JP2022115039A - 低モジュラス耐食合金及びその使用 - Google Patents

Abstract

【課題】低モジュラス耐食合金及びその使用を提供する。【解決手段】本発明は、主にＺｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ及びＳｎの５種の元素を主要元素として組成される一種の低モジュラス耐食合金が開示される。本発明の設計によれば、少なくとも３１ｗｔ％よりも大きいかあるいは等しいＺｒ、１８～５０ｗｔ％のＮｂ、１０～４０ｗｔ％のＴｉ、４～１０ｗｔ％のＭｏ、及び１．５～１５ｗｔ％のＳｎなどの多種の元素から組成され、その内、ＺｒとＴｉの重量百分率総和が８０ｗｔ％よりも小さいかあるいは等しい。実験データから、本発明の低モジュラス耐食合金の多数のサンプルは、いずれも以下の性質を有することが示され、ビッカース硬度がＨＶ２５０より大きく、ヤング率が１００ＧＰａより小さく、降伏強度が６００ＭＰａより大きく、及び孔食電位が１．３Ｖより大きい。このため、実験データから、本発明の低モジュラス耐食合金は、手術用インプラントまたは医療機器の製作への応用に高いポテンシャルを持ち、例えば、バネ、コイル、導線、クランプ具、止め材、羽根、バルブ材、弾性シート、眼鏡フレーム、スポーツ器具などのさまざまな工業分野及び高強度低モジュラス耐食構造材料にも応用されることが証明された。【選択図】なし

Description

本発明は、合金材料の関連技術分野に係り、特に、低モジュラス耐食合金に関するものである。

生体医療材料は、生体適合性を有し、かつ生体システムに植え込み可能な、生体システムの一部を取替えまたは修復するための一種の材料であり、合金材料、高分子材料及びセラミック材料を含む。その内、広く知られる合金生体医療材料（Ａｌｌｏｙ ａｓ ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ）は、さらに、ステンレス鋼と、コバルト基合金と、チタン合金とに分けられる。ステンレス鋼は、加工容易性、価格低廉性、高降伏強度という特性を有するので、初期から生体医療材料として開発応用されている。

ステンレス鋼は、鉄、クロミウム、炭素及びその他の多くの元素から組成される合金であり、その内、鉄とクロミウムは、ステンレス鋼を構成する主要元素であり、かつクロミウムの重量百分率は少なくとも１１ｗｔ％を要する。ユニバーサル型番３０４のステンレス鋼は１８Ｃｒ－８Ｎｉの合金鋼であり、骨板及び骨ネイルとして加工製造される。補足説明すると、１８と８は、クロミウム（Ｃｒ）とニッケル（Ｎｉ）の重量百分率の数値を意味しており、かつ３０４ステンレス鋼（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ ３０４）は、その短縮記号をＳＳ３０４またはＳＵＳ３０４とする。３０４ステンレス鋼と比較して、３１６ステンレス鋼には、含有量２～３ｗｔ％のモリブデン（Ｍｏ）がさらに添加されるので、より好ましい耐酸、耐腐食（塩化物）と耐高温の性質を有する。一方、３１６ステンレス鋼の炭素含有量を０．０８ｗｔ％から０．０３ｗｔ％まで低下させると、ユニバーサル型番が３１６Ｌである低炭素ステンレス鋼を得ることができる。現在、３１６Ｌステンレス鋼は、人工関節の製作によく用いられている。しかし、３１６Ｌステンレス鋼は残念ながら、臨床データによれば、人体に長期間植え込まれた後、腐食または摩損を受けることで、血液または組織中への金属イオンの放出が起こり、人体に対する副作用を引き起こすことが示されている。同時に、臨床データから、３１６Ｌステンレス鋼の密度及びヤング率が比較的大きいため、応力遮蔽効果（ｓｔｒｅｓｓ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）が引き起こされるに従って、骨の正常な発育に影響することも示唆されている。

