多孔質金属発泡構造体およびその製造方法
【課題】多孔質金属の製造において、細孔形成剤を加熱除去により生じる、炉汚染、金属と細孔形成剤との反応による化合物形成等を回避する製法の提供。
【解決手段】チタン合金等の多孔質金属インプラントの製造において、液体抽出可能な塩化ナトリウム等の細孔形成剤を、細孔形成剤が可溶性である逆浸透水など液体の存在の下で、金属粉末と混合し、それによって、混合物を形成する工程と、混合物を圧縮成形して未焼結体を形成する工程と、未焼結体から塩化ナトリウム等の細孔形成剤を逆浸透水などにより溶媒抽出して金属骨格を作り、焼結する。
【解決手段】チタン合金等の多孔質金属インプラントの製造において、液体抽出可能な塩化ナトリウム等の細孔形成剤を、細孔形成剤が可溶性である逆浸透水など液体の存在の下で、金属粉末と混合し、それによって、混合物を形成する工程と、混合物を圧縮成形して未焼結体を形成する工程と、未焼結体から塩化ナトリウム等の細孔形成剤を逆浸透水などにより溶媒抽出して金属骨格を作り、焼結する。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔分野〕
本発明は、多孔質金属発泡構造体(porous metal foam structures)およびその製造方法に関する。
【０００２】
〔背景〕
多孔質金属発泡構造体は、医療用インプラントとしての用途を包含する多くの用途を有する。そのような構造体の多孔性は、粉末としての金属を細孔形成剤（ＰＦＡ）と混合し、次いで、その混合物を所望の形状にプレスして未焼結体（green body）を形成することによって、獲得することができる。細孔形成剤を除去した後、金属骨格（metal skeleton）を焼結して多孔質金属発泡構造体のための所望の特性を獲得することができる。
【０００３】
未焼結体から細孔形成剤を除去する１つの方法は、細孔形成剤を「焼成する(burn out)」ことである。この方法は、様々な潜在的問題、例えば、炉が汚染されること、金属と細孔形成剤との間の反応によって生じる多孔質構造体の中に望ましくない金属化合物が形成されること、および、比較的大量のエネルギーが使用されること、を引き起こす恐れがある。また、このようにして作られた未焼結体に関連する幾つかの保管問題も存在する。これらの保管問題には、有毒ガスの臭いが形成されること（noxious odor formation）が包含される。
【０００４】
したがって、多孔質金属発泡構造体を作り出す代替的方法が必要とされている。
【０００５】
〔概要〕
本発明の１つの態様によると、液体抽出可能な(liquid-extractable)細孔形成剤(pore-forming agent)を、この細孔形成剤が溶解できる液体の存在の下で、金属粉末と混合し、それによって、圧縮成形されて未焼結体を形成する混合物を形成する工程を含む製造方法が提供される。次いで、未焼結体から細孔形成剤を溶解して金属骨格を作り出す。この金属骨格は、焼結されて、多孔質金属インプラント等の焼結金属発泡構造体(sintered metal foam structure)を形成することができる。本発明はまた、そのような方法によって作り出された多孔質金属インプラントおよび他の焼結発泡構造体も提供する。
【０００６】
当業者は、添付の非縮尺図面を参照することによって、本発明の多くの目的および利点をさらに理解することができる。これらの非縮尺図面は、一例として提供され、本発明を限定するようには意図されていない。
【０００７】
〔詳細な説明〕
本発明は、液体抽出可能な(liquid-extractable)細孔形成剤(pore-forming agent)（ＰＦＡ）を、この細孔形成剤が溶解できる液体の存在の下で、金属粉末と混合する工程を含む方法を提供する。実行可能な細孔形成剤／液体の組合せには、有機液体と組み合わされて一対になった、有機液体に溶解できる細孔形成剤、または、非有機液体と組み合わされて一対になった、非有機液体に溶解できる細孔形成剤が包含されるものと解釈する。
【０００８】
幾つかの実施形態において、液体は水性である。液体は、水を少なくとも約７５重量％、より好ましくは水を少なくとも約９０重量％、さらに好ましくは水を少なくとも約９５重量％含有することが好ましい。典型的な液体には、水（例えば、逆浸透水、脱イオン水、蒸留水および／または脱酸素水）あるいは炭水化物水溶液（aqueous carbohydrate solution）が包含される。
【０００９】
使用される液体の量は、金属粉末および細孔形成剤の性質と、使用される処理条件とによるが、圧縮前の混合物（pre-compaction mixture）１００ｃｍ３当り約４５０μＬ〜約１０５０μＬ、より好ましくは圧縮前の混合物１００ｃｍ３当り約６００μＬ〜約７５０μＬの使用量を使用することが望ましいことが分かった。
【００１０】
本発明による細孔形成剤（ＰＦＡｓ）は、関心ある流体（fluid of interest）に可溶性である粒子材料である。典型的な細孔形成剤には、塩化ナトリウム、塩化アンモニウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化アルミニウム、塩化カリウム、塩化ニッケル、塩化亜鉛、重炭酸アンモニウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素カリウム、亜リン酸水素カリウム、リン酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カリウム、アルカリ土塁金属のハロゲン化物（alkaline earth metal halides）、（単糖類、二糖類または三糖類として分類されるスクロース、ラクトースが包含される）結晶性炭水化物、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンオキシド（polyethylene oxide）、ポリプロピレンワックス［例えば、ＰＲＯＰＹＬＴＥＸ（商標）という名称で、ニューヨーク州タリータウン(Tarrytown)所在の、マイクロ・パウダーズ社(Micro Powders, Inc.)から市販されているもの］、カルボキシルメチルセルロースナトリウム（ＳＣＭＣ）、ポリエチレングリコール−ポリプロピレン−ポリエチレングリコール共重合体（ＰＥＧ−ＰＰＧ−ＰＥＧ）［例えば、ＰＬＵＲＯＮＩＣ（商標）という名称で、ドイツ国ルートウィヒスハーフェン(Ludwigshafen)所在の、ＢＡＳＦ社から市販されているもの］、および、それらの組合せが包含される。
【００１１】
細孔形成剤は、ある種の細孔径および細孔径分布を作り出すのに適した様々な粒度および粒度分布で存在することができる。幾つかの好ましい粒度範囲は、約２００μｍ〜約６００μｍ、約２００μｍ〜約３５０μｍ、および、約３５０μｍ〜約５５０μｍである。
【００１２】
本発明の方法では、粉末冶金分野において知られている実質的にあらゆるタイプの金属粉末を使用することができる。好ましい金属粉末は、チタン、コバルト、クロム、ニッケル、マグネシウム、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、アルミニウム、銅、モリブデン、タングステン、ステンレス鋼、または、それらの合金（例えば、Ｃｏ−Ｃｒ合金）から形成される金属粉末である。１つの実施形態において、金属粉末は、チタンまたはチタン合金（例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）である。
【００１３】
金属粉末はまた、様々な粒度および粒度分布で存在することができる。幾つかの好ましい粒度範囲は、約２０μｍ〜約１００μｍ、約２５μｍ〜約５０μｍ、および、約５０μｍ〜約８０μｍである。
【００１４】
金属粉末と細孔形成剤との割合が、製造されようとしている構造体の種類によって変わることを、当業者は認識するであろう。本発明の幾つかの実施形態において、［金属粉末］対［細孔形成剤］の比は、約４０：６０〜約１０：９０、好ましくは約２５：７５である。
【００１５】
