JP2014008156A - 人工関節用コンポーネント - Google Patents

Abstract

【課題】損傷が生じ難い構造を実現して破損のリスクを低減でき、且つ、骨に対する固定力を得るための固定性能を向上させることができる、人工関節用コンポーネントを提供する。
【解決手段】内側構造部１３は、本体部分１２における窪み面１１側である内側の部分であってボール状コンポーネント４が摺動するライナー２が取り付けられる部分を少なくとも有する。外側構造部１６は、内側構造部１３の外側に設けられる。内側構造部１３は、緻密体として構成され、外側構造部１６は、内側構造部１３の緻密体よりも疎な構造体であるポーラス体として構成されたポーラス部１８を有する。内側構造部１３と外側構造部１６とは、一体成形されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ボール状コンポーネントが摺動し、或いはボール状コンポーネントが摺動するライナーが取り付けられる、人工関節用コンポーネントに関する。

従来より、関節に異常が認められた患者に対して、関節の一部又は全部を人工関節に置換する人工関節置換術が行われている。そして、人工関節としての人工股関節或いは人工肩関節等は、ボール状コンポーネントと、ボール状コンポーネントが固定され或いは一体に設けられるステム状のコンポーネントと、シェル状の本体部分を有する人工関節用コンポーネントとを備えて構成されている。また、上記の人工関節用コンポーネントにおけるシェル状の本体部分には、ボール状コンポーネントが摺動し、或いはボール状コンポーネントが摺動するライナーが取り付けられる、曲面状の窪み面が設けられる。

特許文献１においては、ボール状コンポーネントが摺動する二重ソケット構造の人工股関節ソケットが開示されている。この人工股関節ソケットは、チタンの深絞り薄板から成る外側ソケットと、硬化した高分子のポリエチレンから成る内側ソケットと、を有している。内側ソケットは、ボール状コンポーネントが摺動するライナーとして設けられている。外側ソケットは、ライナーである内側ソケットが取り付けられる。

また、この人工股関節ソケットには、チタンから成る旋削部品として設けられて、外側ソケットから外方に向かって突出するように外側ソケットに対して取り付けられるアンカーピンが更に備えられている。このアンカーピンは、外側ソケットとは別体の部品として設けられている。そして、このアンカーピンは、外側ソケットに対して、リベット接合によって固定されている。また、アンカーピンは、外側ソケットから突出する先端側の端部が、半球状の曲面形状に形成されている。更に、アンカーピンの外周には、骨内に錨着し易くするための切欠き溝が設けられている。

また、特許文献１においては、段落０００９において、骨組織を良好に固着させるために、予め変形させた金属織製物「メッシュ」を外側ソケット上の例えばアンカーピンの範囲に設けることも可能である旨が記載されている。

特開平１０−３２３３６０号公報

前述したように、特許文献１に開示された人工股関節ソケットの外側ソケットと、骨に対して良好に固定させるためのアンカーピンとは、別体の部材として設けられている。このため、上記の外側ソケット及びアンカーピンで構成される人工関節用コンポーネントは、アンカーピンに対してその側方から作用する圧力である側方圧が繰り返し作用した際に、リベット接合によるアンカーピンと外側ソケットとの接合部において損傷が生じ易くなる虞がある。よって、この人工関節用コンポーネントは、破損のリスクが増大し易くなる虞がある。

更に、特許文献１の人工股関節ソケットにおける人工関節用コンポーネント（外側ソケット及びアンカーピン）は、骨に錨着させるための切欠き溝がアンカーピンに設けられている。このため、この人工関節用コンポーネントは、アンカーピンに上記の側方圧が繰り返し作用した際に、応力集中によって、切欠き溝において損傷が生じ易く、破損のリスクが増大し易くなる虞がある。

また、特許文献１では、上記の人工関節用コンポーネントのアンカーピンに対して金属織物製のメッシュをが取り付けられることが記載されている。しかし、アンカーピンに上記の側方圧が繰り返し作用すると、金属織物製のメッシュとアンカーピンとの接合部において、損傷が生じ易くなる虞がある。よって、この人工関節用コンポーネントは、破損のリスクが増大し易くなる虞がある。

また、特許文献１に開示された上記の人工関節用コンポーネントは、外側ソケットが、チタンの深絞り薄板によって形成されている。このため、人工股関節置換術が行われ、上記の人工関節用コンポーネントが、骨盤に対して寛骨臼にて固定される際に、外側ソケットの滑らかな表面と骨盤の寛骨臼との間の摩擦によっては、骨に対する固定力を得るための十分な固定性能を確保することが難しい。

また、特許文献１に開示された上記の人工関節用コンポーネントは、骨に対する固定力を得るために、切欠き部が形成されたアンカーピンが設けられている。しかし、アンカーピンの先端側の端部は、半球状の曲面形状に形成されている。このため、上記の人工関節用コンポーネントが、骨盤に固定される際に、アンカーピンにおける切欠き部以外の部分によっては、骨に対する固定力を得るための十分な固定性能を確保することが難しい。とくに、人工股関節置換術が行われ、上記の人工関節用コンポーネントが骨盤に固定される初期状態において、十分な固定性能を確保することが難しい。

本発明は、上記実情に鑑みることにより、損傷が生じ難い構造を実現して破損のリスクを低減でき、且つ、骨に対する固定力を得るための固定性能を向上させることができる、人工関節用コンポーネントを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための第１発明に係る人工関節用コンポーネントは、ボール状コンポーネントが摺動し、或いは前記ボール状コンポーネントが摺動するライナーが取り付けられる、曲面状の窪み面が設けられたシェル状の本体部分を有する人工関節用コンポーネントに関する。そして、第１発明に係る人工関節用コンポーネントは、前記本体部分における前記窪み面側である内側の部分であって前記ボール状コンポーネントが摺動し又は前記ライナーが取り付けられる部分を少なくとも有する内側構造部と、前記内側構造部の外側に設けられる外側構造部と、を備え、前記内側構造部は、緻密体として構成され、前記外側構造部は、前記内側構造部の緻密体よりも疎な構造体であるポーラス体として構成されたポーラス部を有し、前記内側構造部と前記外側構造部とは、一体成形されていることを特徴とする。

この構成によると、緻密体として構成された内側構造部と、ポーラス部を有する外側構造部とが、一体成形されている。このため、内側構造部と外側構造部との間に境界となる接合部が存在せず、応力集中が生じ難く、繰り返し生じるような応力が作用しても損傷が生じ難い構造を実現することができる。これにより、破損のリスクを低減することができる。そして、上記の構成によると、外側構造部にポーラス部が設けられるため、骨との間で大きな摩擦力を確保でき、骨に対する固定力を得るための固定性能を向上させ、十分な固定性能を確保することができる。更に、外側構造部にポーラス部が設けられていることで、長期的には、ポーラス部の気孔に骨が侵入するように成長することになる。これにより、骨との癒合を促進し易く、骨に対する長期の固定性能も向上させることができる。

従って、上記の構成によると、損傷が生じ難い構造を実現して破損のリスクを低減でき、且つ、骨に対する固定力を得るための固定性能を向上させることができる、人工関節用コンポーネントを提供することができる。

第２発明に係る人工関節用コンポーネントは、第１発明の人工関節用コンポーネントにおいて、前記内側構造部と前記外側構造部とは、生体親和性を有する金属粉末が順次積層されて一旦溶融されることで一体化された状態で形成されていることを特徴とする。

