JP2003061990A - 可動継手および可動継手の被覆方法 - Google Patents

可動継手および可動継手の被覆方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】継手において、摩耗による弊害を低減するこ
と。 【解決手段】可動継手はボール部分１０およびソケット
部分２０と、ボール部分１０およびソケット部分２０の
間のインタフェースを形成するクロム材料から成る少な
くとも１つの堆積物とを有する。ボール部分１０は外表
面１２を有し、ソケット部分２０は外表面２２を有し、
クロム材料の堆積物は、外表面１２，２２間のインタフ
ェースを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に可動継手の分
野に関する。本発明は詳細には、クロム外表面を有する
改良型可動継手と、可動継手の該表面の被覆方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】可動継手は、医用インプラントから自動
車部分まで、種々の重要な特徴を有する様々な技術分野
で利用されている。ある応用例では、継手が長期間にわ
たって一定の負荷を支持できることが重要である。別の
応用例では、継手が短期間にわたって最大の負荷を支持
できることが重要である。さらに別の例では、継手の部
分が比較的一定の動きをしているときの継手の耐摩耗性
が重要である。ほとんどの応用例では、このような重要
な要素が組み合わせて要求される。
【０００３】そのような１つの応用例は、人または動物
の自然な関節の代わりとなるボール型継手の使用であ
る。ボール型継手は、インプラントに取り替えられる自
然の関節と同様、ボール型継手は広範囲な動きを提供す
るため、そのような用途に有用であることがわかってい
る。しかしながら、そのような条件下では、比較的一定
に動き、かつ摩耗されずに種々の負荷に曝され得る継手
を有することが重要である。摩耗により継手を取り替え
る必要があるためである。継手の取り替えは侵襲的外科
手術によって行われるため、継手が修理または取り替え
をせずに長く利用されればされるほど、侵襲的外科手術
からまたは手術による併発症からの損害を被る危険性は
少なくなる。
【０００４】本発明は、任意の可動継手に利用され得る
が、ボール型継手に特に適用可能である。可動ボール継
手は、一般に、ボール部分およびソケット部分という、
２つの主要な部分から成る。ソケットはボール部分の半
分を超える部分を包むために構成され、それにより、ソ
ケットに対して移動可能な関係にボール部分が固定され
る。
【０００５】従来、そのような継手の部分は、同じ材料
から作られていた。例えば、医用インプラントの分野で
これまでに最もよく利用されている材料は、コバルトク
ロム合金である。コバルトクロム合金材料は、適切な特
性の中でも特に、加えられた日々の力に耐えるのに十分
な強さがあり、かつ自然継手の代替物として適している
程度に十分に軽いため、医用インプラントの用途に有効
である。しかしながら、上記２つの部分の間の摩耗によ
り、長期間の適用での継手装置の使用は、幾分不都合な
ものとなっている。これまでに提案されている１つの解
決策は、継手の部分を構成するために、一方の材料が他
方の材料よりも丈夫な、異なる材料を使用することであ
る。これによって、両方の部分の取り替えの代わりに、
１つの部分の取り替えが必要となる。しかしながら、摩
耗部分を削除および交換するのには、やはり侵襲的外科
手術が必要である。したがって、この解決策は依然とし
て患者に損害の本質的な危険性を与える。更に、柔軟な
方の部分から摩擦により剥がれた破片を患者から取除く
ことが困難であり得る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記問題に対する解決
策を提供するために、本発明は、ボール継手のボール部
分とソケット部分の両方の部分等の継手表面間の摩耗を
その本質的硬度と潤滑性により低減するクロムインタフ
ェース表面を備えて構築された継手を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、可動継手であって、外
