JP6133017B2 - 膜製造装置及び人工関節コンポーネントの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、人工関節コンポーネントの製造に用いられる膜製造装置、及び人工関節コンポーネントの製造方法に関する。

人工関節の耐摩耗性の向上を目的として、人工関節コンポーネントの摺動面を、コーティング層で形成することが試みられている。このようなコーティング層の形成方法として、人工関節コンポーネントの主となる母材の表面に、高分子層を光グラフト重合によって形成させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１９７５４４号公報（[００３７]）

特許文献１には、母材の曲面に、高分子のモノマーを含む溶液を接触させた状態で、溶液に光を照射することで、光グラフト重合反応を生じさせる構成が開示されている。光グラフト重合によって、母材の曲面に高分子層が形成される。特許文献１では、光を照射するために、ＵＶランプ（高圧水銀ランプ）を用いる構成が開示されている。

しかしながら、高圧水銀ランプを用いる場合、一辺が数ｃｍ程度の、人工関節コンポーネントの母材の大きさに対して、高圧水銀ランプ自体が大きくなってしまう。このため、膜製造装置が大型化する。また、高圧水銀ランプを用いる場合、この高圧水銀ランプを冷却するためのチラー等、ランプ冷却装置が必要である。このため、製膜装置が更に大型化してしまう。

また、高圧水銀ランプは、通常、電圧・電流の変更による、紫外線強度の微調整ができない。このため、大型の高圧水銀ランプと、母材の表面との距離を微調整することにより、溶液への光の照射強度を調整する必要がある。したがって、紫外線の照射強度を正確にコントロールすることが困難である。

また、高圧水銀ランプを用いて光重合させる構成では、母材の表面上に均一な厚みの高分子層を形成するのが困難である。これは、高圧水銀ランプと向かい合う平面では、ランプの中心部に近い位置での光の強さと、ランプの中心部から遠い位置での光の強さとが大きく異なるためである。その上、高圧水銀ランプは、線光源であるため、ランプの中心部に近い部分以外の部分では、母材の表面に均一に紫外線を照射することが困難である。

また、高圧水銀ランプは、光グラフト重合に必要ないとされる、ＵＶ−Ｂ領域の紫外線を発生する。ＵＶ−Ｂ領域の紫外線が照射される結果、母材を保持する保持部材等、高圧水銀ランプからの紫外線を受ける設備の劣化を招いてしまう。さらに、光グラフト重合に必要がない紫外線を、人工関節コンポーネントの製造作業者に晒してしまうことは、製造作業者の健康管理上、得策とはいえない。

また、高圧水銀ランプの発光部分は、ガラス製である。その上、高圧水銀ランプの周囲には、例えば、ガラス等を用いて形成された冷却管が配置される。このため、高圧水銀ランプは、破損等による故障が生じ易い。また、特許文献１には、高圧水銀ランプ以外にも、光を照射するための構成としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることが言及されている。しかしながら、ＬＥＤを母材に照射するための具体的な構成について、特許文献１では、何ら開示されていない。

本発明は、上記事情に鑑みることにより、人工関節コンポーネントの母材表面に高分子層を形成するための構成に関して、小型化を達成でき、紫外線の照射強度を正確にコントロールでき、均一な厚みの高分子層を形成でき、紫外線に起因する、設備及び作業者への影響を抑制でき、且つ、故障を生じ難くできるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するための第１発明に係る膜製造装置は、人工関節コンポーネントの母材であるワークの表面に、摺動面を構成する高分子層を光グラフト重合によって形成するための膜製造装置であって、紫外線を放射するように構成された、複数の紫外線ＬＥＤ素子と、前記ワークを、前記高分子層が形成される所定箇所に高分子モノマーを含む溶液を接触させた状態で保持するためのワークホルダと、を備え、複数の前記紫外線ＬＥＤ素子は、互いに離隔して配置されており、各前記紫外線ＬＥＤ素子が単独で照射する領域よりも広い領域に前記紫外線を照射することにより、前記溶液に前記紫外線を照射するように構成されており、複数の前記ＬＥＤ素子として、前記ワークに形成された窪み部の底部と向かい合って配置されるための対向ＬＥＤ素子と、当該対向ＬＥＤ素子の周囲を取り囲むように配置された周囲ＬＥＤ素子と、が設けられ、前記溶液における前記紫外線の照度を調整するための調整機構がさらに設けられており、前記調整機構は、前記対向ＬＥＤ素子へ供給する電力と前記周囲ＬＥＤ素子へ供給する電力とを異ならせることが可能に構成されているか、または、複数の前記紫外線ＬＥＤ素子と前記ワークホルダとが向かい合う対向方向において、前記対向ＬＥＤ素子の位置と、前記周囲ＬＥＤ素子の位置とを異ならせており、前記ワークホルダは、前記ワークを収容するように構成され複数の前記紫外線ＬＥＤ素子に向けて開放された収容凹部を含み、前記ワークホルダは、前記収容凹部の底側と向かい合うように配置された底壁および前記収容凹部の周囲を取り囲むように配置された周壁を有するヒータによって、前記収容凹部の底側および前記収容凹部の外周側から加熱され、この加熱によって前記溶液を加熱することを特徴とする。

この発明によると、紫外線ＬＥＤ素子によって、紫外線を放射させるようになっている。各紫外線ＬＥＤ素子は、人工関節コンポーネントに対して、十分に小さい形状に形成される。したがって、人工関節コンポーネントを製造するために、人工関節コンポーネントの母材の形状よりも格段に大きい形状の高圧水銀ランプ等を用いる必要が無い。また、各紫外線ＬＥＤ素子の形状が小さいので、複数の紫外線ＬＥＤ素子を配置した場合でも、複数の紫外線ＬＥＤ素子が全体として占めるスペースは、小さくて済む。しかも、紫外線ＬＥＤ素子であれば、高圧水銀ランプと比べて発熱量が格段に小さく、チラー等の大がかりな冷却装置を用意する必要が無い。その結果、紫外線放射のための構成の小型化を通じて、膜製造装置の小型化を達成できる。

また、紫外線ＬＥＤ素子であれば、当該紫外線ＬＥＤ素子へ供給される電流の調整等によって、紫外線ＬＥＤ素子の輝度を、容易に微調整することができる。このため、溶液における紫外線の照度を正確に、且つ、容易に調整することができる。その結果、均一な厚みを有する高分子層を、容易に形成することができる。

また、紫外線ＬＥＤ素子は、高圧水銀ランプと比べて、放射する光の指向性が高く、紫外線を、より均一な強度で放射することができる。しかも、複数の紫外線ＬＥＤ素子を、互いに離隔して配置している。その結果、均一な強さの紫外線を、広い範囲に亘って放射することができる。これにより、母材の表面において、光グラフト重合の進行度合いを、より均一にすることができる。よって、母材の表面に、均一な厚みの高分子層を、形成することができる。

また、紫外線ＬＥＤ素子から放射される紫外線の波長幅は、高圧水銀ランプから放射される紫外線の波長幅と比べて、格段に狭い。このため、紫外線ＬＥＤ素子は、光グラフト重合に必要ないとされる、ＵＶ−Ｂ領域の紫外線を放射しない構成とすることができる。その結果、ワークホルダ等、紫外線ＬＥＤ素子からの光が照射される、膜製造装置の各部材について、ＵＶ−Ｂ領域の紫外線に起因する設備の劣化を抑制することができる。その上、人工関節コンポーネントの製造作業者を、ＵＶ−Ｂ領域の紫外線に晒すことを抑制できるので、製造作業者の健康管理の点からも、好ましい。

また、紫外線ＬＥＤ素子は、通常、丈夫なリジッド基板上に実装されており、大きくて脆いガラス部分を有する高圧水銀ランプと比べて、取り扱いが容易である。その上、前述したように、チラー等、紫外線ＬＥＤ素子を冷却するためのガラス部分が不要である。その結果、紫外線ＬＥＤ素子を用いることで、破損による故障を生じ難くすることができる。その上、高圧水銀ランプの寿命に比べて、数倍（例えば、５倍）の寿命を有する紫外線ＬＥＤ素子を用いることにより、紫外線ＬＥＤ素子の寿命による故障は、より少なくて済む。また、溶液における紫外線の照度を調整可能にすることで、光グラフト重合によって形成される高分子層の厚みの均一さの度合いを、より高くすることができる。特に、ワークの表面が平坦ではない場合に、ワークの形状に応じて紫外線の照度を調整することが、当該ワークに形成される高分子層の厚みの均一さの度合いをより高くするのに好適である。

