人工股関節用骨頭ボールの試験装置
【課題】骨頭ボールのステム嵌合孔に高圧の液体を封止することができ、全数検査を行うことによる欠陥のある骨頭ボールの検知を可能にする。
【解決手段】シール手段は、突設部２７の周囲に配設されるとともに液圧室３２における頭頂部１００ａ側端部に配置される第１シール部３３と反頭頂部１００ｂ側端部に配置される第２シール部３４とを有し、第１シール部３３および第２シール部３４がそれぞれ突設部２７とテーパ状内周面１００ｄとの間を封止する。第１および第２シール部（３３、３４）は、リング状の金属シール（３５ａ、３５ｂ）とリング状の樹脂シールとを有する。各樹脂シールは液圧室３２を介して互いに対向するように配置され、各金属シール（３５ａ、３５ｂ）は各樹脂シールに対して液圧室３２の反対側にて隣接するように配置される。
【解決手段】シール手段は、突設部２７の周囲に配設されるとともに液圧室３２における頭頂部１００ａ側端部に配置される第１シール部３３と反頭頂部１００ｂ側端部に配置される第２シール部３４とを有し、第１シール部３３および第２シール部３４がそれぞれ突設部２７とテーパ状内周面１００ｄとの間を封止する。第１および第２シール部（３３、３４）は、リング状の金属シール（３５ａ、３５ｂ）とリング状の樹脂シールとを有する。各樹脂シールは液圧室３２を介して互いに対向するように配置され、各金属シール（３５ａ、３５ｂ）は各樹脂シールに対して液圧室３２の反対側にて隣接するように配置される。
【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骨頭ボールに対して荷重を付与して欠陥のある骨頭ボールを検知するための人工股関節用骨頭ボールの試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、人工股関節において用いられる骨頭ボールに対して荷重を付与して欠陥のある骨頭ボールを検知するための人工股関節用骨頭ボールの試験装置が知られている（特許文献１、非特許文献１参照）。特許文献１に記載された試験装置では、骨頭ボールが頭頂部側と反頭頂部側から支持部材で支持される。そして、人工股関節において用いられるステムと嵌合するように骨頭ボールの反頭頂部側で開口するステム嵌合孔に先端側が嵌入されている反頭頂部側支持部からステム嵌合孔の内部に圧力水が導入され、この水圧により荷重が付与されるようになっている。そして、骨頭ボールのステム嵌合孔の内部では上下に１枚ずつ配置されたガスケットによりステム嵌合孔の内周面と反頭頂部側支持部との間が封止されるようになっている。また、非特許文献１に記載された試験装置では、ステム嵌合孔の内周面と反頭頂部側支持部との間にプラスチック製のスリーブが配置されたものが開示されている。そして、このスリーブと反頭頂部側支持部との間で圧力水が封じられるようになっており、このスリーブを介してステム嵌合孔の内周面に対して圧力が伝達されるようになっている。これらのような試験装置を用いることにより、所定の割合で抜き取り検査をして破壊試験を行う手法によらず、全数検査を行って欠陥のある骨頭ボールを検知することが考えられる。
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第４４１１５０８号明細書
【非特許文献１】Bernhard Weisse、「Improvement of the reliability of ceramic hip joint implants」、Journal of Biomechanics 36 (2003) 1633-1639
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
欠陥のある骨頭ボールを検知するためには相当な高荷重（例えば、１４．２ｋＮ程度）を骨頭ボールに付与する必要があり、そのためにステム嵌合孔の内部に封じる液体の圧力を相当な高圧（例えば９０ＭＰａ程度）に設定する必要がある。しかしながら、特許文献１に記載された試験装置では、ガスケットで圧力水を封止するものであるため、高圧になるとガスケットでは十分に封止できず漏水を招いてしまったり、ガスケットの変形や破損を招いてしまう虞がある。また、非特許文献１に記載された試験装置では、プラスチック製のスリーブ内で圧力水を封止するものであるため、高圧になるとこのスリーブの変形や破損を招いてしまうことになる。したがって、これらの試験装置では、ステム嵌合孔の内部に高圧の液体を封止することが困難である。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、骨頭ボールのステム嵌合孔に高圧の液体を封止することができ、全数検査を行うことによって欠陥のある骨頭ボールを検知することができる人工股関節用骨頭ボール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】
【０００６】
本発明は、人工股関節において用いられる骨頭ボールに対して荷重を付与して欠陥のある骨頭ボールを検知するための人工股関節用骨頭ボールの試験装置に関する。
そして、本発明の人工股関節用骨頭ボールの試験装置は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。即ち、本発明は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置は、前記骨頭ボールをその頭頂部側から支持する頭頂部側支持具と、前記人工股関節において用いられるステムと嵌合するように前記骨頭ボールの反頭頂部側で開口するとともにテーパ状内周面を有するステム嵌合孔に対して先端側が嵌入されて前記骨頭ボールを支持する突設部を有し、圧力液体が導入される液圧室を前記突設部の周囲と前記テーパ状内周面との間にて形成する反頭頂部側支持部と、前記突設部の周囲に配設されるとともに前記液圧室における頭頂部側の端部に配置される第１シール部と前記液圧室における反頭頂部側の端部に配置される第２シール部とを有し、当該第１シール部および第２シール部がそれぞれ前記突設部と前記テーパ状内周面との間を封止するシール手段と、前記液圧室に圧力液体を供給する圧力液体供給手段と、を備え、前記第１シール部および前記第２シール部のそれぞれは、金属材料で形成されたリング状の金属シールと樹脂材料で形成されたリング状の樹脂シールとを有し、前記各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、前記各金属シールは前記各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骨頭ボールの試験装置。
【０００８】
この構成によると、骨頭ボールにおけるステム嵌合孔のテーパ状内周面と反頭頂部側支持部の突設部との間に形成される液圧室に供給された圧力液体は、液圧室の頭頂部側端部に配置された第１シール部と反頭頂部側端部に配置された第２シール部とを有するシール手段により封止されることになる。そして、第１および第２シール部のそれぞれは、内側（液圧室側）に配置される樹脂シールとその外側（樹脂シールに対して液圧室とは反対側）に配置される金属シールとを備えて構成されている。このため、変形し易い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、強度の高い金属シールを外側に配置することで高い強度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、このように内側の樹脂シールと外側の金属シールという複層構造にすることで、低圧では樹脂シールが変形して圧力液体を封止し、高圧では金属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。したがって、本発明の構成によると、骨頭ボールのステム嵌合孔に高圧の液体を封止することができ、全数検査を行うことによって欠陥のある骨頭ボールを検知することができる試験装置を得ることができる。
【０００９】
本発明に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置における第２の特徴は、前記樹脂シールは、前記液圧室側に配置される第１樹脂シールと、当該第１樹脂シールと前記金属シールとの間に配置される第２樹脂シールとを備えて構成されていることである。
【００１０】
この構成によると、樹脂シールをさらに複層構造にすることで、樹脂シールにおいて、より広い圧力範囲に対応して圧力液体を封止することができる。すなわち、第１樹脂シールを変形抵抗がより小さい樹脂で形成し、第２樹脂シールを変形抵抗がより大きい樹脂で形成することができるため、液圧室内の圧力液体の圧力が低圧のときには第１樹脂シールが変形して圧力液体を封止し、中程度の圧力のときには第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。このため、広い圧力範囲に亘ってムラ無く圧力液体の封止機能を発揮することができる。
【００１１】
本発明に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置における第３の特徴は、前記第１樹脂シールはその周方向と垂直な断面が円形断面となるように形成され、前記第２樹脂シールはその周方向と垂直な断面が矩形断面となるように形成されていることである。
【００１２】
この構成によると、内側にはより変形し易い円形断面の第１樹脂シールが配置され、この第１樹脂シールと金属シールとの間に第１樹脂シールよりも変形しにくい矩形断面の第２樹脂シールが配置される。このため、低圧のときには第１樹脂シールが変形して圧力液体を封止し易くなり、中程度の圧力のときには第２樹脂シールが変形して圧力液体を封止し易くなる。したがって、広い圧力範囲に亘ってムラ無く圧力液体の封止機能を発揮することができる。
