JPH0739578A - Metallic implanting article and preparation thereof - Google Patents
Metallic implanting article and preparation thereofInfo
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- JPH0739578A JPH0739578A JP6106388A JP10638894A JPH0739578A JP H0739578 A JPH0739578 A JP H0739578A JP 6106388 A JP6106388 A JP 6106388A JP 10638894 A JP10638894 A JP 10638894A JP H0739578 A JPH0739578 A JP H0739578A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は人工関節や人工歯根材な
ど、生体へ埋め込む金属製材料であって、さらに詳しく
は、該金属製材料が生体へ埋め込まれたあと、その周辺
の生体組織との間の結合を強化するために改善された金
属製生体埋込材及びその製造方法である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal material to be embedded in a living body such as an artificial joint and an artificial tooth root material. More specifically, after the metal material is embedded in a living body, the surrounding living tissue and An improved metallic bioimplant for strengthening the bond between them and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】生体の関節や骨に欠陥を生じた場合の治
療のなかには、金属を主体とする人工材料を埋め込むこ
とが行われている。これらは生体組織とは本質的に馴染
まないので埋込材の表面に従来は機械的に浅い溝加工を
施し、加えて有機接着剤をもって生体骨との間を接着し
ている。しかし、接着剤が固化の際発熱をともなうた
め、その周辺にある生体組織へ影響を及ぼすことがあ
り、このため、有機接着剤を用いる方法は耐用期間が短
い。2. Description of the Related Art In the treatment of defects in joints and bones of a living body, an artificial material mainly made of metal is embedded. Since these are essentially incompatible with living tissues, the surface of the embedding material is conventionally mechanically shallowly grooved, and in addition, an organic adhesive is used to bond the living bone. However, since the adhesive is accompanied by heat generation when it is solidified, it may affect living tissues around the adhesive. Therefore, the method using the organic adhesive has a short service life.
【0003】接着剤を用いないセメントレスタイプとし
ては、細い金属線材によって構成された多孔質部材を埋
込材の表面に結合したものがある。この場合、取扱い中
に線材の一部が折損するとその折れ口で手術に当たる医
者の手袋を傷つける恐れがあり、加えて構成する金属線
材の剛性不足からくる固定効果の不足も懸念される。同
様に多孔質表面を形成して、生体組織の成長浸入によっ
て結合するものとして球形ビーズを埋込材表面に2〜3
層程度結合させたビーズタイプがある。この場合、前記
線材結合型のような欠点はないため、実用例は多い。し
かし、次の理由によりビーズが生体内で剥離する懸念を
残している。As a cementless type that does not use an adhesive, there is a cementless type in which a porous member made of a thin metal wire is bonded to the surface of an embedding material. In this case, if a part of the wire rod is broken during handling, the broken glove may damage the doctor's gloves to be operated, and in addition, there is a concern that the fixing effect may be insufficient due to insufficient rigidity of the metal wire rod. Similarly, spherical beads are formed on the surface of the embedding material by forming a porous surface and binding the same by growth infiltration of living tissue.
There is a bead type in which layers are combined. In this case, there are many practical examples because there is no defect like the wire-bonded type. However, there is a concern that the beads may be exfoliated in vivo due to the following reasons.
【0004】金属製生体埋込材は、ステンレス鋼,コバ
ルト合金,純チタンおよびチタン合金が用いられ、国際
規格ISO および、いくつかの国で材料が規格に取り上げ
られている。ビーズは、体液中での腐食にもとづく理由
から基材とビーズとは同質材を用いるのが一般的であ
る。ビーズの積層によって形成される空隙の大きさは、
生体組織の浸入を許すものでなければならないし、ま
た、それを確実に実現させるためのビーズは球形のもの
が選ばれ、粒径も選択されて来た。この事が一方では、
ビーズの結合を弱くすることになっている。特に、埋込
基材面と球形金属ビーズの粒子は、接点が1点となり、
真空焼結法により結合せしめても結合強度は低くならざ
るを得ない。生体への毒性やアレルギーの医学的事情で
一般のろう接材も適用できないことから、同質材で結合
力の向上には真空焼結条件の選択によって、接合点のネ
ッキング現象により、点からのわずかなネッキングに頼
ってきた。このためビーズタイプは生体内でビーズが剥
離する懸念を残し、この点の改善が求められていた。[0004] As the metallic bioimplant, stainless steel, cobalt alloy, pure titanium and titanium alloy are used, and the material is taken up in the international standard ISO and some countries. As for the beads, it is common to use the same material for the base material and the beads because of the reason that they are based on corrosion in body fluids. The size of the void formed by stacking the beads is
It must be one that allows the infiltration of biological tissue, and spherical beads and particle sizes have been selected to ensure this. On the one hand, this is
It is supposed to weaken the binding of the beads. In particular, the embedded substrate surface and the particles of the spherical metal beads have one contact point,
Even if they are bonded by the vacuum sintering method, the bonding strength must be low. Since general brazing materials cannot be applied due to medical conditions such as toxicity to the living body and allergies, selection of vacuum sintering conditions for improvement of bonding strength with homogeneous materials, due to necking phenomenon at the joining point, I depended on good necking. For this reason, the bead type leaves a concern that the beads may be exfoliated in the living body, and improvement of this point has been demanded.