従って、本発明によると、人工関節コンポーネント用の膜製造装置において、小型化を達成でき、紫外線の照射強度を正確にコントロールでき、均一な厚みの高分子層を形成でき、紫外線に起因する、設備及び作業者への影響を抑制でき、且つ、故障を生じ難くできる。

第２発明に係る膜製造装置は、第１発明の膜製造装置において、複数の前記紫外線ＬＥＤ素子を一括して保持するＬＥＤホルダと、複数の前記紫外線ＬＥＤ素子と、前記ワークホルダとの間の空間を、外部の空間から光学的に遮蔽する光遮蔽部材と、を更に備え、前記光遮蔽部材は、前記ＬＥＤホルダの外周部に形成された台座部と、前記ワークホルダの外周部に形成されたフランジ部と、このフランジ部を支持し前記収容凹部を含むワークホルダ本体と、前記ワークホルダと前記ＬＥＤホルダとを連結するとともに前記ワークホルダと前記ＬＥＤホルダとを位置決めする筒状のアダプタと、を含み、前記アダプタは、前記フランジ部から延びる受け部に受けられているとともに、前記台座部から延びる受け部に受けられており、前記ＬＥＤホルダと前記ワークホルダとの間を塞いでいることを特徴とする。

この発明によると、複数の紫外線ＬＥＤ素子を、一括して操作することができる。これにより、複数の紫外線ＬＥＤ素子を、ワーク、及びワークホルダに対して一括して変位させることができる。したがって、作業者による、複数の紫外線ＬＥＤ素子の取り扱いを、より容易にすることができる。さらに、紫外線ＬＥＤ素子とワークホルダとの間に、紫外線ＬＥＤ素子からの光以外の光が侵入することを防止できる。これにより、外部からの不要な紫外線に起因する、溶液内での不均一なグラフト重合反応を、防止できる。その結果、高分子層の厚みを、より均一にすることができる。

好ましくは、前記調整機構は、複数の前記紫外線ＬＥＤ素子を、複数の前記紫外線ＬＥＤ素子と前記ワークホルダとが向かい合う方向において、少なくとも２箇所に配置することで前記照度を調整する。

この発明によると、複数の紫外線ＬＥＤ素子の位置を、上記向かい合う方向において異ならせるという簡易な構成によって、溶液における紫外線の照度を、より均一にすることが可能となる。

好ましくは、前記調整機構は、一部の前記紫外線ＬＥＤ素子に供給される電力を、他の紫外線ＬＥＤ素子に供給される電力と異なるように構成することで、前記照度を調整する。

この発明によると、電力調整による輝度の調整が容易なＬＥＤを用いて、紫外線ＬＥＤ素子を構成している。これにより、溶液における紫外線の照度を、容易に調整できる。その結果、溶液における紫外線の照度を、より均一にできる。

この場合において、好ましくは、複数の前記紫外線ＬＥＤ素子に電力を供給する電源装置を更に備え、前記電源装置は、複数の前記紫外線ＬＥＤ素子について、供給する電力を異ならせる。

このように構成することで、複数の紫外線ＬＥＤ素子の出力を調整することができる。

第３発明に係る膜製造装置は、第２発明の膜製造装置において、前記収容凹部には、前記ワークの外周縁部が置かれる環状の段部が形成されており、各前記周囲ＬＥＤ素子の全てが、前記段部と前記対向方向に沿って真っ直ぐに向かい合っており、前記対向ＬＥＤ素子は、前記収容凹部の奥部と前記対向方向に沿って真っ直ぐに向かい合っていることを特徴とする。

第４発明に係る人工関節コンポーネントの製造方法は、光グラフト重合によって形成された高分子層が摺動面として用いられる人工関節コンポーネントの製造方法であって、人工関節コンポーネントの母材において前記高分子層が形成される所定箇所に、高分子モノマーを含む溶液を接触させる溶液供給ステップと、互いに離隔して配置された複数の紫外線ＬＥＤ素子によって、各前記紫外線ＬＥＤ素子が単独で照射する領域よりも広い領域に紫外線を照射することにより、前記溶液に前記紫外線を照射する照射ステップと、を含み、複数の前記ＬＥＤ素子として、前記母材に形成された窪み部の底部と向かい合って配置されるための対向ＬＥＤ素子と、当該対向ＬＥＤ素子の周囲を取り囲むように配置された周囲ＬＥＤ素子と、が用いられ、前記溶液における前記紫外線の照度を調整するための調整ステップをさらに含み、前記調整ステップは、前記対向ＬＥＤ素子へ供給する電力と前記周囲ＬＥＤ素子へ供給する電力とを異ならせるか、または、前記高分子層が形成される所定箇所に前記高分子モノマーを含む溶液を接触させた状態で保持するためのワークホルダと複数の前記紫外線ＬＥＤ素子とが向かい合う対向方向において、前記対向ＬＥＤ素子の位置と、前記周囲ＬＥＤ素子の位置とを異ならせ、前記ワークホルダは、前記ワークを収容するように構成され複数の前記紫外線ＬＥＤ素子に向けて開放された収容凹部を含み、前記照射ステップでは、前記ワークホルダは、前記収容凹部の底側と向かい合うように配置された底壁および前記収容凹部を取り囲むように配置された周壁を有するヒータによって、前記収容凹部の底側および前記収容凹部の外周側から加熱され、この加熱によって前記溶液を加熱することを特徴とする。

この発明によると、照射ステップでは、紫外線ＬＥＤ素子によって、紫外線を放射させるようになっている。各紫外線ＬＥＤ素子は、人工関節コンポーネントに対して、十分に小さい形状に形成される。したがって、人工関節コンポーネントを製造するために、人工関節コンポーネントの母材の形状よりも格段に大きい形状の高圧水銀ランプ等を用いる必要が無い。また、各紫外線ＬＥＤ素子の形状が小さいので、複数の紫外線ＬＥＤ素子を配置した場合でも、複数の紫外線ＬＥＤ素子が全体として占めるスペースは、小さくて済む。しかも、紫外線ＬＥＤ素子であれば、高圧水銀ランプと比べて発熱量が格段に小さく、チラー等の大がかりな冷却装置を用意する必要が無い。その結果、紫外線放射のための構成の小型化を達成できる。

また、紫外線ＬＥＤ素子であれば、当該紫外線ＬＥＤ素子へ供給される電流の調整等によって、紫外線ＬＥＤ素子の輝度を、容易に微調整することができる。このため、溶液における紫外線の照度を正確に、且つ、容易に調整することができる。その結果、均一な厚みを有する高分子層を、容易に形成することができる。

また、紫外線ＬＥＤ素子は、高圧水銀ランプと比べて、放射する光の指向性が高く、紫外線を、均一な強度で放射することができる。しかも、複数の紫外線ＬＥＤ素子を、互いに離隔して配置している。その結果、均一な強さの紫外線を、広い範囲に亘って放射することができる。これにより、母材の表面において、光グラフト重合の進行度合いを、より均一にすることができる。よって、母材の表面に、均一な厚みの高分子層を形成することができる。

また、紫外線ＬＥＤ素子から放射される紫外線の波長幅は、高圧水銀ランプから放射される紫外線の波長幅と比べて、格段に狭い。このため、紫外線ＬＥＤ素子は、光グラフト重合に必要ないとされる、ＵＶ−Ｂ領域の紫外線を放射しない構成とすることができる。その結果、紫外線ＬＥＤ素子からの光が照射される、膜製造装置の各部材について、ＵＶ−Ｂ領域の紫外線に起因する設備の劣化を抑制することができる。その上、人工関節コンポーネントの製造作業者を、ＵＶ−Ｂ領域の紫外線に晒すことを抑制できるので、製造作業者の健康管理の点からも、好ましい。

