JP2003286073A - 焼結体の製造方法および焼結体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高密度でかつその密度が均一でボイドも少ない
焼結体を得ること。 【解決手段】焼結体の製造方法は、第１の原料と第２の
原料とを混合し、それらを反応させて得られる合成物を
含むスラリーを得る工程１０と、スラリーを濃縮する工
程２０と、スラリー中から気体を除去する工程３０と、
スラリーを成形型内に入れ、乾燥させて、仮成形体を得
る工程４０と、仮成形体を加圧して、成形体を得る工程
５０と、成形体に機械加工を施す工程６０と、成形体を
焼成することにより焼結体を得る工程７０とを有してい
る。第１の原料および第２の原料の少なくとも一方は、
溶液として用いられるのが好ましく、成形体を得る工程
５０は、減圧状態で行われるのが好ましい。また、合成
物としては、セラミックス材料、特に、ハイドロキシア
パタイトまたはリン酸三カルシウムのようなＣａ／Ｐ比
が１〜２のリン酸カルシウム系化合物が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、焼結体の製造方法
および焼結体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、リン酸カルシウム系化合物は、
優れた生体親和性を有しており、人工骨や人工歯根、医
科用あるいは歯科用セメント等の生体材料として利用さ
れている。

【０００３】このようなリン酸カルシウム系化合物は、
焼結体とされ、この焼結体が人工骨や人工歯根等として
臨床的に用いられている。

【０００４】従来、かかる焼結体は、例えば、乾式法や
鋳込み成形法を用いて製造されている。

【０００５】乾式法では、リン酸カルシウム系化合物の
原料粉体を熱処理した後、粉砕、平均粒径が１０〜５０
μｍ程度の粒子を得、次いで、この得られた粉体を圧粉
成形により所定形状に成形して成形体を得た後、この成
形体を焼成することにより焼結体を製造する。

【０００６】一方、鋳込み成形法では、リン酸カルシウ
ム系化合物の原料粉体を、バインダー、分散剤を含む溶
液に加え、攪拌、混合、粉砕して、平均粒径が１μｍ程
度の粒子を得、このスラリーを所定形状に成形して成形
体を得た後、この成形体を焼成することにより焼結体を
製造する。

【０００７】このような乾式法、鋳込み成形では、いず
れも、リン酸カルシウム系化合物の原料粉体を粉砕する
ことにより得た粉体を用いるため、粉体の粒径にバラツ
キが生じてしまう。その結果、得られる焼結体では、そ
の密度が不均一となってマイクロクラックを生じたり、
ボイドなどの欠陥を生じることがあるとともに、高密度
化にも限界があるという問題がある。

【０００８】また、これらの製造方法では、いずれも、
リン酸カルシウム系化合物の原料粉体の粉砕に、時間と
手間とを要するという問題もある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高密
度で、かつ、その密度が均一でボイドも少ない焼結体を
得ることができる焼結体の製造方法、および、かかる製
造方法により製造された焼結体を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（２３）の本発明により達成される。

【００１１】（１） 第１の原料と第２の原料とを混合
し、それらを反応させて得られる合成物を含むスラリー
を得る工程と、前記スラリーを成形型内に入れ、乾燥さ
せて、仮成形体を得る工程と、前記仮成形体を加圧し
て、成形体を得る工程と、前記成形体を焼成することに
より焼結体を得る工程とを有することを特徴とする焼結
体の製造方法。

【００１２】これにより、高密度で、かつ、その密度が
均一でボイドも少ない焼結体を得ることができる。

【００１３】（２） 前記第１の原料および前記第２の
原料の少なくとも一方は、溶液として用いられる上記
（１）に記載の焼結体の製造方法。

【００１４】これにより、高価な製造設備を必要とせ
ず、より容易かつ効率よく合成物を得ることができる。

【００１５】（３） 前記仮成形体を得る工程の前に、
前記スラリーを濃縮する工程を有する上記（１）または
（２）に記載の焼結体の製造方法。これにより、製造時
間の短縮、成形時の割れの発生防止を図ることができ
る。

【００１６】（４） 前記濃縮後の前記スラリーにおけ
る前記合成物の濃度は、８ｗｔ％以上である上記（３）
に記載の焼結体の製造方法。これにより、スラリーを濃
縮する効果が良好に発揮される。

【００１７】（５） 前記仮成形体を得る工程の前に、
前記スラリー中から気体を除去する工程を有する上記
（１）ないし（４）のいずれかに記載の焼結体の製造方
法。

【００１８】これにより、得られる焼結体の密度をより
高くしたり、ボイドの発生防止をすることができる。

【００１９】（６） 前記成形型の内面には、離型剤が
付与されている上記（１）ないし（５）のいずれかに記
載の焼結体の製造方法。これにより、仮成形体の成形型
からの離型性を向上することができる。

