JP2003530970A - イットリウム添加ジルコニアから成る生体内医療部品 - Google Patents

イットリウム添加ジルコニアから成る生体内医療部品

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JP2003530970A
JP2003530970A JP2001578011A JP2001578011A JP2003530970A JP 2003530970 A JP2003530970 A JP 2003530970A JP 2001578011 A JP2001578011 A JP 2001578011A JP 2001578011 A JP2001578011 A JP 2001578011A JP 2003530970 A JP2003530970 A JP 2003530970A
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zirconia
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ceramic
yttrium oxide
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JP2001578011A
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カル，ベルナール
ブレーズ，ローランス
ビレルモー，フランスリーヌ
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サン−ゴバン・セラミツク・アバンセ・デマルケ
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、少なくとも９０モル％のジルコニアと少なくとも２．１モル％の酸化イットリウムＹ２Ｏ３と０．０１重量％から１重量％の範囲のアルミナＡｌ２Ｏ３とを含む酸化イットリウム添加正方晶ジルコニアセラミックスから成り、該ジルコニアセラミックスが理論的密度の９９％以上の密度、直線インターセプト法で測定して１μｍ以下の平均粒度及び均一な酸化イットリウム分布を有している生体内医療部品に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 部分的に安定化されたジルコニア、より特定的には酸化イットリウムで安定化
された正方晶ジルコニア（略号ＹＴＺＰ−Ｙｔｔｒｉａ Ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ
Ｚｉｒｃｏｎｉａ，Ｐａｒｔｉａｌｌｙ（Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ））は、優れ
た補綴用生体医療材料として使用されてきた（特に、Ｐｉｃｏｎｉ Ｃ，Ｍａｃ
ｃａｕｒｏ Ｇ：Ｚｉｒｃｏｎｉａ ａｓ ａ ｃｅｒａｍｉｃ ｂｉｏｍａｔ
ｅｒｉａｌ．Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ ２０：１−２５，１９９９；またはＣ
ａｌｅｓ Ｂ，Ｓｔｅｆａｎｉ Ｙ：Ｙｔｔｒｉａ−Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚ
ｉｒｃｏｎｉａ ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｏｒｔｈｏｐｅｄｉｃ Ｐｒｏｓ
ｔｈｅｓｅｓ，Ｉｎ Ｗｉｓｅ ＤＬ，Ｔｒａｎｔｏｌｏ ＤＪ，Ａｌｔｏｂｅ
ｌｌｉ ＤＥら（ｅｄｓ）．Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉｃ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏ
ｆ Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｖｏ
ｌ １Ｂ．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ ４１５−４５２
１９９５参照）。
