(57)【要約】アーチ・ワイヤ及びブラケットを含む歯列矯正具の構成部材を、低摩擦係数を有する硬質耐摩耗性材料で被覆する。見た目に好ましい被覆で構成部材の基体材料を被覆することにより、被覆なしでは摩耗、擦疵または腐食により発生する虞のある基体材料からの毒素の遊離を防止する。被覆は、好ましくはチタン、ジルコニウム又はハフニウムの金属の第１層と、第１層に使用された金属の窒化物であるのが好ましい第２層と、第１層で使用された金属の窒化物で、各窒素原子当たりほぼ２個の金属原子を有しているのが好ましい第３層とを含んでいる。被覆は、またカソード・アーク源等の物理的気相成長源を使用し、制御された気体雰囲気で被着されるのが好ましい。
2006501031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯列矯正具用の被覆された構成部材において、被膜された該構成部材が、
構成部材基体と、
前記構成部材基体の少なくとも一部を覆う被覆とを含み、該被覆が、チタン、ジルコニウム及びハフニウムから成る金属群から選択された金属の窒化物を含む、被覆された構成部材。
【請求項２】
前記構成部材基体がブラケットである請求項１に記載された被覆された構成部材。
【請求項３】
前記構成部材基体がアーチ・ワイヤである請求項１に記載された被覆された構成部材。
【請求項４】
前記窒化物が窒化二チタン（ＴｉｘＮ）である請求項１に記載された被覆された構成部材。
【請求項５】
前記窒化物が窒化二ジルコニウム（ＺｒｘＮ）である請求項１に記載された被覆された構成部材。
【請求項６】
前記窒化物が窒化二ハフニウム（ＨｆｘＮ）である請求項１に記載された被覆された構成部材。
【請求項７】
前記被覆が、前記構成部材基体の前記一部に接触し覆う金属層を含み、前記金属が、チタン、ジルコニウム及びハフニウムから成る金属群から選択される請求項１に記載された被覆された構成部材。
【請求項８】
前記被覆が、前記構成部材基体に接触し覆うチタンの第１層と、該第１層に接触し覆う窒化チタンの第２層と、該第２層に接触し覆う窒化二チタンの第３層とを含む請求項１に記載された被覆された構成部材。
【請求項９】
歯列矯正具用の被覆された構成部材を製造する方法において、該方法が、
構成部材基体を準備する段階と、
前記構成部材基体の少なくとも一部を、チタン、ジルコニウム及びハフニウムから成る金属群のうちから選択された金属の窒化物で被覆する段階とを含む、被覆された構成部材を製造する方法。
【請求項１０】
前記被覆する段階が、
各被着源が軸線に平行して位置しかつ前記金属の材料源である、少なくとも２つの線形被着源を有する被着装置、窒素源、および取付具を準備する段階と、
前記構成部材を前記取付具に取り付ける段階と、
前記取付具を、前記軸線を中心として遊星運動により回転させる段階と、
前記構成部材に前記窒化物を被着させるために前記被着源を作動させる段階とを含み、前記回転させる段階と前記作動させる段階とを同時に行なう請求項９に記載された被覆された構成部材を製造する方法。
【請求項１１】
各線形被着源がカソード・アーク源である請求項１０に記載された被覆された構成部材を製造する方法。
【請求項１２】
前記構成部材がブラケットであり、前記取付具が、前記回転させる段階および前記作動させる段階中に前記ブラケットを保持するための少なくとも１つの溝を有するように形成されたプレートを含む請求項１０に記載された被覆された構成部材を製造する方法。
【請求項１３】
プレートを複数の溝を有するように形成し、該溝をそれぞれ閉ループとして形成することにより、前記回転させる段階および前記作動させる段階中に複数のブラケットを保持する請求項１０に記載された被覆された構成部材を製造する方法。
【請求項１４】
前記構成部材がアーチ・ワイヤであり、前記取付具が、前記回転させる段階および前記作動させる段階中に、前記アーチ・ワイヤを保持するための、間隔をおいて配置された１対のスクリーンを含む請求項１０に記載された被覆された構成部材を製造する方法。
【請求項１５】