【００１３】
本発明に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置における第４の特徴は、前記各金属シールは、その内周側にテーパ状シール面がそれぞれ形成され、前記突設部に対して当該テーパ状シール面にて当接することを特徴とすることである。
【００１４】
この構成によると、各金属シールが突設部に対してテーパ状シール面にて当接するため、樹脂シールを介して圧力液体の圧力が作用するとテーパ状シール面を介して突設部に押し付けられながら突設部とステム嵌合孔のテーパ状内周面とに対して密着し易くなり、より高圧の圧力液体を封止し易くなる。
【００１５】
本発明に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置における第５の特徴は、前記突設部は、前記テーパ状内周面との間で前記液圧室を形成する基体部分と当該基体部分に対してその先端側から螺合するボルトとを有し、前記第１シール部の前記金属シールは前記ボルトの頭部の縁部分に対して前記テーパ状シール面にて当接することである。
【００１６】
この構成によると、基体部分の周囲に第１シール部および第２シール部を装着した後にボルトを基体部分に螺合することで容易にシール手段を突設部に取り付けることができる。そして、ボルトの頭部の縁部分を有効的に利用して第１シール部の金属シールのテーパ状シール面と当接させることができる。
【００１７】
本発明に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置における第６の特徴は、前記液圧室において前記第１シール部と前記第２シール部との間に配置されて前記各樹脂シールと当接し、前記第１シール部と前記第２シール部との相対距離を規制するスペーサ部材をさらに備えていることである。
【００１８】
この構成によると、第１および第２シール部の間に配置されて各樹脂シールと当接するスペーサ部材を設けることで、第１シール部と第２シール部との相対距離を確実に保持できる。このため、とくに骨頭ボールを本発明の試験装置に取り付けるときに第１および第２シール部の位置がずれてしまうことを防止することができる。
【００１９】
本発明に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置における第７の特徴は、前記スペーサ部材は、外周および内周がそれぞれテーパ状面として形成された筒状部分を有するとともに両端部が前記各樹脂シールと当接するテーパリングとして形成されていることである。
【００２０】
この構成によると、スペーサ部材がテーパリングとして形成されているため、突設部の周囲とステム嵌合孔のテーパ状内周面との間に形成される液圧室に安定的に配置できるスペーサ部材を簡易な形状で形成することができる。
【００２１】
本発明に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置における第８の特徴は、前記圧力液体供給手段は、圧力液体を吐出するポンプと、当該ポンプに接続されるとともに前記突設部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、を有していることである。
【００２２】
この構成によると、ポンプから吐出された圧力液体が突設部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突設部に設けることで、液圧室に高圧の圧力液体を供給する手段を容易に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。なお、本発明は、人工股関節において用いられる骨頭ボールに対して荷重を付与して欠陥のある骨頭ボールを検知するための人工股関節用骨頭ボール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。
【００２４】
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骨頭ボールについて説明する。図６は、人工股関節において用いられる骨頭ボール１００とステム１０１とを例示する正面図である。骨頭ボール１００は、その頭頂部１００ａ側が球面の一部を構成する外形となるように形成されている。そして、骨頭ボール１００は、骨盤に配置されるとともに球面の一部を構成するように形成された内面を有するカップ（図示せず）に対して嵌め込まれるようになっている。ステム１０１は大腿骨（図示せず）の近位部に埋入される大腿骨コンポーネントとして形成されている。また、骨頭ボール１００には頭頂部１００ａと反対側の反頭頂部１００ｂ側で開口するステム嵌合孔１００ｃが形成されており、このステム嵌合孔１００ｃはステム１０１の近位部側の端部（ネック部分）と嵌合するようになっている。なお、図５における骨頭ボール１００の切欠き断面図にもよく示すように、ステム嵌合孔１００ｃには、テーパ状内周面１００ｄが形成されている。
【００２５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置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２はその側面図である。図１および図２に示す試験装置１は、基台ケース１１、モータ１２、昇降駆動装置１３、ポンプユニット１４、制御ユニット１５、コントローラ１６、支持ユニット１８などを備えて構成されている。モータ１２、昇降駆動装置１３、および支持ユニット１８は、基台ケース１１の正面側に配置されており、ポンプユニット１４、制御ユニット１５、およびコントローラ１６は、基台ケース１１の内部に配置されている。
【００２６】
図１および図２に示すように、モータ１２は、スクリュー機構として構成されている昇降駆動装置１３と連結されており、モータ１２の回転により昇降駆動装置１３の上端部に取り付けられた支持テーブル２５の上下方向の昇降動作が行われるようになっている。なお、図１および図２では、昇降駆動装置１３が上昇動作を行う前の状態と、上昇動作を行って図１中の矢印（Ａ）方向に支持テーブル２５を上昇させた状態（図１では実線で、図２では二点鎖線で示している）とをいずれも図示している。
【００２７】
図２に示すように、ポンプユニット１４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１７が備えられており、ポンプ１７から供給される圧力水は、水管２６を介して後述する支持ユニット１８の反頭頂部側支持部２０へと供給されるようになっている。また、図３は試験装置１のブロック図を示したものであるが、図２および図３に示すように、ポンプ１７から支持ユニット１８へと水を供給する経路（図３では破線の矢印で図示）である水管２６には圧力水の水圧を検知する水圧メータ２４が設けられている。そして、水圧メータ２４にて検出された水圧検出信号は信号線２９によりコントローラ１６へと入力されるようになっている。
【００２８】
制御ユニット１５は、図３に示すように、ポンプ制御装置２１とモータ制御装置２２とを備えて構成されている。ポンプ制御装置２１は、コントローラ１６から入力される指令に基づいて、例えばポンプ１７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１７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。モータ制御装置２２は、コントローラ１６から入力される指令に基づいてモータ１２の回転を制御するようになっており、これにより、モータ１２に対してスクリュー軸が連結された昇降駆動装置１３の昇降動作を制御するようになっている。
【００２９】
図１および図２に示すように、支持ユニット１８は頭頂部側支持具１９と反頭頂部側支持部２０とを備えて構成されており、頭頂部側支持具１９と反頭頂部側支持部２０との間にて、この試験装置１での試験に供される骨頭ボール１００が支持されるようになっている。頭頂部側支持具１９は昇降駆動装置１３の上端部の支持テーブル２５上に配置され、反等頂部側支持部２０は基台ケース１１の上部に取り付けられたブラケット３１に取り付けられている。なお、支持ユニット１８に骨頭ボール１００が支持された状態でモータ１２の回転を制御して昇降駆動機構１３を上昇方向に駆動することで、支持ユニット１８に支持された骨頭ボール１００に荷重を付加することができるようになっている。そして、支持テーブル２５の下側にはロードセル２３が配置されている。このロードセル２３によって、支持テーブル２５とブラケット３１との間、すなわち、頭頂部側支持具１９と反頭頂部側支持部２０との間で骨頭ボール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２３にて検出された荷重検出信号は信号線３０を介してコントローラ１６へと入力されるようになっている。
【００３０】
図４は支持ユニット１８の断面（一部は切り欠き断面で示している）を示したものである。この図４の断面図に示すように、頭頂部側支持具１９の上面には円錐形状の円錐くぼみ１９ａが形成されており、この円錐くぼみ１９ａの内周面に対して骨頭ボール１００の頭頂部１００ａ側が当接することで、頭頂部支持部１９に対して骨頭ボール１００がその頭頂部側から支持されるようになっている。また、反頭頂部側支持部２０は、その先端部分に突設部２７が設けられている。突設部２７は、その先端側が骨頭ボール１００のステム嵌合孔１００ｃに対して嵌入されて骨頭ボール１００を支持するようになっている。そして、反頭頂部支持部２０は、圧力水が導入される液圧室３２を突設部２７の周囲とテーパ状内周面１００ｄとの間にて形成するようになっている。なお、突設部２７内には水管２６に接続される水供給通路２８が形成されており、この水供給通路２８を介して液圧室３２に圧力水が供給されるようになっている。