また、紫外線ＬＥＤ素子は、通常、丈夫なリジッド基板上に実装されており、大きくて脆いガラス部分を有する高圧水銀ランプと比べて、取り扱いが容易である。その上、前述したように、チラー等、紫外線ＬＥＤ素子を冷却するためのガラス部分が不要である。その結果、紫外線ＬＥＤ素子を用いることで、破損による故障を生じ難くすることができる。その上、高圧水銀ランプの寿命に比べて、数倍（例えば、５倍）の寿命を有する紫外線ＬＥＤ素子であれば、紫外線ＬＥＤ素子の寿命による故障は、より少なくて済む。また、溶液における紫外線の照度を調整可能にすることで、光グラフト重合によって形成される高分子層の厚みの均一さの度合いを、より高くすることができる。特に、母材の表面が平坦ではない場合に、母材の形状に応じて紫外線の照度を調整することが、当該母材に形成される高分子層の厚みの均一さの度合いをより高くするのに好適である。

従って、本発明によると、人工関節コンポーネントを製造するための構成において、小型化を達成でき、紫外線の照射強度を正確にコントロールでき、また、人工関節コンポーネントにおいて、均一な厚みの高分子層を形成でき、更には、紫外線に起因する、設備及び作業者への影響を抑制でき、且つ、人工関節コンポーネントを製造するための構成における故障を生じ難くできる。

本発明によると、人工関節コンポーネントの母材表面に高分子層を形成するための構成に関して、小型化を達成でき、紫外線の照射強度を正確にコントロールでき、均一な厚みの高分子層を形成でき、紫外線に起因する、設備及び作業者への影響を抑制でき、且つ、故障を生じ難くできる。

本発明の一実施形態に係る膜製造装置を用いて形成された人工関節コンポーネントを含む、人工股関節の一部断面図である。 膜製造装置の膜製造装置本体、及び電源装置の斜視図であり、膜製造装置については、アダプタを省略した状態を示している。 膜製造装置本体、及び母材の一部断面図であり、膜製造装置本体を、上下方向に延びる切断面で切断した状態を示している。 ＬＥＤホルダ等の底面図である。 各紫外線ＬＥＤ素子から放射される紫外線について説明するための模式図であり、紫外線ＬＥＤ素子等を側方から見た状態を示している。 母材に高分子層を形成する工程を説明するためのフローチャートである。 母材に高分子層を形成する工程のうち、母材をワークホルダに収容する工程を説明するための図である。 母材に高分子層を形成する工程のうち、溶液を注入した後にレンズ型治具を装着する工程を説明するための図である。 本発明の変形例についての主要部を示す一部断面図である。

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、膜製造装置、及び人工関節コンポーネントの製造方法として広く適用することができる。

[人工関節の構成]
図１は、本発明の一実施形態に係る膜製造装置を用いて形成された人工関節コンポーネントを含む、人工股関節１の一部断面図である。尚、本発明は、後述するように、人工股関節以外の人工関節に適用可能であるけれども、本実施形態では、人工股関節を例に説明する。

図１では、人工股関節１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１は、骨盤１０１の臼蓋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１は、骨盤１００の臼蓋１０１ａに設置されたシェル２及びライナー３と、大腿骨１０２に設置されたステム４及び骨頭ボール５と、を備えて構成されている。

シェル２及びライナー３は、骨頭ボール５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。シェル２は、カップ状に形成された、窪みを有する部材であり、骨盤１０１の臼蓋１０１ａに固定されている。シェル２に、ライナー３が固定されている。

ライナー３は、カップ状に形成された、窪みを有する人工関節コンポーネントである。ライナー３の詳細な構成は、後述する。ライナー３の窪んだ部分における内側面には、摺動面６が形成されている。この摺動面６には、骨頭ボール５が摺動可能に接触している。

骨頭ボール５は、半球状に形成されている。骨頭ボール５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合金、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。骨頭ボール５は、ステム４に固定されている。

ステム４は、骨頭ボール５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４は、細長い棒状（ステム状）に形成されており、当該ステム４の途中部が屈曲した形状を有している。ステム４は、ステム本体７と、ネック部８と、を備えて構成されている。

ステム本体７は、大腿骨１０２の髄腔部１０２ａに形成された孔部に挿入されており、大腿骨１０２に固定されている。ステム本体７から、ネック部８が延びている。ネック部８は、ステム４の長手方向に対して傾斜する方向に延びている。ネック部８には、骨頭ボール５が固定されている。

上記の構成により、骨頭ボール５がライナー３の摺動面６に対して摺動することにより、大腿骨１０２が、臼蓋１０１ａに対して変位する。

次に、ライナー３の構成を、より詳細に説明する。ライナー３は、カップ状に形成された、窪みを有する略半球状の部材である。ライナー３の直径は、例えば、３５ｍｍ〜６５ｍｍ程度に設定されている。

ライナー３は、母材１１と、高分子層１２と、を有している。母材１１の材料として、合成樹脂、金属材料、及びセラミック材料の少なくとも１つを例示することができる。合成樹脂として、超高分子量ポリエチレン（以下、ＵＨＭＷＰＥともいう。）を例示することができる。ＵＨＭＷＰＥは、高分子材料のうちでも耐摩耗性、耐変形性等の機械的特性に優れており、母材１１として適している。ＵＨＭＷＰＥは、分子量が大きいほど、耐摩耗性が高くなる。よって、少なくとも分子量１００万ｇ／モル、好ましくは、分子量３００万ｇ／モル以上のＵＨＭＷＰＥを用いることが好ましい。また、母材１１として、ＵＨＭＷＰＥを架橋処理したクロスリンクポリエチレンを用いてもよい。

前述したように、母材１１は、カップ状に形成されており、外周面１１ａと、端面１１ｂと、窪み部１１ｃと、フランジ部１１ｄと、を有している。外周面１１ａは、シェル２の内周面に固定される部分として設けられている。本実施形態では、外周面１１ａは、凸湾曲状に形成されている。外周面１１ａと反対の方向を向くように、端面１１ｂが形成されている。

本実施の形態では、端面１１ｂは、平坦な面として形成されている。この端面１１ｂから窪むようにして、窪み部１１ｃが形成されている。窪み部１１ｃは、高分子層１２と協働して、骨頭ボール５を受けるために設けられている。窪み部１１ｃは、端面１１ｂから、母材１１の内側に向けて窪んでいる。窪み部１１ｃの内側面（所定箇所）１１ｅは、凹湾曲状に形成されており、本実施形態では、略半球状に形成されている。窪み部１１ｃの開口側に、フランジ部１１ｄが配置されている。

フランジ部１１ｄは、ライナー３をシェル２に固定するために設けられた部分として設けられている。例えば、フランジ部１１ｄに、図示しない固定ねじを貫通させ、この固定ねじをシェル２にねじ結合させることにより、ライナー３をシェル２に固定することができる。窪み部１１ｃの内側面１１ｅ上に、高分子層１２が形成されている。

高分子層１２は、摺動面６を形成する薄膜として設けられており、母材１１と一体に形成されている。高分子層１２の厚みは、数ｎｍ〜数百μｍ程度である。尚、図では、高分子層１２の厚みを、実際の厚みと比べて誇張して示している。高分子層１２は、窪み部１１ｃの内側面１１ｅ上の全域に亘って形成されている。高分子層１２の表面としての摺動面６は、平坦ではない形状を有しており、本実施形態では、半球状に形成されている。高分子層１２によって、骨頭ボール５の一部が収容されている。

高分子層１２は、ホスホリルコリン基を有するモノマー溶液を、窪み部１１ｃの内側面１１ｅに接触させた状態で、当該溶液に、紫外線を照射することにより形成される。次に、上記の構成を有するライナー３の高分子層１２を形成するための膜製造装置１０について説明する。

