(57)【要約】  平均粒度が１．０ミクロン以下であり、コントラスト比の値が約０．７未満である、半透明の多結晶酸化アルミニウムセラミック材料を含む、歯科矯正装置。
2005514103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒度が１．０ミクロン以下であり、コントラスト比の値が約０．７未満である、半透明の多結晶酸化アルミニウムセラミック材料を含む、歯科矯正装置。
【請求項２】
前記装置が歯科矯正用接着剤で歯構造に取付けられる、請求項１に記載の歯科矯正装置。
【請求項３】
前記セラミック材料の研磨面の結晶粒の１０％以下が、１．０ミクロンより大きい最大寸法を有する、請求項１に記載の歯科矯正装置。
【請求項４】
前記セラミック材料の湿潤透過率が、約５５０ｎｍで少なくとも約４０％である、請求項１に記載の歯科矯正装置。
【請求項５】
前記セラミック材料の湿潤透過率が、約６５０ｎｍで少なくとも約５０％である、請求項４に記載の歯科矯正装置。
【請求項６】
約４７５ｎｍ〜約６５０ｎｍの範囲にわたる前記セラミック材料の湿潤透過率曲線が、約７０％Ｔ−ｎｍより大きい積分面積を有する、請求項１に記載の歯科矯正装置。
【請求項７】
前記セラミック材料のコントラスト比の値が、約０．５未満である、請求項１に記載の歯科矯正装置。
【請求項８】
前記セラミック材料のコントラスト比の値が、約０．４未満である、請求項７に記載の歯科矯正装置。
【請求項９】
前記セラミック材料の曲げ強さが、少なくとも約４００ＭＰａである、請求項１に記載の歯科矯正装置。
【請求項１０】
前記セラミック材料の曲げ強さが、少なくとも約６００ＭＰａである、請求項９に記載の歯科矯正装置。
【請求項１１】
前記セラミック材料の純度が、少なくとも約９９．５重量％である、請求項１に記載の歯科矯正装置。
【請求項１２】
前記セラミック材料が、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化カルシウム、又はそれらの組合せを約０．５重量％まで含む、請求項１１に記載の歯科矯正装置。
【請求項１３】
前記装置が、ベースを備え、更に、前記ベースに塗布される接着剤を備える、請求項１に記載の歯科矯正装置。
【請求項１４】
複数の歯科矯正装置を含むキットであって、前記装置の少なくとも１つが、平均粒度が１．０ミクロン以下であり、コントラスト比の値が約０．７未満である、半透明の多結晶酸化アルミニウムセラミック材料を含む、キット。
【請求項１５】
歯科矯正用接着剤、接着剤プライマー、装置位置決め用器具、およびこれらの組合せからなる群より選択される構成要素を更に含む、請求項１４に記載のキット。
【請求項１６】
各装置がベースを備え、前記キットが、１つ以上の装置のベースに塗布される歯科矯正用接着剤を更に備える、請求項１５に記載のキット。
【請求項１７】
粒度が１．０ミクロン以下であり、コントラスト比の値が約０．７未満である半透明の多結晶酸化アルミニウムセラミック材料を含む、歯科矯正装置又は装置プレフォームを作製する方法であって、
酸化アルミニウム粉体を提供する工程、
前記粉体を所望の形状を有する物品に形成する工程、
前記成形物品を焼結し、密閉気孔率を有する焼結物品を得る工程、および
前記焼結物品を熱間静水圧プレスして更に密度を高め、粒度が１．０ミクロン以下であり、コントラスト比の値が約０．７未満である半透明の多結晶酸化アルミニウムセラミック材料を含む、歯科矯正装置又は装置プレフォームを形成する工程、
を含む、方法。
【請求項１８】
前記粉体を所望の形状を有する物品に形成する工程の前に、前記酸化アルミニウム粉体を解凝集する工程を更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記酸化アルミニウム粉体を解凝集する工程が、前記酸化アルミニウム粉体を超音波処理する工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記焼結物品を熱間静水圧プレスする工程が、前記焼結物品を約１２００℃〜約１３００℃の温度で、約３０分〜約１２０分間、不活性ガス約１００ＭＰａ〜約２１０ＭＰａで熱間静水圧プレスすることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記酸化アルミニウム粉体の表面積が、約１０ｍ2／ｇより大きい、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記酸化アルミニウム粉体の表面積が、約１４ｍ2／ｇより大きい、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記酸化アルミニウム粉体の純度が、少なくとも約９９．５％である、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯科矯正装置、特に、粒度は比較的小さいが半透明性は一般に高い、多結晶アルミナベースのセラミックス材料を含む歯科矯正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
性能および耐久性は、歯科矯正用ブラケットの非常に望ましい特性であるが、例えば、それらは単独では、開業医および患者にとって唯一の関心とはならない。審美的価値、又は歯科矯正用材料が口内でどのように見えるかが同程度に望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
歯科矯正用デバイス（典型的には、曲線状のアーチワイヤを保持するための小さい溝付きの物体であるブラケットと、バンド付きアタッチメントが使用される場合には、関連する歯バンド（ｔｏｏｔｈ  ｂａｎｄ））では、ステンレス鋼が理想的な材料であるが、これは、ステンレス鋼は強度があり、非吸収性であり、溶接可能で、成形および機械加工が比較的容易なためである。しかし、金属製装置の重大な欠点は、患者が笑う時の美容上の外観に関する。歯科矯正治療を受ける大人および大きい子供たちは、金属製バンドおよびブラケットの「笑うと金属が見える（ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｓｍｉｌｅ）」の外観に恥ずかしい思いをすることが多く、この問題は、近年、様々な改善をもたらした。
【０００４】
改善領域の１つには、非金属材料の使用が含まれる。プラスチックおよびセラミック材料は、共に、口内で改善された外観を表し、唯一の目立つ金属製構成要素は、美容上許容可能な細いアーチワイヤであることが多い。プラスチックは、金属の構造的強度がなく、歪や他の問題を受けやすいため、理想的な材料ではない。サファイア又は他の透明な結晶質材料などのセラミックスは、望ましくないプリズム効果を有する。また、単結晶酸化アルミニウムの外観は、歯科矯正治療の過程で生じる負荷によって劈開し易い。他のセラミックスは、たいてい不透明であり、歯の色と適合しないか、又は着色が必要である。
【０００５】
米国特許第４，９５４，０８０号明細書（ケリー（Ｋｅｌｌｙ）ら）は、アルミナなどの多結晶セラミック材料から作製される歯科矯正装置を記載している。この特許に記載されている装置のセラミック材料は、装置が歯の色を取り入れる（ｐｉｃｋ  ｕｐ）ことができるような十分な光を透過させる。記載される装置は、満足のいくものであると考えられるが、当該技術分野では、より高強度のセラミック材料で作製される歯科矯正装置が必要とされている。このような装置では、予め定められた色がなく、隣接する歯列と調和する又は色が適合する能力がある材料を有することも有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、望ましい半透明の性質を有する多結晶セラミック材料を含む、歯科矯正装置に関する。これは、下にある歯の色を取り入れて、歯科矯正装置を歯と調和させる半透明の性質を有することによって、更なる美容上の改善を達成する歯科矯正装置に使用するのに特に有利である。好ましくは、材料は、約０．７未満のコントラスト比の値を有する。
【０００７】
