(57)【要約】【課題】ボール部材の表面仕上げ品質のばらつきを抑制するとともに、研磨効率の低下を抑制することができる、人工関節用ボール部材の研磨装置を提供する。【解決手段】ボール部材用治具２１は、ボール部材１００の嵌合孔１００ｂに嵌合し、ボール部材１００を支持した状態で回転する。遊離砥粒供給手段３５は、ボール部材１００の球状面１００ａに向かって遊離砥粒を供給する。研磨治具２５は、球状面１００ａに摺接して遊離砥粒が供給されたこの球状面１００ａを研磨する研磨部３１を有し、球状面１００ａに研磨部３１が摺接した状態で回転する。揺動駆動機構１３は、ボール部材用治具２１をボール部材１００を中心として揺動するように駆動する。温度調整手段（２２、３７）は、球状面１００ａの温度を調整する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工関節において用いられるボール状に形成されたボール部材に対してその表面を研磨するための人工関節用ボール部材の研磨装置であって、
前記ボール部材に形成された嵌合孔に嵌合するとともに当該ボール部材を支持した状態で回転するボール部材用治具と、
前記ボール部材用治具に支持された前記ボール部材の表面の球状面に向かって遊離砥粒を供給する遊離砥粒供給手段と、
前記ボール部材用治具に支持された前記ボール部材の前記球状面に摺接して前記遊離砥粒が供給された当該球状面を研磨する研磨部を有するとともに、当該球状面に当該研磨部が摺接した状態で回転する研磨治具と、
前記ボール部材用治具および前記研磨治具のうちの少なくともいずれか一方を前記ボール部材を中心として揺動するように駆動する揺動駆動機構と、
前記ボール部材用治具に支持された前記ボール部材の前記球状面の温度を調整する温度調整手段と、
を備えていることを特徴とする、人工関節用ボール部材の研磨装置。
【請求項２】
前記温度調整手段として前記球状面を加熱するヒータを備えていることを特徴とする請求項１に記載の、人工関節用ボール部材の研磨装置。
【請求項３】
前記ヒータは、前記ボール部材用治具に配設された加熱用電気線であることを特徴とする請求項２に記載の、人工関節用ボール部材の研磨装置。
【請求項４】
前記ボール部材用治具は、前記嵌合孔に嵌合する先端部分として交換可能な可換先端部を有するように形成され、当該可換先端部内に前記加熱用電気線の少なくとも一部が配設されていることを特徴とする請求項３に記載の、人工関節用ボール部材の研磨装置。
【請求項５】
前記温度調整手段として前記球状面を冷却する冷却手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の、人工関節用ボール部材の研磨装置。
【請求項６】
前記冷却手段は、冷却されたガスを前記球状面に対して吹きつけることで当該球状面を冷却することを特徴とする請求項５に記載の、人工関節用ボール部材の研磨装置。
【請求項７】
前記ボール部材用治具に支持された前記ボール部材の前記球状面の温度を検知する温度センサと、
前記温度センサでの検知結果に基づいて前記球状面の温度を制御する制御手段と、
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６のいずれか１項に記載の、人工関節用ボール部材の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工関節において用いられるボール状に形成されたボール部材に対してその表面を研磨するための人工関節用ボール部材の研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工股関節において用いられる骨頭ボールなどのように、人工関節ではボール状に形成されたボール部材が用いられる。このようなボール部材は、人工関節としての滑らかな動作を可能にするために、その表面の球状面を研磨する処理が施されることが必要となる。このような球状面の研磨を行うための研磨装置としては、非特許文献１に記載されているようなオスカー型研磨機を用いることができる。このオスカー型研磨機は、例えば、研磨皿を円弧状に往復運動させるとともに研磨対象であるワークを回転運動させることにより、両者を相対的に動かし、両者の接触する部分を研磨するものである。
【０００３】
【非特許文献１】日経ＢＰ社、“技術者を応援する情報サイト  Ｔｅｃｈ−Ｏｎ！  「ものづくり用語」”、「Tech-On用語辞典」−「オで始まる用語」−「オスカー型研磨機」、［online］、［平成１８年７月１８日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://techon.nikkeibp.co.jp.nyud.net:8090/article/WORD/20060419/116348/〉
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