[膜製造装置の構成]
図２は、膜製造装置１０の膜製造装置本体２０、及び電源装置２１の斜視図であり、膜製造装置本体２０については、後述するアダプタ２８を省略した状態を示している。図３は、膜製造装置本体２０、及び母材１１の一部断面図であり、膜製造装置本体２０を、上下方向（鉛直方向）に延びる切断面で切断した状態を示している。なお、本実施形態では、膜製造装置本体２０が、縦向きに配置されている状態を基準に説明するけれども、膜製造装置本体２０の向きは、特に限定されない。

図２及び図３に示すように、膜製造装置１０は、膜製造装置本体２０と、電源装置２１と、を備えている。膜製造装置本体２０は、電源装置２１から電力を供給されるように構成されている。電源装置２１は、高さ、横幅、及び奥行き方向の長さが、それぞれ、十ｃｍ〜数十ｃｍ程度の、小型の電源装置である。電源装置２１は、筐体２１ａと、筐体２１ａに収容された電源回路（図示せず）と、電源回路に接続された調整用部材２１ｂ，２１ｃと、を有している。調整用部材２１ｂが作業者によって操作されることにより、後述する紫外線ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子６１の輝度が変更される。また、調整用部材２１ｃが作業者によって操作されることにより、後述する紫外線ＬＥＤ素子６２〜６６の輝度が変更される。この電源装置２１の電源回路と、膜製造装置本体２０の紫外線ＬＥＤ素子６１〜６６とは、ケーブル２２等を介して、電気的に接続されている。

膜製造装置本体２０は、ワークとしての母材１１に接触している溶液２３に紫外線を照射することにより、光グラフト重合反応を生じさせ、その結果、母材１１に高分子層１２を形成させる。膜製造装置本体２０は、全体として、上下に延びる柱状に形成されており、本実施形態では、円柱状に形成されている。膜製造装置本体２０は、約十数ｃｍの直径と、数十ｃｍの高さと、を有する、小型の装置である。尚、以下では、膜製造装置本体２０が母材１１に紫外線を照射する際における、各部材の配置を基準に説明する。

膜製造装置本体２０は、ワークホルダ２４と、レンズ型治具２５と、ヒータ２６と、ＬＥＤホルダ２７と、アダプタ２８と、発光装置２９と、を備えている。

ワークホルダ２４は、ワークとしての母材１１を保持するための保持部材として設けられている。ワークホルダ２４は、たとえば、母材１１と同様の材料、又はアルミニウム合金等によって形成されている。ワークホルダ２４を、熱伝導性に優れたアルミニウム合金で形成した場合には、ヒータ２６からの熱は、ワークホルダ２４及び母材１１を介して、溶液２３に迅速に伝わる。ワークホルダ２４は、ワークホルダ本体３１と、フランジ部３２と、受け部３３と、を有している。

ワークホルダ本体３１は、母材１１を保持する部分として設けられている。ワークホルダ本体３１は、ブロック状に形成されており、上面３１ａを有している。ワークホルダ本体３１には、この上面３１ａから下方に向かって窪むように延びる、収容凹部３４が形成されている。収容凹部３４は、母材１１の全体を収容する大きさに形成されている。収容凹部３４のうち、上面３１ａの近傍には、環状の段部３４ａが形成されている。この段部３４ａは、上方を向いており、母材１１のフランジ部１１ｄを受けることが可能である。段部３４ａに受けられている状態の母材１１は、ワークホルダ本体３１の上面３１ａの位置よりも下方の位置に、配置される。収容凹部３４のうち、段部３４ａの位置よりも下方の位置の部分は、母材１１の外周面１１ａに対して離隔するように構成されていてもよいし、外周面１１ａに接触するように構成されていてもよい。

上記の構成を有するワークホルダ本体３１の上端の外周部に、フランジ部３２が形成されている。フランジ部３２は、円環状に形成されており、水平に延びている。フランジ部３２の上面には、環状の段部３２ａが形成されている。環状の段部３２ａは、レンズ型治具２５をワークホルダ２４に対して位置決めするために設けられている。環状の段部３２ａは、上下方向に延びる円筒状に形成されている。環状の段部３２ａの直径は、レンズ型治具２５の後述するフランジ部２５ａの直径と略同じに設定されている。

フランジ部３２の外周部に、受け部３３が連続している。受け部３３は、アダプタ２８を受ける部分として設けられている。受け部３３は、円筒状に形成されており、フランジ部３２から上方に延びている。受け部３３の上面は、水平な平坦面である。上記の構成を有するワークホルダ２４には、レンズ型治具２５が装着される。

レンズ型治具２５は、当該レンズ型治具２５と母材１１の内側面１１ｅとの間に微小な空間３５を形成しつつ、発光装置２９からの紫外線を当該空間３５に入射させるために設けられている。上記の空間３５には、溶液２３が充填されている。このように、微小な空間に溶液２３を充填することで、光グラフト重合反応の際に用いられる溶液２３の量を少なくしている。尚、本実施形態では、レンズ型治具２５を用いる形態を説明するけれども、レンズ型治具２５は、省略されていてもよい。

レンズ型治具２５は、紫外線を透過可能な材料を用いて形成されている。このような材料として、透光性を有するプラスチック、及び石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス等の無機質系ガラスを例示することができる。レンズ型治具２５の厚みは、紫外線が十分に透過できる程度で、且つ、十分な強度を有するように、適宜設定される。

レンズ型治具２５は、フランジ部２５ａと、第１湾曲状部２５ｂと、第２湾曲状部２５ｃと、を有している。

フランジ部２５ａは、ワークホルダ本体３１の上面３１ａに受けられる部分として設けられている。フランジ部２５ａは、円環状に形成されており、ワークホルダ本体３１の上面３１ａに接触している。フランジ部２５ａは、フランジ部３２の環状の段部３２ａに囲まれることで、ワークホルダ２４に対して位置決めされている。本実施形態では、フランジ部２５ａの下面は、収容凹部３４に収容されている母材１１の端面１１ｂと向かい合っている。フランジ部２５ａの内周部に、第１湾曲状部２５ｂが連続している。

第１湾曲状部２５ｂは、フランジ部２５ａと、第２湾曲状部２５ｃと、を接続する部分として設けられている。第１湾曲状部２５ｂは、母材１１のうちの、窪み部１１ｃの開口の近傍に配置される。第１湾曲状部２５ｂは、図３に示すように、鉛直方向に延びる切断面において、レンズ型治具２５の中心軸線に向けて、且つ、上側向きに凸となる湾曲状に形成されている。第１湾曲状部２５ｂは、中心軸線と直交する任意の切断面において、円環状に形成されており、下方に進むに従い、直径が連続的に小さくなっている。この第１湾曲状部２５ｂの下端部に、第２湾曲状部２５ｃが連続している。

第２湾曲状部２５ｃは、下向きに凸となる湾曲形状に形成されている。本実施形態では、第２湾曲状部２５ｃは、半球状に形成されている。第１湾曲状部２５ｂの下部、及び第２湾曲状部２５ｃは、母材１１の内側面１１ｅの任意の部分と、略一定の間隔Ｄ１を有する形状に形成されている。

上記間隔Ｄ１は、少なくとも、０．１ｍｍ〜２０ｍｍであることが好ましく、さらに好ましくは０．２ｍｍ〜５ｍｍであり、より好ましくは、０．２ｍｍ〜２ｍｍである。上記間隔が２０ｍｍ以下であれば、溶液２３の使用量を十分に低減することができる。一方、上記間隔Ｄ１の下限値が０．１ｍｍ未満であると、レンズ型治具２５、母材１１、及びワークホルダ２４の各部材の加工公差に起因して、レンズ型治具２５と母材１１とが接触する虞がある。上記間隔Ｄ１の下限値が０．１ｍｍ以上であれば、内側面１１ｅに、高分子層１２を良好に形成することができる。

前述したように、母材１１と、レンズ型治具２５との間の空間３５には、溶液２３が充填される。本実施形態では、溶液２３は、母材１１の内側面１１ｅと、母材１１の端面１１ｂとに接触している。この溶液２３は、ホスホリルコリン基を有する重合性（高分子）モノマーの溶液である。この重合性モノマーとして、一端にホスホリルコリン基を、他端に、母材１１とグラフト重合可能な官能基を有する構成とすることにより、母材１１の内側面１１ｅに、高分子層１２を光グラフト結合によって形成することができる。

