JP7164919B2 - METAL MOLDED BODY HAVING A POROUS STRUCTURE ON A SURFACE LAYER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME - Google Patents
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本発明は、表層部が多孔構造を有している金属成形体とその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a metal compact having a porous surface layer and a method for producing the same.
表面が粗面化にされて多孔構造が形成された金属成形体およびその製造方法が知られている。
特許文献1には、厚さ方向に形成された、表面側に開口部を有する幹孔と、幹孔の内壁面から幹孔とは異なる方向に形成された枝孔からなる開放孔と、厚さ方向に形成された、表面側に開口部を有していない内部空間を有しており、さらに前記開放孔と前記内部空間を接続するトンネル接続路と前記開放孔同士を接続するトンネル接続路を有している、表層部が粗面化された金属成形体の発明が記載されている。
表層部が複雑な多孔構造していることから、例えば樹脂と接合したときには高い接合力で接合させることができる。
A metal compact having a roughened surface to form a porous structure and a method for producing the same are known.
Since the surface layer has a complicated porous structure, it can be bonded with a high bonding strength when bonded to a resin, for example.
特許文献2には、クロスする方向にレーザースキャンするとき、複数回重畳的にスキャンする金属表面のレーザー加工方法の発明が記載されている。加工後の金属表面は、図1に示すブリッジ構造を含んでいることが特徴であることが記載されている。
本発明は、表層部が新規な多孔構造を有している金属成形体と、その製造方法を提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a metal compact having a novel porous structure in its surface layer, and a method for producing the same.
本発明は、表層部が多孔構造を有している金属成形体であって、
前記多孔構造が、
前記金属成形体の表面において同一方向に間隔をおいて形成された複数本の第1群の溝と、前記第1群の溝と直交または斜交する方向に間隔をおいて形成された複数本の第2群の溝を有し、さらに金属成形体の表面が前記複数本の第1群の溝と前記複数本の第2群の溝に囲まれて残った複数の島部を有しているものであり、
前記第1群の溝に沿う厚さ方向の断面構造、前記第2群の溝に沿う厚さ方向の断面構造または複数の島部を通る直線の厚さ方向の断面構造が、上段溝部と下段溝部に分離され、前記上段溝部と前記下段溝部の間に架橋部を有するH字構造が形成された部分を有しているものである、表層部が多孔構造を有している金属成形体とその製造方法を提供する。
The present invention relates to a metal compact having a porous structure on the surface layer,
The porous structure is
A plurality of grooves of the first group formed on the surface of the metal compact at intervals in the same direction, and a plurality of grooves formed at intervals in a direction perpendicular to or oblique to the grooves of the first group. and the surface of the metal compact has a plurality of islands remaining surrounded by the plurality of first group of grooves and the plurality of second group of grooves. and
The cross-sectional structure in the thickness direction along the grooves of the first group, the cross-sectional structure in the thickness direction along the grooves in the second group, or the cross-sectional structure in the thickness direction of a straight line passing through a plurality of island portions are formed by the upper groove portion and the lower groove portion. A metal molded body having a surface layer portion having a porous structure, which is separated into groove portions and has a portion in which an H-shaped structure having a bridge portion is formed between the upper groove portion and the lower groove portion. A method for producing the same is provided.
また本発明は、表層部が多孔構造を有している金属成形体であって、
前記多孔構造が、
前記金属成形体の表面において同一方向に間隔をおいて形成された複数本の第1群の溝と、前記第1群の溝と直交または斜交する方向に間隔をおいて形成された複数本の第2群の溝を有し、さらに金属成形体の表面が前記複数本の第1群の溝と前記複数本の第2群の溝に囲まれて残った複数の島部を有しているものであり、
前記第1群の溝に沿う厚さ方向の断面構造、前記第2群の溝に沿う厚さ方向の断面構造、または複数の島部を通る直線の厚さ方向の断面構造が、
上段溝部と下段溝部に分離され、前記上段溝部と前記下段溝部の間に架橋部を有するH字構造が形成された部分と、
上段溝部、中断溝部および下段溝部に分離され、前記上段溝部と前記中段溝部の間に第1架橋部を有し、前記中段溝部と前記下段溝部の間に第2架橋部を有するはしご構造が形成された部分を有しているものである、表層部が多孔構造を有している金属成形体とその製造方法を提供する。
Further, the present invention provides a metal molded body having a porous structure in the surface layer,
The porous structure is
A plurality of grooves of the first group formed on the surface of the metal compact at intervals in the same direction, and a plurality of grooves formed at intervals in a direction perpendicular to or oblique to the grooves of the first group. and the surface of the metal compact has a plurality of islands remaining surrounded by the plurality of first group of grooves and the plurality of second group of grooves. and
A cross-sectional structure in the thickness direction along the first group of grooves, a cross-sectional structure in the thickness direction along the second group of grooves, or a cross-sectional structure in the thickness direction of a straight line passing through a plurality of islands,
a portion separated into an upper groove portion and a lower groove portion and formed with an H-shaped structure having a bridging portion between the upper groove portion and the lower groove portion;
A ladder structure is formed which is divided into an upper groove portion, an interrupted groove portion and a lower groove portion, has a first bridge portion between the upper groove portion and the middle groove portion, and has a second bridge portion between the middle groove portion and the lower groove portion. Provided are a metal molded article having a porous structure on the surface layer thereof, and a method for producing the same.