【００２０】（７） 前記離型剤は、前記焼結体を得る
工程において熱分解して消失するものである上記（６）
に記載の焼結体の製造方法。

【００２１】これにより、焼結体を生体材料として用い
る場合には、その生体安全性が低下するのを好適に防止
することができる。

【００２２】（８） 前記離型剤は、流動パラフィンで
ある上記（７）に記載の焼結体の製造方法。

【００２３】流動パラフィンは、離型性に優れるととも
に、比較的容易に熱分解され消失する。

【００２４】（９） 前記スラリーを乾燥させる前に、
前記スラリー中には、前記仮成形体の強度を向上させる
有機物質が添加される上記（１）ないし（８）のいずれ
かに記載の焼結体の製造方法。これにより、仮成形体の
取り扱いが容易となる。

【００２５】（１０） 前記有機物質は、前記焼結体を
得る工程において消失するものである上記（９）に記載
の焼結体の製造方法。

【００２６】これにより、焼結体を生体材料として用い
る場合には、その生体安全性が低下するのを好適に防止
することができる。

【００２７】（１１） 前記有機物質は、メチルセルロ
ースである上記（１０）に記載の焼結体の製造方法。

【００２８】メチルセルロースは、仮成形体の強度をよ
り向上させることができるとともに、比較的容易に熱分
解され消失する。

【００２９】（１２） 前記乾燥時の温度は、３０〜８
０℃である上記（１）ないし（１１）のいずれかに記載
の焼結体の製造方法。

【００３０】これにより、乾燥時の割れの発生を防止し
つつ、スラリーの乾燥をより短時間で行うことができ
る。

【００３１】（１３） 前記加圧は、減圧状態で行われ
る上記（１）ないし（１２）のいずれかに記載の焼結体
の製造方法。

【００３２】これにより、仮成形体内に残存する空気
（気体）を、効果的に除去することができるので、得ら
れる成形体をより高密度で、その密度がより均一なもの
とすることができる。

【００３３】（１４） 前記減圧状態でのゲージ真空度
は、４００ｍｍＨｇ以上である上記（１３）に記載の焼
結体の製造方法。

【００３４】これにより、仮成形体内に残存する空気
（気体）の除去効率をより向上させることができる。

【００３５】（１５） 前記加圧の圧力は、０．７ｔｏ
ｎ／ｃｍ^２以上である上記（１）ないし（１４）のいず
れかに記載の焼結体の製造方法。

【００３６】これにより、成形体の密度がより高まり、
より高密度の（緻密化された）焼結体を得ることができ
る。

【００３７】（１６） 前記焼結体を得る工程の前に、
前記成形体に機械加工を施す工程を有する上記（１）な
いし（１５）のいずれかに記載の焼結体の製造方法。こ
れにより、所望の形状の焼結体を得ることができる。

【００３８】（１７） 前記焼成時の温度は、１０００
℃以上で、かつ前記合成物が熱分解する温度未満である
上記（１）ないし（１６）のいずれかに記載の焼結体の
製造方法。

【００３９】これにより、焼結体の品質の低下を招くこ
となく、密度を十分に高くすることができる。

【００４０】（１８） 前記合成物は、セラミックス材
料である上記（１）ないし（１７）のいずれかに記載の
焼結体の製造方法。セラミックス材料は、焼結性を持つ
物質であるので好ましい。

【００４１】（１９） 前記セラミックス材料は、リン
酸カルシウム系化合物である上記（１８）に記載の焼結
体の製造方法。

【００４２】リン酸カルシウム系化合物は、生体安全性
および生体適合性を有するので、好ましい。

【００４３】（２０） 前記セラミックス材料は、Ｃａ
／Ｐ比が１〜２のリン酸カルシウム系化合物である上記
（１９）に記載の焼結体の製造方法。

【００４４】Ｃａ／Ｐ比が１〜２のリン酸カルシウム系
化合物は、優れた生体安全性、生体適合性を有するた
め、生体材料として適している。

【００４５】（２１） 前記リン酸カルシウム系化合物
は、ハイドロキシアパタイトまたはリン酸三カルシウム
である上記（２０）に記載の焼結体の製造方法。

【００４６】これらの化合物は、生体親和性に富み、生
体材料、特に、人工骨や人工歯根、医科用あるいは歯科
用の充填材（セメント）等に非常に適している。

【００４７】（２２） 上記（１）ないし（２１）のい
ずれかに記載の焼結体の製造方法により製造されること
を特徴とする焼結体。本発明の焼結体は、高密度で、か
つ、その密度が均一でボイドも少ない。

【００４８】（２３） 骨補填材である上記（２２）に
記載の焼結体。本発明の焼結体の用途には、種々ある
が、特に、骨補填材としての使用に適している。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の焼結体の製造方法
および焼結体について詳細に説明する。

【００５０】図１は、本発明の焼結体の製造方法の実施
形態を示す工程図である。本発明における合成物として
は、有機材料、無機材料のいずれでもよいが、無機材料
が好ましく、焼結性を持つ物質であることからセラミッ
クス材料が特に好ましい。

