JP3488792B2 - 生体補綴部材 - Google Patents
生体補綴部材Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セメントを用いず
に骨表面あるいは骨内部に固定される生体補綴部材に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】生体インプラントは生体内の厳しい環境
下において、溶解や腐蝕作用により劣化や破壊などの変
化を生じ易くまた異物反応などを伴うことから必須の具
有すべき条件として生体為害性がなく、親和性があり、
化学的に安定で、かつ機械的強度の大きい材料が要求さ
れる。 【０００３】このような要件を充たすべく、従来より加
工、成形性に富み、機械的性質に優れた金属材料が用い
られてきているが、金属材料は一般に骨と癒合する材料
ではないため、骨との固定には所謂骨セメントが用いら
れることが多かった。しかしながら、骨セメントはその
重合熱が生体組織に好ましくない影響を与えたり、生体
に顕著な異物反応を与えたりすることがあり、これを用
いずに固定性を得ようとする試みも行われている。その
うち、デザイン的に補綴部位の形状と部材の形状を精密
に一致させようという試みもあるが、その問題点として
は、補綴部位の形状等が患者や症例によって大きく異な
ることから、カスタム品とせざるを得ず、大量生産がで
きないということがある。 【０００４】この他の方法としては、部材の表面を粗面
化して、その凹凸と増殖、成長した骨との機械的アンカ
リングにより、部材と骨とを固定させる方法がある。現
在既に製品化されているものとしては、人工股関節の構
成部材をコバルト・クロム合金で構成し、骨と接する面
にプラズマ溶射法によりチタン合金の溶射皮膜を形成し
て表面を粗面化したもの、或いは、人工膝関節の構成部
材をコバルト・クロム合金で構成し、骨と接する面にプ
ラズマ溶射法によりチタン合金の溶射皮膜を形成して表
面を粗面化したものなどが上市されている。 【０００５】 【従来技術の課題】ところが、上記プラズマ溶射法によ
りチタン溶射皮膜を形成した金属材料の生体補綴部材
は、溶射膜の粗さが小さめで、骨との係合が不十分とな
り易い傾向があり、また、皮膜強度も小さめで、骨と部
材とのマイクロムーブメントにより摩耗粉が発生し易く
なる恐れがあった。さらに、異種材料の組合せというこ
とで、ガルバニックコロージョンにより金属材料が溶出
してしまう恐れがあった。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解
決するため、本発明の生体補綴部材は、コバルト・クロ
ム合金よりなる母材の表面に、コバルト・クロム合金よ
りなり最大表面粗さＲｍａｘ３００〜５００μm、硬度
（Ｈｖ）が２５０〜５５０の溶射皮膜としての肌荒面を
形成してなることを特徴とする。 【０００７】 【作用】本発明の生体補綴部材は、母材の表面に最大表
面粗さＲｍａｘ３００〜５００μm と非常に荒い肌荒面
を形成したもので、骨や骨を含む関節部位を補綴する。
その際、部材表面に隣接する骨から増生、成長した新生
骨が肌荒面と機械的なアンカリングにより係合し、骨セ
メントを用いずに部材を補綴位置にしっかりと固定す
る。また、この生体補綴部材は、母材と溶射皮膜を同材
料、すなわちコバルト・クロム合金で構成した場合、ガ
ルバニックコロージョンによる金属材料の溶出が起こら
ない。 【０００８】さらに、溶射皮膜としての肌荒面の最大表
面粗さＲｍａｘ３００〜５００μmを大きくしながら
も、皮膜硬度（Ｈｖ）も２５０〜５５０と大きくしたこ
とにより、生体内の骨と部材間のマイクロムーブメント
による摩耗粉がほとんど発生せず、摩耗粉の蓄積による
生体への悪影響を起こさない。上記肌荒面の最大表面粗
さＲｍａｘが３００μm 未満の場合、骨との係合力が不
十分となる恐れがあり、他方、５００μm より大きい場
合では肌荒面が脆くなる恐れがある。また、上記皮膜硬
度（Ｈｖ）が２５０未満の場合、肌荒面が脆くなる恐れ
があり、他方、５００μm より大きくすることは非常に
難しい。 【０００９】なお、前記のような表面粗さ大の肌荒面を
