摩擦阻力實驗流程圖如下(圖 2-1)：
圖2-1 摩擦阻力實驗流程圖
矯正線表面性質(表面硬度、表面型態及表面粗度)觀測流程圖如下 (圖 2-2)：
圖2-2 矯正線表面性質(表面硬度、表面型態及表面粗度)觀測流程圖
2-2 實驗材料
2-2-1 矯正器之種類
本研究選用之矯正器型號統一為右上犬齒用矯正器，矯正器溝槽 截徑皆為0.018 × 0.025 英吋 2（圖2-3）。
圖2-3 矯正器溝槽截徑示意圖
選用三種矯正器，包括：不鏽鋼金屬矯正器、透明塑膠矯正器合 併金屬溝槽及自鎖式矯正器。不鏽鋼金屬矯正器：Preadjusted metal brackets,Micro-arch,Roth type (Tomy company, Tokyo, Japan)(圖 2-4)，
透明塑膠矯正器合併金屬溝槽：Esther II, Roth type (Tomy company, Tokyo, Japan)(圖 2-5)，自鎖式矯正器為 mini Clippy (Tomy company, Tokyo, Japan)(圖 2-6)。
圖2-4 不鏽鋼金屬矯正器(Tomy company, Tokyo, Japan)
圖2-5 透明塑膠矯正器合併金屬溝槽(Tomy company, Tokyo, Japan)
2-2-2 矯正線之種類
本研究選用之矯正線，截徑統一為0.016 × 0.022 英吋 2 之方線。
一共選用四種矯正線，包括：不鏽鋼矯正線(新雅貿易有限公司，台 北，台灣)(圖 2-7)、LH 矯正線(Tokyo Medical and Dental University, Japan)(圖 2-8)、Sentalloy 鎳鈦合金線 Medium(Yellow) (Tomy company, Tokyo,Japan)(圖 2-9)及鈦鉬合金線 Beta-Titanium wire(TMA)(SDS Ormco,Inc.,Orange,CA)(圖 2-10)。
圖2-7 不鏽鋼矯正線(新雅貿易有限公司，台北，台灣)
圖2-8 LH 矯正線(Tomy company, Tokyo, Japan)
圖 2-9 Sentalloy 鎳鈦合金線(Tomy company, Tokyo, Japan)
2-2-3 綁紮方式
不鏽鋼矯正器及透明塑膠矯正器合併金屬溝槽兩種需綁紮之矯 正器，綁紮方式統一以彈性環(O-ring)A-1,Alastik(3M Unitek,USA)(圖 2-11)作為固位；自鎖式矯正器 mini Clippy 則無須綁紮。
圖2-11 彈性環 (o-ring)
2-3 摩擦阻力之實驗裝置及實驗步驟
2-3-1 實驗平台
本研究首先建立一個量測矯正器與矯正線間摩擦阻力的裝置(圖 2-12)，研究所使用的材料測試機為日本製造之型號 JSV-H1000 立式 自動測試台(Japan Instrumentation System Co., Nara, Japan)，搭配力量 負荷單元(Load cell)型號為 HANDY FORCE GAUGE(HF-10)，其最大 荷重容量為10N (1Kgf)，最小解析度達到 1/1000。同時配合電腦軟體 QC Force 進行數據分析處理，可同步記錄摩擦阻力大小及時間(因為 是使用“位移量控制模式”displacement control，所以位移量可直接由 時間換算出)。
2-3-2 實驗夾具
依據本研究之需要，特別設計及製作專屬的夾具，一共分成兩個 部份：第一部分，是用來固定矯正線。此部分上端以一球窩關節直接 連接到荷重元，下端則懸掛一個100 克重的砝碼，用來拉直矯正線；
第二部份，為一ㄇ字型的金屬夾具，用以固定黏著矯正器的鋁板(圖 2-13)。
圖 2-13 本研究測試夾具
此外，整個ㄇ字型夾具底座與測試機台之間，有兩個螺釘可緊鎖 固定，並另外製作兩個卡榫（圖 2-14），以確保ㄇ字型夾具放置角度
和位置之恆定不變。
圖2-14 ㄇ字型夾具之特製固定裝置以確保放置角度和位置恆定
2-3-3 矯正器定位器
由於本研究選用了三種矯正器，包括：不鏽鋼矯正器、透明塑膠 矯正器合併金屬溝槽及自鎖式矯正器。為避免因矯正器角度及型態大 小的不同所造成的實驗誤差，因此製作了三個矯正器定位器(圖 2-15 至 2-17)，以確保實驗過程中，矯正線能確實與矯正器的溝槽呈現水 平的狀態，並能重複定位。
圖2-15 矯正器定位器(不鏽鋼金屬矯正器)
圖2-16 矯正器定位器(透明塑膠矯正器)
圖2-17 矯正器定位器(自鎖式矯正器)
之後選用氰基丙烯酸酯將矯正器固著於鋁板上，之後再將鋁板以 螺釘鎖緊固定於特製的ㄇ字型金屬夾具上，並另外製作一個卡榫(圖
圖 2-18 矯正器固定於ㄇ字型金屬夾具之示意圖
2-3-4 實驗步驟
