高生体融合機能性チタン合金の歯科精密鋳造プロセスの研究開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12792013
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 新家 光雄 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (50126942)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 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) ; 福永 啓一 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (10303702) ; 桂 成基 山八歯材(株), 研究開発課, 課長
• Keywords: 歯科精密鋳造 / 鋳型材 / ニアネットシェイプ加工 / 生体用チタン合金 / Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金 / Ti-6Al-4V合金 / Ti-6Al-7Nb合金 / 引張特性

Research Abstract

純金属や代表的な生体用金属材料の細胞毒性評価に関する報告を参考にして、細胞毒性の指摘の無い合金元素としてチタンを主構成元素としさらに,Nb、Ta、Zr、を添加したTi-Nb-Ta-Zr合金について,歯科精密鋳造性を従来よりあるTi-6Al-4V合金およびTi-6Al-7Nb合金と比較することによって行った。歯科精密鋳造性の評価としては,鋳込み条件,鋳型材の検討,鋳肌の評価,鋳造欠陥の評価あるいは鋳造材の力学的特性評価等が挙げられる。その中で,鋳型材の検討および鋳造材の力学的特性評価を行った。
まず,鋳造材の検討としては,市販のチタン用マグネシア系鋳型材,アルミナ系鋳型材およびマグネシア系鋳型材に改良を施した鋳型材を用いて,アルゴンアーク加圧鋳造機装置によりTi-29Nb-13Ta-4.6Zr合金,Ti-6Al-4V合金およびTi-6Al-7Nb合金を鋳造し鋳造体を得た。鋳造体の外観比較では,いずれの合金においても改良型鋳型材を用いた場合が良好であった。また,マグネシア系鋳型材を用いて鋳造した場合では,改良型鋳型材での場合と比較して,Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金でややその外観が劣るものの,Ti-6Al-4VおよびTi-6Al-7Nbではほぼ同等の外観を有していた。しかし,アルミナ系鋳型材の場合では,他の鋳型材の場合と比較して,焼き付きが激しく金属光沢は見られていなかった。
力学的特性評価としては,引張試験片の形状に各鋳型材で鋳込んだ各合金の引張特性について評価した。その結果,改良型鋳型材を用いて鋳造した場合では,Ti-29Nb-13Ta-4.6Zrでは,Ti-6Al-4VおよびTi-6Al-7Nbと比較して,すぐれた延性を示す事が明らかとなった。また,Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金での鋳放しままの試験片および表面層を除去した試験片での引張強さおよび伸びにについては大きな差異は認められず,改良型鋳型材を用いて鋳造したTi-29Nb-13Ta-4.6Zr合金の表面反応層は,その引張特性にほとんど影響しないことが確認された。

Research Products

• [Publications] M.Niinomi: "Mechanical Properties of Biomedical Titanium Alloys"Materials Science and Engineering A. A243. 231-236 (1998)
• [Publications] D.Kuroda: "Design and Mechanical Properties of New β Type Titanium Alloys for Implant Materials"Materials Science and Engineering. A243. 244-249 (1998)
• [Publications] D.Kuroda: "Development of New β Type Titanium Alloys for Medical Implants"Proc.ISAEM'97. 499-504 (1998)
• [Publications] M.Niinomi: "New β Type Titanium Alloys with High Biocompatibility"Proc.Non-Aerospace Application of Titanium and It's Alloy. 217-223 (1998)
• [Publications] M.Niinomi: "Development of β Type Titanium Alloys for Hard Tissue Replacing Materials"Proc.SSAM-4. 365-368 (1998)
• [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)
• [Publications] M.Niinomi: "Corrosion Wear Fracture of New β^βType Biomedical Titanium Alloys"Materials Science and Engineering A. A263. 193-199 (1999)
• [Publications] 林静男: "浮揚溶解法(CCLM)によるチタンとタンタルの合金化"工業加熱. 36巻. 16-22 (1999)
• [Publications] M.Niinomi: "Mechanical Performance of Newly Developed β Type Titanium Alloys for Biomedical Use"Titanium'99. 86巻. 1195-1201 (1999)
• [Publications] D.Kuroda: "Mechanical Properties and Biocompatibility of Newly Developed β Type Titanium for Hard Tissue Replaceing Materials"Proc.6th Japan Int.SAMPE Symp.. 1229-1232 (1999)
• [Publications] M.Niinomi: "Recent Research and Development of Titanium for Biomedical Applications in Japan"JOM. 51巻6号. 32-34 (1999)
• [Publications] 福井壽男: "高融点生体用Ti-Ta系合金の融解方法の研究"歯科材料・器械. 19巻. 49-55 (2000)
• [Publications] 新家光雄: "高生体融合機能性チタン合金素材の開発"機能材料. 20巻. 1-8 (2000)
• [Publications] 黒田大介: "新しい生体用β型チタン合金の設計とその機械的性質および細胞毒性"鉄と鋼. 86巻. 31-39 (2000)
• [Publications] 黒田大介: "生体用β型Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金の熱処理プロセスと力学的性質"鉄と鋼. 86巻. 40-46 (2000)
• [Publications] M.Niinomi: "Development of Titanium Alloys Composed of Non-toxic Elements with Low Modulus and High Strength for Biomedical Applications"Transaction of the Sixth World Biomaterials Congress. 1359 (2000)
• [Publications] D.Kuroda: "Mechanical Performance of Newly Developed β-Type Titanium Alloy, Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr.for Biomedical Appications"Structural Biomaterials for the 21st Century. 99-106 (2001)