JP4151813B2

JP4151813B2 - 歯列矯正用部材及びその製造方法

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Publication number: JP4151813B2
Application number: JP20999599A
Authority: JP
Inventors: 幹雄持立
Original assignee: Tomy Co Ltd
Current assignee: Tomy Co Ltd
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2019-07-23
Also published as: ATE269037T1; EP1070484B1; DE60011521D1; ES2222139T3; DE60011521T2; EP1070484A3; JP2001029363A; EP1070484A2; US6305932B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は歯列矯正用部材及びその製造方法に関し、特にセラミックス製の歯列矯正用ブラケットに係合されるアーチワイヤの滑りや移動性を改良するために、アーチワイヤスロット内に設けられたライナーを備えた歯列矯正用部材及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
歯列矯正治療においては、ブラケットと言われる小さな器具が患者の歯に固定される。過去において、このブラケットは、金属製が主流であったが、近年審美性改良のため、プラスティック材料、セラミックスなどの材料が開発されてきており、現在ではセラミックスを用いたブラケットが使用されるようになってきている。
【０００３】
このブラケットの使用形態は、歯牙にブラケットを接着して固定し、歯列を矯正するべくブラケットに外力を付与するために、金属製アーチワイヤを、ブラケットに設けたアーチワイヤスロットに通し、かつ該アーチワイヤスロットとブラケットとを適宜結紮する。
【０００４】
しかしながら、セラミックス製のブラケット、特に多結晶セラミックス製のブラケットの場合、金属製ブラケットに比べて、金属製のアーチワイヤの滑りが悪いという問題があった。
すなわち、多結晶セラミックスは、その多くは、アーチワイヤスロットをダイヤモンドブレードなどにより加工するので、このスロット加工によって、加工面に結晶粒が掘り起こされ、表面が粗くなって、アーチワイヤが滑らなくなる、という問題を抱えている。
【０００５】
このようなセラミックス製のブラケットに対する金属製のアーチワイヤの滑りを改良するために、例えば、特開平７−３１３５２８号公報に記載されているような技術がある。
同公報に記載された技術は、“セラミックブラケットに設けられた溝に金属製のライナーを設けることによって、アーチワイヤスロットと金属製のアーチワイヤとの摩擦を金属同士の摩擦とすることができ、その滑り性能は金属製のブラケットと同等とすることができる”というものである。
【０００６】
また、米国特許明細書第４、９８８、２９３号には、“非常に脆弱である単結晶アルミナからなるブラケットに多結晶の外周コート層を設けて、強度を補強する”という技術が開示されている。
【０００７】
【発明の解決しようとする課題】
セラミックス製のブラケットは、上述の問題に加えてそれ自体が非常に硬いために、金属製のアーチワイヤがスロットの特に両端で摩擦とかじりを生じやすい。従って、金属製のブラケットに比べてアーチワイヤの滑りが極端に悪くなるという問題があった。
これは、アーチワイヤ上をブラケットが摺動しにくいことと同義であり、結果として歯体移動が進まず、矯正治療期間が長期化する問題があった。
【０００８】
このような状況下において提案された上記特開平７−３１３５２８号公報に開示された金属製のブラケットの構成は、金属製ライナーを使用しているために、滑り性は良いものの審美的に劣るものであった。更に、セラミックスと金属を接合した構造においては、セラミックスと金属を接合することは技術的に難しく、金属製ライナーを有するブラケットは高価なものとなる問題があった。
