JPH03170148A - 歯列矯正用ブラケットの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業の利用分野］ 本発明は矯正歯科で用いられる、審美性に優れ且つ高強
度な歯列矯正用ブラケットに関する。

［従来技術］ 各歯に接着したブラケットは歯列矯正の際、金属製ワイ
ヤー等で強く引っ張られるため、破折、欠けを生じない
ように高強度、高靭性であることが必要とされる。従来
、この条件に合う歯列矯正用材料としてステンレス鋼が
広く使用されているが、ステンレス鋼は金属光沢を有し
色彩的に目立ち審美性に欠けるという欠点があった。

そこで、この欠点を解決するものとして、特開昭６４−
２５８４７号公報には単結晶アルミナを使用した歯列矯
正用ブラケットが開示されている。又、特開昭６４−４
６４５１号公報にはイットリアを含有する単結晶ジルコ
ニアを使用した歯列矯正用ブラケットが開示されている
。さらに、特開昭６４−５２４４８号公報には酸化マグ
ネシウムと酸化アルミニウムとから或るスピネル型結晶
を有するセラミックスを使用した歯列矯正用ブラケット
が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記特開昭６４−２５８４７号公報に記
載の単結晶アルミナは透明性には優れているので審美性
は良いが、加工コストが高く、またその強度に方向性が
あり、靭性が低いので、割れたり、欠けたりし易いとい
う欠点がある。

又、前記特開昭６４−４６４５１号公報に記載のイット
リアを含有する単結晶ジルコニア及び前記特開昭６４−
５２４４８号公報に記載のスピネル型結晶セラミックス
は透明性があり、審美性に優れているが、機械的強度が
低く破折のおそれがあるという欠点がある。

したがって、本発明の目的は、審美性が高く、靭性、機
械的強度の高い歯列矯正用ブラケットを提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達戊するためになされたものであり
、本発明の歯列矯正用ブラケットは、イットリア安定化
ジルコニア焼結体であって、イットリアの含有量が１．
７〜３．２ｍｏｌ％であり、且つ正方晶ジルコニアの含
有量が５０ｍｏｌ％以上、正方晶ジルコニアの平均粒径
が０．１２〜０．５μｍ、気孔率が１％以下の部分安定
化ジルコニアにより構威されていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様によれば、着色のため、Ｃｏ，　
Ｃｒ，　Ｍｎ，　Ｃｅ，　Ｃｄ，　Ｓｒ，　Ｐｅ，　Ｃ
ｕ，　Ｚｎ，　Ｓｂ，　Ｖ　、Ｎｉの酸化物の一種また
は二種以上を合計０．　　５ｗｔ％以下添加することも
できる。さらに、摩耗しゃすい歯質の患者の歯の保護の
ため、表面に、ビッカース硬さ１０　０〜７　０　０ｋ
ｇ／ｍｍ２の材料からなる厚さ５０〜３００μｍの被覆
層を設けることもできる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明によれば、上記で定義したジルコニア焼結体を用
いることにより靭性、機械的強度の高い歯列矯正用ブラ
ケットが得られる。即ちこのジルコニア焼結体が外部よ
り応力を受けたとき、正方晶ジルコニア戊分の一部が局
部的に単斜晶に相変態することにより、材料を破壊しよ
うとするエネルギーを緩和する作用（応力誘起変態強化
機構）がその相変態部分に働くため、高靭性、高強度が
発現するのである。

本発明の歯列矯正用ブラケットを構成するジルコニア焼
結体において、正方晶ジルコニアの平均結晶粒径は０．
１２〜０．５μｍでなければならない。その理由は０．
１２μｍ未満では正方晶ジルコニアの相安定性が良すぎ
るため応力誘起変態強化作用が働きにくく、また緻密な
焼結体を作りにくいからであり、一方０．　　５μｍを
超えると正方晶ジルコニアの相安定性が悪くなり、滅菌
時の高温水蒸気中或いは長時間、体液中に浸漬した場合
の耐食性の低下がおこり、応力が材料に加わると材料全
体に亘り結晶粒界に沿って相変態が起こるので、粒界破
壊が起こるおそれがあるからである。

