(57)【要約】【課題】コーティングむらが少なく、被膜密着性に優れたセラミック被覆針を安価に供給する。【解決手段】金属製針の少なくとも先端部に、ドライプレーティング法によってセラミック被膜を被成するに際し、該金属製針を、蒸着粒子の進行方向に平行に、かつ該金属製針の先端部が進行してくる蒸着粒子に対向する姿勢で設置し、この姿勢を保持したまま、該金属製針を、蒸着粒子の進行方向に対し、進退移動、交差移動、該進行方向を回転軸とする回転移動、あるいは該進行方向に水平または垂直の回転軸を有する公自転移動させつつ、セラミックのコーティングを行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製針の少なくとも先端部に、ドライプレーティング法によってセラミック被膜を被成するに際し、
該金属製針を、蒸着粒子の進行方向に平行に、かつ該金属製針の先端部が進行してくる蒸着粒子に対向する姿勢で設置し、この姿勢を保持したまま、該金属製針を、蒸着粒子の進行方向に対し、進退移動、交差移動、該進行方向を回転軸とする回転移動、あるいは該進行方向に平行または垂直の回転軸を有する公自転移動させつつ、セラミックのコーティングを行うことを特徴とするセラミック被覆針の製造方法。
【請求項２】
金属製針の少なくとも先端部に、セラミック被膜を被成するためのセラミックコーティング装置であって、真空槽の内部に、ドライプレーティング装置と試料ホルダーをそなえ、該試料ホルダーは、被処理材である金属製針を、蒸着粒子の進行方向に平行に、かつ該金属製針の先端部が進行してくる蒸着粒子に対向する姿勢を保持したまま、蒸着粒子の進行方向に対して、進退移動、交差移動、該進行方向を回転軸とする回転移動、あるいは該進行方向に平行または垂直の回転軸を有する公自転移動を可能ならしめる移動治具を具備することを特徴とするセラミック被覆針の製造装置。
【請求項３】
被処理材である金属製針を保持した試料ホルダーを、連続して、コーティングの予備室、高真空室、セラミックコーティング室、冷却室およびコーティング後の予備室に順次に導く間に、該セラミックコーティング室において該金属製針の先端部にセラミック被膜を被成するセラミック被覆針の連続製造装置であって、該セラミックコーティング室に、ドライプレーティング装置を配置すると共に、該試料ホルダーは、セラミックコーティング室内において、被処理材である金属製針を、蒸着粒子の進行方向に平行に、かつ該金属製針の先端部が進行してくる蒸着粒子に対向する姿勢を保持したまま、蒸着粒子の進行方向に対して、進退移動、交差移動、該進行方向を回転軸とする回転移動、あるいは該進行方向に平行または垂直の回転軸を有する公自転移動を可能ならしめる移動治具を具備することを特徴とするセラミック被覆針の連続製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、注射針や穿刺針などの医療用セラミック被覆針および遺伝子制御用セラミック被覆針などのセラミック被覆針の製造方法、製造装置および連続製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療技術の進歩は目ざましく、例えば肝臓や膵臓等の検査においては、患者の血液検査では得られないデータを得るために、エコーを利用した超音波検査や、ＣＴ（コンピューター断層撮影）検査、強い磁気と電波を使用して各種臓器の断面像を映し出すＭＲＩ（磁気共鳴画像）検査、細い管（カテーテル）を介して造影剤を注入し、血管の状態を画像化する血管造影検査等が広く用いられている。
【０００３】
これらの血液検査や各種画像診断によれば、ガン等の病巣の存在は診断できるけれども、確定診断のためには、肝生検等により病変部の病理組織学的な検査が必要となる。
通常、かような検査においては、特殊な穿刺針を直接病変部に刺して組織片を採取する方法が採用されている。
【０００４】
しかしながら、現行の金属製の穿刺針を用いた場合、針の基材が電気的特性に優れた導体金属（抵抗率ρ：10-6〜10-8Ω・m)であることから、病変部から採取した組織片や病変部に刺した穿刺針の周りの細胞に悪影響を及ぼすことが指摘されている。
【０００５】
この点、セラミック製の穿刺針を使用すれば、採取した組織片や病変部に刺した穿刺針の周りの細胞に悪影響を及ぼさないと考えられる。
