特許 5763138 表面処理多結晶セラミック歯列矯正器及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5763138

(24)【登録日】2015年6月19日

(45)【発行日】2015年8月12日

(54)【発明の名称】表面処理多結晶セラミック歯列矯正器及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   A61C 7/14 20060101AFI20150723BHJP

   A61C 7/24 20060101ALI20150723BHJP

【ＦＩ】

   A61C7/14

   A61C7/24

【請求項の数】13

【外国語出願】

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2013-169444(P2013-169444)

(22)【出願日】2013年8月19日

(62)【分割の表示】特願2009-260208(P2009-260208)の分割

【原出願日】2009年11月13日

(65)【公開番号】特開2013-233452(P2013-233452A)

(43)【公開日】2013年11月21日

【審査請求日】2013年8月21日

(31)【優先権主張番号】61/114,565

(32)【優先日】2008年11月14日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】599025972

【氏名又は名称】オルムコ コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】ロドルフォ・ロドリゲス

(72)【発明者】

【氏名】アルバート・ルイズ−ヴェラ

(72)【発明者】

【氏名】ファロック・ファルジン−ニア

(72)【発明者】

【氏名】ウィリアム・ウッド

【審査官】 川島 徹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０２９３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０５７５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３２３６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０８７９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３２６３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４９８８２９３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｃ ７／１４

Ａ６１Ｃ ７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

弧線を歯に結合させるための歯列矯正器であって、
前記歯列矯正器が、
前記歯に取り付けられるように構成されたセラミック射出成形（ＣＩＭ）ブラケット本体であって、その中に前記弧線を受け入れるように構成された弧線スロットを含み、多結晶アルミナを含むＣＩＭブラケット本体と、
前記弧線スロットの表面を含む前記ＣＩＭブラケット本体の少なくとも一部と連続的かつ直接的に接触した蒸着されたアルミナの第一コーティングであって、数１００ピコメートルから１５μｍの厚さを有する第一コーティングと、
を備えることを特徴とする歯列矯正器。

【請求項2】

前記第一コーティングが、非晶質またはナノ結晶質であることを特徴とする請求項１に記載の歯列矯正器。

【請求項3】

前記第一コーティングが、前記多結晶アルミナの平均粒径よりも小さな平均粒径を有する微細構造を含むことを特徴とする請求項２に記載の歯列矯正器。

【請求項4】

前記第一コーティングが、前記ＣＩＭブラケット本体の表面粗度以上の厚さを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の歯列矯正器。

【請求項5】

セラミックを含み、前記第一コーティングの少なくとも一部を覆う第二コーティングをさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の歯列矯正器。

【請求項6】

前記多結晶アルミナを含むライゲーティングスライドをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の歯列矯正器。

【請求項7】

前記多結晶アルミナが、マルチモーダルである粒径分布を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の歯列矯正器。

【請求項8】

前記多結晶アルミナの粒径分布が二峰性であることを特徴とする請求項７に記載の歯列矯正器。

【請求項9】

弧線を歯に結合させるための歯列矯正器の製造方法であって、
前記製造方法が、
アルミナ粉末及びバインダーの混合物を提供する段階と、
成形ブラケット本体を形成するように、前記混合物を成形用キャビティに注入する段階と、
実質的に前記バインダーを前記成形ブラケット本体から除去するように、前記成形ブラケット本体を加熱する段階と、
前記歯に取り付けられるように構成されたセラミック射出成形（ＣＩＭ）ブラケット本体を形成するように、前記成形ブラケット本体を焼結する段階と、
前記ＣＩＭブラケット本体内に弧線スロットを形成する段階であって、その中に前記弧線を受け入れるように構成された弧線スロットを形成する段階と、
前記弧線スロットを含む前記ＣＩＭブラケット本体の少なくとも一部上に、前記ＣＩＭブラケット本体と連続的かつ直接的に接触するアルミナのコーティングを蒸着する段階であって、前記コーティングが数１００ピコメートルから１５μｍの厚さを有する段階と、
を備えることを特徴とする方法。

【請求項10】

前記コーティングを蒸着する段階が、物理的気相成長法又は化学的気相成長法によって前記コーティングを蒸着する段階を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記コーティングを蒸着する段階の前に、前記ＣＩＭブラケット本体の表面の少なくとも一部を除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。

【請求項12】

前記アルミナ粉末及びバインダーの混合物を提供する段階から前記成形ブラケット本体を焼結する段階は、粒径分布がマルチモーダルである多結晶アルミナを形成する段階であることを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項13】

前記多結晶アルミナの粒径分布が二峰性であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して、歯列矯正器に係り、特に、表面処理多結晶セラミック歯列矯正器に関する。

【背景技術】

【0002】

歯列矯正器は、患者の咬合の改善に向けられた矯正のための矯正治療の主な部品を示す。従来の矯正治療では、歯科矯正医が、ブラケットを患者の歯に取り付け、弧線を各ブラケットのスロット内にはめ込む。この弧線が、歯並びの悪い歯を矯正的に正しい位置に移動させる矯正圧力を与える。各ブラケットスロット内に弧線を保持しておくために、小さな弾性Ｏ−リング又は細い金属ワイヤのような結紮線が使用される。あるいは、結紮線を必要としないセルフ−ライゲーティング（ｓｅｌｆ−ｌｉｇａｔｉｎｇ）歯列矯正器が、開発されている。結紮線を使用する代わりに、セルフ−ライゲーティングブラケットが、可動ラッチに頼り、又はブラケットスロット内に弧線を引き付けるようにスライドする。

【0003】

従来の歯列矯正器が、通常、強く、非吸収性であり、溶接可能であり、かつ比較的形成及び機械加工が容易であるステンレス鋼から形成される。しかしながら、何気なく観察した者にとっても治療が明らとなり、さらに重大なことには、外見上美しくない金属ブラケットの可視性によって、金属歯列矯正器を使用した矯正治療を受ける患者が困惑しうる。表面的な見かけを改善するために、ある歯列矯正器が、ポリマー樹脂又はセラミックのような、透明な又は半透明な非−金属材料から形成されたブラケット本体を使用する。ブラケットの透明又は半透明な性質により、下部の歯の色又色調が、ブラケットを通して見えることが可能となりうる。この理由のため、金属のブラケットと比較して、透明な又は半透明なブラケットが、目立たなくなり、これにより、さらに望ましいものとなる。

【0004】

美的に金属のブラケットを上回る一方、セラミックブラケットが、破壊的に機能しなくなるというよりはむしろ変形しやすい金属ブラケットよりも容易に破壊することが知られている。結果として、引張及び曲げ応力に対する優れた耐性を有しかつ周知のセラミックブラケットの他の欠点を克服したセラミックブラケットに対する需要が存在する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許出願第６１／１０６３５８号

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

これらの目的を達成するために、本発明のある実施形態において、弧線を歯に結合させるための歯列矯正器が、歯に取り付けられるように構成され、かつその中に弧線を受け入れるように構成された弧線スロットを含むセラミック射出成形（ＣＩＭ）ブラケット本体を備える。このＣＩＭブラケット本体が、多結晶セラミック及び、弧線スロットの表面を含むＣＩＭブラケット本体の少なくとも一部と連続的かつ直接的に接触するアルミナ又は二酸化ケイ素の第一コーティングを備える。

