JPH08299428A - 生体適合性を有するチタン系合金類からなる医療器具 - Google Patents

生体適合性を有するチタン系合金類からなる医療器具

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JPH08299428A
JPH08299428A JP7293730A JP29373095A JPH08299428A JP H08299428 A JPH08299428 A JP H08299428A JP 7293730 A JP7293730 A JP 7293730A JP 29373095 A JP29373095 A JP 29373095A JP H08299428 A JPH08299428 A JP H08299428A
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    • A61L27/02—Inorganic materials
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 生きているヒトの身体上あるいは身体中に長
期間残置することを目的とする、生体適合性のあるチタ
ン系合金類からなる外科用および医療用の移植片類など
の医療器具を提供する。 【解決手段】 Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏお
よびＷ等の毒性のある元素を含有せず、組成をすべて重
量％単位とすると、約２．５〜１３％のＺｒ、約２０〜
約４０％のＮｂ、約４．５％〜約２５％のＴａ、および
残量のＴｉからなり、ＴａとＮｂの合計量が約３５〜５
２重量％であり、Ｎｂ／Ｔａの比率が２〜１３であり、
Ｔｉ、Ｚｒ、ＴａおよびＮｂの相対比率が調整されて、
弾性率が６５ＧＰａより低い第四級チタン合金類からな
る医療器具。用いる合金類には、限定された量ではある
が、Ｃ、ＮおよびＯ等の、毒性のない格子間元素を含有
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、弾性率が低い、生
体適合性チタン系合金類に関する。より詳しくは、ニオ
ブ、タンタルおよびジルコニウムを含有し、これら元素
間の相対比率によって、展性を持ち、安定したベータ型
形態 (beta (BCC) morphology)を示し、弾性率が７０Ｇ
Ｐａより低く、且つ引張強度が少なくとも８０，０００
ｐｓｉである、生体適合性チタン系合金類に関する。
【０００２】本発明は、生体適合性元素からなり、Ａ
ｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、ＭｏまたはＷなどの毒性
金属元素を含まず、したがって、長期間人体上または人
体中に定置させることを目的とする、医療器具に有用な
四元チタン系合金群に関する。このような器具の用途と
して外科用移植片が挙げられるので、解説がしやすいよ
うに、本発明をこの用途に沿って説明する。ただし、上
記合金類は、その化学物理特性から見て、医療部門そし
て非医療部門において、他にも効用があることが理解さ
れるべきである。
【０００３】
【従来の技術】外科用移植片の合金は、ヒトに毒性があ
る元素を含むことなく、すべてヒトの組織と生体適合性
を持つ元素からなることが必須である。また、合金に展
性があり、弾性率が人体の骨のそれに匹敵するほど低い
ことが望まれている。生体適合性チタン系合金類は、次
のような多くの合衆国特許に開示されている。
【０００４】 スタインマンら 第４，０４０，１２９号 (Steinemann et al.) １９７３年８月９日発行 ワングら 第４，８５７，２６９号 (Wang et al.) １９８９年８月１８日発行 ワングら 第４，９５２，２３６号 (Wang et al.) １９９０年８月２８日発行 デイビッドソンら 第５，１６９，５９７号 (Davidson et al.) １９９２年１２月２日発行
【０００５】これらの特許の開示は、本発明の属する分
野の技術を代表するものであり、且つ従来の技術を説明
するものとして、本願明細書の一部とする。本発明は、
上記の発明で開示されている合金類を改良して、完全な
生体適合性を持ち、弾性率の低い、新規な合金類を提供
するものである。
【０００６】スタインマンらの特許においては、各種元