【００３１】
図２および図３に示すコントローラ１６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１６には、ロードセル２３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１２が駆動されるようにモータ制御装置２２へとモータ１２の出力指令が入力されることになる。また、コントローラ１６には、水圧メータ２４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１７が駆動されるようにポンプ制御装置２１へとポンプ１７の出力指令が入力されることになる。
【００３２】
次に、突設部２７とその近傍の構成についてさらに詳しく説明する。図５は、突設部２７の近傍における一部切欠き断面を含む拡大図である。この図５によく示すように、突設部２７は、骨頭ボール１００のテーパ状内周面１００ｄとの間で液圧室３２を形成する基体部分２７ａとこの基体部分２７ａに対してその先端側から螺合するボルト２７ｂとを備えて構成されている。
【００３３】
また、この試験装置１においては、突設部２７の周囲に配設されるシール手段が備えられている。このシール手段は、液圧室３２における頭頂部側の端部に配置される第１シール部３３と液圧室３２における反頭頂部側の端部に配置される第２シール部３４とを備えて構成されており、第１シール部３３および第２シール部３４がそれぞれ突設部２７とテーパ状内周面１００ｄとの間を封止するようになっている。
【００３４】
第１シール部３３は、金属シール３５ａと、第１樹脂シール３６ａおよび第２樹脂シール３７ａとで構成されている樹脂シールと、を備えて構成されている。また、第２シール部３４は、金属シール３５ｂと、第１樹脂シール３６ｂおよび第２樹脂シール３７ｂとで構成されている樹脂シールと、を備えて構成されている。これらのシール（３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂ）は、いずれも突設部２７の周囲に密着するように配設されている。金属シール３５ａおよび金属シール３５ｂは、金属材料（例えば、銅やスチール）で形成されており、リング状（円環状）に形成されている。第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）および第２樹脂シール（３７ａ、３７ｂ）は樹脂材料で形成されており、リング状（円環状）に形成されている。なお、第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）は例えばポリエチレンで形成されており、第２樹脂シール（３７ａ、３７ｂ）は例えばシリコンゴムで形成されている。また、第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）はその周方向と垂直な断面が円形断面となるように形成されており、第２樹脂シール（３７ａ、３７ｂ）はその周方向と垂直な断面が矩形断面となるように形成されている。
【００３５】
また、第１シール部３３の樹脂シール（３６ａ、３７ａ）と第２シール部３４の樹脂シール（３６ｂ、３７ｂ）とは液圧室３２を介して互いに対向するように配置されている。そして、第１シール部３３の金属シール３５ａは樹脂シール（３６ａ、３７ａ）に対して液圧室３２の反対側で隣接するように配置されており、第２シール部３４の金属シール３５ｂは樹脂シール（３６ｂ、３７ｂ）に対して液圧室３２の反対側で隣接するように配置されている。なお、第１シール部３３の第１樹脂シール３６ａおよび第２シール部３４の第１樹脂シール３６ｂは、それぞれ液圧室３２側に配置されている。そして、第１シール部３３の第２樹脂シール３７ａは第１樹脂シール３６ａと金属シール３５ａとの間に配置され、第２シール部３４の第２樹脂シール３７ｂは第１樹脂シール３６ｂと金属シール３５ｂとの間に配置されている。
【００３６】
なお、金属シール３５ａおよび３５ｂは、それらの内周側にテーパ状シール面３９がそれぞれ形成されている。これらの各テーパ状シール面３９が突設部２７に対して当接するように金属シール（（３５ａ、３５ｂ）が配置されている。そして、第１シール部３３の金属シール３５ａは、ボルト２７ｂの頭部の縁部分に対してテーパ状シール面３９にて当接するようになっている。
【００３７】
また、この試験装置１においては、図５に示すように、突設部２７の周囲に配置されるスペーサ部材３８が備えられている。スペーサ部材３８は、液圧室３２において第１シール部３３と第２シール部３４との間に配置されている。そして、このスペーサ部材３８は、第１シール部３３の第１樹脂シール３６ａと第２シール部３４の第２樹脂シール３６ｂとに当接しており、これにより、第１シール部３３と第２シール部３４との相対距離を規制するようになっている。また、このスペーサ部材３８は、外周および内周がそれぞれテーパ状面として形成された筒状部分（外周および内周が円錐面として形成された筒状部分）を有するとともに両端部が第１樹脂シール３６ａおよび第１樹脂シール３６ｂと当接するテーパリングとして形成されている。このスペーサ部材３８は、例えば、スチール（ステンレス等）で形成することができる。
【００３８】
なお、水管２６を介してポンプ１７に接続される水供給通路２８は、図５によく示すように、突設部２７の内部を通過して液圧室３２に対して第１シール部３３と第２シール部３４との間で連通する本実施形態の圧力液体通路を構成している。また、ポンプ１７、水管２６、および水供給通路２８は、液圧室３２に圧力水（圧力液体）を供給する本実施形態の圧力液体供給手段を構成している。
【００３９】
次に、上述した試験装置１によって骨頭ボール１００に対して荷重を付与して欠陥のある骨頭ボールを検知する試験（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１３を駆動して支持テーブル２５を所定の位置まで上昇させた状態で、突設部２７の先端側がステム嵌合孔１００ｄに嵌入されるように骨頭ボール１００をその反頭頂部１００ｂ側から突設部２７に対して装着する。そして、頭頂部側支持具１９を支持テーブル２５上に配置して、頭頂部側支持具１９の円錐くぼみ１９ａに骨頭ボール１００が当接する位置となるように支持テーブル２５の高さを調整する。この状態で、モータ１２によって骨頭ボール１００に対して荷重を付与できる状態になる。
【００４０】
プルーフテストに際しては、まず、コントローラ１６からの指令に基づいてモータ１２が駆動されて骨頭ボール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１６からの指令に基づいた水圧の圧力水がポンプ１７から水管２６および水供給通路２８を経て液圧室３２へと供給され始めることになる。このとき、テーパ状内周面１００ｄを介して液圧室３２の水圧が骨頭ボール１００に作用するため、骨頭ボール１００には上下方向（骨頭ボール１００の中心線方向であって頭頂部１００ａを通過する方向）の荷重が作用することになる。液圧室３２への圧力水の導入の開始後は、コントローラ１６からの指令に基づいて、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１７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（例えば、１４．２ｋＮ）相当の荷重を発生させることになる。このように液圧室３２に水圧が付加されている間は、第１シール部３３と第２シール部３４とを備えて構成されるシール手段によって、突設部２７の周囲とテーパ状内周面１００ｄとの間が封止されている。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、骨頭ボール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。
【００４１】
以上説明した試験装置１によると、骨頭ボール１００におけるステム嵌合孔１００ｃのテーパ状内周面１００ｄと反頭頂部側支持部２０の突設部２７との間に形成される液圧室３２に供給された圧力水は、液圧室３２の頭頂部側端部に配置された第１シール部３３と反頭頂部側端部に配置された第２シール部３４とを有するシール手段により封止されることになる。そして、第１シール部３３および第２シール部３４のそれぞれは、内側（液圧室３２側）に配置される樹脂シール（３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂ）とその外側（樹脂シールに対して液圧室３２とは反対側）に配置される金属シール（３５ａ、３５ｂ）とを備えて構成されている。このため、変形し易い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、強度の高い金属シール（３５ａ、３５ｂ）を外側に配置することで高い強度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、このように内側の樹脂シールと外側の金属シール（３５ａ、３５ｂ）という複層構造にすることで、低圧では樹脂シールが変形して圧力水を封止し、高圧では金属シール（３５ａ、３５ｂ）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。したがって、試験装置１によると、骨頭ボール１００のステム嵌合孔１００ｃに高圧水を封止することができ、全数検査を行うことによって欠陥のある骨頭ボールを検知することができる試験装置を得ることができる。