金属粉末、細孔形成剤および液体を混合した後、結果として得られた混合物は、圧縮成形されて、未焼結体を形成する。その圧縮成形工程は、当技術分野で知られている多くの技術のいずれによっても実施することができる。それらの技術には、一軸ダイアンドパンチ(uniaxial die and punch)、二軸ダイアンドパンチ(biaxial die and punch)、冷間静水圧プレスまたはゴム型擬似静水圧プレス(cold or rubber isostatic press)が包含される。本発明の幾つかの実施形態において、成形圧力は、約２０ｋｓｉ〜約６０ｋｓｉ、好ましくは約３０ｋｓｉ〜約４５ｋｓｉである。未焼結体は、いったん形成されたら、切削加工(cutting)、フライス加工(milling)、旋削(turning)、穿孔(drilling)および／または面削り(facing)のような、当技術分野で知られている技術のいずれによっても、機械加工することができる。
【００１６】
細孔形成剤を溶解することのできる液体のいずれを使用しても、細孔形成剤を未焼結体から除去し、このようにして、金属骨格を露呈させることができる。圧縮成形を行う前に金属粉末および細孔形成剤と混合される液体と同様に、この溶解性液体は、水性であることが好ましく、水（例えば、逆浸透水、脱イオン水、蒸留水および／または脱酸素水）または炭水化物水溶液であることがより好ましい。細孔形成剤を溶解するために使用される液体は、圧縮成形を行う前に金属粉末および細孔形成剤と混合される液体と同一であってもよく、または、その混合される液体と相違してもよい。例えば、各々の液体中の諸成分の化学的同一性(chemical identity)、および／または、それらの相対的比率は、同一であるか、または相違する。
【００１７】
この溶解工程は、例えば、未焼結体が可溶性である液体が入っている浴の中に未焼結体を浸漬することによるか、または、未焼結体をその液体の流れと接触させることによって行うことができる。溶解工程で使用する液体の温度範囲は、液体の凝固点よりも高いが、液体の沸点よりも低く、好ましくは約５０ｏＦ（約１０℃）〜約１７６ｏＦ（約８０℃）である。溶解に影響を及ぼすことが知られている幾つかの工程を実施することができる。例えば、浴溶液を循環させることができるか、または、浴溶液の一部を周期的に新たな溶液と交換することができる。
【００１８】
細孔形成剤を除去して得られる金属骨格はまた、例えば、金属骨格の切削加工、フライス加工、旋削、穿孔および／または面削りを行うことによって機械加工することもできる。
【００１９】
金属骨格は典型的には、焼結されて所望の特性を与えるであろう。適切なあらゆる焼結条件を考慮することができるが、チタンまたはＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金に対する焼結工程は典型的には、約２１００ｏＦ（約１１４８．４℃）〜約２７００ｏＦ（約１４８２．２℃）（好ましくは約２５００ｏＦ（約１３７１．１℃））の温度でおよび／または、約２時間〜約１０時間の間（好ましくは約３時間〜約６時間の間）行われるであろう。
【００２０】
本発明の方法は、例えば、多孔質表面を有する金属インプラントを製造するために使用することができる。次に、図１を参照すると、そのようなインプラントを製造するための幾つかの方法が図示されている。金属粉末と、細孔形成剤と、細孔形成剤が可溶性である液体と、を混合して、混合物を形成する。混合物は、（例えば、一軸圧縮、多軸圧縮または静水圧圧縮によって）成形金型(shaped mold)中で圧縮されて、未焼結体を形成する。金型は、インプラントの形状を決定し、したがって、通常、実質的な機械加工の必要性を回避するために、または、その必要性を少なくとも最小限に抑えるために、所望の形状であることが望ましい。細孔形成剤は、細孔形成剤が可溶性である液体と接触させることによって、未焼結体から溶解して、金属骨格を形成する。金属骨格は任意的に、機械加工することができ、および／または、乾燥して残留液体を除去することができる。金属骨格は焼結し、後で任意的に機械加工して、多孔質金属インプラントを形成する。当業者は、そのようなインプラントに適した形状と、インプラントが有すべき特性（例えば、適切な圧縮降伏強度（suitable compressive yield strength））とを認識している。第１の液体と第２の液体とは、同一の源から得られるように図１において図示されているが、それらの液体は同一である必要はない、ということ、および、それらの液体はそれぞれ、単に、細孔形成剤が可溶性である液体である、ということが分かっている。
【００２１】
多孔質金属インプラントの表面は、粗面化することができる。粗面化方法には、グリットブラスト仕上げ(grit blasting)、エッチングまたはプラズマスパッタリング(plasma sputtering)の少なくともひとつが包含され、それらの方法は当技術分野で知られている。エッチングの好ましい方法は、米国特許出願第2004/0167633号明細書に記載のエッチング法である。この米国特許出願明細書の開示内容は全て、参照されることによって本明細書に組み入れられる。グリットブラスト仕上げの好ましい方法は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）のような水溶性グリットを使用して、インプラントに対してブラスト処理を行い、このようにして、衝突したグリットは、水溶液に溶解させることによって、細孔から除去することができる。
【００２２】
幾つかの実施形態において、本発明は、金属インプラントまたは他のタイプの金属骨格であって、液体水銀を強制的に浸入させ、断面画像解析を行うことによって、体積で測定された、約６０％〜約８５％（好ましくは、約６５％〜約７５％）の多孔率（porosity）を有する金属インプラントまたは他のタイプの金属骨格を提供する。多孔率は、［金属製品］対［細孔形成剤］の比、細孔形成剤の大きさ、または、それらの組合せである場合があるということが分かっている。
【００２３】
１つの実施形態において、好ましい純チタン骨格は、約６５％の多孔率で、（標準引張り試験−ＡＳＴＭ−Ｅ８−９９によって測定されて）少なくとも約３５ＭＰａの引張り強度、または、（３点曲げ試験−ＡＳＴＭ−Ｅ２９０−９７ａによって測定されて）少なくとも約９０ＭＰａの曲げ降伏強さ（flexural yield strength）、および／または、（単調圧縮試験(monotonic compression testing)−ＡＳＴＭ−Ｅ９−８９ａによって測定されて）少なくとも約６５ＭＰａの圧縮降伏強度（compressive yield strength）を有する骨格である。とりわけ好ましい純チタン骨格は、約６５％の多孔率で、（ＡＳＴＭ−Ｅ８−９９によって測定されて）少なくとも約４０ＭＰａの引張り強度、または、（ＡＳＴＭ−Ｅ２９０−９７ａによって測定されて）少なくとも約１１０ＭＰａの曲げ降伏強さ、および／または、（ＡＳＴＭ−Ｅ９−８９ａによって測定されて）少なくとも約７５ＭＰａの圧縮降伏強度を有する骨格である。
【００２４】
チタン合金は、より大きい強度を得るために使用することができることが分かっている。好ましいチタン合金骨格は、約６５％の多孔率で、（ＡＳＴＭ−Ｅ８−９９によって測定されて）少なくとも約６０ＭＰａの引張り強度、または、（ＡＳＴＭ−Ｅ２９０−９７ａによって測定されて）少なくとも約１２０ＭＰａの曲げ降伏強さ、および／または、（ＡＳＴＭ−Ｅ９−８９ａによって測定されて）少なくとも約９０ＭＰａの圧縮降伏強度を有する骨格である。とりわけ好ましいチタン合金骨格は、約６５％の多孔率で、（ＡＳＴＭ−Ｅ８−９９によって測定されて）少なくとも約９０ＭＰａの引張り強度、または、（ＡＳＴＭ−Ｅ２９０−９７ａによって測定されて）少なくとも約１８０ＭＰａの曲げ降伏強さ、および／または、（ＡＳＴＭ−Ｅ９−８９ａによって測定されて）少なくとも約１１０ＭＰａの圧縮降伏強度を有する骨格である。
【００２５】
理論に拘束されるつもりはないが、多孔率、金属粉末の粒度、および、焼結温度は、結果として得られる構造体の強度に寄与する重要因子であると思われる。
【００２６】
〔実施例〕
本発明は、次の諸実施例にさらに記述されるであろう。それらの実施例は、限定的であるようには意図されていない。
【００２７】
＜実施例１＞