そして上記の如く正方晶ジルコニアの平均結晶粒径が０
．１２〜０．５μｍであると正方晶の相安定性が高いの
で、応力誘起変態強化機構が有効に作用するためには正
方晶ジルコニア含有量は実用上５Ｑｍｏｌ％以上でなけ
ればならない。

また、このジルコニア焼結体の気孔率は１％以下でなけ
ればならない。その理由は１％を超えると、強度が低下
し、透光性が得られず、また正方晶ジルコニアの相安定
性が悪くなり、耐食性が低下するからである。ジルコニ
ア焼結体の物性は原料粉末の性質、成形条件、焼結温度
、圧力等の焼結条件によって変化するが、上記した性能
を有するジルコニア焼結体は安定化物質であるイットリ
アの含有量が１．７〜３．２ｍｏｌ％であるときに実現
する。１．７ｍｏｌ％未満では正方晶ジルコニアが不安
定で緻密な焼結体が得られず、また３．２ｍ０１％を超
えると靭性が著しく低下する。

本発明の好ましい態様によれば、Ｃｏ，　Ｃｒ，　Ｍｎ
，Ｃｅ，　Ｃｄ，　Ｓｒ，　Ｐｅ，　Ｃｕ，　Ｚｎ，　
Ｓｂ，　Ｖ　，　Ｎｉの酸化物の一種または二種以上を
０．　　５ｗｔ％以下含有させることにより青色、桃色
、黄色、緑色等に着色することができる。彩度、色相、
明度は酸化物の種類、含有量によってコントロールする
が、０．　　５ｗｔ％を超えると色調は暗くなるので好
ましくない。またＣｒ，　Ｎｉ，　Ｃｕ，　Ｍｎ，　Ｚ
ｎ等の酸化物を原料粉末中に少量添加することにより焼
結温度を下げることが可能となり、結晶粒をさらに微細
化でき、特に後で述べるＨＩＰ処理をしなくても緻密な
焼結体が得られる。

ジルコニア焼結体の硬さはビッカース硬さで９００〜１
　２　５　０　ｋｇ／　ｍｍ２でありアルミナに比べて
かなり軟らかいが、患者によってはブラケッ１・が対合
歯と接触し、歯質、歯並びの関係で対合歯を摩耗させる
可能性があるので、天然歯より軟らかいか或いは天然歯
の硬さに近い硬さ（実質的にはビッカース硬さ１　０　
０〜７　０　０ｋｇ／ｍｍ！　）の材料からなる被覆層
を設けることにより、上記磨耗を防ぐことができる。こ
の被覆層の厚さは５０μｍ未満であると被覆層が摩滅し
てしまい、３００μｍを超えるとブラケット焼結体との
剥離などの不都合が生ずるので、５０〜３００μｍが良
い。被覆層としてはエボキシ樹脂、ポリウレタン樹脂等
の高分子樹脂を単独或いはアルミナ、マグネシア、シリ
カ等の無機材料粉末フィラーを混入したもの、マイカを
分相した結晶化ガラスなどが用いられ、後述するように
直接或いは接着剤によりジルコニア焼結体に被覆される
。

本発明のブラケットは、例えば次のようにして製造する
ことができる。ヒ素、水銀等の人体に為害性の元素を含
まない高純度のオキシ塩化ジルコニウムの水溶液と塩化
イットリウムの水溶液とを、酸化物換算でイットリア濃
度が１．７〜３．　　２ｍｏｌ％になるように混合し、
周知の共沈法、加水分解法、熱分解法によって得た沈殿
物を乾燥、８００〜１０００℃で仮焼した後、ボールミ
ルやアトリッションミル等で粉砕して原料粉末を得る。