本発明の多孔構造を有する金属成形体は、表層部の多孔構造が複雑な構造であるため、樹脂、ゴム、エラストマー、前記金属成形体とは異なる他の金属、生体組織と接合させたときには高い接合力で接合させることができる。 Since the metal compact having a porous structure according to the present invention has a complicated porous structure in the surface layer, it has a high It can be joined by joining force.
<表層部が多孔構造を有している金属成形体>
図1、図2に示す金属成形体1は、表層部が多孔構造を有しているものである。
多孔構造は、金属成形体1の全表面または一部表面に形成されているものであり、同一方向(X方向)に間隔をおいて形成された複数本の第1群の溝10と、第1群の溝10と直交または斜交する方向(Y方向)に間隔をおいて形成された複数本の第2群の溝11を有し、さらに金属成形体1の表面2が複数本の第1群の溝10と複数本の第2群の溝11に囲まれて残った複数の島部12を有しているものである。
なお、図1は、第1群の溝10、第2群の溝11、および島部12の配置状態を説明するためだけに使用するものである。
<Metal compact having a porous structure on the surface layer>
The metal compact 1 shown in FIGS. 1 and 2 has a porous structure on the surface layer.
The porous structure is formed on the entire surface or a part of the surface of the metal compact 1, and includes a plurality of
It should be noted that FIG. 1 is used only to describe the arrangement of the first group of
金属成形体に使用できる金属は特に制限されるものではなく、用途に応じて適宜選択することができるものである。
例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、チタン、銅、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、クロム、金、銀などの金属、前記各金属と公知の他の金属との合金を使用することができる。
The metal that can be used for the metal compact is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the application.
For example, metals such as iron, stainless steel, aluminum, titanium, copper, magnesium, nickel, zinc, chromium, gold, and silver, and alloys of these metals with known other metals can be used.
表層部は、金属成形体1の表面からの深さ(図2中のd)が10~1000μmの範囲であることが好ましく、50~500μmの範囲であることがより好ましい。 The depth (d in FIG. 2) of the surface layer from the surface of the metal compact 1 is preferably in the range of 10 to 1000 μm, more preferably in the range of 50 to 500 μm.
金属成形体1の多孔構造は、第1群の溝10に沿う方向(X1方向)の厚さ方向の断面構造、第1群の溝10に沿う方向と同じ方向で、複数の島部12を通る方向(X2方向)の厚さ方向の断面構造、第2群の溝11に沿う方向(Y1方向)の厚さ方向の断面構造、および第2群の溝11に沿う方向と同じ方向で、複数の島部12を通る(Y2方向)方向の厚さ方向(Y2方向)の断面構造は、いずれも上段溝部20と下段溝部21に分離され、上段溝部20と下段溝部21の間に架橋部30を有するH字構造が形成された部分を有している。
さらに金属成形体1の多孔構造は、上記のH字構造に加えて、上段溝部20、中断溝部22および下段溝部21に分離され、上段溝部20と中段溝部22の間に第1架橋部31を有し、中段溝部22と下段溝部21の間に第2架橋部32を有するはしご構造が形成された部分を有している。
このように金属成形体1の多孔構造は、表層部において水平方向および垂直方向に延びたトンネル通路がそれぞれ連絡された三次元トンネル通路構造を有しているものである。
The porous structure of the metal molded
Furthermore, in addition to the H-shaped structure, the porous structure of the metal compact 1 is divided into an
Thus, the porous structure of the metal compact 1 has a three-dimensional tunnel passage structure in which the tunnel passages extending in the horizontal direction and the vertical direction are connected in the surface layer.
