(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状に撚られて中空部を持つ、第１の金属から成る複数本のワイヤーが、隣接する前記ワイヤー間で面状の接触面を持ち、前記第１の金属の融点より低い第２の金属が、該中空体の外側に形成される螺旋状窪み部に充填され、該中空体を構成する前記複数本のワイヤーが前記第２の金属によって互いに溶着されていることを特徴とする金属中空体。
【請求項２】
螺旋状に撚られて中空部を持つ、第３の金属が表面に被覆された第１の金属からなる複数本のワイヤーが、隣接する前記ワイヤー間で面状の接触面を持ち、前記第１の金属の融点より低い第２の金属が、該中空体の外側に形成される螺旋状窪み部に充填され、該中空体を構成する前記複数本のワイヤーが前記第２の金属によって互いに溶着されていることを特徴とする金属中空体。
【請求項３】
螺旋状に撚られて中空部を持つ、第４の金属が表面に被覆された第１の金属からなる複数本のワイヤーが、隣接する前記ワイヤー間で面状の接触面を持ち、前記第１の金属の融点より低い第４の金属が、該中空体のワイヤー間で融着する事によって前記複数本のワイヤーが互いに溶着されていることを特徴とする金属中空体。
【請求項４】
螺旋状に撚られて中空部を持つ、第１の金属からなる複数本のワイヤー、もしくは第３の金属が被覆された第１の金属からなる複数本のワイヤーが、隣接する前記複数本のワイヤー間で面状の接触面を持ち、接着剤、樹脂のいずれかからなる硬化性物質が該中空体の外側に形成される螺旋状窪み部に充填され、該中空体を構成する前記複数本のワイヤーが前記硬化性物質によって互いに固着されていることを特徴とする金属中空体。
【請求項５】
螺旋状によられて中空部を持つ金属中空体において、最大外径が０．０４ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の金属中空体。
【請求項６】
螺旋状に撚られて中空部を持つ第１の金属がモリブデン、タングステン、銅、ニッケル、チタン、鉄、亜鉛およびそれらを主成分とする合金から選ばれることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の金属中空体。
【請求項７】
外層に厚さ０．１μｍ以上１００μｍ以下の金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、クロムからなる金属またはこれらの合金からなる被覆層を有することを特徴とする、請求項１〜３および５〜６の何れかに記載の金属中空体。
【請求項８】
最外層に厚さ０．５μｍ以上２０μｍ以下の絶縁皮膜を有することを特徴とする、請求項１〜７の何れかに記載の金属中空体。
【請求項９】
複数本のワイヤーを螺旋状に撚る際に、最大直径が２％以上２０％以下の範囲で減少する様に、ダイスによって圧縮をかけることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の金属中空体の製造方法。
【請求項１０】
螺旋状に撚られて中空部を持つ、第１の金属から成る複数本のワイヤーの外側表面に形成される螺旋状窪み部に第２もしくは第４の金属を充填する方法として、溶融メッキ、電気メッキ、化学メッキ、蒸着、金属粉末ペースト塗布の何れかの方法、もしくはこれらの組み合わせを用いることを特徴とする、請求項１〜３および５〜９の何れかに記載の金属中空体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜８の何れかに記載の金属中空体を用いることを特徴とする放電加工用電極。
【請求項１２】
請求項１〜８の何れかに記載の金属中空体を用いることを特徴とする送液用金属パイプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中心部分に空間を持ち、該空間を通じて、液体、気体などの流体を通過せしめることを可能とする、金属中空体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属中空体は従来からパイプもしくはチューブとして、その内部に気体や液体などの流体を通過せしめる流路として、また、構造物の骨格を形成する部材などとして用いられてきた。金属は展延性に富み、塑性加工が可能で、適度な剛性を持っているため、樹脂や焼成物などでは適用できない複雑な形状を要求される分野においても有用されている。更に金属のもつ導電性により、電気回路の一部として使用することも可能である。また、これらの性質は、金属の種類、加工度、熱処理などによって自在に選択することができるため、産業上の利用分野は非常に広範となっている。