【０００２】 アルミナ添加物（即ち、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３）を含有するＹＴＺＰジ
ルコニアの使用は様々な文献に記載されている（特に、Ｉｎａｇａｋｉ Ｋ，Ｏ
ｋｕｍｕｒａ Ｆ，Ｓａｋａｋｉ Ｔ，Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎ
ｃｅ ｏｆ Ｐａｒｔｉａｌｌｙ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉａ，
Ｊ．Ｔｏｓｏｈ Ｒｅｓ．３５，１，３７−４３ １９９１；またはＴｓｕｂａ
ｋｉｎｏ Ｈ，Ｎｏｚａｔｏ Ｒ，Ｈａｍａｍｏｔｏ Ｍ，Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ
Ａｌｕｍｉｎａ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ−
ｔ−Ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ
Ｚｉｒｃｏｎｉａ−３ ｍｏｌ％ ｙｔｔｒｉａ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓ
ｏｃ．７４［２］４４０−４４３（１９９１）参照）。しかしながら、これらの
文献はいずれも、未加工のジルコニア材料片から１段階の非加圧焼結によってジ
ルコニアを形成する方法を記載している。１段階の非加圧焼結を緻密化プロセス
に使用するとき、高い密度（例えば理論的密度の９９％以上の密度）に到達する
ためには極めて長時間の焼結を維持することが必要である。このような条件下で
は、焼結した材料片中で粒子の粗大化が観察され、ジルコニア粒子が平均粒度１
μｍを上回るという好ましくない結果になる。
【０００３】 更に、２段階焼結を行うことを記載したＹＴＺＰジルコニアに関する幾つかの
文献が存在する。２段階焼結は、非加圧で行う基本的焼結と、その後に行う熱間
アイソスタティック圧縮（ＨＩＰ）による補完的焼結とから成る（特に、Ｔ．Ｍ
ａｓａｋｉ，Ｋ．Ｎａｋａｊｉｍａ，Ｋ．Ｓｈｉｎｊｏ，Ｊ．ｍａｔ Ｓｃｉ．
Ｌｅｔｔｅｒｓ ５，１１１５−１１１８ １９８６；Ｈ．Ｒｅｈ，Ｉｎｔｅｒ
ｃｅｒａｍ ６，５６−６３ １９８６；またはＪ−Ｙ Ｋｉｍ，Ｎ．Ｕｃｈｉ
ｄａ，Ｋ．Ｕｅｍａｔｓｕ，Ｊ．Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ Ｊａｐａｎ，１００３２
３−３２６ １９９２参照）。しかしながら、これらの文献はアルミナ添加の可
能性に関しては全く触れていない。
【０００４】 また、酸化イットリウム被覆層を含むジルコニア粒子から得られる未加工材料
片の緻密化によって製造されたＹＴＺＰジルコニアから成る生体内医療部品も知
られている（Ｗ．Ｂｕｒｇｅｒ，ＨＧ Ｒｉｃｈｔｅｒ，Ｃ．Ｐｉｃｏｎｉら，
Ｉｎ Ａｎｄｅｒｓｓｏｎ ＯＨ，Ｈａｐｐｏｎｅｎ ＲＰ，Ｙｌｉ−Ｕｒｐｏ
Ａ（ｅｄｓ）．Ｂｉｏｃｅｒａｍｉｃｓ ７．Ｏｘｆｏｒｄ，Ｂｕｔｔｅｒｗ
ｏｒｔｈ−Ｈｅｉｎｅｍａｎｎ ３８９−３９４，１９９４）。酸化イットリウ
ムが添加されたこの粉末ジルコニアではジルコニア粒子の周囲に酸化イットリウ
ムの被覆層が形成されており、ジルコニア−酸化イットリウム混合物が共沈によ
って得られる粉末とは違っている。しかしながらこの製造方法では、焼結したジ
ルコニア材料片中で十分に均一な酸化イットリウムの分布を得ることができない
。その理由は、酸化イットリウムが主としてジルコニア粒子の表面に集中するか
らである。
【０００５】 ＹＴＺＰジルコニアは極めて高い機械的強度及び強い靭性を有してはいるが、
これらの材料はまた、１５０−５００℃の範囲の温度で水蒸気に曝されると機械
的特性の劣化を生じることが知られている（この特性はＬＴＤ［Ｌｏｗ Ｔｅｍ
ｐｅｒａｔｕｒｅ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ］と呼ばれている）。この劣化の原
因について１つの仮説では、セラミックスのＺｒ−Ｏ−Ｚｒ結合が水と反応する
ためであると考えられている。この反応によってジルコニア粒子の結晶構造は正
方晶相から単斜晶相への変態を生じる。この変態に伴ってまた、結晶構造が約４
