JP2001340365A - Biogenic implant and its manufacturing method - Google Patents

Biogenic implant and its manufacturing method

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JP2001340365A JP2000161383A JP2000161383A JP2001340365A JP 2001340365 A JP2001340365 A JP 2001340365A JP 2000161383 A JP2000161383 A JP 2000161383A JP 2000161383 A JP2000161383 A JP 2000161383A JP 2001340365 A JP2001340365 A JP 2001340365A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biogenic implant in which an metallic body and a ceramic body have sufficient joining strengths in its used environment in an organism and which has no toxicity and, accordingly, can be used stably for a long period and a method of manufacturing the implant. SOLUTION: In the method of manufacturing biogenic implant comprising a step of joining the ceramic body and metallic body to each other by heating the bodies while the metallic body is placed on the surface of the ceramic body, the metallic body is placed on an intermediate layer composed of the same metallic material as that of the metallic body after the layer is arranged on the surface of the ceramic body and the ceramic body and metallic body are joined to each other by heating.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、疾病、災害などに
より骨機能や手足の関節機能が失われた場合などに、こ
れらを修復するために治療に用いられる整形外科用人工
骨及び人工関節、あるいは老齢、疾病などによって失わ
れた歯牙を復元するために用いられる人工歯根等を構成
する生体インプラント材と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 an artificial bone and an artificial joint for orthopedic surgery, which are used in a treatment for repairing a bone function or a joint function of a limb due to a disease or a disaster. Alternatively, the present invention relates to a biological implant material constituting an artificial root and the like used for restoring a tooth lost due to aging, disease, and the like, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術とその問題点】近年、インプラントロジー
の発展は目覚ましいものがあり、特に、整形外科の分野
では、失われれた関節機能を復元するための人工関節が
広く用いられ、また、歯科医療の分野では人工歯根が脚
光を浴びている。
2. Description of the Related Art In recent years, the development of implantology has been remarkable, and in particular, in the field of orthopedics, artificial joints for restoring lost joint functions have been widely used. In the field, artificial dental roots are in the spotlight.

【0003】このような人工骨、人工関節、人工歯根な
どの骨内埋入型の生体インプラントには高強度が必要で
あるから、これらにステンレス鋼やコバルト・クロム合
金、チタン合金などを用いるのが主流であるが、生体内
での耐食性や摺動特性に優れたアルミナ、ジルコニアな
どのセラミック材料も広く用いられるようになってき
た。
[0003] Intraosseous implants such as artificial bones, artificial joints and artificial tooth roots require high strength, and therefore, stainless steel, cobalt chromium alloy, titanium alloy, etc. are used for these. However, ceramic materials such as alumina and zirconia, which are excellent in corrosion resistance and sliding characteristics in a living body, have been widely used.

【0004】また、このような各材料の長所を活かすべ
く金属体とセラミック体を組み合わせた生体インプラン
トとして、骨頭球をセラミック製として、ステムを金属
製とした人工股関節がある。この人工股関節は、金属製
ステムのテーパーピン状をしたステムネック上に、対応
するテーパー孔を有するセラミック製の骨頭球を圧嵌す
ることで両者を組み合わせたものである。
As a biological implant combining a metal body and a ceramic body in order to take advantage of such materials, there is an artificial hip joint having a ceramic head and a stem made of ceramic. This artificial hip joint is obtained by pressing and fitting a ceramic head cap having a corresponding tapered hole onto a tapered pin-shaped stem neck of a metal stem.

【0005】しかしながら、金属体とセラミック体の組
み合わせ態様は、概ね、上記大腿骨部材の構成に限ら
れ、その他に実用化されている例がない。すなわち、金
属体とセラミック体を機械的に係合させることにより複
合化することでは、形状的な制約が多く、このような構
造を汎用化することはできないからである。
[0005] However, the combination of the metal body and the ceramic body is generally limited to the configuration of the femoral member, and there is no other practical example. That is, if a metal body and a ceramic body are mechanically engaged to form a composite, there are many restrictions on the shape, and such a structure cannot be generalized.

