(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨結合を向上させる表面を有するセラミック歯科インプラントの製造方法であって、このような表面を製造するために以下の製造工程が実施される方法：−  表面を有するセラミックブランクの製造工程；−  ブラスト圧が1.5バール〜8バールであって、サンドブラストに使用するブラスト媒質の粒子サイズが30μm〜250μmである、サンドブラストによって、セラミックブランクの表面の少なくとも一部領域を処理する工程；−  続く、前記サンドブラスト処理されたセラミックブランクの表面の少なくとも一部領域の、エッチング；−  続く、表面が前記のサンドブラストおよびエッチングに付されたブランクの、900℃〜1500℃の温度での熱処理工程。
【請求項２】
前記セラミックブランクの製造が、焼結、および／または熱間等静圧プレス成形、セラミック射出成形および低圧射出成形によって圧縮されたブランク前駆体を得る等静圧プレス成形等の成形法により実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記セラミックブランクが、理論密度の90％以上99.9％以下の密度に圧縮される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記セラミックブランクが製造されたあと、白熱焼成が実施される、請求項２または請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記セラミックブランクが、成形のため、融除方法によって処理される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記融除方法が研削、フライス加工、レーザーアブレーション法および／または研磨である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記セラミックブランクのサンドブラストが、前記セラミックブランクの表面の粗度をより高くする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記サンドブラストが、コランダム、ダイヤモンド、および炭化ケイ素からなる群より選択される硬質粒子を用いて行われる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記サンドブラストが、2.5バール〜8バールまたは4バール〜6バールのブラスト圧で、粒子サイズが30μm〜130μmであるブラスト媒質を用いて行われる、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記セラミックブランク表面の前記エッチングが、任意に溶媒および／または塩融解物中にある、フッ化水素酸、フッ化水素酸含有溶液、硝酸、硫酸、HBr、HIまたはHClO4を用いた処理によって実施される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記のフッ化水素酸含有溶液が水中のHFである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記塩融解物が、アルカリおよび／またはアルカリ土類硝酸塩、アルカリおよび／またはアルカリ土類水酸化物またはアルカリおよび／またはアルカリ土類ハロゲン化物、またはこのような塩の混合物の、塩融解物である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
セラミックブランク表面のサンドブラストおよびエッチングに続く前記熱処理が、酸化雰囲気下で1時間〜5時間の終了温度での保持時間で実施される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の方法により得られた表面を有するセラミック体。
【請求項１５】
表面が機械的処理によって導入される微細構造表面、およびナノ構造表面の重層である、請求項１４に記載のセラミック体。
【請求項１６】
DIN EN ISO 4287に従って測定した表面の粗度Ra値が0.5μm〜2.5μmである、請求項１４または１５に記載のセラミック体。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれか一項に記載のセラミック体を含む医療インプラント。
【請求項１８】
歯科インプラント、エンドプラスト、骨釘、骨ねじ、および板からなる群より選択される、請求項１７に記載の医療インプラント。
【請求項１９】
