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JP2001269357A - 生体インプラント材とその製法 - Google Patents

生体インプラント材とその製法

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JP2001269357A
JP2001269357A JP2000087323A JP2000087323A JP2001269357A JP 2001269357 A JP2001269357 A JP 2001269357A JP 2000087323 A JP2000087323 A JP 2000087323A JP 2000087323 A JP2000087323 A JP 2000087323A JP 2001269357 A JP2001269357 A JP 2001269357A
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titanium
coating layer
coating
ceramic
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岩男 野田
Junji Ikeda
潤二 池田
Takefumi Nakanishi
健文 中西
Hiroyuki Kitano
宏幸 北野
Shingo Masuda
真吾 増田
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Kyocera Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】セラミック基体へのクラック発生を防止すると
共に、チタンなど溶射層のセラミック基体への密着強度
を確保せしめる。 【解決手段】セラミック材で構成された生体インプラン
トの基体と、この基体表面に低熱衝撃性のコーティング
法により形成された第１のコーティング層、第１のコー
ティング層上に溶射法によって形成された金属層を介し
て第２のコーティング層を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、疾病、災害などに
より骨機能や手足の関節機能が失われた場合などに、こ
れらを修復するために治療に用いられる整形外科用人工
骨及び人工関節、あるいは老齢、疾病などによって失わ
れた歯牙を復元するために用いられる人工歯根等を構成
する生体インプラント材とその製法に関し、特にセラミ
ック製の生体インプラント材とその製法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】近年、インプラントロジーの発展は目覚
ましいものがあり、人工心臓、人工血管、人工肺など様
々な人工臓器が医療の世界で活躍している。特に整形外
科の分野では、失われた関節機能を復元するための人工
関節が広く用いられ、また、歯科医療の分野では人工歯
根が脚光を浴びている。
【０００３】この様な人工関節、人工骨、人工歯根など
の骨内挿入型の生体インプラントは高強度を必要とする
ことから、ステンレス鋼やコバルト・クロム合金、チタ
ン合金などが主流であるが、生体内での耐食性や摺動特
性に優れたアルミナ、ジルコニアなどのセラミック材料
も広く用いられようになってきた。
【０００４】これらの生体インプラントを骨内に固定す
る方法は、骨セメントと呼ばれるアクリル樹脂で骨と接
着する方法と、セメントレスと呼ばれる患者の骨の修復
作用を利用して固定する方法がある。前者は簡便で、固
定性も良好であり、早期の離床が可能となる反面、アク
リルモノマーの毒性や重合時の発熱による骨組織の壊死
などの問題があった。一方後者は毒性などの問題がな
く、生体作用を利用する点でも生体に対して好ましい固
定法である反面、手術が難しく、安定な固定が得られに
くいなどの問題点があった。
【０００５】そこでセメントレス固定のインプラントの
