DE202009019037U1

DE202009019037U1 - Ästhetisches orthodontisches Bracket

Info

Publication number: DE202009019037U1
Application number: DE202009019037.4U
Authority: DE
Original assignee: Ormco Corp
Current assignee: Ormco Corp
Priority date: 2008-08-13
Filing date: 2009-08-13
Publication date: 2015-09-21
Anticipated expiration: 2019-08-14
Also published as: US20100055636A1; BRPI0916243B8; US20190298495A1; KR20110042258A; US10772708B2; CN104146787B; US8251696B2; EP2942031B1; EP2942031B2; US10799324B2; CN104146787A; BRPI0916243B1; CN101951855A; US20100055637A1; JP5770630B2; AU2009281952A1; US8585398B2; WO2010019768A1; KR20160122271A; DE202009019038U1

Abstract

Kieferorthopädisches Bracket zum Befestigen eines Drahtbogens an einem Zahn, Folgendes umfassend: einen Bracketkörper, der einen Drahtbogenschlitz enthält und eine ligierende Gleitvorrichtung, die relativ zu dem Drahtbogenschlitz von einer Öffnungsstellung in eine Schließstellung bewegbar ist, wobei die ligierende Gleitvorrichtung einen mesialen Abschnitt, einen distalen Abschnitt und einen erhöhten zentralen Abschnitt zwischen dem mesialen Abschnitt und dem distalen Abschnitt umfasst, wobei der erhöhte zentrale Abschnitt sich über den mesialen Abschnitt und den distalen Abschnitt hinaus in Richtung okklusal-gingival erstreckt.

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung betrifft allgemein kieferorthopädische Brackets und insbesondere ästhetische kieferorthopädische Brackets mit bewegbaren Verschlusselementen, wie beispielsweise Schieber oder Riegel.
Hintergrund der Erfindung
Kieferorthopädische Brackets bilden einen wesentlichen Bestandteil korrektiver kieferorthopädischer Behandlungen, die darauf abzielen, die Okklusion eines Patienten zu verbessern. Bei herkömmlichen kieferorthopädische Behandlungen befestigt ein Kieferorthopäde oder ein Assistent Brackets an den Zähnen eines Patienten und bringt einen Drahtbogen mit einem Schlitz jedes Brackets in Eingriff. Der Drahtbogen übt Korrekturkräfte aus, welche die Zähne dazu zwingen, sich zu kieferorthopädisch korrekten Position zu bewegen. Um den Drahtbogen in jedem Bracketschlitz zu halten, werden herkömmliche Ligaturen, wie kleine elastische O-Ringe oder Feinmetalldrähte, eingesetzt. Aufgrund von Schwierigkeiten beim Anbringen einer einzelnen Ligatur an jedem Bracket wurden selbstligierende kieferorthopädische Brackets entwickelt, welche die Notwendigkeit von Ligaturen beseitigen, indem sie einen bewegbaren Riegel oder Schieber nutzen, um den Drahtbogen innerhalb des Bracketschlitzes festzuhalten.
Herkömmliche kieferorthopädische Brackets sind üblicherweise aus Edelstahl gebildet, der nichtabsorbierend, schweißbar und verhältnismäßig leicht zu formen und zu bearbeiten ist. Patienten, die sich einer kieferorthopädischen Behandlung unter Einsatz kieferorthopädischer Brackets aus Metall unterziehen, können jedoch durch die Sichtbarkeit des Metalls, die kosmetisch nicht ansprechend ist, in Verlegenheit gebracht werden. Um das kosmetische Erscheinungsbild zu verbessern, enthalten bestimmte herkömmliche kieferorthopädische Brackets einem Bracketkörper aus einem transparenten oder transluzenten, nichtmetallischen Material, wie ein Polymerharz oder eine Keramik, welche die Farbe oder Schattierung des darunterliegenden Zahns annehmen oder diesen nachempfunden sind. Solche kieferorthopädischen Brackets können zur Verstärkung und Versteifung des Bracketkörpers in der Nähe des Drahtbogenschlitzes einen metallischen Einsatz nutzen. Die äußere Erscheinung von Metall im Mund des Patienten ist zwar bis zu einem gewissen Grad noch vorhanden, in der normalen Ansicht aber weniger wahrnehmbar und daher sind durch einen nichtmetallischen Bracketkörper gekennzeichnete Brackets ästhetisch ansprechender. Aufgrund der besseren Ästhetik ist es wünschenswert geworden, Bracketkörper aus transparentem/transluzentem Material, beispielsweise Keramikmaterialien, zu bilden. Keramische Werkstoffe sind jedoch spröde und unterliegen im Gebrauch einer höheren Wahrscheinlichkeit des Bruchs. Folglich besteht ein Bedarf nach Keramikbrackets, die Drücken standhalten, welche erforderlich sind, um Zähne zu ihren kieferorthopädisch korrekten Positionen zu bewegen.
Auch wenn die Bildung traditioneller, nicht selbstligierender Bracketkörper aus transparenten oder transluzenten Materialien die Ästhetik dieser Brackets allgemein verbessert hat, blieb die verbesserte Ästhetik selbstligierender Brackets bisher problematisch. Heutige ästhetische selbstligierende kieferorthopädische Brackets können beispielsweise einen transparenten oder transluzenten Bracketkörper, aber weiterhin ein aus Metall hergestelltes Verschlusselement (z. B. eine ligierende Gleitvorrichtung) verwenden. Ein Beispiel dieser Ausgestaltung ist in der U.S.-Patentveröffentlichung Nr. 2004/0072117 offenbart. Diese Verschlusselemente aus Metall können das von den meisten Patienten gewünschte ästhetische Erscheinungsbild, insbesondere bei Brackets, die an Schneidezähnen und Eckzähne im vorderen Mundraum befestigt sind, sichtbar beeinträchtigen. Aufgrund der Festigkeit, Duktilität und Zähigkeit, die derartige Elemente aufweisen müssen, wurden bei diesen selbstligierenden Brackets im Allgemeinen weiterhin Verschlusselemente aus Metall verwendet. Die Ästhetik selbstligierender Brackets muss somit erst noch vollständig realisiert werden.
Folglich besteht ein Bedarf nach einem verbesserten, ästhetischeren selbstligierenden kieferorthopädischen Bracket, das diese und andere Nachteile herkömmlicher selbstligierender kieferorthopädischer Brackets überwindet.
Die JP 2006290688 (A) offenbart eine transluzente Keramik, die ein Sinterkörper ist, der ein Magnesium-Aluminium-Komplexoxid mit einem mittleren Kristallkorndurchmesser von 0,3 bis 5 μm enthält. Die Keramik wird für kieferorthopädische Brackets verwendet.
Die US 2008/0081309 offenbart einen kieferorthopädischen Artikel und ein Verfahren zur Herstellung des kieferorthopädischen Artikels, wobei der kieferorthopädische Artikel ein feinkörniges keramisches Bracket und eine Metallauskleidung umfasst, die in einem Drahtbogenschlitz des Brackets mit einer Lötlegierung befestigt ist, die Silber, Kupfer und mindestens 1,5 Gew.-% Titan umfasst. Ein geeignetes Keramikmaterial ist polykristallines Aluminiumoxid mit einer mittleren Korngröße von 5 μm oder weniger.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein kieferorthopädisches Bracket zum Befestigen eines Drahtbogens an einem Zahn bereit, umfassend einen Bracketkörper, der dazu ausgelegt ist, an dem Zahn befestigt zu werden und der einen Drahtbogenschlitz enthält, der dazu ausgelegt ist, den Drahtbogen aufzunehmen, wobei der Bracketkörper ein polykristallines Aluminiumoxid mit einer Vielzahl von Körnern und einer Korngrößenverteilung enthält, bei der das polykristalline Aluminiumoxid eine mittlere Korngröße im Bereich von 3,4 μm bis 6 μm aufweist und wobei Körner mit einer Größe von über 10 μm 10% bis 50% des Volumens des Bracketkörpers einnehmen. In einer Ausführungsform umfasst der Bracketkörper ein mit dem Bracketkörper in Eingriff stehendes bewegbares Element.
Das bewegbare Element ist relativ zu dem Körper zwischen einer Öffnungsstellung, in welcher der Drahtbogen in den Drahtbogenschlitz einführbar ist, und einer Schließstellung, in der das bewegbare Element den Drahtbogen in dem Drahtbogenschlitz hält, bewegbar. Das bewegbare Element ist aus einem transparenten oder transluzenten Keramikmaterial gefertigt.
In einer Ausführungsform umfasst das kieferorthopädische Bracket einen Haltemechanismus, um die Bewegung des bewegbaren Elements in Richtung der Öffnungsstellung zu begrenzen, und ein von dem Haltemechanismus zum Begrenzen der Bewegung des bewegbaren Elements getrenntes erstes Anschlagmerkmal, um die Bewegung des bewegbaren Elements in Richtung der Schließstellung zu begrenzen. Der Haltemechanismus umfasst einen scheinbaren Kontaktbereich zwischen dem Haltemechanismus und dem bewegbaren Element und/oder dem Bracketkörper. Die erste Stopp-Funktion umfasst einen ersten Kontaktbereich zwischen dem bewegbaren Element und dem Bracketkörper, der größer ist als der scheinbare Kontaktbereich.
In einer Ausführungsform umfasst der Bracketkörper eine Stützfläche, die zumindest teilweise eine Gleitführungsbahn definiert. Das bewegbare Element steht mit der Gleitführungsbahn in Eingriff. Zumindest ein Abschnitt der Stützfläche ist lingual einer labialen Kante des Drahtbogenschlitzes angeordnet.
In noch einer weiteren Ausführungsform besteht der Bracketkörper aus einem polykristallinen Aluminiumoxid, in dem bis zu 50% der Körner kleiner als 3 μm und bis zu 90% der Körner kleiner als 10 μm sind, und in dem Körnern, die größer als 10 μm sind, bis zu 50% des Volumens des Bracketkörpers einnehmen. Das polykristalline Aluminiumoxid hat eine Bruchzähigkeit von mindestens 4,0 MPa·m^1/2.
Offenbart wird ein Verfahren zur Herstellung eines kieferorthopädischen Brackets, umfassend das Formen eines Bracketkörpers aus einem Keramikpulver und Sintern des geformten Körpers zu einem Sinterkörper mit einer Korngrößenverteilung, die gekennzeichnet ist durch eine mittlere Korngröße im Bereich von größer als 3,4 μm bis 6 μm.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen, welche in diese Beschreibung integriert sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden, zeigen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der vorstehenden allgemeinen Beschreibung und der nachstehenden detaillierten Beschreibung zur Erläuterung verschiedener Aspekte der Erfindung.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, welche eine ligierende Gleitvorrichtung in einer Öffnungsstellung zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets mit der ligierenden Gleitvorrichtung in einer Schließstellung;
3 ist eine Vorderansicht der in 1 gezeigten ligierenden Gleitvorrichtung;
4 ist eine perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets, bei dem der Schieber entfernt wurde;
5 ist eine Rückansicht der in 1 gezeigten ligierenden Gleitvorrichtung;
6 ist eine Ansicht eines im Wesentlichen entlang der Linie 6-6 geführten Querschnitts des in 2 gezeigten selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets;
7 ist eine Ansicht eines im Wesentlichen entlang der Linie 7-7 geführten Querschnitts des in 1 gezeigten selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets;
8 ist eine Ansicht eines im Wesentlichen entlang der Linie 8-8 geführten Querschnitts des in 2 gezeigten selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets;
9 ist eine Seitenansicht der in 1 gezeigten ligierenden Gleitvorrichtung;
10 ist eine Rückansicht des in 1 gezeigten selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets;
11 ist eine vergrößerte Ansicht des in 6 abgebildeten eingekreisten Abschnitts 11;
12 ist eine perspektivische Rückansicht eines selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets gemäß einer alternativen Ausführungsform;
13 ist eine Vorderansicht des in 1 gezeigten selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets;
14 ist eine der 7 ähnliche Ansicht eines im Wesentlichen entlang der Linie 7-7 geführten Querschnitts des in 1 gezeigten kieferorthopädischen Brackets;
15 ist eine perspektivische Ansicht eines selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
16 ist eine perspektivische Ansicht eines selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, welche eine ligierende Gleitvorrichtung in einer Schließstellung zeigt;
17 ist eine perspektivische Ansicht des in 16 gezeigten selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets, in der die ligierende Gleitvorrichtung von dem Bracketkörper demontiert gezeigt wird;
18 ist eine Ansicht eines im Wesentlichen entlang der Linie 18-18 geführten Querschnitts des in 16 gezeigten selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets;
19 ist eine Rückansicht der in den 16 und 17 gezeigten ligierenden Gleitvorrichtung;
19A ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 19A-19A der in 19 gezeigten ligierenden Gleitvorrichtung;
20 ist eine Ansicht eines im Wesentlichen entlang der Linie 20-20 geführten Querschnitts des in 16 gezeigten selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets;
21 ist eine perspektivische Ansicht eines selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, welche eine ligierende Gleitvorrichtung in einer Schließstellung zeigt;
22 ist eine perspektivische Ansicht des in 21 gezeigten selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets, in der die ligierende Gleitvorrichtung von dem Bracketkörper demontiert gezeigt wird;
23 ist eine Ansicht eines im Wesentlichen entlang der Linie 23-23 geführten Querschnitts des in 21 gezeigten selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets;
24 ist eine Rückansicht der in den 21 und 22 gezeigten ligierenden Gleitvorrichtung;
24A ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 24A-24A der in 24 gezeigten ligierenden Gleitvorrichtung;
25 ist eine graphische Darstellung, welche die Wirkung von Oberflächenfehlern auf die Biegefestigkeit von polykristallinem Aluminiumoxid zeigt;
Die 26A, 26B und 26C sind mikroskopische Aufnahmen von Bracketmaterial aus polykristallinem Aluminiumoxid gemäß Ausführungsformen der Erfindung in 440-facher Vergrößerung;
26D eine Mikrofotografie von Bracketmaterial aus polykristallinem Aluminiumoxid in 110-facher Vergrößerung;
Die 27A, 27B, 27C und 27D sind Mikrofotografien von Bracketmaterial aus polykristallinem Aluminiumoxid gemäß Ausführungsformen der Erfindung in 440-facher Vergrößerung;
Die 28A, 28B, 28C und 28D sind Diagramme, welche Korngrößenverteilungen der in den 27A, 27B, 27C beziehungsweise 27D dargestellten Mikrostrukturen darstellen;
29 ist ein Diagramm des berechneten Volumenanteils für drei Korngrößenbereiche für die in 27B dargestellte Mikrostruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
30 ein Diagramm des berechneten Volumenanteils für drei Korngrößenbereiche für die in 27C dargestellte Mikrostruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
Obwohl die Erfindung im Folgenden In Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen beschrieben wird, ist die Erfindung nicht auf die Anwendung in einem kieferorthopädischem Bracket irgendeines bestimmten Typs ist beschränkt. Die Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung ist dazu vorgesehen, alle Alternativen, Abwandlungen und äquivalenten Anordnungen abzudecken. Insbesondere werden Fachleute erkennen, dass die Bestandteile der Ausführungsformen der hier beschriebenen Erfindung in verschiedenster Weise angeordnet sein könnten.
Bezug nehmend auf die Zeichnungen und insbesondere auf die 1 und 2, umfasst ein kieferorthopädisches Bracket 10 einen Bracketkörper 12 und ein mit dem Bracketkörper 12 gekoppeltes bewegbares Verschlusselement. In einer Ausführungsform kann das bewegbare Verschlusselement eine mit dem Bracketkörper 12 bewegbar gekoppelte ligierende Gleitvorrichtung 14 umfassen. Der Bracketkörper 12 umfasst einen in diesem ausgebildeten Drahtbogenschlitz 16 der dazu dient, einen Drahtbogen 18 (gestrichelt dargestellt) zum Aufbringen von Korrekturkräften auf die Zähne aufzunehmen. Die ligierende Gleitvorrichtung 14 ist zwischen einer Öffnungsstellung (1), in welcher der Drahtbogen 18 in den Drahtbogenschlitz 16 einführbar ist, und einer Schließstellung (2), in welcher der Drahtbogen 18 in dem Drahtbogenschlitz 16 gehalten ist, bewegbar. Der Bracketkörper 12 und die ligierende Gleitvorrichtung 14 bilden zusammen ein selbstligierendes kieferorthopädisches Bracket 10 zur Verwendung für kieferorthopädische Korrekturbehandlungen. Während das bewegbare Verschlusselement hier als eine ligierende Gleitvorrichtung beschrieben ist, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, da das bewegbare Verschlusselement andere bewegbare Anordnungen umfassen kann (z. B. einen Riegel, einen Federbügel, eine Klappe, etc.), die sich in jeder geeigneten Weise zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegen können.
Sofern nicht anders angegeben, wird das kieferorthopädische Bracket 10 hier mittels eines an einer labialen Oberfläche eines Zahns im Oberkiefer angebrachten Brackets 10 als Bezugsrahmen beschrieben. Begriffe wie labial, lingual, mesial, distal, okklusal und gingival, wie sie hier verwendet werden, um das Bracket 10 zu beschreiben, beziehen sich daher auf den gewählten Referenzrahmen. Die Ausführungsformen der Erfindung ist jedoch nicht auf den gewählten Referenzrahmen und die beschreibenden Begriffe beschränkt, da das kieferorthopädische Bracket 10 an anderen Zähnen und in anderen Ausrichtungen in der Mundhöhle verwendet werden kann. Das Bracket 10 kann beispielsweise auch mit der lingualen Oberfläche des Zahns verbunden, oder im Unterkiefer angeordnet werden. Fachleute werden erkennen, dass die hier verwendeten beschreibenden Begriffe bei einer Veränderung des Referenzrahmens nicht direkt anwendbar sind. Die vorliegende Erfindung ist dennoch als von der Position und Ausrichtung innerhalb der Mundhöhle unabhängig anzusehen und die zur Beschreibung der Ausführungsformen des kieferorthopädischen Brackets verwendeten relativen Begriffe sollen lediglich die Beispiele in den Zeichnungen verständlich beschreiben. Insofern beschränken die in relativer Bedeutung verwendeten Begriffe labial, lingual, mesial, distal, okklusal und gingival keinesfalls die Erfindung auf eine bestimmte Position oder Ausrichtung.
