JPH0252649A - 腰部人工補整器のためのセラミックヘッドの金属棒上での改良された接合 - Google Patents

腰部人工補整器のためのセラミックヘッドの金属棒上での改良された接合

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JPH0252649A
JPH0252649A JP1165164A JP16516489A JPH0252649A JP H0252649 A JPH0252649 A JP H0252649A JP 1165164 A JP1165164 A JP 1165164A JP 16516489 A JP16516489 A JP 16516489A JP H0252649 A JPH0252649 A JP H0252649A
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JP
Japan
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recess
area
ceramic head
joint
contact area
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JP1165164A
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Michel Auclair
ミシエル・オークレール
Christian Prats
クリステイアン・プラ
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Saint Gobain Ceramiques Avancees Desmarquest SAS
Original Assignee
Ceramiques Techniques Desmarquest SA
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 クヘッド（一般に玉継手）と金属棒との接合部分（ａｓ
ｓｅｍｂｌａｇｅ）に関する。寛骨臼と呼ばれる第２部
分に結合されるこの接合部分は大腿関節内部人工補整器
を構成する。
技術の状態 セラミックヘッドと大腿金属棒とからなるアセンブリを
大腿人工補整器として使用することは知られている。前
記棒は、一方では大腿骨内に埋め込まれ、他方ではセラ
ミックヘッド内に設けられた凹部内に嵌合される。この
接合部分は一般に腰部関節内部人工補整器を形成するた
めに、セラミックヘッドの回転を支持する本物の又は人
工の寛骨０椀（ｃｕｖｅｔｔｅ　ａｃ６Ｌａｂｕｌａｉ
ｒｅ）に結合される。
セラミックヘッド内に設けられた凹部（雌部分）は、通
常断面が円形でテーバの小さい円錐台形である。そこに
嵌合される大腿金属棒の雄部分は、嵌合による接合がこ
れらの２つの部品間で隙間なく行われるようにほぼ同一
の頂角を有する。ヘッドの棒上での相対的回転は、力に
よるスリーブ継ぎ（ｅｍ＋５ａｎｅｈｅｓｅｎｔ　＆　
ｆｏｒｃｅ）、接着剤の使用、楔止め、鑞付けのような
種々の装置により避けられ、る。
円錐の頂角が小さいので、実地家がこれらの２つの部品
を取り付けるときに部品のアライメントが完全には正確
にならないことが非常にしばしばあり得る。従って、雄
部品は実際には前記雄雌部品の壁面間に接触面を有する
のではなく、雌部品の凹部の壁面上でわずかに幾つかの
点により支持されている。同じ理由により、雄部品が雌
部品の凹部に設けられた支え面全体に嵌合しないことも
あり得る。従って、例えば雄部品の頂上部分が前記凹部
の底ではない壁面のある点でぐらつき、また同時にセラ
ミックヘッドの周囲近くの凹部の壁面のある点で雄部品
の接触壁面がぐらつくことがあり得る。
雄の金属円錐とセラミック凹部とが共に幾何学的欠陥を
有することもあり得る。その欠陥によりこれら２つの部
品間の接触は幾つかの点でしか行われず、部品の取り付
けは正確でなくなる。
雄雌部品の嵌合による取り付けに関連するこれらすべて
の問題により、結局外力に起因してセラミックヘッドが
受ける機械的応力は、接触面からではなく雄部品と雌部
品の凹部との間の幾つかの支点を介してのみ雄部品と大
腿骨に伝えられることになる。従って、セラミックヘッ
ドの受ける応力はこれらの点で著しく増大すると共にセ
ラミックヘッド破壊の危険性を著しく増す原因となる。
通常これらの破壊はセラミックヘッドの凹部の奥の区域
ではなく、手前４区域で生ずる。
発明の目的 本発明の目的は、前記２つの接触部品の位置決めの悪さ
