(57)【要約】  本発明は、着色される手術用器具の摩耗耐性を改善する方法に関し、この器具は、基体として真空耐性を有する材料を有し、基体が真空コーティング工程において、薄いチタン層で被覆され、かつコーティングされた表面が陽極酸化を受ける方法に関する。この方法は、真空コーティング工程の枠内で、少なくとも基体の一部分が、チタン層での被覆前に、摩耗保護を改善する硬質材料層でコーティングされることを特徴とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
着色される手術用器具の摩耗耐性を改善する方法であって、前記器具は基体として真空耐性を有する材料を有し、前記基体が酸化チタン層で被覆される方法において、真空コーティング工程の枠内で、少なくとも前記基体の一部分が、酸化チタン層での被覆前に、摩耗保護を改善する硬質材料層でコーティングされることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記酸化チタン層の製造工程は、真空コーティング設備中での気相からの析出工程を含み、この析出工程中で、
酸化チタンは、スパッタされたもしくは蒸発させられたチタンを用いて、かつ、酸素を反応性ガスとして利用して反応析出され、または、
気相析出の枠内で、薄いチタン層が前記基体上に析出され、チタンでコーティングされた表面が、陽極酸化を受ける
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記硬質材料層は、少なくとも１つの金属および／または少なくとも１つの合金の窒化物および／または酸化物を用いて形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記窒化物および／または酸化物は、チタンおよび／またはクロムで形成された窒化物および／または酸化物であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記硬質材料層は、窒化クロム層を用いて、好ましくはマグネトロンスパッタリングを用いて形成されることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記硬質材料層は、窒化チタン層を用いて、好ましくはアーク蒸発を用いて形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記硬質材料層は、少なくとも１．５μｍの厚さで、最大２０μｍの厚さで塗布され、好ましくは２μｍ〜５μｍの間の厚さで塗布されることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
チタン層が析出される場合には、前記チタン層は、少なくとも１μｍの厚さで、好ましくは２μｍ〜１０μｍの厚さで、好ましくは前記硬質材料層の上に直接塗布されることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記基体上での前記硬質材料層の固着を改善するために、基体と硬質材料層との間に、好ましくはクロムからなる固着層を設けることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記硬質材料層は、傾斜層として塗布され、これにより、酸化チタン層または必要な場合チタン層への漸次的な移行が実現されることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
基体と酸化チタンコーティング部とを備えた手術用器具において、前記基体と前記酸化チタンコーティング部との間に硬質材料層が設けられていることを特徴とする手術用器具。
【請求項１２】
前記硬質材料層の厚さは、２μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１０に記載の手術用器具。
【請求項１３】
前記硬質材料層は、窒化チタンおよび／または窒化クロムを含むことを特徴とする請求項１０および１１のいずれか１項に記載の手術用器具。
【請求項１４】
前記基体と前記硬質材料層との間に、固着層、好ましくはクロム層が設けられていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の手術用器具。
【請求項１５】
前記硬質材料層は、傾斜層として塗布され、これにより、酸化チタン層への漸次的な移行が実現されていることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の手術用器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、着色されるないし着色されるべき手術用器具の摩耗耐性を改善する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
色付きの手術用器具は、非常に一般的である。着色により、例えば、器具とインプラントとの間での明確な関連付けを行うことができる。様々な器具間でも、これらの色が異なる場合、より良く区別を行うことができる。通常、色陽極酸化によって達成される着色の主たる目的は、外科手術前および外科手術中におけるインプラントの識別（色によるサイズマーキング）である。この応用には、なかんずく、歯科用インプラントも整形外科インプラントも、また、骨接合製品（例えば、ねじ、プレートまたは器具）も含まれる。副次的効果として、着色は、チタン合金からアルミニウムイオンおよびバナジウムイオンが放出されるのも阻止する。
