JP2022105959A - 脊椎固定具用ロッド及びこれを備える脊椎用固定具 - Google Patents

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Abstract

【課題】コア部材と強化繊維層との接着力を向上させた、高剛性で変形荷重による耐久性も高い固定具用ロッド及びこれを備える脊椎用固定具を提供する。【解決手段】本発明の固定具用ロッド１は、繊維を含むコア部材２と、該コア部材上に設けられた強化繊維層３とを含み、該コア部材の繊維は、該コア部材からその一部が露出し、該繊維の露出する一部は該強化繊維層内に埋設されている。本発明の一実施形態に係る脊椎用固定具は、上記の固定具用ロッドを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、脊椎を固定するための固定具に用いる固定具用ロッド及びこれを備える脊椎用固定具に関する。
従来より、脊椎を固定するための固定具として金属を用いた固定具用ロッドが知られている。
また、このような固定具用ロッドとして、例えば、特許文献１にポリマーコーティング内に少なくとも部分的に入れられた内部補強されたポリマーコアを備える脊柱椎弓根ロッドが開示されている。
特表２０１１－５０８６２３号公報
金属を用いた固定具用ロッドは、一般に固定力や強度に優れるものの、ＭＲＩ等による撮像の際、磁場中で金属が磁化することで磁場が影響を受け、画像の乱れが発生し、撮影画像による診断が難しいという問題があった。他方で、特許文献１に開示のロッドでは、そのような問題はないものの、ポリマーコア部材とその被覆層との間の接着に接着剤を用いたとしても、均等かつ確実に接着することが難しく、安定した接着強度を得ることが難しいという問題があった。
本発明の目的の一つは、コア部材と強化繊維層との接着力を大幅に向上させた、高剛性で変形荷重による耐久性も高い固定具用ロッド及びこれを備える脊椎用固定具を提供することにある。本発明のこれら以外の目的は、本明細書全体を参照することにより明らかとなる。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドは、繊維を含むコア部材と、該コア部材上に設けられた強化繊維層とを含み、該コア部材の繊維は、該コア部材からその一部が露出し、該繊維の露出する一部は該強化繊維層内に埋設されている。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドにおいて、前記コア部材の繊維は長繊維である。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドにおいて、前記コア部材の繊維は短繊維である。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドにおいて、前記コア部材の繊維は長繊維と短繊維とを含む。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドにおいて、前記コア部材の繊維は、その長手方向でみた端部が該コア部材から露出するように構成される。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドにおいて、前記コア部材の繊維は、その径方向でみた端部が該コア部材から露出するように構成される。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドにおいて、前記コア部材の繊維は、カーボン、ガラス、アラミド、ボロン又はＳｉＣである。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドにおいて、前記コア部材の外表面には、１又は複数の凹部が形成される。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドにおいて、前記凹部は、前記コア部材の周方向に形成される。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドにおいて、前記凹部は、前記コア部材の軸長方向に形成される。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドにおいて、前記凹部は、前記コア部材の周方向に対して傾斜する方向に形成される。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドにおいて、前記凹部は、それぞれ異なる方向に形成された２以上の凹部を含むように構成される。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドにおいて、前記凹部の深さは、３μｍから２００μｍの範囲であるように構成される。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドは、前記コア部材は樹脂を含み、該樹脂は、エポキシ、フェノール、不飽和ポリエステル、ＰＡ、ＰＣ、ＰＰＳＵ、ＰＯＭ、ＰＰ、ＰＥ、ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＡＥＫ又はＰＥＥＫのいずれかであるように構成される。
本発明の一実施形態に係る脊椎用固定具は、上記いずれかの固定具用ロッドを備える。
