JPH0438949A

JPH0438949A - 複合成形体の製造方法および生体硬組織代替体

Info

Publication number: JPH0438949A
Application number: JP2146711A
Authority: JP
Inventors: Fumihiro Wakai; 史博若井; 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: 1990-06-05
Filing date: 1990-06-05
Publication date: 1992-02-10
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: JP3146239B2

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、各種セラミックス、殊に生体親和性を有する
セラミックスを超塑性加工により異種材料と接合する複
合成形体の製造方法と、この製造方法によって製造され
る生体硬組織代替体に関する。

〈従来の技術〉生体の欠損部分の機能および形態を修復するために、種
々の補填・修復材が用いられている。

生体用の補填・修復材としては、人工歯根、人工骨、人
工関節等の人工骨に類するものや、人工歯冠等が代表的
に挙げられ、これらは生体硬組織代替体と総称されてい
る。

これらの生体硬組織代替体には、機械的強度、靭性、生
体内での安定性などが要求され、また、生体との親和性
が高いことが好ましい。

さらに、生体硬組織代替体のうち人工骨類等は、それぞ
れの患者に合わせてオーダーメートされる必要があるた
め、成形が容易であることも重要である。

このような場合、生体親和性とは生体硬組織代替体を埋
込・留置した周囲の生体組織との馴染み・折り合いの良
さを意味し、例えば、生体親和性が高い材料は、周囲の
組織から異物と判定されることが少なく、特に人工骨類
に用いられた場合は、周辺の遺骨を促進して自身と骨組
織とを強固に結合することができる。

現在用いられている人工骨類材料のうち、機械的強度、
生体内安定性が高いものとしては、Ｔｉ、Ｚｒ等の金属
、これらを含む合金、あるいはアルミナ、窒化ケイ素、
ジルコニア等のセラミックスが挙げられる。

ところが、機械的強度、生体内安定性が高いこれらの材
料は、生体親和性が低く、すなわち、生体組織と同化す
る性質をもたないため、治癒期間が長（なり、また、生
体との接着性も不十分である。　また、役割が終了した
のちは、除去するための手術を行なう必要がある。

一方、生体親和性が高い材料としては、バイオガラス、
アパタイト（特に水酸アパタイト）、第３リン酸カルシ
ウム、リン酸カルシウム結晶化ガラスなどが知られてお
り、骨は有機成分を除くとほぼアパタイトから構成され
ているため、アパタイトの生体親和性は特に良好である
。

ところが、生体親和性が高いこれらの材料は、機械的強
度および靭性が比較的低い。　例えば人工歯根では、咀
咽時に通常３０　ｋｇ／ｃｍ”程度、最大３００　ｋｇ
／ｃａｂ”にも達する圧力が加わるため、アパタイト製
の人工歯根は耐久性に不安がある。　また、アパタイト
の成形は焼結により行なわれ、そのときの温度は９００
〜１２００℃程度であるため、やはり成形が容易とは言
い難い。

このような事情から高い機械的強度や靭性を有し、生体
親和性が高く、しかも成形の容易な生体硬組織代替体と
して、基材上に生体親和性の高い材料の被覆を設けた複
合成形体の製造方法が種々提案されている。

例えば、特開昭５９−１２９０５５号では、生体活性ガ
ラスの溶融液を、金属芯体を固定した鋳型内に注ぎ込み
、溶融液の固化後に、ガラス塊が接合した芯体を鋳型か
ら取りはずし、その後徐冷して、接合ガラス層外面を所
定の厚さ、形状に研削する方法が開示されている。

しかし、この方法では、使用し得るコート材がガラス質
のみに限定され、セラミックス等の結晶質には適用でき
ない。　また、鋳型への金属芯体の固定が不安定である
。　また、コート材として用いる生体活性ガラスの体内
での安定性、持続性に問題がある。　さらには接合工程
終了後に、研削工程が必要であり、そのコストが無視し
得ないだけでなく、生体活性ガラス外表面をあらして粗
面にする等の後処理が必要である。　そしてコート材の
外形仕上げを研削加工により行なうので微細・複雑な形
状を得るのが困難である等積々の欠点が存在する。

また、Ｔｉ等の高強度基材表面にプラズマ溶射により、
アパタイト被覆を形成する方法も知られている。

しかし、プラズマ溶射法では、極めて高温のプラズマ炎
が基材表面に噴射されるため、アパタイトが他の材料（
第３リン酸カルシウム　ＴＣＰ）などに変化してしまう
。　ＴＣＰは、生体内で溶解性を有し、十分な同化が行
なわれないうちに崩壊するおそれがある。

