JP2012047510A - Sterile environment wear test apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摩耗試験を無菌環境下で行える摩耗試験装置であり、好適には、人工関節等に用いられる素材、例えば、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)の摩耗試験を無菌環境下で行える無菌環境型摩耗試験装置に関するものである。 The present invention is a wear test apparatus capable of performing a wear test in an aseptic environment, and preferably an aseptic environment capable of performing a wear test of a material used for an artificial joint or the like, for example, ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) in an aseptic environment. The present invention relates to a mold wear test apparatus.
人工関節は、摺動相性のよいチタン合金やコバルト−クロム−モリブデン合金からなる金属とUHMWPEとの組合せが多く用いられている。この場合、関節運動によって主にUHMWPEが摩耗し、その摩耗粉をマクロファージが貪食してサイトカインなるタンパク質を産出し、サイトカインが破骨細胞を刺激して骨の溶解を招くといわれている。人工関節を装着する骨が溶解すると、人工関節の緩み、所謂、ルーズニングが発生し、再手術等が必要になる。 For the artificial joint, a combination of a metal made of a titanium alloy or a cobalt-chromium-molybdenum alloy having good sliding compatibility and UHMWPE is often used. In this case, it is said that UHMWPE is mainly worn by joint movement, and macrophages phagocytose the wear powder to produce cytokine protein, which stimulates osteoclasts and causes bone lysis. When the bone to which the artificial joint is attached dissolves, the artificial joint loosens, so-called loosening, and re-operation is required.
この場合、UHMWPEの摩耗現象を検証するためには、UHMWPEを生体内と同じ環境、すなわち、無菌環境下で摩耗試験を行ってみる必要がある。また、UHMWPEの摩耗をより招き易い酸化を防止するためにビタミンE等を添加することが行われているが、その添加量を検証するためにも同様な試験が必要になる。さらに、別の添加物を探索する場合も同様である。 In this case, in order to verify the wear phenomenon of UHMWPE, it is necessary to perform a wear test on UHMWPE in the same environment as the living body, that is, in an aseptic environment. In addition, vitamin E or the like is added to prevent oxidation that tends to cause wear of UHMWPE, but a similar test is required to verify the amount of addition. The same applies when searching for another additive.
この種の摩耗試験装置として下記特許文献1に示されるものがある。これは、ピン状試験検体(金属又はUHMWPE)とプレート状試験検体(UHMWPE又は金属)を体液に相当する潤滑液に浸漬して一定に押圧した状態で相互に摺動させてその摩耗物を検出するものである。ところが、この先行技術のものは、両試験検体及び摺動部が空気に曝されていることから、空気中の雑菌によって潤滑液が腐敗に基づく変性を起こし、試験中、潤滑液の性質・性状を一定に保てない。さらに、潤滑液の変性は温度によって起こることもある。 There exists what is shown by following patent document 1 as this kind of abrasion test apparatus. This is because the pin-shaped test specimen (metal or UHMWPE) and the plate-shaped test specimen (UHMWPE or metal) are immersed in a lubricating liquid equivalent to body fluid and slid against each other in a state where they are pressed against each other. To do. However, in this prior art, since both the test specimen and the sliding part are exposed to air, the lubricant is denatured based on spoilage due to various germs in the air. Cannot be kept constant. Furthermore, the modification of the lubricating liquid may occur depending on the temperature.
このような潤滑液が変性した下での試験では、摩耗物の形態や量が変わることがあり、この結果、適正な成果が得られない。このため、潤滑液を絶えず監視している必要があり、変性が認められたら直ちに交換する等しなければならなかった。したがって、試験を常に監視下で行う必要があるとともに、潤滑液の交換等の操作に多大な手間と時間を要していた。 In such a test under the condition that the lubricating liquid is denatured, the form and amount of the worn article may change, and as a result, an appropriate result cannot be obtained. For this reason, it was necessary to constantly monitor the lubricating liquid, and it was necessary to replace it immediately when degeneration was observed. Therefore, it is necessary to always perform the test under supervision, and much effort and time are required for operations such as replacement of the lubricating liquid.
