JPS59155250A - 人工関節 - Google Patents
人工関節Info
- Publication number
- JPS59155250A JPS59155250A JP58028063A JP2806383A JPS59155250A JP S59155250 A JPS59155250 A JP S59155250A JP 58028063 A JP58028063 A JP 58028063A JP 2806383 A JP2806383 A JP 2806383A JP S59155250 A JPS59155250 A JP S59155250A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coating layer
- artificial joint
- socket
- calcium phosphate
- frit
- Prior art date
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は生体の関節部を人工的に補装し、その機能と形
態を修復するための人工関節に関するものである。
態を修復するための人工関節に関するものである。
交通事故などの外傷や、リウマチなど骨の変形に伴う関
節の病変により、関節の機能が損われ、治癒、回復の見
込が薄い場合、関節部分を切除し人工関節を補装する置
換手術が行われている。
節の病変により、関節の機能が損われ、治癒、回復の見
込が薄い場合、関節部分を切除し人工関節を補装する置
換手術が行われている。
このような人工関節には、下記の如き特性が要求される
。（１）生体内に長期間埋入されるため周囲組織との親
和性にすぐれていること。（２）生体内において変質・
変性がなく、機械強度等の緒特性が変化しないこと。（
３）摺動部分が耐摩耗性に優れ、かつ基本的な関節機能
を代行し得ること。（４）人体に対して無毒であること
等がある。特に骨挿入部分の機械的強度が重要な要素で
この理由は、生体の重量に加えて関節部位に作用する筋
力により、部位によっては生体の重量の数倍にも及ぶ力
が作用し、このために大きな機械強度が要求されるので
ある。
。（１）生体内に長期間埋入されるため周囲組織との親
和性にすぐれていること。（２）生体内において変質・
変性がなく、機械強度等の緒特性が変化しないこと。（
３）摺動部分が耐摩耗性に優れ、かつ基本的な関節機能
を代行し得ること。（４）人体に対して無毒であること
等がある。特に骨挿入部分の機械的強度が重要な要素で
この理由は、生体の重量に加えて関節部位に作用する筋
力により、部位によっては生体の重量の数倍にも及ぶ力
が作用し、このために大きな機械強度が要求されるので
ある。
このため従来の人工関節は第１図に示す如くアルミナ磁
器製の骨頭球３に、骨Ｂ１に挿入されるステム４として
ニッケルークロム合金不銹鋼やコバルト−クロム−モリ
ブデン合金不銹鋼等が接合され、骨頭球３と回動自在に
摺動する高密度ポリエチレン製のソケット１がボーンセ
メント２で腸骨Ｂ２と固定されていた。ところがアルミ
ナ磁器製の骨頭球と高密度ポリエチレンのソケットが摺
動するため、高密度ポリエチレンのソケット内面が一層
に０．２０位摩耗し、約３年で取り換えを要する問題が
あった。更に金属製ステム４は骨Ｂ１に直接接触しない
ようにボーンセメント５により接合するが、どれが長期
間にわたって骨内に埋入した状態では、金属製ステム４
と共に化学変化を起し生体為害性を現わす難があった。
器製の骨頭球３に、骨Ｂ１に挿入されるステム４として
ニッケルークロム合金不銹鋼やコバルト−クロム−モリ
ブデン合金不銹鋼等が接合され、骨頭球３と回動自在に
摺動する高密度ポリエチレン製のソケット１がボーンセ
メント２で腸骨Ｂ２と固定されていた。ところがアルミ
ナ磁器製の骨頭球と高密度ポリエチレンのソケットが摺
動するため、高密度ポリエチレンのソケット内面が一層
に０．２０位摩耗し、約３年で取り換えを要する問題が
あった。更に金属製ステム４は骨Ｂ１に直接接触しない
ようにボーンセメント５により接合するが、どれが長期
間にわたって骨内に埋入した状態では、金属製ステム４
と共に化学変化を起し生体為害性を現わす難があった。
その後、ボーンセメントの代わりに燐酸カルシウムを介
