(57)【要約】   【課題】表面硬度がＨｖ４００以上のＴｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ合金製の歯列矯正スロットライナを得る。  【解決手段】Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ合金で構成される帯状の板材あるいは線材を曲げ加工して断面円弧状にし、次いで、底面を圧縮してその肉を左右に押しやって角部の肉圧の減少を防止または増大させつつ曲げ加工して断面Ｕ形または凹形に形成し、さらに、上下左右のローラで加圧して最終の断面凹形に形成した後、熱処理を施すことにより、スロットライナの表面硬度をＨｖ４００以上にすることで課題解決の手段とする。  【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ合金で構成される歯列矯正スロットライナであって、同歯列矯正スロットライナの表面硬度がＨｖ４００以上であることを特徴とする歯列矯正スロットライナ。
【請求項２】
Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ合金で構成される帯状の板材あるいは線材を曲げ加工して断面円弧状にし、次いで、底面を圧縮してその肉を左右に押しやって角部の肉圧の減少を防止または増大させつつ曲げ加工して断面Ｕ形または凹形に形成し、さらに、上下左右のローラで加圧して最終の断面凹形に形成した後、熱処理を施して、Ｈｖ４００以上の表面硬度を得るようにしたことを特徴とする歯列矯正スロットライナの製造方法。
【請求項３】
上記熱処理が、上記最終の断面凹形に形成されたワ−クを、６９０°Ｃ〜７１０°Ｃの不活性ガス雰囲気下で５〜２０分間保持する真直矯正工程と、同真直矯正工程を経たワークを５００°Ｃの不活性ガス雰囲気下で１時間以上保持する時効処理工程とからなることを特徴とする請求項２記載の歯列矯正スロットライナの製造方法。
【請求項４】
上記熱処理が、上記最終の断面凹形に形成されたワークを、６４０°Ｃ〜６６０°Ｃの不活性ガス雰囲気下で５〜２０分間保持する真直矯正工程と、同真直矯正工程を経たワークを５００°Ｃの不活性ガス雰囲気下で２時間以上保持する時効処理工程とからなることを特徴とする請求項２記載の歯列矯正スロットライナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯列矯正治療に使用されるブラケットに結合される金属製溝部材、すなわちアーチワイヤスロットライナ（以下「歯列矯正スロットライナ」または「スロットライナ」という）およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯列矯正治療とは、歯並びをきれいに整える治療であり、歯のそれぞれにブラケットを貼り付け、各ブラケットの溝部（スロット）に、断面丸形あるいは断面四角形のアーチワイヤを嵌め、このアーチワイヤに長い期間張力を付与することにより、歯並びを徐々に整えていく治療である。
【０００３】
上記ブラケットは、通常プラスチック製であり、そのスロットは直接アーチワイヤを通してアーチワイヤ（ステンレス製）に長い期間張力を付与するとブラケットのスロットが磨耗してアーチワイヤが徐々に緩んで治療効果が低下する。そこで、スロットに断面凹状の金属製の部材、すなわちスロットライナを嵌めてブラケットのスロットの磨耗を防止している。
【０００４】
一般に、上述のスロットライナには、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３１６Ｌ）や金合金等の貴金属類が使用されている。
しかし、ステンレス鋼には、Ｎｉなどの毒性元素が含有されているため、生体アレルギーの原因となるという問題点があり、また、金などの貴金属では十分な強度が得られず、治療時にスロットが変形してしまい、治療に必要な安定した固定状態を保つことが難しいという問題点がある。
これらの問題点を解決すべく、例えば特許文献１に記載されているような、Ｔｉ系合金を材料としたスロットライナが従来提案されている。
【特許文献１】特公昭６０−２８５０３号公報
【０００５】
Ｔｉ系合金は硬度が高いので、加工が難しく、したがって、製造コストが高くなるという欠点がある。
本発明者らは、先に、Ｔｉ系合金を材料としたスロットライナの安価な製造方法を発明した（特願２００４−０２１７４５号）。
【０００６】
