人工股関節用カップ部材の試験装置
【課題】カップ部材における応力分布をより一様に近づけるとともに、装置構成の複雑化を大幅に抑制することができる人工股関節用カップ部材の試験装置を提供する。
【解決手段】外面側支持具１２は、カップ部材１００をその側方において外面側から支持する。面圧発生機構１３は、カップ部材１００の内面１００ａに対して、接触して面圧を発生させる面圧発生媒体を内面１００ａにおける中心部分を含む中心領域１００ｂの周辺を囲む中心周辺領域１００ｃに接触させて面圧を発生させるとともに中心領域１００ｂに対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ。
【解決手段】外面側支持具１２は、カップ部材１００をその側方において外面側から支持する。面圧発生機構１３は、カップ部材１００の内面１００ａに対して、接触して面圧を発生させる面圧発生媒体を内面１００ａにおける中心部分を含む中心領域１００ｂの周辺を囲む中心周辺領域１００ｃに接触させて面圧を発生させるとともに中心領域１００ｂに対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工股関節において用いられるカップ部材に対してその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、人工股関節として、体内に埋入されて骨盤側に配置されるカップ部材とこのカップ部材に対して大腿骨側に配置されて更にカップ部材に対して可動自在に嵌め込まれる骨頭ボールとを備えるものが用いられている。このような人工股関節においては、カップ部材は、その内面においてセラミック製の骨頭ボールと接触することになる。このため、欠陥のあるカップ部材を検知する試験としては、セラミック製の骨頭ボールを使用してカップ部材の内面に荷重を負荷することが考えられる。しかし、骨頭ボールをカップ部材の内面に直接当接させて荷重を付与する試験を行うと、カップ部材の内面に疵が発生してしまい易く、かかる試験を行うことで逆にカップ部材の破損を招き易くなってしまう虞がある。そのため、特許文献１に開示されているように、人工股関節において用いられるカップ部材に対して骨頭ボール以外の手段によってその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置が知られている。
【０００３】
特許文献１においては、人工股関節用カップ部材の試験装置として、カップ部材の内面に対してポンチを用いて面圧を付与する試験装置と、圧力液体を用いて面圧を付与する試験装置とが開示されている。特許文献１におけるポンチを用いて面圧を付与する試験装置は、ポンチの先端側に設けた球欠体と称する球状体の一部を成す形状の面圧発生媒体である圧子を介してカップ部材の内面に対して面圧を付与するようになっている。この球欠体（圧子）はポリテトラフルオロエチレンを材料として形成されており、カップ部材の内面に対して疵が発生してしまうことを防止するようになっている。そして、かかる試験装置においては、カップ部材をその最大外周の縁部領域にて保持装置により支持した状態で、ポンチから上記の球欠体を介してカップ部材の内面に面圧を付与するととともに、カップ部材に対して球欠体とは反対側から球欠体の中心線の方向に沿って上記のポンチによる荷重とは逆向きの支持力も負荷するように構成されている。この逆向きの支持力は、球欠体に荷重を負荷するポンチとは別のポンチを用いて負荷されるようになっている。このように、この試験装置においては、逆向きの支持力（荷重）を別途負荷することで、カップ部材における応力分布をより一様に近づけることを目的としている。
【０００４】
また、特許文献１における圧力液体を用いて面圧を付与する試験装置は、カップ部材の内面との間で面圧発生媒体である圧力液体が充填されるスペースを形成する金属ブロックが設けられている。このスペースは環状のシールエレメントによって封止されている。そして、金属ブロックには圧力液体の供給管路としての孔が形成されており、この孔を介して圧力液体が上記のスペースに供給されてカップ部材の内面に対して面圧が付与されるようになっている。このように、この試験装置では、面圧発生媒体として圧力液体を用いることで、カップ部材の内面に対して疵が発生してしまうことを防止するようになっている。そして、この試験装置においては、前述のポンチを用いて面圧を付与する試験装置と同様に、カップ部材をその最大外周の縁部領域にて保持装置により支持した状態で、圧力液体によりカップ部材の内面に面圧を付与するととともに、カップ部材に対して圧力液体が作用する側とは反対側から圧力液体による付勢方向とは逆向きの支持力も負荷するように構成されている。この試験装置においても、逆向きの支持力（荷重）を別途負荷することで、カップ部材における応力分布をより一様に近づけることを目的としている。
【０００５】
【特許文献１】特表２００２−５２５５６９号公報（第６−１０頁、第１−２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された人工股関節用カップ部材の試験装置においては、ポンチを用いて面圧を付与する試験装置及び圧力液体を用いて面圧を付与する試験装置のいずれにおいても、カップ部材における応力部分をより一様に近づけることを目的としている。しかしながら、そのためには上述のように、いずれの試験装置においても、カップ部材に対してその内面に上方から面圧を負荷するとともにその負荷方向とは逆向きの荷重を下方から負荷することが必要となる。このため、上方から面圧を負荷するための機構と、この機構による負荷方向とは逆向きの荷重を負荷するためのもう１つの機構とが必要となる。このため、カップ部材に対して面圧や荷重を負荷する機構が複数必要となり、装置の構成が複雑化してしまうことになる。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、人工股関節において用いられるカップ部材に対してその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置に関し、カップ部材における応力分布をより一様に近づけることができるとともに、装置構成の複雑化を大幅に抑制することができる人工股関節用カップ部材の試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００８】
上記目的を達成するための第１発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、人工股関節において用いられるカップ部材に対してその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置であって、前記カップ部材をその側方において外面側から支持する外面側支持具と、前記カップ部材の内面に対して、接触して面圧を発生させる面圧発生媒体を前記内面における中心部分を含む中心領域の周辺を囲む中心周辺領域に接触させて面圧を発生させるとともに前記中心領域に対しては前記面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
この発明によると、カップ部材は、その側方の外面側から支持された状態で、その内面に面圧発生機構によって面圧が付与されることになる。そして、面圧発生機構は、カップ部材の内面に対して面圧発生媒体を中心周辺領域に接触させて面圧を発生させるとともに中心領域に対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つようになっている。このため、面圧発生機構によって内面に面圧が付与されたカップ部材においては、中心周辺領域に面圧が作用し、中心領域においては面圧が作用しない状態に保たれることになる。
カップ部材の内面に対して全体的に面圧が作用すると、カップ部材の中心部分において分布荷重による曲げモーメントが大きくなりその部分の応力が高くなってしまうことになる。このため、従来技術においては、面圧が負荷される方向とは逆方向に荷重を負荷することで、カップ部材の中心部分が高応力になることを緩和していた。しかしながら、本発明によると、上述のように、中心周辺領域に面圧が作用して中心領域においては面圧が作用しない状態に保たれるため、分布荷重によってカップ部材の中心部分に作用する曲げモーメントを従来よりも大幅に小さくすることができるため、その中心部分における応力が過度に高くなってしまうことを効率よく抑制することができる。これにより、カップ部材の中心部分においてその周辺の部分に比して応力が過度に高くなってしまうことなくその周辺の部分と同等の水準の応力分布に近づけることができる。そして、面圧や荷重を発生させる機構としては、上述の面圧発生機構だけの簡便な構成でよく、面圧を負荷する方向と逆向きの荷重を負荷するためのもう１つの機構は不要となる。
従って、カップ部材における応力分布をより一様に近づけることができるとともに、装置構成の複雑化を大幅に抑制することができる人工股関節用カップ部材の試験装置を提供することができる。
【００１０】
第２発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、第１発明の人工股関節用カップ部材の試験装置において、前記面圧発生機構は、前記カップ部材の内面に対して前記中心領域とは接触せずに当該中心領域に隣接する空間を区画するとともに前記中心周辺領域に当接する前記面圧発生媒体である圧子と、前記圧子から前記カップ部材の内面に向かう付勢荷重を発生させる付勢機構と、を有し、前記付勢機構による付勢荷重によって前記圧子が前記カップ部材の内面を押圧することで前記中心周辺領域に面圧を発生させるとともに、前記圧子と前記中心領域との非接触状態を保つことを特徴とする。
【００１１】
この発明によると、中心領域とは接触せずに中心周辺領域に当接する面圧発生媒体である圧子が付勢機構による付勢荷重によってカップ部材の内面を押圧する。このような圧子と付勢機構とからなる面圧発生機構により、中心周辺領域に面圧を発生させるとともに中心領域に対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構を簡易な構成によって実現することができる。
【００１２】
第３発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、第２発明の人工股関節用カップ部材の試験装置において、前記圧子は、前記カップ部材の内面に沿う形状に形成されて前記中心周辺領域に当接する第１リング状曲面部と、前記第１リング状曲面部に周囲を囲まれるとともに平坦に形成されて前記第１リング状曲面部が前記中心周辺領域に当接した状態で前記中心領域に対して空間を介して対向する平坦部と、前記平坦部と反対側に形成されて前記付勢機構による付勢荷重が作用する付勢荷重作用部と、を有していることを特徴とする。
【００１３】
この発明によると、第１リング状曲面部がカップ部材の内面の中心周辺領域と当接するとともに第１リング状曲面部に囲まれた平坦部が中心領域に対して空間を介して対向することになる。そして、この状態で平坦部と反対側の付勢荷重作用部から付勢機構による付勢荷重が作用することで、中心領域には面圧が作用せずに中心周辺領域に面圧が作用することになる。このような圧子を用いることで、中心周辺領域に面圧を発生させるとともに中心領域に対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構を極めて簡易な構成によって実現することができる。
【００１４】
第４発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、第２発明の人工股関節用カップ部材の試験装置において、前記圧子は、前記カップ部材の内面に沿う形状に形成されて前記中心周辺領域に当接する第２リング状曲面部と、前記第２リング状曲面部に周囲を囲まれるとともに当該圧子を貫通するように形成されて前記第２リング状曲面部が前記中心周辺領域に当接した状態で前記中心領域に対して空間として対向する貫通孔と、前記第２リング状曲面部と反対側において前記貫通孔の周囲に形成され前記付勢機構による付勢荷重が作用する付勢荷重作用部と、を有していることを特徴とする。
【００１５】
この発明によると、第２リング状曲面部がカップ部材の内面の中心周辺領域と当接するとともに第２リング状曲面部に囲まれた貫通孔が中心領域に対して空間として対向することになる。そして、この状態で第２リング状曲面部と反対側の付勢荷重作用部から付勢機構による付勢荷重が作用することで、中心領域には面圧が作用せずに中心周辺領域に面圧が作用することになる。このような圧子を用いることで、中心周辺領域に面圧を発生させるとともに中心領域に対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構を極めて簡易な構成によって実現することができる。
【００１６】
第５発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、第１発明の人工股関節用カップ部材の試験装置において、前記面圧発生機構は、前記カップ部材の内面に対して前記中心周辺領域と前記中心領域との境界に沿う位置で当接する第1シール部と、前記カップ部材の内面に対して前記中心周辺領域の外周に沿う位置で当接する第２シール部と、前記第1シール部及び前記第２シール部を介して前記カップ部材の内面を押圧するとともに前記中心周辺領域に隣接する空間として前記面圧発生媒体である圧力液体が導入される液圧室を前記カップ部材の内面との間で区画する液圧室区画部材と、前記液圧室に圧力液体を供給する圧力液体供給機構と、を有し、前記圧力液体供給機構により前記液圧室に圧力液体を供給することで前記中心周辺領域に面圧を発生させるとともに圧力液体と前記中心領域との非接触状態を保つことを特徴とする。
【００１７】
この発明によると、液圧室区画部材がカップ部材の内面との間で第１シール部及び第２シール部を介して対向して圧力液体が導入される液圧室を区画する。そして、この液圧室に圧力液体供給機構から圧力液体が供給されることで中心領域とは接触せずに中心周辺領域に接触する面圧発生媒体である圧力液体がカップ部材の内面に面圧を発生させる。このような第１及び第２シール部と液圧室区画部材と圧力液体供給機構とを備える面圧発生機構により、中心周辺領域に面圧を発生させるとともに中心領域に対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構を簡易な構成によって実現することができる。
【００１８】
第６発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、第５発明の人工股関節用カップ部材の試験装置において、前記圧力液体供給機構は、圧力液体を吐出するポンプと、前記ポンプに接続されるとともに前記液圧室区画部材の内部を通過して前記液圧室に対して前記第１シール部と前記第２シール部との間で連通する圧力液体通路と、を有していることを特徴とする。
【００１９】
この発明によると、ポンプから吐出された圧力液体が液圧室区画部材の内部を通過するように形成された圧力液体通路を介して途中で漏れることなく確実に液圧室に供給される。このため、このような簡易な圧力液体通路を液圧室区画部材に設けることで、圧力液体が高圧であってもその圧力液体を液圧室に供給することができる構造を容易に実現することができる。
【００２０】
第７発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、第５発明又は第７発明の人工股関節用カップ部材の試験装置において、前記第１シール部及び前記第２シール部のそれぞれは、樹脂材料で形成されたリング状の第１樹脂シールと当該第１樹脂シールを形成する樹脂材料よりも硬度の高い樹脂材料で形成されたリング状の第２樹脂シールとを有し、前記各第１樹脂シールは前記液圧室を介して互いに対向するように配置され、前記各第２樹脂シールは前記各第１樹脂シールに対して前記液圧室の反対側にて隣接するように配置されていることを特徴とする。
【００２１】
この発明によると、液圧室区画部材とカップ部材の内面との間の液圧室に供給された圧力液体は、第１シール部と第２シール部とにより封止される。そして、第１シール部及び第２シール部のそれぞれは、内側（液圧室側）に配置される硬度の低い第１樹脂シールとその外側（第１樹脂シールに対して液圧室とは反対側）に配置されて硬度の高い第２樹脂シールとを備えて構成されている。このため、変形し易い第１樹脂シールを内側に配置することで封止対象面に対する高い追従性を発揮することができるとともに、硬度の高い第２樹脂シールを外側に配置することで高い剛性を備えたシール部材としての機能も発揮することができる。そして、このように内側の第１樹脂シールと外側の第２樹脂シールという複層構造にすることで、低圧のときには主に第１樹脂シールが変形して圧力液体を封止し、高圧のときには更に第２樹脂シールが変形して圧力液体を封止することができるため、低圧から高圧の広い圧力範囲に亘って着実に圧力液体を封止することができる。
【００２２】
第８発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、第２発明乃至第４発明のいずれかの人工股関節用カップ部材の試験装置において、一対の前記カップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の前記外面側支持具を有し、前記付勢機構は、一対の前記外面側支持具を当該外面側支持具同士が対向する方向に向かって押圧することで、前記圧子から一対の前記カップ部材の各内面に向かう付勢荷重を発生させることを特徴とする。
【００２３】
この発明によると、一対のカップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具が設けられ、付勢機構が一対の外面側支持具をそれらが対向する方向に向かって押圧して付勢荷重を発生させるようになっている。このため、本発明の試験装置においては、一対のカップ部材を同時に試験することが可能となる。このように、１回の試験で２個のカップ部材を試験することができることで、試験効率を大幅に向上させることができ、試験のために要する費用や工数も大幅に低減することができる。また、さらに上記の一対の外面側支持具を複数対備えた試験装置とすることで、複数対のカップ部材を同時に試験することも可能となる。この場合、１回の試験で多くのカップ部材を試験することができ、さらに飛躍的に試験効率を向上させることができる。そして、本発明の試験装置においては、一対の外面側支持具に対して付勢機構が１つのみ備えられていればよいため、一対のカップ部材を１つの付勢機構で試験することができ、さらに、試験装置の構成の簡易化を図ることができる。
【００２４】
第９発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、第５発明乃至第７発明のいずれかの人工股関節用カップ部材の試験装置において、一対の前記カップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の前記外面側支持具を有し、前記液圧室区画部材は、一対の前記カップ部材の各内面との間で一対の前記液圧室をそれぞれ区画し、前記圧力液体供給機構は、一対の前記液圧室にそれぞれ圧力液体を供給することを特徴とする。
【００２５】
この発明によると、一対のカップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具が設けられ、一対のカップ部材の各内面との間で液圧室区画部材により区画される一対の液圧室に対して、圧力液体供給機構がそれぞれ圧力液体を供給するようになっている。このため、本発明の試験装置においては、一対のカップ部材を同時に試験することが可能となる。このように、１回の試験で２個のカップ部材を試験することができることで、試験効率を大幅に向上させることができ、試験のために要する費用や工数も大幅に低減することができる。また、さらに上記の一対の外面側支持具と液圧室区画部材とを複数セット備えた試験装置とすることで、複数対のカップ部材を同時に試験することも可能となる。この場合、１回の試験で多くのカップ部材を試験することができ、さらに飛躍的に試験効率を向上させることができる。そして、本発明の試験装置においては、一対の外面側支持具に対して液圧室区画部材及び圧力液体供給機構が１セットのみ備えられていればよいため、一対のカップ部材を１セットの液圧室区画部材及び圧力液体供給機構で試験することができ、さらに、試験装置の構成の簡易化を図ることができる。
【００２６】
尚、他の観点に係る発明として、下記の第１０発明又は第１１発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置を構成してもよい。
【００２７】
第１０発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、人工股関節において用いられるカップ部材に対してその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置であって、一対の前記カップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具と、前記一対のカップ部材の内面に沿って接触する接触面を有するとともに当該接触面にて前記内面に当接して面圧を発生させる面圧発生部材と、一対の前記外面側支持具を当該外面側支持具同士が対向する方向に向かって押圧することで、前記面圧発生部材から一対の前記カップ部材の各内面に向かう付勢荷重を発生させる荷重発生機構と、を備えていることを特徴とする。
【００２８】
