(57)【要約】【課題】大腿部の膝構成材又は股臼カップなどの整形外科用インプラントの提供に特に有用な、多孔性金属層を稠密な金属基体に付着させる方法を提供すること。【解決手段】この方法はその一実施形態において、構造化された多孔性層を提供する工程１２０、稠密な金属基体を提供する工程１１０、接合用混合物を提供する工程１３０、その接合用混合物を基体の外面に適用する工程１４０、組立て品を形成している間に接合用混合物がそこに配置されるように多孔性層を基体に対して配置する工程１５０、及びこの組立て品を熱処理して多孔性層を基体に冶金学的に接合する工程１６０を含む。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基体を提供すること、
接合用混合物を提供すること、
多孔性金属構造物を提供すること、
噴霧及び浸漬からなる群より選択される手段によって、接合用混合物を多孔性金属構造物に適用すること、
接合用混合物が金属基体と多孔性金属構造物との間に配置されるようにして、多孔性金属構造物を金属基体に対して配置することによって、組立て品を形成すること、及び
この組立て品に熱を加えて、金属基体と多孔性金属構造物とを冶金学的に接合すること、
を含む、多孔性金属構造物を金属基体に付着させる方法。
【請求項２】
前記金属基体が、コバルト、コバルト合金、チタン及びチタン合金かなる群より選択される金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記接合用混合物が、ゼラチン、グリセリン、ＰＶＡ及び水からなる群より選択される懸濁用添加剤を含有し、この接合用混合物が粉末状金属を更に含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記粉末状金属が、コバルト、コバルト合金、ハフニウム、モリブデン、パラジウム、ニオブ、ジルコニウム、ジルコニウム合金、チタン及びチタン合金からなる群より選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記接合用混合物が、約１０体積％超の粉末状金属を含有する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記接合用混合物が、約３０体積％超の粉末状金属を含有する、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記接合用混合物が、約６８体積％超の粉末状金属を含有する、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記接合用混合物が、約９５体積％の粉末状金属を含有する、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記熱を加える工程が、組立て品を約１〜４時間にわたって約１００℃〜６００℃に加熱し、更に組立て品を約１時間〜４時間にわたって約８００℃〜１６００℃に加熱することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記熱を加える工程を、アルゴン及びヘリウムからなる群より選択されるガスを含む不活性雰囲気において行う、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記熱を加える工程を、少なくとも部分的な減圧状態において行う、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
金属基体を提供すること、
接合用混合物を提供すること、
多孔性金属構造物を提供すること、
噴霧及び浸漬からなる群より選択される手段によって、前記接合用混合物を多孔性金属構造物に適用すること、
接合用混合物が金属基体と多孔性金属構造物との間に配置されるようにして、多孔性金属構造物を金属基体に対して配置することによって、組立て品を形成すること、及び
この組立て品に熱及び圧力を加えて、金属基体と多孔性金属構造物とを冶金学的に接合すること、
を含む、多孔性金属構造物を金属の基体に付着させる方法。
【請求項１３】