【0006】また、従来より金属とセラミックの冶金的
接合方法としては次のような種々の方法が知られてい
る。 セラミック体の接合面にMo−Ti−Wを主成分と
する粉末と有機バインダの混合物を塗布し、1400〜
1700℃に加熱して反応させる。これは、通常、メタ
ライジングと呼ばれる方法である。次いで、前記メタラ
イジング層上にNiメッキを施した後、該Niメッキ層
に金属体(例えばCu)をPb−Sn系半田などにより
接合する。こうした接合方法はエレクトロニクス部品に
おいて、絶縁体としてのセラミック体と導体としてのC
u部材を接合する場合に多用されている。 金属体とセラミック体とをAu,Ptのような貴金
属、つまり酸素との親和力の小さい金属を主成分とする
合金を用いて接合する方法。 金属体とセラミック体の接合部にTi,Ni,Zr
などの活性金属又は熱処理によって活性金属に変換され
る活性金属水素化物を介在させた後、高温、高圧下で接
合する方法。 チタン箔とニッケル箔とを積層させたものを金属体
とセラミック体間に挿入し、真空中または不活性ガス雰
囲気中において加熱する方法。
[0006] Conventionally, the following various methods have been known as metallurgical joining methods of metal and ceramic. A mixture of a powder mainly composed of Mo-Ti-W and an organic binder was applied to the joint surface of the ceramic body,
Heat to 1700 ° C. to react. This is a method usually called metallizing. Next, after performing Ni plating on the metallizing layer, a metal body (for example, Cu) is joined to the Ni plating layer by Pb-Sn based solder or the like. Such a joining method is used in an electronic component to form a ceramic body as an insulator and a C body as a conductor.
It is often used when joining u members. A method of joining a metal body and a ceramic body using an alloy mainly composed of a noble metal such as Au or Pt, that is, a metal having a low affinity for oxygen. Ti, Ni, Zr on the joint between metal and ceramic
A method in which an active metal such as, for example, or an active metal hydride that is converted into an active metal by heat treatment is interposed, and then joined at high temperature and high pressure. A method in which a laminate of a titanium foil and a nickel foil is inserted between a metal body and a ceramic body and heated in a vacuum or in an inert gas atmosphere.

【0007】このように、金属体とセラミック体の接合
技術は、他の技術分野には数多くあるが、従来のいずれ
の方法もその接合技術を生体インプラント材に転用した
場合、生体内での安全性に問題がある。
[0007] As described above, there are many joining techniques for a metal body and a ceramic body in other technical fields. However, in any of the conventional methods, when the joining technique is diverted to a living body implant material, safety in a living body is required. There is a problem with sex.

【0008】すなわち、これらの接合方法において、い
ずれも異なる金属材を共晶結合させた接合面を構成する
ことになり、このような接合面は、生体内環境での激し
い電食作用により腐食する(ガルバニックコロージョ
ン)。その結果、アレルギー反応など、生体側に危害を
加えてしまう。
[0008] In other words, in these joining methods, a joining surface is formed by eutectic bonding of different metal materials, and such a joining surface is corroded by vigorous electrolytic corrosion in a living body environment. (Galvanic corrosion). As a result, the living body is harmed, such as an allergic reaction.

【0009】また、用いられる金属の中には、生体に対
して危険なものもあり(例えばNiなどは発ガン性を有
する)、これら従来の接合方法が生体インプラント材に
用いられたことがなかった。
Some of the metals used are dangerous to living organisms (for example, Ni and the like have carcinogenicity), and these conventional joining methods have never been used for living implant materials. Was.

【0010】本発明は、上記のような従来技術の問題点
に鑑み、金属体とセラミック体が生体内の使用環境で十
分な接合強度を持ち、また、生体に対して毒性がなく、
したがって、長期安定的に使用することが可能な生体イ
ンプラント材とその製造方法を提供することを課題とす
る。
In view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention has a metal body and a ceramic body having sufficient bonding strength in a use environment in a living body, and has no toxicity to a living body.
Therefore, an object is to provide a biological implant material that can be used stably for a long period of time and a method for producing the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、セラミック体の表面に、金属体を載置した状
態でこれらを加熱することにより上記セラミック体と金
属体とを接合する工程を含む生体インプラント材の製造
方法において、前記セラミック体の表面に前記金属体と
同じ金属材から成る中間層を配置した後、前記中間層上
に前記金属体を載置して前記セラミック体と前記金属体
を加熱して接合することを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a process of joining a ceramic body and a metal body by heating the metal body with the metal body placed on the surface of the ceramic body. In the method for producing a living body implant material, comprising: placing an intermediate layer made of the same metal material as the metal body on the surface of the ceramic body; placing the metal body on the intermediate layer; It is characterized in that the metal body is heated and joined.