人工関節用ボール部材の研磨装置としてオスカー型研磨機を用いることで、ボール部材の表面の球状面に対して遊離砥粒を供給しながらこの球状面を研磨することができる。しかしながら、ボール部材の球状面とこの球状面を研磨する研磨部との間における研磨条件が変化することで研磨精度が変化し、ボール部材の表面仕上げ品質のばらつきを生じてしまう虞がある。とくに、摺接する球状面と研磨部との間の相対速度や遊離砥粒の供給条件に応じてそれらの間で発生する熱量が変化して遊離砥粒の状態が不安定になることで、研磨条件も不安定となり、ボール部材の表面仕上げ品質のばらつきを生じてしまい易いことを本願発明者は知見した。この問題に対して、ボール部材の球状面と研磨部との間の相対速度を規制することでボール部材の表面仕上げ品質のばらつきを抑制することも考えられるが、この場合、研磨時間の制約が生じることになるため、研磨効率の低下を招いてしまうことになる。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、ボール部材の表面仕上げ品質のばらつきを抑制するとともに、研磨効率の低下を抑制することができる、人工関節用ボール部材の研磨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、人工関節において用いられるボール状に形成されたボール部材に対してその表面を研磨するための人工関節用ボール部材の研磨装置に関する。
そして、本発明の人工関節用ボール部材の研磨装置は、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関節用ボール部材の研磨装置における第１の特徴は、前記ボール部材に形成された嵌合孔に嵌合するとともに当該ボール部材を支持した状態で回転するボール部材用治具と、前記ボール部材用治具に支持された前記ボール部材の表面の球状面に向かって遊離砥粒を供給する遊離砥粒供給手段と、前記ボール部材用治具に支持された前記ボール部材の前記球状面に摺接して前記遊離砥粒が供給された当該球状面を研磨する研磨部を有するとともに、当該球状面に当該研磨部が摺接した状態で回転する研磨治具と、前記ボール部材用治具および前記研磨治具のうちの少なくともいずれか一方を前記ボール部材を中心として揺動するように駆動する揺動駆動機構と、前記ボール部材用治具に支持された前記ボール部材の前記球状面の温度を調整する温度調整手段と、を備えていることである。
【０００８】
この構成によると、ボール部材用治具に支持されたボール部材の表面の球状面に遊離砥粒を供給しながら、ボール部材用治具と研磨治具とをそれぞれ回転させるとともにその少なくとも一方を揺動させることで、ボール部材の球状面が研磨されることになる。そして、ボール部材の球状面と研磨部との間の相対速度に応じた熱量が発生し、球状面の温度が変化して球状面と研磨部との間の研磨領域に存在している遊離砥粒の状態も変化することが懸念されるが、温度調整手段によって球状面の温度を適宜所望の温度に近づくように調整することができるため、遊離砥粒の状態が不安定になることも抑制されることになる。このため、ボール部材の球状面と研磨部との間の相対速度を変化させた場合であっても、変動の少ない安定した研磨条件の下で高精度の研磨処理を継続することができる。したがって、ボール部材の表面仕上げ品質のばらつきを抑制するとともに、研磨効率の低下を抑制することができる人工関節用ボール部材の研磨装置を得ることができる。
【０００９】
本発明に係る人工関節用ボール部材の研磨装置における第２の特徴は、前記温度調整手段として前記球状面を加熱するヒータを備えていることである。
【００１０】
この構成によると、温度調整手段として加熱用のヒータを用いてボール部材の球状面の温度を調整することができる。遊離砥粒が研磨剤としての性能を発揮するための適切な温度よりも研磨時の球状面の温度が低い場合、遊離砥粒の流動性が不十分な状態となってしまう。このため、遊離砥粒が研磨剤としての性能を発揮するための適切な温度まで、ヒータによって球状面を加熱するように制御することで、良好な研磨状態を確保することができる。
【００１１】
本発明に係る人工関節用ボール部材の研磨装置における第３の特徴は、前記ヒータは、前記ボール部材用治具に配設された加熱用電気線であることである。
【００１２】
この構成によると、ボール部材用治具に配設された加熱用電気線で発生した熱が、ボール部材用治具に支持されたボール部材に熱伝導により伝達されことになる。このため、ボール部材用治具に加熱用電気線を配設するという簡易な構成によって、ボール部材の球状面を確実且つ容易に加熱することができる。
【００１３】
本発明に係る人工関節用ボール部材の研磨装置における第４の特徴は、前記ボール部材用治具は、前記嵌合孔に嵌合する先端部分として交換可能な可換先端部を有するように形成され、当該可換先端部内に前記加熱用電気線の少なくとも一部が配設されていることである。
【００１４】
