JP2000129314A - Composite body of hydroxyapatite and titanium and production of hydroxyapatite and titanium - Google Patents

Composite body of hydroxyapatite and titanium and production of hydroxyapatite and titanium

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JP2000129314A
JP2000129314A JP10305987A JP30598798A JP2000129314A JP 2000129314 A JP2000129314 A JP 2000129314A JP 10305987 A JP10305987 A JP 10305987A JP 30598798 A JP30598798 A JP 30598798A JP 2000129314 A JP2000129314 A JP 2000129314A
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titanium
composite
hydroxyapatite
layer
sintering
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Tsuneo Hiraide
恒男 平出
Yukio Kubota
幸雄 久保田
Shotaro Miyake
正太郎 三宅
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Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a composite body of hydroxyapatite and titanium excellent in bioaffinity and moreover provided with sufficient mechanical strength and to provide a producing method capable of producing this composite body by a simple method. SOLUTION: In a composite body 10a of hydroxyapatite and titanium having a mixed layer 103 contg. hydroxyapatite and titanium or a titanium alloy and a titanium layer 105 composed of titanium or a titanium alloy, at least a part of the composite body 10a is provided with a double structure in which the mixed layer 103 positions at the inside of the titanium layer 105. It is preferable that the titanium layer 105 and the mixed layer 103 are arranged on a concentric circle. Moreover, the composite body 10a is formed preferably by a discharge plasma sintering method.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明はハイドロキシアパタ
イトとチタンとの複合体、とくにバイオセラミックスと
して用いられるハイドロキシアパタイトとチタンとの複
合体およびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite of hydroxyapatite and titanium, and more particularly to a composite of hydroxyapatite and titanium used as bioceramics and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】セラミックスの中でもリン酸カルシウム
系セラミックスの1種であるハイドロキシアパタイト
は、骨の無機成分の構造に似ているため優れた生体適合
性を有し、人工歯根や骨充填材、歯科用セメント等の生
体材料として応用されている。
BACKGROUND ART Among ceramics, hydroxyapatite, which is a kind of calcium phosphate ceramics, has excellent biocompatibility because it resembles the structure of the inorganic component of bone, and has artificial roots, bone fillers, dental cements. It is applied as a biomaterial such as.

【0003】ところが、ハイドロキシアパタイトは機械
的強度、靭性等が十分ではなく、ハイドロキシアパタイ
ト単独での使用には限界があった。
However, hydroxyapatite has insufficient mechanical strength, toughness and the like, and there is a limit to the use of hydroxyapatite alone.

【0004】そこで、機械的強度、靭性等を十分に兼ね
備えるバイオセラミックスを得るために、例えば強靭で
成形性に優れる金属材料の表面にバイオセラミックス材
料をコーティングしたり、光重合性樹脂中に混合する
等、異種材料と複合化する方法が提案されている。
In order to obtain bioceramics having sufficient mechanical strength and toughness, for example, the surface of a tough and excellent moldable metal material is coated with a bioceramic material or mixed with a photopolymerizable resin. For example, a method of compounding with a different material has been proposed.

【0005】しかし、いずれも製造工程が煩雑で、また
時間を要するものであり、十分な強度、靭性等を備えた
生体材料を容易かつ短時間で製造する方法はなかった。
However, the production process is complicated and time-consuming, and there is no method for producing a biomaterial having sufficient strength and toughness easily and in a short time.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、生体
親和性に優れるとともに十分な機械的強度を備えるハイ
ドロキシアパタイトとチタンとの複合体およびかかる複
合体を簡易な方法で製造することができるハイドロキシ
アパタイトとチタンとの複合体の製造方法を提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a composite of hydroxyapatite and titanium having excellent biocompatibility and sufficient mechanical strength, and to produce such a composite by a simple method. An object of the present invention is to provide a method for producing a composite of hydroxyapatite and titanium.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
(1)〜(11)の本発明により達成される。
This and other objects are achieved by the present invention which is defined below as (1) to (11).

【0008】(1) ハイドロキシアパタイトとチタン
またはチタン系合金とを含む混合層と、チタンまたはチ
タン系合金からなるチタン層とを有するハイドロキシア
パタイトとチタンとの複合体において、前記複合体の少
なくとも一部に前記チタン層の内部に前記混合層が位置
する2重構造を有することを特徴とするハイドロキシア
パタイトとチタンとの複合体。
(1) In a composite of hydroxyapatite and titanium having a mixed layer containing hydroxyapatite and titanium or a titanium-based alloy, and a titanium layer made of titanium or a titanium-based alloy, at least a part of the composite A composite of hydroxyapatite and titanium, wherein the composite layer has a double structure in which the mixed layer is located inside the titanium layer.

【0009】(2) 前記複合体は放電プラズマ焼結法
により形成される上記(1)に記載のハイドロキシアパ
タイトとチタンとの複合体。
(2) The composite of hydroxyapatite and titanium according to (1), wherein the composite is formed by a spark plasma sintering method.

【0010】(3) 前記混合層中の前記ハイドロキシ
アパタイトの含有量は5〜50wt%である上記(1)ま
たは(2)に記載のハイドロキシアパタイトとチタンと
の複合体。
(3) The composite of hydroxyapatite and titanium according to (1) or (2), wherein the content of the hydroxyapatite in the mixed layer is 5 to 50% by weight.

【0011】(4) 前記混合層に含まれるチタンまた
はチタン系合金と前記チタン層に含まれるチタンまたは
チタン系合金とが同一組成のものである上記(1)ない
し(3)のいずれかに記載のハイドロキシアパタイトと
チタンとの複合体。
(4) The method according to any one of (1) to (3), wherein the titanium or titanium-based alloy contained in the mixed layer and the titanium or titanium-based alloy contained in the titanium layer have the same composition. Of hydroxyapatite and titanium.

【0012】(5) 前記混合層と前記チタン層とが同
心状または同心円状に配置されている上記(1)ないし
(4)のいずれかに記載のハイドロキシアパタイトとチ
タンとの複合体。
(5) The composite of hydroxyapatite and titanium according to any one of (1) to (4), wherein the mixed layer and the titanium layer are arranged concentrically or concentrically.

【0013】(6) ハイドロキシアパタイトとチタン
またはチタン系合金とを含む混合層と、チタンまたはチ
タン系合金からなるチタン層とを有し、前記チタン層の
内部に前記混合層の少なくとも一部または全部が位置す
るハイドロキシアパタイトとチタンとの複合体の製造方
法であって、前記複合体を放電プラズマ焼結法により焼
結し形成することを特徴とするハイドロキシアパタイト
とチタンとの複合体の製造方法。
(6) A mixed layer containing hydroxyapatite and titanium or a titanium-based alloy, and a titanium layer made of titanium or a titanium-based alloy, wherein at least a part or all of the mixed layer is provided inside the titanium layer. A method for producing a composite of hydroxyapatite and titanium, characterized by comprising sintering the composite by spark plasma sintering to form the composite.

【0014】(7) 前記焼結は焼結温度600℃以下
で行なう上記(6)に記載のハイドロキシアパタイトと
チタンとの複合体の製造方法。
(7) The method for producing a composite of hydroxyapatite and titanium according to (6), wherein the sintering is performed at a sintering temperature of 600 ° C. or lower.

【0015】(8) 前記ハイドロキシアパタイトを予
め700〜1300℃で仮焼結する上記(7)に記載の
ハイドロキシアパタイトとチタンとの複合体の製造方
法。
(8) The method for producing a composite of hydroxyapatite and titanium according to (7), wherein the hydroxyapatite is preliminarily sintered at 700 to 1300 ° C.

【0016】(9) 前記焼結は前記混合層および前記
チタン層の少なくとも1部を断熱材を介して加熱するこ
とにより行われる上記(6)ないし(8)のいずれかに
記載のハイドロキシアパタイトとチタンとの複合体の製
造方法。
(9) The hydroxyapatite according to any one of (6) to (8), wherein the sintering is performed by heating at least a part of the mixed layer and the titanium layer via a heat insulating material. A method for producing a composite with titanium.

【0017】(10) 前記焼結後加圧状態を解除して
放冷する上記(6)ないし(9)のいずれかに記載のハ
イドロキシアパタイトとチタンとの複合体の製造方法。
(10) The method for producing a composite of hydroxyapatite and titanium according to any one of the above (6) to (9), wherein the pressurized state is released after the sintering and the mixture is allowed to cool.

