(57)【要約】【課題】制御し易く、かつ耐久性に優れる人工関節摩擦摩耗試験機を提供する。【解決手段】人工関節摩擦摩耗試験機１０であって、第１ピース２４と第２ピース２６が所定の圧力で接触するように、両ピース２４、２６のうちいずれか一方のピースをＺ軸方向に加圧する加圧機構Ｋａと、前記第１ピース２４と前記第２ピース２６とをＺ軸周りに相対的に角変位させる１回転自由度の第１角変位機構Ｋｂと、前記第１ピース２４と前記第２ピース２６とをＹ軸方向に相対的に直線変位させる１直線自由度の直線変位機構Ｋｃと、前記第１ピース２４と前記第２ピース２６とをＸ軸周りに相対的に角変位させる１回転自由度の第２角変位機構Ｋｄとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カップ状をした第１ピースと、前記第１ピースと係合するボール状をした第２ピースとからなる人工関節の摩擦及び摩耗状態の試験を行う人工関節摩擦摩耗試験機であって、
直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と定義した場合に、
前記第１ピースと前記第２ピースが所定の圧力で接触するように、両ピースのうちいずれか一方のピースをＺ軸方向に加圧する加圧機構と、
前記第１ピースと前記第２ピースとをＺ軸周りに相対的に角変位させる１回転自由度の第１角変位機構と、
前記第１ピースと前記第２ピースとをＹ軸方向に相対的に直線変位させる１直線自由度の直線変位機構と、
前記第１ピースと前記第２ピースとをＸ軸周りに相対的に角変位させる１回転自由度の第２角変位機構と、を備えたことを特徴とする人工関節摩擦摩耗試験機。
【請求項２】
前記直線変位機構は、
Ｙ軸方向に延びるガイド軸と、
前記ガイド軸に沿って往復移動することにより、前記両ピースを前記Ｙ軸方向に相対的に直線変位させるスライダと、
前記スライダに対して取り付けられた取付プレートと、
前記スライダを前記ガイド軸に沿って往復移動させる駆動部とを備え、
前記第２角変位機構は、
前記取付プレートに対して軸線を前記Ｘ軸方向に向けた状態で取り付けられ、かつ前記第２ピースを支持する支持軸と、
前記取付プレートに対して取り付けられ、前記支持軸を前記Ｘ軸周りに回転させる駆動部を備える請求項１に記載の人工関節摩擦摩耗試験機。
【請求項３】
前記加圧機構は、
前記Ｚ軸方向に直線変位する可動軸と、
前記可動軸に対して軸受けを介して回転可能に連結され、かつ前記可動軸の変位に伴って前記可動軸と前記Ｚ軸方向に一体的に直線移動する回転軸と、
前記回転軸の軸端に取り付けられ、前記第１ピースを保持するピースホルダと、
前記可動軸を駆動する駆動部とを備え、
前記第１角変位機構は、
前記回転軸を前記Ｚ軸周りに角変位させる駆動部を備える請求項１又は請求項２に記載の人工関節摩擦摩耗試験機。
【請求項４】
前記第１角変位機構は、前記回転軸に対して前記Ｚ軸方向に対して自由度を持って結合する結合要素を介して結合されていることを特徴とする請求項３に記載の人工関節摩擦摩耗試験機。
【請求項５】
前記ピースホルダは、前記回転軸の軸端に取り付けられた支持部材に対して、前記Ｙ軸周りの回転自由度を持って支持されていることを特徴とする請求項４に記載の人工関節摩擦摩耗試験機。
【請求項６】
前記支持部材は、前記回転軸の軸端に対して、前記Ｘ軸方向に自由度を持ったスライド機構を介して連結されていることを特徴とする請求項５に記載の人工関節摩擦摩耗試験機。
【請求項７】
駆動部への操作量を、指令値に対する出力の偏差に基づいて調整することにより、前記駆動部の出力を前記指令値に追従させる制御を、フィードバック制御と定義した時に、
前記加圧機構、前記第１角変位機構、前記直線変位機構、前記第２角変位機構のうち、いずれか一の機構に対して前記フィードバック制御用の指令値を出力する処理と、
前記加圧機構、前記第１角変位機構、前記直線変位機構、前記第２角変位機構のうち、いずれか一の機構に対して、前記指令値に対する前記出力の偏差に基づいて前記指令値を補正する補正制御と、を行う制御部を備え、
前記制御部は、前記補正制御では、前記偏差がプラスの場合、前記指令値をマイナス方向に補正し、前記偏差がマイナスの場合、前記指令値をプラス方向に補正する請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の人工関節摩擦摩耗試験機。
【請求項８】
前記第１ピースと前記第２ピースに予め決められたサイクルの動作を繰り返し行わせることにより人工関節の摩擦摩耗試験を行うものにおいて、
駆動部への操作量を、指令値に対する出力の偏差に基づいて調整することにより、前記駆動部の出力を前記指令値に追従させる制御を、フィードバック制御と定義した時に、
前記第１角変位機構に対して、前記フィードバック制御用の前記指令値として、前記Ｚ軸回りのトルクの指令値を出力する処理と、
前記第１角変位機構に対して、前記両ピースに対して１サイクルの動作を行わせた時に、前記Ｚ軸回りの角変位量が原点を通過するように前記駆動部への操作量を補正するゼロ点補正制御と、を行う制御部を備える請求項１ないし請求項６のいずれか一項に人工関節摩擦摩耗試験機。
【請求項９】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の人工関節摩擦摩耗試験機を制御する制御方法であって、
前記加圧機構、前記第１角変位機構、前記直線変位機構、第２角変位機構のうち、少なくとも一の機構に対して、
前記駆動部への操作量を、制御部から与えられる指令値に対する出力の偏差に基づいて調整することにより、前記駆動部の出力を前記指令値に追従させるフィードバック制御と、
前記指令値に対する前記出力の偏差に基づいて前記指令値を補正する補正制御と、を行い、
前記補正制御では、前記偏差がプラスの場合、前記指令値をマイナス方向に補正し、前記偏差がマイナスの場合、前記指令値をプラス方向に補正する人工関節摩擦摩耗試験機の制御方法。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の人工関節摩擦摩耗試験機を制御する制御方法であって、