この発明によると、一対のカップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具が設けられている。そして、荷重発生機構が一対の外面側支持具をそれらが対向する方向に向かって押圧し、これにより、面圧発生部材から一対のカップ部材の各内面に向かう付勢荷重を発生させるようになっている。このため、本発明の試験装置においては、一対のカップ部材を同時に試験することが可能となる。このように、１回の試験で２個のカップ部材を試験することができることで、試験効率を大幅に向上させることができ、試験のために要する費用や工数も大幅に低減することができる。また、さらに上記の一対の外面側支持具を複数対備えた試験装置とすることで、複数対のカップ部材を同時に試験することも可能となる。この場合、１回の試験で多くのカップ部材を試験することができ、さらに飛躍的に試験効率を向上させることができる。そして、本発明の試験装置においては、一対の外面側支持具に対して荷重発生機構が１つのみ備えられていればよいため、一対のカップ部材を１つの荷重発生機構で試験することができ、さらに、試験装置の構成の簡易化を図ることができる。
【００２９】
第１１発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、人工股関節において用いられるカップ部材に対してその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置であって、一対の前記カップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具と、前記カップ部材の内面に当接するシール部材と、前記シール部材を介して前記カップ部材の内面を押圧するとともに圧力液体が導入される液圧室を前記カップ部材の内面との間で区画する液圧室区画要素と、前記液圧室に圧力液体を供給する圧力液体供給機構と、を備え、前記液圧室区画要素が一対の前記カップ部材の各内面との間で一対の前記液圧室をそれぞれ区画し、前記圧力液体供給機構が一対の前記液圧室にそれぞれ圧力液体を供給することで、一対の前記カップ部材の各内面に面圧を発生させることを特徴とする。
【００３０】
この発明によると、一対のカップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具が設けられ、一対のカップ部材の各内面との間で液圧室区画要素により区画される一対の液圧室に対して、圧力液体供給機構がそれぞれ圧力液体を供給し、これにより、一対のカップ部材の各内面に面圧を付与するようになっている。このため、本発明の試験装置においては、一対のカップ部材を同時に試験することが可能となる。このように、１回の試験で２個のカップ部材を試験することができることで、試験効率を大幅に向上させることができ、試験のために要する費用や工数も大幅に低減することができる。また、さらに上記の一対の外面側支持具と液圧室区画要素を複数セット備えた試験装置とすることで、複数対のカップ部材を同時に試験することも可能となる。この場合、１回の試験で多くのカップ部材を試験することができ、さらに飛躍的に試験効率を向上させることができる。そして、本発明の試験装置においては、一対の外面側支持具に対して液圧室区画要素及び圧力液体供給機構が１セットのみ備えられていればよいため、一対のカップ部材を１セットの液圧室区画要素及び圧力液体供給機構で試験することができ、さらに、試験装置の構成の簡易化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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、人工股関節において用いられるカップ部材に対してその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置として広く適用することができるものである。
【００３２】
まず、本実施形態に係る試験装置によって試験が行われる人工股関節用カップ部材について、人工股関節とともに説明する。図１は、人工股関節を説明する模式図であって、左股関節に対して人工股関節置換術が行われる場合における人工股関節の配置を骨盤１０３（二点鎖線で示す）及び大腿骨１０４（断面図で示す）とともに示したものである。図１に示すように、人工股関節においては、カップ部材１００、骨頭ボール１０１、及びステム１０２が用いられる。尚、カップ部材１００及び骨頭ボール１０１は、断面図で示している。カップ部材１００は、球面の一部を構成するように形成された内面１００ａを有しており、骨盤１０３側に配置される。骨頭ボール１０１は、カップ部材１００に対して大腿骨１０４側に配置されて更にカップ部材１００に対して可動自在に嵌め込まれる。この骨頭ボール１０１は、大腿骨１０４に埋入される大腿骨用コンポーネントであるステム１０２に結合されている。これらの要素を用いて人工股関節が構成される。本実施形態に係る試験装置は、このような人工股関節において用いられるカップ部材１００に対してその内面１００ａに面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するために用いられる。
【００３３】
（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態に係る人工股関節用カップ部材の試験装置１（以下単に、試験装置１という）を例示する正面図であり、図３はその側面図である。図２及び図３に示す試験装置１は、基台ケース１１、外面側支持具１２、面圧発生機構１３、などを備えて構成されている。そして、面圧発生機構１３は、圧子１４（図５を参照）と付勢機構１５とを備えている。付勢機構１５は、図２及び図３によく示すように、モータ１６、昇降駆動装置１７、制御ユニット１８、コントローラ１９、圧子支持具２０などを備えて構成されている。モータ１６、昇降駆動装置１７、及び圧子支持具２０は、基台ケース１１の正面側に配置されており、制御ユニット１８、及びコントローラ１９は、基台ケース１１の内部に配置されている。
【００３４】
図２及び図３に示すように、モータ１６は、スクリュー機構として構成されている昇降駆動装置１７と連結されており、モータ１６の回転により昇降駆動装置１７の上端部に取り付けられた支持テーブル２３の上下方向の昇降動作が行われるようになっている。尚、図２及び図３では、昇降駆動装置１７が上昇動作を行う前の状態と、上昇動作を行って図２中の矢印（Ａ）方向に支持テーブル２３を上昇させた状態（図２では実線で、図３では二点鎖線で示している）とをいずれも図示している。昇降駆動装置１７の上端部に取り付けられた支持テーブル２３の上には、外面側支持具１２が配置されている。また、圧子支持具２０は、基台ケース１１の上部に取り付けられたブラケット２４に取り付けられている。そして、後述するように、外面側支持具１２と圧子支持具２０との間において圧子１４と試験対象であるカップ部材１００とが配置され（図５を参照）、モータ１６の回転を制御して昇降駆動装置１７を上昇方向に駆動することで、付勢機構１５として、圧子１４からカップ部材１００の内面１００ａに向かう付勢荷重を発生させることができるようになっている。また、支持テーブル２３の下側にはロードセル２２が配置されている。このロードセル２２によって、支持テーブル２３とブラケット２４との間、すなわち、圧子支持具２０と外面側支持具１２との間でカップ部材１００に対して作用している荷重を検出することができるようになっている。ロードセル２２にて検出された荷重検出信号は信号線２５を介してコントローラ１９へと入力されるようになっている。
【００３５】
図４は、試験装置１のブロック図を示したものである。この図４に示すように、制御ユニット１８は、モータ制御装置２１を備えて構成されている。このモータ制御装置２１は、コントローラ１９から入力される指令に基づいてモータ１６の回転を制御するようになっており、これにより、モータ１６に対してスクリュー軸が連結された昇降駆動装置１７の昇降動作を制御するようになっている。
【００３６】
図３及び図４に示すコントローラ１９は、例えば汎用のパーソナルコンピュータを用いて構成されており、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤ（Hard Disk）、入・出力回路などを備えて構成されている。このコントローラ１９には、ロードセル２２から前述の荷重検出信号が入力され、この荷重検出信号に基づいて、所定の荷重となるまでモータ１６が駆動されるようにモータ制御装置２１へとモータ１６の出力指令が入力されることになる。このように、所定の荷重となるようにモータ１６が駆動されることで、圧子１４を介してカップ部材１００の内面１００ａに所定の面圧が作用することになる。
【００３７】
図５は、外面側支持具１２と圧子支持具２０との間において圧子１４及びカップ部材１００が配置されている状態を示す断面図を示したものである。尚、図５では、圧子支持具２０以外の要素を断面図で示している。図５に示すように、試験対象であるカップ部材１００は、外面側にはその側方において、円錐面の一部を構成するように設けられた外開き状のテーパ状面１００ｂが周方向の縁部分に沿って形成されている。また、前述したように、カップ部材１００には、球面の一部を構成するように設けられた内面１００ａが形成されている。
【００３８】
外面側支持具１２は、図５に示すように、保持部材２６、リング状支持部材２７、及びテーパリング２８を備えて構成されている。保持部材２６は、周壁が円筒状に形成されるとともに上部に向かって開口する内部空間２９を区画する箱状体の部材として形成され、例えば、鋼製の部材として形成されている。この保持部材２６は、支持テーブル２３上に配置される（図２参照）。そして、保持部材２６には、上部に開口している内周側の縁部分に沿う位置に、円形の段状に凹むように形成された凹部２６ａが設けられている。
【００３９】
リング状支持部材２７は、リング状の部材として形成され、例えば、鋼製の部材として形成されている。このリング状支持部材２７は、外周部分及び底面部分の形状が保持部材２６の凹部２６ａに嵌り合う形状に形成されている。また、リング状支持部材２７の内周側には、円錐曲面の一部を構成するように内側にすり鉢状に窄まる内周側テーパ面２７ｂが形成されている。
【００４０】
テーパリング２８は、肉厚の薄いリング状の部材として形成され、例えば、鋼よりも延性の高い銅等の軟質金属材料や硬質の樹脂材料等で形成されている。このテーパリング２８の外周側は、リング状支持部材２７の内周側テーパ面２７ａに対して楔状に係合して嵌り込むように円錐曲面の一部を構成するテーパ状の面として形成されている。また、テーパリング２８の内周側には、円錐曲面の一部を構成するように内側にすり鉢状に窄まるテーパ支持面２８ａが形成されている。このテーパ支持面２８ａに対しては、カップ部材１００の側方の外周に設けられたテーパ状面１００ｂが楔状に係合して嵌り込むようになっている。これにより、カップ部材１００は、保持部材２６の内側の内部空間２９に配置された状態で、テーパ状面１００ｂにてテーパリング２８に支持される。そして、テーパリング２８はリング状支持部材２７と係合して支持され、リング状支持部材２７は保持部材２６の凹部２６ａと係合して支持される。即ち、外面側支持具１２は、カップ部材１００をその側方において外面側からテーパ状面１００ｂにて支持するようになっている。
【００４１】
次に、前述した付勢機構１５とともに面圧発生機構１３を構成する圧子１４について説明する。図５に示すように、圧子１４は、半球状の頭頂部分が平坦に形成された部材として形成され、第１リング状曲面部１４ａ、平坦部１４ｂ、及び付勢荷重作用部１４ｃが設けられている。この圧子１４は、樹脂材料（例えば、ポリテトラフルオロエチレン等）で形成されている。そして、第１リング状曲面部１４ａは、カップ部材１００の内面１００ａに沿う形状に形成されており、内面１００ａにおける中心部分を含む中心領域１００ｂの周辺を含む中心周辺領域１００ｃに当接するように形成されている。平坦部１４ｂは、第１リング状曲面部１４ａに周囲を囲まれるとともに平坦に形成されており、第１リング状曲面部１４ａが中心周辺領域１００ｃに当接した状態（図５の状態）で中心領域１００ｂに対して空間３０を介して対向するようになっている。付勢荷重作用部１４ｃは、圧子支持具２０の先端部分と平面同士で当接する部分として設けられている。即ち、付勢荷重作用部１４ｃは、平坦部１４ｂと反対側に形成されて付勢機構１５による付勢荷重が圧子支持具２０の先端を介して作用する部分として形成されている。尚、圧子１４は、圧子支持具２０の先端に対して固定されるものであっても、固定されない状態で配置されるものであってもよく、いずれにおいても本実施形態において適用することができる。
【００４２】
圧子１４は、上述した構成を備えることで、カップ部材１００の内面１００ａに対して中心領域１００ｂとは接触せずに中心領域１００ｂに隣接する空間３０を区画するとともに中心周辺領域１００ｃに当接して（接触して）面圧を発生させる面圧発生媒体として設けられている。また、かかる圧子１４と付勢機構１５とを備えることで、面圧発生機構１３は、カップ部材１００の内面１００ａに対して、圧子１４を中心周辺領域１００ｃに接触させて面圧を発生させるとともに中心領域１００ｂに対しては圧子１４を非接触状態に保つ機構として設けられている。
【００４３】
次に、上述した試験装置１によってカップ部材１００に対してその内面１００ａに面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知する試験（この試験を以下、プルーフテストという）の試験方法について説明する。プルーフテストを行う場合は、まず、昇降駆動装置１７を駆動して支持テーブル２３を所定の位置まで上昇させた状態で、外面側支持具１２を支持テーブル２３上に配置し、さらに、外面側支持具１２に対してカップ部材１００を前述のように支持させる。そして、カップ部材１００の内面１００ａの中心と圧子１４の中心（平坦部１４ｂの中心）とが同一線上に位置するように、圧子１４をカップ部材１００の内面１００ａに対して配置する。その状態にて、圧子支持具２０の先端部が圧子１４の付勢荷重作用部１４ｃに当接する位置となるように、支持テーブル２３の高さを適宜調整する。この状態で、モータ１６によって付勢機構１５としての付勢荷重を付与できる状態になる。
【００４４】
プルーフテストに際しては、まず、コントローラ１９からの指令に基づいてモータ１６が駆動されてカップ部材１００に対して付勢荷重の付与が開始される。付勢荷重の付与開始後は、コントローラ１９からの指令に基づいて、プルーフテストとして必要な面圧をカップ部材１００の内面１００ａに付与することができる所定の荷重となるまで徐々にモータ１６が制御される。この状態においては、試験装置１は、付勢機構１５による付勢荷重によって圧子１４がカップ部材１００の内面１００ａを押圧することで中心周辺領域１００ｃに面圧を発生させるとともに、圧子１４の中心領域１００ｂとの非接触状態を保つようになっている。所定の荷重まで達した後は、所定時間の間その状態が保持されて、カップ部材１００に亀裂の発生等の破損が生じなければプルーフテストでは合格となる。
【００４５】
以上説明した試験装置１によると、カップ部材１００は、その側方の外面側から支持された状態で、その内面１００ａに面圧発生機構１３によって面圧が付与されることになる。そして、面圧発生機構１３は、カップ部材１００の内面１００ａに対して面圧発生媒体である圧子１４を中心周辺領域１００ｃに接触させて面圧を発生させるとともに中心領域１００ｂに対しては圧子１４を非接触状態に保つようになっている。このため、面圧発生機構１３によって内面１００ａに面圧が付与されたカップ部材１００においては、中心周辺領域１００ｃに面圧が作用し、中心領域１００ｂにおいては面圧が作用しない状態に保たれることになる。
【００４６】
尚、本願発明者らは、有限要素法によるシミュレーションを行って、カップ部材１００の内面１００ａに対して全体的に面圧を作用させた場合（条件１）、従来技術と同様に、面圧の方向とは逆向きの支持力を負荷した場合（条件２）、本実施形態に係る試験装置１によって付与される面圧（即ち、圧子１４が中心領域１００ｂには接触せずに中心周辺領域１００ｃに接触して発生させる面圧）を作用させた場合（条件３）、のそれぞれについてカップ部材１００に生じる応力分布を解析した。図１５、図１６、図１７にそれぞれ、条件１、条件２、条件３における解析結果を示す。この結果、プルーフテストとして要求される水準の面圧をカップ部材１００に発生させると、図１５に示すように、条件１では、カップ部材１００の中心に過度に高応力となった領域が発生した。一方、図１６及び図１７にそれぞれ示すように、条件２及び条件３では、プルーフテストとして要求される水準の面圧をカップ部材１００に発生させても、カップ部材１００の中心部分とその周辺の部分とにおいて同等の水準の応力分布とすることができることを確認できた。即ち、図１７に示すように、条件３では、面圧方向とは逆向きの支持力を負荷するための機構を別途設けなくても、カップ部材１００の中心部分とその周辺の部分とにおいて同等の水準の応力分布とすることができることを確認できた。
【００４７】
このように、試験装置１によると、中心周辺領域１００ｃに面圧が作用して中心領域１００ｂにおいては面圧が作用しない状態に保たれるため、分布荷重によってカップ部材１００の中心部分に作用する曲げモーメントを従来よりも大幅に小さくすることができるため、その中心部分における応力が過度に高くなってしまうことを効率よく抑制することができる。これにより、カップ部材１００の中心部分においてその周辺の部分に比して応力が過度に高くなってしまうことなくその周辺の部分と同等の水準の応力分布に近づけることができる。そして、面圧や荷重を発生させる機構としては、上述の面圧発生機構１３だけの簡便な構成でよく、面圧を負荷する方向と逆向きの荷重を負荷するためのもう１つの機構は不要となる。
従って、カップ部材１００における応力分布をより一様に近づけることができるとともに、装置構成の複雑化を大幅に抑制することができる人工股関節用カップ部材の試験装置１を提供することができる。
【００４８】
また、試験装置１によると、中心領域１００ｂとは接触せずに中心周辺領域１００ｃに当接する面圧発生媒体である圧子１４が付勢機構１５による付勢荷重によってカップ部材１００の内面１００ａを押圧する。このような圧子１４と付勢機構１５とからなる面圧発生機構１３により、中心周辺領域１００ｃに面圧を発生させるとともに中心領域１００ｂに対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構を簡易な構成によって実現することができる。
【００４９】
また、試験装置１によると、第１リング状曲面部１４ａがカップ部材１００の内面１００ａの中心周辺領域１００ｃと当接するとともに第１リング状曲面部１４ａに囲まれた平坦部１４ｂが中心領域１００ｂに対して空間３０を介して対向することになる。そして、この状態で平坦部１４ｂと反対側の付勢荷重作用部１４ｃから付勢機構１５による付勢荷重が作用することで、中心領域１００ｂには面圧が作用せずに中心周辺領域１００ｃに面圧が作用することになる。このような圧子１４を用いることで、中心周辺領域１００ｃに面圧を発生させるとともに中心領域１００ｂに対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構１３を極めて簡易な構成によって実現することができる。
【００５０】
（第１実施形態の第１変形例）
次に、第１実施形態における変形例について説明する。図６は、第１実施形態における第１変形例を説明する図であって、図５と同様に圧子３１及びカップ部材１００の近傍の状態を示す断面図である。図６にその要部を示す第１変形例に係る試験装置は、試験装置１と同様に構成されるが、圧子３１の構成が試験装置１とは異なっている。尚、圧子３１以外の要素については、試験装置１と同様に構成されるため、図６において同一の符合を付して説明を割愛する。
【００５１】
図６に示すように、圧子３１は、半球状の頭頂部分に貫通した孔が形成された部材として形成され、第２リング状曲面部３１ａ、貫通孔３１ｂ、及び付勢荷重作用部３１ｃが設けられている。この圧子３１は、樹脂材料（例えば、ポリテトラフルオロエチレン等）で形成されている。そして、第２リング状曲面部３１ａは、カップ部材１００の内面１００ａに沿う形状に形成されており、内面１００ａにおける中心周辺領域１００ｃに当接するように形成されている。貫通孔３１ｂは、第２リング状曲面部３１ａに周囲を囲まれるとともにこの圧子３１を貫通するように形成されている。そして、貫通孔３１ｂは、リング状曲面部３１ａが中心周辺領域１００ｃに当接した状態で中心領域１００ｂに対して空間として対向するようになっている。付勢荷重作用部３１ｃは、第２リング状曲面部３１ａと反対側において貫通孔３１ｂの周囲に形成されて付勢機構１５による付勢荷重が圧子支持具２０の先端を介して作用する部分として形成されている。尚、圧子３１は、圧子支持具２０の先端に対して固定されるものであっても、固定されない状態で配置されるものであってもよく、いずれにおいても第１変形例において適用することができる。
【００５２】
圧子３１は、上述した構成を備えることで、試験装置１の圧子１４と同様に、カップ部材１００の内面１００ａに対して中心領域１００ｂとは接触せずに中心領域１００ｂに隣接する空間を区画するとともに中心周辺領域１００ｃに当接して（接触して）面圧を発生させる面圧発生媒体として設けられている。
【００５３】
上述した第１変形例に係る試験装置によっても試験装置１と同様に、カップ部材１００における応力分布をより一様に近づけることができるとともに、装置構成の複雑化を大幅に抑制することができる人工股関節用カップ部材の試験装置を提供することができる。そして、この第１変形例に係る試験装置によると、第２リング状曲面部３１ａがカップ部材１００の内面１００ａの中心周辺領域１００ｃと当接するとともに第２リング状曲面部３１ａに囲まれた貫通孔３１ｂが中心領域に対して空間として対向することになる。そして、この状態で第２リング状曲面部３１ａと反対側の付勢荷重作用部３１ｃから付勢機構１５による付勢荷重が作用することで、中心領域１００ｂには面圧が作用せずに中心周辺領域１００ｃに面圧が作用することになる。このような圧子３１を用いることで、中心周辺領域１００ｃに面圧を発生させるとともに中心領域１００ｂに対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構を極めて簡易な構成によって実現することができる。
