(57)【要約】【課題】磁化率が低く、かつ機械的特性に優れた生体用合金の提供。【解決手段】生体用合金は、主成分としてのＺｒと、０．１質量％以上２５質量％以下のＮｂと、０．１質量％以上２５質量％以下のＭｏと、０．１質量％以上２５質量％以下のＴａとを含有する。この合金におけるＮｂ、Ｍｏ及びＴａの合計含有率は、２質量％以上５０質量％以下である。この合金の質量磁化率は、１．５０×１０−６ｃｍ３／ｇ以下である。この合金のヤング率は、１００ＧＰａ以下である。この合金から、種々の生体埋設物及び医療機器が製造されうる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分としてのＺｒと、０．１質量％以上２５質量％以下のＮｂと、０．１質量％以上２５質量％以下のＭｏと、０．１質量％以上２５質量％以下のＴａとを含有する生体用合金。
【請求項２】
Ｎｂ、Ｍｏ及びＴａの合計含有率が２質量％以上５０質量％以下である請求項１に記載の生体用合金。
【請求項３】
０．５質量％以上２５質量％以下のＮｂと、０．１質量％以上２５質量％以下のＭｏと、１．０質量％以上１５質量％以下のＴａとを含有する請求項１又は２に記載の生体用合金。
【請求項４】
１２質量％以上１６質量％以下のＮｂと、０．５質量％以上５質量％以下のＭｏと、３質量％以上１２質量％以下のＴａとを含有する請求項１から３のいずれかに記載の生体用合金。
【請求項５】
Ｍｏの含有率ＰＭｏ（質量％）とＴａの含有率ＰＴａ（質量％）との比（ＰＭｏ／ＰＴａ）が、１／２０以上１／３以下である請求項１から４のいずれかに記載の生体用合金。
【請求項６】
質量磁化率が１．５０×１０−６ｃｍ３／ｇ以下である請求項１から５のいずれかに記載の生体用合金。
【請求項７】
ヤング率が１００ＧＰａ以下である請求項１から６のいずれかに記載の生体用合金。
【請求項８】
その材質が請求項１から７のいずれかに記載の生体用合金である医療用品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体埋設物、医療機器等の医療用品と、これらの医療用品に適した合金とに関する。
【背景技術】
【０００２】
頭蓋骨、頬骨、顎骨等が部分的に欠損した患者に対し、人工骨による治療が行われている。人工骨は生体に埋め込まれ、欠損部を補填する。歯を喪失した患者に対し、人工歯根による治療が行われている。人工歯根は、顎の骨に埋め込まれる。人工骨及び人工歯根は、インプラントと称されている。インプラント以外にも、脳動脈クリップ、心臓人工弁、血管内ステント、骨折した骨の固定板等が、生体に埋め込まれる。
【０００３】
これらの生体埋設物を体内に有する患者に対して磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）による画像診断がなされたとき、画像における生体埋設物の周辺にアーチファクトと呼ばれる偽像が生じることがある。アーチファクトは、画像診断の精度を損なう。
【０００４】
ＭＲＩによる診断のとき、種々の医療機器が用いられる。この医療機器が原因で、画像にアーチファクトが生じることがある。このアーチファクトも、画像診断の精度を損なう。
【０００５】
アーチファクトは、ＭＲＩによる診断時の強磁場が原因で発生する。生体埋設物、医療機器等の医療用品に、磁化率の低い材料が使用されれば、アーチファクトは抑制されうる。特開２０１０−７５４１３公報には、Ｚｒと、Ｚｒ以外の主遷移金属とを含む生体用合金が開示されている。具体的には、この公報には、３質量％以上１２質量％以下のＮｂを含み、残部がＺｒである合金が開示されている。この合金の磁化率は低いので、この合金はアーチファクトを抑制しうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−７５４１３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開２０１０−７５４１３公報に開示された合金の機械的特性は、十分ではない。本発明の目的は、磁化率が低くかつ機械的特性に優れた生体用合金の提供と、この合金が用いられた医療用品の提供とにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る生体用合金は、主成分としてのＺｒと、０．１質量％以上２５質量％以下のＮｂと、０．１質量％以上２５質量％以下のＭｏと、０．１質量％以上２５質量％以下のＴａとを含有する。