この構成によると、ボール部材用治具の可換先端部に加熱用電気線の少なくとも一部を配設することで、熱伝導によりボール部材の球状面を確実且つ容易に加熱することができる。そして、ボール部材用治具はボール部材の嵌合孔に嵌合する先端部分が交換可能に形成されているため、ボール部材の嵌合孔の寸法に応じて可換先端部を適宜交換するだけで、種々の寸法のボール部材に対応してこのボール部材を容易に支持することができる。
【００１５】
本発明に係る人工関節用ボール部材の研磨装置における第５の特徴は、前記温度調整手段として前記球状面を冷却する冷却手段を備えていることである。
【００１６】
この構成によると、温度調整手段としてボール部材の球状面を冷却する手段を用いてその球状面の温度を調整することができる。ボール部材の球状面と研磨部との間の研磨領域での発熱量が大きすぎると、遊離砥粒が蒸発してしまい球状面と研磨部との部分的な固着現象を生じてしまう虞がある。このため、遊離砥粒が蒸発してしまうことなく研磨剤としての性能を発揮するための適切な温度に維持されるように、冷却手段によって球状面を冷却するように制御することで、良好な研磨状態を確保することができる。
【００１７】
本発明に係る人工関節用ボール部材の研磨装置における第６の特徴は、前記冷却手段は、冷却されたガスを前記球状面に対して吹きつけることで当該球状面を冷却することである。
【００１８】
この構成によると、冷却されたガスがボール部材の球状面に吹きつけられることで、この球状面が冷却されることになる。このため、ボール部材の球状面に向かって冷却ガスを吹きつけるという簡易な構成によって、ボール部材の球状面を確実且つ容易に加熱することができる。
【００１９】
本発明に係る人工関節用ボール部材の研磨装置における第７の特徴は、前記ボール部材用治具に支持された前記ボール部材の前記球状面の温度を検知する温度センサと、前記温度センサでの検知結果に基づいて前記球状面の温度を制御する制御手段と、をさらに備えていることである。
【００２０】
この構成によると、ボール部材の球状面の温度を温度センサで検知してこの検知結果に基づいてその球状面の温度を制御することができるため、球状面の温度を良好な研磨状態を確保できる適切な温度に常時維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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、本実施形態では人工股関節において用いられる骨頭ボールを研磨する場合を例にとって説明するが、この例に限らず、本発明は、人工関節において用いられるボール状に形成されたボール部材に対してその表面を研磨するための人工関節用ボール部材の研磨装置として広く適用することができるものである。
【００２２】
まず、本実施形態に係る人工関節用ボール部材の研磨装置によって研磨処理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、その頭頂部側の表面が球面の一部を構成する外形となる球状面１００ａとして形成されている。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には球状面１００ａの頭頂部と反対側の反頭頂部側で開口する嵌合孔１００ｂが形成されており、この嵌合孔１００ｂ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。
【００２３】
骨頭ボール１００の作製においては、まず、セラミックス粉末からなるセラミックス原料が、ゴム型の内部に充填されてゴム型の外部から水圧が付与されることで成形されるラバープレス工程にて棒状に形成される。ラバープレス工程の次は、その棒状に成形されたセラミックスに対して嵌合孔１００ｂの形成のための孔加工処理や球状面１００ａの形成のための球面加工処理が施された上で焼成される。この焼成工程後のセラミックスに対して、嵌合孔１００ｂの内面仕上げのための孔加工処理と球状面１００ａの球面加工処理とが施される。この球状面１００ａの球面加工処理としては、カップ砥石の回転動作による砥石がけである球面荒加工と固定砥石を振動させながらの球面中加工と最終の研磨処理である球面仕上げ加工とが行われることになる。これらの各種工程を経て骨頭ボール１００が作製される。
【００２４】
図１は、本発明の一実施の形態に係る人工関節用ボール部材の研磨装置１（以下単に、研磨装置１という）を例示する正面図である。この研磨装置１によって、前述した球面仕上げ加工である骨頭ボール１００の研磨処理が行われる。図１に示すように、研磨装置１は、底部に車輪が設けられて移動可能に構成されている基枠１７を有するとともに、この基枠１７に配設される各種機器としてのボール部材支持ユニット１１、研磨ユニット１２、揺動駆動機構１３、研磨条件調整ユニット１４、制御装置１５、操作盤１６などを備えて構成されている。
【００２５】