本発明は、このような課題を解決するものであり、摩耗試験を生体内と同じ無菌環境下で行えるようにしたものである。 The present invention solves such a problem, and allows the wear test to be performed in the same aseptic environment as in vivo.
以上の課題の下、本発明は、請求項1に記載した、無菌環境下で潤滑液に浸漬した状態で二つの滅菌した試験検体を押圧して摺動させ、両試験検体の摩耗特性及び状況を評価する無菌環境型摩耗試験装置において、一方の試験検体を収容するカップと他方の試験検体を取り付けるヘッドとを対向する下方位置と上方位置とに設置するとともに、ヘッドとカップとの間を密封して覆うフレキシブルなカバーをヘッドとカップとに渡し架けたことを特徴とする無菌環境型摩耗試験装置を提供したものである。 Under the above-mentioned problems, the present invention provides the wear characteristics and status of both test specimens as described in claim 1 by pressing and sliding two sterilized test specimens immersed in a lubricating liquid in an aseptic environment. In a sterile environment-type wear test device that evaluates the condition, a cup containing one test specimen and a head to which the other test specimen is attached are placed at a lower position and an upper position facing each other, and the head and the cup are sealed. Thus, a sterile environment type wear test apparatus is provided in which a flexible cover that covers the head and the cup is provided.
また、本発明は、以上の無菌環境型摩耗試験装置において、請求項2に記載した、ヘッドが上下動できてその重量が任意に変更できるものであり、両試験検体の押圧力が調整できるものである手段、請求項3に記載した、ヘッドに取り付ける試験検体とカップに収容する試験検体が医療用インプラントである手段、請求項4に記載した、ヘッドに取り付ける試験検体とカップに収容する試験検体が生体組織又は再生された生体組織である手段、請求項5に記載した、ヘッドに取り付ける試験検体とカップに収容する試験検体が医療用インプラント並びに生体組織又は再生された生体組織の組合せである手段を提供する。 Further, the present invention is the above-described aseptic environment type wear test apparatus, wherein the head can be moved up and down and its weight can be arbitrarily changed, and the pressing force of both test specimens can be adjusted. 5. The means according to claim 3, wherein the test specimen attached to the head and the test specimen contained in the cup are medical implants, and the test specimen attached to the head and the test specimen contained in the cup according to claim 4. The means in which the test specimen attached to the head and the test specimen housed in the cup are a combination of a medical implant and the biological tissue or the regenerated biological tissue. I will provide a.
さらに、請求項6に記載した、ヘッドとカップとをそれぞれのベースに対して前後にスライド可能にするとともに、ヘッドとカップとをハンドルで連結し、ハンドルを操作することでカバーを取り付けたままでヘッドとカップとを一体にしてそれぞれのベースから取外し可能にするカートリッジ式とした手段、請求項7に記載した、ヘッドとカップの組をそれぞれのベースに対して複数設けた手段、請求項8に記載した、カップにニップルを取り付け、ニップルに摩耗物や潤滑液といったカップの貯留物を採取できるチャンネルを密封して取り付けた手段を提供する。 Furthermore, the head and the cup according to claim 6 can be slid back and forth with respect to the respective bases, the head and the cup are connected with the handle, and the head is attached with the cover attached by operating the handle. 9. A cartridge-type means for integrally attaching the cup and the cup to each base so as to be removable from each base, and means for providing a plurality of head and cup pairs for each base according to claim 7. In addition, a means for attaching a nipple to a cup and sealingly attaching a channel capable of collecting a cup storage such as wear and lubricant to the nipple is provided.
加えて、請求項9に記載した、ニップルの高さ及び角度を変えてカップに複数取り付け、貯留物を採取できるレベルを任意に選択できるようにした手段、請求項10に記載した、ヘッドが流体シリンダで上下動できるようにしてあり、流体シリンダの制御によってヘッドが自由に又は任意の速度で落下できるようにしてある手段、請求項11に記載した、上記いずれかの無菌環境型摩耗試験装置を空調機器が取り付けられて温度調整が可能な恒温ボックス内に収容した手段を提供する。 In addition, the means according to claim 9, wherein a plurality of nipple heights and angles are attached to the cup, and a level at which a reservoir can be collected can be arbitrarily selected. 12. The aseptic environment-type wear test apparatus according to claim 11, wherein the head can be moved up and down by a cylinder, and the head can fall freely or at an arbitrary speed by controlling a fluid cylinder. Provided is a means accommodated in a thermostatic box to which air conditioning equipment is attached and temperature adjustment is possible.
