JPH0437663A - アパタイトと金、銀又はそれらの合金とからなる複合体の製造法 - Google Patents

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） 本発明は人工骨又は人工歯根用インブラント材として有
用なアパタイト複合体の製造法に関する。

（従来の技術及び解決しようとする課題）アパタイト焼
結体は、生体内に埋込んだ際に拒否反応や壊死を引き起
こさず、生体硬組織に同化、癒着し易い性質を有するこ
とから、この性質を利用して、骨や歯の欠けを埋めたり
、或いは補修を必要とする際にアパタイト焼結体を生体
硬組織に接合する試みが行われている。

しかし、アパタイト焼結体は、長期間用いた際の強度が
不足し、アパタイト焼結体をそのまま生体に埋込むと破
損し易い欠点がある。

これを解消するため、従来から次のような試みが行われ
ている。

（１）金属表面にプラズマを用いて高温で融解したリン
酸カルシウムを吹き付けることにより、アパタイト系の
物質からなる薄膜を形成させる方法。

（２）リン酸カルシウムとケイ酸カルシウムの混合物を
溶融した後、冷却してガラスとして用いるか、或いはこ
のガラス内にケイ酸カルシウムの針状結晶を析出させて
強度を高めて用いる方法。

しかし、これらの方法では、癒着が不成功に終わる場合
もあるため、適用範囲がより広く、例えば体力の弱い病
人や老人にも用いることができる生体親和性が良好なも
のが望まれているのが実情である。

本発明は、か）る要請に応えるべくなされたものであっ
て、生体親和性と強度や耐久性とを兼ね備えたアパタイ
ト複合体が得られる製造法を提供することを目的とする
ものである。

（課題を解決するための手段） 前記課題を解決するため、本発明者は、アパタイトと他
の物質とを焼結した複合体について研究を行った。

従来より、アパタイトと他の材質との間の接合が困難な
原因の１つは、通常接合しようとする材質とアパタイト
との間で熱膨張係数の差が大きい点にあると云われてい
る。

すなわち、一般に２種の材質からなる物体を接合するこ
とにより複合させるためには、接合面で成分の拡散が起
きる温度まで加熱を行うことにより、拡散接合させるこ
とが望ましい。しかし、アパタイトの場合にはこの方法
で接合面が形成されても、接合された材質間で熱膨張係
数の差が大きいために、室温近傍まで冷却すると、接合
面に強い応力が発生し、破損してしまう場合が多い。こ
のため、この種の試みは無駄であると考えられ、行われ
ていないのが実情である。

しかし、本発明者は、この点について鋭意研究を行った
ところ、銀又は銀合金とアパタイトを接合する場合若し
くは金又は金合金とアパタイトを接合する場合について
は例外的に破損しない製造条件があることを見い出した
。

すなわち、銀又は銀合金とアパタイトとを組み合わせた
場合、及び金又は金合金とアパタイトとを組み合わせた
場合にも、熱膨張係数の差は大きく、このため加熱して
接合しても熱膨張係数の差から接合面に強い応力が発生
し、室温まで冷却する際に接合面で必ず破損するものと
思われたが、実際には、特定条件の加圧加熱処理により
、良質の複合体が得られることが判明し、ここに本発明
をなしたものである。

すなわち、本発明は、アパタイトと金、銀、金合金又は
銀合金とを接合して得られる複合体を製造するに当り、
金、銀、金合金又は銀合金の成型体をアパタイトと接触
させた状態で気密な容器中に封入して空気を排気した後
、該容器の外側から流体を圧力媒体とする等方的な圧力
を加えるに際し、圧力が５０ＭＰａ以上８００ＭＰａ以
下で、且つ該容器の温度を１００℃以上８５０℃以下に
保持することを特徴とするアパタイトと金、銀又はそれ
らの合金とからなる複合体の製造法を要旨とするもので
ある。