【0012】本構成によれば、加熱接合工程において中
間層が塑性流れを起こし、中間層と金属層との密着度が
大きくなるので、中間層を介して金属体とセラミック体
が生体内の使用環境で十分な接合強度を持つ生体インプ
ラントを得ることができる。
According to this configuration, the intermediate layer causes a plastic flow in the heat bonding step, and the degree of adhesion between the intermediate layer and the metal layer increases, so that the metal body and the ceramic body can be used in vivo through the intermediate layer. A biological implant having a sufficient bonding strength in an environment can be obtained.

【0013】さらに、中間層と金属体が同じ金属材より
なるので、異種金属の組み合わせの場合に発生する電食
作用の腐食が起こらない。したがって、生体内で長期安
定的に使用可能な生体インプラントを提供することが可
能である。
Further, since the intermediate layer and the metal body are made of the same metal material, there is no corrosion due to electrolytic corrosion which occurs when a combination of different metals is used. Therefore, it is possible to provide a biological implant that can be used stably in vivo for a long period of time.

【0014】また、本発明の生体インプラント材は、セ
ラミック体に金属体を接合した生体インプラント部材に
おいて、前記セラミック体と金属体との間に、前記金属
体と同じ金属材からなる中間層を設けたことを特徴とす
る。
Further, in the biological implant material of the present invention, in a biological implant member in which a metal body is joined to a ceramic body, an intermediate layer made of the same metal material as the metal body is provided between the ceramic body and the metal body. It is characterized by having.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。本発明の生体インプラント材は、セラミック体に金
属体を接合した生体インプラント部材において、前記セ
ラミック体と金属体との間に、両者を接合するための中
間層を設けた構造である。上記セラミック体としては、
酸化物系セラミック(アルミナ、ジルコニア、チタニ
ア)、窒化物系セラミック(窒化珪素、窒化チタン、窒
化アルミ)もしくは炭化物系セラミック(炭化珪素)
や、アルミナ分散ジルコニアやチタニア分散アルミナな
ど、素材強度を改善した混合セラミックを使用すること
ができる。また、上記金属体としては、生体との馴染み
が良く毒性のない金属、例えば、チタン、タンタル、タ
ングステン、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ、チタ
ン合金、コバルト・クロム合金、ステンレス鋼のうちか
ら選ばれる1種または2種以上を用いることができる。
Embodiments of the present invention will be described below. The bioimplant material of the present invention has a structure in which an intermediate layer is provided between the ceramic body and the metal body in a bioimplant member obtained by bonding a metal body to a ceramic body. As the above ceramic body,
Oxide ceramic (alumina, zirconia, titania), nitride ceramic (silicon nitride, titanium nitride, aluminum nitride) or carbide ceramic (silicon carbide)
Alternatively, a mixed ceramic with improved material strength, such as alumina-dispersed zirconia or titania-dispersed alumina, can be used. Further, as the above-mentioned metal body, a metal which is well-adapted to the living body and has no toxicity, for example, one selected from titanium, tantalum, tungsten, zirconium, molybdenum, niobium, titanium alloy, cobalt chromium alloy, and stainless steel Alternatively, two or more kinds can be used.

【0016】上記金属体は、多孔質の部材とすることが
できる。例えば、特開平9−173434号公報に記載
されるような、多孔質の金属板を積層することにより構
成される構造体、金属ワイヤーを編みあげたメッシュを
圧縮成型した構造体、金属ビーズを焼結により相互固着
させることにより得られる構造体などを用いることがで
きる。このような構造体をセラミック体の表面に配する
ことで、骨がその孔内に増成進入し、骨との直接的接合
を得ることが可能となり、且つ機械的強度が大きな表面
構造を得ることができる。このような構造により、セラ
ミックの良好な摺動性と、上記金属体の良好な骨との結
合性、そして、その高強度性による耐久性を利用した優
れた生体インプラント材とすることができる。
[0016] The metal body may be a porous member. For example, as described in JP-A-9-173434, a structure formed by laminating a porous metal plate, a structure obtained by compression-molding a mesh formed by knitting metal wires, and firing a metal bead. A structure or the like obtained by mutual fixing by knotting can be used. By arranging such a structure on the surface of the ceramic body, bones can grow and enter into the pores, and a direct connection with the bone can be obtained, and a surface structure with high mechanical strength can be obtained. be able to. With such a structure, it is possible to obtain an excellent bioimplant material utilizing the good slidability of the ceramic, the good bonding of the metal body to the bone, and the durability due to its high strength.