【００５１】セラミックス材料としては、例えば、アル
ミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、イットリア、リ
ン酸カルシウム系化合物等のセラミックス、窒化珪素、
窒化アルミ、窒化チタン、窒化ボロン等の窒化物セラミ
ックス、グラファイト、タングステンカーバイト等の炭
化物系セラミックス、その他、例えばチタン酸バリウ
ム、チタン酸ストロンチウム、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＰＬ
ＬＺＴ等の強誘電体材料などが挙げられる。

【００５２】これらの中でも、セラミックス材料として
は、特に生体安全性および生体適合性を有するもの、す
なわち、生体材料として適用可能なものが好ましく、特
にリン酸カルシウム系化合物が好ましい。リン酸カルシ
ウム系化合物は、生体内で長期間安定に存在することが
でき、生体材料として特に優れている。

【００５３】リン酸カルシウム系化合物としては、例え
ば、ハイドロキシアパタイト、フッ素アパタイト、炭酸
アパタイト等のアパタイト類、リン酸二カルシウム、リ
ン酸三カルシウム、リン酸四カルシウム、リン酸八カル
シウム等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以
上を組み合わせて用いることができる。

【００５４】このようなリン酸カルシウム系化合物は、
Ｃａ／Ｐ比が１〜２程度のものが好ましく、１．４〜
１．８程度のものがより好ましい。Ｃａ／Ｐ比が前記範
囲のリン酸カルシウム系化合物は、優れた生体安全性、
生体適合性を有するため、生体材料として適している。

【００５５】さらに、リン酸カルシウム系化合物として
は、ハイドロキシアパタイトまたはリン酸三カルシウム
が特に好ましい。これらの化合物は、生体親和性に富
み、生体材料、特に、人工骨や人工歯根、医科用あるい
は歯科用の充填材（セメント）等に非常に適している。

【００５６】本実施形態では、合成物を代表して、ハイ
ドロキシアパタイトについて説明する。ただし、これに
限定されないことは、言うまでもない。

【００５７】図１に示す焼結体の製造方法は、スラリー
を得る工程１０と、スラリーを濃縮する工程２０と、ス
ラリー中から気体を除去する工程３０と、仮成形体を得
る工程４０と、成形体を得る工程５０と、成形体に機械
加工を施す工程６０と、焼結体を得る工程７０とを有し
ている。

【００５８】［１］スラリーを得る工程１０ まず、例えば容器（図示せず）内で、水酸化カルシウム
（第１の原料）スラリーにリン酸（第２の原料）水溶液
を滴下、混合して、または、硝酸カルシウム（第１の原
料）水溶液にリン酸アンモニウム（第２の原料）水溶液
を滴下、混合して、これらを反応させてハイドロキシア
パタイト（ＨＡｐ）を含むスラリーを得る。

【００５９】このように、ハイドロキシアパタイト（合
成物）の合成は、第１の原料および第２の原料の少なく
とも一方を溶液として使用する湿式合成法によるものが
好ましい。これにより、高価な製造設備を必要とせず、
より容易かつ効率よくハイドロキシアパタイトを合成す
ることができる。

【００６０】［２］スラリーを濃縮する工程２０ 次に、得られたスラリーを濃縮する。

【００６１】スラリーの濃縮は、例えば、遠心分離、自
然沈降、脱水処理等を用いて、スラリー中から液性成分
を除去することにより行われる。かかる方法によれば、
スラリーを容易かつ確実に濃縮することができる。

【００６２】スラリーを濃縮することにより、後述する
工程［４］における乾燥時間の短縮、延いては、焼結体
の製造時間の短縮を図ることができる。また、スラリー
を濃縮しておくことにより、用いる成形型の大型化を防
止できるという利点がある。さらに乾燥時の割れ防止に
もなる。

【００６３】濃縮後のスラリーにおけるハイドロキシア
パタイト（合成物）の濃度は、８ｗｔ％以上であるのが
好ましく、１０〜３５ｗｔ％程度であるのがより好まし
い。濃縮後のスラリーにおけるハイドロキシアパタイト
（合成物）の濃度が低すぎると、合成物の種類等によっ
ては、前記効果が十分に発揮されない場合があり、高す
ぎると、スラリーの取り扱いが難しくなる場合がある。

【００６４】また、本工程［２］において、スラリー中
には、仮成形体の強度を向上させる有機物質が添加され
るのが好ましい。これにより、後述する工程［４］で得
られる仮成形体の強度が向上するので、その後の仮成形
体の取り扱いが容易となる。

【００６５】この有機物質としては、特に限定されない
が、後述する工程［７］の焼成において、熱分解して除
去される（消失する）ものが好ましい。有機物質とし
て、このような物質を用いることにより、焼結体中に有
機物質が残存するのを防止することができる。その結
果、特に、焼結体を生体材料として用いる場合には、そ
の生体安全性が低下するのを好適に防止することができ
る。