前記第１ピースと前記第２ピースに予め決められたサイクルの動作を繰り返し行わせることにより人工関節の摩擦摩耗試験を行うものにおいて、
前記第１角変位機構に対して、
前記駆動部への操作量を、制御部から与えられる指令値に対する出力の偏差に基づいて調整することにより、前記駆動部の出力としてＺ軸回りのトルクを前記指令値に追従させるフィードバック制御と、
前記両ピースに対して１サイクルの動作を行わせた時に、前記Ｚ軸回りの角変位量が原点を通過するように、前記駆動部への操作量を補正するゼロ点補正制御と、を行う人工関節摩擦摩耗試験機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工関節の摩擦摩耗試験を行う試験機及び試験機の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工関節とは、生体関節の損傷時等に、生体関節に代えて生体に埋め込む、人工物であり、生体に埋め込んでも拒絶反応等を起こさない材質、例えばチタン等の金属材料やポリエチレン等の樹脂材料で実際の関節を模して形成される。
【０００３】
例えば、膝関節では、脛骨と大腿骨が膝関節によって接続されており、脛骨側がカップ形状を呈し、大腿骨側がボール形状を呈している。そして、ボール形状側がカップ形状側に填り込み、両者の係合面が相対的に摺動することにより、脛骨が大腿骨に対して曲がり、歩行や着席、正座等の動作を行うことができるようになっている。また、股関節においても、臼蓋骨側がカップ形状を呈し、骨頭側（大腿骨側）がボール形状を呈し、両者の相対的摺動により大腿骨の運動を実現している。
【０００４】
前述したような人工関節は、低摩耗性の材料によって製作されているが、生体が本来持つ生体関節と比較すると、その摩耗スピードは１０倍以上早い。そのため、人工関節を使用する前に、人工関節の摺動面の摩擦や摩耗に関する十分な検討、評価を行う必要がある。人工関節の摩擦摩耗試験機として下記特許文献１に記載のものがある。
【０００５】
下記特許文献１に記載の摩擦摩耗試験機は、６自由度モーション機構と、サーボ加圧機構と、付加回転機構とを含む構成となっている。６自由度モーション機構は、３直交方向の変位モーション及び３回転軸の回転モーションを含む６自由度モーションを、人工関節を構成する第１ピースに付与する機能を果たす。サーボ加圧機構は、人工関節を構成する第１ピースに対してもう一方の第２ピースが所定圧力で接触するように加圧する機能を果たす。また、付与回転機構は、第１ピースと第２ピースとの間に回転を生じさせる機能を果たしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３９３７２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の摩擦摩耗試験機では、６自由度モーション機構をＶ字結合した３組の伸縮アクチュエータにより構成している。各組の伸縮アクチュエータは、固定ベースと可動ベースに対してナックルジョイント等の自在継手を介して結合されており、伸縮動作の組み合わせにより、３直交方向の変位モーション及び３回転軸の回転モーションを可能としている。
【０００８】
しかしながら、６自由度モーション機構は、自由度が「６」であるから制御が複雑という問題がある。また、６自由度モーション機構は、自由度が「６」であるから構造が複雑で、耐久性が十分でない。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、制御し易く、かつ耐久性に優れる人工関節擦摩耗試験機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】
【０００９】
本発明は、カップ状をした第１ピースと、前記第１ピースと係合するボール状をした第２ピースとからなる人工関節の摩擦及び摩耗状態の試験を行う人工関節摩擦摩耗試験機であって、直交する３軸をＸ軸（左右）、Ｙ軸（前後）、Ｚ軸（上下）と定義した場合に、前記第１ピースと前記第２ピースが所定の圧力で接触するように、両ピースのうちいずれか一方のピースをＺ軸方向に加圧する加圧機構（軸荷重）と、前記第１ピースと前記第２ピースとをＺ軸周りに相対的に角変位させる１回転自由度の第１角変位機構（内外旋）と、前記第１ピースと前記第２ピースとをＹ軸方向に相対的に直線変位させる１直線自由度の直線変位機構（前後動）と、前記第１ピースと前記第２ピースとをＸ軸周りに相対的に角変位させる１回転自由度の第２角変位機構（屈曲）と、を備える。
【００１０】
この構成では、第１角変位機構、第２角変位機構、直線変位機構が、両ピースに対して１自由度の相対変位を行わせる（いわゆる直列構造）。そのため、従来の６自由度モーション機構のように１つの機構で両ピースに対して６自由度の相対変位を行わせる場合（いわゆる並列構造）に比べて、各機構が制御しやすい。加えて、各機構の自由度は「１」であることから、構造自体も単純であり耐久性が高い。
【００１１】
本発明の人工関節摩擦摩耗試験機として、以下の構成とすることが好ましい。
・前記直線変位機構は、Ｙ軸方向に延びるガイド軸と、前記ガイド軸に沿って往復移動することにより、前記両ピースを前記Ｙ軸方向に相対的に直線変位させるスライダと、前記スライダに対して取り付けられた取付プレートと、前記スライダを前記ガイド軸に沿って往復移動させる駆動部とを備え、前記第２角変位機構は、前記取付プレートに対して軸線を前記Ｘ軸方向に向けた状態で取り付けられ、かつ前記第２ピースを支持する支持軸と、前記取付プレートに対して取り付けられ、前記支持軸を前記Ｘ軸周りに回転させる駆動部を備える。この構成では、スライダのＹ軸方向への直線変位により、第２ピースを第１ピースに対してＹ軸方向に直線変位させることが出来る。また、支持軸の角変位により、第２ピースを第１ピースに対して前記Ｘ軸方向に角変位させることが可能となる。
【００１２】