【0007】

他の実施形態において、弧線を歯に結合させるための歯列矯正器が、歯に取り付けられるように構成され、かつその中に弧線を受け入れるように構成された弧線スロットを含むセラミック射出成形（ＣＩＭ）ブラケット本体を備える。このＣＩＭブラケット本体が、多結晶セラミック及び、弧線スロットの表面を含むＣＩＭブラケット本体の少なくとも一部と接触する基本的にアルミナから構成された第一コーティングを備える。

【0008】

他の実施形態において、弧線を歯に結合させるための歯列矯正器が、歯に取り付けられるように構成され、かつその中に弧線を受け入れるように構成された弧線スロットを含むセラミック射出成形（ＣＩＭ）ブラケット本体を備える。このＣＩＭブラケット本体が、３．４μｍから約６μｍの範囲の平均粒径を特徴とする粒径分布を有する多結晶セラミック、及び弧線スロットの表面を含むＣＩＭブラケット本体の少なくとも一部と連続的かつ直接的に接触するアルミナ又は二酸化ケイ素の第一コーティングを備える。

【0009】

本発明の他の実施形態において、弧線を歯に結合させるための歯列矯正器の製造方法が、セラミック粉末とバインダーとの混合物を提供する段階；成形ブラケット本体を形成するように、混合物を成形用キャビティに注入する段階；成形ブラケット本体からバインダーを実質的に除去するように、成形ブラケット本体を加熱する段階；歯に取り付けられるように構成されたセラミック射出成形（ＣＩＭ）ブラケット本体を形成するように、成形ブラケット本体を焼結する段階；その中に弧線を受け入れるように構成されたＣＩＭブラケット本体内の弧線スロットを形成する段階；及び、弧線スロットを含むＣＩＭブラケット本体の少なくとも一部にわたってＣＩＭブラケット本体と連続的かつ直接的に接触するアルミナ又は二酸化ケイ素のコーティングを形成する段階；を含む。

【0010】

本発明のさらに他の実施形態において、弧線を歯に結合させるための歯列矯正器が、歯に取り付けられるように構成され、かつその中に弧線を受け入れるように構成された弧線スロットを含むセラミック射出成形（ＣＩＭ）ブラケット本体を備える。このＣＩＭブラケット本体が、３．４μｍから約６μｍの範囲の平均粒径を特徴とする粒径分布を有する多結晶セラミック、及び弧線スロットの表面を含むＣＩＭブラケット本体の少なくとも一部と連続的かつ直接的に接触するセラミックのコーティングを備える。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明のある実施形態による歯列矯正器の斜視図である。

【図2A】セラミック射出成形プロセスと関連した欠陥を表すセラミック射出成形（ＣＩＭ）ブラケット本体の成形時の弧線スロット表面の５００Ｘの倍率においてとられた電子顕微鏡写真である。

【図2B】セラミック射出成形プロセスと関連した欠陥を表すセラミック射出成形（ＣＩＭ）ブラケット本体の成形時の弧線スロット表面の５００Ｘの倍率においてとられた電子顕微鏡写真である。

【図2C】セラミック射出成形プロセスと関連した欠陥を表すセラミック射出成形（ＣＩＭ）ブラケット本体の成形時の弧線スロット表面の５００Ｘの倍率においてとられた電子顕微鏡写真である。

【図2D】セラミック射出成形プロセスと関連した複数の欠陥を表すＣＩＭブラケット本体の成形時の弧線スロット表面の１６０Ｘの倍率においてとられた電子顕微鏡写真である。

【図3】本発明のある実施形態によるＣＩＭブラケット本体上の多層コーティングの概略図である。

【図4A】本発明のある実施形態によるＣＩＭブラケット本体の表面の微細構造を表すＣＩＭブラケット本体の表面の１，０００Ｘの倍率においてとられた電子顕微鏡写真である。

【図4B】本発明のある実施形態によるＣＩＭブラケット本体内の微細構造を表すＣＩＭブラケット本体の断面の電子顕微鏡写真である。

【図5A】歯列矯正器のトルク強度を測定する手段に従ってステンレス鋼ボールベアリングに固定されたブラケットの斜視図である。

【図5B】歯列矯正器のトルク強度を測定する手段に従ってトルクアームとともに組み立てられた図５Ａのブラケット／ボールベアリング組立体の斜視図である。

【図5C】歯列矯正器のトルク強度を測定する手段に従ってアームポジショナとともに組み立てられた図５Ｂに描かれたトルクアームの斜視図である。

【図5D】インストロン５５４２の圧縮ラム（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒａｍ）に対するこれらの相対位置を図解する図５Ｃのアームポジショナとともに組み立てられた図５Ｂのトルクアームの側面図である。

【図5E】圧縮ラム内の凹部に位置あわせされたトルクアーム軸を図解するインストロン５５４２の圧縮ラム及びアームポジショナの正面図である。

【図6A】本発明の実施形態の露出された破断面の１，０００Ｘの倍率においてとられた電子顕微鏡写真である。

【図6B】本発明の実施形態の露出された破断面の１，０００Ｘの倍率においてとられた電子顕微鏡写真である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本願明細書に組み込まれ、本願明細書の一部を構成する添付の図面が、上記の大まかな記載とともに、本発明の実施形態を図解し、以下の詳細な記載とともに、本発明の様々な態様を説明するために役立つ。

【0013】

本発明のある実施形態による例示的な歯列矯正器が、図１に描かれる。歯列矯正器１０が、セラミック射出成形（ＣＩＭ）ブラケット本体１２を含み、ＣＩＭブラケット本体１２が、多結晶セラミック及びアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３），二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２），ジルコニア（ＺｒＯ_２）又は他の酸化物，窒化物若しくはホウ化物のような他のセラミックのコーティング１４を備え、コーティング１４が、ＣＩＭブラケット本体１２の少なくとも一部を覆う。コーティング１４が、予期されないほどＣＩＭブラケット本体１２のトルク強度を改善し、通常は他の製造方法を通して引き起こされるものではないセラミック射出成形プロセスと関連した特有の表面欠陥の影響を弱めることを本発明者は発見した。コーティング１４が、以下にさらに詳細に記載される。

【0014】

また、歯列矯正器１０が、ＣＩＭブラケット本体１２と結合される可動閉鎖部材を含んでよい。可動閉鎖部材が、ライゲーティングスライド１６又はＣＩＭブラケット本体１２と結合される他の機械的ラッチを含んでよい。ライゲーティングスライド１６が、図１に示されるような開放位置と閉鎖位置（図示しない）との間を移動するものであってよい。図１にはセルフーライゲーティングブラケットが描かれているが、本発明の実施形態は、セルフーライゲーティングブラケットに制限されるものではなく、矯正治療の業界において周知のタイウイングータイプ（ｔｉｅｗｉｎｇ−ｔｙｐｅ）の歯列矯正器（即ち、結紮糸を必要とするそれら）を含む様々な他のタイプの歯列矯正器にも同様に適用可能である。

【0015】

図１を参照すると、ＣＩＭブラケット本体１２が患者の歯に固定された場合に、歯に矯正力を加えるように、ＣＩＭブラケット本体１２が、その中に形成されかつ弧線２０（極めて細い線で示された）を受け入れるように構成された弧線スロット１８を含む。患者の上顎に保持された歯の唇側面に取り付けられた場合、ＣＩＭブラケット本体１２が、舌側２２、咬合側２４、歯茎側２６、近心側２８、遠位側３０、及び唇側３２を有する。ＣＩＭブラケット本体１２の舌側２２が、いずれの従来の方法、例えば、隣接する歯（図示しない）の周囲のバンドによって又は適当な歯列矯正のセメント若しくは接着剤によって歯に固定されるように構成される。さらに、舌側２２に、歯の表面に固定されるように構成された結合基部３４を定義するパッド３３が設けられてもよい。ＣＩＭブラケット本体１２が、ベース表面３６及びベース表面３６から唇側に突き出す一組の対向するスロット表面３８，４０を含み、集合的に、近心側２８から遠位側３０への近心−遠位方向に伸びる弧線スロット１８を定義する。