本発明の上記各実施形態によれば、コア部材と強化繊維層との接着力を大幅に向上させた、高剛性で変形荷重による耐久性も高い固定具用ロッド及びこれを備える脊椎用固定具を提供することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドを備える脊椎用固定具１０を示す図である。 本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドをその中心軸に垂直な面で切断した断面を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドのコア部材を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドのコア部材を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドのコア部材を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドのコア部材を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドのコア部材を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドのコア部材を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドの成形方法を説明する図である。
以下、本発明に係る固定具用ロッドの実施形態について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。複数の図面において共通する構素には当該複数の図面を通じて同一の参照符号が付されている。各図面は、説明の便宜上、必ずしも正確な縮尺で記載されているとは限らない点に留意されたい。
図１は、本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１を含む脊椎用固定具１０を示す図である。図示のように、脊椎用固定具１０は、脊椎の骨に固定される複数のスクリュー部材１８（図示の例では２つのスクリュー部材１８）と、該スクリュー部材１８に取付けられ、固定具用ロッドを受け入れる凹部２１及び押圧部材２２を備える複数のロッド固定部材２０（図示の例では２つのロッド固定部材２０）と、該複数のロッド固定部材２０の凹部２１に挿入されかつ押圧部材２２により固定される固定具用ロッド１と、を備える。
次に、図２を参照して、脊椎用固定具１０に用いる本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１の層構造について説明する。図２は、図１に示す固定具用ロッド１を同図に示すＸ－Ｘ断面でみたものである。
図示のように、本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１は、繊維４を含むコア部材２と、該コア部材上に設けられた強化繊維層３とを含み、該コア部材の繊維４は、該コア部材２からその一部が露出し、該繊維４の露出する一部は該強化繊維層３内に埋設されている。ここでコア部材２が繊維４を含むことで、コア部材の曲げ剛性の増大化や高強度化が可能となる。該コア部材の繊維４については、以下より具体的に説明する。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１によれば、コア部材と強化繊維層との接着力を大幅に向上させた、高剛性で変形荷重による耐久性も高い固定具用ロッドを提供することが可能となる。より具体的には、コア部材の繊維４が露出し強化繊維層内に入り込むようにすることでコア部材と強化繊維層との間の接着が強固になると共に、中実の二重構造を採用し、後述するように外側層に平均曲げ弾性率の大きい材料を使用しているため、ロッド全体の曲げ剛性やつぶれ強度の優れた固定具用ロッドを提供することが可能となる。ここで、平均曲げ弾性率とは該当する部位全体の曲げ剛性を、該当する部位の二次モーメントで割って算出した値を指す。
ここで、本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１において、コア部材２は、繊維４を含む樹脂で形成することができるが、当該コア部材の繊維４は短繊維であるように構成される。このように、短繊維を用いることで繊維方向はランダムに配向することができるため、あらゆる方向に強化することができる。
また、本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１において、コア部材２は、繊維を含む樹脂で形成することができるが、当該コア部材の繊維４は長繊維であるように構成される。このようにして、曲げ剛性を効果的に向上させることができる。
次に、図３を参照して、本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１のコア部材２について説明する。図示のように、本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１において、当該コア部材２の繊維４は、短繊維１５であり、該コア部材の表面からその一部が露出している。図示の例では、当該コア部材２の短繊維１５は、その長手方向でみた端部部分（１‐１０μｍ）が該コア部材２から露出するように構成される。このように、短繊維１５を露出させることで、コア部材２表面に微小な凹凸が生ぜしめ、コア部材２と強化繊維層３との間のズレを抑制することができる。
次に、図４を参照して、本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１のコア部材２について説明する。図示のように、本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１において、当該コア部材２の繊維４は、長繊維１６であり、該コア部材の表面からその一部が露出している。図示の例では、当該コア部材２の短繊維１５は、その径方向でみた端部部分（１‐１０μｍ）が該コア部材２から露出するように構成される。このように、長繊維１６を露出させることで、コア部材２表面に微小な凹凸が生ぜしめ、コア部材２と強化繊維層３との間のズレを抑制することができる。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１において、当該コア部材２の繊維４は長繊維１６と短繊維１５とを含む。また、図示しないが、本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１において、当該コア部材２の繊維４は、上述の短繊維１５と長繊維１６とを含み、該コア部材２の表面からその一部が露出するようにしてもよい。