この他、溶射に際して、溶融してしまうこともある。

そして、耐熱性の高い基材しか用いることができず、コ
ストも高い。

さらには、繰り返し使用の度に加えられる応力や、温度
の変化により、コート膜が剥離してしまう。　この剥離
を防止するためには、コート膜を十分に薄くすればよい
が、コート材が生体親和性を保持するには、５０〜１５
０μｓ以上の膜厚が必要であり、剥離現象が抑えられる
程度に膜厚を薄くすると生体親和性が劣化する。

一方、本発明者らは、特願平１−１５５７５８号にて提
案したように、アパタイト等のリン酸カルシウム系セラ
ミックスが超塑性現象を示すということを見出している
。

リン酸カルシウム系セラミックス焼結体は、その平均グ
レインサイズを１０−以下、好ましくは、１−程度以下
に制御することにより８００〜１３００℃の温度範囲で
超塑性現象を生じるものである。

そして、本発明者らは、特願平１−１５７５１４号にて
、超塑性加工により芯材材料とリン酸カルシウム系セラ
ミックスとを型およびパンチを用いて圧接したり、芯材
材料をパンチとして、型中にてリン酸カルシウム系セラ
ミクスを押し出したり、逆押し出ししたりすることによ
って芯材に圧接接合する方法を提案している。

この特願平１−１５７５１４号の提案によれば、リン酸
カルシウム系セラミックスと異種材料とが、低温におい
て強固に接合された複合成形体を得ることができ、人工
歯根および歯冠等の生体硬組織代替体が低コストにて得
られる。

そして、得られる成形体の機械的強度、生体親和性およ
び成形性が高い。

しかし、超塑性加工による接合方法として、通常の押し
出し、型押しを行なうときには、基材−セラミックス間
に空隙が生じたりして接着性が低下して、接着力が十分
でなかったり、被膜厚にバラツキを生じたりして、複合
成形体間の品質のバラツキが生じたりする。

また、複雑な形状の成形が難しく、特に複雑な形状では
、上記の品質のバラツキは倍加する。

そして、複雑な形状のときには、工程数も増加する。

そして、型やパンチの摩耗も生じる。

また、一つ一つ成形を行なうので、大量生産には不向き
である。

なお、上記のような生体用補填・修復材に限らず、ペー
スメーカ等の生体内に留置される機器、透析用シャント
等の経皮埋入機器などにも、アパタイト等の生体親和性
材料を被覆することが好ましいが、これらの機器におい
ても、アパタイト膜を低温でしかも強固に形成すること
が望まれている。

また、その他の超塑性加工可能なセラミックス材料でも
、このような要望が同様に存在する。

本発明は、異種材料界面での接合力が強固で、物理的な
外形機械加工を必要とせず、またコート材の膜厚を比較
的厚くできると共に、機械的強度、生体親和性の高い複
合成形体を効率良く得ることのできる製造方法と生体硬
組織代替体とを提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉このような目的は、下記（１）〜（９）の本発明によっ
て達成される。

（１）超塑性セラミックスと異種材料とを、超塑性加工
により接合して複合成形体を得るにあたり、熱間静水圧プレス法を用いて接合することを特徴とする
複合成形体の製造方法。

（２）前記異種材料から形成された芯材上に、前記超塑
性セラミックスの被覆を接合する上記（１）に記載の複
合成形体の製造方法。

（３）前記芯材は、前記複合成形体とほぼ同一の形状に
加工が施されており、この芯材に前記超塑性セラミック
スを被嵌して、セラミックス粉を介して熱間静水圧プレ
スする上記（１）または（２）に記載の複合成形体の製
造方法。

（４）前記超塑性セラミックスがリン酸カルシウム系セ
ラミックスである上記（１）ないしく３）のいずれかに
記載の複合成形体の製造方法。

（５）超塑性セラミックスと異種材料とを、超塑性加工
により接合して複合成形体を得るにあたり、前記異種材料を加工して、前記複合成形体とほぼ同一の
形状の芯材を得、この芯材に前記超塑性セラミックスを
被嵌して熱間プレスして接合することを特徴とする複合
成形体の製造方法。

