(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、ＨＡｐの好ましいコーティング装置及び方法として、重要な条件である生体内において安定な膜でなければならないことであり、それにはＨＡｐの化学量論的組成に近く結晶性に優れ、又密着性が高いものであり、更に又ＨＡｐの解離が生じない低温プロセスであることでの点である。【解決手段】第１のレーザー、遅延回路によって第１のレーザーから遅れて照射する第２のレーザー、真空チャンバー、該真空チャンバー内に置かれるハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）ターゲット及び基板を含むものにおいて、第１のレーザーがハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）ターゲットへ照射した後、遅延回路によって遅れて第２のレーザーが前記基板へ照射するように構成されているレーザーによるコーティング装置及び方法に関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレーザー、遅延回路によって第１のレーザーから遅れて照射する第２のレーザー、真空チャンバー、該真空チャンバー内に置かれるハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）ターゲット及び基板を含むものにおいて、第１のレーザーがハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）ターゲットへ照射した後、遅延回路によって遅れて第２のレーザーが前記基板へ照射するように構成されていることを特徴とするレーザーによるコーティング装置
【請求項２】
前記第２のレーザーの照射は、第１のレーザーが照射された後、形成されたプルームが基板へ到達するときに実施される範囲であることを特徴とする請求項１記載のレーザーによるコーティング装置
【請求項３】
第１のレーザーによる照射手段によって、真空チャンバー内のＨＡｐターゲットを照射し、次いで遅延回路によって第１のレーザーから遅れて第２のレーザーによって、同真空チャンバー内のＴｉ基板を照射してハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）を基板へ形成することを特徴とするレーザーによるコーティング方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工骨、人工股関節、や人工歯根等に密着性及び結晶性が高いハイドロシアパタイトを基板上へレーザーによるコーティングする装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、骨や歯に含まれる無機成分であるハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）は、生体親和性が高いために生体代替材料として使用されている。しかし、単体では機械的強度が劣るので、高負荷を受け且つ組織との結合性を要する人工歯根や人工股関節等への応用には、ＨＡｐを十分な強度を持つ金属やセラミックスの表面にコーティングすることが行われている。
【０００３】
現在のこれらコーティング方法としては、Ca化合物とP化合物からの合成・熱処理によりＨＡｐ層を形成する化学的方法と、ＨＡｐを適宜な手段によって微粒化して再びＨＡｐとして形成する物理的方法がある。
化学的方法では、低温プロセスであるが、２つ目のプロセスとして熱処理によるＨＡｐへの結晶化を必要とし、ＨＡｐ以外の形成物が生成されてしまう欠点がある。物理的方法でも市販品の作成法で使用されるプラズマスプレイ法でさえ、最低でも２〜３千度のプラズマによって、ＨＡｐの剥離が生じてしまい、再形成されたＨＡｐは多孔質で密着性にも乏しくなる。その結果、生体内に長期間埋め込んだ場合、コーティング層の溶出、剥離などが起こってしまう。
【特許文献１】特開２００１-５２８０５
【特許文献２】特開２００１-５１３６８４
【特許文献３】特開平５-３３７１３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、HAｐの好ましいコーティング装置及び方法として、重要な条件である生体内において安定な膜でなければならないことであり、それにはＨＡｐの化学量論的組成に近く結晶性に優れ、又密着性が高いものであり、更に又ＨＡｐの解離が生じない低温プロセスであることでの点である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために本発明では、第１のレーザー、遅延回路によって第１のレーザーから遅れて照射する第２のレーザー、真空チャンバー、該真空チャンバー内に置かれるハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）ターゲット及び基板を含むものにおいて、第１のレーザーがハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）ターゲットへ照射した後、遅延回路によって遅れて第２のレーザーが基板へ照射するように構成されているレーザーコーティング装置を提供するものである。
【０００６】
更に、前記第２のレーザーの照射は、第１のレーザーが照射された後、形成されたプルームが基板へ到達するときに実施される範囲であるレーザーコーティング装置を提供する
【０００７】
第１のレーザーによる照射手段によって、真空チャンバー内のＨＡｐターゲットを照射し、次いで遅延回路によって第１のレーザーから遅れて第２のレーザーによって、同真空チャンバー内のＴｉ基板を照射してハイドロキシアパタイト（ＨＡｐ）を基板へ形成するレーザーによるコーティング方法を提供する
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、レーザーを使用して人工骨、人工股関節、人工歯根等のインプラント材表面にハイドロキシアパイトをコーティングすることで、密着性が高く及び結晶性が良好な薄膜を形成することができ、且つ生体内で安定した性質のものを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