【0005】また、従来のビーズタイプの製造方法は、
ビーズを結合させたい部分へ配するに、こぼれ落ちない
よう基材側に浅く平底のへこみをつくっておき、ここへ
ビーズを充填して、真空や非酸化性雰囲気中で焼結接合
させていた。この場合はビーズがこぼれ落ちないよう焼
結時の基材の配置姿勢は限定される欠点がある。また、
曲面へのビーズ結合には耐熱セラミックスによる型材で
保持しながら、焼結していた。型材によるビーズの保持
は基材と型材という剛体の組合せとなるためビーズのも
れ落ちを完全に防ぎ得るものではなく、欠落があったも
のは、手作業により補充作業を行っていた。これらの溝
加工や型当て方式では適用箇所が限定され、本来構造的
に生体と最も強く結合させるべき突起部分には適用でき
ない場合があり、また、埋込材そのものの形状が人の体
形等から極めて多種に及ぶことから、型材が多種に及び
ビーズ接合作業は困難を極めていた。The conventional bead type manufacturing method is
In order to place the beads on the part to be bonded, a shallow flat bottom dent was made on the side of the base material so as not to spill, and the beads were filled therein and sintered and bonded in a vacuum or non-oxidizing atmosphere. In this case, there is a drawback that the arrangement position of the base material at the time of sintering is limited so that the beads do not fall off. Also,
To bond beads to a curved surface, sintering was performed while holding a mold made of heat-resistant ceramics. Since the holding of the beads by the mold material is a combination of the base material and the rigid material of the mold material, it is not possible to completely prevent the beads from leaking out, and if there is a missing piece, the replenishment work is performed manually. The application points are limited by these groove processing and the mold application method, and it may not be applicable to the protruding part that should be structurally most strongly bonded to the living body, and the shape of the embedding material itself is different from the human body shape etc. Since there are so many kinds of materials, it is very difficult to perform the bead bonding work.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする問題点】本発明が目的とする
ところは、金属製生体埋込材が生体組織となじむため、
その表面の一部に多くの場合埋込材と同質の球形ビーズ
を結合させ、そこに形成される大小の空隙へ生体組織が
成長浸入することにより、埋込材が生体内に固定される
いわゆるビーズ型生体埋込材において、生体内でビーズ
が剥離することなく、安心して使えるものを提供するも
のである。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention An object of the present invention is that the metallic bioimplant material is compatible with living tissue.
In many cases, spherical beads of the same quality as the embedding material are bonded to a part of the surface, and living tissue grows and penetrates into large and small voids formed therein, so that the embedding material is fixed in the living body. The present invention provides a bead-type bio-implantable material that can be used with peace of mind without the beads peeling off in vivo.
【0007】また、本発明は、金属製基材表面が平面で
なくても確実に球形ビーズを結合させる金属製生体埋込
材の製造方法を提供するものである。The present invention also provides a method for producing a metal bio-implant, in which spherical beads are surely bonded even if the surface of the metal substrate is not flat.
【0008】[0008]
【問題を解決するための手段】本願発明の特許請求範囲
において明らかなごとく、請求項1においては、山谷の
粗面を有する金属製基材表面に球形金属ビーズを接合し
多孔質層を形成せしめたことを特徴とする金属製生体埋
込材である。該ビーズの基材への接合部は、従来の方法
においては、球体と面との組合せであったが、本発明で
は基材側に予め山谷の粗面加工を施してある点が異なっ
ている。そして、その加工は、ローレット,ショットブ
ラスト,その他の機械的方法によって行い得るが、ビー
ズを配すべき基材側部分が平面またはこれに近いものと
は限らないものもあり、その場合はまるい面をもつブラ
スト材を用いてショットブラストによる方法で実施でき
る。これらの方法で粗面加工した面上へ配置された球形
ビーズの多くは、複数の点あるいは面をもって基材と接
し、従来方法における1点接点による焼結ネッキングに
結合強度を頼っていた点からは、確実に強度が向上す
る。なお、ビーズの上層部、つまり、ビーズとビーズが
接する部分は個々のビーズが互いに多数の接合部をもつ
ので問題にすることはない。As is apparent from the scope of the claims of the present invention, in claim 1, spherical metal beads are bonded to the surface of a metal base material having a rough surface of peaks and valleys to form a porous layer. It is a metal bio-embedded material characterized by the above. The bonding portion of the beads to the base material was a combination of a sphere and a surface in the conventional method, but it is different in the present invention in that the base material side is previously subjected to roughening of peaks and valleys. . Then, the processing can be performed by knurling, shot blasting, or other mechanical methods, but there is a case where the base material side portion on which the beads are to be arranged is not necessarily flat or close to it, and in that case, the round surface It can be carried out by a method by shot blasting using a blast material having Most of the spherical beads arranged on the surface roughened by these methods come in contact with the base material at a plurality of points or surfaces, and rely on the bonding strength for the sintering necking by the single-point contact in the conventional method. Certainly improves the strength. The upper layer portion of the beads, that is, the portion where the beads are in contact with each other does not pose a problem because the individual beads have a large number of joints.
