JPH0390153A - 生体修復用基材 - 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、歯科、外科等の医療分野において、生体内に
埋入してなる人工関節１人口歯根、骨接合用部材、人工
骨等のインブラント或は歯科矯正用ワイヤ、義歯床の他
整形外科用義肢、義足などの構造部材・・・これらを總
じた生体修復用基材に関するものである。

（従来の技術） 従来、上記の生体修復用基材としては有機材料系、無機
材料系および金属系等様々なものが開発され使用されて
いる。これら既知の材料は施術部位により適宜に使い分
けられているが、生体修復用基材として求められる特性
は、一般的に生体親和性に優れ、生体為害性がなく、機
械的強度があり、しかも加工性が良いものが望まれてい
る。

従って、開発当初はセラミックスなどがその主流を占め
ていたが、機械的強度や加工性などに優れた金属系の材
料が注目されるようになった。

金属系の代表的なものとしてはステンレス鋼、Ｃｏ−Ｃ
ｒ系合金、純チタンまたはチタン基合金、Ｎｉ−Ｔｉ合
金（形状記憶合金）などが実用化されている。

（発明が解決しようとする課題） 従来公知のステンレス鋼、Ｃｏ−Ｃｒ系合金は機械的強
度や加工性には優れているものの生体親相性や生体為害
性（生体内における耐食性）などに問題を残している。

斯る課題を解決するものとしてチタン基合金とりわけ代
表的なものヒして６ＡＱ−４Ｖ−残Ｔｉからなる合金が
提案され、一部実用化されているが、機械的強度は極め
て優れているものの加工性が悪く、且つ合金成分である
バナジウムが毒性を有するため、これが生体内に溶出す
ることを危惧する専門家もいる。

また、近時注目を集めているＮｉ−Ｔｉ合金（形状記憶
合金）は、その特異性により、今後の用途開発が期待さ
れるが、加工性が悪く、且つ合金成分であるニッケルが
生体に与える影響も無視できないという課題を残してい
る。

とりわけ、人工関節、骨接合用部材、人工骨等のいわゆ
る生体用インブラントは使用部位が生体内であるために
様々な形状が要求される。そのために機械切削、鋳造や
鍛造等の加工工程が必要とされる。特に、複雑な形状の
ものほど多くの加工工程を経て製品化されることになる
。この加工経歴が重なるほど基材の持つ特性は損なわれ
て劣化。

脆弱化する。例えば、前記した金属系材料の中では機械
的強度が最も優れているとされる６Ａ　Ｑ　−４Ｖ−残
Ｔｉ合金の場合、素材の伸びが少ないために一つの加工
工程が終了するごとに熱処理を必要とする。この熱処理
を省略して次の加工工程に入った場合、ひび割れや寸法
不良などの欠陥製品を生じるおそれが多いことになる。

従って、熱処理を繰り返し行わず加工して製品化する例
えば歯科矯正用ワイヤー、義歯床、骨接合板、義肢、義
足の構造部材などは、前記した欠陥を生じて実用性に乏
しいものとなる。また、複雑な形状のものほど加工工程
が増え、同時に熱処理工程も増加するため加工費が著し
く高価になる。しかし乍ら、その優れた機械的強度は捨
て難く、種々の問題を残しながらも人工股間節や人工歯
根等しこ用いられているのが現状である。純チタンの場
合は生体為害性がなく、生体親和性という点においても
優れているが、前記６ＡＱ−４Ｖ−残Ｔｉ合金と比較す
ると機械的強度が著しく劣るという欠点があり、それを
補うために断面形状や応力集中回避の配慮が製品製作上
不可欠であった。

（課題を解決するための手段） 本発明者等は、高強度（６５ｋｇｆ／ｍ”以上）且つ優
れた伸び（１０％以上）を有し、高張力厚板、高張力ボ
ルト、アンカーボルト等の工業的分野に対するチタン材
料の適性を増大したＴｉ−Ｆｅ系低合金を開発した（特
願昭６３−１９７８５２）。このものはＦａ　０．１−
０，８重量％、酸素等倒置値Ｑ＝ｏ、ａｓ〜１．Ｏ＝　
（０）　＋２゜？？　（Ｎｌ　＋０．１（Ｆｅ）残部が
不可避の不純物を除いてＴｉであり、組織がα＋β二相
二相等軸毛状くはラメラ−棚状細粒組織を有するもので
、複雑な熱間加工を施すことがなく、上記の高強度と延
性とを備えたものであるが、其后の研究・実験によって
、この先行低合金は上記した生体修復用基材のあるべき
性質に適合していることを知悉するに至った９即ち、本
発明は純チタンの持つ生体為害性がなく。

生体親和性に優れるという特性を維持しつつ、６Ａ　Ｑ
−４Ｖ−残Ｔｉに匹敵する機械的強度（引張強度９１　
ｋｇ／　ｍ”以上、耐力８４　ｋｇ　／　ａｍ２以上、
降伏比０．９２）を有する生体修復用基材を見出し、こ
こに提供するものである。

すなわち、本発明はＦｅを０．１〜０．８重量％含有し
′、固溶元素としてＮ　０．０１〜００１０重量％、０
０．０１〜０．５重量％、残部が不可避不純物以外はＴ
ｉからなるＴｉ−Ｆａ系低合金基材より成ることを特徴
とする生体修復用基材に関する。

