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公開番号2023079156
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-06-07
出願番号2022124226
出願日2022-08-03
発明の名称マルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工測定システム
出願人青島理工大学
代理人個人,個人,個人,個人
主分類A61B 17/56 20060101AFI20230531BHJP(医学または獣医学;衛生学)
要約【課題】マルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工測定システムを提供する。
【解決手段】マルチエネルギーナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工測定システムは、3次元変位作業台、超音波振動装置、流体帯電噴霧装置及び測定装置を含み、3次元変位作業台に治具が載置され、超音波振動装置は超音波発生器及び超音波電動スピンドルを含み、超音波電動スピンドルのホーンに研削工具が取り付けられ、流体帯電噴霧装置は帯電噴霧ノズル及び複数の超音波振動棒を含み、各超音波振動棒は異なる媒体の容器内に配置され、各容器は混合室に接続され、混合室と帯電噴霧ノズルとの間に微量潤滑ポンプが接続され、測定装置は研削力測定部分、治具の側面に設けられた微小液滴測定部分及び研削温度測定部分を含み、超音波振動、ナノ流体、帯電噴霧の結合作用を総合的に考慮し、ナノ粒子微小液滴、研削温度及び研削力をリアルタイムにオンラインで検出できる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
マルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工測定システムであって、
ワークをクランプするための治具が載置された３次元変位作業台と、
導線を介して接続された超音波発生器及び超音波電動スピンドルを含み、超音波電動スピンドルのホーンにワークを研削するための研削工具が取り付けられた超音波振動装置と、
帯電噴霧ノズル及び超音波発生器に接続された複数の超音波振動棒を含み、各超音波振動棒が異なる媒体の容器内に配置され、各容器がいずれも混合室に接続され、前記混合室と帯電噴霧ノズルとの間に微量潤滑ポンプが接続された流体帯電噴霧装置と、
治具と３次元変位作業台との間に設けられた研削力測定部、治具の側面に設けられた微小液滴測定部及び研削温度測定部を備えた測定装置と、を含むことを特徴とする
マルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工測定システム。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記研削力測定部は順次接続された研削力測定器、増幅器、情報収集器及びデータ分析器を含み、
治具は研削力測定器によって３次元変位作業台の上方に設置されることを特徴とする
請求項１に記載のマルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工測定システム。
【請求項３】
前記治具は制限シート及びストッパを含み、制限シート内にワークを配置するための制限溝が設けられ、ストッパは制限溝内に設けられ、且つクランプボルトと協働してワークを制限することを特徴とする
請求項２に記載のマルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工測定システム。
【請求項４】
前記制限シートの頂部に平板が取り外し可能に接続され、平板に間隔が調整可能な複数の押さえ板が取り付けられ、押さえ板はワークの高さ方向を制限するために用いられることを特徴とする
請求項３に記載のマルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工測定システム。
【請求項５】
前記超音波発生器は２つの超音波振動棒に接続され、そのうちの１つの超音波振動棒は生理食塩水を収容する容器内に配置され、もう１つの超音波振動棒はナノ粒子を収容する容器内に配置され、２つの容器はそれぞれホースを介して混合室の入口に接続されることを特徴とする
請求項１に記載のマルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工測定システム。
【請求項６】
前記帯電噴霧ノズルとワークとの間に高圧直流電源が接続されることを特徴とする
請求項１又は５に記載のマルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工測定システム。
【請求項７】
前記研削温度測定部はワーク内に挿入可能な熱電対を含み、前記熱電対は情報収集器及びデータ分析器に順次接続されることを特徴とする
請求項１に記載のマルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工測定システム。
【請求項８】
前記微小液滴測定部はワークの研削画像を取得するためのビデオカメラを含み、前記ビデオカメラは情報収集器及びデータ分析器に順次接続されることを特徴とする
請求項１に記載のマルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工測定システム。
【請求項９】
前記３次元変位作業台の底部にさらに空気浮上プラットフォーム装置が設けられ、空気浮上プラットフォーム装置は台板、空気浮上防振器及び支持アセンブリを含み、空気浮上防振器は台板と支持アセンブリとの間に取り付けられることを特徴とする
請求項１に記載のマルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工測定システム。
【請求項１０】
前記台板の上表面に透磁性パネルが設けられ、台板の内部にハニカムコア板が設けられることを特徴とする
請求項１に記載のマルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工測定システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、研削加工の技術分野に関し、特にマルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工測定システムに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
