ホウ素添加型ナノ多結晶ダイヤモンド工具を用いたタンタル材料の切削に関する研究

摘要

タンタルは，機械的強度や耐食性，化学的安定性などに加えて，生体適合性に優れていることから生体用金属材料として期待されている．しかしその実用性は低く，人工関節に代表される体内埋め込み型インプラントにはCo-Cr合金やTi合金が一般的に用いられている．タンタルは表面に強固な不導体膜を形成するため化学的に安定であるが，機械加工による成形を試みた場合，工具刃先への付着や特異な切りくず形状による切削抵抗の変動により，工具寿命が非常に短いため難削性を示す．これまでに工具寿命の観点から，タンタルの切削にはナノ多結晶ダイヤモンド（NPD）工具が有効であることを報告してきた．しかし，さらなる高精度加工の実現には，切りくずの工具刃先への付着·剥離が工具損傷や加工表面の悪化に影響を及ぼすため，これを改善する必要がある．そこで，NPDにホウ素をドープしたホウ素添加型ナノ多結晶ダイヤモンド（B-NPD）の適用を試みた．B-NPDは従来のNPDの特性に加えて，数十～数百nmの微細なダイヤモンド粒子に，ホウ素がppmオーダーで添加されることで，摺動特性や耐摩耗性が向上する．さらに，導電性を示すため放電加工による研磨や切断によって，複雑形状の加工が可能となる．本研究ではタンタル材料の高速加工を対象に，ホウ素添加型ナノ多結晶ダイヤモンド工具の特性について検討する．