【0009】請求項2は粒径範囲が平均粒径に対し、実
質的に±20%の範囲である球形金属ビーズと該ビーズの
平均粒径の1/2 以上、3倍以内の山と山の間隔をもった
粗面を含む金属製基材表面を用いたことを特徴とする請
求項1に記載の金属製生体埋込材である。本発明の技術
的進歩の目的が基材と球形金属ビーズとの接合強度を従
来実用されて来たものよりも向上することにより、より
多くの患者へ適用できるようにすることであり、かつ、
その要点は基材とビーズの接合部を増すことにある。そ
の手段として基材側に山と谷を予め設けることを骨子と
していることから、該ビーズの直径と基材の山と山の間
隔は相互に関係があり、これを選択適用することによ
り、より強固な接合が得られる。山と谷の加工手段は、
ローレット,研削,切削の方法もとり得るが、形状的に
複雑で曲面を有する部分に対しては、ショットブラスト
による方法が最も実用的である。According to claim 2, spherical metal beads having a particle size range of substantially ± 20% with respect to the average particle size, and peaks and peaks that are 1/2 or more and 3 times or less of the average particle size of the beads. The metallic bioimplant according to claim 1, wherein a metallic base material surface including a rough surface having a space of is used. An object of the technical advance of the present invention is to improve the bonding strength between the base material and the spherical metal beads as compared with those which have been practically used in the past, so that it can be applied to more patients, and
The point is to increase the number of joints between the substrate and the beads. Since the essence is to provide peaks and troughs on the base material side in advance as the means, the diameter of the beads and the interval between the peaks and peaks of the base material are related to each other. A strong bond can be obtained. The means of processing mountains and valleys are
Methods such as knurling, grinding and cutting can be used, but the method using shot blasting is most practical for parts that are complicated in shape and have curved surfaces.
【0010】請求項3は、基材表面へビーズを接合する
作業手段の1態様を開示するものであり、山谷の粗面を
表面に有する金属製基材を用意し、該表面に 800℃以下
で蒸発または焼却除去する接着剤を塗布し、次いでビー
ズを該表面に接着して得られる複合体をセラミックスの
粉末中に埋めた状態で 800〜1500℃で真空焼結接合する
ことを特徴とする金属製生体埋込材の製造方法である。
球形金属ビーズを基材の所要部分へ配置するのに接着剤
を使って室温でいったん接着させることにより、作業を
容易ならしめたものである。しかるに接着剤はビーズや
基材と反応したり、焼結後に残留するようでは医学的問
題へ波及するので、焼結温度へ到る前の途中温度におい
て蒸発または焼却除去されねばならない。金属元素を含
まない有機物接着剤であれば、ほとんどのものが実用で
きる。次に、ビーズと基材との接合は、これらより融点
の低いろう接材を用いず、焼結によっているのは、ろう
接材に含まれるビーズや基材とは別の第3元素による医
学的問題を配慮したものである。また、焼結は真空炉中
で行うのが良く、かつ、接着剤をビーズや基材へ影響し
ないできるだけ低い温度で除去せしめるにも効果があ
る。[0010] Claim 3 discloses one embodiment of a working means for bonding beads to the surface of a base material. A metal base material having a rough surface of peaks and valleys on the surface is prepared, and the surface is 800 ° C or lower. Characterized in that a composite obtained by applying an adhesive for evaporation or incineration and removal by incineration and then adhering beads to the surface is vacuum-sintered and bonded at 800 to 1500 ° C in a state of being embedded in ceramic powder. It is a manufacturing method of a metal bioimplant.
The operation is facilitated by once adhering the spherical metal beads at a room temperature using an adhesive to dispose them on a required portion of the substrate. However, if the adhesive reacts with the beads or the base material, or if it remains after sintering, it spreads to medical problems and must be evaporated or burned off at a temperature midway before reaching the sintering temperature. Most organic adhesives containing no metal element can be used practically. Next, the bead is bonded to the base material by sintering without using a brazing material having a lower melting point than those, because the medical treatment by the third element other than the beads and the base material contained in the brazing material is used. It considers the physical problem. Sintering is preferably performed in a vacuum furnace, and is effective in removing the adhesive at a temperature as low as possible that does not affect the beads or the base material.
【0011】真空加熱中の初期において接着剤が除去さ
れることによって、ビーズが基材から離れるのを防ぐた
め、耐熱セラミックスの粉末中に埋めた状態で加熱する
ものである。これによって、接着剤はセラミックス粉末
の粒間を経て、真空ポンプへ吸引されると共に、接着剤
がなくなった後もビーズが移動することなく保持され、
焼結温度へ昇温する。In order to prevent the beads from separating from the substrate due to the removal of the adhesive in the initial stage of vacuum heating, heating is performed in a state of being embedded in the powder of heat-resistant ceramics. As a result, the adhesive passes through the grains of the ceramic powder and is sucked into the vacuum pump, and the beads are retained without moving even after the adhesive is exhausted.
Raise to sintering temperature.
【0012】請求項4は、接着剤の用い方の1手法を示
すものである。すなわち、800 ℃以下で蒸発または焼却
除去する接着剤と球形金属ビーズを予め混合し、これを
山谷の粗面を表面に有する金属製基材に接合して複合体
を形成する請求項3に記載の金属製生体埋込材の製造方
法である。接着剤はビーズを基材へ焼結接合する際の途
中の低い温度で消失していて、ビーズや基材の材質に影
響を及ぼさないものを用いるので、予めビーズと混合し
て用いても良い。このような方法は、生体埋込材のう
ち、形状的に狭い隅部分や穴あき基材部分の周縁部を修
正するのに有効である。[0012] Claim 4 shows one method of using the adhesive. That is, an adhesive that evaporates or burns off at 800 ° C. or less and spherical metal beads are mixed in advance, and this is bonded to a metal base material having a rough surface of a mountain and valley to form a composite. The method for producing a metal bioimplant according to the above. Since the adhesive that disappears at a low temperature during the sintering and bonding of the beads to the base material and does not affect the material of the beads or the base material, it may be mixed with the beads in advance. . Such a method is effective for correcting a corner portion having a narrow shape and a peripheral edge portion of a perforated base material portion in the bioimplant.