素の毒性を論議し、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＡｌ
よりなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を３〜３
０重量％含有する、チタンおよび／またはジルコニウム
の合金類を開示している。また、数種のα−β型合金類
が、Ａｌ、ＭｏおよびＣｒを含有する多くの合金類とと
もに開示されている。しかしながら、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ
およびＺｒからなる第四級合金類は開示されていない。
合金の用途が外科用移植片などの医療器具である場合、
Ａｌ、ＣｒまたはＭｏは、その毒性のため、合金中に存
在するのは望ましくない。本発明の合金類にはＡｌ、Ｃ
ｒまたはＭｏのいずれも含有されていない。
【０００７】ワングらの特許二件で開示されている合金
類には、３％より少ない用量ではあるが、Ｆｅ、Ｍｎ、
Ｃｒ、ＣｏおよびＮｉよりなる群から選ばれる少なくと
も一種の共晶ベータ安定剤(eutectoid beta stabilize
r) が含有されている。これらの各々の元素は、Ｔｉ、
Ｚｒ、ＮｂまたはＴａよりもはるかに毒性が強い。さら
に、これらの特許では合金類の弾性率（Ｅ）が６６．９
〜１００ＧＰａであると説明されているが、ほとんどの
合金の弾性率は７５〜１００ＧＰａである。ワングらの
合金類とは異なり、本発明の合金類はワングらが必要と
している、毒性を有する共晶安定剤のいずれも含有して
いない。
【０００８】デイビッドソンらの特許第５，１６９，５
９７号では、二つの特異的合金、すなわちＴｉ−１３Ｚ
ｒ−１３Ｎｂ合金およびＴｉ−１８Ｚｒ−６Ｎｂ合金が
開示されている。これらの合金類の弾性率は８５ＧＰａ
より低く、好ましくは６０〜８５ＧＰａである。本発明
の合金類ではＴｉとＺｒの含量が少なく、また、Ｔａと
Ｎｂの合計量を調節して弾性率を低くする点で、デビッ
ドソンらの特許と異なっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、生き
ているヒトの身体上または身体中に長期間残置すること
を目的とする、新しい改良合金類からなる医療器具を提
供することにある。本発明の他の目的は、約６５ＧＰａ
より低く、好ましくは５０〜６０ＧＰａの弾性率をも
つ、生体適合性のある新しい改良チタン系合金類からな
る医療器具を提供することにある。
【００１０】本発明のさらに他の目的は、Ｔｉ、Ｎｂ、
ＴａおよびＺｒからなり、６５ＧＰａより低い弾性率を
もつ、生体適合性のあるチタン系合金類からなる医療器
具を生産することにある。本発明のさらに他の目的は、
本発明の新規合金類からなる外科用移植片を提供するこ
とにある。
【００１１】本発明のさらに他の目的は、約２〜約９原
子百分率のＺｒ、合計量で約２２〜３０原子百分率のＮ
ｂおよびＴａ、および残量のＴｉから実質的になり、Ｔ
ａに対するＮｂの原子比率が２〜１６であるチタン系合
金類を提供することにある。本発明の合金類を重量百分
率に換算すると、２．５〜１３％のＺｒ、２０〜４０％
のＮｂ、５〜２５％のＴａ、合計量で約３６．５〜４７
％のＮｂとＴａ、および残量のＴｉとなる。
【００１２】本発明のさらに他の目的は、溶体の状態で
焼きなましたときに等方性となる、Ｔａ、ＮｂおよびＺ
ｒを含有し、生体適合性のある、安定したβ型チタン系
合金類を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の医療器具は、２．５〜１３重量％
のＺｒ、２０〜４０重量％のＮｂ、４．５〜２５重量％
のＴａおよび残量のＴｉから実質的になり、ＮｂとＴａ
の合計量が３５〜５２重量％であり、Ｎｂ／Ｔａの比率
が２〜１３であり、且つ約６５ＧＰａより低い弾性率を
もつようにＴｉ、Ｚｒ、ＴａおよびＮｂの相対比率が定
められる、等方性の生体適合性チタン合金から形成され
ることを特徴とする。請求項２に記載の医療器具は、上
記合金が２９．２重量％のＮｂ、１２．４重量％のＴ
ａ、７．１重量％のＺｒおよび残量のＴｉから実質的に
なることを特徴とする。
【００１４】請求項３に記載の医療器具は、上記合金が
２３．８重量％のＮｂ、２１．６重量％のＴａ、４．６
重量％のＺｒおよび残量のＴｉから実質的になることを
