(57)【要約】   【課題】  金属製管状体の材質であるステンレス鋼管状体の接合部を加熱することなく、低温で一体化させる技術を提供する。  【解決手段】  本発明の金属製管状体は、内径1.0ｍｍ以下の金属製管状体の表面にチタンまたはアルミニウムの窒化物、炭化物、酸化物およびこれらの複合化合物の少なくともいずれか一つを含む皮膜を物理蒸着法により形成することを特徴とする。この結果、本発明の金属製管状体は、ステンレス鋼管状体の接合部だけでなく、管状体全体を低温で皮膜が形成でき、管状体の熱変形は小さく、歪ができない。また、密着性に優れ、しかも高密度であるため、液体が接合部から漏れ出ることがない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径1.0ｍｍ以下の金属製管状体の表面にチタン若しくはアルミニウム又は窒化物、炭化物、酸化物およびこれらの複合化合物のうち少なくともいずれか一つを含む皮膜を物理蒸着法により形成することを特徴とする金属製管状体。
【請求項２】
金属製管状体の接合部の一部が、管厚さの１/２〜１/３の深さで、且つその角度が０〜９０°に切り込んだＶ字状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の金属製管状体。
【請求項３】
金属製管状体の接合部の一部が、中心に対して斜めとなるＶ字状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２項いずれか記載の金属製管状体。
【請求項４】
金属製管状体の接合部が、蟻組みに接ぎ手されていることを特徴とする請求項１から３項のうち少なくともいずれかに記載の金属製管状体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内径1.0ｍｍ以下の金属製管状体の接合部を物理蒸着法によりチタンまたはアルミニウムの窒化物、炭化物、酸化物およびこれらの複合化合物の少なくともいずれか一つを含む皮膜を以って形成された金属製管状体に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製管状体、例えば注射針の場合、その材質はステンレス鋼ＳＵＳ３０４で、化学組成は炭素0.08％以下、クロム約18％、ニッケル約8％から成る合金鋼である。該合金鋼は固溶化熱処理で1050℃付近から急冷することによりオーステナイト組織を呈し、耐食性、耐錆性などの化学的性質に優れ、しかも軟質なため塑性加工性に優れた性質を備えている。しかしながら、この素材に溶接などの熱加工を施すと組織変化が起こり、該化学的性質や機械的性質が劣化する。加えて、一般的に熱溶接では素材の接合部および溶接材を高温で溶融させるため、部分的に膨張、収縮ならびに応力の開放に伴う変形が起こり、これの矯正が必要となる。
一方、最近の金属製管状体においては、細く且つテーパーのある構造が提供されており、具体的には、特許文献１において実用化している。
即ち、細く且つテーパーのある金属製管状体の製作には、ステンレス鋼板を曲げ加工して製作することが一般的であるが、曲げ加工後のステンレス鋼板は内部に大きな加工応力が生じた状態にある。この曲げ鋼板の接合部を、次の段階で、レーザー光で溶接して一体化している。
更に続けて、非特許文献１では、レーザー光線を当てられた側は溶融に必要な温度である１５００〜１６００℃に達し、しかも被処理品は熱容量が小さいため急冷されて熱応力ならびにナイトロジェンマルテンサイトの生成により硬化することを示している。
その結果、加熱による熱膨張、応力の開放に伴って該ステンレス鋼板は変形を生じ、接合側が凸状に、反対側は凹状の変形が見られるようになり、全体的に反りが出てしまう。一旦、反りの出たものを直線状に修正加工することは、硬化されているため極めて困難である。また、反りの修正加工ができた場合にあっても、金属製管状体の接合部が溶接不十分であると、その接合部が孔となって残り、金属製管状体の形状がテーパー状で、針先に圧力が掛かり易くなっているので、遂には、金属製管状体の途中から注射液が漏れてしまう。
【特許文献１】特開２００３−１３６１４２
【非特許文献１】Ｎ.Ｃ.Welsh；Journal of Applied Physics,28(1957)950.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで本発明は、金属製管状体の材質であるステンレス鋼管状体の接合部を加熱することなく、低温で一体化させる技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、請求項１記載の金属製管状体は、内径1.0ｍｍ以下の金属製管状体の表面にチタン若しくはアルミニウム又は窒化物、炭化物、酸化物およびこれらの複合化合物のうち少なくともいずれか一つを含む皮膜を物理蒸着法により形成することを特徴とする。
【０００５】
