JPS63210079A - セラミツク多孔体の製造方法 - 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〕 本発明はセラミック多孔体の製造方法に関するものであ
る。本発明により得られるセラミック多孔体は人工骨ま
たは骨補綴用のセラミックインブラント材、シ濾過材等
の用途に有用である。

〔従来の技術〕

セラミック多孔体は、生体適合性が良く機械的強度も比
較的大きいことから人工歯根、人工骨などの生体硬Ｍｉ
礒代替材料としてのセラミックインブラント材に使用さ
れてきている。

孔径５０μ以□上の多孔体と骨を接触させると新生骨が
侵入する。他方、孔径の大きな多孔体は機械的強度が低
い。この問題を解決するための一方法として、特開昭４
９−１０９４０７号公報（引例１）には金属あるいは緻
密質セラミック物質と多孔性セラミック物質とから構成
される骨の補綴部材の製法が提案されている。この方法
は、一定寸法のセラミック物質の顆粒をその焼結温度以
下に加熱し、ついで少なくとも約１トン／　ｃｉｉの圧
力で圧縮して圧縮塊状物となし、さらに前記塊状物を焼
結することを特徴とするものであって、金属との組合せ
の場合は、塊状物で焼結したのち鋳型内に設置して金属
を鋳造することによって金属ロンドに固定され、セラミ
ック物質との組合せの場合は、焼結前の上記塊状物と、
別途製造した孔のないセラミック物質のための圧縮塊状
物とを一緒に圧縮したのち焼結することによって一体化
される。多孔体の孔の半径は１００〜２００ミクロンで
多孔度は３０％であると記載されている。他の方法とし
て実公昭５６−３４７３１号公報（引例２）には単結晶
アルミナの芯体の周囲に多孔質のアルミナセラミックを
固着せしめた骨内インブラント材が提案されている。

この方法は、まずセラミック粉末と焼失性材料とが混合
され、圧粉成形、ののち焼成して多孔体を得る。つぎに
芯体であるアルミナ単結晶の外殻に上記多孔体を接着剤
を介して、あるいはねじどめにより固着する。多孔体の
口径は０．２〜０．ｌｌｌ１ｍ中であると記載されてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点］ 引例１においては、直径０．５〜１．５．ｍｍアルミナ
顆粒を焼結温度以下で加熱後、圧縮塊状物を焼結するこ
とで多孔体を得る方法であるので、直径が０．５〜１　
、５＋ｍｓ＋のアルミナ顆粒が必要であること、アルミ
ナ顆粒の予備焼成を要すること、圧縮のために１〜４ト
ン／ｃｍｔ　の圧力を要するので大型のものや複雑形状
のものに適用し難いことなどの問題点がある。引例２に
おいては、セラミック粉末と焼失性材料とが混合され、
圧粉成形ののち焼成して多孔体を得る方法であるので、
圧粉成形体の中の焼失性材料の位置を制御することがで
きず、従って焼成後の多孔体中の孔が独立気孔か連続気
孔か、また気孔の大きさあるいは方向を１１ＪＬ１ｔｌ
ｌすることができない。即ち、多孔体中の気孔の大きさ
・方向を制御ｎすることが可能で、特別な装置を要しな
い成形方法は解決すべき！！ｌ！題であった。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明者らは、構造の制？１１された熱分解性物質多孔
体の空間部分にセラミック粉末の泥しようを満たした後
に焼成すれば、気孔の大きさおよび方向の制御されたセ
ラミック多孔体が得られるとの構想のもとにａ意検討を
重ねた結果、本発明の完成に至ったものである。

本発明は熱分解性物質からなり、隣接する構成単位が連
絡部分と空間とを共有する三次元連結構造である多孔体
の空間部分を、セラミック粉末の泥しようで満たした後
、加熱焼成することを特徴とするセラミック多孔成形体
の製造方法、さらには、熱分解性物質からなり、隣接す
る構成単位が連結部分と空間とを共有する三次元連結構
造である多孔体をセラミック基村上に接触または近接し
て配置し、該セラミック基材と同質のセラミック粉末の
泥しようでセラミック基材と多孔体間および多孔体の空
間部分を満たした後、加熱焼成することを特徴とする表
面にセラミック多孔体層を有するセラミック成形体の製
造方法を提供することにある。

