膜制造装置以及人工关节组件的制造方法
【专利摘要】涉及用于在人工关节组件的母材表面形成高分子层的结构，其目的在于能够实现小型化，能够准确地控制紫外线的照射强度，能够形成均匀厚度的高分子层，能够抑制紫外线对设备以及作业人员造成的影响，并且难以产生故障。膜制造装置主体(20)通过光接枝聚合而在人工关节组件的母材(11)的内侧面(11e)形成高分子层(12)。膜制造装置主体(20)具备多个紫外线LED元件(60)与工件支架(24)。在工件支架(24)上，含有高分子单体的溶液(23)与母材(11)的内侧面(11e)接触。多个紫外线LED元件(60)向比各紫外线LED元件(60)单独照射的区域大的区域放射紫外线。
【专利说明】膜制造装置以及人工关节组件的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在人工关节组件的制造中使用的膜制造装置、以及人工关节组件的制造方法。
【背景技术】
[0002]出于提高人工关节的耐磨损性的目的，尝试以涂层形成人工关节组件的滑动面。作为这样的涂层的形成方法，公知通过光接枝聚合在成为人工关节组件的主要部分的母材的表面形成高分子层的方法(例如，参照专利文献I)。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2011-197544号公报(段落
[0037])
[0006]专利文献I公开了，通过在使含有高分子的单体的溶液与母材的曲面接触的状态下向溶液照射光而发生光接枝聚合反应的结构。通过光接枝聚合在母材的曲面形成高分子层。在专利文献I中公开了为了照射光而使用UV灯(高压水银灯)的结构。
[0007]然而，在使用高压水银灯的情况下，相对于一边约为数cm的人工关节组件的母材的大小，高压水银灯自身较大。因此，膜制造装置大型化。另外，在使用高压水银灯的情况下，需要用于对该高压水银灯进行冷却的冷凝器等灯冷却装置。因此，制膜装置进一步大型化。
[0008]另外，对于高压水银灯，通常无法通过改变电压/电流来对紫外线强度进行微调。因此，需要通过对大型的高压水银灯与母材的表面的距离进行微调来调整向溶液照射的光的照射强度。因此，难以准确地控制紫外线的照射强度。
[0009]另外，在使用高压水银灯进行光聚合的结构中，难以在母材的表面上形成均匀厚度的高分子层。其原因在于，在与高压水银灯相对的平面中，靠近灯的中心部的位置处的光的强度与远离灯的中心部的位置处的光的强度存在很大的不同。在此基础上，由于高压水银灯是线光源，因此在靠近灯的中心部的部分以外的部分，难以向母材的表面均匀地照射紫外线。
[0010]另外，高压水银灯产生对于光接枝聚合而言不需要的UV-B区域的紫外线。照射UV-B区域的紫外线的结果是，导致保持母材的保持部件等承受来自高压水银灯的紫外线的设备的劣化。此外，从制造作业人员的健康管理方面考虑，人工关节组件的制造作业人员暴露于对于光接枝聚合而言不需要的紫外线中也不是好的办法。
[0011]另外，高压水银灯的发光部分是玻璃制。在此基础上，在高压水银灯的周围例如配置使用玻璃等形成的冷却管。因此，高压水银灯容易发生破损等所导致的故障。另外，专利文献I提及了除高压水银灯以外，使用LED (Light Emitting D1de)作为用于照射光的结构。然而，对于用于向母材照射LED的具体结构，专利文献I没有作出任何公开。
【发明内容】
[0012]发明要解决的课题
[0013]鉴于所述情况，本发明的目的在于提供一种用于在人工关节组件的母材表面形成高分子层的结构，其能够实现小型化，能够准确地控制紫外线的照射强度，能够形成均匀厚度的高分子层，能够抑制紫外线对设备以及作业人员带来的影响，且能够使故障难以发生。
[0014]用于解决课题的手段
[0015]用于实现上述目的的膜制造装置通过光接枝聚合而在人工关节组件的母材即工件的表面形成构成滑动面的高分子层，其特征在于，所述膜制造装置具备:多个紫外线LED元件，其放射紫外线；以及工件支架，其用于以使含有高分子单体的溶液与形成所述高分子层的规定部位接触的状态保持所述工件，多个所述紫外线LED元件以相互分离的方式配置，通过向比各所述紫外线LED元件单独照射的区域大的区域照射所述紫外线而向所述溶液照射所述紫外线。
[0016]根据本发明，利用紫外线LED元件放射紫外线。各紫外线LED元件形成为相对于人工关节组件足够小的形状。因此，不需要为了制造人工关节组件而使用与人工关节组件的母材的形状相比格外大的形状的高压水银灯等。另外，由于各紫外线LED元件的形状较小，因此，即便在配置有多个紫外线LED元件的情况下，多个紫外线LED元件整体所占据的空间也较小。并且，若采用紫外线LED元件，则与高压水银灯相比，发热量非常小，不需要准备冷凝器等花费大的冷却装置。其结果，能够通过用于放射紫外线的结构的小型化来实现膜制造装置的小型化。
[0017]另外，若采用紫外线LED元件，则能够通过向该紫外线LED元件供给的电流的调整等容易地对紫外线LED元件的亮度进行微调。因此，能够准确且容易地对溶液中的紫外线的照度进行调整。其结果，能够容易地形成具有均匀厚度的高分子层。
[0018]另外，与高压水银灯相比，紫外线LED元件所放射的光的指向性高，能够以更均匀的强度放射紫外线。并且，将多个紫外线LED元件以相互分离的方式配置。其结果，能够向大范围放射均匀强度的紫外线。由此，在母材的表面，能够使光接枝聚合的进程更均匀。由此，能够在母材的表面形成均匀厚度的高分子层。
[0019]另外，从紫外线LED元件放射的紫外线的波长宽度与从高压水银灯放射的紫外线的波长宽度相比非常窄。因此，紫外线LED元件能够形成不放射对于光接枝聚合而言不需要的UV-B区域的紫外线的结构。其结果，对于工件支架等被来自紫外线LED元件的光照射的、膜制造装置的各部件，能够抑制UV-B区域的紫外线所导致的设备的劣化。在此基础上，能够抑制人工关节组件的制造作业人员暴露于UV-B区域的紫外线，因此从制造作业人员的健康管理方面来看也是优选的。
