JPH0136383B2 - - Google Patents
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- JPH0136383B2 JPH0136383B2 JP58225598A JP22559883A JPH0136383B2 JP H0136383 B2 JPH0136383 B2 JP H0136383B2 JP 58225598 A JP58225598 A JP 58225598A JP 22559883 A JP22559883 A JP 22559883A JP H0136383 B2 JPH0136383 B2 JP H0136383B2
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- Materials For Medical Uses (AREA)
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Description
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
組識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、生体に対する親和性を改善するためになされ
たもので、第２図に示す如く耐食性金属よりな
り、球状内面を有するソケツト１１と該球状内面
に回動自在に摺動する骨頭球１２と該骨頭球に連
なるステム１３とを基体とし、ソケツトの球状内
面及び骨頭球は窒化チタンの内層１４，１５と窒
化珪素の外層１６，１７を有し、ソケツト球状内
面を除く外表面及びステムはアルミナよりなる第
１被覆層１８，１９とアルカリ土類金属酸化物−
燐酸系フリツト、又は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２被覆層２０，２
１と燐酸カルシウム塩よりなる第３被覆層２２，
２３を有す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、骨頭球及びステムに
耐食性金属を選んだ理由は、機械強度が高く且つ
表面をセラミツク材料で被覆すれば生体為害性を
及ぼさない程度の耐食性を有し且つ余り高価でな
く、加工も容易なためである。又ソケツトの球状
内面及び骨頭球に窒化珪素の外層を設ける理由は
耐摩耗性、耐食性を増し長年月摺動しても有害な
摩耗粉や重金属イオンを出さないためであり、窒
化チタンの内層を設けるのは基体と外層との接着
力を向上するためである。窒化チタンの内層は化
学蒸着により、又窒化珪素の外層は真空中でのプ
ラズマ溶射により行うことができる。次にソケツ
トの球状内面を除く外面及びステムにアルミナよ
りなる第１被覆層、アルカリ土類金属酸化物−燐
酸系フリツト、又は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
ら選ばれた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２被覆層燐酸カル
シウム塩よりなる第３被覆層を用いる理由は、耐
食性金属が生体と親和性低く且つ生体内で腐食し
有害イオンを放出するのを防ぎ、生体との親和性
の最も良好な燐酸カルシウム塩を表面に設けるた
めである。ここでアルミナよりなる第１被覆層は
化学的に極めて安定で化学蒸着や溶射により形成
することができるが、下地に炭化チタン、窒化チ
タン等を中間層として耐食性金属基体との間に設
ければ接着力を一段と向上することができる。 次に第２被覆層を形成するフリツトは第３被覆
層を形成する燐酸カルシウム塩との接合層として
有用なものである。 ここで第２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、これをその特性を合わせて第１表
に示す。
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
組識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、生体に対する親和性を改善するためになされ
たもので、第２図に示す如く耐食性金属よりな
り、球状内面を有するソケツト１１と該球状内面
に回動自在に摺動する骨頭球１２と該骨頭球に連
なるステム１３とを基体とし、ソケツトの球状内
面及び骨頭球は窒化チタンの内層１４，１５と窒
化珪素の外層１６，１７を有し、ソケツト球状内
面を除く外表面及びステムはアルミナよりなる第
１被覆層１８，１９とアルカリ土類金属酸化物−
燐酸系フリツト、又は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２被覆層２０，２
１と燐酸カルシウム塩よりなる第３被覆層２２，
２３を有す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、骨頭球及びステムに
耐食性金属を選んだ理由は、機械強度が高く且つ
表面をセラミツク材料で被覆すれば生体為害性を
及ぼさない程度の耐食性を有し且つ余り高価でな
く、加工も容易なためである。又ソケツトの球状
内面及び骨頭球に窒化珪素の外層を設ける理由は
耐摩耗性、耐食性を増し長年月摺動しても有害な
摩耗粉や重金属イオンを出さないためであり、窒
化チタンの内層を設けるのは基体と外層との接着
力を向上するためである。窒化チタンの内層は化
学蒸着により、又窒化珪素の外層は真空中でのプ
ラズマ溶射により行うことができる。次にソケツ
トの球状内面を除く外面及びステムにアルミナよ
りなる第１被覆層、アルカリ土類金属酸化物−燐
酸系フリツト、又は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
ら選ばれた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２被覆層燐酸カル
シウム塩よりなる第３被覆層を用いる理由は、耐
食性金属が生体と親和性低く且つ生体内で腐食し
有害イオンを放出するのを防ぎ、生体との親和性
の最も良好な燐酸カルシウム塩を表面に設けるた
めである。ここでアルミナよりなる第１被覆層は
化学的に極めて安定で化学蒸着や溶射により形成
することができるが、下地に炭化チタン、窒化チ
タン等を中間層として耐食性金属基体との間に設
ければ接着力を一段と向上することができる。 次に第２被覆層を形成するフリツトは第３被覆
層を形成する燐酸カルシウム塩との接合層として
有用なものである。 ここで第２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、これをその特性を合わせて第１表
に示す。
【表】
第３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３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、B85〜99.5重量％に対しA0.5〜15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、これらは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。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。 チタン及びコバルト−クロム−モリブデン合金
不銹鋼で直径30.0mm、長さ25mm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、
ソケツト１１を製作した。更に同じ材料にて第２
図１２，１３の如き骨頭球及びそれに連なるステ
ムを作成した。次にソケツトの球状内面及び骨頭
球表面に周知の化学蒸着法で窒化チタンを10μｍ
の厚さに被覆した。次に真空中でプラズマ溶射に
より窒化珪素を10μｍの厚さに被覆した。次にソ
ケツトの球状内面を除く外面及びステム外面に化
学蒸着により8μｍの厚さに被覆した。次に市販