【０００９】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、金属製アーチワイヤとセラミックス製のブラケットの滑りをよくすると共に、審美的にも優れた歯科矯正用部材とそれを容易に製造するための方法を提供することにある。
【００１０】
【発明を解決するための手段】
本発明に係る歯列矯正用部材は、多結晶セラミックスからなるブラケットにアーチワイヤが係合するように構成された歯列矯正用部材であって、前記アーチワイヤが係合するために、前記ブラケットに形成されたアーチワイヤスロットにガラスライナーが設けられたことを特徴とし（請求項１）、これにより上記目的を達成することができる。
【００１１】
本発明に係る上記歯列矯正用部材において、
・前記ガラスライナーが着色されていること（請求項２）、
・前記アーチワイヤスロットの両端面が面取り部を有するように構成されたこと（請求項３）、
・前記アーチワイヤスロットの底部の入角のR形状の曲率半径が０．０３ｍｍ以上に構成されたこと（請求項４）、
を特徴とする。
【００１２】
本発明に係る歯列矯正用部材の製造方法は、多結晶セラミックスからなるブラケットを用いて歯列矯正用部材を製造する方法であって、所望のアーチワイヤスロットよりも若干大きい溝を有するブラケットの該溝にガラスを入れた後、前記ガラスを溶かすことにより該ガラスが溝内壁を覆うようにし、該溝内壁を覆った前記ガラスを、該溝内壁に略沿う形状に加工することによりガラスライナーを形成することを特徴とし（請求項５）、これにより上記目的を達成することができる。
【００１３】
本発明に係る上記歯列矯正用部材の製造方法において、
・前記ガラスを溶かした後の加工として、熱間プレス加工を用いること（請求項６）、
・前記ガラスを溶かした後の加工として、削り加工を用いること（請求項７）、
・予め前記溝の近遠心両端に該溝よりも大きい凹部を設けておき、前記ガラスを溶かす時に、前記凹部にもガラスが入り込むようにすること（請求項８）、
を特徴とする。
【００１４】
（作用）
本発明に係る歯列矯正用部材によれば、多結晶セラミックスからなるブラケットにアーチワイヤが係合するように構成された歯列矯正用部材で、アーチワイヤが係合するために、ブラケットに形成されたアーチワイヤスロットにガラスライナーが設けられたので、金属製アーチワイヤとブラケットの間の滑り性が低下することがなく、また審美的にも優れている。また、ガラスライナーが設けられたことで、ガラスの方がセラミックスよりも応力切欠係数が低いので、アーチワイヤスロットの部分の強度が増し、特に、金属製アーチワイヤ（角形アーチワイヤ）によってブラケットにトルクが付与される場合における破折強度が向上する。（請求項１）
【００１５】
本発明に係る上記歯列矯正用部材において、ガラスライナーが着色されている構成によれば、ガラスライナーの識別がしやすくなり、例えば、歯牙別に異なった着色をすることによって誤用を防ぐことができたり、また、着色によって歯面に位置決めしやすくなる。（請求項２）
【００１６】
本発明に係る上記歯列矯正用部材において、アーチワイヤスロットの両端面が面取り部を有するように構成すれば、アーチワイヤとアーチワイヤスロットの近遠心方向の両端との過度の摩擦やかじり現象を防止することができる。（請求項３）
【００１７】
本発明に係る上記歯列矯正用部材において、アーチワイヤスロットの底部の入角（イリスミ）のR形状の曲率半径（R0）を０．０５ｍｍ以上に構成したことで、アーチワイヤにトルクを付与した際に、その応力がアーチワイヤースロット面を介して、一部分に集中せずに分散することにより、歯列矯正用部材の破折強度が向上する。（請求項４）
【００１８】