前記金属基体が、コバルト、コバルト合金、チタン及びチタン合金かなる群より選択される金属を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記接合用混合物が、ゼラチン、グリセリン、ＰＶＡ及び水からなる群より選択される懸濁用添加剤を含有し、この接合用混合物が粉末状金属を更に含有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記粉末状金属が、コバルト、コバルト合金、ハフニウム、モリブデン、パラジウム、ニオブ、ジルコニウム、ジルコニウム合金、チタン及びチタン合金からなる群より選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記接合用混合物が、約１０体積％超の粉末状金属を含有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記接合用混合物が、約３０体積％超の粉末状金属を含有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記接合用混合物が、約６８体積％超の粉末状金属を含有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記接合用混合物が、約９５体積％の粉末状金属を含有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記熱及び圧力を加える工程が、約２００ｐｓｉ〜１２００ｐｓｉの締め付け圧力で、組立て品を約１時間〜４時間にわたって約８００℃〜１６００℃に加熱することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記熱及び圧力を加える工程を、アルゴン及びヘリウムからなる群より選択されるガスを含む不活性雰囲気において行う、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記熱及び圧力を加える工程を、少なくとも部分的な減圧状態において行う、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
金属基体を提供すること、
多孔性金属構造物を提供すること、
多孔性金属構造物の表面に輪郭を形成すること、
多孔性金属構造物の輪郭を形成された表面が金属基体に接触するようにして、多孔性金属構造物を金属基体に対して配置することによって、組立て品を形成すること、及び
この組立て品に熱を加えて、金属基体と多孔性金属構造物とを冶金学的に接合すること、
を含む、多孔性金属構造物を金属基体に付着させる方法。
【請求項２４】
前記金属基体が、コバルト、コバルト合金、チタン及びチタン合金かなる群より選択される金属を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記輪郭を形成する工程が、多孔性金属構造物の表面を機械加工することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記輪郭を形成する工程が、多孔性金属構造物の表面を放電加工することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記熱を加える工程が、組立て品を約１〜４時間にわたって約１００℃〜６００℃に加熱し、更に組立て品を約１時間〜４時間にわたって約８００℃〜１６００℃に加熱することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記熱を加える工程を、アルゴン及びヘリウムからなる群より選択されるガスを含む不活性雰囲気において行う、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記熱を加える工程を、少なくとも部分的な減圧状態において行う、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
金属基体を提供すること、
多孔性金属構造物を提供すること、
多孔性金属構造物の表面に輪郭を形成すること、
多孔性金属構造物の輪郭を形成された表面が金属基体に向かうようにして、多孔性金属構造物を金属基体に対して配置することによって、組立て品を形成すること、及び
この組立て品に熱及び圧力を加えて、金属基体と多孔性金属構造物とを冶金学的に接合すること、
を含む、多孔性金属構造物を金属基体に付着させる方法。
【請求項３１】
前記金属基体が、コバルト、コバルト合金、チタン及びチタン合金かなる群より選択される金属を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記輪郭を形成する工程が、多孔性金属構造物の表面を機械加工することを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記輪郭を形成する工程が、多孔性金属構造物の表面を放電加工することを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記熱を加える工程が、約２００ｐｓｉ〜約１２００ｐｓｉの締め付け圧力で、組立て品を約１時間〜４時間にわたって約８００℃〜１６００℃に加熱することを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記熱及び圧力を加える工程を、アルゴン及びヘリウムからなる群より選択されるガスを含む不活性雰囲気において行う、請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記熱及び圧力を加える工程を、少なくとも部分的な減圧状態において行う、請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
