KR101688382B1 - Artificial bone head and the manufacturing method thereof - Google Patents

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KR101688382B1
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임원봉
장영배
유세환
곽민우
한창남
고재일
이가람
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(주)삼원산업사
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Abstract

본 발명은 티타늄 합금의 표면을 플라즈마 전해 산화시키는 단계를 포함하는 인공관절 골두의 제조방법 및 이를 통하여 제조된 인공관절 골두에 관한 것이며, 본 발명에 따라 제조된 인공관절 골두는 높은 내식성 및 내마모성을 지니며, 열팽창계수의 차이로 인한 스트레스가 적어 표면의 산화물층의 부착력이 우수하고, 전압, 전류, 전해질의 조건 만을 변경함으로써 간단히 원하는 물성을 지닌 인공관절 골두를 개발 및 생산할 수 있는 장점을 갖는다. The invention relates to an artificial joint head manufactured through this method of manufacturing an artificial joint head, comprising the step of electrolytic oxidation plasma to the surface of the titanium alloy and, an artificial joint head manufactured in accordance with the present invention Genie high corrosion resistance and wear resistance said, has the advantage that can easily develop and produce an artificial joint head having the desired physical properties by the stress due to the difference in coefficient of thermal expansion the adhesion of the oxide layer of the solid surface down, change of voltage, current and only the conditions of the electrolyte. 또한, 본 발명에 따라 제조된 인공관절 골두는 저농도의 염기성 전해질을 사용하며, 이는 인체에 무해한 것으로서 제조공정이 매우 친환경적이며, 우수한 생체적합성을 갖는 장점 또한 갖는다. In addition, the artificial joint head manufactured in accordance with the present invention uses a basic electrolyte with a low concentration, which is the manufacturing process is very environmentally friendly as harmless to humans, and has advantages of excellent biocompatibility as well.

Description

인공관절 골두 및 이의 제조방법 {ARTIFICIAL BONE HEAD AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF} An artificial joint head and a method of manufacturing {ARTIFICIAL BONE HEAD AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 인공관절 골두 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 골반부와 같은 관절부위를 형성하는 소켓모양의 인공 비구에 삽입되는 인공관절용 골두 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an artificial joint and the head thereof as relates to a process for the preparation, and more particularly, to head for the prosthesis to be inserted into the artificial acetabular socket of the shape forming the joint such as the pelvis, and its preparation method.

일반적으로 인공관절은 퇴행성 관절염, 노인성 질환, 자가 면역질환 및 외상 등에 의하여 관절이 손상되어 통증과 관절 고유기능을 잃었을 때 손상된 관절면을 제거하고 인공적인 보철물을 삽입하여 관절의 원래 기능을 회복시키기 위한 생체 부품이다. In general, the artificial joint is osteoarthritis, Alzheimer disease, when the joint is damaged by such autoimmune diseases and trauma have lost pain and joint unique feature removes the damaged joint surface and designed to restore the original function of the joint by inserting an artificial prosthesis a biological component.

엉덩이 인공관절의 경우 운동 범위 복원, 대체 부품 간의 마모 및 기계적 내구성, 대퇴골 및 비구골과의 골 융합 또는 고정의 초기 안정성 (stability) 등이 인공 엉덩이 관절 수명에 중요한 특성으로 작용하고 있다. For a hip prosthesis is to restore the range of motion, replace the wear and mechanical durability, initial stability (stability), such as for bone fusion or fixation of the femoral head and the acetabular bone between the parts is an important attribute to the artificial hip joint life.

인공관절 구성으로, 엉덩이 관절이 주요 부품 중 인공 대퇴 골두는 인공 대퇴 스템의 상부에 결합되며, 인공 비구 라이너와 볼-소켓 메커니즘을 형성하여 인골 관절을 구현하는 부품이다. A component to form a socket mechanism to implement the joint bones - the artificial joint configuration, the main parts of an artificial hip joint femoral head is coupled to the upper part of the femoral stem, artificial acetabular liner and the ball.

이러한 인공관절과 관련된 기술이 등록특허공보 제0463061호 및 등록특허공보 제0623397호에 제안된 바 있다. The technology associated with such an artificial joint has been proposed in Patent Application No. 0463061 and No. 0623397 Patent Application No. No..

이하에서 종래기술로서 등록특허공보 제0463061호 및 등록특허공보 제0623397호에 개시된 세라믹을 이용한 인공관절 제조방법 및 인공관절 구조 그리고 인공고관절장치를 간략히 설명한다. As prior art in the following process for producing an artificial joint by using the ceramic disclosed in Patent No. 0,463,061 and No. Patent No. 0,623,397, and No. artificial joint structure and describes a hip device briefly.

등록특허공보 제0463061호 (이하 '종래기술 1'이라 함)는 인공 고관절의 제조방법을 개시하고 있다. Patent No. 0,463,061 No. (hereinafter referred to as "prior art 1") discloses a method for producing an artificial hip joint.

도 1에서 보는 바와 같이 종래기술 1의 세라믹을 이용한 인공관절 제조방법은 스테인리스, 코발트 크롬, 티타늄합금, 특수 플라스틱제 등으로 비구, 비구컵, 스템을 성형한 인공관절에 있어서, 비구컵, 비구에 적합한 세라믹 소재와 부재료를 선택하여 혼합하는 공정과; Artificial joint production method is also used for conventional ceramic technology 1 as shown in 1 is stainless steel, cobalt-chromium, titanium alloy, in the artificial joint is molded to the non-, cup, a stem with a special plastic or the like, ceramics suitable to the cup, the non process to mix by selecting the material and sub material and; 상기 준비된 복합 세라믹분말 100중량%에 바인드 이투륨(Y 2 O 3 ) 0.3 내지 0.7중량%를 혼합하여 스프레이 방식으로 80℃의 챔버 내에 구상화하는 공정과; A step of the 100% by weight of the composite ceramic powder ready-mixed bind yitu volume (Y 2 O 3) 0.3 to 0.7% by weight, spheroidizing in the chamber of 80 ℃ by spraying and; 상기 구상화된 세라믹 분말을 각각의 비구컵, 이탈방지 링, 비구볼 스템의 형상으로 프레스 압력 1톤/㎠ 내지 2톤/㎠로 성형공정과; The spheroidizing the ceramic powder, the molding into each cup, departure prevention ring, the non-pressing pressure to the shape of the stem ball 1 ton / ㎠ to 2 ton / ㎠ step of; 상기 프레스 성형공정 후 소결로에서 온도 800 내지 1,200℃에서 24시간, 1,500 내지 1,700℃에서 46시간 동안 소성한 다음 서서히 냉각하는 소결 공정과; The press firing in a molding for 24 hours at a temperature of 800 to 1,200 ℃ in a sintering process and then, 1,500 to 1,700 ℃ for 46 hours, and then the sintering step of gradually cooling and; 상기 소결된 비구볼 외면과 비구컵 내면을 연마기로 연마하는 공정과; The step of grinding the sintered acetabular cup and the ball outer surface and the inner surface to the polishing machine; 상기 연마공정에서 완전한 진구로 연마된 볼에 스템이 끼워지도록 고정홈을 형성하는 가공공정으로 비구컵, 비구, 비구이탈 방지링을 제조하는 것을 특징으로 한다. And the acetabular cup, acetabulum, the non-escape prevention ring to the processing step of forming the screw hole so that the stem is fitted to the ball grinding to complete sphericity in the polishing process characterized in that for manufacturing.

그러나 종래기술 1에 의한 세라믹을 이용한 인공관절 제조방법에 의해 제조되는 인공관절은 세라믹 재질로 제조되는데, 세라믹에서 미립자가 분리되어 생체반응을 일으킴으로써 점차 뼈가 녹아내리고, 고정 면이 느슨해지는 해리 (loosening) 현상이 발생하여 인공 엉덩이 관절의 장기 예후에 가장 큰 문제점으로 대두되고 있다. However, an artificial joint that is produced by the production method of artificial joint with the ceramic according to the prior art 1, there is made of a ceramic material, the fine particles are separated from the ceramic down gradually bone melted by causing a living body reaction, dissociation that the loose holding surface ( by loosening) happens has emerged as the biggest problem in the long-term prognosis of an artificial hip joint.

도 2는 등록특허공보 제0623397호 (이하 '종래기술 2'라 함)에서 인공 고관절장치가 시술된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. Figure 2 is a diagram illustrating the in Patent No. 0,623,397 No. (hereinafter referred to as "prior art 2"), the hip treatment apparatus state.

