JPH01177303A - 多孔質層を有する部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、所望の多孔質層を有する金属部材の製造方法
に関し、特に、複雑な形状を有し９弾固に固着した多孔
質層を持つ金属部材を製造する方法に関する。

［従来の技術］ 従来、複雑な形状のインブラント体（Ｃｏ−Ｃｒ合金）
に、同じ合金材の粉末（ビーズ）を焼結して多孔質層を
形成する多孔質層を持つ金属部材を製造する方法がある
が２合金焼結時に結晶粒が粗大化して疲労強度が低下す
ること、また、生体親和性がチタン合金に比べ劣ること
等の欠点がある。亦、純チタン細線を押し固めたパ／ド
状のものをＴｉ−６Ａｊ！−４Ｖ合金製インブラント本
体に拡散接合することにより固着した多孔質生体材料を
製造する方法があるが、これは、純チタン細線では強度
が弱く１強度確保のためにＴｉ−６Ａ１−４Ｖ製の細線
にすると、その細線の加工が非常に困難である点に短所
がある。また、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの合金粉末を同じ金
属材料のインブラント本体に常圧で焼結することにより
固着する製法もあるが、この焼結温度は１２００−１４
００℃と高温でなければならないために、インブラント
本体に結晶粒粗大化が生じ、更に、針状組織。

粒界の相の肥大化などの材質劣化が生じること等に短所
がある。更に、常圧焼結処理では接合強度に限界があり
、大粒径の粉末を強固に固着させることが困難である点
に短所がある。

チタン合金はβ−トランザス温度、即ち、β単相領域に
なる温度は、Ｔｉ−６Ａｊ！−４Ｖ合金では１０００°
Ｃ付近以上の温度に加熱されると、結晶粒が粗大化し、
針状組織となるため延性が低下するが、β−トランザス
温度以下の温度への加熱では、実質的な材質１強度の低
下がない、複雑な形状のインブラント材或いは複雑な多
孔質層を有するインブラント材の作製は非常に困難であ
り。

未だ、実用になった製品が見当らなく、実際に使用され
ている製品は単純な形状のものだけである。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、複雑な形状の金属部材の表面に多孔質層を強
固に固着させ、形成したものを容易に製造できる方法を
提供することを１的とする。また１本発明は、複雑形状
のインブラント本体表面に多孔質Ｍｊ（ポーラスコーテ
ィング）を設けて。

生体骨からの骨組織の成長を利用して、従来からの骨セ
メントを用いることなく、生体骨とインブラント材とを
強固に結合させ得る多孔質層生体材料を形成するために
、比較的に低温で任意の粒径の粉末を充分強固に結合さ
せ、且つ１曲面、多面等の三次元的形状に同時に固着コ
ーティングする製造方法を提供することを目的とする。

ｃ問題点を解決するための手段〕 萌記のように比較的に複雑な形状の多孔質層を有する部
材を製造するために９本発明は、所定形状の金属材料を
所定形状のカプセル中に設置し。

該カプセル中の所定の空間に粉末材料を充填し。

該カプセル内を真空に引き、材質劣化の生じない温度範
囲に加熱し、該カプセルを、熱間で等方的に加圧するこ
とにより、所定形状の金属材料の所定表面に多孔質層を
強固に固着形成させ１次に。

機械加工或いはケミカルミーリングにより、該カプセル
を除去し、更に、固着形成された多孔質層を任意の形状
に機械加工することにより、所望形状の多孔質層を有す
る材料を得ることを特徴とする多孔質層を有する材料の
製造方法である。

［発明の構成］ 本発明による多孔質層を有する金属部材では。

所定形状の用途にしたがって形成されたインブラント本
体金ＢｆＪ、材を、所定形状のＨＩＰ処理のための金属
カプセル中に設置し、その金属カプセルの中の多孔質層
を形成すべきインブラント本体表面に相当する所定の空
間に金属粉末材料を充填し。

次に、その金属カプセル内を真空に引き、密封し、その
密封した金属材料の材質劣化の生じない温度範囲にて、
　ＨＩＰ処理し、熱間で等方的に加圧する０次に、この
ＨＩＰ処理したことによりカプセル内でカプセルととも
に固着形成された金属粉末による多孔１９を有するイン
ブラント本体に対して。

機械前二［或いはケミカルミーリングし、その金属カプ
セルを除去し、製品とする。または、得られた多孔質層
を有する金属部材を任意の形状にするために、固着形成
された多孔質層を機械加工して、製品とＶる。

