로 이용가능한 CuNiTi 아치와이어(즉, "원래의 Ormco 와이어 (18×25)"), Bioforce^® 아치와이어, 및 Ultimate Wireforms, Inc.로부터 상업적으로 이용가능한 Gradient 3 아치와이어와 비교되었다. 각각의 Bioforce^® 아치와이어 및 Gradient 3 아치와이어는 NiTi 합금이다.

각 바(bar)의 상대적 높이는 측정된 힘 방향에서의 아치와이어의 상대적 힘의 변화 능력을 나타낸다. 일반적으로, 각 개별 측정된 힘 방향에 대한 바가 더 크고 각 힘 측정 방향에 대한 바들간 오버랩이 더 많을 수록, 그러한 아치와이어의 임상 능력이 더 크다. 도 18에 플롯된 힘 변화도의 주목할 만한 차이는 MMM 처리된 아치와이어가 각 측정된 방향의 중심 위치(1-1)와 작은 어금니 위치(1-5)간 등가의 힘을 지속적으로 제공한다는 것이다. 반대로, Gradient 3 및 Bioforce^® 아치와이어는 작은 어금니 앞에 아치와이어를 따라 힘의 갑작스런 증가를 나타내는 서로 훨씬 더 가까운 송곳니 위치(1-3)와 중심 위치(1-1)에 힘을 제공한다.

이제 도 19 및 20을 참조하면, 도 18에 플롯된 OSIM 데이터는 본 발명의 일 실시예에 따른 MMM 처리된 아치와이어에 대한 Bioforce^® 아치와이어 및 Gradient 3 아치와이어의 능력의 다른 시각적 비교를 용이하게 하도록 개략적으로 나타나 있다.

각 도 19 및 20에 개략적으로 나타낸 바와 같이, MMM 처리된 아치와이어는 각각의 Gradient 3 및 Bioforce^® 아치와이어와 비교할 때 그 아치 길이를 따라 힘의 점차적 감소를 제공한다. MMM 처리된 아치와이어는 배면 치아에 생성된 가장 높은 힘을 나타내나 이후 전면 치아에 인가된 힘의 점차적 감소를 제공한다.

예 7

예 6의 0.018 인치×0.025 인치 CuNiTi 아치와이어들은 부식 성능 평가를 거쳤다. 이러한 테스트에서, 아치와이어로부터 니켈 이온의 침출은 바디 온도에서 배양된 인공 타액 용액에 7일 주기 동안 측정했다. 유도 결합 플라즈마 광 방사 분광계(ICP-OES) 시스템은 한 주 테스트 동안 미리 결정된 주기로 그러한 용액 내의 니켈 이온의 양을 검출하는데 사용된다. 각 아치와이어에 대한 니켈 이온의 양은 도 22에 나타나 있다.

니켈 이온 농도는 0.018 인치 원형 와이어에 대한 ICP-OES의 검출 레벨 이하이다. 각각의 0.018 인치×0.025 인치 아치와이어들은 원래의(Original) 비처리 아치와이어 및 MMM 처리(MMMT)) 아치와이어 모두에 대한 검출가능한 니켈 이온의 양을 방출했다. 나타낸 바와 같이, MMM 처리 와이어는 원래의 비처리 아치와이어로부터 방출된 니켈의 양에 비해 그 인공 타액 용액 내에 니켈 이온 농도의 양을 증가시키지 못했다.

니켈 이온 방출 테스팅 외에, 각각의 원래의 비처리 0.018 인치×0.025 인치 아치와이어 및 MMM 처리 0.018 인치×0.025 인치 아치와이어는 인공 타액 내에서 주기적 편광 테스트를 거쳤다. 그러한 테스트의 결과가 도 23에 나타나 있다.

도 23에 따르면, MMM 처리 아치와이어의 내부식성의 향상 또는 표면 반응성의 전체적인 감소를 나타내는 MMM 처리 아치와이어에 대한 부식 가능성의 현저한 증가를 나타냈다. 이론에 의해 제한되지 않고, 표면을 처리하는 레이저는 그 표면에 니켈의 농도를 감소시키면서 산화 피막(예컨대, TiO₂) 코팅을 생성하는 것으로 여겨진다.

또 다른 실시예에서 그리고 도 21에 따르면, 예컨대 NiTi 합금 또는 CuNiTi 합금 베이스 조성의 치아교정 아치와이어(50)는 다수의 구역 또는 영역(52, 54, 56, 58, 60, 62, 및 64)들을 포함한다. 각각의 영역(52, 54, 56, 58, 60, 62, 및 64)들은 그러한 합금 조성의 변화에 의해 기계적 특성이 다르다. 예컨대, 배면 영역(52)은 어금니에 높은 스트레스를 생성하고, 반면 전면 영역(64)은 상기 배면 영역(52)과 전면 영역(64)간 스트레스를 생성하는 영역(54-62)들과 함께 앞니에 낮은 스트레스를 생성한다. 그러한 각 영역의 기계적 특성은 사용 동안 그러한 영역이 대응하는 치아 또는 치아 그룹에 미리 결정된 스트레스를 인가하도록 그 영역 내에 SMA의 조성(즉, 제공된 요소의 중량%)을 선택적으로 변경함으로써 미리 결정된다. 이러한 실시예에 있어서, 각각의 영역(52, 54, 56, 58, 60, 62, 및 64)들은 베이스 합금의 A_f 또는 조성으로부터 그 영역의 일부 또는 전부에 대한 A_f를 예상대로 증가 또는 감소시키도록 조성이 다르다.

결과적으로 그리고 일 실시예에 따르면, 치아교정 치료 동안 아치와이어(50)가 고착되는 각 치아는 타겟의 미리 결정된 스트레스를 수용한다. 미러한 타겟 스트레스는 환자의 인체 구조에 특정된 그리고/또 임상의의 경험에 기초한 계산에 의해 미리 결정될 것이다. 상기 아치와이어(50)의 길이에 걸친 SMA의 조성의 변경은 임상의가 그 아치와이어(50)에 걸친 영역 내의 각기 다른 치아에 각기 다른 힘을 선택적으로 생성할 수 있게 하고, 이에 따라 그러한 특정 아치 상의 위치에 따라 각 치아, 또는 치아 그룹에 대한 원하는 스트레스를 정할 수 있게 한다.

예컨대, Damon 0.014″원형의 CuNiTi 아치와이어는 아래의 표에 따른 개별 처리 영역들에 대한 힘을 산출하도록 처리될 것이다.

¹ 도 21에서 하부 아치 상의 확인된 영역에서의 치아에 대한

² E가 하부 아치 상에 동일한 브라켓간 거리(IBD)의 예상 하에 산출된 아치와이어의 영률

³ 하부 아치에 대한 E 비율에 따라 산출

⁴ 도 21에서 상부 아치 상의 확인된 영역에서의 치아에 대한

⁵ E가 상부 아치 상에 동일한 브라켓간 거리(IBD)의 예상 하에 산출된 아치와이어의 영률

일반적으로, 상기 표는 아치와이어(50)가 생성하는 하부 아치에 대한 특정 힘들을 리스트하고 있다. 이들 힘은 그러한 아치 상의 특정 위치에 특정 치아에 대한 타겟 스트레스에 기초하여 산출한다. 차례로, 그러한 타겟 스트레스가 그 영역의 아치와이어의 요구된 탄성률(E)을 산출하는데 사용될 것이다. 이러한 산출은 동일한 IBD에 기초할 것이다. 그러한 탄성률(E)에 기초하여, 영역(즉, 52-64 중 소정 단일의 영역)에 의한 처리의 양이 미리 결정될 것이다. 브라켓간 거리(IBD)가 변경되면, 특정 영역에 요구된 힘 또한 변경되고 이에 따라 힘/스트레스 산출이 IBD를 변경한다는 것은 알려져 있다.

따라서, 상부 아치를 위한 그리고 하부 아치를 위한 한 쌍의 아치와이어가 준비될 것이다. 각각의 아치와이어는 특정 영역의 치아에 대한 타겟 힘을 생성하기 위해 상기 표에 제공된 바와 같이 특정 영역에 대한 원하는 스트레스를 타겟으로 하도록 처리될 것이다. 일 실시예에 있어서, 각각의 치아 루트(즉, PDL)는 거의 동등한 스트레스를 수용한다.

크라운 및 밴드

임상의는 환자의 치열에 교정 기구를 부착하도록 크라운 또는 밴드를 사용한다. 통상, 크라운 및/또는 밴드는 그러한 크라운 또는 밴드가 치아 표면에 정확히 맞도록 환자의 치아 일부의 몰드(mold)로부터 생성된다. 상기 크라운 또는 밴드를 치아 상에 유지시키기 위해, 접착제와 같은 결합제가 치아와 상기 크라운 또는 밴드간 사용된다. 그러한 크라운 또는 밴드와 치아간 부착의 질은 접착제를 인가하는 그리고 치아에 그러한 기구를 설치하는 통상의 기술자의 능력이기 때문에, 그러한 부착은 종종 설치의 취약 지점이 존재하게 된다. 그렇게 설치가 실패하면, 그 부착은 실패의 지점이 존재한다. 따라서, 크라운 및/또는 밴드의 설치시에 부착 실패의 가능성을 감소시켜야 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, MMMT의 사용은 결합제의 사용을 감소시키거나 없앰으로써, 환자의 경험을 향상시키고, 환자가 치아교정 전문의 사무실에서 보내는 시간을 감소시켜, 통상 임상의 및 환자의 시간을 절약할 것이다.

그러한 목적을 위해, 그리고 도 24에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 치아교정 기구는 크라운(110)을 포함한다. 그러한 크라운(110)은 상기 기술한 바와 같은 SMA로 이루어진 바디(112)를 포함한다. 여기에 기술한 바와 같이, "로 이루어진" 이라는 표현은 전체 바디(112)가 NiTi 및 CuNiTi와 같은 SMA로만 이루어진다는 것을 의미한다. 상기 바디(112)는 본질적으로 측벽(114) 및 코로널부(116; coronal portion)를 갖도록 형성된 SMA의 쉘이 된다. 그러한 쉘의 코로널부(116)는 환자 치아의 코로널부의 형태를 모사하도록 구성될 것이다. 상기 측벽(114)은 바디(112)의 둘레에 연이어지고, 정점의 마진(118)에서 끝나며, 환자의 치아 또는 환자의 아치에 부착된 다른 구조를 수용하기 위한 개구(120)를 규정한다. 나타낸 바와 같이, 그러한 개구(120)는 측벽(114) 및 코로널부(116)에 의해 규정된 공동과 소통한다. 상기 바디(112)는 위에 크라운이 위치될 때 치아와 접촉하는 내면(124)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 내면(124)이 상술한 레이저 빔과 같은 형태의 에너지로 처리되어, 처리 영역(126)을 규정한다. 그러한 처리 영역(126)은 표면에 부딪치는 레이저 빔에 의해 형성된 오버랩 영역(30; 도 5에 나타낸)이 있거나 또는 없는 처리 영역 28과 같은 처리 영역 또는 스폿을 갖춘다. 따라서, 상기 처리 영역(126)은 SMA의 베이스 합금 조성과 합금 조성이 다를 것이다. 특히, 상기 처리 영역(126)의 합금 조성은 상술한 바와 같이 하나 또는 그 이상의 구성의 금속 요소의 상대적 결핍에 의해 다를 것이다. 상기 내면(124)이 처리 영역(126)을 포함하지만, 그러한 처리 영역(126)은 크라운(110)의 외면 및 내면(124)의 일부를 형성하도록 상기 크라운(110)의 쉘의 두께에 걸쳐 전체적으로 확장하거나 또는 미리 결정된 깊이로 바디(112) 내로 그리고 그 표면을 넘어 확장한다는 것을 알 수 있을 것이다.

상기 처리 영역(126)이 베이스 합금 조성과 다른 화학적 조성을 포함하기 때문에, 다른 재료 특성을 나타낸다. 일 실시예에 있어서, 그러한 처리 영역(126)은 벌크 합금 조성의 A_f에 비해 A_f의 증가를 나타낸다. 상기 처리 영역(126)의 A_f는 98.6 ℉의 정상적인 인간의 심부 체온보다 낮고, 98.2 ℉의 통상적인 구강 온도보다 낮으며, 각각의 이들 온도의 일상적인 변화를 고려할 때 최소 심부 체온 또는 구강 온도보다 낮을 것이다. 계속해서 도 24를 참조하면, 일 실시예에 있어서, 상기 처리 영역(126)은 내면(124)의 일부만을 규정할 것이다. 예컨대, 내면(124)은 SMA의 하나 또는 그 이상의 비처리 영역(128)에 의해 분리된 하나 또는 그 이상의 처리 영역(126)을 포함한다. "비처리 영역"은 상기 에너지에 의해 처리되지 않은 크라운(110)의 일부이다. 따라서, 그러한 비처리 영역(128)들에서의 합금의 조성은 베이스 합금 조성의 것이 될 것이다. 선택적으로, 일 실시예에서, 나타내지 않은 처리 영역(126)은 전체 내면(124)을 형성하고, 반면 외면(130)은 비처리를 유지한다.