【0018】(11) 前記複合体は前記混合層と前記
チタン層とが同心状または同心円状に配置されてなる上
記(6)ないし(10)のいずれかに記載のハイドロキ
シアパタイトとチタンとの複合体の製造方法。
(11) The composite according to any one of (6) to (10), wherein the composite layer and the titanium layer are concentrically or concentrically arranged. How to make the body.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明のハイドロキシアパ
タイトとチタンとの複合体について詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the composite of hydroxyapatite and titanium according to the present invention will be described in detail.

【0020】本発明のハイドロキシアパタイトとチタン
との複合体(以下、「複合体」という)は、ハイドロキ
シアパタイトとチタンまたはチタン系合金とを含む混合
層と、チタンまたはチタン系合金からなるチタン層とを
有するものであって、前記複合体の少なくとも一部にチ
タン層の内部に前記混合層が位置する2重構造を有する
ことを特徴とする。
The composite of hydroxyapatite and titanium (hereinafter referred to as “composite”) according to the present invention comprises a mixed layer containing hydroxyapatite and titanium or a titanium-based alloy, and a titanium layer made of titanium or a titanium-based alloy. Wherein the composite has a double structure in which the mixed layer is located inside a titanium layer in at least a part of the composite.

【0021】このような2重構造とすることにより、複
合体内部を生体親和性に優れたものとし、かつ複合体表
面および全体の機械的強度を向上させることができる。
例えば、複合体の内部に位置する混合層は、ハイドロキ
シアパタイトを含有するため体液中での安定性に優れ、
骨との接合性の向上を図ることができる。一方、複合体
の表面に強靭なチタンまたはチタン系合金からなるチタ
ン層を設けることにより複合体全体の強度の向上を図る
とともに、複合体の表面に固定部材等を取付けた場合、
該固定部材を強固に支持することが可能となる。
By adopting such a double structure, the inside of the composite can be made excellent in biocompatibility, and the mechanical strength of the composite surface and the whole can be improved.
For example, the mixed layer located inside the composite has excellent stability in body fluids because it contains hydroxyapatite,
It is possible to improve the bonding property with the bone. On the other hand, by providing a titanium layer made of tough titanium or a titanium-based alloy on the surface of the composite to improve the strength of the entire composite, and when a fixing member or the like is attached to the surface of the composite,
The fixing member can be firmly supported.

【0022】混合層は、ハイドロキシアパタイトとチタ
ンまたはチタン系合金とを含むものである。チタンまた
はチタン系合金は生体為害性が極めて小さく、体液中で
金属イオンが溶出することが殆どないため、ハイドロキ
シアパタイトと複合化することによりハイドロキシアパ
タイトのもつ生体親和性を維持しつつ、機械的強度を向
上させることができる。
The mixed layer contains hydroxyapatite and titanium or a titanium-based alloy. Titanium or titanium-based alloys have extremely low harm to living organisms, and metal ions hardly elute in body fluids.Therefore, by combining with hydroxyapatite, the biocompatibility of hydroxyapatite is maintained while maintaining mechanical strength. Can be improved.

【0023】混合層中のハイドロキシアパタイトの含有
量は特に限定されないが、5〜50wt%程度が好まし
く、10〜50wt%がより好ましい。ハイドロキシアパ
タイトの含有量が5wt%未満であると、ハイドロキシア
パタイトの特性が失われ、生体親和性が低下するおそれ
がある。一方、50wt%を超えると用途によっては機械
的強度が不足する場合がある。
The content of hydroxyapatite in the mixed layer is not particularly limited, but is preferably about 5 to 50% by weight, more preferably 10 to 50% by weight. If the content of hydroxyapatite is less than 5% by weight, the properties of hydroxyapatite are lost, and the biocompatibility may be reduced. On the other hand, if it exceeds 50 wt%, the mechanical strength may be insufficient depending on the application.

【0024】上記ハイドロキシアパタイトは、いかなる
方法により形成されたものであってもよく、例えばハイ
ドロキシアパタイト粒子の強度の向上等を図るために仮
焼結を行ったもの等を用いることができる。この場合、
仮焼結は700〜1300℃程度の温度で行うことが好
ましい。このようなハイドロキシアパタイトを用いた場
合、ハイドロキシアパタイトとチタンとの複合体を60
0℃以下の低温焼結により製造することが可能となり、
焼結過程で生じるハイドロキシアパタイトの熱的分解を
効果的に抑制することができる。
The above-mentioned hydroxyapatite may be formed by any method, and for example, those which have been temporarily sintered to improve the strength of the hydroxyapatite particles and the like can be used. in this case,
The sintering is preferably performed at a temperature of about 700 to 1300 ° C. When such hydroxyapatite is used, a composite of hydroxyapatite and titanium is used for 60%.
It can be manufactured by low-temperature sintering of 0 ° C or less,
Thermal decomposition of hydroxyapatite generated in the sintering process can be effectively suppressed.

【0025】混合層に含まれるチタン系合金を構成する
チタン以外の金属元素としては特に限定されないが、耐
食性に優れ生体に安全であるものが好ましく、例えばC
r、Fe、Co、Cu、Mo、Ag、Au、Ni、P
d、Pt、Al、Nd、Sn、Zr等が挙げられ、これ
らを1種または2種以上を組合わせて用いることができ
る。チタン系合金中、これらの金属元素の含有量は、5
〜20wt%程度が好ましい。
The metal element other than titanium constituting the titanium-based alloy contained in the mixed layer is not particularly limited, but is preferably one having excellent corrosion resistance and being safe for living bodies.
r, Fe, Co, Cu, Mo, Ag, Au, Ni, P
d, Pt, Al, Nd, Sn, Zr, etc., and these can be used alone or in combination of two or more. In the titanium-based alloy, the content of these metal elements is 5
About 20% by weight is preferable.

【0026】また、混合層に含まれるチタンまたはチタ
ン系合金と、チタン層を構成するチタンまたはチタン系
合金とは、同一組成であっても異なる組成であってもよ
いが、同一組成であることが好ましい。これにより、混
合層とチタン層との接合性がより向上し、また複合体の
内部応力を低減することができ、混合層とチタン層との
層間剥離等を防止することができる。
The titanium or titanium-based alloy contained in the mixed layer and the titanium or titanium-based alloy constituting the titanium layer may be of the same composition or different compositions. Is preferred. Thereby, the bondability between the mixed layer and the titanium layer is further improved, the internal stress of the composite can be reduced, and delamination between the mixed layer and the titanium layer can be prevented.

【0027】また、混合層に含まれるチタンまたはチタ
ン系合金と、チタン層を構成するチタンまたはチタン系
合金とは、形態についても同一であっても異なるもので
あってもよく、例えば粉体材料を用いる場合、その粒形
状、平均粒径等は同一であっても相異なるものであって
もよい。
The form of the titanium or titanium-based alloy contained in the mixed layer and the form of the titanium or titanium-based alloy constituting the titanium layer may be the same or different. When they are used, their particle shapes, average particle diameters and the like may be the same or different.

【0028】本発明の複合体は、上記の混合層とチタン
層とが同心状または同心円状に配置されていることが好
ましい。これにより複合体の強度の偏りを低減し、耐久
性の向上を図ることができる。
In the composite of the present invention, the mixed layer and the titanium layer are preferably arranged concentrically or concentrically. Thereby, the unevenness of the strength of the composite can be reduced, and the durability can be improved.

【0029】次に、本発明のハイドロキシアパタイトと
チタンとの複合体の製造方法について添付図面に示す好
適実施形態に基づいて詳細に説明する。
Next, a method for producing a composite of hydroxyapatite and titanium according to the present invention will be described in detail based on a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.

【0030】図1は、本発明の複合体の製造方法に用い
られる成形型および材料充填治具の一例を示す縦断面
図、図2〜図10は本発明の複合体の製造方法の第1実
施形態を示す縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a molding die and a material filling jig used in the method for producing a composite according to the present invention, and FIGS. It is a longitudinal section showing an embodiment.