Auf der labialen Oberfläche eines Zahns im Oberkiefer des Patienten befestigt, hat der Bracketkörper 12 eine linguale Seite 20, eine okklusale Seite 22, eine gingivale Seite 24, eine mesiale Seite 26, eine distale Seite 28 und eine labiale Seite 30. Die linguale Seite 20 des Bracketkörpers 12 ist dazu ausgelegt, auf eine beliebige herkömmliche Weise, wie beispielsweise mit einem geeigneten kieferorthopädischen Zement oder Klebemittel oder einem Band um einen benachbarten Zahn (nicht dargestellt), an dem Zahn befestigt zu werden. Die linguale Seite 20 kann ferner mit einem Pad 32 versehen sein, das eine Verbindungsbasis 33 bildet, die dazu eingerichtet ist, an der Oberfläche des Zahns befestigt zu werden. Das Pad 32 kann als ein separates Teil oder Element mit dem Bracketkörper 12 verbunden sein, oder alternativ kann das Pad 32 einstückig mit dem Bracketkörper 12 ausgebildet sein. Der Bracketkörper 12 umfasst eine Basisfläche 34 und ein Paar von gegenüberliegenden Schlitzflächen 36, 38, die labial von der Basisfläche 34 abstehen und die zusammen den Drahtbogenschlitz 16 definieren, der sich in einer mesial-distalen Richtung von der mesialen Seite 26 zur distalen Seite 28 erstreckt. Die Schlitzflächen 36, 38 und die Basisfläche 34 sind im Wesentlichen im Inneren des Materials des Bracketkörpers 12 eingekapselt oder eingebettet. Der Drahtbogenschlitz 16 des Bracketkörpers 12 kann dazu ausgebildet sein, den kieferorthopädischen Drahtbogen 18 in jeder beliebigen geeigneten Weise aufzunehmen.
Unter Bezugnahme auf 4 umfasst der Bracketkörper 12 außerdem eine Stützfläche 40, die sich in einer im Wesentlichen gingival-okklusalen Richtung von der Schlitzfläche 38 erstreckt. Ein Paar von gegenüberliegenden Führungen 42, 44 ist von der Stützfläche 40 abgestützt und an deren mesialer Seite 26 beziehungsweise distaler Seite 28 angeordnet. Die Führungen 42, 44 sind im Wesentlichen L-förmig und jede umfasst einen ersten Schenkel 42a bzw. 44a, der von der Stützfläche 40 in labialer Richtung absteht: Die Führung 42 weist einen zweiten Schenkel 42b oder Ansatz auf, der in der distalen Richtung absteht, während die Führung 44 einen zweiten Schenkel 44b oder Ansatz aufweist, der in der mesialen Richtung absteht, so dass die Führungen 42, 44 zusammen die Stützfläche 40 teilweise überlagern. Die Stützfläche 40 und die Führungen 42, 44 definieren zusammen eine Gleitführungsbahn 46 zum Abstützen und Führen der ligierenden Gleitvorrichtung 14 im Inneren des Bracketkörpers 12.
Die Stützfläche 40 umfasst einen mesialen Abschnitt 48, einen distalen Abschnitt 50 und einen zentralen Abschnitt 52 zwischen dem mesialen Abschnitt 48 und dem distalen Abschnitt 50. Die Führungen 42, 44 sind so ausgestaltet, dass sie den mesialen Abschnitt 48 beziehungsweise den distalen Abschnitt 50 überlagern, von diesen jedoch beabstandet sind, um die ligierende Gleitvorrichtung 14 aufzunehmen. Der zentrale Abschnitt 52 umfasst einen erhöhten Ansatz 54, der im Wesentlichen in der labialen Richtung absteht und dessen Zweck nachfolgend noch ausführlicher erläutert wird. Eine solche Ausgestaltung bildet in der Stützfläche 40 im Wesentlichen nach gingival-okklusal ausgerichtete Bahnen oder Nuten 56, 58. Darüber hinaus umfasst der zentrale Abschnitt 52 der Stützfläche 40 an seinem okklusalen Ende eine Ausnehmung oder Aussparung 60, auf, die eine Anschlagfläche definiert. Wie im Folgenden ausführlicher erläutert, ist die Anschlagfläche so ausgestaltet, dass sie mit der ligierenden Gleitvorrichtung 14 zusammenwirkt, um auf das Bracket 10 aufgebrachte Kräfte (z. B. Kaukräfte) in verbesserter Weise aufzunehmen.
Wie oben erwähnt, ist der Bracketkörper 12 zur Verbesserung der Ästhetik des kieferorthopädischen Brackets 10 aus einem transluzenten oder transparenten nichtmetallischen Material gebildet. Des Weiteren kann der Bracketkörper 12 zahnfarben sein. Das Keramikmaterial ist ein polykristallines Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid. In einer Ausführungsform kann der Bracketkörper 12 durch Keramik-Spritzgießen [”Ceramic Injection Molding” (CIM)] gefolgt von Sintern und/oder heißisostatischem Pressen [”Hot Isostatic Pressing” (HIPing)] gebildet sein.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann ein Abschnitt des Bracketkörpers 12 oder seine gesamte Oberfläche behandelt sein, um die Torsionsfestigkeit des Bracketkörpers 12 zu erhöhen. Der Bracketkörper 12 kann beispielsweise eine auf diesen abgeschiedene oder auf andere Weise darauf gebildete Beschichtung aufweisen. Die Beschichtung kann beispielsweise durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD [”Physical Vapor Deposition”]) oder chemische Gasphasenabscheidung (CVD [”Chemical Vapor Deposition”]) mit einer Dicke von bis zu etwa 15 μm abgeschieden werden. Ferner kann die Beschichtung amorph oder nanokristallin sein, oder eine Mikrostruktur haben, welche Körner enthält, die feiner sind, als die Körner des Bracketkörpers 12. In einer Ausführungsform kann zum Entfernen von Oberflächenfehlern und Erzeugen von Oberflächendruckspannungen anstelle von Schleifen und/oder Polieren der Oberfläche ein Teil oder die gesamte Oberfläche des Bracketkörpers 12 ionengefräst oder säuregeätzt werden, um den Bracketkörper 12 zu verstärken. Zusätzlich oder alternativ können die Flächen zur Verbesserung der Bruchzähigkeit mit Metallionen beschossen, mit Mischmetallionen beschossen, oder lasergeschmolzen werden, um die Bruchzähigkeit zu verbessern. Es versteht sich, dass eine Kombination von einer oder mehreren Oberflächenbehandlungen verwendet werden kann, um die Torsionsfestigkeit des Bracketkörpers 12 zu erhöhen.
Wie in 3 gezeigt, umfasst die ligierende Gleitvorrichtung 14 einen mesialen Abschnitt 62, einen distalen Abschnitt 64 und einen zentralen Abschnitt 66 zwischen dem mesialen Abschnitt 62 und dem distalen Abschnitt 64. Die Führungen 42, 44 sind so ausgestaltet, dass sie den mesialen Abschnitt 62 beziehungsweise den distalen Abschnitt 64 überlagern und der zentrale Abschnitt 66 kann so ausgestaltet sein, dass die labiale Seite des zentralen Abschnitts 66 im Wesentlichen bündig ist mit der labialen Seite der Führungen 42, 44 (2). Eine solche Ausgestaltung definiert im Wesentlichen nach gingival-okklusal ausgerichtete Bahnen oder Nuten 68, 70 in der labialen Seite der ligierenden Gleitvorrichtung 14, die sich entlang der Führungen 42, 44 bewegen, wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung bewegt wird. Der mesiale Abschnitt 62 und der distale Abschnitt 64 erstrecken sich nicht über ganze gingival-okklusale Erstreckung der ligierenden Gleitvorrichtung 14, sondern enden stattdessen kurz vor der gingivalen Seite 72, um zwei im Wesentlichen ebene Plattformoberflächen 74, beziehungsweise 76 zu bilden. Wie in 2 gezeigt, und wie nachfolgend noch ausführlicher erläutert wird, können die Plattformoberflächen 74, 76, wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 in der Schließstellung ist, an den Drahtbogenschlitz 16 angrenzen, oder einen Abschnitt desselben bilden, und können insbesondere einen Abschnitt der Schlitzfläche 38 bilden, welche eine Seite des Drahtbogens 18 begrenzt.
Im Gegensatz zu vielen ästhetischen selbstligierenden Brackets kann die ligierende Gleitvorrichtung 14 auch aus einem transluzenten oder transparenten Material gebildet sein. Die ligierende Gleitvorrichtung 14 ist aus einem transluzenten oder transparenten Keramikmaterial gebildet. In einer Ausführungsform kann das Keramikmaterial das gleiche sein, wie das zur Bildung des Bracketkörpers 12 verwendete. Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet wird jedoch erkennen, dass es andere geeignete Materialien gibt, die eine ästhetische ligierende Gleitvorrichtung 14 bereitstellen würden. Darüber hinaus kann die ligierende Gleitvorrichtung 14 in einer ähnlichen Weise, wie weiter oben bezüglich des Bracketkörpers 12 beschrieben, oberflächenbehandelt werden, um die Festigkeit und die Ästhetik zu verbessern. Vorteilhafter Weise wird die Bildung sowohl des Bracketkörpers 12 als auch der ligierenden Gleitvorrichtung 14 aus einem transparenten oder transluzenten Material die Sichtbarkeit des kieferorthopädischen Brackets, wenn dieses an einem Zahn eines Patienten befestigt ist, reduzieren.
Wie in den 4 und 5 dargestellt, umfasst das kieferorthopädische Bracket 10 einen Sicherungsmechanismus, der die ligierende Gleitvorrichtung 14 zumindest in der Schließstellung sichert. Zu diesem Zweck umfasst der Sicherungsmechanismus in einem aus dem Bracketkörper 12 und der ligierenden Gleitvorrichtung 14 einen abstehenden Abschnitt und in dem anderen aus dem Bracketkörper 12 und der ligierenden Gleitvorrichtung 14 einen Aufnahmeabschnitt, die zusammenzuwirken, um die ligierende Gleitvorrichtung 14 zumindest in der Schließstellung zu halten. Der Sicherungsmechanismus kann ferner verhindern, dass die ligierende Gleitvorrichtung 14 sich aus dem Bracketkörper 12 löst. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Sicherungsmechanismus ein mit dem Bracketkörper 12 verbundenes elastisches Eingriffselement, wie beispielsweise einen im Wesentlichen länglichen, zylindrischen, rohrförmigen Federstift 78 (4), und einen in der ligierenden Gleitvorrichtung 14 ausgebildeten Halteschlitz 80 (5). Obgleich diese Ausführungsform mit dem Federstift 78, der dem Bracketkörper 12 zugeordnet ist, und dem Halteschlitz 80, welcher der ligierenden Gleitvorrichtung 14 zugeordnet ist, beschrieben wird, wird der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennen, dass die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist. Beispielsweise kann ein Federstift mit der ligierenden Gleitvorrichtung gekoppelt sein und in dem Bracketkörper kann ein geeigneter Halteschlitz ausgebildet sein.
Wie in den 4, 6, und 7 dargestellt, umfasst der Federstift 78 einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt. Der erste Abschnitt des Federstifts 78 ist dazu ausgelegt, in einer in der Stützfläche 40 gebildeten Bohrung 82 aufgenommen zu werden. Der zweite Abschnitt des Federstifts 78 ragt von der Stützfläche 40 in einer im Wesentlichen labialen Richtung ab, so dass er sich in die Gleitführungsbahn 46 erstreckt. Der Federstift 78 umfasst eine Aussparung oder einen Schlitz 84 – dessen Zweck nachstehend beschrieben wird – der in seiner Seitenwand ausgebildet ist und sich entlang zumindest eines Teils der Länge des Federstifts 78 erstreckt. Der Federstift 78 kann beispielsweise durch einen Walzvorgang gebildet werden, um so den Schlitz 84 zu definieren, oder kann alternativ durch Einschneiden eines rohrförmigen Elements zur Bildung des Schlitzes 84 gebildet werden. Des Weiteren kann der Federstift 78 aus Materialien gebildet werden, welche die Folgenden einschließen: Edelstahl, Titanlegierungen, superelastische Materialien vom Typ NiTi oder andere geeignete Materialien.
Die Bohrung 82 ist okklusal des Drahtbogenschlitzes 16 angeordnet und erstreckt sich von der lingualen Seite 20 zu der Stützfläche 40 des Bracketkörpers 12. Des Weiteren kann die Bohrung 82 in dem erhöhten Ansatz 54 des zentralen Abschnitts 52 ausgebildet sein. Das Anordnen des Federstifts 78 in dem erhöhten Ansatz 54 bietet zusätzliche Abstützung für den Federstift 78 und verhindert oder reduziert auskragendes Biegen oder Krümmen des Federstifts 78. Die Bohrung 82 umfasst einen ersten Abschnitt 86, der zu der Stützfläche 40 geöffnet ist und dazu dient, den Federstift 78 aufzunehmen, und einen zweiten Abschnitt 88, der an der lingualen Seite 20 des Bracketkörpers 12 geöffnet ist und der dazu eingerichtet ist, ein okkludierendes Element aufzunehmen, dass dazu ausgelegt ist, den Federstift 78 innerhalb der Bohrung 82 zu sichern. In einer Ausführungsform kann das okkludierende Element eine Kugel 90 sein. Das okkludierende Element ist jedoch nicht hierauf beschränkt, da andere okkludierende Elemente ebenso zur Sicherung des Federstifts 78 in der Bohrung 82 verwendet werden können. Zwischen dem ersten Bohrungsabschnitt 86 und dem zweiten Bohrungsabschnitt 88 kann ein im Wesentlichen konisch zulaufender Übergangsbereich 92 angeordnet sein.
Bei der Montage wird der Federstift 78 von der lingualen Seite (und wobei die ligierende Gleitvorrichtung 14 mit dem Bracketkörper 12 im Eingriff ist) in die Bohrung 82 eingeführt, so dass er im ersten Bohrungsabschnitt 86 angeordnet ist. Die Kugel 90 wird in den zweiten Bohrungsabschnitt 88 eingefügt und fest mit der Bohrung 82 verbunden. Beispielsweise kann die Kugel 90 durch Kleben mit der Bohrung 82 verbunden werden. Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet wird andere Möglichkeiten zur Befestigung der Kugel 90 innerhalb der Bohrung 82 erkennen. Die Querabmessung des zweiten Bohrungsabschnitts 88 kann größer sein als eine Querabmessung des ersten Bohrungsabschnitts, um das Einsetzen des Federstifts 78 in der Bohrung 82 zu erleichtern. Insbesondere der konische Übergangsbereich 92 kann während des Montageprozesses das Einsetzen des Federstifts 78 innerhalb der Bohrung 82 erleichtern. In einer Ausführungsform kann die Kugel 90 aus Zirkondioxid gebildet sein, andere geeignete Materialien, wie PMMA, Polycarbonat, Glas und dergleichen, können jedoch ebenfalls zur Bildung der Kugel 90 verwendet werden. Obwohl der Federstift 78 aus Metall gebildet sein kann, wird der Federstift 78 (und die Kugel 90, wenn sie aus einem nicht-ästhetischen Material hergestellt sein sollte) verhältnismäßig tief in dem kieferorthopädischen Bracket 10 angeordnet, um jeglichen Einfluss auf die Ästhetik des Brackets 10 zu minimieren.
Wie in 5 dargestellt, umfasst die linguale Seite 94 der ligierenden Gleitvorrichtung 14 eine Vertiefung 96 mit einer Basisfläche 98, einem gingivalen Ende 100 und einem okklusalen Ende 102. Das gingivale Ende 100 ist offen, um den erhöhten Ansatz 54 aufzunehmen, wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung bewegt wird. Das okklusale Ende 102 der Vertiefung 96 ist durch ein Laschenelement 104 verschlossen, das sich von der lingualen Seite 94 nach außen (z. B. lingual) erstreckt und das eine der Vertiefung 96 gegenüberliegende Kontaktfläche 106 aufweist, deren Zweck nachfolgend ausführlicher erläutert wird.
Der Halteschlitz 80 ist in der Basisfläche 98 der Vertiefung 96 ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen in der gingival-okklusalen Richtung (z. B. in der Bewegungsrichtung der ligierenden Gleitvorrichtung 14). Der Halteschlitz 80 kann derart ausgebildet sein, dass er sich in der labial-lingualen Richtung (nicht gezeigt) vollständig durch die Gleitvorrichtung 14 erstreckt, oder so, dass er sich nur teilweise durch die Gleitvorrichtung 14 erstreckt und daher von einer labialen Seite 108 der Gleitvorrichtung 14 nicht sichtbar ist (beispielsweise ein Blindschlitz), wie in den 3 und 5 gezeigt. Eine derartige Blindschlitz-Konfiguration reduziert die Stellen auf der labialen Seite des Brackets 10, an denen sich Nahrung oder anderes Material aus der Mundhöhle sammeln könnte, wodurch die Hygiene grundsätzlich verbessert wird. In einer Ausführungsform hat der Halteschlitz 80 an einem okklusalen Ende 112 des Schlitzes 80 einen vergrößerten Abschnitt 110, der mit einem geraden Segmentabschnitt 114, der ein geschlossenes gingivales Ende 116 aufweist, in Verbindung steht. Der vergrößerte Abschnitt 110 kann, wie gezeigt, kreisförmig sein oder eine andere geeignete Form aufweisen. Die Querabmessung des kreisförmigen Abschnitts 110 ist größer als die Querabmessung des geraden Segmentabschnitts 114, um am dazwischenliegenden Übergang ein Paar von gegenüberliegenden Vorsprüngen 118 zu definieren.
Wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 mit dem Bracketkörper 12 gekoppelt ist, wird der Federstift 78 in dem Halteschlitz 80 aufgenommen, der sich relativ zu dem Federstift 78 bewegt, wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung bewegt wird. Die Federstift-/Halteschlitz-Ausgestaltung gewährleistet zumindest in der Schließstellung die Sicherung der ligierenden Gleitvorrichtung 14. Zu diesem Zweck ermöglicht der Schlitz 84 in dem Federstift 78, dass der Federstift 78 im Wesentlichen radial gebogen oder elastisch verformt wird. Somit kann der Federstift 78 sich abhängig von der Radialkraft, die auf ihn aufgebracht wird, radial aufweiten und zusammenziehen. Zu diesem Zweck ermöglicht der Schlitz 84 in dem Federstift 78, dass zumindest der Schlitzabschnitt relativ zu seiner Mittelachse 69 im Wesentlichen radial gebogen oder elastisch verformt wird. Wie hier verwendet, umfasst ”radial gebogen” nicht nur gleichförmige Radialveränderungen, sondern umfasst auch ungleichförmige oder teilweise Radialveränderungen, wie sie beispielsweise beim Zusammendrücken eines elastischen C-Clips auftreten. Mit anderen Worten, zumindest ein Teil des Federstifts 78 hat einen ersten effektiven Durchmesser oder Krümmungsradius (wie etwa in einem nicht vorgespannten Zustand), ist jedoch biegbar, wie etwa durch Zusammendrücken des Federstifts 78, so dass er einen zweiten effektiven Durchmesser oder Krümmungsradius aufweist, der kleiner ist als der erste effektive Durchmesser oder Krümmungsradius. Obwohl der Schlitz 84 in dem Federstift 78 eine radiale Kontraktion/Expansion ermöglicht, kann eine solche Bewegung auch auf andere Weise erreicht werden.
Im Betrieb ist der Federstift 78 in dem vergrößerten Abschnitt 110 des Halteschlitzes 80 angeordnet, wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 in der Schließstellung ist (2), und kann sich radial aufweiten, so dass der Federstift 78 in die Wand des erweiterten Abschnitts 110 eingreift. Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass der Federstift 78 nicht mit der Wand des erweiterten Abschnitts 110 in Eingriff stehen muss, im radial aufgeweiteten Zustand jedoch mindestens eine Querabmessung (beispielsweise Durchmesser) haben muss, die größer ist als die Querabmessung des geraden Segmentabschnitts 114. Derart in dem vergrößerten Abschnitt 110 angeordnet, stellen die Vorsprünge 118 einen Schwellenwert des Widerstands bereit gegen jede Bewegung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 von der Schließstellung weg und zu der Öffnungsstellung hin. Wenn jedoch eine ausreichend große Öffnungskraft, beispielsweise in okklusaler Richtung, auf die ligierende Gleitvorrichtung 14 aufgebracht wird, bewirkt die Wechselwirkung zwischen dem Halteschlitz 80 und dem Federstift 78, dass der Stift 78 sich radial zusammenzieht (aufgrund des von dem Schlitzes 80 erzwungenen Zusammendrückens), so dass der Federstift 78 sich an den Vorsprüngen 118 vorbei und in den geraden Segmentabschnitt 114 des Halteschlitzes 80 hinein bewegt.
Sobald er in dem geraden Segmentabschnitt 114 angeordnet ist, drückt der Federstift 78 gegen dessen Seiten, so dass, um den Widerstand zu überwinden und um die ligierende Gleitvorrichtung 14 relativ zu dem Bracketkörper 12 zu bewegen während der Federstift 78 den geraden Segmentabschnitt 114 durchquert, eine Schwellen-Verschiebekraft aufgebracht werden muss, die kleiner und möglicherweise wesentlich kleiner ist als die Öffnungskraft. Einmal geöffnet, gleitet oder fällt die ligierende Gleitvorrichtung 14 demnach nicht einfach in Richtung der vollständig geöffneten Stellung, sondern muss gezielt zu der Öffnungsstellung bewegt werden. Wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 nur teilweise geöffnet ist, kann die Gleitvorrichtung 14 so konfiguriert sein, dass sie (beispielsweise aufgrund der Reibungskräfte zwischen dem Federstift 78 und der Gleitvorrichtung 14) ihre Position relativ zu dem Bracketkörper 12 aufrechterhält, bis die Schwellen-Verschiebekraft aufgebracht wird, um die Bewegung der Gleitvorrichtung 14 in Richtung der Öffnungsstellung fortzusetzen. Eine derartige Ausführung reduziert die Wahrscheinlichkeit, dass die Gleitvorrichtung 14 – beispielsweise während einer kieferorthopädischen Behandlung – unbeabsichtigt geschlossen wird. Wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 in Richtung der Schließstellung bewegt wird, federt oder schnellt der Federstift 78 – während der Federstift 78 in den vergrößerten Abschnitt 110 eindringt – in seine radial expandierte Position zurück, um die ligierende Gleitvorrichtung 14 wieder in der Schließstellung zu sichern.
Wie oben erwähnt, unterstützt der erhöhte Ansatz 54 den Federstift 78 während des Öffnens und Schließens der ligierenden Gleitvorrichtung 14. Wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 in Richtung der Öffnungsstellung bewegt wird, können hierbei beliebige Widerstandskräfte aufgrund des Kontakts des Federstifts 78 mit dem Halteschlitz 80 eine auf den Stift 78 wirkende Scherkraft erzeugen. Der erhöhte Ansatz 54 verringert die Wahrscheinlichkeit, dass der Stift 78 sich plastisch verformt oder bricht, wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 sich an dem Stift 78 vorbeibewegt, da er den Längsabschnitt des Stifts 78, der sich von der Fläche 40 aus erstreckt, abstützt. Ohne den erhöhten Ansatz 54 und wenn ein Längsabschnitt des Stifts 78 labial von der Stützfläche 40 absteht, erfährt der Stift 78 wahrscheinlicher eine Cantilever-Kraft oder ein Torquedrehmoment, die bzw. das ausreicht, den Stift 78 um den Rand der Bohrung 82 zu verbiegen oder zu zerbrechen, wenn die Gleitvorrichtung 14 sich in die eine oder andere Richtung bewegt.
Der Sicherungsmechanismus, einschließlich des Federstifts 78 und des Halteschlitzes 80, ist vollständiger in der US 8 033 824 B2 offenbart. Zusätzlich können die anderen in diesem Patent offenbarten Sicherungsmechanismen ebenfalls für das ästhetische kieferorthopädische Bracket 10, wie hier offenbart, verwendet werden. Somit ist der Sicherungsmechanismus nicht auf die in den Figuren gezeigte und oben beschriebene Federstift-/Halteschlitz-Ausgestaltung begrenzt.
Neben einer ausreichenden Sicherung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 zumindest wenn diese in der Schließstellung ist, kann der Sicherungsmechanismus auch als Haltemechanismus wirken, der eine zufällige oder unbeabsichtigte Loslösung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 von dem Bracketkörper 12 während der Verwendung, wie etwa wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 in der Öffnungsstellung ist, verhindert oder reduziert. Zu diesem Zweck kann der Längsabschnitt des Halteschlitzes 80 die gingival-okklusale Bewegung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 relativ zu dem Bracketkörper 12 begrenzen. Beispielsweise kann der Federstift 78 an dem gingivalen Ende 116 des Halteschlitzes 80 anliegen, wenn sich die ligierende Gleitvorrichtung 14 in der vollständig geöffneten Stellung befindet. Weil das gingivale Ende 116 den Halteschlitz 80 schließt, wird eine Weiterbewegung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 in eine okklusale Richtung relativ zum Bracketkörper 12 verhindert und die ligierende Gleitvorrichtung 14 kann nicht von dem Bracketkörper 12 getrennt oder abgelöst werden.
Auch in der vollständig geschlossenen Stellung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 ist der Federstift 78 in dem vergrößerten Abschnitt 110 an dem okklusalen Ende 112 des Halteschlitzes 80 angeordnet, der eine Weiterbewegung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 in die gingivale Richtung relativ zum Bracketkörper 12 verhindern kann. Wie untenstehend ausführlicher erörtert, kann das kieferorthopädische Bracket 10 weitere Merkmale umfassen, die anstelle von oder zusätzlich zu dem Sicherungsmechanismus die Bewegung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 in die gingivale Richtung relativ zu dem Bracketkörper 12 verhindern können.
In diesem Zusammenhang können Auslegungen, welche die gingivale Bewegung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 relativ zu dem Bracketkörper 12 nur mittels des Federstiftes 78 begrenzen oder stoppen, anfällig sein für einen vorzeitigen Ausfall des Sicherungsmechanismus. Bei diesen Auslegungen werden alle Kräfte, die auf die ligierende Gleitvorrichtung 14 aufgebracht werden, wie beispielsweise beim Kauen, über den Federstift 78 auf den Bracketkörper 12 übertragen. Aufgrund des relativ kleinen Kontaktbereichs zwischen dem Federstift 78 und der ligierenden Gleitvorrichtung 14 können die über den Federstift 78 auf den Bracketkörper 12 übertragenen Kräfte ausreichen, um den Federstift 78 abzuscheren, einzukerben, oder auf andere Weise zu beschädigen. Wie im folgenden Text noch ausführlicher beschrieben, kann es daher wünschenswert sein, die gingivale Bewegung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 durch Anschlagflächen mit vergrößerten Kontaktbereichen zwischen der ligierenden Gleitvorrichtung 14 und dem Bracketkörper 12 zu begrenzen. Der vergrößerte Kontaktbereich wird im Wesentlichen die auf die ligierende Gleitvorrichtung 14 aufgebrachten Lasten über einen größeren Bereich des Bracketkörpers 12 verteilen. Eine solche Ausgestaltung wird den Risiken eines vorzeitigen Ausfalls des Sicherungsmechanismus vorbeugen oder diese vermindern. In diesem Zusammenhang können die Anschlagflächen reduzieren oder verhindern, dass der Federstift 78 auf das okklusale Ende 112 des Halteschlitzes 80 durchschlägt. Wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 in der Schließstellung ist, bilden die Anschlagflächen Kontaktbereiche, die größer sind als ein scheinbarer Kontaktbereich zwischen dem Federstift 78 und dem Halteschlitz 80, wenn die Anschlagflächen fehlen.
Zu diesem Zweck kann die gingivale Seite 72 der ligierenden Gleitvorrichtung 14 dazu ausgelegt sein, mit einer ersten Kontakt- oder Anschlagfläche des Bracketkörpers 12 in Eingriff zu kommen, wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 in der Schließstellung ist. In diesem Zusammenhang kann das kieferorthopädische Bracket 10, wie in den 6 und 7 dargestellt, ein Überlauf-Merkmal umfassen, das als eine Aussparung 120 ausgestaltet ist, die an die Schlitzfläche 36 angrenzend in der labialen Seite 30 des Bracketkörpers 12 gebildet ist. Die Aussparung 120 bildet einen Absatz 122, der sich oberhalb der Schlitzfläche 36 erstreckt und der dazu ausgelegt ist, mit der lingualen Seite 94 der ligierenden Gleitvorrichtung 14 in Eingriff zu kommen, oder an diese anzugrenzen, wenn die Gleitvorrichtung 14 in der Schließstellung ist. Derartiges gegen Überlauf bereitzustellen, lockert die annehmbarer Maßtoleranzen, um bei der Kopplung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 mit dem Bracketkörper 12, den Drahtbogenschlitz 16 in der Schließstellung abzudecken.
Aussparung 120 definiert auch eine gingivale Wand 124, welche die gingivale Seite 72 der ligierenden Gleitvorrichtung 14 in der Schließstellung überragt, wie in 6 dargestellt. Dieser Überstand verhindert oder mindert, dass Nahrung oder anderes Material in der Mundhöhle in Kontakt mit der gingivalen Seite 72 der Gleitvorrichtung 14 in Kontakt kommt und die Gleitvorrichtung 14 unbeabsichtigt in Richtung der Öffnungsstellung bewegt. Die gingivale Wand 124 der Aussparung 120 kann auch die erste Kontaktfläche bereitstellen. In dieser Hinsicht kann die gingivale Seite 72 der Gleitvorrichtung 14 dazu ausgelegt sein, mit der gingivalen Wand 124 der Aussparung 120 in Eingriff zu kommen, bevor der Federstift 78 auf das okklusale Ende 112 des Halteschlitzes 80 durchschlägt, wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 in der Schließstellung ist. Der Kontakt zwischen der gingivalen Seite 72 der ligierenden Gleitvorrichtung 14 und der gingivalen Wand 124 des Bracketkörpers 12 vergrößert den Bereich, über den auf die ligierende Gleitvorrichtung 14 aufgebrachte Kräfte auf den Bracketkörper 12 übertragen werden. Wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 in der Schließstellung ist, kann, wie in 6 dargestellt, ein Abschnitt des Halteschlitzes 80 zu dem Drahtbogenschlitz 16 offenliegen.
Wie in den Figuren dargestellt, kann das kieferorthopädische Bracket 10 eine Werkzeugaufnahme 126 umfassen, die mit einem Werkzeug (nicht dargestellt) zur Bewegung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 aus der Schließstellung weg und zu der Öffnungsstellung hin zusammenwirkt. Wie aus den 4, 6 und 7 hervorgeht, umfasst die labiale Seite 30 des Bracketkörpers 12 die Werkzeugaufnahme 126, die eine gingivale Wand 128, eine mesiale Wand 130, eine distale Wand 132 und eine labiale Wand 134 definiert. Die Aufnahme 126 ist jedoch entlang ihres okklusalen Endes offen, so dass sie zumindest für einen Abschnitt der ligierenden Gleitvorrichtung 14 zugänglich ist. Beispielsweise kann die Werkzeugaufnahme 126 zu der gingivalen Seite 72 der ligierenden Gleitvorrichtung 14 offen sein. Verschiedene Werkzeuge und Verfahren zur Verwendung der Werkzeugaufnahme 126 sind in der US-Patentanmeldung US 2009/0004618 ausführlicher offenbart. Wie in diesen Figuren dargestellt, verringert die Überschneidung der Werkzeugaufnahme 126 mit der Aussparung 120 den Bereich der ersten Kontaktfläche zwischen der gingivalen Seite 72 der ligierenden Gleitvorrichtung 14 und der gingivalen Wand 124 der Aussparung 120. Durch die in dem Bracketkörper 12 ausgebildete Werkzeugaufnahme 126 können Streifen entlang der okklusalen Kanten der mesialen, distalen und labialen Wände 130, 132, beziehungsweise 134 die erste Kontaktfläche bilden.
Das kieferorthopädische Bracket 10 kann ferner eine zweite Kontakt- oder Anschlagfläche zwischen der ligierenden Gleitvorrichtung 14 und dem Bracketkörper 12 umfassen, welche die gingivale Bewegung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 relativ zum dem Bracketkörper 12 begrenzt oder stoppt. Die zweite Kontaktfläche kann allein oder in Verbindung mit der ersten Kontaktfläche wie oben beschrieben wirken. In diesem Zusammenhang und wie in den 6 und 7 dargestellt, kann die Kontaktfläche 106 des Laschenelements 104 dazu ausgelegt sein, mit dem Bracketkörper 12 in Eingriff zu kommen, bevor der Federstift 78 auf das okklusale Ende 112 des Halteschlitzes 80 durchschlägt, wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 in der Schließstellung ist. Insbesondere kann die okklusale Seite 22 des Bracketkörpers 12 die zweite Kontaktfläche bereitstellen. Zu diesem Zweck umfasst die Kontaktfläche 106 des Laschenelements 104 einen ersten Eingriffsabschnitt 136 und einen zweiten Eingriffsabschnitt 138, die mit einem ersten Eingriffsabschnitt 140 beziehungsweise mit einem zweiten Eingriffsabschnitt 142 des Bracketkörpers 12 in Eingriff kommen. Der Kontakt zwischen dem Laschenelement 104 der ligierenden Gleitvorrichtung 14 und dem Bracketkörper 12 vergrößert den Bereich, über den auf die ligierende Gleitvorrichtung 14 aufgebrachte Kräfte auf den Bracketkörper 12 übertragen werden. Auf diese Weise kann die Wahrscheinlichkeit eines vorzeitigen Ausfalls des Sicherungsmechanismus verringert werden.
