WO1993015867A1 - Methode de traitement d'une matiere metallique destinee a des instruments medicaux - Google Patents
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Definitions
- Patent application title Method for processing medical metal materials
- the disclosed technology belongs to the field of processing technology of a metal material which is a material of a medical device such as a so-called implant material or a surgical device to be embedded in a living body for treatment or the like.
- Drug administration, health care, and the like also make a significant contribution, but much to the remarkable progress in surgical treatments such as surgery.
- implant materials used in living organisms such as implanted in the human body, have been developed due to improvements in biological and anatomical techniques. It is becoming.
- metal materials used for medical devices such as implant materials and surgical tools are generally called medical metal materials, and when used, they are subject to the biochemical atmosphere and biochemical environment in living organisms. It is strictly required to maintain non-leaching properties and sufficient corrosion resistance, and to maintain a constant compatibility without causing harmful effects over time.
- titanium metal Titanium base metal
- titanium metal is currently used as a medical metal material, it is a matter of course that precision metal fabrication and precision machining are used in the processing of titanium metal material, as a matter of course. Is required.
- titanium metal is superior as a medical metal material in terms of non-elution to living organisms and high corrosion resistance, but it is difficult to improve its metallurgical properties. It is a metal with significant difficulty in machinability.
- copper or copper alloy is used for the electrode wire used in such an electric discharge machine in terms of conductivity, strength, durability and the like.
- the purpose of the invention of this application is to solve the problems in the machinability by electric discharge machining when using titanium metal based on the above-mentioned conventional technology as a medical metal material, and to cover the electrode wire.
- Theoretical analysis of the peripheral technologies of the discharge processing technology which has been accumulated up to now, and the accumulation of experimental data for medical metal materials of processed metal, and the high accuracy and high corrosion resistance by examining these analyses.
- Medical metal materials Based on the repetition of experiments on the application of processing technology to materials, it produces non-eluting properties to the living body and high corrosion resistance, enabling it to be processed freely as a titanium metal medical metal material. It is intended to provide an excellent method of processing a medical metal material, which is beneficial for the field of metal technology in the field.
- the inventor conducted a multi-disciplinary analysis and study of the EDM technology in alloy machining and its peripheral technology through theory and experiments.
- the electrode wire used for the EDM was made of titanium or titanium base metal, Alternatively, by using platinum or a platinum alloy to which a platinum group element is added in a predetermined manner, titanium or a titanium alloy as a medical metal material is non-eluting in a living body.
- the technology that can maintain high corrosion resistance and can perform high-precision machining with sufficient electric discharge machining has been learned, and the way of its practical application has been expanded.
- the invention according to the present invention is intended to solve the above-mentioned problems by providing an implant material for a living body such as a human body, a medical metal material used for a medical device such as a surgical tool, and the like.
- a medical metal material used for a medical device such as a surgical tool
- titanium or titanium alloy as the material
- titanium metal or platinum or a platinum group element was added to the electrode wire
- electrical discharge machining in the same manner as in the more general embodiment using platinum metal, the original excellent characteristics of the medical metal material can be fully exhibited, and impurities can be similarly mixed from the processing jig. No prejudice, no harm It has taken technical measures to provide excellent medical equipment.
- Table 1 shows experimental examples together with examples and known examples.
- the shape of the material after release is 1.n 0 mm, width 10. nn mm, umami 1 10.n rimm
- the electric discharge machine used may be an ordinary wire-electric discharge machine, but the material of the electrode wire used in the invention of this application is J 1 S 1 type, J 1 S 1
- titanium metal such as J2S2 or JIS3, or a metal such as J1S12.
- platinum which is one of the few metals confirmed in animal tests, or platinum base metal (abbreviated as platinum metal) to which a predetermined amount of a platinum group element has been added, can be used as a medical metal material. It has been confirmed by preliminary experiments that the excellent non-elutability and high corrosion resistance of titanium base metal (abbreviated as titanium metal) are not impaired at all.
- the above-mentioned electrode wire is manufactured by a known melting and processing method.
