JP2003117931A

JP2003117931A - 整形外科用の配向され、架橋されたｕｈｍｗｐｅ成形品

Info

Publication number: JP2003117931A
Application number: JP2001305173A
Authority: JP
Inventors: Richard King; リチヤード・キング; Donald E Mcnulty; ドナルド・イー・マクナルテイ; Todd S Smith; トツド・エス・スミス; Robert Richard; ロバート・リチヤード
Original assignee: DePuy Products Inc
Current assignee: DePuy Products Inc
Priority date: 2001-10-01
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2003-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】改良された機械的性質、改良された耐酸化性
及び増加した耐摩耗性を有するＵＨＭＷＰＥベアリング
を提供する。【解決手段】超高分子量ポリエチレンプレフォームを
約５．１Ｍｒａｄ〜約５０Ｍｒａｄの範囲内の線量のγ
放射線で照射し、プレフォームを圧縮成形機内に配置
し、超高分子量ポリエチレンの溶融温度より高いか又は
該溶融温度に実質的に等しい温度にプレフォームを加熱
し、そして超高分子量ポリエチレンを圧縮の方向から外
向きに配向させるのに有効な圧力下にプレフォームを圧
縮成形してベアリングを形成する段階を含んでなる整形
外科用ベアリングを製造する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、増加した耐摩耗性
及び改良された機械的性質を有する整形外科用移植片プ
ロテーゼベアリング（ｏｒｔｈｏｐａｅｄｉｃｉｍｐ
ｌａｎｔｐｒｏｔｈｅｓｉｓｂｅａｒｉｎｇｓ）を
形成する圧縮成形方法に関する。本発明は特定的には、
整形外科用移植片プロテーゼに使用するための改良され
たベアリング、及び成形されたベアリングにおける配向
（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を誘発するような方法で十
分な熱及び圧力を加えることにより架橋したプレフォー
ム（ｐｒｅｆｏｒｍ）を成形することによりポリエチレ
ンベアリングを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰ
Ｅ）は３０年間関節をなす表面用途（ａｒｔｉｃｕｌａ
ｔｉｎｇｓｕｒｆａｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｓ）のための選択材料であった。このようなＵＨＭＷＰ
Ｅ樹脂は、股関節部（ｈｉｐ）、膝、肩及び肘プロテー
ゼにおいて使用するための寛骨臼ベアリング（ａｃｔａ
ｂｕｌａｒｂｅａｒｉｎｇｓ）、関節窩（ｇｌｅｎｏ
ｉｄ）ベアリング、脛骨（ｔｉｂｉａｌ）ベアリング等
の如き移植可能なプロテーゼベアリングに通常使用され
る。その期間に、多くの改良が導入されたが、最も注目
すべきは、架橋を誘発するためのポリエチレンの照射で
あった。事実、ポリエチレンの改良された摩耗特性は主
としてこのような架橋処置に帰されるものであった。典
型的には、バーストック（ｂａｒｓｔｏｃｋ）もしく
はプレフォーム、又は成形もしくは機械加工されたベア
リングが照射され、次いで熱処理又は熱アニーリングさ
れた（ｈｅａｔ−ａｎｎｅａｌｅｄ）。照射は分子の架
橋及び遊離基を発生する。このような架橋はポリマーに
おいて三次元網目を生成し、これはそのポリマーを多方
向において耐摩耗性とする。更に、ＵＨＭＷＰＥの照射
により形成された遊離基は酸化反応にも参加することが
でき、酸化反応は鎖切断によりポリマーの分子量を減少
させ、物理的性質の劣化、脆化及び摩耗速度の増加をも
たらす。遊離基は非常に長い寿命、しばしば数年である
ことがあり、そのため酸化は長期間にわたって続くこと
がある。このような照射により誘発された残留遊離基を
実質的に排除する傾向がある方法は改良された耐酸化性
をポリエチレンに与える傾向がある。照射により誘発さ
れたＵＨＭＷＰＥにおける遊離基をクエンチするための
典型的な方法は、熱処理による遊離基の排除を伴う。

【０００３】ベアリングは直接圧縮成形法又はシートも
しくはバーストックの如き工場造形品（ｍｉｌｌｓｈ
ａｐｅｓ）から必要なベアリング形状を機械加工するこ
とによりポリエチレンから形成することができる。成形
方法は未照射ポリエチレン又は照射されたポリエチレン
に対して実施されうる。

【０００４】靭性等の如きポリエチレンの材料の性質を
改良する方法は依然として求められている。このような
方法は、なされてきた摩耗特性の改良を危うくしないの
が望ましいことが認められる。耐摩耗性材料は、摩耗破
片関連疾患（ｗｅａｒ−ｄｅｂｒｉｓ−ａｓｓｏｃｉａ
ｔｅｄｍａｌａｄｉｅｓ）、例えば骨及び軟質組織の
劣化、摩耗破片で誘発される骨溶解（ｗｅａｒ−ｄｅｂ
ｒｉｓ−ｉｎｄｕｃｅｄｏｓｔｅｏｌｙｓｉｓ）等を
減少させる。このような疾患は移植片の弛緩（ｌｏｏｓ
ｅｎｉｎｇ）を引き起こしそして場合により修正手術を
必要とする。下記のような多数の先行技術文献が参照さ
れる。

【０００５】１．米国特許第５，７２８，７４８号及び
同出願に関係するすべての対応出願、“Ｎｏｎ−Ｏｘｉ
ｄｉｚｉｎｇＰｏｌｙｍｅｒｉｃＭｅｄｉｃａｌ
Ｉｍｐｌａｎｔ”，ｔｏＳｕｎ，ｅｔａｌ．２．米国特許第５，８７９，４００号，“Ｍｅｌｔ−Ｉ
ｒｒａｄｉａｔｅｄＵｌｔｒａＨｉｇｈＭｏｌｅｃ
ｕｌａｒＷｅｉｇｈｔＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ
ＰｒｏｓｔｈｅｔｉｃＤｅｖｉｃｅｓ，”ｔｏＭｅ
ｒｒｉｌｌｅｔａｌ．３．米国特許第６，０１７，９７５号，“Ｐｒｏｃｅｓ
ｓｆｏｒＭｅｄｉｃａｌＩｍｐｌａｎｔｏｆ
Ｃｒｏｓｓ−ＬｉｎｋｅｄＵｌｔｒａｈｉｇｈＭｏ
ｌｅｃｕｌａｒＷｅｉｇｈｔＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅ
ｎｅＨａｖｉｎｇＩｍｐｒｏｖｅｄＢａｌａｎｃ
ｅｏｆＷｅａｒＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄ
ＯｘｉｄａｔｉｏｎＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ，” ｔｏ
Ｓａｕｍｅｔａｌ．，４．米国特許第６，２２８，９００号，“Ｃｒｏｓｓｌ
ｉｎｋｉｎｇｏｆＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｆｏｒ
ＬｏｗＷｅａｒＵｓｉｎｇＲａｄｉａｔｉｏｎ
ａｎｄＴｈｅｒｍａｌＴｒｅａｔｍｅｎｔｓ，”
ｔｏＳｈｅｎｅｔａｌ．５．米国特許第６，１６８，６２６号，“Ｕｌｔｒａ
ＨｉｇｈＭｏｌｅｃｕｌａｒＷｅｉｇｈｔＰｏｌ
ｙｅｔｈｙｌｅｎｅＭｏｌｄｅｄＡｒｔｉｃｌｅ
ｆｏｒＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＪｏｉｎｔｓａｎｄ
ＭｅｔｈｏｄｏｆＰｒｅｐａｒｉｎｇｔｈｅＳ
ａｍｅ，” ｔｏＨｙｏｎｅｔａｌ．６．米国特許第６，２４５，２７６号，“Ｍｅｔｈｏｄ
ｆｏｒＭｏｌｄｉｎｇａＣｒｏｓｓ−Ｌｉｎｋ
ｅｄＰｒｅｆｏｒｍ，”ｔｏＭｃＮｕｌｔｙｅｔ
ａｌ．７．米国特許第６，２８１，２６４号，“Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌｌｙＣｒｏｓｓｌｉｎｋｅｄＵｌｔｒａｈｉｇ
ｈＭｏｌｅｃｕｌａｒＷｅｉｇｈｔＰｏｌｙｅｔ
ｈｙｌｅｎｅｆｏｒＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＨｕｍ
ａｎＪｏｉｎｔｓ，”ｔｏＳａｌｏｖｅｙｅｔ
ａｌ．上記文献は、ポリエチレン樹脂を部品（ｃｏｍｐｏｎｅ
ｎｔ）又は部品を製造するためのストック形態（ｓｔｏ
ｃｋｆｏｒｍ）に直接成形すること又は固めること
（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｎｇ）、部品又はストック形
態のγ照射又は他の照射、及び部品又はストック形態の
その後の熱処理（アニーリング又は再溶融を包含する）
に関係する一般的概念を教示している。上記文献はまた
圧縮成形の一般的概念及びそれに使用される適当な装置
も教示している。これらの上記列挙された文献の開示
は、ポリエチレン樹脂の性質、照射段階及び選択、並び
に熱処理及び選択を確立する目的で本明細書に組み込ま
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は改良された機
械的性質、改良された耐酸化性及び増加した耐摩耗性を
有するＵＨＭＷＰＥベアリングを提供する。本発明の方
法により製造されるポリエチレンはＵＨＭＷＰＥベアリ
ングから発生される摩耗破片の量も減少させる。典型的
には、ポリエチレンは超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭ
ＷＰＥ）であることができるが、本発明の方法を種々の
タイプのポリエチレンに使用することができることは認
められるであろう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、予め架橋され
ているプレフォームからベアリング、正味に近い形状の
ベアリング（ｎｅａｒｎｅｔ−ｓｈａｐｅｂｅａｒ
ｉｎｇ）又は正味の形状のベアリング（ｎｅｔ−ｓｈａ
ｐｅｂｅａｒｉｎｇ）を成形する方法であって、この
ようなプレフォームを得、そしてそれを所望のベアリン
グ形状又は正味に近い形状を規定するプレスモールド中
に配置し、そしてモールド中で熱及び圧力を加えてポリ
エチレンを配向させるような方法でベアリングを形成す
ることによる方法に関する。「正味の形状のベアリン
グ」という用語は本明細書では、圧縮成形ダイからベア
リングを取り出してなんらの追加の機械加工を必要とす
ることなく補綴移植片において使用するのに満足な形状
又は条件にあるベアリングであることを意味する。他
方、「正味に近い形状」という用語は、最終ベアリング
を製造するために僅かな程度の更なる操作、例えば機械
加工を必要とするベアリングを定義することを意味し、
その際このような更なる操作はベアリングの関節をなす
（ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｎｇ）（即ち、支える（ｂｅａ
ｒｉｎｇ））表面以外のベアリングの表面で行われる。
「ベアリング」という用語が意味するものは、すべての
タイプ、条件（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）、形状（ｓｈａｐ
ｅ）又は構成（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）の整形外
科用移植片補綴ベアリング（ｏｒｔｈｏｐａｅｄｉｃ
ｉｍｐｌａｎｔｐｒｏｓｔｈｅｔｉｃｂｅａｒｉｎ
ｇ）である。このようなものとして、用語「ベアリン
グ」は、中でも正味の形状のベアリング及び正味に使い
形状のベアリングの両方を包含する。

