JPH06225891A - インプラント表面の加工方法 - Google Patents

インプラント表面の加工方法

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JPH06225891A
JPH06225891A JP5340092A JP34009293A JPH06225891A JP H06225891 A JPH06225891 A JP H06225891A JP 5340092 A JP5340092 A JP 5340092A JP 34009293 A JP34009293 A JP 34009293A JP H06225891 A JPH06225891 A JP H06225891A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、精密かつ再現性のあるインプラン
ト表面を得る目的を以て、金属材料またはセラミック材
料好ましくはチタンからなるインプラント表面を気体放
電プラズマを利用して加工する方法および装置に関す
る。 【構成】 機械加工および所要のあらゆる洗浄作業後
に、インプラント（２）は真空室（Ｋ２）へ送られる
が、そこでプラズマ加工は２工程で実施される。最初
に、残留している表面汚染層および酸化物層をインプラ
ントから除去するために、不活性気体プラズマによる処
理が行われる。次に酸化プラズマを用いて、または熱酸
化により再酸化が行われる。プラズマ加工、必要とされ
る残りの加工工程並びにインプラント（２）の取り扱い
が、制御されない環境的雰囲気への中間的露出のないク
ローズド手法にしたがって実施される。このようにし
て、これまで使用されてきた方法に比べてより高度に制
御された表面の特性および再現性が得られる。プラズマ
加工された表面の特性は、使用の直前まで保持すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、精密かつ再現性のあるインプラ
ント表面を得る目的を以て、金属材料またはセラミック
材料好ましくはチタンからなるインプラント表面を気体
放電プラズマを利用して加工する方法および装置に関す
る。
【０００２】口腔および外口腔補綴部材を骨組織に永久
的に固定することは、以前から公知である。これらの補
綴部材が弛むのを阻止するために、直接接触については
癒合期間が必要とされる、すなわち補綴部材と骨組織と
の間の精密な適合が必要である。負荷移動を許容するそ
のような精密で持続的な適合は、骨組込みと呼ばれる。
そのような持続性適合および機能が負荷を支える合成固
定素子を用いて臨床実践で実現できることを最初に実証
したのは、Ｂｒａｎｅｍａｒｋ博士と共同研究者たちで
あった。彼らは、いくつかの予備条件が充足されるなら
ば、純チタン製のねじ形固定素子いわゆる固定具が骨組
込みできることを示した。Ｂｒａｎｅｍａｒｋ教授と共
同研究者たちにより開発された骨組込み原理は極めて高
い成功率（９０％以上）を有しており、１９６５年以降
臨床的に使用されている。これまでに世界中で、合計数
十万個もの固定具が植え込まれている。
【０００３】骨組み込み原理は純チタンで製作されたイ
ンプラントだけに基づいているのではなく、固定具が非
外傷治療技術により挿入される第１の手術、負荷のない
治癒期間および負荷素子（補綴部分）の取り付けを含む
第２の手術、すなわち負荷のない中間の治癒期間を伴う
二段階工程にも基づいている。
【０００４】固定具が人体組織で十分に癒合するために
は、最少の否定的な生物学的反応しか誘発されるべきで
ない、あるいは望むべくは主に肯定的な生物学的反応が
誘発されることが必要である。固定具の表面層の構造お
よび化学的組成が、これらの反応にとって決定的に重要
であることが判明している。
【０００５】スウェーデン国特許第７９．０２０３５−
０号は、固定具のチタン含有材料に特定の表面構造を付
与することによっていかに改良された結果が得られるか
を説明している。この固定具の表面層は、表面に１０〜
１０００ｎｍ、好ましくは１０〜３００ｎｍの直径を持
つクレータを備えた微小クレータ状二酸化チタンからな
る。
【０００６】かくしてインプラントの表面特性（構造と
化学的組成）はその機能のために重要である、というの
はそれらは植込み部位の組織がどのように反応するかを
決定するからである。したがって、インプラントの製造
中にこの部材表面がとりわけ微小構造、組成、純度およ
び無菌性に関して所定の仕様を充足することを吟味する
ために連続分析を実施する。それゆえ、生産方法は再現
