JPH0592019A - 人工関節 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明の人工関節は、球状の頭部と、これに
続くネック部と、これに続くステム部とで構成されてい
る。このうちステム部は、比較的太いステム基部５と先
細り形状のステム先端部とで構成されている。ステム基
部５においては、一対の一次方向強度支持部７ａ、７ｂ
が空隙よりなる中間部８を介して対向配置され、その外
周に二次方向強度支持部９が配置され、さらに、その外
周に被覆層１１が形成されている。一次方向強度支持部
７ａ、７ｂは、生体用樹脂材料に強化繊維１０が埋入さ
れ、ステム部の長手方向に強化されたものであり、二次
方向強度支持部９は、生体用樹脂材料に強化繊維が埋入
され、ステム部の長手方向に対し４５〜１３５°の方向
に強化されたものである。 【効果】 生体用樹脂材料を用いる上で、引っ張り、圧
縮、曲げ、ねじれに対する強度が高く、耐久性に優れ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生体の骨関節を代替す
る人工関節に関する。

【０００２】

【従来の技術】人体内の骨関節の変形や欠損を人工関節
を用いて代替えする治療は、整形外科等で広く行なわれ
ている。例えば、大腿骨骨頭壊死に対し、壊死した骨頭
を除去した後、人工関節を補綴し、関節機能を回復させ
ることが頻繁に行なわれている。

【０００３】すなわち、この治療では、骨頭およびステ
ム部を有する人工関節のステム部を大腿骨の骨髄腔に埋
入して固定すると共に、カップ（ソケット）を腰骨に固
定し、該カップの凹部に骨頭を嵌合してこれらを回動自
在に連結する。

【０００４】このような人工関節には、機械的強度、弾
性（靱性）、耐久性、生体内での安定性（体液に対する
腐食、劣化等がないこと）、生体親和性（造骨促進作用
等の周辺組織との適合性）、安全性（毒性、分解性等が
ないこと）、加工性等の特性が要求されている。

【０００５】しかしながら、これら全ての特性を満足す
る材料は未だ発見されておらず、現在では、人工関節の
構成材料として、主に、ステンレス鋼、コバルト−クロ
ム合金、チタン、チタン合金等の金属、またはアルミナ
等のセラミックスが用いられている。

【０００６】ところで、金属製の人工関節は、生体骨に
比べ曲げ弾性率が著しく大きい。すなわち、ヒト皮質骨
の曲げ弾性率は、約１６GPa であり、人工関節に用いら
れているステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）、Ｃｏ−Ｃｒ
合金、Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖ合金の曲げ弾性率は、そ
れぞれ、２００、２１３、１２４GPa であり、骨の８〜
１３倍である。

【０００７】また、金属製の人工関節は、重量が重く、
患者の負担（または負担感）が大きいという欠点があ
る。

【０００８】さらに、ニッケルやバナジウムは、生体に
とって有毒であり、発癌性があることも報告されている
が、上記金属製の人工関節では、このような有毒物質の
溶出がわずかながら生じることがある。

【０００９】人工関節とこれを埋入する生体骨との間に
は、例えば体重や歩行等の運動により荷重、特に繰り返
し荷重が加わるが、金属製の人工関節では、上述のよう
に、曲げ弾性率が高いため、前記荷重により曲げ、ねじ
れ、たわみが生じると、局所的に応力が集中し、この集
中部分において骨が破壊されることがある。

【００１０】また、前記荷重が人工関節のステム部から
生体骨に伝達される部分では骨の増勢（造骨作用）が見
られるが、前記応力集中部以外の荷重が加わらない部分
では、骨への刺激がなくなるため、逆に骨組織の吸収が
起こり、骨量が減少して人工関節の生体骨への固定に緩
みが生じることが報告されている。

【００１１】このような状況下で、上記有毒物質の溶出
がなく、しかも、人工関節の曲げ弾性率を生体骨のそれ
に適合させうる方法として、エンジニアリングプラスチ
ックスを用いて人工関節のステム部を作製することが提
案されている（米国特許第４９０２２９７号）。

【００１２】しかしながら、エンジニアリングプラスチ
ックスは、それ自体、強度、特に引張り応力、圧縮応力
に対する強度が不足するため、単独で用いるには適さ
ず、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維
を埋入した繊維強化樹脂として使用することが試みられ
ている。

