ヒンジ構造
本発明は、第１の剛体と、第２の剛体と、第１の剛体および第２の剛体に連結され、第１の剛体および第２の剛体の、互いに対する実質的な二次元の回転を可能にする接合部材とを含む、ヒンジに関する。接合部材は、回転によって曲げることができるＨＰＰＥ繊維を含む。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ヒンジに関し、特に、ポリエチレンを含むヒンジに関する。本発明は、また、そのようなヒンジを含む医療装置などの、そのようなヒンジを含む装置に関し、特に、そのようなヒンジを含む人工指関節に関する。
【０００２】
人工関節などの医療製品では、典型的に、高分子と金属合金との組み合わせを利用する。金属合金は関節に用いられ、高分子は軟質ソケットとして用いられる。使用時、高分子部分は金属関節部分に対して摩耗し、時間の経過とともに高分子の超微粒子が体内に放たれる。これらの微粒子は、周囲骨の再吸収を引き起こすことが知られている。これが義肢部品の緩みにつながり、再置換術すら必要となる可能性もある。
【０００３】
国際公開第２００７／００２４０９号パンフレットおよび米国特許出願公開第２００７０１６１９３号明細書は、患者の脊椎の少なくとも２つの椎骨を柔軟に連結するためのインプラント装置を開示している。装置は部分的に折り畳まれた領域により連結される２つのロッドを含む。２つのロッドは椎弓根スクリューに連結され、それはさらに椎骨に連結される。装置の少なくとも一部は、チタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、超高分子量ポリエチレンおよびポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）からなる群から構成されうる。そのような装置は使用時に繰り返し曲げられるため、曲げ疲労に対して高い抵抗を有する必要がある。当業界においては、曲げ疲労抵抗を向上させた装置が必要とされている。
【０００４】
本発明の目的は、機械的特性を向上させたヒンジを提供することである。
【０００５】
本発明による目的は、第１の剛体と、第２の剛体と、第１の剛体および第２の剛体に連結され、第１の剛体および第２の剛体の、互いに対する実質的に二次元の回転を可能にする接合部材とを含むヒンジにより達成され、接合部材は回転により曲げることができる高性能ポリエチレン（ＨＰＰＥ）繊維を含む。
【０００６】
本発明によれば、接合部材内のＨＰＰＥ繊維は、第２の（第１の）剛体に対する第１の（第２の）剛体の動きにより曲げられる。第１の剛体および第２の剛体は回転軸を中心として互いに対して回転する。回転は、好ましくは、特定の固定角度内に限定されてもよい。回転角は任意の適切な手段により限定されてもよい。固定角度内のみの回転を可能にするため、接合部材の寸法および構造を第１および第２の剛体間の距離に対して選択してもよい。第１および第２の剛体は、さらなる回転を防ぐため互いに固定角度で単に接してもよい。接合部材は、それ自体が特定の程度までのみの変形を可能にする弾性を有してもよい。当業者は回転角度をどのように限定するかを理解しており、したがってそれは本明細書中に詳細に記載されない。
【０００７】
国際公開第２００７／００２４０９号パンフレットおよび米国特許出願公開第２００７０１６１９３号明細書で提案される超高分子量ポリエチレンは単に微粒子粉体を意味することを認識すべきである。開示には、超高分子量ポリエチレン出発物質が微粒子粉体以外のいずれかの形態となりうるという指示、教示または提案はない。例えば、記載されている唯一の繊維質材料は炭素繊維複合材である。ＵＨＭＷＰＥ粉体はＨＰＰＥ繊維ではない。特に特性および処理が完全に異なる。
【０００８】
接合部材内のＨＰＰＥ繊維は、曲げ疲労に対して非常に高い抵抗を示す。ヒンジの最も重要な機能は、破断することなく多数回曲げることができることであるため、これは極めて有利である。
【０００９】
本発明の文脈内において、ファイバは、不定の長さの細長い物体を意味し、幅および厚さよりもかなり長い長さ寸法を有すると理解される。用語ファイバは、したがってモノフィラメント、マルチフィラメント糸、リボン、ストリップまたはテープ等を含み、規則的なまたは不規則な断面を有しうる。用語ファイバは、また、上記いずれか１つの複数または組み合わせを含む。
【００１０】
モノフィラメントまたはテープのようなファイバの形態を有するファイバは様々な繊度のものとすることができるが、一般に、１０〜数千ｄｔｅｘの範囲、好ましくは１００〜２５００ｄｔｅｘの範囲、より好ましくは２００〜２０００ｄｔｅｘの繊度を有する。マルチフィラメント糸は、それぞれが一般に、０．２〜２５ｄｔｅｘの範囲、好ましくは約０．５〜２０ｄｔｅｘの繊度を有する複数のフィラメントを含む。マルチフィラメント糸の繊度はまた、例えば、１０から数千ｄｔｅｘまで幅広く変化してもよいが、好ましくは、約２００〜４０００ｄｔｅｘの範囲内、より好ましくは３００〜３０００ｄｔｅｘである。
【００１１】
本明細書中においてＨＰＰＥファイバは、ポリエチレンから作られ、かつ少なくとも１．５Ｎ／ｔｅｘ、好ましくは少なくとも２．０Ｎ／ｔｅｘ、より好ましくは少なくとも２．５Ｎ／ｔｅｘまたはさらには少なくとも３．０Ｎ／ｔｅｘのテナシティを有するファイバであると理解される。ファイバの引張強度、また単に強度、またはテナシティはＡＳＴＭ Ｄ８８５−８５またはＤ２２５６−９７を基にした公知の方法により求められる。ＨＰＰＥファイバのテナシティの上限に根拠はないが、利用できるファイバは一般にテナシティが多くて約５〜６Ｎ／ｔｅｘのものである。ＨＰＰＥファイバは、また、例えば、少なくとも７５Ｎ／ｔｅｘ、好ましくは少なくとも１００または少なくとも１２５Ｎ／ｔｅｘという高い引張係数を有する。ＨＰＰＥファイバはまた高弾性率ポリエチレンファイバとも呼ばれる。
【００１２】
ＨＰＰＥファイバは超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）の溶液を適切な溶剤内でゲルファイバに紡糸し、部分的または完全に溶剤を除去する前、間および／または後にファイバを延伸することにより作製でき、それはいわゆるゲル紡糸法による。ＵＨＭＷＰＥの溶液のゲル紡糸は当業者に周知であり、欧州特許出願公開第０２０５９６０Ａ号明細書、欧州特許出願公開第０２１３２０８Ａ１号明細書、米国特許第４４１３１１０号明細書、英国特許出願公開第２０４２４１４Ａ号明細書、欧州特許第０２００５４７Ｂ１号明細書、欧州特許第０４７２１１４Ｂ）号明細書、国際公開第０１／７３１７３Ａ１号パンフレットを含む多数の公報およびＡｄｖａｎｃｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｓｐｉｎｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｅｄ．Ｔ．Ｎａｋａｊｉｍａ、Ｗｏｏｄｈｅａｄ Ｐｕｂｌ． Ｌｔｄ（１９９４）、ＩＳＢＮ１−８５５−７３１８２−７、およびそれらに引用される参考文献内に記載されており、その全てを参照により本明細書中に組み込む。
【００１３】
ＵＨＭＷＰＥは、少なくとも５ｄｌ／ｇ、好ましくは約８〜４０ｄｌ／ｇの固有粘度（ＩＶ、デカリン中溶液を１３５℃で測定したもの）を有するポリエチレンであると理解される。固有粘度は、ＭｎおよびＭｗのような実際のモル質量パラメータよりも簡易に求められるモル質量（分子量とも呼ばれる）の尺度である。ＩＶとＭｗの間にはいくつかの経験的関係があるが、そのような関係はモル質量分布に依存する。式Ｍｗ＝５．３７＊１０４［ＩＶ］１.３７（欧州特許出願公開第０５０４９５４Ａ１号明細書を参照）に基づくと、８ｄｌ／ｇのＩＶは約９３０ｋｇ／ｍｏｌのＭｗに等しくなる。好ましくは、ＵＨＭＷＰＥは炭素原子１００個当たりに１つ未満の分岐、好ましくは炭素原子３００個当たりに１つ未満の分岐を有する線状ポリエチレンであり、１つの分岐または側鎖または鎖分岐が通常少なくとも１０個の炭素原子を含む。線状ポリエチレンは、５モル％までのプロピレン、ブテン、ペンテン、４−メチルペンテンまたはオクテンのようなアルケンなどの１つまたは複数のコモノマーをさらに含んでもよい。
【００１４】
ＨＰＰＥ繊維がゲル紡糸法により作製される場合、残留溶剤含有量は好ましくは多くて１００ｐｐｍである。これはヒンジが医療用途で使用される場合に特に重要である。本明細書中において残留溶剤含有量とは、ＨＰＰＥ繊維を作製するのに使用され、最終繊維内に依然残っている溶剤の含有量を意味すると理解される。糸を作製する工程において、ＵＨＭｗＰＥのゲル紡糸用として公知の溶剤であれば何でも使用することができる。