ここで、特願２００４−０２１７４５号の発明について、説明する。
図１、図２において、符号「Ｗ」はＴｉ系合金製のワ−クを示しており、ここに示す例では、素材は幅２．０ｍｍ，厚さ０．４ｍｍの細長い帯状の線材（ワーク）である。そして、これが、最終工程により、幅１．０ｍｍ，高さ１．０ｍｍ，溝幅０．４ｍｍ，溝深さ０．７ｍｍの断面凹形条材Ｗ７に成形される。以下その工程を説明する。
【０００７】
第１工程（パス１）において、ワーク当圧面１１が円弧状凹面に形成された第１下ローラ１と、ワーク当圧面１２が第１下ローラ１のワーク当圧面１１の円弧状凹面の曲率半径とほぼ同一の曲率半径の円弧状凸部に形成された第１上ローラ１ａとで、平板状の素材が、符号Ｗ１で示すような、すこし湾曲された断面形状に曲げ加工される。
【０００８】
第２工程（パス２）において、ワーク当圧面２１がその曲率半径をパス１の円弧状凹面よりも小さい円弧状凹面に形成された第２下ローラ２と、ワーク当圧面２２が第２下ローラ２のワーク当圧面２１の円弧状凹面の曲率半径とほぼ同一の曲率半径の円弧状凸部に形
成された第２上ローラ２ａとで、第１工程（パス１）において曲げ加工された被加工物（ワーク）が、符号Ｗ２で示すような、さらに湾曲された断面形状に曲げ加工される。
【０００９】
第３工程（パス３）において、ワーク当圧面３１がその曲率半径をパス２の円弧状凹面よりも小さい円弧状凹面に形成された第３下ローラ３と、ワーク当圧面３２が第３下ローラ３のワーク当圧面３１の円弧状凹面の曲率半径とほぼ同一の曲率半径のＵ形凸部に形成された第３上ローラ３ａとで、第２工程（パス２）において曲げ加工されたワークが、符号Ｗ３で示すようなさらに湾曲された断面形状に曲げ加工される。
【００１０】
第４工程（パス４）において、ワーク当圧面４１がその曲率半径をパス３の円弧状凹面よりも小さいＵ形溝に形成された第４下ローラ４と、ワーク当圧面４２が第４下ローラ４のワーク当圧面４１のＵ形溝の曲率半径とほぼ同一の曲率半径のＵ形凸部に形成された第４上ローラ４ａとで、第３工程（パス３）において曲げ加工されたワークが、符号Ｗ４で示すような、断面がほぼ半円形状となる形状に曲げ加工される。
【００１１】
第５工程（パス５）において、ワーク当圧面５１がパス４における第４下ローラ４のワーク当圧面４１のＵ形溝よりも幅狭のＵ形溝に形成された第５下ローラ５と、ワーク当圧面５２がパス４におけるワーク当圧面４２のＵ形凸部よりも幅狭のＵ形凸部に形成された第５下ローラ５ａとで、第４工程（パス４）において曲げ加工されたワークが、符号Ｗ５で示すような、断面が、曲率半径がパス４の場合よりもさらに小さな半円形状となる形状に曲げ加工される。
パス３〜パス５では、ワークはＷ３〜Ｗ５と徐々に曲げ加工されるとともに、中央部の肉厚が圧縮される（特に図２参照）。
【００１２】
さらに、第６工程（パス６）において、ワーク当圧面６１が平面状の第６下ローラ６と、ワーク当圧面６２がパス５よりも幅狭のＵ形凸部に形成された第６上ローラ６ａと、第６下ローラ６のワーク当圧面６１に対して直角な平面を備えた左右ローラ６ｃ、６ｄとで、第５工程（パス５）において曲げ加工されたワークが、符号Ｗ６で示すような、外側の三面が直線状で内側にＵ形溝を有する断面形状の条材にローラ加工される。
【００１３】
さらに第７工程（パス７）において、ワーク当圧面７１が平面状の第７下ローラ７と、ワーク当圧面が互いに直角な３つのワーク当圧面７ｅ、７ｆ、７ｇを備えパス６における第６上ローラ６ａよりも幅狭の凸部に形成された第７上ローラ７ａと、第７上ローラ７ａの各ワーク当圧面７ｆ、７ｇに対して直角な平面を備えた左右ローラ７ｃ、７ｄとで、第６工程（パス６）において曲げ加工されたワークが、符号Ｗ７に示すような、外側の三面が直線状で内側に角形溝を有する断面形状の条材にローラ加形状にローラ加工される。
そしてこのような工程で製造されたワークＷ７を所定の長さに切断して、Ｔｉ系合金のスロットライナを得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述のＴｉ系合金のスロットライナの製造方法は、細長い条材をローラ曲げによって冷間加工するものであるから、設備費が廉価であり、また製造が容易なため、低コストでのＴｉ系合金のスロットライナの製造が可能であるという長所を有するものの、この方法で製造されたスロットライナはその表面硬度がやや低く、治療に必要な十分な表面強度、つまり理想とする表面強度を有していない、という課題がある。  
