(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯列矯正装置の形態の成形体を脱脂するためのシステムであって、
焼結可能粒子および結合剤を含む複数の成形体、ならびに前記結合剤を前記成形体から除去することができる超臨界流体を含むように構成された圧力容器と、
前記圧力容器に連結され、流体化学物質を前記圧力容器へと供給するように構成された前記流体化学物質の供給源と、
前記流体化学物質を少なくとも前記流体化学物質の超臨界温度に加熱するように構成された熱源と、
前記流体化学物質を少なくとも前記流体化学物質の超臨界圧力に加圧するように構成されたポンプであって、前記超臨界圧力と前記超臨界温度との組み合わせが前記成形体の前記結合剤と接触する前記超臨界流体を形成するのに十分である、ポンプと、
前記流体化学物質および前記成形体から除去された前記結合剤を受けるように前記圧力容器に連結された収集容器であって、前記成形体から除去された前記結合剤を捕捉するように構成された収集容器と、
前記流体化学物質および前記結合剤を前記圧力容器から前記収集容器へと流すために、前記圧力容器を前記収集容器に連結する管と、
前記結合剤が前記管を通って流れるとき前記結合剤を加熱するためのヒーターと、
を含むシステム。
【請求項２】
前記管の長さが０．７６２メートル未満である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記圧力容器と前記収集容器との間で前記圧力容器に連結され、自動的に開閉するように構成された出口弁をさらに含む、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記流体化学物質の前記供給源と前記圧力容器との間で前記圧力容器に連結され、自動的に開閉するように構成された入口弁をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
歯列矯正装置を製造する方法であって、
焼結可能粒子および結合剤を含む複数の成形体を、少なくとも前記結合剤の一部を前記成形体から除去するように圧力容器内の超臨界流体に露出するステップと、
前記超臨界流体が非超臨界流体へと移行すると、除去された前記結合剤を前記圧力容器とは別の収集容器内の前記超臨界流体から収集するステップと、
前記圧力容器を前記収集容器に連結する管を介して前記圧力容器から前記収集容器へ前記除去された結合剤を流すステップと、
前記除去された結合剤が前記管を通じて流れると、前記除去された結合剤を加熱するステップと、
を含む方法。
【請求項６】
前記複数の成形体を露出する前に、前記方法は、前記複数の成形体を射出成形するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記成形体を露出するステップの前および／または間に、
標準温度および標準圧力で流体として存在する流体化学物質を、前記流体化学物質の臨界温度以上に加熱するステップと、
前記流体化学物質を、前記超臨界流体を形成するように前記流体化学物質の臨界圧力以上に加圧するステップと、
をさらに含む、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記成形体を露出するステップが、圧力容器からの前記超臨界流体の流れがない期間、または前記圧力容器への前記超臨界流体の流れがない期間に前記成形体を前記圧力容器内の前記超臨界流体に露出するステップを含む、請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記流れがない期間に前記成形体を前記超臨界流体に露出した後、前記成形体を露出するステップが、別の超臨界流体を前記圧力容器へと流すステップと、前記超臨界流体を前記圧力容器から流すステップとを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記除去された結合剤を収集するステップは、前記非超臨界流体を形成するために、臨界温度以下に前記超臨界流体の温度を冷やすステップ、及び／又は臨界圧力以下に前記超臨界流体の圧力を減少させるステップを含む、請求項５〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記方法は、前記複数の成形体を前記超臨界流体に露出した後、前記焼結可能粒子が焼結体へと固まるように、前記複数の成形体を焼結するステップをさらに含む、請求項５〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記方法は、前記複数の成形体を前記焼結した後、歯列矯正装置を形成するために前記焼結体を仕上げるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記超臨界流体がＣＯ２を含む、請求項５〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