(57)【要約】【課題】生体適合性、低アレルギー性、耐摩耗性、低イオン溶出性、高い接着性、及び長い耐用寿命を有する整形外科用人工関節インプラントのための基材を提供する。【解決手段】非鉄材料、特にコバルト−クロム−モリブデン合金からなる少なくとも１つの摺動面に、各々複数のニオブ窒化物ナノ層及びクロム窒化物ナノ層からなる交互層と、それを保護するクロム窒化物のミクロ層とを有する積層コーティングが形成された整形外科用人工関節インプラント。  【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非鉄材料、特にコバルト−クロム−モリブデン合金からなる少なくとも１つの摺動面に、窒化物の積層コーティングが形成された整形外科用人工関節インプラントのための基材において、前記積層コーティングは、各々複数のニオブ窒化物ナノ層及びクロム窒化物ナノ層を含むとともに、クロム窒化物のミクロ層で保護されていることを特徴とする基材。
【請求項２】
前記ニオブ窒化物ナノ層及び前記クロム窒化物ナノ層は、交互に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の基材。
【請求項３】
前記各ナノ層及びミクロ層による積層構造又は積層順序は、１〜20回繰り返されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の基材。
【請求項４】
前記クロム窒化物ナノ層のうちの最外層表面と、前記クロム窒化物のミクロ層により形成された保護層表面との間の距離が２〜10μmとなるように構成されており、前記各ナノ層の厚さが１〜10 nmとなるように構成されており、前記ナノ層の合計厚さは、２〜10μmの範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整形外科インプラントに関し、詳しくは、生体適合性、低アレルギー性、耐摩耗性、低イオン溶出性及び高い接着性を有する窒化物ベースのセラミックコーティングが形成された金属基材を実質的に含む、股及び膝用の人工関節に関する。より詳しくは、本発明は、少なくとも１つのクロム窒化物のミクロ層で保護された、複数のニオブ窒化物ナノ層、及びクロム窒化物ナノ層を含む積層コーティングを有するCo-Cr-Mo合金からなり、整形外科用関節に適する基材に関する。
【背景技術】
【０００２】
広く使用されている外科的処置として、例えばTHA（人工股関節全置換術）、HR（人工股関節表面置換術）、TKA（人工膝関節全置換術）、UKA（人工膝関節単顆置換術）等が挙げられる。現在、人工関節における主流のコンセプトは、所謂メタルオンポリエチレン（MOP）であり、股関節の場合、寛骨臼シェルに対して金属の大腿骨骨頭が動くようになっている。その欠点として、（1） ポリエチレンの高い摩耗性により、発生した粉が骨溶解をもたらす生体反応を引き起こすこと[3]（[ ]内は、実施例の後に列挙する参照文献の番号を表す。以下同様。）、（2） 「境界潤滑」と呼ばれる摩耗メカニズムにより[8]、寛骨臼シェルの直径に応じて摩耗量が増加することを挙げることができる。
【０００３】
それに代わって、発生量が少なく、より生体適合性の高い摩耗粉をもたらすセラミックオンセラミック（COC）タイプの関節が提供されている。しかし、アルミニウム及びジルコニウムのセラミックは壊れ易いため、人工股関節表面置換術や人工股関節全置換術で要求される大きな骨頭（36 mm以上）及び寛骨臼シェルを得ることはできない。
【０００４】
メタルオンメタル（MOM）タイプの関節は、好ましい潤滑領域（「完全流体潤滑」と呼ばれる）を有するために、大きなコンポーネントの形成が可能であり[8]、それにより骨頭のサイズ増加に応じて摩耗量が減少する。しかし、体液への長期間の接触による腐食作用により、摩耗粉のみならず、コバルト−クロム合金の塊からも金属イオンが溶出する。溶出イオン量は、骨頭のサイズに応じて増加し、表面置換型人工股関節で使用される大きな骨頭に関して大きな懸念を生じさせる。これらのイオンは、約２％の患者に対して金属過敏症又はメタローシスと呼ばれるアレルギー反応を生じさせる[8]。最近の臨床試験の中には、骨溶解及びインプラントの短い耐用寿命がこの反応に起因していることを指摘しているものもある[18, 19, 20, 21, 22]。しかし、全体的な要因−作用機構が科学的に解明されておらず[22]、金属アレルギーについてより徹底的な研究が必要である。原時点では、これらの条件は、前外科的選択テストでは検出することができない。MOMの他の制限要因は、インビトロの研究で観察されているように、暴露量に応じて染色体にダメージを与えるコバルト及びクロムイオンの長期の遺伝子毒性の可能性にもある[27]。このリスクについて、より詳細な研究及び具体的な臨床試験を実施すべきである。科学的証拠が欠けているのに、摩擦学的及び耐用寿命において優位性があることは明らかであるにも関わらず、過敏症及び遺伝子毒性の両要因が、MOMの研究に対する魅力を半減させている。
【０００５】
公知技術の説明
