(57)【要約】  多孔質部材と人工関節本体とを含む人工関節の製造方法であって、前記人工関節本体におけるチタン材料又はチタン合金材料からなる接合部の外面にチタン材料又はチタン合金材料からなる前記多孔質部材を配置し、次いで前記人工関節本体を金属風袋の中に入れて減圧下で密閉する密閉工程、及び前記金属風袋を不活性雰囲下で熱間等方圧加圧処理して前記多孔質部材を前記人工関節本体に拡散接合させる工程を含方法が提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工関節本体と、前記人工関節本体の接合部の外面に接合された多孔質部材とを含む人工関節の製造方法であって、
チタン材料、チタン合金材料、又はコバルト合金材料からなる前記接合部の外面に、チタン材料又はチタン合金材料からなる前記多孔質部材を配置し、次いで前記人工関節本体を金属風袋の中に入れて減圧下で密閉する密閉工程、及び
前記金属風袋を不活性雰囲下で熱間等方圧加圧処理して前記多孔質部材を前記人工関節本体に拡散接合させる工程
を含む方法。
【請求項２】
前記密閉工程が、スポット溶接により前記接合部と前記多孔質部材を仮接合することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱間等方圧加圧処理が、７１０℃以上７８０℃以下、及び０．５ＭＰａ以上５０ＭＰａ未満の条件下で行われる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記密閉工程において、前記接合部と前記多孔質部材との間にチタン層を挿入し、前記拡散接合工程において、挿入された前記チタン層を介して前記多孔質部材を前記人工関節本体に拡散接合させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記チタン層の厚みが０．００５〜０．２５ｍｍである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記密閉工程において、前記多孔質部材が配置された前記人工関節本体をカーボンシートで覆った後、前記人工関節本体を金属風袋の中に入れる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記金属風袋が、ステンレス鋼及びタンタル含有材料のうち少なくとも１種を含む材料から構成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記金属風袋の厚みが２０〜１５０μｍである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記人工関節が人工股関節である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工関節の製造方法、より詳しくは、拡散接合法により接合された多孔質層を有する人工関節、特には人工股関節の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
変形性関節症やリウマチ等による関節の痛み、次第に進行する関節の変形による歩行障害等は、クオリティ・オブ・ライフ（ＱＯＬ：Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｌｉｆｅ）を著しく低下させる。これに対処するための治療技術として人工関節置換術が知られているが、当該人工関節置換術において用いられる人工関節は、生体親和性に加え、使用状況に応じた負荷や摺動に耐え得る構成であることが要求される。これらの要求を満たす金属系材料としては、一般的には、ＳＵＳ系合金、Ｃｏ−Ｃｒ系合金、チタン、及びチタン合金などが挙げられる。これらの材料を生体骨と結合させ、体内において関節機能を十分に発現させるためには、人工関節を生体骨にしっかりと固定する必要がある。そして、人工関節を生体骨に固定する方法には、大きく分けて以下の２つの方法、すなわちセメントを用いる固定方法（セメント固定方法）とセメントを用いない固定方法（セメントレス固定方法）がある。【０００３】
セメント固定方法としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の高分子材料を接着剤として使用することにより固定する方法が知られている。より具体的には、例えば、人工股関節ステムを例にとると、ステム部の外面に骨セメントとして作用するポリメチルアクリレート等を塗布し、ステム部を骨セメント層を介して大腿骨の骨髄腔に装着することで人工股関節ステムが大腿骨に固定される。しかしながら、このようなセメント固定方法では、長期間の使用により、塗布した骨セメント自体が生体内の環境などに起因して劣化し、ステム部と大腿骨の骨皮質との間にゆるみが生じる虞がある。そして、このような場合には、大腿骨中にステム部が沈み込む等の現象が発生し、その結果として人工関節としての機能が低下してしまうことがある。【０００４】
一方、セメントレス固定方法としては、金属多孔体や水酸化アパタイトなどを人工関節本体の表面に接着させ、それを利用して生体骨と人工関節とを直接的に結合させる方法が知られている。より具体的には、例えば、人工関節本体の大腿骨に対する支持面に多孔質金属材料（例えば、チタン製メッシュや発泡金属、３Ｄプリンターなどで作製された指向性多孔質材料）を接合して多孔質面を形成し、当該多孔質面中の細孔に大腿骨の新生骨を侵入させる。これにより人工関節を大腿骨に確実に結合させることができ、大腿骨に対する人工関節の結合力が高められる。そして、このようなセメントレス固定方法における人工関節本体への多孔質金属材料の接合について、これまで幾つかの改善策が提案されている。【０００５】
例えば、特許文献１では、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方法が記載され、さらに、上記の多孔質金属パッド及び整形外科用インプラント本体として、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使用することが記載されている。また、特許文献１では、上記の方法によれば、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ることができると記載されている。【０００６】
