JP2002362972A - 生体用ジルコニアセラミックスとその製造方法 - Google Patents
生体用ジルコニアセラミックスとその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】長期間使用した場合でも、機械的特性、特に、
摺動性が大きく低下することのない生体用ジルコニアセ
ラミックスとその製造方法を提供する。 【解決手段】国際規格ＩＳＯ１３３５６：１９９７を満
足し、１２１℃、０．２０ＭＰａの飽和水蒸気中で１５
２時間の条件で行う加速劣化試験後の表面の算術平均粗
さＲａが０．０２μｍ以下である生体用ジルコニアセラ
ミックス。原料粉末の成形体を、その成形体について焼
成後の開気孔率が０．１%以下となる温度条件の下限温
度から＋１００℃の範囲の温度で１次焼成を行い、熱間
等方圧プレス処理を上記下限温度に対して−１０〜＋１
００℃の範囲で行い、且つ、セラミックスの平均結晶粒
径を０．２μｍ以下とすることを特徴とする上記生体用
ジルコニアセラミックスの製造方法。
摺動性が大きく低下することのない生体用ジルコニアセ
ラミックスとその製造方法を提供する。 【解決手段】国際規格ＩＳＯ１３３５６：１９９７を満
足し、１２１℃、０．２０ＭＰａの飽和水蒸気中で１５
２時間の条件で行う加速劣化試験後の表面の算術平均粗
さＲａが０．０２μｍ以下である生体用ジルコニアセラ
ミックス。原料粉末の成形体を、その成形体について焼
成後の開気孔率が０．１%以下となる温度条件の下限温
度から＋１００℃の範囲の温度で１次焼成を行い、熱間
等方圧プレス処理を上記下限温度に対して−１０〜＋１
００℃の範囲で行い、且つ、セラミックスの平均結晶粒
径を０．２μｍ以下とすることを特徴とする上記生体用
ジルコニアセラミックスの製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、医療分野におけ
る、生体用ジルコニアセラミックスとその製造方法に関
するものである。
る、生体用ジルコニアセラミックスとその製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】ジルコニアセラミックスは、一般的なア
ルミナセラミックスに比べて高強度であり、又、生体適
合性や摩耗特性はアルミナセラミックスと同等であるこ
とから、近年生体用の材料として人工関節、人工歯根な
どへの応用が拡大している。
ルミナセラミックスに比べて高強度であり、又、生体適
合性や摩耗特性はアルミナセラミックスと同等であるこ
とから、近年生体用の材料として人工関節、人工歯根な
どへの応用が拡大している。
【０００３】しかし、一般に用いられている正方晶安定
化ジルコニアセラミックス（以下ＴＺＰと云う）は、室
温〜数百℃の比較的低温領域に置いて正方晶から単斜晶
への相転移により強度などの特性が低下することが知ら
れている。
化ジルコニアセラミックス（以下ＴＺＰと云う）は、室
温〜数百℃の比較的低温領域に置いて正方晶から単斜晶
への相転移により強度などの特性が低下することが知ら
れている。
【０００４】生体用のＴＺＰについて、完全に相転移を
抑制することは不可能であったが、近年いくつかの改善
技術が提案されている。例えば、特開平１１−１１６３
２８号には、水の存在する環境下での相転移の少なく、
安定した強度を有するジルコニアセラミックスを提供す
る技術として、４．４〜５．４重量％の、Ｙ2０3含むジ
ルコニアセラミックスであって、０．１〜１．５重量％
のＡｌ2Ｏ3及び０．０３〜０．５重量％のＴｉＯ2を含
むことを特徴とするジルコニアセラミックスが記載され
ている。
抑制することは不可能であったが、近年いくつかの改善
技術が提案されている。例えば、特開平１１−１１６３
２８号には、水の存在する環境下での相転移の少なく、
安定した強度を有するジルコニアセラミックスを提供す
る技術として、４．４〜５．４重量％の、Ｙ2０3含むジ
ルコニアセラミックスであって、０．１〜１．５重量％
のＡｌ2Ｏ3及び０．０３〜０．５重量％のＴｉＯ2を含
むことを特徴とするジルコニアセラミックスが記載され
ている。