【0031】図1に示す成形用型1は、複合体を構成す
る材料を収容可能な中空部21を有する円筒形状の外型
2と、焼結材料を押圧するための押圧子3aと第2の押
圧子3bからなる一対の押圧子とを備えている。
A molding die 1 shown in FIG. 1 has a cylindrical outer die 2 having a hollow portion 21 capable of accommodating a material constituting a composite, a pressing element 3a for pressing a sintered material, and a second And a pair of pressing elements composed of the pressing elements 3b.

【0032】まず、成形用型1内にチタンまたはチタン
系合金粉末からなるチタン層材料5aを充填する。充填
は図1に示すように材料充填治具8を用いて行われる。
これにより、チタン層材料5aは突起部82の周囲に環
状に充填される。
First, a titanium layer material 5a made of titanium or a titanium-based alloy powder is filled in the molding die 1. Filling is performed using a material filling jig 8 as shown in FIG.
As a result, the titanium layer material 5a is annularly filled around the protrusion 82.

【0033】材料充填治具8は、外型2の中空部21に
嵌合可能な嵌合部81と、中空部21に挿入可能な突起
部82とから構成されている。嵌合部81と突起部82
とはともに断面形状が円形であって同心円状に設けられ
ている。材料充填治具8の構成材料としては特に限定さ
れず、例えば金属等が挙げられる。
The material filling jig 8 includes a fitting portion 81 that can be fitted into the hollow portion 21 of the outer mold 2 and a projection 82 that can be inserted into the hollow portion 21. Fitting portion 81 and protrusion 82
Both have a circular cross section and are provided concentrically. The constituent material of the material filling jig 8 is not particularly limited, and examples thereof include metal.

【0034】外型2には同心円状に中空部21が形成さ
れており、内周面には導電性を有するカーボンシート7
が設けられている。これによりチタン層材料5aと中空
部21の内周面との間にクッション材として介在し、チ
タン層材料5aに含まれるチタン等の金属材料が外型2
を構成するカーボンと反応し、内周面に固着すること等
を防止することができる。さらに、焼結時に各押圧子が
外型2の内周面に食いつくことを防止し、円滑に摺動さ
せることができる。
A hollow portion 21 is formed concentrically on the outer die 2, and a conductive carbon sheet 7 is formed on the inner peripheral surface.
Is provided. As a result, a metal material such as titanium contained in the titanium layer material 5a is interposed as a cushion material between the titanium layer material 5a and the inner peripheral surface of the hollow portion 21 and the outer mold 2 is formed.
Can be prevented from reacting with the carbon constituting and fixing to the inner peripheral surface. Further, it is possible to prevent each pressing element from digging into the inner peripheral surface of the outer mold 2 at the time of sintering, and to smoothly slide.

【0035】外型2の構成材料としては、放電プラズマ
焼結に好適な導電性材料であることが好ましく、例え
ば、超硬金属、超硬合金、炭素系材料等が挙げられ、な
かでも炭素系材料がより好ましい。
The constituent material of the outer mold 2 is preferably a conductive material suitable for spark plasma sintering, for example, a cemented metal, a cemented carbide, a carbon-based material, etc. Materials are more preferred.

【0036】材料充填治具8を図2に示すように嵌合部
81を中空部21に嵌合させ取り付ける。突起部82の
表面は、圧粉体からの離型性を良好に保つためテフロン
シート88で被覆されている。
As shown in FIG. 2, the material filling jig 8 is fitted by fitting the fitting portion 81 to the hollow portion 21. The surface of the projection 82 is covered with a Teflon sheet 88 in order to keep good releasability from the green compact.

【0037】次に、図3に示すように、材料充填治具8
が取付けられた外型2にチタン層材料5aが充填され
る。チタン層材料5aの形態は、粉状体、ブロック体等
の塊状物等いかなるものでもよいが、充填量の調節の容
易さ等から粉状体がより好ましい。チタン層材料5aが
粉状物である場合、チタンまたはチタン系合金粉末は平
均粒径10〜400μm程度のものが好ましく用いられ
る。粒径が小さ過ぎる場合二次凝集を生じる等、取扱性
に劣るおそれがあり、粒径が大き過ぎると、特に精緻な
形状の複合体を製造する場合、混合層との界面での接合
不良や欠けの発生等、加工性が悪くなる場合がある。
Next, as shown in FIG.
Is filled with the titanium layer material 5a. The titanium layer material 5a may be in any form such as a powder or a block such as a block, but a powder is more preferable because of easy adjustment of the filling amount. When the titanium layer material 5a is a powder, a titanium or titanium-based alloy powder having an average particle size of about 10 to 400 μm is preferably used. If the particle size is too small, secondary agglomeration may occur, and the handleability may be poor.If the particle size is too large, particularly when producing a complex having a precise shape, poor bonding at the interface with the mixed layer or There is a case where the workability is deteriorated such as the occurrence of chipping.

【0038】次に、図4および図5に示すように環状に
充填されたチタン層材料5aを環状の圧縮用押圧子91
により圧縮し、チタン層材料5aからなる圧粉体51a
を形成する。予め圧粉体51aを形成することにより、
焼結後の強度および接合力をより向上させ、また、気孔
率、気孔径等をより精度よく制御することができる。
Next, as shown in FIGS. 4 and 5, the titanium layer material 5a filled in an annular shape is pressed into an annular pressing member 91 for compression.
Compact 51a made of titanium layer material 5a
To form By forming the green compact 51a in advance,
The strength and bonding strength after sintering can be further improved, and the porosity, the pore diameter, and the like can be controlled more accurately.

【0039】さらに、層ごとに圧粉体を形成すれば、焼
結後の密度、強度等を層ごとに調整することができると
ともに、層が押圧方向と直交する方向に積層する2重構
造を構成するように異なる材料の充填を容易に行うこと
ができる。
Further, if a green compact is formed for each layer, the density, strength, etc. after sintering can be adjusted for each layer, and a double structure in which the layers are stacked in a direction perpendicular to the pressing direction can be obtained. Different materials can be easily filled as configured.

【0040】圧粉体51a形成時の押圧力は、チタン層
材料5aの組成、形態等に応じて適宜選択されるが、1
00〜500kgf/cm2の範囲であることが好ましい。圧
縮用押圧子91は、外型2の中空部21に摺動可能に嵌
合する環状体であって、その中心軸に対し同心円状に中
空部910が形成されている。中空部910は材料充填
治具8の突起部82を摺動可能に嵌合するよう形成され
ている。これによりチタン層材料5aを圧縮し、環状の
圧粉体51aを形成することができる。圧縮用押圧子9
1の構成材料としては、例えば金属製のものが用いられ
る。
The pressing force at the time of forming the green compact 51a is appropriately selected according to the composition and form of the titanium layer material 5a.
It is preferably in the range of 00 to 500 kgf / cm 2 . The compression pressing element 91 is an annular body that is slidably fitted to the hollow portion 21 of the outer die 2, and has a hollow portion 910 formed concentrically with the center axis thereof. The hollow portion 910 is formed so as to slidably fit the projection 82 of the material filling jig 8. Thereby, the titanium layer material 5a can be compressed, and the annular green compact 51a can be formed. Compression presser 9
As the constituent material of 1, for example, a metal material is used.

【0041】圧縮体51aを形成する方法としては特に
限定されず、図示のような押圧子を用いた一軸成形法の
他、例えば冷間等方加圧法(CIP)、熱間等方加圧法
(HIP)等が挙げられるが、一軸成形法がより好まし
い。一軸成形法は製造方法が単純でかつ最も量産性に優
れている。なお、チタン層材料5aがブロック体である
場合には、圧粉体を形成する工程を省略することができ
る。
The method for forming the compression body 51a is not particularly limited, and may be, for example, a cold isostatic pressing method (CIP) or a hot isostatic pressing method (CIP), in addition to the uniaxial forming method using a pressing element as shown in the figure. HIP) and the like, but a uniaxial molding method is more preferable. The uniaxial molding method has a simple manufacturing method and is most excellent in mass productivity. When the titanium layer material 5a is a block, the step of forming a green compact can be omitted.

【0042】圧粉体51aを形成後、材料充填治具8を
図5に示すように円柱形状の第1の押圧子3aに交換す
る。これにより圧粉体51aの中空部に新たな材料を充
填することが可能となる。
After the green compact 51a is formed, the material filling jig 8 is replaced with a cylindrical first pressing element 3a as shown in FIG. This makes it possible to fill the hollow portion of the green compact 51a with a new material.