各ブラケットの少なくとも一部分が、チタン、ジルコニウム及びハフニウムから成る金属群から選択された金属の窒化物を含む被覆材料により被覆された複数のブラケットと、
アーチ・ワイヤの少なくとも一部分が前記被覆材料で被覆されたアーチ・ワイヤとを含む歯列矯正具。
【請求項１６】
前記窒化物が窒化二チタン（ＴｉｘＮ）である請求項１５に記載された歯列矯正具。
【請求項１７】
前記窒化物が窒化二ジルコニウム（ＺｒｘＮ）である請求項１５に記載された歯列矯正具。
【請求項１８】
前記窒化物が窒化二ハフニウム（ＨｆｘＮ）である請求項１５に記載された歯列矯正具。
【請求項１９】
前記被覆材料が金属層を含む請求項１５に記載された歯列矯正具。
【請求項２０】
前記被覆が、チタン層と、窒化チタン層と、窒化二チタン層とを含む請求項１５に記載された歯列矯正具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広い概念で言えば、被覆された歯列矯正具、および歯列矯正具を被覆する方法に関するものである。より詳しく言えば、本発明は、硬質耐磨耗性被覆で被覆された歯列矯正具に関するものである。本発明は、とりわけ、金属窒化物被覆を有する歯列矯正具用のブラケット及びアーチ・ワイヤに使用できるが、それのみに限定されるものではない。
【背景技術】
【０００２】
不揃いの歯の位置を矯正するために歯列矯正具の使用が必要になることがしばしばある。歯列矯正具の構成部材には、通常、複数のブラケットと１個のアーチ・ワイヤとが含まれる。使用時には、ブラケットが、患者の片顎または両顎の各歯に接着される。次に、アーチ・ワイヤが、ブラケットの溝部に配置され、患者の歯を矯正位置へ選択的に移動させるように引き締められる。アーチ・ワイヤとブラケットとの相互作用は、時には「滑り機構（スライディング・メカニクス）」と呼ばれる。通常、アーチ・ワイヤは周期的に（例えば３週間から４週間毎に）引き締められ、ゆっくりと歯を正しい位置へ移動させる。
【０００３】
アーチ・ワイヤの引き締めによって、アーチ・ワイヤは各ブラケットに対して移動させられる。アーチ・ワイヤとブラケットとの滑り接触は、アーチ・ワイヤ及びブラケット双方の接触面に、摩耗および擦傷を生じさせる。この摩耗および擦傷の影響により、滑動時に抵抗が生じることがあり、この抵抗によって引き締め工程が妨げられ、アーチ・ワイヤ内の応力分布が不均一になり、矯正処置に悪影響が生じることがある。これまで、ブラケットは、概してステンレス鋼製であったが、最近では、ステンレス鋼中のニッケル及びクロムを避けて、チタン合金で作られている。しかし、この合金は、比較的軟質であり、接触面に摩耗および擦傷が生じやすい。したがって、矯正処置の間は、ブラケットとアーチ・ワイヤとの接触面の摩擦係数を、小さく保つことが望ましい。
【０００４】
ブラケットとアーチ・ワイヤとの滑り接触による問題に加えて、摩耗および擦傷の結果、アーチ・ワイヤ又はブラケットから材料が除去され、その結果、患者が不必要に有害物質に曝らされることがある。例えば、アーチ・ワイヤは、通常、クロム及びニッケルを含有するステンレス鋼合金、またはチタン−ニッケル合金により作られる。これらの物質、とりわけクロム及びニッケルは、一般に毒素と見なされており、発がん性があるかも知れず、患者に曝すことは避けるべきである。同様に、歯列矯正具およびアーチ・ワイヤを提供するために使用される材料に耐食性のない場合、腐食によって毒性物質が遊離されることがある。腐食は、また歯列矯正具の設計の重要要素である美的外観に悪影響を与えることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の観点から、本発明の目的は、硬質であり、耐摩耗性および耐腐食性を有し、摩擦係数の小さい材料で被覆された歯列矯正具用構成部材を提供することである。本発明の別の目的は、耐摩耗性を有し、摩擦係数の小さい硬質被覆により歯列矯正具構成部材を被覆する方法を提供することである。