表面を有する第１部分と；外表面を有する第２部分と；
前記第１部分の前記外表面と前記第２部分の前記外表面
の間のインタフェースを形成するクロム材料から成る少
なくとも１つの堆積物と；を備えたことを要旨とする。
【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の継手において、クロム材料の前記堆積物が、前記第１
部分の外表面に堆積されることを要旨とする。請求項３
に記載の発明は、請求項１に記載の継手において、前記
第１部分はボールの形状をしており、前記第２部分は前
記ボール形状部分を該領域の範囲内に移動可能な関係で
受取るように構成かつ配置された領域を有するソケット
の形状をしており、前記ボール形状部分は、前記ソケッ
ト部分の前記領域内に捕捉されるように適合されること
を要旨とする。
【０００９】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の継手において、前記ボール形状部分を受取るように構
成かつ配置された前記領域は外表面を有し、クロム材料
の前記堆積物が、前記ソケット部分の前記領域の外表面
に堆積されることを要旨とする。
【００１０】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
の継手において、前記クロム材料は６価クロムであるこ
とを要旨とする。請求項６に記載の発明は、請求項１に
記載の継手において、前記継手の前記第２部分は超高分
子量ポリエチレンより形成されることを要旨とする。
【００１１】請求項７に記載の発明は、請求項１に記載
の継手において、前記クロム堆積物は、前記第１部分の
前記外表面上に電気化学的に接着されたクロムから成る
薄い堆積物の形をしていることを要旨とする。
【００１２】請求項８に記載の発明は、請求項１に記載
の継手において、前記クロムは電着により前記第１部分
の前記外表面に接着されることを要旨とする。請求項９
に記載の発明は、請求項１に記載の継手において、前記
第１部分はコバルトクロムを主成分とした合金から構成
されることを要旨とする。
【００１３】請求項１０に記載の発明は、請求項１に記
載の継手において、第１部分および第２部分がコバルト
クロムを主成分とした合金から構成されることを要旨と
する。
【００１４】請求項１１に記載の発明は、請求項１に記
載の継手において、前記可動継手は人体中の関節と取り
替えられるように適合されることを要旨とする。請求項
１２に記載の発明は、請求項１に記載の継手において、
前記可動継手は膝関節インプラントであることを要旨と
する。
【００１５】請求項１３に記載の発明は、請求項３に記
載の継手において、前記継手の前記ソケット部分が超高
分子量ポリエチレンから形成されることを要旨とする。
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の継手に
おいて、前記クロム堆積物が、前記ボール部分の前記外
表面上に電気化学的に接着されたクロムから成る薄い堆
積物の形をしていることを要旨とする。
【００１６】請求項１５に記載の発明は、請求項１４に
記載の継手において、前記コーティングは電着により前
記ボール部分の前記外表面に接着されることを要旨とす
る。請求項１６に記載の発明は、請求項１４に記載の継
手において、前記ボール部分は、外表面上にクロム堆積
物が形成されたコバルトクロムを主成分とした合金から
構成されることを要旨とする。
【００１７】請求項１７に記載の発明は、被覆された可
動継手を製造する方法であって、外表面を有する第１部
分と、前記第１部分の外表面の一部分と接続するように
適合された領域を備えた第２部分とを提供する工程であ
って、それにより前記第１部分と第２部分が互いに対し
て移動できるように前記第１部分と前記第２部分の間の
インタフェースを形成する工程と；前記第１部分および
前記第２部分の間の前記インタフェースにクロム材料の
堆積物を提供する工程と；から成ることを要旨とする。
【００１８】請求項１８に記載の発明は、請求項１７に
記載の方法において、クロム材料の堆積物を提供する前
記工程は、前記ボール部分の外表面に前記材料を堆積す
ることにより提供されることを要旨とする。