Die Beziehung zwischen dem Laschenelement 104 und dem Bracketkörper 12 kann weitere Vorteile haben. Wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 in der Schließstellung ist, ist beispielsweise das Laschenelement 104 in der Ausnehmung 60 in der Stützfläche 40 angeordnet und füllt zumindest teilweise einen an die okklusale Seite 22 des Bracketkörpers 12 angrenzenden Hohlraum zwischen den Führungselementen 42, 44. Das Ausfüllen eines solchen Hohlraums mit dem Laschenelement 104 reduziert die Stellen, an denen sich Plaque und/oder Nahrungsablagerungen bilden können. Wie in den 6 und 7 dargestellt, können außerdem die zweiten Eingriffsabschnitte 138, 142 relativ zu den ersten Eingriffsabschnitten 136, 140 abgewinkelt oder abgeschrägt sein. Die abgeschrägte Ausgestaltung an der ligierenden Gleitvorrichtung 14 ermöglicht eine erhöhte Wanddicke in Abschnitten der Gleitvorrichtung 14. Beispielsweise kann, wie in 6 dargestellt, die Dicke t₁ der ligierenden Gleitvorrichtung 14 in einer gingival-okklusalen Richtung und die Dicke t₂ der ligierenden Gleitvorrichtung 14 in der labial-lingualen Richtung verglichen mit herkömmlichen nicht-abgeschrägten Ausgestaltungen erhöht werden. Die erhöhten Dicken verleihen der ligierenden Gleitvorrichtung 14 zusätzliche Festigkeit und Steifigkeit.
Zusätzlich zu den verschiedenen oben beschriebenen Merkmalen kann das kieferorthopädische Bracket 10 mehrere weitere Merkmale aufweisen, die Vorteile für die Gestaltung des Brackets und/oder für die Implementierung des Brackets während der kieferorthopädischen Behandlung bieten. Ein Merkmal richtet sich beispielsweise auf die Stellung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 relativ zu dem Bracketkörper 12 und insbesondere relativ zu dem Drahtbogenschlitz 16. In dieser Hinsicht haben herkömmliche selbstligierende Brackets typischerweise Bracketkörper, die einen Drahtbogenschlitz bilden und den Drahtbogen auf allen Seiten außer einer begrenzen. Die unbegrenzte Seite des Drahtbogenschlitzes wird dann durch das bewegbare Verschlusselement verschlossen. Ein wesentlicher Teil, wenn nicht das ganze Verschlusselement ist in der Regel auf der labialen Seite des Drahtbogenschlitzes angeordnet und infolgedessen muss der Bracketkörper eine Struktur umfassen, die sich labial des Drahtbogenschlitzes erstreckt, um das Verschlusselement aufzunehmen, etwa während der Bewegung zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung. Als Folge davon ist die labial-linguale Breite des selbstligierenden kieferorthopädischen Brackets im Allgemeinen relativ groß. Die erhöhte labial-linguale Breite macht die Klammern nicht nur eher wahrnehmbar und somit weniger ästhetisch ansprechend, sondern kann dem Patienten auch weniger Komfort bieten. Zusätzlich erhöhen relativ große labial-linguale Breiten das Auftreten von Bindungsausfall beispielsweise aufgrund von Kaukräften.
Angesichts derartiger Unzulänglichkeiten von herkömmlichen selbstligierenden Brackets ist das kieferorthopädische Bracket 10 ausgelegt, eine Selbstligierungs-Merkmal mit einer Abnahme der labial-lingualen Breite bereitzustellen, wodurch die Ästhetik und der Komfort für den Patienten verbessert werden. In diesem Zusammenhang wurde die ligierende Gleitvorrichtung 14 innerhalb des Bracketkörpers 12 verglichen mit herkömmlichen selbstligierenden Brackets nach lingual verlegt. Wie in 8 dargestellt, ist die Stützfläche 40, welche die Gleitführungsbahn 46 definiert (4) somit nicht mehr labial des Drahtbogenschlitzes 16, sondern umfasst einen Abschnitt, der nun lingual einer labialen Kante 143 des Drahtbogenschlitzes 16 angeordnet ist. In einer Ausführungsform schneidet die Gleitführungsbahn 46 die Schlitzfläche 38 an einer Zwischenposition, wie in 8 dargestellt, (d. h., zwischen Basisfläche 34 und labialer Kante 143). Alternativ kann die Gleitführungsbahn 46 jedoch durch eine dazwischenliegende Wand teilweise gegenüber dem Drahtbogenschlitz 16 abgeschlossen sein (dargestellt in 16 und nachstehend beschrieben), aber immer noch lingual der labialen Kante 143 des Drahtbogenschlitzes 16 angeordnet sein.
Die Gleitführungsbahn 46 innerhalb des Bracketkörpers 12 nach lingual zu verlegen, führt zu mehreren Gestaltungsmerkmalen in der ligierenden Gleitvorrichtung 14, um einer derartigen Verlegung Rechnung zu tragen. Wie in den 2 und 9 dargestellt, umfasst die ligierende Gleitvorrichtung 14 einen Bracketeingriffsabschnitt 144, der dem Bracketkörper 12 gegenüber angeordnet ist, und einen Schlitzabdeckungsabschnitt 146, der in der Schließstellung dem Drahtbogenschlitz 16 gegenüber angeordnet ist. Der Übergang zwischen den beiden Abschnitten liegt nahe den Plattformflächen 74, 76. Wie aus 9 ersichtlich, enden der mesiale Abschnitt 62 und der distale Abschnitt 64 zur Bildung der Plattformoberflächen 74, 76 (3 und 5) kurz vor der gingivalen Seite 72, und zusätzlich ist die linguale Seite 94a des Schlitzabdeckungsabschnitts 146 gegenüber der lingualen Seite 94b des Bracketeingriffsabschnitts 144 beispielsweise in einer im Wesentlichen labialen Richtung versetzt. Der Versatz, allgemein bei 148 gezeigt, sorgt für die Bewegung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 entlang der Gleitführungsbahn 46, die im Bracketkörper 12 lingual verschoben wurde, und ermöglicht, dass der Schlitzabdeckungsabschnitt 146 den Drahtbogenschlitz 16 so abdeckt, dass er den Bogendraht 18 nicht beeinträchtigt, was ohne den Versatz 148 der Fall sein könnte. Weiterhin ist die zwischen der lingualen Seite 94a des Schlitzabdeckungsabschnitts 146 und den Plattformoberflächen 74, 76 ausgebildete Ecke 149 nicht spitz, sondern gekrümmt oder abgerundet, um die Spannungskonzentrationen auf die ligierende Gleitvorrichtung 14 an der Ecke 149 zu verringern. Beispielsweise kann die Ecke 149 einen Krümmungsradius von größer als etwa 0,003 Zoll (0,0762 mm) aufweisen.
In der gezeigten besonderen Ausführungsform ist in der Schließstellung die ligierende Gleitvorrichtung 14 dem Drahtbogen 18 zugewandt und begrenzt diesen in der im Wesentlichen labialen Richtung (beispielsweise eine Seite des Drahtbogens 18, wie in 6 gezeigt). Zusätzlich und infolge der lingualen Verschiebung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 innerhalb des Bracketkörpers 12, sind die Plattformoberflächen 74, 76 ebenfalls dem Drahtbogen 18 gegenüberliegend angeordnet und können den Drahtbogen ebenfalls begrenzen, indem sie einen Teil der Schlitzfläche 38 (z. B. eine zweite Seite des Drahtbogens 18, wie in 8 dargestellt) bilden. Hierbei können die Plattformoberflächen 74, 76 bündig mit der Schlitzfläche 38 eingerichtet oder leicht unterhalb (z. B. nach okklusal beabstandet von) der Schlitzfläche 38 angeordnet sein. Die Plattformoberflächen 74, 76 leicht unterhalb der Schlitzfläche 38 anzuordnen, kann den Reibungseingriff zwischen dem Bogendraht 18 und dem Drahtbogenschlitz 16 verringern.
Die ligierende Gleitvorrichtung 14 innerhalb des Bracketkörpers 12 des kieferorthopädischen Brackets 10 nach lingual zu verlegen, verringert die labial-linguale Breite des Brackets 10. Die in dieser Richtung verringerte Breite verbessert die Ästhetik, indem die Brackets weniger wahrnehmbar gemacht werden, verbessert den Komfort der Brackets für den Patienten und kann das Auftreten von Bindungsausfall weiter reduzieren.
Die Funktionalität und die Verwendung des kieferorthopädischen Brackets 10 können durch die Einbeziehung zusätzlicher Merkmale auf der Verbindungsbasis 33 des Pads 32 verbessert werden. In dieser Hinsicht gibt es verschiedene Unzulänglichkeiten herkömmlicher Brackets bezüglich des Verbindens mit dem Zahn. Beispielsweise ist es nicht unüblich, dass überschüssiger Klebstoff, der verwendet wird, um das Bracket mit dem Zahn zu verbinden, über den Randbereich der Verbindungsbasis des Brackets austritt, wodurch eine Überwachung und Reinigung erforderlich werden. Bei einigen Auslegungen von Brackets begrenzt das Bracket während des Verfestigungsvorganges den Klebstoff nicht auf relevante Bereiche und folglich sind eine Überwachung und Reinigung ebenfalls erforderlich. Bei vielen herkömmlichen Brackets ist darüber hinaus die Verbindungsbasis des Brackets eventuell nicht für das verhältnismäßig leichte Entfernen des Brackets von dem Zahn ausgestaltet. In diesem Zusammenhang weist das Bracket eventuell kein zweckmäßiges Merkmal auf, das mit einem Ablösungswerkzeug zum Entfernen des Brackets von dem Zahn zusammenwirkt. Ferner weisen einige Auslegungen keine Merkmale auf, welche die Verbindung zwischen Bracket und Zahn erleichtern, so dass eine zuverlässigere Verbindung zwischen diesen entsteht.
Die 6, 7 und 10 veranschaulichen die Verbindungsbasis 33 des kieferorthopädischen Brackets 10, die dazu ausgelegt ist, diese und andere Unzulänglichkeiten von herkömmlichen Brackets zu beheben. In einem Aspekt umfasst die Verbindungsbasis 33 entlang mindestens eines Teils des Randbereichs 152 der Verbindungsbasis 33 eine sich nach lingual erstreckende Lippe 150. In einer Ausführungsform erstreckt sich die Lippe 150 im Wesentlichen entlang des gesamten Randbereichs der Verbindungsbasis 33. Wie in den 6 und 7 dargestellt, bildet die Lippe 150 die Seiteninnenwände 154 einer offenen Bohrung oder Vertiefung 156. Verbindungs-Klebstoff ist dazu ausgelegt, innerhalb der Vertiefung 156 angeordnet zu werden, wenn das Bracket 10 mit dem Zahn zu verbinden ist. Die Seitenwände 154 begrenzen den Klebstoff und verhindern oder verringern die Wahrscheinlichkeit, dass der Klebstoff über den Rand 152 der Verbindungsbasis 33 entweicht. Dadurch entfallen der Zeitaufwand, die Kosten und die Belastung des Entfernens des Klebstoffs oder werden verringert.
Zusätzlich zur Eingrenzung des Verbindungs-Klebstoffs innerhalb des Randbereichs 152 der Verbindungsbasis 33 kann die Ausgestaltung der Lippe 150 weitere Vorteile bereitstellen. Beispielsweise kann, wie in 11 dargestellt, die Ecke 158, zwischen einer äußeren Seitenwand 160 der Verbindungsbasis 33 und der äußeren Seitenwand 162 (z. B. der okklusalen, gingivalen, mesialen und/oder der distalen Seite) des Pads 32 so konfiguriert sein, dass sie das Entfernen des kieferorthopädischen Brackets 10 von dem Zahn erleichtert. Hierbei wird die Ecke 158 abgerundet oder abgeschrägt, um entlang des Umfangs 152 der Verbindungsbasis 33 einen kleinen Spalt 164 zwischen dem Zahn und dem Bracket 10 bereitzustellen. In einer Ausführungsform ist die Ecke 158 beispielsweise mit einem Krümmungsradius zwischen etwa 0,005 Zoll (0,127 mm) und etwa 0,010 Zoll (0,254 mm) abgerundet. Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass der Krümmungsradius abhängig von der speziellen Applikation kleiner oder größer als dieser Bereich sein kann. Der Spalt 164 dient nicht nur als Rissauslöser während eines Ablösungsprozesses, sondern stellt auch einen Angriffspunkt für ein schematisch bei 166 dargestelltes Werkzeug dar, das während eines Ablösungsprozesses verwendet wird.
Zusätzlich zu dem oben Beschriebenen, kann die Aufnahme der Lippe 150 auf der Verbindungsbasis 33 dazu dienen, die Ablösefestigkeit des Brackets 10 von dem Zahn gezielt anzupassen. In diesem Zusammenhang kann die spezielle Lippengeometrie die Haftfestigkeit auf vorhersehbare Weise beeinflussen, so dass die Lippengeometrie speziell ausgestaltet werden kann, um eine gewünschte Ablösefestigkeit bereitzustellen. Insbesondere kann die Höhe der Lippe 150, die Dicke der Lippe 150 und/oder die Ausgestaltung der inneren Seitenwand 154 (z. B. glatt, gewellt, gerillt etc.) die Ablösefestigkeit beeinträchtigen. Des Weiteren kann die Ausführung der Ecke 158 (z. B. Krümmungsradius) die Kraft, die ein Kieferorthopäde zum Entfernen des Brackets 10 von dem Zahn auf ein Werkzeug ausübt, beeinflussen.
Die Verbindungsbasis 33 kann außerdem zusätzliche Merkmale zum Verbessern der Bindung zwischen dem Bracket 10 und dem Zahn umfassen. In diesem Zusammenhang und wie aus 10 ersichtlich, kann auf der Verbindungsbasis 33 eine Vielzahl von Zapfen oder Stiften 168 zur Verbesserung der Haftfestigkeit vorhanden sein. Die Stifte 168 vergrößern die Kontaktfläche zwischen dem Klebstoff und dem Bracket und erhöhen damit die Haftfestigkeit. Darüber hinaus können die Stifte 168 zusätzlich zur Erhöhung der Haftfestigkeit ausgelegt sein. Beispielsweise können die Stifte 168 an einem äußeren Ende abgeflacht oder verformt sein, um Hinterschneidungen (nicht dargestellt) zu erzeugen. Klebstoff füllt die Hinterschneidungen, um im Wesentlichen eine mechanische Verriegelung zwischen der Verbindungsbasis 33 und dem Klebstoff zu erzeugen.
In einer Ausführungsform können die Stifte 168 einstückig mit der Verbindungsbasis 33 ausgebildet sein. Das kieferorthopädische Bracket 10 kann beispielsweise, wie oben erörtert, unter Verwendung eines Keramikspritzgussverfahrens (CIM) aus einem Keramikmaterial gebildet werden. Eine Technik zur Bildung solcher Stifte 168 umfasst Laserformen der Verbindungsbasis 33 während des grünen oder braunen Zustands des CIM-Verfahrens. Eine beispielhafte Technik der Formgebung mittels Laser ist in den US-Veröffentlichungen Nr. 2006/0163774 und Nr. 2006/0166159 ausführlicher offenbart. Zusätzlich zur Bildung der Stifte 168 durch Laserbearbeitung der Verbindungsbasis 33 kann der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet andere Techniken zur Bildung der Stifte 168 erkennen.
Weitere Merkmale, zusätzlich zu den oder anstelle der Stifte 168 können aufgenommen werden, um die Bindungsstärke zwischen dem Bracket 10 und dem Zahn über einen geeigneten Klebstoff zu erhöhen. Solche Merkmale können die Bildung von Vorsprüngen, Ausnehmungen, Hinterschneidungen etc. in der Verbindungsbasis 33 umfassen. Eine anderen Technik umfasst beispielsweise das Kugelbasieren der Verbindungsbasis 33. Kugelbasieren verwendet eine Monoschicht von kleinen, im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln auf der Verbindungsbasis um wirksam Hinterschneidungen zu erzeugen. Wie ausführlicher in US-Patent Nr. 5,071,344 offenbart, wird durch Anwendung beispielsweise einer Bürst- oder Sprühtechnik eine Klebstoffschicht auf die Verbindungsbasis aufgebracht. Danach werden kleine, im allgemeinen kugelförmige Teilchen (gestrichelt in 12 gezeigt) entweder auf die Verbindungsbasis 33 gestreut, oder das Bracket 10 wird in einen Stapel von Partikeln gestampft, so dass eine relativ dichte Monoschicht von Teilchen bereitgestellt wird. Zur Diffusionsverschweißung der Teilchen mit der Verbindungsbasis 33 wird das Bracket dann in einem Ofen erhitzt.
Wie in 12 gezeigt, ist die Bohrung 82 zur Aufnahme des Federstifts 78 zur Verbindungsbasis 33 hin offen. Wie oben erwähnt, wird der Federstift 78 bei der Montage über diese Öffnung in die Bohrung 82 eingeführt. In Herstellungsprozessen werden die bindungsfördernden Merkmale auf der Verbindungsbasis 33 in der Regel vor dem Einsetzen des Federstifts 78 in die Bohrung 82 gebildet. Dementsprechend kann es wünschenswert sein, zu verhindern, dass Klebstoff und anderes Material, wie die in einer kugelbasierten Technik verwendeten Partikel, in die Bohrung 82 gelangt. In diesem Zusammenhang kann die Verbindungsbasis 33 um die Öffnung zur Bohrung 82 eine sich nach lingual erstreckende Lippe 170 umfassen. Die Lippe 170 kann beispielsweise entlang des Randes der Bohrung 82 oder um einen relativ geringen Betrag radial von dieser beabstandet angeordnet sein. Die Lippe 170 verhindert oder reduziert zumindest die Wahrscheinlichkeit, dass Klebstoff und/oder Partikel in die Bohrung 82 gelangen und das Einführen des Federstifts 78 in die Bohrung 82 dadurch vielleicht problematisch wird.