【００１３】この場合、繊維強化樹脂は、繊維の方向
（強化方向）がステム部長手方向となるように用いら
れ、プレス成形や引抜き成形により製造されることか
ら、その横断面における繊維の配設状態は、ステム部の
長手方向に沿って一様である。従って、不規則でしかも
個々の症例に応じて形状が異なる骨髄腔への形状合わせ
を行なうためには、棒状の繊維強化樹脂をステム部の中
心部に置き、その周囲に同様の樹脂にて肉付けをして形
状を調整する方法を採らざるをえない。

【００１４】ところで、人工関節のステム部には、引っ
張り応力や圧縮応力の他に、曲げやねじれの応力が加わ
るが、これらの曲げやねじれに対する強度は、ステム部
の中心部よりはむしろ外周部付近の材料強度に大きく左
右される。この場合、ステム部の外周部付近は、上記の
ごとく、肉付けがなされた樹脂で構成されているため、
その材料自体の強度は弱く、よって、ステム部は、曲げ
やねじれに対する強度が弱いものとなっていた。

【００１５】また、この欠点を改善すべく、前記棒状の
繊維強化樹脂の周囲に、同様の強化繊維をステム部の外
周方向に沿って配設し、さらにその外周に樹脂にて肉付
けをして形状を調整する方法も提案されているが、この
場合でも、やはりステム部の外周部付近は、肉付けがな
された樹脂で構成されることとなるため、曲げやねじれ
に対する強度を十分に改善するには至っていない。

【００１６】特に、ステム部のうちのステム基部（ステ
ム部のネック部側）は、人工関節を生体骨に埋入、固定
する上での主要部分であり、あらゆる応力が集中し易い
ため、十分な強度を必要とするが、このステム基部は、
埋入時に骨髄腔が拡大した部分に位置するため、他所よ
り太くなっており、そのため、肉付けされる樹脂の厚さ
も厚くなる。従って、このステム基部では、前記ステム
部外周方向に沿って配設した強化繊維の曲げやねじれに
対する補強効果はほとんど得られていない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、エン
ジニアリングプラスチックスの特性を生かしつつ、引っ
張り、圧縮に対する強度のみならず、曲げ、ねじれに対
する強度をも高めることができる人工関節を提供するこ
とにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（５）の本発明により達成される。

【００１９】（１）頭部と、これに続くネック部と、こ
れに続くステム部とで構成された人工関節において、前
記ステム部は、ステム基部とステム先端部とで構成さ
れ、少なくとも前記ステム基部においては、中間部を介
して一対の一次方向強度支持部が対向配置され、かつ両
一次方向強度支持部の外周に二次方向強度支持部が配置
されており、前記一次方向強度支持部は、生体用樹脂材
料に強化繊維が埋入され、該強化繊維により、前記ステ
ム部の長手方向に強化されたものであり、前記二次方向
強度支持部は、生体用樹脂材料に強化繊維が埋入され、
該強化繊維により、前記ステム部の長手方向に対し４５
〜１３５°の方向に強化されたものであることを特徴と
する人工関節。

【００２０】（２）前記中間部が空隙である上記（１）
に記載の人工関節。

【００２１】（３）前記一次方向強度支持部および／ま
たは前記二次方向強度支持部における強化繊維は、炭素
繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維よりなる群
から選ばれた少なくとも一種である上記（１）または
（２）に記載の人工関節。

【００２２】（４）前記一次方向強度支持部および／ま
たは前記二次方向強度支持部における生体用樹脂材料
は、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケト
ン、ポリアリルエーテルケトン、ポリフェニレンサルフ
ィド、ポリサルフォンよりなる群から選ばれた少なくと
も一種である上記（１）ないし（３）のいずれかに記載
の人工関節。

【００２３】（５）前記二次方向強度支持部の外周に被
覆層を有する上記（１）ないし（４）のいずれかに記載
の人工関節。

【００２４】

【発明の構成】以下、本発明の人工関節を添付図面に示
す好適実施例に基づいて詳細に説明する。

【００２５】図１は、本発明の人工関節の構成例を示す
正面図、図２は、図１中のＡ−Ａ線での断面図、図３
は、図１中のＢ−Ｂ線での断面図、図４は、図１中のＣ
−Ｃ線での断面図である。図１に示すように、人工関節
（人工骨頭）１は、頭部２と、これに続くネック部３
と、これに続く金属製のステム部４とで構成されてい
る。