コバルト基合金は、コバルト、クロミウム、モリブデン及びその他の多くの元素から組成される合金であり、その耐腐食性はステンレス鋼よりも４０倍高い。Ｃｏ－２８Ｃｒ－６Ｍｏ合金は、コバルト基合金の一種であり、一般的に、鋳造工法（Ｃｏ－Ｃｒ－Ｍｏ合金（Ｆ７５））、鍛造工法（Ｃｏ－Ｃｒ－Ｗ－Ｎｉ合金（Ｆ９０）、Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｃｒ－Ｍｏ合金（Ｆ５６２）、Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ－Ｗ－Ｆｅ合金（Ｆ５６３））及び粉末冶金技術などの工法を採用して製造され、主に人工股関節、膝関節、関節ステープル、骨プレート、骨ネイルと骨ニードルの製作に用いられる。コバルト基合金は、人体内で不動態化状態を多く保持することができるので、極めて良好な耐食性を有する。しかし残念ながら、臨床症例からは、コバルト基合金から作製される股関節を植え込んでから２～３年たった後、患者が関節の周囲に痛みを感じる症状と植え込み物の緩脱などを感じる症状の発生が示唆されている。また、Ｃｏ－２８Ｃｒ－６Ｍｏは、密度が約８．２５ｇ／ｃｍ^３であり、かつヤング率が約２２０ＭＰａであり、両者はいずれも３１６Ｌステンレス鋼よりも高く、その力学適合性は３１６Ｌステンレス鋼よりも劣っている。

チタニウム及びチタン合金は、密度が４．５ｇ／ｃｍ^３程度と、ステンレス鋼とコバルト基合金の約半分の値であり、人体硬組織に近似した密度を持つ。また、その生体適合性、耐腐食性及び耐疲労性能は、全てステンレス鋼とコバルト基合金よりも優れているため、現在既知の生体適合性が最も良好な金属生体医療材料であり、その内、生体医療材料としては、Ｔｉ－６Ａ１－４Ｖチタン合金が最も多く応用されている。しかし、人体に植え込まれた後、その表面に生成され得る酸化チタン（ＴｉＯ_２）は、体液中のカルシウムイオン、リンイオンを誘導してリン灰石を沈殿生成する能力を有し、一定の生物活性と骨結合性能を表現し、骨内埋植物として適合するものである。残念ながら、Ｔｉ－６Ａ１－４Ｖの表面に生成された酸化層（ＴｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３）は、不均質であり、かつ多孔性を有し、酸化層と晶粒に破壊及び剥離が生じやすくなり、深刻な酸化摩耗及び層間剥離摩耗が発生する。それゆえ、ステンレス鋼とコバルト基合金と比較して、Ｔｉ－６Ａ１－４Ｖチタン合金は、強度が不十分であり、及び摩耗抵抗性能が悪いなどの欠点が現われる。このほか、Ｔｉ－６Ａ１－４Ｖチタン合金と骨のヤング率は、それぞれ１１６ＧＰａと３０ＧＰａであり、両者のヤング率の差により応力遮蔽効果を容易に引き起こさせる。

上記の説明から分かるように、従来の合金生体医療材料には、実務応用上、以下の欠陥が存在する。
（１）強度が不十分であり、摩耗抵抗性能が悪い。
（２）高いヤング率によって応力遮蔽効果を引き起こしやすい。
（３）耐腐食性が悪い。

換言すれば、従来の合金生体医療材料は依然として多くの改善すべき箇所を有する。これに鑑みて、本願の発明者は、極力研究発明した結果、遂に一種の低モジュラス耐食合金及びその用途を研究開発して完成させた。