骨ねじが皮質ねじである請求項１８に記載の医療インプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック体、その製造方法、および特に医学における該セラミック体の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用セラミックまたは高性能セラミックは、機械装置建造、製造および生産技術、高温用途、精密工学、電気工学および電子工学、および光学における非常に多くの用途において、製品を改良するために利用し得る多数の特性を有する。いくつかの方法は、高性能セラミックの使用によってのみ可能になる。このような特性としては、以下が挙げられる：
【０００３】
耐火性および耐熱衝撃性、高温領域においても高強度および高信頼性、低熱膨張率、耐硬度および耐摩耗性、耐化学腐食性、低密度、最大剛性、長期強度（無疲労）。
【０００４】
適切に使用された場合、このような材料は、例えば、部品および集合体の耐用年数の延長や、より高温に適用することによる反応効率の向上により、従来の材料（金属、プラスチック材料、ガラスおよび慣用セラミック）と比較して、ユーザーにとって経済的な利点を達成し得る。例えばその脆弱性による、セラミック材料の使用の制限は、セラミックの特異的要件を考慮した構造を使用することによって回避し得る。
【０００５】
従って、セラミック体は実に多くの技術分野において使用される。技術分野に加えて、適用分野としては、特に、セラミックをインプラントに使用する、医学および歯科医学に言及し得る。この機能において、セラミックは、チタン等の金属と競合する。しかし、これまで、チタンインプラントに類似の表面トポロジーを有するセラミックインプラントを提供することは可能ではなかったが、これはインプラントの融合および治癒過程に対して負の効果を有し得る。
【０００６】
これまでのセラミックインプラントは、機械加工またはサンドブラストした表面を有する。特にサンドブラストした表面は、鋭い縁の表面損傷およびブラスト媒質の表面残留物により、最適な機械的および微生物学的特性を有さない。
【０００７】
セラミックの表面は、種々の方法で処理し得る。
【０００８】
独国特許出願公開第41 38 214号（特許文献１）は、窒化アルミニウムセラミックの高接着金属化法に関する。この方法では、セラミックに機械的前処理、清浄および化学的後処理を行い、それらにより均一で細かい荒仕上げを達成することができる。このことは、後に適用される２段階金属化の、非常に高い接着固定を可能にする。
【０００９】
米国特許US-A-6,296,716号（特許文献２）は、半導体製造において使用される場合の炭化ケイ素ボート等の、セラミック加工品の清浄方法に関する。この方法は、未使用または使用済みのセラミック加工品を強酸で洗浄し、その後、酸で清浄した加工品をペレット化したCO2を使用して清浄する工程を含む。
【００１０】
米国特許US-A-5,578,349号（特許文献３）は、ディーゼルエンジンにおいて代替燃料の燃焼によって生じた腐食性環境条件からグロープラグを保護するため、均一に接着した酸化タンタル保護層をセラミックグロープラグの一部に適用する方法に関する。コーティングは、プラズマスプレー蒸着法によって、窒化ケイ素グロープラグに酸化タンタルを蒸着することによって実施される。
【００１１】
国際公開WO-A-2006/131010号（特許文献４）は、骨に少なくとも部分的に挿入する、構造化または多孔質表面を有するセラミックインプラント、特に歯科インプラントに関する。特に有利な多孔質表面は、少なくともその領域を塩融解物中で修飾した場合に得られる。これらの優れた骨結合特性は、任意に先の融除表面修飾の後、表面を、少なくとも骨および／または軟組織に接触する領域を塩融解物中で表面修飾する方法において、もたらされ得る。
【００１２】
ジャーナル・オブ・オーラル・リハビリテーション(Journal of Oral Rehabilitation)、2001年、28巻；95-101頁（非特許文献１）において、S.キャネイ(Canay)らは、長石磁石の表面構造に対する、選択された表面処理の効果を測定する研究を報告している。種々の酸を用いた３種のエッチング処理を試験した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】独国特許出願公開第41 38 214号（DE-A-41 38 214）
【特許文献２】米国特許6,296,716号（US-A-6,296,716）
【特許文献３】米国特許5,578,349号（US-A-5,578,349）
【特許文献４】国際公開WO-A-2006/131010号
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】ジャーナル・オブ・オーラル・リハビリテーション(Journal of Oral Rehabilitation)、2001年、28巻；95-101頁、S.キャネイ(Canay)ら