形成するには、ブラスト処理などによる方法がある他、
これに加えて強度大である上記肌荒面を得る方法として
は、次に説明するイナートガス・シールドアーク溶射法
がある。図１に該イナートガス・シールドアーク溶射法
とそれに用いる装置を概略破断面図で示すように、底有
円筒状のチャンバー内に母材２を回転自在に設置し、側
部および溶射ガン側からアルゴンガスをチャンバー内に
奔流せしめてアルゴン雰囲気とし、溶射ガンを作動させ
て、その前に設置したコバルト・クロム合金ワイヤーか
らコバルト・クロム合金ワイヤーを母材２のターゲット
部分５に溶射するというものであり、この装置により、
表面粗さ大、且つ、強度大の溶射による肌荒面を得るこ
とができる。 【００１０】 【実施例１】前記、イナートガスアーク溶射法とその装
置を用い、コバルト・クロム合金の母材の平面や曲面に
コバルト・クロム合金のアーク溶射を行い、溶射皮膜と
しての肌荒面の表面粗さと硬度を測定した。測定の方法
等は以下のとおりである。 （試験片）母材／１３φ×５５円柱（平面溶射用母材）
ＡＳＴＭ Ｆ−７５ コバルト・クロム合金 溶射材：コバルト・クロム合金ワイヤー （試験片作製） ・ 溶射前処理（母材の下地処理）：Al2 O 3 ＃４
６ブラスト（６Kgf/cm2 ) ・ 溶射方法：アーク溶射 ・ 溶射条件：電流 １６０Ａ、電圧 ３４Ｖ、ガス
圧力 ２５ｐｓｉ ・ 皮膜膜厚：５００μm ±１００μm （面粗さ測定） ・測定方法：ＪＩＳ Ｂ ０６０１に準拠 （硬度測定） ・ 測定方法：皮膜のＨｖ測定 試験の結果、表面粗さＲａが３０〜５５μm 、最大表面
粗さＲｍａｘが２５０〜４００μm 、皮膜の硬度（Ｈ
ｖ）が３５０〜４００であった。 【００１１】 【実施例２】実施例１と同様に、皮膜膜厚１ｍｍとし
て、試験片を作製し、その表面粗さと皮膜のＨＶ測定を
行った。その結果、表面粗さＲａが平均４５〜６５μm
、最大表面粗さＲｍａｘが２５０〜５５０μm 、皮膜
の硬度（Ｈｖ）が４２０〜５５０であった。 【００１２】 【実験例】イナートガスアーク溶射法によるコバルト・
クロム合金皮膜の強さを評価するべく以下のようなＡＣ
Ｔ−ＪＰブラストエロージョン試験を行った。 （検体） ・ 形状：６０×５０軟鋼板 ・ 溶射：中央部４０×５０に溶射／実施例１に記
載される方法で１．０ｍｍの膜厚に溶射 （実験条件） ・ スケール １／１０ ・ 噴射流量 ９０ｌ／ｍｉｎ ・ 搬送流量 ３５ｌ／ｍｉｎ ・ 吸引真空度 １００ｍｍ H 2 O ・ 設定圧力 ５ｋｇ／ｃｍ3 ・ 噴射圧力 ０．３ｋｇ／ｃｍ3 ・ ブラスト材 ７０ｇ この結果、ＡＣＴ−ＪＰ値は、１ｓｔショットで２．４
９、２ｎｄショットで９．７５と特に２回目で非常に高
い値を示した（摩耗減量が少ない）。したがって、この
ような溶射皮膜は、脆くなく、摩耗粉が発生し難いこと
が判った。尚、溶射皮膜の表面粗さと硬さ（Ｈｖ）を測
定したところ、表面粗さＲａが５４．８μm 、最大表面
粗さＲｍａｘが４７５．０μm 、皮膜の硬度（Ｈｖ）が
４５０であった。 【００１３】 【比較例】実施例１に記載される方法に準じて溶射し
た、チタンワイヤを用いて厚さ１ｍｍのチタン溶射皮膜
のＡＣＴ−ＪＰ値を測定した。その結果、１ｓｔショッ
トで２．４２、２ｎｄショットで６．３１であった。
尚、溶射皮膜の表面粗さと硬さ（Ｈｖ）を測定したとこ
ろ、表面粗さＲａが４６．０μm 、最大表面粗さＲｍａ
ｘが４３０．０μm 、皮膜の硬度（Ｈｖ）が１５０であ
った。 【００１４】 【発明の効果】叙上のように本発明の生体補綴部材によ
れば、コバルト・クロム合金よりなる母材の表面に、最
大表面粗さＲｍａｘ３００〜５００の肌荒面を形成した
ので、骨との係合力が大きく、骨との間に緩みが生じに
くい。また、このような肌荒面をコバルト・クロム合金
よりなり皮膜硬度（Ｈｖ）が２５０〜５５０の溶射皮膜
として形成したので、母材と溶射皮膜を同材料なのでガ
ルバニックコロージョンを原因とする金属材料の溶出が
起こらない。また、肌荒面を、表面粗さ大、且つ、強度
大にしたことにより、生体内の骨と部材間のマイクロム
ーブメントによる摩耗粉がほとんど発生せず、摩耗粉の
蓄積による生体への悪影響を起こさないという優れた効
