(57)【要約】【課題】  歯科用部材の材料としてＳＵＳ３１６Ｌが汎用されているが、Ｎｉ溶出の懸念があり、また加工コストが嵩むという問題がある。フェライト系ステンレス鋼はＮｉを含有しないが、耐食性に劣り、また強磁性であることから歯科用部材として不向きである。そこでＮｉ溶出の懸念がなく、しかも耐食性や強度に優れ、非磁性の歯科用部材を提供することを目的とする。【解決手段】  ブラケット１０（歯科用部材）は最大厚みが４mm以下である。該ブラケット１０は、窒素を０．９質量％含み、ニッケルの含有量を０．２質量％以下、マンガンの含有量を０．２質量％以下に抑制したオーステナイト系ステンレス鋼により構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大厚みが４mm以下の歯科用部材であって、
該歯科用部材は、窒素を０．５質量％以上含み、ニッケルの含有量を０．２質量％以下、マンガンの含有量を０．２質量％以下に抑制したオーステナイト系ステンレス鋼により構成されていることを特徴とする歯科用部材。
【請求項２】
歯科用部材において、
該歯科用部材は、その表面から２mmまでの深さが、窒素を０．５質量％以上含み、ニッケルの含有量を０．２質量％以下、マンガンの含有量を０．２質量％以下に抑制したオーステナイト系ステンレス鋼により構成されていることを特徴とする歯科用部材。
【請求項３】
歯科用部材の製造方法において、
ニッケルの含有量を０．２質量％以下、マンガンの含有量を０．２質量％以下に制限したフェライト系ステンレス鋼により前記歯科用部材の形状のものを成形し、
次いでこの成形品を、８００〜１３００℃、０．５〜２気圧で、窒素ガスを含有する不活性ガスに曝すことにより、該成形品の少なくとも表層部に窒素を含有させると共にオーステナイト化させることを特徴とする歯科用部材の製造方法。
【請求項４】
前記窒素ガスを含有する不活性ガスは、窒素を８５容量％以上含有する請求項３に記載の歯科用部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯列矯正用ブラケットやバッカルチューブ，バンド，スクリュー，ワイヤー等の歯列矯正用部材、クラスプ等の歯科技工用部材、歯科インプラント、また歯科インスツルメント等の歯科用部材に関するものであり、またその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歯科用部材には小さなものが多く、例えば歯列矯正用ブラケットは４mm×４mm×３mm程度であり、この様に小さいものでは、少し磁性を帯びるだけで様々な鋼製品にくっついて（磁力による引き付け力によりくっつく）取扱難くなることから、その材料は非磁性であることが望まれる。加えて歯列矯正用ブラケットの場合は歯を微妙に矯正移動させる必要性から、アーチワイヤー装着面の形状には非常に高い精度が要求されると共に、強度的にも優れることが求められる。更に口腔内に装着される歯科用部材（歯列矯正用ブラケットや義歯床等）にあっては、食べかすに由来する酸等に曝されることから、耐食性に優れることも要求される。
【０００３】
この様な点から歯科用部材の材料としては、靭性や耐食性に優れ、常温で非磁性である等の特性を有するオーステナイト系ステンレス鋼が一般に用いられており、そのうちでも特に鋼種ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌが汎用されている（例えば、非特許文献１，２参照）。
【０００４】
しかしながらオーステナイト系ステンレス鋼は切削等の機械加工性が少々劣る為に精密な機械加工が困難であり、従って上記の様に小さなサイズで、しかも精密に加工する必要がある歯科用部材にあっては、機械加工が困難であるが故にコストが高いものとなる。加えてオーステナイト系ステンレス鋼にはＮｉが含有されていることから、このＮｉが口腔内で溶出した場合には、アレルギーを生じる等の懸念がある。
【０００５】
そこでＮｉを含有しないオーステナイト系ステンレス鋼の研究開発が進められており、Ｎｉに代えてＭｎを含有させることによりオーステナイトとして安定化させたステンレス鋼が提案されている。しかしながらこのものは極めて硬いために成形加工性や機械加工性が非常に悪く、加工コストが更に嵩むという問題がある。
【０００６】
