(57)【要約】【課題】凹部を有する１次成形体を歩留りよく冷間静水圧プレスすることができる冷間静水圧プレス用収納材およびそれを用いた生体材料の製造方法を提供することである。【解決手段】引張強度が３５ＭＰａ以上であり、引張伸度が４００％以上である合成樹脂からなるとともに、厚さが５０〜２００μｍである、凹部を有する１次成形体の冷間静水圧プレス用収納材である。凹部を有する１次成形体を成形する工程と、成形された１次成形体を上述した収納材内に真空封入する工程と、次いで、１次成形体を収納材ごと冷間静水圧プレスし、２次成形体を成形する工程と、次いで、収納材の真空状態を解除して２次成形体を収納材から取出すとともに、取出した２次成形体を焼成し、生体材料を得る工程と、を含む生体材料の製造方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する１次成形体の冷間静水圧プレス用収納材であって、
引張強度が３５ＭＰａ以上であり、引張伸度が４００％以上である合成樹脂からなるとともに、
厚さが５０〜２００μｍであることを特徴とする冷間静水圧プレス用収納材。
【請求項２】
前記１次成形体が、金型プレス成形体、射出成形体または鋳込み成形体である請求項１記載の冷間静水圧プレス用収納材。
【請求項３】
前記合成樹脂が、熱可塑性樹脂である請求項１または２記載の冷間静水圧プレス用収納材。
【請求項４】
前記合成樹脂が、
熱可塑性ポリウレタン樹脂、
またはポリプロピレン樹脂層と、エチレン酢酸ビニル共重合体層と、直鎖状低密度ポリエチレン樹脂層とがこの順に積層されている３層構造からなる積層体である請求項１または２記載の冷間静水圧プレス用収納材。
【請求項５】
袋状である請求項１〜４のいずれかに記載の冷間静水圧プレス用収納材。
【請求項６】
凹部を有する１次成形体を成形する工程と、
成形された１次成形体を冷間静水圧プレス用収納材内に真空封入する工程と、
次いで、前記１次成形体を冷間静水圧プレス用収納材ごと冷間静水圧プレスし、２次成形体を成形する工程と、
次いで、前記冷間静水圧プレス用収納材の真空状態を解除して２次成形体を冷間静水圧プレス用収納材から取出すとともに、取出した２次成形体を焼成し、生体材料を得る工程と、を含み、
前記冷間静水圧プレス用収納材が、
引張強度が３５ＭＰａ以上であり、引張伸度が４００％以上である合成樹脂からなるとともに、
厚さが５０〜２００μｍであることを特徴とする生体材料の製造方法。
【請求項７】
前記生体材料が、人工骨頭、人工膝関節または人工股関節ソケットである請求項６記載の生体材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹部を有する１次成形体を冷間静水圧プレスする際に使用する収納材、およびそれを用いた生体材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレス成形の１つとして、静水圧を印加して成形する冷間静水圧プレス（Cold Isostatic Pressing：以下、「ＣＩＰ」と言うことがある。）が知られている。特許文献１には、ＣＩＰを利用してセラミックス焼結体を製造する方法として、以下の（ｉ）〜（iv）の工程が記載されている。
【０００３】
（ｉ）原料粉末を一軸加圧して生成形体を成形する。
（ii）成形された生成形体を、可撓性を有する合成樹脂製の収容袋に収容し、袋内部の圧力を大気圧以下に保持した状態で収容袋の開口部をヒートシールして密封する。
（iii）密封した収容袋を水中に浸漬し、静水圧を作用させて等方圧縮する（ＣＩＰ）。
（iv）ＣＩＰ後、生成形体を焼結し、セラミックス焼結体を得る。
【０００４】
特許文献１には、収容袋として、ナイロン層／ポリエチレン樹脂層の２層構造からなるものが記載されている。
しかし、このような収容袋は、上述した（iii）のＣＩＰ中に破損し易いという問題がある。ＣＩＰ中に収容袋が破損すると、生成形体の内部に水が浸入して品質が低下し、歩留りが低下する。
【０００５】
また、上述した（iii）の工程では、ＣＩＰにて圧縮後、徐圧したときに、生成形体の表面に密着している収容袋が生成形体の表面から離隔する方向に向かって復元する。このとき、生成形体の表面に負荷が加わる。