図１に示すように、ボール支持ユニット１１は基枠１７に対して可動な状態で支持された可動テーブル１８上に配設されており、可動テーブル１８は後述の揺動駆動機構１３によって揺動駆動されるようになっている。ボール支持ユニット１１は、ワーク回転用モータ１９、ワーク主軸２０、ボール部材用治具２１などを備えて構成されている。ワーク主軸２０はワーク回転用モータ１９によって回転駆動されるようになっており、このワーク主軸２０の先端側にボール部材用治具２１が取り付けられている。
【００２６】
図２は、研磨装置１におけるボール支持ユニット１１のボール部材用治具２１の近傍を拡大して示す一部断面を含む図であり、下方側（可動テーブル１８側）から見た図である。この図２に示すように、ボール部材用治具２１は主軸２０の先端側に取り付けられており、主軸２０とともに回転するようになっている。また、図３はボール部材用治具２１を示す図であり、図３（ａ）では骨頭ボール１００の断面図とともに示しており、図３（ｂ）では一部切欠き断面図を示している。図２および図３に示すように、ボール部材用治具２１は、骨頭ボール１００に形成された嵌合孔１００ｂに嵌合する嵌合部２１ａを有している。この嵌合部２１ａが骨頭ボール１００の嵌合孔２１ａに嵌合することで、骨頭ボール１００がボール部材用治具２１によって支持されるようになっている。そして、骨頭ボール１００を支持した状態でこのボール部材用治具２１が主軸２０とともに回転することになる。
【００２７】
また、図２および図３（ｂ）に示すように、ボール部材用治具２１は中空状に形成されており、内部の中空部分には、加熱用電気線２２（以下、電熱線２２という）が配設されるようになっている。ボール部材用治具２１に配設されたこの電熱線２２は、骨頭ボール１００の球状面１００ａの温度を調整する温度調整手段として備えられており、この球状面１００ａを加熱するヒータを構成している。すなわち、電熱線２２が通電されることで発熱し、この発生した熱が熱伝導によってボール部材用治具２１の嵌合部２１ａを経てさらに骨頭ボール１００の内部へと伝わってこの骨頭ボール１００を加熱し、これにより球状面１００ａが加熱されて温度調整されることになる。
【００２８】
研磨ユニット１２は、基枠１７に対して固定された固定テーブル２８上に配設されており、ツール回転用モータ２３、ツール軸２４、研磨治具２５、ツール押し付け用エアシリンダ（以下、単にエアシリンダ２６という）２６、ロードセル２７、ケース２９などを備えて構成されている。ツール軸２４はツール回転用モータ２３によって回転駆動されるようになっており、ツール軸２４の先端側に研磨治具２５が取り付けられている。ツール軸２４およびツール回転用モータ２３が配設されたケース２９は、固定テーブル２８に対してスライド機構３０を介して往復動自在に支持されている。そして、エアシリンダ２６は、そのシリンダ内に図示しない圧縮空気供給源から圧縮空気が供給されることでそのロッドが伸張してケース２９を付勢し、圧縮空気がシリンダ内から排出されることでロッドが縮退してケース２９の付勢を解除するようになっている。このようにエアシリンダ２６によってケース２９が付勢または付勢解除されるように往復動することで、ケース２９とともにツール軸２４も往復動するようになっている。また、ロードセル２７はエアシリンダ２６のロッドの先端とケース２９との間に配設されており、エアシリンダ２６によってケース２９が付勢されたときのエアシリンダ２６による押し付け荷重を検知するようになっている。
【００２９】
図３に示すように、研磨治具２５は、ツール軸２４の先端側に取り付けられており、ツール軸２４とともに回転するようになっている。この研磨治具２５には、その先端側に、内側に球面の一部を形成している研磨部３１が設けられている。研磨部３１は、例えば、銅、アルミニウム、黄銅（真鍮）等によって構成されている。この研磨部３１は、エアシリンダ２６によってケース２９とともにツール軸２４が付勢されたときに、ボール部材用治具２１に支持された骨頭ボール１００の球状面１００ａに摺接するようになっている。すなわち、研磨治具２５は、球状面１００ａに研磨部３１が摺接した状態で回転するようになっている。このように研磨治具２５の回転が行われることで、後述する遊離砥粒供給ノズル３４から遊離砥粒が供給された球状面１００ａが研磨されるようになっている。
【００３０】
図４は、研磨装置１の制御ブロック図を示したものである。図１に示す研磨条件調整ユニット１４には、図４に示す温度センサ３２、遊離砥粒供給装置３５、コントローラ３６、冷却エア噴出装置３７、冷却エア用電磁弁３８が備えられている。温度センサ３２は、放射温度計として構成されている。この温度センサ３２は、図２に示すようにボール部材用治具２１に支持された骨頭ボール１００の球状面１００ａに向かって配向するように配置されており、球状面１００ａの温度を検知することができるようになっている。温度センサ３２での検知結果は、後述する制御装置１５に入力されるようになっている。なお、球状面１００ａの温度を検知する温度センサとしては、必ずしも放射温度計に限らず、その他の温度検知手段を用いることもできる。
【００３１】