【００２６】頭部２は、例えば球状のような湾曲面を有
する部材であり、この頭部２は、図示しないカップ（ソ
ケット）の凹部に嵌合してこれらが回動自在に連結され
る。

【００２７】頭部２の構成材料としては、耐摩耗性、動
特性向上の理由から、好ましくは硬質材料が用いられ
る。具体的には、例えば、ステンレス鋼（例えば、ＳＵ
Ｓ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ）、コバルト−クロム合金、
コバルト−クロム−ニッケル合金、チタン、チタン合金
（例えばＴｉ−６％Ａｌ−４％Ｖ）または、それらの表
面硬化処理物等の耐食性に優れる金属、合金、または、
例えばアルミナ、ジルコニア等のセラミックスを用いる
ことができる。

【００２８】また、頭部２は、中空でも中実でもよい。
ネック部３は、前記頭部２と例えばネジ止め、テーパ
嵌合、接着等により連結されている。

【００２９】ステム部４は、骨髄腔に埋入されて固定さ
れる部分であり、好ましくは前記ネック部３と連続して
一体的に形成されている。このステム部４は、ネック部
３側のステム基部５とステム先端部６とで構成されてい
る。

【００３０】主に、ステム基部５の外周と骨髄腔（特
に、リーミングにより拡大されて骨髄腔）とが密着する
ため、ステム基部５はネック部３やステム先端部６より
太くなっており、その形状は、埋入する骨髄腔の形状と
一致するように成形されている。また、ステム先端部６
は、骨髄腔の奥部まで挿入されるため、先細りの形状を
なしている。

【００３１】図示のように、ステム先端部６の軸線は、
ネック部３の軸線に対し、例えば１５〜３５度程度傾斜
している。

【００３２】このようなネック部３およびステム部４
は、図２、図３および図４に示すように、芯材として一
対の一次方向強度支持部７ａ、７ｂが対向配置され、こ
れらのの外周に二次方向強度支持部９が配置されてお
り、さらに、その外周を被覆層１１で被覆したものであ
る。

【００３３】一次方向強度支持部７ａ、７ｂは、後述す
る生体用樹脂材料（以下、単に樹脂ともいう）に強化繊
維１０が埋入された繊維強化樹脂で構成されている。こ
の場合、強化繊維１０の方向は、ステム部４の長手方向
であり、従って、一次方向強度支持部７ａ、７ｂは、ス
テム部の長手方向に強化されたものである。これによ
り、ネック部３およびステム部４は、その長手方向に負
荷される引っ張り応力および圧縮応力に対し、十分な強
度が得られる。

【００３４】図２および図４に示すように、ネック部３
およびステム先端部６においては、一次方向強度支持部
７ａおよび７ｂは密着して接合され、中実の棒状をなし
ているが、図３に示すように、ステム基部５において
は、一次方向強度支持部７ａおよび７ｂが中間部８を介
して対向配置されている。この中間部８は、図示の例で
は、空隙（空間）である。

【００３５】ネック部３およびステム部４の強度は、そ
の中心部よりはむしろ外周部付近の材料の強度に大きく
左右されるが、この中間部８を設けることにより、一次
方向強度支持部７ａ、７ｂおよび後述する二次方向強度
支持部９をより外周部付近に位置させることができ、ネ
ック部３およびステム部４の強度を確保する上で有利で
ある。

【００３６】また、中間部８を空隙とすることにより、
人工関節１の軽量化を図ることができ、患者の負担を軽
減することができると共に、繊維強化樹脂材料の節減に
もなる。

【００３７】なお、本発明では、中間部８に、例えば、
シリコーンゴム、低密度ポリエチレン、生体用樹脂材料
のような充填物が充填されていてもよい。

【００３８】このような中間部８は、少なくともステム
基部５に設けられる。その理由は、次の通りである。

【００３９】人工関節１を例えば大腿骨に埋入、固定す
る場合、ステム先端部６は緻密質の部分（コンパクトボ
ーン）まで挿入され、その上部のステム基部５は海綿骨
の部分に位置することとなるが、海綿骨ではリーミング
により骨髄腔が拡大しているため、ステム基部５の外周
との接触面積が大きくなり、ステム基部５への応力の集
中も生じ易く、よって、生体骨との曲げ弾性率や強度の
バランスが重要となる。金属製のステム部に見られるよ
うな曲げ弾性率の過多による骨の破壊や吸収（特にカル
カー部の骨の吸収）を防止し、かつ十分な強度および耐
久性を得るためには、人工関節埋入時の小転子より上部
であるステム基部５の曲げ弾性率および強度を改善する
ことが特に有効となる。