半透明の多結晶セラミック材料は、高純度酸化アルミニウムなどの粉体材料を所望の形状にプレスし、成形した材料を焼結して密閉気孔率を提供し、焼結した材料を熱間静水圧プレスして、気孔率が実質的にゼロであり、平均粒度が１．０マイクロメートル（即ち、ミクロン）以下である単一相の材料を得ることによって形成される。このように粒度が小さいことは、半透明性に不利益な影響を与えることなく、慣用のセラミック材料よりも高強度の材料となることの一因となる。粒度が小さいと、比較的高い半透明性が妨げられると考えられるため、これは驚くべきことである。材料は、少なくとも約４００ＭＰａの曲げ強さを有することが好ましい。
【０００８】
従って、一実施形態では、本発明は、平均粒度が１．０ミクロン以下であり、コントラスト比の値が約０．７未満である半透明の多結晶酸化アルミニウムセラミック材料を含む、歯科矯正装置を提供する。
【０００９】
本発明は、また、複数の歯科矯正装置を含むキットを提供し、ここで、装置の少なくとも１つは、平均粒度が１．０ミクロン以下であり、コントラスト比の値が約０．７未満である半透明の多結晶酸化アルミニウムセラミック材料を含む。キットは、好ましくは、歯科矯正用接着剤、接着剤プライマー、装置位置決め用器具、およびこれらの組合せからなる群より選択される構成要素を更に含む。
【００１０】
本発明は、また、粒度が１ミクロン以下であり、コントラスト比の値が約０．７未満である半透明の多結晶酸化アルミニウムセラミック材料を含む、歯科矯正装置又は装置プレフォームを作製する方法を提供する。該方法は、酸化アルミニウム粉体を提供する工程、粉体を所望の形状を有する物品に形成する工程、成形した物品を焼結して密閉気孔率を有する焼結物品を得る工程、焼結物品を熱間静水圧プレスして、更に密度を高め、粒度が１．０ミクロン以下であり、コントラスト比の値が約０．７未満である半透明の多結晶酸化アルミニウムセラミック材料を含む、歯科矯正装置又は装置プレフォームを形成する工程を含む。該方法は、粉体を所望の形状を有する物品に形成する工程の前に、酸化アルミニウム粉体を解凝集する工程を更に含むことが好ましい。これは、酸化アルミニウム粉体を超音波処理することにより達成されるのが好ましい。
【００１１】
本発明の更なる詳細は、特許請求の範囲の特徴に定義されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
当業者は、様々な変更および追加が、記載される、および以下の添付の図面に表される特定の現在のところ好ましい実施形態と関連して採用される場合があることを認識するであろう。従って、本発明は、詳細に記載される特定の実施形態に限定されるものと考えられるべきではなく、替わりに、特許請求の範囲の公正な範囲、並びにそれらの同等物によってのみ限定されると考えられるべきである。
【００１３】
本発明は、平均粒度が１．０マイクロメートル（即ち、ミクロン）以下である多結晶酸化アルミニウムセラミック材料を含む歯科矯正装置に関する。このように粒度が小さいことは、半透明性に不利益な影響を与えることなく、慣用のセラミックス材料よりも高強度の材料となることの一因となる。高強度および半透明性の結果として、本発明の材料は、歯科矯正装置に使用するのに特に有利である。
【００１４】
セラミック材料
本発明のセラミック材料は、半透明の多結晶質材料である。「セラミック」は、無機非金属材料のことを言い、「結晶」は、塊状粉末（ｂｕｌｋ  ｐｏｗｄｅｒ）Ｘ線回折走査を経たとき、結晶質回折ピークを示し、本質的にガラスを含まない材料のことを言う。多結晶質材料は、粒界で接合している、不規則な向きに並んだ多数の結晶を有する。セラミック材料は、理論密度の少なくとも９９％を有する多結晶セラミックを少なくとも９９％含むことが好ましい。
【００１５】
本発明のセラミックは、酸化アルミニウムである。酸化アルミニウムは、強度があり、硬質で、無色で、入手しやすいため、望ましい。酸化アルミニウムは、一般に高強度で色彩の影響がないようにするため、比較的高純度（好ましくは、少なくとも約９９．５％の純度、更に好ましくは、少なくとも約９９．９％の純度）であることが望ましい。
【００１６】
好ましくは、本発明の歯科矯正装置のセラミック材料は、実質的に非多孔質であり、高程度の光学的半透明性を維持する。更に、セラミック材料の平均粒度は、１．０マイクロメートル（即ち、ミクロン）以下であることが好ましい。好ましくは、研磨しエッチングした材料表面で測定される場合、結晶粒の１０％（即ち、数量％）以下は、最大寸法（実際の粒度ではない）が１．０ミクロンより大きい。好ましくは、研磨しエッチングした材料表面で測定される場合、結晶粒の２０％（即ち、数量％）以下は、最大寸法が０．９ミクロンより大きい。
【００１７】
ほとんどの慣用的なセラミック製歯科矯正装置は、平均粒度がかなり大きく（例えば、１０〜５０ミクロン）、および／又は、研磨しエッチングした表面で測定される場合、０．８ミクロンより大きい最大寸法（実際の粒度ではない）を有する結晶粒の量がかなり多い(例えば、５０〜９０パーセント)ため、このことは重要である。本発明の歯科矯正装置の多結晶質材料の粒度が更に小さいということは、半透明性に不利益な影響を与えることなく、慣用のセラミックス材料よりも高強度の材料となることの一因となる。
【００１８】
従って、本発明の歯科矯正装置のセラミック材料は、半透明である。半透明性とは、試料の向こうにあり、それと接触していない物体が明瞭に見えるようにすることなく、光を拡散して透過させる試料の性質である。
【００１９】
このような材料から形成される歯科矯正装置が、その周囲と効果的に調和し、下にある歯の色を呈するため、半透明な材料は有利である。これは、より不透明な材料と比較して、改善された審美性を提供することができる。即ち、歯科矯正装置は、それがほとんど区別できず、目に付かない場合、審美的に更に心地よいものとなる。特に望ましい材料は、無色に近くなければならず、通過する光に色を加えたり、認識できる程の吸収によって色を減じたりしてはならない。
【００２０】
本発明のセラミック材料は、好ましくはα−酸化アルミニウムである。光の透過率が可視スペクトル全体で実質的に一定であり、従って通過する光の色を変化させないため、酸化アルミニウムは特に望ましい。
【００２１】
歯科矯正装置が下にある歯の色を呈するためには、歯に取付けられる装置の前面から見える十分な光が、歯の表面から透過された光であること、および、歯の色が装置内の光学的不規則さから後方散乱される光によって圧倒されないことが重要である。換言すれば、十分な量の入射光が装置を通過し、たとえ拡散されても、ベースに到達し、歯の表面で反射された後、装置を再び透過し、前面から放射されなければならない。装置は透明ではなく、半透明であるため、光の一部は、セラミックの内部粒界によって、並びに物品内の不純物によって後方散乱される。後方散乱されるこのような光は白色の傾向があり、歯の色とほとんど常に異なるため、不純物による後方散乱は最小限にされることが好ましい。更に、半透明なセラミック材料を使用することによって、歯の光学的特性の多くが模倣される。
【００２２】
半透明性は、表面効果ではなく材料の内部特性であることが重要である。例えば、すりガラスのように表面を粗くすることによって幾らかの光拡散が得られる。しかし、表面は頻繁に濡れており、屈折率の主な変化が、ほとんど平滑な空気−液体界面で起こるため、歯科矯正装置において完全に満足のいくものではない。更に、歯垢の沈着部位を提供する可能性がある粗面を、歯科矯正装置に有することは望ましくない。また、粗面は、欠陥を有する場合があり、これは亀裂の開始の原因となる。セラミックスは、金属の延性を有していないため、粗さによって強度がかなり低下する可能性がある。
【００２３】
材料のコントラスト比の値は、黒色基材上の材料を通る反射率と、白色基材上の同一の材料の反射率との比としての材料の不透明度の尺度である。コントラスト比の値は、厚さ約１ミリメートル（ｍｍ）のサンプル用に変更されたＡＳＴＭ−Ｄ２８０５−９５のセクション３．２．１に基づく技術を使用して測定することができる。この試験方法は、以下に記載されている。コントラスト比の値が低いほど、光の透過率のレベルが大きいことを示す。
【００２４】
本発明の歯科矯正装置に使用されるセラミック材料のコントラスト比の値は、約０．７未満、好ましくは約０．６未満、更に好ましくは約０．５未満、最も好ましくは約０．４未満である。
【００２５】
