歯列矯正ワイヤー
【課題】 歯列矯正器具として使用する際に望ましい適度な剛性の確保、及び／または、適度なバネ特性を確保した特性を備える歯列矯正ワイヤーを提供する。
【解決手段】 直径０．５ｍｍ以下に加工された歯列矯正ワイヤーであって、Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなり、かつ、少なくともＮｉを含まないＴｉ基合金からなり、１．５％の伸び歪みを負荷したときに８００ＭＰａ以上の引張り強度を備えていることを特徴とする歯列矯正ワイヤーとする。
【解決手段】 直径０．５ｍｍ以下に加工された歯列矯正ワイヤーであって、Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなり、かつ、少なくともＮｉを含まないＴｉ基合金からなり、１．５％の伸び歪みを負荷したときに８００ＭＰａ以上の引張り強度を備えていることを特徴とする歯列矯正ワイヤーとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯列の矯正治療器具として使用される形状記憶合金からなる歯列矯正ワイヤーに関する。
【背景技術】
【０００２】
歯には持続的に弱い力が加わるとその方向に移動する性質があり、その性質を利用して口腔内に歯列矯正ワイヤーと呼ばれている矯正装置を入れ、歯に一定の力を持続的にかけて歯を人為的に動かし歯並びや噛み合わせを治療する歯列矯正が行われている。
【０００３】
歯列矯正ワイヤーは、歯列や周囲の生体組織の診断状況に応じてそれぞれに適したワイヤーを用いることが必要であり、例えば、適度な剛性があることが望ましいケース，硬すぎず柔らかすぎず適度な柔軟性を有し、かつ、塑性変形せずに元の形状に戻る形状復元性を兼ね備えるバネ特性（弾性）を有することが望ましいケース、或いはその両方が求められるケース等が存在する。
【０００４】
そのため歯列矯正ワイヤーには、ステンレス線やＴｉ−Ｎｉ合金線等が用いられる。ステンレス線は剛性が高く歯列移動力に優れ、また意図的な変形によるベンディングテクニック加工が可能であるが、塑性変形を受け易い。一方、Ｔｉ−Ｎｉ合金線は、マルテンサイト変態の逆変態に付随して顕著な形状記憶を示し（例えば、特許文献１参照。）、逆変態後の母相での強変形によって誘起される応力誘起マルテンサイト変態に伴い良好な超弾性を示すので近年広く実用化されている（例えば、特許文献２〜４参照。）。
【０００５】
しかしながら、上述したＴｉ−Ｎｉ合金製の歯列矯正ワイヤーは、Ｎｉの成分が溶出して金属アレルギーを引き起こす可能性がある。また、金属アレルギーの原因となるＮｉを含まないＴｉ基合金が考案されている。Ｎｉを含まないＴｉ基合金としては、耐腐食性チタン合金としてβ型Ｔｉ合金にＡｇを１〜２ｗｔ％含むものが開示され（例えば、特許文献５参照。）、冷間加工用低強度・高延性Ｔｉ合金であって、６ｗｔ％≦ Ｍｏ≦１８ｗｔ％および０．５ｗｔ％≦Ｓｎ≦１０ｗｔ％、残部をＴｉのものが開示され（例えば、特許文献６及び７参照。）、チタンに１０〜１５ｗｔ％のＭｏを含有させた形状記憶チタン合金が開示され（例えば、特許文献８参照。）、Ｔｉ−Ｚｒ系合金からなる医療器具が開示され（例えば、特許文献９参照。）、Ｔｉ-Ｍｏ基合金バネが開示され（例えば、特許文献１０参照）、Ｔｉ−Ｓｃ系形状記憶合金が開示されている（例えば、特許文献１１参照。）。
【０００６】
また、加工性が良く生体適合性に優れた合金として、Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなる管状器具への挿入具が開示されている（特許文献１２参照。）。
【特許文献１】米国特許第３１７４８５１号明細書
【特許文献２】特開昭５８−１６１７５３号公報
【特許文献３】特開昭６１−１０６１７３号公報
【特許文献４】特開昭６３−２２３１３８号公報
【特許文献５】特開昭５３−１２３３２３号公報
【特許文献６】特開平１−１２９９４１号公報
【特許文献７】特開平４− ２１４８３０号公報
【特許文献８】特開昭５９−５６５５４号公報
【特許文献９】特開２００１−３１２６号公報
【特許文献１０】特開２００４−１８３０１４号公報
【特許文献１１】特開２００４−２０４２４５号公報
【特許文献１２】特開２００６−３１４５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜４に開示されているＴｉ−Ｎｉ合金は前述の通り金属アレルギーを引き起こす可能性がある。特許文献５〜８はＮｉを含まないが、医療用途に用いられることを前提したものではなく、歯列矯正ワイヤー等に要求される上述した剛性やバネ特性等の特性を満足させることはできなかった。また、特許文献９は、ガイドワイヤー等に用いられるものであるが、高強度で加工性に優れるものを提供することを主目的としており、この場合も歯列矯正ワイヤー等に要求される前記特性を満足させることはできなかった。更に、特許文献１０は、良好な加工性及びバネ性を備えるＴｉ−Ｍｏ基合金ばね材が開示されているが、バネ性を部材のどの範囲に付与するかについて何ら記載されておらず、歯列矯正ワイヤー等に要求される前記特性を得ることは難しい。特許文献１１においても、Ｎｉを含まず生体適合性がよいＴｉ−Ｓｃ系形状記憶合金が開示されているのみであり、この場合も歯列矯正ワイヤー等に要求される特性を得ることは難しかった。特許文献１２においては、歯列矯正ワイヤー等に要求される０．５ｍｍ以下の極細ワイヤーには適していなかった。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、歯列矯正器具として使用する際に望ましい適度な剛性の確保、及び／または、適度なバネ特性を確保した特性を備える歯列矯正ワイヤーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明の第１は、直径０．５ｍｍ以下に加工された歯列矯正ワイヤーであって、Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなり、かつ、少なくともＮｉを含まないＴｉ基合金からなり、１．５％の伸び歪みを負荷したときに８００ＭＰａ以上の引張り強度を備えていることを特徴とする歯列矯正ワイヤーを提供する。
【００１０】
第１の発明によれば、人体に悪影響を及ぼすＮｉが含まれていないので、より安全性の高い歯列矯正ワイヤーが得られる。また、上述のような引張り強度を備えており、周知のＮｉ−Ｔｉ合金に比べて高い剛性が得られるので、高歯列移動力，ねじれ・折れ曲がり等を防止する耐キンク性等の各特性を向上させることができる。
【００１１】
本発明の第２は、直径０．５ｍｍ以下に加工された歯列矯正ワイヤーであって、Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなり、かつ、少なくともＮｉを含まないＴｉ基合金からなり、４％の伸び歪みを負荷後のスプリングバックが２％以上となるバネ特性を備えていることを特徴とする矯正ワイヤーを提供する。
【００１２】
第２の発明によれば、人体に悪影響を及ぼすＮｉが含まれていないので、より安全性の高い歯列矯正ワイヤーが得られる。また、上述のようなバネ特性を有し、少なくともステンレスよりは柔軟となり、適度な柔軟性を確保できるので、軟弱な歯列組織を傷める事無く移動力の付与が可能であり歯列の損傷を防止すると共に、塑性変形することなく確実に元の理想の歯列へ排列させることができる。
