JPH1043216A - 多孔質金属パッドを有する整形外科用インプラントの製造方法 - Google Patents

多孔質金属パッドを有する整形外科用インプラントの製造方法

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JPH1043216A
JPH1043216A JP9133664A JP13366497A JPH1043216A JP H1043216 A JPH1043216 A JP H1043216A JP 9133664 A JP9133664 A JP 9133664A JP 13366497 A JP13366497 A JP 13366497A JP H1043216 A JPH1043216 A JP H1043216A
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James J Morr
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 拡散結合または焼結方法を用いない、整形外
科用インプラント本体に多孔質金属パッドを取り付け
る、整形外科用インプラントの製造方法を目的とする。 【解決手段】 支持面を有する整形外科用インプラント
本体を形成し、その本体の支持面に合うように多孔質金
属パッドを形成し、前記パッドを前記支持面にクランプ
で固定及び／または接着剤で結合させ、前記パッドと前
記インプラント本体の間の複数の位置にレーザービーム
をカップリングして、前記パッドと前記本体の間に金属
の融合物を形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は整形外科用インプラ
ント、より詳細には、インプラントに結合した多孔質金
属パッドを有する整形外科用インプラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】整形外科用インプラント、たとえば膝ま
たは腰インプラントは、その外側に１またはそれよりも
多い多孔質面を含む。多孔質面は、骨の内部成長または
骨のセメントの浸透を可能とさせることによって骨の内
部へのインプラントの固定を促進する。多孔質面は典型
的には繊維金属、金属ビーズまたは金網から成るパッド
の形をとる。繊維、ビーズまたは網は典型的には焼結ま
たは拡散結合方法を用いて相互に連結される。多孔質金
属パッドを整形外科用インプラントの本体上に形成され
る支持面に合うような形に切断する。
【０００３】インプラント本体に多孔質金属パッドを結
合させる１つの公知の方法はインプラント本体の支持面
に対して多孔質金属パッドをクランプで固定し、その
後、拡散結合または焼結方法を用いてインプラント本体
に多孔質パッドを冶金で結合することである。多孔質金
属パッドをインプラント本体に焼結するのに伴う問題は
この方法が製造の観点からみて時間がかかり、そして高
価であることである。たとえば、焼結の間の焼結炉の昇
温及び降温時間は１サイクルについて約１４時間であ
る。多孔質金属パッドが、たとえば大腿骨部の膝の構成
要素の内側の骨にかみ合うように連結されているなら、
焼結操作を完結するのに最小限３サイクルを必要とす
る。大腿骨部の膝構成要素の複雑な幾何学的な内側の設
計は焼結方法の１サイクルの間に１つまたは２つの多孔
質パッドのみが大腿骨部の膝構成要素に取り付けられる
ことを必要とする。したがって、大腿骨部の膝構成要素
の内側への多孔質金属パッドの結合を完結するには４２
時間以上の炉時間を要し得る。これに加えて、インプラ
ントの支持面に多孔質金属パッドが接触した状態に保っ
ておくためにインプラントにクランプにより固定する手
段を連結する時間を必要とする。したがって、焼結方法
を用いてインプラントに多孔質金属パッドを装備するこ
とは、比較的に時間がかかり、高価であることは明らか
である。
【０００４】同様にレーザー溶接方法を用いて整形外科
用インプラント本体に取り付ける、薄い金属箔に繊維金
属パッドを拡散結合することも公知である。このような
取り付け方法の詳細について、ここに「整形外科用イン
プラント及びその製造方法」と題する米国特許出願第０
８／６０９，２１０号に言及する。それは本発明の譲受
人に譲渡され、参照により本明細書に組み入れられる。
一般に、多孔質金属パッド、たとえば繊維金属パッドは
薄い金属箔に拡散結合される。薄い金属箔の端は整形外
科用インプラント本体に形成された凹んだ所の外部に伸
長する。レーザー溶接は整形外科用インプラント本体に
薄い金属箔を溶接するのに用いられ、それにより繊維金
属パッドをインプラント本体に間接的に取り付ける。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この技術において必要
