JPH08289927A - Inplant in bone and its manufacture - Google Patents
Inplant in bone and its manufactureInfo
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- JPH08289927A JPH08289927A JP9668895A JP9668895A JPH08289927A JP H08289927 A JPH08289927 A JP H08289927A JP 9668895 A JP9668895 A JP 9668895A JP 9668895 A JP9668895 A JP 9668895A JP H08289927 A JPH08289927 A JP H08289927A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は骨内インプラント（例え
ば人工歯根、人工歯根用上部構造、人工関節、人工骨
等）に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an intraosseous implant (for example, artificial tooth root, artificial root superstructure, artificial joint, artificial bone, etc.).
【０００２】[0002]
【従来の技術】生体親和性に優れるチタンは、人工歯
根、人工歯根用上部構造、人工関節、および人工骨等の
骨内インプラント（以下、インプラントと略称する場合
がある）の基材として使用されている。しかし、チタン
を例えば人工歯根、人工歯根用上部構造、人工関節の基
材として使用した場合、咬合力や歩行時の荷重に対し
て、機械的強度が必ずしも十分とはいえず、使用中に破
折や疲労による破壊を生じることが多い。Titanium, which has excellent biocompatibility, is used as a base material for intraosseous implants (hereinafter sometimes abbreviated as implants) such as artificial dental roots, superstructures for artificial dental roots, artificial joints, and artificial bones. ing. However, when titanium is used as a base for artificial tooth roots, superstructures for artificial tooth roots, and artificial joints, for example, the mechanical strength is not always sufficient with respect to the occlusal force and the load at the time of walking, and it may break during use. It often causes fracture due to folding or fatigue.
【０００３】そこで、その改善策として、チタンへの
微量不純物の添加（化学成分の添加および組織制御、イ
オン注入等）、各種チタン合金の使用、熱処理によ
るチタンの窒化又は酸化、スパッタリング、イオンプ
レ−ティング、レ−ザ照射等の物理的処理による窒化チ
タン、酸化チタン、炭化チタン等からなる被覆層のチタ
ン基材表面への形成、チタン基材の冷間圧延による加
工硬化等、が提案されている。Therefore, as measures for improvement, addition of trace impurities to titanium (addition of chemical components and structure control, ion implantation, etc.), use of various titanium alloys, nitridation or oxidation of titanium by heat treatment, sputtering, ion plating. , Formation of a coating layer made of titanium nitride, titanium oxide, titanium carbide, etc. on the surface of a titanium base material by physical treatment such as laser irradiation, work hardening by cold rolling of the titanium base material, etc. have been proposed. .
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】チタンは酸素、窒素等
の化学成分の微量添加によって機械的強度が高くなるが
工業的に安定した品質のものを入手することは難しい。
実際に、国内ではＪＩＳ−Ｈ４６５０記載のＪＩＳ２種
相当以外は入手が非常に困難である。また、主としてＴ
ｉ−６Ａｌ−４Ｖに代表されるチタン合金は、チタンよ
りも機械的性質が優れているが、その合金中に含まれる
ＶやＡｌの生体内での溶出による影響が懸念される。Titanium has a high mechanical strength due to the addition of a trace amount of chemical components such as oxygen and nitrogen, but it is difficult to obtain titanium of industrially stable quality.
In fact, in Japan, it is very difficult to obtain other than JIS 2 type equivalents described in JIS-H4650. Also, mainly T
Titanium alloys typified by i-6Al-4V are superior in mechanical properties to titanium, but there is a concern about the influence of elution of V and Al contained in the alloy in vivo.
【０００５】また、チタン基材表面の各種処理では、表
面硬度の増加による強度、耐摩耗性および耐腐食性の向
上が期待できるが、十分な疲労強度は得られず、また、
処理時間が長いため量産をしないとコスト低減が難しい
という問題点がある。また、冷間圧延によるチタン基材
の加工硬化も提案されているが、歯科インプラントでは
ブレ−ド型人工歯根以外のインプラントを作製すること
が難しい。In addition, various treatments on the surface of the titanium base material can be expected to improve strength, wear resistance and corrosion resistance due to an increase in surface hardness, but sufficient fatigue strength cannot be obtained.
