JP2001521579A - 外科用・歯科用器具塗装用セラミック組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 歯科用および外科用器具（１）の作業表面（３）は、把握能力が改良された硬化された表面を形成するために、焼結炭化物合金マトリックスおよびセラミック分散物を含む組成物のプラズマスプレーによって形成されたセラミック材料で塗装される。焼結炭化物合金は炭化タングステンおよび/または炭化クロムおよび/またはコバルトを含むことが好ましい。セラミック分散物はアルミナその他の酸化物からなることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】 外科用・歯科用器具塗装用セラミック組成物発明の背景 本発明は、手持外科用・歯科用器具の表面の把握能力と耐摩耗性を増加させる ために該器具の作業端部（あご）の表面を塗装する技術に関する。本発明は、特 に、器具の把握能力およびその耐摩耗性を改善するための物質組成物およびその 適用に関する。 手持外科用・歯科用器具は伝統的に次の３つの形態のいずれかにより製造され ている。すなわち、(１)のこぎり歯状の表面を有しまたは有しない無地のステン レスステイール、(２)火炎溶射塗装法により塗装された炭化タングステン表面を 有するもの、(３)平滑およびのこぎり歯状の炭化タングステン挿入物を装着した もの。 ステンレスステイール製器具の作業端部（あご）は急速に摩耗する把握面を有 する。火炎溶射塗装法による炭化タングステンは器具表面の把握能力を増加させ るが、火炎溶射されたタングステン材は炭化タングステン挿入物に比肩する把握 表面を提供することができない。炭化タングステン挿入物は把握能力と耐摩耗性 を増加させるが器具の基材の金属表面にうまく接着しない。これらの器具は落と したりその他処理を誤まると挿入物が器具から分離してしまう。発明の概要 従来技術の上記問題は本発明によって克服される。本発明は、外科用・歯科用 器具の作業端部に対して、適用し易く、耐摩耗性を有し、非常に硬い把握面を提 供する。手持外科用・歯科用器具の作業端部すなわちあごの把握能力は、あごを ユニークなセラミック組成物でプラズマ塗装することによって増大する。プラズ マ塗装されたセラミック組成物はさもなければ通常の器具に硬い把能握力(RC70) を付与し、それによって器具の把握力と耐摩耗性を増加させる。 このような器具の例としては、外科手術の際に縫合用の非常に細い規格の針を 保持する器具がある。器具に一時的に装着される炭化タングステン挿入物と異な り、本発明のセラミック組成物は、器具にプラズマ塗装されることにより、該材 料が器具の金属表面と一体的に接合することを許容する。器具を落としたり処理 を誤まったりしても、該材料は落ちたり剥離することがない。本発明の物質組成 物は、セラミック材料がより硬い表面を提供するという点で、火炎溶射塗装によ る炭化タングステンよりも優れている。 よって、本発明の目的は、外科用・歯科用器具の表面を把握能力を改善する塗 装により改良することにある。 本発明の他の目的は、外科用・歯科用器具の表面を耐摩耗性の塗装により改良 することにある。 本発明の他の目的は、容易に適用することができ、かつ器具に接合する、外科 用・歯科用器具表面の把握面を改良する塗装を提供することにある。 本発明の他の目的は本発明の好適実施形態を示す図面および下記の記述から明 らかになるであろう。種々の図において同一部分を示すために同一符号が使用さ れる。図面の説明 図１は、本発明の好適実施形態による材料組成物を塗装した把握表面を備えた 環状取っ手を有する針保持器の斜視図である。 図２は、把握表面が本発明の好適実施形態による材料組成物を塗装した把握表 面を備えた環状取っ手を有する図１に示す針保持器の作業端部の拡大部分平面図 である。 図３は、本発明の材料組成物で塗装した把握表面を有する針保持器の把握能力 と耐摩耗性を、従来の他の材料で形成した把握表面を有するステンレスステイー ル製、炭化タングステン塗装および炭化タングステン挿入物針保持器と比較して 示すグラフである。