JP5291914B2 - チタン繊維およびその製造法 - Google Patents

Description

本発明はチタン繊維、とくに医療分野で用いられるチタン繊維およびチタン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ができるので、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。また、近似、チタン繊維を絡合したチタン不織布や、チタン繊維を編組した織布を細胞培養担体あるいは生体組織誘導型スカフォールド材料に用いることがあるが、特許文献１のチタン繊維は表面積を大きくすることにより触媒の効率は高いものの、細胞培養担体あるいは生体組織誘導型スカフォールド材料に用いるのに適していない。特許文献２のクラッド構造を有する複合金属繊維あるいは特許文献３〜４の製造法で製造されるチタン線あるいはチタン板材も同様である。

本発明は、細胞や生体組織の保持に適し、細胞や生体組織が生存、増殖しやすい細胞培養担体あるいは生体組織誘導性スカフォールド材料に好適に用いられるチタン繊維およびそのようなチタン繊維の効率的な製造法を提供することを技術課題としている。

本発明のチタン繊維は、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り、外接円径が６０μｍ以下で、断面星形または断面多角形であることを特徴としている。なお、外接円径は２５μｍ以下、さらに１０μｍ以下にするのが好ましい。ここでいう「星形」とは、突起と溝が交互に配列された輪郭を備えた形状を意味するほか、円形または多角形の表面から断面三角形状の突起または溝が複数個、間隔をあけて配列された形状をも意味する。隣接する突起同士の間隔は、培養する細胞や生体組織の種類によって異なるが、２〜１０μｍ程度とするのが好ましい。

本発明のチタン繊維の第２の態様は、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り、断面形状が１辺１５μｍ以下の多角形で、表面に微小な突起を有することを特徴としている。ここにいう「微小な突起」とは、１辺の長さに対して微小であることを意味し、とくに１辺の長さの１／５〜１／１００程度の高さおよび幅の突起を意味する。前記いずれのチタン繊維においても、絡合または編組することにより細胞培養担体または生体組織誘導型スカフォールド材料の全体または一部を構成するものが好ましい。

本発明のチタン繊維の製造法は、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展性に優れた金属でコートし、冷間伸線により縮径し、得られた縮径コート線を６００〜７００℃で３〜８分間焼鈍し、得られた焼鈍コート線を複数本束にして、展性に優れた金属からなる金属管に入れ、ついで金属管ごと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、断面減少率が８５％以上になるように伸線することを特徴としている。ここで「断面減少率」とは、［（伸線前の断面積−伸線後の断面積）／伸線前の断面積］×１００（％）で定義される価である。

また、前記チタン繊維の製造法は、得られたチタン繊維が、絡合または編組することにより細胞培養担体または生体組織誘導型スカフォールド材料の全体または一部を構成するために用いられるものであることが好ましい。
さらに本発明のチタン繊維は、上述の製造法によって製造されたチタン繊維であって、表面に微小な突起を有することを特徴としている。

本発明のチタン繊維は、生体適合性に優れた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ので、細胞や生体組織が生存しやすい。さらに外接円径が６０μｍ以下と細く、しかも断面星形または断面多角形であるので、表面の凹凸が細胞が付着する足場として好適であり、定着性が交渉する。なお、隣接する突起同士の間隔を２〜１０μｍとす
る場合は、培養する細胞や生体組織を構成する細胞の大きさと同程度、あるいは０．１〜０．５倍程度であるので、一層細胞培養の担体として、あるいは生体組織を誘導するスカフォールド材料として好適である。

本発明のチタン繊維の第２の態様は、生体適合性に優れた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ので、細胞や生体組織が生存しやすい。さらに断面形状が１辺１５μｍ以下ときわめて細く、しかも断面多角形であるので、表面の凹凸が細胞が付着する足場として好適であり、定着性が向上する。前記チタン繊維が絡合または編組することにより細胞培養担体または生体組織誘導型スカフォールド材料の全体または一部を構成するものである場合は、得られる細胞培養担体または生体組織誘導性スカフォールド材料の細胞定着性が高く、有用である。

本発明のチタン繊維の製造法は、表面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。また、短尺で絡合または編組した場合、短尺線が脱落する危険性がある。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。

さらに断面減少率を８５％以上とすることにより、表面に微小な凹凸が生ずる。それにより、細胞や生体組織の定着性が高い星形ないし多角形状の断面形状あるいは微小な突起を有する表面形状が得られ、前述の細胞培養担体あるいは生体組織誘導性スカフォールド材料として好適なチタン繊維が得られる。なお、断面減少率が８５％に及ばないときは、元の断面形状、たとえば元の円弧状の輪郭の断面形状がほとんど変化せず、単に細くなるだけであり、８５％になったとき、あるいはそれを越えたときに微小な凹凸が生ずる。このことは、純チタンは結晶構造が最密六方晶であり、冷間伸線加工に対しては方向性を持ち、チタン線の周りを異なる結晶構造の材質でコートして冷間伸線することで、チタンの結晶組織のもつ異方性から、表面に微小突起をつくるためと考えられる。

