JP2000506028A - 歯科用金属部品の表面処理法及びその方法により製造された金属部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 第一の態様によれば、本発明は、ブラケット、臼歯管及びデンタルアーチなどの歯科用金属要素(2)の表面処理法に関するものである。この金属要素は本物の歯のような色を与えるためと、ニッケルの漏出を防ぐために、表面層(23)で被覆加工してある。本発明の方法によれば、この表面層(23)は電着により施される。本発明は、また、前記方法により製造されたこのような要素に関するものである。

Description

【発明の詳細な説明】 歯科用金属部品の表面処理法及びその方法により製造された金属部品 本発明は、歯科用金属要素、特にブラケット、臼歯管、デンタルアーチ、アー チワイヤ及びリガチャーなどの歯列不正矯正装置の金属部品、及び同様に被覆加 工された金属要素の表面処理法に関するものである。 周知のように、歯列矯正装置は歯の不揃いを矯正するために使われ、歯科医療 における重要な補助装置として長く使われてきた。このような装置として、治療 する歯に取り外し可能に接着剤で固定することを意図したブラケットがある。ブ ラケットには、あらかじめ形を整えたデンタルアーチを入れ、高い精度で装着さ せるためのスロット又はノッチが設けられていることが多く、前記アーチはブラ ケットを介して何本かの不揃いな歯と相互に作用し合う。アーチの端部は主とし て臼歯に装着される臼歯管に取り外し可能に固定される。デンタルアーチに対す る各歯の位置は細いリガチャーを用いて固定する。ブラケットがデンタルアーチ に締め付けられる力の強さは、なかんづくブラケット材料とデンタルアーチとの 間の摩擦に依存し、ブラケットが互いに一定量動くのを可能ならしめる。 上記目的を達成するためには、そのような歯並び矯正装置、あるいは歯列矯正 器を長期、すなわち何カ月、時には何年にもわたって使用する必要がある。歯列 矯正器は、原則として歯の成長や位置の異常を矯正することを目的としているた め、歯の前面に装着され、従って、着用者が口を開けると完全に見えることにな る。 機械的強度、安定性、治療という観点から、使用し得る材料としてはステンレ ス18/8スチールが最良とされるが、これはこの材料を用いると矯正要素を小さく 、高精度に、機能的に、かつ高い強度で作ることができるからである。従って、 このスチールはこの分野で世界市場を支配している。 しかしこの材料は外観があまり良くないため、最初に使われ始めた頃から、美 的に許容できる色を与えるなどして、このスチールの美的とは言えない外観を改 善する努力が行なわれてきた。このスチールに関するもう一つの欠点は、ニッケ ルその他の有毒物質が漏出することで、これによりアレルギーを引き起こす危険 性があった。 以上のような欠点を解決するために、プラスチック製のブラケットを用いたり 、デンタルアーチを様々なプラスチック物質で被覆加工したりすることが試みら れてきた。またセラミック材料を使ったブラケットも作られている。しかし、こ れらのブラケットは下顎に装着するともろく、上顎の歯にきしむという欠点があ った。 要するに、歯列矯正器に必要な機能を確保するという観点から、当業者はスチ ール製のブラケットの美的欠陥と健康への害に目をつぶってきたと言うことがで きる。プラスチック製ブラケット及びプラスチック被覆加工されたデンタルアー チが美観の問題を解決することは実際の試用例で実証されているが、プラスチッ クの弱さと、液体を吸収することにより色あせる傾向にあることか問題となって いる。さらに、プラスチック材料、セラミック材料共に極めてもろい。セラミッ ク製のブラケットに関しては、治療の終りに際してブラケットが歯のエナメル質 から外れる傾向があることがわかっており、そのためセラミック製のブラケット を壊して外さなければならず、結果的に、歯のエナメル質に損傷を与えることが 多い。また、セラミック製のブラケットはその弱さのため、相当するスチール製 ブラケットと比べてサイズを大きくしなければならない。 