[go: up one dir, main page]

JP2984203B2 - 人工関節用摺動部材の製造方法 - Google Patents

人工関節用摺動部材の製造方法

Info

Publication number
JP2984203B2
JP2984203B2 JP7284220A JP28422095A JP2984203B2 JP 2984203 B2 JP2984203 B2 JP 2984203B2 JP 7284220 A JP7284220 A JP 7284220A JP 28422095 A JP28422095 A JP 28422095A JP 2984203 B2 JP2984203 B2 JP 2984203B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
molecular weight
ultra
weight polyethylene
sliding member
kgy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP7284220A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH09122222A (ja
Inventor
義人 筏
啓靖 大西
章 藤沢
真吾 増田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP7284220A priority Critical patent/JP2984203B2/ja
Publication of JPH09122222A publication Critical patent/JPH09122222A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2984203B2 publication Critical patent/JP2984203B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Prostheses (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、人の関節を補綴す
るための人工関節に用いられる摺動部材の製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より人工関節においては、例えば人
工股関節では、金属またはセラミックス製の人工骨頭と
プラスチック(主として摩耗特性に優れた超高分子ポリ
エチレン〔UHMWPE〕)製の人工臼蓋(ソケット)
を用いて関節部分を構成してた。
【0003】しかし、超高分子量ポリエチレン製の人工
臼蓋は生体内での長期間の使用により変形、摩耗し、生
体骨との間でゆるみ、摩耗粉による生体組織の炎症反応
等、種々の問題を起こしている。(文献 「In vivo we
ar of polyegthylen acetabular components」、THE JO
URNAL OF BONE AND JOINT SURGERY, VOL 75-B, NO.2,MA
RCH 1993) 人工関節用摺動部材としての超高分子量ポリエチレンの
改質についてはUSP5037928に約200℃に加
熱しながら、約1時間以上280MPa(約2800気
圧)以上の圧力を加えることによって、ポリエチレンを
熱架橋することによって耐クリープ変形性を向上させ、
耐摩耗性を向上させるという方法が示されており、この
ような方法によればクリープ変形率をAMST規格に基
づき0.5%程度まで小さくすることができると記載さ
れている。
【0004】また、敷田らの報告(「金属材料より非金
属材料への人工関節材料の転換」医療 第32巻4号
1978.4)では、成形加工後のポリエチレンに真空中でγ
線を照射して超高分子量ポリエチレンを架橋する試みが
記載されている。
【0005】また、本発明者の1人である大西と敷田の
報告(「耐摩耗性にすぐれた人工股関節」 別冊整形外
科 NO.18 P216 - 221 '90 年)では、超高分子
量ポリエチレンに一定量のγ線照射(105 〜106
ad及び5×107 〜108rad、尚、1Mrad=
10kGy)したものが超高分子量ポリエチレンの摺動
部材の摩耗減に効果があることが記載されている。
【0006】
【従来技術の課題】しかしながら、上記従来技術には以
下に説明するような問題があった。すなわち、約200
℃に加熱しながら、約1時間以上280MPa(約28
00気圧)以上の圧力を加えることによって、ポリエチ
レンを熱架橋する方法では、クリープ変形率をAMST
規格に基づき0.5%程度まで小さくすることができ低
耐摩耗性の超高分子量ポリエチレンを提供することがで
きるが、上記加熱処理を高圧下でおこなわなければなら
ず、大がかりな設備と多大なコストが必要であったとい
う不具合があった。
【0007】此れに対して、前記γ線を照射して超高分
子量ポリエチレンを架橋する方法では、比較的簡易で安
価な装置でもって超高分子量ポリエチレンを架橋できる
ものであるが、γ線の照射量が5×107 〜108 ra
dと非常に大きいため、超高分子量ポリエチレンの表面
劣化により初期摩耗が大きいという問題点があった。
【0008】
【発明の目的】上記のような従来技術の課題に鑑み、本
発明は、クリープ変形率が少なく且つ表面層の劣化がな
く、もって摺動特性、耐摩耗性に優れた超高分子量ポリ
