JPH05154191A - Bioactive implant and production thereof - Google Patents

Bioactive implant and production thereof

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JPH05154191A
JPH05154191A JP3318876A JP31887691A JPH05154191A JP H05154191 A JPH05154191 A JP H05154191A JP 3318876 A JP3318876 A JP 3318876A JP 31887691 A JP31887691 A JP 31887691A JP H05154191 A JPH05154191 A JP H05154191A
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ceramic
ceramics
ceramic material
bioactive
substrate
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Tooru Nonami
亨 野浪
Hiroyasu Noma
弘康 野間
Shinya Nakajima
信也 中島
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TDK Corp
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Abstract

PURPOSE:To prevent the deformation of a metallic base body at the time of firing ceramics and to improve the density and strength of the ceramics by enhancing the bioactivity of the ceramics and attaining the lower-temp. firing of the material. CONSTITUTION:A bioactive ceramic material which has a non-calcium phosphate type compsn. consisting essentially of at least one kind of an alkaline earth metal oxide or alkaline metal oxide and SiO2 and can form HAP in an aq. soln. contg. P ions and Ca ions is used as the ceramic material of the bioimplant formed by laminating a ceramic layer on the metallic base body. In addition, the bioactive ceramic power is formed as fine powder having >=10m<2>/g BET value. As a result, the ceramic layer having the properties of <=1200 deg.C firing temp. and >=30MPa peeling strength is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は人工骨、人工歯根、人工
関節等に応用可能な生体活性インプラントに関するもの
であり、更に詳しくは、優れた生体活性を示す非燐酸カ
ルシウム系セラミックス材料を用い、これを金属等の基
体に複合したインプラントである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to bioactive implants applicable to artificial bones, artificial tooth roots, artificial joints and the like. It is an implant that combines this with a substrate such as a metal.

【0002】[0002]

【従来の技術】これまで、人工骨、人工歯根、人工関節
等に用いられるの生体活性インプラントとしては、ステ
ンレス鋼、金属チタン、ニッケル・コバルト合金などの
金属類やアルミナ、ジルコンなどのセラミックスが用い
られてきた。
2. Description of the Related Art Until now, bioactive implants used for artificial bones, artificial tooth roots, artificial joints, etc. have been made of metals such as stainless steel, metallic titanium, nickel-cobalt alloys, and ceramics such as alumina and zircon. It has been

【0003】しかしながら、これらの材料は、骨等生体
組織と直接結合し同質一体化する性質(生体活性)を有
しないために、埋入手術後、繰り返し応力がかかる状況
下で時間が経過すると、骨とインプラントの境界面で隙
間を生じ、固定力が低下してぐらつきの原因にもなるこ
とがある。更に、これにより骨の吸収が生じ骨部を損な
うと共に脱落の恐れも生じうる。
[0003] However, since these materials do not have the property (bioactivity) to directly bond with living tissues such as bones and integrate homogeneously with them, after the implantation surgery, when time passes under conditions where stress is applied repeatedly, A gap may occur at the interface between the bone and the implant, which may reduce the fixation force and cause wobble. Furthermore, this may cause bone resorption, damage to the bone, and the risk of falling off.

【0004】これに対し、骨や歯の組成と類似した燐酸
カルシウム系材料は、生体活性を有し、生体内で経時的
に骨と同質一体化し直接結合するので、優れた生体親和
性、結合安定性を有する。
[0004] On the other hand, calcium phosphate-based materials, which have a composition similar to that of bones and teeth, have bioactivity and are homogeneously integrated with bones in the living body over time to directly bond with them. Has stability.

【0005】この為、最近では、水酸アパタイト(HA
P)、燐酸三カルシウム(TCP)、バイオガラス等を
主体とした燐酸カルシウム系セラミックスを用いたイン
プラントが注目されるようになってきた。
For this reason, recently, hydroxyapatite (HA
P), tricalcium phosphate (TCP), bioglass, and other calcium phosphate-based ceramics are attracting attention.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
HAP等の燐酸カルシウム系セラミックスも新性骨と直
接結合する特徴を有するが、これらの材料によっても未
だ新生骨の成長、成熟、材料との結合には時間がかか
り、早期治癒には十分といえるものではなかった。
However, although the calcium phosphate-based ceramics such as HAP described above also have the characteristic of directly bonding with new bone, these materials still do not support the growth and maturation of new bone, and the bonding with other materials. However, it was not enough for early cure.

【0007】また、金属やアルミナ、ジルコニア等の金
属酸化物系セラミックスに比べ、機械的強度が低いた
め、セラミックス単体としては、極めて適用範囲が制限
されるという欠点があった。
[0007] In addition, since the mechanical strength is lower than that of metals, alumina, zirconia, and other metal oxide ceramics, there is a drawback that the range of application as a single ceramic is extremely limited.

【0008】また、強度補完のために金属等の高強度材
料に燐酸カルシウム系セラミックスを積層し複合化した
インプラントも特公昭58−39533等で提案されて
いるが、燐酸カルシウム系セラミックスの強度が弱いた
めに、剥離、カケの問題があった。
[0008] In order to supplement strength, an implant made by laminating calcium phosphate ceramics on a high-strength material such as metal has also been proposed in Japanese Patent Publication No. 58-39533, etc., but the strength of the calcium phosphate ceramics is weak. Therefore, there were problems of peeling and chipping.

【0009】更に従来、生体活性を示すセラミックス材
料は生体組織と同じ燐酸カルシウム系化合物を基本とす
る組成でなければならないと、信じられていた為に組成
の選択範囲が限られ、必ずしも十分な物性改善を行う事
ができなかった。
Furthermore, conventionally, it has been believed that a ceramic material exhibiting bioactivity must have a composition based on the same calcium phosphate compound as that used in living tissue. Couldn't improve.

【0010】本発明者等は、上記問題点に鑑み生体セラ
ミックス材料について種々研究を重ねた結果、CaO,
SiO2 を含むセラミックスは非燐酸カルシウム系セラ
ミックスでありながら、意外にも良好な生体活性を示す
ことを発見し、先にこれを出願した(特開平3−901
52、特願平2−131191)。
In view of the above problems, the inventors of the present invention conducted extensive research on bioceramics materials, and found that CaO,
We have found that ceramics containing SiO2 , although non-calcium phosphate ceramics, exhibit unexpectedly good bioactivity, and have previously filed a patent application (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 3-901).
52, Japanese Patent Application No. 2-131191).

【0011】しかし、セラミック材料ペーストをチタン
等の金属基体の上に塗布、焼成してインプラントを形成
する方法では、セラミックス材料の焼成温度が金属基体
の融点を超えると基体の変形、強度の低下等の問題点を
生じるという問題点もあった。
[0011] However, in the method of forming an implant by coating a ceramic material paste on a metal substrate such as titanium and firing it, if the firing temperature of the ceramic material exceeds the melting point of the metal substrate, deformation of the substrate, reduction in strength, etc. occur. There was also the problem of causing the problem of

【0012】上記非燐酸カルシュウム系セラミックス材
料は、高い機械的強度を持たせしめる為には、一般に1
000°Cを超える焼成温度を有するため、1000°
C近傍に融点を有する金属材料上に焼き付ける為には、
困難も伴った。
In order to impart high mechanical strength to the non-calcium phosphate ceramic material, generally 1
1000°C because it has a firing temperature of over 000°C
In order to bake on a metal material having a melting point near C,
It was also difficult.

