JPH09308681A - Metallic material having bone conductivity and its production - Google Patents

Metallic material having bone conductivity and its production

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JPH09308681A
JPH09308681A JP8151645A JP15164596A JPH09308681A JP H09308681 A JPH09308681 A JP H09308681A JP 8151645 A JP8151645 A JP 8151645A JP 15164596 A JP15164596 A JP 15164596A JP H09308681 A JPH09308681 A JP H09308681A
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JP
Japan
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calcium
metal material
oxide
osteoconductivity
base metal
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JP8151645A
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Japanese (ja)
Inventor
Megumi Ameyama
恵 飴山
Kenzo Asaoka
憲三 浅岡
Takao Hanawa
隆夫 塙
Koichi Murakami
晃一 村上
Hidemi Ukai
英實 鵜飼
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metallic material which has bone conductivity and is capable of improving the precipitation rate of hydroxyapatite(HAP) and a process for producing the same. SOLUTION: All of calcium is made to exist in the form of oxide or hydroxide as a surface treatment layer 3 on the surface of a base material metal 2 for the living body and the oxide of the base material metallic elements is made to exist therein. The metallic material is so formed that at least part of the oxides descried above are an amorphous structure or a crystal structure (described as a nano crystal structure) having a crystal grain size of <=100m. As a result, the inadequateness of the calcium in the metallic state to the living body is eliminated and the metallic material having the excellent bone conductivity without having the ordinary crystal structure is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は人工歯根、人工関
節などの生体内に埋入される生体用の金属材料およびそ
の製造法に関し、骨伝導性などの向上を企図したもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal material for a living body to be implanted in a living body such as an artificial tooth root and an artificial joint and a method for producing the same, and is intended to improve bone conductivity and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】人工歯根、人工関節などの生体内に埋入
される生体用の金属材料に要求される特性の一つに、生
体、特に骨細胞と界面を有する金属材料の骨伝導性の向
上があり、材料の表面に生体由来のハイドロキシアパタ
イト(HAP)という物質を生成することが必要とさ
れ、ハイドロキシアパタイト(HAP)の析出速度を効
率良く上昇させることが求められている。
2. Description of the Related Art One of the characteristics required for a metallic material for a living body to be implanted in a living body such as an artificial tooth root or an artificial joint is one of the properties of the osteoconductive property of a metallic material having an interface with a living body, especially a bone cell. It is necessary to generate a substance called hydroxyapatite (HAP) derived from a living body on the surface of the material, and it is required to efficiently increase the deposition rate of hydroxyapatite (HAP).

【0003】このためアルカリやアルカリ土類金属イオ
ンを含有する溶液に浸漬した後、熱処理する方法やカル
シウムをイオン注入する方法などによって表面にカルシ
ウムを存在させることが提案されている。
For this reason, it has been proposed that calcium is present on the surface by a method of immersing in a solution containing an alkali or alkaline earth metal ion and then performing a heat treatment or a method of ion-implanting calcium.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このようなハイドロキ
シアパタイト(HAP)の析出速度の効率向上について
研究を進めたところ、基材金属材料の表面に存在するカ
ルシウムの状態やその結晶構造などによって骨伝導性に
大きな影響を及ぼすことが分かった。
As a result of research on improving the efficiency of the precipitation rate of such hydroxyapatite (HAP), osteoconductivity depends on the state of calcium present on the surface of the base metal material and its crystal structure. It was found to have a great effect on sex.

【0005】この発明は、上記研究結果に基づきハイド
ロキシアパタイト(HAP)の析出速度を向上すること
ができる骨伝導性を有する金属材料およびその製造法を
提供しようとするものである。
The present invention aims to provide a metal material having osteoconductivity capable of improving the deposition rate of hydroxyapatite (HAP) based on the above research results, and a method for producing the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
この発明の請求項1記載の骨伝導性を有する金属材料
は、生体用の基材金属材料の表面に、カルシウムを酸化
物あるいは水酸化物として存在させるとともに、前記基
材金属元素の酸化物を存在させ、これらの少なくとも一
部がアモルファス構造または結晶粒径が100nm以下の
結晶構造の表面処理層を備えてなることを特徴とするも
のである。
In order to solve the above-mentioned problems, the metal material having osteoconductivity according to claim 1 of the present invention has a surface of a base metal material for a living body, and calcium oxide or hydroxide. In addition to being present as an object, an oxide of the base metal element is present, at least a part of which is provided with a surface-treated layer having an amorphous structure or a crystal structure having a crystal grain size of 100 nm or less. Is.

【0007】この発明によれば、生体用の基材金属表面
に表面処理層として、カルシウムの全てを酸化物あるい
は水酸化物として存在させるとともに、基材金属元素の
酸化物を存在させ、かつこれらの少なくとも一部がアモ
ルファス構造または結晶粒径が100nm以下の結晶構造
(ここでは、ナノ結晶構造と称する。)とするようにし
ており、金属状態のカルシウムによる生体への不適合性
を無くし、しかも通常の結晶構造を持たないようにして
骨伝導性に優れた金属材料を得ることができるようにし
ている。
According to the present invention, as the surface treatment layer on the surface of the base metal for living body, all of calcium is present as the oxide or hydroxide, and the oxide of the base metal element is present. At least a part of them has an amorphous structure or a crystal structure with a crystal grain size of 100 nm or less (herein referred to as a nanocrystal structure), which eliminates the incompatibility of the metallic calcium with the living body, and The metal material having excellent osteoconductivity can be obtained without having the crystal structure of.

【0008】また、この発明の請求項2記載の骨伝導性
を有する金属材料の製造法は、生体用の基材金属材料の
表面にイオン注入法でカルシウムを注入した後、酸素を
含むガス中で600℃以下の温度で暴露して表面処理層
の金属元素の一部または全部を酸化させカルシウムを酸
化物あるいは水酸化物として存在させるとともに、前記
基材金属元素の酸化物を存在させ、これらの少なくとも
一部がアモルファス構造または結晶粒径が100nm以下
の結晶構造の表面処理層となるようにしたことを特徴と
するものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for producing a metal material having osteoconductivity, which comprises injecting calcium into a surface of a base metal material for living body by an ion implantation method and then in a gas containing oxygen. At a temperature of 600 ° C. or lower to oxidize a part or all of the metal elements of the surface treatment layer to allow calcium to exist as an oxide or hydroxide, and to allow the oxide of the base metal element to exist. At least a part of the surface treatment layer has an amorphous structure or a crystal structure having a crystal grain size of 100 nm or less.