疑わしい点及び不都合な点を除くための、手段を、コーティング技術に求めた。その内容については、以下に述べる。
【０００６】
a) 窒化物コーティング
窒化物コーティングは、鋼及び合金に対して、数十年間行われており、ディーゼルエンジン用部品に加えて、主に刃物類及び切削工具産業において、硬く、耐摩耗性を有する表面の形成を可能にしている。これは、アーク蒸着（AEPVD）や陰極アーク蒸着（ACA）等の最近の技術により、蒸着が容易に行えることによるものである[25]。
【０００７】
b) チタン窒化物（TiN）で被覆した整形外科用関節
チタンの生体適合性にも関わらず、医療機器及び整形外科用機器への（TiN）コーティングの利用は全く限定されている。
【０００８】
スイス国特許621 476号［ヒンターマン（Hintermann）］は、殺菌した切削工具の耐腐食性向上のための鋼上のチタン窒化物（TiN）コーティングを開示している。同じ発明者は、米国特許4,687,487号において、コバルト又はチタンの合金からなる整形外科インプラントの滑り防止及び耐摩耗性の増加のための、薄いTiNコーティング（2〜3μm）の使用を開示している。
【０００９】
臨床的なTiNコーティングの応用は、1989年以来、大腿骨遠位のコンポーネントのUKA（ユニコンパートメント型膝関節形成術）処置において、既に成功しており、脛骨プラトーに対する動作におけるポリエチレン（PE）の摩耗の最少化に寄与している[1, 10]。しかし、前記（THA）処置において、PEの寛骨臼シェルに対する大腿骨骨頭への同じコーティングの応用は、必ずしも成功していない。現状では、TiN層から出た摩耗粉は、第３の磨耗体として膝関節にダメージを与えている[14, 15]。
【００１０】
欧州特許EP 1 009 334号［K.ハメリンク（K. Hamelijnck）］[2]は、TiNbONの硬度がカーバイドのものより高いので、非常に薄いTiNbON層（１μm未満）が、CoCrMoを含むカーバイドの人工関節の摩耗に対する保護層となり得ることを開示している。関連するACCIS（Advanced Ceramic Coated Implant System）テクノロジー[26]は、前記HR及びTHA 処置において、金属の大腿骨骨頭及び寛骨臼シェルに応用されている。これらの非常に薄いコーティングは、この組立体の摩耗を顕著に低減するが、約２μmのセメントのスパイク等の第３の硬い磨耗体である摩耗粉に対する抵抗力がない。
【００１１】
TiNコーティングの主な限界は、Co-Cr合金に対する接着性にあり、このコーティングは５μm超となるように蒸着すると剥離する[5]。これは、熱膨張差、及びコーティング（Ti）と基材（CoCrMo）との間の化学親和性の欠如に起因するストレスによるものと説明することができる。しかし、厚さ５μmのコーティングは、ハードコーティングに対して動く場合、特に第３の磨耗体（セメント粉等）からの粉の存在下では、２〜３年で摩耗してしまう。そのため、このコーティングの厚さは2〜3μmが限界と推測されるが、このことは、人工関節の耐用寿命を、容認できない程度にまで限定している。
【００１２】
c) クロム窒化物（CrN）で被覆した整形外科用関節
欧州特許EP 0 821 922号［C.ヒュービン（C. Hubin）］は、厚さ２〜10μmのCrN層を形成した人工股関節を開示している。このコーティングは、プレセラミックより脆くなく、PEより耐摩耗性がすぐれている。
【００１３】
欧州特許EP 1 404 257号は、CrNの耐剥離性がTiNのものより高く、10μm以上のCrNコーティングを形成することができることを開示している。たとえCrNが整形外科分野に応用されてこなかったとしても、これは、摩耗及び人工股関節シミュレータを含む、インビトロでの各種評価を目的として用いられてきた[3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1]。これらのインビトロ研究は、以下のように、CoCr及びTiNでコートされていない合金に比較して、様相が異なることを強調している。
【００１４】
1) TiNに比較して、Co-Cr基材に対する接着性が増加している[5]。
【００１５】
2) 振動フェーズにおける高い荷重差の条件下（より重い荷重により微小分離が生じる条件下）でも[7, 9]、通常の工程での500万サイクル後、ノンコートCo-Cr合金に比較して22〜36倍摩耗速度が減少しており[4, 6]、プラトー対ピボット型磨耗シミュレータは、CrN及びTiNの間で、磨耗性の違いが大きい（100倍以上）ことを指摘している[5]。
【００１６】
3) ノンコートCo-Crより、摩耗粉の細胞毒性が10倍低い（L929線維芽細胞及びU936マクロファージへの効果）[4]。
【００１７】
ノンコート金属及びTiNコーティングに対するこれら全ての優位性にも関わらず、股関節のシミュレーション研究は、擬似体液中でのクロムイオン濃度の一定レベルのリスクを強調している。通常のリズムにおけるそのレベルは、例えば[4]の図６により示唆されるように、高荷重により「微小分離」が生じる条件下、その他のイオン濃度より遥かに高く、[7]の図２により示唆されるように、ノンコートメタル−オン−メタル表面に相当するレベルに近い。