請求項1の発明によると、摩耗試験を無菌環境下で行うものであるから、両試験検体や潤滑液はもちろんのこと、これらを取り付けるヘッド、カップ及びカバーも当然ながら滅菌処理されて無菌環境下にあることになり、この無菌環境は試験中もその状態が保たれることになる。したがって、潤滑液の変性等も起こらず、生体内と同じ環境で試験を行えるとともに、絶えず監視している必要もない。 According to the invention of claim 1, since the wear test is performed in an aseptic environment, not only the test specimens and the lubricating liquid, but also the head, cup and cover to which these are attached are naturally sterilized and the aseptic environment is maintained. This sterile environment will remain that way during testing. Therefore, the lubricant is not denatured, the test can be performed in the same environment as the living body, and it is not necessary to constantly monitor.
請求項2の手段によれば、両試験検体の押圧力を変更できるし、請求項3〜5の手段によれば、人工関節に用いられる材料や生体組織同士或いは人工関節に用いられる材料や生体組織等を組み合わせた際の摩耗試験を生体内と同じ環境で検証できる。請求項6の手段によれば、無菌環境下でのカートリッジの組立も分解が可能になるとともに、請求項7の手段によれば、多くの試験を同時にできる。請求項8の手段によれば、摩耗物や潤滑液といったカップ内の貯留物の採取の操作が容易であり、かつ、試験中に貯留物を汚染されることなく採取でき、請求項9の手段によれば、異なるレベルにある貯留物を採取できる。請求項10の手段によれば、衝撃試験も可能になる。請求項11の手段によれば、温度の設定を適正にすることで生体内に模した温度環境にできるし、かつ、潤滑液の温度も一定に保て、潤滑液中に含まれるタンパク質成分の温度による変性を防ぐことができる。 According to the means of claim 2, the pressing force of both test specimens can be changed, and according to the means of claims 3 to 5, the material used for the artificial joint, the living tissue, or the material used for the artificial joint or the living body The wear test when combining tissues etc. can be verified in the same environment as in vivo. According to the means of claim 6, the assembly of the cartridge in an aseptic environment can be disassembled, and according to the means of claim 7, many tests can be performed simultaneously. According to the means of claim 8, the operation of collecting the stored matter in the cup such as a worn article or lubricating liquid is easy, and the stored substance can be collected without being contaminated during the test. According to the above, it is possible to collect the reservoirs at different levels. According to the means of claim 10, an impact test is also possible. According to the means of claim 11, by setting the temperature appropriately, a temperature environment imitating the living body can be obtained, and the temperature of the lubricating liquid can be kept constant, and the protein component contained in the lubricating liquid can be kept constant. Denaturation due to temperature can be prevented.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。本発明に係る試験装置(以下、装置)は、図1〜図2に示すように、装置が収納されるボックス1を有しており、ボックス1の基部2に下部テーブル3を前後(X軸)方向に移動可能に載置し、下部テーブル3に上部テーブル4を左右(Y軸)方向に移動可能に載置している。なお、これら下部テーブル3及び上部テーブル4のX軸及びY軸方向の移動は、サーボモータ5、6によるボールスクリュー・ナット機構7、8によるのが制御が容易であって好ましい。そして、上部テーブル4にベース9を載置し、ベース9の上面にはカップ10を固定している。本例では、三個のカップ10を設けているが、これに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1 to FIG. 2, a test apparatus (hereinafter referred to as “apparatus”) according to the present invention has a box 1 in which the apparatus is accommodated. The upper table 4 is placed on the lower table 3 so as to be movable in the left-right (Y-axis) direction. The movement of the lower table 3 and the upper table 4 in the X-axis and Y-axis directions is preferably controlled by the ball screw / nut mechanisms 7 and 8 by the servo motors 5 and 6 because it is easy to control. A base 9 is placed on the upper table 4, and a cup 10 is fixed to the upper surface of the base 9. In this example, three cups 10 are provided, but the present invention is not limited to this.