して接合する方法が考えられたが、燐酸カルシウムと金
属との接着強度が不十分であるために実用に至っていな
い。
して接合する方法が考えられたが、燐酸カルシウムと金
属との接着強度が不十分であるために実用に至っていな
い。
本発明は上記の従来発明の利点を損なうことなく、生体
に対する密着性の改善と生体為害性防止効果の向上を目
″的としてなされたもので、第２図に示す如くアルミナ
磁器よりなり、球状内面を有するソケット１１、該ソケ
ットの球状内面と回動自在に摺動する緻密な窒化珪素磁
器よりなる骨頭球１３及び該骨頭球に接続する不銹鋼又
はチタンよりなるステム１４からなる人工関節において
、該ステム表面上及び該ソケットの外側表面上にアルカ
リ土類金属酸化物とＺｎ、Ａ１．Ｓｉ、Ｂ。
に対する密着性の改善と生体為害性防止効果の向上を目
″的としてなされたもので、第２図に示す如くアルミナ
磁器よりなり、球状内面を有するソケット１１、該ソケ
ットの球状内面と回動自在に摺動する緻密な窒化珪素磁
器よりなる骨頭球１３及び該骨頭球に接続する不銹鋼又
はチタンよりなるステム１４からなる人工関節において
、該ステム表面上及び該ソケットの外側表面上にアルカ
リ土類金属酸化物とＺｎ、Ａ１．Ｓｉ、Ｂ。
Ｔｉ、Ｆｅ及びアルカリ金属から選ばれる一種以上の金
属酸化物と無水燐酸とで構成されるフリットよりなる第
１被覆層１６と更にその上に燐酸カルシウム塩よりなる
第２被覆層１７とが設けられていることを特徴とする人
工関節を提供するものである。
属酸化物と無水燐酸とで構成されるフリットよりなる第
１被覆層１６と更にその上に燐酸カルシウム塩よりなる
第２被覆層１７とが設けられていることを特徴とする人
工関節を提供するものである。
本発明においてソケットにアルミナ磁器を選んだ理由は
、アルミナ磁器が耐摩耗性に優れているために、ソケッ
トの球状内面が骨頭球と摺動しても摩耗することなく取
り替えがほぼ不要となるためである。また骨頭球に緻密
な窒化珪素磁器を選んだ理由は、この材質の機械的強度
が抗折力で１００ｋＩｒ／Ｊ以上１５０ ｋｇ／ ｙａ
ｋも達する程高く、割れの心配がないために従来直径２
６鶴であったものを２２ｆｉ迄小さくすることができ、
このような小型化によって生産が容易に且つ安価にでき
る他生体に対する負担を軽減することもできるためであ
る。次にステムに不銹鋼又はチタンを選んだの如く生体
為害性を現わす難があるので、この表面に生体中孔学的
に安定な被覆層を設ける必要がある。本発明では被覆層
を前記フリ・ノドよりなる第１被覆層と燐酸カルシウム
塩よりなる第２被覆層との多層構造とすることによって
、被覆層の金属との接着強度及び生体との密着性を一層
向上せしめることができたのである。
、アルミナ磁器が耐摩耗性に優れているために、ソケッ
トの球状内面が骨頭球と摺動しても摩耗することなく取
り替えがほぼ不要となるためである。また骨頭球に緻密
な窒化珪素磁器を選んだ理由は、この材質の機械的強度
が抗折力で１００ｋＩｒ／Ｊ以上１５０ ｋｇ／ ｙａ
ｋも達する程高く、割れの心配がないために従来直径２
６鶴であったものを２２ｆｉ迄小さくすることができ、
このような小型化によって生産が容易に且つ安価にでき
る他生体に対する負担を軽減することもできるためであ
る。次にステムに不銹鋼又はチタンを選んだの如く生体
為害性を現わす難があるので、この表面に生体中孔学的
に安定な被覆層を設ける必要がある。本発明では被覆層
を前記フリ・ノドよりなる第１被覆層と燐酸カルシウム
塩よりなる第２被覆層との多層構造とすることによって
、被覆層の金属との接着強度及び生体との密着性を一層
向上せしめることができたのである。
ここで第１被覆層を形成するフリットとはアルカリ土類
金属酸化物及び無水燐酸を必須成分とし、Ｚｎ、ＡＩ、
Ｓｉ、Ｂ、Ｔｉ、Ｆｅ及びアルカリ金属から選ばれる一
種以上の金属酸化物を含有してもよいもので、その優れ
た特性は基体となる不銹鋼やチタンと熱膨張係数が近い
ために接着強度が高いことと生体為害性のある金属イオ
ンの溶出を防ぎうろことにある。最適フリット組成は本
願出願人が特開昭５５−１４０７５６号「高強度燐酸カ
ルシウム焼結体」に開示したフリット（Ａ）（以下（Ａ
）と略称）の組成であり、これをその特性と合わせて第
１表に示す。
金属酸化物及び無水燐酸を必須成分とし、Ｚｎ、ＡＩ、
Ｓｉ、Ｂ、Ｔｉ、Ｆｅ及びアルカリ金属から選ばれる一