本発明の主要な目的は、低モジュラス耐食合金を提供することである。本発明は、５種の元素を主要元素として組成され、かかる５種の主要元素は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ及びＳｎである。
本発明の設計によれば、少なくとも３１ｗｔ％よりも大きいかあるいは等しいＺｒ、１８～５０ｗｔ％のＮｂ、１０～４０ｗｔ％のＴｉ、４～１０ｗｔ％のＭｏ、及び１．５～１５ｗｔ％のＳｎなどの多種の元素から組成され、その内、ＺｒとＴｉの重量百分率総和が８０ｗｔ％よりも小さいかあるいは等しい。実験データから、本発明の低モジュラス耐食合金の多数個のサンプルは、いずれも以下の性質を有することが示される。ビッカース硬度がＨＶ２５０より大きく、ヤング率が１００ＧＰａより小さく、降伏強度が６００ＭＰａより大きく、及び孔食電位が１．３Ｖより大きい。このため、実験データから、本発明の低モジュラス耐食合金は、手術用インプラントまたは医療機器の製作への応用に高いポテンシャルを持ち、例えば、バネ、コイル、導線、クランプ具、止め材、羽根、バルブ材、弾性シート、眼鏡フレーム、スポーツ器具などのさまざまな工業分野及び高強度低モジュラス耐食構造材料にも応用されることが証明された。

上記の目的を達成するため、本発明が提供するかかる低モジュラス耐食合金の第１実施例は、ＨＶ２５０より大きいビッカース硬度、１００ＧＰａより小さいヤング率、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び１．３Ｖより大きい孔食電位を有し、かつその組成がｘＺｒ－ｙＮｂ－ｚＴｉ－ａＭｏ－ｂＳｎで表され、その内、ｘ、ｙ、ｚ、ａ及びｂは、いずれも重量百分率の数値であり、かつｘ、ｙ、ｚ、ａ及びｂは、ｘ≧３１、１８≦ｙ≦５０、１０≦ｚ≦４０、４≦ａ≦１０、１．５≦ｂ≦１５、及びｘ＋ｚ≦８０で表される各不等式を満足する。

なおかつ、本発明が同時に提供するかかる低モジュラス耐食合金の第２実施例は、ＨＶ２５０より大きいビッカース硬度、１００ＧＰａより小さいヤング率、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び１．３Ｖより大きい孔食電位を有し、かつその組成がｘＺｒ－ｙＮｂ－ｚＴｉ－ａＭｏ－ｂＳｎ－ｓＭで表される。
その内、Ｍは、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、炭素（Ｃ）及び酸素（Ｏ）からなる群から選択される少なくとも１種の元素であり、その内、ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ及びｓは、いずれも重量百分率の数値であり、かつｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ及びｓは、ｘ≧３１、１８≦ｙ≦５０、１０≦ｚ≦４０、４≦ａ≦１０、１．５≦ｂ≦１５、ｓ≦５、及びｘ＋ｚ≦８０で表される各不等式を満足する。

上記の目的を達成するため、本発明が同時に提供するかかる低モジュラス耐食合金の第３実施例は、ＨＶ２５０より大きいビッカース硬度、１００ＧＰａより小さいヤング率、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び１．３Ｖより大きい孔食電位を有し、かつその組成がｘＺｒ－ｙＮｂ－ｚＴｉ－ａＭｏ－ｂＳｎ－ｃＦｅで表され、その内、ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ及びｃは、いずれも重量百分率の数値であり、かつｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ及びｃは、ｘ≧３１、１８≦ｙ≦５０、１０≦ｚ≦４０、４≦ａ≦１０、１．５≦ｂ≦１５、ｃ≦５、及びｘ＋ｚ≦８０で表される各不等式を満足する。

さらに、本発明が同時に提供するかかる低モジュラス耐食合金の第４実施例は、ＨＶ２５０より大きいビッカース硬度、１００ＧＰａより小さいヤング率、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び１．３Ｖより大きい孔食電位を有し、かつその組成がｘＺｒ－ｙＮｂ－ｚＴｉ－ａＭｏ－ｂＳｎ－ｃＦｅ－ｓＭで表され、その内、Ｍは、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、炭素（Ｃ）及び酸素（Ｏ）からなる群から選択される少なくとも１種の元素であり、その内、ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃ及びｓは、いずれも重量百分率の数値であり、かつｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃ及びｓは、ｘ≧３１、１８≦ｙ≦５０、１０≦ｚ≦４０、４≦ａ≦１０、１．５≦ｂ≦１５、ｃ≦５、ｓ≦５、及びｘ＋ｚ≦８０で表される各不等式を満足する。

一実施例において、かかる低モジュラス耐食合金の鋳造状態、圧延状態または焼きなまし状態の主相結晶構造は、いずれも体心立方構造（Ｂｏｄｙ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）である。

実行可能な実施例において、かかる低モジュラス耐食合金は、真空アーク融解法、電熱糸加熱法、誘導加熱法、急速凝固法、機械的合金法及び粉末冶金法からなる群から選択される１種の処理方法を利用して作製される。

実行可能な実施例において、かかる低モジュラス耐食合金の形態は、粉末、線材、棒材、板材、溶接棒及びバルク材のうちのいずれか１つである。

さらに、本発明は、一種の低モジュラス耐食合金の用途を同時に提供し、それは手術用インプラントまたは医療機器の製造に用いられる。また、例えば、バネ、コイル、導線、クランプ具、止め材、羽根、バルブ材、弾性シート、眼鏡フレーム、スポーツ器具などのさまざまな工業分野及び高強度低モジュラス耐食構造材料にも応用される。

本発明にかかる低モジュラス耐食合金及びその用途をより明瞭に記述するために、実験資料を参照しながら、本発明の好適な実施例を以下に詳細に説明する。

本発明のかかる低モジュラス耐食合金は、主に３種の生物的適合性に優れたジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタニウム（Ｔｉ）、及び２種の生物的適合性が中程度のモリブデン（Ｍｏ）、錫（Ｓｎ）の金属元素から組成される。
その成分は、少なくとも３１ｗｔ％よりも大きいかあるいは等しいＺｒ、１８～５０ｗｔ％のＮｂ、１０～４０ｗｔ％のＴｉ、４～１０ｗｔ％のＭｏ、及び１．５～１５ｗｔ％のＳｎなどの多種の元素から構成され、その内、ＺｒとＴｉの重量百分率総和が８０ｗｔ％よりも小さいかあるいは等しい。このほか、かかる低モジュラス耐食合金の主相結晶構造は、いずれも体心立方構造（Ｂｏｄｙ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）であり、かつＨＶ２５０より大きいビッカース硬度、１００ＧＰａより小さいヤング率、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び１．３Ｖより大きい孔食電位を有する。

（実施例１）
実施例１において、本発明のかかる低モジュラス耐食合金は、ＨＶ２５０より大きいビッカース硬度、１００ＧＰａより小さいヤング率、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び１．３Ｖより大きい孔食電位を有し、かつその組成がｘＺｒ－ｙＮｂ－ｚＴｉ－ａＭｏ－ｂＳｎで表される。その内、ｘ、ｙ、ｚ、ａ及びｂは、いずれも重量百分率の数値であり、かつｘ、ｙ、ｚ、ａ及びｂは、ｘ≧３１、１８≦ｙ≦５０、１０≦ｚ≦４０、４≦ａ≦１０、１．５≦ｂ≦１５、及びｘ＋ｚ≦８０で表される各不等式を満足する。例を挙げて言えば、かかる低モジュラス耐食合金は、３１ｗｔ％のジルコニウム（Ｚｒ）、４５．８ｗｔ％のニオブ（Ｎｂ）、１６．３ｗｔ％のチタニウム（Ｔｉ）、４．９ｗｔ％のモリブデン（Ｍｏ）、及び２ｗｔ％の錫（Ｓｎ）を含む。この状態では、かかる低モジュラス耐食合金の組成は、３１Ｚｒ－４５．８Ｎｂ－１６．３Ｔｉ－４．９Ｍｏ－２Ｓｎで表され、即ち、ｘ＝３１、ｙ＝４５．８、ｚ＝１６．３、ａ＝４．９、かつｂ＝２である。