本発明に係る歯列矯正用部材の製造方法によれば、多結晶セラミックスからなるブラケットを用いて歯列矯正用部材を製造する方法で、アーチワイヤスロットよりも若干大きい溝を有するブラケットの該溝にガラスを入れた後、前記ガラスを溶かすことにより、溶融したガラスが毛管現象で溝内壁を覆うことで、化学的にガラスとセラミックスが結合することができ、また、溝内壁を覆った前記ガラスを、該溝内壁に略沿う形状に加工することでガラスライナーを形成することにより、金属製アーチワイヤとブラケットの間の滑り性が低下せず審美的にも優れている歯列矯正用部材を容易に製造することができる。（請求項５）
【００１９】
また、本発明に係る上記歯列矯正用部材の製造方法において、ガラスを溶かした後の加工として、熱間プレス加工を用いる方法によれば、ライナー形成が極めて容易であり、大量生産に適した製法である。（請求項６）
【００２０】
また、本発明に係る上記歯列矯正用部材の製造方法において、ガラスを溶かした後の加工として、削り加工を用いる方法によれば、ライナーの形状を、必要に応じて個別に加工できる。（請求項７）
【００２１】
また、本発明に係る上記歯列矯正用部材の製造方法において、予め溝の近遠心両端に該溝よりも大きい凹部を設けておき、前記ガラスを溶かす時に、この凹部にもガラスが入り込むようにすることにより、近遠心両端の部分に丸みを有するライナーを形成しやすくできる。（請求項８）
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すものである。なお、図１の（ａ）は歯列矯正用部材１の上面図であり、図１の（ｂ）は側面図である。
【００２３】
図１の（ａ）および（ｂ）に示す歯列矯正用部材は、多結晶セラミックスからなり、歯側底面９と反対側には、アーチワイヤ８を受容する近遠心方向に形成されたアーチワイヤスロット７および歯茎側及び咬合側に張出したタイウイング６が形成されたブラケット３である。このアーチワイヤスロット７には、該スロット７を覆うようにガラスライナー５が設けられている。
【００２４】
このように構成されたブラケット３は、周知のごとく、ボンディングベース面である歯側底面９が歯牙１０に接着剤にて固定される。そして、アーチワイヤスロット７に金属製のアーチワイヤ８を係合させ、かつリガッチャーワイヤ又はエラストメリックリガッチャーリング２０によって、アーチワイヤスロット７とアーチワイヤ８とを結紮する。
【００２５】
本実施形態においては、上述のように、セラミックス製のブラケット３のアーチワイヤスロット７にガラスライナー５が施されていることで、アーチワイヤ８とアーチワイヤスロット７の間の滑りが良い。また、ガラスライナー５であることにより、透明性があるので、審美的にも優れている。
【００２６】
ガラスライナー５の厚み（ｔ）は、特に限定するものではないが、例えば、およそ５０μｍとすることが好ましい。
本実施形態において、ブラケット３としての多結晶セラミックスは、好ましくは多結晶アルミナ（Al₂O₃）やジルコニア（ZrO₂）から構成することができる。そして、このブラケット３は、光透過性（光を通すことができる）のものを用いることができる。
また、本実施形態におけるガラスライナー５としては、好ましくはシリカ（SiO₂）を多く含んで形成される。
ガラスライナー５のガラスの種類としては、例えば、ソーダ石灰ガラス、ほうけい酸ガラスなどを用いることができる。ガラスライナー５はアモルファスであるため、金属製のアーチワイヤ８の滑りが良い。
【００２７】
また、ガラスライナー５としては、摩擦係数の小さいものが望ましく、例えば結晶化ガラスを用いることが出来る。この結晶化ガラスは、シリカ（SiO₂）、アルミナ（Al₂O₃）、酸化リチウム（Li₂O₃）、酸化チタン（TiO₂）、ジルコニア（ZrO₂）などを主成分とし、一度ガラスとして形成されたものを再び加熱して、ガラスの中に結晶を析出させたもので、ガラスというよりも、むしろ石に近い性質を持たせることができ、摩擦係数を小さくすることができる。
【００２８】
ガラスライナー５は、識別のために着色することも可能である。例えば、歯牙１０別に着色することによって誤用を防ぐことができ、着色によって歯面に位置決めしやすくなり、着色したガラスライナー５が、アーチワイヤースロット７のガイドラインとして働く。
【００２９】