種以上の金属酸化物を含有してもよいもので、その優れ
た特性は基体となる不銹鋼やチタンと熱膨張係数が近い
ために接着強度が高いことと生体為害性のある金属イオ
ンの溶出を防ぎうろことにある。最適フリット組成は本
願出願人が特開昭５５−１４０７５６号「高強度燐酸カ
ルシウム焼結体」に開示したフリット（Ａ）（以下（Ａ
）と略称）の組成であり、これをその特性と合わせて第
１表に示す。
第 １ 表
第２被覆層を形成する燐酸カルシウム塩についてはＣａ
／ Ｐ原子比が１．４〜１．７５の範囲にあるもの（
Ｂ） （以下（Ｂ）と略称）が望ましく、更に望ましく
は燐酸三カルシウムＣａ ３ （Ｐ Ｏ４）ｚ や水
酸アパタイトＣａ ｔｏ （Ｐ ０４ ）６ （ＯＨ）
２ が好適である。第２被覆層の他の成分として上記
（Ｂ）に焼結性及び機械的強度を高めるために適当なフ
リットを含有させても良い。フリットを含有させた燐酸
カルシウム塩の例をあげれば、（Ｂ）ｇｒ〜９９、り重
量％に対しくＡ）０．５〜１５重量％を含有させたもの
（Ｃ）（以下（Ｃ）と略称）及び（Ｃ）７７〜９７重量
％に対しＹ２Ｏ，３〜２３重量％を含有させたものがあ
り、これらは機械的強度が高いだけでな（それぞれ特開
昭５５−１４０７５６号「高強度リン酸カルシウム焼結
体」及び特開昭５５−８０７７１号「高強度リン酸カル
シウム焼結体」に開示されているようにいずれも熱膨張
係数が ９０〜１６０Ｘ１０−７／’Ｃのしい。
／ Ｐ原子比が１．４〜１．７５の範囲にあるもの（
Ｂ） （以下（Ｂ）と略称）が望ましく、更に望ましく
は燐酸三カルシウムＣａ ３ （Ｐ Ｏ４）ｚ や水
酸アパタイトＣａ ｔｏ （Ｐ ０４ ）６ （ＯＨ）
２ が好適である。第２被覆層の他の成分として上記
（Ｂ）に焼結性及び機械的強度を高めるために適当なフ
リットを含有させても良い。フリットを含有させた燐酸
カルシウム塩の例をあげれば、（Ｂ）ｇｒ〜９９、り重
量％に対しくＡ）０．５〜１５重量％を含有させたもの
（Ｃ）（以下（Ｃ）と略称）及び（Ｃ）７７〜９７重量
％に対しＹ２Ｏ，３〜２３重量％を含有させたものがあ
り、これらは機械的強度が高いだけでな（それぞれ特開
昭５５−１４０７５６号「高強度リン酸カルシウム焼結
体」及び特開昭５５−８０７７１号「高強度リン酸カル
シウム焼結体」に開示されているようにいずれも熱膨張
係数が ９０〜１６０Ｘ１０−７／’Ｃのしい。
以下図面を用いて本発明人工関節とその製造法の一例を
具体的に説明する。
具体的に説明する。
市販の高純度Ａ１２０３９８重量％（以下「重量」を省
＜） 、ＭｇＯ，ＣａＯ共に１％の素地にて周知の方法
で直径３６．８ｕ、長さ３２鶴の円柱を製作し、底面中
央部に直径２２．４ｍの半球状凹部を穿設し、これを温
度１６００℃、保持時間６０分でＮ ａ ｚ ＣＯ３及
びＳ １０２を用いて焼成後の組成が第１表に示すフリ
ット５の組成となるように秤量混合し、該混合物を温度
１３００℃、保持時間２時間の条件で焼成し熔融状態と
し、溶融物を急水冷することによってフリット５を得た
。これをトロンメルにて５μｍ以下の粒子が４０％に達
するまで粉砕し、粉末の一部を粉末１００％に対し１％
のノチルセルローズを溶解した水溶液に入れ攪拌して泥
漿を得、これを前記ソケット１１の外側表面上に０．５
鶴の厚さに塗布し乾燥後大気中温度７００℃で焼成する
ことによって第１被覆層１らを設けた。次に前記フリッ
ト５を粉砕して得た粉末の残部５％と市販の平均粒径０
．１μ−の水酸アパタイト９５％をアルコール中で湿式
混合し泥漿とし、これを上記第１被覆層の上に塗布し乾
燥後大気中温度９００℃、保持時間４０分の条件で焼成
することによって第２被覆層１７を設けた。
＜） 、ＭｇＯ，ＣａＯ共に１％の素地にて周知の方法
で直径３６．８ｕ、長さ３２鶴の円柱を製作し、底面中
央部に直径２２．４ｍの半球状凹部を穿設し、これを温
度１６００℃、保持時間６０分でＮ ａ ｚ ＣＯ３及
びＳ １０２を用いて焼成後の組成が第１表に示すフリ
ット５の組成となるように秤量混合し、該混合物を温度
１３００℃、保持時間２時間の条件で焼成し熔融状態と
し、溶融物を急水冷することによってフリット５を得た
。これをトロンメルにて５μｍ以下の粒子が４０％に達
するまで粉砕し、粉末の一部を粉末１００％に対し１％
のノチルセルローズを溶解した水溶液に入れ攪拌して泥