特許文献２では、チタン材料またはチタン合金材料から成形されたステム部を有する人工股関節本体を設け、チタン材料またはチタン合金材料より熱膨張係数が大きい金属材料から成形された複数のセグメントを有する加圧治具を設け、人工股関節本体のステム部の表面にチタン材料またはチタン合金材料のメッシュ層を積層し、加圧治具をステム部のメッシュ層を囲むように配置し、チタン材料またはチタン合金材料より熱膨張係数が小さい金属材料で形成した線材を加圧治具の外面に巻き付け、これら全体を真空中あるいは不活性ガスの雰囲気中で加熱処理し、加圧治具の半径方向内方を向く加圧力によりメッシュ層をステム部に拡散接合することを特徴とする人工股関節の製造方法が記載されている。また、特許文献２では、上記の製造方法によれば、加圧治具を構成する金属材料の熱膨張係数をチタン材料またはチタン合金材料の熱膨張係数より大きく、加圧治具の外面に巻き付けられる線材の金属材料の熱膨張係数をチタン材料またはチタン合金材料の熱膨張係数より小さくすることで、真空中あるいは不活性ガスの雰囲気中で加熱処理する際に発生する加圧治具の熱膨張力を半径方向内方に向けることで、メッシュ層をステム部に確実に拡散接合することができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−４３２１６号公報
【特許文献２】特開２００６−２５４９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
拡散接合を用いない特許文献１に記載の方法は、大腿骨に対する支持面を有する人工膝関節に適用することは可能であるものの、大腿骨の骨髄腔に装着するステム部を有する人工股関節に適用することは困難であり、適用可能な関節が制限されるという点で課題があった。【０００９】
一方、特許文献２に記載の方法では、加圧治具と多孔質金属材料であるメッシュ層との間で形状及び寸法における完全な一致があれば、加圧治具の半径方向内方の加圧力によりメッシュ層を人工股関節本体のステム部に確実に拡散接合することが可能であるものの、製造を繰り返す間に加圧治具の変形などが発生するために、継続的にメッシュ層の全面をステム部に完全に接合させることは事実上困難である。【００１０】
そこで、本発明は、拡散接合法を利用した新規な構成により、多孔質材料と人工関節本体を確実かつ継続的に接合することができる人工関節の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成する本発明は下記のとおりである。
（１）人工関節本体と、前記人工関節本体の接合部の外面に接合された多孔質部材とを含む人工関節の製造方法であって、
チタン材料、チタン合金材料、又はコバルトクロム合金材料からなる前記接合部の外面に、チタン材料又はチタン合金材料からなる前記多孔質部材を配置し、次いで前記人工関節本体を金属風袋の中に入れて減圧下で密閉する密閉工程、及び
前記金属風袋を不活性雰囲下で熱間等方圧加圧処理して前記多孔質部材を前記人工関節本体に拡散接合させる工程
を含む方法。
（２）前記密閉工程が、スポット溶接により前記接合部と前記多孔質部材を仮接合することを含む、上記（１）に記載の方法。
（３）前記熱間等方圧加圧処理が、７１０℃以上７８０℃以下、及び０．５ＭＰａ以上５０ＭＰａ未満の条件下で行われる、上記（１）又は（２）に記載の方法。
（４）前記密閉工程において、前記接合部と前記多孔質部材との間にチタン層を挿入し、前記拡散接合工程において、挿入された前記チタン層を介して前記多孔質部材を前記人工関節本体に拡散接合させる、上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の方法。
（５）前記チタン層の厚みが０．００５〜０．２５ｍｍである、上記（４）に記載の方法。
（６）前記密閉工程において、前記多孔質部材が配置された前記人工関節本体をカーボンシートで覆った後、前記人工関節本体を金属風袋の中に入れる、上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の方法。
（７）前記金属風袋が、ステンレス鋼及びタンタル含有材料のうち少なくとも１種を含む材料から構成される、上記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の方法。
（８）前記金属風袋の厚みが２０〜１５０μｍである、上記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の人工関節の製造方法。
（９）前記人工関節が人工股関節である、上記（１）〜（８）のいずれか１項に記載の方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の方法によれば、人工関節本体における接合部の外面に多孔質部材を配置したものを金属風袋の中に入れて減圧下で密閉し、次いで当該金属風袋を不活性雰囲下で熱間等方圧加圧処理することで、金属風袋を人工関節本体、特には多孔質部材に密着させた状態であらゆる方向から均等に圧力を加えることが可能となるため、多孔質部材と人工関節本体をそれらが接する部分の全面にわたって確実に拡散接合させることができる。また、このような金属風袋は、硬質の加圧治具を使用する場合のような寸法精度は要求されず、しかも比較的安価に製造することが可能であるため、繰り返しの使用によって金属風袋が破れたりして破損した場合には、それに代えて新たな金属風袋を使用すればよく、それゆえ、本発明の方法によれば、拡散接合によって多孔質部材と人工関節本体を確実かつ継続的に接合することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る人工関節を示す模式図である。
【図２】本発明に係る人工関節の製造方法を説明する写真である。
【図３】試験片を示す写真である。
【図４】多孔質部材（金属メッシュ）の多孔質構造に対するＨＩＰ処理における処理温度の影響を示す写真である。
【図５】結晶粒成長に対するＨＩＰ処理における処理温度の影響を示す写真である。
【図６】処理温度７００℃及び８００℃でＨＩＰ処理した場合の母材と金属メッシュの接合面の状態を示す写真である。
【図７】種々の処理温度でＨＩＰ処理した場合の母材と金属メッシュの接合面の状態を示す写真である。
【図８】接合強度に対するＨＩＰ処理における処理温度の影響を示すグラフである。
【図９】厚さ０．１ｍｍの純チタン層を介挿してＨＩＰ処理した場合の母材と金属メッシュの接合面の状態を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜人工関節の製造方法＞
本発明に係る多孔質部材と人工関節本体とを含む人工関節の製造方法は、