【０００３】
ＤＥ  １９８  ０９  ９３２号からは、真空耐性があり、高温に強いプラスチック製または鋼鉄製の手術用器具を着色する方法が公知である。この器具は、この文献によれば、公知の様式の真空設備中で、２μｍ〜１０μｍの厚さの薄いチタン層でコーティングされる。これに続いて、このコーティングは、陽極酸化により、ナノメートルの領域の層厚で、その表面が酸化される。このために、器具は、例えば１．８％のクエン酸を含有する電解液中に保持され、酸化されるべき部分は、アノードとして接続される。チタン薄板が、カソードとして機能しうることも記載されている。ＤＥ  １９８  ０９  ９３２号中では、その後、最大１３０ボルトの直流電圧が電極に印加され、この直流電圧の大きさが、達成可能な色に影響を与える。１００ｍＡ〜２００ｍＡの桁範囲での電流密度では、チタン層の表面が陽極酸化され、これが、５０ｎｍ〜２５０ｎｍの桁範囲での層厚になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述の手術用器具は、従来、摩耗に対しては保護されていないが、この理由は、この器具で取り扱われるべき有機材料が大概柔らかく、インプラントは、大概、その製造時にその完成した形態を失うからである。それにもかかわらず、従来技術で着色された手術用器具は、短時間後にすでに、斑状の変色を示し、このような器具を使用すると、少なくとも患者には疑念を呼び起こす。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、上述の消耗の現象を回避し、または、少なくとも時間的にこの消耗の現象を遅らせうる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、この目的は、請求項１による方法および請求項９による手術用器具により達成される。従属請求項では、様々な好適な実施形態が記載されている。
【０００７】
本発明者らにとって驚きであったが、本発明者らは、斑現象は摩耗現象であると見出すことができた。おそらく手術における性急な日常で、以前に考えられていたよりもしばしば、例えば、器具を容器から取り出す際にまたは容器に入れる際に、器具は容器の角にぶつかり、傷む。時には、この種の器具を落としてしまい、この落下により、著しい衝撃を受ける。
【０００８】
酸化チタン層を担持する基部がこの酸化チタン層に十分な安定性を与えない場合、この層が壊れ、上述のような斑が生じうる。とりわけ、ＤＥ  １９８  ０９  ９３２号中に記載されたような薄いチタン層は、陽極酸化により生じる酸化チタン層に対して十分な安定性を仲介することができない。これとは異なり、本発明での方策は、安定化作用がある。すなわち、基体と酸化チタン層との間に硬質材料層を設けることにより、酸化チタン層に十分な支えを与えるために、酸化チタン層の土台は十分な安定性を得る。
【０００９】
例えば陽極酸化により酸化チタン層を生成可能であるように、酸化チタン層の下方に、金属チタン層が設けられている場合、硬質材料層は、基体と金属チタン層との間に設けられている。ただし、この金属チタン層は、薄い層であるべきである。
【００１０】
本発明では、「薄い」とは、２０μｍを上回らない層が該当する。２０μｍより厚いチタン層厚では、チタンの硬度が比較的小さいことにより悪影響を及ぼし、その結果、酸化チタン層を安定化させる固着層が、その効果を失ってしまう。
【００１１】
しかし、金属チタン層の使用を排除する医療応用も存在する。この場合には、酸化チタン層を製造するために、陽極酸化を行うことは選択肢にはない。しかし、真空コーティング法、とりわけＰＶＤ法により、この種の酸化チタン層を直接実現するという可能性が存在する。とりわけ適しているのは、反応性スパッタリングとして知られているＰＶＤ法であり、この場合、イオン放射により、チタンターゲットから材料が打ち出され、これが反応性ガスと反応する。この場合、反応性ガスは酸素を含み、その結果、コーティングされるべき基体上に、所望の酸化チタン層が形成される。この種の方法の利点は、とりわけ、基体と酸化物層との間に金属チタン層を設ける必要がないという点にある。
【００１２】
金属チタン層が所望される場合でさえも、酸化チタン層を生成するためにスパッタ方法を用いることも可能であり有利であるが、この理由は、なかんずく、このスパッタ方法を、まず反応性ガスなしに行うことができ、その結果、まず金属チタン層が基体上に堆積するからである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の好適な実施形態の説明は、本発明の詳細な説明に役立つ。例として、本発明で処理される手術用鉗子について説明する。この場合、鉗子本体の表面をまず清浄化すると有利であるが、この理由は、接着を確実にするために、層と基体との間の境界面を可能な限り、汚染物質がないようにすべきであるからである。例えば鋼鉄を使用する場合、しばしば、鋼鉄表面に酸化クロム層が形成されるが、これは、真空コーティング以前に除去すべきである。これは、適切な方法により行われうるが、例えば、アルゴン水素プラズマ中でのＤＣまたはＲＦスパッタにより行われる。手術用鉗子は、その後、真空コーティング設備中で、気相のコーティング（ＰＶＤ＝物理的気相成長法）を用いて、まず、固着層としての０．５μｍの厚さのクロム層でコーティングされる。同じコーティング設備中で、かつ真空破壊することなく、続いて、クロムであるマグネトロンターゲットをスパッタすることにより、かつ反応性ガスとして窒素をチャンバ中に送り込むことにより、３μｍの厚さの窒化クロム層が塗布される。同様に、同じコーティング設備中で、かつ真空破壊することなく、続いてチタンターゲットをスパッタし、これに応じて５μｍの厚さのチタン層を塗布する。