遊離砥粒供給装置３５は、ボール部材用治具２１に支持された骨頭ボール１００の球状面１００ａに向かって遊離砥粒を供給する本実施形態の遊離砥粒供給手段を構成している。球状面１００ａに供給する遊離砥粒としては、例えば、ダイヤモンド粒が混入したオリーブオイル等の油を用いることができる。この遊離砥粒供給装置３５は、球状面１００ａに供給するための遊離砥粒を貯留する図示しないタンクから遊離砥粒を吸引して供給圧力まで昇圧するシリンダタイプの昇圧手段や、図２に示す遊離砥粒供給ノズル３４などを備えて構成されている。遊離砥粒供給ノズル３４は昇圧手段の先端側に取り付けられており、この遊離砥粒供給ノズル３４から遊離砥粒が供給される。また、遊離砥粒供給ノズル３４は、図２に示すように、そのノズル口が球状面１００ａに向かって配向するように配置されており、球状面１００ａに遊離砥粒を吹きつけるように供給するようになっている。また、遊離砥粒供給装置３５は、その昇圧手段の作動条件がコントローラ３６によって制御されるようになっており、これにより遊離砥粒の供給量や供給頻度が制御されることになる。なお、コントローラ３６は、制御装置１５からの指令に基づいて、遊離砥粒供給装置３５を制御するようになっている。
【００３２】
冷却エア噴出装置３７は、冷却された圧縮空気（本実施形態における「冷却されたガス」）の供給源（図示せず）と接続された冷却エア供給系統として構成されており、その先端には図２に示す冷却エアノズル３３が設けられている。この冷却エア噴出装置３７は、ボール部材用治具２１に支持された骨頭ボール１００の球状面１００ａの温度を調整する温度調整手段として設けられており、球状面１００ａを冷却する冷却する本実施形態の冷却手段を構成している。すなわち、冷却エア噴出装置３７における冷却エアノズル３３は、図２に示すように、そのノズル口が球状面１００ａに向かって配向するように配置されており、冷却された圧縮空気（冷却エア）を球状面１００ａに対して吹きつけることでこの球状面１００ａを冷却するようになっている。また、冷却エア用電磁弁３８は、冷却エア噴出装置３７の冷却エア系統に配設されており、制御装置１５からの指令に基づいて励磁／消磁切り換えが行われることで開閉制御される電磁弁として設けられている。これにより、冷却エア噴出装置３７の冷却エア系統が連通状態と遮断状態との間でその一方の状態から他方の状態に切り換えられるようになっている。
【００３３】
揺動駆動機構１３は、図１に示すように、揺動用モータ３９、揺動主軸４０などを備えて構成されている。揺動用モータ３９は基枠１７に固定されており、揺動主軸４０は揺動用モータ３９に連結されている。揺動主軸４０の上端側には可動テーブル１８が固定され、揺動主軸４０の回動とともに可動テーブル１８が揺動するようになっている。なお、揺動主軸４０は、その軸中心がボール部材用治具２１に支持された骨頭ボール１００の中心の鉛直下方に位置するように配設されている。そして、揺動用モータ３９は、制御装置１５からの指令に基づいて（図４参照）所定の角度の範囲で正転方向及び逆転方向に回動し、これにより揺動主軸４０が回動することで、可動テーブル１８が揺動し、ボール部材用治具２１が骨頭ボール１００を中心として所定の揺動角度で揺動するようになっている。
【００３４】
制御装置１５は、例えば、ＰＬＣ（programable logic controller）として構成されており、中央処理装置、記憶装置、入出力装置などを備えて構成されている。この制御装置１５においては、図４に示すように、液量・供給間隔制御部４１、温度・定温制御部４２、ワーク回転制御部４３、揺動制御部４４、加圧・定圧制御部４５、ツール回転制御部４６が構築されている。なお、これらの各制御部（４１〜４６）では、作業者がタッチパネル式の操作盤１６（図１参照）を操作することで制御装置１５に入力される各種パラメータに基づいて各演算処理が行われるようになっている。
【００３５】
液量・供給間隔制御部４１では、コントローラ３６が遊離砥粒供給装置３５の作動を制御するための作動条件としての遊離砥粒の供給量や供給頻度の条件が演算される。この演算結果が指令値としてコントローラ３６に入力され、この指令値に基づいて遊離砥粒供給装置３５が制御されることになる。なお、遊離砥粒の供給量としては、例えば、ピストンタイプの昇圧手段が１回の押し出し動作を行うことで供給される遊離砥粒の流量（１回あたりの押し出し容積）が設定され、遊離砥粒の供給頻度としては、例えば、昇圧手段が単位時間あたりに押し出し動作を行う回数が設定されることになる。
【００３６】