前記人工関節本体におけるチタン材料又はチタン合金材料からなる接合部の外面にチタン材料又はチタン合金材料からなる前記多孔質部材を配置し、次いで前記人工関節本体を金属風袋の中に入れて減圧下で密閉する密閉工程、及び
前記金属風袋を不活性雰囲下で熱間等方圧加圧処理して前記多孔質部材を前記人工関節本体に拡散接合させる工程
を含むことを特徴としている。
【００１５】
例えば、人工股関節などの人工関節において拡散接合法により多孔質部材を接合する場合には、人工股関節のステム部、特には接合部に多孔質部材を拡散接合する必要がある。しかしながら、このようなステム部は卵形等の複雑な３次元形状を有するため、当該ステム部の外面に接合される多孔質部材もまた同様に複雑な３次元形状を有することになる。このような場合に、ステム部と多孔質部材を拡散接合によってしっかりと結合させるためには、ステム部と多孔質部材が確実に拡散接合するように、ステム部の外面に多孔質部材を積層した状態で、複雑な３次元形状を有する多孔質部材に対してあらゆる方向から均等に圧力を加えることが重要となる。
【００１６】
例えば、特開２００６−２５４９９４号公報に記載されるような硬質の加圧治具を用いた方法では、上記のとおり、加圧治具と多孔質部材であるメッシュ層との間で形状及び寸法における完全な一致があれば、加圧治具の半径方向内方の加圧力によりメッシュ層を人工股関節本体のステム部に確実に拡散接合することは可能である。しかしながら、人工関節の製造においてこのような加圧操作を繰り返し続ける間に、当然ながら加圧治具の変形や破損などが発生するため、加圧治具とメッシュ層との間で形状及び寸法における一致を確保することができなくなる。したがって、従来の方法では、継続的に多孔質部材の全面を人工関節本体の接合部に完全に接合させることは事実上困難である。
【００１７】
そこで、本発明者らは、拡散接合の際の加圧方法について特に着目して検討を行った。その結果として、本発明者らは、人工関節本体における接合部の外面に多孔質部材を配置したものを金属風袋の中に入れて減圧下で密閉し、次いで当該金属風袋を不活性雰囲下で熱間等方圧加圧処理（以下、「ＨＩＰ処理」ともいう）することで、金属風袋を人工関節本体、特には多孔質部材に密着させた状態であらゆる方向から均等に圧力を加えることが可能となるため、多孔質部材と人工関節本体をそれらが接する部分の全面にわたって確実に拡散接合させることができることを見出した。また、このような金属風袋は、硬質の加圧治具を使用する場合のような寸法精度は要求されず、しかも比較的安価に製造することが可能である。したがって、繰り返しの使用によって金属風袋が破れたりして破損した場合には、それに代えて新たな金属風袋を使用すればよく、それゆえ、このような方法によれば、拡散接合によって多孔質部材と人工関節本体を確実かつ継続的に接合することが可能となる。
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明に係る人工関節の製造方法についてより詳しく説明するが、これらの説明は、本発明の好ましい実施態様の単なる例示を意図するものであって、本発明をこのような特定の実施態様に限定することを意図するものではない。
【００１９】
図１は、本発明に係る人工関節を示す模式図であり、例示として人工股関節が具体的に示されている。なお、本発明に係る人工関節は、人工股関節には限定されず、人工膝関節、人工肩関節、人工肘関節等の種々の人工関節において適用することが可能である。ここで、図１（ａ）は、人工関節本体１を示しており、当該人工関節本体１は、大腿骨の骨髄腔に固定されるステム部２と、ステム部２に連結されたネック部３と、ネック部３に結合され、骨頭（図示せず）を装着するための骨頭装着部４とを有する。また、人工関節本体１は、ステム部２中に多孔質部材５を接合するための接合部６を有し、本発明の方法に従って多孔質部材５を接合部６に拡散接合することにより人工関節１０が得られる（図１（ｂ））。このようにして得られた人工関節１０を人工股関節として使用することで、多孔質部材の細孔に大腿骨の新生骨を侵入させることができ、その結果として人工関節１０を大腿骨に確実に結合させることができる。なお、図１（ｂ）では、人工関節本体１の片方の面のみに多孔質部材５が拡散接合されるように示されているが、好ましくは、同様の形状を有する多孔質部材５を人工関節本体１の他方の面にも配置して、人工関節本体１における接合部の全周にわたって多孔質部材５が拡散接合される。
【００２０】
図２は、本発明に係る人工関節の製造方法を説明する写真である。本発明に係る人工関節の製造方法では、まず、図１において示されるような人工関節本体１の接合部６に多孔質部材５が配置されたものを金属風袋７の中に入れ、減圧下で密閉する（図２（ａ））。次いで、この金属風袋７を熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）装置内に収容し、アルゴン（Ａｒ）等の不活性雰囲気下においてＨＩＰ処理を施す（図２（ｂ））。これにより金属風袋６の外側から人工関節本体１全体に均等に所定の圧力を加えることができる。その結果として、多孔質部材５と人工関節本体１の接合部６が接する部分の全面にわたって確実に拡散接合がされた人工関節１０を得ることが可能となる。以下、本発明に係る人工関節の製造方法における各工程についてより詳しく説明する。
【００２１】
［密閉工程］
本発明によれば、まず、密閉工程において、人工関節本体における接合部の外面に多孔質部材が配置され、次いで当該人工関節本体を金属風袋の中に入れて減圧下で密閉される。減圧下で金属風袋を密閉することで、その後の拡散工程における熱間等方圧加圧処理の際に金属風袋を人工関節本体に直接的（又は後で説明するように金属風袋と人工関節本体の間にカーボンシートを挿入した場合には間接的）に確実に密着させて、当該金属風袋の外側から人工関節本体全体に均等に所定の圧力を加えることができる。
【００２２】
減圧の際の圧力は、常圧よりも低ければよく特に限定されないが、一般的には８０ｋＰａ以下、好ましくは５０ｋＰａ以下、より好ましくは１０ｋＰａ以下、最も好ましくは２ｋＰａ以下である。金属風袋中に酸素が存在すると、チタン材料又はチタン合金材料からなる人工関節本体の接合部及び／又は多孔質部材が酸化されて、これらを拡散接合する際に接合不良が生じる虞がある。したがって、より低い圧力において金属風袋を密閉して当該金属風袋から十分に又は完全に酸素を排除することで、その後の拡散接合工程において良好な接合を達成することができる。なお、上記の圧力は、ロータリーポンプ等を使用することで容易に達成することができる。
【００２３】
（人工関節本体）
