JP3026074B2 - インプラント及びその製造方法 - Google Patents

インプラント及びその製造方法

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文貞 尾澤
勲 古田
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、骨埋入インプラン
トや歯科用インプラント等のインプラント及びその製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、骨埋入インプラント及び歯科用イ
ンプラントの材料としてチタンやチタン合金(Ti)が
使用されている。その理由として、骨と直接結合するオ
ッセオインテグレ−ションという結合形態を持つためで
ある。オッセオインテグレ−ションとは、骨とインプラ
ント体の間に結合組織がない状態をいい、他の材料では
これが実現されずに繊維性結合組織が介在するようにな
る。その為最終的にはインプラント全体を結合組織が覆
うようになり、動揺が始まり抜去しなければならなくな
る。オッセオインテグレ−ションの効果をさらに増大さ
せるため、その表面性状を粗くすることが考えられる。
その方法の一つとしては、金属Tiのビ−ズをプラズマ
照射し、表面積を増やすと共に、顕微鏡レベルのインプ
ラント表面を半球形のTiとしたことである。この技術
は骨細胞との親和性をも高めることができる。もう一つ
の方法はアルミナ等の砥粒を用いたサンドブラスト法で
ある。砥粒の大きさが反映されたインプラント表面は表
面積が増大すると共に、凹部に骨が入りこむことでアン
カ−効果が得られることになる。
【0003】またTiの表面に水酸アパタイト(HA
P)をコ−ティングしたインプラントも市販されてい
る。このようなインプラントは骨とHAPの間の結合形
態がバイオインテグレ−ションと呼ばれ、化学的に接着
するといわれており、オッセオインテグレ−ションより
も結合強度が高いといわれている。HAPのコ−ティン
グ方法はHAPの粉末をプラズマ溶射法などにより、イ
ンプラントの表面に付着させる技術で、その表面は粉末
の集合体であるため、微細な凹凸面となりアンカ−効果
をも有する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これらの表面をもつイ
ンプラントは次のような問題や課題がある。Tiのビ−
ズをプラズマ照射した表面を持つインプラントは、プラ
ズマ照射の行程が非常に高度で高価な技術であるため、
最終的なインプラントの価格がかなり高額になってしま
うということ。またアルミナ砥粒でサンドブラスト処理
された表面を持つインプラントは、安価に製造可能では
あるものの、付着したアルミナ砥粒の除去が困難で、最
終的には生体不活性なアルミナが残留してしまうといっ
た問題がある。
【0005】更に、HAPをコ−ティングしたインプラ
ントは、市販品として少ないのが現状である。その理由
として、HAPコ−ティングに高度の技術を要し高価で
あると共に、HAPコ−ティング層の剥離による骨結合
の破壊があるために、最終的にはTi表面を持つインプ
ラントの方が優れているといわれている。
【0006】本発明者らはこれらの点を鑑みて、骨に対
し適当な粗さをもつたオッセオインテグレ−ションを実
現できるインプラント表面に関し、種々の研究、実験を
行った。その結果、Ti表面を持つインプラントの良さ
と、HAPをコ−ティングしたインプラントの良さを加
味し、かつ簡単で安価な方法により、アルミナ等の生体
不活性な不純物が検出されることなく、骨伝導能を持つ
リン酸カルシウムや生体活性ガラス粒子を含み且つ安定
なインプラントの表面を形成する処理法を見出した。