【0009】この発明によれば、生体用の基材金属材料
の表面にイオン注入法でカルシウムを注入した後、酸素
を含むガス中で600℃以下の温度で暴露して表面処理
層の金属元素の一部または全部を酸化させるようにして
おり、生体用の基材金属材料の表面の表面処理層を、酸
化物あるいは水酸化物状態のカルシウムと基材金属元素
の酸化物とで構成し、これらの少なくとも一部がアモル
ファス構造または結晶粒径が100nm以下の結晶構造に
でき、生体への適合性が高く、しかも骨伝導性の優れた
金属材料を造ることができるようになる。
According to the present invention, after the calcium is injected into the surface of the base metal material for living body by the ion implantation method, the metal element of the surface treatment layer is exposed by exposing it to a gas containing oxygen at a temperature of 600 ° C. or lower. The surface treatment layer on the surface of the base metal material for living body is composed of calcium in the oxide or hydroxide state and the oxide of the base metal element, At least a part of them can have an amorphous structure or a crystal structure having a crystal grain size of 100 nm or less, and it becomes possible to manufacture a metal material having high biocompatibility and excellent osteoconductivity.

【0010】さらに、この発明の請求項3記載の骨伝導
性を有する金属材料の製造法は、請求項2記載の構成の
前記イオン注入法に替え、イオンミキシング法でカルシ
ウム原子を照射するようにしたことを特徴とするもので
ある。
Further, in the method for producing a metal material having osteoconductivity according to claim 3 of the present invention, calcium ions are irradiated by an ion mixing method instead of the ion implantation method having the structure according to claim 2. It is characterized by having done.

【0011】この発明によれば、イオン注入法に替えて
イオンミキシング法でカルシウム原子を照射したのち、
酸化処理を行うようにしており、この場合にも同様に生
体への適合性を高め、しかも骨伝導性に優れた金属材料
を造ることができるようになる。
According to the present invention, after irradiating calcium atoms by the ion mixing method instead of the ion implantation method,
Oxidation treatment is performed, and in this case as well, it becomes possible to similarly improve the compatibility with the living body and to produce a metal material having excellent osteoconductivity.

【0012】また、この発明の請求項4記載の骨伝導性
を有する金属材料の製造法は、請求項3の構成に加え、
前記イオンミキシング法で酸素イオンを用いてカルシウ
ム原子を照射するようにしたことを特徴とするものであ
る。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a metallic material having osteoconductivity, in addition to the configuration of the third aspect,
The ion mixing method is characterized in that oxygen ions are used to irradiate calcium atoms.

【0013】この発明によれば、イオンミキシング法で
カルシウム原子を照射する場合に酸素イオンを用い、こ
ののち酸化処理を行うようにしており、表面処理層の酸
化物の生成を一層促すようにし、同様に生体への適合性
を高め、しかも骨伝導性に優れた金属材料を造ることが
できるようになる。
According to the present invention, when the calcium atoms are irradiated by the ion mixing method, oxygen ions are used, and then the oxidation treatment is carried out to further promote the generation of oxides in the surface treatment layer, Similarly, it becomes possible to manufacture a metal material having high biocompatibility and excellent osteoconductivity.

【0014】さらに、この発明の請求項5記載の骨伝導
性を有する金属材料の製造法は、生体用の基材金属材料
の表面にイオンミキシング法で酸素イオンを用いてカル
シウム原子を照射しカルシウムを酸化物あるいは水酸化
物として存在させるとともに、前記基材金属元素の酸化
物を存在させ、これらの少なくとも一部がアモルファス
構造または結晶粒径が100nm以下の結晶構造の表面処
理層となるようにしたことを特徴とするものである。
Further, in the method for producing a metal material having osteoconductivity according to claim 5 of the present invention, calcium is obtained by irradiating the surface of a base metal material for living body with calcium atoms by using oxygen ions by an ion mixing method. Is present as an oxide or a hydroxide, and an oxide of the above-mentioned base metal element is present so that at least a part of these becomes a surface-treated layer having an amorphous structure or a crystal structure with a crystal grain size of 100 nm or less. It is characterized by having done.

【0015】この発明によれば、基材金属材料の表面処
理層をイオンミキシング法により酸素イオンを用いてカ
ルシウム原子を照射するだけで得るようにしており、酸
化物生成の後処理を必要とせず、一層簡単に生体への適
合性を高め、しかも骨伝導性に優れた金属材料を造るこ
とができるようになる。
According to the present invention, the surface treatment layer of the base metal material is obtained by only irradiating calcium atoms with oxygen ions by the ion mixing method, and no post-treatment of oxide formation is required. Further, it becomes possible to more easily make a metal material having high biocompatibility and excellent osteoconductivity.

【0016】ここで、生体用の基材金属材料とは、チタ
ンやチタン合金、あるいはコバルト−クロム−モリブデ
ン合金などの金属材料、アルミナなどのセラミックス材
料などが用いられ、チタンは工業用純チタンを意味し、
チタン合金の合金元素としてはCa 、P、O、Fe 、A
l 、V、Sn 、Pd などをあげることができる。
Here, as the base metal material for a living body, a metal material such as titanium, a titanium alloy, a cobalt-chromium-molybdenum alloy, or a ceramic material such as alumina is used. Titanium is industrial pure titanium. Meaning,
The alloying elements of the titanium alloy are Ca, P, O, Fe and A.
l, V, Sn, Pd, etc. can be mentioned.

【0017】また、骨伝導性とは、生体親和性、骨形成
能、細胞誘導性などをいうが、通常、骨伝導性に優れた
材料では、細胞外液組成に近いHank's 溶液浸漬中にハ
イドロキシアパタイト(HAP)が材料表面に迅速に析
出することが知られていることから、ハイドロキシアパ
タイト(HAP)の析出速度で評価した。
The term "osteoconductivity" refers to biocompatibility, osteogenicity, cell-inducing ability, etc. Usually, a material excellent in osteoconductivity is subjected to a hydroxy solution during immersion in Hank's solution having a composition close to that of extracellular fluid. Since it is known that apatite (HAP) precipitates rapidly on the material surface, the rate of hydroxyapatite (HAP) precipitation was evaluated.