Since the processing time is long, it is difficult to reduce the cost without mass production. Further, work hardening of a titanium base material by cold rolling has also been proposed, but it is difficult to manufacture an implant other than a blade-type artificial tooth root with a dental implant.
【０００６】そこで、本発明者は特願平5-279125号にお
いて、回転鍛造スウェージング加工によるチタン基材の
加工硬化を提案した。しかし、回転鍛造スウェージング
加工によるチタン基材の加工硬化の方法は、先ず、チタ
ン基材材料の段階で回転鍛造スウェージング加工により
加工硬化を行い、その後所定の形状に加工するという工
程であるため、所定の形状に加工し難い、加工時間が長
い、加工刃物の劣化が著しいなどの問題点があった。Therefore, the present inventor has proposed, in Japanese Patent Application No. 5-279125, work hardening of a titanium base material by rotary forging swaging. However, the method of work hardening of the titanium base material by rotary forging swaging is first a process of work hardening by rotary forging swaging at the stage of titanium base material, and then processing into a predetermined shape. However, there are problems that it is difficult to process into a predetermined shape, that the processing time is long, and the deterioration of the processed blade is significant.
【０００７】本発明の目的は、チタン素材の優れた生体
親和性および安全性を保持し、またチタン素材よりも優
れた機械的性質（特に表面硬度、疲労特性等）を備え、
しかも、低コストで品質の安定したチタン製の骨内イン
プラントを提供することにある。The object of the present invention is to retain the excellent biocompatibility and safety of titanium material, and to have mechanical properties (particularly surface hardness, fatigue characteristics, etc.) superior to those of titanium material,
Moreover, it is to provide an intraosseous implant made of titanium with low cost and stable quality.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に「ショットピ−ニングを施した表面を有するチタン製
の骨内インプラント（請求項１）」を提供する。また、
本発明は第二に「前記表面の硬度を、マイクロビッカ−
ス硬度で１７０〜２３０としたことを特徴とする請求項
１記載の骨内インプラント（請求項２）」を提供する。To this end, the present invention firstly provides an "intraosseous implant made of titanium having a shot-peened surface (claim 1)". Also,
Secondly, the present invention relates to "the hardness of the surface is
The intraosseous implant (claim 2) according to claim 1, characterized by having a hardness of 170 to 230.
【０００９】また、本発明は第三に「疲労限界応力を３
００Ｎ／ｍｍ2〜４００Ｎ／ｍｍ2としたことを特徴とす
る請求項１又は２記載の骨内インプラント（請求項
３）」を提供する。また、本発明は第四に「少なくと
も、チタン基材を所定の形状の芯体又は骨内インプラン
トに加工する工程と、前記芯体又は前記骨内インプラン
トの表面をショットピーニングする工程とを有する骨内
インプラントの製造方法（請求項４）」を提供する。The third aspect of the present invention is to increase the fatigue limit stress to 3
00N / mm 2 ~400N / mm 2 and to endosseous implant (Claim 3) according to claim 1 or 2, wherein the the "provide. In addition, the present invention fourthly "bone having at least a step of processing a titanium base material into a core body or an intraosseous implant having a predetermined shape, and a step of shot peening the surface of the core body or the intraosseous implant. A method for manufacturing an internal implant (claim 4) "is provided.
【００１０】また、本発明は第五に「前記ショットピー
ニングを直径５０〜５００μｍのセラミックビーズ、ガ
ラスビーズ又はスチールビーズを用いて行うことを特徴
とする請求項４記載の骨内インプラントの製造方法（請
求項５）」を提供する。The fifth aspect of the present invention is that "the shot peening is performed by using ceramic beads, glass beads or steel beads having a diameter of 50 to 500 μm. Claim 5) "is provided.
