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股関節ヘッドインプラント

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整形外科の股関節手術件数は、2026年まで 前年比 5%で増加していくと予想されています。  世界で高齢者が増えていることを考えれば驚く数値ではありません。  これに伴い、この手術を支える工具や道具への需要が高まっています。  ANCA 社と研削ホイールメーカー Tyrolit 社との共同開発で誕生した股関節ボール研削プロセスでは、市場をリードする MX7 Linear CNC 研削マシン特殊なマシン制御システムと適用技術によって、大腿骨骨頭に高い品質と一貫性を実現しています。 
 
図1:大腿骨骨頭を含む股関節インプラント
 
医療の世界は、顧客と市場がその品質と一貫性に非常に敏感な業界です。  この傾向は、人体に直接埋め込んで使用される整形外科インプラントでは特に顕著となっています。   そのため、整形外科インプラントを購入・使用するお客様は絶対的に信頼できる商品を求めており、それに応えるための絶対的に信頼できる製造工程が必要となります。

人工股関節インプラントに使われる大腿骨ボールには、真円度、サイズ、そして表面仕上げの一貫性が要求されます。これを実現するため、ANCA 社では、MX7 Linear マシンで、一連の研削・ホーニング加工・そして最終的なバフ研磨加工を行うプロセスを開発し、  ボールの表面仕上げは、表面粗さ 0.01 µm 未満、さらにその真円度は 3 µm 未満という精度を実現しました。

 

図2:表面粗さが 0.01μm 未満で仕上げられたボールの表面仕上げ


最初は、初期部品を指定されているサイズになるように正確に研削する工程です。メッキ加工が施された CBN 研磨ホイールを使い、粗削りされた部品から余分な部分を取り除きます。  この作業を行うことで、ANCA 社の MX7 が研削することになるブランクの公差を緩和するので、今後の作業が簡単になります。 
次は、表面仕上げを向上させるための一連のホーニング加工工程です。ANCA 社が用意したアプリケーションエンジニアと研磨ホイールメーカーの Tyrolit 社が協力したことで、大腿骨ボールに安定した生産結果をもたらすプロセスが開発できたのです。 
 
Tyrolit 社のホイールは、大腿骨ボール専用に開発されたものの、生産の中で自然と摩耗することが知られています。ANCA 社は、LinX リニアモーターの設計と製造はもちろん、マシンと研磨ホイールの動きを制御する CNC とサーボドライブシステムの設計と製造も行っており、この課題に取り組むことのできる立場にありました。   これを受けて、ANCA 社のシステムエンジニアたちが、この用途を目的とする全く新しい制御アルゴリズムを開発したことで、  オペレーターは、ホーニング用研磨ホイールが大腿骨ボールに加えたい力をプログラムすることが可能になり、  研磨ホイールが、このプログラムされた力で徐々にボールを研磨していくことができるのです。  鏡面仕上げと一貫した部品公差を実現するため、使用されている 3 種類の Tyrolit 社製研磨ホイールには、それぞれ異なる研削力をプログラミングできるようになっています。 

図3:大腿骨ボールのホーニング加工
 
さらに、それぞれのホーニング加工を正確な位置からスタートできる自動ホイール測定機能が開発されました。  これにより、各ホーニング加工の後に受ける研磨ホイールの摩耗を心配することなく、プロセスに一貫性をもたらすことができるようになったのです。
 
そして最後となるのが、ボールの表面に鏡面仕上げを施すバフ研磨加工です。   これは、股関節インプラントにおける摩擦や摩耗を最小限に抑えるために非常に重要な工程となっています。

 
  
図4:MX7 Linear での大腿骨ボール生産プロセスの実行前と実行後
 

ANCA 社の MX7 Linear が、この用途に理想的なマシンであることがお分かりいただけたと思います。  6 つのホイールパックチェンジャーが、研削、ホーニング加工、バフ研磨というすべての工程を一度のセットアップだけで実行できるのです。  さらに、大腿骨ボールの生産に使用した工具を、切削工具生産用の工具に取り替えるのも簡単です。  つまり、大腿骨ボールの生産にしか使用できないマシンを購入するのではなく、市場や仕事を補ってくれる他の CNC 研削用途に皆様のマシンを簡単に利用することができるのです。   外科用ロータリーカッターやドリル、リーマー、さらに大腿骨股関節用ラプスの生産は、すべて一台の MX7 Linear マシンで対応することができるので、医療整形外科市場における貴社の地位を高めてくれるはずです。
 

1 12月 2021