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公開番号2024080702
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-13
出願番号2024044224,2023527537
出願日2024-03-19,2022-03-30
発明の名称スクリュー用母材、スクリューとその製造方法
出願人株式会社丸ヱム製作所
代理人個人,個人,個人,個人
主分類A61L 27/06 20060101AFI20240606BHJP(医学または獣医学;衛生学)
要約【課題】合金チタンに匹敵する十分な強度を有する純チタン製スクリュー用母材又は純チタン製スクリューを提供する。
【解決手段】本発明は、略円筒形の純チタン製スクリュー用母材又はスクリューであって、前記略円筒形の軸方向の(1 0-1 0)面の配向性の比強度の最大値が3以上であるスクリュー用母材又はスクリューを提供する。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
略円筒形の純チタン製スクリュー用母材又はスクリューであって、前記略円筒形の軸方向の（１０－１０）面の配向性の比強度の最大値が３以上であるスクリュー用母材又はスクリュー。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記純チタンの結晶子サイズが２８０Å以下である請求項１に記載のスクリュー用母材又はスクリュー。
【請求項３】
以下の特性ｉ）～ｉｉｉ）のうちの少なくとも１つの特性を有する請求項１又は２に記載のスクリュー用母材又はスクリュー：
特性ｉ）：引張り強さが８００ＭＰａ以上；
特性ｉｉ）：硬さが２００ＨＶ以上；
特性ｉｉｉ）：絞りが４５％以上。
【請求項４】
純チタン製スクリュー用母材又はスクリューであって、前記純チタンの結晶子サイズが２８０Å以下であり、且つ以下の特性ｉ）～ｉｉｉ）のうちの少なくとも１つの特性を有するスクリュー用母材又はスクリュー：
特性ｉ）：引張り強さが８００ＭＰａ以上；
特性ｉｉ）：硬さが２００ＨＶ以上；
特性ｉｉｉ）：絞りが４５％以上。
【請求項５】
前記純チタンが、純チタン２種、純チタン３種、純チタン４種、及び結晶粒を１μｍ以下に微細化された純チタンからなる群から選ばれる請求項１～４のいずれか一項に記載のスクリュー用母材又はスクリュー。
【請求項６】
前記純チタンが、純チタン４種である請求項１～５のいずれか一項に記載のスクリュー用母材又はスクリュー。
【請求項７】
スクリュー用母材又はスクリューが医療用アンカースクリュー用母材または医療用アンカースクリューである請求項１～６のいずれか一項に記載のスクリュー用母材又はスクリュー。
【請求項８】
スクリュー用母材又はスクリューが歯科矯正用アンカースクリュー用母材または歯科矯正用アンカースクリューである請求項１～７のいずれか一項に記載のスクリュー用母材又はスクリュー。
【請求項９】
（Ｉ）略円筒形でありその断面積がＡ０である純チタン素材を準備する工程；及び
（ＩＩ）前記純チタン素材をスエージングする工程；
を有することにより、スエージング後の断面積がＡ１であり、ｌｎ（Ａ０／Ａ１）で表される真ひずみが２以上である略円筒状のスクリュー用母材を得る、スクリュー用母材の製造方法。
【請求項１０】
（Ｉ）その断面積がＡ０である略円筒状の純チタン素材を準備する工程；及び
（ＩＩ）前記純チタン素材をスエージングする工程；
を有することにより、スエージング後の断面積がＡ１であり、ｌｎ（Ａ０／Ａ１）で表される真ひずみが２以上である略円筒状のスクリュー用母材を得、
（ＩＩＩ）前記略円筒状のスクリュー用母材にスクリュー形状を付与する工程；
をさらに有することにより、スクリューを得る、スクリューの製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリュー用母材又はスクリュー及びその製造方法、特に医療用スクリュー用母材又は医療用スクリュー及びその製造方法、より特に医療用アンカースクリュー用母材又は医療用アンカースクリュー及びその製造方法、さらに特に歯科矯正用アンカースクリュー母材又は歯科矯正用アンカースクリュー及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
