JP5268183B2 - チタン長繊維およびその製造法 - Google Patents

Description

本発明はチタン長繊維、とくに医療分野で用いられるチタン長繊維およびそのチタン長繊維の製造法に関する。

特開平１１−８１０５０号公報 特開平６−３４４０２１号公報 特公昭４９−２３７５５号公報 特公昭５６−１１６２号公報

特許文献１には、触媒に使用するチタン繊維あるいはチタン合金繊維で、断面略楕円形で表面に凹凸を形成して表面積を増加させた、円相当直径が５μｍから３０μｍのチタン（合金）繊維が開示されている。なお、円相当直径とは、異形断面の大きさを示す数値で、断面積が同一の円の直径を意味する。線径を細くし、表面積を増加させるのは、触媒としての機能を向上させるためである。

さらに特許文献１には、軟鋼（ＳＰＣＣ）の帯材で直径６ｍｍの電縫管を形成しながら純チタン線材を挿入し、直径４．３ｍｍに伸線加工して管の内面と芯線とを密着させ、電炉内で焼鈍し、ついで得られた被覆チタン線材を多数本、別の軟鋼管に挿入し、伸線加工および熱処理を行ない、軟鋼を溶解して分線する集束伸線法により、外径約８μｍのチタン繊維とすることが開示されている。また、軟鋼の炭素含有量は０．２５重量％以下、とくに０．１２重量％以下が好ましいこと、焼鈍の最高到達温度は５８０℃〜６５０℃が好ましいこと、被覆の厚さは厚い方が好ましいが、溶解の手間を考えて被覆する素線の直径の５〜２０％とくに８〜１５％が好ましいことが記載されている。

また、特許文献１では、チタン繊維の好ましい断面形状として、略円形、楕円形、多角形が挙げられ、扁平なもの、湾曲したものは表面積を稼ぐことはできるが好ましくないとしている。繊維の表面に形成する凹凸は、被覆する軟鋼の結晶が湾曲することにより生ずるものであり、同一の断面形状で延びているものではない。また、チタン繊維の長さについてはとくに言及していない。

特許文献２は、強度が低く芯線加工しにくいアルミニウムや銅などの芯材の周囲に、ステンレスや鋼などの強度が高い金属被覆を設けてクラッド構造にした金属線を、その周囲に酸で溶解できる外層材を設けて集束伸線加工し、その後、酸で外層材を溶解する、クラッド構造の金属線の製造法を開示している。金属被覆としてチタンおよびチタン合金が挙げられている。特許文献３は、金属線の周囲に２重にメッキを施す集束伸線法による金属繊維の製造法が開示されており、得られる金属繊維の断面形状として、略図ながら六角形のものが図示されている。

特許文献４には、厚さ１３０ｍｍ、幅５５０ｍｍ、長さ３０００ｍｍの金属チタンのスラブの周囲を厚さ１５ｍｍの軟鋼板（ＳＳ３４）で囲み、加熱し、厚さ４ｍｍまで熱間圧延して厚さ１５０ｍｍ、幅５５０ｍｍとし、さらに冷間圧延で厚さ４ｍｍにし、ついで軟鋼板を分離するチタン板材の製造法が開示されている。このものは断面形状が長方形で、長さが数ｍ以上であるが、繊維ではない。

特許文献１の製造法では、チタン線の周囲に軟鋼を被覆して集束伸線する方法において、「複合線材の最高到達温度を５８０〜６５０℃にすることを特徴とする」との内容が記載されているが、この条件であればすべてが同程度の引っ張り強さとなるため、伸線加工中に断線し、長尺チタン繊維を得ることができない。すなわち純チタン線の結晶構造は最密六方格子（ｈｃｐ）であり、被覆する軟鋼の結晶構造は体心立方格子（ｂｃｃ）または面心立方格子（ｆｃｃ）である。そして仮に同一の応力を付与した場合、塑性変形能としては、ｂｃｃ＞ｆｃｃ＞ｈｃｐとなり、チタン線のｈｃｐが一番塑性変形しにくい結晶構造である。そのため、負荷に対して「塑性変形＋弾性変形」する割合が大きい。このため、［チタン線の引っ張り強さ＝金属管の引っ張り強さ］の関係であると、金属管が塑性変形（全長変化）するのに対し、チタン線は塑性変形＋弾性変形し、弾性変形の蓄積により断線しやすい。そのため、長尺のチタン線を伸線加工することができない。また、特許文献１のチタン線は、とくに触媒に用いることもあって、チタン線材の表面に、軟鋼の結晶粒によって形成される凹凸もう形成しているので、繊維同士が滑りにくく、絡合させたり束にしたりするときに取り扱いにくい。