以下に本発明を更に詳述する。

（作用） 前述の如く、銀又は銀合金とアパタイトとを組み合わせ
た場合及び金又は金合金とアパタイトとを組み合わせた
場合に特定条件の加圧加熱処理により、良質の複合体が
得られるのは、銀又は銀合金や金又は金合金の焼き戻し
特性によるものである。

すなわち、銀の焼鈍温度は、実験によれば１５０℃前後
であるため、この温度以上に加熱されることによって発
生する応力は焼鈍によって消滅するのである。この結果
、室温でアパタイトと銀の接合面に残留する熱歪みは１
５０℃から室温までの温度変化に対応する値である１０
−３以下となり、良質の複合体として使用可能となる。

勿論、銀合金の場合も同様に使用可能であり、銀合金と
しては、例えば、Ｓｎを３重量％以下加える等、適宜の
合金元素を加えた銀合金でよい。

また、高純度の金の焼鈍温度は３５０℃前後にあるが、
更に金に例えば数重量％から数十重量％の如＜Ｓｎ、Ｐ
ｂ、Ｇｅ、Ｃｕ又はＳｉ等々の他金属を加えた金合金で
は焼鈍温度は２００℃以下、室温にまで低下する。この
結果、特にアパタイトと金合金との接合面を形成した後
、室温まで温度を低下させた場合に接合面に残留する熱
歪みはこの焼鈍温度と室温との温度差に対応する値であ
る１０−３を下回る結果となる。このため、得られる複
合体は歪みの少ない良質の複合体として使用可能となる
。勿論、金の場合も同様に使用可能である。

なお、熱歪みとは、次式 Ｑ（Ｍ、Ｔｏ） Ｑ　（ＭＡｐ、Ｔｏ） で表わされる。ここで、Ｑ（Ｍ、　Ｔｏ）及びＱ（Ｍ、
Ｔ）は各々アパタイトと接合しようとする金属（すなわ
ち、金又は金合金若しくは銀又は銀合金）の試験片の温
度Ｔ。及びＴにおける長さであり、またＱ（ＨＡＰ、Ｔ
、）及びＱ、（ＨＡＰ、Ｔ）は各々アパタイト試験片の
温度Ｔ。及びＴにおける長さである。

インブラント材としての複合体では、アパタイトとこれ
ら金又は金合金若しくは銀又は銀合金との接合面は曲面
で且つ複雑形状であることから、接合に際してアパタイ
トを粉末の状態で金又は金合金や銀又は銀合金と組み合
わせ、接合面形成とアパタイト粉末の緻密化とを同時に
行うことが望ましい。

そのためには、まず、接合しようとする金又は金合金若
しくは銀又は銀合金の成型体をアパタイトと接触させた
状態で気密な容器中に封入する。

容器としては、気密が保たれればよく、通常は金属製薄
肉容器で圧力に対して可塑性をもたせる。

この気密な容器中に封入した複合体中に圧縮された気体
を残留させないようにするため、排気する必要がある。

この容器に対し、外側から流体を圧力媒体として圧力及
び温度を加えるが、加える圧力や温度範囲は、アパタイ
ト粉末が緻密化するに要する処理条件に一致し、且つ等
方的な圧力であることが必要である。

具体的には、圧力は５０ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下が
適当である。５０ＭＰａ以下ではアパタイトが緻密化す
るための圧力として不充分であり、また８００ＭＰａ以
上の圧力は必要としない。

また、容器の温度は５０℃以上８５０℃以下が適当であ
る。５０’Ｃ以下の処理温度ではアパタイトと金又は金
合金若しくは銀又は銀合金層の間の拡散接合が充分に成
立しない。また８５０℃以上の温度はアパタイトの緻密
化にも、接合の成立にも必要としない。