なお着色或いは焼結温度を低下させるための上記酸化物
については、必要に応じて上記水溶液混合時、例えば塩
化物等の水溶性塩の水溶液として同時に混合することが
できる。こうして得た原料粉末は単斜晶と正方晶からな
る、平均一次粒径が０．　　１μｍ以下の構戊元素が均
一に分布した焼結性の良好な粉末である。また金属アル
コキシド法、ゾルゲル法、気相法によっても同様な原料
粉末を得ることができる。

次に上記原料粉末をラバープレス法、金型戊形法、押出
成形法、射出成形法等の周知の成形法を用いて成形し、
成形体を得る。この戊形体を脱脂した後、２０〜１００
゜Ｃ／時の昇温速度で１２００〜１４００℃まで昇温し
、その温度に１０分〜３時間保持して焼結し、２００〜
５００℃／時の速度で約６００℃まで冷却し、その後自
然放冷して室温まで冷却する。焼結温度が１２００℃未
満では焼結が不十分であり、１４００℃を超えると、イ
ットリア含有量が低く高靭性が期待される材料について
特に顕著に認められることであるが、結晶粒生長のため
正方晶が不安定となり、緻密な焼結体が得られずまた耐
食性も悪くなる。このようにして所望の組戊、結晶構造
、結晶粒径の焼結体を得ることができる。しかしながら
、この焼結体では気孔率が０．７〜１．７％であり、十
分な機械的強度、審美性が得られない場合がある。その
場合はこの焼結体をＨＩＰ処理を行なえば良い。

即ち焼結体を１０００〜２０００気圧下、１１００〜１
４００℃で１０分〜３時間加熱するのである。このＨＩ
Ｐ処理によって焼結体は気孔が押し潰されて気孔率１％
以下と緻密になり、さらに結晶粒界の不完全性が改善さ
れるので透光性を生じる等、審美性が向上する。なおＨ
ＩＰ処理は非還元性雰囲気で行なわなければならない。

ジルコニアは還元されると黒または茶系に着色するから
である。また雰囲気中に炭素や炭化物があると同様な着
色が認められる場合もあるので避けたほうがよい。

次に焼結体を所望の歯列矯正用ブラケッｌ・に加工する
。ラバープレス法、金型戊形法、押出成形法で作製した
成形体は本焼結前に仮焼して一次加工することができる
。戊形体を射出戊形で作製した場合は、焼結体の形状は
所望の歯列矯正用ブラケットの形状になるので、加工は
バレル研磨するだけでよい場合が多い。

こうして作製した歯列矯正用ブラケット表面を、必要に
応じてエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂等の高分子樹脂
を単独或いはアルミナ、マグネシア、シリカ等の無機材
料粉末フィラーを混入したもの、マイ力を分相した結晶
化ガラスなど、天然歯より軟らかいか或いは天然歯の硬
さに近い硬さ（ビッカース硬さ１０　０　〜７　０　０
ｋｇ／ｍｍ’　）の材料を、直接ディップコート、刷毛
塗り、或いはエボキシ系接着剤等を用いて５０〜３００
μｍの厚さに被覆することにより被覆層を形成すること
もできる。

即ち、このようにすることによってブラケットが対合歯
と接触し、歯質、歯並びの関係で患者によっては起り得
る対合歯の摩耗を防ぐことができる。

前述の如くこの被覆層の厚さは５０μｍ未満であると被
覆層が摩滅してしまい、３００μｍをこえるとブラケッ
ト焼結体との剥離などの不都合が生ずる。

［実施例］ 次に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１ 純度９９．５％以上のオキシ塩化ジルコニウムの水溶液
と純度９９．５％の塩化イットリウムの水溶液を酸化物
換算でイットリア濃度が２，　　Ｏｍｏｌ％となるよう
に調製し、酸化物換算量全体に対し酸化亜鉛濃度がＱ，
　　３ｗｔ％になるように、純度が９９．０％である塩
化亜鉛の水溶液を加えて混合し、１００℃まで徐々に加
熱して水分を蒸発除去して得た沈殿物を乾燥、擦り潰し
９００℃で焼成した後、水を加えてジルコニア製ボール
ミルで２４時間粉砕した。こうして得た原料粉末は単斜
晶ジルコニアと３８ｍｏｌ％の正方晶ジルコニアからな
り、平均一次粒径が０．０２μｍであり、比表面積が２
０ボ／ｇであった。