【０００５】なお、この従来技術において、焼成温度は
１５００℃と非常に高かった。
１５００℃と非常に高かった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】特開平１１−１１６３
２８号の発明ではそれ以前のジルコニアセラミックスに
比較して単斜晶への相転移は抑制されているものの、加
速劣化試験（１２１℃，１０時間または１５０℃，５時
間）後の単斜晶割合は、２０％程度となっている。
２８号の発明ではそれ以前のジルコニアセラミックスに
比較して単斜晶への相転移は抑制されているものの、加
速劣化試験（１２１℃，１０時間または１５０℃，５時
間）後の単斜晶割合は、２０％程度となっている。
【０００７】しかしながら、単斜晶割合が２０％程度で
は、表面粗さの劣化を十分に抑制すること、例えば、人
工股関節に関する国際規格ＩＳＯ−７２０６−２：１９
９６（Implants for surgery Partial and total hip
joint prostheses Part 2:Articulating surfaces mad
e of metallic, ceramic and plastic materials)にお
ける表面仕上げ(surface finish)規定値(requierment
4.1.2)である表面の算術平均粗さＲａを０．０２μｍ以
下にすることはできない。したがって、このようなジル
コニアセラミックスを生体内に長期間使用した場合に、
表面が粗くなり、機械的特性、特に、摺動性が大きく低
下する懸念がある。
は、表面粗さの劣化を十分に抑制すること、例えば、人
工股関節に関する国際規格ＩＳＯ−７２０６−２：１９
９６（Implants for surgery Partial and total hip
joint prostheses Part 2:Articulating surfaces mad
e of metallic, ceramic and plastic materials)にお
ける表面仕上げ(surface finish)規定値(requierment
4.1.2)である表面の算術平均粗さＲａを０．０２μｍ以
下にすることはできない。したがって、このようなジル
コニアセラミックスを生体内に長期間使用した場合に、
表面が粗くなり、機械的特性、特に、摺動性が大きく低
下する懸念がある。
【０００８】そこで、本発明は、生体内で長期間使用し
ても表面荒れがほとんど起こらず、また、機械的特性を
維持することができる生体用ジルコニアセラミックスと
その製造方法を提供することを目的とする。
ても表面荒れがほとんど起こらず、また、機械的特性を
維持することができる生体用ジルコニアセラミックスと
その製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の生体用ジルコニアセラミックスは、国際規格Ｉ
ＳＯ１３３５６：１９９７を満足し、１２１℃、０．２
０ＭＰａの飽和水蒸気中で１５２時間の条件で行う加速
劣化試験後の表面の算術平均粗さＲａが０．０２μｍ以
下であることを特徴とする。
本発明の生体用ジルコニアセラミックスは、国際規格Ｉ
ＳＯ１３３５６：１９９７を満足し、１２１℃、０．２
０ＭＰａの飽和水蒸気中で１５２時間の条件で行う加速
劣化試験後の表面の算術平均粗さＲａが０．０２μｍ以
下であることを特徴とする。
【００１０】上記国際規格ＩＳＯ１３３５６：１９９７
は、“Implant for surgery Ceramic materials based
on yttria-stabilized tetragonal zirconia(Y-TZP)"
というタイトルのものであり、生体用インプラントとし
て安全なものの規格である。
は、“Implant for surgery Ceramic materials based
on yttria-stabilized tetragonal zirconia(Y-TZP)"
というタイトルのものであり、生体用インプラントとし
て安全なものの規格である。
【００１１】加速劣化試験(121℃の飽和水蒸気中)につ