【０００３】
金属中空体の中でも、その外径が数ｍｍ以下の細径管については、通常の流体通過路としての使用以外に、細穴放電加工用電極や医療機器など特殊な分野での応用がなされている。これらの分野ではある程度の機械的強度の確保の要請から、タングステンやモリブデンといった高融点金属やステンレス鋼が素材材質として用いられることが望ましい。
【０００４】
一般に高融点金属は室温における塑性変形能が低く加工しにくい材料であるため、中空体を製造することは他の軟質金属に比べ容易ではない。高融点金属の中空体を製造する方法として、特開２００１−１５７９２５では、金属線を撚り線加工して、線同士の隙間にろう材を充填してろう付けし、放電加工用金属中空体を提供する方法を開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般的な金属中空体の製造方法としては、伸管、巻き付け、縫合などの方法が採用されている。これらの方法は直径の比較的大きな、展延性に富む金属の中空体を製造する方法として繁用されているが、本願発明が目的とする、最大直径１ｍｍ以下の細径管の製造や、塑性加工性の低い高融点金属等を素材とする場合には適用が非常に難しい。これは、細径の中空体を製造する場合には素材とする材料に大きな塑性変形を与える必要があるためで、変形加工−焼鈍の工程を繰り返し実施して加工が可能になったとしても、最終製造物において寸法精度や形状精度を保証することは極めて困難であった。
【０００６】
これに対し、特開２００１−１５７９２５に開示された金属中空体では、ろう材となる第２の金属線の周りに、金属中空体を構成する第１の金属線を撚り合わせ、その後ろう材となる第２の金属の融点以上に加熱して第１の金属線を鑞付けして金属中空体を製造する。この方法では最大直径が０．０４ｍｍ〜０．５ｍｍの細い金属中空体を製造することができるが、中空体の内部でろう材の厚さが不安定となり、また、介在物や気泡などによる突起が生じ易く、実際に流体を通過させる際につまりの原因になることがあった。
【０００７】
本発明は上記の問題点を解決し、任意の金属素材を使用して、細径の金属中空体を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の態様では、螺旋状に撚られて中空部を持つ、第１の金属から成る複数本のワイヤーが、隣接する前記ワイヤー間で面状の接触面を持ち、前記第１の金属の融点より低い第２の金属が、該中空体の外側に形成される螺旋状窪み部に充填され、該中空体を構成する前記複数本のワイヤーが前記第２の金属によって互いに溶着されていることを特徴とする。この実施態様を表わす金属中空体の断面図を図１に示す。前記第１の金属からなるワイヤー間で面状の接触面を持たせることにより、その面間に薄くはいりこんだ前記第２の金属の溶着作用により強固な接合が可能となり金属中空体の剛性が高くなる。また、前記面間の隙間が小さいため金属中空体の外側に形成される螺旋状窪み部に充填された第２の金属が、金属中空体の内部に浸入することがなく、金属中空体の内部表面は清浄に保たれる。
【０００９】
本発明による第２の態様では、螺旋状に撚られて中空部を持つ、第３の金属が表面に被覆された第１の金属からなる複数本のワイヤーが、隣接する前記ワイヤー間で面状の接触面を持ち、前記第１の金属の融点より低い第２の金属が、該中空体の外側に形成される螺旋状窪み部に充填され、該中空体を構成する前記複数本のワイヤーが前記第２の金属によって互いに溶着されていることを特徴とする。この実施態様を表わす金属中空体の断面図を図２に示す。本構成により、前記第１の態様の特徴を備え、さらに、第３の金属の種類を適宜選択することにより、金属中空体の内面に必要な表面性状を付与することができる。また、第１の金属と第２の金属の濡れ性が良好でない場合に、第３の金属として、第２の金属との濡れ性がよい金属を選択することにより、第２の金属の溶着性能が向上し、金属中空体の強度や気密性を向上することができる。