骨と接触する表面を有する所望の形状の金属部品を提供すること、
接合用混合物を提供すること、
所望の形状の多孔性金属構造物を提供すること、
噴霧及び浸漬からなる群より選択される手段によって、接合用混合物を多孔性金属構造物に適用すること、
接合用混合物が金属部品と多孔性金属構造物との間に配置されるようにして、多孔性金属構造物を、金属部品の骨と接触する表面に対して配置することによって、組立て品を、形成すること、及び
この組立て品に熱を加えて、多孔性金属構造物と金属部品とを冶金学的に接合すること、
を含む、多孔性金属構造物を、整形外科用インプラントの金属部品に付着させる方法。
【請求項３８】
骨と接触する表面を有する所望の形状の金属部品を提供すること、
接合用混合物を提供すること、
所望の形状の多孔性金属構造物を提供すること、
噴霧及び浸漬からなる群より選択される手段によって、接合用混合物を多孔性金属構造物に適用すること、
接合用混合物が金属部品と多孔性金属構造物との間に配置されるようにして、多孔性金属構造物を、金属部品の骨と接触する表面に対して配置することによって、組立て品を形成すること、及び
この組立て品に熱及び圧力を加えて、多孔性金属構造物と金属部品とを冶金学的に接合すること、
を含む、多孔性金属構造物を、整形外科用インプラントの金属部品に付着させる方法。
【請求項３９】
骨と接触する表面を有する所望の形状の金属部品を提供すること、
所望の形状の多孔性金属構造物を提供すること、
多孔性金属構造物の表面に輪郭を形成すること、
多孔性金属構造物の輪郭を形成された表面が金属部品と接触するようにして、多孔性金属構造物を、金属部品の骨と接触する表面に対して配置することによって、組立て品を形成すること、及び
この組立て品に熱を加えて、多孔性金属構造物と金属部品とを冶金学的に接合すること、
を含む、多孔性金属構造物を、整形外科用インプラントの金属部品に付着させる方法。
【請求項４０】
骨と接触する表面を有する所望の形状の金属部品を提供すること、
所望の形状の多孔性金属構造物を提供すること、
多孔性金属構造物の表面に輪郭を形成すること、
多孔性金属構造物の輪郭を形成された表面が金属部品と接触するようにして、多孔性金属構造物を、金属部品の骨と接触する表面に対して配置することによって、組立て品を形成すること、及び
この組立て品に熱及び圧力を加えて、多孔性金属構造物と金属部品とを冶金学的に接合すること、
を含む、多孔性金属構造物を、整形外科用インプラントの金属部品に付着させる方法。
【請求項４１】
前記接合用混合物を適用する工程が、多孔性金属構造物にではなく、金属基体又は部品に接合用混合物を適用することを含む、請求項１〜２２、３７又は３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記接合用混合物を適用する工程が、多孔性金属構造物と、金属基体又は部品とに接合用混合物を適用することを含む、請求項１〜２２、３７又は３８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、骨組織がその中に成長することができる又は骨セメントが入り込むことができる多孔性表面を有するタイプの整形外科用インプラントに関し、より具体的には金属の基体、好ましくはチタン又はコバルトに基づく合金を含む金属の基体上に、多孔性チタン又は多孔性タンタルなどの多孔性金属構造物を接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
整形外科用インプラント器具は通常、骨が接触するインプラントの表面に、所望の厚さ、一般に０．５〜５．０ｍｍの多孔性構造物を有して、そこで骨成長を増進させ、隣接する骨組織に対する器具の付着を強化する。インプラントに入り込んで骨が成長することは、それがインプラントの定着向上を可能にするという点で有利である。
【０００３】
従って、インプラント内へのできるだけ多くの骨成長を促進させることが望ましい。多孔性表面を有する整形外科用インプラント器具を製造するために、金属粉のプラズマ溶射、金属ビーズの焼結、及び金網の拡散接合などさまざまな方法が開発されてきた。例えば、その開示が参照により援用され、本明細書に簡潔に記載されている下記の特許を参照されたい。
【０００４】
Ｒｏｓｔｏｋｅｒ他の米国特許第３，９０６，５５０号は、人工器官に付着するようにした多孔性金属構造物について開示する。金型を用いて繊維状金属を成型して所望の形状にする。次いでこの繊維状金属を焼結してそのパッド内に、また繊維状金属パッドと基体の間で冶金学的接合を提供する。
【０００５】