以下本発明について詳述する。

本発明において使用される熱分解性物質としては、セラ
ミックの焼結温度までに熱分解、燃焼または昇華して焼
失し、灰分を残さないものかまたは灰分が人体に無害な
ものであり、その例として合成樹脂、天然樹脂、パラフ
ィン、ワックスなどがある。

本発明における熱分解性物質多孔体は、隣接する構成単
位が連結部分と空間とを共有する三次元連結構造を存す
るもので、構成単位としては球状、粒状、多角形、繊維
状あるいはこれらの多少変形したものなどの形状を有す
るもので、隣接する構成単位が部分的に連結されて三次
元に連なり、かつ隣接する構成単位の間に空間が存在し
てこの空間が二次元に連なる構造を有する。連結の方法
は例えば融着、接着など通常の方法でよい、連結の程度
は、用途により異なるので目的とする多孔体の平均孔径
、空孔率等を考慮して適宜きめることができ、通常厚み
方向は１〜１５Ｎの範囲であるがこれに限定されるもの
ではない。

特にインブラント材として使用する場合は、インブラン
トの大きさに依存するが、厚み方向は１〜３層が好まし
く、”これより多層になると奥の方まで清掃・滅菌する
のが困難になる。構成単位の大きさはセラミック多孔体
としての気孔の大きさによって決まるが通常０．Ｏ１〜
２．５ｍｍ程度、好ましくは０．０５〜１　、５ｍｍ程
度である。特にインブラント材として使用する場合は、
０．０５〜１　、５＋＋＋＋程度、連結部分の大きさは
通常０．０１＝　０．５ｍｍが好ましい。

インブラント材の場合、これらの大きさは、造管細胞の
侵入しうる大きさによって下限が定まり、また余りに大
きいと強度が低下するので上限が定まる。多孔体の形状
は、平板、円筒、半球状など目的に応じて適宜法めるこ
とができる。

本発明の他の態様として表面に多孔体の層を有するセラ
ミック成形体を製造する場合はセラミック基材を使用す
る。該セラミック基材としては、アルミナ、ジルコニア
、三燐酸カルシウム、ヒドロキシアパタイト、窒化ケイ
素、炭化ケイ素等、周知のセラミックが使用できるが、
インブラントとじて使用する場合はアルミナ、ジルコニ
ア、三燐酸カルシウムまたはヒドロキシアパタイトが好
ましく、所望のインブラントの形状に成形されたもの、
または成形後に焼成された焼結体である。

セラミック粉末の泥しようはセラミック粉末、バインダ
ーおよび分散媒からなる泥しようである。

セラミック原料粉体としてはアルミナ、ジルコニア、三
燐酸カルシウム、ヒドロキシアパタイト、窒化ケイ素、
炭化ケイ素等、周知のセラミック粉体が使用できるが、
インブラントとして使用する場合はアルミナ、ジルコニ
ア、三燐酸カルシウムおよびヒドロキシアパタイトが生
体に対する為害性がないので好ましい。

セラミック原料粉体の粒径は５μ以下好ましくは１μ以
下のものである。粒径が小さいほど焼結性にすぐれ、か
つ泥しようの安定性が良いので好ましい。バ・イングー
および分散媒は、溶解により溶液となる組合せによって
選択し、当業者の周知のもあが使用できる。その例とし
て、分散媒が水の場合はポリビニルアルコール、ポリエ
チレンオキシド、ヒドロキシエチルセルロースなどがあ
り、非水溶媒の場合はポリビニルブチラール、ポリメチ
ルメタクリレート、セルロースアセテートブチレートな
どがある。泥しようの調製法は周知の方法が採用でき、
バインダーの溶液にセラミック粉体を混合してよく分散
させて調製する。バインダーおよびセラミック粉体の濃
度は泥しようの粘度を支配する重要な因子である。

泥しようの粘度は前述の三次元連結構造である多孔体の
空間部分にセラミック粉末の泥しょうが浸透しつる程度
のものであって、前述の構成単位の大きさ、連結部分の
大きさを考慮して５〜１０００センチボイズ程度の範囲
で適宜法めればよい。