密着性が高く結晶性を良好な薄膜を形成する目的をアシストレーザーの構成を設けることで実現したものである。
【実施例】
【００１０】
コーティング装置の構造は、図１に示すように、第１のＫｒＦエキシマレーザー４、アシストレーザーである第２のＡｒＦエキシマレーザー５、が設けられている。各レーザーから照射される真空チャンバー１内にはＴｉ基板２及びＨＡｐターゲット３が真空内に置かれている。真空を形成するためには、ロータリーポンプ１０が稼動する。
ＫｒＦエキシマレーザー４上には、反射鏡４０、平凸レンズ５０１が、アシストレーザーであるＡｒＦエキシマレーザー５上には、シリンドリカルレンズ５０が、それぞれ設けられている。
【００１１】
最初第１のＫｒＦエキシマレーザー４が照射されると、反射鏡４０を経てレーザー光が
ＨＡｐターゲット３上を照射する。加熱された結果、イオン化された粒子が飛び出してきてプルーム３０を形成する。プルーム３０は、高温の原子や粒子で、その成分はＣａやＰ等のイオンや原子、ＨＡｐの微粒子である。プルーム３０が、コーティングの為にＴｉ基板２に到着した後で、遅延回路６によって、アシストレーザーである第２のＡｒＦエキシマレーザー５を、シリンドリカルレンズ５０を経てTi基板２に向けて照射する。すると、プルーム３０がより高温となり、Ｔｉ基板上でＨＡｐのアニリング（焼鈍）が起こり再結晶化する。
図２に示されるように、第１及び第２のレーザー、そしてＨＡｐターゲット３、Ｔｉ基板２との関係が明確に示されている。
【００１２】
この遅延回路６は、ＫｒＦエキシマレーザー４が照射されて後に遅れて、ＡｒＦエキシマレーザー５が照射されるもので、その遅れの最も好ましいのは、プルーム３０がＴｉ基板２に到達した時である。これは時間的に到達時間のかなり経過した前後では、基板２上のＨＡｐ層は暖まっていないか又は冷却されているので、アニリングされない。つまり、第１のレーザーの照射と無関係になってしまう。そこで、冷却後は却って、アシストレーザーによりスパッタされてしまうことが実験で観察された。従って、アシストレーザーの最も好ましい照射時期は、第１のレーザーが照射されて、プルームが基板２に到達してコーティングの作用を行う時刻の範囲であることが好ましい。
【００１３】
図３に示すのは、Ｘ線回折による実験データであり、アモルファスと結晶形のもとの比較であって、遅延時間５μｓ後のものは、特定方向に強いピークが示されている。
即ち、結晶性が高い点については、Ｘ線回折によって理解される。結晶であるならば規則正しい格子面が存在するので、格子面に入射角θで入射したＸ線は同じ角度θで反射する。  従って、入射方向から測定すると、２倍の２θとなるので、結晶面であれば特定方向に強いピークを示すことになる。逆に、非晶質（アモルファス）であれば規則正しい格子面がないので、Ｘ線はランダムに反射してピークがあらわれない
図３に示すように、遅延時間で第２のレーザーを照射すると結晶性が高くなるのが知れる。
【００１４】
この関係を示した一実験例が図４に示されている。標準のＨＡｐ中のＣａ原子とＰ原子の化学量論的組成比のＣａ/Ｐは、１.６７示したものである。遅延時間が１０μｓ以下では標準となるＨＡｐ層と同じであるが、長くなると次第に化学量論的値からずれてくるのがわかる。従って、この場合には、遅延時間数μｓ（マイクロセコンド）の範囲内で第２のレーザーを照射すればよいのがわかる。
【００１５】
更に、Ｔｉ基板２表面の表面は、ミクロにみると堆積するアブレーション粒子の分子が一様でないため、温度も一様でなくムラが出来ている。粒子がＴｉ表面に到着した時点では、高温であり、更に第２のレーザーを照射すると基板の融点を越え表面は溶融する。上記理由により、溶融する場所にもムラが生じて表面は粗面となる。これは原子間力顕微鏡により観察して確認した。このために、ＨＡｐ膜に対して大きな表面積を有することとになり、密着性を良好とする。即ち、第２のレーザーであるアシストレーザで照射すると、ＨＡｐのコーティング層では剥離やクラックが生じない。この試験では、擬似生体液中に数日間試料を浸漬することで行っている。この様子は、図５に示されており、Ａで示した左側部分が第２のレーザーを照射した箇所、右側が照射しなかった箇所で、境界の左側では何の変化ないが、右側では剥離等が生じている。
【００１６】
なお、レーザーについては、上記実施例では、ＫｒＦエキシマレーザー４とＡｒＦエキシマレーザーとが例示したが、遅延回路を含めた照射条件が整えば他の波長の異なるレーザーであっても構わない。更に、Ｔｉ基板についても、本発明においてはこれに限定されない。各種の金属、合金、その酸化物であってもよく、例えば、Ｔｉ合金、サファイア（人工歯根に使用される）、バイオガラス等のものにも適用可能である。
【００１７】
以上、本発明は、上記のインプラント材の実施例として説明したが、この分野に限定されるものではなく、ＨＡｐ材を適用できる分野においても使用可能であり、又当業者によって容易に実施できる種々の変形が可能であり、それらも含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例である第１及び第２のレーザーによるコーティング装置を示す。
【図２】本発明の一実施例である使用している状況を示す。
【図３】本発明の一実施例におけるＸ線回折による遅延時間による変化を示す
【図４】本発明の一実施例におけ遅延時間と赤外線スペクトルの関係を示す
【図５】遅延時間による第２レーザーによる照射及び未照射したものを擬似生体液中に数日間浸したものを顕微鏡でみた面を示す
【符号の説明】
【００１９】
１        真空チャンバー 
２        基板
３        ＨＡｐターゲット
４        第１のレーザー
５        第２のレーザー
６        遅延回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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