及び／又は幾何学的欠陥に起因する前記セラミックヘッ
ドの゛破壊の危険性を避けるための大腿金属棒の雄円錐
とセラミックヘッドの円錐形凹部との間に嵌合による接
合部分を得ることにある。
他の目的は、実地家による部品の接合時にこれら２つの
部品の正確な取り付けが行えるようにすることである。
もうひとつの目的は、セラミックヘッド内の応力の最適
な分散により、より良い機械的破壊抵抗を有するセラミ
ックヘッドと金属棒とからなる大腿人工補整器の接合部
分を提供することである。
発明の説明 金属棒の端部で加工された該凹部に嵌合する雄ほぞ（ｔ
ｅｎｏｎ）との接合部分である。得られるアセンブリは
、腰部関節内部人工補整圧器を形成する寛骨０椀に結合
される。セラミックヘッド内の機械的応力の最適な分散
を可能とする前記接合部分は、セラミックヘッドの中心
の方に位置しまた小さい頂角を有する深部接触区域と称
する凹部の第１円錐台形区域で雄ほぞの嵌合が隙間なく
行われ、且つ第１区域をセラミックヘッドの周囲の方向
に延長して外側に通じる、非接触区域と称する凹部の第
２区域では、雄ほぞと前記第２区域の壁面とが接触しな
いことを特徴とする。
本発明のほぞ即ち金属棒の加工された端部と、該はぞが
嵌合するセラミックヘッドの凹部とは、多くてもそれら
の全側面の一部を介してのみ接触し、接触は穴の興に局
限される。従って、接触部分は以下の通りである。
一セラミックヘッドの凹部に関しては、底部は除いて、
凹部の最も深い区域に位置する側壁部分。
この部分は、頂参参キキ需角菖が小さい円錐台形である
。
一凹部に嵌合するほぞに関しては、その自由な端部から
最も近くに位置する側壁部分。
従って、接合において互いに協働する凹部の深い区域の
円錐台と、はぞの自由な端部の円錐台とは、公差を除い
て同一の角度で加工されるが、非接触区域では、対面し
ているものの接触していない凹部とほぞとの表面は、完
全に異なる。
接触する壁面の寸法は、該壁面間に隙間がなく。
且つ雄ほぞが凹部の底部に当たらないように設定されて
いる。従って、凹部の底部と雄ほぞの円錐台の頂上部分
での横断面とは、互いに接触しない。
通常、凹部の深い区域及び該区域と接触するほぞの壁面
は、セラミックヘッドの半径と一致する軸について回転
対称となっている。接触壁面は、好ましくは円錐台形で
あるが、頂角は必ず実質的に同一である。この共通円錐
台の全頂角は小さく、−ｍに３〜１０°で、好ましくは
６＃前後である。
凹部の側壁とそれに対応するほぞの壁面との間で接触の
ある支え面の高さは、−ｉに凹部の高さ全体の１５％〜
８０％で、好ましくは２５％〜７０％である。この高さ
は一般に、凹部の底部とほぞの頂上部分部分とが当たる
のを避けるために、該底部と該頂上部分との間に自由な
保護空間が守られるような距離に位置する回転軸上の点
から計算される。
この空間が２論−を越えない厚さを有することが重要で
ある。即ち、この保護空間が大きすぎると、セラミック
ヘッドの受ける応力はより大きい断面区域の方に移動し
、このことは破壊の危険性を示し、本発明装置の効果が
損なわれる。
凹部の奥の接触区域に続いて、金属棒とのあらゆる接触
が入念は避けられる第２区域がヘッドの周囲の方向に延
びている。この出口区域は以下の方法により得られる。
−好ましくは、平均直径を増すために、セラミックヘッ
ドの凹部をその非接触区域内で加工する。
例えば接触区域の円錐台より頂角が大きい円錐台となる
ような加工である。従って、対面するほぞの表面は頂角
が凹部より小さい円錐台形（この場合、はぞは２つの区
域の高さの全体において外形が一定の唯１つの円錐台と
なるように加工することができるので有利である）又は
円筒形とすることができる。
−あるいは、はぞをその非接触区域内で加工してその平
均直径を小さくする６例えば、接触区域の円錐台より頂
角が小さい円錐台又は円筒となるように加工する。従っ
て、凹部はその高さ全体において一定の円錐台の外形を
有するものとすることができる。
従って、本発明では少なくとも凹部又はほぞがその高さ
全体において直線的でない形状を有することになり、こ
のことはこれら２つの部品の少なくとも１方の高さの外
形に関して、他方の部品の表面と対面する外面の傾斜線
の破壊がｚ８められることを意味する。
接触区域では、凹部とほぞとの対面側壁はそれらの表面
全体により接触している。
接触は共通の変形し得ない円錐台に基づき行われ、これ
らの２つの部品の使用時の単なる嵌合により完全な接触
が得られる。何故ならば、加工により接触面が規定され
、接触区域の高さも前記使用時において一定であるから
である。