【００１１】[0011]
【作用】本発明にかかるショットピ−ニングは、一般的
には無数のショットと呼ばれる球状粒を基材の表面に噴
射（たたきつける）して、その表面層に残留圧縮応力を
生ぜしめ、且つ加工硬化によってこれを強化する一種の
表面加工硬化法をいう。したがって、ショットピ−ニン
グにより、表面硬度が増すとともに、特に疲労強度を容
易に且つ安価に増大させることができるという効果が得
られる。The shot peening according to the present invention sprays (beats) a large number of spherical particles, which are generally called shots, onto the surface of the base material to produce residual compressive stress in the surface layer, and work hardening. It is a kind of surface work hardening method that strengthens this. Therefore, by shot peening, not only the surface hardness is increased, but also the fatigue strength can be increased easily and inexpensively.
【００１２】さらに、従来の表面硬化処理では、表面を
粗面化することはできないが、ショットピーニングによ
れば、表面を粗面化することができ、生体親和性を向上
することができるという効果が得られる。ショットピ−
ニング装置としては、専用機も市販されているが、通常
のブラスト加工機を代用することができる。Further, although the surface cannot be roughened by the conventional surface hardening treatment, the surface can be roughened by the shot peening and the biocompatibility can be improved. Is obtained. Shot pee
A dedicated machine is also commercially available as a training device, but a normal blasting machine can be used instead.
【００１３】また、ショットピ−ニングを施すチタン素
材は、通常使用されているものなら何でも良いが、ＪＩ
Ｓ２種相当のチタンが価格や安定入手の点で好ましい。
また、ショットピ−ニングに用いるビーズとしては、球
状粒のセラミックスビ−ズ、ガラスビ−ズ又はスチ−ル
ビ−ズ（ショット）が使用できる。これらのビーズは、
研削作用がなく、ハンマー作用と表面粗面化作用を与え
る。さらに、クリ−ンな表面性状を保った仕上がりにす
るためには、錆びの問題がなく、ビ−ズの破壊が起こり
にくいセラミックスビ−ズが最も好ましい。このセラミ
ックスビ−ズとしては、ジルコニアやアルミナなどが入
手し易く好ましいが、これに限定されるものではない。The titanium material to be shot-peened may be any titanium material that is normally used.
Titanium corresponding to S2 type is preferable in terms of price and stable availability.
As the beads used for shot peening, spherical beads of ceramic beads, glass beads or steel beads (shots) can be used. These beads are
It has no grinding effect and gives a hammering effect and a surface roughening effect. Further, in order to obtain a finish having a clean surface quality, a ceramic bead which is free from the problem of rust and which is unlikely to be broken is most preferable. As the ceramic beads, zirconia, alumina and the like are preferable because they are easily available, but are not limited thereto.
【００１４】またビーズの粒径としては、一般的に、イ
ンプラントは小物部品が多いことから、直径５０μｍ〜
５００μｍ程度のものを使用することが好ましい。５０
０μｍより大きくなると凹部へのショットピ−ニングが
困難となる。また、被加工部分の変形が大きくなってイ
ンプラントの形状精度を保つのが困難となる。また、５
０μｍより小さくなるとショットピ−ニングをしても十
分な加工硬化や疲労強度が得られにくくなる。Regarding the particle size of the beads, since the implant generally has many small parts, the diameter is from 50 μm to
It is preferable to use one having a thickness of about 500 μm. Fifty
If it is larger than 0 μm, shot peening to the recess becomes difficult. Further, the deformation of the processed portion becomes large, and it becomes difficult to maintain the shape accuracy of the implant. Also, 5
If it is less than 0 μm, it becomes difficult to obtain sufficient work hardening and fatigue strength even by shot peening.
