JP2000308680A

JP2000308680A - 高剪断強度を有する医療材料及び製造方法

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Publication number: JP2000308680A
Application number: JP11123080A
Authority: JP
Inventors: Koji Nishiyama; 孝司西山; Takeshi Shimamoto; 偉志島本; Morishige Hata; 盛成畑
Original assignee: Gunze Ltd
Current assignee: Gunze Ltd
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2000-11-07
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: JP3817966B2

Abstract

(57)【要約】【課題】初期剪断強度と強度保持性および耐疲労強度を
向上した医療材料を提供する。【解決手段】分子鎖が配向した生体内分解吸収性ポリマ
ー単独あるいは、バイオセラミックスとの組合せからな
る複合体をさらに軸芯に対し対面する方向よりプレスし
てなる頭部と、軸芯に対し直交する方向よりプレスして
成型される溝を有する、ポリマーマトリックス中の配向
分子鎖が切断されずに連続化していることを特徴とする
医療材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は医療材料およびその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】手術時に用いられる生体内
吸収性ポリマーからなる医療材料は、生体内で加水分解
されて吸収されるため、手術時に取り出す必要がない利
点があるが、Ｘ線撮影時に造影されないことや分解吸収
された後も再生骨に置換されるのに多くの時間がかかる
問題点がある。そのため、生体吸収性高分子に骨の無機
成分であるハイドロキシアパタイトを混ぜることによ
り、Ｘ線造影化を向上させて、同時に生体骨との表面接
着性を向上させることが試みられている。同様に骨成長
因子を混ぜて、新生骨の形成を促進させることも行われ
ている。しかし、通常の射出成形法などによる方法で
は、生体骨の強度に劣るため実用化レベルに達しなかっ
た。

【０００３】そのため、生体吸収性ポリマー素材の強度
を向上させるのに分子量を大きくする方法がなされた
が、分子量が大きくなりすぎると熱加工性に劣り、例え
ば成型のために融点以上に加熱したときにポリラクタイ
ドが熱分解されて分子量の大幅な低下が起こるため、分
子量を維持したまま加熱により強度を維持するには限界
があった。その後、生体内吸収性ポリマー内の分子鎖を
配向させて、強度を向上させることが提案された。しか
し、二次成形時に切削加工を行なってしまうと、分子配
向が切断されて初期強度が低下し、切削面からの体液の
侵入により加水分解が促進され、生体内で比較的短期間
で強度低下をきたしてしまう。特に、スクリューなど溝
を有する医療材料では、配向で強度を向上させても逆に
ネジ頭やネジ山などの凹凸溝がある部分の強度低下が著
しくなる。同様に溝付ピンなど表面に凹凸溝がある医療
材料も同様である。実際のヒト皮質骨において、皮質骨
部の厚みが薄いと、骨へのネジ山引っかかり部がわずか
１〜３個所となり、ネジ山強度が低いと十分な固定力が
得られないという問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に鑑み検討を重ねた結果、分子配向した高密度複合材料
の二次成形時にプレス加工をおこなうことにより、ポリ
マーマトリックス中の配向分子鎖を切断することなく、
凹凸溝の凸部における初期剪断強度と強度保持性および
耐疲労強度を向上することを見い出した。

