WO1996009330A1 - Piece moulee en polyethylene a poids moleculaire ultra eleve utile pour les articulations artificielles et son procede de fabrication - Google Patents

Description

明 糸田 » 人工関節用超高分子量 ポ リ ェ チ レ ン

成形物お よ び そ の 製造法 技術分野

⁵ 本発明 は、 分子配向 ま た は結晶配向 を有す る 人工関節 用 に好適 な 超高分子量 ポ リ ェ チ レ ン成形物お よ び そ の製 造法 に 関す る 。 背景技術

人工関節が開発 さ れ関節疾患 に悩む患者 に 臨床応用 さ

10 れてか ら 3 0 年以上の 歳月 が経過 し た。 そ の あ い だ、 寝 た き り の 慢性関節 リ ユ ウ マ チ患者が再 び歩 け る こ と に よ り 社会復帰す る こ と がで き 、 社会福祉上で人工関節の与 え た恩恵 は き わ め て大 き い。 し か し 、 一方で人工関節手 術の 合併症、 と く に 人工関節の "ゆ る み " の 高 い 発生率 や人工関節周 囲の骨破壌 に と も な う 再手術の必要性 な ど の深刻 な 問題が生 じ て い る 。

人工関節 に は人工股関節、 人工膝関節 お よ び人工肘関 節 、 人工指 関 節 、 人工 肩 関 節 な ど が あ る 。 こ れ ら の 内 で、 人工股関節や人工膝関節 に は体重の 数倍 も の 重力がo 付加 さ れ る た め 、 高 い 力学的強度が要求 さ れ る 。 そ の た め 、 現在の 人工関節材料 は、 金属製や セ ラ ミ ッ ク 製の硬 質材料お よ び超高分子量 ポ リ エ チ レ ン （ U H M W P E ) の軟質 ソ ケ ッ ト か ら 構成 さ れて い る 。 こ の ソ ケ ッ ト を構 成す る U H M W P E は ポ リ テ ト ラ フ ル ォ ロ エ チ レ ン お よ5 び ポ リ カ ー ボ ネ ー ト な どの よ う な 高分子材料 と 比べ て耐 摩耗性 に は優れて い る も の の 、 生体の 関節钦骨が本来有 し て い る 低摩耗性、 衝撃荷重 に対す る 応力緩和 な ど の特 性 に お い て劣 り 、 ま た、 U H M W P E 製 ソ ケ ッ ト の摩耗 粉 に対 し て マ ク ロ フ ァ ー ジ が增生 し 、 そ れ に よ り 発生す る 不良肉芽組織が骨吸収を起 こ す と い っ た異物反応 も 深 刻 な 問題 と な っ て い る 。

人ェ関節が開発 さ れ た あ と 、 硬質材料 に つ い て は、 た と え ばセ メ ン 卜 レ ス人工関節 な どの よ う に 、 材質ゃ デザ ィ ン な どが改良 さ れ た も の も あ る が、 钦質 ソ ケ ッ ト 部分 に つ い て は U H M W P E が採用 さ れ た と い う ほ か は約 3

0 年刖 か り あ ま り 進歩が な い o そ し て、 そ の 人ェ関節が 長期間使用 さ れ続 け る と 、 金属 な ど の硬質材料 と ソ ケ ッ ト の U H M W P E と の 摩擦 に よ り ポ リ エ チ レ ン の摩耗粉 が無数 に生 じ て く る 。 そ の摩耗粉が惹起す る 異物肉芽組 織 に よ る 骨破壊を考慮 に 入れ る と 、 耐摩耗性の さ ら な る 向上 は不可欠で あ る C) そ の U H M W P E の 摩耗を減 じ る βίみ と し て は、 硬質材料の運択 と U H M W P E の 改良が 考え ら れ る o U H M W P E の 改良の た め に 、 超高線量の

7 線照射が試み ら れ た が 、 摩耗係数 は上昇 し 、 摩耗量 も 滅少 し な い こ と が明 ら か と な つ た。 ま た、 U H M W P E の 分子量を さ ら に i¼i め る な どの 改良が な さ れて現在の U