도 2에서 보는 바와 같이 종래기술 2의 인공 고관절장치는 골반에 고정되는 비구컵 (10)과; Hip unit of Figure 2 prior art as shown in the 2 and the cup 10 to be fixed to the pelvis; 상기 비구컵 (10) 내로 착탈가능하게 수용결합되는 라이너 (20)를 포함하되, 상기 라이너 (20)에는 반경방향 외측으로 연장되고 골부와 정부가 연속적으로 반복되는 파형 플랜지부 (21)가 형성되어 있고, 상기 비구컵 (10)에는 상기 파형플랜지부 (21)에 형성된 복수 개의 골부 중 적어도 어느 하나의 골부에 끼워져 상기 비구컵 (10) 내에 수용결합된 라이너 (20)의 임의회전을 저지하는 회전저지돌기 (11)가 형성되어 있는 인공 고관절장치에 있어서, 상기 비구컵 (10)의 내부표면은 개구 연부에서 상부로 수직하게 연장되는 평탄면 (20a)과; Comprising: a liner 20 is removably receive bonded into the cup (10), the liner (20) extends radially outward waveform flange portion 21 has the valley and the government is continuously repeated is formed, and , the rotation stopping projections to the acetabular cup 10 is fitted to at least one of valleys of a plurality of valleys formed in the waveform flange portion 21 preventing any rotation of the liner 20 coupled received within the acetabular cup 10 ( in the artificial hip joint devices in 11) it is formed, and the inner surface of the flat face (20a which vertically extends from the opening edge to the upper portion) of the cup (10); 상기 비구컵 (10)의 평탄면 (20a) 상단에서 상부로 굴곡지게 연장되어 상기 비구컵 (10)의 나머지 내부표면을 이루는 굴곡면을 갖고, 상기 라이너 (20)가 상기 비구컵 (10)에 삽착되는 경우 상기 라이너 (20)는 상기 비구컵 (10)과 하부에서만 접촉하도록, 상기 라이너 (20)의 외부표면은 상기 파형플랜지부 (21)에서 상부로 수직하게 연장되어 상기 비구컵 (10)의 평탄면 (20a)과 면접촉하는 평탄면 (10a)과; If the flat surface (20a) extends be curved from the top to the upper portion having a curved face forming the remaining inner surface of the acetabular cup 10, the liner 20 of the acetabular cup 10 is being sapchak to said cup (10) the liner 20 includes a flat surface (20a of the cup 10 and the only, so as to contact the lower the liner 20, the outer surface extends perpendicularly to the upper in the waveform flange portion 21. the cup 10 of the ) and flat surfaces (10a) in contact with the surface; 상기 라이너 (20)의 평탄면 (20a) 상단에서 상부로 굴곡지게 연장되어 상기 라이너 (20)의 외부표면을 이루되 상기 비구컵 (10)의 평탄면 (10a)과 접촉하지 않는 굴곡면을 갖는 것을 특징으로 한다. Extend be bent at the top of the flat surface (20a) of the liner 20 to the upper portion having a curved flat surface which is not in contact with the surface (10a) of the liner made the acetabular cup (10) being an outer surface (20) It characterized.

그러나 종래기술 2에 의한 인공 고관절장치는 비구컵(10)과 라이너(20) 간의 결합 및 분리를 용이하게 하면서도 회전하는 헤드가 상기 비구컵(10) 및 라이너(20)와 같이 금속(Metal) 재질로 형성되는데, 상기 라이너(20)와의 마찰 과정에서 금속 파티클이 발생하여 골용해 발생에 주범이 되는 문제점이 있었다. However hip device according to the prior art 2 is formed of a metal (Metal) material, such as acetabular cup 10 and liner 20 combination and is easily while rotating the head to the release the acetabular cup 10 and liner 20 between there is, in the metal particles generated in the process of friction between the liner 20, there is a problem that the main cause osteolysis occurs.

따라서, 내마모성이 우수하여 생체 내에 적용시에도 파티클로 인한 골용해 등의 문제가 발생하지 않으며, 내구성이 뛰어나고 생체적합성 또한 우수한 인공관절 골두의 개발이 절실히 요구되는 실정이다. Therefore, it is not a problem of osteolysis caused by particles, even when applied in vivo to generate superior abrasion resistance, a situation that is also an excellent development of biocompatible artificial joint head urgently needed durable.

[특허문헌] [Patent Document]

(특허문헌 1) 대한민국 등록특허공보 제0463061호 Patent Document 1: Republic of Korea Patent Application No. 0463061 No.

(특허문헌 2) 대한민국 등록특허공보 제0623397호 Patent Document 2: Republic of Korea Patent Application No. 0623397 No.

상기 문제점을 해결하고자 본 발명자는 티타늄 합금의 표면을 플라즈마 전해 산화시키는 단계를 이용하여 내마모성 및 내구성이 획기적으로 개선됨과 동시에 소재의 경량화로 인하여 제조비용이 절감되고 간단한 플라즈마 전해 산화공정을 이용함으로써 제조시간이 획기적으로 줄어드는 인공관절 골두의 제조할 수 있음을 발견하였으며, 본 발명은 이에 기초한 것이다. The present inventors in order to solve the above problems, is the production time by using the wear resistance and durability are greatly improved and at the same time and the manufacturing cost reduction due to the weight of the material, a simple plasma electrolytic oxidation process using an oxidizing electrolytic plasma the surface of a titanium alloy this was significantly found that it is possible to manufacture the artificial joint head to be reduced by the present invention is based it.

따라서, 본 발명의 하나의 관점은 내마모성 및 내구성이 뛰어난 인공관절 골두의 제조방법을 제공하는 데 있다. Thus, one aspect of the present invention to provide a method of producing highly abrasion-resistant and durable artificial joint head.

본 발명의 다른 관점은 상기 제조방법을 이용하여 제조된 인공관절 골두를 제공하는 데 있다. Another aspect of the present invention is to provide an artificial joint head manufactured using the above method.

상기 하나의 관점을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현 예에 따른 인공관절 골두의 제조방법은 티타늄 합금의 표면을 플라즈마 전해 산화시키는 단계를 포함할 수 있다. Method of producing an artificial joint head according to one embodiment of the present invention for achieving the above one aspect may include the step of electrolytic plasma oxidation of the surface of the titanium alloy.

본 발명의 다른 구현 예에 있어서, 상기 티타늄 합금은 알루미늄 (Al), 바나듐 (V), 철 (Fe), 탄소 (C), 질소 (N), 수소 (H), 산소 (O), 및 티타늄 (Ti)을 포함하는 성분으로 이루어질 수 있다. In another embodiment, the titanium alloy is aluminum (Al), vanadium (V), iron (Fe), carbon (C), nitrogen (N), hydrogen (H), oxygen (O), and titanium It may be formed of a component comprising (Ti).

본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 티타늄 합금은 알루미늄 (Al) 6.0 내지 6.5중량% 예를 들어, 6.02중량%, 바나듐 (V) 4.0 내지 4.5중량% 예를 들어, 4.12중량%, 철 (Fe) 0.1 내지 0.5중량% 예를 들어, 0.202중량%, 탄소 (C) 0.005 내지 0.02중량% 예를 들어, 0.014중량%, 질소 (N) 0.01 내지 0.05중량% 예를 들어, 0.025중량%, 수소 (H) 0.0005 내지 0.002중량% 예를 들어, 0.001중량%, 산소 (O) 0.05 내지 0.5중량% 예를 들어, 0.15중량%, 및 나머지 성분으로 티타늄 (Ti)을 포함할 수 있다. In another embodiment, the titanium alloy is aluminum (Al) 6.0 to 6.5% by weight, for example, 6.02% by weight, and vanadium (V) 4.0 to 4.5%, e.g., 4.12 wt.%, Iron by weight ( Fe) 0.1 to contain 0.5% by weight for example, 0.202 wt.%, carbon (C) 0.005 to 0.02 wt%, for example, 0.014 wt.%, nitrogen (N) 0.01 to 0.05% by weight, for example, 0.025% by weight, and hydrogen (H) may comprise from 0.0005 to 0.002% by weight, e.g., 0.001 wt%, oxygen (O) 0.05 to 0.5% by weight for titanium (Ti) as example, 0.15% by weight, and the remaining components.

본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 플라즈마 전해 산화시키는 단계는 전해질을 포함하는 전해액에 350 내지 550V 예를 들어, 380V의 전압을 인가하여 수행될 수 있다. In a further embodiment, the step of the plasma electrolytic oxidation include, for example, 350 to 550V in an electrolytic solution containing an electrolyte, can be carried out by applying a voltage of 380V.

본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 전압은 주기적으로 인가되며, 순차적으로 정현파 전압 인가기, 전압인가 휴지기, 및 정류파 전압 인가기로 이루어진 인가주기를 가질 수 있다. In another embodiment, the voltage is periodically applied to, may have a sequential sinusoidal voltage application period, the voltage applied telogen, and wave rectified voltage is applied to a group consisting period.

본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 인가주기는 1초당 50 내지 70회 예를 들어, 60회 (60Hz)일 수 있다. In another embodiment, the application period is, for example, 1 to 50 to 70 times per second, and may be 60 times (60Hz).

본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 정류파는 반파 정류파 또는 전파 정류파이고, 상기 정현파 전압의 진폭: 정류파 전압의 진폭은 1: 0.40 내지 1: 0.5 예를 들어, 1: 0.45일 수 있다. In still another embodiment of the invention, a half-wave rectified wave or full-wave rectification wave and selling the rectification, the amplitude of the sine wave voltage amplitude of the rectified wave voltage is 1: 0.40 to 1: 0.5, for example, 1: 0.45 days have.

본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 정현파는 사인파일 수 있다. In another embodiment, the sine wave may sign files.

본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 전해질은 염기성 전해질일 수 있다. In another embodiment, the electrolyte may be a basic electrolyte.

본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 염기성 전해질은 규산나트륨 (Na 2 SiO 3 ), 피로인산칼륨 (K 4 P 2 O 3 ) 및 수산화칼륨 (KOH) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. In another embodiment, the alkaline electrolyte may be selected from sodium silicate (Na 2 SiO 3), potassium pyrophosphate (K 4 P 2 O 3) and potassium hydroxide (KOH) or mixtures thereof can.

본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 전해액은 증류수, 0.02M의 피로인산칼륨 (K 4 P 2 O 3 ), 및 0.1M의 수산화칼륨 (KOH)을 포함할 수 있다. In another embodiment, the electrolyte solution may include deionized water, potassium phosphate fatigue of 0.02M (K 4 P 2 O 3 ), and 0.1M potassium hydroxide (KOH).

본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 플라즈마 전해 산화시키는 단계에서의 전해액은 600mA/㎠ 내지 700mA/㎠ 예를 들어, 668mA/㎠의 전류밀도를 가질 수 있다. In another embodiment, the electrolyte solution in the step of the plasma electrolytic oxide may have a current density of 600mA / ㎠ to 700mA / ㎠ for example, 668mA / ㎠.

본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 플라즈마 전해 산화시키는 단계에서 전해액에 흐르는 전류는 12.0 내지 16.0A 예를 들어, 14.5A일 수 있다. In another embodiment, the current flowing through the electrolyte solution in the step of the plasma electrolytic oxidation include, for example 12.0 to 16.0A, and may be 14.5A.

