JP2664029B2 - リン酸カルシウムコーテイングチタン材料 - Google Patents

リン酸カルシウムコーテイングチタン材料

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） チタンおよびチタン合金は、高強度を有するうえに生
体に対して毒性がないことから、人工歯根や人工骨、人
工関節用材料として利用が図られている。しかし、チタ
ン系材料は、生体組織に対して不活性であるが故に、新
生骨の誘導性、伝導性あるいは結合性を持たないので、
長期間にわたって安定した状態で生体内に埋入すること
ができない。一方、水酸アパタイトやリン酸三カルシウ
ムなどのリン酸カルシウム化合物は、骨、歯などの生体
無機質の主成分であるので、生体に対する無毒性、骨伝
導性、骨結合性、骨置換性など優れた生体親和性を有し
ている。しかしながら、リン酸カルシウム系焼結体の機
械的強度は低く、限定された用途での利用しかできな
い。以上の理由から、チタンあるいはチタン合金表面に
リン酸カルシウムをコーティングした生体親和性と強度
を具備した生体用複合材料が求められている。
本発明は、チタンあるいはチタン合金表面に強固なリ
ン酸カルシウム化合物のコーティングを施す方法および
その結果得られた材料に関するものである。
（従来の技術） 従来のチタン系材料へのリン酸カルシウム化合物コー
ティング法は、１）溶射法、２）スパッタリング法、
３）ガラス分散法の三種である。溶射法は、リン酸カル
シウム粉末を高温の火炎あるいはプラズマ中に入れ溶解
するとともに高速でチタン系材料表面に吹きつけるコー
ティング方法である。この方法は、高温を要するため
に、リン酸カルシウムの分解、結晶構造の変化等を引き
起こすことが多い。スパッタリング法は、チタン系材料
表面にリン酸カルシウム化合物をスパッタリングするこ
とによってコーティングする方法であるが、高真空下で
行う必要があるために、生産性が低く、したがって製造
原価が高くなる。さらに、形成されるコーティング層の
厚さが、十分なものを作ることは困難である。ガラス分
散法は、溶融ガラス中にリン酸カルシウム化合物を分散
し、チタン系材料表面に塗布後、冷却固化させることに
よってコーティングする方法である。この方法で作られ
たコーティング材料は、生体内でのガラスの溶解速度が
結晶質のものと比べて大きいために、生体内耐久性に欠
ける。
（発明が解決しようとする問題点） 前述したように、従来のリン酸カルシウムコーティン
グ法は、それぞれ種々の欠点を持っている。
本発明の目的は、これらの問題点を解決するために、
簡便な装置で、安価に工業化可能なリン酸カルシウムコ
ーティングチタン材料の製造方法とその方法によって製
造される生体親和性にすぐれた医用材料を提供すること
にある。
（問題を解決するための手段） 本発明者らは、前記目的を達成すべく鋭意研究を重ね
た結果、CaO−TiO2−P2O5系ガラスがチタン材料との密
着性に優れ、かつ適当な条件で熱処理することによっ
て、リン酸カルシウムとリン酸チタンカルシウムに結晶
化することを見い出した。この知見に基づいて本発明を
完成するに至った。
すなわち本発明は、CaO:TiO2:P2O5のモル比が9:5:6の
割合で混合した原料粉末に１〜5mol％のNa2Oを加え、12
00℃以上の温度で溶解し、合成したガラスを粉砕したコ
ーティング用原料粉末を含有する水性スラリーを、チタ
ンあるいはチタン合金表面へスプレー法あるいはディッ
ピング法で塗布し、650℃〜850℃で熱処理することによ
って、チタンあるいはチタン合金表面に強固に密着した
リン酸カルシウムコーティングを施す方法、およびリン
酸カルシウムがコーティングされたチタンおよびチタン
合金材料を提供するものである。
本発明方法の熱処理過程における融着結晶化過程をさ
らに詳しく述べると、熱処理初期においてコーティング
原料ガラス粉末は、溶融軟化し、チタン系材料表面に密
着するとともにチタン系材料表面に存在する酸化チタン
層と反応し密着強度を高める。熱処理後期においては、