【００１５】
テナシティなどの機械的特性はゲル紡糸法により作製されるＨＰＰＥファイバと比較するとより制限されるが、ＨＰＰＥ繊維は、高分子量を有するポリエチレンの溶融紡糸により作製することもできる。溶融紡糸されうるポリエチレンの分子量の上限はＵＨＭＷＰＥの分子量の範囲内とすることができるが、ゲル紡糸法の限度よりも低い。溶融紡糸されるＨＰＰＥ繊維は、上に定義したようなＵＨＭＷＰＥよりも低い分子量を有するポリエチレンからも作製されうる。溶融紡糸法は、当技術分野において広く知られており、ＰＥ融液を形成するためＰＥ組成物を加熱し、ＰＥ融液を押出し、固化したＰＥを得るため押出された融液を冷却し、固化したＰＥを少なくとも１回延伸することを含む。方法は、例えば、その内容を参照により本明細書中に組み込む、欧州特許出願公開第１４４５３５６Ａ１号明細書および欧州特許出願公開第１７４３６５９Ａ１号明細書に言及されている。
【００１６】
一実施形態において、ＵＨＭＷＰＥは少量、好ましくは炭素原子１０００個当たり少なくとも０．２、または少なくとも０．３の、ペンダント側基のような比較的小さな基、好ましくはＣ１〜Ｃ４のアルキル基を含む。そのようなファイバは、高い強度およびクリープ抵抗という有利な組み合わせを示す。大きすぎる側基または多すぎる側基の量は、しかしながら、ファイバ作製の工程にマイナスに影響する。この理由のため、ＵＨＭＷＰＥは、好ましくはメチルまたはエチル側基、より好ましくはメチル側基を含む。側基の量は炭素原子１０００個当たり、好ましくは多くて２０、より好ましくは多くて１０、５または多くて３である。
【００１７】
ＨＰＰＥファイバは、少量、概して５質量％よりも少ない、好ましくは３質量％よりも少ない、酸化防止剤、熱安定剤、着色剤、流れ促進剤（ｆｌｏｗ ｐｒｏｍｏｔｅｒ)等などの慣習的な添加物をさらに含んでもよい。ＵＨＭＷＰＥは単一ポリマーグレードとすることができるが、例えば、ＩＶまたはモル質量分布および／または型およびコモノマーまたは側基の数が異なる、２つ以上の異なるポリエチレングレードの混合物とすることもできる。
【００１８】
本発明によるヒンジは、それぞれが互いに係合するため特別に適応させた形状を有する２つの部材を含む接合部を有する一般的な従来のヒンジの構造を必要としない。一般に、従来のヒンジの接合部は、円筒状の部分を有する第１の部材および管部分を有する第２の部材を含み、円筒状の部分は管部分の内部に受容され、かつ円筒状の部分は管部分の中心において回転軸を中心として回転する。従来のヒンジとは異なり、本発明によるヒンジの接合部材は回転により曲げられる１つの一体型の物体からなってもよく、これはヒンジがはるかに単純な構造を有するという重要な利点を付与する。接合部材が１つの一体型の物体であるとは、本明細書中では、接合部材が回転を可能にするため曲げられる１つの分離不可能な要素からなることを意味する。
【００１９】
第１および第２の剛体は適切であれば、金属、セラミックおよび高分子およびそれらを組み合わせたものを含むいかなる材料で作られてもよい。剛体が剛体の回転運動により接合部材のＨＰＰＥ繊維と接する実施形態には非金属材料が好適である。これは剛体が接合部材と研磨接触することに起因する接合部材のさらなる摩耗を考慮するものである。さらに、本発明による剛体の回転運動は剛体の大きなかつ制御可能な可動域につながる。
【００２０】
第１の剛体および／または第２の剛体は、圧縮成形されたＨＰＰＥ繊維を含むことが好ましい。圧縮成形されたＨＰＰＥ繊維の少なくとも一部は剛体の表面に配置されることが好ましい。圧縮成形されたとは、本明細書中では、ＨＰＰＥ繊維が特定の形状に配置され、高温で高圧に晒されて少なくとも部分的に融解しあい、１つの物体を形成することを意味する。圧力および温度は、ＨＰＰＥ繊維のテナシティなどの機械的特性が大幅に低下しない範囲内で選択されることが好ましい。この実施形態は剛体が高い耐摩耗性を有するという利点を有する。また、この実施形態は、剛体を、医療用途における使用に好ましくない可能性のあるいかなる材料も使用することなく作製してもよいという重要な利点を有する。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、接合部材はＨＰＰＥ繊維を含む布帛を含む。当技術分野において織物または布とも呼ばれる布帛とは、本明細書中において、インターレース加工されたフィラメントまたは糸を含むシートのような構造であると理解され、前記布帛はその他の２つの寸法、すなわち軸方向寸法および横断寸法よりもかなり薄い厚さを有する。本発明の布帛は、当技術分野において公知のあらゆる構造のもの、例えば、織り、編み、組み、編込み、または不織またはそれらを組み合わせたものであってもよい。
【００２２】
さらなる実施形態において、接合部材はＨＰＰＥ繊維を含む糸を含む。糸とは、本明細書中において、その横断寸法がその長さよりもかなり短い、撚糸、撚合わせ、編組等による繊維から作られ、かつケーブルまたは組紐を含むあらゆる細長い物体を意味する。
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、ＨＰＰＥ繊維で作られた布帛または糸は第１および第２の剛体に直接連結される。これは、例えば、布帛の一部を第１および第２の剛体に植設することによりなされてもよい。本発明の１つの好適な実施形態によれば、ＨＰＰＥ繊維の少なくともいくらかが第１の剛体および／または第２の剛体内に延在する。剛体内に延在する接合部材内のＨＰＰＥ繊維は、接合部材と剛体間の強固な連結を設ける。
【００２４】
一方、ＨＰＰＥ繊維は、接合部材の曲げることができる部分内のみに使用されてもよい。これは費用の観点から有利となりうる。接合部材は、第１および第２の剛体に連結される、ＨＰＰＥ繊維以外のさらなる要素を含んでもよい。
【００２５】
繊維の少なくともいくつかは、回転軸に対して略垂直な向きで配置されることが好ましい。これらの繊維は曲げ疲労に対してさらなる抵抗を付与する。
【００２６】
好適な実施形態において、第１の剛体および／または第２の剛体は、樹脂に含浸させたＨＰＰＥ繊維を含む。そのような実施形態は、非常に簡単な方法で作製されうるという利点を有する。繊維は不規則にまたは特定の向きまたは構造に配置されてもよく、かつ樹脂を、例えば、繊維上に樹脂を単に流し込むことにより添加してもよい。また、樹脂に繊維を添加してもよく、この実施形態において順序は重要でないことが理解されるであろう。当業者に周知のように、種々のタイプの複合製造工程を使用することができる。硬化後、樹脂を、ヒンジの回転軸が生成されることになる、少なくとも１つのＨＰＰＥ繊維に交差する線で曲げてもよい。曲げまたは複数回の曲げの後、樹脂は最終的に破断する。樹脂の破断はＨＰＰＥ繊維の破断をもたらさず、接合部材には曲げることができるＨＰＰＥ繊維が設けられる。２つの部分に破断した樹脂は２つの剛体を設ける。一方、接合部材となる予定の繊維配列の一部は、樹脂を塗布することから除外してもよい。この場合、曲げの工程は必要なく、製造工程がより単純になりうる。樹脂は、生体適合性型の樹脂から選択されることが好ましい。２つの剛体間に繊維状の連結部を有する多くの幾何学的形状が可能である。
【００２７】
剛体を、樹脂を使用せずにＨＰＰＥ繊維から作製することもまた可能である。これは、例えば、上に言及したようなＨＰＰＥ繊維の圧縮成形によりなされうる。ＨＰＰＥ繊維は、所望の形状、例えば、板状部材に配置されてもよく、板状部材は、対向する縁端間に延在する１つの領域以外は結束させてもよい。領域の両側の結束された部分は第１の物体および第２の剛体を設け、結束されていない領域は接合部材を設ける。
【００２８】
さらなる実施形態において、接合部材は、ＨＰＰＥ繊維から形成される糸を含み、糸は互いに対する回転を可能にするよう第１の剛体と第２の剛体とを連結する。
【００２９】
糸は、糸から作られた結節により第１および／または第２の剛体に取付けられてもよい。これは多くの方法で実施されてもよい。例えば、剛体には穴が設けられてもよく、穴を通って糸が貫通し、糸が剛体から外れるのを防ぐために結節が作られる。例えば、糸が穴を貫通した後、穴の直径よりも大きな結節を作ることにより、糸が穴を有する剛体から外れることを防止する。第１および第２の剛体の両方に穴が設けられてもよく、２つの穴を貫通する糸からループが形成されてもよい。各剛体には少なくとも２つの穴が設けられ、２つの穴を通って糸が貫通することが好ましい。これが剛体の回転運動の軸を限定することを可能にする。