他方、特許文献２、３の製造法についても、長いチタン繊維や扁平なチタン繊維を得ることができない。特許文献４のチタン板材の製造法は、数ｍの長さの扁平なチタン板材を製造することはできるが、チタン繊維の製造法には応用できない。

本発明は塑性変形しにくいチタン線を塑性変形しやすい金属でコートするにも関わらず、できるだけ細く、かつ、長いチタン繊維を効率よく製造する方法を提供することを技術課題としている。

本発明のチタン長繊維の製造法は、金属チタンまたは金属チタンを主体とする合金材からなるチタン線を軟鋼パイプからなるコート材でコートして縮径し、得られたコート線を６００〜７００℃で３〜８分間焼鈍し、焼鈍したコート線を複数本束にして、軟鋼からなる金属管に入れ、金属管ごと５０ｍ以上伸線加工し、前記焼鈍においては前記伸線加工中に［コート線の引っ張り強さ＜金属管の引っ張り強さ］を満たす程度まで軟化させ、ついで金属管およびコート材を酸で溶解除去することを特徴としている。このようなチタン長繊維の製造法においては、前記伸線加工により、金属管ごと７０ｍ以上、伸線するのが好ましい。さらに前記コート線を複数本束にして金属管に入れた後、伸線加工の前に、スエージング加工により減面率１５〜２５％まで縮径するのが好ましい。また、前記金属管ごと複数本のコート線を伸線加工した後、酸で溶解する前に、圧延して異形断面とすることもできる。さらに前記チタン線をコート材でコートする工程が、１本のチタン線を展性に優れた単線用の金属管に入れ、ついで、［チタン線の引っ張り強さ＜その金属の引っ張り強さ］を満たすようにして伸線加工により縮径し、コート線とすることもできる。また前記伸線加工後、溶解除去する前に、得られたチタン長繊維を、短辺１に対し、長辺比が２〜８．５倍の扁平な断面形状に圧延加工することもできる。

本発明のコート線の製造法は、１本のチタン線を展性に優れた金属管に入れ、ついで、［チタン線の引っ張り強さ＜その金属の引っ張り強さ］を満たすようにして伸線加工により縮径し、コート線とすることを特徴としている。その場合、前記１本のチタン線を単線用の金属管に入れた後、スエージング加工により減面率１５〜２５％まで縮径し、ついで伸線加工するのが好ましい。また、前記単線用の金属管の外径をチタン線の外径の２〜６倍とするのが好ましい。

本発明のチタン長繊維は、前述のいずれかのチタン長繊維の製造法によって製造され、しかも円相当径が１００μｍ以下で、長さ２０ｍ以上であることを特徴としている。このようなチタン長繊維では、円相当径が１５μｍ以下で、長さ５０ｍ以上あるのが好ましい。また、断面が略多角形状で、その一辺１５μｍ以下とすることもできる。また、断面形状が略星形であるものであってもよい。

このようなチタン長繊維は、上述の製造法によって製造された、円相当径が１００μｍ以下で、長さ２０ｍ以上で、断面形状が長さ方向に略一定で続いており、表面形状が長さ方向に平滑とすることもできる。

さらに前述の製造法によって製造されたチタン長繊維であって、絡合または編組することで細胞培養担体の全体または一部を構成するものとすることができる。

また、前述の製造法によって製造されたチタン長繊維において、絡合または編組することで生体組織誘導型スカフォールドの全体または一部を構成するためのものとすることができる。さらに前述の製造法によって製造されたチタン長繊維において、そのチタン長繊維を１本用い、絡合または編組することで生体組織誘導型スカフォールドを構成するものとすることもできる。なお、「スカフォールド」には、生体内に埋め込まれる「インプラント」も含まれる。