상기 다른 관점을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현 예에 따른 인공관절 골두는 인공 스템이 결합되는 결합공을 형성하며 티타늄 합금으로 이루어진 내층; An artificial joint head according to one embodiment of the present invention for achieving the above other aspect may form a coupling hole which is coupled an artificial system, and an inner layer made of a titanium alloy; 및 상기 내층의 표면에 형성되며 상기 티타늄 합금의 플라즈마 전해 산화물로 이루어진 산화물층;을 포함하는 인공관절 골두. And it is formed on a surface of the oxide layer, the inner layer made of an oxide electrolyte plasma of the titanium alloy; artificial joint head comprising a.

본 발명의 다른 구현 예에 있어서, 상기 티타늄 합금은 알루미늄 (Al), 바나듐 (V), 철 (Fe), 탄소 (C), 질소 (N), 수소 (H), 산소 (O), 및 티타늄 (Ti)을 포함하는 성분으로 이루어질 수 있다. In another embodiment, the titanium alloy is aluminum (Al), vanadium (V), iron (Fe), carbon (C), nitrogen (N), hydrogen (H), oxygen (O), and titanium It may be formed of a component comprising (Ti).

본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 티타늄 합금은 알루미늄 (Al) 6.0 내지 6.5중량% 예를 들어, 6.02중량%, 바나듐 (V) 4.0 내지 4.5중량% 예를 들어, 4.12중량%, 철 (Fe) 0.1 내지 0.5중량% 예를 들어, 0.202중량%, 탄소 (C) 0.005 내지 0.02중량% 예를 들어, 0.014중량%, 질소 (N) 0.01 내지 0.05중량% 예를 들어, 0.025중량%, 수소 (H) 0.0005 내지 0.002중량% 예를 들어, 0.001중량%, 산소 (O) 0.05 내지 0.5중량% 예를 들어, 0.15중량%, 및 나머지 성분으로 티타늄 (Ti)을 포함할 수 있다. In another embodiment, the titanium alloy is aluminum (Al) 6.0 to 6.5% by weight, for example, 6.02% by weight, and vanadium (V) 4.0 to 4.5%, e.g., 4.12 wt.%, Iron by weight ( Fe) 0.1 to contain 0.5% by weight for example, 0.202 wt.%, carbon (C) 0.005 to 0.02 wt%, for example, 0.014 wt.%, nitrogen (N) 0.01 to 0.05% by weight, for example, 0.025% by weight, and hydrogen (H) may comprise from 0.0005 to 0.002% by weight, e.g., 0.001 wt%, oxygen (O) 0.05 to 0.5% by weight for titanium (Ti) as example, 0.15% by weight, and the remaining components.

본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 인공관절 골두의 길이 치수변형율의 최대치는 5%일 수 있다. In a further embodiment, the maximum value of the length dimension deformation of the artificial joint head may be 5%.

본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 인공관절 골두의 산화물층은 ASTM G102-89에 따라 측정된 부식율이 5×10 -9 A/㎠ 내지 5×10 -8 A/㎠ 예를 들어, 10 -8 A/㎠일 수 있다. In a further embodiment, the oxide layer of the artificial joint head has a corrosion rate as measured according to ASTM G102-89 for 5 × 10 -9 A / ㎠ to 5 × 10 -8 A / ㎠ example, It may be 10 -8 A / ㎠.

본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 인공관절 골두의 산화물층은 ISO 20808에 따라 측정된 내마모율은 0.003 g/㎟ 내지 0.0055 g/㎟ 예를 들어, 0.0045 g/㎟일 수 있다. In a further embodiment, the oxide layer of the artificial joint head is within the wear rate measured according to ISO 20808 is for 0.003 g / ㎟ to 0.0055 g / ㎟ example, it may be 0.0045 g / ㎟.

본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 인공관절 골두의 산화물층은 ASTM F144 0 에 따라 측정된 파괴강도가 8,500kgf 내지 10,000kgf 예를 들어, 9,100kgf일 수 있다. In a further embodiment, the oxide layer of the artificial joint head has a breaking strength, measured according to ASTM F144 for 0 to 8,500kgf 10,000kgf example, it may be a 9,100kgf.

본 발명에 따라 제조된 인공관절 골두는 높은 내식성 및 내마모성을 지니며, 특히 열팽창계수의 차이로 인한 스트레스가 적어 표면의 산화물층의 부착력이 우수한 장점을 갖는다. The artificial joint head manufactured in accordance with the present invention less the genie said high corrosion resistance and wear resistance, in particular due to the difference in coefficient of thermal expansion stress has a superior advantage adhesion of the oxide layer on the surface. 또한, 본 발명에 따라 제조된 인공관절 골두는 비중이 낮고 경고가 우수한 티타늄을 주성분으로 하는 합금을 사용하여 제조됨으로써, 제조비용이 현저히 절감되고 제품의 무게를 획기적으로 줄일 수 있는 장점 또한 갖는다. In addition, the artificial joint head manufactured in accordance with the present invention has a low specific gravity whereby a warning is produced by using an alloy whose main component is excellent titanium, advantage of significantly reducing the production cost and greatly reducing the weight of the product also. 또한, 본 발명의 인공관절 골두의 제조방법은 간단한 플라즈마 전해 산화공정을 이용함으로써 산화물층의 형성에 소요되는 비용을 절감하고 재료별 특성 조절이 용이한 장점을 지니며, 전압, 전류, 전해질의 조건 만을 변경함으로써 간단히 원하는 물성을 지닌 인공관절 골두를 개발 및 생산할 수 있는 장점 또한 갖는다. In addition, the production method of an artificial joint head of the invention is a simple plasma electrolytic said By using the oxidation process reduces the cost of formation of the oxide layer, and Gini advantages which facilitate the characteristic adjustment by the material, voltage, current, and condition of the electrolyte Benefits that can easily develop and produce the artificial joint head having the desired physical properties by changing only have as well. 또한, 본 발명에 따라 제조된 인공관절 골두는 저농도의 염기성 전해질을 사용하며, 이는 인체에 무해한 것으로서 제조공정이 매우 친환경적이며, 우수한 생체적합성을 갖는 장점 또한 갖는다. In addition, the artificial joint head manufactured in accordance with the present invention uses a basic electrolyte with a low concentration, which is the manufacturing process is very environmentally friendly as harmless to humans, and has advantages of excellent biocompatibility as well.

도 1은 종래기술 1의 세라믹을 이용한 인공관절 제조방법을 나타내는 공정도이다. 1 is a process chart showing a manufacturing method using a ceramic artificial joint of the prior art 1.
도 2는 종래기술 2의 인공고관절장치가 시술된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 2 is a view schematically showing a hip device, a treatment status of the related art 2.
도 3은 본 발명의 플라즈마 전해 산화공정에 사용되는 수조 및 용액 순환장치를 나타내는 사진이다. Figure 3 is a photo electrolytic plasma of the present invention showing a water bath and a solution circulator used in the oxidation step.
도 4는 본 발명의 플라즈마 전해 산화과정을 예시적으로 나타내는 사진이다. Figure 4 is a photograph showing a plasma electrolytic oxidation process of the invention by way of example.
도 5는 본 발명의 제조방법에 적용되는 인가전압의 파형 (반파정류파를 이용하는 경우)을 나타내는 그래프이다. 5 is a graph showing the waveform of the applied voltage (in the case of using a half-wave rectified wave) is applied to the production process of the present invention.
도 6은 본 발명의 제조방법에 적용되는 인가전압의 파형 (전파정류파를 이용하는 경우)을 나타내는 그래프이다. Figure 6 is a graph showing the waveform of the applied voltage (in the case of using a full-wave rectification wave) is applied to the production process of the present invention.
도 7의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제조방법에 사용되는 인공관절 골두의 예시적인 형상을 나타내는 도면이다. (A) to (c) of Fig. 7 is a diagram illustrating an exemplary shape of the artificial joint head used in the manufacturing method of the present invention;
도 8의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제조방법에 사용되는 인공관절 골두의 예시적인 3차원 형상을 나타내는 그림이다. (A) and (b) of Figure 8 is an illustration of an exemplary three-dimensional shape of the artificial joint head used in the manufacturing method of the present invention;
도 9는 인공대퇴 골절의 개략적인 구조를 나타낸다. 9 shows a schematic structure of the femoral fracture.
도 10은 본 발명의 제조방법에 따른 플라즈마 전해 산화코팅 조건을 나타내는 그래프이다. 10 is a graph showing the plasma electrolytic oxide coating conditions according to the production method of the present invention.
도 11은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 플라즈마 전해 산화 전후의 외형치수 변화 유무 및 정도를 측정하는 사진이다. Figure 11 is a picture of measuring the change before and after the plasma electrolytic oxidation of the outer dimensions of the prosthesis head about the presence or absence, and produced according to the production method of the present invention.
도 12는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 산화물층의 부식성을 측정하는 한 가지 방법인 타펠 (Tafel) 외삽법의 원리를 나타내는 그래프이다. 12 is a graph showing a principle of one method of tapel (Tafel) extrapolation of measuring the corrosion resistance of the oxide layer of the artificial joint head produced according to the production method of the present invention.
도 13은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 산화물층의 부식성을 전기화학적으로 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. Figure 13 is a graph illustrating results of measuring the corrosion resistance of the oxide layer of the artificial joint head produced according to the production method of the present invention electrochemically.
도 14는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 산화물층의 부식성을 측정한 결과값에 대한 피팅그래프이다. 14 is a graph of the fitting results of measuring the corrosion resistance of the oxide layer of the artificial joint head produced according to the production method of the present invention.
도 15는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 플라즈마 전해 산화를 이용한 코팅 전과 후의 부식성을 비교한 그래프이다. Figure 15 is a comparison of the corrosion coating before and after using a plasma electrolytic oxidation of the artificial joint head produced according to the production method of the present invention graph.
도 16은 동전위 분극저항을 이용하여 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 부식성을 측정한 결과를 그래프 및 표로 나타낸 것이다. Figure 16 shows a graph and table the results of measuring the corrosion resistance of the artificial joint head produced according to the production method of the present invention using the potentiodynamic polarization resistance.
도 17은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 내마모성을 측정하기 위한 실험장비를 나타낸다. 17 shows an experimental equipment for measuring the abrasion resistance of the artificial joint head produced according to the production method of the present invention.
도 18 및 19는 각각 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 내마모성을 측정한 실험결과를 나타낸다. 18 and 19 shows an experimental result measuring the abrasion resistance of the artificial joint head produced according to each of the manufacturing method of the present invention;
도 20은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 파괴강도를 측정하는 시험방법을 개략적으로 설명하는 도면이다. Figure 20 is a schematic illustration of a test method for measuring the breaking strength of the artificial joint head produced according to the production method of the present invention.
도 21은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 파괴강도를 측정하기 위한 정적압축시험장비를 나타내는 사진이다. Figure 21 is a photograph showing a static compression test equipment for measuring the breaking strength of the artificial joint head produced according to the production method of the present invention.
도 22는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 파괴강도를 측정한 압축시험성적표이다. 22 is a compression test results of measuring the fracture strength of the artificial joint head produced according to the production method of the present invention.
도 23은 한국생산기술연구원에서 시행한 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 파괴강도를 측정한 시험성적서이다. FIG. 23 is a test report measuring the breaking strength of the artificial joint head prepared according to the method of the invention implemented in the Korea Institute of Industrial Technology.