（実施例２）
実施例２において、本発明のかかる低モジュラス耐食合金は、ＨＶ２５０より大きいビッカース硬度、１００ＧＰａより小さいヤング率、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び１．３Ｖより大きい孔食電位を有し、かつその組成がｘＺｒ－ｙＮｂ－ｚＴｉ－ａＭｏ－ｂＳｎ－ｓＭで表される。その内、Ｍは、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、炭素（Ｃ）及び酸素（Ｏ）からなる群から選択される少なくとも１種の元素である。
本発明の設計によれば、ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ及びｓは、いずれも重量百分率の数値であり、かつｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ及びｓは、ｘ≧３１、１８≦ｙ≦５０、１０≦ｚ≦４０、４≦ａ≦１０、１．５≦ｂ≦１５、ｓ≦５、及びｘ＋ｚ≦８０で表される各不等式を満足する。例を挙げて言えば、かかる低モジュラス耐食合金は、４５．７ｗｔ％のジルコニウム（Ｚｒ）、１８．４ｗｔ％のニオブ（Ｎｂ）、１９．５ｗｔ％のチタニウム（Ｔｉ）、４．３ｗｔ％のモリブデン（Ｍｏ）、７．１ｗｔ％の錫（Ｓｎ）、２ｗｔ％のアルミニウム（Ａｌ）、１ｗｔ％のバナジウム（Ｖ）、１ｗｔ％のニッケル（Ｎｉ）、及び１ｗｔ％の白金（Ｐｔ）を含む。この状態では、かかる合金の組成は、４５．７Ｚｒ－１８．４Ｎｂ－１９．５Ｔｉ－４．３Ｍｏ－７．１Ｓｎ－２Ａｌ－１Ｖ－１Ｎｉ－１Ｐｔで表され、即ち、ｘ＝４５．７、ｙ＝１８．４、ｚ＝１９．５、ａ＝４．３、ｂ＝７．１、かつｓ＝５である。

（実施例３）
実施例３において、本発明のかかる低モジュラス耐食合金は、ＨＶ２５０より大きいビッカース硬度、１００ＧＰａより小さいヤング率、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び１．３Ｖより大きい孔食電位を有し、かつその組成がｘＺｒ－ｙＮｂ－ｚＴｉ－ａＭｏ－ｂＳｎ－ｃＦｅで表される。その内、ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ及びｃは、いずれも重量百分率の数値であり、かつｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ及びｃは、ｘ≧３１、１８≦ｙ≦５０、１０≦ｚ≦４０、４≦ａ≦１０、１．５≦ｂ≦１５、ｃ≦５、及びｘ＋ｚ≦８０で表される各不等式を満足する。例を挙げて言えば、かかる低モジュラス耐食合金は、５３ｗｔ％のジルコニウム（Ｚｒ）、２１．６ｗｔ％のニオブ（Ｎｂ）、１５．９ｗｔ％のチタニウム（Ｔｉ）、４．８ｗｔ％のモリブデン（Ｍｏ）、４ｗｔ％の錫（Ｓｎ）、及び０．７ｗｔ％の鉄（Ｆｅ）を含む。この状態では、かかる低モジュラス耐食合金の組成は、５３Ｚｒ－２１．６Ｎｂ－１５．９Ｔｉ－４．８Ｍｏ－４Ｓｎ－０．７Ｆｅで表され、即ち、ｘ＝５３、ｙ＝２１．６、ｚ＝１５．９、ａ＝４．８、ｂ＝４、かつｃ＝０．７である。