記圧力容器と前記収集容器との間で流れる間に前記超臨界流体の圧力及び／又は温度が低下し、これにより、前記超臨界流体が少なくとも部分的に非超臨界流体へと移行し、前記除去された結合剤が前記非超臨界流体から分離される、請求項５〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記除去された結合剤を加熱するステップは、前記分離された結合剤を、前記分離された結合剤が流動的である所定温度に維持するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記分離された結合剤が流動的である前記所定温度は、前記超臨界流体の臨界温度より低い、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記除去された結合剤を前記収集容器内の前記超臨界流体から収集するステップは、前記収集容器内の前記非超臨界流体を大気へと通気するステップを含む、請求項５〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は２０１２年４月２６日に出願された米国特許仮出願第６１／６３８，６１７号の優先権を主張するものであり、その開示全体を参照によって本明細書に援用する。
【０００２】
本発明は一般に、歯列矯正装置を製造するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
歯列矯正治療では、多くの場合、歯列矯正装置を歯に取り付ける。次いで、歯列矯正装置に加えられた力が歯に伝達され、これにより歯を移動させる。したがって、歯列矯正装置は、患者の歯列を改善するための歯列矯正治療の主要な構成部品である。歯列矯正装置は、ブラケット、アーチワイヤ、または他のデバイスを含むことができる。
【０００４】
歯列矯正ブラケットを例として使用すると、歯科矯正医は、歯列矯正ブラケットを患者の歯に接着剤で接着し、アーチワイヤをそれぞれのブラケットのスロットへと係合することができる。アーチワイヤは歯列矯正ブラケットに曲げ応力および／またはねじり応力を加えて、歯を望ましい位置に向かって動かそうとする回転、傾斜、挺出、圧下、平行移動、および／またはトルク力を含む復元力を生成する。小さな弾性のＯリングまたは細い金属ワイヤなどの一般的な結紮線を使用して、アーチワイヤをそれぞれのブラケットスロット内に維持することができる。個々の結紮線をそれぞれのブラケットに装着する際の困難により、アーチワイヤをブラケットスロット内に維持するためにラッチ、クリップまたはスライドなどの可動部分または部材を使用することによって結紮線を必要としない、自己結紮歯列矯正ブラケットが開発されてきた。
【０００５】
歯列矯正市場では、様々な材料が、その強度、硬度、審美性、生物学的／腐食耐性、および製造性の特徴的な組み合わせによって優位を占めている。例えば、歯列矯正治療の初期に使用されるアーチワイヤは、腐食耐性を有する超弾性特性の形状記憶合金（ＳＭＡ）から形成することができる。ニチノールは周知の形状記憶合金であり、ニッケル（Ｎｉ）とチタン（Ｔｉ）の合金である。別の例では、アーチワイヤをステンレス鋼またはチタンモリブデン合金（ＴＭＡ）などのチタン含有合金とすることができる。これらの金属はそれぞれ、あるレベルの強度、硬度、および腐食耐性を組み合わせている。同様に、歯列矯正ブラケットは通常、強度があり、非吸収性で、溶接可能であり、形成および加工が比較的簡単なステンレス鋼から形成される。チタンおよびチタン合金ブラケットは、ステンレス鋼のニッケルフリー代替物としても利用可能である。チタンはステンレス鋼より腐食耐性が高いが、チタンはステンレス鋼より高価であり製造がより難しい。
【０００６】
金属歯列矯正ブラケットの代替物として、ある種の歯列矯正ブラケットは、下にある歯の色または形状をとり、または模倣する、透明または半透明の非金属材料、例えばセラミックなどのブラケット本体を組み込んでいる。しかし、金属の同等部品と比較すると、セラミック歯列矯正ブラケットは強度および硬度が比較的低い。さらに、セラミック歯列矯正装置は製造が難しく、費用がかかる。
【０００７】
射出成形プロセスは、金属またはセラミック歯列矯正装置などの複雑に形成された部品を製造することができる。形成された部品は、多くの場合、成形体とよばれ、未焼結粉末および結合剤の形成された混合物を含む。未焼結粉末は金属またはセラミック粉末を含むことができる。これらの粉末のいずれかを用いる粉末射出成形（ＰＩＭ）はそれぞれ、金属射出成形（ＭＩＭ）またはセラミック射出成形（ＣＩＭ）ともいう。未焼結粉末および結合剤の混合物が加熱されて結合剤を軟化させ、次いで加熱された混合物が金型へと噴射される。噴射された後、結合剤は射出成形フォーム内で粒子をともに保持するように冷えて硬化する。最終製品を形成するために、結合剤が除去される。次いで、結合剤が含まれない成形体が高温に加熱されて、粒子をともに焼結し、したがって粉末粒子が焼結体へと固まる。その後の最終製品は、焼結体を最終的な歯列矯正装置へと変形する必要がある場合がある。