本発明のチタン長繊維の製造法（請求項１）は、展性に優れた金属でコートし、縮径したチタン線を、あらかじめ５００〜８００℃で１〜１０分間焼鈍してから集束伸線法により細く加工する。さらに［コート線の引っ張り強さ≦その金属の引っ張り強さ］を満たす条件で集束伸線加工を行うので、５０ｍ以上伸線加工しても断線しにくい。すなわち本発明者は、この条件を満たすことにより、「チタン線の塑性変形＋弾性変形」以上に金属管が塑性変形するので、チタン線を断線させず、５０ｍ以上、長尺伸線できることを見出したのである。また、５０ｍ以上、とくに７０ｍ以上伸線加工することにより、医療などで利用しやすい長繊維を得ることができる。チタンは生体適合性が高いため、医療に多く用いられているが、チタン繊維の端部から発生する摩耗粉が周囲の軟組織に炎症反応を生起しやすい。そのため、医療に用いるチタン繊維はできるだけ端部が少ないもの、すなわち長い繊維と用いるのが好ましい。

また、前記伸線加工では、金属管ごと７０ｍ以上、伸線するのが好ましい（請求項２）。人工歯根や生体組織培養用としてチタン長繊維を巻き付ける場合は、７０ｍ程度必要であるので、７０ｍ以上まで伸線することにより、各種の用途に適合させることができる。

前記コート線を複数本束にして金属管に入れた後、伸線加工の前に、スエージング加工により減面率１５〜２５％まで縮径する場合（請求項３）は、塑性加工率を高く設定することができ、径方向への塑性加工を強く行うことができるため、チタン線を断線させることなく伸線加工による縮径が可能となる。さらに金属管とコート線との密着度も高くなる。それにより５０ｍ以上、さらに７０ｍ以上まで伸線しても、断線しない。なお、ここでいう減面率は、「［（元の断面積−加工後の断面積）／元の断面積］×１００（％）」である。

前記金属管ごと複数本のコート線を伸線加工した後、酸で溶解する前に、圧延して異形断面とする場合（請求項４）は、圧延率を任意に設定することで、最終的に得られるチタン線の断面形状の縦横比を制御することができる。

前記チタン線をコート材でコートする工程が、１本のチタン線を展性に優れた金属管に入れ、ついで［チタン線の引っ張り強さ≦その金属の引っ張り強さ］を満たすように伸線加工により縮径し、コート線とする場合（請求項５）は、径方向の塑性加工率を高く設定することができ、伸線するとき、断線することなく伸線することができる。それにより、それぞれのコート線を束にして集束伸線加工したとき、金属管と個々のコート線とが一体となってずれることなく伸線され、５０ｍ以上の長さまで伸線しても断線しない。

本発明のコート線の製造方法（請求項６）は、１本のチタン線を単線用の金属管に入れた後、スエージング加工により減面率１５〜２５％まで縮径し、その後伸線加工を行うので、金属管とチタン線との密着度が高くなる。それにより、それぞれのコート線を束にして伸線加工したとき、金属管と個々のコート線とが一体となってずれることなく伸線され、５０ｍ以上、さらに７０ｍ以上の長さまで伸線しても、断線しないため、チタン長繊維を製造する中間成形品として適切である。

前記１本のチタン線を入れる金属管の外径がチタン線の外径の２〜６倍である場合（請求項７）は、金属管の厚さが厚いため、チタン長繊維を得るために伸線加工したとき、チタン線が金属管によって充分に保護され、破断しにくい。さらに生産性が高い。すなわち２倍未満の場合は、伸線後、断面形状の凹凸が大きすぎるため断線し、長尺化が困難である。また、６倍を超えると伸線しようとする集束線に対するチタン線の断面積率が極端に少なくなり、生産性が著しく低下する。

本発明のチタン長繊維（請求項８）は、前記いずれかの製造法によって製造された、円相当径が１００μｍ以下で、長さ２０ｍ以上のチタン長繊維であるので、生体組織培養に用いるチタンウエブを構成するなど、医療用のチタン繊維として好適である。

このようなチタン長繊維において、円相当径が１５μｍ以下で、長さ５０ｍ以上の場合（請求項９）は、医療用のチタン繊維としてさらに好適である。

また、断面が略多角形状で、その一辺が１５μｍ以下である場合（請求項１０）は、チタン繊維同士あるいはチタン線を基材に溶接あるいは拡散接合する場合、接合強度が円形断面より高い。また、絡合させたときに、形状が安定する。なお、拡散接合とは、母材を密着させ、母材の融点以下の温度条件で、塑性変形をできるだけ生じない程度に加圧して接合面間に生ずる原子拡散を利用して接合する方法である。断面形状が略星形である場合（請求項１１）も断面多角形の場合と同様の効果があり、しかも生産が容易である。