なお、圧力媒体はアルゴンガス等々の適宜のものを用い
、また加圧装置も適宜の構成のものを用いればよい。

また、本発明に用いるアパタイトの成分組成は特に制限
されない。

（実施例） 次に本発明の実施例を示す。

裏庭叢よ 化学組成がＣ”９−３　Ｈａ　、７　（Ｐ○、）Ｇ−１
／２Ｈ２０であるアパタイトの圧粉体で銀パイプの外面
を覆い、その外側を金製の薄肉容器で気密しこ被覆する
ことにより容器を構成し、その容器内を排気した。

この排気の際には容器を５０°Ｃに保温し、容器内圧力
がＩＴｏｒｒになるまで排気した。

排気を完了した容器を加圧装置に入れ、アルゴンガスを
圧力媒体とし、６００ＭＰａ、’　３００℃に２０時間
保持した後、温度、圧力を′下げて室温の大気中に取り
出した。金製の薄肉容器部分を取り除いたところ、緻密
で厚いアパタイト層で外表面を被覆された銀パイプが得
られた。

このアパタイトと銀との複合パイプは、その内側の銀パ
イプの内径が８ｍｍ、肉厚が０　、４　ｎｕｎで、アパ
タイト層の肉厚は４ｍｍ、パイプ全長は７５ｍｍであっ
た。

この複合パイプの中央部分２５ｍｍの長さにわたってア
パタイト層を外径１１．６ｍｍまで研削して引張試験片
を作製し、引張試験を行った。その結果、負荷６５ｋｇ
から亀裂が入り始めた。負荷８５−までの試験を行った
結果ではアパタイト層と銀パイプの間に剥離は認められ
なかった。

ｕＩ文 実施例１における銀パイプに代えて、Ａｕ：９５ｗｔ％
、Ｓｎ：５ｗｔ％の組成の金合金パイプを用い、実施例
１と全く同様の処理を行ってアパタイトと金合金の複合
パイプを製作した。

この複合パイプから実施例１と同様の寸法の引張試験片
を作製し、引張試験を行った。その結果は実施例１と同
様であり、６７ｋｇから７５ｋｇの負荷によってアパタ
イト部分に亀裂を生じたが、金合金層とアパタイト層と
の間に剥離は認められなかった。

なお、銀にＳｎを添加した場合、金の場合及び金合金と
してＳ、ｎ以外の金属を添加した金合金の場合について
も、同様の結果が得られた。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、アパタイトを金
又は金合金や銀又は銀合金に直接接合しても、接合面に
残留する応力で破損することの少ない複合体が得られる
。この複合体を人工骨や人工歯根の製造に適用した場合
、以下の優れた効果が得られる。

■アパタイト面と生骨とを接合すれば容易に接合できる
。

■アパタイト単味でなく、貴金属との複合であるため、
化学的に安定で、永年にわたって破損の恐れが少ない。

■アパタイト単味でなく、貴金属との複合であるため、
この貴金属層を介して更に高強度な部材と組み合わせる
ことも可能となり、必要な強度。

機能を確保できる。

■従来、アルミナやチタン系金属のような材質を直接患
者の骨に接合することが行われているが、必ずしも充分
ではなく、特にこの種の手術が必要な老年の患者には成
功率が低いため実用されにくい事情にあったが、本発明
で得られる複合体を利用すれば、生体になじみやすい高
純度のアパタイト面を骨に接合できるため、実用性の高
い人工骨や人工歯根を作り呂すことができる。

特許出願人　科学技術庁無機材質研究雇員−゛〜″−瀬
高信雄２−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アパタイトと金、銀、金合金又は銀合金とを接合して得
   られる複合体を製造するに当り、金、銀、金合金又は銀
   合金の成型体をアパタイトと接触させた状態で気密な容
   器中に封入して空気を排気した後、該容器の外側から流
   体を圧力媒体とする等方的な圧力を加えるに際し、圧力
   が５０ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下で、且つ該容器の温
   度を１００℃以上８５０℃以下に保持することを特徴と
   するアパタイトと金、銀又はそれらの合金とからなる複
   合体の製造法。