【0043】第1の押圧子3aは、外型2の中空部21
に嵌合可能に構成されている。第1の押圧子3aの構成
材料としては、外型2と同様のものが挙げられ、例えば
炭素系材料等が好ましく用いられる。
The first pressing member 3a is provided with the hollow portion 21 of the outer mold 2.
Is configured to be fittable. As a constituent material of the first pressing element 3a, the same material as that of the outer mold 2 can be used, and for example, a carbon-based material is preferably used.

【0044】圧粉体51aおよび第1の押圧子3aとの
間には、カーボンシート7を挟むことが好ましい。これ
により圧粉体51aおよび第1の押圧子3aとの溶着等
の相互作用を防止し、焼結後、複合体の取出しを容易に
することができる。
It is preferable that the carbon sheet 7 is interposed between the green compact 51a and the first pressing element 3a. Thereby, interaction such as welding between the green compact 51a and the first pressing element 3a can be prevented, and after sintering, the composite can be easily taken out.

【0045】次に、図6に示すように圧縮用押圧子91
の中空部910から、ハイドロキシアパタイトとチタン
またはチタン系合金からなる混合層材料5bを充填す
る。
Next, as shown in FIG.
Is filled with a mixed layer material 5b composed of hydroxyapatite and titanium or a titanium-based alloy.

【0046】混合層材料5bの形態は、粉状物、ブロッ
ク体等の塊状物等いかなるものでもよいが、充填量の調
節の容易さ等から粉状物がより好ましい。粉状物である
場合、ハイドロキシアパタイトは平均粒径1〜500μ
m程度のものが好ましく、チタンまたはチタン系合金粉
末は平均粒径10〜400μm程度のものが好ましく用
いられる。
The form of the mixed layer material 5b may be any form such as a powdery substance or a block such as a block, but a powdery substance is more preferable because of easy adjustment of the filling amount. In the case of a powdery substance, hydroxyapatite has an average particle size of 1 to 500 μm.
m, and titanium or titanium-based alloy powder having an average particle size of about 10 to 400 μm is preferably used.

【0047】そして、図7、図8に示すように柱状の圧
縮用押圧子92により混合層材料5bを圧縮し、図9に
示すような圧粉体51bを作製する。圧縮用押圧子92
は、圧縮用押圧子91の中空部910に嵌入および摺動
可能な円柱形状であって、例えば金属材料から構成され
ている。
Then, as shown in FIGS. 7 and 8, the mixed layer material 5b is compressed by a columnar compression pressing element 92 to produce a green compact 51b as shown in FIG. Compression presser 92
Is a cylindrical shape that can be fitted and slid into the hollow portion 910 of the compression pressing element 91, and is made of, for example, a metal material.

【0048】圧粉体51b形成時の押圧力は、混合層材
料5bの組成や形態等に応じて適宜選択されるが、10
0〜500kgf/cm2の範囲であることが好ましい。
The pressing force at the time of forming the green compact 51b is appropriately selected according to the composition and form of the mixed layer material 5b.
It is preferably in the range of 0 to 500 kgf / cm 2 .

【0049】このとき、圧粉体51aの形成時とは異な
る圧縮比で圧粉体51bを形成すれば、焼結後の密度、
強度等を層ごとに変化させた複合体を得ることができ
る。したがって、例えば、混合層とチタン層との熱膨張
係数が大きく異なる場合、熱膨張係数の大きい層の材料
の圧縮比を小さく、熱膨張係数の小さい材料の圧縮比を
大きくすることで熱応力の緩和を図り、層間の接合強度
の向上およびクラックの発生等を防止することができ
る。また、複合体の焼結後の形状も精度よく制御するこ
とが可能になる。
At this time, if the green compact 51b is formed at a compression ratio different from that at the time of forming the green compact 51a, the density after sintering,
A composite in which the strength and the like are changed for each layer can be obtained. Therefore, for example, when the thermal expansion coefficients of the mixed layer and the titanium layer are significantly different, the compression ratio of the material of the layer having the large thermal expansion coefficient is made small, and the compression ratio of the material having the small thermal expansion coefficient is made large. It is possible to improve the bonding strength between the layers and prevent the occurrence of cracks and the like. In addition, the shape of the composite after sintering can be accurately controlled.

【0050】チタン層材料5aと混合層材料5bとを相
異なる圧縮比で圧粉体を形成する場合、圧縮比の制御方
法としては、例えば、図7および図8に示すように圧縮
用押圧子91と92とを相異なる長さ(突出量)とし、
圧縮用押圧子ごとに押込み量を変えることにより圧縮比
を調節することができる。なお、本発明では、チタン層
材料5aと混合層材料5bとを同じ圧縮比で圧粉体を形
成した後、放電プラズマ焼結を行ってもよい。
When a green compact is formed by compressing the titanium layer material 5a and the mixed layer material 5b at different compression ratios, the compression ratio may be controlled by, for example, as shown in FIG. 7 and FIG. 91 and 92 have different lengths (projection amounts),
The compression ratio can be adjusted by changing the pushing amount for each compression pressing element. In the present invention, spark plasma sintering may be performed after forming a green compact with the same compression ratio of the titanium layer material 5a and the mixed layer material 5b.

【0051】圧縮体51bを形成する方法としては圧縮
体51aを形成する場合と同様の方法が挙げられるが、
一軸成形法が好ましい。また、混合層材料5bがブロッ
ク体である場合、圧粉体を形成する工程を省略すること
ができる。
As a method for forming the compression body 51b, the same method as that for forming the compression body 51a can be mentioned.
Uniaxial molding is preferred. When the mixed layer material 5b is a block, the step of forming a green compact can be omitted.

【0052】以上のようにして、チタン層材料5aの内
部に混合層材料5bが同心円状に位置するように外型2
内に充填される。このように、チタン層材料5aと混合
層材料5bとを同心状または同心円状に配置し、押圧・
焼結することにより、加圧方向と直交する方向(径方
向)における温度および圧力分布に関し均一にすること
ができ、より強度に優れた複合体を作製することができ
る。
As described above, the outer mold 2 is placed so that the mixed layer material 5b is located concentrically inside the titanium layer material 5a.
Is filled in. In this way, the titanium layer material 5a and the mixed layer material 5b are arranged concentrically or concentrically,
By sintering, the temperature and pressure distribution in a direction (radial direction) orthogonal to the pressing direction can be made uniform, and a composite having more excellent strength can be manufactured.

【0053】次に、図10に示すように圧縮用押圧子9
1、92を第2の押圧子3bに交換する。第2の押圧子
3bは円柱形状で、外型2の中空部21に摺動可能に嵌
合するよう形成されている。
Next, as shown in FIG.
1 and 92 are exchanged for the second pressing element 3b. The second pressing element 3b has a cylindrical shape and is formed so as to slidably fit in the hollow portion 21 of the outer mold 2.

【0054】圧縮用押圧子91、92を第2の押圧子3
bに交換後、成形用型1を図14に示すような放電プラ
ズマ焼結装置70にセットした後、放電プラズマ焼結法
により焼結し複合体を製造する。
The compression pressing members 91 and 92 are connected to the second pressing member 3.
After the replacement with b, the molding die 1 is set in a discharge plasma sintering apparatus 70 as shown in FIG. 14, and then sintered by a discharge plasma sintering method to produce a composite.

【0055】放電プラズマ焼結装置70は、真空チャン
バー76と、上下一対の加圧ラム74、75と、パルス
電圧を発生させる焼結用電源72と、加圧ラム74、7
5を昇降駆動する油圧式の加圧駆動機構73と、これら
を制御する制御部71とを有している。
The discharge plasma sintering apparatus 70 includes a vacuum chamber 76, a pair of upper and lower pressurizing rams 74, 75, a sintering power supply 72 for generating a pulse voltage, and pressurizing rams 74, 7.
5 has a hydraulic pressurizing drive mechanism 73 that drives up and down the actuator 5 and a control unit 71 that controls these mechanisms.