非接触区域において、凹部の壁面とほぞの壁面との間に
存在する自由な出口空間の厚さは一般に２−一を越えず
１通常は１−　時にはそれ以下である。前記非接触区域
の高さにおいて、凹部のこの第２区域及び該第２区域と
対面しているほぞの区域の外形が例えば２つとも円筒形
であるが直径が同一でないというように類似しているか
、又は例えば一方が円筒形で他方が円錐台形というよう
に異なるかによって、この厚さは一定であるか又は変動
する。
この非接触区域は、前記接触高さに基づいて凹部の回転
軸上で計算される高さを有する。この高の高さは凹部の
口の角に設けられた小さな面取りによる従来技術で見ら
れる非接触区域とは完全に異なる。この従来技術の面取
りの高さは一般に１論論を越えず、一般に０．５論−で
ある。
嵌め込むことにより一旦接合が行われると、接着、圧力
によるスリーブ継ぎ、楔留め、鑞付けのようなあらゆる
公知の手段により金属棒の端部でのセラミックヘッドの
回転は避けられる。
第１゛図から第３図により、本発明をより理解すること
ができる。
従来技術を示す第１図では、セラミックヘッド３の対応
凹部内に完全に嵌合するための、加工された円錐形はぞ
を有する金属棒１が見える。凹部の壁面４と金属棒の端
部の尊属５とが、金属棒１の頂上部分７とセラミックヘ
ッド３の凹部の底部８とを離す小さな保護空間６だけ小
さくされ、且つヘッド３の凹部の口の角に設けられた面
取り９の高さだけ小さくされた凹部の高さの全体である
高さ１０で接触していることがわか、る、共に円錐台形
である＆属欅の加工された円錐２とセラミックヘッド３
の凹部とは互いに隙間なく嵌合し、大腿人工補整器のた
めの接合部分を提供する。
本発明の接合の特定の具体例を示す第２図では、セラミ
ックヘッドの凹部はその高さ全体において円錐台形であ
る。これに対して、凹部の奥の区域の壁面４と接触する
加工されたほぞ２は、凹部の全高より完全に低い高さ１
１において円錐台形である。
この円錐２は、凹部の第２非接触区域１３に接触せずに
対面している円筒部分１２によって延長される。
凹部の壁面と金属棒の壁面との間に備わる空間の厚さは
、この場合一定ではない。
本発明の他の特定の具体例を示す第３図では、凹部は常
に円錐台形であり、書の接触区域１４は前記の場合より
小さく、セラミックヘッド内に頂角が１かに大きい円錐
台形の抜き勾配（ｄｅｐｏｕｉｌｌｅ）１５を興の区域
に続けて設けることにより凹部の第２非接触区域が得ら
れたことがわかる。金属棒の円錐２は凹部に対応する高
さ全体において円錐台形である。この場合、抜き勾配の
加工後に得られた凹部の壁面と、金属棒の壁面との間の
空間の厚さも一定ではない。
本発明の接合は酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムの
ような酸化物、炭化物、窒化ケイ素のような窒化物、硼
化物又はそれらの混合物、更には複合材料（例えば炭素
−炭素）を主要構成要素とする焼結された（ｔｒｉｔｅ
！ｅｓ）すべてのセラミックヘッドに適用される。ヘッ
ドは一般に稠密であり、即ち接合に必要な凹部以外の穴
を含まない。
金属棒も同様に、例えばチタン、ステンレス又はその他
の合金等任意の材料からなる。該金属棒はまた、例えば
複合材料のようなこの使用に対して十分な耐性を有する
すべての材料からなり得る。
本発明は特に腰部関節の完全な人工補整器の製造に適す
る。玉継手が場所を占める寛骨０椀は本物でも人工（金
属、セラミック、複合材料、合成材料等）のものでもよ
い０本発明は実質的に回転楕円体のセラミックヘッドの
凹部内への金属棒の嵌合によるあらゆる接合にも適応し
得る。
１生コ 第１図から第３！！Ｉに示す場合の各々に対応するヘッ
ドに関して、静的破壊比較試験を行った。これらの試験
は、セラミックヘッドの破壊を得るまで、金属棒１−２
と接合される前記セラミックヘッド３に接合部分の軸に
従って力を加えることからなる。
１９８８年２月１０日付フランス規格案ＰＲ，Ｓ　９０
４４３“ヘッド付き腰部人工補整器大腿部品：嵌合のヘ
ッド及び雄部分の仕様“に記載の方法に従って試験を実
施した。
具体例１．２．３は直径が２８−一で、深さ１６．５＋
ｕｉの凹部を有する、焼結した酸化アルミニウムの玉継
手で実施した試験に該当する。奥の接触部分は円タンを
主成分とする合金で、加工されたほぞを有する。はぞの
接触区域は頂ｍ蔦が凹部と同一であるが、はぞの頂上部
分フの直径は、該頂上部分７と底部８との間に厚さ１曽
鋤の小さな保護空間６を設けるように、底部８の直径よ
り僅かに大きい。
具体例４及び５は、直径が２８輪輪で、深さ２Ｇ＋ｕａ