このように、短繊維１５と長繊維１６とを露出させることで、コア部材２表面に微小な凹凸が生ぜしめ、コア部材２と強化繊維層３との間のズレを抑制することができる。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１において、当該コア部材２の繊維４は、例えば、カーボン、ガラス、アラミド、ボロン又はＳｉＣである。これら以外の繊維を用いることができ、特定の繊維に限定されるものではない。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１において、当該コア部材２は樹脂を含み、当該樹脂として、熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ、フェノール、不飽和ポリエステル等）、又は熱可塑性樹脂（例えば、ＰＡ、ＰＣ、ＰＰＳＵ、ＰＯＭ、ＰＰ、ＰＥ、ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＡＥＫ又はＰＥＥＫ等）を用いることができる。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１において、当該強化繊維層３は、繊維強化樹脂であり、繊維として、カーボン、ガラス、ボロン、ＳｉＣ又はアラミドが用いられ、樹脂として熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ、フェノール、不飽和ポリエステル等）、又は熱可塑性樹脂（例えば、ＰＡ、ＰＣ、ＰＰＳＵ、ＰＯＭ、ＰＰ、ＰＥ、ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＡＥＫ又はＰＥＥＫ等）が用いられる。このようにして、強化繊維層の曲げ剛性の増大化や高強度化が可能となる。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１は、当該強化繊維層３上に設けられた被覆層を含むように構成される。当該被覆層は、例えば、エポキシ、フェノール、不飽和ポリエステル、ＰＡ、ＰＣ、ＰＰＳＵ、ＰＯＭ、ＰＰ、ＰＥ、ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＡＥＫ又はＰＥＥＫにより形成されることができるが、これらに限られない。
次に、図５－８を参照して、脊椎用固定具１０に用いる本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１のコア部材２について説明する。本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１において、当該コア部材２の外表面には、１又は複数の凹部が形成される。ここで、上述の通り、コア部材２の繊維４はコア部材２の外表面からその一部が露出しているが、凹部から露出するようにしてもよいし、それ以外のコア部材２の外表面から露出するようにしてもよい（以下同様）。このようにして、成形の際、当該コア部材２と強化繊維層３との間の接触表面積が大きくなるため、コア部材と強化繊維層との間の接着強度をさらに大幅に向上させることが可能となる。以下より具体的に説明する。
図５に示すように、本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１において、当該凹部（周方向凹部）１１が、一部が露出する繊維４を有する当該コア部材２の周方向に形成される。図示の例では、７つの凹部１１が形成されているが、所望の個数設けることができ特定の数に限定されるものではない。また、コア部材２の周方向の全部若しくはその一部に形成することができる。または、コア部材２の周方向の全部若しくはその一部に、凹部１１を断続的に形成するようにしてもよい。このように、凹部をコア部材の周方向に設けることで、接着面積が増えると共に、コア部材２と強化繊維層３の軸方向のズレを抑制することができる。
次に、図６に示すように、本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１において、当該凹部（軸方向凹部）１２が、一部が露出する繊維４を有する当該コア部材２の軸長方向に形成される。図示の例では、８つの凹部１２が形成されているが、所望の個数設けることができ特定の数に限定されるものではない。また、コア部材２の軸方向の全部若しくはその一部に形成することができる。または、コア部材２の軸方向の全部若しくはその一部に、凹部１２を断続的に形成するようにしてもよい。このように、凹部をコア部材の軸方向に設けることで、接着面積が増えると共に、コア部材２と強化繊維層３の回転方向のズレを抑制することができる。
次に、図７に示すように、本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１において、当該凹部（傾斜方向凹部）１３は、一部が露出する繊維４を有する当該コア部材２の周方向に対して傾斜するように形成される。図示の例では、７つの凹部１３が形成されているが、所望の個数設けることができ特定の数に限定されるものではない。また、コア部材２の全周若しくはその一部に形成することができる。または、コア部材２の全周若しくはその一部に、凹部１３を断続的に形成するようにしてもよい。このようにして、凹部をコア部材の周方向に対して傾斜する方向に設けることで、接着面積が増えると共に、コア部材２と強化繊維層３の軸方向及び回転方向のズレを抑制することができる。
次に、図８に示すように、本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１において、当該凹部（異方向凹部）１４は、それぞれ異なる方向に形成された２以上の凹部を含むように、一部が露出する繊維４を有する当該コア部材２の表面に形成される。図示の例では、数多くの凹部１４が形成されているが、所望の個数設けることができ特定の数に限定されるものではない。また、３つ若しくはそれ以上の凹部１４がある場合、その内の２つ又はそれ以上の凹部１４が同じ方向に形成されてもよい。また、コア部材２の表面全体若しくはその一部に形成することができる。または、コア部材２の表面全体若しくはその一部に、凹部１１を断続的に形成するようにしてもよい。このようにして、凹部を異なる方向に設けることで、異なる複数の方向へのズレを抑制することができる。