18/8スチールの美観を少しでも改善するために歯科用着色を施すと、ニッケル の漏出も抑制されて良いのであるが、18/8スチールに歯科用着色をうまく施すの は非常に難しい。その理由は、非常に細かくしかも複雑な形状の要素の上に着色 層を形成しなければならないからである。ブラケットには鋭く突き出した角や溝 がある（この溝の中にアーチをぴったりと嵌め込まなければならない）。 これらのブラケットの傾斜度は+22°から−30°であり、これは個々の歯の形 状と位置とにより決まる。 アーチの端が挿入される臼歯管もぴったり嵌まらなければならないのみならず 、サイズも0.20mmから0.40mmと非常に小さく、形は丸いものもあれば四角いもの もある。四角い管はいわゆるエッジアーチ（スクエアアーチ）に使われる。これ から明らかなように、着色層は、ブラケット及び臼歯管の双方に関して高い精度 で施すことができることが非常に重要である。本発明の目的の一つは矯正要素か らのニッケルの漏出を防ぐことである。従って、例えば臼歯管の目に見えない内 側の面や四角管の90°角度の角にも、１〜２μの公差で被覆加工を施すことがで きることが重要である。また、厚さが0.10mmのリガチャーにも被覆加工を施すこ とができることが重要である。 ニッケルを含む合金を避け、それによりニッケルを原因とするアレルギーの問 題を防ぐため、チタンでブラケットを作ることも知られているが、美的観点から は、18/8スチールよりはるかに色が黒いチタン製のブラケットは考え得る最悪の 選択である。チタンは加工が困難であり、その結果、他のブラケット材料を使っ たものと比べてブラケットの端部や角もずっと鋭い。 米国特許第4,050,156号は、着色物質として例えばテフロン（Teflon）、エコ ノル（Ekonol）、TiO₂などを含む、歯の色をした優れた外観の表面を有する金属 被覆加工した歯列矯正器を開示している。その目的は耐摩耗性、温度安定性、低 摩擦、形状加工性、固着性などの点で良好な特性を得ることである。 米国特許第4,722,689号は、歯の色をした薄いポリマー層で被覆加工した歯科 用金属部品又は要素について述べている。この層は、ナイロン、エポキシ、ポリ エステル、ビニール、ゴムなどの物質からなり、歯の色合いを出すのに必要な量 の色素を含む。 米国特許第4,107,844号は、歯列矯正器について述べているが、これに含まれ る金属芯は、外観を良くするためエポキシで被覆加工した上、透明なプラスチッ ク材料をラミネート加工してある。 米国特許第4,946,387号は、歯列矯正用の金属ワイヤについて述べているが、 これは好ましくは歯の色をしたポリエチレン又はポリウレタンのようなプラスチ ック材料からなる第一層と、好ましくはシリコーン・エラストマーで形成されて いる透明な材料からなる第二層とで被覆加工されている。 米国特許第4,731,018号は、歯の色をした外観の優れたプラスチック材料又は 同等の材料で被覆加工した金属からなる歯列矯正ワイヤを相互押出し成形する方 法について述べている。 米国特許第4,180,912号は、プラスチック・ケーシングを含む金属製の歯列矯 正器について述べている。 ヨーロッパ特許第393 002号は、低摩擦係数を持つ歯の色をした材料の薄い層 で被覆加工した金属製のデンタルアーチについて述べている。この層の材料はポ リアミドであり、0.02から0.2mmの厚さに被覆加工される。 以上紹介しかつ例示した形式の歯列矯正器又は歯列矯正装置の表面を被覆加工 するに際して問題となる点は、金属要素に充分に接着し、該要素を効果的に覆う 均一な層を得るのが困難であるという点である。これが問題となるのは、これら の要素が非常に小さく、しかも鋭い縁、角、奥底を持つため、均一な厚さの層を 得るのが通常は難しいことによる。 問題の金属要素に着色層を被覆加工するためのいかなる公知の方法も、ニッケ ルその他の危険物質の漏出を満足に防ぐことはできない。これは外層に多少の差 こそあれ微細孔が見られるためである。