【００１５】また、加工時間としては、数十秒から数分
で処理できるので安価にできる。また、例えばアルメン
ゲージを用いてショットピ−ニングの程度を定量的に評
価しながら加工を行えば、品質の安定したインプラント
を提供することができる。なお、噴射（加工）圧力につ
いては、チタンは比較的軟質材であるため高い圧力は必
要ではなく、インプラントの形態によって３ｋｇ／ｃｍ
2 〜６ｋｇ／ｃｍ 2 の範囲内でコントロ−ルすれば良
い。しかし、これに限定されるものではない。The processing time is from several tens of seconds to several minutes.
Since it can be processed at, it can be made inexpensive. Also, for example Almen
Use a gauge to quantitatively evaluate the degree of shot peening
Implants of stable quality if processed while valuing
Can be provided. In addition, regarding the injection (processing) pressure
In addition, since titanium is a relatively soft material, high pressure is not necessary.
Not required, 3 kg / cm depending on implant form
2~ 6 kg / cm 2Control within the range of
Yes. However, it is not limited to this.
【００１６】ショットピ−ニング後のインプラントは、
元のチタン素材の特性である生体親和性および生体安全
性と元のチタン素材よりも良好な機械的性質（特に表面
硬度、疲労特性等）を備えた品質の安定したインプラン
トになる。ショットピーニングをしたインプラントの表
面硬度は、マイクロビッカ−ス硬度計で測定できる。シ
ョットピ−ニング後のインプラントの表面硬度は高い程
良く、ほぼ１７０〜２３０程度の範囲であれば良い。１
７０以下では、ショットピ−ニングによる破折や疲労破
壊の改善効果が小さい。また、２３０は、ほぼ限界値で
あり、これ以上の値は望めない。The implant after shot-peening is
The implant has a stable quality with biocompatibility and biosafety which are characteristics of the original titanium material and mechanical properties (particularly surface hardness, fatigue characteristics, etc.) which are better than those of the original titanium material. The surface hardness of the shot-peened implant can be measured with a micro Vickers hardness meter. The higher the surface hardness of the implant after shot peening, the better, and it may be in the range of about 170 to 230. 1
When it is 70 or less, the effect of improving fracture and fatigue fracture by shot-peening is small. Further, 230 is almost a limit value, and no further value can be expected.
【００１７】また、疲労特性については、疲労試験によ
り得られたＳ−Ｎ曲線のデ−タ−から評価することがで
きる。ショットピ−ニング後のインプラントの疲労限界
応力は３００Ｎ／ｍｍ2 〜４００Ｎ／ｍｍ2 程度の範囲
に入ればよい。３００Ｎ／ｍｍ2 以下では、ショットピ
−ニングによる破折や疲労破壊の改善効果が小さい。ま
た、４００Ｎ／ｍｍ2 は、ほぼ限界値であり、これ以上
の値は望めない。The fatigue characteristics can be evaluated from the data of the SN curve obtained by the fatigue test. Shottopi - Fatigue limit stress of the implant after training may be placed in a range of about 300N / mm 2 ~400N / mm 2 . When it is 300 N / mm 2 or less, the effect of improving fracture and fatigue fracture due to shot pinning is small. Further, 400 N / mm 2 is almost a limit value, and a value beyond this cannot be expected.
【００１８】本発明にかかるショットピ−ニングは、チ
タン基材から所定の形状に加工したインプラント（例え
ば人工歯根、人工歯根用上部構造、人工関節、人工骨
等）に施すことができる。ここで人工歯根には、ショッ
トピ−ニングを施した芯体表面に、蒸着法、スパッタリ
ング法、イオンプレ−ティング法、フレ−ム溶射法、フ
レ−ムジェット法、プラズマ溶射法等の物理的方法や、
酸処理、陽極酸化処理等の化学的方法により、金属、セ
ラミックス、ガラスセラミックス、ガラス等の各種材料
を複合化したものも含まれる。The shot pinning according to the present invention can be applied to an implant (for example, an artificial tooth root, an artificial tooth root superstructure, an artificial joint, an artificial bone, etc.) processed from a titanium base material into a predetermined shape. Here, for the artificial tooth root, a physical method such as vapor deposition, sputtering, ion plating, flame spraying, flame jet, plasma spraying, or the like, on the surface of the core subjected to shot peening,
It also includes composites of various materials such as metals, ceramics, glass ceramics and glass by chemical methods such as acid treatment and anodizing treatment.