（６）前記芯材に被嵌した前記超塑性セラミックスを、
セラミックス粉を介して熱間プレスする上記（５）に記
載の複合成形体の製造方法。

（７）前記超塑性セラミックスがリン酸カルシウム系セ
ラミックスである上記（５）または（６）に記載の複合
成形体の製造方法。

（８）上記（４）または（７）に記載の製造方法によっ
て製造された複合成形体であって、少なくとも一部が生
体内に留置して用いられることを特徴とする生体硬組織
代替体。

（９）人工歯根または人工歯冠である上記（８）に記載
の生体硬組織代替体。

〈発明の具体的構成〉以下、本発明の具体的構成を詳細に説明する。

本発明の第１の態様では、ＨＩＰ法を用いて所定の温度
および圧力で圧接し、拡散ないし、固相接合するもので
ある。

この際、コート材としてのリン酸カルシウム系等の超塑
性セラミックスは、超塑性変形する。

加工温度は５００℃以上とし、焼結温度より低い温度で
行なうが、一般に５００〜１６００℃とすることが好ま
しい。

加圧力は１〜２０００　ＭＰａの広い範囲で行ない得る
が、一般には１〜５００　ＭＰａとすることが好ましい
。

ＨＩＰ工程時の加熱および加圧時間は０．１〜１５００
ｍｉｎの広い範囲で適宜選定し得る。

なお、ＨＩＰ接合の際の変形量は、真ひずみで０．１〜
１．５程度とすることが好ましい。

第１図〜第３図に、本発明の複合成形体の製造方法の概
略図を示す。

本発明の製造方法では、図示のように、芯材１１、コー
ト材１２としての超塑性セラミックス、型出し固定およ
び加圧媒体としてのセラミックス粉２３、上記３要素を
被包・固定する封入ガラス２４を構成要素として用いる
。

芯材１１の材質としては繰り返し応力に耐え得る、曲げ
強度１５０　ＭＰａ以上で、７００℃以上の高融点を有
するものを用いることが好ましい。

また、超塑性ＨＩＰ接合に際して、はとんど変形しない
ものが好ましい。

この場合、変形量は１０％以下であることが好ましい。

このような芯材としては、金属またはセラミックスが好
ましく、生体硬組織代替体の場合は、生体に無害である
ことが好ましい。

このような金属としては、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｐｔ
等の金属単体、あるいは、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａ
ｎ、Ｔｉ−Ｚｒ、Ｎｉ−Ｔｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ％Ｔｉ
−Ａｇ−Ｖ、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ、Ｔｉ−Ｍ
ｏ、スチレンレス鋼等の合金が好適に用いられる。

また、芯材１１をセラミックスから選定するならば、ジ
ルコニア、ＳｉＣ％ＳｉＮ、ＢＮ。

Ａβ２０８等の高強度セラミックスが好ましい。

コート材１２としての超塑性セラミックスは、ジルコニ
ア、部分安定化ジルコニア、アルミナ、ジルコニア−ア
ルミナ等が使用できるが、生体硬組織代替体として用い
る場合には、生体活性セラミックスであるアパタイト、
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
ックスが好ましい。

コート材１２に用いる超塑性セラミックスは、１０−以
下、好ましくは１μ以下であって、０．ｏｏｓＰ以上の
平均グレインサイズをもち、７０％程度、好ましくは９
０％以上の相対密度を有する緻密なものであることが好
ましい。

平均グレインサイズは、走査型電子顕微鏡によって測定
すればよ（、具体的には平均グレイン面積から、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。

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
トまたは第３リン駿カルシウムが好ましい。

アパタイトは、化学量論組成Ｃａ　＋ａ　（Ｐ　０４）ｓ　Ｘａ　　（ただし、Ｘは
ヒドロキシ基またはハロゲン原子）をもち、特にヒドロ
キシアパタイトまたはフッ化アパタイトが好適である。

また、アパタイトのＣａ　／　Ｐ原子波は１．６〜１．
７５が好ましい。

なお、これらアパタイトと同様、第３リン酸カルシウム
Ｃａ５（ＰＯ４）ｚも好ましい。

本発明では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、焼結助剤等として、
全体の５重量％以下の範囲内にて、ＡＩ２＊　Ｏｘ　、
Ｓ　ｉ　Ｏｓ　、ＭｇＯさらにはＣａＯ等が含有されて
いてもよい。

