耐摩耗性に優れた人工関節を創成する超音波援用研削盤の開発とそれによる加工機構解明

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本研究は，耐摩耗性に優れた人工関節摺動面を創成するための超音波援用研削装置の開発と，それを用いた加工機構の解明を目的とするものである．研究年度内で①卓上型5軸NC精密研削盤の製作，②単粒工具を用いた超音波援用研削機構の実験的検討，③砥石構造の最適化，④創成された表面の機能性評価を実施することを計画し，2022年度は①および②の推進を試みた．新たな加工機として，リニアモータによる直動3軸と，ACサーボモータによる回転2軸を備えた卓上型5軸NC研削盤の製作を実施した．はじめに，試作した研削盤の幾何精度測定を実施した．真直度誤差試験の結果，各軸のそれは要求される人工関節の加工精度を満たすものであった．一方，位置決め誤差試験においては，X軸の幾何精度は要求精度を達することができなかった．したがって，X軸を支える案内面の仕上げ加工精度と設計を見直し，追加工ならびに再製作を行った．その結果，すべての軸において，要求される加工精度に対して十分な幾何精度を満たすことができた．次に，これらの運動精度が，加工に及ぼす影響について検討するため，ジルコニアセラミックスを工作物に用いた超音波を援用しない慣用型研削（平面研削）を実施した．設定の総切込み量0.1mmに対して，加工後の実切込み量を測定すると0.1mmを達成しており，要求された精度を有する卓上型5軸研削盤の試作に成功した．以上の成果は，雑誌論文1件にて報告している．また，加工後の工作物の表面を三次元形状測定機を用いて測定した結果，脆性破壊がみられた領域は3%程度であり，従来の研究と同程度であることが確認された．以上の結果から，加工機構の一部を明らかにすることができた．