得られるチタン繊維が、絡合または編組することにより細胞培養担体または生体組織誘導型スカフォールド材料の全体または一部を構成するために用いられる場合は、得られる細胞培養担体または生体組織誘導性スカフォールド材料の細胞定着性が高く、有用である。

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３ａは図１の第６工程で得られた集束線の拡大断面図、図３ｂ〜ｄはそれぞれ本発明のチタン繊維の実施形態を示す概略断面図、図４は図３ａの集束線を酸処理した後のチタン繊維の拡大斜視図、図５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６は図５の要部拡大顕微鏡写真、図７は本発明のチタン繊維の一実施例を示す顕微鏡写真、図８ａ、ｂ〜図１４ａ、ｂはそれぞれ本発明のチタン繊維の製造法に関わる断面減少率と断面形状の関係を示す顕微鏡写真およびその説明図である。

図１ａおよび図２ａに示すチタン繊維の製造法では、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１．２〜２倍程度が好ましく、さらに１．２〜１．５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０．１〜０．５倍程度、より好ましくは０．１〜０．２５倍程度である。金属管１１の厚さがチタン線１０の径の０．１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０．５倍を超えてチタン線の断面積比が小さくなると伸線加工、とくに径方向の力がチタン線に届かなくなり、引っ張りにより断線し、長尺化できない。

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０．０４〜０．１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１．２〜１．５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０．０４〜０．１倍になるまで、すなわち、コートした状態のチタン金属を減面率９９〜９９．８％となるように、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、たとえば外接円の径が２０〜６０μｍ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３ａに示すように、被覆材１４の内部に細径化されたチタン繊維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、略六角形状に変形している。チタン繊維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。星形の断面形状では、図３ｂに示すように、外接円の径Ｄが１８μｍ以下、とくに１０μｍ以下とするのが好ましい。隣接する突起同士のピッチＰは２〜１０μｍ程度、突起の高さｈは０．１〜２μｍ程度が好ましい。断面形状は図３ｂの星形のほか、図３ｃのような、略円形断面（あるいは多角形）の表面に微小突起１９が特定のピッチＰで形成され、微小突起１９の間に扁平な溝２０を介在させたものがある。微小突起１９の幅は０．２〜２７μｍ程度、高さｈは０．０１〜２μｍ程度、ピッチＰは０．０７〜１．９μｍ程度が好ましい。さらに図３ｄのような、略円形断面（あるいは多角形）の表面の表面にほぼ連続的に微小な凹凸２１が形成されたものでもよい。微小な凹凸２１の高さおよび幅は図３ｃの場合と同様である。

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繊維１７が得られる。それぞれのチタン繊維１７は、断面形状が図３ｂのように断面星形、あるいは図３ｃのように表面に微小な突起が形成されたもの、あるいは図３ｄのように微小な凹凸が形成されたものとなる。いずれも基本的には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。さらに表面に微小な突起が形成されるため、細胞の定着性が高い。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。

さらにチタン繊維１７を溶解直後に捻り加工することにより、チタン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、チタン繊維は、断面形状では表面に凹凸があり、細胞の定着性が高い。他方、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。

［実施例１］外径：０．８ｍｍ、材質：純チタン 、長さ１０００ｍｍのチタン線と、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５に、その拡大写真を図６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の純チタン繊維を得た。得られた純チタン繊維の顕微鏡写真を図７に示す。純チタン繊維の長さは１２８ｍであった。途中で破断している純チタン繊維は１本もなかった。

［実施例２］外径：４ｍｍ、材質：純チタン 、長さ１０００ｍｍのチタン線と、外径６ｍｍ、内径４ｍｍ、カーボン量：０．８ｗｔ％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３．４ｍｍ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８８０Ｎ／ｍｍ²、であり、チタン線の引張り強さは５８０Ｎ／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）を用いてチタン線が外径０．１２ｍｍになるまで冷間による伸線加工を施した。なお、ここにいう外径０．１２ｍｍは、被覆チタン線の外径ではなく、計算上のチタン線自体の外径である。

得られた被覆線材は、表１に示すように線径０．１２ｍｍ（計算上の線径）、線面積０．１１ｍｍ²（計算上の線面積）であった。他方、０．１２ｍｍ線と同様にして、伸線加工により、線径０．１５０ｍｍ、線面積０．０１８ｍｍ²の被覆線材を得た。得られた被覆線材を６５０℃で５分間、熱処理（焼鈍）した。

さらに前述の線径０．１２ｍｍの被覆線材２３０本と、線径０．１５０ｍｍの被覆線材２２０本を束にした。束面積は６．４８６ｍｍ²、面積比率０．２９２であった。ここで面積比率とは、束面積を１とした場合のチタン線面積（合計面積）の占める割合である。