市販の純チタン粉末［米国ニュージャージー州バーゲンフィールド(Bergenfield)に所在の、フェリー・マテリアルズ社(Phelly Materials, Inc.)、粒度：４５〜７５μｍ］と、細孔形成剤としての塩化ナトリウム［米国ニューハンプシャー州ハンプトン(Hampton)に所在の、フィッシャー・サイエンティフィック・インターナショナル社(Fischer Scientific International Inc.)、粒度：２５０〜４２５μｍ］とを、約２５：７５の［チタン］：［細孔形成剤］体積比で混合した。逆浸透水を、［チタン］：［細孔形成剤］混合物（Ti:PFA mixture）１００ｃｍ３当り約７００μＬに相当する量で添加した。その混合物を金型に入れ、次いで、２２ｋｓｉの圧縮圧力(compaction pressure)で圧縮して未焼結体にした。この未焼結体は、塩化ナトリウムが溶解するまで水浴に置いた。結果として得られた金属骨格は、６５℃で４時間の間乾燥させ、次いで、１２０４℃で２時間の間焼結した。焼結された金属発泡構造体を、図２〜図５に示す。これらの図は、複雑な形状の、高度に多孔質の金属発泡構造体を示している。
【００２８】
＜実施例２＞
市販の純チタン粉末（粒度：４５〜７５μｍ）と、細孔形成剤としての塩化ナトリウム（粒度：２５０〜４２５μｍ）とを、約２０：８０の［チタン］：［細孔形成剤］体積比で混合した。逆浸透水を、［チタン］：［細孔形成剤］混合物１００ｃｍ３当り約７００μＬに相当する量で添加した。その混合物を金型に入れ、次いで、２３．６ｋｓｉの圧縮圧力で圧縮して未焼結体にした。この未焼結体は、塩化ナトリウムが溶解するまで水浴に置いた。結果として得られた金属骨格は、先ず、実施例１におけるようにオーブンで乾燥させ、次いで、１３７１℃で３時間の間焼結した。焼結された金属発泡構造体を、図６〜図７に示す。
【００２９】
＜実施例３＞
チタン粉末［３２〜４５μｍ（５００〜３５０メッシュ）］と、塩化ナトリウム（４２５〜５００μｍ）とを、約２５：７５の［チタン］：［細孔形成剤］体積比で混合した。逆浸透水を、［チタン］：［細孔形成剤］混合物１００ｃｍ３当り約７００μＬに相当する量で添加した。その混合物を金型に入れ、次いで、３０ｋｓｉの圧縮圧力で圧縮して未焼結体にした。この未焼結体は、水浴に約１２時間の間置いて、細孔形成剤を溶解させた。結果として得られた金属骨格は、１７３１℃で６時間の間焼結した。焼結された金属発泡構造体は、約６５％の多孔率を有した。圧縮降伏強度および曲げ降伏強さは、それぞれ８２ＭＰａおよび１８０ＭＰａであり、ＡＳＴＭ Ｅ９−８９ａおよびＡＳＴＭ Ｅ２９０−９７ａに従う標準圧縮試験および３点曲げ試験を行うことによって決定された。
【００３０】
＜実施例４＞
チタン粉末［３２〜４５μｍ（５００〜３５０メッシュ）］と、塩化ナトリウム（２５０〜３００μｍ）とを、約２５：７５の［チタン］：［細孔形成剤］体積比で混合した。逆浸透水を、［チタン］：［細孔形成剤］混合物１００ｃｍ３当り約７００μＬに相当する量で添加した。その混合物を金型に入れ、次いで、４５ｋｓｉの圧縮圧力で圧縮して未焼結体にした。この未焼結体は、水浴に約１２時間の間置いて、細孔形成剤を溶解させた。結果として得られた金属骨格は、１３７１℃で６時間の間焼結した。焼結された金属発泡構造体は、約６５％の多孔率を有した。圧縮降伏強度および曲げ降伏強さは、それぞれ７７ＭＰａおよび１９６ＭＰａであり、実施例３に準拠し、上述のように決定された。
【００３１】
前述の明細書における概念は、具体的な実施形態に関連して記述されてきた。多くの態様および実施形態は、上述されており、単に例示であり、限定的なものではない。当業者は、この明細書を読んだ後、本発明の範囲から逸脱することなく、他の態様および実施形態が可能であることを認識する。さらに、当業者は、特許請求の範囲に開示される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更および変形を行うことができることを認識する。したがって、本明細書および図面は、制限的な意味というよりはむしろ例示的なものと見なされるべきであり、しかも、そのような変更は全て、本発明の範囲に含まれるように意図されている。
【００３２】
利点、他の効果、および、課題に対する解決方法は、具体的な実施形態に関連して上述されてきた。しかし、それらの利益、利点、課題に対する解決方法、および、それらを生じさせることができるか、または、より顕著なものにすることのできるあらゆる特徴(feature(s))が、特許請求の範囲のいずれかの、もしくは特許請求の範囲の全ての、決定的に重要な特徴、必須の特徴、または、本質的な特徴であると解釈されるべきではない。
【００３３】
幾つかの特徴(features)は、明確にされるように、別個の実施形態との関連で本明細書に記述されているが、単一の実施形態において組み合わせて提供されることも可能である。逆に、簡潔を旨として、単一の実施形態に関連して記述されている様々な特徴は、別個に、または、任意のサブコンビネーション(subcombination)で提供されることも可能である。さらに、範囲に関して記述される諸値に対する言及は、その範囲内のありとあらゆる値を包含する。
【００３４】
〔実施の態様〕
（１）製造方法において、
液体抽出可能な細孔形成剤を、金属粉末、および、前記細孔形成剤が可溶性である第１の液体、と一緒に混合し、それによって、混合物を形成する工程と、
前記混合物を圧縮成形して未焼結体を形成する工程と、
前記細孔形成剤を、前記細孔形成剤が可溶性である第２の液体に溶解させ、それによって、金属骨格を作り出す工程と、
を含む、製造方法。
（２）実施態様１に記載の製造方法において、
前記第１の液体は水性である、製造方法。
（３）実施態様１に記載の製造方法において、
前記混合物の各１００ｃｍ３当たり、前記第１の液体約４５０μＬ〜約１０５０μＬを、前記細孔形成剤および前記金属粉末と混合する、製造方法。
（４）実施態様１に記載の製造方法において、
前記混合物の各１００ｃｍ３当たり、前記第１の液体約６００μＬ〜約７５０μＬを、前記細孔形成剤および前記金属粉末と混合する、製造方法。
（５）実施態様に記載の製造方法において、
前記第１の液体は、逆浸透水、脱イオン水、蒸留水、脱酸素水、脱塩水または炭水化物水溶液である、製造方法。
（６）実施態様１に記載の製造方法において、
前記第１の液体は、水を少なくとも約７５重量％含有する、製造方法。
【００３５】
（７）実施態様１に記載の製造方法において、
前記細孔形成剤は、塩化ナトリウム、塩化アンモニウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化アルミニウム、塩化カリウム、塩化ニッケル、塩化亜鉛、重炭酸アンモニウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素カリウム、亜リン酸水素カリウム、リン酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カリウム、アルカリ土塁金属のハロゲン化物、結晶性炭水化物、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンワックス、カルボキシメチルセルロースナトリウム（ＳＣＭＣ）、ポリエチレングリコール−ポリプロピレン−ポリエチレングリコール共重合体（polyethyleglycol-polypropylene-polyethyleneglycol copolymer）（ＰＥＧ−ＰＰＧ−ＰＥＧ）、または、それらの組合せである、製造方法。
（８）実施態様１に記載の製造方法において、
前記細孔形成剤は、約２００μｍ〜約６００μｍの粒度を有する、製造方法。
（９）実施態様１に記載の製造方法において、
前記細孔形成剤は、約２００μｍ〜約３５０μｍの粒度を有する、製造方法。
（１０）実施態様１に記載の製造方法において、
前記細孔形成剤は、約３５０μｍ〜約５５０μｍの粒度を有する、製造方法。
【００３６】
（１１）実施態様１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、チタン、コバルト、クロム、ニッケル、マグネシウム、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、アルミニウム、銅、モリブデン、タングステン、ステンレス鋼、または、それらの合金から形成される、製造方法。
（１２）実施態様１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、チタンまたはチタン合金である、製造方法。
（１３）実施態様１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、約２０μｍ〜約１００μｍの粒度を有する、製造方法。