本実施形態の変形例としては、図１の（ｃ）に示すようなブラケット３ｃは、その歯側底面９がトルクインベース構造とすることができる。このトルクインベース構造は、アーチワイヤスロット７が形成された面に対して底面9がある一定の角度（アーチワイヤスロット７の深さ方向の中心線Ｇに直交する軸に対して傾斜角αをもっている。）を有するものである。すなわち、図１の（ｃ）に示すような矩形断面の角形アーチワイヤ８が、ブラケット３ｃを歯面側へ押し付けるように付勢している状態で、歯牙に対して所望の方向に傾いた力を加えることができる（角形アーチワイヤ８がアーチワイヤスロット７の底面及び側面に当接してトルクを付与できる）。
【００３０】
また、他の変形例としては、図１の（ｄ）に示すトルクインフェース構造のように、アーチワイヤスロット７が歯側底面9に対してある一定の角度（アーチワイヤスロット７の深さ方向の中心線Ｇに直交する軸が底面９に対して傾斜角βをもっている。）を有するものである。この場合においても、角形アーチワイヤ８が、ブラケット３ｄを歯面側へ押し付けるように付勢している状態で、歯牙に対して所望の方向に傾いた力を加えることができる。
【００３１】
次に、図２を参照して、本発明の歯列矯正用部材の製造方法を説明する。
なお、本明細書においては、ガラスライナーが形成された状態を、“アーチワイヤスロット７”と称し、ガラスライナーを形成する前の状態を、“溝１１”と称する。
先ず、所望のアーチワイヤスロット７よりも若干大きめな溝１１を有するブラケット３を用意する。
そのスロット１１に、例えば７００℃で予備成形したガラス棒１３を入れる。ここで言う予備成形とは、別の金型を用いて断面矩形状のガラス棒を７００℃加熱雰囲気中で予め作っておくことである。（図２の（ａ）参照）
【００３２】
次に、ガラス棒１３が溝１１に入ったブラケット３を、１１００℃還元雰囲気の中を通す。これにより、図２の（ｂ）に示すように、ガラス棒１３が溶けたガラス覆層１３ａが溝１１の溝内壁を覆う。
その後、所望形状のプレスヘッド３０を用いて、ガラス覆層１３ａを適宜押圧（矢印Ｘ方向の押圧）することにより、図２の（ｃ）に示すように、所定の形状のガラスライナー５を連続的に形成することができる。
【００３３】
また、他の加工方法としては、ガラス覆層１３ａが溝１１の溝内壁を覆った後に、スロット内壁を覆ったガラス覆層１３ａを、より細かなダイヤモンドブレード（図示せず）などで整形加工することもできる。この加工方法の場合、所望の形状で精度の良いアーチワイヤスロット７を有するガラスライナー５を形成することができる。
さらに、アーチワイヤスロットの底部の入角（イリスミ）は、そのR形状の曲率半径（R0）が０．０３ｍｍ以上に加工されている。したがって、アーチワイヤにトルクを付与した時に、その応力を適宜分散させることができ、上記Ｒ形状の無いブラケットに比べて破折強度が向上する。このR形状の曲率半径（R0）が０．０３ｍｍ以下であると、応力の分散機能がさほど見られない。
【００３４】
また、他の加工方法としては、例えば、図３の（ａ）に示すように、ブラケット３の溝１１の両端に、予め溝１１よりもひとまわり大きい凹部１５を設ける。このような凹部１５を設けることによって、図３の（ｂ）に示すように、ガラスが溶けてスロット１１の内壁を覆う際に、ガラスがこの凹部１５に入り込み両端の面取り部１７（丸みを有する面）を作ることができる。なお、図３の（ｃ）の断面図（図３の（ｂ）におけるＡ−Ａ断面）にも示すように、両端の丸み形状は、スロット１１の端縁全体にわたる構成である。
【００３５】
この面取り部１７は、上述の熱間プレス加工によって正確に形成することができ、切削等によって精度のよいものとすることができる。また、この面取り部１７をラッピング等によって丸めても良い。なお、この面取り部１７のＲ寸法は、例えば、0.05ｍｍ〜0.5ｍｍ程度とすることができる。
【００３６】
また、本発明に係るブラケット３は、結晶粒径が１０〜１００μｍの多結晶セラミックスからなるものであり、セラミック表面（溝１１の表面）の結晶粒界にはガラス質（アモルファス部分）があるので、ガラスライナー５と多結晶セラミック表面との良好な接着を実現させるものである。したがって、ガラスライナーが設けられたことで、アーチワイヤスロットの部分の強度が増して破折強度が向上した。
