JP2006089825A - 生体用超弾性チタン合金 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チタンのβ相安定化元素であるTa、Nbの1種又は2種を、15mol%≦1.5x+y≦45mol%(xはNb含有量、yはTa含有量を表す)で示される範囲で含有し、更にZrを1〜20mol%、Moを1〜6mol%含有し、Ta、Nb、Zr及びMoの総量が60mol%以下で、残部Tiと不可避不純物とからなることを特徴とする生体用超弾性チタン合金である。
【選択図】なし
Description
例えば、Ti−Ni系合金は強度、耐磨耗性、耐食性に優れ、生体とのなじみが良いなどの特徴を有し、生体用材料として多種多様の医療機器に利用されている。
しかし、Ti−Ni系合金を用いた生体用材料では含有されているNiがアレルギー症状を引き起こす恐れがあることから、生体に対して毒性やアレルギーを起す恐れのある元素を含まず、より安全な生体用材料として、Niを含まない生体用Ti−Nb−Sn形状記憶合金(特許文献1参照)や生体用超弾性Ti−Mo−X(X:Ga、Al、Ge)合金(特許文献2参照)などが提案されている。
しかしながら、医療用ガイドワイヤ、歯列矯正用ワイヤ、ステントなどの各種多様な医療機器部材や眼鏡フレーム、眼鏡ノーズパッドなどの素肌と直接に接する生活品部材としてNiを含まない前記チタン合金を利用するには、冷間加工性や超弾性特性の面で満足すべきものではなく、より高性能な材料の開発が望まれている。
そこで、本発明では優れた超弾性特性を具備すると共に、冷間加工性にも優れ生産性の良いNiを含まない超弾性チタン合金を提案するものである。
更に、TaはTiに固溶することにより、固溶強化の役割を担い、すべり変形に対する臨界応力を高めて、すべり変形を起こしにくくして、良好な超弾性を具現化し、Zr、Taは組成の変動に対する変態温度の変動が小さく、従って、変態温度の制御がしやすく、安定した製造に寄与する。
Mo量に関しても、その含有量を1〜6mol%としたのは、Zrの含有と同様に、この範囲内では超弾性特性がより良好になるが、超えての含有は加工性を極度に低下せしめてしまうためである。特に、冷間加工性を重視する場合には、1〜4mol%が望ましい。
チタン合金に含まれるC、B、O、N、H、Siの合計を0.01〜1mol%と限定したのは、この範囲内では超弾性特性をより良好にせしめるが、超えて含む場合には冷間加工性や熱間加工性を大きく損なうためで、特に冷間加工性を重視する場合には0.01〜0.5mol%が望ましい。
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
表1に示す合金組成のTi−Nb−Zr−Mo合金鋳塊を非消耗タングステン電極型アルゴンアーク溶解炉を用いて作製した。この鋳塊に熱間加工を施し、次いで700℃、10分間保持の中間焼鈍及び冷間伸線加工を繰り返し行い、40%の仕上冷間加工率で仕上冷間伸線加工を行い、線径1.0mmの冷間加工材を得て供試材(冷間加工材)とした。供試材(冷間加工材)の一部は600℃、30分間の直線形状記憶熱処理を施して供試材(記憶材)として用いた。なお、40%の仕上冷間加工率で伸線できない線材については、20%の冷間加工率で仕上冷間伸線加工を行った。
この超弾性特性の評価は、供試材(記憶材)を用い、冷間加工性の評価には供試材(冷間加工材)を用い、その結果を表1に記した。
対して、Zr量又はMo量の多い比較例No.204、No.203では冷間加工性が劣り、供試材を作製できなかった。Nb量の少ない比較例No.200、Nb量の多い比較例No.201、No.202では、いずれも良好な超弾性特性が得られず形状が回復しなかった。
図2に本発明例No.8、図3に比較例No.200の応力−伸び曲線を示す。
縦軸は引張応力(MPa)、横軸は伸び(%)を示し、本発明例No.7では0.9%の残留伸び、比較例No.200では1.8%の残留伸びがそれぞれの図2、図3中に矢印で示されている。
表2に示す合金組成のTi−Ta−Zr−Mo合金の供試材を実施例1と同じ方法により作製し、超弾性特性及び冷間加工性を同じく実施例1で示した評価方法で行い、その結果を表2に記した。
対して、Ta量の少ない比較例No.206では、大きな残留伸びを示し満足な超弾性特性が得られず形状回復しなかった。Ta量を多く含む比較例No.207、No.208、及びTa、Zr、Moの総量が60mol%を超える比較例No.205では超弾性特性、冷間加工性共に劣っている。Zr量又はMo量の多い比較例No.210、No.209では、冷間加工性が悪く、供試材を作製できなかった。