【００１８】
さらに、人工股関節シミュレータの通常プロセスにおける200万サイクル後の関節表面の近接における試験は、分離した表面の小さな裂けを示している[6]。これらは、蒸着プロセスのパラメータの選択により除くことができるが、より注意深く観察することを要する脆さ及び接着性が欠如していることが認められる。
【００１９】
d) クロム−ニオブ窒化物（NbCrN）；組成物に関する公知技術
微細構造の重要性
上記技術（PVD）により得られるTiN及びCrNは、ボイド及び比較的低い表面密度により特徴付けられる「円柱状」構造を有する。この微細構造において、大きなTiN又はCrN結晶の輪郭が安定化されておらず、これは米国特許US 4,981 ,756に記載のボイド及び比較的低い表面密度によるものである。さらに、摩耗及び／又は腐食により生じるストレスは、結晶界面にクラックを生じさせる。一方、熱処理炉の寿命を延ばすためのスチール合金の研究の中で述べられているように、ニオブ窒化物は、円柱状構造を有さず、結晶界面を安定化することができ、耐粒間腐食性を改善する[28]。
【００２０】
合金微細構造におけるニオブ又はニオブ窒化物のこの効果のさらなる実証的証拠は、米国特許6,409,852号にも示されており、Ti-7.5 Mo合金へ１重量％のNbを添加すると、硬度が22％増加することが開示されている。より重要なことは、NbNによる窒化物セラミックの修飾である。Y.ヤヒサ（Y. Yahisa）は、TiN及びジルコニウム窒化物へNbN添加すると、粒径が減少するので、より硬く、より耐久性の高い磁気記録用ディスクが得られることを発見した[29]。
【００２１】
EEC（Engine Electronic Control）開発プロジェクト「ニュークローム ブライト／ユーラム（Newchrome Brite/Euran）」において、古く、汚染を生じる電気めっきによるクロムコーティング法を置換するために、そのコンソーシアムは、物理蒸着（PVD）によって鋼に蒸着されるCrN/NbNの超格子を開発した[30, 31 , 32, 33]。2500 HkのCrNについて[6]、２つの別個の領域で、異なる高低のN濃度の組成物の硬度値はほぼ一定である（それぞれ3589 Hk及び3600 Hk）[32]。コンソーシアムによるこれらの結果は、TiN 及びZrNについて得られたヤヒサ（Yahisa）の以前のデータ[29]を裏付けている。彼らはまた、微細構造が、コーティング工程のパラメータの影響を受けることを示している。より高いイオンエネルギーにおいて、そのフィルム構造は、元の円柱状構造からより高密度の平滑な構造に変化する[32]。
【００２２】
J.N.タン（J.N. Tan）は、不安定なマグネトロンスパッタリングにより蒸着した超格子のさらなる研究の後、Crリッチな組成物が、Nbリッチな組成物より低い摩擦性と摩耗性を有することを示している[34]。
【００２３】
e) 窒化物／クロム; 公知技術の応用
米国特許6,852,419号［G.スタホヴィアク（G. Stachowiak），特許文献１］は、２つの誘電体層間に挿入される、赤外線を反射可能なNbCrN層からなるソーラーコントロール用多層コーティングを開示している。この中間層は、温アルカリ性溶液に対する優れた耐腐食性とともに、優れた耐擦傷性を得るために選択される。
【００２４】
米国特許5,593,234号［M.-J.リストン（M.-J. Liston），特許文献２］において、NbN及びCrNのナノ層から構成可能な多結晶超格子からなる超硬度の表面物質で、部品の少なくとも一部がコートされたサポートアセンブリを開示している。そのアセンブリは、ノンコート金属サポートに比較して、優れた耐用寿命を有していることが示されている（図６）。ドイツ国特許10 011 583号［L.パレンティ（L. Parenti），特許文献３，イタリア国特許出願PC 1999A 00009に該当する］は、CrN及びNbNの交互層からなるコーティングを有するツールについて記載しており、この組合せが粒径を減少させ、耐摩耗性を向上させることを開示している。
【００２５】
国際公開W0 9965537（B. Starck）は、イオンインプラントにより得られるタンタル及びニオブからなり、TiNより高い生体適合性及び延性のために選択されるステント用表面コーティングについて記載している。
【００２６】
結論として、公知技術により、整形外科用関節においてTi及びCrの各窒化物について実験が行われ、これらの円柱状微細構造のため、摩耗及び体液による腐食の組合せ効果により基材に対する接着性の欠如が生じることが示された。TiNb窒化物の薄い単一層でさえ、硬い第３の磨耗体による摩耗に対する保護に効果的でない。一方、生体適合性を有し、鋼上に蒸着した場合に円柱状構造が形成されないことがよく知られているにも関わらず、CoCrMoのような非鉄合金上へのNbNの蒸着は、整形外科用関節について調べられていない。我々が知る限り、公知技術では、CrN及びNbNのナノ層の組合せからなるコーティングは度外視されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】米国特許第6,852,419号明細書
