JPS6340547A - 人工骨インプラントおよびその製造方法 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、関節再建用の人工骨インプラントに関するも
ので、特に、多孔質層への骨侵入による固定法（セメン
トレス法）を用いた人工骨インプランドに関するもので
ある。本発明はまた、セメントレス法による人工骨イン
プラントの製造方法にも関する。

従来の技術 インプラントは、ポリメチルメタクリレートを骨セメン
トとして使用して骨に固定されてきた。

骨セメントは骨細に侵入するとともに、インプラントの
表面の微小な凹凸に固着するので骨とインプラントが結
合する。この固定法は本質的に機械的なものである。こ
のため、時間の経過とともにインプラントが骨セメント
内でゆるむ可能性がある。ゆるみができると痛みの原因
となったり、インプラントの応力が増大して疲労すると
いう結果になる。いずれの場合にしろ、再手術というこ
とになりかねない。

インプラントが骨セメント内でゆるむのを防ぐために、
インプラント表面」二に粗いコーティングあるいは多孔
質のコーティングを施すことが行なわれるようになった
。例えば表面に多孔質コーチインク′を施したインプラ
ントでは、多孔質体と骨セメントとの相互固着、あるい
は骨組織の多孔質内への侵入による固着があるため、固
着強度が大幅に大きくなる。

骨組織が多孔質コーディング内に入り込むためには、孔
の大きさがある一定値以上でなければならない。この条
件が満たされない場合には、軟質組織が形成されてしま
ったり、成長侵入が才ったく起こらなかったりする。現
在のところ確定した数値は残念ながら知られていないが
、孔の径が１００〜３００ミクロンが適当であると言わ
れている。この数値もかかる荷重の大きさで変化する。

荷重があまりかからないインプラントでは上記の数値よ
りも小さく５０ミクロン程度が最小の径である。従って
、上記の数値は、股関節とか膝関節のように大きな荷重
を受ける個所にインプラントを設けた場合に対応する。

　゛ インプラント表面に多孔質層を設ける方法として以下の
ものが知られている。

］、　、　Ｃｏ−Ｃｒ合金のインプラント本体に、同じ
材料の粉末（ビーズ）を焼結して多孔質層とする方法。

２　、　Ｔｉ−６ＡＩ−４Ｖ合金からなるインプラント
本体の表面にチタン細線を押し固めたパッドを拡散接合
して多孔質層とする方法。

３　、　Ｔｉ−６ＡＩ−４Ｖ合金からなるインプラント
本体の表面に同じ材料の粉末をグラビティシンタリング
して多孔質層とする方法。ただし、この方法による人工
骨は未だ製品化されていない。

現在のところ、Ｃｏ−Ｃｒ合金が多用されているが、生
体適合性、強度、耐食性、比重といった観点からしてＴ
ｉ−６ＡＩ−４Ｖ合金が最適材料と考えられるに至った
ので、このＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金が主流となっていく
と考えられる。

発明が解決しようとする問題点 時間とともにゆるむ可能性のある、骨セメントを用いた
、インプラントと骨の固定法に代わってインプラント表
面に多孔質層のコーティングを施す方法が考え出された
。

粉末原料を用いて多孔質層を形成するには、粉末層に圧
力を加えずに焼結するグラビティシンタリング法が用い
られる。実際、この方法で人工骨に適した空孔ザイズが
得られる。しかし、無加圧下での焼結であるため、粉末
間のネック形成、粉末と本体とのネック形成を十分に得
るためには、溶融温度に近い高温が必要である。このた
め、本体部の結晶粒径が粗大化し、疲労強度が低下する
とか延性が低下するという結果になる。

チタン合金の細線を押し固めたパッドを用いる場合には
、パッドの材料であるチタン合金の細線を入手しにくい
という問題点がある。

本発明は、今後主流となるであろうチタン合金を本体と
するインプラントの表面に多孔質層を焼結法により設け
るにあたって、材質の低下を避けることのできる人工骨
インプラントおよびその製造方法を提供することを目的
とする。