상기 기술한 바와 같이, 상기 크라운(110)은 큰 어금니, 작은 어금니, 또는 다른 치아에 배치하는데 적합하고, 상악 또는 하악 치아에 배치되거나 또는 상악 또는 하악 치아를 교체하는데 사용될 것이다. 그러나, 통상의 기술자는 그러한 크라운(110)이 송곳니 및 앞니와 같은 다른 치아에 배치 또는 그 다른 치아의 교체를 위해 구성된다는 것을 알 수 있을 것이다. 더욱이, 여기에 기술된 상기 크라운(110)은 치아교정 브라켓과 같은 교정 기구들을 수용하도록 구성된다. 선택적으로, 상기 크라운은 환자의 치열에 대한 깨지거나 또는 금이 간 치아와 같은 환자의 치아에 대한 치유 또는 교정 행위가 행해지는 경우에 사용된다.

설치 동안, 임상의는 특히 개구(120)를 확대함으로써 그 크라운(110)을 변형시키는데, 필요하면 그 크라운(110)을 환자의 입에 삽입하기 전에 확대한다. 일단 환자의 입 내의 치아 또는 다른 구조에 배치되면, 상기 크라운(110)은 예컨대 실온에서 환자의 체온으로 따듯해질 것이다. 몇몇의 예에서, 임상의는 변형 전에 초기에 실온 이하로 상기 크라운(110)을 냉각할 것이다. 예컨대, 실온이 A_s보다 높으면, 그러한 냉각은 변형 전에 A_s 이하의 온도로 상기 크라운(110)의 온도를 감소시키는 것을 포함한다. 소정의 경우, 상기 크라운(110)은 환자의 접촉에 의해 정상적인 구강 공동 온도보다 낮은 온도에서, 그리고 가능하게는 A_s보다 낮은 온도에서 상기 베이스 합금 조성의 A_f와 동일한 온도 또는 그보다 높은 온도인 환자의 입의 온도(즉, 정상적인 구강 공동 온도)로 가열된다.

가열 동안, 상기 크라운(110)은 그 형상 기억 특성에 의해 크라운(110)이 배치되는 구조보다 한 치수 또는 그 이상의 치수에 맞게 또는 그 치수보다 약간 작게 원래의 형태를 회복할 것이다. 따라서, 상기 크라운(110)이 환자의 체온으로 따듯해짐에 따라, 압축 또는 클램핑(clamping)력이 치아 구조 상에 조성될 것이다. 그러한 클램핑력은 부착용 접착제의 필요성을 없애기에 충분할 것이다. 따라서, 일 실시예에 있어서, 그러한 크라운(110)의 설치는 접착제가 필요 없게 된다.

또한, 일 실시예에 있어서, 상기 처리 영역(126)들은 이 처리 영역(126)들과 연관된 A_f의 증가를 수반하는 체온에 따른 탄력성의 상대적 증가로 인해 그러한 구조와 크라운(110)간 표면-대-표면 접촉을 강화시킨다. 일 실시예에 있어서, 상기 처리 영역(126)의 A_f는 베이스 합금 조성의 A_f보다 높다. 상기 베이스 합금 조성의 A_f에 비해 상기 처리 영역(126)이 상대적으로 보다 높은 A_f를 가짐에 따라, 상기 처리 영역(126)은 정상적인 구강 온도에서 베이스 합금 조성보다 상대적으로 더 큰 비율의 마르텐사이트를 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다. 일반적으로 상대적으로 더 큰 양의 마르텐사이트를 갖는 그러한 처리 영역(126)들의 증가된 탄력성은 상기 내면을 압축 하에 치아 구조에 가능하게는 변형에 의해 더 친밀하게 부합되게 한다.

이제 도 25를 참조하면, 치아교정 기구의 또 다른 실시예에 있어서, 밴드(132)는 코로널과 각 정점의 마진(138, 140)들간 측벽(136)에 의해 규정된 바디(134)를 갖춘다. 나타낸 바와 같이, 상기 바디(134)는 보통 환형 형태를 가지며, 그러한 나타낸 예시의 실시예에서는 원통형 형태를 갖는다. 그러나, 상기 바디(134)는 그 바디(134)가 규칙적인 환형 형태를 반드시 갖지 않도록 치아의 형태에 좀더 가깝게 부합될 것이다. 특히, 상기 바디(134)는 불규칙한 환형 형태를 가질 수 있다.

계속해서 도 25에 따르면, 상기 바디(134)는 코로널과 정점의 마진(138, 140)들간 규정됨과 더불어 상기 밴드(132)가 그 위치 배치될 때 환자의 치아를 수용하도록 구성된 개구(142)를 포함한다. 상기 측벽(136)은 상기 밴드(132)가 치아에 배치될 때 그 치아와 접촉하는 내면(144)을 포함함과 더불어 외면(147)을 포함한다. 상기 기술한 크라운(110)과 유사하게, 상기 내면(144)은 상기 베이스 합금 조성에 비해 하나 또는 그 이상의 금속 요소가 모자라는 처리 영역(146)을 규정하도록 레이저 빔과 같은 형태의 에너지에 의해 처리된다. 예시의 실시예에 있어서, 상기 처리 영역(146)은 전체 내면부(144)를 포함하지만, 외면(147)은 비처리를 유지한다. 그러나, 그러한 내면(144)의 일부만이 처리 영역(146)을 포함할 수 있다는 것을 알아야 할 것이다. 통상의 기술자는 상기 처리 영역(146)이 외면(147) 쪽으로 소정 깊이로 상기 바디(134)로 확장한다.

상기 기술한 크라운(110)의 처리 영역(126)과 유사하게, 상기 처리 영역(146)은 베이스 합금 조성과 다른 합금 조성을 가지며, 이에 따라 상기 기술한 바와 같은 다른 재료 특성들을 갖는다. 즉, 레이저 빔과 같은 형태의 에너지에 의한 SMA의 처리는 처리 영역(146)이 베이스 합금 조성에 비해 적어도 하나의 금속 요소가 모자라도록 상기 베이스 합금 조성으로부터 하나 또는 그 이상의 구성 요소를 선택적으로 제거한다. 결과적으로, 상기 처리 영역(146)은 상기 베이스 합금 조성에 대한 하나 또는 그 이상의 전이 온도(즉, M_s, M_f, A_f, 및 A_s)의 변화를 나타낼 것이다. 일 실시예에 있어서, 상기 처리 영역(146)의 적어도 A_f는 상기 베이스 합금 조성의 A_f보다 높다.

상기 크라운(110)의 설치와 관련하여 상기 기술한 바와 같이, 치아 상에 밴드(132)의 설치 동안, 상기 밴드(132)는 환자의 바디에 의해 가열된다. 밴드(132)를 환자의 체온으로 가열하는 것은 거의 실온의 온도에서 환자의 체온으로 그 밴드(132)를 가열하는 것을 포함한다. 이는 임상의가 실온에서 스토어링된 패키지로부터 밴드(132)를 제거하여 그 밴드(132)를 환자의 입에 설치하는 상황이 될 것이다. 좀더 구체적으로, 그러한 밴드(132)의 가열은 실온보다 차가운 온도에서 환자의 체온으로 가열하는 것을 포함한다. 이는 임상의가 환자의 입에 밴드(132)를 설치하기 전에 실온보다 낮은 온도로 밴드(132)를 냉각하는 냉장고 또는 다른 기구 내에 밴드(132)를 스토어링하는 상황이 있을 수 있다.

소정의 경우, 그러한 밴드(132), 특히 처리 영역(146)은 환자의 입에서의 온도보다 낮은 온도에서 보다 높은 탄력성의 특성을 나타낼 수 있다. 체온보다 낮은 온도에서, 예컨대 실온에서, 임상의는 밴드(132)를 치아에 꼭 맞추기 위해 개구(142)를 확대하도록 밴드(132)를 변형시킨다. 즉, 그러한 밴드(132)의 탄력성으로 인해, 임상의는 측벽(136), 특히 처리 영역(146)을 본질적으로 스트레치(stretch)할 수 있게 되고, 아니면 치아 상에 밴드(132)를 배치하기 위해 그 형태를 조정할 수 있게 될 것이다. 일단 밴드(132)가 치아에 배치되고 구강 온도로 가열되면, SMA의 형상-기억 특성은 그 밴드(132)를 그 원래의 형태로 리턴시키고, 이에 따라 치아의 형태에 좀더 가깝게 부합되게 한다. 특히, 상기 밴드(132)는 그러한 구강 온도로 가열될 때 원래의 형태로 회복된다.

상기 밴드(132)의 형상 기억 특성에 의한 압축력은 밴드(132)를 환자의 치아에 고착시키기에 충분한 클램핑력을 제공할 것이다. 특히, 상기 밴드의 온도가 증가됨에 따라 상기 변형된 밴드(132)가 원래의 형태를 회복하며, 그러한 회복은 치아에 압축을 제공하도록 개구(142)의 크기 또는 밴드(132)의 한 치수 또는 그 이상의 치수의 감소를 포함할 것이다.

그 외 또는 대안으로, 베이스 합금 조성의 A_f에 비하여 A_f의 상대적 증가에 의해 상기 처리 영역(146)의 증가된 상대적 탄력성은 밴드(132)를 치아에 고착시킬 수 있다. 상기 처리 영역(146)은 구강 온도에서 상기 베이스 합금 조성에서의 마르텐사이트의 비율보다 더 큰 마르텐사이트의 비율을 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다. 상기 내면(144)에서의 그러한 보다 큰 비율의 마르텐사이트는 형상 기억 작용으로부터 압축 로드 하에 적어도 처리 영역(146)의 플라스틱 변형을 용이하게 할 것이다. 상기 내면(144)의 변형은 그 내면(144)과 치아간 좀더 친밀한 접촉을 야기한다. 상기 밴드(132)의 이러한 장점의 특징들 때문에, 밴드(132)를 치아에 떨어지지 않게 고착시키기 위한 접착제와 같은 결합제의 사용이 불필요해질 것이다. 따라서, 일 실시예에 있어서, 임상의는 설치시 접착제 없이 밴드(132)를 설치할 수 있다.

스톱 및 후크

치아교정 스톱 및 후크들은 종종 금속으로 이루어진다. 설치 동안, 그것들은 아치와이어 상에 크림프(crimp)될 것이다. 그러나, 시간이 지남에 따라, 그러한 금속은 탄력성으로 인해 릴렉스(relax)된다. 그 결과, 아치와이어 상에 그러한 스톱 또는 후크를 유지하는 힘이 저하되어, 상기 아치와이어로부터 스톱 또는 후크의 부분적인 또는 전체적인 이탈을 야기한다. 이러한 상황에서, 상기 스톱 또는 후크는 기능을 하지 못하고 임상의의 조정을 필요로 한다. 따라서, 치아교정 치료의 지속을 위해 정위치에 좀더 충분히 고착을 유지하는 스톱 및 후크가 필요하다.

이제 도 26 및 27을 참조하면, 치아교정 기구의 또 다른 실시예가 나타나 있다. 특히, 아치와이어(나타내지 않음) 상에 배치를 위한 치아교정 스톱(150)은 SMA로 이루어진 C형 바디(152)를 포함한다. 그러한 바디(152)는 종축(162)을 규정한다. 상기 바디(152)는 대향하는 렛지(ledge) 또는 립(lip; 158, 160)들을 각각 갖춘 대향하는 제1 및 제2측면 또는 부분(154, 156)들을 포함한다. 개구(164)는 상기 대향하는 제1부분 및 제2부분(154, 156)간 규정된다. 기술분야에 알려진 바와 같이, 상기 개구(164)는 설치 동안 아치와이어가 상기 축(162)과 부합하도록 그를 통해 삽입되게 한다. 따라서, 설치 동안, 그러한 개구(164)의 크기는 아치와이어가 그들 사이를 통과하게 하기 위해 립 158을 립 160으로부터 더 분리함으로써 확대될 것이다. 상기 바디(152)는 제1부분(154)과 제2부분(156)간 확장하는 제3측면 또는 부분(166)을 더 포함하며 상기 개구(164)에 대향한다. C형 바디(152)는 아치와이어를 마찰 체결하도록 구성된 외면(168) 및 내면(170)을 갖춘다. 본 발명의 실시예들이 나타낸 C형 바디(152)로 한정하지 않도록 상기 바디(152)가 다른 단면 구성들을 가질 수 있다는 것을 알아야 할 것이다. 예컨대, 상기 C형 바디(152)의 단면의 형태는 또한 대응하는 아치와이어(나타내지 않음)의 형태에 의존하며, 이와 관련하여 상기 바디는 보통 원형의 단면 구성을 가질 것이다. 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 있어서, 상기 스톱(150)은 기술분야에 알려진 바와 같은 치아교정 탄성을 위한 고정 포인트를 제공하는데 사용되는 후크(172), 보조 장치, 또는 다른 치아교정 또는 치과 기구들을 포함한다. 상기 후크(172)는 SMA로 이루어지며, 또한 상기 후크(172)는 다른 재료들로 이루어질 수 있고 이후 바디(152)에 납땜되고, 부착되거나, 아니면 고착될 것이다.