【0013】請求項5は、本発明が目的としている金属
製生体埋込材が生体中で機能中にビーズ剥離を起こさな
いための更なる強化型生体埋込材を提供するものであ
る。これはビーズの周辺に、ビーズと化学組成的主成分
が同じ金属微粉を結合させ、周辺を固める方法を取った
ものである。その具体的手段は、粒径範囲が平均粒径に
対し実質的に±20%の範囲の球形金属ビーズと、金属製
基材表面との間に前記球形金属ビーズの平均粒径の1/3
以下の粒径の金属微粉末の層を有し、球形金属ビーズが
金属微粉末の層に埋め込まれた状態で球形金属ビーズと
金属微粉末と金属製基材が接合されたことを特徴とする
金属製生体埋込材である。このようなビーズの結合強化
型は前記の基材に山谷を設けたのみの方法に比べてコス
ト高であるが、適用される患者のその後の生活状態に応
じて必要な場合がある。[0013] A fifth aspect of the present invention is to provide a further reinforced bio-implant for preventing the metal bio-implant, which is the object of the present invention, from causing exfoliation of beads during its function in a living body. This is a method in which fine metal powder having the same chemical composition as that of the beads is bonded to the periphery of the beads to solidify the periphery. The specific means is that spherical metal beads having a particle size range of substantially ± 20% with respect to the average particle size and 1/3 of the average particle size of the spherical metal beads between the surface of the metal base material.
It has a layer of metal fine powder of the following particle size, and is characterized in that the spherical metal beads, the metal fine powder and the metal base material are bonded in a state where the spherical metal beads are embedded in the layer of metal fine powder. It is a metal bioimplant. Although such a bond-enhanced type of beads is more expensive than the method in which the base is provided with peaks and valleys, it may be necessary depending on the subsequent living condition of the patient to which it is applied.
【0014】請求項6は、請求項5に明示せる金属製生
体埋込材の製造方法の1態様を示すもので、金属製基材
表面に800 ℃以下で蒸発または焼却除去する接着剤を塗
布し、次いで金属微粉末を接着し、さらに球形金属ビー
ズを金属微粉末中に埋め込むように載置した複合体をセ
ラミックスの粉末中に埋没した状態で800 〜1500℃で真
空焼結接合することを特徴とする金属製生体埋込材の製
造方法である。この方法は生体埋込材のビーズを配する
部分で比較的平面部分に対し、ビーズを密に整列させる
作業を容易にするものである。[0016] A sixth aspect of the present invention shows one embodiment of the method for producing a metallic bio-implant according to the fifth aspect, in which the surface of the metallic base material is coated with an adhesive that evaporates or burns off at 800 ° C or lower. Then, the fine metal powder is adhered, and the spherical metal beads are embedded in the fine metal powder, and the composite is embedded in the ceramic powder and vacuum-sintered at 800-1500 ° C. It is a method for producing a characteristic metallic bioimplant. This method facilitates the work of closely aligning the beads with respect to a relatively flat portion in the portion where the beads of the biological implant are arranged.
【0015】請求項7は、請求項6における金属微粉末
の用い方にかかわり、該微粉末と接着剤とを予め混合し
たものを用いることにより、筋状の細い部分や人工歯根
材のような微小部分材ならびに請求項6における微粉末
接着作業の修正作業を容易にするものである。その手段
は、金属製基材表面に800 ℃以下で蒸発または焼却除去
する接着剤と球形金属ビーズの平均粒径の1/3 以下より
成る金属微粉末を混合したものを金属製基材表面へ塗布
した後、球形金属ビーズを金属微粉末中に埋め込むよう
に載置した複合体を用いる請求項6に記載の金属製生体
埋込材の製造方法である。A seventh aspect of the present invention relates to the method of using the fine metal powder according to the sixth aspect, wherein the fine powder and the adhesive are mixed in advance so that a fine striped portion or an artificial dental root material is obtained. It is intended to facilitate the correction work of the minute part material and the fine powder bonding work in claim 6. The means for this is to mix a metal base material surface with an adhesive that evaporates or burns off at 800 ° C or less and fine metal powder consisting of 1/3 or less of the average particle size of the spherical metal beads. The method for producing a metal bio-embedded material according to claim 6, wherein the composite body is used in which spherical metal beads are placed so as to be embedded in the fine metal powder after coating.
【0016】[0016]
【作用】本発明は、生体骨の疾患治療において、埋め込
まれる金属材料が生体組織となじむよに、埋め込まれる
材料の表面の特定部分に球形の金属ビーズを接合させ、
多孔質層を形成することにかかわり、該ビーズが生体中
で機能中に剥離することのないよう、従来実用の方法に
比べ接合力を向上させたものおよびその製造方法を提供
するものである。必要接合強度については、周辺の生体
骨の状態や適用箇所および年齢、使われ方等の環境条件
が複雑なため、特定することは困難であるが、実績とし
て、現在実用されているものよりビーズの剥離抵抗を高
くすれば適用が広がるものである。ここで、球形ビーズ
の役割は生体組織が生長して侵入しやすいためには貫通
空孔をもつことが必要であり、ビーズは球形であること
が条件となる。また、粒径は適用箇所によって選択され
るが、均等な粒径であることにより、ビーズとビーズ間
の空隙の大きさをビーズの粒径を選択することにより確
保でき、かつ、接合強度を云々するうえでも粒径を揃え
る必要がある。According to the present invention, in the treatment of a disease of a living bone, spherical metal beads are bonded to a specific portion of the surface of the material to be embedded so that the metal material to be embedded is compatible with living tissue.
