JPH0415051A - 股関節用人工骨頭 - 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］ 本発明は股関節用人工骨頭に関プる。

［従来の技術」 高齢化社会を向かえ骨置換の機会か増しており、かかる
実情に鑑み、近年、股関節用人工骨頭が提供されている
。この人工骨頭は生体の大腿骨と骨盤との間に介在され
るものである。この人工骨頭は、変形性関節症、す「ク
マチ、骨折等で股関節の機能を失ったときに用いられる
。

ところで近年、股関節用人工骨頭として、特開昭６０−
４１９６３号公報に開示されているようｌＪ、柱状の９
７部と、幹部の一端より傾斜して突出づる枝状の頸部と
、頸部の先端部か嵌合する小頭部とて構成されたものが
知られている。かかる股関節用人工骨頭では、幹部と小
頭部との組合せを適宜変えて微妙な調整が可能であり、
牛体への適合性が高まる。

１発１月か解）夫しようと１６課題］ 本発明は上記した従来の股関節用人工骨頭を史に改良し
たものであり、耐久性を一層向上させ得る股関節用人工
骨頭を提供覆ることにある。

［課題を解決するための手段］ 本弁明にかかる股関節用人工骨頭は、金属で構成され大
腿骨に係合される柱状の幹部と、金属で構成され幹部の
一端より傾斜して突出する枝状の頸部と、頸部の少なく
とも先端部が嵌合すると共に股臼またはｎシ臼に設置さ
れたソケットに係合する小頭部とで構成され、頸部のう
ち少なくとも小頭部に嵌合する部分は、加工硬化され幹
部よりも強化されていることを特徴とするものである。

幹部は大腿骨に係合される部位である。り７部は、−船
釣に、頸部から離れた位置に設（プられた遠位部と頸部
につながる近位部とを錨えている。通常、幹部の大部分
または全部は大腿骨に形成した穴に挿入されてセメン］
・等の結合剤で大腿骨に結合される。

頸部は、幹部の一端Ｊ：り傾斜して突出する枝状の部位
である。頸部の横断面積は、−船釣に、近位部の横断面
積よりも小さく設定されている。生体にもよるが、頸部
の横断面は例えば５０〜１１５ｍｍ２とづることかでき
る。なお幹部、頸部は通常、中実状であるか、必要強度
を確保できれば場合によっては中空状でもにい。

小頭部は頸部の先端部が嵌合１−ると共に骨盤に係合（
るものである。小頭部は骨盤の股〔」または履口に設置
されたソケットに係合する。小頭部は例えば球に近似し
た形状とすることかできる。小頭部には頸部の先端部が
嵌合する嵌合部、例えば孔が形成されている。

９部部、頸部は金属で形成されている。金属は生体への
適合性、強度、耐蝕性等を考慮して選択する。金属とし
ては例えば、鋼、銅系合金、チタン、チタン系合金等を
採用でき、この場合低合金、中合金、高合金でもよい。

具体的にはオーステナイト系ステンレス鋼（例えば５Ｕ
Ｓ３０４ＬＮ、５ＵＳ３１６ＬＮ等）、コバルト−クロ
ム−モリブテン系合金、オースフォーミング鋼を採用で
きる。

オーステナイト系ステンレス鋼の組成は、例えば、重量
％で、炭素０．０８％以下、シリコン０．４０〜０．２
０％、マンカン３．００〜３．５０％、リン０．０３％
以下、イオウ０．０１％以下、ニッケル９．０〜１０．
０％、クロム２０〜２２％、モリブデン２．０〜３．０
％、残部ＦＣ１不可避の不純物とすることができる。小
頭部も上記した金属で形成でき、この場合、異種金属に
Ｊ：る電池腐食を抑える等のため頸部と小頭部とは同じ
材質でおることか好ましい。

さて本発明の股関節用人工骨頭では、頸部のうち少なく
とも小頭部に嵌合部る部分は、加工硬化され幹部よりも
強化されている。加工硬化させて強化りる手段としては
、スェージングマシンを用い頸部を部分的にスェージン
グ加工覆る手段、プレス鍛造型を用いて頸部を部分的に
鍛造するプレス鍛造手段、ロール型等を回転させてテｎ
部を回転鍛造覆る回転鍛造手段、場合によってはショッ
ト等の投ｑ４材を頸部に投則する手段を採用できる。

