(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
整形外科用インプラントであって、少なくとも１つの支持面を有する金属本体、その支持面に接触する多孔質金属パッド、複数の溶接ビードにより形成された前記多孔質金属パッド及び前記本体の間の金属の融合物により、インプラント本体に連結されている多孔質パッドを含み、前記溶接ビードの一部分は一般に０．２５４cm〜１．５２４cm（０．１０インチ〜０．６０インチ）の直径を有する管状であり、互いに０．１０２cm〜０．３８１cm（０．０４０インチ〜０．１５インチ）離れた間隔を保っている、前記整形外科用インプラント。
【請求項２】
その溶接ビードの直径が約１．０１６cm（約０．４０インチ）である、請求項１記載の前記インプラント。
【請求項３】
その溶接ビードが約０．１７８cm（約０．０７０インチ）互いに離れている、請求項１記載の前記インプラント。
【請求項４】
整形外科用インプラントを製造する方法であって、
支持面を含む整形外科用インプラント本体を形成する段階、
多孔質金属パッドを前記支持面に合うように形成する段階、
少なくとも１つの前記多孔質金属パッドを前記支持面に固定する段階及び接着剤で結合する段階、並びに
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及び前記本体の間の複数の位置に金属の融合物を形成させる段階を含み、
前記融合された金属は前記多孔質金属パッドと前記本体を相互に連結する溶接ビードによって形成され、前記溶接ビードの一部分は実質的に円筒状の層を画定し、前記円筒状の層はレーザー光線の直径に相当する直径を有している、前記インプラントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は整形外科用インプラント、より詳細には、インプラントに結合した多孔質金属パッドを有する整形外科用インプラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
整形外科用インプラント、たとえば膝または腰インプラントは、その外側に１またはそれよりも多い多孔質面を含む。多孔質面は、骨の内部成長または骨のセメントの浸透を可能とさせることによって骨の内部へのインプラントの固定を促進する。多孔質面は典型的には繊維金属、金属ビーズまたは金網から成るパッドの形をとる。繊維、ビーズまたは網は典型的には焼結または拡散結合方法を用いて相互に連結される。多孔質金属パッドを整形外科用インプラントの本体上に形成される支持面に合うような形に切断する。
【０００３】
インプラント本体に多孔質金属パッドを結合させる１つの公知の方法はインプラント本体の支持面に対して多孔質金属パッドをクランプで固定し、その後、拡散結合または焼結方法を用いてインプラント本体に多孔質パッドを冶金で結合することである。多孔質金属パッドをインプラント本体に焼結するのに伴う問題はこの方法が製造の観点からみて時間がかかり、そして高価であることである。たとえば、焼結の間の焼結炉の昇温及び降温時間は１サイクルについて約１４時間である。多孔質金属パッドが、たとえば大腿骨部の膝の構成要素の内側の骨にかみ合うように連結されているなら、焼結操作を完結するのに最小限３サイクルを必要とする。大腿骨部の膝構成要素の複雑な幾何学的な内側の設計は焼結方法の１サイクルの間に１つまたは２つの多孔質パッドのみが大腿骨部の膝構成要素に取り付けられることを必要とする。したがって、大腿骨部の膝構成要素の内側への多孔質金属パッドの結合を完結するには４２時間以上の炉時間を要し得る。これに加えて、インプラントの支持面に多孔質金属パッドが接触した状態に保っておくためにインプラントにクランプにより固定する手段を連結する時間を必要とする。したがって、焼結方法を用いてインプラントに多孔質金属パッドを装備することは、比較的に時間がかかり、高価であることは明らかである。
【０００４】
同様にレーザー溶接方法を用いて整形外科用インプラント本体に取り付ける、薄い金属箔に繊維金属パッドを拡散結合することも公知である。このような取り付け方法の詳細について、ここに「整形外科用インプラント及びその製造方法」と題する米国特許出願第０８／６０９，２１０号に言及する。それは本発明の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に組み入れられる。一般に、多孔質金属パッド、たとえば繊維金属パッドは薄い金属箔に拡散結合される。薄い金属箔の端は整形外科用インプラント本体に形成された凹んだ所の外部に伸長する。レーザー溶接は整形外科用インプラント本体に薄い金属箔を溶接するのに用いられ、それにより繊維金属パッドをインプラント本体に間接的に取り付ける。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この技術において必要なものは、多孔質金属パッドが多孔質金属パッドの周辺以外の位置でインプラント本体に取り付けられている、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方法である。
この技術においてさらに必要なものは、焼結方法よりも速い、インプラント本体に多孔質金属パッドを取り付ける方法である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は多孔質金属パッドと本体との間の複数の予め定められた位置にレーザー光線をカップリングすることによって整形外科用インプラントの本体に多孔質金属パッドを取り付ける方法を提供する。
本発明は、その１つの形式では、整形外科用インプラントを製造する方法を含む。整形外科用インプラント本体は支持面を有して形成される。多孔質金属パッドは本体の支持面に合うように形成される。多孔質パッドは支持面にクランプで固定されるか、または接着剤で結合される。レーザー光線は多孔質金属パッドと本体の間に金属の融合物(coalescence) を形成するように、複数の位置で多孔質金属パッドと本体との間にカップリングされる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
さて、図面、より詳細には図面１及び２に、本発明の方法を用いて製造された整形外科のインプラントの態様を示す。対応する引用記号は図１〜５を通して対応する部分を示す。上記態様においては、整形外科のインプラントは、整形外科のインプラント本体１２と多孔質金属パッド１４を含む、大腿骨部の膝構成要素１０の形にある。
【０００８】
本体１２は多孔質金属パッド１４の支持及び取り付けのための複数の隣接する平らな面を含み、その一つは図２において１６として示されている。本体１２は、材料、たとえば、コバルト−クロム合金、チタン合金またはステンレススチールから作られる。
多孔質金属パッド１４は本体１２の支持面１６に接触して置かれ、後記する方法で、それに取り付けられる。前記態様に示された多孔質金属パッド１４は、公知の方法、たとえば焼結方法または拡散結合方法を用いて、相互に連結された多数の金属繊維を有する繊維金属パッド１４の形にある。繊維金属パッド１４は好ましくは、材料、たとえばコバルト−クロム合金またはステンレススチール合金から作られる。
【０００９】
繊維金属パッド１４は、繊維金属パッド１４と本体１２の間の金属の融合物を形成するために、繊維金属パッド１４と本体１２の間をレーザー光線（示されていない）カップリングにより、本体１２に取り付ける。レーザー手段を用いる「カップリング (coupling) 」方法は、材料を溶融するのに十分なエネルギーを物質に移すことを意味する。本発明で用い得るレーザーの例は、本発明の方法では他の多くの市販のレーザーも用い得るが、米国，ミシガン州，リボニアのルモニクス  コーポレーションにより製造されたＹＡＧ工業用レーザーである。
【００１０】
より詳細には、レーザー光線は、一般的に引用番号２０で示される複数の位置で、繊維金属パッドと本体１２の間でカップリングされる。レーザーが繊維金属パッド１４と本体１２の間でカップリングされるので、繊維金属１８と本体１２の１部分は溶融して溶接ビードを形成し、溶接ビードは、冷却により繊維金属パッド１４と本体１２とを相互に連結する。溶接ビードは、繊維金属パッドを通り、本体１２に伸長する、実質的に円筒状の層２２の形であり得る。円筒状の層２２はレーザー光線の直径に相当する直径を有する。図面に示した態様では、円筒状の層２２は約０．０５１〜０．１２７cm（約０．０２０〜０．０５０インチ）、好ましくは約０．７６２cm（約０．３０インチ）の外径「Ｄ」を有する。
【００１１】
繊維金属パッド１４と本体１２との間の材料の融合により製造された溶接ビードは、実質上図２の円筒状の層２２として示されるが、溶接ビードは円錐形、中身のつまったビーズ状または他の形であり得る。溶接ビードの形状は、主としてレーザー光線が接触する金属繊維１８の密度に依存する。
本発明で用いられるレーザーは、用いられる特定の型の多孔質金属パッド１４に対応するように出力と光線の直径を調節される。たとえば、コバルト−クロム−モリブデン繊維金属パッドをライトボックス中に光が繊維金属パッド１４の孔を通って、ビデオカメラによって検出が可能となるように置くことができる。繊維金属パッド中の孔のデジタル化されたイメージは、コンピューター補助イメージ解析システムを用いて捕捉し得る。繊維金属パッド中の端から端まで貫いた孔のサイズ分布を、上質の溶接物の製造に必要な最小限レーザー光線直径を評価するのに用い得る。レーザー光線の直径は、たとえばレーザーにおける反射鏡の角度を変えることによって調節し得る。約０．０３８１〜０．０７６２cm（約０．０１５〜０．０３０インチ）のレーザー光線の直径が、約０．０５１〜０．１２７cm（０．０２０〜０．０５０インチ）の溶接直径を製造するのに有効であることが分かった。
【００１２】
この出願で用いられるように、「レーザー光線溶接」という句、または他のそれらから誘導された用語は、高エネルギー源を用いる溶接、たとえばレーザー光線溶接、電子線溶接、プラズマ溶接等を意味することを意図する。