그러한 나타낸 실시예에 있어서, 각각의 제1, 제2, 및 제3부분(154, 156, 166)들은 대응하는 외면부(168a, 168b, 168c)들을 포함하는 외면(168)을 포함한다. 유사하게, 상기 각각의 제1, 제2, 및 제3부분(154, 156, 166)은 대응하는 내면부(170a, 170b, 170c)들을 포함하는 내면(170)을 규정한다. 일 실시예에 있어서, 그러한 내면(170)의 일부는 처리 영역(173)을 규정하기 위해 상기 기술한 바와 같은 레이저 빔과 같은 형태의 에너지에 의해 처리된다. 도 26 및 27에 나타낸 바와 같이, 상기 처리 영역(173)은 전체 내면(170)을 포함하거나 또는 그 전체 내면과 동일 공간에 걸칠 것이다. 선택적으로, 상기 처리 영역(173)은 하나 또는 그 이상의 내면부(170a, 170b, 170c)와 동일 공간에 있게 될 것이다. 따라서, 상기 처리 영역(173)은 상기 제1, 제2, 및 제3내면부(170a, 170b, 170c)의 일부만 또는 그 조합을 따라 배치되고 반드시 내면(170)과 동일 공간에 있을 필요는 없다. 일 예로서, 내면부(170c)를 포함하지 않고 각각의 내면부 170a 및 170b는 처리 영역(173)을 형성할 것이다. 상기 처리 영역(173)의 다른 구성 및 위치들이 가능하며, 여기에 기술한 바와 같은 바디(152)의 내면에 따른 위치들로 한정하진 않는다. 더욱이, 이하 기술하는 바와 같이 상기 처리 영역(173)은 외면(168) 쪽으로 소정 깊이로 바디(152) 내로 확장한다는 것을 알아야 할 것이다.

아치와이어, 밴드, 및 크라운과 관련하여 상기 기술한 처리 영역들과 유사하게, 상기 처리 영역(173)은 베이스 합금 구성의 비처리 영역(175)과 구성이 다르다. 따라서 상기 처리 영역(173)은 상기 기술한 것과 유사한 각기 다른 재료 특성들을 갖는다. 즉, 상기 처리 영역(173)의 구성은 한정하진 않지만 비처리 영역(175)에 대한 A_f의 변화로 제한하지 않는 전이 온도들의 변화를 포함한다. 따라서, 상기 기술한 크라운 및 밴드와 같이, 상기 바디(152)는, NiTi와 같은 베이스 합금 조성으로 초기에 형성된 후, 바디(152)의 선택된 일부의 합금 조성이 처리 영역(173)을 생성하도록 변경되는 2차 프로세스를 거치는 SMA의 하나의 단편이다.

설치 동안, 일 실시예에 있어서, 상기 스톱(150)은 축(162)과 일치하도록 개구(164)를 통해 아치와이어를 통과시켜 아치와이어에 배치한다. 일단 배치되면, 상기 바디(152)는 대향하는 립(158, 160)들이 서로 접근하고 내면(170)이 아치와이어와 마찰 접촉하도록 아치와이어 주위에 고착된다. 이와 관련하여, 상기 처리 영역(173)은 일단 그 위에 배치되면 그 아치와이어로부터 스톱(150)의 변위를 방지하는 것을 돕고 그 스톱(150)과 아치와이어간 장기간 마찰 체결을 향상시킬 것이다. 특히, 상기 처리 영역(173)은 스톱(150)이 개방 위치(도 26)에서 폐쇄 위치(도 27)로 변환되면 유연하게 변형되도록 구성된다. 상기 기술한 각각의 크라운(110; 도 24) 및 밴드(132; 도 25)의 처리 영역 126 및 146과 유사하게, 상기 처리 영역(173)은 인간 신체의 온도 또는 그 온도에 가까운 온도에서, 비처리 영역(175)보다 큰 탄력성 또는 C형 바디(152)의 나머지보다 큰 탄력성을 나타낸다. 그러한 증가된 탄력성은 제1처리 영역(173)을 좀더 쉽게 유연하게 변형가능하게 하고 처리 영역(173)이 아치와이어에 압착되어 구강 공동의 온도로 가열되면 그 설치된 위치를 유지한다. 처리 영역(173)에서의 보다 큰 단편적인 퍼센테이지의 마르텐사이트로 인해, 그러한 플라스틱 변형은 적어도 내면(170)의 일부가 아치와이어의 형태에 부합되게 함으로써, 구강 공동의 온도로 유지된 아치와이어와 스톱(150)간 좀더 친밀한 표면-대-표면 접촉을 생성한다는 장점이 있다. 일단 변형되면, 상기 처리 영역(173)의 적어도 일부는 치아교정 치료 동안 변형된 구성을 유지한다. 반대로, 비처리 영역(175)은 동작 온도에서 더 많은 오스테나이트를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 비처리 영역(175)은 이 비처리 영역(175)이 처리 동안 임펙트를 흡수하게 구성되도록 초탄성 특성을 가질 것이다. 일 실시예에 있어서, 이하 기술하는 바와 같이, 상기 스톱(150)은 도구에 의해 아치와이어에 고정되거나 크림프될 필요는 없다.

상기 내면(170)은 스톱(150)과 아치와이어간 마찰 고정을 더 향상시키는 특징을 포함한다. 그러한 목적을 위해, 도 28 및 29에 나타낸 일 실시예에 있어서, 상기 내면(170)은 각각의 립(158, 160)을 가로질러 위치되고, 상기 축(162) 방향으로 확장하는 립(174)들을 갖춘 대향하는 내면부(170a, 170b)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 대향하는 립(174)들은 서로 가로지른다. 상기 립(174)들은 제1둘레 에지(176)와 이 제1둘레 에지(176)에 대해 각도 θ의 제2둘레 에지(177)간 확장한다. 나타낸 바와 같이, 그러한 θ는 60°가 될 것이다. 그러나, 다른 실시예들에서, θ는 약 30°와 90°사이가 될 것이다. 더욱이, 내면부(170a, 170b)들 상에 다수의 립(174)들이 존재한다. 예컨대, 서로 평행하게 위치된 내면부(170a, 170b)의 어느 하나 또는 그 모두로부터 확장하는 2개 또는 그 이상의 립이 존재할 것이다. 선택적으로, 그러한 립들은 이들이 본질적으로 X형 또는 격자형 패턴을 형성하도록 서로 가로질러 위치될 수 있다.

설치 동안, 상기 립(174)들의 구성은 아치와이어와의 접촉에 의해 립(174)들에 높은 단위의 압력을 가하고 이에 따라 립(174)들이 좀더 변형되기 쉽다. 그러한 립(174)들의 변형은 고정 맞춤을 더 향상시키고, 이에 따라 통상 상기 축(162)과 일치하는 아치와이어와 스톱(150)간 마찰을 향상시킨다.

일 실시예에 있어서, 도 30 및 31에 나타낸 바와 같이, 각각의 내면부(170a, 170b, 170c)는 적어도 하나의 립(178)을 포함한다. 그러한 립(178)들은 도 28 및 29에 나타낸 립(174)들과 구성이 다르지만, 상기 처리 영역(173)의 일부를 형성하고 이에 따라 상기 립(178)들은 상기 립(174)과 유사한 형태로 기능한다. 도 30 및 31에 나타낸 바와 같이, 립(178)들은 바디(152)의 폭을 따라 반원형의 보이드(180; void) 또는 컷아웃(cutout)을 등간격으로 부분적으로 규정한다. 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2내면부(170a, 170b)들의 립(178)들은 상기 축(162) 쪽으로 확장하고 둘레 에지(176)를 가로질러 위치한다. 예컨대, 상기 제1 및 제2내면(170a, 170b)의 립(178)들은 상기 둘레 에지(176)에 수직이고 상기 축(162)을 가로질러 서로 대향한다. 제3부분(166)의 립(178)은 상기 축(162) 쪽으로 확장하고 상기 축(162)에 평행하다. 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2부분(154, 156)들 각각은 2개의 립(178)을 포함하고, 반면 제3부분(166)은 하나의 립(178)을 포함한다. 그러나, 다른 실시예들에서는 각각 각각의 제1, 제2, 및 제3부분(154, 156, 166)에 동일하거나 다른 수의 립(178)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 도 32 및 33에 나타낸 바와 같이, 상기 스톱(150)은 한 쌍의 립(182)을 포함한다. 상기 립(174, 178)들과 달리, 도 32 및 33에 나타낸 각각의 립(182)은 제3내면부(170c)와 립(158, 160)들간 상기 축(162)을 가로지르고(예컨대, 축에 수직이고), 상기 축(162)에 엇갈리게 지향된다. 립(182)들은 통상 스톱(150)의 둘레 에지(176)와 평행하고 상기로부터 보는 바와 같이(도 33에 가장 잘 나타난), 통상의 직사각형 단면을 갖춘다. 다른 실시예들에서는 각각의 제1 및 제2내면부(170a, 170b)에서의 하나의 립(182)보다 더 많을 수 있다. 더욱이, 상기 립(182)들은 각기 다른 형태를 포함하며, 통상의 직사각형 단면을 갖는 것으로 한정하진 않는다.

상기 기술한 바와 같이, 상기 스톱(150)은 아치와이어에 배치되도록 구성된다. 따라서, 상기 스톱(150)은 개방 위치(도 26) 및 폐쇄 위치(도 27)를 갖는다. 일 실시예에 있어서, 상기 스톱(150)은 폐쇄 위치에서 릴렉스된 정상 상태로 되어 있고, 그 폐쇄 위치에서 개방 위치로 변환될 수 있다. 그러한 스톱(150)의 설치는 치과용 플라이어(plier)와 같은 도구(나타내지 않음)를 이용하여 제1 및 제2부분(154, 156)을 강제로 분리하는 것을 포함할 것이다. 그 형상 기억 특성으로 인해, 상기 제1 및 제2부분(154, 156)을 들어 올리는 것은 변형된 구성의 스톱(150)을 제공한다. 일단 임상의가 아치와이어 상의 적절한 위치에 스톱(150)을 위치시키면, 상기 스톱(150)은, 그 스톱(150)의 온도가 인간의 입의 정상적인 구강 온도 또는 그 온도에 가까운 작동 온도에 가까워짐에 따라, 폐쇄 위치로 리턴한다. 이러한 실시예에 있어서, 상기 스톱(150)은 크림핑(crimping)하지 않는 것과 같은 기계적 입력 없이 개방 위치에서 폐쇄 위치로 이동하도록 구성된다.

그러한 목적을 위해 그리고 도 34a-34c와 관련하여, 상기 스톱(150)은 가공에 의해, 예컨대 방전가공(EDM; electric discharge machining)에 의해 제조되며, 베이스 합금 조성은 후크(172) 없이 도 34a에 나타낸 바와 같이 바디(152)의 C형 구성으로 SMA 합금으로 이루어진다. 가공 후, 제1, 제2, 또는 제3부분(154, 156, 166)의 적어도 하나의 외면부(168)는 도 34b 및 34c에 나타낸 바와 같은 하나 또는 그 이상의 처리 영역(184)을 형성하기 위해 레이저 빔과 같은 에너지에 의해 처리된다. 나타낸 바와 같이, 그러한 처리 영역(184)들은 각각 제1부분(154)과 제3부분(166)간, 그리고 제2부분(156)과 제3부분(166)간 코너 또는 변이의 외면부(168)에 위치된다. 일 실시예에 있어서, 에너지에 의한 처리는 베이스 합금 조성으로부터 적어도 하나의 금속 요소가 결핍된 영역(184)들을 형성하기 위해 베이스 합금 조성의 선택된 구성 요소를 제거한다. 그러한 처리 영역(184)들은 형상 기억 특성을 나타낼 것이다. 일 실시예에 있어서, A_f는 약 30℃이다. 선택적으로 바디(152)를 처리하여 처리 영역(184; 도 34b)들을 규정한 후, 상기 바디(152)는 개방 위치(도 34c)로 기계적으로 변형되고, 이에 의해 제1 및 제2부분(154, 156)은 개구(164)를 통해 아치와이어를 받아들이도록 서로 멀리 이동한다. 나타내지 않았을 지라도, 상기 바디(152)의 변형은 그 처리 영역(184)에서 처음으로 또는 단독으로 일어날 것이다. 다음에 상기 스톱(150)은 사용을 위해 치아교정 사무실로 출하를 위해 패키지될 것이다.

일단 상기 바디(152)가 설치 전에 개방 위치(도 34c)로 변형되면, 상기 바디(152)는 온도가 적어도 동작 온도로, 예컨대 구강 온도로 증가될 때까지 개방 위치를 유지한다. 상기 동작 온도 근방 또는 그 이상의 온도에서, 상기 바디(152)는 정상적인 구성 또는 비변형의 구성(도 34b)을 회복한다. 폐쇄에 따라, 상기 바디(152)의 내면부는 아치와이어를 체결한다. 본질적으로, 일단 환자의 입에 배치되면, 상기 스톱(150)은 제1 및 제2부분(154)이 크림핑과 같은 기계적 입력 없이 서로를 향해 이동하도록 가까워질 것이다. 치아교정 전문의는 기술분야에 알려진 바와 같은 스칼라(scalar) 또는 플라이어에 의해 렛지(158, 160)로부터 강제로 떨어지게 함으로써 스톱(150)을 제거할 것이다. 치아교정 전문의는 또한 그러한 스톱(150)의 제거를 용이하게 하는 영역(184)들에서의 마르텐사이트의 비율을 증가시키기 위해 제거하기 전에 상기 스톱(150)을 냉각할 것이다.