しかしながら、セラミック穿刺針は、非常に脆く、折れ易いため、現在では全く使用されていない。
【０００６】
上記の問題を解決するものとして、発明者らは、先に「金属製の針の表面の一部または全面に、抵抗率ρが105 Ω・m 以上の絶縁性のセラミック被膜を有することを特徴とする医療用セラミック被覆針」を開発した（例えば特許文献１参照）。
上記の技術の開発により、使用中に折損などを生じることがなく、また病変部に刺した穿刺針の周りの細胞に悪影響を及ぼすことなしに、組織片を採取することができるようになった。
【０００７】
このように、絶縁性に優れたセラミック被膜をそなえるセラミック被覆針は、生体組織や細胞に及ぼす悪影響が極めて小さい。
そこで、発明者らは、セラミック被覆針のもつ上記の特長を医療用以外の他の分野にも活用すべく、広範な技術分野にわたって検討を行った結果、遺伝子制御の分野において、特に優れた効果を示すことが新たに見出し、遺伝子制御用のセラミック被覆針を新たに開発した（例えば特許文献２参照）。
【０００８】
しかしながら、上記したようなセラミック被覆穿刺針を使用した場合であっても、採取した組織片に悪影響力が生じる場合があった。
すなわち、上記の穿刺針の外表面は絶縁性セラミックで被覆されているので、病変部に刺した穿刺針のまわりの細胞については何ら損傷を受けることはなかったのであるが、上記穿刺針の内部はかような絶縁性セラミックで必ずしも被覆されているとは限らないので、採取した組繊片が金属面との接触により、悪影響が生じる場合があった。
【０００９】
そこで、発明者らはさらに研究を重ねた結果、「金属製針の少なくとも先端部に、ドライプレーティング法によって抵抗率ρが105 Ω・m 以上の絶縁性のセラミック被膜を被成するに際し、該金属製針を、蒸着粒子の進行方向に平行に、かつ該金属製針の先端部を進行してくる蒸着粒子に対向して設置することを特徴とする医療用セラミック針の製造方法」を開発した（例えば特許文献３参照）。
【００１０】
図１に、特許文献３に開示したマグネトロン・スパッタ方式のドライプレーティング装置を模式で示す。また図２(a) には、素材である金属製針の設置姿勢を、同図(b) には、セラミック膜被覆後の金属製針の先端部を拡大断面で示す。
図中、番号１は真空槽、２は試料ホルダー、３は金属製針、４はターゲットであるフェロシリコン、５はマグネット、６はこれらの間に介挿された銅板、７はその水冷管である。さらに、８は反応ガスの装入口、９はイオン化したSi粒子、10は金属製針３の固定治具、そして11, 12が金属製針３の外表面および内表面にそれぞれ被成されたセラミック膜である。なお、真空槽１内は、通常、0.13Pa（１×10-3Torr）程度の高真空度に保たれている。
【００１１】
図１に示したところにおいて、イオン化したSi粒子９は、試料ホルダー２で固定した金属製針３に対して直進する間に反応ガスである窒素ガスと反応し、 SiNX として金属製針３の先端部に蒸着することになる。
【００１２】
この方法では、上記したような蒸着粒子すなわち SiNX セラミックの被成に際し、金属製針３を、蒸着粒子の進行方向に平行に、かつこの金属製針３の先端部を進行してくる蒸着粒子に対向させて設置するところに特長がある。
このような設置姿勢とすることにより、蒸着粒子が金属製針３の内部まで効果的に侵入・付着して、図２(b) に示したように、外表面についてはもとより、内表面についても絶縁性のセラミック膜12が効果的に被覆されるのである。
【００１３】
この技術の開発により、穿刺針の内面側にも確実に絶縁性セラミックを被覆して、病変部に刺した穿刺針のまわりの細胞については言うまでもなく、採取した組織片そのものについても何ら悪影響を及ぼすことのない、医療用セラミック被覆針を得ることができるようになった。
【００１４】
【特許文献１】特開2003−210579号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特願2002−288654号明細書（特許請求の範囲）