一方、含有Ｎｉの問題に着目すると、フェライト系ステンレス鋼においてはＮｉを含有せず、また成形加工性や機械加工性，溶接性についても良好であり、これらの点に関しては好ましいものの、該フェライト系ステンレス鋼は耐食性に劣り、また強磁性を示すことから、歯科用部材に使用した場合に治療作業中に磁石に付く等し、取扱性が悪いという問題がある。
【０００７】
他方、歯科用部材の材料としてはＴｉ合金も利用されているが、強度や耐摩耗性等の物理的特性の観点からはステンレス鋼の方が優れる。従って歯科治療において特に歯列矯正治療を行う場合等には、小さなブラケットが強い力を受け止め得る様に、優れた強度を示すステンレス鋼製のものが要望されている。
【非特許文献１】第２４回日本バイオマテリアル学会大会予稿集  日本バイオマテリアル学会発行  第１２３頁
【非特許文献２】Journal of clinical orthodontic 1995/01 Vol.29 No.1  第16〜17頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の様に歯科用部材はサイズが小さく且つ精密な加工を要するものが多く、この為に材料に要求される特性は厳しいが、上記の如く各種材料には一長一短がある。
【０００９】
そこで本発明においては、Ｎｉ溶出の懸念がなく、しかも耐食性や強度に優れる歯科用部材、及び該歯科用部材を低コストで得ることのできる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る歯科用部材は、最大厚みが４mm以下の歯科用部材であって、該歯科用部材は、窒素を０．５質量％以上含み、ニッケルの含有量を０．２質量％以下、マンガンの含有量を０．２質量％以下に抑制したオーステナイト系ステンレス鋼により構成されていることを要旨とする。尚「最大厚みが４mm以下」とは、表面から２mm（４mmの半分）を超えた深さの深部分が存在しないというものを言い、即ち厚みとしていずれの箇所も４mm以下となるものを言う。
【００１１】
或いは本発明に係る歯科用部材は、その表面から２mmまでの深さが、窒素を０．５質量％以上含み、ニッケルの含有量を０．２質量％以下、マンガンの含有量を０．２質量％以下に抑制したオーステナイト系ステンレス鋼により構成されていることを要旨とする。
【００１２】
上記の様に本発明では歯科用部材の全体或いは少なくともその表層部において、ニッケル（Ｎｉ）の含有量が抑制されているから、例えば口腔内に長期間装着される歯列矯正用部材やインプラント部材等であっても、Ｎｉ溶出の懸念が殆どなく（或いは全くなく）、従ってアレルギー等が生じる虞が殆どない。尚好ましくは、Ｎｉの含有量が０．１質量％以下であり、更に好ましくはＮｉが不可避不純物として含まれる以外は実質的に含有されていないものである。
【００１３】
加えてマンガン（Ｍｎ）の含有量が抑制されているから、オーステナイトであっても硬すぎることがないので加工性が良く、またマンガン溶出に起因するアレルギーの懸念も殆どない（或いは全くない）。尚好ましくは、Ｍｎの含有量が０．１質量％以下であり、更に好ましくはＭｎが不可避不純物として含まれる以外は実質的に含有されていないものである。
【００１４】
そして窒素（Ｎ）含有によりオーステナイトとして安定化して、耐食性や強度に優れると共に非磁性を示すから、歯科用部材の要求特性に叶う。十分な耐食性や強度を発揮させるためには上記の如く窒素含有量として０．５質量％以上であるのが良く、好ましくは０．８質量％以上、より好ましくは１質量％以上である。尚窒素含有量の上限については特に限定されるものではないが、２質量％より多く含有しても物性向上が期待できず、製造コストの上昇を招くことから、２質量％以下とすることが推奨される。
【００１５】
斯様な歯科用部材の製造方法としては次の方法が挙げられ、つまりニッケルの含有量を０．２質量％以下、マンガンの含有量を０．２質量％以下に制限したフェライト系ステンレス鋼により前記歯科用部材の形状のものを成形し（以下、成形工程と称することがある）、次いでこの成形品を、８００〜１３００℃、０．５〜２気圧で、窒素ガスを含有する不活性ガス（以下、窒素含有不活性ガスと称することがある）に曝すことにより、該成形品の少なくとも表層部に窒素を含有させると共にオーステナイト化させる（以下、窒素導入工程と称することがある）ことを要旨とする。尚上記「少なくとも表層部」とは、歯科用部材の表層部のみ、或いは歯科用部材の全部の意味である。また上記「不活性ガス」とは、希ガスを含め反応性に乏しいガスの意味である。