[0020]另外，紫外线LED元件通常安装在结实的刚性基板上，与具有大且脆的玻璃部分的高压水银灯相比，操作容易。在此基础上，如前所述，不需要冷凝器等用于冷却紫外线LED元件的玻璃部分。其结果，通过使用紫外线LED元件，难以产生破损所导致的故障。在此基础上，通过使用与高压水银灯的寿命相比具有几倍(例如5倍)寿命的紫外线LED元件，紫外线LED元件的因寿命所导致的故障较少。
[0021]因此，根据本发明，在人工关节组件用的膜制造装置中，能够实现小型化，能够准确地控制紫外线的照射强度，能够形成均匀厚度的高分子层，能够抑制紫外线对设备以及作业人员造成的影响，并且难以产生故障。
[0022]在第一方案的膜制造装置的基础上，第二方案的膜制造装置的特征在于，所述膜制造装置还具备一并保持多个所述紫外线LED元件的LED支架。
[0023]根据本发明，能够一并操作多个紫外线LED元件。由此，能够使多个紫外线LED元件一并相对于工件以及工件支架位移。因此，作业人员能够更容易地进行多个紫外线LED元件的操作。
[0024]在第一方案或者第二方案的膜制造装置的基础上，第三方案的膜制造装置的特征在于，在所述膜制造装置中设置有调整机构，该调整机构用于调整所述溶液中的所述紫外线的照度。
[0025]根据本发明，由于能够调整溶液中的紫外线的照度，因此能够进一步提高通过光接枝聚合而形成的高分子层的厚度的均匀程度。特别是，在工件的表面并不平坦的情况下，对于进一步提高形成于该工件的高分子层的厚度的均匀程度，根据工件的形状调整紫外线的照度是合适的。
[0026]在第三方案的膜制造装置的基础上，第四方案的膜制造装置的特征在于，所述调整机构通过将多个所述紫外线LED元件在多个所述紫外线LED元件与所述工件支架相对的方向上配置于至少两个部位来调整所述照度。
[0027]根据本发明，能够利用使多个紫外线LED元件的位置在上述相对的方向上不同这一简单结构使溶液中的紫外线的照度更均匀。
[0028]在第三方案或者第四方案的膜制造装置的基础上，第五方案的膜制造装置的特征在于，所述调整机构通过使向一部分所述紫外线LED元件供给的电力与向其他紫外线LED元件供给的电力不同来调整所述照度。
[0029]根据本发明，使用容易通过电力调整来进行亮度调整的LED构成紫外线LED元件。由此，能够容易地调整溶液中的紫外线的照度。其结果，能够使溶液中的紫外线的照度更均匀。
[0030]在这种情况下，优选还具备向多个所述紫外线LED元件供给电力的电源装置，所述电源装置使向多个所述紫外线LED元件供给的电力不同。
[0031]通过如此构成，能够调整多个紫外线LED元件的输出。
[0032]在第一?第五方案中的任一膜制造装置的基础上，第六方案的膜制造装置的特征在于，所述膜制造装置还具备光屏蔽部件，该光屏蔽部件在光学上将多个所述紫外线LED元件与所述工件支架之间的空间与外部的空间屏蔽。
[0033]根据本发明，能够防止来自紫外线LED元件的光以外的光侵入到紫外线LED元件与工件支架之间。由此，能够防止来自外部的不必要的紫外线所导致的、溶液内的不均匀的接枝聚合反应。其结果，能够使高分子层的厚度更均匀。
[0034]第7方案的人工关节组件的制造方法将通过光接枝聚合而形成的高分子层用作滑动面，所述人工关节组件的制造方法的特征在于，包括以下步骤:溶液供给步骤，使含有高分子单体的溶液与人工关节组件的母材中形成所述高分子层的规定部位接触；以及照射步骤，利用以相互分离的方式配置的多个紫外线LED元件向比各所述紫外线LED元件单独照射的区域大的区域照射紫外线，由此向所述溶液照射所述紫外线。
[0035]根据本发明，在照射步骤中，利用紫外线LED元件放射紫外线。各紫外线LED形成为相对于人工关节组件足够小的形状。因此，不需要为了制造人工关节组件而使用与人工关节组件的母材的形状相比格外大的形状的高压水银灯等。另外，由于各紫外线LED元件的形状较小，因此即便在配置有多个紫外线LED元件的情况下，多个紫外线LED元件整体所占据的空间也较小。并且，若采用紫外线LED元件，则与高压水银灯相比，发热量非常小，不需要准备冷凝器等花费大的冷却装置。其结果，能够实现用于放射紫外线的结构的小型化。
[0036]另外，若采用紫外线LED元件，能够通过向该紫外线LED元件供给的电流的调整等容易地对紫外线LED元件的亮度进行微调。因此，能够准确且容易地调整溶液中的紫外线的照度。其结果，能够容易地形成具有均匀厚度的高分子层。
[0037]另外，与高压水银灯相比，紫外线LED元件所放射的光的指向性高，能够以均匀的强度放射紫外线。并且，将多个紫外线LED元件以相互分离的方式配置。其结果，能够向大范围内放射均匀强度的紫外线。由此，在母材的表面，能够使光接枝聚合的进程更均匀。由此，能够在母材的表面形成均匀厚度的高分子层。
[0038]另外，与从高压水银灯放射的紫外线的波长宽度相比，从紫外线LED元件放射的紫外线的波长宽度非常窄。因此，紫外线LED元件能够采用不放射对于光接枝聚合而言不需要的UV-B区域的紫外线的结构。其结果，对于被来自紫外线LED元件的光照射的、膜制造装置的各部件，能够抑制UV-B区域的紫外线所导致的设备的劣化。在此基础上，能够抑制人工关节组件的制造作业人员暴露于UV-B区域的紫外线，因此从制造作业人员的健康管理方面来看也是优选的。
[0039]另外，紫外线LED元件通常安装在结实的刚性基板上，与具有大且脆的玻璃部分的高压水银灯相比，操作容易。在此基础上，如前所述，不需要冷凝器等用于冷却紫外线LED元件的玻璃部分。其结果，通过使用紫外线LED元件，难以产生破损所导致的故障。在此基础上，若采用与高压水银灯的寿命相比具有几倍(例如5倍)寿命的紫外线LED元件，则紫外线LED元件的因寿命所导致的故障较少。