温度・定温制御部４２では、温度センサ３２による球状面１００ａの温度検知結果に基づいて、作業者による操作盤１６の操作に基づいて設定された目標温度に対して所定の温度幅をもった目標温度範囲内に球状面１００ａの温度が収束するように、冷却エア用電磁弁３８およびヒータ２２が制御されるようになっている。すなわち、球状面１００ａの検知温度が目標温度範囲よりも低い温度のときは、冷却エア用電磁弁３８を「閉」の状態にするとともにヒータである電熱線２２に通電を行うように制御することで、熱伝導により球状面１００ａが加熱されるようになっている。一方、球状面１００ａの検知温度が目標温度範囲よりも高い温度のときは、電熱線２２に通電は行わずに冷却エア用電磁弁３８を「開」の状態にするように制御することで、冷却エアが球状面１００ａに吹きつけられることによりこの球状面１００ａが冷却されるようになっている。なお、制御装置１５内に温度・定温制御部１６が構築されていることで、この制御装置１５が、温度センサ３２の検知結果に基づいて球状面１００ａの温度を制御する本実施形態の制御手段を構成している。
【００３７】
ワーク回転制御部４３はワーク回転用モータ１９の回転速度の指令値を演算し、この指令値に基づいてワーク回転用モータ１９のドライブ装置（図示せず）がこのワーク回転用モータ１９を所定の回転速度で回転するように制御するようになっている。揺動制御部４４は揺動用モータ３９の回動速度の指令値を演算し、この指令値に基づいて揺動用モータ３９のドライブ装置（図示せず）がこの揺動用モータ３９を所定の揺動角度の範囲で所定の回動速度（揺動角速度）で回動するように制御するようになっている。
【００３８】
加圧・定圧制御部４５は、制御装置１５に入力されるロードセル２７による検知結果に基づいてエアシリンダ２６を制御するようになっている。すなわち、ロードセル２７によって検知されたエアシリンダ２６による押し付け荷重に基づいて、この押し付け荷重が作業者による操作盤１６の操作に基づいて設定された目標押し付け荷重に収束するように、エアシリンダ２６のシリンダ内に供給される圧縮空気の条件が変更されることになる。これにより、ボール部材用治具２１に支持された骨頭ボール１００に対して研磨治具２５の研磨部３１が目標押し付け荷重で押し付けられるように制御されることになる。
【００３９】
ツール回転制御部４６はツール回転用モータ２３の回転速度の指令値を演算し、この指令値に基づいてツール回転用モータ２３のドライブ装置（図示せず）がこのツール回転用モータ２３を所定の回転速度で回転するように制御するようになっている。
【００４０】
次に、研磨装置１による骨頭ボール１００の研磨処理である、研磨装置１の作動について説明する。まず、作業者による操作盤１６の操作によって、研磨装置１の作動条件を決定するために、制御装置１５の各制御部（４１〜４６）の各設定パラメータが入力される。そして、作業者によって骨頭ボール１００がボール部材用治具２１の嵌合部２１ａに嵌め込まれることで、骨頭ボール１００がボール部材用治具２１に支持される。
【００４１】
ボール部材用治具２１に骨頭ボール１００を支持させた状態で作業者が操作盤１６を操作し、研磨装置１による研磨処理が開始される。研磨処理が開始されると、制御装置１５による制御に基づいて、遊離砥粒供給装置３５が作動して遊離砥粒供給ノズル３４から骨頭ボール１００の球状面１００ａへの遊離砥粒の供給が開始される。そして、同様に制御装置１５による制御に基づいて、エアシリンダ２６が作動してケース２３とともにツール治具２４が付勢され、研磨治具２５が骨頭ボール１００に対して押し付けられることになる。
【００４２】
研磨治具２５の研磨部３１が骨頭ボール１００の球状面１００ａに対して押し付けられ始めると、発生した押し付け荷重がロードセル２７にて検知される。そして、エアシリンダ２６による研磨部３１の球状面１００ａに対する押し付け動作が開始されたことを検知した制御装置１５によって、目標の押し付け荷重で押し付け動作が行われるようにエアシリンダ２６が制御される。エアシリンダ２６による押し付け荷重の制御が開始されると、制御装置１５の制御に基づいて、ワーク回転用モータ１９およびツール回転用モータ２３の回転動作の制御が開始される。これにより、図２に示すように、ワーク主軸２０とともにボール部材用治具２１が設定された所定の回転速度で図中矢印（Ａ）方向に回転し、ツール軸２４とともに研磨治具２５が設定された所定の回転速度で図中矢印（Ｂ）方向に回転する。
【００４３】
また、ワーク主軸２０およびツール軸２４の回転が開始すると、制御装置１５の制御に基づいて、揺動用モータ３９の回動動作の制御が開始される。これにより、揺動主軸４０の回動とともに可動テーブル１８が揺動し、図２に示すように、ボール部材用治具２１が所定の揺動角速度で図中の両端矢印（Ｃ）方向に揺動することになる。なお、図２では、ボール部材用治具２１の揺動角度が９０度の場合を示しており、実線で示す位置から９０度揺動したボール部材用治具２１を二点鎖線で示している。
【００４４】
遊離砥粒供給ノズル３４から遊離砥粒が供給された球状面１００ａに研磨治具２５の研磨部３１が摺接した状態で、上述したように、ワーク主軸２０の回転動作、ツール軸２４の回転動作、および揺動主軸４０の回動動作が同時に行われることにより、球状面１００ａの全体に亘って満遍なく研磨処理が行われることになる。そして、上述の研磨処理が行われている間は、温度センサ３２による検知結果に基づく制御装置１５の制御によって、球状面１００ａの温度が目標温度範囲内に収まるように、冷却エア噴出装置３７および電熱線２２の作動が制御されることになる。すなわち、球状面１００ａの温度が目標温度範囲よりも低い温度であれば電熱線２２に通電が行われ、目標温度範囲よりも高い温度であれば冷却ガスが吹きつけられることになる。
【００４５】
なお、本実施形態に係る研磨装置１を用いて実際に骨頭ボール１００の研磨処理を行った。研磨条件としては、ワーク主軸２０の回転速度を２０００ｒｐｍ、揺動角速度を２０°／ｓｅｃ、ツール軸２４の回転速度を３００ｒｐｍ、エアシリンダ２６によって研磨部３１が骨頭ボール１００を押し付ける押し付け荷重を１４７Ｎ、球状面１００ａの目標温度を１５０℃、遊離砥粒の供給量および供給頻度を０．０１ｇずつ１分間隔、にそれぞれ設定し、研磨時間を３０分として研磨処理を行った。その結果、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１５μｍの水準で球状面１００ａの全面に亘ってほぼ均一な表面粗さ状態を達成してムラがなく良好な鏡面仕上げを実現することができた。
【００４６】
以上説明した研磨装置１によると、ボール部材用治具２１に支持された骨頭ボール１００の表面の球状面１００ａに遊離砥粒を供給しながら、ボール部材用治具２１と研磨治具２５とをそれぞれ回転させるとともにボール部材用治具２１を揺動させることで、骨頭ボール１００の球状面１００ａが研磨されることになる。そして、骨頭ボール１００の球状面１００ａと研磨部３１との間の相対速度に応じた熱量が発生し、球状面１００ａの温度が変化して球状面１００ａと研磨部３１との間の研磨領域に存在している遊離砥粒の状態も変化することが懸念されるが、電熱線２２または冷却エア噴出装置３７によって球状面１００ａの温度を適宜所望の温度に近づくように調整することができるため、遊離砥粒の状態が不安定になることも抑制されることになる。このため、球状面１００ａと研磨部３１との間の相対速度を変化させた場合であっても、変動の少ない安定した研磨条件の下で高精度の研磨処理を継続することができる。したがって、骨頭ボール１００の表面仕上げ品質のばらつきを抑制するとともに、研磨効率の低下を抑制することができる人工関節用ボール部材の研磨装置１を得ることができる。
【００４７】
また、研磨装置１によると、温度調整手段として加熱用のヒータ２２を用いて骨頭ボール１００の球状面１００ａの温度を調整することができる。遊離砥粒が研磨剤としての性能を発揮するための適切な温度よりも研磨時の球状面１００ａの温度が低い場合、遊離砥粒の流動性が不十分な状態となってしまう。このため、遊離砥粒が研磨剤としての性能を発揮するための適切な温度まで、ヒータ２２によって球状面１００ａを加熱するように制御することで、良好な研磨状態を確保することができる。
【００４８】
また、研磨装置１によると、ボール部材用治具２１に配設された電熱線２２で発生した熱が、ボール部材用治具２１に支持された骨頭ボール１００に熱伝導により伝達されことになる。このため、ボール部材用治具２１に電熱線２２を配設するという簡易な構成によって、骨頭ボール１００の球状面１００ａを確実且つ容易に加熱することができる。
【００４９】
また、研磨装置１によると、温度調整手段として骨頭ボール１００の球状面１００ａを冷却する手段である冷却エア噴出装置３７を用いてその球状面１００ａの温度を調整することができる。球状面１００ａと研磨部３１との間の研磨領域での発熱量が大きすぎると、遊離砥粒が蒸発してしまい球状面１００ａと研磨部３１との部分的な固着現象を生じてしまう虞がある。このため、遊離砥粒が蒸発してしまうことなく研磨剤としての性能を発揮するための適切な温度に維持されるように、冷却エア噴出装置３７によって球状面１００ａを冷却するように制御することで、良好な研磨状態を確保することができる。
【００５０】
また、研磨装置１によると、冷却されたガス（冷却エア）が骨頭ボール１００の球状面１００ａに吹きつけられることで、この球状面１００ａが冷却されることになる。このため、球状面１００ａに向かって冷却ガスを吹きつけるという簡易な構成によって、球状面１００ａを確実且つ容易に加熱することができる。
【００５１】
また、研磨装置１によると、ボール部材１００の球状面１００ａの温度を温度センサ３２で検知してこの検知結果に基づいてその球状面１００ａの温度を制御することができるため、球状面１００ａの温度を良好な研磨状態を確保できる適切な温度に常時維持することができる。
【００５２】
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、次のように変更して実施してもよい。
【００５３】
（１）本実施形態では、人工股関節において用いられる骨頭ボールの研磨処理を例にとって説明したが、この例に限らず、本発明は、例えば、人工肩関節や人工膝関節などにおいて用いられるボール部材の研磨処理に対しても適用することもできる。
【００５４】