骨内固定性を向上させるため、金属製インプラントで
は、最近、骨との接合面にポーラスコーティングやハイ
ドロキシアパタイトコーティングが行われるようにな
り、優れた臨床成績を修めるるようになってきた。
【０００６】これに対して、セラミック製生体インプラ
ントにおいても、骨内での固定性の問題を解決するべく
リン酸カルシウム系材料をコーティングする技術とし
て、プラズマスプレー法によってセラミック基体にリン
酸カルシウム材料をコーティングする技術（特公昭59-4
6911）、および、セラミック基体とリン酸カルシウム溶
射層の間に中間層としてチタン溶射層を設ける技術（特
開平6-233782）が開発されてきたが、未だ、実用的に十
分満足のいくものでなかった。
【０００７】即ち、前者には、溶射されたリン酸カルシ
ウム層の下地セラミック材への密着強度が弱く、またセ
ラミック基体の強度低下の問題があり、後者の技術で
は、リン酸カルシウム溶射層の密着強度に関しては大き
な改善効果が得られるものの、セラミック基体の強度低
下については必ずしも満足のいく強度は得られない場合
もあった。
【０００８】この理由について説明する。
【０００９】前者の場合、プラズマスプレーなどの溶射
加工は、前処理としてサンドブラストなどの粗面化を必
要とするが、セラミック基体は硬すぎてこの粗面化を十
分行うことができない。その結果、リン酸カルシウムの
溶射皮膜はインプラントとしての実用上必要な密着強度
を得ることができない。一方、セラミック材料は脆性材
料であり、表面の小さなキズによってその基体強度は大
きく低下する。前記サンドブラスト加工は延性材料であ
る金属素材に対しては有効な粗面化法であるが、セラミ
ック材に対しては危険な前処理方法である。
【００１０】一方、後者では、セラミックとチタンとの
熱膨張差や溶射時の熱衝撃、チタン溶射層の瞬間的な凝
固収縮のためにセラミック基体にマイクロクラックが入
るようなケースがあったためである。また、この技術で
はセラミック基体とチタン溶射層の密着強度を得る手段
として、セラミック基体へ溝を形成したり、溝の方向に
よっては必ずしも十分な固定力が得られているとは言え
ないものであった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来技術
の問題点に鑑み、本発明は、セラミック製の生体インプ
ラント材において、セラミック基体の強度低下を来すこ
となく、大きな接合強度でもってコーティング層を形成
した生体インプラント材とその製法を提供することを課
題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の問題点を
克服すべく、セラミック材で構成された生体インプラン
トの基体と、基体表面に低熱衝撃性のコーティング法に
より形成された第１のコーティング層、第１のコーティ
ング層上に溶射法により形成された金属層を介して第２
のコーティング層を形成したことを特徴とする生体イン
プラント材としたことを特徴とする。
【００１３】
【作用】本生体インプラントの第１コーティング層は低
熱衝撃性のコーティング法により形成したので、基体に
クラックを発生させることなく設けることが可能なもの
である。また、この第１のコーティング層は、金属層を
溶射形成する際に熱を遮蔽し、基体に大きな熱衝撃が加
わることを防止する作用を有するとともに、金属層とセ
ラミック基体間のボンディング層として両者の密着性の
確保する作用を有する。これは、溶射法によって基体に
金属層を形成した場合に前述のように両者の密着力が低
い傾向があるのに対して、低熱衝撃性のコーティング法
では、大きな密着力が得られ、この層（第１のコーティ
ング層）を介して溶射法による金属層を形成した場合、
基体と溶射金属層（金属層）との密着力が飛躍的に向上
するためである。
【００１４】また、本発明の生体インプラント材は、金
属層を介して生体親和性を有するリン酸カルシウム系材
料をコーティング（第２コーティング層）したものであ
り、その表面を溶射法（例えばプラズマ溶射法やフレー