It is intended to provide a product having a bonding force improved as compared with a conventional practical method and a method for producing the same so that the beads do not peel off while functioning in a living body regardless of forming a porous layer. Regarding the required joint strength, it is difficult to specify the necessary condition due to the complicated condition of living bones around the body, the application site and age, and the usage environment. If the peeling resistance of is increased, the application will be expanded. Here, the role of the spherical beads is to have through-holes in order for biological tissue to grow and enter easily, and the beads must be spherical. Although the particle size is selected depending on the application site, the size of the beads and the gap between the beads can be ensured by selecting the particle size of the beads because of the uniform particle size, and the bonding strength can be varied. In doing so, it is necessary to make the particle sizes uniform.
【0017】本発明で、その範囲を平均粒径の±20%と
したのは、現在のビーズ製造技術としては、極めて厳し
いものであるが、本用途における実用実績をふまえた値
であり、この範囲を基本として本発明がなされたもので
ある。基材の上にビーズ層を形成し、剪断試験の結果、
ビーズとビーズの接合部に比べ、ビーズと基材との接合
部が剥離しやすいことがわかった。従って、本発明は、
この部分の改善をはかった結果得られたものである。In the present invention, the range of ± 20% of the average particle size is extremely strict as the current bead manufacturing technology, but it is a value based on the practical results in this application. The present invention has been made on the basis of the range. Form a bead layer on the substrate, the result of the shear test,
It was found that the joint between the bead and the base material was more easily peeled off than the joint between the bead and the bead. Therefore, the present invention provides
It was obtained as a result of improving this part.
【0018】従来技術がビーズの球体と基材面との接合
が1点接点であり、焼結接合したときこの接点でネッキ
ングがおこり、接点は接合面として形成されるが、1箇
所であることに着目し、これを増すため本発明では、基
材面に予め山谷の加工を施した結果、その加工形状によ
って複数点または面接触を得、剪断試験の結果、剥離抵
抗は向上することを確認した。山と山の間隔はビーズの
平均粒径の1/2 〜3倍までとした。最小の1/2 では少な
くとも2点接合を得る粒子が多数存在し、これより小さ
くても2点接合はあり得るが、ビーズが剥離する場合の
外力の作用がほぼ基材面に沿った方向の剪断力であるこ
とから、基材側の抵抗も加わった形で、この値が設定さ
れた。また、最大値の3倍は、この値において基材の山
と山の間に複数個のビーズが収まることになるが、その
場合でも少なくとも複数接点のビーズに囲まれた形とな
る。深さについては、本発明では規制しない。それは深
い谷間にビーズがあったとしても剪断力に対しては基材
に支えられる剥離の起点とはならないものである。According to the prior art, the sphere of the beads and the surface of the base material are joined at a single point contact, and when sintered and joined, necking occurs at this contact, and the contact is formed as a joint surface, but at one point. In the present invention in order to increase this, in the present invention, the base material surface is processed to have ridges and valleys in advance, multiple points or surface contacts are obtained depending on the processed shape, and as a result of the shear test, it is confirmed that the peel resistance is improved. did. The distance between the peaks was set to 1/2 to 3 times the average particle size of the beads. There are many particles that achieve at least two-point bonding at the minimum 1/2, and two-point bonding is possible even if it is smaller than this, but the effect of external force when beads separate is almost in the direction along the substrate surface. Since this is a shearing force, this value was set in a form in which resistance on the substrate side was also added. In addition, three times the maximum value means that a plurality of beads are accommodated between the peaks of the base material at this value, but even in that case, the shape is surrounded by beads of at least a plurality of contact points. The depth is not regulated by the present invention. Even if there are beads in deep valleys, they do not become the starting point of peeling supported by the substrate against shearing force.
【0019】球形金属ビーズを配置する部分は、その機
能的な理由から特定の箇所に限定される。その位置はか
ならずしも平面とは限らず曲面であったり、狭あいな隅
であったり、線状の細い部分である場合がある。このよ
うなところには、球形金属ビーズを配するに困難がとも
なうので、本発明では接着剤を利用した。接着剤は、基
材及びビーズに対し化学反応や合金化するものであって
は、医学的に新たな実証課題をもたらすことになり、焼
結接合操作へ入る前のできるだけ低温のうちに完全除去
されねばならない。実質的に金属元素を含まない有機物
であれば本発明において利用できる。真空炉処理は低温
度で除去できる有利がある。従って、本発明では、これ
を一つの工程の中でできるよう、焼結温度の800 〜1500
℃未満の温度で除去できる接着剤であることを条件とし
ている。The portion where the spherical metal beads are arranged is limited to a specific portion because of its functional reason. The position is not always a flat surface, but may be a curved surface, a narrow corner, or a linear thin portion. Since it is difficult to place the spherical metal beads in such a place, an adhesive is used in the present invention. Adhesives that chemically react or alloy with substrates and beads pose new medical challenges and are completely removed at the lowest possible temperature before entering the sinter bonding operation. Must be done. Any organic substance containing substantially no metal element can be used in the present invention. Vacuum furnace processing has the advantage that it can be removed at low temperatures. Therefore, in the present invention, the sintering temperature of 800 to 1500 is set so that it can be performed in one process.
The condition is that it is an adhesive that can be removed at a temperature of less than ° C.
【0020】また、この場合昇温途中で接着剤が接着効
果を失ったあとも、ビーズがその位置に留まるようセラ
ミックス粉末の中に埋没させた状態で加熱すれば、平面
以外の場所にも適用できる。接着剤は真空加熱の途中で
液化し、気化の過程を通じ、セラミックス粉末の粒子間
を通り、真空ポンプによって脱気され、除去されるもの
である。接着剤を用いた方法は、平面の適用箇所にも利
用できるが、例えば人工股関節のあるものは、平面のみ
の適用であり、接着剤を活用するまでもない場合があ
る。Further, in this case, if the beads are embedded in the ceramic powder so that the beads remain in that position even after the adhesive loses its adhesive effect during the temperature rise, it can be applied to a place other than a flat surface. it can. The adhesive is liquefied during vacuum heating, passes through the particles of the ceramic powder through the process of vaporization, and is deaerated and removed by a vacuum pump. The method using an adhesive can also be applied to a flat application site, but for example, a device having an artificial hip joint is only applied to a flat surface, and it may not be necessary to use an adhesive.