【００１３】
本発明の第３は、直径０．５ｍｍ以下に加工された歯列矯正ワイヤーであって、Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなり、かつ、少なくともＮｉを含まないＴｉ基合金からなり、１．５％の伸び歪みを負荷したときに８００ＭＰａ以上の引張り強度を備えており、かつ４％の伸び歪みを負荷後のスプリングバックが２％以上となるバネ特性を備えていることを特徴とする矯正ワイヤーを提供するものである。
【００１４】
第３の発明によれば、人体に悪影響を及ぼすＮｉが含まれていないので、より安全性を高くすることができると共に、歯列矯正ワイヤーの任意の部位には、上述のような引張り強度及びバネ特性を備えているので、適度な剛性を確保して、高歯列移動力，耐キンク性等を向上させ、かつ、他の任意の部位には適度なバネ特性を確保して、歯列矯正の損傷を防止し、確実な理想歯列の排列を行うことができ、歯列矯正治療に好適な歯列矯正ワイヤーが得られる。
【００１５】
本発明の第４は、前記第１〜３の発明のいずれか１つにおいて、前記歯列矯正ワイヤーには、Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｎが３〜１０ａｔ％含まれている歯列矯正ワイヤーを提供するものである。
【００１６】
本発明の第５は、前記第１〜３の発明のいずれか１つにおいて、前記歯列矯正ワイヤーには、Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｃが３〜１０ａｔ％含まれている歯列矯正ワイヤーを提供するものである。
【００１７】
本発明の第６は、前記第１〜３の発明のいずれか１つにおいて、Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｎが３〜１０ａｔ％，Ｓｃが０．１〜１０ａｔ％含まれている歯列矯正ワイヤーを提供するものである。
【００１８】
本発明の第７は、前記第１〜３の発明のいずれか１つにおいて、前記歯列矯正ワイヤーには、Ｎｂが１５〜３０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれている歯列矯正ワイヤーを提供するものである。
【００１９】
本発明の第８は、前記第１〜３の発明のいずれか１つにおいて、前記歯列矯正ワイヤーには、Ｔａ が２０〜３０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれている歯列矯正ワイヤーを提供するものである。
【００２０】
本発明の第９は、前記第１〜３の発明のいずれか１つにおいて、前記歯列矯正ワイヤーには、Ｈｆ が２０〜３０ａｔ％，Ｓｃ が１〜１０ａｔ％含まれている歯列矯正ワイヤーを提供するものである。
【００２１】
本発明の第９は、前記第１〜３の発明のいずれか１つにおいて、前記歯列矯正ワイヤーには、Ｚｒが３０〜４５ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれている歯列矯正ワイヤーを提供するものである。
【００２２】
前記第４〜９の発明によれば、各成分を、前記のごとく示す割合にて、コアのＴｉ基合金に含有させることにより、適度な剛性及びバネ特性を兼ね備える歯列矯正ワイヤーが得られるようになる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の歯列矯正ワイヤーによれば、人体に悪影響を及ぼすＮｉが含まれていないので、より安全性の高い歯列矯正ワイヤーが得られる。また、本発明の第１の歯列矯正ワイヤーによれば、適度な剛性として、歯列の移動力，耐キンク性等を向上させることができ、本発明の第２によれば、適度なバネ特性として、柔軟性及び理想歯列の排列を行うことができ、更に、本発明の第３によれば、基部にて適度な剛性を確保し、かつ、適度なバネ特性を確保して、理想的な歯列の排列を行え、歯列矯正治療に好適な歯列矯正ワイヤーが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の歯列矯正ワイヤーの実施の形態を示した斜視図である。
【図２】Ｔｉ−６Ｍｏ−４Ｓｎ合金の引張り強度と、繰り返しひずみ付加による応力―ひずみ曲線を示す図である。
【図３】本発明の歯列矯正ワイヤーにおける、引張り強度と、基部と両端部における応力―ひずみ曲線を示す図である。
【００２５】
本発明に係る歯列矯正ワイヤーは、例えば、図１に示すような歯列矯正ワイヤーとして提供される。図１に示す歯列矯正ワイヤー１は、０．５ｍｍ以下に線引き加工された極細線として提供される。この歯列矯正ワイヤーは、Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなり、かつ、少なくともＮｉを含まないＴｉ基合金からなる。
【００２６】
本発明に係る歯列矯正ワイヤーは、１．５％の伸び歪みを負荷したときに、８００ＭＰａ以上の引張り強度を備えている。より具体的には、歯列矯正ワイヤーは、インストロン型引張り試験機等によって、引張荷重を付与した場合であって、引張荷重付与前に対して１．５％の伸び歪みを生じさせたときに、８００ＭＰａ以上の引張り強度を備える。
【００２７】
本発明に係る歯列矯正ワイヤーは、或いは、４％の伸び歪みを負荷後のスプリングバックが、２％以上となるバネ特性を備えている。より具体的には、歯列矯正ワイヤーは、インストロン型引張り試験機等によって、引張荷重を付与した場合であって、引張荷重付与前に対して４％の伸び歪みを生じさせたときに、少なくとも２％以上が、引張荷重付与前の形状に復元するようなバネ特性を備えている。
【００２８】
歯列矯正ワイヤーは、前記引張り強度及びバネ特性双方を兼ね備えるものであってもよい。すなわち、基部の一部は、１．５％の伸び歪みを負荷したときに、８００ＭＰａ以上の引張り強度を備えており、かつ、基部の別部は、４％の伸び歪みを負荷後のスプリングバッグが、２％以上となるバネ特性を備えていてもよい。
【００２９】
そして、前述したように、Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含む、Ｔｉ基合金であって、前記引張り強度またはバネ特性を備える本発明のワイヤーを得るためには、上記の金属元素を、所定量含有するＴｉ合金が採用される。
【００３０】
すなわち、本発明に用いられるＴｉ基合金は、６５０℃を超える温度での溶体化処理によってＴｉ合金のβ相を安定化させることが可能で、かつ、６５０℃以下の温度での時効処理によって生じるω相やα相によって、その機械強度を任意とすることが可能であり、具体的には、Ｔｉ基合金の中でも加工性が優れたβ型もしくはｎｅａｒβ型のＴｉ基合金が採用される。Ｔｉ合金は、α相，β相，α＋β相，ω相等の相が存在する。β相は体心立方格子（ｂｃｃ）であるので、稠密六方格子（ｈｃｐ）であるα相よりも変形性が良好、すなわち、バネ特性がよいことが知られ、ω相はβ相からα相へ変態する際に生じるもので、このω相が存在すると著しく硬化することが知られている。
【００３１】
Ｔｉ基合金における歯列矯正ワイヤーの組成の第１態様としては、コアには、Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｎが３〜１０ａｔ％含まれていることが好ましい。