【0007】
【0008】
【課題を解決するための手段】 本発明の請求項及び
は、チタンまたはチタン合金で形成した芯部材の表面
を、アルミナセラミックスやシリカ等の堅い材料で形成
した粒子でブラスト処理を行うことで、所定の表面粗さ
に粗した後、生体活性ガラスまたは焼結した水酸アパタ
イトやリン酸三カルシウムあるいはこれらを混合したも
ので形成したブラスト粒子で、再度ブラスト処理を施し
たものである。これによりリン酸カルシウムセラミック
ス等のブラスト粒子だけではなかなか粗面にすることの
できないチタンやチタン合金(チタンとニッケルやアル
ミニウム、バナジウム等との合金)も効率よく粗面にす
ることが出来る。又、リン酸カルシウムセラミックス等
のブラスト粒子でのブラスト処理の際、最初のアルミナ
セラミックス等の粒子によるブラスト処理よりも細かい
粒子でブラスト処理を行い、長時間処理することで、ア
ルミナセラミックス等の粒子を除去できると共に、骨伝
導能を持つリン酸カルシウムセラミックス等の粒子をT
iの表面に食い込ませることで、植立初期の骨形成を促
進させうるインプラントを提供する。
【0009】本発明の請求項及びは、リン酸カルシ
ウムセラミックスや生体活性ガラス等により粗面にされ
たチタン表面を、各種疑似体液やリン酸三カルシウム飽
和水溶液、またはこれらの混合溶液中にて約60〜200 ℃
で水熱処理を施すことで、ブラストしたTi表面に酸化
膜層の安定層を設けると同時に、残留したリン酸カルシ
ウムセラミックスブラスト粒子(研掃材)表面に水酸ア
パタイト層を形成させることにある。これにより主に酸
化チタンから成るチタン表面にできた薄い安定層はオッ
セオインテグレ−ションを促進させる働きを持つと共
に、チタン表面に残留したリン酸カルシウムセラミック
スはその表面が安定な水酸アパタイト層となり、より早
い段階で骨と接合するインプラントが提供される。
【0010】本発明の請求項及びは、請求項及び
に記載の処理後に更にその表面に生体活性ガラスまた
は焼結した水酸アパタイトやリン酸三カルシウムあるい
はこれらを混合した材料で形成した粒子でブラスト処理
し、表面全体を更に粗面にすると共に酸化膜層にその粒
子を食い込ませて十分な骨形成を促進させるインプラン
トを提供する。
【0011】
【発明の実施の形態】歯科用インプラントの場合を例に
して説明すると、図1に示すように芯部材(1)は、チ
タンまたはチタン合金で形成され、顎骨(2)に埋入さ
れる骨埋入部(3)と、歯肉(4)に位置する歯肉貫通
部(5)と、その上部にある支台部(6)を備えてい
る。
【0012】芯部材(1)の骨埋入部(3)表面を、一
次処理として平均粒径 0.2mmのアルミナセラミックスや
シリカ、ガラスビ−ズ等の粒子でサンドブラスト処理を
行う。その後超音波洗浄を行い、出来るだけアルミナ砥
粒を除去する。次に二次処理としてアルミナセラミック
ス粒子よりも小さいリン酸カルシウムセラミックス、例
えば平均粒径 0.05mm のα−リン酸三カルシウムセラミ
ックス粒子でサンドブラスト処理を行い表面のアルミナ
粒子を洗い流す。その際チタン表面にはα−リン酸三カ
ルシウムセラミックスが残留した任意の表面粗さの粗面
を持つチタン表面が得られる。さらにα−リン酸三カル
シウム懸濁液中で 130℃、60Hrの水熱処理を行うことに
より、チタン表面は酸化チタン表面となり、一方α−リ
ン酸三カルシウムセラミックスが残留した部分は水酸ア
パタイトに変換され、金属アレルギ−を極力抑え、生体
親和性の高い表面を持つ歯科用インプラントが得られ
る。なお、上記アルミナセラミックス粒子やα−リン酸
三カルシウムセラミックス粒子の径は種々の大きさ(例