【0056】上述した圧粉体51a、51bを装入した
成形用型1は、真空チャンバー76内の加圧ラム74、
75間にセットされる。真空チャンバー76内を真空ポ
ンプ77により脱気し、真空状態(減圧状)あるいは真
空チャンバー76内を不活性ガス雰囲気として焼結を行
うことが好ましい。これによって、真空チャンバー76
内の酸素、窒素、水等と圧粉体51a、51b等の被焼
結物に含まれる反応性の高い成分等とが反応し、焼結体
に好ましくない影響を及ぼすことを回避できる。
The molding die 1 into which the above-mentioned compacts 51a and 51b are loaded is provided with a pressurizing ram 74 in a vacuum chamber 76,
Set between 75. The inside of the vacuum chamber 76 is preferably degassed by a vacuum pump 77, and sintering is preferably performed in a vacuum state (in a reduced pressure state) or in an inert gas atmosphere in the vacuum chamber 76. This allows the vacuum chamber 76
Oxygen, nitrogen, water, and the like therein can react with highly reactive components and the like contained in the sintering object such as the green compacts 51a and 51b, thereby avoiding undesirable effects on the sintered body.

【0057】制御部71は、成形用型1に設置された図
示しない温度センサー(熱電対)により検出される材料
温度が予め設定された昇温曲線と一致するように焼結用
電源72の出力を制御する。また、制御部71は、加圧
駆動機構73および真空ポンプ77の駆動を制御する。
The control unit 71 controls the output of the sintering power supply 72 so that the material temperature detected by a temperature sensor (thermocouple) (not shown) installed on the molding die 1 matches a preset temperature rising curve. Control. Further, the control unit 71 controls the driving of the pressure driving mechanism 73 and the vacuum pump 77.

【0058】上下一対の第1の押圧子3a、第2の押圧
子3bは、各々加圧ラム74および75に固定されてお
り、加圧ラム74、75内に設けられた給電端子(図示
せず)により焼結用電源72と電気的に接続されてい
る。加圧駆動機構73の作動により、加圧ラム74、7
5を互いに接近する方向に移動し、これらに固定された
第1の押圧子3a、第2の押圧子3bで圧粉体51a、
51bを圧縮する。
A pair of upper and lower first pressing members 3a and second pressing members 3b are fixed to pressing rams 74 and 75, respectively, and feed terminals (not shown) provided in the pressing rams 74 and 75 are provided. ) Is electrically connected to the power source 72 for sintering. By the operation of the pressure drive mechanism 73, the pressure rams 74, 7
5 are moved in a direction approaching each other, and the first pressing member 3a and the second pressing member 3b fixed to them move the green compact 51a,
Compress 51b.

【0059】このとき、圧粉体51a、圧粉体51bと
第1の押圧子3aおよび第2の押圧子3bとの間には、
各々断熱材4を介在させることが好ましい。これによ
り、電流が第1の押圧子3aまたは第2の押圧子3bに
集中した場合、過熱した第1の押圧子3aまたは第2の
押圧子3bから圧粉体51a等への熱の拡散が遮断さ
れ、局所的な加熱および高温化を防止する。したがっ
て、圧粉体51a等の焼結時の温度が均一化され、均質
で高品位な焼結体を得ることができる。
At this time, between the green compacts 51a and 51b and the first pressing element 3a and the second pressing element 3b,
It is preferable to interpose the heat insulating material 4 in each case. Accordingly, when the current is concentrated on the first pressing member 3a or the second pressing member 3b, the diffusion of heat from the overheated first pressing member 3a or the second pressing member 3b to the green compact 51a or the like is prevented. Is shut off, preventing local heating and high temperature. Therefore, the temperature during sintering of the green compact 51a and the like is made uniform, and a homogeneous and high-quality sintered body can be obtained.

【0060】断熱材4としては、例えば非導電性物質で
あって難焼結性であるアルミナ粉体等が好ましく用いら
れる。
As the heat insulating material 4, for example, alumina powder which is a non-conductive substance and is hardly sintered is preferably used.

【0061】さらに、断熱材4と、圧粉体51a、51
bおよび第1の押圧子3a、第2の押圧子3bとの間に
は各々カーボンシート7を介在させることが好ましい。
Further, the heat insulating material 4 and the green compacts 51a, 51
It is preferable that a carbon sheet 7 is interposed between each of the first pressing member 3a and the first pressing member 3a and the second pressing member 3b.

【0062】放電プラズマ焼結は、第1の押圧子3a、
第2の押圧子3bおよび外型2を通してパルス電圧を印
可し、圧縮通電系を加熱する。焼結系の温度が所定温度
に達したら、かかる温度で一定時間保持し、複合体10
aを形成する。
The discharge plasma sintering is performed by the first pressing member 3a,
A pulse voltage is applied through the second pressing element 3b and the outer mold 2 to heat the compression energizing system. When the temperature of the sintering system reaches a predetermined temperature, the sintering system is maintained at the temperature for a certain period of time, and the composite 10
a is formed.

【0063】焼結温度としては特に限定されないが、6
00℃以下が好ましい。焼結温度が高すぎる場合、ハイ
ドロキシアパタイトが過焼結状態となって分解したり、
複合体にクラック等が発生し強度が著しく低下するおそ
れがある。
The sintering temperature is not particularly limited.
00 ° C or lower is preferred. If the sintering temperature is too high, hydroxyapatite will be over-sintered and decompose,
Cracks and the like may occur in the composite and the strength may be significantly reduced.

【0064】また、焼結時間は5〜20分程度とするこ
とが好ましい。加圧力は100〜600kgf/cm2程度と
することが好ましく、200〜500kgf/cm2程度がよ
り好ましい。
The sintering time is preferably about 5 to 20 minutes. Pressure is preferably in the 100~600kgf / cm 2 approximately about 200 to 500 kgf / cm 2 is more preferable.

【0065】放電プラズマ焼結法は、圧粉体粒子間隙に
直接パルス状の電気エネルギーを投入し、火花放電によ
り瞬時に発生する高温プラズマの高エネルギーを熱拡散
・電界拡散等へ効果的に応用することで、ホットプレス
法等に比べ、昇温、保持時間を含め、数分〜数十分の短
時間で焼結あるいは焼結接合を可能とする。また、放電
点の分散による均等加熱により、均質で接合強度に優れ
た高品位の複合体を容易かつ高効率で製造することがで
きる。
In the discharge plasma sintering method, pulsed electric energy is directly applied to the gap between the compact particles, and the high energy of the high-temperature plasma instantaneously generated by spark discharge is effectively applied to thermal diffusion, electric field diffusion, and the like. By doing so, sintering or sintering can be performed in a short time of several minutes to tens of minutes, including a temperature rise and a holding time, as compared with a hot press method or the like. In addition, a uniform high-quality composite having excellent bonding strength can be easily and efficiently produced by uniform heating by dispersion of discharge points.

【0066】また、放電プラズマ焼結法によれば、材料
の充填、必要に応じて行う圧粉体化、および焼結の各工
程を1つの外型2内で行うことが可能であり、製造コス
トの低減を図ることも可能である。
According to the spark plasma sintering method, the steps of filling the material, compacting as necessary, and sintering can be performed in one outer mold 2. It is also possible to reduce costs.

【0067】上記の焼結温度で所定時間保持した後放冷
し、成形用型1から複合体10aを取出す。
After maintaining at the above-mentioned sintering temperature for a predetermined time, it is left to cool, and the composite 10 a is taken out from the molding die 1.

【0068】放冷の際には、複合体10aの加圧状態を
解除して放冷することが好ましい。通常、焼結後、焼結
体は加圧状態で成形パンチ等を介して水冷されるが、本
発明では、比較的強度の小さいハイドロキシアパタイト
とチタン等の金属との複合体であって両材料の熱膨張係
数および強度の差が大きいため、熱応力によるクラック
や欠けが発生するおそれがある。このため加圧状態を解
除して放冷することが好ましい。
At the time of cooling, it is preferable to release the pressurized state of the composite 10a and allow it to cool. Usually, after sintering, the sintered body is water-cooled through a forming punch or the like in a pressurized state. However, in the present invention, the sintered body is a composite of relatively small-strength hydroxyapatite and a metal such as titanium. Since there is a large difference between the thermal expansion coefficient and the strength, there is a possibility that cracks or chips may occur due to thermal stress. For this reason, it is preferable to release the pressurized state and allow it to cool.

【0069】以上のような方法により、図12および図
13に示すようにチタン層105と混合層103とが同
心円状に設けられた2重構造のハイドロキシアパタイト
とチタンとの複合体10aが得られる。
According to the above-described method, a composite 10a of hydroxyapatite and titanium having a double structure in which the titanium layer 105 and the mixed layer 103 are provided concentrically as shown in FIGS. 12 and 13 is obtained. .

