JPH02149269A - 複合インプラント部材及びその製造方法 - 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］ 本発明は人工骨９人工間節１人工歯根等の複合インプラ
ント部材及びその製造方法に関し、詳細には生体骨組織
との一体性を強化するため材質的及び構造的に気孔率の
高い表面層を基材層外側に形成してなる複合インプラン
ト部材及びその製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 人工骨１人工間節９人工歯根等のインプラント部材は損
傷又は欠損した人骨、関節、歯等を修復する目的で使用
されるものである。該インプラント部材は生体との適合
性に優れ、且つ生体骨組織に対して強い固着性を確保す
る必要があり、これらを満足するためインプラント部材
の基材表面に他の金属材料やセラミックス材料をコーテ
ィングした複合インプラント部材が使われる。

第２図（ａ）〜（Ｃ）は色々な表面構造が与えられた複
合インプラント部材の表面層を拡大して示す断面説明図
であり、（ａ）図では基材層１上に細粒粉２を、（ｂ）
図ではビーズ状粒子３を、更に（Ｃ）図では線条体４を
夫々接合して表面層を形成したものである。これらの表
面構造においては例えば第２図（ａ）に基づいて説明す
ると、基材層１と細粒粉２の間及び細粒粉２同士の間等
に孔部５が形成され、複合インプラント部材の表面に微
細な凹凸構造を形成する。その結果該孔部５内には新生
骨組織が侵入・成長し易くなり両者が強い固着状態を形
成する。

上記複合インプラント部材の製造に当たっては、細粒粉
２やビーズ状粒子３、更には線条体４等を焼結法や溶射
法によって基材層１の表面に拡散接合し、その後該表面
層を研磨仕上げするのが一般的な製造方法である。

［発明が解決しようとする課題］ 上記細粒粉２やビーズ状粒子３は粒径２００〜７００μ
ｍのものを使用し、また線条体４は直径２００〜３００
μ■のものを使用するのが一般的であり、それによって
複合インプラント部材表面に２０〜４００μｍ程度の直
径を有する孔部５を形成する。しかしこれら孔部５は、
例えば第２図（ａ）に示した様に基材層１と細粒粉２の
間及び細粒粉２同士の間に形成されるものであり、第２
図（ａ）〜　（Ｃ）のいずれにおいてもその気孔率はせ
いぜい３０〜５０％程度であった。そして気孔率をそれ
以上に高めようとすると、細粒粉２等と基材層１又は細
粒粉２等間士の結合力が低下し、細粒粉２等が剥れ易く
なるという不都合を生じる。

ところで上記数値範囲の気孔率を有する複合インプラン
ト部材を生体内に埋め込んだ場合、生体骨組織が孔部５
内に侵入・成長して該複合インプラント部材との間で強
力な固着状態を形成することは先に述べたが、実際臨床
の場においては、所定の強度を発揮（当該複合インプラ
ント部材に期待される最高の強度）するに至る迄、通常
４〜８週間という長期間を必要とし、しかも生体骨との
到達固着強度は、人体重量や日常生活上負荷される荷重
の支持等において十分満足し得るまでには至っていない
。

そこで本発明者らは、気孔率が高く且つそれ自身基材か
ら簡単に剥離されることがない様な表面層を形成して上
記諸欠点を解消することのできる複合インプラント部材
及びその製造方法を提供する目的で研究を重ね、本発明
を完成した。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成した本発明の複合インプラント部材は、
表面層形成材料である粉粒体又は線条体がそれ自身１０
〜１００μｍの細孔を有する無機多孔質体によって形成
されてなる点に要旨を有し、また該複合インプラント部
材の製造方法については、１０〜１００μｍの細孔を有
する無機多孔質体を不均整粒子に粉砕して該粒子を基材
層表面に溶射し、基材層と粒子及び粒子同士を拡散接合
させることを要旨とするものである。

［作用及び実施例］ 本発明の複合インプラント部材においては、表面層形成
材料として金属製又はセラミックス製の多孔質体を使用
する。該多孔質体は１０〜１００μｍの細孔を多数内蔵
し、且つ生体との適合性の優れた材料を選択する。その
代表例としては連続気泡型のスポンジ状チタンを挙げる
ことができる。

