JPH11180776A

JPH11180776A - 焼結体の製造方法

Info

Publication number: JPH11180776A
Application number: JP9364562A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Kawamura; 克己河村
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 1999-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】簡便かつ短時間で成形体を作製することがで
き、製造時間および製造コストを低減させることができ
る焼結体の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の焼結体の製造方法は、主として焼
結体を構成する粉末材料と光硬化性樹脂とを含む組成物
を成形型１０に入れて光を照射し、光硬化性樹脂を硬化
させ所定形状の成形体を形成した後、該成形体を焼結し
て焼結体を作製するものであって、前記成形型１０が光
硬化性樹脂を硬化させる光を透過可能なものであること
を特徴とする。成形型は主としてポリスチレン樹脂から
なるものが好ましい。粉末材料はセラミックスが好まし
く、前記焼結体は人工骨であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、焼結体の製造方
法、特に光硬化性樹脂を用いた焼結体の製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、セラミックスや金属等の粉末材料
を用いた成形体の成形方法としては、例えば射出成形、
鋳込み成形、ラバープレス等の方法がある。しかしこれ
らの方法は金型を必要とし、金型の製作に時間を要する
ため生産コストが増大する等の問題があった。

【０００３】そこで、光硬化性樹脂と原料粉体、あるい
はバインダーを含有する液体に光を照射して成形体を作
製し、その後脱脂・焼成して焼結体を製造する方法が提
案されている（特開平４−９９２０３号公報）。この方
法は金型を使用せず射出成形よりも装置を簡易なものと
することができ、また複雑な形状の成形品を製造するこ
とが可能である。

【０００４】しかし、この方法では所定形状の照射面を
持つようにした硬化性樹脂液に光を照射し、樹脂を硬化
させる工程を複数回繰り返すことにより立体形状を形成
するものであるため、非常に煩雑で成形体の作製に長時
間を要するものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、簡便
かつ短時間で成形体を作製することができ、製造時間お
よび製造コストを低減させることができる焼結体の製造
方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（10）の本発明により達成される。

【０００７】（１）主として焼結体を構成する粉末材
料と光硬化性樹脂とを含む組成物を成形型に入れて光を
照射し、前記光硬化性樹脂を硬化させ所定形状の成形体
を形成した後、前記成形体を焼結して焼結体を作製する
焼結体の製造方法において、前記成形型は前記光硬化性
樹脂を硬化させる光を透過可能なものであることを特徴
とする焼結体の製造方法。

【０００８】（２）前記成形型は主としてポリスチレ
ン樹脂からなるものである上記（１）に記載の焼結体の
製造方法。

【０００９】（３）前記成形型は前記光を前記組成物
に導くための導光手段を備えている上記（１）または
（２）に記載の焼結体の製造方法。

【００１０】（４）前記組成物において前記粉末材料
の割合は、前記粉末材料と前記光硬化性樹脂の合計に対
し体積比で０．２〜０．８である上記（１）ないし
（３）のいずれかに記載の焼結体の製造方法。

【００１１】（５）前記粉末材料はセラミックスであ
る上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の焼結体の
製造方法。

【００１２】（６）前記セラミックスはＣａ／Ｐのモ
ル比が１．５〜２．０であるリン酸カルシウム系セラミ
ックスである上記（５）に記載の焼結体の製造方法。

【００１３】（７）前記リン酸カルシウム系セラミッ
クスはハイドロキシアパタイトである上記（６）に記載
の焼結体の製造方法。

【００１４】（８）前記粉末材料の平均粒径が１〜１
００μｍである上記（５）ないし（７）のいずれかに記
載の焼結体の製造方法。

【００１５】（９）前記組成物中の前記光硬化性樹脂
は光照射によりラジカルを発生するラジカル重合性官能
基を少なくとも１つ有するモノマーを主成分とするもの
である上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の焼結
体の製造方法。

【００１６】（10）前記焼結体は人工骨である上記
（１）ないし（９）に記載の焼結体の製造方法。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の焼結体の製造方法
を添付図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明す
る。

【００１８】図１は、本発明の焼結体の製造方法におい
て用いられる成形型（割型の１つ）の一例を示す平面
図、図２は、図１に示す成形型の側面図、図３は、図１
に示す成形型の正面図である。

【００１９】これらの図に示すように、成形型１０は割
型２，３から構成されており、少なくとも一方は光硬化
性樹脂を硬化させる光を透過可能である。これにより成
形型１０の外部から光を照射することにより、常温付近
で成形型１０内の組成物中の樹脂を硬化させ、成形体を
形成することができる。