本発明の表層部が多孔構造を有している金属成形体1は、例えば樹脂と複合体を形成する用途に使用したときは、三次元トンネル通路構造の内部に樹脂が入り込むため、部分的には、図2に示す第1群の溝10の上段溝部20と下段溝部21の両方に樹脂が入り、架橋部30が上下から樹脂により挟み付けられた状態で金属成形体1と樹脂が一体化された構造を有しており、このような構造が三次元的に多数存在していることになる。
このため、金属成形体1と樹脂成形体を互いに引っ張ったときには、樹脂と多数の架橋部30により抗力を発揮するため、高い接合強度を得ることができる。
一方、特許文献1の多孔構造におけるブリッジ(図1)の場合には、ブリッジの下側のみに樹脂が入るため、金属成形体と樹脂成形体を互いに引っ張ったときには金属のブリッジ部のみで抗力を発揮することになり、接合強度は小さくなる。
When the metal molded
Therefore, when the metal molded
On the other hand, in the case of the bridge in the porous structure of Patent Document 1 (Fig. 1), the resin enters only the lower side of the bridge. Therefore, the bonding strength becomes smaller.
<インプラント>
本発明のインプラントは、上記の表層部が多孔構造を有している金属成形体からなるものである。
インプラントは、骨または歯を含む生体組織と接合される部分の表層部が上記の多孔構造を有しているものである。
インプラントは、チタンまたはチタン合金からなる、骨または歯を含む生体組織と結合させるために使用するものである。
インプラントとしては、人工股関節(ステム、カップ)、人工膝関節などの人工関節、骨折固定用(プレート、スクリュー)、人工歯根などを挙げることができる。
<Implant>
The implant of the present invention is composed of the metal compact having a porous structure in the surface layer portion.
The implant has the above-described porous structure on the surface layer of the portion to be bonded to living tissue including bones or teeth.
Implants are used to connect living tissue, including bone or teeth, made of titanium or titanium alloys.
Implants include artificial hip joints (stems, cups), artificial joints such as artificial knee joints, fracture fixation (plates, screws), and artificial tooth roots.
本発明の表層部に多孔構造を有しているインプラントを骨内部に埋設されるように接続したとき、「ナノパルスレーザによる骨組織適合型インプラントの創製(東北大学大学院工学研究科准教授 水谷正義,平成23年度一般研究開発助成AF-2011212)」のP158の左欄に記載されているとおり、まず体液中に過飽和に含まれているリン酸カルシウム類が析出し、同時に骨芽細胞が空間を感知することで活性化し、骨の成分を骨とインプラントの双方の表面上で生産する。最終的に新生骨が骨-インプラント(インプラント表層部の多孔構造部)間を完全に埋め、堅く密な接着状態が得られることになるものと考えられる。
本発明のインプラントの表層部に形成された多孔構造は、図2に示すように複雑な構造(三次元トンネル通路構造)を有しているため、前記複雑な多孔構造が骨とインプラントの結合力を高めるように作用することが期待される。
When an implant having a porous structure in the surface layer of the present invention is connected so as to be embedded in the bone, "Creation of bone tissue-compatible implant by nanopulse laser" (Associate Professor Masayoshi Mizutani, Graduate School of Engineering, Tohoku University) , 2011 General Research and Development Grant AF-2011212)”, as described in the left column of page 158, first the calcium phosphates contained in supersaturated body fluids precipitate, and at the same time osteoblasts sense the space. It activates in the sphincter and produces bone components on both the bone and implant surfaces. It is considered that the new bone eventually fills the space between the bone and the implant (the porous structure of the surface of the implant), resulting in a tight and dense bonding state.