H M W P E は重量平均分子量が約 5 0 0 万〜 8 0 0 万 に も 高 め ら れて き た が、 そ れ以上の超高分子量の も の の製 造 は 困難で あ り 、 ま た、 た と え 1 0 0 0 万の 重量平均分 子量の も の が合成で き た と し て も 力学的性質の飛躍的 な 向上 は望み薄で あ る の よ う に 、 U H M W P E の化学 的改質法 に よ る 力学的性質の 向上 は 限界 に達 し て い る も の と 考え ら れ、 よ り 耐摩耗性で低摩擦の U H M W P E 成 形物を う る こ と は難 し い と 考え ら れ る 。

1 9 3 0 年代 に デ ュ ポ ン 社の カ ロ ー ザ ス が世界で は じ め て 合成繊維で あ る ナ イ ロ ン を 開発 し 、 工業的 に 大 き く 貢献 し た の は 周知の 事実で あ る 。 こ の 合成餓維の 力学的 物性を高め る 手段 と し て は、 繊維軸方 向 への一軸延伸法 が工業的 に実施 さ れて い る 。 ま た、 フ ィ ル ム や シ ー ト の 強度の 向上の た め に は二軸延伸法や圧延法が工業的 に実 施 さ れて い る 。 こ れ ら の 方法 は、 分子 ま た は結晶 に一軸 配向 ま た は二軸配向 を も たせ る こ と に よ っ て力学的性質 を顕著 に 増大 さ せ る 方法で あ る 。

こ の よ う に 、 力学的性質を 向上 さ せ る た め に は構造中 の 分子 ま た は 結 晶 に 配 向 を も た せ る こ と が 考 え ら れ る が、 ブ ロ ッ ク 状の大 き な成形物中 の分子 ま た は結晶 に 配 向 を も た せ る の は、 現在の技術で は到底不可能で あ り 、 そ の方法 は 容易 に は 考え ら れ な い。

そ こ で本発明者 ら は、 化学的 な 改質法で は な く 、 物理 的 な 改質法 に よ つ て最終成形物 に 分子配向 ま た は結晶配 向 を導入す る こ と に よ り 、 低摩擦の 成形物を う る こ と 、 お よ び耐摩耗性の 改良 を試み た。

日 本国 内 は も と よ り 国外です ら こ の よ う な 試み は全 く さ れて お ら ず、 人工関節 ポ リ エ チ レ ン 成形物中 に分子配 向 ま た は結晶配向 を付与す る ア イ デ ア は ま さ に 独創性が あ り 、 本発明が実施 さ れれば世界中 の 人工関節 に適用 さ れ る こ と が確実 と な る 。 ま た 、 過去 3 0 年間問題 と な つ て き た欠点が改良 さ れ る 革命的 な 技術改革 と な る で あ ろ ラ o 発明 の 開示 本発明 は、 分子配向 ま た は結晶配问 を有す る 人ェ関節 用超高分子量 ポ リ ェ チ レ ン （ U H M W P E ) 成形物お よ び該 U H M W P E 成形物か ら な る 人工関節 に 関す る o こ の 分子配向 ま た は結晶配向 を有す る U H M W P E 成 形物 は、 原料 U H M W P E 成形物 に 低線量の 高工 ネ ルギ 一線を照射 し て高分子鎖中 に ご く 微量の架橋点を導入 し て軽度 に架橋 さ せ、 つ い で該架橋 U H M W P E 成形物を 圧縮変形可能な 温度 に加熱 し た の ち 圧縮変形 し 、 そ の 変 形状態を保 っ た ま ま 冷却す る こ と に よ り え ら れ る

本発明 の 分子配向 ま た は結晶配向 を有す る U H M W P

E 成形物 (以下、 「配向 U H M W P E 成形物」 と い う ） は低摩擦で 力、つ 摩耗性が格段 に 向上 し た も の で あ り 、 配 向 U H M W P E 成形物か ら な る 人工関節 は ス ム ー ズな 滑 性を有 し 、 摩耗量が低減 し た も の で あ る 。 発明 を実施す る た め の最良の形態 本発明 の配向 U H M W P E 成形物 は、 そ の成形物内 に 分子配向 ま た は結晶配向 を有す る も の で あ る 。 成形物内 に 分 子配 向 を 有 す る と は 、 高 分子鎖が圧 縮方 向 に 垂 直 に 、 す な わ ち 分子鎖の流動方向 に配向す る こ と で あ り 、 結晶配向 を有す る と は、 ポ リ エ チ レ ン 結晶 の （ 2 0 0 ) お よ び （ 1 1 0 ) 面等が圧縮面 に対 し て平行な方向 に配 向す る こ と 、 す な わ ち 結晶面配向す る こ と で あ る 。 ま た こ れ ら の 配向 を有す る こ と は複屈折の 測定、 赤外線吸収 ス ぺ ク ト ル お よ び X 線回折 に よ り 知 る こ と 力 で き る 。 そ し て、 こ れ ら の配向 を も つ こ と に よ り 成形物の 摩擦係数 が小 さ く な り 、 かつ 摩耗量 も 減 る 。 ま た 、 他の機能的性 質、 た と え ば引 張強度、 引 張モ ジ ュ ラ ス が 向上 し 、 密度 お よ び熱的性質 （融点、 融解熱） な ど も 向上す る 。