【００５４】
（第１実施形態の第２変形例）
次の変形例について説明する。図７は、第１実施形態における第２変形例を説明する図であって、図５と同様に圧子１４及びカップ部材１００の近傍の状態を示す断面図である。図７にその要部を示す第２変形例に係る試験装置は、試験装置１と同様に構成されるが、一対の外面側支持具（１２、１２）を備え、一対のカップ部材（１００、１００）に対して同時にプルーフテストを行うことができる構成である点が、試験装置１とは異なっている。尚、試験装置１と同様に構成される要素については、図７において同一の符合を付して説明を割愛する。
【００５５】
図７に示すように、第２変形例に係る試験装置においては、一対の外面側支持具（１２、１２）と、一対の圧子（１４、１４）とが備えられている。一対の外面側支持具（１２、１２）は、一対のカップ部材（１００、１００）をそれぞれの内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持するように配置されている。そして、各外面側支持具１２及び各圧子１４との間には、各カップ部材１００が試験装置１と同様に配置されることになる。
【００５６】
また、この第２変形例に係る試験装置においては、圧子支持具３２の構成が試験装置１の圧子支持具２０とは異なっている。圧子支持具３２は、円柱状の部材として形成され、一対の圧子（１４、１４）の間に配置されるようになっている。そして、圧子支持具３２の両端面（３２ａ、３２ａ）がそれぞれ一対の圧子（１４、１４）の各付勢荷重作用部１４ｃに当接するようになっている。即ち、第２変形例に係る試験装置においては、圧子支持具３２の上下方向両側に一対の圧子（１４、１４）がそれぞれ配置され、さらにその上下方向両側に一対のカップ部材（１００、１００）が内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれ配置され、さらにその上下方向両側に一対の外面側支持具（１２、１２）がそれぞれ配置されるようになっている。これらの圧子支持具３２、一対の圧子（１４、１４）、一対のカップ部材（１００、１００）、及び一対の外面側支持具（１２、１２）は、ブラケット２４に取り付けられた支持部材３３と、支持テーブル２３と、の間に配置される。そして、付勢機構１５は、一対の外面側支持具（１２、１２）をこの外面側支持具１２同士が対抗する方向に向かって押圧することで、各圧子１４から一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａに向かう付勢荷重を発生させるようになっている。
【００５７】
上述した第２変形例に係る試験装置によっても試験装置１と同様に、カップ部材１００における応力分布をより一様に近づけることができるとともに、装置構成の複雑化を大幅に抑制することができる人工股関節用カップ部材の試験装置を提供することができる。そして、この第１変形例に係る試験装置によると、一対のカップ部材（１００、１００）をそれぞれの内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具（１２、１２）が設けられ、付勢機構１５が一対の外面側支持具（１２、１２）をそれらが対向する方向に向かって押圧して付勢荷重を発生させるようになっている。このため、この変形例に係る試験装置においては、一対のカップ部材（１００、１００）を同時に試験することが可能となる。このように、１回の試験で２個のカップ部材１００を試験することができることで、試験効率を大幅に向上させることができ、試験のために要する費用や工数も大幅に低減することができる。また、さらに上記の一対の外面側支持具（１２、１２）を複数対備えた試験装置とすることで、複数対のカップ部材１００を同時に試験することも可能となる。この場合、１回の試験で多くのカップ部材１００を試験することができ、さらに飛躍的に試験効率を向上させることができる。そして、この変形例に係る試験装置においては、一対の外面側支持具（１２、１２）に対して付勢機構１５が１つのみ備えられていればよいため、一対のカップ部材（１００、１００）を１つの付勢機構１５で試験することができ、さらに、試験装置の構成の簡易化を図ることができる。尚、本変形例の更なる変形例として、一対の圧子（１４、１４）及び圧子支持具３２が一体形成された形態の圧子を構成してもよい。
【００５８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図８は、第２実施形態に係る人工股関節用カップ部材の試験装置２（以下単に、試験装置２という）を例示する側面図である。また、図９は試験装置２のブロック図であり、図１０はカップ部材１００の近傍の状態を示す断面図である。図８乃至図１０に示す試験装置２は、基台ケース１１、外面側支持具１２、面圧発生機構３４、などを備えて構成されている。そして、面圧発生機構３４は、モータ１６、昇降駆動装置１７、制御ユニット１８ａ、コントローラ１９ａ、ポンプユニット３５、第１シール部４１、第２シール部４２、液圧室区画部材４７、圧力水供給機構（圧力液体供給機構）４８などを備えて構成されている。尚、第２実施形態の説明においては、第１実施形態と同様の要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。
【００５９】
図８に示すように、ポンプユニット３５には、図示しないタンクから吸い込んだ水を昇圧して圧力水（圧力液体）として供給するポンプ３６が備えられており、ポンプ３６から供給される圧力水は、水管３８を介して後述する液圧室区画部材４７へと供給されるようになっている。また、図８及び図９に示すように、ポンプ３６から液圧室区画部材４７へと水を供給する経路（図８では破線の矢印で図示）である水管３８には圧力水の水圧を検知する水圧メータ３７が設けられている。そして、水圧メータ３７にて検出された水圧検出信号は信号線３９によりコントローラ１９ａへと入力されるようになっている。
【００６０】
制御ユニット１８ａは、図９に示すように、モータ制御装置２１とポンプ制御装置４０とを備えて構成されている。ポンプ制御装置４０は、コントローラ１９ａから入力される指令に基づいて、例えばポンプ３６を駆動している図示しないポンプモータの回転数を制御することにより、ポンプ３６から吐出される圧力水の圧力を制御するようになっている。尚、モータ制御装置２１は、第１実施形態のモータ制御装置２１と同様に構成される。
【００６１】
図８及び図９に示すコントローラ１９ａは、第１実施形態のコントローラ１９と同様に、例えば汎用のパーソナルコンピュータを用いて構成されている。このコントローラ１９ａには、第１実施形態と同様に、ロードセル２２から荷重検出信号が入力され、この荷重検出信号に基づいて、所定の荷重となるまでモータ１６が駆動されるようにモータ制御装置２１へとモータ１６の出力指令が入力されることになる。また、コントローラ１９ａには、水圧メータ３７からの前述の水圧検出信号が入力され、この水圧検出信号に基づいて、所定の水圧となるまでポンプ３６が駆動されるようにポンプ制御装置４０へとポンプ３６の出力指令が入力されることになる。このように、所定の水圧となるようにポンプ３６が駆動されることで、後述するように、カップ部材の１００の内面１００ａに所定の面圧が水圧として作用することになる。
【００６２】
次に、カップ部材１００の近傍の断面図を示す１０図に基づいて、第１シール部４１、第２シール部４２、液圧室区画部材４７、圧力水供給機構４８の構成について説明する。
【００６３】
第１シール部４１は、カップ部材１００の内面１００ａに対して中心周辺領域１００ｃと中心領域１００ｂとの境界に沿う位置で当接して圧力水を封止する手段として設けられている。この第１シール部４１は、液圧室区画部材４７において段状に突出する円柱状の先端円柱部４７ａの先端側の縁部分に沿って形成された凹部に対して密着するように嵌め込まれるとともに、カップ部材１００の内面１００ａに密着可能に配置されることになる。そして、この第１シール部４１は、樹脂材料で形成されたリング状（円環状）の第１樹脂シール４３と、この第１樹脂シール４３を形成する樹脂材料よりも硬度の高い樹脂材料で形成されたリング状の第２樹脂シール４４と、を備えて構成されている。第１樹脂シール４３は、その周方向と垂直な断面が円形断面又は楕円形断面に形成され、例えばポリエチレンで形成されている。また、第２樹脂シール４４は、その周方向と垂直な断面が四角形断面に形成され、例えばシリコンゴムで形成されている。尚、図１０に示す例では、カップ部材１００の内面１００ａに沿うように、第１樹脂シール４３と第２樹脂シール４４とがそれらの径方向において同心状に隣接して配設されている。
【００６４】
第２シール部４２は、カップ部材１００の内面１００ａに対して中心周辺領域１００ｃの外周に沿う位置で当接して圧力水を封止する手段として設けられている。この第２シール部４２は、液圧室区画部材４７の最外周の段状の部分を形成する円柱状の胴体円柱部４７ｂの先端側の縁部分に沿って形成された凹部に対して密着するように嵌め込まれるとともに、カップ部材１００の内面１００ａに密着可能に配置されることになる。そして、この第１シール部４１は、第１樹脂シール部４２と同様に、樹脂材料で形成されたリング状の第１樹脂シール４５と、この第１樹脂シール４５を形成する樹脂材料よりも硬度の高い樹脂材料で形成されたリング状の第２樹脂シール４６と、を備えて構成されている。第１樹脂シール４３は、その周方向と垂直な断面が円形断面又は楕円形断面に形成され、例えばポリエチレンで形成されている。また、第２樹脂シール４４は、その周方向と垂直な断面が四角形断面に形成され、例えばシリコンゴムで形成されている。尚、図１０に示す例では、カップ部材１００の内面１００ａに沿うように、第１樹脂シール４５と第２樹脂シール４６とがそれらの高さ方向において段積み状に重ねられるように配設されている。
【００６５】
また、液圧室区画部材４７は、ブラケット２４に取り付けられており、前述したように、胴体円柱部４７ｂから先端円柱部４７ａが段状に突出する外形に形成されている。胴体円中部４７ｂの外形円の中心と先端円柱部４７ａの外形円の中心とは同心上に配置されている。そして、この液圧室区画部材４７は、第１シール部４１及び第２シール部４２を介してカップ部材１００の内面１００ａを押圧するとともに中心周辺領域１００ｃに隣接する空間として面圧発生媒体である圧力水が導入される液圧室５０をカップ部材１００の内面１００ａとの間で区画するように形成されている。尚、各第１樹脂シール（４３、４５）は液圧室５０を介して互いに対向するように配置され、各第２樹脂シール（４４、４７）は各第１樹脂シール（４３、４５）に対して液圧室５０の反対側にて隣接するように配置されている。また、この液圧室区画部材４７には、ポンプ３６に水管３８を介して接続されるとともに液圧室５０に対して第１シール部４１と第２シール部４２との間で連通する圧力水通路（圧力液体通路）４９が形成されている。即ち、圧力水通路４９は、液圧室区画部材４７の内部を通過する孔として形成されている。
【００６６】
圧力水供給機構４８は、圧力水を吐出するポンプ３６と前述した圧力水通路４９とを備えて構成されており、液圧室５０に圧力水を供給する手段として設けられている。試験装置２は、第１シール部４１及び第２シール部４２で封止された液圧室５０に圧力水供給機構４８により圧力水を供給することでカップ部材１００の内面１００ａにおける中心周辺領域１００ｃに面圧を発生させるとともに圧力水と中心領域との非接触状態を保つようになっている。
【００６７】
次に、上述した試験装置２によってカップ部材１００に対してその内面１００ａに面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するプルーフテストの方法について説明する。かかるプルーフテストを行う場合は、まず、昇降駆動装置１７を駆動して支持テーブル２３を所定の位置まで上昇させた状態で、外面側支持具１２を支持テーブル２３上に配置し、さらに、外面側支持具１２に対してカップ部材１００を支持させる。そして、カップ部材１００の内面１００ａの中心と液圧室区画部材４７の中心（先端円柱部４７ａの中心）とが同一線上に位置するように、外面支持具１２及びカップ部材１００を液圧室区画部材４７に対して配置する。その状態にて、液圧室区画部材４７に取り付けられている第１シール部４１及び第２シール部４２がカップ部材１００の内面１００ａに当接する位置となるように、支持テーブル２３の高さを適宜調整する。この状態で、面圧発生機構３４によってカップ部材１００の内面１００ａに対して面圧を付与するプルーフテストを開始できる状態になる。
【００６８】
プルーフテストに際しては、まず、コントローラ１９ａからの指令に基づいてモータ１６が駆動されてカップ部材１００に対して予備荷重が付与される。そして、予備荷重を付与した状態でコントローラ１９ａからの指令に基づいた水圧の圧力水がポンプ３６から水管３８及び圧力水通路４９を経て液圧室５０へと供給され始めることになる。このとき、液圧室５０の水圧がカップ部材１００に作用するため、カップ部材１００には上下方向の荷重が作用することになる。液圧室５０への圧力水の導入の開始後は、コントローラ１９ａからの指令に基づいて、プルーフテストとして必要な面圧をカップ部材１００の内面１００ａに付与するために、所定の水圧となるまで徐々に水圧が上昇するようにポンプ３６を制御するとともに、これに対応させてモータ１２を制御しながら、所定の荷重となるまで徐々にモータ１６が制御される。このように液圧室５０に水圧が付加されている間は、第１シール部４２と第２シール部４２とによって、カップ部材１００の内面１００ａの中心周辺領域１００ｃと液圧室区画部材４７との間が封止されている。そして、この状態においては、試験装置２は、圧力液体供給機構４８により液圧室５０に圧力水を供給することで中心周辺領域１００ｃに面圧を発生させるとともに、圧力水と中心領域１００ｂとの非接触状態を保つようになっている。所定の荷重まで達した後は、所定時間の間その状態が保持されて、カップ部材１００に亀裂の発生等の破損が生じなければプルーフテストでは合格となる。
【００６９】
以上説明した試験装置２によると、カップ部材１００は、その側方の外面側から支持された状態で、その内面１００ａに面圧発生機構３４によって面圧が付与されることになる。そして、面圧発生機構３４は、カップ部材１００の内面１００ａに対して面圧発生媒体である圧力水を中心周辺領域１００ｃに接触させて面圧を発生させるとともに中心領域１００ｂに対しては圧力水を非接触状態に保つようになっている。このため、面圧発生機構３４によって内面１００ａに面圧が付与されたカップ部材１００においては、中心周辺領域１００ｃに面圧が作用し、中心領域１００ｂにおいては面圧が作用しない状態に保たれることになる。
【００７０】
この試験装置２によると、中心周辺領域１００ｃに面圧が作用して中心領域１００ｂにおいては面圧が作用しない状態に保たれるため、分布荷重によってカップ部材１００の中心部分に作用する曲げモーメントを従来よりも大幅に小さくすることができるため、その中心部分における応力が過度に高くなってしまうことを効率よく抑制することができる。これにより、カップ部材１００の中心部分においてその周辺の部分に比して応力が過度に高くなってしまうことなくその周辺の部分と同等の水準の応力分布に近づけることができる。そして、面圧や荷重を発生させる機構としては、上述の面圧発生機構３４だけの簡便な構成でよく、面圧を負荷する方向と逆向きの荷重を負荷するためのもう１つの機構は不要となる。
従って、カップ部材１００における応力分布をより一様に近づけることができるとともに、装置構成の複雑化を大幅に抑制することができる人工股関節用カップ部材の試験装置２を提供することができる。
【００７１】
また、試験装置２によると、液圧室区画部材４７がカップ部材１００の内面１００ａとの間で第１シール部４１及び第２シール部４２を介して対向して圧力水が導入される液圧室５０を区画する。そして、この液圧室５０に圧力水供給機構４８から圧力水が供給されることで中心領域１００ｂとは接触せずに中心周辺領域１００ｃに接触する面圧発生媒体である圧力水がカップ部材１００の内面１００ａに面圧を発生させる。このような第１及び第２シール部（４１、４２）と液圧室区画部材４７と圧力水供給機構４８とを備える面圧発生機構３４により、中心周辺領域１００ｃに面圧を発生させるとともに中心領域１００ｂに対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構３４を簡易な構成によって実現することができる。
【００７２】
また、試験装置２によると、ポンプ３６から吐出された圧力水が液圧室区画部材４７の内部を通過するように形成された圧力水通路４９を介して途中で漏れることなく確実に液圧室５０に供給される。このため、このような簡易な圧力水通路４９を液圧室区画部材４７に設けることで、圧力水が高圧であってもその圧力水を液圧室５０に供給することができる構造を容易に実現することができる。
【００７３】
また、試験装置２によると、液圧室区画部材４７とカップ部材１００の内面１００ａとの間の液圧室５０に供給された圧力水は、第１シール部４１と第２シール部４２とにより封止される。そして、第１シール部４１及び第２シール部４２のそれぞれは、内側（液圧室５０側）に配置される硬度の低い第１樹脂シール（４３、４５）とその外側（第１樹脂シール（４３、４５）に対して液圧室５０とは反対側）に配置されて硬度の高い第２樹脂シール（４４、４６）とを備えて構成されている。このため、変形し易い第１樹脂シール（４３、４５）を内側に配置することで封止対象面に対する高い追従性を発揮することができるとともに、硬度の高い第２樹脂シール（４４、４６）を外側に配置することで高い剛性を備えたシール部材としての機能も発揮することができる。そして、このように内側の第１樹脂シール（４３、４５）と外側の第２樹脂シール（４４、４６）という複層構造にすることで、低圧のときには主に第１樹脂シール（４３、４５）が変形して圧力水を封止し、高圧のときには更に第２樹脂シール（４４、４６）が変形して圧力水を封止することができるため、低圧から高圧の広い圧力範囲に亘って着実に圧力水を封止することができる。
【００７４】
（第２実施形態の第１変形例）
次に、第２実施形態における変形例について説明する。図１１は、第２実施形態における第１変形例を説明する図であって、第２シール部５１の近傍の状態を示す断面図である。図１１にその要部を示す第１変形例に係る試験装置は、試験装置２と同様に構成されるが、第１シール部（図示せず）及び第２シール部５１の構成が試験装置２とは異なっている。
【００７５】
図１１（ａ）に示すように、第２シール部５１は、試験装置２の第２シール部４２と同じ位置に配置されるが、第２シール部４２とは異なり、三層シール構造で圧力水を封止する手段として設けられている。この第２シール部５１は、樹脂材料で形成されたリング状の第１樹脂シール５２と、この第１樹脂シール５２を形成する樹脂材料よりも硬度の高い樹脂材料で形成されたリング状の第２樹脂シール５３と、金属製の金属シール５４と、を備えて構成されている。第１樹脂シール５２は、その周方向と垂直な断面が円形断面又は楕円形断面に形成され、例えばポリエチレンで形成されている。第２樹脂シール５３は、その周方向と垂直な断面が台形断面に形成され、例えばシリコンゴムで形成されている。第２樹脂シール５３の外周側には、円錐曲面の一部を構成するテーパ状面５３ａが形成されており、このテーパ状面５３ａにてカップ部材１００の内面１００ａに当接するようになっている。
【００７６】
金属シール５４は、その周方向と垂直な断面が台形断面又は五角形断面に形成され、例えば軟質金属材料としての銅で形成されている。図１１（ｂ）は、金属シール５４の外周側を拡大して示す断面図であるが、金属シール５４の外周側には、円錐曲面の一部を構成するテーパ状面５４ａと、テーパ状面５４ａの窄まっている端部側に形成された面取り部分５４ｂとが設けられている。金属シール５４は、このテーパ状面５４ａ及び面取り部分５４ｂにてカップ部材１００の内面１００ａに当接することで、過度な接触応力が発生してしまうことを緩和して、内面１００ａに疵が発生することを防止するようになっている。尚、図１１に示す例では、カップ部材１００の内面１００ａに沿うように、第１樹脂シール５２、第２樹脂シール５３、及び金属シール５４がそれらの高さ方向において段積み状に重ねられるように配設されている。尚、図１１（ｃ）は、金属シール５４の変形例である金属シール５５を示したものである。金属シール５４においてはその外周側にテーパ状面５４ａ及び面取り部分５４ｂが設けられていたが、図１１（ｃ）に示す金属シール５５のように、途中で傾斜角が変化する２段階の斜面として構成されたテーパ状面５５ａ及びテーパ状面５５ｂを備えるものであってもよい。
【００７７】
また、図１１では図示していないが、この変形例においては、第１シール部についても、第１樹脂シール、第２樹脂シール、及び金属シールを備える三層シール構造として設けられる。そして、第１シール部及び第２シール部５１においては、各第１樹脂シールが液圧室５０を介して互いに対向するように配置され、各第２樹脂シールは各第１樹脂シールに対して液圧室５０の反対側にて隣接するように配置され、さらに、各金属シールは各第２樹脂シールに対して各第１樹脂シールの反対側にて隣接するように配置されている。このように、第１シール部及び第２シール部５１を三層シール構造とすることで、第２樹脂シールの外側でも金属シールにて圧力水を封止することができるため、さらに高圧の領域まで広い範囲に亘って着実に圧力水を封止することができる。
【００７８】
（第２実施形態の第２変形例）