果を示すものである。
に骨表面あるいは骨内部に固定される生体補綴部材に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】生体インプラントは生体内の厳しい環境
下において、溶解や腐蝕作用により劣化や破壊などの変
化を生じ易くまた異物反応などを伴うことから必須の具
有すべき条件として生体為害性がなく、親和性があり、
化学的に安定で、かつ機械的強度の大きい材料が要求さ
れる。 【０００３】このような要件を充たすべく、従来より加
工、成形性に富み、機械的性質に優れた金属材料が用い
られてきているが、金属材料は一般に骨と癒合する材料
ではないため、骨との固定には所謂骨セメントが用いら
れることが多かった。しかしながら、骨セメントはその
重合熱が生体組織に好ましくない影響を与えたり、生体
に顕著な異物反応を与えたりすることがあり、これを用
いずに固定性を得ようとする試みも行われている。その
うち、デザイン的に補綴部位の形状と部材の形状を精密
に一致させようという試みもあるが、その問題点として
は、補綴部位の形状等が患者や症例によって大きく異な
ることから、カスタム品とせざるを得ず、大量生産がで
きないということがある。 【０００４】この他の方法としては、部材の表面を粗面
化して、その凹凸と増殖、成長した骨との機械的アンカ
リングにより、部材と骨とを固定させる方法がある。現
在既に製品化されているものとしては、人工股関節の構
成部材をコバルト・クロム合金で構成し、骨と接する面
にプラズマ溶射法によりチタン合金の溶射皮膜を形成し
て表面を粗面化したもの、或いは、人工膝関節の構成部
材をコバルト・クロム合金で構成し、骨と接する面にプ
ラズマ溶射法によりチタン合金の溶射皮膜を形成して表
面を粗面化したものなどが上市されている。 【０００５】 【従来技術の課題】ところが、上記プラズマ溶射法によ
りチタン溶射皮膜を形成した金属材料の生体補綴部材
は、溶射膜の粗さが小さめで、骨との係合が不十分とな
り易い傾向があり、また、皮膜強度も小さめで、骨と部
材とのマイクロムーブメントにより摩耗粉が発生し易く
なる恐れがあった。さらに、異種材料の組合せというこ
とで、ガルバニックコロージョンにより金属材料が溶出
してしまう恐れがあった。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解
決するため、本発明の生体補綴部材は、コバルト・クロ
ム合金よりなる母材の表面に、コバルト・クロム合金よ
りなり最大表面粗さＲｍａｘ３００〜５００μm、硬度
（Ｈｖ）が２５０〜５５０の溶射皮膜としての肌荒面を
形成してなることを特徴とする。 【０００７】 【作用】本発明の生体補綴部材は、母材の表面に最大表
面粗さＲｍａｘ３００〜５００μm と非常に荒い肌荒面
を形成したもので、骨や骨を含む関節部位を補綴する。
その際、部材表面に隣接する骨から増生、成長した新生
骨が肌荒面と機械的なアンカリングにより係合し、骨セ
メントを用いずに部材を補綴位置にしっかりと固定す
る。また、この生体補綴部材は、母材と溶射皮膜を同材
料、すなわちコバルト・クロム合金で構成した場合、ガ
ルバニックコロージョンによる金属材料の溶出が起こら
ない。 【０００８】さらに、溶射皮膜としての肌荒面の最大表
面粗さＲｍａｘ３００〜５００μmを大きくしながら
も、皮膜硬度（Ｈｖ）も２５０〜５５０と大きくしたこ
とにより、生体内の骨と部材間のマイクロムーブメント
による摩耗粉がほとんど発生せず、摩耗粉の蓄積による
生体への悪影響を起こさない。上記肌荒面の最大表面粗
さＲｍａｘが３００μm 未満の場合、骨との係合力が不
十分となる恐れがあり、他方、５００μm より大きい場
合では肌荒面が脆くなる恐れがある。また、上記皮膜硬
度（Ｈｖ）が２５０未満の場合、肌荒面が脆くなる恐れ
があり、他方、５００μm より大きくすることは非常に
難しい。 【０００９】なお、前記のような表面粗さ大の肌荒面を
形成するには、ブラスト処理などによる方法がある他、
これに加えて強度大である上記肌荒面を得る方法として
は、次に説明するイナートガス・シールドアーク溶射法