本発明 の 配向 U H M W P E 成形物 は、 前記の よ う に 、 原料 U H M W P E に高エ ネ ルギ ー 線 を照射 し 、 加熱 し て 圧縮成形後、 冷却固化 し て え ら れ る 。

原料 U H M W P E と し て は 重量平均分子量が 2 0 0 万 〜 8 0 0 万、 好 ま し く は 5 0 0 万〜 7 0 0 万の も の を用 い る 。 こ の も の の 融点 は約 1 3 6 〜 1 3 9 であ る 。 原 料 U H M W P E は通常 ブ ロ ッ ク 状の も の を 用 い る が、 口 ッ ト 状で め っ て も よ い。

照射す る 高エ ネ ルギ ー線 と し て は 7 線や X線な ど の 放 射線を は じ め、 電子線、 中性子線 な ど の あ ら ゆ る 高エ ネ ルギ 一線が あ げ ら れ る が、 照射装置 の 汎用性 と 材料への 透過性の 点か ら 7 線が優れて い る 。 こ の 高エ ネ ルギ ー線 照射 は U H M W P E の 分子鎖 に 架橋点を生成 さ せ、 分子 間を 橋か け さ せ る た め に行な う 。 架橋密度 は 大 き な 弾性 変形を 保証す る と と も に、 結晶化 を妨 げ な い程度の ご く 微量.、 た と え ば 1 分子あ た り 0 . 1 〜 ： L 0 個、 特 に 1 〜 2 個 の 架橋点を も つ よ う に す る の が好 ま し い。

照射雰囲気 は、 酸素が存在す る と 分解 （切断） も 同時 に 生ず る た め に好 ま し く な く 、 し た が っ て真空中 ま た は N ₂や ア ル ゴ ン な ど の 不活性 ガ ス 雰 囲気 が 好 ま し い 。 雰 囲気温度 は室温で も よ い が、 結晶転移点 （ 8 0 V ) 以上 の 高温で も よ い。

照射線 （エ ネ ルギ ー ） 量 は非常 に 重要で あ る 。 照射線 量が高す ぎ る ばあ い 、 架橋密度が高 く な り 、 後工程で与 え る 変形量 を 大 き く す る と 架 橋 構造 が破壊 さ れ て し ま う 。 そ し て、 た と え融解状態 に し て も 所望 の 分子配向 ま た は結晶配 向 を う る た め に 必要な 程度 の 弾性変形を与え る こ と がで き ず、 結果 と し て変形の 程度を 小 さ く せ ざ る を え ず、 成形物中の 分子鎖 に必要 な 分子配向 ま た は結晶 配向がえ ら れな く な っ て し ま う 。 一方、 照射線量が低す ぎ る か未照射の ばあ い 、 U H M W P E 成形物 に 融解状態 で変形を与え た と き 、 粘性流動の た め分子鎖が引 き 伸 ば さ れず流動 し て塑性変形 し て し ま い、 結果 と し て分子配 向 ま た は結晶配向がえ ら れな い。 好 ま し い 照射線 （エ ネ ルギ 一 ） 量 は前記の架橋密度を与え る 置で あ り 、 放射線 で は 0 . 0 1 〜 5 . O M R、 好 ま し く は 0 . 1 〜 3 M R で あ る 。

高エ ネ ルギ ー 線を照射 し て わずか に 架橋 し た U H M W P E 成形物 は 、 架橘 し て い る た め に 重量平均分子量が無 限大で あ り 、 融点 は あ ま り 変化せず、 1 3 6 〜 1 3 9 V あ る O