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の一つの目的は、従来技術の欠点を回避するセラミック表面を提供することである。特に、セラミック表面は、医療用インプラントにおいて使用された場合、骨組織の成長および結合を可能にし、融合および治癒過程を向上させるものである。特に、セラミックインプラントの治癒時間（装着時間）を短縮させ、セラミックインプラントをより早く全負荷にさらすことができるようにするものである。別の目的は、セラミック表面の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の目的は、骨結合（オッセオインテグレーション）を向上させる表面を有するセラミック歯科インプラントの製造方法であって、このような表面を製造するために以下の製造工程が実施される方法によって達成される：
−  表面を有するセラミックブランクの製造工程；
−  ブラスト圧が1.5バール〜8バールであって、サンドブラストに使用するブラスト媒質の粒子サイズが30μm〜250μmである、サンドブラストによる処理に相当する、表面の表面粗度を生成する融除工程によって、セラミックブランクの表面の少なくとも一部領域を処理する工程；
−  続く、前記融除工程で処理されたセラミックブランクの表面の少なくとも一部領域の、化学処理工程；
−  続く、表面が前記の融除および化学処理に付されたブランクの、＞125℃の温度での熱処理工程。
【００１７】
本発明の方法に使用し得るブランクは、歯科インプラント等の形状等の規定の形状を有していればよいが、そうである必要はない。
【００１８】
本発明は、個々の方法工程の組み合わせに関連する材料に適当な、ナノ構造のマイクロトポグラフィーの製造を可能にする。化学処理は、表面のトポグラフィーおよび特性の調節に利用し得る自由度を広げる。熱による後処理は、いわゆる熱エッチングである、さらなるエッチング効果をもたらし、その結果、所望の特性を調節するために混合された酸化物は、結晶格子の結晶学的／エネルギー的に好ましい位置に拡散し、「鋭い」縁を有しないナノ構造表面を残し得る。これは、例えば酸化ジルコニウムに適用したが、ここでは、化学的エッチングの時間を調節することによって不要なフッ化ジルコニウムを形成しないマイクロトポグラフィーを達成し得る。一つの利点は、このような表面により、インプラントのより速い骨への生物学的融合が期待し得ることである。
【００１９】
セラミックブランクの製造は、例えば、焼結、特に雰囲気焼結および／または熱間等静圧プレス成形によって圧縮されたブランク前駆体を得る等静圧プレス成形等の成形法により実施される。雰囲気焼結に加えて、水素の存在下等、異なる種類の気体雰囲気下での焼結もまた、種々の特性を提供するために使用し得る。さらに、一軸加圧成形、セラミック射出成形および低圧射出成形を、ブランク前駆体の製造方法として使用し得る。セラミックブランクの製造に通常使用される酸化(oxidic)成分は、粉末化形態で形成工程に付される。関連する方法は、例えば、乾式プレス成形および等静圧プレス成形について、E.クルーズ(Kruse)らの、セラミック技術(Technologie der Keramik)-I、２巻：機械的方法(Mechanische Prozesse)（1982年）、および、熱間等静圧プレス成形について、J.クリーゲシュマン(Kriegesmann)の、セラミック材料(Keramische Werkstoffe)、3.6.3.0節；B.W.ホファー(Hofer)の、熱間等静圧プレス成形(Heisisostatisches Pressen)（1993年）に記載されている。次に、ブランク前駆体は、その強度が機械的表面処理方法に充分耐える場合は、表面処理してもよい。
【００２０】
酸化成分としては、特に、金属アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、セリウム、ハフニウム、マグネシウムの酸化物、および低比率では、鉄、ランタン、クロム、ストロンチウム、シリコン、カルシウムの酸化物も挙げられる。
【００２１】
本発明の方法に使用し得る粒子のサイズは、セラミック生産に通例である全てのサイズが使用し得るため、臨界的ではない。典型的には、粒子サイズは0.1μm〜3μmの範囲内であり、特に0.3μm〜1μmの範囲内である。
【００２２】
本発明の方法の一つの態様では、セラミックブランクは、この方法工程で、理論密度（100％細孔なし）の≧90％〜99.9％の密度に圧縮される。
【００２３】