セラミック粉体濃度は１５〜６０重■χが望ましく、バ
インダー濃度は重！！ｔ２〜２０％（セラミックに対し
て）が望ましいが、両者の組合せによっ−で粘度が決ま
るので上記の濃度に限定されるものではない。

セラミック多孔体の製造については周知の成形技術によ
り製造することができる。例えば、熱分解性物質多孔体
を型枠の中のおき、これにセラミック粉末の泥しようを
注入した後、乾燥して成形体を得、または鋳込み成形法
により成形体を得、これを周知の方法で加熱して脱バイ
ンダーおよび焼結をさせる。

この場合は多孔体の成形体が得られるが、別の態様によ
りセラミック基材と多孔体が強固に結合した成形体を得
ることができる。

インブラントとして使用する場合は強度の点からこのよ
うな構造のものが好ましい。

その場合は熱分解性物質多孔体とセラミック基材とを接
触させるか少し離して配置し、セラミック基材と同質の
セラミック粉末の泥しようで多孔体とセラミック基材の
間および多孔体の空間部分を満たした後、乾燥して成形
体を得る。あるいは鋳込み成形法によって表面に凹部を
有する成形体を得、この四部に多孔体を入れてさらに鋳
込むことにより一体化させ、乾燥後脱枠する。得られた
成形体を周知の方法で加熱して脱バインダーおよび焼成
する。

構造の制御された熱分解性物質多孔体の空間部分にセラ
ミック粉末の泥しようを満たしたのち焼成することによ
って、′熱分解性物質を焼失させて気孔の大きさおよび
方向の制御されたセラミック多孔体が得られる。

〔発明の効果〕

本発明の方法によれば、気孔の大きさおよび方向の制御
されたセラミック多孔体およびセラミック多孔構造を表
面に有するセラミック成形体が特殊な装置を用いずに容
易に製造できる。

このセラミック成形体はインブラント材、３濾過材等に
使用することができる。

特にインブラント材として用いた場合、該インブラント
材は埋入後に多孔構造に新生骨が侵入し、インターロッ
キング効果によって骨との固着性に優れる。また多孔構
造の強度が高く、かつ滅菌または清掃の点でも著しく改
善されたものである。

〔実施例〕

以下本発明の一例を実施例により説明する。なお、実施
例において゛部゛は重量部である。

実施例　１ 直径３５ｖｍの１　、０００メツシユの金網に直径０．
５ｎ＋ｍのポリスチレンビーズ（住人化学工業ｅ助製、
ニスブライト０ビーズＴ−８Ｋ　”　）を堆積層数が３
層となるよう□に注入した。これにメチルエチルケトン
とエタノールの混合溶剤（容積比７：３）を堆積層をく
ずさないように注入し、直ちに吸引シ戸遇した。この操
作を２回くり返した。自然乾燥後、グラスフィルターか
らとり出したポリスチレンビーズはビーズ間が接着され
て全体がブロック状に連結され、かつビーズ間に空間も
存在する多孔体であり、寸法は直径３２１１ｓ＋厚さ７
■であった。板状パラフィンで直径３２ｍｍ深さ１５ｎ
＋ｍ厚さ１５ｍ５の石膏型の中に上記ポリスチレン多孔
体をおき、これに次の組成のアルミナ泥しようを鋳込み
成形した。

アルミナ（住友化学工業■製、 ＡＫＰ−２０、粒径０．６μ）　　　１００部ポリビニ
ールアルコール（重合ｊｌＪ　５００）　　２部Ｍｇ（
Ｎｏｉ）ｉ・６１１２０　　　　　　　　　　　　０．
３部水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　６７部乾燥後脱枠し、５００℃に加熱
してポリスチレンを熱分解したのち、１６００°Ｃ１時
間加熱してアルミナを焼結させた。得られたアルミナ多
孔体は直径約０．４ｍｓ＋の球状空孔を有し、更に空孔
間を連結する直径０．０４〜０．０６５ｍ空孔を有する
ものであった。