【００４２】
また、試験装置１によると、樹脂シールをさらに複層構造にすることで、樹脂シールにおいて、より広い圧力範囲に対応して圧力液体を封止することができる。すなわち、第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）を変形抵抗がより小さい樹脂（例えば、本実施形態で説明したシリコンゴム等）で形成し、第２樹脂シール（３７ａ、３７ｂ）を変形抵抗がより大きい樹脂（例えば、本実施形態で説明したポリエチレン）で形成することができるため、液圧室３２内の圧力水の圧力が低圧のときには第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）が変形して圧力水を封止し、中程度の圧力のときには第２樹脂シール（３７ａ、３７ｂ）が変形して圧力水を封止することができる。このため、広い圧力範囲に亘ってムラ無く圧力水の封止機能を発揮することができる。
【００４３】
また、試験装置１によると、内側にはより変形し易い円形断面の第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）が配置され、この第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）と金属シール（３５ａ、３５ｂ）との間に第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）よりも変形しにくい矩形断面の第２樹脂シール（３７ａ、３７ｂ）が配置される。このため、低圧のときには第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）が変形して圧力水を封止し易くなり、中程度の圧力のときには第２樹脂シール（３７ａ、３７ｂ）が変形して圧力水を封止し易くなる。したがって、広い圧力範囲に亘ってムラ無く圧力水の封止機能を発揮することができる。
【００４４】
また、試験装置１によると、各金属シール（３５ａ、３５ｂ）が突設部２７に対してテーパ状シール面３９にて当接するため、樹脂シールを介して圧力水の圧力が作用するとテーパ状シール面３９を介して突設部２７に押し付けられながら突設部２７とステム嵌合孔１００ｃのテーパ状内周面１００ｄとに対して密着し易くなり、より高圧の圧力水を封止し易くなる。
【００４５】
また、試験装置１によると、基体部分２７ａの周囲に第１シール部３３および第２シール部３４を装着した後にボルト２７ｂを基体部分２７ａに螺合することで容易にシール手段を突設部２７に取り付けることができる。そして、ボルト２７ｂの頭部の縁部分を有効的に利用して第１シール部３３の金属シール３５ａのテーパ状シール面３９と当接させることができる。
【００４６】
また、試験装置１によると、第１シール部３３および第２シール部３４の間に配置されて各樹脂シールと当接するスペーサ部材３８を設けることで、第１シール部３３と第２シール部３４との相対距離を確実に保持できる。このため、とくに骨頭ボール１００を試験装置１に取り付けるときに第１シール部３３および第２シール部３４の位置がずれてしまうことを防止することができる。
【００４７】
また、試験装置１によると、スペーサ部材３８がテーパリングとして形成されているため、突設部２７の周囲とステム嵌合孔１００ｃのテーパ状内周面１００ｄとの間に形成される液圧室３２に安定的に配置できるスペーサ部材３８を簡易な形状で形成することができる。
【００４８】
また、試験装置１によると、ポンプ１７から吐出された圧力水が突設部２７の内部を通過するように形成された水供給通路２８を介して液圧室３２に供給される。このため、このような簡易な水供給通路２８を突設部２７に設けることで、液圧室３２に高圧の圧力水を供給する手段を容易に実現することができる。
【００４９】
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、圧力液体は圧力水以外のものであってもよい。また、樹脂シールは複層構造でなくてもよい。また、スペーサ部材は他の形状であってもよく、また設けられていなくてもよい。また、金属シールおよび樹脂シールの断面形状や材料種類は適宜変更して実施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、人工股関節において用いられる骨頭ボールに対して荷重を付与して欠陥のある骨頭ボールを検知するための人工股関節用骨頭ボール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】
【００５１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置を例示する正面図である。
【図２】図１に示す人工股関節用骨頭ボールの試験装置の側面図である。
【図３】図１に示す人工股関節用骨頭ボールの試験装置のブロック図である。
【図４】図１に示す人工股関節用骨頭ボールの試験装置に備えられる支持ユニットの断面図である。
【図５】図４に示す支持ユニットの突設部の近傍における一部切欠き断面を含む拡大図である。
【図６】人工股関節において用いられる骨頭ボールとステムとを例示する正面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 人工股関節用骨頭ボールの試験装置
１７ ポンプ（圧力液体供給手段）
１９ 頭頂部側支持具
２０ 反頭頂部側支持部
２７ 突設部
２８ 水供給通路（圧力液体供給通路、圧力液体供給手段）
３２ 液圧室
３３ 第１シール部
３４ 第２シール部
３５ａ、３５ｂ 金属シール
３６ａ、３６ｂ 第１樹脂シール（樹脂シール）
３７ａ、３７ｂ 第２樹脂シール（樹脂シール）
１００ 骨頭ボール
１００ａ 頭頂部
１００ｂ 反頭頂部
１００ｃ ステム嵌合孔
１００ｄ テーパ状内周面
１０１ ステム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工股関節において用いられる骨頭ボールに対して荷重を付与して欠陥のある骨頭ボールを検知するための人工股関節用骨頭ボールの試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、人工股関節において用いられる骨頭ボールに対して荷重を付与して欠陥のある骨頭ボールを検知するための人工股関節用骨頭ボールの試験装置が知られている（特許文献１、非特許文献１参照）。特許文献１に記載された試験装置では、骨頭ボールが頭頂部側と反頭頂部側から支持部材で支持される。そして、人工股関節において用いられるステムと嵌合するように骨頭ボールの反頭頂部側で開口するステム嵌合孔に先端側が嵌入されている反頭頂部側支持部からステム嵌合孔の内部に圧力水が導入され、この水圧により荷重が付与されるようになっている。そして、骨頭ボールのステム嵌合孔の内部では上下に１枚ずつ配置されたガスケットによりステム嵌合孔の内周面と反頭頂部側支持部との間が封止されるようになっている。また、非特許文献１に記載された試験装置では、ステム嵌合孔の内周面と反頭頂部側支持部との間にプラスチック製のスリーブが配置されたものが開示されている。そして、このスリーブと反頭頂部側支持部との間で圧力水が封じられるようになっており、このスリーブを介してステム嵌合孔の内周面に対して圧力が伝達されるようになっている。これらのような試験装置を用いることにより、所定の割合で抜き取り検査をして破壊試験を行う手法によらず、全数検査を行って欠陥のある骨頭ボールを検知することが考えられる。
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第４４１１５０８号明細書
【非特許文献１】Bernhard Weisse、「Improvement of the reliability of ceramic hip joint implants」、Journal of Biomechanics 36 (2003) 1633-1639
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
欠陥のある骨頭ボールを検知するためには相当な高荷重（例えば、１４．２ｋＮ程度）を骨頭ボールに付与する必要があり、そのためにステム嵌合孔の内部に封じる液体の圧力を相当な高圧（例えば９０ＭＰａ程度）に設定する必要がある。しかしながら、特許文献１に記載された試験装置では、ガスケットで圧力水を封止するものであるため、高圧になるとガスケットでは十分に封止できず漏水を招いてしまったり、ガスケットの変形や破損を招いてしまう虞がある。また、非特許文献１に記載された試験装置では、プラスチック製のスリーブ内で圧力水を封止するものであるため、高圧になるとこのスリーブの変形や破損を招いてしまうことになる。したがって、これらの試験装置では、ステム嵌合孔の内部に高圧の液体を封止することが困難である。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、骨頭ボールのステム嵌合孔に高圧の液体を封止することができ、全数検査を行うことによって欠陥のある骨頭ボールを検知することができる人工股関節用骨頭ボール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】
【０００６】
本発明は、人工股関節において用いられる骨頭ボールに対して荷重を付与して欠陥のある骨頭ボールを検知するための人工股関節用骨頭ボールの試験装置に関する。