この構成によると、内側構造部及び外側構造部は、金属粉末が順次積層されて一旦溶融されることで一体化された状態で形成される。即ち、内側構造部及び外側構造部は、金属粉末積層造形法によって、一体成形される。このため、金属に対して複雑な切削加工等を施してポーラス部を有する人工関節用コンポーネントを形成する必要が無い。また、医療用器具の材料として多く流通しているチタン合金等の難切削材であっても、複雑な形状の切削加工が不要なため、容易に、人工関節用コンポーネントを形成することができる。よって、緻密体として構成された内側構造部と、ポーラス部を有する外側構造部とを備えた人工関節用コンポーネントを容易に一体成形することができる。

第３発明に係る人工関節用コンポーネントは、第１発明又は第２発明の人工関節用コンポーネントにおいて、前記ポーラス部が、前記外側構造部における前記本体部分に含まれる部分の外周面の全体に亘って設けられていることを特徴とする。

この構成によると、ポーラス部が本体部分における外側構造部の外周面全体に設けられるため、骨との間で更に大きな摩擦力を確保でき、骨に対する固定性能を更に向上させることができる。また、長期的な骨との癒合が促進される領域が増大するため、骨に対する長期の固定性能も更に向上させることができる。

第４発明に係る人工関節用コンポーネントは、第１発明乃至第３発明のいずれかの人工関節用コンポーネントにおいて、前記外側構造部における前記本体部分に含まれる部分は、前記内側構造部に隣接する内側の部分から外周面側の部分にかけて前記ポーラス部の気孔率が大きくなるように変化するよう構成されていることを特徴とする。

この構成によると、本体部分における外側構造部のポーラス部の気孔率が、内側構造部に隣接する内側の部分から外周面側の部分にかけて大きくなるように変化する。よって、外側構造部において、気孔率が大きくなるようにポーラス部の組織構造が傾斜的に変化することになる。このため、緻密体として構成された内側構造部からポーラス部を有する外側構造部の外周面側にかけて、組織構造が急激に変化することを抑制し、応力集中を更に生じ難い構造を実現でき、より損傷が生じ難い構造を実現することができる。

第５発明に係る人工関節用コンポーネントは、第１発明乃至第４発明のいずれかの人工関節用コンポーネントにおいて、前記外側構造部は、前記本体部分から外側に向かって突出するとともに当該本体部分に一体に形成された突出部を有し、前記突出部は、前記本体部分から突出する先端側が尖った形状に形成され、或いは尖った稜線部分を有する形状に形成されていることを特徴とする。

この構成によると、外側構造部において、先端側が尖った形状或いは稜線部分が尖った形状の突出部が設けられる。このため、突出部における尖った部分が骨に食い込むように固定されることになる。これにより、骨に対する固定性能を更に向上させることができる。とくに、人工関節置換術が行われ、人工関節用コンポーネントが骨に固定される初期状態において、更に固定性能を向上させることができる。また、突出部は、本体部分に一体に形成されるため、本体部分と突出部との間に境界となる接合部が存在しない。このため、本体部分と突出部との間の領域において、応力集中が生じ難く、突出部に対してその側方から作用するような側方圧が繰り返し作用しても損傷が生じ難い構造を実現することができる。

第６発明に係る人工関節用コンポーネントは、第５発明の人工関節用コンポーネントにおいて、前記突出部は、前記ポーラス部を含むことを特徴とする。

この構成によると、突出部にポーラス部が含まれるため、骨に食い込んだ突出部とその骨との間において、長期的な骨との癒合が促進される。このため、骨に対する初期の固定性能に加え、骨に対する長期の固定性能も更に向上させることができる。

第７発明に係る人工関節用コンポーネントは、第５発明又は第６発明の人工関節用コンポーネントにおいて、前記突出部は、前記本体部分の外側に向かって突出する先端側に緻密体として構成された部分が設けられ、前記本体部分から突出する根本側に前記ポーラス部が設けられていることを特徴とする。

この構成によると、突出部の先端側に緻密体が設けられるため、突出部の先端側の剛性を大きくすることができる。これにより、突出部の先端側が骨に対して食い込みやすくなり、骨に対する初期の固定性能の更なる向上を図ることができる。そして、突出部の根本側にポーラス部が設けられるため、突出部の根本側においては、長期的な骨との癒合が促進される。このため、突出部において、骨に対する初期の固定性能と長期の固定性能とを効率よく両立させることができる。

第８発明に係る人工関節用コンポーネントは、第５発明乃至第７発明のいずれかの人工関節用コンポーネントにおいて、前記突出部は、前記本体部分から突出する根本側から前記本体部分の外側に向かって突出する先端側にかけて前記ポーラス部の気孔率が変化するように構成されていることを特徴とする。

この構成によると、突出部のポーラス部の気孔率が、根本側から先端側にかけて変化する。このため、突出部において、ポーラス部の組織構造が急激に変化することを抑制し、応力集中を更に生じ難い構造を実現できる。これにより、突出部における損傷が更に生じ難い構造を実現することができる。

本発明によると、損傷が生じ難い構造を実現して破損のリスクを低減でき、且つ、骨に対する固定力を得るための固定性能を向上させることができる、人工関節用コンポーネントを提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る人工関節用コンポーネントを含む人工股関節を示す断面図である。 図１に示す人工関節用コンポーネントの断面を模式的に示す断面図である。 図２に示す人工関節用コンポーネントの平面図である。 図２に示す人工関節用コンポーネントの断面の一部を拡大して模式的に示す拡大断面図である。 図２に示す人工関節用コンポーネントを製造するための製造システムを模式的に示す模式図である。 図４に示す製造システムによる処理を説明するための図であって、１つのレイヤー画像の一部における各部のレーザー光線の照射量の設定値を示す模式図である。 図２に示す人工関節用コンポーネントの製造工程について説明するためのフローチャートである。 図２に示す人工関節用コンポーネントの製造工程を模式的に示す模式図である。 変形例に係る人工関節用コンポーネントの断面を模式的に示す断面図である。 変形例に係る人工関節用コンポーネントの断面の一部を拡大して模式的に示す拡大断面図である。 変形例に係る人工関節用コンポーネントの断面の一部を拡大して模式的に示す拡大断面図である。 変形例に係る人工関節用コンポーネントの断面の一部を拡大して模式的に示す拡大断面図である。 変形例に係る人工関節用コンポーネントを含む人工肩関節を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明は、ボール状コンポーネントが摺動し、或いはボール状コンポーネントが摺動するライナーが取り付けられる、人工関節用コンポーネントとして広く適用することができる。

［人工関節］
図１は、本発明の一実施の形態に係る人工関節用コンポーネント１を含む人工股関節１０を示す断面図である。図１では、人工股関節１０が患者に設置された状態を、骨盤１０１の一部及び大腿骨１０２の一部とともに示している。図１に示すように、人工股関節１０は、骨盤１０１の寛骨臼１０１ａに対する大腿骨１０２の相対変位を許容するための人工関節として設けられている。

人工股関節１０は、人工関節用コンポーネント１、ライナー２、ステム３、骨頭ボール４、を備えて構成されている。尚、本実施形態では、人工関節の例示として、人工股関節を例にとって説明する。