The porous structure formed on the surface layer of the implant of the present invention has a complicated structure (three-dimensional tunnel passage structure) as shown in FIG. is expected to act to increase
<表層部が多孔構造を有している金属成形体の製造方法>
上記の表層部が多孔構造を有している金属成形体の製造方法を説明する。前記金属成形体がインプラントである場合も同じ製造方法を実施する。
第1工程は、金属成形体1の表面に対して、同一方向(X1方向)に間隔をおいてレーザー光を連続照射して第1群の溝10を形成する工程である。
第2工程は、第1工程の後、金属成形体1の表面に対して、第1群の溝10と直交または斜交する方向(Y1方向)に間隔をおいてレーザー光を連続照射して第2群の溝11を形成する工程である。
第1群の溝10と第2群の溝11は、互いに直交するか、または斜交するように形成するが、第1群の溝10と第2群の溝11の角度は45~90度の範囲が好ましく、90度または90度に近い角度になるようにすることがより好ましい。
<Method for producing a metal compact having a porous structure on the surface layer>
A method for producing the metal compact having a porous structure in the surface layer portion will be described. The same manufacturing method is carried out when the metal compact is an implant.
The first step is to continuously irradiate the surface of the
In the second step, after the first step, the surface of the metal molded
The
本発明の製造方法では、
(i)第1工程と第2工程を交互に1回ずつ実施し、レーザー光の照射回数が合計で10~40回(第1工程と第2工程が、それぞれ5~20回)になるように調整することで第1群の溝10と第2群の溝11を形成し、多数の島部12を形成する方法、
(ii)第1工程と第2工程を交互に1回ずつ実施するか、または第1工程と第2工程を交互に複数回ずつ実施して、第1工程と第2工程のそれぞれのレーザー光の照射回数が合計で10~40回(第1工程と第2工程が、それぞれ5~20回)になるように調整することで第1群の溝10と第2群の溝11を形成し、多数の島部12を形成する方法のいずれかの方法を実施する。
(ii)の方法は、第1工程と第2工程を交互に2~4回ずつ実施することが好ましい。なお、(ii)の方法は、交互に1回ずつのレーザー光照射と交互に複数回のレーザー光照射を組み合わせてもよく、その場合には、レーザー光の照射回数が合計で10~40回(第1工程と第2工程が、それぞれ5~20回)になるようにすることができる。
In the production method of the present invention,
(i) The first step and the second step are alternately performed once each, and the total number of times of laser light irradiation is 10 to 40 times (the first step and the second step are each 5 to 20 times). A method of forming a first group of
(ii) performing the first step and the second step alternately once, or alternately performing the first step and the second step a plurality of times, and 10 to 40 times in total (5 to 20 times for the first step and the second step, respectively) to form the
In the method (ii), the first step and the second step are preferably performed alternately two to four times each. In the method (ii), alternately one laser light irradiation and multiple alternate laser light irradiations may be combined. In that case, the total number of laser light irradiations is 10 to 40 times. (5 to 20 times for each of the first step and the second step).
レーザー光の照射方法は、特許第5774246号公報、特許第5701414号公報、特許第5860190号公報、特許第5890054号公報、特許第5959689号、特開2016-43413号公報、特開2016-36884号公報、特開2016-44337号公報に記載されたレーザー光の連続照射方法と同様にして実施することができる。 The method of irradiating laser light is disclosed in Japanese Patent No. 5774246, Japanese Patent No. 5701414, Japanese Patent No. 5860190, Japanese Patent No. 5890054, Japanese Patent No. 5959689, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-43413, and Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-36884. It can be carried out in the same manner as the continuous irradiation method of laser light described in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2016-44337.
エネルギー密度は1MW/cm2以上にする。レーザー光の照射時のエネルギー密度は、レーザー光の出力(W)と、レーザー光(スポット面積(cm2)(π・〔スポット径/2〕2)から求められる。レーザー光の照射時のエネルギー密度は、2~1000MW/cm2が好ましく、10~800MW/cm2がより好ましく、10~700MW/cm2がさらに好ましい。
レーザー光の照射速度は2,000~20,000mm/secが好ましく、2,000~18、000mm/secがより好ましく、3,000~15、000mm/secがさらに好ましい。
レーザー光の出力は4~4000Wが好ましく、50~2500Wがより好ましく、150~2000Wがさらに好ましい。
波長は500~11,000nmが好ましい。
ビーム径(スポット径)は5~80μmが好ましい。
焦点はずし距離は、-5~+5mmが好ましく、-1~+1mmがより好ましく、-0.5~+0.1mmがさらに好ましい。焦点はずし距離は、設定値を一定にしてレーザー照射しても良いし、焦点はずし距離を変化させながらレーザー照射しても良い。例えば、レーザー照射時に、焦点はずし距離を小さくしていくようにしたり、周期的に大きくしたり小さくしたりしても良い。
隣接する第1群の溝10同士の間隔または隣接する第2群の溝11同士の間隔は、0.01~0.2mmが好ましく、0.03~0.15mmがより好ましい。
The energy density should be 1 MW/cm 2 or more. The energy density at the time of laser light irradiation can be obtained from the laser light output (W) and the laser light (spot area (cm 2 ) (π·[spot diameter/2] 2 ). Energy at the time of laser light irradiation. The density is preferably 2 to 1000 MW/cm 2 , more preferably 10 to 800 MW/cm 2 and even more preferably 10 to 700 MW/cm 2 .