従って、特にこの分野では、着色物質の 層がニッケルバリヤーとして機能しないことは確立された事実となっている。 よって、本発明は、鋭い角や縁の上でも非常に小さな公差（１−２μ）の厚さ を有する外層を施す方法を提供し、ニッケルの漏出を防ぎ、優れた外観の低摩擦 の表面を提供することを目的とする。本発明のもう一つの目的は、このような特 性を有する金属要素を提供することである。 これらの目的は、請求項１前段に定義する方法であって、そこに特徴付けられ ている特別の各手段を含む方法、及び請求項15前段に定義する歯科用金属要素で あって、そこに特徴付けられている特有の特徴を有する金属要素により達成せし められる。 本発明の表面被覆加工は電着加工によって行なうため、ここで対象とする金属 要素において発生する剃刀の刃のように鋭く、しかも凹凸のある角にも、さらに 大きさが0.2〜0.4mmで断面が四角の臼歯管の内部にも非常に薄い層を均一に施す ことが可能となった。層は、きわどくて鋭い部分でも約１〜２μの公差を達成し ているため、管内外の角でもニッケルイオンを通さない。 これが可能になったのは、電着加工において、着色物質が電流によって電気抵 抗が最も低い所に運ばれるからである。微細孔があるときは、孔の中の抵抗がよ り低くなるため、着色物質がそこに運ばれる。抵抗はまた、層が最も薄い場所で より低いため、着色物質は常に層が最も薄い所に向って移動することになる。 金属要素に電着せしめられる着色溶液は、好ましくはポリアミド／ポリウレタ ン・ベースの溶液である。 本発明の一つの好適な実施例では、着色溶液は自架橋ポリアクリレート、アミ ノ樹脂、エポキシ・エステル、エポキシ樹脂、イソシアン酸塩プリポリマーの中 から一つ以上を成分として含む。 本発明の別の好適な実施例では、まず内側に電着層を施し、その後、真空被覆 技術を用いて外側に薄い層を施す。この外側の層は好ましくは0.2−５μの厚さ を有し、炭素又は酸化金属からなる。 電着層は好ましくは約10−30μの厚さを有している。 本発明のさらに別の実施例では、好ましくは炭素又は酸化金属からなる層を真 空表面被覆加工により着色層に施す。これにより非常に堅い保護外層が形成され る。 さらに別の実施例では、先ずチタン又は酸化チタンの内側層を真空表面被覆加 工により施し、その後着色物質を施す。こうすることにより着色物質かさらに強 力に接着せしめられるが、これは金属要素がステンレススチール製の場合に特に 必要となる。さらに、チタン／酸化チタン層は、着色層が損傷を受けた場合にも ニッケルの漏出を防ぐ。 上記実施例ならびに発明力のある本方法と本装置の他の有利な実施例は、従属 クレームにより明らかである。 好適な実施例と添付図面に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。 図１は、歯列矯正器の斜視図である。 図２は、図１の歯列矯正器の一部を示す横断面図である。 図３は、製造工程における−ステップを示す概略図である。 図４は、図２と同様の部分横断面図であるが、さらに拡大された、本発明の別 の実施例を示す。 図５は、前記別の実施例による製造工程の追加処理段階を示す概略図である。 図１は、本発明に係る歯列矯正器の一形態を示す。ブラケット３を含むデンタ ルアーチ２は歯列１の上に配置されている。ブラケット３はセメント又は同様の 接着剤によって各歯７に添着されている。ブラケット３の一つは臼歯管６として 構成されている。アーチ２の一端４は臼歯管６に取り外し可能に固定されており 、この臼歯管６は一本の臼歯に固定されている。図示しないが、アーチ２の他方 の端部も同様に、同じような臼歯管に取り外し可能に取り付けられている。 デンタルアーチ２の横断面を図２に示す。アーチは、例えばステンレス18/8ス チールからなる金属芯22からなる。各アーチ２の表面はニッケルの漏出を防ぐプ ラスチック材料で被覆されており、歯７の色にマッチする着色物質で着色されて いる。 外層23は、図３に概略を示した方法で施された電着層である。