【0070】図11は本発明のハイドロキシアパタイト
とチタンとの複合体の製造方法の第2実施形態を示す縦
断面図である。
FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the method for producing a composite of hydroxyapatite and titanium according to the present invention.

【0071】本実施形態により製造される複合体10b
は、混合層103とチタン層105とからなる2重構造
部分の上下にチタン層106が設けられている点で上記
第1実施形態の場合と異なる。このような構造の複合体
10bでは、チタン層105が全表面を構成しているた
め、複合体10bの機械的強度、耐摩耗性および外形形
状の維持性等をより向上させることができる。
The composite 10b manufactured according to the present embodiment
Is different from the first embodiment in that titanium layers 106 are provided above and below a double structure portion composed of a mixed layer 103 and a titanium layer 105. In the composite 10b having such a structure, since the titanium layer 105 constitutes the entire surface, the mechanical strength, abrasion resistance, maintenance of the external shape, and the like of the composite 10b can be further improved.

【0072】複合体10bの作製方法は特に限定されな
いが、例えば予め別に作製されたチタン層106の材料
からなる圧粉体と、第1実施形態と同様の方法により成
形された圧粉体51a、51bとを外型内で重ね合わ
せ、これらを同時焼結すること等により複合体10bを
作製することができる。この場合、図に示すようにチタ
ン層106と第1の押圧子3aおよび第2の押圧子3b
との間には、各々断熱材4を介在させることが好まし
い。
The method for producing the composite 10b is not particularly limited. For example, a green compact made of the material of the titanium layer 106 separately prepared in advance and a green compact 51a molded by the same method as in the first embodiment are used. The composite 10b can be manufactured by superposing 51b with the outer mold and simultaneously sintering them. In this case, as shown in the figure, the titanium layer 106, the first pressing member 3a and the second pressing member 3b
It is preferable to interpose the heat insulating material 4 between the two.

【0073】なお、チタン層105およびチタン層10
6の組成および形態等は、同一であっても異なるもので
あってもよい。
The titanium layer 105 and the titanium layer 10
The composition, form and the like of 6 may be the same or different.

【0074】以上、本発明のハイドロキシアパタイトと
チタンとの複合体およびその製造方法を図示の各実施形
態について説明したが、本発明はこれらに限定されるも
のではなく、例えば混合層を多孔体としてもよく、さら
に複合体には混合層とチタン層の他に第3の層を設けた
ものであってもよい。
The composite of hydroxyapatite and titanium according to the present invention and the method for producing the same have been described with reference to the illustrated embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments. The composite may be provided with a third layer in addition to the mixed layer and the titanium layer.

【0075】[0075]

【実施例】次に、本発明の具体的実施例について説明す
る。 1.ハイドロキシアパタイトとチタンとの複合体の作製 (実施例1)図1に示す材料充填治具および成形用型を
用いて、複合体10aを作製した。
Next, specific examples of the present invention will be described. 1. Production of Composite of Hydroxyapatite and Titanium (Example 1) A composite 10a was produced using a material filling jig and a molding die shown in FIG.

【0076】チタン層材料としてTi粉末(平均粒径:
25μm)5.30gを使用し、一方、混合層材料とし
て、大気炉で950℃で仮焼結した球状ハイドロキシア
パタイト粉末(平均粒径:10μm)0.48gと、T
i粉末(平均粒径:25μm)1.12gとの混合粉末
を使用した。
As a titanium layer material, Ti powder (average particle size:
On the other hand, as a mixed layer material, 0.48 g of spherical hydroxyapatite powder (average particle size: 10 μm) temporarily sintered at 950 ° C. in an air furnace, and T
A mixed powder with 1.12 g of i powder (average particle size: 25 μm) was used.

【0077】まず、外径40mm、内径10.4mmのカー
ボン製外型2の中空部21の一端側に、材料充填治具8
を嵌入した(図2)。なお、材料充填治具8は、嵌合部
81の外径10mm、突起部82の外径5mmのものを用い
た。
First, a material filling jig 8 is placed at one end of a hollow portion 21 of a carbon outer mold 2 having an outer diameter of 40 mm and an inner diameter of 10.4 mm.
(FIG. 2). The material filling jig 8 used had an outer diameter of the fitting portion 81 of 10 mm and an outer diameter of the projection 82 of 5 mm.

【0078】中空部21からチタン層材料5aを装入し
(図3)、金属製圧縮用押圧子91(外径10mm、内径
5mm)を使用して(図4)、チタン層材料5aを圧縮し
圧粉体51aを形成した(図5)。圧粉体51aの形成
時の圧縮力は200kgf/cm2とした。
The titanium layer material 5a is charged from the hollow portion 21 (FIG. 3), and the titanium layer material 5a is compressed using a metal compression presser 91 (outer diameter 10 mm, inner diameter 5 mm) (FIG. 4). A green compact 51a was formed (FIG. 5). The compression force at the time of forming the green compact 51a was 200 kgf / cm 2 .

【0079】次に、材料充填用治具8をカーボン製の第
1の押圧子3a(外径10mm)に交換した(図5)。圧
縮用押圧子91の中空部910から上記混合層材料5b
を装入し(図6)、これを金属製の圧縮用押圧子92
(外径5mm)で圧縮し、圧粉体51bを形成した(図7
〜図9)。
Next, the material filling jig 8 was replaced with a first pressing member 3a (outer diameter 10 mm) made of carbon (FIG. 5). From the hollow portion 910 of the compression pressing element 91, the mixed layer material 5b
(FIG. 6), and the metal compression presser 92
(Outer diameter 5 mm) to form a green compact 51b (FIG. 7).
To FIG. 9).

【0080】その後、圧縮用押圧子91、92をカーボ
ン製の第2の押圧子3b(外径10mm)に交換した(図
10)。
Thereafter, the compression pressers 91 and 92 were replaced with carbon second pressers 3b (outer diameter 10 mm) (FIG. 10).

【0081】このとき、圧粉体51a、51bと第1の
押圧子3aおよび第2の押圧子3bとの間に各々断熱材
4としてアルミナ粉体(平均粒径0.15μm)2.5
gづつを介在させた。さらに、断熱材4と圧粉体51
a、51bとの間、断熱材4と第1の押圧子3aおよび
第2の押圧子3bとの間に各々カーボンシート7を挟ん
だ。
At this time, between the green compacts 51a and 51b and the first presser 3a and the second presser 3b, alumina powder (average particle size 0.15 μm) 2.5
g each. Further, the heat insulating material 4 and the green compact 51
a and 51b, and the carbon sheet 7 was interposed between the heat insulating material 4 and the first and second pressers 3a and 3b, respectively.

【0082】これを放電プラズマ焼結装置(住友石炭鉱
業(株)製SPS−510L)にセッティングし、焼結
系内を真空状態とした。
This was set in a discharge plasma sintering apparatus (SPS-510L manufactured by Sumitomo Coal Mining Co., Ltd.), and the sintering system was evacuated.

【0083】次に、上下から押圧力350kgf/cm2で圧
粉体51aおよび51bを押圧し、パルス電圧(パルス
条件=12:2)を印可して圧縮通電系を加熱し焼結を
行った。焼結条件は、焼結温度:550℃、焼結時間
(保持時間):10分とした。
Next, the compacts 51a and 51b were pressed from above and below with a pressing force of 350 kgf / cm 2 , and a pulse voltage (pulse condition = 12: 2) was applied to heat the compression energizing system to perform sintering. . The sintering conditions were as follows: sintering temperature: 550 ° C., sintering time (holding time): 10 minutes.

【0084】焼結後、加圧状態を解除して室温で放冷
し、成形用型1から図12および図13に示す複合体1
0aを取出した。
After sintering, the pressurized state was released and the mixture was allowed to cool at room temperature, and the composite 1 shown in FIGS.
0a was taken out.

【0085】複合体10aは、同心円状に外層がチタン
層105、内層が混合層103から構成されるものであ
った。
The composite 10a had a concentric outer layer composed of the titanium layer 105 and an inner layer composed of the mixed layer 103.

【0086】混合層およびチタン層の組成、焼結条件等
を表1および表2に示す。
Tables 1 and 2 show the compositions and sintering conditions of the mixed layer and the titanium layer.

