JP3146239B2

JP3146239B2 - 複合成形体の製造方法および生体硬組織代替体

Info

Publication number: JP3146239B2
Application number: JP14671190A
Authority: JP
Inventors: 史博若井; 野浪　　亨; 信夫安井
Original assignee: 工業技術院長
Priority date: 1990-06-05
Filing date: 1990-06-05
Publication date: 2001-03-12
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: JPH0438949A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は、各種セラミックス、殊に生体親和性を有す
るセラミックスを超塑性加工により異種材料と接合する
複合成形体の製造方法と、この製造方法によって製造さ
れる生体硬組織代替体に関する。

＜従来の技術＞生体の欠損部分の機能および形態を修復するために、
種々の補填・修復材が用いられている。

生体用の補填・修復材としては、人工歯根、人工骨、
人工関節等の人工骨に類するものや、人工歯冠等が代表
的に挙げられ、これらは生体硬組織代替体と総称されて
いる。

これらの生体硬組織代替体には、機械的強度、靭性、
生体内での安定性などが要求され、また、生体との親和
性が高いことが好ましい。

さらに、生体硬組織代替体のうち人工骨類等は、それ
ぞれの患者に合わせてオーダーメードされる必要がある
ため、成形が容易であることも重要である。

このような場合、生体親和性とは生体硬組織代替体を
埋込・留置した周囲の生体組織との馴染み・折り合いの
良さを意味し、例えば、生体親和性が高い材料は、周囲
の組織から異物と判定されることが少なく、特に人工骨
類に用いられた場合は、周辺の造骨を促進して自身と骨
組織とを強固に結合することができる。

現在用いられている人工骨類材料のうち、機械的強
度、生体内安定性が高いものとしては、Ti、Zr等の金
属、これらを含む合金、あるいはアルミナ、窒化ケイ
素、ジルコニア等のセラミックスが挙げられる。

ところが、機械的強度、生体内安定性が高いこれらの
材料は、生体親和性が低く、すなわち、生体組織と同化
する性質をもたないため、治癒期間が長くなり、また、
生体との接着性も不十分である。また、役割が終了した
のちは、除去するための手術を行なう必要がある。

一方、生体親和性が高い材料としては、バイオガラ
ス、アパタイト（特に水酸アパタイト）、第３リン酸カ
ルシウム、リン酸カルシウム結晶化ガラスなどが知られ
ており、骨は有機成分を除くとほぼアパタイトから構成
されているため、アパタイトの生体親和性は特に良好で
ある。

ところが、生体親和性が高いこれらの材料は、機械的
強度および靭性が比較的低い。例えば人工歯根では、咀
嚼時に通常30kg/cm²程度、最大300kg/cm²にも達する圧
力が加わるため、アパタイト製の人工歯根は耐久性に不
安がある。また、アパタイトの成形は焼結により行なわ
れ、そのときの温度は900〜1200℃程度であるため、や
はり成形が容易とは言い難い。

このような事情から高い機械的強度や靭性を有し、生
体親和性が高く、しかも成形の容易な生体硬組織代替体
として、基材上に生体親和性の高い材料の被覆を設けた
複合成形体の製造方法が種々提案されている。

例えば、特開昭59−129055号では、生体活性ガラスの
溶融液を、金属芯体を固定した鋳型内に注ぎ込み、溶融
液の固化後に、ガラス塊が接合した芯体を鋳型から取り
はずし、その後徐冷して、接合ガラス層外面を所定の厚
さ、形状に研削する方法が開示されている。

しかし、この方法では、使用し得るコート材がガラス
質のみに限定され、セラミックス等の結晶質には適用で
きない。また、鋳型への金属芯体の固定が不安定であ
る。また、コート材として用いる生体活性ガラスの体内
での安定性、持続性に問題がある。さらには接合工程終
了後に、研削工程が必要であり、そのコストが無視し得
ないだけでなく、生体活性ガラス外表面をあらして粗面
にする等の後処理が必要である。そしてコート材の外形
仕上げを研削加工により行なうので微細・複雑な形状を
得るのが困難である等種々の欠点が存在する。

また、Ti等の高強度基材表面にプラズマ溶射により、
アパタイト被覆を形成する方法も知られている。

しかし、プラズマ溶射法では、極めて高温のプラズマ
炎が基材表面に噴射されるため、アパタイトが他の材料
（第３リン酸カルシウム TCP）などに変化してしま
う。TCPは、生体内で溶解性を有し、十分な同化が行な
われないうちに崩壊するおそれがある。