【0013】即ち、金属基体の融点以下の焼成では、セ
ラミックスの密度が上がらず材料自体の有する強度が得
られず、当該融点以上の焼結では、強度は得られるが基
体の変形の恐れがあった。
[0013] That is, sintering below the melting point of the metal substrate does not increase the density of the ceramics and does not provide the strength of the material itself. rice field.

【0014】本発明は上記の従来のインプラントが持つ
欠点を克服し、優れた生体活性と強度を有するインプラ
ントを提供する事を目的とする。
[0014] An object of the present invention is to overcome the drawbacks of the conventional implants described above and to provide an implant having excellent bioactivity and strength.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、金属等
の基体表面にセラミックスを積層して成る生体インプラ
ントにおいて、当該外表面を構成するセラミックスがア
ルカリ土類金属酸化物およびアルカリ金属酸化物よりな
る群から選ばれた少なくとも一種以上の金属酸化物と、
SiO2 を必須成分とする非燐酸カルシウム系組成を有
し、Caイオン、Pイオンを含有する水溶液中で表面に
燐酸カルシウム系化合物を析出しえる生体活性セラミッ
クス材料から成り、当該セラミックス材料の焼成温度が
500°C以上、且つ当該金属基体の軟化点以下であ
り、当該セラミックス材料の剥離強度が30MPa以上
である事を特徴とする生体活性セラミックインプラント
である。
Means for Solving the Problems That is, the present invention provides a biological implant comprising ceramics laminated on the surface of a substrate such as a metal, in which the ceramics constituting the outer surface are alkaline earth metal oxides and alkali metal oxides. At least one metal oxide selected from the group consisting of
A bioactive ceramic material having a non-calcium phosphate composition containing SiO 2 as an essential component and capable of depositing a calcium phosphate compound on the surface in an aqueous solution containing Ca ions and P ions, and a firing temperature of the ceramic material. is 500° C. or higher and lower than the softening point of the metal substrate, and the peel strength of the ceramic material is 30 MPa or higher.

【0016】また本発明のインプラントは、特に、下記
の構成を好ましい特徴として有しうるものである。即
ち、前該セラミックス材料の焼成温度が800°C〜1
200°Cである事。セラミックスの結晶粒径が0.0
1〜2μmである事。
[0016] The implant of the present invention may particularly have the following configuration as preferred features. That is, the firing temperature of the ceramic material is 800°C to 1
Must be 200°C. Crystal grain size of ceramics is 0.0
1 to 2 μm.

【0017】また前記セラミックの組成については、実
質的に燐を含有しない組成である事。そして、前記アル
カリ土類金属酸化物がCaOを必須成分とする組成であ
るか、またはBaO,MgO,SrOの少なくとも一種
であり、且つCaOを実質的に含まない組成であるこ
と。
[0017] The composition of the ceramic should be substantially free of phosphorus. Further, the alkaline earth metal oxide has a composition containing CaO as an essential component, or contains at least one of BaO, MgO and SrO and does not substantially contain CaO.

【0018】また本発明は、上記インプラントの製造方
法として,金属等の基体表面に、アルカリ土類金属酸化
物またはアルカリ金属酸化物の少なくとも一種以上の金
属酸化物と、SiO2 を必須成分とする非燐酸カルシウ
ム系組成よりなるセラミック材料粉ペーストを塗布し、
500°C以上、且つ当該金属基体の軟化点以下温度範
囲で焼き付けた事を特徴とする生体活性セラミックイン
プラントの製造方法を含むものであり、特に、セラミッ
クス材料粉のBET値が10m2 /g以上であり、セラ
ミックス材料粉が液相合成法より製造された事が好まし
い。
[0018] The present invention also provides a method for producing the above implant, wherein the surface of a substrate such as a metal is coated with at least one metal oxide selected from alkaline earth metal oxides and alkali metal oxides, and SiO 2 as essential components. Applying a ceramic material powder paste composed of a non-calcium phosphate composition,
It includes a method for producing a bioactive ceramic implant characterized by firing at a temperature range of 500° C. or higher and below the softening point of the metal substrate, and in particular, the BET value of the ceramic material powder is 10 m 2 /g or higher. , and the ceramic material powder is preferably produced by a liquid phase synthesis method.

【0019】[0019]

【作用】本発明では、セラミックス材料として、従来の
燐酸カルシウム系焼結セラミックスを用いず、アルカリ
土類金属酸化物またはアルカリ金属酸化物の少なくとも
一種以上とSiO2 を含有する組成から成るセラミック
スを用い、かつ当該セラミックス原材料粉末の微細化に
より、活性を高め、金属基体の融点以下に焼成温度を低
下させる。
In the present invention, instead of using conventional calcium phosphate sintered ceramics, ceramics composed of a composition containing at least one of alkaline earth metal oxides or alkali metal oxides and SiO 2 are used as the ceramic material. Further, by miniaturizing the ceramic raw material powder, the activity is enhanced and the firing temperature is lowered below the melting point of the metal substrate.

【0020】これにより、金属基体の変形を伴わず焼き
付け等のが可能となる。
[0020] As a result, baking or the like can be performed without deforming the metal substrate.

【0021】また低温焼成化によりセラミックス層の結
晶粒径、結晶化度を低下させ生体骨との親和性を高め
る。
[0021] Further, the low-temperature sintering reduces the crystal grain size and crystallinity of the ceramic layer and enhances the compatibility with living bones.

【0022】〔具体的構成〕以下本発明の具体的構成を
説明する。
[Concrete Construction] The concrete construction of the present invention will be described below.

【0023】〔基体材料〕本発明のインプラントは棒状
等の基体上にインプラント外表面を構成するセラミック
スを積層・複合化した構造を有する。
[Substrate Material] The implant of the present invention has a structure in which ceramics forming the outer surface of the implant are laminated and combined on a substrate such as a rod.

【0024】ここで用いられる基体材料は、生体に為害
性が無く、一定以上の強度(通常500MPa以上)が
あれば特に制限はないが、一般に金属チタン、チタン合
金、ステンレス鋼、ニッケル−コバルト合金、コバルト
−クロム合金、純タンタル等が用いられる。
The substrate material used here is not particularly limited as long as it is harmless to living organisms and has a certain level of strength (usually 500 MPa or more). , cobalt-chromium alloy, pure tantalum, and the like are used.

【0025】生体親和性の点では、金属チタン、チタン
合金が好ましいが、セラミックスを焼き付ける為には、
融点は高いものがより好ましい。
From the viewpoint of biocompatibility, titanium metal and titanium alloys are preferable.
Those having a high melting point are more preferable.

【0026】〔セラミックス材料〕本発明に用いられる
セラミックス材料は、アルカリ土類金属酸化物またはア
ルカリ金属酸化物の少なくとも一種以上とSiO2 を含
有する組成から成るセラミック材料であり、且つ基本成
分として燐を実質的に含有しない非燐酸カルシウム系セ
ラミック材料である。
[Ceramic Material] The ceramic material used in the present invention is a ceramic material comprising a composition containing at least one of alkaline earth metal oxides or alkali metal oxides and SiO 2 , and containing phosphorus as a basic component. is a non-calcium phosphate ceramic material that does not substantially contain

【0027】そして、本材料は、非燐酸カルシウム系で
ありながら生体活性を示し、Caイオン、Pイオンを含
有する水溶液(例えば体液、擬似体液)と接触した場
合、その接触面において燐酸カルシウム系化合物例えば
水酸アパタイト(HAP)を生成することを特徴とす
る。
[0027] The present material exhibits bioactivity in spite of being non-calcium phosphate, and when it comes into contact with an aqueous solution containing Ca ions and P ions (for example, body fluids, simulated body fluids), the calcium phosphate-based compound For example, it is characterized by producing hydroxyapatite (HAP).