【０００５】本発明は、下記の医療材料およびその製法
を提供するものである。項１．分子鎖が配向した生体内分解吸収性ポリマー単
独あるいは、バイオセラミックスとの組合せからなる複
合体を軸芯に対し直交する方向よりプレスして成型され
る溝を有する、ポリマーマトリックス中の配向分子鎖が
切断されずに連続化していることを特徴とする医療材
料。項２．軸芯に対し対面する方向よりプレスして成型し
た頭部を有する項１記載の医療材料。項３．据え込みパンチにてプレスして得た頭部である
項２記載の医療材料。項４．凹凸溝を有する据え込みパンチにてプレスし、
凹凸溝を形成した項１〜３のいずれかに記載の医療材
料。項５．項１〜４において、凹凸溝の凸部における初期
剪断強度が１９ｋｇｆ／ｍｍ²以上及び３７℃のリン酸
緩衝液（ｐＨ７.４）に９０日間浸漬したときの剪断強
度保持率が６０％以上である医療材料。項６．項１〜５において、凹凸溝の凸部における引張
疲労試験の初期繰り返し破断回数が３×１０⁴〜１×１
０⁷及び３７℃のリン酸緩衝液（ｐＨ７.４）に９０日間
浸漬したときの繰り返し破断回数が投入前の６０％以上
である医療材料。項７．項１〜６記載において、ネジ山形状に沿って分
子配向した高剪断ネジ山強度を有する外科用スクリュ
ー。項８．項７記載において、スクリューの軸の垂線に対
するネジ山頂部のスクリュー後端側斜面の傾斜角を８〜
４０°としたことを特徴とする外科用スクリュー。項９．傾斜角を２５°〜３５°としたことを特徴とす
る項８に記載の外科用スクリュー。項１０．項１〜９記載の生体内分解性ポリマーがポリ
-Ｌ-乳酸である医療材料。項１１．項１〜９記載のバイオセラミックスがハイド
ロキシアパタイトである医療材料。項１２．バイオセラミックスとして、焼成温度８５０
〜９５０℃で焼成した平均粒度２０〜４０μｍのハイド
ロキシアパタイトを２０〜４０重量％添加してなる項１
１に記載の医療材料。項１３．分子鎖が配向した生体内分解吸収性ポリマー
単独あるいは、バイオセラミックスとの組合せからなる
複合体を軸芯に対し直交する方向よりプレスして溝を成
形する工程によって、ポリマーマトリックス中の配向分
子鎖が切断されずに連続化していることを特徴とする医
療材料の製造法。項１４．軸芯に対し対面する方向よりプレスして頭部
を成形する工程をさらに有する項１３記載の医療材料。項１５．据え込みパンチにてプレスして頭部を成形す
ることを特徴とする項１４記載の医療材料の製造法。項１６．凹凸溝を有する据え込みパンチにてプレス
し、凹凸溝を形成することを特徴とする項１４又は１５
に記載の医療材料の製造法。項１７．複数に分割された溝を有する金型にてプレス
して溝を形成することを特徴とする項１６記載の医療材
料の製造法。項１８．溝の形成を４つに分割された金型を用いて行
うことを特徴とする項１３または１４に記載の医療材料
の製造法。項１９．複数に分割された溝を有する金型にてプレス
して溝を形成するに際し、少なくとも２度以上プレス
し、２度目以降は分割された金型の接合部を避けてプレ
スすることを特徴とする項１６記載の医療材料の製造
法。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の医療材料は、各種成形体
等の種々の形態で、骨接合材（ピン、溝付ピン、クサビ
付ピン、タグ付ピン、テーパードピン、肋骨ピン、胸骨
ピン、スクリュー、中空スクリュー、ヘッドレススクリ
ュー、ＡＣＬスクリュー、ハーバードスクリュー、ＴＨ
Ｒスクリュー、ＴＫＲスクリュー、ボルト、釘、髄内
釘、リベット、ビス、ステープル、プレート、ボタン、
ワッシャー、スパイクワッシャー、アンカー、ワイヤ
ー）、骨充填材、骨補綴材などに用いられる。

【０００７】生体内分解吸収性ポリマーは、生体内に於
いて加水分解され吸収される性質を有する各種ポリマー
で、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリジオキサノン
（ＰＤＳ）、ラクタイド含有ポリマーを含む。ラクタイ
ド含有ポリマーは、ポリＬ−ラクタイド（ＰＬＬＡ）、
ポリＤ−ラクタイド（ＰＤＬＡ）、ポリＤ,Ｌ−ラクタ
イド（ＰＤＬＬＡ）、Ｌ−及びＤ−ラクタイド／グリコ
ライド共重合体（Ｐ（ＬＡ／ＧＡ））、Ｌ−及びＤ−ラ
クタイド／カプロラクトン共重合体（Ｐ（ＬＡ／Ｃ
Ｌ））を含む。

【０００８】また、ラクタイド含有ポリマー主鎖中の
（ＤまたはＬ）ラクタイドの組成比率は、３０モル％以
上、好ましくは５０モル％以上、より好ましくは７０モ
ル％以上、より好ましくは８０モル％以上、特に９０モ
ル％以上である。好ましいラクタイド含有ポリマーはＰ
ＬＬＡである。

【０００９】ラクタイド含有ポリマーのＧＰＣ法による
重量平均分子量は１００万以下、好ましくは４０万未
満、好ましくは５万〜３５万；より好ましくは１０万〜
２５万；特に好ましくは１３万〜２１万である。

【００１０】低分子量乳酸成分には、重合原料であるラ
クタイドの他に溶融成形時の熱分解によって生じる乳酸
や乳酸の２量体、３量体等が包含される。

【００１１】かかるラクタイドの含有量は、４０００ｐ
ｐｍ以下、好ましくは３５００ｐｐｍ以下、より好まし
くは３０００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは２０００ｐ
ｐｍ以下、特に１０００ｐｐｍ以下、さらに１〜１００
ｐｐｍである。