【００１９】また、人工歯根用上部構造には、歯肉と接
触する部分に使用する通常アバットメントと呼ばれてい
るもの、歯冠を接続するための支台となるコア、アバッ
トメントとコアが一体となったもの、あるいは人工歯根
とアバットメントを接続するネジ等、コアや歯冠を接続
するネジ等も含まれるが、これらのものに限定されるも
のではない。The superstructure for artificial tooth roots is generally called an abutment used in a portion that comes into contact with the gingiva, a core serving as an abutment for connecting a crown, and an abutment and a core. However, the screw for connecting the artificial tooth root and the abutment, the screw for connecting the core and the crown, and the like are also included, but the present invention is not limited to these.
【００２０】また、人工骨には、ボ−ンプレ−トやボ−
ンスクリュ−等が含まれるが、これらに限定されるもの
ではない。以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。The artificial bone has a bone plate and a bone plate.
However, the present invention is not limited to these. Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
【００２１】[0021]
（硬さ試験）先ず、直径５ｍｍのチタン素材を用いて、
インプラント（人工歯根および人工歯根用上部構造部
品）の研削加工を行って所定形状のインプラントを２個
作製した。次に、通常のブラスト加工機を用い、粒径３
００μｍのジルコニアビ−ズを噴射圧力４ｋｇ／ｃ
ｍ2、吹付距離５０ｍｍ、吹付角度９０゜の条件のもと
で一方のインプラントに吹き付けて、ショットピ−ニン
グを施したショットピーニング処理品を作製した。ま
た、他方のインプラントは、ショットピーニングを施さ
ない未処理品とした。(Hardness test) First, using a titanium material with a diameter of 5 mm,
The implants (artificial tooth root and upper structural component for artificial tooth root) were ground to prepare two implants having a predetermined shape. Next, using a normal blasting machine, the particle size is 3
A zirconia bead of 00 μm is sprayed at a pressure of 4 kg / c.
One shot was sprayed on one implant under the conditions of m 2 , spraying distance of 50 mm and spraying angle of 90 ° to produce a shot peened shot peened product. The other implant was an untreated product that was not shot peened.
【００２２】そして、マイクロビッカーズ硬度計を用い
て、各インプラントの表面硬度を測定した。その結果、
未処理品（チタン素材）の硬さの平均値は約１３０であ
ったのに対して、ショットピ−ニング処理品の硬さの平
均値は約２００であった。この結果より、ショットピ−
ニングを施すことにより、表面硬度増大を容易にかつ安
価に図れることが確認できた。 （疲労試験）先ず、直径５ｍｍのチタン素材から、直径
２ｍｍの平行部を持つ疲労試験片を３個作製した。次
に、通常のブラスト加工機を用い、粒径３００μｍのジ
ルコニアビ−ズを噴射圧力４ｋｇ／ｃｍ2、吹付距離５
０ｍｍ、吹付角度９０゜の条件のもとで一つの試験片に
吹き付けてショットピ−ニングを施した。（ショットピ
ーニング処理品）残りの２つの試験片のうち、一方は処
理を施さない未処理品とし、他方は比較のため窒素ガス
雰囲気中で窒化処理を施して窒化処理品とした。そし
て、１トン油圧サ−ボ疲労試験機を用いて引張疲労試験
を行いＳ−Ｎ曲線のデ−タを得た。その結果、未処理品
（チタン素材）の疲労限界応力は約２００Ｎ／ｍｍ2 で
あったのに対してショットピ−ニング処理品の疲労限界
応力は約３５０Ｎ／ｍｍ2 であった。また、比較の窒化
処理品の疲労限界応力は約２７０Ｎ／ｍｍ2 であった。Then, the surface hardness of each implant was measured using a Micro Vickers hardness meter. as a result,
The average hardness of the untreated product (titanium material) was about 130, while the average hardness of the shot-peened product was about 200. From this result, the shot
It was confirmed that the surface hardness can be increased easily and at low cost by applying the polishing. (Fatigue test) First, three fatigue test pieces having a parallel portion with a diameter of 2 mm were prepared from a titanium material having a diameter of 5 mm. Then, using a normal blasting machine, zirconia beads having a particle diameter of 300 μm are sprayed at a pressure of 4 kg / cm 2 and a spray distance of 5