なお、この場合のカップ10は、ステンレス等の耐蝕性の素材や耐蝕処理が施された金属及び硬質樹脂等で構成される。後者の場合、透明なものにしておけば、試験の状態を透視できる利点がある。カップ10の対向する上方には上下(Z軸)方向に移動可能な昇降台11が設けられており、昇降台11には索条12が連結され、索条12はボックス1に設けられたコラム13の上部に取り付けられた滑車14で下方に方向転換され、その端にバランスウェイト15が吊り下げられている。このバランスウェイト15の重量は昇降台11の重量と釣り合っており、昇降台11自体は無重量となっている。 In this case, the cup 10 is made of a corrosion-resistant material such as stainless steel, a metal subjected to a corrosion-resistant treatment, a hard resin, or the like. In the latter case, if it is transparent, there is an advantage that the state of the test can be seen through. A lifting platform 11 is provided above the cup 10 so as to be movable in the vertical direction (Z-axis). A cable 12 is connected to the lifting platform 11, and the cable 12 is a column provided in the box 1. The direction is changed downward by a pulley 14 attached to the upper portion of 13 and a balance weight 15 is suspended from the end thereof. The weight of the balance weight 15 is balanced with the weight of the lifting platform 11, and the lifting platform 11 itself is weightless.
また、昇降台11にはユニットとなった錘16が載せられるようになっており、載せた錘16の重量だけが下方に負荷されるようになっている。さらに、昇降台11の下部にはベース17が取り付けられており、ベース17からはヘッド18が下方に突出している。この場合のヘッド18は下方ほど細い三段構成の円筒形をしており、もっとも径の大きな部分の径はカップ10の径とほぼ同じに設定されている。 Further, a weight 16 as a unit is placed on the lifting platform 11, and only the weight of the placed weight 16 is loaded downward. Further, a base 17 is attached to the lower part of the lifting platform 11, and a head 18 projects downward from the base 17. In this case, the head 18 has a three-stage cylindrical shape that is narrower toward the bottom, and the diameter of the largest diameter portion is set to be substantially the same as the diameter of the cup 10.
この場合、カップ10やヘッド18はそれぞれのベース9、17にネジ等で固定していてもよいが(ネジを緩めれば取り外せる)、次のようにするのが好ましい。すなわち、カップ10の上部とヘッド18の下部にそれぞれスライド板10a、18aを設け、これらスライド板10a、18aをそれぞれのベース9、17に対して前後にスライドできるようにしておき、スライドさせて引き出したり、押し込んだりできるようにしておくことである。 In this case, the cup 10 and the head 18 may be fixed to the respective bases 9 and 17 with screws or the like (can be removed by loosening the screws), but the following is preferable. That is, slide plates 10a and 18a are provided on the upper portion of the cup 10 and the lower portion of the head 18, respectively. The slide plates 10a and 18a are slidable back and forth with respect to the respective bases 9 and 17, and are slid and pulled out. Or be able to push it in.
加えて、本例では、図3〜図5に示すように、各スライド板10a、18aの前端に縦に延びるハンドル19を各々ボルト(正確にはナット)20で止めて連結しており、カップ10とヘッド18とを一体に取り扱えるようにしている。したがって、ハンドル19を握ることで装置から取外し又は取付けができるようになっている。すなわち、カップ10とヘッド18からなるセットをカートリッジ式にしたものである。これによると、滅菌処理や試験時の操作を容易、迅速にすることができ、無菌環境下(クリーン室等)での操作を可能にしている。 In addition, in this example, as shown in FIG. 3 to FIG. 5, handles 19 extending vertically at the front ends of the slide plates 10 a and 18 a are respectively connected by bolts (precisely nuts) 20. 10 and the head 18 can be handled integrally. Therefore, the handle 19 can be detached or attached from the apparatus by grasping the handle 19. That is, the set including the cup 10 and the head 18 is a cartridge type. According to this, the sterilization treatment and the operation at the time of the test can be easily and quickly performed, and the operation in an aseptic environment (clean room or the like) is enabled.