材料の透過率は、材料を通過する特定の波長の光のパーセンテージとしての、材料の不透明度の尺度である。透過率パーセントは、厚さ約１ミリメートル（ｍｍ）のサンプル用に変更された、公開されている標準的方法ＤＩＮ  ＥＮ１１８４に基づく技術を使用して測定することができる。サンプルは湿潤状態又は乾燥状態で評価することができる。この試験方法を、実施例の項に記載する。
【００２６】
本発明によるセラミック材料、およびこのような材料から作製される物品の湿潤透過率は、好ましくは、約５５０ｎｍで少なくとも約４０％である。更に好ましくは、湿潤透過率は、約６５０ｎｍで少なくとも約５０％である。或いはまた、約４７５ｎｍ〜約６５０ｎｍの範囲の湿潤透過率曲線は、約７０％Ｔ−ｎｍ（即ち、透過率％×波長（ｎｍ）の単位）より大きい積分面積を有する。
【００２７】
本発明の歯科矯正装置に使用されるセラミック材料は、また、高い曲げ強さなどの他の望ましい特性を提供する。曲げ強さは、実施例の項に記載される試験方法に従って測定することができる。歯科矯正装置の材料は、複雑な形状に機械加工され、複雑な応力を受けるとき、高強度と信頼性のある機械的特性を有することが望ましい。例えば、関連するアーチワイヤとタイウィングの負荷によって、およびまた咀嚼の間に、非常に強い点源が歯科矯正装置にかかる。
【００２８】
曲げ強さは、歯科矯正治療中にかかる力に耐えるセラミック材料の能力を示す。本発明の歯科矯正装置に使用される材料は、優れた曲げ強さを示す。好ましくは、それらは、少なくとも約４００ＭＰａ（メガパスカル）、更に好ましくは少なくとも約５００ＭＰａ、最も好ましくは少なくとも約６００ＭＰａの曲げ強さを有する。このような強さを有していれば、本発明による歯科矯正装置は、典型的な使用条件下で耐久性があることが確実である。
【００２９】
使用中の破壊の可能性を著しく増大させることなく、装置の全体の大きさ、並びに装置の突出部分（タイウィング又はフックなど）の大きさを小さくすることができるため、本発明の装置の曲げ強さが比較的高いということは、大変有利である。更に、強さが大きいと、破壊を恐れることなく、比較的複雑な形状を設計し、使用することができる。得られる大きさがより小さいと、口腔内で見え難くなるため、装置の審美的外観が更に向上する。更に、全体の大きさがより小さいと、装置は対向する歯列、対向する歯列に取付けられる装置、又は隣接する柔軟組織と接触する可能性が減少する。
【００３０】
本発明の歯科矯正装置に使用されるセラミック材料は、好ましくは少なくとも約９９．５（重量）％の純度、更に好ましくは少なくとも約９９．９（重量）％の純度であり、必要に応じて、セラミック材料中に添加剤を含んでもよい。これらには、ドーパント、着色剤、および加工添加剤などが挙げられる。着色剤は、所望の色合いを達成するのに使用できる。好適な着色剤の例には、酸化鉄、希土類酸化物、および酸化ビスマスなどが挙げられる。加工添加剤には、例えば、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、および酸化カルシウムなどの焼結助剤が挙げられる。必要に応じて、このような添加剤の様々な組合せを使用することができる。使用される場合、このような添加剤は、重量で約０．５％（重量％）までの量で存在する。
【００３１】
セラミック材料の作製方法
ダイプレス、スラリーキャスティング、射出成形、押出しプロセス、およびラピッド・プロトタイピングなどの、本発明の歯科矯正装置を作製するのに使用されるセラミック材料を成形する様々な方法を採用してもよい。得られる材料は、最終的な所望の形状とすることができるか、又は、一部、例えば、更に機械加工を経る装置（「プレフォーム」）の形態とすることができる。これらのプロセスは、セラミック材料を作製するのに使用することが周知である。
【００３２】
一般に、本明細書に記載されるような、半透明の多結晶酸化アルミニウムセラミック材料を作製する方法には、酸化アルミニウム粉体を提供する工程、粉体を所望の形状を有する物品に形成する工程、成形した物品を焼結し、密閉気孔率を有する焼結物品を得る工程、および、焼結した物品を熱間静水圧プレスして更に密度を高め、半透明の多結晶酸化アルミニウムセラミック材料を含む歯科矯正装置又は装置プレフォームを形成する工程が含まれる。
【００３３】
一実施形態では、粉体を所望の形状を有する物品に形成する工程には、グリーン段階のセラミック材料を含む装置又は装置プレフォームを形成することが含まれる。成形された物品を焼結する前に、グリーン段階の装置又は装置プレフォームを所望の形状に機械加工することができる。或いはまた、更に物品の密度を高くするために、焼結した物品（装置）を熱間静水圧プレスする前に、焼結した物品（装置）を彫刻することができる。或いはまた、密度を高めた物品（装置）を所望の形状に彫刻することができる。
【００３４】
本発明の歯科矯正装置を作製するのに使用されるセラミック材料を作製する好ましい方法には、粉末化された酸化アルミニウムを最初に水に入れて混合し、粒子が解凝集するように処理することが含まれる。この処理は、超音波処理を使用して行われることが好ましい。典型的には、酸化アルミニウムのサンプルを水（一般に、蒸留水又は脱イオン水）と混合して、固体分約２５重量％〜約４０重量％のスラリーを形成し、粒子が解凝集するのに有効な時間（典型的には、約１時間〜約３時間）、超音波処理する。必要に応じて、例えば、クエン酸アンモニウムを使用して、粉体の分散性が向上するようにスラリーのｐＨを調節することができる。
【００３５】
酸化アルミニウム粉体は、好ましくは少なくとも約９９．５％の純度、更に好ましくは少なくとも約９９．９％の純度、最も好ましくは少なくとも約９９．９９％の純度である。典型的には、粉体には、平均粒度（例えば、平均直径）が約０．５ミクロン以下であり、表面積が１グラム当り約１０平方メートル（ｍ2／ｇ）より大きい、好ましくは約１４ｍ2／ｇより大きい粒子が含まれる。好ましくは、サブミクロンの大きさの粒子が使用される。このため、有効な焼結プロセスが提供され、焼結し、熱間静水圧プレスした成形体中で実質的に理論密度を達成することができる。
【００３６】
次いで、この材料は、典型的には、アクリルバインダ又はパラフィンワックスなどの少量の一時有機バインダ、任意に、ポリエチレングリコールなどの可塑剤と混合された後、成形される。好ましくは、バインダ約５重量％（ｗｔ％）〜約１３重量％が周知の方法（例えば、粉砕、噴霧乾燥）でセラミック粉体に加えられる。このようなバインダは、一般に、後の加工工程で除去される。次いで、混合物は、典型的には、室温で、約１００ＭＰａ〜約３５０ＭＰａの圧力で、円筒状のペレット（典型的には、直径約１０ｍｍ〜約５０ｍｍ、高さ約１ｃｍ〜約１００ｃｍ）にプレスされる。次いで、プレスされたペレットは、室温で、約１００ＭＰａ〜約３５０ＭＰａの圧力で、冷間静水圧プレス（「ＣＩＰ処理」）されることが好ましい。この材料は、典型的には、バインダを有する材料の「グリーン段階」と呼ばれ、比較的多孔質（例えば、少なくとも約２５％の気孔率）である。
【００３７】
次いで、実質的に全ての有機バインダを除去する条件下でこのグリーン段階材料を加熱する。典型的には、これは、約６００℃〜約７００℃の温度で、好ましくは大気圧で、約１時間〜約３時間行われる。バインダの除去後も、材料は「グリーン段階」と呼ばれることが多い。好ましくは、この段階における材料の「グリーン密度」は、最大密度の少なくとも約５８％である。
【００３８】
次いで、この材料を加熱し（即ち、焼成又は焼結し）、材料の密度を高める。典型的には、加熱は多段階プロセスを必要とする。例えば、材料を空気中で約１２００℃〜約１３００℃の温度で、約１時間〜約３時間、焼結することができる。この段階では、焼結した材料は、好ましくは最大密度の約９６〜９８％であり、一般に、明るい白色の不透明な外観を有する。
【００３９】
