大腿骨ヘッドベアリングの生産最適化で整形外科の卓越性を実現

研削後、ホーニング操作で表面仕上げを改善し、最終バフ研磨操作へ。自動砥石測定プロセスにより、各ホーニング操作が正しい切込み位置から開始されることを保証。写真提供：ANCA

医療業界の専門家は、整形外科的股関節手術が2026年まで前年比5%の割合で増加すると推定しています。世界中で高齢化人口が増加していることを考えると、これは驚くことではありません。この傾向に伴い、これらの手術を支えるデバイスとコンポーネント、およびそれらを製造する装置への需要増加が見込まれます。一例は、砥石メーカーTyrolitと共同開発されたANCAの大腿骨ヘッド研削加工プロセスです。このプロセスは、ANCA MX7 Linear CNC研削盤での専用機械制御と技術を使用して、完成した大腿骨ヘッドの品質と一貫性を提供するとされています。

股関節インプラントに使用される大腿骨ヘッドの効果的な性能には、真円度、サイズ、表面仕上げの一貫性が要求されます。これを達成するため、ANCAはMX7 Linear機械上で、一連の順次研削、ホーニング、最終バフ研磨操作を同じワークエンベロープ内で適用するプロセスを開発しました。その結果、ボールの表面仕上げは0.01ミクロンRa未満、部品真円度は3ミクロン未満となります。

プロセスの最初のステップは、初期部品を精密にサイズ通りに研削することです。メッキCBN砥石を使用して、荒旋削された部品から余分な材料を除去します。この操作により、研削時の部品公差要求を緩和することで、上流工程を容易にします。

次に、表面仕上げを段階的に改善する一連の微細ホーニングプロセスが続きます。ANCAとTyrolitのアプリケーションエンジニアが共同で、大腿骨ヘッドでの安定した生産結果をもたらすプロセスを開発しました。

Tyrolit砥石は大腿骨ヘッド用途専用に開発されていますが、生産プロセス中には自然に摩耗します。ANCAによると、自社のLinXリニアモーター、および機械と砥石の動きを制御するCNCとサーボドライブシステムの設計者・製造者であることから、この課題に対処するのに適した立場にありました。ANCAシステムエンジニアは、このアプリケーション向けに新しい制御アルゴリズムを開発し、オペレーターがホーニング砥石によって大腿骨ヘッドに加える所望の力をプログラムできるようにしました。このプログラムされた力により、砥石が摩耗しても一定の速度でボールに送り込まれます。使用される3種類の異なるTyrolit砥石それぞれに、独自の研削力パラメータをプログラムして、鏡面仕上げと一貫した部品サイズ公差を達成できます。

最終バフ研磨操作で、大腿骨ヘッドの作業面に鏡面仕上げを実現。写真提供：ANCA

さらに、各ホーニング操作が正しい切込み位置から開始されることを保証する自動砥石測定プロセスが開発されました。これは、各ホーニング操作後の砥石摩耗に関わらず、プロセスの一貫性を提供するとされています。

最終バフ研磨操作が最後のステップで、ボールの作業面に鏡面仕上げを作り出します。これは、最終的な股関節インプラントでの機械的摩擦と摩耗を最小限に抑えるために極めて重要です。

完成ボールの表面仕上げは0.01ミクロンRa未満。写真提供：ANCA

ANCA MX7 Linearには6砥石パックチェンジャーがあり、すべての研削、ホーニング、バフ研磨操作を1セットアップで実行できます。さらに、大腿骨ヘッド生産に使用される工具は、切削工具製造アプリケーション向けに簡単に変更可能です。その結果、大腿骨ヘッド生産専用機を購入する代わりに、メーカーは自社の市場とビジネスモデルを補完する他のCNC研削アプリケーションにも同じMX7 Linear機械を使用できます。例えば、手術用ロータリーカッター、ドリル、リーマ、大腿骨ヒップラスプの研削なども、同じMX7 Linear機械で可能です。