【００１４】
このようにコーティングされた鉗子は、続いて、上記のＤＥ１９８  ０９  ９３２号中に記載された方法と同様の方法で、陽極酸化を受ける。１０ｎｍ〜２５０ｎｍの酸化物層厚が有意義である。鉗子は、使用者が望む色を有する。チタン層の下にある硬質材料層がゆえに、この色は、日々の手術において生じる衝撃にさらされた場合でも局所的に維持され続ける。
【００１５】
第２の実施形態では、窒化クロム層に代わって、窒化チタン層がアーク蒸発により塗布される。この場合は、コーティングプロセス中で、窒素の供給を連続的におよび／または段階的に変化させることができ、とりわけ低減させることができ、これにより、傾斜層を生成することができ、この層の終端では窒素がもはや存在しない。これにより、チタン層への良好な移行が行われる。
【００１６】
ＣｒＮを用いた場合にも、傾斜を実現することができ、これにより、チタンへの移行を実現しうる。しかし、このためには、通常、２つのターゲット（ＣｒとＴｉ）を平行に延在させ、Ｃｒのスパッタ出力を窒素流と並行して低減させることが必要となる。これは可能であるが、しかし、技術的にはややコスト高となる。
【００１７】
本発明のさらなる実施形態によれば、上述のように、クロム固着層と窒化クロム硬質材料層とを、鉗子本体上に塗布する。続いて、チタンターゲットからスパッタされ、反応性ガス（これは酸素を含み、好ましくは、実質的に酸素からなる）を添加する場合、鉗子本体上に、酸化チタン層が析出される。
【００１８】
基体材料の固有の硬度が高く、酸化チタンが基体上に十分に固着する場合には、場合によっては硬質材料層を省きうる点に留意すべきである。
【００１９】
着色される手術用器具の摩耗耐性を改善する方法であって、この器具は、基体として真空耐性を有する材料を有し、この基体が真空コーティング工程で薄いチタン層で被覆される方法であって、コーティングされた表面が陽極酸化を受ける方法を開示した。あるいは、真空コーティング設備中で、酸化チタン層を気相から反応析出により製造することが可能であり、その結果、陽極酸化と、場合によってはチタン層も省くことができる。この方法は、真空コーティング工程の枠内で、少なくとも基体の一部分が、酸化チタン層での被覆前に、摩耗保護を改善する硬質材料でコーティングされることを特徴としている。
【００２０】
硬質材料は、少なくとも１つの金属および／または少なくとも１つの合金の窒化物および／または酸化物を用いて形成されることができる。
【００２１】
窒化物および／または酸化物は、チタンおよび／またはクロムで形成された窒化物および／または酸化物であることができる。
【００２２】
硬質材料層は、窒化クロム層を用いて、好ましくはマグネトロンスパッタリングを用いて形成されることができる。
【００２３】
硬質材料層は、窒化チタン層を用いて、好ましくはアーク蒸発を用いて形成されることができる。
【００２４】
硬質材料層は、少なくとも１．５μｍの厚さで、かつ最大２０μｍの厚さで塗布され、好ましくは２μｍ〜５μｍの間の厚さで塗布される。
【００２５】
チタン層は、少なくとも１μｍの厚さで、好ましくは２μｍ〜１０μｍの厚さで、好ましくは硬質材料層の上に直接塗布されることができる。
【００２６】
基体上での硬質材料層の固着を改善するために、基体と硬質材料層との間に、好ましくはクロムからなる固着層を設けることができる。
【００２７】
基体とチタンコーティング部とを備えていて、外側層が酸化物層を含む手術用器具であって、基体とチタンコーティング部との間に硬質材料層が設けられている手術用器具を開示した。
【００２８】
好ましくは、硬質材料層の厚さは、２μｍ〜１０μｍであることができ、かつ窒化チタンおよび／または窒化クロムを含むことができる。
【００２９】
基体と硬質材料層との間に、固着層、好ましくはクロム層が設けられていることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、例として、酸化チタン層が着色を行う例に基づいて説明を行った。この種の層は好適ではあるが、しかし、酸化ジルコニウム（例えば、ＺｒＯ）および／または酸化ニオブ（例えば、Ｎｂ２Ｏ）によっても同様の結果が達成可能である。さらに、交互層系（酸化チタンおよび／または酸化ジルコニウムおよび／または酸化ニオブを備えた層系）を構築することも可能で、これにより、層間の相互作用に基づき、特別な色の印象を得ることができる。
【国際調査報告】
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