2013 Fiscal Year Annual Research Report
骨の特異力学機能に学ぶ応力応答性自己強化金属製インプラントの開発原理
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25702027
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
仲井 正昭 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20431603)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 生体用金属材料 / チタン合金 / 脊椎固定 / 変形誘起相変態 / オメガ相 / 弾性率 / 力学的特性 |
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| Research Abstract |
重度の脊椎疾患に用いられる金属製脊椎固定器具には、患者側と医師側とで異なる弾性率特性が要求される。そこで、これまでに、それらを両立させた金属製脊椎固定器具の開発を目指して、変形誘起相変態の利用により、変形部のみ弾性率が上昇し、非変形部は低弾性率を示す金属（弾性率自己調整金属）を開発した。本研究では、この弾性率自己調整金属の金属製脊椎固定器具への応用について検討している。弾性率自己調整金属では、変形誘起ω相変態を利用するため、製造プロセスにおいて、高温相であるβ相を凍結するための溶体化急冷処理が必須となる。そこで、今年度は、最適な製造プロセスの指針を得ることを目的として、代表的な弾性率自己調整金属であるTi-12Cr合金を用いて、微細組織および力学的特性に及ぼす溶体化急冷処理条件の影響について検討した。1003K､1173K､1313Kおよび1383Kの種々の温度で3.6ks保持後水冷の溶体化急冷処理を施したTi-12Cr合金はいずれも等軸粒を呈し、その結晶粒直径は溶体化急冷処理温度が高くなるほど増大した。溶体化急冷処理後および圧下率10%の冷間圧延後のTi-12Cr合金の微細組織を観察した結果、いずれの温度で溶体化急冷処理を施したTi-12Cr合金においても、変形誘起ω相変態が認められた。さらに、弾性率を測定した結果、変形誘起ω相変態に伴う弾性率の上昇も認められた。ただし、冷間圧延による弾性率上昇量には、結晶粒直径依存性は認められなかった。引張特性を評価した結果、溶体化急冷処理後のTi-12Cr合金では、結晶粒直径の違いによる強度の変化はほとんど認められなかったが、結晶粒直径の増大により延性は劇的に低下した。以上より、Ti-12Cr合金では、変形による弾性率上昇量、強度および延性のうち、延性に最も強い結晶粒直径依存性が認められ、延性の低下を防ぐためには、溶体化急冷処理温度を低く設定し、結晶粒直径を小さくすることが有効であることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
弾性率自己調整金属を脊椎固定器具に応用するための製造プロセスのうち、重要な要素技術の一つである溶体化急冷処理について、良好な力学的特性を得るための指針を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
弾性率自己調整金属製脊椎固定器具を試作し、実用上の最重要課題である耐久性の評価とその改善についての検討を開始する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
外注した大型合金サンプルの試作が遅れたため。
次年度使用額は大型合金サンプルの試作費として用い、平成26年度請求額とあわせ、平成26年度の研究遂行に使用する予定である。
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