次の変形例について説明する。図１２は、第２実施形態における第２変形例を説明する図であって、カップ部材１００の近傍の状態を示す断面図である。図１２にその要部を示す第２変形例に係る試験装置は、試験装置２と同様に構成されるが、一対の外面側支持具（１２、１２）を備え、一対のカップ部材（１００、１００）に対して同時にプルーフテストを行うことができる構成である点が、試験装置２とは異なっている。尚、試験装置２と同様に構成される要素については、図１２におけて同一の符合を付している。
【００７９】
図１２に示すように、第２変形例に係る試験装置においては、一対の外面側支持具（１２、１２）と、第１シール部５６と、第２シール部５７と、液圧室区画部材５８とが備えられている。一対の外面側支持具（１２、１２）は、一対のカップ部材（１００、１００）をそれぞれの内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持するように配置されている。第１シール部５６及び第２シール部５７は、それぞれ試験装置２の第１シール部４１及び第２シール部４２と同じ位置に配置されるが、いずれも円形断面を有するリング状に形成され、樹脂製として設けられている。そして、第１シール部５６及び第２シール部５７は、一対のカップ部材（１００、１００）に対応して一対ずつ設けられている。
【００８０】
液圧室区画部材５８は、各第１シール部５６及び各第２シール部５７を介してカップ部材１００の内面１００ａを押圧するとともに、中心周辺領域１００ｃに隣接する空間として圧力水が導入される一対の液圧室（５０、５０）を一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａとの間でそれぞれ区画するように設けられている。また、液圧室区画部材５８には、水管３８に接続する圧力水通路５９が、二手に分岐して一対の液圧室（５０、５０）のそれぞれに連通するように形成されている。そして、ポンプ３６と圧力水通路５９とを備えて構成される圧力水供給機構は、一対の液圧室（５０、５０）にそれぞれ圧力水を供給するようになっている。
【００８１】
上述した第２変形例に係る試験装置によっても試験装置２と同様に、カップ部材１００における応力分布をより一様に近づけることができるとともに、装置構成の複雑化を大幅に抑制することができる人工股関節用カップ部材の試験装置を提供することができる。そして、この第２変形例に係る試験装置によると、一対のカップ部材（１００、１００）をそれぞれの内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具（１２、１２）が設けられ、一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａとの間で液圧室区画部材５８により区画される一対の液圧室（５０、５０）に対して、圧力水供給機構がそれぞれ圧力水を供給するようになっている。このため、この変形例に係る試験装置においては、一対のカップ部材（１００、１００）を同時に試験することが可能となる。このように、１回の試験で２個のカップ部材（１００、１００）を試験することができることで、試験効率を大幅に向上させることができ、試験のために要する費用や工数も大幅に低減することができる。また、さらに上記の一対の外面側支持具（１２、１２）と液圧室区画部材５８とを複数セット備えた試験装置とすることで、複数対のカップ部材１００を同時に試験することも可能となる。この場合、１回の試験で多くのカップ部材１００を試験することができ、さらに飛躍的に試験効率を向上させることができる。そして、この変形例に係る試験装置においては、一対の外面側支持具（１２、１２）に対して液圧室区画部材５８及び圧力水供給機構が１セットのみ備えられていればよいため、一対のカップ部材（１００、１００）を１セットの液圧室区画部材５８及び圧力水供給機構で試験することができ、さらに、試験装置の構成の簡易化を図ることができる。
【００８２】
（他の実施形態）
次に、本発明における他の実施形態について説明する。図１３は、他の実施形態に係る人工股関節用カップ部材の試験装置を説明する図であって、カップ部材１００の近傍の状態を示す断面図である。図１３に示す試験装置は、カップ部材１００に対してその内面１００ａに面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置であって、第１実施形態の第２変形例に係る試験装置と同様に構成されている。即ち、一対の外面側支持具（１２、１２）を備え、一対のカップ部材（１００、１００）に対して同時にプルーフテストを行うことができる構成を備えている。しかし、中心領域１００ｂに接触せずに中心周辺領域１００ｃに当接する圧子１４とは異なる構成の面圧発生部材６０が備えられている点が、第１実施形態の第２変形例に係る試験装置とは異なっている。尚、試験装置１や第１実施形態の第２変形例に係る試験装置と同様に構成される要素については、図１３において同一の符合を付して説明を割愛する。
【００８３】
図１３にその要部を示す試験装置においては、一対の外面側支持具（１２、１２）と、面圧発生部材６０と、荷重発生機構とが備えられている。一対の外面側支持具（１２、１２）は、一対のカップ部材（１００、１００）をそれぞれの内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持するように配置されている。面圧発生部材６０は、一対のカップ部材（１００、１００）の内面１００ａに沿って接触する一対の接触面（６０ａ、６０ａ）を有するとともにこの接触面６０ａにて内面１００ａに当接して面圧を発生させるようになっている。即ち、面圧発生部材６０を挟んでその上下方向両側に一対のカップ部材（１００、１００）が内面１００ａ同士を対向させて配置され、更にその上下方向両側に一対の外面側支持具（１２、１２）が配置されている。荷重発生機構は、付勢機構１５と同様に構成されており、一対の前記外面側支持具（１２、１２）をこれらの外面側支持具同士１２が対向する方向に向かって押圧することで、面圧発生部材６０から一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａに向かう付勢荷重を発生させる機構として設けられている。
【００８４】
この試験装置によると、一対のカップ部材（１００、１００）をそれぞれの内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具（１２、１２）が設けられている。そして、荷重発生機構が一対の外面側支持具（１２、１２）をそれらが対向する方向に向かって押圧し、これにより、面圧発生部材６０から一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａに向かう付勢荷重を発生させるようになっている。このため、この試験装置においては、一対のカップ部材（１００、１００）を同時に試験することが可能となる。このように、１回の試験で２個のカップ部材（１００、１００）を試験することができることで、試験効率を大幅に向上させることができ、試験のために要する費用や工数も大幅に低減することができる。また、さらに上記の一対の外面側支持具（１２、１２）を複数対備えた試験装置とすることで、複数対のカップ部材１００を同時に試験することも可能となる。この場合、１回の試験で多くのカップ部材１００を試験することができ、さらに飛躍的に試験効率を向上させることができる。そして、この試験装置においては、一対の外面側支持具（１２、１２）に対して荷重発生機構が１つのみ備えられていればよいため、一対のカップ部材（１００、１００）を１つの荷重発生機構で試験することができ、さらに、試験装置の構成の簡易化を図ることができる。
【００８５】
また、図１４は、更に他の実施形態に係る人工股関節用カップ部材の試験装置を説明する図であって、カップ部材１００の近傍の状態を示す断面図である。図１４に示す試験装置は、カップ部材１００に対してその内面１００ａに面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置であって、第２実施形態の第２変形例に係る試験装置と同様に構成されている。即ち、一対の外面側支持具（１２、１２）を備え、一対のカップ部材（１００、１００）に対して同時にプルーフテストを行うことができる構成を備えている。しかし、カップ部材１００の内面１００ａへの圧力水の接触の形態において、第２実施形態の第２変形例に係る試験装置とは異なっている。尚、試験装置２や第２実施形態の第２変形例に係る試験装置と同様に構成される要素については、図１４においては同一の符合を付して説明を割愛する。
【００８６】
図１４にその要部を示す試験装置においては、一対の外面側支持具（１２、１２）と、一対のシール部材（６１、６１）と、液圧室区画要素６２と、圧力水供給機構（圧力液体供給機構）とが備えられている。一対の外面側支持具（１２、１２）は、一対のカップ部材（１００、１００）の内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持するように配置されている。一対のシール部材（６１、６１）は、一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａに対して当接するように配置され、円形断面を有するリング状に形成され、樹脂製として設けられている。液圧室区画要素６２は、一対のシール部材（６１、６１）を介して一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａを押圧するとともに、圧力水が導入される一対の液圧室（６４、６４）を一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａとの間でそれぞれ区画するように設けられている。また、液圧室区画要素６２には、水管３８に接続する圧力水通路（圧力液体通路）６３が、二手に分岐して一対の液圧室（６４、６４）のそれぞれに連通するように形成されている。そして、ポンプ３６と圧力水通路６３とを備えて構成される圧力水供給機構（圧力液体供給機構）は、一対の液圧室（６４、６４）に圧力水を供給するようになっている。この圧力水供給機構が、一対の液圧室（６４、６４）にそれぞれ圧力水を供給することで、一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａに面圧を発生させるようになっている。
【００８７】
この試験装置によると、一対のカップ部材（１００、１００）をそれぞれの内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具（１２、１２）が設けられ、一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａとの間で液圧室区画要素６２により区画される一対の液圧室（６４、６４）に対して、圧力水供給機構がそれぞれ圧力水を供給し、これにより、一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａに面圧を付与するようになっている。このため、この試験装置においては、一対のカップ部材（１００、１００）を同時に試験することが可能となる。このように、１回の試験で２個のカップ部材（１００、１００）を試験することができることで、試験効率を大幅に向上させることができ、試験のために要する費用や工数も大幅に低減することができる。また、さらに上記の一対の外面側支持具（１２、１２）と液圧室区画要素６２を複数セット備えた試験装置とすることで、複数対のカップ部材１００を同時に試験することも可能となる。この場合、１回の試験で多くのカップ部材１００を試験することができ、さらに飛躍的に試験効率を向上させることができる。そして、この試験装置においては、一対の外面側支持具（１２、１２）に対して液圧室区画要素６２及び圧力水供給機構が１セットのみ備えられていればよいため、一対のカップ部材（１００、１００）を１セットの液圧室区画要素６２及び圧力液体供給機構で試験することができ、さらに、試験装置の構成の簡易化を図ることができる。
【００８８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、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なものである。例えば、第１及び第２実施形態において、外面側支持具の形状を適宜変更して実施してもよい。また、第２実施形態において、圧力液体は圧力水以外のもの（例えば、圧油）であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、人工股関節において用いられるカップ部材に対してその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置として広く適用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】人工股関節を説明する模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る人工股関節用カップ部材の試験装置を例示する正面図である。
【図３】図２に示す人工股関節用カップ部材の試験装置の側面図である。
【図４】図２に示す人工股関節用カップ部材の試験装置のブロック図である。
【図５】図２に示す人工股関節用カップ部材の試験装置における要部拡大断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の第１変形例の人工股関節用カップ部材の試験装置における要部拡大断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態の第２変形例の人工股関節用カップ部材の試験装置における要部拡大断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る人工股関節用カップ部材の試験装置を例示する側面図である。
【図９】図８に示す人工股関節用カップ部材の試験装置のブロック図である。
【図１０】図８に示す人工股関節用カップ部材の試験装置における要部拡大断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の第１変形例の人工股関節用カップ部材の試験装置における要部拡大断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態の第２変形例の人工股関節用カップ部材の試験装置における要部拡大断面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係る人工股関節用カップ部材の試験装置における要部拡大断面図である。
【図１４】本発明の更に他の実施形態に係る人工股関節用カップ部材の試験装置における要部拡大断面図である。
【図１５】カップ部材の内面に対して全体的に面圧を作用させた場合（条件１）の解析結果を示す図である。
【図１６】面圧の方向とは逆向きの支持力を負荷した場合（条件２）の解析結果を示す図である。
【図１７】本実施形態に係る試験装置によって付与される面圧を作用させた場合（条件３）の解析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 人工股関節用カップ部材の試験装置
１２ 外面側支持具
１３ 面圧発生機構
１４ 圧子（面圧発生媒体）
１５ 付勢機構
１００ カップ部材
１００ａ 内面
１００ｂ 中心領域
１００ｃ 中心周辺領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工股関節において用いられるカップ部材に対してその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、人工股関節として、体内に埋入されて骨盤側に配置されるカップ部材とこのカップ部材に対して大腿骨側に配置されて更にカップ部材に対して可動自在に嵌め込まれる骨頭ボールとを備えるものが用いられている。このような人工股関節においては、カップ部材は、その内面においてセラミック製の骨頭ボールと接触することになる。このため、欠陥のあるカップ部材を検知する試験としては、セラミック製の骨頭ボールを使用してカップ部材の内面に荷重を負荷することが考えられる。しかし、骨頭ボールをカップ部材の内面に直接当接させて荷重を付与する試験を行うと、カップ部材の内面に疵が発生してしまい易く、かかる試験を行うことで逆にカップ部材の破損を招き易くなってしまう虞がある。そのため、特許文献１に開示されているように、人工股関節において用いられるカップ部材に対して骨頭ボール以外の手段によってその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置が知られている。
【０００３】
特許文献１においては、人工股関節用カップ部材の試験装置として、カップ部材の内面に対してポンチを用いて面圧を付与する試験装置と、圧力液体を用いて面圧を付与する試験装置とが開示されている。特許文献１におけるポンチを用いて面圧を付与する試験装置は、ポンチの先端側に設けた球欠体と称する球状体の一部を成す形状の面圧発生媒体である圧子を介してカップ部材の内面に対して面圧を付与するようになっている。この球欠体（圧子）はポリテトラフルオロエチレンを材料として形成されており、カップ部材の内面に対して疵が発生してしまうことを防止するようになっている。そして、かかる試験装置においては、カップ部材をその最大外周の縁部領域にて保持装置により支持した状態で、ポンチから上記の球欠体を介してカップ部材の内面に面圧を付与するととともに、カップ部材に対して球欠体とは反対側から球欠体の中心線の方向に沿って上記のポンチによる荷重とは逆向きの支持力も負荷するように構成されている。この逆向きの支持力は、球欠体に荷重を負荷するポンチとは別のポンチを用いて負荷されるようになっている。このように、この試験装置においては、逆向きの支持力（荷重）を別途負荷することで、カップ部材における応力分布をより一様に近づけることを目的としている。
【０００４】
また、特許文献１における圧力液体を用いて面圧を付与する試験装置は、カップ部材の内面との間で面圧発生媒体である圧力液体が充填されるスペースを形成する金属ブロックが設けられている。このスペースは環状のシールエレメントによって封止されている。そして、金属ブロックには圧力液体の供給管路としての孔が形成されており、この孔を介して圧力液体が上記のスペースに供給されてカップ部材の内面に対して面圧が付与されるようになっている。このように、この試験装置では、面圧発生媒体として圧力液体を用いることで、カップ部材の内面に対して疵が発生してしまうことを防止するようになっている。そして、この試験装置においては、前述のポンチを用いて面圧を付与する試験装置と同様に、カップ部材をその最大外周の縁部領域にて保持装置により支持した状態で、圧力液体によりカップ部材の内面に面圧を付与するととともに、カップ部材に対して圧力液体が作用する側とは反対側から圧力液体による付勢方向とは逆向きの支持力も負荷するように構成されている。この試験装置においても、逆向きの支持力（荷重）を別途負荷することで、カップ部材における応力分布をより一様に近づけることを目的としている。
【０００５】
【特許文献１】特表２００２−５２５５６９号公報（第６−１０頁、第１−２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された人工股関節用カップ部材の試験装置においては、ポンチを用いて面圧を付与する試験装置及び圧力液体を用いて面圧を付与する試験装置のいずれにおいても、カップ部材における応力部分をより一様に近づけることを目的としている。しかしながら、そのためには上述のように、いずれの試験装置においても、カップ部材に対してその内面に上方から面圧を負荷するとともにその負荷方向とは逆向きの荷重を下方から負荷することが必要となる。このため、上方から面圧を負荷するための機構と、この機構による負荷方向とは逆向きの荷重を負荷するためのもう１つの機構とが必要となる。このため、カップ部材に対して面圧や荷重を負荷する機構が複数必要となり、装置の構成が複雑化してしまうことになる。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、人工股関節において用いられるカップ部材に対してその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置に関し、カップ部材における応力分布をより一様に近づけることができるとともに、装置構成の複雑化を大幅に抑制することができる人工股関節用カップ部材の試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００８】
上記目的を達成するための第１発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、人工股関節において用いられるカップ部材に対してその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置であって、前記カップ部材をその側方において外面側から支持する外面側支持具と、前記カップ部材の内面に対して、接触して面圧を発生させる面圧発生媒体を前記内面における中心部分を含む中心領域の周辺を囲む中心周辺領域に接触させて面圧を発生させるとともに前記中心領域に対しては前記面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
この発明によると、カップ部材は、その側方の外面側から支持された状態で、その内面に面圧発生機構によって面圧が付与されることになる。そして、面圧発生機構は、カップ部材の内面に対して面圧発生媒体を中心周辺領域に接触させて面圧を発生させるとともに中心領域に対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つようになっている。このため、面圧発生機構によって内面に面圧が付与されたカップ部材においては、中心周辺領域に面圧が作用し、中心領域においては面圧が作用しない状態に保たれることになる。