本発明の複合成形体中のリン酸カルシウム系セラミック
ス焼結体の平均グレインサイズは、１０−以下、特に２
−以下であることが好ましい。

この場合、平均グレインサイズが１０μを超えると、超
塑性の発現が不十分となる。

なお、平均グレインサイズは１−以下であることが好ま
しく、その下限は一般にｏ、ｏｏｓ−程度であることが
好ましい。

本発明に用いる焼結体の平均グレインサイズは、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、すなわち成形体中のそ
れとほぼ同等である。

本発明では、まず、所定のグレインサイズの焼結体を作
製してコート材１２とする。

コート材１２の形状および寸法は、芯材１１の形状、寸
法に応じて決定すればよ（特に制限はない。　この際、
コート材１２の焼結体の平均グレインサイズは、目的と
する成形体の１〜１０倍程度のものとする。

生体硬組織代替体の場合、焼結体作製に際して用いる原
料としては、前述のアパタイトや第３リン酸カルシウム
を用いることが好ましい。

これらは、各種を推動物の骨や歯などから回収された天
然物であってもよ（、また各種湿式法や乾式法で製造さ
れた合成品であってもよい。

本発明では、これらの方法で得られたアパタイトや第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
スの原料粉末を焼結し、超組成を示す焼結体を得る。

用いる原料粉末は、ＢＥＴ値で１〜１００ｍ２７　ｇ程
度であることが好ましい。

なお、前述のとおり、これらには焼結助剤等が含有され
ていてもよい。

次いで、この原料粉末を成形する。

成形に際しては、１〜３０００ｋｇ／ＣＬ０２程度にて
一軸プレスした後、１０００〜１００００ｋｇ／ａｍ”
程度にて冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）すればよい。

この後焼結する。

焼結は、一般に、７００〜１２００℃にて０．０５〜３
０時間程度行う。　焼成に際しては、材料を緻密化する
ためホットプレスあるいは前述の熱間静水圧プレス（Ｈ
ＩＰ）を行うことが好ましく、圧力は５０〜５０００　
ａｔｍ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、真空中等いずれであっ
てもよい。

なお、この焼成に際し、７００〜１３５０℃程度にて、
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％以上をもち、上記の平均グレインサイズを有
するリン酸カルシウム系焼結体のコート材１２が得られ
る。

なお、これら芯材１１と、各種コート材１２は、熱膨張
率の差が５０％以内、特に１０％以内であることが好ま
しい。

用いるセラミックス粉２３としては、ジルコニア、アル
ミナ、ＢＮ、ＳｉＣ，ＳｉＮ、ＷＣ５部分安定化ジルコ
ニア等を用い得るが、ＨＩＰ法で行なう超塑性加工温度
以上、好ましくは７００℃以上で溶融しない高温セラミ
ックスが好ましい。

このような場合、セラミックス粉２３の粒子径を選択す
ることにより、超塑性接合された被覆１５の表面粗さは
、粒子系に応じたものとなる。　従って、セラミックス
粉の粒子系は１０〜５００−程度とすればよい。

また、セラミックス粉２３の層厚は０．５〜５０ｍｍ程
度とすればよい。

用いる封入用ガラス２４としては、シリカガラス、酸化
ホウ素ガラス、ケイ酸塩ガラスホウ珪酸塩ガラス、ゲル
マン酸塩ガラス、リン酸塩ガラス等が使用できる。

封入用ガラス２４の厚さは１００〜５０００−程度とす
ればよい。

このような各要素を用い、まず、芯材１１を目的用途に
応じて所定の形状・寸法に仕上げ、第１図に示されるよ
うに、これをコート材１２としての円筒形状のセラミッ
クス焼結体の中に嵌入収納する。

この際に、コート材１２の膜厚は、一般に１０ｍｍ以下
、特に１０−〜３ｍｍとすることが好ましい。

そして、芯材１１と、円筒形状セラミックス焼結体のコ
ート材１２の空隙は、０．３ｍｍ以下と、できるだけ狭
小なものとすることが好ましい。

ここで、芯材１１は最終製品形状と実質的に同一の形状
とする。　例えば、芯材１１の表面には、用途に応じ、
凹凸形状等が形成されていたりするものであり、図示例
では、円柱体のほぼ中央部に溝が形成されている。

この場合、芯材１１の加工は、焼結、鋳造、研削等によ
ればよい。

一方、超塑性セラミックスのコート材１２は、最終製品
とほぼ同一の外形形状であるが、図示のように、その表
面凹凸形状を省略した外径輪郭形状の簡易な形状とされ
ている。