かかる手段は冷間状態で施すことかてぎる。なおスェー
ジング加工とは、素材をその軸芯のはは直角方向に加圧
して断面積を減らしＨつ軸芯方向に伸ばす加工をいう。

上記したスェージング加工、鍛造手段によれば、万一、
頸部の内部にマイクロポロシティか存在する場合であっ
ても、そのポロシティを圧潰させ冑、かかる意味でも強
化を期待できる。

本発明の股関節用人工骨頭を製造するにあたり、例えば
、まず、頸部となる部分とぐ７部となる部分とをもつ人
工骨頭あるいは人工骨頭素材を形成する工程と、人工骨
頭の頸部となる部分を上記した強化手段で部分的に強化
して頸部とする工程とを順に実施ツることかできる。頸
部を強化する前の状態の人工骨頭あるい１は人工骨頭素
材１は鍛造品、ｖＩ造品、切削加］−晶のいずれてもよ
い。なお、場合にＪ、って（ｊ、加工硬化した後に適宜
、熱処理を行い、加工硬化した部分の材質調整、組織調
整を行うこともでき、又、適宜切削７Ｊ１１丁を行ない
＝ｊ法副調整行うこともでさる。熱処理雰囲気としては
例えば真空、不活性ガス等の保護雰囲気を採用でさる。

熱処理の湿度、時間は要求される強度、１買などに応じ
て適宜選択される。

本発明の股間ｎ１）用人工骨頭ては、生体の種類、要求
される強度等【こもよるか、頸部の硬度は１−ＩＶ３２
０以上（母材の硬度　［−１２００〜２６０〉、静的引
張り強度は１０Ｑにｌ／ｍｍ２以上、耐力は１００ｋＣ
ｌ／ｍｍ２以上とづることができる。

頸部を強化する際に頸部の断面積を減少させる場合には
、減面率は１５％以上とすることができ、特には２５％
〜６０％とすることができる。

［作用］ 頸部の少なくとも先端部が小頭部に嵌合するので、生体
運動時には、頸部と小頭部との境界域に応力集中が生じ
やすいものであるか、本発明の股関節用人工骨頭では、
頸部のうち小頭部に嵌合する部分は加工硬化されり９部
よりも強化されているので、頸部の１０傷は抑えられる
。

［実施例］ 本発明にかかる人工骨頭の実施例を説明する。

本実施例にかかる人工骨頭の小頭部と頸部とを組（”Ｊ
’　Ｇプる前の状態を第１図に、組付けた状態を第２図
、第３図に示す。

本実施例にかかる人工骨頭は、柱状の９７部１と頸部２
と小頭部３とて構成されている。

９部部１は大腿骨に係合されるものである。幹部１は、
頸部２から離れた位置に設けられた遠位部１０と、頸部
２につながるやや横断面積の大ぎな近位部１１と、遠位
部１０と近位部１１との間の中間部１２とで形成されて
いる。幹部１の大部分は生体の大腿骨に形成した穴に挿
入されて、セメン１〜等の結合剤で大腿骨に結合される
。なｄ３３部１は内部に長孔をもつ中空状である。

頸部２は、９９部１の近位部１１の一喘より（「１斜し
て突出する枝状の部位である。頸部２の横断面積は近位
部１１ヤ速位部１０の横断面積にりも小さく設定されて
あり、かつ、頸部２の先端に向かうに連れて減少してい
る。なお頸部２の横断面積は断面の部位にもよるか５０
・〜１１５ｍｍ２程度である。

小頭部３は生体の骨盤の履口または履口に段間されたソ
ケッ１へに係合し、円滑な関節ｔａ能を確保するもので
ある。小頭部３は球に近似した形状をなしている。小頭
部３には頸部の先端部かデーパｉＫ合する有底状の孔３
０が形成されている。

本実施例では、幹部１、頸部２、小頭部３は牛体への適
合性、強度等を考慮してオーステティ１〜系ステンレス
鋼で形成されている。オースデ犬イ１〜系ステンレス鋼
の組成は、重量％で、炭素０゜０４％、シリコン０．３
３％、マンカン３．２６％、リン０．０１４％、イオウ
０．００７％、ニッケル９３２０％、クロム２１．２２
％、モリブデン２．４２％、残部）ｅ、不可避の不純物
である。