特徴とする。請求項４に記載の医療器具は、上記合金が
３５．３重量％のＮｂ、５．７重量％のＴａ、７．３重
量％のＺｒおよび残量のＴｉから実質的になることを特
徴とする。請求項５に記載の医療器具は、３５．３重量
％のＮｂ、５．７重量％のＴａ、７．３重量％のＺｒお
よび残量のＴｉからなることを特徴とする。請求項６に
記載の医療器具は、ＮｂとＴａの合計量が３８〜４６重
量％であることを特徴とする。
【００１５】請求項７に記載の医療器具は、Ｔｉの含量
が４６〜５８重量％であることを特徴とする。請求項８
に記載の医療器具は、上記合金が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂお
よびＴａの他に、合計量が０．５重量％より少ない、
Ｃ、ＮおよびＯよりなる群から選ばれる少なくとも一種
の格子間元素を含有することを特徴とする。請求項９に
記載の医療器具は、外科用移植片であることを特徴とす
る。請求項１０に記載の医療器具は、補てつ用移植片で
あることを特徴とする。
【００１６】請求項１１に記載の医療器具は、上記合金
が、約２〜９原子百分率のＺｒ、合計量が約２４〜３０
原子百分率となるようなＮｂおよびＴａ、および残量の
Ｔｉから実質的になり、且つＮｂ／Ｔａの原子比率が
１．９〜１６であることを特徴とする。請求項１２に記
載の医療器具は、上記合金が溶体の状態で焼きなました
ものであることを特徴とする。
【００１７】請求項１３に記載の医療器具は、Ｚｒ含量
が約４〜約７原子百分率、ＴａとＮｂの合計量が約２２
〜約２８原子百分率であって、且つ弾性率が約５８ＧＰ
ａより低いことを特徴とする。請求項１４に記載の医療
器具は、Ｎｂ／Ｔａの原子比率が約４〜６であることを
特徴とする。請求項１５に記載の医療器具は、Ｎｂ／Ｔ
ａの原子比率が約１０〜１４であることを特徴とする。
請求項１６に記載の医療器具は、弾性率が、添付する図
１に示す通り５７ＧＰａより低いことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明は、Ｚｒ、ＮｂおよびＴａ
を含有するチタン系合金類の弾性率を示す図１と関連し
ながら、次の説明により明確ないし明白となる。図１
は、次の表１〜表４に示す合金類を基にして作成された
ものである。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】
【００２１】
【表３】
【００２２】
【表４】
【００２３】表１〜表４は、所望の組成を形成するため
に、アーク炉あるいはプラズマ炉中で溶解した、純粋な
元素金属から調製される本発明で用いられる合金類を示
す。得られたインゴットは、合金からなる器具の用途に
合わせた形状に鍛造されたり、機械加工される。溶体を
熱処理して確実にすべてがβ型構造となるようにした
り、あるいは所望の場合には、熱処理および／または加
工を併用してα−β型合金を生産することができる。
【００２４】本発明の生体適合性を有するチタン−ジル
コニウム−ニオブ−タンタル合金類には、低い弾性率に
悪影響を及ぼさない限り、毒性がない一種以上の侵入型
元素（Ｃ、ＮおよびＯ）を添加して、合金の物性に有益
な効果を与えることができる。本発明の合金類に対する
これら元素の添加量は、０．５重量％を越えてはならな
い。
【００２５】図１は、表１および２に示している２〜９
原子百分率のＺｒ、合計量が２２〜２７原子百分率のＴ
ａとＮｂを含有し、Ｎｂ／Ｔａの各種原子比率が１．９
〜１６であるチタン系合金類の弾性率をプロットしたも
のである。
【００２６】図１から、２〜９原子百分率のＺｒを含有
し、Ｎｂ／Ｔａの原子比率が１．９〜１６である本発明
の第四級合金類の弾性率は、４７．１〜６６．４ＧＰａ
であることが読み取れる。特に好ましい合金類は、グラ
フ上に示すもののうち、弾性率が最低である合金類であ
る。このように好ましい合金類は、表のうちＴＡ５、Ｔ
Ａ７およびＴＡ２２の三種で、重量％による組成は次の
通りである。 Nb 23.8％ Ta 21.6％ Zr 4.6％ Ti 残量 Nb 29.2％ Ta 12.4％ Zr 7.1％ Ti 残量 Nb 35.3％ Ta 5.7％ Zr 7.3％ Ti 残量
【００２７】コリングス(Collings)の「Sourcebook of