可能な結果をもたらすことが望ましい。
【０００７】今日では、チタン部材は下記のやり方で作
られる。まず。コンピュータ制御式工作機械を用いてモ
ニター方式機械加工を行う。この機械加工により、微細
な凹凸を持つ表面が生じる。
【０００８】切削工具による機械加工中に、工作物の酸
化が発生する。酸化により、二酸化チタンが形成され
る。機械加工は、上記の特許に基づく微小クレータ特徴
（月面タイプ）を持つ生物学的に適正な表面構造の形成
も促進する。
【０００９】機械加工後に、部材をばり取りして検査す
る。その後に、表面を種々の液体中での多くの洗浄工程
により洗浄する。洗浄された部材を次に手でガラス製ア
ンプルに詰め込むが、これらのアンプルは（炎で溶融す
ることにより）気密的に封止される。ガラス製アンプル
の内容物を次に加熱滅菌し、その後に無菌パッケージを
プラスチック製のいわゆるブリスタ包装で包む。次にこ
れらのブリスタ包装を滅菌した後に、厚紙箱に入れる。
【００１０】機械加工中に、薄い（２〜３ｎｍ）酸化層
がチタン上に形成されるが、これは特徴的な表面構造で
あり、いずれも骨組込みを成功させるための前提要件で
あるとみなされる。しかし、部材の表面は不純物、主と
して切削剤からの残滓の層でも覆われるが、それらは以
後の洗浄工程で除去される。ガラス製アンプルでの滅菌
中に、酸化層の厚さは最終的に４〜６ｎｍの値まで増加
する。
【００１１】その結果、生物学的組織と接触する仕上げ
られたチタン部材（インプラント）のこれらの表面は薄
い二酸化チタン層（ＴｉＯ2 ）からなるが、それは汚染
層で覆われている。後者の層は、主に空気などからの吸
収された炭化水素と微量の他の無機物質からなる。汚染
層の正確な組成は、インプラントの全加工工程の複雑な
産物である。この汚染層は特徴的な表面構造が確保され
ると同時に除去するのが望ましい、すなわち、この表面
構造のみが成功したと報告されている臨床結果をもたら
すことが判明しているからである。
【００１２】本発明の目的は、チタン部材の表面構造を
その特性および再現性に関して現在の方法における場合
よりも高い度合いで制御することにある。その意図する
ところは存在している表面汚染物が除去され、さらに存
在する酸化物層も除去されるように表面を加工すること
である、すなわち先行する加工工程からの「記憶」を消
し去り、その後に所望の表面を制御された環境において
十分に制御されたやり方で加工することである。
【００１３】本発明にしたがって、インプラントの表面
は気体放電プラズマ（いわゆるグロー放電）を用いて加
工される。
【００１４】このタイプの表面加工方法を用いる理由
は、それを適正に利用したならば、従来の加工方法に比
べて製造工程におけるより高度の制御、再現性並びにフ
レキシビリティが得られるからである。この評価はひと
つには、他の技術分野つまり生産においてプラズマや他
の真空ベースの加工方法を使用している分野からの経験
に基づいている。この関連において、最も顕著な例は半
導体の製造である。達成できる高度な工程管理は、真空
方法自体が極めて清浄であること、またそれは制御され
ていない環境雰囲気により阻害されないクローズド・シ
ステム内で実施できるという事実に基づく。上記の理由
とは別に、この評価は閉鎖真空工程の長所に関する率直
な基本的考察とさらに我々自身の諸実験（下記参照）に
も基づいている。
【００１５】表面を加工するためにプラズマを使用する
原理は、プラズマ反応器（真空室）を線図的に示す図１
により簡単に説明することができる。気体放電プラズマ
１は、低圧（０．０１以下〜１００ミリトール）下の二
つの電極間の気体を通って印加される高電圧（およそ１
ｋＶ）により生成される。二つの電極は図示されたよう
に、見本と真空室自体により構成することができる。相
対的に高い電界は少数の自由電子を生じるが、それらは
常に存在し、それらが衝突する気体分子をイオン化する
ために十分なエネルギーにまで加速される。これにより
さらに電子が放出されるが、次にこれらの電子が加速さ
れて、さらに気体分子などをイオン化する。イオン化さ
れた分子は次に電界により加速され、さらに気体分子
（イオン化されている）および装置の表面と衝突する。
イオン化反応およびイオン表面の衝突のいずれも新しい
自由電子を生成するが、それにより「カスケード効果」
が生じて、気体のイオン化度の顕著な増加をもたらす。
最終的に平衡が成立つが、そこでは安定した電流（イオ
ンおよび電子の運搬による）が気体中を流れる。この
「制御された」気体放電がプラズマであり、しばしば
「グロー放電」と呼ばれる、というのはそれはその中で