본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하기 전에, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. Before describing the invention in more detail, the specification and are should not be the terms or words used in the claims are general and limited to the dictionary meanings, suitably the concept of terms to describe the invention in the best way that on the basis of the ability to define principle interpreted based on the meanings and concepts corresponding to technical aspects of the present invention. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예의 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Thus, the embodiment described herein is merely nothing but a preferred one embodiment of the invention, a not intended to limit the scope of the present invention, various equivalents and modifications can be made thereto according to the present application point it should be understood that they can be.

본 발명은 인공대퇴골두 등과 같은 인공관절 골두를 제조하는 방법 및 이를 이용하여 제조된 인공관절 골두에 관한 것이며, 본 발명에 따라 제조된 인공관절 골두는 우수한 내식성 및 내마모성을 갖는다. The invention relates to an artificial joint head manufactured by using this method and for manufacturing the artificial joint head, such as an artificial femoral head, the femoral head prosthesis made in accordance with the present invention has excellent corrosion resistance and wear resistance. 또한, 본 발명에 따라 제조된 인공관절 골두는 우수한 파괴강도를 갖는 장점을 갖는다. In addition, the artificial joint head made in accordance with the present invention has the advantage of having excellent fracture strength.

본 명세서에서 사용되는 용어 "골두 (bone head)"는 인공적으로 형성된 뼈의 말단부를 의미하는 것으로 해석되어야 하며, 상기 골두 부위에서 인공관절이 형성된다. The term "head (bone head)" as used herein shall be construed to mean the end of the artificial bone is formed in, the artificial joint is formed in the head portion.

본 발명에 따른 인공관절 골두의 제조방법은 기본적으로 플라즈마 전해 산화 (Plasma electrolytic oxidation, PEO)를 이용하여 전기 화학적인 방법으로 내식성 및 내마모성 등이 우수한 표면 처리층인 산화물층을 형성하는 점에 특징이 있다. Method of producing an artificial joint head according to the invention is characterized in that by default the plasma electrolytic form an oxide layer having excellent surface treatment layer such as oxidation by using the (Plasma electrolytic oxidation, PEO) an electrochemical method of corrosion-resistant and abrasion-resistant have.

본 발명에 따른 인공관절 골두의 제조방법은 구체적으로 티타늄 합금의 표면을 플라즈마 전해 산화시키는 단계를 포함한다. Method of producing an artificial joint head according to the invention specifically comprises plasma electrolytic oxidation of the surface of the titanium alloy.

플라즈마 전해 산화의 기본 원리를 예를 들어 설명하면 하기 화학식 1과 같다. Delivered to the plasma will be described the basic principles of the oxidation, for example, as formula (I).

[화학식 1] Formula 1

<양극 반응> <Anodisation>

2Al 3 + 3O 2 →Al 2 O 3 + 6e 2Al 3 + + 3O 2 - → Al 2 O 3 + 6e -

<음극 반응> <Cathode reaction>

2H 2 O→2O 2 +4H →H 2 (기체)↑ 2H 2 O → 2O 2 - + 4H + → H 2 ( gas) ↑

상기 화학식 1을 참고하면, 전해조에 양극전극과 음극전극을 담그고 전해조 내에 고전압을 인가하게 되면, 음극 쪽에서 물이 전기분해되어 산소 음이온과 수소 양이온을 형성하게 된다. Referring to the formula (1), when dipping the anode electrode and the cathode electrode in the electrolytic cell to a high voltage in the electrolytic cell, water is decomposed electric cathode side to form the oxygen anions and hydrogen cations. 한편, 이와 같이 물이 전기분해되어 형성된 산소 음이온은 전해조 내부의 전해액을 따라 양극으로 이동하게 되며, 양극을 형성하는 금속의 양이온과 결합하여 금속산화물을 형성하게 된다. On the other hand, this way the oxygen anion formed water is electrolyzed as the anode is moved along the inside of the electrolytic cell electrolyte, it will combine with the cation of a metal forming a cathode to form a metal oxide. 한편, 양극에서 금속산화물을 형성하는 과정에서 여분의 전자가 발생하게 되고, 이러한 전자는 전해조 외부에 전원 등과 연결된 도체를 따라 음극으로 이동한다. On the other hand, and to the extra electrons generated in the process of forming the metal oxide in the positive electrode, these electrons move to the cathode along a conductor connected to an external power source such as the electrolytic cell. 한편, 이와 같이 음극으로 이동한 여분의 전자는 물의 전기분해시 발생한 수소 양이온과 결합하여 수소기체를 발생시키게 된다. On the other hand, this extra electron to move to the negative electrode as is, thereby generating hydrogen gas in combination with hydrogen cations generated during electrolysis of water.

상기 플라즈마 전해과정을 통하여 음극을 형성하는 금속의 표면에 지속적으로 산화물 코팅층이 형성된다. The continuous oxide coating on the surface of a metal forming a cathode through the electrolytic process, the plasma is formed.

상기 플라즈마 전해는 기본적으로 아노다이징 또는 하드 아노다이징 기술과 원리가 유사하나, 전해질과 물로 구성된 전해액이 들어있는 전해조에 고전압을 인가함으로써 전해조에 담긴 금속의 부동태 표면에 플라즈마인 마이크로-아크(micro-arc)를 발생시키게 되며 이로 인하여 형성된 금속산화물 피막층은 아노다이징 기술에 의하여 형성된 피막층에 비하여 훨씬 높은 온도에서 산화반응이 진행되므로 강도가 매우 높다는 점에서 차이가 있다. An arc (micro-arc) - the plasma delivered by default, anodizing or hard-anodizing technique and principles is similar to the electrolyte and water in the passivated surface of the metal contained in the electrolytic bath by applying a high voltage to the electrolytic cell that contains the electrolyte composed of the plasma Micro thereby generated is this reason formed metal oxide film layer is different, so the oxidation reaction at a much higher temperature than the coating layer formed by the anodizing technique progress in that the intensity is very high.

한편, 상기 플라즈마 전해는 부동태 금속의 산화 피막 처리를 위하여 물을 포함하는 전해액 내에서 수행되기 때문에 상온부근에서 피막이 형성된다는 점에 특징이 있으며, 이로 인하여 플라즈마 용사 (spraying)방법과 유사하게 열팽창계수 (CTE)의 부정합에 의한 스트레스가 없어 피막과 금속간의 부착력이 매우 우수하다는 점에 특징이 있다. On the other hand, the plasma electrolysis is because performed in the electrolytic solution comprising water to the oxide film treatment of passive metals that is characterized in that the film is formed at about room temperature, because of this analogy to plasma spraying (spraying) method coefficient of thermal expansion ( is characterized in that the stress caused by the mismatch of the CTE) do not have the attractive force between the coating and the metal is very excellent. 또한 상기 플라즈마 전해는 기존의 아노다이징 처리기술에 비하여 훨씬 높은 전압에서 산화막이 형성되기 때문에 표면 산화피막의 경도와 내화학적 저항성이 뛰어난 장점을 갖는다. Also has the plasma electrolytic oxide film is formed is because at a much higher voltage than the conventional anodizing technology excellent in hardness and chemical resistance of the surface oxide film of advantages.

그러나, 상기 플라즈마 전해에 따른 산화반응은 상기 장점에도 불구하고, 금속의 종류, 적용대상, 요구성능 등에 따라 피막층 형성시의 최적의 조건 (인가전압 및 전류 조건, 코팅시간, 전해액의 농도 및 종류 등)을 확립해야하는 어려운 과제를 안고 있다. However, the oxidation reaction according to the plasma electrolytic Despite the advantage, the type of metal, covered, optimum conditions at the time of the coating layer formed according to the required performance (applied voltage and current conditions, the coating time, the concentration and type of electrolyte, etc. ) it faces the difficult task should establish.

특히, 인공대퇴 골두를 이용하는 것과 같은 인공관절은 생체 내의 유체 조건, 관절로 사용됨에 따른 높은 마모 횟수 및 시술의 부담 등으로 인하여 높은 내식성, 내마모성 및 내구성을 필요로 하며, 특히 이는 인간 등의 체내에 직접 삽입되어 생체 내의 생체물질과 직접적으로 장기간 접촉한다는 점에서 매우 높은 생체적합성이 요구된다. In particular, artificial joints, such as using an artificial femoral head will require high corrosion resistance, wear resistance and durability due to such a high abrasion number and load of the procedure according to the used as a fluid condition, the joint in the living body, in particular that in the body, such as human is directly inserted into a highly biocompatible, in that prolonged contact with the biological material directly in the living body are required.

