JP3314070B2 - 生体適合性皮膜の形成方法 - Google Patents

生体適合性皮膜の形成方法

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JP3314070B2 JP2000019838A JP2000019838A JP3314070B2 JP 3314070 B2 JP3314070 B2 JP 3314070B2 JP 2000019838 A JP2000019838 A JP 2000019838A JP 2000019838 A JP2000019838 A JP 2000019838A JP 3314070 B2 JP3314070 B2 JP 3314070B2
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四志男 宮坂
泰弘 片岡
秀雄 古澤
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Fuji Kihan Co Ltd
Aichi Prefecture
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、生体内で使用され
る金属基材の表面に生体適合性皮膜を形成し、金属基材
に生体適合性を付与する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】たとえばリン酸カルシウム類の生体適合
性皮膜を生体適合性金属としてチタンなどの金属基材上
に形成する方法には、物理的手法と化学的手法があり、
物理的手法としては、プラズマ溶射法（特開平01-52471
号公報）等が知られている。また、化学的手法として
は、金属基材を予め６００℃以上に加熱し、表面に酸化
皮膜を形成した後にカルシウムイオン及びリン酸イオン
を含む擬似体液に浸漬して、前記の酸化皮膜上にリン酸
カルシウム類であるハイドロキシアパタイト（ヒドロキ
シアパタイト）層を形成する方法（特開平05-176985号
公報、特開平11-323570号公報）等が知られている。
【０００３】また、チタンまたはチタン酸化物をスパッ
タリング法で被覆した基板に、ハイドロキシアパタイ
ト、ＴＣＰなどの、リン酸カルシウムなどセラミックス
の球体を基板が塑性変形を起こす温度に加熱し、真空下
で加重をかけ加圧して上記球体の５０から６０％まで圧
入し生体適合性材料を得る手段が提案されている（特開
平11-137663号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前者のプラズマ溶射法
では、高温度のプラズマ中をリン酸カルシウム類粒子が
通過するため、一部分解が起こり生体親和性が低下する
惧れがある。また、アルゴンまたはヘリウムガスなどの
プラズマガスあるいはキャリアーガスを多量に消費す
る。さらにまた、基材温度は、数百℃に達するため、試
料の冷却に数十分を要するなど生産効率が悪い。
【０００５】また、後者の化学的手法では、金属基材を
８０〜６００℃以上に加熱するため、チタン合金やチタ
ンニッケル形状記憶合金基材の劣化が避けられない。ま
た、加熱、冷却に数十分〜数時間を要するなど生産効率
が良くない。
【０００６】また、特開平11-137663号の手段では、常
温、常圧下での処理ができないなど、製造工程が煩雑と
なる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めには、生体内で使用される金属基材表面上に、ショッ
トピーニング装置を用いて生体適合性粉末を圧縮空気と
の混合流体としてショットに代えて噴射することによ
り、該成分を付着させ、生体適合性皮膜を形成すること
を特徴とする。
【０００８】より具体的には、生体内で使用される金属
基材上にショットピーニング装置を用いて、二次粒子径
５〜３０μmのリン酸三カルシウム、ハイドロキシアパ
タイト等のリン酸カルシウム類粉末を圧縮空気との混合
流体として８０m/sec以上の噴射速度でショットに代え
て噴射することにより、０．０１〜９４wt％のリン酸カ
ルシウム皮膜を形成することを特徴とする。
【０００９】本願発明においては、ショットピーニング
装置を用いて、通常は、常温度域で圧縮空気力により生
体適合性粉末を噴射し、基材表面に付着させるため、従
来手段のようにアルゴン又はヘリウムガスを用いない。
また、生体適合性粉末及び基材の加熱、冷却を必要とし
ない。このため、生体適合性皮膜又は基材の物性の低下
を招くことなく、経済的で生産効率の高い方法である。
【００１０】加えて、本願発明の場合、処理に要する機
器の操作が簡単で、処理時間が短く、必要な部位にのみ
処理することができるなど経済的なメリットが大きい。
【００１１】そして、生体内で使用される金属基材表面
に、ショットピーニング装置を用いて二次粒子径５〜３
０μmのリン酸カルシウム類粉末を圧縮空気との混合流
体として８０m/sec以上の噴射速度で噴射し、該成分を
前記金属基材表面に付着させ、０．０１〜９４wt％濃度
のリン酸カルシウム類皮膜を形成したことを特徴とする
生体適合性皮膜である。
【００１２】
【発明の実施の形態】市販されているリン酸カルシウム
類粉末は、０．１〜１０μmの一次粒子が凝集してお
り、二次粒子径は、およそ５〜３０μmである。これ
を、ショットピーニング装置を用いて圧縮空気との混合
流体として噴射速度８０m/sec以上でチタン合金、チタ
ンニッケル系形状記憶合金、ステンレス基材の表面に噴
射することにより、０．０１〜９４wt％のリン酸カルシ