【特許文献３】特願2003−9367号明細書（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上掲特許文献３に開示の製造方法では、金属製針の設置位置が固定されているため、コーティング部材の先端側のみが厚くコーティングされるなどのコーティングむらが生じたり、また多数の金属製針を同時にコーティングする場合には、設置位置によって金属製針間でコーティングむらが生じるという問題があった。
また、上記の製造方法は、バッチ式であり、一回のコーティングで処理できる個数に限りがあるため、コーティングコストが高価になるところにも問題を残していた。
【００１６】
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、金属製針の設置位置を固定せず、例えば上下、左右あるいはその他の方向に移動させつつコーティングを行うことによって、各セラミック被覆針のコーティングむらを解消すると共に、被膜密着性の有利な向上を可能ならしめたセラミック被覆針の製造方法を、その実施に用いて好適な製造装置と共に提案することを目的とする。
また、本発明は、上記したような金属製針に対するセラミックコーティングを連続して行うことができるセラミック被覆針の連続製造装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．金属製針の少なくとも先端部に、ドライプレーティング法によってセラミック被膜を被成するに際し、
該金属製針を、蒸着粒子の進行方向に平行に、かつ該金属製針の先端部が進行してくる蒸着粒子に対向する姿勢で設置し、この姿勢を保持したまま、該金属製針を、蒸着粒子の進行方向に対し、進退移動、交差移動、該進行方向を回転軸とする回転移動、あるいは該進行方向に平行または垂直の回転軸を有する公自転移動させつつ、セラミックのコーティングを行うことを特徴とするセラミック被覆針の製造方法。
【００１８】
２．金属製針の少なくとも先端部に、セラミック被膜を被成するためのセラミックコーティング装置であって、真空槽の内部に、ドライプレーティング装置と試料ホルダーをそなえ、該試料ホルダーは、被処理材である金属製針を、蒸着粒子の進行方向に平行に、かつ該金属製針の先端部が進行してくる蒸着粒子に対向する姿勢を保持したまま、蒸着粒子の進行方向に対して、進退移動、交差移動、該進行方向を回転軸とする回転移動、あるいは該進行方向に平行または垂直の回転軸を有する公自転移動を可能ならしめる移動治具を具備することを特徴とするセラミック被覆針の製造装置。
【００１９】
３．被処理材である金属製針を保持した試料ホルダーを、連続して、コーティングの予備室、高真空室、セラミックコーティング室、冷却室およびコーティング後の予備室に順次に導く間に、該セラミックコーティング室において該金属製針の先端部にセラミック被膜を被成するセラミック被覆針の連続製造装置であって、該セラミックコーティング室に、ドライプレーティング装置を配置すると共に、該試料ホルダーは、セラミックコーティング室内において、被処理材である金属製針を、蒸着粒子の進行方向に平行に、かつ該金属製針の先端部が進行してくる蒸着粒子に対向する姿勢を保持したまま、蒸着粒子の進行方向に対して、進退移動、交差移動、該進行方向を回転軸とする回転移動、あるいは該進行方向に平行または垂直の回転軸を有する公自転移動を可能ならしめる移動治具を具備することを特徴とするセラミック被覆針の連続製造装置。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、セラミック被膜のコーティングむらがなく、かつ被膜密着性に優れたセラミック被覆針を得ることができる。
また、本発明によれば、上記したコーティングむらがなくかつ被膜密着性に優れたセラミック被覆針を連続して得ることができるので、生産性の向上およびコストの低減を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を図面に従い具体的に説明する。
図３に、本発明に従う、マグネトロン・スパッタ方式のドライプレーティング装置の好適例を模式で示す。構成の骨子は、図１に示した従来の装置と共通するので同一の番号を付して示し、番号13が移動式の試料ホルダーである。この例で、この移動式試料ホルダー13は、図４に示すように台車式になっていて、水平移動すなわち蒸着粒子の進行方向に対して交差移動できる仕組みになっている。図中、番号14は移動台車、15はサンプル台である。
【００２２】