ム溶射法等）により素面として形成したので、機械的ア
ンカリング作用により、第２コーティング層の第１コー
ティング層に対する付着力が大きい。
【００１５】以下、かかる作用を有する生体インプラン
ト材の実施形態を詳しく説明する。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の生体インプラント材は、
セラミック材で構成された生体インプラントの基体と、
基体表面に低熱衝撃性のコーティング法により形成され
た第１のコーティング層、第１のコーティング層上に溶
射法により形成された金属層を介して第２のコーティン
グ層を形成した構成である。
【００１７】セラミック基体としては酸化物系セラミッ
ク（アルミナ、ジルコニア、チタニア）、窒化物系セラ
ミック（窒化珪素、窒化チタン、窒化アルミ）もしくは
炭化物系セラミック（炭化珪素）や、アルミナ分散ジル
コニアやチタニア分散アルミナなど、素材強度を改善し
た混合セラミックを使用することができる。
【００１８】また、これらセラミック基体に対して、イ
オン注入を行っても良い。すなわち、セラミック基体へ
第１コーティング層を構成する材種のイオンを予め注入
しておくことにより、基体と第１のコーティング層との
密着性を向上させることが可能である。例えば、アルミ
ナ基体に予めチタンを注入しておくと、第１のコーティ
ング層としてチタンをコーティングした場合、密着強度
を２０％ほどアップさせることができる。
【００１９】次に、基体表面に形成するコーティング層
について説明する。
【００２０】本発明のコーティング層は機能的には３つ
の層から構成されている。即ち、第１のコーティング
層、金属溶射層、第２のコーティング層である。
【００２１】まず、第１のコーティング層について説明
する。
【００２２】この第１のコーティング層は、 ・金属 ・セラミック ・金属＋セラミック で構成できる。
【００２３】先ず、この第１のコーティング層が金属か
らなる場合を説明する。
【００２４】前記第１のコーティング層が金属単層であ
る場合には、チタン、タンタル、タングステン、ジルコ
ニウム、モリブデン、ニオブ、アルミニウム、珪素、
金、銀、パラジウム及びこれらを主成分とする合金もし
くはコバルト・クロム合金、ステンレス鋼のうちの一種
または二種以上の混合物から構成される。また金属複層
である場合には、これらのうちの２種以上の組み合わ
せ、または二種以上の混合物と組み合わせとなる。
【００２５】第１のコーティング層に金属層を用いた場
合は、特に基本的な作用として、セラミック基体の金属
に対するぬれ性を改善し、金属層との密着性を大きく改
善することが最大のメリットとなる。また複層を用いる
メリットはそれぞれの材料にて、より親和性の高い材料
を組み合わせることにより、さらに密着性を向上させる
ことである。例えば、ジルコニア基体に対して、金属層
がチタンである場合、第１のコーティング層としては、
ジルコニウムとチタンの複層を使用した場合の方がジル
コニウムもしくはチタンの単層を利用した場合よりも高
い密着性を得ることができる傾向がある。もちろん、ジ
ルコニア基体側がジルコニウム、金属層（チタン）側が
チタンである。複層の一部もしくは全体に混合物層が用
いられる場合も同様に個々の材料と同系の材料を有する
隣接層との親和性の向上に伴って層間の密着性が向上す
る。
【００２６】一方、第１のコーティング層はセラミック
で形成することもできる。この場合は、アルミナ、ジル
コニア、チタニア、シリカ、炭化珪素、窒化珪素、窒化
チタン、窒化アルミ、ＴｉＣＮのいずれか一種または二
種以上の混合物からからなる単層、もしくはこれらのう
ちの二種以上からからなる複層または二種以上の混合物
からからなる複層を使用することができる。第１のコー
ティング層をセラミック層で構成した場合の最大のメリ
ットは、熱衝撃や溶射粒子の衝突衝撃の遮蔽効果であ
る。セラミック層は耐熱性や硬度に優れているため、第
１のコーティング層を金属で構成した場合よりも、金属
層の溶射時の熱衝撃や溶射粒子による衝突衝撃によく耐