その後、典型的には閉鎖した気孔があるこの焼結材料は、更に材料の密度を高め、実質的に全ての気孔を除去する条件下で加熱されてもよい。典型的には、これは、約１２００℃〜約１４５０℃の温度で約１時間〜約３時間行われ、その結果、典型的には気孔率が非常に低い材料が得られる。この最終的な加熱ステップには、加熱プロセスを促進し、完全な半透明性を達成するために熱間静水圧プレス（「ＨＩＰ処理」）が含まれることが好ましい。材料がＨＩＰ処理温度に加熱される間、静水圧力（不活性ガス、典型的にはアルゴンによって提供される）が加えられる。高温と高圧の組合せによって、材料は圧縮され、気孔率が実質的にゼロになる。米国特許第４，９５４，０８０号明細書（ケリー（Ｋｅｌｌｙ）ら）は、酸化アルミニウムの熱間静水圧プレスに関する更なる検討を記載している。好ましいＨＩＰ処理条件には、約１００ＭＰａ〜約２１０ＭＰａの不活性ガス（例えば、アルゴン）で、約３０分〜約１２０分間、約１２００℃〜約１３００℃の温度が含まれる。酸化アルミニウムセラミック材料は、好ましくは完全に焼結およびＨＩＰ処理され、セラミック材料の理論密度の約９９．８％超を達成する。
【００４０】
重要なことには、本発明のプロセスは、焼結添加剤を全く使用することなく、空気中又は不活性ガス中で実施することができる。必要に応じて、全部で約０．５重量％までの量で、焼結助剤を使用することができる。好適な焼結助剤の例には、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、および酸化カルシウムなどが挙げられ、これらを組合わせて使用することができる。
【００４１】
歯科矯正装置
「歯科矯正装置」の用語は、本明細書では、歯に取付けることを意図され、アーチワイヤ、スプリング、弾性体、又は、力を加える他の構成要素からその歯に矯正力を伝達するのに使用される任意のデバイスを含む広い意味で使用される。好適な装置の例には、ブラケット（自己結さつブラケットを含める）、バッカルチューブ、クリートおよびボタンなどが挙げられる。「アーチワイヤスロット」の用語は、アーチワイヤを受入れる、又はアーチワイヤと連結する任意の構造体を指すのに広く使用される。
【００４２】
図１は、歯科矯正用ブラケット１０の形態の典型的な歯科矯正装置を示す。ブラケットは、歯に直接結合するか、又は任意の種類の取付用固定具に取付けるのに好適なベース１１を有する。ベース１１が歯に直接結合するように作られる場合、ベース１１の歯と向かい合う表面１２は、好ましくは、慣用的に、近遠心軸と先端軸の両方の回りに凹形に湾曲しており、歯の唇側の表面の自然な凸形に適合する。しかし、他の湾曲を使用して舌側ブラケットの位置決めに適応させることもできる。
【００４３】
ブラケット本体１３は、ベース１１から延び、リガチャー固定用のブラケットタイウィング１４を画定し、近遠心の方向に配置されるアーチワイヤスロット１５は、本体の外側表面１６からブラケット本体の中に延びる。タイウィング（ウィングが１つ又は２つのいずれかの形態）の有無は、本発明の特徴ではなく、必要に応じて、ベースおよびアーチワイヤスロットにアンギュレーションを付けて、アーチワイヤのトルク又は他の曲げを最小限にするか、又はなくしてもよい。
【００４４】
同様に、他の様々な構成も可能である。例えば、歯科矯正装置は、米国特許第５，３８０，１９６号明細書（ケリー（Ｋｅｌｌｙ）ら）および同５，３５８，４０２号明細書（リード（Ｒｅｅｄ）ら）に記載されているようなアーチワイヤスロットライナーを備えてもよい。装置は、米国特許第５，４３９，３７９号明細書（ハンセン（Ｈａｎｓｅｎ））および同５，３８０，１９６号明細書に記載されているようなディボンド用チャネルを備えてもよい。
【００４５】
好ましい歯科矯正装置は、前述のように、酸化アルミニウムをプレス、焼結、およびＨＩＰ処理することによって作製される。部品は、粉体を所望の形状にプレスし、プレスした成形体を、セラミックの密度が高くなるような温度で焼結することによって製造されるのが好ましい。
【００４６】
このような製造技術の１つでは、高純度酸化アルミニウム粉体は、高圧液圧プレスのダイキャビティに入れられる。ダイには、形成される装置の所望の断面に対応する、断面を有するキャビティがある。装置のアーチワイヤスロットは、この工程で完全に又は一部形成されてもよく、又は後で研削されてもよい。タイウィングの下のアンダーカットは、後で研削される。ダイキャビティの断面積を有するポンチは、約７０ＭＰａ〜約１４０ＭＰａでキャビティ内の粉体に圧入され、これを密に充填する。任意に、装置の湾曲したベースを形成するために横方向のスライドも採用される。このようなポンチ、ダイ、およびスライドは、広範多種の金属又はセラミックスを所望の形状にプレスするため、慣用的に使用されている。高生産性のために、商業的な工程では複数のダイキャビティを使用することが好ましい。或いはまた、このような粉体をラテックス金型に入れ、約１４０ＭＰａ〜約３１０ＭＰａで静水圧プレスし、グリーン成形体を形成してもよい。更に別の技術では、グリーン成形体は、約１００ＭＰａで慣用的な手段によって粉体を「射出成形」することにより作製される。
【００４７】
セラミック歯科矯正装置は、歯科矯正用接着物質で歯構造に固定される。強い咬合力および歯科矯正の応力に耐えることができるように、接着剤が装置のベースによく結合することが重要である。従って、装置のベースの制御された粗さは、接着剤の装置への結合強度を高めるのに望ましい場合がある。
【００４８】
前述のように、多結晶セラミック歯科矯正装置は、ダイの中で粉体を圧縮することにより作製されてもよい。好ましくは、小さく不規則なアルミナシャードなどのアルミナ粒子を一定量、ベースに固着させ、装置と患者の歯の間の結合を高める。最初にガラスフリットをベースに塗布し、次いで、シャードをフリットに塗布した後、オーブン中でセラミック本体、ガラスフリット、およびシャードのアセンブリを加熱することによって、シャードをベースに固定する。ガラスが軟化すると、シャードは、ガラス中に埋め込まれ、ガラスが冷却した後、ベースにしっかり接続された状態を維持する。
【００４９】
歯科矯正装置の他の表面は、平滑でなければならない。任意に、研磨されたダイおよびポンチをプレス工程で使用することによって、平滑さが増す。表面は、焼結後、研削によって、又は超音波若しくは研磨材による研磨によって平滑にされてもよい。また、慣用的なフラックス研磨を使用してもよい。このような技術の１つでは、装置は慣用的な条件で溶融フラックス中に３０分間まで浸漬される。
【００５０】
セラミック粉体から多結晶セラミック物品を形成するためのプレスおよび焼結技術によって、かなり精密な寸法を有する歯科矯正装置を得ることができる。グリーン成形体を形成するためのプレス工程およびセラミック粉体中の粒度の混合を注意深く制御することによって、精度が向上する。焼結工程は、本質的に、グリーン成形体から完成物品への収縮を引き起こす。収縮の割合は、注意深く制御された粒度、金型の幾何学的形状、およびグリーン成形体プレス中の圧力から知ることができる。これらの慣用的な技術において注意を払うことにより、許容可能な公差限界内に十分入る歯科矯正装置を完成することができる。歯科矯正装置について考慮すべき重要なものは、アーチワイヤスロットである。スロットは、必要に応じて、プレスおよび焼結後に、装置に研削して作られてもよい。任意に、寸法の小さいスロットにプレス成形し、それを研削して最終的な所望の形状まで大きくすることにより、このような研削を迅速に行うことができる。
【００５１】
本発明の歯科矯正装置をキットに組み込むことができ、ここで、装置の少なくとも１つは、平均粒度が１．０ミクロン以下であり、コントラスト比の値が約０．７未満である半透明の多結晶酸化アルミニウムセラミック材料を含む。キットは、歯科矯正用接着剤、接着剤プライマー、装置位置決め用器具、およびこれらの組合わせなどの他の１つ以上の構成要素を備えることができる。
【実施例】
【００５２】
以下の実施例で本発明の目的および利点を更に説明するが、これらの実施例で引用される特定の材料およびその量、並びに、他の条件および詳細は、本発明を不当に限定するものと解釈されるべきではない。別途明記されない限り、部およびパーセンテージは全て、重量を基準にし、分子量は全て重量平均分子量である。
【００５３】
試験方法
硬さ