人工関節用コンポーネント１は、骨盤１０１の寛骨臼１０１ａに設置されて、骨盤１０１に対して固定される。そして、人工関節用コンポーネント１は、ライナー２が取り付けられて固定される、曲面状の窪み面１１が設けられたシェル状の本体部分１２を備えて構成されている。本実施形態では、本体部分１２は、半球殻状の部分として設けられている。

人工関節用コンポーネント１の材料としては、生体埋植用に医療機器としての認可承認を得たチタン、チタン合金、コバルトクロム合金、及びステンレス鋼等の金属材料を例示することができる。人工関節用コンポーネント１の材料は、上記例示した金属材料のうちの１種類のみであってもよいし、複数種類であってもよいし、上記例示した以外の、生体親和性を有する１種類又は複数種類の金属材料であってもよい。

ライナー２は、半球殻状のコンポーネントとして設けられ、例えば、ポリエチレン等の高分子材料により形成されている。そして、ライナー２は、その内側に、骨頭ボール４が摺動する半球曲面状に窪んだ摺動面２ａが設けられている。上記により、人工関節用コンポーネント１及びライナー２は、骨盤１０１に保持され、且つ、骨頭ボール４と協働して球面継手を形成しており、骨盤１０１に対する大腿骨１０２の運動を許容するように構成されている。

ステム３は、骨頭ボール４を支持し、且つ、患者の大腿骨１０２に固定される部分として設けられている。ステム３は、細長い棒状或いは板状に形成されている。そして、ステム３の中途部分に屈曲した形状の部分が設けられている。ステム３は、ステム本体３ａ及びネック部３ｂを備えて構成されている。ステム本体３ａは、大腿骨１０２の髄腔部１０２ａに挿入されており、大腿骨１０２に固定されている。

ステム３の材料としては、生体埋植用に医療機器としての認可承認を得たチタン、チタン合金、コバルトクロム合金、及びステンレス鋼等の金属材料を例示することができる。ステム３の材料は、上記例示した金属材料のうちの１種類のみであってもよいし、複数種類であってもよいし、上記例示した以外の、生体親和性を有する１種類又は複数種類の金属材料であってもよい。

骨頭ボール４は、ボール状コンポーネントとして設けられ、略球状に形成されている。骨頭ボール４には、嵌合用孔４ａが形成されている。嵌合用孔４ａは、骨頭ボール４における略球状の曲面部分と反対側の端部で開口するとともに、骨頭ボール４の内部に向かって延びている。この嵌合用孔４ａにステム３のネック部３ｂの先端側が挿入されて嵌合することで、骨頭ボール４がステム３に支持されて固定される。

骨頭ボール４の材料としては、生体埋植用に医療機器としての認可承認を得たコバルトクロム合金、ステンレス鋼等の金属材料、ポリエチレン等の高分子材料、及びアルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料を例示することができる。

尚、本実施形態では、骨頭ボール４がステム３に連結される構成を例にとって人工股関節１０を説明しているが、この通りでなくてもよい。例えば、骨頭ボール４がステム３に一体に成形されていてもよい。

［人工関節用コンポーネントの詳細］
次に、本実施形態の人工関節用コンポーネント１について、更に詳しく説明する。図２は、人工関節用コンポーネント１の断面を模式的に示す断面図である。図３は、人工関節用コンポーネント１の平面図であって、図２のＡ線矢視方向から見た人工関節用コンポーネント１を示す図である。

図１及び図２に示す人工関節用コンポーネント１は、内側シェル構造部１３、外側シェル構造部１４、突出部１５、を備えて構成されている。そして、窪み面１１が設けられたシェル状の本体部分１２は、内側シェル構造部１３と外側シェル構造部１４とによって構成されている。

内側シェル構造部１３は、本体部分１２における窪み面１１側であってライナー２が取り付けられる部分を有する本実施形態における内側構造部を構成している。尚、以下の説明では、内側シェル構造部１３について、内側構造部１３とも称する。内側シェル構造部１３は、緻密体によって構成された構造体である緻密部１７として設けられている。本実施形態において、緻密体とは、内部に実質的に気孔が設けられていない部分をいい、例えば、気孔率が数％未満（ゼロ％を含む）である部分をいう。上記のように、内側シェル構造部１３は、緻密体で構成された緻密部１７として設けられており、緻密体よりも疎な構造体であるポーラス体は設けられていない。

外側シェル構造部１４及び突出部１５は、内側構造部１３の外側に設けられる外側構造部１６を構成している。即ち、外側構造部１６は、外側シェル構造部１４及び突出部１５を備えて構成されている。そして、外側構造部１６は、内側構造部１３の緻密体よりも疎な構造体であるポーラス体として構成されたポーラス部１８を有している。

内側構造部１３及び外側構造部１６は、一体成形されている。そして、本実施形態では、内側構造部１３及び外側構造部１６は、生体親和性を有する金属粉末が順次積層されて一旦溶融されることで一体化された状態で形成されている。即ち、内側構造部１３及び外側構造部１６は、選択的レーザ溶融法（Selective laser melting）などの金属粉末積層造形法によって、一体成形される。

上記により、内側構造部１３及び外側構造部１６は、それらの間に境界となる接合部が存在せず、一体に設けられている。即ち、人工関節用コンポーネント１は、単一の部品として構成されており、人工関節用コンポーネント１の全体が一体に形成されている。そして、前述のように、人工関節用コンポーネント１は、緻密体と、ポーラス体とを有しており、人工関節用コンポーネント１の材料としての金属粉末の溶融量を異ならせることにより、人工関節用コンポーネント１に、緻密体と、ポーラス体とが形成されている。

また、ポーラス部１８は、外側構造部１６における本体部分１２に含まれる部分である外側シェル構造部１４の外周面１４ａの全体に亘って設けられている。ポーラス部１８は、金属粉末積層造形法によって人工関節用コンポーネント１の材料である金属粉末の溶融量を所定量以下にすることで形成されており、多数の気孔を有している。本実施形態では、気孔率は、単位体積Ａにおける気孔（空間）の体積Ｂを、単位体積Ａで除した値に１００を乗じた値として定義される。即ち、気孔率＝（Ｂ／Ａ）×１００として表すことができる。

図４は、人工関節用コンポーネント１の断面の一部を拡大して模式的に示す拡大断面図である。図４においてハッチングの濃淡によって模式的に示すように、外側構造部１６における本体部分１２に含まれる部分である外側シェル構造部１４は、内側構造部１３に隣接する内側の部分から外周面１４ａ側の部分にかけてポーラス部１８の気孔率が大きくなるように変化するよう構成されている。即ち、外側シェル構造部１４は、外周面１４ａに向かうに従い密度が小さくなるように構成されている。尚、外側シェル構造部１４における気孔率は、外周面１４ａに向かうに従い連続的に大きくなるように設定されていてもよいし、段階的に大きくなるように設定されていてもよい。

突出部１５は、本体部分１２の外側シェル構造部１４から外側に向かって突出するとともに本体部分１２に一体に形成されている。本実施形態では、突出部１５は、複数設けられ、外側シェル構造部１４の縁部分に沿って配置されている。尚、本実施形態では、突出部１５が４つ設けられた形態を例示しており、４つの突出部１５が外側シェル構造部１４の縁部分の周方向に沿って等間隔で設けられている。即ち、４つの突出部１５は、外側シェル構造部１４の縁部分の円周に沿って、その中心位置を中心とする円周方向の角度において等角度間隔（即ち、９０°間隔）で配置されている。