本発明方法により１人工骨に適する金属部材が提供され
る。即ち、金属部材のインブラント材料としてチタン合
金を用い、その表面に多孔質層を設け、生体骨からの骨
組織成長によって骨とインブラント材とを結合きせるの
に都合のよい部材を提供できるものである０本発明によ
ると、このための多孔質層が比較的に低温で形成でき、
しかも、インブラント材に対して強固に固着きれたもの
を提供１゛る。即ち９通常の常圧焼結法では多孔ｌ！ｑ
層を焼結固着するために、１３００°Ｃ程度の高温を必
要とするに対して１本発明による製造方法では、材質劣
化のない約１０００℃近傍以下の温度で、多孔質層を強
固に固着形成できるものである。

このような製造方法によると、常圧焼結法に比べ格段に
強く接合できるために、これにより製造した人工骨を移
植する時の荷重による多孔ｉｑ層の剥離の危険性が軽減
され、更に、材質が劣化する程に高温に加熱する必要が
ないために、を圧焼結に比べ強度特に疲労強度が著しく
改善され、また、従来、不可能であった複雛形状に対す
るコーティングができるようになった。

本発明の製造方法によると、密封したカプセルをチタン
合金のトランザス温度以下に例えば、６００〜９５０℃
程度に加熱し、圧力をかけてＨＩＰ処理する。この加圧
力は０．１〜２　、０　ｋｇｆ／■３の範囲の適当な圧
力で行なう、高温高圧に保持する時間は任意でよいが、
０．３〜３時間が好適である。また、真空封入処理は、
真空脱気後に、その脱気口を封じ切る方法か又は電子ビ
ーム溶接が可能な材質を使用した場合は、電子ビーム溶
接を用いることが好適である。

このようにＨＩＰ処理すると１曲面、多面等を有する複
雑な形状を含む所定形状の金属部材表面に、その形状に
合わせ、形成すべき多孔質層を形成できる。

次に、このように形成されたカプセル金ｉ郡材粉末構成
物に対して１機械加工或いはケミカルミーリングにより
、該カプセルを除去し、更に、任意の形状に固着形成さ
れた多孔質層を機械加工することにより、任意の形状の
多孔質層を有する部材を得ることができる。この場合１
機械加工によるパリが生じ、健全な多孔質層が得られな
い場合には９表面を研削、研摩してパリを取り除いてや
るか、或いはケミカルミーリングでパリを取り除いてや
る。

このように本発明による製造方法は、　ＨＩＰ処理を利
用するこｋにＩす、インブラント材の任意の面に一度に
多孔質層を設けることができ、カプセルを機械的に除去
し製品とすることができ、また、−度に多量に処理して
、低コスト化をはかることができる。

本発明により製造されるインブラント材の表面に多孔質
層を固着したものの多孔質層への骨侵入を利用して固定
する人工骨固定法、即ち、セメントレス法は、骨セメン
ト法によるゆるみの問題。

モノマーによる人体への悪影響の問題等を避ける手段と
して非常に有効であり、このセメントレス法が人工骨固
定法の主流になると考えられる。また、Ｃｏ−Ｃｒ合金
は現在多用されているが、最近ではＴｉ−６Ａｊ！−４
Ｖ合金が生体適合性、即ち、生体親和性２比強度、即ち
、軽くて強く、生体内耐食性の点からインブラント材と
して最適であるとされ、今後この材料が多く使用されて
いくと思われる。現在のところチタン合金インブラント
材にチタン合金粉末焼結体により多孔質層を設け、尚か
つ、適切な多孔質の固着強度を有するものは実用になっ
ていない、これは上記のように多孔質層をインブラント
本体に材質低下なしで強固に固着する方法がないことに
よるものと思われる０人工骨に用いられる場合多孔質層
の空孔寸法は１００〜３００μｍのものが骨組織侵入に
よる固定にとって適切であると言われるが、粉末でその
空孔寸法を得ようとすればかなりの大きい粒径の粉末を
用いなければならなく、その粒径の粉末を常圧焼結によ
り接合すると適正な接合強度が得られないものであった
。

［作用］ 本発明の！Ｉｇｌ造方法においては、所定形状のインブ
ラント材の所定表面に、金属粉末を充填したカプセルを
真空封入し、ＨＩＰ（熱間静水圧プレス、ＨＯ仁ｌ５ｏ
ｓｔａｔｔｃ　Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）処理することにより
等Ｊｊ的に圧力をかけて、多孔ＴＪ層をインブラント体
の所定表面に固着成形するものである。

多孔質層に用いる金属材料の材質劣化しない温度範囲に
保持し、応力をかけて、多孔質形成すると、結晶粒の粗
大化や針状組織の生成がなく、適正な空孔手法を持ち、
適正な接合強度で固着された多孔質層が得られる。