- a titanium rod suitable for JIS type 2 titanium or j IS 1 type 2 titanium base metal is heat-treated, wire-drawn, and, for platinum metal,
- the platinum metal is melted by arc melting, which is also a well-known melting technique, and then heat-treated and drawn to form a 0.2 mm diameter and 300 m length, respectively.
- a wire was produced.
- palladium, iridium, rhodium and noretenium are platinum group elements to be added and blended as platinum metal, and the mechanical properties of the wire rod as an electrode wire are used. Ideal in terms of properties and corrosion resistance, and ideally, the addition amount should be 30% or less from the viewpoint of additivity. This has been confirmed by experiments.
- JIS 2 metal materials and JIS 12 metal bases which are currently the best in biological tests and animal tests, as well as clinical tests, are used.
- the pulse width was 0.15 to 1.85 s
- the pulse pause time was 2 to 16 s
- the current peak value was 4.5 to 5 for each condition change range. 8 A, no-load voltage of 30 to 100 V, electrode wire feed speed of 6 to 15 m / min, electrode wire tension of 0.1 to 2.0 kgf, machining speed of 0.1
- the specific processing conditions could be processed with high accuracy as designed using non-processed medical metal materials.
- Example No. 1 pure titanium JIS type 2 was used as the medical metal material, and the electrode wire was not used. Pure titanium This is an embodiment using two types of JIS, with a pulse width of 0.2 ns, a pulse pause time of 12.0 s, a current peak value of 2.09 OA, and a no-load voltage of 100 V.
- the experimental data was obtained at an electrode wire feed rate of 7. O m / mi ⁇ , an electrode wire tension of 1. O kgf, and a processing speed of 0.5 m mz 'min.
- JIS 12 type 2 titanium alloy material was used as the medical metal material
- copper was used for the first processing as the electrode wire
- copper was used for the second processing.
- the surface was subjected to electric discharge machining at 100 m.
- the first discharge application condition was that the pulse width was 0.5 s, the pulse pause time was 16.0 s, and the current peak value was 18 OA, no-load voltage of 70 V, electrode wire feed rate of 7.0 m / ⁇ mi ⁇ , electrode wire tension of 1.0 kgf, and processing speed of 2.0 mm / 'min.
- the second electric discharge machining conditions were a pulse width of 0.2 us, a pulse pause time of 12.0 s, a current peak value of 2.09 OA, a no-load voltage of 90.0 V, and electrode wires.
- the experiment was performed at a feed rate of 7, O m / min, an electrode wire tension of 1.0 kgf, and a processing speed of 1. Siri mz min.
- Example No. 4 The experimental example of Example No. 4 was obtained from data obtained by conducting various studies by the inventor, and the electric discharge machining speed for titanium metal, which is a medical metal material, was increased, and the cost was more economical. This indicates that it is a processing condition.
- the titanium metal specimen as a medical metal material prepared as described above was washed with alcohol and then immersed in 35% hydrochloric acid at 80 ° C, which is a corrosion resistance test in a harsh environment.
- Figure 1 shows the results of measuring the amount of titanium eluted over time.
- the amount of titanium eluted from the medical metal material processed according to the invention of the present application is remarkable as compared with the state using a conventional copper electrode wire, which is a known electrode wire. It can be seen that the material is an excellent medical metal material as compared with a titanium material which is a known example.
- the invention's effect is remarkable as compared with the state using a conventional copper electrode wire, which is a known electrode wire.
- a titanium metal medical metal material that has been basically processed is a high-precision processing capable of fully exerting its original function as the medical metal material. Not only can accuracy be easily obtained, there is no contamination from the processing jig, and the excellent corrosion resistance of titanium metal is not impaired at all. High corrosion resistance is sufficiently recognized, and it is possible to produce an excellent medical metal material that does not cause any harmful effects.
- the average life expectancy of human beings can be improved, the quality of health and hygiene can be improved, and the contribution to the livestock industry can be gradually increased.
- the advantage is that it can even be overestimated.
- FIG. 1 is a graph showing the results of measurement data of the dissolution of thidan based on the examples of the invention of this application and experimental examples of known examples.