行われる物理的プロセスの結果として可視光を発するか
らである。そのためにプラズマという術語が用いられる
が、この術語は例えばイオン化度および温度がはるかに
高い星においてみられるような高温プラズマと混同して
はならない。
【００１６】気体放電プラズマの温度は環境温度より僅
かに高い。中性の気体分子、自由電子およびイオン化し
た気体分子に加えて、プラズマは自由基、準安定状態お
よび他の反応成分も含有する。それらは、イオン化され
ずかつ励起されていない分子よりも例えば表面と反応す
る傾向がはるかに高い。
【００１７】多数の異なるプロセス・パラメータ（直流
または交流電圧、電極の配置および形状的な設計、プロ
セス気体および圧力など）に応じて、プラズマを使用す
る見本表面では極めて多くの異なる作用が生成され得
る。これらの応用の大半は、電極表面がプラズマ内の高
エネルギーイオンにより衝撃を受ける際に生じる作用を
主に利用している。
【００１８】この関連において、いくつかの重要なプロ
セスがある。 (i) 表面原子を表面から除去する高エネルギーイオン
を必要とするスパッタリング。この作用は、とりわけ激
しくない（ドライ）クリーニング／滅菌あるいは仕上げ
／エッチング表面に対して使用することができる。 (ii) 表面と化学的に反応して新しい化学的成分を形
成するいくつかの衝撃を与えるイオンを必要とするイオ
ンと表面との間の表面反応。気体分子の中にはイオン化
または励起された状態のものがあるという事実から、一
般的にそれらは照応する中性分子よりも反応性の高いも
のとなる。イオンのタイプ（つまりプロセス気体）を変
更することにより、例えば酸化物層、窒化物層または炭
化物層が生成され得る。 (iii) イオン注入、すなわち見本の表面層に侵入して
その中に埋め込まれる外来イオンの注入。この場合に
も、表面層の化学的修正が行われ得る。 （iv) 表面の「活性化」。イオンによる衝撃は表面で
の結合を破壊するが、それにより表面は特に環境からの
分子と反応する、またはそれに結合する傾向を有する。
これは多くの場合に、表面に高度の表面エネルギーを与
えるとされる。 (v) 一般に、構造的な変化は種々のレベルで生じる。
これらは原子レベルでの欠陥、微小構造での変化、ある
いは改質された表面形態であり得る。
【００１９】上記の作用はさまざまな程度に生じ、また
互いに関連している。プロセス・パラメータを変えるこ
とにより、主要なプロセスをある程度選択できる。換言
するならば、プラズマ技術は表面を処理するための極め
て用途の広い方法である。この方法は、プラズマ処理を
行う同じ室内で多岐にわたる以後の表面処理工程と有利
に組み合わせることもできる。
【００２０】原理的には、気体放電プラズマを用いてイ
ンプラント表面を加工または改質すること（クリーニン
グ、滅菌、酸化、窒化など）は新規なものではない。こ
の方法は特にＢａｉｅｒにより１９７０年代に提案さ
れ、かつテストされている。近年では、この方法はイン
プラントに関連して大いに関心を呼んでおり、例えば歯
科用チタン製固定具をクリーニングするための気体放電
プラズマの使用が米国特許第５０７１３５１号において
提案されている。
【００２１】「プラズマ・クリーニングと関連処理」
は、Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．：応用バ
イオ材料、２２巻、Ｎｏ．Ａ２、１４５−１５８（１９
８８）、Ｂｅｎｇｔ ＫａｓｅｍｏおよびＪｕｋｋａ
Ｌａｕｓｍａａ 「バイオ材料とインプラント表面：清
浄度の役割、汚染および加工手法について」の１５２−
１５３ページにも説明されている。
【００２２】しかし、プラズマ加工がインプラントに関
連して使用されているこれらの事例では、この方法の潜
在可能性が完全には活用されていない。その理由は以下
の通りである。
【００２３】プラズマ加工中に、高いいわゆる表面エネ
ルギーを持つ反応性表面が一般に形成される。これが意
味するのは、表面はそれがさらされている周囲の雰囲気
からの分子をそれ自身に結合する傾向が強いことであ
る。プラズマ加工をインプラント表面に応用しているほ
とんどの事例では、従来および、または市販のプラズマ
装置はプラズマ処理の終了後にプラズマ加工された表面
が制御されていない雰囲気にさらされる場所で使用され
ているが、それはプラズマ加工された表面が失われるこ
とを意味する。表面に結合する汚染分子の多くは、種々
の炭化水素および他の揮発性有機分子である。この汚染
がいかに迅速に生じるかの例として、１ｐｐｂ（１
０-9）台の汚染物質の濃度では汚染分子の単層は１秒以