（１４）実施態様１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、約２５μｍ〜約５０μｍの粒度を有する、製造方法。
（１５）実施態様１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、約５０μｍ〜約８０μｍの粒度を有する、製造方法。
（１６）実施態様１に記載の製造方法において、
前記第１の液体と前記第２の液体とは、同一である、製造方法。
（１７）実施態様１に記載の製造方法において、
前記第１の液体と前記第２の液体とは、相違する、製造方法。
（１８）実施態様１に記載の製造方法において、
前記第２の液体は水性である、製造方法。
（１９）実施態様１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、前記細孔形成剤に対して、約４０：６０〜約１０：９０の体積比で存在する、製造方法。
（２０）実施態様１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、前記細孔形成剤に対して、約２５：７５の体積比で存在する、製造方法。
（２１）実施態様１に記載の製造方法において、
前記金属骨格を焼結して多孔質金属インプラントを形成する工程、
をさらに含み、
焼結温度は、約２１００ｏＦ（約１１４８．８℃）〜約２７００ｏＦ（約１４８２．２℃）の範囲である、製造方法。
【００３７】
（２２）金属インプラントにおいて、
少なくとも９０ＭＰａの曲げ降伏強さ、および、
少なくとも６５ＭＰａの圧縮降伏強度、
の少なくとも一方を有しており、
前記インプラントは、液体抽出可能な細孔形成剤と金属粉末との混合物から形成されており、かつ、少なくとも６５％の多孔率を有している、金属インプラント。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の１つの実施形態による多孔質金属インプラントを製造する方法の概略図である。
【図２】焼結金属発泡構造体の画像である。
【図３】図２の焼結金属発泡構造体の画像の側面図である。
【図４】図２の焼結金属発泡構造体の画像の詳細図である。
【図５】図２の焼結金属発泡構造体の光学顕微鏡画像である。
【図６】焼結金属発泡構造体の、２００倍での走査電子顕微鏡画像である。
【図７】焼結金属発泡構造体の、７００倍での走査電子顕微鏡画像である。
【開示の内容】
【０００１】
〔分野〕
本発明は、多孔質金属発泡構造体(porous metal foam structures)およびその製造方法に関する。
【０００２】
〔背景〕
多孔質金属発泡構造体は、医療用インプラントとしての用途を包含する多くの用途を有する。そのような構造体の多孔性は、粉末としての金属を細孔形成剤（ＰＦＡ）と混合し、次いで、その混合物を所望の形状にプレスして未焼結体（green body）を形成することによって、獲得することができる。細孔形成剤を除去した後、金属骨格（metal skeleton）を焼結して多孔質金属発泡構造体のための所望の特性を獲得することができる。
【０００３】
未焼結体から細孔形成剤を除去する１つの方法は、細孔形成剤を「焼成する(burn out)」ことである。この方法は、様々な潜在的問題、例えば、炉が汚染されること、金属と細孔形成剤との間の反応によって生じる多孔質構造体の中に望ましくない金属化合物が形成されること、および、比較的大量のエネルギーが使用されること、を引き起こす恐れがある。また、このようにして作られた未焼結体に関連する幾つかの保管問題も存在する。これらの保管問題には、有毒ガスの臭いが形成されること（noxious odor formation）が包含される。
【０００４】
したがって、多孔質金属発泡構造体を作り出す代替的方法が必要とされている。
【０００５】
〔概要〕
本発明の１つの態様によると、液体抽出可能な(liquid-extractable)細孔形成剤(pore-forming agent)を、この細孔形成剤が溶解できる液体の存在の下で、金属粉末と混合し、それによって、圧縮成形されて未焼結体を形成する混合物を形成する工程を含む製造方法が提供される。次いで、未焼結体から細孔形成剤を溶解して金属骨格を作り出す。この金属骨格は、焼結されて、多孔質金属インプラント等の焼結金属発泡構造体(sintered metal foam structure)を形成することができる。本発明はまた、そのような方法によって作り出された多孔質金属インプラントおよび他の焼結発泡構造体も提供する。
【０００６】
当業者は、添付の非縮尺図面を参照することによって、本発明の多くの目的および利点をさらに理解することができる。これらの非縮尺図面は、一例として提供され、本発明を限定するようには意図されていない。
【０００７】
〔詳細な説明〕
本発明は、液体抽出可能な(liquid-extractable)細孔形成剤(pore-forming agent)（ＰＦＡ）を、この細孔形成剤が溶解できる液体の存在の下で、金属粉末と混合する工程を含む方法を提供する。実行可能な細孔形成剤／液体の組合せには、有機液体と組み合わされて一対になった、有機液体に溶解できる細孔形成剤、または、非有機液体と組み合わされて一対になった、非有機液体に溶解できる細孔形成剤が包含されるものと解釈する。
【０００８】
幾つかの実施形態において、液体は水性である。液体は、水を少なくとも約７５重量％、より好ましくは水を少なくとも約９０重量％、さらに好ましくは水を少なくとも約９５重量％含有することが好ましい。典型的な液体には、水（例えば、逆浸透水、脱イオン水、蒸留水および／または脱酸素水）あるいは炭水化物水溶液（aqueous carbohydrate solution）が包含される。
【０００９】
使用される液体の量は、金属粉末および細孔形成剤の性質と、使用される処理条件とによるが、圧縮前の混合物（pre-compaction mixture）１００ｃｍ３当り約４５０μＬ〜約１０５０μＬ、より好ましくは圧縮前の混合物１００ｃｍ３当り約６００μＬ〜約７５０μＬの使用量を使用することが望ましいことが分かった。
【００１０】
本発明による細孔形成剤（ＰＦＡｓ）は、関心ある流体（fluid of interest）に可溶性である粒子材料である。典型的な細孔形成剤には、塩化ナトリウム、塩化アンモニウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化アルミニウム、塩化カリウム、塩化ニッケル、塩化亜鉛、重炭酸アンモニウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素カリウム、亜リン酸水素カリウム、リン酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カリウム、アルカリ土塁金属のハロゲン化物（alkaline earth metal halides）、（単糖類、二糖類または三糖類として分類されるスクロース、ラクトースが包含される）結晶性炭水化物、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンオキシド（polyethylene oxide）、ポリプロピレンワックス［例えば、ＰＲＯＰＹＬＴＥＸ（商標）という名称で、ニューヨーク州タリータウン(Tarrytown)所在の、マイクロ・パウダーズ社(Micro Powders, Inc.)から市販されているもの］、カルボキシルメチルセルロースナトリウム（ＳＣＭＣ）、ポリエチレングリコール−ポリプロピレン−ポリエチレングリコール共重合体（ＰＥＧ−ＰＰＧ−ＰＥＧ）［例えば、ＰＬＵＲＯＮＩＣ（商標）という名称で、ドイツ国ルートウィヒスハーフェン(Ludwigshafen)所在の、ＢＡＳＦ社から市販されているもの］、および、それらの組合せが包含される。
【００１１】
細孔形成剤は、ある種の細孔径および細孔径分布を作り出すのに適した様々な粒度および粒度分布で存在することができる。幾つかの好ましい粒度範囲は、約２００μｍ〜約６００μｍ、約２００μｍ〜約３５０μｍ、および、約３５０μｍ〜約５５０μｍである。
【００１２】