이제 도 35를 참조하면, 일 실시예에 있어서, 상기 처리 영역(184)들은 바디(152)의 전체-두께를 둘러싼다. 즉, 상기 처리 영역(184)은 내면 및 외면(168, 170) 모두의 부분을 형성한다. 그러한 나타낸 예시의 실시예에 있어서, 2차 처리 영역(184)들은 제3부분(166)이 2개의 분리된 처리 영역(184)들의 일부를 포함하도록 각각 제1부분(154)과 제3부분(166)간, 그리고 제2부분(156)과 제3부분(166)간 접합점에 위치될 것이다.

다른 실시예에 있어서, 도 36에 나타낸 바와 같이, 상기 처리 영역(184)은 제3부분(166) 내에 단독으로 위치된다. 그러나 상기 처리 영역(184)의 작은 부분이 제1 또는 제2부분(154, 156)에 위치될 수도 있다는 것을 알아야 할 것이다. 도 35에 나타낸 것과 유사하게, 도 37에 나타낸 실시예에 있어서, 상기 처리 영역(184)들은 바디(152)의 전체 두께에 걸쳐 확장할 것이다. 그러나, 그러한 2차 처리 영역(184)들은 이들이 단지 바디(152)의 전체-두께의 일부만을 가로지르도록 선택적으로 구성될 수 있다. 예컨대, 도 38에 나타낸 바와 같이, 상기 처리 영역(184)은 바디의 두께의 일부만을 통과할 것이다. 그러한 나타낸 실시예에 있어서, "d"는 2차 처리 영역(184)의 깊이이고, "D"는 상기 스톱(150)의 외면에 따른 접선에 수직인 측정된 스톱(150)의 전체 깊이 또는 두께이다. 비율 d/D는 약 0.63이다. 따라서, 상기 처리 영역(184)은 상기 바디(152)의 두께의 약 63%에 걸쳐 확장할 것이다.

이제 도 37을 참조하면, 일 실시예에 있어서, 상기 바디(152)는 도 26-33과 관련하여 상기 기술한 바와 같이 내면(170)을 규정하는 처리 영역(173), 및 외면(168)의 일부를 형성하는, 도 35 및 36과 관련하여 상기 기술한 바와 같은 처리 영역(184)을 포함한다. 적어도 이러한 실시예에 따르면, 상기 바디(152)가 아치와이어에 체결된 후 동작 온도 또는 그 온도에 가까운 온도를 거칠 때, 상기 바디(152)는 상기 처리 영역(184)에 기여한 그러한 형상 기억 특성으로 인해 아치와이어 주위에 가까워질 것이다. 가까워지는 동안, 상기 처리 영역(173)은 이 처리 영역(173)에서의 아치와이어간 표면-대-표면 마찰을 향상시키도록 유연하게 변형될 것이다. 그러한 각각의 처리 영역(173, 184)들에서의 합금의 조성은 동일하지 않다는 것을 알아야 할 것이다. 일 실시예에 있어서, 상기 재처리된 영역(173)의 A_f는 이후 베이스 합금 조성의 A_f보다 높은 처리 영역(184)의 A_f보다 높다.

예

예컨대 도 39 및 40에 나타낸 스톱 및 후크는 미리 결정된 수의 펄스를 위한 레이저 처리에 의해 처리된다. 예컨대, NiTi 후크의 베이스 합금 조성은 상기 기술한 광섬유 레이저에 의해 처리될 것이다. 일 예로서, 그러한 파워는 약 10 ㎲의 펄스 주기로 30%와 80% 사이로 변화될 것이다. 지속 시간 및 오버랩 또한 변화될 것이다. 이런 식으로, 그립핑(gripping) 또는 클램핑 성능의 콘트롤된 변화에 의해 주문 제작한 스톱/후크가 생성될 것이다. 도 41과 관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스톱/후크는 슬라이딩이 시작되는 로드가 미리 결정되도록 생성될 것이다. 즉, 상기 아치와이어와 스톱간 마찰의 크기가 제어될 것이다. 이는 클램핑력을 제어함으로써 달성될 것이다. 그러한 클램핑력의 증가는 마찰의 증가를 야기한다.

도 41에 나타낸 바와 같이, 그리고 이론의 제한 없이, 스톱이 슬라이드하도록 시작되는 힘은 스톱 또는 후크(예컨대, 각각 도 26 및 34a에 나타낸)와 같은 기구를 레이저 처리함으로써 조절될 것이다. 다음에 그러한 처리된 스톱/후크는 상기 기술한 바와 같이 아치와이어에 조립될 것이다. 일단 부착되면, 로드가 스톱/후크에 인가되고, 상기 스톱/후크가 아치와이어를 따라 슬라이드하도록 시작되는 힘이 측정된다. 슬라이딩이 시작되는 힘을 측정하도록, 통상의 기술자가 알 수 있는 바아 같이 인스트론 머신 및 클램핑 시스템이 사용될 것이다.

그러한 테스팅의 결과는 도 41에 나타낸 것과 일치한다. 나타낸 바와 같이, 각 개별 스톱/후크의 처리의 변화는 80, 82, 84, 86, 및 88로 나타낸 바와 같이 슬라이딩을 시작하도록 힘의 변화를 제공한다. 슬라이딩을 시작하는데 필요한 그러한 힘은 베이스 조성에 따라 증가 또는 감소하며, 도 41에 "SS"로 나타낸 바와 같이 스테인레스 스틸 스톱/후크의 슬라이딩을 시작하는데 필요한 힘보다 커질 것이다. 예컨대, 베이스 합금 조성을 갖는 스톱은 80으로 나타날 것이다. 레이저 처리에 의해, 그러한 스톱은 라인 82로 나타낸 바와 같이 슬라이딩을 시작하기 위한 힘을 필요로 한다. 또한 프로세싱은 84에서 슬라이딩을 시작하는 스톱을 제공한다. 또한 프로세싱은 86에서 슬라이딩을 시작하는 스톱을 제공하고, 더욱이 라인 86으로 나타낸 스톱에 대한 프로세싱은 라인 88에서 슬라이딩을 시작하는 스톱을 생성한다. 프로세싱과 슬라이딩 힘간 반대의 관계가 주어진 합금 조성에 가능할 수도 있다.

이와 관련하여, 그리고 일 예로서, 베이스 합금 조성의 스톱은 라인 88에 따른 슬라이딩을 시작할 것이다. 본원에 기술한 바와 같은 레이저에 의한 프로세싱은 라인 86으로 나타낸 것과 같은 낮은 힘으로 슬라이딩을 시작하도록 스톱의 그립핑 성능을 감소할 것이다. 추가의 프로세싱은 라인 84, 82, 및 80으로 나타낸 바와 같이 슬라이딩이 시작되는 일정한 낮은 힘에 의해 스톱을 생성할 것이다. 그러한 베이스 합금의 조성은 레이저 프로세싱에 의해 상기 베이스 합금 조성으로부터 그립핑력이 증가 또는 감소될지의 여부를 결정한다는 것을 알아야 할 것이다. 그러나, 소정의 경우, 상기 스톱/후크는 슬라이딩이 시작되는 바람직한 임계력을 타겟으로 하도록 처리될 것이다. 장점으로, 임상의는 스톱/후크가 아치와이어 상에서 슬라이드하기 시작하는 힘을 지정한다. 이는 환자의 편안함을 최대화하거나 또는 다른 이유를 위한 것이 될 것이다.

자가-결찰 치아교정 브라켓

자가-결찰 브라켓들은 기술분야에 공지되어 있다. 그러나, 현재의 자가-결찰 브라켓들은 종종 다수의 단편(piece)의 어셈블리이다. 예컨대, 현재의 금속 및 세라믹 자가-결찰 브라켓들은 종종 적어도 2개의 단편, 즉 아치와이어의 삽입을 허용하는 개방 위치 및 아치와이어 슬롯 내에 아치와이어를 캡쳐하는 폐쇄 위치를 갖춘 가동(movable) 클립 또는 슬라이드와 같은 아치와이어 슬롯 및 결찰 부재를 규정하는 적어도 하나의 브라켓 바디로부터 조립된다. 상기 클립 또는 슬라이드는 브라켓 바디에 대해 이동한다. 그와 같은 브라켓들은 부분적으로 다수의 작은 단편들을 함께 일관되게 고정시키는데 필요한 단편들간 엄격한 공차를 만드는 복잡성으로 인해 비용이 많이 들게 될 것이다. 더욱이, 2개의 단편 어셈블리는 그러한 분리된 단편의 삼킴 또는 흡입으로 인해 환자에 위험한 해를 제공할 것이다. 따라서, 자가-결찰 치아교정 브라켓의 이들 문제 및 다른 공지의 문제들을 해결하는 것이 바람직하다.

이들 및 다른 대상에 있어서, 도 42에 나타낸 바와 같은 자가-결찰 치아교정 기구의 일 실시예는 일체형 결찰 부재를 갖춘 단일 부재인 브라켓(210)을 포함한다. 특히, 그러한 브라켓(201)은 아치와이어 슬롯(214)을 규정하는 브라켓 바디(212)를 포함한다. 상기 브라켓 바디(212)는 치아에 교정력을 인가하기 위한 아치와이어(215)를 수용하도록 구성된다. 이하 상세히 기술하는 바와 같이, 상기 브라켓(210)은 SMA의 베이스 합금 조성에 따라 이들 영역의 조성을 변경하기 위해 에너지에 의해 처리된 하나 또는 그 이상의 영역이 갖는 베이스 합금 조성을 갖는 SMA로 이루어진다. 그러한 처리 영역들의 전이 온도는 베이스 합금 조성의 전이 온도와 다를 것이다. 결과적으로, 온도의 변화는 베이스 합금 조성에 따라 처리 영역들에서의 각기 다른 상 변경을 야기하거나 또는 브라켓(210)의 일부분이 초탄성 및/또는 형상 기억 특성들을 나타내지만 다른 부분은 이들 특성을 나타내지 않거나 또는 다른 특성을 나타낼 것이다.

그러한 나타낸 실시예에 있어서, 바디(212)는 기술분야에 알려진 바와 같이 하나 또는 그 이상의 결찰사(나타내지 않음)를 수용하기 위한 각각의 대향하는 교합 및 잇몸 타이 윙들을 갖춘다. 타이 윙(216, 218) 및 결찰사들이 본원에 기술되었지만, 몇몇 예들에서 그러한 타이 윙(216, 218) 및 결찰사들은 반드시 필요한 것은 아니라는 것을 알 수 있을 것이다.

본원에 기술된 실시예들은 달리 나타내지 않는 한 위턱 상의 투스(tooth)의 입술 표면에 부착된 브라켓(210)을 갖춘 기준 프레임을 이용하여 본원에 기술된다. 따라서, 본원에 사용된 바와 같이, 브라켓(210)을 기술하기 위해 사용된 입술, 혀, 중간, 말단, 교합, 및 잇몸과 같은 용어들은 선택된 기준 프레임과 관련된다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 치아교정 브라켓(210)이 구강 공동 내의 다른 방위 및 다른 치아에 사용되는 것과 같이 그 선택된 기준 프레임 및 설명의 용어들로 한정하지 않는다. 예컨대, 브라켓(210)은 또한 아래턱 또는 하악 상에 위치되고 본 발명의 범주 내에 속할 것이다. 통상의 기술자는 본원에 사용된 그러한 설명의 용어들은 기준 프레임의 변경이 있을 경우 곧바로 적용되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 그럼에도 불구하고, 본 발명은 구강 공동 내의 방위 및 위치의 독립을 의도하고, 그러한 치아교정 브라켓의 실시예들을 기술하는데 사용된 관련 용어들은 단지 도면의 예들의 명확한 설명을 제공하기 위한 것일 뿐이다. 그와 같이, 관련 용어 입술, 혀, 중간, 말단, 교합, 및 잇몸은 특정 위치 또는 방위로 발명을 한정하려는 것은 아니다.

상기 브라켓(210)이 환자의 턱에 수반된 투스의 입술 표면에 장착될 때, 상기 바디(212)는 혀측(220), 교합측(222), 잇몸측(224), 중간측(226), 말단측(228), 및 입술측(230)을 갖춘다. 상기 바디(212)의 혀측(220)은 예컨대 인접한 치아(나타내지 않음) 주위에 밴드에 의해 또는 적절한 치아교정 시멘트 또는 접착제에 의한 소정의 기존 방식으로 치아에 고착되도록 구성된다.