【００２０】また、成形型１０には組成物を入れて光を
照射し所望形状の成形体とするためのキャビティー４が
設けられている。したがってキャビティー４の形状を適
宜設計することにより、所望の形状の成形体を容易に得
ることができる。

【００２１】したがって、従来例のように、所定厚さの
組成物を硬化させて硬化層を形成し、これを繰り返して
立体形状を作製する方法に比べ、簡単かつ短時間で立体
形状の成形体を得ることができる。さらに、本発明で
は、成形体は上述のように複数の硬化層からなる積層体
ではないため、成形体全体の強度が均一でクラックの発
生等を抑えることができる。また成形体が強度に優れる
ため、バリ取り、ボール盤等による穿孔加工等の後加工
も容易に行うことができる。

【００２２】さらに、本発明では従来例に比べて組成物
の流動性を大きくする必要がないため、組成物中の粉末
材料の含有量を大きくすることができ、焼結体を生体適
合性材料、機能性部品等、用途の拡大を図ることができ
る。

【００２３】このような成形型１０（割型２，３）は、
上述したように光硬化性樹脂を硬化させる光を透過可能
な材料から構成され、有色または無色透明であることが
好ましい。これにより組成物の硬化状態等を外部から確
認することが可能となる。

【００２４】組成物に照射する光は樹脂を硬化させ得る
ものであれば特に限定されず、光硬化性樹脂の光特性に
応じて適宜選択される。例えば可視光、紫外線、レーザ
ー光、α線、β線、γ線、Ｘ線、電子線等が挙げられ
る。

【００２５】成形型１０の構成材料としては樹脂または
シリコーンゴム等が挙げられ、例えば、ポリエチレンテ
レフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエ
ステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢
酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニ
ル、ポリスチレン、ポリカーボネート等の各種樹脂、あ
るいはこれらの樹脂を主とする材料（例えばポリマーア
ロイ等）が挙げられる。そのなかでも特にシリコーンゴ
ムまたは主としてポリスチレン樹脂からなる材料が好ま
しい。これら材料は耐薬品性、耐溶剤性、耐熱性等に優
れる。また、シリコーンゴム等は流動性に優れており、
細部まで的確に型取りすることが容易であり、金型と比
べて簡便かつ短時間で所定形状の型を得ることができ
る。

【００２６】組成物は、主として焼結体を構成する粉末
材料と光硬化性樹脂とを含む。本発明に用いられる粉末
材料としては焼結体を構成し得るものであれば特に限定
されず、セラミックス粉末、金属粉末、あるいはセラミ
ックスと金属との混合粉末等いかなるものであってもよ
く、なかでもセラミックスが好ましい。セラミックスの
焼結体は、耐熱性、絶縁性、強度性等に優れるため、種
々の機能性部品等として多分野への応用を図ることがで
きる。また、金属等の異種材料との組み合せによりさら
に用途の拡大が期待される。

【００２７】セラミックスとしては、例えばＡｌ₂ Ｏ
₃ 、ＺｒＯ₂ 等の酸化物セラミックス、その他炭化物、
窒化物、硼化物セラミックス等またはリン酸カルシウム
系セラミックス等の非酸化物セラミックスおよびそれら
の複合セラミックス等が挙げられる。なかでもＣａ／Ｐ
のモル比が１．５〜２．０であるリン酸カルシウム系セ
ラミックスが好ましく、例えばハイドロキシアパタイ
ト、リン酸三カルシウム、リン酸四カルシウム等が挙げ
られるがハイドロキシアパタイトが特に好ましい。ハイ
ドロキシアパタイトは生体適合性を有し、その焼結体は
人工骨、人工歯根、人工股関節、耳小骨等生体適合性材
料として、多くの用途に応用できる。

【００２８】粉末材料はハイドロキシアパタイト等のよ
うなセラミックス粉末である場合、その平均粒径が１〜
１００μｍ程度のものを用いることができ、２〜３５μ
ｍ程度がより好ましい。粉末材料の平均粒径が小さすぎ
る場合、粉末材料の凝集が起こり易くそのため焼結ムラ
を生じる場合がある。また、平均粒径が大きすぎる場
合、焼結不良等により焼結体の強度が弱くなるおそれが
ある。

