(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工関節（１）であって、少なくとも二つの部材（２、３）で構成され、基板物質（３３、３４）の上に相互的に協調し合う連接表層（１０、１１）を有し、前記連接表層（１０、１１）の少なくとも一つの連接表層が
ａ）アモルファスダイヤモンド状炭素、または
ｂ）基板物質（３３、３４）に接着する接着層（１２、１３）上のＴｉＮ（窒化チタン）からなり、
Ａ）接着層（１２、１３）は前記連接表層（１０、１１）と前記基板との間に配置され、
Ｂ）前記連接表層（１０、１１）が多層複合材である人工関節（１）において、
Ｃ）前記接着層（１２、１３）がニオブ、タンタル、金若しくはその他の生体適合金属からなる人工関節（１）。
【請求項２】
前記アモルファスダイヤモンド状炭素は四面体アモルファスダイヤモンド状炭素である請求項１に記載の人工関節（１）。
【請求項３】
前記連接表層（１０、１１）は、金属若しくはセラミック基板をコーティングすることにより形成され、該金属若しくはセラミック基板は好ましくはＣｏＣｒＭｏ、ＣｏＣｒＭｏＣ、チタン、ＴＡＮ（チタン−アルミニウム−ニオブ合金）、ＴＡＶ（チタン−アルミニウム−バナジウム合金）、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムである請求項１又は２に記載の人工関節（１）。
【請求項４】
前記連接表層（１０、１１）が０．５μｍ〜８００μｍの厚さを有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の人工関節（１）。
【請求項５】
前記接着層（１２、１３）は３ｎｍ〜４０μｍの厚さを有する請求項１に記載の人工関節（１）。
【請求項６】
前記接着層（１２、１３）は５０ｎｍ〜９μｍの厚さを有する請求項５に記載の人工関節（１）。
【請求項７】
前記多層複合材が、下記の単層の配列で構成されることを特徴とする請求項１に記載の人工関節（１）。
（基板）−チタン−ＴｉＮ−チタン−ＴｉＮ
【請求項８】
前記関節が、関節内プロテーゼの、好ましくは腰、膝、肩用の関節内プロテーゼの一部であり、または椎間インプラントの、好ましくは椎間板プロテーゼの一部である請求項１〜７のいずれか一項に記載の人工関節（１）。
【請求項９】
前記連接表層（１０、１１）の双方が
ａ）アモルファスダイヤモンド状炭素か
ｂ）基板物質（３３、３４）に接着する接着層（１２、１３）上のＴｉＮからなり、
Ａ）接着層（１２、１３）は前記連接表層（１０、１１）と前記基板との間に配置され、
Ｂ）前記連接表層（１０、１１）が多層複合材であり、
Ｃ）前記接着層（１２、１３）がニオブ、タンタル、金若しくはその他の生体適合金属からなる請求項１〜８のいずれか一項に記載の人工関節（１）。
【請求項１０】
前記連接表層（１０、１１）が純金属製の様々な層を含む請求項１〜９のいずれか一項に記載の人工関節（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工関節に関する発明であり、相互的に協調し合う連接表層を有する少なくとも二つの部材で構成され、前記連接表層の少なくとも一方はアモルファスダイヤモンド状炭素を含む。
【背景技術】
【０００２】
整形外科の人工プロテーゼに用いる連接部品の設計は通常、球体およびソケット接合部を基としている。連接部品間の摩擦が原因で、摩耗くずが発生する。特別な固い表層コーティングを用いて、これらの摩耗くずを減らそうと試みたものの、努力の効果は、完全な成功とは言えない。
【０００３】
所謂、固い表層コーティングとは、自動車産業、発電所（タービンおよび発電機の設計）、あるいは車のエンジンの弁制御などによく使われる摩擦および摩耗のくずを減らすために用いる通常技術である。
【０００４】
ポープ等の米国特許第６，３９８，８１５号Ｂ１明細書により、人工関節及び多結晶ダイヤモンド状炭素の連接表層の超固コーティングが開示されている。多結晶ダイヤモンド状炭素の不利な点は、事実上、基板の機械的安全性がもはや確保できない高温で生産され、さらに多結晶ダイヤモンドの最初の表面が凸凹しているため、最終的に研磨加工工程が必要となる。