本発明の更に別の目的は、美的満足が得られ、かつ、患者が基体材料の毒素およびアレルギー誘発物質に曝露されることを防止するために構成部材の基体材料を包封する、歯列矯正具の構成部材用の被覆を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、被覆された歯列矯正具および歯列矯正具を被覆する方法に関するものである。アーチ・ワイヤ及びブラケットを含む歯列矯正具の構成部材は、低摩擦係数を有する耐摩耗性硬質被覆材料により被覆される。被覆が基体物質（すなわち未被覆のアーチ・ワイヤ及びブラケットを構成する下地材料）を包封することにより、患者の口腔内への基体物質の遊離が防止される。基体物質の遊離は、被覆がなければ、摩耗、擦傷、または腐食により発生するだろう。
【０００７】
本発明では、被覆は、好ましくはチタン、ジルコニウム又はハフニウムである金属の第１層を含んでいる。この第１層が歯列矯正具の構成部材の一部または全部に接触し、かつ覆っており、好ましくは、歯列矯正具が摩耗した場合に目に見えることになる構成部材部分を覆っている。重要なことは、各構成部材が他の構成部材に接触かつ相互作用する部分（すなわち摩耗面）を、この第１層が覆うことである。本発明の一具体例によれば、アーチ・ワイヤは全体が被覆され、各ブラケットは、歯に接着されるブラケット表面（以下では接着面と呼ぶ）を除いた全ての部分が被覆される。
【０００８】
この被覆は、更に第２層を含み、第２層が第１層に接触し、かつ第１層を覆っている。この第２層は、第１層に使用された金属の窒化物であることが好ましい。例えば第１層がチタンの被覆であれば、第２層は窒化チタン（ＴｉＮ）であることが好ましい。同じように、第１層がジルコニウム被覆の場合は、第２層は窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）が好ましく、第１層がハフニウム被覆の場合は、第２層は窒化ハフニウム（ＨｆＮ）が好ましい。これらの略号（例えばＴｉＮ、ＺｒＮ、およびＨｆＮ）は、正確な化学的表示というよりは、簡略な表示手段として使用されており、これらの略号により示された化合物の正確な化学量論比が表示されることを示唆するものではない。
【０００９】
更に、この被覆は、第２層に接触し覆っている第３層を含んでいる。本発明の場合、この第３層は、歯列矯正具が摩耗した場合に、露出し、目に見える材料を構成する表層である。第３層は、好ましくは第１層に使用された金属の窒化物であり、各窒素原子当たりほぼ２個の金属原子を有している。例えば、第１層がチタンで、第２層が窒化チタン（ＴｉＮ）被覆の場合には、第３層は、好ましくはいわゆる窒化二チタン（ＴｉｘＮ）であり、その窒素レベルは、光沢のある銀色の外観を得るために低くされる。同じように、第１層がジルコニウムで、第２層が窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）の被覆の場合、第３層は、いわゆる窒化二ジルコニウム（ＺｒｘＮ）であることが好ましい。同じように、第１層がハフニウムで、第２層が窒化ハフニウム（ＨｆＮ）の被覆の場合には、第３層は、いわゆる窒化二ハフニウム（ＨｆｘＮ）であることが好ましい。
【００１０】
本発明では、被覆は、好ましくは、制御されたガス雰囲気でのカソード・アーク源等の物理的気相成長源を使用して被着される。他の実施可能な技術、例えばマグネトロン・スパッタリング等を使用してもよい。被覆を被着している間、ブラケット及びアーチ・ワイヤは取付具に保持され、取付具は中心軸線を中心に遊星運動式に回転する。より詳しく言えば、ブラケットは比較的浅い複数の溝を有するように形成されたプレート（板）を含む取付具に保持される。各溝は、プレート周方向に閉ループ状に延びている。複数のブラケットは、各溝に幾分ゆるやかに、かつ、各ブラケットの接着面を溝の下面に向けて配置される。ブラケットの残部は、溝から突出するので、接着面以外のブラケット面はチャンバ内の蒸気に曝露される。したがって、これらの曝露面は被覆されるが、接着面は被覆されずに残る。各溝は、閉ループ状に形成されているので、ブラケットは、回転運動および小さな振動を受けるにもかかわらず、プレートから「歩み出る」ことが防止される。溝を有するプレートは、各ブラケットを隔離し、被覆作業中にブラケットが運動（すなわち傾斜）して、望ましくない方向を向くことを防止する。