【０００８】本発明は、成形されたベアリングにおいて
二軸配向（ｂｉａｘｉａｌｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）
を誘発させてその摩耗特性及び機械的性質を改良する圧
縮成形方法にも関する。ある態様では、プレフォームは
照射されている固められた（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅ
ｄ）ＵＨＭＷＰＥストックから製造することができる。
他の態様では、ＵＨＭＷＰＥストックは予備アニーリン
グさせるか（ｐｒｅ−ａｎｎｅａｌｅｄ）又は加圧結晶
化させ（ｐｒｅｓｓｕｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅ
ｄ）、又はその組み合わせを行ってその機械的性質を更
に高めることができる。別の態様では、照射されたＵＨ
ＭＷＰＥプレフォームを加熱するか又は照射されたプレ
フォーム内に存在する遊離基を実質的にクエンチするた
めの処理をすることができる。

【０００９】本発明の追加の特徴は、現在認識されてい
る本発明を行う最善の方法を例示する本発明の下記の詳
細な記述を考察すれば当業者には明らかになるであろ
う。

【００１０】本発明は種々の修正及び替わりの形態が可
能であるが、その特定の態様を図面において例として示
しそして詳細に説明する。しかしながら、本発明を特定
の開示された形態に限定することを意図するものではな
く、反対に本発明は特許請求の範囲により規定された本
発明の精神及び範囲に入るすべての修正、均等物及び代
替物を包含することを意図するものである。

【００１１】

【実施の形態】典型的な補綴ベアリングデザインは、自
然の骨構造又は補綴部品が関節連結する（ａｒｔｉｃｕ
ｌａｔｅｓ）関節をなす表面又は支える表面（ａｒｔｉ
ｃｕｌａｔｉｎｇｏｒｂｅａｒｉｎｇｓｕｒｆａ
ｃｅ）を包含する。更に、典型的な補綴ベアリングデザ
インは、ベアリングを補綴組立体と関連した他の部品
（例えば金属シェル又はトレー）又は骨自体にロックす
るか又は固定する（ｓｅｃｕｒｅ）ためのピン、タブ、
テーパー付きポスト等の如き機構の形態にあるロッキン
グ特徴を包含することができる係合表面も包含する。

【００１２】図１〜４を参照すると、移植可能な補綴ベ
アリング１０が示されている。ベアリング１０は図１の
ベアリング１２として略図で示されており、これに対し
て患者（示されていない）の関節窩（ｇｌｅｎｏｉｄ）
に移植するための関節窩ベアリング１４、患者（示され
ていない）の寛骨臼（ａｃｅｔａｂｕｌｕｍ）に移植す
るための寛骨臼ベアリング１６及び患者（示されていな
い）の脛骨に移植するための脛骨ベアリング１８の如き
補綴ベアリング１０の特定の例示的態様がそれぞれ図２
〜４に示されている。補綴ベアリング１０の態様の各々
は、自然の又は補綴部品を支える関節をなす表面又は支
える表面２０を含む。例えば、関節窩ベアリング１４の
場合には、自然の又は補綴上腕骨頭部（ｈｕｍｅｒａｌ
ｈｅａｄ）（示されていない）は関節をなす表面２０
に支えられる（ｂｅａｒｏｎ）。同様に、寛骨臼ベア
リング１６の場合には、自然の又は補綴大腿骨頭部（ｆ
ｅｍｏｒａｌｈｅａｄ）（示されていない）は関節を
なす表面２０上に支えられる。更に、脛骨ベアリング１
８の場合には、自然の又は補綴大腿骨関節丘（ｆｅｍｏ
ｒａｌｃｏｎｄｙｌｅｓ）（示されていない）の対は
関節をなす表面２０上に支えられる。

【００１３】補綴ベアリング１０の各々は他の補綴部品
又はベアリング１０が移植されるべき骨に係合するため
の本明細書において規定された多数の特徴を有すること
ができる係合表面２２も含む。例えば、関節窩ベアリン
グ１４の場合には、多数のピン又はペグ（ｐｅｇｓ）２
４がその係合表面２２において規定されうる。ペグ２４
は患者の関節窩表面に形成された多数の対応する穴（示
されていない）に受け入れられる。ピン２４は典型的に
は骨接合剤（ｂｏｎｅｃｅｍｅｎｔ）の使用により所
定の位置に保持される。更に、関節窩ベアリング１４が
移植された金属シェルと共に利用されるならば、ベアリ
ング１４の係合表面２２は関節窩ベアリング１４をシェ
ルに固定する（ｓｅｃｕｒｅ）ためのテーパー付きポス
ト（示されていない）等により形造られる（ｃｏｎｆｉ
ｇｕｒｅｄ）ことができる。

【００１４】寛骨臼ベアリング１６の場合には、多数の
キー締めタブ２６が係合表面２２においてその外側環状
表面に沿って規定されている。キー締めタブ２６は、移
植されたシェルに対する寛骨臼ベアリング１６の回転を
防止するために、移植された金属寛骨臼シェル（示され
ていない）において規定された多数の対応するキー締め
スロット（示されていない）内に受け入れられる。患者
の寛骨臼に直接寛骨臼ベアリング１６を固定する場合に
は（即ち金属シェルを使用しないで）、ベアリング１６
の係合表面２２は、替わりに、患者の寛骨臼に形成され
た多数の対応する穴に受け入れられる多数のポスト又は
ペグ（示されていない）で形造られることができる。こ
のような場合には、ポスト又はペグは典型的には骨接合
剤の使用により所定の場所に保持される。更に、寛骨臼
ベアリング１６はその係合表面２２上のポスト又はペグ
の使用なして患者の寛骨臼に接合されうることは認めら
れるべきである。

【００１５】脛骨ベアリング１８の場合には、テーパー
付きポスト２８がその係合表面２２において規定され
る。テーパー付きポスト２８は膝プロテーゼ（示されて
いない）の移植された脛骨トレー（示されていない）に
おいて規定された対応するテーパー付き骨（示されてい
ない）に受け入れられる。脛骨ベアリング１８の係合表
面２２は脛骨ベアリング１８が移植されたトレーなしで
（例えば骨接合剤の使用により）脛骨に直接固定される
ことを可能とする特徴で形造られうることも認められる
べきである。