ウム類を付着させることができる。
【００１３】
【実施例】被噴射粉末は、人工骨、人工歯根などの生体
材料に用いられる二次粒子径がおよそ５〜３０μmリン
酸カルシウム粉末［Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）2］をシ
ョットピーニング装置を用いて高圧圧縮空気との混合気
体として噴射速度８０m/sec以上で純チタン、チタンニ
ッケル形状記憶合金、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４基材の
表面に噴射することにより、該表面上にリン酸カルシウ
ム皮膜を形成した。基材表面のリン酸カルシウム濃度の
測定は、Ｘ線分光分析装置により測定した。分析深さは
数μmである。 ショットピーニング装置：株式会社不二製作所製 ニュ
ーマブラスター ノズル径：直径１２mm 噴射圧力：０．４Mpa 噴射時間：１０sec 二次粒子径：５〜３０μm
【００１４】測定結果を表１に示す。また、リン酸カル
シウム相の変化の有無を確認するため、原料粉末と皮膜
のＸ線回折結果を比較した。測定結果を図１〜４に示
す。
【００１５】図１は、噴射前のリン酸カルシウムを原料
とする粉末のＸ線回折結果で、この粉末をそれぞれ以下
の金属基材に対して噴射後の皮膜を回折した結果を示す
図２から図４と比較し、リン酸カルシウムの各回折Ｘ線
の回折角度２θ及び回折強度比に変化がなければ、噴射
前後におけるリン酸カルシウムの材質変化がないことが
実証される。
【００１６】図２の純チタンの金属基材の場合、チタン
以外の回折Ｘ線すなわち皮膜の回折Ｘ線の回折角度２θ
と回折強度比は、図１と略一致していることが分かり、
このことから形成された皮膜は、噴射前のリン酸カルシ
ウム粉末に材質変化を来していないといえる。
【００１７】同様に、図３のチタンニッケル形状記憶合
金を金属基材としたもの、図４のステンレス鋼SUS304を
金属基材としたものにおいても形成された皮膜は、噴射
前のリン酸カルシウム粉末に比して材質変化がないこと
が分かる。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１に示すように、リン酸カルシウム皮膜
の生成量は、基材によって大差なく、最大で９４wt%
（基材：純チタン）であった。一方、リン酸カルシウム
濃度の最小値側については、リン酸カルシウム粉末の噴
射量を少なくすることにより容易に制御することができ
る。したがって、本願発明におけるリン酸カルシウム濃
度の範囲としては、生体親和性への効果を考慮して、
０．０１〜９４wt%とした。
【００２０】Ｘ線回折結果の図１〜４に示し、上述した
ように、リン酸カルシウム相は、噴射前後で相に変化が
ないことを確認できた。したがって、本願発明のリン酸
カルシウム皮膜において生体適合性の低下は考えられな
い。
【００２１】すなわち、本発明による生体材料を例えば
生体の骨欠損部に埋入すれば、新生骨と早期に結合す
る。表面は、生体適合性皮膜に覆われ、基板が露出して
いないので基板からの成分の溶出はない。また、とくに
ハイドロキシアパタイトは長期の固定に優れるので、皮
膜が剥離することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】噴射前のリン酸カルシウムを原料とする粉末の
Ｘ線回折結果を示す。
【図２】純チタンの金属基材に同原料を噴射後の皮膜の
Ｘ線回折による測定結果を示す。
【図３】チタンニッケル形状記憶合金の金属基材に同原
料を噴射後の皮膜のＸ線回折による測定結果を示す。
【図４】ステンレス鋼SUS304の金属基材に同原料を噴射
後の皮膜のＸ線回折による測定結果を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古澤 秀雄 愛知県刈谷市一ツ木町西新割（番地な し）愛知県工業技術センター内 審査官 鈴木 正紀 (56)参考文献 特開 昭59−200642（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−86443（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 24/04 A61L 27/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 生体内で使用される金属基材表面に、シ
    ョットピーニング装置を用いて生体適合性粉末をショッ
    トに代えて噴射することにより、該成分を付着させるこ
    とを特徴とする生体適合性皮膜の形成方法。
  2. 【請求項２】 生体内で使用される金属基材表面に、シ
    ョットピーニング装置を用いてリン酸カルシウム類粉末
    を圧縮空気との混合流体としてショットに代えて噴射す
    ることにより、該成分を前記金属基材表面に付着させリ
    ン酸カルシウム類皮膜を形成することを特徴とする生体
    適合性皮膜の形成方法。
  3. 【請求項３】 生体内で使用される金属基材表面に、シ
    ョットピーニング装置を用いて二次粒子径５〜３０μm
    のリン酸カルシウム類粉末を圧縮空気との混合流体とし
    て８０m/sec以上の噴射速度でショットに代えて噴射す
    ることにより、該成分を前記金属基材表面に付着させ、
    ０．０１〜９４wt％濃度のリン酸カルシウム類皮膜を形
    成することを特徴とする生体適合性皮膜の形成方法。
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