さて、図６では、本発明の方法の態様を説明するフローチャートを示す。まず、多孔質パッドまたは繊維金属パッド１４を、焼結または拡散結合方法を用いて、公知の方法で製造または製作する（ブロック２４）。次に繊維金属パッドを本体１２の支持面１６とつれそう形にレーザー切断する（ブロック２６）。繊維金属パッドは１支持面から他の面に伸長する連続する片として形成し得る。繊維金属パッドは、所望により、鋳造してもよい（ブロック２６）。その後、繊維金属パッド１４を接着剤を用いて、本体１２の支持面１６に取り付ける（ブロック２８）。代りに、繊維金属パッドを図１の矢印３０により図式的に示したように、支持面１６にクランプで固定してもよい。繊維金属パッド１４が本体１２に接着剤で結合されるか、クランプで固定された後、レーザー光線を繊維金属パッド１４及び本体１２の間の複数の位置２０で結合させる（ブロック３２）。溶融され、続いて冷却された、繊維金属パッド１４と本体１２の金属の混合物は繊維金属パッドを本体１２に溶接する。次に整形外科のインプラントは焼きなましされるが、溶液熱処理され（ブロック３４）、その前に適用した接着剤を取り除く。
【００１３】
上記のように、レーザー光線を繊維金属パッド１４と本体１２との間に複数の位置でカップリングする。レーザー溶接位置は予め定められた形またはでたらめの形でよい。レーザー溶接位置は好ましくは、それらの間に約０．１０２〜０．３８１cm（約０．０４０〜０．１５０インチ）の間隔、より好ましくは約０．１７８cm（約０．０７０インチ）の間隔を有する。図３〜５では、レーザー溶接位置の３つの異なる可能な形を示す。図３は実質的に四角形を画定する複数の溶接位置を図解する。各レーザー溶接位置２０は０．２５４〜１．５２４cm（０．１０〜０．６０インチ）、好ましくは約１．０１６cm（約０．４０インチ）の直径Ｄ（図２）を有する。隣り合ったレーザー溶接位置２０の間の寸法３６は約２．０３２cm（約０．８０インチ）で、角から角への寸法は、引用番号３８で表わされ、約０．２８７cm（約０．１１３インチ）である。
【００１４】
図４は実質上四角形を画定する複数の溶接位置２０とそれらの中に中心に位置する１個の溶接位置２０を図解する。各溶接位置２０は好ましくは約１．０１６cm（約０．４０インチ）の直径Ｄを有する。寸法４０は約０．７８４cm（約０．０３１インチ）で、寸法４２は約０．２５４cm（約０．１００インチ）であり、寸法４４は約０．１５２cm（約０．０６０インチ）で、寸法４６は約０．３５８cm（約０．１４１インチ）である。
【００１５】
図５は中心に位置する１個の溶接位置２０を含む実質上六角形を画定する多数の溶接位置２０を図解する。
前記態様では、整形外科用インプラント１０は大腿骨部の膝構成要素の形にある。しかしながら、本発明の方法は、他の整形外科用インプラント、たとえば、腰、肩、ひじもしくは足根関節インプラントまたは永久的に埋め込まれる固定棒と共に用い得ることも明らかである。
【００１６】
さらに、前記態様では、多孔質金属パッド１４は繊維金属パッド１４の形にある。しかしながら、他の型の多孔質金属パッド、たとえば、玉状のパッドまたは金網も本発明の方法で用い得るものである。
この明細書に提示された例は本発明の好ましい態様を１つの形で説明するものであるが、このような例示は本発明の範囲をいかなる風にも限定するものとして解すべきではない。
【００１７】
本発明を好ましい設計について説明したけれども本発明はこの開示の精神と範囲内でさらに変更することができる。したがって、この出願はその一般的な主旨を用いる本発明のいかなる変更、使用または改変をも保護しようとするものである。さらにこの出願は、この発明が属する技術において公知または慣用の実施の範囲内及び添付請求項の限定の範囲内であるような本開示からはずれるものも保護しようとするものである。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の利点は、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られることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を用いて製造された大腿骨の膝成分の態様を示す斜視図である。
【図２】本発明の方法を用いる多孔質金属パッドと整形外科用インプラントの間の相互連結を示す、拡大部分図である。
【図３】多孔質金属パッドがインプラント本体にレーザー溶接される型の種々の態様を図解する。
【図４】多孔質金属パッドがインプラント本体にレーザー溶接される型の種々の態様を図解する。
【図５】多孔質金属パッドがインプラント本体にレーザー溶接される型の種々の態様を図解する。
【図６】本発明の方法の態様を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…整形外科用インプラント（大腿骨部の膝構成要素）
１２…インプラント本体
１４…多孔質金属パッド
【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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