Bei noch einem weiteren Aspekt und wie in 13 dargestellt, kann das kieferorthopädische Bracket 10 einen einzigen gingivalen Ligierflügel 172 und zwei okklusale Ligierflügel 182 umfassen, welche die Kopplung des Brackets an andere benachbarte kieferorthopädische Vorrichtungen unter Verwendung von Ligaturen, elastischen Bändern oder anderen im Stand der Technik bekannten Verbindungselementen erleichtern. Im Vergleich zu dem herkömmlicheren Design mit zwei Ligierflügeln kann ein einziger Ligierflügel 172 wünschenswert sein, weil dieser weniger Oberfläche bietet, auf der Nahrung oder anderes Material in der Mundhöhle aufliegen kann. Infolgedessen kann die Zuverlässigkeit der Verbindung verbessert werden. Der Ligierflügel 172 kann zentral auf dem Bracketkörper 12 in mesial-distaler Richtung angeordnet sein. Dadurch können die mesiale Seite 174 und die distale Seite 176 des Flügels 172 eine geneigte bzw. ausgebogene Ausgestaltung haben und daher in einer sanften und stufenlosen Weise geneigt sein. Eine derartige Formgebung des Ligierflügels 172 erhöht den Komfort des kieferorthopädischen Brackets 10.
Weiterhin in diesem Zusammenhang streben Hersteller von kieferorthopädischen Brackets ständig nach Verbesserungen von Bracket-Designs, die dem Patienten mehr Komfort bieten. Beispielsweise weisen viele herkömmliche kieferorthopädische Brackets labiale Seiten auf, die unregelmäßig oder unzusammenhängend sind. In einigen Situationen können diese Unregelmäßigkeiten dem Patienten Unbehagen verursachen, wenn beispielsweise weiches orales Gewebe wiederholt mit der labialen Fläche des Brackets in Eingriff kommt. Das kieferorthopädische Bracket 10 behebt derartige Unzulänglichkeiten, indem die Oberfläche des Brackets 10 glatt und durchgehend ausgebildet ist. Auf diese Weise können die Kanten oder Übergänge zwischen benachbarten Seiten des Brackets durch eine oder mehrere Krümmungen gekennzeichnet sein, die jeweils einen im Wesentlichen großen Krümmungsradius haben.
Beispielsweise können die allgemein bei 178 gezeigten Übergänge zwischen der labialen Seite 30 und der mesialen Seite 26 beziehungsweise der distalen Seite 28 allgemein bogenförmig sein und einen Krümmungsradius von zwischen etwa 0,015 Zoll (0,381 mm) und etwa 0,025 Zoll (0,635 mm) haben. Des Weiteren kann der Übergang 180 zwischen der labialen Seite 30 und der okklusalen Seite 22 ebenfalls einen Krümmungsradius in dem oben angegebenen Bereich aufweisen. Darüber hinaus können die Kanten der Ligierflügel 172 ebenfalls geglättet werden, indem dort ein relativ großer Krümmungsradius verwendet wird. Die sanften Übergänge zwischen benachbarten Seiten des Brackets führen zu einer Gesamtverbesserung des Komforts des kieferorthopädischen Brackets 10.
Wie aus 14 ersichtlich, besteht ein weiteres Merkmal darin, das kieferorthopädische Bracket 10 derart auszugestalten, dass die ligierende Gleitvorrichtung 14 sich entlang der Gleitführungsbahn 46 in einem Winkel α relativ zu der Basisfläche 34 des Drahtbogenschlitzes 16 bewegt. Diesbezüglich erstreckt sich die Führungsbahn 46 im Wesentlichen entlang einer Translationsebene 46a, die relativ zu einer der Basisfläche 34 zugeordneten Basisebene 34a spitzwinklig verläuft. Ein solches abgewinkeltes Merkmal wurde in U.S. Patent No. 7,267,545 für selbstligierende Molarenbrackets offenbart. In molaren Anwendungen, trägt die abgewinkelte Funktion dazu bei, den Kontakt zwischen dem Ligaturelement und dem umgebenden Zahnfleisch zu vermeiden. Wie in 14 dargestellt, sorgt die abgewinkelte Art der Gleitführungsbahn 46 in dem kieferorthopädischen Bracket 10 für eine Vergrößerung der Wanddicke t3 der okklusalen Ligierflügel 182 (einer dargestellt) relativ zu der traditionelleren parallelen Eingriffskonfiguration (als gestrichelte Linie 184 gezeigt). Dementsprechend wird die Festigkeit der okklusalen Ligierflügel 182 erhöht. Eine Abwinkelung der Gleitvorrichtung 14, um eine Dickenvergrößerung der Ligierflügel zu erreichen, kann besonders in High-Torque-Brackets relevant sein. In Applikationen mit hohem Torque schafft die abgewinkelte Art der Gleitführungsbahn 46 auch eine Vergrößerung des Spielraums unterhalb des Ligierflügels 182. Somit können verschiedene Verbindungselemente (z. B. Ligaturen, O-Ringe, elastische Ketten, etc.) sicherer mit dem Bracket 10 gekoppelt werden.
In 15, in der gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Merkmale in den 1 bis 14 beziehen, ist ein kieferorthopädisches Bracket 210 gemäß einer alternativen Ausführungsform dargestellt. Das kieferorthopädische Bracket 210 ist dem kieferorthopädischen Bracket 10 ähnlich und nur die Unterschiede werden im Detail erörtert. Einleitend ist anzumerken, dass das kieferorthopädische Bracket 210 wie dargestellt ebenfalls mit der Befestigung an einem Zahn im Oberkiefer als Bezugsrahmen ausgestaltet ist und beschrieben wird. Wie oben erörtert, ist dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet jedoch klar, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Bei vielen Anwendungen ist es wünschenswert, dass ein Dentalbracket einen Haken zur Kopplung mit einer benachbarten kieferorthopädischen Vorrichtung umfasst. Typischerweise ist der Haken ein separates Element, das dauerhaft an dem Bracketkörper befestigt ist. Alternativ kann der Haken eine Hilfsvorrichtung sein, die vorübergehend oder lösbar mit dem Bracketkörper gekoppelt ist. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung eines in dem Bracketkörper ausgebildeten Hilfsschlitzes (z. B. Vertikalschlitz), der den Schaft eines Hakens (nicht gezeigt) aufnimmt, erreicht werden.
Wie in 15 gezeigt, kann das kieferorthopädische Bracket 210 in einer Ausführungsform einen allgemein bei 212 gezeigten Haken aufweisen, der einstückig mit dem Bracketkörper 12 ausgebildet ist. Insbesondere kann der Haken 212 gegebenenfalls einen Schaft 214 aufweisen, der sich von dem Ligierflügel 172 im Wesentlichen in einer gingivalen Richtung erstreckt und in einem vergrößerten Kopfteil 216 endet. Durch das Merkmal der Kombination aus Ligierflügel und Haken behält das kieferorthopädische Bracket 210 beide dieser Möglichkeiten, jedoch in einer effizienteren Weise, durch welche separate Komponenten oder durch den Bracketkörper 12 gebildete Hilfsschlitze erübrigt werden. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, da der Haken 212 abhängig von der spezifischen Anwendung und/oder den Wünschen des Kieferorthopäden an anderen Stellen als dem Ligierflügel 172 (nicht gezeigt) einstückig mit dem Bracketkörper 12 ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann ein Haken 212 einstückig mit einem Bracketkörper, der keine Ligierflügel hat (z. B. Molarenbrackets), gebildet sein.
Die 16 und 17, in denen gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Merkmale in den 1 bis 14 beziehen, veranschaulichen ein kieferorthopädisches Bracket 220 gemäß einer alternativen Ausführungsform. Das kieferorthopädische Bracket 220 ist dem kieferorthopädischen Bracket 10 ähnlich und nur die Unterschiede werden im Detail erörtert. Wie die Brackets 10 und 210, ist das kieferorthopädische Bracket 220 ebenfalls anhand der Befestigung an einem Zahn im Oberkiefer als Bezugsrahmen ausgestaltet und beschrieben. Wie oben beschrieben, können Bracket-Designs, welche die Bewegung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 nach gingival bezogen auf den Bracketkörper 12 nur mit dem Stift 78 begrenzen oder stoppen, für einen vorzeitigen Ausfall anfällig sein, weil ein großer Teil der Last, die auf die ligierende Gleitvorrichtung 14 aufgebracht wird, vor allem durch den Stift 78 auf den Bracketkörper 12 übertragen wird. Aufgrund des relativ kleinen Kontaktbereichs zwischen dem Federstift 78 und der ligierenden Gleitvorrichtung 14, kann das Ausmaß dieser Lasten ausreichend sein, um den Federstift 78, die ligierende Gleitvorrichtung 14 und/oder den Bracketkörper 12 abzuscheren, einzukerben, oder auf andere Weise zu beschädigen. Durch Vergrößerung des Kontaktbereichs zwischen der ligierenden Gleitvorrichtung 14 und dem Bracketkörper 12 werden die aufgebrachten Lasten über einen größeren Bereich verteilt. Mit anderen Worten werden die aufgebrachten Lasten von der Gleitvorrichtung 14 direkt auf den Körper 12 verteilt, anstatt über den Stift 78 auf den Körper 12 verteilt zu werden. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf das kieferorthopädische Bracket 10 beschrieben, kann der Kontaktbereich durch den Kontakt der Lasche 104 mit der Aussparung 60 vergrößert werden. In anderen Ausführungsformen kann der Kontaktbereich zwischen der ligierenden Gleitvorrichtung 14 und dem Bracketkörper 12 durch zusätzliche oder alternative Merkmale vergrößert werden.
Beispielsweise und unter Bezugnahme auf die in den 16 und 17 dargestellten Ausführungsbeispiele umfasst das kieferorthopädische Bracket 220 Zwischenwände 222, 224, die einstückig mit dem Bracketkörper 12 ausgebildet sind. Wie am besten aus 17 ersichtlich ist, trägt die Stützfläche 40 die Zwischenwände 222, 224, die angrenzend an die Führungen 42, 44 auf der mesialen Seite und distalen Seite 26, 28 der Fläche 40 angeordnet sind. Daher verschließen die Zwischenwände 222, 224 teilweise die mesiale und distale Seite der Gleitführungsbahn 46 nahe dem Drahtbogenschlitz 16. Insbesondere steht in der gezeigten Ausführung die mesiale Zwischenwand 222 von dem ersten Schenkel 42a der Führung 42 nach distal ab, und die distale Zwischenwand 224 steht von dem ersten Schenkel 44a der Führung 44 nach mesial ab. Somit bilden die Zwischenwände 222, 224 Kontakt- oder Anschlagflächen in der Gleitführungsbahn 46. Wie die oben beschriebenen Anschlagflächen begrenzen die Anschlagflächen die Bewegung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 in der gingivalen Richtung und vergrößern den Kontaktbereich zwischen der ligierenden Gleitvorrichtung 14 und dem Bracketkörper 12, wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 in der Schließstellung ist (wie in 16 gezeigt). Insbesondere bilden die jeweiligen Zwischenwände 222, 224 Kontaktflächen oder Schultern 226, 228 auf der mesialen und distalen Seite 26, 28 der Gleitführungsbahn 46. Wie nachstehend beschrieben, liegen die Schultern 226, 228 an einem Abschnitt der ligierenden Gleitvorrichtung 14 an. Weiterhin können diese Kontaktflächen für sich allein oder in Verbindung mit jeder beliebigen der Kontaktflächen, wie weiter oben oder im Folgenden dargelegt, auf die Gleitvorrichtung 14 wirkende Lasten an den Bracketkörper 12 zu verteilen.
Hinsichtlich der Verteilung von Lasten, die durch den Drahtbogen einwirken, und mit Bezugnahme auf 17, erstrecken sich die Zwischenwände 222, 224 von der Stützfläche 40 zu dem zweiten Schenkel 42b, 44b der jeweiligen Führung 42, 44 oder, anders ausgedrückt, die Zwischenwände 222, 224 bilden Seitenfalten, welche Lasten, die durch den Bogendraht auf die Führungen 42, 44 einwirken, auf den Körper 12 verteilen. Insbesondere verringern die Seitenfalten den von den Ansätzen jeder Führung 42, 44 erfahrenen Torque. Diese Ausgestaltung erhöht die Festigkeit und Steifigkeit der jeweiligen Führung 42, 44. Auch wenn die Zwischenwände 222, 224 als über die volle mesial-distale Breite des jeweiligen zweiten Schenkels 42b, 44b verlaufend dargestellt werden, müssen die Wände 222, 224 sich nicht über die volle mesial-distale Breite der Führungen 42, 44 erstrecken und übertragen dennoch Lasten zwischen der Gleitvorrichtung 14 und dem Körper 12. Beispielsweise, kann die mesiale Zwischenwand 222 von dem ersten Schenkel 42a der mesialen Führung 42 bis zu einer Distanz nach distal abstehen, die geringer ist als der volle distale Überstand des zweiten Schenkels 42b der Führung 42. Ebenso kann die distale Zwischenwand 224 weniger weit als die volle mesial-distale Distanz des zweiten Schenkels 44b der Führung 44 abstehen.
Bei einer Ausführungsform, wie in 17 dargestellt, sind die Zwischenwände 222, 224 zu dem Drahtbogenschlitz 16 benachbart oder bilden einen Abschnitt desselben und bilden insbesondere einen Abschnitt der Schlitzfläche 38. Die Zwischenwände 222, 224 können jedoch okklusal des Drahtbogenschlitzes 16 angeordnet sein. Hierbei können die Zwischenwände 222, 224 so gestaltet sein, dass sie mit der Schlitzfläche 38 bündig sind, oder dass sie okklusal von der Schlitzfläche 38 beabstandet sind.
Infolgedessen und wie in 17 dargestellt, können die Zwischenwände 222, 224 Merkmale, die in den Brackets 10 und 210 zu finden sind, ergänzen oder ersetzen. Zum Beispiel kann der erhöhte Absatz 54 (beispielsweise in 4 gezeigt) nicht vorhanden sein. Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet wird jedoch bemerken, dass der Bracketkörper 12 sowohl mit den Zwischenwänden 222, 224, als auch mit dem erhöhten Absatz 54 ausgebildet sein kann. In dieser Ausführungsform, d. h. ohne den Absatz 54, kann die Gleitführungsbahn 46 anstelle der beiden durch den Absatz 54 getrennten Nuten 56, 58 eine einzige Nut 230 aufweisen. Die ligierende Gleitvorrichtung 14 kann dann, wie nachstehend beschrieben, zu der einzigen Nut 230 komplementäre Merkmale aufweisen.
Analog zu der Abwesenheit des erhöhten Absatzes 54, kann die Aussparung 60, die ebenfalls oben beschrieben und in 4 dargestellt ist, nicht vorhanden sein. Wie in 4 gezeigt, bildet die Aussparung 60 eine Anschlagfläche in dem Bracketkörper 12. Die Aussparung 60 wirkt mit dem Laschenelement 104 zusammen auf die beispielsweise in 5 gezeigte ligierende Gleitvorrichtung 14 ein. Wenn der Körper 12 jedoch die Zwischenwände 222, 224 umfasst, kann, wie in 17 gezeigt, der Bracketkörper 12 die Aussparung 60 eventuell nicht umfassen, da die Zwischenwände 222, 224 zumindest teilweise Anschlagflächen bereitstellen. Folglich kann die ligierende Gleitvorrichtung 14 die Lasche 104 eventuell nicht enthalten, wie im folgenden Text noch ausführlicher beschrieben wird.
Wie aus 18 hervorgeht, wird in einer Ausführungsform die Bohrung 82 von dem Drahtbogenschlitz 16 wegbewegt durch Längen des Körpers 12 um etwa 0,010 Zoll (dargestellt beispielsweise durch den Abstand zwischen der gestrichelten Linie oder Pad 32' des Brackets 10 und Pad 32 des Brackets 220) und Bereitstellen der sich verjüngenden Seiten 230, 232 auf der okklusalen Seite 22 im Vergleich zu der okklusalen Seite 22' für den Körper 12 des Brackets 10. Insbesondere wird die Bohrung 82 des Brackets 220 von dem Drahtbogenschlitz 16 nach okklusal weg bewegt. Die entsprechende Bohrung des Brackets 10 von 1 ist mit 82' aufgeführt. In ähnlicher Weise werden die relativen Positionen der okklusalen Seite des Brackets 10 und des Brackets 220 durch Vergleichen der okklusalen Seiten 22 bzw. 22' veranschaulicht. Zusätzlich hat der Bracketkörper 12 in Abwesenheit des Ausschnitts 60 einen einzigen okklusalen Ligierflügel 234 anstelle des mesialen und des distalen okklusalen Ligierflügels 182, die durch die Aussparung 60 beabstandet sind. Der einzige okklusale Ligierflügel 234 kann sich nahezu über die gesamte Breite des Bracketkörpers 12 erstrecken. Diese Ausgestaltung kann das Anbringen von Verbindungselementen (nicht dargestellt) in diesem erleichtern, die Festigkeit des Körpers 12 erhöhen, sowie die Stellen verringern, an denen sich Plaque und/oder Nahrungsablagerungen bilden können.
Analog zu der in den 1 und 2 dargestellten ligierenden Gleitvorrichtung 14, umfasst die in den 16, 17 und 19 dargestellte ligierende Gleitvorrichtung 14 mesiale und distale Abschnitte 62, 64, die sich nicht über die volle gingival-okklusalen Ausdehnung der ligierenden Gleitvorrichtung 14 erstrecken. Wie aus 19 hervorgeht, bilden der mesiale und der distale Abschnitt 62, 64 die Schultern 236, 238, die dazu ausgelegt sind, mit dem Bracketkörper 12 in Eingriff zu kommen, bevor der Federstift 78 auf das okklusale Ende 112 des Halteschlitzes 80 durchschlägt. Insbesondere liegen die Schultern 236, 238 des mesialen Abschnitts 62 und des distalen Abschnitts 64 an einem Abschnitt der Zwischenwände 222, 224, wie etwa den Schultern 226, 228 an, wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 in die Schließstellung bewegt wird.