このようにすることにより、芯材１１を加工するのみで
、コート材は簡単な形状とすることができるので、生産
性が向上する。　また、簡易な形状とすると肉厚が均一
にできるので、得られる被覆厚も一定となる。

次に、第２図に示されるように、嵌着した芯材１１とコ
ート材１２の周囲を、セラミックス粉２３で被い、さら
に、セラミックス粉２３の周囲を封入用ガラス２４で被
包する。

これを通常のＨＩＰ装置内に装填して、加温、加圧を行
なうことにより、芯材１１とコート材１２は強固に接合
され、芯材１１上に被覆１５が形成される。

成形完了後、封入用ガラス２４を割り、複合成形体１を
とりだす。

この際、芯材１１はほとんど変形せず、その外形形状ど
おりに、均一膜厚の被覆１５が形成されている。

この際、ＨＩＰ法による等方的な加圧が行なわれるので
、接着不良はきわめて少ない。

なお、接合強度は、異種材料の材質によって異なるが、
引き抜き強度で１００〜１０００ＭＰａ程度のきわめて
高い強度が得られる。

なお、複合成形体１の被覆１５の厚さは、１−〜１０ｍ
ｍ、特に１０−〜３ｍｍが好ましい。

特に、生体硬組織代替体として用いるときには、１戸〜
５ｍｍの膜厚が好適である。

そして、このように比較的厚い膜厚としても、被覆１５
の剥離は生じない。

また、表面は、セラミックス粉２３の粒度を調整するこ
とにより、鏡面とすることも、粗面とすることもできる
。

特に、生体硬組織代替体として用いるときには、表面積
を高め、生体活性を向上させるために、ＲｍａｘｌＯ〜
５００μ程度の粗面とすることができる。

得られた成形体１の被覆１５中の超塑性セラミックスの
グレインサイズは、変化することもある。　また、グレ
インは、粒界に沿ってすべり、またグレインの変形をと
もなうこともある。

以上は、ＨＩＰ法を用いた超塑性接合について述べてき
たが、本発明では、予め形状加工して、得ようとする成
形体ｌとほぼ同一の形状の芯材１１を得、これに被嵌で
きる簡易な形状のコート材１２を用いるかぎりにおいて
、ホットプレス（ＨＰ）法を用いて接合してもよい。

ＨＰ法においては、芯材１１にコート材１２を被嵌した
後、これを前記セラミックス粉２３内に埋入し、これを
型内に収納し、パンチングすることが好ましい。

型の材質としては、前記のセラミックス粉構成材料を用
いることが好ましい。

これにより、ＨＩＰ法と同等程度までの接着性が得られ
る。

ＨＰ法における諸条件は、上記のＨＩＰ法のそれとほぼ
同一である。

このような本発明の複合成形体は、種々の用途に用いる
ことができる。

特に、リン酸カルシウム系セラミックスを用いる場合、
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、歯冠等の歯科材料、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、透析用シャント等の経皮埋入
機器、ペースメーカー等の生体内埋め込み機器、その他
、生体内留置機器等の医療機器にも好ましく適用するこ
とができる。

これらのうちでは、特に生体硬組織代替体としての用途
が最も有用である。

以下、本発明の複合成形体を、生体硬組織代替体のうち
、人工歯根および歯冠に適用する場合について説明する
。

本発明の人工歯根および歯冠は、上記のようにして得ら
れたリン酸カルシウム系セラミックス焼結体を、ＨＩＰ
装置やＨＰ装置を用いて超塑性加工により基材表面に接
合することにより製造される。

第４図に、本発明の好適実施例である人工歯根および歯
冠を示す。

第４図は、歯槽骨７に埋入された人工歯根３に、緩衝材
５を介して接着材６．７により歯冠４が接着された状態
を示す。

人工歯根３は、歯・根基材３１表面に歯根被覆層３２を
有し、人工歯根３の外周側面には、必要に応じて突起３
３が形成される。

突起３３は、歯槽骨７１と人工歯根３との間に間隙を形
成する作用を有する。　人工歯根３は、歯槽骨７１と直
接結合するのではなく、人工歯根３の周囲に形成される
新生骨と結合する。

このため、突起３３を設けることにより新生骨の成長が
促進され、人工歯根３と歯槽骨７１とを強固に結合させ
ることができる。

突起３３の形状に特に制限はな（、人工歯根３の周側面
にリング状あるいは螺旋状に存在してもよく、独立した
突起を複数設けてもよい。

突起３３の高さは、１００４〜３＋ｎｍ程度とすること
が好ましい。

歯根基材３１の形状および寸法に特に制限はなく、前記
のとおり、目的とする人工歯根１の形状および寸法に応
じた形状とし、好ましくは、突起３３に応じた突起を有
する。