カップ部材の内面に対して全体的に面圧が作用すると、カップ部材の中心部分において分布荷重による曲げモーメントが大きくなりその部分の応力が高くなってしまうことになる。このため、従来技術においては、面圧が負荷される方向とは逆方向に荷重を負荷することで、カップ部材の中心部分が高応力になることを緩和していた。しかしながら、本発明によると、上述のように、中心周辺領域に面圧が作用して中心領域においては面圧が作用しない状態に保たれるため、分布荷重によってカップ部材の中心部分に作用する曲げモーメントを従来よりも大幅に小さくすることができるため、その中心部分における応力が過度に高くなってしまうことを効率よく抑制することができる。これにより、カップ部材の中心部分においてその周辺の部分に比して応力が過度に高くなってしまうことなくその周辺の部分と同等の水準の応力分布に近づけることができる。そして、面圧や荷重を発生させる機構としては、上述の面圧発生機構だけの簡便な構成でよく、面圧を負荷する方向と逆向きの荷重を負荷するためのもう１つの機構は不要となる。
従って、カップ部材における応力分布をより一様に近づけることができるとともに、装置構成の複雑化を大幅に抑制することができる人工股関節用カップ部材の試験装置を提供することができる。
【００１０】
第２発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、第１発明の人工股関節用カップ部材の試験装置において、前記面圧発生機構は、前記カップ部材の内面に対して前記中心領域とは接触せずに当該中心領域に隣接する空間を区画するとともに前記中心周辺領域に当接する前記面圧発生媒体である圧子と、前記圧子から前記カップ部材の内面に向かう付勢荷重を発生させる付勢機構と、を有し、前記付勢機構による付勢荷重によって前記圧子が前記カップ部材の内面を押圧することで前記中心周辺領域に面圧を発生させるとともに、前記圧子と前記中心領域との非接触状態を保つことを特徴とする。
【００１１】
この発明によると、中心領域とは接触せずに中心周辺領域に当接する面圧発生媒体である圧子が付勢機構による付勢荷重によってカップ部材の内面を押圧する。このような圧子と付勢機構とからなる面圧発生機構により、中心周辺領域に面圧を発生させるとともに中心領域に対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構を簡易な構成によって実現することができる。
【００１２】
第３発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、第２発明の人工股関節用カップ部材の試験装置において、前記圧子は、前記カップ部材の内面に沿う形状に形成されて前記中心周辺領域に当接する第１リング状曲面部と、前記第１リング状曲面部に周囲を囲まれるとともに平坦に形成されて前記第１リング状曲面部が前記中心周辺領域に当接した状態で前記中心領域に対して空間を介して対向する平坦部と、前記平坦部と反対側に形成されて前記付勢機構による付勢荷重が作用する付勢荷重作用部と、を有していることを特徴とする。
【００１３】
この発明によると、第１リング状曲面部がカップ部材の内面の中心周辺領域と当接するとともに第１リング状曲面部に囲まれた平坦部が中心領域に対して空間を介して対向することになる。そして、この状態で平坦部と反対側の付勢荷重作用部から付勢機構による付勢荷重が作用することで、中心領域には面圧が作用せずに中心周辺領域に面圧が作用することになる。このような圧子を用いることで、中心周辺領域に面圧を発生させるとともに中心領域に対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構を極めて簡易な構成によって実現することができる。
【００１４】
第４発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、第２発明の人工股関節用カップ部材の試験装置において、前記圧子は、前記カップ部材の内面に沿う形状に形成されて前記中心周辺領域に当接する第２リング状曲面部と、前記第２リング状曲面部に周囲を囲まれるとともに当該圧子を貫通するように形成されて前記第２リング状曲面部が前記中心周辺領域に当接した状態で前記中心領域に対して空間として対向する貫通孔と、前記第２リング状曲面部と反対側において前記貫通孔の周囲に形成され前記付勢機構による付勢荷重が作用する付勢荷重作用部と、を有していることを特徴とする。
【００１５】
この発明によると、第２リング状曲面部がカップ部材の内面の中心周辺領域と当接するとともに第２リング状曲面部に囲まれた貫通孔が中心領域に対して空間として対向することになる。そして、この状態で第２リング状曲面部と反対側の付勢荷重作用部から付勢機構による付勢荷重が作用することで、中心領域には面圧が作用せずに中心周辺領域に面圧が作用することになる。このような圧子を用いることで、中心周辺領域に面圧を発生させるとともに中心領域に対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構を極めて簡易な構成によって実現することができる。
【００１６】
第５発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、第１発明の人工股関節用カップ部材の試験装置において、前記面圧発生機構は、前記カップ部材の内面に対して前記中心周辺領域と前記中心領域との境界に沿う位置で当接する第1シール部と、前記カップ部材の内面に対して前記中心周辺領域の外周に沿う位置で当接する第２シール部と、前記第1シール部及び前記第２シール部を介して前記カップ部材の内面を押圧するとともに前記中心周辺領域に隣接する空間として前記面圧発生媒体である圧力液体が導入される液圧室を前記カップ部材の内面との間で区画する液圧室区画部材と、前記液圧室に圧力液体を供給する圧力液体供給機構と、を有し、前記圧力液体供給機構により前記液圧室に圧力液体を供給することで前記中心周辺領域に面圧を発生させるとともに圧力液体と前記中心領域との非接触状態を保つことを特徴とする。
【００１７】
この発明によると、液圧室区画部材がカップ部材の内面との間で第１シール部及び第２シール部を介して対向して圧力液体が導入される液圧室を区画する。そして、この液圧室に圧力液体供給機構から圧力液体が供給されることで中心領域とは接触せずに中心周辺領域に接触する面圧発生媒体である圧力液体がカップ部材の内面に面圧を発生させる。このような第１及び第２シール部と液圧室区画部材と圧力液体供給機構とを備える面圧発生機構により、中心周辺領域に面圧を発生させるとともに中心領域に対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構を簡易な構成によって実現することができる。
【００１８】
第６発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、第５発明の人工股関節用カップ部材の試験装置において、前記圧力液体供給機構は、圧力液体を吐出するポンプと、前記ポンプに接続されるとともに前記液圧室区画部材の内部を通過して前記液圧室に対して前記第１シール部と前記第２シール部との間で連通する圧力液体通路と、を有していることを特徴とする。
【００１９】
この発明によると、ポンプから吐出された圧力液体が液圧室区画部材の内部を通過するように形成された圧力液体通路を介して途中で漏れることなく確実に液圧室に供給される。このため、このような簡易な圧力液体通路を液圧室区画部材に設けることで、圧力液体が高圧であってもその圧力液体を液圧室に供給することができる構造を容易に実現することができる。
【００２０】
第７発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、第５発明又は第７発明の人工股関節用カップ部材の試験装置において、前記第１シール部及び前記第２シール部のそれぞれは、樹脂材料で形成されたリング状の第１樹脂シールと当該第１樹脂シールを形成する樹脂材料よりも硬度の高い樹脂材料で形成されたリング状の第２樹脂シールとを有し、前記各第１樹脂シールは前記液圧室を介して互いに対向するように配置され、前記各第２樹脂シールは前記各第１樹脂シールに対して前記液圧室の反対側にて隣接するように配置されていることを特徴とする。
【００２１】
この発明によると、液圧室区画部材とカップ部材の内面との間の液圧室に供給された圧力液体は、第１シール部と第２シール部とにより封止される。そして、第１シール部及び第２シール部のそれぞれは、内側（液圧室側）に配置される硬度の低い第１樹脂シールとその外側（第１樹脂シールに対して液圧室とは反対側）に配置されて硬度の高い第２樹脂シールとを備えて構成されている。このため、変形し易い第１樹脂シールを内側に配置することで封止対象面に対する高い追従性を発揮することができるとともに、硬度の高い第２樹脂シールを外側に配置することで高い剛性を備えたシール部材としての機能も発揮することができる。そして、このように内側の第１樹脂シールと外側の第２樹脂シールという複層構造にすることで、低圧のときには主に第１樹脂シールが変形して圧力液体を封止し、高圧のときには更に第２樹脂シールが変形して圧力液体を封止することができるため、低圧から高圧の広い圧力範囲に亘って着実に圧力液体を封止することができる。
【００２２】
第８発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、第２発明乃至第４発明のいずれかの人工股関節用カップ部材の試験装置において、一対の前記カップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の前記外面側支持具を有し、前記付勢機構は、一対の前記外面側支持具を当該外面側支持具同士が対向する方向に向かって押圧することで、前記圧子から一対の前記カップ部材の各内面に向かう付勢荷重を発生させることを特徴とする。
【００２３】
この発明によると、一対のカップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具が設けられ、付勢機構が一対の外面側支持具をそれらが対向する方向に向かって押圧して付勢荷重を発生させるようになっている。このため、本発明の試験装置においては、一対のカップ部材を同時に試験することが可能となる。このように、１回の試験で２個のカップ部材を試験することができることで、試験効率を大幅に向上させることができ、試験のために要する費用や工数も大幅に低減することができる。また、さらに上記の一対の外面側支持具を複数対備えた試験装置とすることで、複数対のカップ部材を同時に試験することも可能となる。この場合、１回の試験で多くのカップ部材を試験することができ、さらに飛躍的に試験効率を向上させることができる。そして、本発明の試験装置においては、一対の外面側支持具に対して付勢機構が１つのみ備えられていればよいため、一対のカップ部材を１つの付勢機構で試験することができ、さらに、試験装置の構成の簡易化を図ることができる。
【００２４】
第９発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、第５発明乃至第７発明のいずれかの人工股関節用カップ部材の試験装置において、一対の前記カップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の前記外面側支持具を有し、前記液圧室区画部材は、一対の前記カップ部材の各内面との間で一対の前記液圧室をそれぞれ区画し、前記圧力液体供給機構は、一対の前記液圧室にそれぞれ圧力液体を供給することを特徴とする。
【００２５】
この発明によると、一対のカップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具が設けられ、一対のカップ部材の各内面との間で液圧室区画部材により区画される一対の液圧室に対して、圧力液体供給機構がそれぞれ圧力液体を供給するようになっている。このため、本発明の試験装置においては、一対のカップ部材を同時に試験することが可能となる。このように、１回の試験で２個のカップ部材を試験することができることで、試験効率を大幅に向上させることができ、試験のために要する費用や工数も大幅に低減することができる。また、さらに上記の一対の外面側支持具と液圧室区画部材とを複数セット備えた試験装置とすることで、複数対のカップ部材を同時に試験することも可能となる。この場合、１回の試験で多くのカップ部材を試験することができ、さらに飛躍的に試験効率を向上させることができる。そして、本発明の試験装置においては、一対の外面側支持具に対して液圧室区画部材及び圧力液体供給機構が１セットのみ備えられていればよいため、一対のカップ部材を１セットの液圧室区画部材及び圧力液体供給機構で試験することができ、さらに、試験装置の構成の簡易化を図ることができる。
【００２６】
尚、他の観点に係る発明として、下記の第１０発明又は第１１発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置を構成してもよい。
【００２７】
第１０発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、人工股関節において用いられるカップ部材に対してその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置であって、一対の前記カップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具と、前記一対のカップ部材の内面に沿って接触する接触面を有するとともに当該接触面にて前記内面に当接して面圧を発生させる面圧発生部材と、一対の前記外面側支持具を当該外面側支持具同士が対向する方向に向かって押圧することで、前記面圧発生部材から一対の前記カップ部材の各内面に向かう付勢荷重を発生させる荷重発生機構と、を備えていることを特徴とする。
【００２８】
この発明によると、一対のカップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具が設けられている。そして、荷重発生機構が一対の外面側支持具をそれらが対向する方向に向かって押圧し、これにより、面圧発生部材から一対のカップ部材の各内面に向かう付勢荷重を発生させるようになっている。このため、本発明の試験装置においては、一対のカップ部材を同時に試験することが可能となる。このように、１回の試験で２個のカップ部材を試験することができることで、試験効率を大幅に向上させることができ、試験のために要する費用や工数も大幅に低減することができる。また、さらに上記の一対の外面側支持具を複数対備えた試験装置とすることで、複数対のカップ部材を同時に試験することも可能となる。この場合、１回の試験で多くのカップ部材を試験することができ、さらに飛躍的に試験効率を向上させることができる。そして、本発明の試験装置においては、一対の外面側支持具に対して荷重発生機構が１つのみ備えられていればよいため、一対のカップ部材を１つの荷重発生機構で試験することができ、さらに、試験装置の構成の簡易化を図ることができる。
【００２９】
第１１発明に係る人工股関節用カップ部材の試験装置は、人工股関節において用いられるカップ部材に対してその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置であって、一対の前記カップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具と、前記カップ部材の内面に当接するシール部材と、前記シール部材を介して前記カップ部材の内面を押圧するとともに圧力液体が導入される液圧室を前記カップ部材の内面との間で区画する液圧室区画要素と、前記液圧室に圧力液体を供給する圧力液体供給機構と、を備え、前記液圧室区画要素が一対の前記カップ部材の各内面との間で一対の前記液圧室をそれぞれ区画し、前記圧力液体供給機構が一対の前記液圧室にそれぞれ圧力液体を供給することで、一対の前記カップ部材の各内面に面圧を発生させることを特徴とする。
【００３０】
この発明によると、一対のカップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具が設けられ、一対のカップ部材の各内面との間で液圧室区画要素により区画される一対の液圧室に対して、圧力液体供給機構がそれぞれ圧力液体を供給し、これにより、一対のカップ部材の各内面に面圧を付与するようになっている。このため、本発明の試験装置においては、一対のカップ部材を同時に試験することが可能となる。このように、１回の試験で２個のカップ部材を試験することができることで、試験効率を大幅に向上させることができ、試験のために要する費用や工数も大幅に低減することができる。また、さらに上記の一対の外面側支持具と液圧室区画要素を複数セット備えた試験装置とすることで、複数対のカップ部材を同時に試験することも可能となる。この場合、１回の試験で多くのカップ部材を試験することができ、さらに飛躍的に試験効率を向上させることができる。そして、本発明の試験装置においては、一対の外面側支持具に対して液圧室区画要素及び圧力液体供給機構が１セットのみ備えられていればよいため、一対のカップ部材を１セットの液圧室区画要素及び圧力液体供給機構で試験することができ、さらに、試験装置の構成の簡易化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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、人工股関節において用いられるカップ部材に対してその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置として広く適用することができるものである。
【００３２】
まず、本実施形態に係る試験装置によって試験が行われる人工股関節用カップ部材について、人工股関節とともに説明する。図１は、人工股関節を説明する模式図であって、左股関節に対して人工股関節置換術が行われる場合における人工股関節の配置を骨盤１０３（二点鎖線で示す）及び大腿骨１０４（断面図で示す）とともに示したものである。図１に示すように、人工股関節においては、カップ部材１００、骨頭ボール１０１、及びステム１０２が用いられる。尚、カップ部材１００及び骨頭ボール１０１は、断面図で示している。カップ部材１００は、球面の一部を構成するように形成された内面１００ａを有しており、骨盤１０３側に配置される。骨頭ボール１０１は、カップ部材１００に対して大腿骨１０４側に配置されて更にカップ部材１００に対して可動自在に嵌め込まれる。この骨頭ボール１０１は、大腿骨１０４に埋入される大腿骨用コンポーネントであるステム１０２に結合されている。これらの要素を用いて人工股関節が構成される。本実施形態に係る試験装置は、このような人工股関節において用いられるカップ部材１００に対してその内面１００ａに面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するために用いられる。
【００３３】
（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態に係る人工股関節用カップ部材の試験装置１（以下単に、試験装置１という）を例示する正面図であり、図３はその側面図である。図２及び図３に示す試験装置１は、基台ケース１１、外面側支持具１２、面圧発生機構１３、などを備えて構成されている。そして、面圧発生機構１３は、圧子１４（図５を参照）と付勢機構１５とを備えている。付勢機構１５は、図２及び図３によく示すように、モータ１６、昇降駆動装置１７、制御ユニット１８、コントローラ１９、圧子支持具２０などを備えて構成されている。モータ１６、昇降駆動装置１７、及び圧子支持具２０は、基台ケース１１の正面側に配置されており、制御ユニット１８、及びコントローラ１９は、基台ケース１１の内部に配置されている。
【００３４】
図２及び図３に示すように、モータ１６は、スクリュー機構として構成されている昇降駆動装置１７と連結されており、モータ１６の回転により昇降駆動装置１７の上端部に取り付けられた支持テーブル２３の上下方向の昇降動作が行われるようになっている。尚、図２及び図３では、昇降駆動装置１７が上昇動作を行う前の状態と、上昇動作を行って図２中の矢印（Ａ）方向に支持テーブル２３を上昇させた状態（図２では実線で、図３では二点鎖線で示している）とをいずれも図示している。昇降駆動装置１７の上端部に取り付けられた支持テーブル２３の上には、外面側支持具１２が配置されている。また、圧子支持具２０は、基台ケース１１の上部に取り付けられたブラケット２４に取り付けられている。そして、後述するように、外面側支持具１２と圧子支持具２０との間において圧子１４と試験対象であるカップ部材１００とが配置され（図５を参照）、モータ１６の回転を制御して昇降駆動装置１７を上昇方向に駆動することで、付勢機構１５として、圧子１４からカップ部材１００の内面１００ａに向かう付勢荷重を発生させることができるようになっている。また、支持テーブル２３の下側にはロードセル２２が配置されている。このロードセル２２によって、支持テーブル２３とブラケット２４との間、すなわち、圧子支持具２０と外面側支持具１２との間でカップ部材１００に対して作用している荷重を検出することができるようになっている。ロードセル２２にて検出された荷重検出信号は信号線２５を介してコントローラ１９へと入力されるようになっている。
【００３５】
図４は、試験装置１のブロック図を示したものである。この図４に示すように、制御ユニット１８は、モータ制御装置２１を備えて構成されている。このモータ制御装置２１は、コントローラ１９から入力される指令に基づいてモータ１６の回転を制御するようになっており、これにより、モータ１６に対してスクリュー軸が連結された昇降駆動装置１７の昇降動作を制御するようになっている。