Ｈａｈｎの米国特許第３，６０５，１２３号は、多孔性金属の表面層を有する金属製骨インプラントについて開示する。この多孔性層は、プラズマ溶射法によって又は他の適切な手段によってインプラントに固定することができる。
【０００６】
Ｐｒａｔｔ他の米国特許第４，６３６，２１９号は、層状金網構造物からなる多孔性表面を含む人工器官、及びその人工器官と接合させる網目スクリーン構造物の製造方法について開示する。この網目を薄い基体に接合し、次いで切断又は成形し、平面で人工器官の本体に貼るか又は成形によって特殊な形状の輪郭を形成することができる。
【０００７】
Ｓｕｍｐの米国特許第４，５７０，２７１号には多孔性皮膜を有する人工器官について開示されており、ここでは多孔性皮膜を直接予備成形して、人工器官の予め選択された面に対応する所望の形状にする。次いで予備成形した多孔性皮膜を予め選択された面に重ね合わせ、圧縮し、加熱してこの予備成形した多孔性皮膜を人工器官に接着させる。
【０００８】
Ｐｉｌｌｉａｒの米国特許第３，８５５，６３８号は、多孔性皮膜が接着されている中実金属基体を有する補綴器具に対する接合方法について記載する。ここでは金属粒子のスラリーを基体に適用し、乾燥し、次いで焼結して、粒子と基体の間の冶金学的接合を確立する。
【０００９】
本願の権利者に譲渡されている「Ｔｉｔａｎｉｕｍ　Ｐｏｒｏｕｓ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｂｏｎｄｅｄ　ｔｏ　ａ　Ｃｏｂａｌｔ−ｂａｓｅｄ　Ａｌｌｏｙ　Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　ｉｎ　Ｏｒｔｈｏｐａｅｄｉｃ　Ｉｍｐｌａｎｔ　Ｄｅｖｉｃｅ　ａｎｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ　Ｔｉｔａｎｉｕｍ　ｔｏ　ａ　Ｃｏｂａｌｔ−Ｂａｓｅｄ　Ａｌｌｏｙ　Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　ｉｎ　ａｎ　Ｏｒｔｈｏｐａｅｄｉｃ　Ｉｍｐｌａｎｔ　Ｄｅｖｉｃｅ」という名称の米国特許第５，１９８，３０８号及び第５，３２３，９５４号は、基体に対する皮膜の接合強度及びインプラントの耐腐食性を増すために、薄いチタン及び／又はＬ−６０５合金の箔を用いたＣｏ−Ｃｒ−Ｍｏ合金製インプラントに対するチタン繊維金属製のパッド多孔性層の拡散接合について教示している。
【００１０】
Ｃｈｏｗｄｈａｒｙに付与された米国特許第５，１０４，４１０号は、中実金属基体と多重焼結層をもつ多孔性皮膜とを有する複合構造物からなる外科用補綴器具の製造方法について開示する。この多孔性皮膜は外層が骨の進界成長を受け入れ、この外層の化学組成は多孔性皮膜とインプラント表面の間の中間層と同じである。中間層は外側多孔性層を基体に接合する。これらの層は多重焼結のプロセスで適用され、層それぞれが個々に、対応する基体又は先行する層に焼結される。このプロセスは、基体と外側多孔性層の間の高い付着強度を有する多孔性層を提供する。
【００１１】
チタンは、しばしば整形外科用途に用いられる周知の生体適合性金属である。多孔性チタン又は多孔性チタン合金は、整形外科用インプラントの骨との接触面に用いて、そこで骨成長を促進させることができる。タンタルは別の周知の生体用材料である。タンタルは、骨成長を促進させることに特に長けていることが知られている。Ｉｍｐｌｅｘ，　Ｉｎｃ．は、米国特許第５，２８２，８６１号に記載の構造化された多孔性タンタル金属生体用材料を、整形外科用途用に商品名ＨＥＤＲＯＣＥＬ（商標）で販売している。ＨＥＤＲＯＣＥＬ（商標）の多孔性は８０％を超すと記述されており、物理的及び機械的特性の両方でヒトの小柱骨に非常に似ている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
整形外科用インプラントに多孔性層を使用することは価値があるにもかかわらず、多孔性金属をコバルト合金又はチタン合金などの金属基体に接合することは難しく、ＨＥＤＲＯＣＥＬ（商標）の場合は特に難しかった。この難しさは、２種類の構成材を冶金学的に接合するには一般に、接合が望まれている面の間の大量の接触が必要とされることによる。ＨＥＤＲＯＣＥＬ（商標）の多孔度が、対向する金属基体とのまばらな接触を招き、焼結又は拡散接合を困難にする。さらにこの多孔度はまた、機械加工されたＨＥＤＲＯＣＥＬ（商標）構成材の狭い寸法公差を維持することを困難にする。従って接合用混合物はまた、所望の形状のＨＥＤＲＯＣＥＬ（商標）多孔性層と、対応する金属基体との間に存在する可能性がある「間隙」又は「空間」を埋めるのに役立つ。
【００１３】
従って多孔性金属構造物を金属基体に接合する方法に対する必要性が存在する。
【００１４】