【００１２】バイオセラミックスは、ハイドロキシアパ
タイト（ＨＡＰ）、ストロンチウムアパタイト（ＳｔＡ
Ｐ）、α−リン酸三カルシウム（α−ＴＣＰ）、β−リ
ン酸三カルシウム（β−ＴＣＰ）などのリン酸カルシウ
ム系化合物、Ａ−Ｗ結晶化ガラス、アルミナ、ジルコニ
ア、カーボン、バイオガラスを含み、好ましいバイオセ
ラミックスはハイドロキシアパタイトである。これらは
１〜９０ｗｔ％、好ましくは２０〜４０ｗｔ％含有でき
る。ポリマーとの均一な混練法としては、バッチ式混練
機、連続式混練機、２軸混練機があり、表面にコーティ
ング法にはスパッタリング法、プラズマスプレー法、電
気泳動法、ディップコーティング法、コンポジットコー
ティング法、バイオミメテック法、ゾルゲル法を選択す
るにより適用することができる。

【００１３】ハイドロキシアパタイトのＣａ／Ｐ比は
１.０〜２.０が好ましい。ハイドロキシアパタイトの焼
結温度は未焼成〜１４００℃、好ましくは８００℃〜１
２００℃、より好ましくは８５０〜９５０℃、特に９０
０℃である。ハイドロキシアパタイトの粒径は０.１〜
３００μｍ、好ましくは１〜１００μｍ、より好ましく
は３〜３０μｍ、特に２５〜３０μｍである。

【００１４】バイオセラミックスとして、焼成温度８５
０〜９５０℃で焼成した平均粒度２０〜４０μｍのハイ
ドロキシアパタイトを２０〜４０重量％添加すると、医
療材料の強度及び骨との接着性に優れ、Ｘ線造影により
確認できるため好ましい。

【００１５】成長因子であるＢＭＰ（骨成長誘導蛋
白）、ＴＧＦ−β、ＩＧＦ−Ｉ、ＩＧＦ−II（インシュ
リン様成長因子Ｉ，II）、ｂＦＧＦ（塩基性繊維芽細胞
増殖因子）、ＣＩＦ（軟骨誘導因子）、ＣＤＧＦ（軟骨
由来成長因子）、ＣＤＦ（軟骨由来因子）などを少量複
合化してもよい。好ましい成長因子はＢＭＰである。こ
れらは０.０１〜１０００ｐｐｍ、好ましくは０.１〜１
００ｐｐｍ程度含有できる。ポリマーやバイオセラミッ
クスとの混合は、ディップコーティング法により適応す
ることができる。また、ゼラチン、コラーゲンと混ぜ
て、複合材料表面にコーティングしてもよい。

【００１６】Ｘ線造影剤である硫酸バリウム、炭酸水素
ナトリウム、酒石酸、ヨード、イットリウムなどを複合
材料に混練するか、表面にコーティングしてもよい。

【００１７】複合材料のマトリックスである生体内吸収
性ポリマーの分子鎖を配向させる方法としては、一軸、
二軸または多軸の引張延伸法や静水圧押出し、ラム押出
しなどの固相押出法を含む延伸加工によって行うことが
できる。延伸倍率もしくは変形倍率は２〜２０倍程度、
好ましくは２〜１５倍程度、より好ましくは２〜１２倍
程度で行われる。延伸倍率は、ネジの場合には２〜３倍
程度が好ましく、ピンの場合には２〜８倍程度が好まし
い。

【００１８】本発明の医療材料は、例えばラクタイド含
有量が４０００ｐｐｍ以下のラクタイド含有ポリマーに
ハイドロキシアパタイト粒を３０ｗｔ％混ぜたものを混
練機にて均一なペレットにし、射出成型機にて成形物を
得た後、ガラス転移点以上融点以下の温度で静水圧押出
して延伸し、アニール後、成形プレス機にてプレス加工
して得ることができる。ＢＭＰを加える場合は、ディッ
プ、コーティングすることにより成形物表面に付加でき
る。

【００１９】本発明の医療材料の凹凸溝の凸部における
初期剪断強度は１５〜５０ｋｇｆ／ｍｍ²、好ましくは
１９〜３０ｋｇｆ／ｍｍ²程度である。

【００２０】本発明の医療材料の３７℃のリン酸緩衝液
（ＰＢＳ）に９０日間浸漬したときの剪断強度が初期強
度の５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましく
は８０％以上の保持率である。

【００２１】本発明の医療材料のＪＩＳ−Ｋ７１１８、
７０８３を参照とした引張疲労試験（つかみ距離３０ｍ
ｍ、繰り返し最大荷重５０ｋｇｆ、繰り返し最小荷重５
ｋｇｆ、周波数３Ｈｚ）の繰り返し破断回数が２×１０
⁴〜１０⁷、好ましくは３×１０⁴〜１×１０⁶である。