【0087】[0087]

【表1】 [Table 1]

【0088】[0088]

【表2】 [Table 2]

【0089】(実施例2)ハイドロキシアパタイトの仮
焼結温度と平均粒径、混合層の組成および焼結温度を変
えた以外は実施例1と同様にして複合体を作製した。
Example 2 A composite was produced in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature and average particle size of hydroxyapatite, the composition of the mixed layer, and the sintering temperature were changed.

【0090】(実施例3)ハイドロキシアパタイトの仮
焼結温度と平均粒径、チタン粉末の平均粒径および焼結
条件(温度、加圧力)を変えた以外は実施例1と同様に
して複合体を作製した。
Example 3 A composite was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature and average particle size of hydroxyapatite, the average particle size of titanium powder, and the sintering conditions (temperature and pressure) were changed. Was prepared.

【0091】(実施例4)ハイドロキシアパタイトの仮
焼結温度と平均粒径およびチタン粉末の平均粒径を変え
た以外は実施例1と同様にして複合体を作製した。
Example 4 A composite was produced in the same manner as in Example 1, except that the sintering temperature and average particle size of hydroxyapatite and the average particle size of titanium powder were changed.

【0092】(実施例5)ハイドロキシアパタイトの仮
焼結温度と平均粒径、混合層の組成および焼結条件(温
度、加圧力、時間)を変えた以外は実施例1と同様にし
て複合体を作製した。
Example 5 A composite was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature and average particle size of hydroxyapatite, the composition of the mixed layer, and the sintering conditions (temperature, pressure, time) were changed. Was prepared.

【0093】(比較例1)内層および外層を同一の混合
層材料で構成し、焼結温度を変えた以外は実施例1と同
様にして複合体を作製した。
Comparative Example 1 A composite was produced in the same manner as in Example 1 except that the inner layer and the outer layer were made of the same mixed layer material, and the sintering temperature was changed.

【0094】(比較例2)焼結温度を変えた以外は比較
例1と同様にして複合体を作製した。
Comparative Example 2 A composite was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the sintering temperature was changed.

【0095】2.複合体の品質評価 水中浸漬試験 実施例1〜5および比較例1、2で作製した複合体10
aを成形用型から取出した後、断熱材として用いたアル
ミナ粉体およびカーボンシートを除去し、さらに複合体
10a表面のカーボンシートとの接触面をグラインダー
で削り取った。
2. Quality evaluation of composite Underwater immersion test Composite 10 produced in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2
After removing a from the molding die, the alumina powder and the carbon sheet used as the heat insulating material were removed, and the contact surface of the composite 10a surface with the carbon sheet was scraped off with a grinder.

【0096】この複合体を20倍量の純水中に浸積し、
室温下で3日間放置した後、浸漬液のpH値をペーハー
メーターで測定した。さらに、浸漬後、複合体の崩壊現
象の有無を目視で確認した。
This complex is immersed in a 20-fold amount of pure water,
After leaving at room temperature for 3 days, the pH value of the immersion liquid was measured with a pH meter. Furthermore, after the immersion, the presence or absence of the collapse phenomenon of the composite was visually confirmed.

【0097】曲げ強度試験 実施例1〜5および比較例1、2で作製した各複合体の
3点曲げ強度を測定した。曲げ強度はスパン1.7cmの
3点曲げ試験を行い、その測定値から以下の計算式
(I)により算出した。
Bending strength test The three-point bending strength of each composite prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 was measured. The bending strength was determined by performing a three-point bending test with a span of 1.7 cm and calculating the following formula (I) from the measured value.

【0098】 強度(σf)[kgf/cm2]=(8×P×L)/(π×d3)・・・(I) P・・・破壊荷重[kgf] L・・・スパン[cm] d・・・供試体(複合体)直径[cm] 結果を表2に示す。Strength (σ f ) [kgf / cm 2 ] = (8 × P × L) / (π × d 3 ) (I) P: Breaking load [kgf] L: Span [ cm] d ... diameter of specimen (composite) [cm] The results are shown in Table 2.

【0099】これらの結果から、実施例で作製された複
合体はいずれも混合層はハイドロキシアパタイトとチタ
ンとが均質に複合化され、かつ混合層とチタン層とが良
好に接合されていた。かかる複合体を3日間純水に浸漬
した場合、いずれも浸漬液のpH値の上昇や複合体の崩
壊現象がみられなかった。
From these results, in each of the composites produced in the examples, the mixed layer was composed of hydroxyapatite and titanium homogeneously, and the mixed layer and the titanium layer were satisfactorily joined. When the composite was immersed in pure water for 3 days, no increase in the pH value of the immersion liquid or the collapse of the composite was observed.

【0100】一方、比較例1で作製された複合体は、焼
結温度が高すぎるためハイドロキシアパタイトが分解し
た。したがって、複合体を3日間純水に浸漬した場合、
酸化カルシウムやホスフィン等のハイドロキシアパタイ
トの分解生成物が溶出し、浸漬液のpH値が上昇した。
さらに、ハイドロキシアパタイトの分解により機械的強
度が低下し、浸漬液中で複合体の崩壊現象がみられた。
On the other hand, in the composite produced in Comparative Example 1, hydroxyapatite was decomposed because the sintering temperature was too high. Therefore, if the composite is immersed in pure water for 3 days,
Decomposition products of hydroxyapatite such as calcium oxide and phosphine eluted, and the pH value of the immersion liquid increased.
In addition, the mechanical strength decreased due to the decomposition of hydroxyapatite, and a collapse phenomenon of the composite in the immersion liquid was observed.

【0101】比較例2で作製された複合体は、浸漬液の
pH値はほとんど変化しないものの、外層および内層が
同一材料から構成されているため、実施例の各複合体に
比べ、曲げ強度が著しく劣るものであった。
Although the composite prepared in Comparative Example 2 hardly changed the pH value of the immersion liquid, the outer layer and the inner layer were composed of the same material, so that the composite had a higher bending strength than the composites of Examples. It was significantly inferior.

【0102】[0102]

【発明の効果】以上述べたように、本発明のハイドロキ
シアパタイトとチタンとの複合体の製造方法によれば、
内層および外層からなる2重構造の複合体を簡易な方法
で作製することができる。さらに、焼結によりハイドロ
キシアパタイトが分解することがないため、水中で複合
体から有害な分解生成物が浸出したり、崩壊することが
なく、水中での安定性、安全性に優れている。
As described above, according to the method for producing a composite of hydroxyapatite and titanium according to the present invention,
A composite having a double structure consisting of an inner layer and an outer layer can be produced by a simple method. Furthermore, since hydroxyapatite is not decomposed by sintering, no harmful decomposition products are leached out or collapsed from the composite in water, and the stability and safety in water are excellent.

【0103】また、本発明の方法で製造された複合体
は、内層がハイドロキシアパタイトとチタンまたはチタ
ン系合金との混合層、外層がチタンまたはチタン系合金
からなるチタン層で構成されているため、内部が生体親
和性に優れ、表面が強度および靭性に優れるものであ
る。このような特性を活かし、例えば頚椎や腰椎におい
て、椎間板を切除した場合に用いられる骨補填材、人工
歯根、人工関節等として広く適用することができる。
The composite produced by the method of the present invention has an inner layer composed of a mixed layer of hydroxyapatite and titanium or a titanium-based alloy, and an outer layer composed of a titanium layer composed of titanium or a titanium-based alloy. The inside has excellent biocompatibility and the surface has excellent strength and toughness. By utilizing such characteristics, it can be widely applied as a bone replacement material, an artificial tooth root, an artificial joint, or the like used when a disc is resected in, for example, a cervical vertebra or a lumbar vertebra.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の複合体の製造方法で用いられる成形型
および材料充填治具の一例を示す縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a molding die and a material filling jig used in a method for producing a composite of the present invention.

【図2】本発明の複合体の製造方法の第1実施形態を示
す縦断面図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a method for producing a composite according to the present invention.

【図3】本発明の複合体の製造方法の第1実施形態を示
す縦断面図である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of the method for producing a composite according to the present invention.

【図4】本発明の複合体の製造方法の第1実施形態を示
す縦断面図である。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of the method for producing a composite according to the present invention.

【図5】本発明の複合体の製造方法の第1実施形態を示
す縦断面図である。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of the method for producing a composite according to the present invention.