・前記加圧機構は、前記Ｚ軸方向に直線変位する可動軸と、前記可動軸に対して軸受けを介して回転可能に連結され、かつ前記可動軸の変位に伴って前記可動軸と前記Ｚ軸方向に一体的に直線移動する回転軸と、前記回転軸の軸端に取り付けられ、前記第１ピースを保持するピースホルダと、前記可動軸を駆動する駆動部とを備え、前記第１角変位機構は、前記回転軸を前記Ｚ軸周りに角変位させる駆動部を備える。この構成では、可動軸の直線変位により、第１ピースを第２ピースに対してＺ軸方向に加圧できる。また、回転軸の角変位により、第１ピースを第２ピースに対してＺ軸周りに角変位できる。
【００１３】
・前記第１角変位機構は、前記回転軸に対して前記Ｚ軸方向に対して自由度を持って結合する結合要素を介して結合されている。この構成では、可動軸によるＺ軸方向の変位を結合要素が逃がすように作用する。そのため、第１角変位機構が加圧機構の影響を受け難くなることから、第１ピースを第２ピースに対してＺ軸回りに角変位させる制御を高精度に行うことが出来る。
【００１４】
・前記ピースホルダは、前記回転軸の軸端に取り付けられた支持部材に対して、前記Ｙ軸周りの回転自由度を持って支持されている。ピースは人工関節を模したものであり、ピース同士の当たり面は非球面である。そのため、両ピース間に作用する力は３軸方向で均一にならず、偏りが出来る（以下、偏荷重）。本構成では、ピースホルダが支持部材に対してＹ軸周りの回転自由度を持って支持されており、第１ピースがＹ軸回りの回転自由度を持つ。そのため、試験時、両ピースに作用する偏荷重を逃がし易くなる。
【００１５】
・前記支持部材は、前記回転軸の軸端に対して、前記Ｘ軸方向に自由度を持ったスライド機構を介して連結されている。本構成では、支持部材が回転軸に対してＸ軸方向に自由度を持ったスライド機構を介して連結してあり、支持部材がＸ軸方向に自由に動き得る。そのため、試験時、両ピースに作用する偏荷重を逃がし易くなる。
【００１６】
駆動部への操作量を、指令値に対する出力の偏差に基づいて調整することにより、前記駆動部の出力を前記指令値に追従させる制御を、フィードバック制御と定義した時に、前記加圧機構、前記第１角変位機構、前記直線変位機構、前記第２角変位機構のうち、いずれか一の機構に対して前記フィードバック制御用の指令値を出力する処理と、前記加圧機構、前記第１角変位機構、前記直線変位機構、前記第２角変位機構のうち、いずれか一の機構に対して、前記指令値に対する前記出力の偏差に基づいて前記指令値を補正する補正制御と、を行う制御部を備え、前記制御部は、前記補正制御では、前記偏差がプラスの場合、前記指令値をマイナス方向に補正し、前記偏差がマイナスの場合、前記指令値をプラス方向に補正する。このようにすれば、フィードバック制御系の制御が向上し、制御が安定する。
【００１７】
前記第１ピースと前記第２ピースに予め決められたサイクルの動作を繰り返し行わせることにより人工関節の摩擦摩耗試験を行うものにおいて、駆動部への操作量を、指令値に対する出力の偏差に基づいて調整することにより、前記駆動部の出力を前記指令値に追従させる制御を、フィードバック制御と定義した時に、前記第１角変位機構に対して、前記フィードバック制御用の前記指令値として、前記Ｚ軸回りのトルクの指令値を出力する処理と、前記第１角変位機構に対して、前記両ピースに対して１サイクルの動作を行わせた時に、前記Ｚ軸回りの角変位量が原点を通過するように前記駆動部への操作量を補正するゼロ点補正制御と、を行う制御部を備える。このようにすれば、試験時に、原点に復帰しないまま、位置のずれが蓄積して、ピースの位置が正常範囲から外れるといった事態が起きない。
【００１８】
本発明の人工関節摩擦摩耗試験機を制御する制御方法であって、前記加圧機構、前記第１角変位機構、前記直線変位機構、第２角変位機構のうち、少なくとも一の機構に対して、前記駆動部への操作量を、制御部から与えられる指令値に対する出力の偏差に基づいて調整することにより、前記駆動部の出力を前記指令値に追従させるフィードバック制御と、前記指令値に対する前記出力の偏差に基づいて前記指令値を補正する補正制御とを行い、前記補正制御では、前記偏差がプラスの場合、前記指令値をマイナス方向に補正し、前記偏差がマイナスの場合、前記指令値をプラス方向に補正する。このようにすれば、フィードバック制御系の制御が向上し、制御が安定する。
【００１９】
本発明の人工関節摩擦摩耗試験機を制御する制御方法であって、前記第１ピースと前記第２ピースに予め決められたサイクルの動作を繰り返し行わせることにより人工関節の摩擦摩耗試験を行うものにおいて、前記第１角変位機構に対して、前記駆動部への操作量を、制御部から与えられる指令値に対する出力の偏差に基づいて調整することにより、前記駆動部の出力としてＺ軸回りのトルクを前記指令値に追従させるフィードバック制御と、前記両ピースに対して１サイクルの動作を行わせた時に、前記Ｚ軸回りの角変位量が原点を通過するように、前記駆動部への操作量を補正するゼロ点補正制御とを行う。このようにすれば、試験時に、原点に復帰しないまま、位置のずれが蓄積して、ピースの位置が正常範囲から外れるといった事態が起きない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、制御し易く、かつ耐久性に優れる摩擦摩耗試験機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態１において、人工関節摩耗摩擦試験機の概略構成を説明する説明図
【図２Ａ】膝関節の動作説明図
【図２Ｂ】膝関節の動作説明図
【図２Ｃ】膝関節の動作説明図
【図３】第１ピースと第２ピースの支持構造を示す図
【図４】試験機構本体部の正面図
【図５】試験機構本体部の側面図
【図６】図４のＡ部の構造を示す断面図
【図７】ピースホルダの支持構造を示す断面図
【図８】油圧シリンダの取り付け構造を示す平面図
【図９】図４のＢ部を拡大した拡大図
【図１０】人工関節摩擦摩耗試験機の制御系を示すブロック図
【図１１】指令値及び検出値の波形を示す図
【図１２】実施形態２において第１角変位機構に対する指令値の波形を示す図
【図１３】人工関節摩擦摩耗試験機の制御系を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図１１によって説明する。
１．構造説明