実施例　２ ガラス平板で５０ｓｖ＋　Ｘ　５０ｓ＋＋ｅ　Ｘ深さ１
０ｍ＋ｗの型枠をつくり、底板上に紙を敷き、この中に
直径０．３ｍｍのポリメチルメタアクリレートビーズ（
住友化学工業■製スミペックス＠−０１１）を堆積層が
３層となるように注入した。これに、ポリメチルメタア
クリレートの１０％クロロホルム溶液を上層のビーズが
一様に濡れる程度に注入し、自然乾燥した。

脱枠後のポリメチルメタアクリレートビーズはビーズ間
が接着されて全体がブロック状に連結され、かつビーズ
間に空間も存在する多孔体であり、寸法は５０＃ｌｌｌ
×５０１１ＩＩＩ×厚さ　１１であった。板状パラフィ
ンで５０ｍｍ　Ｘ　５（ｌａ＋ｍ　Ｘ深さｌ０ｎ−の石
膏型の中に上記ポリメチルメタアクリレート多孔体をお
き、これに次の組成のヒドロキシアパタイト泥しようを
鋳込み成形した。

ヒドロキシアパタイト （粒径０．０５〜２　ｔｔ　、Ｃａ／ｐ＝１．（３７）
　　１００部ポリビニルアルコール（重合度約５００）
　　　２部水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　６７部乾燥後脱枠し、３５０′
Ｃに加熱してポリメチルメタアクリレートを熱分解した
のち、１１００°Ｃ１時間加熱してアルミナを焼結させ
た。得られたヒドロキシアパタイト多孔体は直径０．２
５ｍｍの球状空孔を有し、更に空孔間を連結する直径０
．０３〜０．０５ｍｍの空孔を有するものであった。

実施例　３ 寸法５０Ｉｌ１１１×７０１１ＩＩ１１×深さ５１×厚
み１５＋ａｍの石膏型に実施例１のアルミナ泥しようを
鋳込み、中央に寸法３０ｍｍ　Ｘ　５０ｍｍ　Ｘ深さ２
ＩＩＩＩ１１の凹部を有する成形体を得た。この四部に
、直径ｌｌｌｌ１１のポリスチレンを実施例Ｉの方法で
処理して得た寸法３０ａ＋ｍ　Ｘ　５０ｍｍ　Ｘ厚さ２
ｍＬａのポリスチレン多孔体をおき、これに実施例１と
同様にアルミナ泥しようを鋳込んだ、乾燥後脱枠し、加
熱処理を行った。アルミナ繊密焼結体の表面にアルミナ
多孔体が形成された。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱分解性物質からなり、隣接する構成単位が連結
   部分と空間とを共有する三次元連結構造である多孔体の
   空間部分を、セラミック粉末の泥しょうで満たしたのち
   、加熱焼成することを特徴とするセラミツク多孔体の製
   造方法。
2. （２）多孔体が球状、粒状および／または繊維状物質の
   三次元連結構造体である特許請求の範囲第１項記載の製
   造方法。
3. （３）多孔体が直径５０〜１５００ミクロンの球状、粒
   状および／または繊維状物質の三次元連結構造体である
   特許請求の範囲第２項記載の製造方法。
4. （４）セラミックがアルミナ、ジルコニア、三燐酸カル
   シウムまたはヒドロキシアパタイトである特許請求の範
   囲第１、２または３項記載の製造方法。
5. （５）熱分解性物質からなり、隣接する構成単位が連結
   部分と空間とを共有する三次元連結構造である多孔体と
   セラミック基材を接触または近接して配置し、該セラミ
   ック基材と同質のセラミック粉末の泥しょうでセラミッ
   ク基材と多孔体間および多孔体の空間部分を満たしたの
   ち、加熱焼成することを特徴とするセラミック多孔体の
   製造方法。
6. （６）多孔体が球状、粒状および／または繊維状物質の
   三次元連結構造体である特許請求の範囲第５項記載の製
   造方法。
7. （７）多孔体が直径５０〜１５００ミクロンの球状、粒
   状および／または繊維状物質の三次元連結構造体である
   特許請求の範囲第６項記載の製造方法。
8. （８）セラミックがアルミナ、ジルコニア、三燐酸カル
   シウムまたはヒドロキシアパタイトである特許請求の範
   囲第５、６または７項記載の製造方法。