도 42와 관련하여, 일 실시예에 있어서, 상기 바디(212)는 중위부(231), 원위부(233), 및 중심부(237)를 포함한다. 베이스 표면(232) 및 각각의 중위부(231), 원위부(233), 및 중심부(237)에 대응하는 다수의 대향된 중간, 말단, 및 중심 표면(234a-c, 235a-c)들은 상기 베이스 표면(232)으로부터 입술쪽으로 돌출되고 상기 바디(212) 내에 아치와이어 슬롯(214)을 공동으로 규정한다. 그러한 아치와이어 슬롯(214)은 브라켓 바디의 중간측(226)에서 말단측(228)까지 중간-말단 방향으로 확장한다. 상기 중심부(237)는 중간 표면(234a, 235a)과 대응하는 중심 표면(234c, 235c)들간 그리고 말단 표면(234b, 235b)과 대응하는 중심 표면(234c, 235c)들간 스페이스(238; 즉, 갭)들에 의해 각각의 중위부(231) 및 원위부(233)로부터 이격된다. 상기 중위부(231) 및 원위부(233)는 도 44에 가장 잘 나타낸 바와 같이 스페이스(238)들에 대응하는 브릿지(245)에 의해 연결된다. 상기 브릿지(245)는 본질적으로 중위부(231)에서 원위부(233)에 걸쳐 연속의 베이스 표면(232)을 형성하도록 베이스 표면(232)의 일부를 형성한다.

이제 도 42 및 43a와 관련하여, 일 실시예에 있어서, 중심부(237)는 결찰부(236)의 구성에 일체형 결찰 부재를 포함한다. 이와 관련하여, 그러한 나타낸 예시의 실시예에 있어서, 상기 중심부(237)는 각각 아치와이어 슬롯(214)의 중심 표면(243c, 235c)을 규정하는 잇몸 벽(240) 및 교합 벽(242)을 포함한다. 적어도 하나의 견부 또는 돌출부(244)는 상기 잇몸 벽(240) 또는 교합 벽(242)의 하나로부터 확장한다. 그러나, 상기 돌출부(244)는 도 42에 나타낸 바와 같이 각각의 상기 잇몸 벽(240) 및 교합 벽(242)으로부터 확장한다는 것을 알아야 할 것이다. 상기 돌출부(244)는 이 돌출부(244)가 폐쇄 위치(도 43a)에 있을 때 아치와이어 슬롯(214)의 입술-최경계부를 규정하도록 상기 잇몸 벽(240) 또는 교합 벽(242)으로부터 바깥쪽으로 확장한다. 도 42 및 43a에 나타낸 실시예에 있어서, 상기 돌출부(244)는 상기 아치와이어 슬롯(214)으로부터 아치와이어의 제거를 방지하거나 적어도 제거에 저항하기에 충분한 거리로 아치와이어 슬롯의 기준부를 가로질러 각각 확장하는 중간-말단 방향으로 대향의 관계로 서로 인접할 것이다.

계속해서 도 43b를 참조하면, 상기 중심부(237), 특히 상기 잇몸 벽(240) 및 교합 벽(242)은 아치와이어(215; 도 42)가 돌출부(244)를 통과하여 아치와이어 슬롯(214) 내에 삽입되는 개방 위치, 및 돌출부(244)가 상기 아치와이어 슬롯(214)으로부터 아치와이어의 부주의한 제거를 방지하는 폐쇄 위치(도 43a)를 갖는다. 상기 스페이스(238)들은 이하 기술하는 바와 같이 개방 위치와 폐쇄 위치간 상기 벽(240, 242)들이 서로를 향해 그리고 서로 멀리 떨어져 이동할 수 있게 한다. 또한, 도 44와 관련하여, 상기 브라켓 바디(212)의 혀측(220)은 브라켓 바디(212)의 중위부(231)를 따라 중간 표면부(250) 및 상기 브라켓 바디(212)의 원위부(233)를 따라 말단 표면부(252)를 포함할 것이다. 각각의 중간 표면부(250) 및 말단 표면부(252)는 치아에 부착되기 전에 패드(pad; 나타내지 않음) 또는 다른 표면에 고착되도록 구성될 것이다. 도 44에 나타낸 바와 같이, 상기 중심부(237)는 중간 및 말단 표면부(250, 152)에 의해 규정된 평면으로부터 입술쪽으로 멀리 크기 D로 오프셋되는 중심 표면부(254)를 포함한다. 이하 기술하는 바와 같이, 상기 중심 표면부(254)의 오프셋은 상기 벽들의 어느 하나 또는 그 모두가 개방 위치로 이동될 때 상기 벽(240, 242)들간 빈틈을 제공한다.

상기 기술한 바와 같이, 일 실시예에 있어서, 상기 브라켓 바디(212)의 표면부는, 표면부가 SMA의 베이스 합금 조성과 화학적 조성이 다른 처리 영역(246)을 포함하도록, 레이저 빔과 같은 에너지에 의해 선택적으로 처리될 것이다. 그러한 처리 영역(246)은, 상기 브라켓 바디(212)의 그러한 영역으로부터 선택된 금속 요소들을 제거하기 위해, 상기 기술한 처리 영역 28 또는 처리 영역 126, 146, 173, 및 184와 유사하게 형성될 것이다. 도 43a 및 43b에 246으로 나타낸 바와 같이, 상기 베이스 표면(232) 및 중심 표면(234c, 235c) 뿐만 아니라 벽(240, 242)들의 외면의 일부는 그것들이 브라켓 바디(212)의 비처리부들의 베이스 합금 조성과 다른 화학적 조성을 포함하도록 에너지에 의해 처리된다. 이전과 같이, 상기 처리 영역(246)들이 표면부에 포함하는 것으로 기술되지만, 그러한 처리 영역(246)들은 소정 깊이 또는 전체-두께(도 43a 및 43b에 나타낸 바와 같은)로 표면을 넘어 바디(212) 내로 확장한다는 것을 알아야 할 것이다. 그러한 합금 조성의 변경으로 인해, 상기 처리 영역(246)은 브라켓 바디(212)의 비처리 영역들의 베이스 합금 조성의 전이 온도에 대한 전이 온도의 변화를 나타낸다. 상기 처리 영역(246)들의 위치는 치아교정 브라켓(210)의 자가-결찰 특징을 제공하거나 또는 적어도 그 특징을 용이하게 한다. 상기 처리 영역(246)들이 다소 저하되어 두께가 감소된 영역이 존재하는 것으로 나타냈지만, 비처리 영역에서 처리 영역(146)까지 표면의 평면에서의 불연속성이 없다는 것을 알아야 할 것이다.

일 실시예에 있어서, 도 43a 및 43b에 나타낸 처리 영역(246)들은 브라켓 바디(212)의 유지부에 대해 이들 영역에 초탄성 특성 또는 형상 기억 특성을 제공한다. 하나 또는 그 이상의 이들 영역(246)들을 처리함으로써 또는 벽(240, 242)들 중 하나 또는 그 모두의 전체-두께를 처리함으로써, 상기 처리 영역(246)들은 힌지(hinge)로서 작용하거나 아니면 견부 또는 돌출부(244)들 중 하나 또는 그 모두가 아치와이어 슬롯(214)으로부터 보통 멀리 이동되는 영역을 제공할 것이다. 특히, 도 43b에 나타낸 바와 같이, 돌출부(244)가 아치와이어 슬롯(214)으로부터 멀리 이동될 때, 아치와이어는 아치와이어 슬롯(214)에 삽입되거나 그로부터 제거될 것이다. 일단 아치와이어가 상기 아치와이어 슬롯(214) 내에 삽입되면, 벽(240)은 돌출부(244)가 아치와이어 슬롯(214)으로부터 아치와이어의 부주의한 제거를 방지하도록 폐쇄 위치로 다시 이동할 것이다.

상기 기술한 바와 같이, 벽(240, 242)들이 바깥쪽으로 이동할 때, 중간으로 규정된 평면 및 표면(254)과 말단 표면부(250, 252)간 오프셋은, 도 44에 통상 D로 나타낸 바와 같이, 빈틈 영역으로 영역(246)의 일부 또는 벽(240, 246)들 중 하나의 일부의 움직임을 포함하는 상기 영역(246)들의 힌지와 같은 동작을 위한 빈틈을 제공할 것이다.

일 실시예에 있어서, 도 42, 43a, 및 43b에 나타낸 바와 같이, 돌출부(244)는 248로 나타낸 바와 같이 테이퍼진다. 상기 돌출부(244)의 이러한 테이퍼진 영역(248)은 그 돌출부(244)의 테이퍼진 영역(248)에 부딪쳐 아치와이어를 프레싱함으로써 간단히 슬롯 내에 아치와이어의 삽입을 용이하게 할 것이다. 상기 돌출부(244)의 그러한 테이퍼진 영역(248)에 부딪친 아치와이어는 벽(242)이 아치와이어 슬롯(214)으로부터 멀리 자발적으로 구부러지게 함으로써 임상의가 도구의 도움 없이 아치와이어를 아치와이어 슬롯(214) 내에 삽입할 수 있게 한다는 것을 알 수 있을 것이다.

상기 영역(246)들이 초탄성 특성을 갖는 실시예들에 있어서, 하나 또는 그 이상의 영역(246)들은 전이 온도(A_f)가 나머지의 브라켓 바디(212)의 베이스 합금 조성의 전이 온도(A_f)와 다른 온도로 변화되는 합금 조성을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 처리 영역(246)의 A_f는 베이스 합금의 A_f보다 높은 온도로 변화된다. 따라서, 도 43b와 관련하여, 벽(240, 242)들 중 하나 또는 그 모두는 초탄성 합금의 영역(246)을 포함하며, 이에 따라 대응하는 교합 및 잇몸 방향으로 바깥쪽으로 대향의 방향으로 벽(240, 242)들을 구부리는 것은 베이스 표면(232)을 노출하고 상기 벽(240, 242)의 소정 부분을 유연하게 변형하지 않게 한다. 일 실시예에 있어서, 상기 돌출부(244)가 개방 위치에 있도록 벽(242)을 홀딩(holding)함으로써, 임상의는 그 때 아치와이어를 아치와이어 슬롯에 삽입하거나 그로부터 제거할 것이다. 아치와이어의 아치와이어 슬롯(214) 내에 삽입 및 그로부터의 제거 후, 각각의 벽(240, 242)들은 초기의 폐쇄 위치로 탄성적으로 회복한다. 즉, 개방 위치로 돌출부(244)를 홀딩하는데 필요한 힘의 제거에 따라, 상기 처리 영역(246)들은 상기 벽(240, 242)들이 그들 폐쇄 위치로 이동하도록 원래의 구성으로 리턴한다. 더욱이, 상기 테이퍼진 영역(248)은 개방 위치에서 상기 아치와이어 슬롯을 떠나 돌출부(244)를 홀딩하기 위해 도구의 사용 없이 아치와이어 슬롯(214) 내에 아치와이어의 삽입을 용이하게 한다.

상기 영역(246)들이 형상 기억 특성을 갖는 실시예들에 있어서, 하나 또는 그 이상의 영역(246)들은 그러한 전이 온도(A_f)가 구강 공동의 온도보다 낮은 합금 조성을 포함한다. 따라서, 도 43a와 관련하여, 상기 벽(240, 242)들의 하나 또는 그 모두는 돌출부(244)가 즉 아치와이어 슬롯(214)에 걸쳐 위치된 폐쇄 위치와 같은 정상의 비변형 위치를 가질 것이다. 임상의는 아치와이어를 아치와이어 슬롯(214) 내에 설치 및/또는 그로부터 제거하기 전에 브라켓(210), 특히 영역(246)들을 초기에 냉각할 것이다. 냉각 후, 상기 벽(240, 242)들, 특히 영역(246)들은, 상기 돌출부(244)가 도 43b에 나타낸 개방 위치로 상기 아치와이어 슬롯(214)에서 멀리 바깥쪽으로 푸쉬됨에 따라, 변형될 것이다. 상기 돌출부(244)가 개방 위치에 있으면, 임상의는 아치와이어를 아치와이어 슬롯(214) 내에 삽입하고 그리고/또 그로부터 제거할 것이다. 이러한 실시예에 있어서, 상기 벽(240, 242)들의 초기 움직임이 상기 영역(246)들의 플라스틱 변형을 야기함에 따라 임상의는 개방 위치에서 돌출부(244)를 홀딩할 필요는 없을 것이다. 즉, 상기 벽(240, 242)들은 일단 이것들이 아치와이어 슬롯(214)에서 바깥쪽으로 푸쉬되면 개방 위치에 유지될 것이다.

일단 아치와이어가 아치와이어 슬롯(214) 내에 설치되면, 상기 브라켓(210)은 구강 공동의 온도로 자연스럽게 따듯해지고, 그렇게 함으로서 상기 영역(246)들은 도 43a에 나타낸 폐쇄 위치에서 상기 아치와이어 슬롯(214)에 걸친 돌출부(244)에 따라 그들 초기의 비변형 위치를 회복할 것이다. 폐쇄 위치로의 이동 동안 벽(240, 242)들 및 대응하는 돌출부(244)들의 근접 이동은 상기 영역(246)들의 형상 기억 특성으로 인해 자연스러워진다. 선택적으로, 상기 벽(240, 242)들은 임상의에 의해 다시 폐쇄 위치로 이동될 것이다.