下で表面に結合する。ｐｐｍ濃度の場合には、当該時間
スケールは１ミリ秒以下である。
【００２４】以前の市販のプラズマ装置の場合には、処
理後にプラズマ加工された表面が制御されていない雰囲
気にさらされることとは別に、プラズマ装置がインプラ
ントについては生産規模条件に適合していない。したが
って、米国特許第５０７１３５１号に記載されたハリッ
ク・サイエンティフィック・チェンバーは生産中に比較
的多数のチタン部材を加工すべき場合には適していな
い。例えば複数のインプラントを同時に処理する場合に
は、プラズマ室でのプラズマの異なる形状的位置の変動
のために特性の相違が生じる恐れがある。
【００２５】本発明の目的は、装置およびプロセス・パ
ラメータが大規模生産に適合した気体放電プラズマを使
用して好ましくはチタン製のインプラント表面を加工す
る方法を開発することにある。同時にプラズマ・プロセ
スには、仕上げられた製品の表面性状が化学的組成、酸
化物厚さおよび構造に関して所定特性の範囲内にあるこ
とが要求される。しかし、個々の見本間並びに異なる見
本バッチ間の相違は、現在の生産の場合よりも小さくす
べきである。その上、プロセスは新たな表面汚染物を持
ち込んではならない。
【００２６】しかもプラズマ・プロセスは、表面の肉眼
による外観と１０〜１０００ｎｍの間隔内の表面の微小
構造（トポグラフィー）をそれによって変えるものであ
ってはならない。それに加えてプロセスがアンプル密封
を含む場合には、パックの全部材と最終的な全結果は適
用されている公式の滅菌要件を充足すべきである。
【００２７】本発明はこの関連においてクローズド・シ
ステムのコンセプトに基づくが、このシステムではプラ
ズマ加工並びに必要に応じて以後の加工工程、包装およ
び生物学的環境への搬送は制御されない環境的雰囲気へ
の中間的露出のないクローズド手法にしたがって実施さ
れる。この方法は従来のプロセスと比べて、極めて高度
の管理された表面構造と再現性が達成でき、またプラズ
マ加工された表面特性が使用直前まで維持できるという
極めて大きな長所を有する。
【００２８】本発明にしたがって、インプラントは通常
の機械加工と必要とされるあらゆる洗浄作業後に真空室
へ送られるが、そこでプラズマ加工は２工程で実施され
る、すなわち残留している表面汚染層と酸化物層をイン
プラント表面から除去するための不活性気体プラズマに
よる最初の処理、次に酸化プラズマまたは熱酸化による
再酸化、プラズマ加工、必要とされる残りの加工工程並
びにインプラントの取り扱いが制御されない環境的雰囲
気への中間的露出のないクローズド手法にしたがって実
施される。
【００２９】高真空室（加工室）は、プロセスでの純度
および制御に対する規定された要件に照応する真空性能
を保有しなければならない。好ましくは基礎圧力は１０
-6ミリバール以下とすべきである。プラズマ・プロセス
圧力はミリバール範囲にある、但しＯ2 中での熱酸化の
場合には圧力がより高い時に１０〜１０００ミリバール
の範囲にある。
【００３０】第１の実施態様において、プラズマ処理
（クリーニングおよび酸化）は現在のクリーニングの一
部を、つまりガラス・アンプルでの密封と滅菌を実施す
る前の最後の工程を補完ないし代替する。
【００３１】変更態様として、プラズマ処理はガラス・
アンプルでの密封と滅菌と組み合わせることができる。
これには、環境または他の制御されない雰囲気への中間
的露出のないクローズド真空装置において実施されるガ
ラス・アンプルでの最終的クリーニングから滅菌および
密封までのすべての工程が含まれる。
【００３２】以下に本発明は、それがどのように適用で
きるかについていくつかの例を示す添付図面に関連して
より詳しく説明される。
【００３３】表面のプラズマ加工の原理は、既に図１に
関連して序文で説明されている。気体放電プラズマ１
は、低圧下で気体を通って印加される高電圧により生成
される。二つの電極は、見本２（チタン部材）と真空室
の壁３により形成される。真空室は、気体入り口４とポ
ンプ５への気体出口を具備する。
【００３４】図２は、チタン部材のプラズマ処理が生産
規模条件でどのように適用できるかを示している。
【００３５】方式Ａにしたがって、プラズマ処理は機械
加工および洗浄工程（クリーニングおよび酸化）後に、
前に行われたクリーニングつまりガラス・アンプルでの
装着、密封および滅菌を実施する前の最後の工程を補完
ないし代替するものとして行われる。
【００３６】方式Ｂにしたがって、ガラス・アンプルで
の滅菌、装着および密封はプラズマ処理システム装置に