【0028】これにより、生体内に移植した場合、体液
と反応して生体骨との接触面に生体親和性の良好なHA
Pが迅速、均一に析出し、新生骨の生成を促進する。
[0028] Thus, when implanted in vivo, the HA having good biocompatibility reacts with body fluids to the contact surface with living bones.
P precipitates rapidly and uniformly, promoting new bone formation.

【0029】特に、ここで生成されたHAPは、通常の
焼結法でえられたHAPと異なり、極めて結晶化度が低
く、生体骨と近似した構造を有するため、新生骨の生
成、成熟が早く、またインプラントとの結合も迅速とな
る。
[0029] In particular, the HAP produced here has an extremely low degree of crystallinity, unlike HAP obtained by a conventional sintering method, and has a structure resembling that of living bone, so that the formation and maturation of new bone are facilitated. Faster and quicker connection with the implant.

【0030】しかも、このようにして形成された生体骨
との結合部分は、組成中の成分が濃度勾配を形成し、結
晶的にもインプラントと生体骨の間で連続したものとな
っているので、非常に強固な結合を生じる。
[0030] Moreover, the components in the composition form a concentration gradient in the joint portion with the living bone thus formed, and the implant and the living bone are continuous in terms of crystallinity. , resulting in a very strong bond.

【0031】これに対し、従来の焼結HAPからなるイ
ンプラントは表面に燐酸カルシウム系化合物を析出する
ことが無く、また骨との結晶化度も異なるので、新生骨
の生成は不均一で遅く、早期固定が弱いものとなる。
In contrast, conventional implants made of sintered HAP do not deposit a calcium phosphate compound on the surface, and the degree of crystallinity is different from that of bone. Early fixation becomes weak.

【0032】〔セラミックスの低温焼成化〕本発明で
は、金属等の基体上にセラミックスを焼き付け等で積層
する為、基体材料の融点以下にセラミックスの焼成温度
を抑えることが重要である。
[Low-Temperature Firing of Ceramics] In the present invention, since ceramics are laminated on a substrate such as a metal by baking or the like, it is important to suppress the firing temperature of the ceramics below the melting point of the substrate material.

【0033】例えば、主な金属材料の溶融温度としては
金属チタンでは1668°C、Ti−6Al−4V合金
では1650°C、ステンレス鋼では1400°C,ニ
ッケル合金では1300°C、である。
For example, the melting temperatures of major metal materials are 1668° C. for titanium metal, 1650° C. for Ti-6Al-4V alloy, 1400° C. for stainless steel, and 1300° C. for nickel alloy.

【0034】従って、セラミックスの焼成温度は120
0°C以下、好ましくは1000°C以下にする事が好
ましい。
Therefore, the sintering temperature of ceramics is 120°C.
It is preferable to set the temperature to 0°C or less, preferably 1000°C or less.

【0035】低温焼成化の方法としては、後述の組成を
調整する方法のほか、原料粉末の微細化等によりセラミ
ックスの活性度を高める方法、セラミックス粉末に低融
点のガラスフリットを混合して焼成温度を低下する方法
が有効である。
As a method for low-temperature firing, in addition to the method of adjusting the composition described later, there is a method of increasing the activity of the ceramics by making the raw material powder finer, etc. is effective.

【0036】これらは別個に用いることも出来るが、相
互組み合わせて実施するのが好ましい。
[0036] These can be used separately, but they are preferably used in combination with each other.

【0037】セラミックスの活性度を高める方法として
は、原料粉末の微細化を行う方法、セラミックス原料粉
の表面を酸処理し活性化する方法等がある。
[0037] As a method for increasing the activity of ceramics, there are a method of refining the raw material powder, a method of acid-treating the surface of the ceramic raw material powder for activation, and the like.

【0038】原料粉末の微細化としては、セラミックス
の原料粉末粉径をBET値粒度で好ましくは5m2 /g
以上、より好ましくは10 〜200m2 /gの範囲に
する。
For the refinement of the raw material powder, the powder size of the ceramic raw material powder is preferably 5 m 2 /g in terms of BET value particle size.
As mentioned above, it is more preferably in the range of 10 to 200 m 2 /g.

【0039】ここで、前記範囲より粒径が大きくBET
値が低いと低温焼成化が図られ難く、逆に前記範囲より
粒径が小さくBET値が高いと製造が通常困難となるた
めである。
Here, the BET having a particle size larger than the above range
This is because when the value is low, it is difficult to achieve low-temperature firing, and on the contrary, when the particle size is smaller than the above range and the BET value is high, production usually becomes difficult.

【0040】また、活性を高めるうえでは、セラミック
ス材料粉末が微細であるとともに、均一であることがよ
り好ましい。
[0040] In order to enhance the activity, it is more preferable that the ceramic material powder is fine and uniform.

【0041】上記のような材料粉末を焼成前に塩酸等で
酸処理し、表面の活性を高めることを行っも良い。
[0041] The material powder as described above may be acid-treated with hydrochloric acid or the like before firing to increase surface activity.

【0042】また他にも、低融点ガラスフリットをセラ
ミックス粉末に混合してマトリックス状態にし、焼成温
度を低下させる方法も有効である。
Another effective method is to mix a low-melting-point glass frit with ceramic powder to form a matrix, and lower the firing temperature.

【0043】この方法は、セラミックス粉末と低融点ガ
ラスフリットを水等の溶媒で混合してペースト化し、こ
れを基体に塗布、焼成して溶着するものである。
In this method, ceramic powder and low-melting-point glass frit are mixed with a solvent such as water to form a paste, which is then applied to a substrate and fired to weld.

【0044】しかし、ガラスの添加は焼成温度の低下に
は有効であるが、生体活性を低下させる傾向があるの
で、生体活性の点では上記のセラミックスの活性度を高
める方法がより好ましい。
However, although the addition of glass is effective in lowering the firing temperature, it tends to lower the bioactivity. Therefore, from the viewpoint of bioactivity, the method of increasing the activity of the ceramics is more preferable.

【0045】焼成温度は、ガラスの軟化温度以上で通常
400〜1000°Cで行なう。
The firing temperature is usually 400 to 1000° C., which is higher than the softening temperature of the glass.

【0046】ガラスとしては、例えば、シリカ系、ホウ
酸塩系、ケイ酸塩系、ホウケイ酸塩系、リン酸塩系等の
ものが挙げられ、特にホウケイ酸塩系ガラスは処理温度
が適当なので好ましい。
Examples of the glass include silica-based, borate-based, silicate-based, borosilicate-based, and phosphate-based glasses. preferable.

【0047】ガラスの配合量は、被覆材料全量に対し通
常5〜80重量%、好ましくは15〜60重量%の割合
で配合される。この配合量が上記範囲未満では、被着性
が低下し、これを越えると生体活性を低下させる。
The amount of glass to be blended is usually 5-80% by weight, preferably 15-60% by weight, based on the total amount of the coating material. If the blending amount is less than the above range, the adhesiveness is lowered, and if it exceeds the range, the bioactivity is lowered.

【0048】〔セラミックス材料の合成方法〕本発明に
用いるセラミックス材料粉末は乾式合成法、湿式合成法
等により合成することができるが、微細で均一な粉末を
生成する為には、噴霧熱分解法、共沈法や沈澱法等の液
相合成法、アルコキシド法、ゾルゲル法等の方法を用い
るのが好ましい。
[Method for Synthesizing Ceramic Material] The ceramic material powder used in the present invention can be synthesized by a dry synthesis method, a wet synthesis method, or the like. , a liquid phase synthesis method such as a coprecipitation method or a precipitation method, an alkoxide method, a sol-gel method, or the like is preferably used.