【００１６】本発明は、ベアリング１０の形状を規定す
るモールド内で熱及び圧力を加えることによりプレフォ
ームを圧縮成形することによる、このような整形外科補
綴ベアリング１０の製造に関する。本発明の方法は関節
（支える）表面（ａｒｔｉｃｕｌａｒ（ｂｅａｒｉｎ
ｇ）ｓｕｒｆａｃｅ）のために満足な仕上げを与える
ように正味の形状のベアリングを直接成形するのに使用
することができる。滑らかなベアリング表面が機械加工
方法によるよりも成形方法により作られ得ることが認め
られる。しかしながら、本発明の方法は、僅かな程度の
追加の機械加工を必要とする正味に近い形状のベアリン
グを成形するのに使用することもできる。いずれにせ
よ、プレフォームはオレフィン系樹脂、典型的にはポリ
エチレン樹脂、例えば超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭ
ＷＰＥ）樹脂から製造することができる。他のポリエチ
レン、例えば高分子量ポリエチレン、高密度ポリエチレ
ン、高分子量高密度ポリエチレン、等を本明細書に述べ
た方法を使用してベアリングに加工することができるこ
とが更に認められる。本明細書で使用した「プレフォー
ム」という用語は、ポリエチレン樹脂粒子のロッド、シ
ート、ブロック、スラブ等への例えばラム押出又は圧縮
成形により固められた物品を指す。「プレフォーム」と
いう用語は商業的に入手可能なプレフォームの中間機械
加工により製造することができるプレフォーム「パッ
ク」（ｐｒｅｆｏｒｍ “ｐｕｃｋ”）も包含する。プ
レフォームパックはベアリング圧縮成形ダイに入れるの
に適当なサイズ及び質量である。プレフォーム又はパッ
クの形状は最終の正味の形状の部品と同様であってもな
くてもよい。更に、圧縮成形後の形成されたベアリング
は、実際の所望のベアリング形状又は後で機械加工して
所望のベアリング形状を作ることができるブランクのい
ずれであってもよい。このようなプレフォームは、商業
的に入手可能なＵＨＭＷＰＥ、例えば、ポリハイ・ソリ
デュール（ＰｏｌｉＨＩＳｏｌｉｄｕｒ）（Ｆｏｒｔ
Ｗａｙｎｅ，Ｉｎｄｉａｎａ）からのＧＵＲ４１５０Ｈ
Ｐラムで押出されたＵＨＭＷＰＥロッドから得るか又は
機械加工することができる。出発プレフォームは米国特
許第５，４７８，９０６号及び米国特許第６，０１７，
９７５号に記載の如くして圧力再結晶させる（ｐｒｅｓ
ｓｕｒｅｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｄ）ことができ
る。出発プレフォームは場合により、照射の前に米国特
許第６，０１７，９７５号に記載の如くしてアニーリン
グすることができる。この予備アニーリング段階は実質
的に酸素のない雰囲気で行うことができる。本発明のプ
レフォームは、製造者により最終ベアリングに転換され
うる整形外科で使用するのに適当な広範な種類の粗製又
は加工されたプラスチック樹脂から形成することができ
ることが認められる。本発明は商業的なストックのプレ
フォームパックへの中間機械加工の前にポリエチレンの
架橋を包含することが更に認められる。

【００１７】本発明の例示的態様は、ポリエチレンプレ
フォームを照射して遊離基を形成しそしてポリエチレン
を架橋し、そして熱及び圧力を加えることによりプレフ
ォームを圧縮成形してベアリング、正味の形状のベアリ
ング又は正味に近い形状のベアリングを形成する段階
（ｓｔｅｐｓ）を含む方法を包含する。圧縮成形方法は
配向したベアリングを与えるような方法で行われる。

【００１８】プレフォームは好ましくはγ放射線で照射
されるが、しかしながら、電子線又はＸ線放射を使用す
ることもできる。プレフォームは当該技術分野で知られ
た方法を使用して、約０．５Ｍｒａｄ〜約５０Ｍｒａ
ｄ、好ましくは約５．１Ｍｒａｄ〜約１５Ｍｒａｄの線
量のγ放射線で照射される。照射方法は、場合により真
空下に又はこのような照射方法に適当なアルミニウムフ
ォイル、ポリエチレン等の如き材料を包含するバッグ内
にプレフォームを配置することにより不活性なもしくは
実質的に酸素のない雰囲気で行うことができる。バッグ
は場合により真空排気する（ｅｖａｃｕａｔｅｄ）こと
ができそして雰囲気を実質的に窒素、アルゴン等のよう
な不活性ガスで置き換えることができる。しかしなが
ら、照射方法が大気圧条件下に、即ち、いくらかの酸素
を存在させて、行われる場合には、許容できる結果があ
るベアリング形状についてのみ達成できることが認めら
れるであろう。

【００１９】圧縮成形方法は、以後「板状流」（“ｐｌ
ａｎａｒｆｌｏｗ”）と呼ばれる面内のポリエチレン
の二次元流れを誘発するような方法で行われる。このよ
うな面は圧縮の方向と平行な任意の軸線を横断する。圧
縮方向に平行ないかなるこのような軸線もこの横断面を
通り、従ってこの横断面内にはないことが認められるべ
きである。プレフォームにおける板状流の誘発は圧縮方
向を横断する形成されたベアリングの面内で分子配向、
好ましくは二軸分子配向を生じさせる。しかしながら、
プレフォームを圧縮成形モールド内に配置する方法及び
モールドキャビテイに対するプレフォームの寸法に依存
して、得られる形成されたベアリングに種々のレベルの
対称性が付与されうる。それ故、得られる板状流は非対
称性であることもでき、そしてある場合には、板状流は
本明細書に記載の方法により製造されたあるベアリング
形状において、圧縮方向を横断する実質的に一軸配向を
採用するであろうということが認められる。

【００２０】実質的に円形又は楕円形断面を有するベア
リングの場合には、形成されたベアリングにおける二軸
配向は好ましくは半径方向に配置された二軸分子配向
（ｒａｄｉａｌｌｙ−ｄｉｓｐｏｓｅｄｂｉａｘｉａ
ｌｍｏｌｅｃｕｌａｒｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）で
ある。「半径方向に配置された」という用語は、分子鎖
又は結晶構造のような構造が、圧縮力に対する横断面内
で、圧縮力の中心又は圧縮力の中心付近の点から半径方
向に外向きに延びている配向を意味することが本明細書
において定義される。形成されたベアリングにおいて存
在する二軸配向は二軸結晶配向として存在することもで
きる。

【００２１】形成されたベアリングに存在する二軸配向
の程度は、熱機械的分析（ＴＭＡ）、熱収縮、Ｘ線回折
（ＸＲＤ）、直交偏光子顕微鏡法及びその他の如き当該
技術分野で知られている方法により評価することができ
る。熱機械的分析は熱緩和特性の測定を含む。配向され
たポリエチレンの熱膨張及び収縮は、デラウエア州、ニ
ューキャッスルのＴＡＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから商
業的に入手可能な２９４０熱的機械的試験器（Ｔｈｅｒ
ｍａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｅｓｔｅｒ）の如き
機器を使用して決定することができる。

【００２２】二軸配向されている材料は、材料の融点又
は融点付近の温度に加熱されるとき、圧縮方向を横断す
る２つの方向（即ち、次元）における、即ち横断面にお
ける有意な収縮を受ける傾向がある。この熱的に誘発さ
れた収縮は典型的には不可逆であり、そのため材料はそ
の後冷却しても元の容積に戻らない。対照的に、等方性
材料、即ち、いかなる方向においても有意な配向を示さ
ないこれらの材料は、材料の融点付近に加熱されるとき
すべての方向において熱膨張を示すことにより特徴付け
ることができる。更に、このような熱膨張はしばしば可
逆的であり、材料は冷却されるとほぼ元の容積に戻る。
本発明の方法に従って製造されるポリエチレンは増加し
た耐摩耗性及び改良された機械的性質を有することが期
待される。

【００２３】本方法のある変形の下では、圧縮成形段階
はＵＨＭＷＰＥ中の残留遊離基を実質的に排除するとい
う追加の利点を有する。このような遊離基の排除は、照
射段階の後の別個のクエンチ段階、例えば熱処理を伴う
クエンチ段階の必要を排除し、かくして該クエンチ段階
を随意なものとすることができる。圧縮成形は、伸びた
（ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎａｌ）剪断流又は溶融流を誘発
し、これはポリマー中に存在する遊離基の有効な再結合
を促進することにより、この利点の理由を説明すること
ができる。しかしながら、所望により、プレフォームの
圧縮成形の前に別個のクエンチ段階（例えば、熱処理）
を利用することができることが認められるべきである。