溶液２３に含まれる重合性モノマーとしては、例えば、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、２−アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、４−メタクリロイルオキシブチルホスホリルコリン、６−メタクリロイルオキシヘキシルホスホリルコリン、ω−メタクリロイルオキシエチレンホスホリルコリン、４−スチリルオキシブチルホスホリルコリン等がある。特に、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣともいう）が好ましい。

ＭＰＣモノマーは、ホスホリルコリン基と、重合性のメタクリル酸ユニットとを備えている。ＭＰＣモノマーは、ラジカル重合により、容易に高分子量のＭＰＣポリマーを形成することができるという特徴がある（Ishiharaら：Polymer Journal誌２２巻 ３５５頁（１９９０））。そのため、高分子層１２をＭＰＣモノマーから合成すると、高分子層１２と内側面１１ｅとのグラフト結合を、比較的緩やかな条件で行うことができ、さらに、密度の高い高分子の層を形成して、多量のホスホリルコリン基を、内側面１１ｅに形成させることができる。

なお、高分子層１２は、ホスホリルコリン基を有する単一の重合性モノマーから構成した単独重合体のみならず、ホスホリルコリン基を有するモノマーと、例えば他のビニル化合物モノマーとから成る共重合体から形成することもできる。これにより、高分子層１２に、機械的強度向上等の機能を付加することができる。

上記の構成を有するレンズ型治具２５と、母材１１との間に充填された溶液２３は、ヒータ２６によって加熱される。ヒータ２６は、たとえば、電気エネルギーを熱エネルギーに変換することにより、溶液２３を強制的に加熱する。本実施形態では、ヒータ２６は、カップ状に形成されており、底壁２６ａと、周壁２６ｂと、を有している。

底壁２６ａ上に、ワークホルダ本体３１が置かれている。底壁２６ａの外周部から、上方に向けて、周壁２６ｂが延びている。周壁２６ｂは、フランジ部３２に接触している。ヒータ２６の底壁２６ａ、及び周壁２６ｂには、図示しないリード線等の熱発生部材が埋設されており、且つ、電源装置２１と、ケーブル３０等を介して電気的に接続されている。これにより、熱発生部材で発生した熱は、ワークホルダ本体３１及び母材１１を介して溶液２３に伝わり、溶液２３は、光グラフト重合反応に適した温度となる。この光グラフト重合反応のための光を発生する発光装置２９は、ＬＥＤホルダ２７によって保持されている。

図４は、ＬＥＤホルダ２７等の底面図である。図２、図３及び図４に示すように、ＬＥＤホルダ２７は、発光装置２９を保持する保持部材として設けられている。ＬＥＤホルダ２７は、円柱状に形成されており、ワークホルダ２４の上方に配置される。ＬＥＤホルダ２７は、合成樹脂、アルミニウム合金等を用いて形成されている。ＬＥＤホルダ２７と、ワークホルダ２４とは、対向方向Ａ１に向かい合っている。本実施形態では、対向方向Ａ１は、上下方向であり、紫外線ＬＥＤ素子６０とワークホルダ２４とが向かい合う方向である。ＬＥＤホルダ２７は、ＬＥＤホルダ本体４１と、受け部４２と、を有している。

ＬＥＤホルダ本体４１は、円柱状の外殻部の周囲に、複数のフィン４３が設けられた形状を有している。フィン４３は、ＬＥＤホルダ本体４１の周方向に等間隔に配置されており、上下に延びている。これらのフィン４３によって、発光装置２９からの熱を、ＬＥＤホルダ２７の外部に効率よく放出することができる。本実施形態では、上下方向において、ＬＥＤホルダ本体４１の長さは、ワークホルダ２４の長さよりも大きい。ＬＥＤホルダ本体４１の上部には、ケーブル２２が接続されている。ＬＥＤホルダ本体４１の内部では、ケーブル２２と電気的に接続されたケーブル（図示せず）が延びている。本実施形態では、ＬＥＤホルダ本体４１の外径は、受け部３３の外径と略同じに設定されている。ＬＥＤホルダ本体４１の下端部には、台座部４４が形成されている。台座部４４は、発光装置２９を支持するために設けられており、ＬＥＤホルダ本体４１の下端部を塞ぐ板状に形成されている。台座部４４の下端面は、水平に延びている。また、ＬＥＤホルダ本体４１の下端部から、受け部４２が延びている。

受け部４２は、アダプタ２８の環状凸部７９の上面に受けられる部分として設けられている。受け部４２は、円筒状に形成されている。受け部４２の下面の内周部からは、円筒状の部分が、ワークホルダ２４側に向けて延びている。受け部４２の下面の外周部が、環状凸部７９の上面に受けられている。また、受け部３３は、アダプタ２８の環状凸部７９の下面に受けられる部分として設けられている。受け部４２と受け部３３が環状凸部７９に受けられることにより、ＬＥＤホルダ２７とワークホルダ２４が所望の位置に配置される。

上記の構成により、ＬＥＤホルダ２７とワークホルダ２４との間に、光放射空間３６が形成されている。光放射空間３６は、発光装置２９からの光が届き得る空間であり、後述する紫外線ＬＥＤ素子６０とワークホルダ２４との間の空間を含んでいる。光放射空間３６は、ＬＥＤホルダ本体４１の台座部４４と、アダプタ２８と、フランジ部３２と、ワークホルダ本体３１と、で区切られた空間である。

また、上記の光放射空間３６は、ＬＥＤホルダ２７と、ワークホルダ２４とを含む光遮蔽部材４５によって、外部の空間から光学的に遮蔽されている。この場合の「光学的に遮蔽」とは、水等の流体の通過を許容するか否かに拘わらず、光は遮蔽する、という意味である。また、外部の空間とは、光放射空間３６以外の空間のことをいう。光放射空間３６内に空間３５が存在している。

本実施形態では、光遮蔽部材４５は、ＬＥＤホルダ本体４１の台座部４４と、アダプタ２８と、フランジ部３２と、ワークホルダ本体３１と、によって形成された、複合部材である。即ち、光放射空間３６を形成するための部材によって、光遮蔽部材４５が形成されている。光遮蔽部材４５が設けられていることにより、発光装置２９からの光以外の光が、溶液２３に照射されることを防止できる。

発光装置２９は、光放射空間３６、特に空間３５に、紫外線を放射することにより、溶液２３に紫外線を照射する。これにより、母材１１の内側面１１ｅの周囲における光グラフト重合反応を発生させ、結果として、内側面１１ｅに高分子層１２を形成する。

発光装置２９は、ＬＥＤホルダ２７によって一括して保持される、複数のＬＥＤユニット５０（５１，５２，５３，５４，５５，５６）を備えている。本実施形態では、６つのＬＥＤユニット５０（５１，５２，５３，５４，５５，５６）が設けられている。尚、以下では、ＬＥＤユニット５１〜５６を総称していう場合は、ＬＥＤユニット５０という。各ＬＥＤユニット５０は、ＬＥＤホルダ２７の台座部４４に固定されている。ＬＥＤユニット５１は、母材１１の窪み部１１ｃの底部と、対向方向Ａ１に向かい合うように配置されている。また、ＬＥＤユニット５２〜５６は、ＬＥＤユニット５１の周囲を取り囲むように配置されている。より具体的には、ＬＥＤユニット５２〜５６は、ＬＥＤホルダ本体４１と同心の、仮想の基準円Ｃ１上において、当該基準円Ｃ１の周方向に等間隔に配置されている。

各ＬＥＤユニット５０は、それぞれ、基板５７を有している。各基板５７には、対応する紫外線ＬＥＤ素子６０（６１，６２，６３，６４，６５，６６）が実装されている。尚、紫外線ＬＥＤ素子６１〜６６を総称していう場合には、紫外線ＬＥＤ素子６０という。各紫外線ＬＥＤ素子６０は、離隔して配置されている。各基板５７は、例えば、リジッド基板であり、数ｍｍ程度の厚みを有している。各基板５７には、ケーブル２２と電気的に接続された、図示しないケーブルが接続されている。これにより、電源装置２１からの電力は、ケーブル２２、及び基板５７等を介して、各紫外線ＬＥＤ素子６０に供給される。