いては、牧野内等の文献(牧野内謙三ら、ジルコニアセ
ラミックスの純水中及び生理食塩水中での曲げ強度の経
時変化, 生体材料, ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．３，１１２−
１１８（１９９４）)があり、そこで、正方晶から単斜
晶への相転移は、温度によって加速され、その活性化エ
ネルギーは、２３．３ｋｃａｌ／ｍｏｌと計算されてい
るが、この算出した活性化エネルギーの値によれば、１
２１℃、０．２０ＭＰａ（所謂２気圧に相当する）の飽
和水蒸気中での１５２時間の条件で行う加速劣化試験
は、少なくとも約４０年間、生体内に埋入されることに
相当するものである。
いては、牧野内等の文献(牧野内謙三ら、ジルコニアセ
ラミックスの純水中及び生理食塩水中での曲げ強度の経
時変化, 生体材料, ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．３，１１２−
１１８（１９９４）)があり、そこで、正方晶から単斜
晶への相転移は、温度によって加速され、その活性化エ
ネルギーは、２３．３ｋｃａｌ／ｍｏｌと計算されてい
るが、この算出した活性化エネルギーの値によれば、１
２１℃、０．２０ＭＰａ（所謂２気圧に相当する）の飽
和水蒸気中での１５２時間の条件で行う加速劣化試験
は、少なくとも約４０年間、生体内に埋入されることに
相当するものである。
【００１２】したがって、上記本発明の構成による生体
用ジルコニアセラミックスによれば、長年生体内に埋入
しても、表面の荒れが、上記国際規格ＩＳＯの規定値で
ある表面の算術平均粗さＲａが０．０２μｍ以下という
条件を満足するという、極めて優れた表面滑性を維持す
ることが可能なものである。また、この生体用ジルコニ
アセラミックスは長年生体内に埋入しても、単斜晶割合
が極めて少ない、すなわち、機械的特性に優れたもので
ある。したがって、人工骨や人工関節に好適に用いるこ
とができ、とくに、人工関節の摺動部分に用いた場合、
上記長年に亘る良好な摺動特性により、耐久性の高い人
工関節が実現する。
用ジルコニアセラミックスによれば、長年生体内に埋入
しても、表面の荒れが、上記国際規格ＩＳＯの規定値で
ある表面の算術平均粗さＲａが０．０２μｍ以下という
条件を満足するという、極めて優れた表面滑性を維持す
ることが可能なものである。また、この生体用ジルコニ
アセラミックスは長年生体内に埋入しても、単斜晶割合
が極めて少ない、すなわち、機械的特性に優れたもので
ある。したがって、人工骨や人工関節に好適に用いるこ
とができ、とくに、人工関節の摺動部分に用いた場合、
上記長年に亘る良好な摺動特性により、耐久性の高い人
工関節が実現する。
【００１３】次に、本発明の製造方法は、上記生体用ジ
ルコニアセラミックスの製造方法として、原料粉末の成
形体を、その成形体について焼成後の開気孔率が０．１
％以下となる温度条件の下限温度から＋１００℃の範囲
の温度で1次焼成を行い、熱間等方圧プレス処理を上記
下限温度に対して−１０〜＋１００℃の範囲で行い、且
つ、セラミックスの平均結晶粒径（ＡＳＴＭ Designat
ion :E 112-96 Standard Test Method for Determining
Average Grain Sizeを用いて測定する）を０．２μｍ
以下とすることを特徴とする。
ルコニアセラミックスの製造方法として、原料粉末の成
形体を、その成形体について焼成後の開気孔率が０．１
％以下となる温度条件の下限温度から＋１００℃の範囲
の温度で1次焼成を行い、熱間等方圧プレス処理を上記
下限温度に対して−１０〜＋１００℃の範囲で行い、且
つ、セラミックスの平均結晶粒径（ＡＳＴＭ Designat
ion :E 112-96 Standard Test Method for Determining
Average Grain Sizeを用いて測定する）を０．２μｍ
以下とすることを特徴とする。
【００１４】この製造方法において、上記国際規格ＩＳ
Ｏ１３３５６：１９９７に適合するような原料粉末を用
い、予めバインダーなどを加えて造粒した原料粉末を、