【特許文献２】米国特許第5,593,234号明細書
【特許文献３】独国特許発明第10 011 583号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明の主な目的は以下の通りである。
- 関節中で生じる摩耗粉及び金属イオンの量を最少にし、炎症及び骨溶解をもたらす過敏症反応のリスクを軽減させる。
- 金属が長期間体液に接触することによる腐食作用により形成される金属塊から溶出する金属イオンの泳動を防止し、過敏症のリスクを軽減させる。
- より高い生体適合性を有する摩耗粉を提供する。ニオブイオンは、コバルト、クロム及びニッケルとは異なり、ネガティブな生体応答を誘発しない。
- インプラントの耐用寿命を延ばす。なぜなら殆どの場合、整形外科インプラントの修復不能な欠陥は、関節での増加したトルクがインプラントの耐用トルクの限度を超えた時に起こるからである。コーティングの摩耗速度が低いため、トルクが低く保持され、より長い耐用寿命が得られる。
- より大きな低摩擦関節の製造を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
硬く、ボイドの無いコーティングにより得られる好ましい流体潤滑領域は、インプラント機能、特に動作範囲の増加に対して市場で要求される最も大きな関節の摩擦を低減する。
【００３０】
上記の目的は、特許請求の範囲に記載の基材によって達成される。この基材の特徴は、各々複数のニオブ窒化物ナノ層及びクロム窒化物ナノ層を含むとともに、クロム窒化物のミクロ層で保護されたコーティングにある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明の特徴、及び新規性と進歩性を、容易に、かつ統合的に理解しうるように、図１〜３を参照して説明する。
【００３２】
【図１】図１（参考例）は、交互に積層された、複数のニオブ窒化物ナノ層（NbN）2, 4, 6と複数のクロム窒化物層（CrN）1, 3, 5とからなるコーティングRを形成した整形外科基材SUBを示す。このコーティングは、非整形外科用途の本体について十分に研究されたものである。得た値は、剥離に対しては十分であるが、摩耗に対しては不十分であった。この層は、最大で３μmの厚さを有していなければならず、この厚さでは、インプラントの寿命の間、摩耗の全体的な浸透を防止するには十分ではない（実施例１参照）。このことは、非整形外科分野で安全に使用されているコーティングを、そのまま整形外科分野に拡張して適用することはできないことを示している。
【図２】この反面教示による先入観を克服するために、出願人は、研究を続け、図２に示す全体的構造又は順序［NbNナノ層及びCrNナノ層の交互層からなり、好ましくは最外側のクロム窒化物ナノ層より外側の保護用mS CrNミクロ層（PRO）を有する構造］とすることにより、摩耗及びイオン溶出に対して第１の重要な改良が得られることを、予期せず見出した。前記構造又は順序は、例えば図２に示すように、必要に応じて１〜20回繰り返してもよい。図２中、２つの交互SLナノ層NS 1，NS2が示されているが、その数は２より遥かに高い値であってもよい。最外側のCrNナノ層の表面と、保護用ミクロ層表面との間の距離は、２〜10μmであるのが好ましい。
【図３】基材SUB上に、２〜４μm厚の保護用mS CrNミクロ層で分離された交互のNSナノ層の３つの群を有する形態を、さらに展開した例を示す。図３に示すように、第１及び第２の層は、２〜10 nm厚のナノ積層とすることができ、２つのナノ積層同士間の距離は、４〜20μmの範囲である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
参照のためのインプラントは、次の特徴を有する。
a) 基材
基材用材料は、例えばISO 5832-4, 5832-6, 5832-12等の規格に準拠し、整形外科で用いられている種々のCo-Cr-Mo合金からなっている。基材用材料は、鋳込み又は鍛造により成形することができ、かつ熱間等方圧加圧法（HIP）や溶体化処理等の熱処理を受けるために、高濃度の炭素（0.35％及び0.014％の各々の濃度）を含んでいる。
【００３４】
b) インプラント
改良された表面を有する典型的な股用インプラントは、大腿骨及び寛骨臼の部位を含み、その幾何学的特徴は、次の通りである。
1) 直径方向の間隙：150〜250μm（寛骨臼シェルの平均直径と大腿骨骨頭の平均直径との差）
2) 真球度：10μm未満
3) 表面粗さ指標（Ra）：0.025μm未満
【００３５】
c) プロトタイプ
インプラントのプロトタイプは、上記ポイントb)に列挙した幾何学的特徴を満たすようにコートされた接触面を有している。
【００３６】
d) コーティング用材料及び処理