そして、本発明の人工股関節用骨頭ボールの試験装置は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。即ち、本発明は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置は、前記骨頭ボールをその頭頂部側から支持する頭頂部側支持具と、前記人工股関節において用いられるステムと嵌合するように前記骨頭ボールの反頭頂部側で開口するとともにテーパ状内周面を有するステム嵌合孔に対して先端側が嵌入されて前記骨頭ボールを支持する突設部を有し、圧力液体が導入される液圧室を前記突設部の周囲と前記テーパ状内周面との間にて形成する反頭頂部側支持部と、前記突設部の周囲に配設されるとともに前記液圧室における頭頂部側の端部に配置される第１シール部と前記液圧室における反頭頂部側の端部に配置される第２シール部とを有し、当該第１シール部および第２シール部がそれぞれ前記突設部と前記テーパ状内周面との間を封止するシール手段と、前記液圧室に圧力液体を供給する圧力液体供給手段と、を備え、前記第１シール部および前記第２シール部のそれぞれは、金属材料で形成されたリング状の金属シールと樹脂材料で形成されたリング状の樹脂シールとを有し、前記各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、前記各金属シールは前記各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骨頭ボールの試験装置。
【０００８】
この構成によると、骨頭ボールにおけるステム嵌合孔のテーパ状内周面と反頭頂部側支持部の突設部との間に形成される液圧室に供給された圧力液体は、液圧室の頭頂部側端部に配置された第１シール部と反頭頂部側端部に配置された第２シール部とを有するシール手段により封止されることになる。そして、第１および第２シール部のそれぞれは、内側（液圧室側）に配置される樹脂シールとその外側（樹脂シールに対して液圧室とは反対側）に配置される金属シールとを備えて構成されている。このため、変形し易い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、強度の高い金属シールを外側に配置することで高い強度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、このように内側の樹脂シールと外側の金属シールという複層構造にすることで、低圧では樹脂シールが変形して圧力液体を封止し、高圧では金属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。したがって、本発明の構成によると、骨頭ボールのステム嵌合孔に高圧の液体を封止することができ、全数検査を行うことによって欠陥のある骨頭ボールを検知することができる試験装置を得ることができる。
【０００９】
本発明に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置における第２の特徴は、前記樹脂シールは、前記液圧室側に配置される第１樹脂シールと、当該第１樹脂シールと前記金属シールとの間に配置される第２樹脂シールとを備えて構成されていることである。
【００１０】
この構成によると、樹脂シールをさらに複層構造にすることで、樹脂シールにおいて、より広い圧力範囲に対応して圧力液体を封止することができる。すなわち、第１樹脂シールを変形抵抗がより小さい樹脂で形成し、第２樹脂シールを変形抵抗がより大きい樹脂で形成することができるため、液圧室内の圧力液体の圧力が低圧のときには第１樹脂シールが変形して圧力液体を封止し、中程度の圧力のときには第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。このため、広い圧力範囲に亘ってムラ無く圧力液体の封止機能を発揮することができる。
【００１１】
本発明に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置における第３の特徴は、前記第１樹脂シールはその周方向と垂直な断面が円形断面となるように形成され、前記第２樹脂シールはその周方向と垂直な断面が矩形断面となるように形成されていることである。
【００１２】
この構成によると、内側にはより変形し易い円形断面の第１樹脂シールが配置され、この第１樹脂シールと金属シールとの間に第１樹脂シールよりも変形しにくい矩形断面の第２樹脂シールが配置される。このため、低圧のときには第１樹脂シールが変形して圧力液体を封止し易くなり、中程度の圧力のときには第２樹脂シールが変形して圧力液体を封止し易くなる。したがって、広い圧力範囲に亘ってムラ無く圧力液体の封止機能を発揮することができる。
【００１３】
本発明に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置における第４の特徴は、前記各金属シールは、その内周側にテーパ状シール面がそれぞれ形成され、前記突設部に対して当該テーパ状シール面にて当接することを特徴とすることである。
【００１４】
この構成によると、各金属シールが突設部に対してテーパ状シール面にて当接するため、樹脂シールを介して圧力液体の圧力が作用するとテーパ状シール面を介して突設部に押し付けられながら突設部とステム嵌合孔のテーパ状内周面とに対して密着し易くなり、より高圧の圧力液体を封止し易くなる。
【００１５】
本発明に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置における第５の特徴は、前記突設部は、前記テーパ状内周面との間で前記液圧室を形成する基体部分と当該基体部分に対してその先端側から螺合するボルトとを有し、前記第１シール部の前記金属シールは前記ボルトの頭部の縁部分に対して前記テーパ状シール面にて当接することである。
【００１６】
この構成によると、基体部分の周囲に第１シール部および第２シール部を装着した後にボルトを基体部分に螺合することで容易にシール手段を突設部に取り付けることができる。そして、ボルトの頭部の縁部分を有効的に利用して第１シール部の金属シールのテーパ状シール面と当接させることができる。
【００１７】
本発明に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置における第６の特徴は、前記液圧室において前記第１シール部と前記第２シール部との間に配置されて前記各樹脂シールと当接し、前記第１シール部と前記第２シール部との相対距離を規制するスペーサ部材をさらに備えていることである。
【００１８】
この構成によると、第１および第２シール部の間に配置されて各樹脂シールと当接するスペーサ部材を設けることで、第１シール部と第２シール部との相対距離を確実に保持できる。このため、とくに骨頭ボールを本発明の試験装置に取り付けるときに第１および第２シール部の位置がずれてしまうことを防止することができる。
【００１９】
本発明に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置における第７の特徴は、前記スペーサ部材は、外周および内周がそれぞれテーパ状面として形成された筒状部分を有するとともに両端部が前記各樹脂シールと当接するテーパリングとして形成されていることである。
【００２０】
この構成によると、スペーサ部材がテーパリングとして形成されているため、突設部の周囲とステム嵌合孔のテーパ状内周面との間に形成される液圧室に安定的に配置できるスペーサ部材を簡易な形状で形成することができる。
【００２１】
本発明に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置における第８の特徴は、前記圧力液体供給手段は、圧力液体を吐出するポンプと、当該ポンプに接続されるとともに前記突設部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、を有していることである。
【００２２】
この構成によると、ポンプから吐出された圧力液体が突設部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突設部に設けることで、液圧室に高圧の圧力液体を供給する手段を容易に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。なお、本発明は、人工股関節において用いられる骨頭ボールに対して荷重を付与して欠陥のある骨頭ボールを検知するための人工股関節用骨頭ボール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。
【００２４】
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骨頭ボールについて説明する。図６は、人工股関節において用いられる骨頭ボール１００とステム１０１とを例示する正面図である。骨頭ボール１００は、その頭頂部１００ａ側が球面の一部を構成する外形となるように形成されている。そして、骨頭ボール１００は、骨盤に配置されるとともに球面の一部を構成するように形成された内面を有するカップ（図示せず）に対して嵌め込まれるようになっている。ステム１０１は大腿骨（図示せず）の近位部に埋入される大腿骨コンポーネントとして形成されている。また、骨頭ボール１００には頭頂部１００ａと反対側の反頭頂部１００ｂ側で開口するステム嵌合孔１００ｃが形成されており、このステム嵌合孔１００ｃはステム１０１の近位部側の端部（ネック部分）と嵌合するようになっている。なお、図５における骨頭ボール１００の切欠き断面図にもよく示すように、ステム嵌合孔１００ｃには、テーパ状内周面１００ｄが形成されている。