【００３７】
以下、実施例により、本発明の効果を明らかにすることができる。
（実施例１）
ブラケットの摩擦力についてテストした。
ガラスライナーを設けたブラケット（サンプル１、２および３）と、ガラスライナーのないブラケット（サンプル４、５および６）との摩擦力を比較した。
【００３８】
・摩擦力テストの方法は、図４に示すように、ブラケット３を固定部材４１に接着固定し、このブラケット３のアーチワイヤスロット内に、ステンレス製の角形アーチワイヤ８（0.018インチ×0.025インチ）を挿入し且つエラストメリックリガッチャーリング４３を使用して結紮した状態とする。この状態において、チャック４２により角形アーチワイヤ８をくわえ込んで引き抜くように操作して、この時の引き抜き力の変化を測定した。
【００３９】
<テスト条件>
・ブラケットは、下顎前歯用ブラケット（ＡＮ）を使用した。
●引張り速度は、８ｍｍ／min。
●温度は３７℃。
●湿潤状態。
このテスト結果を図５および図６の測定グラフに示す。
図５および図６から判るように、ガラスライナーを設けないブラケット（サンプル４〜６）は引き抜き抵抗（摩擦力）が１７５〜２２５ｇの範囲と大きく、また、抵抗（摩擦）変動線の上下振動（揺れ）も大きかったのに対して、ガラスライナーを設けた本発明に係るブラケット（サンプル１〜３）においては、引き抜き抵抗（摩擦力）が５０〜１００ｇ程度と小さく、また、抵抗（摩擦）変動線の上下振動（揺れ）も少なかった。
【００４０】
（実施例２）
ブラケットの破折強度（トルク破壊強度）についてテストした。
ガラスライナーのないブラケット（サンプル７および８）と、0.65mmの厚さのガラスライナーを設けたブラケット（サンプル９および１０）に対して、角形アーチワイヤによって回転トルクを付与するテストをした。
【００４１】
・角形アーチワイヤは、フルサイズのコバルトクロム合金線で0.018インチ（実際の角寸法は0.018インチ×0.025インチ）と0.022インチ（実際の角寸法は0.0215インチ×0.028インチ）の二種類ものを使用した。
・トルク試験機は、ブラケットを固定し、このブラケットのアーチワイヤスロット内に角形アーチワイヤを、両端を固定した状態で挿入し且つ結紮（エラストメリックリガッチャーリングを使用）した上で、該角形アーチワイヤの軸周りに回転トルクを加え、ブラケットのスロット下（スロット下側部分からボンディングベース側）が破壊（亀裂発生）したときのトルクを測定する。
【００４２】
なお、比較サンプル７および実施サンプル９は、アーチワイヤスロット幅が0.018インチの下顎前歯用ブラケット（ＡＮ）を使用し、比較サンプル８および実施サンプル１０は、アーチワイヤスロット幅が0.022インチの上顎犬歯用ブラケット（ＵＣＳ）を使用した。
このテスト結果を表1に示す。表１から判るように、ガラスライナーを設けた本発明に係るブラケットは、ガラスライナーを設けないものに比べて約1.3〜1.5倍程度の強度を有していた。
【００４３】
【表１】

【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る歯列矯正用部材によれば、セラミックス製のブラケットに設けられるアーチワイヤスロットにガラスライナーを施しているので、金属製アーチワイヤとブラケットの間の滑りが良いだけでなく、審美的にも優れている歯列矯正用部材とすることができる。さらに、ガラスライナーを設けたことにより、セラミックス製のブラケットの破折強度が向上するという効果を奏することができる。（請求項１）
また、ガラスライナーが着色されている構成によれば、ガラスライナーの識別がしやすくなり、例えば、歯牙別に異なった着色をすることによって誤用を防ぐことができたり、また、着色によって歯面に位置決めしやすく出来るなど、取り扱い性に優れた歯列矯正用部材を提供することができる。（請求項２）
【００４５】