このように、試料ホルダー13を、記号Ａで示すように交差移動させつつ、コーティングを行うことによって、先端側のみの付着量が特に厚くなることなしに、蒸着粒子が金属製針の外表面についてはもとより、内表面についても均一に付着し、その結果、従来懸念されたコーティングむらの発生が効果的に解消されたのである。
【００２３】
また、かような移動方式としたことにより、セラミック被膜の密着性も向上した。
この理由は、通常、固定式のコーティングでは、蒸着粒子のエピタキシャル成長が優先するため、コーティングむらが助長されるのに対し、本発明のような移動式のコーティングでは、このようなことがないので、セラミック被膜の密着性が向上したものと考えられる。
【００２４】
また、本発明において、試料ホルダーの移動は、蒸着粒子の進行方向に対する交差移動に限られるものではなく、図４中に記号Ｂ，Ｃで示すように、蒸着粒子の進行方向に対し、進退移動または該進行方向を回転軸とする回転移動であってもよい。
【００２５】
さらに、試料ホルダーの移動は、蒸着粒子の進行方向に対して、平行または垂直の回転軸を有する公自転移動であってもよい。
図５に、平行の回転軸を有する公自転移動を可能とする竪型の公自転治具を模式で示す。この場合は、大回転台16が回転（公転）すると同時に、小回転台17も回転（自転）する仕組みになっているので、試料ホルダーに設置された各金属製針３は真空槽１内を均等に移動することになり、従って、より効果的にコーティングむらの発生を防止することができるのである。
【００２６】
また、図６に、垂直の回転軸を有する公自転移動を可能とする横型の公自転治具を模式で示す。この場合は、大円盤18の回転（公転）に同期して、試料ホルダー13に設置された金属製針３が常に鉛直姿勢を維持できるように小円盤19を回転（自転）させるようにすることが重要である。この方式によっても、図５の場合と同様、コーティングむらの発生を効果的に防止することができる。
【００２７】
さらに、上記の装置では、複数の移動台車上に多数の金属製針をセットして、同時にコーティング処理が行えるので、生産性が向上し、大幅なコストダウンが図れるという利点もある。
【００２８】
以上、種々の移動形態について説明したが、本発明はこれだけに限るものではなく、要するに、金属製針の設置位置を固定されてなく、しかも金属製針の設置姿勢が、常に蒸着粒子の進行方向に平行でかつ蒸着粒子に対向する姿勢に保持されていれば、その他のどのような移動形態であってもよい。また、前記した移動は連続して移動してもよいし、間欠的に移動してもよい。
【００２９】
なお、上記の例では、セラミックのコーティングをバッチ式で行う場合について主に説明したが、本発明では、金属製針に対するセラミックコーティングを連続コーティングラインで連続して行うこともできる。
以下、上記した連続コーティングを可能ならしめる連続製造装置について説明する。
【００３０】
図７に、本発明に従う、セラミック被覆針の連続製造装置を模式で示し、図中番号20がコーティングの予備室、21が高真空室、22がセラミックコーティング室、23が冷却室、24がコーティング後の予備室、そして25が試料ホルダー13の移動用の軌道である。
本発明では、被処理材である金属製針３を保持した試料ホルダー13を、軌道25に沿ってこれらの室20〜24に順次に導き、その間セラミックコーティング室22において、金属製針３に対してドライプレーティングによるセラミック被覆を行うのである。
なお、図示は省略したが、各室はそれぞれ隔壁で区画されており、またこの隔壁は、必要に応じて開閉できる仕組みになっている。
【００３１】
ここに、コーティングの予備室20は、金属製針を予備排気するための室で、通常 1.33Pa（１×10-2Torr）程度の低真空度に保たれている。
また、高真空室21は、金属製針表面を清浄化するため、あるいは金属製針表面の吸着ガスを除去するための室で、通常、 6.7×10-3Pa（５×10-5Torr）程度の高真空度に保たれている。
【００３２】
さらに、セラミックコーティング室22では、前掲図３で示したように、金属製針３を保持した試料ホルダー13を、軌道25上を移動（交差移動）させつつ、セラミックのコーティングを行うのである。