また、本実施形態では、各基板５７は、台座部４４に対して着脱可能に構成されており、これにより、母材１１に対する各紫外線ＬＥＤ素子６０の位置を変更可能である。台座部４４への各基板５７の取り付け方法は、特に限定されず、たとえば、図示しないねじ部材を用いて取り付けられる。

各紫外線ＬＥＤ素子６０は、対応する基板５７の中心上に実装されている。各紫外線ＬＥＤ素子６０は、電源装置２１から供給される電力を受けることで、紫外線を放射する。各紫外線ＬＥＤ素子６０が放射する光の波長は、例えば、３００ｎｍ〜４００ｎｍ程度であり、好ましくは、３１５ｎｍ〜４００ｎｍである。上記の波長が３１５ｎｍ以上であれば、ＵＶ−Ｂ領域の紫外線が、各紫外線ＬＥＤ素子から光放射空間３６に放射されることを抑制できる。

各紫外線ＬＥＤ素子６０が照射する光の波長の幅は、数ｎｍ程度であり、波長の幅が十分に狭くされている。したがって、各紫外線ＬＥＤ素子６０から放射される光は、実質的に紫外線のみであるということができる。各紫外線ＬＥＤ素子６０の一辺の大きさは、数ｍｍ程度である。一方、母材１１の直径は、前述したように、３５ｍｍ〜６５ｍｍ程度であり、母材１１の大きさと比べて、各紫外線ＬＥＤ素子６０の大きさは、十分に小さい。

図５は、各紫外線ＬＥＤ素子６０から放射される紫外線について説明するための模式図であり、紫外線ＬＥＤ素子６０等を側方から見た状態を示している。図５では、紫外線ＬＥＤ素子６１〜６６のうちの、紫外線ＬＥＤ素子６１，６２，６４を図示している。図４及び図５に示すように、各紫外線ＬＥＤ素子６０から放射される紫外線の照射角度θ１は、たとえば、３０°〜１５０°程度であり、本実施形態では、１１５°程度に設定されている。紫外線ＬＥＤ素子６０は、放射する紫外線の指向性が高く、紫外線ＬＥＤ素子６０からの光を所望の位置に照射させることが容易である。その上、紫外線ＬＥＤ素子６０から内側面１１ｅに放射された紫外線は、内側面１１ｅにおいて、略均一な照度を有する。

本実施形態では、紫外線ＬＥＤ素子６１は、内側面１１ｅの底部と対向方向Ａ１に向かい合っており、内側面１１ｅの全域に紫外線を照射する。紫外線ＬＥＤ素子６２は、内側面１１ｅのうち、紫外線ＬＥＤ素子６２と直接向かい合っている領域に紫外線を照射する。一方、紫外線ＬＥＤ素子６２は、湾曲状の内側面１１ｅのうち、直接向かい合っていない箇所（例えば、領域３７）には、紫外線を直接照射することができない。同様に、紫外線ＬＥＤ素子６３〜６６は、それぞれ、湾曲状の内側面１１ｅのうち、直接向かい合っている領域に紫外線を照射する一方、側面１１ｅのうち、直接向かい合っていない箇所には、紫外線を直接照射することができない。しかしながら、前述したように、紫外線ＬＥＤ素子６２〜６６が、基準円Ｃ１の周方向に等間隔に配置されている。これにより、内側面１１ｅのうち、内側面１１ｅの底部を除く全域において、複数の紫外線ＬＥＤ素子６０からの紫外線が、内側面１１ｅに直接照射される。このように、各紫外線ＬＥＤ素子６０は、１つの紫外線ＬＥＤ素子６０が単独で照射する領域よりも広い領域に、紫外線を照射することにより、溶液２３に紫外線を照射する。

本実施形態では、溶液２３及び内側面１１ｅにおける紫外線の照度を調整するための調整機構が設けられている。具体的には、調整機構としての電源装置２１によって、各紫外線ＬＥＤ素子６０は、供給される電力に応じた輝度の紫外線を出力するように構成されている。より具体的には、輝度を変更するための構成として、たとえば、紫外線ＬＥＤ素子６０へ供給される電流値を変更すること、又は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって、各紫外線ＬＥＤ素子６０へ供給される電流のデューティー比を異ならせること、等の構成を例示することができる。本実施形態では、電源装置２１の調整用部材２１ｂ，２１ｃ（図２参照）が操作されることに伴い、電源装置２１は、各紫外線ＬＥＤ素子６０へ供給する電流を変更する。前述した理由により、本実施形態では、内側面１１ｅの底部には、紫外線ＬＥＤ素子６２〜６６からの光が届き難い。

したがって、本実施形態では、内側面１１ｅの底部へは、紫外線ＬＥＤ素子６１によって、十分な量の紫外線を供給する必要がある。このため、本実施形態では、紫外線ＬＥＤ素子６１へ供給される電流が、紫外線ＬＥＤ素子６２（６３〜６６）に供給される電流よりも大きくなるように、設定されている。これにより、紫外線ＬＥＤ素子６１における紫外線の輝度は、紫外線ＬＥＤ素子６２〜６６における紫外線の輝度よりも大きくされている。その結果、内側面１１ｅの底部には、内側面１１ｅの底部以外の部分と同様の照度で紫外線が照射される。

図２、図３及び図４に示すように、母材１１に対する発光装置２９の相対位置は、アダプタ２８によって正確に設定される。本実施形態では、アダプタ２８は、ワークホルダ２４と、ＬＥＤホルダ２７とが同軸に並ぶように、これらのワークホルダ２４と、ＬＥＤホルダ２７とを位置決めする。またアダプタ２８の環状凸部７９は、ワークホルダ２４と、ＬＥＤホルダ２７の間の距離を、所望の値に位置決めする。

アダプタ２８は、円筒状に形成されている。アダプタ２８の内側部は、第１嵌合部７８と、環状凸部７９と、第２嵌合部８０と、を有している。第１嵌合部７８と、環状凸部７９と、第２嵌合部８０とは、上下方向に沿って、上記の順に並んでいる。

第１嵌合部７８は、ワークホルダ２４の受け部３３と嵌合する部分として設けられた、円筒面である。アダプタ２８が単品の状態では、第１嵌合部７８の直径は、受け部３３の外周面の直径と略同じである。第１嵌合部７８の上方に、第２嵌合部８０が配置されている。

第２嵌合部８０は、ＬＥＤホルダ本体４１の下端部と嵌合する部分として設けられた、円筒面である。アダプタ２８が単品の状態では、第２嵌合部８０の直径は、ＬＥＤホルダ本体４１の下端部の外径と、略同じである。また、第２嵌合部８０は、第１嵌合部７８と同軸に配置されている。第２嵌合部８０の下方に、環状凸部７９が配置されている。

環状凸部７９は、円環状に形成されており、受け部３３の上端面に受けられている。環状凸部７９の下面は、水平に延びており、ワークホルダ２４の受け部３３の上面に受けられている。また、環状凸部７９の上面は、受け部４２に受けられる部分として設けられている。環状凸部７９は、受け部３３と受け部４２とを、対向方向Ａ１において互いに離隔した状態に配置している。以上が、膜製造装置１０の概略構成である。

[母材の内側面に高分子層を形成する工程]
次に、膜製造装置１０を用いて、母材１１に高分子層１２を形成する工程について、図６等を用いて説明する。図６は、母材１１に高分子層１２を形成する工程を説明するためのフローチャートである。母材１１に高分子層１２を形成する際には、まず、母材１１と、膜製造装置１０とが準備される（ステップＳ１）。