【００６６】このような有機物質の具体例としては、例
えば、メチルセルロース（ＭＣ）、デンプン、ポリビニ
ールアルコール、アダマンタン、ポリ酢酸ビニル等が挙
げられるが、これらの中でも、メチルセルロースが好ま
しい。有機物質としてメチルセルロースを用いることに
より、仮成形体の強度をより向上させることができる。
また、メチルセルロースは、比較的容易に熱分解され消
失する。

【００６７】スラリー中に有機物質を添加する場合、こ
の有機物質は、例えば、ハイドロキシアパタイト（合成
物）１００重量部に対して、１〜５重量部程度となるよ
うに添加されているのが好ましく、２〜３重量部程度と
なるように添加されているのがより好ましい。このよう
な範囲で有機物質をスラリー中に添加することにより、
前記効果がより向上する。

【００６８】なお、この有機物質のスラリーへの添加
は、本工程［２］に限定されるものではなく、例えば、
前記工程［１］においてスラリーを得た後、後述する工
程［３］において、または、後述する工程［４］におい
てスラリーを成形型内に入れた後（スラリーの乾燥前）
のいずれかの段階、すなわち、後述する工程［４］にお
いてスラリーを乾燥させる前であればよい。また、本工
程［２］は、必要に応じて、省略することもできる。

【００６９】［３］スラリー中から気体を除去する工程
３０ 次に、スラリー中から空気（気体）を除去する。

【００７０】スラリー中からの空気の除去は、例えば、
スラリーを収納した容器を密閉状態として減圧する方
法、スラリーに対して振動（例えば、超音波振動）を与
える方法、タッピング法、消泡剤の使用等により行うこ
とができる。かかる方法によれば、スラリー中から空気
を、容易かつ確実に除去することができる。

【００７１】スラリー中から空気を除去することによ
り、得られる焼結体の密度をより高くしたり、ボイドの
発生を防止することができる。なお、本工程［３］は、
必要に応じて、省略することもできる。

【００７２】［４］仮成形体を得る工程４０ 次に、スラリーを成形型内に入れ、乾燥させて、仮成形
体を得る。

【００７３】この成形型としては、例えば、各種樹脂材
料、各種金属材料等により構成されたものを使用するこ
とができる。

【００７４】成形型の形状および寸法は、特に限定され
ず、それぞれ、目的とする焼結体の形状に応じて、後述
する工程［７］の焼成における収縮を考慮した寸法に、
適宜設定される。

【００７５】また、この成形型の内面には、離型剤が付
与されているのが好ましい。これにより、仮成形体を得
た後、この仮成形体の成形型からの離型性を向上するこ
とができ、仮成形体に形崩れ、破損等が生じるのを好適
に防止することができる。

【００７６】この離型剤としては、特に限定されない
が、後述する工程［７］の焼成において、熱分解して除
去される（消失する）ものが好ましい。離型剤として、
このような物質を用いることにより、焼結体中に離型剤
が残存するのを防止することができ、その結果、特に、
焼結体を生体材料として用いる場合には、その生体安全
性が低下するのを好適に防止することができる。

【００７７】このような離型剤の具体例としては、例え
ば、流動パラフィン、各種ワックス等が挙げられるが、
これらの中でも、特に、流動パラフィンが好ましい。流
動パラフィンは、離型性に優れるとともに、粘度も低
く、比較的容易に熱分解され消失する。

【００７８】次いで、成形型内に入れられたスラリー
を、例えば加熱（加温）することにより乾燥させる。

【００７９】乾燥時の温度（乾燥温度）は、特に限定さ
れないが、３０〜８０℃程度であるのが好ましく、４０
〜６０℃程度であるのがより好ましい。乾燥温度を前記
範囲とすることにより、スラリーの乾燥をより短時間で
行うことができる。

【００８０】また、乾燥時間も、特に限定されないが、
前記の温度範囲で乾燥を行う場合、１２〜４８時間程度
が好ましく、２４〜３６時間程度がより好ましい。

【００８１】なお、スラリーの乾燥には、例えば、真空
乾燥、自然乾燥、温風乾燥、フリーズドライ、マイクロ
波加熱等の各種乾燥方法を用いることもできる。

【００８２】次いで、成形型内から仮成形体を取り出す
（離型する）。このとき、成形型の内面には、離型剤が
付与されているので、離型が容易であるとともに、仮成
形体の形崩れ、破損等が好適に防止される。

【００８３】なお、成形型内から仮成形体を取り出す際
には、成形型を分割して行なってもよいし、そうでなく
てもよい。

【００８４】［５］成形体を得る工程５０ 次に、得られた仮成形体を加圧して、成形体を得る。

【００８５】この仮成形体の加圧は、１軸プレスのよう
に１方向（１軸方向）にのみ行われるもの、等方的に行
われるもの（例えば、ＣＩＰ等）のいずれであってもよ
い。

【００８６】加圧を１方向に行う場合には、容易に成形
体を得ることができるという利点がある。

【００８７】加圧を等方的に行う場合には、密度がより
均一な成形体が得られるので、その結果、得られる焼結
体も、密度がより均一なものとなる。

【００８８】加圧の圧力（加圧圧力）は、０．７ｔｏｎ
／ｃｍ^２以上であるのが好ましく、１〜３ｔｏｎ／ｃｍ
^２程度であるのがより好ましい。これにより、成形体の
密度がより高まり、より高密度の（緻密化された）焼結
体を得ることができる。