【0018】さらに、表面処理層は、カルシウムは全て
が酸化物あるいは水酸化物の状態で存在し、基材金属元
素は一部または全部が酸化物の状態で存在するものであ
り、しかもこれらの一部または全部がアモルファス構造
またはナノ結晶構造となっている層をいい、表面処理層
の状態は透過型電子顕微鏡組織やX線光電子分光分析な
どにより、結晶質、アモルファス構造、結晶粒径が10
0nm以下の結晶構造(ナノ結晶構造)であるか否かや酸
化物状態か否かを判定することができる。
Further, in the surface-treated layer, calcium is present in the state of all oxides or hydroxides, and the base metal element is present in the state of part or all of the oxides. A part or all of the layer has an amorphous structure or a nanocrystal structure. The surface treatment layer has a crystalline, amorphous structure, and a crystal grain size of 10 by a transmission electron microscope structure or X-ray photoelectron spectroscopy analysis.
It is possible to determine whether or not the crystal structure is 0 nm or less (nanocrystal structure) and whether or not it is in the oxide state.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、この発明の骨伝導性を有す
る金属材料及びその製造法について、具体的に説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The osteoconductive metal material and the method for producing the same according to the present invention will be specifically described below.

【0020】この骨伝導性を有する金属材料1は、図1
にその断面構造を示すように、従来から生体用金属とし
て使用されている純チタン(工業用の純チタン)や生体
用のチタン合金などの基材金属材料2の表面に表面処理
層3としてカルシウムを酸化物あるいは水酸化物の状態
として存在させるとともに、基材金属元素を主体とする
酸化物を存在させ、かつこれらがアモルファス構造また
は結晶粒径が100nm以下の結晶構造状態(以下、ナノ
結晶構造と称する。)で存在するものである。
The metal material 1 having osteoconductivity is shown in FIG.
As shown in the cross-sectional structure in FIG. 1, calcium is used as the surface treatment layer 3 on the surface of the base metal material 2 such as pure titanium (industrial pure titanium) that has been conventionally used as a biomedical metal or a biocompatible titanium alloy. Is present in the form of an oxide or hydroxide, and an oxide containing a base metal element as a main component is present, and these have an amorphous structure or a crystalline structure state with a crystal grain size of 100 nm or less (hereinafter, nanocrystalline structure). Called)).

【0021】すなわち、表面処理層3では、カルシウム
は全てが酸化物あるいは水酸化物であり、表面処理層3
の基材金属元素は少なくとも一部が酸化物となってお
り、かつこれらのカルシウム酸化物あるいはカルシウム
水酸化物および基材金属元素主体の酸化物がアモルファ
ス構造で結晶構造を持たない状態であるか、あるいは結
晶構造を持つ場合でも結晶粒径が100nm以下の微少な
結晶構造となっている。
That is, in the surface treatment layer 3, all the calcium is an oxide or hydroxide, and the surface treatment layer 3
At least a part of the base metal element of is an oxide, and the calcium oxide or calcium hydroxide and the oxide mainly of the base metal element have an amorphous structure and no crystal structure? Or, even if it has a crystal structure, it has a fine crystal structure with a crystal grain size of 100 nm or less.

【0022】このような表面処理層3を備えた骨伝導性
を有する金属材料1では、生体由来のハイドロキシアパ
タイト(HAP)の析出速度を効率良く上昇することが
でき、生体適合性にも優れることが分かった。
The metal material 1 having osteoconductivity provided with such a surface-treated layer 3 can efficiently increase the deposition rate of hydroxyapatite (HAP) derived from a living body and is excellent in biocompatibility. I understood.

【0023】このような骨伝導性を有する金属材料1の
具体的な製造法としては、図2に示す幾つかの方法が用
いられる。
As a concrete manufacturing method of such a metal material 1 having osteoconductivity, several methods shown in FIG. 2 are used.

【0024】まず、基材金属材料2の表面にカルシウム
を存在させる必要があることから、基材金属2の表面に
カルシウムをイオン注入法やイオンミキシング法で注入
し、例えば表面から30nm程度のカルシウム含有の表面
層を生成する。
First, since it is necessary to allow calcium to exist on the surface of the base metal material 2, calcium is injected into the surface of the base metal 2 by an ion implantation method or an ion mixing method. Produces a surface layer of inclusions.

【0025】この場合、イオン注入法では、カルシウム
イオンにエネルギを与えて照射することでカルシウム含
有の表面層を作成し、イオンミキシング法では、カルシ
ウム原子を他のイオン、例えば不活性ガスのイオンなど
の照射により基材金属元素と混合することでカルシウム
含有の表面層を作成する。
In this case, in the ion implantation method, a calcium-containing surface layer is formed by applying energy to calcium ions to irradiate them, and in the ion mixing method, calcium atoms are converted into other ions, for example, ions of an inert gas. Is mixed with the base metal element to form a calcium-containing surface layer.

【0026】こうして基材金属材料1の表面にカルシウ
ム含有の表面層を作成後、酸素を含むガス中で、600
℃以下の温度で暴露してカルシウムおよび基材金属元素
を酸化する酸化処理を行う。また、室温近傍(100℃
以下)の大気に暴露した場合、カルシウムは主に空気中
の水分と水和反応をおこし、カルシウム水酸化物とな
る。
After the calcium-containing surface layer is formed on the surface of the base metal material 1 in this manner, 600
An exposure process is performed at a temperature of ℃ or below to oxidize calcium and base metal elements. In addition, near room temperature (100 ℃
When exposed to the atmosphere (below), calcium mainly undergoes a hydration reaction with water in the air to form calcium hydroxide.

【0027】これらの処理では、カルシウムの全てを酸
化あるいは水和させてカルシウム酸化物あるいは水酸化
物の状態にするとともに、基材金属元素の一部あるいは
全部を酸化させる。
In these treatments, all of the calcium is oxidized or hydrated to a calcium oxide or hydroxide state, and a part or all of the base metal element is oxidized.

【0028】なお、イオンミキシング法で用いる他のイ
オンとして酸素イオンを用いる場合には、酸素イオンの
照射によりカルシウムが成膜されると同時に酸化が起こ
り、基材金属材料の酸化も起こることから、この酸化処
理を省略するようにしても良いが、少なくとも全てのカ
ルシウムが酸化物として存在するようにしなければなら
ない。
When oxygen ions are used as the other ions used in the ion mixing method, irradiation of oxygen ions causes calcium to form a film at the same time as oxidation, which causes oxidation of the base metal material. This oxidation treatment may be omitted, but at least all the calcium must be present as an oxide.

【0029】こうして得た基材金属材料2の表面には、
全てのカルシウムが酸化物あるいは水酸化物として存在
し、基材金属元素の一部ないし全部が酸化物として存在
し、しかもこれらがアモルファス構造あるいはナノ結晶
構造の表面処理層3が形成される。
On the surface of the base metal material 2 thus obtained,
All calcium is present as an oxide or hydroxide, a part or all of the base metal element is present as an oxide, and these form the surface-treated layer 3 having an amorphous structure or a nanocrystal structure.

【0030】このような製造法によって造られるいずれ
の骨伝導性を有する金属材料も生体由来のハイドロキシ
アパタイト(HAP)の析出速度を効率良く上昇するこ
とができ、生体適合性にも優れることが分かった。
It has been found that any metal material having osteoconductivity produced by such a manufacturing method can efficiently increase the deposition rate of hydroxyapatite (HAP) derived from a living body and is excellent in biocompatibility. It was

【0031】次に、表面処理層3として必要な表面構造
であるアモルファス構造あるいはナノ結晶構造につい
て、結晶質の場合と比較して行った実験について詳細に
説明する。生体用の基材金属材料として純チタンを用
い、20KeV にてカルシウムイオンを注入(イオン注入
法)した後、酸化処理として大気中に暴露して試料を得
て、これをCa-Ti20 とした。
Next, a detailed description will be given of an experiment conducted by comparing the amorphous structure or the nanocrystal structure, which is the surface structure required for the surface treatment layer 3, with the case of the crystalline structure. Pure titanium was used as a base metal material for living organisms, calcium ions were implanted at 20 KeV (ion implantation method), and then exposed to the atmosphere as an oxidation treatment to obtain a sample, which was designated as Ca-Ti20.

【0032】また、生体用の基材金属材料として純チタ
ンを用い、その表面にカルシウム薄膜を500nm 成膜後、
20KeV にてアルゴンイオンを注入(イオンミキシング
法)した後、酸化処理として大気中に暴露して試料を得
て、これをIM-Ti20 とした。
Pure titanium is used as a base metal material for living organisms, and a calcium thin film is formed to a thickness of 500 nm on its surface.
After implanting argon ions at 20 KeV (ion mixing method), the sample was obtained by exposing it to the atmosphere as an oxidation treatment and used as IM-Ti20.

【0033】さらに、比較のため、上記イオン注入法で
得た試料Ca-Ti20 をさらに酸化処理として700℃のア
ルゴンガス中で熱処理した試料を得て、これをCa-Ti20H
T とした。
Further, for comparison, a sample Ca-Ti20 obtained by the above-mentioned ion implantation method was further heat-treated in an argon gas at 700 ° C. as an oxidation treatment to obtain a sample, which was Ca-Ti20H.
T.

【0034】こうして得た3つの試料Ca-Ti20 、IM-Ti2
0 、Ca-Ti20HT の表面近傍の構造を調べるため、高分解
能透過型電子顕微鏡を用いて組織を観察し、その結果を
図3に示した。
The three samples Ca-Ti20 and IM-Ti2 thus obtained
In order to investigate the structure near the surface of 0, Ca-Ti20HT, the tissue was observed using a high resolution transmission electron microscope, and the results are shown in FIG.

【0035】これらの高分解能透過型電子顕微鏡組織か
ら明らかなように、試料Ca-Ti20 およびIM-Ti20 の2つ
では、表面から30nm程度まで明確な結晶構造を持たな
いアモルファス構造あるいは結晶粒径が10nm程度のナ
ノ結晶構造を有していることが分かる。
As is clear from these high-resolution transmission electron microscope structures, the two samples Ca-Ti20 and IM-Ti20 have an amorphous structure or a crystal grain size that does not have a clear crystal structure up to about 30 nm from the surface. It can be seen that it has a nanocrystal structure of about 10 nm.

【0036】一方、試料Ca-Ti20HT では、表面の僅か数
nmのみアモルファス構造であるが、他は全て結晶質とな
っていることが分かる。
On the other hand, in the sample Ca-Ti20HT, only a small number of surfaces
Only nm has an amorphous structure, but all others are crystalline.

【0037】次に、これら3つの試料Ca-Ti20 、IM-Ti2
0 、Ca-Ti20HT の表面近傍の深さ方向の元素分布を調べ
るためオージェ電子分光分析器で分析し、その結果を図
4に示した。
Next, these three samples Ca-Ti20 and IM-Ti2
In order to investigate the elemental distribution in the depth direction near the surface of 0, Ca-Ti20HT, an Auger electron spectroscopic analysis was performed, and the results are shown in FIG.

【0038】3つの試料Ca-Ti20 、IM-Ti20 、Ca-Ti20H
T のいずれも表面より30nm程度の深さまでカルシウム
が存在しており、2つの試料Ca-Ti20 、IM-Ti20 では、
カルシウムの存在する領域とアモルファス構造あるいは
10nm程度のナノ結晶構造を有する領域が一致してい
る。
Three samples Ca-Ti20, IM-Ti20, Ca-Ti20H
In each of T, calcium exists up to a depth of about 30 nm from the surface, and in the two samples Ca-Ti20 and IM-Ti20,
The region in which calcium is present matches the region having an amorphous structure or a nanocrystal structure of about 10 nm.

【0039】さらに、3つの試料Ca-Ti20 、IM-Ti20 、
Ca-Ti20HT についてX線光電子分光分析を行い、Caの
p2p電子の結合エネルギスペクトルを示したものが図
5である。
Further, three samples Ca-Ti20, IM-Ti20,
X-ray photoelectron spectroscopy analysis of Ca-Ti20HT shows the binding energy spectrum of p2p electrons of Ca in FIG.

【0040】3つの試料Ca-Ti20 、IM-Ti20 、Ca-Ti20H
T のいずれにおいてもカルシウムは酸化物状態にあるこ
とが分かる。
Three samples Ca-Ti20, IM-Ti20, Ca-Ti20H
It can be seen that calcium is in an oxide state at any of T.

【0041】このような表面処理層の構造が、アモルフ
ァス構造の試料Ca-Ti20 、ナノ結晶構造の試料IM-Ti20
、結晶質の試料Ca-Ti20HT の3つの試料の骨伝導性に
ついて調べるため、有機物を含まないHank's 溶液に3
0日間浸漬し、その表面生成物の解析を行った。なお、
浸漬試験では、Hank's 溶液の温度を37℃、pHは7.
2 〜7.6 に保った。
Samples Ca-Ti20 having an amorphous structure and samples IM-Ti20 having a nanocrystal structure have such surface treatment layers.
, 3 samples of crystalline Ca-Ti20HT were examined in order to investigate the osteoconductivity of 3 samples in Hank's solution containing no organic matter.
After soaking for 0 day, the surface product was analyzed. In addition,
In the immersion test, the temperature of Hank's solution was 37 ° C and the pH was 7.
I kept it from 2 to 7.6.

