JPH0321254A

JPH0321254A - インプラント成形体及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0321254A
Application number: JP1155758A
Authority: JP
Inventors: Fumihiro Wakai; 史博若井; Taiji Kodama; 児玉　泰治; Tooru Nonami; 亨野浪; Nobuo Yasui; 安井　信夫
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; TDK Corp
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; TDK Corp
Priority date: 1989-06-20
Filing date: 1989-06-20
Publication date: 1991-01-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、所望の形状、表面性状、精度をもつインプラ
ント或形体、及び該戒形体を、リン酸カルシウム系セラ
ミックスの粉末を型に充てんしたのち、所定温度で超塑
性加工することにより、簡単に効率よく製造する方法に
関するものである。

本発明のインプラン１威形体は、歯冠、人工歯根、人工
骨などのほか、人工弁、人工血管や、透析用シャント、
ペースメーカー、その他生体内留置機器に好適に利用し
うる。

従来の技術インプラント戒形体は患者により形が異なり、また複雑
な形状をしている場合が多く、特に歯冠材料や人工歯根
等の口腔外科用インプラント成形体は患者や部位等によ
り全く形が異なっている。

これまで、このような別異の形状のインプラント戒形体
を製造するには、インジェクション成形法や流込戊形法
等により製造したのち、焼戒し、加工するのが一般的で
あった。

しかしながら、これらの製造法では寸法精度が得られに
くいし、形を変えることが困難である上に、加工により
表面に傷がついたり歪みのために強度が低下してしまう
のを免れなかった。

さらに、インプラント成形体は生体骨とゆ着することが
重要であるが、より効果的にゆ着させるためには、表面
性状をコントロールすることが重要である。しかしなが
ら、通常の加工方法では、表面性状を鏡面にしたり、あ
らして粗面にしたりするなど自由にコントロールするこ
とが困難であるのを免れなかった。

発明が解決しようとする課題本発明は、このような従来のインプラント或形体の有す
る欠点を克服し、患者ごとに適合するなどの所望の形状
、表面性状、精度などをもつインプラント或形体を提供
することを目的としてなされたものである。

課題を解決するための手段本発明者らは、このような目的を達戊するために種々研
究を重ねた結果、リン酸カルシウム系セラミックスが超
塑性を示すことを見出し、この知見に基づいて本発明を
完戊するに至った。

セラミックスの超塑性とは、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔ
ｈｅＪＳＴＰ　ｖｏｌ．２９　ｎｏ．３２６（１９８８
午３月）やセラミックス２４（　１９８９年）ｎｏ．２
や鉄と鋼第７５巻（１９８９年）第３号などに記載され
ているように、焼結温度あるいは鍛造温度よりもはるか
に低い温度、例えば５００℃程度低い温度において低応
力で巨大な延性を示すことであ゛る。

従来、超塑性を示すセラミックスとして知られている代
表的な材料は、Ｙ−ＴＺＰ（ＹＬ’ｔｒｉａ−ｓｔａｂ
ｉ　ｆｉｚｅｄＴｅｔｒａｇｏｎａｌ　　Ｚｒ０１　　
Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｓ）、ＺｒＯ，　−　ＡＩ２．
０．系であり、その塑性変形を利用して、押出加工、薄
板戊形などが試みられている。また、超塑性により同材
質同士を拡散結合する試みもなされている。

しかしながら、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超塑性加工を示す
という報告はなされていない。

本発明者らは、今回はじめてリン酸カルシウムセラミッ
クスが超塑性を示すことを知見した。

すなわち、本発明は、リン酸カルシウム系セラミックス
を超塑性加工して或るインプラント成形体を提供するも
のである。

以下、本発明を詳細に説明する。

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
トや第３リン酸カルシウムが好ましく、一般式Ｃａ．。

（ＰＯａ）ｓＸ＊（式中のＸはヒドロキシ基又はハロゲ
ン原子を示す）で表わされるものの中でもヒドロキシア
バタイトや７ツ化アバタイトが好適である。また、アパ
タイトの場合、そのＣａ／Ｐ原子比は１．６〜１．７５
が好ましい。