実施例で用いたコーティング材料、特に摺動面（大腿骨骨頭及び寛骨臼シェルの各々の摺動面）については、Hauzer社製装置「Flexicoat RTC 850型」を用い、蒸着（AEPVD）により、１nmの層を3,000回交互に積層してなるスーパーラテックス（SL）及びCrNからなる１つの３μm層を形成することにより得た。
【００３７】
試験項目は次の通りである。
1) キャビテーション試験及び走査型電子顕微鏡試験。
2) ISO 14242-1規格の人工股関節シミュレータによる人工股関節の総摩耗量。
3) クロム及びコバルトのイオン濃度。
【００３８】
好ましい態様
これらの試験方法の詳細は、実施例の最後に記載の参照文献に記載されている。本発明について、特定の実施例（及び図１〜３）のみを参照して説明するが、これは、本発明の範囲を、説明したもの、及び提示したものに限定する意図ではないことに留意されたい。当業者であれば、これらの教示事項を、広い範囲に適用可能であることが理解しうると思う。
【００３９】
実施例１: -ウシ血清中におけるピン及びディスクを用いた（ピンオンディスク型）摩耗試験
【００４０】
それぞれISO 5832-12規格のCo-Cr-Mo合金（低濃度炭素状態で鍛造したもの）からなり、直径が６mmで、長さが15 mmで、半球状末端を有するピン又は針、並びに直径が30 mmで、厚さが３mmのディスクを、ISO 4287規格による0.025の表面粗さ係数となるように表面研磨した。
【００４１】
a) 針及びディスクの一部は、コーティングしないままとした。これを「対照」と呼ぶ。
【００４２】
b) 針及びディスクの別の一部は、蒸着法（AEPVD法）により形成した各々厚さ２nmの多数のNbNナノ層及びCrNナノ層からなる、厚さ2.96μmのスーパーラテックス（SL）でコートした。これを「スーパーラテックス」と呼ぶ。これらについて、表面粗さ係数が0.025μm未満になるまで、最終的な表面研磨を行った。
【００４３】
c) 針及びディスクのさらに別の一部は、各々厚さ２nmの多数のNbNナノ層及びCrNナノ層を交互に積層してなり、基材に接する厚さ2.1μmのスーパーラテックスでコートし、その上に厚さ2.5μmのCrN層を形成した。全ての層は、AEPVD法により蒸着させた。これを「スーパーラテックス」SL/CrNと呼ぶ。これらについて、表面粗さ係数が0.025μm未満になるまで、最終的な表面研磨を行った。
【００４４】
25％のウシ血清及び75％の脱イオン水からなる溶液に浸漬した回転式摩擦試験機により、15 Nの荷重、1.572 GPaのヘルツ圧、及び6,000 mの測定長の条件で、サンプルを処理した。
【００４５】
試験後、表面形状測定装置でサンプルを分析し、摩耗量を決定した。m3/N・mで表される摩耗量を算出した。結果を下記の表に示す。
【００４６】
2013530732.tif 000003
【００４７】
スーパーラテックス（SL）ベースの構造は、ノンコートサンプルに比較して高い耐摩耗性を有しているが、SL/CrNは、さらに若干高い耐摩耗性を有しており、その比較的厚いコーティング構造により、より確実であると判定される。現状では、耐摩耗性の低下を伴わずに、３μmより厚いスーパーラテックス層を形成することはできない。一方、３μm未満のコーティング厚では、20年を超えるインプラント寿命を保証することはできない。そのため、本願において、CrN層を伴わないスーパーラテックスの使用は適していない。
【００４８】
実施例２：インプラントのプロトタイプ：表面置換型人工股関節：SL/CrNをコートした大腿骨骨頭及び寛骨臼シェル（低炭素含有量のCo-Cr-Mo合金からなる鍛造基材：LCF）
【００４９】
この実施例は、
1) - ISO 5832-12規格のCo-Cr-Mo合金からなる基材により形成された大腿骨骨頭、及び
2) - 同じ金属基材により形成された寛骨臼シェル
からなる表面置換型人工股関節用器具に関するものである。
【００５０】
大腿骨骨頭及び寛骨臼シェルの一部は、そのまま参照として用い、その他は、全厚5.3μmのSL/CrN［各々厚さ２nmの多数のニオブ窒化物ナノ層及びクロム窒化物ナノ層を交互に積層してなる厚さ2.6μmのSL、並びに厚さ2.7μmのCrNからなっている。全ての層は、蒸着法（AEPVD法）により形成した。］でコートした。これらについて、表面粗さ係数が0.025μm未満になるまで、最終的な表面研磨を行った。
【００５１】
プロトタイプについて、層間接着性を評価するために、音響試験、すなわち「超音波試験」を行い（超音波試験に関する参照文献を参考にされたい）、擬似体液中での摩耗量及びイオン溶出量を測定するために、股関節摩耗のシミュレーションを行った。
【００５２】
サンプル：
ノンコートサンプル（対照）：B及びGの対
SL/CrNをコートしたサンプル：L及びMの対
スーパーラテックス/CrNをコートした大腿骨骨頭：V02523
CrN（厚さ４μm；AEPVD法）のみをコートした大腿骨骨頭：V02580
【００５３】
試験結果：
試験方法（詳細については参照文献を参考にされたい）：
a) キャビテーション試験及び走査型電子顕微鏡試験（「接着性」試験）;