この他、溶射に際して、溶融してしまうこともある。

そして、耐熱性の高い基材しか用いることができず、
コストも高い。

さらには、繰り返し使用の度に加えられる応力や、温
度の変化により、コート膜が剥離してしまう。この剥離
を防止するためには、コート膜を十分に薄くすればよい
が、コート材が生体親和性を保持するには、50〜150μ
ｍ以上の膜厚が必要であり、剥離現象が抑えられる程度
に膜厚を薄くすると生体親和性が劣化する。

一方、本発明者らは、特願平１−155758号にて提案し
たように、アパタイト等のリン酸カルシウム系セラミッ
クスが超塑性現象を示すということを見出している。

リン酸カルシウム系セラミックス焼結体は、その平均
グレインサイズを10μｍ以下、好ましくは、１μｍ程度
以下に制御することにより800〜1300℃の温度範囲で超
塑性現象を生じるものである。

そして、本発明者らは、特願平１−157514号にて、超
塑性加工により芯材材料とリン酸カルシウム系セラミッ
クスとを型およびパンチを用いて圧接したり、芯材材料
をパンチとして、型中にてリン酸カルシウム系セラミッ
クスを押し出したり、逆押し出ししたりすることによっ
て芯材に圧接接合する方法を提案している。

この特願平１−157514号の提案によれば、リン酸カル
シウム系セラミックスと異種材料とが、低温において強
固に接合された複合成形体を得ることができ、人工歯根
および歯冠等の生体硬組織代替体が低コストにて得られ
る。

そして、得られる成形体の機械的強度、生体親和性お
よび成形性が高い。

しかし、超塑性加工による接合方法として、通常の押
し出し、型押しを行なうときには、基材−セラミックス
間に空隙が生じたりして接着性が低下して、接着力が十
分でなかったり、被膜厚にバラツキを生じたりして、複
合成形体間の品質のバラツキが生じたりする。

また、複雑な形状の成形が難しく、特に複雑な形状で
は、上記の品質のバラツキは倍加する。

そして、複雑な形状のときには、工程数も増加する。

そして、型やパンチの摩耗も生じる。

また、一つ一つ成形を行なうので、大量生産には不向
きである。

なお、上記のような生体用補填・修復材に限らず、ペ
ースメーカ等の生体内に留置される機器、透析用シャン
ト等の経皮埋入機器などにも、アパタイト等の生体親和
性材料を被覆することが好ましいが、これらの機器にお
いても、アパタイト膜を低温でしかも強固に形成するこ
とが望まれている。

また、その他の超塑性加工可能なセラミックス材料で
も、このような要望が同様に存在する。

本発明は、異種材料界面での接合力が強固で、物理的
な外形機械加工を必要とせず、またコート材の膜厚を比
較的厚くできると共に、機械的強度、生体親和性の高い
複合成形体を効率良く得ることのできる製造方法と生体
硬組織代替体とを提供することを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞このような目的は、下記（１）〜（９）の本発明によ
って達成される。

（１）超塑性セラミックスと異種材料とを、超塑性加工
により接合して複合成形体を得るにあたり、熱間静水圧プレス法を用いて接合することを特徴とす
る複合成形体の製造方法。

（２）前記異種材料から形成された芯材上に、前記超塑
性セラミックスの被覆を接合する上記（１）に記載の複
合成形体の製造方法。

（３）前記芯材は、前記複合成形体とほぼ同一の形状に
加工が施されており、この芯材に前記超塑性セラミック
スを被嵌して、セラミックス粉を介して熱間静水圧プレ
スする上記（１）または（２）に記載の複合成形体の製
造方法。

（４）前記超塑性セラミックスがリン酸カルシウム系セ
ラミックスである上記（１）ないし（３）のいずれかに
記載の複合成形体の製造方法。

（５）超塑性セラミックスと異種材料とを、超塑性加工
により接合して複合成形体を得るにあたり、前記異種材料を加工して、前記複合成形体とほぼ同一
の形状の芯材を得、この芯材に前記超塑性セラミックス
を被嵌して熱間プレスして接合することを特徴とする複
合成形体の製造方法。