（２）本実施形態では、ボール部材用治具がボール部材である骨頭ボールを中心として揺動する場合を例にとって説明したが、この例に限らず、ボール部材用治具および研磨治具のうちの少なくともいずれか一方がボール部材を中心として揺動するように駆動されるものであればよい。図５は、変形例に係る研磨装置におけるボール部材用治具の近傍を拡大して示す断面の模式図であり、本実施形態の図２に対応する図である。なお、図５では、本実施形態の研磨装置１と同様の要素については同一の符号を付している。この図５に示すように、ボール部材用治具１２１が図中矢印（Ａ）方向で示す回転動作のみを行い、研磨治具１２５が図中矢印（Ｂ）方向で示す回転動作と図中矢印（Ｃ）方向で示す揺動動作とを行うものであってもよい。
【００５５】
（３）図５に示すように、ボール部材用治具１２１は、嵌合孔１００ｂに嵌合する先端部分として交換可能な可換先端部１２１ａを有するように形成されているものであってもよい。そして、その可換先端部１２１ａ内に、ボール部材用治具１２１の加熱用電気線（１２２ａ、１２２ｂ）の一部である加熱用電気線１２２ｂが配設されているものであってもよい。この場合、加熱用電気線１２２ａと加熱用電気線１２２ｂとは分離可能に構成されており、可換先端部１２１ａとともにこの可換先端部１２１ａ内に配設された加熱用電気線１２２ｂも交換されることになる。
この構成によると、ボール部材用治具１２１の可換先端部１２１ａに加熱用電気線１２２ｂを配設することで、熱伝導によりボール部材１００の球状面１００ａを確実且つ容易に加熱することができる。そして、ボール部材用治具１２１はボール部材１００の嵌合孔１００ｂに嵌合する先端部分が交換可能に形成されているため、ボール部材１００の嵌合孔１００ｂの寸法に応じて可換先端部１２１ａを適宜交換するだけで、種々の寸法のボール部材１００に対応してこのボール部材１００を容易に支持することができる。
【００５６】
（４）本実施形態ではボール部材用治具にヒータが配設されている場合を例にとって説明したが、この例に限らず、例えば、図５に示すように、研磨治具１２５の内部にヒータとしての加熱用電気線１２２ｃが配設されているものであってもよい。なお、図５では、ボール部材用治具１２１および研磨治具１２５のいずれにもヒータとしての加熱用電気線が設けられている場合を例示しているが、研磨治具１２５のみにヒータが設けられているものであってもよい。
【００５７】
（５）温度調整手段として冷却手段とヒータのいずれか一方のみを備えているものであってもよく、例えば、遊離砥粒の性状に応じて、適宜温度調整手段を選択してもよい。また、冷却手段およびヒータについては、本実施形態で例示した手段に限らず、種々の手段を選択することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、人工関節において用いられるボール状に形成されたボール部材に対してその表面を研磨するための人工関節用ボール部材の研磨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】
【００５９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る人工関節用ボール部材の研磨装置を例示する正面図である。
【図２】図１に示す研磨装置におけるボール部材用治具の近傍を拡大して示す一部断面を含む図である。
【図３】図２に示すボール部材用治具を示す図であり、図３（ａ）では骨頭ボールの断面図とともに示しており、図３（ｂ）では一部切欠き断面図を示している。
【図４】図１に示す研磨装置の制御ブロック図である。
【図５】変形例に係る研磨装置におけるボール部材用治具の近傍を拡大して示す断面の模式図である。
【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】
【００６０】
１              人工関節用ボール部材の研磨装置
１３            揺動駆動機構
２１            ボール部材用治具
２２            加熱用電気線（温度調整手段、ヒータ）
２５            研磨治具
３１            研磨部
３５            遊離砥粒供給装置（遊離砥粒供給手段）
３７            冷却エア噴出装置（温度調整手段、冷却手段）
１００          骨頭ボール（ボール部材）
１００ａ        球状面
１００ｂ        嵌合孔
【図１】
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【図２】
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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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