人工関節本体は、多孔質部材を接合するための接合部を有し、当該接合部はチタン材料（すなわち純チタン）、チタン合金材料、又はコバルト合金材料からなる。チタン合金材料としては、特に限定されないが、例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｍｏ−２Ｆｅ合金、Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｆｅ合金、Ｔｉ−１３Ｎｂ−１３Ｚｒ合金、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｎｂ−１Ｔａ合金等が挙げられる。好ましくは、チタン合金材料としては、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金が使用される。コバルト合金材料としては、特に限定されないが、例えばコバルト−クロム合金、コバルト−クロム−モリブデン合金等が挙げられる。なお、接合部の材料として、多孔質部材の材料とは異なる材料（例えばコバルト合金材料）を用いる場合には、後述するように接合部と多孔質部材との間にチタン層を介挿することが好ましい。
【００２４】
なお、接合部以外の人工関節本体は、当業者に公知の生体親和性を有する任意の材料から構成することができ、特に限定されないが、例えば、接合部と同様にチタン材料、チタン合金材料、又はコバルト合金材料（例えばコバルト−クロム合金等）から構成してもよく、他の材料（例えば、ジルコニウム合金（例えばＺｒ−２．５Ｎｂ（オキシニウム）等）、ステンレス鋼（例えばオキシニウム）等）から構成してもよく、あるいは、これらの材料の組み合わせから構成してもよい。
【００２５】
（多孔質部材）
本発明によれば、上記の人工関節本体における接合部の外面に配置される多孔質部材は、チタン材料又はチタン合金材料からなる。チタン合金材料としては、特に限定されないが、例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｍｏ−２Ｆｅ合金、Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｆｅ合金、Ｔｉ−１３Ｎｂ−１３Ｚｒ合金、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｎｂ−１Ｔａ合金等が挙げられる。好ましくは、チタン合金材料としては、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金が使用される。また、多孔質部材は、新生骨が侵入するのに十分な多孔性を有する任意の構造を有する部材であってよく、特に限定されないが、例えば、メッシュ構造を有する部材、機械加工又は電子ビーム等でチタン材料又はチタン合金材料の表面を多孔質構造に成形した部材などであってよい。
【００２６】
密閉工程では、上記のとおり、人工関節本体における接合部の外面に多孔質部材が配置されるが、この際、スポット溶接等によって人工関節本体における接合部と多孔質部材を仮接合してもよい。仮接合を行うことにより、その後の作業において多孔質部材と人工関節本体の相対的な位置関係においてずれを生じさせることなく、拡散接合工程において多孔質部材と人工関節本体を正しく拡散接合させることが可能となる。このような仮接合に代えて又はそれに加えて、人工関節本体における接合部を多孔質部材の形状と一致した形状を有する環状溝としてもよい。これにより、例えば、上記のような仮接合を行わない場合であっても、多孔質部材と人工関節本体の相対的な位置関係においてずれを生じさせることなく、それらを正しく拡散接合させることが可能となる。なお、このような環状溝は、その深さを当該環状溝に配置される多孔質部材の厚みに対応させることが好ましい。
【００２７】
（介挿チタン層）
なお、本発明の一態様によれば、密閉工程において、人工関節本体の接合部の外面と多孔質部材との間にチタン層を挿入し、後記の拡散接合工程において、挿入された前記チタン層を介して多孔質部材を人工関節本体に拡散接合させてもよい。このようにチタン層を介挿した状態で人工関節本体の接合部に多孔質部材を拡散接合することにより、例えば人工関節本体の接合部と多孔質部材が異なる材料からなる場合（例えば接合部がコバルト合金材料、多孔質部材がチタン材料又はチタン合金材料の場合）でも、両者を良好に接合することが可能となる。その理由としては、理論に束縛されるものではないが、如何考えられる。即ち、チタン層を介挿しない態様では、接合部の材料と多孔質部材の材料とが圧力下で焼結して接合されるのに対し、チタン層を介挿する本態様では、接合部の材料中の成分（例えばＣｏ、Ｃｒ等）と、多孔質部材の材料中の成分（例えばＡｌ等）とが、介挿されたチタン層中に共に拡散する。また、純チタン層の高温強度は、例えば多孔体の材料の一例であるチタン合金（例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ）と比較して１／４程度であり、高温圧縮時には非常に柔軟になるため、接合面に容易に追従する。こうした理由により、接合部の材料と多孔質部材の材料とが異なる場合でも、優れた接合を得ることができるものと推測される。
【００２８】
なお、チタン層の厚みは特に制限されないが、下限は通常０．００５ｍｍ以上、中でも０．０１ｍｍ以上、更には０．０２ｍｍ以上とすることが好ましい。チタン層が薄すぎると、接合性の向上効果が十分に得られない場合がある。また、チタン層の厚みの上限は、通常０．２５ｍｍ以下、中でも０．２２ｍｍ以下、更には０．２０ｍｍ以下とすることが好ましい。チタン層が厚すぎると加工性が悪くなり、自由曲面の部分にきれいに沿わなくなる場合がある。また、チタン層の形状も特に制限されないが、人工関節本体の接合部と多孔質部材との接合面の形状と略同一となるように切断して用いることが好ましい。なお、成形性を考慮すると、斯かるチタン層は、例えばチタン箔により形成することが好ましく、特に複数のチタン箔を重ねて所定の厚さに調整することが好ましい。
【００２９】
（金属風袋）
多孔質部材を配置した人工関節本体を挿入するための金属風袋は、特に限定されないが、好ましくはステンレス鋼及びタンタル含有材料のうち少なくとも１種を含む材料から構成される。例えば、タンタル含有材料、とりわけタンタルは耐食性が高く、金属風袋として使用した場合にはステンレス鋼と同等か又はそれ以上の性能を示すことができる。しかしながら、タンタルはレアメタルであり、それゆえ消耗品としての使用には必ずしも適していない。したがって、特に材料コストの観点からは、金属風袋は、ステンレス鋼、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、及びＳＵＳ３１６Ｌ等から構成されることがより好ましい。
【００３０】
ＳＵＳ箔などは消耗品として安価に市販されていることから、例えば、市販のＳＵＳ箔を所定のサイズに切断し、次いでレーザー溶接等により溶接加工することで、安価でかつ比較的容易に本発明における金属風袋を製造することが可能である。したがって、例えば、ステンレス鋼から構成される金属風袋が繰り返しの使用によって破損又は腐食等した場合においても、新たな金属風袋に容易に交換することが可能である。
【００３１】
上記の金属材料から構成される金属風袋は、その厚みが薄いために高温下で比較的容易にクリープ変形を起こし、それゆえ樹脂製のプラスチック材料のような柔軟な材料に変化させることが可能である。金属風袋のこのような作用を利用することで、拡散接合工程における熱間等方圧加圧処理の際に、金属風袋を人工関節本体、特には多孔質部材に密着させた状態であらゆる方向から均等に圧力を加えることが可能となるため、多孔質部材と人工関節本体をそれらが接する部分の全面にわたって確実に拡散接合させることが可能となる。
【００３２】
本発明によれば、金属風袋の厚みは２０〜１５０μｍであることが好ましい。複雑な形状を有する人工関節に対して金属風袋を確実に密着させて外部から均等に圧力を加えるためには、金属風袋の厚みは可能な限り薄いことが好ましい。しかしながら、本発明の方法では、金属風袋は、拡散接合工程において高温及び高圧の条件下にさらされる。したがって、金属風袋の厚みが２０μｍよりも薄くなると、このような条件下で比較的容易に破断し、金属風袋における減圧下での密閉、特には真空下での密閉が破られる虞がある。一方で、金属風袋の厚みが１５０μｍよりも厚くなると、高温下でのクリープ変形によっても金属風袋に十分な柔軟性を付与することができないために、拡散接合工程において人工関節に対し外部から均等に圧力を加えることができなくなる場合がある。
【００３３】
より好ましくは、金属風袋の厚みは、３０μｍ以上、４０μｍ以上、５０μｍ以上、６０μｍ以上又は７０μｍ以上であり、かつ１４０μｍ以下、１３０μｍ以下、１２０μｍ以下、１１０μｍ以下、１００μｍ以下である。金属風袋の厚みを上記のような範囲内に制御することで、拡散接合工程において、人工関節に対し金属風袋を確実に密着させて外部から均等に圧力を加えることができ、ひいては多孔質部材と人工関節本体をそれらが接する部分の全面にわたって確実に拡散接合させることが可能となる。
【００３４】
密閉工程においては、多孔質部材が配置された人工関節本体をカーボンシートで覆った後、当該人工関節本体を金属風袋の中に入れることが好ましい。上記のとおり、本発明の方法では、金属風袋は、拡散接合工程において高温及び高圧の条件下にさらされるため、金属風袋を人工関節本体に直接的に密着させた場合には、金属風袋と人工関節本体及び／又は多孔質部材との間で融着が生じたり、金属風袋を構成する金属材料、例えばステンレス鋼の組成が人工関節本体及び／又は多孔質部材を構成するチタン材料又はチタン合金材料に移ってしまったりする虞がある。そこで、カーボンシートを人工関節本体と金属風袋の間に挿入して、金属風袋が人工関節本体に対して直接的にではなく間接的に密着するようにすることで、金属風袋と人工関節本体及び／又は多孔質部材との間の融着、さらには金属風袋から人工関節本体及び／又は多孔質部材への組成の移り込みを確実に防ぐことができる。
【００３５】
［拡散接合工程］
本発明によれば、上記密閉工程の後、人工関節本体及び多孔質部材を入れた金属風袋が不活性雰囲下で熱間等方圧加圧処理を施される。これにより、金属風袋を人工関節本体、特には多孔質部材に直接的又は間接的に密着させた状態であらゆる方向から均等に圧力を加えることが可能となるため、多孔質部材と人工関節本体をそれらが接する部分の全面にわたって確実に拡散接合させることができ、それゆえ十分な接合強度を達成することができる。
【００３６】
例えば、酸素含有雰囲気下で金属風袋を熱間等方圧加圧処理した場合には、金属風袋が高温下で酸化して脆化し、その結果として熱間等方圧加圧処理における加圧下で破断してしまう場合がある。金属風袋は、窒素雰囲気等の不活性雰囲気下において熱間等方圧加圧処理することも可能であるが、７００℃を超える高温下では金属風袋として用いられる材料によっては窒化が生じて金属風袋が脆化する場合がある。したがって、金属風袋は、アルゴン雰囲気下で熱間等方圧加圧処理されることがより好ましい。
【００３７】
（熱間等方圧加圧処理）
本発明によれば、拡散接合工程における熱間等方圧加圧処理は、０．５ＭＰａ以上５０ＭＰａ未満の条件下で行われることが好ましい。処理圧力が０．５ＭＰａよりも低いと、多孔質部材と人工関節本体が全く拡散接合しないか又は部分的にしか拡散接合しない場合がある。一方で、処理圧力が５０ＭＰａ以上の高圧になると、多孔質部材における多孔質構造が潰れてしまうことがあり、このような場合には、得られた人工関節を生体骨にしっかりと固定することができなくなる。より好ましくは、処理圧力は、１ＭＰａ以上、２ＭＰａ以上、３ＭＰａ以上、４ＭＰａ以上、５ＭＰａ以上又は８ＭＰａ以上であり、かつ４０ＭＰａ以下、３０ＭＰａ以下、２５ＭＰａ以下、２０ＭＰａ以下、１５ＭＰａ以下又は１０ＭＰａ以下である。最も好ましくは、処理圧力は８ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である。処理圧力を上記のような範囲内に制御することで、拡散接合工程において、多孔質部材における多孔質構造を壊すことなしに、多孔質部材と人工関節本体をそれらが接する部分の全面にわたって確実に拡散接合させることができる。
【００３８】
本発明によれば、拡散接合工程における熱間等方圧加圧処理は、７１０℃以上７８０℃以下の条件下で行われることが好ましい。熱間等方圧加圧処理における処理温度は、処理圧力及び処理時間等に比べて、得られる製品の品質及び拡散接合に与える影響が大きいため特に重要である。例えば、ステンレス鋼のＳＵＳ３０４であれば、約５５０℃以上の温度で比較的容易にクリープ変形が起こり、チタン合金材料のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金であれば、同様に約６７０℃以上の温度で比較的容易にクリープ変形が起こる。したがって、熱間等方圧加圧処理を７１０℃以上７８０℃以下の条件下で行った場合には、クリープ変形を利用してステンレス鋼等から構成される金属風袋を人工関節に対し確実に密着させて外部から均等に圧力を加えることができる。さらに、このような高温下では、チタン材料又はチタン合金材料からなる人工関節本体及び多孔質部材においてそれらの接合面が多少一致していない場合があっても、このような不一致を両材料のクリープ変形により解消することができるので、均質な拡散接合の達成を促進させることが可能となる。