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Description
明 細 書
発明の名称 医用金属材料の加工方法
発明の詳細な説明
産業上の利用分野
開示技術は、 生体内に治療用等に埋め込む所謂ィ ンプラ ン ト 材ゃ手術用具等の医療用具の素材である金属材料の加工技術の 分野に属する。
従来の技術
周知の如く 、 市民生活の向上は各種化学技術の繁栄に支えら れているが、 そのうち日常生活の利便性とは別に保健衛生は勿 論のこと、 医学的治療技術の進歩による寿命の向上に負う とこ ろは著しいものがある。
そして、 薬剤投与， 健康管理等も大きな寄与があるが、 手術 等の外科的治療の目覚しい進歩に負う ところもまた大である。
そして、 手術用具等の各種医療用具の目覚しい発達が大き く 関与していること も見逃せないものである。
而して、 当然のことながら、 かかる手術用具等の医療用具に ついて本来的な機能をフルに発揮するには基本的設計に確実に 沿う加工が極めて重要であるが、 更に、 非溶 tH性や耐蝕性等の 化学的性質や非細菌付着性等の生物学的特性も追求されるべき ものである。
そして、 近時、 生物学的， 解剖学的技術の向上により人体に 埋め込まれる等生体内で使用する所謂イ ンプラ ン ト材等が開発 され、 ますます医療技術の向上に目覚しいものが見られるよう
になってきている。
と ころで、 かかるイ ンプラ ン ト材， 手術用具等の医療用具に 用いられる金属材料は通常一般に医用金属材料と称され、 使用 に際しては生体内の生化学的棼囲気， 生化学的環境に対し非溶 出性や充分な耐蝕性を維持して経時的に為害作用を与えるこ と のない不変な適合性が厳し く 要求される ものである。
而して、 かかる厳しい条件を充分に満す金属材料は歴史的に 見て幾多の生物学的試験や動物実験、 更には、 慎重な臨床試験 を反復された結果、 現在のところチタ ン、 又は、 チタ ン台金 （ 以下、 チタ ン金属と総称する） が最良とされている。
ところで、 イ ンプラ ン ト材等の医用金属材料にあっては前述 した如く、 その機能をフルに発揮するにはその設計が高精度で あるばかりでなく 、 当該設計に従う高精度の加工が極めて重要 であり、 これに対処するべく 、 その製造に際しては精密鐯造ゃ 精密機械加工が採用されている。
したがって、 現在において医用金属材料と してチタ ン金属が 利用されているものではあるが、 該チタ ン金属に対しても当然 のこ とながら、 チタ ン金属材料に対する加工において精密铸造 や精密機械加工が求められる ものである。
と ころで、 金属材料学的， 冶金学的に見ると、 チ タ ン金属は 生体に対する非溶出性や高耐蝕性の点で医用金属材料と しては 優れてはいる ものの、 銪造性や機械加工性において著し く 困難 性を伴う金属でもある。
蓋し、 一般的な精密鐯造を行うには、 巣等の不健全な铸造欠
陥を生じる虞があり、 これによる機械的強度が不充分となった り、 耐蝕性に劣る原因となる不都合さがあり、 又、 精密機械加 ェに際しても限界がある ものであるからである。
したがって、 医療用具と して充分な要求使用精度を満足する に至っていない点があり、 加工に際しての各種治具から不純物 が混入して発見されるマイ ナス点もあった。
ところで、 各種の精密機械器具装置， 治具等の加工にあって は予想外に複雑形状で加工に困難性を伴う場合が多く 、 これに 対し、. 材質的に加工困難であるものを、 更に、 高精度に加工す る要求もますます増加し、 そのうち、 各種機械製造産業におい ては高精度加工技術と して放電加工技術が広く利用され、 更な る研究開発が行われており、 実使用における放電加工機は一般 的態様と して二種あり、 その 1つには細径の電極ワイヤーを用 い、 該電極ヮィヤーに所定の張力を印加した状態で該電極ワイ ヤーを長手方向に移動する等し、 被加工物と電極ワイヤ一との 間に加工液の水等を介して放電を発生させ、 放電エネルギーに より該被加工物を所定に加工するようにした装置であるワイヤ 一放電加工機と称されている加工機と、 2つには基本的には該 種加工機と同様の加工原理である形彫放電加工機と称されてい る加工機とがある。
そして、 かかる放電加工機に用いられる電極ワイヤーは導電 性や強度， 耐久性等の点から一般的には銅、 又は、 銅合金が使 用されている。