さて本実施例の人工骨頭では、頸部２において小頭部３
の孔３０に嵌合覆る部分【Ｊ、加工硬化され幹部１の近
位部１］よりも強化されている。強化する手段としては
、スェージングマシンを用い、常温において頸部２を部
分的にスェージング加工して加工硬化させる手段を採用
した。具体的に４Ｊ。

スェージングマシンの型と型との間にテｒ１部となる部
分を挿入し、型と型との間が８．８ｍｍ程度となるよう
に型を狭めて頸部２どなる部分の横断面積を減少させる
とともにその軸芯方向に伸ばした。

これにより頸部２は加工硬化されている。なお本実施例
の場合頸部２の減面率は３５％である。本実施例ではス
ェージング加工した後、頸部２の表層部の切削加工を行
ない寸法調整した。

本実施例の人］二骨頭では、頸部２は、その表面硬度が
Ｈｖ　３２０以上（母材の硬度　ト＋Ｖ２２０〜２５０
）、静的引張り強度が１００ｋｇ／ｍｍ２以上、耐力が
１００ｋｇ／ｍｒｎ２以上である。

さて本実施例の人に骨頭の使用時に）は、第２図、第３
図に示づように頸部２の先端部を小頭部３に孔３０に嵌
合覆る。かかる構造では、生体か運動した時に、頸部２
と小頭部３との境界域つまり第２図に示１部位Ｘに応力
集中か牛じヤ刃いものである。この点本実施例の人工骨
Ｕｆｌでは、頸部２のうら小頭部３に嵌合する部分は、
加二［硬化され９部部］の近位部１］よりも強化されて
いるので、かなりの前車か作用したとぎであっても、頸
部２の損傷、破Ｉ（ｆは抑えられる。従って頸部２の強
度、耐久性を確保しつつ！ｎ部２を細くづるのにイｊ刊
（あり、そのふん設計の自由度、生体の足のｎ１動づる
範囲を増１のに石刊である。

［試験例］ 次に試験例について説明する。この試験では、上記した
実施例の人工骨頭と同じ材質の丸棒（平均Ｍ　Ｈｖ　２
３８　）を用いた。丸棒は直径１０ｍｒＴ１．１１ｍｍ
と２秤類とした。そして、第４図に示す型９０を備えた
スェージングマシン９を用い、丸棒Ｗの先端部を型９０
と型９０との間にセットし、スェージングマシン９を作
動させて丸棒Ｗの長さの半分程度を部分的にスェージン
グ加工した。本実施例におけるスェージング加工では、
型９０と型９０との間が３．５ｍｍ程度となるように型
９０を締めた。従って直径１”１ｍｍの丸棒の場合にお
ける減面率は４０％であり、直径ＩＱｍｍの丸棒の場合
にお（プる減面率は２８％である。その後第５図に承部
ように、丸棒Ｗの被加工部分をカット面Ｗ１３で切断し
、被加二［部分を引張り試験機にセットして引張り試験
を行った。

引張り試験の結果を第１表に示す。第１表に示ずように
、直径１１ｍｍの丸棒を８．５ｍｍにスェージ加工した
部分では、引張り強度は１１６ｋＣＩ　／ｍｍ　２であ
り、耐力は１１３ｋＱ／ｍｍ２Ｔ：あり、伸びは１７．
０％であった。、また、直径１Ｑｍｍの丸棒を３．５ｍ
ｍにスェージ７Ｊｌ＋工した部分では、引張り強度は１
０８ｋＱ／ｍｍ２であり、耐力は１０１　ｋｇ／ｍｍ２
であり、伸びは１８゜７％であった。なおスェージ加工
していない丸棒第１表 ては、第１表に示すように引張り強度は８０ｋＱ／ｍｍ
　’であり、耐力は４９ｋｇ／ｍｍ２であり、伸びは５
３％であった。また、丸棒Ｗを再溶解して再び凝固させ
てＡｓＣａ５ｔ棒を形成し、スェージング加工しないで
その△５Ｃａｓｔ棒についても同様に試験したところ、
引張り強度は５０ｋＱ　／ｍｍ　２てあり、耐力は３１
　ｋｇ／ｍｍ２であり、伸びは２５％であった。