【００３０】
別の実施形態において、第１および／または第２の剛体は、その周りに結節が形成される突出部を含む。特に好適な実施形態において、第１および第２の剛体は一端において実質的にＴ形状を有し、第１および第２の剛体は、Ｔ形状の頭部が実質的に平行するような様式で配置され、第１および第２の剛体の頭部間の回転軸を中心とした回転を可能にするため、糸が頭部に巻回される。
【００３１】
別の好適な実施形態において、第１の剛体および第２の剛体のそれぞれは、実質的にシートのような部分を有する。第１の剛体および第２の剛体はシートのような形状を有することが好ましい。シートのような部分は、第１の面および第１の面の逆側に第２の面を有する。第１の剛体の第１の面および第２の剛体の第１の面は同じ側にある。接合部材は、少なくとも第１の部材および第２の部材を含む。第１の部材および第２の部材は、連結されるか、または分離されてもよい。第１の部材は、第１の剛体の第１の側から第２の剛体の第２の側へ延在する。第２の部材は、第１の剛体の第２の側から第２の剛体の第１の側へ延在する。接合部材は、第１の剛体から一方の側から第２の剛体の他方の側に延在するさらなる部材を含んでもよいことが理解されるであろう。
【００３２】
本発明はまた、本発明によるヒンジを含む医療装置に関する。接合部材は実質的にＨＰＰＥ繊維からなることが好ましい。第１および第２の剛体は、実質的に外科用ステンレス鋼、または高分子、好ましくはポリオレフィン、より好ましくはポリエチレン、最も好ましくは粉体ベースまたは繊維ベースのＵＨＭＷＰＥなどの生体適合性材料からなることが好ましい。最も好適な実施形態において、医療装置は実質的にＨＰＰＥ繊維からなる。例えば、第１および第２の剛体は圧縮成形されたＨＰＰＥ繊維から作られてもよい。これらの剛体は、次いで、ＨＰＰＥ繊維により連結されてもよい。一方、ＨＰＰＥ繊維は、所望の形状に配置されてもよく、剛体になる予定の部分は、例えば、圧縮成形により結束されてもよい。残りの部分はその可撓性を維持し、接合部材を設ける。
【００３３】
本発明は、また、本発明によるヒンジを備える人工関節に関する。
【００３４】
本発明は、また、本発明によるヒンジを備える人工指関節に関する。人工指関節の第１および第２の剛体は、実質的にＴ形状を有していることが好ましい。第１および第２の剛体は、Ｔ形状の頭部が実質的に平行するような様式で配置される。ＨＰＰＥ繊維から形成される糸は、第１および第２の剛体の頭部間の回転軸を中心とする回転を可能にするため頭部に巻回される。
【００３５】
本発明によるヒンジは、繰り返しの曲げを伴う種々の機械的な用途に使用することができる。例えば、本発明によるヒンジを含むロボットアームが特に有利である。特に、剛体の回転運動のための低摩耗と併せた、繰り返しの曲げを可能にする機能は本発明の主な利点である。ヒンジ構造の高い圧力においてさえも摩耗は低いままであることを認識すべきである。特に、医療用途においては、摩耗および関連する摩耗粒子の生成は重大な関心事であり、これは本発明により解決されうる。
【００３６】
本発明は、また、本発明によるヒンジを含む容器に関する。容器は、容器本体およびヒンジによって容器本体に対して可動な扉を含む。容器本体および扉はそれぞれ第１の剛体および第２の剛体を含む。第１の剛体および第２の剛体は、樹脂に含浸させたＨＰＰＥ繊維を含むことが好ましい。特に有利な実施形態において、容器は航空貨物容器である。航空貨物容器は、適切な方法で結束されたＨＰＰＥ繊維の網状組織で作られた１つの一体型の本体で作製されてもよい。これは特に、従来の航空貨物容器において使用される別個のヒンジが必要なく、航空貨物容器の構造がより簡単かつ頑丈になることにつながるという点において有利である。
【００３７】
以下、添付の図面を参照して本発明をさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のヒンジの実施形態の概略斜視図である。
【図２】本発明のヒンジのさらなる実施形態の概略斜視図である。
【図３ａ】図３ａおよび３ｂは本発明によるヒンジの剛体の実施形態を示し、図３ｃから３ｅは本発明のヒンジのさらなる実施形態を示し、図３ｆから３ｈは本発明による剛体および制御された動きを伴うヒンジのさらなる実施形態を示す。
【図３ｂ】図３ａおよび３ｂは本発明によるヒンジの剛体の実施形態を示し、図３ｃから３ｅは本発明のヒンジのさらなる実施形態を示し、図３ｆから３ｈは本発明による剛体および制御された動きを伴うヒンジのさらなる実施形態を示す。
【図３ｃ】図３ａおよび３ｂは本発明によるヒンジの剛体の実施形態を示し、図３ｃから３ｅは本発明のヒンジのさらなる実施形態を示し、図３ｆから３ｈは本発明による剛体および制御された動きを伴うヒンジのさらなる実施形態を示す。
【図３ｄ】図３ａおよび３ｂは本発明によるヒンジの剛体の実施形態を示し、図３ｃから３ｅは本発明のヒンジのさらなる実施形態を示し、図３ｆから３ｈは本発明による剛体および制御された動きを伴うヒンジのさらなる実施形態を示す。
【図３ｅ】図３ａおよび３ｂは本発明によるヒンジの剛体の実施形態を示し、図３ｃから３ｅは本発明のヒンジのさらなる実施形態を示し、図３ｆから３ｈは本発明による剛体および制御された動きを伴うヒンジのさらなる実施形態を示す。
【図３ｆ】図３ａおよび３ｂは本発明によるヒンジの剛体の実施形態を示し、図３ｃから３ｅは本発明のヒンジのさらなる実施形態を示し、図３ｆから３ｈは本発明による剛体および制御された動きを伴うヒンジのさらなる実施形態を示す。
【図３ｇ】図３ａおよび３ｂは本発明によるヒンジの剛体の実施形態を示し、図３ｃから３ｅは本発明のヒンジのさらなる実施形態を示し、図３ｆから３ｈは本発明による剛体および制御された動きを伴うヒンジのさらなる実施形態を示す。
【図３ｈ】図３ａおよび３ｂは本発明によるヒンジの剛体の実施形態を示し、図３ｃから３ｅは本発明のヒンジのさらなる実施形態を示し、図３ｆから３ｈは本発明による剛体および制御された動きを伴うヒンジのさらなる実施形態を示す。
【図４】本発明のヒンジのさらなる実施形態の頂面図を概略的に示す。
【図５ａ】図５ａおよび５ｂは本発明のヒンジの接合部材の実施形態の概略斜視図であり、図５ｃは本発明のヒンジのさらなる実施形態の概略斜視図である。
【図５ｂ】図５ａおよび５ｂは本発明のヒンジの接合部材の実施形態の概略斜視図であり、図５ｃは本発明のヒンジのさらなる実施形態の概略斜視図である。
【図５ｃ】図５ａおよび５ｂは本発明のヒンジの接合部材の実施形態の概略斜視図であり、図５ｃは本発明のヒンジのさらなる実施形態の概略斜視図である。
【図６ａ】図６ａおよび６ｂは本発明の容器の実施形態を示す。
【図６ｂ】図６ａおよび６ｂは本発明の容器の実施形態を示す。
【００３９】
実施形態の一致する要素には同じ参照符号が使用されていることに留意されたい。
【００４０】
図１を参照すると、本発明によるヒンジ１００の実施形態の斜視図が示される。ヒンジ１００は、第１の剛体１０および第２の剛体２０を含む。接合部材３０が第１および第２の剛体１０および２０を連結する。この実施形態において、接合部材３０は布帛の形態の可撓性のあるシート状材料である。第１の剛体１０と第２の剛体２０との間の接合部材３０の平面に実質的に平行して延在する回転軸４０が画定される。接合部材３０は、編み、織り等により一体構造に作製されたＨＰＰＥ繊維を含む。この実施形態において、ＨＰＰＥ繊維は、一体構造を保全し、かつＨＰＰＥ繊維を損傷から保護する別の可撓性のある物体に植設される。接合部材３０の可撓性のある本体は、第１および第２の剛体１０および２０に連結される。
【００４１】
この実施形態に対し、接合部材が実質的にＨＰＰＥ繊維の網状組織からなる、すなわちＨＰＰＥ繊維が別個の物体に植設されず、第１および第２の剛体１０および２０に直接連結される変形が可能であることが理解されるであろう。そのような場合において、ＨＰＰＥ繊維は、好ましくは第１および／または第２の剛体１０および２０内に、より好ましくは第１および第２の剛体１０および２０の両方に延在する。
【００４２】
図２は、本発明によるヒンジ１００のさらなる実施形態の斜視図を概略的に示すものである。ヒンジ１００の第１の剛体１０および第２の剛体２０は、例えば、樹脂で作られる。ＨＰＰＥ繊維が第１および第２の剛体１０および２０内に植設される。回転軸４０に沿って樹脂が破断され、第１および第２の剛体１０および２０間に境界が画定される。ＨＰＰＥ繊維の網状組織が接合部材３０を提供する。
【００４３】