Zu diesem Zweck umfassen die Schultern bzw. Kontaktflächen 236, 238 des mesialen Abschnitts 62 und des distalen Abschnitts 64 einen distalen Eingriffsabschnitt 240 und einen mesialen Eingriffsabschnitt 242, die jeweils mit Eingriffsabschnitten des Körpers 12, und insbesondere mit Abschnitten der Wände 222, 224 wie den Schultern 226, 228 in Eingriff kommen. Wie oben ausgeführt und wie aus 17 hervorgeht, erhöht der Flächenkontakt zwischen den Eingriffsabschnitten der ligierenden Gleitvorrichtung 14 und den Eingriffsabschnitten des Bracketkörpers 12 den Kontaktbereich zwischen dem Körper 12 und der Gleitvorrichtung 14, wodurch mehr Last zwischen der Gleitvorrichtung 14 und dem Körper 12 direkt verteilt wird.
Während kein Teil des mesialen Abschnitts 62 oder des distalen Abschnitts 64 sich über Zwischenwände 222, 224 hinaus erstrecken oder einen Teil der Schlitzfläche 38 bilden kann (wie aus 16 ersichtlich), kann ein Teil des mesialen und/oder des distalen Abschnitts 62, 64 ähnlich den oben beschriebenen und in den 2 und 5 dargestellten Plattformoberflächen 74, 76 zu der Schlitzfläche 38 benachbart sein oder einen Teil derselben bilden. Wenn die Zwischenwände 222, 224 sich entlang nur eines Teils der mesial-distalen Ausdehnung der Führungen 42, 44 erstrecken, können beispielsweise Teilplattformoberflächen (nicht dargestellt) vorhanden sein. Diese Ausgestaltung würde zu einer Kombination aus der mit den beiden Schultern 234, 236 versehenen ligierenden Gleitvorrichtung und den Plattformflächen 74, 76 (in 5 gezeigt) führen.
Unter Bezugnahme auf die in den 19 und 19A dargestellte ligierende Gleitvorrichtung 14 weist die ligierende Gleitvorrichtung 14 eine im Wesentlichen ebene linguale Seite 94b auf, die verschiebbar mit der oben beschriebenen einzigen Nut 230 zusammenwirkt. Insbesondere, wenn der erhöhte Absatz 54 nicht vorhanden ist, enthält die ligierende Gleitvorrichtung 14 nicht die beispielsweise in 5 dargestellte Vertiefung 96. Mit anderen Worten, der Halteschlitz 80 kann unmittelbar in den lingualen Seiten 94a 94b gebildet sein, anstatt in der Vertiefung 96.
Darüber hinaus und unter Bezugnahme auf die 18, 19 und 19A, kann, wie oben beschrieben, der Halteschlitz 80 ebenfalls näher an der okklusalen Seite der ligierenden Gleitvorrichtung 14 ausgebildet sein, wenn die Bohrung 82 näher an die okklusale Seite 22 des Körpers 12 verschoben wird. Anstatt den Halteschlitz 80, wie in 6 gezeigt, in dem Schlitzabdeckungsabschnitt 146 auszubilden, ist der Halteschlitz 80 vorteilhafter Weise vollständig im Bracketeingriffsabschnitt 144 gebildet. Bei einer Ausführungsform ist das gingivale Ende 116 des Halteschlitzes 80 okklusal der Ecke 149 angeordnet. Dementsprechend überschneiden sich mesial-distale Querschnitte durch den Schlitzabdeckungsabschnitt 146 entlang von im Wesentlichen in Richtung lingual-labial ausgerichteten Ebenen nicht mit dem Halteschlitz 80. Den Halteschlitzes 80 von dem Schlitzabdeckungsabschnitt 146 entfernt zu positionieren kann aufgrund des Materialgewinns in diesem Teil der Gleitvorrichtung 14 die Lasttragfähigkeit oder Festigkeit der Gleitvorrichtung 14 verbessern. Den Halteschlitz 80 in den Bracketeingriffsabschnitt 144 zu verlegen, hat darüber hinaus zusätzliche Vorteile. In diesem Zusammenhang beispielsweise auf 20 Bezug nehmend ist der Halteschlitz 80 nicht zu dem Drahtbogenschlitz 16 offenliegend, wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 in der Schließstellung ist.
Im weiteren Hinblick auf die in den 19 und 19A gezeigte beispielhafte ligierende Gleitvorrichtung 14, ist in dem zentralen Abschnitt 66 der ligierenden Gleitvorrichtung 14 eine zentrale Plattformoberfläche 244 gebildet. In Abwesenheit des erhöhten Absatzes 54 und der Vertiefung 96, die in 4 beziehungsweise 5 dargestellt sind, kann die zentrale Plattformoberfläche 244 eine Oberfläche umfassen, die in Richtung nach gingival zeigt und zwischen der Ecke 149 und der lingualen Seite 94b ausgebildet sein kann. Wie aus 20 hervorgeht, kann, wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 in der Schließstellung ist, die zentrale Plattformoberfläche 244 an den Drahtbogenschlitz 16 angrenzen und insbesondere einen Abschnitt der Schlitzfläche 38 bilden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel und unter Bezugnahme auf die 21 und 22, in denen gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Merkmale in den 1 bis 14 beziehen, umfasst ein kieferorthopädisches Bracket 250 den Bracketkörper 12 mit einer Brücke 252, die gegenüberliegende Ansätze oder Führungen 42, 44 verbindet. Wie die Brackets 10, 210 und 220 ist das Bracket 250 ebenfalls anhand eines Bezugsrahmens der Befestigung an einem Zahn im Oberkiefer ausgestaltet und beschrieben. Wie am besten in 22 gezeigt, verbindet in einer Ausführungsform die Brücke 252 die gegenüberliegenden Führungen 42, 44 derart, dass die Stützfläche 40, die Führungen 42, 44 und die Brücke 252 zusammen eine D-förmige Führungsbahn 254 zum Abstützen und Führen der ligierenden Gleitvorrichtung 14 zwischen einer Öffnungs- und einer Schließposition bilden. Dadurch, dass er sich zwischen gegenüberliegenden mesialen und distalen Abschnitten des Körpers 12 labial der Gleitführungsbahn 46 erstreckt, können die Steifigkeit und/oder die Festigkeit des Körpers 12 allgemein verbessert werden. Weiterhin kann die Brücke 252 zumindest einen Teil des Bracketeingriffsabschnitts 144 der Gleitvorrichtung 14 einschließen oder einkapseln und dementsprechend einen Teil dieser Seite (d. h. der labialen Seite 108) der ligierenden Gleitvorrichtung 14 von der Wangenmundschleimhaut trennen.
Nicht nur ist die linguale Seite 108 des Bracketeingriffsabschnitts 144 von Wangenschleimhautflächen getrennt, die linguale Seite 108 des Schlitzeingriffsabschnitts 146 ist ebenfalls von der Wangenschleimhaut getrennt. Als Beispiel und Bezug nehmend auf 23, kann, wenn die Gleitvorrichtung 14 in der Schließstellung ist, die labiale Seite 108 des Gleitvorrichtungseingriffsabschnitts 146, lingual der labialen Seite 30 des Körpers 12 (beispielsweise näher an dem Pad 32) angeordnet sein. Die relative Positionsdifferenz zwischen den beiden Seiten (30 und 108) erzeugt einen Überstand 256. Der Überstand 256 kann auch den Kontakt zwischen der labialen Seite 108 des Schlitzabdeckungsabschnitts 146 und der Wangenschleimhaut, oder Nahrung, welche die ligierende Gleitvorrichtung 14 tendenziell in Richtung der Öffnungsstellung zwingen würde, verhindern oder verringern.
Wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 in der Schließstellung ist, schieben beispielsweise Lasten, die tendenziell einen Drahtbogen (nicht dargestellt) aus dem Drahtbogenschlitz 16 ziehen, wie normale Korrekturlasten, die für einer Zahnbewegung erforderlich sind, einen Abschnitt des Bracketeingriffsabschnitts 144 nach außen, wo dieser durch die Brücke 252 aufgefangen wird. Da die Brücke 252 sich zwischen den Führungen 42, 44 erstreckt, verteilt sie Lasten von der ligierenden Gleitvorrichtung 14 direkt auf den Körper 12.
Wie aus den 22, 23, 24 und 24A hervorgeht, weist die ligierende Gleitvorrichtung 14 in einer Ausführungsform einen im Wesentlichen D-förmigen Querschnitt oder einen anderen Querschnitt auf, der dazu ausgelegt ist, verschiebbar in die Führungsbahn 254 einzugreifen, die durch die Brücke 252, die Führungen 42, 44 und die Stützfläche 40 definiert ist. Die linguale Seite 94b des Bracketeingriffsabschnitts 144 ist im Wesentlichen eben und dazu ausgelegt, verschiebbar mit der Stützfläche 40 zusammenwirken. Die linguale Seite 94a der Schlitzabdeckabschnitts 146 ist gegenüber der lingualen Seite 94b um die Ecke 149 versetzt. Die Ecke 149 erstreckt sich über die mesial-distale Breite der ligierenden Gleitvorrichtung 14, und kann somit, wie die zentrale Plattformoberfläche 240, eine Kante oder eine Plattformoberfläche 256 bilden. Die Plattformoberfläche 256 erstreckt sich jedoch über die mesial-distale Breite der ligierenden Gleitvorrichtung 14. Darüber hinaus kann die Plattformoberfläche 256 an den Drahtbogenschlitz 16 angrenzen, oder einen Abschnitt desselben bilden und kann insbesondere einen Abschnitt der Schlitzfläche 38 bilden.
Wie bei der mit Bracket 220 dargestellten ligierenden Gleitvorrichtung 14 kann das gingivale Ende 116 des Halteschlitzes 80 vollständig innerhalb des Bracketeingriffsabschnitts 144 gebildet sein. Zum Beispiel kann das gingivale Ende 116 des Schlitzes 80 okklusal des Schlitzabdeckungsabschnitts 146 ausgebildet sein. In einem anderen Beispiel kann das gingivale Ende 116 des Schlitzes 80, wie in 24A gezeigt, okklusal der Ecke 149 gebildet sein. Folglich können mesial-distale Querschnitte durch den Schlitzabdeckungsabschnitt 146 in Ebenen, die im Wesentlichen nach lingual-labial ausgerichtet sind, sich nicht mit dem Halteschlitz 80 überschneiden. Wie oben ausgeführt, kann die Gleitvorrichtung 14 eine verbesserte Festigkeit aufweisen, wenn der Halteschlitz 80 vollständig innerhalb des Bracketeingriffsabschnitts 144 gebildet ist. Weiterhin kann der Schlitz 80 nicht zu dem Drahtbogenschlitz 16 offenliegen, wenn die ligierende Gleitvorrichtung 14 in der Schließstellung ist (in 23 gezeigt). Somit werden Nahrung oder andere Ablagerungen, die in den Drahtbogenschlitz 16 gelangen, nicht in dem Halteschlitz 80 steckenbleiben, was möglicherweise eine Bewegung der Gleitvorrichtung 14 zu der Öffnungsstellung behindern würde.
Unter Bezugnahme allgemein auf eine beliebige der in den 1 bis 22 gezeigten kieferorthopädischen Brackets, insbesondere jedoch auf das kieferorthopädische Bracket 10, umfasst der Bracketkörper 12 eine polykristalline Keramik, die Alumina oder Aluminiumoxid (Al₂O₃) ist. Und in einer anderen Ausführungsform umfassen der Bracketkörper 12 und die ligierende Gleitvorrichtung 14 das polykristalline Aluminiumoxid. Der Bracketkörper 12 und gegebenenfalls die ligierende Gleitvorrichtung 14, die das polykristalline Aluminiumoxid umfassen, sind, wenn sie beaufschlagt werden mit Zug- und Biegespannungen, wie sie durch den Eingriff mit dem Drahtbogen 18 erzeugt werden, oder wie jene, die normalerweise während der kieferorthopädischen Behandlung auftreten, bruchresistenter. Beispielhaft und nicht einschränkend, können die in den 1–22 beschriebenen kieferorthopädischen Brackets aus dem hier beschriebenen polykristallinen Aluminiumoxid gebildet werden. Auch wenn selbstligierende Brackets gezeigt und hier beschrieben werden, ist ersichtlich, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf selbstligierende Brackets beschränkt sind.
Wie in der Technik bekannt, sind Keramikbrackets möglicherweise spröde und fallen zu oft während der kieferorthopädischen Behandlung aus. Selbstverständlich ist ein Bracketausfall problematisch. Beispielsweise macht ein gebrochenes Bracket die Zahnbewegung unwirksam. Eine beunruhigenderes Problem besteht darin, dass Stücke des gebrochenen Brackets verschluckt oder eingeatmet werden können, wenn Bruch auftritt, während sich das Bracket im Mund des Patienten befindet. Wie nachstehend ausführlicher in Verbindung mit den Beispielen beschrieben, haben die Erfinder festgestellt, dass die polykristalline Keramik mit einer Korngrößenverteilung, die teilweise durch eine mittlere Korngröße im Bereich von größer als 3,4 μm bis etwa 6 μm eine unerwartet hohe Bruchzähigkeit aufweist. Beispielsweise hat die polykristalline Keramik mit einer mittleren Korngröße im Bereich von größer als 3,4 μm bis etwa 6 μm eine mittleren Bruchzähigkeit von mindestens etwa 3,85 MPa·m^1/2 und in einem weiteren Beispiel hat die polykristalline Keramik mit einer durchschnittlichen Korngröße zwischen etwa 4 μm und etwa 4,3 μm eine mittlere Bruchzähigkeit größer als etwa 5,0 MPa·m^1/2. Im Vergleich dazu beträgt die mittlere Bruchzähigkeit von polykristallinem Aluminiumoxid mit einer mittleren Korngröße von 43 μm etwa 3,28 MPa·m^1/2.
Beispielsweise und unter Bezugnahme auf 1 verringert das kieferorthopädische Bracket 10, welche die hier beschriebene polykristalline Keramik enthält, vorteilhaft das Risiko eines Patienten, Teile eines gebrochenen Brackets zu verschlucken oder einzuatmen, und der Patient muss, wenn überhaupt, weniger Bracketersetzungen erdulden. Grundsätzlich ermöglicht das kieferorthopädische Bracket 10, welches die polykristalline Keramik enthält, einen schnelleren Ablauf der kieferorthopädischen Behandlung. Darüber hinaus ist das kieferorthopädische Bracket 10 transluzent, so dass der Patient während der Behandlung weniger befangen ist.
In einer Ausführungsform wird das kieferorthopädische Bracket 10 durch Spritzgießen eines Keramikpulvers und eines Bindemittelgemischs zur Bildung eines Bracketkörpers hergestellt. Das Bindemittel kann dann durch Erhitzen des Spritzgusskörpers auf eine Temperatur von beispielsweise zwischen 200°C und 700°C, aus dem Spritzgusskörper entfernt werden. Nach Entfernung des Bindemittels, kann der Spritzgusskörper dann vorgesintert und anschließend gesintert werden. Das Keramikpulver kann beispielsweise Aluminiumoxidpulver sein. Hochreines Aluminiumoxidpulver (etwa 99,95 Gew.-% Aluminiumoxid) kann bei Temperaturen zwischen 900°C und 1200°C vorgesintert und anschließend bei zwischen 1400°C und 1800°C gesintert werden. In anderen Ausführungsformen kann der vorgesinterte Spritzgusskörper heiß-isostatisch gepresst werden (HIP). Beispielsweise kann ein vorgesinterter Spritzgusskörper aus Aluminiumoxid bei zwischen etwa 1300°C und etwa 1600°C mit einem aufgebrachten Druck von etwa 68 bis etwa 207 Mpa heiß-isostatisch gepresst (HIP) werden.
In weiteren Ausführungsformen wird der Bracketkörper 12 nach dem Sintern oder HIPen geglüht, das heißt auf eine Temperatur erhitzt und für eine Zeit auf dieser Temperatur gehalten, die ausreichend ist, um die Korngrößenverteilung weiter zu modifizieren. Eine Veränderung der Korngrößenverteilung kann bei Aluminiumoxid bei Temperaturen von etwa 1300°C oder höher auftreten. Jedoch können höhere oder niedrigere Temperaturen als 1300°C die Korngrößenverteilung in Abhängigkeit von der Zeitdauer, für die der Bracketkörper auf dieser bestimmten Temperatur gehalten wird, verändern. Beispielsweise kann der Bracketkörper für etwa 1 Stunde bei etwa 1300°C gehalten werden. Des Weiteren kann der Bracketkörper 12 in verschiedenen Atmosphären, darunter zum Beispiel Wasserstoff (H₂), Stickstoff (N₂), Sauerstoff (O₂) oder Argon (Ar) erwärmt werden.
Zum Bewerten der Leistungsfähigkeit eines Keramikmaterials kann die Biegefestigkeit des Materials mit einer Dreipunktbiegeeinrichtung gemessen werden. Proben für die Dreipunktbiegeprüfung haben in der Regel die Form eines rechteckigen Stabes. In einer Dreipunktbiegeeinrichtung wird ein Stab des Materials auf einer Seite an zwei Stellen entlang der Länge des Stabes abgestützt. Jede Stützstelle liegt nahe einem der Stabenden. Der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Stützen wird als ”Stützweite” bezeichnet. Auf die Oberfläche gegenüber den Stützen und zentriert zwischen den Stützen wird eine Last auf den Stab aufgebracht. Die Last wird stufenweise erhöht bis der Stab bricht. Diese Anordnung (d. h. zwei Stützen auf einer Seite und eine auf der gegenüberliegenden Seite zwischen den Stützen aufgebrachte Last) erzeugt Zugspannungen in einer Oberfläche des Stabes. Die Biegefestigkeit kann auf der Basis der Abmessungen des Stabes und der Last zum Zeitpunkt des Bruchs berechnet werden nach der bekannten Gleichung:
wobei σ die Biegefestigkeit ist, P die Last beim Bruch, S die Stützweite, w die Stabbreite und T der Stabdicke ist.