[0040]因此，根据本发明，在用于制造人工关节组件的结构中，能够实现小型化，能够准确地控制紫外线的照射强度，另外，在人工关节组件中，能够形成均匀厚度的高分子层，此夕卜，能够抑制紫外线对设备以及作业人员造成的影响，并且难以产生用于制造人工关节组件的结构中的故障。
[0041]发明的效果
[0042]根据本发明，对于用于在人工关节组件的母材表面形成高分子层的结构，能够实现小型化，能够准确地控制紫外线的照射强度，能够形成均匀厚度的高分子层，能够抑制紫外线对设备以及作业人员造成的影响，并且难以产生故障。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1是包含使用本发明的一实施方式的膜制造装置形成的人工关节组件在内的、人工髋关节的局部剖视图。
[0044]图2是膜制造装置的膜制造装置主体以及电源装置的立体图，示出膜制造装置的省略了转接器的状态。
[0045]图3是膜制造装置主体以及母材的局部剖视图，示出以上下方向延伸的剖面将膜制造装置主体剖切后的状态。
[0046]图4是LED支架等的仰视图。
[0047]图5是用于对从各紫外线LED元件放射的紫外线进行说明的示意图，示出从侧方观察紫外线LED元件等时的状态。
[0048]图6是用于对在母材上形成高分子层的工序进行说明的流程图。
[0049]图7是用于对在母材上形成高分子层的工序中的、将母材收纳于工件支架的工序进行说明的图。
[0050]图8是用于对在母材上形成高分子层的工序中的、注入溶液后装配透镜型夹具的工序进行说明的图。
[0051]图9是示出本发明的变形例的主要部分的局部剖视图。
【具体实施方式】
[0052]以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。需要说明的是，本发明能够广泛用作膜制造装置以及人工关节组件的制造方法。
[0053][人工关节的结构]
[0054]图1是包含使用本发明的一实施方式的膜制造装置形成的人工关节组件在内的、人工髋关节I的局部剖视图。需要说明的是，如后所述，本发明虽能够应用于人工髋关节以外的人工关节，但在本实施方式中，以人工髋关节为例进行说明。
[0055]在图1中，与骨盆101的局部以及股骨102的局部一并示出将人工髋关节I设置于患者后的状态。如图1所示，人工髋关节I作为允许股骨102相对于骨盆101的髋臼1la相对位移的人工关节而设置。
[0056]人工髋关节I构成为包括设置于骨盆100的髋臼1la的壳体2以及内衬3、以及设置于股骨102的柄杆4以及股骨头5。
[0057]壳体2以及内衬3与股骨头5协作地形成球面接头，允许股骨102相对于骨盆101运动。壳体2是形成为杯状且具有凹陷的部件，固定于骨盆101的髋臼101a。内衬3固定于壳体2。
[0058]内衬3是形成为杯状且具有凹陷的人工关节组件。内衬3的详细结构后述。在内衬3的凹陷部分的内侧面形成有滑动面6。股骨头5以能够滑动的方式与该滑动面6接触。
[0059]股骨头5形成为半球状。作为股骨头5的材料，能够例示出允许作为医疗设备用于生物体埋植(埋设)的钛合金、钴铬合金、不锈钢等金属材料、聚乙烯等高分子材料、以及氧化铝、氧化锆等陶瓷材料。股骨头5固定于柄杆4。
[0060]柄杆4作为支承股骨头5且固定于患者的股骨102的部分而设置。作为柄杆4的材料，能够例示出允许作为医疗设备用于生物体埋植的钛、钛合金、钴铬合金以及不锈钢等金属材料。柄杆4形成为细长的棒状(柄状)，具有该柄杆4的中途部弯曲的形状。柄杆4构成为具备柄杆主体7与颈部8。
[0061]柄杆主体7插入到在股骨102的髄腔部102a形成的孔部中，并固定于股骨102。颈部8从柄杆主体7延伸。颈部8向相对于柄杆4的长边方向倾斜的方向延伸。股骨头5固定于颈部8。
[0062]根据上述结构，通过股骨头5相对于内衬3的滑动面6滑动，由此股骨102相对于髋臼1la位移。
[0063]接下来，更详细地说明内衬3的结构。内衬3是形成为杯状且具有凹陷的大致半球状的部件。内衬3的直径例如设定为35mm?65mm左右。
[0064]内衬3具有母材11与高分子层12。作为母材11的材料，能够例示出合成树脂、金属材料以及陶瓷材料中的至少一者。作为合成树脂，能够例示出超高分子量聚乙烯(以下，也称作UHMWPE。)。UHMWPE在高分子材料中，在耐磨损性、耐变形性等机械特性方面优秀,适合于母材11。UHMWPE的分子量越大，耐磨损性越高。由此,至少使用分子量100万g/mo I以上的UHMWPE，优选使用分子量300万g/mo I以上的UHMWPE。另外，作为母材11，也可以使用对UHMWPE进行交联处理后的交联聚乙烯。
[0065]如前所述，母材11形成为杯状，具有外周面11a、端面lib、凹陷部Ilc以及凸缘部Ildo外周面Ila设置为固定于壳体2的内周面的部分。在本实施方式中,外周面Ila形成为凸弯曲状。端面Ilb形成为朝向与外周面Ila相反的方向。
[0066]在本实施方式中，端面Ilb形成为平坦的面。以从该端面Ilb凹陷的方式形成凹陷部11c。凹陷部Ilc用于与高分子层12协作地承接股骨头5。凹陷部Ilc从端面Ilb朝向母材11的内侧凹陷。凹陷部Ilc的内侧面(规定部位)lle形成为凹弯曲状，在本实施方式中，形成为大致半球状。在凹陷部Ilc的开口侧配置有凸缘部lid。
[0067]凸缘部Ild是为了将内衬3固定于壳体2而设置的部分。例如，通过使未图示的固定螺钉贯通凸缘部lld，并将该固定螺钉螺纹结合于壳体2，由此能够将内衬3固定于壳体2。在凹陷部Ilc的内侧面lie上形成有高分子层12。
[0068]高分子层12设置为形成滑动面6的薄膜，与母材11形成为一体。高分子层12的厚度约为几nm?几百μπι。需要说明的是，在附图中，以比实际厚度夸张的方式示出高分子层12的厚度。高分子层12形成在凹陷部Ilc的内侧面lie上的整个区域范围内。作为高分子层12的表面的滑动面6具有不平坦的形状，在本实施方式中，形成为半球状。利用高分子层12收纳股骨头5的局部。