えば一次処理の場合は約0.1 〜0.5 mm、二次処理の場合
は約0.01〜0.1 mm等)にすることができ、又上記水熱処
理の温度や時間は条件に応じて適当な数値を選ぶことが
できる。
【0013】上記一次処理はチタン−ニッケル合金のよ
うな硬い材料の場合は非常に有効である。また一次処理
を約30秒〜1分間行った後の二次処理は生体不活性であ
るアルミナ残留物を完全に除去するため、条件にもよる
が一次処理の約2倍の時間(約1〜2分)をかけると良
い。この二次処理の材料として水酸アパタイトやα−リ
ン酸三カルシウム、β−リン酸三カルシウム、リン酸4
カルシウム等の焼結したもの、非晶質リン酸カルシウ
ム、モネタイト、ブルッシャイト、45S4ガラスその
他の生体活性化ガラスなどの単一物質やこれらの混合物
が挙げられる。
【0014】リン酸カルシウムセラミックス等の二次処
理材の残留効果を考慮すると、骨伝導能を持ち、生体内
で完全に吸収されるα−リン酸三カルシウムやβ−リン
酸三カルシウム、45S5ガラスなどの生体活性ガラス
が好ましい。ただしこれらの単一相は硬いものを作るの
が比較的難しいため、一次処理を行うか、或いは水酸ア
パタイトとの協晶物とするか或いは、水酸アパタイトと
の混合物とすることなどが考えられる。
【0015】水熱処理に関しては、それを行う水溶液と
して、ハンクス液等の各種疑似体液や各種リン酸カルシ
ウムの懸濁液、飽和水溶液、及びこれらの混合液が挙げ
られる。処理温度や処理時間及び水溶液の種類により、
表面の酸化チタン層の形成に差異が生じるが、処理温度
を約60〜200 ℃とし、処理時間を約24Hr〜48Hrにするの
が適当である。またブラスト処理により表面に残留した
リン酸カルシウムセラミックス等は、これらの処理条件
下では粒子の全体またはその表面が水酸アパタイトに変
換され、安定なリン酸カルシウムセラミックスとなる。
更にこれらの工程を行った後、骨伝導能の高い特性を持
つα−リン酸三カルシウムやβ−リン酸三カルシウム、
及び生体活性化ガラス等の二次処理材を表面に残留させ
る目的で、約0.2 〜0.3 Paの低いブラスト圧で再度ブラ
スト処理を行う場合もある。
【0016】次に本発明の具体的な実施例1及び2を示
すが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【0017】
【0018】
【実施例1】直径4mmの円柱状のチタンインプラント芯
部材(1)を100rpmで回転させ、平均粒径0.2mmのアル
ミナセラミックス粒子により、0.4Paのブラスト圧で骨
埋入部(3)のブラスト処理を行う。この際、歯肉貫通
部(5)より上部はマスキングし、これにアルミナ粒子
(ブラスト粒子)が当たらないよう工夫する。超音波洗
浄、乾燥後、平均粒径0.05mmの、45S5ガラスとβ−
リン酸三カルシウムセラミックス、及び焼結した水酸ア
パタイトを1:1:1で混ぜ合わせた混合粒子により、
0.7Paのブラスト圧にてサンドブラスト処理を行った。
これにより図に示したような、骨に対し適当な表面粗
さの粗面(8)を持ち、骨伝導能を持つと共に、最終的
には生体内で完全に吸収される生体活性ガラスとリン酸
カルシウムセラミックス(9)を表面に残留させたTi
製のインプラントが得られた。
【0019】
【実施例2】チタン−ニッケル合金からなるブレ−ドイ
ンプラントの骨埋入部分を、平均粒径0.2mmのアルミナ
セラミックス粒子により、0.4Paのブラスト圧で一次の
サンドブラスト処理を行う。この際、歯肉貫通部(5)
より上部はマスキングし、ブラスト粒子が当たらないよ
う工夫する。超音波洗浄、乾燥後、平均粒径0.05mmのα
−リン酸三カルシウムセラミックス(10)粒子により、0.
