JP2014240455A

JP2014240455A - 離型材スラリとインプラントの製造方法

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Publication number: JP2014240455A
Application number: JP2013122837A
Authority: JP
Inventors: 将人玉井; Masahito Tamai
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2014-12-25

Abstract

【課題】マグネシウムまたはマグネシウム合金からなるバルク材の熱間鍛造加工時の加工性を向上し、生体適合性の高いインプラントを製造する。【解決手段】沸点が１５０℃以下の高揮発性の有機溶媒にリン酸カルシウム化合物のみを分散させてなる離型材スラリを提供する。また、いずれかの離型材スラリをマグネシウムまたはマグネシウム合金からなるバルク材の表面に塗布する塗布ステップＳ１と、該塗布ステップＳ１において表面に離型材スラリが塗布されたバルク材を金型で押圧する熱間鍛造加工ステップＳ２とを含むインプラントの製造方法を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、離型材スラリとインプラントの製造方法に関するものである。

従来、チタンやステンレスを母材とした、循環器用ステントや骨接合材等のインプラントの開発が進められている。その一方で、これらのインプラントが患部の治癒後も体内に留置される場合に想定される新たな疾患の発症を予防するためにインプラントの抜去術が行われているが、インプラントの抜去は大きな負担である。

抜去術を必要としないインプラントとして、生体吸収性の金属材料であるマグネシウム合金製のインプラントが研究されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
マグネシウム合金製のインプラントは、優れた生体活性を有し、細胞成長を促したり、生体組織と強固に結合したりすることが期待されている。

マグネシウムやマグネシウム合金のバルク材から３次元的な曲率を有するプレート形状のインプラントを製造する場合に、切削加工では複雑な加工を行う必要があるとともに大量に発生する加工粉の処理に問題があり、鋳造加工では強度安定性に問題がある。このため、熱間鍛造加工が安定した製造には適していると考えられる。

熱間鍛造加工の場合には、加工後の製品の型への食い付きや熱による型材との反応を防ぐために離型材を使用する必要がある。
従来、セラミックス系の歯科材料の成形時に使用される離型材としてリン酸カルシウム系の離型材スラリが知られている（例えば、特許文献３参照。）。

特表２００１−５１１０４９号公報特表２００９−５３５５０４号公報特開平８−１０４５３５号公報

しかしながら、特許文献３の離型材スラリは、窒化ホウ素やシリカコロイドのような元素を含むため、熱間鍛造加工時にこれらの元素がインプラントに混入してしまい、インプラントの生体適合性を低下させてしまうという不都合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなるバルク材の熱間鍛造加工時の加工性を向上し、生体適合性の高いインプラントを製造することができる離型材スラリとインプラントの製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、沸点が１５０℃以下の高揮発性の有機溶媒にリン酸カルシウム化合物のみを分散させてなる離型材スラリを提供する。
本態様によれば、バルク材の表面に離型材スラリを塗布して熱間鍛造加工を行うと、高揮発性の有機溶媒は熱によって揮発して成形品の表面に残らない一方、リン酸カルシウム化合物がその潤滑性によって型のバルク材への食い付きを防止し、離型効果を高めることができる。これにより、成形品に型を構成する元素が混入することや、他の生体適合性の低い元素が混入することを防止して、生体適合性の高いインプラントを製造することができる。離型材スラリを構成するためには、リン酸カルシウム化合物は２〜７０重量％含まれていることが必要である。

上記態様においては、前記有機溶媒の沸点が１００℃以下であることが好ましい。
また、上記態様においては、前記有機溶媒が、メタノール、エタノール、プロパノールおよびブタノールの少なくとも１つであってもよい。

また、上記態様においては、前記リン酸カルシウム化合物が、骨結合性を有するリン酸カルシウムであってもよい。
このようにすることで、成形品の表面に残留するリン酸カルシウム化合物が骨と結合するサイトとなるので、インプラントの骨結合性を向上することができる。骨結合性を有するリン酸カルシウムとしては、ハイドロキシアパタイトやリン酸三カルシウムを挙げることができる。

また、上記態様においては、前記リン酸カルシウム化合物の各粒子が球状に造粒されていてもよい。
このようにすることで、熱間鍛造加工時の型と成形品との間の潤滑性を向上することができ、加工性を改善することができる。

また、上記態様においては、前記リン酸カルシウム化合物が層状構造を有していてもよい。
また、上記態様においては、前記リン酸カルシウム化合物の各粒子が異方性を有していてもよい。
このようにすることで、熱間鍛造加工時の型と成形品との間の層状構造の方向あるいは異方性の方向に沿う方向の潤滑性を向上することができ、加工性を改善することができる。

また、本発明の他の態様は、上記いずれかの離型材スラリをマグネシウムまたはマグネシウム合金からなるバルク材の表面に塗布する塗布ステップと、該塗布ステップにおいて表面に離型材スラリが塗布されたバルク材を金型で押圧する熱間鍛造加工ステップとを含むインプラントの製造方法を提供する。

本発明によれば、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなるバルク材の熱間鍛造加工時の加工性を向上し、生体適合性の高いインプラントを製造することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るインプラントの製造方法を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る離型材スラリを（ａ）塗布しない場合と、（ｂ）塗布した場合の熱間鍛造加工後の成形品を示す写真である。図２の離型材スラリを構成するリン酸カルシウム化合物の変形例を示す写真である。図２の離型材スラリを構成するリン酸カルシウム化合物の他の変形例を示す分子構造図である。