図３ａおよび３ｂは、図３ｃ〜３ｅに示されるような、本発明によるヒンジ１００に使用される剛体１０を示す。図３ａおよび３ｂはそれぞれ剛体１０の側面図および頂面図を示す。剛体１０は上から見ると実質的にＴ形状である。剛体は、首部１２を介して体部１３に連結される頭部１１を含む。図３ｃは、剛体１０と実質的に同じ形状を有する剛体２０に連結される、図３ａおよび３ｂに示すような剛体１０を含むヒンジ１００の側面図を示す。連結はＨＰＰＥ繊維から作られる糸または葯部材（組紐などの）を含む接合部材３０により行われる。接合部材３０は剛体１０の頭部１１および剛体２０の頭部２１に巻回される。図３ｄはヒンジ１００の頂面図を示す。接合部材３０を巻くことにより、回転軸４０を中心とした回転が可能となる。図３ｅは、図３ｃと異なる回転位置におけるヒンジ１００の側面図を示す。
【００４４】
多くの用途において、本文書内の別の場所で記載するように、ヒンジの可動（回転）域を制御することが有利である。図３ｆは、可動域が限定される剛体１０の一実施形態を示す。図３ａの剛体１０のように、物体は（図３ｂに示すような）Ｔ形状であることが好ましい。物体は、頭部１１と、首部１２と、体部１３とを有する。図３ｇに示されるようなヒンジ構成で配置される場合、剛体１０および２０は互いに対して頭のフック部分で揃えられる。剛体の周りおよび間の、ＨＰＰＥ繊維を含む糸または組紐などのＨＰＰＥ繊維部材３２は、８の字のようなパターンで剛体１０および２０間の関係を維持する。この方法では、剛体１０および２０は下方に動く物体部分に一致する方向に回転することはできないが、図３ｈに示すように上方に容易に動いてもよい。図３ｇおよび３ｈに示される様式のヒンジ１００では、回転は基本的に１８０°に限定される。そのような構成は、例えば、指関節に非常に有用である。当業者は、頭の形状を変えることにより、可動域を、したがって例えば、０から９０°に、または−４５から＋４５°に容易に調節してもよいことを理解するであろう。
【００４５】
図４は、本発明によるヒンジ１００のさらなる実施形態の頂面図を示す。第１および第２の剛体１０および２０はそれぞれが穴１５および２５を含む。ＨＰＰＥ繊維で作られた糸または他の物体が穴１５と２５とを連結し、回転軸４０を中心とした回転が可能となるような方式で接合部材３０を形成する。
【００４６】
図５ａおよび５ｂは、本発明のヒンジの接合部材の実施形態の概略斜視図である。ＨＰＰＥ繊維を含む接合部材３０は、第１の部分３１と、第２の部分３２と、第１の部分３１と第２の部分３２とを連結する中間部分３３とを含むシート状材料である。第１の部分３１および第２の部分３２は中間部分３３に対して曲げることができ、接合部材３０は、曲げることにより、図５ａおよび５ｂに示される構成間で入れ替えてもよい。図５ｃは、図５ａに示される構成を有する３つの接合部材３０および図５ｂに示される構成を有する２つの接合部材３０を含む本発明のヒンジ１００のさらなる実施形態の概略斜視図である。第１の剛体１０および第２の剛体２０は両方とも第１の面および第１の面の逆側を向く第２の面を有するシート状材料の形状である。接合部材３０の中間部分３３は、第１および第２の剛体１０および２０の縁端間に挟まれる。３つの接合部材３０において、第１の部分３１は、第１の剛体１０の第１の面の一部分上に延在し、第２の部分３２は、第２の剛体１０の第２の面の一部分上に延在する。２つの接合部材３０において、第１の部分３１は、第１の剛体１０の第２の面の一部分上に延在し、第２の部分３２は、第２の剛体１０の第１の面の一部分上に延在する。第１の剛体１０および第２の剛体２０は、それによって互いに対して回転することが可能となる。第２の剛体２０は、回転軸４０ａを中心として反時計回り方向に、および回転軸４０ｂを中心として時計回り方向に回転することが可能となる。
【００４７】
図６ａおよび６ｂは、本発明の容器の実施形態を示す。図６ａおよび６ｂは、容器本体１０および扉２０を含む容器の形態のヒンジ１００を示す。図６ａにおいて、容器本体１０は、ＨＰＰＥ繊維の形態の接合部材３０によって扉２０に連結される。図６ｂにおいて、容器本体１０および扉２０は樹脂に含浸させたＨＰＰＥ繊維の網状組織からなる。図２について記載された実施形態と同様、樹脂は破断し、第１および第２の剛体１０および２０間に境界が画定され、容器本体１０に対する扉２０の回転軸４０が設けられる。ＨＰＰＥ繊維の網状組織は接合部材３０を設ける。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ヒンジに関し、特に、ポリエチレンを含むヒンジに関する。本発明は、また、そのようなヒンジを含む医療装置などの、そのようなヒンジを含む装置に関し、特に、そのようなヒンジを含む人工指関節に関する。
【０００２】
人工関節などの医療製品では、典型的に、高分子と金属合金との組み合わせを利用する。金属合金は関節に用いられ、高分子は軟質ソケットとして用いられる。使用時、高分子部分は金属関節部分に対して摩耗し、時間の経過とともに高分子の超微粒子が体内に放たれる。これらの微粒子は、周囲骨の再吸収を引き起こすことが知られている。これが義肢部品の緩みにつながり、再置換術すら必要となる可能性もある。
【０００３】
国際公開第２００７／００２４０９号パンフレットおよび米国特許出願公開第２００７０１６１９３号明細書は、患者の脊椎の少なくとも２つの椎骨を柔軟に連結するためのインプラント装置を開示している。装置は部分的に折り畳まれた領域により連結される２つのロッドを含む。２つのロッドは椎弓根スクリューに連結され、それはさらに椎骨に連結される。装置の少なくとも一部は、チタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、超高分子量ポリエチレンおよびポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）からなる群から構成されうる。そのような装置は使用時に繰り返し曲げられるため、曲げ疲労に対して高い抵抗を有する必要がある。当業界においては、曲げ疲労抵抗を向上させた装置が必要とされている。
【０００４】
本発明の目的は、機械的特性を向上させたヒンジを提供することである。
【０００５】
本発明による目的は、第１の剛体と、第２の剛体と、第１の剛体および第２の剛体に連結され、第１の剛体および第２の剛体の、互いに対する実質的に二次元の回転を可能にする接合部材とを含むヒンジにより達成され、接合部材は回転により曲げることができる高性能ポリエチレン（ＨＰＰＥ）繊維を含む。
【０００６】
本発明によれば、接合部材内のＨＰＰＥ繊維は、第２の（第１の）剛体に対する第１の（第２の）剛体の動きにより曲げられる。第１の剛体および第２の剛体は回転軸を中心として互いに対して回転する。回転は、好ましくは、特定の固定角度内に限定されてもよい。回転角は任意の適切な手段により限定されてもよい。固定角度内のみの回転を可能にするため、接合部材の寸法および構造を第１および第２の剛体間の距離に対して選択してもよい。第１および第２の剛体は、さらなる回転を防ぐため互いに固定角度で単に接してもよい。接合部材は、それ自体が特定の程度までのみの変形を可能にする弾性を有してもよい。当業者は回転角度をどのように限定するかを理解しており、したがってそれは本明細書中に詳細に記載されない。
【０００７】
国際公開第２００７／００２４０９号パンフレットおよび米国特許出願公開第２００７０１６１９３号明細書で提案される超高分子量ポリエチレンは単に微粒子粉体を意味することを認識すべきである。開示には、超高分子量ポリエチレン出発物質が微粒子粉体以外のいずれかの形態となりうるという指示、教示または提案はない。例えば、記載されている唯一の繊維質材料は炭素繊維複合材である。ＵＨＭＷＰＥ粉体はＨＰＰＥ繊維ではない。特に特性および処理が完全に異なる。
【０００８】
接合部材内のＨＰＰＥ繊維は、曲げ疲労に対して非常に高い抵抗を示す。ヒンジの最も重要な機能は、破断することなく多数回曲げることができることであるため、これは極めて有利である。
【０００９】
本発明の文脈内において、ファイバは、不定の長さの細長い物体を意味し、幅および厚さよりもかなり長い長さ寸法を有すると理解される。用語ファイバは、したがってモノフィラメント、マルチフィラメント糸、リボン、ストリップまたはテープ等を含み、規則的なまたは不規則な断面を有しうる。用語ファイバは、また、上記いずれか１つの複数または組み合わせを含む。
【００１０】