【００２４】形成されたベアリング中に存在する遊離基
集団は電子常磁性共鳴（ＥＰＲ）等の如き技術により測
定することができる。圧縮成形段階の後の遊離基の集団
は好ましくは照射前のプレフォームの匹敵するレベルに
あるのが好ましい。圧縮成形段階は、上記した方法のよ
うな測定方法により決定して、照射の直後に測定したこ
れらのレベルから約９０％以上、好ましくは約９５％以
上、更に好ましくは約９９％以上遊離基集団を減少させ
ることができる。ポリエチレンの更なる架橋が起こるこ
と及びＵＨＭＷＰＥベアリングを利する機械的性質及び
摩耗特性の両方の改良を伴うことがかくして達成されう
ることが認められる。

【００２５】プレフォームは、成形装置内で、圧縮下の
変形を許容するのに十分に高い温度に、通常ポリエチレ
ンの溶融温度より高い温度に、例えば約１１０℃〜約２
５０℃の温度で、好ましくは約１３０℃〜約２４０℃の
温度で、更に好ましくは約１３８℃〜約２１６℃の温度
で加熱することができる。ある態様では、プレフォーム
は、ポリエチレンの溶融温度より低いが圧縮成形方法に
おけるプレフォームの変形を許容するのに十分に高い温
度に加熱されることが認められる。

【００２６】別の態様では、プレフォームは成形装置内
に配置する前に周囲の温度より高い温度に加熱すること
ができる。成形装置内に配置した後、該温度は、必要な
らば、上記した範囲内の温度の如き圧縮成形に適当な温
度に調節することができる。ある装置の構成又は製造方
法は、その方法が要求するに応じてこれらの加熱段階の
１つ又は両方の組み合わせを必要とすることがあること
が認められる。

【００２７】圧縮成形を行うのに十分な圧力を加える前
に、パック又はプレフォームが「溶融均熱ステージ」
（“ｍｅｌｔ−ｓｏａｋｓｔａｇｅ”）期間中ある程
度の熱平衡に達するのを可能とすることが望ましいこと
がある。本明細書で使用した「溶融均熱ステージ」とい
う用語は、プレフォームが、圧縮成形に適当な温度、例
えば上記したこれらの温度に保持される期間を指す。こ
の温度は約３０分〜約９０分の範囲、好ましくは約６０
分の期間維持される。このような溶融均熱ステージは、
パックの塊（ｍａｓｓ）の多く、又は大部分がほぼ同じ
温度に達することを許容しうる。種々の温度における追
加の溶融均熱ステージを本方法の変形において追加の段
階として加えることができることが更に認められる。

【００２８】成形方法は、約１，０００ｐｓｉ〜約１
５，０００ｐｓｉの圧力、好ましくは約１，０００ｐｓ
ｉ〜約９，０００ｐｓｉの圧力又は約２，０００ｐｓｉ
〜約８，０００ｐｓｉの圧力を伴うことができる。成形
方法は、場合により真空下に又は不活性なもしくは実質
的に酸素のない雰囲気で行うことができる。しかしなが
ら、成形方法を大気条件下に、即ちいくらかの酸素を存
在させて、行う場合に、許容できる結果があるベアリン
グ形状について達成されうることが認められるであろ
う。

【００２９】成形方法は、熱を加える前にプレフォーム
に小さい初期圧力を及ぼすことを含むことができる。こ
のような初期圧力は例えば約１，０００ｐｓｉより小さ
く、好ましくは約５０ｐｓｉ〜約２５０ｐｓｉの範囲に
ある。圧縮成形を行うするのにより高い温度が使用され
る場合には、より低い初期圧力をプレフォームに対して
及ぼすことができることが認められる。あるいは、圧縮
成形を行うのにより低い温度が使用される場合には、よ
り高い初期圧力をプレフォームに対して及ぼすことがで
きることが更に認められる。

【００３０】成形方法は、例えば溶融均熱ステージの期
間中に熱を加えた後第２の加圧を含むこともできる。こ
のような第２の加圧は、例えば約１，０００ｐｓｉより
低く、好ましくは約１５０ｐｓｉ〜約８００ｐｓｉの範
囲にある。より高い温度が溶融均熱ステージにおいて使
用される場合にはより低い初期圧力をプレフォームに及
ぼすことができることが認められる。あるいは、より低
い温度が溶融均熱ステージで使用される場合には、より
高い初期圧力をプレフォームに及ぼすことができること
が更に認められる。

【００３１】追加の加圧段階（ｐｒｅｓｓｕｒｉｚａｔ
ｉｏｎｓｔｅｐｓ）又は加圧のステージ（ｓｔａｇｅ
ｓｏｆｐｒｅｓｓｕｒｉｚａｔｉｏｎ）を本方法に
加えることができる。このような追加の段階又はステー
ジ（ｓｔｅｐｓｏｒｓｔａｇｅｓ）はあるベアリン
グ形状について望ましいことがある。

【００３２】圧縮成形方法から得られる最終の成形され
たベアリングの寸法は、圧縮方向に対して横断方向の面
においてベアリングの断面積が、圧縮成形方法の開始時
に使用されるパック又はプレフォームの断面積より大き
いようなものである。更に、本発明の圧縮成形方法はフ
ロー比（ｆｌｏｗｒａｔｉｏ）により特徴付けられる
低圧縮比成形方法として具現される。「フロー比」とい
う用語は最終ベアリング半径対プレフォーム半径の比と
して本明細書では定義される。実質的に円形又は楕円形
ではないベアリング及びプレフォームでは、長さ又は幅
のような他の測定値を使用してフロー比を決定すること
ができる。低圧縮比方法は、典型的には２より小さい、
例えば約１．０５〜約１．７、又は好ましくは約１．１
〜約１．３又は更に好ましくは約１．２〜約１．３のフ
ロー比を伴う。

【００３３】圧縮成形の後、形成されたベアリングに対
して成形機により及ぼされる圧力はベアリングの冷却期
間中維持されるであろう。冷却しながら成形されたベア
リングに対する圧力を維持することは、ポリエチレンの
配向されていない状態に戻る緩和を邪魔するであろうと
いうことが認められる。冷却速度は約１℃／分以上とい
う適度なものであるか又は約１５℃／分以上という早い
ものであることができる。１℃／分以下より遅い冷却速
度はある最終用途依存性形状、特に結晶配向を必要とす
る形状では適当でありうることが認められる。より遅い
冷却速度は成形されたベアリングで観察されたポリエチ
レンの結晶化度を増加させる傾向がある。成形されたベ
アリングにおけるこのような微結晶構造の成長は、上記
したような二軸分子配向と同様な方法で配向させること
もできる。

【００３４】本方法の変形においては、「再結晶均熱ス
テージ」（“ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ−ｓ
ｏａｋｓｔａｇｅ”）が圧縮成形の後本方法に挿入さ
れる。本明細書で使用した「再結晶均熱ステージ」とい
う用語は、成形されたベアリングが、圧力下にある間
に、圧力の解放なしにある期間周囲の温度より高い温度
に冷却されそして該温度に保持される冷却処置（ｃｏｏ
ｌｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）を指す。再結晶均熱ス
テージを含むことは成形されたベアリングにおける追加
の結晶形態（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｍｏｒｐｈｏｌ
ｏｇｙ）の形成を促進することができることが認められ
る。このような追加の結晶形態は配向されていない状態
にもどるポリエチレンの緩和を邪魔することができる。
例えば、成形されたベアリングは約１２０℃〜約１６０
℃の範囲の中間温度、又は好ましくは約１３０℃〜約１
５０℃の範囲の温度に冷却させることができる。再結晶
均熱ステージの例示的期間は、約３０分〜６０分の範囲
又は好ましくは約３０分〜４０分の範囲にある。より高
い温度で行われる再結晶均熱ステージではより長い期間
を使用することができ、反対により低い温度で行われる
再結晶均熱ステージではより短い期間を使用することが
できることが更に認められる。本方法に加えられる追加
の温度段階又はステージ（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ
ｔａｇｅｓｏｒｓｔｅｐｓ）はあるベアリング形状
で望ましいことがあることが認められる。

【００３５】かくして実際の放射線量及び圧縮成形条件
は、形成されたベアリングの摩耗特性をルーチンな最適
化により得ることができるようなバランスを得るように
選ばれることができる。ある最終用途依存性ベアリング
形状、例えば肩ベアリングに望まれる形状と比べて股間
接部（ｈｉｐ）ベアリングの所望の形状の差は、圧縮成
形方法から得られる配向誘発のバランス及び照射プロセ
スから得られる架橋のレベルの調節を必要とすることが
ある。このような調節は当業者によりルーチンな実験に
よって達成されうる。成形されたベアリング、正味の形
状のベアリング及び正味に近い形状のベアリングに存在
する種々のレベルの架橋及び配向が望ましいことがあり
うることが認められる。