【0049】即ち、噴霧熱分解法は、所望組成に調整
したセラミックス成分イオンを含む水溶液をガスまたは
超音波振動子により霧化し、これを加熱し合成を行うも
のであり、球状、中空の微細粒子を得ることができる。
また、得られた中空粒子を更に粉砕し、BET値を高め
ることも好ましい。
That is, in the spray pyrolysis method, an aqueous solution containing ceramic component ions adjusted to a desired composition is atomized by gas or an ultrasonic vibrator, and this is heated to synthesize fine spherical, hollow particles. can be obtained.
It is also preferable to further pulverize the obtained hollow particles to increase the BET value.

【0050】共沈法は、各セラミックス成分イオンを
水溶液状態で均一混合した後、溶解度の差を利用して化
学的に混合成分を同時に固相として析出させるものであ
り、成分純度が高く、60m2 /g以上の微粒子を得る
事が出来る。
The coprecipitation method involves uniformly mixing ceramic component ions in an aqueous solution and then chemically depositing the mixed components simultaneously as a solid phase by utilizing differences in solubility. Fine particles of 2 /g or more can be obtained.

【0051】アルコキシド法は、Caアルコキシドや
Siアルコキシド等を混合し、各セラミックス成分を含
むアルコキシド溶液を用意し、これを加水分解反応させ
て合成するものであり、高純度でBET値の大きい微細
粒子を得ることができる。
In the alkoxide method, Ca alkoxide, Si alkoxide, etc. are mixed, an alkoxide solution containing each ceramic component is prepared, and this is hydrolyzed to synthesize fine particles of high purity and large BET value. can be obtained.

【0052】ゾルゲル法は、所望成分を水溶液で混合
しゾル状態とし、それを脱水しゲル化し、仮焼して酸化
物とするものである。
In the sol-gel method, desired components are mixed in an aqueous solution to form a sol, dehydrated to gel, and calcined to form an oxide.

【0053】〔セラミックス材料組成〕本発明に使用す
るセラミックス材料の代表的セラミックス組成として
は、アルカリ土類金属酸化物またはアルカリ金属酸化物
の少なくとも一種以上とSiO2 を重量比で1:4ない
し6:1の範囲に有るものであり、好ましくは1:3な
いし2:1の範囲のものである。この範囲外では、生体
親和性または強度が低下するためである。
[Ceramic Material Composition] A representative ceramic composition of the ceramic material used in the present invention is at least one of alkaline earth metal oxides or alkali metal oxides and SiO 2 at a weight ratio of 1:4 to 6. :1, preferably 1:3 to 2:1. This is because biocompatibility or strength decreases outside this range.

【0054】本組成において、SiO2 の添加量を増加
させることにより、熱膨張係数を増加させることができ
る。これにより金属基体の熱膨張係数との整合を図るの
が好ましい。
In this composition, the coefficient of thermal expansion can be increased by increasing the amount of SiO 2 added. It is preferable to achieve matching with the thermal expansion coefficient of the metal base.

【0055】前記の金属基体上にセラミックス材を積層
する場合、SiO2の含有量をセラミックス組成全体に
対し30〜75重量%の範囲、好ましくは35〜70重
量%の範囲で含有させる事により熱膨張係数の比を0.
5〜1.5の範囲に制御する事ができる。
When the ceramic material is laminated on the metal substrate, the content of SiO 2 is in the range of 30 to 75% by weight, preferably in the range of 35 to 70% by weight, based on the total ceramic composition. The expansion coefficient ratio is set to 0.0.
It can be controlled in the range of 5 to 1.5.

【0056】アルカリ土類金属酸化物としては、主にC
aO,MgO,SrO,BaO等の中から1種もしくは
2種以上が選ばれ、好ましくはCaO,MaOの中から
選ばれる。
As alkaline earth metal oxides, C
One or more of aO, MgO, SrO, BaO and the like are selected, preferably CaO and MaO.

【0057】{CaO必須組成}アルカリ土類金属酸化
物の中では、析出するHAP成分を含むCaOを必須成
分としたものが生体活性、強度、製造の容易さの点で好
ましい。
{Essential composition of CaO} Among the alkaline earth metal oxides, those containing CaO containing the HAP component that precipitates as an essential component are preferred from the standpoints of bioactivity, strength, and ease of production.

【0058】特に、セラミックス組成中にCaOを20
〜90重量%、特に30〜70重量%含有するものが好
ましい。
In particular, 20% CaO is added to the ceramic composition.
Those containing ∼90% by weight, particularly 30 to 70% by weight, are preferred.

【0059】またCaOを必須成分とし、その一部にM
gO,SrO,BaO等の他のアルカリ土類金属酸化物
を用いることもでき、特にMgOの含有は、低温焼成化
と共に熱膨張係数の調整に寄与し好ましい。
CaO is an essential component, part of which is M
Other alkaline earth metal oxides such as gO, SrO, and BaO can also be used, and inclusion of MgO is particularly preferable because it contributes to low-temperature firing and adjustment of the coefficient of thermal expansion.

【0060】即ち、(1−x)CaO・xMgO・2S
iO2 で示される組成において、xを増加させると熱膨
張係数が減少し、xを低下させると熱膨張係数が増大す
る。
(1-x)CaO.xMgO.2S
In compositions denoted by iO 2 , increasing x decreases the coefficient of thermal expansion, and decreasing x increases the coefficient of thermal expansion.

【0061】MgOの含有量は、好ましくは、セラミッ
クス組成中に0.1〜60重量%の範囲で含有させる。
The content of MgO is preferably in the range of 0.1 to 60% by weight in the ceramic composition.

【0062】特に低温焼成化を図る場合には0.1〜3
5重量%の範囲が好ましく、またCaOを主体とする材
料系では、例えばCaO=10〜88重量%、MgO=
2〜35重量%、SiO2 =10〜80重量%、好まし
くはCaO=18〜47重量%、MgO=10〜25重
量%、SiO2 =37〜68重量%の範囲が好ましい。
0.1 to 3, especially when low-temperature firing is desired.
A range of 5% by weight is preferable.
2-35% by weight, SiO2 = 10-80% by weight, preferably CaO = 18-47% by weight, MgO = 10-25% by weight, SiO2 = 37-68% by weight.

【0063】{CaOを含有しない組成系}当初は、セ
ラミックス上でのHAPの生成については、HAP成分
を含むCaOの存在が不可欠と考えられた。しかし、そ
の後の研究により意外にもCaOを含まない組成系にお
いてもHAPの生成能があることを発見した。また、こ
の組成系においても従来の燐酸カルシウム系セラミック
ス以上の生体活性を示すことが判った。
{CaO-Free Composition System} Initially, the presence of CaO containing HAP components was considered essential for the formation of HAP on ceramics. However, in subsequent research, it was unexpectedly discovered that even a composition system containing no CaO has the ability to generate HAP. In addition, it was found that this composition system also exhibited bioactivity higher than that of conventional calcium phosphate-based ceramics.

【0064】即ち、CaOにかえて、MgO,SrO,
BaO等の他のアルカリ土類金属酸化物および/または
アルカリ金属酸化物の少なくとも一種以上の金属酸化物
を用いることも可能であり、この場合、CaOを実質的
に含有しない組成とすることも可能である。
MgO, SrO,
It is also possible to use at least one or more metal oxides of other alkaline earth metal oxides such as BaO and/or alkali metal oxides, and in this case, it is possible to have a composition that does not substantially contain CaO. is.