チタン製医療用スクリューは、医療用インプラントにおいて重要となっている。これらのほとんどは、合金チタン（Ｔｉ６４）で作られている。合金チタン（たとえば、Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ）は、合金元素のため、特にバナジウムによるアレルギーの問題があった。
【０００３】
また、工業用製品においても、例えば半導体業界では、清浄度と耐食性が求められる特殊な酸・溶液を使用する基板の洗浄工程、また、真空または特殊なガスの環境にさらされる成膜工程においては、合金チタン、例えばＴｉ－６Ａｌ－４Ｖでは、耐食性が純チタンより劣るだけでなく、添加元素であるアルミニウムやバナジウムの溶出が起こり、不純物混入の原因になるため、合金チタンは使用できず純チタンのスクリューを使用している。一方、純チタンは、強度が低いため、スクリューのサイズを大きくするか又はスクリューの本数を増やすなどして強度の不足を補っており、純チタン自身の強度向上が求められている。
【０００４】
そこで、純チタンの強度を向上する方法として、例えば、特許文献１、特許文献２にはインプラントとしてチタンまたはチタン合金に対してスエージング加工することにより機械的な特性が向上することが示されている。また、特許文献３には、適切な加工条件や加工度が示されている。ただし、特許文献１～３は、金属の塑性加工に共通する一般的な加工強化の長所をしめしたものであり、加工度は２０～８０％にすることが好ましく、８０％より大きくすると脆くなること、加工するときに割れが発生することが示されている。
【０００５】
また、特許文献４では、スエージング加工の加工様式の特徴に関する内容が示されているが、定性的なものにとどまっており、信頼性の点から十分とは言えない。
特許文献５には、温間圧延、押出、型鍛造などの方法により、チタンに機械的な特性を向上させる技術が示されている。これは、チタンの結晶微細化強化法の一つである繰り返しせん断変形加工法（ＥＣＡＰ）を用いて、周囲から加熱しながら温度を制御して素材を作り、その後、主な二次加工である圧延で効果を高めたものである。特に、微細化と結晶の等方性の改善に特徴がある。
【０００６】
また、特許文献６においても、多軸鍛造処理法（ＭＤＦ）でチタンを微細化した後、これに圧延や線状加工を行うこと、またその時の加工温度を７０℃以下とすることで強度アップが実現できることなどが示されている。
さらに、非特許文献１では、純チタン１種から４種について、それぞれ急冷などの熱処理による組織変化で微細化した材料を出発点にして、さらに加工で強化することが示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
平成２６年度研究成果報告書（公益法人京都技術科学センター）松本洋明軽量純チタン材の新しい超微細粒組織形成と高機能化・実用塑性加工への新展開。
【特許文献】
【０００８】
特開平７－１２４２４２。
特開平９－１３５８５２。
特開平７－１２４２４２。
特開平９－１３５８５２。
特許第５５３６７８９号。
特許第６７３７６８６号。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
純チタンはアレルギーのリスクが最も少ない金属であるが、医療用スクリューに必要な引張強度とねじり破断強度が合金チタンと比較して不足していた。低侵襲が求められているので、サイズアップによる強度アップは好ましくなく、材料そのものに強度が必要となっている。
従来の技術は、機械的な特性を向上させるために、純チタンの加工硬化や微細強化特性を利用しようとしたが十分でなく、最近では、巨大ひずみ加工（ＵＦＧ、bulk ultrafine grained）により微細強化した特殊素材を作った後、圧延加工などを行って医療用スクリュー用の円柱形状（バー材あるいは線材）を作っていた。そのため、工程が複雑で、また、巨大ひずみ加工材の形やボリュームに制約があり、実際の大量生産には不向きであり、低コストで生産性に優れた方法が求められていた。
【００１０】
一方、バー材あるいは線材として市販されている商用純チタン材（ＣＰチタン、Commercial pure titanium）は、容易に入手可能であるが、その結晶粒は数十ミクロンと大きく強度が十分でなく、内部組織には多少ばらつきがあるので、これを用いても安定な生産と高い信頼性を実現する品質管理が必要となっていた。
（【００１１】以降は省略されています）

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