本研究主要是比較不同材質的矯正器及矯正線組合，在矯正器的 溝槽與矯正線處在平行狀態時，最大靜摩擦阻力的表現與差異。選用 四種矯正線，包括不鏽鋼矯正線、LH 矯正線、Sentalloy 鎳鈦合金線 及鈦鉬合金線(TMA)，截徑尺寸統一為 0.016 × 0.022 英吋2 之方線；
同時選用三種矯正器，型號為右上犬齒，包括不鏽鋼矯正器、透明塑 膠矯正器合併金屬溝槽及自鎖式矯正器mini Clippy，截徑尺寸統一為 0.018 × 0.025 英吋 2，並且搭配同一種彈性環(O-ring)作為綁紮方 式。樣本數一共有12 組(圖 2-19），每組包含 10 個樣本，總計有 120 個樣本數。
關於矯正線樣本的準備，利用矯正剪鉗剪取6.6 公厘長的直線段 作為測試樣本；矯正線為成形弧線者，則剪取兩側末端近乎直線的部 分。隨後再將矯正線上下兩端分別以特製的矯正線夾具鎖緊固定(圖 2-20)。矯正器樣本的準備，每次必須先將矯正器黏著於鋁板上，再將 鋁板固定於ㄇ字型金屬夾具的頂端。當測試進行時，是以一組10 個 樣本連續測試，每測試完一個樣本，矯正線及矯正器必須隨之更新，
以避免磨耗影響及實驗誤差，並且在每次測試之前，先以95%的乙醇 擦拭測試線段以去除表面雜質的影響。
圖 2-20 固定矯正線夾具之組件說明圖
當矯正線測試線段與矯正器分別予以固定後，接下來需校正矯正 器溝槽與矯正線段之平行關係。雖然已使用特製的矯正器定位器來確
保矯正器溝槽與矯正線之間是相互平行，但為避免實驗操作時的誤
圖2-21 電腦軟體 QC Force 所記錄之時間、摩擦阻力大小及摩擦阻力 圖形
2-4 矯正線表面性質之觀測
2-4-1 矯正線表面硬度之測量
本研究以諾氏硬度試驗(Knoop Hardness Test)來測量摩擦阻力測 試前的矯正線的表面硬度值(HK 值)。研究使用的硬度試驗機是以牙 醫學系研究室所擁有之日本松澤精機(Matsuzawa)製造，型號 MXT70 之微小硬度試驗機(圖 2-22)。
圖2-22 本研究之硬度試驗機(松澤精機，MXT70 型)
實驗步驟：
3.將試片置於試片座上。
4.先以 10 倍物鏡觀察聚焦，確定欲測之位置。
5.調整負荷選擇鈕，選擇荷重 100 克重，按下荷重施加開關，使 荷重施加於試片上之矯正線表面，時間15 秒。
6.荷重終止時以 40 倍物鏡觀察壓痕，並調整標線刃口與壓痕對 角尖端重合。為了避免損壞精確性，兩線之刃口不能使其相互接 觸。
7.確認標距大小後，按下硬度讀取開關，硬度值將顯示於螢幕 上。
2-4-2 矯正線表面型態之觀測
本研究以兩種儀器來觀測摩擦阻力測試前與測試後的矯正線表 面型態：第一，金相顯微鏡；第二，掃描式電子顯微鏡。
方法一、金相顯微鏡
本研究所使用的金相顯微鏡是以牙醫學系研究室所擁有之光學 顯微鏡OLYMPUS 型號 BX40 加上上部光源之金相顯微鏡(圖 2-23)來 觀測摩擦阻力測試前全新的矯正線的表面型態，同時配合影像擷取系 統MCCamera (Moticam 2000,Motic China Group Co.,Ltd) 紀錄觀測到 的影像。
試片準備：
為避免矯正線表面所沾附的灰塵、油漬或雜質影響觀測結果，因 此先將待測之四種全新的矯正線置入盛裝有95%酒精的容器中，
，接著將容器放入超音波洗淨機中清洗10 分鐘。待洗淨完畢後，
再以熱風式吹風機吹乾矯正線。最後以鑷子夾取待測矯正線放置 於載物片上，開始金相顯微鏡的觀測(圖 2-24)。
圖 2-24 金相顯微鏡觀測流程
實驗步驟：
1.將載有矯正線的載物片放到載物台上。
2.調整載物台高度。
3.打開電源，調整電壓。
4.先用目鏡和低倍率物鏡來對焦。
5.調整光源亮度。
6.改變物鏡倍率，並重新對焦。
7.調整視窗轉換控制橫桿，接著以影像擷取系統 MCCamera (Moticam 2000,Motic China Group Co.,Ltd) 紀錄所觀測到的影 像。
方法二、掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope, SEM)
本研究所使用的掃描式電子顯微鏡是日本JEOL 型號 JSM-7000F 之場發射型掃描式電子顯微鏡(TF Field Emission Scanning Electron Microscope, TF-SEM)(圖 2-25)，是與明道大學材料暨系統工程研究所 張銀祐老師合作，由張老師提供掃描式電子顯微鏡的硬體資源及技術 指導，並在影像判讀上予以協助。主要觀測摩擦阻力測試前與測試後 的矯正線的表面型態，觀測倍率為100 倍與 1000 倍。
分析試片之製備步驟為擷取適量長度之四種矯正線段，以碳膠帶
圖2-25 明道大學場 發 射 型 掃 描 式 電 子 顯 微 鏡 (TF-SEM,JEOL JSM-7000F)
圖2-26 矯正線試片製備之示意圖
2-4-3 矯正線表面粗度之測量