えることができる。
【００２７】また、セラミック基体に対するセラミック
層の密着性を高めるために、セラミック複層や混合物層
を利用することができる。例えば、ジルコニア基体とチ
タン合金の金属層を有する生体インプラント材の場合、
第１のコーティング層をチタニアとジルコニアの混合層
とすることにより、同種元素の親和性により、密着性が
高まる。
【００２８】さらにこの第１のコーティング層は前記金
属材とセラミック材の複層またはそれらの混合物の複層
とし、金属層、セラミック層それぞれが持つメリットが
ミックスされたものとすることができる。すなわち、第
１のコーティング層は金属層の有する密着性改善効果と
セラミック層の持つクラック遮蔽効果の双方を発揮する
ことが可能となる。密着力試験では、これらの複層や混
合物を使用する場合、平均して２０％ほどの密着性の向
上が得られた。またクラック遮蔽効果についても、金属
顕微鏡観察による定性的な評価ではあるが、改善が認め
られている。
【００２９】また、前記第１のコーティング層は、セラ
ミック材と金属材との組成比を層の厚み方向に粗って傾
斜的に変化させたものであっても良い。
【００３０】例えば、窒化チタン基体へチタンを金属層
としてコーティングするとき、第１のコーティング層と
して窒化チタンとチタンの傾斜層を利用することができ
る。これはイオンプレーティング法にて、最初は窒素ガ
スを多く流して、窒化チタン基体基体上に窒化チタン層
を形成させ、序々に窒素ガスの量を減らして窒化チタン
とチタンの混合層の組成を変化させ、最終的には窒素ガ
スを止めてチタン層表面となるように仕上げる。これに
よって、その上にコーティングする金属層のチタン溶射
層の密着強度を３０％以上アップさせることができる。
【００３１】本発明における特徴は、このような第１の
コーティング層として、低熱衝撃性のコーティング方法
が用いることにある。ここで低熱衝撃性というのは、コ
ーティング層を形成する際にベースとなるもの、具体的
にはセラミック基体に対して熱的な衝撃を加えることが
ない、或いは、セラミック基体に対して、コーティング
時のコーティング層の冷却収縮による応力衝撃を与えな
い場合をいう。コーティング方法としては、真空蒸着、
イオンビーム蒸着、スパッタリング、イオンプレーティ
ング、ダイナミックミキシング法などのＰＶＤ法や、Ｔ
ｉＣＮやＴｉＣなどをＣＶＤ法でコーティング、或い
は、また、電気メッキや無電解メッキなどの湿式コーテ
ィング法を例示することができる。勿論、これらの方法
を組み合わせて使用することもできる。例えば、窒化珪
素基体の上にシリカを真空蒸着し、その上に電気メッキ
にてチタンをコーティングして、第１のコーティング層
を形成することができる。中でも、スパッタリングやイ
オンプレーティングがコーティング層の密着強度や均質
性、並びに生産コストの見地から特に有効である。
【００３２】そして前記第１のコーティング層は、次に
説明する金属層を溶射形成する際に熱を遮蔽し、基体に
大きな熱衝撃が加わることを防止する作用を有するとと
もに、金属層とセラミック基体間のボンディング層とし
て両者の密着性の確保する作用を有する。そして、この
第１のコーティング層自体、低熱衝撃性のコーティング
法により形成したもので、基体にクラックを発生させる
ことなく設けることが可能である。
【００３３】次に、金属層について説明する。
【００３４】この金属層は、チタン、タンタル、タング
ステン、ジルコニウム、モリブデン、ニオブといった生
体に対して毒性を持たない金属の単層、もしくはこれら
を主成分とする合金、例えばチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ
−４Ｖ、９０％のチタンと６％のアルミニウム、４％の
バナジウムの合金）、あるいはコバルト・クロム合金や
ステンレス鋼のような医療用合金を溶射することによっ
て形成される。
【００３５】この金属層は、第２コーティング層がいず
れ溶出し、骨と置換されていくので、長期的には直接骨
組織と接触することになる。したがって、これを構成す