또한, 일 실시예에 있어서, 상기 브라켓 바디(212)의 비처리 영역들은 원하는 토오크 제어를 제공하기 위해 예컨대 영역(246)들에 비해 상대적으로 단단해질 것이다. 예컨대, 중간 및 원위부(231, 233)의 중간 및 말단 표면들을 포함하는 아치와이어 슬롯의 표면들은 소정의 영역(246)들보다 더 단단한 베이스 합금 조성이 될 것이다. 더욱이, 각각의 영역(246)들은 합금 조성이 서로 다를 뿐만 아니라 베이스 합금 조성도 다르다는 것을 알아야 할 것이다. 예컨대, 동일한 온도에서 한 영역(246)은 형상 기억 특성을 나타내고 반면 다른 영역(246)은 초탄성 특성을 나타낼 것이다. 따라서, 상기 벽(240, 246)들은 인가된 힘에 대한 반응이 달라질 것이다. 예컨대, 어느 한 벽(240)은 초탄성 영역(246)으로 인해 개방 위치와 폐쇄 위치간 탄성적으로 이동하고, 다른 벽(242)은 개방 위치로 유연하게 이동된 후 가열에 따른 형상 기억으로 인해 폐쇄 위치로 자발적으로 이동할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 동일한 합금 조성을 갖는 각 영역(246)들로 한정하지 않는다.

일 실시예에 있어서, 그리고 도 45, 46a, 및 46b를 참조하면, 일체형 결찰 부재 또는 결찰부(236)에 대한 대안의 배열은 대향하는 견부 또는 돌출부(244)들을 갖춘 중심부(237)로 나타난다. 각각의 돌출부(244)는 대향의 미러(mirror) 같은 관계로 아치와이어 슬롯(214) 폭의 1/2의 거리보다 적게 확장한다. 단일의 단편의 실시예로, 도 45, 46a, 및 46b에 나타낸 자가-결찰 치아교정 브라켓(210)은 도 34-36에 나타낸 실시예와 관련하여 상기 기술한 것과 유사한 영역(246)들을 갖춘다. 이와 관련하여, 벽(240, 242)들 및 대향하는 돌출부(244)들은 도 42-44와 관련하여 상기 나타낸 영역(246)들과 유사한 초탄성 또는 형상 기억 특성들을 갖도록 베이스 합금 조성과 다른 합금 조성이 되는 영역(246)들에 의한 상기 나타낸 유사한 방식으로 치아교정 브라켓(210)이 자가-결찰 및 동작하도록 개방(도 46b) 및 폐쇄(도 46a)된다.

이제 치아교정 기구의 또 다른 실시예의 도 47 및 48을 참조하면, 자가-결찰 치아교정 브라켓(310)은 브라켓 바디(312) 및 일체형 결찰 부재를 포함한다. 그러한 나타낸 예시의 실시예에 있어서, 상기 일체형 결찰 부재는 일체형 결찰 클립(314)이다. 상기 치아교정 기구의 실시예들과 유사하게, 치아교정 브라켓(310)은 SMA로 이루어진 단일의 단편의 바디이다. 상기 일체형 결찰 부재는 분리되어 독립적으로 제조되지 않고 그 때 브라켓 바디(312)와 조립된다. 상기 일체형 결찰 부재의 일부가 상기 브라켓 바디(312)에 대해 이동가능하지만, 그 전체의 결찰 부재는 아치와이어의 아치와이어 슬롯 내의 삽입 또는 그로부터의 제거 동안 상기 브라켓 바디(312)에 대해 이동하지 않는다. 오히려, 상기 브라켓 바디(312) 및 일체형 결찰 부재는 예컨대 단일의 캐스팅 프로세스에서 함께 캐스트(cast)되거나 또는 SMA의 단일의 단편으로부터 가공되는데, 예컨대 상기 브라켓(310)은 상기 기술한 NiTi, CuNiTi, 또는 다른 SMA 합금으로 이루어질 것이다. 단지 결찰 부재의 일부만이 상기 브라켓 바디에 대해 이동가능하다. 상기 기술한 치아교정 기구의 실시예들과 유사하게, 하나 또는 그 이상의 선택된 상기 브라켓 바디(312)의 영역들은, 이들 선택된 영역에서의 합금의 조성을 변경하기 위해, 레이저 빔과 같은 형태의 에너지에 의해 처리된다. 이하 기술한 바와 같이, 그러한 처리 영역들에서의 합금 조성의 변경은 상기 브라켓(310)의 자가-결찰 특성을 촉진하고, 이에 따라 치아교정 치료 동안 아치와이어 슬롯(316)으로부터 아치와이어의 부주의한 제거를 방지하면서 상기 브라켓 바디(312)에 아치와이어의 삽입 및 그로부터 아치와이어의 제거를 용이하게 한다.

그러한 목적을 위해, 도 47 및 48을 참조하면, 상기 브라켓 바디(312)는 치아에 교정력을 인가하기 위한 아치와이어(도 48)를 수용하도록 구성된 그 안에 형성된 아치와이어 슬롯(316)을 포함한다. 환자의 아래턱 상에 수반된 투스의 입술 표면에 장착될 때, 상기 브라켓 바디(312)는 혀측(320), 교합측(322), 잇몸측(324), 중간측(326), 말단측(328), 및 입술측(330)을 갖춘다. 상기 브라켓 바디(312)의 혀측(320)은 인접한 치아 주위에 밴드에 의해 또는 적절한 치아교정 시멘트 또는 접착제에 의한 소정의 기존 방식으로 치아에 고착되도록 구성된다. 상기 혀측(320)에는 치아의 표면에 고착된 부착 베이스를 규정하는 패드(332)가 제공될 것이다. 그러한 패드(332)는 분리된 독립 단편 또는 요소로서 브라켓 바디(312)에 결합되거나, 또는 대안으로 상기 패드(332)는 상기 브라켓 바디(312)와 일체형으로 형성될 것이다.

특히, 상기 브라켓 바디(312)는 베이스 표면(334) 및 중간측(326)에서 말단측(328)으로 중간-말단 방향으로 확장하는 아치와이어 슬롯(316)을 공동으로 규정하는 베이스 표면(334)으로부터 입술쪽으로 돌출되는 한 쌍의 대향된 슬롯 표면(336, 338)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 슬롯 표면(336, 338) 및 베이스 표면(334)은 상기 브라켓 바디(312)의 재료 내에 실질적으로 일체화된다. 그러나, 하나 또는 그 이상의 슬롯 표면(334, 336, 및 338)은 상기 아치와이어 슬롯(316)의 약한 특성들 또는 다른 이유들을 향상시키기 위해 인서트(insert; 나타내지 않음) 또는 리니어(liner; 나타내지 않은)에 의해 규정될 것이다. 상기 브라켓 바디(312)의 아치와이어 슬롯(316)은 소정의 적절한 방식으로 치아교정 아치와이어(318)를 수용하도록 디자인될 것이다.

계속해서 도 47을 참조하면, 일 실시예에서, 상기 브라켓 바디(312)는 통상 아치와이어 슬롯(316)에 의해 분리되는 잇몸 바디부(360) 및 교합 바디부(362)를 포함한다. 그러한 잇몸 바디부(360)는 보통 슬롯 표면(338)을 규정한다. 특히, 상기 잇몸 바디부(360)의 쉘프(shelf) 부재(364)는 슬롯 표면(338)을 규정할 수 있다. 상기 잇몸 바디부(360)는 보통 브라켓 바디(312)의 입술 표면을 규정하는 브릿지 부재(366)를 포함한다. 도 48에 가장 잘 나타낸 바와 같이, 상기 일체형 클립(314)은 상기 쉘프 부재(364)와 브릿지(366)간 스페이스에 형성된다. 일 실시예에 이어서, 상기 잇몸 바디부(360)는 기술분야에 알려진 바와 같이 아치와이어가 탄성 부재(나타내지 않음)에 의해 브라켓 바디(312)에 고착되는 잇몸 타이 윙(368)을 더 규정한다.

상기 교합 바디부(362)는 일반적으로 상기 슬롯 표면(336)을 규정하고 일체형 클립(314)에 대해 지렛대 작용하기 위한 도구를 배치하는 도구 리세스(370; recess)를 포함한다. 상기 잇몸 바디부(360)와 유사하게, 상기 교합 바디부(362)는 나타낸 바와 같이 교합 타이 윙(372)을 규정한다. 결찰사는 상기 교합 타이 윙(372)을 통해 아치와이어를 브라켓(310)에 고착하도록 클립(314) 외에 또는 그 대안으로 사용될 수 있다. 예컨대, 임상의가 폐쇄 위치에서 클립(314)에 의해 아치와이어(318)를 충분히 캡쳐하도록 상기 슬롯(316) 내에 아치와이어(318)를 안착시킬 수 없는 곳에서, 상기 아치와이어(318)가 아치와이어 슬롯(316) 내에 안착되는 위치로 투스를 이동하기 위해 그 아치와이어에 타이 윙(368, 372)들을 통해 상기 브라켓 바디(312)에 고착하도록 그때 결찰사를 이용할 필요가 있다. 본원에 상기 타이 윙(368, 372)들 및 결찰사들이 기술되었지만, 본 발명의 실시예들은 타이 윙들을 갖춘 이들 브라켓으로만 한정하지 않는다는 것을 알아야 할 것이다.

도 47 및 48에 나타낸 일 실시예에 있어서, 상기 브라켓(310)은 이 브라켓 바디(310)에 가시적으로 인식가능한 형태를 생성하기 위해 표면에 볼록한 또는 오목한 영역을 포함하는 하나 또는 그 이상의 정렬 마커(386a, 386b, 386c, 386d, 386e)를 포함한다. 그러한 정렬 마커(386a-386e)는 그 전체 내용이 참조에 의해 본원에 모두 포함되는 미국 공개 제2012/0058442호에 좀더 충분히 기술되어 있다.

상기 기술한 바와 같이, 상기 결찰 클립(314)은 상기 브라켓 바디(312)와 일체로 형성된다. 그러한 일체형 결찰 클립(314; 간단히 '일체형 클립'이라고도 함)은 보통 C형이고 아치와이어 슬롯(316)의 베이스 표면(334)을 걸쳐 확장하고 그 베이스 표면에 대향하는 입술부(344)를 포함하고 상기 결찰 클립(314)이 상기 브라켓 바디(312)와 일체로 연결된 영역에 또는 그 영역에 가까운 잇몸부(346) 및 혀부(348)를 포함한다. 도 48에 나타낸 바와 같이, 상기 입술부(344)는 상기 일체형 클립(314)의 입술부(344)가 폐쇄 위치에 있을 때 상기 아치와이어 슬롯(316)의 입술 경계부를 규정한다. 상기 일체형 클립(314)은, 이 일체형 클립(314)의 입술부(344)의 구부러짐 동안, 예컨대 상기 일체형 클립(314)의 잇몸부(346)가 브릿지 부재(366)와 접촉하게 하는 상기 일체형 클립(314)의 입술부(344) 상에 입술쪽으로 아치와이어가 견인될 때, 상기 브릿지 부재(366)와 접촉할 것이다. 상기 일체형 클립(314)과 브릿지 부재(366)간 접촉은 상기 아치와이어 슬롯(316)으로부터 아치와이어(318)의 부주의한 방출을 방지할 것이다. 상기 일체형 클립(314)이 처리 동안 거기로부터 상기 아치와이어(18)의 부주의한 제거를 방지하기 위해 베이스 표면에 대향하는 상기 아치와이어 슬롯(316)을 폐쇄하도록 위치되지만, 상기 일체형 클립(314)의 일부는 처리가 진행됨에 따라 슬롯(316) 내의 어느 한 아치와이어가 제거되게 하고 또 다른 아치와이어가 삽입되게 하도록 개방 위치로 의도적으로 이동될 것이다.

일 실시예에 있어서, 상기 치아교정 브라켓의 일부는, 표면부가 SMA의 베이스 합금 조성과 화학적 조성이 다른 처리 영역(340)을 포함하도록, 레이저 빔과 같은 형태의 에너지에 의해 선태적으로 처리된다. 도 47 및 48에 나타낸 바와 같이, 각각의 일체형 클립(314) 및 브라켓 바디(312)의 일부는 처리 영역(340)을 포함할 것이다. 일 실시예에 있어서, 상기 일체형 클립(314)의 바디부(312) 및 잇몸부(346)와 일체형 클립(314)의 인터섹션에 또는 그 인터섹션에 가까운 혀부(348)는 상기 일체형 클립(314) 및 브라켓 바디(312)의 인접한 부분과 다른 화학적 조성을 갖는 처리 영역(340)을 포함하도록 에너지 처리에 의해 처리될 것이다. 상기 처리 영역(340)은, 도 48에 나타낸 바와 같이, 상기 일체형 클립(314)의 표면의 선택된 일부를 포함하고 상기 일체형 클립(314)의 두께로 또는 그 두께를 통해 확장할 것이다. 상기 처리 영역(340)은 위치 374로 나타낸 바와 같이 상기 일체형 클립(314) 및 바디(312)의 인터섹션에서 상기 바디(312)로 확장할 것이다. 더욱이, 상기 처리 영역(340)과 비처리 영역들간 화학적 조성의 차이는 그에 대한 기술의 정확한 지점에서 발생하지 않는다는 것을 알아야 할 것이다. 오히려, 그러한 화학적 조성의 차이는 소정의 방향으로 상기 처리 영역(340)으로부터 점차적으로 발생할 것이다. 이는 본원에 기술한 소정 처리 영역들의 경우가 될 것이다. 또한, 상기 처리 영역(340)과 관련된 특성들이 전체로서 상기 일체형 클립(314)에 적용되도록 상기 기술된 바와 같이 그 전체 일체형 클립(314)이 처리된다는 것을 알아야 할 것이다. 상기 처리 영역(340)은 상기 클립(314)의 일부에 초탄성 또는 형상 기억 특성을 제공할 것이다.

