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精密加工

人工関節の摺動部の摩耗発生を排除する技術の確立により再置換手術の必要がない、長寿命の人工股関節の実現を目指す

岡山県

ナカシマメディカル株式会社

2020年3月19日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 ELID研削を用いた高能率・高精度表面処理による人工関節摺動面加工プロセスの構築
基盤技術分野 精密加工
対象となる産業分野 医療・健康・介護
事業化状況 実用化に成功し事業化に向けて取り組み中
事業実施年度 平成22年度~平成23年度

プロジェクトの詳細

事業概要

国内では、年間約15万人を超える重度な関節疾患の患者に対し、除痛と関節機能の回復を目的に人工関節置換術が行われている。その一方で、人工関節摺動面の摩耗によるインプラントの弛緩や金属イオン溶出による人体への悪影響が懸念されている。そこで、ELID研削を用いて、人工関節摺動部の複雑曲面や凹凸面への応用を図ると同時に、加工時の表面硬度の上昇や不動態皮膜の形成により、前述の課題を解決する

開発した技術のポイント

ELID 研削を用いて高能率・高精度表面処理による人工関節摺動面加工プロセスの構築を目指す
・複雑局面形状及び表面改質材への応用 → ELID加工品にて表面粗さRa<0.02μm、形状精度<0.01mm
・ELID 研削表面における摺動特性評価 → 多面的なデータを総合的に評価、加工ノウハウの蓄積
・金属イオン溶出、生体安全性の検証 → 金属イオン溶出量抑制、アレルギー反応抑制

(新技術)
<電解インプロセスドレッシング研削>
(Electrolytic In-process Dressing)
特徴
・高い形状精度と同時に表面粗度の向上が実現可能である
・加工時と同時に表面改質(酸化被膜)効果が期待される
・研削と研磨を1工程で行うことが可能であり、加工工程の短縮が見込めるため、低コスト化が期待される
・砥石の目詰まりが抑制されるため、加工表面の表面性状が安定する

具体的な成果

・複雑曲面形状及び表面改質材への応用
-人工関節の凸面(骨頭)・凹面(臼蓋側カップ)・複雑(大腿骨コンポーネント)形状に対しELID研削加工を試み、表面粗さRa<0.02μm、形状精度<0.01mmを達成
ELID研削表面における摺動特性評価
-シミュレータ試験により、摩耗は摺動初期に発生し、なじみの進行により潤滑状態が改善する例を確認
-HIPシミュレータ試験を行ったCo-Cr合金の骨頭は、ELID処理を施すことで、変質層が減少することを確認
-カップ自身にELID処理を行わなくても、組合せる骨頭にELID処理を施すことで、結晶相転移が防止されることを確認
-Co-Cr合金にELID研削を施したところ、材料特性評価ではLow-C材よりHi-C材の方が悪い耐食性であること、両材にELID研削を施すことで耐食性・耐摩耗性向上につながること等が明らかに
・金属イオン溶出、生体安全性の検証
-擬似体液中で溶出される金属イオン濃度を評価
-Co-Cr合金単体の評価では、酸化被膜の膜圧化が金属イオン溶出量低減に結び付くことを確認
-動物試験(in vitro及びin vivo)による生体安全性検証の結果、病理標本ではELID処理により線維細胞様の被膜が生じ、金属の溶出を抑制

知財出願や広報活動等の状況

論文:Mizutani et al, Surface generating process of hyper-hemispherical shape for artificial hip joints with high smoothness and biocompatibility

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

・実用化に成功。H29年度の事業化を目指す
・人工股関節のサンプルあり

製品・サービスのPRポイント

精度向上 → 表面精度 表面粗さRa<0.02m、形状精度<0.01mm

今後の実用化・事業化の見通し

さらなる性能向上に向けた補完研究を実施中
・製品の一応の完成はみたが、さらに性能を上げるための検討を進めている
・部品の耐摩耗性向上と精度向上を目指し、研究を継続
・特殊な症例(例:高い運動性を持つ患者)に対しての製品化を検討中

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 ナカシマメディカル株式会社
事業管理機関 公益財団法人岡山県産業振興財団
研究等実施機関 国立研究開発法人理化学研究所
学校法人加計学園岡山理科大学 工学部
国立大学法人岡山大学 医学部整形外科
学校法人上智大学 理工学部
学校法人福岡大学 工学部

サポイン事業者 企業情報

企業名 ナカシマメディカル株式会社
事業内容 人工関節、骨接合部材の製造販売
本社所在地 〒709-0625 岡山県岡山市東区上道北方688-1
ホームページ http://www.medical.nakashima.co.jp
連絡先窓口 開発部開発グループ課長 西村直之
メールアドレス n-nishimura@nakashima.co.jp
電話番号 086-286-9200