【０００９】
好ましくは、この合金におけるＮｂ、Ｍｏ及びＴａの合計含有率は、２質量％以上５０質量％以下である。
【００１０】
好ましくは、この合金は、０．５質量％以上２５質量％以下のＮｂと、０．１質量％以上２５質量％以下のＭｏと、１．０質量％以上１５質量％以下のＴａとを含有する。
【００１１】
好ましくは、この合金は、１２質量％以上１６質量％以下のＮｂと、０．５質量％以上５質量％以下のＭｏと、３質量％以上１２質量％以下のＴａとを含有する。
【００１２】
好ましくは、Ｍｏの含有率ＰＭｏ（質量％）とＴａの含有率ＰＴａ（質量％）との比（ＰＭｏ／ＰＴａ）は、１／２０以上１／３以下である。
【００１３】
好ましくは、この合金の質量磁化率は、１．５０×１０−６ｃｍ３／ｇ以下である。
【００１４】
好ましくは、この合金のヤング率は、１００ＧＰａ以下である。
【００１５】
他の観点によれば、本発明に係る医療用品の材質は、前述の合金である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る生体用合金の磁化率は、低い。この合金により、アーチファクトが生じにくい医療用品が得られうる。さらにこの合金により、機械的特性に優れた医療用品が得られうる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、Ｚｒ系合金の組成がｄ電子合金設計理論によって検討された結果が示されたグラフである。
【図２】図２は、引張試験に供される試験片が示された正面図である。
【図３】図３は、ビッカース硬さの測定のためのインゴットが示された正面図である。
【図４】図４は、ＸＲＤの結果が示されたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【００１９】
本発明に係る医療用品の材質は、生体用合金である。この生体用合金は、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ及びＴａを含有する。好ましくは、この合金の残部は、不可避的不純物である。
【００２０】
本発明者らは、ｄ電子合金設計理論を用い、Ｚｒ系合金の組成の検討を行った。ｄ電子合金設計理論は、合金元素の特徴を示すパラメータが求められ、これが用いられて合金組成が検討される方法である。この理論により、目的とされる機械的特性を有する合金組成が決定されうる。
【００２１】
図１は、Ｚｒ系合金の組成がｄ電子合金設計理論によって検討された結果が示されたグラフである。このグラフにおいて、矢印の方向は相の決定に寄与し、矢印の長さは相の安定性に寄与する。このグラフから、Ｎｂ、Ｍｏ及びＴａがＺｒ合金のβ相形成に寄与することが分かる。
【００２２】
Ｚｒは、本発明に係る生体用合金の主成分である。Ｚｒは、この合金に含まれる元素の中で、最も含有率が高い。Ｚｒの細胞毒性は、低い。しかも、Ｚｒは耐食性に優れるので、この合金が用いられた医療用品は生体内での耐久性に優れる。この合金におけるＺｒの含有率は４０質量％以上が好ましく、５０質量％以上が特に好ましい。
【００２３】
Ｎｂは、β相形成元素である。Ｎｂは、合金の磁化率の低下に寄与する。この合金は、ＭＲＩによる診断におけるアーチファクトを抑制しうる。Ｎｂは、Ｚｒと全率固溶体を形成しうる。従ってＮｂは、合金において均一に分布しうる。この合金は、機械的特性に優れる。さらに、Ｎｂの細胞毒性は低い。
【００２４】
合金におけるＮｂの含有率は、０．１質量％以上２５質量％以下が好ましい。この含有率が０．１質量％以上である合金は、アーチファクトを抑制しうる。さらに、この含有率が０．１質量％以上である合金は、医療用品の機械的特性に寄与しうる。これらの観点から、この含有率は０．５質量％以上がより好ましく、１２質量％以上が特に好ましい。この含有率が２５％以下である合金は、アーチファクトを抑制しうる。この観点から、この含有率は２０質量％以下がより好ましく、１６質量％以下が特に好ましい。
【００２５】
Ｍｏは、β相形成元素である。Ｍｏは、合金の磁化率の低下に寄与する。この合金は、ＭＲＩによる診断におけるアーチファクトを抑制しうる。Ｍｏは、合金の機械的特性に寄与する。さらに、Ｍｏの細胞毒性は低い。
【００２６】