歯根基材３１は、前記のとおり機械的強度や靭性が高い
無害な材質で構成されることが好ましいが、特にチタン
、チタン合金、ジルコニア、単結晶アルミナ（サファイ
ア）が好ましい。

歯根基材３１表面には、歯根被覆層３５が設けられる。

歯根被覆層３２は、上記のようにして製造されたリン酸
カルシウム系セラミックスから構成され、超塑性加工に
より歯根基材３１と接合されたものである。

すなわち、リン酸カルシウム系セラミックス焼結体のコ
ート材は、一端を封止された円筒状であって、基材３１
に嵌合可能なものであることが好ましい。

なお、用いるコート材の厚さは、１０−〜１０ｍｍ程度
であり、目的とする歯根被覆層３２の厚さ等に応じて適
当に決定すればよい。

そして、上記の超塑性加工により、リン酸カルシウム系
セラミックス焼結体は芯材１１の外径に沿って超塑性変
形すると同時に、歯根基材３１と隙間な（接合し、均一
な厚さの歯根被覆層３２が形成されることになる。

このようにして形成される歯根被覆層３２は、人工歯根
３の少なくとも生体と接触する表面、例λば第３図にお
いては、歯槽骨７１、歯肉上皮７２および上皮下結合組
織７３と接触する表面に存在していることが好ましい。

歯根被覆層３２の厚さは、好ましくは１鱗〜５ｍｍ、よ
り好ましくは１０　Ｐ　〜２　ｍｍである。

このような構成を有する人工歯根３の形状に特に制限は
なく、円柱状、楕円柱状、角柱状、ブレード状等のいず
れであってもよい。

また、前記のとおり、突起３３を設けることが好ましい
。

人工歯根３の寸法は、通常、最大径２〜２０ｍｍ、高さ
３〜５０ａ＋ｍ程度であり、各種規格に基づいて決定す
ればよく、また、必要に応じ適当な寸法としてもよい。

なお、本発明は、第４図に示されるような１ピース型に
限らず、ポストコアを有する２ピース型の人工歯根、あ
るいは３種以上の構成部材を有する多ピース型の人工歯
根にも適用することができる。　これらの人工歯根にお
いても、少なくとも生体と接触する表面にリン酸カルシ
ウム系セラミックスの被覆層が存在していればよい。

次に、歯冠４について説明する。

歯冠４は、歯冠基材４１の表面に歯冠被覆層４５を有し
て構成される。

歯冠被覆層４２は、上記のようにして製造されたリン酸
カルシウム系セラミックスから構成され、超塑性加工に
より歯冠基材２１と接合されたものである。

なお、用いるコート膜の厚さは、目的とする歯冠被覆層
２２の厚さおよび外形形状に応じて適当に決定すればよ
い。

そして、前記のＨＩＰ法あるいはＨＰ法による成形によ
りコート材は、超塑性変形し、歯冠被覆層４２が形成さ
れる。

歯冠基材４１の形状に特に制限はな（、例えば、人工歯
根が嵌込する穴部を底面に有する柱状または錐状等であ
ってよ（、あるいはこれらを組合せた形状であってもよ
い。

歯冠基材４１の上面は平坦であってもよいが、目的とす
る歯冠形状に相似の形状に成形されていることが好まし
い。

すなわち、歯冠の形状は、例えば切歯用であるか臼歯用
であるかによって大きく異なるため、切歯あるいは臼歯
と相似の形状に成形された歯冠基材４１を用いれば、リ
ン酸カルシウム系セラミックス焼結体の変形量が少なく
て済み、成形が極めて容易になる。

歯冠基材４１の材質は、歯根基材の材質として上記した
ものから選択すればよい。

このようにして形成される歯冠４は天然歯に近似した外
観を有し、また、生体親和性を有するため、審美性を高
めるためおよび歯肉上皮７２に悪影響を与えないために
、歯冠基材４１の全面を覆っていることが好ましい。