次にその具体的な例により９本発明の多孔質層を有する
部材の製造方法を説明する。

［実施例］ 図に示すような円柱形状のインブラント本体４（チタン
合金）に対して、多孔質層を形成する場合について説明
する。まず、インブラント本体４を金属製カプセル１中
に挿入する。そして、インブラント本体４とカプセル１
との空間、即ち、多孔質層を形成すべき場所に金属粉末
３を充填し。

開放端には蓋２を装着する。この金属充填カプセルを真
空に脱気した後に、その端部のシールド部５を、電子ビ
ームその他で密封した。

密封したカプセルを８００〜９５０℃程度に加熱し、圧
力をかけてＨＩＰ処理した。

加圧力は０　、３〜０　、５　ｋｇｆ／１１１１”’Ｃ
’行なツタ。

保持時間は約１時間で行なった。

次に、得られたカプセルと焼結粉末とインブラント本体
の結合体をケミカルミーリングによりカプセルを除去し
て製品とするか、または、所望の形状に機械加工して製
品とした。更に、この機械加工によるパリが生じた場合
には１表面を研削研摩してパリを取り除いてやるかケミ
カルミーリングを行なうことよりパリを取り除いた。

以上のように本発明のインブラント本体に多孔質層を形
成する方法は２人工歯根を含む人工骨−般、ソケットの
バックアップの生体骨と接する而の表面層部構造の形成
、骨に沿って固定する骨用補綴材、骨欠損部再建用材の
表面層構造の形成など生体骨と骨組織成長によって結合
させ有効に働く生体用人工部材のすべての製造に用いら
れる。

［発明の効果］ 本発明による多孔質層を有する部材の製造方法により次
のような著しい技術的な効果が得られた。第１に、多孔
質層を材料劣化のない温度で接合するために、結晶粒粗
大化や針状組織になる問題が解消され、多孔質層接合に
よる材質１強度の劣化がない多孔質層を有する金属部材
を製造する方法が提供された。第２に、多孔質層を適当
な圧力を加えて接合するために、適正な空孔寸法を有し
、且つ適正な接合強度で固着された多孔質層を有する金
属部材が提供される。第３に、ＨＩＰ処理を用いている
ために、任意の複雑な形状の面に一度に多孔質層を形成
できる製造方法を提供し、また、−度に多量の製品を処
理製造することができる方法が提供された。第４に、多
孔質層をインブランド本体に固着形成させた後に９機械
加工を行なうことにより、複雑な形状の本体に対して、
複雑な多孔質層形状の製品が容易に低コストで製造でき
る方法を提供された。従って１本発明の製造方法により
、高い信頼性の複雑な形状の多孔質層を有するインブラ
ント材が安価に多量に製造できる方法を提供するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

図は２本発明の製造方法による多孔質層を有する金属部
材の製造方法をその断面図で順次示すものである。 ［主要部分の符号の説明］ １００．金属カプセル ３６０．金属粉末 ４１１．インブラント本体 特許出願人　　住友重機械工業株式会社復代理人　　方
理士　　倉　持　　裕（外１名）手続補正書く方式） 昭和６３年４月２ｑ日 特許庁長官　小　川　邦　夫　殿 １、事件の表示　昭和６３年特許願第００１３８３号２
、発明の名称　　多孔質層を有する部材の製造方法３、
補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号住友重機械
工業株式会社内 （７４９０）弁理士　加　藤　正　信（外１名）５、復
代理人 〒１０１東京都千代田区神田須田町１丁目２番地６、補
正命令の日付（発進口） 昭和３月２日（３月２９日） ７、補正の対象 ［明細書の図面の１！’ｉｔな説明の欄］［図面］ ８、補正の内容 （１）明細書の第１３頁第９行目の［図］を［第１図］
に訂正する。 ０図面中の［ｒＸＪ］を［第１図］に訂正する。 ９、添付書類 適正な図面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　所定形状の金属部材を所定形状の金属カプセル中に設
   置し、該カプセル中の所定の空間に金属粉末材料を充填
   し、該カプセル内を真空に引き、材質劣化の生じない温
   度範囲に加熱し、該カプセルを熱間で等方的に加圧する
   ことにより、所定形状の金属部材の表面に多孔質層を強
   固に固着形成させ、次に、機械加工或いはケミカルミー
   リングにより該金属カプセルを除去し、更に、固着形成
   された多孔質層を任意の形状に機械加工することを特徴
   とする多孔質層を有する部材の製造方法。