【００１９】請求項１９に記載の発明は、請求項１７に
記載の方法において、前記ボール部分を受取るように構
成かつ配置された前記領域は外表面を有し、クロム材料
の堆積物を提供する前記工程は、前記ソケット部分の前
記領域の外表面に前記材料を堆積することにより提供さ
れることを要旨とする。
【００２０】請求項２０に記載の発明は、請求項１７に
記載の方法において、前記クロム材料は６価クロムであ
ることを要旨とする。請求項２１に記載の発明は、請求
項１７に記載の方法において、前記継手の前記ソケット
部分が、超高分子量ポリエチレンから形成されることを
要旨とする。
【００２１】請求項２２に記載の発明は、請求項１７に
記載の方法において、前記クロム堆積物が、前記ボール
部分の前記外表面上に電気化学的に接着されたクロムか
ら成る薄い堆積物の形をしていることを要旨とする。
【００２２】請求項２３に記載の発明は、請求項１７に
記載の方法において、前記クロムは電着によって前記外
表面に接着されることを要旨とする。請求項２４に記載
の発明は、可動継手であって、コバルトクロムを主成分
とした合金から形成され、６価クロム堆積物により被覆
された外表面を有する第１部分と；超高分子量ポリエチ
レン材料から形成された第２部分であって、前記第１部
分と第２部分が互いに関して移動可能な関係となるよう
に前記第１部分と接続するように構成かつ配置された領
域を有する第２部分と；から成る可動継手を要旨とす
る。
【００２３】請求項２５に記載の発明は、可動継手であ
って、超高分子量ポリエチレン材料から形成された第１
部分と；コバルトクロムを主成分とした合金から形成さ
れ、６価クロム堆積物により被覆された外表面を有する
第２部分であって、前記第１部分と第２部分が互いに関
して移動可能な関係となるように前記第１部分と接続す
るように構成かつ配置された領域を有する第２部分と；
から成る可動継手を要旨とする。
【００２４】本発明は一般に、第１部分および第２部分
のいずれかがクロム外表面を有する、第１部分および第
２部分を提供する。例えば、本発明の１実施形態は、ボ
ール部分の外表面を形成するクロムの堆積物を少なくと
も有するボール継手を提供する。代わりに、ソケット部
分が、インタフェース表面を形成するクロムの堆積物を
有してもよい。ボール部分はソケット部分の区画領域に
回転可能に捕捉されるように適合され、それによりボー
ル部分はソケット部分内に捕捉される。各実施形態で
は、クロム堆積物が、第１部分と第２部分の間のインタ
フェース表面を形成する。
【００２５】特定の実施形態では、可動継手の第１また
は第２部分のいずれかの上に堆積させるために使用され
るクロム材料が、６価クロムで構成される。クロム材料
は、上記部分の外表面上の、電気化学的に接着されたク
ロムから成る薄い堆積物の形であり得る。そのような実
施形態では、上記部分の内部構造が、コバルトクロムを
主成分とした合金で構成され得る。更に、クロムは、電
着により、上記部分の外表面に接着され得る。
【００２６】ボール型継手では、ソケット部分が、通
常、区画領域の範囲内に移動可能な関係でボール部分を
受取るように構成されると共に配置された領域を有す
る。１実施形態では、継手のソケット部分が超高分子量
ポリエチレンより形成される。この材料は、クロムが堆
積されたボール部分の表面に、適切で相補的な表面を提
供し、そのため、継手装置に増大された摩耗抵抗を提供
する。
【００２７】以上に提供した特徴は、６価クロムで被覆
された外表面を有するコバルトクロムを主成分とした合
金から形成された第１部分と、超高分子量ポリエチレン
材料より形成された第２部分とを有する継手から成る実
施形態を提供するために、組み合わせてもよい。
【００２８】本発明に従って構成される継手に特に適し
た適用例は、膝、足首、肘、肩、脊柱のような自然な人
または動物の関節の代用である。しかしながら、継手装
置は、良好な耐摩耗性のある継手を必要とするすべての
医学的または非医学的用途に有用であり得る。本発明に
従って作成された継手は、フレッティングの減少も与え
るため、上記の適用例に適している。フレッティングと
は、２つ以上の部分間の相互作用による摩耗破片の生成
のことである。フレッティングの減少により、摩耗破片