問題点を解決するための手段 本発明の人工骨インプラントは、多孔質層と該多孔質層
をバックアップする固体層とからなる部材を、インプラ
ント本体芯材の表面に備える。多孔質層と該多孔質層を
バックアップする固体層はともに同一のチタン合金でで
きている。

このような人工骨インプラントを製造するには、まず多
孔質層と該多孔質層をバックアップする固体層を一体焼
結させた後、インプラント本体芯材の表面に固着させる
。固着には、電子ビー１８溶接法を用いることが望まし
い。

昨月 本発明では、多孔質層を、インプラント本体とは切り離
して多孔質層をバックアップする固体層上に設けている
。従って、インプラント本体に対する影響を考えること
なしに、最適の多孔質層を、十分な高温にして焼結を行
なうことにより形成することができる。インプラント本
体のほうは、製造工程を吟味して、鍛造、圧延、熱処理
等により高品位の機械的特性を備えたものを用意するこ
とができる。このように互いに独立に、高性能をもつよ
うに準備された、多孔質層が焼結により一体化されたバ
ックアップ固体層とインプラント本体とは、材質低−ド
をもたらさない程度の温度で互いに固着させる。

このようにすれば、インプラント本体の性質低下なく最
適の多孔質層がその表面に形成されるため、人体の体重
、歩行、運動等により発生ずる荷重を十分な安全度をも
って支えることが可能となる。

実施例 以下に、図面を参照しながら本発明を説明する。

第１図は、本発明の人工骨インプラントの一実施例の全
体図で、第２図にその縦断面図を示す。

本体１は、根本が円筒形で、その先がさらに径の小さい
、皮をむかれたバナナの形状となっている。材料として
は、Ｔｉ−６ＡＩ−４Ｖ合金を用いる。この合金を上記
のような形状に加工するのは、精密鍛造法または圧延材
からの削り出し法による。この２つの方法を用いると、
緻密な組織が得られるという利点がある。精密鍛造法で
はこれに加えて、精密鍛造工程において最終形状が得ら
れるという利点もある。

加工法としては鋳造法も考えられるが、結晶粒が粗大化
して延性が低くなるという欠点があるのでここではこの
方法は用いない。

本体１には、本体１の外形に沿った糸巻き状のバックア
ップ固体層２が、糸まきの両端の突起部が本体１の根本
の部分と滑らかにつながるように設けられている。糸巻
き状のバックアップ固体層２のへこみ部分には、突起部
と滑らかにつながるように多孔質層３が設けられている
。多孔質層３とバックアップ固体層２は一体焼結されて
いる。

本体１の先端部には、全表面が滑らかにつながるような
形状の先端金具４が取り付けられている。

本体１とバックアップ固体層２の間の接続および本体１
と先端金具４とバックアップ固体層２との接続は、電子
ビーム溶接金属５による。より強固に接着させるために
は、バックアップ固体層２の外側からプレス加圧あるい
は等方加圧しながら加熱することにより、バックアップ
固体層２と本体１とを拡散接合することが可能である。

この際の加熱温度は９００〜９５０℃であり、本体１の
材質低下を招くほどの高温ではない。

第３図は、第１図に示した切断線Δ−への断面図である
。本体１とバックアップ固体層２と先端金具４とが電子
ビーム溶接金属５により接合されている様子が示されて
いる。多孔質層３は、バックアップ固体層２のくぼみに
丁度収まるように形成されている。

第４図は、第１図に示した切断線Ｂ−Ｂでの断面図であ
る。本体１とバックアップ固体層２とが電子ビーム溶接
金属５により接合されている様子が示されている。多孔
質層３は、やはり、バックアップ固体層２のくぼみに丁
度収まるように形成されている。

第５図は、バックアップ固体層２が複数ある場合の接合
状態を示す断面図である。互いに接するバックアップ固
体層２．２″と本体１とが電子ビーム溶接金属５により
接合されている。

バックアップ固体層２の形状は曲面板とずろこともｉｉ
Ｊ能である。この実施例を第６図に示す。第７図は、第
６図に示した切断線Ｃ−Ｃでの断面図である。

バックアップ固体層２は、枡の形状をもつ。この枡のへ
こみの部分に丁度収まるように多孔質層３が形成されて
いる。枡の周囲部分が、電子ビート溶接金属５で本体１
に接合されている。