漿を得、これを前記ソケット１１の外側表面上に０．５
鶴の厚さに塗布し乾燥後大気中温度７００℃で焼成する
ことによって第１被覆層１らを設けた。次に前記フリッ
ト５を粉砕して得た粉末の残部５％と市販の平均粒径０
．１μ−の水酸アパタイト９５％をアルコール中で湿式
混合し泥漿とし、これを上記第１被覆層の上に塗布し乾
燥後大気中温度９００℃、保持時間４０分の条件で焼成
することによって第２被覆層１７を設けた。
他方、市販のα−３ｉ３ Ｎ４の平均粒径２μｍの粉末
にＹ２Ｏ３を５％加えた素地を用いてラバープレス法に
より直径２１．２ｔｍの球を成形し、球の一部に直径５
ｆｉ、深さ８ｆｉの円筒状凹部１８を穿設し、これを窒
素雰囲気中温度１７００℃、保持時間３０分の条件で焼
成することによって骨頭球１３を製作した。
にＹ２Ｏ３を５％加えた素地を用いてラバープレス法に
より直径２１．２ｔｍの球を成形し、球の一部に直径５
ｆｉ、深さ８ｆｉの円筒状凹部１８を穿設し、これを窒
素雰囲気中温度１７００℃、保持時間３０分の条件で焼
成することによって骨頭球１３を製作した。
また、ニッケルークロム合金不銹鋼を用いて周知の金属
加工法によってステム１午を製作し、これにソケットの
外側表面上に設けた場合と同じ要領で第１被覆層及び第
２被覆層を設けた。
加工法によってステム１午を製作し、これにソケットの
外側表面上に設けた場合と同じ要領で第１被覆層及び第
２被覆層を設けた。
上記ステムと骨頭球とは、冷しぼめ例えばステムを零下
６０℃に冷却した後骨頭球の凹部１８に挿入することに
よって強固に接合できるが、ポリエチレン等の接着剤に
て接合しても接着強度や生体為害性の点で実質的に問題
になることはない。
６０℃に冷却した後骨頭球の凹部１８に挿入することに
よって強固に接合できるが、ポリエチレン等の接着剤に
て接合しても接着強度や生体為害性の点で実質的に問題
になることはない。
上記例では第１及び第２各被覆層の表面はいずれも平滑
であるが、これら人工骨と生体骨Ｂ、あるいはＢ２との
接着力を増大させるために上記各表面にねじ切り、縦溝
、横溝、コルゲーション等の凹凸を設けるのが望ましい
。ねじ切りを施した例を第３図に示す。また、燐酸カル
シウム塩を主成分とする第２被覆層は本質的に生体骨Ｂ
１及びＢ２との密着性が良いものであるが、塗布する前
に泥漿に２０〜５００μｍの炭素粉や有機物等の燃焼＞
％失する粉を混入しておけば焼成後に２０〜５００μｍ
の気孔が生じ密着性が一段と良好になる。更にまた、被
覆層を設ける方法としては、第１被覆層の焼結温度と第
２被覆層のそれとが等し℃の温度範囲で同時に一度で焼
き付けても良く、その他化学蒸着、物理蒸着等周知の方
法でも良い。
であるが、これら人工骨と生体骨Ｂ、あるいはＢ２との
接着力を増大させるために上記各表面にねじ切り、縦溝
、横溝、コルゲーション等の凹凸を設けるのが望ましい
。ねじ切りを施した例を第３図に示す。また、燐酸カル
シウム塩を主成分とする第２被覆層は本質的に生体骨Ｂ
１及びＢ２との密着性が良いものであるが、塗布する前
に泥漿に２０〜５００μｍの炭素粉や有機物等の燃焼＞
％失する粉を混入しておけば焼成後に２０〜５００μｍ
の気孔が生じ密着性が一段と良好になる。更にまた、被
覆層を設ける方法としては、第１被覆層の焼結温度と第
２被覆層のそれとが等し℃の温度範囲で同時に一度で焼
き付けても良く、その他化学蒸着、物理蒸着等周知の方
法でも良い。
以上の如く本発明による人工関節は機械的強度が高く、
生体為害性がなく、生体と密着性が良いものであるので
、傷害者に大きな福音をもたらすものである。
生体為害性がなく、生体と密着性が良いものであるので
、傷害者に大きな福音をもたらすものである。
第１図は従来の人工関節の縦断面図、第２図及び第３図
は本発明の人工関節の縦断面図。 １．１１・・・・・・ソケット、３，１３・・・・・・
骨頭球、４．１４・・・・・・ステム、１６，１６ａ・
・・・・・第１被覆層、１７．１７ａ・・・・・・第２
被覆層 第１図 第２図 第８図 ８り
は本発明の人工関節の縦断面図。 １．１１・・・・・・ソケット、３，１３・・・・・・
骨頭球、４．１４・・・・・・ステム、１６，１６ａ・
・・・・・第１被覆層、１７．１７ａ・・・・・・第２
被覆層 第１図 第２図 第８図 ８り
Claims (10)
- （１）アルミナ磁器よりなり、球状内面を有するソケッ