Die Erfinder haben festgestellt, dass es viele Größen gibt, welche die Biegefestigkeit einer Materialprobe beeinflussen. Beispielsweise kann das Verfahren zur Herstellung, oder die Vorbereitung und Handhabung der Proben für Tests, oder eine Kombination aus diesen die Biegefestigkeit stark beeinflussen, da diese jeweils Fehlstellen in der Probenoberfläche hervorrufen können. Oberflächenfehler (z. B. Mikrorisse, Porosität, Oberflächenschäden, anormale Körner oder andere lokale mikrostrukturelle Heterogenität oder Fremdeinschlüsse u. a.) sind dafür bekannt, Belastungen zu konzentrieren oder zu vergrößern. Eine Vergrößerung der Belastungen tritt am Ende jeder Fehlstelle auf. Als solche ist die lokale Zugspannung am Ende jeder Fehlstelle größer als die angelegte Zugbelastung. Wenn die am Ende einer Fehlstelle konzentrierte Spannung die theoretische Festigkeit des Materials übersteigt, wird ein Riss, der von dieser Fehlstelle ausgeht, sich rasch durch das Material ausbreiten. Biegefestigkeitsmessungen sind daher inhärent durch den Oberflächenzustand der Probe beeinflusst. Beispielsweise haben die Erfinder die Biegefestigkeit von polykristallinem Aluminiumoxid mit einer mittleren Korngröße von 4,5 μm für unterschiedliche Rissgrößen, die mit einem Diamant-Indenter künstlich eingeführt wurden, gemessen. Die Empfindlichkeit der Biegefestigkeit von polykristallinem Aluminiumoxid gegenüber zunehmender Rissgröße ist in 25 dargestellt.
Darüber hinaus können die Biegefestigkeitsdaten auch durch beliebige aus einer Anzahl weiterer Faktoren beeinflusst werden, darunter zum Beispiel die Ausführung der Probe, die Anzahl der durchgeführten Tests und der Spannungszustand in dem eigentlichen Bracket gegenüber dem Spannungszustand in der Probe, u. a.. In der Summe stellen Biegefestigkeitsdaten nicht notwendigerweise eine genaue Vorhersage der Leistungsfähigkeit des keramischen kieferorthopädischen Brackets im klinischen Umfeld bereit.
In Anerkennung der Fehlbarkeit der oben erwähnten Biegefestigkeitsmessungen wurde die Bruchzähigkeit der hier beschriebenen polykristallinen Keramik ebenfalls bestimmt. Bruchzähigkeit ist eine Materialeigenschaft, die anzeigt, wie ein Material, das Oberflächenfehler enthält (z. B. die Kerbe in den gekerbten Proben), auf Zugspannungen reagiert, und insbesondere, wie die Masse des Materials der von dem Oberflächenfehler ausgehenden Ausdehnung eines Risses standhält. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Biegefestigkeitsmessungen sind Bruchzähigkeitsmessungen daher ein Maß dafür, wie die Masse des Materials auf Spannungen im Falle von Oberflächenfehlern reagiert. Unter Berücksichtigung der bekannten Faktoren, die Bruch beeinflussen, liefern Bruchzähigkeitsmessungen eine genauere Angabe der Leistungsfähigkeit eines polykristallinen Keramikbrackets im klinischen Umfeld.
Die Bruchzähigkeit kann durch mindestens zwei Verfahren ermittelt werden. Unter Verwendung der Dreipunktbiegeeinrichtung für Biegefestigkeitsmessungen, kann die Bruchzähigkeit berechnet werden aus der Last beim Bruch, die erhalten wird durch das Zerbrechen eines Stabes aus dem Materials, das eine Fehlstelle oder einen Riss von kontrollierter oder bekannter Größe enthält. Die Bruchzähigkeit kann aus der Last beim Bruch berechnet werden nach der Gleichung:
wobei K_IC die Bruchzähigkeit der Probe unter einer Zugspannung ist, die senkrecht zu einem Riss orientiert ist, P die Last beim Bruch, S die Stützweite, w die Stabbreite und t die Stabdicke ist und
wobei a der Durchschnitt von drei Risslängenmessungen, a1, a2 und a3 ist, oder die Tiefe einer bekannten Fehlstelle.
Nach einem weiteren Verfahren kann die Bruchzähigkeit aus Vickers-Härtemessungen errechnet werden. In diesem Fall kann die Bruchzähigkeit nach der folgenden Gleichung berechnet werden:
wobei Kc die Bruchzähigkeit, P die Drucklast, E der Elastizitätsmodul, HV die gemessene Vickershärte und c eine Hälfte des Durchschnitts der von dem Vickersindenter erzeugten Risslänge ist.
In einer Ausführungsform hat die polykristalline Keramik eine Korngrößenverteilung, die teilweise durch eine mittlere Korngröße im Bereich von größer als 3,4 μm bis etwa 6 μm beschrieben ist. Die mittlere Korngröße kann nach dem Linienschnittverfahren bestimmt werden. Gemäß diesem Verfahren wird eine Linie bekannter Länge auf einer Mikrofotografie eines polierten Querschnitts des Materials gezogen. Schnittpunkte zwischen der eingezeichneten Linie und jeder Korngrenze werden gezählt. Eine mittlere Länge der Körner wird ermittelt, indem die Länge der Linie durch die Anzahl von gezählten Schnittpunkten dividiert wird. Die mittlere Korngröße wird berechnet nach der Gleichung D = 1,56 (L), wobei L die mittlere Länge der Körner ist.
Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, kann der Widerstand der polykristallinen Keramik gegen Rissausbreitung, das heißt, seine Bruchzähigkeit, durch ihre Mikrostruktur beeinflusst werden, obwohl der Effekt einer polykristallinen Mikrostruktur auf die Rissausbreitung nicht vollständig vorhersehbar ist. Im Gegensatz zu Körpern aus einer einkristallinen Keramik, wie Saphir oder isotrope Materialien, wie Glas, kann die Bruchzähigkeit der polykristallinen Keramik von mehreren Faktoren abhängig sein, einschließlich z. B. Korngröße, Korngrößenverteilung, Dichte und andere, von denen einige nicht in Einkristallen oder Glas vorhanden sind.
Insbesondere das Vorhandensein von Korngrenzen kann sich auf die Ausbreitungsrichtung und/oder den Ausbreitungsmodus des Risses auswirken. Eine Richtungsänderung und/oder Modusänderung kann vergleichsweise mehr Energie verbrauchen, als die zur Ausbreitung eines Risses entlang eines geraden Weges erforderliche Energie. Der Rissausbreitungsmodus in polykristallinen Keramiken ist entweder intergranular oder transgranular oder beides. Intergranulare Rissausbreitung folgt den Korngrenzen (d. h. zwischen den Körnern), während transgranulare Rissausbreitung durch die Körner verläuft. Wenn ein sich ausbreitender Riss auf eine Korngrenze oder ein Korn trifft, kann der Riss folglich gezwungen sein, die Richtung, seinen Ausbreitungsmodus (d. h. von transgranular zu intergranular oder umgekehrt) oder sowohl die Richtung, als auch den Ausbreitungsmodus zu ändern. Durch Erzwingen einer Änderung der Richtung und/oder des Modus der Rissausbreitung, erhöht sich die Länge des Rissweges, wodurch mehr Energie verbraucht wird, und dementsprechend kann sich die Bruchfestigkeit erhöhen.
Die polykristalline Keramik mit einer Korngrößenverteilung, die durch eine mittlere Korngröße im Bereich von größer als 3,4 μm bis etwa 6 μm beschrieben ist, kann einen Riss dazu zwingen, sich entlang eines Weges zu bewegen, der im Vergleich zu den polykristallinen Keramiken nach dem Stand der Technik länger ist. Somit können größere Belastungen erforderlich sein, um den Riss durch die polykristalline Keramik, wie hier beschrieben, auszubreiten, so dass ein aus der polykristallinen Keramik hergestelltes kieferorthopädisches Bracket durch eine unerwartete Widerstandsfähigkeit gegenüber Bruch gekennzeichnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Mischung aus großen und kleinen Körnern in Kombination mit der mittleren Korngröße den Weg des Risses durch die polykristalline Keramik zusätzlich verlängern und die Bruchzähigkeit der polykristallinen Keramik weiter verbessern. Beispielsweise kann die polykristalline Keramik mit einer Korngrößenverteilung, die durch eine mittlere Korngröße im Bereich von mehr als 3,4 μm bis etwa 6 μm beschrieben ist, ferner Körner einer Größe von über 6 μm und Körner einer Größe von unter 3,4 μm enthalten.
In einer Ausführungsform kann eine weitere Verbesserung der Bruchzähigkeit der polykristallinen Keramik durch eine Korngrößenverteilung erhalten werden, die keine logarithmische Normalverteilung ist. Definitionsgemäß ist eine logarithmische Normalverteilung durch eine Zufallsvariable gekennzeichnet, deren Logarithmus normal um einen Mittelwert verteilt ist. Beispielsweise ist die Korngrößenverteilung gemäß einer Ausführung multimodal. Insbesondere kann die Korngrößenverteilung eine bimodale Verteilung sein.
In einer Ausführungsform hat eine bimodale Verteilung einen ersten Peak oder Modus zwischen einer Korngröße von etwa 1 μm und etwa 5 μm und einen zweiten Peak oder Modus bei einer Korngröße von über etwa 5 μm. Beispielsweise kann der zweite Peak zwischen etwa 5,5 μm und etwa 7 μm liegen. Es ist jedoch ersichtlich, dass der zweite oder zusätzliche Peaks bei Korngrößen von über 7 μm auftreten kann/können. Es ist auch ersichtlich, dass die bimodale Korngrößenverteilung keine Duplex-Mikrostruktur beschreibt. Bei einer Ausführungsform ist die mittlere Bruchzähigkeit einet polykristallinen Keramik mit einer mittleren Korngröße im Bereich von größer als 3,4 μm bis etwa 6 μm und zumindest einer bimodalen Korngrößenverteilung größer als etwa 4,0 MPa·m^1/2.
Darüber hinaus haben die Erfinder nachgewiesen, dass eine Korngrößenverteilung, die gekennzeichnet ist durch ein bestimmtes Verhältnis zwischen Körnern, die kleiner sind als etwa 3 μm, und größeren Körnern den Widerstand gegen Rissausbreitung weiter verstärken kann. Beispielsweise kann die polykristalline Keramik eine Korngrößenverteilung aufweisen, bei der bis zu etwa 50% der Gesamtzahl der Körner kleiner sind als etwa 3 μm. Als weiteres Beispiel kann die polykristalline Keramik eine Korngrößenverteilung aufweisen, bei der die Anzahl der Körner einer Größe von unter 3 μm mindestens 10% beträgt, so dass in einer Ausführungsform die Anzahl der Körner einer Größe von unter 3 μm beispielsweise zwischen etwa 10% und etwa 50% der Gesamtzahl der Körner beträgt. In noch einem weiteren Beispiel kann die polykristalline Keramik durch eine Korngrößenverteilung gekennzeichnet sein, bei der bis zu etwa 90% der Gesamtzahl der Körner eine Größe von unter etwa 10 μm haben. In einem weiteren Beispiel beträgt die Gesamtzahl der Körner einer Größe von unter etwa 10 μm mindestens 70%. In einer Ausführungsform liegt daher die Gesamtzahl der Körner einer Größe von unter etwa 10 μm zwischen etwa 70% und etwa 90% der Körner.
Hinsichtlich des Volumenanteils ist die polykristalline Keramik gekennzeichnet durch eine Korngrößenverteilung, bei welcher Körner einer Größe von über 10 μm 10% bis 50% des Gesamtvolumens einnehmen. Der Volumenanteil der Körner einer Größe von über 10 μm kann berechnet werden durch Ermittlung des Volumens der Körner eines bestimmten Größenbereichs, Multiplizieren dieses Volumens mit der Gesamtzahl der Körner in diesem Größenbereich und anschließendes Dividieren durch das Gesamtvolumen aller Körner.
Hinsichtlich des Volumenanteils, den Körner einnehmen, die größer sind als 10 μm, glauben die Erfinder, dass die Rissausbreitung durch Ausführungsformen des kieferorthopädischen Brackets, das die polykristalline Keramik enthält, aufgrund des oben beschriebenen Volumenanteil-Verhältnisses vom gemischten Modus ist. Das heißt, wenn ein Riss sich in die polykristalline Keramik hinein ausbreitet, kann die polykristalline Keramik den Riss zwingen, seinen Ausbreitungsmodus einmal oder mehrmals während er durch die polykristalline Keramik fortschreitet in Abhängigkeit von der Größe der Körner auf die er trifft, zu ändern. Das Vorhandensein von Körnern einer Größe von unter 10 μm kann beispielsweise eine intergranulare Rissausbreitung fördern. Ein Korn, dessen Größe 10 μm oder mehr beträgt, kann einen Riss jedoch zwingen, zu einer transgranularen Ausbreitung zu wechseln. Somit kann eine Mischung von Korngrößen, wie beschrieben, einen Riss zwingen, zwischen den Modi hin und her zu wechseln, und kann daher den Ausbreitungsweg weiter verlängern. Dementsprechend kann der beschriebene Volumenanteil von Körnern die Bruchzähigkeit der polykristallinen Keramik erhöhen.
Wie bereits erwähnt, ist das kieferorthopädische Bracket 10 ästhetisch ansprechend und ist in diesem Zusammenhang transluzent. Wie im Stand der Technik bekannt ist, wird die Transluzenz einer polykristallinen Keramik wie Aluminiumoxid, durch ihre Mikrostruktur beeinflusst. Beispielsweise können die Korngrößenverteilung, die Menge und die Position jeglicher Porosität und die Reinheit des Ausgangspulvers die Transluzenz des kieferorthopädischen Brackets 10, sowie die Farbe des durchgelassenen Lichtes beeinflussen. Im Allgemeinen nimmt die Transluzenz zu, wenn die Dichte, die Korngröße und die Reinheit der polykristallinen Keramik zunehmen. Somit würde ein kieferorthopädisches Bracket aus polykristalliner Keramik mit 100% Dichte, hoher Reinheit und großer mittlerer Korngröße ermöglichen, dass mehr Licht durchtritt, so dass das kieferorthopädische Bracket 10 sich an die darunterliegende Zahnfarbe angleicht. Transluzenz kann durch Messen der Lichtmenge einer bestimmten Wellenlänge, die durch die polykristalline Keramik durchgelassen wird, quantifiziert werden. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zu erwarten, dass das kieferorthopädische Bracket 10, das polykristallines Aluminiumoxid mit einer mittleren Korngröße von etwa 3,5 μm oder größer enthält, einen Transmissionsgrad von über 45%, aber unter 85% aufweist.
Beispiele
Um ein vollständigeres Verständnis von Ausführungsformen der Erfindung zu erleichtern, werden die folgenden nicht beschränkenden Beispiele bereitgestellt.
Zwei verschiedene Chargen (bezeichnet als Charge 1 und Charge 2) von Prüfkörpern aus polykristallinem Aluminiumoxid mit Abmessungen von etwa 25,4 mm mal etwa 38,1 mm mal etwa 1 mm wurden von der TOSOH Corporation, Japan, Tokyo bezogen. Vierundzwanzig Proben in Form von dünnen Platten in etwa der Dicke und Breite eines Bracketkörpers wurden aus den Probekörpern der Charge 1 durch Zurechtschneiden der Prüfkörper der Charge 1 auf die gewünschten Abmessungen hergestellt. In ähnlicher Weise wurden aus Charge 2 acht Proben durch Zurechtschneiden der Prüfkörper der Charge 2 auf die gewünschten Abmessungen hergestellt. Jede der aus den Prüfkörpern der Charge 1 und der Charge 2 geschnittenen Proben hatte eine Dicke von etwa 1,00 ± 0,1 mm, eine Breite von etwa 3,00 ± 0,01 mm und eine Länge von etwa 12,00 ± 0,01 mm.
Die Proben der Charge 1 wurden in drei Gruppen aufgeteilt und als ”Charge 1A”, ”Charge 1B” und ”Charge 1C” aufgeführt. Die Proben der Charge 1A und der Charge 2 wurden keinen weiteren Wärmebehandlungen unterzogen. Beispielhafte Mikrofotografien für Proben der Charge 1A und der Charge 2 sind in den 26A bzw. 26B gezeigt.
Die Proben der Charge 1B wurden zusätzlich in Argon bis zu einer Temperatur von etwa 1400°C wärmebehandelt und für etwa 1 Stunde auf dieser Temperatur gehalten, um die Korngrößenverteilung zu verändern. Eine beispielhafte Mikrofotografie einer Probe der Charge 1 ist in 26C abgebildet.
Die Proben der Charge 1C wurden zusätzlich in Argon bis zu einer Temperatur von etwa 1800°C wärmebehandelt und für etwa 1 Stunde auf dieser Temperatur gehalten, um die Korngrößenverteilung zu verändern. Eine beispielhafte Mikrofotografie einer Probe der Charge 1C ist in 26D abgebildet.
