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チタン合金および人工骨

国内特許コード P150012290
整理番号 S2014-0101-N0
掲載日 2015年9月9日
出願番号 特願2013-227906
公開番号 特開2015-086456
出願日 平成25年11月1日(2013.11.1)
公開日 平成27年5月7日(2015.5.7)
発明者
  • 宮崎 修一
  • 金 熙榮
  • 菊地 和幸
  • 根来 直弥
出願人
  • 国立大学法人 筑波大学
発明の名称 チタン合金および人工骨
発明の概要 【課題】低ヤング率で高強度のチタン合金を提供すること。
【解決手段】1at%以上15at%以下のニオブと、2at%以上5at%以下の鉄と、2at%以上12at%以下のアルミニウムと、残部のチタンと、不可避的不純物と、からなることを特徴とするチタン合金。
【選択図】なし
従来技術、競合技術の概要



チタン合金は、生体適合性がよい(生体に使用しても拒絶反応等がでにくい)ことが知られており、従来から生体材料として使用されてきた。特に、骨折の部位の治療等において、インプラント材としてチタン合金を使用する場合には、骨の特性(弾性率や強度)に近い材料を使用することが好ましい。骨の弾性率(ヤング率)は、10~40[GPa]程度であるため、ヤング率が50[GPa]以下の合金が望まれている。





ヤング率が純チタンよりも低くしたチタン合金について、下記の特許文献1~10に記載の技術が公知である。

特許文献1としての特許第5143704号公報には、13~28atom%(at%)のNbと0.1~10at%のSnとを含有し、さらに、V,W,ZrおよびAlのうちのいずれか1種を0.1~5at%含有するTi-Nb-Sn系合金が記載されている。特許文献1のTi-Nb-Sn合金は、共振法で測定されたヤング率が、54.2GPa以上となっている。





特許文献2としての特許第5005889号公報には、Ti-(25wt%-40wt%)Nb-(0-10wt%)Sn合金や、Ti-(10wt%-16wt%)V-(0-8wt%)Sn合金が記載されている。特許文献2のTi-Nb-Sn系のチタン合金では、共振法で測定されたヤング率が、89%冷間圧延後は50[GPa]未満となっているが、熱処理を行った後は50[GPa]を超えている。冷間圧延しただけで、熱処理をしないと、延性に乏しく均一伸びが非常に小さい問題がある。なお、Ti-V-Sn系のチタン合金では、共振法で測定されたヤング率は、59[GPa]以上となっている。





特許文献3としての特開2005-113227号公報には、13~28atom%(at%)のNbと0.1~10at%のSnとを含有するチタン合金や、13~28atom%(at%)のNbと0.1~10at%のSnとに加え、V,Mo,W,ZrおよびAlのうちのいずれか1種または2種以上を0.1~5at%含有するTi-Nb-Sn系合金が記載されている。特許文献3の各合金は、共振法で測定されたヤング率が、50.4GPa以上となっている。





特許文献4としての特許第4152050号公報には、25~50質量%(wt%)のTiと、25~60質量%のZrと、10~20質量%のNbと、5~40質量%のTaと、を含有し、Zr/Taが0.5~1.5であり、且つ、Nb/Taが0.125~1.5、引っ張り強度/ヤング率が0.016以上、ヤング率が70GPa以下のチタン合金が記載されている。特許文献4に記載のチタン合金では、インストロン引張り試験機を使用して測定されたヤング率が53.0[GPa]以上となっている。





特許文献5としての特開2010-1503号公報には、10.5~25質量%(wt%)のNbと、0.1~8質量%のSnと、を含有し、0.1~8質量%のMoと、0.1~6.4質量%のCrと、0.1~4.7質量%のMnと、0.1~3.2質量%のFeと、を少なくとも1種類含有し、Mo、Cr、Mn、Feのモリブデン当量が2~8、且つ、(Nbの質量%/3.5)+(モリブデン当量)が9~11であるチタン合金が記載されている。特許文献5に記載のチタン合金では、共振法により測定されたヤング率は、67.1[GPa]以上となっている。





特許文献6としての特許第3375083号公報には、30~60質量%(wt%)のVa族元素(V,Nb,Ta)と、を含有するチタン合金が記載されている。特許文献6に記載のチタン合金では、インストロン引張り試験機により測定された応力-歪み線図から、平均ヤング率を測定しており、平均ヤング率が46[GPa]以上となっている。なお、平均ヤング率に関しては、特許文献4の段落番号「0006」に記載されているように、一般のヤング率とは異なる指標であり、一般のヤング率に比べて、低い値となる。したがって、特許文献6に記載されたチタン合金における一般のヤング率は、甘めに見積もっても50[GPa]以下を実現しているとは考えにくい。





特許文献7としての特開2004-353039号公報には、10~35質量%(wt%)のZrと、8~14質量%のCrと、を含有するチタン合金が記載されている。特許文献7に記載のチタン合金では、共振法により測定されたヤング率は、72[GPa]以上となっている。





特許文献8としての特開2004-162171号公報には、0.3~3質量%(wt%)の酸素、窒素、炭素の1種類以上と、1.8質量%以下のAlと、を含有するチタン合金において、Mo、V、W、Nb、Ta、Fe、Cr、Ni、Co、Cuのモリブデン当量からAlの質量%を減算した値が3~11質量%であるチタン合金が記載されている。特許文献8に記載のチタン合金では、応力-歪み線図から導出されたヤング率は、50[GPa]以上となっている。





特許文献9としての特開2010-216011号公報には、3.5~7.0質量%(wt%)のAlと、1.4~3.6質量%のFeと、2.0~10.0質量%のMoと、を含有し、モリブデン当量が6.0~14.0質量%であるチタン合金が記載されている。特許文献9に記載のチタン合金では、共振法により測定されたヤング率は、65[GPa]以上となっている。





特許文献10としての特開2008-101234号公報には、12~30重量%(wt%)のNbと、12~30重量%のZrと、1~6重量%のAlと、1~8重量%のCrと、1~8重量%のSnと、を含有するチタン合金が記載されている。特許文献10に記載のチタン合金では、引張り試験機を使用してJISに基づいて測定されたヤング率は、80[GPa]以上となっている。

産業上の利用分野



本発明は、チタン合金および前記チタン合金が使用された人工骨に関し、特に、低ヤング率で高強度のチタン合金および人工骨に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
1at%以上15at%以下のニオブと、
2at%以上5at%以下の鉄と、
2at%以上12at%以下のアルミニウムと、
残部のチタンと、
不可避的不純物と、
からなることを特徴とするチタン合金。

【請求項2】
請求項1に記載のチタン合金により構成されたことを特徴とする人工骨。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 公開
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