【0017】上記生体インプラント材の材料として、セ
ラミック体としてジルコニアを、金属体としてチタンを
用いるのが好ましい。この組み合わせによれば、それぞ
れの熱膨張係数が近いので、加熱接合時にセラミック体
に微小クラックが発生してしまうなどの問題を防止する
ことができる。前記中間層は前記金属体と同じ金属材か
ら成る。例えば、上記金属体がチタンの場合に上記中間
層はチタンで構成され、上記金属体がチタン合金の場合
に上記中間層はチタン合金で構成される。このように中
間層が金属体と同じ金属材よりなるので、本発明の生体
インプラント材は、生体内の環境でも、異種金属の組み
合わせの場合に発生する電食作用の腐食が起こらない。
It is preferable to use zirconia as a ceramic body and titanium as a metal body as a material of the above-mentioned living body implant material. According to this combination, since the respective thermal expansion coefficients are close to each other, it is possible to prevent problems such as generation of minute cracks in the ceramic body at the time of heat bonding. The intermediate layer is made of the same metal material as the metal body. For example, when the metal body is titanium, the intermediate layer is made of titanium, and when the metal body is a titanium alloy, the intermediate layer is made of a titanium alloy. As described above, since the intermediate layer is made of the same metal material as the metal body, the bioimplant material of the present invention does not cause corrosion due to electrolytic corrosion that occurs in the case of a combination of different metals even in a living body environment.

【0018】上記中間層を形成する方法としては、コー
ティング手段を用いることができる。この場合、低熱衝
撃性のコーティング方法を用いることが好ましい。ここ
で、低熱衝撃性というのは、コーティング層を形成する
際に、セラミック体に対して熱的な衝撃を加えることが
ない、或いは、セラミック体に対してコーティング時の
コーティング層の冷却収縮による応力衝撃を与えない場
合をいう。かかる低熱衝撃性のコーティング方法として
は、真空蒸着、イオンビーム蒸着、スパッタリング、イ
オンプレーティング、ダイナミックミキシング法などの
PVD法や、電気メッキや無電解メッキなどの湿式コー
ティング法を用いることができる。
As a method of forming the intermediate layer, a coating means can be used. In this case, it is preferable to use a low thermal shock coating method. Here, the low thermal shock resistance means that the thermal shock is not applied to the ceramic body when forming the coating layer, or the stress due to the cooling shrinkage of the coating layer when coating the ceramic body. The case where no impact is given. As such a low thermal shock coating method, a PVD method such as vacuum evaporation, ion beam evaporation, sputtering, ion plating, and dynamic mixing method, and a wet coating method such as electroplating and electroless plating can be used.

【0019】PVD法にてコーティングして形成した中
間層は、結晶が細かく形成されることにより塑性流れ作
用が良好であるので、大きな接合強度を得ることができ
る。また、大量の処理により、生産コストを抑えられる
ことができる。特にスパッタリングやイオンプレーティ
ング法ではこれらの利点が顕著である。
Since the intermediate layer formed by coating by the PVD method has a good plastic flow action due to the fine crystals formed, a large bonding strength can be obtained. In addition, production costs can be reduced by a large amount of processing. In particular, these advantages are remarkable in the sputtering and the ion plating method.

【0020】また、上記中間層として、上記金属体と同
じ金属材の箔を用いることができる。この場合、後述の
加熱接合工程に先立って、上記金属箔の中間層を上記セ
ラミック体の表面に載置しておく。上記金属箔の中間層
を用いる利点として、コーティング作業を必要としない
ので、作業が簡便で、コスト安となる。
Further, as the intermediate layer, a foil of the same metal material as the metal body can be used. In this case, the intermediate layer of the metal foil is placed on the surface of the ceramic body before the heat bonding step described later. As an advantage of using the intermediate layer of the metal foil, since a coating operation is not required, the operation is simple and the cost is low.

【0021】上記中間層の厚みについては、使用する材
料やコーティング方法によっても異なるが、中間層は
0.005mmから0.1mmとすることが好ましい。
0.005mm未満の厚みでは、セラミック基材と金属
体との接触面の凹凸の大きさに比べて、厚みが小さ過ぎ
るので加熱接合工程における中間層の塑性流れによって
も接触面積を増加させる効果があまり期待できないから
である。他方、0.1mmを越える厚みでは、中間層で
層内破壊を起こす可能性がある。
Although the thickness of the intermediate layer varies depending on the material used and the coating method, the thickness of the intermediate layer is preferably from 0.005 mm to 0.1 mm.
When the thickness is less than 0.005 mm, the thickness is too small compared to the size of the unevenness of the contact surface between the ceramic substrate and the metal body, so that the effect of increasing the contact area even by the plastic flow of the intermediate layer in the heating joining process is effective. I can't expect much. On the other hand, if the thickness exceeds 0.1 mm, there is a possibility that intralayer destruction occurs in the intermediate layer.