金属製のアーチ ２は、適当な着色溶液を含有するめっき浴10の中に下ろされる。このめっき浴の 中には固定電極11が配置され、アーチ２が対の電極を形成する。２つの電極２、 11の間には直流電圧が印加され、顔料粒子がアーチ２に移動し、いわゆる電気泳 動である。アーチ２は電解槽の陽極又は陰極のいずれかを構成することもできる が、陽極又は陰極の二つのうち後者（いわゆる電気泳動）が好ましい。陰極とし て機能するアーチ２への顔料粒子の電気泳動、及びアーチへのこれらの粒子の沈 積がアーチ上に均一な厚さの着色層を形成する。電気泳動は望ましい厚さ（約20 −30μ）の層が形成されるまで続く。 前記めっき浴10に用いられる結合剤は、硬化後、結合剤が人体組織に悪影響を 及ぼさないような組成を有するものを用いる。また、顔料その他の着色物質成分 も、生物組織に悪い反応を及ぼさないものを用いる。 これらの要件を満たす限り様々な化学組成の結合剤を選ぶことかできる。例え ば、自架橋ポリアクリレート、特定のアミノプラスチック樹脂、エポキシ・エス テルを始め、エポキシ樹脂とイソシアン酸塩プリポリマーを組み合わせたものな どを用いることができる。また、この目的に適した分子重量を持つビスフェノー ルＡのジグリシジル・エーテルと、適当なヒドロキシ含有化合物で化学的にブロ ックされたイソシアン酸塩基からなるジイソシアン酸塩トルエンのプリポリマー との組み合わせを用いることも好適である。前記結合剤に用いられる顔料は、好 ましくは不活性化顔料であり、例えば二酸化チタンその他の酸化チタン、カーボ ンブラックなどの無機顔料であっても良い。カオリンのような不活性化物質も充 填剤として選ぶことができる。 また、好ましくは、後の炉乾燥工程で充分に高い反応率を達成するため、例え ば二酸化ジブチルチンなどの触媒を少量加えても良い。 被覆は電着工程後歯科要素上で硬化させる。 図４は、本発明の別の実施例におけるアーチ２の一部を示す横断面図である。 この実施例においては、電着層23にさらに別の層が施されている。透明な炭素か らなるこの外層24は真空表面処理工程を用いて約0.2−10μの厚さで施される。 これにはいわゆる物理的真空表面処理加工（ＰＶＤ）又は化学的真空表面処理 加工（ＣＶＤ）を用いることができる。炭素層は非常に薄く接着力が良いのみな らず、透明又は非常に弱い干渉色を備えている。この層はいわゆるダイヤモンド のような炭素（ＤＬＣ）構造になる。炭素に代えて例えば酸化アルミニウムのよ うな酸化金属を前記の方法で施すことも可能である。以下、真空表面被覆加工に ついてＰＶＤ法に沿って簡単に説明する。ここでは炭素を被覆材料として用いる 。 この工程では、表面被覆アーチ２を真空室12内に置く。アーチ２に施す材料13 は真空室12内の保持具14に配置する。真空室12は真空ポンプ15に接続され、容器 内で約10^-2から10^-4パスカルの真空を発生させる。材料13は当初固体であるが、 すぐに加熱され気化せしめられる。気化された材料は直接又は原子／分子衝撃に よってアーチ２に運ばれ、アーチ上に凝縮する。材料の凝縮はアーチ２に電位を 掛けることによって促進できる。アーチ２はシャフト16に取り付けられるが、こ のシャフト16は容器の密閉を保ちなから容器壁を通過し、アーチ２上に均一な凝 縮を達成し、それによって均一な表面被覆を達成するように回転する。使用する 材料は炭素であり、被覆加工は所要の厚さ0.2−10μが得られるまで続けられる 。その結果は、硬度約6,000ビッカーズの、極めて硬くかつ優れた耐摩耗性のあ る表面層となる。容器を強力な真空状態にするのは、空気の分子が容器内の炭素 原子の自由な移動度を阻止するのを防ぐためと、炭素原子と空気分子が化学反応 を起こすのを防ぐためである。材料は電子銃を使って気化させることができる。 別の方法として、ガスイオン・ボンバード、好ましくはアルゴンイオン・ボン バードを用いたスパッタリングにより原子を保持具14の炭素棒13から放つことが できる。炭素原子はその後炭素棒13からストリッピングされ、アーチ２に向けて 移動するため放たれる。 