本発明の方法では、粉末冶金分野において知られている実質的にあらゆるタイプの金属粉末を使用することができる。好ましい金属粉末は、チタン、コバルト、クロム、ニッケル、マグネシウム、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、アルミニウム、銅、モリブデン、タングステン、ステンレス鋼、または、それらの合金（例えば、Ｃｏ−Ｃｒ合金）から形成される金属粉末である。１つの実施形態において、金属粉末は、チタンまたはチタン合金（例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）である。
【００１３】
金属粉末はまた、様々な粒度および粒度分布で存在することができる。幾つかの好ましい粒度範囲は、約２０μｍ〜約１００μｍ、約２５μｍ〜約５０μｍ、および、約５０μｍ〜約８０μｍである。
【００１４】
金属粉末と細孔形成剤との割合が、製造されようとしている構造体の種類によって変わることを、当業者は認識するであろう。本発明の幾つかの実施形態において、［金属粉末］対［細孔形成剤］の比は、約４０：６０〜約１０：９０、好ましくは約２５：７５である。
【００１５】
金属粉末、細孔形成剤および液体を混合した後、結果として得られた混合物は、圧縮成形されて、未焼結体を形成する。その圧縮成形工程は、当技術分野で知られている多くの技術のいずれによっても実施することができる。それらの技術には、一軸ダイアンドパンチ(uniaxial die and punch)、二軸ダイアンドパンチ(biaxial die and punch)、冷間静水圧プレスまたはゴム型擬似静水圧プレス(cold or rubber isostatic press)が包含される。本発明の幾つかの実施形態において、成形圧力は、約２０ｋｓｉ〜約６０ｋｓｉ、好ましくは約３０ｋｓｉ〜約４５ｋｓｉである。未焼結体は、いったん形成されたら、切削加工(cutting)、フライス加工(milling)、旋削(turning)、穿孔(drilling)および／または面削り(facing)のような、当技術分野で知られている技術のいずれによっても、機械加工することができる。
【００１６】
細孔形成剤を溶解することのできる液体のいずれを使用しても、細孔形成剤を未焼結体から除去し、このようにして、金属骨格を露呈させることができる。圧縮成形を行う前に金属粉末および細孔形成剤と混合される液体と同様に、この溶解性液体は、水性であることが好ましく、水（例えば、逆浸透水、脱イオン水、蒸留水および／または脱酸素水）または炭水化物水溶液であることがより好ましい。細孔形成剤を溶解するために使用される液体は、圧縮成形を行う前に金属粉末および細孔形成剤と混合される液体と同一であってもよく、または、その混合される液体と相違してもよい。例えば、各々の液体中の諸成分の化学的同一性(chemical identity)、および／または、それらの相対的比率は、同一であるか、または相違する。
【００１７】
この溶解工程は、例えば、未焼結体が可溶性である液体が入っている浴の中に未焼結体を浸漬することによるか、または、未焼結体をその液体の流れと接触させることによって行うことができる。溶解工程で使用する液体の温度範囲は、液体の凝固点よりも高いが、液体の沸点よりも低く、好ましくは約５０ｏＦ（約１０℃）〜約１７６ｏＦ（約８０℃）である。溶解に影響を及ぼすことが知られている幾つかの工程を実施することができる。例えば、浴溶液を循環させることができるか、または、浴溶液の一部を周期的に新たな溶液と交換することができる。
【００１８】
細孔形成剤を除去して得られる金属骨格はまた、例えば、金属骨格の切削加工、フライス加工、旋削、穿孔および／または面削りを行うことによって機械加工することもできる。
【００１９】
金属骨格は典型的には、焼結されて所望の特性を与えるであろう。適切なあらゆる焼結条件を考慮することができるが、チタンまたはＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金に対する焼結工程は典型的には、約２１００ｏＦ（約１１４８．４℃）〜約２７００ｏＦ（約１４８２．２℃）（好ましくは約２５００ｏＦ（約１３７１．１℃））の温度でおよび／または、約２時間〜約１０時間の間（好ましくは約３時間〜約６時間の間）行われるであろう。
【００２０】
本発明の方法は、例えば、多孔質表面を有する金属インプラントを製造するために使用することができる。次に、図１を参照すると、そのようなインプラントを製造するための幾つかの方法が図示されている。金属粉末と、細孔形成剤と、細孔形成剤が可溶性である液体と、を混合して、混合物を形成する。混合物は、（例えば、一軸圧縮、多軸圧縮または静水圧圧縮によって）成形金型(shaped mold)中で圧縮されて、未焼結体を形成する。金型は、インプラントの形状を決定し、したがって、通常、実質的な機械加工の必要性を回避するために、または、その必要性を少なくとも最小限に抑えるために、所望の形状であることが望ましい。細孔形成剤は、細孔形成剤が可溶性である液体と接触させることによって、未焼結体から溶解して、金属骨格を形成する。金属骨格は任意的に、機械加工することができ、および／または、乾燥して残留液体を除去することができる。金属骨格は焼結し、後で任意的に機械加工して、多孔質金属インプラントを形成する。当業者は、そのようなインプラントに適した形状と、インプラントが有すべき特性（例えば、適切な圧縮降伏強度（suitable compressive yield strength））とを認識している。第１の液体と第２の液体とは、同一の源から得られるように図１において図示されているが、それらの液体は同一である必要はない、ということ、および、それらの液体はそれぞれ、単に、細孔形成剤が可溶性である液体である、ということが分かっている。
【００２１】
多孔質金属インプラントの表面は、粗面化することができる。粗面化方法には、グリットブラスト仕上げ(grit blasting)、エッチングまたはプラズマスパッタリング(plasma sputtering)の少なくともひとつが包含され、それらの方法は当技術分野で知られている。エッチングの好ましい方法は、米国特許出願第2004/0167633号明細書に記載のエッチング法である。この米国特許出願明細書の開示内容は全て、参照されることによって本明細書に組み入れられる。グリットブラスト仕上げの好ましい方法は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）のような水溶性グリットを使用して、インプラントに対してブラスト処理を行い、このようにして、衝突したグリットは、水溶液に溶解させることによって、細孔から除去することができる。
【００２２】
幾つかの実施形態において、本発明は、金属インプラントまたは他のタイプの金属骨格であって、液体水銀を強制的に浸入させ、断面画像解析を行うことによって、体積で測定された、約６０％〜約８５％（好ましくは、約６５％〜約７５％）の多孔率（porosity）を有する金属インプラントまたは他のタイプの金属骨格を提供する。多孔率は、［金属製品］対［細孔形成剤］の比、細孔形成剤の大きさ、または、それらの組合せである場合があるということが分かっている。
【００２３】
１つの実施形態において、好ましい純チタン骨格は、約６５％の多孔率で、（標準引張り試験−ＡＳＴＭ−Ｅ８−９９によって測定されて）少なくとも約３５ＭＰａの引張り強度、または、（３点曲げ試験−ＡＳＴＭ−Ｅ２９０−９７ａによって測定されて）少なくとも約９０ＭＰａの曲げ降伏強さ（flexural yield strength）、および／または、（単調圧縮試験(monotonic compression testing)−ＡＳＴＭ−Ｅ９−８９ａによって測定されて）少なくとも約６５ＭＰａの圧縮降伏強度（compressive yield strength）を有する骨格である。とりわけ好ましい純チタン骨格は、約６５％の多孔率で、（ＡＳＴＭ−Ｅ８−９９によって測定されて）少なくとも約４０ＭＰａの引張り強度、または、（ＡＳＴＭ−Ｅ２９０−９７ａによって測定されて）少なくとも約１１０ＭＰａの曲げ降伏強さ、および／または、（ＡＳＴＭ−Ｅ９−８９ａによって測定されて）少なくとも約７５ＭＰａの圧縮降伏強度を有する骨格である。
【００２４】
