JPH09122161A - 人工股関節 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミック製骨頭のテ−パ−孔と金属製ステ
ムのテ−パ−部の嵌合時あるいは嵌合後の接触面積を増
加させ、応力集中を緩和し、セラミック製骨頭の破壊を
防ぐ。 【解決手段】 セラミック製骨頭４と金属製ステム１と
をテ−パ−嵌合してなる人工股関節において、金属製ス
テム１のテ−パ−部２の頂部に凹部３を有し、嵌合の際
にテ−パ−部２が塑性変形し、セラミック製骨頭４と金
属製ステム１とが嵌合されてなること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック製骨頭
と金属製ステムとをテ−パ−嵌合してなる人工股関節に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】人体の関節部欠損等の治療に、人工関節
が用いられることがある。例えば人工股関節が最近大い
に使用されるようになってきている。この人工関節とし
て、人体に無害であり、磨耗が少なく長寿命のセラミッ
ク製骨頭を使用するものが注目されている。これはセラ
ミック製骨頭とそれに結合される金属製ステムとから構
成され、個々の患者に適合する大きさ、形状のものを選
択し、手術前に組み合わせて用いることができるよう
に、当初は別個に用意されている。そしてこのセラミッ
ク製骨頭と金属製ステムとを、セラミック製骨頭に設け
られた奥細状のテ−パ−孔に金属製ステムのテ−パ−部
を挿入し、樹脂製ハンマ−等でセラミック製骨頭の頂部
を叩いて打ち込むことによりテ−パ−嵌合する方法がと
られている。また近年、金属製ステムとして高強度なも
のが要請されつつあり、その材質としてコバルト−クロ
ム系合金、チタン合金などの耐腐食性で生体適合性のあ
る高強度の金属の使用も検討され始めている。

【０００３】このセラミック製骨頭と金属製ステムとを
テ−パ−嵌合する場合、構造上生じうる各々のテ−パ−
角度の微差により、セラミック製骨頭のテ−パ−孔と金
属製ステムのテ−パ−部とが全面的に当接した状態とは
なり難く、そのために当接部分の限られた部分に応力が
集中するために、セラミック製骨頭が打ち込み時の荷重
のかかり方によっては破壊する可能性がある。この対策
として特開昭６３−１０５７５９号報では金属製ステム
のテ−パ−部にスリットを設け、該スリット部が荷重の
増加により弾性変形して、セラミック製骨頭のテ−パ−
孔と金属製ステムのテ−パ−部の接触面積を増加させ、
応力集中を緩和し、セラミック製骨頭の破壊を防ぐ方法
を開示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の金属製ステムの
テ−パ−部にスリットを設ける方法では、以下の問題が
発生する恐れがある。すなわち、スリット部分が弾性
変形してセラミック製骨頭のテ−パ−孔と金属製ステム
のテ−パ−部との接触面積を増加させようとしても、弾
性変形のため変形後のテ−パ−部の断面は必ずしも円形
にならず、従って接触面積をそれほど増加させることは
できない。スリットを形成することによりテ−パ−部
側面とスリット部の境界に尖部が形成され、その尖部が
セラミック製骨頭のテ−パ−孔面に傷を生じさせ、嵌合
時にセラミック製骨頭の破壊原因になる可能性がある。
スリット部の幅が大きい場合、必要以上に金属製ステ
ムがセラミック製骨頭に挿入されてしまい、テ−パ−孔
の奥に当たり破壊原因となる可能性がある。特に前述の
高強度金属をステムに用いた場合には、その可能性が高
い。本発明は以上の問題を生じることなく、セラミック
製骨頭のテ−パ−孔と金属製ステムのテ−パ−部の嵌合
時あるいは嵌合後の接触面積を増加させ、応力集中を緩
和し、セラミック製骨頭の破壊を防ぐものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１の発明は、セラミック製骨頭と金属製ステム
とをテ−パ−嵌合してなる人工股関節において、金属製
ステムのテ−パ−部頂部に凹部を有することを特徴とす
る人工股関節を要旨とする。

【０００６】請求項２の発明は、セラミック製骨頭と金
属製ステムとをテ−パ−嵌合してなる人工股関節におい
て、金属製ステムのテ−パ−部頂部に凹部を有し、嵌合
の際に該テ−パ−部が塑性変形し、該セラミック製骨頭
と該金属製ステムとが嵌合されてなることを特徴とする
人工股関節を要旨とする。