また、各突出部１５は、外側シェル構造部１４から突出する先端側が尖った形状に形成されている。本実施形態では、各突出部１５は、三角柱状に先端側が尖った形状に形成されるとともに、フィン状に尖った稜線部分を有する形状に形成されている。人工関節用コンポーネント１が寛骨臼１０１ａに嵌め込まれるようにして設置される際には、骨盤１０１に対して、上記のフィン状に尖った稜線部分が食い込むことになる。尚、各突出部１５の表面は、稜線部分を除く全体に亘って、溝形状或いは凹み形状の部分が設けられていない平坦な面として形成されている。

また、各突出部１５は、ポーラス部１８を含んで構成されている。突出部１５におけるポーラス部１８は、突出部１５の外側（内側シェル構造部１３側と反対側）に設けられており、外側シェル構造部１４におけるポーラス部１８と連続して設けられている。また、図４においてハッチングの濃淡によって模式的に示すように、各突出部１５は、本体部分１２から突出する根本側から本体部分１２の外側に向かって突出する先端側にかけてポーラス部１８の気孔率が大きくなるように変化するよう構成されている。即ち、各突出部１５は、本体部分１２からの距離が大きくなるに従い密度が小さくなるように構成されている。尚、各突出部１５には、本体部分１２から突出する根本側に、内側シェル構造部１３の緻密部１７に連続する緻密部１７が設けられている。

また、人工関節用コンポーネント１は、前述のように、金属粉末積層造形法によって形成されているが、内側シェル構造部１３の内周面である窪み面１１には、表面仕上げ処理が施されている。即ち、緻密部１７が露出した窪み面１１には、機械加工としての表面仕上げ処理が施されている。上記の機械加工としては、旋削加工、研削加工、及び研磨加工の少なくとも１つを例示することができる。例えば、このような機械加工が行われることにより、緻密部１７の表面としての窪み面１１に、鏡面加工処理が施されてもよい。

［人工関節用コンポーネントの製造システム］
図５は、人工関節用コンポーネント１を製造するための製造システム２０の模式図である。図５に示すように、製造システム２０は、ＣＡＤ（Computer Aided Design）装置２１と、データ変換装置２２と、製造装置２３と、を備えて構成されている。

ＣＡＤ装置２１は、例えば、画面上で画像を３次元的に表示することが可能な３Ｄ−ＣＡＤ装置である。本実施形態では、ＣＡＤ装置２１は、コンピュータと、当該コンピュータにインストールされたソフトウェアと、を含んでいる。人工関節用コンポーネント１の設計者は、ＣＡＤ装置２１を操作することにより、人工関節用コンポーネント１を作成するためのＣＡＤデータ（画像データ）を作成する。ＣＡＤ装置２１で作成されたＣＡＤデータは、データ変換装置２２へ出力される。

データ変換装置２２は、ＣＡＤデータを、製造装置２３を動作させるためのデータに変換する装置として設けられている。本実施形態では、データ変換装置２２は、コンピュータと、当該コンピュータにインストールされたソフトウェアとを含んでいる。データ変換装置２２は、例えば、ＣＡＤデータによって特定される人工関節用コンポーネント１の３次元画像を、所定の方向に沿って所定の間隔毎にスライスして得られる複数のレイヤー画像（２次元画像）に分割し、当該複数のレイヤー画像のデータを保持する。上記の所定の方向は、例えば、図２において両端矢印Ｂで示すように、半球殻状の本体部分１２における内側シェル構造部１３側の端面１２ａに対して垂直な方向として設定される。また、上記所定の間隔は、製造装置２３において、積層される金属粉末一層分の厚みに相当し、例えば、３０μｍ程度である。上記複数のレイヤー画像のデータは、製造装置２３へ与えられる。

製造装置２３は、金属粉末を一旦溶融させた後に凝固させて固体として一体化させるための装置である。本実施形態では、製造装置２３は、選択的レーザー溶融法（Selective Laser Melting）としての金属粉末積層造形法によって、人工関節用コンポーネント１を形成する。本実施形態では、製造装置２３は、レーザー光源２４と、制御部２５と、可動台２６と、粉末供給部２７と、を備えて構成されている。

レーザー光源２４は、金属粉末に熱エネルギーを与えるために設けられている。本実施形態では、レーザー光源２４は、Ｙｂ（イッテルビウム）ファイバーレーザー光源である。尚、レーザー光源２４からのレーザー光線は、レーザー光源２４自体が図示しない駆動装置を用いて変位させられることにより、金属粉末の所望の位置に照射されてもよいし、レーザー光源２４は固定された状態で、ガルバノメーターミラーを用いて所望の位置に照射されてもよい。レーザー光源２４は、制御部２５によって制御される。

制御部２５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を含んでおり、データ変換装置２２からデータを与えられる。制御部２５は、レーザー光源２４、可動台２６及び粉末供給部２７を制御する。より具体的には、制御部２５は、データ変換装置２２から与えられた画像データを基に、金属粉末の所定箇所へのレーザー光線の照射量を決定し、決定した照射量に基づいて、金属粉末の所定箇所へレーザー光線を照射する。尚、レーザー光線の照射量は、データ変換装置２２で設定されてもよい。

図６は、金属粉末の所定箇所へのレーザー光線の照射量を設定する制御部２５による処理を説明するための図であって、１つのレイヤー画像の一部における各部のレーザー光線の照射量の設定値を示す模式図である。図６は、人工関節用コンポーネント１の本体部分１２のある断面を示すレイヤー画像の一部を示している。より具体的には、図６は、本体部分１２における図２のＣ−Ｃ線矢視位置の断面のレイヤー画像のうち、端面１２ａに平行な本体部分１２のリング状の断面の周方向における一部を示している。

図６に示すように、レイヤー画像は、複数の画素によって構成されている。各画素は、例えば、レーザー光線で一度に照射することのできる最小単位面積に相当する大きさに設定されている。尚、図６では、画素の大きさと人工関節用コンポーネント１の大きさとの関係については、模式的に示されている。前述したように、人工関節用コンポーネント１は、金属粉末の溶融量を場所によって異ならせることで形成される。このため、レイヤー画像のデータにおいては、画素毎に、レーザー光線の照射量が設定されている。

本実施形態では、内側シェル構造部１３及び各突出部１５の根本側の部分に亘って設けられる緻密部１７は、緻密体によって形成されており、実質的に気孔が形成されていない。したがって、緻密部１７を形成するためには、金属粉末を、気孔が形成されない程度に十分に溶融する必要がある。このため、図６に示すレイヤー画像では、緻密部１７に相当する領域３１へのレーザー光線の照射量（単位時間当たりの照射エネルギー）が、レイヤー画像中で最も大きい値に設定されている。なお、図６に示すレイヤー画像中においては、レーザー光線が照射される画素に斜線のハッチングを付しており、斜線のハッチングの間隔が短いほど、レーザー光線の照射量の設定値が大きいことを示している。

また、ポーラス部１８は、緻密部１７に隣接する部分から本体部分１２の外側にかけて気孔率が大きくなるように設定される。このため、図６では、ポーラス部１８が、気孔率が異なる３つの領域（３２、３３、３４）の部分によって構成される形態が例示されている。緻密部１７である領域３１の部分に隣接するポーラス部１８における領域３２の部分は、ポーラス部１８において最も気孔率が小さい部分として構成されている。このため、領域３２の部分を形成する際の金属粉末の溶融量は、領域３１の部分を形成する際の金属粉末の溶融量に次いで大きく設定される。よって、図６に示すレイヤー画像では、領域３２へのレーザー光線の照射量の設定値は、領域３１に次いで大きく設定される。