チタン合金は、より大きい強度を得るために使用することができることが分かっている。好ましいチタン合金骨格は、約６５％の多孔率で、（ＡＳＴＭ−Ｅ８−９９によって測定されて）少なくとも約６０ＭＰａの引張り強度、または、（ＡＳＴＭ−Ｅ２９０−９７ａによって測定されて）少なくとも約１２０ＭＰａの曲げ降伏強さ、および／または、（ＡＳＴＭ−Ｅ９−８９ａによって測定されて）少なくとも約９０ＭＰａの圧縮降伏強度を有する骨格である。とりわけ好ましいチタン合金骨格は、約６５％の多孔率で、（ＡＳＴＭ−Ｅ８−９９によって測定されて）少なくとも約９０ＭＰａの引張り強度、または、（ＡＳＴＭ−Ｅ２９０−９７ａによって測定されて）少なくとも約１８０ＭＰａの曲げ降伏強さ、および／または、（ＡＳＴＭ−Ｅ９−８９ａによって測定されて）少なくとも約１１０ＭＰａの圧縮降伏強度を有する骨格である。
【００２５】
理論に拘束されるつもりはないが、多孔率、金属粉末の粒度、および、焼結温度は、結果として得られる構造体の強度に寄与する重要因子であると思われる。
【００２６】
〔実施例〕
本発明は、次の諸実施例にさらに記述されるであろう。それらの実施例は、限定的であるようには意図されていない。
【００２７】
＜実施例１＞
市販の純チタン粉末［米国ニュージャージー州バーゲンフィールド(Bergenfield)に所在の、フェリー・マテリアルズ社(Phelly Materials, Inc.)、粒度：４５〜７５μｍ］と、細孔形成剤としての塩化ナトリウム［米国ニューハンプシャー州ハンプトン(Hampton)に所在の、フィッシャー・サイエンティフィック・インターナショナル社(Fischer Scientific International Inc.)、粒度：２５０〜４２５μｍ］とを、約２５：７５の［チタン］：［細孔形成剤］体積比で混合した。逆浸透水を、［チタン］：［細孔形成剤］混合物（Ti:PFA mixture）１００ｃｍ３当り約７００μＬに相当する量で添加した。その混合物を金型に入れ、次いで、２２ｋｓｉの圧縮圧力(compaction pressure)で圧縮して未焼結体にした。この未焼結体は、塩化ナトリウムが溶解するまで水浴に置いた。結果として得られた金属骨格は、６５℃で４時間の間乾燥させ、次いで、１２０４℃で２時間の間焼結した。焼結された金属発泡構造体を、図２〜図５に示す。これらの図は、複雑な形状の、高度に多孔質の金属発泡構造体を示している。
【００２８】
＜実施例２＞
市販の純チタン粉末（粒度：４５〜７５μｍ）と、細孔形成剤としての塩化ナトリウム（粒度：２５０〜４２５μｍ）とを、約２０：８０の［チタン］：［細孔形成剤］体積比で混合した。逆浸透水を、［チタン］：［細孔形成剤］混合物１００ｃｍ３当り約７００μＬに相当する量で添加した。その混合物を金型に入れ、次いで、２３．６ｋｓｉの圧縮圧力で圧縮して未焼結体にした。この未焼結体は、塩化ナトリウムが溶解するまで水浴に置いた。結果として得られた金属骨格は、先ず、実施例１におけるようにオーブンで乾燥させ、次いで、１３７１℃で３時間の間焼結した。焼結された金属発泡構造体を、図６〜図７に示す。
【００２９】
＜実施例３＞
チタン粉末［３２〜４５μｍ（５００〜３５０メッシュ）］と、塩化ナトリウム（４２５〜５００μｍ）とを、約２５：７５の［チタン］：［細孔形成剤］体積比で混合した。逆浸透水を、［チタン］：［細孔形成剤］混合物１００ｃｍ３当り約７００μＬに相当する量で添加した。その混合物を金型に入れ、次いで、３０ｋｓｉの圧縮圧力で圧縮して未焼結体にした。この未焼結体は、水浴に約１２時間の間置いて、細孔形成剤を溶解させた。結果として得られた金属骨格は、１７３１℃で６時間の間焼結した。焼結された金属発泡構造体は、約６５％の多孔率を有した。圧縮降伏強度および曲げ降伏強さは、それぞれ８２ＭＰａおよび１８０ＭＰａであり、ＡＳＴＭ Ｅ９−８９ａおよびＡＳＴＭ Ｅ２９０−９７ａに従う標準圧縮試験および３点曲げ試験を行うことによって決定された。
【００３０】
＜実施例４＞
チタン粉末［３２〜４５μｍ（５００〜３５０メッシュ）］と、塩化ナトリウム（２５０〜３００μｍ）とを、約２５：７５の［チタン］：［細孔形成剤］体積比で混合した。逆浸透水を、［チタン］：［細孔形成剤］混合物１００ｃｍ３当り約７００μＬに相当する量で添加した。その混合物を金型に入れ、次いで、４５ｋｓｉの圧縮圧力で圧縮して未焼結体にした。この未焼結体は、水浴に約１２時間の間置いて、細孔形成剤を溶解させた。結果として得られた金属骨格は、１３７１℃で６時間の間焼結した。焼結された金属発泡構造体は、約６５％の多孔率を有した。圧縮降伏強度および曲げ降伏強さは、それぞれ７７ＭＰａおよび１９６ＭＰａであり、実施例３に準拠し、上述のように決定された。
【００３１】
前述の明細書における概念は、具体的な実施形態に関連して記述されてきた。多くの態様および実施形態は、上述されており、単に例示であり、限定的なものではない。当業者は、この明細書を読んだ後、本発明の範囲から逸脱することなく、他の態様および実施形態が可能であることを認識する。さらに、当業者は、特許請求の範囲に開示される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更および変形を行うことができることを認識する。したがって、本明細書および図面は、制限的な意味というよりはむしろ例示的なものと見なされるべきであり、しかも、そのような変更は全て、本発明の範囲に含まれるように意図されている。
【００３２】
利点、他の効果、および、課題に対する解決方法は、具体的な実施形態に関連して上述されてきた。しかし、それらの利益、利点、課題に対する解決方法、および、それらを生じさせることができるか、または、より顕著なものにすることのできるあらゆる特徴(feature(s))が、特許請求の範囲のいずれかの、もしくは特許請求の範囲の全ての、決定的に重要な特徴、必須の特徴、または、本質的な特徴であると解釈されるべきではない。
【００３３】
幾つかの特徴(features)は、明確にされるように、別個の実施形態との関連で本明細書に記述されているが、単一の実施形態において組み合わせて提供されることも可能である。逆に、簡潔を旨として、単一の実施形態に関連して記述されている様々な特徴は、別個に、または、任意のサブコンビネーション(subcombination)で提供されることも可能である。さらに、範囲に関して記述される諸値に対する言及は、その範囲内のありとあらゆる値を包含する。
【００３４】
〔実施の態様〕
（１）製造方法において、
液体抽出可能な細孔形成剤を、金属粉末、および、前記細孔形成剤が可溶性である第１の液体、と一緒に混合し、それによって、混合物を形成する工程と、
前記混合物を圧縮成形して未焼結体を形成する工程と、
前記細孔形成剤を、前記細孔形成剤が可溶性である第２の液体に溶解させ、それによって、金属骨格を作り出す工程と、
を含む、製造方法。
（２）実施態様１に記載の製造方法において、
前記第１の液体は水性である、製造方法。
（３）実施態様１に記載の製造方法において、
前記混合物の各１００ｃｍ３当たり、前記第１の液体約４５０μＬ〜約１０５０μＬを、前記細孔形成剤および前記金属粉末と混合する、製造方法。
（４）実施態様１に記載の製造方法において、
前記混合物の各１００ｃｍ３当たり、前記第１の液体約６００μＬ〜約７５０μＬを、前記細孔形成剤および前記金属粉末と混合する、製造方法。
（５）実施態様に記載の製造方法において、
前記第１の液体は、逆浸透水、脱イオン水、蒸留水、脱酸素水、脱塩水または炭水化物水溶液である、製造方法。
（６）実施態様１に記載の製造方法において、
前記第１の液体は、水を少なくとも約７５重量％含有する、製造方法。
【００３５】
（７）実施態様１に記載の製造方法において、
前記細孔形成剤は、塩化ナトリウム、塩化アンモニウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化アルミニウム、塩化カリウム、塩化ニッケル、塩化亜鉛、重炭酸アンモニウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素カリウム、亜リン酸水素カリウム、リン酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カリウム、アルカリ土塁金属のハロゲン化物、結晶性炭水化物、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンワックス、カルボキシメチルセルロースナトリウム（ＳＣＭＣ）、ポリエチレングリコール−ポリプロピレン−ポリエチレングリコール共重合体（polyethyleglycol-polypropylene-polyethyleneglycol copolymer）（ＰＥＧ−ＰＰＧ−ＰＥＧ）、または、それらの組合せである、製造方法。