エチレン製の人工関節用摺動部材を比較的簡易で安価な
装置でもって且つ低ランニングコストで用意できるよう
な新規な製造方法を提供すること、並びに、クリープ変
形率を従来より更に改善せしめた超高分子量ポリエチレ
ン製の人工関節用摺動部材の製造方法を提供することを
目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記従来技術の課題を解
決するため本発明は、素材としての超高分子量ポリエレ
ンに多量のγ線(吸収熱線量として500kGy〜1,
000kGy)を照射し、これを80℃から200℃で
30分から12時間程度まで加熱処理し、その後、所望
形状に切削加工によって所望形状に成形することを特徴
とする人工関節用摺動部材の製造方法を提供する。
【0010】
【作用】本発明の製造方法においては、素材としての超
高分子量ポリエレンに多量のγ線(吸収熱線量として5
00kGy〜1,000kGy)を照射し、これを80
℃から200℃で加熱処理する、という両者の組み合わ
せによりクリープ変形1%未満(ASTM D621に
基づく材料試験 荷重条件は、1000psi・24h
r)に抑え、耐クリーブ性と耐摩耗性を著しく向上させ
ることができる。
【0011】また、上記γ線照射と熱処理の後に所望形
状に切削加工によって成形することで、劣化した超高分
子量ポリエチレンの素材表面を除去するので摺動面の摺
動特性および耐摩耗性を向上せしめる。
【0012】γ線の照射には、飼料や医療機器の滅菌に
使用されている装置をそのまま流用でき、加熱処理も市
販の真空熱処理装置を使用できるので、装置のコスト及
び製造のランニングコストを比較的低く抑えることがで
きる。また、照射後に切削加工することによってγ線に
よって劣化した表面層を除去できるので、ガンマ線の照
射中に特殊な真空容器などを用いる必要もない。
【0013】γ線により上記素材表面が劣化するのはポ
リエチレンと酸素の結合(酸化反応)がγ線によって加
速されるためである。真空容器を用いることによって酸
素の量を減らし、酸化を抑制することは可能であらが、
完全に酸素をOにすることはできない。そのため、γ線
の大量照射によるポリエチレン表面のある程度の酸化劣
化は避けられない。
【0014】したがって、本発明において切削加工は表
面劣化層を除去するのに必須の工程である。γ線照射中
に素材を酸素などの活性の気体から完全に隔離すること
は事実上不可能であるが、切削によって、劣化層を取り
除き安定した物性が得られる。
【0015】なお、γ線照射量として吸収線量が500
kGy未満では、熱処理を行っても十分な効果が得られ
ない。他方、γ線照射量として吸収線量が10、000
kGyより大きい場合、材料の脆性が高くなりすぎて、
加工中または使用中に破断をおこすという可能性があ
る。
【0016】加熱温度は、厳密な制御を必要としない
が、80℃以下では実用的な時間で処理することず、他
方200℃以上ではポリエチレンの変形、劣化が激しい
という恐れがある。
【0017】また、加熱時間としては、30分から12
時間までが好ましい。加熱時間が30分以下では、十分
な特性を得ることができず、12時間以上では比較的低
めの温度でもポリエチレンの変形、劣化が大きくなり、
且つコスト的に不利になってしまる恐れがある。
【0018】本発明における、上記γ線照射量として吸
収線量ならびに加熱温度のより好ましい範囲としては、
吸収線量が1、000〜9,000kGy、加熱温度が
80〜200℃である。加熱温度について更に好ましく
は、100℃〜150℃の範囲であれば時間的な制御が
容易である。
【0019】また、このような製造方法により超高分子
量ポリエチレン製の人工関節用摺動部材のクリープ変形
率をAMST規格に基づき0.3%以下とすることが可
能となる。
【0020】
【発明の実施の形態】
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0022】〔例1〕素材として平均分子量730万の
超高分子量ポリエチレンを用いる。直径10cm、高さ
10cm程度の円筒状の素材をコバルト60を線源とす
るγ線処理装置に投入し、吸収線量として500,10
00,1500,2000kGyのガンマ線を照射し
た。その後真空熱処理器を用いて10torr以下の気
圧中、110℃で2時間加熱処理し、その後、室温まで
自然冷却した。この処理済材料から以下のような機械的
特性試験用の試験片を切削加工により作製した。なお、
加工の際に、表面から約1mmの部分は完全に除去し
た。
【0023】 引っ張り試験用:JIS K7113 2(1/2)号
形[全長60mm、厚さ2mm] クリープ試験用:ASTM D621[1.25mm角
の立方体] この試験片の機械的性質の測定値を表1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】〔例2〕素材として平均分子量440万の
超高分子量ポリエチレンを用いる。2×2×10cm角
の素材を用い、コバルト60を線源とするγ線処理装置
に投入し、吸収線量として1000,2400kGyの
γ線を照射した。その後、真空熱処理器を用いて10t
orr以下の気圧中、110℃で2時間加熱処理し、室
温まで自然冷却した。この処理済材料から機械的特性試
験用の試験片を切削加工により作製した。加工の際に、
表面から約1mmの部分は完全に除去した。
【0026】この試験片の機械的性質の測定値を表1に
示す。
【0027】また、比較例としてγ線照射をしない試験