【００２２】本発明の医療材料における低分子量ラクタ
イドは、（１）真空熱乾燥工程、（２）溶媒洗浄工程
（３）重合時の減圧工程の少なくとも１つの工程によ
り、所定濃度に低減される。・真空熱乾燥工程は、１〜１０ｍｍＨｇ程度で、１０〜
２０時間程度、１００〜１２０℃程度で行うことができ
る。・溶媒洗浄工程は、アセトン、酢酸エチル、ブタノール等の
有機溶媒中にラクタイド含有ポリマーを浸漬し、ソック
スレー抽出で５〜１２時間処理し、次いで有機溶媒を蒸
発させることにより行うことができる。・重合時の減圧工程は、重合がある程度進んだ段階で、
数十ｍｍＨｇ以下で数時間減圧にして行うことができ
る。

【００２３】医療材料の製造に関し、ラクタイドの量を
調整することにより、分解保持率を各用途に最適化する
ことができる。・ラクタイド１００〜４０００ｐｐｍは、骨など８〜１
６週間で治癒する部位（骨接合材、骨充填材）の用途に
好適である；・ラクタイド１〜１００ｐｐｍは、１６週間以上強度保
持が必要な特殊な外科手術（例えば脚延長術）で用いる
骨接合材、骨充填材の用途に各々好適である。

【００２４】本発明におけるプレス加工は、少なくとも
成形物に塑性変形を生じさせるため成形物のガラス転移
点以上融点以下の温度、１００〜５００kg/cm²の圧力で
行われる。プレス加工時の温度は、配向及びプレス後の
形状を維持するため、例えばＰＬＬＡの場合１００〜１
３０℃程度が好ましい。

【００２５】プレス加工は、加圧によって初期の目的と
する形状に加工することを指し、１乃至多面的に押圧し
て形状を整えてネジ、ピン、ロッド、プレート、クギ状
等に加工することを指す。例えば、加熱された金型に生
体内分解吸収性樹脂の成形物を入れて加圧したり、或い
は、成形物の両面より加熱された成型型を押しつけて所
望の形状に加工することである。

【００２６】プレス成型による加工の好ましい態様とし
て、据え込みパンチによるネジ頭部のプレス成型を図
１、２に例示する。また、ネジ溝の形成を図３に例示す
る。

【００２７】なお、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示す手順によ
り、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す形状のネジ頭部が成形さ
れる。

【００２８】該ネジ頭部の成形装置は、３つの据え込み
パンチ５，６，７を固定して設けたプレス装置３と、成
形物を収容する金型４よりなり、第１の据え込みパンチ
５には長寸の略台形状の窪み８が、また、第２の据え込
みパンチ６にはこれより短寸で直径の大きい台形状の窪
み９が、さらに、第３の据え込みパンチ７には所望のネ
ジ頭のサイズ形状に等しい形状の窪み１０が、各々設け
られている。一方、金型４には成形される円柱状の成形
物１を収容する、これと略同径の筒状部１１と、前記据
え込みパンチを挿入させ、ネジ頭部をさせるための大径
の筒状部１２が形成されている。

【００２９】かかる装置において、先ず、図１(A)で示
すように生体内分解吸収性樹脂（例えばポリＬ−乳酸）
を円柱状に成形してなる長尺の成形物１を小径の筒状部
１１に挿入し、ストッパー１３で端部を固定した後、加
熱された第１の据え込みパンチ５を作用させて成形物１
の先端を加圧、すなわち、成形物の軸芯に対し対面する
方向より一定時間加圧し、冷却した後抜去して第１のプ
レス加工とする。

【００３０】さらに、同様に図１（Ｂ）、（Ｃ）で示す
順に加熱された第２、第３の据え込みパンチ６、７を作
用させ、冷却して最終的に所望とするネジ頭部を成形す
る。形成されるネジ頭部は図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す順
に変形し、図１（Ａ）の工程により図２（Ａ）の、図１
（Ｂ）の工程により図２（Ｂ）の、図１（Ｃ）の工程に
より図２（Ｃ）のように変化する。

【００３１】図１における（Ｃ）工程を最終とし、これ
によって図２（Ｃ）で示すようなサイズ、形状のネジ頭
部１４が形成される。

【００３２】なお、図２（Ｃ）において１５は身部であ
り、例えば該身部をネジ溝を有する金型によりプレスし
てネジ溝を形成する。なお、かかる身部の加工、すなわ
ち、ネジ溝の形成は、前記したネジ頭部を形成した後で
あっても、それに先立つ工程であってもよい。