モノフィラメントまたはテープのようなファイバの形態を有するファイバは様々な繊度のものとすることができるが、一般に、１０〜数千ｄｔｅｘの範囲、好ましくは１００〜２５００ｄｔｅｘの範囲、より好ましくは２００〜２０００ｄｔｅｘの繊度を有する。マルチフィラメント糸は、それぞれが一般に、０．２〜２５ｄｔｅｘの範囲、好ましくは約０．５〜２０ｄｔｅｘの繊度を有する複数のフィラメントを含む。マルチフィラメント糸の繊度はまた、例えば、１０から数千ｄｔｅｘまで幅広く変化してもよいが、好ましくは、約２００〜４０００ｄｔｅｘの範囲内、より好ましくは３００〜３０００ｄｔｅｘである。
【００１１】
本明細書中においてＨＰＰＥファイバは、ポリエチレンから作られ、かつ少なくとも１．５Ｎ／ｔｅｘ、好ましくは少なくとも２．０Ｎ／ｔｅｘ、より好ましくは少なくとも２．５Ｎ／ｔｅｘまたはさらには少なくとも３．０Ｎ／ｔｅｘのテナシティを有するファイバであると理解される。ファイバの引張強度、また単に強度、またはテナシティはＡＳＴＭ Ｄ８８５−８５またはＤ２２５６−９７を基にした公知の方法により求められる。ＨＰＰＥファイバのテナシティの上限に根拠はないが、利用できるファイバは一般にテナシティが多くて約５〜６Ｎ／ｔｅｘのものである。ＨＰＰＥファイバは、また、例えば、少なくとも７５Ｎ／ｔｅｘ、好ましくは少なくとも１００または少なくとも１２５Ｎ／ｔｅｘという高い引張係数を有する。ＨＰＰＥファイバはまた高弾性率ポリエチレンファイバとも呼ばれる。
【００１２】
ＨＰＰＥファイバは超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）の溶液を適切な溶剤内でゲルファイバに紡糸し、部分的または完全に溶剤を除去する前、間および／または後にファイバを延伸することにより作製でき、それはいわゆるゲル紡糸法による。ＵＨＭＷＰＥの溶液のゲル紡糸は当業者に周知であり、欧州特許出願公開第０２０５９６０Ａ号明細書、欧州特許出願公開第０２１３２０８Ａ１号明細書、米国特許第４４１３１１０号明細書、英国特許出願公開第２０４２４１４Ａ号明細書、欧州特許第０２００５４７Ｂ１号明細書、欧州特許第０４７２１１４Ｂ）号明細書、国際公開第０１／７３１７３Ａ１号パンフレットを含む多数の公報およびＡｄｖａｎｃｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｓｐｉｎｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｅｄ．Ｔ．Ｎａｋａｊｉｍａ、Ｗｏｏｄｈｅａｄ Ｐｕｂｌ． Ｌｔｄ（１９９４）、ＩＳＢＮ１−８５５−７３１８２−７、およびそれらに引用される参考文献内に記載されており、その全てを参照により本明細書中に組み込む。
【００１３】
ＵＨＭＷＰＥは、少なくとも５ｄｌ／ｇ、好ましくは約８〜４０ｄｌ／ｇの固有粘度（ＩＶ、デカリン中溶液を１３５℃で測定したもの）を有するポリエチレンであると理解される。固有粘度は、ＭｎおよびＭｗのような実際のモル質量パラメータよりも簡易に求められるモル質量（分子量とも呼ばれる）の尺度である。ＩＶとＭｗの間にはいくつかの経験的関係があるが、そのような関係はモル質量分布に依存する。式Ｍｗ＝５．３７＊１０４［ＩＶ］１.３７（欧州特許出願公開第０５０４９５４Ａ１号明細書を参照）に基づくと、８ｄｌ／ｇのＩＶは約９３０ｋｇ／ｍｏｌのＭｗに等しくなる。好ましくは、ＵＨＭＷＰＥは炭素原子１００個当たりに１つ未満の分岐、好ましくは炭素原子３００個当たりに１つ未満の分岐を有する線状ポリエチレンであり、１つの分岐または側鎖または鎖分岐が通常少なくとも１０個の炭素原子を含む。線状ポリエチレンは、５モル％までのプロピレン、ブテン、ペンテン、４−メチルペンテンまたはオクテンのようなアルケンなどの１つまたは複数のコモノマーをさらに含んでもよい。
【００１４】
ＨＰＰＥ繊維がゲル紡糸法により作製される場合、残留溶剤含有量は好ましくは多くて１００ｐｐｍである。これはヒンジが医療用途で使用される場合に特に重要である。本明細書中において残留溶剤含有量とは、ＨＰＰＥ繊維を作製するのに使用され、最終繊維内に依然残っている溶剤の含有量を意味すると理解される。糸を作製する工程において、ＵＨＭｗＰＥのゲル紡糸用として公知の溶剤であれば何でも使用することができる。
【００１５】
テナシティなどの機械的特性はゲル紡糸法により作製されるＨＰＰＥファイバと比較するとより制限されるが、ＨＰＰＥ繊維は、高分子量を有するポリエチレンの溶融紡糸により作製することもできる。溶融紡糸されうるポリエチレンの分子量の上限はＵＨＭＷＰＥの分子量の範囲内とすることができるが、ゲル紡糸法の限度よりも低い。溶融紡糸されるＨＰＰＥ繊維は、上に定義したようなＵＨＭＷＰＥよりも低い分子量を有するポリエチレンからも作製されうる。溶融紡糸法は、当技術分野において広く知られており、ＰＥ融液を形成するためＰＥ組成物を加熱し、ＰＥ融液を押出し、固化したＰＥを得るため押出された融液を冷却し、固化したＰＥを少なくとも１回延伸することを含む。方法は、例えば、その内容を参照により本明細書中に組み込む、欧州特許出願公開第１４４５３５６Ａ１号明細書および欧州特許出願公開第１７４３６５９Ａ１号明細書に言及されている。
【００１６】
一実施形態において、ＵＨＭＷＰＥは少量、好ましくは炭素原子１０００個当たり少なくとも０．２、または少なくとも０．３の、ペンダント側基のような比較的小さな基、好ましくはＣ１〜Ｃ４のアルキル基を含む。そのようなファイバは、高い強度およびクリープ抵抗という有利な組み合わせを示す。大きすぎる側基または多すぎる側基の量は、しかしながら、ファイバ作製の工程にマイナスに影響する。この理由のため、ＵＨＭＷＰＥは、好ましくはメチルまたはエチル側基、より好ましくはメチル側基を含む。側基の量は炭素原子１０００個当たり、好ましくは多くて２０、より好ましくは多くて１０、５または多くて３である。
【００１７】
ＨＰＰＥファイバは、少量、概して５質量％よりも少ない、好ましくは３質量％よりも少ない、酸化防止剤、熱安定剤、着色剤、流れ促進剤（ｆｌｏｗ ｐｒｏｍｏｔｅｒ)等などの慣習的な添加物をさらに含んでもよい。ＵＨＭＷＰＥは単一ポリマーグレードとすることができるが、例えば、ＩＶまたはモル質量分布および／または型およびコモノマーまたは側基の数が異なる、２つ以上の異なるポリエチレングレードの混合物とすることもできる。
【００１８】
本発明によるヒンジは、それぞれが互いに係合するため特別に適応させた形状を有する２つの部材を含む接合部を有する一般的な従来のヒンジの構造を必要としない。一般に、従来のヒンジの接合部は、円筒状の部分を有する第１の部材および管部分を有する第２の部材を含み、円筒状の部分は管部分の内部に受容され、かつ円筒状の部分は管部分の中心において回転軸を中心として回転する。従来のヒンジとは異なり、本発明によるヒンジの接合部材は回転により曲げられる１つの一体型の物体からなってもよく、これはヒンジがはるかに単純な構造を有するという重要な利点を付与する。接合部材が１つの一体型の物体であるとは、本明細書中では、接合部材が回転を可能にするため曲げられる１つの分離不可能な要素からなることを意味する。
【００１９】
第１および第２の剛体は適切であれば、金属、セラミックおよび高分子およびそれらを組み合わせたものを含むいかなる材料で作られてもよい。剛体が剛体の回転運動により接合部材のＨＰＰＥ繊維と接する実施形態には非金属材料が好適である。これは剛体が接合部材と研磨接触することに起因する接合部材のさらなる摩耗を考慮するものである。さらに、本発明による剛体の回転運動は剛体の大きなかつ制御可能な可動域につながる。
【００２０】
第１の剛体および／または第２の剛体は、圧縮成形されたＨＰＰＥ繊維を含むことが好ましい。圧縮成形されたＨＰＰＥ繊維の少なくとも一部は剛体の表面に配置されることが好ましい。圧縮成形されたとは、本明細書中では、ＨＰＰＥ繊維が特定の形状に配置され、高温で高圧に晒されて少なくとも部分的に融解しあい、１つの物体を形成することを意味する。圧力および温度は、ＨＰＰＥ繊維のテナシティなどの機械的特性が大幅に低下しない範囲内で選択されることが好ましい。この実施形態は剛体が高い耐摩耗性を有するという利点を有する。また、この実施形態は、剛体を、医療用途における使用に好ましくない可能性のあるいかなる材料も使用することなく作製してもよいという重要な利点を有する。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、接合部材はＨＰＰＥ繊維を含む布帛を含む。当技術分野において織物または布とも呼ばれる布帛とは、本明細書中において、インターレース加工されたフィラメントまたは糸を含むシートのような構造であると理解され、前記布帛はその他の２つの寸法、すなわち軸方向寸法および横断寸法よりもかなり薄い厚さを有する。本発明の布帛は、当技術分野において公知のあらゆる構造のもの、例えば、織り、編み、組み、編込み、または不織またはそれらを組み合わせたものであってもよい。