【0042】ここで用いたHank's 溶液は、その組成
(mol/l)が表1に示すような電解質水溶液であ
り、細胞外液組成に近いものであり、このようなHank'
s 溶液への浸漬試験を行うと、骨伝導性に優れた材料で
は、ハイドロキシアパタイト(HAP)が試料表面に迅
速に析出することが知られている。
The Hank's solution used here is an aqueous electrolyte solution having a composition (mol / l) as shown in Table 1, which is close to the extracellular fluid composition.
It is known that, when an immersion test in a s solution is performed, hydroxyapatite (HAP) is rapidly deposited on the sample surface in a material having excellent osteoconductivity.

【0043】[0043]

【表1】 [Table 1]

【0044】また、浸漬試験では、比較のため無処理の
純チタン板もHank's 溶液に浸漬した。
In the dipping test, an untreated pure titanium plate was also dipped in Hank's solution for comparison.

【0045】このようなHank's 溶液への浸漬試験の結
果、試料の表面に生成したハイドロキシアパタイト(H
AP)に由来するリンの量をX線光電子分光分析を行
い、その結果を表2に示したが、リンの量が多いほど析
出ハイドロキシアパタイト(HAP)が多い。
As a result of such immersion test in Hank's solution, hydroxyapatite (H
The amount of phosphorus derived from (AP) was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy, and the results are shown in Table 2. The greater the amount of phosphorus, the greater the amount of precipitated hydroxyapatite (HAP).

【0046】[0046]

【表2】 [Table 2]

【0047】これら4つの試料のうち、2つの試料Ca-T
i20 および試料IM-Ti20 に比べて残りの2つの試料Ca-T
i20HT および純チタンの表面のリンの量は少ないことが
分かる。
Of these four samples, two samples Ca-T
Remaining two samples Ca-T compared to i20 and sample IM-Ti20
It can be seen that the amount of phosphorus on the surface of i20HT and pure titanium is small.

【0048】すなわち、これらの2群の試料間の違い
は、主に表面構造にあり、一群のリンの析出の多い2つ
の試料Ca-Ti20 および試料IM-Ti20 は前者がアモルファ
ス構造であり、後者がナノ結晶構造であるのに対し、他
の一群のリンの析出の少ない試料Ca-Ti20HT および純チ
タンはいずれも結晶質である。
That is, the difference between these two groups of samples is mainly in the surface structure, and in the two samples Ca-Ti20 and IM-Ti20 in which a large amount of phosphorus is precipitated, the former has an amorphous structure and the latter has an amorphous structure. Has a nanocrystalline structure, whereas the other samples, Ca-Ti20HT and pure titanium, which have less precipitation of phosphorus, are both crystalline.

【0049】したがって、基材金属材料2の表面の表面
処理層3がアモルファス構造またはナノ結晶構造を有す
る材料の方が結晶構造を有する材料に比べて骨伝導性が
高いことが分かった。
Therefore, it was found that the material in which the surface treatment layer 3 on the surface of the base metal material 2 has an amorphous structure or a nanocrystal structure has higher osteoconductivity than a material having a crystal structure.

【0050】次に、表面処理層3として必要な全てのカ
ルシウムが酸化物として存在することについて、金属状
態の場合と比較して行った実験について詳細に説明す
る。生体用の基材金属材料として純チタンを用い、20
0KeV にてカルシウムイオンを注入(イオン注入法)し
た後、酸化処理として室温で大気中に1時間暴露して試
料を作り、これを薄膜X線回折を行い、その回折チャー
トを図6示した。
Next, the fact that all the calcium necessary for the surface treatment layer 3 is present as an oxide will be described in detail with respect to the experiment conducted in comparison with the case of the metallic state. Pure titanium is used as the base metal material for the living body.
After injecting calcium ions at 0 KeV (ion implantation method), a sample was prepared by exposing it to the atmosphere at room temperature for 1 hour as an oxidation treatment, and this was subjected to thin film X-ray diffraction, and its diffraction chart is shown in FIG.

【0051】この薄膜X線回折チャートから明らかなよ
うに、この試料では、基材金属材料のチタンと、注入カ
ルシウムの酸化物のピークのほかに金属カルシウムの明
確なピークが認められる。
As is clear from this thin film X-ray diffraction chart, in this sample, in addition to the peaks of titanium as the base metal material and the oxides of implanted calcium, clear peaks of calcium metal are recognized.

【0052】一方、生体用の基材金属材料として純チタ
ンを用い、50KeV にてカルシウムイオンを注入(イオ
ン注入法)した後、酸化処理として室温で大気中に1時
間暴露して試料を作り、これを薄膜X線回折を行った結
果、その回折チャートからは基材金属材料のチタンと、
注入カルシウムの酸化物のピークは観察されたが、金属
カルシウムの明確なピークが観察されなかった。
On the other hand, pure titanium was used as the base metal material for the living body, calcium ions were implanted at 50 KeV (ion implantation method), and then the sample was prepared by exposing it to the atmosphere at room temperature for 1 hour for oxidation treatment. As a result of performing thin film X-ray diffraction on this, from the diffraction chart, it was found that titanium as the base metal material,
The oxide peak of the implanted calcium was observed, but the distinct peak of metallic calcium was not observed.

【0053】このような基材金属材料2の表面の表面処
理層3に金属カルシウムが存在する試料と、金属カルシ
ウムが存在しない試料を用意し、前述と同様に、Hank'
s 溶液への30日間の浸漬試験を行い、試料の表面生成
物のX線光電子分光分析による解析を行った。
Samples in which metal calcium is present in the surface treatment layer 3 on the surface of the base metal material 2 and samples in which no metal calcium is present are prepared, and Hank 'is used as described above.
s A 30-day immersion test in a solution was performed, and the surface product of the sample was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy.

【0054】その結果、いずれの試料においてもハイド
ロキシアパタイト(HAP)析出に由来するリンの量は
純チタンに比べて多いが、金属カルシウムが存在する試
料(200KeV注入材)では、浸漬試験開始直後に表面より
発泡し表面の凹凸が非常に激しく荒れた状態となった。
As a result, in all the samples, the amount of phosphorus derived from hydroxyapatite (HAP) precipitation was larger than that in pure titanium, but in the sample containing metallic calcium (200 KeV injection material), immediately after the start of the immersion test. It foamed from the surface and became extremely rough with irregularities on the surface.

【0055】これは金属状態のカルシウムが水溶液中の
水と激しく反応したためであり、生体材料としてふさわ
しくない現象と考えられる。
This is because the calcium in the metallic state reacted violently with water in the aqueous solution, and is considered to be a phenomenon not suitable as a biomaterial.