[0069]通过在使具有磷酰胆碱基的单体溶液与凹陷部Ilc的内侧面Ile接触的状态下，向该溶液照射紫外线，由此形成高分子层12。接下来，对用于形成具有上述结构的内衬3的高分子层12的膜制造装置10进行说明。
[0070][膜制造装置的结构]
[0071]图2是膜制造装置10的膜制造装置主体20以及电源装置21的立体图，示出膜制造装置主体20的省略了后述的转接器28的状态。图3是膜制造装置主体20以及母材11的局部剖视图，示出以向上下方向(铅垂方向)延伸的剖面将膜制造装置主体20剖切后的状态。需要说明的是，在本实施方式中，虽然以膜制造装置主体20纵向配置的状态为基准进行说明，但膜制造装置主体20的朝向不特别限定。
[0072]如图2以及图3所示，膜制造装置10具备膜制造装置主体20和电源装置21。膜制造装置主体20构成为从电源装置21供给电力。电源装置21是高度、横宽以及纵深方向的长度分别为十cm?几十cm左右的小型电源装置。电源装置21具有箱体21a、收纳于箱体21a的电源电路(未图示)、以及与电源电路连接的调整用部件21b、21c。作业人员操作调整用部件21b来改变后述的紫外线LED (Light Emitting D1de)元件61的亮度。另外，作业人员操作调整用部件21c来改变后述的紫外线LED元件62?66的亮度。该电源装置21的电源电路与膜制造装置主体20的紫外线LED元件61?66经由电缆22等而电连接。
[0073]膜制造装置主体20通过向与作为工件的母材11接触的溶液23照射紫外线而产生光接枝聚合反应，其结果，在母材11上形成高分子层12。膜制造装置主体20整体形成为上下延伸的柱状，在本实施方式中，形成为圆柱状。膜制造装置主体20是具有约十几cm的直径和十几cm的高度的小型装置。需要说明的是，以下，以膜制造装置主体20向母材11照射紫外线时的、各部件的配置为基准进行说明。
[0074]膜制造装置主体20具备工件支架24、透镜型夹具25、加热器26、LED支架27、转接器28以及发光装置29。
[0075]工件支架24设置为用于保持作为工件的母材11的保持部件。工件支架24例如由与母材11相同的材料或者铝合金等形成。在利用热传导性优秀的铝合金形成工件支架24的情况下，来自加热器26的热量经由工件支架24以及母材11迅速向溶液23传递。工件支架24具有工件支架主体31、凸缘部32、承接部33。
[0076]工件支架主体31设置为保持母材11的部分。工件支架主体31形成为块状，具有上表面31a。在工件支架主体31上形成有以从该上表面31a朝向下方凹陷的方式延伸的收纳凹部34。收纳凹部34形成为收纳母材11的整体的大小。在收纳凹部34中的上表面31a的附近形成有环状的阶梯部34a。该阶梯部34a朝向上方，能够承接母材11的凸缘部lid。被阶梯部34a承接的状态的母材11配置在比工件支架主体31的上表面31a的位置靠下方的位置。收纳凹部34中的、比阶梯部34a的位置靠下方的位置的部分既可以构成为与母材11的外周面Ila分离，也可以构成为与外周面Ila接触。
[0077]在具有上述结构的工件支架主体31的上端的外周部形成有凸缘部32。凸缘部32形成为圆环状，水平延伸。在凸缘部32的上表面形成有环状的阶梯部32a。环状的阶梯部32a设置为用于将透镜型夹具25相对于工件支架24定位。环状的阶梯部32a形成为向上下方向延伸的圆筒状。环状的阶梯部32a的直径设定为与透镜型夹具25的后述的凸缘部25a的直径大致相同。
[0078]承接部33与凸缘部32的外周部连接。承接部33设置为承接转接器28的部分。承接部33形成为圆筒状，从凸缘部32向上方延伸。承接部33的上表面是水平的平坦面。在具有上述结构的工件支架24上装配透镜型夹具25。
[0079]透镜型夹具25设置为在该透镜型夹具25与母材11的内侧面Ile之间形成微小的空间35，且使来自发光装置29的紫外线向该空间35入射。在上述的空间35中填充有溶液23。这样，通过向微小的空间填充溶液23来减少进行光接枝聚合反应时使用的溶液23的量。需要说明的是，在本实施方式中，虽说明了使用透镜型夹具25的方式，但也可以省略透镜型夹具25。
[0080]透镜型夹具25使用能够使紫外线穿透的材料形成。作为这样的材料，能够例示出具有透光性的塑料、以及石英玻璃、派热克斯(注册商标)玻璃等无机玻璃。透镜型夹具25的厚度适当地设定为紫外线无法充分穿透的程度，且具有足够的强度。
[0081]透镜型夹具25具有凸缘部25a、第一弯曲状部25b以及第二弯曲状部25c。
[0082]凸缘部25a设置为被工件支架主体31的上表面31a承接的部分。凸缘部25a形成为圆环状，与工件支架主体31的上表面31a接触。凸缘部25a被凸缘部32的环状的阶梯部32a包围，从而相对于工件支架24定位。在本实施方式中，凸缘部25a的下表面与收纳于收纳凹部34的母材11的端面Ilb相对。第一弯曲状部25b与凸缘部25a的内周部连接。
[0083]第一弯曲状部25b设置为将凸缘部25a与第二弯曲状部25c连接起来的部分。第一弯曲状部25b配置在母材11中的凹陷部Ilc的开口附近。如图3所示，第一弯曲状部25b在沿铅垂方向延伸的剖面中，形成为朝向透镜型夹具25的中心轴线且向上侧凸的弯曲状。第一弯曲状部25b在与中心轴线正交的任意剖面中形成为圆环状，随着朝向下方而直径连续减小。第二弯曲状部25c与该第一弯曲状部25b的下端部连续。
[0084]第二弯曲状部25c形成为向下凸的弯曲形状。在本实施方式中，第二弯曲状部25c形成为半球状。第一弯曲状部25b的下部以及第二弯曲状部25c形成为与母材11的内侧面Ile的任意部分具有大致恒定的间隔Dl的形状。
[0085]优选所述间隔Dl至少是0.1mm?20mm,更优选为0.2mm?5mm,进一步优选为0.2mm?2mm。若所述间隔在20mm以下，则能够充分减少溶液23的使用量。另一方面，若所述间隔Dl的下限值不足0.1mm，则存在因透镜型夹具25、母材11以及工件支架24各部件的加工公差而导致透镜型夹具25与母材11接触的顾虑。若所述间隔Dl的下限值在0.1mm以上，则能够在内侧面lie良好地形成高分子层12。