【0022】本発明のインプラントは、上記セラミック
体の表面に中間層を配置した後、前記中間層上に金属体
を載置した状態で、前記セラミック体と前記金属体を加
熱して接合することにより作製する。加熱接合工程で
は、セラミック体と金属体を所定の温度で加熱すること
によりセラミック体と中間層、中間層と金属体とが強く
接合される。すなわち、加熱接合工程において、セラミ
ック体と中間層との界面では、双方の元素が相手方へ拡
散して両者は接合する。他方、中間層と金属体との界面
では、双方の金属原子が相手方へ拡散して両者は接合す
る。
In the implant of the present invention, after the intermediate layer is disposed on the surface of the ceramic body, the ceramic body and the metal body are joined by heating while the metal body is placed on the intermediate layer. Prepared by In the heat bonding step, the ceramic body and the metal body are heated at a predetermined temperature to thereby strongly bond the ceramic body and the intermediate layer, and the intermediate layer and the metal body. That is, in the heat bonding step, at the interface between the ceramic body and the intermediate layer, both elements are diffused to the other party and both are bonded. On the other hand, at the interface between the intermediate layer and the metal body, both metal atoms are diffused to the other party and they are joined.

【0023】また、加熱接合工程において、上記中間層
は塑性流れを起こし、その結果、上記中間層と金属体の
接触面積が増大する。これにより、中間層と金属体の接
合力が十分大きなものとなる。
Further, in the heating bonding step, the intermediate layer causes a plastic flow, and as a result, the contact area between the intermediate layer and the metal body increases. Thereby, the bonding strength between the intermediate layer and the metal body is sufficiently large.

【0024】また中間層にチタンを用いた場合、チタン
は酸素との親和性が高く、セラミック体と金属体の加熱
接合時に、ジルコニア側から中間層と金属体への酸素の
拡散が起こる。その結果、セラミック体と金属体の強固
な接合強度が得られる。このような酸素の拡散現象は、
他の酸化物系セラミックでも見られ、例えばアルミナと
チタンの組み合わせにおいても、ジルコニアとチタンと
の組み合わせには劣るけれども、セラミック体と金属体
の高い接合強度が得られる。
When titanium is used for the intermediate layer, titanium has a high affinity for oxygen, and diffusion of oxygen from the zirconia side to the intermediate layer and the metal occurs when the ceramic and the metal are joined by heating. As a result, a strong bonding strength between the ceramic body and the metal body can be obtained. Such oxygen diffusion phenomenon,
It is also found in other oxide-based ceramics. For example, even with a combination of alumina and titanium, a high bonding strength between a ceramic body and a metal body can be obtained, though it is inferior to the combination of zirconia and titanium.

【0025】なお、加熱温度は、材料の組み合わせによ
って異なるが、ジルコニアとチタンの場合は約1000
℃が最適であった。
The heating temperature varies depending on the combination of materials. In the case of zirconia and titanium, the heating temperature is about 1000.
C was optimal.

【0026】上記加熱接合工程において、加熱処理を1
平方mmあたり1gから100gの荷重を生体インプラ
ント材に負荷した状態で行うことが好ましい。1g未満
の荷重条件では、中間層の充分な塑性流れが得られない
ため、密着力が小さくなってしまう。一方、100gを
超える荷重条件では、塑性流れが大きすぎて、金属体と
セラミック体が直接当接してしまう部分が発生する可能
性があり、さらに、金属体が変形して潰れる可能性があ
る。
In the heat bonding step, the heat treatment is performed for 1
It is preferable that the load be applied in a state where a load of 1 g to 100 g per square mm is applied to the living body implant material. Under a load condition of less than 1 g, a sufficient plastic flow of the intermediate layer cannot be obtained, resulting in a decrease in adhesion. On the other hand, under a load condition exceeding 100 g, the plastic flow is too large, and there is a possibility that a portion where the metal body and the ceramic body directly contact each other may occur, and further, the metal body may be deformed and crushed.

【0027】本発明の生体インプラント材は、金属体お
よび中間層を構成する金属材のイオンをセラミック体に
予め注入した後に、中間層を形成してもよい。このよう
に形成することにより、セラミック体と中間層との密着
性を向上させることが可能である。例えば、アルミナか
らなるセラミック体の表面に予めチタンを注入しておく
と、中間層としてチタンを用いた場合、密着強度を著し
く向上させることができる。
In the biological implant material of the present invention, the intermediate layer may be formed after ions of the metal material and the metal material constituting the intermediate layer are implanted in the ceramic body in advance. By forming in this manner, it is possible to improve the adhesion between the ceramic body and the intermediate layer. For example, if titanium is previously injected into the surface of a ceramic body made of alumina, the adhesion strength can be significantly improved when titanium is used as the intermediate layer.