なお、この連続製造装置では、蒸着粒子の進行方向に対する試料ホルダー13の移動は、図３に記号Ａで示すような交差移動が最も能率的であるが、必要に応じて、専用の治具を設けて、図４に記号Ｂ，Ｃで示したような進退移動や回転移動、またさらには図５，図６に示したような公自転移動をさせても良いのは言うまでもない。
また、このセラミックコーティング室22は、通常、0.13Pa（１×10-3Torr）程度の高真空度に保たれている。
【００３３】
次に、冷却室23は、セラミックコーティング室22でのコーティング処理により、300 ℃程度まで昇温した金属製針３を50〜60℃程度まで降温するための室である、この冷却室23の真空度は、だいたい0.13〜1.33Pa（１×10-3〜１×10-2Torr）程度でに保持されている。
コーティング後の予備室24は、コーティング後のセラミック被膜針を予備的に冷却するための室で、通常、0.67Pa（５×10-3Torr）程度の真空度に保たれている。
【００３４】
なお、上記した金属製針を穿刺針として適用する場合、穿刺針の外表面に対するセラミック被膜の被覆は、必ずしも針の全面に施す必要はなく、少なくともその使用に際して生体組織と接触する領域が被覆されていれば良い。
この点については、穿刺針の内表面も同様で、針先端部の傾斜領域の基底部から内部にわたって（図２(b) にｈで示す領域）少なくとも１mmだけセラミック膜で被覆されていれば良い。というのは、穿刺針の内表面については、少なくとも１mm内部にわたって絶縁性セラミック膜を被覆しないと、採取した組織片に悪影響が生じる場合があるからである。好適には、針先端部の基底部から３〜10mm程度内部にわたってセラミック膜を被覆することが好ましい。
【００３５】
また、遺伝子制御用として使用する場合には、外表面については、少なくとも生体組織に接触する部位、一方内表面については、少なくとも生体組織中の細胞核に接触する部位で十分である。
具体的には、外表面については金属製針の先端部から１mm以上、好ましくは10mm以上であり、一方内表面については、金属製針の先端部から10μm 以上、好ましくは１mm以上である。
【００３６】
また、本発明では、針の表面にセラミック被膜を被成するので、針の基材としては金属材料であればいずれもが使用可能であるが、特に好ましくはステンレス鋼や高張力鋼などの鉄系金属である。
というのは、鉄系金属は、精密加工処理が極めて容易だからであり、さらにステンレス鋼は表面が錆びないという利点も有しているからである。このステンレス鋼の中でもフェライト系ステンレス鋼が特に有利に適合する。
【００３７】
例えば、ステンレス鋼によって穿刺針の基体を製造する場合、ステンレス鋼素材を、連続鋳造し、熱間圧延−冷間圧延−光輝焼鈍を行った後、精密加工により外径：0.5 〜2.5mm、長さ：100 〜250 mm程度の目的に応じた種々の針形状に加工処理する。なお、この際の処理工程は、従来技術に従って行えば良い。
【００３８】
ついで、得られた針の表面を、超音波洗浄や電解研磨等によって清浄にしたのち、前記のようにしてセラミック被膜を被成するわけであるが、かようなセラミックとしては、抵抗率ρが105 Ω・m 以上の絶縁性セラミックを用いることが重要である。というのは、抵抗率ρが105 Ω・m 未満のセラミックでは、採取した組織片や病変部に刺した穿刺針のまわりの細胞に対する悪影響を完全に払拭することができないからである。
かような絶縁性セラミックとしては、前述した SiNX の他、SiO2やＢＮ, Al2O3 などが有利に適合する。
【００３９】
さらに、上記のようなセラミック被膜はドライプレーティング法によって被覆する。かような、ドライプレーティング法としては、高イオン化および高速成膜が可能なマグネトロン・スパッタ法の適用が最適であるが、その他ＲＦ（Radio Frequency)や中空陰極放電法、アーク放電法などの公知のＰＶＤコーティング法、さらにはＣＶＤコーティング法や高プラズマＣＶＤコーティング法を使用することもできる。
ここに、マグネトロン・スパッタ法による、セラミック被膜の好適被覆条件は次のとおりである。
例えば SiNX コーティングを行うため、フェロシリコン・ターゲットを使用した場合には、投入パワー：５〜10 kW 、真空度：1.06×10-2〜3.99×10-1 Pa ( 0.8 ×10-4〜３×10-3Torr)、Arガス：50〜1000sccm、N2ガス：50〜1000sccmが最適条件である。
【００４０】
また、上記のプラズマコーティング中、特にその後半において、O2を５〜500 sccm程度導入することにより、抵抗率ρが109 Ω・m 以上の極めて絶縁性の高いセラミック被膜を被覆することもできる。
【実施例１】
【００４１】
Ｃ：0.027 mass％，Si：0.3 mass％, Mn：0.18mass％，Ｐ：0.012 mass％，Ｓ：0.009mass％およびCr：18.2mass％を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になるフェライト系ステンレス鋼の素材を、連続鋳造し、熱間圧延−冷間圧延−光輝焼鈍を行った後、精密加工により外径：0.8 mm、長さ：200 mmの金属製針を作成した。ついで、超音波洗浄後、図３に示したマグネトロン・スパッタ装置を用いて高プラズマ雰囲気中で SiNx を成膜した。
なお、このマグネトロン・スパッタ法による SiNx セラミック膜の成膜に際しては、Ar：500 sccm、Ｎ2 ：200 sccm中で 1.0μm 厚に成膜した。また、 SiNx セラミック膜の被覆領域は、外表面については針の先端部から60mm、内表面については針の先端部（開口部の根元）から７mmであった。
また、比較のため、図１に示した装置を用いて、実施例と同じ条件でセラミック被覆針を作成した。
【００４２】
かくして得られたセラミック被覆針におけるコーティングむらおよび被膜密着性について調べた。
ここに、コーティングむらは、セラミック被覆針の先端部と先端から５mm入った内表面との被覆厚み差（μm ）で評価した。また、被膜厚みは、被覆断面を走査型電子顕微鏡で観察することにより求めた。
さらに、被膜密着性は、別途用意したステンレス鋼板の表面に、同様の方法でセラミック膜を成膜したセラミック被覆鋼板を 180°曲げを行っても剥離が生じない最小径で評価した。
【００４３】
【表１】
2004358208.tif 000003
【００４４】
同表から明らかなように、本発明に従い得られたセラミック被覆針は、比較例に比べると、コーティングむらが大幅に改善され、また被膜密着性も良好であった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】試料ホルダーが固定式のドライプレーティング装置（マグネトロン・スパッタ方式）の模式図である。
【図２】(a) は、試料ホルダーに対する金属製針の設置形態を示した図、(b) は、金属製針の先端部の拡大断面図である。
【図３】本発明のセラミック被覆針の製造に用いて好適なマグネトロン・スパッタ方式のドライプレーティング装置の模式図である。
【図４】試料ホルダーの詳細図である。
【図５】蒸着粒子の進行方向に対して平行の回転軸を有する公自転移動が可能な竪型の公自転治具の模式図である。
【図６】蒸着粒子の進行方向に対して垂直の回転軸を有する公自転移動が可能な横型の公自転治具の模式図である。
【図７】本発明に従う、セラミック被覆針の連続製造装置の模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  真空槽
２  試料ホルダー
３  金属製針
４  フェロシリコン・ターゲット
５  マグネット
６  銅板
７  水冷管
８  反応ガスの装入口
９  イオン化したSi粒子
10  金属製針の固定治具
11  金属製針の外表面に被成されたセラミック膜
12  金属製針の内表面に被成されたセラミック膜
13  移動式試料ホルダー
14  移動台車
15  サンプル台
16  大回転台
17  小回転台
18  大円盤
19  小円盤
20  コーティングの予備室
21  高真空室
22  セラミックコーティング室
23  冷却室
24  コーティング後の予備室
25  軌道
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004358208.tif 000007
【図５】
2004358208.tif 000008
【図６】
2004358208.tif 000009
【図７】
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