【００８９】また、成形時の温度（成形温度）は、特に
限定されないが、１０〜７０℃程度であるのが好まし
い。通常は、室温程度であればよい。

【００９０】また、仮成形体の加圧は、減圧状態で行わ
れるのが好ましい。これにより、仮成形体内に残存する
空気（気体）を、効果的に除去することができるので、
得られる成形体をより高密度で、その密度がより均一な
ものとすることができる。したがって、後述する工程
［７］において焼成した際、収縮率を減少させることが
できるとともに、均一に収縮させることができるため、
最終的に得られた焼結体は、寸法精度が高く、また、密
度が均一となるので、クラック等の焼結欠陥（焼成欠
陥）の発生を抑制することができる。

【００９１】この減圧状態でのゲージ真空度は、４００
ｍｍＨｇ以上であるのが好ましく、７６０ｍｍＨｇ以上
であるのがより好ましい。減圧状態でのゲージ真空度を
前記範囲とすることにより、前記効果がより向上する。
なお、ここで言うゲージ真空度は、ブルドン管真空計に
よる値であり、この値が大きい程、高真空であることを
示す。

【００９２】［６］成形体に機械加工を施す工程６０ 次に、得られた成形体に所定の機械加工を施す。これに
より、成形体の形状を整え、所望の形状の焼結体を得る
ことができる。

【００９３】この機械加工としては、例えば、切断加
工、切削加工、研削加工、研磨加工等が挙げられ、これ
らのうちの１または２以上を組み合わせて行うことがで
きる。

【００９４】成形体自体は、焼成後の焼結体に比べてそ
の硬度がはるかに低いため、機械加工等による整形を容
易に行うことができ、特に、低硬度の工具を用いて行う
ことができ、また、機械加工の加工速度も速い。なお、
本工程［６］は、必要に応じて、省略することもでき
る。

【００９５】［７］焼結体を得る工程７０ 次に、形状が整えられた成形体を、例えば炉により焼結
（焼成）して焼結体を得る。成形体を焼結（焼成）する
と、収縮し、緻密化される。

【００９６】焼成時の温度（焼成温度）は、特に限定さ
れないが、１０００℃以上で、かつ合成物が熱分解する
温度未満であるのが好ましい。合成物がハイドロキシア
パタイトである場合には、１０００〜１４００℃程度が
好ましく、１０５０〜１２００℃程度がより好ましい。
焼成温度が低過ぎると、焼結体の密度を高くできない場
合があり、また、焼成温度が高過ぎると、ハイドロキシ
アパタイトの熱分解が生じ、焼結体の品質の低下を招く
場合がある。

【００９７】また、焼成時間も、特に限定されないが、
前記の温度範囲で焼成する場合、０．１〜６時間程度が
好ましく、２〜４時間程度がより好ましい。

【００９８】また、焼成雰囲気は、合成物がハイドロキ
シアパタイト等のリン酸カルシウム系化合物である場合
には、例えば、大気中、酸素ガス中、窒素ガス中、アル
ゴンガス中、あるいは、減圧下の各雰囲気中等とするこ
とができる。また、その他の合成物の場合、焼成雰囲気
は、例えば、減圧下、あるいは、アルゴンガス、ヘリウ
ムガス、窒素ガス等の不活性ガス中等とすることができ
る。

【００９９】以上説明したような焼結体の製造方法によ
れば、次のようなおよびの利点がある。すなわち、
反応により得られた合成物を含むスラリーから、噴霧
乾燥、粉砕等を経て合成物の粉体を得ることなく、スラ
リーを、成形体を得る工程（前記工程［４］および
［５］）に供するため、粉体の製造工程を省略すること
ができ、焼結体の製造コストの削減と製造時間の短縮と
を図ることができる。スラリー中に含まれる合成物
（一次粒子）は、スラリーから製造された粉体（二次粒
子）と比較して、その粒径がはるかに小さく、バラツキ
も少ないので、得られる焼結体は、高密度で、その密度
が均一なものとなる。以上のような工程を経て、本発明
の焼結体が得られる。

【０１００】本発明の焼結体は、前述したように、高密
度で、その密度が均一でボイドも少ないものとなるの
で、その結果、透明性が向上し、内部に存在する焼結欠
陥等を、焼結体の外部から容易に発見することができ
る。

【０１０１】また、本発明の焼結体は、極めて小さい粒
径、換言すれば、表面エネルギーの高い合成物を含むス
ラリーを用いて製造されるので、内部に気泡が存在する
（気体が残存する）場合でも、気泡が球形に近い形状と
なる。その結果、本発明の焼結体は、気泡が存在する部
分においても、外部からの応力が集中することが緩和
（抑制）されるので、強度の点からも有利である。