【００１０】
本発明による第３の態様では、螺旋状に撚られて中空部を持つ、第４の金属が表面に被覆された第１の金属からなる複数本のワイヤーが、隣接する前記ワイヤー間で面状の接触面を持ち、前記第１の金属の融点より低い第４の金属が、該中空体のワイヤー間で融着する事によって前記複数本のワイヤーが互いに溶着されていることを特徴とする。この実施態様を表わす金属中空体の断面図を図３に示す。本構成を取ることにより、前記第１の態様の特徴を備えた金属中空体の接合強度の更なる向上と、金属中空体内外の気密性の向上を得ることができる。
【００１１】
本発明による第４の態様では、螺旋状に撚られて中空部を持つ、第１の金属からなる複数本のワイヤー、もしくは第３の金属が被覆された第１の金属からなる複数本のワイヤーが、隣接する前記複数本のワイヤー間で面状の接触面を持ち、接着剤、樹脂等の硬化性物質が該中空体の外側に形成される螺旋状窪み部に充填され、該中空体を構成する前記複数本のワイヤーが前記硬化性物質によって互いに固着されていることを特徴とする。この実施態様を表わす金属中空体の断面図は図２に示したものと同様になる。本構成では、前記第１の態様の特徴を備えた金属中空体を安価に製造することができる。
【００１２】
本発明による金属中空体は、最大外径が０．０４ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。従来の金属中空体の製造技術では外径１ｍｍ以下の金属中空体は製造が非常に困難であったが、本発明の方法により、最大直径が最小０．０４ｍｍの金属中空体を材質を問わずに製造することができる。最大直径が０．０４ｍｍよりも小さくなると、撚り線形状への加工が困難になる。また、最大直径が１ｍｍを超える金属中空体は従来の製造方法で容易に製造が可能であり、本発明を適用するまでもない。
【００１３】
本発明による金属中空体は線材として加工可能な全ての金属に適用することができるが、特に、モリブデン、タングステン、銅、ニッケル、チタン、鉄、亜鉛およびそれらを主成分とする合金から選ばれる材質を用いることにより、好適な特性を示すことができる。特に放電加工用の電極として本発明の金属中空体を用いる場合は、タングステン、モリブデン等にはセリウム、トリウム等の仕事関数の大きな金属を微量添加して第１の金属として用いると、加工速度の増大が図れることから好ましい。
【００１４】
さらに、本発明による別の態様では、金属中空体の外層に厚さ０．１〜１００μｍの金、銀、銅、アルミニウム等の導電率の高い金属またはこれらの合金からなる被覆層を有することができる。この被覆層により、金属中空体全体の電気伝導度を向上させることが出来、用途に応じた電気伝導性を付与することができる。また同態様では、金属中空体の外層に厚さ０．１〜１００μｍのニッケル、クロム等の耐食性の高い金属またはこれらの合金からなる被覆層を有することができる。この被覆層により、銅金属中空体を腐食性環境のもとで使用することが可能になり、また、該金属中空体を構成する物質が環境に溶出することを防ぐことができる。
【００１５】
さらに、本発明による別の態様では、金属中空体の最外層に厚さ０．１〜２０μｍの絶縁皮膜を有することができる。この構成を取ることにより、たとえば該金属中空体を放電加工用電極として用いた場合、余分な放電を防ぎ、加工部分の寸法精度や面性状を向上することができる。
【００１６】
本発明においては、複数本のワイヤーを螺旋状に撚る際に、最大直径が２％以上２０％以下の範囲で減少する様に、ダイスによって圧縮をかけることを特徴とする。本工程を通過させることにより、上記本発明の第１の態様以下に述べた特徴を金属中空体に付与することができる。この場合、最大直径で測定した圧縮の程度が２％を下回ると、第１の金属からなる複数本のワイヤー同士の接触が面状でない部分が現われ、本発明の特徴である強固なワイヤー同士の接着が得られず、また、該中空体の外側に配置されるろう材や接着成分が中空体の内部に浸入し、内部表面の汚染や突起部の発生の原因となる。また、同圧縮の程度が２０％を超えると金属中空体を構成する第１の金属からなる複数本のワイヤーが過剰な変形を受け、金属中空体の構造が不安定なものとなる。更に、タングステンやモリブデンなどの加工性の低い金属を第１の金属として用いた場合、加工ができなくなる。