【００２９】組成物における粉末材料の割合は、後述す
る光硬化性樹脂と粉末材料との合計に対し体積比で０．
２〜０．８であることが好ましく、０．３〜０．６がよ
り好ましい。

【００３０】粉末材料の割合が上記体積比で０．２未満
であると、成形体の密度が低下し焼結特性の低下等の原
因となり好ましくなく、一方、０．８を超えると組成物
の粘度が大きくなり過ぎて成形型（キャビティー）に入
れる際、形状精度が劣る場合がある。また、焼結体が緻
密になり過ぎて例えば焼結体を生体材料として使用する
場合、生体との親和性が不足するおそれがある。

【００３１】なお、耳小骨等の人工骨として使用される
焼結体の気孔率は１０％〜６０％の範囲であることが好
ましい。この範囲の気孔率とすることにより生体親和性
に優れたものとすることができる。

【００３２】光硬化性樹脂としては、例えば、光二量化
型、光重合型等いかなるものでもよいが、前記光硬化性
樹脂は光照射によりラジカルを発生するラジカル重合性
官能基を少なくとも１つ有するモノマーを主成分とする
ものがより好ましい。ラジカル重合性官能基を少なくと
も１つ有するモノマーとしては、例えばアクリロイル
基、メタクリロイル基、ビニル基等を有するモノマーが
挙げられ、具体的にはトリエチレングリコールジアクリ
レート、ペンタエリスリトールトリアクリレート等が挙
げられる。

【００３３】組成物としては、前述した粉末材料と光硬
化性樹脂の他に光重合開始剤、粘度調整剤、焼結助剤、
結合剤、滑剤、光増感剤等の添加剤を含むものであって
もよい。光増感剤としては、例えばベンゾフェノン、ア
ントラキノン等が挙げられる。さらに、光反応性を有さ
ず上記光硬化性樹脂等と相溶性のよい溶媒を添加しても
よい。

【００３４】図４は、本発明の焼結体の製造方法におい
て用いられる成形型（割型）の他の一例を示す側面図、
図５は、図４に示す成形型の正面図である。

【００３５】本実施例の成形型３には、照射される光を
組成物に導くための導光手段６を備えている。これによ
り、光を均一にかつ効率よく組成物に照射することがで
き、光硬化反応を良好に進行させることができる。導光
手段６は例えば鏡面体等であって、光源８から照射され
る光を成形型１０の内部に向けて反射し、光源８に面し
ていない部分にも光が照射されるように設けられてい
る。導光手段６としては特に限定されず、上記鏡面体の
他、光ファイバー、集光レンズ等を用いることができ
る。

【００３６】なお、光源８としては高圧水銀ランプ、低
圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、タングステンランプ等
を使用することができる。また、光源８は固定されたも
のに限らず組成物に対し移動可能なものであってもよ
い。さらに、光源８は１つに限られず、例えば組成物の
周囲に複数個配置するものであってもよい。

【００３７】上記のように形成された成形体を高温加熱
処理することにより、主に光硬化性樹脂が脱脂されると
ともに粉末材料が焼結され、所望の焼結体を得ることが
できる。

【００３８】脱脂温度としては特に限定されないが５０
０℃〜７００℃が好ましい。また、焼結温度は、上記粉
末材料の種類等に応じて適宜設定されるが、リン酸カル
シウム系セラミックス粉末を用いる場合９００℃〜１２
００℃が好ましい。焼結温度をこの範囲とすることによ
り、リン酸カルシウム系セラミックス材料の分解を防止
しつつ、十分な接合強度を得ることができる。

【００３９】以上、本発明の焼結体の製造方法を図を用
いて説明したが、本発明はこれらに限定されるものでは
なく、例えば、組成物中の上記粉末材料の分散性を向上
させる等のために、焼結体の用途に応じて粉末材料にシ
ラン化合物等で表面処理を施してもよい。

【００４０】

【実施例】次に、本発明の焼結体の製造方法を具体的実
施例に従い説明する。

【００４１】（実施例１）１．成形体の形成

【００４２】粉末材料としてハイドロキシアパタイト
(平均粒径５μｍ)、光硬化性樹脂としてアクリル系光重
合型樹脂「ティースメイトＡ」（（株）クラレ製）を体
積比で１．０：１．８４(粉末材料の割合：０．３５)の
割合で混合して組成物を調製し、これを混練した。ハイ
ドロキシアパタイトは、共沈法で湿式合成した後噴霧乾
燥し、仮焼して粉体としたものを用いた。