【００３９】
しかしながら、処理温度が７１０℃よりも低いと、多孔質部材と人工関節本体が全く拡散接合しないか又は部分的にしか拡散接合しない場合がある。一方で、処理温度が７８０℃よりも高くなると、多孔質部材の変形がより起こりやすくなることに起因して、その多孔質構造が潰れてしまう場合がある。さらには、このような高温下においては、均質な拡散接合を達成しそれゆえ十分な接合強度を達成することは可能であるものの、人工関節本体及び／又は多孔質部材の組織において結晶粒が過度に成長してしまう虞がある。本発明者らによる試験では、７８０℃を超える温度において熱間等方圧加圧処理を実施した場合に、ＪＩＳ  Ｇ０５５１：２０１３に規定される粒度番号に基づいて比較的顕著な結晶粒の成長が確認された。このような結晶粒の成長は、最終的に得られる製品において疲労強度の低下を招くことがあるため、力学的応力を継続的に又は繰り返し受ける人工関節のような用途においては極めて重大な問題である。
【００４０】
本発明によれば、より好ましくは、処理温度は、７２０℃以上、７３０℃以上、７４０℃以上又は７４５℃以上であり、かつ７７０℃以下、７６５℃以下、７６０℃以下又は７５５℃以下である。最も好ましくは、処理温度は７４５℃以上７５５℃以下である。処理温度を上記のような範囲内に制御することで、拡散接合工程において、多孔質部材における多孔質構造を壊すことなく、さらには人工関節本体及び／又は多孔質部材の組織において結晶粒の過度な成長を生じさせることなしに、多孔質部材と人工関節本体をそれらが接する部分の全面にわたって確実に拡散接合させることができ、それゆえ十分な接合強度を達成するとともに、疲労強度の低下を確実に抑制することが可能となる。
【００４１】
熱間等方圧加圧処理における処理時間は、所定の処理温度及び処理時間において多孔質部材と人工関節本体を拡散接合させるのに十分な時間であればよく、特に限定されないが、例えば、５分以上、１０分以上、２０分以上、３０分以上又は１時間以上であり、かつ３０時間以下、２０時間以下、１０時間以下、５時間以下又は３時間以下であってよい。
【００４２】
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【実施例】
【００４３】
以下の実施例では、本発明の方法に従って得られた人工関節及び試験片について、引張試験による接合強度の測定、組織観察による拡散接合及び結晶粒成長の確認、並びに疲労強度試験を行った。これらの試験の詳細は下記のとおりである。【００４４】
（１）引張試験による接合強度の測定
引張試験は、ＪＩＳ  Ｈ８４０２：２００４に準拠した方法により実施した。具体的には、本発明の方法に従って母材と多孔質部材（又は金属メッシュ）を拡散接合した円形等の形状を有する試験片を作製し、当該試験片をインストロン試験機５９８２に装着して試験片の両端を引っ張ることにより接合強度を測定した。測定した接合強度が薬事機発第１００８００１号に規定されている引張強度２０ＭＰａ以上を満足する場合を合格とした。【００４５】
（２）組織観察による拡散接合及び結晶粒成長の確認
試験片を切断して得られた断面の金属組織について、岡山県工業技術センターのＥＰＭＡ装置（日本電子  ＪＸＡ−８５００ＦＳ）を用いて反射電子像を撮影し、母材と多孔質部材との接合面を観察した。また、ソフト（Ｉｍａｊｅ  Ｊ）を用いて母材部分の粒度の測定を行い、ＪＩＳ  Ｇ０５５１：２０１３に規定される粒度番号に基づいて評価した。【００４６】
（３）疲労強度試験
所定のＨＩＰ処理条件において作製した試験片に対し、繰り返し引張応力を加えることにより疲労強度試験を実施し、繰り返し数１０7回で破断しなかった場合の最大応力をその処理条件での疲労強度（疲労限）として評価した。【００４７】
［実施例１］
図１に示すようなステム部を有する人工関節本体（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金：ＡＳＴＭ  Ｆ１３６準拠素材）における接合部の外面に多孔質部材（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の表面にＡＲＣＡＭ社製電子ビーム造形装置Ｓ−１２により多孔質構造を造形した部材）を配置し、次いでスポット溶接により人工関節本体における接合部と多孔質部材を仮接合した。次に、ステンレス箔（日本金属社製ＳＵＳ４３０、膜厚１００μｍ）を所定のサイズに切断し、次いでレーザー溶接により袋形状に溶接加工して金属風袋を作製した。多孔質部材を仮接合した人工関節本体をカーボンシート（東洋炭素社製カーボンシート：ＰＦ−ＵＨＰＬ）で覆った後、これを作製した金属風袋の中に入れた。次いで、この金属風袋を真空グローボックスの中に入れ、ロータリーポンプを用いて１０ｔｏｒｒ（１．３３ｋＰａ）まで真空引きした後、ヨコダイ社製ローラ電極溶接機（ＨＳＷ−０３型パーソナルスポット溶接機）を用いて金属風袋を密閉した。【００４８】
次に、得られた人工関節入り金属風袋を、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）装置（神戸製鋼所社製φ３００×６００ｍｍＬ）を用いて、アルゴン雰囲気中において７５０℃及び１０ＭＰａで１時間保持することにより熱間等方圧加圧処理した。得られた人工関節を切断して所定サイズの試験片を採取し、引張試験による接合強度の測定を行った。接合強度は３４．７ＭＰａであり、薬事機発第１００８００１号に規定されている引張強度２０ＭＰａを十分に超える値が得られた。また、試験片の断面における組織観察により、人工関節本体（母材）と多孔質部材がそれらが接する部分の全面にわたって確実に拡散接合していることを確認した。さらに、母材部分の粒度の測定においても顕著な粒成長は確認されなかった。【００４９】
［実施例２］
本実施例では、本発明の方法に従って拡散接合された母材と金属メッシュからなる試験片について、目視観察、引張試験による接合強度の測定、組織観察による拡散接合及び結晶粒成長の確認、並びに疲労強度試験を行い、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）処理の条件について検討した。【００５０】
