JPH08246084A - 生体用インプラント部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 生体機能への為害性はなく、機械的強度も良
好であり、形状が複雑・小型であっても高精度に製作す
ることができる新規な生体用インプラント部材、とりわ
け歯科用部材として有用な部材を提供する。 【構成】 この生体用インプラント部材は、Ａｌ：5.５
０〜6.５０重量％，Ｎｂ：6.５０〜7.５０重量％，Ｔ
ａ：0.５０重量％以下，Ｆｅ：0.２５重量％以下，Ｏ：
0.２０重量％以下，Ｃ：0.０８重量％以下，Ｎ：0.０５
重量％以下，Ｈ：0.００９重量％以下，残部がＴｉから
成る合金の鋳造品であり、クラウン，インレー，クラス
プ，義歯床，人工歯根に用いて有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は生体用インプラント部材
に関し、更に詳しくは、為害性の虞れもなく、鋳造品で
あるにもかかわらずその機械的強度が優れていて、とく
に歯科用部材に用いて好適な生体用インプラント部材に
関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、クラウン，インレー，クラスプ，
義歯床，人工歯根などの歯科用部材として、Ａｕ合金に
代わって、純Ｔｉの鋳造品が注目を集めかつ実使用に供
されている。この純Ｔｉは、耐食性が良好で生体細胞と
の組織反応を起こしにくいため為害性が少ない。そし
て、Ａｕ合金に比べて軽量であり、比強度も大きいの
で、薄肉にしても破損，変形，たわみなどが起こりづら
く、その歯科用部材を生体歯や口腔内に装着しても違和
感を与えず、体積感が少ないという利点を備えている。

【０００３】しかしながら、この純Ｔｉの鋳造品は、そ
の引張強度が５００ＭＰａ前後の値であり、機械的特性
の点で必ずしも満足のいく強度水準にあるわけではな
い。このようなことから、生体用インプラント部材に
は、一般に純Ｔｉよりも高強度であるＴｉ合金を用いる
ことが検討されている。ところで、インプラント部材に
Ｔｉ合金を用いた事例としては、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合
金の鍛造品で製作した人工股関節のステムや人工肘関節
などが知られている。

【０００４】しかしながら、上記したＴｉ−６Ａｌ−４
Ｖ合金は、それに含有されているＶ成分が生体機能に悪
影響を及ぼす虞れがあるとの指摘が成されている（歯科
材料・器械，Vol. 8, No. 5,第６４８〜６５２頁，１９
８９年を参照）。そのため、最近では、Ｖ成分に代え
て、Ｖと電子的・物理的性質が類似しているＮｂを配合
して成るＴｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金がインプラント材料
として有望視されるようになっている。

【０００５】例えば、Biomaterials 1992, Vol. １３,
No. １１，ｐ７８１〜７８８には、Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎ
ｂ合金の鍛造品の表面をＴｉＮで被覆したインプラント
部材が提案されている。また、ＡＳＴＭ Ｆ１２９５−
９２では、Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金の鍛造品であっ
て、引張強度９００ＭＰａ以上，0.２％耐力８００ＭＰ
ａ以上の機械的特性を有する材料をインプラント材とし
て規格化している。

【０００６】しかしながら、上記した部材は、いずれ
も、鍛造して製作したものであるため、確かにその機械
的特性は優れているものの、次のような問題を及んでい
る。すなわち、この部材の製作に当たっては、所定組成
の鋳造インゴットを製造し、そのインゴットを鍛造して
所望形状に賦形することが必要であるため、得られる鍛
造品の形状は、人工股関節のステムのように比較的形状
が単純でかつ大型なものに制限されてくるという問題で
ある。逆にいえば、形状が複雑でかつ小型である部材
を、前記したようなＡＳＴＭで規格化する鍛造品として
製作することは非常に困難である。