図１には、本実施形態の人工関節摩耗摩擦試験機１０の概略構成が示されている。人工関節摩耗摩擦試験機１０は、試験機構本体部３０と、当該試験機構本体部３０に搭載された各駆動部（アクチュエータ）の制御及び各種設定や演算、測定等を行う制御部１４、試験機構本体部３０の動作状態やその設定、センサによる検出値やその値から算出された情報等の表示を行うモニタ１６及び、人工関節の試験に関する条件設定や各駆動部の動作設定等を行う入力部１８等で構成されている。もちろん制御部１４、モニタ１６、入力部１８等をパーソナルコンピュータ等で、一体構成にしてもよいし、試験機構本体部３０に適宜組み込む構成としてもよい。
【００２３】
図２Ａ〜図２Ｃには、人工関節摩耗摩擦試験機１０で摩擦摩耗試験を行う人工関節の一例として膝の人工関節を脛骨２０側及び大腿骨２２側に装着した状態の使用概念図が示されている。図２Ａは膝を伸ばした状態、図２Ｂは膝を僅かに曲げた状態、図２Ｃは膝を約５８°曲げた状態が示されている。
【００２４】
膝用の人工関節の場合、脛骨２０側にカップ状部材である第１ピース２４がビス２４ａ等により固定され、大腿骨２２側にボール状部材である第２ピース２６がペグピンや生体用セメント等により固定される。この第１ピース２４や第２ピース２６は、生体から拒絶反応を受けず、また、低摩耗性の金属や樹脂等で形成されている。例えば、第１ピース２４はポリエチレンで形成され、第２ピース２６はコバルトクロム合金で形成される。そして、膝用の人工関節は第１ピース２４及び第２ピース２６が互いに摺動することにより膝の屈曲動作をスムーズに実現する。
【００２５】
人工関節摩耗摩擦試験機１０は第１ピース２４と第２ピース２６とからなる人工関節の摩擦及び摩耗状態の試験を行う試験機あり、試験機構本体部３０は、（ａ）〜（ｄ）の４つの機構Ｋａ〜Ｋｄを備える。
【００２６】
（ａ）加圧機構Ｋａ（軸荷重）
（ｂ）第１角変位機構Ｋｂ（内外旋）
（ｃ）直線変位機構Ｋｃ（前後動）
（ｄ）第２角変位機構Ｋｄ（屈曲）
【００２７】
尚、本実施形態では直交する３軸をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向とする。そして、各軸の方向を、図２の向きにすなわちＸ軸方向は左右方向、Ｙ軸方向は前後方向、Ｚ軸方向は上下方向とする。また、加圧機構ＫａによるＺ軸方向への加圧を「軸荷重」と呼び、第１角変位機構によるＺ軸回りの角変位を「内外旋」と呼ぶ。そして、直線変位機構によるＹ軸方向への直線変位を「前後動」と呼び、第２角変位機構によるＸ軸回りの角変位を「屈曲」と呼ぶ。
【００２８】
本実施形態の人工関節摩耗摩擦試験機１０で試験を行う場合、第１ピース２４は加圧機構Ｋａを構成するピースホルダ８５の取り付け部８６に取り付けられ、第２ピース２６は第２角変位機構Ｋｄを構成する支持軸１５３に取り付けられる。ピースホルダ８５と支持軸１５３は、Ｚ軸方向（図３に示す上下）に向かい合っており、ピースホルダ８５に取り付けられた第１ピース２４のカップ状をした部分に、支持軸１５３に取り付けられた第２ピース２６のボール状をした部分が上側から嵌合する構成となっている。尚、ピースホルダ８５の取り付け部８６には、生理食塩水や動物の体液等の潤滑油が供給される構成になっており、両ピース２４、２６を潤滑油に浸した状態で試験を行う構成となっている。
【００２９】
試験機構本体部３０は、図１に示すように、底板である台部４１の上方にシリンダ取付プレート４３、中間プレート４５、天井板４７を配置した剛体フレーム４０を備えている。剛体フレーム４０は、これらシリンダ取付プレート４３、中間プレート４５、天井板４７を、支柱４８により支える構造となっている。そして、中間プレート４５を境にした概ね下側に（ａ）の加圧機構Ｋａと、（ｂ）第１角変位機構Ｋｂが配置され、中間プレート４５を境にした概ね上側に（ｃ）直線変位機構Ｋｃと、（ｄ）第２角変位機構Ｋｄが配置されている。以下、（ａ）〜（ｄ）の各機構Ｋａ〜Ｋｄについて詳しく説明を行う。
【００３０】
（ａ）加圧機構Ｋａ
加圧機構Ｋａは、第１ピース２４と第２ピース２６が所定の圧力で接触するように、両ピース２４、２６のうちいずれか一方のピース（この例では、第１ピース２４）をＺ軸方向に加圧する機構である。具体的に説明すると、加圧機構Ｋａは、図４〜図６に示すように、シリンダチューブ５１とシリンダロッド（本発明の「可動軸」に相当）５３とからなる油圧シリンダ（本発明の「駆動部」に相当）５０と、第１ガイドシャフト５５と、第２ガイドシャフト６５と、回転軸７１と、支持部材８１と、ピースホルダ８５と、軸受け部８７等を備える。
【００３１】
油圧シリンダ５０は、軸線をＺ軸方向（上下方向）に向けて、シリンダ取付プレート４３の下側に固定されている。シリンダ取付プレート４３の上面側には、軸受け５７を介して第１ガイドシャフト５５がＺ軸方向に移動可能に取り付けられている。そして、第１ガイドシャフト５５の下部には、油圧シリンダ５０のシリンダロッド５３が固定され、第１ガイドシャフト５５の上端部には、荷重センサ６３が固定されている。
【００３２】
荷重センサ６３は、油圧シリンダ５０の駆動に伴って、シリンダロッド５３に加わる軸荷重を検出する機能を果たす。また、台部４１上であって、油圧シリンダ５０の真下には、変位センサ６１が取り付けられており、シリンダロッド５３の変位量（Ｚ軸方向の変位量）を検出する構成となっている。尚、この実施形態では、変位センサ６１を磁歪式の変位センサにより構成しており、シリンダロッド５３の変位量を非接触で検出できる構成となっている。
【００３３】
軸受け部８７は、回転軸７１と、第２ガイドシャフト６５とを回転可能に結合するものであり、図６に示すように、内輪８８と、外輪８９と、ボールベアリングとを備える。第２ガイドシャフト６５はＺ軸方向に延びており、シャフト下端をアダプタ６４、荷重センサ６３を介して、第１ガイドシャフト５５に固定し、シャフト上端を内輪８８に固定している。
【００３４】
そして、軸受け部８７の下方には、第２ガイドシャフト６５を貫通して、トルクセンサ６８、回転プレート６７が上下に配置されている。トルクセンサ６８は、回転軸７１に発生するＺ軸回りのトルクを検出する機能を果たすものである。また、軸受け部８７の側方にはポテンショメータ９３が取り付けられていて、回転軸７１の角変位量（Ｚ軸回りの角変位量）を検出する構成となっている。