具体的には、φ１４ｍｍの円形の母材（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金：ＡＳＴＭ  Ｆ１３６準拠素材）にφ１６ｍｍの円形の金属メッシュ（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の表面にＡＲＣＡＭ社製電子ビーム造形装置Ｓ−１２によりメッシュ構造を造形した部材）を本発明の方法に従って種々の温度及び圧力条件下（７００〜９００℃及び８〜５０ＭＰａ）でＨＩＰ処理を行い、得られた試験片（図３（ａ）及び（ｂ）を参照）を各試験により評価した。その結果を以下に説明する。【００５１】
図４は、多孔質部材（金属メッシュ）の多孔質構造に対するＨＩＰ処理における処理温度の影響を示す写真である。より具体的には、図４では、ＨＩＰ処理において、一定の処理圧力及び処理時間（８ＭＰａ及び１時間）で処理温度を７００℃、８００℃及び９００℃に変化させた場合の影響について示している。図４を参照すると、処理温度が７００℃の場合には、金属メッシュの構造は特に影響を受けなかったものの（図４（ａ））、処理温度が８００℃になると、金属メッシュの一部（図４（ｂ）中の下部）に変形が観察された。さらに、処理温度を９００℃まで上げた場合には、高温下での変形により明らかに多孔質構造が潰れてしまっていることがわかる（図４（ｃ））。なお、特に図示はしていないが、ＨＩＰ処理の処理圧力についても検討を行い、一定の処理温度及び処理時間（７４０℃及び１時間）で処理圧力を変化させた場合に、処理圧力５０ＭＰａのときに金属メッシュの多孔質構造に潰れが生じることを確認した。【００５２】
図５は、結晶粒成長に対するＨＩＰ処理における処理温度の影響を示す写真である。図５（ａ）は、対照標準（ＨＩＰ処理前の母材の組織）であり、図５（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ一定の処理圧力及び処理時間（８ＭＰａ及び１時間）で処理温度を７００℃、８００℃及び９００℃に変化させた場合の母材の組織を示している。図５を参照すると、処理温度が７００℃の場合には、母材のチタン合金においてβ相（図５（ｂ）中の白い部分）の連結が発生していたが、対照標準と比較して顕著な結晶粒の成長は確認されなかった。一方で、処理温度を８００℃及び９００℃まで上げた場合には、対照標準と比較して結晶粒が成長していることが明らかであり、このような結晶粒の成長は処理温度が９００℃の場合に特に顕著であった。【００５３】
図６は、処理温度７００℃及び８００℃でＨＩＰ処理した場合の母材と金属メッシュの接合面の状態を示す写真である。より具体的には、図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ一定の処理圧力及び処理時間（１０ＭＰａ及び１時間）で処理温度を７００℃及び８００℃でＨＩＰ処理した場合の母材と金属メッシュの接合面の状態を示している。図６を参照すると、処理温度が７００℃の場合には、母材と金属メッシュ（それぞれ図６（ａ）中の下部と上部）が部分的にしか拡散接合していないのに対し、処理温度が８００℃の場合には、母材と金属メッシュが、それらが接する部分の全面にわたって確実に拡散接合していることがわかる（図６（ｂ））。【００５４】
図７は、種々の処理温度でＨＩＰ処理した場合の母材と金属メッシュの接合面の状態を示す写真である。より具体的には、図７（ａ）〜（ｉ）は、それぞれ一定の処理圧力及び処理時間（１０ＭＰａ及び１時間）で処理温度を７１０℃〜７９０℃まで変化させてＨＩＰ処理した場合の母材と金属メッシュの接合面の状態を示している。図７を参照すると、７１０℃〜７９０℃の全ての処理温度において、母材と金属メッシュが、それらが接する部分の全面にわたって確実に拡散接合していることがわかる。また、図７（ａ）〜（ｉ）の各組織において、母材部分の粒度測定を行った結果、処理温度が上昇するにつれて結晶粒が成長する傾向が観察された。加えて、処理温度が７８０℃の場合（図７（ｈ））に、ＪＩＳ  Ｇ０５５１：２０１３に規定される粒度番号が１３以下であったのに対し、処理温度を７９０℃に上げると、当該粒度番号が１２以下となり、よって処理温度が７８０℃を超える温度でＨＩＰ処理を実施した場合に、ＪＩＳ  Ｇ０５５１：２０１３に規定される粒度番号に基づいて比較的顕著な結晶粒の成長が確認された。この結果は、７８０℃を超える温度でのＨＩＰ処理が、最終的に得られる製品において疲労強度の低下を招く可能性を示唆するものと言える。【００５５】
次に、一定の処理圧力及び処理時間（１０ＭＰａ及び１時間）で処理温度がそれぞれ７５０℃及び７８０℃の条件下においてＨＩＰ処理された図７（ｅ）及び（ｈ）に対応する試験片について疲労強度試験を行った。その結果、処理温度が７５０℃の場合の疲労強度（疲労限）は８４０ＭＰａであり、一方で、処理温度が７８０℃の場合の疲労強度（疲労限）は８１０ＭＰａであった。すなわち、より高温下でＨＩＰ処理することで疲労強度の低下が見られた。これは７５０℃から７８０℃への処理温度の上昇に伴い、母材中の結晶粒が成長していることに起因するものと考えられる。これらの結果から、７８０℃を超える温度でＨＩＰ処理した場合には、さらに疲労強度が低下することが予想され、８００ＭＰａを超える疲労強度を確実に達成するためには、７８０℃以下でＨＩＰ処理することが好ましいことがわかった。【００５６】
図８は、接合強度に対するＨＩＰ処理における処理温度の影響を示すグラフである。図８では、ＨＩＰ処理において、一定の処理圧力及び処理時間（１０ＭＰａ及び１時間）で処理温度を７１０℃〜８００℃に変化させた場合の影響について示している。ロットが異なるため、図７（ａ）と図７（ｂ）の間で接合強度に差異が見られるものの、全ての処理温度において薬事機発第１００８００１号に規定されている引張強度２０ＭＰａ以上を大きく超える値を得ることができ、十分な接合強度を達成することができた。【００５７】
［実施例３］