前駆体ブランク製造の方法工程の後に得られる着色が望ましくない場合、いわゆる白熱焼成が推奨され得る。「白熱焼成」とは、熱間等静圧プレス成形の後、酸化雰囲気においてセラミックを焼結または焼純（アニーリング）することを意味する。調製されたセラミックブランクは、さらなる成形のため、融除方法によって処理し得る。融除方法としては、例えば、研削、フライス加工、レーザーアブレーション法および／または研磨を使用すればよい。
【００２４】
本発明の方法のさらなる工程において、上述の通りに調製され、任意に融除方法によって所望の形状としたセラミックブランクは、融除方法工程において、さらに処理される。セラミックブランクの表面を処理する機械的方法工程は、最終的には、セラミックブランクの表面の粗度をより高くする。骨に固定されおよび任意にインプラント頸部となるブランクの一部を粗面化することで充分である。
【００２５】
本発明の機械的方法工程としては、例えば、研削加工、フライス加工および／レーザーアブレーション法等の、材料ブラスティング法を使用すればよい。本発明の方法は、特に、コランダム、ダイヤモンド、炭化ケイ素等の硬質粒子を用いた材料ブラスティング法によって実施し得る。硬質粒子の粒子サイズは、1μm〜250μmであればよい。
【００２６】
サンドブラスティング法は、特に有用であることが分かっている。サンドブラスティングは、ブラスト圧が1.5バール〜8バール、さらにはブラスト媒質の粒子サイズまたはその状態によって2.5バール〜8バール、特に4バール〜6バールで実施し得る。特に、ブラスト媒質として、Al2O3を使用する。ブラスト媒質、特にAl2O3の粒子サイズは、30μm〜250μm、特に30μm〜130μmである。
【００２７】
本発明によれば、機械的処理の後、化学的処理を行う。本発明によれば、化学的処理は、例えば、フッ化水素酸、フッ化水素酸含有溶液、硝酸、硫酸および／または塩融解物を用いた処理によって、セラミックブランク表面をエッチングすることによって実施する。典型的には、該フッ化水素酸含有溶液は水中のHFである。米国特許US-A-6,969,688号には、溶媒およびハロゲン含有酸が記載されており、前記溶媒は少なくとも１つの以下の成分を含有する：H2O、アルコール、テトラヒドロフラン（THF）、硫酸（H2SO4）およびジメチルスルホキシド（DMSO）；および、少なくとも１つの以下の成分を含有するハロゲン含有酸：HF、HBr、HIおよびHClO4。
【００２８】
本発明の方法におけるエッチング剤としては、塩融解物として、例えば、国際特許WO-A-2006/131010号に記載されたものを使用すればよい。この方法の第一の好ましい態様では、塩融解物は、アルカリおよび／またはアルカリ土類硝酸塩、アルカリおよび／またはアルカリ土類水酸化物またはアルカリおよび／またはアルカリ土類ハロゲン化物、またはこのような塩の混合物の、塩融解物である。塩融解物は、少なくとも１つの水酸化物、特にアルカリおよび／またはアルカリ土類水酸化物を含んでいればよい。（共融）塩融解物として、１つまたはいくつかの水酸化物、特に１つまたはいくつかのアルカリおよび／またはアルカリ土類水酸化物のみよりなるものを使用してもよい。混合物は、２成分、３成分またはさらに多成分であり得る。特に、水酸化カリウムおよび／または水酸化ナトリウムおよび／または水酸化リチウム等の、本質的にアルカリ水酸化物よりなる塩融解物が使用される。エッチング活性を調節するため、または、融解温度を調節するため、少量の成分である他の塩または他の添加物が、典型的には5％未満、さらには2％未満の範囲で、さらに存在していてもよい。
【００２９】
例えば、水酸化カリウムと水酸化ナトリウムの、２成分の塩融解物を使用してもよいが、この２成分は2：1〜0.5：1の割合で、特に1.5：1〜0.75：1の範囲内で存在する。特に上述の成分から成る、このような２成分の塩融解物を用いて、例えば、100〜600℃の範囲内の温度、特に150〜250℃の範囲内の温度で、方法を実施する。
【００３０】
例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムおよび水酸化リチウムの、３成分の塩融解物もまた有用であることが分かるが、これらの３成分は、10〜20：4〜10：0.5〜2の範囲内の割合で、特に14：6：1の範囲内の割合で使用される。このような３成分の塩融解物を用いて、100〜400℃の温度で、特に150〜250℃の範囲内の温度で、方法を実施すればよい。
【００３１】
一般的に、塩融解物は、典型的には80〜1300℃の範囲内の温度で、特に150〜600℃の範囲内の温度で使用し得ると言えるかもしれない。
【００３２】
少なくとも特定の領域において、処理される表面は、例えば溶液の形態の塩融解物に、10分〜300時間または10〜100時間、特に25〜35時間の期間にわたって接触させられる。しかし、得られる結果によっては、他の期間、好ましくは少なくとも1時間という期間も使用してもよい。