（作用） 本発明に於けるＦｅはＴｉの一部置換型であり、且つβ
共析型と云う不純物元素としてＴｉ結晶の細粒化の作用
をなし高強度化に寄与する。すなわち、Ｆｅはα相に於
ける最大の固溶限である約０．０６重量％（以下単に％
とする）を超える量として０．１〜０．８重量％含ませ
る必要がある。０゜０％未満の場合はＴｉ結晶の細粒化
が不十分であり、逆に０．８％を超えるとＴｉ結晶が粗
大化して安定した組織が得られず機械的特性も低下する
。Ｎ、Ｏはいづれも侵入型固溶元素で固溶体の強化に有
効であるが過剰となると延性の低下を招くので好ましく
ない。Ｎは０．０１〜０．１０％で０．０１％未満の場
合は所期の効果が得られず０．１０％を超えると硬化し
すぎて機械的強度が低下する。一方、Ｏは０．１〜０．
５％で０．１％未満の場合はＮと同様所期効果が発現せ
ず０．５％を超えると加工性が低下する。

前記した範囲のＦｅ含有量は上記範囲のＮ及びＯ含有量
（とりわけ高含有範囲域）による延性の低下をＴｉ結晶
の細粒化によって防止する相関性がある。望ましい範囲
としてはＦＥＢ、５％、Ｎ０００７％、０Ｏ１２％残部
が不可避の不純物を除いてＴｉから成る。

本発明低合金に於ける組織調整について述べる。

チタン鋳塊のマクロ組織の結晶粒径は、約数ｌＯ騰であ
るため、これを初期粒径として、まずβ変態点以上に加
熱し、変態による細粒化とともに、β単相域で、もしく
はβ域からα域にかけて熱間加工を施す０本発明基材の
場合は、上記の如くＦｅを０．１〜０．８重量％の範囲
で含有し、しかもＦｅを均一分散化させるために、β相
域で熱間加工を受けることにより、未再結晶あるいは再
結晶β相がβ→α変態時に、α十β二相うメラー相状細
粒組織に変化する。この組織は、引続いてβ単相域、あ
るいはβからα相域、もしくはα単相域のいずれの領域
で再度加熱変形加工を受けても、α＋β二相ラメラ−棚
状かもしく等軸的細粒組織を呈し、加工熱処理に対して
安定となる。従って、本発明基材の鋳塊を鍛造もしくは
圧延によって熱間成形する場合、少なくとも１回以上、
鋳塊をβ域に加熱して熱間加工を施す必要がある。この
方法によれば、通常行われるごとくに、熱間加工後にα
域で後熱処理を施しても、結晶粒の粗大化などの顕著な
組織変化を生じがたく、結果として安定した機械的特性
を得ることが可能である。

以上述べた方法と異なり、鋳塊を１度もβ域に加熱する
ことなく常にα域にて加熱成形加工する場合は、鋳塊マ
クロ粗粒組織にもとづく表面肌荒れ、シワ疵、Ｆｅ濃度
のマクロ偏析が解消できない。

従って、鍛造もしくは圧延によって熱間成形する場合は
、上記したＭｉ織ｗ４！１が必要となる。しかし、用い
るインブラント部材のあるべき性質、形状如何によって
冷間成形で済ませる場合は敢えてこのような組織調整は
不要である。

（実施例） 以下に、本発明の低合金チタン及び純チタン（２種相当
品）、６ＡＩ２−４Ｖチタン合金の機械的特性を示す。

（以下余白） 以下に５人工歯根に応用したときの各実施例を示す。

上表より明らかなように、本発明生体修復用基材である
Ｔ　ｉ　−Ｆ　ａ基低合金は６ＡＱ−４Ｖチタン合金の
持つ機械的強度に至近の機械的性質がある上に伸びが更
に改警されていることが判る。また棒状人工歯根の直径
でみた場合は、６ＡＱ−４Ｖチタン合金よりは若干劣る
ものの純チタンに比較した場合はその直径を小とするこ
とも確認されている。

（発明の効果） 本発明生体修復用基材は叙述より判明するように、Ｔｉ
に少量のＦｅを加えたＴｉ低合金よりなるために人体へ
の為害性がなく、生体親和性に優れ且つ展延性の改善に
より加工性が良いと云う特性を維持しつつ６ＡＱ−４Ｖ
−残Ｔｉ合金に匹敵する機械的強度があるので、前記し
た歯科用インブラント、整形外科用インブラント、その
他生体内には埋入しないが生体と密着的な使用環境に置
かれて使用される生体修復用基材としての適性の増大に
寄与し得る効果を備えたものである。

−以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｆｅを０．１〜０．８重量％含有し、固溶元素とし
   てＮ０．０１〜０．１０重量％、Ｏ０．１〜０．５重量
   ％、残部が不可避不純物以外はＴｉからなるＴｉ−Ｆｅ
   系低合金より成ることを特徴とする生体修復用基材。 ２、Ｆｅ０．５重量％、Ｎ０．０７重量％、Ｏ０．２重
   量％である請求項１記載の生体修復用基材。 ３、組織がα＋β相等軸相状もしくはラメラー相状細粒
   組織よりなる請求項１もしくは２記載の生体修復用基材
   。