前記チタン長繊維において、短辺１に対し、長辺比が２〜８．５倍の扁平な断面形状を有する場合（請求項１２）は、医療用のチタン線として一層好適である。さらに溶接あるいは拡散接合のときの接合強度を充分に確保することができ、また、チタン繊維間の空隙率を自在に調整することができるという利点がある。

前記チタン長繊維において、断面形状が長さ方向に略一定で続いており、表面形状が長さ方向に平滑である場合（請求項１３）は、軸方向に引き抜くときの抵抗が少ない。そのため取り扱いが一層容易であり、編組する際、空隙率を一定にし易い。

前記いずれのチタン長繊維においても、絡合または編組することで細胞培養担体の全体または一部を構成するためのものである場合（請求項１４）は、細胞培養の効率が高い。また、絡合させたとき、あるいは編組したときの接合強度を充分確保することができ、また、空隙率を調節しやすい。また、絡合や編組によって得られた細胞培養担体は、細胞培養の効率が高い。

前記いずれのチタン長繊維においても、絡合または編組することで生体組織誘導型スカフォールド（インプラントを含む）の全体または一部を構成するためのものである場合（請求項１５）は、生体組織を効率よく誘導することができる。また、絡合させたとき、あるいは編組したときの接合強度を充分確保することができ、また、空隙率を調節しやすい。とくに１本のチタン長繊維を用い、絡合または編組することで生体組織誘導型スカフォールドを構成するものである場合は、得られたスカフォールドにチタン長繊維の端部が２個所しかないので、生体組織に炎症反応が生じにくい。また、絡合させたとき、あるいは編組したときの接合強度を充分確保することができ、空隙率を調節しやすい。

つぎに図面を参照しながら本発明のチタン繊維およびその製造法を説明する。図１ａは本発明のチタン長繊維の製造法の一実施形態を示す部分工程図、図１ｂは図１ａの工程による断面形状の変化を示す部分工程図、図２ａは図１ａの工程の後工程を示す部分工程図、図２ｂは図１ｂの後工程を示す部分工程図、図３は図１の第６工程で得られた集束線の拡大断面図、図４は図３の集束線を酸処理した後のチタン長繊維の拡大斜視図、図５は本発明のチタン長繊維の製造法の他の実施形態を示す部分工程図、図６は図５の第９工程で得られる扁平な集束線の拡大断面図、図７は図６の扁平な集束線を酸処理した後のチタン長繊維の拡大斜視図、図８は本発明の実施例における集束線の断面を示す顕微鏡写真、図９は図８の要部拡大顕微鏡写真、図１０は本発明のチタン長繊維の一実施例を示す顕微鏡写真、図１１は本発明の他の実施例における集束線の断面を示す顕微鏡写真、図１２は図１１の要部拡大顕微鏡写真である。

図１ａおよび図２ａに示すチタン長繊維の製造法では、まず、チタン線１０を単線用の金属管１１に挿入する第１工程Ｓ１を行い、ついで得られた金属管入りのチタン線１２をスエージング加工して外径をいくらか縮径し（第２工程Ｓ２）、さらに伸線加工して径を０．１〜１ｍｍまで縮径する（第３工程Ｓ３）。それによりチタン細線１３を金属製の被覆材１４でコートした被覆線材（コート線）１５が得られる。

上記の工程において素材となるチタン線１０は、径０．５〜４ｍｍ程度の金属チタン（純チタン）が用いられる。ただしα合金、β合金、α−β合金など、チタンを主体とする合金（チタン合金）を使用することもできる。本明細書において「チタン線」とは、これらの両方を含む。単線用の金属管１１の素材としては、軟鋼、アルミニウム、ステンレスなどの展性に優れた金属で、［チタン線の引っ張り強さ≦その金属の引っ張り強さ］を満たすものが用いられる。軟鋼の場合は炭素含有量が０．０５〜０．３ｗｔ％程度が用いられる。