【００３５】
回転軸７１は、軸ホルダ７３を介して中間プレート４５に取り付けられており、Ｚ軸方向への直線移動と、Ｚ軸回りの回転が可能とされる。そして、回転軸７１の先端には、図５、図７に示すように、スライド機構７５を介して、支持部材８１が取り付けられている。スライド機構７５は、ガイド部７６とガイドレール７７とから構成され、回転軸７１に対して支持部材８１をＸ軸方向に対してスライド可能に連結する。
【００３６】
支持部材８１は、図７に示すように断面コの字型をしており、Ｙ軸方向に向かい合う前後壁８２、８３を設けている。そして、支持部材８１の内側には、ピースホルダ８５が取り付けられている。ピースホルダ８５は、支持部材８１の前後壁８２、８３に設けられた軸ピン８４により支えられており、Ｙ軸回りに自由に回転する構成となっている。ピースホルダ８５の中央部には、上方に開口する取り付け部８６が設けられており、内部に第１ピース２４を取り付ける構成となっている。
【００３７】
そのため、加圧機構Ｋａの油圧シリンダ５０を駆動させると、第１ガイドシャフト５５、第２ガイドシャフト６５と共に回転軸７１がＺ軸方向に直線変位して、ピースホルダ８５上に取り付けられた第１ピース２４がＺ軸方向に変位する。
【００３８】
（ｂ）第１角変位機構Ｋｂ
第１角変位機構Ｋａは、第１ピース２４と第２ピース２６とをＺ軸周りに相対的に角変位させる１回転自由度の角変位機構である。具体的に説明すると、第１角変位機構Ｋａは、回転プレート６７、結合リンク１０５、油圧シリンダ（本発明の「駆動部」に相当）１００等を備える。
【００３９】
油圧シリンダ１００は、図４、図８に示すように、ブラケットを介して、中間プレート４５に取り付けられている。油圧シリンダ１００は、シリンダチューブ１０１とシリンダロッド１０３を有し、軸線を水平方向に向けた状態で取り付けられている。回転プレート６７は、先に説明したように、第２ガイドシャフト６５の外周側に取り付けられており、回転軸７１と一体的に回転する。そして、回転プレート６７には結合リンク１０５が取り付けられていて、結合リンク１０５とシリンダロッド１０３が、防振ゴム（本発明の「結合要素」に相当）１０７を介して結合されている。
【００４０】
そのため、第１角変位機構Ｋｂの油圧シリンダ１００を駆動させると、回転プレート６７と共に回転軸７１が一体的に回転し、ピースホルダ８５に取り付けられた第１ピース２４がＺ軸回りに回転する。そして、第２ピース２６は、第１角変位機構Ｋｂと結合関係がないため、第１角変位機構Ｋｂの駆動に伴って第１ピース２４だけが回転し、両ピース間に相対的な角変位が生じることになる。
【００４１】
（ｃ）直線変位機構Ｋｃ
直線変位機構Ｋｃは、第１ピース２４と第２ピース２６とをＹ軸方向に相対的に直線変位させる１直線自由度の変位機構である。直線変位機構Ｋｃは、図４、図５に示すように、一対のガイド軸１１３Ａ、１１３Ｂと、一対のスライダ１１５Ａ、１１５Ｂと、取付プレート１２０と、油圧シリンダ（本発明の「駆動部」に相当）１３０と、荷重センサ１３７と、ポテンショメータ１３８とを備える。
【００４２】
具体的に説明すると、天井板４７の下面側には前後一対のブラケット１１１、１１２がＹ軸方向に向かい合って固定されている。両ブラケット１１１、１１２間には、一対のガイド軸１１３Ａ、１１３Ｂが取り付けられている。ガイド軸１１３Ａ、１１３Ｂは、軸線をＹ軸方向に向けた状態で左右並んで取り付けられており、各ガイド軸１１３Ａ、１１３Ｂには各々スライダ１１５Ａ、１１５Ｂが嵌合している。
【００４３】
取付プレート１２０は、図４に示すように断面がコの字型をしており、左右一対の側壁１２１、１２２を有する。取付プレート１２０には、各ガイド軸１１３に嵌合するスライダ１１５が連結されている。
【００４４】
また、図５に示すように、天井板４７の底面側には、軸線をＹ軸方向に向けた状態で油圧シリンダ１３０が取り付けられている。油圧シリンダ１３０は、シリンダチューブ１３１と、シリンダロッド１３３とを備える。そして、シリンダロッド１３３の先端は、防振ゴム１３５、荷重センサ１３７を介して、取付プレート１２０の後端に連結されている。そのため、直線変位機構Ｋｃの油圧シリンダ１３０を駆動してシリンダロッド１３３をＹ軸方向に直線変位させると、取付プレート１２０と共に次に説明する第２角変位機構Ｋｄの全体がＹ軸方向に直線移動して、第２ピース２６がＹ軸方向に直線変位する。尚、第１ピース２４は、直線変位機構Ｋｃと結合関係がないため、直線変位機構Ｋｃの駆動により第２ピース２６だけが直線変位し、両ピース間に相対的な直線変位が生じることになる。また、防振ゴム１３５は、防振ゴム１０７と同様の機能を果たす。
【００４５】
荷重センサ１３７は、油圧シリンダ１３０の駆動に伴いシリンダロッド１３３に発生するＹ軸方向の荷重を検出する機能を果たす。また、天井壁４７の下面に固定されたブラケット１１１には、ポテンショメータ１３８が固定されており、Ｙ軸方向の変位量を検出する構成となっている。
【００４６】
（ｄ）第２角変位機構Ｋｄ
第２角変位機構Ｋｄは第１ピース２４と第２ピース２６とをＸ軸周りに相対的に角変位させる１回転自由度の角変位機構（屈曲）である。第２角変位機構Ｋｄは図４、図９に示すように、回転シャフト１５１と、支持軸１５３と、第２ピース２６と、カップリング１６３と、ロータリーアクチュエータ（本発明の「駆動部」に相当）１６０等を備える。支持軸１５３は、軸線をＸ軸方向に向けた状態で、取付プレート１２０の側壁１２１、１２２間に取り付けられている。具体的には、側壁１２１、１２２に対して回転シャフト１５１を介して取り付けられている。係る支持軸１５３は、第２ピース２６を支持するものであり、軸方向の中央下部に第２ピース２６を取り付けている。
【００４７】