（６）前記芯材に被嵌した前記超塑性セラミックスを、
セラミックス粉を介して熱間プレスする上記（５）に記
載の複合成形体の製造方法。

（７）前記超塑性セラミックスがリン酸カルシウム系セ
ラミックスである上記（５）または（６）に記載の複合
成形体の製造方法。

（８）上記（４）または（７）に記載の製造方法によっ
て製造された複合成形体であって、少なくとも一部が生体内に留置して用いられることを
特徴とする生体硬組織代替体。

（９）人工歯根または人工歯冠である上記（８）に記載
の生体硬組織代替体。

＜発明の具体的構成＞以下、本発明の具体的構成を詳細に説明する。

本発明の第１の態様では、HIP法を用いて所定の温度
および圧力で圧接し、拡散ないし、固相接合するもので
ある。

この際、コート材としてのリン酸カルシウム系等の超
塑性セラミックスは、超塑性変形する。

加工温度は500℃以上とし、焼結温度より低い温度で
行なうが、一般に500〜1600℃とすることが好ましい。

加圧力は１〜2000MPaの広い範囲で行ない得るが、一
般には１〜500MPaとすることが好ましい。

HIP工程時の加熱および加圧時間は0.1〜1500minの広
い範囲で適宜選定し得る。

なお、HIP接合の際の変形量は、真ひずみで0.1〜1.5
程度とすることが好ましい。

第１図〜第３図に、本発明の複合成形体の製造方法の
概略図を示す。

本発明の製造方法では、図示のように、芯材11、コー
ト材12としての超塑性セラミックス、型出し固定および
加圧媒体としてのセラミックス粉23、上記３要素を被包
・固定する封入ガラス24を構成要素として用いる。

芯材11の材質としては繰り返し応力に耐え得る、曲げ
強度150MPa以上で、700℃以上の高融点を有するものを
用いることが好ましい。

また、超塑性HIP接合に際して、ほとんど変形しない
ものが好ましい。

この場合、変形量は10％以下であることが好ましい。

このような芯材としては、金属またはセラミックスが
好ましく、生体硬組織代替体の場合は、生体に無害であ
ることが好ましい。

このような金属としては、Ti、Ｗ、Mo、Au、Pt等の金
属単体、あるいは、Ni−Cr、Fe−Cr−Al、Ti−Zr、Ni−
Ti、Fe−Ni−Cr、Ti−Al−Ｖ、Co−Cr、Co−Cr−Mo、Ti
−Mo、ステンレス鋼等の合金が好適に用いられる。

また、芯材11をセラミックスから選定するならば、ジ
ルコニア、SiC、SiN、BN、Al₂O₃等の高強度セラミック
スが好ましい。

コート材12としての超塑性セラミックスは、ジルコニ
ア、部分安定化ジルコニア、アルミナ、ジルコニア−ア
ルミナ等が使用できるが、生体硬組織代替体として用い
る場合には、生体活性セラミックスであるアパタイト、
第３リン酸カルシウムなどのリン酸カルシウム系セラミ
ックスが好ましい。

コート材12に用いる超塑性セラミックスは、10μｍ以
下、好ましくは１μ以下であって、0.005μｍ以上の平
均グレインサイズをもち、70％程度、好ましくは90％以
上の相対密度を有する緻密なものであることが好まし
い。

平均グレインサイズは、走査型電子顕微鏡によって測
定すればよく、具体的には平均グレイン面積から、これ
を円と仮定してその平均直径を求め、これを平均グレイ
ンサイズとする。

本発明におけるリン酸カルシウム系セラミックスとし
ては、種々のものを用いることができるが、特にアパタ
イトまたは第３リン酸カルシウムが好ましい。

アパタイトは、化学量論組成Ca₁₀（PO₄）₆X₂（ただ
し、Ｘはヒドロキシ基またはハロゲン原子）をもち、特
にヒドロキシアパタイトまたはフッ化アパタイトが好適
である。

また、アパタイトのCa/P原子被は1.6〜1.75が好まし
い。

なお、これらアパタイトと同様、第３リン酸カルシウ
ムCa₃（PO₄）_２も好ましい。

本発明ではこれらリン酸カルシウム系セラミックスの
焼結体を用いるが、この焼結体には、焼結助剤等とし
て、全体の５重量％以下の範囲内にて、Al₂O₃、SiO₂、M
gOさらにはCaO等が含有されていてもよい。