更なる必要性は、コバルト−クローム合金又はチタン合金などの中実金属を含む整形外科用インプラント器具の構成材に、多孔性金属面を接合する方法について存在する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＨＥＤＲＯＣＥＬ（商標）のような多孔性金属層を、チタン合金又はコバルト合金などの基体に接合する方法を提供する。より具体的には本発明の接合方法は、多孔性金属と基体との間に良好な面接触を生じさせる手段を含む焼結又は拡散接合プロセスを用いて、多孔性金属層を直接にチタン合金又はコバルト合金などの基体の表面に接合することを含む。
【００１６】
一実施形態において本発明の方法は、金属基体を提供すること、接合用混合物を提供すること、多孔性金属構造物を提供すること、この混合物を基体又は多孔性金属に適用すること、接合用混合物が多孔性金属と基体の間に配置されるようにして多孔性金属構造物を基体に対して配置することによって、組立て品を形成すること、及びこの組立て品に熱及び／又は圧力を加えることによって、基体に多孔性金属を冶金学的に接合することを含む。この第一の実施形態においては、接合用混合物を用いて、多孔性金属と基体との間の接触を実現する。
【００１７】
別の実施形態において本発明の方法は、金属基体を提供すること、多孔性金属構造物を提供すること、多孔性金属構造物の表面に「輪郭を形成する」（後に本明細書中で定義する）こと、多孔性金属構造物を基体に対して配置することによって組立て品を形成すること、及びこの構造物に熱及び／又は圧力を加えることによって、基体に多孔性金属構造物を冶金学的に接合することを含む。この第二の実施形態においては、多孔性金属構造物と基体との間の面接触は、多孔性金属構造物を基体に対して配置する前に、多孔性金属の表面に輪郭を形成することによって達成される。
【００１８】
本発明はその別の形態においてさらに、インプラントの金属部品に接合された多孔性金属層を有する整形外科用インプラントの製造方法を提供する。
【００１９】
本発明の接合方法の利点は、チタンを基材とするまたコバルトを基材とする合金の基体に多孔性金属構造物を接合できることである。
【００２０】
本発明の接合方法の別の利点は、単一接合プロセスを採用することによって、組立て品の合金部品の冶金学的特性を保護することである。
【００２１】
本発明の接合方法の別の利点は、本発明に従って製造された整形外科用インプラント器具が、チタンを基材又はコバルトに基づく合金の基体上に設けられた大きい接合強度及び耐腐食性の多孔性金属面を備えることである。
【００２２】
本発明のその他の利点は、添付の明細書、図面、及び特許請求の範囲を詳しく調べれば当業者には明らかになるはずである。
【００２３】
添付の図面及び特許請求の範囲と一緒に与えられる本発明の実施形態の下記の説明を参照することにより、本発明の上記及びその他の特徴と目的並びにそれらを得る方法はより明らかになるはずであり、また本発明自体がより良く理解されるはずである。
【００２４】
対応する参照記号は、いくつかの図全体を通して対応する部分を示す。本明細書中で述べられる典型的具体例は、本発明の一つの好ましい実施形態を一つの形式で例示するものであり、このような典型的具体例はどのようなやり方であろうと本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に図１を参照して本発明の第一の実施形態の概念図を示す。一般にブロック１１０は金属基体を提供することを表す。本発明において用語「金属基体」は、しばしば整形外科用途に用いられるチタン又はコバルトに基づく合金を意味する。それぞれＡＳＴＭ　Ｆ−１３６又はＦ−１２９５の格付けを有するＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金又はＴｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ合金が好ましい。コバルトに基づく合金、特にＡＳＴＭの呼称がそれぞれＦ−７５又はＦ−１５３７の鋳造Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ合金又は鍛造Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ合金もまた用いることができる。場合によってはその上に市販の純チタン又はチタン合金の層がプラズマ溶射されたコバルトを基材とする合金を用いることが望ましい。上記金属は、それらの強度、耐腐食性、及び生体適合性のゆえに好ましい。限定するわけではないが本発明の方法が最もよく用いられるはずの整形外科用途では、金属基体は整形外科用インプラント部品、例えば本発明の図５に示す股臼カップ又は本発明の図４に示す体内補綴用の膝の大腿部構成材として機能するために望ましいやり方で、形成されることになる。しかしながら当業者は、多孔性金属層を金属基体に冶金学的に接合することが望まれる任意の用途にも、本発明が応用可能であることを理解するはずである。