【００４０】ネック部３およびステム先端部６は、ステ
ム基部５に比べて細いため、中間部８を設ける必要性は
比較的少ないが、本発明では、ネック部３やステム先端
部６の全域または一部に中間部８を設けてもよい。

【００４１】中間部８の全長（ステム部４の長手方向）
は、１０〜１００mm程度、特に、２０〜６０mm程度とす
るのが好ましい。

【００４２】また、空隙による中間部８は、人工関節１
の外部に連通しない閉空間であるのが好ましい。その理
由は、骨髄腔に死腔が少なく、例えば手術時に出血した
血液やその他の体液が閉空間である中間部８に貯留する
ことがないので、治癒反応の遅延や細菌の繁殖による感
染を防止することができる。

【００４３】なお、ステム基部５の横段面積に対する中
間部８の横段面積の比率（以下、面積比という）は、特
に限定されないが、通常は、１０〜６０％程度、特に、
２０〜４０％程度とするのが好ましい。この値は、ステ
ム基部長手方向の最大長径での値を示す。

【００４４】二次方向強度支持部９は、生体用樹脂材料
に強化繊維１０が埋入された繊維強化樹脂で構成されて
いる。この場合、強化繊維１０の方向は、前記ステム部
の長手方向に対し４５〜１３５°の方向であり、従っ
て、二次方向強度支持部９は、ステム部の長手方向に対
し４５〜１３５°の方向に強化されたものである。これ
により、ネック部３およびステム部４は、その長手方向
に負荷される曲げおよびねじれの応力に対し、十分な強
度が得られる。

【００４５】二次方向強度支持部９の強化方向は、ステ
ム部の長手方向に対し４５〜１３５°の方向であり、好
ましくは、６０〜１２０°の方向である。二次方向強度
支持部９の強化方向がステム部の長手方向に対し４５°
未満または１３５°超であると、一次方向強度支持部７
ａ、７ｂの強化方向に近づきすぎ、曲げおよびねじれに
対する強度が不足する傾向となるからである。

【００４６】二次方向強度支持部９の厚さ、特に、ステ
ム基部５における厚さは、平均０．３〜２．５mm程度が
好ましく、平均０．５〜１．５mm程度がより好ましい。
この厚さが０．３mm未満では、二次方向強度支持部９の
強化方向によっては、曲げおよびねじれに対する強度が
不足することがあり、また、２．５mmを超えると、ステ
ム基部全体の太さが限定されている関係上、不都合とな
る。

【００４７】このような二次方向強度支持部９は、例え
ばフィラメントワインディング法またはその改良法によ
り製造することができる。

【００４８】このような製造方法により製造された二次
方向強度支持部９の構成例を図５に示す。同図に示すよ
うに、二次方向強度支持部９は、接合された一次方向強
度支持部７ａおよび７ｂの外周に、溶融した生体用樹脂
材料に浸漬された強化繊維１０を、その方向がステム部
の長手方向に対し４５〜１３５°となるように巻き付
け、その後、溶融した生体用樹脂材料を固化してなるも
のである。この場合、強化繊維１０を巻き付ける際また
は巻き付けた後、熱風を吹き付けること等により生体用
樹脂材料を再度溶融し、さらには、熱風吹き付け後、必
要に応じローラーにて圧着し、二次方向強度支持部９の
表面を平滑化するのが好ましい。

【００４９】このようにして得られた二次方向強度支持
部９の形状（輪郭）は、得ようとするネック部３および
ステム部４の形状にほぼ等しく、このような二次方向強
度支持部９を用いれば、曲げおよびねじれに対する強度
が極めて高い人工関節が得られる。

【００５０】なお、上記方法において、溶融樹脂付着強
化繊維１０の巻き付けに代わり、リボン状（薄板状）に
成形された繊維強化樹脂を巻き付けてもよい。

【００５１】以上のごとく、一次方向強度支持部７ａ、
７ｂは、主に、ネック部３およびステム部４の長手方向
に負荷される荷重に対する強度を担い、二次方向強度支
持部９は、主に、ネック部３およびステム部４の曲げ、
ねじれに対する強度を担うこととなり、これらを組み合
せたことによる相乗作用により、引っ張り、圧縮、曲
げ、ねじれ等の応力に対する十分な強度および適度な弾
性率を有し、前記応力が繰り返し、頻繁に負荷された場
合でも、追従性が良く、優れた耐久性を有する。