片を同様に作製し、この試験片の機械的性質を同様の方
法で測定した。
【0028】〔例3〕素材として平均分子量440万の
超高分子量ポリエチレンを用いる。2×2×10cm角
程度の素材を硬質ガラス製の真空容器に入れて封管し、
コバルト60を線源とするγ線処理装置に投入し、吸収
線量として5000kGyのγ線を照射した。
【0029】なお、真空容器はγ線による強度劣化の影
響で照射終了時には破断していた。
【0030】その後、素材のみを真空熱処理器を用いて
10torr以下の気圧中、110℃で2時間加熱処理
し、その後、室温まで自然冷却した。この処理済材料か
ら機械的特性試験用の試験片を切削加工により作製し
た。加工の際に、表面から約1mmの部分は完全に除去
した。
【0031】この試験片の機械的性質の測定値を表1に
示す。
【0032】また、比較例としてγ線照射をしない試験
片と、500kGy照射をするが熱処理を行わない試験
片を同様に作製し、これらの試験片の機械的性質を同様
の方法で測定した。
【0033】表1の結果から明らかなように、慴動部材
として用いられる超高分子量ポリエチレン素材に吸収線
量500kGy以上のγ線を照射した後、100℃で1
時間以上加熱処理し、その後切削加工によって所望の形
状に成形加工することによって、クリープ変形を1%未
満に抑え、耐摩耗性を向上した。
【0034】特に、クリープ変形率については一例を除
き、すべて0.3%以下という非常に優れた結果を示
し、これらはいずれも実験上、摩耗量が極微量であっ
た。このような超高分子量ポリエチレンを人工関節用摺
動部材として用いた場合、長年の使用によっても上記ポ
リエチレンの摩耗粉の発生がほとんどなく、したがって
生体に安全である。
【0035】これに対してγ線照射または熱処理のいず
れかが施されていない上記比較例は、クリープ変形率が
1%以上であり、また摩耗量も比較的多かった。
【0036】ところで、上記実施例によればγ線の照射
には、飼料や医療機器の滅菌に使用されている装置をそ
のまま流用でき、加熱処理も市販の真空熱処理装置を使
用できるので、装置のコスト及び製造のランニングコス
トを比較的低く抑えることができる。また、照射後に切
削加工することによってγ線によって劣化した表面層を
除去できるので、ガンマ線の照射中に特殊な真空容器な
どを用いる必要もない。
【0037】なお、γ線照射量として吸収線量が500
kGy未満では、熱処理を行っても十分な効果が得られ
ない。他方、γ線照射量として吸収線量が10、000
kGyより大きい場合、材料の脆性が高くなりすぎて加
工中又は使用中に破断を起こすという可能性がある。
【0038】加熱温度は、厳密な制御を必要としない
が、80℃以下では実用的な時間で処理することず、他
方200℃以上ではポリエチレンの変形、劣化が激しい
という恐れがある。
【0039】本発明における、上記γ線照射量として吸
収線量ならびに加熱温度のより好ましい範囲としては、
吸収線量が1、000〜9,000kGy、加熱温度が
80〜200℃である。加熱温度について更に好ましく
は、100℃〜150℃の範囲であれば時間的な制御が
容易である。
【0040】
【発明の効果】叙上のように、本発明の人工関節用摺動
部材の製造方法によれば、素材としての超高分子量ポリ
エレンに多量のγ線を照射し、また、これを加熱処理す
るので上記摺動部材を構成する超高分子量ポリエチレン
のクリープ変形率が非常に小さくクリープ変形率をAM
ST規格に基づき0.3%以下まで減少させることも可
能である。したがって、このように製造される人工関節
用慴動部材は、生体内での摩耗量が極微量なので、生体
に安全で、長期間、安心して使用できるという優れた効
果を奏する。
【0041】また、本発明の製造方法によれば、上記γ
線照射および加熱処理の後に部材を切削加工によって所
望形状に成形し、劣化した表面層を取り除くので、大が
かりな機器や装置を必要とせず、コスト的に非常に有利
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) A61L 27/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超高分子量ポリエチレンにγ線を吸収線
    量として500kGyから10,000kGy照射した
    後、80℃から200℃で加熱処理し、これを切削加工
    により所望形状に成形することを特徴とする人工関節用
    摺動部材の製造方法。
JP7284220A 1995-10-31 1995-10-31 人工関節用摺動部材の製造方法 Expired - Fee Related JP2984203B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7284220A JP2984203B2 (ja) 1995-10-31 1995-10-31 人工関節用摺動部材の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7284220A JP2984203B2 (ja) 1995-10-31 1995-10-31 人工関節用摺動部材の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09122222A JPH09122222A (ja) 1997-05-13
JP2984203B2 true JP2984203B2 (ja) 1999-11-29

