JPS5945384B2 - 高強度生体用部材の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は歯科用管内インプラントあるいは整形用骨内イ
ンプラントに用いる有害性がなく、高強度の生体用部材
の製造法に関する。

従来このよラな生体用部材にはステンレス鋼等の耐食性
金属材料あるいはセラミックス材料が使用されていたが
、前者耐食性金属材料は長期間の使用によつてクロム、
コバルト等の有害な重金属が体内に蓄積されるので、後
者セラミックス材料が注目されるよラになつた。

このセラミックス材料としては、当初高アルミナ磁器め
るいはサファイア等の高い機械的強度を有するアルミナ
セラミックスが使用されていたが、該アルミナセラミッ
クスは高い機械的強度を有する反面、生体の筋肉、骨材
とのなじみが悪いため骨材と成分が近似する燐酸カルシ
ウム系ガラスが注目されるよラになつた。

燐酸カルシウム系ガラス材料については、特開昭５１−
７３０１９号公報において「カルシウムとリンの原子比
Ｃａ／Ｐを１．７以下とし、かつリン酸をＰ２Ｏ５とし
て１０重量％以上含有する組成物を熔融することによつ
てガラスとし、その熱処理によつて得られる結晶化度５
から１００％結晶化物までの種々の結晶化度を有する燐
酸カルシウム系結晶化ガラス材料。

」が開示され、また特開昭５２−６４１９９号公報にお
いて「アパタイト焼結体・による人工骨および人工歯根
とそれらの製造法」としてＣａ５（ＰＯ４）３０Ｈの９
９．５〜５０％とＣａ５（ＰＯ４）２が０．５〜５０％
よりなり、さらに必要に応じてＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２
Ｏ、ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２のラちから選ばれ
た１種もしくは２種以上が０．１〜４５％添加されて焼
成されたアパタイト焼結体が開示されているが、いずれ
も強度が不足で骨や歯に大きな応力や衝撃がかかると折
損するおそれがめつた。本発明はこれを改良するために
なさわたもので、生体に対してなじみがよく、セラミッ
ク特有の、有害性のない燐酸カルシウムを表面層として
、該燐酸カルシウムよりも機械的強度の高い炭化チタン
・窒化チタン・窒化珪素の高強度材料からなる基体上に
被着することによつて生体となじみがよく、有害性がな
く、かつ満足すべき機械的強度を具えた高強度生体用部
材を提供することを目的として特許請求の範囲に記載し
た製造法を発明したものでるる。

ここに述べる燐酸カルシウムは、燐酸カルシウι一ムＣ
ａ３（ＰＯ４）２を初め．Ｃａ／Ｐ の原子比が０．８
〜１．７５付近のカルシウム燐酸塩やアパタイトを主成
分とし、要すれば少量の強化剤を含むガラス質めるいは
結晶化したガラスでもよい。

一方、高強度材料基体は機械的強度が大きく、しかも燐
酸カルシウムの被着層を形成する温度に対しても安定な
材質から選ばれるが、炭化チタン・窒化チタン・窒化珪
素が好ましく利用できる。又燐酸カルシウムの製造法と
しては、燐酸や炭酸カルシウム・水酸カルシウム又は酸
化カルシウム・二水素燐酸カルシウムなど加熱によつて
燐酸カルシウムを生成する材料を原料としてよく混合し
、半溶融となる温度に焼成することによりセルペンとし
、これを粉砕して燐酸カルシウムの粉末を得る。この中
には結晶質燐酸カルシウムおよび／またはガラスが存在
している。これを高強度材料基体の表面に被覆するには
、周知のバインダーを加えた水に県濁して泥漿となし．
前記高強度材料基体の所望の形状よりも僅かに小さく仕
上げ、表面に基体と燐酸カルシウムの双方に化学的親和
性のるるアルミナの被覆層を設けた高強度材料基体を浸
し、乾燥後燐酸カルシウムの溶融する温度に焼成するこ
とにより表面に０．１鷹１前後の燐酸カルシウムの被覆
を設けることができる。また、燐酸カルシウムセルペン
に焼成中蒸発または焼失する有機物粉末を混入すれば多
孔質となる。この表面層が多孔質であることは基体との
熱膨張係数の差による内部応力を緩和し、またインプラ
ント材料として生体とのなじみを改善する効果を有する
。また、燐酸カルシウム粉末はセルペンとして用いても
よいし、その原料粉末を未焼成の状態で用いてもよく、
また燐酸カルシウムの表面層はガラス質−α結晶質でも
よく、焼成後ガラス質を結晶化するための熱処理を行な
つてもよい。