本発明においては、通常原料に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、
焼結体助剤などとして、全量の５重量％以下の範囲内で
、ＡＱｔＯｓｓ　Ｓｉｏ＠、Ｍ９０さらにはＣａＯなど
が含有されていてもよい。この焼結体の平均ダレインサ
イズは、１０ｐｌＩ以下であることが好ましく、さらに
好ましくは１μ肩以下、特に０．７μｍ以下であり、そ
の下限は一般に０．００５μｍ程度であるのが好ましい
。この平均グレインサイズが１０μ寵を超えると、超塑
性加工の発現が不十分となるのを免れない。この平均ダ
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、具体的には平均ダレイン面積から、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。

前記焼結体の平均ダレインサイズは、後述の超塑性加工
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、加工後のそれとほぼ同等である。

前記焼結体作製に際して用いる原料としては、前述のア
バタイトや第３リン酸カルシウムが好ましい。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戊
品であってもよい。

前記焼結体を作製するには、通常前記リン酸カルシウム
系セラミックス原料を粉末状で用い、これを或形したの
ち、焼結するのが一般的である。

この際用いる原料粉末は、ＢＥＴ値で１−１００ｍ”／
９程度であることが好ましい。戒形は一般に１〜３　．
　０００＆ｇ／　ｃｍ″程度で一軸プレスしたのち、１
．０００〜ＩＯ．０００＆９／ｃｍ’程度で冷間静水圧
プレス（ＣＩＰ）すればよい。また、或形形状は、最終
形状に近い形のほか、粒状、粉末状などその後の超塑性
加工と組合せて適宜選択する。

焼結は、一般に、７００−１２００゜Ｃで０６０５〜３
０時間程度焼戊することによって行う。焼或に際しては
、材料を緻密化するためホットプレスあるいは熱間静水
圧プレス（ＨＩＰ）を行うことが好ましく、圧力は５０
〜５．０００気圧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、真空中などいず
れであってもよい。また、焼或に際し、７００−１，３
５０°Ｃで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
上を有し、前述のグレインサイズを有する焼結体が得ら
れる。また、機械的強度を向上させるために超塑性をそ
こなわない範囲内で焼結体内にウィスカーを含有させる
ことができる。

次いで、この焼結体を超塑性加工により成形する。この
際の加工温度は、焼結温度±１５０℃の範囲の温度で行
うが、一般に８００〜１．３００℃とすることが好まし
い。超塑性加工は、目的とするインプラント成形体の形
状及び寸法に応じた型を用い、リン酸カルシウム系セラ
ミックス焼結体を押出力ａ工や型押し加工などに付すこ
とにより行われる。

この際に焼結体及び型は焼結体が超塑性を示す温度に加
熱されていることが必要である。このような成形に用い
るリン酸カルシウム系セラミックス焼結体は、薄板状、
粒状、粉状であることが好ましい。この場合、複数の薄
板や粒子などを用いた時には、薄板同士や粒子同士は超
塑性加工により接合して界面では結晶構造が連続するた
め、接合は極めて強固である。

前記戊形時の圧縮速度、加圧力、変形量は加工方法によ
っても異なるが、通常、圧縮速度０．Ｏｌ〜５０ｍ＋ｎ
／分程度で、加圧力１　＝　１００ＭＰａとし、変形量
は真ひずみで０．１−１．５程度となる。

また、型押し法では、所定形状例えば歯冠形状などに近
似的に戊形されたリン酸カルシウム系セラミックス焼結
体を用い、これを型押しすることもできる。この場合、
超塑性による変形量は極めて少なくてすみ、戊形が容易
となる。

このような超塑性加工は、必要に応じ何回か繰り返すこ
ともできる。

このようにして得られた成形体のリン酸カルシウム系セ
ラミックスのダレインサイズには，　１００％程度以下
の変化しか認められない。ただし、ダレインは、粒界に
沿ってすべり、またグレインの変形を伴い、ダレインの
配向が観察されることがある。

添付図面に、本発明のインプラント戒形体の具体例とし
て、歯槽骨に埋入された人工歯根と、この人工歯根に接
着された歯冠を断面図で示す。

この図面中、ｌは人工歯根であって、その歯根被覆層ｌ
２には突起ｌ３が設けられている。人工歯根ｌの大半は
歯肉上皮５２及び上皮下結合組織５３を貫通して歯槽骨
５１内に埋設されている。

２は歯冠であって、歯冠基材表面に湾曲形状の歯冠被覆
層２２が形戊されている。この歯冠２は、その周縁下方
内側において緩衝材３を介して、かつその中央底部分に
おいて接着材４及び５で接着された緩衝材３を介して、
人工歯根２に強固に接合されている。