そして、ポーラス部１８における領域３２の部分に隣接する領域３３の部分は、ポーラス部１８において領域３２の部分よりも気孔率が大きい部分として構成されている。このため、領域３３の部分を形成する際の金属粉末の溶融量は、領域３２の部分を形成する際の金属粉末の溶融量よりも小さく設定される。よって、図６に示すレイヤー画像では、領域３３へのレーザー光線の照射量の設定値は、領域３２よりも小さく設定される。

更に、ポーラス部１８における領域３３の部分に隣接する領域３４の部分は、本体部分１２における最も外側の部分であって、ポーラス部１８において最も気孔率が大きい部分として構成されている。このため、この領域３４の部分を形成する際の金属粉末の溶融量は、ポーラス部１８において最も小さく設定される。よって、図６に示すレイヤー画像では、領域３４へのレーザー光線の照射量の設定値は、最も小さく設定される。

図６に示すレイヤー画像において、ハッチングが付されていない画素は、レーザー光線が照射されない領域を示している。図６では、１つのレイヤーについて説明したが、各レイヤー画像においても、上記と同様に、画素毎にレーザー光線の照射量が適宜設定されている。

上記においては、ポーラス部１８が、気孔率が異なる３つの領域（３２、３３、３４）の部分によって構成される形態を例示したが、この通りでなくてもよい。ポーラス部１８が、気孔率が異なる２つ以下の領域の部分或いは４つ以上の領域の部分によって構成される形態が実施されてもよい。また、ポーラス部１８において、気孔率が異なる領域の部分の大きさ及び配置が種々変更される形態が実施されてもよい。

レーザー光線が照射される金属粉末は、可動台２６に載置される（図５を参照）。可動台２６は、金属粉末を保持するために設けられている。可動台２６は、例えば、略水平な上面を有しており、当該上面に金属粉末が載置される。また、可動台２６は、図示しない駆動機構を有しており、上面と直交する上下方向に沿って変位することが可能である。可動台２６には、粉末供給部２７から金属粉末が供給される。

粉末供給部２７は、金属粉末を収容する収容部と、金属粉末を可動台２６上に供給する供給部と、を有している。粉末供給部２７は、前述した所定の間隔に相当する厚み（本実施形態において、３０μｍ）の金属粉末層を可動台２６上に形成する。

[人工関節用コンポーネントの製造工程]
次に、人工関節用コンポーネント１を製造する工程について、図７等を参照しながら説明する。図７は、人工関節用コンポーネント１の製造工程について説明するためのフローチャートである。人工関節用コンポーネント１を製造する際には、まず、設計者が、ＣＡＤ装置２１を用いて、人工関節用コンポーネント１のＣＡＤデータを作成する（ステップＳ１）。

人工関節用コンポーネント１のＣＡＤデータは、例えば、設計者がＣＡＤ装置２１を操作することに応じて、データ変換装置２２へ出力される（ステップＳ２）。データ変換装置２２は、ＣＡＤデータによって特定される人工関節用コンポーネント１の画像を、所定の厚み毎に複数のレイヤーに分割し、各レイヤーの画像データを、製造装置２３の制御部２５へ出力する（ステップＳ３）。制御部２５は、各レイヤーの画像データを読み込み、各レイヤーの各画素に、レーザー光線の照射量を設定する（ステップＳ４）。

次に、制御部２５は、粉末供給部２７を駆動させる。これにより、粉末供給部２７は、図８（ａ）に示すように、可動台２６の上面に、前述した所定厚み（本実施形態において、３０μｍ）の金属粉末層４１を形成する（ステップＳ５）。即ち、金属粉末が準備される。次いで、制御部２５は、レーザー光源２４を駆動させる。これにより、レーザー光源２４は、制御部２５で設定されたレーザー光線の照射量に従って、金属粉末層４１の所定箇所に、レーザー光線を所定量照射する（ステップＳ６）。これにより、図８（ｂ）に示すように、金属粉末層４１の一部が一旦溶融され、その溶融した一部が凝固して一体化される。

次に、制御部２５は、全てのレイヤーに対応して上記のように金属粉末を一旦溶融させて一体化する作業が行われたか否かを判定する（ステップＳ７）。この作業が完了していない場合（ステップＳ７でＮｏ）、制御部２５は、可動台２６を駆動させ、金属粉末層４１の厚みと同じ値だけ、可動台２６を下方に変位させる（ステップＳ８）。

制御部２５は、再び、粉末供給部２７を駆動させる。これにより、粉末供給部２７は、再び金属粉末層を形成する（ステップＳ５）。次いで、制御部２５は、レーザー光源２４を駆動させる。これにより、レーザー光源２４は、制御部２５で設定されたレーザー光線の照射量に従って、金属粉末層の所定箇所に、レーザー光線を所定量照射する（ステップＳ６）。これにより、金属粉末層の一部が一旦溶融され、その溶融した一部が凝固して一体化される。このように、金属粉末の溶融量を場所によって異ならせることで、人工関節用コンポーネント１を形成する。

製造装置２３では、金属粉末を一旦溶融させて一体化する作業が全てのレイヤーに対応して行われるまで、ステップＳ５〜ステップＳ８が繰り返される。これにより、図８（ｃ）に示すように、金属粉末層ｎ、ｎ＋１、ｎ＋２、…、（ｎは正の整数）が積層され、人工関節用コンポーネント１が形成されていくこととなる。そして、人工関節用コンポーネント１のうち、図６のレイヤー画像における領域３１に対応する緻密部１７が形成される。また、人工関節用コンポーネント１のうち、図６のレイヤー画像における領域（３２、３３、３４）に対応するポーラス部１８が形成される。尚、図８（ｃ）では、領域（３１〜３４）の符号についても、模式的に示している。

金属粉末を一旦溶融させて一体化する作業が全てのレイヤーについて行われたと制御部２５で判定された場合（ステップＳ７でＹｅｓ）、その作業が完了し、後処理が行われる（ステップＳ９）。本実施形態では、後処理は、可動台２６上に形成された人工関節用コンポーネント１を可動台２６から取り外し、人工関節用コンポーネント１に付着している不要な金属粉末を人工関節用コンポーネント１から除去する処理を含む。この除去処理は、例えば、２−プロパノール及び純水等を用いて人工関節用コンポーネント１を超音波洗浄する処理を含む。また、本実施形態では、後処理工程は、上記の除去処理の後に行われる機械加工工程を含む。この機械加工工程では、人工関節用コンポーネント１の緻密部１７のうち外部に露出している部分が、研削又は研磨される。即ち、本体部分１２の端面１２ａ、及び窪み面１１が、研削又は研磨される。これらの後処理工程を経ることにより、人工関節用コンポーネント１が完成する。

［効果］
以上説明したように、人工関節用コンポーネント１は、緻密体として構成された内側構造部１３と、ポーラス部１８を有する外側構造部１６とが、一体成形されている。このため、内側構造部１３と外側構造部１６との間に境界となる接合部が存在せず、応力集中が生じ難く、繰り返し生じるような応力が作用しても損傷が生じ難い構造を実現することができる。これにより、破損のリスクを低減することができる。そして、人工関節用コンポーネント１によると、外側構造部１６にポーラス部１８が設けられるため、骨との間で大きな摩擦力を確保でき、骨に対する固定力を得るための固定性能を向上させ、十分な固定性能を確保することができる。更に、外側構造部１６にポーラス部１８が設けられていることで、長期的には、ポーラス部１８の気孔に骨が侵入するように成長することになる。これにより、骨との癒合を促進し易く、骨に対する長期の固定性能も向上させることができる。