【００３６】
図３及び図４に示すコントローラ１９は、例えば汎用のパーソナルコンピュータを用いて構成されており、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤ（Hard Disk）、入・出力回路などを備えて構成されている。このコントローラ１９には、ロードセル２２から前述の荷重検出信号が入力され、この荷重検出信号に基づいて、所定の荷重となるまでモータ１６が駆動されるようにモータ制御装置２１へとモータ１６の出力指令が入力されることになる。このように、所定の荷重となるようにモータ１６が駆動されることで、圧子１４を介してカップ部材１００の内面１００ａに所定の面圧が作用することになる。
【００３７】
図５は、外面側支持具１２と圧子支持具２０との間において圧子１４及びカップ部材１００が配置されている状態を示す断面図を示したものである。尚、図５では、圧子支持具２０以外の要素を断面図で示している。図５に示すように、試験対象であるカップ部材１００は、外面側にはその側方において、円錐面の一部を構成するように設けられた外開き状のテーパ状面１００ｂが周方向の縁部分に沿って形成されている。また、前述したように、カップ部材１００には、球面の一部を構成するように設けられた内面１００ａが形成されている。
【００３８】
外面側支持具１２は、図５に示すように、保持部材２６、リング状支持部材２７、及びテーパリング２８を備えて構成されている。保持部材２６は、周壁が円筒状に形成されるとともに上部に向かって開口する内部空間２９を区画する箱状体の部材として形成され、例えば、鋼製の部材として形成されている。この保持部材２６は、支持テーブル２３上に配置される（図２参照）。そして、保持部材２６には、上部に開口している内周側の縁部分に沿う位置に、円形の段状に凹むように形成された凹部２６ａが設けられている。
【００３９】
リング状支持部材２７は、リング状の部材として形成され、例えば、鋼製の部材として形成されている。このリング状支持部材２７は、外周部分及び底面部分の形状が保持部材２６の凹部２６ａに嵌り合う形状に形成されている。また、リング状支持部材２７の内周側には、円錐曲面の一部を構成するように内側にすり鉢状に窄まる内周側テーパ面２７ｂが形成されている。
【００４０】
テーパリング２８は、肉厚の薄いリング状の部材として形成され、例えば、鋼よりも延性の高い銅等の軟質金属材料や硬質の樹脂材料等で形成されている。このテーパリング２８の外周側は、リング状支持部材２７の内周側テーパ面２７ａに対して楔状に係合して嵌り込むように円錐曲面の一部を構成するテーパ状の面として形成されている。また、テーパリング２８の内周側には、円錐曲面の一部を構成するように内側にすり鉢状に窄まるテーパ支持面２８ａが形成されている。このテーパ支持面２８ａに対しては、カップ部材１００の側方の外周に設けられたテーパ状面１００ｂが楔状に係合して嵌り込むようになっている。これにより、カップ部材１００は、保持部材２６の内側の内部空間２９に配置された状態で、テーパ状面１００ｂにてテーパリング２８に支持される。そして、テーパリング２８はリング状支持部材２７と係合して支持され、リング状支持部材２７は保持部材２６の凹部２６ａと係合して支持される。即ち、外面側支持具１２は、カップ部材１００をその側方において外面側からテーパ状面１００ｂにて支持するようになっている。
【００４１】
次に、前述した付勢機構１５とともに面圧発生機構１３を構成する圧子１４について説明する。図５に示すように、圧子１４は、半球状の頭頂部分が平坦に形成された部材として形成され、第１リング状曲面部１４ａ、平坦部１４ｂ、及び付勢荷重作用部１４ｃが設けられている。この圧子１４は、樹脂材料（例えば、ポリテトラフルオロエチレン等）で形成されている。そして、第１リング状曲面部１４ａは、カップ部材１００の内面１００ａに沿う形状に形成されており、内面１００ａにおける中心部分を含む中心領域１００ｂの周辺を含む中心周辺領域１００ｃに当接するように形成されている。平坦部１４ｂは、第１リング状曲面部１４ａに周囲を囲まれるとともに平坦に形成されており、第１リング状曲面部１４ａが中心周辺領域１００ｃに当接した状態（図５の状態）で中心領域１００ｂに対して空間３０を介して対向するようになっている。付勢荷重作用部１４ｃは、圧子支持具２０の先端部分と平面同士で当接する部分として設けられている。即ち、付勢荷重作用部１４ｃは、平坦部１４ｂと反対側に形成されて付勢機構１５による付勢荷重が圧子支持具２０の先端を介して作用する部分として形成されている。尚、圧子１４は、圧子支持具２０の先端に対して固定されるものであっても、固定されない状態で配置されるものであってもよく、いずれにおいても本実施形態において適用することができる。
【００４２】
圧子１４は、上述した構成を備えることで、カップ部材１００の内面１００ａに対して中心領域１００ｂとは接触せずに中心領域１００ｂに隣接する空間３０を区画するとともに中心周辺領域１００ｃに当接して（接触して）面圧を発生させる面圧発生媒体として設けられている。また、かかる圧子１４と付勢機構１５とを備えることで、面圧発生機構１３は、カップ部材１００の内面１００ａに対して、圧子１４を中心周辺領域１００ｃに接触させて面圧を発生させるとともに中心領域１００ｂに対しては圧子１４を非接触状態に保つ機構として設けられている。
【００４３】
次に、上述した試験装置１によってカップ部材１００に対してその内面１００ａに面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知する試験（この試験を以下、プルーフテストという）の試験方法について説明する。プルーフテストを行う場合は、まず、昇降駆動装置１７を駆動して支持テーブル２３を所定の位置まで上昇させた状態で、外面側支持具１２を支持テーブル２３上に配置し、さらに、外面側支持具１２に対してカップ部材１００を前述のように支持させる。そして、カップ部材１００の内面１００ａの中心と圧子１４の中心（平坦部１４ｂの中心）とが同一線上に位置するように、圧子１４をカップ部材１００の内面１００ａに対して配置する。その状態にて、圧子支持具２０の先端部が圧子１４の付勢荷重作用部１４ｃに当接する位置となるように、支持テーブル２３の高さを適宜調整する。この状態で、モータ１６によって付勢機構１５としての付勢荷重を付与できる状態になる。
【００４４】
プルーフテストに際しては、まず、コントローラ１９からの指令に基づいてモータ１６が駆動されてカップ部材１００に対して付勢荷重の付与が開始される。付勢荷重の付与開始後は、コントローラ１９からの指令に基づいて、プルーフテストとして必要な面圧をカップ部材１００の内面１００ａに付与することができる所定の荷重となるまで徐々にモータ１６が制御される。この状態においては、試験装置１は、付勢機構１５による付勢荷重によって圧子１４がカップ部材１００の内面１００ａを押圧することで中心周辺領域１００ｃに面圧を発生させるとともに、圧子１４の中心領域１００ｂとの非接触状態を保つようになっている。所定の荷重まで達した後は、所定時間の間その状態が保持されて、カップ部材１００に亀裂の発生等の破損が生じなければプルーフテストでは合格となる。
【００４５】
以上説明した試験装置１によると、カップ部材１００は、その側方の外面側から支持された状態で、その内面１００ａに面圧発生機構１３によって面圧が付与されることになる。そして、面圧発生機構１３は、カップ部材１００の内面１００ａに対して面圧発生媒体である圧子１４を中心周辺領域１００ｃに接触させて面圧を発生させるとともに中心領域１００ｂに対しては圧子１４を非接触状態に保つようになっている。このため、面圧発生機構１３によって内面１００ａに面圧が付与されたカップ部材１００においては、中心周辺領域１００ｃに面圧が作用し、中心領域１００ｂにおいては面圧が作用しない状態に保たれることになる。
【００４６】
尚、本願発明者らは、有限要素法によるシミュレーションを行って、カップ部材１００の内面１００ａに対して全体的に面圧を作用させた場合（条件１）、従来技術と同様に、面圧の方向とは逆向きの支持力を負荷した場合（条件２）、本実施形態に係る試験装置１によって付与される面圧（即ち、圧子１４が中心領域１００ｂには接触せずに中心周辺領域１００ｃに接触して発生させる面圧）を作用させた場合（条件３）、のそれぞれについてカップ部材１００に生じる応力分布を解析した。図１５、図１６、図１７にそれぞれ、条件１、条件２、条件３における解析結果を示す。この結果、プルーフテストとして要求される水準の面圧をカップ部材１００に発生させると、図１５に示すように、条件１では、カップ部材１００の中心に過度に高応力となった領域が発生した。一方、図１６及び図１７にそれぞれ示すように、条件２及び条件３では、プルーフテストとして要求される水準の面圧をカップ部材１００に発生させても、カップ部材１００の中心部分とその周辺の部分とにおいて同等の水準の応力分布とすることができることを確認できた。即ち、図１７に示すように、条件３では、面圧方向とは逆向きの支持力を負荷するための機構を別途設けなくても、カップ部材１００の中心部分とその周辺の部分とにおいて同等の水準の応力分布とすることができることを確認できた。
【００４７】
このように、試験装置１によると、中心周辺領域１００ｃに面圧が作用して中心領域１００ｂにおいては面圧が作用しない状態に保たれるため、分布荷重によってカップ部材１００の中心部分に作用する曲げモーメントを従来よりも大幅に小さくすることができるため、その中心部分における応力が過度に高くなってしまうことを効率よく抑制することができる。これにより、カップ部材１００の中心部分においてその周辺の部分に比して応力が過度に高くなってしまうことなくその周辺の部分と同等の水準の応力分布に近づけることができる。そして、面圧や荷重を発生させる機構としては、上述の面圧発生機構１３だけの簡便な構成でよく、面圧を負荷する方向と逆向きの荷重を負荷するためのもう１つの機構は不要となる。
従って、カップ部材１００における応力分布をより一様に近づけることができるとともに、装置構成の複雑化を大幅に抑制することができる人工股関節用カップ部材の試験装置１を提供することができる。
【００４８】
また、試験装置１によると、中心領域１００ｂとは接触せずに中心周辺領域１００ｃに当接する面圧発生媒体である圧子１４が付勢機構１５による付勢荷重によってカップ部材１００の内面１００ａを押圧する。このような圧子１４と付勢機構１５とからなる面圧発生機構１３により、中心周辺領域１００ｃに面圧を発生させるとともに中心領域１００ｂに対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構を簡易な構成によって実現することができる。
【００４９】
また、試験装置１によると、第１リング状曲面部１４ａがカップ部材１００の内面１００ａの中心周辺領域１００ｃと当接するとともに第１リング状曲面部１４ａに囲まれた平坦部１４ｂが中心領域１００ｂに対して空間３０を介して対向することになる。そして、この状態で平坦部１４ｂと反対側の付勢荷重作用部１４ｃから付勢機構１５による付勢荷重が作用することで、中心領域１００ｂには面圧が作用せずに中心周辺領域１００ｃに面圧が作用することになる。このような圧子１４を用いることで、中心周辺領域１００ｃに面圧を発生させるとともに中心領域１００ｂに対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構１３を極めて簡易な構成によって実現することができる。
【００５０】
（第１実施形態の第１変形例）
次に、第１実施形態における変形例について説明する。図６は、第１実施形態における第１変形例を説明する図であって、図５と同様に圧子３１及びカップ部材１００の近傍の状態を示す断面図である。図６にその要部を示す第１変形例に係る試験装置は、試験装置１と同様に構成されるが、圧子３１の構成が試験装置１とは異なっている。尚、圧子３１以外の要素については、試験装置１と同様に構成されるため、図６において同一の符合を付して説明を割愛する。
【００５１】
図６に示すように、圧子３１は、半球状の頭頂部分に貫通した孔が形成された部材として形成され、第２リング状曲面部３１ａ、貫通孔３１ｂ、及び付勢荷重作用部３１ｃが設けられている。この圧子３１は、樹脂材料（例えば、ポリテトラフルオロエチレン等）で形成されている。そして、第２リング状曲面部３１ａは、カップ部材１００の内面１００ａに沿う形状に形成されており、内面１００ａにおける中心周辺領域１００ｃに当接するように形成されている。貫通孔３１ｂは、第２リング状曲面部３１ａに周囲を囲まれるとともにこの圧子３１を貫通するように形成されている。そして、貫通孔３１ｂは、リング状曲面部３１ａが中心周辺領域１００ｃに当接した状態で中心領域１００ｂに対して空間として対向するようになっている。付勢荷重作用部３１ｃは、第２リング状曲面部３１ａと反対側において貫通孔３１ｂの周囲に形成されて付勢機構１５による付勢荷重が圧子支持具２０の先端を介して作用する部分として形成されている。尚、圧子３１は、圧子支持具２０の先端に対して固定されるものであっても、固定されない状態で配置されるものであってもよく、いずれにおいても第１変形例において適用することができる。
【００５２】
圧子３１は、上述した構成を備えることで、試験装置１の圧子１４と同様に、カップ部材１００の内面１００ａに対して中心領域１００ｂとは接触せずに中心領域１００ｂに隣接する空間を区画するとともに中心周辺領域１００ｃに当接して（接触して）面圧を発生させる面圧発生媒体として設けられている。
【００５３】
上述した第１変形例に係る試験装置によっても試験装置１と同様に、カップ部材１００における応力分布をより一様に近づけることができるとともに、装置構成の複雑化を大幅に抑制することができる人工股関節用カップ部材の試験装置を提供することができる。そして、この第１変形例に係る試験装置によると、第２リング状曲面部３１ａがカップ部材１００の内面１００ａの中心周辺領域１００ｃと当接するとともに第２リング状曲面部３１ａに囲まれた貫通孔３１ｂが中心領域に対して空間として対向することになる。そして、この状態で第２リング状曲面部３１ａと反対側の付勢荷重作用部３１ｃから付勢機構１５による付勢荷重が作用することで、中心領域１００ｂには面圧が作用せずに中心周辺領域１００ｃに面圧が作用することになる。このような圧子３１を用いることで、中心周辺領域１００ｃに面圧を発生させるとともに中心領域１００ｂに対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構を極めて簡易な構成によって実現することができる。
【００５４】
（第１実施形態の第２変形例）
次の変形例について説明する。図７は、第１実施形態における第２変形例を説明する図であって、図５と同様に圧子１４及びカップ部材１００の近傍の状態を示す断面図である。図７にその要部を示す第２変形例に係る試験装置は、試験装置１と同様に構成されるが、一対の外面側支持具（１２、１２）を備え、一対のカップ部材（１００、１００）に対して同時にプルーフテストを行うことができる構成である点が、試験装置１とは異なっている。尚、試験装置１と同様に構成される要素については、図７において同一の符合を付して説明を割愛する。
【００５５】
図７に示すように、第２変形例に係る試験装置においては、一対の外面側支持具（１２、１２）と、一対の圧子（１４、１４）とが備えられている。一対の外面側支持具（１２、１２）は、一対のカップ部材（１００、１００）をそれぞれの内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持するように配置されている。そして、各外面側支持具１２及び各圧子１４との間には、各カップ部材１００が試験装置１と同様に配置されることになる。
【００５６】
また、この第２変形例に係る試験装置においては、圧子支持具３２の構成が試験装置１の圧子支持具２０とは異なっている。圧子支持具３２は、円柱状の部材として形成され、一対の圧子（１４、１４）の間に配置されるようになっている。そして、圧子支持具３２の両端面（３２ａ、３２ａ）がそれぞれ一対の圧子（１４、１４）の各付勢荷重作用部１４ｃに当接するようになっている。即ち、第２変形例に係る試験装置においては、圧子支持具３２の上下方向両側に一対の圧子（１４、１４）がそれぞれ配置され、さらにその上下方向両側に一対のカップ部材（１００、１００）が内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれ配置され、さらにその上下方向両側に一対の外面側支持具（１２、１２）がそれぞれ配置されるようになっている。これらの圧子支持具３２、一対の圧子（１４、１４）、一対のカップ部材（１００、１００）、及び一対の外面側支持具（１２、１２）は、ブラケット２４に取り付けられた支持部材３３と、支持テーブル２３と、の間に配置される。そして、付勢機構１５は、一対の外面側支持具（１２、１２）をこの外面側支持具１２同士が対抗する方向に向かって押圧することで、各圧子１４から一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａに向かう付勢荷重を発生させるようになっている。
【００５７】
上述した第２変形例に係る試験装置によっても試験装置１と同様に、カップ部材１００における応力分布をより一様に近づけることができるとともに、装置構成の複雑化を大幅に抑制することができる人工股関節用カップ部材の試験装置を提供することができる。そして、この第１変形例に係る試験装置によると、一対のカップ部材（１００、１００）をそれぞれの内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具（１２、１２）が設けられ、付勢機構１５が一対の外面側支持具（１２、１２）をそれらが対向する方向に向かって押圧して付勢荷重を発生させるようになっている。このため、この変形例に係る試験装置においては、一対のカップ部材（１００、１００）を同時に試験することが可能となる。このように、１回の試験で２個のカップ部材１００を試験することができることで、試験効率を大幅に向上させることができ、試験のために要する費用や工数も大幅に低減することができる。また、さらに上記の一対の外面側支持具（１２、１２）を複数対備えた試験装置とすることで、複数対のカップ部材１００を同時に試験することも可能となる。この場合、１回の試験で多くのカップ部材１００を試験することができ、さらに飛躍的に試験効率を向上させることができる。そして、この変形例に係る試験装置においては、一対の外面側支持具（１２、１２）に対して付勢機構１５が１つのみ備えられていればよいため、一対のカップ部材（１００、１００）を１つの付勢機構１５で試験することができ、さらに、試験装置の構成の簡易化を図ることができる。尚、本変形例の更なる変形例として、一対の圧子（１４、１４）及び圧子支持具３２が一体形成された形態の圧子を構成してもよい。
【００５８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図８は、第２実施形態に係る人工股関節用カップ部材の試験装置２（以下単に、試験装置２という）を例示する側面図である。また、図９は試験装置２のブロック図であり、図１０はカップ部材１００の近傍の状態を示す断面図である。図８乃至図１０に示す試験装置２は、基台ケース１１、外面側支持具１２、面圧発生機構３４、などを備えて構成されている。そして、面圧発生機構３４は、モータ１６、昇降駆動装置１７、制御ユニット１８ａ、コントローラ１９ａ、ポンプユニット３５、第１シール部４１、第２シール部４２、液圧室区画部材４７、圧力水供給機構（圧力液体供給機構）４８などを備えて構成されている。尚、第２実施形態の説明においては、第１実施形態と同様の要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。
【００５９】
図８に示すように、ポンプユニット３５には、図示しないタンクから吸い込んだ水を昇圧して圧力水（圧力液体）として供給するポンプ３６が備えられており、ポンプ３６から供給される圧力水は、水管３８を介して後述する液圧室区画部材４７へと供給されるようになっている。また、図８及び図９に示すように、ポンプ３６から液圧室区画部材４７へと水を供給する経路（図８では破線の矢印で図示）である水管３８には圧力水の水圧を検知する水圧メータ３７が設けられている。そして、水圧メータ３７にて検出された水圧検出信号は信号線３９によりコントローラ１９ａへと入力されるようになっている。
【００６０】
制御ユニット１８ａは、図９に示すように、モータ制御装置２１とポンプ制御装置４０とを備えて構成されている。ポンプ制御装置４０は、コントローラ１９ａから入力される指令に基づいて、例えばポンプ３６を駆動している図示しないポンプモータの回転数を制御することにより、ポンプ３６から吐出される圧力水の圧力を制御するようになっている。尚、モータ制御装置２１は、第１実施形態のモータ制御装置２１と同様に構成される。
【００６１】
図８及び図９に示すコントローラ１９ａは、第１実施形態のコントローラ１９と同様に、例えば汎用のパーソナルコンピュータを用いて構成されている。このコントローラ１９ａには、第１実施形態と同様に、ロードセル２２から荷重検出信号が入力され、この荷重検出信号に基づいて、所定の荷重となるまでモータ１６が駆動されるようにモータ制御装置２１へとモータ１６の出力指令が入力されることになる。また、コントローラ１９ａには、水圧メータ３７からの前述の水圧検出信号が入力され、この水圧検出信号に基づいて、所定の水圧となるまでポンプ３６が駆動されるようにポンプ制御装置４０へとポンプ３６の出力指令が入力されることになる。このように、所定の水圧となるようにポンプ３６が駆動されることで、後述するように、カップ部材の１００の内面１００ａに所定の面圧が水圧として作用することになる。
【００６２】