【００３６】本発明は、更に本発明の方法により製造さ
れ配向されＵＨＭＷＰＥ材料に関する。このような配向
されたポリエチレンは二軸配向を有し、そして好ましく
は、圧縮方向に対して横断する材料の面における半径方
向に配置された二軸分子配向を有する。この圧縮で誘発
された配向はＵＨＭＷＰＥに改良された物理的性質を与
える。特に、配向されたＵＨＭＷＰＥ及び本明細書に記
載の方法に従って製造された対応する成形されたベアリ
ングは圧縮方向における約２５０％以上、好ましくは約
３５０％以上の百分率破断までの伸びを示す。更に、本
明細書に記載の方法に従って製造される配向されたＵＨ
ＭＷＰＥは、慣用の手段により製造されたＵＨＭＷＰＥ
に対して、横断面におけるより高い引張強さ及び圧縮方
向におけるより大きい衝撃強さを示すことができる。更
に、本発明のベアリングは改良された摩耗速度及び改良
された耐酸化性を示すことができる。

【００３７】配向したポリエチレンの引張強さは、４０
０μｍの厚さのタイプ「Ｖ」試験片を使用するＡＳＴＭ
Ｄ６３８試験方法に従うか、又は普通に実施されてい
るかもしくは当該技術分野で容認されている同様な性質
の任意の他の試験方法に従うなどの、当業者に知られて
いる方法により決定することができる。ポリエチレンの
衝撃強さは、ＡＳＴＭＦ６４８試験方法に基づくダブ
ルノッチ付きアイゾット衝撃試験を使用するか、又は普
通に実施されているかもしくは当該技術分野で容認され
ている同様な性質の任意の他の試験方法に従うなどの、
当業者に知られている方法により決定することができ
る。ポリエチレンの耐酸化性は、フーリエ変換赤外分光
法（ＦＴ−ＩＲ）を使用する酸化指数（Ｏｘｉｄａｔｉ
ｏｎＩｎｄｅｘ）（ＯＩ）によって、又は普通に実施
されているかもしくは当該技術分野で容認されている同
様な性質の任意の他の試験方法に従って評価することが
できる。ＯＩは工程内酸化ポテンシヤル（ｉｎ−ｐｒｏ
ｃｅｓｓｏｘｉｄａｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌ）
又は工程後の促進された老化酸化ポテンシヤル（ｐｏｓ
ｔ−ｐｒｏｃｅｓｓａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄａｇｉ
ｎｇｏｘｉｄａｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌ）につ
いて測定することができる。このような工程後の促進さ
れた老化手順のプロトコルは、試験片を５気圧（ａｔ
ｍ）の圧力で７０℃に維持されている酸素室中に２週間
置くことを含むことができる。別法として、ポリエチレ
ンの耐酸化性は、酸化開始温度を測定することにより評
価することができる。ポリエチレンで測定された酸化開
始温度のより高い実測値はより高い耐酸化性を有するポ
リエチレンを反映する。

【００３８】本発明のより完全な理解は、本発明の実施
の下記例示的実施例を参照することにより得ることがで
きる。実施例は、特定の態様の説明として本発明の範囲
及び精神を説明することを意図するものであるが、本発
明を不当に限定することを意図しない。

【００３９】

【実施例】モールド直径に対する小さな寸法の直径（ｕ
ｎｄｅｒｓｉｚｅｄｄｉａｍｅｔｅｒ）のパックを商
業的なラム押出ＧＵＲ１０２０バーストックから製造し
た。パックを、標準方法を使用して酸素の減少した雰囲
気で約５Ｍｒａｄ〜約１０Ｍｒａｄの範囲の線量のγ放
射線で照射した。場合により溶融アニーリング方法によ
り安定化されていてもよい架橋されたＵＨＭＷＰＥのパ
ックも商業的に入手可能である。予備照射されたサンプ
ルを標準圧縮成形装置のモールドキャビテイ内で中心に
置き（ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ）、そしてモールド充填
を達成するための板状溶融流（ｐｌａｎａｒｍｅｌｔ
ｆｌｏｗ）を可能とする種々の加工パラメーターで圧
縮成形した。配向は圧縮成形期間中に溶融均熱段階の後
に誘発されそして再結晶及び冷却ステージ期間中維持さ
れた。

【００４０】実施例１．２０００ｐｓｉで成形された配
向され架橋されたＵＨＭＷＰＥ商業的に入手可能な架橋されたＵＨＭＷＰＥ（〜５Ｍｒ
ａｄ又は〜１０Ｍｒａｄ）のパックを、真空排気された
環境中で圧縮成形するように適合した標準圧縮成形装置
内で中心に置いた（ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ）。装置を
真空排気し、圧縮モールドを２５０ｐｓｉに加圧し、そ
して定盤（ｍｏｌｄｐｌａｔｅｎ）を１０〜２５分に
わたり約１９３℃に急速に加熱した。次いで圧力を８０
０ｐｓｉに増加させ、そしてパックを６０分にわたり熱
平衡に到達させた。圧縮成形を２０００ｐｓｉで行っ
た。温度を１３８℃に減少させそして成形された物品を
３０分にわたり熱平衡に到達させた。最後に、成形され
た物品を周囲の温度に冷却させた。２０００ｐｓｉ圧力
を冷却処置の両段階全体にわたり維持した。

【００４１】実施例２．８０００ｐｓｉで成形された
配向され架橋されたＵＨＭＷＰＥ商業的に入手可能な架橋されたＵＨＭＷＰＥ（〜５Ｍｒ
ａｄ又は〜１０Ｍｒａｄ）のパックを、真空排気された
環境中で圧縮成形するように適合した標準圧縮成形装置
内で中心に置いた。装置を真空排気し、圧縮モールドを
５０ｐｓｉに加圧し、そして定盤を１０〜２５分にわた
り約２１６℃に急速に加熱した。次いで圧力を１５０ｐ
ｓｉに増加させ、そしてパックを６０分にわたり熱平衡
に到達させた。圧縮成形を８０００ｐｓｉで行った。温
度を１４９℃に減少させそして成形された物品を４０分
にわたり熱平衡に到達させた。最後に、成形された物品
を周囲の温度に冷却させた。８０００ｐｓｉ圧力を冷却
処置の両段階全体にわたり維持した。

【００４２】実施例３．配向され架橋されたＵＨＭＷ
ＰＥの異方性挙動配向され架橋されたＵＨＭＷＰＥ（１０．６Ｍｒａｄ、
１．４０フロー比）のサンプルをＴＡインスツルメンツ
２９４０熱的機械的試験器（ＴＡＩｎｓｔｒｕｍｅｎ
ｔｓ２９４０ＴｈｅｒｍａｌＭｅｃｈａｎｉｃａ
ｌＴｅｓｔｅｒ）を使用して周囲の温度から約１９０
℃に加熱した。熱膨張及び収縮データを得た。サンプル
の寸法を温度の関数として監視した。サンプルの温度が
１３４℃と１４１℃の間に達したとき、配向されたポリ
エチレン鎖の有意な緩和及び収縮が観察された。サンプ
ルの寸法は、圧縮方向に対して横断する面、即ち横断面
においてのみ、１．４％収縮した。対照的に、同じ温度
範囲にわたって、等方性ＵＨＭＷＰＥの典型的な熱膨張
が圧縮方向と平行な次元で観察された。圧縮面（ｃｏｍ
ｐｒｅｓｓｉｏｎｐｌａｎｅ）の熱誘発収縮は不可逆
であり、サンプルの完全な冷却後保持された。このよう
な熱的挙動は横断面におけるＵＨＭＷＰＥの二軸配向を
示す。

【００４３】実施例４．圧縮成形期間中の遊離基クエン
チ及びＵＨＭＷＰＥの他のサンプルと比べた配向され架
橋されたＵＨＭＷＰＥの耐酸化性照射されたばかりのＵＨＭＷＰＥ（１０６Ｍｒａｄ）を
上記の如くして圧縮成形して（１．４０フロー比）配向
を誘発させた。配向され架橋されたＵＨＭＷＰＥにおけ
る残留遊離基濃度を決定し、そして慣用の方法で製造さ
れたＵＨＭＷＰＥ（１０．６Ｍｒａｄ、熱処理によりク
エンチされた）、照射されたばかりのクエンチされてい
ないＵＨＭＷＰＥ（１０．６Ｍｒａｄ）及び非架橋（生
（ｒａｗ））ＵＨＭＷＰＥと比較した。これらのサンプ
ル中の残留遊離基濃度を、電子常磁性共鳴（ＥＰＲ）シ
グナルのピークツーピーク高さ（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅ
ａｋｈｅｉｇｈｔ）を測定することにより決定した。
データを表Ｉに示す。更に、後促進老化酸化（ｐｏｓｔ
−ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄａｇｉｎｇｏｘｉｄａｔ
ｉｏｎ）をサンプルの各々についてフーリエ変換赤外分
光法（ＦＴ−ＩＲ）によって測定した。これらのデータ
を表Ｉに示す。最後に、酸化開始温度をサンプルの各々
について決定しそして各々を表Ｉに示す。