【００３２】
同第２態様としては、歯列矯正ワイヤーには、Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれていることが好ましい。
【００３３】
同第３態様としては、歯列矯正ワイヤーには、Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｎが３〜１０ａｔ％，Ｓｃが０．１〜１０ａｔ％含まれていることが好ましい。
【００３４】
同第４態様としては、歯列矯正ワイヤーには、Ｎｂが１５〜３０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれていることが好ましい。
【００３５】
同第５態様としては、歯列矯正ワイヤーには、Ｔａが２０〜３０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれていることが好ましい。
【００３６】
同第６態様としては、歯列矯正ワイヤーには、Ｈｆが２０〜３０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれていることが好ましい。
【００３７】
同第７態様としては、歯列矯正ワイヤーには、Ｚｒが３０〜４５ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれていることが好ましい。
【００３８】
歯列矯正ワイヤーの組成が、上述のように限定されている理由は、次の通りである。
【００３９】
前記金属元素の内、Ｍｏ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｓｃは、Ｔｉ合金のβ相の安定化を図るものである。そして、前記第１〜３の歯列矯正ワイヤーの態様において、Ｔｉ合金に対するＭｏの含有量が４〜１０％であるのは、４ａｔ％未満だとβ相の安定化が十分に図れず、１０ａｔ％を超えると十分なバネ特性が得られず好ましくないためである。
【００４０】
同様に、前記第４〜７の歯列矯正ワイヤーの態様において、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、ＺｒのＴｉ合金に対する含有量の上限及び下限を定めたのは、各金属元素が下限未満だとβ相の安定化が十分に図れず、上限を超えると十分なバネ特性が得られず好ましくないためである。
【００４１】
ＳｃもＭｏと同様に、Ｔｉ合金のβ相の安定化を図るものであるが、Ｍｏ、Ｎｂ等の他のβ相安定化元素と共存することにより、顕著なバネ特性が得られることが知られている。前記第２〜７のコアの態様において、Ｍｏ、Ｎｂ等と共にＳｃを含有させたのは、その顕著なバネ特性を得るためであるが、Ｔｉ合金に対するＳｃの含有量が１〜１０ａｔ％としたのは、０．１ａｔ％未満だとＳｃの顕著なバネ特性が得られず、１０％を超えるとＳｃの含有量が多すぎてコスト面で問題が生じ好ましくないためである（一般に、Ｓｃは極めて高価である）。
【００４２】
また、Ｓｎは、Ｔｉ合金のα相の安定化を図る金属元素であり、前記ω相の生成を抑制する性質が知られている。前記第１，第３の歯列矯正ワイヤーの態様において、Ｔｉ合金に対するＳｎの含有量を３〜１０ａｔ％としたのは、３ａｔ％未満だとα相の安定化やω相の生成を適度に抑えて所望の剛性にすることができず、１０ａｔ％を超えるとα相が極めて多くなりバネ特性が低下するので好ましくないためである。
【００４３】
更に、上述した第１〜７の態様の各コアには、不可避不純物の他、各態様を構成するβ相安定化元素（ 例えば、第１ 態様ではＭｏ）の他のβ相安定化元素（第１態様では、Ｎｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ等） や、Ａｇ，Ａｌ等のα相安定化元素等を、各コイルの態様の特性を損なわない程度に、微量に含有していてもよい。
【００４４】
以上の組成からなる歯列矯正ワイヤーは、は、次のような工程を経ることにより、基部の一部は、１．５％の伸び歪み時に８００ＭＰａ以上の引張り強度を有し、先端部は４％の伸び歪み後のスプリングバッグが２％以上となるバネ特性を有するようになる。
【００４５】
すなわち、前記組成よりなるＴｉ基合金を、熱間鍛造，熱間圧延，冷間加工等の公知の方法によって所定線径の線状に加工する。その後、コアを所定温度，所定時間で保持し、その後炉冷して、均質なβ相にするための熱処理が施される。この際の処理温度としては６５０℃を超える温度、好ましくは７００〜１１００℃であり、０．５〜１０分保持することにより、β相への均質化処理（以下、β化処理という）が施される。このβ化処理を施すことにより、コアは常温においても、十分なバネ特性を示すようになる。
【００４６】
β化処理を施した歯列矯正ワイヤーは、その後、基部の一部または基部全体を６５０℃以下の温度、好ましくは３００〜６００℃の温度でもって、１〜２０分保持することにより時効処理が施される。この時効処理により、Ｔｉ基合金からω相やα相が生成され、基部において所望の引張り強度を備える剛性の高い歯列矯正ワイヤーが得られる。
【００４７】
こうして、β化処理を施した後、時効処理を施すことにより、バネ特性が良好または、剛性の高い、或いはそれらを複合した歯列矯正ワイヤーが得られる。
【００４８】
また、前記の処理は、時効処理を先に行って、β化処理を後に行ってもよく、その順序は特に限定されない。
【００４９】
以上のような処理を施すことにより、図１に示すように歯列矯正ワイヤーが形成される。そして、本発明の歯列矯正ワイヤーによれば、人体に悪影響を及ぼすＮｉが含まれていないので、より安全性の高い歯列矯正ワイヤーが得られる。また、歯列矯正ワイヤーは上述のような引張り強度を備えており、周知のＮｉ−Ｔｉ合金に比べて高い剛性が得られるので、歯列矯正ワイヤーに高歯列移動力や、ねじれ・折れ曲がりを防止する耐キンク性等の各特性を向上させることができる。
【００５０】
また、以上のような時効処理を施さなかった歯列矯正ワイヤーの全部或いは基部の一部は、上述のようなバネ特性を有し、少なくともステンレスよりは柔軟となり、適度な柔軟性を確保できるので、軟弱な歯列組織の損傷を防止すると共に、塑性変形することなく確実に理想の歯列へ矯正させることができる。
【００５１】
また、前記工程により形成された歯列矯正ワイヤーは、基部またはその一部を、上述のような引張り強度及びバネ特性としたので、適度な剛性を確保すると共に、適度なバネ特性を確保して、歯列矯正治療に好適な歯列矯正ワイヤーが得られる。
【００５２】
なお、前記実施形態では、歯列矯正ワイヤーの基部の一部及び先端部の双方に熱処理を施しているが、どちらか一方のみを施してもよい。
【実施例】
【００５３】
（１）Ｔｉ基合金の作製
下記の表１〜３に示すようにβ型或いはｎｅａｒβ型となり得る合金組成（試料Ｎｏ．１〜５５）からなるインゴットを、アルゴンアーク溶解にて溶融し、これに熱間加工、冷間加工を施して、φ０．３ｍｍの線材を作製した。
【００５４】
【表１】
【００５５】
【表２】
【００５６】
【表２】
【００５７】
（２）加工性評価