【０００８】
金属射出成形（ＭＩＭ）法またはセラミック射出成形（ＣＩＭ）法によって歯列矯正装置を形成するために、その後の処理中に、結合剤材料を除去しなければならない。このプロセスは脱脂（ｄｅｂｉｎｄｉｎｇ）ともいう。したがって、一般に成形体には結合剤を除去するプロセスを行う。結合剤の除去は、多くの場合、成形体を炉の中で結合剤が分解し、または気化する高温へと加熱することによって達成される。炉内の気体の流れによって、気化され、または分解された結合剤が成形体から取り除かれる。炉または熱によるシステムに加えて、化学および水によるシステムも結合剤を成形体から除去するための既知の方法である。成形体のサイズおよび結合剤のタイプ、ならびに他の要因によって、結合剤の除去は、一般にはそれより長くなることはないとしても数時間の長い時間がかかることがある。したがって、結合剤の除去に必要な長時間によって、その後の焼結作業が遅れ、製造プロセスが全体的に長期化することになる。さらに、これらのプロセスはそれぞれ、多量のエネルギーを使用し、高価でおよび／または嵩張る機器を必要とし、一般に環境規制の対象である気体または他の化学物質の排気流を生成する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願第１２／５４０，６３８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、これらおよび他の欠点を克服する、歯列矯正装置を製造する改善されたシステムおよび方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、歯列矯正装置の製造における使用が知られているシステムおよび方法の上記の短所および欠点並びに他の短所および欠点を克服する。本発明はある実施形態に関して説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことを理解されたい。反対に、本発明は、すべての代替、修正および等価物を、本発明の趣旨および範囲内に含むことができる。
【００１２】
本発明の原理によれば、歯列矯正装置の形態の成形体を脱脂するためのシステムは、焼結可能粒子および結合剤を含む複数の成形体と、結合剤を成形体から除去することができる超臨界流体を含むように構成された圧力容器を含む。システムはさらに、圧力容器に連結され、流体化学物質を圧力容器へと供給するように構成された流体化学物質の供給源と、流体化学物質を少なくとも流体化学物質の超臨界温度に加熱するように構成された熱源とを含む。システムはさらに、流体化学物質を少なくとも流体化学物質の超臨界圧力に加圧するように構成されたポンプを含む。超臨界圧力および超臨界温度の組み合わせは、成形体の結合剤と接触する超臨界流体を形成するのに十分である。システムはさらに、成形体から除去された流体化学物質および結合剤を受けるように圧力容器に連結された収集容器を含む。収集容器は、成形体から除去された結合剤を捕捉するように構成されている。
【００１３】
一実施形態では、流体化学物質および結合剤を圧力容器から収集容器へと流すように、管が圧力容器を収集容器に連結する。管の長さは２．５フィート（０．７６２メートル）未満である。
【００１４】
本発明の一態様では、歯列矯正装置を製造する方法は、少なくとも結合剤の一部を成形体から除去するように、焼結可能粒子および結合剤を含む複数の成形体を超臨界流体に露出すること、及び、超臨界流体が非超臨界流体へと移行すると、除去された結合剤を超臨界流体から収集することを含む。
【００１５】
一実施形態では、成形体を超臨界流体に露出する前に、方法はさらに、成形体を射出成形することを含む。
【００１６】
一実施形態では、成形体を超臨界流体に露出する前および／または間に、方法はさらに、標準温度および標準圧力で流体として存在する流体化学物質を、流体化学物質の臨界温度以上に加熱すること、及び、超臨界流体を形成するように、流体化学物質を流体化学物質の臨界圧力以上に加圧することを含む。
【００１７】
一実施形態では、成形体を露出することは、圧力容器からの前記超臨界流体の流れがない期間、または圧力容器への超臨界流体の流れがない期間に成形体を圧力容器内の超臨界流体に露出することを含む。
【００１８】
一実施形態では、流れがない期間に成形体を超臨界流体に露出した後、方法はさらに、成形体を圧力容器へ、および圧力容器からの別の超臨界流体の流れに露出することを含む。
【００１９】
一実施形態では、超臨界流体はＣＯ２を含む。
【００２０】
一実施形態では、成形体は歯列矯正ブラケットの構成である。
【００２１】
一実施形態では、成形体の重さはそれぞれ１／１０グラム未満である。