Vier Proben aus jeder Gruppe wurden für die Biegefestigkeitsprüfung poliert und vier andere wurden für die Bruchzähigkeitsprüfung zur Bildung einer Kerbe über die Breite bearbeitet. Die Kerbe wurde dazu gebildet, die Geometrie des Drahtbogenschlitzes in einem kieferorthopädischen Bracket, wie etwa dem Drahtbogenschlitz 16 in dem kieferorthopädischen Bracket 10 in 1 zu imitieren. Jede Vertiefung war etwa 0,57 mm breit und zwischen etwa 0,050 mm und etwa 0,100 mm tief. Die maschinelle Bearbeitung erzeugte am Boden des, Schlitzes entlang gegenüberliegender Kanten eine Ausrundung von 0,08 mm. Die Kerbe wurde durch Bearbeitung der Proben mit einer diamantbeschichteten Scheibe 240/320 erzeugt.
Wie oben beschrieben, wurde die Dreipunktbiegeeinrichtung verwendet, um die gekerbten und polierten Proben aus jeder Gruppe zu brechen. Die gemessene Stützweite betrug etwa 9 mm. Eine Last wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 mm pro Minute an jede Probe angelegt, bis die Probe zerbrach. Die Last beim Bruch wurde verwendet, um die Biegefestigkeit der gekerbten und ungekerbten oder polierten Proben zu berechnen, und für die gekerbten Proben wurde die Bruchzähigkeit aus der Last beim Bruch berechnet.

Für die Berechnung der Bruchzähigkeit wurde die gemessene Kerbtiefe (von etwa 0,050 mm bis etwa 0,100 mm, wie gemessen) als die Risslänge oder α zusammen mit der Dreipunkt-Biegelast bei Bruch oder P verwendet, um K_IC nach der oben dargelegten Gleichung zu berechnen. Tabelle 1 zeigt die berechneten Mittelwerte für jede Gruppe. Tabelle 1

Gruppe	Mittlere Biegefestigkeit, ungekerbt (MPa)	Mittlere Biegefestigkeit, gekerbt (MPa)	Mittlere Bruchzähigkeit, K_IC(MPa·m^1/2)	Mittlere Korngröße (μm)
Charge 1A	614,8 ± 88,0	220,2 ± 44,4	2,93 ± 0,59	3,4 ± 0,3
Charge 2	563,0 ± 106,2	291,3 ± 32,3	3,85 ± 0,43	4,1 ± 0,5
Charge 1B	627,9 ± 64,7	325,5 ± 39,5	4,3 ± 0,54	4,5 ± 0,4
Charge 1C	384,0 ± 66,7	248,3 ± 39,5	3,28 ± 0,42	43,0 ± 11,0

Tabelle 1 zeigt auch die mittlere Korngröße für jede Gruppe von Proben, wie oben angegeben. Um die Korngröße zu messen, wurden Proben mit im Stand der Technik bekannten Standardverfahren zum Polieren und Ätzen hergestellt: Von jeder Probe wurden fünf repräsentative Mikrofotografien mit 110-bis etwa 440-facher Vergrößerung aufgenommen. Auf jeder Mikrofotografie wurden zehn 6-Zoll-Linien gezogen. Die Schnittpunkte zwischen jeder Linie und den Korngrenzen wurden gezählt. Die Länge jeder Linie wurde durch die Anzahl der Korngrenzenschnittpunkte geteilt und an die Vergrößerung angepasst, um eine mittlere Länge der Körner pro Linie zu erhalten. Nach dem oben beschriebenen Linienschnittverfahren wurde die Korngröße für jede Linie berechnet, indem die mittlere Länge der Körner mit 1,56 multipliziert wurde. Die Korngrößen aus jeder Linie wurden wiederum gemittelt, um eine in Tabelle 1 bereitgestellte mittlere Korngröße pro Gruppe bereitzustellen. Die in der Tabelle bereitgestellten Standardabweichungen stellen eine Standardabweichung dar.
Während erwartet wurde, dass sowohl die mittlere Bruchzähigkeit und als auch die mittlere Biegefestigkeit sich erhöhen, wenn die mittlere Korngröße reduziert wird, wurde unter Bezugnahme auf Tabelle 1 festgestellt, dass die Bruchzähigkeit bei einer mittleren Korngröße von etwa 3,4 um und darunter deutlich sinkt. Die größte Bruchzähigkeit wurde bei etwa 4,5 μm festgestellt und bei einer bestimmten Größe darüber beginnt sie zu sinken. Mit anderen Worten liegt der Peak der mittleren Bruchzähigkeit vermutlich irgendwo im Bereich oberhalb von 3,4 μm, bei oder unterhalb von etwa 6 μm, und am ehesten im Bereich von etwa 3,5 μm bis etwa 5,0 μm. Beispielsweise haben die Proben in Charge 1B (mittlere Korngröße von 4,5 μm) eine mittlere Bruchzähigkeit MPa·m^1/2 im Vergleich zu Charge 1A (mittlere Korngröße von 3,4 μm) und Charge 1C (mittlere Korngröße von 43,0 μm), die eine mittlere Bruchzähigkeit von ungefähr 2,9 MPa·m^1/2 beziehungsweise 3,3 MPa·m^1/2 haben. Das heißt, die Proben der Charge 1 zeigten eine Zunahme der mittleren Bruchzähigkeit von mehr als etwa 30% gegenüber den Proben der Charge 1C.
Der Transmissionsgrad einer Probe aus der Charge 1A und einer Probe aus der Charge 1B (mittlere Korngröße von 3,4 μm bzw. 4,5 μm) wurde mit diffusem sichtbarem Licht gemäß ASTM E 1348-02 gemessen. Der Transmissionsgrad wurde an einem BYK-Gardner, TCS Plus Modell 8870 mit diffusem Licht D56 bei 10° gemessen. Die Proben waren Scheiben mit einem Durchmesser von 20 mm. Die Scheiben wurden präpariert durch Schleifen gegenüberliegender Seiten der Scheiben um eine Dicke von 1 mm zu erhalten, und anschließendes Polieren der geschliffenen Seiten der Scheibe mit Schleifpapier mit einer 600er Körnung, dann mit 3-Mikrometer-Diamantpaste gefolgt von 1-Mikrometer-Diamantpaste, bis auf den polierten Oberflächen bei 200-facher Vergrößerung keine Kratzer sichtbar waren. Die Probe aus Charge 1A (mittlere Korngröße von 3,4 μm) wies einen Transmissionsgrad von 45% auf und die Probe aus Charge 1C (mittlere Korngröße von 43,0 μm) hatte einen Transmissionsgrad von über 50%. Zu Referenzzwecken: Der Transmissionsgrad durch einkristallines Aluminiumoxid mit diffusem sichtbarem Licht betrug 85%.
Zusätzlich wurden Bracketkörper aus polykristallinem Aluminiumoxid aus zwei verschiedenen Formen (Form A und Form C) von der Tosoh Corporation, Tokio, Japan bezogen. Die Bracketkörper aus beiden Formen hatten ein Design selbstligierender Brackets.
Unter Bezugnahme auf Tabelle 2 unten wurden die Härte und die mittlere Korngröße von jeweils fünf Brackets aus Form A und aus Form C im Anlieferungszustand gemessen. Die Brackets ”wie erhalten” sind in Tabelle 2 als ”Form A(*)” und ”Form C(*)” aufgeführt. Eine repräsentative Mikrofotografie der Mikrostruktur aus Form C(*) wie sie erhalten wurde (d. h. des Brackets wie erhalten) ist in 27A. dargestellt. Die verbleibenden Brackets aus Form C wurden in 3 Gruppen unterteilt, wobei zur Veränderung ihrer Mikrostrukturen jede Gruppe, wie unten beschrieben, einer zusätzlichen Wärmebehandlung unterzogen wurde.
Fünf Brackets aus Form C wurden für etwa 1 Stunde in Argon (Ar) einer zusätzlichen Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 1300°C unterzogen. Diese Gruppe von Brackets ist in Tabelle 2 als Form C(Ar) aufgeführt. Eine repräsentative Mikrofotografie der Form C(Ar)-Mikrostruktur ist in 27B abgebildet.
Fünf Brackets wurden zusätzlich für etwa 1 Stunde in Wasserstoff (H₂) bei einer Temperatur von etwa 1300°C wärmebehandelt. Diese Gruppe von Brackets ist in Tabelle 2 als Form C(H₂) aufgeführt. Eine repräsentative Mikrofotografie der Form C(H₂)-Mikrostruktur ist in 27C abgebildet.
Fünf Brackets wurden zusätzlich für etwa 1 Stunde in Sauerstoff (O₂) bei einer Temperatur von etwa 1300°C wärmebehandelt. Diese Gruppe von Brackets ist in Tabelle 2 als Form C(O₂) aufgeführt. Eine repräsentative Mikrofotografie der Form C(O₂)-Mikrostruktur ist in 27D abgebildet.
Die Härte und die mittlere Korngröße jedes Brackets aus jeder Gruppe wurden nach den oben beschriebenen Verfahren gemessen. Die mittlere Bruchzähigkeit wurde auf der Basis der Vickers-Härtemessung gemäß der oben angegeben Gleichung berechnet.

Tabelle 2 führt die mittlere Vickers-Härte, die mittlere Bruchzähigkeit und die mittlere Korngröße aller Brackets aus Form A und Form C nach Wärmebehandlung getrennt, wie oben beschrieben, auf. Die Standardabweichung für die mittlere Bruchzähigkeit und die mittlere Korngröße stellt eine Standardabweichung dar. Tabelle 2

Gruppe	Härte (HV)	Mittlere Bruchzähigkeit, K_IC(MPa·m^1/2)	Mittlere Korngröße (μm)
Form C(*)	1714 ± 92	4,01 ± 0,56	3,5 ± 0,4
Form C(Ar)	1721 ± 124	4,81 ± 0,69	3,6 ± 0,3
Form C(O₂)	1660 ± 30	5,57 ± 0,16	4,0 ± 0,5
Form C(H₂)	1734 ± 56	5,35 ± 0,91	4,3 ± 0,5
Form A(*)	1644 ± 54	4,3 ± 1,0	5,0 ± 0,7

Wie in Tabelle 2 gezeigt, weist die mittlere Bruchzähigkeit der Brackets eine Tendenz ähnlich zu der in den Proben aus polykristallinem Aluminiumoxid der Tabelle 1 auf, bei denen die höchste Härte und Bruchzähigkeit bei einer mittleren Korngröße zwischen etwa 4,0 μm und etwa 4,3 μm festzustellen ist. Beispielsweise erreicht die nach dem Härte-Verfahren berechnete mittlere Bruchzähigkeit einen Durchschnitt von annähernd 5,6 MPa·m^1/2 bei einer mittleren Korngröße von etwa 4,0 μm (Form C (O₂).
Darüber hinaus und wie aus den 27A bis 27D hervorgeht, ist die Mikrostruktur der polykristallinen Keramik eine Mischung aus sehr kleinen Körnern und großen Körnern. Die Korngrößen der Verteilungen für jede der Mikrostrukturen der 27A–27D wurden mit der analySIS-Software von Olympus America Inc., Center Valley, PA gemessen, wobei das Korngröße-Modul verwendet wurde. Die mit der analySIS-Software gemessenen Verteilungen der Korngrößen für die in den 27A–27D abgebildeten Mikrostrukturen sind jeweils in den Diagrammen der 28A bis 28D dargestellt.
Wie in den 28A bis 28D gezeigt, enthalten die Korngrößenverteilungen Korngrößen, die kleiner als 3,4 μm und Körner, die größer als 6 μm sind. 28A zeigt beispielsweise eine Korngrößenverteilung, die eine mittlere Korngröße von etwa 3,5 μm aufweist und bei der etwa 31% der Gesamtzahl der Körner kleiner als etwa 3 μm sind, und in einem weiteren Beispiel zeigt 28B eine Korngrößenverteilung, die eine mittlere Korngröße von etwa 3,6 μm aufweist und bei der etwa 39% der Gesamtzahl der Körner kleiner als etwa 3 μm sind.
Wie insbesondere in 28B gezeigt, wurden zwei Kurven bereitgestellt, um eine bimodale Korngrößenverteilung besser zu veranschaulichen. Einer der Modi liegt bei etwa 3,4 μm. Der andere oder zweite Modus liegt bei etwa 6,0 μm.
Die 29 und 30 sind Diagramme, welche den Volumenanteil der Körner auf der Basis von Berechnungen aus den Korngrößenverteilungen, die in den 27B bzw. 27C dargestellt sind, veranschaulichen. Aus 29 geht beispielsweise hervor, dass etwa 37% des Gesamtvolumens der Körner von Körnern mit einer Größe von über 10 μm eingenommen wird. Aus 30 geht hervor, dass in einem weiteren Beispiel Körner einer Größe von über 10 μm etwa 50% des Gesamtvolumens einnehmen.
Obwohl die vorliegende Erfindung durch eine Beschreibung verschiedener bevorzugter Ausführungsformen dargestellt wurde und diese Ausführungsformen einigermaßen detailliert beschrieben wurden, werden Fachleute weitere Vorteile und Abwandlungen ohne Weiteres erkennen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2004/0072117 [0004]
JP 2006290688 A [0006]
US 2008/0081309 [0007]
US 8033824 B2 [0068]
US 2006/0163774 [0087]
US 2006/0166159 [0087]
US 5071344 [0088]
US 7267545 [0093]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM E 1348-02 [0146]

Claims

Kieferorthopädisches Bracket zum Befestigen eines Drahtbogens an einem Zahn, Folgendes umfassend: einen Bracketkörper, der einen Drahtbogenschlitz enthält und eine ligierende Gleitvorrichtung, die relativ zu dem Drahtbogenschlitz von einer Öffnungsstellung in eine Schließstellung bewegbar ist, wobei die ligierende Gleitvorrichtung einen mesialen Abschnitt, einen distalen Abschnitt und einen erhöhten zentralen Abschnitt zwischen dem mesialen Abschnitt und dem distalen Abschnitt umfasst, wobei der erhöhte zentrale Abschnitt sich über den mesialen Abschnitt und den distalen Abschnitt hinaus in Richtung okklusal-gingival erstreckt.
Kieferorthopädisches Bracket nach Anspruch 1, wobei der erhöhte zentrale Abschnitt eine führende Kante bildet und wobei der mesiale Abschnitt und der distale Abschnitt jeweils eine führende Kante bilden, die von der führenden Kante des zentralen Abschnitts in Richtung gingival-okklusal beabstandet ist.
Kieferorthopädisches Bracket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bracketkörper eine Stützfläche umfasst, die zu dem Drahtbogenschlitz geöffnet ist, und ein Paar von Führungsgliedern, die an die Stützfläche angrenzen, die ligierende Gleitvorrichtung verschiebbar in die Stützfläche eingreift und jedes der Führungsglieder in einen des mesialen und des distalen Abschnitts verschiebbar eingreift.
Kieferorthopädisches Bracket nach Anspruch 3, wobei der Bracketkörper der Stützfläche über den Drahtbogenschlitz hinweg gegenüberliegend eine Aussparung und eine Werkzeugaufnahme umfasst, und wobei der erhöhte zentrale Abschnitt sich in der Schließstellung in die Aussparung erstreckt.
Kieferorthopädisches Bracket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ligierende Gleitvorrichtung aus einer polykristallinen Keramik besteht.
Kieferorthopädisches Bracket zum Befestigen eines Drahtbogens an einem Zahn, Folgendes umfassend: einen Bracketkörper, der einen Drahtbogenschlitz enthält und eine ligierende Gleitvorrichtung, die relativ zu dem Drahtbogenschlitz von einer Öffnungsstellung in eine Schließstellung bewegbar ist, wobei die ligierende Gleitvorrichtung einen ersten Abschnitt umfasst, der zumindest in der Schließstellung verschiebbar in den Bracketkörper eingreift, und einen zweiten Abschnitt der sich von dem ersten Abschnitt in einer gingival-okklusalen Richtung erstreckt, wobei der erste Abschnitt eine erste mesial-distale Breite aufweist und der zweite Abschnitt eine zweite mesial-distale Breite aufweist, die schmaler ist als die erste mesial-distale Breite.
Kieferorthopädisches Bracket nach Anspruch 6, wobei der erste Abschnitt einen mesialen Abschnitt, einen distalen Abschnitt und einen erhöhten zentralen Abschnitt umfasst, der sich zwischen dem mesialen Abschnitt und dem distalen Abschnitt erstreckt, und der zweite Abschnitt sich von dem erhöhten zentralen Abschnitt erstreckt.
Kieferorthopädisches Bracket nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Bracketkörper der Stützfläche über den Drahtbogenschlitz hinweg gegenüberliegend eine Aussparung und eine Werkzeugaufnahme umfasst, und wobei der zweite Abschnitt sich in der Schließstellung in die Aussparung erstreckt.
Kieferorthopädisches Bracket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bracketkörper eine Stützfläche umfasst, die zu dem Drahtbogenschlitz geöffnet ist, und ein Paar von Führungselementen, die an die Stützfläche angrenzen, die ligierende Gleitvorrichtung verschiebbar in die Stützfläche eingreift und jedes der Führungselemente verschiebbar in den ersten Abschnitt der ligierenden Gleitvorrichtung eingreift.
Kieferorthopädisches Bracket nach Anspruch 9, wobei der erhöhte zentrale Abschnitt mit einer Außenfläche der gegenüberliegenden Führungselemente bündig ist, wenn die ligierende Gleitvorrichtung in der Schließstellung ist.
Kieferorthopädisches Bracket nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die ligierende Gleitvorrichtung aus einer polykristallinen Keramik besteht.