【０１０２】さらに、高強度の焼結体が得られるので、
特に、合成物がハイドロキシアパタイト等の生体材料で
ある場合には、例えば、人工歯根、椎弓スペーサ等の骨
補填材として好適に使用することができる。

【０１０３】以上、本発明の焼結体の製造方法および焼
結体の好適実施形態について説明したが、本発明は、こ
れに限定されることはなく、例えば、本発明の焼結体の
製造方法では、必要に応じて、任意の目的で工程を追加
することもできる。

【０１０４】

【実施例】次に、本発明の具体的実施例について説明す
る。

【０１０５】（実施例１）次のようにして、平板状の焼
結体（サンプルＮｏ．１〜６）を製造した。

【０１０６】（Ｎｏ．１） ＜１＞ まず、ポリプロピレン容器内で、水酸化カルシ
ウム（第１の原料）１４０ｇを純水６０００ｍＬに分散
させ、その中へ、リン酸濃度２ｗｔ％のリン酸（第２の
原料）水溶液を滴下していき、かつ、十分に攪拌、混合
して、ハイドロキシアパタイト（合成物）を合成し、ハ
イドロキシアパタイトを含むスラリーを得た。なお、得
られた合成物がハイドロキシアパタイトであることをＸ
線回折法により確認した。

【０１０７】＜２＞ 次に、乾燥機内で４０℃で水分
（液性成分）を蒸発させ、スラリー中のハイドロキシア
パタイトの濃度を１５ｗｔ％とした。

【０１０８】＜３＞ 次に、この濃縮後のスラリー中か
ら、タッピング法により空気（気体）を除去した。

【０１０９】＜４＞ 次に、このようにして得られたス
ラリーを、内面に流動パラフィン（離型剤）を塗付した
ポリスチレン製の成形型（寸法：縦９．５ｍｍ×横３４
ｍｍ×高さ６３ｍｍ）内に入れた。そして、この成形型
内に入れたスラリーを４０℃×２４時間、続いて、６０
℃×８時間で乾燥させて、仮成形体を得た。

【０１１０】＜５＞ 次に、この仮成形体を、ポリアミ
ド製の袋内に入れ、室温で、２ｔｏｎ／ｃｍ^２でラバー
プレスを行って、成形体を得た。なお、このラバープレ
スは、前記袋内のゲージ真空度が７６０ｍｍＨｇ（減圧
状態）で行った。

【０１１１】＜６＞ 次に、成形体をダイヤモンドカッ
ターにより切削加工（機械加工）して、寸法：縦２．３
ｍｍ×横１７．４ｍｍ×高さ１５．８ｍｍとした。

【０１１２】＜７＞ 次に、切削後の成形体を、電気炉
により焼成して、焼結体を得た。この焼成は、大気中
で、室温から昇温速度５０℃／時間で開始し、１０５０
℃に４時間保持した後、降温速度５０℃／時間で室温ま
で戻すという条件で行った。

【０１１３】（Ｎｏ．２）前記工程＜２＞において、ス
ラリー中のハイドロキシアパタイトの濃度を１５ｗｔ％
とした後、ハイドロキシアパタイト１００重量部に対し
て、１．０重量部となるように、２ｗｔ％メチルセルロ
ース（有機物質）水溶液を添加し、その後、再度、スラ
リー中のハイドロキシアパタイトの濃度を１５ｗｔ％と
した以外は、前記サンプルＮｏ．１と同様にして焼結体
を製造した。

【０１１４】（Ｎｏ．３）前記工程＜２＞において、ス
ラリー中のハイドロキシアパタイトの濃度を８ｗｔ％と
した以外は、前記サンプルＮｏ．１と同様にして焼結体
を製造した。

【０１１５】（Ｎｏ．４）前記工程＜２＞において、ス
ラリー中のハイドロキシアパタイトの濃度を８ｗｔ％と
した後、ハイドロキシアパタイト１００重量部に対し
て、５．０重量部となるように、２ｗｔ％メチルセルロ
ース（有機物質）水溶液を添加し、その後、再度、スラ
リー中のハイドロキシアパタイトの濃度を８ｗｔ％とし
た以外は、前記サンプルＮｏ．１と同様にして焼結体を
製造した。