【００２２】
一実施形態では、成形体の全露出表面積は少なくとも約８００平方インチである。
【００２３】
一実施形態では、成形体の全露出表面積は約８５０平方インチから約２，０００平方インチの範囲である。
【００２４】
一実施形態では、焼結可能粒子は金属粒子またはセラミック粒子を含む。
【００２５】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を示し、以下の詳細な説明とともに、本発明の様々な態様を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態による脱脂システムの概略図である。
【図２】本発明の方法の一実施形態にしたがって作製された自己結紮歯列矯正ブラケットの斜視図であり、結紮ラッチが開位置で示されている。
【図３】図２に示す自己結紮歯列矯正ブラケットの斜視図であり、結紮ラッチが閉位置で示されている。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
既存のプロセスおよびシステムの欠点に対処するために、本発明の実施形態によるシステムは、歯列矯正装置の形態である成形体を脱脂するために超臨界流体を使用する。したがってシステムは、金属粒子またはセラミック粒子と結合剤の混合物を含む成形体を超臨界流体に露出するように構成されている。超臨界流体は、成形体の粒子を残しながら結合剤の全部または一部を除去することができる。結合剤除去後、成形体の形状を維持する粒子を焼結し、歯列矯正装置を製造することができる別のプロセスを行うことができる。本明細書で使用される歯列矯正装置とは、歯列矯正治療で使用される構成部品のことをいう。例えば、歯列矯正装置は、図２および３に示す歯列矯正ブラケット、アーチワイヤ、歯に直接的または間接的に取り付け、または固定することができる他の歯列矯正装置、または歯列矯正治療で使用される器具を含むが、これに限定されない。システムは、同じ量の結合剤を除去するのに必要なエネルギーを低減しながら、炉などの熱脱脂システムよりも迅速に結合剤を除去することができる。一実施形態では、１時間あたりの除去される結合剤の量は、熱脱脂システムより実質的に高い。さらに、本明細書で開示される実施形態では、システムは成形体から除去される結合剤の全部ではなくとも少なくとも一部を捕捉または収集するので、システムは、周囲に放出される結合剤の量を低減する。
【００２８】
これらまたは他の目的のために、図１は複数の成形体２１０を脱脂するためのシステム２００を示す。上記で簡潔に述べたように、成形体は結合剤によってともに保持された焼結可能粒子を含む三次元体である。成形体２１０は、金属射出成形（ＭＩＭ）法またはセラミック射出成形（ＣＩＭ）法など、当技術分野で知られている射出成形法によって作製することができる。例えば、限定はされないが、成形体２１０は、歯列矯正ブラケットなどの歯列矯正装置に似せることができるが、より体積が大きい未焼結状態の成形体である。成形体の密度は結合剤の除去により脱脂後に低減することができ、体積および密度は成形体の多孔性が低くなることにより焼結後に低減することができる。焼結可能粒子は、例えば１７−４ステンレス鋼および３−１６ステンレス鋼などのステンレス鋼などの鉄金属粒子、および例えばチタンまたはチタン合金または他の金属合金粒子またはそれらの混合物などの非鉄金属粒子を含むことができる。あるいは、焼結可能粒子は、例えばアルミナ（Ａ１２０３）の粒子または別の金属酸化物の粒子などのセラミック粒子を含むことができる。成形体内の金属またはセラミック粒子は、特定の材料に対応する高温で焼結するように、十分に平均的なサイズおよび分布のものである。
【００２９】
焼結可能粒子に加えて、成形体２１０は結合剤を含む。上記で述べたように、結合剤は、成形体２１０の形成中、焼結可能粒子をともに保持し、その後、成形体の脱脂中および焼結前に除去される。結合剤は、ワックスなどの有機結合剤を含むことができ、それらの有機結合剤は、炭化水素および脂肪酸のエステルを含むことができる。例えば、結合剤はパラフィンワックス、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンおよび／またはステアリン酸を含むことができる。しかし、焼結可能粒子を成形体２１０の形態でともに保持することができるのに十分となりうる他の有機結合剤も企図されていることが理解されよう。これらは、いくつか例を上げると、ポリオレフィン、アクリル、ラテックス、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、およびポリビニルアルコールなど、様々なポリマーを含む。成形体２１０は任意で、成形体の成形を容易にする添加剤および／または焼結プロセスを助ける材料などの他の材料を含むことができる。
【００３０】
