研究開発された技術紹介

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

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

・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

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

・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

精度向上 → 表面精度 表面粗さRa＜0.02m、形状精度＜0.01mm

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