【０００６】
収容袋が上述したナイロン層／ポリエチレン樹脂層の２層構造からなる場合には、前記負荷が大きくなる傾向にある。生成形体の表面に凸部、段差および凹部等が形成されている場合にこのような負荷が加わると、凸部や段差は損傷し難いものの、凹部は損傷し易く、歩留りが低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−７３３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、凹部を有する１次成形体を歩留りよく冷間静水圧プレスすることができる冷間静水圧プレス用収納材およびそれを用いた生体材料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】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下の構成からなる解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
（１）凹部を有する１次成形体の冷間静水圧プレス用収納材であって、引張強度が３５ＭＰａ以上であり、引張伸度が４００％以上である合成樹脂からなるとともに、厚さが５０〜２００μｍであることを特徴とする冷間静水圧プレス用収納材。
（２）前記１次成形体が、金型プレス成形体、射出成形体または鋳込み成形体である前記（１）記載の冷間静水圧プレス用収納材。
（３）前記合成樹脂が、熱可塑性樹脂である前記（１）または（２）記載の冷間静水圧プレス用収納材。
（４）前記合成樹脂が、熱可塑性ポリウレタン樹脂、またはポリプロピレン樹脂層と、エチレン酢酸ビニル共重合体層と、直鎖状低密度ポリエチレン樹脂層とがこの順に積層されている３層構造からなる積層体である前記（１）または（２）記載の冷間静水圧プレス用収納材。
（５）袋状である前記（１）〜（４）のいずれかに記載の冷間静水圧プレス用収納材。
（６）凹部を有する１次成形体を成形する工程と、成形された１次成形体を冷間静水圧プレス用収納材内に真空封入する工程と、次いで、前記１次成形体を冷間静水圧プレス用収納材ごと冷間静水圧プレスし、２次成形体を成形する工程と、次いで、前記冷間静水圧プレス用収納材の真空状態を解除して２次成形体を冷間静水圧プレス用収納材から取出すとともに、取出した２次成形体を焼成し、生体材料を得る工程と、を含み、前記冷間静水圧プレス用収納材が、引張強度が３５ＭＰａ以上であり、引張伸度が４００％以上である合成樹脂からなるとともに、厚さが５０〜２００μｍであることを特徴とする生体材料の製造方法。
（７）前記生体材料が、人工骨頭、人工膝関節または人工股関節ソケットである前記（６）記載の生体材料の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、収納材の破損を抑制し、凹部を有する１次成形体をＣＩＰにて圧縮後、徐圧したときに収納材の復元によって２次成形体の表面に加わる負荷を小さくし、凹部を有する１次成形体を歩留りよくＣＩＰすることができるという効果がある。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜冷間静水圧プレス用収納材＞
本発明の冷間静水圧プレス用収納材（以下、「収納材」と言うことがある。）は、凹部を有する１次成形体をＣＩＰする際に使用するものである。本明細書において１次成形体の有する「凹部」とは、１次成形体のうち凹状に形成されている部位をいう。凹部の位置および形状は、１次成形体を収納材内に真空封入したとき、収納材が凹部の表面に密着可能な限り、特に限定されない。このような凹部を有する１次成形体としては、製品に近い形状に成形されている、いわゆるニアネット成形体であるのが好ましく、金型プレス成形体、射出成形体または鋳込み成形体であるのが好ましい。さらに、より製品に近い形状になるように１次成形体に加工を施してもよい。
【００１２】
収納材は、引張強度が３５ＭＰａ以上、好ましくは３５〜７０ＭＰａであり、引張伸度が４００％以上、好ましくは６００〜９００％である合成樹脂からなるとともに、厚さが５０〜２００μｍである。これにより、収納材の破損を抑制することができるとともに、ＣＩＰにて圧縮後、徐圧したときに収納材の復元によって２次成形体の表面に加わる負荷を小さくすることができる。