Shot-peening was performed by spraying one test piece under the conditions of 0 mm and a spraying angle of 90 °. (Shot peening treated product) Of the remaining two test pieces, one was an untreated product which was not treated, and the other was a nitriding product which was subjected to a nitriding treatment in a nitrogen gas atmosphere for comparison. Then, a tensile fatigue test was carried out using a 1 ton hydraulic servo fatigue tester to obtain data of SN curve. As a result, the fatigue limit stress of the untreated product (titanium material) was about 200 N / mm 2 , whereas the fatigue limit stress of the shot-peened product was about 350 N / mm 2 . The fatigue limit stress of the comparative nitriding product was about 270 N / mm 2 .
【００２３】この結果より、ショットピ−ニングした試
験片の疲労特性が特に優れていることが確認できた。From the results, it was confirmed that the fatigue properties of the shot-peened test pieces were particularly excellent.
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、チタン
素材の優れた生体親和性及び安全性を保持し、またチタ
ン素材よりも優れた機械的性質（特に表面硬度、疲労特
性等）を備え、しかも低コストで品質の安定したチタン
製骨内インプラントを得ることができる。INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, the excellent biocompatibility and safety of titanium materials are maintained, and the mechanical properties (particularly surface hardness, fatigue characteristics, etc.) superior to those of titanium materials are maintained. In addition, it is possible to obtain a titanium intraosseous implant that is equipped with, and has stable quality at low cost.
Claims (5)
るチタン製の骨内インプラント。1. An endosseous implant made of titanium having a shot-peened surface.
硬度で１７０〜２３０としたことを特徴とする請求項１
記載の骨内インプラント。2. The hardness of the surface is 170 to 230 in terms of micro Vickers hardness.
The described intraosseous implant.
０Ｎ／ｍｍ2 としたことを特徴とする請求項１又は２記
載の骨内インプラント。3. A fatigue limit stress of 300 N / mm 2 to 40
The intraosseous implant according to claim 1 or 2, characterized in that it is 0 N / mm 2 .
芯体又は骨内インプラントに加工する工程と、前記芯体
又は前記骨内インプラントの表面をショットピーニング
する工程とを有する骨内インプラントの製造方法。4. An intraosseous implant having at least a step of processing a titanium base material into a core body or an intraosseous implant having a predetermined shape, and a step of shot peening the surface of the core body or the intraosseous implant. Method.
００μｍのセラミックビーズ、ガラスビーズ又はスチー
ルビーズを用いて行うことを特徴とする請求項４記載の
骨内インプラントの製造方法。5. The shot peening has a diameter of 50-5.
The method for producing an intraosseous implant according to claim 4, which is performed by using ceramic beads, glass beads, or steel beads having a diameter of 00 μm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9668895A JPH08289927A (en) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | Inplant in bone and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP9668895A JPH08289927A (en) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | Inplant in bone and its manufacture |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08289927A true JPH08289927A (en) | 1996-11-05 |
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ID=14171740
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| JP9668895A Pending JPH08289927A (en) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | Inplant in bone and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08289927A (en) |
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