本発明の複合成形体中のリン酸カルシウム系セラミッ
クス焼結体の平均グレインサイズは、10μｍ以下、特に
２μｍ以下であることが好ましい。

この場合、平均グレインサイズが10μｍを超えると、
超塑性の発現が不十分となる。

なお、平均グレインサイズは１μｍ以下であることが
好ましく、その下限は一般に0.005μｍ程度であること
が好ましい。

本発明に用いる焼結体の平均グレインサイズは、超塑
性加工によってもほぼ保持されるので、加工前の焼結体
の平均グレインサイズは、加工後、すなわち成形体中の
それとほぼ同等である。

本発明では、まず、所定のグレインサイズの焼結体を
作製してコート材12とする。

コート材12の形状および寸法は、芯材11の形状、寸法
に応じて決定すればよく特に制限はない。この際、コー
ト材12の焼結体の平均グレインサイズは、目的とする成
形体の１〜10倍程度のものとする。

生体硬組織代替体の場合、焼結体作製に際して用いる
原料としては、前述のアパタイトや第３リン酸カルシウ
ムを用いることが好ましい。

これらは、各種脊椎動物の骨や歯などから回収された
天然物であってもよく、また各種湿式法や乾式法で製造
された合成品であってもよい。

本発明では、これらの方法で得られたアパタイトや第
３リン酸カルシウムなどのリン酸カルシウム系セラミッ
クスの原料粉末を焼結し、超組成を示す焼結体を得る。

用いる原料粉末は、BET値で１〜100m²/g程度であるこ
とが好ましい。

なお、前述のとおり、これらには焼結助剤等が含有さ
れていてもよい。

次いで、この原料粉末を成形する。

成形に際しては、１〜3000kg/cm²程度にて一軸プレス
した後、1000〜10000kg/cm²程度にて冷間静水圧プレス
（CIP）すればよい。

この後焼結する。

焼結は、一般に、700〜1200℃にて0.05〜30時間程度
行う。焼成に際しては、材料を緻密化するためホットプ
レスあるいは前述の熱間静水圧プレス（HIP）を行うこ
とが好ましく、圧力は50〜5000atm程度とすることが好
ましい。また、雰囲気は、不活性ガス中、エア中、水素
中、真空中等いずれであってもよい。

なお、この焼成に際し、700〜1350℃程度にて、0.05
〜30時間程度の仮焼を行ってもよい。

このようにして、好ましくは相対密度99.5％以上をも
ち、上記の平均グレインサイズを有するリン酸カルシウ
ム系焼結体のコート材12が得られる。

なお、これら芯材11と、各種コート材12は、熱膨張率
の差が50％以内、特に10％以内であることが好ましい。

用いるセラミックス粉23としては、ジルコニア、アル
ミナ、BN、SiC、SiN、WC、部分安定化ジルコニア等を用
い得るが、HIP法で行なう超塑性加工温度以上、好まし
くは700℃以上で溶融しない高温セラミックスが好まし
い。

このような場合、セラミックス粉23の粒子径を選択す
ることにより、超塑性接合された被覆15の表面粗さは、
粒子系に応じたものとなる。従って、セラミックス粉の
粒子系は10〜500μｍ程度とすればよい。

また、セラミックス粉23の層厚は0.5〜50mm程度とす
ればよい。

用いる封入用ガラス24としては、シリカガラス、酸化
ホウ素ガラス、ケイ酸塩ガラスホウ珪酸塩ガラス、ゲル
マン酸塩ガラス、リン酸塩ガラス等が使用できる。

封入用ガラス24の厚さは100〜5000μｍ程度とすれば
よい。

このような各要素を用い、まず、芯材11を目的用途に
応じて所定の形状・寸法に仕上げ、第１図に示されるよ
うに、これをコート材12としての円筒形状のセラミック
ス焼結体の中に嵌入収納する。

この際に、コート材12の膜厚は、一般に10mm以下、特
に10μｍ〜3mmとすることが好ましい。

そして、芯材11と、円筒形状セラミックス焼結体のコ
ート材12の空隙は、0.3mm以下と、できるだけ狭小なも
のとすることが好ましい。

ここで、芯材11は最終製品形状と実質的に同一の形状
とする。例えば、芯材11の表面には、用途に応じ、凹凸
形状等が形成されていたりするものであり、図示例で
は、円柱体のほぼ中央部に溝が形成されている。

この場合、芯材11の加工は、焼結、鋳造、研削等によ
ればよい。

一方、超塑性セラミックスのコート材12は、最終製品
とほぼ同一の外形形状であるが、図示のように、その表
面凹凸形状を省略した外径輪郭形状の簡易な形状とされ
ている。