金属管１１の内径はチタン線１０の外径とほぼ同一で、チタン線１０を容易に挿入できる程度であればよい。金属管１１の外径は、チタン線１０の径の２〜６倍程度が好ましく、さらに３〜５倍程度が一層好ましい。すなわち金属管１１の厚さはチタン線の径の０．５〜２．５倍程度、より好ましくは１〜２倍程度である。金属管１１の厚さがチタン線１０の径の０．５倍未満の場合は、薄肉となり、チタン線の断面形状の凹凸が大きくなるため断線し、長尺化できない。また、金属管１１の厚さがチタン線１０の径の３倍を超えると、チタン線の断面積が小さ過ぎて生産効率（歩留まり）が低くなる。

第２工程Ｓ２で用いるスエージング加工は金属を工具で径方向に加圧し、塑性変形して縮径（圧縮成形）させる鍛造加工の一種であり、公知のスエージングマシンを用い、金属管１１をダイスを用いて上下方向から、あるいは上下左右方向から、さらに全周から衝撃的な負荷を与えて圧延することにより行う。軸方向に引っ張る伸線加工とは異なり、金属管とチタン線とを強く密着させることができる。圧延は、元の径の０．７倍（減面率約２５％）から０．９５倍（減面率約１５％）程度になるまで１〜１０回行うのが好ましい。０．７倍未満まで強く圧延するとチタン線が断線し、０．９５倍を超える程度の弱い圧延の場合は伸線加工のときにチタン線と金属間の間にずれを生ずるおそれがある。

第３工程Ｓ３の伸線加工では、外径が０．０３〜０．３倍になるまで、１〜６０回程度、たとえば丸穴ダイスなどの伸線ダイスを用いて伸線する。使用する潤滑剤は二硫化モリブデン入りの「コーシン」など、公知の潤滑剤を用いることができる。単独線の伸線加工により、細径化した被覆線材１５が得られる。なお、必要に応じて、スエージング加工の後、あるいはスエージング加工の途中、あるいは伸線加工の途中で焼鈍してもよい。

ついで細径化した被覆線材１５を第４工程Ｓ４の熱処理工程において５００〜８００℃、１〜１０分間焼鈍し、軟化させる。この焼鈍は、第２工程Ｓ２および第３工程Ｓ３で生じた加工硬化を軟化させるためであるが、後述する集束伸線中に加工硬化しても、その集束伸線加工で用いる金属管（外層材）１６の硬度より低い硬度が維持される程度まで、具体的には［チタン線の引っ張り強さ≦その金属の引っ張り強さ］を満たす程度まで軟化させる必要がある。すなわち、被覆線材１５は細径加工により常に径方向と軸方向に塑性加工を受けるので、外層材１６の硬さより被覆線材１５の硬さが高い場合は、塑性伸びに対して弾性伸びが増加し、伸線加工中に断線を生じ、長尺で生産することができなくなるからである。

たとえば集束伸線加工で用いる外層材１６が軟鋼パイプの場合は、６００〜７００℃の炉に３〜８分程度入れて焼鈍するのが好ましい。このときの焼鈍が充分でなく、チタン線が金属管より硬くなると、途中で断線を生ずる。また、焼鈍が過剰で、温度が８００℃を超え、焼鈍の時間が１０分を超える場合は、金属管とチタン線の合金が生ずるため、好ましくない。たとえば金属管として軟鋼を用いる場合は、前述のように短時間、低温での焼鈍にしてＦｅ−Ｔｉ合金層の生成を抑制するのが好ましい。

焼鈍した被覆線材１５は、第５工程Ｓ５において多数本束ねて外層材１６に挿入する。外層材１６となる金属管は、単線の被覆材と同様の、軟鋼、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属、とくに［コート線の引っ張り強さ≦その金属の引っ張り強さ］を満たす金属製の管を用いる。外層材１６の内径は被覆線材１５の本数によって異なるが、被覆線材１５の束を挿入できる程度で、あまり隙間ができない程度が好ましい。外層材１６の外径は、内径の１．０〜１．５倍程度が好ましい。外層材１６が厚すぎると生産性が低下し、薄すぎると断線を生じたり、酸で熔解するときにチタン繊維同士を分離できなくなったりするからである。