【００２２】
さらなる実施形態において、接合部材はＨＰＰＥ繊維を含む糸を含む。糸とは、本明細書中において、その横断寸法がその長さよりもかなり短い、撚糸、撚合わせ、編組等による繊維から作られ、かつケーブルまたは組紐を含むあらゆる細長い物体を意味する。
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、ＨＰＰＥ繊維で作られた布帛または糸は第１および第２の剛体に直接連結される。これは、例えば、布帛の一部を第１および第２の剛体に植設することによりなされてもよい。本発明の１つの好適な実施形態によれば、ＨＰＰＥ繊維の少なくともいくらかが第１の剛体および／または第２の剛体内に延在する。剛体内に延在する接合部材内のＨＰＰＥ繊維は、接合部材と剛体間の強固な連結を設ける。
【００２４】
一方、ＨＰＰＥ繊維は、接合部材の曲げることができる部分内のみに使用されてもよい。これは費用の観点から有利となりうる。接合部材は、第１および第２の剛体に連結される、ＨＰＰＥ繊維以外のさらなる要素を含んでもよい。
【００２５】
繊維の少なくともいくつかは、回転軸に対して略垂直な向きで配置されることが好ましい。これらの繊維は曲げ疲労に対してさらなる抵抗を付与する。
【００２６】
好適な実施形態において、第１の剛体および／または第２の剛体は、樹脂に含浸させたＨＰＰＥ繊維を含む。そのような実施形態は、非常に簡単な方法で作製されうるという利点を有する。繊維は不規則にまたは特定の向きまたは構造に配置されてもよく、かつ樹脂を、例えば、繊維上に樹脂を単に流し込むことにより添加してもよい。また、樹脂に繊維を添加してもよく、この実施形態において順序は重要でないことが理解されるであろう。当業者に周知のように、種々のタイプの複合製造工程を使用することができる。硬化後、樹脂を、ヒンジの回転軸が生成されることになる、少なくとも１つのＨＰＰＥ繊維に交差する線で曲げてもよい。曲げまたは複数回の曲げの後、樹脂は最終的に破断する。樹脂の破断はＨＰＰＥ繊維の破断をもたらさず、接合部材には曲げることができるＨＰＰＥ繊維が設けられる。２つの部分に破断した樹脂は２つの剛体を設ける。一方、接合部材となる予定の繊維配列の一部は、樹脂を塗布することから除外してもよい。この場合、曲げの工程は必要なく、製造工程がより単純になりうる。樹脂は、生体適合性型の樹脂から選択されることが好ましい。２つの剛体間に繊維状の連結部を有する多くの幾何学的形状が可能である。
【００２７】
剛体を、樹脂を使用せずにＨＰＰＥ繊維から作製することもまた可能である。これは、例えば、上に言及したようなＨＰＰＥ繊維の圧縮成形によりなされうる。ＨＰＰＥ繊維は、所望の形状、例えば、板状部材に配置されてもよく、板状部材は、対向する縁端間に延在する１つの領域以外は結束させてもよい。領域の両側の結束された部分は第１の物体および第２の剛体を設け、結束されていない領域は接合部材を設ける。
【００２８】
さらなる実施形態において、接合部材は、ＨＰＰＥ繊維から形成される糸を含み、糸は互いに対する回転を可能にするよう第１の剛体と第２の剛体とを連結する。
【００２９】
糸は、糸から作られた結節により第１および／または第２の剛体に取付けられてもよい。これは多くの方法で実施されてもよい。例えば、剛体には穴が設けられてもよく、穴を通って糸が貫通し、糸が剛体から外れるのを防ぐために結節が作られる。例えば、糸が穴を貫通した後、穴の直径よりも大きな結節を作ることにより、糸が穴を有する剛体から外れることを防止する。第１および第２の剛体の両方に穴が設けられてもよく、２つの穴を貫通する糸からループが形成されてもよい。各剛体には少なくとも２つの穴が設けられ、２つの穴を通って糸が貫通することが好ましい。これが剛体の回転運動の軸を限定することを可能にする。
【００３０】
別の実施形態において、第１および／または第２の剛体は、その周りに結節が形成される突出部を含む。特に好適な実施形態において、第１および第２の剛体は一端において実質的にＴ形状を有し、第１および第２の剛体は、Ｔ形状の頭部が実質的に平行するような様式で配置され、第１および第２の剛体の頭部間の回転軸を中心とした回転を可能にするため、糸が頭部に巻回される。
【００３１】
別の好適な実施形態において、第１の剛体および第２の剛体のそれぞれは、実質的にシートのような部分を有する。第１の剛体および第２の剛体はシートのような形状を有することが好ましい。シートのような部分は、第１の面および第１の面の逆側に第２の面を有する。第１の剛体の第１の面および第２の剛体の第１の面は同じ側にある。接合部材は、少なくとも第１の部材および第２の部材を含む。第１の部材および第２の部材は、連結されるか、または分離されてもよい。第１の部材は、第１の剛体の第１の側から第２の剛体の第２の側へ延在する。第２の部材は、第１の剛体の第２の側から第２の剛体の第１の側へ延在する。接合部材は、第１の剛体から一方の側から第２の剛体の他方の側に延在するさらなる部材を含んでもよいことが理解されるであろう。
【００３２】
本発明はまた、本発明によるヒンジを含む医療装置に関する。接合部材は実質的にＨＰＰＥ繊維からなることが好ましい。第１および第２の剛体は、実質的に外科用ステンレス鋼、または高分子、好ましくはポリオレフィン、より好ましくはポリエチレン、最も好ましくは粉体ベースまたは繊維ベースのＵＨＭＷＰＥなどの生体適合性材料からなることが好ましい。最も好適な実施形態において、医療装置は実質的にＨＰＰＥ繊維からなる。例えば、第１および第２の剛体は圧縮成形されたＨＰＰＥ繊維から作られてもよい。これらの剛体は、次いで、ＨＰＰＥ繊維により連結されてもよい。一方、ＨＰＰＥ繊維は、所望の形状に配置されてもよく、剛体になる予定の部分は、例えば、圧縮成形により結束されてもよい。残りの部分はその可撓性を維持し、接合部材を設ける。
【００３３】
本発明は、また、本発明によるヒンジを備える人工関節に関する。
【００３４】
本発明は、また、本発明によるヒンジを備える人工指関節に関する。人工指関節の第１および第２の剛体は、実質的にＴ形状を有していることが好ましい。第１および第２の剛体は、Ｔ形状の頭部が実質的に平行するような様式で配置される。ＨＰＰＥ繊維から形成される糸は、第１および第２の剛体の頭部間の回転軸を中心とする回転を可能にするため頭部に巻回される。
【００３５】
本発明によるヒンジは、繰り返しの曲げを伴う種々の機械的な用途に使用することができる。例えば、本発明によるヒンジを含むロボットアームが特に有利である。特に、剛体の回転運動のための低摩耗と併せた、繰り返しの曲げを可能にする機能は本発明の主な利点である。ヒンジ構造の高い圧力においてさえも摩耗は低いままであることを認識すべきである。特に、医療用途においては、摩耗および関連する摩耗粒子の生成は重大な関心事であり、これは本発明により解決されうる。
【００３６】
本発明は、また、本発明によるヒンジを含む容器に関する。容器は、容器本体およびヒンジによって容器本体に対して可動な扉を含む。容器本体および扉はそれぞれ第１の剛体および第２の剛体を含む。第１の剛体および第２の剛体は、樹脂に含浸させたＨＰＰＥ繊維を含むことが好ましい。特に有利な実施形態において、容器は航空貨物容器である。航空貨物容器は、適切な方法で結束されたＨＰＰＥ繊維の網状組織で作られた１つの一体型の本体で作製されてもよい。これは特に、従来の航空貨物容器において使用される別個のヒンジが必要なく、航空貨物容器の構造がより簡単かつ頑丈になることにつながるという点において有利である。
【００３７】
以下、添付の図面を参照して本発明をさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のヒンジの実施形態の概略斜視図である。
【図２】本発明のヒンジのさらなる実施形態の概略斜視図である。
【図３ａ】図３ａおよび３ｂは本発明によるヒンジの剛体の実施形態を示し、図３ｃから３ｅは本発明のヒンジのさらなる実施形態を示し、図３ｆから３ｈは本発明による剛体および制御された動きを伴うヒンジのさらなる実施形態を示す。
【図３ｂ】図３ａおよび３ｂは本発明によるヒンジの剛体の実施形態を示し、図３ｃから３ｅは本発明のヒンジのさらなる実施形態を示し、図３ｆから３ｈは本発明による剛体および制御された動きを伴うヒンジのさらなる実施形態を示す。
