JPH01299561A - Medical material - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は医用材料に関するものである。詳しく述べると
本発明は、生体適合性に優れかつ長期間安定した性能を
発揮し得る医用材料に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to medical materials. Specifically, the present invention relates to a medical material that has excellent biocompatibility and can exhibit stable performance over a long period of time.
（従来の技術）
チタンの生体適合性は、他の金属に見られない独特のも
のである。すなわち、体内組織および体液はチタンにほ
とんど影響を及ぼさず、一方、チタンも組織に対してわ
ずかな影響を及ぼすにすぎず、他の金属の場合と異なり
、炎症、過敏症、アレルギーあるいは組織拒絶反応を起
こす原因となることはなく、さらに血液と接触しても凝
固反応を引起こすことも少ないものである。(Prior Art) Titanium's biocompatibility is unique and not found in other metals. This means that body tissues and fluids have little effect on titanium, while titanium also has only a slight effect on tissues and, unlike other metals, may cause inflammation, hypersensitivity, allergies or tissue rejection. It does not cause any bleeding, and even if it comes into contact with blood, it rarely causes a coagulation reaction.
このため近年、このようなチタンを各種の硬組織代替用
材料として用いることが提唱され、良好な耐腐蝕性、重
量性、疲労抵抗性などを有することも相俟って、かなり
良好な結果をもたらしている。Therefore, in recent years, the use of titanium as a substitute material for various hard tissues has been proposed, and due to its good corrosion resistance, weight, and fatigue resistance, it has achieved quite good results. is bringing.
しかしながら、チタンは表面硬度が低く、このため容易
に傷がつきやすくまた耐摩耗性にも劣るものである。こ
のため例えば、人工関節における関節面、あるいは人工
歯において歯冠面となる部位においては損傷が著しく、
使用寿命の低下、摩耗粉等による問題を生じるものであ
った。However, titanium has a low surface hardness and is therefore easily scratched and has poor wear resistance. For this reason, for example, damage can be significant on the articular surface of an artificial joint or the crown surface of an artificial tooth.
This resulted in problems such as shortened service life and abrasion particles.
このため、最近このような欠点を補うために純チタンに
代り、例えばＴｉ−６Ａ１−４Ｖａなとのようなチタン
合金の使用が提唱され、臨床的にも応用さ九ているが、
このようなチタン合金においてもその表面硬度は十分な
ものとはいえず、さらに改良の望まれるものであった。Therefore, in order to compensate for these drawbacks, the use of titanium alloys such as Ti-6A1-4Va instead of pure titanium has recently been proposed, and has been applied clinically.
Even in such titanium alloys, the surface hardness cannot be said to be sufficient, and further improvements have been desired.
（発明が解決しようとする問題点）
従って、本発明は改良された医用材料を提供することを
目的とする。本発明はさらに優れた表面特性を有する医
用材料を提供することを目的とする。本発明はまた生体
適合性に優れかつ長期間安定した性能を発揮し得る医用
材料を提供することを目的とする。(Problems to be Solved by the Invention) Therefore, it is an object of the present invention to provide an improved medical material. It is an object of the present invention to provide a medical material with further excellent surface properties. Another object of the present invention is to provide a medical material that has excellent biocompatibility and can exhibit stable performance over a long period of time.
（問題点を解決するための手段）
上記諸口的は、チタンないしはチタン合金より構成され
る医用材料において、その表面部が実質的に全体にわた
り窒化されていることを特徴とする医用材料により達成
される。(Means for Solving the Problems) The above-mentioned aspects are achieved by a medical material made of titanium or a titanium alloy, characterized in that substantially the entire surface thereof is nitrided. Ru.
（作用）
しかして、本発明の医用材料は、その表面が実質的に全
体にわたり窒化されたチタンないしはチタン合金からな
るものである。(Function) Therefore, the medical material of the present invention is made of titanium or a titanium alloy whose surface is substantially entirely nitrided.