このようにすることにより、芯材11を加工するのみ
で、コート材は簡単な形状とすることができるので、生
産性が向上する。また、簡易な形状とすると肉厚が均一
にできるので、得られる被覆厚も一定となる。

次に、第２図に示されるように、嵌着した芯材11とコ
ート材12の周囲を、セラミックス粉23で被い、さらに、
セラミックス粉23の周囲を封入用ガラス24で被包する。

これを通常のHIP装置内に装填して、加温、加圧を行
なうことにより、芯材11とコート材12は強固に接合さ
れ、芯材11上に被覆15が形成される。

成形完了後、封入用ガラス24を割り、複合成形体１を
とりだす。

この際、芯材11はほとんど変形せず、その外形形状ど
おりに、均一膜厚の被覆15が形成されている。

この際、HIP法による等方的な加圧が行なわれるの
で、接着不良はきわめて少ない。

なお、接合強度は、異種材料の材質によって異なる
が、引き抜き強度で100〜1000MPa程度のきわめて高い強
度が得られる。

なお、複合成形体１の被覆15の厚さは、１μｍ〜10m
m、特に10μｍ〜3mmが好ましい。

特に、生体硬組織代替体として用いるときには、１μ
ｍ〜5mmの膜厚が好適である。

そして、このように比較的厚い膜厚としても、被覆15
の剥離は生じない。

また、表面は、セラミックス粉23の粒度を調整するこ
とにより、鏡面とすることも、粗面とすることもでき
る。

特に、生体硬組織代替体として用いるときには、表面
積を高め、生体活性を向上させるために、Rmax10〜500
μｍ程度の粗面とすることができる。

得られた成形体１の被覆15中の超塑性セラミックスの
グレインサイズは、変化することもある。また、グレイ
ンは、粒界に沿ってすべり、またグレインの変形をとも
なうこともある。

以上は、HIP法を用いた超塑性接合について述べてき
たが、本発明では、予め形状加工して、得ようとする成
形体１とほぼ同一の形状の芯材11を得、これに被嵌でき
る簡易な形状のコート材12を用いるかぎりにおいて、ホ
ットプレス（HP）法を用いて接合してもよい。

HP法においては、芯材11にコート材12を被嵌した後、
これを前記セラミックス粉23内に埋入し、これを型内に
収納し、パンチングすることが好ましい。

型の材質としては、前記のセラミックス粉構成材料を
用いることが好ましい。

これにより、HIP法と同等程度までの接着性が得られ
る。

HP法における諸条件は、上記のHIP法のそれとほぼ同
一である。

このような本発明の複合成形体は、種々の用途に用い
ることができる。

特に、リン酸カルシウム系セラミックスを用いる場
合、少なくとも一部が生体内に留置されて用いられるも
の、例えば、人工歯根、歯冠等の歯科材料、人工骨、人
工頭蓋骨、人工耳小骨、人工顎骨、骨置換材料、人工関
節、人工鼻軟骨、骨折固定用材料、人工弁、人工血管な
どに好ましく適用でき、また、透析用シャント等の経皮
埋入機器、ペースメーカー等の生体内埋め込み機器、そ
の他、生体内留置機器等の医療機器にも好ましく適用す
ることができる。

これらのうちでは、特に生体硬組織代替体としての用
途が最も有用である。

以下、本発明の複合成形体を、生体硬組織代替体のう
ち、人工歯根および歯冠に適用する場合について説明す
る。

本発明の人工歯根および歯冠は、上記のようにして得
られたリン酸カルシウム系セラミックス焼結体を、HIP
装置やHP装置を用いて超塑性加工により基材表面に接合
することにより製造される。

第４図に、本発明の好適実施例である人工歯根および
歯冠を示す。

第４図は、歯槽骨７に埋入された人工歯根３に、緩衝
材５を介して接着材６、７により歯冠４が接着された状
態を示す。

人工歯根３は、歯根基材31表面に歯根被覆層32を有
し、人工歯根３の外周側面には、必要に応じて突起33が
形成される。

突起33は、歯槽骨71と人工歯根３との間に間隙を形成
する作用を有する。人工歯根３は、歯槽骨71と直接結合
するのではなく、人工歯根３の周囲に形成される新生骨
と結合する。