１〜３ｔｏｎ／ｃｍ2の冷間静水圧プレスによって成形
体とし、次いで、切削加工によって、希望する形状に加
工する。
Ｏ１３３５６：１９９７に適合するような原料粉末を用
い、予めバインダーなどを加えて造粒した原料粉末を、
１〜３ｔｏｎ／ｃｍ2の冷間静水圧プレスによって成形
体とし、次いで、切削加工によって、希望する形状に加
工する。
【００１５】造粒した原料粉末を、プレスによって成形
体とする場合は、１〜３ｔｏｎ／ｃｍ2の冷間静水圧プ
レスで行う。１ｔｏｎ／ｃｍ2より圧力が小さいと、大
気中での1次焼成によって、焼成後の嵩密度を十分に上
げることができない場合がある。プレス圧は、３ｔｏｎ
／ｃｍ2以上でも差し支えないが、これ以上高圧にして
も成形体に対して何ら効果が無い。
体とする場合は、１〜３ｔｏｎ／ｃｍ2の冷間静水圧プ
レスで行う。１ｔｏｎ／ｃｍ2より圧力が小さいと、大
気中での1次焼成によって、焼成後の嵩密度を十分に上
げることができない場合がある。プレス圧は、３ｔｏｎ
／ｃｍ2以上でも差し支えないが、これ以上高圧にして
も成形体に対して何ら効果が無い。
【００１６】大気中での１次焼成の条件は、焼成挙動が
原料粉末の僅かな組成や粒子サイズの変動によって変化
するため、先行テストを実施して決定する必要がある。
その指針としては、１次焼成後の開気孔率（アルキメデ
ス法で測定する）が０．１％以下となる温度条件の下限
温度から＋１００℃の範囲である。
原料粉末の僅かな組成や粒子サイズの変動によって変化
するため、先行テストを実施して決定する必要がある。
その指針としては、１次焼成後の開気孔率（アルキメデ
ス法で測定する）が０．１％以下となる温度条件の下限
温度から＋１００℃の範囲である。
【００１７】この１次焼成温度が上記温度条件の下限温
度より＋１００℃を超える場合、上記加速劣化試験後に
単斜晶割合が大きく増加し、表面粗さも劣化する恐れが
ある。なお、市販のジルコニア原料粉末１０数ロットに
対して先行テストを実施した結果、上記下限温度は、１
２５０℃〜１３５０℃の範囲であった。
度より＋１００℃を超える場合、上記加速劣化試験後に
単斜晶割合が大きく増加し、表面粗さも劣化する恐れが
ある。なお、市販のジルコニア原料粉末１０数ロットに
対して先行テストを実施した結果、上記下限温度は、１
２５０℃〜１３５０℃の範囲であった。
【００１８】熱間当方圧プレス処理（ＨＩＰ処理）の条
件は、鋭意調査の結果、上記１次焼成温度に対して−１
０〜＋１００℃の範囲で、かつ１０１．４ＭＰａ〜２０
２．７ＭＰａの圧力下で行い、さらに、その際、セラミ
ックスの平均結晶粒径を０．２μｍ以下とすることで、
最終的なジルコニアセラミックスの特性として、上記加
速劣化試験後の表面の算術平均粗さＲａを０．２０μｍ
以下とすることができる。上記平均結晶粒径が０．２μ
ｍより大きい場合、上記加速劣化試験後に単斜晶割合が
大きく増加し、表面粗さも劣化する恐れがある。
件は、鋭意調査の結果、上記１次焼成温度に対して−１
０〜＋１００℃の範囲で、かつ１０１．４ＭＰａ〜２０
２．７ＭＰａの圧力下で行い、さらに、その際、セラミ
ックスの平均結晶粒径を０．２μｍ以下とすることで、
最終的なジルコニアセラミックスの特性として、上記加
速劣化試験後の表面の算術平均粗さＲａを０．２０μｍ
以下とすることができる。上記平均結晶粒径が０．２μ
ｍより大きい場合、上記加速劣化試験後に単斜晶割合が
大きく増加し、表面粗さも劣化する恐れがある。
【００１９】また、上記製造方法によれば、嵩密度を
６．０７ｇ3／ｃｍ以上、単斜晶割合が１％以下とする
ことができる。
６．０７ｇ3／ｃｍ以上、単斜晶割合が１％以下とする
ことができる。
【００２０】なお、ＨＩＰ処理温度が上記温度条件の下
限値に対して−１０℃より低い場合、または圧力が低す
ぎた場合は焼結が進まず、密度が低くなるため好ましく
ない。またＨＩＰ処理温度が上記温度条件の下限値に対
して＋１００℃より高い場合、結晶粒径が増大し、単斜
晶への相転移が加速され、また、上記加速試験後の表面
粗さも劣化する恐れがあり、好ましくない。
限値に対して−１０℃より低い場合、または圧力が低す