【００１３】
一方、引張強度が３５ＭＰａ未満であるか、厚さが５０μｍ未満であると、収納材の強度が低下し、収納材が破損し易くなる。また、引張伸度が４００％未満であるか、厚さが２００μｍを超えると、ＣＩＰにて圧縮後、徐圧したときに収納材の復元によって２次成形体の表面に加わる負荷が大きくなり、２次成形体が損傷し易くなる。
【００１４】
上述した引張強度は、ＪＩＳ−Ｋ７１６１（プラスチック−引張特性の試験方法−第１部：通則）に準拠して測定される値である。引張伸度は、ＪＩＳ−Ｋ７１２７（プラスチック−引張特性の試験方法−第３部：フィルム及びシートの試験条件）に準拠して測定される値である。
【００１５】
収納材を構成する上述した合成樹脂は、熱可塑性樹脂であるのが好ましく、熱可塑性ポリウレタン樹脂、またはポリプロピレン樹脂（以下、「ＰＰ」と言う。）層と、エチレン酢酸ビニル共重合体（以下、「ＥＶＡ」と言う。）層と、直鎖状低密度ポリエチレン樹脂（以下、「Ｌ−ＬＤＰＥ」と言う。）層とがこの順に積層されている３層構造からなる積層体であるのが好ましい。これにより、収納材をヒートシール可能に構成することができるので、１次成形体を収納材内に真空封入するときの作業性を向上させることができる。なお、上述した３層構造からなる積層体を採用する場合には、Ｌ−ＬＤＰＥ層を１次成形体側の内層とし、ＰＰ層を外層とするのが好ましい。
【００１６】
収納材の形状としては、袋状であるのが好ましい。これにより、１次成形体の収納性を向上させることができる。なお、収納材の形状は、１次成形体を収納可能な限り、特に限定されるものではない。具体例を挙げると、収納材をフィルム状等にすることもできる。この場合には、フィルム状の収納材によって１次成形体を包み込むように収納することができる。
【００１７】
＜生体材料の製造方法＞
次に、本発明の生体材料の製造方法について説明する。本発明の生体材料の製造方法は、上述した本発明の収納材を使用するとともに、以下の（Ｉ）〜（IV）の工程を含んでいる。
【００１８】
（Ｉ）凹部を有する１次成形体を成形する工程。
（II）成形された１次成形体を上述した本発明の収納材内に真空封入する工程。
（III）次いで、１次成形体を収納材ごとＣＩＰし、２次成形体を成形する工程。
（IV）次いで、収納材の真空状態を解除して２次成形体を収納材から取出すとともに、取出した２次成形体を焼成し、生体材料を得る工程。
【００１９】
上述した各工程を具体的に説明すると、（Ｉ）における１次成形体を成形する工程は、例えば金型プレス成形、射出成形、鋳込み成形等によって行えばよい。１次成形体は、人工骨頭、人工膝関節または人工股関節ソケットのニアネット成形体であるのが好ましい。これにより、次の（II）〜（IV）の工程を経て、生体材料である人工骨頭、人工膝関節、人工股関節ソケットを得ることができる。
【００２０】
上述した（II）における真空封入は、成形された１次成形体を収納材に収納し、真空ポンプ等の真空手段によって収納材内部を真空状態にするとともに、収納材を密封することによって行えばよい。
【００２１】
上述した（III）におけるＣＩＰは、収納材内に真空封入されている１次成形体を収納材ごと、加圧媒体として水等が収容されているＣＩＰ装置に浸漬して行えばよい。ＣＩＰ条件としては、例えばＣＩＰ圧を１〜４トン／ｃｍ2程度、好ましくは１〜３トン／ｃｍ2とし、ＣＩＰ時間を１〜５分程度、好ましくは１〜３分とするのがよい。
【００２２】
上述した本発明の収納材を用いてＣＩＰを行えば、収納材が１次成形体の表面形状に追従して凹部を含む１次成形体の表面に密着し、１次成形体の全表面が静水圧によって１次成形体の中心方向に均一加圧され易くなる。また、本発明の収納材は、上述したように破損し難く、ＣＩＰにて圧縮後、徐圧したときに収納材の復元によって２次成形体の表面に加わる負荷を小さくできるので、歩留りよく所望の２次成形体を得ることができ、コストを削減することができる。なお、必要に応じてＣＩＰ後の２次成形体に対し、製品形状に近い形状になるように加工を施してもよい。同様に、焼成後の焼成体を必要に応じて製品形状に加工し、生体材料を得るようにしてもよい。