【0021】生体埋込み材料のうち金属製のものは、ス
テンレス鋼, コバルト合金, 純チタンおよびチタン合金
があり、生体中での耐食性の観点から基材とビーズは同
じ化学組成か、同系統のものが用いられる。ろう接材が
使われない一つの理由もこの点にある。従って焼結接合
方法を採用した。これらの金属の焼結温度は 800〜1500
℃の間で選ぶことにより十分その目的を達し得るもので
ある。Among the bio-embedding materials, metallic materials include stainless steel, cobalt alloys, pure titanium and titanium alloys, and the base material and beads have the same chemical composition or the same system from the viewpoint of corrosion resistance in the living body. Is used. This is also one reason why brazing materials are not used. Therefore, the sintering joining method was adopted. The sintering temperature of these metals is 800-1500
The object can be sufficiently achieved by selecting the temperature between ° C.
【0022】基材表面に機械的方法で山谷を設ける代わ
りに、金属微粉末を用いてビーズの初層を強固に接合さ
せておく方法がある。本発明では、球形ビーズの平均粒
径の1/3 以下の微粉をもって、初層ビーズの基材に接す
る部分の周囲を固めるものである。この方法でも、微粉
を介して基材との接合面を増すという点では基材に山谷
を設けた技法と共通している。しかし、金属微粉末の層
に関しては、本来の球形ビーズによる多孔質層を形成す
るという目的に対しては球形ビーズ間を微粉が充たすと
いう不都合をともなうものである。このため、微粉の基
材面からの厚さは、ビーズの平均粒径の 1/3以下が好ま
しい。もし、1/2 に到れば多孔質層とは言えなくなる。
この点を管理する上で金属微粉末の粒径は金属ビーズの
平均粒径の1/3 以下であることが必要である。一方、こ
の方法によれば金属ビーズの2層目からはビーズとビー
ズ間の接合となり、単なる山谷形成のための初層とは異
なりさらに多数の接合点をもって強化される。There is a method of firmly bonding the first layer of beads using a fine metal powder, instead of providing peaks and valleys on the surface of the base material by a mechanical method. In the present invention, the fine particles of 1/3 or less of the average particle diameter of the spherical beads are used to harden the periphery of the portion of the first-layer beads that is in contact with the base material. This method is also common to the technique in which the base material is provided with ridges and valleys in that the bonding surface with the base material is increased through the fine powder. However, with respect to the layer of fine metal powder, there is an inconvenience that the fine powder fills the space between the spherical beads for the purpose of forming the original porous layer of spherical beads. Therefore, the thickness of the fine powder from the base material surface is preferably 1/3 or less of the average particle diameter of the beads. If it reaches 1/2, it cannot be said to be a porous layer.
To control this point, the particle size of the fine metal powder needs to be 1/3 or less of the average particle size of the metal beads. On the other hand, according to this method, from the second layer of the metal beads, the beads are joined to each other, and unlike the initial layer for merely forming peaks and valleys, they are reinforced with more joining points.
【0023】[0023]
【実施例・比較例】基材,球形金属ビーズ及び金属微粉
末はいずれもISOの各規格に該当する化学組成のもの
を用い、その組合せ使用は、夫々同材質とした。ビーズ
及び金属微粉末の粒径は表1に示す。ビーズは回転電極
法によってHe雰囲気のもとで製造したもので、粒径分
布幅は極めて狭く、積算分布図によって求められた平均
粒径に対し、実質的に±20%の範囲内にあるように調整
した。[Examples and Comparative Examples] The base material, the spherical metal beads, and the fine metal powder each had a chemical composition corresponding to each ISO standard, and the combination thereof was made of the same material. The particle sizes of the beads and the fine metal powder are shown in Table 1. Since the beads were manufactured in a He atmosphere by the rotating electrode method, the particle size distribution width was extremely narrow, and it seems that they were within ± 20% of the average particle size obtained from the integrated distribution chart. Adjusted to.
【0024】接着剤は、アクリル系の市販品(三菱レー
ヨン(株)製のダイヤナール LR349)を用い、接着剤中
の炭素が最も化学反応を起しやすいと懸念される純チタ
ン材を代表にとりあげ、表1に示した純チタン微粉を、
重量で微粉5対接着剤1の割合で混合したものを純チタ
ン材の上に 250μm の厚さに塗布し、アルミナ製容器の
中で平均粒径が 355μm のジルコニア粉末の中に埋没さ
せ、真空加熱を行った。真空度は最終的に10-4Torr, 温
度は 500℃, 保持時間4時間の処理を行ったものについ
て、表面の炭素分析をおこなった結果、炭素は検出され
なかった。As the adhesive, an acrylic commercial product (Dianal LR349 manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) is used, and a pure titanium material, which is feared that carbon in the adhesive most easily causes a chemical reaction, is used as a representative. Picking up the pure titanium fine powder shown in Table 1,
A mixture of 5 parts by weight of fine powder to 1 part of adhesive is applied on a pure titanium material to a thickness of 250 μm, and it is immersed in a zirconia powder with an average particle size of 355 μm in an alumina container and vacuumed. Heating was performed. When the vacuum degree was finally 10 −4 Torr, the temperature was 500 ° C., and the holding time was 4 hours, carbon was not detected as a result of carbon analysis of the surface.