【００３３】
ブランクをエッチング媒体に接触させる期間を用いて、例えば、表面の状態を調節し得る。従って、フッ化水素酸等のフッ素含有酸が短期間作用する場合、顕著な量のフッ化ジルコニウムの形成は抑制される。必要に応じて、部分領域は、例えばエッチング剤との接触を避けるか、このような部分領域の表面を、例えばワックス、PE、PP等のエッチング剤との接触に耐える物質で覆うことによって、エッチングから除外し得る。
【００３４】
セラミックブランク表面の機械的および化学的処理の後、本発明の方法は、熱処理を提供する。熱処理は、典型的には、900℃〜1500℃、特に1200℃〜1400℃の温度で実施する。
【００３５】
本発明によれば、方法は、例えば酸化雰囲気下で実施する。所望の終了温度での保持時間は、特に、1時間〜5時間である。
【００３６】
熱処理は、機械的および化学的処理の後に実施するが、ここで本発明の方法の工程は、セラミックブランクの製造方法の後に実施し得る。機械的加工は、熱間等静圧プレス成形の前に実施することができ、その後、本発明の方法による機械的加工および化学的処理を行うことができる。熱処理は、熱間等静圧プレス成形と同時でもよい。また、ブランクの製造および表面の修飾は、熱間等静圧プレス成形と白熱焼成との間に実施すればよい。従って、白熱焼成は、最終の熱処理と同一であろう。
【００３７】
また、本発明は、本発明の方法によって得ることができる表面を有するセラミック体に関する。本発明のセラミック体は、機械的処理によって導入される微細構造表面、およびナノ構造表面の重層として解釈され得る唯一の面を有する。典型的には、表面の粗度（Ra）値は、0.5μm〜2.5μmの範囲内、特に0.9μm〜1.8μmの範囲内である。
【００３８】
本発明のセラミック体は、例えば、医療インプラントとして設計された形状で使用すればよい。特に、歯科インプラント、エンドプラスト（体内人工装着物）、骨釘、骨ねじ（皮質ねじ）および板等の装置に言及し得る。本発明のセラミック体は、触媒支持材、フィルターおよび吸着材料等の、活性表面として使用してもよい。
【００３９】
本発明の方法によって形成される粗度は、ホンメル(Hommel)テスター T8000表面粗度測定装置（半径2μm、開口角60°のダイアモンドチップを有するキャリパー）を用いて規定した。測定したRa値は、0.5μm〜2.5μmの範囲内、特に0.9μm〜1.8μmの範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図1aおよび1bは、それぞれ、倍率2000×および10,000×で得られた表面を示す。
【図２】図2aおよび2bは、それぞれ、倍率2000×および10,000×で得られた表面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明をさらに具体的に説明する。
【００４２】
実施例１：
サンプル3Y-TZP-Aを1350℃で予備焼結し、続いて、その表面を、6バールの圧力下、ブラスティング間隔4cmで、130μmのコランダム粉末でサンドブラストした。サンプルを清浄した後、38〜40％フッ化水素酸中で8時間、エッチングした。最後に、サンプルに水をかけ、乾燥し、1500℃で1時間、再焼結した。
【００４３】
ホンメル(Hommel)テスター T8000表面粗度測定装置およびダイアモンドチップ（半径2μm、開口角60°）を有するキャリパーを用いて、得られた表面の粗度を測定した（DIN EN ISO 4287）。測定速度は0.15mm/秒であった。
Ra = 2.11μm; Rz = 15.56μm; Rt = 19.43μm, および Rmax = 18.51μm
【００４４】
図1aおよび1bは、それぞれ、倍率2000×および10,000×で得られた表面を示す。
【００４８】
実施例２：
サンプルY-TZP-Aを1500℃で予備焼結し、続いて、その表面を、6バールの圧力下、ブラスティング間隔4cmで、50μmのコランダム粉末でサンドブラストした。サンプルを清浄した後、38〜40％フッ化水素酸中で1時間、エッチングした。最後に、サンプルに水をかけ、乾燥し、1400℃で1時間、再焼結した。
【００４９】
ホンメル(Hommel)テスター T8000表面粗度測定装置およびダイアモンドチップ（半径2μm、開口角60°）を有するキャリパーを用いて、得られた表面の粗度を測定した（DIN EN ISO 4287）。測定速度は0.15mm/秒であった。
Ra = 0.935μm; Rz = 6.786μm; Rmax = 7.803μm
【図１】
0005632742.tif 000002