JP2590915B2 - 複合インプラント材の製造方法 - Google Patents
複合インプラント材の製造方法Info
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- JP2590915B2 JP2590915B2 JP62207758A JP20775887A JP2590915B2 JP 2590915 B2 JP2590915 B2 JP 2590915B2 JP 62207758 A JP62207758 A JP 62207758A JP 20775887 A JP20775887 A JP 20775887A JP 2590915 B2 JP2590915 B2 JP 2590915B2
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- Japan
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- hap
- welding
- tcp
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Description
発明の目的
本発明は、人工骨、人工歯根などに利用する複合イン
プラント材、とくにTiのような生体為害性のない材料
と、ハイドロキシアパタイトCa10（PO4）６（OH）
２（以下「HAP」という）またはリン酸三カルシウムCa3
（PO4）２（以下「TCP」という）との複合材の製造方法
に関する。
プラント材、とくにTiのような生体為害性のない材料
と、ハイドロキシアパタイトCa10（PO4）６（OH）
２（以下「HAP」という）またはリン酸三カルシウムCa3
（PO4）２（以下「TCP」という）との複合材の製造方法
に関する。
歯や骨の無機成分に近い結晶構造をもつHAPは、生体
内に置いたとき、吸収されたり繊維性被膜で被包された
りすることなく、新生骨と直接強固に結合するというす
ぐれた生体親和性を示すため、人工骨や人工歯根などの
生体硬組織の代替品として実用することが種々試みられ
ている。TCPもまた、HAPに次ぐ生体親和性をもつことが
知られている。 HAPやTCPの厳密な焼結体が、常圧またはホットプレス
を用いて1000〜1300℃で焼結することによって得られ
る。しかしこの焼結体は典型的な脆性材料であって、実
用に耐える強度と靭性をもっていない。 近年、強度と靭性の改良をめざして、HAPに生体為害
性の小さいTiのような金属を組み合わせた複合材が開発
されるようになった。たとえば特開昭59−456776号に
は、HAPとTiの複合材が提案されており、その製造方法
としてHAP粉末およびバイオガラス系のフリット粉末か
らなるセラミック材料と、TiH4粉末およびTi粉末からな
る金属材料とを複合し、不活性または真空雰囲気で、12
00〜1300℃で焼結する方法が開示されている。 セラミック材料であるHAPまたはTCPと金属材料とを焼
結法で溶着させるためには、従来の技術ではガラスが必
要であるが、ガラスには生体親和性がないため、ガラス
を添加したセラミック材料の生体親和性は添加量に従っ
て低下する。しかもガラスは、焼結時に、軟化、変形、
発泡などを起こすことがあり、品質の良い製品が得にく
い。
内に置いたとき、吸収されたり繊維性被膜で被包された
りすることなく、新生骨と直接強固に結合するというす
ぐれた生体親和性を示すため、人工骨や人工歯根などの
生体硬組織の代替品として実用することが種々試みられ
ている。TCPもまた、HAPに次ぐ生体親和性をもつことが
知られている。 HAPやTCPの厳密な焼結体が、常圧またはホットプレス
を用いて1000〜1300℃で焼結することによって得られ
る。しかしこの焼結体は典型的な脆性材料であって、実
用に耐える強度と靭性をもっていない。 近年、強度と靭性の改良をめざして、HAPに生体為害
性の小さいTiのような金属を組み合わせた複合材が開発
されるようになった。たとえば特開昭59−456776号に
は、HAPとTiの複合材が提案されており、その製造方法
としてHAP粉末およびバイオガラス系のフリット粉末か
らなるセラミック材料と、TiH4粉末およびTi粉末からな
る金属材料とを複合し、不活性または真空雰囲気で、12
00〜1300℃で焼結する方法が開示されている。 セラミック材料であるHAPまたはTCPと金属材料とを焼
結法で溶着させるためには、従来の技術ではガラスが必
要であるが、ガラスには生体親和性がないため、ガラス
を添加したセラミック材料の生体親和性は添加量に従っ
て低下する。しかもガラスは、焼結時に、軟化、変形、
発泡などを起こすことがあり、品質の良い製品が得にく
い。
本発明の目的は、強度、靭性および生体親和性のすぐ
れた複合インプラント材を、高い信頼性をもって製造す
る方法を提供することにある。 発明の構成
れた複合インプラント材を、高い信頼性をもって製造す
る方法を提供することにある。 発明の構成
本発明の複合インプラント材の製造方法は、HAPまた
はTCPの粉末に、TiまたはTi化合物たとえばTiH2の粉末
を混合した粉末混合物を、プラズマアークを使用して生
体為害性のない基材の表面に非酸化性雰囲気中で溶着さ
せることを特徴とする。HAPまたはTCPの粉末と、Tiまた