The laser beam irradiation speed is preferably 2,000 to 20,000 mm/sec, more preferably 2,000 to 18,000 mm/sec, and even more preferably 3,000 to 15,000 mm/sec.
The laser beam output is preferably 4 to 4000W, more preferably 50 to 2500W, even more preferably 150 to 2000W.
A wavelength of 500 to 11,000 nm is preferred.
A beam diameter (spot diameter) is preferably 5 to 80 μm.
The defocus distance is preferably -5 to +5 mm, more preferably -1 to +1 mm, even more preferably -0.5 to +0.1 mm. Laser irradiation may be performed with the set value of the defocusing distance constant, or laser irradiation may be performed while changing the defocusing distance. For example, during laser irradiation, the defocus distance may be decreased, or may be increased and decreased periodically.
The interval between
本発明の製造方法でレーザー光を連続照射するときには、
レーザー光の非照射面と、金属成形体(インプラント)を構成する金属よりも熱伝導率の大きい材料(熱伝導率が100W/m・k以上である材料)からなる基板(例えば、鋼板、銅板、アルミニウム板)と接触させる方法、あるいは
(ii)金属成形体(インプラント)のレーザー光の非照射面と、金属成形体(インプラント)を構成する金属よりも熱伝導率の小さい材料からなる基板(例えばガラス板)と接触させる方法を適用することができる。
(i)の方法は、特開2016-78090号公報に記載の方法を適用することができ、(ii)の方法は、特開2016-124024号公報に記載の方法を適用することができる。
(i)の方法は、金属成形体(インプラント)にレーザー光を照射するときに生じる熱を放熱させることで、温度の上昇を抑制することができる。
(ii)の方法は、金属成形体(インプラント)にレーザー光を照射するときに生じる熱の放熱を抑制させることができる。
When continuously irradiating laser light in the manufacturing method of the present invention,
A substrate (e.g., steel plate, copper plate) consisting of a non-laser-irradiated surface and a material with a higher thermal conductivity than the metal forming the metal compact (implant) (a material with a thermal conductivity of 100 W/m・k or more). , aluminum plate), or (ii) a non-irradiated surface of the metal compact (implant) and a substrate ( For example, a method of contacting with a glass plate) can be applied.
For the method (i), the method described in JP-A-2016-78090 can be applied, and for the method (ii), the method described in JP-A-2016-124024 can be applied.
The method (i) can suppress the temperature rise by dissipating the heat generated when the metal compact (implant) is irradiated with the laser beam.
The method (ii) can suppress heat radiation generated when a metal compact (implant) is irradiated with a laser beam.
本発明の製造方法でレーザー光を連続照射するときには、空気、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウムから選ばれるアシストガスを供給しながら照射することができる。
アシストガスを供給しながらレーザー光を照射することで、孔の深さ、大きさおよび配向性の制御を補助することができるほか、炭化物の生成を抑制したり、表面性状を制御したりすることができる。
例えば、アルゴンガスを選択すると表面の酸化を防止することができ、酸素を選択すると表面の酸化を促進することができ、窒素ガスを選択すると酸化を防止し、表面硬度を向上させることができる。
When laser light is continuously irradiated in the production method of the present invention, irradiation can be performed while supplying an assist gas selected from air, oxygen, nitrogen, argon, and helium.
By irradiating the laser beam while supplying an assist gas, it is possible to assist in controlling the depth, size and orientation of the holes, suppress the formation of carbides, and control the surface properties. can be done.
For example, argon gas can be selected to prevent surface oxidation, oxygen can be selected to promote surface oxidation, and nitrogen gas can be selected to prevent oxidation and improve surface hardness.