前記試料１〜５５のうち、表１及び２に示す試料１〜３４について、前記冷間加工時における加工性の是非を評価した。その結果を、前記表１及び２に併せて示した。この場合、○は問題なく加工性が出来た場合で、△はやや加工速度を遅くしなければならなかったが、加工自体に問題はなかった場合で、×は加工中に割れや破断があった場合を示す。なお、表３中の合金については記載しないが、加工性に課題を残すいくつかの合金は見られたが、いずれも次に説明するバネ特性評価に用いることは可能な試料は作製できた。
【００５８】
（３）バネ特性評価
前記試料１〜５５のぞれぞれについて、１０００℃で０．５分保持し、その後炉冷して、β相への均質化処理を施した。そして、各試料をインストロン型引張り試験機にセットして、各試料に引張り荷重を付与して伸び歪みを生じさせた後、引張り荷重を除去するというサイクルを繰り返して、各試料がどの程度、元の形状に復帰するかを確認した。
【００５９】
なお、伸び歪みは、各試料のそれぞれについて、２％，４％，６％，８％付与して試験した。図２には、その一例として、Ｔｉ−６Ｍｏ−４Ｓｎ合金（試料３）の繰り返しひずみ付加による応力−ひずみ線図が示されている。図中、Ｈ１が２％，Ｈ２が４％，Ｈ３が６％，Ｈ４が８％の伸び歪み時をそれぞれ示している。
【００６０】
そして、４％の伸び歪み負荷後のスプリングバック（図２中、Ｓで示す）が２％以上であれば、本発明におけるバネ特性が良好であると判断した。なお、図２の場合、約２．９％のスプリンバックＳが認められる。前記表１〜３には、各試料１〜５５のバネ特性が併せて示されている。表中、○は４％伸び歪み負荷後のスプリングバッグＳが２％以上の場合で、×は該スプリングバックＳが２％よりも低い場合である。
【００６１】
（４）試料の選定
前記（２），（３）の加工性評価及びバネ特性評価の結果より、本発明の歯列矯正ワイヤーに最適なものを選定した。表１においては、試料１〜１３（実施例）であり、表２においては、試料２１〜３１であり、表３においては、試料３５〜４６である。それ以外の試料は、比較例とした。そして、実施例における各金属元素の組成から、本発明の範囲となる合金組成が特定できた。
【００６２】
（５）時効特性評価
表１〜表３の実施例に示す組成の試料を、１０００℃で１分保持してβ化処理を施した後、２００〜７００℃で各５分保持して、時効処理を施した後、インストロン型引張り試験機でもって、２％の伸び歪みを生じさせたときの、引張り強度を測定した。
【００６３】
同様に、表１〜表３の実施例に示す組成の試料を、強加工を施した後、２００℃〜７００℃で各５分保持して、時効処理を施した後、インストロン型引張り試験機でもって、２％の伸び歪みを生じさせたときの、引張り強度を測定した。
【００６４】
下記表４にβ化処理後、時効処理を施した場合、下記表５に強加工後、時効処理した場合の結果をそれぞれ示す。
【００６５】
【表３】
【００６６】
【表４】
【００６７】
表４，５中、○は１．５％伸び歪み時に、８００ＭＰａ以上の引張り強度が測定された場合で、×は２％伸び歪み時に、８００ＭＰａ未満の引張り強度が測定された場合である。
【００６８】
表４に示すように、β化処理を施した場合には、合金の組成の相違により、適度な時効処理温度の幅が変化することが理解できる。一方、表５に示すように、強加工を施した場合には、合金の組成に左右されず、広い温度範囲（２００〜６００℃）で、時効処理が可能であることが理解できる。なお、表３に示す試料については、その結果は示していないが、いずれも４００℃の時効処理で所要の強度は得ることができた。
【００６９】
（７）歯列矯正ワイヤーの作製及びその評価
Ｔｉ−６Ｍｏ−４Ｓｎ合金（試料３）を用いて、φ０．３ｍｍの歯列矯正ワイヤーを作製した。
【００７０】
すなわち、強加工を施してφ０．３ｍｍとした線材を、１０００℃で３０分間保持し、５５０℃で５分間保持し、時効処理を施した後、その両端部の約３０mm（先端の端面からの距離）を約７００℃ で、３０秒加熱してβ化処理を施し、図１に示す歯列矯正ワイヤーとほぼ同様の歯列矯正ワイヤーを作製した。
【００７１】
そして、作製した歯列矯正ワイヤーをインストロン型引張り試験によって、４％の伸び歪みが生じるまで引張り荷重を付与した後、引張り荷重を除去した。その際の、基部と両端部における応力―ひずみ曲線を図３に示した（両端部はＡ１、基部はＡ２で示す）。
【００７２】
この図３によれば、作製した歯列矯正ワイヤーは、基部にて２％伸び歪み時に約１０００ＭＰａの引張り強度を示し、４％の伸び歪み時には、１８００ＭＰａもの高い引張り強度を発揮することが分かる。一方、歯列矯正ワイヤーの両端部における、４％の伸び歪みを負荷後のスプリングバッグは、３．３％以上となり、優れたバネ特性を備えることが理解できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯列の矯正治療器具として使用される形状記憶合金からなる歯列矯正ワイヤーに関する。
【背景技術】
【０００２】
歯には持続的に弱い力が加わるとその方向に移動する性質があり、その性質を利用して口腔内に歯列矯正ワイヤーと呼ばれている矯正装置を入れ、歯に一定の力を持続的にかけて歯を人為的に動かし歯並びや噛み合わせを治療する歯列矯正が行われている。
【０００３】
歯列矯正ワイヤーは、歯列や周囲の生体組織の診断状況に応じてそれぞれに適したワイヤーを用いることが必要であり、例えば、適度な剛性があることが望ましいケース，硬すぎず柔らかすぎず適度な柔軟性を有し、かつ、塑性変形せずに元の形状に戻る形状復元性を兼ね備えるバネ特性（弾性）を有することが望ましいケース、或いはその両方が求められるケース等が存在する。
【０００４】
そのため歯列矯正ワイヤーには、ステンレス線やＴｉ−Ｎｉ合金線等が用いられる。ステンレス線は剛性が高く歯列移動力に優れ、また意図的な変形によるベンディングテクニック加工が可能であるが、塑性変形を受け易い。一方、Ｔｉ−Ｎｉ合金線は、マルテンサイト変態の逆変態に付随して顕著な形状記憶を示し（例えば、特許文献１参照。）、逆変態後の母相での強変形によって誘起される応力誘起マルテンサイト変態に伴い良好な超弾性を示すので近年広く実用化されている（例えば、特許文献２〜４参照。）。
【０００５】
しかしながら、上述したＴｉ−Ｎｉ合金製の歯列矯正ワイヤーは、Ｎｉの成分が溶出して金属アレルギーを引き起こす可能性がある。また、金属アレルギーの原因となるＮｉを含まないＴｉ基合金が考案されている。Ｎｉを含まないＴｉ基合金としては、耐腐食性チタン合金としてβ型Ｔｉ合金にＡｇを１〜２ｗｔ％含むものが開示され（例えば、特許文献５参照。）、冷間加工用低強度・高延性Ｔｉ合金であって、６ｗｔ％≦ Ｍｏ≦１８ｗｔ％および０．５ｗｔ％≦Ｓｎ≦１０ｗｔ％、残部をＴｉのものが開示され（例えば、特許文献６及び７参照。）、チタンに１０〜１５ｗｔ％のＭｏを含有させた形状記憶チタン合金が開示され（例えば、特許文献８参照。）、Ｔｉ−Ｚｒ系合金からなる医療器具が開示され（例えば、特許文献９参照。）、Ｔｉ-Ｍｏ基合金バネが開示され（例えば、特許文献１０参照）、Ｔｉ−Ｓｃ系形状記憶合金が開示されている（例えば、特許文献１１参照。）。
【０００６】
また、加工性が良く生体適合性に優れた合金として、Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなる管状器具への挿入具が開示されている（特許文献１２参照。）。
【特許文献１】米国特許第３１７４８５１号明細書
【特許文献２】特開昭５８−１６１７５３号公報
【特許文献３】特開昭６１−１０６１７３号公報
【特許文献４】特開昭６３−２２３１３８号公報