【０００７】しかしながら、前記したような歯科用部材
は、いずれも、その形状が小型であるとともに、装着時
に違和感や機能不良を起こさせないために、その形状は
複雑であり、しかも高精度に製作されることが必要であ
る。例えば、義歯床の場合、口腔内表面と密着する床面
は当該口腔内表面の形状に正確にマッチした形状になっ
ていることが必要になるが、そのような形状を鍛造法で
造形することは事実上不可能である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、生体
用のインプラント部材にはＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金やＴ
ｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金のようなＴｉ合金が用いられる
こともあるが、それは、現在までのところ、前記した規
定に基づき鍛造品として製造されている。本発明は、従
来のＴｉ合金のインプラント部材が鍛造品であることに
伴う上記した問題を解決し、製作対象の形状が複雑でか
つ小型であってもそのことに充分適合して製作されてい
て、かつその機械的特性も適正である生体用インプラン
ト部材、とりわけ歯科用部材に用いて好適なインプラン
ト部材の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、Ａｌ：5.５０〜6.５０重量
％，Ｎｂ：6.５０〜7.５０重量％，Ｔａ：0.５０重量％
以下，Ｆｅ：0.２５重量％以下，Ｏ：0.２０重量％以
下，Ｃ：0.０８重量％以下，Ｎ：0.０５重量％以下，
Ｈ：0.００９重量％以下，残部がＴｉから成る合金の鋳
造品であることを特徴とする生体用インプラント部材、
とりわけ、クラウン，インレー，クラスプ，義歯床，人
工歯根のいずれかの歯科用部材が提供される。

【００１０】本発明の部材を構成する材料は、上記した
組成に調整されたα＋β型のＴｉ合金である。この組成
はＡＳＴＭ Ｆ１２９５−９２で規定する組成であっ
て、生体機能に為害性を及ぼさない。上記組成におい
て、Ａｌは六方晶であるαチタン相を安定化させるため
の元素であり、そのことにより合金のαチタン相とβチ
タン相との可逆的な変態温度を上昇させる。その含有量
が5.５０重量％より少ない場合は上記した効果が発揮さ
れず、また6.５重量％より多くなると、靱性の低下を招
くので不都合である。

【００１１】Ｎｂは立方晶であるβチタン相を安定化さ
せ、合金の塑性加工性の向上に資する。その含有量が6.
５０重量％より少ない場合はβチタン相を室温までもち
きたすことができず、そのため得られた合金に上記した
効果が発現せず、また7.５０重量％より多くなると、コ
スト上昇が引き起こされてくる。ＴａもＮｂと同じよう
にβチタン相を安定化させる元素であるか、あまり多く
含有されていると、同じくコスト上昇を招くのでその含
有量は0.５０重量％以下に規制される。

【００１２】Ｆｅもβチタン相の安定化元素であるが、
あまり多く含有されていると、耐食性の低下が生じてく
るので、その含有量は0.２５重量％以下に規制される。
Ｏ，Ｎ，Ｈは、いずれも、Ｔｉ合金の調製時にガス成分
として合金に固溶する成分であり、しかもαチタン相の
安定化に資する。しかし、その固溶量があまり多くなる
と、合金が室温下において脆性になりはじめてインプラ
ント部材にしたときにその機械的特性の低下を招くの
で、その含有量は、それぞれ、Ｏ：0.２０重量％以下，
Ｎ：0.０５重量％以下，Ｈ：0.０００９重量％以下とな
るように合金は調整されなければならない。

【００１３】Ｃは上記したガス成分とおなじように合金
に固溶してそのαチタン相の安定化に資する元素である
が、あまり多く含有されていると、靱性の低下を招くの
で、その含有量は0.０８重量％以下に規制される。本発
明の部材は、上記した組成のＴｉ合金を鋳造して製造さ
れる。鋳造の方法としては、通常、精密鋳造法が適用さ
れる。

【００１４】それを、義歯床の製造の場合について説明
する。まず、常用の印象材を用いて対象患部の型どりを
行う。ついで、型どりした型をセラミックスを主成分と
するスラリーに浸漬して当該型の表面を前記スラリーの
層で被覆したのち、全体を所定温度に加熱して、前記印
象材を溶融除去するとともにスラリー層を固化する。

【００１５】その結果、内部空間は印象材の型と同じ形
状の中空部になっている鋳型が得られる。ついで、この
鋳型を市販の歯科用精密鋳造装置にセットし、装置内を
真空またはＡｒなどの不活性雰囲気にし、また、装置内
に前記した組成のＴｉ合金のペレットを配置し、当該ペ
レットを例えばアーク溶解しながらその溶湯を前記鋳型
の中空部に注入する。

【００１６】鋳型を冷却したのち全体を装置から取り出
し、ついで鋳型を粉砕し、目的とする鋳造品を得る。印
象材によって対象患部は正確に模写され、そして鋳型の
中空部にそれは正確に転写され、その転写された鋳型に
Ｔｉ合金の溶湯が接液した状態で固化するので、得られ
た鋳造品の形状・表面は対象患部を正確に複写した義歯
床になる。