【００４４】表Ｉのデータは、架橋されたＵＨＭＷＰＥ
において配向を誘発するための圧縮成形が残留遊離基集
団の実質的なクエンチも与えたことを示す。遊離基レベ
ルは、照射されたばかりのクエンチされていないＵＨＭ
ＷＰＥにおいて測定されたレベルから９９％より多く減
少し、そして非架橋ＵＨＭＷＰＥで見いだされたレベル
に匹敵した。

【００４５】表Ｉのデータは、上記の如くして製造され
た配向され架橋されたＵＨＭＷＰＥのＯＩにより評価さ
れた耐酸化性は、非架橋ＵＨＭＷＰＥ及び慣用の方法で
架橋されそしてクエンチされたＵＨＭＷＰＥについて測
定した耐酸化性に匹敵したことも示す。最後に、表Ｉの
データは、配向され架橋されたＵＨＭＷＰＥの酸化開始
温度は慣用の方法で架橋されたＵＨＭＷＰＥ（熱処理に
よりクエンチされた）又は非架橋ＵＨＭＷＰＥの酸化開
始温度より高かったことを示す。照射されたばかりのＵ
ＨＭＷＰＥは相対的に低い酸化開始温度を有していた。

【００４６】表Ｉ．ＥＰＲ、ＯＩ及び酸化開始温度に
より評価された、配向されたＵＨＭＷＰＥ、慣用の架橋
されたＵＨＭＷＰＥ、照射されたＵＨＭＷＰＥ及び非照
射ＵＨＭＷＰＥの耐酸化性

【００４７】

【表１】

【００４８】実施例６．慣用の架橋されたＵＨＭＷＰＥ
と比較した配向され架橋されたＵＨＭＷＰＥの機械的性
質上記の如くして製造された配向され架橋されたＵＨＭＷ
ＰＥの得られる圧縮成形されたサンプルの物理的性質を
評価し、そして慣用の架橋されたＵＨＭＷＰＥ及び非照
射ＵＨＭＷＰＥと比較した。極限引張強さを、４００μ
ｍ厚さのタイプ「Ｖ」試験片を使用するＡＳＴＭＤ６
３８試験方法に従って決定した。ダブルノッチ付きアイ
ゾット衝撃強さをＡＳＴＭＦ６４８試験方法に基づい
て行った。更に、破断までの破壊エネルギー（ｆｒａｃ
ｔｕｒｅｅｎｅｒｇｙｔｏｂｒｅａｋ）及び破断ま
での百分率伸びを標準試験プロトコルを使用して決定し
た。

【００４９】表ＩＩ及び表ＩＩＩのデータは、慣用の方
法で製造された架橋されたＵＨＭＷＰＥと比較した際
の、本発明に従って製造された配向され架橋されたＵＨ
ＭＷＰＥの機械的性質の改良を示す。更に、これらのデ
ータは、引張強さ、衝撃強さ、靭性及び破断までの百分
率伸びの改良は方向依存性であることを示唆する。引張
強さは、配向され架橋されたＵＨＭＷＰＥの横断面にお
いて、慣用の方法で製造され架橋されたＵＨＭＷＰＥと
比較して、圧縮方向における引張強さのなんらの損失な
しに改良されていた。破断までの百分率伸び及び衝撃強
さは、慣用の方法で製造され架橋されたＵＨＭＷＰＥと
比較して、横断面におけるこれらの２つの機械的性質の
有意な損失なしに、圧縮方向において両方とも改良され
ていた。最後に、靭性、即ち、引っ張り破壊（ｔｅｎｓ
ｉｌｅｆｒａｃｔｕｒｅ）を達成するのに必要な測定
されたエネルギーは、慣用の方法で製造され架橋された
ＵＨＭＷＰＥと比較して、配向され架橋されたＵＨＭＷ
ＰＥでは圧縮方向における改良の傾向がある。

【００５０】表ＩＩ．２つの方向における配向され架
橋されたＵＨＭＷＰＥ（５．４Ｍｒａｄ）の機械的性質
及び慣用の架橋されたＵＨＭＷＰＥ（５Ｍｒａｄ）の機
械的性質

【００５１】

【表２】

【００５２】表ＩＩＩ．２つの方向における配向され
架橋されたＵＨＭＷＰＥ（１０．６Ｍｒａｄ）の機械的
性質及び慣用の架橋されたＵＨＭＷＰＥ（１０．６Ｍｒ
ａｄ）の機械的性質

【００５３】

【表３】

【００５４】実施例７．ピン・オン・ディスクにより
測定された種々のＵＨＭＷＰＥサンプルの摩耗試験デー
タＵＨＭＷＰＥの種々のサンプル、配向され架橋されたＵ
ＨＭＷＰＥ（種々のフロー比）、慣用のＵＨＭＷＰＥ
（架橋されそして熱処理によりクエンチされた）、照射
されたばかりの且つクエンチされていないＵＨＭＷＰ
Ｅ、及び非架橋（生）ＵＨＭＷＰＥを、標準ピン・オン
・ディスク（Ｐｉｎ−ｏｎ−Ｄｉｓｋ）試験プロトコル
を使用する摩耗試験に付した。ＵＨＭＷＰＥのすべての
架橋された又は照射されたサンプルを約５．４Ｍｒａｄ
〜約５．６Ｍｒａｄの線量のγ放射線で処理した。表Ｉ
Ｖのデータは、配向され架橋されたＵＨＭＷＰＥが慣用
のＵＨＭＷＰＥで観察された摩耗速度に匹敵する摩耗速
度を示しそして照射され且つクエンチされていないＵＨ
ＭＷＰＥ又は非架橋ＵＨＭＷＰＥについて観察された摩
耗速度より低い摩耗速度を示すことを示す。

【００５５】表ＩＶ．種々のＵＨＭＷＰＥサンプルのピ
ン・オン・ディスク摩耗データ

【００５６】

【表４】

【００５７】本発明を図面及び前記説明において詳細に
例示及び説明してきたが、このような例示及び説明は、
性格において例示でありそして非限定的であると考えら
れるべきであり、例示的態様のみが示されそして説明さ
れており、そして本発明の精神内に入るすべての変更及
び修正が保護されることが望まれることは理解される。

【００５８】本明細書に記載の補綴ベアリングの種々の
特徴から生じる本発明の複数の利点がある。本発明の補
綴ベアリングの各々の別の態様は述べられた特徴のすべ
てを含まないことがあるが、このような特徴の利点の少
なくともいくらかから利益を得ることに留意されるであ
ろう。当業者は、本発明の１つ又はそれより多くの特徴
を組み込みそして特許請求の範囲に記載の本発明の精神
及び範囲内に入る補綴ベアリングの彼ら自身の実施を容
易に考案することができる。

【００５９】例えば、本発明に関する多数の利点を有す
る方法、照射により材料を架橋することが本明細書に述
べられているけれども、このような利点のあるものは任
意の他の適当な技術により材料を架橋することにより達
成されうることは認められるべきである。

【００６０】本発明の主なる特徴及び態様は以下のとお
りである。

【００６１】１．超高分子量ポリエチレンプレフォーム
を約５．１Ｍｒａｄ〜約５０Ｍｒａｄの範囲内の線量の
γ放射線で照射し、プレフォームを圧縮成形機内に配置
し、超高分子量ポリエチレンの溶融温度より高いか又は
該溶融温度に実質的に等しい温度にプレフォームを加熱
し、そして超高分子量ポリエチレンを圧縮の方向から外
向きに配向させるのに有効な圧力下にプレフォームを圧
縮成形してベアリングを形成する、段階を含んでなる整
形外科用ベアリングを製造する方法。