実施例の材料の平均微小硬さは、取付け用樹脂（イリノイ州レイクブラフ、ビューラー社（Ｂｕｅｈｌｅｒ  Ｌｔｄ．，Ｌａｋｅ  Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ）から「エポキシド（ＥＰＯＸＩＤＥ）」の商標で入手される）の中に加工済みセラミック部品を取付けることにより測定した。更に具体的には、材料は、直径３．１８ｃｍ（１．２５インチ）、高さ１．９ｃｍ（０．７５インチ）の円筒状の樹脂の中に固定された。取付けたサンプルを、ダイヤモンドラップ仕上げフィルム（ミネソタ州セントポール、３Ｍ社（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から「インペリアル・ダイヤモンド・ラッピング・フィルム（ＩＭＰＥＲＩＡＬ  ＤＩＡＭＯＮＤ  ＬＡＰＰＩＮＧ  ＦＩＬＭ）」の商標で入手される）を使用して研磨し、最終研磨ステップでは、０．５マイクロメートルのダイヤモンドフィルムを使用して、サンプルの研磨断面が得られた。
【００５４】
５００グラムの押込荷重を使用するビッカース圧子が取付けられる、日本、東京の（株）ミツトヨから「ミツトヨＭＶＫ−ＶＬ」の商標で得られる慣用的な微小硬さ試験機を使用して、硬さの測定を行った。ＡＳＴＭ試験方法Ｅ３８４、材料の微小硬さの試験方法（１９９１年）に記載されるガイドラインに従って、硬さの測定を行った。報告される硬さの値は、１０回の測定値の平均である。
【００５５】
曲げ強さ
幅２．５ｍｍ×厚さ１．５ｍｍ×長さ１２．０ｍｍで、０．１５±０．０５ｍｍ×４５°のチャンファを有する試験片を、マサチューセッツ州ウスター、チャンド・カリ・テクニカル・セラミックス（Ｃｈａｎｄ  Ｋａｒｅ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ，Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ，ＭＡ）で機械加工した。試験片を、試験前に２４時間、３７℃の蒸留水に浸漬した。１０．０ｍｍの間隔を有する３点曲げ試験の配置を採用した。クロスヘッド試験速度は、０．７５ｍｍ／分であった。インストロン（Ｉｎｓｔｒｏｎ）４５０５試験フレーム（マサチューセッツ州カントン、インストロン社（Ｉｎｓｔｒｏｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃａｎｔｏｎ，ＭＡ））を利用した。曲げ強さの結果をＭＰａの単位で、最小、最大、および平均の強さの値として報告した。平均の強さの値は、５回の測定値の平均である。
【００５６】
コントラスト比
材料の半透明性を定量的に評価するため、ビューラー・アイソメット２０００プレシジョン・ソー（Ｂｕｅｈｌｅｒ  Ｉｓｏｍｅｔ  ２０００  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｓａｗ）（イリノイ州レイクブラフ、ビューラー社（Ｂｕｅｈｌｅｒ  Ｃｏ，Ｌａｋｅ  Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ））およびビューラー・シリーズ（Ｂｕｅｈｌｅｒ  Ｓｅｒｉｅｓ）１５−ＬＣダイヤモンド・ウエハ加工用ブレード（１５．２４ｃｍ、＃１１−４２７６）を使用して、２５００ｒｐｍの速度および１０００グラムの荷重で切削ディスクを用いて、２つの平行で平坦な表面、１．０±０．０３ｍｍの厚さ、および１２〜１５ｍｍの範囲の様々な直径を有するセラミックディスクを準備した。６００グリットのサンドペーパー（３Ｍ、ウェットオアドライＴｒｉ−Ｍ−Ｉｔｅ、＃４３８Ｑ、ミネソタ州セントポール、３Ｍ社（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））に沿って約７．６ｃｍの経路上を、両方の表面（ディスクの前面および背面）を前後に１０回通過させることにより、それらを一様にした。潤滑剤として、およびサンプルディスクをすすぐために蒸留水を使用した。
【００５７】
ディスクのコントラスト比（又は不透明度）を測定するため、ＡＳＴＭ−Ｄ２８０５−９５試験方法を変更した。ディスクのＹ三刺激値を、白色と黒色の別々のバックグラウンドを使用し、０．９５３ｃｍの穴を有するウルトラスキャンＸＥ色彩計（Ｕｌｔｒａｓｃａｎ  ＸＥ  Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｅｒ）（ハンター・アソシエーツ・ラボラトリー、バージニア州レストン（Ｈｕｎｔｅｒ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｒｅｓｔｏｎ，ＶＡ））で測定した。全ての測定でフィルタを用いず、Ｄ６５光源を使用した。１０°の視野角を使用した。コントラスト比又は不透明度、Ｃ、は、黒色基材上の材料を通る反射率と、白色基材上の同一の材料の反射率との比として計算された。反射率は、Ｙ三刺激値に等しいものと定義される。従って、Ｃ＝ＲＢ／ＲＷ、ここで、ＲＢ＝黒色基材上のセラミックディスクを通る反射率であり、ＲＷ＝白色基材上の同じディスクを通る反射率である。報告されるコントラスト比の値は、一回の測定の結果である。値が低いほど不透明度（即ち、光の透過）が大きいことを示す。
【００５８】
小さいサンプルの不透明度（湿潤透過率）
小さい、例えば、歯科矯正用ブラケットの大きさの試験サンプルの不透明度を、公開されている標準的方法、「食物と接触する材料および物品、セラミック物品の不透明度の試験方法（“Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  ｉｎ  Ｃｏｎｔａｃｔ  ｗｉｔｈ  Ｆｏｏｄｓｔｕｆｆｓ：Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｔｒａｎｓｌｕｃｅｎｃｙ  ｏｆ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ”）」ＤＩＮ−ＥＮ１１８４（１９９７年８月）の変更形態である、以下の方法に従って定量的に測定した。小さい試験サンプル、例えば、セラミック歯科矯正用ブラケットをエタノールで清浄にし、無水窒素気流中で乾燥させた。乾燥したサンプルを約４０ｎｍのＡｕ／Ｐｄでスパッタリングコーティングし、ビューラー・ツー・パート・エポキシ（Ｂｕｅｈｌｅｒ−Ｔｗｏ  Ｐａｒｔ  Ｅｐｏｘｙ）（イリノイ州レイクブラフ、ビューラー社（Ｂｕｅｈｌｅｒ  Ｌｔｄ．，Ｌａｋｅ  Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ））を使用して、２．５４ｃｍのフェノール製の環の中に取付けた。確実に、サンプルの典型的な断面が作り出され、且つ、非アルミナ材料（ガラスフリットコーティングなど）が全て切断プロセス中に除去されるように、サンプルを取付ける向きに特に注意を払った。取付台を室温で一晩硬化させた。硬化した取付台をストルーアズ・アカスタム（Ｓｔｒｕｅｒｓ  Ａｃｃｕｓｔｏｍ）−５０高速ダイヤモンドソーで約１．５〜５ｍｍの間の幅に切断した。
【００５９】
切断に続いて、ビューラー・エコメット４(Ｂｕｅｈｌｅｒ  Ｅｃｏｍｅｔ  ４)（イリノイ州レイクブラフ、ビューラー社（Ｂｕｅｈｌｅｒ  Ｃｏ．，Ｌａｋｅ  Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ））上の６００グリットのＳｉＣ研削紙上でサンプルを手で研削した。ファウラー・マイクロメータを使用して、材料の除去の進行を監視した。サンプルが理想的な幅（１０００μｍ）の約２０〜３０％以内に研削されると、平坦なテーブル上に置かれた３Ｍインペリアル・ダイヤモンド・ラッピング・フィルム（３Ｍ  Ｉｍｐｅｒｉａｌ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌａｐｐｉｎｇ  Ｆｉｌｍ）（９μｍ）を使用して研磨した。少量の水およびビューラー・メタディ液（Ｂｕｅｈｌｅｒ  Ｍｅｔａｄｉ  Ｆｌｕｉｄ）（ダイヤモンドエキステンダー(ｄｉａｍｏｎｄ  ｅｘｔｅｎｄｅｒ）を研削および研磨ステップ用の潤滑剤として使用した。全てのサンプルの目的の平面の最終的な幅は、１０００μｍ（＋／−２％）であった。
【００６０】
使用される試験手順は、ＤＩＮ−ＥＮ１１８４−１９９７「食物と接触する材料および物品、セラミック物品の不透明度の試験方法（“Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  ａｒｔｉｃｌｅｓ  ｉｎ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｗｉｔｈ  ｆｏｏｄｓｔｕｆｆｓ：Ｔｅｓｔ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｔｒａｎｓｌｕｃｅｎｃｙ  ｏｆ  ｃｅｒａｍｉｃ  ａｒｔｉｃｌｅｓ”）」（１９９７年８月）に基づいた。このＤＩＮ標準手順を以下のように変更した：