【００２５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置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２はその側面図である。図１および図２に示す試験装置１は、基台ケース１１、モータ１２、昇降駆動装置１３、ポンプユニット１４、制御ユニット１５、コントローラ１６、支持ユニット１８などを備えて構成されている。モータ１２、昇降駆動装置１３、および支持ユニット１８は、基台ケース１１の正面側に配置されており、ポンプユニット１４、制御ユニット１５、およびコントローラ１６は、基台ケース１１の内部に配置されている。
【００２６】
図１および図２に示すように、モータ１２は、スクリュー機構として構成されている昇降駆動装置１３と連結されており、モータ１２の回転により昇降駆動装置１３の上端部に取り付けられた支持テーブル２５の上下方向の昇降動作が行われるようになっている。なお、図１および図２では、昇降駆動装置１３が上昇動作を行う前の状態と、上昇動作を行って図１中の矢印（Ａ）方向に支持テーブル２５を上昇させた状態（図１では実線で、図２では二点鎖線で示している）とをいずれも図示している。
【００２７】
図２に示すように、ポンプユニット１４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１７が備えられており、ポンプ１７から供給される圧力水は、水管２６を介して後述する支持ユニット１８の反頭頂部側支持部２０へと供給されるようになっている。また、図３は試験装置１のブロック図を示したものであるが、図２および図３に示すように、ポンプ１７から支持ユニット１８へと水を供給する経路（図３では破線の矢印で図示）である水管２６には圧力水の水圧を検知する水圧メータ２４が設けられている。そして、水圧メータ２４にて検出された水圧検出信号は信号線２９によりコントローラ１６へと入力されるようになっている。
【００２８】
制御ユニット１５は、図３に示すように、ポンプ制御装置２１とモータ制御装置２２とを備えて構成されている。ポンプ制御装置２１は、コントローラ１６から入力される指令に基づいて、例えばポンプ１７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１７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。モータ制御装置２２は、コントローラ１６から入力される指令に基づいてモータ１２の回転を制御するようになっており、これにより、モータ１２に対してスクリュー軸が連結された昇降駆動装置１３の昇降動作を制御するようになっている。
【００２９】
図１および図２に示すように、支持ユニット１８は頭頂部側支持具１９と反頭頂部側支持部２０とを備えて構成されており、頭頂部側支持具１９と反頭頂部側支持部２０との間にて、この試験装置１での試験に供される骨頭ボール１００が支持されるようになっている。頭頂部側支持具１９は昇降駆動装置１３の上端部の支持テーブル２５上に配置され、反等頂部側支持部２０は基台ケース１１の上部に取り付けられたブラケット３１に取り付けられている。なお、支持ユニット１８に骨頭ボール１００が支持された状態でモータ１２の回転を制御して昇降駆動機構１３を上昇方向に駆動することで、支持ユニット１８に支持された骨頭ボール１００に荷重を付加することができるようになっている。そして、支持テーブル２５の下側にはロードセル２３が配置されている。このロードセル２３によって、支持テーブル２５とブラケット３１との間、すなわち、頭頂部側支持具１９と反頭頂部側支持部２０との間で骨頭ボール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２３にて検出された荷重検出信号は信号線３０を介してコントローラ１６へと入力されるようになっている。
【００３０】
図４は支持ユニット１８の断面（一部は切り欠き断面で示している）を示したものである。この図４の断面図に示すように、頭頂部側支持具１９の上面には円錐形状の円錐くぼみ１９ａが形成されており、この円錐くぼみ１９ａの内周面に対して骨頭ボール１００の頭頂部１００ａ側が当接することで、頭頂部支持部１９に対して骨頭ボール１００がその頭頂部側から支持されるようになっている。また、反頭頂部側支持部２０は、その先端部分に突設部２７が設けられている。突設部２７は、その先端側が骨頭ボール１００のステム嵌合孔１００ｃに対して嵌入されて骨頭ボール１００を支持するようになっている。そして、反頭頂部支持部２０は、圧力水が導入される液圧室３２を突設部２７の周囲とテーパ状内周面１００ｄとの間にて形成するようになっている。なお、突設部２７内には水管２６に接続される水供給通路２８が形成されており、この水供給通路２８を介して液圧室３２に圧力水が供給されるようになっている。
【００３１】
図２および図３に示すコントローラ１６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１６には、ロードセル２３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１２が駆動されるようにモータ制御装置２２へとモータ１２の出力指令が入力されることになる。また、コントローラ１６には、水圧メータ２４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１７が駆動されるようにポンプ制御装置２１へとポンプ１７の出力指令が入力されることになる。
【００３２】
次に、突設部２７とその近傍の構成についてさらに詳しく説明する。図５は、突設部２７の近傍における一部切欠き断面を含む拡大図である。この図５によく示すように、突設部２７は、骨頭ボール１００のテーパ状内周面１００ｄとの間で液圧室３２を形成する基体部分２７ａとこの基体部分２７ａに対してその先端側から螺合するボルト２７ｂとを備えて構成されている。
【００３３】
また、この試験装置１においては、突設部２７の周囲に配設されるシール手段が備えられている。このシール手段は、液圧室３２における頭頂部側の端部に配置される第１シール部３３と液圧室３２における反頭頂部側の端部に配置される第２シール部３４とを備えて構成されており、第１シール部３３および第２シール部３４がそれぞれ突設部２７とテーパ状内周面１００ｄとの間を封止するようになっている。
【００３４】
第１シール部３３は、金属シール３５ａと、第１樹脂シール３６ａおよび第２樹脂シール３７ａとで構成されている樹脂シールと、を備えて構成されている。また、第２シール部３４は、金属シール３５ｂと、第１樹脂シール３６ｂおよび第２樹脂シール３７ｂとで構成されている樹脂シールと、を備えて構成されている。これらのシール（３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂ）は、いずれも突設部２７の周囲に密着するように配設されている。金属シール３５ａおよび金属シール３５ｂは、金属材料（例えば、銅やスチール）で形成されており、リング状（円環状）に形成されている。第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）および第２樹脂シール（３７ａ、３７ｂ）は樹脂材料で形成されており、リング状（円環状）に形成されている。なお、第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）は例えばポリエチレンで形成されており、第２樹脂シール（３７ａ、３７ｂ）は例えばシリコンゴムで形成されている。また、第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）はその周方向と垂直な断面が円形断面となるように形成されており、第２樹脂シール（３７ａ、３７ｂ）はその周方向と垂直な断面が矩形断面となるように形成されている。
【００３５】
また、第１シール部３３の樹脂シール（３６ａ、３７ａ）と第２シール部３４の樹脂シール（３６ｂ、３７ｂ）とは液圧室３２を介して互いに対向するように配置されている。そして、第１シール部３３の金属シール３５ａは樹脂シール（３６ａ、３７ａ）に対して液圧室３２の反対側で隣接するように配置されており、第２シール部３４の金属シール３５ｂは樹脂シール（３６ｂ、３７ｂ）に対して液圧室３２の反対側で隣接するように配置されている。なお、第１シール部３３の第１樹脂シール３６ａおよび第２シール部３４の第１樹脂シール３６ｂは、それぞれ液圧室３２側に配置されている。そして、第１シール部３３の第２樹脂シール３７ａは第１樹脂シール３６ａと金属シール３５ａとの間に配置され、第２シール部３４の第２樹脂シール３７ｂは第１樹脂シール３６ｂと金属シール３５ｂとの間に配置されている。
【００３６】
なお、金属シール３５ａおよび３５ｂは、それらの内周側にテーパ状シール面３９がそれぞれ形成されている。これらの各テーパ状シール面３９が突設部２７に対して当接するように金属シール（（３５ａ、３５ｂ）が配置されている。そして、第１シール部３３の金属シール３５ａは、ボルト２７ｂの頭部の縁部分に対してテーパ状シール面３９にて当接するようになっている。
【００３７】
また、この試験装置１においては、図５に示すように、突設部２７の周囲に配置されるスペーサ部材３８が備えられている。スペーサ部材３８は、液圧室３２において第１シール部３３と第２シール部３４との間に配置されている。そして、このスペーサ部材３８は、第１シール部３３の第１樹脂シール３６ａと第２シール部３４の第２樹脂シール３６ｂとに当接しており、これにより、第１シール部３３と第２シール部３４との相対距離を規制するようになっている。また、このスペーサ部材３８は、外周および内周がそれぞれテーパ状面として形成された筒状部分（外周および内周が円錐面として形成された筒状部分）を有するとともに両端部が第１樹脂シール３６ａおよび第１樹脂シール３６ｂと当接するテーパリングとして形成されている。このスペーサ部材３８は、例えば、スチール（ステンレス等）で形成することができる。
【００３８】
なお、水管２６を介してポンプ１７に接続される水供給通路２８は、図５によく示すように、突設部２７の内部を通過して液圧室３２に対して第１シール部３３と第２シール部３４との間で連通する本実施形態の圧力液体通路を構成している。また、ポンプ１７、水管２６、および水供給通路２８は、液圧室３２に圧力水（圧力液体）を供給する本実施形態の圧力液体供給手段を構成している。
【００３９】
次に、上述した試験装置１によって骨頭ボール１００に対して荷重を付与して欠陥のある骨頭ボールを検知する試験（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１３を駆動して支持テーブル２５を所定の位置まで上昇させた状態で、突設部２７の先端側がステム嵌合孔１００ｄに嵌入されるように骨頭ボール１００をその反頭頂部１００ｂ側から突設部２７に対して装着する。そして、頭頂部側支持具１９を支持テーブル２５上に配置して、頭頂部側支持具１９の円錐くぼみ１９ａに骨頭ボール１００が当接する位置となるように支持テーブル２５の高さを調整する。この状態で、モータ１２によって骨頭ボール１００に対して荷重を付与できる状態になる。
【００４０】
プルーフテストに際しては、まず、コントローラ１６からの指令に基づいてモータ１２が駆動されて骨頭ボール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１６からの指令に基づいた水圧の圧力水がポンプ１７から水管２６および水供給通路２８を経て液圧室３２へと供給され始めることになる。このとき、テーパ状内周面１００ｄを介して液圧室３２の水圧が骨頭ボール１００に作用するため、骨頭ボール１００には上下方向（骨頭ボール１００の中心線方向であって頭頂部１００ａを通過する方向）の荷重が作用することになる。液圧室３２への圧力水の導入の開始後は、コントローラ１６からの指令に基づいて、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１７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（例えば、１４．２ｋＮ）相当の荷重を発生させることになる。このように液圧室３２に水圧が付加されている間は、第１シール部３３と第２シール部３４とを備えて構成されるシール手段によって、突設部２７の周囲とテーパ状内周面１００ｄとの間が封止されている。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、骨頭ボール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。
【００４１】
以上説明した試験装置１によると、骨頭ボール１００におけるステム嵌合孔１００ｃのテーパ状内周面１００ｄと反頭頂部側支持部２０の突設部２７との間に形成される液圧室３２に供給された圧力水は、液圧室３２の頭頂部側端部に配置された第１シール部３３と反頭頂部側端部に配置された第２シール部３４とを有するシール手段により封止されることになる。そして、第１シール部３３および第２シール部３４のそれぞれは、内側（液圧室３２側）に配置される樹脂シール（３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂ）とその外側（樹脂シールに対して液圧室３２とは反対側）に配置される金属シール（３５ａ、３５ｂ）とを備えて構成されている。このため、変形し易い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、強度の高い金属シール（３５ａ、３５ｂ）を外側に配置することで高い強度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、このように内側の樹脂シールと外側の金属シール（３５ａ、３５ｂ）という複層構造にすることで、低圧では樹脂シールが変形して圧力水を封止し、高圧では金属シール（３５ａ、３５ｂ）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。したがって、試験装置１によると、骨頭ボール１００のステム嵌合孔１００ｃに高圧水を封止することができ、全数検査を行うことによって欠陥のある骨頭ボールを検知することができる試験装置を得ることができる。
【００４２】
また、試験装置１によると、樹脂シールをさらに複層構造にすることで、樹脂シールにおいて、より広い圧力範囲に対応して圧力液体を封止することができる。すなわち、第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）を変形抵抗がより小さい樹脂（例えば、本実施形態で説明したシリコンゴム等）で形成し、第２樹脂シール（３７ａ、３７ｂ）を変形抵抗がより大きい樹脂（例えば、本実施形態で説明したポリエチレン）で形成することができるため、液圧室３２内の圧力水の圧力が低圧のときには第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）が変形して圧力水を封止し、中程度の圧力のときには第２樹脂シール（３７ａ、３７ｂ）が変形して圧力水を封止することができる。このため、広い圧力範囲に亘ってムラ無く圧力水の封止機能を発揮することができる。
【００４３】
また、試験装置１によると、内側にはより変形し易い円形断面の第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）が配置され、この第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）と金属シール（３５ａ、３５ｂ）との間に第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）よりも変形しにくい矩形断面の第２樹脂シール（３７ａ、３７ｂ）が配置される。このため、低圧のときには第１樹脂シール（３６ａ、３６ｂ）が変形して圧力水を封止し易くなり、中程度の圧力のときには第２樹脂シール（３７ａ、３７ｂ）が変形して圧力水を封止し易くなる。したがって、広い圧力範囲に亘ってムラ無く圧力水の封止機能を発揮することができる。
【００４４】
また、試験装置１によると、各金属シール（３５ａ、３５ｂ）が突設部２７に対してテーパ状シール面３９にて当接するため、樹脂シールを介して圧力水の圧力が作用するとテーパ状シール面３９を介して突設部２７に押し付けられながら突設部２７とステム嵌合孔１００ｃのテーパ状内周面１００ｄとに対して密着し易くなり、より高圧の圧力水を封止し易くなる。
【００４５】
また、試験装置１によると、基体部分２７ａの周囲に第１シール部３３および第２シール部３４を装着した後にボルト２７ｂを基体部分２７ａに螺合することで容易にシール手段を突設部２７に取り付けることができる。そして、ボルト２７ｂの頭部の縁部分を有効的に利用して第１シール部３３の金属シール３５ａのテーパ状シール面３９と当接させることができる。
【００４６】
また、試験装置１によると、第１シール部３３および第２シール部３４の間に配置されて各樹脂シールと当接するスペーサ部材３８を設けることで、第１シール部３３と第２シール部３４との相対距離を確実に保持できる。このため、とくに骨頭ボール１００を試験装置１に取り付けるときに第１シール部３３および第２シール部３４の位置がずれてしまうことを防止することができる。
【００４７】
また、試験装置１によると、スペーサ部材３８がテーパリングとして形成されているため、突設部２７の周囲とステム嵌合孔１００ｃのテーパ状内周面１００ｄとの間に形成される液圧室３２に安定的に配置できるスペーサ部材３８を簡易な形状で形成することができる。
【００４８】
また、試験装置１によると、ポンプ１７から吐出された圧力水が突設部２７の内部を通過するように形成された水供給通路２８を介して液圧室３２に供給される。このため、このような簡易な水供給通路２８を突設部２７に設けることで、液圧室３２に高圧の圧力水を供給する手段を容易に実現することができる。
【００４９】
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、圧力液体は圧力水以外のものであってもよい。また、樹脂シールは複層構造でなくてもよい。また、スペーサ部材は他の形状であってもよく、また設けられていなくてもよい。また、金属シールおよび樹脂シールの断面形状や材料種類は適宜変更して実施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、人工股関節において用いられる骨頭ボールに対して荷重を付与して欠陥のある骨頭ボールを検知するための人工股関節用骨頭ボール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】
【００５１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る人工股関節用骨頭ボールの試験装置を例示する正面図である。
【図２】図１に示す人工股関節用骨頭ボールの試験装置の側面図である。