ぎた場合は焼結が進まず、密度が低くなるため好ましく
ない。またＨＩＰ処理温度が上記温度条件の下限値に対
して＋１００℃より高い場合、結晶粒径が増大し、単斜
晶への相転移が加速され、また、上記加速試験後の表面
粗さも劣化する恐れがあり、好ましくない。
【００２１】上記圧力は２０２．７ＭＰａを超えても差
し支えないがこれ以上高圧にしても焼結体に対して何ら
効果が無い。
し支えないがこれ以上高圧にしても焼結体に対して何ら
効果が無い。
【００２２】
【実施例】以下に実施例を示すが、本発明の範囲は、以
下の例に限定されるものではない。 （実施例１）Ｙ2Ｏ3を３ｍｏｌ％含有する正方晶安定化
ジルコニアセラミックス原料粉末（東ソー株式会社製．
型番ＴＺ−３ＹＳＢ）の１ロット(この原料ロットをロ
ットＡと云う)を、３ｔｏｎ／ｃｍ2の冷間静水圧プレス
によって成形体とした。
下の例に限定されるものではない。 （実施例１）Ｙ2Ｏ3を３ｍｏｌ％含有する正方晶安定化
ジルコニアセラミックス原料粉末（東ソー株式会社製．
型番ＴＺ−３ＹＳＢ）の１ロット(この原料ロットをロ
ットＡと云う)を、３ｔｏｎ／ｃｍ2の冷間静水圧プレス
によって成形体とした。
【００２３】なお、この材料の組成（重量％）は、Ｙ2
Ｏ3が５．１５％±０．２０％，Ａｌ 2Ｏ3が０．１％以
下、ＳｉＯ2が０．０２％以下、Ｆｅ2Ｏ3が０．０１％
以下、ＨｆＯ2が２％以下、残部がＺｒＯ2である。ま
た、比表面積は６．９ｍ2／ｇである。
Ｏ3が５．１５％±０．２０％，Ａｌ 2Ｏ3が０．１％以
下、ＳｉＯ2が０．０２％以下、Ｆｅ2Ｏ3が０．０１％
以下、ＨｆＯ2が２％以下、残部がＺｒＯ2である。ま
た、比表面積は６．９ｍ2／ｇである。
【００２４】次いで、切削加工によって、概略直径２４
ｍｍ，厚さ６ｍｍの円盤状に加工した。また、強度の確
認用としてＪＩＳ Ｒ１６０１に規定された抗折強度試
験片を同時に作製した。
ｍｍ，厚さ６ｍｍの円盤状に加工した。また、強度の確
認用としてＪＩＳ Ｒ１６０１に規定された抗折強度試
験片を同時に作製した。
【００２５】次いで、大気中での１次焼成を１２７５℃
から１３７５℃まで毎５℃の各温度、保持時間２時間の
条件で実施し、開気孔率が０．１％以下となる下限値と
して１３００℃を得た。さらに、表１に示す試料Ｎｏ．
１〜５として示すように、１２７５℃、１３００℃、１
３２５℃、１３５０℃、１３７５℃で１次焼成を行った
ものについて、嵩密度を測定したところ、試料Ｎｏ．１
を除き、理論密度の９５％以上の値を得た。
から１３７５℃まで毎５℃の各温度、保持時間２時間の
条件で実施し、開気孔率が０．１％以下となる下限値と
して１３００℃を得た。さらに、表１に示す試料Ｎｏ．
１〜５として示すように、１２７５℃、１３００℃、１
３２５℃、１３５０℃、１３７５℃で１次焼成を行った
ものについて、嵩密度を測定したところ、試料Ｎｏ．１
を除き、理論密度の９５％以上の値を得た。
【００２６】
【表１】
【００２７】次いで、試料Ｎｏ．１〜５について、ＨＩ
Ｐ処理を表１に示す温度、２０２．７ＭＰａ、保持時間
１時間の条件で実施した。
Ｐ処理を表１に示す温度、２０２．７ＭＰａ、保持時間
１時間の条件で実施した。
【００２８】このように作製したジルコニアセラミック
スの試料の１面を平面研削盤にて研削し、次いでラップ
盤にてダイヤモンド砥粒を用いて研磨仕上げを行い、表
面の算術平均粗さＲａが０．０１μｍ程度の鏡面仕上げ
とした。また、Ｘ線回折による単斜晶割合の測定を行っ
た（測定限界は約０．５％）。
スの試料の１面を平面研削盤にて研削し、次いでラップ
盤にてダイヤモンド砥粒を用いて研磨仕上げを行い、表
面の算術平均粗さＲａが０．０１μｍ程度の鏡面仕上げ
とした。また、Ｘ線回折による単斜晶割合の測定を行っ
た（測定限界は約０．５％）。
【００２９】これら試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５の試料に対
して、加速劣化試験(１２１℃、０．２０ＭＰａの飽和
水蒸気中で１５２時間)を行い、単斜晶割合と表面粗さ
を試験後に再度測定した。その結果、１次焼成後の開気