従来、チタンないしはチタン合金の表面改質法として窒
化は最゛も有望なものとして知られており、チタンない
しチタン合金に窒化を施せば、高い硬度を持つ耐摩耗性
の表面を期待できるものである。Conventionally, nitriding has been known as the most promising surface modification method for titanium or titanium alloys, and if titanium or titanium alloys are nitrided, a highly hard and wear-resistant surface can be expected. be.
従って、チタンないしはチタン合金から構成される医用
材料に、その実雪的全面にわたり窒化を施しなとすれば
、前述したように高い硬度を持つ耐摩耗性の表面性状を
得ることにより、例えばその一部が他の部材との摺動面
あるいは衝打面を構成するものであっても高い機能性と
製品寿命を得ることとなる。Therefore, if a medical material made of titanium or a titanium alloy is to be nitrided over its entire surface, for example, a part of it can be nitrided by obtaining a high hardness and wear-resistant surface as described above. Even if it constitutes a sliding surface or impact surface with other members, high functionality and product life can be obtained.
またチタンないしはチタン合金の窒化表面はその化学的
安定性に関しても安定しており、その耐蝕性も一般的に
何ら処理を施されていないチタンないしチタン合金より
も良好なものであることが知られている。このため、チ
タンないしはチタン合金の窒化表面は、生体内（インブ
ラント）条件下においても、従来よりインブラント条件
において高い評価を受けている何ら処理を施されていな
いチタンないしはチタン合金表面、すなわち自然に形成
される緻密な酸化膜に覆われた酸化表面と比較して、同
等ないしはそれ以上の安全性を有することがある程度予
想されたが、鋭意研究の結果、驚くべきことにその生体
適合性も十分であることが確認され本発明に至ったもの
である。It is also known that the nitrided surface of titanium or titanium alloy has stable chemical stability, and its corrosion resistance is generally better than that of untreated titanium or titanium alloy. ing. For this reason, the nitrided surface of titanium or titanium alloy can be used under in-vivo (implant) conditions as well as on the untreated titanium or titanium alloy surface, which has traditionally been highly evaluated under implant conditions. It was expected to some extent that it would be as safe as, or even better than, an oxidized surface covered with a dense oxide film formed on a This was confirmed to be sufficient and led to the present invention.
以下、本発明を実施態様に基づきより詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in more detail based on embodiments.
第１図は、本発明の医用材料の一実施態様である人工関
節における゛人工骨頭の構成を模式的に示す半断面図で
あり、また第２図は本発明の医用材料の別の実施態様で
ある人工歯の構成を模式的に示す半断面図である。FIG. 1 is a half-sectional view schematically showing the structure of an artificial femoral head in an artificial joint that is one embodiment of the medical material of the present invention, and FIG. FIG. 2 is a half-sectional view schematically showing the configuration of an artificial tooth.
第１図に示す実施態様における人工骨頭１は、チタンな
いしはチタン合金からなるものであり、摺動部を形成す
るボール部２と大腿骨髄内に挿入されるステム部３とか
らなるものである。また第２図に示す実施態様における
人工歯４は、チタンないしはチタン合金からなるもので
あり、咬合部を構成する歯冠部５と歯槽骨内に埋植され
る歯根部６とからなるものである。なお、本発明の医用
材料としては、第１図および第２図に示すような実施態
様に何ら限定されることなく、チタンないしはチタン合
金により構成された生体内に埋植される各種の医用材料
が含まれるが、特に好決しい態様としては、その一部が
他の部材との摺動面ないしけ衝打面となる各種人工関節
および人工歯である。また本発明の医用材料を構成する
純チタン以外のチタン合金としても、生理的に安全なも
のであれば特に限定されものではなく、α型、α−β型
あるいはβ型の各種チタン合金が用いられ得、具体的に
は、例えば、Ｔ ｉ −６Ａ Ｉ −４Ｖあるいは酸素
０．１３％以下、鉄０，２５％以下のＴｉ−６ＡＩ−４
Ｖ ＥＬＩなどの合金が好ましく挙げられる。The artificial femoral head 1 in the embodiment shown in FIG. 1 is made of titanium or a titanium alloy, and consists of a ball part 2 forming a sliding part and a stem part 3 inserted into the femoral bone marrow. Furthermore, the artificial tooth 4 in the embodiment shown in FIG. 2 is made of titanium or a titanium alloy, and consists of a crown part 5 that constitutes an occlusal part and a tooth root part 6 that is implanted in the alveolar bone. be. The medical material of the present invention is not limited to the embodiments shown in FIGS. 1 and 2, and may include various medical materials made of titanium or titanium alloy and implanted in living bodies. Particularly preferred embodiments include various types of artificial joints and artificial teeth in which a portion thereof serves as a sliding surface or a collision surface with other members. In addition, titanium alloys other than pure titanium constituting the medical material of the present invention are not particularly limited as long as they are physiologically safe, and various α-type, α-β-type, or β-type titanium alloys may be used. Specifically, for example, Ti-6A I-4V or Ti-6AI-4 with 0.13% or less of oxygen and 0.25% or less of iron.