このように、本発明によれば、複雑な湾曲形状や突起形
状のインプラント成形体を良好な精度で提供することが
できる。

発明の効果本発明のインプラント戒形体においては、目的や必要に
応じて金型を適宜変更することにより簡単に所望の形状
、表面性状、精度を同時にあるいは別個に得ることがで
きる。例えば複雑な形状のものでも容易に得られ、表面
性状を金型により鏡面としたり、あるいは粗面としたり
することなど自由にできる。また、加工しても強度が低
下しない。また、フルオロリン酸カルシウムを原料に用
いて得られｔ；インプラント或形体は、人工歯根とした
場合、耐う食性、耐酸性に優れたものとなる。

さらに、本発明方法によれば、インプラント材において
は患者により個人差があって形や大きさか異なるため戊
形上種々の問題があったが、これを克服し、患者に応じ
金型を代えて患者に適合したインプラント成形体を与え
ることが可能となり、極めて有利である。特に熱間静水
圧プレス（ＨＩＰ）法を用いると、比較的低温低圧です
むので、有利である。

したがって、本発明のインプラント或形体は、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、歯冠などの歯科材料、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、透析用シャントなどの経皮埋入機器、
ペースメーカーなどの生体内埋め込み機器、その他、生
体内留置機器などの医療機器にも好ましく適用すること
ができる。

実施例次に実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。

実施例ｌ　（人工歯根の製造）湿式法によって得られたＢＥＴ値８０＋ｍ”／ｇのヒド
ロキシアパタイト（Ｃａ／Ｐ＝　１．６７）を、５　０
　ｂｙ／　ｃｖａ”で一軸プレスした、のち、２．９０
０＆ｇ／ｃ＋ｍ”でＣＩＰを行った。次いで、これを大
気中で１．０００℃で２時間仮焼したのち、アルゴンガ
ス中でｔ．ｏｏｏ℃，　２，０００気圧で２時間旧Ｐ焼
成し、円柱状焼結体を得た。得られた円柱状焼結体の寸
法は径４開×高さ２０ｍｍであった。また、相対密度は
９９．９％、平均ダレインサイズは０．６４μ講であっ
た。

この焼結体を、ＭＯ基合金（ＴＺＭ）製の人工歯根用金
型により、不活性ガス雰囲気中で戊形した。戊形時の保
持温度はｌ０５０’ｃ，焼結体の圧縮速度はＬＯｍｍｌ
分、加圧力は６０ＭＰａとし、変形量は真ひずみで０．
５の条件とした。

このような戒形により、ヒドロキシアパタイト製の人工
歯根が形或された。

なお、或形後の平均ダレインサイズは１．０ｐｍであり
、ダレインの変形と配向が認められた。

実施例２　（歯冠の製造）実施例ｌと同様にして、ヒドロキシアパタイトの焼結体
を得た。ただし、寸法は７　ｍ＋ｉＸ　７　ｍｍＸ　７
鼎とした。この焼結体をＣａＯ−Ｔｉｅ，−Ｚｒ０２−
ＭｇＣＱ．系セラミックス製の歯冠用型の中に押し出し
、戊形した。戊形時の条件は実施例ｌと同様とした。

このような戊形により、歯冠基材表面にヒドロキシアパ
タイト製の歯冠が形威された。

なお、戊形後の平均ダレインサイズはｌ．０ｐｍであり
、ダレインの変形と配向が認められた。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、本発明のインプラント成形体の具体例とし
て、歯槽骨に塩入された人工歯根と、この人工歯根に接
着された歯冠を示す断面図である。１・・・人工歯根、ｌ２・・・歯根被覆層、ｌ３・・・
突起、２・・・歯冠、２２・・・歯冠被覆層、３・・・
緩衝材、４．５・・・接着材、５１・・・歯槽骨、５２
・・・歯肉上皮、５３・・・上皮下結合組織

Claims

【特許請求の範囲】１　リン酸カルシウム系セラミックスを超塑性加工して
成るインプラント成形体。２　平均グレインサイズ１０μｍ以下のリン酸カルシウ
ム系セラミックスを所定の金型に充てんしたのち、超塑
性加工することを特徴とするインプラント成形体の製造
方法。３　８００〜１３００℃の温度で超塑性加工することを
特徴とする請求項２記載のインプラント成形体の製造方
法。