【０００７】ここで言うセラミック製骨頭とは、材質と
して人体に無害で、緻密質、高強度であり、さらに耐磨
耗性に優れたジルコニア質、アルミナ質等のセラミック
焼結体からなるものが好ましく用いられる。そして球形
状ないし半球形状を有し、さらに金属製ステムと嵌合で
きるように奥細状のテ−パ−孔を有しているものを言
う。また金属製ステムにはコバルト−クロム系合金、チ
タン合金などの耐腐食性かつ生体適合性の金属が好まし
く使用され、セラミック製骨頭と嵌合される側の一端部
にはテ−パ−部が形成されている。

【０００８】金属製ステムのテ−パ−部頂部の凹部と
は、セラミック製骨頭のテ−パ−孔に金属製ステムのテ
−パ−部を嵌合する時に、金属製ステムのテ−パ−部の
頂部近辺に塑性変形を起こさせ、テ−パ−孔とテ−パ−
部の当接面積を増加させるために必要なものである。従
って、凹部を形成する周壁の肉厚が厚いと塑性変形が十
分に起こらず、テ−パ−孔とテ−パ−部の当接面積を増
加させることができない。また、肉厚を薄くし過ぎると
塑性変形が十分となるが、金属製ステムのテ−パ−部頂
部の強度が低下するため好ましくない。あるいはテ−パ
−部頂部が塑性変形され過ぎて、必要以上に金属製ステ
ムがセラミック製骨頭に挿入されてしまう可能性もあり
好ましくない。

【０００９】凹部を形成する周壁の肉厚は、ステムの材
質、詳しくは硬度に依る。つまり硬度が高い材質のもの
ほど肉厚を薄くし塑性変形を起こさせ易くする必要があ
り、なおかつ金属製ステム頂部の強度を保つ必要があ
る。例えばステムの材質が硬度ＨＲｃ＝３０〜４０のチ
タン系合金の場合、肉厚を１〜３ｍｍとするのが好まし
い。また硬度ＨＲｃ＝３５〜５０のコバルト−クロム系
合金の場合は、肉厚を０．５〜２ｍｍとするのが好まし
い。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の人工股関節に用いられる
テ−パ−部（２）の頂部に凹部（３）を有する金属製ス
テム（１）の部分断面図を図１に示す。材質は例えばコ
バルト−クロム系合金（硬度ＨＲｃ＝３５、引張強度１
２７Ｋｇ／ｍｍ²）またはチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−
４Ｖ：硬度ＨＲｃ＝４０、引張強度９１．４Ｋｇ／ｍｍ
²）などからなり、テ−パ−部（２）頂部の外径は１０
ｍｍφであり、テ−パ−角は６゜である。その頂部に、
図１のように肉厚１．５ｍｍ、深さ５ｍｍとなる凹部
（３）を設けている。図２には金属製ステム（１）と嵌
合するセラミック製骨頭（４）の断面図を示した。これ
は、アルミナ質のセラミックからなり、２２ｍｍφの外
形であり、テ−パ−角が６゜２０´のテ−パ−孔（５）
を形成したものである。

【００１１】セラミック製骨頭（４）と金属製ステム
（１）とを嵌合する場合には、図３に示すようにセラミ
ック製骨頭（４）のテ−パ−孔（５）に金属製ステム
（１）のテ−パ−部（２）を挿入し、樹脂製ハンマ−等
（図示せず）で叩いて、セラミック製骨頭（４）のテ−
パ−孔（５）に金属製ステム（１）のテ−パ−部（２）
を打ち込むことにより、図４に示すように嵌合して人工
股関節となる。嵌合の際に、テ−パ−部（２）に凹部
（３）を設けたことにより、テ−パ−部（２）に塑性変
形が起こり、テ−パ−孔（５）と、テ−パ−部（２）の
接触面積が大きくなり、両者間の応力集中が緩和され、
セラミック製骨頭（４）の破壊する可能性が低くなる。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明の人工股関節に用いることが
できるテ−パ−部の頂部に凹部を有する金属製ステムの
例を実施例として示す。