がある。図１に該イナートガス・シールドアーク溶射法
とそれに用いる装置を概略破断面図で示すように、底有
円筒状のチャンバー内に母材２を回転自在に設置し、側
部および溶射ガン側からアルゴンガスをチャンバー内に
奔流せしめてアルゴン雰囲気とし、溶射ガンを作動させ
て、その前に設置したコバルト・クロム合金ワイヤーか
らコバルト・クロム合金ワイヤーを母材２のターゲット
部分５に溶射するというものであり、この装置により、
表面粗さ大、且つ、強度大の溶射による肌荒面を得るこ
とができる。 【００１０】 【実施例１】前記、イナートガスアーク溶射法とその装
置を用い、コバルト・クロム合金の母材の平面や曲面に
コバルト・クロム合金のアーク溶射を行い、溶射皮膜と
しての肌荒面の表面粗さと硬度を測定した。測定の方法
等は以下のとおりである。 （試験片）母材／１３φ×５５円柱（平面溶射用母材）
ＡＳＴＭ Ｆ−７５ コバルト・クロム合金 溶射材：コバルト・クロム合金ワイヤー （試験片作製） ・ 溶射前処理（母材の下地処理）：Al2 O 3 ＃４
６ブラスト（６Kgf/cm2 ) ・ 溶射方法：アーク溶射 ・ 溶射条件：電流 １６０Ａ、電圧 ３４Ｖ、ガス
圧力 ２５ｐｓｉ ・ 皮膜膜厚：５００μm ±１００μm （面粗さ測定） ・測定方法：ＪＩＳ Ｂ ０６０１に準拠 （硬度測定） ・ 測定方法：皮膜のＨｖ測定 試験の結果、表面粗さＲａが３０〜５５μm 、最大表面
粗さＲｍａｘが２５０〜４００μm 、皮膜の硬度（Ｈ
ｖ）が３５０〜４００であった。 【００１１】 【実施例２】実施例１と同様に、皮膜膜厚１ｍｍとし
て、試験片を作製し、その表面粗さと皮膜のＨＶ測定を
行った。その結果、表面粗さＲａが平均４５〜６５μm
、最大表面粗さＲｍａｘが２５０〜５５０μm 、皮膜
の硬度（Ｈｖ）が４２０〜５５０であった。 【００１２】 【実験例】イナートガスアーク溶射法によるコバルト・
クロム合金皮膜の強さを評価するべく以下のようなＡＣ
Ｔ−ＪＰブラストエロージョン試験を行った。 （検体） ・ 形状：６０×５０軟鋼板 ・ 溶射：中央部４０×５０に溶射／実施例１に記
載される方法で１．０ｍｍの膜厚に溶射 （実験条件） ・ スケール １／１０ ・ 噴射流量 ９０ｌ／ｍｉｎ ・ 搬送流量 ３５ｌ／ｍｉｎ ・ 吸引真空度 １００ｍｍ H 2 O ・ 設定圧力 ５ｋｇ／ｃｍ3 ・ 噴射圧力 ０．３ｋｇ／ｃｍ3 ・ ブラスト材 ７０ｇ この結果、ＡＣＴ−ＪＰ値は、１ｓｔショットで２．４
９、２ｎｄショットで９．７５と特に２回目で非常に高
い値を示した（摩耗減量が少ない）。したがって、この
ような溶射皮膜は、脆くなく、摩耗粉が発生し難いこと
が判った。尚、溶射皮膜の表面粗さと硬さ（Ｈｖ）を測
定したところ、表面粗さＲａが５４．８μm 、最大表面
粗さＲｍａｘが４７５．０μm 、皮膜の硬度（Ｈｖ）が
４５０であった。 【００１３】 【比較例】実施例１に記載される方法に準じて溶射し
た、チタンワイヤを用いて厚さ１ｍｍのチタン溶射皮膜
のＡＣＴ−ＪＰ値を測定した。その結果、１ｓｔショッ
トで２．４２、２ｎｄショットで６．３１であった。
尚、溶射皮膜の表面粗さと硬さ（Ｈｖ）を測定したとこ
ろ、表面粗さＲａが４６．０μm 、最大表面粗さＲｍａ
ｘが４３０．０μm 、皮膜の硬度（Ｈｖ）が１５０であ
った。 【００１４】 【発明の効果】叙上のように本発明の生体補綴部材によ
れば、コバルト・クロム合金よりなる母材の表面に、最
大表面粗さＲｍａｘ３００〜５００の肌荒面を形成した
ので、骨との係合力が大きく、骨との間に緩みが生じに
くい。また、このような肌荒面をコバルト・クロム合金
よりなり皮膜硬度（Ｈｖ）が２５０〜５５０の溶射皮膜
として形成したので、母材と溶射皮膜を同材料なのでガ
ルバニックコロージョンを原因とする金属材料の溶出が
起こらない。また、肌荒面を、表面粗さ大、且つ、強度
大にしたことにより、生体内の骨と部材間のマイクロム
ーブメントによる摩耗粉がほとんど発生せず、摩耗粉の
蓄積による生体への悪影響を起こさないという優れた効
果を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で用いたイナートガス・シールドアーク
