1999 Fiscal Year Annual Research Report
医療・福祉器具構成用高生体融合機能性チタン合金の創製
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10555231
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
新家 光雄 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (50126942)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡部 道生 大同特殊鋼株式会社, 技術研究所・特殊鋼研究部・高合金研究チーム, チーム長
川上 紀明 名城病院, 整形外科, 医長
福井 壽男 愛知学院大学, 歯学部, 助教授 (50090147)
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| Keywords | 高生体適合性 / 生体用材料 / β型チタン合金 / 低弾性率 / 医療・福祉 / 加工熱処理 / ミクロ組織 / 力学的生体融合性 |
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| Research Abstract |
毒性の指摘の無い構成元素からなり、骨の弾性率により近い弾性率を有し、高強度・高延性である生体用β型チタン合金を電子論に基づく合金設計法により設計した。設計合金を実験室規模で作製し、加工熱処理後基本的な力学的特性として引張特性および弾性率を測定した。その結果、生体用材料としての強度・延性を満足し、かつ低弾性率である合金としてTi-29Nb-13Ta-4.6Zr合金が最適であると判断した。そこで、この組成合金の実用レベルサイズのインゴットを作製し、高温鍛造を施したところ、容易に鍛造が可能であり加工性が良好であることが判明した。この試料につき、加工熱処理によるミクロ組織制御を行い、引張特性を調査したところ、引張強さ約1000MPa、伸び約15%、弾性率60から80GPaと低弾性率型生体用金属系材料として良好な結果を得た。さらに、加工熱処理条件を検討したところ、さらに高強度とすることが可能であることがわかった。本開発合金の疲労強度も測定したが、溶体化・時効を施すことにより、高疲労強度となり、生体用材料としての疲労強度を満足する疲労特性を示した。特に、疲労限度を引張強さで序した疲労比が他のβ型合金に比べ大きく、α+β型チタン合金のそれに匹敵する疲労比となった。本合金については、細胞毒性も調査した。その細胞毒性は、純チタンと同等で、一般に広く使われているTi-6Al-4V ELI合金のそれに比べるとより低く、生体適合性に優れることが期待できる。本合金の擬似生体内環境での摩擦磨耗特性も検討しているが、相手材によっては、摩擦磨耗特性に劣る結果が得られたので、本合金の表面処理による摩擦磨耗特性の改善が必要なことが判明しつつある。
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Research Products
(7 results)
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[Publications] M.Niinomi: "New β Type Tianium Alloys with High Biocompatibility"Proc.Non-Aerospace Application of Titanium and It's Alloy. 213-223 (1998)
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[Publications] M.Niinomi: "Development of β Type Titanium Alloys for Hard Tissue Replacing Materials"Proc.SSAM-4. 365-368 (1998)
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[Publications] D.Kuroda: "Design and Mechanical Properties of New βType Titanium Alloys for Implant Materials"Materials Science and Engineering. A243. 244-249 (1998)
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[Publications] M.Niinomi: "Corrosion Wear Fracture of New βType Biomedical Titanium Alloys"Materials Science and Engineering. A263. 193-199 (1999)
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[Publications] 新家光雄: "生体用β型チタン合金の開発"まてりあ. 37巻10号. 843-846 (1998)
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[Publications] M.Niinomi: "Recent Research and Development of Tianium for Biomedical Applications in Japan"JOM. 51巻6号. 32-34 (1999)
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[Publications] D.Kuroda: "Mechanical Properties and Biocompatibility of Newly Developed βType Titanium for Hard Tissue Replaceing Materials"Proc.6th Japan Int.SAMPE Symp.. 1229-1232 (1999)