孔率が１％であったＮｏ．１は、加速劣化試験（エージ
ング）によって表面が崩壊し、測定が不可能であった
(本発明範囲外)。Ｎｏ．２〜４では加速劣化試験による
変化は実質上見られなかった。
して、加速劣化試験(１２１℃、０．２０ＭＰａの飽和
水蒸気中で１５２時間)を行い、単斜晶割合と表面粗さ
を試験後に再度測定した。その結果、１次焼成後の開気
孔率が１％であったＮｏ．１は、加速劣化試験（エージ
ング）によって表面が崩壊し、測定が不可能であった
(本発明範囲外)。Ｎｏ．２〜４では加速劣化試験による
変化は実質上見られなかった。
【００３０】また、Ｎｏ．５では、単斜晶割合が急激に
増加し、表面粗さも劣化していた(本発明範囲外)。この
試料は、平均結晶粒径が０．２５μｍであったため、単
斜晶への相転移が十分に抑制されなかったものである。
増加し、表面粗さも劣化していた(本発明範囲外)。この
試料は、平均結晶粒径が０．２５μｍであったため、単
斜晶への相転移が十分に抑制されなかったものである。
【００３１】なお、Ｎｏ．２〜４の３点曲げ試験による
抗折強度は、いずれも約１４５０ＭＰａという高値であ
った。 （実施例２）上記原料粉末の異なるロット (この原料ロ
ットをロットＢと云う)を、３ｔｏｎ／ｃｍ2の冷間静水
圧プレスによって成形体とした。この原料ロットＢは、
原料ロットＡに対し、比表面積が８．２ｍ2／ｇである
点が異なる。
抗折強度は、いずれも約１４５０ＭＰａという高値であ
った。 （実施例２）上記原料粉末の異なるロット (この原料ロ
ットをロットＢと云う)を、３ｔｏｎ／ｃｍ2の冷間静水
圧プレスによって成形体とした。この原料ロットＢは、
原料ロットＡに対し、比表面積が８．２ｍ2／ｇである
点が異なる。
【００３２】実施例１と同様に、試料を作製し、また、
同様な方法で開気孔率が０．１％以下となる下限値とし
て１２８０℃を得た。
同様な方法で開気孔率が０．１％以下となる下限値とし
て１２８０℃を得た。
【００３３】このうち、１次焼成温度が１２８０℃であ
った試料Ｎｏ．６と１３７５℃であった試料Ｎｏ．７に
ついて、実施例１と同様の評価を行った。その結果を表
１に示す。
った試料Ｎｏ．６と１３７５℃であった試料Ｎｏ．７に
ついて、実施例１と同様の評価を行った。その結果を表
１に示す。
【００３４】表１に示すように、試料Ｎｏ．６は、加速
劣化試験後も表面粗さの実質的劣化がなく、また、単斜
晶割合も１％と少なかった。さらに、Ｎｏ．６の３点曲
げ試験による抗折強度は、約１５００ＭＰａという高値
であった。これに対して、試料Ｎｏ．７は、単斜晶割合
が急激に増加し、表面粗さも劣化していた(本発明範囲
外)。この試料は、平均結晶粒径が０．２４μｍであっ
たため、単斜晶への相転移が十分に抑制されなかったも
のである。 （実施例３）Ｙ2Ｏ3を３ｍｏｌ％含有する正方晶安定化
ジルコニアセラミックス原料粉末（東ソー株式会社製．
型番ＴＺ−３ＹＢ）の１ロット(この原料ロットをロッ
トCと云う)を、３ｔｏｎ／ｃｍ2の冷間静水圧プレスに
よって成形体とした。
劣化試験後も表面粗さの実質的劣化がなく、また、単斜
晶割合も１％と少なかった。さらに、Ｎｏ．６の３点曲
げ試験による抗折強度は、約１５００ＭＰａという高値
であった。これに対して、試料Ｎｏ．７は、単斜晶割合
が急激に増加し、表面粗さも劣化していた(本発明範囲
外)。この試料は、平均結晶粒径が０．２４μｍであっ
たため、単斜晶への相転移が十分に抑制されなかったも
のである。 （実施例３）Ｙ2Ｏ3を３ｍｏｌ％含有する正方晶安定化
ジルコニアセラミックス原料粉末（東ソー株式会社製．
型番ＴＺ−３ＹＢ）の１ロット(この原料ロットをロッ
トCと云う)を、３ｔｏｎ／ｃｍ2の冷間静水圧プレスに
よって成形体とした。
【００３５】この材料の組成（重量％）は上記ＴＺ−３
ＹＳＢと同等であり、Ｙ2Ｏ3が５．１５％±０．２０
％，Ａｌ2Ｏ3が０．１％以下、ＳｉＯ2が０．０２％以
下、Ｆｅ2Ｏ3が０．０１％以下、ＨｆＯ2が２％以下、
残部がＺｒＯ2である。また、比表面積は１４．８ｍ2／
ｇである。
ＹＳＢと同等であり、Ｙ2Ｏ3が５．１５％±０．２０
％，Ａｌ2Ｏ3が０．１％以下、ＳｉＯ2が０．０２％以