따라서, 생체 분위기 내에서 내식성 및 내마모성을 지니며, 부식산화물로 인하여 생체물질과 유해한 반응을 일으키지 않는 피막형성 기술의 개발이 절실히 요구된다. Accordingly, the living body in said atmosphere Genie the corrosion resistance and wear resistance in, is the urgent need for development of a film forming technique that does not cause harmful reaction with a biological material due to erosion the oxide.

이에 따라, 본 발명자는 플라즈마 전해 산화를 이용하고, 이러한 플라즈마 전해 산화를 위하여 인가되는 전압의 크기, 전류량에 따른 변화, 펄스 폭, 바이폴라 전압의 유무와 상대적 크기, 지속시간 등 전기적 부분에서의 공정 변수를 최적화 시킴으로써 생체 내에서 내식성 및 내마모성이 매우 뛰어난 인공관절 골두의 제조방법을 개발하게 되었다. Accordingly, the inventors process parameters of the electrical part, such as plasma electrolytic using oxidation, such a plasma electrolytic voltage is applied to the oxide size, change according to the amount of current, pulse width, and presence or absence and the relative size, the duration of the bipolar voltage by optimizing the corrosion resistance and wear resistance were developed excellent method of manufacturing the artificial joint head in vivo.

한편, 종래 Biomet사는 비타민 E를 표면에 도핑한 초고분자량 폴리에틸렌을 개발하여 E1이라는 제품으로 판매하고 있으며, Zimmer사는 비타민 E를 파우더 상태에서 혼합한 초고분자량 폴리에틸렌을 개발하여 Vivacit-E라는 상품명으로 판매하고 있다 또한, 최근, 일본 동경대학교의 이시하라 (Ishihara) 교수 연구팀이 인공 엉덩이 관절 폴리에틸렌 부품에 유일하게 고분자 코팅을 적용하여 연구하였으며, 시험관 내 (in vitro) 평가에서 마모량이 감소 됨을 확인한 바 있고 이는 일본 Kyocera사에서 Aquala라는 상품명으로 판매 중이다. On the other hand, the conventional Biomet buy and sell the product of E1 to develop the ultra-high molecular weight polyethylene doped with vitamin E to the surface, Zimmer live and vitamin E developed an ultra-high molecular weight polyethylene mixed in a powder state, and sold under the trade name of Vivacit-E there is also, in recent years, were Ishihara (Ishihara), Professor researchers at Tokyo University have studied by only applying polymer coatings to artificial hip joints polyethylene components, and a bar confirming that the amount of wear is reduced in evaluating in vitro (in vitro), which the Japanese Kyocera in four it is sold under the trade name of Aquala. 또한, Endotec (KBB)사는 티타늄 (Ti) 합금 소재에 질소를 코팅하여 형성된 TiN 코팅층을 인공 대퇴골두에 적용하고 있으며, Smith & Nephew사는 산화지르코늄 (Oxidized zirconium) 코팅기술을 인공 대퇴골두에 적용하여 Oxinium이라는 상품명으로 판매하고 있다. In addition, the Endotec (KBB) live titanium (Ti) a TiN coating layer formed by coating a nitrogen in the alloy material has been applied to the artificial femoral head, Smith & Nephew live zirconium oxide (Oxidized zirconium) coatings applied to the artificial femoral head Oxinium a brand name that sells. 또한, 코렌텍사는 인공 대퇴스템에 그릿 블라스팅 (Grit blasting)을 적용한 후 MAO(Micro-Arc Oxidation) 표면처리 기술을 적용하여 마이크로 크기의 미세 공극이 형성된 산화막을 형성한 BENCOX 스템을 2006년부터 판매하고 있다. In addition, the nose rentek sell live femoral stem to grit blasting (Grit blasting) to apply after MAO (Micro-Arc Oxidation) Surface Treatment of BENCOX stem forming the oxide film formed the fine pores of the micro-size by applying from 2006 have. 또한, Zimmer사는 인체 해면골과 유사한 공극 형상을 구현 가능한 Trabecular Metal기술을 이용하여 인공 대퇴스템과 인공 비구컵에 적용하여 판매하고 있으며, 그 외에도 Biomet사와 Regenerex사 등의 인체 해면골과 유사한 공극형상 및 공극률을 재현하기 위한 표면처리 기술이 개발되고 있으며, 이를 적용한 제품 또한 지속적으로 출시되고 있다. Also, Zimmer living using Trabecular Metal technology can implement a similar pore geometry and human cancellous bone are sold by applying a femoral stem and an artificial acetabular cup, and in addition to reproduction of the pore shape and the porosity is similar to the human cancellous bone, such as Biomet Inc. Regenerex four and surface treatment techniques have been developed for, being released this product also it continues to apply.

그러나, 본 발명과 같이 티타늄 합금을 이용한 플라즈마 전해를 통한 산화물 피막층을 형성하여 인공관절 골두를 형성하는 기술은 전혀 개시되지 않은 상태이다. However, by forming an oxide film layer by a plasma electrolysis using the titanium alloy as in the present invention, a technique of forming an artificial joint head is not at all starting state.

본 발명에 따른 플라즈마 전해 산화를 위하여 티타늄 (Ti) 합금이 사용된다. The titanium (Ti) alloy is used for the plasma electrolytic oxidation according to the invention. 상기 티타늄 합금은 주성분으로 티타늄 (Ti) 이외에도 알루미늄 (Al) 및 바나듐 (V)을 포함한다. The titanium alloy is the main component in addition to titanium (Ti) include aluminum (Al), and vanadium (V). 또한, 상기 티타늄 합금은 상기 주성분 이외에도 철 (Fe), 탄소 (C), 질소 (N), 수소 (H), 및 산소 (O)를 포함하는 성분으로 이루어진다. Further, the titanium alloy is composed of a component containing iron (Fe), carbon (C), nitrogen (N), hydrogen (H), and oxygen (O) in addition to the main component.

본 발명의 일 구현 예에 있어서, 상기 티타늄 합금에 포함되는 성분의 함량은 예를 들어 다음과 같다. In one embodiment, the content of the component contained in the titanium alloy, for example, as follows.

즉, 상기 티타늄 합금은 알루미늄 (Al) 6.0 내지 6.5중량% 예를 들어, 6.02중량%, 바나듐 (V) 4.0 내지 4.5중량% 예를 들어, 4.12중량%, 철 (Fe) 0.1 내지 0.5중량% 예를 들어, 0.202중량%, 탄소 (C) 0.005 내지 0.02중량% 예를 들어, 0.014중량%, 질소 (N) 0.01 내지 0.05중량% 예를 들어, 0.025중량%, 수소 (H) 0.0005 내지 0.002중량% 예를 들어, 0.001중량%, 산소 (O) 0.05 내지 0.5중량% 예를 들어, 0.15중량%, 및 나머지 성분으로 티타늄 (Ti)을 포함할 수 있다. That is, the titanium alloy is aluminum (Al) 6.0 to 6.5% by weight, e.g., 6.02 wt%, vanadium (V) 4.0 to 4.5% by weight, for example, 4.12% by weight, iron (Fe) 0.1 to 0.5% by weight Example for example, 0.202% by weight, carbon (C) 0.005 to 0.02 wt%, for example, 0.014 wt.%, nitrogen (N) 0.01 to 0.05% by weight, for example, 0.025% by weight, hydrogen (H) 0.0005 to 0.002% by weight for example, a 0.001 wt%, oxygen (O) 0.05 to 0.5% by weight for example, it may include a titanium (Ti) to 0.15% by weight, and the remaining components.

도 3은 본 발명의 플라즈마 전해 산화공정에 사용되는 수조 및 용액 순환장치를 나타내는 사진이다. Figure 3 is a photo electrolytic plasma of the present invention showing a water bath and a solution circulator used in the oxidation step. 본 발명에 사용되는 플라즈마 전해 산화공정은 전해액을 이용하는 전기화학적 방법에 의하여 이루어지며, 이를 위하여 전해액을 수용하는 전해조, 음전극, 양전극, 및 인가 전원 등이 필요하다. Plasma electrolytic oxidation process used in the present invention are made by an electrochemical method using an electrolytic solution, there is a need for an electrolytic cell, the negative electrode, positive electrode, and applying the power source or the like for receiving an electrolyte solution for this purpose.

도 4는 본 발명의 플라즈마 전해 산화과정을 예시적으로 나타내는 사진이다. Figure 4 is a photograph showing a plasma electrolytic oxidation process of the invention by way of example. 도 4에서는 본 발명의 인공관절 골두는 도시되어 있지 않으며, 전극, 전해조, 전해액, 및 전압인가를 위한 장치 등이 도시되어 있다. Figure 4 there is shown does not have an artificial joint head of the present invention, the electrodes, the electrolytic cell, a device or the like for applying the electrolyte solution, and a voltage is shown.

도 5 및 6은 본 발명의 제조방법에 사용되는 플라즈마 전해 산화를 위하여 인가되는 전압의 파형을 나타내는 그래프이다. 5 and 6 is a graph showing the waveform of a voltage applied to the plasma electrolytic oxide used in the production method of the present invention.

본 발명에 따른 인공관절 골두의 제조에 사용되는 플라즈마 전해 산화를 위하여 인가되는 전압은 일정한 주기 즉, 1초당 약 50 내지 70회 예를 들어, 60회 (60Hz) 정도의 주기를 갖는 주기 전압을 인가하게 된다. Is the period with the plasma delivery cycle the voltage applied to the oxide is a constant That is, one period of about 50 to 70 times, for example, 60 times (60Hz) degree per second used for the manufacture of an artificial joint head voltage according to the invention It is.