このため、突起33を設けることにより新生骨の成長が
促進され、人工歯根３と歯槽骨71とを強固に結合させる
ことができる。

突起33の形状に特に制限はなく、人工歯根３の周側面
にリング状あるいは螺旋状に存在してもよく、独立した
突起を複数設けてもよい。

突起33の高さは、100μｍ〜3mm程度とすることが好ま
しい。

歯根基材31の形状および寸法に特に制限はなく、前記
のとおり、目的とする人工歯根１の形状および寸法に応
じた形状とし、好ましくは、突起33に応じた突起を有す
る。

歯根基材31は、前記のとおり機械的強度や靭性が高い
無害な材質で構成されることが好ましいが、特にチタ
ン、チタン合金、ジルコニア、単結晶アルミナ（サファ
イア）が好ましい。

歯根基材31表面には、歯根被覆層35が設けられる。

歯根被覆層32は、上記のようにして製造されたリン酸
カルシウム系セラミックスから構成され、超塑性加工に
より歯根基材31と接合されたものである。

すなわち、リン酸カルシウム系セラミックス焼結体の
コート材は、一端を封止された円筒状であって、基材31
に嵌合可能なものであることが好ましい。

なお、用いるコート材の厚さは、10μｍ〜10mm程度で
あり、目的とする歯根被覆層32の厚さ等に応じて適当に
決定すればよい。

そして、上記の超塑性加工により、リン酸カルシウム
系セラミックス焼結体は芯材11の外径に沿って超塑性変
形すると同時に、歯根基材31と隙間なく接合し、均一な
厚さの歯根被覆層32が形成されることになる。

このようにして形成される歯根被覆層32は、人工歯根
３の少なくとも生体と接触する表面、例えば第３図にお
いては、歯槽骨71、歯肉上皮72および上皮下結合組織73
と接触する表面に存在していることが好ましい。

歯根被覆層32の厚さは、好ましくは１μｍ〜5mm、よ
り好ましくは10μｍ〜2mmである。

このような構成を有する人工歯根３の形状に特に制限
はなく、円柱状、楕円柱状、角柱状、ブレード状等のい
ずれであってもよい。

また、前記のとおり、突起33を設けることが好まし
い。

人工歯根３の寸法は、通常、最大径２〜20mm、高さ３
〜50mm程度であり、各種規格に基づいて決定すればよ
く、また、必要に応じ適当な寸法としてもよい。

なお、本発明は、第４図に示されるような１ピース型
に限らず、ポストコアを有する２ピース型の人工歯根、
あるいは３種以上の構成部材を有する多ピース型の人工
歯根にも適用することができる。これらの人工歯根にお
いても、少なくとも生体と接触する表面にリン酸カルシ
ウム系セラミックスの被覆層が存在していればよい。

次に、歯冠４について説明する。

歯冠４は、歯冠基材41の表面に歯冠被覆層45を有して
構成される。

歯冠被覆層42は、上記のようにして製造されたリン酸
カルシウム系セラミックスから構成され、超塑性加工に
より歯冠基材21と接合されたものである。

なお、用いるコート膜の厚さは、目的とする歯冠被覆
層22の厚さおよび外形形状に応じて適当に決定すればよ
い。

そして、前記のHIP法あるいはHP法による成形により
コート材は、超塑性変形し、歯冠被覆層42が形成され
る。

歯冠基材41の形状に特に制限はなく、例えば、人工歯
根が嵌入する穴部を底面に有する柱状または錐状等であ
ってよく、あるいはこれらを組合せた形状であってもよ
い。

歯冠基材41の上面は平坦であってもよいが、目的とす
る歯冠形状に相似の形状に成形されていることが好まし
い。

すなわち、歯冠の形状は、例えば切歯用であるか臼歯
用であるかによって大きく異なるため、切歯あるいは臼
歯と相似の形状に成形された歯冠基材41を用いれば、リ
ン酸カルシウム系セラミックス焼結体の変形量が少なく
て済み、成形が極めて容易になる。

歯冠基材41の材質は、歯根基材の材質として上記した
ものから選択すればよい。

このようにして形成される歯冠４は天然歯に近似した
外観を有し、また、生体親和性を有するため、審美性を
高めるためおよび歯肉上皮72に悪影響を与えないため
に、歯冠基材41の全面を覆っていることが好ましい。