また、図９に示す右方の側壁１２２の外面側には、ロータリーアクチュエータ１６０が取り付けられている。ロータリーアクチュエータ１６０の出力軸は、カップリング１６３を介して回転シャフト１５１に連結されている。そのため、第２角変位機構Ｋｄのロータリーアクチュエータ１６０を駆動させると、回転シャフト１５１と共に支持軸１５３がＸ軸回りに回転して、支持軸１５３に取り付けられた第２ピース２６がＸ軸回りに回転する構成となっている。尚、第１ピース２４は、第２角変位機構Ｋｄと結合関係がないため、第２角変位機構Ｋｄの駆動により第２ピース２６だけが回転し、両ピース間に相対的な角変位が生じることになる。また、ロータリーアクチュエータ１６０の軸端には、ポテンショメータ１６７が取り付けられており、支持軸１５３の角変位量を検出する構成となっている。
【００４８】
以上説明したように、本人工関節摩耗摩擦試験機１０は、加圧機構Ｋａ、第１角変位機構Ｋｂ、直線変位機構Ｋｃ、第２角変位機構Ｋｄの４つの機構を備えた構造となっている。
【００４９】
そして、加圧機構Ｋａの油圧シリンダ５０を駆動させて回転軸７１を上昇させることにより、第２ピース２６に対して第１ピース２４を加圧出来る（軸荷重）。また、第１角変位機構Ｋｂの油圧シリンダ１００を駆動させて回転軸７１を回転させることにより、第２ピース２６に対して第１ピース２４をＺ軸回りに角変位できる（内外旋）。
【００５０】
また、直線変位機構Ｋｃの油圧シリンダ１３０を駆動させて取付プレート１２０をＹ軸方向に変位させることにより、第１ピース２４に対して第２ピース２６をＹ軸方向に直線変位できる（前後動）。また、第２角変位機構Ｋｄのロータリーアクチュエータ１６０を駆動させて支持軸１５３をＸ軸回りに回転させることにより、第１ピース２４に対して第２ピース２６をＸ軸回りに角変位できる（屈曲）。
【００５１】
そして、これら４動作（軸荷重、内外旋、前後動、屈曲）を組み合わせることで、歩行時の膝関節の挙動を再現できる。そのため、本試験機１０を用いて、両ピース２４、２６に対して１歩に相当する１サイクルの動作を規定回数行うことにより、両ピース２４、２６からなる人工関節の摩擦摩耗試験（歩行動作を規定回数行った時の、関節同士の嵌合面の摩耗の有無等を評価する試験）を行うことが出来る。
【００５２】
２．制御系の説明
図１０は、人工関節摩耗摩擦試験機１０の制御系を示すブロック図である。人工関節摩耗摩擦試験機１０は、制御部１４が４つの機構（加圧機構Ｋａ、第１角変位機構Ｋｂ、直線変位機構Ｋｃ、第２角変位機構Ｋｄ）を独立して個別に制御する構成となっている。具体的に説明すると、４つの機構の各駆動部（油圧シリンダやロータリーアクチュエータ）は、サーボバルブＳＶ、センサ、比較器Ｃ、サーボアンプＳＡと共にフィードバック制御系を構築しており、制御部１４から与えられる指令値Ｖに出力が追従するようにフィードバック制御される構成となっている。
【００５３】
例えば、直線変位機構Ｋｃであれば、油圧シリンダ１３０、サーボバルブＳＶ１、荷重センサ１３７と、比較器Ｃ１と、サーボアンプＳＡ１がフィードバック制御系を構築しており、シリンダロッド１３３の荷重が、制御部１４から与えられる指令値Ｖｃに自動制御される。すなわち、比較器Ｃ１にて、制御部１４から与えられる指令値Ｖｃと荷重センサ１３７の検出値とを比較して偏差が算出される。そして、算出された偏差は、サーボアンプＳＡ１にて増幅された後、操作量としてサーボバルブＳＶ１に入力される。これにより、サーボバルブＳＶ１の開度が偏差を小さくするように自動調整されることから、油圧シリンダ１３０の出力、すなわちシリンダロッド１３３の荷重が指令値Ｖｃに自動調整される。
【００５４】
また、直線変位機構Ｋｃでは、ポテンショメータ１３８により検出した検出値（シリンダロッド１３３のＹ軸方向の変位量）を、制御部１４に入力する構成となっている。制御部１４には、シリンダロッド１３３の変位量の許容値が記憶されていて、ポテンショメータ１３８の検出値が許容値を超える場合は、指令値Ｖｃを下げる制御を行う。このような制御を行う理由は、試験中、何らかの理由で両ピース２４、２６の摩擦係数が下がると、両ピース２４、２６の相対的な変位量が許容値を超え、両ピース２４、２６の相対位置が現実の関節動作範囲を超えてズレてしまう。そこで、ポテンショメータ１３８の検出値が許容値を超える場合に、指令値Ｖｃを下げてピース２６を加圧する力を弱くすることで、両ピース間のずれの拡大を抑制でき、第１ピース２４に対する第２ピース２６のＹ軸方向への相対的な変位量を許容範囲内に収めることが可能となる。
【００５５】
次に、第１角変位機構Ｋｂの場合は、油圧シリンダ１００、サーボバルブＳＶ２、トルクセンサ６８と、比較器Ｃ２と、サーボアンプＳＡ２がフィードバック制御系を構築しており、油圧シリンダ１００を駆動源として回転する回転軸７１に発生するトルクが、制御部１４から与えられる指令値Ｖｂに自動制御される。すなわち、比較器Ｃ２にて、制御部１４から与えられる指令値Ｖｂと、トルクセンサ６８の検出値とを比較して偏差が算出される。そして、算出された偏差は、サーボアンプＳＡ２にて増幅された後、操作量としてサーボバルブＳＶ２に入力される。これにより、サーボバルブＳＶ２の開度が偏差を小さくするように自動調整されることから、油圧シリンダ１００の駆動により回転する回転軸７１に発生するトルクが指令値Ｓｂに自動調整される。
【００５６】
また、第１角変位機構Ｋｂでは、ポテンショメータ９３の検出値（回転軸７１の角変位量）を、制御部１４に入力する構成となっている。制御部１４には、回転軸７１の角変位量の許容値が記憶されていて、ポテンショメータ９３の検出値が許容値を超える場合は、指令値Ｖｂを下げる制御を行う。このような制御を行うことで、先に説明したのと同様に、第２ピース２６に対する第１ピース２４のＺ軸回りの角変位量を許容範囲内に収めることが可能となる。
【００５７】
次に、第２角変位機構Ｋｄの場合は、ロータリーアクチュエータ１６０、サーボバルブＳＶ３、ポテンショメータ１６７と、比較器Ｃ３と、サーボアンプＳＡ３がフィードバック制御系を構築しており、ロータリーアクチュエータ１６０の回転角が制御部１４から与えられる指令値Ｖｄに自動制御される。すなわち、比較器Ｃ３にて、制御部１４から与えられる指令値Ｖｄと、ポテンショメータ１６７の検出値（ロータリーアクチュエータ１６０の回転角）とを比較して偏差が算出される。そして、算出された偏差は、サーボアンプＳＡ３にて増幅された後、操作量としてサーボバルブＳＶ３に入力される。これにより、サーボバルブＳＶ３の開度が、偏差を小さくするように自動調整されることから、ロータリーアクチュエータ１６０の回転角が指令値Ｖｄに自動制御される。