【特許文献５】特開昭５３−１２３３２３号公報
【特許文献６】特開平１−１２９９４１号公報
【特許文献７】特開平４− ２１４８３０号公報
【特許文献８】特開昭５９−５６５５４号公報
【特許文献９】特開２００１−３１２６号公報
【特許文献１０】特開２００４−１８３０１４号公報
【特許文献１１】特開２００４−２０４２４５号公報
【特許文献１２】特開２００６−３１４５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜４に開示されているＴｉ−Ｎｉ合金は前述の通り金属アレルギーを引き起こす可能性がある。特許文献５〜８はＮｉを含まないが、医療用途に用いられることを前提したものではなく、歯列矯正ワイヤー等に要求される上述した剛性やバネ特性等の特性を満足させることはできなかった。また、特許文献９は、ガイドワイヤー等に用いられるものであるが、高強度で加工性に優れるものを提供することを主目的としており、この場合も歯列矯正ワイヤー等に要求される前記特性を満足させることはできなかった。更に、特許文献１０は、良好な加工性及びバネ性を備えるＴｉ−Ｍｏ基合金ばね材が開示されているが、バネ性を部材のどの範囲に付与するかについて何ら記載されておらず、歯列矯正ワイヤー等に要求される前記特性を得ることは難しい。特許文献１１においても、Ｎｉを含まず生体適合性がよいＴｉ−Ｓｃ系形状記憶合金が開示されているのみであり、この場合も歯列矯正ワイヤー等に要求される特性を得ることは難しかった。特許文献１２においては、歯列矯正ワイヤー等に要求される０．５ｍｍ以下の極細ワイヤーには適していなかった。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、歯列矯正器具として使用する際に望ましい適度な剛性の確保、及び／または、適度なバネ特性を確保した特性を備える歯列矯正ワイヤーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明の第１は、直径０．５ｍｍ以下に加工された歯列矯正ワイヤーであって、Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなり、かつ、少なくともＮｉを含まないＴｉ基合金からなり、１．５％の伸び歪みを負荷したときに８００ＭＰａ以上の引張り強度を備えていることを特徴とする歯列矯正ワイヤーを提供する。
【００１０】
第１の発明によれば、人体に悪影響を及ぼすＮｉが含まれていないので、より安全性の高い歯列矯正ワイヤーが得られる。また、上述のような引張り強度を備えており、周知のＮｉ−Ｔｉ合金に比べて高い剛性が得られるので、高歯列移動力，ねじれ・折れ曲がり等を防止する耐キンク性等の各特性を向上させることができる。
【００１１】
本発明の第２は、直径０．５ｍｍ以下に加工された歯列矯正ワイヤーであって、Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなり、かつ、少なくともＮｉを含まないＴｉ基合金からなり、４％の伸び歪みを負荷後のスプリングバックが２％以上となるバネ特性を備えていることを特徴とする矯正ワイヤーを提供する。
【００１２】
第２の発明によれば、人体に悪影響を及ぼすＮｉが含まれていないので、より安全性の高い歯列矯正ワイヤーが得られる。また、上述のようなバネ特性を有し、少なくともステンレスよりは柔軟となり、適度な柔軟性を確保できるので、軟弱な歯列組織を傷める事無く移動力の付与が可能であり歯列の損傷を防止すると共に、塑性変形することなく確実に元の理想の歯列へ排列させることができる。
【００１３】
本発明の第３は、直径０．５ｍｍ以下に加工された歯列矯正ワイヤーであって、Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなり、かつ、少なくともＮｉを含まないＴｉ基合金からなり、１．５％の伸び歪みを負荷したときに８００ＭＰａ以上の引張り強度を備えており、かつ４％の伸び歪みを負荷後のスプリングバックが２％以上となるバネ特性を備えていることを特徴とする矯正ワイヤーを提供するものである。
【００１４】
第３の発明によれば、人体に悪影響を及ぼすＮｉが含まれていないので、より安全性を高くすることができると共に、歯列矯正ワイヤーの任意の部位には、上述のような引張り強度及びバネ特性を備えているので、適度な剛性を確保して、高歯列移動力，耐キンク性等を向上させ、かつ、他の任意の部位には適度なバネ特性を確保して、歯列矯正の損傷を防止し、確実な理想歯列の排列を行うことができ、歯列矯正治療に好適な歯列矯正ワイヤーが得られる。
【００１５】
本発明の第４は、前記第１〜３の発明のいずれか１つにおいて、前記歯列矯正ワイヤーには、Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｎが３〜１０ａｔ％含まれている歯列矯正ワイヤーを提供するものである。
【００１６】
本発明の第５は、前記第１〜３の発明のいずれか１つにおいて、前記歯列矯正ワイヤーには、Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｃが３〜１０ａｔ％含まれている歯列矯正ワイヤーを提供するものである。
【００１７】
本発明の第６は、前記第１〜３の発明のいずれか１つにおいて、Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｎが３〜１０ａｔ％，Ｓｃが０．１〜１０ａｔ％含まれている歯列矯正ワイヤーを提供するものである。
【００１８】
本発明の第７は、前記第１〜３の発明のいずれか１つにおいて、前記歯列矯正ワイヤーには、Ｎｂが１５〜３０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれている歯列矯正ワイヤーを提供するものである。
【００１９】
本発明の第８は、前記第１〜３の発明のいずれか１つにおいて、前記歯列矯正ワイヤーには、Ｔａ が２０〜３０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれている歯列矯正ワイヤーを提供するものである。
【００２０】
本発明の第９は、前記第１〜３の発明のいずれか１つにおいて、前記歯列矯正ワイヤーには、Ｈｆ が２０〜３０ａｔ％，Ｓｃ が１〜１０ａｔ％含まれている歯列矯正ワイヤーを提供するものである。
【００２１】
本発明の第９は、前記第１〜３の発明のいずれか１つにおいて、前記歯列矯正ワイヤーには、Ｚｒが３０〜４５ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれている歯列矯正ワイヤーを提供するものである。
【００２２】
前記第４〜９の発明によれば、各成分を、前記のごとく示す割合にて、コアのＴｉ基合金に含有させることにより、適度な剛性及びバネ特性を兼ね備える歯列矯正ワイヤーが得られるようになる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の歯列矯正ワイヤーによれば、人体に悪影響を及ぼすＮｉが含まれていないので、より安全性の高い歯列矯正ワイヤーが得られる。また、本発明の第１の歯列矯正ワイヤーによれば、適度な剛性として、歯列の移動力，耐キンク性等を向上させることができ、本発明の第２によれば、適度なバネ特性として、柔軟性及び理想歯列の排列を行うことができ、更に、本発明の第３によれば、基部にて適度な剛性を確保し、かつ、適度なバネ特性を確保して、理想的な歯列の排列を行え、歯列矯正治療に好適な歯列矯正ワイヤーが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の歯列矯正ワイヤーの実施の形態を示した斜視図である。