【０００５】
クマール等の米国特許第６，４４７，２９５号明細書により、ＡＤＬＣコーティングが施された歯科留めねじが開示されている。クマール明細書はチタンインプラント間の冷間圧接にＡＤＬＣを使用することを開示する。固い表層を相当柔軟な弾性基板の上に置くことは剥脱のリスクを抱える。すなわち固い表層が損傷する。クマールのコーティング技術は連接表層には適しない。
【０００６】
さらに、米国特許出願公開第２００５／００１６６３５号明細書は、膝の内部プロテーゼにＡＤＬＣを使用することを開示する。しかしながら、ＡＤＬＣ表面は該表面に対する細胞の内方成長若しくは上部成長を促進するためのコーティングとして用いられていることは明らかであるが、内部関節プロテーゼの連接層に使用されているわけではない。
【発明の概要】
【０００７】
内部関節プロテーゼの中、金属と金属の接合部に摩耗くずが発生する。特に、クロム、コバルト、モリブデンの微細な粒子が表層から排出される。そこで本発明の目的は、排出される粒子の量を削減できる連接表層を備えた人工関節を提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は乾燥性質が強化された人工関節を提供することである。
【０００９】
本発明の更なる目的は：
−  より高い生物学的適合性を有し、
−  固い表層が基板から層間剥離するリスクを減少する、
人工関節を提供することである。
【００１０】
本発明によるＡＤＬＣ表層を有する人工関節は、特に乾燥の条件下で優れた性能を示している。さらに、摩擦係数も低下し、摩耗くずの量も削減できる。
【００１１】
ＡＤＬＣは１５０℃〜２５０℃までの温度で処理される。これらの温度で、通常基材であるＣｏＣｒＭｏとＣｏＣｒＭｏＣはその材料構造の変化はなく、無傷状態を保持する。ＡＤＬＣとその接着層が完全に応用されたことにより、最後の研磨加工は必要としない。即ち、表面のトポグラフィーの変化はない。
【００１２】
特別な実施例において、非結晶質ダイヤモンド状炭素は四面体非結晶質ダイヤモンド状炭素である。このような形態は一番堅固な物質としての利点を有する。
【００１３】
連接表層は金属若しくはセラミック基板をコーティングすることで作られる。この金属若しくはセラミック基板は好適には、ＣｏＣｒＭｏ、ＣｏＣｒＭｏＣ、チタン、ＴＡＮ（チタン−アルミニウム−ニオブ合金）、ＴＡＶ（チタン−アルミニウム−バナジウム合金）、酸化アルミニウム若しくは酸化ジルコニウムである。
【００１４】
表層の厚さの範囲は０．５〜８００μｍであるが、２〜２５μｍの間が好ましい。
【００１５】
なお、別の実施例において、表層と基板との間に接着層が配置される。ＡＤＬＣが基板よりかなり固いため、層間に表面張力をもたらす。基板と表層（ＡＤＬＣ）の間に接着層を打ち込むことにより表面張力を減少できることが判明された。接着層は金属若しくは金属合金であり、特にニオブ、シリコン、タンタル、金若しくは、その他の生体適合金属からなり得る。
【００１６】
接着層の厚さの範囲は３ｎｍ〜４０μｍであるが、５０ｎｍ〜９μｍの間が好ましい。
【００１７】
更に別の実施例において、表層は多層複合材でも構成可能である。このデザインの利点は、純金属製の様々な「弾力性のさらに高い」層を介することによって表面張力を削減できることにある。多層複合材は下記の単一層の配列で構成される。
（基板）−チタン−ＴｉＮ−チタン−ＴｉＮ
【００１８】
本発明による関節は、関節内プロテーゼの一部、好ましくは腰、膝、肩用の関節内プロテーゼの一部であり、または椎間インプラントの一部、好ましくは椎間板プロテーゼの一部である。
【００１９】
以下に、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施例について説明する。
【００２０】