도 5 및 6에 예시적으로 도시된 바와 같이, 상기 주기전압은 기본적으로 정현팡인 교류전압으로 구성되며, 상기 주기 전압의 한 주기는 사인파 또는 코사인파의 정현파 전압인가 구간, 전압인가 휴지기 구간, 및 정류파 전원인가 구간으로 구분된다. As illustratively shown in FIGS. 5 and 6, the periodic voltage is basically sinusoidal Fang of consists of an AC voltage, the period a period is a sinusoidal voltage applied period of the sine wave or cosine wave of voltage, voltage application pause interval, wave power is rectified and is divided into sections.

상기 정현파 전압인가 구간은 통상적으로 n·π (n은 정수)의 사이클을 갖는 정현파가 인가될 수 있다. Applying the sine wave voltage ranges may be applied to the sine wave having a cycle of typically · π n (n is an integer).

한편, 상기 정현파 전압인가 구간에 이어 전압인가 휴지구간이 존재하며, 상기 휴기구간에 이어 정류파 전원인가 구간이 존재한다. On the other hand, the voltage applied after applying the sine wave voltage section is present and the idle period, and the ear wave rectified power-section is present between the Hugh mechanism. 본 발명에서 사용되는 인가전압원 파형의 일부를 구성하는 정류파는 도 5에 도시된 바와 같이 반파정류파가 사용되거나, 도 6에 도시된 바와 같이 전파정류파가 사용될 수 있다. The present invention is a voltage source is half-wave rectified wave or used, as shown in FIG wave rectifier constituting a part of the waveform as used, may be a full-wave rectified wave to be used, as shown in FIG. 한편, 상기 반파정류파 또는 전파정류는 동일한 파형이 수회 연속하여 형성될 수 있으며, 상기 정류파의 위상구간은 2n·π+α와 (2n+1)·π+α 구간 사이 또는 (2n+1)·π+α와 2n·π+α 구간 사이 (n은 정수이며, α는 휴지기 구간의 위상구간 값)에 형성될 수 있다. On the other hand, the half-wave rectified wave or full-wave rectification is the same waveforms can be formed by several times in a row, the phase interval of the rectified wave is 2n · π + α and the (2n + 1) · π + α interval or between the (2n + 1) · π + α and 2n · π + α interval may be formed between the (n is an integer, α is a phase interval value for the pause interval).

한편, 상기 정현파 전압인가 구간의 전압의 진폭: 정류파 전압인가 구간의 전압의 진폭은 1: 0.40 내지 1: 0.5 예를 들어, 1: 0.45일 수 있다. On the other hand, the sine wave voltage amplitude of the applying voltage of the interval, the amplitude of the voltage of the rectified wave voltage application period is 1: 0.40 to 1: 0.5, for example, 1: 0.45 days.

본 발명의 일 구현 예에 있어서, 상기 플라즈마 전해 산화시키는 단계는 전해질을 포함하는 전해액에 350 내지 550V 예를 들어, 380V의 고전압을 인가하여 수행될 수 있다. In one embodiment, the step of the plasma electrolytic oxidation include, for example, 350 to 550V in an electrolytic solution containing an electrolyte, can be carried out by applying a high voltage of 380V.

상기 전해질은 저농도의 염기성 전해질일 수 있으며, 상기 염기성 전해질은 규산나트륨 (Na 2 SiO 3 ), 피로인산칼륨 (K 4 P 2 O 3 ) 및 수산화칼륨 (KOH) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. The electrolyte may be a low concentration of alkaline electrolyte, wherein the basic electrolyte is sodium silicate (Na 2 SiO 3), potassium pyrophosphate (K 4 P 2 O 3) and potassium hydroxide (KOH) or mixtures thereof It can be. 또한, 상기 전해액은 증류수, 0.02M의 피로인산칼륨 (K 4 P 2 O 3 ), 및 0.1M의 수산화칼륨 (KOH)을 포함할 수 있다. Further, the electrolytic solution may include deionized water, potassium phosphate (K 4 P 2 O 3) , and 0.1M potassium hydroxide (KOH) fatigue of 0.02M.

상기 플라즈마 전해 산화시키는 단계에서의 전해액은 600mA/㎠ 내지 700mA/㎠ 예를 들어, 668mA/㎠의 전류밀도를 가질 수 있으며, 상기 플라즈마 전해 산화시키는 단계에서 전해액에 흐르는 전류는 12.0 내지 16.0A 예를 들어, 14.5A일 수 있다. The plasma electrolytic solution in the step of electrolytic oxidation include, for 600mA / ㎠ to 700mA / ㎠ example, 668mA / it may have a current density of ㎠, and the current flowing through the electrolyte solution in the step of the plasma electrolytic oxide is 12.0 to 16.0A for example example, can be 14.5A.

본 발명의 일 구현 예에 따른 인공관절 골두는 인공 스템이 결합되는 결합공을 형성하며 티타늄 합금으로 이루어진 내층; An artificial joint head, according to one embodiment of the present invention are forming a coupling hole which is coupled an artificial system, and an inner layer made of a titanium alloy; 및 상기 내층의 표면에 형성되며 상기 티타늄 합금의 플라즈마 전해 산화물로 이루어진 산화물층;을 포함하며, 상기 티타늄 합금은 알루미늄 (Al), 바나듐 (V), 철 (Fe), 탄소 (C), 질소 (N), 수소 (H), 산소 (O), 및 티타늄 (Ti)을 포함하는 성분으로 이루어질 수 있고, 상기 티타늄 합금은 예를 들어, 알루미늄 (Al) 6.0 내지 6.5중량% 예를 들어, 6.02중량%, 바나듐 (V) 4.0 내지 4.5중량% 예를 들어, 4.12중량%, 철 (Fe) 0.1 내지 0.5중량% 예를 들어, 0.202중량%, 탄소 (C) 0.005 내지 0.02중량% 예를 들어, 0.014중량%, 질소 (N) 0.01 내지 0.05중량% 예를 들어, 0.025중량%, 수소 (H) 0.0005 내지 0.002중량% 예를 들어, 0.001중량%, 산소 (O) 0.05 내지 0.5중량% 예를 들어, 0.15중량%, 및 나머지 성분으로 티타늄 (Ti)을 포함할 수 있다. And it is formed on a surface of the inner oxide layer made of an oxide electrolyte plasma of the titanium alloy; wherein a, the titanium alloy is aluminum (Al), vanadium (V), iron (Fe), carbon (C), nitrogen ( N), hydrogen (H), oxygen (O), and titanium (be made of a component comprising a Ti), and the titanium alloy, for example, aluminum (Al) 6.0 to 6.5% by weight, e.g., 6.02 wt. %, vanadium (V) 4.0 to 4.5% by weight, for example, 4.12% by weight, iron (Fe) 0.1 to 0.5% by weight, for example, 0.202 wt.%, carbon (C) 0.005 to 0.02 wt%, for example, 0.014 wt.%, nitrogen (N), for 0.01 to 0.05% by weight, for example, 0.025% by weight, hydrogen (H) 0.0005 to 0.002% by weight, e.g., 0.001 wt%, oxygen (O) from 0.05 to 0.5% by weight for example, to 0.15% by weight, and the other components may include a titanium (Ti).

도 7 및 8은 본 발명의 인공관절 골두의 예시적인 형상을 나타낸다. 7 and 8 show an exemplary shape of the artificial joint head of the present invention. 본 발명의 인공관절 골두 예시적인 형태는 인공스템 등이 삽입결합되는 결합공을 구비하며, 이러한 결합공은 상기 골두의 내층에 의하여 형성된다. An artificial joint head exemplary form of the present invention is provided with a fitting hole is inserted into the coupling and artificial systems, such a coupling hole is formed by the inner layer of the ball head. 상기 내층은 티타늄 합금으로이루어진 층이며, 상기 내층의 표면에 플라즈마 전해 산화를 통하여 내식성 및 내마모성 등이 우수한 산화물 피막층이 형성되어 있다. The inner layer is a layer made of a titanium alloy, an oxide film layer having excellent corrosion resistance and abrasion resistance is formed by the plasma electrolytic oxidation to the surface of the inner layer. 도 7의 (a)는 상기 예시적인 골두의 결합공 방향으로 비스듬히 바라본 사시도이고, (b)는 결합공이 정면으로 보이도록 바라본 그림이며, (c)는 골두의 단면도이다. Figure 7 (a) is a perspective view, seen at an angle to the direction of the coupling hole of the illustrative head, (b) is an illustration as viewed from the front so as to show the ball bond, (c) is a cross-sectional view of the head. 상기 단면도 (c)를 참고하면, 예를 들어 상기 골두의 결합공 말단은 결합공에 끼움 결합되는 인공스템 등의 말단부와 대칭되는 형상으로 구성될 수 있다. Referring to the cross-sectional view (c), for example, the coupling hole end of the head may be of a distal end and a symmetrical shape, such as an artificial stem which is fitted to the fitting hole.

한편, 도 8의 (a) 및 (b)는 이러한 예시적인 형상의 인공관절 골두를 3차원 그래픽으로 표현한 그림이며, 도 9는 이러한 인공관절 골두가 인공관절에서 사용되는 상태를 예시적으로 나타내는 그림이다. On the other hand, (a) and (b) of Figure 8 is an illustration of the image of the artificial joint head in this example shaped as a three-dimensional graphics, 9 is a diagram illustrating a state in which such an artificial joint head which is used in artificial joints by way of example to be.

도 9를 참고하면, 인공 대퇴골두 (②)에 형성된 결합공 내부로 인공대퇴스템 (①) 등의 일 말단이 삽입결합되며, 상기 스템의 타 말단은 생체 대퇴골의 말단에 삽입고정될 수 있다. Referring to FIG. 9, is coupled in the coupling hole inside formed in the artificial femoral head (②) femoral stem (①) yi one terminal, such as the insertion, the other end of the stem may be secured into the in vivo femur end. 한편, 도 8 등에 도시된 바와 같이 상기 골두는 구형으로 형성될 수 있으며, 이에 따라 이러한 구형상의 골두는 인공 비구라이너 (③)가 내부에 구비되며, 내부공간은 상기 골두의 구형상에 대응되도록 형성된 인공비구컵 (④)에 끼움결합으로 삽입되어 회동됨으로써 관절운동이 가능하게 된다. On the other hand, with the head as shown or the like 8 can be formed in a spherical shape, whereby the ball head on this sphere is provided inside the artificial acetabular liner (③), the internal space is formed so as to correspond to the spherical shape of the femoral head by being inserted into the fitting rotated in the artificial acetabular cup (④) is made possible range of motion.