b) ISO 14242-1規格の人工股関節シミュレータによる100万回サイクル後の人工股関節の総摩耗量（「摩耗量」）
c) 100万回サイクル後のクロム及びコバルトのイオン（「金属イオン」）の濃度
【００５４】
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【００５５】
纏め：
驚くべきことに、SL/CrNダブルコーティングサンプルは、ノンコートインプラントに対して、コバルトイオンの溶出量が二桁小さく、クロムイオンの溶出量が一桁小さく、重量基準での摩耗量が30％低く、非常に優れていた。SL/CrNダブルコーティングサンプルはまた、AEPVD法により形成したCrNコーティングサンプルに比較して、超音波エネルギーへの２時間の暴露後において、基材からの剥離が生じにくいことが分かった。
【００５６】
さらに驚くべきことに、本発明のコーティングを用いると、摩耗粉が減少し、かつ摩耗粉からのCoイオン及びCrイオンの溶出も非常に減少することが分かった。このことは、この摩耗粉が体液中でイオン化されにくいことを示唆している。
【００５７】
実施例３：インプラントのプロトタイプ：表面置換型人工股関節：スーパーラテックス/CrNをコートした大腿骨骨頭及び寛骨臼シェル（高炭素含有量のCo-Cr-Mo合金からなる鋳造基材：HCC）
【００５８】
ISO 5832-4規格のCo-Cr-Mo合金に、実施例２と同じダブルコーティングを蒸着法により形成した。パラメータ及び試験方法は実施例２と同じである。
【００５９】
サンプル：コートサンプルSL/CrN: Nの対
骨頭（高炭素含有量の溶解鋳造物の骨頭）60347/14
【００６０】
試験結果：実施例２の低炭素含有量の鍛造基材にコートした場合と、高炭素含有量の鍛造基材にコートした場合の比較
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【００６１】
纏め：
高炭素鋳造（HCC）により得られた基材に設けたSL/CrNコーティングと、低炭素鍛造（LCF）により得られた基材に設けたSL/CrNコーティングとの間に、大きな違いはなく、両コーティングのサンプルともノンコート材料より優れていた。ただし、すべての測定パラメータ（摩耗量、イオン溶出量及び接着性）においてLCF基材の方が若干優れた結果を示した。
【００６２】
参照文献
[1] G. ザクスラー（G. Saxler）等，先天性多発性関節拘縮症（AMC：arthrogryposis multiplex congenita）に対する人工膝関節単顆置換術の中期成績（Medium-term results of the AMC-unicompartmental knee arthroplasty），ザ・ニー（The Knee）11（2004），pp. 349-355
[2] ACCISテクノロジーの米国特許6 120 545号及びヴァン・ストラーテン・メディカル社のプロダクトポートフォリオ（Van Straten Medical Product portofolio）
[3] J. フィッシャー（J. Fisher）等，表面設計した大腿骨骨頭を用いたメタル−オン−メタル型人工股関節の磨耗抑制に関するインビトロ研究（An in vitro study of the reduction in wear of metal-on-metal hip prostheses using surface-engineered femoral heads），エンジニアリングインメディスン誌（J. Engineering in Medicine），第216巻，Part H
[4] J. フィッシャー（J. Fisher）等，新しいベアリング表面：将来展望（New Bearing Surfaces：What does the future hold?），セミナーインアースロプラスティ誌（Seminar in arthroplasty）,第14巻,第２号（４月），2003，pp. 131- 139
[5] S. ウィリアムズ（S. Williams）等，磨耗のインビトロ分析；メタル−オン−メタル型全置換人工股関節用表面設計コーティングの摩耗粉及び生物活性（in Vitro analysis of the wear, wear debris and biological activity of surface-engineered coatings for use in metal-on-metal total hip replacements），エンジニアリングインメディスン誌（J. Engineering in Medicine），第217巻，Part H
[6] J. フィッシャー（J. Fisher）等，表面設計メタル−オン−メタル型人工股関節の磨耗（Wear of surface engineered metal-on-metal hip prostheses），マテリアルズサイエンス誌：マテリアルズインメディスン（J. of Materials Science: materials in Medicine）15（2004） pp. 225-235.