下、Ｆｅ2Ｏ3が０．０１％以下、ＨｆＯ2が２％以下、
残部がＺｒＯ2である。また、比表面積は１４．８ｍ2／
ｇである。
【００３６】次いで、切削加工によって、概略直径２４
ｍｍ，厚さ６ｍｍの円盤状に加工した。また、強度の確
認用としてＪＩＳ Ｒ１６０１に規定された抗折強度試
験片を同時に作製した。
ｍｍ，厚さ６ｍｍの円盤状に加工した。また、強度の確
認用としてＪＩＳ Ｒ１６０１に規定された抗折強度試
験片を同時に作製した。
【００３７】次いで、大気中での１次焼成を１２００℃
から１３７５℃まで毎５℃の各温度、保持時間２時間の
条件で実施し、開気孔率が０．１％以下となる下限値と
して１２５０℃を得た。さらに、表１に示す試料Ｎｏ．
８〜１２として示すように、１２００℃、１２５０℃、
１３００℃、１３５０℃、１３７５℃で１次焼成を行っ
たものについて、嵩密度を測定したところ、試料Ｎｏ．
８を除き、理論密度の９５％以上の値を得た。
から１３７５℃まで毎５℃の各温度、保持時間２時間の
条件で実施し、開気孔率が０．１％以下となる下限値と
して１２５０℃を得た。さらに、表１に示す試料Ｎｏ．
８〜１２として示すように、１２００℃、１２５０℃、
１３００℃、１３５０℃、１３７５℃で１次焼成を行っ
たものについて、嵩密度を測定したところ、試料Ｎｏ．
８を除き、理論密度の９５％以上の値を得た。
【００３８】次いで、試料Ｎｏ．８〜１２について、Ｈ
ＩＰ処理を表１に示す温度、２０２．７ＭＰａ、保持時
間１時間の条件で実施した。
ＩＰ処理を表１に示す温度、２０２．７ＭＰａ、保持時
間１時間の条件で実施した。
【００３９】このように作製したジルコニアセラミック
スの試料の１面を平面研削盤にて研削し、次いでラップ
盤にてダイヤモンド砥粒を用いて研磨仕上げを行い、表
面の算術平均粗さＲａが０．０１μｍ程度の鏡面仕上げ
とした。また、Ｘ線回折による単斜晶割合の測定を行っ
た（測定限界は約０．５％）。
スの試料の１面を平面研削盤にて研削し、次いでラップ
盤にてダイヤモンド砥粒を用いて研磨仕上げを行い、表
面の算術平均粗さＲａが０．０１μｍ程度の鏡面仕上げ
とした。また、Ｘ線回折による単斜晶割合の測定を行っ
た（測定限界は約０．５％）。
【００４０】これら試料Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１２の試料に
対して、加速劣化試験(１２１℃、０．２０ＭＰａの飽
和水蒸気中で１５２時間)を行い、単斜晶割合と表面粗
さを試験後に再度測定した。その結果、１次焼成後の開
気孔率が２．３％であったＮｏ．８は、加速劣化試験
（エージング）によって表面が崩壊し、測定が不可能で
あった(本発明範囲外)。Ｎｏ．９〜１１では加速劣化試
験による変化は実質上見られなかった。
対して、加速劣化試験(１２１℃、０．２０ＭＰａの飽
和水蒸気中で１５２時間)を行い、単斜晶割合と表面粗
さを試験後に再度測定した。その結果、１次焼成後の開
気孔率が２．３％であったＮｏ．８は、加速劣化試験
（エージング）によって表面が崩壊し、測定が不可能で
あった(本発明範囲外)。Ｎｏ．９〜１１では加速劣化試
験による変化は実質上見られなかった。
【００４１】また、大気焼成温度およびＨＩＰ処理温度
が下限値＋１００℃を超えたＮｏ．１２では、単斜晶割
合が急激に増加し、表面粗さも劣化していた(本発明範
囲外)。
が下限値＋１００℃を超えたＮｏ．１２では、単斜晶割
合が急激に増加し、表面粗さも劣化していた(本発明範
囲外)。
【００４２】なお、Ｎｏ．９〜１１の３点曲げ試験によ
る抗折強度は、いずれも約１５００ＭＰａという高値で
あった。
る抗折強度は、いずれも約１５００ＭＰａという高値で
あった。
【００４３】
【発明の効果】上述のように、本発明の生体用ジルコニ
アセラミックスは、国際規格ＩＳＯ１３３５６：１９９
７を満足し、１２１℃、０．２０ＭＰａの飽和水蒸気中
で１５２時間の条件で行う加速劣化試験後の表面の算術
平均粗さＲａが０．０２μｍ以下であるので、長年生体
内に埋入しても、表面の荒れがほとんど起こさないもの
であり、また、この生体用ジルコニアセラミックスは長