また、カップ10とヘッド18との間にはフレキシブルなカバー21が渡し架けられており、空気中の雑菌を遮蔽している。なお、カバー21をフレキシブルなものとするのは、ヘッド18とカップ10とが試験に際して上下及び前後左右の位置を互いに変えるから、それに対応させるためである。本例のカバー21は樹脂製のベローズ管を使用しており、その上下端をヘッド18の最大径とカップ10の外周に挿入し、バンド22等で強く縛ったものにしている。これにより、カバー21の中は外気と遮断され、空気中の雑菌等は浸入しないものになっている。 Further, a flexible cover 21 is stretched between the cup 10 and the head 18 to shield germs in the air. The reason why the cover 21 is flexible is that the head 18 and the cup 10 change the positions of the top, bottom, front, back, left, and right of each other during the test. The cover 21 of this example uses a resin bellows tube, and its upper and lower ends are inserted into the maximum diameter of the head 18 and the outer periphery of the cup 10 and are tightly bound by a band 22 or the like. Thereby, the inside of the cover 21 is shielded from outside air, so that various germs in the air do not enter.
さらに、図5〜図6に示すように、カップ10の外周には複数のニップル23が取り付けられており、ニップル23にはカップ10内の摩耗物や潤滑液等(以下、貯留物という)を取り出すためのチャンネル24が密封して取り付けられている。この場合、チャンネル24(ニップル23)が設けられる高さは種々変えてあり、各チャンネル24からは異なったレベルの貯留物を取り出せるようになっている。 Furthermore, as shown in FIGS. 5 to 6, a plurality of nipples 23 are attached to the outer periphery of the cup 10, and worn articles, lubricating liquids, etc. (hereinafter referred to as storage) in the cup 10 are attached to the nipples 23. A channel 24 for removal is hermetically attached. In this case, the height at which the channels 24 (nipples 23) are provided is variously changed so that different levels of storage can be taken out from each channel 24.
この他、コラム13の後方にブラケット25を突設し、ブラケット25に流体シリンダ(本例ではエアーシリンダ)26をロッド26aを下向きにして取り付け、ロッド26aに支点27を中心にして回動するレバー28を枢着している。したがって、エアーシリンダ26の正圧室に高圧空気を供給すると、ロッド26aは伸長し、これに伴ってレバー28が昇降台11を押し上げるようになっている。そして、正圧室の空気を適宜に調整して抜くことで昇降台11が自由に又は任意の速度で落下するようになっている。なお、本例では、エアーシリンダ26を一つとしてすべての昇降台11を同時に上下動するようにしているが、各昇降台10ごとにエアーシリンダ10を取り付けてもよく、こうすると、昇降台11を個別に上下動できる。このような装置の全体図が図7〜図9である。 In addition, a bracket 25 protrudes behind the column 13, a fluid cylinder (air cylinder in this example) 26 is attached to the bracket 25 with the rod 26a facing downward, and a lever that rotates about the fulcrum 27 on the rod 26a. 28 is pivoted. Therefore, when high-pressure air is supplied to the positive pressure chamber of the air cylinder 26, the rod 26a extends, and the lever 28 pushes up the elevator 11 along with this. And the lifting / lowering base 11 falls freely or at arbitrary speed | rates by adjusting the air of a positive pressure chamber suitably, and extracting. In this example, one air cylinder 26 is used and all the elevators 11 are moved up and down at the same time. However, the air cylinders 10 may be attached to each of the elevators 10. Can be moved up and down individually. An overall view of such an apparatus is shown in FIGS.