本発明の一実施形態に係る離型材スラリについて、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る離型材スラリは、エタノール（有機溶媒）とハイドロキシアパタイト（リン酸カルシウム化合物）とを６０重量％：４０重量％の比率で混合することにより構成されている。

このように構成された離型材スラリを用いてインプラントを製造するには、図１に示されるように、インプラントを構成する材料からなるバルク材の表面に離型材スラリを塗布し（離型材塗布ステップＳ１）、離型材スラリが塗布されたバルク材を金型間に配置してプレス加工する（熱間鍛造加工ステップＳ２）。

本実施形態に係る離型材スラリとこれを用いたインプラントの製造方法によれば、エタノールは、低沸点の高揮発性の有機溶媒であるために、熱間鍛造加工ステップＳ２における熱により揮発し、製造されるインプラントの表面に残らない。他方、エタノールに分散されていたハイドロキシアパタイトはバルク材の表面に残るので、バルク材と金型との間に挟まれて両者間の潤滑剤として機能する。

その結果、バルク材への金型の食い付きを防止して、離型効果を高めることができるとともに、熱間鍛造加工中における摩擦を低減して加工性を向上することができる。
図２に、本実施形態に係る離型材スラリを（ａ）塗布しない場合と、（ｂ）塗布した場合とにおいて、長方形の平板からなるバルク材を熱間鍛造加工した後の成形品の写真を示す。これによれば、離型材スラリを塗布した場合には、短辺に沿う方向への伸びが大きくなっており、金型とバルク材との間の潤滑性が向上していることがわかる。

そして、潤滑性の向上により、バルク材への金型の食い付きが防止されるので、金型を構成している元素がインプラントに混入してしまう不都合を防止することができる。
特に、インプラントを構成する材料が、マグネシウムあるいはマグネシウム合金のような生体適合性材料の場合に、金型を構成している元素がインプラントに混入することによる生体適合性の低下を防止することができる。
その結果、生体適合性の高い医療用途のインプラントを製造することができるという利点がある。

また、本実施形態においては、離型材スラリを構成するリン酸カルシウム化合物として、ハイドロキシアパタイトを用いた。ハイドロキシアパタイトは骨結合性を有するので、製造されたインプラントの表面に残留することで、インプラントを骨接合用途に用いる場合にはハイドロキシアパタイトをサイトとして骨との結合を促進することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、高揮発性の有機溶媒としてエタノールを用いたが、これに限定されるものではなく、沸点が１５０℃以下、好ましくは１００℃以下の有機溶媒を使用することができる。特に、メタノール、エタノール、プロパノールおよびブタノールの少なくとも１つを選択すればよい。

また、本実施形態においては、離型材スラリを構成するリン酸カルシウム化合物としてハイドロキシアパタイトを用いたがこれに代えて、βリン酸三カルシウム等のリン酸三カルシウムを有機溶媒に分散させることにしてもよい。

また、本実施形態においては、エタノールとハイドロキシアパタイトとを６：４の割合で混合したが、これに代えて、有機溶媒に分散させるリン酸カルシウム化合物は２〜７０重量％の割合で分散させることにしてもよい。この範囲内であれば、スラリを構成することができる。

また、本実施形態においては、図３に示されるように、ハイドロキシアパタイトを球状に造粒することにしてもよい。球状に造粒されたハイドロキシアパタイトは、バルク材が熱間鍛造加工される際に、金型とバルク材との間で転がりやすく、潤滑性をさらに向上することができる。

また、本実施形態においては、図４に示されるように、ハイドロキシアパタイトを、層状構造を有するものとしてもよい。熱間鍛造加工時に層状構造が壊れることにより、層間で滑りを生じやすく、潤滑性をさらに向上することができる。

また、本実施形態においては、ハイドロキシアパタイトの粒子として、針状結晶あるいは板状結晶のように異方性を有するものを採用してもよい。このような異方性を有する粒子を有機溶媒内に分散させた離型材スラリを塗布して熱間鍛造加工を行うと、同一方向に配向して、圧縮方向に直交する方向に滑りやすくなり、潤滑性をさらに向上することができる。

Ｓ１離型材塗布ステップ（塗布ステップ）
Ｓ２熱間鍛造加工ステップ

Claims

沸点が１５０℃以下の高揮発性の有機溶媒にリン酸カルシウム化合物のみを分散させてなる離型材スラリ。
前記有機溶媒の沸点が１００℃以下である請求項１に記載の離型材スラリ。
前記有機溶媒が、メタノール、エタノール、プロパノールおよびブタノールの少なくとも１つである請求項１または請求項２に記載の離型材スラリ。
前記リン酸カルシウム化合物が、骨結合性を有するリン酸カルシウムである請求項１から請求項３のいずれかに記載の離型材スラリ。
前記リン酸カルシウム化合物の各粒子が球状に造粒されている請求項１から請求項４のいずれかに記載の離型材スラリ。
前記リン酸カルシウム化合物が層状構造を有する請求項１から請求項４のいずれかに記載の離型材スラリ。
前記リン酸カルシウム化合物の各粒子が異方性を有する請求項６に記載の離型材スラリ。
請求項１から請求項７のいずれかに記載の離型材スラリをマグネシウムまたはマグネシウム合金からなるバルク材の表面に塗布する塗布ステップと、
該塗布ステップにおいて表面に離型材スラリが塗布されたバルク材を金型で押圧する熱間鍛造加工ステップとを含むインプラントの製造方法。