【００３３】また、かかる身部１５については、ネジ溝
を構成することなく滑り止め溝（凹凸）、タグ、くさび
等を形成したピン状としてもよく、その形状は任意であ
る。また、前記した据え込みパンチの数、窪みの形状、
大きさ、或いは、これにドライバー先端に符合する＋或
いは−、角状等のねじ込み用ネジ溝を形成することも任
意である。かかるねじ込み溝については、例えば、据え
込みパンチの窪みに前記＋、−に符合する凸部を形成す
ることにより可能となり、前記した加圧加工により同時
にかかるねじ込み溝を形成できる。

【００３４】なお、前記成形に際し、その加圧条件、手
段は任意であるが、少なくとも成形物に塑性変形を生じ
させるため成形物のガラス転移点以上、融点以下の温度
を据え込みパンチ、或いは、金型に加え、またその形状
を固定するために、冷却工程を適宜設けるのが好まし
い。

【００３５】また、前記の例では、加工物の取り出しが
容易であるように、金型４を分割可能とするのが好まし
い。

【００３６】なお、図２（Ｃ）において、１５は以下に
述べるネジ溝形成部分となる。

【００３７】すなわち、図３において、１６は均等に４
分割された金型であり、それぞれに４分割されたネジ溝
１７を有する。かかる金型は、接合して一体化したとき
完成された１つのネジ溝を有する金型となるよう構成さ
れている。

【００３８】一方、１は生体内分解吸収性樹脂を円柱状
に成形してなる成形物であり、図３（Ｂ）で示すよう
に、これを各金型１６を４方向から押し当てて加圧し、
すなわち、軸芯に対して直交する方向より加圧し、所定
時間経過した後、かかる状態を維持したまま冷却し、次
いで、図３（Ｃ）のように金型１６をリリースすること
により、成形物１にネジ溝１８を形成する。更に好まし
くは、かかる成形物を４５°回転させ、再度図３（Ｂ）
で示す加圧を行うことにより、一度目の加圧により生じ
たバリ（凸部）、すなわち、金型−金型接合部に生じた
バリを除去する。かかる操作を繰り返すことにより、バ
リの除去が完全となる。なお、この際の金型の加熱温度
は一度目の金型の温度よりも低め、例えば、ガラス転移
点よりやや高めに設定することが望ましい。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、分子配向した高密度複合材料
の二次成形時にプレス加工をおこなうことにより、ポリ
マーマトリックス中の配向分子鎖を切断することなく、
凹凸溝の凸部における初期剪断強度と強度保持性および
疲労強度を向上することである。また、製造が容易で大
量生産に適し、切削のような固有技術も必要としない。
従って、品質のバラツキもなく、切削に伴うロスも生じ
ない。また、凹凸溝の成形においては、分割された金型
を用いることにより精度の高い凹凸溝を構成することが
可能となり、これによるバリの発生も、かかる金型によ
る加圧を場所を変えて複数回行うことにより解消され
る。

【００４０】また、本発明の医療材料はラクタイドの含
有量を４０００ｐｐｍ以下に抑えることにより、低分子
量の重合物であっても曲げ強度の他、引張強度、剪断強
度等の種々の強度保持性を著しく改善することができ
る。

【００４１】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する
が、本発明はこれら実施例には限定されない。

【００４２】

【実施例１】ＰＬＬＡネジ山強度試験（切削加工品とプ
レス加工品の比較）重量平均分子量が２５万のポリＬ乳酸原料を射出成型器
を用いて、成形温度２００〜２１０℃の条件でφ１６ｍ
ｍの円柱状のＰＬＬＡビュレットを得た。得られたＰＬ
ＬＡビュレットを真空熱乾燥工程（１〜１０ｍｍＨｇの
減圧下に１２０℃、１０時間）に供し、ラクタイド含量
の低減されたＰＬＬＡビュレットを得た。このＰＬＬＡ
ビュレットを、さらに静水圧押出装置を用いて成形温度
１２０〜１４０℃の条件下で２.５倍延伸してφ１０ｍ
ｍのＰＬＬＡ棒を作製した。このＰＬＬＡ延伸棒を旋盤
を用いて切削加工を行い、山径φ４.５ｍｍ、全長３０
ｍｍのＰＬＬＡスクリューサンプル（山形状Ａ、Ｂ）を
作製した。またプレス成型器（図１〜３）を用いて、加
熱温度１２０±５℃、加熱時間１０秒、プレス圧力２〜
１０kg／mm²、冷却時間６０秒の条件下でプレス加工を
行い、同様に山径φ４.５ｍｍ、全長３０ｍｍのＰＬＬ
Ａスクリューサンプル（山形状Ａ、Ｂ）を作製した。（剪断強度試験方法）：テストスピード５ｍｍ/ｍｉｎ
の試験方法を図４に示す。これは、ネジ頭部とネジ部の
一部を固定し前記の速度で矢印方向に引張る試験であ
る。