また、歯冠被覆層４５の厚さは、１μ〜５ｍｍ程度とす
ることが好ましい。

このような構成を有する歯冠４は、第４図に示される草
冠式に限らず、二重上式の外冠に適用することもできる
。

人工歯根３および歯冠４は、緩衝材５を介して接着材６
．７により接着されることが好ましい。

緩衝材５は、咀咽、歯ぎしり等の際に人工歯根３に加わ
る衝撃を緩和する作用を有する。

緩衝材５を介して歯冠４を接着することにより、歯冠４
に天然歯と同程度の動揺を保証することができる。

緩衝材５は、合成ゴム等で形成され、厚さは０．０１〜
４ｍｍ程度であることが好ましい。

接着材６．７には、通常の歯科セメントを用いればよい
。

なお、本発明の人工歯根は、第４図に示されるように歯
冠と組合せる形態で用いられる骨内インブラント等の他
、天然歯内に人工歯根を埋火する歯肉骨内インブラント
にも好適である。

また、総入れ歯用、部分入れ歯用およびフリースクンデ
ィング用のいずれにも好適である。

さらには、人工骨等各種インブラントにも好適である。

本発明の人工歯根および歯冠を使用するに際し、これら
と組合せて用いられる歯冠および人工歯根は、必ずしも
リン酸カルシウム系セラミックスの被覆を有している必
要はなく、通常の歯冠および人工歯根と組合せた場合で
も本発明の効果は実現する。

〈実施例〉以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明を更に詳細
に説明する。

［人工歯根の作製］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、５０　ｋ
ｇ／ｃｍ”にて−軸プレスしたのち、２９００　ｋｇ／
ｃｍ”でＣＩＰを行なった。

次いで、これを大気中で１０００℃で２時間仮焼したの
ち、Ａｒガス、１１００℃、２０００ａｔｍ、２時間の
条件でＨＩＰ焼成し、円筒状焼結体を得た。

得られた円筒状焼結体のコード材１２の膜厚は２ｍｍと
した。　また、平均グレインサイズは０．６ｐであり、
熱膨張率は１２Ｘ１０−’であった。

上記円筒状焼結体内部に、第４図に示されるような直径
２ｍｍ、高さ１８ｍｍで外周に突起を有するチタン製円
柱（熱膨張率８．４Ｘ１０−’）の歯根基材を嵌合した
。

さらに上記構成部材の周囲に、７００℃以上で溶融しな
い高融点のジルコニアセラミックス粉末（平均粒径０．
３ＪＩ！１１）を充填し、その周囲をシリカガラスで被
覆し、全構成部材を封入した後、ＨＩＰ法により超塑性
加工を行なった。

ＨＩＰ条件は、加工温度９００℃、加工時間３０分、加
工圧力６０　ＭＰａとした。

ＨＩＰ工程終了後、封入ガラスを削除し、ジルコニア粉
末を取り除き、人工歯根を得た。

このような成形により、歯根基材表面にヒドロキシアパ
タイト製の被覆層が厚さ１．９ｍｍに形成された。

歯根基材と被覆層との接合強度は、歯根基材−被覆接合
体を接着固定し歯根基材を引き抜く時の剥離強度で表わ
して、１００　ＭＰａであった。

また、コート材の表面粗さは１００ｐ（Ｒｍａｘ）、曲げ強度は４５０　ＭＰａであった。

なお、生体親和性の試験を、下記により行なった。

体重２．５〜２．８ｋｇの雄性成熟家兎の下顎骨に、３
Ｘ４Ｘ６ｍｍの補填穴を形成し、これに得られた人工歯
根を補填した。

手術後、６週間経過した後、非脱灰研磨標本を作成し、
人工歯根と新生骨の界面のＳＥＭ像を観察した。

この結果、新生骨が人工歯根と完全に愉看し、かつイン
ブラント孔内にも完全に入り込んでおり、極めて生体親
和性の高いことが証明された。

また、２４週後における人工歯根と母床骨との接合部の
透過電子顕微鏡による高分解能像を観察したところ、骨
細胞の配列が人工歯根と母床骨側とで全く同一であり、
境界はほとんど識別されなかった。

【歯冠の作製〕

上記と同様にして、ヒドロキシアパタイトの円筒状焼結
体を得た。

この焼結体を、前述のチタン製歯冠基材にかぶせ、歯根
の場合と同一条件でＨＩＰ法により超塑性加工を行なっ
た。　得られた人工歯冠の特性データは、上記人工歯根
の場合と、はぼ−致した。

なお、上記の芯材およびコート材と上記のセラミックス
粉とを用い、さらにセラミックス製の型を用意し、上記
のＨＩＰ条件と同一のＨＰ条件にて、前述のＨＰ法によ
る超塑性接合を行なったところ、同等程度の効果が得ら
れた。