【００１１】
アーチ・ワイヤは、１対のワイヤ・スクリーンを含む取付具に保持され、各スクリーンには複数の開口が形成されている。スクリーンは、互いに平行に整列され、スクリーンからスクリーンへアーチ・ワイヤが懸架されるように間隔をおいて配置される。より詳しく言えば、各アーチ・ワイヤの第１端部は第１スクリーンの各開口に挿入され、第２端部は第２スクリーンの各開口に挿入される。このような協働的な構成により、被着用チャンバ内で複数のアーチ・ワイヤを互いに均一な間隔をおいて配置することができる。更に、スクリーンは、アーチ・ワイヤが被覆されている間、イオン化拡散器として機能する。
添付図面を参照した以下の説明により、本発明の新規な特徴及び本発明自体が、その構成および操作に関して最もよく理解されよう。図面において、類似部材には類似の符号が付されている。
【実施例】
【００１２】
図１には、患者の上顎の歯に取り付けられた歯列矯正具が示され、全体が符号１０で示されている。図１に示すように、歯列矯正具１０は、複数のブラケット１２及びアーチ・ワイヤ１４を含んでいる。ブラケット１２は、患者の上顎の各歯１６に接着され、各ブラケット１２へのアーチ・ワイヤ１４の取り付けには、連結モジュール（例えばゴムバンド）が使用される。アーチ・ワイヤ１４の両端は、患者の臼歯に組み付けられるバッカル（頬）管に取り付け可能である。矯正歯科医は、このバッカル管によりアーチ・ワイヤ１４を緊締して、患者の歯を正しい位置へ選択的に移動させることができる。
【００１３】
図２を参照することにより、ブラケット１２が更によく理解される。図示のとおり、ブラケット１２は、歯１６に接着される接着面２０を有する底板１８を含んでいる。網部材（図示せず）を歯１６と接着面２０との間に間挿して、矯正処置の完了後にブラケット１２を容易に除去できるようにする場合がある。更に図２に見られるように、ブラケット１２は、使用中（図１参照）にアーチ・ワイヤ１４と滑り接触する接触面２２を含んでいる。また図示のとおり、底板１８からは４つの突出部２４ａ〜２４ｄが延び、連結モジュールが突出部２４ａ〜２４ｄの周囲に巻き付けられることにより、アーチ・ワイヤ１４をブラケット１２に固定できる。
【００１４】
次に、図３を参照すると、基体２７に被着された被覆２６が示されている。この基体は、ブラケット１２又はアーチ・ワイヤ１４とすることができる。ブラケット１２の場合、基体２７は、通常、チタン合金またはステンレス鋼等の耐食性材料で作られる。アーチ・ワイヤ１４の場合、基体は、通常、ステンレス鋼または形状記憶合金、例えばニッケル−チタン合金で作られる。いずれの場合も、図３に示すとおり、被覆２６は、好ましくはチタン、ジルコニウム又はハフニウムである金属の第１層２８を含んでいる。第１層に金属を使用することにより、被覆２６は、基体２７に確実に強力に付着される。被覆２６は、ブラケット１２の、アーチ・ワイヤ１４と滑り接触する部分（すなわち図２の接触面）、および歯列矯正具１０が摩耗した場合に目に見える他のすべての部分に接触し覆うことが好ましい。したがって、被覆６は、全アーチ・ワイヤ１４に接触し、かつ全アーチ・ワイヤを覆うことが好ましい。
【００１５】
図３について説明を続けると、被覆２６が、更に第１層を覆いかつそれに接触している第２層３０を含むことが分かる。第２層３０は、各窒素原子当たり約１個の金属原子を有する、第１層２８に使用された金属の窒化物（すなわち一金属窒化物）であることが好ましい。例えば、第１層２８がチタンの被覆２６の場合、第２層３０は、窒化チタン（ＴｉＮ）であることが好ましい。同様に、第１層２８がジルコニウムの被覆の場合、第２層は好ましくは窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）であり、第１層２８がハフニウムの被覆の場合、第２層３０は好ましくは窒化ハフニウム（ＨｆＮ）である。注意すべき点は、前記のように、略号（例えばＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ）は、ここでは正確な化学的呼称というより、むしろ簡略な表示手段として使用されており、指示された化合物の化学量論比が正確に略号で表されていることを示唆するものではない。