容量％膨張し、その結果として、ジルコニア材料片の微小亀裂が生じ且つ機械的
強度が低下する。
【０００６】 （発明の概要） 本発明の目的は公知方法の欠点を解消すること、即ち、ＬＴＤ劣化に対して高
い抵抗性を有しており、理論的密度に近い密度をもち、かつ、酸化イットリウム
の分布が十分に均一であるようなＹＴＺＰジルコニア材料を提供することである
。
【０００７】 実際、従来技術の教示内容に反して本発明者は、ＬＴＤ劣化に対して高い抵抗
性をもつ酸化イットリウム添加ジルコニア材料、特にＹＴＺＰジルコニアが、以
下の段階から成る方法によって得られることを確認した。該方法は、 −共沈によって得られた酸化イットリウム添加ジルコニア粉末を使用し、 −少量（例えば約０．０５重量％から１重量％の範囲）の粉末アルミナを添加す
る段階と、 −粉末混合物から未加工材料片を作製する段階と、 −未加工材料片を非加圧で焼結する段階と、 −焼結した材料片を熱間アイソスタティック圧縮（ＨＩＰ）によって緻密化する
補完的段階とから成る。
【０００８】 これらの段階を使用するとき、得られたセラミックス材料片は先行文献に記載
されている従来方法によって得られたセラミックスよりも著しく優れた劣化（Ｌ
ＴＤ）抵抗性を有することが確認された。
【０００９】 まだ確定した理論とはなっていないが、共沈によって得られた粉末の使用が好
ましいと考えられており、その理由は、このような粉末を使用すると緻密なジル
コニア中の酸化イットリウムの均一度（微視的レベルで）が改善されるからであ
る。劣化（ＬＴＤ）抵抗性は酸化イットリウムの含量及びその分布、ジルコニア
粒子の粒径、密度及び欠陥集団の関数である（Ｃａｌｅｓら，Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ
．Ｍａｔ．Ｒｅｓ．，２８，６１９−６２４，１９９４）。このような理由から
本発明の目的には、ジルコニア内部で酸化イットリウムが均一に分布したジルコ
ニアと酸化イットリウムとの共沈粉末を使用する。
【００１０】 まだ確定した理論とはなっていないが、未加工材料片に少量のアルミナを添加
すると、焼結したセラミックス材料片の微細構造が変化し、その結果として劣化
（ＬＴＤ）抵抗性が改善されると考えられる。
【００１１】 まだ確定した理論とはなっていないが、（好ましくは長時間の温度プラトーを
用いる焼結によって）全体的な緻密化を確保するために熱間アイソスタティック
圧密を使用すると、ジルコニア粒子の粗粒化を抑制し平均粒度を１μｍ未満に維
持できると考えられている。
【００１２】 従って本発明は、少なくとも９０モル％のジルコニアと少なくとも２．１モル
％の酸化イットリウムＹ２Ｏ３と０．０１重量％から１重量％の範囲のアルミナ
Ａｌ２Ｏ３とを含む酸化イットリウム添加正方晶ジルコニアセラミックスから成
り、該ジルコニアが理論的密度の９９％以上の密度、直線インターセプト法で測
定して１μｍ以下の平均粒度及び均一な酸化イットリウム分布を有している生体
内医療部品を提供する。
【００１３】 好ましくは、このジルコニアは、２．５モル％から３．５モル％の範囲の酸化
イットリウムＹ２Ｏ３によって正方晶の形態で安定化される。
【００１４】 本発明のＹＴＺＰジルコニアセラミックスの特徴は、高い劣化（ＬＴＤ）抵抗
性を有していることである。即ちこのセラミックスは、２バールの圧力下で１３
４℃の水蒸気に２０時間接触させるサイクルを５回反復した後、即ち、合計で１
００時間の接触後、セラミックス表面の単斜晶相の割合が１０容量％未満（有利
には８容量％未満、好ましくは５容量％未満）である。
【００１５】 本発明はまた以下の好ましい特徴を場合によっては組合せて有している。 −セラミックスが９６．５モル％から９７．５モル％の範囲のジルコニアを含有
している。 −アルミナ含量が０．０５重量％から０．１５重量％の範囲である。 −セラミックスが理論的密度の少なくとも９９．５％の密度を有している。 −セラミックスが１０ｎｍ未満の表面粗さを有している。 −粒子の平均粒度が０．５μｍ未満である。
【００１６】 上記部品は、人工股関節の骨頭、寛骨臼の椀部のインサート、脛骨高平部、人
工膝関節の大腿骨部品、椎間板、義歯用部品として有利に使用できる。