被覆線材１５を挿入した外層材１６は、始めにスエージングを行なう（第６工程Ｓ６）。第６工程Ｓ６のスエージング加工では、第２工程Ｓ２のスエージング加工と同様に、公知のスエージングマシンを用い、ダイスを用いて上下方向から、あるいは上下左右方向から衝撃的な負荷を与えて圧延する。圧延は単線のスエージング加工と同様に、元の径の０．７倍（減面率約２５％）から０．９５倍（減面率約１５％）程度になるまで１〜１０回行うのが好ましい。０．７倍未満まで強く圧延するとチタン線が断線し、０．９５倍を超える程度の弱い圧延の場合はチタン線と金属間の間にずれを生ずる。

ついで図２の第７工程Ｓ７で集束伸線加工を行う。第７工程Ｓ７の集束伸線加工では、外径が０．０３〜０．１倍になるまで、１５〜６０回程度、たとえば丸穴ダイスなどの伸線ダイスを用いて伸線する。使用する潤滑剤は二硫化モリブデン入りの「コーシン」など、公知の潤滑剤を用いることができる。集束伸線加工により、チタン線は所望の太さ、たとえば円相当径が４〜１００μｍになるまで、より好ましくは、円相当径が１５μｍ以下になるまで細径化される。長さは５０ｍ以上、とくに７０ｍ以上になるまで伸線する。

集束伸線加工により、図３に示すように、被覆材１４の内部に細径化されたチタン長繊維１７が詰まった状態の集束線１８が得られる。被覆材１４はほとんど継ぎ目が見えないが、略六角形状に加工されている。チタン長繊維１７は、元の円形断面が変形されて表面に凹凸が見られ、略星形になっているが、上下の寸法と左右の寸法がほぼ同程度であり、ほぼ円形に内接する形状である。

ついで得られた集束線１８を酸処理する第８工程Ｓ８を行う。酸処理には、単線の被覆材１４および集束線１８の外層材１６、さらにチタンと被覆材１４あるいは外層材１６との合金層を溶解し、チタン長繊維１７を溶解しない酸を用いる。被覆材１４および外層材１６が軟鋼の場合は２０〜５０％に希釈した硝酸水溶液（希硝酸）などが用いられる。ただし硫酸ないし希硫酸などを用いることもできる。硝酸水溶液などは溶解槽に入れておき、集束線をその溶解槽に送り込み、順に漬けていく。漬ける時間は２〜１５分程度であり、その後、分離したチタン繊維の束を水洗、乾燥させてボビンに巻き取る。

酸処理により被覆材１４および外層材１６が溶解されることにより、図４に示すようなチタン長繊維１７が得られる。それぞれのチタン長繊維１７は、図３の周囲に凹凸が形成された円あるいは星形の断面形状を有し、同一の断面形状で軸方向に延び、５０ｍ以上、とくに７０ｍ以上まで伸線する。このとき、表面形状は長さ方向に滑らかである。チタン長繊維１７の長さは、元のチタン線１０の長さが１０００ｍｍの場合は、伸線加工などにより１０００〜１００００倍に伸びて、約１０００ｍ程度、長いものでは１０００ｍを超えるものも得ることができる。

上記の製造法で得られるチタン長繊維１７は、従来知られているチタン繊維の太さのうち、最小径に近く、しかも１０００ｍ以上と長いため、束ねた長繊維、あるいはチタン繊維を絡合したウエブ、不織布あるいは織布として医療材料などとして好適に用いることができる。絡合したウエブの場合は、真空焼結することにより、あるいは拡散接合することにより、交差部分で接合させ、所望の三次元構造を備えた多孔質のウエブとすることができる。不織布あるいは織布とする場合は、１枚だけ用いてもよく、重ねて多層の形態とすることもできる。いずれの場合も、きわめて細いチタン長繊維ながら体積あるいは面積が大きく、強度が高いウエブや不織布、織布をうることができる。

チタン繊維を医療用生体適合用インプラントなどに使用する場合、チタン線の径が細径化されるほど長くなり、インプラントにおける繊維の端部が少なくなる。チタン繊維をインプラントに用いる場合、端部が原因で炎症反応を生起するため、端部が少ない方が好ましく、１本のチタン繊維でインプラントをまかなうことができれば最も好ましい。チタン繊維の不織布からなる生体培養用のセル（５×５ｍｍ）を１本の線を絡合して形成する場合、外径８μｍ、空隙率８７％とすると、７６ｍのチタン線が必要になる。このことからも細線で７０ｍ以上の長尺化が好ましいことが分かる。ちなみに１００μｍ程度のチタン線でよい場合は、空隙率８７％で、０．５ｍで足りる。