次に、図６及び図７に示すように、ＬＥＤホルダ２７及びアダプタ２８が取り外された状態のワークホルダ２４に、母材１１が装着される（ステップＳ２）。この際、母材１１のフランジ部１１ｄは、ワークホルダ２４の段部３４ａ上に置かれる。これにより、母材１１は、ワークホルダ２４の収容凹部３４内に配置される。次に、図６及び図８に示すように、母材１１の窪み部１１ｃに、溶液２３が、所定量（例えば数ｃｃ）供給され、その後、レンズ型治具２５が、ワークホルダ本体３１の上面３１ａに置かれ、段部３２ａに取り囲まれる（ステップＳ３）。これにより、ワークホルダ２４に対する母材１１の位置決めと、ワークホルダ２４に対するレンズ型治具２５の位置決めと、が完了する。また、内側面１１ｅに溶液２３が接触した状態となる。

次に、図６及び図３に示すように、ＬＥＤホルダ２７が、ワークホルダ２４に装着される（ステップＳ４）。具体的には、アダプタ２８の第１嵌合部７８が、ワークホルダ２４の受け部３３の外周部に嵌合されるとともに、アダプタ２８の第２嵌合部８０が、ＬＥＤホルダ本体４１の下端部に嵌合される。アダプタ２８の環状凸部７９は、受け部３３を受け、且つ、受け部４２を受ける。これにより、発光装置２９と、母材１１との位置決めが完了する。

次に、図５及び図６に示すように、溶液２３、及び母材１１の内側面１１ｅに向けて、紫外線が直接放射される（ステップＳ５）。具体的には、電源装置２１から供給される電力によって、各紫外線ＬＥＤ素子６０が紫外線を放射する。これにより、溶液２３に含まれるモノマーに、グラフト重合反応が生じる。その結果、母材１１の内側面１１ｅに、高分子層１２が完成する。

尚、高分子層１２が形成された母材１１は、ワークホルダ２４からＬＥＤホルダ２７及びレンズ型治具２５が取り外された後で、ワークホルダ２４から取り出すことができる。

以上説明した膜製造装置１０によると、複数の紫外線ＬＥＤ素子６０によって、紫外線を放射させるようになっている。各紫外線ＬＥＤ素子６０は、ライナー３の母材１１に対して、十分に小さい形状に形成される。したがって、ライナー３を製造するために、ライナー３の母材１１の形状よりも格段に大きい形状の高圧水銀ランプ等を用いる必要が無い。また、各紫外線ＬＥＤ素子６０の形状が小さいので、複数の紫外線ＬＥＤ素子６０を配置した場合でも、複数の紫外線ＬＥＤ素子６０が全体として占めるスペースは、小さくて済む。しかも、紫外線ＬＥＤ素子６０であれば、高圧水銀ランプと比べて発熱量が格段に小さく、チラー等の大がかりな冷却装置を用意する必要が無い。その結果、紫外線放射のための構成の小型化を通じて、膜製造装置１０の小型化を達成できる。

また、紫外線ＬＥＤ素子６０であれば、当該紫外線ＬＥＤ素子６０へ供給される電流の調整等によって、紫外線ＬＥＤ素子６０の輝度を、容易に微調整することができる。このため、溶液２３における紫外線の照度を正確に、且つ、容易に調整することができる。その結果、均一な厚みを有する高分子層１２を、容易に形成することができる。

また、各紫外線ＬＥＤ素子６０は、高圧水銀ランプと比べて、放射する光の指向性が高く、紫外線を、より均一な強度で放射することができる。しかも、複数の紫外線ＬＥＤ素子６０を、互いに離隔して配置している。その結果、均一な強さの紫外線を、広い範囲に亘って放射することができる。これにより、母材１１の内側面１１ｅにおいて、光グラフト重合の進行度合いを、より均一にすることができる。よって、母材１１の内側面１１ｅに、均一な厚みの高分子層１２を形成することができる。

また、紫外線ＬＥＤ素子６０から放射される紫外線の波長幅は、高圧水銀ランプから放射される紫外線の波長幅と比べて、格段に狭い。このため、紫外線ＬＥＤ素子６０は、光グラフト重合に必要ないとされる、ＵＶ−Ｂ領域の紫外線を放射しない構成とすることができる。その結果、ワークホルダ２４等、紫外線ＬＥＤ素子６０からの光が照射される、膜製造装置１０の各部材について、ＵＶ−Ｂ領域の紫外線に起因する設備の劣化を抑制することができる。その上、ライナー３の製造作業者を、ＵＶ−Ｂ領域の紫外線に晒すことを抑制できるので、製造作業者の健康管理の点からも、好ましい。

また、各紫外線ＬＥＤ素子６０は、丈夫な基板５７上に実装されており、大きくて脆いガラス部分を有する高圧水銀ランプと比べて、取り扱いが容易である。その上、前述したように、チラー等、紫外線ＬＥＤ素子６０を冷却するためのガラス部分が不要である。その結果、紫外線ＬＥＤ素子６０を用いることで、破損による故障を生じ難くすることができる。その上、高圧水銀ランプの寿命に比べて、数倍（例えば、５倍）の寿命を有する紫外線ＬＥＤ素子６０を用いることにより、紫外線ＬＥＤ素子６０の寿命による故障は、より少なくて済む。

従って、膜製造装置１０において、小型化を達成でき、紫外線の照射強度を正確にコントロールでき、均一な厚みの高分子層１２を形成でき、紫外線に起因する、設備及び作業者への影響を抑制でき、且つ、故障を生じ難くできる。

また、膜製造装置１０によると、ＬＥＤホルダ２７によって、複数の紫外線ＬＥＤ素子６０を、一括して操作することができる。これにより、複数の紫外線ＬＥＤ素子６０を、母材１１、及びワークホルダ２４に対して一括して変位させることができる。したがって、作業者による、複数の紫外線ＬＥＤ素子６０の取り扱いを、より容易にすることができる。

また、膜製造装置１０によると、溶液２３及び母材１１の内側面１１ｅにおける紫外線の照度を調整するための調整機構が設けられている。このように、溶液２３及び内側面１１ｅにおける紫外線の照度を調整可能とすることで、光グラフト重合によって形成される高分子層１２の厚みの均一さの度合いを、より高くすることができる。特に、母材１１の内側面１１ｅが平坦ではない。よって、内側面１１ｅの形状に応じて紫外線ＬＥＤ素子６１の照度を調整することが、内側面１１ｅに形成される高分子層１２の厚みの均一さの度合いをより高くするのに好適である。

特に、本実施形態では、紫外線ＬＥＤ素子６１に供給される電流が、紫外線ＬＥＤ素子６２〜６６に供給される電流と異なるように構成されている。このように、電力調整による輝度の調整が容易なＬＥＤを用いて、紫外線ＬＥＤ素子６０を構成している。これにより、溶液２３及び母材１１の内側面１１ｅにおける紫外線の照度を、容易に調整できる。その結果、溶液２３及び母材１１の内側面１１ｅにおける紫外線の照度を、容易に調整できる。これにより、溶液２３及び母材１１の内側面１１ｅにおける紫外線の照度を、より均一にできる。

また、膜製造装置１０によると、光遮蔽部材４５が設けられていることにより、紫外線ＬＥＤ素子６０とワークホルダ２４との間の光放射空間３６に、紫外線ＬＥＤ素子６０からの光以外の光が侵入することを防止できる。これにより、外部からの不要な紫外線に起因する、溶液２３及び内側面１１ｅでの不均一なグラフト重合反応を、防止できる。その結果、高分子層１２の厚みを、より均一にすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したけれども、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。

（１）上記実施形態では、内側面１１ｅにおける紫外線の照度を調整するために、各紫外線ＬＥＤ素子６０のうちの一部の紫外線ＬＥＤ素子６１に供給される電力を、他の紫外線ＬＥＤ素子６２〜６６に供給される電力よりも大きくする形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、図９に示すように、複数の紫外線ＬＥＤ素子６０を、対向方向Ａ１において、少なくとも２箇所に配置することで、上記照度を調整する調整機構を形成してもよい。