【００６１】
セクション４．２．１光度計−光度計ではなく分光光度計を使用した。レイカ・オルトプラン顕微鏡（Ｌｅｉｃａ  Ｏｒｔｈｏｐｌａｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、１６Ｘ／０．３０ＮＡ対物レンズ、０．３０サブステージ集光レンズ、およびレイカＭＰＶ−コンビ分光光度計（Ｌｅｉｃａ  ＭＰＶ−Ｃｏｍｂｉ  ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ）を使用して可視光顕微分光法を行った。
【００６２】
セクション４．３試験試料の準備。本明細書で報告されるデータでは、試料は厚さ２．００ｍｍではなく、厚さ１．００ｍｍであった。
【００６３】
１６Ｘ／０．３０ＮＡ対物レンズを利用し、１７°の半角を有する光源を作り出すことによって、各サンプルについて測定を行った。ウェルスライド内の各サンプルを（浸漬油に）沈めることによって「湿潤」読みが得られた。このウェルスライドは３Ｍグラス・ショップにより作製され、底部が平坦なウェルを作り出すため、０．６ｃｍのガラスシリンダが取付けられた標準的な顕微鏡用スライドからなった。レイカ（Ｌｅｉｃａ）ＭＰＶの操作条件は、走査範囲３５０ｎｍ〜８００ｎｍ、２Ｘ積算（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、３００ｈｚフィルタエッジ、および４回の走査の平均、であった。研磨されたブラケット上の４つの位置を走査し（各位置で４回走査）、報告されるデータでは、これらの結果が平均された。製造業者の使用説明書に従ってこのシステムを較正した。１００％透過の較正条件は、浸漬油を充填したウェルスライドとして定めた。
【００６４】
粒度
アルミナ試験サンプルの平均粒度は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の画像から決定された。走査の前に、硬さ試験のため、前述のようにサンプルを取付け、研磨した。研磨に続いて、サンプルを取付媒体から取外し、清浄にし、８０℃の過飽和ホウ砂（ホウ酸ナトリウム）水溶液中に１分間浸漬した。次いで、ホウ酸ナトリウム溶液でコーティングしたサンプルを、５℃／分で９００℃に加熱し、９００℃で３０分間気流中で均熱した。ホウ砂溶液は、アルミナと反応し、研磨された表面の粒界でガラスを形成した。冷却時に、研磨された表面を沸騰する１２％のＨＣｌ酸溶液中で１分間エッチングし、生じたガラスを除去した。この手順は、高温熱エッチングを行うことなく、サンプルの結晶粒構造を現出することに役立ったが、高温熱エッチングを行えば、存在する微小構造が変化した可能性があった。
【００６５】
脱イオン水ですすぎ、空気中で乾燥させた後、サンプルをアルミニウム製ＳＥＭスタブに取付け、Ａｕ／Ｐｄの薄い層でコーティングした。走査型電子顕微鏡（日本、昭島のＪＥＯＬ社から「ＪＥＯＬ  モデル  ＪＳＭ  ６４００」の商標で入手される）を使用して、研磨された表面に垂直な角度でサンプルを観察した。Ｍ．Ｉ．メンデルソン「多結晶セラミックス中の平均粒度」、米国セラミック協会誌、５２［８］４４３〜４４６頁（１９６９年）（Ｍ．Ｉ．Ｍｅｎｄｅｌｓｏｎ，“Ａｖｅｒａｇｅ  Ｇｒａｉｎ  Ｓｉｚｅ  ｉｎ  Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ，”Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，５２［８］４４３−４４６（１９６９））によって記載されるように、比例定数（ｋ）１．５６を使用し、研磨面で直線−切片法を使用して、サンプルの平均粒度を決定したが、比例定数によって平均粒度（Ｄ）と平均切片長さ（Ｌ）が関係付けられる：Ｄ＝１．５６Ｌ。
【００６６】
出発材料
アルミナ粉体
出発アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉体は、日本、東京の大明化学工業株式会社から入手され、ＴＭ−ＤＡＲと称された。粉体は、製造業者によってＡｌ2Ｏ3が９９．９９重量％の基準組成（ｎｏｍｉｎａｌ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を有し、残部は次の金属／酸化物の不純物、即ち、Ｎａ（５ｐｐｍ）、Ｋ（１ｐｐｍ）、Ｆｅ（４ｐｐｍ）、Ｃａ（１ｐｐｍ）、Ｍｇ（１ｐｐｍ）、およびＳｉ（２ｐｐｍ）から構成されると報告された。この粉体の基準表面積（ｎｏｍｉｎａｌ  ｓｕｒｆａｃｅ  ａｒｅａ）は、１４．８ｍ2／ｇであり、平均粒度は０．１８μｍ（製造業者のデータ）であった。
【００６７】
実施例１−半透明の多結晶アルミナ調製
初期アルミナ粉体処理
受け取られたＴＭ−ＤＡＲアルミナ粉体を解凝集し、後で加工するため以下のように調製した。この粉体を（粉体の約４２重量％に等しい量の）蒸留水、（粉体の約０．４５重量％に等しい量の）クエン酸水素アンモニウム粉体（ミズーリ州セントルイス、シグマ・オールドリッチ・ケミカル社（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ））とポリエチレン瓶中で混合した。この瓶を室温の超音波水浴に入れ、粉体スラリーを２時間超音波処理した。音波処理に続いて、水酸化アンモニウム（マサチューセッツ州ウォードヒル、アルファ・エーサー（Ａｌｐｈａ  Ａｅｓａｒ，Ｗａｒｄ  Ｈｉｌｌ，ＭＡ））を粉体の約０．３重量％に等しい量で添加して、溶液のｐＨを上げた。次いで、得られるスラリーを、ローム・アンド・ハース社（Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ）（ペンシルバニア州フィラデルフィア（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ））により製造されるアクリル樹脂、デュラマックス（ＤＵＲＡＭＡＸ）Ｂ−１０００バインダを添加することによって、更に噴霧乾燥の準備をした。（粉体の約９．７重量％に等しい量の）バインダを添加する前に、バインダ１部に対して蒸留水約２部でバインダを希釈した。次に、ユニオンカーバイド（Ｕｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）（コネチカット州ダンバリー（Ｄａｎｂｕｒｙ，ＣＴ））製の可塑剤、カーボワックス・ポリエチレングリコール４００を粉体の約１．１重量％に等しい量で、スラリーに添加した。カーボワックス（Ｃａｒｂｏｗａｘ）４００を粉体−バインダスラリーに添加する前に、カーボワックス（Ｃａｒｂｏｗａｘ）４００が１部に対して蒸留水約４．５部でカーボワックス（Ｃａｒｂｏｗａｘ）４００を希釈した。得られるスラリーを磁器撹拌棒で混合して、噴霧乾燥し（ニューヨーク州ウエストベリー、ブリンクマン・インスツルメンツ（Ｂｒｉｎｋｍａｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｗｅｓｔｂｕｒｙ，ＮＹ）から入手される、ブチ・ミニ・スプレー・ドライヤー（Ｂｕｃｈｉ  Ｍｉｎｉ  Ｓｐｒａｙ  Ｄｒｙｅｒ）Ｂ−１９１、入口温度＝１９５℃、出口温度＝１００℃）、更に加工するのに好適な微細で自由流動性の粉体が製造される。
【００６８】
粉体成形加工
直径１６．６ｍｍのダイおよび約３１０ＭＰａの加圧力を使用して、自由流動性アルミナ粉体を一軸方向にプレスし、１０．２５ｇの円筒状ペレットにした。（プレスは、インディアナ州ウォバッシュ、カーバー社(Ｃａｒｖｅｒ，Ｉｎｃ．，  Ｗａｂａｓｈ，ＩＮ)から得られる、カーバー・ラボラトリー・プレス、モデルＭ(Ｃａｒｖｅｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｔｙ  Ｐｒｅｓｓ，Ｍｏｄｅｌ  Ｍ)であった。）次いで、得られるペレットを約１７０ＭＰａで冷間静水圧プレス（ＣＩＰ処理）した（ペンシルバニア州エリー、オートクレーブ・エンジニア（Ａｕｔｏｃｌａｖｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｅｒｉｅ，ＰＡ）、モデル＃ＩＰ４−２２−６０）。