臨床手術における全膝関節置換のマイクロ研削の冷却能力の不足及び手術領域の可視性の悪さ等の問題に対して、微量潤滑研削加工技術、ナノ粒子ジェット微量潤滑技術、帯電噴霧技術等が徐々に出現している。しかし、本発明者らは、従来の骨研削技術、例えば超音波振動アシストマイクロ研削、ナノ流体微量潤滑マイクロ研削又はナノ流体微量潤滑帯電噴霧結合マイクロ研削などが実際の生産加工における要件を満たすことが困難であることを発見した。
【０００３】
（１）超音波振動アシストマイクロ研削は、研削力による損傷、熱による損傷及び研削工具の目詰まりを効果的に低減できるが、加工中に研削手術の可視性の低さや対流熱交換能力の不足などの臨床上の問題が発生しやすい。（２）ナノ流体微量潤滑マイクロ研削は、研削領域の対流熱交換能力及び手術領域の可視性が低いというボトルネックを解決できるが、加工中に微小液滴が飛散するという問題が発生しやすい。（３）ナノ流体微量潤滑帯電噴霧結合マイクロ研削は、臨床マイクロ研削手術における可視性の低さ、対流熱交換能力の不足及び微小液滴の飛散などの問題を良好に解決するが、該装置は研削屑の排出及び研削工具の深刻な目詰まりの問題を考慮していない。
【０００４】
超音波振動、ナノ潤滑剤、帯電噴霧及びマイクロ研削加工技術を組み合わせて、音響－電気－力のマルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工技術を形成することにより、上記問題を効果的に解決できる。しかし、どのように加工パラメータを正確に制御し、音響－電気－力のマルチエネルギー場結合加工プロセスを実現するかは常に該技術を悩ませる中心的な問題である。また、従来技術は、マルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削の研削力、研削温度及びナノ粒子微小液滴のリアルタイムオンライン検出に欠けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
中国実用新案第２０４６７１２２１号明細書
中国実用新案第２０９０６０２３０号明細書
【非特許文献】
【０００６】
アトゥール・バッバル（ＡｔｕｌＢａｂｂａｒ）他２名，『骨研削中に超音波作動を用いた熱発生の軽減：ＣＥＭ４３°Ｃとアレニウスモデルを用いたハイブリッドアプローチ（Ｔｈｅｒｍｏｇｅｎｅｓｉｓｍｉｔｉｇａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｃｔｕａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｂｏｎｅｇｒｉｎｄｉｎｇ：ａｈｙｂｒｉｄａｐｐｒｏａｃｈｕｓｉｎｇＣＥＭ４３°ＣａｎｄＡｒｒｈｅｎｉｕｓｍｏｄｅｌ）』，ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＢｒａｚｉｌｉａｎＳｏｃｉｅｔｙｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，（２０１９）４１：４０１
楊敏他５名，『神経外科用頭蓋骨研削温度場予測の新しいモデル』，機械工学ジャーナル（ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ），２０１８年１２月，第５４巻，第２３号，２１５～２２２頁
張麗輝他３名，『脳神経外科骨研削におけるミスト冷却（Ｍｉｓｔｃｏｏｌｉｎｇｉｎｎｅｕｒｏｓｕｒｇｉｃａｌｂｏｎｅｇｒｉｎｄｉｎｇ）』，エルゼビア（ＥＬＳＥＶＩＥＲ），２０１３年，第６２巻，第１号，３６７頁～３７０頁
アルバート・Ｊ・シー（ＡｌｂｅｒｔＪ．Ｓｈｉｈ）他４名，『頭蓋底脳神経外科における骨研削温度の予測（Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｂｏｎｅｇｒｉｎｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｓｋｕｌｌｂａｓｅｎｅｕｒｏｓｕｒｇｅｒｙ）』，エルゼビア（ＥＬＳＥＶＩＥＲ），２０１２年，第６１巻，第１号，３０７頁～３１０頁
楊敏他４名，『ナノ流体エアロゾル冷却を用いた骨マイクロ研削における対流熱伝達係数の予測モデル（Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｍｏｄｅｌｏｆｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｎｂｏｎｅｍｉｃｒｏ－ｇｒｉｎｄｉｎｇｕｓｉｎｇｎａｎｏｆｌｕｉｄａｅｒｏｓｏｌｃｏｏｌｉｎｇ）』，エルゼビア（ＥＬＳＥＶＩＥＲ），２０２１年６月，第１２５巻，１０５３１７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術の欠点に対し、本発明の目的は、超音波振動、ナノ流体、帯電噴霧の結合作用を総合的に考慮し、ナノ粒子微小液滴、研削温度及び研削力をリアルタイムにオンラインで検出でき、臨床マイクロ研削手術における可視性の低さ、対流熱交換能力の不足及び微小液滴の飛散などの問題を解決する、マルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工測定システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の技術的解決手段によって実現される。
【０００９】
本発明の実施例は、マルチエネルギー場ナノ潤滑剤マイクロスケール骨研削加工測定システムを提供し、ワークをクランプするための治具が載置された３次元変位作業台と、導線を介して接続された超音波発生器及び超音波電動スピンドルを含み、超音波電動スピンドルのホーンにワークを研削するための研削工具が取り付けられた超音波振動装置と、帯電噴霧ノズル及び超音波発生器に接続された複数の超音波振動棒を含み、各超音波振動棒は異なる媒体の容器内に配置され、各容器はいずれも混合室に接続され、前記混合室と帯電噴霧ノズルとの間に微量潤滑ポンプが接続された流体帯電噴霧装置と、治具と３次元変位作業台との間に設けられた研削力測定部、治具の側面に設けられた微小液滴測定部及び研削温度測定部を備えた測定装置と、を含む。
【００１０】
さらなる実施形態として、前記研削力測定部は順次接続された研削力測定器、増幅器、情報収集器及びデータ分析器を含み、治具は、研削力測定器によって３次元変位作業台の上方に設置される。
（【００１１】以降は省略されています）

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