Preferably, alloys such as V ELI are used.
しかして、第１図に示す人工骨頭１においては、摺動面
となるボール部２表面および生体組織に埋植され生体組
織と接触するステム部３表面を含む人工骨頭１の実質的
全表面が窒化され、その表面には窒化層７が形成されて
おり、また第２図に示す人工歯４においては衝打面とな
る歯冠部５表面および生体組織と接触する歯根部６表面
を含む人Ｔｍ４の実質的全表面が窒化されその表面には
窒化層７が形成されている。これらの実施態様に見られ
るように本発明の医用材料は、チタンないしはチタン合
金より構成される医用材料において、実質的全表面が窒
化されている。前記したように窒化層の生体適合性は優
れたものであるために、本発明の医用材料を生体内に埋
植した際に、生体ｍ織と接触する部位は組織に対してほ
とんど影響を及ぼさずかつ表面組織ないしは体液による
腐蝕もなく、また生体組織と接触せず、例えば、他の部
材との摺動面あるいは衝打面となる表面においては優れ
た硬度ないし耐摩耗性を発揮しかつ体液等による腐蝕も
なく高い機能性および製品寿命をもたらし、極めて優れ
た性能を発揮することとなる。Therefore, in the artificial femoral head 1 shown in FIG. 1, substantially the entire surface of the artificial femoral head 1, including the surface of the ball portion 2 which serves as a sliding surface and the surface of the stem portion 3 that is implanted in and comes into contact with the living tissue, is A nitrided layer 7 is formed on the surface of the tooth, and the artificial tooth 4 shown in FIG. Substantially the entire surface of Tm4 is nitrided, and a nitride layer 7 is formed on the surface. As seen in these embodiments, the medical material of the present invention is made of titanium or a titanium alloy, and substantially the entire surface is nitrided. As mentioned above, the nitride layer has excellent biocompatibility, so when the medical material of the present invention is implanted in a living body, the parts that come into contact with living tissue have almost no effect on the tissue. There is no corrosion caused by surface tissues or body fluids, and there is no contact with living tissues.For example, the surface exhibits excellent hardness or abrasion resistance on surfaces that are sliding surfaces or impact surfaces with other parts, and is free from body fluids. It provides high functionality and long product life without corrosion due to other factors, and exhibits extremely excellent performance.