【0016】

従って、図１を参照する本発明のある実施形態において、コーティング１４が、少なくとも弧線スロット１８の表面３６，３８及び４０を覆う。しかしながら、コーティング１４が、ＣＩＭブラケット本体１２のいずれの１つ又はそれ以上の側面２２，２４，２６，２８，３０及び３２のような他の表面上に配置されてよい。例えば、コーティング１４が、射出成形プロセスによって欠陥が生じることが周知であるＣＩＭブラケット本体１２の領域上、及び／又は使用又は取り付けの間に引張応力をうける表面上における弧線２０と接触するそれらの表面上に配置されてよい。あるいは、コーティング１４が、実質的にＣＩＭブラケット本体１２の全ての見えている表面をコーティングしてよい。当然のことながら、コーティング１４の配置が、コーティング１４を形成するために使用されるプロセスに依存しうる。

【0017】

上記のように、当技術分野で周知のように、ＣＩＭブラケット本体１２が、セラミック射出成形プロセスによって形成され、日本の東京の東ソー及びカリフォルニアのコスタメサのＣｅｒａｄｙｎｅ Ｉｎｃ．のようなセラミック射出成形機によって形成されてよい。例えば、ペースト又は濃厚スラリーを形成するように、ＣＩＭブラケット本体１２が、アルミナ粉末のようなセラミック粉末と、１つ又はそれ以上のバインダーとを混合することによって形成されてよい。射出工程の間におけるペーストの流れと、その後の脱−バインダー又は予備焼結操作の間における燃焼又は除去との両方を促進するように、バインダー（例えば、熱可塑又は熱硬化ポリマー又はワックス）が、配合されてよい。ペーストが、射出工程の前に、１００℃から２００℃の間に加熱されてよい。程度の差はあるが、ペーストの粘土，粉末タイプ，及び他のプロセス因子に依存する圧力が使用されうるが、１００ＭＰａ以下の圧力において成形用キャビティ内に加熱されたペーストを注入するように、高圧液圧プレスが、使用されてよい。成形用キャビティが、少なくとも部分的に、ＣＩＭブラケット本体１２の形状と対応し、このＣＩＭブラケット本体１２の形状は、その後の焼結操作の間において収縮が生じるならば、収縮を考慮するように調整される。さらに、弧線スロット１８が、成形用キャビティによって、全体的に形成される、部分的に形成される、又は形成されなくてもよい。

【0018】

射出成形段階の後で、バインダーを除去するために、成形ＣＩＭブラケット本体が、当技術分野において周知の温度まで熱処理される。例えば、アルミナに対し、バインダー除去が、２００℃から７００℃の間の温度において生じうる。バインダー除去の後で、成形ＣＩＭブラケット本体が、さらなる加熱段階によって予備焼結されうる。高純度アルミナ（約９９．９５ｗｔ．％のアルミナ）の予備焼結が、９００℃から１２００℃の間の温度において生じうる。予備焼結段階の後で、予備焼結ＣＩＭブラケット本体１２が、焼結される。以下においてさらに詳細に記載するように、焼結温度が、１４００℃から１８００℃の間であってよく、例えば、出発粉末の粒度分布、他のプロセス因子、及び多結晶セラミックの粒径分布に依存する。他の実施形態において、当技術分野において周知のように、予備焼結射出成形ＣＩＭ本体が、６８ＭＰａから２０７ＭＰａの圧力であり、１３００℃から１６００℃の間の温度において、熱間等方圧プレス（ＨＩＰｅｄ：ｈｏｔ ｉｓｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ ｐｒｅｓｓｅｄ）されてよい。当然のことながら、焼結操作に加えて、熱間等方圧プレス（ＨＩＰｉｎｇ）が、利用されてよい。焼結段階及び／又は熱間等方圧プレス段階の後で、ＣＩＭブラケット本体１２が、粒子の分布を特徴とする多結晶セラミックを含む。ある実施形態において、多結晶セラミックが、３．４μｍから約６μｍの範囲の平均粒径を特徴とする粒径分布を有するアルミナを含む。以下に記載されるように、この範囲の平均粒径を有する多結晶セラミックが、予期されないほど高い破壊靱性を示す。

【0019】

ある実施形態において、焼結段階及び／又は熱間等方圧プレス段階の後で、ＣＩＭブラケット本体１２が、アニールされ、即ち、粒径分布をさらに変更するために十分な温度に加熱され、十分な時間の間維持される。粒径分布の変更が、約１３００℃又はそれ以上の温度において生じうる。しかしながら、ＣＩＭブラケット本体１２が、アニール温度に維持される時間に依存して、１３００℃よりも高い又は低い温度が、粒径分布を変更しうる。例として、ＣＩＭブラケット本体１２が、約１時間の間、約１３００℃に維持されてよい。さらに、ブラケット本体が、例えば、水素（Ｈ_２），窒素（Ｎ_２），酸素（Ｏ_２）及びアルゴン（Ａｒ）を含む様々な雰囲気において加熱されてよい。

【0020】

上記において説明した操作の後で、射出成形プロセスによって、弧線スロット１８が形成されない又は部分的にのみ形成される場合には、ＣＩＭブラケット本体１２内に弧線スロット１８を全体的に形成するために、研削操作が必要とされる。制限するものではない例として、弧線スロット１８が、２４０／３２０メッシュダイヤモンド含有ホイールで研磨されてよい。

【0021】

セラミック射出成形が、歯列矯正器のような複雑な形状を形成するための経済的プロセスである一方、これが、セラミック粉末形成操作の間に特有の欠陥を引き起こす。この欠陥が、特に、不十分な混合、射出間における不十分な圧力若しくは温度制御、モールド設計、又はモールド内において操作上の摩耗から生じる欠陥の結果として生じうるものである。セラミック射出成形と関係がある表面の欠陥の例が、図２Ａ，２Ｂ，２Ｃ及び２Ｄに描かれている。制限するものではないが、この欠陥が、ＣＩＭブラケット本体内における局部的な粉末／バインダー密度変化を含み、この密度変化が、バインダーリッチ領域において、ブリスターのような表面欠陥を引き起こす。図２Ａに示されるように、バインダー燃焼操作の間に、ブリスターが、しばしば破裂し、表面に欠陥を残す。付加的な例として、図２Ｂが、多数の欠陥を有する弧線スロットの表面の底縁を図解する。同様に、図２Ｃが、弧線スロット内における他の欠陥を図解し、低倍率で撮られた図２Ｄが、弧線スロットの表面内に欠陥が含有されていることを図解する。他の欠陥が、クラック、間隙、又はクラックと間隙の両方を含む。これらの欠陥が、工具摩耗、バインダーと成形表面との間の粘着、又はわずかに挙げられるブリスターの結果として生じうる。場合によっては、粉末／バインダー密度変化が、ＣＩＭブラケット本体１２内において残留応力を形成する不均一な領域を生じ、この残留応力は、その後マイクロクラッキングによって緩和される。