【図３ｃ】図３ａおよび３ｂは本発明によるヒンジの剛体の実施形態を示し、図３ｃから３ｅは本発明のヒンジのさらなる実施形態を示し、図３ｆから３ｈは本発明による剛体および制御された動きを伴うヒンジのさらなる実施形態を示す。
【図３ｄ】図３ａおよび３ｂは本発明によるヒンジの剛体の実施形態を示し、図３ｃから３ｅは本発明のヒンジのさらなる実施形態を示し、図３ｆから３ｈは本発明による剛体および制御された動きを伴うヒンジのさらなる実施形態を示す。
【図３ｅ】図３ａおよび３ｂは本発明によるヒンジの剛体の実施形態を示し、図３ｃから３ｅは本発明のヒンジのさらなる実施形態を示し、図３ｆから３ｈは本発明による剛体および制御された動きを伴うヒンジのさらなる実施形態を示す。
【図３ｆ】図３ａおよび３ｂは本発明によるヒンジの剛体の実施形態を示し、図３ｃから３ｅは本発明のヒンジのさらなる実施形態を示し、図３ｆから３ｈは本発明による剛体および制御された動きを伴うヒンジのさらなる実施形態を示す。
【図３ｇ】図３ａおよび３ｂは本発明によるヒンジの剛体の実施形態を示し、図３ｃから３ｅは本発明のヒンジのさらなる実施形態を示し、図３ｆから３ｈは本発明による剛体および制御された動きを伴うヒンジのさらなる実施形態を示す。
【図３ｈ】図３ａおよび３ｂは本発明によるヒンジの剛体の実施形態を示し、図３ｃから３ｅは本発明のヒンジのさらなる実施形態を示し、図３ｆから３ｈは本発明による剛体および制御された動きを伴うヒンジのさらなる実施形態を示す。
【図４】本発明のヒンジのさらなる実施形態の頂面図を概略的に示す。
【図５ａ】図５ａおよび５ｂは本発明のヒンジの接合部材の実施形態の概略斜視図であり、図５ｃは本発明のヒンジのさらなる実施形態の概略斜視図である。
【図５ｂ】図５ａおよび５ｂは本発明のヒンジの接合部材の実施形態の概略斜視図であり、図５ｃは本発明のヒンジのさらなる実施形態の概略斜視図である。
【図５ｃ】図５ａおよび５ｂは本発明のヒンジの接合部材の実施形態の概略斜視図であり、図５ｃは本発明のヒンジのさらなる実施形態の概略斜視図である。
【図６ａ】図６ａおよび６ｂは本発明の容器の実施形態を示す。
【図６ｂ】図６ａおよび６ｂは本発明の容器の実施形態を示す。
【００３９】
実施形態の一致する要素には同じ参照符号が使用されていることに留意されたい。
【００４０】
図１を参照すると、本発明によるヒンジ１００の実施形態の斜視図が示される。ヒンジ１００は、第１の剛体１０および第２の剛体２０を含む。接合部材３０が第１および第２の剛体１０および２０を連結する。この実施形態において、接合部材３０は布帛の形態の可撓性のあるシート状材料である。第１の剛体１０と第２の剛体２０との間の接合部材３０の平面に実質的に平行して延在する回転軸４０が画定される。接合部材３０は、編み、織り等により一体構造に作製されたＨＰＰＥ繊維を含む。この実施形態において、ＨＰＰＥ繊維は、一体構造を保全し、かつＨＰＰＥ繊維を損傷から保護する別の可撓性のある物体に植設される。接合部材３０の可撓性のある本体は、第１および第２の剛体１０および２０に連結される。
【００４１】
この実施形態に対し、接合部材が実質的にＨＰＰＥ繊維の網状組織からなる、すなわちＨＰＰＥ繊維が別個の物体に植設されず、第１および第２の剛体１０および２０に直接連結される変形が可能であることが理解されるであろう。そのような場合において、ＨＰＰＥ繊維は、好ましくは第１および／または第２の剛体１０および２０内に、より好ましくは第１および第２の剛体１０および２０の両方に延在する。
【００４２】
図２は、本発明によるヒンジ１００のさらなる実施形態の斜視図を概略的に示すものである。ヒンジ１００の第１の剛体１０および第２の剛体２０は、例えば、樹脂で作られる。ＨＰＰＥ繊維が第１および第２の剛体１０および２０内に植設される。回転軸４０に沿って樹脂が破断され、第１および第２の剛体１０および２０間に境界が画定される。ＨＰＰＥ繊維の網状組織が接合部材３０を提供する。
【００４３】
図３ａおよび３ｂは、図３ｃ〜３ｅに示されるような、本発明によるヒンジ１００に使用される剛体１０を示す。図３ａおよび３ｂはそれぞれ剛体１０の側面図および頂面図を示す。剛体１０は上から見ると実質的にＴ形状である。剛体は、首部１２を介して体部１３に連結される頭部１１を含む。図３ｃは、剛体１０と実質的に同じ形状を有する剛体２０に連結される、図３ａおよび３ｂに示すような剛体１０を含むヒンジ１００の側面図を示す。連結はＨＰＰＥ繊維から作られる糸または葯部材（組紐などの）を含む接合部材３０により行われる。接合部材３０は剛体１０の頭部１１および剛体２０の頭部２１に巻回される。図３ｄはヒンジ１００の頂面図を示す。接合部材３０を巻くことにより、回転軸４０を中心とした回転が可能となる。図３ｅは、図３ｃと異なる回転位置におけるヒンジ１００の側面図を示す。
【００４４】
多くの用途において、本文書内の別の場所で記載するように、ヒンジの可動（回転）域を制御することが有利である。図３ｆは、可動域が限定される剛体１０の一実施形態を示す。図３ａの剛体１０のように、物体は（図３ｂに示すような）Ｔ形状であることが好ましい。物体は、頭部１１と、首部１２と、体部１３とを有する。図３ｇに示されるようなヒンジ構成で配置される場合、剛体１０および２０は互いに対して頭のフック部分で揃えられる。剛体の周りおよび間の、ＨＰＰＥ繊維を含む糸または組紐などのＨＰＰＥ繊維部材３２は、８の字のようなパターンで剛体１０および２０間の関係を維持する。この方法では、剛体１０および２０は下方に動く物体部分に一致する方向に回転することはできないが、図３ｈに示すように上方に容易に動いてもよい。図３ｇおよび３ｈに示される様式のヒンジ１００では、回転は基本的に１８０°に限定される。そのような構成は、例えば、指関節に非常に有用である。当業者は、頭の形状を変えることにより、可動域を、したがって例えば、０から９０°に、または−４５から＋４５°に容易に調節してもよいことを理解するであろう。
【００４５】
図４は、本発明によるヒンジ１００のさらなる実施形態の頂面図を示す。第１および第２の剛体１０および２０はそれぞれが穴１５および２５を含む。ＨＰＰＥ繊維で作られた糸または他の物体が穴１５と２５とを連結し、回転軸４０を中心とした回転が可能となるような方式で接合部材３０を形成する。
【００４６】
図５ａおよび５ｂは、本発明のヒンジの接合部材の実施形態の概略斜視図である。ＨＰＰＥ繊維を含む接合部材３０は、第１の部分３１と、第２の部分３２と、第１の部分３１と第２の部分３２とを連結する中間部分３３とを含むシート状材料である。第１の部分３１および第２の部分３２は中間部分３３に対して曲げることができ、接合部材３０は、曲げることにより、図５ａおよび５ｂに示される構成間で入れ替えてもよい。図５ｃは、図５ａに示される構成を有する３つの接合部材３０および図５ｂに示される構成を有する２つの接合部材３０を含む本発明のヒンジ１００のさらなる実施形態の概略斜視図である。第１の剛体１０および第２の剛体２０は両方とも第１の面および第１の面の逆側を向く第２の面を有するシート状材料の形状である。接合部材３０の中間部分３３は、第１および第２の剛体１０および２０の縁端間に挟まれる。３つの接合部材３０において、第１の部分３１は、第１の剛体１０の第１の面の一部分上に延在し、第２の部分３２は、第２の剛体１０の第２の面の一部分上に延在する。２つの接合部材３０において、第１の部分３１は、第１の剛体１０の第２の面の一部分上に延在し、第２の部分３２は、第２の剛体１０の第１の面の一部分上に延在する。第１の剛体１０および第２の剛体２０は、それによって互いに対して回転することが可能となる。第２の剛体２０は、回転軸４０ａを中心として反時計回り方向に、および回転軸４０ｂを中心として時計回り方向に回転することが可能となる。
【００４７】
図６ａおよび６ｂは、本発明の容器の実施形態を示す。図６ａおよび６ｂは、容器本体１０および扉２０を含む容器の形態のヒンジ１００を示す。図６ａにおいて、容器本体１０は、ＨＰＰＥ繊維の形態の接合部材３０によって扉２０に連結される。図６ｂにおいて、容器本体１０および扉２０は樹脂に含浸させたＨＰＰＥ繊維の網状組織からなる。図２について記載された実施形態と同様、樹脂は破断し、第１および第２の剛体１０および２０間に境界が画定され、容器本体１０に対する扉２０の回転軸４０が設けられる。ＨＰＰＥ繊維の網状組織は接合部材３０を設ける。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の剛体（１０）と、第２の剛体（２０）と、前記第１の剛体および前記第２の剛体に連結され、前記第１の剛体および前記第２の剛体の、互いに対する実質的に二次元の回転を可能にする接合部材（３０）と、を含み、前記接合部材は前記回転により曲げることができるＨＰＰＥ繊維を含む、ヒンジ（１００）。