得られた被覆線材の束を、外径６．０ｍｍ、内径４．０ｍｍ、面積１５．７００ｍｍ²、面積比率０．７０８、長さ１０００ｍｍの軟鋼パイプに挿入した。合成した状態の面積は２２．１６６ｍｍ²、換算線径５．３１６ｍｍであった。なお、換算線径とは、被覆線材と軟鋼パイプの合成した面積と同一面積の円の径を意味する。

前述と同様のスエージング加工を行い、外径約３．４ｍｍまで細径化した。さらに前述と同様の伸線加工を繰り返し、最終的に外径０．７２０ｍｍまで伸線加工した。そのときの減面率は９８％である。また、伸線加工はしだいに小径のダイスに交換しながら７回繰り返した。その伸線加工の途中の状態、すなわち、外径３．９００ｍｍ（減面率４６％）、３．２８０ｍｍ（減面率６２％）、２．９２０ｍｍ（減面率８５％）、１．５５０ｍｍ（減面率９１％）、１．１４０ｍｍ（減面率９５％）、０．９１５ｍｍ（減面率９７％）まで伸線加工した状態および最終の外径０．７２０ｍｍ（減面率９８％）まで伸線加工した状態について、それぞれ表２に示す。また、コート線の断面積、断面積比率、本数、１本断面積、換算線径についても表２に示す。さらに各段階の集束線の断面の顕微鏡写真およびその説明図を図８〜１４に示す。

図８の減面率４６％および図９の減面率６２％の状態では、いずれもまだ素線の円形断面が確認でき、凹凸はほとんど生じていない。他方、図１０の減面率８５％になると、素線の円形断面は確認できるが、部分的に円弧が変形して凹凸が生じていることが分かる。そして図１１の減面率９１％では、素線の円形がかなり変化して表面に微小な突起が形成し始めていることがわかる。さらに図１２の減面率９６％、図１３の減面率９７％、図１４の減面率９８％と細線化を進めるにつれて、円形の変化が進み、表面の微小な突起の形成がしだいに明瞭になっていくことが分かる。これらから見れば、減面率を８５％以上とすることにより、細胞の定着性を向上させる表面の凹凸が得られることが分かる。

［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繊維を作成した。しかし得られたチタン繊維はすべて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繊維を作成した。しかし得られたチタン繊維は長さ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。

［実施例３〜６］前述の実施例２において、伸線加工の途中、たとえば図１０〜図１３の状態でやめた場合は、いずれも微小な凹凸が出ているため、これらも実施例３〜６と考えられる。

［比較例３、４］他方、伸線加工の初期の状態、たとえば図８の減面率４６％、図９の減面率６２％の状態で加工をやめてチタン繊維を最終の形状とした場合は、これらは表面に微小な凹凸が形成されていないため、比較例３、４と考えられる。

図１ａは本発明のチタン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５の要部拡大顕微鏡写真である。 本発明のチタン繊維の一実施例を示す顕微鏡写真である。 図８ａは本発明のチタン繊維の製造法の途中の状態を示す顕微鏡写真、図８ｂはその説明図である。 図９ａは本発明のチタン繊維の製造法の途中の状態を示す顕微鏡写真、図９ｂはその説明図である。 図１０ａは本発明のチタン繊維の製造法の途中の状態を示す顕微鏡写真、図１０ｂはその説明図である。 図１１ａは本発明のチタン繊維の製造法の途中の状態を示す顕微鏡写真、図１１ｂはその説明である。 図１２ａは本発明のチタン繊維の製造法の途中の状態を示す顕微鏡写真、図１２ｂはその説明図である。 図１３ａは本発明のチタン繊維の製造法の途中の状態を示す顕微鏡写真、図１３ｂはその説明図である。 図１４ａは本発明のチタン繊維の製造法の途中の状態を示す顕微鏡写真、図１４ｂはその説明図である。

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 チタン繊維
１８ 集束線
１９ 微小突起
Ｄ 外接円の径
Ｐ ピッチ
ｈ 高さ
２０ 溝部
２１ 凹凸

Claims (3)

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でコートし、冷間伸線により縮径し、得られた縮径コート線を６００〜７００℃で３〜８分間焼鈍し、
   得られた焼鈍コート線を複数本束にして、軟鋼からなる金属管に入れ、ついで
   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、断面減少率が８５％以上になるように伸線する、
   チタン繊維の製造法。
2. 得られたチタン繊維が、絡合または編組することにより細胞培養担体または生体組織誘導型スカフォールド材料の全体または一部を構成するために用いられる請求項１記載のチタン繊維の製造法。
3. 請求項１の製造法によって製造されたチタン繊維であって、表面に微小な突起を有するチタン繊維。