結晶核の生成と結晶成長が行われ、リン酸カルシウムと
リン酸チタンカルシウムに完全に結晶化し、非晶質相を
残さず、コーティング層の生体内耐久性を高める。な
お、わずかに添加されたNa2Oは、熱処理後期における結
晶化を促進する。
（発明の効果） 本発明の方法は、融着結晶化法によってチタン系材料
表面にリン酸カルシウムをコーティングする方法で、簡
便な装置で安価に実施できるので、工業的に極めて価値
の高い方法である。
本発明方法で得られたリン酸カルシウムコーティング
チタン材料は、生体親和性に優れかつ高強度な人工骨、
人工関節、人工歯根などの医用材料として好適に用いら
れる。
次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
（実施例１） 炭酸カルシウムと酸化チタン（アナターゼ）、リン酸
をCaO:TiO2:P2O5のモル比が9:5:6となるように混合した
原料中に2mol％の炭酸ナトリウムを加え1350℃で溶解し
た。生成した融液を水中に投入し、非晶質のガラスを作
製した。ガラスに水を加え粉砕し、調製した20％含有ス
ラリーをチタン材料にスプレー法で塗布し、乾燥後、69
0℃で24時間熱処理した。
このチタン材料表面は、厚さ200μｍのリン酸カルシ
ウム層によってコーティングされた。
（実施例２） 実施例１において、熱処理温度を800℃、熱処理時間
を１時間に変えて行った以外は、実施例１と全く同様に
した。
このものは、厚さ100μｍのリン酸カルシウム層でコ
ーティングされたチタン材料となった。
（参考例１） 実施例１において、熱処理温度を1200℃、熱処理時間
を１時間、真空炉中での熱処理に変えて行った以外は、
実施例１と全く同様にした。
このものは、真空及び高温条件下の熱処理で、厚さ10
0μｍのリン酸カルシウム層でコーティングされたチタ
ン材料となった。
（参考例２） 実施例１において、コーティング原料粉末の非晶質ガ
ラス化処理を経ることなしに行った以外は、実施例１と
全く同様にして行った。
このものは、チタン材料表面に密着したコーティング
層を形成しなかった。
（参考例３） 実施例１において熱処理温度を900℃に変えた以外
は、実施例１と全く同様にして行った。
このものは、チタン材料表面の酸化が生じ、コーティ
ング層を形成しなかった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横川 善之 愛知県名古屋市名東区平和が丘１―70 猪子石住宅６―401 (72)発明者 鈴木 高広 愛知県名古屋市北区駒止町２丁目101番 地の１ みのり荘201号 (56)参考文献 特開 昭63−50344（ＪＰ，Ａ) 作花済夫著「ガラス非晶質の科学」 Ｐ．121〜126 内田老鶴圃発行（昭60− ７−15) 浜野 健也編集「ファインセラミック スハンドブック」Ｐ424〜426、1050〜 1051 朝倉書店（1984−12−20)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】CaO:TiO2:P2O5のモル比が9:5:6を最適とす
    る割合で混合した原料粉末に１〜5mol％のNa2Oを加え、
    1200℃以上の温度で溶融後、ガラス化した生成物を粉砕
    した非晶質のCaO−TiO2−P2O5系ガラスからなるチタン
    あるいはチタン合金表面コーティング用原料粉末。
  2. 【請求項２】請求項１記載のコーティング用原料粉末の
    水性スラリーを、チタンあるいはチタン合金の表面にコ
    ーティングした後、650℃〜850℃の温度で熱処理するこ
    とにより、チタンあるいはチタン合金表面にリン酸カル
    シウム化合物を被覆する方法。
  3. 【請求項３】請求項２記載の方法でチタンあるいはチタ
    ン合金表面にリン酸カルシウム化合物を被覆したリン酸
    カルシウム化合物コーティングチタン材料。
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