成果報告書詳細
管理番号20120000001107
タイトル平成23年度成果報告書 平成21年度第1回採択産業技術研究助成事業 09A19020a 局所弾性率上昇型脊椎固定用チタン合金製ロッドの開発 平成23年度中間
公開日2012/10/27
報告書年度2011 - 2011
委託先名国立大学法人東北大学 仲井 正昭
プロジェクト番号P00041
部署名技術開発推進部
和文要約脊椎固定用金属製ロッドに求められる弾性率は、患者側と医師側とで異なり、患者に対しては応力遮蔽効果を抑制するための低弾性率が望ましく、医師側からすればスプリングバックを軽減するための高弾性率が望ましいと考えられる。そこで、本研究では、患者および医師の双方にとって望ましい弾性率特性を実現するため、加工誘起相変態を利用し、変形部分のみ加工誘起相の形成により弾性率が上昇する脊椎固定用金属製ロッドの開発を進めている。昨年度までに、β型チタン中において形成する種々の加工誘起相の中でも、変形により弾性率を上昇させるためには加工誘起ω相が有効であることを見出し、この知見を基に実際に変形を加えると弾性率が上昇する種々の新合金を開発してきた。今年度は、これまでに開発してきた新合金を実用化に近づけるため、その中の代表的な合金の一つであるTi-12Cr合金を選択して大型インゴットを試作し、製造プロセスの中でも重要ポイントの一つである溶体化処理条件の最適化を図った。その結果、溶体化処理条件に依存して結晶粒直径が変化することが明らかとなり、変形前後の弾性率および機械的性質のバランスを考えると、結晶粒直径は小さいほうが望ましく、そのためには溶体化処理温度を低く設定すべきであることを見出した。さらに、Ti-12Cr合金のスプリングバック量や細胞毒性についても評価し、同合金の加工誘起ω相変態による弾性率上昇がスプリングバックの抑制に有効であり、同合金の生体組織に対する安全性が高いことを示唆する実験結果が得られた。
英文要約The requirements in terms of elastic modulus of metallic spinal implant rod differs between a patient and a surgeon; low elastic modulus is desirable from the viewpoint of a patient to prevent stress shielding effect, while a high elastic modulus is preferred by a surgeon to reduce springback. In order to obtain such the elastic modulus, deformation-induced phase transformation is used. We are developing a metallic spinal implant rod in which the elastic modulus increases at only the deformed parts in this study. During the research conducted over the past two years with various deformation-induced phases formed in β-type titanium alloys, we found deformation-induced ω phase to be effective in increasing the elastic modulus by deformation and, on the basis of this result, developed some new alloys with an ability to increase its elastic modulus locally by deformation. In order to develop alloys with close to practical applicability, a representative alloy, Ti-12Cr, was selected, and a large ingot of the alloy was produced. The conditions employed in solution treatment, one of the important processes in the alloy fabrication, were optimized. From the results, it was found that the crystal grain diameter of the alloy depended on the solution treatment conditions. In order to achieve a balance between the elastic modulus and mechanical properties, a small crystal grain diameter is preferred and hence a lower solution treatment temperature is required. Further, the amount of springback and cytotoxicity of Ti-12Cr alloy were evaluated. The results proved that the increase in the elastic modulus due to deformation-induced ω-phase transformation is effective in suppressing springback and ensuring the safety of the living tissue surrounding the implant.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る