（８）実施態様１に記載の製造方法において、
前記細孔形成剤は、約２００μｍ〜約６００μｍの粒度を有する、製造方法。
（９）実施態様１に記載の製造方法において、
前記細孔形成剤は、約２００μｍ〜約３５０μｍの粒度を有する、製造方法。
（１０）実施態様１に記載の製造方法において、
前記細孔形成剤は、約３５０μｍ〜約５５０μｍの粒度を有する、製造方法。
【００３６】
（１１）実施態様１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、チタン、コバルト、クロム、ニッケル、マグネシウム、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、アルミニウム、銅、モリブデン、タングステン、ステンレス鋼、または、それらの合金から形成される、製造方法。
（１２）実施態様１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、チタンまたはチタン合金である、製造方法。
（１３）実施態様１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、約２０μｍ〜約１００μｍの粒度を有する、製造方法。
（１４）実施態様１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、約２５μｍ〜約５０μｍの粒度を有する、製造方法。
（１５）実施態様１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、約５０μｍ〜約８０μｍの粒度を有する、製造方法。
（１６）実施態様１に記載の製造方法において、
前記第１の液体と前記第２の液体とは、同一である、製造方法。
（１７）実施態様１に記載の製造方法において、
前記第１の液体と前記第２の液体とは、相違する、製造方法。
（１８）実施態様１に記載の製造方法において、
前記第２の液体は水性である、製造方法。
（１９）実施態様１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、前記細孔形成剤に対して、約４０：６０〜約１０：９０の体積比で存在する、製造方法。
（２０）実施態様１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、前記細孔形成剤に対して、約２５：７５の体積比で存在する、製造方法。
（２１）実施態様１に記載の製造方法において、
前記金属骨格を焼結して多孔質金属インプラントを形成する工程、
をさらに含み、
焼結温度は、約２１００ｏＦ（約１１４８．８℃）〜約２７００ｏＦ（約１４８２．２℃）の範囲である、製造方法。
【００３７】
（２２）金属インプラントにおいて、
少なくとも９０ＭＰａの曲げ降伏強さ、および、
少なくとも６５ＭＰａの圧縮降伏強度、
の少なくとも一方を有しており、
前記インプラントは、液体抽出可能な細孔形成剤と金属粉末との混合物から形成されており、かつ、少なくとも６５％の多孔率を有している、金属インプラント。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の１つの実施形態による多孔質金属インプラントを製造する方法の概略図である。
【図２】焼結金属発泡構造体の画像である。
【図３】図２の焼結金属発泡構造体の画像の側面図である。
【図４】図２の焼結金属発泡構造体の画像の詳細図である。
【図５】図２の焼結金属発泡構造体の光学顕微鏡画像である。
【図６】焼結金属発泡構造体の、２００倍での走査電子顕微鏡画像である。
【図７】焼結金属発泡構造体の、７００倍での走査電子顕微鏡画像である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造方法において、
液体抽出可能な細孔形成剤を、金属粉末、および、前記細孔形成剤が可溶性である第１の液体と一緒に混合し、それによって、混合物を形成する工程と、
前記混合物を圧縮成形して未焼結体を形成する工程と、
前記細孔形成剤を、前記細孔形成剤が可溶性である第２の液体に溶解させ、それによって、金属骨格を作り出す工程と、
を含む、製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法において、
前記第１の液体は水性である、製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の製造方法において、
前記混合物の各１００ｃｍ３当たり、前記第１の液体約４５０μＬ〜約１０５０μＬを、前記細孔形成剤および前記金属粉末と混合する、製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の製造方法において、
前記混合物の各１００ｃｍ３当たり、前記第１の液体約６００μＬ〜約７５０μＬを、前記細孔形成剤および前記金属粉末と混合する、製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の製造方法において、
前記第１の液体は、逆浸透水、脱イオン水、蒸留水、脱酸素水、脱塩水または炭水化物水溶液である、製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の製造方法において、
前記第１の液体は、水を少なくとも約７５重量％含有する、製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の製造方法において、
前記細孔形成剤は、塩化ナトリウム、塩化アンモニウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化アルミニウム、塩化カリウム、塩化ニッケル、塩化亜鉛、重炭酸アンモニウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素カリウム、亜リン酸水素カリウム、リン酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カリウム、アルカリ土塁金属のハロゲン化物、結晶性炭水化物、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンワックス、カルボキシメチルセルロースナトリウム（ＳＣＭＣ）、ポリエチレングリコール−ポリプロピレン−ポリエチレングリコール共重合体（ＰＥＧ−ＰＰＧ−ＰＥＧ）、または、それらの組合せである、製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の製造方法において、
前記細孔形成剤は、約２００μｍ〜約６００μｍの粒度を有する、製造方法。
【請求項９】
請求項１に記載の製造方法において、
前記細孔形成剤は、約２００μｍ〜約３５０μｍの粒度を有する、製造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の製造方法において、
前記細孔形成剤は、約３５０μｍ〜約５５０μｍの粒度を有する、製造方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、チタン、コバルト、クロム、ニッケル、マグネシウム、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、アルミニウム、銅、モリブデン、タングステン、ステンレス鋼、または、それらの合金から形成される、製造方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、チタンまたはチタン合金である、製造方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、約２０μｍ〜約１００μｍの粒度を有する、製造方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、約２５μｍ〜約５０μｍの粒度を有する、製造方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、約５０μｍ〜約８０μｍの粒度を有する、製造方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の製造方法において、