表3に示す合金組成のTi−Nb−Ta−Zr−Mo合金の供試材を実施例1と同じ方法により作製し、超弾性特性及び冷間加工性を同じく実施例1で示した評価方法で行い、その結果を表3に記した。
対して、Nb量とTa量の合計が15mol%より少ない比較例No.211、その合計が45mol%より多い比較例No.212では、残留ひずみが大きくなっているのがわかる。Mo量やZr量が多すぎる比較例No.213、No.214では、冷間加工性が悪く試料が作製できず、超弾性特性の評価ができなかった。
表4に示す合金組成のTi−Nb−Zr−Al合金の供試材を実施例1と同じ方法により作製し、超弾性特性及び冷間加工性を同じく実施例1で示した評価方法で行い、その結果を表4に記した。
対して、Nb量が少なすぎる比較例No.215、Nb量が多すぎる比較例No.216、No.217では超弾性特性が大きく低下した。Al量、Zr量の多すぎる比較例No.218、No.219では、冷間加工性が悪く試料が作製できず、超弾性特性の評価ができなかった。
表5に示す合金組成のTi−Nb−Zr−Mo−Sn合金の供試材を実施例1と同じ方法により作製し、超弾性特性及び冷間加工性を同じく実施例1で示した評価方法で行い、その結果を表5に記した。
対して、Nb量が少なすぎる比較例No.221、Nb量が多すぎる比較例No.222、No.223では超弾性特性が大きく低下した。Sn量、Mo量、Zr量の多すぎる比較例No.220、No.224、No.225、No.226では、冷間加工性が悪く試料が作製できず、超弾性特性の評価ができなかった。
表6に示す合金組成のTi−Nb−Ta−Zr−Al合金の供試材を実施例1と同じ方法により作製し、超弾性特性及び冷間加工性を同じく実施例1で示した評価方法で行い、その結果を表6に記した。
対して、Nb量とTa量の合計が少なすぎる比較例No.227、Nb量とTa量が多すぎる比較例No.228では超弾性特性が大きく低下した。Al量、Zr量の多すぎる比較例No.229、No.230では、冷間加工性が悪く試料が作製できず、超弾性特性の評価ができなかった。
表7に示す合金組成のTi−Nb−Mo−Au合金の供試材を実施例1と同じ方法により作製し、超弾性特性及び冷間加工性を同じく実施例1で示した評価方法で行い、その結果を表7に記した。
対して、Nb量が少なすぎる比較例No.231、Nb量が多すぎる比較例No.232では超弾性特性が大きく低下した。Au量、Mo量の多すぎる比較例No.233、No.234では、冷間加工性が悪く試料が作製できず、超弾性特性の評価ができなかった。
表8に示す合金組成のTi−Nb−Mo−Al−Au合金の供試材を実施例1と同じ方法により作製し、超弾性特性及び冷間加工性を同じく実施例1で示した評価方法で行い、その結果を表8に記した。
対して、Nb量が少なすぎる比較例No.235、Nb量が多すぎる比較例No.236では超弾性特性が大きく低下した。Au量、Al量、Mo量の多すぎる比較例No.237、No.239、No.240、及びAl量とAu量の合計が多い比較例No.238では、冷間加工性が悪く試料が作製できず、超弾性特性の評価ができなかった。
表9に示す合金組成のTi−Nb−Mo−C合金の供試材を実施例1と同じ方法により作製し、超弾性特性及び冷間加工性を同じく実施例1で示した評価方法で行い、その結果を表9に記した。
対して、Nb量が少なすぎる比較例No.241、Nb量が多すぎる比較例No.242では超弾性特性が大きく低下した。Mo量の多すぎる比較例No.244やC量の多すぎる比較例No.243では、冷間加工性が悪く試料が作製できず、超弾性特性の評価ができなかった。
表10に示す合金組成のTi−Nb−Mo−Al−B合金の供試材を実施例1と同じ方法により作製し、超弾性特性及び冷間加工性を同じく実施例1で示した評価方法で行い、その結果を表10に記した。
対して、Nb量が少なすぎる比較例No.245、Nb量が多すぎる比較例No.246では超弾性特性が大きく低下した。Al量、Mo量の多すぎる比較例No.248、No.249及びB量の多い比較例No.247では、冷間加工性が悪く試料が作製できず、超弾性特性の評価ができなかった。
非消耗タングステン電極型アルゴンアーク溶解炉を用いて作製したTi−15mol%Nb−2mol%Zr−3mol%Mo合金鋳塊に熱間加工を施し、次いで700℃、10分間保持の中間焼鈍及び冷間伸線加工を繰り返し行い、40%の仕上冷間加工率で仕上冷間伸線加工して線径0.5mmの冷間加工材を得た。この冷間加工材に600℃、30分間の直線形状記憶熱処理を施し、医療用ガイドワイヤ線材、歯列矯正ワイヤ線材、直線アクチュエーター線材を作製し、実施例1で用いた方法で測定した超弾性特性を表11に記した。なお、医療用ガイドワイヤ用線材に関しては、図4の方法によりトルク伝達性を測定し、併せて表11に記した。