次に、カップ部材１００の近傍の断面図を示す１０図に基づいて、第１シール部４１、第２シール部４２、液圧室区画部材４７、圧力水供給機構４８の構成について説明する。
【００６３】
第１シール部４１は、カップ部材１００の内面１００ａに対して中心周辺領域１００ｃと中心領域１００ｂとの境界に沿う位置で当接して圧力水を封止する手段として設けられている。この第１シール部４１は、液圧室区画部材４７において段状に突出する円柱状の先端円柱部４７ａの先端側の縁部分に沿って形成された凹部に対して密着するように嵌め込まれるとともに、カップ部材１００の内面１００ａに密着可能に配置されることになる。そして、この第１シール部４１は、樹脂材料で形成されたリング状（円環状）の第１樹脂シール４３と、この第１樹脂シール４３を形成する樹脂材料よりも硬度の高い樹脂材料で形成されたリング状の第２樹脂シール４４と、を備えて構成されている。第１樹脂シール４３は、その周方向と垂直な断面が円形断面又は楕円形断面に形成され、例えばポリエチレンで形成されている。また、第２樹脂シール４４は、その周方向と垂直な断面が四角形断面に形成され、例えばシリコンゴムで形成されている。尚、図１０に示す例では、カップ部材１００の内面１００ａに沿うように、第１樹脂シール４３と第２樹脂シール４４とがそれらの径方向において同心状に隣接して配設されている。
【００６４】
第２シール部４２は、カップ部材１００の内面１００ａに対して中心周辺領域１００ｃの外周に沿う位置で当接して圧力水を封止する手段として設けられている。この第２シール部４２は、液圧室区画部材４７の最外周の段状の部分を形成する円柱状の胴体円柱部４７ｂの先端側の縁部分に沿って形成された凹部に対して密着するように嵌め込まれるとともに、カップ部材１００の内面１００ａに密着可能に配置されることになる。そして、この第１シール部４１は、第１樹脂シール部４２と同様に、樹脂材料で形成されたリング状の第１樹脂シール４５と、この第１樹脂シール４５を形成する樹脂材料よりも硬度の高い樹脂材料で形成されたリング状の第２樹脂シール４６と、を備えて構成されている。第１樹脂シール４３は、その周方向と垂直な断面が円形断面又は楕円形断面に形成され、例えばポリエチレンで形成されている。また、第２樹脂シール４４は、その周方向と垂直な断面が四角形断面に形成され、例えばシリコンゴムで形成されている。尚、図１０に示す例では、カップ部材１００の内面１００ａに沿うように、第１樹脂シール４５と第２樹脂シール４６とがそれらの高さ方向において段積み状に重ねられるように配設されている。
【００６５】
また、液圧室区画部材４７は、ブラケット２４に取り付けられており、前述したように、胴体円柱部４７ｂから先端円柱部４７ａが段状に突出する外形に形成されている。胴体円中部４７ｂの外形円の中心と先端円柱部４７ａの外形円の中心とは同心上に配置されている。そして、この液圧室区画部材４７は、第１シール部４１及び第２シール部４２を介してカップ部材１００の内面１００ａを押圧するとともに中心周辺領域１００ｃに隣接する空間として面圧発生媒体である圧力水が導入される液圧室５０をカップ部材１００の内面１００ａとの間で区画するように形成されている。尚、各第１樹脂シール（４３、４５）は液圧室５０を介して互いに対向するように配置され、各第２樹脂シール（４４、４７）は各第１樹脂シール（４３、４５）に対して液圧室５０の反対側にて隣接するように配置されている。また、この液圧室区画部材４７には、ポンプ３６に水管３８を介して接続されるとともに液圧室５０に対して第１シール部４１と第２シール部４２との間で連通する圧力水通路（圧力液体通路）４９が形成されている。即ち、圧力水通路４９は、液圧室区画部材４７の内部を通過する孔として形成されている。
【００６６】
圧力水供給機構４８は、圧力水を吐出するポンプ３６と前述した圧力水通路４９とを備えて構成されており、液圧室５０に圧力水を供給する手段として設けられている。試験装置２は、第１シール部４１及び第２シール部４２で封止された液圧室５０に圧力水供給機構４８により圧力水を供給することでカップ部材１００の内面１００ａにおける中心周辺領域１００ｃに面圧を発生させるとともに圧力水と中心領域との非接触状態を保つようになっている。
【００６７】
次に、上述した試験装置２によってカップ部材１００に対してその内面１００ａに面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するプルーフテストの方法について説明する。かかるプルーフテストを行う場合は、まず、昇降駆動装置１７を駆動して支持テーブル２３を所定の位置まで上昇させた状態で、外面側支持具１２を支持テーブル２３上に配置し、さらに、外面側支持具１２に対してカップ部材１００を支持させる。そして、カップ部材１００の内面１００ａの中心と液圧室区画部材４７の中心（先端円柱部４７ａの中心）とが同一線上に位置するように、外面支持具１２及びカップ部材１００を液圧室区画部材４７に対して配置する。その状態にて、液圧室区画部材４７に取り付けられている第１シール部４１及び第２シール部４２がカップ部材１００の内面１００ａに当接する位置となるように、支持テーブル２３の高さを適宜調整する。この状態で、面圧発生機構３４によってカップ部材１００の内面１００ａに対して面圧を付与するプルーフテストを開始できる状態になる。
【００６８】
プルーフテストに際しては、まず、コントローラ１９ａからの指令に基づいてモータ１６が駆動されてカップ部材１００に対して予備荷重が付与される。そして、予備荷重を付与した状態でコントローラ１９ａからの指令に基づいた水圧の圧力水がポンプ３６から水管３８及び圧力水通路４９を経て液圧室５０へと供給され始めることになる。このとき、液圧室５０の水圧がカップ部材１００に作用するため、カップ部材１００には上下方向の荷重が作用することになる。液圧室５０への圧力水の導入の開始後は、コントローラ１９ａからの指令に基づいて、プルーフテストとして必要な面圧をカップ部材１００の内面１００ａに付与するために、所定の水圧となるまで徐々に水圧が上昇するようにポンプ３６を制御するとともに、これに対応させてモータ１２を制御しながら、所定の荷重となるまで徐々にモータ１６が制御される。このように液圧室５０に水圧が付加されている間は、第１シール部４２と第２シール部４２とによって、カップ部材１００の内面１００ａの中心周辺領域１００ｃと液圧室区画部材４７との間が封止されている。そして、この状態においては、試験装置２は、圧力液体供給機構４８により液圧室５０に圧力水を供給することで中心周辺領域１００ｃに面圧を発生させるとともに、圧力水と中心領域１００ｂとの非接触状態を保つようになっている。所定の荷重まで達した後は、所定時間の間その状態が保持されて、カップ部材１００に亀裂の発生等の破損が生じなければプルーフテストでは合格となる。
【００６９】
以上説明した試験装置２によると、カップ部材１００は、その側方の外面側から支持された状態で、その内面１００ａに面圧発生機構３４によって面圧が付与されることになる。そして、面圧発生機構３４は、カップ部材１００の内面１００ａに対して面圧発生媒体である圧力水を中心周辺領域１００ｃに接触させて面圧を発生させるとともに中心領域１００ｂに対しては圧力水を非接触状態に保つようになっている。このため、面圧発生機構３４によって内面１００ａに面圧が付与されたカップ部材１００においては、中心周辺領域１００ｃに面圧が作用し、中心領域１００ｂにおいては面圧が作用しない状態に保たれることになる。
【００７０】
この試験装置２によると、中心周辺領域１００ｃに面圧が作用して中心領域１００ｂにおいては面圧が作用しない状態に保たれるため、分布荷重によってカップ部材１００の中心部分に作用する曲げモーメントを従来よりも大幅に小さくすることができるため、その中心部分における応力が過度に高くなってしまうことを効率よく抑制することができる。これにより、カップ部材１００の中心部分においてその周辺の部分に比して応力が過度に高くなってしまうことなくその周辺の部分と同等の水準の応力分布に近づけることができる。そして、面圧や荷重を発生させる機構としては、上述の面圧発生機構３４だけの簡便な構成でよく、面圧を負荷する方向と逆向きの荷重を負荷するためのもう１つの機構は不要となる。
従って、カップ部材１００における応力分布をより一様に近づけることができるとともに、装置構成の複雑化を大幅に抑制することができる人工股関節用カップ部材の試験装置２を提供することができる。
【００７１】
また、試験装置２によると、液圧室区画部材４７がカップ部材１００の内面１００ａとの間で第１シール部４１及び第２シール部４２を介して対向して圧力水が導入される液圧室５０を区画する。そして、この液圧室５０に圧力水供給機構４８から圧力水が供給されることで中心領域１００ｂとは接触せずに中心周辺領域１００ｃに接触する面圧発生媒体である圧力水がカップ部材１００の内面１００ａに面圧を発生させる。このような第１及び第２シール部（４１、４２）と液圧室区画部材４７と圧力水供給機構４８とを備える面圧発生機構３４により、中心周辺領域１００ｃに面圧を発生させるとともに中心領域１００ｂに対しては面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構３４を簡易な構成によって実現することができる。
【００７２】
また、試験装置２によると、ポンプ３６から吐出された圧力水が液圧室区画部材４７の内部を通過するように形成された圧力水通路４９を介して途中で漏れることなく確実に液圧室５０に供給される。このため、このような簡易な圧力水通路４９を液圧室区画部材４７に設けることで、圧力水が高圧であってもその圧力水を液圧室５０に供給することができる構造を容易に実現することができる。
【００７３】
また、試験装置２によると、液圧室区画部材４７とカップ部材１００の内面１００ａとの間の液圧室５０に供給された圧力水は、第１シール部４１と第２シール部４２とにより封止される。そして、第１シール部４１及び第２シール部４２のそれぞれは、内側（液圧室５０側）に配置される硬度の低い第１樹脂シール（４３、４５）とその外側（第１樹脂シール（４３、４５）に対して液圧室５０とは反対側）に配置されて硬度の高い第２樹脂シール（４４、４６）とを備えて構成されている。このため、変形し易い第１樹脂シール（４３、４５）を内側に配置することで封止対象面に対する高い追従性を発揮することができるとともに、硬度の高い第２樹脂シール（４４、４６）を外側に配置することで高い剛性を備えたシール部材としての機能も発揮することができる。そして、このように内側の第１樹脂シール（４３、４５）と外側の第２樹脂シール（４４、４６）という複層構造にすることで、低圧のときには主に第１樹脂シール（４３、４５）が変形して圧力水を封止し、高圧のときには更に第２樹脂シール（４４、４６）が変形して圧力水を封止することができるため、低圧から高圧の広い圧力範囲に亘って着実に圧力水を封止することができる。
【００７４】
（第２実施形態の第１変形例）
次に、第２実施形態における変形例について説明する。図１１は、第２実施形態における第１変形例を説明する図であって、第２シール部５１の近傍の状態を示す断面図である。図１１にその要部を示す第１変形例に係る試験装置は、試験装置２と同様に構成されるが、第１シール部（図示せず）及び第２シール部５１の構成が試験装置２とは異なっている。
【００７５】
図１１（ａ）に示すように、第２シール部５１は、試験装置２の第２シール部４２と同じ位置に配置されるが、第２シール部４２とは異なり、三層シール構造で圧力水を封止する手段として設けられている。この第２シール部５１は、樹脂材料で形成されたリング状の第１樹脂シール５２と、この第１樹脂シール５２を形成する樹脂材料よりも硬度の高い樹脂材料で形成されたリング状の第２樹脂シール５３と、金属製の金属シール５４と、を備えて構成されている。第１樹脂シール５２は、その周方向と垂直な断面が円形断面又は楕円形断面に形成され、例えばポリエチレンで形成されている。第２樹脂シール５３は、その周方向と垂直な断面が台形断面に形成され、例えばシリコンゴムで形成されている。第２樹脂シール５３の外周側には、円錐曲面の一部を構成するテーパ状面５３ａが形成されており、このテーパ状面５３ａにてカップ部材１００の内面１００ａに当接するようになっている。
【００７６】
金属シール５４は、その周方向と垂直な断面が台形断面又は五角形断面に形成され、例えば軟質金属材料としての銅で形成されている。図１１（ｂ）は、金属シール５４の外周側を拡大して示す断面図であるが、金属シール５４の外周側には、円錐曲面の一部を構成するテーパ状面５４ａと、テーパ状面５４ａの窄まっている端部側に形成された面取り部分５４ｂとが設けられている。金属シール５４は、このテーパ状面５４ａ及び面取り部分５４ｂにてカップ部材１００の内面１００ａに当接することで、過度な接触応力が発生してしまうことを緩和して、内面１００ａに疵が発生することを防止するようになっている。尚、図１１に示す例では、カップ部材１００の内面１００ａに沿うように、第１樹脂シール５２、第２樹脂シール５３、及び金属シール５４がそれらの高さ方向において段積み状に重ねられるように配設されている。尚、図１１（ｃ）は、金属シール５４の変形例である金属シール５５を示したものである。金属シール５４においてはその外周側にテーパ状面５４ａ及び面取り部分５４ｂが設けられていたが、図１１（ｃ）に示す金属シール５５のように、途中で傾斜角が変化する２段階の斜面として構成されたテーパ状面５５ａ及びテーパ状面５５ｂを備えるものであってもよい。
【００７７】
また、図１１では図示していないが、この変形例においては、第１シール部についても、第１樹脂シール、第２樹脂シール、及び金属シールを備える三層シール構造として設けられる。そして、第１シール部及び第２シール部５１においては、各第１樹脂シールが液圧室５０を介して互いに対向するように配置され、各第２樹脂シールは各第１樹脂シールに対して液圧室５０の反対側にて隣接するように配置され、さらに、各金属シールは各第２樹脂シールに対して各第１樹脂シールの反対側にて隣接するように配置されている。このように、第１シール部及び第２シール部５１を三層シール構造とすることで、第２樹脂シールの外側でも金属シールにて圧力水を封止することができるため、さらに高圧の領域まで広い範囲に亘って着実に圧力水を封止することができる。
【００７８】
（第２実施形態の第２変形例）
次の変形例について説明する。図１２は、第２実施形態における第２変形例を説明する図であって、カップ部材１００の近傍の状態を示す断面図である。図１２にその要部を示す第２変形例に係る試験装置は、試験装置２と同様に構成されるが、一対の外面側支持具（１２、１２）を備え、一対のカップ部材（１００、１００）に対して同時にプルーフテストを行うことができる構成である点が、試験装置２とは異なっている。尚、試験装置２と同様に構成される要素については、図１２におけて同一の符合を付している。
【００７９】
図１２に示すように、第２変形例に係る試験装置においては、一対の外面側支持具（１２、１２）と、第１シール部５６と、第２シール部５７と、液圧室区画部材５８とが備えられている。一対の外面側支持具（１２、１２）は、一対のカップ部材（１００、１００）をそれぞれの内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持するように配置されている。第１シール部５６及び第２シール部５７は、それぞれ試験装置２の第１シール部４１及び第２シール部４２と同じ位置に配置されるが、いずれも円形断面を有するリング状に形成され、樹脂製として設けられている。そして、第１シール部５６及び第２シール部５７は、一対のカップ部材（１００、１００）に対応して一対ずつ設けられている。
【００８０】
液圧室区画部材５８は、各第１シール部５６及び各第２シール部５７を介してカップ部材１００の内面１００ａを押圧するとともに、中心周辺領域１００ｃに隣接する空間として圧力水が導入される一対の液圧室（５０、５０）を一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａとの間でそれぞれ区画するように設けられている。また、液圧室区画部材５８には、水管３８に接続する圧力水通路５９が、二手に分岐して一対の液圧室（５０、５０）のそれぞれに連通するように形成されている。そして、ポンプ３６と圧力水通路５９とを備えて構成される圧力水供給機構は、一対の液圧室（５０、５０）にそれぞれ圧力水を供給するようになっている。
【００８１】
上述した第２変形例に係る試験装置によっても試験装置２と同様に、カップ部材１００における応力分布をより一様に近づけることができるとともに、装置構成の複雑化を大幅に抑制することができる人工股関節用カップ部材の試験装置を提供することができる。そして、この第２変形例に係る試験装置によると、一対のカップ部材（１００、１００）をそれぞれの内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具（１２、１２）が設けられ、一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａとの間で液圧室区画部材５８により区画される一対の液圧室（５０、５０）に対して、圧力水供給機構がそれぞれ圧力水を供給するようになっている。このため、この変形例に係る試験装置においては、一対のカップ部材（１００、１００）を同時に試験することが可能となる。このように、１回の試験で２個のカップ部材（１００、１００）を試験することができることで、試験効率を大幅に向上させることができ、試験のために要する費用や工数も大幅に低減することができる。また、さらに上記の一対の外面側支持具（１２、１２）と液圧室区画部材５８とを複数セット備えた試験装置とすることで、複数対のカップ部材１００を同時に試験することも可能となる。この場合、１回の試験で多くのカップ部材１００を試験することができ、さらに飛躍的に試験効率を向上させることができる。そして、この変形例に係る試験装置においては、一対の外面側支持具（１２、１２）に対して液圧室区画部材５８及び圧力水供給機構が１セットのみ備えられていればよいため、一対のカップ部材（１００、１００）を１セットの液圧室区画部材５８及び圧力水供給機構で試験することができ、さらに、試験装置の構成の簡易化を図ることができる。
【００８２】
（他の実施形態）
次に、本発明における他の実施形態について説明する。図１３は、他の実施形態に係る人工股関節用カップ部材の試験装置を説明する図であって、カップ部材１００の近傍の状態を示す断面図である。図１３に示す試験装置は、カップ部材１００に対してその内面１００ａに面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置であって、第１実施形態の第２変形例に係る試験装置と同様に構成されている。即ち、一対の外面側支持具（１２、１２）を備え、一対のカップ部材（１００、１００）に対して同時にプルーフテストを行うことができる構成を備えている。しかし、中心領域１００ｂに接触せずに中心周辺領域１００ｃに当接する圧子１４とは異なる構成の面圧発生部材６０が備えられている点が、第１実施形態の第２変形例に係る試験装置とは異なっている。尚、試験装置１や第１実施形態の第２変形例に係る試験装置と同様に構成される要素については、図１３において同一の符合を付して説明を割愛する。
【００８３】
図１３にその要部を示す試験装置においては、一対の外面側支持具（１２、１２）と、面圧発生部材６０と、荷重発生機構とが備えられている。一対の外面側支持具（１２、１２）は、一対のカップ部材（１００、１００）をそれぞれの内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持するように配置されている。面圧発生部材６０は、一対のカップ部材（１００、１００）の内面１００ａに沿って接触する一対の接触面（６０ａ、６０ａ）を有するとともにこの接触面６０ａにて内面１００ａに当接して面圧を発生させるようになっている。即ち、面圧発生部材６０を挟んでその上下方向両側に一対のカップ部材（１００、１００）が内面１００ａ同士を対向させて配置され、更にその上下方向両側に一対の外面側支持具（１２、１２）が配置されている。荷重発生機構は、付勢機構１５と同様に構成されており、一対の前記外面側支持具（１２、１２）をこれらの外面側支持具同士１２が対向する方向に向かって押圧することで、面圧発生部材６０から一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａに向かう付勢荷重を発生させる機構として設けられている。
【００８４】
この試験装置によると、一対のカップ部材（１００、１００）をそれぞれの内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具（１２、１２）が設けられている。そして、荷重発生機構が一対の外面側支持具（１２、１２）をそれらが対向する方向に向かって押圧し、これにより、面圧発生部材６０から一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａに向かう付勢荷重を発生させるようになっている。このため、この試験装置においては、一対のカップ部材（１００、１００）を同時に試験することが可能となる。このように、１回の試験で２個のカップ部材（１００、１００）を試験することができることで、試験効率を大幅に向上させることができ、試験のために要する費用や工数も大幅に低減することができる。また、さらに上記の一対の外面側支持具（１２、１２）を複数対備えた試験装置とすることで、複数対のカップ部材１００を同時に試験することも可能となる。この場合、１回の試験で多くのカップ部材１００を試験することができ、さらに飛躍的に試験効率を向上させることができる。そして、この試験装置においては、一対の外面側支持具（１２、１２）に対して荷重発生機構が１つのみ備えられていればよいため、一対のカップ部材（１００、１００）を１つの荷重発生機構で試験することができ、さらに、試験装置の構成の簡易化を図ることができる。