Family

ID=17675733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7284220A Expired - Fee Related JP2984203B2 (ja) 1995-10-31 1995-10-31 人工関節用摺動部材の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2984203B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007091521A1 (ja) 2006-02-06 2007-08-16 Japan Medical Materials Corporation 低摩耗性摺動部材及びそれを用いた人工関節
WO2010074238A1 (ja) 2008-12-25 2010-07-01 日本メディカルマテリアル株式会社 ポリマー摺動材料、人工関節部材、医療器具及びその製造方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6228900B1 (en) 1996-07-09 2001-05-08 The Orthopaedic Hospital And University Of Southern California Crosslinking of polyethylene for low wear using radiation and thermal treatments
US6017975A (en) 1996-10-02 2000-01-25 Saum; Kenneth Ashley Process for medical implant of cross-linked ultrahigh molecular weight polyethylene having improved balance of wear properties and oxidation resistance
IT1298376B1 (it) * 1997-12-16 2000-01-05 Samo Spa Trattamento di reticolazione e sterilizzazione per la produzione di manufatti in polietilene ad elevate caratteristiche tribologiche,
US6692679B1 (en) 1998-06-10 2004-02-17 Depuy Orthopaedics, Inc. Cross-linked molded plastic bearings
US6627141B2 (en) 1999-06-08 2003-09-30 Depuy Orthopaedics, Inc. Method for molding a cross-linked preform
US6245276B1 (en) 1999-06-08 2001-06-12 Depuy Orthopaedics, Inc. Method for molding a cross-linked preform
US6184265B1 (en) * 1999-07-29 2001-02-06 Depuy Orthopaedics, Inc. Low temperature pressure stabilization of implant component
EP1072277A1 (en) * 1999-07-29 2001-01-31 Depuy Orthopaedics, Inc. Gamma irradiated heat treated implant for mechanical strength
JP2004504178A (ja) * 2000-07-14 2004-02-12 デピュイ・オーソピーディックス・インコーポレイテッド 架橋した予備成形品を成形するための方法
US6818172B2 (en) 2000-09-29 2004-11-16 Depuy Products, Inc. Oriented, cross-linked UHMWPE molding for orthopaedic applications
US7819925B2 (en) 2002-01-28 2010-10-26 Depuy Products, Inc. Composite prosthetic bearing having a crosslinked articulating surface and method for making the same
CA2429930C (en) 2002-06-06 2008-10-14 Howmedica Osteonics Corp. Sequentially cross-linked polyethylene
AU2006259555B2 (en) * 2005-06-14 2011-03-03 Omni Life Science, Inc. Crosslinked polyethylene article
US8641959B2 (en) 2007-07-27 2014-02-04 Biomet Manufacturing, Llc Antioxidant doping of crosslinked polymers to form non-eluting bearing components

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007091521A1 (ja) 2006-02-06 2007-08-16 Japan Medical Materials Corporation 低摩耗性摺動部材及びそれを用いた人工関節
US9044323B2 (en) 2006-02-06 2015-06-02 Kyocera Medical Corporation High wear-resistant bearing material and artificial joint replacement using the same
WO2010074238A1 (ja) 2008-12-25 2010-07-01 日本メディカルマテリアル株式会社 ポリマー摺動材料、人工関節部材、医療器具及びその製造方法
US8765265B2 (en) 2008-12-25 2014-07-01 Kyocera Medical Corporation Polymer sliding material, artificial joint member, medical appliance, and manufacturing method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
JPH09122222A (ja) 1997-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2984203B2 (ja) 人工関節用摺動部材の製造方法
US6692679B1 (en) Cross-linked molded plastic bearings
US6503439B1 (en) Process for forming shaped articles of ultra high molecular weight polyethylene suitable for use as a prosthetic device or a component thereof
JP7237184B2 (ja) ジルコニウム及びジルコニウム合金の表面の酸化されたセラミック層の調製方法及び用途
CA2654851C (en) Ultra high molecular weight polyethylene molded article for artificial joints and method of preparing the same
AU2004216616B2 (en) Medical implant or medical implant part and method for producing the same
US5834113A (en) Self-reinforced ultra-high molecular weight polyethylene composite medical implants
US7781526B2 (en) Medical implant or medical implant part comprising porous UHMWPE and process for producing the same
AU759013B2 (en) Low temperature pressure stabilization of implant component
US20080178998A1 (en) Crosslinked polymeric composite for orthopaedic implants
JP4503114B2 (ja) 架橋成形したプラスチック支持体
JP2001523982A (ja) 耐摩耗性と耐酸化性のバランスを改良した超高分子量架橋ポリエチレン製医療用移植片の成形プロセス
JP4315261B2 (ja) 人工関節用摺動部材および製造方法
JP2004043798A (ja) 連続して架橋されたポリエチレン
JPH0673475A (ja) 医療移植体用の生体適合性低モジュラスチタン合金
JP2004523291A (ja) 医療用インプラントの製造方法
US6558794B1 (en) Ceramic particulate reinforced orthopedic implants
US20040132852A1 (en) Method for producing implant parts from highly cross-linked uhmwpe and implant parts for human medicine
JPH07236688A (ja) 生体吸収性プラスチックとコラーゲンの複合材料
US7803310B2 (en) Crosslinked polyethylene article
Narayan Laser processing of diamondlike carbon thin films for medical prostheses
JP2005237629A (ja) 人工関節およびその製造方法
EP2921186B1 (en) Annealing method for cross-linked polyethylene
JP2001070434A (ja) プロテーゼ部品および製造方法
JP4794057B2 (ja) 骨修復材の製造方法および骨修復材

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070924

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080924

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080924

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090924

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090924

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100924

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110924

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120924

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130924

Year of fee payment: 14

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees