JP7404566B1 - 外科用インプラントの表面処理方法、及び外科用インプラント - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外科用インプラントの微細表面構造を保ちつつ、外科用インプラントの疲労強度を向上させる、外科用インプラントの表面処理方法を提供することを目的とする。
付加製造されて完全溶け込み部と溶け込み不完全領域とを有する微細表面構造を有する外科用インプラントを処理液内に設置し、
前記処理液中に沈めたノズルが前記処理液のキャビテーション噴流を前記外科用インプラントに噴射して、前記外科用インプラントの表面に残存する前記溶け込み不完全領域を除去し、前記外科用インプラントの表面に圧縮残留応力を付与する、
外科用インプラントの表面処理方法である。
付加製造されて微細表面構造を有する、純チタン又はチタン合金製の外科用インプラントであって、X線応力測定法(cosα法)によって計測される表面残留応力が負の値である、外科用インプラントである。
微細球状構造の内、基部が狭いとは、例えば、基部の最も狭い部分の直径が、球状部の直径の70%以下であることをいう。
外科用インプラントは、微細表面構造を有する。表面構造は、大規模構造と微細構造とからなる。大規模構造は、0.1mm~1mmオーダーのサイズを有する。大規模構造は、成形パターン形状として、規則的に繰り返し配列される。微細構造は、1μm~10μmオーダーのサイズを有する。微細表面構造は、例えば、微細球状構造、多孔質体構造、繊維構造である。微細表面構造は、ランダムに表れる。
付加製造された外科用インプラント3を真空熱処理法によって処理すると、外科用インプラントの表面の酸化を抑制して、焼き戻し、焼鈍、溶体化、時効処理できる。
付加製造された外科用インプラント3をHIP法によって処理すると、外科用インプラント3の残留空孔を除去できる。これにより、外科用インプラント3が緻密化する。また、HIP法により、外科用インプラント3に残留応力を付与できる。例えば、チタン系の外科用インプラント3に対しては、5MPa~20MPaの残留応力(引張応力)が付与される。
なお、ステップS2は、省いても良い。
処理槽11は、上方に開口を有する。処理槽11は、好ましくは、800mm~1m程度の深さを有する。処理槽11は、処理液を貯留する。処理液は、純水や、防錆剤を含む水溶液である。
なお、ノズル15を固定し、ロボット16が、外科用インプラント3の位置や姿勢を変更しても良い。
圧力検出器17は、ノズル15から噴射する処理液の圧力を測定する。噴射圧力は、噴射時の圧力である。
外科用インプラント3は、処理槽11内に設置され、処理液内に浸漬される。液面から外科用インプラント3の表面までの距離を浸漬深さD2とする。浸漬深さD2は、例えば、300mm~900mmである。
なお、外科用インプラント3の強度が低い場合や、外科用インプラント3へ付与する圧縮残留応力の目標値が小さい場合、キャビテーション噴流を外科用インプラント3に直接衝突させずに、外科用インプラント3の近傍や、外科用インプラント3を囲う壁面に衝突させても良い。
キャビテーション噴流によって、溶け込み不完全領域52bが除去される。このとき、球状部521が破断し、基部522が残留する場合がある。また、基材523や基部522にディンプルが形成される。
外科用インプラント3は、複雑な形状を有する。キャビテーションピーニングによれば、キャビティは、ノズル15から見て外科用インプラント3の裏面や、外科用インプラント3の内部まで浮遊する。キャビティが消滅するときに、外科用インプラント3の表面がピーニングされる。そのため、外科用インプラント3の表面構造の細部や、ノズル15から見て外科用インプラント3の裏面についても、残留応力が付与される。
ノズル:拡大ノズル
処理液:VP-W(商品名、株式会社ネオス製、原液成分;トリエタノールアミン3~10%、有機酸アミン塩類5~15%、無機塩類10~20%、防食剤10~20%、水45~55%)の3%希釈液
ノズル15の浸漬深さD1:450mm
外科用インプラント3の浸漬深さD2:530mm
ノズル15の設置方向:鉛直下向き
ノズル15の移動速度:5mm/s
噴射圧力:50MPa
噴射流量:18L/min
液中噴射後の外科用インプラント3bに残留した微細球状構造52の基部522の直径は、球状部521の直径の約70%以上であった。
キャビテーション噴流処理後における外科用インプラント3bの表面応力は、-141MPであった。キャビテーション噴流によるピーニング効果によって、圧縮応力(負の値)が与えられたことが確認された。
15 ノズル
51 多孔質体構造
52 微細球状構造
52b 溶け込み不完全領域
53 ディンプル
Claims (7)
- 付加製造されて完全溶け込み部と溶け込み不完全領域とを有する微細球状構造であって、球状部と、基材と、前記球状部と前記基材とを接続する基部と、を有する微細球状構造を有する外科用インプラントを処理液内に設置し、
前記処理液中に沈めたノズルが前記処理液のキャビテーション噴流を前記外科用インプラントに噴射して、前記外科用インプラントの表面に残存する前記溶け込み不完全領域を除去し、前記外科用インプラントの表面に圧縮残留応力を付与する、
外科用インプラントの表面処理方法。 - 前記溶け込み不完全領域における前記基部は、前記球状部の直径の70%以下である、
請求項1に記載の外科用インプラントの表面処理方法。 - 前記外科用インプラントは、生体不活性金属である、
請求項1又は2に記載の外科用インプラントの表面処理方法。 - 前記生体不活性金属は、純チタン又はチタン合金である、
請求項3に記載の外科用インプラントの表面処理方法。 - 前記ノズルは、50MPa~70MPaで前記処理液を噴出する、
請求項1又は2に記載の外科用インプラントの表面処理方法。 - 純チタン又はチタン合金製の外科用インプラントであって、
球状部と、基材と、前記球状部と前記基材とを接続する基部と、を有する微細球状構造と、
前記微細球状構造の破壊痕であるディンプルと、
を有し、
X線応力測定法(cosα法)によって計測される表面残留応力が負の値である、外科用インプラント。 - X線応力測定法(cosα法)によって計測される表面残留応力が-20MPa~-200MPaである、
請求項6に記載の外科用インプラント。
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