る材質としては、生体内での安全性が確認されている材
料であることが必須条件である。
【００３６】また溶射を行うに当たっては、これらの金
属材料を単独で溶射する他に、二種類以上を同時に溶射
して混合層とした場合、下地の第１のコーティング層と
の密着性がより高くなる場合もある。例えば、第１のコ
ーティング層がチタニアである場合には、ジルコニウム
単独で金属層を製作するよりも、ジルコニウムとチタニ
アの混合層でこの金属層を作った方が密着性が良い傾向
がある。これは、チタニアとチタンの親和性によるもの
である。
【００３７】前記金属層を形成する溶射法としては、溶
射時の酸化や窒化などの化学反応を防ぐ目的からその溶
射法はシールドアーク溶射、減圧アーク溶射、減圧プラ
ズマ溶射、減圧レーザー溶射など、大気や反応ガスとの
接触を避けながら行う溶射法で行うことが好ましい。も
ちろん、酸化などの化学反応を１００％遮断できる工業
的な溶射方法は現状では存在しないので、若干の反応は
やむを得ないが、３０％以上の酸素や窒素などの気体元
素の混入は、金属皮膜の延性を低下させ、脆性化の方向
に進ませるので好ましくない。これは、手術時のコーテ
ィング層の部分的な脱落や長期的なコーティング層の破
壊につながる危険性があるためである。
【００３８】この金属層は、その上にコーティングされ
る第２コーティング層のボンディング層として作用する
ものである。例えば、金属層がチタン溶射層である場
合、このチタン溶射層表面をサンドブラストし、第２コ
ーティング層としてハイドロキシアパタイト（以下ＨＡ
と略称する）を溶射すれば、ＨＡ層の十分な密着強度が
得られる。また、このサンドブラストはセラミック基材
には影響しないため、基材強度を低下させることはな
い。もし、金属層にセラミックを使用すれば、基材セラ
ミックにＨＡを溶射するのと同じ状態になり、ＨＡ層の
密着強度を確保することができなくなる。これが、金属
層にセラミックが使用できない理由である。
【００３９】またこの金属層を溶射法で設けたのは、金
属層が、セメントレスインプラントとしてリン酸カルシ
ウム層の生体内での溶出後でも、骨組織の増勢進入によ
り十分な骨内固定力を維持すべく、非常に高い表面粗さ
を有する為である。この表面粗さとしては、骨内での固
定性を発揮するために最大面粗さ（Ｒｍａｘ）で１０μ
ｍ以上の粗さが必要であるが、Ｒｍａｘで２０００μｍ
を越えるものは溶射層自体、特に突起部の強度が低下す
るため好ましくない。そしてこの様な高い表面粗さを付
与し、且つ、大きな接合強度を得ることができるコーテ
ィング方法は現在のところ溶射法のみである。このよう
に、金属層は、セメントレスインプラントにおける骨組
織の増勢侵入を受けることのできる高い面粗さを有する
層であり、セメントレスインプラントの骨内での固定性
に大きく寄与するものであることが、この金属層の重要
な作用の一つである。
【００４０】次に第２のコーティング層について説明す
る。
【００４１】この層は前記金属層の上に溶射法や析出
法、塗布法などの方法でコーティングされる。材質とし
ては、ハイドロキシアパタイト（ＨＡ）やリン酸三カル
シウム（ＴＣＰ）、リン酸八カルシウム（ＯＣＰ）の様
なリン酸カルシウム結晶層、またはアパタイト・ウォラ
ストナイト・ガラスセラミック（ＡＷＧＣ）などのリン
酸カルシウム系ガラスセラミック、もしくはアパタイト
・コンポジット・セラミック（ＡＣＣ）などのリン酸カ
ルシウム系複合セラミック、あるいは非晶質リン酸カル
シウムなど、いわゆるリン酸カルシウム系材料を使用す
ることができる。この他、第２のコーティング層の材質
として、骨との親和性に優れるキチン、キトサンなどの
有機物を使用することができる。これらの材料は、選ば
れた一種の単層、または二種以上の複層、もしくは二種
以上の混合層として使用される。例えば、第２コーティ
ング層としてＨＡをプラズマ溶射法にてコーティングす
ることができる。このＨＡ層の上にさらに同じプラズマ
溶射法にてＴＣＰをコーティングすることもできる。あ