[7] S. ウィリアムズ（S. Williams）等，改良型全置換人工股関節のメタル−オン−メタル及びCRN表面の磨耗への遊脚相における荷重の影響（The Influence of Swing Phase loading on wear of Metal-on-Metal and CRN surface modified total hip replacements），ISTA 2003，第１巻，pp. 143- 149
[8] J.L.ティッパー等（J.L. Tipper 等）, メタル−オン−メタル型関節の科学（The science of metal-on-metal articulation），カレントオーソペディックス（Current Orthopaedics）（2005），19，pp. 280-287
[9] S. ウィリアムズ（S. Williams）等，全置換人工股関節形成用表面設計メタル−オン−メタル型ベアリングの異なる条件下での磨耗の比較（Comparative wear under different conditions of surface-engineered Metal-on-Metal bearings for total hip arthroplasty），アースロプラスティ誌（J. of Arthroplasty），第19巻，第８号，Suppl. 3，2004
[10] A. カマリ（A. Kamali）等,チタン窒化物コーティング接触面に対する超高分子量ポリエチレンの磨耗（Wear of ultrahigh-molecular- weight polyethylene against titaniumnitride-coated counterfaces），エンジニアリングトライボロジー誌（J. Engineering Tribology），第219巻，Part J
[11] G. H. イサク（G.H. Isaac）等，メタル−オン−メタル型ベアリングの表面：材質，設計，最適化及び代替物（Metal-on-Metal bearings surfaces: materials, design, optimization and alternatives），エンジニアリングインメディスン誌（J. Engineering in Medecine），第220巻（2005年５月26日）
[12] J. フィッシャー（J. Fisher）,新しい代替ベアリングのトライボロジー（Tribology of new alternative bearings），AAOS，march 22-26，2006 Chicago
[13] フィンスバリー（Finsbury）アデプト社人工股関節技術広報（Adept Hip system Technical bulletin），www.finsburv.org.
[14] M.K. ハーマン（M.K. Harman）等，チタン窒化物コーティングを有する回収済み股用インプラントの磨耗分析（Wear analysis of a retrieved hip implant with Titanium nitridecoating），アースロプラスティ誌（J. of Arthroplasty），第12巻，第８号，1997.
[15] M. T. レイモンディ（M. T. Raimondi）等,チタン窒化物コーティングを有する人工大腿骨骨頭のインビボでの磨耗性（The in-vivo wear performance of prosthetic femoral heads with Titanium nitridecoating），バイオマテリアルズ（Biomaterials）21（2000），pp. 907-913.
[16] C. ヒュービン（C. Hubin）等，微粒子トラップ付きの人工股関節部品（Hip prosthesis joint component with particulate trap），取り下げたと見なされるフランス国特許FR 2 751 526
[17] P. ハット（P. Hatto）等,整形外科用人工関節（an orthopaedic joint prosthesis），EP 1 404 257，欧州特許出願
[18] H. G. ウィレルト（H.G. Willert）等，人工股関節使用患者におけるメタル−オン−メタル型ベアリング及び過敏症（Metal-on-Metal Bearings and Hypersensitivity in patients with Artificial Hip Joints），JBJS（American），2005，87，pp. 28-36
[19] Y. S. パーク（Y. S. Park）等,第２世代メタル−オン−メタル型股関節置換後の早い骨溶解（Early Osteolysis Following Second-Generation Metal-on-Metal Hip replacement），JBJS（American），2005，87，pp. 1515- 1521
[20] I.ミロシェブ（I. Milosev）等,「Sikomet」メタル−オン−メタル型全置換人工股関節の残存率及び回収分析（Survivorship and retrieval analysis of Sikomet Metal-on-Metal Total Hip Replacements），JBJS（American），2006，88，pp. 1173-1 182
[21] P. コロベシス（P. Korovessis）等,最新のメタル−オン−メタル型全置換人工股関節形成後のメタローシス（Survivorship and retrieval analysis of Sikomet Metal-on-Metal Total Hip Replacements），JBJS（American）， 2006，88， pp. 1183-1191
[22] J. J. ジェーコブス（J. J. Jacobs）等, メタル−オン−メタル型ベアリングに関するルースニング及び骨溶解：金属過敏症の局所的効果（Loosening and osteolysis associated with Metal-on-Metal Bearings），JBJS（American) ，2006，88，pp. 1171-1172.