溶射法とそれに用いる装置を示す概略破断面図である。 【符号の説明】 ２ 母材 ５ ターゲット部分
溶射法とそれに用いる装置を示す概略破断面図である。 【符号の説明】 ２ 母材 ５ ターゲット部分
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−124240（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−39578（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−43262（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−233782（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−146504（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−54966（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−116184（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−154257（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−56990（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
A61L 27/00
C23C 4/08
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 コバルト・クロム合金よりなる母材の表
面に、コバルト・クロム合金よりなり最大表面粗さＲｍ
ａｘ３００〜５００μm、硬度（Ｈｖ）が２５０〜５５
０の溶射皮膜としての肌荒面を形成してなる生体補綴部
材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32052696A JP3488792B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 生体補綴部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32052696A JP3488792B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 生体補綴部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10155895A JPH10155895A (ja) | 1998-06-16 |
| JP3488792B2 true JP3488792B2 (ja) | 2004-01-19 |
Family
ID=18122425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32052696A Expired - Fee Related JP3488792B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 生体補綴部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3488792B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4882709B2 (ja) * | 2006-12-04 | 2012-02-22 | 住友金属工業株式会社 | 高力ボルト摩擦接合構造 |
-
1996
- 1996-11-29 JP JP32052696A patent/JP3488792B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10155895A (ja) | 1998-06-16 |
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