上記複合インプラント部材の表面層を形成するに当たっ
ては、前記多孔質体を１００〜４００μｍ程度の不均整
な粒子状に粉砕し、プラズマスプレー法によって前記粒
子を基材層表面に溶射し、基材と粒子の間又は粒子同士
を拡散接合させる。この際、基材層表面は予めサンドブ
ラスト等の機械的な粗面化処理、あるいはエツチング等
の化学的な粗面化処理がなされていることが、表面層と
基材層との密着性改善、および孔部の形成し易さ等の点
から好ましい。このと咎該粒子は完全に溶融して細孔を
失うことはなく、表面部のみが軟化溶融して基材層表面
に接合される。この様にして製造された複合インプラン
ト部材の表面には、基材と粒子の間及び粒子同士の間に
孔部５が形成されると共に、多孔質の粒子そのものが微
細な細孔を有するので、複合インプラント部材表面層の
気孔率は５０〜８０％の高い範囲内とすることができる
。従って新生骨の侵入・成長によって早期に安定強度ま
で到達する。またその孔部５及び細孔はランダムな方向
に複雑に入り込んだ形状に形成されるので、新生骨組織
の侵入・成長によって最終的に非常に強い固着力を発揮
するに至る。

さらに基材と粒子又は粒子同士の結合力は従来の単なる
細粒粉等を使用する場合に比較して劣化することがなく
、また粒子そのものが容易に剥れるということもない。

また粒子の溶射量が従来の細粒粉を使用するときより少
量であっても、微細な凹凸を効果的に形成することがで
きる。これらの結果、本発明の複合インプラント部材を
生体内へ埋め込んだときには、短期間で生体骨と一体化
して所要の固着力を発揮し、しかも最終の到達固着力は
人体の支持等に十分な強さを確保することができる。

次に表面層の気孔率について説明する。

第３図はスポンジ状Ｔｉの粉粒体をプラズマ溶射した場
合における表面層の厚さ方向に見た気孔率の変化を示す
グラフである。この図から分かる様に表面層における最
外表面側の気孔率は基材層側の気孔率よりも高くなって
いる。これは溶射法における初期溶射粒子が基材との大
きな衝突エネルギーによって潰れ基材側はど大密度化す
ることによるものと考えられる。この構造において基材
層側の気孔率は基材層と表面層の密着性に大きな影響を
与えるので、該気孔率は上記の如く低い方が好ましく、
−力量外表面側の気孔率は生体骨との一体化、並びにア
パタイト類の生成に大きな影響を与えるので、該気孔率
は上記の如く高いほうが好ましい。従ってこの溶射法に
よって形成された表面層は好適な気孔率分布を示してい
ると言える。

複合インプラント部材の基材層の材料としてはＴｉが多
く使用され、このＴｉとの密着性や付着強度を向上させ
る面等から考えると表面層の材料としては基材層と同質
のＴｉ系材料が好ましい。

他方生体骨との一体化の面から考えると、該表面層の材
料はアパタイト系材料、例えばリン酸カルシウム系化合
物等を使用することが推奨される。

従って以上の観点から、表面層の材料および構成として
好ましい態様は次の２つに大別される。

■基材と同じ材料、例えばＴｉ基材に対するものとして
発泡Ｔｉを選択するか、あるいはセラミックス基材上に
対するものとして多孔質アルミナ材料、ジルコニア材料
、チタニア材料等、アパタイトを生成しない多孔質体を
選定する場合。尚この場合は多孔質表面層上に、更にリ
ン酸カルシウム系化合物あるいはこのリン酸カルシウム
系化合物を含むガラス状物をコーティングした構造とす
ることもできる。

■水酸化アパタイト類の多孔質顆粒やリン酸カルシウム
系化合物を含有するガラス状物質など予めアパタイト類
を生成しているもの、あるいは生体中でアパタイト類を
生成する様な多孔質体を選定する場合。尚リン酸カルシ
ウム系化合物としては、水酸化アパタイト、炭酸アパタ
イト、フッ素アパタイト、塩素アパタイト、Ｃａ３（ｐ
０４）２、Ｃａ３　Ｐ２Ｏ７などが例示される。

なお■の場合は問題ないが、■の場合は、基材に選択さ
れるＴｉ等の金属と表面層材料との歪率、熱膨張係数の
違いが大きく、表面層の密着性の問題が生じる場合があ
り、このような場合には下地層として、基材の熱膨張係
数と近い熱膨張係数を有するアルミナやジルコニア、チ
タン等の薄膜（中間層）をコーティングしておくことが
好ましい。