るいは、ＴＣＰとＨＡの混合材料を同じプラズマ溶射法
にてコーティングすることもできる。
【００４２】この第２コーティング層の形成には、フレ
ーム溶射、プラズマ溶射、高速フレーム溶射、爆発溶
射、レーザー溶射などの溶射法の他、アルカリ熱処理、
バイオミメティック法などの析出法、あるいはディッピ
ング法のような塗布法を使用することができる。さら
に、これらの方法を組み合わせて使用することもでき
る。例えば、高速フレーム溶射法にてＨＡを溶射した
後、ディッピング法にてＴＣＰをコーティングすること
ができる。
【００４３】溶射法は現在ＨＡ溶射に広く用いられてい
るコーティング技術であり、最も実用性が高い。一方、
チタンなどの金属層をアルカリ溶液に漬けた後、大気中
で加熱処理することにより、体内埋入後に金属層表面に
ＨＡを析出させるアルカリ熱処理法は、簡便でコストメ
リットも大きい。またリン酸イオンやカルシウムイオン
を含む生体擬似体液中に金属層などを漬けることによ
り、金属層表面に直接ＨＡを析出させるバイオミメティ
ック法も同様である。
【００４４】一方、ＴＣＰなどリン酸カルシウムを水、
及びバインダーで混錬したスラリーにインプラントをデ
ィッピングし、その後必要に応じて、乾燥、焼成などを
行ってリン酸カルシウムをコーティングするディッピン
グ法などの塗布法は、溶射法に比べて結晶性の高いリン
酸カルシウム層を簡便、かつ安価にコーティングできる
メリットを持つ。
【００４５】この第２コーティング層は、生体インプラ
ントにおいて骨との接触面の最表層にコーティングされ
ており、セメントレスインプラントにおいて、骨組織の
ポーラス層への増勢侵入を促進する作用をもつ。これ
は、リン酸カルシウム系材料の優れた骨伝導能によるも
のである。リン酸カルシウム系材料として最もよく用い
られるのはＨＡであるが、より早く骨内での固定性を確
保するため、溶出速度の速いＴＣＰや非晶質リン酸カル
シウムをコーティングする場合もある。ただしＴＣＰな
どは溶出が早い分、消失も早いため、骨の状態が悪く増
勢侵入が起きにくい患者の場合には、安全をみて前述の
様なＨＡとＴＣＰの複層や混合層が用いた方がよい。
【００４６】以上のように構成された前記生体インプラ
ント材について、各コーティング層の厚みおよび各コー
ティング層の表面粗さについて説明する。
【００４７】各コーティング層の厚みについては、使用
する材料やコーティング方法によっても異なるが、第１
のコーティング層は０．００１ｍｍから１．０ｍｍであ
ることが好ましい。これは、０．００１ｍｍ未満の厚み
では十分なクラック防止効果があまり期待できないから
であり、また逆に１．０ｍｍを越える厚みでは、特にセ
ラミック層で層内破壊を起こす可能性がでてくるからで
ある。また、金属層の厚みについては、０．０１ｍｍか
ら３．０ｍｍであることが好ましい。これは、０．０１
ｍｍ未満の皮膜では、骨内での固定性を得るのに必要な
最大面粗さ（Ｒｍａｘ）１０μｍ以上の表面粗さを得る
ことが難しく、他方、３．０ｍｍを越える皮膜厚みでは
残留応力のために皮膜の密着性が低下する可能性がある
ためである。
【００４８】そして第２コーティング層の厚みは、０．
００１から２ｍｍであることが好ましい。これは、０．
００１ｍｍ未満の皮膜では生体内での消失が早すぎて実
用性がないためであり、他方、２ｍｍを越える厚みで
は、リン酸カルシウム系材料層内の破壊が起こる危険性
が大となる傾向があるためである。
【００４９】次に、各コーティング層の表面粗さについ
て、前述のように第１のコーティング層の場合、Ｒｍａ
ｘで２００μｍ以下であることが好ましい。これは、Ｒ
ｍａｘが２００μｍを越える場合、サンドブラストを行
った場合と同様の効果が発生し、セラミック基体の強度
が低下する傾向があるためである。また、金属層では、
Ｒｍａｘが１０μｍ以上２０００μｍ以下であることが
好ましい。これは、Ｒｍａｘで１０μｍが骨内での固定
性を発揮するための下限値的な面粗さであり、他方、Ｒ
ｍａｘで２０００μｍを越えるものは溶射層自体、特に
突起部の強度が低下するため好ましくないためである。