【0065】MgO,SrO,BaO等の他のアルカリ
土類金属酸化物を用いる場合には、その含有量はは、セ
ラミックス組成中に0.1〜90重量%の範囲で用いら
れ、合計量としてセラミックス組成中に20〜90重量
%、特に30〜70重量%含有するものが好ましい。
When other alkaline earth metal oxides such as MgO, SrO and BaO are used, their content is in the range of 0.1 to 90% by weight in the ceramic composition, and the total amount is It is preferable to contain 20 to 90% by weight, particularly 30 to 70% by weight in the ceramic composition.

【0066】また、上記のアルカリ土類金属酸化物にか
えて、またはその一部にアルカリ金属酸化物を用いるこ
とができる。
Alkali metal oxides may be used in place of or as part of the alkaline earth metal oxides.

【0067】この場合は、主としてNa2 O,K2 O,
Li2 Oの中から1種もしくは2種以上が選ばれ、好ま
しくはCaO,MgOへの添加組成として用いられる。
In this case, mainly Na 2 O, K 2 O,
One or more of Li 2 O is selected and preferably used as an additive composition to CaO and MgO.

【0068】この場合のアルカリ土類金属酸化物の含有
量は、セラミックス組成中に0.1〜90重量%の範囲
で用いられ、合計量としてセラミックス組成中に0.1
〜70重量%、特に50重量%以下の範囲が強度、生体
活性の点で好ましい。
In this case, the content of the alkaline earth metal oxide is in the range of 0.1 to 90% by weight in the ceramic composition, and the total amount in the ceramic composition is 0.1%.
A range of up to 70% by weight, particularly 50% by weight or less is preferable from the viewpoint of strength and bioactivity.

【0069】{組成領域例}本発明で用いるセラミック
ス組成は、アルカリ土類金属酸化物を含有する材料系で
は、例えば、ディオプサイト(Diopside:(C
a,Mg)O−MgO−2SiO2 特に2SIO2 −C
aO−MgO)、ウオラトナイト(Wollaston
ite:β−(Ca,Mg)O−SiO2 特にCaO−
SiO2 )、エーライト(alite:3CaO−Si
O)、ベライト(belite:2CaO−Si
2 )、アーケルマナイト(Akermanite:2
CaO−MgO−2SiO2 )、モンチセライト(Mo
nticellite:CaO−MgO−SiO2 )、
ホルステライト(Forsterite:2(Mg,C
a)O−SiO2 )、プロトエンスタタイト(Prot
oenstatite:((Mg,Ca)O−Si
2 ))、トリジマイト(Tridymite:SiO
2 )などの領域に属するセラミックス材料を挙げること
ができる。
{Example of composition region} The ceramic composition used in the present invention is, for example, Diopside (C
a, Mg)O-MgO- 2SiO2 , especially 2SIO2 - C
aO-MgO), wollastonite (Wollaston
ite: β-(Ca, Mg)O- SiO2 , especially CaO-
SiO2 ), alite (3CaO-Si
O), belite (2CaO-Si
O 2 ), Akermanite: 2
CaO-MgO- 2SiO2 ), monticelite (Mo
nticellite: CaO-MgO- SiO2 ),
Forsterite: 2 (Mg, C
a) O-- SiO2 ), protoenstatite (Prot
oenstatite: ((Mg, Ca) O—Si
O 2 )), Tridymite: SiO
2 ) and other ceramics materials belonging to the area.

【0070】CaOを必須とする材料系では、好ましい
のはディオプサイト、ウオラトナイト、エーライト、ベ
ライト、アーケルマナイト、モンチセライトの各領域の
ものであり、中でも特に比較的低温で焼結しうるディオ
プサイト領域のもの、ウオラトナイト領域のものを主体
とするセラミックスは強度も高く好ましい。
Among the material systems essentially containing CaO, preferred are those in the regions of diopsite, woratonite, alite, bellite, arkermanite and monticerite, among which sinterability is possible at relatively low temperatures. Ceramics mainly composed of a diopsite region or a woratonite region are preferable because of their high strength.

【0071】また、CaOを含有しない材料系ではホル
ステライト領域のものが好ましい。
[0071] In the material system containing no CaO, those in the forsterite region are preferred.

【0072】尚、上記の好ましい組成領域のセラミック
ス材料のみならず、前記の他の化合物との混合物も用い
る事ができる。
[0072] In addition to the ceramic materials in the preferred composition range described above, mixtures with other compounds described above can also be used.

【0073】アルカリ金属酸化物を含有する材料系で
は、SiO2 −K2 O,SiO2 −Li2 O−MgO,
SiO2 −Li2 O−TiO2 ,SiO2 −TiO2
CaO,SiO2 −Na2 O系等の組成系のものがあ
る。
Materials containing alkali metal oxides include SiO 2 --K 2 O, SiO 2 --Li 2 O--MgO,
SiO2 -Li2O- TiO2 , SiO2 - TiO2-
There are compositions based on CaO, SiO2 - Na2O , and the like.

【0074】特に低温焼成できるのは、SiO2 −K2
O,SiO2 −Na2 O系のものである。
SiO 2 -K 2 can be particularly fired at a low temperature.
O, SiO2 - Na2O system.

【0075】本発明で用いるセラミックスには、前記し
た成分の他に、必要に応じて所望の物性を損なわない程
度の量、通常は5重量%以下の範囲で任意成分、例えば
TiO2 ,ZnO,B2 3 ,FeO,ZrO2 等を配
合する事ができる。
In addition to the above components, the ceramics used in the present invention may contain optional components such as TiO 2 , ZnO, B 2 O 3 , FeO, ZrO 2 and the like can be blended.

【0076】特に、TiO2 等金属基体材料の酸化物を
セラミック中に含有せさることにより金属基体及び中間
層との接合強度の向上を図ることもできる。
In particular, by incorporating an oxide of a metal base material such as TiO 2 into the ceramic, it is possible to improve the bonding strength between the metal base and the intermediate layer.

【0077】但し、Al2 3 の含有は生体活性を低下
する傾向があるので余り好ましくない。
However, the inclusion of Al 2 O 3 tends to lower the bioactivity, so it is not very preferable.

【0078】〔積層方法〕金属基体へのセラミックスの
積層方法としては、例えば、焼付け法等が好適に用いら
れる。
[Lamination Method] As a method for laminating ceramics on a metal substrate, for example, a baking method or the like is preferably used.

【0079】即ち、前記のセラミックス材料粉末に有機
樹脂等のバインダ成分やアルコ−ル類の溶媒成分を混合
し、ペ−スト化し、このペ−ストを金属基体上に塗布
し、焼成して焼き付けを行う。これにより、強固な接合
が可能になる。
That is, the ceramic material powder is mixed with a binder component such as an organic resin and a solvent component such as an alcohol to form a paste. I do. This enables strong bonding.

【0080】この場合の焼成温度は、500°C以上で
金属基体の溶融温度以下、好ましくは800〜1200
°C、より好ましくは1000°C以下とする。
The firing temperature in this case is 500° C. or higher and lower than the melting temperature of the metal substrate, preferably 800 to 1200° C.
°C, more preferably 1000°C or less.

【0081】また、このほか溶射法、またはスパッタ法
等の気相成膜法等により積層することも可能である。
[0081] In addition, it is also possible to laminate by a thermal spraying method or a vapor phase film forming method such as a sputtering method.

【0082】尚、溶射法により行う場合は、HAP材料
では高温加熱時にTCPへの転化が生じやすいが、本発
明の材料系ではこれらの転化は生じにくく有利である。
When thermal spraying is used, the HAP material is likely to be converted to TCP when heated to a high temperature.