【００１３】実施例１ 図５に実施例１の金属製ステム（１１）のテ−パ−部
（１２）の断面図を示した。テ−パ−部（１２）の頂部
の凹部（１３）は半球状であり、凹部を半球状とするこ
とにより、テ−パ−部（１２）の頂部を特に塑性変形さ
せることができる。

【００１４】実施例２ 図６に実施例２の金属製ステム（２１）のテ−パ−部
（２２）の断面図を示した。テ−パ−部（２２）の頂部
の凹部（２３）は、テ−パ−部（２２）の肉厚がほぼ一
定となるように奥ほど広くなっている。テ−パ−部（２
２）の肉厚がほぼ一定となるような凹部（２３）とする
ことにより、嵌合する力が比較的小さい場合でも塑性変
形を起こさせることができる。

【００１５】実施例３ 図７に実施例３の金属製ステム（３１）のテ−パ−部
（３２）の断面図を示した。テ−パ−部（３２）の頂部
の凹部（３３）は、円筒状であり、発明の実施の形態の
欄で示した凹部（３）と同等な円筒状のものであるが、
深さがセラミック製骨頭と嵌合する深さ程度としたもの
である。凹部（３３）の深さを変えることにより塑性変
形させる部位の範囲を調整することができる。

【００１６】

【発明の効果】セラミック製骨頭と金属製ステムとをテ
−パ−嵌合してなる人工股関節において、金属製ステム
のテ−パ−部頂部に凹部を有する構造とし、該テ−パ−
部が塑性変形することによりセラミック製骨頭と金属製
ステムとがより大きな当接面積をもってテ−パ−嵌合す
ることができる。当接面積が増加することにより、応力
集中を緩和し、ひいてはセラミック製骨頭の破壊を防ぐ
ことができる。本方法は、金属製ステムの材質が高強度
な材料である場合にも有効である。

【００１７】また、テ−パ−部が塑性変形することによ
りセラミック製骨頭と金属製ステムとがより大きな当接
面積を持って嵌合する構成であるため、スリットを設け
て弾性変形させる場合に生じるテ−パ−部の断面の変形
が起こらない。また、スリット等を設けた場合に形成さ
れる可能性のある尖った構造を有しない。さらに、テ−
パ−部を塑性変形する際に必要な応力が、必要以上に金
属製ステムをセラミック製骨頭に挿入されてしまうこと
を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のテ−パ−部の頂部に凹部を有する金
属製ステムの部分断面図。

【図２】 セラミック製骨頭の断面図。

【図３】 本発明の嵌合の状態を説明する概略図。

【図４】 本発明の嵌合での塑性変形の様子を説明する
概略図。

【図５】 本発明の実施例１の金属製ステムを示す部分
断面図。

【図６】 本発明の実施例２の金属製ステムを示す部分
断面図。

【図７】 本発明の実施例３の金属製ステムを示す部分
断面図。

【符号の説明】

１：金属製ステム ２：金属製ステムのテ−パ−部 ３：金属製ステムのテ−パ−部の頂部の凹部 ４：セラミック製骨頭 ５：セラミック製骨頭のテ−パ−孔 １１：実施例１の金属製ステム １２：実施例１の金属製ステムのテ−パ−部 １３：実施例１の金属製ステムのテ−パ−部の頂部の凹
部 ２１：実施例２の金属製ステム ２２：実施例２の金属製ステムのテ−パ−部 ２３：実施例２の金属製ステムのテ−パ−部の頂部の凹
部 ３１：実施例３の金属製ステム ３２：実施例３の金属製ステムのテ−パ−部 ３３：実施例３の金属製ステムのテ−パ−部の頂部の凹
部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック製骨頭と金属製ステムとをテ
   −パ−嵌合してなる人工股関節において、金属製ステム
   のテ−パ−部頂部に凹部を有することを特徴とする人工
   股関節。
2. 【請求項２】 セラミック製骨頭と金属製ステムとをテ
   −パ−嵌合してなる人工股関節において、金属製ステム
   のテ−パ−部頂部に凹部を有し、嵌合の際に該テ−パ−
   部が塑性変形し、該セラミック製骨頭と該金属製ステム
   とが嵌合されてなることを特徴とする人工股関節。