【００１７】この精密鋳造時に、装置内に比較的多量の
Ｏ₂ が存在すると、得られた鋳造品にはＴｉＯ₂ などが
副生し、それに基づいて鋳造欠陥が発生してその機械的
強度の低下が引き起こされるので、装置内の雰囲気制御
は充分に行われることが必要である。

【００１８】

【実施例】

実施例，比較例 表１に示す組成のＴｉ合金のインゴットを２種類用意し
た。

【００１９】

【表１】

【００２０】これらのＴｉ合金のインゴットを、Ticast
super-R（セレック（株）製の歯科用精密鋳造装置の商
品名）にセットした。鋳型としてセレベストＣＢ（セレ
ック（株）製の鋳型の商品名）を用い、装置内をＡｒ雰
囲気とし、６ｋＶＡのアーク放電で前記インゴットを溶
解し、その溶湯を前記鋳型内に遠心鋳造した。

【００２１】このようにして、全長２０mm，平行部の直
径３mmの引張試験用の鋳造品を、それぞれ５個製作し
た。ついで、これら鋳造品の表面にサンドブラスト処理
を施したのち、ただちに、引張試験に供した。引張試験
は、ＡＧ−２０００Ｂ（機種名、島津製作所（株）製の
インストロン型試験装置）を用いて、室温・大気中で行
った。その結果を応力−ひずみ曲線として、実施例に関
しては図１，比較例に関しては図２に示した。

【００２２】実施例の鋳造品５個のうち２個は、ひずみ
量が３〜４％の時点で破断した。破断した鋳造品にはそ
の断面を横ぎるようにして空洞が存在していた。また、
比較例の鋳造品の場合は、そのうちの２個はひずみ量が
２％程度の時点で破断し、その破断面には実施例の場合
と同様の鋳造欠陥が認められた。実施例，比較例のそれ
ぞれの鋳造品の機械的特性につき、破断したものも含め
た平均値を表２に示した。

【００２３】

【表２】

【００２４】本発明の鋳造品のうち、残り３個の鋳造品
は、その最大引張強度が９００〜９５０ＭＰａ程度であ
り、そのひずみ量は約８％程度の値を示している。この
最大引張強度は、比較例の鋳造品の値（９５０〜１００
０ＭＰａ）に比べて若干低い値であるが、この程度の強
度であれば、この鋳造品で義歯床を製作したとしてもそ
れは充分に実使用に耐えることができる。

【００２５】一方、実施例の鋳造品はそのたわみ量がお
よそ８％程度の値を示している。すなわち、本発明の鋳
造品は、比較例の鋳造品が最大でも約６％程度であるこ
とに比べて延性に優れ、義歯床に用いたときに有用であ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
部材は、Ｖを含有しないので生体機能に対する為害性を
もたず、また、従来のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖの材料から成
る部材に比べてもその機械的強度はそれぼど低下してい
ない。そして、鋳造品であるため、形状が複雑で高精度
を必要とする小型部材として製造することができ、とく
に歯科用部材としてその工業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋳造品の応力−ひずみ曲線を示すグラ
フである。

【図２】Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの鋳造品の応力−ひずみ曲
線を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ａ６１Ｋ 6/04 (72)発明者 浜中 人士 東京都中野区丸山１丁目２番６号 (72)発明者 米山 隆之 神奈川県藤沢市片瀬山３−16−３ (72)発明者 小林 郁夫 埼玉県川口市本町４−８−12−1103 (72)発明者 土居 寿 千葉県千葉市美浜区稲毛海岸５丁目５番地 28棟104号

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｌ：5.５０〜6.５０重量％，Ｎｂ：6.
   ５０〜7.５０重量％，Ｔａ：0.５０重量％以下，Ｆｅ：
   0.２５重量％以下，Ｏ：0.２０重量％以下，Ｃ：0.０８
   重量％以下，Ｎ：0.０５重量％以下，Ｈ：0.００９重量
   ％以下，残部がＴｉから成る合金の鋳造品であることを
   特徴とする生体用インプラント部材。
2. 【請求項２】 前記鋳造品が、クラウン，インレー，ク
   ラスプ，義歯床，人工歯根のいずれかの歯科用部材であ
   る請求項１の生体用インプラント部材。