（実施例４）
実施例４において、本発明のかかる低モジュラス耐食合金は、ＨＶ２５０より大きいビッカース硬度、１００ＧＰａより小さいヤング率、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び１．３Ｖより大きい孔食電位を有し、かつその組成がｘＺｒ－ｙＮｂ－ｚＴｉ－ａＭｏ－ｂＳｎ－ｃＦｅ－ｓＭで表される。その内、Ｍは、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、炭素（Ｃ）及び酸素（Ｏ）からなる群から選択される少なくとも１種の元素である。
本発明の設計によれば、ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃ及びｓは、いずれも重量百分率の数値であり、かつｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃ及びｓは、ｘ≧３１、１８≦ｙ≦５０、１０≦ｚ≦４０、４≦ａ≦１０、１．５≦ｂ≦１５、ｃ≦５、ｓ≦５、及びｘ＋ｚ≦８０で表される各不等式を満足する。例を挙げて言えば、かかる低モジュラス耐食合金は、５２ｗｔ％のジルコニウム（Ｚｒ）、２０．６ｗｔ％のニオブ（Ｎｂ）、１５．９ｗｔ％のチタニウム（Ｔｉ）、４．８ｗｔ％のモリブデン（Ｍｏ）、４ｗｔ％の錫（Ｓｎ）、０．７ｗｔ％の鉄（Ｆｅ）、１ｗｔ％のコバルト（Ｃｏ）、及び１ｗｔ％のタンタル（Ｔａ）を含む。この状態では、かかる合金の組成は、５２Ｚｒ－２０．６Ｎｂ－１５．９Ｔｉ－４．８Ｍｏ－４Ｓｎ－０．７Ｆｅ－１Ｃｏ－１Ｔａで表され、即ち、ｘ＝５２、ｙ＝２０．６、ｚ＝１５．９、ａ＝４．８、ｂ＝４、ｃ＝０．７、かつｓ＝２である。

説明に値するのは、本発明の低モジュラス耐食合金は、真空アーク融解法、電熱糸加熱法、誘導加熱法、急速凝固法、機械的合金法、あるいは粉末冶金法を利用して作製されてもよいことである。作製されて得られた本発明の低モジュラス耐食合金の鋳造状態、圧延状態または焼きなまし状態の主相結晶構造は、いずれも体心立方構造（Ｂｏｄｙ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）である。なおかつ、本発明の低モジュラス耐食合金の完成品または半完成品の形態は、粉末、線材、棒材、板材、溶接棒またはバルク材であってもよい。このため、合金材料の設計と製造を熟知しているエンジニアであれば、そのエンジニアリング経験に基づいて、本発明の低モジュラス耐食合金の完成品または半完成品に加工を施すことができ、それを手術用インプラントまたは医療機器として加工製造することができる。
例を挙げて言えば、かかる手術用インプラントとしては、例えば、人工股関節、人工膝関節、関節ステープル、骨プレート、骨ネイル、骨ニードル、歯冠、クラウンスクリュー、固定ブリッジ、義歯クラスプ、義歯床などが挙げられ、かつかかる医療機器としては、例えば、外科用メス刃、止血鉗子、手術用鋏、電動骨ドリル、鑷子、血管縫合用針、胸骨縫合用ワイヤなどが挙げられる。このほか、例えば、バネ、コイル、導線、クランプ具、止め材、羽根、バルブ材、弾性シート、眼鏡フレーム、スポーツ器具などのさまざまな工業分野及び高強度低モジュラス耐食構造材料にも応用される。補足説明すると、前述の加工方式は、鋳造、アーク溶接、レーザ溶接、プラズマ溶接、熱スプレー、熱焼結、三次元積層造形、機械加工、あるいは化学加工であってもよい。

本発明の低モジュラス耐食合金の組成と技術的特徴について、これによって的確に実施することが可能であることを実証するために、以下、多数組の実験資料に沿って、実証を行った。

（実験例１）
実験例１において、真空アーク融解炉を利用して本発明の低モジュラス耐食合金の多数個のサンプルを製造し、その内、多数個のかかるサンプルの組成を下記の表（１）にまとめて示す。次に、硬度測定、伸長試験、微細構造分析及び動電位分極試験を行うために用いられる各個のサンプルの試験片を製作し、かつ関連実験データを下記の表（２）にまとめて示す。

上記の表（２）から、本発明の低モジュラス耐食合金の１２種のサンプルは、いずれも以下の性質を有することが発見できる。
ビッカース硬度がＨＶ２５０より大きく、ヤング率が１００ＧＰａより小さく、降伏強度が６００ＭＰａより大きく、及び孔食電位が１．３Ｖより大きい。