なものは、多孔質金属パッドが多孔質金属パッドの周辺
以外の位置でインプラント本体に取り付けられている、
多孔質金属パッドを整形外科用インプラント本体に取り
付ける方法である。この技術においてさらに必要なもの
は、焼結方法よりも速い、インプラント本体に多孔質金
属パッドを取り付ける方法である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は多孔質金属パッ
ドと本体との間の複数の予め定められた位置にレーザー
光線をカップリングすることによって整形外科用インプ
ラントの本体に多孔質金属パッドを取り付ける方法を提
供する。本発明は、その１つの形式では、整形外科用イ
ンプラントを製造する方法を含む。整形外科用インプラ
ント本体は支持面を有して形成される。多孔質金属パッ
ドは本体の支持面に合うように形成される。多孔質パッ
ドは支持面にクランプで固定されるか、または接着剤で
結合される。レーザー光線は多孔質金属パッドと本体の
間に金属の融合物(coalescence) を形成するように、複
数の位置で多孔質金属パッドと本体との間にカップリン
グされる。
【０００７】
【発明の実施の形態】さて、図面、より詳細には図面１
及び２に、本発明の方法を用いて製造された整形外科の
インプラントの態様を示す。対応する引用記号は図１〜
５を通して対応する部分を示す。上記態様においては、
整形外科のインプラントは、整形外科のインプラント本
体１２と多孔質金属パッド１４を含む、大腿骨部の膝構
成要素１０の形にある。
【０００８】本体１２は多孔質金属パッド１４の支持及
び取り付けのための複数の隣接する平らな面を含み、そ
の一つは図２において１６として示されている。本体１
２は、材料、たとえば、コバルト−クロム合金、チタン
合金またはステンレススチールから作られる。多孔質金
属パッド１４は本体１２の支持面１６に接触して置か
れ、後記する方法で、それに取り付けられる。前記態様
に示された多孔質金属パッド１４は、公知の方法、たと
えば焼結方法または拡散結合方法を用いて、相互に連結
された多数の金属繊維を有する繊維金属パッド１４の形
にある。繊維金属パッド１４は好ましくは、材料、たと
えばコバルト−クロム合金またはステンレススチール合
金から作られる。
【０００９】繊維金属パッド１４は、繊維金属パッド１
４と本体１２の間の金属の融合物を形成するために、繊
維金属パッド１４と本体１２の間をレーザー光線（示さ
れていない）カップリングにより、本体１２に取り付け
る。レーザー手段を用いる「カップリング (coupling)
」方法は、材料を溶融するのに十分なエネルギーを物
質に移すことを意味する。本発明で用い得るレーザーの
例は、本発明の方法では他の多くの市販のレーザーも用
い得るが、米国，ミシガン州，リボニアのルモニクス
コーポレーションにより製造されたＹＡＧ工業用レーザ
ーである。
【００１０】より詳細には、レーザー光線は、一般的に
引用番号２０で示される複数の位置で、繊維金属パッド
と本体１２の間でカップリングされる。レーザーが繊維
金属パッド１４と本体１２の間でカップリングされるの
で、繊維金属１８と本体１２の１部分は溶融して溶接ビ
ードを形成し、溶接ビードは、冷却により繊維金属パッ
ド１４と本体１２とを相互に連結する。溶接ビードは、
繊維金属パッドを通り、本体１２に伸長する、実質的に
円筒状の層２２の形であり得る。円筒状の層２２はレー
ザー光線の直径に相当する直径を有する。図面に示した
態様では、円筒状の層２２は約０．０５１〜０．１２７
cm（約０．０２０〜０．０５０インチ）、好ましくは約
０．７６２cm（約０．３０インチ）の外径「Ｄ」を有す
る。
【００１１】繊維金属パッド１４と本体１２との間の材
料の融合により製造された溶接ビードは、実質上図２の
円筒状の層２２として示されるが、溶接ビードは円錐
形、中身のつまったビーズ状または他の形であり得る。
溶接ビードの形状は、主としてレーザー光線が接触する
金属繊維１８の密度に依存する。本発明で用いられるレ
ーザーは、用いられる特定の型の多孔質金属パッド１４
に対応するように出力と光線の直径を調節される。たと
えば、コバルト−クロム−モリブデン繊維金属パッドを
ライトボックス中に光が繊維金属パッド１４の孔を通っ
て、ビデオカメラによって検出が可能となるように置く
ことができる。繊維金属パッド中の孔のデジタル化され
たイメージは、コンピューター補助イメージ解析システ
ムを用いて捕捉し得る。繊維金属パッド中の端から端ま
で貫いた孔のサイズ分布を、上質の溶接物の製造に必要
な最小限レーザー光線直径を評価するのに用い得る。レ
ーザー光線の直径は、たとえばレーザーにおける反射鏡
の角度を変えることによって調節し得る。約０．０３８
１〜０．０７６２cm（約０．０１５〜０．０３０イン
チ）のレーザー光線の直径が、約０．０５１〜０．１２