[0086]如前所述，向母材11与透镜型夹具25之间的空间35填充溶液23。在本实施方式中，溶液23与母材11的内侧面lie以及母材11的端面Ilb接触。该溶液23是具有磷酰胆碱基的聚合性(高分子)单体的溶液。该聚合性单体构成为在一端具有磷酰胆碱基，在另一端具有能够与母材11接枝聚合的官能团，由此能够通过光接枝结合而在母材11的内侧面Ile形成高分子层12。
[0087]作为溶液23所含有的聚合性单体，例如有2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱、2-丙烯酰氧乙基磷酰胆碱、4-甲基丙烯酰氧丁基磷酰胆碱、6-甲基丙烯酰氧己基磷酰胆碱、ω-甲基丙烯酰氧乙烯磷酰胆碱、4-苯乙烯基氧基丁基磷酰胆碱等。尤其优选2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(也称作MPC)。
[0088]MPC单体具备磷酰胆碱基与聚合性的甲基丙烯酸单元。MPC单体具有能够利用自由基聚合容易地形成高分子量的MPC聚合物的特征(Ishihara:Polymer Journal杂志22卷355页(1990))。因此，若由MPC单体合成高分子层12，则能够在比较宽松的条件下进行高分子层12与内侧面Ile的接枝结合，此外，能够形成密度高的高分子的层，能够将大量磷酰胆碱基形成于内侧面He。
[0089]需要说明的是，高分子层12不仅能够由利用具有磷酰胆碱基的单一的聚合性单体构成的均聚物形成，也能够由利用具有磷酰胆碱基的单体与例如其他乙烯化合物单体构成的共聚物形成。由此，能够对高分子层12添加机械强度提高等功能。
[0090]填充到具有上述结构的透镜型夹具25与母材11之间的溶液23由加热器26进行加热。加热器26例如能够通过将电能转换为热能而对溶液23进行强制加热。在本实施方式中，加热器26形成为杯状，具有底壁26a和周壁26b。
[0091]在底壁26a上放置工件支架主体31。周壁26b从底壁26a的外周部朝向上方延伸。周壁26b与凸缘部32接触。在加热器26的底壁26a以及周壁26b中埋设有未图示的导线等热产生部件，并且经由电缆30等与电源装置21电连接。由此，利用热产生部件产生的热量经由工件支架主体31以及母材11向溶液23传递，溶液23达到适合进行光接枝聚合反应的温度。产生用于进行该光接枝聚合反应的光的发光装置29由LED支架27保持
[0092]图4是LED支架27等的仰视图。如图2、图3以及图4所示，LED支架27设置为保持发光装置29的保持部件。LED支架27形成为圆柱状，配置在工件支架24的上方。LED支架27使用合成树脂、铝合金等形成。LED支架27与工件支架24在对置方向Al上相对。在本实施方式中，对置方向Al是上下方向，且是紫外线LED元件60与工件支架24相对的方向。LED支架27具有LED支架主体41与承接部42。
[0093]LED支架主体41具有在圆柱状的外壳部的周围设置有多个翅片43的形状。翅片43沿LED支架主体41的周向以等间隔配置，且上下延伸。能够利用这些翅片43使来自发光装置29的热量向LED支架27的外部高效地散热。在本实施方式中，在上下方向上，LED支架主体41的长度比工件支架24的长度大。在LED支架主体41的上部连接有电缆22。在LED支架主体41的内部，与电缆22电连接的电缆(未图示)延伸。在本实施方式中，LED支架主体41的外径设定为与承接部33的外径大致相同。在LED支架主体41的下端部形成有台座部44。台座部44设置为用于支承发光装置29，形成为封堵LED支架主体41的下端部的板状。台座部44的下端面水平延伸。另外，承接部42从LED支架主体41的下端部延伸。
[0094]承接部42设置为被转接器28的环状凸部79的上表面承接的部分。承接部42形成为圆筒状。圆筒状的部分从承接部42的下表面的内周部朝向工件支架24侧延伸。承接部42的下表面的外周部被环状凸部79的上表面承接。另外，承接部33设为被转接器28的环状凸部79的下表面承接的部分。承接部42与承接部33被环状凸部79承接，由此LED支架27与工件支架24配置在所希望的位置。
[0095]根据上述结构，在LED支架27与工件支架24之间形成有光放射空间36。光放射空间36是来自发光装置29的光能够到达的空间，包括后述的紫外线LED元件60与工件支架24之间的空间。光放射空间36是由LED支架主体41的台座部44、转接器28、凸缘部32以及工件支架主体31划分而成的空间。
[0096]另外，利用包括LED支架27与工件支架24的光屏蔽部件45在光学上从外部空间屏蔽所述的光放射空间36。这种情况下的“在光学上屏蔽”指的是，无论是否允许水等流体通过，光都被屏蔽。另外，外部的空间指的是光放射空间36以外的空间。在光放射空间36内存在空间35。
[0097]在本实施方式中，光屏蔽部件45是由LED支架主体41的台座部44、转接器28、凸缘部32、工件支架主体31形成的复合部件。即，利用用于形成光放射空间36的部件来形成光屏蔽部件45。通过设置光屏蔽部件45，能够阻止来自发光装置29的光以外的光向溶液23照射。
[0098]发光装置29通过向光放射空间36、特别是空间35放射紫外线而向溶液23照射紫外线。由此，在母材11的内侧面Ile的周围产生光接枝聚合反应，其结果，在内侧面Ile形成高分子层12。