図１は本発明に基づく人工関節１の主要構成を図形化して表す。人工関節１は回転軸４を有する単軸関節で構成されるが、ヒンジ人工膝プロテーゼの図面が例である。人工関節１は基本的に、チャネル７に同軸貫通される最初の部品２及び、関節軸９を含む次の部品３で構成される。第一部材２と第二部材３は、連接表層１０、１１と；連接表層とチャネル７の周壁８との間に挟まれた接着層１２、１３と；関節軸９の各自柱面などを有することにより相互的に支え合う。人工関節１は、関節軸９にある凸状スライディング表面２９とチャネル７の周壁８にある凹面状スライディング表層３０の構造を用いることで、第一部材２と第二部材３の間でスライディング相対運動が簡単に可能になる。
【００２１】
図２〜図４は本発明に基づく人工関節１のもう一つの主要構成を図形として示しており、表面置換型の膝関節プロテーゼが例である。図２〜図４の実施例は円形断面を有する関節軸９と第一部材２の凹面状スライディング表層３０の凹状面形態がそれぞれ実施例１に示されたものと異なる。そのため、第一部材２の凹面状スライディング表層３０の湾曲半径が関節軸９の凸面状スライディング表層２９の湾曲半径より大きい。第一及び第二部材２と３のこのような構造を用いて、多層構造のスライディングおよび第一及び第二部材２と３が相互的に相対的な転動が可能になる。
【００２２】
図５と図６は人工関節１が椎間インプラント１４の形態で応用された実施例を表す。具体的に椎間板プロテーゼは上位付加部品１５、下位付加部品１６および前述の上下位付加部品１５、１６をきちんと連接する球関節２２で構成される。球関節２２および上下位付加部品１５、１６の反対側にはそれぞれ、上部末端表層１７と下部末端表層１８を有し、前述の上部末端表層１７を用いて最初椎間体のベースプレートと椎間インプラント１４が上端において接合するよう設置し、前述下部末端表層１８を用いて次の椎間体のカバープレートと椎間インプラント１４が下端において接合するよう設置する。球関節２２は、球状凸面結合部品２３を有する２枚の部品で構成され、凸状スライディング表面２９は椎間インプラント１４の中央軸１９を有する球状キャップで構成され、球状キャップの先端で交差する。凸状接合部品２３の後部２５において、円筒断面３１が設置され、凸状接合部品２３がそれに対応する凹所２７に収まるようにして、前記凹所２７は下位付加部品１６において下部末端表層１８と反対側にアレンジされた中間表層２１に位置する。同様に、凹状接合部品２４の後部２６に別の円筒状断面を設置し、凹状接合部品２４が対応する別の凹所２８に収まるようにする。前記凹所２８は上位付加部品１５において上部末端表層１７と反対側にアレンジされた中間表層２０に位置する。
【００２３】
この典型的な実施例において、第一及び第二接着層１２、１３は金属であり、３ナノメートルから６マイクロメートルまでの厚さを有し、凸状・凹状接合部品２３、２４に対応するそれぞれの最初の基板３３と次の基板３４に化学蒸着方法により固定される。これに対し、最初の連接層１０と次の連接層１１は２から３０マイクロメートルの厚さを有し、プラズマ補助化学蒸着プロセスが応用される。
【００２４】
凸状スライディング表層２９と凹面状スライディング表層３０は同じ半径を有することで、球関節２２が曲るか伸縮された場合に凸状スライディング表層２９と凹面状スライディング表層３０の間で相対的な滑り運動が可能である。同様に、人工関節の最初の部品２と次の部品３が中央軸１９に対して、相互に相対的な回転をする場合、凸状スライディング表面２９と凹面状スライディング表面３０の間で滑り運動が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に基づく人工関節の主要機能的な部分を示す斜視図である。
【図２】本発明に基づくもう一つの人工関節の主要機能的な部分を示す斜視図である。
【図３】本発明に基づく更に別の人工関節の主要機能的な部分を示す斜視図である。
【図４】図５に係る人工関節の断面を示す。
【図５】本発明に基づく実施例としての人工関節の分解立体図である。
【図６】図５に係る実施例の断面を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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