従って、本実施形態によると、損傷が生じ難い構造を実現して破損のリスクを低減でき、且つ、骨に対する固定力を得るための固定性能を向上させることができる、人工関節用コンポーネント１を提供することができる。

また、人工関節用コンポーネント１によると、内側構造部１３及び外側構造部１６は、金属粉末が順次積層されて一旦溶融されることで一体化された状態で形成される。即ち、内側構造部１３及び外側構造部１６は、金属粉末積層造形法によって、一体成形される。このため、金属に対して複雑な切削加工等を施してポーラス部を有する人工関節用コンポーネントを形成する必要が無い。また、医療用器具の材料として多く流通しているチタン合金等の難切削材であっても、複雑な形状の切削加工が不要なため、容易に、人工関節用コンポーネント１を形成することができる。よって、緻密体として構成された内側構造部１３と、ポーラス部１８を有する外側構造部１６とを備えた人工関節用コンポーネント１を容易に一体成形することができる。

また、人工関節用コンポーネント１によると、ポーラス部１８が本体部分１２における外側構造部１６の外周面１４ａ全体に設けられるため、骨との間で更に大きな摩擦力を確保でき、骨に対する固定性能を更に向上させることができる。また、長期的な骨との癒合が促進される領域が増大するため、骨に対する長期の固定性能も更に向上させることができる。

また、人工関節用コンポーネント１によると、本体部分１２における外側構造部１６のポーラス部１８の気孔率が、内側構造部１３に隣接する内側の部分から外周面１４ａ側の部分にかけて大きくなるように変化する。よって、外側構造部１６において、気孔率が大きくなるようにポーラス部１８の組織構造が傾斜的に変化することになる。このため、緻密体として構成された内側構造部１３からポーラス部１８を有する外側構造部１６の外周面１４ａ側にかけて、組織構造が急激に変化することを抑制し、応力集中を更に生じ難い構造を実現でき、より損傷が生じ難い構造を実現することができる。

また、人工関節用コンポーネント１によると、外側構造部１６において、先端側が尖るとともに稜線部分が尖った形状の突出部１５が設けられる。このため、突出部１５における尖った部分が骨に食い込むように固定されることになる。これにより、骨に対する固定性能を更に向上させることができる。とくに、人工関節置換術が行われ、人工関節用コンポーネント１が骨に固定される初期状態において、更に固定性能を向上させることができる。また、突出部１５は、本体部分１２に一体に形成されるため、本体部分１２と突出部１５との間に境界となる接合部が存在しない。このため、本体部分１２と突出部１５との間の領域において、応力集中が生じ難く、突出部１５に対してその側方から作用するような側方圧が繰り返し作用しても損傷が生じ難い構造を実現することができる。

また、人工関節用コンポーネント１によると、突出部１５にポーラス部１８が含まれるため、骨に食い込んだ突出部１５とその骨との間において、長期的な骨との癒合が促進される。このため、骨に対する初期の固定性能に加え、骨に対する長期の固定性能も更に向上させることができる。

また、人工関節用コンポーネント１によると、突出部１５のポーラス部１８の気孔率が、根本側から先端側にかけて変化する。このため、突出部１５において、ポーラス部１８の組織構造が急激に変化することを抑制し、応力集中を更に生じ難い構造を実現できる。これにより、突出部１５における損傷が更に生じ難い構造を実現することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。例えば、次のように変更して実施してもよい。

[変形例]
（１）前述の実施形態では、人工関節用コンポーネントの本体部分に設けられた窪み面に対して、ボール状コンポーネントが摺動するライナーが取り付けられる形態を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。人工関節用コンポーネントの本体部分の窪み面に対して、ライナーが取り付けられず、ボール状コンポーネントが直接に摺動する形態が実施されてもよい。

（２）前述の実施形態では、金属粉末積層造形法によって人工関節用コンポーネントが一体成形される形態を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。例えば、生体親和性を有する金属粉末が焼結されることによって、人工関節用コンポーネントが一体成形されてもよい。

（２）前述の実施形態では、本体部分において内側構造部の外側のシェル状の部分として設けられる外側シェル構造部と、外側シェル構造部から突出する突出部とが、内側構造部の外側に設けられる外側構造部を構成する形態を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。本体部分の全体が内側構造部を構成し、本体部分から突出する突出部が外側構造部を構成する形態が実施されてもよい。この場合、内側構造部である本体部分は、緻密体として構成され、外側構造部である突出部がポーラス部を備えて構成されることになる。

（３）前述の実施形態では、フィン状に尖った稜線部分を有する形状に形成された突出部を例にとって説明したが、突出部の形態は、この通りでなくてもよい。突出部の形状、数、配置については、種々変更されてもよい。図９は、変形例に係る人工関節用コンポーネン５１の断面を模式的に示す断面図である。人工関節用コンポーネント５１は、人工関節用コンポーネント１と同様に、人工股関節において用いられる。そして、人工関節用コンポーネント５１は、、内側シェル構造部１３、外側シェル構造部１４、突出部５２、を備えて構成され、金属粉末積層造形法によって一体成形されている。但し、人工関節用コンポーネント５１は、突出部５２の構成において、人工関節用コンポーネント１と異なっている。以下、人工関節用コンポーネント５１について、前述の実施形態と異なる点について主に説明し、前述の実施形態と同様の構成の説明については、図面において同一の符号を付すことで又は同一の符号を引用して説明することで、省略する。

図９に示すように、突出部５２は、本体部分１２の外側シェル構造部１４から外側に向かって突出するとともに本体部分１２に一体に形成されている。尚、人工関節用コンポーネント５１では、外側シェル構造部１４及び突出部５２は、内側構造部１３の外側に設けられる外側構造部５３を構成している。そして、外側構造部５３は、内側構造部１３の緻密体（緻密部１７）よりも疎な構造体であるポーラス体として構成されたポーラス部１８を有している。

人工関節用コンポーネント５１では、突出部５２は、複数設けられ、外側シェル構造部１４の外周面１４ａに沿って配置されている。尚、外周面１４ａから外側に向かって突出する突出部５２の配置形態は、種々変更して実施することができる。また、各突出部５２は、外側シェル構造部１４から突出する先端側が尖った略円錐状の形状に形成されている。そして、各突出部５２は、先端側が、半球殻状の本体部分１２における内側シェル構造部１３側の端面１２ａに対して垂直な方向に沿って延びるように設けられている。人工関節用コンポーネント５１が寛骨臼１０１ａに嵌め込まれるようにして設置される際には、骨盤１０１に対して、上記の円錐状に尖った先端側が食い込むことになる。尚、各突出部５２の表面は、先端の尖った部分を除く全体に亘って、溝形状或いは凹み形状の部分が設けられていない滑らかな曲面として形成されている。なお、各突出部５２は、先端側が、内側シェル構造部１３側の端面１２ａに対して垂直な方向に沿っていなくても良い。