【００５２】また、本発明の人工関節は、ネック部３お
よびステム部４の外表面に、生体にとって有害な金属が
存在しないため、そのような毒性物質の溶出が生じず、
安全である。

【００５３】なお、本発明では、二次方向強度支持部９
が２層以上あってもよい。この場合、各二次方向強度支
持部９における繊維強化方向は、それぞれ異なっている
（特に、一次方向強度支持部に対し、９０°以上と９０
°未満）のが好ましく、これにより強度がより一層増
す。

【００５４】一次方向強度支持部７ａ、７ｂおよび二次
方向強度支持部９における強化繊維１０は、織物、編物
または網状物（メッシュ）等のような加工された形態で
埋入されていてもよい。

【００５５】このような強化繊維１０の素材としては、
例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン
繊維または金属繊維等が挙げられるが、その中でも特
に、強度が高く、また樹脂との複合性がよいという点
で、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維の
うちの１種または２種以上を組み合せて用いるのが好ま
しい。

【００５６】なお、金属繊維の構成材料としては、例え
ば、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１
６Ｌ）、コバルト−クロム合金、コバルト−クロム−ニ
ッケル合金、チタン、チタン合金（例えばＴｉ−６％Ａ
ｌ−４％Ｖ、Ｔｉ−４９〜５１％Ｎｉ）等の耐食性に優
れる金属を用いることができる。その中でも特に、形状
記憶合金（Ｔｉ−４９〜５１％Ｎｉ）を用いるのが好ま
しい。この形状記憶合金は、繰り返し荷重に対する追従
性、復元性、疲労特性が優れるため、長期の埋入におい
て安定性、耐久性が向上する。

【００５７】強化繊維１０の直径の好適な範囲は、その
構成材料にもよるが、好ましくは０．３〜１．５mm、よ
り好ましくは０．６〜１．２mm、さらに好ましくは０．
８〜１．０mmである。強化繊維１０の直径が０．３mm未
満では、耐荷重性が不足し、１．５mmを超えると、その
剛性のために生体骨に対しダメージを与えることがあ
る。

【００５８】一次方向強度支持部７ａ、７ｂおよび二次
方向強度支持部９における強化繊維１０の配設密度は特
に限定されないが、３０〜７０ vol％程度、特に、４５
〜６０ vol％程度とするのが好ましい。

【００５９】なお、一次方向強度支持部７ａ、７ｂおよ
び二次方向強度支持部９における強化繊維１０の形状、
素材、直径、配設密度等は、それぞれ同一でも、異なっ
ていてもよい。

【００６０】一次方向強度支持部７ａ、７ｂおよび二次
方向強度支持部９における生体用樹脂材料８とは、生体
内において安定であり、すなわち分解、変質、劣化等を
生じず、かつ生体にとって有害な溶出物を生じることが
ない樹脂材料であり、例えば、ポリエーテルケトン、ポ
リエーテルエーテルケトン、ポリアリルエーテルケトン
のようなケトン系樹脂や、ポリフェニレンサルフィド、
ポリサルフォン等の熱可塑性樹脂が挙げられる。本発明
では、これらのうちの１種または２種以上を任意に組み
合せて用いることができる。

【００６１】ポリエーテルケトンとしては、例えば、下
記化１に示すようなものが挙げられる。

【００６２】

【化１】

【００６３】ポリエーテルエーテルケトンとしては、例
えば、下記化２、化３に示すようなものが挙げられる。

【００６４】

【化２】

【００６５】

【化３】

【００６６】ポリフェニレンサルフィドとしては、例え
ば、下記化４に示すようなものが挙げられる。

【００６７】

【化４】

【００６８】ポリサルフォンとしては、例えば、下記化
５に示すようなものが挙げられる。

【００６９】

【化５】

【００７０】このような生体用樹脂材料８中には、例え
ば、安定剤、強化材のような各種添加剤が添加されてい
てもよい。

【００７１】なお、一次方向強度支持部７ａ、７ｂおよ
び二次方向強度支持部９における生体用樹脂材料の組成
は、それぞれ同一でも、異なっていてもよい。

【００７２】図１〜図４に示すように、二次方向強度支
持部９の外周面は、被覆層１１により被覆されている。
このような被覆層１１を設けることにより、強化繊維の
離脱を防止すると共に、人工関節１の形状を容易に整え
ることができる。