【００８５】
また、図１４は、更に他の実施形態に係る人工股関節用カップ部材の試験装置を説明する図であって、カップ部材１００の近傍の状態を示す断面図である。図１４に示す試験装置は、カップ部材１００に対してその内面１００ａに面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置であって、第２実施形態の第２変形例に係る試験装置と同様に構成されている。即ち、一対の外面側支持具（１２、１２）を備え、一対のカップ部材（１００、１００）に対して同時にプルーフテストを行うことができる構成を備えている。しかし、カップ部材１００の内面１００ａへの圧力水の接触の形態において、第２実施形態の第２変形例に係る試験装置とは異なっている。尚、試験装置２や第２実施形態の第２変形例に係る試験装置と同様に構成される要素については、図１４においては同一の符合を付して説明を割愛する。
【００８６】
図１４にその要部を示す試験装置においては、一対の外面側支持具（１２、１２）と、一対のシール部材（６１、６１）と、液圧室区画要素６２と、圧力水供給機構（圧力液体供給機構）とが備えられている。一対の外面側支持具（１２、１２）は、一対のカップ部材（１００、１００）の内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持するように配置されている。一対のシール部材（６１、６１）は、一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａに対して当接するように配置され、円形断面を有するリング状に形成され、樹脂製として設けられている。液圧室区画要素６２は、一対のシール部材（６１、６１）を介して一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａを押圧するとともに、圧力水が導入される一対の液圧室（６４、６４）を一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａとの間でそれぞれ区画するように設けられている。また、液圧室区画要素６２には、水管３８に接続する圧力水通路（圧力液体通路）６３が、二手に分岐して一対の液圧室（６４、６４）のそれぞれに連通するように形成されている。そして、ポンプ３６と圧力水通路６３とを備えて構成される圧力水供給機構（圧力液体供給機構）は、一対の液圧室（６４、６４）に圧力水を供給するようになっている。この圧力水供給機構が、一対の液圧室（６４、６４）にそれぞれ圧力水を供給することで、一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａに面圧を発生させるようになっている。
【００８７】
この試験装置によると、一対のカップ部材（１００、１００）をそれぞれの内面１００ａ同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の外面側支持具（１２、１２）が設けられ、一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａとの間で液圧室区画要素６２により区画される一対の液圧室（６４、６４）に対して、圧力水供給機構がそれぞれ圧力水を供給し、これにより、一対のカップ部材（１００、１００）の各内面１００ａに面圧を付与するようになっている。このため、この試験装置においては、一対のカップ部材（１００、１００）を同時に試験することが可能となる。このように、１回の試験で２個のカップ部材（１００、１００）を試験することができることで、試験効率を大幅に向上させることができ、試験のために要する費用や工数も大幅に低減することができる。また、さらに上記の一対の外面側支持具（１２、１２）と液圧室区画要素６２を複数セット備えた試験装置とすることで、複数対のカップ部材１００を同時に試験することも可能となる。この場合、１回の試験で多くのカップ部材１００を試験することができ、さらに飛躍的に試験効率を向上させることができる。そして、この試験装置においては、一対の外面側支持具（１２、１２）に対して液圧室区画要素６２及び圧力水供給機構が１セットのみ備えられていればよいため、一対のカップ部材（１００、１００）を１セットの液圧室区画要素６２及び圧力液体供給機構で試験することができ、さらに、試験装置の構成の簡易化を図ることができる。
【００８８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、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なものである。例えば、第１及び第２実施形態において、外面側支持具の形状を適宜変更して実施してもよい。また、第２実施形態において、圧力液体は圧力水以外のもの（例えば、圧油）であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、人工股関節において用いられるカップ部材に対してその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置として広く適用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】人工股関節を説明する模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る人工股関節用カップ部材の試験装置を例示する正面図である。
【図３】図２に示す人工股関節用カップ部材の試験装置の側面図である。
【図４】図２に示す人工股関節用カップ部材の試験装置のブロック図である。
【図５】図２に示す人工股関節用カップ部材の試験装置における要部拡大断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の第１変形例の人工股関節用カップ部材の試験装置における要部拡大断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態の第２変形例の人工股関節用カップ部材の試験装置における要部拡大断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る人工股関節用カップ部材の試験装置を例示する側面図である。
【図９】図８に示す人工股関節用カップ部材の試験装置のブロック図である。
【図１０】図８に示す人工股関節用カップ部材の試験装置における要部拡大断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の第１変形例の人工股関節用カップ部材の試験装置における要部拡大断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態の第２変形例の人工股関節用カップ部材の試験装置における要部拡大断面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係る人工股関節用カップ部材の試験装置における要部拡大断面図である。
【図１４】本発明の更に他の実施形態に係る人工股関節用カップ部材の試験装置における要部拡大断面図である。
【図１５】カップ部材の内面に対して全体的に面圧を作用させた場合（条件１）の解析結果を示す図である。
【図１６】面圧の方向とは逆向きの支持力を負荷した場合（条件２）の解析結果を示す図である。
【図１７】本実施形態に係る試験装置によって付与される面圧を作用させた場合（条件３）の解析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 人工股関節用カップ部材の試験装置
１２ 外面側支持具
１３ 面圧発生機構
１４ 圧子（面圧発生媒体）
１５ 付勢機構
１００ カップ部材
１００ａ 内面
１００ｂ 中心領域
１００ｃ 中心周辺領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工股関節において用いられるカップ部材に対してその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
前記カップ部材をその側方において外面側から支持する外面側支持具と、
前記カップ部材の内面に対して、接触して面圧を発生させる面圧発生媒体を前記内面における中心部分を含む中心領域の周辺を囲む中心周辺領域に接触させて面圧を発生させるとともに前記中心領域に対しては前記面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構と、
を備えていることを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【請求項２】
請求項１に記載の人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
前記面圧発生機構は、
前記カップ部材の内面に対して前記中心領域とは接触せずに当該中心領域に隣接する空間を区画するとともに前記中心周辺領域に当接する前記面圧発生媒体である圧子と、
前記圧子から前記カップ部材の内面に向かう付勢荷重を発生させる付勢機構と、
を有し、
前記付勢機構による付勢荷重によって前記圧子が前記カップ部材の内面を押圧することで前記中心周辺領域に面圧を発生させるとともに、前記圧子と前記中心領域との非接触状態を保つことを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【請求項３】
請求項２に記載の人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
前記圧子は、
前記カップ部材の内面に沿う形状に形成されて前記中心周辺領域に当接する第１リング状曲面部と、
前記第１リング状曲面部に周囲を囲まれるとともに平坦に形成されて前記第１リング状曲面部が前記中心周辺領域に当接した状態で前記中心領域に対して空間を介して対向する平坦部と、
前記平坦部と反対側に形成されて前記付勢機構による付勢荷重が作用する付勢荷重作用部と、
を有していることを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【請求項４】
請求項２に記載の人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
前記圧子は、
前記カップ部材の内面に沿う形状に形成されて前記中心周辺領域に当接する第２リング状曲面部と、
前記第２リング状曲面部に周囲を囲まれるとともに当該圧子を貫通するように形成されて前記第２リング状曲面部が前記中心周辺領域に当接した状態で前記中心領域に対して空間として対向する貫通孔と、
前記第２リング状曲面部と反対側において前記貫通孔の周囲に形成され前記付勢機構による付勢荷重が作用する付勢荷重作用部と、
を有していることを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【請求項５】
請求項１に記載の人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
前記面圧発生機構は、
前記カップ部材の内面に対して前記中心周辺領域と前記中心領域との境界に沿う位置で当接する第1シール部と、
前記カップ部材の内面に対して前記中心周辺領域の外周に沿う位置で当接する第２シール部と、
前記第1シール部及び前記第２シール部を介して前記カップ部材の内面を押圧するとともに前記中心周辺領域に隣接する空間として前記面圧発生媒体である圧力液体が導入される液圧室を前記カップ部材の内面との間で区画する液圧室区画部材と、
前記液圧室に圧力液体を供給する圧力液体供給機構と、
を有し、
前記圧力液体供給機構により前記液圧室に圧力液体を供給することで前記中心周辺領域に面圧を発生させるとともに圧力液体と前記中心領域との非接触状態を保つことを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【請求項６】
請求項５に記載の人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
前記圧力液体供給機構は、
圧力液体を吐出するポンプと、
前記ポンプに接続されるとともに前記液圧室区画部材の内部を通過して前記液圧室に対して前記第１シール部と前記第２シール部との間で連通する圧力液体通路と、
を有していることを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
前記第１シール部及び前記第２シール部のそれぞれは、樹脂材料で形成されたリング状の第１樹脂シールと当該第１樹脂シールを形成する樹脂材料よりも硬度の高い樹脂材料で形成されたリング状の第２樹脂シールとを有し、前記各第１樹脂シールは前記液圧室を介して互いに対向するように配置され、前記各第２樹脂シールは前記各第１樹脂シールに対して前記液圧室の反対側にて隣接するように配置されていることを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【請求項８】
請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
一対の前記カップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の前記外面側支持具を有し、
前記付勢機構は、一対の前記外面側支持具を当該外面側支持具同士が対向する方向に向かって押圧することで、前記圧子から一対の前記カップ部材の各内面に向かう付勢荷重を発生させることを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【請求項９】
請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
一対の前記カップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の前記外面側支持具を有し、
前記液圧室区画部材は、一対の前記カップ部材の各内面との間で一対の前記液圧室をそれぞれ区画し、
前記圧力液体供給機構は、一対の前記液圧室にそれぞれ圧力液体を供給することを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【請求項１】
人工股関節において用いられるカップ部材に対してその内面に面圧を付与して欠陥のあるカップ部材を検知するための人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
前記カップ部材をその側方において外面側から支持する外面側支持具と、
前記カップ部材の内面に対して、接触して面圧を発生させる面圧発生媒体を前記内面における中心部分を含む中心領域の周辺を囲む中心周辺領域に接触させて面圧を発生させるとともに前記中心領域に対しては前記面圧発生媒体を非接触状態に保つ面圧発生機構と、
を備えていることを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【請求項２】
請求項１に記載の人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
前記面圧発生機構は、
前記カップ部材の内面に対して前記中心領域とは接触せずに当該中心領域に隣接する空間を区画するとともに前記中心周辺領域に当接する前記面圧発生媒体である圧子と、
前記圧子から前記カップ部材の内面に向かう付勢荷重を発生させる付勢機構と、
を有し、
前記付勢機構による付勢荷重によって前記圧子が前記カップ部材の内面を押圧することで前記中心周辺領域に面圧を発生させるとともに、前記圧子と前記中心領域との非接触状態を保つことを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【請求項３】
請求項２に記載の人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
前記圧子は、
前記カップ部材の内面に沿う形状に形成されて前記中心周辺領域に当接する第１リング状曲面部と、
前記第１リング状曲面部に周囲を囲まれるとともに平坦に形成されて前記第１リング状曲面部が前記中心周辺領域に当接した状態で前記中心領域に対して空間を介して対向する平坦部と、
前記平坦部と反対側に形成されて前記付勢機構による付勢荷重が作用する付勢荷重作用部と、
を有していることを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【請求項４】
請求項２に記載の人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
前記圧子は、
前記カップ部材の内面に沿う形状に形成されて前記中心周辺領域に当接する第２リング状曲面部と、
前記第２リング状曲面部に周囲を囲まれるとともに当該圧子を貫通するように形成されて前記第２リング状曲面部が前記中心周辺領域に当接した状態で前記中心領域に対して空間として対向する貫通孔と、
前記第２リング状曲面部と反対側において前記貫通孔の周囲に形成され前記付勢機構による付勢荷重が作用する付勢荷重作用部と、
を有していることを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【請求項５】
請求項１に記載の人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
前記面圧発生機構は、
前記カップ部材の内面に対して前記中心周辺領域と前記中心領域との境界に沿う位置で当接する第1シール部と、
前記カップ部材の内面に対して前記中心周辺領域の外周に沿う位置で当接する第２シール部と、
前記第1シール部及び前記第２シール部を介して前記カップ部材の内面を押圧するとともに前記中心周辺領域に隣接する空間として前記面圧発生媒体である圧力液体が導入される液圧室を前記カップ部材の内面との間で区画する液圧室区画部材と、
前記液圧室に圧力液体を供給する圧力液体供給機構と、
を有し、
前記圧力液体供給機構により前記液圧室に圧力液体を供給することで前記中心周辺領域に面圧を発生させるとともに圧力液体と前記中心領域との非接触状態を保つことを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【請求項６】
請求項５に記載の人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
前記圧力液体供給機構は、
圧力液体を吐出するポンプと、
前記ポンプに接続されるとともに前記液圧室区画部材の内部を通過して前記液圧室に対して前記第１シール部と前記第２シール部との間で連通する圧力液体通路と、
を有していることを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
前記第１シール部及び前記第２シール部のそれぞれは、樹脂材料で形成されたリング状の第１樹脂シールと当該第１樹脂シールを形成する樹脂材料よりも硬度の高い樹脂材料で形成されたリング状の第２樹脂シールとを有し、前記各第１樹脂シールは前記液圧室を介して互いに対向するように配置され、前記各第２樹脂シールは前記各第１樹脂シールに対して前記液圧室の反対側にて隣接するように配置されていることを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【請求項８】
請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
一対の前記カップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の前記外面側支持具を有し、
前記付勢機構は、一対の前記外面側支持具を当該外面側支持具同士が対向する方向に向かって押圧することで、前記圧子から一対の前記カップ部材の各内面に向かう付勢荷重を発生させることを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【請求項９】
請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の人工股関節用カップ部材の試験装置であって、
一対の前記カップ部材をそれぞれの内面同士が対向するようにそれぞれの側方において外面側から支持する一対の前記外面側支持具を有し、
前記液圧室区画部材は、一対の前記カップ部材の各内面との間で一対の前記液圧室をそれぞれ区画し、
前記圧力液体供給機構は、一対の前記液圧室にそれぞれ圧力液体を供給することを特徴とする、人工股関節用カップ部材の試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
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【図５】
【図６】
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【図１４】
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【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００９−６１０６９（Ｐ２００９−６１０６９Ａ）
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３０９４６（Ｐ２００７−２３０９４６）
【出願日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【出願人】（５０４４１８０８４）日本メディカルマテリアル株式会社 (106)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【出願人】（５０４４１８０８４）日本メディカルマテリアル株式会社 (106)
【Ｆターム（参考）】
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