尚、以下では、図１〜図８に示す実施形態と異なる点について主に説明し、同様の構成には、図に同一の符号を付して、説明を省略する。図９に示すように、紫外線ＬＥＤ素子６１は、ＬＥＤホルダ２７の台座部４４から延びる延長部８１に固定されている。延長部８１は、ＬＥＤホルダ本体４１の台座部４４から下方に延びるブロック状の部分である。延長部８１の下面に、紫外線ＬＥＤ素子６１を含むＬＥＤユニット５１が固定されている。台座部４４からの延長部８１の長さは、母材１１の端面１１ｂから内側面１１ｅの底部までの距離等に応じて、適宜設定される。上記の構成により、台座部４４と、延長部８１とが、調整機構を構成している。

このように、複数の紫外線ＬＥＤ素子６０は、対向方向Ａ１において、少なくとも２箇所に配置される。即ち、複数の紫外線ＬＥＤ素子６１〜６６の位置を、対向方向Ａ１において異ならせるという簡易な構成によって、溶液２３及び内側面１１ｅにおける紫外線の照度を、より均一にすることが可能となる。特に、平坦ではなく、一部の紫外線ＬＥＤ素子６０からの光によって影ができる内側面１１ｅに対して、複数の紫外線ＬＥＤ素子６０の位置を、上記のように異ならせることにより、内側面１１ｅにおける紫外線の照度を、容易に均一にすることができる。

（２）また、上述の実施形態では、凹湾曲状の内側面に高分子層を形成する形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。本発明の膜製造装置は、所定箇所が平坦面である母材に高分子層を形成することができ、また、所定箇所が、平坦形状以外の形状である母材に高分子層を形成することができる。所定箇所の形状は、単純な形状であってもよいし、複雑な起伏形状であってもよい。この場合、所定箇所の形状に合わせて、ＬＥＤホルダに対する各紫外線ＬＥＤ素子の位置を変更すること、及び各紫外線ＬＥＤ素子の輝度を変更することの少なくとも一方を適用するという簡易な構成で、所定箇所の形状の異なる複数の母材に対して、均一な厚みの高分子層を形成することができる。

（３）上述の実施形態では、母材１１の内側面１１ｅにおける紫外線の強さを調整するための構成が設けられる形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、ＬＥＤユニット５０（５１，５２，５３，５４，５５，５６）を、台座部４４上に配置し、且つ、各紫外線ＬＥＤ素子６０に供給される電流を均一にしてもよい。

（４）また、上述の実施形態では、膜製造装置によって高分子層が形成される人工関節コンポーネントとして、人工股関節のライナーを例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、上記の人工関節コンポーネントとして、人工肩関節、人工膝関節、人工肘関節、人工足関節、人工指関節等における、摺動面を有するコンポーネントを挙げることができる。

本発明は、人工関節コンポーネントの製造に用いられる膜製造装置、及び人工関節コンポーネントの製造方法として、広く適用することができる。

３ ライナー（人工関節コンポーネント）
６ 摺動面
１０ 膜製造装置
１１ 母材（ワーク）
１１ｅ 内側面（高分子層が形成される所定箇所）
１２ 高分子層
２３ 溶液
２４ ワークホルダ
６０ 紫外線ＬＥＤ素子

Claims (4)

1. 人工関節コンポーネントの母材であるワークの表面に、摺動面を構成する高分子層を光グラフト重合によって形成するための膜製造装置であって、
   紫外線を放射するように構成された、複数の紫外線ＬＥＤ素子と、
   前記ワークを、前記高分子層が形成される所定箇所に高分子モノマーを含む溶液を接触させた状態で保持するためのワークホルダと、を備え、
   複数の前記紫外線ＬＥＤ素子は、互いに離隔して配置されており、各前記紫外線ＬＥＤ素子が単独で照射する領域よりも広い領域に前記紫外線を照射することにより、前記溶液に前記紫外線を照射するように構成されており、
   複数の前記ＬＥＤ素子として、前記ワークに形成された窪み部の底部と向かい合って配置されるための対向ＬＥＤ素子と、当該対向ＬＥＤ素子の周囲を取り囲むように配置された周囲ＬＥＤ素子と、が設けられ、
   前記溶液における前記紫外線の照度を調整するための調整機構がさらに設けられており、
   前記調整機構は、前記対向ＬＥＤ素子へ供給する電力と前記周囲ＬＥＤ素子へ供給する電力とを異ならせることが可能に構成されているか、または、複数の前記紫外線ＬＥＤ素子と前記ワークホルダとが向かい合う対向方向において、前記対向ＬＥＤ素子の位置と、前記周囲ＬＥＤ素子の位置とを異ならせており、
   前記ワークホルダは、前記ワークを収容するように構成され複数の前記紫外線ＬＥＤ素子に向けて開放された収容凹部を含み、
   前記ワークホルダは、前記収容凹部の底側と向かい合うように配置された底壁および前記収容凹部の周囲を取り囲むように配置された周壁を有するヒータによって、前記収容凹部の底側および前記収容凹部の外周側から加熱され、この加熱によって前記溶液を加熱することを特徴とする、膜製造装置。
2. 請求項１に記載の膜製造装置であって、
   複数の前記紫外線ＬＥＤ素子を一括して保持するＬＥＤホルダと、
   複数の前記紫外線ＬＥＤ素子と、前記ワークホルダとの間の空間を、外部の空間から光学的に遮蔽する光遮蔽部材と、を更に備え、
   前記光遮蔽部材は、前記ＬＥＤホルダの外周部に形成された台座部と、前記ワークホルダの外周部に形成されたフランジ部と、このフランジ部を支持し前記収容凹部を含むワークホルダ本体と、前記ワークホルダと前記ＬＥＤホルダとを連結するとともに前記ワークホルダと前記ＬＥＤホルダとを位置決めする筒状のアダプタと、を含み、
   前記アダプタは、前記フランジ部から延びる受け部に受けられているとともに、前記台座部から延びる受け部に受けられており、前記ＬＥＤホルダと前記ワークホルダとの間を塞いでいることを特徴とする、膜製造装置。
3. 請求項２に記載の膜製造装置であって、
   前記収容凹部には、前記ワークの外周縁部が置かれる環状の段部が形成されており、
   各前記周囲ＬＥＤ素子の全てが、前記段部と前記対向方向に沿って真っ直ぐに向かい合っており、
   前記対向ＬＥＤ素子は、前記収容凹部の奥部と前記対向方向に沿って真っ直ぐに向かい合っていることを特徴とする、膜製造装置。
4. 光グラフト重合によって形成された高分子層が摺動面として用いられる人工関節コンポーネントの製造方法であって、
   人工関節コンポーネントの母材において前記高分子層が形成される所定箇所に、高分子モノマーを含む溶液を接触させる溶液供給ステップと、
   互いに離隔して配置された複数の紫外線ＬＥＤ素子によって、各前記紫外線ＬＥＤ素子が単独で照射する領域よりも広い領域に紫外線を照射することにより、前記溶液に前記紫外線を照射する照射ステップと、
   を含み、
   複数の前記ＬＥＤ素子として、前記母材に形成された窪み部の底部と向かい合って配置されるための対向ＬＥＤ素子と、当該対向ＬＥＤ素子の周囲を取り囲むように配置された周囲ＬＥＤ素子と、が用いられ、
   前記溶液における前記紫外線の照度を調整するための調整ステップをさらに含み、
   前記調整ステップは、前記対向ＬＥＤ素子へ供給する電力と前記周囲ＬＥＤ素子へ供給する電力とを異ならせるか、または、前記高分子層が形成される所定箇所に前記高分子モノマーを含む溶液を接触させた状態で保持するためのワークホルダと複数の前記紫外線ＬＥＤ素子とが向かい合う対向方向において、前記対向ＬＥＤ素子の位置と、前記周囲ＬＥＤ素子の位置とを異ならせ、
   前記ワークホルダは、前記ワークを収容するように構成され複数の前記紫外線ＬＥＤ素子に向けて開放された収容凹部を含み、
   前記照射ステップでは、前記ワークホルダは、前記収容凹部の底側と向かい合うように配置された底壁および前記収容凹部を取り囲むように配置された周壁を有するヒータによって、前記収容凹部の底側および前記収容凹部の外周側から加熱され、この加熱によって前記溶液を加熱することを特徴とする、人工関節コンポーネントの製造方法。
   

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