イットリア安定化正方晶ジルコニア多結晶体に対する高温工具を用いた熱援用切削加工に関する研究

摘要

イットリア安定化正方晶ジルコニア多結晶体(Y-TZP)は高硬度，高靭性を有するセラミックスである．これらの機械特性，化学的安定性及び生体親和性から人工関節，人工骨や人工義歯等の生体インプラント材料として注目されている．現在Y-TZP の主な加工法は，完全に焼結する前の成形及び焼結後の研削·研摩である．焼結前の成形では焼結後の体積変化により精度が低下する．また焼結後の研削·研摩では加工能率が低いこと及び工具側の摩耗が激しく加工コストが高くなるという問題がある．一方Y-TZP は高温環境下で硬度や破壊靭性値の急低下を引き起こすことも知られている．そこで本研究では高精度，高能率，低コストでY-TZP を加工する方法として熱援用切削加工(Thermally assisted machining, TAM)を提案する．具体的には誘導加熱を利用して切削工具を高温に保ち，その工具で切削加工を行うことで被削材の加熱と除去を行う方法である．熱援用切削加工法として，CO_2 レーザーを用いたレーザー援用切削加工法やプラズマ援用切削加工法[1]が報告されている．これらは被削材を直接加熱する方法であるのに対し，本研究における提案方法はそれ自体を高温に加熱した切削工具を用いて切削を行う点でそれらと異なる．一方，加熱した切削工具を用いることにより加熱と材料の除去を実現する方法も報告されている[2]．工具の加熱はバーナーを用いて行われているが，温度の精密な制御が困難であり，工具側の熱変形により被削材の形状精度を維持することが困難と考えられる．また誘導加熱により加熱した工具を用い，エラストマーを加工した例も報告されている[3]．