【００１７】 （詳細な説明） 本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に示す非限定代表例に関する以下の
記載から明らかにされるであろう。
【００１８】 図１は、従来のジルコニアで製造した大腿骨頭と本発明のジルコニアで製造し
た大腿骨頭とについて、単斜晶相の割合をオートクレーブ処理（２バール下、１
３４℃）の時間（時）の関数として示すグラフである。
【００１９】 図２は、人工股関節の内部の生体内医療部品の一例を示す。
【００２０】 本発明の記載で使用された“ジルコニアセラミックスの表面の単斜晶相の割合
”という表現は、Ｘ線回折（ＣｕＫα線、侵入深度５ｎｍ）によって測定した単
斜晶相の割合であると定義される。表面粗さＲａは光学干渉法で測定する。ＹＴ
ＺＰジルコニアの酸化イットリウム含量はモル％で定義され、ジルコニア＋酸化
ハフニウム（不純物）＋酸化イットリウムの総和に対する酸化イットリウムのモ
ル分率に基づいて計算するだけでよい。ジルコニアの含量は、夾雑物として含有
されると従来から考えられている酸化ハフニウム（５％に達し得る量）を含めて
計算する。
【００２１】 本発明のＹＴＺＰジルコニアの好ましい製造方法は、３モル％の酸化イットリ
ウムを含有するジルコニアのサブミクロン粒度の共沈粉末を０．４５μｍの平均
粒度をもつ０．０１重量％のアルミナ粉末と混合する段階と、粉末混合物を冷間
アイソスタティック圧縮によって５０ＭＰａ−４００ＭＰａの圧力で圧縮する段
階と、未加工の生体内医療部品を得るために未加工状態で機械加工する段階とか
ら成る。未加工の部品を製造した後、該部品を１３００℃−１５００℃で約１時
間−４時間焼結させ、理論的密度の９５％以上の密度に到達させる。焼結した部
品を次に、アルゴンのような不活性ガス中で約１３００℃−１５００℃の熱間ア
イソスタティック圧縮（ＨＩＰ）によって０．５時間−４時間処理して、理論的
密度の９９．９％以上の密度に到達させる。ＨＩＰ処理を行うと酸素が消耗する
のでジルコニアセラミックスの多少とも顕著な黒色化が誘発される場合もあり得
る。化学量論的量及び所望の本来の乳白色を取り戻すために、好ましくは９００
℃−１２００℃の温度で２時間−５時間の焼戻しを行う。その後、緻密化した部
品を最終的に機械加工して必要な幾何学的形状を与える。
【００２２】 本発明のＹＴＺＰジルコニアセラミックスが低温劣化（ＬＴＤ）に対する適正
な抵抗性を確実に獲得するためには、方法の諸段階で以下の条件を使用するのが
好ましい。 −最適な組成にするために酸化イットリウムの含量を２．１モル％を上回る値、
有利には２．５モル％から３．５モル％の範囲、好ましくは２．９モル％から３
．２モル％の範囲、より好ましくは約３モル％にする。 −理論的密度の少なくとも９５％の密度を確実に獲得させるために、できるだけ
低い焼結温度、例えば１４００℃−１４５０℃の範囲の温度を使用する。 −理論的密度（理論的密度の９９％以上）に到達させるために、焼結材料片を熱
間アイソスタティック圧縮によって処理する。 −極めて微小な表面粗さＲａが得られるように、部品の作用面（例えばヒト器官
との接触面）を機械加工及び研磨するのが有利である。好ましくは生体内医療部
品の表面がＲａ＜１０ｎｍ未満、より好ましくはＲａ＜５ｎｍ未満の表面粗さを
有している。
【００２３】 望ましい幾つかの実施態様では、優れた劣化抵抗性を有しているＹＴＺＰセラ
ミックスは、０．４容量％未満、好ましくは０．１容量％未満の小さい孔隙率を
有している。まだ確定した理論とはなっていないが、正方晶ジルコニア粒子から
単斜晶ジルコニア粒子への変態はセラミックスの表面に存在する細孔の近傍で最
初に生じるのが好ましいと考えられる。細孔の除去によってジルコニアの単斜晶
への変態が抑制され易いからである。幾つかの実施態様では、非加圧で焼結され
たＹＴＺＰジルコニア（通常は少なくとも１．５容量％の孔隙率を有している）
中に存在する細孔は、この焼結材料が最大密度に達するまでこの焼結材料を熱間
アイソスタティック圧縮（ＨＩＰ）で処理することによって除去できる。
【００２４】 望ましい幾つかの実施態様では、ＹＴＺＰジルコニアの粒子の平均粒度は０．
５μｍ未満である。このセラミックス粒子の平均粒度が小さいほど、低温劣化（
ＬＴＤ）に対する抵抗性が改善される。しかしながら好ましくは、ＹＴＺＰジル