また、各突出部５２は、ポーラス部１８を含んで構成されている。突出部５２におけるポーラス部１８は、突出部５２の全体に亘って設けられており、外側シェル構造部１４におけるポーラス部１８と連続して設けられている。尚、各突出部５２は、例えば、本体部分１２から突出する根本側から本体部分１２の外側に向かって突出する先端側にかけてポーラス部１８の気孔率が変化するよう構成されていてもよい。この場合、各突出部５２におけるポーラス部１８の気孔率が、根本側から先端側にかけて、大きくなるように変化していてもよく、小さくなるように変化していてもよい。また、各突出部５２におけるポーラス部１８の気孔率が一定であってもよい。

人工関節用コンポーネント５１によると、外側構造部５３において、先端側が尖った形状の突出部５２が設けられる。このため、突出部５２における尖った部分が骨に食い込むように固定されることになる。これにより、骨に対する固定性能を更に向上させることができる。とくに、人工関節置換術が行われ、人工関節用コンポーネント５１が骨に固定される初期状態において、更に固定性能を向上させることができる。また、突出部５２は、本体部分１２に一体に形成されるため、本体部分１２と突出部５２との間に境界となる接合部が存在しない。このため、本体部分１２と突出部５２との間の領域において、応力集中が生じ難く、突出部５２に対してその側方から作用するような側方圧が繰り返し作用しても損傷が生じ難い構造を実現することができる。

（４）図１０乃至図１２は、図９の変形例に係る人工関節用コンポーネント５１の突出部５２の更なる変形例を示す図である。尚、図１０乃至図１２は、変形例に係る人工関節用コンポーネントにおける突出部の断面の一部を拡大して模式的に示す拡大断面図である。図１０乃至図１２に示す変形例に係る突出部（５４、５５、５６）は、いずれも、外側シェル構造部１４から突出する先端側が尖った略円錐状の形状に形成されている。尚、以下の説明においては、突出部（５４、５５、５６）について、前述の実施形態或いは図９に示す変形例と異なる点について主に説明し、前述の実施形態或いは図９に示す変形例と同様の構成の説明については、図面において同一の符号を付すことで又は同一の符号を引用して説明することで、省略する。

図１０に示す突出部５４は、本体部分１２の外側に向かって突出する先端側に緻密体として構成された部分である緻密部１７が設けられ、本体部分１２から突出する根本側にポーラス体としてのポーラス部１８が設けられている。尚、突出部５４では、外部に露出するように設けられた先端側の緻密部１７が、本体部分１２の内側シェル構造部１３における緻密部１７にまで亘って連続するように設けられている。また、突出部５４では、根本側に設けられたポーラス部１８は、外部に露出するように設けられている。

上記の変形例に係る構成によると、突出部５４の先端側に緻密体（緻密部１７）が設けられるため、突出部５４の先端側の剛性を大きくすることができる。これにより、突出部５４の先端側が骨に対して食い込みやすくなり、骨に対する初期の固定性能の更なる向上を図ることができる。そして、突出部５４の根本側にポーラス１８部が設けられるため、突出部５４の根本側においては、長期的な骨との癒合が促進される。このため、突出部５４において、骨に対する初期の固定性能と長期の固定性能とを効率よく両立させることができる。

図１１に示す突出部５５は、外部に露出する表層の部分の全体に亘って、ポーラス体としてのポーラス部１８が設けられている。そして、突出部５５における内部は、緻密体としての緻密部１７によって構成されている。突出部５５におけるポーラス部１８は、外側シェル構造部１４の外周面１４ａのポーラス部１８と連続するように設けられている。また、突出部５５における緻密部１７は、内側シェル構造部１３における緻密部１７にまで亘って連続するように設けられている。この構成によると、突出部５５の表面の全体に亘ってポーラス１８部が設けられるため、長期的な骨との癒合を更に促進させることができる。また、突出部５５の内部の大部分が緻密部１７によって構成されるため、突出部５５の剛性を全体として増大させ、骨に対して更に食い込み易い構造を実現して、初期の固定性能を更に向上させることもできる。

図１２に示す突出部５６は、外部に露出する表層の部分において、部分的に設けられたポーラス体としてのポーラス部１８が複数、離散した状態で配置されている。即ち、突出部５６の表面には、複数のポーラス部１８が分散して設けられている。そして、突出部５６は、表面に分散して設けられた複数のポーラス部１８以外の部分が、緻密体としての緻密部１７によって構成されている。また、突出部５６における緻密部１７は、内側シェル構造部１３における緻密部１７にまで亘って連続するように設けられている。この構成によると、突出部５６の表面に分散してポーラス部１８が設けられるため、長期的な骨との癒合を促進させることができる。また、突出部５６の大部分が緻密部１７によって構成されるため、突出部５６の剛性を増大させ、骨に対して更に食い込み易い構造を実現して、初期の固定性能を更に向上させることもできる。

（５）前述の実施形態では、人工股関節に対して適用される人工関節用コンポーネントを例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。本発明は、ボール状コンポーネントが摺動し、或いはボール状コンポーネントが摺動するライナーが取り付けられる、人工関節用コンポーネントに対して、広く適用することができる。例えば、人工肩関節に対して適用される人工関節用コンポーネントが実施されてもよい。

図１３は、変形例に係る人工関節用コンポーネント６１を含む人工肩関節６０を示す図である。人工肩関節６０は、人工関節用コンポーネント６１、ステム６２、骨頭６３を備えて構成されている。尚、図１３では、ステム６２及び骨頭６３については、外形が図示され、人工関節用コンポーネント６１については、断面が図示されている。人工関節用コンポーネント６１は、図示が省略された患者の肩甲骨に対して固定される。そして、人工関節用コンポーネント６１は、骨頭６３が摺動する、曲面状の窪み面６４が設けられたシェル状の本体部分６５を備えて構成されている。

人工関節用コンポーネント６１の材料としては、生体埋植用に医療機器としての認可承認を得たチタン、チタン合金、コバルトクロム合金、及びステンレス鋼等の金属材料を例示することができる。人工関節用コンポーネント６１の材料は、上記例示した金属材料のうちの１種類のみであってもよいし、複数種類であってもよいし、上記例示した以外の、生体親和性を有する１種類又は複数種類の金属材料であってもよい。

ステム６２は、骨頭６３を支持し、且つ、図示が省略された患者の上腕骨に固定される部分として設けられている。ステム６２は、細長い棒状或いは板状に形成されている。ステム６２の材料としては、生体埋植用に医療機器としての認可承認を得たチタン、チタン合金、コバルトクロム合金、及びステンレス鋼等の金属材料を例示することができる。

骨頭６３は、半楕円球状に形成されたボール状コンポーネントとして設けられ、半楕円球体の一部を構成するような形状に形成されている。骨頭６３は、例えば、ステム６２に対して嵌合により固定される。尚、骨頭６３は、ステム６２と一体に成形されていてもよい。骨頭６３の材料としては、生体埋植用に医療機器としての認可承認を得たコバルトクロム合金、ステンレス鋼等の金属材料、ポリエチレン等の高分子材料、及びアルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料を例示することができる。

ここで、人工関節用コンポーネント６１について更に詳しく説明する。人工関節用コンポーネント６１は、内側シェル構造部６６、外側シェル構造部６７、突出部６８、を備えて構成されている。そして、窪み面６４が設けられたシェル状の本体部分６５は、内側シェル構造部６６と外側シェル構造部６７とによって構成されている。