また、歯冠被覆層45の厚さは、１μｍ〜5mm程度とす
ることが好ましい。

このような構成を有する歯冠４は、第４図に示される
単冠式に限らず、二重冠式の外冠に適用することもでき
る。

人工歯根３および歯冠４は、緩衝材５を介して接着材
６、７により接着されることが好ましい。

緩衝材５は、咀嚼、歯ぎしり等の際に人工歯根３に加
わる衝撃を緩和する作用を有する。

緩衝材５を介して歯冠４を接着することにより、歯冠
４に天然歯と同程度の動揺を保証することができる。

緩衝材５は、合成ゴム等で形成され、厚さは0.01〜4m
m程度であることが好ましい。

接着材６、７には、通常の歯科セメントを用いればよ
い。

なお、本発明の人工歯根は、第４図に示されるように
歯冠と組合せる形態で用いられる骨内インプラント等の
他、天然歯内に人工歯根を埋入する歯内骨内インプラン
トにも好適である。

また、総入れ歯用、部分入れ歯用およびフリースタン
ディング用のいずれにも好適である。

さらには、人工骨等各種インプラントにも好適であ
る。

本発明の人工歯根および歯冠を使用するに際し、これ
らと組合せて用いられる歯冠および人工歯根は、必ずし
もリン酸カルシウム系セラミックスの被覆を有している
必要はなく、通常の歯冠および人工歯根と組合せた場合
でも本発明の効果は実現する。

＜実施例＞以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明を更に詳
細に説明する。

［人工歯根の作製］湿式法によって得られたBET値80m²/gのヒドロキシア
パタイト（Ca/P＝1.67）を、50kg/cm²にて一軸プレスし
たのち、2900kg/cm²でCIPを行なった。

次いで、これを大気中で1000℃で２時間仮焼したの
ち、Arガス、1100℃、2000atm、２時間の条件でHIP焼成
し、円筒状焼結体を得た。

得られた円筒状焼結体のコーデョ材12の膜厚は2mmと
した。また、平均グレインサイズは0.6μｍであり、熱
膨張率は12×10^-6であった。

上記円筒状焼結体内部に、第４図に示されるような直
径2mm、高さ18mmで外周に突起を有するチタン製円柱
（熱膨張率8.4×10^-6）の歯根基材を嵌合した。

さらに上記構成部材の周囲に、700℃以上で溶融しな
い高融点のジルコニアセラミックス粉末（平均粒径0.3
μｍ）を充填し、その周囲をシリカガラスで被覆し、全
構成部材を封入した後、HIP法により超塑性加工を行な
った。

HIP条件は、加工温度900℃、加工時間30分、加工圧力
60MPaとした。

HIP工程終了後、封入ガラスを割除し、ジルコニア粉
末を取り除き、人工歯根を得た。

このような成形により、歯根基材表面にヒドロキシア
パタイト製の被覆層が厚さ1.9mmに形成された。

歯根基材と被覆層との接合強度は、歯根基材−被覆接
合体を接着固定し歯根基材を引き抜く時の剥離強度で表
わして、100MPaであった。

また、コート材の表面粗さは100μｍ（Rmax）、曲げ
強度は450MPaであった。

なお、生体親和性の試験を、下記により行なった。

体重2.5〜2.8kgの雄性成熟家兎の下顎骨に、３×４×
6mmの補填穴を形成し、これに得られた人工歯根を補填
した。

手術後、６週間経過した後、非脱灰研磨標本を作成
し、人工歯根と新生骨の界面のSEM像を観察した。

この結果、新生骨が人工歯根と完全に愉着し、かつイ
ンプラント孔内にも完全に入り込んでおり、極めて生体
親和性の高いことが証明された。

また、24週後における人工歯根と母床骨との接合部の
透過電子顕微鏡による高分解能像を観察したところ、骨
細胞の配列が人工歯根と母床骨側とで全く同一であり、
境界はほとんど識別されなかった。

［歯冠の作製］上記と同様にして、ヒドロキシアパタイトの円筒状焼
結体を得た。

この焼結体を、前述のチタン製歯冠基材にかぶせ、歯
根の場合と同一条件でHIP法により超塑性加工を行なっ
た。得られた人工歯冠の特性データは、上記人工歯根の
場合と、ほぼ一致した。

なお、上記の芯材およびコート材と上記のセラミック
ス粉とを用い、さらにセラミックス製の型を用意し、上
記のHIP条件と同一のHP条件にて、前述のHP法による超
塑性接合を行なったところ、同等程度の効果が得られ
た。

＜発明の効果＞本発明によれば、リン酸カルシウム系等の超塑性セラ
ミックスと異種材料とが強固に接合された複合成形体が
実現し、しかも、このような接合を比較的低温で行なう
ことができる。