つ ぎ に こ の わ ずか に 架橋 し た U H M W P E 成形物を圧 縮変形可能 な 温度 に ま で加熱す る 。 圧縮変形可能な 温度 と は .、 架橋 U H M W P E の融点付近か融点以上の 温度で あ り 、 具体的 に は融点 マ イ ナ ス 5 0 °Cか ら 融点 プ ラ ス 8 0 。Cで あ る 。 好 ま し く は融点以上、 と く に 1 6 0 〜 2 2 0 、 さ ら に 好 ま し く は 1 8 0 〜 2 0 0 °Cの 温度 に加熱 し 、 完全 に 融解 さ せ る の が最 も 適 し て い る 。 し か し 、 融 点付近、 た と え ば 1 0 0 〜 1 3 0 °Cで も 圧縮変形を与え る こ と がで き る 。 完全 に 融解 さ せ る と 架橋 U H M W P E 成形物 は ゴ ム 状態 と な っ て ゴ ム 弾性を 有 し 、 圧縮変形が 容易 に な る 。

圧縮変形 は用 途 に 応 じ た金型 中 で ま た は ホ ッ ト プ レ ス 機を用 い前記の 温度 に 加熱 し な が ら 3 0 〜 2 0 0 k g f / c m ². 通常 5 0 〜 1 0 0 k g c m "の圧力下 に行 な う 。 圧縮の 程度 は ブ ロ ッ ク 状の 成形物の ば あ い 、 元の 厚 さ の I Z S I Z I O 程度で充分で あ る 。 本発明 に お け る 架橋 U H M W P E 成形物の 変形 は、 分子鎖がわ ずか に架橋 し て い る の で ゴ ム 弾性変形 と な り 、 分子鎖が伸 び て必要な 分子配向 を え て そ の ま ま 冷却 し 結晶化す る と 桔 晶配向がえ ら れ る 。 一方、 未架橋す な わ ち 未照射 U H M W P E 成形物で は そ の 融点以上の 温度で加熱圧縮す る と 流動変形 し て し ま い 、 分子配向 ま た は結晶配向 は え ら れ な い。

つ ぎ に 、 前記の よ う に 圧縮変形 に よ り 分子配向 ま た は 結晶配向 を え た U H M W P E 成形物を、 そ の 変形状態を 保 ち な が ら 冷却 し て固化す る 。 固化す る ま で に変形状態 を解除す る と 、 溶融圧縮変形で あ る た め に 、 伸 び た 分子 鎖が応力緩和 さ れて元 に 戻 る 。 つ ま り 、 U H M W P E 成 形物 中 の 分子配向 ま た は結晶配向 が瞬時 に緩和 さ れて し ま う 。 し た が っ て、 固化す る ま で変形状態 を解除 し て は な ら な い。

冷却方法 と し て は 自 然放冷の ほ か水冷お よ び空冷 な ど の よ う な 急冷 な ど が あ り 、 室温 ま で、 好 ま し く は 2 0 〜 4 0 °C付近 ま で冷却す る 。 さ ら に 、 冷却速度 は最終的 に え ら れ る 成形物の結晶性、 と く に結晶化度 に 大 き く 影響 を与え る の で、 優れ た力学的性質を う る た め に 1 0 分、 好 ま し く は 1 °C Z分の 条件で等速で冷却す る の が よ い 。 な お 固化 の 完了 は圧力 ゲ ー ジ の 減少 （結晶化完了後 は体積が収縮す る ） に よ っ て確認す る こ と がで き る 。

ま た 、 圧縮変形 さ せ た U H M W P E 成形物を す ぐ に 冷 却す る こ と な く 、 変形状態を 保 っ た ま ま 1 0 0 〜 1 3 0 て、 好 ま し く は 1 1 0 〜 1 2 0 付近で 1 〜 2 0 時間、 好 ま し く は 5 〜 1 0 時間等温結晶化を行 な っ た の ち に 、 室温、 好 ま し く は 4 0 て ま で冷却 し 、 固化 し て も よ い。 等温結晶化を行 な う こ と は、 結晶化度が大 き く な り 、 か つ 力学的性質が向上す る と い う 点で優れて い る 。 等温結 晶化後の 冷却 は特 に 限定 さ れ な い が、 1 °C /分の速度で の 冷却が好 ま し い。