以下、窒化チタンを基体とした本発明の一例を実施例に
よりさらに具体的に説明するが、本発明はこれに拘るこ
となく炭化チタン・炭化珪素の高強度材料基体にも適用
できるものである。実施例 窒化チタンを周知の方法で焼成により３．９×７．９×
２４．９１Ｅｍの寸法に焼結し、α−アルミナの微粉末
を県濁した水に前記焼結体を浸漬することにより３０μ
の厚さにアルミナの被覆層を形成し、還元雰囲気で１５
５０℃の温度で焼結した結果２５μｍのアルミナ被覆が
施された。

次にＣａｃＯ３２ＯｋｇとＰ２Ｏ，ｌ４ｋ９を混合し１
３００℃に２時間焼成をして半溶融状態とし燐酸カルシ
ウムのガラスと結晶の混合物を生成した。この場合のＣ
ａ／Ｐの原子比は約１である。こわをトロンメルにて５
μ以下の粒子が４０％となる如く粉砕した。これをメチ
ルセルローズ１％を溶解した水に人れ攪拌して燐酸カル
シウムの泥漿とした。次にアルミナ被覆を施した基体を
上記の燐酸カルシウムの泥漿に浸漬し乾燥した後、１３
００℃にて焼き付けた。その結果、中心に窒化チタンの
基体を持ち、その外側に厚さ２５μｍのアルミナの被覆
層を持ち、さらにその外側に厚さ２５μｍの燐酸カルシ
ウムの強固な被覆層を形成した。これは中間層のアルミ
ナが、窒化チタンと燐酸カルシウムとの双方に化学的親
和性を持つためでめると考えられる。これらの抗折強度
は７０ｋｇ／一でめつた。さらに燐酸カルシウムの表面
被覆層は長年月人体の骨内に埋人されると次第に周囲の
骨材にとつて替られ、やがては骨材がセラミック基体と
接触することになるが、この場合、窒化チタン基体の表
面がアルミナにより被覆されているため．これは耐食性
が高く骨に為害性を及ほすおそれが全くないものである
。本実施例では基体に窒化チタンを用いたが、本発明は
これに拘ることなく炭化チタン・窒化珪素よりなる高強
度材料にも用いることができ燐酸カルシウムよりなる表
面被覆層も、例えば１５重量％に相当する平均粒径５μ
の炭素粉末を添加・混合した後、本実施例と同様な方法
で焼成すれば該炭素粉末のガス化膨脹によつて生じた２
０〜５００μの大きな気孔を表面層に無数に含む多孔質
となる。

この多孔質化は高強度セラミック材料基体と表面層との
間の熱膨脹係数の違いによる内部応力を緩和して焼成時
における剥離、キ裂の発生を防ぐので基体の材質を選択
する幅を拡げ、また一方、表面積の増加と凹凸化により
血管や筋肉のまつわりをよくして接着力を向上する。

なお、表面層そのものの硬度は低下して実施例１と同様
の抗折力試験によつて２５ｋｇ／一の荷重によつて表面
のノッチと接触する部分に粉化がみられたが、このよラ
な硬質ノッチによる線接触は生体においては起り得ない
ことである。以上のとおり、本発明は高強度材料からな
る基体の表面に基体と燐酸カルシウムの双方に親和性の
高いアルミナの中間層を介して生体となじみがよく、ま
た為害性のない燐酸カルシウムの焼結体の薄層を形成す
るものでめるから、充分の機械的強度と共に健康上の安
全性を保持ししかも生体の血管、筋肉のまつわりを改善
する等、極めて優れた生体用部材の製造法を提供するも
のでめる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭化チタン・窒化チタン又は窒化珪素よりなる高強
   度材料基体の表面にアルミナを被覆し、その被覆面上に
   燐酸カルシウム又は焼成により燐酸カルシウムを生成す
   る材料の粉末を懸濁した泥漿を、浸漬・筆塗り・吹付け
   のいずれか又は組合わせにより被着し乾燥し焼成するこ
   とを特徴とした高強度生体用部材の製造法。 ２ 前記燐酸カルシウムを県濁した泥漿に焼成により焼
   失する物質を県濁することを特徴とした特許請求の範囲
   第１項記載の表面に燐酸カルシウムの多孔質の表面層を
   形成した高強度生体用部材の製造法。