さらにチタン長繊維１７を溶解直後に捻り加工することにより、チタン長繊維の撚り線ないしワイヤを形成することができ、その場合も繊維長が長いため、繊維くずが分離するおそれが少なく、引っ張り強度が高い撚り線を得ることができる。

また、チタン長繊維は、断面形状では表面に凹凸があるが、長手方向には平滑である。そのため、繊維同士が滑りやすく、多数本のチタン長繊維を束ねたり、ウエブに加工したり、織布あるいは不織布に加工する場合の取り扱いが容易である。また、断面形状が均一であるため、強度などの物理的性質が長手方向に渡ってほぼ均一である。

図５は、図２の集束伸線加工（第７工程Ｓ７）の後、集束線１８を酸処理工程（第８工程Ｓ８）の前に、ダイスあるいはローラによって上下から圧延する圧延工程（第９工程Ｓ９）を施す製造法を示している。図５の場合は集束線２０の幅が厚さの４〜２８倍程度になるように圧延している。圧延加工は２回程度行う。幅が厚さの２８倍を超えるまで圧延すると、割れが生じたり、チタン長繊維が断線する問題がある。

このように圧延加工を施すと、図６に示すようにそれぞれの被覆材１４およびチタン長繊維２１も扁平に押し潰される。そのため、酸処理工程（第８工程８）を施すと、図７に示すような扁平な断面形状のチタン長繊維２１を得ることができる。

図７の扁平なチタン長繊維２１は、ウエブに加工したり、真空焼結や拡散接合などで不織布あるいは織布にする場合に、チタン繊維同士の接合力強化あるいは表面積確保による細胞の定着率向上という効果がある。また、撚り線にする場合も柔軟になり、かつ、表面積を確保できるので、細胞の定着率を向上させる効果がある。さらにウエブなどにするほか、束ねて人工歯根やインプラントなどの医療材料にすることもできる。

図５の場合は単純に上下に圧延する場合を示したが、たとえば一旦平坦にした後、さらに湾曲させたり波形などに圧延することにより、酸で溶解した後に種々の断面形状のチタン繊維を得ることができる。また、平坦に圧延せず、始めから湾曲状あるいは波形状に圧延することもできる。いずれの場合も医療材料に用いるためウエブなどに加工したとき、立体構造が複雑になり、空隙率を高めるなどの効果がある。

［実施例１］外径：０．８ｍｍ、材質：純チタン 、長さ１０００ｍｍのチタン線を、外径３．４ｍｍ、内径０．８ｍｍ、カーボン量：０．０８９ｗｔ％の軟鋼パイプを準備した。ついでチタン線を軟鋼パイプに挿入し、スエージングマシンを用いてスエージング加工を施した。このとき、チタン線は外径０．５６ｍｍまで縮径されていた。スエージング加工後は、軟鋼パイプの引張り強さは６５６．５Ｎ／ｍｍ²、であり、チタン線の引張り強さは６９６．３Ｎ／ｍｍ²であった。得られた被覆チタン線を伸線ダイス（丸穴ダイス）を用いて外径０．２７３ｍｍまで冷間による伸線加工を施した。

得られた被覆線材を６５０℃で５分間、熱処理（焼鈍）した。さらに得られた被覆線材を１７０本束ねて前述と同一の材料からなる外径６．０ｍｍ、内径４．０ｍｍ、長さ２０００ｍｍの軟鋼パイプに挿入し、前述と同様のスエージング加工を行い、外径約３．０ｍｍまで細径化した。さらに前述と同様の伸線加工により、外径０．７１ｍｍまで伸線加工した。得られた集束線の断面の写真を図８に、その拡大写真を図９にそれぞれ示す。

ついで得られた集束線を２０％の硝酸水溶液で溶解し、若干生成したＦｅ−Ｔｉ合金層および外層の軟鋼を除去し、外径約８μｍの純チタン長繊維を得た。得られた純チタン長繊維の顕微鏡写真を図１０に示す。純チタン長繊維の長さは１２８ｍであった。途中で破断している純チタン長繊維は１本もなかった。

［実施例２］実施例１と同一の方法で集束線を形成し、幅１．８５３ｍｍ、厚さ０．１７５ｍｍとなるように圧延加工した。圧延した集束線の断面を図１１に、その拡大写真を図１２にそれぞれ示す。これを実施例１と同様の硝酸水溶液で溶解し、軟鋼をＦｅ−Ｔｉ合金層および外層の軟鋼を除去し、幅約１０μｍ、厚さ約２μｍの扁平な純チタン長繊維を得た。集束純チタン長繊維の長さは１３４ｍであった。

［比較例１］焼鈍加工を施さないほかは実施例１と同様の方法で純チタン長繊維を作成した。しかし得られたチタン長繊維はすべて１５〜２０ｍ程度で破断しており、長尺で生産できないことが分かった。

［比較例２］被覆材として外径０．９ｍｍ、内径０．８ｍｍの軟鋼を用いたほかは、実施例１と同様にして純チタン長繊維を作成した。しかし得られたチタン長繊維は長さ５〜１５ｍ程度で破断しているものが８８％以上であり、長尺で生産できないことが分かった。

図１ａは本発明のチタン長繊維の製造法の一実施形態を示す部分工程図、図１ｂは図１ａの工程による断面形状の変化を示す部分工程図である。 図２ａは図１ａの工程の後工程を示す部分工程図、図２ｂは図１ｂの後工程を示す部分工程図である。 図１の第６工程で得られた集束線の拡大断面図である。 図３の集束線を酸処理した後のチタン長繊維の拡大斜視図である。 本発明のチタン長繊維の製造法の他の実施形態を示す部分工程図である。 図５の第９工程で得られる扁平な集束線の拡大断面図である。 図６の扁平な集束線を酸処理した後のチタン長繊維の拡大斜視図である。 本発明の実施例における集束線の断面を示す顕微鏡写真である。 図８の要部拡大顕微鏡写真である。 本発明のチタン長繊維の一実施例を示す顕微鏡写真である。 本発明の他の実施例における集束線の断面を示す顕微鏡写真である。 図１１の要部拡大顕微鏡写真である。

符号の説明

１０ チタン線
１１ 金属管
１２ 金属管入りチタン線
１３ チタン細線
１４ 被覆材
１５ 被覆線材
１６ 外層材
１７ チタン長繊維
１８ 集束線
２０ 扁平な集束線
２１ 扁平なチタン長繊維

Claims (8)

1. 金属チタンまたは金属チタンを主体とする合金材からなるチタン線を軟鋼パイプからなるコート材でコートして縮径し、
   得られたコート線を６００〜７００℃で３〜８分間焼鈍し、
   焼鈍したコート線を複数本束にして、軟鋼からなる金属管に入れ、
   金属管ごと５０ｍ以上伸線加工し、
   前記焼鈍においては前記伸線加工中に［コート線の引っ張り強さ＜金属管の引っ張り強さ］を満たす程度まで軟化させ、
   ついで金属管およびコート材を酸で溶解除去する、
   チタン長繊維の製造法。
2. 前記伸線加工のとき、金属管ごと７０ｍ以上、伸線する請求項１記載のチタン長繊維の製造法。
3. 前記コート線を複数本束にして金属管に入れた後、伸線加工の前に、スエージング加工により減面率１５〜２５％まで縮径する請求項１記載のチタン長繊維の製造法。
4. 前記金属管ごと複数本のコート線を伸線加工した後、酸で溶解する前に、圧延して異形断面とする請求項１記載のチタン長繊維の製造法。
5. 前記伸線加工後、溶解除去する前に、
   得られたチタン長繊維を、短辺１に対し、長辺比が２〜８．５倍の扁平な断面形状に圧延加工する請求項１〜４のいずれかに記載のチタン長繊維の製造法。
6. 請求項１〜４のいずれかの製造法によって製造されたチタン長繊維であって、絡合または編組することで細胞培養担体の全体または一部を構成するチタン長繊維。
7. 請求項１〜４のいずれかの製造法によって製造されたチタン長繊維であって、絡合または編組することで生体組織誘導型スカフォールドの全体または一部を構成するチタン長繊維。
8. 請求項１〜４のいずれかの製造法によって製造されたチタン長繊維を１本用い、絡合または編組することで生体組織誘導型スカフォールドの全体または一部を構成するチタン長繊維。