【0056】そこで、この金属カルシウムが存在する試
料(200KeV注入材)を室温から700℃までの種々の温
度にて、純アルゴン、10%酸素−アルゴン、大気のそ
れぞれの雰囲気中に1時間暴露する処理をしたのち薄膜
X線回折による化合物の同定を行い、その結果を表3に
示す。
Therefore, the sample containing the metallic calcium (200 KeV injection material) is exposed to various temperatures from room temperature to 700 ° C. for 1 hour in each of pure argon, 10% oxygen-argon and the atmosphere. After the treatment, the compound was identified by thin film X-ray diffraction, and the results are shown in Table 3.

【0057】[0057]

【表3】 [Table 3]

【0058】同表から明らかなように、室温に暴露した
試料および純アルゴン中に暴露した試料では、金属カル
シウムに由来するピークが依然として明瞭に認められる
が、他の試料では、温度が600℃や700℃で、しか
も酸素が存在する10%酸素−アルゴン雰囲気や大気中
に暴露した試料では、金属カルシウムに由来するピーク
は認められなかった。
As is clear from the table, peaks derived from metallic calcium are still clearly observed in the sample exposed to room temperature and the sample exposed to pure argon, but in other samples, the temperature was 600 ° C or No peak derived from metallic calcium was observed in the sample exposed at 700 ° C. in a 10% oxygen-argon atmosphere in which oxygen is present or in the air.

【0059】次に、こうして表面処理の温度および雰囲
気を変えて得た9つの異なる試料について、前述と同様
に、Hank's 溶液への30日間の浸漬試験を行い、試料
の表面生成物のX線光電子分光分析による解析および走
査型電子顕微鏡による観察を行い、その結果を表4に示
す。
Next, the 9 different samples obtained by changing the temperature and atmosphere of the surface treatment were subjected to the immersion test in the Hank's solution for 30 days in the same manner as described above, and the X-ray photoelectrons of the surface products of the samples were examined. Analysis by spectroscopic analysis and observation by a scanning electron microscope were performed, and the results are shown in Table 4.

【0060】[0060]

【表4】 [Table 4]

【0061】同表から明らかなように、室温に暴露した
試料および純アルゴン中に暴露した5つの試料では、金
属カルシウムに由来するピークが明瞭に認められた結
果、浸漬試験開始直後に表面より発泡し表面の凹凸が非
常に激しく荒れた状態となり、生体材料としてふさわし
くないと考えられる。
As is clear from the table, in the sample exposed to room temperature and the five samples exposed to pure argon, peaks derived from metallic calcium were clearly observed, and as a result, foaming occurred from the surface immediately after the start of the immersion test. However, it is considered that the surface irregularities are extremely rough and not suitable as a biomaterial.

【0062】これに対し、他の4つの試料である温度が
600℃や700℃で、しかも酸素が存在する10%酸
素−アルゴン雰囲気や大気中に暴露した試料では、金属
カルシウムに由来するピークは認められないことから表
面状態は平滑になるが、処理温度が700℃の2つの試
料では、ハイドロキシアパタイト(HAP)析出に由来
するリンの量は純チタンと同程度であり、骨伝導性の向
上を認めることができない。
On the other hand, in the other four samples which were 600 ° C. or 700 ° C. and were exposed to a 10% oxygen-argon atmosphere in which oxygen is present or in the air, the peak derived from metallic calcium is Although not observed, the surface condition becomes smooth, but in the two samples at the treatment temperature of 700 ° C, the amount of phosphorus derived from hydroxyapatite (HAP) precipitation is about the same as that of pure titanium, which improves the osteoconductivity. Cannot be admitted.

【0063】しかしながら、処理温度が600℃の2つ
の試料では、ハイドロキシアパタイト(HAP)析出に
由来するリンの量は純チタンに比べて多く、骨伝導性の
向上を明確に認めることができることが分かる。
However, in the two samples at the treatment temperature of 600 ° C., the amount of phosphorus derived from the hydroxyapatite (HAP) precipitation is larger than that of pure titanium, and it is clear that the improvement of osteoconductivity can be recognized. .

【0064】以上の結果から、イオン注入法やイオンミ
キシング法によるカルシウムイオン注入の処理後の酸化
処理としては、注入エネルギが200KeV未満では、酸素を
含有するガス中に600℃以下の温度にて暴露し、表面
処理層3のカルシウムを全て酸化物状態にするととも
に、基材金属元素の一部または全部を酸化させることが
有効であることが分かった。
From the above results, as the oxidation treatment after the calcium ion implantation treatment by the ion implantation method or the ion mixing method, when the implantation energy is less than 200 KeV, it is exposed to a gas containing oxygen at a temperature of 600 ° C. or less. However, it has been found that it is effective to make all the calcium in the surface treatment layer 3 into an oxide state and oxidize a part or all of the base metal element.

【0065】次に、この骨伝導性を有する金属材料の製
造法の一つであるカルシウムの注入をイオンミキシング
法により酸素イオンを用いて行った実験について詳細に
説明する。
Next, a detailed description will be given of an experiment in which calcium is injected, which is one of the methods for producing the metal material having osteoconductivity, by using oxygen ions by the ion mixing method.

【0066】まず、生体用の基材金属材料として純チタ
ンを用い、その表面にカルシウム薄膜を約500nm厚さ
に蒸着して成膜した後、25KeV の注入エネルギで酸素
イオンを注入して試料を得た。
First, pure titanium was used as a base metal material for living organisms, and a calcium thin film was vapor-deposited to a thickness of about 500 nm on the surface thereof to form a film, and then oxygen ions were injected at an injection energy of 25 KeV to prepare a sample. Obtained.

【0067】この試料を高分解能透過型電子顕微鏡を用
いて観察したところ、表面層はいずれもアモルファスを
主体とする構造であり、さらに、X線光電子分光分析を
行い、Caのp2p電子の結合エネルギスペクトルを示
したものが図7であり、カルシウムは酸化物の状態にあ
ることが分かる。
When this sample was observed using a high resolution transmission electron microscope, all the surface layers had a structure mainly composed of amorphous material, and further X-ray photoelectron spectroscopy analysis was conducted to show that the binding energy of p2p electrons of Ca was FIG. 7 shows the spectrum, and it can be seen that calcium is in an oxide state.