（実験例２）
実験例２において、真空アーク融解炉を同様に利用して本発明の低モジュラス耐食合金の多数個のサンプルを製造し、その内、多数個のかかるサンプルの組成を下記の表（３）にまとめて示す。次に、硬度測定、伸長試験、微細構造分析及び動電位分極試験を行うために用いられる各個のサンプルの試験片を製作し、かつ関連実験データを下記の表（４）にまとめて示す。

上記の表（４）から、本発明の低モジュラス耐食合金の２２種のサンプルは、いずれも以下の性質を有することが発見できる。
ビッカース硬度がＨＶ２５０より大きく、ヤング率が１００ＧＰａより小さく、降伏強度が６００ＭＰａより大きく、及び孔食電位が１．３Ｖより大きい。

（実験例３）
実験例３において、同時に本発明の低モジュラス耐食合金の多数個のサンプル、３１６Ｌステンレス鋼、Ｃｏ－２８Ｃｒ－６Ｍｏコバルト合金及びＴｉ－６Ａ１－４Ｖチタン合金に対して多種項目の試験を行い、かつ関連試験データを下記の表（５）にまとめて示す。

上記の表（５）から、本発明の低モジュラス耐食合金のサンプルは、ＨＶ２５０より高いビッカース硬度、１００ＧＰａより低いヤング率、６００ＭＰａより高い降伏強度、及び１．３Ｖより大きい孔食電位を有することが発見できる。明らかに、本発明の低モジュラス耐食合金は、機械的性質と抗腐食性について、いずれも従来公知の３１６Ｌステンレス鋼、コバルトクロム合金及びチタン合金よりも優れていることが明確である。

上記のように、本発明に開示された低モジュラス耐食合金の全ての実施例及びその実験データを既に十分かつ明瞭に説明してきた。上記の説明から分かるように、本発明は、以下の特徴及び利点を有する。

（１）本発明は、主に一種の低モジュラス耐食合金であり、５種の元素を主要元素として組成され、その内、かかる５種の主要元素は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ及びＳｎである。本発明の設計によれば、ＺｒとＴｉの重量百分率総和が８０ｗｔ％よりも小さいかあるいは等しく、かつＺｒの重量百分率が３１ｗｔ％よりも大きいかあるいは等しい。
実験データから、本発明の低モジュラス耐食合金の多数個のサンプルは、いずれも以下の性質を有することが示される。ビッカース硬度がＨＶ２５０より大きく、ヤング率が１００ＧＰａより小さく、降伏強度が６００ＭＰａより大きく、及び孔食電位が１．３Ｖより大きい。

（２）実験データから、本発明の低モジュラス耐食合金は、手術用インプラントまたは医療機器の製作への応用に高いポテンシャルを持ち、例えば、バネ、コイル、導線、クランプ具、止め材、羽根、バルブ材、弾性シート、眼鏡フレーム、スポーツ器具などのさまざまな工業分野及び高強度低モジュラス耐食構造材料にも応用されることが証明された。

強調すべき点は、上記で開示されたものは、単なる好適な実施例であり、一部の変更または修飾は、本願の技術思想をもとにして、本願の特許権の範疇を逸脱しない限り、当該技術に習熟している者であれば、容易に推察できる点である。

Claims (12)