５００回の使用後、ステンレス製の保持器は先端が丸まって いた。一方、炭化タングステン塗装、炭化タングステン挿入およびセラミック保 持器は摩耗を示さなかった。好適実施形態の説明 セラミック材料は歯科または外科用器具の把握表面として好ましい極めて硬い ものであるが、また一方で非常に脆いものである。しかし、焼結炭化物合金マト リックス中に分散され、以下に詳述するプラズマ技術工程を適用した場合は、セ ラミックの硬さを備え、その脆さがない表面が得られる。 図１，２を参照すると、本発明による材料組成物で塗装した把握表面３を備え た針保持器１が示されている。 本発明による材料組成物は、 焼結炭化物合金マトリックス ５０％〜９０％ セラミック分散物 ５％〜５０％ 不純物 ０％〜５％ からなるものである。 把握能力と耐摩耗性を試験した本発明の好適実施形態において、焼結炭化物合 金マトリックスは、炭化タングステンをコバルトの混合物を含んでいる。炭化タ ングステンとコバルトの各比率は次のとおりである。 炭化タングステン ７５％〜９５％（好ましくは８８％）(重量％) コバルト ５％〜２５％（好ましくは１２％）(重量％) 炭化タングステンの全部または一部を炭化クロムで置換しても同様の効果を収 めることができる。焼結炭化物合金マトリックス中鉄は不純物として焼結炭化物 合金マトリックス重量の約１％〜２％程度しばしば存在することがある。主とし て鉄からなる不純物は焼結炭化物合金マトリックスの１０重量％まで許容される 。 セラミック分散物は酸化物と有機固体を含むことができる。本発明の好適実施 形態において、セラミック分散物は酸化アルミニウムと二酸化チタンの混合物す なわちアルミナチタニアによって形成される。酸化アルミニウムおよび/または 二酸化チタンの全部または一部を酸化クロムで置換することができる。 本発明の使用に好適なセラミック分散物の実施例は酸化アルミニウムおよび/ または二酸化チタンおよび/または酸化クロムをどのような比率ででも含むこと ができる。すなわち、セラミック分散物は酸化アルミニウム単独からなるもので もよいし、二酸化チタン単独からなるものでもよいし、酸化クロム単独からなる ものでもよい。本発明の好ましい実施形態においては、セラミック分散物は、酸 化アルミニウム８０−９０重量％および二酸化チタン１０−２０重量％を含む。 したがって、歯科用または外科用器具に本発明により一体的硬化表面を形成す るために塗装されるセラミック材料は材料組成物重量の約９０％を占めるコバル ト、炭素、鉄および/またはタングステンを含有する。材料組成物の重量の残り の １０％は、酸化物、有機固体、アルミナ、および/または二酸化チタンのセラミ ック分散物からなる。以下の材料の組合せも許容できる結果を生じる。 炭化タングステンおよび/または炭化クロムおよび任意成分としてステンレス ステイールおよび/またはタングステンを含む焼結炭化物合金マトリックス。 アルミナ、酸化アルミニウム、酸化クロム、二酸化チタン、酸化ジルコニウム および/またはニッケルアルミナイド(nickel aluminide)を含むセラミック分散 物。 器具の作業端部はマルテンサイトステンレスステイール４００シリーズで形成す ることが好ましい。 上記混合物は、次の方法で歯科用または外科用器具の作業端部の各把握表面に 塗装される。把握表面を形成すべき器具の作業端部表面に酸化アルミニウムの小 砂または類似の研磨剤を含有する圧搾空気を吹き付ける。 焼結炭化物合金マトリックスとセラミック分散物は粉砕して充分に混合し均一 な粉体とする。該粉体はプラズマ系中に置かれた器具の作業端部にスプレーする ためプラズマ流に添加される。プラズマ系は、好ましくは、プラズマを形成する ための一次ガスとしてアルゴンまたは窒素を使用し、加熱用およびプラズマガス の流速を増加させるための二次ガスとして水素またはヘリウムを使用する。粉体 は１８１５．６℃〜２２０４．４℃（３３００°Ｆ〜４０００°Ｆ）の範囲内の 温度、好ましくは粉体が溶ける２０３７．