次に、以上の装置による摩耗試験について説明する。まず、押圧して摺動させる二つの試験検体29、30を選択する。本例では、人工関節の摩耗試験であることから、ヘッド18に取り付ける試験検体は金属製又はUHMWPEのピン29とし、カップ10に収容する試験検体はUHMWPE又は金属製のプレート30とした。この際、ピン29及びプレート30はもちろん、ピン29やプレート30に触れる虞のあるヘッド18、カップ10、カバー21、ハンドル19といった部材もすべて滅菌処理する。なお、ここでの滅菌処理とそれに基づく無菌環境とは、完全に無菌な状態はもちろんであるが、生体内で増殖が抑えられる程度のごくわずかな菌が存在する場合も含まれるものとする。この滅菌処理には、ガス滅菌、高圧蒸気滅菌及び放射線滅菌のいずれか或いは複合したものが考えられる。 Next, a wear test using the above apparatus will be described. First, two test specimens 29 and 30 to be pressed and slid are selected. In this example, since this is an artificial joint wear test, the test specimen attached to the head 18 was made of metal or UHMWPE pin 29, and the test specimen housed in the cup 10 was UHMWPE or metal plate 30. At this time, not only the pins 29 and the plate 30, but also the members such as the head 18, the cup 10, the cover 21, and the handle 19 that may come into contact with the pins 29 and the plate 30 are sterilized. Here, the sterilization treatment and the aseptic environment based on the sterilization process include not only a completely aseptic condition but also a case where there are very few bacteria that can suppress growth in vivo. As this sterilization treatment, any one of gas sterilization, high-pressure steam sterilization and radiation sterilization or a combination thereof may be considered.
次いで、ヘッド18にピン29を取り付けるのであるが、この構造は、ヘッド18の下端に穴を形成しておき、これにピン29を挿入してネジ等で固定すればよい。また、ヘッド18の下端に縫い付けてもよいし、ヘッド18にチャックのようなものを取り付けてもよい。さらに、カップ10にはプレート30を固定することになるが、これは適宜な押え具31によればよい。ところで、これらの操作はすべて無菌環境下で行う。すなわち、ハンドル19を握ってヘッド18とカップ10をクリーン室に持ち込み、カバー21を外してヘッド18にピン29を取り付け、カップ10の底部にプレート30を上記した押え具31で固定する。 Next, a pin 29 is attached to the head 18. In this structure, a hole is formed in the lower end of the head 18, and the pin 29 is inserted into the hole and fixed with a screw or the like. Further, the head 18 may be sewn to the lower end, or a chuck or the like may be attached to the head 18. Furthermore, the plate 30 is fixed to the cup 10, and this may be achieved by using an appropriate presser 31. By the way, all these operations are performed in an aseptic environment. That is, the head 19 and the cup 10 are brought into the clean chamber by grasping the handle 19, the cover 21 is removed, the pin 29 is attached to the head 18, and the plate 30 is fixed to the bottom of the cup 10 with the presser 31 described above.
この際、生体内と同じ条件にするために関節液・体液に相当する牛血清等の潤滑液を注入する。もちろん、この潤滑液も滅菌処理してあることが条件になるし、潤滑液は少なくともピン29とプレート30との摺動面が浸漬するまで注入する。そして、カバー21を取り付け、ハンドル19を持ってクリーン室から出て装置のところまで行き、ベース9、17に押し込んで所定の位置でストッパ機構、ディタント機構、ネジ止め等による位置決めする。 At this time, a lubricating liquid such as bovine serum corresponding to the joint fluid and body fluid is injected to make the same conditions as in the living body. Of course, this lubricating liquid must be sterilized, and the lubricating liquid is injected until at least the sliding surfaces of the pins 29 and the plate 30 are immersed. Then, the cover 21 is attached, and the handle 19 is held out of the clean room to reach the device, and is pushed into the bases 9 and 17 to be positioned at predetermined positions by a stopper mechanism, a distant mechanism, screwing or the like.