【0083】また、スパッタ法による場合は、通常、ス
パッタ後に熱処理を行うが、本発明の材料では、100
0°C以下の温度で可能となり、基体の変形を生じさる
おそれがない。
In the case of the sputtering method, heat treatment is usually performed after sputtering.
Temperatures below 0° C. are possible and there is no risk of deformation of the substrate.

【0084】〔セラミックス被覆層の厚み〕金属基体上
に設けるセラミックス被覆層の厚みは、1〜5000μ
m、好ましくは10〜2000μm、更には50〜10
00μmが好ましい。
[Thickness of ceramic coating layer] The thickness of the ceramic coating layer provided on the metal substrate is 1 to 5000 µm.
m, preferably 10-2000 μm, more preferably 50-10
00 μm is preferred.

【0085】この範囲未満では新生骨の生成が不十分と
なりやすく、またこの範囲を越えると剥離強度が低下し
易い。
[0085] Below this range, formation of new bone tends to be insufficient, and above this range, the peel strength tends to decrease.

【0086】〔セラミックス被覆層の表面粗さ〕セラミ
ックス層の表面粗さは1〜200μmが好ましく、特に
5〜100μmが好ましい。
[Surface Roughness of Ceramic Coating Layer] The surface roughness of the ceramic layer is preferably 1 to 200 μm, more preferably 5 to 100 μm.

【0087】この範囲未満では表面が滑りやすくアンカ
ー効果がえられにくく、またこの範囲を越えると骨との
接触面が少なくなり、結合速度が遅くなる。
If the amount is less than this range, the surface becomes slippery and the anchoring effect is difficult to obtain.

【0088】〔多孔質化〕また、強度を損なわない範囲
で、このセラミックス層の一部または全部を独立気孔及
び連続気孔を有する多孔質体にすることもできる。この
場合予め焼き付けた緻密質セラミックス層の上に多孔質
層を形成しても良い。
[Porosity] Part or all of the ceramic layer can be made porous with independent pores and continuous pores within the range that does not impair the strength. In this case, a porous layer may be formed on the pre-baked dense ceramic layer.

【0089】これにより骨芽細胞の保持及び骨芽細胞、
血液等の流通を促し、新生骨の生成、結合を促進するこ
とができる。
Retention of osteoblasts and osteoblasts,
Circulation of blood and the like can be promoted, and formation and bonding of new bone can be promoted.

【0090】この多孔質層は、生体親和性の点では通
常、気孔径5〜2000μm、好ましくは10〜100
μm、気孔率は10〜80%、好ましくは20〜70
%、更には25〜60%の範囲が好ましい。
This porous layer generally has a pore diameter of 5 to 2000 μm, preferably 10 to 100 μm, from the viewpoint of biocompatibility.
μm, porosity 10-80%, preferably 20-70
%, more preferably in the range of 25-60%.

【0091】この多孔質層は、セラミックスの原材料粉
末に結晶性セルロース等の熱分解性物質粒子を所望の寸
法、量で混合し基体に焼き付けることにより製造でき
る。
This porous layer can be produced by mixing thermally decomposable material particles such as crystalline cellulose with a desired size and amount into ceramic raw material powder and baking the mixture on a substrate.

【0092】熱分解性物質粒子としては、通常平均粒径
5〜2000μm、好ましくは10〜100μmのもの
を用い、セラミックス材料粉100重量部に対し通常1
0〜200重量部、好ましくは20〜100重量部の範
囲で混合する。
[0092] As the thermally decomposable substance particles, those having an average particle size of 5 to 2,000 µm, preferably 10 to 100 µm are used.
Mix in the range of 0 to 200 parts by weight, preferably 20 to 100 parts by weight.

【0093】〔セラミックスの結晶粒径〕金属基体上に
焼付けられたセラミックスは、通常平均結晶粒径が0.
001〜100μmの範囲とする事が好ましい。
[Ceramic Grain Size of Ceramics] Ceramics fired on a metal substrate usually have an average crystal grain size of 0.5.
It is preferable to make it into the range of 001-100 micrometers.

【0094】また、1000°C以上の焼成温度を有す
る材料では、0.01〜50μmの範囲が好ましく、
0.1〜20μmの範囲が更に好ましい。
[0094] For materials having a firing temperature of 1000°C or more, the range of 0.01 to 50 µm is preferable.
A range of 0.1 to 20 µm is more preferred.

【0095】他方、低温焼成材料では1μm以下が好ま
しく、0.1μm以下が更に好ましい。
On the other hand, the low-temperature firing material preferably has a thickness of 1 μm or less, more preferably 0.1 μm or less.

【0096】結晶粒径がこれ未満だと製造が困難であ
り、他方これを超えると強度が低下するからである。
[0096] If the crystal grain size is less than this range, the production is difficult, while if it exceeds this range, the strength decreases.

【0097】尚、結晶粒径は走査型電子顕微鏡(SE
M)により測定した結晶粒子面積からこれを円と仮定し
てその平均直径を求めて測定できる。
[0097] The crystal grain size was measured by a scanning electron microscope (SE).
Assuming that this is a circle from the crystal grain area measured by M), the average diameter can be determined and measured.

【0098】〔セラミックス層の剥離強度〕金属基体上
に焼付けられたセラミックスの剥離強度は、高いほど好
ましいが、生体内への埋め込み後の安定性の為には、後
述の剥離強度試験方法により測定して少なくとも30M
Pa以上、より好ましくは40MPa以上、更にこのま
しくは50MPa以上とする。
[Peeling strength of ceramic layer] It is preferable that the peeling strength of the ceramics baked on the metal substrate is as high as possible. and at least 30M
Pa or more, more preferably 40 MPa or more, still more preferably 50 MPa or more.

【0099】[0099]

【実施例】以下、本発明を実施例を示し説明する。EXAMPLES The present invention will now be described with reference to examples.

【0100】〔材料例A〜C〕Ca(C2 5 O)2
Si(C2 5 O)4 を所定割合にて混合してアルコキ
シド溶液をえた。これをアルコ−ルで10倍に薄め、5
0°CでPH9〜10で攪拌しながら水を加えて、沈澱
物を生成させた。この沈澱物を濾別し、乾燥してセラミ
ックス材料を得て、更に、これを800°Cで仮焼後、
粉砕してセラミックス材料粉とした。
[Material Examples A to C] Ca(C 2 H 5 O) 2 and Si(C 2 H 5 O) 4 were mixed at a predetermined ratio to obtain an alkoxide solution. Dilute this 10 times with alcohol,
Water was added with stirring at 0°C and pH 9-10 to form a precipitate. This precipitate is separated by filtration and dried to obtain a ceramic material, which is calcined at 800°C,
It was pulverized to obtain a ceramic material powder.

【0101】ここで得られた、セラミックス材料粉の組
成、BET値を第1表に示す。
Table 1 shows the composition and BET value of the ceramic material powder obtained here.

【0102】〔材料例D〜I〕上記と同様にアルコキシ
ド法により第1表に記載のセラミックス材料粉を得た。
これらのセラミックス材料粉の組成、BET値も第1表
に示す。
[Material Examples D to I] Ceramic material powders shown in Table 1 were obtained by the alkoxide method in the same manner as above.
Table 1 also shows the compositions and BET values of these ceramic material powders.

【0103】〔材料例J、K〕平均粒径5μmのCa
O,MgO及びSiO2 の粉末を所定割合で混合し80
°Cで5分間乾燥した後、950°Cで5時間仮焼し
た。次いでこの仮焼物を粉砕して、セラミックス材料粉
(材料例J)とした。
[Material Examples J and K] Ca with an average particle size of 5 μm
Powders of O, MgO and SiO 2 were mixed in a predetermined ratio and 80
After drying at °C for 5 minutes, it was calcined at 950°C for 5 hours. Next, this calcined product was pulverized to obtain a ceramic material powder (material example J).