【００６２】２．ベアリングを圧力下に維持しながらベ
アリングを冷却する段階を更に含んでなる上記１に記載
の方法。

【００６３】３．照射段階がプレフォームを約５．１Ｍ
ｒａｄ〜約１５Ｍｒａｄの範囲内の線量のγ放射線で照
射することを含む上記１に記載の方法。

【００６４】４．圧縮成形段階がプレフォームに板状流
を誘発するのに有効である上記１に記載の方法。

【００６５】５．圧縮成形段階が、圧縮方向を横断する
多数の面内で超高分子量ポリエチレンの二軸配向を誘発
するのに有効である上記１に記載の方法。

【００６６】６．圧縮成形段階が、圧縮方向を横断する
多数の面内で超高分子量ポリエチレンの二軸分子配向を
誘発するのに有効である上記１に記載の方法。

【００６７】７．圧縮成形段階が、圧縮方向を横断する
多数の面内で超高分子量ポリエチレンの半径方向に配置
された分子配向を誘発するのに有効である上記１に記載
の方法。

【００６８】８．圧縮成形段階が、プレフォーム中に存
在する残留遊離基の集団をクエンチするのに有効である
上記１に記載の方法。

【００６９】９．圧縮成形段階が、残留遊離基の集団を
約９０％以上減少させるのに有効である上記１に記載の
方法。

【００７０】１０．圧縮成形段階が、残留遊離基の集団
を約９５％以上減少させるのに有効である上記１に記載
の方法。

【００７１】１１．圧縮成形段階が、１．０５〜約１．
７の範囲内のフロー比にプレフォームを圧縮してベアリ
ングを形成することを含む上記１に記載の方法。

【００７２】１２．圧縮成形段階が、１．１〜約１．３
の範囲内のフロー比にプレフォームを圧縮してベアリン
グを形成することを含む上記１に記載の方法。

【００７３】１３．圧縮成形段階が、１．１〜約１．２
の範囲内のフロー比にプレフォームを圧縮してベアリン
グを形成することを含む上記１に記載の方法。

【００７４】１４．ベアリングがモールド中にある間に
冷却段階を行う上記２に記載の方法。

【００７５】１５．ベアリングを含んでなる整形外科用
プロテーゼであって、該ベアリングは、（ｉ）照射され
たポリエチレンプレフォームを圧縮成形機内に配置しそ
して（ｉｉ）圧縮方向を横断する面内で該ポリエチレン
の二軸配向を生じさせるのに有効な圧縮力によりプレフ
ォームを圧縮成形してベアリングを形成する、段階を含
んでなる方法により製造されたものである整形外科用プ
ロテーゼ。

【００７６】１６．照射されたポリエチレンプレフォー
ムが照射された超高分子量ポリエチレンプレフォームで
ある上記１５に記載のプロテーゼ。

【００７７】１７．二軸配向が二軸分子配向である上記
１５に記載のプロテーゼ。

【００７８】１８．二軸配向が半径方向に配置された分
子配向である上記１５に記載のプロテーゼ。

【００７９】１９．配向したポリエチレン整形外科用ベ
アリングを製造する方法であって、照射されたポリエチ
レンプレフォームを圧縮成形機内に配置し、そして
（ｉ）圧縮の方向から外向きにポリエチレンを配向させ
そして（ｉｉ）１．１〜１．３の範囲内のフロー比でベ
アリングを形成する、のに有効な圧縮力によりプレフォ
ームを圧縮成形してベアリングを形成する、段階を含ん
でなる方法。

【００８０】２０．照射されたポリエチレンプレフォー
ムが照射された超高分子量ポリエチレンプレフォームを
含み、そして配置段階が照射された超高分子量ポリエチ
レンプレフォームを圧縮成形機内に配置することを含む
上記１９に記載の方法。

【００８１】２１．プレフォームを加熱する段階を更に
含んでなる上記１９に記載の方法。

【００８２】２２．圧縮成形段階の前に加熱段階を行う
上記２１に記載の方法。

【００８３】２３．加熱段階を圧縮成形段階と同時に行
う上記２１に記載の方法。

【００８４】２４．加熱段階がポリエチレンの溶融温度
より高い温度にプレフォームを加熱することを含む上記
２１に記載の方法。

【００８５】２５．圧縮成形段階を実質的に酸素のない
雰囲気で行う上記２１に記載の方法。

【００８６】２６．配向したポリエチレンの整形外科用
の正味の形状のベアリングを製造する方法であって、照
射されたポリエチレンプレフォームを圧縮成形機内に配
置し、そして圧縮の方向から外向きにポリエチレンを配
向させるのに有効な圧縮力によりプレフォームを圧縮成
形して正味の形状のベアリングを形成する、段階を含ん
でなる方法。

【００８７】２７．照射されたポリエチレンプレフォー
ムが照射された超高分子量ポリエチレンプレフォームを
含み、そして配置段階が照射された超高分子量ポリエチ
レンプレフォームを圧縮成形機内に配置することを含む
上記２６に記載の方法。

【００８８】２８．プレフォームを加熱する段階を更に
含んでなる上記２６に記載の方法。

【００８９】２９．圧縮成形段階の前に加熱段階を行う
上記２８に記載の方法。

【００９０】３０．加熱段階を圧縮成形段階と同時に行
う上記２８に記載の方法。

【００９１】３１．加熱段階がポリエチレンの溶融温度
より高い温度にプレフォームを加熱することを含む上記
２８に記載の方法。

【００９２】３２．圧縮成形段階が約１，０００ｐｓｉ
〜約１５，０００ｐｓｉの範囲内の圧力下にプレフォー
ムを圧縮することを含む上記２６に記載の方法。

【００９３】３３．圧縮成形段階が、プレフォームを
１．１〜１．３の範囲内のフロー比で正味形状ベアリン
グの形状に圧縮することを含む上記２６に記載の方法。

【００９４】３４．圧縮成形段階を実質的に酸素のない
雰囲気で行う上記２６に記載の方法。

【００９５】３５．配向されたポリエチレンの整形外科
用ベアリングを製造する方法であって、約５．１Ｍｒ
ａｄ〜約５０Ｍｒａｄの範囲内の線量のγ放射線で照射
されたポリエチレンプレフォームを圧縮成形機内に配置
し、そして圧縮の方向から外向きにポリエチレンを配向
させるのに有効な圧縮力によりプレフォームを圧縮成形
してベアリングを形成する、段階を含んでなる方法。

【００９６】３６．ポリエチレンプレフォームが超高分
子量ポリエチレンプレフォームを含み、そして配置段階
が超高分子量ポリエチレンプレフォームを圧縮成形機内
に配置することを含む上記３５に記載の方法。

【００９７】３７．プレフォームを加熱する段階を更に
含んでなる上記３５に記載の方法。

【００９８】３８．加熱段階が、ポリエチレンの溶融温
度より高い温度にプレフォームを加熱することを含む上
記３７に記載の方法。

【００９９】３９．圧縮成形段階が、１．１〜約１．３
の範囲内のフロー比にプレフォームを圧縮してベアリン
グを形成することを含む上記３５に記載の方法。

【０１００】４０．本方法が更にベアリングを圧力下に
維持しながらベアリングを冷却する段階を含んでなる上
記１５に記載のプロテーゼ。

【０１０１】４１．ベアリングを圧力下に維持しながら
ベアリングを冷却する段階を更に含んでなる上記１９に
記載の方法。

【０１０２】４２．ベアリングを圧力下に維持しながら
ベアリングを冷却する段階を更に含んでなる上記２６に
記載の方法。

【０１０３】４３．ベアリングを圧力下に維持しながら
ベアリングを冷却する段階を更に含んでなる上記３５に
記載の方法。

【０１０４】４４．配置段階の前にプレフォームを予熱
する段階を更に含んでなる上記１に記載の方法。

【０１０５】４５．本方法が配置段階の前にプレフォー
ムを予熱する段階を更に含んでなる上記１５に記載のプ
ロテーゼ。

【０１０６】４６．配置段階の前にプレフォームを予熱
する段階を更に含んでなる上記１９に記載の方法。

【０１０７】４７．配置段階の前にプレフォームを予熱
する段階を更に含んでなる上記２６に記載の方法。

【０１０８】４８．配置段階の前にプレフォームを予熱
する段階を更に含んでなる上記３５に記載の方法。

【０１０９】４９．超高分子量ポリエチレンを配向させ
るのに有効な圧力により発生した圧力より小さい均熱圧
力（ｓｏａｋｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ）でプレフォー
ムをある期間均熱する段階を更に含んでなり、該均熱段
階を加熱段階の後に行う上記１に記載の方法。

【０１１０】５０．本方法が、プレフォームを加熱し、
そして圧縮力により発生した圧力より小さい均熱圧力で
プレフォームをある期間均熱し、該均熱段階を加熱段階
の後に行う、段階を更に含んでなる上記１５に記載のプ
ロテーゼ。

【０１１１】５１．圧縮力により発生した圧力より小さ
い均熱圧力でプレフォームをある期間均熱する段階を更
に含んでなり、該均熱段階を加熱段階の後に行う上記２
１に記載の方法。