【0028】また、上記中間層とセラミック体の間に、
中間層を構成する金属材とセラミック体を構成するセラ
ミックとを含む、それらの組成比を層の厚み方向にそっ
て傾斜的に変化させた複合層を設けても良い。例えば、
窒化チタンのセラミック体と純チタンの金属体による組
み合わせの場合に、中間層とセラミック体の間にジルコ
ニアの含有量がセラミック体に向けて漸次増加するジル
コニアとチタンの複合傾斜層を形成することにより、中
間層とセラミック体の高い密着性を得ることができる。
Further, between the intermediate layer and the ceramic body,
A composite layer including a metal material forming the intermediate layer and a ceramic forming the ceramic body may be provided in which the composition ratio thereof is changed obliquely along the thickness direction of the layer. For example,
In the case of a combination of a ceramic body of titanium nitride and a metal body of pure titanium, by forming a composite gradient layer of zirconia and titanium in which the content of zirconia gradually increases toward the ceramic body between the intermediate layer and the ceramic body. Thus, high adhesion between the intermediate layer and the ceramic body can be obtained.

【0029】このような複合層と前記中間層とは連続的
な工程で作製することができる。例えば、イオンプレー
ティング法にて、最初は窒素ガスを多く流して、セラミ
ック体上に窒化チタンをコーティングし、序々に窒素ガ
スの量を減らして窒化チタンとチタンの混合層の組成を
変化させ、最終的には窒素ガスを止めてチタンからなる
中間層を形成する。
The composite layer and the intermediate layer can be manufactured in a continuous process. For example, in the ion plating method, first flow a large amount of nitrogen gas, coat titanium nitride on the ceramic body, gradually reduce the amount of nitrogen gas to change the composition of the mixed layer of titanium nitride and titanium, Finally, the nitrogen gas is stopped to form an intermediate layer made of titanium.

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。
The present invention will be described below in more detail with reference to examples.

【0031】実施例 直径17mm、厚み5mmのジルコニアセラミック円板
を脱脂洗浄後、その直径17mmの片面に、スパッタリ
ング法にて厚さ10μmのチタンをコーティングした
後、同径で厚さ200μmの多孔質純チタン薄板(貫通
孔の有効径300μm、孔ピッチ500μm)を10層積
層し、1平方mmあたり10gの荷重を負荷した状態
で、1000℃で拡散接合し、実験用の試験片を製作し
た。評価項目は断面分析と密着強度試験である。断面分
析は、試験片を樹脂包埋後、切断及び研磨して、試験片
断面を金属顕微鏡(倍率400倍)で観察した。一方密
着強度試験は、JIS H8666(セラミック溶射試
験方法)に準拠して行った。各試験片の両面をエポキシ
系接着剤で試験用治具に接着し、インストロンタイプ引
張試験機を使用して引張速度1mm/分で、試験片が破
断するまで荷重を加え、破断強度を測定した。各試験片
の破断部位の確認は目視及び光学顕微鏡観察にて行っ
た。また本試験実施に際して、比較例としてスパッタリ
ング層のない試験片も製作して比較評価した。
[0031] Example diameter 17 mm, after degreasing the zirconia ceramic disc having a thickness of 5 mm, on one side of the diameter 17 mm, was coated titanium thickness 10μm by a sputtering method, a porous thick 200μm same diameter Ten layers of pure titanium thin plates (effective diameter of through-holes: 300 μm, hole pitch: 500 μm) were laminated, and subjected to diffusion bonding at 1000 ° C. under a load of 10 g per 1 mm 2 to produce test specimens for experiments. Evaluation items are cross-sectional analysis and adhesion strength test. In the cross-sectional analysis, the test piece was cut and polished after embedding in a resin, and the cross section of the test piece was observed with a metallographic microscope (400-fold magnification). On the other hand, the adhesion strength test was performed in accordance with JIS H8666 (ceramic spraying test method). Both sides of each test piece were bonded to a test jig with an epoxy-based adhesive, and a load was applied using an Instron type tensile tester at a pull rate of 1 mm / min until the test piece broke, and the breaking strength was measured. did. Confirmation of the fracture site of each test piece was performed visually and by observation with an optical microscope. In carrying out this test, a test piece without a sputtering layer was also manufactured as a comparative example, and comparative evaluation was performed.