【0104】また同様に乾式合成法により得たHAP材
料についても、粉砕しセラミックス材料粉を得た(材料
例K)。
Similarly, the HAP material obtained by the dry synthesis method was pulverized to obtain ceramic material powder (material example K).

【0105】これらのセラミックス材料粉の組成、BE
T値も第1表に示す。
The composition of these ceramic material powders, BE
T values are also shown in Table 1.

【0106】〔実施例1〜10、比較例11〕前記のセ
ラミックス材料粉をアルコ−ル溶媒と混合し塗布溶液と
し、これを、第2表に記載の金属基体上に塗布し、焼
成、焼き付けを行い各種サンプルを得た。各サンプルの
基体材料、及び焼成温度は第2表に記載のものとした。
[Examples 1 to 10, Comparative Example 11] The ceramic material powder described above was mixed with an alcohol solvent to form a coating solution, which was coated on a metal substrate shown in Table 2, fired and baked. and various samples were obtained. Table 2 shows the substrate material and firing temperature of each sample.

【0107】また、各サンプルについて、セラミックス
層の剥離強度、焼成による基体の変形、生体活性につい
て調べた。
Each sample was also examined for the peel strength of the ceramic layer, deformation of the substrate due to firing, and bioactivity.

【0108】セラミックス層の剥離強度は、次の方法
により測定した。
[0108] The peel strength of the ceramic layer was measured by the following method.

【0109】長さ18mm、直径3mmの円柱状金属基
体をブラスト処理し、この表面に、厚さ200μmのセ
ラミックス層を形成してサンプルとし、このサンプルの
上面及び下面を露出した状態でエポキシ樹脂に埋め込み
硬化してサンプルを固定し、当該サンプルの露出した上
面部分を棒状の金属ピストンで押して、押し出し試験を
行なった。剥離強度はサンプルがエポキシ樹脂体から押
し出された時の圧力により評価した。尚、この時のヘッ
ドスピードは0.5mm/minで行なった。
A cylindrical metal substrate having a length of 18 mm and a diameter of 3 mm was blasted, and a ceramic layer having a thickness of 200 μm was formed on the surface of the substrate to obtain a sample. The sample was fixed by embedding and hardening, and an extrusion test was performed by pushing the exposed upper surface portion of the sample with a rod-shaped metal piston. The peel strength was evaluated by the pressure when the sample was extruded from the epoxy resin body. The head speed at this time was 0.5 mm/min.

【0110】基体の変形は、サンプルの外形寸法測定
により行った。
[0110] Deformation of the substrate was carried out by measuring the external dimensions of the sample.

【0111】生体活性は、Na+ 142.0mmo
l,K+ 5.0mmol,Mg2+1.5mmol,Ca
2+2.5mmol,Cl- 148.8mmol,HCO
3 - 4.2mmol,及びHPO4 2- 1.0mmolを
含有する水溶液から成る擬似体液150mlを37°C
に保ち、この中に各サンプルを浸漬し14日後にSEM
でHAP析出相の有無を測定した。ここで、その析出の
程度により、全体に均一にHAPが析出しているものを
◎印、一部に析出しているものを〇印により表示した。
Biological activity is Na + 142.0mmo
l, K + 5.0 mmol, Mg 2+ 1.5 mmol, Ca
2+ 2.5 mmol, Cl 148.8 mmol, HCO
3 - 4.2 mmol, and HPO 4 2 - 150 ml of a simulated body fluid consisting of an aqueous solution containing 1.0 mmol at 37°C.
, and each sample was immersed in this and SEM after 14 days
The presence or absence of the HAP precipitate phase was measured. Here, depending on the degree of precipitation, HAP was uniformly precipitated over the entire surface with ⊙, and partially precipitated with ◯.

【0112】尚、析出相の成分は電子線回析により確認
した。
The components of the precipitated phase were confirmed by electron beam diffraction.

【0113】各結果を第2表に示す。Each result is shown in Table 2.

【0114】[0114]

【表1】 [Table 1]

【0115】[0115]

【表2】 [Table 2]

【0116】〔比較例12〕平均粒径5μmのCaO粉
末を73.7重量%と,SiO2 粉末26.3重量%を
混合し80°Cで5分間乾燥した後、950°Cで5時
間仮焼した。次いでこの仮焼物を粉砕して、BET値3
のセラミックス材料粉(材料例L)を得た。
[Comparative Example 12] 73.7% by weight of CaO powder having an average particle size of 5 μm and 26.3% by weight of SiO 2 powder were mixed, dried at 80°C for 5 minutes, and then dried at 950°C for 5 hours. calcined. Next, this calcined product was pulverized to obtain a BET value of 3
of ceramic material powder (material example L) was obtained.

【0117】このセラミックス材料粉末をアルコ−ル溶
媒と混合し塗布溶液とし、これをNi合金(融点130
0°C)基体上に塗布し、焼成、焼き付けを行いサンプ
ルを得た。
This ceramic material powder was mixed with an alcoholic solvent to form a coating solution, which was then mixed with a Ni alloy (melting point 130
0° C.) was coated on a substrate, and baked and baked to obtain a sample.

【0118】この結果、得られたサンプルのセラミック
ス被覆層は高強度は得られたが、金属基体に歪みが生じ
ていた。
As a result, the ceramic coating layer of the obtained sample had high strength, but the metal substrate was distorted.

【0119】以上のように、比較例のBET値が小さく
粒径の大きい原材料粉末を用いる場合には、低温の焼成
では密度が得られず、剥離強度が低下した。
As described above, when the raw material powder of the comparative example having a small BET value and a large particle size was used, the density was not obtained by low-temperature firing, and the peel strength was lowered.

【0120】また、セラミックス密度を上げる為、高温
焼成すると金属基体に変形をきたした。
[0120] Further, when the ceramics were fired at a high temperature in order to increase the density of the ceramics, the metal substrate was deformed.

【0121】これに対し、本発明のインプラントでは原
材料粉末が均一微細で活性度が高く低温にて焼成しても
密度がえられ、剥離強度を向上させることができた。
On the other hand, in the implant of the present invention, the raw material powder was uniform and fine, the activity was high, the density was obtained even when fired at a low temperature, and the peel strength was improved.

【0122】[0122]

【発明の効果】本発明では、セラミックス材料として、
従来の燐酸カルシウム系焼結セラミックスを用いず、ア
ルカリ土類金属酸化物またはアルカリ金属酸化物の少な
くとも一種以上とSiO2 を含有する組成から成るセラ
ミックスを用い、且つ当該セラミックス原料粉末の微細
化等により活性度を高め、焼成温度を金属基体の融点以
下にすることにより、金属基体にセラミックスを焼き付
けた場合でも、基体の変形を招くことなく、焼成密度と
強度の向上が図れる。
Effect of the Invention In the present invention, as a ceramic material,
By using ceramics composed of a composition containing at least one of alkaline earth metal oxides or alkali metal oxides and SiO 2 without using conventional calcium phosphate-based sintered ceramics, and by refining the ceramic raw material powder, etc. By increasing the activity and setting the firing temperature to the melting point of the metal substrate or lower, even when the ceramic is fired onto the metal substrate, the firing density and strength can be improved without causing deformation of the substrate.

【0123】また結晶粒径、結晶化度を低下させること
により、生体骨との親和性を高めることもできる。
[0123] Further, by reducing the crystal grain size and the degree of crystallinity, the affinity with living bones can be enhanced.