図4において、6aは駆動側ロータリーエンコーダー、6bは追従側ロータリーエンコーダー、7は駆動部を表す。
Ti−10mol%Nb−15.0mol%Ta−1.0mol%Zr−4.0mol%Mo合金を実施例11と同様の方法により直線形状記憶処理を施した線径2.0mmの眼鏡フレーム用線材を作製し、その超弾性特性を実施例1と同様の方法で測定し、その結果を表11に併せて記した。
実施例11及び実施例12で作製した医療用ガイドワイヤ線材、歯列矯正ワイヤ線材、眼鏡フレーム用線材を用い、それぞれ医療用ガイドワイヤ及び歯列矯正ワイヤ、眼鏡フレームを作製して試験したところ、従来製品のものと遜色なく使用することができた。
2 ステンレス鋼製丸棒
5 ポリエチレンチューブ
6a 駆動側ロータリーエンゴーダー
6b 追従側ロータリーエンコーダー
7 駆動部
Claims (14)
- チタンのβ相安定化元素であるTa、Nbの1種又は2種を、15mol%≦1.5x+y≦45mol%(xはNb含有量、yはTa含有量を表す)で示される範囲で含有し、更にZrを1〜20mol%、Moを1〜6mol%含有し、Ta、Nb、Zr及びMoの総量が60mol%以下で、残部Tiと不可避不純物とからなることを特徴とする生体用超弾性チタン合金。
- チタンのβ相安定化元素であるTa、Nbの1種又は2種を、15mol%≦1.5x+y≦45mol%(xはNb含有量、yはTa含有量を表す)で示される範囲で含有し、更にZrを1〜10mol%、Moを1〜4mol%含有し、Ta、Nb、Zr及びMoの総量が50mol%以下で、残部Tiと不可避不純物とからなることを特徴とする生体用超弾性チタン合金。
- チタンのβ相安定化元素であるTa、Nbの1種又は2種を、15mol%≦1.5x+y≦45mol%(xはNb含有量、yはTa含有量を表す)で示される範囲で含有し、次いでZrを1〜20mol%、Moを1〜6mol%含有し、Al、Ge、Ga、In、SnからなるA群より1種または2種以上を合計で1〜10mol%含有し、更にTa、Nb、Zr、MoおよびA群の総量が60mol%以下で、残部Tiと不可避不純物とからなることを特徴とする生体用超弾性チタン合金。
- チタンのβ相安定化元素であるTa、Nbの1種又は2種を、15mol%≦1.5x+y≦45mol%(xはNb含有量、yはTa含有量を表す)で示される範囲で含有し、次いでZrを1〜10mol%、Moを1〜4mol%含有し、Al、Ge、Ga、In、SnからなるA群より1種または2種以上を合計で1〜6mol%含有し、更にTa、Nb、Zr、MoおよびA群の総量が50mol%以下で、残部Tiと不可避不純物とからなることを特徴とする生体用超弾性チタン合金。
- チタンのβ相安定化元素であるTa、Nbの1種又は2種を、15mol%≦1.5x+y≦45mol%(xはNb含有量、yはTa含有量を表す)で示される範囲で含有し、次いでZr、Moの1種または2種を、Zrが1〜20mol%、Moが1〜6mol%の範囲内において合計で1〜26mol%含有し、Al、Ge、Ga、In、Sn、Au、Ag、Pt、PdからなるB群より1種または2種以上を合計で1〜10mol%含有し、更にTa、Nb、Zr、MoおよびB群の総量が60mol%以下で、残部Tiと不可避不純物とからなることを特徴とする生体用超弾性チタン合金。
- チタンのβ相安定化元素であるTa、Nbの1種又は2種を、15mol%≦1.5x+y≦45mol%(xはNb含有量、yはTa含有量を表す)で示される範囲で含有し、次いでZr、Moの1種または2種を、Zrが1〜10mol%、Moが1〜4mol%の範囲内において合計で1〜14mol%含有し、Al、Ge、Ga、In、Sn、Au、Ag、Pt、PdからなるB群より1種または2種以上を合計で1〜6mol%含有し、更にTa、Nb、Zr、MoおよびB群の総量が50mol%以下で、残部Tiと不可避不純物とからなることを特徴とする生体用超弾性チタン合金。
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- 請求項1乃至請求項9記載のいずれかの生体用超弾性チタン合金を用いた医療用ガイドワイヤ。
- 請求項1乃至請求項9記載のいずれかの生体用超弾性チタン合金を用いた歯列矯正ワイヤ。
- 請求項1乃至請求項9記載のいずれかの生体用超弾性チタン合金を用いたステント。
- 請求項1乃至請求項9記載のいずれかの生体用超弾性チタン合金を用いた眼鏡部材。
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