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JPH0669482B2 - 骨内インプラントの製造法 - Google Patents

骨内インプラントの製造法

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JPH0669482B2
JPH0669482B2 JP60175569A JP17556985A JPH0669482B2 JP H0669482 B2 JPH0669482 B2 JP H0669482B2 JP 60175569 A JP60175569 A JP 60175569A JP 17556985 A JP17556985 A JP 17556985A JP H0669482 B2 JPH0669482 B2 JP H0669482B2
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core material
titanium
metal
intraosseous implant
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和夫 鈴木
充雄 伊藤
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住友化学工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は有害な金属イオンの溶出のない骨内インプラン
トの製造法に関するものである。
近年、人工臓器、人工血管、人工骨、人工歯根などの人
工材料を生体内に挿入、置換して失われた生体の一部や
機能を回復させる、いわゆるインプラントロジーが脚光
をあびている。インプラントの試みは古代まで遡ること
が出来ると言われている。特に最近十数年の間に骨や歯
根などおびただしいインプラントが行われ治療や機能回
復に大きな成果をおさめてきた。しかし、いまだに生体
材料として、生体に親和性があり、安全でかつ耐久性に
富むという必要十分な条件を満足する人工骨や人工歯根
はないのが現状である。
従来、主に人工骨や人工歯根に使われて来た金属系の材
料としてはコバルトークロム系合金、ステンレス鋼、チ
タン、タンタルなどがある。
一方、近年セラミック材料としてはアルミナ、あるいは
炭素を主体とした材料が注目されている。金属材料は機
械的強度、特に衝撃強度的には優れているが、生体組織
への親和性に問題が多い。例えば金属イオンが溶出して
インプラント周辺の骨細胞の細胞毒として作用する。あ
るいは熱伝導が良すぎることに起因すると考えられる造
骨作用への障害がある。金属材料の中でも特にチタン、
タンタルは耐蝕性が優れており、頭骸骨、骨折部の固定
プレートや顎骨内インプラントなどとして1940年頃から
使用されているが、必ずしも満足できるものではない。
一方、サラミックスは一般に骨との親和性が良く骨組織
が細孔に侵入し、強固な固定が得られ組織と反応せず、
耐久性に富む（腐食分解に強い）という長所のある反
面、衝撃に弱いという短所がある 従来、金属とセラミックスの特徴を兼ね備えたインプラ
ントとして特開昭52−14095、同52−82893、同53−2899
7および同53−75209号公報に金属心材の表面にセラミッ
クスを溶射コーティングしたものが提案されている。し
かし、これらの方法はいずれもセラミックコーティング
層の接着性を上げるために、自己結合性のボンディング
材を使用していた。これらのボンディング材には溶出し
た場合生体為害性のあるニッケル、クロムなどが含まれ
ているという問題があった。
本発明はセラミックスの上記のような長所を失うことな
く、衝撃強度があり割れにくく、しかも生体にとって為
割性のある金属イオンを溶出しない骨内インプラントを
提供するものである。
すなわち本発明は、骨内インプラントの製造法におい
て、空気中で400〜800℃の温度範囲で加熱することによ
り、表面酸化処理した金属チタン芯材に水酸アパタイ
ト、酸化アルミニウム、または水酸アパタイトと酸化ア
ルミニウムの混合物を溶射して、該金属芯材の表面にセ
ラミックコーティングを形成させることを特徴とする骨
内インプラントの製造法を提供する。
本発明によれば生体にとって有害な金属を含むホンディ
ング材を使用せずに上記の特長を有する骨内インプラン
トを製造することが出来る。
以下図面により本発明について詳細に説明する。
第１図はイヌ下顎骨内インプラントの一例の模式図であ
る。図中１は下顎骨、２および３は天然歯、４は人工歯
根、５は４の人工歯根上に装着した人工歯（冠）であ
る。第２図は本発明に係る顎骨内インプラントの一例の
一部欠損図で、図中６は金属製インプラント（芯材）、
７は金属に達していない未貫通の気孔を含むサラミック
層である。本発明は第２図に示すごとく金属製インプラ
ント材外周にセラミックスコーティングを施すことによ
り衝撃に対しては割れにくく、かつインプラントの骨組
織には、セラミック同様に作用するようにしたものであ
る。
本発明で用いる金属製インプラント芯材としては、従来
から外科用または歯科用に用いられて来たチタン及びチ
タン合金が生体組為害作用が極めて少なく、かつ適当な
機械的強度を有しているものがそのまま使用できる。
またセラミックスとしては、水酸アパタイト、燐酸カル
シウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チ
タンなどの材料が単独あるいは混合物として使用でき
る。セラミック層内の気孔を制御するために、若干の陶
材を上記溶射材料に混溶射するか、あるいは溶射被膜上
に焼き付け使用することもできる。その場合にはデンチ
ン、エナメル陶材が使用できる。これらの材料のなかで
も生体との親和性の点から、水酸アパタイトおよび酸化