はTiH2の粉末との混合割合は、混合物１種を使用する場
合は前者の粉末50〜90重量％と後者の粉末10〜50重量％
が適当であるが、異なる混合割合のものを数種類用意
し、溶着の初期はTiまたはTiH2の比率を高くとり、溶着
の進行に伴って低下させて行き、終期にはゼロにする、
すなわちHAPまたはTCPだけを溶着させるようにすると、
高い密着性が得られて好ましい。 これは、基材上にTiまたはTiH2をプラズマアークによ
り肉盛溶接してTiの活性層を形成し、その上にHAPまた
はTCPの割合を徐々に増加した複合層を積層して行くこ
とによって、基材とHAPまたはTCPとの熱膨張係数の差が
緩和され、両者の間に強固な結合が得られるためと考え
られる。 基材は、生体為害性が問題にならない限り任意にえら
ぶことができ、純Tiはもちろんのこと、Al,Vなどを含ん
だ合金であってもよいし、ステンレス鋼でもよい。基材
は、あらかじめ加熱して温度を高めた状態で用いると、
HAPやTCPの密着性がよくなる。 プラズマアークを使用したコーティング方法の代表的
なものはプラズマパウダーウエルディング法（以下「PP
W法」という）であって、この技術は粉末を比較的高速
で供給でき、好適である。直流プラズマと高周波プラズ
マとを組み合わせて用いる、いわゆる「ハイブリッド」
プラズマ法も採用可能である。 PPW法は、耐熱性耐摩耗性金属の粉末を肉盛溶接する
ためによく実施される技術であって、図面を参照して説
明すると、まずトーチ１にプラズマガス（Ar）を供給
し、電極５および６間にアークを発生させてプラズマを
形成し、これを電極５と被加工物２との間のアーク７に
移行させる。 不活性ガスでシールドしながら、パウダーガスにのせ
て粉末3Aをプラズマアーク７中に投入し、これを被加工
物２に溶着物3Bとして溶着させる方法である。
はTCPの粉末に、TiまたはTi化合物たとえばTiH2の粉末
を混合した粉末混合物を、プラズマアークを使用して生
体為害性のない基材の表面に非酸化性雰囲気中で溶着さ
せることを特徴とする。HAPまたはTCPの粉末と、Tiまた
はTiH2の粉末との混合割合は、混合物１種を使用する場
合は前者の粉末50〜90重量％と後者の粉末10〜50重量％
が適当であるが、異なる混合割合のものを数種類用意
し、溶着の初期はTiまたはTiH2の比率を高くとり、溶着
の進行に伴って低下させて行き、終期にはゼロにする、
すなわちHAPまたはTCPだけを溶着させるようにすると、
高い密着性が得られて好ましい。 これは、基材上にTiまたはTiH2をプラズマアークによ
り肉盛溶接してTiの活性層を形成し、その上にHAPまた
はTCPの割合を徐々に増加した複合層を積層して行くこ
とによって、基材とHAPまたはTCPとの熱膨張係数の差が
緩和され、両者の間に強固な結合が得られるためと考え
られる。 基材は、生体為害性が問題にならない限り任意にえら
ぶことができ、純Tiはもちろんのこと、Al,Vなどを含ん
だ合金であってもよいし、ステンレス鋼でもよい。基材
は、あらかじめ加熱して温度を高めた状態で用いると、
HAPやTCPの密着性がよくなる。 プラズマアークを使用したコーティング方法の代表的
なものはプラズマパウダーウエルディング法（以下「PP
W法」という）であって、この技術は粉末を比較的高速
で供給でき、好適である。直流プラズマと高周波プラズ
マとを組み合わせて用いる、いわゆる「ハイブリッド」
プラズマ法も採用可能である。 PPW法は、耐熱性耐摩耗性金属の粉末を肉盛溶接する
ためによく実施される技術であって、図面を参照して説
明すると、まずトーチ１にプラズマガス（Ar）を供給
し、電極５および６間にアークを発生させてプラズマを
形成し、これを電極５と被加工物２との間のアーク７に
移行させる。 不活性ガスでシールドしながら、パウダーガスにのせ
て粉末3Aをプラズマアーク７中に投入し、これを被加工
物２に溶着物3Bとして溶着させる方法である。
前記したように、これまでHAPやTCPのインプラント材
は、焼結によって得られているが、発明者らは、HAPやT
CPは短時間であれば高温にさらされても実質上分解しな
いことを見出し、焼結によらない新しい複合材製造方法
を完成させた。 HAPおよびTCPを単独で基材に溶着させようとすると、
プラズマアークをかなり強力にしなければならない。し
かしアーク放電を強くしすぎると、基材が部分的に溶融
するおそれがある。 基材として代表的なTiまたはTi合金を使用し、通常の
アーク放電でHAPやTCPをこの基材に溶着させるために
は、基材と同質か、またはそれに近いTiまたはTiH2の粉
末を、HAPまたはTCPの粉末とともに、またはこれらに先
立ってプラズマコーティングする。 TiまたはTiH2の粉末は、添加量が10％に満たない少量
では、密着性の向上にあまり役立たず、50％を超えて多
量に加えると生体親和性が低下して、インプラント材と
しての機能が不満足になるから、少なくとも最外層はこ
れ以下の添加量の混合物で形成すべきである。
は、焼結によって得られているが、発明者らは、HAPやT
CPは短時間であれば高温にさらされても実質上分解しな
いことを見出し、焼結によらない新しい複合材製造方法
を完成させた。 HAPおよびTCPを単独で基材に溶着させようとすると、