【００１６】
尚例えばニッケルの含有量を０．１質量％以下、マンガンの含有量を０．１質量％以下に抑制した歯科用部材を製造するにあたっては、前記成形工程で形成するフェライト系ステンレス鋼の素材としてニッケルの含有量を０．１質量％以下、マンガンの含有量を０．１質量％以下に抑制したものを用いると良い。
【００１７】
まず上記成形工程について説明すると、フェライト系ステンレス鋼はオーステナイト系ステンレス鋼に比べて切削加工等の加工性が良いから、このフェライト系ステンレス鋼の状態で予め所望の歯科用部材の形状に成形しておくことにより、加工作業が容易となり、加工コストを低く抑えることができる。殊に歯列矯正用ブラケット等のように非常に小型で且つ精密な加工を要求される部材にとって、加工性が良いということは非常に有利である。
【００１８】
また粉末冶金法によればフェライト系ステンレス鋼製のものが出来上がるが、この粉末冶金法により所望の歯科用部材の形状に形成しても良い（成形工程）。尚粉末冶金法によれば、ロウ付けをすることなく細かな形状に形成することができ、従ってロウに含有されているＮｉの溶出について懸念する必要がなくなり、好適である。
【００１９】
そしてその後上記窒素導入工程の如く窒素を導入することにより、上記フェライト系ステンレス鋼がオーステナイト化され、耐食性が非常に優れたものとなると共に、強度も向上し、また非磁性化する。また窒素導入手法としても上記の如く圧力が０．５〜２気圧程度で、８００〜１３００℃の温度で窒素含有不活性ガスに曝すだけであるから簡便である。また上記の様な条件で窒素が導入できることから、窒素導入装置としても大がかりなものは必要なく、簡単なもので済み、従ってコストも嵩まない。しかもこの様に窒素含有不活性ガスに曝す手法によれば（窒素導入工程）、窒素が過剰に導入されることがなく、窒化物を生成しない。窒化物は材料を固くし、また延性を低下させて、加工性を悪くする原因となる。後に全く加工しない場合には加工性の点について特に問題とならないとは言え、上記の如く長時間曝しても窒化物を生成しないのでこれらの問題を生じる懸念もない。
【００２０】
尚窒素導入工程において窒素は上記成形品の表面から拡散によって吸収されるが、成形品表面が酸化等により汚染されていると、窒素の拡散が阻害されて十分に窒素が導入されない懸念がある。窒素含有不活性ガスに酸素が含有されていると、成形品表面で酸化が先に進行する虞があることから、窒素の拡散を円滑に行わせる為に窒素含有不活性ガスとしては極力酸素等の活性ガスを含まないことが望まれる。尚窒素含有不活性ガスには少量の不可避不純物が含有されていても構わない。
【００２１】
また前記窒素含有不活性ガスとしては、窒素を８５容量％以上含有することが好ましく、より好ましくは窒素を９５容量％以上含有する不活性ガスである。ガス中の窒素含有量が低すぎると、ステンレス鋼への導入に長時間を要したり、また導入し難くなるからであり、処理時間を短くする為には窒素濃度が高い方が望ましい。最も好ましくは純窒素ガスである。
【００２２】
なお従来よりステンレス鋼に窒素を導入することが知られていたが、その方法は巨大な高圧炉を用い、例えば約１６００℃，約５気圧といった高温高圧で処理を行わないと窒素は導入できないとされており、この様な高温高圧条件では工業的に実現することは不可能であった。ところが本発明者らは、上記の如く窒素含有不活性ガスに８００℃〜１３００℃，０．５〜２気圧で曝すという穏和な条件で窒素をステンレス鋼に導入できることを見出したものである。但し穏和な条件とはいえ、８００℃より低温であると、成形品の表面に窒化物を形成し、オーステナイト相への相変態が起こらないので、８００℃以上とした。一方圧力としては、上記の如く大気圧付近で処理できるから、特殊な装置を必要とせず、簡単な装置で窒素導入を行うことができる。
【００２３】
上記窒素導入工程における圧力条件としては、０．５気圧以上、１．５気圧以下がより好ましい。圧力が高い方が、ステンレス鋼に窒素が導入され易くなるものの、１．５気圧より圧力を高くしてもステンレス鋼に導入される窒素量にあまり変わりがないから、上記の如く１．５気圧以下が推奨される。一方０．５気圧より圧力が低いと、ステンレス鋼への窒素の導入速度が遅くなって処理時間が非常に長くなる懸念があり、また負圧となる為に窒素導入装置として却って特殊なものが必要となることから、０．５気圧以上とするのが良い。温度条件としては好ましくは１２００℃以下であり、あまり温度が高いと成形品によっては変形の懸念があるからである。