【0068】この試料の骨伝導性を調べるため、上記と
同様に、Hank's 溶液への30日間の浸漬試験を行い、
試料の表面生成物のX線光電子分光分析による解析を行
い、その結果を表5に示す。
In order to examine the osteoconductivity of this sample, a dipping test in a Hank's solution for 30 days was carried out in the same manner as above.
The surface product of the sample was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy, and the results are shown in Table 5.

【0069】[0069]

【表5】 [Table 5]

【0070】同表から明らかなように、この試料でもハ
イドロキシアパタイト(HAP)析出に由来するリンの
量は純チタンに比べて多く、骨伝導性の向上を明確に認
めることができることが分かる。
As is clear from the table, the amount of phosphorus derived from the hydroxyapatite (HAP) precipitation is larger than that of pure titanium in this sample as well, and it is clear that the improvement of osteoconductivity can be clearly recognized.

【0071】したがって、イオンミキシング法で酸素イ
オンを用いてカルシウムを注入して得られる金属材料
は、カルシウム注入後の酸化処理を行うこと無く、基材
金属材料の表面層の全てのカルシウムを酸化物の状態と
して存在させ、基材金属元素主体の酸化物を存在させ、
しかもその構造をアモルファス構造とすることができ、
骨伝導性に優れた金属材料を得ることができる。
Therefore, the metal material obtained by injecting calcium using oxygen ions by the ion mixing method does not carry out an oxidation treatment after calcium injection, and all the calcium in the surface layer of the base metal material is oxidized. Exist in the state of, and the presence of an oxide mainly composed of the base metal element,
Moreover, the structure can be an amorphous structure,
A metal material having excellent osteoconductivity can be obtained.

【0072】また、イオンミキシング法で酸素イオンを
用いてカルシウムを注入する場合でも、注入後にイオン
注入法や他のイオンを用いるイオンミキシング法と同様
に酸化処理を行うようにしても良く、基材金属材料元素
の酸化を促進することができる。
Further, even when calcium is implanted by using oxygen ions in the ion mixing method, oxidation treatment may be performed after the implantation as in the ion implantation method or the ion mixing method using other ions. Oxidation of metal material elements can be promoted.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上、実施の形態とともに具体的に説明
したように、この発明の請求項1記載の骨伝導性を有す
る金属材料によれば、生体用の基材金属表面に表面処理
層として、カルシウムの全てを酸化物あるいは水酸化物
として存在させるとともに、基材金属元素の酸化物を存
在させ、かつこれらの少なくとも一部がアモルファス構
造または結晶粒径が100nm以下の結晶構造とするよう
にしたので、金属状態のカルシウムによる生体への不適
合性を無くし、しかも通常の結晶構造を持たないように
して骨伝導性に優れた金属材料を得ることができる。
As described above in detail with the embodiments, according to the metal material having osteoconductivity according to claim 1 of the present invention, a surface treatment layer is formed on the surface of the base metal for living body. In addition to making all of calcium exist as oxides or hydroxides, oxides of base metal elements are made to exist, and at least a part of them has an amorphous structure or a crystal structure with a crystal grain size of 100 nm or less. Therefore, it is possible to obtain a metal material excellent in osteoconductivity by eliminating the incompatibility of the calcium in the metallic state with the living body and without having a normal crystal structure.

【0074】また、この発明の請求項2記載の骨伝導性
を有する金属材料の製造法によれば、生体用の基材金属
材料の表面にイオン注入法でカルシウムを注入した後、
酸素を含むガス中で600℃以下の温度で暴露して表面
処理層の金属元素の一部または全部を酸化あるいは水酸
化物としたので、生体用の基材金属材料の表面の表面処
理層を、酸化物あるいは水酸化物状態のカルシウムと基
材金属元素の酸化物とで構成し、これらの少なくとも一
部がアモルファス構造または結晶粒径が100nm以下の
結晶構造にでき、生体への適合性が高く、しかも骨伝導
性の優れた金属材料を造ることができる。
Further, according to the method for producing a metal material having osteoconductivity according to claim 2 of the present invention, after calcium is injected into the surface of the base metal material for living body by the ion implantation method,
Since a part or all of the metal elements of the surface treatment layer were oxidized or hydroxide by exposing to a temperature of 600 ° C. or lower in a gas containing oxygen, the surface treatment layer on the surface of the base metal material for living body was formed. , Calcium in the oxide or hydroxide state and oxide of the base metal element, at least a part of which can have an amorphous structure or a crystal structure with a crystal grain size of 100 nm or less, which is compatible with living organisms. It is possible to make a metal material that is high and has excellent osteoconductivity.

【0075】さらに、この発明の請求項3記載の骨伝導
性を有する金属材料の製造法によれば、イオン注入法に
替えてイオンミキシング法でカルシウム原子を照射した
のち、酸化処理を行うようにしたので、この場合にも同
様に生体への適合性を高め、しかも骨伝導性に優れた金
属材料を造ることができる。
Further, according to the method for producing a metal material having osteoconductivity according to claim 3 of the present invention, the oxidation treatment is performed after irradiating calcium atoms by the ion mixing method instead of the ion implantation method. Therefore, also in this case, it is possible to similarly improve the compatibility with the living body and to produce a metal material having excellent osteoconductivity.

【0076】また、この発明の請求項4記載の骨伝導性
を有する金属材料の製造法によれば、イオンミキシング
法でカルシウム原子を照射する場合に酸素イオンを用
い、こののち酸化処理を行うようにしたので、表面処理
層の酸化物の生成を一層促すようにし、同様に生体への
適合性を高め、しかも骨伝導性に優れた金属材料を造る
ことができる。
Further, according to the method for producing a metal material having osteoconductivity according to claim 4 of the present invention, oxygen ions are used when irradiating calcium atoms by the ion mixing method, and then the oxidation treatment is performed. Therefore, it is possible to further promote the generation of oxides in the surface treatment layer, enhance the compatibility with the living body, and produce a metal material having excellent osteoconductivity.

【0077】さらに、この発明の請求項5記載の骨伝導
性を有する金属材料の製造法によれば、基材金属材料の
表面処理層をイオンミキシング法により酸素イオンを用
いてカルシウム原子を照射するだけで得るようにしたの
で、酸化物生成の後処理を必要とせず、一層簡単に生体
への適合性を高め、しかも骨伝導性に優れた金属材料を
造ることができる。
Further, according to the method for producing a metal material having osteoconductivity according to claim 5 of the present invention, the surface treatment layer of the base metal material is irradiated with calcium atoms by using oxygen ions by the ion mixing method. Since it is obtained only by itself, the post-treatment of oxide generation is not required, and the compatibility with living body can be enhanced more easily, and a metal material excellent in osteoconductivity can be produced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の骨伝導性を有する金属材料の一実施
の形態にかかる表面近傍の断面構造図である。
FIG. 1 is a cross-sectional structural view near a surface according to an embodiment of a metal material having osteoconductivity of the present invention.