請求項２記載の金属製管状体は、その接合部の一部が、管厚さの１/２〜１/３の深さで、且つその角度が０〜９０°に切り込んだＶ字状に形成されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項３記載の金属製管状体は、その接合部の一部が、中心に対して斜めとなるＶ字状に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項４記載の金属製管状体は、その接合部が、蟻組みに接ぎ手されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の金属製管状体は、チタン若しくはアルミニウムの窒化物、炭化物、酸化物又はこれらの複合化合物から成る皮膜をイオンプレーティング方法で形成するので、ステンレス鋼管状体の接合部だけでなく、管状体全体を低温で皮膜が形成できる。従って、管状体の熱変形は小さく、歪ができない。またイオンプレーティング膜はステンレス鋼管状体に対して他の物理的蒸着法による蒸着皮膜よりも密着性に優れ、しかも高密度であるため、液体が接合部から漏れ出ることはない。  
更に、本発明の金属製管状体は、その接合部がＶ字状に切り込まれているので、接合部の表面積が増えるに従って皮膜面積が増強され、液体が接合部から漏れ出ることはない。
また、本発明の金属製管状体は、その接合部がＶ字状に、且つ中心に対して接合部が斜めに切り込まれているので、接合部の表面積が増えると共に、液体による内部圧力が接合部にストレートに掛かり難く、液体が接合部から漏れ出ることはない。
最後に、本発明の金属製管状体は、その接合部が蟻組みに接ぎ手されているので、液体による内部圧力が接合部に掛かっても管状体が拡張することがなく、液体が接合部から漏れ出ることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
そこで本発明は、ステンレス製薄鋼板をプレス加工により管状に塑性加工した後、該管状体接合部および管状体全体に物理蒸着法により金属窒化物等を被覆して、管として一体化するが、その方法を以下に説明する。
最初に、本発明では、物理蒸着法で得られる皮膜として、チタンまたはアルミニウムの窒化物、炭化物、酸化物およびこれらの複合化合物のいずれかを用いることとした。その理由は、処理の対象となる金属製管状体を低温処理することができ、且つ、該管状体を無ひずみの状態に維持することができる物理蒸着法の採用が可能となるからである。
注射針として使用する場合、人体に及ぼす影響は極めて重要であり、これについては既に整形外科において人工関節や骨折治療の金具などに金属チタンが活用されており、より安定な物性を持つチタンの窒化物、酸化物などは全く影響ないものと判断される。
また、ステンレス鋼へのチタン化合物の蒸着は密着強さの点から優れており、高速度工具鋼や超硬合金へ窒化チタンや窒化炭素などを蒸着する際、その下地にステンレス鋼の蒸着がしばしば採用されている。
なお、より安定な物性を持つ窒化物などであっても、相手となる金属がニッケルやクロムの場合、人体に悪影響を及ぼすことが予測されるため、該金属は使用しないことにした。
【００１０】
次に、一例として物理蒸着法の一種に属するイオンプレーティングのうちから、ホロカソード放電法による窒化チタン膜のコーティングについて述べる。
先ず、金属製鋼管状体への蒸着粒子の密着性を良くするために、スパッタリング現象を利用して不活性ガス、例えばアルゴンの放電を行い、皮膜形成前の蒸着面の汚れあるいは酸化皮膜を取り除く。
蒸着においては、最初に蒸発源となる金属チタンのバルク材をるつぼに投入する。次いでこの金属チタンを出力６ＫＷのＨＣＤ型電子銃でイオン化した蒸着粒子をステンレス鋼管状体の接合部に向けて放射する。該管状体は直流２００Ｖの負電圧でバイアスを架けることにより、該蒸着粒子は加速され、該管状体に衝突する。この衝突エネルギーが大きいほど付着力の強い膜を得ることができる。また、真空槽内に窒素、酸素あるいはメタン、プロパン、アセチレンなどの炭化水素をバルブを介して単体もしくは複合させた状態で層内に導入し、蒸着粒子を反応させて窒化物、炭化物、酸化物またはこれらを複合させた皮膜を成膜させる。この際、ステンレス鋼管状体は、背後に設けられたヒータで２５０〜３００℃に保たれている。この場合、温度が高いほど成膜の密着性は向上する。しかし、高過ぎると残留応力の開放に伴う歪が発生し、好ましくない。従って、上述の温度が適当である。また、目的とする膜厚２〜３μｍを得るのに３０分を要し、到達真空度は１．３３×１０−３Pa（１０−５Torr）以下で行った。
【００１１】
（実施例）
この発明の実施例を、上記実施の形態に基づいて製作した。その実施状況を図１、図２、図３、図４に従って説明する。
【実施例１】
【００１２】
上記の形態に基づいて作製した金属製管状体の基本となる蒸着方法を図１に示す。ステンレス鋼管状体１の外径はφ０.３５ｍｍからφ０.２０ｍｍのテーパー状を呈し、長さ１８.７ｍｍ全体に亘って接合部２が形成されている。最初に接合部を被覆するため、接合部以外はマスキングして蒸着を行った。次に、マスキングを除去し、接合部を含めた全体３を蒸着した。その結果、管状体全体に亘って厚さ２〜３μｍの窒化チタンの皮膜が形成された。因みに金属製管状体の厚さは５０μｍである。なお、この処理において歪は検出されなかった。
【実施例２】
【００１３】
上記の形態に基づいて作製したステンレス鋼製管状体の応用となる蒸着方法を図２に示す。管状体１の外径、テーパーは実施例１と同じであり、また接合部が存在することも同様である。但し、この実施例では接合部をＶ字状の切り込みを形成したＶ字状接合部４とし、外周面から深さ方向に１５〜２５μｍ、Ｖ字の角度を２０〜９０°に付けた後、この切り込みを付けた部分を蒸着により窒化チタン膜で埋め戻し、一体化した。因みに切り込み接合部以外はマスキングした。次に、マスキングを除去して後、管状体全体３に蒸着を施し、膜厚２〜３μｍを得た。
本発明の金属製管状体は、その接合部が外周面よりＶ字状に切り込まれているので、管内に注入した液体の圧力がベクトル的に分散されると共に、注入経路の距離が大きくなり、液体の漏れが防止される。ステンレス鋼と窒化チタンは相性が良く、接着強度に優れているので、一層接合部からの漏れを防ぐことができる。
なお、該Ｖ字接合部の角度が２０°以下であると蒸着膜を構成する窒化チタンが進入し難くなり、且つ、蒸着膜の強さが低下する。他方、９０°以上であると管状体の素材強度が失われる。
【実施例３】
【００１４】
上記の形態に基づいて作製したステンレス鋼の応用となる蒸着方法を図３に示す。管状体１の外径、テーパーは実施例１と同じであり、接合部が設けられており、これにＶ字状の切り込みを付けたのも同じである。しかしながら、この実施例における接合部は管状体１の中心に対して斜め５に加工した後、この切り込み接合部のみを蒸着により窒化チタン膜で埋め戻し、一体化した。因みに切り込み接合部以外はマスキングして蒸着を行った。また次の段階では、マスキングを除去して管状体全体３に蒸着を施した。膜厚は２〜３μｍである。
本発明では、ステンレス鋼製管状体の接合部をＶ字状に、且つ中心に対して接合部が斜めに切り込まれているので、接合部の表面積が増えると共に、管内に注入した液体による内部圧力が接合部にストレートに掛かり難く、液体が接合部から漏れることはない。すなわち、液体に圧力を掛けて管の先端から吐出する際に、管の先端は絞られているので、液体に掛かる圧力は管の先端だけでなく、管状体の中心から壁面に向かって垂直方向にも掛かる。この垂直方向に接合部がある場合、圧力を直接受けるが、この接合部が中心に対して斜めに切り込まれているときは、圧力を直に受けないため、直接掛かる負荷よりも小さい圧力となり、液体が接合部から漏れ出ることはない。
【実施例４】
【００１５】
上記の形態に基づいて作製したステンレス鋼の応用となる蒸着方法を図４に示す。管状体１の外径、テーパーは実施例１と同じであり、接合部が設けられ、これに切り込みを付けたのも同じである。しかしながら、この実施例における接合部は管状体１の長さ１８.７ｍｍ全体に亘って接合部２が形成されている。しかも円周方向に蟻組み６に接ぎ手加工した後、この切り込み接合部のみを蒸着により窒化チタン膜で埋め戻し、一体化した。因みに切り込み接合部以外はマスキングして蒸着を行った。また次の段階では、マスキングを除去して管状体全体３に蒸着を施した。膜厚は２〜３μｍである。
本発明の金属製管状体は、その接合部が円周方向に蟻組み接ぎ手され、ほぞの先端に行くに従って広がりを持っているので、引張り強度が大変優れ、液体による内部圧力が接合部に掛かっても管状体が拡張することがなく、引っ張ってもほぞは抜けないので、液体が接合部から漏れ出ることはない。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明は、物理蒸着法の一種であるイオンプレーティング法を用い、低温で窒化チタンの皮膜をコーティングしているので、歪がなく、注射針をはじめとする液体注入用管状体として利用できる。窒化チタン皮膜は、所謂金属ではなくセラミックスの性質を持っているので、安定で、人体に及ぼす影響が少ない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明において管状体に塑性加工した後の接合部状況と窒化チタン皮膜の状況
【図２】図２は、管状体に塑性加工した後のＶ字状接合部の状況と窒化チタン皮膜の状況を示す接合部付近の拡大図
【図３】図３は、管状体に塑性加工した後の斜めＶ字状接合部の状況と窒化チタン皮膜の状況を示す接合部付近の拡大図
【図４】図４は、管状体に塑性加工した後の蟻組み接ぎ手接合部を示す接合部付近の状況
【符号の説明】
【００１８】
１  ステンレス鋼管状体
２  接合部
３  窒化チタン皮膜
４  Ｖ字状接合部
５  斜めＶ字状接合部
６  蟻組み接ぎ手接合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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