【００４３】ネジ山形状Ａ及びネジ山形状Ｂを図５に示
す。＜ネジ山形状Ａ＞ＰＬＬＡの切削加工及びプレス加工サ
ンプルのネジ山形状Ａのサンプルの山径、谷径、有効
径、剪断長、剪断面積、ネジ山強力及びネジ山剪断強度
を以下の表１及び図６に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】ネジ山形状Ａにおいて、ネジ山強度は切削
加工からプレス加工により、増加率が１.３４倍と強く
なる傾向を示した。

【００４６】

【実施例２】ＰＬＬＡネジ山強度試験（切削加工品とプ
レス加工品の比較）実施例１と同様にネジ山形状Ｂについても、ＰＬＬＡの
切削加工とプレス加工のネジ山強度を比較した。ＰＬＬ
Ａの切削加工及びプレス加工サンプルのネジ山形状Ｂの
サンプルの山径、谷径、有効径、剪断長、剪断面積、ネ
ジ山強力及びネジ山剪断強度を以下の表２及び図７に示
す。＜ネジ山形状Ｂ＞

【００４７】

【表２】

【００４８】ネジ山形状Ｂにおいても、ネジ山剪断強度
は切削加工からプレス加工により、19.4kgf/mm²から27.
10kgf/mm²と増加率が１.６６倍と強くなる傾向を示し
た。また、ネジ山形状Ｂは、形状Ａに比べてネジ山剪断
強度が向上しており、よりプレス成形に適した形状であ
ることが判明した。

【００４９】

【試験例】ＰＬＬＡ通常引張強度試験（切削加工品とプ
レス加工品の比較）ネジ山強度試験は下部引張治具のネジ山かかり部が２ｍ
ｍであり、ネジ山部に応力集中するため、試験片はすべ
てネジ山部のみが破壊する。これに対して、通常の引張
試験はネジ部全体を把持して試験を行い、ネジ谷部に応
力が集中するため試験片は上下に破壊される。１.通常の強度試験（切削加工品とプレス加工品の比
較）（通常の引張試験方法）：テストスピード５ｍｍ/ｍｉ
ｎで図８に示すように行った。これは、ネジ頭部とネジ
部を固定し、前記の速度で矢印方向に引張る試験であ
る。結果を表３及び図９に示す。

【００５０】

【表３】

【００５１】スクリューの引張強度を行ったところ、現
在ＡＯスクリューとして主流となっているネジ山形状Ａ
については、切削加工は10.14kgf/mm²、プレス加工は9.
44kgf/mm²と値が少し低下した。これはネジ山形状が非
対象形でスクリュー後端側斜面の傾斜が急であるため、
ネジ山形状に沿って分子配向することを特徴とするプレ
ス成形のメリットが十分に反映できないためと思われ
る。これに対し、形状Ｂはスクリュー後端側斜面の傾斜
が緩やかで、切削加工は13.50kgf/mm²、プレス加工は1
4.22kgf/mm²とプレス加工で値が向上した。ネジ山形状
Ｂはプレス成形するのにより、有効な形状である。

【００５２】

【実施例３】ＰＬＬＡ/ＨＡＰネジ山強度試験（切削加
工品とプレス加工品の比較）重量平均分子量が２５万のポリＬ乳酸（ＰＬＬＡ）原料
に燒結温度９００℃、平均粒径３０μｍハイドロキシア
パタイト（ＨＡＰ）を３０ｗｔ％含有させたペレットを
混練機にて作製した。２００〜２１０℃の条件でφ１６
ｍｍの円柱状のＰＬＬＡ/ＨＡＰビュレットを得た。得
られたＰＬＬＡ/ＨＡＰビュレットを真空熱乾燥工程
（１〜１０ｍｍＨｇの減圧下に１２０℃、１０時間）に
供し、ラクタイド含量の低減されたＰＬＬＡ/ＨＡＰビ
ュレットを得た。このＰＬＬＡ/ＨＡＰビュレットを、
さらに静水圧押出装置を用いて成形温度１２０〜１４０
℃の条件下で２.５倍延伸してφ１０ｍｍのＰＬＬＡ/Ｈ
ＡＰ棒を作製した。このＰＬＬＡ/ＨＡＰ延伸棒を旋盤
を用いて切削加工を行い、山径φ４.５ｍｍ、全長３０
ｍｍのＰＬＬＡ/ＨＡＰスクリューサンプル（山形状
Ａ、Ｂ）を作製した。またプレス成型器（図１〜３）を
用いて、加熱温度１２０±５℃、加熱時間１０秒、プレ
ス圧力２〜１０kg／mm²、冷却時間６０秒の条件下でプ
レス加工を行い、同様に山径φ４.５ｍｍ、全長３０ｍ
ｍのＰＬＬＡ/ＨＡＰスクリューサンプル（山形状Ａ、
Ｂ）を作製した。ネジ山強度の測定方法は実施例１と同
様である。