【００４３】次に混練した組成物をポリスチレン樹脂製
の無色透明な成形型１０のキャビティー４内に注入し
た。成形型１０およびキャビティー４は、図１〜図３に
示すものであって、キャビティーの各部分の大きさは、
ａ＝９mm、ｂ＝１mm、ｃ＝φ５mm、ｄ＝１mmである。

【００４４】キャビティー４内に組成物を注入後、成形
型１０に対して相対する２方向（上面および底面）から
各３分間づつ可視光線を照射して上記組成物を硬化させ
成形体を形成した。光源として可視光線照射器(ハロゲ
ンランプ１．５Ｖ、１５０Ｗ（（株）モリタ製作所））
を用いた。

【００４５】２．焼結樹脂を硬化して得られた上記成形体を成形型１０から取
り出した。この成形体を５０℃／ｈで６００℃まで昇温
して組成物の脱脂を行った。

【００４６】続いて、１００℃／ｈで１２００℃まで昇
温し、１２００℃で４時間焼結した。この後１００℃／
ｈで室温まで冷却し焼結体を得た。

【００４７】この焼結体は多孔質で気孔率は１８．８％
であり、人工骨の一種である耳小骨として使用できるも
のであった。

【００４８】（実施例２）１．成形体の形成

【００４９】図４および図５に示す導光手段６を備える
成形型１０を使用した以外は実施例１と同様にして成形
体を形成した。

【００５０】２．焼結上記実施例１と同様に成形体の焼結を行い焼結体を得
た。この焼結体の気孔率は２１．０％であり、耳小骨と
して使用できるものであった。

【００５１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の焼結体の製
造方法によれば作業が簡便化され、かつ短時間で成形体
を作製することができる。

【００５２】また、製造が困難で高価な金型を必要とし
ないため、型作製に要する時間および費用も軽減され
る。

【００５３】さらに、本発明の製造方法によれば、微小
かつ複雑形状の多孔質焼結体を得ることができる。特
に、生体適合性材料として用いられるセラミックスを含
む焼結体は、緻密質よりも多孔質の方が生体親和性に優
れ人工骨等として利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の焼結体の製造方法に使用される成形型
（割型の１つ）の一例を示す平面図である。

【図２】図１に示す成形型の側面図である。

【図３】図１に示す成形型の正面図である。

【図４】本発明の焼結体の製造方法に使用される成形型
（割型）の他の一例および光の照射方法を示す側面図で
ある。

【図５】図４に示す成形型の正面図である。

【符号の説明】

２割型３割型４キャビティー６導光手段８光源１０成形型

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主として焼結体を構成する粉末材料と光
硬化性樹脂とを含む組成物を成形型に入れて光を照射
し、前記光硬化性樹脂を硬化させ所定形状の成形体を形
成した後、前記成形体を焼結して焼結体を作製する焼結
体の製造方法において、前記成形型は前記光硬化性樹脂を硬化させる光を透過可
能なものであることを特徴とする焼結体の製造方法。
【請求項２】前記成形型は主としてポリスチレン樹脂
からなるものである請求項１に記載の焼結体の製造方
法。
【請求項３】前記成形型は前記光を前記組成物に導く
ための導光手段を備えている請求項１または２に記載の
焼結体の製造方法。
【請求項４】前記組成物において前記粉末材料の割合
は、前記粉末材料と前記光硬化性樹脂の合計に対し体積
比で０．２〜０．８である請求項１ないし３のいずれか
に記載の焼結体の製造方法。
【請求項５】前記粉末材料はセラミックスである請求
項１ないし４のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【請求項６】前記セラミックスはＣａ／Ｐのモル比が
１．５〜２．０であるリン酸カルシウム系セラミックス
である請求項５に記載の焼結体の製造方法。
【請求項７】前記リン酸カルシウム系セラミックスは
ハイドロキシアパタイトである請求項６に記載の焼結体
の製造方法。
【請求項８】前記粉末材料の平均粒径が１〜１００μ
ｍである請求項５ないし７のいずれかに記載の焼結体の
製造方法。
【請求項９】前記組成物中の前記光硬化性樹脂は光照
射によりラジカルを発生するラジカル重合性官能基を少
なくとも１つ有するモノマーを主成分とするものである
請求項１ないし８のいずれかに記載の焼結体の製造方
法。
【請求項１０】前記焼結体は人工骨である請求項１な
いし９に記載の焼結体の製造方法。