の凹部を有し、保護空間６の厚さが０．５＋ｕｉの溶融
した酸化ジルコニウムの玉継手で実施した試験に該当す
る。試験は具体例１及び２の試験と同一の条件で行った
。
１の この具体例は、従来技術に基づく接合を示す。
円錐台の形で加工された金属棒の円錐２とセラミックへ
ラド３の対応凹部との間の接触面の高さは、保護空間６
及び０．５曽鋤の面取り９の高さを考慮して、１５輸餓
である。従って、支え面は凹部の有効高さの１００％で
ある。破壊試験を数回行った。得られた破壊荷重の平均
は２９６０ｋｇである。
２　Ｉ　の寥２ 支え面の高さ１１は１０−１即ち保護空間６の厚さだけ
減じた凹部の全高の６５％である。前述するごとく、非
接触区域は金属棒の端部の引っ込んでいる円筒部分１２
の加工により得た。同一試験により平均破壊荷重５４７
０ｋｇが得られた。
３．１　の１３ 接触支え面１４の高さは５−一、即ち保護空間６の高さ
だけ減じた凹部の全高の３３％である。前述するごとく
、非接触区域は接触区域の円錐台よりも僅かに大きな角
度で凹部の第２区域の円錐台を加工することにより得ら
れた。同一試験により平均破壊荷重４６００ｋｇが得ら
れた。
４　Ｉ　の・１ 本具体例は、焼結酸化ジルコニウムの玉継手に適用され
た従来技術に基づく接合を示している。
加工された金属棒の円錐２とセラミックヘッド３の対応
凹部との間の接触面の高さは、保護空間６の１細鰺と面
取り９高さの０．５輪−とを差し引くと１９−輪である
。支え面は凹部の有効高さの１００％である。同一試験
により平均破壊荷！Ｉ！８７５０に、が得られた。
５　Ｉ　の１２ 末え面の高さ１１は１２鴫論、即ち保護空間６だけ減じ
た凹部の全高の６２％である。非接触区域は金属棒の端
部に位置するほぞに引っ込んだ円筒部分１２を加工する
ことにより得られた。同一試験により平均破壊荷重１２
９００ｋｇが得られた。
第１図は従来技術に基づくセラミックヘッドと金属はぞ
との接合を、第２．３図は本発明の２つの具体例を示す
。
１１０．金属棒、２０１．雄ほぞ、　３．、、セラミッ
クヘッド、６０１．保護空間、７６６．頂上部分、８０
１．底部、９００１面取り。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　凹部を備えたセラミックヘッドと金属棒の端部
    において加工された該凹部に嵌合する雄ほぞとの接合部
    分であり、得られるアセンブリは腰部関節内部人工補整
    器を形成する寛骨臼椀に結合され、セラミックヘッド内
    の機械的応力の最適な分散を可能とする接合部分であっ
    て、雄ほぞ２の嵌合は凹部の第１円錐台形区域４、５内
    で隙間なく行われ、この第１接触区域はセラミックヘッ
    ドの中心の方に位置し小さな頂角を有し、第１区域を前
    記セラミックヘッド３の周辺方向に延長し外部に通ずる
    凹部の第２区域では、雄ほぞ２と凹部の前記第２区域の
    壁面１３、１５とが接触しないことを特徴とする接合部
    分。
  2. （２）　非接触区域の高さが対面する金属棒の雄ほぞの
    対応部分の加工により得られることを特徴とする請求項
    １に記載の接合部分。
  3. （３）　非接触区域が対応区域内でのセラミックヘッド
    の凹部の加工により得られることを特徴とする請求項１
    又は２に記載の接合部分。
  4. （４）　凹部の底部８とほぞ２の頂上面７との間に自由
    な保護空間６が設けられてい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接合部分。
  5. （５）　接触区域の高さが凹部の全高の１５〜８０％、
    好ましくは２５〜７０％であることを特徴とする請求項
    １または４に記載の接合部分。
  6. （６）　接触区域の高さが、接触区域を形成する円錐台
    の回転軸上の、自由な保護空間６の厚さと等しい距離に
    位置する点から計算されることを特徴とする請求項５に
    記載の接合部分。
  7. （７）　セラミックヘッド３が酸化アルミニウム、酸化
    ジルコニウムのような酸化物、炭化物、窒化ケイ素のよ
    うな窒化物又は炭素−炭素のような複合材料を主要構成
    要素とする請求項１から５のいずれか一項に記載の接合
    部分。
  8. （８）　接触区域の全頂角が３〜１０°、好ましくは６
    °前後であることを特徴とする請求項１から７のいずれ
    か一項に記載の接合部分。
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