而して、 高精度の精密さで設計通り、 乃至、 それに近く加工
出来るメ リ ッ 卜のある放電加工機は、 用いる電極ワイ ヤ一材質 の一部が被加工物に付着する性質を具備しているこ とが実験に より これまで分っている。
かかる事実は加工される電極ワイヤーの材料が銅、 又は、 銅 台金の場合は勿論のこ と、 近時重用されんと している医用金属 材料と して採用されているチタ ン金属を被加工物とする場台も 該被加工物のチタ ン金属表面に付着する事実もまた、 実験等に より分っており、 そのため、 生体との適合性が良く 、 医用金属 材料と して優れた特性を有するチタ ン金属は精密機械加工によ つても設計的に要求される高精度の加工精度が得られず、 結果 的に医用金属材料と しての本来的機能を充分に発揮出来ない虞 がある欠点があつた。
そして、 複雑形状加工の高難性被加工物に対しても高精度に 加工が可能である当該放電加工技術を用いても、 医用金属材料 と して加工が不可能であり、 設計に沿う ところのイ ンプラ ン ト 材ゃ手術用具等の医療用具の現出が阻止されているネ ッ クがぁ つた。
発明の目的
この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく チタ ン金属を 医用金属材料と して用いる場合の放電加工による加工性におけ る問題点を解決すべき技術的課題と し、 電極ワイ ヤーの被加工 金属の医用金属材料に対してもこれまで蓄積されてきた放電加 ェ技術の周辺技術の理論的分析、 及び、 実験データの集積、 そ して、 これらの分析検討により高精度で高耐蝕性の医用金属材
料への加工技術の応用実験の反復に基づいて生体に対する非溶 出性、 及び、 高耐蝕性を生み出してチタ ン金属の医用金属材料 と して自在に加工することが出来るようにして医療産業におけ る金属技術利用分野に益する優れた医用金属材料の加工方法を 提供せんとする ものである。
発明の背景
発明者は合金加工における放電加工技術、 及び、 その周辺技 術を、 理論、 及び、 実験により多角的に分析研究した結果、 放 電加工に用いる電極ワイヤーにチタ ン、 又は、 チタ ン台金、 或 いは、 白金、 又 (ま、 白金族元素を所定に添加した白金合金とす ることにより医用金属材料と してのチタ ン、 又は、 チタ ン合金 が生体内に於いて非溶出性で、 且つ、 高耐蝕性を保持し、 しか も、 充分に放電加工による高精度の加工が出来る技術を知得し 、 その実用化の道を拡いたものである。
課題を解決するための手段 · 作用
前述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とする この出願の 発明の構成は、 前述課題を解決するために、 人体等の生体にィ ンプラ ン ト材ゃ手術用具の医療用具に用いる医用金属材料と し てチタ ン、 又は、 チタ ン合金を用いるに、 設計に従う精密な加 ェを放電加工により行うに際し、 電極ワイヤ一にチタ ン金属、 又は、 白金、 もしく は、 白金族元素を添加した白金金属を用い てより一般態様同様の放電加工を行う こ とにより、 該医用金属 材料の本来的な優良な特性をフルに発揮するこ とが出来、 又、 同様加工治具からの不純物の混入もなく 為害作用もなく 、 所定
の優良な医療用具を提供し得るよ う に した技術的手段を講じた ものである。
実施例
次に、 この出願の発明の実施例を公知例と共に図面を参照し て示せば以下の通りである。
表 1 に実験例を実施例と公知例を併記して示す。
表 1
I S 2種、 又は、 J I S 3種のチ タ ンでも良いが J 1 S 1 2種 等のチ タ ン台金であつても良い。
又、 チ タ ン同様に生体に埋め込まれる等して も該生 ί本内で非 溶出性であ り 、 優れた耐蝕性と生体に対し為害作用を与えない 有効な適合性が生物学的実験や動物試験で確認されている数少 い金属である白金、 又は、 白金族元素を所定量添加 した白金台 金 （白金金属と略称） を使用 しても、 医用金属材料と してのチ 夕 ン、 又は、 チ タ ン台金 （チ タ ン金属と略称） の優れた非溶出 性， 高耐蝕性を何ら損う こ とのないこ とは予めの実験によ り確 認されている。
而して、 上述電極ワイ ヤ一については周公知の溶解， 加工手 段によ り作製される ものである。