更に、硬度についても調べた。直径１”１ｍｍの丸棒を
３．５ｍｍにスェージ加工した場合にお（〕る硬度分布
は第６図、第７図に示されている。第６図はスェージ加
工した部分の表層面から０．５ｍｍ間隔で深さ方向へ変
位させた場合のＭＨ硬度（荷重３００ＣＩ）の分布を示
す。第７図はスェージ加工した部分Ｗ１０とスェージ加
二りしていない部分Ｗ１１との１−ＩＶ硬度（前車１０
ｋｑ）の分布を示覆。

また、直径１０ｍｍ丸捧を丸棒、５ｍｍにスェージ加工
した場合におりる硬度分子ｌｉは第ε３図、第９図に示
されている。第８図はスェージ加工した部分の表層面か
らＱ、５ｍｍ間隔での深さ方向へ変位させた場合のＭ目
Ｖ硬度（荷重３００Ω）の分イロを示す。第９図はスェ
ージ加工した部分Ｗ１０とスェージ加工していない部分
Ｗ１１との１−１ｖ硬度（信子１０ｋＣＩ＞の分イ■を
示す。

第６図、第８図から明らかなように、スェージ加工した
部分Ｗ１０では、表層ＩＴｆ１から１ｍｍ程磨０領域が
最も硬化している。なお表層面から０゜５ｍｍの領域で
は加工変質層の影響を受【プていると推察される。また
、第７図から明らかなＪｚうに、スェージ加工した部分
Ｗ１０では］−１硬度が３５０以上であるのに対して、
スェージ加工していない部′ｌ）Ｗ’１１で）は硬度か
２２０〜２８０イｌ近である。、又、第９図から明らか
なように、スェージ加１’　した部分Ｗ１０ては１（硬
ｊ食か３２０以」二であるのに対して、スェージ加工し
ていない部分Ｗ１１て１．、ｉ　Ｈｖ硬度か２１０〜２
５０イ・４近である１３以ｊ−の試験結束からスェ−ジ
ング加］ニした領域てｌ。ｉ　／Ｊ１１１−硬化されで
強化されていることが理解される。

また、スェージング加］二した部’ｔ）を顕微鏡（゛組
織観察したところ、丸棒の長さ方向にそって塑性流動か
牛し−Ｃいることか確ル２された。

［適用例］ 第１０図、第１］図は適用例を模式的に示−Ｊ。

第１０図に示づ例では骨盤１００の股「コ部１０１に１
．１ソケツｉ〜１０２がＣΩ］６されてａ３す、人工骨
頭の小頭部３か係合しでいる。また第１１図に示づ例で
１は母＝１ｏｏの履口部１０１に人工骨０１１の小頭部
３か係合している。

［発明の効果］ 本発明の股関節用人工骨頭では、頸部のうち少なくとも
小頭部に嵌合する部分は加工硬化され幹部よりも強化さ
れているので、大きな葡重か作用したときであっても、
頸部の損傷、破損は抑えられ、耐久性を一層向上させ（
ｑる。従ってそのふん頸部を細くするのにも有利であり
、そのふん設計の自由度、生体の足の可動で−る範囲を
増すのに有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例を示し、第１図は頸部
と小頭部とを組付ける前の状態の正面図、第２図は組付
り後の状態の正面図、第３図は組（＝ｊＵ後の状態の側
面図である。 第４図、第５図は本発明の試験例において試別を形成覆
る形態を示し、第４図はスェージングマシンに丸棒をセ
ラ１〜する前の状態を示す構成図、第５図はスェージン
グ加工した丸棒の側面図である。 第６図、第８図は硬度の試験結果を示１グラフである。 第７図、第９図は硬度分布の状態を示づ硬度分布状態図
である。第１０図、第１１図は適用例を示す構成図であ
る。 図中、１は幹部、２は頸部、３は小頭部を承部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属で構成され大腿骨に係合される柱状の幹部と
   、金属で構成され該幹部の一端より傾斜して突出する枝
   状の頸部と、該頸部の少なくとも先端部が嵌合すると共
   に股臼または股臼に設置されたソケットに係合する小頭
   部とで構成され、該頸部のうち少なくとも該小頭部に嵌
   合する部分は、加工硬化され該幹部よりも強化されてい
   ることを特徴とする股関節用人工骨頭。