図１に示すようなステム部を有する人工関節本体（Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ合金：ＡＳＴＭ  Ｆ７９９準拠素材）における接合部の外面に、純チタン箔（東邦チタン社製純チタン箔及びニラコ社製純チタン箔、人工関節本体の接合部と多孔質材料との接合面と同じ形状に切断して使用）を複数重ねて厚さ０．１ｍｍの純チタン層を形成し、多孔質部材（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の表面にＡＲＣＡＭ社製電子ビーム造形装置Ｓ−１２により多孔質構造を造形した部材）を配置し、次いでスポット溶接により人工関節本体における接合部と多孔質部材を仮接合した。次に、ステンレス箔（日本金属社製ＳＵＳ４３０、膜厚１００μｍ）を所定のサイズに切断し、次いでレーザー溶接により袋形状に溶接加工して金属風袋を作製した。多孔質部材を仮接合した人工関節本体をカーボンシート（東洋炭素社製カーボンシート：ＰＦ−ＵＨＰＬ）で覆った後、これを作製した金属風袋の中に入れた。次いで、この金属風袋を真空グローボックスの中に入れ、ロータリーポンプを用いて１０ｔｏｒｒ（１．３３ｋＰａ）まで真空引きした後、ヨコダイ社製ローラ電極溶接機（ＨＳＷ−０３型パーソナルスポット溶接機）を用いて金属風袋を密閉した。次に、得られた人工関節入り金属風袋を、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）装置（神戸製鋼所社製φ３００×６００ｍｍＬ）を用いて、アルゴン雰囲気中において７５０℃及び１０ＭＰａで２時間保持することにより熱間等方圧加圧処理した。【００５８】
得られた人工関節を切断して所定サイズの試験片を採取し、引張試験による接合強度の測定を行った。その結果、接合強度は３４．７ＭＰａであり、薬事機発第１００８００１号に規定されている引張強度２０ＭＰａを十分に超える値が得られた。また、試験片の緻密層部分を切断し、断面の金属組織の粒サイズを調べるべく、ＥＰＭＡ装置（日本電子ＪＸＡ−８５００ＦＳ）を用いて反射電子像を撮影し、接合組織の観察を行った。得られた反射電子像を図９（ａ）〜（ｃ）に示す。その結果、純チタンの中に人工関節本体の材料であるＣｏ−Ｃｒ−Ｍｏ合金の組成成分が拡散しており、また接合面は隙間なく接合されていることが確認された。【００５９】
更に、純チタン層の厚さを０．１ｍｍから０．２ｍｍ又は０．０５ｍｍに変更した他は、同様の材料を用い、同様の条件及び手順で人工関節を作製した。そこから得られた試験片について、引張試験及び接合組織の観察を行ったところ、厚さ０．１ｍｍの純チタン層を用いた場合と同様、良好に接合されていることが確認された。
【符号の説明】
【００６０】
１    人工関節本体
２    ステム部
３    ネック部
４    骨頭装着部
５    多孔質部材
６    接合部
７    金属風袋
１０    人工関節
【図１】
2019177165.tif 000003
【図２】
2019177165.tif 000004
【図３】
2019177165.tif 000005
【図４】
2019177165.tif 000006
【図５】
2019177165.tif 000007
【図６】
2019177165.tif 000008
【図７】
2019177165.tif 000009
【図８】
2019177165.tif 000010
【図９】
2019177165.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月13日(2019.9.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工関節本体と、前記人工関節本体の接合部の外面に接合された多孔質部材とを含む人工関節の製造方法であって、
チタン材料、チタン合金材料、又はコバルト合金材料からなる前記接合部の外面に、チタン材料又はチタン合金材料からなる前記多孔質部材を配置し、次いで前記人工関節本体を金属風袋の中に入れて減圧下で密閉する密閉工程、及び
前記金属風袋を不活性雰囲下で熱間等方圧加圧処理して前記多孔質部材を前記人工関節本体に拡散接合させる工程を含み、
前記密閉工程において、前記接合部と前記多孔質部材との間にチタン層を挿入し、前記拡散接合工程において、挿入された前記チタン層を介して前記多孔質部材を前記人工関節本体に拡散接合させる、方法。
【請求項２】
前記チタン層の厚みが０．００５〜０．２５ｍｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記密閉工程において、前記多孔質部材が配置された前記人工関節本体をカーボンシートで覆った後、前記人工関節本体を金属風袋の中に入れる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
人工関節本体と、前記人工関節本体の接合部の外面に接合された多孔質部材とを含む人工関節の製造方法であって、
チタン材料、チタン合金材料、又はコバルト合金材料からなる前記接合部の外面に、チタン材料又はチタン合金材料からなる前記多孔質部材を配置し、次いで前記人工関節本体を金属風袋の中に入れて減圧下で密閉する密閉工程、及び
前記金属風袋を不活性雰囲下で熱間等方圧加圧処理して前記多孔質部材を前記人工関節本体に拡散接合させる工程
を含み、
前記密閉工程において、前記多孔質部材が配置された前記人工関節本体をカーボンシートで覆った後、前記人工関節本体を金属風袋の中に入れる、方法。
【請求項５】
前記密閉工程が、スポット溶接により前記接合部と前記多孔質部材を仮接合することを含む、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
人工関節本体と、前記人工関節本体の接合部の外面に接合された多孔質部材とを含む人工関節の製造方法であって、
チタン材料、チタン合金材料、又はコバルト合金材料からなる前記接合部の外面に、チタン材料又はチタン合金材料からなる前記多孔質部材を配置し、次いで前記人工関節本体を金属風袋の中に入れて減圧下で密閉する密閉工程、及び
前記金属風袋を不活性雰囲下で熱間等方圧加圧処理して前記多孔質部材を前記人工関節本体に拡散接合させる工程
を含み、
前記密閉工程が、スポット溶接により前記接合部と前記多孔質部材を仮接合することを含む、方法。
【請求項７】
前記熱間等方圧加圧処理が、７１０℃以上７８０℃以下、及び０．５ＭＰａ以上５０ＭＰａ未満の条件下で行われる、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記金属風袋が、ステンレス鋼及びタンタル含有材料のうち少なくとも１種を含む材料から構成される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記金属風袋の厚みが２０〜１５０μｍである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記人工関節が人工股関節である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
2019177165.tif 000012
2019177165.tif 000013