【図３】図１に示す人工股関節用骨頭ボールの試験装置のブロック図である。
【図４】図１に示す人工股関節用骨頭ボールの試験装置に備えられる支持ユニットの断面図である。
【図５】図４に示す支持ユニットの突設部の近傍における一部切欠き断面を含む拡大図である。
【図６】人工股関節において用いられる骨頭ボールとステムとを例示する正面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 人工股関節用骨頭ボールの試験装置
１７ ポンプ（圧力液体供給手段）
１９ 頭頂部側支持具
２０ 反頭頂部側支持部
２７ 突設部
２８ 水供給通路（圧力液体供給通路、圧力液体供給手段）
３２ 液圧室
３３ 第１シール部
３４ 第２シール部
３５ａ、３５ｂ 金属シール
３６ａ、３６ｂ 第１樹脂シール（樹脂シール）
３７ａ、３７ｂ 第２樹脂シール（樹脂シール）
１００ 骨頭ボール
１００ａ 頭頂部
１００ｂ 反頭頂部
１００ｃ ステム嵌合孔
１００ｄ テーパ状内周面
１０１ ステム
【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骨頭ボールに対して荷重を付与して欠陥のある骨頭ボールを検知するための人工股関節用骨頭ボールの試験装置であって、
前記骨頭ボールをその頭頂部側から支持する頭頂部側支持具と、
前記人工股関節において用いられるステムと嵌合するように前記骨頭ボールの反頭頂部側で開口するとともにテーパ状内周面を有するステム嵌合孔に対して先端側が嵌入されて前記骨頭ボールを支持する突設部を有し、圧力液体が導入される液圧室を前記突設部の周囲と前記テーパ状内周面との間にて形成する反頭頂部側支持部と、
前記突設部の周囲に配設されるとともに前記液圧室における頭頂部側の端部に配置される第１シール部と前記液圧室における反頭頂部側の端部に配置される第２シール部とを有し、当該第１シール部および第２シール部がそれぞれ前記突設部と前記テーパ状内周面との間を封止するシール手段と、
前記液圧室に圧力液体を供給する圧力液体供給手段と、
を備え、
前記第１シール部および前記第２シール部のそれぞれは、金属材料で形成されたリング状の金属シールと樹脂材料で形成されたリング状の樹脂シールとを有し、前記各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、前記各金属シールは前記各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骨頭ボールの試験装置。
【請求項２】
前記樹脂シールは、前記液圧室側に配置される第１樹脂シールと、当該第１樹脂シールと前記金属シールとの間に配置される第２樹脂シールとを備えて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の人工股関節用骨頭ボールの試験装置。
【請求項３】
前記第１樹脂シールはその周方向と垂直な断面が円形断面となるように形成され、前記第２樹脂シールはその周方向と垂直な断面が矩形断面となるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の人工股関節用骨頭ボールの試験装置。
【請求項４】
前記各金属シールは、その内周側にテーパ状シール面がそれぞれ形成され、前記突設部に対して当該テーパ状シール面にて当接することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の人工股関節用骨頭ボールの試験装置。
【請求項５】
前記突設部は、前記テーパ状内周面との間で前記液圧室を形成する基体部分と当該基体部分に対してその先端側から螺合するボルトとを有し、
前記第１シール部の前記金属シールは前記ボルトの頭部の縁部分に対して前記テーパ状シール面にて当接することを特徴とする請求項４に記載の人工股関節用骨頭ボールの試験装置。
【請求項６】
前記液圧室において前記第１シール部と前記第２シール部との間に配置されて前記各樹脂シールと当接し、前記第１シール部と前記第２シール部との相対距離を規制するスペーサ部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の人工股関節用骨頭ボールの試験装置。
【請求項７】
前記スペーサ部材は、外周および内周がそれぞれテーパ状面として形成された筒状部分を有するとともに両端部が前記各樹脂シールと当接するテーパリングとして形成されていることを特徴とする請求項６に記載の人工股関節用骨頭ボールの試験装置。
【請求項８】
前記圧力液体供給手段は、圧力液体を吐出するポンプと、当該ポンプに接続されるとともに前記突設部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請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の人工股関節用骨頭ボールの試験装置。
【請求項１】
人工股関節において用いられる骨頭ボールに対して荷重を付与して欠陥のある骨頭ボールを検知するための人工股関節用骨頭ボールの試験装置であって、
前記骨頭ボールをその頭頂部側から支持する頭頂部側支持具と、
前記人工股関節において用いられるステムと嵌合するように前記骨頭ボールの反頭頂部側で開口するとともにテーパ状内周面を有するステム嵌合孔に対して先端側が嵌入されて前記骨頭ボールを支持する突設部を有し、圧力液体が導入される液圧室を前記突設部の周囲と前記テーパ状内周面との間にて形成する反頭頂部側支持部と、
前記突設部の周囲に配設されるとともに前記液圧室における頭頂部側の端部に配置される第１シール部と前記液圧室における反頭頂部側の端部に配置される第２シール部とを有し、当該第１シール部および第２シール部がそれぞれ前記突設部と前記テーパ状内周面との間を封止するシール手段と、
前記液圧室に圧力液体を供給する圧力液体供給手段と、
を備え、
前記第１シール部および前記第２シール部のそれぞれは、金属材料で形成されたリング状の金属シールと樹脂材料で形成されたリング状の樹脂シールとを有し、前記各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、前記各金属シールは前記各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骨頭ボールの試験装置。
【請求項２】
前記樹脂シールは、前記液圧室側に配置される第１樹脂シールと、当該第１樹脂シールと前記金属シールとの間に配置される第２樹脂シールとを備えて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の人工股関節用骨頭ボールの試験装置。
【請求項３】
前記第１樹脂シールはその周方向と垂直な断面が円形断面となるように形成され、前記第２樹脂シールはその周方向と垂直な断面が矩形断面となるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の人工股関節用骨頭ボールの試験装置。
【請求項４】
前記各金属シールは、その内周側にテーパ状シール面がそれぞれ形成され、前記突設部に対して当該テーパ状シール面にて当接することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の人工股関節用骨頭ボールの試験装置。
【請求項５】
前記突設部は、前記テーパ状内周面との間で前記液圧室を形成する基体部分と当該基体部分に対してその先端側から螺合するボルトとを有し、
前記第１シール部の前記金属シールは前記ボルトの頭部の縁部分に対して前記テーパ状シール面にて当接することを特徴とする請求項４に記載の人工股関節用骨頭ボールの試験装置。
【請求項６】
前記液圧室において前記第１シール部と前記第２シール部との間に配置されて前記各樹脂シールと当接し、前記第１シール部と前記第２シール部との相対距離を規制するスペーサ部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の人工股関節用骨頭ボールの試験装置。
【請求項７】
前記スペーサ部材は、外周および内周がそれぞれテーパ状面として形成された筒状部分を有するとともに両端部が前記各樹脂シールと当接するテーパリングとして形成されていることを特徴とする請求項６に記載の人工股関節用骨頭ボールの試験装置。
【請求項８】
前記圧力液体供給手段は、圧力液体を吐出するポンプと、当該ポンプに接続されるとともに前記突設部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請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の人工股関節用骨頭ボールの試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−３０７０１１（Ｐ２００７−３０７０１１Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３７３２１（Ｐ２００６−１３７３２１）
【出願日】平成１８年５月１７日（２００６．５．１７）
【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１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１７日（２００６．５．１７）
【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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