成形体２１０内の焼結可能粒子の割合は、作製している歯列矯正装置および／または焼結可能粒子および結合剤の材料によって異なりうる。例をあげると、焼結可能粒子の割合は約２５重量％から約９８重量％の範囲とすることができるが、焼結可能粒子の割合は約５０重量％から約９８重量％の範囲とすることもでき、他の例では、成形体２１０の約９０重量％から約９５重量％の範囲とすることができる。一実施形態では、成形体２１０は約１／１０グラム未満、例えば約０．０６ｇであり、結合剤含有量が約１／１００グラム未満、例えば約０．００５ｇである。結合剤の重量に対する焼結可能粒子の重量の相対比率は、成形体２１０内の結合剤のタイプおよび粒子のタイプによって異なりうる。一実施形態では、成形体２１０の比例的均衡は結合剤である。すなわち、この場合、成形体２１０は焼結可能粒子および結合剤から基本的に構成される。本明細書で使用される「基本的に構成される」とは、成形体２１０に他の材料が意図的に追加されないことを意味する。しかし、成形助剤、焼結助剤、および原材料または製造プロセスの不純物含有量を企図することができる。
【００３１】
図１に示すように、システム２００は圧力容器２２０を含む。成形後、成形体２１０は脱脂のために圧力容器２２０内に置かれる。図示されていないが、成形体２１０は、るつぼまたは後に圧力容器２２０内に置かれる別の装置内に置くことができる。圧力容器２２０は、超臨界状態の以下で説明する化学物質を含むように構成されている。本明細書で説明するように成形体２１０を脱脂するプロセス中、圧力容器２２０内の圧力を、例えば約５，０００ｐｓｉ（約３４，４７４ｋＰａ）、または超臨界流体を形成するのに必要な臨界圧力を超える別の圧力まで上げることができる。
【００３２】
圧力のほかに、図１には示されていないが、容器２２０付近にヒーターを配置し、容器２２０の内容物を高圧で高温に加熱するように構成することができる。圧力容器２２０内の高温は、化学物質から超臨界流体を形成するのに必要な臨界温度を超えるのに十分とすることができ、例えば、圧力容器２２０の温度を約６５℃まで上げることができる。しかし、圧力容器２２０内の温度および圧力の組み合わせは、超臨界流体を形成することができるが、約５，０００ｐｓｉ（約３４，４７４ｋＰａ）未満および／または約６５℃未満とすることができることが理解されよう。したがって、脱脂中、成形体２１０を超臨界流体に露出することができる。
【００３３】
圧力容器２２０は、複数の成形体２１０を含むのに十分なサイズのものとすることができる。例えば、圧力容器２２０は約１Ｌの体積を封じ込めることができ、歯列矯正ブラケットの形態に構成された、例えば約１２，０００の成形体など、約１０，０００から約１５，０００の成形体を含み、または保持することが可能である。しかし、圧力容器２２０は１Ｌより大きいまたは小さい体積を封じ込めることができる。これに関して、一実施形態では、圧力容器２２０の使用可能な室体積に対する複数の成形体２１０の体積の比は、約１０％から約１５％であり、他の例では約１２．５％である。成形体の露出面積が大きいことが理解されよう。例えば、露出面積は少なくとも約８００平方インチとすることができ、約８５０平方インチから約２，０００平方インチの範囲とすることができ、他の例では、約９００平方インチから約１，６００平方インチの範囲とすることができる。成形体あたりの露出面積の増加によって、結合剤の除去速度を促進し、または増加することができる。
【００３４】
超臨界流体は、最初に気体状態または最初に液体状態で存在することができる流体化学物質から形成することができる。最初に液体として存在する流体化学物質から超臨界流体が形成される一実施形態では、液体供給システム２３０が出口２２１で圧力容器２２０に連結されており、液体化学物質を圧力容器２２０へと供給するように構成されている。そのため、液体供給システム２３０は、液体化学物質があらかじめ充填されたボトルを含むことができ、および／または液体化学物質の連続供給を含むことができる、液体供給源２３２を含むことができる。例えば、限定はされないが、液体供給源２３２が液体二酸化炭素（ＣＯ２）を圧力容器２２０へと供給することができるように、流体化学物質はＣＯ２を含むことができる。しかし、本発明の実施形態が超臨界流体を液体ＣＯ２などの液体化学物質から形成することに限定されないように、超臨界流体は最初に気体状態で存在する流体化学物質から形成することができることも企図されている。液体供給システム２３０は１分あたり約３０から約４０リットルの流速（ｌｐｍ）で液体を供給することができる。しかし、より高いまたはより低い流速も企図されており、流速は圧力容器２２０のサイズ、液体供給源２３２内の液体の量、および液体の温度によって異なりうる。
【００３５】