【図２】Ｔｉ−６Ｍｏ−４Ｓｎ合金の引張り強度と、繰り返しひずみ付加による応力―ひずみ曲線を示す図である。
【図３】本発明の歯列矯正ワイヤーにおける、引張り強度と、基部と両端部における応力―ひずみ曲線を示す図である。
【００２５】
本発明に係る歯列矯正ワイヤーは、例えば、図１に示すような歯列矯正ワイヤーとして提供される。図１に示す歯列矯正ワイヤー１は、０．５ｍｍ以下に線引き加工された極細線として提供される。この歯列矯正ワイヤーは、Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなり、かつ、少なくともＮｉを含まないＴｉ基合金からなる。
【００２６】
本発明に係る歯列矯正ワイヤーは、１．５％の伸び歪みを負荷したときに、８００ＭＰａ以上の引張り強度を備えている。より具体的には、歯列矯正ワイヤーは、インストロン型引張り試験機等によって、引張荷重を付与した場合であって、引張荷重付与前に対して１．５％の伸び歪みを生じさせたときに、８００ＭＰａ以上の引張り強度を備える。
【００２７】
本発明に係る歯列矯正ワイヤーは、或いは、４％の伸び歪みを負荷後のスプリングバックが、２％以上となるバネ特性を備えている。より具体的には、歯列矯正ワイヤーは、インストロン型引張り試験機等によって、引張荷重を付与した場合であって、引張荷重付与前に対して４％の伸び歪みを生じさせたときに、少なくとも２％以上が、引張荷重付与前の形状に復元するようなバネ特性を備えている。
【００２８】
歯列矯正ワイヤーは、前記引張り強度及びバネ特性双方を兼ね備えるものであってもよい。すなわち、基部の一部は、１．５％の伸び歪みを負荷したときに、８００ＭＰａ以上の引張り強度を備えており、かつ、基部の別部は、４％の伸び歪みを負荷後のスプリングバッグが、２％以上となるバネ特性を備えていてもよい。
【００２９】
そして、前述したように、Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含む、Ｔｉ基合金であって、前記引張り強度またはバネ特性を備える本発明のワイヤーを得るためには、上記の金属元素を、所定量含有するＴｉ合金が採用される。
【００３０】
すなわち、本発明に用いられるＴｉ基合金は、６５０℃を超える温度での溶体化処理によってＴｉ合金のβ相を安定化させることが可能で、かつ、６５０℃以下の温度での時効処理によって生じるω相やα相によって、その機械強度を任意とすることが可能であり、具体的には、Ｔｉ基合金の中でも加工性が優れたβ型もしくはｎｅａｒβ型のＴｉ基合金が採用される。Ｔｉ合金は、α相，β相，α＋β相，ω相等の相が存在する。β相は体心立方格子（ｂｃｃ）であるので、稠密六方格子（ｈｃｐ）であるα相よりも変形性が良好、すなわち、バネ特性がよいことが知られ、ω相はβ相からα相へ変態する際に生じるもので、このω相が存在すると著しく硬化することが知られている。
【００３１】
Ｔｉ基合金における歯列矯正ワイヤーの組成の第１態様としては、コアには、Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｎが３〜１０ａｔ％含まれていることが好ましい。
【００３２】
同第２態様としては、歯列矯正ワイヤーには、Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれていることが好ましい。
【００３３】
同第３態様としては、歯列矯正ワイヤーには、Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｎが３〜１０ａｔ％，Ｓｃが０．１〜１０ａｔ％含まれていることが好ましい。
【００３４】
同第４態様としては、歯列矯正ワイヤーには、Ｎｂが１５〜３０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれていることが好ましい。
【００３５】
同第５態様としては、歯列矯正ワイヤーには、Ｔａが２０〜３０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれていることが好ましい。
【００３６】
同第６態様としては、歯列矯正ワイヤーには、Ｈｆが２０〜３０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれていることが好ましい。
【００３７】
同第７態様としては、歯列矯正ワイヤーには、Ｚｒが３０〜４５ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれていることが好ましい。
【００３８】
歯列矯正ワイヤーの組成が、上述のように限定されている理由は、次の通りである。
【００３９】
前記金属元素の内、Ｍｏ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｓｃは、Ｔｉ合金のβ相の安定化を図るものである。そして、前記第１〜３の歯列矯正ワイヤーの態様において、Ｔｉ合金に対するＭｏの含有量が４〜１０％であるのは、４ａｔ％未満だとβ相の安定化が十分に図れず、１０ａｔ％を超えると十分なバネ特性が得られず好ましくないためである。
【００４０】
同様に、前記第４〜７の歯列矯正ワイヤーの態様において、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、ＺｒのＴｉ合金に対する含有量の上限及び下限を定めたのは、各金属元素が下限未満だとβ相の安定化が十分に図れず、上限を超えると十分なバネ特性が得られず好ましくないためである。
【００４１】
ＳｃもＭｏと同様に、Ｔｉ合金のβ相の安定化を図るものであるが、Ｍｏ、Ｎｂ等の他のβ相安定化元素と共存することにより、顕著なバネ特性が得られることが知られている。前記第２〜７のコアの態様において、Ｍｏ、Ｎｂ等と共にＳｃを含有させたのは、その顕著なバネ特性を得るためであるが、Ｔｉ合金に対するＳｃの含有量が１〜１０ａｔ％としたのは、０．１ａｔ％未満だとＳｃの顕著なバネ特性が得られず、１０％を超えるとＳｃの含有量が多すぎてコスト面で問題が生じ好ましくないためである（一般に、Ｓｃは極めて高価である）。
【００４２】
また、Ｓｎは、Ｔｉ合金のα相の安定化を図る金属元素であり、前記ω相の生成を抑制する性質が知られている。前記第１，第３の歯列矯正ワイヤーの態様において、Ｔｉ合金に対するＳｎの含有量を３〜１０ａｔ％としたのは、３ａｔ％未満だとα相の安定化やω相の生成を適度に抑えて所望の剛性にすることができず、１０ａｔ％を超えるとα相が極めて多くなりバネ特性が低下するので好ましくないためである。
【００４３】
更に、上述した第１〜７の態様の各コアには、不可避不純物の他、各態様を構成するβ相安定化元素（ 例えば、第１ 態様ではＭｏ）の他のβ相安定化元素（第１態様では、Ｎｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ等） や、Ａｇ，Ａｌ等のα相安定化元素等を、各コイルの態様の特性を損なわない程度に、微量に含有していてもよい。