【００５３】結果を表４及び図１０に示す。

【００５４】

【表４】

【００５５】HAP/PLLA複合材料スクリュー形状におい
て、2.5倍延伸物のネジ山部の剪断強度を測定したとこ
ろ、切削加工品が14.85kgf/mm²に対して、プレス加工品
は20.22kgf/mm²となり1.36倍のネジ山強力の向上がみら
れた。

【００５６】

【実施例４】ＰＬＬＡ/ＨＡＰネジ山強度試験（切削加
工品とプレス加工品の比較）実施例３と同様にネジ山形状Ｂについても、ＰＬＬＡ/
ＨＡＰの切削加工とプレス加工のネジ山強度を比較し
た。結果を表５及び図１１に示す。 −ネジ山形状Ｂ−

【００５７】

【表５】

【００５８】HAP/PLLA複合材料スクリュー形状におい
て、2.5倍延伸物のネジ山部の剪断強度を測定したとこ
ろ、切削加工品が13.73kgf/mm²に対して、プレス加工品
は24.93kgf/mm²となり1.8倍のネジ山強力の向上がみら
れた。同様に3.0倍延伸物では2.4倍、3.5倍延伸物では
2.6倍のネジ山強力の大幅な向上が見られた。

【００５９】

【実施例５】ネジ山強度における分解性試験実施例３において作製したＰＬＬＡ/ＨＡＰスクリュー
を３７℃のリン酸バッファー溶液（ｐＨ７.４）に浴比
１００の割合で投入し、３ヵ月後に取り出して同様にネ
ジ山試験を行った。結果を表６及び図１２に示す。 −ネジ山形状Ａ−

【００６０】

【表６】

【００６１】３７℃、ＰＢＳ中におけるＨＡＰ/ＰＬＬ
Ａ複合材料の分解性試験を実施したところ、３ヵ月後の
強度保持率は切削加工品が５１％に対して、プレス成形
品は９０％となり、大幅な分解保持性の向上が見られ
た。

【００６２】

【実施例６】ネジ山疲労試験および分解性試験（切削加
工とプレス加工の比較）実施例１で作製したＰＬＬＡを用いて、ネジ山部の疲労
試験を行った。＜引張疲労試験方法＞を図１３に、ネジ山部の疲労試験
結果を表７及び図１４に示す。尚、ネジ山形状はＡのも
のを用いた。

【００６３】

【表７】

【００６４】３７℃、ＰＢＳ中におけるＰＬＬＡ複合材
料の分解性試験を実施したところ、３ヵ月後の強度保持
率は切削加工品が５２％に対して、プレス成形品は８６
％となり、大幅な分解保持性の向上が見られた。

【００６５】

【実施例７】電子顕微鏡によるスクリュー断面拡大写真実施例１において作製したＰＬＬＡスクリューの電子顕
微鏡による拡大写真を図１５に示す。

【００６６】切削加工したＳＥＭ写真は分子配向が水平
方向でネジ山部分で切断されているのに対して、プレス
加工したＳＥＭ写真はネジ山形状に沿って配向してい
た。プレス加工したスクリューは今回記載したネジ山強
度、疲労回数、引張強度、分解保持性以外のトルク強
度、破断時エネルギー等の物性項目においても、切削加
工スクリューよりも高い値を示した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のネジ頭部の製造法を例示した工程図で
ある。