組み込まれる。これはガラス・アンプルでの最終的なク
リーニング、滅菌および密封を含むが、それらは制御さ
れない環境雰囲気への中間露出のないクローズド（真
空）システムにおいて実施される。
【００３７】これらの二つの方式の間には、プラズマ処
理と滅菌包装との間の見本搬送をどのように行うかに応
じて多数の「中間レベル」方式が存在する。例えば、上
記の方式Ａは制御された雰囲気（合成空気または他の適
合気体を満たしたいわゆるグローブ箱）におけるガラス
・アンプル密封と結合することができるであろう。
【００３８】以下の説明においては、クローズド手法つ
まり制御された雰囲気での滅菌包装と組み合わせた上記
の方式Ａあるいは上記の方式Ｂを使用することが前提と
される。
【００３９】プラズマ処理は、原則として二つの工程か
らなる。第１工程では、不活性気体プラズマを用いて見
本表面の１０ｎｍ以下の最外層を除去する。次に表面
を、所望の酸化層が得られるように熱または酸化プラズ
マ（例えばＯ2 ）により再酸化する。（さらに表面改質
を行うために、他のプロセス気体例えばＮ2 （窒化）、
Ｈ2 Ｏ（水酸化）、Ｈ2 Ｏ2 、ＳＯ4 ／ＰＯ4 、イオン
（ドーピング）、モノマー（ポリマー被覆）などが使用
できる。）クリーニングおよび酸化に対する適切なプロ
セス・パラメータとして、例えば下記を挙げることがで
きる。
【００４０】クリーニング： 純粋（＞９９．９９９
％）アルゴンガス； 見本に対する０．５〜３ｋＶの負
直流電圧； ０．１〜０．５ミリバールのアルゴン圧
力； ０．０１〜０．１ミリバール・リットル／秒のア
ルゴン流量； これらにより見本表面あたり０．５〜２
ミリアンペア／ｃｍ2 のプラズマ電流が生じる； ０．
５〜２０分間
【００４１】酸化： １〜１０００ミリバールの純粋
（＞９９．９９％）Ｏ2 中で常温で１０分間の熱酸化、
変更態様ではＯ2 プラズマ（見本に対する０．２〜３ｋ
Ｖの負直流電圧； ０．０１〜０．５ミリバールのＯ2
圧力； ０．０１〜０．１ミリバール・リットル／秒の
Ｏ2 流量； これらにより見本表面あたり０．５〜５０
ミリアンペア／ｃｍ2 のプラズマ電流が生じる； ０．
５〜２０分間
【００４２】加工は、最終的なクリーニング段階中に酸
化気体をプロセス気体に徐々に導入する（例えばＯ2 を
アルゴンに混合する）ことにより組み合わせたプロセス
で有利に行うこともできる。
【００４３】プラズマ処理は真空（圧力１／１０〜１／
１０００ミリバール）で実施されるため、プラズマ処理
用装置は原則としてプラズマ・プロセスに必要で真空共
用性である部材を備えた真空システムからなる。清浄性
の観点から、真空システムはバルブを介して互いに結合
されると共にそれらの間で見本が真空の中断なしに搬送
できる別個の室からなることが有利である。二つの方式
に基づくクローズド・プラズマ加工用装置の原理が、図
３に線図で示されている。
【００４４】これらの二つの方式に共通の仕様は下記の
通りである。 1. その機能は見本をプラズマ加工室（Ｋ２）に送り込
むことである真空室（Ｋ１）。Ｋ１はバルブＶ１を介し
て雰囲気から出入り可能であり、またバルブＶ２を介し
てＫ２にも接続される。必要であれば、Ｋ１は高度の清
浄度を維持するために、フラッシングガス用の気体入り
口に接続することもできる。 2. プラズマ加工と必要とされるあらゆる他の加工工程
（例えば酸化または加熱滅菌）が行われる真空室（Ｋ
２）。このプラズマ室は、プロセスに適合した部材例え
ばプラズマ電極、電気的接続部、プロセス気体入り口、
圧力または流量制御装置などを有する。この真空室に対
する真空要求は、プラズマ・プロセス（以下に説明）に
より規定される種々の要件を充足しなければならない。
スルース・システムが使用されるという事実のために、
この室は保守作業の間以外は決して空気にさらしてはな
らず、またその結果として高度の清浄度で保持され得
る。 3. プラズマ加工された見本をバルブＶ４を介して排出
するためのスルースとして機能する真空室（Ｋ３）。Ｋ
３はバルブＶ３を介して加工室に接続される。システム
が直線状に組み立てられるならば、プロセスは連続的に
行われる、すなわち一組の見本がＫ２などにおいてプラ
ズマ加工される間に新しい見本がＫ１に送り込まれる。
連続プロセスが必要とされないならば、Ｖ３、Ｋ３およ
びＶ４は省くことができる。その場合には、Ｋ１は見本
を出し入れするための見本スルースとして機能する。Ｖ
１とは異なる方向でＶ４をＫ１に接続するならば、Ｋ３
およびＶ３も省くことができる。
【００４５】インプラントは便宜にカセットまたは類似
物６に装着されてシステムに送り込まれるが（以下に説