このように実質的に全表面が窒化されたチタンない・し
はチタン合金よりなる医用材料は、所望形状となしたチ
タンないしはチタン合金からなる成形品に公知の窒化法
、すなわち、ガス窒化法、イオン窒化法などにより窒化
処理を施すことにより容易に製造され得る。なお、ガス
窒化法においては、窒素ガス雰囲気以外にアンモニア雰
囲気を用いることも考えられるが、このようにアンモニ
アを用いた場合には窒化処理時にアンモニアの分解によ
り生成した水素がチタンないしはチタン合金中に吸収さ
れ、脆化をもたらすことになるので好ましくなく、窒素
ガス雰囲気下において外部加熱してガス窒化処理を施す
ことが望まれる。以下、ガス窒化による窒化を例にとり
、本発明の医用材料の製造をより詳しく述べる。A medical material made of titanium or a titanium alloy whose substantially entire surface is nitrided in this manner can be prepared by a known nitriding method, that is, a gas nitriding method, to form a molded product made of titanium or a titanium alloy into a desired shape. It can be easily manufactured by performing nitriding treatment using ion nitriding method or the like. In addition, in the gas nitriding method, it is possible to use an ammonia atmosphere in addition to the nitrogen gas atmosphere, but when ammonia is used in this way, the hydrogen generated by the decomposition of ammonia during the nitriding process will be released into the titanium or titanium alloy. This is not preferable because it will be absorbed and cause embrittlement, and it is desirable to perform gas nitriding treatment by external heating in a nitrogen gas atmosphere. Hereinafter, the production of the medical material of the present invention will be described in more detail by taking nitriding by gas nitriding as an example.
まず、粉末焼結、鋳造あるいは鍛造などの任意の成形方
法により上記のごときチタンないしはチタン合金からな
る成形品を作製し、必要に応じて精密加工を行ない所望
形状となし、さらに必要により洗浄、研磨等の処理を施
す。First, a molded product made of titanium or titanium alloy as described above is produced by any forming method such as powder sintering, casting, or forging, and if necessary, precision processing is performed to form the desired shape, and if necessary, cleaning and polishing are performed. etc.
続いて、このようにして所望形状となされた成形物は、
窒素ガス雰囲気下において外部加熱してガス窒化処理を
施される。ガス窒化は、公知の方法に基づき行なわれる
が、例えば、まず窒化炉内に上記のごときマスキングを
施された成形物を入れ、窒化炉内を脱気して真空となし
、続いて真空とされた窒化炉内を外部より加熱し、ここ
に窒素ガスないしは不活性ガスにより希釈された窒素ガ
スを送気して窒化炉内に活性化された窒素を拡散させ、
さらに外部より所定の温度まで加熱し、該所定温度を一
定時間保持することで行なわれる。Subsequently, the molded product formed into the desired shape in this way is
Gas nitriding treatment is performed by external heating in a nitrogen gas atmosphere. Gas nitriding is carried out based on a known method. For example, first, a masked molded article as described above is placed in a nitriding furnace, the inside of the nitriding furnace is evacuated to create a vacuum, and then the inside of the nitriding furnace is evacuated. The inside of the nitriding furnace is heated from the outside, and nitrogen gas or nitrogen gas diluted with an inert gas is fed into the furnace to diffuse the activated nitrogen inside the nitriding furnace.
Furthermore, this is carried out by heating from the outside to a predetermined temperature and maintaining the predetermined temperature for a certain period of time.
しかしながら、このような工程はあくまで一例にすぎず
、例えば、窒素ガスの送気後に加熱を行なって活性化窒
素を拡散させる、あるいはまた窒素ガス圧を高くして加
圧状態において窒化処理を行なうなどの種々の方法が取
られ得る。またこのようなガス窒化における処理条件と
しては成形物を構成するチタンないしはチタン合金の種
類、成形物の形状、あるいは得ようとする窒化層の厚さ
などにより、大きく左右されるために一概に規定されな
いが、チタンないしチタン合金の変態点以下の温度で処
理することがチタンないしはチタン合金の結晶粒成長等
による脆化を防止する上から必要であり、例えば成形品
が純チタンにより構成されている場合には、窒化処理温
度は、常圧においては通常８００℃以上の温度でかつα
−β変悪点である８８２℃未満の温度域におけるある温
度とされる。また窒化処理後の該窒化処理温度からの冷
却ないし降温条件は成形物を構成するチタンないしチタ
ン合金に依存して決定される。However, such a process is just an example; for example, heating is performed after nitrogen gas is supplied to diffuse activated nitrogen, or nitriding treatment is performed under pressure by increasing the nitrogen gas pressure. Various methods can be taken. In addition, the processing conditions for gas nitriding are greatly influenced by the type of titanium or titanium alloy that constitutes the molded product, the shape of the molded product, and the thickness of the nitrided layer to be obtained, so they cannot be generally specified. However, processing at a temperature below the transformation point of titanium or titanium alloy is necessary to prevent embrittlement of titanium or titanium alloy due to crystal grain growth, for example, if the molded product is made of pure titanium. In this case, the nitriding temperature is usually 800°C or higher at normal pressure and α
-β is considered to be a certain temperature in a temperature range below 882°C, which is a bad point. Further, the conditions for cooling or lowering the temperature from the nitriding temperature after the nitriding treatment are determined depending on the titanium or titanium alloy constituting the molded product.