초탄성 특성이 제공되는 곳에서, 상기 일체형 클립(314)은 상기 아치와이어가 상기 아치와이어 슬롯(316) 내로 지향되거나 또는 그로부터 제거되도록 개방 위치로 물리적으로 이동(예컨대, 도구에 의해)될 것이다. 다음에, 일단 상기 아치와이어가 원하는 바와 같이 삽입 또는 제거되면, 임상의는 폐쇄 위치로 리턴되도록 클립(314)을 방출한다. 상기 처리 영역(340)의 초탄성 특성으로 인해, 상기 결찰 클립(314)은 또한 상기 아치와이어(18)를 능동적으로 결찰하도록 구성될 것이다. 공지된 바와 같이, 상기 일체형 클립(314)에 의한 아치와이어(318)의 능동 결찰은 그 아치와이어(318)의 크기 및 형태에 따른다. 그와 같은 능동 결찰은 상기 일체형 클립(314)의 처리 영역(340)의 초탄성 특성들로 인해 스테인레스 스틸 또는 다른 금속 부재에서와 같이 그 아치와이어에 인가된 힘의 저하 없이 제공될 것이다. 선택적으로, 상기 결찰 클립(314)은 아치와이어(318)의 수동 결찰을 위해 구성될 것이다.

또한 상기 처리 영역(340)은 치아교정 기구의 다른 실시예들과 관련하여 상기 논의한 것들과 유사한 형상 기억 특성들을 나타낼 것이다. 일 실시예에 있어서, 상기 일체형 클립(314)은 기계적 입력 없이 개방 위치와 폐쇄 위치간 변환한다. 상기 일체형 클립(314), 특히 처리 영역(340)의 온도의 변경은 그 개방 위치에서 폐쇄 위치로 일체형 클립(314)이 자발적으로 이동하게 하는데 충분할 것이다. 예컨대, 임상의는 상기 처리 영역(340)의 조성이 오스테나이트에 대한 마르텐사이트의 기본적인 비율을 포함하는 온도로 상기 일체형 클립(314)을 냉각할 것이다. 이는 상기 처리 영역(340)을 구강 공동의 정상 온도에서 A_f 이하, M_s 이하, 또는 M_f 이하와 같은 보다 차가운 온도로 냉각함으로써 발생할 것이다. 이러한 실시예에 있어서, 임상의는 상기 일체형 클립(314)을 변형하기 전에 처리 영역(340)의 온도를 환자의 구강 공동의 정상 온도로 또는 그 이하로 감소시키는 콜드(cold)-압축, 압축 가스, 또는 다른 방법을 이용할 것이다. 다음에 상기 임상의는 상기 일체형 클립(314)을 개방 위치로 강제로 이동할 것이다. 이는 특히 처리 영역(340)에서 일체형 클립(314)을 유연하게 변형시키는 것을 포함할 것이다. 일단 변형되면, 상기 일체형 클립(314)은 개방 위치로 유지되는 한편 상기 처리 영역(340)의 온도는 구강 공동의 정상 온도에 비해 상대적으로 시원해질 것이다. 다음에 임상의는 아치와이어를 아치와이어 슬롯(316)으로부터 제거하고 그리고/또 그 내에 삽입할 것이다. 상기 일체형 클립(314)이 환자의 바디에 의해 또는 외부의 가열 소스에 의해 가열됨에 따라, 상기 일체형 클립(314)은 폐쇄 위치로 변환된다. 선택적으로, 임상의는 일체형 클립(314)을 다시 폐쇄 위치로 유연하게 변환할 것이다. 어느 경우에도, 일단 처리 영역(340)이 정상적인 구강 공동 온도에 도달되면, 그것은 초탄성 특성을 나타내고 상기 나타낸 바와 같이 능동 또는 수동 결찰을 제공할 것이다.

자가-결찰 치아교정 브라켓의 또 다른 실시예는 도 49 및 50에 나타나 있고, 여기에서는 도 47 및 48의 유사한 요소의 참조부호와 유사한 참조부호가 사용된다. 그러한 자가-결찰 치아교정 브라켓(500)은 상기 기술한 그리고 도 47 및 48과 관련하여 기술한 치아교정 브라켓(310)과 유사하다. 상기 치아교정 브라켓(500)은 브라켓 바디(512) 및 일체형 결찰 클립(514)을 포함하며, 상기 브라켓은 SMA로 이루어진 단편의 금속이다. 즉, 상기 브라켓 바디(512) 및 클립(514)은 동일한 형성 프로세스 동안 형성된다. 예컨대, 상기 브라켓 바디(512) 및 클립(514)은 SMA의 단단한 단편으로부터 가공되고, 단일의 캐스팅 프로세스 동안 캐스트되거나, 또는 단일의 형성 프로세스 동안 형성될 것이다.

상기 브라켓 바디(512)는 통상 잇몸 바디부(520)로부터 교합 바디부(518)를 분리하는 아치와이어 슬롯(516)을 규정한다. 상기 브라켓 바디(512)는 브릿지 부재(366)의 부재에 의해 도 47 및 48에 나타낸 치아교정 브라켓(310)의 브라켓 바디(312)와 다르다. 즉, 잇몸 바디부(520)는 입술 방향으로 상기 일체형 클립(514)을 입술쪽으로 커버하는 소정의 구조가 부족하다. 따라서 상기 일체형 클립(514)은 상기 브라켓(500)의 입술-최표면을 따라 완전히 노출된다.

결찰 동안, 일체형 클립(514), 특히 그 클립(514)의 입술부(344)의 입술 편향은 상기 브라켓 바디(512)의 소정 부분에 의해 입술 방향으로의 편향을 제한하지 않는다. 그러나, 장점으로, 상기 일체형 클립(514)에 걸친 브릿지 부재(366) 또는 다른 구조의 부재는 처리가 변경된 아치와이어를 필요로 할 때 일체형 클립(514)을 이동시키는 것에 대해 임상의를 제한하지 않는 접근을 허용한다. 따라서, 임상의는 상기 기술한 바와 같이 아치와이어를 아치와이어 슬롯(516) 내에 삽입하고 그로부터 제거하기 위해 개방 위치에서 상기 클립(514)의 입술부(344)를 탄성적으로 홀딩하거나 또는 개방 위치로 상기 일체형 클립(514)을 유연하게 변형함으로써 상기 일체형 클립(514)을 좀더 쉽게 작동시킬 수 있다. 상기 기술한 바와 같이, 상기 일체형 클립(514)의 처리 영역(340)들은 상기 일체형 클립(514)의 적어도 일부에 초탄성 및/또는 형상 기억 특성을 제공함으로써 처리를 용이하게 한다.

다중-모드 치아교정 브라켓

치아교정 브라켓들은 통상 접착제를 사용하여 치아에 부착된다. 상업적인 접착제는 부착 강도에 한계가 있다. 치아교정 치료 동안, 그러한 치아교정 브라켓 상에 임펙트 및 전단력은 접착제 부착을 저하시킬 수 있고 이에 따라 치아로부터 브라켓을 분리 또는 제거할 수 있다. 그러한 접착제 부착이 실패되면, 환자는 브라켓의 재결합 또는 재배치를 위해 임상의의 사무실에 대한 추가의 방문 스케줄을 잡아야 한다. 이는 환자 및 임상의 모두에게 불편하다. 더욱이, 그러한 부착 실패와 수리 사이에 걸리는 시간 중에, 느슨해진 브라켓은 치아교정 치료를 쉽지 않게 한다. 따라서, 이러한 비효율적인 기간은 전체적인 처리 시간을 가중시킬 수 있다.

접착제 부착 실패와 관련된 이러한 문제 및 다른 문제들을 해결하기 위해, 본 발명의 실시예는 치아교정 기구 상에 임펙트 힘의 에너지를 흡수하고, 그러한 부착에 대한 이들 힘의 크기의 전달을 감소시키며, 이에 따라 그러한 치아교정 기구와 치아간 접착제 부착 실패의 가능성을 감소시키는 특징적 형태를 포함한다. 도 51-54에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 치아교정 브라켓(410)은 베이스 합금 조성을 갖는 SMA로 이루어진 단일의 바디로 나타낸 브라켓 바디(412)를 포함한다. 그러한 나타낸 예시의 실시예에 있어서, 상기 브라켓 바디(412)는 트윈 타이-윙(twin tie-wing) 타입 치아교정 브라켓이다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 그러한 트윈 타이-윙 타입 치아교정 브라켓으로 한정하지 않는다는 것을 알아야 할 것이다. 도 51과 관련하여, 상기 브라켓 바디(412)는 치아에 교정력을 인가하기 위한 아치와이어(나타내지 않음)를 수용하도록 구성된 아치와이어 슬롯(414a, 414b)을 규정한다. 상기 브라켓 바디(412)는 기술분야에 알려진 바와 같이 하나 또는 그 이상의 결찰사(나타내지 않음)를 수용하기 위한 각각의 대향하는 교합 및 잇몸 타이 윙(416a, 416b, 418a, 418b) 쌍들을 갖춘다.

환자의 아래턱에 수반된 투스의 입술 표면에 장착될 때, 상기 브라켓 바디(412)는 혀측(420), 교합측(422), 잇몸측(424), 중간측(426), 말단측(428), 및 입술측(430)을 갖춘다. 상기 브라켓 바디(412)의 혀측(420)은 인접한 치아 주위에 밴드에 의해 또는 적절한 치아교정 시멘트 또는 접착제에 의한 소정의 기존 방식으로 치아에 고착되도록 구성된다. 상기 혀측(420)에는 치아의 표면에 고착된 부착 베이스를 규정하는 패드(432)가 제공될 것이다. 그러한 패드(432)는 분리된 독립 단편 또는 요소로서 브라켓 바디(412)에 결합되거나, 또는 대안으로 상기 패드(432)는 상기 브라켓 바디(412)와 일체형으로 형성될 것이다. 상기 패드(432)는 그 전체 내용이 참조에 의해 본원에 포함되는 미국 특허공보 제2011/0189624호에 기술된 패드와 같은 유사한 특징적 형태와 유사하거나 또는 그를 포함할 것이다.

상기 브라켓 바디(412)는 베이스 표면(433) 및 상기 브라켓 바디(412)에 아치와이어 슬롯(414a, 44b)을 공동으로 규정하는 상기 베이스 표면(334)으로부터 입술쪽으로 돌출되는 다수의 대향된 중간 및 말단 표면(434a, 434b, 436a, 436b)을 포함한다. 상기 아치와이어 슬롯(414a, 414b)은 상기 브라켓 바디(412)의 중간측(426)에서 말단측(428)으로 중간-말단 방향으로 확장한다.

도 51-54에 나타낸 예시의 실시예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 상기 브라켓 바디(412)의 일부분은, 베이스 합금 조성과 관련된 특성들과 다른 특성들을 포함하는 하나의 처리 영역 또는 다수의 처리 영역을 규정하기 위해, 레이저와 같은 형태의 에너지에 의해 선택적으로 처리된다. 일 실시예에 있어서, 그러한 처리 영역들은 각각이 구강 공동의 온도에서 다른 비율의 마르텐사이트 및 오스테나이트를 갖도록 서로에 대한 조성의 차 및 베이스 합금 조성에 대한 차를 나타낸다. 이와 관련하여, 상기 처리 영역들에서, 그러한 오스테나이트에 대한 마르텐사이트의 비율은 하나 또는 그 이상의 처리 영역들에서 임펙트 로드가 낮은 탄성 복원 또는 완전한 플라스틱 변형을 야기하도록 변경될 수 있다. 상기 오스테나이트에 대한 마르텐사이트의 비율을 선택적으로 변경함으로써, 그러한 처리 영역의 대응하는 상 변환에 의해 흡수된 에너지의 양이 변경될 것이다. 따라서, 브라켓 바디(412) 상에 임펙트 로드는 한 처리 영역의 상 변환을 야기하나 또 다른 처리 영역의 상 변환은 야기하지 않을 것이다. 그러한 상 변환은 그러한 임펙트의 충격 또는 갑작스런 스트레스를 흡수하는데 이용된다. 이러한 방식에서, 상기 처리 영역들은 상기 브라켓 바디(412)가 그러한 임펙트 에너지의 일부 또는 전부를 흡수하도록 임펙트가 가해질 때 가변의 상 변환을 거치도록 구성된다. 장점으로, 상기 처리 영역들의 초탄성 특성으로 인해, 상기 브라켓 바디(412)는 임펙트 에너지를 흡수한 후 그러한 입펙트 에너지가 상기 브라켓(410)과 치아간 접착제 부착으로 전혀 전달되지 않도록 원래의 위치로 리턴된다.