次に上記原料粉末を射出戊形法によって、ブラケット形
状及び物性測定用試験片形状に成形、脱脂した後、電気
炉中で１００゜Ｃ／時の昇温速度で１２００℃まで昇温
し、その温度に２時間保持して焼結し、５００゜Ｃ／時
の速度で約６００℃まで冷却し、その後、炉内で室温ま
で冷却した。この焼結体の正方晶ジルコニア含有量は９
０ｍｏｌ％、平均粒径は０．１５μｍであり、比重をア
ルキメデス法により測定したところ６．０５であった。

理想密度はほぼ６．　　１ｇ／ｃ＋ｎ３であるから、気
孔率は０．８％である。ブラケット形状焼結体をバレル
研磨して光沢のある白色のブラケットを作製した。また
試験用焼結体の曲げ強さをＪＩＳ　Ｒ１６０１　，破壊
靭性を荷重３０ｋｇのビッカース圧痕によるＩＭ（イン
デンテーション・マイクロフラクチャー）法によって測
定したところ、それぞれ１１４０ＭＰａ，１０．５ＭＰ
ａ，／ｉであった。

実施例２ イットリアを２．５ｍｏｌ％含有し、純度が９９．５％
であるジルコニア粉末に、純度が９８％である塩化カド
ミウムの水溶液を酸化物換算で０．　　５ｗＬ％混入し
、水分を蒸発除去した後、９５０℃で焼威して原料粉末
を作製した。粉末は単斜晶ジルコニアと正方晶ジルコニ
アとから戊り、正方晶ジルコニア含有率は５４．３％、
比表面積は１５ポ／ｇであった。

次にスプレイドライヤーを用いて球状化した上記原料粉
末を、金型成形法によってブラケット形状及び物性測定
用試験片形状に戊形した後、電気炉中で１００゜Ｃ／時
の昇温速度で１４００℃まで昇温し、その温度に２時間
保持して焼結し、５００℃／時の速度で約６００℃まで
冷却し、その後室温まで炉内で冷却した。この焼結体の
比重は６．０、即ち気孔率は１．６％であった。これら
の焼結体を酸素１％を含むアルゴンガス中で圧力２００
０気圧下、１４００℃で９０分ＨＩＰ処理を行なった結
果、焼結体の正方晶ジルコニア含有量が９５ｍｏｌ％、
平均粒径が０．４５μｍ，比重が６．０９（気孔率で０
．２％）となり真珠に似た色調になった。そして、ブラ
ケット形状の焼結体をバレル研磨して光沢のある黄色の
ブラケットを作製した。また試験用焼結体の曲げ強さを
ＪＩＳＲ１ＢＯＬ　、破壊靭性をビッカース圧痕による
Ｉ　Ｍ法によって測定したところ、それぞれ１５００Ｍ
Ｐａ，６．７ＭＰａＪ丘であった。

実施例３ 純度９９．５％以上のオキシ塩化ジルコニウムの水溶液
と純度９９．５％の塩化イットリウムの水溶液を酸化物
換算でイットリア濃度が３．　　０ｍｏｌ％となるよう
に調製し、酸化物換算量全体に対し酸化コバルト濃度０
．　　３ｗｔ％、酸化銅濃度０．２ｗｔ％になるように
純度９８％の塩化コバルト水溶液及び純度９８％の塩化
銅水溶液を加えて混合し、アンモニア水溶液を添加して
得た沈殿物を乾燥、擦り潰し１０００℃で焼成した後、
水を加えてジルコニア製ボールミルで２４時間粉砕した
。