コニアセラミックス粒子の平均粒度は０．３０μｍから０．４５μｍの範囲であ
る。この粒度範囲では、粒子は低温劣化に抵抗できる十分に微細な寸法であるが
、正方晶相から単斜晶相への変態能力を喪失するほど小さくはないので、セラミ
ックスが極めて優れた機械的諸特性を獲得し得る。
【００２５】 一般には、粒度の実効測定値（Ｇ）は公式Ｇ＝１．５６Ｌを使用して直線イン
ターセプト法による粒度の平均測定値（Ｌ）に変換され得る。
【００２６】 組成に関して考察すると、ＹＴＺＰジルコニアから成る生体内医療部品は好ま
しくは、（酸化ハフニウムの量も含めて）少なくとも９０モル％のジルコニアを
含有している。より好ましくは該部品は９６．５モル％から９７．５モル％の範
囲のジルコニアを含有している。好ましくはＹＴＺＰジルコニアは２．５モル％
から３．５モル％（ジルコニア＋酸化ハフニウムの分率に基づくパーセンテージ
）の範囲の濃度、より好ましくは２．９モル％から３．１モル％の濃度の酸化イ
ットリウムによって安定化される。酸化イットリウムがこれらの濃度で存在する
とき、焼結された生体内医療部品中のジルコニアは典型的には少なくとも９５容
量％、好ましくは９９容量％の正方晶相を含む。ＹＴＺＰジルコニアは好ましく
は約０．０５重量％から１重量％の範囲のアルミナ、より好ましくは０．０５重
量％から０．１５重量％の範囲のアルミナを含有する。
【００２７】 微細構造に関して考察すると、ＹＴＺＰジルコニアの粒子は、０．５μｍ未満
の平均粒度（走査型電子顕微鏡観察、ＡＳＴＭ １１２／８２）、好ましくは０
．３０μｍから０．４５μｍの範囲の平均粒度を有するのが好ましい。また、Ｙ
ＴＺＰセラミックス中のアルミナ粒子は、１μｍ未満、好ましくは０．３μｍか
ら０．８μｍの範囲の平均粒度を有している。材料の密度は理論的密度の９９％
から１００％の範囲でなければならない。好ましくは開放気孔の形態の細孔が０
．１容量％未満でなければならない。
【００２８】 機械的性能に関して考察すると、ＹＴＺＰジルコニアから成る生体内医療部品
は、立体として少なくとも１３００ＭＰａ、典型的には１３００ＭＰａから２０
００ＭＰａの範囲の４点屈曲抵抗を有しているのが有利である。幾つかの実施態
様では、弾性率が２３０Ｇｐａ未満、好ましくは２００ＧＰａから２３０ＧＰａ
の範囲である。ＹＴＺＰジルコニアから成る生体内医療部品は（Ｃｈａｎｔｉｋ
ｕｌの公式に従って測定して）典型的には少なくとも５ＭＰａ ｍ１／２、好ま
しくは５ＭＰａ ｍ１／２から１０ＭＰａ ｍ１／２の範囲の靭性を有している
。
【００２９】 本発明方法によって製造されたＹＴＺＰジルコニアから成る生体内医療部品の
表面の単斜晶相の割合の初期値は５容量％未満、より好ましくは２容量％未満で
ある。本発明のジルコニアセラミックスの低温劣化（ＬＴＤ）抵抗性は、研磨し
たサンプルを１３４℃、２バールの水蒸気圧下に２０時間維持するサイクルを５
回繰返す試験によって測定できる。後述するように、試験後の研磨表面の単斜晶
相の割合は１０容量％未満、好ましくは８容量％未満、より好ましくは５容量％
未満である。この試験は、３７℃の人体内で１００年の期間をシミュレートして
いるので、（試験後の）老化した材料の表面の単斜晶相の割合が小さいほど、こ
のＹＴＺＰセラミックスの低温劣化抵抗性が優れており、生体内医療部品として
の用途に有利であることが示される。
【００３０】 比較のために、従来のＹＴＺＰジルコニアの劣化抵抗性を同じ条件（１３４℃
、２バールの水蒸気圧下に２０時間維持するサイクルを５回）で試験した。結果
を以下の表１にまとめる。
【００３１】
【表１】
【００３２】 図１は上述の条件下の表面の単斜晶相の割合の変化を老化期間の関数として表
す。
【００３３】 これらの試験のために、０．２４重量％のサブミクロン粒度の粉末アルミナを
添加した３モル％の酸化イットリウムを含有するジルコニアのサブミクロン粒度
の共沈粉末から人工股関節用の大腿骨頭を製造した。１，０００バールのアイソ
スタティック圧縮によって材料片を製造し、次いで１，４００℃で３時間焼結し
た。次に理論的密度に到達させるために、アルゴン中、１，４００℃で１時間の
熱間アイソスタティック圧縮（ＨＩＰ）処理を行った。ＨＩＰの後、“ホワイト