【０１１６】（Ｎｏ．５）前記工程＜４＞において、乾
燥条件を６０℃×１２時間とした以外は、前記サンプル
Ｎｏ．１と同様にして焼結体を製造した。

【０１１７】（Ｎｏ．６）前記工程＜１＞〜＜６＞にお
いて、次のようにした以外は、前記サンプルＮｏ．１と
同様にして焼結体を製造した。

【０１１８】まず、前記工程＜１＞と同様にして、ハイ
ドロキシアパタイトを含むスラリーを得た。

【０１１９】次いで、このスラリーをスプレードライヤ
ーで乾燥して、平均粒径が約１２μｍの乾燥粉体を得
た。

【０１２０】次いで、この乾燥粉体に対して、７００℃
×５時間の熱処理を施した後、粉砕機で粉砕して、平均
粒径が約８μｍの粉体を得た。

【０１２１】次いで、この粉体を、内面に流動パラフィ
ン（離型剤）を塗付したポリエチレン製の成形型内に入
れ、１軸成形して仮成形体を得た。

【０１２２】次いで、この仮成形体を、ポリアミド製の
袋内に入れ、室温で、２ｔｏｎ／ｃｍ^２でラバープレス
を行って、成形体を得た。なお、このラバープレスは、
前記袋内のゲージ真空度が７６０ｍｍＨｇ（減圧状態）
で行った。

【０１２３】次いで、成形体を、ダイアモンドバーで機
械加工して、寸法：縦２．３ｍｍ×横１７．２ｍｍ×高
さ１５．５ｍｍとした。

【０１２４】なお、得られたサンプルＮｏ．１〜６の焼
結体は、いずれも、寸法が縦：１．８ｍｍ×横１３．７
ｍｍ×高さ１２．４ｍｍ程度であり、ほぼ寸法が等しい
ものであった。

【０１２５】（実施例２）ラバープレスにおける加圧圧
力を２ｔｏｎ／ｃｍ^２に代えて、０．７ｔｏｎ／ｃｍ^２
とした以外は、前記サンプルＮｏ．１〜６と、それぞれ
同様にして、焼結体（サンプルＮｏ．７〜１２）を製造
した。

【０１２６】＜評価＞前記実施例１および実施例２で製
造された焼結体（サンプルＮｏ．１〜１２）に対して、
それぞれ、以下に示す明度の測定を行った。また、サン
プルＮｏ．１および６については、それぞれ、以下に示
す相対密度の測定を行った。

【０１２７】＜明度の測定＞ドキュメントスキャナー
（エプソン社製「ＧＴ−８７００」）により、焼結体の
外観像を画像データとし、焼結体の所定領域（３１Pixe
l×２１Pixel）内の明度（Ｌａｂモード）を測定した。

【０１２８】なお、明度の最高値は、２５５であり、明
度の値が大きい場合、焼結体の透明性が低い（すなわ
ち、ボイドが多い）ことを示し、一方、明度の値が小さ
い場合、焼結体の透明性が高い（すなわち、ボイドが少
ない）ことを示す。

【０１２９】＜相対密度の測定＞懸吊法により測定し
た。

【０１３０】これらの結果を、表１（実施例１）および
表２（実施例２）に、製造条件とともに示す。

【０１３１】また、図２および図３には、それぞれ、サ
ンプルＮｏ．１およびサンプルＮｏ．６の断面を５００
０倍に拡大した電子顕微鏡写真を示す。

【０１３２】

【表１】

【０１３３】

【表２】

【０１３４】表１および表２の結果からすれば、サンプ
ルＮｏ．１〜５および７〜１１（本発明）の焼結体は、
いずれも、高密度であり、透明性が高いものであると判
断される。

【０１３５】また、本発明の各焼結体は、いずれも、目
視により内部の視認が可能であり、視認の結果、クラッ
ク等の焼結欠陥は、認められなかった。

【０１３６】これに対し、サンプルＮｏ．６および１２
（比較例）の焼結体は、いずれも、同一の加圧圧力で成
形された本発明の焼結体と比較して、透明性が低い（す
なわち、ボイドという欠陥が多い）ものであった。さら
に、サンプルＮｏ．６の焼結体は、相対密度も低いもの
であった。このことから、サンプルＮｏ．１２の焼結体
も、同一の加圧圧力で成形された本発明の焼結体と比較
して、相対密度も低いものであると推定される。

【０１３７】このような比較例の各サンプルは、いずれ
も、目視による内部の視認ができないか、できても不明
瞭で、内部に焼結欠陥が存在するか否かの判別もできな
かった。ただし、ここでいう欠陥とは、前記のミクロな
ボイド以外のクラック、マクロなボイド、異物を示す。

【０１３８】また、図２に見られるように、サンプルＮ
ｏ．１（本発明）の焼結体では、その内部に存在する気
泡（白色の円で囲んだ部分）は、球形に近い形状をなし
ていることが明らかとなった。一方、図３に見られるよ
うに、サンプルＮｏ．６（比較例）の焼結体では、その
内部に存在する気泡（白色の円で囲んだ部分）は、球形
にはならず歪な形状をしていることが明らかとなった。
また、比較例では欠陥数も多い。

【０１３９】また、ハイドロキシアパタイトに代わり、
三リン酸カルシウムを合成し、前記実施例１および実施
例２と同様にして焼結体を製造したが、各焼結体は、い
ずれも、前記と同様の評価結果が得られた。