が血流に入る時に起こる骨融解（オステオリシス）の機
会が減る。
【００２９】被覆したボール継手を製造する１つの好ま
しい方法は、ボール部分を受取るように適合された領域
を有するソケット部分を提供する工程と、クロムから成
る少なくとも１つの外部インタフェース表面を有するボ
ールまたはソケット部分のいずれかを形成する工程とか
ら成り、ボール部分が、ボール部分が回転可能に移動で
きるようソケット部分の領域内に受取られかつ捕捉され
るように適合される。該方法はさらに、ソケット部分の
該領域内にボール部分を捕捉する工程からも成り得る。
ボールが第１部分でありソケットが第２部分であるボー
ル型継手では、ソケットは、区画領域の範囲内に移動可
能な関係でボールを受取るように構成かつ配置された領
域を有し、ボール部分は、ソケット部分の該区画領域内
に回転可能に捕捉されるように適合される。
【００３０】本発明の特定の特徴を含む前述の利点およ
び他の利点が、添付図面を参照することで、以下の説明
から明らかになるだろう。
【００３１】
【発明の実施の形態】ここで同様な参照数字はいくつか
の図面にわたって同様な構成要素のことを指す図面を参
照すると、図１は、本発明の実施形態の切欠側面図を示
す。本発明のボール型実施形態は、外表面１２（図２参
照）を有する第１のボール形の部分１０と、外表面２２
を有する第２のソケット形の部分２０とを備えている。
ボール部分１０はソケット部分２０に形成されたカップ
部１８に係合するような寸法および形状に形成される。
図４，５に示されるように、カップ部１８は、ボール部
分１０をカップ部１８の範囲内に保持し、ボール部分１
０がカップ部１８の範囲内で回転するのを許容するよう
に、構成かつ配置される。ボール部分１０は、ソケット
部分２０とのボール部分１０の回転可能な係合によって
ソケット部分２０に対して移動可能な、軸部１６に通常
取り付けられる。
【００３２】ソケット部分２０とボール部分１０の軸部
１６とは、当該技術分野において周知の任意の手段によ
り、取付表面２８に取り付けられ得る。取付手段の適切
な例には、例えばねじやナットとボルトのような機械的
取付アセンブリや、例えばセメントおよび接着剤のよう
な接着機構が挙げられる。
【００３３】更に、取付表面２８への取付のために使用
されるソケット部分２０の表面２６の形は、当該技術分
野において周知のいかなる適当な形をしていてもよい。
例えば、図１，３，４は実質的に一様な球形表面を有す
るソケット表面２６を示すが、図５は一様でない表面２
６を有するソケット部分２０を例証する。
【００３４】クロム材料で覆われた表面は、第１部分１
０の外表面１２と、第２部分２０の外表面２２の、いず
れであってもよい。図１，２，５に示される実施形態で
は、クロムの薄い堆積物が第１部分１０の外表面１２上
に配置される。図３，４で示される実施形態では、クロ
ムの薄い堆積物が、カップ部１８内に通常形成された、
第２部分２０の外表面２２上に配置される。
【００３５】外表面１２または２２のうちの１つにクロ
ムを施すことによって、クロムは、第１部分と第２部分
を形成するために使用される材料間のインタフェースす
なわち接続面を提供する。インタフェースは、当該技術
分野において周知の第１および第２部分を形成する任意
の材料に関して使用することが可能である。例えば、コ
バルトクロム合金またはステンレス鋼は、本発明の範囲
内のクロムで被覆され得る材料の２つの例である。
【００３６】さらに、本発明の好ましい実施形態では、
第１または第２部分の一方がクロムで被覆されたとき、
第１または第２部分の他方は好ましくは超高分子量ポリ
エチレン材料より構成される。例えば、１つの実施形態
では、ボール部分がクロムの堆積物で被覆されたコバル
トクロム合金より構成され、ソケット部分が超高分子量
ポリエチレンにより構成される。別の実施形態では、第
１部分と第２部分の両方が、コバルトクロムを主成分と
した合金より形成され、その２つの部分の表面のうちの
１つの上には、クロム堆積物が設けられる。上記のよう
に、本発明は、単一の材料で両部分が形成された継手、
例えば、継手の第１部分と第２部分の両方が金属より形
成された継手、に提供されてもよい。