【０１１２】５２．圧縮力により発生した圧力より小さ
い均熱圧力でプレフォームをある期間均熱する段階を更
に含んでなり、該均熱段階を加熱段階の後に行う上記２
８に記載の方法。

【０１１３】５３．圧縮力により発生した圧力より小さ
い均熱圧力でプレフォームをある期間均熱する段階を更
に含んでなり、該均熱段階を加熱段階の後に行う上記３
７に記載の方法。

【０１１４】５４．加熱段階の前にプレフォームに対し
て初期圧力を及ぼす段階を更に含んでなり、該初期圧力
が超高分子量ポリエチレンを配向させるのに有効な圧力
により発生した圧力より小さい上記１に記載の方法。

【０１１５】５５．加熱段階の後にプレフォームに対し
て中間圧力を及ぼす段階を更に含んでなり、該中間圧力
が超高分子量ポリエチレンを配向させるのに有効な圧力
により発生した圧力より小さい上記１に記載の方法。

【０１１６】５６．本方法が、プレフォームを加熱し、
そして加熱段階の前にプレフォームに対して初期圧力を
及ぼす、段階を更に含んでなり、該初期圧力が圧縮力に
より発生した圧力より小さい上記１５に記載のプロテー
ゼ。

【０１１７】５７．本方法が、プレフォームを加熱し、
そして加熱段階の後にプレフォームに対して、圧縮力に
より発生した圧力より小さい中間圧力を及ぼす、段階を
更に含んでなる上記１５に記載のプロテーゼ。

【０１１８】５８．加熱段階の前にプレフォームに対し
て初期圧力を及ぼす段階を更に含んでなり、該初期圧力
が圧縮力により発生した圧力より小さい上記２１に記載
の方法。

【０１１９】５９．加熱段階の後にプレフォームに対し
て中間圧力を及ぼす段階を更に含んでなり、該中間圧力
は圧縮力により発生した圧力より小さい上記２１に記載
の方法。

【０１２０】６０．加熱段階の前にプレフォームに対し
て初期圧力を及ぼす段階を更に含んでなり、該初期圧力
が圧縮力により発生した圧力より小さい上記２８に記載
の方法。

【０１２１】６１．加熱段階の後にプレフォームに対し
て中間圧力を及ぼす段階を更に含んでなり、該中間圧力
は圧縮力により発生した圧力より小さい上記２８に記載
の方法。

【０１２２】６２．加熱段階の前にプレフォームに対し
て初期圧力を及ぼす段階を更に含んでなり、該初期圧力
が圧縮力により発生した圧力より小さい上記３７に記載
の方法。

【０１２３】６３．加熱段階の後にプレフォームに対し
て中間圧力を及ぼす段階を更に含んでなり、該中間圧力
は圧縮力により発生した圧力より小さい上記３７に記載
の方法。

【０１２４】６４．圧縮成形段階の後、周囲の温度より
高い温度である期間ベアリングを均熱する段階を更に含
んでなり、ベアリングは均熱段階期間中圧力下に維持さ
れている上記１に記載の方法。

【０１２５】６５．本方法が、圧縮成形段階の後、周囲
の温度より高い温度である期間ベアリングを均熱する段
階を更に含んでなり、ベアリングは均熱段階期間中圧力
下に維持されている上記１５に記載のプロテーゼ。

【０１２６】６６．圧縮成形段階の後、周囲の温度より
高い温度である期間ベアリングを均熱する段階を更に含
んでなり、ベアリングは均熱段階期間中圧力下に維持さ
れている上記１９に記載の方法。

【０１２７】６７．圧縮成形段階の後、周囲の温度より
高い温度である期間ベアリングを均熱する段階を更に含
んでなり、ベアリングは均熱段階期間中圧力下に維持さ
れている上記２６に記載の方法。

【０１２８】６８．圧縮成形段階の後、周囲の温度より
高い温度である期間ベアリングを均熱する段階を更に含
んでなり、ベアリングは均熱段階期間中圧力下に維持さ
れている上記３５に記載の方法。

【０１２９】６９．圧縮成形段階の前にプレフォームを
クエンチする段階を更に含んでなる上記１に記載の方
法。

【０１３０】７０．本方法が圧縮成形段階の前にプレフ
ォームをクエンチする段階を更に含んでなる上記１５に
記載のプロテーゼ。

【０１３１】７１．圧縮成形段階の前にプレフォームを
クエンチする段階を更に含んでなる上記１９に記載の方
法。

【０１３２】７２．圧縮成形段階の前にプレフォームを
クエンチする段階を更に含んでなる上記２６に記載の方
法。

【０１３３】７３．圧縮成形段階の前にプレフォームを
クエンチする段階を更に含んでなる上記３５に記載の方
法。

【図面の簡単な説明】

【図１】本明細書に記載の方法により製造することがで
きる移植可能な補綴ベアリングの略図である。

【図２】本明細書に記載の方法により製造することがで
きる移植可能な関節窩ベアリングプロテーゼの斜視図で
ある。

【図３】本明細書に記載の方法により製造することがで
きる移植可能な寛骨臼ベアリングプロテーゼの斜視図で
ある。

【図４】本明細書に記載の方法により製造することがで
きる移植可能な脛骨ベアリングプロテーゼの斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０移植可能な補綴ベアリング１４関節窩ベアリング１６寛骨臼ベアリング１８脛骨ベアリング２０関節をなす表面又は支える表面２２係合表面２４ピン又はペグ２６キー締めタブ２８テーパー付きポスト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２９Ｋ 105:04 Ｂ２９Ｋ 105:04 105:24 105:24 Ｂ２９Ｌ 31:04 Ｂ２９Ｌ 31:04 (72)発明者ドナルド・イー・マクナルテイアメリカ合衆国インデイアナ州46582ワーソー・ノースシヤグバークドライブ1263 (72)発明者トツド・エス・スミスアメリカ合衆国インデイアナ州46804フオートウエイン・ライトニングリツジラン 14510 (72)発明者ロバート・リチヤードアメリカ合衆国マサチユセツツ州02093レンサム・ウエストストリート2570 Ｆターム(参考） 4C081 AB01 AC03 BB08 CA02 CC06 DA02 EA11 4C097 AA03 CC11 DD01 EE02 4F204 AA06 AG20 AH63 AH81 FA01 FB01 FG04 FH06 FH21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超高分子量ポリエチレンプレフォームを
約５．１Ｍｒａｄ〜約５０Ｍｒａｄの範囲内の線量のγ
放射線で照射し、プレフォームを圧縮成形機内に配置し、超高分子量ポリエチレンの溶融温度より高いか又は該溶
融温度に実質的に等しい温度にプレフォームを加熱し、
そして超高分子量ポリエチレンを圧縮の方向から外向き
に配向させるのに有効な圧力下にプレフォームを圧縮成
形してベアリングを形成する、段階を含んでなる整形外
科用ベアリングを製造する方法。
【請求項２】ベアリングを含んでなる整形外科用プロ
テーゼであって、該ベアリングは、（ｉ）照射されたポ
リエチレンプレフォームを圧縮成形機内に配置しそして
（ｉｉ）圧縮方向を横断する面内で該ポリエチレンの二
軸配向を生じさせるのに有効な圧縮力によりプレフォー
ムを圧縮成形してベアリングを形成する、段階を含んで
なる方法により製造されたものである整形外科用プロテ
ーゼ。
【請求項３】配向したポリエチレン整形外科用ベアリ
ングを製造する方法であって、照射されたポリエチレンプレフォームを圧縮成形機内に
配置し、そしてプレフォームを、（ｉ）圧縮の方向から
外向きにポリエチレンを配向させ、そして（ｉｉ）１．
１〜１．３の範囲内のフロー比でベアリングを形成する
のに有効な圧縮力により圧縮成形してベアリングを形成
する、段階を含んでなる方法。
【請求項４】配向したポリエチレンの整形外科用の正
味の形状のベアリングを製造する方法であって、照射されたポリエチレンプレフォームを圧縮成形機内に
配置し、そして圧縮の方向から外向きにポリエチレンを
配向させるのに有効な圧縮力によりプレフォームを圧縮
成形して正味の形状のベアリングを形成する、段階を含
んでなる方法。
【請求項５】配向されたポリエチレンの整形外科用ベ
アリングを製造する方法であって、約５．１Ｍｒａｄ〜約５０Ｍｒａｄの範囲内の線量のγ
放射線で照射されたポリエチレンプレフォームを圧縮成
形機内に配置し、そして圧縮の方向から外向きにポリエ
チレンを配向させるのに有効な圧縮力によりプレフォー
ムを圧縮成形してベアリングを形成する、段階を含んで
なる方法。