上記多孔質粒子の代表的な素材としては先にスポンジ状
Ｔｉを挙げたが、該スポンジ状Ｔｉは塩化Ｔｉを溶融Ｎ
ａもしくは溶融Ｍｇに滴下し還元処理して製造するのが
一般的である。そしてこれを必要に応じてプレス等によ
って粉砕し、粒径１００〜４００μｍ程度の粒子を分級
して上記溶射に使用することが推奨される。

く実験例〉 第１図は本発明の複合インプラント部材を使った場合と
、従来の複合インプラント部材を使った場合の夫々にお
ける固着力の経時的変化（固着強度向上速度）を示すグ
ラフである。実線は本発明の実施例を示し、破線は従来
例を示す。本発明の実施例では基材層としてＴｉ−６Ａ
Ｉ−４Ｖ合金を使用し、表面層には粒径１０〜１００μ
加の細孔を有する純Ｔｉ製粒子をプラズマ溶射したもの
を用いた。他方従来品としては上記と同一材料の基材層
に粒径４００〜７００μｍのＴｉ製ビーズ状粒子を焼結
したものを使用した。そしてこれらの複合インプラント
部材を同一条件下で犬の脛骨に埋め込み、所定期間後の
引き抜き強度の変化を各々測定した。

その結果本発明の実施例では２週間経過後すでに１０　
ｋｇ／ａｍ’以上の引き抜き強度に達したのに対し、従
来例では１０　ｋｇ／ａｍ’を超えるのに４週間を必要
とした。またいずれの測定時においても本発明の実施例
の方が従来例に比較して１．５〜２倍の引き抜き強度を
発揮で籾、８週目以降の比較的安定したときの強度は１
．５：１程度の相違になることが分かった。

本発明は複合インプラント用基材の材質については特に
限定するものではないが、機械的強度に優れしかも生体
に悪影響を及ぼすことがない材質として通常使用されて
いるＴｉ、Ｔｉ合金Ｚｒ、Ｚｒ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ
合金、Ｃ。

Ｃｒ−Ｗ−Ｎｉ合金、Ｔａ、ステンレス鋼等の金属材料
が使用できる他、水酸化アパタイトやアルミナ等のセラ
ミックス類も使用できる。

［発明の効果］ 本発明の複合インプラント部材は上記の様に構成されて
その表面層に高い気孔率を有しているので、生体組織と
短期間内に強固に一体化されると共に、安定で且つ強力
な固着性を長期間発揮できる様になる。また本発明の製
造方法により、高い気孔率の表面層を形成した複合イン
プラント部材が確実に製造できる様になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合インプラント部材及び従来の複合
インプラント部材を各々生体骨へ埋め込み、その後の引
き抜き強度を比較したグラフ、第２図（ａ）〜（Ｃ）は
従来の複合インプラント部材の表層部を示す拡大断面説
明図、第３図はスポンジ状Ｔｉ粒子を基材層上に溶射法
によって拡散接合したとき表層部における厚、さ方向で
の気孔率の変化を示すグラフである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）基材層表面に粉粒体又は線状体を付着させて多孔
   表面層を形成してなる複合インプラント部材において、
   該粉粒体又は線条体はそれ自身１０〜１００μｍの細孔
   を有する無機多孔質体よりなることを特徴とする複合イ
   ンプラント部材。
2. （２）無機多孔質体がスポンジ状Ｔｉである請求項（１
   ）に記載の複合インプラント部材。
3. （３）スポンジ状Ｔｉの表面にアパタイト類またはアパ
   タイト類生成化合物がコーティングされてなる請求項（
   ２）に記載の複合インプラント部材。
4. （４）表面層の気孔率は厚さ方向に見たとき最外表面側
   気孔率が基材層側気孔率より高くなる様に形成されてな
   る請求項（１）〜（３）のいずれかに記載の複合インプ
   ラント部材。
5. （５）１０〜１００μｍの細孔を有する無機多孔質体を
   不均整粒子に粉砕し、該粒子を基材層表面に溶射し、基
   材層と粒子及び粒子同士を拡散接合させることを特徴と
   する複合インプラント部材の製造方法。