【００４４】
以上の組成からなる歯列矯正ワイヤーは、は、次のような工程を経ることにより、基部の一部は、１．５％の伸び歪み時に８００ＭＰａ以上の引張り強度を有し、先端部は４％の伸び歪み後のスプリングバッグが２％以上となるバネ特性を有するようになる。
【００４５】
すなわち、前記組成よりなるＴｉ基合金を、熱間鍛造，熱間圧延，冷間加工等の公知の方法によって所定線径の線状に加工する。その後、コアを所定温度，所定時間で保持し、その後炉冷して、均質なβ相にするための熱処理が施される。この際の処理温度としては６５０℃を超える温度、好ましくは７００〜１１００℃であり、０．５〜１０分保持することにより、β相への均質化処理（以下、β化処理という）が施される。このβ化処理を施すことにより、コアは常温においても、十分なバネ特性を示すようになる。
【００４６】
β化処理を施した歯列矯正ワイヤーは、その後、基部の一部または基部全体を６５０℃以下の温度、好ましくは３００〜６００℃の温度でもって、１〜２０分保持することにより時効処理が施される。この時効処理により、Ｔｉ基合金からω相やα相が生成され、基部において所望の引張り強度を備える剛性の高い歯列矯正ワイヤーが得られる。
【００４７】
こうして、β化処理を施した後、時効処理を施すことにより、バネ特性が良好または、剛性の高い、或いはそれらを複合した歯列矯正ワイヤーが得られる。
【００４８】
また、前記の処理は、時効処理を先に行って、β化処理を後に行ってもよく、その順序は特に限定されない。
【００４９】
以上のような処理を施すことにより、図１に示すように歯列矯正ワイヤーが形成される。そして、本発明の歯列矯正ワイヤーによれば、人体に悪影響を及ぼすＮｉが含まれていないので、より安全性の高い歯列矯正ワイヤーが得られる。また、歯列矯正ワイヤーは上述のような引張り強度を備えており、周知のＮｉ−Ｔｉ合金に比べて高い剛性が得られるので、歯列矯正ワイヤーに高歯列移動力や、ねじれ・折れ曲がりを防止する耐キンク性等の各特性を向上させることができる。
【００５０】
また、以上のような時効処理を施さなかった歯列矯正ワイヤーの全部或いは基部の一部は、上述のようなバネ特性を有し、少なくともステンレスよりは柔軟となり、適度な柔軟性を確保できるので、軟弱な歯列組織の損傷を防止すると共に、塑性変形することなく確実に理想の歯列へ矯正させることができる。
【００５１】
また、前記工程により形成された歯列矯正ワイヤーは、基部またはその一部を、上述のような引張り強度及びバネ特性としたので、適度な剛性を確保すると共に、適度なバネ特性を確保して、歯列矯正治療に好適な歯列矯正ワイヤーが得られる。
【００５２】
なお、前記実施形態では、歯列矯正ワイヤーの基部の一部及び先端部の双方に熱処理を施しているが、どちらか一方のみを施してもよい。
【実施例】
【００５３】
（１）Ｔｉ基合金の作製
下記の表１〜３に示すようにβ型或いはｎｅａｒβ型となり得る合金組成（試料Ｎｏ．１〜５５）からなるインゴットを、アルゴンアーク溶解にて溶融し、これに熱間加工、冷間加工を施して、φ０．３ｍｍの線材を作製した。
【００５４】
【表１】
【００５５】
【表２】
【００５６】
【表２】
【００５７】
（２）加工性評価
前記試料１〜５５のうち、表１及び２に示す試料１〜３４について、前記冷間加工時における加工性の是非を評価した。その結果を、前記表１及び２に併せて示した。この場合、○は問題なく加工性が出来た場合で、△はやや加工速度を遅くしなければならなかったが、加工自体に問題はなかった場合で、×は加工中に割れや破断があった場合を示す。なお、表３中の合金については記載しないが、加工性に課題を残すいくつかの合金は見られたが、いずれも次に説明するバネ特性評価に用いることは可能な試料は作製できた。
【００５８】
（３）バネ特性評価
前記試料１〜５５のぞれぞれについて、１０００℃で０．５分保持し、その後炉冷して、β相への均質化処理を施した。そして、各試料をインストロン型引張り試験機にセットして、各試料に引張り荷重を付与して伸び歪みを生じさせた後、引張り荷重を除去するというサイクルを繰り返して、各試料がどの程度、元の形状に復帰するかを確認した。
【００５９】
なお、伸び歪みは、各試料のそれぞれについて、２％，４％，６％，８％付与して試験した。図２には、その一例として、Ｔｉ−６Ｍｏ−４Ｓｎ合金（試料３）の繰り返しひずみ付加による応力−ひずみ線図が示されている。図中、Ｈ１が２％，Ｈ２が４％，Ｈ３が６％，Ｈ４が８％の伸び歪み時をそれぞれ示している。
【００６０】
そして、４％の伸び歪み負荷後のスプリングバック（図２中、Ｓで示す）が２％以上であれば、本発明におけるバネ特性が良好であると判断した。なお、図２の場合、約２．９％のスプリンバックＳが認められる。前記表１〜３には、各試料１〜５５のバネ特性が併せて示されている。表中、○は４％伸び歪み負荷後のスプリングバッグＳが２％以上の場合で、×は該スプリングバックＳが２％よりも低い場合である。
【００６１】
（４）試料の選定
前記（２），（３）の加工性評価及びバネ特性評価の結果より、本発明の歯列矯正ワイヤーに最適なものを選定した。表１においては、試料１〜１３（実施例）であり、表２においては、試料２１〜３１であり、表３においては、試料３５〜４６である。それ以外の試料は、比較例とした。そして、実施例における各金属元素の組成から、本発明の範囲となる合金組成が特定できた。
【００６２】
（５）時効特性評価
表１〜表３の実施例に示す組成の試料を、１０００℃で１分保持してβ化処理を施した後、２００〜７００℃で各５分保持して、時効処理を施した後、インストロン型引張り試験機でもって、２％の伸び歪みを生じさせたときの、引張り強度を測定した。
【００６３】
同様に、表１〜表３の実施例に示す組成の試料を、強加工を施した後、２００℃〜７００℃で各５分保持して、時効処理を施した後、インストロン型引張り試験機でもって、２％の伸び歪みを生じさせたときの、引張り強度を測定した。
【００６４】
下記表４にβ化処理後、時効処理を施した場合、下記表５に強加工後、時効処理した場合の結果をそれぞれ示す。
【００６５】
【表３】
【００６６】
【表４】
【００６７】
表４，５中、○は１．５％伸び歪み時に、８００ＭＰａ以上の引張り強度が測定された場合で、×は２％伸び歪み時に、８００ＭＰａ未満の引張り強度が測定された場合である。
【００６８】
表４に示すように、β化処理を施した場合には、合金の組成の相違により、適度な時効処理温度の幅が変化することが理解できる。一方、表５に示すように、強加工を施した場合には、合金の組成に左右されず、広い温度範囲（２００〜６００℃）で、時効処理が可能であることが理解できる。なお、表３に示す試料については、その結果は示していないが、いずれも４００℃の時効処理で所要の強度は得ることができた。
【００６９】
（７）歯列矯正ワイヤーの作製及びその評価
Ｔｉ−６Ｍｏ−４Ｓｎ合金（試料３）を用いて、φ０．３ｍｍの歯列矯正ワイヤーを作製した。
【００７０】
すなわち、強加工を施してφ０．３ｍｍとした線材を、１０００℃で３０分間保持し、５５０℃で５分間保持し、時効処理を施した後、その両端部の約３０mm（先端の端面からの距離）を約７００℃ で、３０秒加熱してβ化処理を施し、図１に示す歯列矯正ワイヤーとほぼ同様の歯列矯正ワイヤーを作製した。
【００７１】