プラズマアークをかなり強力にしなければならない。し
かしアーク放電を強くしすぎると、基材が部分的に溶融
するおそれがある。 基材として代表的なTiまたはTi合金を使用し、通常の
アーク放電でHAPやTCPをこの基材に溶着させるために
は、基材と同質か、またはそれに近いTiまたはTiH2の粉
末を、HAPまたはTCPの粉末とともに、またはこれらに先
立ってプラズマコーティングする。 TiまたはTiH2の粉末は、添加量が10％に満たない少量
では、密着性の向上にあまり役立たず、50％を超えて多
量に加えると生体親和性が低下して、インプラント材と
しての機能が不満足になるから、少なくとも最外層はこ
れ以下の添加量の混合物で形成すべきである。
予備加熱したTiの丸棒（外径17mm、長さ200mm）の外
周に100μに造粒したセラミック（HAPまたはTCP）粉末
と金属（TiまたはTiH2）粉末との種々の割合の混合物
を、PPW法によって溶着させた。PPW装置の操業条件を下
に、また粉末の混合比率を表に示す。 項 目 条 件 パウダーガス 9.25/min プラズマガス 8.0 /min シールドガス 25 /min パイロットアーク 46A,17V 溶 接 電 流 ５〜10A 試 料 回 転 25rpm 試 料 送 り 1.8 mm/min 各実施例において、断面のミクロ写真をとってしらべ
たところ、いずれも均一なコーティング層を形成してい
ることがわかった。HAPの溶着物をＸ線回析にかけたと
ころ、TCPに相当するピークもあらわれたが、変化した
量はわずかであった。 No.5の例について、スクラッチ試験機により基材と溶
着物との密着の強さをしらべた。スクラッチ力40Nの付
近でアコースティックエミッションが認められ、金属と
セラミックスとの組み合わせとしては、比較的よく密着
しているといえる。 発明の効果 本発明の複合インプラント材の製造方法は、ガラスを
使用しないため、ガラスの使用に併う問題、すなわち焼
結時に軟化、変形、発泡がおこって、製品の寸法精度が
低下するという心配はない。 金属基材をあらかじめ適切な形に加工しておくことに
よって、容易に所望の形状の複合インプラント材を得る
ことができる。 本発明の方法で製造された複合インプラント材は、HA
PやTCPがガラスで稀釈されていないから、生体親和性は
従来のものと同等である。一方、機械的性質は基材によ
り高く得られ、代表的な基材であるTiまたはTi合金の強
度と靭性は、インプラント材として十分なものである。
周に100μに造粒したセラミック（HAPまたはTCP）粉末
と金属（TiまたはTiH2）粉末との種々の割合の混合物
を、PPW法によって溶着させた。PPW装置の操業条件を下
に、また粉末の混合比率を表に示す。 項 目 条 件 パウダーガス 9.25/min プラズマガス 8.0 /min シールドガス 25 /min パイロットアーク 46A,17V 溶 接 電 流 ５〜10A 試 料 回 転 25rpm 試 料 送 り 1.8 mm/min 各実施例において、断面のミクロ写真をとってしらべ
たところ、いずれも均一なコーティング層を形成してい
ることがわかった。HAPの溶着物をＸ線回析にかけたと
ころ、TCPに相当するピークもあらわれたが、変化した
量はわずかであった。 No.5の例について、スクラッチ試験機により基材と溶
着物との密着の強さをしらべた。スクラッチ力40Nの付
近でアコースティックエミッションが認められ、金属と
セラミックスとの組み合わせとしては、比較的よく密着
しているといえる。 発明の効果 本発明の複合インプラント材の製造方法は、ガラスを
使用しないため、ガラスの使用に併う問題、すなわち焼
結時に軟化、変形、発泡がおこって、製品の寸法精度が
低下するという心配はない。 金属基材をあらかじめ適切な形に加工しておくことに
よって、容易に所望の形状の複合インプラント材を得る
ことができる。 本発明の方法で製造された複合インプラント材は、HA
PやTCPがガラスで稀釈されていないから、生体親和性は
従来のものと同等である。一方、機械的性質は基材によ
り高く得られ、代表的な基材であるTiまたはTi合金の強
度と靭性は、インプラント材として十分なものである。
図面は、PPW法を説明するための、放電中のトーチ先端
と被加工物の断面を示す図である。 １……プラズマトーチ ２……被加工物 3A……粉末、3B……溶着物 ７……プラズマアーク
と被加工物の断面を示す図である。 １……プラズマトーチ ２……被加工物 3A……粉末、3B……溶着物 ７……プラズマアーク
Claims (4)
- 【請求項１】ハイドロキシアパタイトまたはリン酸三カ
ルシウムの粉末に、TiまたはTiH2の粉末を混合した粉末
混合物をプラズマアークを使用して生体為害性のない基
材の表面に非酸化性雰囲気中で溶着させることを特徴と
する複合インプラント材の製造方法。 - 【請求項２】ハイドロキシアパタイトまたはリン酸三カ
ルシウムへのTiまたはTiH2の粉末の混合割合を、溶着の
初期は高く、溶着の進行に伴なって低下させ、終期には
ゼロにするように変化させつつ実施する特許請求の範囲
第１項の製造方法。 - 【請求項３】基材を予備加熱して実施する特許請求の範
囲第１項の製造方法。 - 【請求項４】プラズマパウダーウエルデイング法により