【請求項２】
前記接合部材は一体型の物体からなる請求項１に記載のヒンジ。
【請求項３】
前記接合部材は前記ＨＰＰＥ繊維を含む布帛を含む請求項１または２に記載のヒンジ。
【請求項４】
前記接合部材は前記ＨＰＰＥ繊維を含む糸を含む請求項１または２に記載のヒンジ。
【請求項５】
前記ＨＰＰＥ繊維の少なくともいくつかは前記第１の剛体および／または前記第２の剛体内に延在する請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒンジ。
【請求項６】
前記第１の剛体および／または前記第２の剛体は樹脂に含浸させた前記ＨＰＰＥ繊維を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒンジ。
【請求項７】
前記糸は、前記第１の剛体と前記第２の剛体とを、互いに対する前記回転を可能にするよう連結する請求項４に記載のヒンジ。
【請求項８】
前記糸は、前記糸から作られた結節により前記第１および／または前記第２の剛体に取付けられる請求項７に記載のヒンジ。
【請求項９】
前記第１および／または前記第２の剛体には穴（１５、２５）が設けられ、前記穴を介して前記糸が貫通し、かつ前記結節を形成する請求項７または８に記載のヒンジ。
【請求項１０】
前記第１および前記第２の剛体は一端において実質的にＴ形状を有し、前記第１および前記第２の剛体は前記Ｔ形状の頭部（１１）が実質的に平行するような方式で配置され、前記糸は前記頭部に巻回されて前記第１および前記第２の剛体の前記頭部間の回転軸を中心とする回転を可能にする、請求項７または８に記載のヒンジ。
【請求項１１】
前記第１の剛体および前記第２の剛体のそれぞれは第１の面および第２の、逆側の面を有する実質的にシート状の部分を有し、前記第１の剛体の前記第１の面および前記第２の剛体の前記第１の面は同じ側にあり、前記接合部材は、前記第１の剛体の前記第１の側から前記第２の剛体の前記第２の側へ延在する第１の部材および前記第１の剛体の前記第２の側から前記第２の剛体の前記第１の側へ延在する第２の部材を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒンジ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のヒンジを含む医療装置。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のヒンジを含む人工指関節。
【請求項１４】
容器本体と、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のヒンジによって可動な扉とを含む容器。
【請求項１５】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のヒンジの、医療装置および好ましくは医療用インプラントにおける使用。
【請求項１】
第１の剛体（１０）と、第２の剛体（２０）と、前記第１の剛体および前記第２の剛体に連結され、前記第１の剛体および前記第２の剛体の、互いに対する実質的に二次元の回転を可能にする接合部材（３０）と、を含み、前記接合部材は前記回転により曲げることができるＨＰＰＥ繊維を含む、ヒンジ（１００）。
【請求項２】
前記接合部材は一体型の物体からなる請求項１に記載のヒンジ。
【請求項３】
前記接合部材は前記ＨＰＰＥ繊維を含む布帛を含む請求項１または２に記載のヒンジ。
【請求項４】
前記接合部材は前記ＨＰＰＥ繊維を含む糸を含む請求項１または２に記載のヒンジ。
【請求項５】
前記ＨＰＰＥ繊維の少なくともいくつかは前記第１の剛体および／または前記第２の剛体内に延在する請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒンジ。
【請求項６】
前記第１の剛体および／または前記第２の剛体は樹脂に含浸させた前記ＨＰＰＥ繊維を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒンジ。
【請求項７】
前記糸は、前記第１の剛体と前記第２の剛体とを、互いに対する前記回転を可能にするよう連結する請求項４に記載のヒンジ。
【請求項８】
前記糸は、前記糸から作られた結節により前記第１および／または前記第２の剛体に取付けられる請求項７に記載のヒンジ。
【請求項９】
前記第１および／または前記第２の剛体には穴（１５、２５）が設けられ、前記穴を介して前記糸が貫通し、かつ前記結節を形成する請求項７または８に記載のヒンジ。
【請求項１０】
前記第１および前記第２の剛体は一端において実質的にＴ形状を有し、前記第１および前記第２の剛体は前記Ｔ形状の頭部（１１）が実質的に平行するような方式で配置され、前記糸は前記頭部に巻回されて前記第１および前記第２の剛体の前記頭部間の回転軸を中心とする回転を可能にする、請求項７または８に記載のヒンジ。
【請求項１１】
前記第１の剛体および前記第２の剛体のそれぞれは第１の面および第２の、逆側の面を有する実質的にシート状の部分を有し、前記第１の剛体の前記第１の面および前記第２の剛体の前記第１の面は同じ側にあり、前記接合部材は、前記第１の剛体の前記第１の側から前記第２の剛体の前記第２の側へ延在する第１の部材および前記第１の剛体の前記第２の側から前記第２の剛体の前記第１の側へ延在する第２の部材を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒンジ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のヒンジを含む医療装置。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のヒンジを含む人工指関節。
【請求項１４】
容器本体と、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のヒンジによって可動な扉とを含む容器。
【請求項１５】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のヒンジの、医療装置および好ましくは医療用インプラントにおける使用。
【図１】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図３ｅ】
【図３ｆ】
【図３ｇ】
【図３ｈ】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図３ｅ】
【図３ｆ】
【図３ｇ】
【図３ｈ】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【公表番号】特表２０１２−５２５５５１（Ｐ２０１２−５２５５５１Ａ）
【公表日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０７７６７（Ｐ２０１２−５０７７６７）
【出願日】平成２２年４月２９日（２０１０．４．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５５８０８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２５１４５
【国際公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（５０３２２０３９２）ディーエスエム アイピー アセッツ ビー．ブイ． (873)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２９日（２０１０．４．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５５８０８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２５１４５
【国際公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（５０３２２０３９２）ディーエスエム アイピー アセッツ ビー．ブイ． (873)
【Ｆターム（参考）】
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