明）、それによりいくつかの見本が同時に処理され得
る。カセットは次に、適切な搬送システムを用いてバル
ブを通って異なる室間へ搬送される。方式ＡおよびＢの
いずれを考慮するかに応じて、下記のシステム部材が追
加的に必要とされる。 (A) 4. クローズド・プロセスが実施できるために、排
出スルース（Ｋ３、Ｖ４）を制御された（および必要に
応じて無菌）雰囲気（真空、大気圧または過圧）が維持
できる密閉空間に直接的に結合する。この容積におい
て、無菌包装および必要に応じて滅菌が手動または自動
で行われる。この空間は、例えば無菌性に対する必要な
要件を充足するいわゆるグローブ箱とすることができ
る。無菌包装に加えて、部材および機能の多重性例えば
クリーニング／滅菌のための紫外線照射、適合した気体
雰囲気の導入、並びに質量分光計や空間（および無菌包
装）における気体雰囲気のモニター計などの分析機器を
この空間に有利に組み込むことができる。大気圧下でこ
の空間または液体中でインプラント表面のさらに所要の
あらゆる加工を実施することも、可能でなければならな
い。 (B) 4. 無菌包装工程が真空システムで実施される場合
には、便宜にプラズマ加工室と排出スルースとの間に配
置される室（Ｋ３）とバルブ（Ｖ３）が追加的に必要で
ある。この室には、無菌包装を実施するための所要部材
（マニピュレータ、包装用部材の供給、材料を密封およ
び包装する装置など）が含まれる。
【００４６】各見本（チタン部材）２は局所プラズマ・
セル（図４および図５）において個別に加工されるが、
このセルでは見本が（負の高電圧または交流の高電圧に
接続されることにより）カソード７を構成する。見本の
まわりの中空シリンダー８は、アノード（通常は接地さ
れている）として機能する。プラズマ・セルは、見本の
まわりの局所気体入り口９としても有利に機能する（図
４参照）。このタイプの構造は、見本のまわりのプロセ
ス気体の流れが有効に制御できること、加工室における
残留気体中のあらゆる不純物の影響が最小化できるこ
と、さらに見本に対する一定の冷却効果がもたらされ得
ることを意味する。セルの形状は、気体放電プラズマが
見本のまわりに限定されることを確保する。（アノード
の形状は非円筒状見本に対して適切なやり方で適合でき
る。）この局所配置により、気体の流れと他のプラズマ
状態を同一にして多数の同一のプラズマ・セルを使用す
る簡略な規模拡大を計ることができる。
【００４７】見本２を接地シールド１１により電気的に
シールドされたカソード棒１０に取り付けるが、それに
よりセル外への放電が阻止される。接地シールドとカソ
ードとの間の短絡を回避するために、絶縁材１２を適切
な箇所に設ける（図５）。セルからの汚染物のリスクを
最少にするために、見本表面に対面するすべての部材は
見本と同じ材料で製造すべきである。気体入り口のチタ
ン格子１３は、プラズマを限定すると共に気体入り口を
製造するために使用された材料からの汚染物を除去する
機能を有する。
【００４８】このほかに、図４はそれぞれ気体入り口と
高電圧用の電気絶縁真空リードスルー１６に対する二つ
の真空フランジ１４および１５を示す。圧力または流量
の制御器１７は気体の供給を制御する。
【００４９】図５は、カソード１０と見本保持部材をよ
り詳しく示している。カソードは円筒状であって、狭い
突き出したねじ切り部１８を有するが、このねじ部上に
チタン部材例えば固定具がねじ込まれる。カソードはチ
タン製の内腔１９を有するが、それは狭く完全にチタン
製であるねじ切り部１８に向かって展開している。カソ
ードの外側部２０は銅製である。絶縁材は、例えばＡｌ
2 Ｏ3 からなるセラミック・スリーブ２１およびＢＮ絶
縁体２２とすることができる。
【００５０】図６は、多数のチタン部材（見本）２が多
数のプラズマ・セルによっていかにして同時にプラズマ
処理できるかを示している。これらの状況では一団の同
一セルが組み合わされており、その気体供給は「分岐パ
イプ」２３により行われる。この場合の各セルにおける
条件は、ひとつのセルについて上に述べたものと同じで
ある。それにより、多数の見本が同一条件下で同時に処
理できるのであり、したがって高い生産能力が実現され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はプラズマ処理用の従来の真空室の線図で
ある。
【図２】図２はチタン製インプラントのプラズマ処理を
実施するための二つの方式の線図である。
【図３】図３は生産規模条件でのクローズドプラズマ処
理用の装置の原理を示すスケッチであるが、方式Ａはプ