【００７３】この被覆層１１は、前記生体用樹脂材料と
同様の材料で構成されているのが好ましい。また、二次
方向強度支持部９との接着性を良好とするために、二次
方向強度支持部９に用いられる生体用樹脂材料と同一ま
たは類似（同様の性質を有する）のものを用いるのが好
ましい。

【００７４】被覆層１１の厚さ、特に、ステム基部５に
おける被覆層１１厚さは、平均０．２〜３．０mm程度が
好ましく、平均０．５〜２．０mm程度がより好ましい。
この厚さが０．２mm未満では、上述したような被覆層の
機能が十分に発揮されず、また、被覆層１１が剥離し易
くなり、３．０mmを超えると、曲げおよびねじれに対す
る強度が不足することがあるからである。

【００７５】なお、本発明では、このような被覆層１１
は、必ずしも設けなくてもよい。

【００７６】以上のような人工関節１は、例えば、次の
ようにして製造される。

【００７７】まず、リボン状（薄板状）に成形された繊
維強化樹脂を所定数重ね、樹脂の溶融温度以上の温度
（例えば３６０〜４００℃）で加圧成形し、一次方向強
度支持部７ａおよび７ｂをそれぞれ製造する。

【００７８】得ようとする中間部８と同形の中子（石
膏）を作製し、この中子を介して前記一次方向強度支持
部７ａおよび７ｂを接合する。この接合は、例えば、再
度、樹脂の溶融温度以上の温度で加圧成形することによ
り行なう。

【００７９】次に、薬品での洗浄により中子を溶解、除
去する。これにより、一次方向強度支持部７ａ、７ｂ間
に空隙による中間部８が形成される。

【００８０】このようにして得られた一次方向強度支持
部７ａ、７ｂの外周に、例えば前述したフィラメントワ
インディング法またはその改良法により二次方向強度支
持部９を形成する。このとき、吹き付ける熱風の温度
は、例えば４５０〜５００℃とされる。

【００８１】なお、二次方向強度支持部９を形成する際
に、前記薬品を中間部８へ注入、排出するための孔は封
止され、中間部８は閉空間となる。

【００８２】次に、必要に応じ、被覆層１１を形成す
る。上記のようにして得られた一次方向強度支持部７
ａ、７ｂおよび二次方向強度支持部９を射出成形金型内
に固定し、この金型内に被覆層１１を構成する溶融樹脂
を注入、固化して、インサート成形を行なう。これによ
り、二次方向強度支持部９の外周に被覆層１１が形成さ
れたネック部３およびステム部４が得られる。

【００８３】なお、被覆層１１の形成は、コーティング
やディッピングにより行なってもよい。

【００８４】このようにして得られたネック部３および
ステム部４のネック部３に、別途製造された金属製また
はセラミックス製の頭部２を連結して本発明の人工関節
１とする。

【００８５】以上、本発明の人工関節を図示の構成例に
基いて説明したが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。

【００８６】なお、本発明の人工関節は、上記人工骨頭
に限らず、例えば、人工膝関節、人工肩関節、人工肘関
節、あるいは人工股関節や寛骨に埋入される臼蓋カップ
の一部に適用することもできる。

【００８７】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例について説明す
る。

【００８８】（実施例１）以下の方法により、股関節用
人工関節（人工骨頭）を製造した。

【００８９】［１］ネック部およびステム部の製造 一次方向強度支持部、二次方向強度支持部共に、炭素繊
維を含む上記化３に示すポリエーテルエーテルケトン
（化成ファイバーライト社製、以下、ＣＦＲＰという）
を用いた。

【００９０】まず、ＣＦＲＰのリボンを積み重ね、温度
３８０℃でプレス加工を施して、一対の一次方向強度支
持部を作製した。

【００９１】一方、得ようとする中間部と同形の中子を
石膏により作製し、この中子を介して前記両一次方向強
度支持部を突き合わせ、再び、温度３８０℃でプレス加
工を施して、これらを接合した。一次方向強度支持部の
繊維強化方向は、ネック部およびステム部の長手方向
（軸方向）とした。