レーザー光の照射方法で使用するレーザーは公知のものを使用することができ、例えば、YVO4レーザー、ファイバーレーザー(シングルモードファイバーレーザー、マルチモードファイバーレーザー)、エキシマレーザー、炭酸ガスレーザー、紫外線レーザー、YAGレーザー、半導体レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、He-Neレーザー、窒素レーザー、キレートレーザー、色素レーザーを使用することができる。 Known lasers can be used in the method of irradiating laser light, and examples thereof include YVO 4 laser, fiber laser (single mode fiber laser, multimode fiber laser), excimer laser, carbon dioxide laser, ultraviolet laser, YAG lasers, semiconductor lasers, glass lasers, ruby lasers, He--Ne lasers, nitrogen lasers, chelate lasers and dye lasers can be used.
実施例1、2
純チタンと64チタンの板(縦30mm、横30mm、厚み3mm)に対して、下記レーザー装置を使用して、表1に示す条件でレーザー光を連続照射した。
実施例1、2は、図1に示す第1群の溝(X1方向)10を形成するための第1工程のレーザー光の連続照射を実施した後、第2群の溝(Y1方向)11を形成するための第2工程のレーザー光の連続照射を実施し、これをそれぞれ10回(合計20回)繰り返した。第1群の溝10と第2群の溝11の角度は約90度であった。
Examples 1 and 2
A plate of pure titanium and 64 titanium (
In Examples 1 and 2, after performing continuous laser beam irradiation in the first step for forming the first group of grooves (X1 direction) 10 shown in FIG. Continuous irradiation with laser light in the second step for forming was repeated 10 times (total 20 times). The angle between
(レーザー装置)
発振器:IPG-Ybファイバー;YLR-300-SM
ガルバノミラー SQUIREEL(ARGES社製)
集光系:fc=80mm/fθ=100mm
(laser device)
Oscillator: IPG-Yb fiber; YLR-300-SM
Galvanometer mirror SQUIREEL (manufactured by ARGES)
Focusing system: fc=80mm/fθ=100mm
図3にレーザー光を照射して粗面化した後の純チタン板表面のSEM写真を示し、図4にレーザー光を照射して粗面化した後の64Ti板表面のSEM写真を示す。図3、図4と図1、図2の対比から、第1群の溝10、第2群の溝11、島部20が確認できるほか、H字構造を形成する架橋部30(第1架橋部31)も確認することができる。
図5~図8に実施例1(図3)の図1中のX1、X2、Y1、Y2方向に相当する厚さ方向の断面構造のX線CT写真を示す。
図5は、左図の第1群の溝を通る縦線部分(X1)におけるX線CT写真、図6は、左図の複数の島部を通る縦線部分(X2)におけるX線CT写真、図7は、左図の第2群の溝を通る縦線部分(Y1)におけるX線CT写真、図8は、左図の複数の島部を通る縦線部分(Y2)におけるX線CT写真である。
図5~図8から、いずれの断面構造においても図2と同様なH字構造とはしご構造が確認できた。このため、本発明の金属成形体の多孔構造が三次元トンネル通路構造を有していることも確認できた。なお、実施例1,2に記載の最大深さは、X線CT写真から求めた値である。
FIG. 3 shows an SEM photograph of the surface of the pure titanium plate roughened by irradiation with a laser beam, and FIG. 4 shows an SEM photograph of the surface of the 64Ti plate after roughening by irradiation with a laser beam. From the comparison between FIGS. 3 and 4 and FIGS. 1 and 2,
5 to 8 show X-ray CT photographs of the cross-sectional structure in the thickness direction corresponding to the X1, X2, Y1 and Y2 directions in FIG. 1 of Example 1 (FIG. 3).
FIG. 5 is an X-ray CT photograph of the vertical line portion (X1) passing through the grooves of the first group in the left diagram, and FIG. 6 is an X-ray CT photograph of the vertical line portion (X2) passing through the plurality of island portions in the left diagram. , FIG. 7 is an X-ray CT photograph of the vertical line portion (Y1) passing through the grooves of the second group in the left figure, and FIG. It is a photograph.
From FIGS. 5 to 8, an H-shaped structure and a ladder structure similar to those in FIG. 2 could be confirmed in any cross-sectional structure. Therefore, it was also confirmed that the porous structure of the metal compact of the present invention has a three-dimensional tunnel passage structure. The maximum depths described in Examples 1 and 2 are values obtained from X-ray CT photographs.