【００５８】
そして、加圧機構Ｋａであれば、油圧シリンダ５０、サーボバルブＳＶ４、荷重センサ６３と、比較器Ｃ４と、サーボアンプＳＡ４がフィードバック制御系を構築しており、シリンダロッド５３の軸荷重が、制御部１４から与えられる指令値Ｖａに自動制御される。すなわち、比較器Ｃ４にて、制御部１４から与えられる指令値Ｓａと荷重センサ６３の検出値とを比較して偏差が算出される。そして、算出された偏差は、サーボアンプＳＡ４にて増幅された後、操作量としてサーボバルブＳＶ４に入力される。これにより、サーボバルブＳＶ４の開度が、偏差を小さくするように自動調整されることから、油圧シリンダ５０の出力、すなわちシリンダロッド５３の軸荷重が指令値Ｖａに自動調整される。
【００５９】
また、加圧機構Ｋａでは上述したフィードバック制御と並行して、フィードバック制御系の指令値Ｖａを補正する補正制御を行う。具体的に説明すると、加圧機構Ｋａでは、荷重センサ６３の検出値（シリンダロッド５３の軸荷重）を、制御部１４に対して入力している。制御部１４は、荷重センサ６３から検出値が入力されると、指令値Ｖａに対する検出値の偏差δを算出し、偏差δの符合を正負反転させた補正入力信号Ｓ１を比較器Ｃ４に入力する。比較器Ｃ４では、入力された補正入力信号Ｓ１を加算して、指令値Ｖａを補正する。
【００６０】
従って、図１１に示すように、偏差が「＋δ」の場合は、指令値Ｖａは元の値から「δ」マイナスされ、偏差が「−δ」の場合は、指令値Ｖａは元の値から「δ」プラスされる。尚、図１１に示す「Ｖａ１」は、補正後の指令値を示す。
【００６１】
このように指令値Ｖａを補正することの意図は、偏差がプラスの場合、指令値Ｖａがマイナスされる分、出力が下がるため、結果として、出力が補正前に指令値Ｖａに近づく。また同様に、偏差がマイナスの場合、指令値Ｖａがプラスされる分、出力が上がることから、結果として、出力が補正前に指令値Ｖａに近づく。
【００６２】
そのためフィードバック制御系の精度を高めることが出来る。加えて、フィードバック制御系が発振し難くなる。すなわち、指令値Ｖａを補正しない場合、系の精度を高めるには、サーボアンプＳＡのゲインを高くする必要があり、ゲインを高くし過ぎると、フィードバック制御系が発振する。この点、指令値Ｖａを補正するようすれば、サーボアンプＳＡのゲイン調整だけに頼らなくても、系の精度が改善されるので、サーボアンプＳＡのゲインを上げる必要がなく、フィードバック制御系が発振し難くなる。
【００６３】
３．効果
人工関節摩耗摩擦試験機１０では、第１角変位機構Ｋｂ、直線変位機構Ｋｃ、第２角変位機構Ｋｄが、両ピース２４、２６に対して１自由度の相対変位を行わせる（いわゆる直列構造）。そのため、従来の６自由度モーション機構のように１つの機構で両ピースに対して６自由度の相対変位を行わせる場合（いわゆる並列構造）に比べて、各機構が制御しやすい。加えて、各機構の自由度は「１」であることから、各機構の構造自体も単純であり耐久性が高い。
【００６４】
６自由度モーション機構との比較でいえば、６自由度モーション機構の場合は、伸縮アクチュエータと部品の結合に、自由度の高い継手（ナックル継手等）が必要である。一方、摩擦摩耗試験は、加圧した状態で行うことから、ナックルジョイント等の自在継手に絶えず荷重が加わる。そのため、試験回数が多くなると、自由継手が劣化して継手部分の動きが悪くなるため、メンテナンスを頻繁に行う必要がある。特に６自由度モーション機構では、ナックルジョイント等の自由継手を多数個使用していることから、メンテナンスが大変である。この点、人工関節摩耗摩擦試験機１０では、６自由度モーション機構の機能を、直線変位機構Ｋｃが一部負担しているが、直線変位機構Ｋｃは、スライダ１１５をガイド軸１１３に沿って移動させる単純な構造であり、ナックルジョイント等の自由継手を使用としない。したがって、６自由度モーションタイプの試験機に比べて、耐久性が高い。
【００６５】
また、両ピース２４、２６は人工関節を模したものであり、ピース同士の嵌合面（当たり面）は非球面である。そのため、両ピース２４、２６に作用する力は３軸方向で均一にならず、偏りが出来る（以下、偏荷重）。この点、本構成では、図７に示すように、支持部材８１が回転軸７１に対してＸ軸方向に自由度を持ったスライド機構７５を介して連結してあり、支持部材８１がＸ軸方向に自由に動き得る。そのため、第１ピース２４がＸ軸方向の直線自由度を持つため、試験時、両ピース２４、２６に作用する偏荷重を逃がし易くなる。
【００６６】
加えて、本構成では、図７に示すように、ピースホルダ８５が支持部材８１に対して軸ピン８４を介して連結されており、ピースホルダ８５がＹ軸回りに自由に回転し得る。そのため、第１ピース２４がＹ軸回りの回転自由度を持つため、試験時、両ピース２４、２６に作用する偏荷重を逃がし易くなる。
【００６７】
また、本実施形態では、加圧機構Ｋａは軸荷重制御、第１角変位機構Ｋｂはトルク制御であり、いずれも制御対象が「力」である。そして、加圧機構Ｋａ側の軸荷重は概ね２５０Ｋｇｆ程度であるのに対して、第１角変位機構Ｋｂ側の荷重（トルクを荷重に換算した値）は概ね６Ｋｇｆ程度であり、加圧機構Ｋａ側の軸荷重の方が約４０倍以上大きい。そのため、加圧機構Ｋａ側の軸荷重の変動が、第１角変位機構Ｋｂの制御系に対して、大きい外乱となることから、第１角変位機構Ｋｂの制御が難しいという問題がある。
【００６８】
そこで、本構成では、図４、図８に示すように、回転軸７１側の回転プレート６７と、油圧シリンダ１００のシリンダロッド１０３を防振ゴム１０７で結合している。防振ゴム１０７は、油圧シリンダ５０の駆動による回転軸７１のＺ軸方向への変位に追従して変形し、Ｚ軸方向への変位や軸荷重が、第１角変位機構Ｋｂの油圧シリンダ１００に伝わらないように作用する。そのため、第１角変位機構Ｋｂが、加圧機構Ｋａの影響を受け難くなり、第１角変位機構Ｋｂを高精度に制御できる。
【００６９】
＜実施形態２＞
本発明の実施形態２を図１２、図１３によって説明する。