本研究以表面粗度測定器來測量摩擦阻力測試前全新的矯正線 的表面粗度。研究所使用的儀器為日本Kasaka，型號 SE-1200 (Kasaka Laboratory , Ltd. Japan)之表面粗度測定器(圖 2-27)，同時配合電腦軟 體roughnessfile 進行資料分析處理。
圖 2-27 本研究之表面粗度測定器
2-5 資料分析和統計
本研究進行的分析和比較包含兩個部分：第一，在完成摩擦阻力 12 組、120 個樣本數的量測試驗後，開始進行資料的分析和統計。所 使用的分析方法是一維變異數分析 One-way ANOVA (Analysis of Variance)，比較此 12 組的平均數的差異是否達到顯著水準，p<0.05 代表有顯著的差異(以統計常用符號*表示)。如有顯著差異，則進一步 運用“事後檢定(Post Hoc)”之 Duncan’s multiple range test，一一比較所 有兩兩類別之間平均數的差異，來測定任何兩組間的差異是否達到顯
如有顯著差異，則進一步以“事後檢定(Post Hoc)”中的 Tukey HSD
test，來比較四種矯正線之表面硬度及表面粗度在任何兩組間的差異 是否達到顯著水準。最後並將統計結果以各組之平均值與標準差繪製 成圖表。
本研究所使用的軟體為SAS 13.0 for Windows® (SAS, Cary, NC, USA)。
第三章 研究結果 3-1 摩擦阻力實驗裝置之可信度驗證
為驗證本研究實驗裝置之架設及設計的可信度和準確性，本研究 所建立量測矯正器與矯正線間摩擦阻力的裝置，主要是參照 Redlich et al.[9] 於 2003 年 發 表 於 American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics 期刊的論文 In vitro study of frictional forces during sliding mechanics of “reduced-friction brackets”的實驗裝置，包 括矯正器定位器(圖 3-1)及測試平台(圖 3-2)，並選取與文章中相同的 矯正器及矯正線來量測最大靜摩擦阻力。
圖3-1. Redlich M et al 用來定位矯正器於鋁板相對位置之定位裝置(M Redlich,et al, American Journal of Orthodontics and Dentofacial
Orthopedics, 124(1):69-73, 2003)
參照文中所選用的矯正器為右上正中門齒之不鏽鋼金屬矯正 器，溝槽截徑為0.022×0.028 英吋2，矯正線為截徑 0.018 英吋的不鏽 鋼矯正圓線，並同樣利用彈性環(o-ring)進行綁紮。仿照文章中的量測 方式，一共量測 10 組，所量測到的最大靜摩擦力數值，其平均值±
標準差為116.1±20.3 gf (即 1.16±0.20N)(表 3-1)，與文章中的量測結果 1.18±0.21N(表 3-2)有相近數值；同時，在測試結果的圖形也有相似的 呈現(圖 3-3)。因此，由此試行研究(Preliminary study)，驗證了本研究 實驗裝置的可信度和準確性。
表3-1. 本試行研究之最大靜摩擦阻力測試結果
表 3-2. Redlich et al 之最大靜摩擦阻力測試結果(M Redlich,et al, American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics,
124(1):69-73, 2003)
圖3-3 (左) Redlich M et al 量測之最大靜摩擦阻力圖形 (M Redlich,et al, American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, 124(1): 69-73, 2003)；(右)本試行研究量測之最大靜摩擦
阻力圖形(由於使用“位移量控制模式”，因此位移量可以直接由時間
3-2 摩擦阻力測試結果
本研究第一部分最大靜摩擦阻力的測試，是以尺寸0.016 × 0.022 英吋 2 之 四 種 矯 正 線 ， 包 括 不 鏽 鋼 矯 正 線(ss1622)、LH 矯正線 (LH1622) 、 Sentalloy 鎳 鈦 合 金 線 (Sent1622) 及 鈦 鉬 合 金 線 (TMA1622)，搭配截徑尺寸 0.018 × 0.025 英吋 2之三種矯正器，包
本研究第一部分最大靜摩擦阻力的測試，是以尺寸0.016 × 0.022 英吋 2 之 四 種 矯 正 線 ， 包 括 不 鏽 鋼 矯 正 線(ss1622)、LH 矯正線 (LH1622) 、 Sentalloy 鎳 鈦 合 金 線 (Sent1622) 及 鈦 鉬 合 金 線 (TMA1622)，搭配截徑尺寸 0.018 × 0.025 英吋 2之三種矯正器，包