7Paのブラスト圧にて二次のサンドブラスト処理を行な
い、その後α−リン酸三カルシウム懸濁液中 130℃で水
熱処理を行い、チタン表面にチタン酸化膜(11)を形成す
ると共に残留するリン酸三カルシウム粒子面を水酸アパ
タイト(12)に形成させる。さらに0.3Paのブラスト圧に
よりα−リン酸三カルシウムセラミックス粒子で三次の
サンドブラスト処理を行うことで、図に示すように骨
に対し適当な表面粗さを持ち、チタン表面が安定な酸化
チタンで、表面の残留物として生体親和性の高い水酸ア
パタイトと骨伝導能を持つα−リン酸三カルシウムから
なるチタン−ニッケル合金製ブレ−ドインプラントが得
られた。
【0020】なお、上記のブラスト圧は、砥粒の大きさ
や種類等に応じて種々の値にすることができる。
【0021】
【発明の効果】本発明は上記の如く、インプラントの骨
と接するTiの部分を、アルミナセラミックス等の堅い
粒子による一次とリン酸カルシウムセラミックス等の粒
子による二次のサンドブラスト処理をしたり、水熱処理
によりTi表面を酸化チタンにすると共にリン酸カルシ
ウムセラミックス部分を水酸アパタイトにしたり、その
酸化チタン表面を更に二次ブラスト材でサンドブラスト
処理したりすることによって、生体親和性が高く、骨形
成に寄与する粒子を表面に含んだTi表面を持つインプ
ラントを得ることができ、またこの方法により安価で、
安定かつ安全なTiインプラントの提供が可能になっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す歯科用インプラントの拡
大正面図である。
【図2】他の実施例を示すブレ−ドインプラントの拡大
断面図である。
【符号の説明】
1 芯部材 3 骨埋入部 8 粗面 9 リン酸カルシウムセラミックス 10 α−リン酸三カルシウムセラミックス 11 酸化膜 12 水酸アパタイト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61L 27/00 A61K 6/00 - 6/10

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チタンまたはチタン合金で形成した芯部
    材を有し、該芯部材の少くも骨に埋入される部分の表面
    をアルミナセラミックスやシリカ等の堅い粒子でサンド
    ブラスト処理して粗面にし、その面に焼結した水酸ア
    パタイトやリン酸三カルシウムまたは生体活性ガラスあ
    るいはこれらを混合した材料で形成した上記の堅い粒子
    より細かい粒子でその材料を含むようサンドブラスト処
    理した面を設けたインプラント。
  2. 【請求項2】 チタンまたはチタン合金で形成した芯部
    材の少くも骨に埋入される部分の表面にアルミナセラミ
    ックスやシリカ等の堅い粒子でサンドブラスト処理して
    粗面にし、その面に付着した粒子を除去すると共にそ
    除去した表面に焼結した水酸アパタイトやリン酸三カ
    ルシウムまたは生体活性ガラスあるいはこれらを混合し
    た材料を含ませるようその除去した表面を上記材料で形
    成した上記の堅い粒子より細かい粒子でサンドブラスト
    処理したインプラントの製造方法。
  3. 【請求項3】 上記材料を含む面に水酸アパタイト層を
    設けると共に上記材料を含まないチタンまたはチタン合
    金の面に酸化膜層を設けた請求項1記載のインプラン
    ト。
  4. 【請求項4】 サンドブラスト処理して粗面にした芯部
    材をハンクス液等の疑似体液やリン酸三カルシウム飽和
    水溶液、またはこれらの混合溶液中で60〜200℃で水熱
    処理を施し、上記材料を含む面に水酸アパタイト層を形
    成すると共に上記材料を含まないチタンまたはチタン合
    金の面に酸化膜層を形成した請求項2記載のインプラン
    トの製造方法。
  5. 【請求項5】 少くも上記酸化膜層に生体活性ガラスま
    たは該生体活性ガラスに焼結した水酸アパタイトやリン
    酸三カルシウムを混合した材料で形成した粒子でサンド
    ブラスト処理してその材料を含む酸化膜層を設けた請求
    記載のインプラント。
  6. 【請求項6】 少くも上記酸化膜層に生体活性ガラスま
    たは該生体活性ガラスに焼結した水酸アパタイトやリン
    酸三カルシウムを混合した材料を含むようその材料で形
    成した粒子でサンドブラスト処理した請求項記載のイ
    ンプラントの製造方法。
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