このようにして窒化処理を施された成形物は、前記した
ように実質的全表面に高度ないしは耐摩耗性に優れまた
耐蝕性さらには生体適合性においても優れた特性を有す
る窒化層が形成されており、医用材料として好ましい機
能を発揮するものとなる。As mentioned above, the nitrided molded product has a nitrided layer formed on substantially the entire surface, which has excellent wear resistance, corrosion resistance, and biocompatibility. Therefore, it exhibits desirable functions as a medical material.
（発明の効果）
以上述べたように本発明の医用材料は、チタンないしは
チタン合金より構成されるものであって、その表面部が
実質的に全体にわたり窒化されていることを特徴とする
ものであるので、優れた生体適合性を有すると同時に、
その一部が例えば摺動面あるいは衝打面を構成するもの
であっても高い機能性を長期にわたって発揮するものあ
り、生体内に埋植されるインブラント材料として極めて
優九たものとなるものである。(Effects of the Invention) As described above, the medical material of the present invention is composed of titanium or a titanium alloy, and is characterized in that substantially the entire surface thereof is nitrided. Because of this, it has excellent biocompatibility and at the same time,
Even if a part of it constitutes a sliding surface or impact surface, it exhibits high functionality over a long period of time, making it extremely suitable as an implant material to be implanted in a living body. It is.
第１図および第２図は本発明の医用材料の一実施態様の
構成を模式的に示す半断面図である。
１・・・人工骨頭、２・・・ボール部、３・・・ステム
部、４・・・人工歯、５・・・歯冠部、６・・・歯根部
、７・・・窒化層。
特許出願人 株式会社 東京バイチク研究所代理人
弁理士 八 １） 幹 雄（他１名）第１図
第２図FIGS. 1 and 2 are half-sectional views schematically showing the structure of an embodiment of the medical material of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Artificial bone head, 2...Ball part, 3...Stem part, 4...Artificial tooth, 5...Tooth crown part, 6...Tooth root part, 7...Nitride layer. Patent applicant Tokyo Baichiku Institute Co., Ltd. Agent
Patent Attorney 8 1) Mikio (and 1 other person) Figure 1
Figure 2
Claims (3)
料において、その表面部が実質的に全面にわたり窒化さ
れていることを特徴とする医用材料。(1) A medical material composed of titanium or a titanium alloy, characterized in that substantially the entire surface thereof is nitrided.
に記載の医用材料。(2) The medical material according to claim 1, wherein the medical material is an artificial joint.
たは第２項に記載の医用材料。(3) The medical material according to claim 1 or 2, wherein the medical material is an artificial tooth.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP63128248A JPH01299561A (en) | 1988-05-27 | 1988-05-27 | Medical material |
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| JP63128248A JPH01299561A (en) | 1988-05-27 | 1988-05-27 | Medical material |
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| JP63128248A Pending JPH01299561A (en) | 1988-05-27 | 1988-05-27 | Medical material |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01299561A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10501719A (en) * | 1994-06-16 | 1998-02-17 | スミス アンド ネフュー リチャーズ インコーポレーテッド | Biocompatible, low modulus dental device |
-
1988
- 1988-05-27 JP JP63128248A patent/JPH01299561A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10501719A (en) * | 1994-06-16 | 1998-02-17 | スミス アンド ネフュー リチャーズ インコーポレーテッド | Biocompatible, low modulus dental device |
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