Titanium medical drill

Titanium medical drill

2020年7月8日 522 投稿者: syohei

研究者、技術者になるためにはどのような要素が必要か?まず、材料・金属系を選考した学生のメリットは学生が少ないことだ。政府統計の統計表および学校基本調査から見て関係学科別学生数のグラフでも確かに少なかった。学科に相当する分野別学生数の割合は化学や機械工学とあるが、金属(マテリアル)の表記が無く、その他に含まれることが分かる(平成27年度学校基本調査の結果)。このことから他分野との連携が多いことが推測される。材料・金属系は独立しているより、機械、電気、化学などの分野と連携しているのだ。そして工業系は材料。金属を学んだ人を求める会社が多い。なぜなら工業製品は、金属加工業(鋳造、切削、熱処理、研磨など)が中心であるからだ。大学でもマテリアルを選択する高校生は少ない。大阪ではマテリアルを求める企業が多いみたいだ。しかし、そんな簡単な話ではない。鉄鋼業界が今厳しいのは現実だ。

 科学者、研究者(技術者)の違いとは何か。フランスのルネ・デカルトの分類によると科学者は分析の対象が存在する。また、研究者は存在しないものをつくる。前者は発見・解明は成果であり、後者は想像的な作業(発明)だけでなく製品化が必要である。しかし3Kと言われる「危険、きつい、汚い」の現場があるのも少なからずあるのだ。

 社会に出て最初に挫折するのは辞令をもらう時だ。辞令交付の際、同期が研究所、開発部などに配属する中、自分だけが製造部(現場)に配属されることがある。その際、エリートで来た方ほど、自分が会社にとって無用の人物と思い込み、直ぐに退社してしまう、あるいはやる気をなくす人がいる。熱処理3交替勤務やクレーム処理の現場経験は将来の糧と考えるべきなのだと大阪産業技術研究所の道山さんは語る。

 火花試験と言われる火花による材質確認がある。焼き入れ前の材質が分からない時に火花の形で瞬時に判断する能力が問われる。熱処理ひずみ矯正も円形から三角形にするためには内側から2つでなく3方向から力をくわえて加工する必要がある。

 ものづくりが海外へシフトしていく2020。伝統技術・技能を言葉で継承できる人物が問われる。

まず世界的に見ると「鉄余り」の状態だ。とりわけ中国が必要以上に鉄鋼生産を伸ばしており、これが受給バランスを緩め、結果的にアジアの鉄鋼価格が減少と考えられる。中国に対しては「日中鉄鋼対話」などで不要能力を削減することを訴え続けている。続いて足元更に厳しさに拍車をかけているのが景気の減退だ。
コロナショックが始まる前から国内のオリンピック需要の終息や海外では日米貿易摩擦による景気下振れなどが起こっており、鉄鋼景気は悪化する方向に行っており、世界的に建設需要を始め、自動車や家電などあらゆるものの需要が落ちてきている。結果的に鉄鋼消費量も落ちている、という構図だ。最後に追い打ちをかけているのが脱・炭素社会の流れだ。鉄を作るにあたり石炭が必須で大量のCO2を排出するので、CO2の再利用などは進められているが、世界的な環境基準がどんどん厳しくなっている。これによりCO2を抑える為に、製鉄所ではコストが高くなるのだ。

以上より鉄鋼需要(鉄鋼価格)が下がる一方、コストが上がる、という状況で鉄鋼業界は苦しい状態なのだ。良い方に目を向けると世界的にはまだまだ発展途上国が多く、これからインフラ整備が進む国はたくさんある。インフラ整備=鉄を大量に使うので、まだまだ鉄鋼需要が下がることはないだろうと考察できる。
また鉄は何度も再利用が出来ますので、エコな商品と言える。今後エコ化が進むと再度注目される可能性を秘めているのだ。

 チタンがなぜ医療ドリルに使われるようになったか。体の中に入れても安心である医療器具が必要である。耐摩耗性を犠牲にして靭性を高めるか、ここがステンレス鋼の課題である。歯科用ドリルの多くはステンレス製であり、口内での腐食により不快な味が生じる。口内で溶けるCrが人体に有害とされている。全体硬化から先端だけ硬化する方法で技量に問わず扱いやすさを目指すのである。チタン合金の中でB型チタン合金は、鋼に近い強度を持ち、ドリル材料としての可能性がある。しかし、ドリルにするには弱点である耐摩耗性の改善がいる。表面処理の種類と硬化層の硬さを比較する。早期摩耗や母材変形による剥離が起こり、ドリル(摩耗性)では制限される。チタンの熱処理(時効硬化処理)により硬さを増すと摩耗性の向上とともに母性が脆くなる。硬い部分と柔らかい部分を上手くつなぎ合わせ実用化されている鉄鋼材料の強靭化方法としてクラッド化、高周波焼き入れ、浸炭焼き入れがある。研磨紙で磨かれるように非常に硬い相手材の表面突起により削り取りにより、一方的に傷を付けられて摩耗する現象、金属のアグレッシブ現象だ。酸素固溶処理の開発は時効硬化層のさらに表面層に酸素を多く含む層を形成が可能になる。結果、SUS304に対してTi-ST(未処理)材は激しく摩耗し、420J2(現行)材は移着がみられ、Ti₋OA(技術A+B)材は人口皮質骨と金属に差はなく摩耗性の改善が見られた。チタンがドリルとして使えないのは金属に対して極端に擬着しやすいと言われている。しかし、今回の結果から人口骨に対しては擬着反応が弱まることがわかり、医療分野であればチタン合金がドリル材料として使用できる可能性を見出すことができたのである。

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