【００２４】
前記成形品を前記窒素含有不活性ガスに曝す方法としては、成形品を入れた炉に窒素含有不活性ガスを連続的に流し入れる方法が好ましい態様として挙げられる。また逆に言うと、０．５〜２気圧という大気圧程度でステンレス鋼に窒素導入できることから、上記の如く成形品を入れた炉に窒素含有不活性ガスを連続的に流し入れる方法が採用できるということが言える。
【００２５】
この様に流し入れる方法によれば、成形品への窒素の導入が円滑に行われることを実験により確認している。流し入れることで、成形品表面に当たる窒素含有不活性ガスが常に置き換わり、この為に成形品への窒素導入が進むものと考えられる。但し炉に入れる流量が多すぎると（流速が速すぎると）、窒素含有不活性ガスが十分に加熱されないまま成形品に当たることになり、成形品に窒素を導入し難くなる。従って窒素含有不活性ガスの流量としては、例えば容量３０００mm3の炉に対して流量２０００〜３０００mm3/min.が望ましく、この様な炉容量に対する比率で流し入れるのが好ましい。
【００２６】
前記窒素含有不活性ガスに、前記成形品を曝す時間としては、該成形品の大きさや形状、窒素含有不活性ガスの流量により異なるが、大凡１０分〜３０時間曝すと良い。例えば最大厚みが４mmの歯科用部材を製造する場合において、その全体に窒素を０．５質量％以上含有させる為には、３０００mm3の炉に対する窒素含有不活性ガス流量２０００mm3/min.で、２０〜４０時間曝すことが好ましく、より好ましくは２４時間以上である。また最大厚みが２００μｍの歯科用部材では３０００mm3の炉に対して流量２０００mm3/min.で、４５〜９０分、最大厚みが１mmの歯科用部材では３０００mm3の炉に対して流量２０００mm3/min.で、６〜１２時間、窒素含有不活性ガスに曝すことにより全体をオーステナイト化することができる。
【００２７】
上記窒素導入工程によりステンレス鋼の表面から窒素が導入されるものであるが、その導入される深さには限界があり、大凡表面から２mmまでである。従ってプライヤー等の比較的肉厚の歯科用部材にあっては、表層部のみがオーステナイト化され、深層部はフェライトのままであるが、表層部のオーステナイトによって良好な耐食性や耐摩耗性，高い強度が発揮されるので、歯科用部材の使用にあたっては十分な特性である。
【００２８】
また歯列矯正用ブラケット等の様に歯列矯正用として口腔内に取り付ける歯科用部材や、義歯床の様に薄い歯科用部材等にあっては、いずれも最大厚みが４mm以下のものであるから、表裏面からそれぞれ２mmの深さまで窒素が導入されることで（合計４mmとなる）、当該部材の全てをＮ含有のオーステナイト系ステンレス鋼とすることができる。
【００２９】
尚本発明の歯科用部材におけるオーステナイト系ステンレス鋼の元素としては、上記の他、Ｃの含有量を０．１質量％以下とすることが好ましく、この理由は、Ｃ含有量が０．１％超であると、機械的特性や耐食性の低下要因となるＣｒ炭化物を析出する可能性が高くなるからである。
【００３０】
またＣｒを１０〜３０質量％含有することが好ましく、この理由は、Ｃｒ含有量が１０質量％よりも少なすぎると、上述の如く窒素を添加してもオーステナイト組織にすることが困難となるからである。一方３０質量％よりも多い場合には、オーステナイト化前におけるフェライト系ステンレス鋼もＣｒ含有量３０質量％超であり、このものは成形加工性や機械加工性が劣るので、上記成形工程における加工が困難となるからである。
【００３１】
更にＭｏを５質量％以下（０質量％を含まない）含有することが好ましく、この理由は、Ｍｏが窒素吸収を促進させると共に、オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を向上させるからである。但し、５質量％超含有させても上記効果が飽和するだけであるので、５質量％以下にすることが推奨される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る歯科用部材は、ニッケル溶出の懸念が殆どなく（或いは全くなく）、しかも耐食性や強度に優れる。また最大厚み４mm以下の歯科用部材においては全体が耐食性や強度に優れると共に非磁性であるから、歯科用部材として好適である。また本発明に係る歯科用部材の製造方法によれば、上記の様な歯科用部材を低コストで得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る歯科用部材及びその製造方法に関して、例を示しつつ具体的に説明するが、本発明はもとより下記例に限定される訳ではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００３４】