【図6】本発明の複合体の製造方法の第1実施形態を示
す縦断面図である。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of the method for producing a composite according to the present invention.

【図7】本発明の複合体の製造方法の第1実施形態を示
す縦断面図である。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the first embodiment of the method for producing a composite according to the present invention.

【図8】本発明の複合体の製造方法の第1実施形態を示
す縦断面図である。
FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing the first embodiment of the method for producing a composite according to the present invention.

【図9】本発明の複合体の製造方法の第1実施形態を示
す縦断面図である。
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing the first embodiment of the method for producing a composite according to the present invention.

【図10】本発明の複合体の製造方法の第1実施形態を
示す縦断面図である。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of the method for producing a composite according to the present invention.

【図11】本発明の複合体の製造方法の第2実施形態を
示す縦断面図である。
FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the method for producing a composite according to the present invention.

【図12】本発明の複合体の製造方法により製造された
複合体の横断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a composite manufactured by the method for manufacturing a composite of the present invention.

【図13】図12に示す複合体の縦断面図である。FIG. 13 is a longitudinal sectional view of the composite shown in FIG.

【図14】放電プラズマ焼結装置の構成例を示す概略図
である。
FIG. 14 is a schematic diagram showing a configuration example of a spark plasma sintering apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 成形用型 2 外型 21 中空部 3a 第1の押圧子 3b 第2の押圧子 4 断熱材 5a チタン層材料 5b 混合層材料 51a、51b 圧粉体 7 カーボンシート 70 放電プラズマ焼結装置 71 制御部 72 焼結用電源 73 加圧駆動機構 74、75 加圧ラム 76 真空チャンバー 77 真空ポンプ 8 材料充填治具 8a、8b 材料充填治具 81 嵌合部 82、82b 突起部 88 テフロンシート 91 圧縮用押圧子 910 中空部 92 圧縮用押圧子 93 圧縮用押圧子 10a、10b ハイドロキシアパタイトとチタンとの
複合体 103 混合層 105、106 チタン層
Reference Signs List 1 Molding die 2 Outer die 21 Hollow part 3a First presser 3b Second presser 4 Heat insulating material 5a Titanium layer material 5b Mixed layer material 51a, 51b Compact 7 Carbon sheet 70 Discharge plasma sintering device 71 Control Part 72 Power supply for sintering 73 Pressure drive mechanism 74, 75 Pressure ram 76 Vacuum chamber 77 Vacuum pump 8 Material filling jig 8a, 8b Material filling jig 81 Fitting part 82, 82b Projection part 88 Teflon sheet 91 Compression Presser 910 Hollow part 92 Presser for compression 93 Presser for compression 10a, 10b Composite of hydroxyapatite and titanium 103 Mixed layer 105, 106 Titanium layer

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 14/00 C04B 35/64 E (72)発明者 三宅 正太郎 東京都板橋区前野町2丁目36番9号 旭光 学工業株式会社内 Fターム(参考) 4C089 AA06 BA03 BA16 BB01 BB07 CA04 CA06 4K018 AA06 AB10 DA24 KA70 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) C22C 14/00 C04B 35/64 E (72) Inventor Shotaro Miya 2-36-9 Maenocho, Itabashi-ku, Tokyo Manabu Asahi Kogaku Industrial Co., Ltd. F term (reference) 4C089 AA06 BA03 BA16 BB01 BB07 CA04 CA06 4K018 AA06 AB10 DA24 KA70

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ハイドロキシアパタイトとチタンまたは
チタン系合金とを含む混合層と、 チタンまたはチタン系合金からなるチタン層とを有する
ハイドロキシアパタイトとチタンとの複合体において、 前記複合体の少なくとも一部に前記チタン層の内部に前
記混合層が位置する2重構造を有することを特徴とする
ハイドロキシアパタイトとチタンとの複合体。
1. A composite of hydroxyapatite and titanium having a mixed layer containing hydroxyapatite and titanium or a titanium-based alloy, and a titanium layer made of titanium or a titanium-based alloy, wherein at least a part of the composite A composite of hydroxyapatite and titanium, wherein the composite has a double structure in which the mixed layer is located inside the titanium layer.
【請求項2】 前記複合体は放電プラズマ焼結法により
形成される請求項1に記載のハイドロキシアパタイトと
チタンとの複合体。
2. The composite of hydroxyapatite and titanium according to claim 1, wherein said composite is formed by a spark plasma sintering method.
【請求項3】 前記混合層中の前記ハイドロキシアパタ
イトの含有量は5〜50wt%である請求項1または2に
記載のハイドロキシアパタイトとチタンとの複合体。
3. The composite of hydroxyapatite and titanium according to claim 1, wherein the content of the hydroxyapatite in the mixed layer is 5 to 50 wt%.
【請求項4】 前記混合層に含まれるチタンまたはチタ
ン系合金と前記チタン層に含まれるチタンまたはチタン
系合金とが同一組成のものである請求項1ないし3のい
ずれかに記載のハイドロキシアパタイトとチタンとの複
合体。
4. The hydroxyapatite according to claim 1, wherein the titanium or titanium-based alloy contained in the mixed layer and the titanium or titanium-based alloy contained in the titanium layer have the same composition. Complex with titanium.
【請求項5】 前記混合層と前記チタン層とが同心状ま
たは同心円状に配置されている請求項1ないし4のいず
れかに記載のハイドロキシアパタイトとチタンとの複合
体。
5. The composite of hydroxyapatite and titanium according to claim 1, wherein said mixed layer and said titanium layer are arranged concentrically or concentrically.
【請求項6】 ハイドロキシアパタイトとチタンまたは
チタン系合金とを含む混合層と、 チタンまたはチタン系合金からなるチタン層とを有し、 前記チタン層の内部に前記混合層の少なくとも一部また
は全部が位置するハイドロキシアパタイトとチタンとの
複合体の製造方法であって、 前記複合体を放電プラズマ焼結法により焼結し形成する
ことを特徴とするハイドロキシアパタイトとチタンとの
複合体の製造方法。
6. A mixed layer containing hydroxyapatite and titanium or a titanium-based alloy, and a titanium layer made of titanium or a titanium-based alloy, wherein at least a part or all of the mixed layer is inside the titanium layer. A method for producing a composite of hydroxyapatite and titanium, the method comprising sintering the composite by spark plasma sintering to form the composite.
【請求項7】 前記焼結は焼結温度600℃以下で行な
う請求項6に記載のハイドロキシアパタイトとチタンと
の複合体の製造方法。
7. The method for producing a composite of hydroxyapatite and titanium according to claim 6, wherein the sintering is performed at a sintering temperature of 600 ° C. or lower.
【請求項8】 前記ハイドロキシアパタイトを予め70
0〜1300℃で仮焼結する請求項7に記載のハイドロ
キシアパタイトとチタンとの複合体の製造方法。
8. The method according to claim 1, wherein the hydroxyapatite is previously 70
The method for producing a composite of hydroxyapatite and titanium according to claim 7, wherein the composite is pre-sintered at 0 to 1300 ° C.
【請求項9】 前記焼結は前記混合層および前記チタン
層の少なくとも1部を断熱材を介して加熱することによ
り行われる請求項6ないし8のいずれかに記載のハイド
ロキシアパタイトとチタンとの複合体の製造方法。
9. The composite of hydroxyapatite and titanium according to claim 6, wherein the sintering is performed by heating at least a part of the mixed layer and the titanium layer via a heat insulating material. How to make the body.
【請求項10】 前記焼結後加圧状態を解除して放冷す
る請求項6ないし9のいずれかに記載のハイドロキシア
パタイトとチタンとの複合体の製造方法。
10. The method for producing a composite of hydroxyapatite and titanium according to claim 6, wherein the pressurized state is released after the sintering and the mixture is allowed to cool.
【請求項11】 前記複合体は前記混合層と前記チタン
層とが同心状または同心円状に配置されてなる請求項6
ないし10のいずれかに記載のハイドロキシアパタイト
とチタンとの複合体の製造方法。
11. The composite according to claim 6, wherein the mixed layer and the titanium layer are arranged concentrically or concentrically.
11. The method for producing a composite of hydroxyapatite and titanium according to any one of claims 10 to 10.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102910605A (en) * 2012-09-14 2013-02-06 陕西科技大学 Titanium-containing HA-ZrO2Preparation method of biological composite nano powder
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