【００１６】
引き続き図３についてみると、被覆２６が更に第３層を含み、第３層が第２層３０に接触し、かつそれを覆っていることが分かる。図示のとおり、第３層３２は表層であり、歯列矯正具１０が摩耗した場合に、露出し目に見える材料から成っている。第３層３２は、好ましくは、第１層２８に使用された金属の窒化物であり、各窒素原子当たり約２個の金属原子を有している（すなわち二金属窒化物）。例えば、第１層２８がチタンで、第２層３０が窒化チタン（ＴｉＮ）の被覆２６の場合、第３層３２は、好ましくは窒化二チタン（ＴｉｘＮ）である。同様に、第１層２８がジルコニウムで、第２層３０が窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）の被覆の場合、第３層３２は窒化二ジルコニウム（ＺｒｘＮ）であることが好ましい。同様に、第１層２８がハフニウムで、第２層３０が窒化ハフニウム（ＨｆＮ）の場合、第３層３２は窒化二ハフニウム（ＨｆｘＮ）が好ましい。
【００１７】
次に図４を見ると、被覆中にブラケット１２を保持する取付具３４が示されている。図示のとおり、取付具３４は、円形のプレートとして構成され、該プレートが比較的浅い複数の溝３６ａ〜３６ｃを有するように構成され、各溝３６ａ〜３６ｃがプレート上で閉ループをなして延びている。図５から最もよく分かるように、ブラケット１２は、各溝３６内に幾分ゆるやかに配置され、各ブラケット１２の接着面２０が溝３６内で面を下に向けて配置される。図示のとおり、（底板１８の接着面２０および縁部３８を除く）ブラケット１２の部分が、溝３６から突出して、被覆２６が被着されるように露出している。閉ループとして構成された溝３６により、ブラケット１２は、被覆中に回転運動（以下の記載参照）および小振動を受けるにもかかわらず、プレートから「歩み出る」ことはない。また、溝３６は、ブラケット１２を隔離し、被覆中にブラケット１２が運動（すなわち傾斜）して望ましくない配向になることを防止する。
【００１８】
次に図６を見ると、被覆中に複数のアーチ・ワイヤを保持する取付具４０が示されている。簡明にするために、アーチ・ワイヤの例として２個のアーチ・ワイヤ１４ａ，１４ｂを示している。図示のとおり、取付具４０は、底板４６に装架された１対のワイヤ・スクリーン４２，４４を含んでいる。ワイヤ・スクリーン４２は、複数の開口を有するように構成され、その例として符号４８ａ，４８ｂが付されている。同様に、ワイヤ・スクリーン４４も、複数の開口を有するように形成され、その例として符号４９ａ，４９ｂが付されている。
【００１９】
更に、図示されているように、スクリーン４２，４４は、底板４６から延び、互いに実質的に平行に整列されている。スクリーン４２，４４は、間隔をおいて配置され、アーチ・ワイヤ１４ａ，１４ｂをスクリーン４２からスクリーン４４へ掛け渡しできるようになっている。一例として、図示のように、アーチ・ワイヤ１４ａの一端がスクリーン４２の開口４８ａに挿入され、他端がスクリーン４４の開口４９ａに挿入される。同様に、アーチ・ワイヤ１４ｂの一端は開口４８ｂに、他端は開口４９ｂにそれぞれ挿入される。このような協働的な構成により、被覆中、複数のアーチ・ワイヤ１４が互いに均一な間隔をおいて位置することができる。図に例示したスクリーン４２，４４の例では、約１６個のアーチ・ワイヤ１４を保持するように寸法付けされているが、被覆中にアーチ・ワイヤ１４を保持するために、より多くの開口を有する、より大型のスクリーンも使用可能なことが理解されよう。
【００２０】