【図2】この発明の骨伝導性を有する金属材料の製造法
の一実施の形態にかかる概略工程図である。
FIG. 2 is a schematic process drawing according to an embodiment of a method for producing a metal material having osteoconductivity according to the present invention.

【図3】この発明の骨伝導性を有する金属材料の一実施
の形態にかかる各試料最表面の高分解能透過型電子顕微
鏡写真である。
FIG. 3 is a high-resolution transmission electron micrograph of the outermost surface of each sample according to an embodiment of the metal material having osteoconductivity of the present invention.

【図4】この発明の骨伝導性を有する金属材料の一実施
の形態にかかる各試料の表面からのCa ,Ti ,Oのオ
ージェ電子分光分析による各元素の濃度を示すグラフで
ある。
FIG. 4 is a graph showing the concentration of each element by Auger electron spectroscopy analysis of Ca, Ti, and O from the surface of each sample according to one embodiment of the metal material having osteoconductivity of the present invention.

【図5】この発明の骨伝導性を有する金属材料の一実施
の形態にかかる各試料のX線光電子分光分析によるカル
シウムp2p 電子結合エネルギスペクトルである。
FIG. 5 is a calcium p2p electron binding energy spectrum by X-ray photoelectron spectroscopy analysis of each sample according to one embodiment of the metal material having osteoconductivity of the present invention.

【図6】この発明の骨伝導性を有する金属材料の一実施
の形態にかかるカルシウムイオンを200KeVで注入したチ
タンを室温まで冷却後大気中に1時間暴露した試料の薄
膜X線回折結果を示すグラフである。
FIG. 6 shows a thin film X-ray diffraction result of a sample in which titanium in which calcium ions are implanted at 200 KeV according to an embodiment of the metal material having osteoconductivity of the present invention is cooled to room temperature and then exposed to the atmosphere for 1 hour. It is a graph.

【図7】この発明の骨伝導性を有する金属材料の一実施
の形態にかかるカルシウムイオンを酸素イオンを用いて
イオンミキシング法で注入した試料のX線光電子分光分
析によるカルシウムp2p 電子結合エネルギスペクトルで
ある。
FIG. 7 is a calcium p2p electron binding energy spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy analysis of a sample in which calcium ions according to one embodiment of the present invention having osteoconductivity are injected by an ion mixing method using oxygen ions. is there.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 骨伝導性を有する金属材料 2 基材金属材料 3 表面処理層(表面層) 1 Metallic material having osteoconductivity 2 Base metal material 3 Surface treatment layer (surface layer)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 晃一 東京都江東区豊洲三丁目1番15号 石川島 播磨重工業株式会社技術研究所内 (72)発明者 鵜飼 英實 東京都江東区豊洲三丁目1番15号 石川島 播磨重工業株式会社技術研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Koichi Murakami 3-15-1, Toyosu, Koto-ku, Tokyo Ishikawajima Harima Heavy Industries Ltd. Technical Research Institute (72) Inventor Hidemi Ukai 3-1-1, Toyosu, Koto-ku, Tokyo No. 15 Ishikawajima Harima Heavy Industries Ltd. Technical Research Institute

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 生体用の基材金属材料の表面に、カルシ
ウムを酸化物あるいは水酸化物として存在させるととも
に、前記基材金属元素の酸化物を存在させ、これらの少
なくとも一部がアモルファス構造または結晶粒径が10
0nm以下の結晶構造の表面処理層を備えてなることを特
徴とする骨伝導性を有する金属材料。
1. On the surface of a base metal material for living body, calcium is made to exist as an oxide or a hydroxide, and an oxide of the base metal element is made to exist, at least a part of which has an amorphous structure or Crystal grain size is 10
A metal material having osteoconductivity, comprising a surface-treated layer having a crystal structure of 0 nm or less.
【請求項2】 生体用の基材金属材料の表面にイオン注
入法でカルシウムを注入した後、酸素を含むガス中で6
00℃以下の温度で暴露して表面処理層の金属元素の一
部または全部を酸化させカルシウムを酸化物あるいは水
酸化物として存在させるとともに、前記基材金属元素の
酸化物を存在させ、これらの少なくとも一部がアモルフ
ァス構造または結晶粒径が100nm以下の結晶構造の表
面処理層となるようにしたことを特徴とする骨伝導性を
有する金属材料の製造法。
2. After implanting calcium into the surface of a base metal material for living organisms by an ion implantation method, 6 in a gas containing oxygen.
By exposing at a temperature of 00 ° C. or less to oxidize a part or all of the metal elements of the surface treatment layer to allow calcium to exist as an oxide or a hydroxide, and to allow an oxide of the base metal element to exist. A method for producing a metal material having osteoconductivity, characterized in that at least a part of the surface-treated layer has an amorphous structure or a crystal structure having a crystal grain size of 100 nm or less.
【請求項3】 前記イオン注入法に替えイオンミキシン
グ法でカルシウム原子を照射するようにしたことを特徴
とする請求項2記載の骨伝導性を有する金属材料の製造
法。
3. The method for producing a metal material having osteoconductivity according to claim 2, wherein irradiation with calcium atoms is carried out by an ion mixing method instead of the ion implantation method.
【請求項4】 前記イオンミキシング法で酸素イオンを
用いてカルシウム原子を照射するようにしたことを特徴
とする請求項3記載の骨伝導性を有する金属材料の製造
法。
4. The method for producing a metal material having osteoconductivity according to claim 3, wherein oxygen ions are used to irradiate calcium atoms in the ion mixing method.
【請求項5】 生体用の基材金属材料の表面にイオンミ
キシング法で酸素イオンを用いてカルシウム原子を照射
しカルシウムを酸化物あるいは水酸化物として存在させ
るとともに、前記基材金属元素の酸化物を存在させ、こ
れらの少なくとも一部がアモルファス構造または結晶粒
径が100nm以下の結晶構造の表面処理層となるように
したことを特徴とする骨伝導性を有する金属材料の製造
法。
5. The surface of a base metal material for living body is irradiated with calcium atoms by using oxygen ions by an ion mixing method to allow calcium to exist as an oxide or a hydroxide, and an oxide of the base metal element. And at least a part of them is formed into a surface-treated layer having an amorphous structure or a crystal structure having a crystal grain size of 100 nm or less.
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