７cm（０．０２０〜０．０５０インチ）の溶接直径を製
造するのに有効であることが分かった。
【００１２】この出願で用いられるように、「レーザー
光線溶接」という句、または他のそれらから誘導された
用語は、高エネルギー源を用いる溶接、たとえばレーザ
ー光線溶接、電子線溶接、プラズマ溶接等を意味するこ
とを意図する。さて、図６では、本発明の方法の態様を
説明するフローチャートを示す。まず、多孔質パッドま
たは繊維金属パッド１４を、焼結または拡散結合方法を
用いて、公知の方法で製造または製作する（ブロック２
４）。次に繊維金属パッドを本体１２の支持面１６とつ
れそう形にレーザー切断する（ブロック２６）。繊維金
属パッドは１支持面から他の面に伸長する連続する片と
して形成し得る。繊維金属パッドは、所望により、鋳造
してもよい（ブロック２６）。その後、繊維金属パッド
１４を接着剤を用いて、本体１２の支持面１６に取り付
ける（ブロック２８）。代りに、繊維金属パッドを図１
の矢印３０により図式的に示したように、支持面１６に
クランプで固定してもよい。繊維金属パッド１４が本体
１２に接着剤で結合されるか、クランプで固定された
後、レーザー光線を繊維金属パッド１４及び本体１２の
間の複数の位置２０で結合させる（ブロック３２）。溶
融され、続いて冷却された、繊維金属パッド１４と本体
１２の金属の混合物は繊維金属パッドを本体１２に溶接
する。次に整形外科のインプラントは焼きなましされる
が、溶液熱処理され（ブロック３４）、その前に適用し
た接着剤を取り除く。
【００１３】上記のように、レーザー光線を繊維金属パ
ッド１４と本体１２との間に複数の位置でカップリング
する。レーザー溶接位置は予め定められた形またはでた
らめの形でよい。レーザー溶接位置は好ましくは、それ
らの間に約０．１０２〜０．３８１cm（約０．０４０〜
０．１５０インチ）の間隔、より好ましくは約０．１７
８cm（約０．０７０インチ）の間隔を有する。図３〜５
では、レーザー溶接位置の３つの異なる可能な形を示
す。図３は実質的に四角形を画定する複数の溶接位置を
図解する。各レーザー溶接位置２０は０．２５４〜１．
５２４cm（０．１０〜０．６０インチ）、好ましくは約
１．０１６cm（約０．４０インチ）の直径Ｄ（図２）を
有する。隣り合ったレーザー溶接位置２０の間の寸法３
６は約２．０３２cm（約０．８０インチ）で、角から角
への寸法は、引用番号３８で表わされ、約０．２８７cm
（約０．１１３インチ）である。
【００１４】図４は実質上四角形を画定する複数の溶接
位置２０とそれらの中に中心に位置する１個の溶接位置
２０を図解する。各溶接位置２０は好ましくは約１．０
１６cm（約０．４０インチ）の直径Ｄを有する。寸法４
０は約０．７８４cm（約０．０３１インチ）で、寸法４
２は約０．２５４cm（約０．１００インチ）であり、寸
法４４は約０．１５２cm（約０．０６０インチ）で、寸
法４６は約０．３５８cm（約０．１４１インチ）であ
る。
【００１５】図５は中心に位置する１個の溶接位置２０
を含む実質上六角形を画定する多数の溶接位置２０を図
解する。前記態様では、整形外科用インプラント１０は
大腿骨部の膝構成要素の形にある。しかしながら、本発
明の方法は、他の整形外科用インプラント、たとえば、
腰、肩、ひじもしくは足根関節インプラントまたは永久
的に埋め込まれる固定棒と共に用い得ることも明らかで
ある。
【００１６】さらに、前記態様では、多孔質金属パッド
１４は繊維金属パッド１４の形にある。しかしながら、
他の型の多孔質金属パッド、たとえば、玉状のパッドま
たは金網も本発明の方法で用い得るものである。この明
細書に提示された例は本発明の好ましい態様を１つの形
で説明するものであるが、このような例示は本発明の範
囲をいかなる風にも限定するものとして解すべきではな
い。
【００１７】本発明を好ましい設計について説明したけ
れども本発明はこの開示の精神と範囲内でさらに変更す
ることができる。したがって、この出願はその一般的な
主旨を用いる本発明のいかなる変更、使用または改変を
も保護しようとするものである。さらにこの出願は、こ
の発明が属する技術において公知または慣用の実施の範
囲内及び添付請求項の限定の範囲内であるような本開示
からはずれるものも保護しようとするものである。
【００１８】
【発明の効果】本発明の利点は、比較的におそい拡散結
合または焼結方法を用いずに多孔質金属パッドを整形外
科用インプラント本体に取り付けられることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を用いて製造された大腿骨の膝成
分の態様を示す斜視図である。
【図２】本発明の方法を用いる多孔質金属パッドと整形
外科用インプラントの間の相互連結を示す、拡大部分図
である。