특히 도 51에 나타낸 실시예와 관련하여, 상기 브라켓 바디(412)는 각각 변경되는 처리의 양을 갖는 다수의 처리 영역들을 가질 것이다. 일반적으로, 그러한 변화는 층들로 브라켓 바디(412)를 처리함으로써 그러한 브라켓 바디(412)에 걸쳐 단계적으로 변화된다. 특히, 소정의 실시예들에서 변경된 처리의 양은 변경된 에너지의 양(즉, 강도)으로, 또는 다른 처리 영역들보다 더 길거나 또는 더 짧은 시간 동안 각각의 개별 영역들을 처리함으로써 달성될 것이다. 상기 기술한 바와 같이, 레이저 빔은 이들 영역에서의 SMA의 화학적 조성을 변경하기 위해 브라켓 바디(412)의 여러 부분을 선택적으로 처리하는데 이용될 것이다.

특히, 일 실시예에 있어서, 도 43에 나타낸 브라켓 바디(412)는 3개의 다른 처리 영역(440a, 440b, 440c)들을 포함한다. 일반적으로, 각각의 그러한 처리 영역(440a, 440b, 440c)들은 통상 혀-입술 방향으로 적층되는 층들을 갖춘 층화 구성으로 제공된다. 단지 일 예로서, 상기 처리 영역(440c)은 상기 영역 440b 또는 440a 앞에서 상 변환을 거칠 것이다. 따라서, 상기 브라켓 바디(412)의 입술-최표면부에서의 브라켓 바디(412) 상의 임펙트는 상기 영역(440c)에서 상 변환에 의해 적어도 부분적으로 흡수될 것이다. 상기 영역(440c)에서 흡수되지 않은 소정의 임펙트 에너지는 영역(440b)의 상 변환을 야기할 것이다. 유사하게, 영역(440b)에서 흡수되지 않은 소정의 임펙트 에너지는 영역(440a)에서 상 변환에 의해 흡수될 것이다. 궁극적으로, 최외부 영역부터 최내부 영역까지 상 변환에 의한 에너지의 흡수는 접착제 부착으로 전달된 임펙트 에너지를 감소시키고, 이에 따라 치아교정 치료 동안 브라켓(412)이 치아로부터 부주의하게 분리될 가능성을 감소시킨다.

특히, 일 실시예에 있어서, 제1처리 영역(440a)은 패드(432)에 인접한 바디(412)의 혀 포인트에서 시작하도록 위치된다. 상기 제1처리 영역(440a)은 아치와이어 슬롯(414a, 414b)으로부터 혀 방향으로 스페이스된 평면으로 확장한다. 제2처리 영역(440b)은 상기 제1처리 영역(440a)에 인접하고 상기 제1처리 영역(440a)으로부터 입술쪽으로 확장한다. 상기 제2처리 영역(440b)의 일부는 베이스 표면(433a, 433b) 및 상기 아치와이어 슬롯(414a, 414b)의 교합 및 잇몸 표면(434a, 434b, 436a, 436b)을 따라 위치된다. 또한 상기 제2처리 영역(440b)은 타이 윙(416a, 416b, 418a, 418b)들의 아치형 영역(450) 상에 위치된다. 제3처리 영역(440c)은 상기 제2처리 영역(440b)에 인접하고 상기 제2처리 영역(440b)에서 상기 브라켓 바디(412)의 입술측(430)으로 입술쪽으로 확장한다. 좀더 구체적으로, 상기 제3처리 영역(440c)은 본질적으로 타이 윙(416, 418)들의 아치형 영역에서 또는 그 근처에서 시작하고, 타이 윙(416a, 416b, 418a, 418b) 및 브라켓 바디(412)의 입술 표면(452)으로 입술쪽으로 확장한다. 또한 상기 제3처리 영역(440c)의 일부는 중간 및 말단면(446, 448) 뿐만 아니라 아치와이어 슬롯(414)의 중간 및 말단 표면(434, 436)에 위치된다.

각각의 처리 영역(440a, 440b, 440c)은 베이스 합금 조성의 변경에 대응할 것이다. 상기 기술한 바와 같이, 특히 아치와이어들과 관련하여, 각각의 처리 영역(440a, 440b, 440c)은 구강 공동의 온도에서 오스테나이트와 마르텐사이트간 상 조성의 차를 나타낸다. 따라서 각 영역에서의 스트레스-스트레인 관계는 임펙트 로딩 하에 다르게 작용한다. 도 51에 나타낸 층형-타입 브라켓 바디(412)는 임펙트 에너지를 흡수하고, 이에 따라 브라켓 바디(412)와 치아간 접착제 부착이 접착제 부착을 깨기에 충분한 스트레스를 거칠 가능성을 감소시킬 것이다.

본 발명의 실시예들은 도 51에 나타낸 층형 브라켓으로 한정하지 않는다는 것을 알아야 할 것이다. 레이저 빔과 같은 에너지 빔에 의한 브라켓 바디의 처리는 생성될 처리 및 비처리 영역의 소정 다수의 구성을 가능하게 한다. 일 예로서, 그리고 한정하지 않고, 이제 도 51의 유사한 구성과 유사한 참조부호가 표시되는 도 52-54를 참조하면, 치아교정 브라켓(410)은 도 52 및 54에 나타낸 바와 같이 타이 윙(416a, 416b, 418a, 418b)들의 각각의 아치형 영역(450)들에 처리 영역(440)을 포함할 것이다. 추가의 예로서 그리고 도 53과 관련하여, 또 다른 실시예에 있어서, 상기 처리 영역(440)은 아치와이어 슬롯(414a, 414b)의 베이스 표면(433)을 포함할 것이다. 상기 처리 영역(440)은 각각의 타이 윙(416a, 416b, 418a, 418b)들로 확장하고 그것들을 포함한다. 다른 실시예들과 같이, 상기 처리 영역(440)들이 표면부 상에 또는 표면부에 포함하는 것으로 기술되었지만, 그러한 처리 영역(440)은 소정 깊이로 표면을 넘어 바디 내로 확장할 수 있다. 더욱이, 각기 다른 처리 영역(440)들간 또는 처리 영역과 비처리 영역들간 화학적 조성의 차이는 그에 대한 기술의 정확한 지점에서 발생하지 않는다는 것을 알아야 할 것이다. 오히려, 그러한 화학적 조성의 차이는 점차 발생되어 현미경에 의한 검사 방법과 같은 공지된 방법으로 볼 수 있을 것이다.

본 발명이 다양한 바람직한 실시예들의 설명에 의해 기술되었지만, 그리고 이들 실시예가 어느 정도 상세히 기술되었지만, 본 발명자들은 그와 같은 상세한 설명에 부가된 청구항들의 범주를 제한하거나 한정하려는 것은 아니다. 추가의 장점 및 변형들이 통상의 기술자에게 용이할 것이다. 일 예로서, 본원에 기술된 실시예들은 단일의 금속의 치아교정 기구가 다른 기계적 그리고/또 화학적 특성들의 다수의 영역들을 갖도록 초기의 베이스 합금 조성에 대해 다른 합금 조성을 갖는 처리 영역을 나타내고 있다. 더욱이, 각각의 이들 영역은 치아교정 치료를 용이하게 하는데 협력할 것이다. 본 발명의 다양한 특징적 형태들은 사용자의 필요 및 경험에 따라 단독으로 또는 소정 조합으로 사용될 것이다.

Claims (28)

1. 적어도 2개의 다른 금속 요소의 베이스 합금 조성을 갖는 형상 기억 합금 및 상기 베이스 합금 조성의 적어도 하나의 금속 요소가 결핍된 합금 조성을 갖는 처리 영역으로 이루어진 부분을 포함하는, 치아교정 기구.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 형상 기억 합금은 (i) 니켈 티타늄 합금(NiTi)이고, 상기 처리 영역의 합금 조성은 상기 베이스 합금 조성에 대해 니켈이 결핍된, 또는 (ii) 동 크롬 니켈 티타늄 합금(CuCrNiTi)이고, 상기 처리 영역의 합금 조성은 상기 베이스 합금 조성에 대해 니켈 및/또는 티타늄이 결핍된, 또는 (iii) 동 알루미늄 니켈 합금(CuAlNi)이고, 상기 처리 영역의 합금 조성은 상기 베이스 합금 조성에 대해 적어도 동이 결핍된, 또는 (iv) 동 알루미늄 니켈 합금(CuAlNi)이고, 상기 처리 영역의 합금 조성은 상기 베이스 합금 조성에 대해 적어도 알루미늄이 결핍된, 것 중의 하나인 것을 특징으로 하는 치아교정 기구.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 베이스 합금 조성은 제1오스테나이트 종료 온도를 갖고, 상기 처리 영역은 상기 제1오스테나이트 종료 온도보다 높은 오스테나이트 종료 온도를 갖는, 치아교정 기구.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 부분은 아치와이어, 스톱, 후크, 크라운, 밴드, 또는 치아교정 브라켓의 일부를 형성하는, 치아교정 기구.
8. 청구항 1에 있어서,
   치아교정 기구는 일단부에서 타단부까지 측정된 길이를 갖는 아치와이어이고, 상기 부분은 상기 아치와이어의 길이에 따른 제1영역을 포함하며,
   상기 아치와이어는 제2영역을 형성하는 비처리 영역을 포함하고, 상기 비처리 영역은 베이스 합금 조성을 갖고, 상기 제2영역은 상기 제1영역에 인접하는 것을 특징으로 하는 치아교정 기구.
9. 삭제
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 형상 기억 합금으로 이루어진 부분은 C형 바디를 포함하고,
    상기 C형 바디는 치아교정 아치와이어를 체결하도록 구성되고,
    상기 C형 바디는:
    사이에 개구를 규정하는 대향하는 제1부분과 제2부분 및 상기 제1부분과 제2부분간 확장하고 상기 개구에 대향하는 제3부분을 포함하고,
    상기 처리영역은 제1부분, 제2부분, 및 제3부분의 적어도 한 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 치아교정 기구.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 C형 바디는 가열할 때 개방 위치와 폐쇄 위치간 변환되도록 구성되고, 상기 C형 바디는 기계적 입력 없이 상기 폐쇄 위치에서 아치와이어를 체결하도록 구성된, 치아교정 기구.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 처리 영역은 제1부분, 제2부분, 또는 제3부분의 적어도 하나의 내면을 따라 노출된, 치아교정 기구.
13. 청구항 10에 있어서,
    상기 C형 바디는 둘레 에지를 갖추고, 내면은 적어도 하나의 립을 포함하며, 상기 립은 이 립이 상기 아치와이어를 접촉할 때 유연하게 변형되도록 구성된, 치아교정 기구.
14. 청구항 1에 있어서,
    상기 형상 기억 합금으로 이루어진 부분은 치아를 수용하기 위한 개구를 규정하는 정점의 마진을 갖는 측벽이 구성된 바디를 포함하고 ,
    상기 측벽은 처리 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치아교정 기구.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 바디는 치아와 접촉하도록 구성되고, 처리 영역을 포함하는 내면을 더 포함하는, 치아교정 기구.
16. 삭제
17. 삭제
18. 청구항 14에 있어서,
    상기 바디는 동작 온도로 가열할 때 변형된 확대 상태에서 축소 상태로 변하도록 구성된, 치아교정 기구.
19. 청구항 1에 있어서,
    상기 형상 기억 합금으로 이루어진 부분은
    그 안에 아치와이어를 수용하도록 구성된 아치와이어 슬롯을 포함하는 브라켓 바디를 포함하고,상기 처리 영역은 상기 브라켓 바디의 적어도 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 치아교정 기구.
20. 청구항 19에 있어서,
    상기 브라켓 바디는 치아교정 브라켓이 자가-결찰 치아교정 브라켓이도록 개방 위치 및 폐쇄 위치를 갖는 일체형 결찰 부재를 더 포함하며, 상기 일체형 결찰 부재는 처리 영역을 포함하는, 치아교정 기구.
21. 삭제
22. 청구항 19에 있어서,
    브라켓 바디는 베이스 합금 조성의 비처리 영역을 포함하고, 상기 비처리 영역은 치아교정 치료 동안 초탄성 특성을 나타내지 않는, 치아교정 기구.
23. 청구항 19에 있어서,
    처리 영역은 구강 공동의 정상 동작 온도 이하의 온도 범위에서 형상 기억 특성을 갖는, 치아교정 기구.
24. 적어도 2개의 다른 금속 요소의 베이스 합금 조성을 갖는 형상 기억 합금으로 이루어진 치아교정 기구를 에너지 소스에 노출시키는 단계; 및
    상기 베이스 합금 조성에 대해 적어도 하나의 금속 요소가 결핍되는 처리 영역을 형성하기 위해 표면을 포함하는 영역으로부터 적어도 하나의 금속 요소를 제거하도록 상기 에너지 소스에 의해 치아교정 기구의 표면을 처리하는 단계를 더 포함하는, 치아교정 기구 제조 방법.
25. 삭제
26. 삭제
27. 삭제
28. 삭제

Images