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【手続補正書】[Written Amendment]

【提出日】平成4年7月14日[Submission date] July 14, 1992

【手続補正1】[Procedural amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Name of document to be amended] Description

【補正対象項目名】0001[Correction target item name] 0001

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction details]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は人工骨、人工歯根、人工
関節等に応用可能な生体活性インプラントに関するもの
であり、更に詳しくは、優れた生体活性を示す非燐酸カ
ルシウム系セラミックス材料を用い、これを金属等の基
体に複合したインプラントに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to bioactive implants applicable to artificial bones, artificial tooth roots, artificial joints and the like. The present invention relates to an implant obtained by combining this with a substrate such as a metal.

【手続補正2】[Procedural amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Name of document to be amended] Description

【補正対象項目名】0002[Correction target item name] 0002

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction details]

【0002】[0002]

【従来の技術】これまで、人工骨、人工歯根、人工関節
等に用いられるの 体インプラントとしては、ステンレ
ス鋼、金属チタン、ニッケル・コバルト合金などの金属
類やアルミナ、ジルコニアなどのセラミックスが用いら
れてきた。
2. Description of the Related Art Until now, bioimplants used for artificial bones, artificial tooth roots, artificial joints, etc. have been made of metals such as stainless steel, metallic titanium, nickel-cobalt alloys, and ceramics such as alumina and zirconia . It has been

【手続補正3】[Procedural amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Name of document to be amended] Description

【補正対象項目名】0054[Correction target item name] 0054

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction details]

【0054】本組成において、SiO2 の添加量を増加
させることにより、熱膨張係数を低下させることができ
る。これにより金属基体の熱膨張係数との整合を図るの
が好ましい。
In this composition, the coefficient of thermal expansion can be lowered by increasing the amount of SiO 2 added. It is preferable to achieve matching with the thermal expansion coefficient of the metal base.

【手続補正4】[Procedural amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Name of document to be amended] Description

【補正対象項目名】0060[Correction target item name] 0060

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction details]

【0060】即ち、CaO・MgO・2SiO2
示される組成において、xを増加させると熱膨張係数が
増大しyを増加させると熱膨張係数が減少する。例え
ば、CaO・2SiO 2 、1/2CaO・1/2MgO
・2SiO 2 、MgO・2SiO 2 、の各組成の熱膨張
係数はそれぞれ10.0×10 -6 、9.5×10 -6
7.5×10 -6 となる。これにより熱膨張係数の調整が
可能である。
That is, in the composition represented by x CaO.y MgO.2SiO 2 , the thermal expansion coefficient increases as x increases.
and increasing y decreases the coefficient of thermal expansion. example
For example , CaO.2SiO 2 , 1/2CaO.1/ 2MgO
Thermal expansion of each composition of 2SiO 2 and MgO.2SiO 2
The coefficients are respectively 10.0×10 −6 , 9.5×10 −6 ,
7.5×10 −6 . This allows adjustment of the coefficient of thermal expansion.
It is possible.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基体表面にセラミックスを積層して成る生
体インプラントにおいて、当該外表面を構成するセラミ
ックスがアルカリ土類金属酸化物およびアルカリ金属酸
化物よりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の金属
酸化物と、SiO2 を必須成分とする非燐酸カルシウム
系組成を有し、Caイオン、Pイオンを含有する水溶液
中で表面に燐酸カルシウム系化合物を析出しえる生体活
性セラミックス材料から成り、当該セラミックス材料の
焼成温度が500°C以上、且つ当該基体の軟化点以下
であり、当該セラミックス材料の剥離強度が30MPa
以上である事を特徴とする生体活性セラミックインプラ
ント。
1. A biological implant comprising ceramics laminated on the surface of a substrate, wherein the ceramics constituting the outer surface is oxidized with at least one metal selected from the group consisting of alkaline earth metal oxides and alkali metal oxides. and a bioactive ceramic material having a non-calcium phosphate composition containing SiO 2 as an essential component and capable of depositing a calcium phosphate compound on the surface in an aqueous solution containing Ca ions and P ions, said ceramic material is sintered at a temperature of 500° C. or higher and lower than the softening point of the substrate, and the peel strength of the ceramic material is 30 MPa
A bioactive ceramic implant characterized by the above.
【請求項2】前記セラミックス材料の焼成温度が800
°C〜1200°Cである事を特徴とする請求項第1に
記載の生体活性セラミックインプラント。
2. The firing temperature of said ceramic material is 800.
A bioactive ceramic implant according to claim 1, characterized in that the temperature is between °C and 1200 °C.
【請求項3】前記セラミックスの結晶粒径が0.01〜
2μmである事を特徴とする請求項第1から第2のいず
れかに記載の生体活性セラミックインプラント。
3. The crystal grain size of said ceramics is from 0.01 to 0.01.
A bioactive ceramic implant according to any of the preceding claims, characterized in that it is 2 µm.
【請求項4】前記セラミックが実質的に燐を含有しない
事を特徴とする請求項第1から第3のいずれかに記載の
生体活性セラミックインプラント。
4. A bioactive ceramic implant according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said ceramic is substantially free of phosphorus.
【請求項5】前記アルカリ土類金属酸化物がCaOを必
須成分とする組成であることを特徴とする請求項第1か
ら第4のいずれかに記載の生体活性セラミックインプラ
ント。
5. A bioactive ceramic implant according to any one of claims 1 to 4, wherein said alkaline earth metal oxide has a composition containing CaO as an essential component.
【請求項6】前記アルカリ土類金属酸化物がBaO,M
gO,SrOの少なくとも一種であり、且つCaOを実
質的に含まない組成であることを特徴とする請求項第1
から第5のいずれかに記載の生体活性セラミックインプ
ラント。
6. The alkaline earth metal oxide is BaO, M
Claim 1, characterized in that the composition is at least one of gO and SrO and does not substantially contain CaO.
6. A bioactive ceramic implant according to any one of paragraphs 1 through 5.
【請求項7】基体表面に、アルカリ土類金属酸化物また
はアルカリ金属酸化物の少なくとも一種以上の金属酸化
物と、SiO2 を必須成分とする非燐酸カルシウム系組
成よりなるセラミック材料粉ペーストを塗布し、500
°C以上、且つ当該金属金属基体の軟化点以下温度範囲
で焼き付けた事を特徴とする生体活性セラミックインプ
ラントの製造方法。
7. A ceramic material powder paste having a non-calcium phosphate composition containing at least one or more metal oxides selected from alkaline earth metal oxides and alkali metal oxides and SiO 2 as essential components is applied to the substrate surface. and 500
A method for producing a bioactive ceramic implant, characterized in that the implant is baked at a temperature above 0°C and below the softening point of the metal-metal substrate.
【請求項8】前記セラミックス材料粉のBET値が10
2 /g以上である事を特徴とす請求項第7に記載の生
体活性セラミックインプラントの製造方法。
8. The ceramic material powder has a BET value of 10.
8. A method for producing a bioactive ceramic implant according to claim 7, characterized in that it is m 2 /g or more.
【請求項9】前記セラミックス材料粉が液相合成法より
製造された事を特徴とする請求項第7から第8のいずれ
かに記載の生体活性セラミックインプラントの製造方
法。
9. The method for producing a bioactive ceramic implant according to claim 7, wherein said ceramic material powder is produced by a liquid phase synthesis method.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102626345A (en) * 2012-04-12 2012-08-08 王玉元 Method for fusing bioactive material on surface of artificial tooth pure titanium spiral-shafted implant

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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