【図３】多孔質金属パッドがインプラント本体にレーザ
ー溶接される型の種々の態様を図解する。
【図４】多孔質金属パッドがインプラント本体にレーザ
ー溶接される型の種々の態様を図解する。
【図５】多孔質金属パッドがインプラント本体にレーザ
ー溶接される型の種々の態様を図解する。
【図６】本発明の方法の態様を示すフローチャートであ
る。
【符号の説明】
１０…整形外科用インプラント（大腿骨部の膝構成要
素） １２…インプラント本体 １４…多孔質金属パッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーブ クレブス アメリカ合衆国，インディアナ 46804, フォート ウェイン，ソートゥース コー ト 9906 (72)発明者 スティーブ ティー．リン アメリカ合衆国，インディアナ 46804, フォート ウェイン，シー ウィンド プ レイス 9117 (72)発明者 クラレンス エム．パンチソン アメリカ合衆国，インディアナ 46580, ウォーソー，サウス サウスウッド ドラ イブ 2787 (72)発明者 ジェームス ジェイ．モル アメリカ合衆国，フロリダ 32413，パナ マ シティ ビーチ，シー ブリーズ サ ークル 550

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 整形外科用インプラントを製造する方法
    であって、整形外科用インプラント本体を形成し、前記
    本体は支持面を含む段階、 前記本体の前記支持面に多孔質金属パッドを置く段階、
    及び前記多孔質金属パッドと前記本体の間にレーザー光
    線をカップリングして、前記多孔質金属パッドと前記本
    体の間に金属の融合物を形成させる段階を含む前記方
    法。
  2. 【請求項２】 前記融合された金属が前記金属パッドと
    前記本体とを相互に連結する溶接ビードを画定する請求
    項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記溶接ビードが実質的に円筒状の層を
    画定し、前記円筒状の層は前記レーザー光線の直径に相
    当する直径を有している請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記円筒状の層の外径が約０．７６２cm
    （約０．３０インチ）である請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記カップリング段階が前記多孔質金属
    パッド及び前記本体の間の複数の位置の１つにレーザー
    光線をカップリングすることを含み、さらに前記多孔質
    金属パッド及び前記本体の間の複数の位置の残りにレー
    ザー光線をカップリングする繰り返し段階を含む請求項
    １記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記複数の位置が実質的に四角形を画定
    する請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記四角形が中心に配置された溶接位置
    を含む請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記複数の位置が実質的に六角形を画定
    する請求項５記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記六角形が中心に配置された溶接位置
    を含む請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記複数の位置が約０．１０２〜０．
    ３８１cm（約０．０４０〜０．１５０インチ）の間隔を
    有している請求項５記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記複数の位置が約０．１７８cm（約
    ０．０７０インチ）の間隔を有している請求項１０記載
    の方法。
  12. 【請求項１２】 前記支持面が複数の隣接する支持面を
    含み、前記置く段階が前記支持面の各々に対して前記多
    孔質金属パッドを置くことを含む請求項１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記支持面に対して前記多孔質を固定
    するさらなる段階を含み、前記固定する段階が前記置く
    段階と前記カップリング段階の間に存在する請求項１記
    載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記多孔質金属パッドを前記支持面に
    接着剤で結合させるさらなる段階を含む請求項１記載の
    方法。