第６図では柵状のバックアップ固体層２を１個所のみ設
けた場合を示したが、同様の枡を複数個設けることが可
能である。

上記実施例では、バックアップ固体層２のくぼみの断面
が四角となっているが、円弧等信の曲線となっていても
かまわない。また、本体１の断面は円状てなく、四角で
あってもかまわない。

−に記の構成を持つ人工骨インプラントを製造するには
以下のようにする。

まず、′Ｔ１−６八ｌ−４シ合金を用いて機械特性にす
ぐれたインプラント本体を、精密鍛造あるいは圧延材か
らの削り出し法により作製する。

これとは独立に、Ｔｉ−６ＡＩ−４Ｖ合金からなる高強
度の多孔質層を、十分高温にして、やはり同じ＋」質の
多孔質層ハックアップ固体層上に一体焼結させておく。

このようにして準備されたインプラント本体と、多孔質
層がバックアップ固体層上に一体焼結された部材とは、
電子ビーム溶接により接合される。

電子ビーム溶接によって加熱される温度は、インプラン
ト本体の材質を低下させるほど高くはないので高性能の
人工骨インプラントが得られる。

以上の説明では材料としてＴｉ−６ＡＬ−ｆｌＶ合金を
用いたが、チタン合金一般について１−記のことがあて
はまると考えてさしつかえない。

本発明は、ソケットのバックアップの、生体骨と接する
面の表層部構造や、骨に沿って固定する骨用補綴材、骨
欠損部再建用材の表層構造に応用することが考えられる
。

犀肪久吻】 以」―説明したように、本発明ではインプラント本体と
多孔質層を互いに独立に最適な状態で準備しておき、そ
れぞれの高性能を保ったまま接合することができる。従
って、人体の運動等によって発生ずる荷重を十分な安全
度で支えることの可能な人工骨インプラントが提供され
る。

さらに、多孔質層とそれをへ′ツクアップする固体層か
らなる部材を各種とり揃えておいて、インプラント本体
の各種寸法のものに組み合わせて一体化ずろシステムと
することができるため、製造コストを下げることが可能
になるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の人工骨インプラントの一実施例の全
体図であり、 第２図は、第１図に示した人工骨インプラントの縦断面
図であり、 第３図は、゛第１図に示した切断線Δ−Δでの断面図で
あり、 第４図は、第１図に示した切断線Ｂ−Ｂでの断面図であ
り、 第５図は、バックアップ固体層が複数ある場合の接合の
様子を示す断面図であり、 第６図は、本発明の人工骨インプラントの別の実施例の
全体図であり、 第７図は、第６図に示した切断線Ｃ−Ｃての断面図であ
る。 （主な参照番号） １・・インプラント本体、 ２．２゛　・・バックアップ固体層、 ３．３″　・・多孔質層、 ４・・先端金具、 ５・・電子ビーム溶接金属

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔質層と該多孔質層をバックアップする固体層
   とからなる部材を、インプラント本体芯材の表面に備え
   ることを特徴とする関節再建手術用人工骨インプラント
   。
2. （２）上記多孔質層は、焼結された金属粉末層であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の人工骨イ
   ンプラント。
3. （３）上記多孔質層と該多孔質層をバックアップする固
   体層はともに同一のチタン合金であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項に記載の人工骨イン
   プラント。
4. （４）多孔質層と該多孔質層をバックアップする固体層
   を一体焼結させた後、インプラント本体芯材の表面に固
   着させることを特徴とする人工骨インプラントの製造方
   法。
5. （５）上記固着は、溶融溶接、拡散接合、機械的結合法
   、あるいは接着のいずれかの方法、あるいはそれ等の方
   法の組合せによることを特徴とする特許請求の範囲第４
   項に記載の人工骨インプラントの製造方法。
6. （６）上記溶融溶接は電子ビーム溶接であることを特徴
   とする特許請求の範囲第５項に記載の人工骨インプラン
   トの製造方法。