【００６９】
脱バインダ加工
ＣＩＰ処理したペレット（又は他の形状のセラミック部品）を６９０℃の空気中で１時間、脱バインダを行い、分散および噴霧乾燥を容易にするために添加した有機成分を除去した。（６９０℃までの昇温速度は、約１℃／分であった。６９０℃で１時間均熱した後、炉の電力を停止し、炉を自然な速度で冷却する。）脱バインダの後、セラミック部品は、典型的には、（３．９８ｇ／ｃｍ3の理論密度を基準にして）５８％を超える「グリーン」（未焼結）密度を有した。
【００７０】
焼結加工
脱バインダ加工の後、セラミック部品を１２３５℃、空気中で２時間焼結し、昇温および冷却速度は２０℃／分であった。この常圧焼結プロセスによって、典型的には、密度が約３．８３ｇ／ｃｍ3、即ちその理論密度の約９６％のセラミック部品が製造された。最大密度の約９６％で、これらのセラミック部品は、外観が明るい白色で不透明であった。更に、セラミック部品は、それらの乾燥重量、およびアルキメデス密度法（Ａｒｃｈｉｍｅｄｅｓ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）によって決定される場合の飽和重量が等値に近いことによって示されるように、プロセスのこの時点で密閉気孔率に達した。密閉気孔率が達成されると、焼結したセラミック部品は、被包化なしで、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ処理）することができた。
【００７１】
熱間静水圧プレス粉体加工
焼結したセラミック部品を１２７５℃で６５分間、２０７ＭＰａのアルゴン加圧力、１２００℃未満で２０℃／分、１２００℃より高温では１３℃／分の昇温速度でＨＩＰ処理した。冷却速度は約２５℃／分であった。得られるセラミック部品（実施例１半透明アルミナ）の最終密度は、約３．９８ｇ／ｃｍ3（原子のパッキングの考慮に基づいて、本質的にその理論密度の１００％）であり、外観が半透明であった。実施例１の半透明性の定量的な評価は、図２に示されるように行われたが、これは、印刷されたテキストを厚さ１ｍｍのディスク状の材料を通して読むことができるかを実証する。実施例１のアルミナの平均粒度は、本明細書に記載の試験方法に従って測定され、０．８μｍであると決定された。実施例１のアルミナの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像（２０００×）を図３に示す。実施例１のアルミナの硬さは、本明細書に記載の試験方法に従って測定され、２２．１±０．５ＧＰａであることが分かった。
【００７２】
実施例２−半透明の多結晶アルミナの調製
焼結したペレット（又はセラミック部品）を（実施例１の１２７５℃に対して）１３７５℃で、（実施例１の６５分に対して）３０分間、ＨＩＰ処理したこと以外、実施例１に記載のようにＴＭ−ＤＡＲアルミナ粉体を加工した。得られるセラミック部品（実施例２半透明アルミナ）の最終密度は、約３．９９ｇ／ｃｍ3（その理論密度と考えられるものの１００％より僅かに大きい）であり、外観が半透明で、視覚的に実施例１のアルミナに類似の半透明性を有するように見える。実施例２のアルミナの平均粒度は、本明細書に記載の試験方法に従って測定され、０．９μｍであると決定された。走査型電子顕微鏡画像（２０００×）を図４に示す。実施例２のアルミナの硬さは、本明細書に記載の試験方法に従って測定され、２１．７±０．７ＧＰａであることが分かった。
【００７３】
実施例３−半透明の多結晶アルミナの調製
更に多量の半透明の多結晶アルミナを調製し、確実に、全部品が均一に加工されるようにするため、以下の変更プロセスを採用した。
【００７４】
６９０℃での脱バインダを（１時間から）２時間に延長し、常圧焼結温度を（１２３５℃から）１２５０℃に上昇させて、後のＨＩＰ処理の前に、確実に、全セラミック部品が密閉気孔率を達成するようにしたこと以外、実施例１で記載されるように、受け取られたＴＭ−ＤＡＲアルミナ粉体を加工した。これらの変更条件下で製造されたセラミック部品および物理的特性は、実施例１に記載されるものと、あまり異なっていないと考えられる。むしろ、それは、典型的なスケールアップによる「多量」効果（例えば、気流および／又は熱効果）であると考えられ、この効果は、一様な加工結果が確実に得られるようにするため、脱バインダ時間の延長と焼結温度の上昇を必要とする。
【００７５】
実施例３の半透明アルミナの特性および他の特徴は下記に含まれる。
【００７６】
本発明の半透明アルミナ材料を市販の半透明および不透明アルミナと比較するため、以下の比較例は、後述のように特徴付けられた。
【００７７】
比較例Ａ
比較例Ａは、カリフォルニア州コスタメサ、セラダイン社（Ｃｅｒａｄｙｎｅ，Ｉｎｃ．，Ｃｏｓｔａ  Ｍｅｓａ，ＣＡ）から入手可能で、トランスター（ＴＲＡＮＳＴＡＲ）の商標で販売される半透明のアルミナである。トランスター（ＴＲＡＮＳＴＡＲ）セラミックの粒度は、本発明に記載の試験方法に従って測定され、３０．０ミクロンであることが分かった。トランスター（ＴＲＡＮＳＴＡＲ）セラミックの硬さは、本発明に記載の試験方法に従って測定され、１９．７±０．８ＧＰａであることが分かった。比較例Ａの走査型電子顕微鏡画像（２０００×）を図５に示す。
【００７８】
比較例Ｂ
比較例Ｂは、ペンシルバニア州ビーバーフォール、ベスビアス・マクダネル（Ｖｅｓｕｖｉｕｓ  ＭｃＤａｎｅｌ，Ｂｅａｖｅｒ  Ｆａｌｌｓ，ＰＡ）から「９９８」の商標で入手可能な、不透明（象牙色）のアルミナである。
【００７９】
比較例Ｃ
比較例Ｃは、セラダイン社（Ｃｅｒａｄｙｎｅ，Ｉｎｃ．，）から入手可能で、「セラダイン（ＣＥＲＡＤＹＮＥ）ＴＰＡ」の商標で販売される半透明のアルミナである。この材料は、３Ｍクラリティ（ＣＬＡＲＩＴＹ）・ラインの歯科矯正用ブラケット（カリフォルニア州モンロビア、３Ｍユニテック（３Ｍ  Ｕｎｉｔｅｋ，Ｍｏｎｒｏｖｉａ，ＣＡ））の製造に使用される。
【００８０】
比較例Ｄ
比較例Ｄは、テキサス州ラボック、クラス・ワン・オルソドンティクス（Ｃｌａｓｓ  Ｏｎｅ  Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ，Ｌｕｂｂｏｃｋ，ＴＸ）から「コンツアー・セラミック・ブラケット（ＣＯＮＴＯＵＲ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｂｒａｃｋｅｔｓ）」の商標で入手可能な、市販の半透明アルミナ歯科矯正用ブラケットである。
【００８１】
比較例Ｅ
比較例Ｅは、インディアナ州ラポルテ、ＴＰオルソドンティクス（ＴＰ  Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃｓ，ＬａＰｏｒｔｅ，ＩＮ）から「ＭＸｉ」の商標で入手可能な、市販の半透明アルミナ歯科矯正用ブラケットである。
【００８２】
試験評価および結果
本発明の微細粒化半透明アルミナ材料を、他の市販のアルミナと比較するため、以下に概要を述べる特性評価を完了した。この作業では、本発明の半透明アルミナを、粗粒化された、又は微細粒化された半透明アルミナの両方、並びに粗粒化された不透明アルミナと比較した。
【００８３】
曲げ強さ
本明細書に記載の試験方法に従って曲げ強さを測定し、実施例１並びに比較例ＡおよびＢの試験結果を表１に報告する。
【００８４】
【表１】
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【００８５】
表１の結果は、実施例１の半透明アルミナの曲げ強さが、比較例Ａの半透明材料の曲げ強さの約２倍であることを示している。実施例１の値の標準偏差が大きいのは、おそらく、この材料の機械加工が困難であることによる結果であったということに留意すべきである。微細粒化された構造および高強度／硬さのため、実施例１の曲げ強さ用試験片（ｆｌｅｘｔｕｒｅ  ｂａｒｓ）を欠陥なく機械加工することは非常に困難であった。しかし、実証された実施例１の強さのため、更に小さく嵩張らない半透明歯科矯正用ブラケットをこのような材料から構成することが可能になる場合がある。
【００８６】
半透明性：コントラスト比