ラズマ処理装置が制御された雰囲気を有するクローズド
空間に結合され、かつ滅菌包装が行われる場合（例えば
いわゆるグローブ箱または滅菌ベンチ）の図であり、方
式Ｂは滅菌および包装がプラズマ装置に組み込まれてい
る場合の図である。
【図４】図４はプラズマ・セル自体の線図である。
【図５】図５はカソードおよび見本保持具の詳細図であ
る。
【図６】図６は、プラズマ・セルの数を増すことにより
いくつかの見本（チタン部材）の加工の規模を拡大する
ための原理図である。
【符号の説明】
１ 気体放電プラズマ ２ 見本（チタン） ３ 壁 ４ 気体入り口 ６ カセット ７ カソード ８ 中空シリンダー ９ 気体入り口 １０ カソード棒 １１ 接地シールド １２ 絶縁材 １３ チタン格子 １７ 流量制御器 ２３ 分岐パイプ Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４ 真空室 Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４ バルブ
フロントページの続き (72)発明者 ベント・カセモ スエーデン国エス−464 00 メレルド、 テルキル 1400 (72)発明者 ユッカ・ラウスマ スエーデン国エス−415 03 ゲーテボル グ、トロエンボルグスプラトセン ３

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 精密かつ再現性のあるインプラント表面
    を得る目的を以て、金属材料またはセラミック材料好ま
    しくはチタンからなるインプラント表面を気体放電プラ
    ズマを利用して加工する方法において、インプラント
    （２）は機械加工と必要とされるあらゆる洗浄作業後に
    真空室（Ｋ２）へ送られるが、そこでプラズマ加工は２
    工程で実施される、すなわち残留している表面汚染層と
    酸化物層をインプラント表面から除去するための不活性
    気体プラズマによる最初の処理、次に酸化プラズマまた
    は熱酸化による再酸化、プラズマ加工、必要とされる残
    りの加工工程並びにインプラントの取り扱いが制御され
    ない環境的雰囲気への中間的露出のないクローズド手法
    にしたがって実施されることを特徴とするインプラント
    表面を気体放電プラズマを利用して加工する方法。
  2. 【請求項２】 プラズマ加工は以前に使用されたクリー
    ニング工程の一部の補完または代替として、つまりイン
    プラントがガラス・アンプルにおいて装着、密封および
    滅菌される前の最後の工程として実施されること（図２
    Ａ）を特徴とする請求項１記載のインプラント表面を気
    体放電プラズマを利用して加工する方法。
  3. 【請求項３】 ガラス・アンプルでのインプラントの滅
    菌、装着および密封はプラズマ加工システムに組み込ま
    れることにより、ガラス・アンプルでの最終的な加工、
    滅菌および密封は制御されない雰囲気への中間的露出の
    ないクローズド真空装置において実施されること（図２
    Ｂ）を特徴とする請求項１記載のインプラント表面を気
    体放電プラズマを利用して加工する方法。
  4. 【請求項４】 複数のインプラントがカセット（６）に
    装着され、このカセットが真空室（Ｋ２）に送り込まれ
    るため、複数のインプラントが同時に加工されることを
    特徴とする請求項１記載のインプラント表面を気体放電
    プラズマを利用して加工する方法。
  5. 【請求項５】 カセット（６）は真空室（Ｋ１、Ｋ３）
    の形式のひとつまたは複数の見本スルースを介してプラ
    ズマ加工のための真空室（Ｋ２加工室）に搬入され、お
    よびそこから搬出され、前記真空室（Ｋ１、Ｋ３）はバ
    ルブ（Ｖ２、Ｖ３）を介して前記加工室に接続されるこ
    とを特徴とする請求項４記載のインプラント表面を気体
    放電プラズマを利用して加工する方法。
  6. 【請求項６】 純粋かつ再現性のあるインプラント
    （２）表面を得る目的を以て、金属材料またはセラミッ
    ク材料好ましくはチタンからなるインプラント表面を気
    体放電プラズマを利用して加工する装置において、プラ
    ズマ加工を２工程で実施すべく配置された真空室（Ｋ
    ２）であって、残留している表面汚染層と酸化物層をイ
    ンプラント表面から除去するための不活性気体プラズマ
    による最初の処理、次に酸化プラズマまたは熱酸化によ