[0099]发光装置29具备由LED支架27 —并保持的多个LED单元50 (51、52、53、54、55、56)。在本实施方式中，设置有六个LED单元50(51、52、53、54、55、56)。需要说明的是，以下，在通称LED单元51?56的情况下，称作LED单元50。各LED单元50固定于LED支架27的台座部44。LED单元51以在对置方向Al上与母材11的凹陷部Ilc的底部相对的方式配置。另外，LED单元52?56配置为包围LED单元51的周围。更具体而言，LED单元52?56在与LED支架主体41同心的假想的基准圆Cl上，沿该基准圆Cl的周向以等间隔配置。
[0100]各LED单元50分别具有基板57。在各基板57上安装有对应的紫外线LED元件60(61、62、63、64、65、66)。需要说明的是，在通称紫外线LED元件61?66的情况下，称作紫外线LED元件60。各紫外线LED元件60分离配置。各基板57例如是刚性基板，具有约几mm左右的厚度。在各基板57上连接有与电缆22电连接的未图示的电缆。由此，来自电源装置21的电力经由电缆22以及基板57等向各紫外线LED元件60供给。
[0101]另外，在本实施方式中，各基板57构成为相对于台座部44可装卸，由此，能够改变各紫外线LED元件60相对于母材11的位置。各基板57向台座部44安装的安装方法不特别限定，例如，能够使用未图示的螺钉部件进行安装。
[0102]各紫外线LED元件60安装在对应的基板57的中心上。各紫外线LED元件60接受从电源装置21供给的电力，放射紫外线。各紫外线LED元件60所放射的光的波长例如约为300nm?400nm左右,优选为315nm?400nm。若上述波长为315nm以上，则能够抑制UV-B区域的紫外线从各紫外线LED元件向光放射空间36放射。
[0103]各紫外线LED元件60所照射的光的波长的宽度约为几nm左右，波长的宽度足够窄。因此，能够认为从各紫外线LED元件60放射的光实际上仅是紫外线。各紫外线LED元件60的一边的大小约为几mm左右。另一方面，母材11的直径如前所述约为35mm?65mm左右，与母材11的大小相比，各紫外线LED元件60的大小足够小。
[0104]图5是用于对从各紫外线LED元件60放射的紫外线进行说明的示意图，示出从侧方观察紫外线LED元件60等时的状态。在图5中，图示了紫外线LED元件61?66中的紫外线LED元件61、62、64。如图4以及图5所示，从各紫外线LED元件60放射的紫外线的照射角度Θ I例如约为30°?150°左右，在本实施方式中，设定为115°左右。紫外线LED元件60所放射的紫外线的指向性高，容易使来自紫外线LED元件60的光向所希望的位置照射。在此基础上，从紫外线LED元件60向内侧面lie放射的紫外线在内侧面Ile具有大致均匀的照度。
[0105]在本实施方式中，紫外线LED元件61与内侧面Ile的底部在对置方向Al上相对，向内侧面He的整个区域照射紫外线。紫外线LED元件62向内侧面lie中的、与紫外线LED元件62直接相对的区域照射紫外线。另一方面，紫外线LED元件62无法向弯曲状的内侧面lie中的、不直接相对的部位(例如，区域37)照射紫外线。同样地，紫外线LED元件63?66分别向弯曲状的内侧面lie中的、直接相对的区域照射紫外线，另一方面，无法向侧面lie中的、不直接相对的部位直接照射紫外线。然而，如前所述，紫外线LED元件62?66沿基准圆Cl的周向以等间隔配置。由此，在内侧面lie中的、除了内侧面lie的底部之外的全部区域，来自多个紫外线LED元件60的紫外线向内侧面lie直接照射。这样，各紫外线LED元件60向比一个紫外线LED元件60单独照射的区域大的区域照射紫外线，由此向溶液23照射紫外线。
[0106]在本实施方式中，设置有用于调整溶液23以及内侧面lie处的紫外线的照度的调整机构。具体而言，各紫外线LED元件60利用作为调整机构的电源装置21输出与所供给的电力相应的亮度的紫外线。更具体而言，作为用于改变亮度的结构，例如，能够例示出通过改变向紫外线LED元件60供给的电流值、或者，利用PWM(Pulse Width Modulat1n)控制使向各紫外线LED元件60供给的电流的占空比不同等结构。在本实施方式中，伴随着操作电源装置21的调整用部件21b、21c(参照图2)而改变电源装置21向各紫外线LED元件60供给的电流。根据前述的理由，在本实施方式中，来自紫外线LED元件62?66的光难以到达内侧面Ile的底部。
[0107]因此，在本实施方式中，需要利用紫外线LED元件61向内侧面lie的底部供给足够量的紫外线。因此，在本实施方式中，设定为向紫外线LED元件61供给的电流比向紫外线LED元件62 (63?66)供给的电流大。由此，紫外线LED元件61中的紫外线的亮度比紫外线LED元件62?66中的紫外线的亮度大。其结果，以与内侧面Ile的底部以外的部分相同的照度向内侧面Ile的底部照射紫外线。
[0108]如图2、图3以及图4所示，利用转接器28准确地设定发光装置29相对于母材11的相对位置。在本实施方式中，转接器28以工件支架24与LED支架27同轴排列的方式对这些工件支架24与LED支架27进行定位。另外，转接器28的环状凸部79将工件支架24与LED支架27之间的距离定位为所希望的值。
[0109]转接器28形成为圆筒状。转接器28的内侧部具有第一嵌合部78、环状凸部79以及第二嵌合部80。第一嵌合部78、环状凸部79以及第二嵌合部80沿着上下方向按上述顺序排列。
[0110]第一嵌合部78是设置为与工件支架24的承接部33嵌合的部分的圆筒面。在转接器28是单体的状态下，第一嵌合部78的直径与承接部33的外周面的直径大致相同。在第一嵌合部78的上方配置有第二嵌合部80。
[0111]第二嵌合部80是设置为与LED支架主体41的下端部嵌合的部分的圆筒面。在转接器28是单体的状态下，第二嵌合部80的直径与LED支架主体41的下端部的外径大致相同。另外，第二嵌合部80配置为与第一嵌合部78同轴。在第二嵌合部80的下方配置有环状凸部79。
[0112]环状凸部79形成为圆环状，被承接部33的上端面承接。环状凸部79的下表面水平延伸，被工件支架24的承接部33的上表面承接。另外，环状凸部79的上表面设为被承接部42承接的部分。环状凸部79将承接部33与承接部42配置为在对置方向Al上相互分离的状态。以上是膜制造装置10的简要结构。
[0113][在母材的内侧面形成高分子层的工序]
[0114]接下来，使用图6等，对使用膜制造装置10在母材11上形成高分子层12的工序进行说明。图6是用于对在母材11上形成高分子层12的工序进行说明的流程图。当在母材11上形成高分子层12时，首先，准备母材11与膜制造装置10(步骤SI)。
[0115]接下来，如图6以及图7所示，在拆下LED支架27以及转接器28的状态的工件支架24上装配母材11 (步骤S2)。此时，母材11的凸缘部Ild放置在工件支架24的阶梯部34a上。由此，母材11收纳于工件支架24的收纳凹部34内。接下来，如图6以及图8所示，向母材11的凹陷部Ilc供给规定量(例如几cc)的溶液23，然后，将透镜型夹具25放置在工件支架主体31的上表面31a并被阶梯部32a包围(步骤S3)。由此，母材11相对于工件支架24的定位、以及透镜型夹具25相对于工件支架24的定位结束。并且形成溶液23与内侧面Ile接触的状态。
[0116]接下来，如图6以及图3所示，将LED支架27装配于工件支架24(步骤S4)。具体而言，转接器28的第一嵌合部78与工件支架24的承接部33的外周部嵌合，并且转接器28的第二嵌合部80与LED支架主体41的下端部嵌合。转接器28的环状凸部79对承接部33进行承接，并且对承接部42进行承接。由此，发光装置29与母材11之间的定位结束。
[0117]接下来，如图5以及图6所示，朝向溶液23以及母材11的内侧面Ile直接放射紫外线(步骤S5)。具体而言，各紫外线LED元件60利用从电源装置21供给的电力放射紫外线。由此，在溶液23所含有的单体中产生接枝聚合反应。其结果，在母材11的内侧面Ile形成高分子层12。
[0118]需要说明的是，形成有高分子层12的母材11能够在从工件支架24拆下LED支架27以及透镜型夹具25后从工件支架24取出。
[0119]根据以上说明的膜制造装置10，利用多个紫外线LED元件60放射紫外线。各紫外线LED元件60形成为相对于内衬3的母材11足够小的形状。因此，不需要为了制造内衬3而使用与内衬3的母材11的形状相比格外大的形状的高压水银灯等。另外，由于各紫外线LED元件60的形状较小，因此，即便在配置有多个紫外线LED元件60的情况下，多个紫外线LED元件60整体所占据的空间也较小。并且，若采用紫外线LED元件60，则与高压水银灯相比，发热量非常小，不需要准备冷凝器等花费大的冷却装置。其结果，能够通过用于放射紫外线的结构的小型化来实现膜制造装置10的小型化。
[0120]另外，若采用紫外线LED元件60，则能够通过向该紫外线LED元件60供给的电流的调整等容易地对紫外线LED元件60的亮度进行微调。因此，能够准确且容易地调整溶液23中的紫外线的照度。其结果，能够容易地形成具有均匀厚度的高分子层12。
[0121]另外，与高压水银灯相比，各紫外线LED元件60所放射的光的指向性高，能够以均匀的强度放射紫外线。并且，将多个紫外线LED元件60以相互分离的方式配置。其结果，能够向大范围内放射均匀强度的紫外线。由此，在母材11的内侧面He，能够使光接枝聚合的进程更均匀。由此，能够在母材11的内侧面Ile形成均匀厚度的高分子层12。
[0122]另外，与从高压水银灯放射的紫外线的波长宽度相比，从紫外线LED元件60放射的紫外线的波长宽度非常窄。因此，紫外线LED元件60能够形成不放射对于光接枝聚合而言不需要的UV-B区域的紫外线的结构。其结果，对于工件支架24等被来自紫外线LED元件60的光照射的、膜制造装置10的各部件，能够抑制UV-B区域的紫外线所导致的设备的劣化。在此基础上，能够抑制内衬3的制造作业人员暴露于UV-B区域的紫外线，因此从制造作业人员的健康管理方面来看也是优选的。
[0123]另外，各紫外线LED元件60安装在结实的基板57上，与具有大且脆的玻璃部分的高压水银灯相比，操作容易。在此基础上，如前所述，不需要冷凝器等用于冷却紫外线LED元件60的玻璃部分。其结果，通过使用紫外线LED元件60，难以产生破损所导致的故障。在此基础上，通过使用与高压水银灯的寿命相比具有几倍(例如5倍)寿命的紫外线LED元件60，紫外线LED元件60的因寿命而导致的故障较少。
[0124]因此，在膜制造装置10中，能够实现小型化，能够准确地控制紫外线的照射强度，能够形成均匀厚度的高分子层12，能够抑制紫外线对设备以及作业人员造成的影响，且难以产生故障。
[0125]另外，根据膜制造装置10，能够利用LED支架27 —并操作多个紫外线LED元件60。由此,能够使多个紫外线LED元件60相对于母材11以及工件支架24 —并位移。因此，能够容易地由作业人员对多个紫外线LED元件60进行操作。
[0126]另外，根据膜制造装置10，设置有用于对溶液23以及母材11的内侧面lie的紫外线的照度进行调整的调整机构。这样，能够调整溶液23以及内侧面lie处的紫外线的照度，由此能够进一步提高利用光接枝聚合而形成的高分子层12的厚度的均匀程度。特别是，母材11的内侧面Ile不是平坦的。由此，对于提高形成于内侧面Ile的高分子层12的厚度的均匀程度，根据内侧面Ile的形状调整紫外线LED元件61的照度是合适的。
[0127]特别是，在本实施方式中，构成为向紫外线LED元件61供给的电流与向紫外线LED元件62?66供给的电流不同。这样，使用容易通过电力调整来进行亮度调整的LED构成紫外线LED元件60。由此，能够容易地调整溶液23以及母材11的内侧面lie处的紫外线的照度。其结果，能够容易地调整溶液23以及母材11的内侧面lie处的紫外线的照度。由此，能够使溶液23以及母材11的内侧面lie处的紫外线的照度更均匀。