【００２３】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【実施例１】
【００２４】
まず、ジルコニアセラミックスを１００質量部、アクリル樹脂を１０質量部、ポリエチレン樹脂を６質量部、モンタンワックスを１質量部、ベヘン酸を１質量部、およびアジピン酸ジイソノニルを２質量部の割合で混合し、（株）東洋精機製作所製の加圧式ニーダー混練機「ラボプラストミル」によって１６０℃で６０分間かけて混練し、混練物を得た。
【００２５】
次いで、得られた混練物を粉砕して粉砕物を得るとともに、得られた粉砕物をＦＵＮＵＣ社製の射出成形機によって１次成形体に成形した。この１次成形体は、射出成形体であり、凹部として略半球状の内周面を有するカップ状の人工股関節ソケットのニアネット成形体である。
【００２６】
この１次成形体を、表１に示す引張強度、引張伸度および厚さを有するとともに、袋状に成形されている収納材内に真空封入した。なお、表１中、引張強度は、ＪＩＳ−Ｋ７１６１（プラスチック−引張特性の試験方法−第１部：通則）に準拠して測定された値であり、引張伸度は、ＪＩＳ−Ｋ７１２７（プラスチック−引張特性の試験方法−第３部：フィルム及びシートの試験条件）に準拠して測定された値である。
【００２７】
また、表１中、ＰＰ層と、ＥＶＡ層と、Ｌ−ＬＤＰＥ層とがこの順に積層されている３層構造からなる収納材、すなわちＰＰ層／ＥＶＡ層／Ｌ−ＬＤＰＥ層からなる収納材は、Ｌ−ＬＤＰＥ層を１次成形体側の内層とし、ＰＰ層を外層として使用した。また、ナイロン層／ポリエチレン樹脂層の２層構造からなる収納材は、ナイロン層を外層とし、ポリエチレン樹脂層を内層として使用した。表１中、ＰＰ層／ＥＶＡ層／Ｌ−ＬＤＰＥ層およびナイロン層／ポリエチレン樹脂層の「厚さ」の欄における値は、収納材全体の厚さを示している。真空封入は、袋状の収納材内に１次成形体を収納した後、真空ポンプによって収納材内部を真空状態にするとともに、袋状の収納材の開口部をヒートシールして密封することによって行った。
【００２８】
上述のようにして収納材内に真空封入した１次成形体を収納材ごと、加圧媒体として水を収容しているＣＩＰ装置に浸漬し、ＣＩＰを行った。ＣＩＰ装置は、三菱重工業（株）製の冷間等方圧加圧装置を使用した。ＣＩＰ条件は、以下の通りである。
【００２９】
（ＣＩＰ条件）
・ＣＩＰ圧：３トン／ｃｍ2
・ＣＩＰ時間：１分
【００３０】
次いで、収納材の真空状態を解除し、上述したＣＩＰによって得られた２次成形体を収納材から取出した。そして、取出した２次成形体について、水濡れの有無、および亀裂の有無を目視観察することによって評価した。各評価の判定基準を以下に示すとともに、その結果を表１に示す。
【００３１】
（水濡れの有無）
○：水濡れが発生しなかった。
×：水濡れが発生した。
【００３２】
（亀裂の有無）
○：亀裂が発生しなかった。
×：亀裂が発生した。
【００３３】
【表１】
2013067065.tif 000002
【００３４】
表１から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜１６のうち、引張強度が３５ＭＰａ以上であり、引張伸度が４００％以上である合成樹脂からなるとともに、厚さが５０〜２００μｍである試料Ｎｏ．２〜６，９〜１３は、収納材の破損による水濡れの発生がなく、亀裂も発生していないことから、凹部を有する１次成形体を歩留りよくＣＩＰできているのがわかる。
【実施例２】
【００３５】
上述した実施例１における試料Ｎｏ．１〜１６のうち、試料Ｎｏ．３の２次成形体を１，３９０℃で焼成し、生体材料である人工股関節ソケットを得た。そして、得られた人工股関節ソケットの密度を、アルキメデス法によって測定した。その結果は、６．０７４ｇ／ｃｍ3であった。試料Ｎｏ．２、４〜６、９〜１３の密度も同様に６．０７〜６．０９ｇ／ｃｍ3の範囲であった。
【００３６】
これらの結果から明らかなように、ジルコニアセラミックスの理論密度６．０８ｇ／ｃｍ3と同等の密度を有する人工股関節ソケットが得られているのがわかる。すなわち、試料Ｎｏ．３の収納材を用いてＣＩＰを行えば、高密度な人工股関節ソケットを歩留りよく得ることができ、コストを削減できると言える。