【００３７】堆積プロセスに使用されるクロムが６価ク
ロムであり、堆積物は電気化学的に接着されることがさ
らに好ましい。クロムは、電着のような当該技術分野で
周知の任意のプロセスによって堆積され得る。堆積物
は、表面をフラッシュコーティングし、該表面上にクロ
ムを堆積させることで生じ得る。クロム堆積物に適した
厚さの１例は、約５．０８μｍ（２／１０，０００イン
チ）である。しかし、堆積物は約０．１２７μｍ（５０
／１００万インチ）程度に小さくてもよい。コーティン
グを施すプロセスはさらに、めっき前かめっき後の機械
的研摩を含んでもよい。
【００３８】本発明の範囲から逸脱せずに、多くの可能
な実施形態を本発明から創作できるため、本明細書で説
明し、添付図面で示したすべての事柄は、例証的なもの
であって限定的な意味ではないものと解釈されるべきで
ある。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、摩耗による弊害が低減
された継手が与えられる。この継手を特に医用に使用し
た場合、外科手術によって被る患者の被害を低減させる
ことができ、かつ摩耗破片の生成を減少させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ソケットが患者の骨表面に取り付けられた本発
明のボール型実施形態の切欠側面図。
【図２】図１の丸い点線で囲んだ部分を拡大した、ボー
ル部分の表面に施されたクロムのインタフェースを示
す、図１の実施形態のインプラントのボールの一部分の
拡大切欠側面図。
【図３】ソケット部分の表面に施されたクロムのインタ
フェースを示す、本発明の実施形態の切欠側面図。
【図４】図３の実施形態の切欠側面図。
【図５】ボール部分の表面に施されたクロムのインタフ
ェースを示す、組立てられた状態の本発明の実施形態の
切欠側面図。
【符号の説明】
１０…ボール部分，１２…ボール部分の外表面，２０…
ソケット部分，２２…ソケット部分の外表面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハリー イー．コール ザ サード アメリカ合衆国 44087 オハイオ州 ツ インズバーグ ダリアン レーン 3090 (72)発明者 ローレンス イー．ノーブル アメリカ合衆国 85258 アリゾナ州 ス コッツデール ノース ワンハンドレッド ファースト ストリート 10239 Ｆターム(参考） 3J105 AA23 AA32 AB31 AB42 AC10 CB12 CB72 4C097 AA07 BB01 CC02 CC03 CC17 DD01 DD09 EE02 MM04 SC08

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】可動継手であって、 外表面を有する第１部分と；外表面を有する第２部分
    と；前記第１部分の前記外表面と前記第２部分の前記外
    表面の間のインタフェースを形成するクロム材料から成
    る少なくとも１つの堆積物と；を備えた可動継手。
  2. 【請求項２】クロム材料の前記堆積物が、前記第１部分
    の外表面に堆積される請求項１に記載の継手。
  3. 【請求項３】前記第１部分はボールの形状をしており、
    前記第２部分は前記ボール形状部分を該領域の範囲内に
    移動可能な関係で受取るように構成かつ配置された領域
    を有するソケットの形状をしており、前記ボール形状部
    分は、前記ソケット部分の前記領域内に捕捉されるよう
    に適合される請求項１に記載の継手。
  4. 【請求項４】前記ボール形状部分を受取るように構成か
    つ配置された前記領域は外表面を有し、クロム材料の前
    記堆積物が、前記ソケット部分の前記領域の外表面に堆
    積される請求項３に記載の継手。
  5. 【請求項５】前記クロム材料は６価クロムである請求項
    １に記載の継手。
  6. 【請求項６】前記継手の前記第２部分は超高分子量ポリ
    エチレンより形成される請求項１に記載の継手。
  7. 【請求項７】前記クロム堆積物は、前記第１部分の前記
    外表面上に電気化学的に接着されたクロムから成る薄い
    堆積物の形をしている請求項１に記載の継手。