内側シェル構造部６６は、本体部分６５における窪み面６４側であって骨頭６３が摺動する部分を有する本実施形態における内側構造部を構成している。尚、以下の説明では、内側シェル構造部６６について、内側構造部６６とも称する。内側シェル構造部６６は、緻密体によって構成された構造体である緻密部７０として設けられている。そして、内側シェル構造部６６には、緻密体よりも疎な構造体であるポーラス体は設けられていない。

外側シェル構造部６７及び突出部６８は、内側構造部６６の外側に設けられる外側構造部６９を構成している。即ち、外側構造部６９は、外側シェル構造部６７及び突出部６８を備えて構成されている。そして、外側構造部６９は、内側構造部６４の緻密体よりも疎な構造体であるポーラス体として構成されたポーラス部７１を有している。

内側構造部６６及び外側構造部６９は、一体成形されている。そして、人工関節用コンポーネント６１では、内側構造部６６及び外側構造部６９は、生体親和性を有する金属粉末が順次積層されて一旦溶融されることで一体化された状態で形成されている。即ち、内側構造部６６及び外側構造部６９は、選択的レーザ溶融法などの金属粉末積層造形法によって、一体成形される。尚、金属粉末積層造形法による人工関節用コンポーネント６１の製造システム及び製造工程は、前述の実施形態と同様に構成される。

上記により、内側構造部６６及び外側構造部６９は、それらの間に境界となる接合部が存在せず、一体に設けられている。即ち、人工関節用コンポーネント６１は、単一の部品として構成されており、人工関節用コンポーネント６１の全体が一体に形成されている。そして、前述のように、人工関節用コンポーネント６１は、緻密体と、ポーラス体とを有しており、人工関節用コンポーネント６１の材料としての金属粉末の溶融量を異ならせることにより、人工関節用コンポーネント６１に、緻密体と、ポーラス体とが形成されている。

また、ポーラス部７１は、外側構造部６９における本体部分６５に含まれる部分である外側シェル構造部６７の外周面６７ａの全体に亘って設けられている。ポーラス部７１は、前述の実施形態におけるポーラス部１８と同様に、金属粉末積層造形法によって人工関節用コンポーネント６１の材料である金属粉末の溶融量を所定量以下にすることで形成されており、多数の気孔を有している。尚、外側構造部６９における本体部分６５に含まれる部分である外側シェル構造部６７は、内側構造部６６に隣接する内側の部分から外周面６７ａ側の部分にかけてポーラス部７１の気孔率が変化するよう構成されていてもよい。また、外側シェル構造部６７は、ポーラス部７１の気孔率が一定となるように構成されていてもよい。

突出部６８は、本体部分６５の外側シェル構造部６７から外側に向かって突出するとともに本体部分６５に一体に形成されている。本実施形態では、突出部６８は、複数設けられ、外側シェル構造部６７の外周面６７ａに沿って配置されている。尚、外周面６７ａから外側に向かって突出する突出部６８の配置形態は、種々変更して実施することができる。

また、各突出部６８は、例えば、外側シェル構造部６７から突出する先端側が尖った略円錐状の形状に形成されている。そして、各突出部６８は、人工関節用コンポーネント６１が肩甲骨に嵌め込まれる際における嵌め込み方向と平行な方向に沿って延びるように設けられている。これにより、人工関節用コンポーネント６１が肩甲骨に嵌め込まれて設置される際に、肩甲骨に対して、上記の円錐状に尖った先端側が食い込むことになる。尚、各突出部６８の表面は、先端の尖った部分を除く全体に亘って、溝形状或いは凹み形状の部分が設けられていない滑らかな曲面として形成されている。

また、各突出部６８は、ポーラス部７１を含んで構成されている。突出部６８におけるポーラス部７１は、突出部６８の全体に亘って設けられており、外側シェル構造部６７におけるポーラス部７１と連続して設けられている。尚、各突出部６８は、例えば、、本体部分６５から突出する根本側から本体部分６５の外側に向かって突出する先端側にかけてポーラス部７１の気孔率が変化するよう構成されていてもよい。この場合、各突出部６８におけるポーラス部７１の気孔率が、根本側から先端側にかけて、大きくなるように変化していてもよく、小さくなるように変化していてもよい。また、各突出部６８におけるポーラス部７１の気孔率が一定であってもよい。

上記の変形例によると、前述の実施形態と同様の効果を奏することができる。即ち、上記の変形例によると、損傷が生じ難い構造を実現して破損のリスクを低減でき、且つ、骨に対する固定力を得るための固定性能を向上させることができる、人工関節用コンポーネント６１を提供することができる。

本発明は、ボール状コンポーネントが摺動し、或いはボール状コンポーネントが摺動するライナーが取り付けられる、人工関節用コンポーネントとして、広く適用することができる。

１ 人工関節用コンポーネント
２ ライナー
４ 骨頭ボール（ボール状コンポーネント）
１１ 窪み面
１２ 本体部分
１３ 内側シェル構造部（内側構造部）
１６ 外側構造部
１７ 緻密部
１８ ポーラス部

Claims (8)

1. ボール状コンポーネントが摺動し、或いは前記ボール状コンポーネントが摺動するライナーが取り付けられる、曲面状の窪み面が設けられたシェル状の本体部分を有する人工関節用コンポーネントであって、
   前記本体部分における前記窪み面側である内側の部分であって前記ボール状コンポーネントが摺動し又は前記ライナーが取り付けられる部分を少なくとも有する内側構造部と、前記内側構造部の外側に設けられる外側構造部と、を備え、
   前記内側構造部は、緻密体として構成され、前記外側構造部は、前記内側構造部の緻密体よりも疎な構造体であるポーラス体として構成されたポーラス部を有し、
   前記内側構造部と前記外側構造部とは、一体成形されていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
2. 請求項１に記載の人工関節用コンポーネントであって、
   前記内側構造部と前記外側構造部とは、生体親和性を有する金属粉末が順次積層されて一旦溶融されることで一体化された状態で形成されていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
3. 請求項１又は請求項２に記載の人工関節用コンポーネントであって、
   前記ポーラス部が、前記外側構造部における前記本体部分に含まれる部分の外周面の全体に亘って設けられていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の人工関節用コンポーネントであって、
   前記外側構造部における前記本体部分に含まれる部分は、前記内側構造部に隣接する内側の部分から外周面側の部分にかけて前記ポーラス部の気孔率が大きくなるように変化するよう構成されていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の人工関節用コンポーネントであって、
   前記外側構造部は、前記本体部分から外側に向かって突出するとともに当該本体部分に一体に形成された突出部を有し、
   前記突出部は、前記本体部分から突出する先端側が尖った形状に形成され、或いは尖った稜線部分を有する形状に形成されていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
6. 請求項５に記載の人工関節用コンポーネントであって、
   前記突出部は、前記ポーラス部を含むことを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
7. 請求項５又は請求項６に記載の人工関節用コンポーネントであって、
   前記突出部は、前記本体部分の外側に向かって突出する先端側に緻密体として構成された部分が設けられ、前記本体部分から突出する根本側に前記ポーラス部が設けられていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。
8. 請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の人工関節用コンポーネントであって、
   前記突出部は、前記本体部分から突出する根本側から前記本体部分の外側に向かって突出する先端側にかけて前記ポーラス部の気孔率が変化するように構成されていることを特徴とする、人工関節用コンポーネント。

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