冷却固化 し て え ら れた、 分子配向 ま た は結晶配向 を有 す る U H M W P E 成形物の融点 は 1 3 5 〜 1 5 5 で で あ る o

以上の よ う に し て え ら れた圧縮変形成形物か ら 、 切削 な ど に よ り 人工関節用 ソ ケ ッ ト に成形す る こ と も で き る が、 凸形 と 凹形の よ う な 形状の 金型を 用 い て の 圧縮変形 に よ る 金型成形 も 可能で あ る 。 ま た、 圧縮変形成形物の 切削 に よ り え ら れ た人工関節用 U H M W P E 成形物 に、 さ ら に チ タ ン 、 ジ ル コ ニ ウ ム 、 鉄、 モ リ ブ デ ン 、 ア ル ミ ニ ゥ ム お よ び Zま た は コ バ ル ト な ど の金属 イ オ ン の 注入 す る .こ と に よ り 、 表面硬度を さ ら に 補強 し て も よ い。

以下 に製造例 お よ び実施例 を あ げ て本発明 を具体的 に 説明す る 。

製造例 1 〜 3

重量平均分子量約 6 0 0 万、 融点 '· 1 3 8 ^の U H M W P E ブ ロ ッ ク 体 （厚 さ 3 c m 、 幅 5 c m 、 長 さ 5 c m ) を ガ ラ ス ア ン プル に 入れ真空下で減圧 （ 1 0 — ²〜 1 0 "³m m H g ) し た の ち ガ ラ ス を シ ー ノレ し た 。 こ の ガ ラ ス ア ン プ ル に 2 5 。Cで コ バ ノレ ト 6 0 か ら の 7 線を 0 . 5 M R 照射 し た。 つ い で 、 こ の 放射線照射 U H M W P E ブ ロ ッ ク 体 （融点 ： 1 3 8 、 重量平均分子量 ： 無限大） を ガ ラ ス ア ン プルか ら 取 り 出 し 、 ホ ッ ト プ レ ス を用 い て 2 0 0 °Cで U H M W P E を 完全 に 溶解 さ せ た あ と 、 圧力 S O k g f Z c m ²を か け 元 の 厚 さ の 1 Z 3 、 1 Z 4 . 5 お よ び 1 Z 6 に ま で圧縮 し 、 そ の 変形状態を保持 し た ま ま 自 然放冷 に よ り 室温 ま で冷却 し た。

比較製造例 1 〜 3

製造例 1 〜 3 で用 い た原料 U H M W P E プ ロ ッ ク 体を 未照射の ま ま 同 じ よ う に ホ ッ ト プ レ ス を用 い て 2 0 0 V で完全 に 溶解 さ せ た あ と 、 元の 厚 さ の 1 Z 3 、 1 4 . 5 お よ び 1 6 に ま で圧縮 し 、 そ の変形状態を保持 し た ま ま 自 然放冷 に よ り 室温 ま で冷却 し た。

製造例 4 〜 6

製造例 1 に お い て 7 線の 照射線量を 1 . 0 M R 、 1 . 5 M R お よ び 2 . O M R に 変え た ほ か は 同様 に し て 1 / 3 の 厚 さ ま で圧縮変形 し 、 放冷 し て照射 U H M W P E 成 形物を え た。 1 . O M R照射物、 1 . 5 M R 照射物お よ び 2 . O M R 照射物の 重量平均分子量 は そ れぞれ無限大 で あ り 、 融点 は 1 3 8 で と ほ と ん ど一定で あ っ た。

製造例 7

製造例 1 に お い て 7 線照射 （ 0 . 5 M R ) 後、 1 3 0 に加熱 し 2 0 0 k g f / c m ²の 圧 力 下 に 5 分 間 か け て 1 Z 3 ま で圧縮変形 し た ほ か は 同様 に し て照射 U H M W P E 成形物を え た。

製造例 8

製造例 1 に お い て、 圧縮成形後 1 2 0 で 1 0 時間等 温結晶化を行な っ た の ち 放冷 し た ほ か は 同様 に し て照射 U H M W P E 成形物を え た。

実施例 1

製造例 1 〜 8 お よ び比較製造例 1 〜 3 で そ れぞれえ ら れた U H M W P E 成形物か ら 、 厚 さ 7 m m、 直径 7 m m の試験片を切削 に よ り 作製 し 、 以下の よ う に 摩擦力 お よ び摩耗量 を 測 定 し て 摩 擦係 数 お よ び 摩耗係 数 を 評 価 し た o