【0025】[0025]
【表1】 [Table 1]
【0026】基材は剪断試験の都合で25×30×20mmの角
材とし、25×20mmの面に各条件で球形金属ビーズを接合
した。各試験材の作成条件を表2に示す。基材の接合面
へジルコニア製の薄板をレーザでくり抜いた枠をのせ、
ビーズが密に配列されるよう丹念に作業した。基材のビ
ーズ接合前の加工はローレットにより、各種サイズでお
こなった。加工された山と谷の形状は、断面検査により
確認した。For the convenience of the shear test, the base material was a square member of 25 × 30 × 20 mm, and spherical metal beads were bonded to the surface of 25 × 20 mm under each condition. Table 2 shows the preparation conditions for each test material. Place a zirconia thin plate on the joint surface of the base material with a laser,
Careful work was done so that the beads were arranged closely. The knurling was used to process the base material before the beads were bonded to each other in various sizes. The shapes of the processed peaks and valleys were confirmed by cross-section inspection.
【0027】接着剤の使用は試験片No.4及び試験片No.1
0 に於いて、重量で球形金属ビーズ5に対し接着剤1の
割合で混合して使用した他、試験片No.13 では接着剤を
単独で基材に塗布し、この上に球形金属ビーズを接着し
た。また、試験片No.18 〜25にあっては単独で基材に塗
布の場合と、金属微粉末と接着剤を重量で5:1に混合
して基材に接着して使用する場合を実施した。Adhesives are used for test piece No. 4 and test piece No. 1.
In the case of 0, the mixture was used by mixing the spherical metal beads 5 by weight with the ratio of the adhesive 1 and, in the case of the test piece No. 13, the adhesive was applied alone to the base material, and the spherical metal beads were coated thereon. Glued For test pieces Nos. 18 to 25, a case where the test piece Nos. 18 to 25 was applied alone to the base material and a case where the fine metal powder and the adhesive were mixed at a weight ratio of 5: 1 and adhered to the base material were used. did.
【0028】真空加熱はそれぞれ表2に記載の条件で行
ったが、試験片No.4,10,13及び18〜25はそれぞれジルコ
ニア,アルミナ又はシリカに埋め込んだ状態で行った。
表2の条件で作成した試験片について剪断試験を行い、
その結果を表3に示す。剪断試験は、試験面で25mmの方
向でおこない、いずれもローレットとは直角方向とし
た。その要領を模式的に図1に示す。試験機は一般市販
の万能試験機(島津製オートグラフ5000)を用い、最高
荷重5kgf のもとに、0.1mm/min のゆっくりとした速度
で下降させ、連結したコンピュータにより荷重一変位曲
線を描かせ、最大荷重値を読み取って評価値とした。表
3の結果から、本発明によるものは従来方法によるもの
に比べ高荷重を示し、特に微粉を用いたものは格段の向
上が認められた。The vacuum heating was carried out under the conditions shown in Table 2, and the test pieces Nos. 4, 10, 13 and 18 to 25 were carried out in the state of being embedded in zirconia, alumina or silica, respectively.
Shear test was performed on the test pieces prepared under the conditions of Table 2,
The results are shown in Table 3. The shear test was performed in the direction of 25 mm on the test surface, and the direction was perpendicular to the knurls. The outline is shown in FIG. As the tester, use a general-purpose universal tester (Autograph 5000, made by Shimadzu), lower the load at a slow speed of 0.1 mm / min under a maximum load of 5 kgf, and draw a load-displacement curve with the connected computer. Then, the maximum load value was read as an evaluation value. From the results in Table 3, it was confirmed that the one according to the present invention exhibited a higher load than the one according to the conventional method, and particularly the one using the fine powder was remarkably improved.
【0029】[0029]
【表2】 [Table 2]
【0030】[0030]
【表3】 [Table 3]
【0031】[0031]
【発明の効果】金属製生体埋込材において球形金属ビー
ズが生体内で剥離脱落しないための強度条件は、患者の
その後の運動状況とのかねあいがあって定量的に特定す
ることはできない。しかし、ビーズの剥離問題を抱えな
がらも選択管理の上、多用されている事実から従来技術
によるものの接合強度をベースに、本発明の効果を示す
と下記のとおりである。 1.請求項1に基づく基材の粗面加工を行うことによ
り、球形金属ビーズの接合強度は、従来技術によるもの
の上限に比べ最大で約3倍の強度を得た。この場合、製
造技法としては、請求項3および4に示す要領によっ
て、ビーズの接合部位は制限なく可能になる。 2.請求項5,6および7によって、基材と同質の微細
粉末を中間技法的に有機固着剤の助けを借りて接着した
のち、脱接着剤と焼結処理を行った場合、従来技術によ
るものの約3〜4倍の接合強度を得ることができる。EFFECTS OF THE INVENTION The strength condition for preventing spherical metal beads from peeling off in a living body in a metallic bio-implanted material cannot be quantitatively specified because there is a balance with the movement condition of the patient thereafter. However, the effect of the present invention is shown below based on the bonding strength of the prior art due to the fact that it is frequently used in view of selective management while having the problem of bead peeling. 1. By performing the roughening of the base material according to claim 1, the bonding strength of the spherical metal beads was about three times as high as the upper limit of the conventional technology. In this case, as a manufacturing technique, the bonding sites of the beads are possible without limitation according to the procedures described in claims 3 and 4. 2. According to claims 5, 6 and 7, when a fine powder of the same quality as the substrate is adhered in the intermediate technique with the aid of an organic fixing agent, followed by a de-adhesion agent and a sintering treatment, it is about the same as in the prior art. Bonding strength of 3 to 4 times can be obtained.