得られた複合成形体あるいは生体硬組織代替体は、研
削工程による型出し仕上げをする必要がなく、従って、
繰り返し使用の際のクラックの原因となるきず付が防止
されると共に、研削加工では不可能な外表面の複雑な凹
凸形状を容易に形成し得る。

さらに、本発明のHIP法を用いる製造方法では、構成
材料に均一に圧力が加わるので、芯材・被覆界面に空隙
を生じることなく、また強固の接合力を有し、繰り返し
使用に際しても界面での剥離現象が起り難い。

さらには、リン酸カルシウム系等の超塑性セラミック
スの膜厚を厚くしても剥離は生じないので膜厚を任意に
設定でき、50μｍ程度以下の薄いものから2mm程度以上
の厚いものまで、目的用途に応じて自由に厚さを選択す
ることが可能である。

同時に、コート材の膜厚のバラツキを抑えて一定厚の
コート加工が可能となり、複雑な形状のものも容易に形
成し得る。この際、製品間の品質のバラツキも少ない。

また、HIP時ないしHP時に、生体硬組織代替体材料周
囲に充填するセラミックス粉末等の粒度により製品表面
の粗さを任意に調製し得る。

また、芯材の形状を加工するのみで、それと類似する
単純な形状のコート材セラミックスをそれに嵌着するの
みで、機械的加工を省略して成形、接合、表面処理を一
工程で行なうことができるので作業効率や生産効率が高
まる。

さらには、多数個を同時に処理することができ、大量
生産も容易となるのでコストを低減し得る。

以上、本発明の複合形成体の製造方法は、機械的強
度、生体親和性および成形体が高い人工歯根や歯冠等の
生体硬組織代替体を、低コストにて提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】第１図〜第３図は、それぞれ複合成形体の製造方法およ
び生体硬組織代替体の製造工程を説明するための斜視図
であり、第４図は、歯槽骨に埋入された人工歯根と、こ
の人工歯根に接着された歯冠とを示す断面図である。符号の説明１……複合成形体 11……芯材 12……コート材 23……セラミックス粉 24……封入用ガラス３……人工歯根 31……歯根基材 35……歯根被覆層 33……突起４……歯冠 41……歯冠基材 45……歯冠被覆層５……緩衝材６、７……接着材 71……歯槽骨 72……歯肉上皮 73……上皮下結合組織

フロントページの続き (56)参考文献特開平３−21254（ＪＰ，Ａ) 特許2810965（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B32B 1/00 - 35/00 A61C 1/00 - 19/10 A61L 27/00 A61F 2/28 - 2/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】超塑性セラミックスと異種材料とを、超塑
性加工により接合して複合成形体を得るにあたり、熱間静水圧プレス法を用いて接合することを特徴とする
複合成形体の製造方法。
【請求項２】前記異種材料から形成された芯材上に、前
記超塑性セラミックスの被覆を接合する請求項１に記載
の複合成形体の製造方法。
【請求項３】前記芯材は、前記複合成形体とほぼ同一の
形状に加工が施されており、この芯材に前記超塑性セラ
ミックスを被嵌して、セラミックス粉を介して熱間静水
圧プレスする請求項１または２に記載の複合成形体の製
造方法。
【請求項４】前記超塑性セラミックスがリン酸カルシウ
ム系セラミックスである請求項１ないし３のいずれかに
記載の複合成形体の製造方法。
【請求項５】超塑性セラミックスと異種材料とを、超塑
性加工により接合して複合成形体を得るにあたり、前記異種材料を加工して、前記複合成形体とほぼ同一の
形状の芯材を得、この芯材に前記超塑性セラミックスを
被嵌して熱間プレスして接合することを特徴とする複合
成形体の製造方法。
【請求項６】前記芯材に被嵌した前記超塑性セラミック
スを、セラミックス粉を介して熱間プレスする請求項５
に記載の複合成形体の製造方法。
【請求項７】前記超塑性セラミックスがリン酸カルシウ
ム系セラミックスである請求項５または６に記載の複合
成形体の製造方法。
【請求項８】請求項４または７に記載の製造方法によっ
て製造された複合成形体であって、少なくとも一部が生体内に留置して用いられることを特
徴とする生体硬組織代替体。
【請求項９】人工歯根または人工歯冠である請求項８に
記載の生体硬組織代替体。