〈発明の効果〉本発明によれば、リン酸カルシウム系等の超塑性セラミ
ックスと異種材料とが強固に接合された複合成形体が実
現し、しかも、このような接合を比較的低温で行なうこ
とができる。

得られた複合成形体あるいは生体硬組織代替体は、研削
工程による型出し仕上げをする必要がなく、従って、繰
り返し使用の際のクラックの原因となるきず付が防止さ
れると共に、研削加工では不可能な外表面の複雑な凹凸
形状を容易に形成し得る。

さらに、本発明のＨＩＰ法を用いる製造方法では、構成
材料に均一に圧力が加わるので、芯材・被覆界面に空隙
を生じることなく、また強固な接合力を有し、繰り返し
使用に際しても界面での剥離現象が起り雛い。

さらには、リン酸カルシウム系等の超塑性セラミックス
の膜厚を厚くしても剥離は生じないので膜厚を任意に設
定でき、５０−程度以下の薄いものから２ｍｍ程度以上
の厚いものまで、目的用途に応じて自由に厚さを選択す
ることが可能である。

同時に、コート材の膜厚のバラツキを抑えて一定厚のコ
ート加工が可能となり、複雑な形状のものも容易に形成
し得る。　この際、製品間の品質のバラツキも少ない。

また、ＨＩＰ時ないしＨＰ時に、生体硬組織代替体材料
周囲に充填するセラミックス粉末等の粒度により製品表
面の粗さを任意に調製し得る。

また、芯材の形状を加工するのみで、それと類似する単
純な形状のコート材セラミックスをそれに嵌着するのみ
で、機械的加工を省略して成形、接合、表面処理を一工
程で行なうことができるので作業効率や生産効率が高ま
る。

さらには、多数個を同時に処理することができ、大量生
産も容易となるのでコストを低減し得る。

以上、本発明の複合形成体の製造方法は、機械的強度、
生体親和性および成形体が高い人工歯根や歯冠等の生体
硬組織代替体を、低コストにて提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、それぞれ複合成形体の製造方法およ
び生体硬組織代替体の製造工程を説明するための斜視図
であり、第４図は、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とを示す断面図である。３１・・・歯根基材３５・・・歯根被覆層３３・・・突起４・・・歯冠４１・・・歯冠基材４５・・・歯冠被覆層５・・・緩衝材６．７・・・接着材７１・・・歯槽骨７２・・・歯肉上皮７３・・・上皮子結合組織符号の説明１・・・複合成形体１１・・・芯材１２・・・コート材２３・・・セラミックス粉２４・・・封入用ガラス３・・・人工歯根

Claims

【特許請求の範囲】

（１）超塑性セラミックスと異種材料とを、超塑性加工
により接合して複合成形体を得るにあたり、熱間静水圧プレス法を用いて接合することを特徴とする
複合成形体の製造方法。
（２）前記異種材料から形成された芯材上に、前記超塑
性セラミックスの被覆を接合する請求項１に記載の複合
成形体の製造方法。
（３）前記芯材は、前記複合成形体とほぼ同一の形状に
加工が施されており、この芯材に前記超塑性セラミック
スを被嵌して、セラミックス粉を介して熱間静水圧プレ
スする請求項１または２に記載の複合成形体の製造方法
。
（４）前記超塑性セラミックスがリン酸カルシウム系セ
ラミックスである請求項１ないし３のいずれかに記載の
複合成形体の製造方法。
（５）超塑性セラミックスと異種材料とを、超塑性加工
により接合して複合成形体を得るにあたり、前記異種材料を加工して、前記複合成形体とほぼ同一の
形状の芯材を得、この芯材に前記超塑性セラミックスを
被嵌して熱間プレスして接合することを特徴とする複合
成形体の製造方法。
（６）前記芯材に被嵌した前記超塑性セラミックスを、
セラミックス粉を介して熱間プレスする請求項５に記載
の複合成形体の製造方法。
（７）前記超塑性セラミックスがリン酸カルシウム系セ
ラミックスである請求項５または６に記載の複合成形体
の製造方法。
（８）請求項４または７に記載の製造方法によって製造
された複合成形体であって、少なくとも一部が生体内に留置して用いられることを特
徴とする生体硬組織代替体。
（９）人工歯根または人工歯冠である請求項８に記載の
生体硬組織代替体。