試験装置 お よ び試験条件 ： 試験 に は京都大学生体医療ェ 学研究 セ ン タ ー製 の 一方向型 P i n - 0 n - d i s c 摩擦摩耗,試験機を用 い た。

一方 向型試験機 は、 時計回 り の 方向 に 回転す る セ ラ ミ ッ ク デ ィ ス ク 面 に試験片を ア ー ム 式荷重法 に よ り 押 し つ け る も の で あ る 。 荷重 は ア ー ム の一端 に 重 り を取 り 付 け る こ と よ り 変え る こ と が可能で あ る 。 デ ィ ス ク の 回転 は 、 イ ン ノく 一 夕 制御モ ー タ ー の 回転 に よ り ベ ル ト を介 し てべ ァ リ ン グ に 伝達 さ れ る よ う に な っ て い る 。 試験速度 は 5 0 m m Z s に 設 定 し た。 ま た 、 すべて の試験 は生理食塩水 5 0 m l 中で

4 8 時 間行 な い 、 液体 の 温度 は 2 5 ± 2 に 保 つ た 0

摩擦力 と 摩耗量 の 測定方法 ： 摩擦力 は、 試験機ア ー ム 部 に取 り 付 け た レ バ ー 式動力計で測定 し た。 摩擦力 は ペ ン レ コ ー ダ に よ り 経時 的 に 記録 し た 。 試 験 結 果

(表 1 ) に 示 し た摩擦係数 は、 摩擦距離 8 6 4 0 m (試験開始 4 8 時間後） の も の と す る 。

摩耗量 は 回転す る ジ ル コ ニ ァ 製 デ ィ ス ク を I M P a で圧迫 し 、 試験片の 厚 さ の 減少を非接触型静電容 量変位計 に よ り 測定 し 評価 し た。

試験 は各荷重条件 に対 し 各試験片 と も 3 回試験 を 行 な い 、 そ の 平均値で摩擦係数 お よ び摩耗係数を求 め た 。 こ の ば あ い 、 ジ ル コ ニ ァ 製デ ィ ス ク の 表面を 意図的 に R a : 0 . 2 〜 0 . 3 の 粗面 と し て 4 8 時 間後 に摩耗量を 測定 し た。

摩耗係数 と 摩擦係数 は ド ー ソ ン （ Dowson) ら の 式 に し た が っ て求め た。

摩耗係数 （ W F ) = 摩耗量 （ m m ³) /

{荷重 （ N ) X 滑動钜離 （ m ) } 摩擦係数 （ C F ) = 摩擦力 （ N ) /荷重 （ N )

結果 を 表 1 に 示す。 未照射試料で は、 変形時の 圧縮比 (元の 厚 さ ノ圧縮変形後の 厚 さ ） 3 で摩耗係数 （ W F ) が 1 5 . 3 x l 0 _'、 圧縮比 4 . 5 で W F が 1 6 . 4 x 1 0 _⁷、 圧縮比 6 で W F が 1 4 . 9 X 1 0 _⁷と ほ と ん ど 差が な か っ た。 し か し 、 0 . 5 M R 照射試料で は、 圧縮 比 3 で W F が 9 . 0 7 X 1 0 — ⁷、 圧縮比 4 . 5 で W F が 2 . 7 8 x l 0 _⁷、 圧縮比 6 で W F が 5 . 3 1 x 1 0 —° と 顕著 な 減少が認め ら れた。

実施例 2

製造例 3 お よ び比較製造例 3 で え ら れ た U H M W P E 成形物の 物性を表 2 に 示す。

融解熱お よ び融点 は、 （株） 島津製作所製 の D S C - 5 0 を用 い 、 l O eC Z m i n の 昇温速度 で測定 し た。 ま た、 引 張 り 強度 お よ び弾性率 は 、 （株） 島津製作所製の オ ー ト グ ラ フ 一 1 0 0 を 用 い 、 1 0 0 % / m i n の 引 張 り 速度 に て 測定 し た。