【0032】この試験の結果を表1に示す。Table 1 shows the results of this test.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】試験の結果、比較例群では、密着強度は有
意に低く、断面分析においてもジルコニア基体と金属多
孔質層の接合はほとんど認められなかった。一方、本発
明試験片群では、一般に骨内に埋入される生体インプラ
ント材が28MPa以上の接合強度が必要であると言わ
れるところ、45MPaという高い密着性が得られた。
また、断面分析ではスパッタリング層の塑性流れによる
変形を伴うスパッタリング層と金属多孔質層の拡散接合
が認められた。
As a result of the test, in the comparative example group, the adhesive strength was significantly low, and almost no bonding between the zirconia substrate and the metal porous layer was recognized in the cross-sectional analysis. On the other hand, in the test piece group of the present invention, it is generally said that the bioimplant material to be implanted in the bone needs to have a bonding strength of 28 MPa or more, but a high adhesiveness of 45 MPa was obtained.
In the cross-sectional analysis, diffusion bonding between the sputtering layer and the porous metal layer accompanied by deformation of the sputtering layer due to plastic flow was observed.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の製造方法によ
れば、セラミック体の表面に、金属体を載置した状態で
これらを加熱することにより上記セラミック体と金属体
とを加熱して接合する工程を含む生体インプラント材の
製造方法において、前記セラミック体の表面に前記金属
体と同じ金属材から成る中間層を配置した後、前記中間
層上に前記金属体を載置して前記セラミック体と前記金
属体を加熱して接合するので、加熱接合工程において中
間層が塑性流れを起こし、セラミック体と金属体の接合
強度が大きくなる。
As described above, according to the manufacturing method of the present invention, the ceramic body and the metal body are heated by heating the metal body with the metal body mounted on the surface of the ceramic body. In the method for manufacturing a biological implant material including a joining step, after arranging an intermediate layer made of the same metal material as the metal body on the surface of the ceramic body, placing the metal body on the intermediate layer to form the ceramic Since the body and the metal body are joined by heating, the intermediate layer causes a plastic flow in the heating joining step, and the joining strength between the ceramic body and the metal body increases.

【0036】したがって、金属体とセラミック体が生体
内の使用環境で十分な接合強度を持つ生体インプラント
を得ることが可能である。
Therefore, it is possible to obtain a living body implant having a sufficient bonding strength between the metal body and the ceramic body in a use environment in a living body.

【0037】さらに、中間層と金属体の界面が同じ金属
材か或いは同種の金属材によりなるので、上記生体イン
プラントは、異種金属の組み合わせの場合に発生する電
食作用の腐食が起こらない。したがって、生体内でこれ
を長期安定的に使用することができる。
Further, since the interface between the intermediate layer and the metal body is made of the same metal material or the same kind of metal material, the above-mentioned biological implant does not cause corrosion due to electrolytic corrosion which occurs when a combination of different metals is used. Therefore, it can be used stably in vivo for a long time.

【0038】また、本発明の生体インプラント材によれ
ば、セラミック体に金属体を接合した生体インプラント
材において、前記セラミック体と金属体との間に、前記
金属体と同じ金属材からなる中間層を設けたので、セラ
ミック体と金属体の接合強度が大きくなる。
According to the bioimplant material of the present invention, in the bioimplant material in which a metal body is joined to a ceramic body, an intermediate layer made of the same metal material as the metal body is provided between the ceramic body and the metal body. Is provided, the bonding strength between the ceramic body and the metal body is increased.

【0039】したがって、金属体とセラミック体が生体
内の使用環境で十分な接合強度を持つことが可能であ
る。
Therefore, it is possible for the metal body and the ceramic body to have a sufficient bonding strength in an in-vivo use environment.

【0040】さらに、中間層と金属体の界面が同じ金属
材か或いは同種の金属材によりなるので、異種金属の組
み合わせの場合に発生する電食作用の腐食が起こらな
い。したがって、生体内で長期安定的に使用することが
できる。
Further, since the interface between the intermediate layer and the metal body is made of the same metal material or the same kind of metal material, corrosion due to electrolytic corrosion which occurs in the case of a combination of different metals does not occur. Therefore, it can be used stably in vivo for a long time.