[0128]另外，根据膜制造装置10，通过设置有光屏蔽部件45，能够防止来自紫外线LED元件60的光以外的光向紫外线LED元件60与工件支架24之间的光放射空间36侵入。由此，能够防止来自外部的不必要的紫外线所导致的、溶液23以及内侧面lie处的不均匀的接枝聚合反应。其结果，能够使高分子层12的厚度更均匀。
[0129]以上，虽说明了本发明的实施方式，但本发明不限定于上述的实施方式，能够在权利要求书所记载的范围内进行各种变更。
[0130](I)在上述实施方式中，以为了调整内侧面lie处的紫外线的照度，使向各紫外线LED元件60中的一部分紫外线LED元件61供给的电力比向其他紫外线LED元件62?66供给的电力大的方式为例进行了说明，但不限于此。例如，也可以如图9所示，通过在对置方向Al上将多个紫外线LED元件60配置于至少两个部位，由此形成调整所述照度的调整机构。
[0131]需要说明的是，以下，以与图1?图8所示的实施方式的不同之处为主进行说明，对于相同结构，在附图中标注相同的附图标记并省略说明。如图9所示，紫外线LED元件61固定于从LED支架27的台座部44延伸的延长部81。延长部81是从LED支架主体41的台座部44向下方延伸的块状的部分。在延长部81的下表面固定有包括紫外线LED元件61在内的LED单元51。延长部81距离台座部44的长度根据从母材11的端面Ilb到内侧面Ile的底部的距离等适当地设定。根据上述结构，台座部44与延长部81构成调整机构。
[0132]这样，多个紫外线LED元件60在对置方向Al上配置于至少两个部位。即，利用使多个紫外线LED元件61?66的位置在对置方向Al上不同这一简单的结构，能够使溶液23以及内侧面Ile处的紫外线的照度更均匀。特别是，对于并不平坦且因来自部分紫外线LED元件60的光而形成阴影的内侧面Ile，通过以上述方式使多个紫外线LED元件60的位置不同，能够容易地使内侧面He处的紫外线的照度变均匀。
[0133](2)另外，在上述的实施方式中，以在凹弯曲状的内侧面形成高分子层的方式为例进行了说明，但不限于此。本发明的膜制造装置能够在规定部位是平坦面的母材上形成高分子层，另外，能够在规定部位是平坦形状以外的形状的母材上形成高分子层。规定部位的形状既可以是简单的形状，也可以是复杂的起伏形状。在这种情况下，通过应用与规定部位的形状相应地改变各紫外线LED元件相对于LED支架的位置、以及改变各紫外线LED元件的亮度中的至少一者的简单结构，能够对规定部位的形状不同的多个母材形成均匀厚度的高分子层。
[0134](3)在上述的实施方式中，虽以设置有用于调整母材11的内侧面lie处的紫外线的强度的结构的方式为例进行了说明，但不限于此。例如，也可以将LED单元50(51、52、53、54、55、56)配置在台座部44上，并且使向各紫外线LED元件60供给的电流均匀。
[0135](4)另外，在上述的实施方式中，作为利用膜制造装置形成高分子层的人工关节组件，虽以人工髋关节的内衬为例进行了说明，但不限于此。例如，作为上述人工关节组件，能够列举出具有人工肩关节、人工膝关节、人工肘关节、人工踝关节、人工指关节等中的滑动面的组件。
[0136]工业上的可利用性
[0137]本发明作为在人工关节组件的制造中使用的膜制造装置、以及人工关节组件的制造方法，能够广泛应用。
[0138]附图标记说明
[0139]3:内衬(人工关节组件)
[0140]6:滑动面
[0141]10:膜制造装置
[0142]11:母材(工件)
[0143]Ile:内侧面(形成高分子层的规定部位)
[0144]12:高分子层
[0145]23:溶液
[0146]24:工件支架
[0147]60:紫外线LED元件
【权利要求】
1.一种膜制造装置，其通过光接枝聚合而在人工关节组件的母材即工件的表面形成构成滑动面的高分子层，其特征在于， 所述膜制造装置具备: 多个紫外线LED元件，其放射紫外线；以及 工件支架，其用于以使含有高分子单体的溶液与形成所述高分子层的规定部位接触的状态保持所述工件， 多个所述紫外线LED元件以相互分离的方式配置，通过向比各所述紫外线LED元件单独照射的区域大的区域照射所述紫外线而向所述溶液照射所述紫外线。
2.根据权利要求1所述的膜制造装置，其特征在于， 所述膜制造装置还具备一并保持多个所述紫外线LED元件的LED支架。
3.根据权利要求1或2所述的膜制造装置，其特征在于， 在所述膜制造装置中设置有调整机构，该调整机构用于调整所述溶液中的所述紫外线的照度。
4.根据权利要求3所述的膜制造装置，其特征在于， 所述调整机构通过将多个所述紫外线LED元件在多个所述紫外线LED元件与所述工件支架相对的方向上配置于至少两个部位来调整所述照度。
5.根据权利要求3或4所述的膜制造装置，其特征在于， 所述调整机构通过使向一部分所述紫外线LED元件供给的电力与向其他所述紫外线LED元件供给的电力不同来调整所述照度。
6.根据权利要求1?5中任一项所述的膜制造装置，其特征在于， 所述膜制造装置还具备光屏蔽部件，该光屏蔽部件在光学上将多个所述紫外线LED元件与所述工件支架之间的空间与外部的空间屏蔽。
7.—种人工关节组件的制造方法，其将通过光接枝聚合而形成的高分子层用作滑动面，所述人工关节组件的制造方法的特征在于，包括以下步骤: 溶液供给步骤，使含有高分子单体的溶液与人工关节组件的母材中形成所述高分子层的规定部位接触；以及 照射步骤，利用以相互分离的方式配置的多个紫外线LED元件向比各所述紫外线LED元件单独照射的区域大的区域照射紫外线，由此向所述溶液照射所述紫外线。
【文档编号】C08F2/48GK104244870SQ201380021295
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年3月28日 优先权日:2012年4月27日
【发明者】难波良太 申请人:京瓷医疗株式会社