ニング”のためまたは化学量論的組成を取り戻すために約１，０００℃の温度で
２時間ベーキングした。
【００３４】 次にこの材料片を表面粗さＲａが５ｎｍ未満（＜０．００５μｍ）になるまで
研磨した。老化抵抗性の値は、１３４℃、２バールの水蒸気圧下のオートクレー
ブで処理した後で材料片の表面の単斜晶相の割合をＸ線回折で測定することによ
って得られた。予備試験は、１３４℃、２バールの水蒸気圧下で１時間のオート
クレーブ処理が本発明のジルコニアセラミックスに対して生理的条件下で４年間
の老化に対応することを示した（Ｃａｌｅｓ Ｂ．：Ｚｉｒｃｏｎｉａ ａｓ
ａ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ：Ｈｉｓｔｏｌｏｇｙ，ｌａｂｏｒａｔ
ｏｒｙ ａｎｄ ｃｌｉｎｉｃａ ｄａｔａ．Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｏｒｔｈｏｐ
Ｒｅｌ Ｒｅｓ ３７９：９４−１１２，２０００）。
【００３５】 本発明の３つの大腿骨頭についてジルコニア老化の極めて正確な指標となる表
面の単斜晶相の割合を測定し、得られた測定値を従来のジルコニア粉末（特に、
少量の粉末アルミナ不添加のジルコニア粉末）から同じ方法で製造した大腿骨頭
で得られた測定値に比較した。図１の結果は、従来の部品に比較して本発明の部
品ではジルコニアの単斜晶相への変態が極めて顕著に遅延することを明らかに示
す。例えば、２００年の生理的条件に等価の１３４℃、２バールのオートクレー
ブで２５時間処理した後の本発明の大腿骨頭の表面で観察された単斜晶相の割合
は１０容量％以下である。従来の粉末ジルコニアから製造された大腿骨頭の場合
には、オートクレーブで僅か８時間の処理後に単斜晶相の割合が１０％に到達す
る。この処理時間は３２時間の生理的条件に等価である。
【００３６】 上述の大腿骨頭は例えば図２に示すような人工股関節の一部を形成するために
使用され、骨幹２によって大腿骨１と協働しかつ骨盤１５と協働する。大腿骨の
骨幹２の第一部分３は大腿骨１に埋め込まれる。大腿骨の骨幹２の第二部分は円
錐台４の形態を有しており、本発明のセラミックスから成る骨頭と協働する。こ
の骨頭の凹部は円錐台４の頂角とほぼ同じ角度を有しており、該円錐台を滑動自
在に受容する。円錐台形空洞によって規定される大腿骨頭５の円錐状側面６はそ
の長さ方向の大部分で円錐台４の表面７に接触している。また、円錐台４と大腿
骨頭の円錐形空洞の頂点１６との間の槽８が図示されている。円錐形空洞の頂点
１６と円錐状側面６との間の接合１２は幾つかの実施態様では、接続用の溝が刻
設された円筒から構成されるかまたは切欠きによって構成される。同時に、金属
製サポート１７内に円錐形固定によって維持されたＹＴＺＰジルコニアセラミッ
クス製のインサート１４が寛骨臼の椀部１３に付加されており、この寛骨臼の椀
部は骨盤１５に適合する。最後に、ＹＴＺＰジルコニアセラミックス製の骨頭５
を寛骨臼の椀部１３に付加されたジルコニアセラミックス製インサート１４に位
置合せして人工股関節を形成する。
【００３７】 一般的に、本発明のＹＴＺＰジルコニア部品は、アルミナセラミックス、ジル
コニアセラミックスまたはアルミナ−ジルコニア複合材料（ＺＴＡ）のセラミッ
クスが常用されている生体のいかなる部分の処でも使用できる。これらの用途と
しては、 −米国特許第５，１８１，９２９号、第４，９６４，８６９号及び第５，９７２
，０３３号に示されている構造のような人工股関節の骨頭、 −モノリシック構造の寛骨臼の椀部、 −米国特許第５，８７９，３９７号、第５，６０９，６４７号及び第５，９１９
，２３６号に示されている構造のような金属製サポート（ｍｅｔａｌ−ｂａｃｋ
）に円錐状に固定されるモジュール式の寛骨臼の椀部、 −脛骨高平部の部品、 −膝関節の大腿骨部品、 −椎間板、または、 −義歯の部品、 などがある。
【００３８】 従って本発明によれば、本質的に球形の凸状外面をもつ人工股関節の骨頭を受
容する寛骨臼の椀部を製造することが可能である。この椀部は、 −人工股関節の骨頭の凸状球形表面を回転可能に受容するように本質的に球形の
凹状表面を有している本発明のＹＴＺＰジルコニアセラミックス製部品と、 −寛骨臼の椀部を好ましくは締まり嵌めによって固定する金属製サポートとを含