  8. 【請求項８】前記クロムは電着により前記第１部分の前
    記外表面に接着される請求項１に記載の継手。
  9. 【請求項９】前記第１部分はコバルトクロムを主成分と
    した合金から構成される請求項１に記載の継手。
  10. 【請求項１０】第１部分および第２部分がコバルトクロ
    ムを主成分とした合金から構成される請求項１に記載の
    継手。
  11. 【請求項１１】前記可動継手は人体中の関節と取り替え
    られるように適合される請求項１に記載の継手。
  12. 【請求項１２】前記可動継手は膝関節インプラントであ
    る請求項１に記載の継手。
  13. 【請求項１３】前記継手の前記ソケット部分が超高分子
    量ポリエチレンから形成される請求項３に記載の継手。
  14. 【請求項１４】前記クロム堆積物が、前記ボール部分の
    前記外表面上に電気化学的に接着されたクロムから成る
    薄い堆積物の形をしている請求項１３に記載の継手。
  15. 【請求項１５】前記コーティングは電着により前記ボー
    ル部分の前記外表面に接着される請求項１４に記載の継
    手。
  16. 【請求項１６】前記ボール部分は、外表面上にクロム堆
    積物が形成されたコバルトクロムを主成分とした合金か
    ら構成される請求項１４に記載の継手。
  17. 【請求項１７】被覆された可動継手を製造する方法であ
    って、 外表面を有する第１部分と、前記第１部分の外表面の一
    部分と接続するように適合された領域を備えた第２部分
    とを提供する工程であって、それにより前記第１部分と
    第２部分が互いに対して移動できるように前記第１部分
    と前記第２部分の間のインタフェースを形成する工程
    と；前記第１部分および前記第２部分の間の前記インタ
    フェースにクロム材料の堆積物を提供する工程と；から
    成る方法。
  18. 【請求項１８】クロム材料の堆積物を提供する前記工程
    は、前記ボール部分の外表面に前記材料を堆積すること
    により提供される請求項１７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】前記ボール部分を受取るように構成かつ
    配置された前記領域は外表面を有し、クロム材料の堆積
    物を提供する前記工程は、前記ソケット部分の前記領域
    の外表面に前記材料を堆積することにより提供される請
    求項１７に記載の方法。
  20. 【請求項２０】前記クロム材料は６価クロムである請求
    項１７に記載の方法。
  21. 【請求項２１】前記継手の前記ソケット部分が、超高分
    子量ポリエチレンから形成される請求項１７に記載の方
    法。
  22. 【請求項２２】前記クロム堆積物が、前記ボール部分の
    前記外表面上に電気化学的に接着されたクロムから成る
    薄い堆積物の形をしている請求項１７に記載の方法。
  23. 【請求項２３】前記クロムは電着によって前記外表面に
    接着される請求項１７に記載の方法。
  24. 【請求項２４】可動継手であって、 コバルトクロムを主成分とした合金から形成され、６価
    クロム堆積物により被覆された外表面を有する第１部分
    と；超高分子量ポリエチレン材料から形成された第２部
    分であって、前記第１部分と第２部分が互いに関して移
    動可能な関係となるように前記第１部分と接続するよう
    に構成かつ配置された領域を有する第２部分と；から成
    る可動継手。
  25. 【請求項２５】可動継手であって、 超高分子量ポリエチレン材料から形成された第１部分
    と；コバルトクロムを主成分とした合金から形成され、
    ６価クロム堆積物により被覆された外表面を有する第２
    部分であって、前記第１部分と第２部分が互いに関して
    移動可能な関係となるように前記第１部分と接続するよ
    うに構成かつ配置された領域を有する第２領域と；から
    成る可動継手。
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