図７および図８には、ブラケット１２及びアーチ・ワイヤ１４（図示せず）を被覆する好適な被着装置５０が示されているが、別の効果的な被着装置を使用してもよい。被着装置５０は、本体５４およびドア５６を有するチャンバ５２を含み、該ドアは、チャンバ５２内部への接近時には開かれ、チャンバ５２の作動時には、本体５４に密封される。チャンバ５２の内部は、真空ポンプ５８により仕切弁６０を介して制御可能に真空に排気される。真空ポンプ５８は、通常の形式で共に作動する機械ポンプおよび拡散ポンプを含んでいる。チャンバ５２の内部は、充填弁６４を介して、ガス源６２から選択されたガスをその分圧まで制御可能に充填できる。ガス源６２は、通常、別個の操作可能な数個のガス源を含んでいる。ガス源６２は、通常、アルゴン等の不活性ガス源６２ａおよび窒素ガス源６２ｂを含み、各ガス源が、各切換弁６５ａまたは６５ｂを介して別個に選択され、ガスを供給する。所望とあれば、他の種類のガスも供給できる。
【００２１】
チャンバ５２内の圧力は真空計６６によって監視され、真空計の出力信号は、圧力制御装置６８へ送られる。圧力制御装置６８は、仕切弁６０および充填弁６４（および、任意に切換弁６５）の設定を制御し、ポンプ作用と充填ガス流との平衡を達成し、それによって、チャンバ５２内に目標圧力を発生させ、圧力が真空計６６から読み出される。したがって、チャンバ５２内の気相充填雰囲気は、流動状または動的な雰囲気であることが好ましい。
図示のとおり、少なくとも２つの、好ましくは４つの線形被着源７０が、周方向に間隔をおいてチャンバ５２内に配置されている。図７では、４つの被着源が、異なる被着源７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄとされ、これらが、以下で個別に説明される。４つの被着源７０は、被着源の軸線７２に平行に延びる最大直線寸法を有する概ね長方形体である。この種の被着源は、定置点源または被着処理中に基体２７の長さに沿って移動する点源とは異なる。
【００２２】
チャンバ５２内には、基体支持体７４が配置されている。基体支持体７４は、その上に配置された取付具３４（アーチ・ワイヤ１４が被覆される場合は、取付具４０）の複合回転運動を生じさせる。この好ましい基体支持体７４は回転台車７６を含み、該回転台車は、軸線７８を中心として回転し、回転台車７６の下の回転駆動モータ８０によって駆動される。回転台車７６上には、少なくとも１つの、好ましくは図示のように６つの遊星台車８２が装架されている。遊星台車８２は、遊星台車８２の下の遊星駆動モータ８６により回転軸線８４を中心として回転駆動させられる。回転駆動モータ８０および遊星駆動モータ８２の速度は、回転制御装置８８によって制御される。回転制御装置８８は、好ましくは毎分約１回転（ｒｐｍ）の速度で回転台車７６を回転させる。
【００２３】
図７および図８について説明を続けると、ブラケット１２の被着処理の場合、前記の複数の取付具３４を、図示のように遊星台車８２上に積層して装架することができる。商業的操業の場合、取付具３４毎に約２００個〜５００個のブラケット１２を取り付けた６個〜１０個の取付具３４が、前記の形式で通常、各遊星台車８２上に装架される。あるいはまた、アーチ・ワイヤ１４（図示せず）の被着処理の場合、前記のような１個以上の取付具４０を、遊星台車８２上に装架できる。商業操業の場合、約１００個〜３５０個のアーチ・ワイヤ１４を取り付けた取付具４０が、通常、各遊星台車８２上に装架される。
【００２４】
被着中のチャンバ５２内の温度は、被着源７０に平行にチャンバ５２内の一方の側に延在する加熱器９２によって制御される。加熱器９２は、好ましくは、電気抵抗部材により作動する放射加熱器である。加熱装置（ｈｅａｔｉｎｇ  ａｒｒａｙ）の温度は、チャンバ５２内を検出する赤外線センサ等の温度センサ９４によって監視される。温度センサ９４によって検出された温度は、加熱器９２への電力出力を決定する温度制御装置９６へ送られる。このようにフィードバック形式で動作することにより、温度制御装置９６は加熱装置の温度を設定できる。好適な工程では、加熱装置は、約５３８℃（１０００°Ｆ）〜約９２７℃（１７００°Ｆ）の温度に加熱される。