電着及び真空表面被覆は共に周知の一般的な技術であり、これら自体が本発明 の主体を構成するものではない。一方、これらの技術のいずれも歯科医療に用い られる要素の製造に応用されたことはこれまでない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 歯科医療に用いることを意図する金属要素(2)を、着色層(23)の適用を含む 外表面層構造体で被覆する表面処理法であって、前記表面層構造体を着色溶液 (10)中で電着によって形成することを特徴とする表面処理法。 2. 金属要素はポリウレタン・ベースの着色溶液の中で電着加工される請求項１ 記載の方法。 3. 金属要素は、自架橋ポリアクリレート、アミノ樹脂、エポキシ・エステル、 エポキシ樹脂及びイソシアン酸塩プリポリマーのうち少なくとも一つを含む着 色溶液の中で電着加工される請求項１又は２記載の方法。 4. 金属要素は、ビスフェノールＡのジグリチル・エーテル及びジイソシアン酸 塩トルエンのプリポリマーを含む着色溶液の中で電着加工される請求項１ない し３のいずれかに記載の方法。 5. ジイソシアン酸塩トルエンに含まれるイソシアン酸塩基はヒドロキシル含有 化合物によってブロックされる請求項４記載の方法。 6. 金属要素は触媒の存在する着色溶液の中で電着加工される請求項１ないし５ のいずれかに記載の方法。 7. 触媒は酸化ジブチルチンである請求項６記載の方法。 8. 電着工程後、金属要素の前記着色層上に外側透明層を真空被覆する請求項１ ないし７のいずれかに記載の方法。 9. 金属要素に炭素を真空被覆する請求項８記載の方法。 10．金属要素に酸化金属を真空被覆する請求項８記載の方法。 11．金属要素に電着厚さが20から30μとなるように電着加工を施す請求項８ない し10のいずれかに記載の方法。 12．金属要素に真空被覆厚さが0.2から10μとなるように真空被覆する請求項８ ないし11のいずれかに記載の方法。 13．金属要素は、着色層を施す前にチタン又は酸化チタン層を被覆する請求項１ ないし12のいずれかに記載の方法。 14．チタン層又は酸化チタン層は真空表面被覆加工により施す請求項13記載の方 法。 15．少なくとも一つの着色層(23)を含む表面被覆を有する歯科医療に用いること を意図する金属要素(2)であって、前記表面被覆が電着加工によって施された 着色層(23)を含むことを特徴とする歯科医療に用いることを意図する金属要素 。 16．表面被覆は電着加工によって施されたポリウレタン・ベースの材料からなる 層(23)を含む請求項15記載の金属要素。 17．表面被覆は、電着加工によって施されかつ自架橋ポリアクリレート、アミノ 樹脂、エポキシ・エステル及びイソシアン酸塩プリポリマーのうち少なくとも 一つの成分を含む着色層(23)を含む請求項15又は16記載の金属要素。 18．表面被覆は、電着加工によって施されかつビスフェノールＡのジグリシジル ・エーテル及びジイソシアン酸塩トルエンのプリポリマーを含む着色層(23)を 含む請求項15ないし17のいずれかに記載の金属要素。 19．ジイソシアン酸塩トルエンのイソシアン酸塩基はヒドロキシル含有化合物に よってブロックされる請求項18記載の金属要素。 20．表面被覆は電着加工によって施された内側層(23)と、真空気化加工によって 施された外側透明層(24)とを含む請求項15ないし19のいずれかに記載の金属要 素。 21．前記真空気化加工によって施された層(24)は炭素を含む請求項20記載の金属 要素。 22．前記真空気化加工によって施された層(24)は酸化金属を含む請求項20記載の 金属要素。 23．10から30μの厚さの電着層(23)を有する請求項20ないし22のいずれかに記載 の金属要素。 24．真空表面被覆加工によって0.2から10μの厚さに施された層(24)を有する請 求項20ないし23のいずれかに記載の金属要素。 25．チタン層又は酸化チタン層を着色層の内側に備えている請求項15ないし24の いずれかに記載の金属要素。