【図２】図１の工程で形成されるネジ頭部の形状の変化
を示す側面図である。

【図３】本発明のネジ溝の製造を例示した工程図であ
る。

【図４】剪断強度試験方法を示す図である。

【図５】ネジ山形状Ａ及びネジ山形状Ｂを示す図であ
る。

【図６】実施例１のサンプル(ネジ山形状Ａ)のネジ山強
度試験結果を示す。

【図７】実施例２のサンプル(ネジ山形状Ｂ)のネジ山強
度試験結果を示す。

【図８】引張試験方法を示す図である。

【図９】引張強度試験結果を示す図である。

【図１０】実施例３のサンプル(ネジ山形状Ａ)のネジ山
強度試験結果を示す。

【図１１】実施例４のサンプル(ネジ山形状Ｂ)のネジ山
強度試験結果を示す。

【図１２】実施例５のサンプル(ネジ山形状Ａ)の分解性
試験結果を示す。

【図１３】引張疲労試験方法を示す図である。

【図１４】実施例１のサンプル(ネジ山形状Ａ)の分解性
試験結果を示す。

【図１５】実施例１のＰＬＬＡスクリューの電子顕微鏡
による拡大写真を示す。

【符号の説明】

１成形物；３プレス装置；４金型；５据え込み
パンチ；６据え込みパンチ；７据え込みパンチ；８
窪み；９窪み；１０窪み；１１筒状部；１２
筒状部；１３ストッパー；１４ネジ頭部；１５身
部；１６金型；１７ネジ溝；１８ネジ溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者畑盛成京都府綾部市青野町棗ヶ市46番地グンゼ株式会社研究開発部メディカル材料センター内Ｆターム(参考） 4C060 LL13 LL14 LL15 LL16 4C081 AB03 AB04 AC03 BA16 BB03 BB08 CA171 CC01 CC08 CD27 CD28 CF012 CF022 CF032 CF062 CF122 CF152 CF162 DA01 DA11 DC12 EA02 EA03 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分子鎖が配向した生体内分解吸収性ポリマ
ー単独あるいは、バイオセラミックスとの組合せからな
る複合体を軸芯に対し直交する方向よりプレスして成型
される溝を有する、ポリマーマトリックス中の配向分子
鎖が切断されずに連続化していることを特徴とする医療
材料。
【請求項２】軸芯に対し対面する方向よりプレスして成
型した頭部を有する請求項１記載の医療材料。
【請求項３】据え込みパンチにてプレスして得た頭部で
ある請求項２記載の医療材料。
【請求項４】凹凸溝を有する据え込みパンチにてプレス
し、凹凸溝を形成した請求項１〜３のいずれかに記載の
医療材料。
【請求項５】請求項１〜４において、凹凸溝の凸部にお
ける初期剪断強度が１９ｋｇｆ／ｍｍ²以上及び３７℃
のリン酸緩衝液（ｐＨ７.４）に９０日間浸漬したとき
の剪断強度保持率が６０％以上である医療材料。
【請求項６】請求項１〜５において、凹凸溝の凸部にお
ける引張疲労試験の初期繰り返し破断回数が３×１０⁴
〜１×１０⁷及び３７℃のリン酸緩衝液（ｐＨ７.４）に
９０日間浸漬したときの繰り返し破断回数が投入前の６
０％以上である医療材料。
【請求項７】請求項１〜６記載において、ネジ山形状に
沿って分子配向した高剪断ネジ山強度を有する外科用ス
クリュー。
【請求項８】請求項７記載において、スクリューの軸の
垂線に対するネジ山頂部のスクリュー後端側斜面の傾斜
角を８〜４０°としたことを特徴とする外科用スクリュ
ー。
【請求項９】傾斜角を２５°〜３５°としたことを特徴
とする請求項８に記載の外科用スクリュー。
【請求項１０】請求項１〜９記載の生体内分解性ポリマ
ーがポリ-Ｌ-乳酸である医療材料。
【請求項１１】請求項１〜９記載のバイオセラミックス
がハイドロキシアパタイトである医療材料。
【請求項１２】バイオセラミックスとして、焼成温度８
５０〜９５０℃で焼成した平均粒度２０〜４０μｍのハ
イドロキシアパタイトを２０〜４０重量％添加してなる
請求項１１に記載の医療材料。
【請求項１３】分子鎖が配向した生体内分解吸収性ポリ
マー単独あるいは、バイオセラミックスとの組合せから
なる複合体を軸芯に対し直交する方向よりプレスして溝
を成形する工程によって、ポリマーマトリックス中の配
向分子鎖が切断されずに連続化していることを特徴とす
る医療材料の製造法。
【請求項１４】軸芯に対し対面する方向よりプレスして
頭部を成形する工程をさらに有する請求項１３記載の医
療材料の製造法。
【請求項１５】据え込みパンチにてプレスして頭部を成
形することを特徴とする請求項１４記載の医療材料の製
造法。
【請求項１６】凹凸溝を有する据え込みパンチにてプレ
スし、凹凸溝を形成することを特徴とする請求項１４又
は１５に記載の医療材料の製造法。
【請求項１７】複数に分割された溝を有する金型にてプ
レスして溝を形成することを特徴とする請求項１６記載
の医療材料の製造法。
【請求項１８】溝の形成を４つに分割された金型を用い
て行うことを特徴とする請求項１３または１４に記載の
医療材料の製造法。
【請求項１９】複数に分割された溝を有する金型にてプ
レスして溝を形成するに際し、少なくとも２度以上プレ
スし、２度目以降は分割された金型の接合部を避けてプ
レスすることを特徴とする請求項１６記載の医療材料の
製造法。