【００２５】
図９は、被着源７０の好適形式に使用されるカソード・アーク源１００を示している。カソード・アーク源１００は、溝形状の本体１０２と被着用ターゲット１０４とを含んでいる。被着用ターゲット１０４は板形状を有し、該板が、オー・リング１０６を使用して本体１０２に対し密封され、液密かつ気密の中空内室１０８が形成されている。内室１０８は、水の出入口１１２，１１０を介して流出入する冷却水によって冷却される。２個の螺旋形（図９には螺旋形の断面のみが示されている）永久磁石１１４が、被着源軸線７２に平行に延びている。本体１０２の外部には、被着用ターゲット１０４の上方にストライカ電極１１８が配置されている。ストライカ電極１１８と被着用ターゲット１０４との間には、アーク源給電源１２０から電圧ＶＡＲＣが印加される。電圧ＶＡＲＣは、約１０〜約５０ボルトが好ましい。
【００２６】
被着用ターゲット１０４を当初形成する金属材料が、基体上に、この場合はアーチ・ワイヤ１４上に、所望とあれば、チャンバ５２の雰囲気から気体化学種を生成する気体原子と共に被着される。好適実施例では、被着用ターゲット１０４は、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）又はハフニウム（Ｈｆ）でできている。
被着の実施のために、アークがストライカ電極１１８と被着用ターゲット１０４との間に発生させられ、局所的に被着用ターゲット１０４を加熱し、ジルコニウム、ハフニウム又はチタン原子および／またはイオンを被着用ターゲット１０４から放出させる。（したがって、被着用ターゲット１０４は、被着の進行につれ徐々に薄くなる）。被着用ターゲット１０４へのアークの打撃点は、被着用ターゲット１０４の長さに沿って長円形（レーストラック）内を移動する。負バイアス電圧ＶＢＩＡＳが、バイアス電源１２２から被着用ターゲット１０４と基体２７（すなわちブラケット１２又はアーチ・ワイヤ１４）との間に印加され、その結果、陽電荷イオンが基体７２に向かって加速される。
【００２７】
バイアス電圧ＶＢＩＡＳは、好ましくは約−３０〜約−６００ボルトである。バイアス電圧ＶＢＩＡＳのために選択された電圧は、イオン・ピーニングと呼ばれる現象である基体表面に対するイオン衝撃エネルギーを決定する。通常の場合、バイアス電圧ＶＢＩＡＳには、はじめにブラケット１２又はアーチ・ワイヤ１４に金属第１層２８（図３参照）が良好に密着するように、比較的大きい負電圧が選択される。次に、上を覆う複数の硬質層が被着されると、バイアス電圧ＶＢＩＡＳは低減され（正に向かう）、層内に均一な微細ミクロ組織が得られる。バイアス電圧ＶＢＩＡＳの値は、密着性の被覆６を得るように、できるだけ低い値に維持することが望ましい。バイアス電圧ＶＢＩＡＳは、−６００ボルトより正であり、最も好ましくは−４００ボルトより正である。バイアス電圧ＶＢＩＡＳが負であり過ぎると、コロナ効果およびバック・スパッタリングがブラケット１２又はアーチ・ワイヤ１４のいくつかの領域で発生する。このため、幾つかの例では比較的高いバイアス電圧ＶＢＩＡＳを使用してよいが、概ね好ましいのは、−６００ボルトより正の電圧である。カソード・アーク源１００が好ましいが、他の種類の被着源、例えばスパッタリング源を使用してもよい。
【００２８】
被着用ターゲット１０４の材料と、ガス源６２から被着用チャンバ５２内へ導入されるガスとが協働するように選択することにより、前記の制限内で、ブラケット１２及びアーチ・ワイヤ１４に様々な被覆を被着できる。ブラケット１２の場合、被覆２６の厚さは、好ましくは約１〜約１０マイクロメートルである。他方、アーチ・ワイヤ１４の場合は、被覆２６の厚さは、好ましくは約０．２５〜５マイクロメートルである。被覆厚さが約１マイクロメートル未満の場合、被覆２６の物理特性は所望の結果を得るには不十分である。被覆厚が約１０マイクロメートルを超えると、被覆２６は、高い内部応力を有するため、亀裂を生じやすくなり、被着中または使用中に、ブラケット１２又はアーチ・ワイヤ１４から剥落しやすくなる。