＜実施形態１＞
粉末冶金法によりフェライト系ステンレス鋼（Ｆｅ−２４質量％Ｃｒ−２質量％Ｍｏ）からなる歯列矯正用ブラケット１０を形成する（成形工程）（図１：歯列矯正用ブラケットを示す斜視図）。該ブラケット１０は２組のウイング部１２，１３を持つツイン型のブラケットであり、ブラケット中央横方向にスロット部１１が形成され、このスロット部１１にアーチワイヤー（図示せず）が装着される様になっている。該ブラケット１０は縦（Ｖ）約３mm，横（Ｓ）約４mm，高さ（Ｔ）約３mmであり、その最大厚みは４mm以下である（最も厚い部分としても高さ（Ｔ）よりも薄い）。
【００３５】
次いで上記ブラケット１０をアセトンで脱脂洗浄した後、窒素導入装置の窒素化部内に装入し、ロータリーポンプにより２Paまで真空引きして窒素化部内から酸素を排出する。続いて窒素ガスを９５容量％含有するＡｒガス（以下、窒素含有Ａｒガスと称することがある）を、２０００mm3／分の流量で上記窒素化部内に導入しつつ、室温から５℃／分の速度で１２００℃まで昇温し、更にこの１２００℃の状態で上記流量を維持して窒素含有Ａｒガスの導入を２４時間続ける（窒素導入工程）。尚このときの窒素化部内は１気圧（約０．１ＭＰａ）のＮ2ガス雰囲気となる。この工程によりブラケット１０の全体に窒素が導入される。
【００３６】
次にこのブラケット１０を１２００℃から氷水中に入れて焼き入れした後、表面のスケールを研磨して除去する。
【００３７】
この様にして得られたブラケット１０は、全体がオーステナイト系ステンレス鋼であり、窒素含有量は約０．９質量％である。強度や耐食性に関しては、従来のＳＵＳ３０４製ブラケットと比較して何ら遜色がなく、また非磁性である。
【００３８】
尚厚さ１．５mm×縦１５mm×横１５mmの板材試験片，及び図３に示す丸棒引張試験片を用い、容量100kNのインストロン型引張試験機を用いてクロスヘッド速度0.5mm／分で引張試験を行ったところ、図２（各種鋼材の引張試験結果を表すグラフ）に示す様に、従来の高強度鋼，ＳＵＳ４１０，ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ３０４及び関連合金，並びに窒素導入工程を施す前の鋼材（未処理材と表示する）と比較して、窒素導入工程を施したもの（窒素導入処理材と表示する）は強度及び延性に優れしかもこれらのバランスが良いという結果を得ている。
【００３９】
＜実施形態２＞
フェライト系ステンレス鋼（Ｆｅ−２４質量％Ｃｒ−２質量％Ｍｏ）を溶製し、切削機械加工により歯科用プライヤー形状に形成する。該プライヤーの最大厚みは４．２mmである。
【００４０】
次いでこのプライヤーを上記実施形態１と同様にアセトンで脱脂洗浄後、窒素導入装置の窒素化部内に装入して２Paまで真空引きし、上記実施形態１と同じ条件で窒素導入工程を行った。これによりプライヤーの表面から約２mmの深さに窒素が導入される。
【００４１】
続いてこのプライヤーを１２００℃から氷水中に入れて焼き入れした後、表面のスケールを研磨して除去する。
【００４２】
この様にして得られたプライヤーは、表面から２mmの深さの表層部がオーステナイト系ステンレス鋼で、深部分がフェライト系ステンレス鋼の２層組織となっており、オーステナイト系ステンレス鋼部分における窒素含有量は約０．９質量％である。この表層部においては、従来のマルテンサイト系ステンレス鋼製プライヤーと比較して耐食性に勝り、また強度の点においても何ら遜色がない。また表層部が非磁性であるから取扱性も良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】歯列矯正用ブラケットを示す斜視図。
【図２】各種鋼材の引張試験結果を表すグラフ。
【図３】引張試験に用いた試験片の１つを示す正面図。
【符号の説明】
【００４４】
１０  歯列矯正用ブラケット
１１  スロット部
１２，１３  ウイング部
【図１】
2005089370.tif 000003
【図２】
2005089370.tif 000004
【図３】
2005089370.tif 000005