  15. 【請求項１５】 前記金属パッドを前記支持面に合うよ
    うに切断するさらなる段階を含み、前記切断段階は前記
    置く段階の前に存在する請求項１記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記多孔質金属パッドが相互に連結し
    た金属繊維、金属ビーズ及び金網の１つを含む請求項１
    記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記繊維金属パッドがコバルト−クロ
    ム合金、チタン合金及びステンレススチール合金からな
    る群から選択される材料を含む請求項１記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記インプラント本体がコバルト−ク
    ロム合金、チタン合金及びステンレススチール合金から
    なる群から選択される材料を含む請求項１記載の方法。
  19. 【請求項１９】 そのインプラントを焼きなまして、接
    着剤で結合する段階で用いられた接着剤を除去するさら
    なる段階を含み、その焼きなまし段階が融合段階に続く
    請求項１４記載の方法。
  20. 【請求項２０】 整形外科用インプラントを製造する方
    法であって、 整形外科用インプラント本体を形成し、前記本体は支持
    面を含んでいる段階、 多孔質金属パッドを前記支持面に合うように形成する段
    階、 少くとも１つの前記金属パッドを前記支持面に固定する
    段階及び接着剤で結合する段階、並びに前記多孔質金属
    パッド及び前記本体の間にレーザー光線をカップリング
    して、前記多孔質金属パッド及び前記本体の間に金属の
    融合物を形成させる段階を含む前記方法。
  21. 【請求項２１】 前記融合された金属が溶接ビードを画
    定し、それが前記多孔質金属パッドと前記本体とを相互
    に連結する請求項２０記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記溶接ビードが実質的に円筒状の層
    を画定し、前記円筒状の層が前記レーザー光線の直径に
    相当する直径を有する請求項２１記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記カップリング段階が、前記多孔質
    金属パッドと前記本体との間の複数の位置の１つにレー
    ザー光線をカップリングすることを含み、さらに前記多
    孔質金属パッドと前記本体の間の前記複数の位置の残り
    に前記レーザー光線をカップリングする繰り返し段階を
    含む請求項２０記載の方法。
  24. 【請求項２４】 整形外科用インプラントであって、少
    くとも１つの支持面を有する金属本体、その支持面に接
    触する多孔質金属パッド、複数の溶接ビードにより形成
    された前記多孔質金属パッド及び前記本体の間の金属の
    融合物により、インプラント本体に連結されている多孔
    質パッドを含み、前記溶接ビードの一部分は一般に０．
    ２５４cm〜１．５２４cm（０．１０インチ〜０．６０イ
    ンチ）の直径を有する管状であり、互いに０．１０２cm
    〜０．３８１cm（０．０４０インチ〜０．１５インチ）
    離れた間隔を保っている前記整形外科用インプラント。
  25. 【請求項２５】 その溶接ビードの直径が約１．０１６
    cm（約０．４０インチ）である請求項２１記載の前記イ
    ンプラント。
  26. 【請求項２６】 その溶接ビードが約０．１７８cm（約
    ０．０７０インチ）互いに離れている請求項２１記載の
    前記インプラント。
  27. 【請求項２７】 整形外科用インプラントを製造する方
    法であって、 整形外科用インプラント本体を形成し、前記本体は支持
    面を含んでいる段階、 多孔質金属パッドを前記支持面に合うように形成する段
    階、 少くとも１つの前記多孔質金属パッドを前記支持面に固
    定する段階及び接着剤で結合する段階、並びに前記多孔
    質金属パッドと前記本体の間にレーザー光線をカップリ
    ングして前記多孔質金属パッド及び前記本体の間の複数
    の位置に金属の融合物を形成させる段階を含み、 前記融合された金属は前記多孔質金属パッドと前記本体
    を相互に連結する溶接ビードによって形成され、前記溶
    接ビードの一部分は実質的に円筒状の層を画定し、前記
    円筒状の層はレーザー光線の直径に相当する直径を有し
    ている前記インプラントの製造方法。
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