合金におけるＭｏの含有率は、０．１質量％以上２５質量％以下が好ましい。この含有率が０．１質量％以上である合金は、アーチファクトを抑制しうる。さらに、この含有率が０．１質量％以上である合金は、医療用品の機械的特性に寄与しうる。これらの観点から、この含有率は０．８質量％以上がより好ましく、１．０質量％以上が特に好ましい。この含有率が２５％以下である合金は、アーチファクトを抑制しうる。この観点から、この含有率は１０質量％以下がより好ましく、５質量％以下が特に好ましい。
【００２７】
Ｔａは、β相形成元素である。Ｔａは、ω相の形成も促す。Ｔａは、合金の磁化率の低下に寄与する。この合金は、ＭＲＩによる診断におけるアーチファクトを抑制しうる。Ｔａは、Ｚｒと全率固溶体を形成しうる。従ってＴａは、合金において均一に分布しうる。この合金は、機械的特性に優れる。さらに、Ｔａの細胞毒性は低い。
【００２８】
合金におけるＴａの含有率は、０．１質量％以上２５質量％以下が好ましい。この含有率が０．１質量％以上である合金は、アーチファクトを抑制しうる。さらに、この含有率が０．１質量％以上である合金は、医療用品の機械的特性に寄与しうる。これらの観点から、この含有率は１．０質量％以上がより好ましく、３質量％以上が特に好ましい。この含有率が２５％以下である合金は、アーチファクトを抑制しうる。この観点から、この含有率は１５質量％以下がより好ましく、１２質量％以下が特に好ましい。
【００２９】
合金における、Ｎｂ、Ｍｏ及びＴａの合計含有率は、２質量％以上５０質量％以下が好ましい。合計含有率がこの範囲内である合金では、大きな引張強さ、大きな破断伸び、小さなヤング率及び小さな磁化率の全てが達成されうる。この観点から、合計含有率は１０質量％以上がより好ましく、１５質量％以上が特に好ましい。合計含有率は４０質量％以下がより好ましく、３５質量％以下が特に好ましい。
【００３０】
図１のグラフから、β相の安定性にはＭｏの寄与度が大きくかつＴａの寄与度が小さいことが分かる。従って、合金におけるＭｏの含有率ＰＭｏ（質量％）よりもＴａの含有率ＰＴａ（質量％）が大きいことが好ましい。比（ＰＭｏ／ＰＴａ）は１／２０以上１／３以下が好ましく、１／１５以上１／４以下がより好ましく、１／１０以上１／５以下が特に好ましい。
【００３１】
合金が、少量の他の元素を含んでもよい。他の元素として、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｋ、Ｃａ及びＭｎが例示される。他の元素の合計含有率は１０質量％以下が好ましく、５質量％以下がより好ましく、１．０質量％以下が特に好ましい。
【００３２】
合金の質量磁化率は、１．５０×１０−６ｃｍ３／ｇ以下が好ましい。質量磁化率がこの範囲内である合金は、アーチファクトを抑制しうる。この観点から、質量磁化率は１．４５×１０−６ｃｍ３／ｇがより好ましく、１．４０×１０−６ｃｍ３／ｇが特に好ましい。質量磁化率の測定には、円柱状の試験片が供される。この試験片では、底面の直径は３ｍｍであり、高さは２５ｍｍである。測定は、手動型磁気天秤（Ｓｈｅｒｗｏｏｄ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社の「ＭＳＫ−ＭＫＩ」）によってなされる。印加磁場は、０．３５Ｔである。
【００３３】
合金のヤング率は、１００ＧＰａ以下が好ましい。ヤング率がこの範囲内である合金によって例えば骨折固定具、人工関節ステム等が得られた場合、応力遮蔽による骨吸収が、低減されうる。この観点から、ヤング率は８０ＧＰａ以下がより好ましく、７０ＧＰａ以下が特に好ましい。ヤング率は、１０ＧＰａ以上が好ましく、２０ＧＰａ以上が特に好ましい。ヤング率の測定には、円柱状の試験片が供される。この試験片では、底面の直径は３ｍｍであり、高さは５２ｍｍである。測定は、自動共振式弾性率測定装置（日本テクノプラス社の「ＪＥ２−Ｃ１」）によってなされる。
【００３４】
合金の引張強さは、６００ＭＰａ以上が好ましい。引張強さが６００ＭＰａ以上である合金から、耐久性に優れた医療用品が得られうる。この観点から、引張強さは７００ＭＰａ以上がより好ましく、７５０ＭＰａ以上が特に好ましい。引張強さは、引張試験によって測定される。この引張試験には、図２に示された形状の試験片２が供される。この試験片２は、アルゴンアーク遠心鋳造法によって得られる。この鋳造法では、チャンバーの内圧が１．２×１０−１Ｐａ以下とされた後、このチャンバーに純度が９９．９％以上のアルゴンガスが注入され、内圧が０．０６ＭＰａとされる。このチャンバー内で、鋳造が行われる。引張試験は、精密万能材料試験機（島津製作所社の「ＡＧ−２０００Ｂ」）によってなされる。試験時の初期歪み速度は、１．３×１０−３である。