【0022】

図２Ａ−２Ｄに示されるような弧線スロット１８内若しくはその周囲、又は高引張応力領域において、欠陥が生じた場合、欠陥が、特に問題となる。歯の不整合を矯正するために、弧線２０が、ＣＩＭブラケット本体１２に対してトルクを与え、その歯列矯正のための矯正位置に歯を強いることを当業者は理解するであろう。弧線２０からのトルクが、歯列矯正器１０内における引張応力を形成する。この引張応力が、上記の欠陥の存在によって増大する。いずれの単一の欠陥によって増大される場合、この引張応力が、セラミックブラケットの強度を超え、セラミックブラケットが破壊する。通常、セラミックブラケットが、セラミック材料の理論強度をベースにして予測されたそれよりも、はるかに低いレベルの応力において機能しなくなる。

【0023】

特にセラミック射出成形によって形成されたブラケット本体と関係する課題に対処することを目的として、弧線スロット１８の表面３６，３８及び４０を含むＣＩＭブラケット本体１２の一部上のコーティング１４が、歯列矯正器１０のトルク強度を予期されないほど改善することを本発明者は発見した。特に、本発明の歯列矯正器１０が、コーティング１４を備えない同じ設計のブラケット本体よりも、高いトルク強度を有することを特徴とする。例示のみを目的とするものであるが、成形されたままのブラケット本体と比較したトルク強度の改善が、少なくとも約５％であり、；さらなる例においては、トルク強度の改善が、少なくとも約２０％であり、；さらなる例においては、少なくとも約６０％でありうる。処理、取り付けの間、又はさらに重要なことには、臨床治療に使用する間において、有利に、歯列矯正器１０が、機能しなくなる可能性が低い。従って、患者によるは破損したブラケットの摂取又は吸入のリスクが、減少し、；もしあるとした、患者がブラケットの交換を我慢することを減らし、；及び矯正治療がさらに迅速に進む。さらに、歯列矯正器１０が、美的に満足のいくものとなり、患者が、治療の間において、人前を気にすることがなくなる。

【0024】

ある実施形態において、コーティング１４が、非結晶質である（非結晶質材料が、原子構造内において長距離秩序を欠き、厳密に定義されたｘ−線回折ピークによって特徴付けられない）。他の実施形態において、非結晶質であるというよりはむしろ、コーティング１４が、ナノ結晶を含み、このナノ粒子が、２つ又は３つの単位格子にわたる測定されるが、通常、いずれの一方向にわたっても１００ｎｍ未満である。ある実施形態において、コーティング１４が、結晶を含み、コーティング１４の微細構造が、ＣＩＭブラケット本体１２の微細構造よりも細かい。例として、コーティング１４内の結晶の平均サイズが、ＣＩＭブラケット本体１２の平均粒径よりも小さくてよい。ある実施形態において、コーティング１４が、高純度アルミナ又は二酸化ケイ素を含む。ガラスマトリックスのような他の材料のマトリックスによって、アルミナ又は二酸化ケイ素の結晶又はナノ結晶が、一部分においてさえも含まれない。代わりに、ナノ結晶状又は非結晶質状のアルミナ又は二酸化ケイ素が、ＣＩＭブラケット本体１２と連続的かつ直接的につながれる。さらに、他の実施形態において、アルミナのコーティング１４が、少なくとも約８７．５ｗｔ．％のアルミナである。さらなる例において、アルミナが、少なくとも約９９ｗｔ．％のアルミナである。さらに他の例において、アルミナが、少なくとも約９９．５ｗｔ．％のアルミナである。ある実施形態において、コーティング１４が、基本的に、アルミナから構成される。本願明細書において使用される“基本的に構成される”とは、他の要素が、意図的に、コーティング１４に加えられていないことを意味する。しかしながら、原材料又は製造プロセスから他の要素の不純物を含むことが予期されうる。

【0025】

ある実施形態において、コーティング１４が、コーティング１４を蒸着することによって形成されたアルミナ又は二酸化ケイ素の薄膜であってよい。蒸着コーティングが、物理的気相成長法（ＰＶＤ）又は化学的気相成長法（ＣＶＤ）のような当技術分野で周知の膜蒸着技術によって形成されてよいが、他の膜蒸着技術が、同様に適したものでありうる。

【0026】

コーティング１４が、数オングストローム（例えば、アルミナ又は二酸化ケイ素の２又は３の基本単位格子の厚さ）から、約１５μｍの厚さを有し、又は、改善されたトルク強度を提供しつつ、ＣＩＭブラケット本体１２の外観を損なわない他の厚さであってよい。例えば、コーティング１４が、ＣＩＭブラケット本体１２の表面粗度を考慮にいれた連続するコーティングを形成するための最小の厚さであってよい。具体的には、ＣＩＭブラケット本体１２の表面粗度が、０．１μｍＲａである場合、コーティングの厚さが、平均約０．１μｍ又はそれよりもわずかに厚くてよく、ＣＩＭブラケット本体１２の表面にわたって連続するコーティングを形成する。さらなる例において、コーティングの厚さが、約１μｍから約２μｍの間であってよく、他の例において、コーティング１４が、約１．５μｍの厚さである。

【0027】

図３を参照する他の実施形態において、付加的なコーティングが、コーティング１４上に形成され、ＣＩＭブラケット本体１２上に多層コーティング４２を形成する。例えば、第二コーティング４４が、上記のコーティング１４を形成するために使用されたのと同様な方法によって、コーティング１４の少なくとも一部上に形成されてよい。図３に示されたある実施形態において、第二コーティング４４が、コーティング１４と連続的かつ直接的に結合される。第二コーティング４４が、コーティング１４と接着するアルミナ、他の透明な酸化物、窒化物、又はホウ化物のようなセラミックであってよい。あるいは、第二コーティング４４が、本質的に透明又は半透明ではないが、第二コーティング４４を含む多層コーティング４２を容易に透明又は半透明にするのに十分に薄い厚さを有する材料であってよい。第二コーティング４４が、数オングストロームの厚さから約１５μｍの厚さの間で変動してよい。さらなる例において、第二コーティング４４が、約１μｍから約２μｍの間の厚さであってよく、さらに他の例において、約１．５μｍの厚さである。

【0028】

図３に描かれているような他の実施形態において、第三コーティング４６が、第二コーティング４４の少なくとも一部上に形成されてよい。第三コーティング４６が、第二コーティング４４又はコーティング１４と同じ材料であってよく、又は第三コーティング４６が、第二コーティング４４並びに第二コーティング４４によって覆われないＣＩＭブラケット本体１２及びコーティング１４のいずれの部分と接着する異なるセラミックであってよい。（図３に示されるように）実質的に同じ厚さであるというよりはむしろ、各コーティング１４，４４，４６が、異なる厚さであってよい。ブラケットの美的な特徴が、多層コーティング４２によって損なわれないように、多層コーティング４２が、全体として、透明又は半透明である。３つの層を含むものとして多層コーティング４２が描かれているが、本願明細書に記載された原理に従って付加的な層が追加されうることを当業者は理解するだろう。

【0029】

図３に示されるように、多層コーティング４２を形成する付加的な層が、例えば、いずれの予め付加されたコーティングを有するＣＩＭブラケット本体１２を、１つのコーティングプロセス及び１つ又はそれ以上の付加的なコーティングプロセスに循環させることによって得られうる。あるいは、多層コーティング４２が、コーティングプロセスの電源をパルシング又はサイクリングさせることにより形成され、１つ又はそれ以上の別個の層が形成される。