【００９２】次に、１Ｎの塩酸にて洗浄し、石膏の中子
を溶解、除去して、空隙（中間部）を形成した。

【００９３】その後、接合された両一次方向強度支持部
の外周に、４８０℃の熱風を吹き付けつつ、ＣＦＲＰの
リボンを、その繊維強化方向が一次方向強度支持部のそ
れに対し９０±１０°となるように巻き付け、冷却して
二次方向強度支持部を作製した。

【００９４】次に、得られた一次方向強度支持部および
二次方向強度支持部を射出成形金型内に固定し、この金
型内に上記化３に示すポリエーテルエーテルケトンのを
注入、固化して、インサート成形を行い、二次方向強度
支持部の外周に被覆層１１が形成されたネック部および
ステム部の一体性形物を得た。

【００９５】［２］頭部の製造 球状アルミナにより、ほぼ球形のアルミナ製頭部（骨
頭）を製造した。なお、この頭部には、テーパ嵌合用の
嵌合孔をも形成した。

【００９６】［３］組み立て 前記［１］で得られた一体成形物のネック部を頭部の嵌
合孔にテーパ嵌合し、その後、人工関節の表面を研磨し
て、図１〜図４に示す本発明の人工関節を得た。この人
工関節の寸法等は、次の通りである。

【００９７】頭部直径：３８mm ネック部全長：３５mm ネック部直径：１５mm ステム部全長：１２０mm ステム基部の長径：４０mm ステム基部の短径：２５mm ステム先端部の外径：１２mm 空隙の全長：４０mm 空隙の面積比：３０％ 二次方向強度支持部の厚さ：平均１．０mm 被覆層の厚さ：平均１．０mm

【００９８】（実施例２）一次方向強度支持部および二
次方向強度支持部における強化繊維として、ガラス繊維
を用い、化３に示すポリエテールエーテルケトンの溶融
槽より引き抜き成形を行ない、切断することにより一対
の一次方向強度支持部を作製した以外は、実施例１と同
様にして、図１〜図４に示す本発明の人工関節を製造し
た。

【００９９】この人工関節の寸法は、空隙の面積比：４
０％、二次方向強度支持部の厚さ：平均１．０mm、被覆
層の厚さ：平均１．０mmとした以外は、前記実施例１と
同様である。

【０１００】（実施例３）一次方向強度支持部および二
次方向強度支持部における強化繊維として、アラミド繊
維を用いた以外は、実施例２と同様にして、図１〜図４
に示す本発明の人工関節を製造した。

【０１０１】この人工関節の寸法は、空隙の面積比：２
５％、二次方向強度支持部の厚さ：平均１．５mm、被覆
層の厚さ：平均０．８mmとした以外は、前記実施例１と
同様である。

【０１０２】（実施例４）一次方向強度支持部および二
次方向強度支持部における強化繊維として、Ｔｉ−５０
％Ｎｉ合金繊維（細線）を用いた以外は、実施例１と同
様にして、図１〜図４に示す本発明の人工関節を製造し
た。

【０１０３】この人工関節の寸法は、空隙の面積比：４
０％、二次方向強度支持部の厚さ：平均１．０mm、被覆
層の厚さ：平均１．５mmとした以外は、前記実施例１と
同様である。

【０１０４】（実施例５）一次方向強度支持部、二次方
向強度支持部および被覆層における生体用樹脂材料とし
て、上記化４に示すポリフェニレンサルフィド（フィリ
ップス社製）を用い、プレス加工時の温度を２９０〜３
２０℃、吹き付ける熱風の温度を３８０℃とした以外
は、実施例１と同様にして、図１〜図４に示す本発明の
人工関節を製造した。この人工関節の寸法は、前記実施
例１と同様である。

【０１０５】（比較例）上記ＣＦＲＰ製の中実棒状（直
径１０mm）の一次方向強度支持部を作製し、その外周
に、実施例１と同様にして二次方向強度支持部を形成
し、さらにその外周に、インサート成形により上記化３
に示すポリエーテルエーテルケトンによる肉付けを行な
って、実施例１と同様の輪郭形状の人工関節を製造し
た。この人工関節において、肉付けされたポリエーテル
エーテルケトンのステム基部における厚さは、平均５mm
であった。

【０１０６】［実験１］上記実施例１〜５および比較例
の各人工関節を、頭部を上方にして、頭部の中心とステ
ム部の先端とを結ぶ線（ネック部の軸線と約２５°傾
斜）が鉛直方向となるように固定し、頭部に対し、鉛直
方向下方に５００kgf の荷重を負荷し、荷重負荷による
頭部の変位量を測定した。