一実施形態では、液体供給システム２３０は、液体供給源２３２に連結されたポンプ２３４を含むことができる。ポンプ２３４は、液体供給源２３２から液体化学物質を給送するように、駆動されるピストンであり圧縮空気２３６の供給源を必要とすることができる。例えば、圧縮空気２３６は約１００ｐｓｉ（約６８９ｋＰａ）以上の空気圧をポンプ２３４へと供給することができる。しかし、他のポンプ構成を使用して、供給源２３２から流体化学物質を給送することもできる。ポンプ２３４は液体化学物質を液体供給源２３２内に配置されたサイフォン管（図示せず）を通して引き出すことができ、または他の方法で液体化学物質を液体供給源２３２から圧力容器２２０へと送り込むことができる。ポンプ２３４はまた、液体化学物質が超臨界相になるように、液体化学物質の圧力を、標準温度および圧力（ＳＴＰ）（つまり、１４．５０４ｐｓｉすなわち１００ｋＰａ）より高い圧力、または液体化学物質の臨界圧力を超える圧力以上の圧力へと増加することができる。
【００３６】
図１を引き続き参照すると、液体供給システム２３０はさらに、液体供給源２３２によって供給される液体化学物質を加熱するためのヒーター２３８を含むことができる。超臨界流体の形成を容易にするために、ヒーター２３８は、ＳＴＰ温度を超える温度、すなわち０℃、または流体化学物質の臨界温度以上の温度まで流体化学物質を加熱することができる。これに関して、ヒーター２３８によって提供される熱およびポンプ２３４によって提供される圧力の組み合わせによって、液体化学物質は、圧力容器２２０内および／または圧力容器２２０へと入る直前の液体供給システム２３０内で、超臨界流体になることができる。ヒーター２３８およびポンプ２３４は、液体化学物質を加熱し、加圧するように、順次または同時に動作することができることが理解されよう。
【００３７】
超臨界相では、液体化学物質は臨界温度以上および臨界圧力以上である。超臨界相は、最初に気体または液体とすることができる流体化学物質が気体状態と液体状態との間の特性をとる、流体様の状態である。例えば、流体化学物質はＳＴＰで気体または液体として存在することができるが、本発明の実施形態はこれに限定されない。知られているように、物質の相図は、温度および圧力の様々な組み合わせで複数の相を示すことができる。例えば、これらの相は気相、固層、液相を含むことができ、超臨界流体相を示すこともできる。例えば、ＳＴＰで気体である物質などの物質の温度および圧力を調整することによって、物質は固体、液体、または超臨界流体へと変化することができる。この変化は可逆性である。例えば、気体がＣＯ２である場合、臨界温度は３１．１℃であり、臨界圧力は約１，０７１ｐｓｉ（約７，３８４ｋＰａ）である。したがって、ＣＯ２気体の温度および圧力をＳＴＰから３１．１℃以上の温度および１，０７１ｐｓｉ（７，３８４ｋＰａ）以上の圧力へと上昇することによって、超臨界ＣＯ２が形成されることになる。
【００３８】
図１を参照すると、一実施形態では、圧力トランスデューサ２４０を使用して、圧力容器２２０または圧力容器２２０付近の液体化学物質の圧力を測定する。圧力測定は、コンピュータ（図示せず）によって利用されて、液体化学物質の圧力をあらかじめ定められたプロセスにしたがって増加または減少することができるようにポンプ２３４を作動することができる。
【００３９】
一実施形態では、液体化学物質が圧力容器２２０へと噴射され、または流された後、成形体２１０を含む圧力容器２２０が密封される。圧力容器２２０内の圧力および温度は、超臨界流体を形成するのに必要な臨界温度および臨界圧力を超えるように調整することができる。
【００４０】
このように、および本発明の実施形態では、成形体２１０は超臨界流体に露出される。圧力容器２２０は、成形体２１０を一定のあらかじめ定められた期間、超臨界流体に露出するように密封することができる。すなわち、この「静止」期間中、圧力容器２２０から、または圧力容器２２０への流れは生じない。したがって、超臨界流体は結合剤の全部または一部を成形体２１０から溶解し、または他の方法で除去することができる。圧力容器２２０は液体化学物質で充填する前に空にすることが可能であるが、成形体２１０を搭載すると導入される圧力容器２２０内の残留大気気体は超臨界流体形成に問題を与えないことができる。
【００４１】
この最初の「静止」期間後、超臨界流体は圧力容器２２０から放出される。圧力容器２２０から放出される時点で、超臨界流体は飽和し、または少なくとも成形体２１０から溶解され、または除去された結合剤を含むことができることが理解されよう。例えば、静止期間は約１分から約５分以上、持続することができる。一実施形態では、超臨界流体が圧力容器２２０から放出される前に、成形体２１０内のすべての結合剤が除去される。
【００４２】
一実施形態では、超臨界流体および除去された結合剤の放出後、追加の新しい液体化学物質が圧力容器２２０に向かって流される。すなわち、新しい液体化学物質はまだ結合剤に露出されておらず、したがって溶解された結合剤を含んでいない。追加の新しい液体化学物質の圧力および温度は、上記のように、追加の新しい液体化学物質が圧力容器２２０内または圧力容器２２０付近で超臨界相になるように、ポンプ２３４、ヒーター２３８、および／または圧力容器ヒーター（図示せず）によって調整することができる。これは脱脂プロセスの「動的段階」ということができる。