【００２６】
さらに図１を参照して、多孔性金属層を提供する工程を表すブロック１２０を示す。好ましい実施形態においては多孔性タンタル構造物が用いられる。多孔性金属層は、好ましくは特定の用途に適した所望の形状で提供される。例えば半球状の形は股臼カップ整形外科用インプラントの殻として用いることができる。多孔性金属層はまた、整形外科用の膝インプラントの標準規格大腿部構成材の骨接触面に用いられるパッドとして提供されてもよい。
【００２７】
焼結又は拡散接合による金属基体と多孔性金属層との間の強い冶金学的接合（すなわち約２９００ｐｓｉ（約２０００ＭＰａ）又はそれよりも大きい引張強さ）を提供するためには、構成材の間に十分な面接触がなければならない。当業者ならば、金属基体の表面も多孔性金属層の表面もどちらも、顕微鏡レベルでは完全な輪郭が形成されないことを理解するはずである。従って十分な面接触を生じさせる手段が与えられない場合、互いに対して直接配置された多孔性金属層と金属基体の間には、冶金学的接合を起こさせるための臨界量に満たない面接触が存在することになる。加えてＨＥＤＲＯＣＥＬ（商標）などの多孔性金属構造物の形状を機械加工して狭い公差範囲を得ることは困難であるので、金属基体に対して配置される多孔性層の隣接面間に間隙が見つかることはかなり起こりうる。
【００２８】
十分な面接触の存在を確実なものにする一つの好ましい手段は、基体と多孔性層の間に接合用混合物を提供することである。接合用混合物は、多孔性タンタル層の多孔面をふさぐことによって表面に「輪郭を形成し」、かつ多孔性層と基体の間の「間隙」を充填することによって、多孔性タンタル層と金属基体の冶金学的接合のための十分な面接触を与える。
【００２９】
従って再び図１を参照して接合用混合物を提供する工程を表すブロック１３０を示す。一般に本発明の接合用混合物は、所定の場所に金属粉を保持するのに十分な接着強度を有する有機バインダーを含む。後に本明細書中で考察する拡散接合又は焼結の工程の温度範囲内で分解する有機バインダーを選択することが好ましい。有機バインダーは、ゼラチン、グリセリン、ポリビニルアルコール（「ＰＶＡ」）、又はその組合せからなる群から選択することができる。接合用混合物はさらに、金属基体を作るために用いた金属と好ましくは同じものである粉末状金属を含む。しかしながら基体と多孔性層を構成する材料との間の良好な相互溶解度を有する異なる金属、例えばコバルト−クローム合金、ハフニウム、マンガン、ニオブ、パラジウム、チタン−６、アルミニウム−４、バナジウム合金、アルミニウム−７、チタン−ニッケル合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ、市販の純チタン、チタン合金、及びコバルト−クローム−モリブデンを、接合用混合物に用いてもよい。
【００３０】
接合用混合物は好ましくは、粉末状金属を約６８体積％、及びＰＶＡを１０％と水を９０％含む溶液を約３２体積％を含む。しかしながら接合用混合物は、約１０体積％超〜約９５体積％の粉末状金属を含むことができる。接合用混合物の構成の例は、本出願明細書の実施例の項に示す。
【００３１】
さらに図１を参照して、接合用混合物を多孔性層に適用する工程を表すブロック１４０を示す。好ましい実施形態においては接合用混合物は多孔性層に適用される。また説明を簡単にするために本発明では、接合用混合物が多孔性層に適用するものとして記述する。しかしながら接合用混合物は、接合することが望まれる部品の形状及び選択される接合用混合物の粘度によっては、基体に適用してもよい。いずれにしても接合用混合物をできるだけ均一に適用することが望ましい。好ましくは接合用混合物を多孔性層上に噴霧するが、多孔性層を接合用混合物中に浸漬するか又は接合用混合物を多孔性層上に塗装してもよい。あるいは、同じ手法を用いて接合用混合物を基体に適用することができる。接合用混合物を適用する手法の例は、本発明の権利者に譲渡されている米国特許第５，１９８，３０８号に例示され、その主題の内容は参照により本出願に組み込まれる。
【００３２】
再び図１を参照して、接合用混合物がその間に配置されるようにして基体と多孔性層を組み立てる工程を表すブロック１５０を示す。これは、第一の部品が第二の部品に対して配置される当業界で周知の任意の望ましい手段によって達成することができる。
【００３３】
再び図１を参照して、接合プロセスを完成させるために組立て品を加熱する工程を表すブロック１６０を示す。好ましい実施形態において加熱工程は、バインダー除去のサイクルで組立て品を、好ましくは基本的にアルゴン又はヘリウムからなり、せいぜい微量の酸素又は窒素を含む不活性雰囲気中において、約１００℃〜約６００℃の温度まで加熱することを含む。別法では加熱工程は、圧力０．０１トル又はそれ未満の部分的な真空環境中で行うこともできる。組立て品をこの温度に約１〜約４時間保って接合用混合物中に含有されている有機バインダーを除去する。次いで焼結のサイクルを約８００℃〜１６００℃で約１〜４時間行う。