    る再酸化、プラズマ加工、必要とされる残りの加工工程
    並びにインプラント（２）の取り扱いを実施する制御さ
    れない環境的雰囲気への中間的露出のないクローズド・
    システムを構成する真空室を特徴とするインプラント表
    面を気体放電プラズマを利用して加工する装置。
  7. 【請求項７】 プラズマ加工用真空室（加工室Ｋ２）は
    別個の真空室（Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４）のシステムに
    含まれており、これらの真空室はバルブ（Ｖ１、Ｖ２、
    Ｖ３、Ｖ４）を介して互いに結合され、またそれらの間
    にはインプラントが真空を中断することなく搬送される
    べく配置されることを特徴とする請求項６記載のインプ
    ラント表面を気体放電プラズマを利用して加工する装
    置。
  8. 【請求項８】 一組のインプラント（２）はカセット
    （６）に取り付けられ、このカセットは例えばベルトま
    たは類似物の形式の搬送システムを用いてバルブ（Ｖ
    １、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）を介して種々の真空室（Ｋ１、
    Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４）の間を搬送されることを特徴とする
    請求項７記載のインプラント表面を気体放電プラズマを
    利用して加工する装置。
  9. 【請求項９】 プラズマ加工用真空室（加工室Ｋ２）は
    各見本（インプラント２）の個別加工のためのひとつま
    たは複数のプラズマ・セル（図４）を含み、そこでは前
    記見本が負の高電圧（７）に接続されてカソードを構成
    するが、プラズマ・セルのアノードは本質的に見本を囲
    み、またこの見本に適合した形状を有することを特徴と
    する請求項６記載のインプラント表面を気体放電プラズ
    マを利用して加工する装置。
  10. 【請求項１０】 アノードは中空シリンダー（８）によ
    り構成され、このシリンダーは見本（２）のまわりに配
    置されて同時に見本のまわりの局所気体入り口（９）と
    して機能することを特徴とする請求項９記載のインプラ
    ント表面を気体放電プラズマを利用して加工する装置。
  11. 【請求項１１】 見本（２）は接地シールド（１１）に
    より電気的にシールドされたカソード棒（１０）に取り
    付けられ、それによりセル外への放電が阻止されること
    を特徴とする請求項１０記載のインプラント表面を気体
    放電プラズマを利用して加工する装置。
  12. 【請求項１２】 プラズマ・セルにおいてインプラント
    に面する表面はチタンから製造されることを特徴とする
    請求項１１記載のインプラント表面を気体放電プラズマ
    を利用して加工する装置。
  13. 【請求項１３】 チタン製のアノード格子（１３）は、
    プラズマを限定すると共に気体入り口が製造された材料
    からの汚染物を除去する目的を以て気体入り口（９）に
    配置されることを特徴とする請求項１２記載のインプラ
    ント表面を気体放電プラズマを利用して加工する装置。
  14. 【請求項１４】 真空室は各インプラントを個別に加工
    するための一団の同一プラズマ・セルを含んでおり、各
    セルへの気体供給は「分岐パイプ」（２３）により行わ
    れることを特徴とする請求項９記載のインプラント表面
    を気体放電プラズマを利用して加工する装置。
  15. 【請求項１５】 不活性気体プラズマは純粋アルゴンガ
    スにより構成されること、また再酸化はＯ2 プラズマに
    おいて、またはＯ2 での熱酸化により実施されることを
    特徴とする請求項６記載のインプラント表面を気体放電
    プラズマを利用して加工する装置。
  16. 【請求項１６】 プラズマ・プロセス圧力はアルゴンガ
    ス加工については０．１〜０．５ミリバール、Ｏ2 プラ
    ズマ酸化については０．０１〜０．５ミリバール、さら
    に熱酸化については１〜１００ミリバールの範囲内にあ
    ることを特徴とする請求項１５記載のインプラント表面
    を気体放電プラズマを利用して加工する装置。
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