84
KOBE STEEL ENGINEERING REPORTS
/Vol. 51 No. 2（Sep. 2001）新 製 品 ・ 新 技 術
人工股関節の摺動部（臼蓋カップ）には超高分子量ポリエチ レン（UHMWPE）が使用されるが，人の歩行にともない摩耗 粉が発生する。手術後 10 年程度経過するとこの摩耗粉が蓄積し て，骨融解が生じ，人工股関節の再置換手術がおこなわれる頻 度が増加している。
摩耗粉の発生量は人の活動度合い，骨頭の材質や表面粗さ，
カップの材質などに依存する。
第 1 図は UHMWPE カップの摩
耗量と骨頭表面粗さ（骨頭材料：SUS，アルミナ）の関係を示 す。表面粗さを Ra 0.02μm 以下にすることで摩耗量は著しく減 少する。また，摩耗量に及ぼす骨頭材質の影響を臨床データを もとに整理すると，第 2 図に示すようにチタン合金の場合の摩 耗量が相対的に大きく，アルミナセラミックスの場合が比較的 少ない。ステンレス鋼や Co-Cr 合金は両者の中間であるが，こ れはセラミックスの方が超鏡面を創生しやすいことに起因す る。当社の人工股関節では上記のことを踏まえて，骨頭はセラミ ックス製で表面粗さも Ra 0.02μm 以下にしたものをもちいて おり，摩耗粉を少なくするには UHMWPE カップの耐摩耗性向 上を図る必要があった。この度脱酸素雰囲気で適量のγ線照射 とその後の加熱処理により，耐摩耗性を大幅に向上させた架橋
（クロスリンク）した UHMWPE カップ（商品名：Excellink）
を開発した。
製 法
安定したクロスリンクは脱酸素雰囲気で適量のγ線照射とそ の後の加熱処理により達成される。
製法の概略は以下のとおりである。
１）UHMWPE ブロック材を脱酸素密封してγ線を照射すると，
分子鎖の一部が反応性の高い状態となり，隣接する分子鎖 間が結合する（クロスリンク）。この反応は材料内部までほ ぼ均等に起こり，脱酸素状態はフリーラジカルが周囲の酸 素と結合し，特性が劣化するのを防止 する。なお，γ線照 射量が多すぎると硬質に成り過ぎ，機械的特性が損なわれ る。
２）次にこのブロックを融点より若干低い温度で加熱処理し，
γ線照射後の反応性の高いフリーラジカルを解消させると ともに構造ひずみを除去する。
３）１）および２）の処理をおこなったブロックをカップに精 密機械加工した後，脱酸素密封包装して，洗浄，γ線滅菌 される。
特 徴
１）Excellink の材料特性は ASTM，ISO の医療用具の国際規格 を満足する（第 3 図）。
２）Excellink の耐摩耗性は，従来の当社製品にくらべて飛躍的 に優れていることが HIP シミュレータによる摩耗比較試験 により確認された（第 4 図）。
人工股関節用架橋 UHMWPE カップ-Excellink
佐々木佳男
＊・土居憲司
＊・松下富春
＊・鈴木 順
＊＊＊本社・医療材料部 ＊＊技術開発本部・化学環境研究所
問い合わせ先：本社・医療材料部 TEL（078）261−4752 FAX（078）261−4755
SUSアルミナ
摩耗量 mg
1.0
0.5
0 0.05
表面仕上げ Ra μm
0.10 摺動サイクル数：106回
密度
（平均）
引張強さ
（最小）
降伏強さ
（最小）
伸び
（最小）
衝撃強さ
（最小）
硬さ
（最小）
クリープ
（最大）
300 250 200 150 100 50 0 ISO5834の
要求値
ASTM F658の 要求値
Excellink
％
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.21
0.04
0.23
0.04
0.16
0.03 0.36
0.08
ステンレス鋼 Co-Cr合金 チタン合金 アルミナ セラミックス
1年当たりの線摩耗量 mm
従来製品 Excellink
第 1 図 超高分子量ポリエチレンカップの摩耗量に及ぼす骨頭
表面仕上げの影響