【0030】

本発明の他の実施形態において、ＣＩＭブラケット本体１２の表面の一部が、コーティングの前に除去される。例として、除去された表面の部分が、ＣＩＭブラケット本体１２の見えている表面の全てを含んでよく、又は、弧線スロット内表面を含んでよい。ＣＩＭブラケット本体１２をコーティングする前にＣＩＭブラケット本体１２から形成されたままの表面の欠陥を除去する段階が、そのトルク強度をさらに強化すると考えられる。成形されたままのブラケット本体と比較したトルク強度の改善が、少なくとも約５％であり、；さらなる例においては、トルク強度の改善が、少なくとも約２０％であり、；さらなる例においては、少なくとも約６０％でありうる。除去された深さは、射出成形及び上記のいずれのその後のプロセスと関係する欠陥を除去するために十分である。ある実施形態において、ＣＩＭブラケット本体１２の表面の約１５μｍ以下が、コーティング前に除去される。表面の一部を除去する段階が、研削、プラズマ源を用いた表面のエッチング、酸（例えば、リン酸、硫酸、又はセラミック材料をエッチングすることが可能な他の酸）を用いた表面のエッチング、表面のイオンミリング、若しくはレーザーを用いた表面の溶融、又はこれらの組み合わせを含んでよい。

【0031】

さらに他の実施形態において、ＣＩＭブラケット本体１２の表面が、表面をイオン衝撃することによって処理されてよい。ＣＩＭブラケット本体１２の表面の一部を除去した後に、又は成形されたままの表面をコーティングする前に、イオン衝撃させてよい。イオン衝撃が、ＣＩＭブラケット本体１２の表面内にイオンを注入する金属イオン衝撃を含んでよく、又は、混合−金属イオン衝撃、及びその後の希ガスイオン衝撃を含んでよい。１つ又はそれ以上の前工程を経由して表面内にイオンを注入する段階が、ＣＩＭブラケット本体１２の表面内における圧縮残留応力を与えると考えられる。トルク強度が、成形されたままのブラケット本体と比較して少なくとも約５％増加することが観察され、；さらなる例において、トルク強度の改善が、少なくとも約２０％であり、；及び、さらなる例において、成形されたままのブラケット本体と比較して少なくとも約６０％でありうる。理論に縛られることを意図するものではないが、図１を参照すると、コーティング１４が、弧線２０と弧線スロット１８との間の摩擦を低減し、弧線２０が、弧線スロット１８内のラインに沿って又はいずれの単一の位置においてＣＩＭブラケット本体１２内を研磨するまたは掘削することを防ぐため、アルミナ又は酸化ケイ素のコーティング１４が、ＣＩＭブラケット本体１２の平均トルク強度を予期されないほど改善すると本発明者は考えている。これが、ＣＩＭブラケット本体１２内にマイクロクラックを引き起こす可能性を最小化する。さらに、引張荷重にさらされた場合において、ＣＩＭブラケット本体１２の表面内における表面傷（例えば、図２Ａ−２Ｄに示されたもの）が開裂することを、コーティング１４が防止しうる。また、コーティング１４が、ＣＩＭブラケット本体１２の表面内の圧縮応力を形成しうる。従って、ＣＩＭブラケット本体１２の表面内において正味の引張応力を受ける前に、弧線２０からのトルクによって生成された引張応力が、第一に、表面内に生じた圧縮応力を上回るものでなければならない。

【0032】

場合によっては、形成されるべきクラックが、ＣＩＭブラケット本体１２内よりはむしろコーティング１４の表面においてより形成されやすくなるように、応力が、コーティング１４にそらされうる。これらがそれた場合に、コーティング１４の表面において引き起こされるべきクラックが、コーティング１４とＣＩＭブラケット本体１２との間の界面に移動すると考えられる。クラックがそらされることによって、クラックの長さが、必然的に増加するはずである。クラックの長さが増加することによって、ＣＩＭブラケット本体１２内にクラックを伝播させるために必要な引張応力が増加し、結果として、トルク強度が改善される。図３を参照すると、複数のコーティング層が使用される場合、各層の厚さによってだけでなく、図示されたような各層の間の界面に沿ってクラックが伝播するという傾向のために、クラック伝播経路４８がさらに広がりうる。

【0033】

本発明のさらに完全な理解を容易にするために、以下の非−制限的な例が提供される。

【0034】

（実施例）
２つの異なるセルフ−ライゲーティングブラケット構造（それぞれ、モールドＡ及びモールドＣ）のサンプルブラケットを、日本の東京の東ソーから仕入れた。２つの異なる多結晶アルミナ組成物が、モールドＡ及びモールドＣブラケットを成形するために使用された。東ソーから仕入れたアルミナ組成物の一方が、型番ＰＸＡ−８００−Ａによって識別され（以下“＃１アルミナ組成物”）、他方が、ＰＸＡ−８０１−Ａ（以下“＃２アルミナ組成物”）によって識別された。この２つのアルミナ組成物間の周知の相違点は、セラミック射出成形プロセスの間に使用されるそのバインダー／粉末比である。＃２アルミナ組成物が、＃１アルミナ組成物よりも多くのバインダーを備えていた。ブラケットを形成するためのアルミナ組成物からそのアルミナ組成物（即ち、＃１アルミナ組成物又は＃２アルミナ組成物）を指定することに加え、ブラケットの微細構造の所望の平均粒径も、指定された。例示のみを目的としかつなんら制限しないものとして、東ソーから受け取ったＣＩＭブラケット本体の外表面の微細構造が、図４Ａに示され、ＣＩＭブラケット本体の内部微細構造が、図４Ｂに示される。受け取ったままのブラケットの一部が、以下に記載するようなさらなる表面処理にさらされ、その結果グループ化された。各ブラケットのトルク強度が、以下のように測定された。

【0035】

図５Ａを参照すると、各サンプルブラケット５０、もしあれば、表面処理後のものが、個々に、接着剤（例えば、Ｌｏｃｔｉｔｅ（登録商標）４８０，Ｐ／Ｎ４８０４０，Ｈｅｎｋｅｌ Ｌｏｃｔｉｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ロッキーヒル，コネティカット州）で、１／２インチのスチールボールベアリング５２（取り付け前に、スチールボールの表面がエッチングされた）に取り付けられた。接着剤を完全に硬化させるために、ベアリング５２とサンプルブラケット５０のアセンブリに、促進剤（例えば、Ｌｏｃｔｉｔｅ（登録商標）７１２）が噴霧された。ブラケットとともに使用するために、長方形の弧線５４（例えば、０．０１８インチ／０．０２５インチのステンレス鋼弧線，Ｏｒｍｃｏ Ｐａｒｔ Ｎｏ．２５４−１８２５、又は０．０２１５インチ／０．０２８インチのステンレス鋼弧線，Ｏｒｍｃｏ Ｐａｒｔ Ｎｏ．２５４−１５２８）が、１−インチの長さに切断された。以下に示すような、異なる寸法の他の弧線も使用された。各ブラケットのセルフ−ライゲーティング機構が取り除かれた。適当なサイズの切断された弧線が、各サンプルブラケット５０の弧線スロット内に挿入された。弧線と弧線スロットとの間のゆるい取り付けをきちんと回避するように、各弧線５４が、弾性ポジショナ（Ｏｒｍｃｏ Ｐａｒｔ Ｎｏ．８０１−００３９）を使用する弾性０−リング、即ち、Ｏｒｍｃｏ社から入手したＭｏｌｄｅｄ Ｐｏｗｅｒ“Ｏ”（０．１１０インチ）（Ｏｒｍｃｏ Ｐａｒｔ Ｎｏ．６４０−００７４）でブラケットに結紮された。換言すると、弧線が、弧線スロット内において、ぴったり（ｓｎｕｇｇｌｙ）とシート化されて取り付けられるように選択された。