実施形態２は、実施形態１の人工関節摩耗摩擦試験機１０に対してゼロ点補正機能（ゼロ点補正制御）を追加している。
【００７０】
まず、ゼロ点補正機能について説明を行う。図１２は、第１角変位機構Ｋｂの指令値（回転軸７１回りのトルクの指令値Ｖｂ）の１サイクルを示している。図から明らかなように、第１角変位機構Ｋｂの指令値Ｖｂは、正・負のバランスが取れておらず、正に偏っている。そのため、１サイクルの動作を行うと、第１ピース２４は動作前の位置には戻らず、回転方向の正側にずれてしまう。
【００７１】
ゼロ点補正機能は、１サイクル分の動作を行った時に、移動側となる第１ピース２４のＺ軸回りの角変位量が原点を通過するように、回転軸７１の動きを補正するものである。具体的には、第１角変位機構Ｋｂは、回転軸７１の角変位量をポテンショメータ９３で検出しているので、１サイクル分の動作を行った時に、ポテンショメータ９３が原点を通過するようにすればよい。
【００７２】
実施形態２の人工関節摩耗摩擦試験機１０では、図１３に示すように、サーボアンプＳＡ２とサーボバルブＳＶ２の間に、加算器（加え合わせ点）Ｃ５を設けている。そして、制御部１４からゼロ点補正信号Ｓ３を加算器Ｃ５に対して出力し、サーボアンプＳＡ２からサーボバルブＳＶ２に対して出力される制御信号Ｓ２に、ゼロ点補正信号Ｓ３を加えている。
【００７３】
ゼロ点補正信号Ｓ３は、図１２にて概念的に示すように、回転軸７１に対して負方向へのトルクを加えることで、回転軸７１に発生するトルクの偏りを小さくする信号である。そのため、ゼロ点補正信号Ｓ３の入力により、トルクの偏りが抑えられ、１サイクルの動作で、第１ピース２４が原点を１度は通過することになる。従って、試験時に、原点に復帰しないまま、位置のずれが蓄積して、第１ピース２４の位置が正常範囲から外れるといった事態が起きない。
【００７４】
尚、ゼロ点補正信号Ｓ３は、回転軸７１に発生するトルクの偏りを小さくする信号であればよく、例えば、試験機１０を実際に１サイクル動かして、ポテンショメータ９３の値が原点を通過するように、ゼロ点補正信号Ｓ３による補正量（図１２中の幅Ｔや高さＩ）を決定すればよい。また、それ以外にも、例えば、ポテンショメータ９３の検出値から補正量を制御部１４にて自動計算してもよい。また、ゼロ点補正信号Ｓ３は、図１２に示すように、１サイクルのうち、トルクの上昇カーブに重なるタイミングで出力することが好ましい。理由は、第１ピース２４が正方向に対して大きく角変位するのを防止できることから、第１ピース２４の位置を常に、正常範囲内に出来るからである。
【００７５】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００７６】
（１）実施形態１では、人工関節の一例として膝関節を例示したが、肘関節等を対象としてもよい。
【００７７】
（２）実施形態１では、人工関節摩耗摩擦試験機１０の構成例として、中間ベース４５を境にして下側に加圧機構Ｋａと第１角変位機構Ｋｂを配置し、上側に直線変位機構Ｋｃと第２角変位機構Ｋｄを配置した例を挙げた。これらの構成は上下逆転させることも可能であり、中間ベース４５を境にして下側に直線変位機構Ｋｃと第２角変位機構Ｋｄを配置し、上側に加圧機構Ｋａと第１角変位機構Ｋｂを配置してもよい。また、機構の組み合わせも、実施形態に開示された組み合わせに限定されない。例えば、加圧機構Ｋａに対して第２角変位機構Ｋｄを組み合わせる一方、直線変位機構Ｋｃに対して第１角変位機構Ｋｂを組み合わせる構成にしてもよい。
【００７８】
（３）実施形態１では、各機構Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃ、Ｋｄの駆動部の一例に、油圧で作動するアクチュエータ、すなわち油圧シリンダやロータリーアクチュエータを例示した。駆動部は、油圧で作動するもの以外に、空圧で作動するアクチュエータや、電気で作動するアクチュエータを用いることも可能である。また、ロータリーアクチュエータを、油圧モータで代用することも可能である。
【００７９】
（４）実施形態１では、回転軸７１側の回転プレート６７と、油圧シリンダ１００のシリンダロッド１０３を防振ゴム１０７で結合した構成を例示した。回転プレート６７とシリンダロッド１０３は、Ｚ軸方向に自由度を持って結合されていればよく、直線スライド継手等を用いて結合するようにしてもよい。
【００８０】
（５）実施形態１では、指令値Ｖａを補正する補正制御を、加圧機構Ｋａに対して行った例を示したが、第１角変位機構Ｋｂ、直線変位機構Ｋｃ、第２角変位機構Ｋｄに対して行うにしてもよい。また、補正制御は、偏差がプラスの場合、指令値をマイナス方向に補正し、偏差がマイナスの場合、指令値をプラス方向に補正するものであればよく、指令値の補正量は、偏差の大きさと、必ずしも同じ値でなくてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１０...人工関節摩耗摩擦試験機
１４...制御部
２４...第１ピース
２６...第２ピース
５０...油圧シリンダ（本発明の「駆動部」に相当）
５３...シリンダロッド（本発明の「可動軸」に相当）
７１...回転軸
７５...スライド機構
８１...支持部材
８５...ピースホルダ
１００...油圧シリンダ（本発明の「駆動部」に相当）
１０７...防振ゴム（本発明の「結合要素」に相当）
１１３...ガイド軸
１１５...スライダ
１２０...取付プレート
１３０...油圧シリンダ（本発明の「駆動部」に相当）
１５３...支持軸
１６０...ロータリーアクチュエータ（本発明の「駆動部」に相当）
Ｋａ...加圧機構
Ｋｂ...第１角変位機構
Ｋｃ...直線変位機構
Ｋｄ...第２角変位機構
【図１】
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【図２Ａ】
2014210129.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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