む。椀部は、（ｉ）金属製サポートの内部に直接に固定されてもよく、または、
（ｉｉ）それ自体が金属製サポートに締まり嵌めによって固定されたプラスチッ
ク材料製インサートを介して金属製サポートに固定されてもよい。
【００３９】 また、本発明によれば、本質的に球形の凸状外面をもつ人工股関節の骨頭を受
容する本発明のＹＴＺＰジルコニア製の寛骨臼の椀部のインサートを製造するこ
とが可能である。このインサートは、 −人工股関節の骨頭の凸状球形表面を回転可能に受容し得る本質的に球形の凹状
外面と、 −金属製サポートに確実に固定される適正な形態、好ましくは円錐台の形態の外
面と、 を含む。
【００４０】 更に、本発明によればまた、本発明のＹＴＺＰジルコニア製の人工股関節の骨
頭を製造することが可能である。該骨頭は、 −本質的に球形の凸状外面と、 −骨頭の外側直径から内部に向かって伸びる円錐形の空洞と、 を含む。該空洞は、該空洞の側面と金属製円錐の第一部分との接触によって人工
大腿骨の骨幹の金属製円錐に固定できる適正な形態を有している。
【００４１】 更に、本発明によればまた、人工器官、特に人工股関節を製造することが可能
である。この人工股関節は、 −本発明のＹＴＺＰジルコニアから製造された本質的に球形のセラミックス骨頭
と、 −本発明のＹＴＺＰジルコニアから製造され人工股関節の骨頭の凸状球形表面を
回転自在に受容し得る本質的に凹状の表面をもつ寛骨臼の椀部と、 を含む。
【００４２】 更に、本発明によれば、本発明のセラミックスによって義歯の部品を製造する
ことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のジルコニアで製造した大腿骨頭と本発明のジルコニアで製造した大腿骨
頭とについて、単斜晶相の割合をオートクレーブ処理（２バール下、１３４℃）
の時間（時）の関数として示すグラフである。
【図２】 人工股関節の内部の生体内医療部品の一例を示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１４年５月１５日（２００２．５．１５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項２６】 体積靭性が少なくとも５ＭＰａ．ｍ１／２であることを特
徴とする請求項８から２３のいずれか一項に記載の部品。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１２月２４日（２００２．１２．２４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ａ６１Ｆ 2/38 Ａ６１Ｆ 2/38 2/44 2/44 Ｃ０４Ｂ 35/48 Ｃ０４Ｂ 35/48 Ｚ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ビレルモー，フランスリーヌ フランス国、エフ−84000・アブイニヨン、 リユ・ビユフオン、39・ビス、アパルトマ ン・15、レジダンス・セバリンヌ Ｆターム(参考） 4C081 AB04 AB06 CF15 CF25 4C097 AA05 AA06 AA07 AA10 BB01 CC14 DD06 SC04 SC06 SC08 4G031 AA08 AA12 AA29 BA28 CA01 CA04 GA03 GA12

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも９０モル％のジルコニアと少なくとも２．１モル
    ％の酸化イットリウムＹ２Ｏ３と０．０１重量％から１重量％の範囲のアルミナ
    Ａｌ２Ｏ３とを含む酸化イットリウム添加正方晶ジルコニアセラミックスから成
    り、前記ジルコニアセラミックスが理論的密度の９９％以上の密度、直線インタ
    ーセプト法で測定して１μｍ以下の平均粒度及び均一な酸化イットリウム分布を
    有していることを特徴とする生体内医療部品。
  2. 【請求項２】 ジルコニアが２．５モル％から３．５モル％の範囲の酸化イ
    ットリウムＹ２Ｏ３によって正方晶の形態で安定化されることを特徴とする請求
    項１に記載の部品。