実施する特許請求の範囲第１項の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62207758A JP2590915B2 (ja) | 1987-08-21 | 1987-08-21 | 複合インプラント材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62207758A JP2590915B2 (ja) | 1987-08-21 | 1987-08-21 | 複合インプラント材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6452471A JPS6452471A (en) | 1989-02-28 |
| JP2590915B2 true JP2590915B2 (ja) | 1997-03-19 |
Family
ID=16545059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62207758A Expired - Lifetime JP2590915B2 (ja) | 1987-08-21 | 1987-08-21 | 複合インプラント材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2590915B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0487272A3 (en) * | 1990-11-19 | 1992-10-21 | Sulzer Plasma Technik, Inc. | Thermal spray powders, their production and their use |
| CN1068388C (zh) * | 1994-07-30 | 2001-07-11 | 株式会社理研 | 滑动部件 |
| US5672386A (en) * | 1994-10-27 | 1997-09-30 | Kabushiki Kaisha Riken | Process for forming a coating of chromium and nitrogen having good wear resistance properties |
| US5587227A (en) * | 1994-10-27 | 1996-12-24 | Kabushiki Kaisha Riken | Coating of chromium and nitrogen having good wear resistance properties |
| US5605741A (en) * | 1995-06-02 | 1997-02-25 | Dana Corporation | Hybrid face coating for piston ring |
| DE60040365D1 (de) | 1999-07-08 | 2008-11-13 | Sumitomo Electric Industries | Harte Beschichtung und beschichtetes Bauteil |
| WO2008023708A1 (en) | 2006-08-22 | 2008-02-28 | Mitsubishi Electric Corporation | Laser processing apparatus, method of bone junction, implant member, process for producing implant member, and implant member production apparatus |
| JP5242062B2 (ja) * | 2007-02-09 | 2013-07-24 | 田中貴金属工業株式会社 | ハイドロキシアパタイト粒子分散金属膜及びその形成方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5850737B2 (ja) * | 1976-08-27 | 1983-11-12 | 住友化学工業株式会社 | インプラント |
| JPS5839533B2 (ja) * | 1975-12-30 | 1983-08-30 | 住友化学工業株式会社 | インプラントノセイゾウホウホウ |
| JPS5946911B2 (ja) * | 1976-12-16 | 1984-11-15 | 住友化学工業株式会社 | インプラント |
| JPH0669482B2 (ja) * | 1985-08-08 | 1994-09-07 | 住友化学工業株式会社 | 骨内インプラントの製造法 |
| JPS63160663A (ja) * | 1986-12-23 | 1988-07-04 | 川崎製鉄株式会社 | 骨親和性に優れた医療用部材およびその製造方法 |
-
1987
- 1987-08-21 JP JP62207758A patent/JP2590915B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6452471A (en) | 1989-02-28 |
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