───────────────────────────────────────────────────── 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) C23C 14/18 C23C 14/18 (72)発明者 池田 潤二 滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の1 京セ ラ株式会社滋賀工場蒲生ブロック内 (72)発明者 北野 宏幸 滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の1 京セ ラ株式会社滋賀工場蒲生ブロック内 (72)発明者 増田 真吾 滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の1 京セ ラ株式会社滋賀工場蒲生ブロック内 Fターム(参考) 4C059 AA02 AA08 4C081 AB03 AB05 AB06 AC03 BA02 BA15 CF121 CG02 CG03 CG04 CG05 CG06 CG08 DC02 EA06 4C097 AA02 AA11 AA30 BB01 CC03 DD06 DD09 MM03 4G026 BA05 BB21 BE04 BF31 BF41 BF42 BG03 BH13 4K029 AA04 AA24 BA06 BA11 BA17 BD00 CA05 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C23C 14/18 C23C 14/18 (72) Inventor Junji Ikeda 10-1 Kawai, Gamo-cho, Gamo-gun, Shiga Prefecture Inside the Gamo block of the Cera Corporation Shiga Factory (72) Hiroyuki Kitano Inventor, 10-10 Kawai, Gamo-cho, Gamo-gun, Shiga Prefecture Inside the Gamo Block of the Kyocera Corporation Shiga Factory (72) Inventor Shingo Masuda No. 10 at Kawai F-term in Gamo block of Shiga Plant of Kyocera Corporation 4C059 AA02 AA08 4C081 AB03 AB05 AB06 AC03 BA02 BA15 CF121 CG02 CG03 CG04 CG05 CG06 CG08 DC02 EA06 4C097 AA02 AA11 AA30 BB01 CC03 DD03 BB21 BE04 BF31 BF41 BF42 BG03 BH13 4K029 AA04 AA24 BA06 BA11 BA17 BD00 CA05

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】セラミック体の表面に、金属体を載置した
状態でこれらを加熱することにより上記セラミック体と
金属体とを接合する工程を含む生体インプラント材の製
造方法において、前記セラミック体の表面に前記金属体
と同じ金属材から成る中間層を配置した後、前記中間層
上に前記金属体を載置して前記セラミック体と前記金属
体を加熱して接合することを特徴とする生体インプラン
ト材の製造方法。
1. A method for manufacturing a living body implant material, comprising a step of joining a ceramic body and a metal body by heating the metal body with the metal body placed on the surface of the ceramic body. After disposing an intermediate layer made of the same metal material as the metal body on the surface, the metal body is placed on the intermediate layer, and the ceramic body and the metal body are joined by heating. Manufacturing method of implant material.
【請求項2】上記中間層を上記セラミック体の表面にP
VD法により形成することを特徴とする請求項1記載の
生体インプラント材の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the intermediate layer is formed on the surface of the ceramic body by P
The method for producing a biological implant material according to claim 1, wherein the material is formed by a VD method.
【請求項3】上記中間層が金属箔であることを特徴とす
る請求項1記載の生体インプラント材の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the intermediate layer is a metal foil.
【請求項4】上記中間層は厚さが0.005〜0.1m
mであることを特徴とする請求項1記載の生体インプラ
ント材の製造方法。
4. The intermediate layer has a thickness of 0.005 to 0.1 m.
The method for producing a biological implant material according to claim 1, wherein m is m.
【請求項5】上記金属体がチタン、タンタル、タングス
テン、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ、チタン合
金、コバルト・クロム合金、ステンレス鋼のうちから選
ばれる1種または2種以上からなることを特徴とする請
求項1記載の生体インプラント材の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the metal body is made of one or more selected from titanium, tantalum, tungsten, zirconium, molybdenum, niobium, a titanium alloy, a cobalt-chromium alloy, and stainless steel. Item 10. A method for producing a biological implant material according to Item 1.
【請求項6】上記セラミック体がジルコニアから成り、
上記金属体がチタン又はチタン合金からなることを特徴
とする請求項1記載の生体インプラント材の製造方法。
6. The ceramic body is made of zirconia,
The method according to claim 1, wherein the metal body is made of titanium or a titanium alloy.
【請求項7】セラミック体に金属体を接合した生体イン
プラント部材において、前記セラミック体と金属体との
間に、前記金属体と同じ金属材からなる中間層を設けた
ことを特徴とする生体インプラント材。
7. A biological implant member in which a metal body is joined to a ceramic body, wherein an intermediate layer made of the same metal material as the metal body is provided between the ceramic body and the metal body. Wood.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009017904A (en) * 2007-07-10 2009-01-29 Mizuho Co Ltd Artificial knee joint and artificial hip joint
JP2010538713A (en) * 2007-09-13 2010-12-16 デル・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Endoprosthesis parts

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JP2010538713A (en) * 2007-09-13 2010-12-16 デル・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Endoprosthesis parts

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