  3. 【請求項３】 ＹＴＺＰセラミックスが９６．５％から９７．５％の範囲の
    ジルコニアを含有することを特徴とする請求項１または２に記載の部品。
  4. 【請求項４】 アルミナ含量が０．０５重量％から０．１５重量％の範囲で
    あることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の部品。
  5. 【請求項５】 ２バールの水蒸気圧下、１３４℃、２０時間の処理を５サイ
    クル行った後のセラミックスでは、表面の単斜晶相の割合が１０容量％未満であ
    ることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の部品。
  6. 【請求項６】 ２バールの水蒸気圧下、１３４℃、２０時間の処理を５サイ
    クル行った後のセラミックスでは、表面の単斜晶相の割合が８容量％未満である
    ことを特徴とする請求項５に記載の部品。
  7. 【請求項７】 ２バールの水蒸気圧下、１３４℃、２０時間の処理を５サイ
    クル行った後のセラミックスでは、表面の単斜晶相の割合が５容量％未満である
    ことを特徴とする請求項６に記載の部品。
  8. 【請求項８】 セラミックスが理論的密度の９９．５％以上の密度を有して
    いることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の部品。
  9. 【請求項９】 セラミックスが１０ｎｍ未満の表面粗さＲａを有しているこ
    とを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の部品。
  10. 【請求項１０】 セラミックスが０．５μｍ未満の平均粒度を有しているこ
    とを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の部品。
  11. 【請求項１１】 前記部品が人工股関節の骨頭であることを特徴とする請求
    項１から１０のいずれか一項に記載の部品。
  12. 【請求項１２】 前記部品が寛骨臼の椀部に受容されるインサートであるこ
    とを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の部品。
  13. 【請求項１３】 前記部品が脛骨高平部であることを特徴とする請求項１か
    ら１０のいずれか一項に記載の部品。
  14. 【請求項１４】 前記部品が人工膝関節の大腿骨部品であることを特徴とす
    る請求項１から１０のいずれか一項に記載の部品。
  15. 【請求項１５】 前記部品が椎間板であることを特徴とする請求項１から１
    ０のいずれか一項に記載の部品。
  16. 【請求項１６】 前記部品が義歯用部品であることを特徴とする請求項１か
    ら１０のいずれか一項に記載の部品。
  17. 【請求項１７】 酸化イットリウムを添加したジルコニアセラミックスから
    本質的に構成された生体内医療部品の製造方法であって、 −少なくとも２．１モル％の酸化イットリウムを含有しており共沈によって得ら
    れた酸化イットリウム添加ジルコニア粉末を使用し、 −約１重量％以下に等しい量の粉末アルミナを添加する段階と、 −粉末混合物から未加工の部品を製造する段階と、 −未加工の部品を非加圧で焼結する段階と、 −焼結した部品を熱間アイソスタティック圧縮（ＨＩＰ）による補完的緻密化に
    よって処理する段階とを含むことを特徴とする方法。
  18. 【請求項１８】 粉末が２．９モル％から３．２モル％の範囲の酸化イット
    リウムを含有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 アルミナ含量が０．０１重量％から１重量％の範囲である
    ことを特徴とする請求項１７または１８に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 粉末ジルコニア及び粉末アルミナが１ミクロン未満の粒度
    を有していることを特徴とする請求項１７から１９のいずれか一項に記載の方法
    。
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