1. ＨＶ２５０より大きいビッカース硬度、１００ＧＰａより小さいヤング率、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び１．３Ｖより大きい孔食電位を有し、かつその組成がｘＺｒ－ｙＮｂ－ｚＴｉ－ａＭｏ－ｂＳｎで表される低モジュラス耐食合金であって、
   ｘ、ｙ、ｚ、ａ及びｂは、いずれも重量百分率の数値であり、
   ｘ、ｙ、ｚ、ａ及びｂは、ｘ≧３１、１８≦ｙ≦５０、１０≦ｚ≦４０、４≦ａ≦１０、１．５≦ｂ≦１５、及びｘ＋ｚ≦８０で表される各不等式を満足することを特徴とする、
   低モジュラス耐食合金。
2. 前記低モジュラス耐食合金の鋳造状態、圧延状態または焼きなまし状態の主相結晶構造は、いずれも体心立方構造（Ｂｏｄｙ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）であることを特徴とする、請求項１に記載の低モジュラス耐食合金。
3. 少なくとも１つの元素Ｍをさらに含み、その組成は、ｘＺｒ－ｙＮｂ－ｚＴｉ－ａＭｏ－ｂＳｎ－ｓＭで表せ、Ｍは、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、炭素（Ｃ）及び酸素（Ｏ）からなる群から選択される少なくとも１種の元素であり、かつｓは、重量百分率の数値であると共に、それが不等式ｓ≦５を満足することを特徴とする、請求項１に記載の低モジュラス耐食合金。
4. 前記低モジュラス耐食合金は、真空アーク融解法、電熱糸加熱法、誘導加熱法、急速凝固法、機械的合金法及び粉末冶金法からなる群から選択される１種の処理方法を利用して作製されることを特徴とする、請求項１に記載の低モジュラス耐食合金。
5. 前記低モジュラス耐食合金の形態は、粉末、線材、棒材、板材、溶接棒及びバルク材のうちのいずれか１つであることを特徴とする、請求項１に記載の低モジュラス耐食合金。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の低モジュラス耐食合金の使用であって、
   前記低モジュラス耐食合金は、手術用インプラントまたは医療機器の製造に用いられ、または、バネ、コイル、導線、クランプ具、止め材、羽根、バルブ材、弾性シート、眼鏡フレーム、スポーツ器具などの工業分野、及び高強度低モジュラス耐食構造材料に用いられることを特徴とする、
   低モジュラス耐食合金の使用。
7. ＨＶ２５０より大きいビッカース硬度、１００ＧＰａより小さいヤング率、６００ＭＰａより大きい降伏強度、及び１．３Ｖより大きい孔食電位を有し、かつその組成がｘＺｒ－ｙＮｂ－ｚＴｉ－ａＭｏ－ｂＳｎ－ｃＦｅで表される低モジュラス耐食合金であって、
   ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ及びｃは、いずれも重量百分率の数値であり、
   ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ及びｃは、ｘ≧３１、１８≦ｙ≦５０、１０≦ｚ≦４０、４≦ａ≦１０、１．５≦ｂ≦１５、ｃ≦５、及びｘ＋ｚ≦８０で表される各不等式を満足することを特徴とする、
   低モジュラス耐食合金。
8. 前記低モジュラス耐食合金の鋳造状態、圧延状態または焼きなまし状態の主相結晶構造は、いずれも体心立方構造（Ｂｏｄｙ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）であることを特徴とする、請求項７に記載の低モジュラス耐食合金。
9. 少なくとも１つの元素Ｍをさらに含み、その組成は、ｘＺｒ－ｙＮｂ－ｚＴｉ－ａＭｏ－ｂＳｎ－ｃＦｅ－ｓＭで表せ、Ｍは、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、炭素（Ｃ）及び酸素（Ｏ）からなる群から選択される少なくとも１種の元素であり、かつｓは、重量百分率の数値であると共に、それが不等式ｓ≦５を満足することを特徴とする、請求項７に記載の低モジュラス耐食合金。
10. 前記低モジュラス耐食合金は、真空アーク融解法、電熱糸加熱法、誘導加熱法、急速凝固法、機械的合金法及び粉末冶金法からなる群から選択される１種の処理方法を利用して作製されることを特徴とする、請求項７に記載の低モジュラス耐食合金。
11. 前記低モジュラス耐食合金の形態は、粉末、線材、棒材、板材、溶接棒及びバルク材のうちのいずれか１つであることを特徴とする、請求項７に記載の低モジュラス耐食合金。
12. 請求項７～１１のいずれか１項に記載の低モジュラス耐食合金の使用であって、
    前記低モジュラス耐食合金は、手術用インプラントまたは医療機器の製造に用いられ、または、バネ、コイル、導線、クランプ具、止め材、羽根、バルブ材、弾性シート、眼鏡フレーム、スポーツ器具などの工業分野、及び高強度低モジュラス耐食構造材料に用いられることを特徴とする、
    低モジュラス耐食合金の使用。