【０１０７】その結果は、比較例の人工関節における変
位量を１としたとき、本発明の実施例１〜５における変
位量は、それぞれ、０．８、０．９、０．８、０．８で
あった。このことから、実施例１〜５の本発明の人工関
節は、比較例に比べ、圧縮および曲げに対する強度が高
く、また曲げ弾性率は生体骨のそれに近く、生体骨への
応力伝達がより広い領域に対し均一に行なわれることが
確認された。

【０１０８】［実験２］上記実施例１〜５および比較例
の各人工関節を、頭部を上方にして、頭部とステム部の
先端との２箇所で支持し、ステム部の先端を固定した状
態で、頭部に対し、ステム部外周方向に２０kg・cm のト
ルクを与え、このトルクによる頭部の回転角度を測定し
た。

【０１０９】その結果は、比較例の人工関節における回
転角度を１としたとき、本発明の実施例１〜５における
回転角度は、それぞれ、０．５、０．６、０．６、０．
７であった。このことから、実施例１〜５の本発明の人
工関節は、比較例に比べ、ねじれに対する強度が高いこ
とが確認された。

【０１１０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の人工関節に
よれば、引っ張り、圧縮、曲げ、ねじれに対し、十分な
強度が得られ、耐久性も格段に向上する。

【０１１１】また、ステム部の弾性率の適正化が図れ、
荷重が広範囲に均等に加わるため、荷重の集中による骨
の破壊や、荷重がかからないことによる骨組織の吸収が
抑制され、骨髄腔への埋入、固定をより強固で確実なも
のとすることができる。

【０１１２】さらに、有毒物質の溶出もなく、生体への
安全性が高い。

【０１１３】また、人工関節の軽量化により、患者の負
担を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の人工関節の構成例を示す正面図であ
る。

【図２】図１中のＡ−Ａ線での断面図である。

【図３】図１中のＢ−Ｂ線での断面図である。

【図４】図１中のＣ−Ｃ線での断面図である。

【図５】二次方向強度支持部の構成例を示す一部切り欠
き正面図である。

【符号の説明】

１ 人工関節 ２ 頭部 ３ ネック部 ４ ステム部 ５ ステム基部 ６ ステム先端部 ７ａ、７ｂ 一次方向強度支持部 ８ 中間部 ９ 二次方向強度支持部 １０ 強化繊維 １１ 被覆層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松永 昇 東京都八王子市狭間町1463番地 蛇の目ミ シン工業株式会社内 (72)発明者 畔柳 和好 東京都八王子市狭間町1463番地 蛇の目ミ シン工業株式会社内 (72)発明者 曽我石 一郎 東京都八王子市狭間町1463番地 蛇の目ミ シン工業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 頭部と、これに続くネック部と、これに
   続くステム部とで構成された人工関節において、 前記ステム部は、ステム基部とステム先端部とで構成さ
   れ、少なくとも前記ステム基部においては、中間部を介
   して一対の一次方向強度支持部が対向配置され、かつ両
   一次方向強度支持部の外周に二次方向強度支持部が配置
   されており、 前記一次方向強度支持部は、生体用樹脂材料に強化繊維
   が埋入され、該強化繊維により、前記ステム部の長手方
   向に強化されたものであり、 前記二次方向強度支持部は、生体用樹脂材料に強化繊維
   が埋入され、該強化繊維により、前記ステム部の長手方
   向に対し４５〜１３５°の方向に強化されたものである
   ことを特徴とする人工関節。
2. 【請求項２】 前記中間部が空隙である請求項１に記載
   の人工関節。
3. 【請求項３】 前記一次方向強度支持部および／または
   前記二次方向強度支持部における強化繊維は、炭素繊
   維、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維よりなる群か
   ら選ばれた少なくとも一種である請求項１または２に記
   載の人工関節。
4. 【請求項４】 前記一次方向強度支持部および／または
   前記二次方向強度支持部における生体用樹脂材料は、ポ
   リエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ
   アリルエーテルケトン、ポリフェニレンサルフィド、ポ
   リサルフォンよりなる群から選ばれた少なくとも一種で
   ある請求項１ないし３のいずれかに記載の人工関節。
5. 【請求項５】 前記二次方向強度支持部の外周に被覆層
   を有する請求項１ないし４のいずれかに記載の人工関
   節。