도 10은 본 발명의 플라즈마 전해 산화를 통한 코팅처리조건을 나타내는 그래프이다. 10 is a graph showing the coating conditions by the plasma electrolytic oxidation of the present invention.

상기 코팅처리 전에 티타늄 합금으로 이루어진 골두 시편을 알코올에 약 10분 정도 침지하여 멸균처리하고 이릉 증류수로 세척한 후 건조기 등을 이용하여 약 30분 이상 건조하는 것이 바람직하다. To a head made of a titanium alloy specimen before the coating it was immersed for about 10 minutes in the alcohol sterilization by, washed with distilled water Li Ling using a dryer to dry at about 30 minutes is preferred. 이와 같이 준비된 시편을 이용하여 플라즈마 전해 산화를 수행한다. Thus, by using the prepared specimen performs a plasma electrolytic oxidation.

상기 시편은 전기화학적 부식시험 측정방법상 플레이트 타입의 시편을 제작하였다. The sample was prepared for electrochemical corrosion test method for measuring the plate-type specimen.

도 10을 참고하면, 상기 플라즈마 전해 산화조건은 전해질로 증류수, 0.02M의 피로인산칼륨 (K 4 P 2 O 3 ) 및 0.1M의 수산화칼륨 (KOH)을 이용하는 것이 가능하며, 최적의 내부식성을 얻기 위하여 상기 플라즈마 전해 산화시키는 단계에서의 전해액은 600mA/㎠ 내지 700mA/㎠ 예를 들어, 668mA/㎠의 전류밀도를 가질 수 있다. Referring to Figure 10, the plasma electrolytic oxidation conditions and possible to use distilled water as the electrolyte, in 0.02M potassium pyrophosphate (K 4 P 2 O 3) and a 0.1M potassium hydroxide (KOH), the best resistance to corrosion electrolyte in the step of the plasma electrolytic oxidation to obtain include, for 600mA / ㎠ to 700mA / ㎠ example, it may have a current density of 668mA / ㎠. 또한, 인가 전류는 14.5A이고, 인가전압은 380V이다. Also, the applied current is 14.5A, and the applied voltage is 380V.

도 11은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 플라즈마 전해 산화 전후의 외형치수 변화 유무 및 정도를 측정하는 사진이다. Figure 11 is a picture of measuring the change before and after the plasma electrolytic oxidation of the outer dimensions of the prosthesis head about the presence or absence, and produced according to the production method of the present invention.

도 11을 참고하면, 상기 플라즈마 전해 산화를 통한 코팅 후 약 0.01㎜의 치수 차이가 발생하는 것을 확인할 수 있다. Referring to Figure 11, after the coating by the plasma electrolytic oxidation can be confirmed that the dimensional difference of about 0.01㎜ occurs.

도 12는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 산화물층의 부식성을 측정하는 한 가지 방법인 타펠 (Tafel) 외삽법의 원리를 나타내는 그래프이다. 12 is a graph showing a principle of one method of tapel (Tafel) extrapolation of measuring the corrosion resistance of the oxide layer of the artificial joint head produced according to the production method of the present invention. 동전위 분극저항 측정법은 전기화학적 부식측정 방법 중 가장 널리 사용되는 방법이며, 분극저항을 통한 부식속도를 mmpy 또는 mpy로 산출한다 (ASTM규격). Potentiodynamic polarization resistance measurement method is a method most commonly used in electrochemical corrosion measurement method to calculate the erosion rate through the polarization resistance in mmpy or mpy (ASTM standard). 이는 무게 감소법에 비하여 매우 빠른 측정방법이며 (10분 이내), 우수한 상관법을 통해 부식속도를 측정할 수 있게 된다. It is possible to measure the corrosion rate in a very quick way to measure is (within 10 minutes), excellent correlation method than the weight loss process. 도 12는 전기화학적 방법을 이용한 부식테스트방법인 타펠외삽법 (측정데이터의 선형 보간법)을 나타내는 그래프이며, 측정결과는 컴퓨터 프로그램을 이용하여 자동으로 계산된다. 12 is a graph showing the electrochemical method of the corrosion test method tapel extrapolation (linear interpolation of the measurement data) using the measurement results are calculated automatically using a computer program.

도 13은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 산화물층의 부식성을 전기화학적으로 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. Figure 13 is a graph illustrating results of measuring the corrosion resistance of the oxide layer of the artificial joint head produced according to the production method of the present invention electrochemically. 도 13을 참고하면, 전기화학부식 시험결과 I corr 값이 10 -8 대로 나옴을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 13, it can determine the electrochemical corrosion test results and fumes, as I corr value is 10-8.

도 14는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 산화물층의 부식성을 측정한 결과값에 대한 피팅그래프이다. 14 is a graph of the fitting results of measuring the corrosion resistance of the oxide layer of the artificial joint head produced according to the production method of the present invention.

도 15는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 플라즈마 전해 산화를 이용한 코팅 전과 후의 부식성을 비교한 그래프이다 (PEO처리한 티타늄과 이를 처리하지 않은 티타늄의 전기화학 부식시험 결과). Figure 15 is a graph comparing the corrosion resistance before and after coating using plasma electrolytic oxidation of the artificial joint head produced according to the production method of the invention (results electrochemical corrosion test of PEO-treated titanium and titanium that are to process it).

도 15를 참고하면, I값과 E값을 비교하였을 때, PEO처리한 티타늄의 내부식성이 훨씬 우수한 것을 확인할 수 있다. Referring to Figure 15, when compared to the I value and the E value, the corrosion resistance of the titanium treatment PEO can be seen that far superior.

도 16은 동전위 분극저항 측정을 이용하여 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 부식성을 측정한 결과를 그래프 및 표로 나타낸 것이다. Figure 16 shows a graph and table the results of measuring the corrosion resistance of the artificial joint head produced according to the production method of the present invention using the potentiodynamic polarization resistance measurements. 도 16에서 mmPY는 부식속도를 나타내며, mmPY값이 클수록 부식이 빠름을 나타낸다. In Figure 16 mmPY indicates the corrosion rate, the higher the value indicates a mmPY corrosion is fast. 도 16에 나타난 데이터를 참고하면, PEO코팅한 샘플이 부식속도 면에서 훨씬 낮은 수치를 보이고 있음을 확인할 수 있다. Referring to the data shown in Figure 16, PEO coating it can be seen that a sample showing the much lower in terms of corrosion rate.

도 17은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 내마모성을 측정하기 위한 실험장비를 나타낸다. 17 shows an experimental equipment for measuring the abrasion resistance of the artificial joint head produced according to the production method of the present invention. 시험방법은 Wear tester (R&B)를 이용하였으며, 시험규격은 ISO 20808 (Ball on disk)을 따랐다. The test method was used to Wear tester (R & B), the test specification followed the ISO 20808 (Ball on disk). 하중은 10 N (하중비 10:1)이고, 상온에서 시행하였다. Load was 10 N (load ratio of 10: 1), was performed at room temperature. 스피드는 80rpm이며, 이동거리는 60.288m이다. The speed was 80rpm, a moving distance of 60.288m.

시편 하단에 홈을 맞추어 시험기에 장착후 1.5kg 추를 이용하여 하중을 가한 후 속도 및 시간에 맞추어 시험하였다. After aligning the grooves in the bottom sample was added to a load using a 1.5kg weight and then attached to the testing machine was tested in accordance with the speed and time. 마모시험 후 무게 감소율, 시험하중, 마찰계수, 높이변화 등을 비교하였다. After the abrasion test was compared to the weight decreasing rate, a test load, friction coefficient, the height changes and the like.

도 18 및 19는 각각 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 내마모성을 측정한 실험결과를 나타낸다. 18 and 19 shows an experimental result measuring the abrasion resistance of the artificial joint head produced according to each of the manufacturing method of the present invention;

마모면적당 감소무게가 적을수록 내마모성이 우수하며, 도 19를 참고하면 원소재는 목표치 (0.0045g/㎟ 이하)에 미달하였으나, PEO코팅 시편은 목표치를 달성하였음을 확인할 수 있다 (원소재 (0.005g/㎟) > 목표치 0.0045g/㎟ > PEO코팅시편 (0.002g/㎟)) (마모면적당 감소무게 (g/㎟). If the wear coating weight decreases the less and wear resistance is excellent, refer to FIG. 19, but the raw material is less than the target value (0.0045g / ㎟ below), PEO-coated specimen can be confirmed that it has achieved the target (material source (0.005g / ㎟)> target 0.0045g / ㎟> PEO coated specimen (0.002g / ㎟)) (wear area decreased weight (g / ㎟).

도 20은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 파괴강도를 측정하는 시험방법을 개략적으로 설명하는 도면이다. Figure 20 is a schematic illustration of a test method for measuring the breaking strength of the artificial joint head produced according to the production method of the present invention. 도 20의 위에는 정적압축시험 (alignment tolerance) 방법이 나타나 있으며, 아래에는 정적압축 시험장치가 도시되어 있다. Method appears static compression test (alignment tolerance) on top of Figure 20, and there is shown a static compression testing machine under.

