(57)【要約】【課題】  本発明は、金属製人工股関節のように、硬質介在物を含有する合金体の、とくに骨頭のような真に微細な鏡面加工を、寸法精度を確保しつつ実施できる方法を提供しようとすることが課題である。【解決手段】  鏡面加工しようとする硬質介在物を含有する金属体の母材金属より高硬質のボンドにより、同金属体中に含まれる炭化物または酸化物の硬質介在物より高硬質のダイヤモンドを保持させた砥石を用いて、上記金属体の表面を共削り研磨したのち、ダイヤモンド遊離砥粒によりラッピング仕上げ研磨することを特徴とする硬質介在物を含有する金属体の鏡面加工法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡面加工しようとする硬質介在物を含有する金属体の母材金属より高硬質のボンドにより、同金属体中に含まれる炭化物または酸化物の硬質介在物より高硬質のダイヤモンドを保持させた砥石を用いて、上記金属体の表面を共削り研磨したのち、ダイヤモンド遊離砥粒によりラッピング仕上げ研磨することを特徴とする硬質介在物を含有する金属体の鏡面加工法。
【請求項２】
請求項１の方法において、鏡面加工しようとする硬質介在物を含有する金属体の母材金属より硬質の金属またはセラミック製の硬質ボンドにより、高硬質のダイヤモンドを保持させた砥石を用いて、上記金属体の表面を共削り研磨することを特徴とする硬質介在物を含有する金属体の鏡面加工法。
【請求項３】
請求項１または２の方法において、金属体の母材金属より軟質の金属または金属と樹脂との複合材料からなる定盤とダイヤモンド遊離砥粒とを用いたラッピングにより、微細スクラッチを除去する仕上げ研磨をおこなうことを特徴とする硬質介在物を含有する金属体の鏡面加工法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの方法により鏡面加工した鏡面部を有することを特徴とする金属体製品。
【請求項５】
請求項４の製品であって、炭化物を硬質炭化物として含有するコバルトクロム合金から成ることを特徴とする金属体製品。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかの方法により鏡面加工された鏡面部を有することを特徴とする硬質炭化物を介在物として含有するコバルトクロム合金製人工股関節骨頭。
【請求項７】
請求項６の人工股関節骨頭であって、０．２５％以上の硬質炭化物を含有し、かつ骨頭の鏡面粗さが０．０１％μｍRａ以下であることを特徴とする人工股関節骨頭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化物や酸化物等の硬質介在物を含有する合金からなる金属体の表面を、ダイヤモンド砥石および砥粒により鏡面加工する方法ならびにその方法により加工された金属体製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、金属製の人工股関節は、その骨頭に相当する部分の表面を緻密に鏡面加工して仕上げる必要がある。ところが、この種金属体は母材より硬質の介在物を含有するため、鏡面加工時に母材および硬質介在物を同時に、しかも同程度に研磨できることが必要である。母材金属は、硬質介在物よりも相対的に硬度が小さいのが通常であるから、鏡面加工時に母材が先に研磨されて凹凸状となって高度の鏡面仕上げができないからである。
【０００３】
研磨粒子とその支持体との材質関係に注目して、たとえば下記(特許文献１、２)は、半導体ウエハー用の研磨材を改良した技術を公開するが、上述したような高硬度の介在物を含有する金属体の鏡面加工仕上げ時の問題点を解決する研磨方法は、発明者が知る範囲では公表されたものはない。
【特許文献１】特開２００１−２０５５６５号公報
【特許文献２】特開２００１−２４４２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属製の人工股関節用コバルトクロム合金の成型体は、要求にこたえるために、たとえば炭化物を合金中に添加し、強度や硬度を確保する一方、その骨頭の表面を一定の粗さ以下となるように、鏡面加工により仕上げをしなければならない。この種の鏡面加工には、通常、超高硬度のダイヤモンド砥粒を用いるバフ研磨やバレル研磨などの遊離砥粒による仕上げ研磨がおこなわれる。
【０００５】
ところが、この研磨法によると、図２の布１を用いるバフ研磨あるいは図３の遊離砥粒によるバレル研磨のいずれであっても、ダイヤモンド砥粒２が、骨頭の合金母材３を優先的に研磨し、炭化物である硬質介在物４はほとんど研磨されない。
【０００６】
その結果、硬質介在物４が表面に突出して凹凸状を呈し、骨頭の表面全体としては所定の鏡面仕上げに達しない。このような問題は、図４のように、ダイヤモンド砥粒２を軟質の合成樹脂５で固めたいわゆる軟質ボンド５タイプのダイヤモンド砥石を使用する場合も同様に起こる。すなわち、同図のように、ダイヤモンド砥粒２はそれより軟質の骨頭側の合金母材３を選択的に先行研磨し、図２、３と同じ結果になる。
【０００７】
本発明は、金属製人工股関節のように、硬質介在物を含有する合金体の、とくに骨頭のような真に微細な鏡面加工を、寸法精度を確保しつつ実施できる方法を提供しようとすることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以上の課題を解決するために、
(１)鏡面加工しようとする金属体母材より高硬度のボンドにより、同金属体中に含まれる炭化物または酸化物の硬質介在物より高硬度のダイヤモンド砥粒を保持させた砥石を用いて、上記金属体の表面を共削り研磨したのち、ダイヤモンド遊離砥粒によりラッピング仕上げ研磨することを特徴とする硬質介在物を含有する金属体の鏡面加工法、
(２)上記(１)の方法において、鏡面加工しようとする金属体母材より高硬度の金属またはセラミック製のボンドにより、同金属体中に含まれる炭化物または酸化物の硬質介在物より高硬度のダイヤモンド砥粒を保持させた砥石を用いて、上記金属体の表面を共削り加工することを特徴とする硬質介在物を含有する金属体の鏡面加工法、
(３)上記(１)または(２)の方法において、金属体の母材金属より軟質の金属または金属と樹脂との複合材料からなる定盤およびダイヤモンド遊離砥粒を用いてラッピングにより、微細スクラッチを除去するラッピング仕上げ研磨をおこなうことを特徴とする硬質介在物を含有する金属体の鏡面加工法、
(４)上記(１)〜(３)のいずれかの方法により鏡面加工した鏡面部を有することを特徴とする金属体製品、
(５)上記(４)の製品であって、硬質炭化物を介在物として含有するコバルトクロム合金からなることを特徴とする金属体製品、
(６)上記(１)〜(３)のいずれかの方法により鏡面加工された鏡面部を有することを特徴とするコバルトクロム合金製人工股関節骨頭、
(７)上記(６)の人工股関節骨頭であって、０．２５％以上の硬質炭化を含有し、かつ骨頭の鏡面粗さが０．０１μｍＲａ以下であることを特徴とする人工股関節骨頭である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、硬質ボンド砥石を使用するため、硬質介在物を含有する金属体であっても、硬質介在物および合金母材が同時に共削り研磨され、さらに遊離ダイヤモンドによるラッピング仕上げをするので、表面粗さがきわめて微細な鏡面仕上げが達成できる。また、この方法によると、炭化物や酸化物を硬質介在物として配合したコバルトクロム合金製の人工股関節であって、その骨頭が緻密に鏡面仕上げされた高品質の製品が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、図１に模式的に示したように、硬質ボンド６でダイヤモンド砥粒２を保持した硬質ボンド砥石を使用することによって、硬質介在物４と合金母材３をいわゆる共削り研磨する方法である。すなわち、硬質ボンド６は、合金母材３より高硬度の材料を選択することにより、ダイヤモンド砥粒２が硬質ボンド６に強力に保持され、その内部に押し込まれて逃げるようなことはないので、合金母材３と硬質介在物４とを区別することなく同時に共削り研磨できる。その結果、研磨された表面は、硬質介在物４が突出するような凹凸面ではなく、満足できる鏡面に仕上がることになる。なお、ダイヤモンド砥粒の径を徐々に小さくした同様の硬質ボンド砥石をいくつか取り揃えておいて、段階的に研磨して行けば、硬質介在物はより十分に研磨され、より高精細な鏡面が得られる。
【００１１】
本発明が対象とする金属体は、ＴｉＣ、ＣｒＣのような炭化物またはＡｌ２Ｏ３のような酸化物を硬質介在物として含む合金、すなわち、コバルトクロム合金、チタン合金等の成形体である。また、これらの合金を成形して人工股関節に加工したものほか、ユニバーサルジョイント等の製品が対象となる。
【００１２】
本発明が使用する硬質ボンド砥石は、対象とする被研磨材金属体の硬度より
も高硬度のボンドによりダイヤモンド砥粒を保持させて製作する。硬質ボンドの母材としては、鉄鋼材料等の金属もしくＷＣなどの超硬合金、ＳｉＣのようなセラミックスを用いる。
【００１３】
以上の共削り研磨のつぎに、ダイヤモンド遊離砥粒を用いるラッピング仕上げ加工を施す。この場合、通常のラッピング法でもよいが、被研磨材の合金母材より軟質の金属またはこの金属と樹脂との複合材料で製作した定盤を、ダイヤモンド遊離砥粒と組合わせてラッピングすると、前工程で発生した微細スクラッチが効率よく除去できる。
【００１４】
本発明は、人工股関節のようにその骨頭に最高度の緻密な鏡面が要求される金属体の研磨仕上げに適用して高品質の製品が得られるが、そのほか摺動部をもつ金属体や光学機器の光反射面等の鏡面仕上げに広く適用できる。
【００１５】
(実施例)
炭素添加コバルトクロム合金製の人工股関節骨頭の鏡面加工に本発明を適用した例を示す。本例に使用した合金の組成は、炭素：０.２４％、Ｃｏ：６１
％、Ｃｒ：２８％で、合金中にクロム炭化物が含有、成形されている。この成形体の硬度は２８ＨＲＣであった。また、使用した硬質ボンド砥石は、ＷＣ合金に、ダイヤモンド砥粒を２５体積％の割合で一体成形して製作したメタルボンド(♯３０００)である。
【００１６】
まず、上記コバルトクロム合金製骨頭の表面を上記硬質ボンド砥石で１０分間共削り研磨したのち(前加工工程)、同種のダイヤモンド遊離砥粒で１０分間仕上げ研磨した。この結果、仕上げ面の粗さは０．０１μmＲａの精度で、炭化物介在物のない鏡面に仕上がっていた。
【００１７】
また、比較のため、同じ骨頭に対し、従来法のバレル研磨を実施した。ダイヤモンド砥粒を固めたレジンボンド砥石(♯３０００)で１０分間研磨したのち、ダイヤモンドバレル仕上げ研磨(３０分間)を行なった。この結果による仕上げ面の粗さは０．０３μｍＲａと、本発明の結果と比して粗い鏡面であることがわかる。
【００１８】
表１にこれらの研磨結果の要点を整理して示す。
【００１９】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明にかかる硬質ボンド砥石による合金母材の鏡面加工における表面状況を模式的に示した断面図である。
【図２】従来のバフ研磨による合金母材の鏡面加工における表面状況を模式的に示した断面図である。
【図３】従来のバレル研磨による合金母材の鏡面加工における表面状況を模式的に示した断面図である。
【図４】従来の軟質ボンド砥石による合金母材の鏡面加工における表面状況を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１：布  ２：ダイヤモンド砥石  ３：合金母材  ４：硬質介在物
５：軟質ボンド  ６：硬質ボンド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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