また、本発明に係る歯列矯正用部材において、アーチワイヤスロットの両端面が面取り部を有するように構成によれば、アーチワイヤとアーチワイヤスロットの近遠心方向の両端との過度の摩擦やかじり現象を防止することができるので、歯体移動が円滑に進み、矯正治療期間の短縮化を図ることのできる歯列矯正用部材を提供することができる。（請求項３）
【００４６】
本発明に係る歯列矯正用部材によれば、アーチワイヤスロットの底部の入角のR形状の曲率半径（R0）が０．０３ｍｍ以上に構成された場合には、アーチワイヤにトルクを付与した時の応力分散可能で破折強度が向上した歯列矯正用部材を提供することができる。（請求項４）
【００４７】
本発明に係る歯列矯正用部材の製造方法によれば、ガラスの溶融と加工という容易な方法で、機能的にも審美的にも優れた歯列矯正用部材を製造することができる。（請求項５）
また、ガラスを溶かした後の加工として、熱間プレス加工を用いる方法によれば、ライナー形成が極めて容易であり、大量生産に適した歯列矯正用部材の製法を提供することができる。（請求項６）
【００４８】
また、ガラスを溶かした後の加工として、削り加工を用いる方法によれば、ライナーの形状を、必要に応じて個別に加工でき、個々の矯正治療に対応できる歯列矯正用部材の製法を提供することができる。（請求項７）
【００４９】
さらにまた、本発明に係る歯列矯正用部材の製造方法において、予め溝の近遠心両端に該溝よりも大きい凹部を設けておき、ガラスを溶かす時に、この凹部にもガラスが入り込むようにすることにより、近遠心両端の部分に丸みを有するライナーを形成しやすくでき、さらに滑り性の良好な歯列矯正用部材の製造方法を提供できる。（請求項８）
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る歯列矯正用部材の実施形態の説明図である。（ａ）は該歯列矯正用部材の上面図、（ｂ）は側面図を示し、（ｃ）はトルクインベース構造、（ｄ）はトルクインフェース構造を有する歯列矯正部材を示す横面図である。
【図２】本発明に係る歯列矯正用部材の製造方法の説明図である。
【図３】本発明に係る歯列矯正用部材の他の実施形態の説明図である。
【図４】本発明の実施例における摩擦抵抗の測定方法を示す概略図である。
【図５】実施例におけるサンプル１〜３の摩擦抵抗を示すグラフである。
【図６】実施例におけるサンプル４〜６の摩擦抵抗を示すグラフである。
【符号の説明】
３ブラケット（歯列矯正用部材）
５ガラスライナー
７アーチワイヤスロット
９歯側底面
１１溝
１３ガラス棒
１５凹部
１７面取り部

Claims

多結晶セラミックスからなるブラケットにアーチワイヤが係合するように構成された歯列矯正用部材であって、前記アーチワイヤが係合するために、前記ブラケットに形成されたアーチワイヤスロットにガラスライナーが設けられたことを特徴とする歯列矯正用部材。
前記ガラスライナーが着色されていることを特徴とする請求項１に記載の歯列矯正用部材。
前記アーチワイヤスロットの両端面が面取り部を有するように構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の歯列矯正用部材。
前記アーチワイヤスロットの底部の入角のR形状の曲率半径が０．０３ｍｍ以上に構成されたことを特徴とする請求項１、２または３に記載の歯列矯正用部材。
多結晶セラミックスからなるブラケットを用いて歯列矯正用部材を製造する方法であって、所望のアーチワイヤスロットよりも若干大きい溝を有するブラケットの該溝にガラスを入れた後、前記ガラスを溶かすことにより該ガラスが溝内壁を覆うようにし、該溝内壁を覆った前記ガラスを、該溝内壁に略沿う形状に加工することによりガラスライナーを形成することを特徴とする歯列矯正用部材の製造方法。
前記ガラスを溶かした後の加工として、熱間プレス加工を用いることを特徴とする請求項５の歯列矯正用部材の製造方法。
前記ガラスを溶かした後の加工として、削り加工を用いることを特徴とする請求項５の歯列矯正用部材の製造方法。
予め前記溝の近遠心両端に該溝よりも大きい凹部を設けておき、前記ガラスを溶かす時に、前記凹部にもガラスが入り込むようにすることを特徴とする請求項５から７の何れかに記載の歯列矯正用部材の製造方法。