[23] P.ハット（P. Hatto）等,人工整形外科用関節（An Orthopaedic Joint Prosthesis），欧州特許 EP 1 404 257
[24] C. ヒュービン（C. Hubin）等，微粒子トラップ付きの人工股関節部品（Hip prosthesis joint component with particulate trap），欧州特許 EP 0 821 922. 
[25] ハウザーの蒸着薄膜技術（Hauzer's thin film deposition technologies），www.hauzer.nl
[26] ヴァン・ストラーテン社のプロダクトポートフォリオ（Van Straten Product portofolio），www.vanstraten.net
[27] B. デーリー（B. Daley）等，組織培養中のヒト細胞の染色体ダメージを引き起こす股及び膝用の置換物からの摩耗粉（Wear debris from hip and knee replacements causes chromosomal damage in human cells in Tissue cultures）；JBJS（UK），2004，86B，pp. 598-606
[28] S. Y.シピツィン（S. Y. Shipitsyn）等,熱処理炉用キャスト装置の寿命改善（Improvement in the life of cast equipment for heat-treatment furnaces），メタルサイエンスアンドヒートトリートメント誌（J. of Metal Science and Heat treatment），第23巻，第12号，12月，1981
[29] Y. ヤヒサ（Y. Yahisa）等，硬質ディスクのオーバーコート用合金窒化物（Ml M2）Nの微細構造及び機械的性質（micro structure and mechanichal properties of metal-alloy nitride (Ml M2)N overcoats for rigid disks），IEEEトランスアクションズオンマグネティクス誌（IEEE transactions on magnetics），第26巻，第５号，９月，1990.
[30] ニュークローム ブライト／ユーラムEEC（Engine Electronic Control）プロジェクトBRPR960 329（Newchrome Brite/Euram EEC project BRPR960 329）；コーディネーター ハウザーコーティングセントラム社（coordinator Hauzer Coating centrum） www.cordis.europa.eu
[31] P. ed. ホブセピアン（P. ed. Hovsepian）等，組合せ陰極アーク/アンバランスマグネトロン法で蒸着したクロム窒化物／ニオブ窒化物超格子コーティング（chromium nitride /niobium nitride superlattice coatings deposited by combined cathodic-arc/unbalanced magnetron technique），サーフェイスアンドコーティングテクノロジー誌（Surface and Coatings Technology），116-119（1999），pp. 727-734
[32] D. C. キャメロン（D. C. Cameron）等，CrN/NbN超格子の構造多様性（structural variations in CrN/NbN superlattices），サーフェイスアンドコーティングテクノロジー誌（Surface and Coatings Technology），第142〜144巻，７月，2001，pp. 567-572
[33] M. L. トムリンスン（M. L. Tomlinson）,ステンレス鋼の腐食に対するコーティング組成物の影響（The influence of coating composition on the corrosion performance of stainless steel），UMISTマンチェスターセミナー（UMIST Manchester seminars），1998年10月28日
[34] J. N.タン（J. N. Tan）等，アンバランスマグネトロンスパッタリング法による（Nb, Cr）N薄膜の蒸着及びキャラクタリゼーション（Deposition and characterization of（Nb, Cr）N thin films by unbalanced magnetron sputtering），サーフェイスアンドコーティングテクノロジー誌（Surface and Coatings Technology），第167巻，第２〜３号，2003年４月22日，pp. 154-160
[35] P. E. ホブセピアン（P. E. Hovsepian）等,マルチプレーヤー／超格子ハードコーティングのラージスケールでの製造における最近の進歩（Recent progress in large scale manufacturing of multiplayer/ superlattice hard coatings）；サーフェイスアンドコーティングテクノロジー誌（Surface and Coatings Technology），133-134（2000），pp. 166-175
[36] R.トルシーヤス（R. Torrecillas），Instituto Nacional del Carbon - Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (INCAR-CSIS)，<<整形外科インプラントの寿命期間の延長：ジルコニア強化アルミナナノコンポジットにより改良されたセラミックを用いた股及び膝用の人工関節の開発（Extending the life span of orthopaedic implants: development of ceramic hip and knee prostheses with improved zirconia toughened alumina nanocomposites）>>，BIOKER PF5EEC project
【符号の説明】
【００６３】
１，３，５  クロム窒化物ナノ層
２，４，６  ニオブ窒化物ナノ層
SUB  基材
R  コーティング
NS1，NS2  交互SLナノ層
ms CrN，PRO  保護用CrNミクロ層
【図１】
2013530732.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2013530732.tif 000010
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