【００４３】
動的段階中、液体化学物質または新しい超臨界流体の圧力容器２２０への流れおよび圧力容器２２０からの流れは連続的とすることができ、成形体２１０内に残っている結合剤または残留する結合剤を除去し、または溶解することができる。動的段階は約３０分から約６０分、持続することができる。超臨界流体の容器２２０を通る静止および／または動的流れの一方または両方によって、結合剤除去速度は約０．５ｇ／分から約１ｇ／分とすることができる。したがって、脱脂プロセスは、圧力容器２２０内に配置された成形体２１０の構成および数によって、約３１分から約９０分かかることがある。これは、約２４時間かかることがある同じ数およびタイプの成形体２１０の熱脱脂プロセスと比較することができる。
【００４４】
図１を引き続き参照すると、システム２００は、成形体２１０の脱脂を容易にする追加の構成要素を含むことができる。例えば、入口弁２４２が圧力容器２２０を液体供給源２３２から分離することができる。弁２４２は、あらかじめ定められた時間、温度、および／または圧力で液体化学物質が圧力容器２２０へと流れるように、ＰＬＣまたは他のコンピュータなどによって自動的に開閉することができる。
【００４５】
一実施形態では、システム２００はさらに、圧力容器２２０に連結された収集容器２４４を含む。超臨界流体は、圧力容器２２０から放出されると、導管または管２４６を通って収集容器２４４に向かって流れる。超臨界流体が圧力容器２２０から出ると、超臨界流体の圧力および温度は低下しはじめることができる。したがって、超臨界流体内の結合剤の溶解度も低下することができ、収集容器２４４に到達する前に管２４６内で結合剤が超臨界流体から分離することになる。
【００４６】
一実施形態では、収集容器２４４と圧力容器２２０との間の管２４６内のあらかじめ定められた温度を維持するために、絶縁体（図示せず）が管２４６を覆うことができ、管２４６を加熱するようにヒーターを配置することができる。管２４６は、温度を均一に制御することができる限られた距離のみを延びることができる。例えば、管２４６の長さは２と１／２フィート未満とすることができ、他の例では、約１フィート（約０．３０４８メートル）から約２フィート（約０．６０９６メートル）の長さとすることができる。一実施形態では、管２４６の長さは約１と１／２フィートである。さらに、例えば、管２４６の直径は約１／８インチ（約０．３１７５センチメートル）より大きい直径とすることができ、約１／４インチ（約０．６３５センチメートル）より大きい内径を有することができる。例えば、超臨界流体が非超臨界状態になり、または非超臨界流体になると、超臨界流体は液相または他の流体相へと再び移行し、管２４６内の気体から分離しはじめた結合剤は加熱されたままとなることができ、収集容器２４４へと流れる。例えば、ヒーターは管２４６の内容物を、例えば約１８０℃の温度など、約１００℃以上の温度に加熱することができる。管２４６および絶縁体を含むヒーターの構成によって、分離された結合剤が上記の除去速度で管２４６に詰まる可能性を低減し、またはなくすことができることが理解されよう。さらに、一実施形態では、超臨界流体の圧力低下を制御するように、管２４６に圧力調整部２６０が配置される。
【００４７】
さらに、温度および圧力の一方または両方が必要な臨界値より低く低下し続けるため、圧力容器２２０と収集容器２４４との間の何らかの位置または収集容器２４４において、超臨界流体は全体的または部分的に液相へと再び変化することができる。これが起きるとき結合剤は最終的な液相または他の相から分離することができ、その後の分離のために収集容器２４４に捕捉される。これに関して、収集容器２４４内の流体の圧力を、臨界圧力より低く低下するように制御することができる。しかし、収集容器２４４内の温度は、結合剤を流動的な状態に保つのに十分な温度以上に維持することができる。例えば、収集容器２４４付近のヒーター（図示せず）が、収集容器２４４内の温度を約９０℃以上の温度に維持することができる。
【００４８】
一実施形態では、システム２００は、収集容器２４４から延び、収集容器２４４からの流体を大気へと通気する通気ライン２４８を含む。通気ライン２４８は、収集容器２４４からの気体の流出量を測定するための流量計２５０を含むことができる。一実施形態では、システム２００は、容器２４４の過度の加圧を防ぐための安全策として収集容器２４４に連結された逃がしライン２５２および逃がし弁２５４を含む。
【００４９】
一実施形態では、排出ライン２５６が収集容器２４４に連結され、収集容器２４４から延びている。結合剤は静止および／または動的段階の各周期中に収集容器２４４に収集されると、収集容器２４４から排出され、排出ライン２５６を介して再利用することができる。結合剤が１セットの成形体から除去されると、結合剤が含まれない成形体が圧力容器２２０から除去され、その後焼結され、次いで新たなセットの成形体２１０を圧力容器２２０内に置くことができる。