Titanium Alloy Superconductivity」（Plenum Press
社、New York and London (1983)）において、さらにま
た、ドイツ特許公開公報第２，３５０，１９９号におい
ても、Ｔａ、ＮｂおよびＺｒのうち一種以上の元素を含
有する超伝導Ｔｉ合金類が説明されていることに注目し
なければならない。しかしながら、これらの開示の何処
にも、医療器具として、低い弾性率が望ましい特性とい
える超伝導合金類が有用であることが示唆されていな
い。
【００２８】本発明の合金類から形成した移植片類に
は、コーティングや、不動態化等の他の表面処理を施す
ことによって、効用を向上させることができる。以上、
本発明の好ましい実施態様を説明したが、特許請求の範
囲に示された限定を除き、この実施態様をもって本発明
を限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の合金類の弾性率をプロットした図であ
る。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２．５〜１３重量％のＺｒ、２０〜４０
    重量％のＮｂ、４．５〜２５重量％のＴａおよび残量の
    Ｔｉから実質的になり、ＮｂとＴａの合計量が３５〜５
    ２重量％であり、Ｎｂ／Ｔａの比率が２〜１３であり、
    且つ約６５ＧＰａより低い弾性率をもつようにＴｉ、Ｚ
    ｒ、ＴａおよびＮｂの相対比率が定められる、等方性の
    生体適合性チタン合金から形成される医療器具。
  2. 【請求項２】 上記合金が２９．２重量％のＮｂ、１
    ２．４重量％のＴａ、７．１重量％のＺｒおよび残量の
    Ｔｉから実質的になる請求項１に記載の医療器具。
  3. 【請求項３】 上記合金が２３．８重量％のＮｂ、２
    １．６重量％のＴａ、４．６重量％のＺｒおよび残量の
    Ｔｉから実質的になる請求項１に記載の医療器具。
  4. 【請求項４】 上記合金が３５．３重量％のＮｂ、５．
    ７重量％のＴａ、７．３重量％のＺｒおよび残量のＴｉ
    から実質的になる請求項１に記載の医療器具。
  5. 【請求項５】 ３５．３重量％のＮｂ、５．７重量％の
    Ｔａ、７．３重量％のＺｒおよび残量のＴｉからなる請
    求項１に記載の医療器具。
  6. 【請求項６】 ＮｂとＴａの合計量が３８〜４６重量％
    である請求項１に記載の医療器具。
  7. 【請求項７】 Ｔｉの含量が４６〜５８重量％である請
    求項１に記載の医療器具。
  8. 【請求項８】 上記合金が、Ｔｉ、Ｚｒ、ＮｂおよびＴ
    ａの他に、合計量が０．５重量％より少ない、Ｃ、Ｎお
    よびＯよりなる群から選ばれる少なくとも一種の格子間
    元素を含有する請求項１に記載の医療器具。
  9. 【請求項９】 外科用移植片である請求項１に記載の医
    療器具。
  10. 【請求項１０】 補てつ用移植片である請求項１に記載
    の医療器具。
  11. 【請求項１１】 上記合金が、約２〜９原子百分率のＺ
    ｒ、合計量が約２４〜３０原子百分率となるようなＮｂ
    とＴａ、および残量のＴｉから実質的になり、且つＮｂ
    ／Ｔａの原子比率が１．９〜１６である請求項１に記載
    の医療器具。
  12. 【請求項１２】 上記合金が溶体の状態で焼きなました
    ものである請求項１に記載の医療器具。
  13. 【請求項１３】 Ｚｒの含量が約４〜約７原子百分率で
    あり、ＴａとＮｂの合計量が約２２〜約２８原子百分率
    であって、且つ弾性率が約５８ＧＰａより低い請求項１
    に記載の医療器具。
  14. 【請求項１４】 Ｎｂ／Ｔａの原子比率が約４〜６であ
    る請求項１に記載の医療器具。
  15. 【請求項１５】 Ｎｂ／Ｔａの原子比率が約１０〜１４
    である請求項１に記載の医療器具。
  16. 【請求項１６】 弾性率が、添付する図１に示す通り５
    ７ＧＰａより低い請求項１に記載の医療器具。
JP7293730A 1994-10-14 1995-10-16 生体適合性を有するチタン系合金類からなる医療器具 Pending JPH08299428A (ja)

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