상기 도 20을 참고하면, 1) 대퇴골두를 그림과 같이 하중장치인 원추모양의 구멍이 있는 조립체(cornical loading bore)에 장착하고, 2) 0.5±0.1kN/s의 하중비율로 압축힘을 가한다. Referring to FIG. 20, 1) mounted on the femoral head assembly (cornical loading bore) with a hole of the cone-shaped loading device as shown in the figure, and 2) a compressive force to the load rate of 0.5 ± 0.1kN / s do. 이것이 불가능한 경우 0.04±0.01mm/s의 속도비율로 힘을 가하고 시간별 힘과 시간별 이동거리를 측정한다. If this can not be added to the force at the speed ratio of 0.04 ± 0.01mm / s to measure the force over time and the distance traveled over time. 다음으로 3) 다음 중 하나가 일어날 때까지 힘을 증가시킨다. Then followed by 3) increase the force until one of the following to happen.

㉠ 기록된 하중 분석표의 불연속성 또는 정점 ㉠ discontinuities or peaks in the recorded load profiles

㉡ 두부의 균열 또는 파괴의 발생 ㉡ occurrence of cracks or fracture of the head

㉢ 경부의 파괴 또는 영구적 변형 Destruction or permanent deformation of the neck ㉢

㉣ 요구된 최대 힘이 적용됨 ㉣ apply the required maximum force

그 다음, 4) 각 유형별 최소 5개의 시료를 시험한다. Then, 4) by each type of test for at least five samples.

도 21은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 파괴강도를 측정하기 위한 정적압축시험장비를 나타내는 사진이며, 도 21을 참고하면, 우선 1) "인공관절의 물리 기계적 시험방법 가이드라인"에 맞추어 지그를 제작하고, 2) 인공관절 대퇴골두를 80μF에서 45분 동안 PEO코팅하였다. When Figure 21 is a photograph showing a static compression test equipment for measuring the breaking strength of the artificial joint head produced according to the production method of the present invention, referring to FIG 21, first, 1) "physical mechanical test method guidelines of the artificial joint "production of a jig, and 2) to PEO coated for 45 min the artificial joint according to the femoral head from 80μF. 그 후, 3) 2.4㎜/분의 속도비율로 0 내지 10톤의 하중을 가하였고, 4) 10톤의 하중이 가해졌을 때 장비를 멈추고 인공관절 대퇴골두의 파손여부를 확인하였다. Then, 3) were a load of 2.4㎜ / minute from 0 to 10 tons at a speed ratio, 4) to stop the equipment when this is applied a load of 10 ton was found to damage of the femoral head prosthesis.

도 22는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 파괴강도를 측정한 압축시험성적표이다. 22 is a compression test results of measuring the fracture strength of the artificial joint head produced according to the production method of the present invention.

도 22를 참고하면, 5개 시료의 압축시험결과, 모두 목표치인 9,100kgf 이상의 하중에도 파괴되지 않음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 22, it can be seen the five compression test result of the sample, is not destroyed even though all load exceeding a target of 9,100kgf.

도 23은 한국생산기술연구원에서 시행한 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 인공관절 골두의 파괴강도를 측정한 시험성적서이다. FIG. 23 is a test report measuring the breaking strength of the artificial joint head prepared according to the method of the invention implemented in the Korea Institute of Industrial Technology.

본 발명에 따른 인공관절 골두의 길이 치수변형율의 최대치는 5% (즉,±5% 범위 내)일 수 있다. The maximum value of the length dimension deformation of the artificial joint head according to the present invention may be a 5% (i.e., ± 5% range).

본 발명의 일 구현 예에 있어서, 상기 인공관절 골두의 산화물층은 ASTM G102-89에 따라 측정된 부식율이 5×10 -9 A/㎠ 내지 5×10 -8 A/㎠ 예를 들어, 10 -8 A/㎠일 수 있다. In one embodiment, the oxide layer of the artificial joint head has a corrosion rate as measured according to ASTM G102-89 for 5 × 10 -9 A / ㎠ to 5 × 10 -8 A / ㎠ example, 10 -8 A / ㎠ can be.

본 발명의 일 구현 예에 있어서, 상기 인공관절 골두의 산화물층은 ISO 20808에 따라 측정된 내마모율은 0.003 g/㎟ 내지 0.0055 g/㎟ 예를 들어, 0.0045 g/㎟일 수 있다. In one embodiment, the oxide layer of the artificial joint head is within the wear rate measured according to ISO 20808 is for 0.003 g / ㎟ to 0.0055 g / ㎟ example, it may be 0.0045 g / ㎟.

본 발명의 일 구현 예에 있어서, 상기 인공관절 골두의 산화물층은 ASTM F144 0 에 따라 측정된 파괴강도가 8,500kgf 내지 10,000kgf 예를 들어, 9,100kgf일 수 있다. In one embodiment, the oxide layer of the artificial joint head has a breaking strength, measured according to ASTM F144 for 0 to 8,500kgf 10,000kgf example, it may be a 9,100kgf.

Claims (20)

  1. 티타늄 합금의 표면을 플라즈마 전해 산화시키는 단계를 포함하며, Comprising the step of plasma electrolytic oxidation of the surface of a titanium alloy,
    상기 플라즈마 전해 산화시키는 단계는 전해질을 포함하는 전해액에 350 내지 550V의 전압을 인가하여 수행되고, Step of the plasma electrolytic oxidation is carried out by applying a voltage of 350 to 550V in the electrolytic solution containing electrolyte,
    상기 전압은 주기적으로 인가되고, 순차적으로 정현파 전압 인가기, 전압인가 휴지기 및 정류파 전압 인가기로 이루어지며, The voltage is periodically applied to, is made applying the sine wave voltage in sequence group, and a voltage applying discontinuous wave rectified voltage application group,
    상기 산화에 의하여 산화 피막이 형성되며, 상기 산화 피막은 상기 티타늄 합금과 상기 산화 피막 간의 열팽창계수 (CTE)차이에 의한 부정합 및 부착력 저하를 방지하기 위하여 상온에서 형성되는 인공관절 골두의 제조방법. An oxide film formed by the oxidation, the oxide film A method of manufacturing a prosthesis head formed at room temperature in order to avoid mismatching and adhesion decreases due to the thermal expansion coefficient (CTE) difference between the titanium alloy and the oxide film.
  2. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 티타늄 합금은 알루미늄 (Al), 바나듐 (V), 철 (Fe), 탄소 (C), 질소 (N), 수소 (H), 산소 (O), 및 티타늄 (Ti)을 포함하는 성분으로 이루어진 인공관절 골두의 제조방법. The titanium alloy is composed of components containing aluminum (Al), vanadium (V), iron (Fe), carbon (C), nitrogen (N), hydrogen (H), oxygen (O), and titanium (Ti) the method of artificial joint head.
  3. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 티타늄 합금은 알루미늄 (Al) 6.0 내지 6.5중량%, 바나듐 (V) 4.0 내지 4.5중량%, 철 (Fe) 0.1 내지 0.5중량%, 탄소 (C) 0.005 내지 0.02중량%, 질소 (N) 0.01 내지 0.05중량%, 수소 (H) 0.0005 내지 0.002중량%, 산소 (O) 0.05 내지 0.5중량%, 및 나머지 성분으로 티타늄 (Ti)을 포함하는 인공관절 골두의 제조방법. Wherein the titanium alloy is aluminum (Al) 6.0 to 6.5 wt%, vanadium (V) 4.0 to 4.5% by weight, iron (Fe) 0.1 to 0.5% by weight, carbon (C) 0.005 to 0.02 wt.%, Nitrogen (N) 0.01 to 0.05% by weight, hydrogen (H) 0.0005 to 0.002 wt%, oxygen (O) from 0.05 to 0.5 the method of artificial joint head including a titanium (Ti) by weight percent, and other components.
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  6. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    인가 주기는 1초당 50 내지 70회인 인공관절 골두의 제조방법. Application period is one method of producing a 50 to 70 hoein artificial joint head per second.
  7. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 정류파는 반파 정류파 또는 전파 정류파이고, 상기 정현파 전압의 진폭: 정류파 전압의 진폭은 1: 0.40 내지 1: 0.50인 인공관절 골두의 제조방법. The rectification and half-wave rectified wave or full-wave rectification wave wave, the amplitude of the sine wave voltage amplitude of the rectified wave voltage is 1: 0.40 to 1: 0.50 The method for producing a prosthesis head.
  8. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 정현파는 사인파인 인공관절 골두의 제조방법. The method of the sine wave is a sine wave of the artificial joint head.
  9. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 전해질은 염기성 전해질인 인공관절 골두의 제조방법. The electrolytic production method of a basic electrolyte of an artificial joint head.
  10. 청구항 9에 있어서, The method according to claim 9,
    상기 염기성 전해질은 규산나트륨 (Na 2 SiO 3 ), 피로인산칼륨 (K 4 P 2 O 3 ), 및 수산화칼륨 (KOH) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 인공관절 골두의 제조방법. The alkaline electrolyte is sodium silicate (Na 2 SiO 3), potassium pyrophosphate (K 4 P 2 O 3) , and a method of manufacturing an artificial joint head is selected from potassium hydroxide (KOH) or mixtures thereof.
  11. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 전해액은 증류수, 0.02M의 피로인산칼륨 (K 4 P 2 O 3 ), 및 0.1M의 수산화칼륨 (KOH)을 포함하는 인공관절 골두의 제조방법. The electrolytic solution is distilled water, potassium pyrophosphate of 0.02M (K 4 P 2 O 3 ), and a method of manufacturing an artificial joint head, including potassium hydroxide (KOH) of 0.1M.
  12. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 플라즈마 전해 산화시키는 단계에서의 전해액은 600mA/㎠ 내지 700mA/㎠의 전류밀도를 갖는 인공관절 골두의 제조방법. The plasma electrolytic solution in the step of electrolytic oxidation method for producing an artificial joint head having a current density of 600mA / ㎠ to 700mA / ㎠.
  13. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 플라즈마 전해 산화시키는 단계에서 전해액에 흐르는 전류는 12.0 내지 16.0A인 인공관절 골두의 제조방법. The plasma electrolytic current flowing the electrolytic solution in the step of oxidation is 12.0 to 16.0A method of producing a prosthesis head.
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