【００５０】
システム２００はさらに、圧力容器２２０と収集容器２４４との間に配置された出口弁２５８を含むことができる。入口弁２４２とともに、出口弁２５８は、あらかじめ定められたスケジュールにしたがって開閉するように、ＰＬＣまたは別のコンピュータシステム（図示せず）によって自動的に制御することができる。例えば、上記で説明したプロセスでは、静止段階の後、出口弁２５８は、超臨界流体を圧力容器２２０から逃がし、収集容器２４４に向かって流れるようにすることができるように開くことができる。次いで、必要であれば成形体２１０をさらに脱脂するように、その後の動的段階中、出口弁２５８を部分的または完全に開くことができる。
【００５１】
システム２００はさらに、圧力容器２２０の出口２２３または出口２２３付近で圧力容器２２０に連結された自動通気弁２６２を含むことができる。自動通気弁２６２を使用して、圧力容器２２０を大気圧へと通気し、収集容器２４４および出口弁２５８を迂回することができる。例えば、成形体２１０の取り出しまたは再搭載のために圧力容器２２０を大気圧と平衡させる必要がある脱脂プロセスの終了付近で、自動通気弁２６２を使用することができる。
【００５２】
システム２００はさらに、圧力容器２２０の出口２２３と直接連結された大気放出板２６４を含むことができる。大気放出板２６４は、圧力容器２２０が過度に加圧され、通気弁２６２および出口弁２５８のそれぞれが開かなかった場合、圧力容器２２０を大気へと通気することができる。
【００５３】
ここで図２および３を参照すると、本明細書で説明されるプロセスまたはシステム２００の実施形態にしたがって製造することができる例示的な歯列矯正ブラケット１０が示されている。歯列矯正ブラケット１０は、参照によってその全体を本明細書に援用する２００８年８月１３日に出願された米国特許出願第１２／５４０，６３８号に開示されている。
【００５４】
図示するように、歯列矯正ブラケット１０は、ブラケット本体１２およびブラケット本体１２に連結された可動閉鎖部材を含む。一実施形態では、可動閉鎖部材は、ブラケット本体１２に摺動的に連結された結紮スライド１４を含むことができる。一実施形態では、ブラケット本体１２および結紮スライド１４の形に構成された成形体は、上述のようにＣＩＭ法によって作製される。次いで、成形体はシステム２００内に置かれ、上記で説明した超臨界流体脱脂プロセスを行う。脱脂後、成形体は、ブラケット本体１２および結紮スライド１４を形成するように焼結される。歯列矯正ブラケット１０の構成の成形体は、代替的にＭＩＭ法によって作製し、本明細書に開示された実施形態にしたがって脱脂することもできることが理解されよう。さらに、他の歯列矯正装置の構成の他の成形体を、他のＰＩＭ法によって作製し、上記で説明したように、脱脂し、焼結することもできることが理解されよう。
【００５５】
図示するように、ブラケット本体１２は、歯に矯正力を加えるためにアーチワイヤ１８（仮想線で示す）を受けるように適合されて形成されたアーチワイヤスロット１６を含む。結紮スライド１４は、アーチワイヤ１８がアーチワイヤスロット１６へと挿入可能な開位置（図２）と、アーチワイヤ１８がアーチワイヤスロット１６内に維持される閉位置（図３）との間で可動である。ブラケット本体１２および結紮スライド１４は総体的に、歯列矯正治療で使用するための自己結紮歯列矯正ブラケット１０を形成する。
【００５６】
以上、本発明を様々な実施形態の説明によって示し、これらの実施形態をある程度詳細に説明したが、発明者らは添付の特許請求の範囲をそのような詳細に限定しようとするものではない。したがって、当業者であれば別の利点および修正を容易に理解するであろう。本発明の様々な特徴は、使用者の必要性および好みに合わせて、単独でまたは組み合わせて使用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１０  歯列矯正ブラケット
１２  ブラケット本体
１４  結紮スライド
１６  アーチワイヤスロット
１８  アーチワイヤ
２００  システム
２１０  成形体
２２  圧力容器
２２１  出口
２３０  液体供給システム
２３２  液体供給源
２３４  ポンプ
２３６  圧縮空気
２３８  ヒーター
２４０  圧力トランスデューサ
２４２  入口弁
２４４  収集容器
２４６  管
２４８  通気ライン
２５０  流量計
２５２  逃がしライン
２５４  逃がし弁
２５６  排出ライン
２５８  出口弁
２６０  圧力調整部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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