【００５０】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。
【００５１】実施例１ 直径１７ｍｍ、厚み５ｍｍのジルコニアセラミック円板
を脱脂洗浄後、その直径１７ｍｍの片面に、イオンプレ
ーティング法にて厚さ２０μｍのチタンをコーティング
した後、シールドアーク溶射法にて厚さ５００μｍのチ
タンを溶射し、さらにその上に厚さ２０μｍのＨＡをフ
レーム溶射して実験用の試験片を製作した。評価項目は
断面分析と密着強度試験である。断面分析は、試験片を
樹脂包埋後、切断及び研磨して、試験片断面を金属顕微
鏡（倍率４００倍）で観察した。一方密着強度試験は、
ＪＩＳ Ｈ８６６６（セラミック溶射試験方法）に準拠
して行った。各試験片の両面をエポキシ系接着剤で試験
用治具に接着し、インストロンタイプ引張試験機を使用
して引張速度１ｍｍ／分で、試験片が破断するまで荷重
を加え、破断強度を測定した。各試験片の破断部位の確
認は目視及び光学顕微鏡観察にて行った。また本試験実
施に際して、コントロールとしてイオンプレーティング
層のない試験片も製作して比較評価した。
【００５２】結果を表１にまとめた。
【００５３】
【表１】
【００５４】本発明試験片は、基体のジルコニアセラミ
ック上に、第１のコーティング層としてチタンのイオン
プレーティング層をコートし、その上に金属層としてチ
タン溶射層を付与した。そしてさらにその上に第２コー
ティイング層としてＨＡを溶射して製作された。試験の
結果、コントロール群では、断面分析にて多数のクラッ
クやラミネーションが検出されたのに対して、本発明試
験片群では、クラックは全く検出されなかった。図１に
コントロール群、図２に本発明試験片群の断面分析模式
図を示す。さらに密着強度試験では、コントロール群が
平均４１ＭＰａの密着強度であったのに対して、本発明
試験片群では、６７ＭＰａという高い密着強度が得られ
た。
【００５５】実施例２ 直径６ｍｍ、長さ２０ｍｍのアルミナセラミック製円柱
型試験片の円柱面にスパッタリング法にて厚み１０μｍ
の窒化チタンをコーティングし、その上に窒化チタンと
チタンを傾斜法にて減圧プラズマ溶射した。溶射層の厚
みは６００μｍであり、もちろん第１のコーティング層
が窒化チタン、金属層がチタンである。この試験片を生
体擬似体液中に２４時間浸漬し、チタン表面に厚さ２μ
ｍのアパタイト結晶層を析出させた。この試験片を雑種
成犬の大腿骨骨幹部にドリリングしてインプラントし、
術後８週にて屠殺してプッシュアウト試験に供した。ま
た、コントロールとして、アルミナセラミック単体（Ｃ
−１群）とスパッタリングによる窒化チタンのコーティ
ング層なしに製作した試験片（Ｃ−２群）を製作し、同
時に実験を行った。試験片は各群５個である。
【００５６】その結果を表２に示す。
【００５７】
【表２】
【００５８】本試験片は、基体のアルミナセッラミック
の上に、第１のコーティング層としてスパッタリング法
によって窒化チタンをコーティングし、金属層として、
減圧プラズマ溶射法にて窒化チタンとチタンの複層をコ
ーティングした後、析出法にてアパタイト結晶層をコー
ティングしたものである。動物実験の結果、コントロー
ルＣ−１群のアルミナ単体ではほとんど骨との接合は得
られていないが、コントロールＣ−２群ではＣ−１群の
３６倍の骨内固定力を示した。しかしながら、Ｃ−２群
はアルミナと溶射層界面、即ちインプラント内部で破断
しており、インプラントとして実用的な密着強度を有す
るコーティング層であるとは言えない。一方、本発明試
験片群では、破断強度が２５．５ＭＰａという高い値を
示したのみならず、破断が骨内で起こっていることか
ら、セメントレスインプラントとして必要な骨内固定力
とコーティング層の密着強度を具備する高性能の生体イ
ンプラント材であった。
【００５９】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、セラ
ミック基体とチタンなどの溶射層（金属層）の間に低熱