のH3PO4、BaCO3、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及びステム１３のアルミナ層上に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２被覆層２０，２１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２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３被覆層２２，２３を設けた。 上記例では第１及び第２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。また、燐酸カルシウ
ム塩を主成分とする第３被覆層は本質的に生体骨
B1及びB2との親和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の気孔が生じ親和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２被
覆層の焼結温度と第３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700〜1200℃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、生体と親和性及び接
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。
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３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、B85〜99.5重量％に対しA0.5〜15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、これらは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。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。 チタン及びコバルト−クロム−モリブデン合金
不銹鋼で直径30.0mm、長さ25mm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、
ソケツト１１を製作した。更に同じ材料にて第２
図１２，１３の如き骨頭球及びそれに連なるステ
ムを作成した。次にソケツトの球状内面及び骨頭
球表面に周知の化学蒸着法で窒化チタンを10μｍ
の厚さに被覆した。次に真空中でプラズマ溶射に
より窒化珪素を10μｍの厚さに被覆した。次にソ
ケツトの球状内面を除く外面及びステム外面に化
学蒸着により8μｍの厚さに被覆した。次に市販
のH3PO4、BaCO3、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及びステム１３のアルミナ層上に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２被覆層２０，２１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２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３被覆層２２，２３を設けた。 上記例では第１及び第２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。また、燐酸カルシウ
ム塩を主成分とする第３被覆層は本質的に生体骨
B1及びB2との親和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の気孔が生じ親和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２被
覆層の焼結温度と第３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700〜1200℃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、生体と親和性及び接
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図は
本発明の人工関節の縦断面図。 １，１１……ソケツト、３，１５……骨頭球、
４，１３……ステム、１８，１９……第１被覆
層、２０，２１……第２被覆層、２２，２３……
第３被覆層、１４，１５……内層、１５，１７…
…外層。
本発明の人工関節の縦断面図。 １，１１……ソケツト、３，１５……骨頭球、
４，１３……ステム、１８，１９……第１被覆
層、２０，２１……第２被覆層、２２，２３……
第３被覆層、１４，１５……内層、１５，１７…
…外層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 耐食性金属よりなり、球状内面を有するソケ
ツトと該球状内面に回動自在に摺動する骨頭球と
該骨頭球に連なるステムとを基体とし、ソケツト
の球状内面及び骨頭球は窒化チタンの内層と窒化
珪素の外層を有し、ソケツトの球状内面を除く外
表面及びステムはアルミナよりなる第１被覆層と
アルカリ土類酸化物−燐酸系フリツトよりなる第
２被覆層と燐酸カルシウム塩よりなる第３被覆層
を有することを特徴とする人工関節。 ２ 第３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３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 耐食性金属よりなり、球状内面を有するソケ
ツトと該球状内面に回動自在に摺動する骨頭球と
該骨頭球に連なるステムとを基体とし、ソケツト
の球状内面及び骨頭球は窒化チタンの内層と窒化
珪素の外層を有し、ソケツトの球状内面を除く外
表面及びステムはアルミナよりなる第１被覆層と
アルカリ土類酸化物と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２被覆層と燐酸カルシウム塩よりなる第
３被覆層を有することを特徴とする人工関節。 ８ 第３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３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 |
|---|---|---|---|
| JP58225598A JPS60116361A (ja) | 1983-11-29 | 1983-11-29 | 人工関節 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58225598A JPS60116361A (ja) | 1983-11-29 | 1983-11-29 | 人工関節 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60116361A JPS60116361A (ja) | 1985-06-22 |
| JPH0136383B2 true JPH0136383B2 (ja) | 1989-07-31 |
Family
ID=16831832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58225598A Granted JPS60116361A (ja) | 1983-11-29 | 1983-11-29 | 人工関節 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60116361A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH697330B1 (de) | 2004-12-28 | 2008-08-29 | Synthes Gmbh | Zwischenwirbelprothese. |
-
1983
- 1983-11-29 JP JP58225598A patent/JPS60116361A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60116361A (ja) | 1985-06-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |