| 研究課題/領域番号 |
19K04096
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 上智大学 |
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研究代表者 |
久森 紀之 上智大学, 理工学部, 教授 (80317510)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | チタン合金 / 積層造形 / 疲労特性 / 組織・微細構造 / 変態プロセス / 関節運動器 / 組織・結晶構造 / 生体材料 / 医療・福祉 / 先端機能デバイス / ショットピーニング / 表面・界面物性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
現在の整形外科用3D造形関節運動器デバイスは，造形時の残留欠陥が疲労強度を著しく低下させるために実用範囲が極めて限定されている．加えて，骨伝導能に乏しい金属インプラントには，骨と協調・融合する機能性の付与が不可欠であり，造形材でその機能の検討や効果の検証はなされていない．
本研究では，チタン合金の3D造形カスタム関節運動器デバイスを骨形状3D CADデータから直接造形し，短時間高周波焼入れとショットピーニング処理で組織のナノ結晶化と結晶相変態による耐疲労強度化プロセスの確立及びプラズマ溶射法による骨伝導能付与技術の一体化創製技術の構築を目的とし立案する．
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| 研究成果の概要 |
患者個々の関節運動器の骨格や症状等に合わせた高生体適合性カスタムメイドインプラントが求められている．現在の整形外科用3D造形関節運動器デバイスは，造形時の残留欠陥が疲労強度を著しく低下させるために実用範囲が極めて限定されている．
本研究では，チタン合金の3D造形カスタム関節運動器デバイスを直接造形し，短時間高周波焼入れとショットピーニング処理で組織のナノ結晶化と結晶相変態による耐疲労強度化プロセスの構築を行った．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
カスタムメイド医療を目指す金属粉末積層造形技術の導入は，基本機能を維持しつつ，患者個々の骨形状に見合う性能及び構造となるよう最適化されたヒトに優しいインプラント技術である．積層造形は低侵襲手術，早期リハビリ，長寿命化インプラント，再手術の減少，簡易手術と成績向上等，多くの患者にメリットがある．
本研究ではTi-6Al-4V合金を対象に，電子ビーム積層造形法で造形・創製した．そして，短時間高周波焼入れとショットピーニング処理で残留欠陥の除去及び更なる疲労強度の向上を目指した．すなわち，造形材の安心安全を担保可能であることを検証するための疲労強度・寿命評価を実施し，そのメカニズムを明らかにした．
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