【0036】

図５Ａ及び５Ｂを参照すると、Ｉｎｓｔｒｏｎ５５４２によるトルク強度測定のために、ボールベアリング５２に取り付けられたサンプルブラケット５０の結紮された弧線５４が、トルクアーム５６にはめ込まれた。図５Ａに示されているように、ブラケット５０の歯肉側が、トルクアーム５６と結合するために上向きの方法で面するように向けられた。図５Ｂ及び５Ｃに示されているように、トルクアーム５６が、ブラケット５０の周囲の隙間（ｃｌｅａｒａｎｃｅ）のための両垂直方向及び水平方向におけるノッチを有するフォーク型端部５７を備えたスチールバーであり、それがサンプルブラケット５０の各側面から突き出した弧線５４をはめ込むことを可能にした。異なる弧線サイズに対応するために、それぞれ異なる水平方向ノッチサイズを有する数多くのトルクアームが使用された。フォーク型端部５７における水平方向ノッチが、ある弧線サイズに対応する大きさとされた（例えば、０．０１９インチ／０．０２５インチ、０．０２１インチ／０．０２８インチ、又は０．０２１インチ／０．０２５インチの弧線）。しかしながら、他の寸法のトルクアームも同様であった。フォーク型端部５７から荷重が加えられるトルクアーム軸６２まで、各トルクアーム５６が、約１．６インチ（４．０６ｃｍ）の長さであった。この長さに加え、フォーク型端部５７から垂直ノッチの各側面の部分が、０．１５０インチ幅であり、ブラケット５０の周囲の隙間のための垂直ノッチが、０．２００インチ幅であり、０．１５０インチ深さであった。図５Ｃを参照すると、トルクアーム５６が、Ｉｎｓｔｒｏｎ５５４２と共に働くアームポジショナ６０の保持スロット内に保持された。図５Ｄに示されるように、ボールベアリング５２が、１／２インチ５Ｃコレット（図示しない）内に固定され、トルクアーム５６及びアームポジショナ６０を、Ｉｎｓｔｒｏｎ５５４２の圧縮ラム５８によって加えられた荷重の方向と水平及び垂直に保持した。図５Ｅを参照すると、アームポジショナ６０が、圧縮ラム５８の端部内に形成された凹部６４内におけるトルクアーム軸６２にそろえられた。Ｉｎｓｔｒｏｎ５５４２が、±１００Ｎ静荷重を有し、Ｂｌｕｅｈｉｌｌ ２ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｖｅｒｓｉｏｎ ２．１３で操作された。

【0037】

各サンプルのトルク強度が、２０ｍｍ／分の速度で、サンプルブラケットが破壊するまで、圧縮ラム５８とともにアームポジショナ（トルクアーム軸６２において）／トルクアームを動かすことによって測定された。前記手順に従って、各グループに対する平均トルク強度が、破損時における各ブラケットの荷重から計算された。

【0038】

【表1】

【0039】

表１のサンプルブラケットが、全て、“モールドＡ”と表されたあるセルフ−ライゲーティングブラケット構造であった。全てのブラケットの弧線スロットの角の丸みが０．００５インチであった。

【0040】

グループＡ，Ｂ及びＣブラケットが、プレイン（ｐｌａｉｎ）ベースの構造を有し、＃１アルミナ組成物から形成された。グループＡ，Ｂ及びＣのブラケットを形成するために使用されたモールドが、研磨されなかった。グループＡ，Ｂ及びＣブラケットに結紮された弧線が、ステンレス鋼から形成され、０．０２１インチ／０．０２８インチの断面を有した。

【0041】

グループＤ，Ｅ及びＦブラケットが、楕円（ｏｖａｌ）ベース構造を有し、＃２アルミナ組成物から形成された。グループＤ，Ｅ及びＦブラケットの弧線スロットを形成するモールドの部分が、研磨された。グループＥブラケットに使用された弧線が、ステンレス鋼から形成され、０．０２１インチ／０．０２８インチの断面を有した。グループＤ，Ｆ及びＧブラケットに使用された弧線も、ステンレス鋼から形成されたが、０．０１９インチ／０．０２５インチであった。

【0042】

表１に示されるように、グループＡ及びＤのブラケットが、成形されたままの条件で、すなわち、これらが、いずれのその後の表面機械加工、エッチング又はコーティングプロセスにさらされずに、試験された。

【0043】

グループＢのサンプルブラケットが、過飽和テトラホウ酸ナトリウム溶液でエッチングされた。過飽和テトラホウ酸ナトリウム溶液でエッチングされたサンプルブラケットが、少なくとも３０秒から数分間の間、溶液内に沈水された。次に、サンプルブラケットが、約８５０℃から約９００℃の間の温度にまで、約１５℃／分で加熱され、その温度範囲に、１５から３０分間保持された。

【0044】

グループＣ及びＦのサンプルブラケットが、弧線スロットを含むブラケットの見えている表面上において、約１μｍから約２μｍの厚さを有するＰＶＤラジオ周波数（ＲＦ）スパッタアルミナでコーティングされた。コーティングが非結晶質であるか又は結晶質であるかどうかについての、いくつかのコーティングのＸ−線回折解析の、結論が出なかった。Ｘ−線回折データによると、いくつかのコーティングが、非結晶質であるが、他の物は、いくらかの結晶化度を示し、これが、コーティングが、境界の結晶質でありうるか、非結晶質及び結晶質領域の両方を有しうることを示した。Ｘ−線回折ピークが、非結晶質材料のそれと同様に、比較的広く、コーティングが、極めて細かな結晶粒を含みうることを示したことが分かった。

【0045】

グループＥのサンプルブラケットが、２４０／３２０グリットダイアモンドホイールで研磨され、上記の焼結及び射出成形プロセスと関係した欠陥を除去するために十分な深さまで、成形されたままのブラケット表面を除去した。

【0046】

グループＧのサンプルブラケットが、ＰＶＤ ＲＦスパッタアルミナの３つの層でコーティングされ、それぞれが、ほぼ同じ厚さとされた（各々約１μｍから約２μｍ）。

【0047】

表１のデータに示されているように、＃１アルミナ組成物において、本発明のある実施形態によるアルミナコーティングサンプルブラケットのトルク強度が、約１．３６Ｎの平均トルク強度を示し（グループＣ）、平均トルク強度の十分な改善、即ち、成形されたままのブラケット（グループＡ）に対する約１．２７Ｎと比較して約７．１％増の改善、及び（グループＢ）のエッチングされたブラケットに対する約１．３０Ｎと比較して約４．６％の改善を意味する。

【0048】

さらなる実施例では、＃２アルミナ組成物において、本発明のある実施形態によるサンプルブラケット（グループＦ）が、約１．６４Ｎの平均トルク強度を有し、約１．１１Ｎの平均トルク強度を有するグループＤの成形されたままのブラケット、及び約１．３９Ｎの平均トルク強度を有するグループＥのダイアモンド仕上げブラケットの両方と比べてトルク強度が改善していた。従って、本発明のある実施形態によるコーティングされたブラケット（グループＦ）が、成形されたままのブラケット（グループＤ）と比較して少なくとも約４７．７％だけ、及びダイアモンド仕上げブラケット（グループＥ）と比較して少なくとも約１８．０％だけ平均トルク強度が予期しないまで増加することを特徴としていた。