アルミニウムが適している。特に水酸アパタイトと酸化
アルミニウムを混合して使用する系は生体との馴染みが
最もよい。
本発明の骨内インプラントを得る方法としては、金属材
料を切削加工、鋳造、鍛造、打ち抜き、放電加工、レー
ザー加工あるいは粉末治金法などの方法で所定の形状に
加工する。得られた金属チタン芯材は酸化処理の前にブ
ラスト等により予め粗面化処理を施してあってもよい。
このようにして金属チタン芯材の表面に酸化処理を施
す。続いてはセラミック材料を市販の溶射装置、好まし
くはプラズマ溶射装置を用いて溶射する。
金属チタン芯材の表面を酸化処理する方法としては、空
気中で加熱処理する方法、電解による陽極酸化の方法等
があるが空気中で加熱処理する方法が好ましい。金属チ
タン芯材の表面を加熱酸化する温度としては、400〜800
℃の範囲が望ましい。
400℃より低いと溶射したセラミック被膜の密着力が不
足する。また800℃より高いと材料の強度に影響するの
と酸化膜が厚くなりすぎて密着力が低下するので好まし
くない。特に加熱処理温度は、密着性および材料の強度
の点から450〜550℃にするのが最も望ましい。加熱処理
の時間は特に限定はされないが処理温度を考慮して通常
１〜100分の範囲で行うのが好ましい。
上記温度範囲の優位性を明らかにするために、第３図に
金属チタン芯材の加熱処理温度とセラミック被膜の密着
力の関係、第４図に加熱処理温度とチタン芯材の弾性率
との関係を示す。
金属チタン芯材が加熱処理するには、通常の電気炉また
はガス炉が用いられる。
セラミックの溶射に際して溶射不要の箇所は芯材の表面
をあらす際にマスキングをしておく。該骨内インプラン
トの使用部位によっては、例えば人工関節の場合などセ
ラミックス層表面にかなりの程度平滑性が要求される場
合もある。その場合は陶材を塗布し、真空炉で焼成する
操作を繰り返して目的とする骨内インプラントを得る。
以下実施例により本発明の説明を行なう。
実施例 チタン材（JIS 2種）を用いて骨内インプラント芯材を
作成した。即ちチタンを放電加工で切り出し研磨し骨内
インプラント芯材を得た。この金属製インプラント芯材
をブラスト装置（英国メテコ社製ベンチブラスト装置マ
ンモス型）を用いてグリットブラスト（ブラスト材はメ
テコライトVF、圧力30psi）を行なった。
ブラスト後の芯材を500℃で10分間加熱処置を行った。
続いてプラズマ溶射装置（メテコ社製、6MM-630型電源
供給装置付き）により、アルゴン−水素プラズマジェッ
トフレーム（アーク電流500アンペア）を発生させ、80
重量％の水酸アパタイト（粒径10〜100μｍ）および20
重量％の酸化アルミニウム（日本研磨材製、WA#120）の
混合粉末を平均約150μｍ厚みになるように溶射した。
溶射被膜の密着性は良好で、角度160度程度の曲げ加工
を行なっても被膜の剥離は生じなかった。本品を犬下顎
骨内に埋入し、３ケ月を経過した時点でＸ線透視観察を
行なった結果、該インプラント周辺には緻密質の造骨作
用認められた。
比較例で行った結果も合わせて、加熱処理温度とコーテ
ィング被膜の密着性および芯材の弾性率の関係を第３お
よび４図に示す。この測定に使用したサンプルは実施例
と同じ材料から同じ方法で寸法が幅5mm×厚み1mm×長さ
50mmのものを得た。コーティング被膜の密着性および芯
材の弾性率は、上記サンプルをスパン距離30mmに保った
３点曲げ試験で測定した。
第３および４図からも400〜800℃の加熱処理温度域が特
に優れていることが判る。
比較例 実施例とすべて同様にチタン材を用いてインプラント芯
材を作成した。作成した試験片は実施例と同様な方法で
グリッドブラストのみ行ない加熱酸化処理理は施さなか
った。第１層目のコーティング層として酸化チタニウム
および酸化アルミニウムの混合粉末を平均約50μｍの厚
みになるように溶射した後、第二層目のコーティング層
として水酸アパタイトおよび酸化アルミニウムの混合粉
末が、平均約150μｍ厚みになるように溶射した。
溶射被膜の密着性は極めて不良で、ごく軽い衝撃で剥離
を生じインプラントとしての使用に耐えなかった。
以上述べた通り、本発明は金属の外周にセラミックのプ
ラズマ溶射層を形成させることにより、割れやすいセラ
ミック製インプラントの欠点を改良し、金属並の機械的
強度を有し、しかも骨組織との親和性がセラミックスを
同等である骨内インプラントを提供するものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は下顎骨内インプラント装着の一例の模式図であ
る。図中１は下顎骨、２および３は天然歯、４は本発明
による下顎骨内インプラント、５は４の下顎骨内インプ
ラント上に装着した人工歯（冠）を示す。 第２図（Ａ）は顎骨内インプラントの一例の一部欠損の
正面図、（Ｂ）はその側面図である。図中６は所定の表
面酸化処理を施した金属芯材、７および８はセラミック
スを主たる成分とするプラズマ溶射層である。 第３図はチタン材の加熱温度とプラズマ溶射によって形
成したコーティング被膜の密着強度の関係を、第４図は
チタン材の加熱温度とチタン材の弾性率の変化の関係を
示したものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】骨内インプラントの製造法において、空気
    中で400〜800℃の温度範囲で加熱することにより、表面
    酸化処理した金属チタン芯材に水酸アパタイト、酸化ア
    ルミニウム、または水酸アパタイトと酸化アルミニウム
    の混合物を溶射して、該金属芯材の表面にセラミックコ
    ーティングを形成させることを特徴とする骨内インプラ
    ントの製造法。
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