【００２９】
これらの一般原則は、図３に関連して既に説明したように、当該の被覆２６の製造に適用される。図３の被覆２６は、金属の第１層、例えば金属のジルコニウム、ハフニウム又はチタンを有しており、この第１層が、ブラケット１２又はアーチ・ワイヤ１４の表面に接触し被覆する。金属の第１層２８は、基体表面に上層を密着させるために役立つ。金属の第１層２８は、好ましくは極薄で、約１００〜約１０００オングストローム程度である。金属の第１層２８は、約５ミクロンの低分圧の不活性ガス、例えば  （本発明人により使用された装置では、毎分約２００〜４５０標準立方センチ（ｓｃｃｍ）の速度で流れる）流動アルゴン等を被着用チャンバ５２に充填し、次に、約−４００ボルトのバイアス電圧ＶＢＩＡＳで被着用ターゲット１０４から金属、例えばジルコニウム、ハフニウム又はチタンを被着することにより得られる。アルゴンは金属と化学反応しないので、金属の第１層２８が被着される。
【００３０】
図３に示すように、金属の第１層２８上には、窒素原子当たりほぼ１個の金属原子を有する金属窒化物である第２層３０が被覆される。第２層３０は、被着用チャンバ５２に約５ミクロンの低分圧の流動窒素（本発明人の装置で約１５０〜５００ｓｅｅｎの速度で流動する）を充填し、被着用ターゲット１０４からジルコニウム、ハフニウム又はチタンのような金属を約−５０ボルトのバイアス電圧ＶＢＩＡＳで被着することによって得られる。該金属は窒素と結合することにより第２層３０の金属窒化物を生成する。第２層は、ほぼ０．２５〜５マイクロメートルの厚さであることが好ましい。
【００３１】
同じく図３に示されているように、第３層３２は、窒素原子当たりほぼ２個の金属原子を有し、第２層を被覆している。第３層３２は、被着用チャンバ５２に約５ミクロンの低分圧の流動窒素（本発明人の装置で約１５０〜５００ｓｅｅｎの速度で流動する）を充填し、ジルコニウム、ハフニウム又はチタンのような金属を被着用ターゲット１０４から約−５０ボルトのバイアス電圧ＶＢＩＡＳで被着することによって得られる。該金属は窒素と結合することにより第３層３２の金属窒化物を生成する。第３層は、好ましくは、ほぼ０．２５〜５マイクロメートルの厚さであり、被覆２６の全厚は約１〜約１０マイクロメートルである。
【００３２】
本明細書に示し詳細に開示したアーチ・ワイヤおよび被覆方法は、課題を解決しかつ前記の利点を有しているが、それらは、本発明の現時点で好適な実施例を説明するものに過ぎず、特許請求の範囲に記載されたもの以外の、ここに示された構成または設計の細部は、制限を意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】歯列矯正具を装着した患者の口の斜視図。
【図２】歯列矯正具用の被覆されたブラケットの拡大斜視図。
【図３】ブラケットの一部を図２の３−３線に沿って切断した拡大断面図であって、複数被覆層を示す図。
【図４】被覆工程中にブラケットを支持する取付具の斜視図。
【図５】図４の５−５線に沿って切断した断面図であって、取付具の溝に配置されたブラケットを示す図。
【図６】被覆工程中にアーチ・ワイヤを支持する取付具の斜視図。
【図７】本発明に使用する被着装置の略示平面図および制御回路図。
【図８】図７の被着装置の一部の略示斜視図。
【図９】図８の９−９線に沿って切断した一好適カソード・アーク源の略示断面図。
【図１】
2006501031.tif 000003
【図２】
2006501031.tif 000004
【図３】
2006501031.tif 000005
【図４】
2006501031.tif 000006
【図５】
2006501031.tif 000007
【図６】
2006501031.tif 000008
【図７】
2006501031.tif 000009
【図８】
2006501031.tif 000010
【図９】
2006501031.tif 000011
【国際調査報告】
2006501031.tif 000012