衝撃性のコーティング方法による中間層（第１のコーテ
ィング層）を設ける事により、セラミック基体へのクラ
ック発生を防止すると共に、チタンなど溶射層のセラミ
ック基体への密着強度を確保せしめ、実用的な生体イン
プラントを提供することができる。
【００６０】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１におけるコントロールの断面分析模式
図。
【図２】実施例１における本発明試験片の断面分析模式
図
【符号の説明】
Ａ：ＨＡ溶射層 （第２コーティング層） Ｂ：チタン溶射層（金属層） Ｃ：チタン・イオンプレーティング層（第１のコーティ
ング層） Ｄ：ジルコニア基体 Ｅ：クラック及びラミネーション
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北野 宏幸 滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の１ 京セ ラ株式会社滋賀工場内 (72)発明者 増田 真吾 滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の１ 京セ ラ株式会社滋賀工場内 Ｆターム(参考） 4C059 AA02 4C097 AA01 AA03 BB01 CC02 DD10

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セラミック材で構成された生体インプラン
    トの基体と、この基体表面に低熱衝撃性のコーティング
    法により形成された第１のコーティング層、第１のコー
    ティング層上に溶射法によって形成された金属層を介し
    て第２のコーティング層を形成したことを特徴とする生
    体インプラント材。
  2. 【請求項２】上記セラミック材が、アルミナ、ジルコニ
    ア、チタニア、窒化珪素、炭化珪素、窒化チタン、窒化
    アルミのいずれか１種から、もしくはこれらの２種以上
    の混合セラミックからなる請求項１記載の生体インプラ
    ント材。
  3. 【請求項３】上記低熱衝撃性のコーティングがＰＶＤ
    法、ＣＶＤ法もしくはメッキ法で形成されている請求項
    １記載の生体インプラント材。
  4. 【請求項４】上記第１のコーティング層が単層もしくは
    複層からなるセラミック材である請求項３記載の生体イ
    ンプラント材。
  5. 【請求項５】上記第１のコーティング層が金属で形成さ
    れている請求項３記載の生体インプラント材。
  6. 【請求項６】上記第１のコーティング層が金属材とセラ
    ミック材の混合相からなる請求項３記載の生体インプラ
    ント。
  7. 【請求項７】上記金属層がチタン、タンタル、タングス
    テン、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ及びこれらを
    主成分とする合金、もしくはコバルト・クロム合金、ス
    テンレス鋼のうちのいずれか１種または２種以上の混合
    相からなる請求項１の生体インプラント材。
  8. 【請求項８】上記第２のコーティング層がリン酸カルシ
    ウム系材料で形成されている請求項１記載の生体インプ
    ラント。
  9. 【請求項９】セラミック材からなる基体に、チタン層を
    ＰＶＤ法にてコーティングし、このチタン層の上にチタ
    ンを溶射した後、このチタン溶射層の上にリン酸カルシ
    ウム系材料を溶射することを特徴とする生体インプラン
    ト材の製法。
  10. 【請求項１０】上記チタン層をＯ．００１〜１．０ｍ
    ｍ、上記チタン溶射層を０．０１〜３．０ｍｍ、上記リ
    ン酸カルシウム系材料層を０．００１〜２．０ｍｍの厚
    みで形成することを特徴とする請求項９記載の生体イン
    プラント材の製法。
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