具体的に ^示すれば、 J I S 2種のチタ ン、 又は、 j I S 1 2種のチ タ ン台金に適台するチ タ ン棒を熱処理， 伸線加工、 他 方、 白金金属についてはこれまた周知の溶解技術であるアーク 溶解にて該白金金属を溶解後、 熱処理し伸線加工する こ とによ り それぞれ直径 0 . 2 m m， 長さ 3 0 0 0 mの所定形状長さの 線材を作製した。
こ の場台、 白金金属と して添加配合する白金族元素と しては パラ ジウ ム . イ リ ジ ウ ム， ロ ジ ウム， ノレテニゥ ムが電極ワ イ ヤ 一と しての線材の機械的特性， 耐蝕性の点で良好であ り、 又、 加ェ性の面から添加量は 3 0 %以下である こ とが理想的である
こ と も実験により確かめられている。
又、 チタ ン金属については生物的試験や動物実験、 更には、 臨床試験により現在のと ころ最良とされている J I S 2種の金 属材料、 及び、 J I S 1 2種のチタ ン台金を用いた。
而して、 ワイヤー放電加工条件はそれぞれの条件変化範囲に ついてパルス幅を 0. 1 5〜 1. 8 5 s， パルスの休止時間 を 2〜 1 6 s , 電流波高値を 4. 5〜 5 8 A， 無負荷電圧を 3 0〜 1 0 0 V， 電極ワイ ヤーの送り速度 6〜 1 5 m/ m i n , 電極ワイヤ—の張力を 0. 1〜 2. 0 k g f , 加工速度を 0 . 1〜 2 m m Z m i nで行った結果、 特定の加工条件が非加工 材の医用金属材料をして高精度に設計通りに加工出来るこ とが 確認された。
次に、 前記表 1 における実験例のうちの実施例について詳説 すれば、 実施例番号 1 の実験例では医用金属材料と して純チタ ン J I S 2種のものを用い、 電極ワイヤーと しては純チタ ン J I S 2種のものを用いた態様であり、 パルス幅は 0. 2 n s、 パルス休止時間を 1 2. 0 s , 電流波高値を 2 9. O A， 無 負荷電圧を 1 0 0 V, 電極ワイ ヤー送り速度を 7. O m/ m i η , 電極ワイヤーの張力を 1. O k g f , 加工速度を 0. 5 m mz'm i n と して実験したデータである。
次に、 実施例番号 4の実験例では医用金属材料と して J I S 1 2種のチタ ン合金材料を用い、 電極ワイヤーと しては一回目 の加工には銅を、 二回目の加工には純チタ ン J I S 2種の材料 を用いて行い、 該第二回目の加工には第一回目の加工の際の表
面を 1 0 0 mで放電加工した態様であ り、 それぞれの放電加 ェ条件は第一回目がパルス幅を 0. 5 s ， パルス休止時間を 1 6. 0 s , 電流波高値を 1 8. O A, 無負荷電圧を 7 0 V , 電極ワ イ ヤー送り速度を 7. 0 m /· m i η , 電極ワ イ ヤーの 張力を 1 . 0 k g f ， 加工速度を 2. 0 m m /'m i n と して行 い、 二回目の放電加工条件はパルス幅 0. 2 u s , パルス休止 時間を 1 2. 0 s , 電流波高値を 2 9. O A, 無負荷電圧を 9 0. 0 V , 電極ワイヤー送り速度を 7 , O m/ m i n , 電極 ワ イ ヤーの張力を 1. 0 k g f ， 加工速度を 1 . S iri mz m i n と して行っ たデ一夕である。
当該実施例番号 4の実験例は発明者があらゆる角度から検討 実験を行っ たデータよ り取得したものであって、 医用金属材料 であるチタ ン金属に対する放電加工速度を速め、 よ り経済的な 加工条件である こ とを示している ものである。
而して、 上述の如く して作製された医用金属材料と してのチ タ ン金属試片についてアルコール洗浄後苛酷環境の耐蝕性試験 である 8 0 °Cの 3 5 %塩酸に浸漬し、 経時的変化によるチタ ン の溶出量を測定した結果を図 1 に示す。
当該図 1 に示す様に、 公知電極ワイヤ一である従来の銅電極 ワイヤーを用いた態镲に比較し、 この出願の発明によ り加工し た医用金属材料のチタ ンの溶出量は著し く 少く 、 公知例である チタ ン材料と比較しても優れた医用金属材料にされている こ と が分る。
発明の効果