そして、作製した歯列矯正ワイヤーをインストロン型引張り試験によって、４％の伸び歪みが生じるまで引張り荷重を付与した後、引張り荷重を除去した。その際の、基部と両端部における応力―ひずみ曲線を図３に示した（両端部はＡ１、基部はＡ２で示す）。
【００７２】
この図３によれば、作製した歯列矯正ワイヤーは、基部にて２％伸び歪み時に約１０００ＭＰａの引張り強度を示し、４％の伸び歪み時には、１８００ＭＰａもの高い引張り強度を発揮することが分かる。一方、歯列矯正ワイヤーの両端部における、４％の伸び歪みを負荷後のスプリングバッグは、３．３％以上となり、優れたバネ特性を備えることが理解できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径０．５ｍｍ以下に加工された歯列矯正ワイヤーであって、
Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなり、かつ、少なくともＮｉを含まないＴｉ基合金からなり、１．５％の伸び歪みを負荷したときに８００ＭＰａ以上の引張り強度を備えていることを特徴とする歯列矯正ワイヤー。
【請求項２】
直径０．５ｍｍ以下に加工された歯列矯正ワイヤーであって、
Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなり、かつ、少なくともＮｉを含まないＴｉ基合金からなり、４％の伸び歪みを負荷後のスプリングバックが２％以上となるバネ特性を備えていることを特徴とする矯正ワイヤー。
【請求項３】
直径０．５ｍｍ以下に加工された歯列矯正ワイヤーであって、
Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなり、かつ、少なくともＮｉを含まないＴｉ基合金からなり、１．５％の伸び歪みを負荷したときに８００ＭＰａ以上の引張り強度を備えており、かつ４％の伸び歪みを負荷後のスプリングバックが２％以上となるバネ特性を備えていることを特徴とする矯正ワイヤー。
【請求項４】
Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｎが３〜１０ａｔ％含まれている請求項１〜３のいずれか１つに記載の歯列矯正ワイヤー
【請求項５】
Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｃが３〜１０ａｔ％含まれている請求項１〜３のいずれか１つに記載の歯列矯正ワイヤー
【請求項６】
Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｎが３〜１０ａｔ％，Ｓｃが０．１〜１０ａｔ％含まれている請求項１〜３のいずれか１つに記載の歯列矯正ワイヤー。
【請求項７】
Ｎｂが１５〜３０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれている請求項１〜３のいずれか１つに記載の歯列矯正ワイヤー。
【請求項８】
Ｔａが２０〜３０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれている請求項１〜３のいずれか１つに記載の歯列矯正ワイヤー。
【請求項９】
Ｈｆが２０〜３０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれている請求項１〜３のいずれか１つに記載の歯列矯正ワイヤー。
【請求項１０】
Ｚｒが３０〜４５ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれている請求項１〜３のいずれか１つに記載の歯列矯正ワイヤー。
【請求項１】
直径０．５ｍｍ以下に加工された歯列矯正ワイヤーであって、
Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなり、かつ、少なくともＮｉを含まないＴｉ基合金からなり、１．５％の伸び歪みを負荷したときに８００ＭＰａ以上の引張り強度を備えていることを特徴とする歯列矯正ワイヤー。
【請求項２】
直径０．５ｍｍ以下に加工された歯列矯正ワイヤーであって、
Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなり、かつ、少なくともＮｉを含まないＴｉ基合金からなり、４％の伸び歪みを負荷後のスプリングバックが２％以上となるバネ特性を備えていることを特徴とする矯正ワイヤー。
【請求項３】
直径０．５ｍｍ以下に加工された歯列矯正ワイヤーであって、
Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｃ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒから選ばれた少なくとも２種を含み、残部がＴｉ及び不可避不純物からなり、かつ、少なくともＮｉを含まないＴｉ基合金からなり、１．５％の伸び歪みを負荷したときに８００ＭＰａ以上の引張り強度を備えており、かつ４％の伸び歪みを負荷後のスプリングバックが２％以上となるバネ特性を備えていることを特徴とする矯正ワイヤー。
【請求項４】
Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｎが３〜１０ａｔ％含まれている請求項１〜３のいずれか１つに記載の歯列矯正ワイヤー
【請求項５】
Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｃが３〜１０ａｔ％含まれている請求項１〜３のいずれか１つに記載の歯列矯正ワイヤー
【請求項６】
Ｍｏが４〜１０ａｔ％，Ｓｎが３〜１０ａｔ％，Ｓｃが０．１〜１０ａｔ％含まれている請求項１〜３のいずれか１つに記載の歯列矯正ワイヤー。
【請求項７】
Ｎｂが１５〜３０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれている請求項１〜３のいずれか１つに記載の歯列矯正ワイヤー。
【請求項８】
Ｔａが２０〜３０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれている請求項１〜３のいずれか１つに記載の歯列矯正ワイヤー。
【請求項９】
Ｈｆが２０〜３０ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれている請求項１〜３のいずれか１つに記載の歯列矯正ワイヤー。
【請求項１０】
Ｚｒが３０〜４５ａｔ％，Ｓｃが１〜１０ａｔ％含まれている請求項１〜３のいずれか１つに記載の歯列矯正ワイヤー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−４５０８０（Ｐ２０１２−４５０８０Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８８０７４（Ｐ２０１０−１８８０７４）
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（０００１８１２１７）株式会社ジーシー (279)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（０００１８１２１７）株式会社ジーシー (279)
【Ｆターム（参考）】
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