【００３５】
合金の０．２％耐力は、５５０ＭＰａ以上が好ましい。０．２％耐力が５５０ＭＰａ以上である合金から、耐久性に優れた医療用品が得られうる。この観点から、０．２％耐力は６５０ＭＰａ以上がより好ましく、７００ＭＰａ以上が特に好ましい。０．２％耐力は、前述の引張試験によって測定される。
【００３６】
合金の破断伸びは、５％以上が好ましい。破断伸びが５％以上である合金から、耐久性に優れた医療用品が得られうる。この観点から、破断伸びは８％以上がより好ましく、１０％以上が特に好ましい。破断伸びは、前述の引張試験によって測定される。
【００３７】
合金のビッカース硬さは、１６０以上が好ましい。ビッカース硬さが１６０以上である合金から、耐久性に優れた医療用品が得られうる。この観点から、ビッカース硬さは１８０以上がより好ましく、２００以上が特に好ましい。ビッカース硬さの測定では、図３に示された形状のインゴット４から、高さが１．５ｍｍの３つの円盤６が切り出される。この円盤６の断面において、ビッカース硬さが測定される。無作為に抽出された１２点で測定が行われ、これらの結果が平均される。測定時の荷重は、３Ｎである。測定時の保持時間は、１５秒である。
【００３８】
本発明に係る医療用品には、生体埋設物及び医療機器が含まれる。この生体埋設物として、人工骨、人工歯根及び人工関節のようなインプラントが例示される。他の生体埋設物として、骨固定用プレート、骨接合用釘、骨接合用ネジ、髄内釘、結紮器（例えばクリップ）、縫合器（例えばステープラ）、人工関節、血管修復物（例えばステント）及び人工心臓弁が例示される。これらの生体埋設物を有する患者がＭＲＩによる診断を受けても、画像にアーチファクトが生じにくい。
【００３９】
医療機器として、医療用刀、医療用はさみ、医療用ピンセット、医療用匙、医療用鈎、医療用鉗子、医療用のこぎり、医療用のみ、医療用剥離子、医療用つち、医療用やすり、医療用てこ、医療用絞断器、注射針、穿刺針、医療用穿刺器、穿削器、穿孔器、医療用嘴管（例えばカテーテルガイドワイヤ）及び体液誘導管のような手術用品が例示される。これらの医療機器が用いられたＭＲＩによる診断では、画像にアーチファクトが生じにくい。
【００４０】
本発明に係る合金からの医療用品の製造方法として、塑性加工、鋳造及び焼結が例示される。塑性加工の例として、引抜加工及び押出加工が例示される。
【００４１】
本発明に係る合金の具体例として、Ｚｒ−１４Ｎｂ−１Ｍｏ−５Ｔａ及びＺｒ−１４Ｎｂ−１Ｍｏ−１０Ｔａが挙げられる。図４は、これらの合金のＸＲＤの結果が示されたグラフである。このグラフから、Ｚｒ−１４Ｎｂ−１Ｍｏ−５Ｔａではα相及びβ相が析出していることがわかる。このグラフから、Ｚｒ−１４Ｎｂ−１Ｍｏ−１０Ｔａではα相、β相及びω相が析出していることがわかる。このグラフから、Ｔａの含有率の上昇に伴い、α相が減少し、β相が増加し、かつω相が増加することが分かる。
【００４２】
Ｚｒ−１４Ｎｂ−１Ｍｏ−５Ｔａ及びＺｒ−１４Ｎｂ−１Ｍｏ−１０Ｔａの特性が、他の合金の特性と共に、下記の表１及び２に示される。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
【表２】
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【００４５】
表１及び２に示されているように、本発明に係る合金では、強度、小さなヤング率及び低い磁化率が達成されている。この合金は、医療用品に適している。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係る合金は、ＭＲＩによる診断のときに生体に対して適用される様々な物に適している。
【符号の説明】
【００４７】
２・・・引張試験の試験片
４・・・ビッカース硬さ測定用のインゴット
６・・・ビッカース硬さ測定用の円盤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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