本発明は、このような課題を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ合金で構成される歯列矯正スロットライナであって、同歯列矯正スロットライナの表面硬度をＨｖ４００以上とすることにより、課題解決の手段としている。
【００１６】
Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ合金製の歯列矯正スロットライナの表面硬度をＨｖ４００にしたので、ステンレス鋼製のスロットライナ以上の、治療に必要と考えられる理想的な強度のスロットライナを得ることができる。
【００１７】
また、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ合金で構成される帯状の板材あるいは線材を曲げ加工して断面円弧状にし、次いで、底面を圧縮してその肉を左右に押しやって角部の肉圧の減少を防止または増大させつつ曲げ加工して断面Ｕ形または凹形に形成し、さらに、上下左右のロ−ラで加圧して最終の断面凹形に形成した後、熱処理を施すことにより、スロットライナの表面硬度をＨｖ４００以上にすることで課題解決の手段としている。
【００１８】
熱処理よりも前の工程は細長い条材をローラ曲げによって冷間加工するものであるから、設備費が廉価であり、この工程により製造された部材（ワーク）を熱処理することで、Ｈｖ４００以上の表面硬度を有するスロットライナが得られるので、製造コストを廉価に保ちながら表面硬度の高いスロットライナを得ることができる。
【００１９】
さらに、熱処理を、上記最終の断面凹形に形成されたワークを、６９０°Ｃ〜７１０°Ｃ（好ましくは７００°Ｃ）の不活性ガス雰囲気下で５〜２０分間（好ましくは１０分間程度）保持する真直矯正工程（線くせを除去するための工程）と、同真直矯正工程を経たワークを５００°Ｃの不活性ガス雰囲気下で１時間以上保持する時効処理（析出硬化処理）工程とで構成し、または上記ワークを、６４０°Ｃ〜６６０°Ｃの不活性ガス雰囲気下で５〜２０分間（好ましくは１０分間程度）保持する真直矯正工程（線くせを除去するための工程）と、同真直矯正工程を経たワークを５００°Ｃの不活性ガス雰囲気下で２時間以上保持する時効処理（析出硬化処理）工程とで構成して課題解決の手段としている。
【００２０】
冷間加工後に「真直矯正工程」および「時効処理工程」からなる熱処理工程を追加するだけで、従来製造上の問題で使用が困難であると考えられていたＴｉ系合金のスロットライナの製造が可能となった。また、「真直矯正工程」および「時効処理工程」はいずれも金属加工技術においては一般的な技術であるから、このような熱処理工程を追加するための格別な装置を更めて設置する必要はなく、したがって、スロットライナの製造コストの点でも有利である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ステンレス鋼製のスロットライナ以上の、治療に必要と考えられる理想的な強度のスロットライナを得ることができる。しかもこのスロットライナは、Ｎｉなどの毒性元素を含んでいないので、生体アレルギーの発生の可能性を抑制できる。
【００２２】
また、本発明では、伸線加工（機械加工）が細長い条材のローラ曲げという冷間加工であるから、設備費が廉価であり、かつ加工作業が容易なため、安価な製造コストでのスロットライナの製造が可能となる。さらにこの機械加工により製造された部材（ワーク）を「真直矯正工程」および「時効処理工程」からなる熱処理工程で熱処理することで、Ｈｖ４００以上の表面硬度を有するスロットライナが得られるので、従来製造上の問題で使用が困難であると考えられていたＴｉ系合金のスロットライナの製造が可能となった。さらに製造コストの廉価なスロットライナを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の具体的な製造方法について、図面を参照しながら説明する。
伸線加工（機械加工）の工程は、図１、２に示す通りであり、その具体的な技術内容については、先に説明した通りである。
本発明者らは、先に説明した通りの図１に示すパス１乃至パス７により機械加工されたワークＷ７を所定寸法に切断してスロットライナを作成し、このスロットライナについて追加して、「真直矯正工程」および「時効処理工程」からなる熱処理を施した。
【００２４】
真直矯正処理効果を確認するために、次の２条件の実験を行った。
ａ）ワークＷ７を７００°Ｃの不活性ガス雰囲気下で１０分間保持する。