【図1】接合強度試験の要領を示すものである。FIG. 1 shows a procedure of a joint strength test.
1 ビーズ 2 基材 1 beads 2 base material
Claims (7)
形金属ビーズを接合し多孔質層を形成せしめたことを特
徴とする金属製生体埋込材。1. A metal bioimplant, wherein spherical metal beads are bonded to the surface of a metal base material having a rough surface of a mountain and valley to form a porous layer.
%の範囲である球形金属ビーズと、該ビーズの平均粒径
の1/2 以上、3倍以内の山と山の間隔をもった粗面を含
む金属製基材表面を用いたことを特徴とする請求項1に
記載の金属製生体埋込材。2. The particle size range is substantially ± 20 with respect to the average particle size.
% Of spherical metal beads, and a metal base material surface including a rough surface with ridges of ½ or more and 3 times or less of the average particle diameter of the beads. The metal biological implant material according to claim 1.
用意し、該表面に800 ℃以下で蒸発または焼却除去する
接着剤を塗布し、次いで球形金属ビーズを該表面に接着
して得られる複合体をセラミックスの粉末中に埋めた状
態で 800〜1500℃で真空焼結接合することを特徴とする
金属製生体埋込材の製造方法。3. A metal base material having a rough surface of a mountain trough on its surface is prepared, and an adhesive for evaporating or incinerating at 800 ° C. or lower is applied to the surface, and then spherical metal beads are adhered to the surface. A method for producing a metal bio-embedded material, which comprises performing vacuum sintering bonding at 800 to 1500 ° C in a state where the obtained composite is embedded in ceramic powder.
着剤と球形金属ビーズを予め混合し、これを山谷の粗面
を表面に有する金属製基材に接着して複合体を形成する
請求項3に記載の金属製生体埋込材の製造方法。4. A composite is formed by pre-mixing an adhesive that evaporates or burns off at 800 ° C. or lower with spherical metal beads, and adheres this to a metal base material having a rough surface of peaks and valleys on its surface. 4. The method for producing a metal bioimplant according to Item 3.
%の範囲の球形金属ビーズと、金属製基材表面との間に
前記球形金属ビーズの平均粒径の1/3 以下の粒径の金属
微粉末の層を有し、球形金属ビーズが金属微粉末の層に
埋め込まれた状態で球形金属ビーズと金属微粉末と金属
製基材が接合されたことを特徴とする金属製生体埋込
材。5. The particle size range is substantially ± 20 with respect to the average particle size.
% Of the spherical metal beads and the surface of the metal base material, and the spherical metal beads have a layer of fine metal powder having a particle diameter of 1/3 or less of the average particle diameter of the spherical metal beads. A metallic bioimplant, characterized in that spherical metal beads, fine metal powder, and a metallic base material are bonded together in a state of being embedded in a powder layer.
は焼却除去する接着剤を塗布し、次いで金属微粉末を接
着し、さらに球形金属ビーズを金属微粉末中に埋め込む
ように載置した複合体をセラミックスの粉末中に埋没し
た状態で800〜1500℃で真空焼結接合することを特徴と
する金属製生体埋込材の製造方法。6. A metal base material surface is coated with an adhesive that evaporates or burns off at 800 ° C. or lower, then fine metal powder is adhered, and spherical metal beads are placed so as to be embedded in the fine metal powder. A method for producing a metallic bio-embedded material, which comprises subjecting the composite to a ceramic powder and performing vacuum sintering bonding at 800 to 1500 ° C.
は焼却除去する接着剤と球形金属ビーズの平均粒径の1/
3 以下よりなる金属微粉末を混合したものを金属製基材
へ塗布し、さらに球形金属ビーズを金属微粉末中に埋め
込むように載置した複合体を用いる請求項6に記載の金
属製生体埋込材の製造方法。7. The average particle size of the adhesive and the spherical metal beads that evaporate or incinerate at 800 ° C. or lower on the surface of the metal base material and 1 /
7. A biomedical implant made of metal according to claim 6, wherein a mixture obtained by mixing fine metal powder consisting of 3 or less is applied to a metal base material and further spherical metal beads are placed so as to be embedded in the fine metal powder. Manufacturing method of wrapping material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6106388A JPH0739578A (en) | 1993-05-21 | 1994-05-20 | Metallic implanting article and preparation thereof |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5-119816 | 1993-05-21 | ||
JP11981693 | 1993-05-21 | ||
JP6106388A JPH0739578A (en) | 1993-05-21 | 1994-05-20 | Metallic implanting article and preparation thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0739578A true JPH0739578A (en) | 1995-02-10 |
Family
ID=26446496
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6106388A Pending JPH0739578A (en) | 1993-05-21 | 1994-05-20 | Metallic implanting article and preparation thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0739578A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006280564A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Fukuoka Prefecture | Ceramic scaffold with metal surface modification and its use |
US10080688B2 (en) | 2012-10-16 | 2018-09-25 | Surmodics, Inc. | Wound packing device and method |
US10201457B2 (en) | 2014-08-01 | 2019-02-12 | Surmodics, Inc. | Wound packing device with nanotextured surface |
-
1994
- 1994-05-20 JP JP6106388A patent/JPH0739578A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006280564A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Fukuoka Prefecture | Ceramic scaffold with metal surface modification and its use |
US10080688B2 (en) | 2012-10-16 | 2018-09-25 | Surmodics, Inc. | Wound packing device and method |
US10201457B2 (en) | 2014-08-01 | 2019-02-12 | Surmodics, Inc. | Wound packing device with nanotextured surface |
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