【0049】

【表2】

【0050】

ここで、表２を参照すると、また、異なるセルフ−ライゲーティングブラケット構造（モールドＣ）のトルク強度が測定された。全てのサンプルブラケットが、プレインベース構造であって、各ブラケットを形成するために使用されたモールドが、ブラケットを形成する前に研磨された。弧線スロットの角の丸みが、０．００５インチの半径を有して成形されたものであった。

【0051】

グループＨ，Ｉ及びＪのブラケットが、＃１アルミナ組成物でセラミック射出成形された。グループＨ，Ｉ及びＪのブラケットに対して使用された弧線が、０．０２１インチ／０．０２５インチの断面を各々有するステンレス鋼から形成された。

【0052】

グループＫ，Ｌ及びＭのブラケットが、＃２アルミナ組成物でセラミック射出成形された。グループＫ，Ｌ及びＭのブラケットに対して使用された弧線も、ステンレス鋼から形成されたが、０．０１９インチ／０．０２５インチの断面を各々有するものであった。

【0053】

表２が、上記の表１とともに、成形されたままの条件で、過飽和ホウ酸ナトリウム溶液でエッチングされた後で、及びアルミナでコーティングされた後で測定されたサンプルの平均トルク強度データを提供する。

【0054】

＃１アルミナ組成物から形成されたモールドＣブラケット構造に対して、本発明のある実施形態によるアルミナコーティングを有するブラケット（グループＩ）と、成形されたままのブラケット（グループＨ）との間における平均トルク強度の改善が、少なくとも約３１．４％である。さらに、アルミナコーティングブラケット（グループＩ）が、エッチングされたブラケット（グループＪ）と比較して、少なくとも約３９．４％のトルク強度の改善を示した。

【0055】

同様に、＃２アルミナ組成物から形成されたブラケットに対して、本発明のある実施形態によるグループＬのアルミナコーティングブラケットが、グループＫの成形されたままのブラケットの平均トルク強度よりも少なくとも約５９．７％大きな平均トルク強度を有する。グループＬのアルミナコーティングブラケットの平均トルク強度が、グループＭのエッチングされたブラケットよりも少なくとも約６０．９％大きい。

【0056】

上記のように、成形されたままのブラケット、ダイアモンド仕上げブラケット、及びエッチングされたブラケットと比較した歯列矯正気１０のトルク強度の改善が、予期されないものである。この予期しない改善は、コーティング／ＣＩＭブラケット本体界面においてクラックがそれ、結果としてクラック長さが増加することによるものであると考えられる。図６Ａは、ある実施形態の歯列矯正器１０の破損表面を描いたものである。図６Ａに示された歯列矯正器１０が、表２のグループＩ−モールドＣブラケットのブラケットであった。図６Ａに示されているように、コーティング１４内においてクラックが開始していることが、ＣＩＭブラケット本体１２を通した破損面からオフセットした位置（図６Ａにおいて矢印６６で示される）に表れているように見える。従って、クラックが、コーティング／ＣＩＭブラケット本体界面でそらされ、ＣＩＭブラケット本体１２の中を進む前に、コーティング１４とＣＩＭブラケット本体１２との間の界面における高応力領域に対する界面に沿って、クラックが伝播されたと考えられる。図６Ｂが、ある実施形態の歯列矯正器１０の他の破損表面を示す。図６Ｂに示された歯列矯正器１０が、表１のグループＣ−モールドＡブラケットのブラケットであった。しかしながら、この場合、クラックが、さらに真っすぐに、平面的な方式で、コーティング１４からその下部のＣＩＭブラケット本体１２に伝播したように見える。

【0057】

上記に示したように、本発明のある実施形態において、ＣＩＭブラケット本体１２が、一部分において、３．４μｍから約６μｍの範囲の平均粒径によって記載された粒径分布を有する多結晶セラミックから形成される。この範囲の平均粒径を有する多結晶セラミックの実施形態が、参照によりその開示が全体的に本願明細書に組み込まれる、２００８年１０月１７に出願された発明の名称が“Ａｅｓｔｈｅｔｉｃ Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃ Ｂｒａｃｋｅｔ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ”である特許文献１に記載されている。この範囲の平均粒径が、ＣＩＭブラケット本体１２に予期しないほど高い破壊靭性を与えると考えられる。従って、上記のように、コーティング１４を備えたこの範囲の平均粒径を有するＣＩＭブラケット本体１２を含む歯列矯正器１０の実施形態が、予期しないほど高い破壊靭性及び予期しないほど高いトルク強度の両方を有しうる。

【0058】

破壊靭性に関し、多結晶セラミックが、例えば、少なくとも約３．８５ＭＰａ・ｍ^１／２の平均破壊靭性を示し、及びさらなる実施例では、約４μｍから約４．３μｍの間の平均粒径を有する多結晶セラミックが、約５．０ＭＰａ・ｍ^１／２を超える平均破壊靭性を有する。換言すると、平均破壊靭性が、約３．４μｍから約６μｍ以下の範囲、及びほとんどが約３．５μｍから約５μｍの範囲にピークを有すると考えられる。

【0059】

本願明細書に記載された平均粒径が、ラインインターセプト（ｌｉｎｅ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ）法による多結晶セラミックの研磨断面上の複数の粒長を測定することによって決定されてよい。特に、平均粒径が、式Ｄ＝１．５６（Ｌ）による粒長測定から計算されてよく、ここで、Ｄは、平均粒径であり、Ｌは、粒子の平均長である。平均粒径及び粒径分布が、Ｏｌｙｍｐｕｓ Ａｍｅｒｉｃａ Ｉｎｃ．， Ｃｅｎｔｅｒ Ｖａｌｌｅｙ，ＰＡから入手可能な粒径モジュールを使用するａｎａｌｙＳＩＳソフトウェアのような商用の入手可能なソフトウェアを使用することにより決定されてもよい。

【0060】

多結晶セラミックの破壊靭性が、少なくとも２つの方法によって決定されてよい。一つの方法が、一表面上の制御された若しくは既知サイズのクラック又は欠陥（ｆｌａｗ）を含む多結晶セラミックのバーを破壊するように３点曲げ機構を使用する。３点曲げ機構において、材料のバーが、バーの長さに沿って２つの位置において一側面上に支持される。各位置が、一方のバーの端部の近くである。対向する支持体の間の距離が、支持スパンと呼ばれる。支持体と制御された欠陥の両方と反対の表面上のバーの中心に、荷重が加えられる。バーが破壊するまで、この荷重を次第に増加させる。この配置（即ち、一側面上の２つの支持体であり、荷重が、対向する側面上の支持体間に加えられる）が、制御されたサイズの欠陥を含むバーの表面内における引張応力を形成する。

【0061】

３点曲げ試験に対するサンプルが、通常、長方形バー形状である。例えば、破壊靭性試験に対する多結晶セラミックのサンプルが、約１．００±０．１ｍｍの厚さ、約３．００±０．０１ｍｍの幅、及び約１２．００±０．０１ｍｍの長さを有してよい。さらに、約０．０５０ｍｍから約０．１００ｍｍの深さを有するノッチが、制御されたサイズの欠陥を形成するように、ダイアモンド研磨されたほぼバーの中点におけるバーの一表面内に切り込まれる。このバーが、例えば、約９ｍｍでよい支持スパン上に配置される。バーが破壊するまで、ノッチと反対の表面上に、荷重が加えられる。破壊靭性が、数式１及び数式２による破壊時の荷重から計算されてよい。