ｂ）ワークＷ７を６５０°Ｃの不活性ガス雰囲気下で１０分間保持する。
この実験結果，次のようなことが判明した。
ａ）の場合、β母相は約１μｍ程度のサブグレイン組織となる。
ｂ）の場合、軽圧下の冷間圧延により母相β中に不均一なすべり帯が形成されている。
このことは、７００°Ｃはα相が析出しない高温度帯であり、６５０°Ｃは粒径の大きいα相が析出する温度帯であることによるものと推測される。実験ａ）において６９０°〜７１０°Ｃの範囲内であれば略同じ効果が得られ、また実験ｂ）において６４０°〜６６０°Ｃの範囲内であれば略同じ効果が得られることが確認されている。
【００２５】
次に、時効処理工程効果を確認するために、次の２条件の実験を行った。この処理は微細なα相を析出させるための処理である。
ｃ）真直矯正処理ａ）の処理を行ったワークＷａについて、後述のサンプルを最長８時間５００°Ｃの不活性ガス雰囲気下でどのくらいの時間保持すればどれくらいのＨｖ値が得ことができるかという実験である。
ｄ）真直矯正処理ｂ）の処理を行ったワークＷｂについて、後述のサンプルを最長８時間５００°Ｃの不活性ガス雰囲気下でどのくらいの時間保持すればどれくらいのＨｖ値が得ることができるかという実験である。
こられの実験により次のようなことが判明した。
ｃ）の場合、約１時間の時効処理で４００Ｈｖの硬度を得ることができた。このことは、７００°Ｃという温度が「溶体化」温度に近似する温度であるため、７００°Ｃにおける真直矯正工程では、「回復」工程を兼ねることとなり、すべり帯がほぼ全て除去されると推測される。そのため、すべり帯のないβ相のみの組成を５００°Ｃで時効させると、ランダムな粒径の小さいα相が析出し、上記のサブグレイン境界に加えて粒内からもα相析出がおこり、その結果均一微細分散組織が得られる、ためであると推測される。
ｄ）の場合、約２時間（以上）の時効処理で４００Ｈｖの硬度を得ることができた。このことは、上記の真直矯正処理ｂ）の処理では低温であるため、「回復」効果を得ることができず、母相β相中に不均一なすべり帯が残留されると同時に、粒径の大きなα相が、前記すべり帯に沿うように析出する。そして時効処理により、粒径の小さなα相が上記のすべり帯の沿って生じた粒径の大きなα相を中心として生成する（図３参照）。すなわち、実験ｄ）は粒径の大きなα相が析出した後に時効処理を施すものであるため、粒径の小さなα相の析出時間が遅くなり、４００Ｈｖの硬度を得るのに、時効処理として約２時間（以上）が必要となると、推測される。
【００２６】
上記の実験ａ）〜ｄ）には、図１のパス１乃至パス７により機械加工されたワークＷ７を２．０５ｍｍの長さに切断して実験用サンプルを製作し、実験ａ）、ｂ）については各９サンプルを、また実験ｃ）、ｄ）については各３サンプルを使用して行った。図５はこれらの実験により得られた値の平均値をプロットしてグラフ化したものである。
【００２７】
図５の実験結果は、請求項３または請求項４に記載の方法により製造されたスロットライナは、Ｈｖ４００以上の表面硬度を有するものであることを示している。なお。図５の横軸は５００°Ｃのもとでの時効硬化工程の時間を現している。また、図５は、これらのスロットライナは、引張り強さが約１２００ＴＳであることも示している。
【００２８】
このように、この実施形態によれば、Ｔｉ系合金の冷間伸線（機械加工）により、スロットライナの製造が可能であり、さらに機械加工後に熱処理を施すことにより、表面硬度の極めて高い製品（スロットライナ）の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態の加工工程の一部（伸線工程）を示す工程図である。
【図２】同ワークに対する圧縮加工工程の様子を模試的に示す要部断面図である。
【図３】同実験ｄ）により得られた組成を拡大して示す模試図である。
【図４】同実験ｃ）により得られた組成を拡大して示す模試図である。
【図５】同実験ａ）〜ｄ）の実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１〜６：パス１〜６における下ローラ
１ａ〜６ａ：パス１〜６における上ローラ
６ｃ、７ｃ：左ローラ
６ｄ、７ｄ：右ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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