ト、該ソケットの球状内面と回動自在に摺動する緻密な
窒化珪素磁器よりなる骨頭球及び該骨頭球に接続する不
銹鋼又はチタンよりなるステムからなる人工関節におい
て、該ステム表面上及び該ソケットの外側表面上にアル
カリ土類金属酸化物−燐酸系フリットよりなる第１被覆
層と更にその上に燐酸カルシウム塩よりなる第２被覆層
とが設けられていることを特徴とする人工関節。 - （２）第２被覆層が凹凸面を有する特許請求の範囲第１
項記載の人工関節。 - （３）第２被覆層が２０〜５００μｍの気孔を有する特
許請求の範囲第１項記載の人工関節。 - （４）燐酸カルシウム塩中のＣａ ／ Ｐ原子比が１．
４〜１．７５である特許請求の範囲第１項記載の人工関
節。 - （５）アルカリ土類金属酸化物−燐酸系フリ・ノドが燐
酸カルシウム系フリットである特許請求の範囲第１項記
載の人工関節〜。 - （６）燐酸カルシウム系フリット中のＣａ ／ Ｐ原子
比が ０．２〜０．７５である特許請求の範囲第５項記
載の人工関節。 - （７）アルミナ磁器よりなり、球状内面を有するソケッ
ト、該ソケットの球状内面と回動自在に摺動する緻密な
窒化珪素磁器よりなる骨頭球及び該骨頭球に接続する不
銹鋼又はチタンよりなるステムからなる人工関節におい
て、該ステム表面上及び該ソケットの外側表面上にアル
カリ土類金属酸化物とＺｎ、ＡＩ、Ｓｉ、Ｂ、Ｔｉ、Ｆ
ｅ及びアルカリ金属から選ばれる一種以上の金属酸化物
と無水燐酸とで構成されるフリットよりなる第１被覆層
と更にその上に燐酸カルシウム塩よりなる第２被覆層と
が設けられていることを特徴とする人工関節。 - （８）第２被覆層が凹凸面を有する特許請求の範囲第７
項記載の人工関節。 - （９）第２被覆層が２０〜５００μｍの気孔を有する特
許請求の範囲第７項記載の人工関節。 - （１０）燐酸カルシウム塩中のＣａ ／ Ｐ原子比が１
．４〜１．７５である特許請求の範囲第７項記載の人工
関節。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58028063A JPS59155250A (ja) | 1983-02-22 | 1983-02-22 | 人工関節 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58028063A JPS59155250A (ja) | 1983-02-22 | 1983-02-22 | 人工関節 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59155250A true JPS59155250A (ja) | 1984-09-04 |
| JPS6311908B2 JPS6311908B2 (ja) | 1988-03-16 |
Family
ID=12238302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58028063A Granted JPS59155250A (ja) | 1983-02-22 | 1983-02-22 | 人工関節 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59155250A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62221360A (ja) * | 1986-03-24 | 1987-09-29 | ペルメレツク電極株式会社 | リン酸カルシウム化合物被覆チタン複合材とその製造方法 |
-
1983
- 1983-02-22 JP JP58028063A patent/JPS59155250A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62221360A (ja) * | 1986-03-24 | 1987-09-29 | ペルメレツク電極株式会社 | リン酸カルシウム化合物被覆チタン複合材とその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6311908B2 (ja) | 1988-03-16 |
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