JPS6311908B2 - - Google Patents

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。 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。 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、機械強度等の諸特性が
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、
部位によつ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としてニツケル―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
エチレン製のソケツト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ツトが摺
動するため、高密度ポリエチレンのソケツト内面
が一年に0.2mm位摩耗し、約３年で取り換えを要
する問題があつた。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、これが長期間にわたつて骨内に埋入
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つた。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
つていない。 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
するソケツト１１、該ソケツ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ツトの外側表面上にア
ルカリ土類金属酸化物とZn、Al、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ツトより
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ツ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、ソケツ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
100Kg/mm²以上150Kg/mm²にも達する程高く、割れの
心配がないために従来直径26mmであつたものを22
mm迄小さくすることができ、このような小型化に
よつ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理由は、こ
のステムに特に大きな機械的強度が要求されるた
めである。ところが金属製ステムは前述の如く生
体為害性を現わす難があるので、この表面に生体
中化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ツトよりなる第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つて、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ツトとはアル
カリ土類金属酸化物及び無水燐酸を必須成分と
し、Zn、Al、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
やチタンと熱膨脹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
ぎうることにある。最適フリツト組成は本願出願
人が特開昭55−140756号（高強度燐酸カルシウム
焼結体」に開示したフリツト(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。

【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Ca₃（PO₄）₂や水酸アパタイト
Ca₁₀（PO₄）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ツトを含有させても良
い。フリツトを含有させた燐酸カルシウム塩の例
をあげれば、(B)85〜99.5重量％に対し(A)0.5〜15
重量％を含有させたもの(C)（以下(C)と略称）及び
C77〜97重量％に対しY₂O₃3〜23重量％を含有さ
せたものがあり、これら機械的強度が高いだけで
なくそれぞれ特開昭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脹係数が90〜160×10^-7／℃
の範囲にあるので、前記第１被覆層との接着性が
良好である。第２被覆層の焼付温度は800〜1200
℃が好ましい。 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。 市販の高純度Al₂O₃98重量％（以下「重量」を
省く）、MgO、CaO共に１％の素地にて周知の方
法で直径36.8mm、長さ32mmの円柱を製作し、底面
中央部に直径22.4mmの半球状凹部を穿設し、これ
を温度1600℃、保持時間60分で焼成することによ
つてソケツト１１を製作した。次に市販の
H₃PO₄、BaCO₃、CaCO₃、MgCO₃、Na₂CO₃及
びSiO₂を用いて焼成後の組成が第１表に示すフ
リツト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
溶融状態とし、溶融物を急水冷することによつて
フリツト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％のメチルセルローズを溶
解した水溶液に入れ撹拌して泥漿を得、これを前
記ソケツト１１の外側表面上に0.5mm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
つて第１被覆層１６を設けた。次に前記フリツト
５を粉砕して得た粉末の残部５％と市販の平均粒
径0.1μm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つて第２被覆層１７を
設けた。 他方、市販のα―Si₃N₄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21.2mmの球を成形し、球の一部に直
径５mm、深さ８mm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つて骨頭球１３を製作し
た。 また、ニツケル―クロム合金不銹鋼を用いて周
知の金属加工法によつてステム１４を製作し、こ
れにソケツ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、冷しばめ例えばステ
ムを零下60℃に冷却した後骨頭球の凹部１８に挿
入することによつ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B₁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、コルゲーシヨン等
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B₁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消
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くなるよう
に第１被覆層と第２被覆層の組成を選定すること
によつて両被覆層を800〜1200℃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。

【図面の簡単な説明】

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…ソケツト、３，１３…骨頭球、４，
１４…ステム、１６，１６ａ…第１被覆層、１
７，１７ａ…第２被覆層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミナ磁器よりなり、球状内面を有するソ
   ケツト、該ソケツ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
   該ソケツトの外側表面上にアルカリ土類金属酸化
   物―燐酸系フリツトよりなる第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―燐酸系フリツトが
   燐酸カルシウム系フリツ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ツト中の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
   ケツト、該ソケツ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
   該ソケツトの外側表面上にアルカリ土類金属酸化
   物とZn、Al、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
   で構成されるフリツトよりなる第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。