本発明の金属成形体は、前記金属成形体と樹脂、ゴム、エラストマー、他の金属などとの複合体の製造用、インプラント用として利用することができる。 The metal molded article of the present invention can be used for manufacturing composites of the metal molded article with resin, rubber, elastomer, other metals, etc., and for implants.
1 金属成形体
2 金属成形体の表面
10 第1群の溝
11 第2群の溝
12 島部
20 上段溝部
21 下段溝部
22 中断溝部
30 架橋部
31 第1架橋部
32 第2架橋部
REFERENCE SIGNS
Claims (6)
前記多孔構造が、
前記金属成形体の表面において同一方向に間隔をおいて形成された複数本の第1群の溝と、前記第1群の溝と直交または斜交する方向に間隔をおいて形成された複数本の第2群の溝を有し、さらに金属成形体の表面が前記複数本の第1群の溝と前記複数本の第2群の溝に囲まれて残った複数の島部を有しているものであり、
前記第1群の溝に沿う厚さ方向の断面構造、前記第2群の溝に沿う厚さ方向の断面構造または複数の島部を通る直線の厚さ方向の断面構造が、上段溝部と下段溝部に分離され、
前記上段溝部と前記下段溝部の間に架橋部を有するH字構造が形成された部分を有しているものである、表層部が多孔構造を有している金属成形体。 A metal compact having a porous structure in the surface layer,
The porous structure is
A plurality of first group grooves formed on the surface of the metal compact at intervals in the same direction, and a plurality of grooves formed at intervals in a direction perpendicular to or oblique to the first group of grooves. and the surface of the metal compact has a plurality of islands remaining surrounded by the plurality of first group of grooves and the plurality of second group of grooves. and
The cross-sectional structure in the thickness direction along the grooves of the first group, the cross-sectional structure in the thickness direction along the grooves in the second group, or the cross-sectional structure in the thickness direction of a straight line passing through a plurality of island portions are formed by the upper groove portion and the lower groove portion. separated into grooves,
A metal molded body having a surface layer portion having a porous structure, which has a portion formed with an H-shaped structure having a bridging portion between the upper groove portion and the lower groove portion.
前記多孔構造が、
前記金属成形体の表面において同一方向に間隔をおいて形成された複数本の第1群の溝と、前記第1群の溝と直交または斜交する方向に間隔をおいて形成された複数本の第2群の溝を有し、さらに金属成形体の表面が前記複数本の第1群の溝と前記複数本の第2群の溝に囲まれて残った複数の島部を有しているものであり、
前記第1群の溝に沿う厚さ方向の断面構造、前記第2群の溝に沿う厚さ方向の断面構造、または複数の島部を通る直線の厚さ方向の断面構造が、
上段溝部と下段溝部に分離され、前記上段溝部と前記下段溝部の間に架橋部を有するH字構造が形成された部分と、上段溝部、中段溝部および下段溝部に分離され、
前記上段溝部と前記中段溝部の間に第1架橋部を有し、前記中段溝部と前記下段溝部の間に第2架橋部を有するはしご構造が形成された部分を有しているものである、表層部が多孔構造を有している金属成形体。 A metal compact having a porous structure in the surface layer,
The porous structure is
A plurality of first group grooves formed on the surface of the metal compact at intervals in the same direction, and a plurality of grooves formed at intervals in a direction perpendicular to or oblique to the first group of grooves. and the surface of the metal compact has a plurality of islands remaining surrounded by the plurality of first group of grooves and the plurality of second group of grooves. and
A cross-sectional structure in the thickness direction along the first group of grooves, a cross-sectional structure in the thickness direction along the second group of grooves, or a cross-sectional structure in the thickness direction of a straight line passing through a plurality of islands,
It is separated into an upper groove portion and a lower groove portion, and is separated into a portion in which an H-shaped structure having a bridge portion is formed between the upper groove portion and the lower groove portion, an upper groove portion, a middle groove portion and a lower groove portion,
It has a portion formed with a ladder structure having a first bridge portion between the upper groove portion and the middle groove portion, and a second bridge portion between the middle groove portion and the lower groove portion . , a metal compact having a porous structure on the surface layer thereof.