【０１４０】なお、前記サンプルＮｏ．１〜５および７
〜１１（本発明）と同様にして、それぞれ、椎弓スペー
サ（骨補填材）を製造したが、各椎弓スペーサは、いず
れも、前記と同様に、高密度、かつ、その密度が均一な
ものであった。また、これらの椎弓スペーサのいずれも
が、十分な強度を有しており、椎弓スペーサとしての使
用に十分耐え得るものであった。また、ハイドロキシア
パタイトに代わり、三リン酸カルシウムを用いて製造し
た椎弓スペーサについても、同様の結果であった。

【０１４１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
密度で、かつ、その密度が均一でボイドも少ない焼結体
を得ることができる。

【０１４２】また、合成物を含むスラリーから合成物の
粉体を製造することなく、スラリーを成形体を得る工程
に供するので、製造コストの削減と製造時間の短縮とに
有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の焼結体の製造方法の実施形態を示す工
程図である。

【図２】サンプルＮｏ．１（本発明）の焼結体の断面を
５０００倍に拡大した電子顕微鏡写真である。

【図３】サンプルＮｏ．６（比較例）の焼結体の断面を
５０００倍に拡大した電子顕微鏡写真である。

【符号の説明】

１０ スラリーを得る工程 ２０ スラリーを濃縮する工程 ３０ スラリー中から気体を除去する工程 ４０ 仮成形体を得る工程 ５０ 成形体を得る工程 ６０ 成形体に機械加工を施す工程 ７０ 焼結体を得る工程

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の原料と第２の原料とを混合し、そ
   れらを反応させて得られる合成物を含むスラリーを得る
   工程と、 前記スラリーを成形型内に入れ、乾燥させて、仮成形体
   を得る工程と、 前記仮成形体を加圧して、成形体を得る工程と、 前記成形体を焼成することにより焼結体を得る工程とを
   有することを特徴とする焼結体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記第１の原料および前記第２の原料の
   少なくとも一方は、溶液として用いられる請求項１に記
   載の焼結体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記仮成形体を得る工程の前に、前記ス
   ラリーを濃縮する工程を有する請求項１または２に記載
   の焼結体の製造方法。
4. 【請求項４】 前記濃縮後の前記スラリーにおける前記
   合成物の濃度は、８ｗｔ％以上である請求項３に記載の
   焼結体の製造方法。
5. 【請求項５】 前記仮成形体を得る工程の前に、前記ス
   ラリー中から気体を除去する工程を有する請求項１ない
   し４のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
6. 【請求項６】 前記成形型の内面には、離型剤が付与さ
   れている請求項１ないし５のいずれかに記載の焼結体の
   製造方法。
7. 【請求項７】 前記離型剤は、前記焼結体を得る工程に
   おいて熱分解して消失するものである請求項６に記載の
   焼結体の製造方法。
8. 【請求項８】 前記離型剤は、流動パラフィンである請
   求項７に記載の焼結体の製造方法。
9. 【請求項９】 前記スラリーを乾燥させる前に、前記ス
   ラリー中には、前記仮成形体の強度を向上させる有機物
   質が添加される請求項１ないし８のいずれかに記載の焼
   結体の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記有機物質は、前記焼結体を得る工
    程において消失するものである請求項９に記載の焼結体
    の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記有機物質は、メチルセルロースで
    ある請求項１０に記載の焼結体の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記乾燥時の温度は、３０〜８０℃で
    ある請求項１ないし１１のいずれかに記載の焼結体の製
    造方法。
13. 【請求項１３】 前記加圧は、減圧状態で行われる請求
    項１ないし１２のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記減圧状態でのゲージ真空度は、４
    ００ｍｍＨｇ以上である請求項１３に記載の焼結体の製
    造方法。
15. 【請求項１５】 前記加圧の圧力は、０．７ｔｏｎ／ｃ
    ｍ^２以上である請求項１ないし１４のいずれかに記載の
    焼結体の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記焼結体を得る工程の前に、前記成
    形体に機械加工を施す工程を有する請求項１ないし１５
    のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記焼成時の温度は、１０００℃以上
    で、かつ前記合成物が熱分解する温度未満である請求項
    １ないし１６のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
18. 【請求項１８】 前記合成物は、セラミックス材料であ
    る請求項１ないし１７のいずれかに記載の焼結体の製造
    方法。
19. 【請求項１９】 前記セラミックス材料は、リン酸カル
    シウム系化合物である請求項１８に記載の焼結体の製造
    方法。
20. 【請求項２０】 前記セラミックス材料は、Ｃａ／Ｐ比
    が１〜２のリン酸カルシウム系化合物である請求項１９
    に記載の焼結体の製造方法。
21. 【請求項２１】 前記リン酸カルシウム系化合物は、ハ
    イドロキシアパタイトまたはリン酸三カルシウムである
    請求項２０に記載の焼結体の製造方法。
22. 【請求項２２】 請求項１ないし２１のいずれかに記載
    の焼結体の製造方法により製造されることを特徴とする
    焼結体。
23. 【請求項２３】 骨補填材である請求項２２に記載の焼
    結体。