８℃（３７００°Ｆ）の温度のガス流 に添加される。 溶けたセラミック材料は基体上に推進されることにより基体に冶金的に接着す る。セラミック材料は通常基体表面に対し５０００ＰＳＩを超える接着力を示す 。器具表面に塗装されたセラミック材料の厚さは０.０２５４〜０.６３５ｍｍ( ０.００１インチ〜０.０２５インチ)、好ましくは０.０７６２〜０.１２７ｍｍ( ０．００３インチ〜０．００５インチ）であり、器具の先端部で完全な厚さを有 し、基部に向かって厚みが減少する。実施例１ 次の成分からなるアルミナ・チタン複合材からセラミック分散物を調製した。 酸化アルミニウム ８５．５６％ 二酸化チタン １２．５８％ その他の酸化物 １．０５％ 有機固体 ０．８１％ 粒子サイズ分布は次のとおりであった。 U.S.シーブ ＋３２５ １．３％ U.S.シーブ −３２５ ９８．７％ セラミック分散物を次の成分を含む焼結炭化物合金マトリックスと混合した。 炭化タングステン ８８％ コバルト １２％ 次に、この混合物をプラズマ付着法によりマルテンサイトステンレスステイー ル４００シリーズで形成した環状取っ手を有する針保持器（図１参照）の作業端 部上にスプレーした。器具の先端部付近で計って０．０７６２〜０．１２７ｍｍ （０．００３インチ〜０．００５インチ）の厚さを有しヒンジに向けて厚さが減 少する塗装が形成された。実施例２ 炭化タングステンを炭化クロムで置換した材料について実施例１のテストを繰 り返した。 各実施例において、器具は次いで使用に供され、優れた把握能力を有すること および計測される摩耗がないことが判った。 本発明のセラミック塗装は、実質的にあらゆるステンレスステイール製外科用 ・歯科用器具の硬さと把握能力を改善するために使用することができる。上記材 料およびその適用方法は、歯科用エレベータの作業端部、スプリング針保持器の 対向端部、組織縫合かん子、歯科用引抜かん子に使用して成功した。器具の性質 により、その把握表面は歯その他の身体組織、または針、縫合その他の器具に応 用することができる。セラミック表面は、高い摩擦係数を有し、かけたり割れた りすることおよびそれが適用されるステンレスステイール基体から剥離すること に対して優れた抵抗力を有する。 図３に関し、上記テストされた組成物のデータが示されている。本発明のセラ ミック材料は、塗装されないステンレスステイールの器具表面、炭化タングステ ン塗装器具表面、器具に装着された炭化タングステン挿入物によって形成される 器具表面に対して、より優れた把握能力および耐摩耗性を有していた。 上記は本発明の記載であるが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく 変更や修正が可能であることは理解されるべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年２月２６日（１９９９．２．２６） 【補正内容】 請求の範囲 １．器具の作業端部に把握表面を形成する物質組成物であって、焼結炭化物合金 マトリックスおよびセラミック分散物を含有し、該焼結炭化物合金マトリックス は、炭化タングステン７５−９５重量％およびコバルト５−２５重量％からなる 組成物。 ２．該焼結炭化物合金マトリックスは炭化タングステン約８８重量％およびコバ ルト約１２重量％からなる請求の範囲１記載の物質組成物。 ３．該セラミック分散物は、酸化アルミニウム、酸化クロム、二酸化チタン、酸 化ジルコニウムおよびニッケルアルミナイド(nickel aluminide)からなる群から 選択された１または複数の材料を含む請求の範囲１記載の物質組成物。 ４．該セラミック分散物は、酸化アルミニウム８０−９０重量％および二酸化チ タン１０−２０重量％からなる請求の範囲３記載の物質組成物。 ５．該セラミック分散物は、酸化アルミニウム約８５重量％、二酸化チタン約１ ３重量％およびその他の物質約２重量％からなる請求の範囲４記載の物質組成物 。 ６．