前記インプラントがチタンまたはチタン合金からなる、骨または歯を含む生体組織と結合させるために使用するインプラント。 The implant according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface layer portion is made of a molded metal body having a porous structure,
An implant used for bonding with living tissue including bone or teeth, wherein said implant is made of titanium or a titanium alloy.
前記金属成形体の表面に対して、同一方向に間隔をおいてエネルギー密度1MW/cm2以上、レーザー光の照射速度は2,000~20,000mm/secで連続波レーザー光を連続照射して第1群の溝を形成する第1工程と、
次に前記金属成形体の表面に対して、前記第1群の溝と直交または斜交する方向に間隔をおいてエネルギー密度1MW/cm2以上、レーザー光の照射速度は2,000~20,000mm/secで連続波レーザー光を連続照射して第2群の溝を形成する第2工程を有しており、
第1工程と第2工程を交互に1回ずつ実施し、または第1工程と第2工程を交互に複数回ずつ実施して、第1工程で形成された第1群の溝と第2工程で形成された第2群の溝のそれぞれの溝に対するレーザー光の照射回数が合計で10~50回になるように調整することで前記第1群の溝と前記第2群の溝を形成する、表層部が多孔構造を有している金属成形体の製造方法。 A method for producing a metal compact having a porous structure in the surface layer portion according to any one of claims 1 to 3,
The surface of the metal compact was continuously irradiated with a continuous wave laser beam at intervals in the same direction at an energy density of 1 MW/cm 2 or more at a laser beam irradiation speed of 2,000 to 20,000 mm/sec. a first step of forming a first group of grooves;
Next, with respect to the surface of the metal compact, the energy density is 1 MW/cm 2 or more at intervals in the direction orthogonal or oblique to the grooves of the first group, and the irradiation speed of the laser beam is 2,000 to 20,000. a second step of continuously irradiating a continuous wave laser beam at 000 mm/sec to form a second group of grooves;
The first step and the second step are alternately performed once each, or the first step and the second step are alternately performed a plurality of times to obtain the first group of grooves formed in the first step and the second step. The grooves of the first group and the grooves of the second group are formed by adjusting the number of irradiation times of the laser light to each groove of the second group formed in 10 to 50 times in total. , a method for producing a metal compact having a porous surface layer.
前記チタンまたはチタン合金からなるインプラント用金属成形体の表面に対して、同一方向に間隔をおいてエネルギー密度1MW/cm2以上、レーザー光の照射速度は2,000~20,000mm/secで連続波レーザー光を連続照射して第1群の溝を形成する第1工程と、
次に前記インプラント用金属成形体の表面に対して、前記第1群の溝と直交または斜交する方向に間隔をおいてエネルギー密度1MW/cm2以上、レーザー光の照射速度は2,000~20,000mm/secで連続波レーザー光を連続照射して第2群の溝を形成する第2工程を有しており、
第1工程と第2工程を交互に1回ずつ実施し、または第1工程と第2工程を交互に複数回ずつ実施して、第1工程で形成された第1群の溝と第2工程で形成された第2群の溝のそれぞれの溝に対するレーザー光の照射回数が合計で10~50回になるように調整することで前記第1群の溝と前記第2群の溝を形成する、表層部が多孔構造を有している金属成形体からなるインプラントの製造方法。
A method for producing an implant comprising a metal compact having a porous structure in the surface layer portion according to claim 4,
With respect to the surface of the metal molded body for implant made of titanium or titanium alloy, the energy density is 1 MW/cm 2 or more at intervals in the same direction, and the laser beam irradiation speed is continuous at 2,000 to 20,000 mm/sec. a first step of continuously irradiating a wave laser beam to form a first group of grooves;
Next, with respect to the surface of the metal molded body for implant, the energy density is 1 MW/cm 2 or more at intervals in the direction orthogonal or oblique to the grooves of the first group, and the irradiation speed of laser light is 2,000 to 2,000. a second step of continuously irradiating a continuous wave laser beam at 20,000 mm/sec to form a second group of grooves;
The first step and the second step are alternately performed once each, or the first step and the second step are alternately performed a plurality of times to obtain the first group of grooves formed in the first step and the second step. The grooves of the first group and the grooves of the second group are formed by adjusting the number of irradiation times of the laser light to each groove of the second group formed in 10 to 50 times in total. , a method for producing an implant comprising a metal compact having a porous surface layer.
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