以上、 この出願の発明によれば、 基本的に加工されたチタ ン 金属製の医用金属材料は当該医用金属材料と しての本来的な機 能を充分にフルに発揮し得る高精度の加工精度を容易に得るこ とが出来るのみならず、 加工治具からの不純物の混入もなく、 チタ ン金属の優れた耐蝕性を何ら損う こ となく、 したがって、 生体内での非溶出性， 高耐蝕性が充分に認められ、 為害作用を 全く与えるこ とがない優れた医用金属材料を作製することが出 来るという効果が奏される。
又、 高精度の加工が厳しく要求されるイ ンプラ ン ト材ゃ手術 用具等の医療用具に対する放電加工による精密加工性の特性を 充分に生かすことが出来、 複雑形状による加工困難性や材質的 な加工困難性にもかかわらず、 設計通りの精密加工が出来、 医 科， 歯科等の治療学界に大きな貢献をなすことが出来、 更には 可及的に各種機械製造業等における放電加工業への貢献度も大 きいという優れた効果が奏される。
したがって、 結果的に人類の平均寿命の向上， 保健衛生の質 の向上， 更には、 順次的に畜産業界への貢献等も大き くするこ とが出来るという効果があり、 産業界にとっても充分に過大評 価するこ とさえ可能であるという メ リ ッ 卜がある。
図面の簡単な説明
図 1 はこの出願の発明の実施例と公知例の実験例に基づく チ ダンの溶出両測定データの結果のグラフ図である。
Claims
( 1 ) チタ ン金属製の医用金属製品のチタ ン金属材料を放電 加工により加工する方法におて、 該放電加工に用いる電極ワイ ヤーをチタ ン金属、 又は白金金属にして使用するこ とを特徵と する医用金属材料の加工方法。
(2) 上記チタ ン金属がチタ ン、 又はチタ ン合金であるこ と を特徴とする特許請求の範囲第 1項記載医用金属材料の加工方 法 ο
( 3) 上記白金金属が白金、 又は白金族添加白金台金である こ とを特徴とする特許請求の範囲第 1項記載医用金属材料の加 ェ方 。
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Applications Claiming Priority (2)
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| JP4/61479 | 1992-02-17 | ||
| JP6147992A JPH05228737A (ja) | 1992-02-17 | 1992-02-17 | 医用金属材料の加工方法 |
Publications (1)
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Country Status (4)
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-
1993
- 1993-02-10 CA CA 2129340 patent/CA2129340A1/en not_active Abandoned
- 1993-02-10 EP EP19930904293 patent/EP0584366A4/en not_active Withdrawn
- 1993-02-10 WO PCT/JP1993/000169 patent/WO1993015867A1/ja not_active Application Discontinuation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6348656B2 (ja) * | 1982-07-07 | 1988-09-30 | Mitsubishi Shindo Kk | |
| JPS6381018A (ja) * | 1986-09-25 | 1988-04-11 | Toray Ind Inc | 熱可塑性重合体シ−ト状物の製造装置 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| See also references of EP0584366A4 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| CA2129340A1 (en) | 1993-08-18 |
| JPH05228737A (ja) | 1993-09-07 |
| EP0584366A1 (en) | 1994-03-02 |
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