本発明の一実施形態に係る固定具用ロッドにおいて、前記凹部の深さは、３μｍから２００μｍの範囲である。これにより、凹部による剛性の変化やバラツキを抑えながら、コア部材２と強化繊維層３との間のズレを抑える適切な範囲とすることができる。
本発明の一実施形態に係る脊椎用固定具１０は、上記いずれかの固定具用ロッド１を備える。このようにして、コア部材と強化繊維層との接着力を大幅に向上させた、高剛性で変形荷重による耐久性も高い固定具用ロッドを備える脊椎用固定具を提供することが可能となる。
次に、図９を参照して、本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１の製造方法について説明する。まず、ステップ１として、コア部材（芯材ともいう）（上述した、図３－８の各態様を含む）を用意する（図９ａ）。次に、ステップ２として、繊維強化樹脂材料を用意する（図９ｂ）。次に、ステップ３として、コア部材に繊維強化樹脂材料を巻き付け、繊維強化材料一体部材を形成する（図９ｃ）。
次に、ステップ４において、当該繊維強化樹脂材料一体部材の外表面に、外型としてテープを巻き付ける（図９ｄ）。次に、ステップ５において、当該テープが巻きつけられた繊維強化樹脂材料一体部材を焼成（成形）する（図９ｅ）。その後、ステップ６として、焼成後の繊維強化樹脂材料一体部材を取り出し、不要部分を切断する（図９ｆ）。最後に、ステップ７として、不要部分を切断した繊維強化樹脂材料一体部材のテープを除去することで、コア部材と繊維強化樹脂層とを備えた本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１を得ることができる（図９ｇ）。
このようにして形成された本発明の一実施形態に係る固定具用ロッド１によれば、コア部材と強化繊維層との間の接着強度が大幅に向上した、高剛性で変形荷重による耐久性も高い固定具用ロッドを提供することが可能となる。より具体的には、心材の繊維が露出し強化繊維層内に入り込むようにすることでコア部材と強化繊維層との間の接着が強固になると共に、中実の二重構造を採用し、後述するように外側層に平均曲げ弾性率の大きい材料を使用しているため、ロッド全体の曲げ剛性やつぶれ強度の優れた固定具用ロッドを提供することが可能となる。ここで、平均曲げ弾性率とは該当する部位全体の曲げ剛性を、該当する部位の二次モーメントで割って算出した値を指す。
本明細書で説明された各構成要素の寸法、材料、及び配置は、実施形態中で明示的に説明されたものに限定されず、この各構成要素は、本発明の範囲に含まれうる任意の寸法、材料、及び配置を有するように変形することができる。また、本明細書において明示的に説明していない構成要素を、説明した実施形態に付加することもできるし、各実施形態において説明した構成要素の一部を省略することもできる。
１ 固定具用ロッド
２ コア部材
３ 強化繊維層
４ 繊維
１０ 脊椎用固定具
１１ 凹部（周方向凹部）
１２ 凹部（軸方向凹部）
１３ 凹部（傾斜方向凹部）
１４ 凹部（異方向凹部）
１５ 繊維（短繊維）
１６ 繊維（長繊維）
１８ スクリュー部材
２０ ロッド固定部材
２１ 凹部
２２ 押圧部材

Claims (15)

  1. 固定具用ロッドであって、
    繊維を含むコア部材と、該コア部材上に設けられた強化繊維層とを含み、
    該コア部材の繊維は、該コア部材からその一部が露出し、該繊維の露出する一部は該強化繊維層内に埋設されていることを特徴とする、固定具用ロッド。
  2. 前記コア部材の繊維は長繊維である、請求項１に記載の固定具用ロッド。
  3. 前記コア部材の繊維は短繊維である、請求項１に記載の固定具用ロッド。
  4. 前記コア部材の繊維は長繊維と短繊維とを含む、請求項１に記載の固定具用ロッド。
  5. 前記コア部材の繊維は、その長手方向でみた端部が該コア部材から露出する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の固定具用ロッド。
  6. 前記コア部材の繊維は、その径方向でみた端部が該コア部材から露出する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の固定具用ロッド。
  7. 前記コア部材の繊維は、カーボン、ガラス、アラミド、ボロン又はＳｉＣである、請求項１から６までのいずれか１項に記載の固定具用ロッド。
  8. 前記コア部材の外表面には、１又は複数の凹部が形成される、請求項１から７までのいずれか１項に記載の固定具用ロッド。
  9. 前記凹部は、前記コア部材の周方向に形成される、請求項８に記載の固定具用ロッド。
  10. 前記凹部は、前記コア部材の軸長方向に形成される、請求項８に記載の固定具用ロッド。
  11. 前記凹部は、前記コア部材の周方向に対して傾斜する方向に形成される、請求項８に記載の固定具用ロッド。
  12. 前記凹部は、それぞれ異なる方向に形成された２以上の凹部を含む、請求項８に記載の固定具用ロッド。
  13. 前記凹部の深さは、３μｍから２００μｍの範囲である、請求項８から１２までのいずれか１項に記載の固定具用ロッド。
  14. 前記コア部材は樹脂を含み、該樹脂は、エポキシ、フェノール、不飽和ポリエステル、ＰＡ、ＰＣ、ＰＰＳＵ、ＰＯＭ、ＰＰ、ＰＥ、ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＡＥＫ又はＰＥＥＫのいずれかである、請求項１から１３までのいずれか１項に記載の固定具用ロッド。
  15. 請求項１から１４までのいずれか１項に記載の固定具用ロッドを備える脊椎用固定具。
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