前記第１の液体と前記第２の液体とは、同一である、製造方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の製造方法において、
前記第１の液体と前記第２の液体とは、相違する、製造方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の製造方法において、
前記第２の液体は水性である、製造方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、前記細孔形成剤に対して、約４０：６０〜約１０：９０の体積比で存在する、製造方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、前記細孔形成剤に対して、約２５：７５の体積比で存在する、製造方法。
【請求項２１】
請求項１に記載の製造方法において、
前記金属骨格を焼結して多孔質金属インプラントを形成する工程、
をさらに含み、
焼結温度は、約２１００ｏＦ（約１１４８．８℃）〜約２７００ｏＦ（約１４８２．２℃）の範囲である、製造方法。
【請求項２２】
金属インプラントにおいて、
少なくとも９０ＭＰａの曲げ降伏強さ、および、
少なくとも６５ＭＰａの圧縮降伏強度、
の少なくとも一方を有しており、
前記インプラントは、液体抽出可能な細孔形成剤と金属粉末との混合物から形成されており、かつ、少なくとも６５％の多孔率を有している、金属インプラント。
【請求項１】
製造方法において、
液体抽出可能な細孔形成剤を、金属粉末、および、前記細孔形成剤が可溶性である第１の液体と一緒に混合し、それによって、混合物を形成する工程と、
前記混合物を圧縮成形して未焼結体を形成する工程と、
前記細孔形成剤を、前記細孔形成剤が可溶性である第２の液体に溶解させ、それによって、金属骨格を作り出す工程と、
を含む、製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法において、
前記第１の液体は水性である、製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の製造方法において、
前記混合物の各１００ｃｍ３当たり、前記第１の液体約４５０μＬ〜約１０５０μＬを、前記細孔形成剤および前記金属粉末と混合する、製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の製造方法において、
前記混合物の各１００ｃｍ３当たり、前記第１の液体約６００μＬ〜約７５０μＬを、前記細孔形成剤および前記金属粉末と混合する、製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の製造方法において、
前記第１の液体は、逆浸透水、脱イオン水、蒸留水、脱酸素水、脱塩水または炭水化物水溶液である、製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の製造方法において、
前記第１の液体は、水を少なくとも約７５重量％含有する、製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の製造方法において、
前記細孔形成剤は、塩化ナトリウム、塩化アンモニウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化アルミニウム、塩化カリウム、塩化ニッケル、塩化亜鉛、重炭酸アンモニウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素カリウム、亜リン酸水素カリウム、リン酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カリウム、アルカリ土塁金属のハロゲン化物、結晶性炭水化物、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンワックス、カルボキシメチルセルロースナトリウム（ＳＣＭＣ）、ポリエチレングリコール−ポリプロピレン−ポリエチレングリコール共重合体（ＰＥＧ−ＰＰＧ−ＰＥＧ）、または、それらの組合せである、製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の製造方法において、
前記細孔形成剤は、約２００μｍ〜約６００μｍの粒度を有する、製造方法。
【請求項９】
請求項１に記載の製造方法において、
前記細孔形成剤は、約２００μｍ〜約３５０μｍの粒度を有する、製造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の製造方法において、
前記細孔形成剤は、約３５０μｍ〜約５５０μｍの粒度を有する、製造方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、チタン、コバルト、クロム、ニッケル、マグネシウム、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、アルミニウム、銅、モリブデン、タングステン、ステンレス鋼、または、それらの合金から形成される、製造方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、チタンまたはチタン合金である、製造方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、約２０μｍ〜約１００μｍの粒度を有する、製造方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、約２５μｍ〜約５０μｍの粒度を有する、製造方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、約５０μｍ〜約８０μｍの粒度を有する、製造方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の製造方法において、
前記第１の液体と前記第２の液体とは、同一である、製造方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の製造方法において、
前記第１の液体と前記第２の液体とは、相違する、製造方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の製造方法において、
前記第２の液体は水性である、製造方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、前記細孔形成剤に対して、約４０：６０〜約１０：９０の体積比で存在する、製造方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の製造方法において、
前記金属粉末は、前記細孔形成剤に対して、約２５：７５の体積比で存在する、製造方法。
【請求項２１】
請求項１に記載の製造方法において、
前記金属骨格を焼結して多孔質金属インプラントを形成する工程、
をさらに含み、
焼結温度は、約２１００ｏＦ（約１１４８．８℃）〜約２７００ｏＦ（約１４８２．２℃）の範囲である、製造方法。
【請求項２２】
金属インプラントにおいて、
少なくとも９０ＭＰａの曲げ降伏強さ、および、
少なくとも６５ＭＰａの圧縮降伏強度、
の少なくとも一方を有しており、
前記インプラントは、液体抽出可能な細孔形成剤と金属粉末との混合物から形成されており、かつ、少なくとも６５％の多孔率を有している、金属インプラント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２７４４０２（Ｐ２００８−２７４４０２Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００８−３８４６５（Ｐ２００８−３８４６５）
【出願日】平成２０年２月２０日（２００８．２．２０）
【出願人】（５０１３８４１１５）デピュイ・プロダクツ・インコーポレイテッド (216)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３８４６５（Ｐ２００８−３８４６５）
【出願日】平成２０年２月２０日（２００８．２．２０）
【出願人】（５０１３８４１１５）デピュイ・プロダクツ・インコーポレイテッド (216)
【Ｆターム（参考）】
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