セラミックサンプルの半透明性を定量的に評価するため、本明細書に記載の試験方法に従ってコントラスト比を測定し、実施例３並びに比較例ＡおよびＢの試験結果を表２に報告する。
【００８７】
【表２】
2005514103.tif 000004
【００８８】
表２の結果は、実施例３のアルミナの半透明性が、比較例Ａの材料の半透明性より優れ、そのため、審美性の高い歯科物品、例えば、歯科補綴物又は歯科矯正用ブラケットに非常に好適であることを示しており、天然歯の色が物品を通して拡散して見えることが可能になる。セラミック装置の平均粒度が約２ミクロン未満の場合、隣接する粒界による光学的効果は、光が良好に装置を透過することに干渉する可能性があるということが以前に報告された（例えば、米国特許第４，９５４，０８０号明細書）という点で、この結果は驚くべきことである。
【００８９】
セラミックサンプルの硬さおよび粒度の比較
本明細書に記載の試験方法に従って硬さおよび粒度を決定し、実施例３、比較例Ｃ、および２つのブラケットサンプル（比較例ＤおよびＥ）の結果を表３に報告する。実施例３、比較例Ｃ、比較例Ｄおよび比較例Ｅサンプルの平均粒度を決定するのに使用したＳＥＭ画像（２，５００×および１０，０００×）の例を、それぞれ、図６ａおよび６ｂ、図７（２，５００×のみ）、図８ａおよび８ｂ、および図９ａおよび９ｂに示す。
【００９０】
【表３】
2005514103.tif 000005
【００９１】
表３の結果は、実施例３、比較例Ｄおよび比較例Ｅサンプルの硬さが統計学的に等価であり、これらの「微細粒化された」サンプルの３つ全てが、「粗粒化された」比較例Ｃサンプルよりも硬さの値が大きい（および、従って強度が大きいと期待される場合がある）ことを示す。比較例Ｃサンプルの平均粒度は、実施例３のサンプルより約１８倍大きい。比較例ＤおよびＥのサンプルの平均粒度は類似しており、実施例３のサンプルより約５０％大きい。更に、ＳＥＭ画像（図６ａ、６ｂ、８ａ、８ｂ、９ａ、および９ｂ）から、実施例３の結晶粒は、視覚的に大きさがより一様である、又は大きさの頻度曲線が単峰形であるが、比較例ＤおよびＥのサンプルは、より広い粒度分布を有し、大きい結晶粒の数が多いことが明らかである。実施例３のサンプルは結晶粒組成がより小さく、より一様であるため、この材料から構成される物品は、物理的および機械的特性が改善されていることが期待される。
【００９２】
比較例ＤおよびＥの材料について前述のものとは異なる粒度が、以前に報告されている（ギアオ（ロバート）ゴク・ファム、「５つの多結晶アルミナ歯科矯正用ブラケットの破壊特性、硬さ、および粒度」、オハイオ州立大学修士論文、１９９９年（Ｇｉａｏ（Ｒｏｂｅｒｔ）Ｎｇｏｃ  Ｐｈａｍ，“Ｆｒａｃｔｕｒｅ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，  Ｈａｒｄｎｅｓｓ，ａｎｄ  Ｇｒａｉｎ  Ｓｉｚｅ  ｏｆ  Ｆｉｖｅ  Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ａｌｕｍｉｎａ  Ｏｒｔｈｏｄｏｎｔｉｃ  Ｂｒａｃｋｅｔｓ，”Ｏｈｉｏ  Ｓｔａｔｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｍａｓｔｅｒ’ｓ  ｔｈｅｓｉｓ，１９９９））。この報告で、ファムは、比較例Ｄ（コンツアー（ＣＯＮＴＯＵＲ））の「粒度」は、０．５７ミクロンであり、比較例Ｅ（ＭＸｉ）の「粒度」は、０．６５ミクロンであると述べている。しかし、ファム、および彼の「粒度」測定技術を記載する、彼が引用している参考文献（Ｌ．Ｈ．バン・ヴァラク「材料科学および工学の要素」、第６版、２１７〜２１９頁、１９８９年（Ｌ．Ｈ．ＶａｎＶｌａｃｋ，“Ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，”６th  Ｅｄｉｔｉｏｎ，２１７−２１９，１９８９））は、共に、「平均の弧の長さ、Ｌは、粒度の指数である」と述べている。前述のように、この平均の弧又は切片の長さに比例定数を掛けて、実際の粒度を決定しなければならない。しかし、ファムは、必要な比例定数を掛けることなく、この粒度指数（弧の長さ）を実際の粒度として報告を続けている。更に、バン・ヴァラクの参考文献は、Ｌは、本明細書に記載の技術で行われたように、「研磨およびエッチングされた微小構造を横切って、既知の長さの不規則な線を引くことによって」決定される、と述べている。しかし、ファムは、「その後、各ブランドのブラケットをダイヤモンドディスクで切り欠きをつけ、のみで破壊した。また、破壊したこれらのブラケットの半分を取付け、金−パラジウムフィルムでコーティングした。各ブラケットの破壊表面モルフォロジーを観察し、典型的なＳＥＭ顕微鏡写真を取った。５つの多結晶質ブラケットの平均粒度は、変更された切片方法を使用して、ＳＥＭ顕微鏡写真から直接計算した。」と述べている。おそらく、（参照される標準で要求されるような）研磨面と、（ファムが行ったような）破壊面との検査の違い、並びに、ファムが比例定数を適用しなかったことにより、本明細書とファムの報告で、比較例ＤおよびＥについて報告される粒度に食い違いが生じた。
【００９３】
半透明性：ブラケットの大きさのサンプル
半透明性は、本明細書に記載される試験方法「小さいサンプルの半透明性（湿潤透明度）」に従って決定され、実施例３、並びに、比較例Ｃ、ＤおよびＥに関する結果を表の形態（表４）で、並びにグラフの形態（図１０）で報告する。
【００９４】
【表４】
2005514103.tif 000006
【００９５】
表４および図１０の結果は、実施例３のサンプルが、他の３つの材料より認識できるほどに半透明性が高いことを示している。実施例３のサンプルの湿潤透過率は、低波長で、比較例ＤおよびＥのサンプルの湿潤透過率よりも約２倍大きく、長波長では２５〜５０％大きい。これらの材料の半透明性の別の尺度である、湿潤透過率、対、波長曲線の下の積分面積を表５に報告する（湿潤透過率％×光の波長（ｎｍ）、又は％Ｔ−ｎｍの単位）。
【００９６】
【表５】
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【００９７】
本明細書に引用される特許、特許文書、および出版物の完全な開示は、それぞれが個々に組み込まれるように、参照によりその内容全体を組み込まれる。本発明の範囲および趣旨を逸脱することなく、本発明の様々な変更および変形が当業者に明らかになるであろう。本発明は、本明細書に記載される例示的な実施形態および実施例によって不当に限定されるものではなく、このような実施例および実施形態は、例示のためにだけ表され、本発明の範囲は、本明細書で前記に記載される特許請求の範囲によってのみ限定されるということが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の一実施形態による、歯科矯正用ブラケットの絵画的図である。
【図２】実施例１のセラミック材料の定量的半透明性評価を表す図である。
【図３】実施例１のセラミック材料の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の画像（２０００×）である。
【図４】実施例２のセラミック材料の断面のＳＥＭ画像（２０００×）である。
【図５】比較例Ａのセラミック材料の断面のＳＥＭ画像（２０００×）である。
【図６ａ】実施例３のセラミック材料の断面のＳＥＭ画像（２５００×）である。
【図６ｂ】実施例３のセラミック材料の断面のＳＥＭ画像（１０，０００×）である。
【図７】比較例Ｃのセラミック材料の断面のＳＥＭ画像（２５００×）である。
【図８ａ】比較例Ｄのセラミック材料の断面のＳＥＭ画像（２５００×）である。
【図８ｂ】比較例Ｄのセラミック材料の断面のＳＥＭ画像（１０，０００×）である。
【図９ａ】比較例Ｅのセラミック材料の断面のＳＥＭ画像（２５００×）である。
【図９ｂ】比較例Ｅのセラミック材料の断面のＳＥＭ画像（１０，０００×）である。
【図１０】実施例３、比較例Ｃ、比較例Ｄ、および比較例Ｅのセラミック材料の、光の透過率（％）対波長（ｎｍ）を表すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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