JPH01299561A - 医用材料 - 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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

以下、本発明を実施態様に基づきより詳細に説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）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面にわたり窒化さ
   れていることを特徴とする医用材料。
2. （２）医用材料が人工関節である特許請求の範囲第１項
   に記載の医用材料。
3. （３）医用材料が人工歯である特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項に記載の医用材料。