表 2 に 示 さ れ る よ う に 、 比較製造例 3 の 未照射試験か ら え ら れ た U H M W P E 成形 品 に 比 べ て 、 製造 例 3 の 0 . 5 M R 照射試験か ら え ら れた U H M W P E 成形品 の 密度 お よ び融点が高 く な り 、 引 張 り 強度 お よ び弾性率が 増す。 と く に、 融点 は 1 3 8 . 0 °Cか ら 1 4 9 . 5 に 表 圧縮変形

照射線量 摩耗係数 摩撺係数 製造例 却

MR 溫 度 （ ） 圧縮比 (WF) (C F)

1 0. 5 200 3 放冷 9. 07 10"' 0. 1 1

2 0. 5 200 4. 5 放冷 2. 78 X 10— ⁷ 0. 08

3 0. 5 200 6 放冷 5. 31 X 10— ⁸ 0. 03

4 1. 0 9 π Π q

u υ 放冷 7. 35x 10"' 0. 04

5 1. 5 π Q \ f ~l

^ η U U o 放冷 4. b ώ 1 U U - u

6 2. 0 Π 0 v Q 放冷 8. 31 X 1 0 0. 0 1

1 1. U 130 3 Π 1

8 1. 0 200 3 120て 10時間 2. 53X 10—⁸ 0. 01

等温桔晶化後

放冷

比較製造例

1 200 3 放冷 15. 3 X 1 0—⁷ 0. 14

2 200 4. 5 放冷 16. 4 X 10— ⁷ 0. 15

3 200 6 放冷 14. 9 X 10"⁷ 0. 12

US〈か ¾ 表 2

産業上の利用 可能性

本発明 に よ り え ら れ る 人工関節用 超高分子量 ポ リ ェ チ レ ン 成形物 は、 該成形物中 に 分子配向 あ る い は結晶配向 を有 し 、 低摩擦で耐摩耗性 に 優れ、 人工関節 の ソ ケ ッ ト と し て使用 す る こ と がで き る 。

さ ら に 、 本発明 の 人工関節用 超高分子量 ポ リ エ チ レ ン 成形物 は、 人工股関節用 の ソ ケ ッ ト （人工臼蓋） 、 人工 膝関節用 ソ ケ ッ ト （人工臼） 、 お よ び人工肘関節用 ソ ケ ッ ト な ど に使用 す る こ と がで き 、 そ の ほか、 医療用 の み で な く 低摩擦で耐摩耗性を有す る と い う 特性を活か し た 工業用材料 と し て も 応用 で き る 。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 分子配向 ま た は結晶配向 を有す る 超高分子量 ポ リ エ チ レ ン 成形物。

2. 分子記向 ま た は結晶配向 を有す る 超髙分子量 ポ リ エ チ レ ン がわずか に架橋 さ れて い る 請求の 範囲第 1 項記 載の成形物。

3. 分子配向 ま た は結晶配向 を有す る 超高分子置 ポ リ エ チ レ ン 成形物の融点が 1 3 5 〜 1 5 5 の も の で あ る 請求の 範囲第 1 項 ま た は第 2 項記載の 成形物。

4. 請求の 範囲第 1 〜 3 項の い ずれか に記載の成形物か ら な る 人工関節。

5 . 超高分子量 ポ リ エ チ レ ン 成形物 に 高エ ネ ルギ ー線を 照射 し て分子鎖中 に ご く 微量の架橋点を導入 し て わず か に 架櫊 さ せ、 つ い で該架橋超高分子量 ポ リ エ チ レ ン 成形物を圧縮変形可能な温度 に加熱 し た の ち 圧縮変形 し 、 そ の 変形状態を保 っ た ま ま 冷却す る こ と か ら な る 分子配向 ま た は結晶配向 を有す る 超高分子量 ポ リ ェ チ レ ン 成形物の製造法。

6. 高エ ネ ルギ ー線が放射線で あ り 、 照射線量が 0 . 0 1 〜 5 . O M R で あ る 請求 の 範 囲 第 5 項記載 の 製 造 法 O

7 . 圧縮変形可能 な温度が架橋超高分子量 ポ リ エ チ レ ン の 融点マ イ ナ ス 5 0 °C か ら 融点 プ ラ ス 8 0 °C の 範囲の 温度で あ る 請求の 範囲第 5 項 ま た は 第 6 項記載の 製造 法。

8. 照射前 の 超高分子量 ポ リ エ チ レ ン の 重量平均分子量 力 2 0 0 万〜 8 0 0 万で あ る 請求の 範囲第 5 項、 第 6

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