こうして得た原料粉末は単斜晶ジルコニアと６８ｍｏｌ
％の正方晶ジルコニアからなり、比表面積が１０ボ／ｇ
であった。

次に上記原料粉末を２トン／ｃ＋＋ｔの静水圧でラバー
プレス法によって戊形した後、電気炉中で１００°Ｃ／
時の昇温速度で１２００°Ｃまで昇温し、その温度に２
時間保持して焼結し、５００℃／時の速度で約６００℃
まで冷却し、その後、室温まで炉内で冷却した。この焼
結体の正方晶ジルコニア含有量は８５モル％、平均粒径
は０．２μｍ１比重は６．０２（気孔率で１．　　３％
）であった。この焼結体をブラケット形状及び物性測定
用試験片に研削加工し、１２００℃で９０分ＨＩＰ処理
したところ比重は６．１（気孔率ほぼＯ）となった。

ブラケット形状焼結体をバレル研磨して透光性光沢のあ
る青色のブラケットを作製した。また試験用焼結体の曲
げ強さをＪＩＳ　Ｒ１６０１　、破壊靭性をＩＭ法によ
って測定したところ、それぞれ１５４０ＭＰａ、５．２
ＭＰａｖ’ｉＦｉであった。

実施例４ 実施例３によって作製したブラケットおよび物性測定用
試験片を、実施例３によって作製したジルコニア原料粉
末を１０重量％分散した液状の市販ポリウレタン樹脂（
日本ポリウレタン社製ＲＵ一３９）にデイップコートし
て硬化して、表面に厚さ１２０μｍ，ビッカース硬さ１
５　０　ｋｇ／　ｍｍ２の被覆層を形成し、天然歯の摩
耗を防ぐ、光沢のあるブラケットを作製した。被覆層形
成による材料の強度、靭性の変化はなかった。

実施例５〜１０ 組戊比、焼結体焼或温度、ＨＩＰ処理温度を変えて実施
例３と同様な方法で作製したブラケットの材料物性を表
−１に示す。なお、表−１には前記実施例１〜４の結果
も併せて示した。

［発明の効果］ 以上、説明したように、本発明によれば、正方晶ジルコ
ニアを主戊分として用いるので、立方晶ジルコニアやア
ルミナ系セラミックスに比べて高靭性、高強度で破折や
欠けがおこりにくい歯列矯正用ブラケットが得られる。

また気孔率が１％以下と極めて高密度であり且つ結晶粒
が微細なので正方晶ジルコニアの相安定性に優れている
。さらに、金属にくらべて色調が天然歯に近い着色が可
能で透明感もあるので審美性に優れ、必要に応じて被覆
層も形成でき対合歯の摩耗を防ぐことができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）イットリア安定化ジルコニア焼結体であって、イ
   ットリアの含有量が１．７〜３．２ｍｏｌ％であり、且
   つ正方晶ジルコニアの含有量が５０ｍｏｌ％以上、正方
   晶ジルコニアの平均粒径が０．１２〜０．５μｍ、気孔
   率が１％以下の部分安定化ジルコニアにより構成されて
   いることを特徴とする歯列矯正用ブラケット。
2. （２）さらにＣｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｅ、Ｃｄ、Ｓｒ、Ｆ
   ｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｖ、Ｎｉの酸化物の一種または
   二種以上を合計０．５ｗｔ％以下含有することを特徴と
   する請求項１記載の歯列矯正用ブラケット。
3. （３）表面に、ビッカース硬さ１００〜７００ｋｇ／ｍ
   ｍ＾２の材料からなる厚さ５０〜３００μｍの被覆層を
   設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の歯
   列矯正用ブラケット。