【００３４】
次に図２を参照して本発明の代替実施形態を示し、これは金属基体を提供する工程（ブロック２１０）、多孔性タンタル層を提供する工程（ブロック２２０）、接合用混合物を提供する工程（ブロック２３０）、接合用混合物を基体に適用する工程（ブロック２４０）、部品を組み立てる工程（ブロック２５０）、及び組立て品に熱と圧力を加える工程（ブロック２６０）を含む。
【００３５】
図２に示す代替実施形態の工程は大部分上記と同様であるが、ブロック２６０に示す熱と圧力を加える工程は、好ましくは不活性又は部分的な真空環境中において２００〜１２００ｐｓｉ（約１３８〜８２７ＭＰａ）の締め付け圧力下で、約１００℃〜約６００℃の温度まで組立て品を加熱することを含む。締め付け圧力は、基体と多孔性層の間の適切な面接触を確実にする点で役立つ。また、多孔性層と基体の間の特定の接合強度を達成するために必要な加熱温度は一般に、使用される締め付け圧力量に反比例する。組立て品は、所望の温度及び圧力に約１〜約４時間保たれる。
【００３６】
図３には、金属基体を提供する工程（ブロック３１０）、多孔性タンタル層を提供する工程（ブロック３２０）、多孔性金属層の表面に輪郭を形成する工程（ブロック３３０）、部品を組み立てる工程（ブロック３４０）、及び組立て品に熱及び／又は圧力を加える工程（ブロック３５０）を含む、本発明の別の実施形態を示す。
【００３７】
図３の実施形態において金属基体を提供する工程（ブロック３１０）及びタンタルの多孔性層を提供する工程（ブロック３２０）は、本明細書中で図１の実施形態に関してさきに述べたものと同じである。しかしながら本発明のこの第三の実施形態では、接合用混合物を用いて多孔性タンタル層と基体との十分な面接触を与えるのではない。その代わり、十分な面接触が組立て品の部品間に存在することを確実にするために、別の手段を用いて多孔性タンタル層に輪郭を形成する。具体的にはブロック３３０によって表されるように、多孔性層の表面に機械的に輪郭を形成し（ｃｏｎｔｏｕｒ）又はスミアリングして（ｓｍｅａｒ）基体との面接触をより多くする。一般には当業界でよく知られている機械加工法を用いて、多孔性タンタル層の表面に望ましい量の輪郭を形成する。あるいは、放電加工を用いて、多孔性タンタル層の表面に輪郭を形成することができる。
【００３８】
さらに図３を参照すると、ブロック３４０に示すように基体及び多孔性層を組み立て、ブロック３５０に示すように熱及び／又は圧力を加える。ブロック３５０の工程は、組立て品を低酸素又は部分真空環境中で約８００℃〜約１６００℃以内の温度まで加熱することを含む。所望ならば締め付け圧力を用いてもよい。組立て品をこの温度及び圧力に約１〜約４時間保つ。
【００３９】
当業者ならば本発明の各実施形態について時間、温度、及び圧力を操作して多孔性層と基体の間の接合強度を変え、また多孔性層及び基体の機械的特性に及ぼすプロセスの影響を変えることができることを理解するはずである。さらに複数サイクルの熱及び／又は圧力を加えることを用いて同様に構成材間の接合強度、あるいは基体又は多孔性層の機械的特性に影響を及ぼすことができる。
【００４０】
本発明を好ましい設計が得られるものとして記述したが、本発明は本開示の精神及び範囲のうちでさらに改変することができる。従って本出願は、その一般原理を用いた本発明のどのような変形形態、使用法、又は手直しも包含することを意図している。さらに本出願は、本発明が属する当技術分野の周知又は慣用の常法の範囲に収まるような本開示からの逸脱、また添付の特許請求の範囲又はその等価物の範囲に入る本開示からの逸脱を包含することを意図している。
【００４１】
（実施例）
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態の概念図である。
【図２】本発明の第二の実施形態の概念図である。
【図３】本発明の第三の実施形態の概念図である。
【図４】本発明に従って構築された体内補綴用膝関節の大腿部構成材の斜視図である。
【図５】本発明に従って構築された股臼カップの斜視図である。
【符号の説明】
１１０…金属基体を提供する工程
１２０…多孔性金属層を提供する工程
１３０…接合用混合物を提供する工程
１４０…接合用混合物を多孔性層に適用する工程
１５０…接合用混合物がその間に配置されるように基体と多孔性層を組み立てる工程
１６０…接合プロセスを完成させるために組立て品を加熱する工程
【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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