これで試験準備が完了したことになり、昇降台11に予め設定した錘16を載せるが、このとき、ナット20を外し、ハンドル19をベース9、17から切り離しておく必要がある。錘16の重量をピン29に影響させるためと、ヘッド18とカップ10(この場合はカップ10)は上下及び前後左右に独立して動く必要があるから、ハンドル19が存在していては邪魔になるからである。これにより、昇降台11は錘16の重量でピン29を所定の押圧力で押圧する。 The test preparation is now completed, and the weight 16 set in advance is placed on the lifting platform 11. At this time, it is necessary to remove the nut 20 and separate the handle 19 from the bases 9 and 17. In order to influence the weight of the weight 16 on the pin 29, the head 18 and the cup 10 (in this case, the cup 10) need to move independently up and down, front and rear, and left and right. Because it becomes. As a result, the lifting platform 11 presses the pin 29 with a predetermined pressing force by the weight of the weight 16.
この後、下部テーブル4と上部テーブル3とをサーボモータ5、6を制御して所定に動かせば、無菌環境を保ったままで、しかも、摺動面に潤滑液が存在する状態で、かつ、所定の押圧力での摺動試験ができることになる。なお、摺動範囲はサーボモータ5、6を制御することで一定の域にすることも可能であり、この目的に沿ったプログラムを組んでおけばよい。この試験により、金属とUHMWPEの摩耗の実態を観察でき、人工関節の回転部とその摺動面との間の摩耗及び金属又はUHMWPEと軟骨等の生体組織の摩耗の状況を検証できる。 Thereafter, if the lower table 4 and the upper table 3 are moved to a predetermined position by controlling the servo motors 5 and 6, the aseptic environment is maintained and the lubricant is present on the sliding surface, and the predetermined amount is maintained. A sliding test with a pressing force of can be performed. The sliding range can be set to a certain range by controlling the servo motors 5 and 6, and a program in accordance with this purpose may be set up. By this test, the actual state of wear of the metal and UHMWPE can be observed, and the wear between the rotating portion of the artificial joint and its sliding surface and the wear of the living tissue such as metal or UHMWPE and cartilage can be verified.
この試験のとき、エアーシリンダ26による昇降台11の落下に基づく衝撃試験も可能になり、割れや欠けといった耐衝撃性も調べることができる。さらに、ボックス1に空調機器等を取り付け、ボックス1内を温度調整が可能で恒温状態を保てるようにしておけば、試験環境は更に体内環境に模したものになる。そして、カップ10内の貯留物を採取するときには上記したチャンネル24から吸引すればよい。このとき、チャンネル24は種々のレベル(例えば、沈殿物や上澄液等)の貯留物を区分けして吸引できる。もちろん、カップ10をクリーン室等に持ち込んで、この中で採取してもよい。 At the time of this test, an impact test based on the drop of the elevator 11 by the air cylinder 26 can be performed, and impact resistance such as cracking and chipping can be examined. Further, if an air conditioner or the like is attached to the box 1 so that the inside of the box 1 can be adjusted in temperature and kept at a constant temperature, the test environment further mimics the internal environment. Then, when collecting the stored substance in the cup 10, it may be sucked from the channel 24 described above. At this time, the channel 24 can separate and aspirate stored substances of various levels (for example, sediment and supernatant). Of course, the cup 10 may be brought into a clean room or the like and collected therein.
ところで、以上の試験は単に押圧力と時間による摩耗量の計測だけでなく、摩耗粉のマクロフアージによる貪食状態を観察したりする際に必要である雑菌で汚染されていない摩耗粉及び潤滑液等の入手も可能とする。この場合、ヘッド18とカップ10の組が三組あることは、この試験を多数同時にできることを意味し、この点で、組数は更に多くてもよい。 By the way, the above test is not only measurement of the amount of wear by pressing force and time, but also wear powder and lubricating liquid etc. that are not contaminated with bacteria necessary for observing the phagocytic state due to macrophage of wear powder. It can also be obtained. In this case, the fact that there are three sets of the head 18 and the cup 10 means that many tests can be performed simultaneously, and in this respect, the number of sets may be further increased.
以上は本発明の基本的な形態であるが、本発明は、この他に種々改変された形態をとることもある。例えば、ヘッドはZ軸方向に昇降できるものに限らない。ただし、ヘッドに取り付けるピンはプレートに対して押圧力を変更できる必要があることから、例えば、ピンをヘッドに対して一定の弾発力で下方付勢し、この弾発力を調整できるようにしておくことも考えられる。 The above is the basic form of the present invention, but the present invention may take various modified forms. For example, the head is not limited to one that can move up and down in the Z-axis direction. However, since the pin attached to the head needs to be able to change the pressing force against the plate, for example, the pin is biased downward with a certain elastic force against the head so that the elastic force can be adjusted. It is also possible to keep it.
また、各ベースの移動はX軸又はY軸だけであってもよい。このとき、ピンでは幅が狭いような場合には、ピンに代えて幅が広い刷毛のようなもの使用すれば、広い範囲で摺動できる。このように昇降台を廃したり、ベースの移動を一軸だけにすると、構造が極めて簡単になる。さらに、ヘッドを回転させることも可能であり、これのもっとも簡単な構造は、ヘッド側のベースの下面にサーボモータを取り付け、その出力軸をヘッドに連結するものである。これによると、摺動距離を多くとることができ、実験を短時間で行える利点がある。 Further, the movement of each base may be only the X axis or the Y axis. At this time, if the pin has a narrow width, it can slide over a wide range by using a brush having a wide width instead of the pin. If the lifting platform is eliminated or the movement of the base is only one axis, the structure becomes extremely simple. Further, it is possible to rotate the head, and the simplest structure thereof is to attach a servo motor to the lower surface of the base on the head side and connect the output shaft to the head. According to this, there is an advantage that a large sliding distance can be taken and an experiment can be performed in a short time.
また、カップにホースを突入させ、ホースから空気を吸気又は給気してホース内を減圧又は加圧することも可能である。減圧又は加圧条件はUHMWPEの成形性の問題であるが、摩擦自体を減圧又は加圧下で行って摩耗粉の状況を観察するという参考的な試験を可能にするし、特に、減圧下での試験は雑菌の繁殖を抑える効果もある。さらに、試験検体は金属やUHMWPEに限らず何であってもよい。要するに、無菌環境下で摺動させ、その摩耗等を調べるものであればなんでもよい。さらに、無菌環境下でない摺動試験にも適用できるのはいうまでもない。 It is also possible to make a hose enter the cup and to suck or supply air from the hose to depressurize or pressurize the inside of the hose. Depressurization or pressurization conditions are a matter of moldability of UHMWPE, but it enables a reference test in which the friction itself is performed under depressurization or pressurization to observe the state of wear powder, and particularly under reduced pressure. The test also has the effect of suppressing the growth of germs. Furthermore, the test specimen is not limited to metal and UHMWPE, and may be anything. In short, anything may be used as long as it slides in an aseptic environment and examines its wear and the like. Furthermore, it goes without saying that the present invention can also be applied to a sliding test that is not under aseptic environment.
1 ボックス
2 基部
3 下部テーブル
4 上部テーブル
5 サーボモータ
6 サーボモータ
7 ボールスクリュー・ナット機構
8 ボールスクリュー・ナット機構
9 ベース
10 カップ
10a スライド板
11 昇降台
12 索条
13 コラム
14 滑車
15 バランスウェイト
16 錘
17 ベース
18 ヘッド
18a スライド板
19 ハンドル
20 ナット
21 カバー
22 バンド
23 ニップル
24 チャンネル
25 ブラケット
26 流体シリンダ
26a 〃 のロッド
27 支点
28 レバー
29 試験検体(ピン)
30 試験検体(プレート)
31 押え具
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Box 2 Base 3 Lower table 4 Upper table 5 Servo motor 6 Servo motor 7 Ball screw / nut mechanism 8 Ball screw / nut mechanism 9 Base 10 Cup 10a Slide plate 11 Lifting stand 12 Strip 13 Column 14 Pulley 15 Balance weight 16 Weight 17 base 18 head 18a slide plate 19 handle 20 nut 21 cover 22 band 23 nipple 24 channel 25 bracket 26 fluid cylinder 26a rod of rod 27 fulcrum 28 lever 29 test specimen (pin)
30 test specimen (plate)
31 Presser
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