器具の作業端部に把握表面を形成する物質組成物であって、全組成中５０− ９０重量％の量を占める炭化タングステンおよび炭化クロムからなる群から選択 された焼結炭化物合金マトリックスと、全組成中５−５０重量％の量を占めるセ ラミック分散物を含み、該セラミック分散物は、酸化アルミニウム８０−９０重 量％および二酸化チタン１０−２０重量％を含む物質組成物。 ７．器具の作業端部に把握表面を形成する物質組成物であって、全組成中５０− ９０重量％の量を占める炭化タングステンおよび炭化クロムからなる群から選択 された焼結炭化物合金マトリックスと、全組成中５−５０重量％の量を占めるセ ラミック分散物を含み、該セラミック分散物は、酸化アルミニウム約８５重量％ および二酸化チタン約１３重量％を含む物質組成物。。 ８．硬化されたセラミック塗装を備える作業表面を有し、該塗装は、焼結炭化物 合金マトリックスが炭化タングステン７５−９５重量％およびコバルト５−２５ 重量％からなる物質組成物によって形成されている外科用または歯科用器具。 ９．硬化されたセラミック塗装を備える作業表面を有し、該塗装は、全組成中５ ０−９０重量％の量を占める炭化タングステンおよび炭化クロムからなる群から 選択された焼結炭化物合金マトリックスと、全組成中５−５０重量％の量を占め るセラミック分散物を含み、該セラミック分散物は、酸化アルミニウム８０−９ ０重量％および二酸化チタン１０−２０重量％を含む物質組成物によって形成さ れている外科用または歯科用器具。 １０．硬化されたセラミック塗装を備える作業表面を有し、該塗装は、全組成中 ５０−９０重量％の量を占める炭化タングステンおよび炭化クロムからなる群か ら選択された焼結炭化物合金マトリックスと、全組成中５−５０重量％の量を占 めるセラミック分散物を含み、該セラミック分散物は、酸化アルミニウム約８５ 重量％および二酸化チタン約１３重量％を含む物質組成物によって形成されてい る外科用または歯科用器具。 １１．硬度と把握能力を改良するために外科用または歯科用器具の作業端部を塗 装する方法であって 該器具の作業端部の表面にプラズマ流を向ける工程と、 炭化タングステン７５−９５重量％およびコバルト５−２５重量％からなる焼 結炭化物合金マトリックスを含む粉体混合物を該プラズマ流内に噴射し、該プラ ズマを該表面上にスプレーすることにより該混合物が該表面上に付着しかつ該表 面に冶金的に接着し、それによってその硬度と把握能力を改良する工程とを含む 方法。 １２．硬度と把握能力を改良するために外科用または歯科用器具の作業端部を塗 装する方法であって 該器具の作業端部の表面にプラズマ流を向ける工程と、 全組成中５０−９０重量％の量を占める炭化タングステンおよび炭化クロムか らなる群から選択された焼結炭化物合金マトリックスと、全組成中５−５０重量 ％の量を占めるセラミック分散物を含み、該セラミック分散物は、酸化アルミニ ウム８０−９０重量％および二酸化チタン１０−２０重量％を含む粉体混合物を 該プラズマ流内に噴射し、該プラズマを該表面上にスプレーすることにより該混 合物が該表面上に付着しかつ該表面に冶金的に接着し、それによってその硬度と 把握能力を改良する工程とを含む方法。 １３．硬度と把握能力を改良するために外科用または歯科用器具の作業端部を塗 装する方法であって 該器具の作業端部の表面にプラズマ流を向ける工程と、 全組成中５０−９０重量％の量を占める炭化タングステンおよび炭化クロムか らなる群から選択された焼結炭化物合金マトリックスと、全組成中５−５０重量 ％の量を占めるセラミック分散物を含み、該セラミック分散物は、酸化アルミニ ウム約８５重量％および二酸化チタン約１３重量％を含む粉体混合物を該プラズ マ流内に噴射し、該プラズマを該表面上にスプレーすることにより該混合物が該 表面上に付着しかつ該表面に冶金的に接着し、それによってその硬度と把握能力 を改良する工程とを含む方法。 １４．該プラズマ流は、アルゴンおよび窒素からなる群から選択された１または 複数のガスからなる一次ガスと、水素およびヘリウムからなる群から選択された １または複数の二次ガスを含む請求の範囲１１、１２または１３記載の方法。 １５．該プラズマは１８１５．６℃〜２２０４．４℃（３３００−４０００°Ｆ ）の範囲内の温度である請求の範囲１１、１２または１３記載の方法。 １６．該プラズマは該表面上に０．０２５４〜０．６３５ｍｍ（０．００１イン チ−０．０２５インチ）の範囲の厚さを有する該組成物の塗装が形成されるまで 該表面上にスプレーされる請求の範囲１１、１２または１３記載の方法。 １７．該プラズマは該表面上に０．０７６２〜０．１２７ｍｍ（０．００３イン チ−０．００５インチ）の範囲の厚さを有する該組成物の塗装が形成されるまで 該表面上にスプレーされる請求の範囲１１、１２または１３記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，Ｙ Ｕ，ＺＷ (72)発明者 カシネラ、サルバトーレ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 11757 リンデンハースト センター アベニュ ー 125番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．器具の作業端部に把握表面を形成する物質組成物であって、焼結炭化物合金 マトリックスおよびセラミック分散物を含有する組成物。 ２．該焼結炭化物合金マトリックスは５０−９０重量％の量で存在する請求の範 囲１記載の物質組成物。 ３．該セラミック分散物は５−５０重量％の量で存在する請求の範囲１記載の物 質組成物。 ４．該焼結炭化物合金マトリックスは、炭化タングステン、炭化クロム、コバル ト、タングステンおよびステンレスステイールからなる群から選択された１また は複数の材料を含む請求の範囲１記載の物質組成物。 ５．該焼結炭化物合金マトリックスは、炭化タングステン７５−９５重量％およ びコバルト５−２５重量％からなる請求の範囲４記載の物質組成物。 ６．該焼結炭化物合金マトリックスは、炭化タングステン約８８重量％およびコ バルト約１２重量％からなる請求の範囲５記載の物質組成物。 ７．該セラミック分散物は、酸化アルミニウム、酸化クロム、二酸化チタン、酸 化ジルコニウムおよびニッケルアルミナイド(nickel aluminide)からなる群から 選択された１または複数の材料を含む請求の範囲１記載の物質組成物。 ８．該セラミック分散物は、酸化アルミニウム８０−９０重量％および二酸化チ タン１０−２０重量％からなる請求の範囲７記載の物質組成物。 ９．該セラミック分散物は、酸化アルミニウム約８５重量％、二酸化チタン約１ ３重量％およびその他の物質約２重量％からなる請求の範囲８記載の物質組成物 。 １０．硬化されたセラミック塗装を備える作業表面を有し、該塗装は請求の範囲 １記載の物質組成物によって形成されている外科用または歯科用器具。 １１．硬度と把握能力を改良するために外科用または歯科用器具の作業端部を塗 装する方法であって、 該器具の作業端部の表面にプラズマ流を向ける工程と、 請求の範囲１記載の物質組成物を含む粉体混合物を該プラズマ流内に噴射し、 該プラズマを該表面上にスプレーすることにより該混合物が該表面上に付着しか つ該表面に冶金的に接着し、それによってその硬度と把握能力を改良する工程と を含む方法。 １２．該プラズマ流は、アルゴンおよび窒素からなる群から選択された１または 複数のガスからなる一次ガスと、水素およびヘリウムからなる群から選択された １または複数の二次ガスを含む請求の範囲１１記載の方法。 １３．該プラズマは１８１５．６℃〜２２０４．４℃（３３００〜４０００°Ｆ ）の範囲内の温度である請求の範囲１１記載の方法。 １４．該プラズマは該表面上に０．０２５４〜０．６３５ｍｍ（０．００１イン チ〜０．０２５インチ）の範囲の厚さを有する該組成物の塗装が形成されるまで 該表面上にスプレーされる請求の範囲１１記載の方法。 １５．該プラズマは該表面上に０．０７６２〜０．１２７ｍｍ（０．００３イン チ〜０．００５インチ）の範囲の厚さを有する該組成物の塗装が形成されるまで 該表面上にスプレーされる請求の範囲１１記載の方法。