年生体内に埋入しても、単斜晶割合が極めて少ない、す
なわち、機械的特性に優れたものである。
アセラミックスは、国際規格ＩＳＯ１３３５６：１９９
７を満足し、１２１℃、０．２０ＭＰａの飽和水蒸気中
で１５２時間の条件で行う加速劣化試験後の表面の算術
平均粗さＲａが０．０２μｍ以下であるので、長年生体
内に埋入しても、表面の荒れがほとんど起こさないもの
であり、また、この生体用ジルコニアセラミックスは長
年生体内に埋入しても、単斜晶割合が極めて少ない、す
なわち、機械的特性に優れたものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 健文 滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の１ 京セ ラ株式会社滋賀蒲生工場内 (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 ラ株式会社滋賀蒲生工場内 Ｆターム(参考） 4C081 AB05 BB08 CF12 EA03 4C089 AA03 BA05 BB01 CA04 4G031 AA08 AA12 BA18 BA26 BA28 CA04 GA03 GA06 GA07 GA11 GA12 GA15
Claims (3)
- 【請求項１】国際規格ＩＳＯ１３３５６：１９９７を満
足し、１２１℃、０．２０ＭＰａの飽和水蒸気中で１５
２時間の条件で行う加速劣化試験後の表面の算術平均粗
さＲａが０．０２μｍ以下であることを特徴とする生体
用ジルコニアセラミックス。 - 【請求項２】上記加速劣化試験後の単斜晶割合が１％以
下であることを特徴とする請求項１記載の生体用ジルコ
ニアセラミックス。 - 【請求項３】原料粉末の成形体を、その成形体について
焼成後の開気孔率が０．１%以下となる温度条件の下限
温度から＋１００℃の範囲の温度で１次焼成を行い、熱
間等方圧プレス処理を上記下限温度に対して−１０〜＋
１００℃の範囲で行い、且つ、セラミックスの平均結晶
粒径を０．２μｍ以下とすることを特徴とする請求項１
記載の生体用ジルコニアセラミックスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001169431A JP4771616B2 (ja) | 2001-06-05 | 2001-06-05 | 生体用ジルコニアセラミックスとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001169431A JP4771616B2 (ja) | 2001-06-05 | 2001-06-05 | 生体用ジルコニアセラミックスとその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002362972A true JP2002362972A (ja) | 2002-12-18 |
| JP4771616B2 JP4771616B2 (ja) | 2011-09-14 |
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ID=19011502
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001169431A Expired - Fee Related JP4771616B2 (ja) | 2001-06-05 | 2001-06-05 | 生体用ジルコニアセラミックスとその製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4771616B2 (ja) |
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-
2001
- 2001-06-05 JP JP2001169431A patent/JP4771616B2/ja not_active Expired - Fee Related
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