【0062】

【数1】

【0063】

ここで、Ｋ_ＩＣが、クラックに垂直な方向の引張応力下における材料の破壊靭性であり、Ｐが、破壊時における荷重であり、Ｓが、支持スパンであり、ｗがバー幅であり、ｔが、バー厚さである。

【0064】

【数2】

【0065】

ここで、ａが、３つのクラック長さ測定の平均であり、ａ_１，ａ_２及びａ_３が、既知サイズのクラックの深さである。

【0066】

他の方法によると、破壊靭性が、ビッカース硬さ側ｋ亭から計算されることが可能である。この場合、破壊靭性が、数式３によって計算されてよい。

【0067】

【数3】

【0068】

ここで、Ｋ_Ｃが、破壊靭性であり、Ｐが、押し付け荷重であり、Ｅが、弾性率であり、ＨＶが、測定されたビッカース硬さであり、及びｃが、ビッカース硬さ圧子によって形成された平均クラック長さの１／２である。この方法を使用することによって、多結晶セラミックのバーを試験するというよりはむしろ、破壊靭性が、ブラケット本体上で測定されうる。

【0069】

ある実施形態では、上記の平均粒径に加え、多結晶セラミックが、大きな粒子と小さな粒子の両方の混合物である。例として、３．４μｍから約６μｍの範囲の平均粒径として記載された粒径分布を有する多結晶セラミックが、６μｍ以上のサイズの粒子と３．４μｍ以下のサイズの粒子をさらに含んでよい。

【0070】

さらに、ある実施形態の歯列矯正器１０において、ＣＩＭブラケット本体１２が、粒径分布が対数正規分布ではないことを特徴とする多結晶セラミックである。定義により、対数正規分布は、その対数が平均について正規分布したランダム変数によって特徴づけられる。例として、多結晶セラミックによる粒径分布が、マルチモーダル（ｍｕｌｔｉｍｏｄａｌ）である。特に、粒径分布が、二峰性分布でありうる。

【0071】

ある実施形態において、粒径分布が、約１μｍから約５μｍの粒径の第１ピーク又はモード、及び約５μｍ以上の粒径の第２ピーク又はモードを有する二峰性分布である。例として、第２ピークが、約５．５μｍと約７μｍの間でありうる。しかしながら、当然のことながら、第２ピーク又は付加的なピークが、７μｍ以上の粒径において生じうる。また、当然のことながら、二峰性粒径分布が、２重の微細構造を表現しない。ある実施形態において、３．４μｍから約６μｍの範囲の平均粒径及び少なくとも二峰性粒径分布を有する多結晶セラミックに対する平均破壊靭性が、約４．０ＭＰａ・ｍ^１／２以上である。

【0072】

さらに、約３μｍ以下の粒子と大きな粒子との間の特定の割合を有することを特徴とする粒径分布が、クラックの伝播に対する耐性をさらに高めうることを本発明者は確認した。例として、多結晶セラミックが、約３μｍ未満の大きさの粒子を総数の約５０％以下だけ有する粒径分布を有しうる。さらなる例として、多結晶セラミックが、少なくとも１０％の３μｍ未満の大きさの粒子数を有する粒径分布を有しうる。ある実施形態において、３μｍ未満の大きさの粒子の数が、例えば、粒子の総数の約１０％から約５０％の間である。さらに他の例において、多結晶セラミックが、約１０μｍ未満の大きさの粒子を粒子の総数の約９０％以下だけ有する粒径分布を有することを特徴としうる。さらなる例において、約１０μｍ未満の大きさの粒子の総数が少なくとも７０％である。従って、ある実施形態において、約１０μｍ未満の粒子の総数が、粒子の約７０％から約９０％の間である。

【0073】

ある実施形態によると、体積分率に関して、多結晶セラミックが、１０μｍ以上の大きさの粒子が全体積の５０％以下を占めうる粒径分布を有することを特徴とする。例として、ある実施形態において、１０μｍ以上の大きさの粒子が、少なくとも１０％であり、さらなる例において、１０μｍ以上の大きさの粒子が、全体積の約１０％から５０％以下でありうる。約１０μｍ以上の粒子の体積分率が、特定の粒径範囲の粒子の体積を決定し、その体積にその粒径範囲の粒子の総数を掛け、次に、全ての粒子の全体積で割ることにより計算されることが可能である。理論に縛られることを意図するものではないが、上記のような粒径分布を有する多結晶セラミックが、この範囲外の平均粒径を有する多結晶セラミックと比較して、クラック伝播経路を長くすると考えられる。粒径分布が、伝播クラックの方向を変化させ、及び／又はクラック伝播のモードを変化させると考えられる。特に、粒子境界の存在が、クラックの伝播方向及び／又はクラックの伝播のモードに影響を及ぼしうる。方向の変化及び／又はモードの変化が、真っすぐな経路に沿ってクラックを伝播させるために必要なエネルギーよりも比較的多いエネルギーを消費しうる。多結晶セラミック内のクラック伝播のモードが、粒間若しくは粒内のいずれか、又はその両方である。粒間クラック伝播が、粒子境界（即ち、粒子間）をたどり、一方、粒内クラック伝播が、粒子を通り抜ける。従って、伝播クラックが、粒子境界又は粒子と直面した場合、クラックが、方向を変えるように強いられ、その伝播のモードが変えられ（即ち、粒内から粒間に又はその逆）、又は、伝播の方向とモードの両方が変えられうる。クラック伝播の方向及び／又はモードを変えさせることによって、クラック経路の長さが増加し、これが、さらにエネルギーを消費し、及び、従って、破壊靭性が、増加しうる。

【0074】

上記のクラック伝播のモードを変化させるに従って、ある実施形態において、多結晶セラミック内へのクラック伝播が、混合モードとなりうると本発明者は考えている。即ち、多結晶セラミック内にクラックが伝播する場合、それが多結晶セラミックを通して進むにつれて、多結晶セラミックが、クラックに、一度又は何度もその伝播のモードを変えるようにさせうる。１０μｍ未満の大きさの粒子の存在が、粒間のクラック伝播を促進しうる。しかしながら、１０μｍの大きさ又はそれ以上の粒子に直面したクラックが、粒内の伝播のモードに変化させられうる。従って、クラック伝播の混合モードが、さらに、伝播経路を長くし、従って、多結晶セラミックの破壊靭性を増加させうる。

【0075】

本発明が、それに関しての１つ以上の実施形態の記載によって説明され、その実施形態が、十分に詳細に記載されたが、これらは、添付の特許請求の範囲の範囲を制限する又はそのような詳細な記載に決して限定することを意図するものではない。付加的な利点及び変更が、当業者には容易に理解されるだろう。従って、その広範な態様における本発明が、具体的な詳細な記載に、及び示され及び記載された説明のための例に制限されない。従って、異なる事項が、全体的な発明概念の範囲から逸脱することなく、このような詳細な記載から導かれうる。

【符号の説明】

【0076】

１０ 歯列矯正器
１２ ブラケット本体
１４ コーティング
１６ ライゲーティングスライド
１８ 弧線スロット
２０ 弧線
２２ 舌側
２４ 咬合側
２６ 歯茎側
２８ 近心側
３０ 遠位側
３２ 唇側
３３ パッド
３４ 結合基部
３６ ベース表面
３８，４０ スロット表面

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図6A】

【図6B】