【００１７】
本発明において、螺旋状に撚られて中空部を持つ、第１の金属から成る複数本のワイヤーの外側表面に形成される螺旋状窪み部に第２もしくは第４の金属を充填する方法としては、溶融メッキ、電気メッキ、化学メッキ、蒸着、金属粉末ペースト塗布の何れかの方法、もしくはこれらの組み合わせを用いることができる。これらの方法により、必要な物質を所期の量だけ均一に、該中空体の外側窪み部分に供給することができる。
【００１８】
本発明による金属中空体は、産業上の用途として、放電加工用電極、送液用金属パイプ、保護管などに好ましく用いることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明による金属中空体の実施の形態を、以下、実施例によって説明する。
【００２０】
【実施例１】
１μｍ以下の薄いニッケルをめっきした直径２３．６μｍのタングステン線１０本を最大直径で５％の圧縮をかけながら撚り合わせ、最大外径９５μｍの撚線集合体を得た。この集合体の外側に形成される螺旋状窪み部および外表面に銀ペーストを充填および塗布し、その後、１０５０度の非酸化雰囲気中で連続的に加熱を行ない、ろう付けを行った。その結果、外径１００μｍ、引張強さ２０００Ｎ／ｍｍ２の金属中空体を得た。これを長さ２０ｃｍに切断し、細穴放電加工用電極パイプとして、６ｍｍ厚の超硬合金に穴あけ加工を行ったところ、上穴径（電極が最初に加工した側の穴径）１３５μｍ、下穴径（電極が最後に加工した側の穴径）１４５μｍで穿孔を行うことができた。
【００２１】
比較として、従来使用されてきた、外径１００μｍの銅パイプを用いて上記と同じ加工を行ったところ、上穴径１４５μｍ、下穴径２３０μｍと寸法精度は本発明の金属中空体のほうが優れていた。
【００２２】
【実施例２】
１μｍ以下の薄いニッケルをめっきした直径２３．６μｍのモリブデン線１０本を最大直径で５％の圧縮をかけながら撚り合わせ、最大外径９５μｍの撚線集合体を得た。この集合体の外側に形成される螺旋状窪み部および外表面に銀ペーストを充填および塗布し、その後、１０５０度の非酸化雰囲気中で連続的に加熱を行ない、ろう付けを行った。その結果、外径１００μｍ、引張強さ２０００Ｎ／ｍｍ２の金属中空体を得た。更にこの表面に約１μｍのエナメル皮膜を形成した。これを長さ２０ｃｍに切断し、細穴放電加工用電極パイプとして、６ｍｍ厚の超硬合金に穴あけ加工を行ったところ、上穴径１３０μｍ、下穴径１３５μｍの穿孔を行うことができた。
【００２３】
【実施例３】
膜厚１μｍの銀を被覆した直径２３μｍのタングステン線７本を最大直径で３％の圧縮をかけながら撚り合わせ、最大外径７３μｍの撚線集合体を得た。その後、この集合体を、１０５０度の非酸化雰囲気中で連続的に加熱を行ない、ろう付けを行った。その結果、外径８０μｍ、引張強さ２１００Ｎ／ｍｍ２の金属中空体を得た。これを長さ２０ｃｍに切断し、細穴放電加工用電極パイプとして、６ｍｍ厚の超硬合金に穴あけ加工を行ったところ、上穴径１２５μｍ、下穴径１３５μｍの穿孔を行うことができた。
【００２４】
【実施例４】
１μｍ以下の薄いニッケルをめっきした直径２３．６μｍのタングステン線１０本を最大直径で１０％の圧縮をかけながら撚り合わせ、最大外径９０μｍの撚線集合体を得た。その後、亜鉛蒸気中を連続的に通すことにより表面に亜鉛を蒸着した。その結果、外径１００μｍ、引張強さ２０００Ｎ／ｍｍ２の金属中空体を得た。これを長さ２０ｃｍに切断し、細穴放電加工用電極パイプとして、６ｍｍ厚の超硬合金に穴あけ加工を行ったところ、上穴径１３５μｍ、下穴径１４５μｍの穿孔を行うことができた。
【００２５】
【実施例５】
直径２３６μｍの黄銅線１０本を最大直径で５％の圧縮をかけながら撚り合わせ、最大外径９５０μｍの撚線集合体を得た。その後、亜鉛を連続的に電気めっきすることにより、外径１ｍｍ、引張強さ６００Ｎ／ｍｍ２の金属中空体を得た。その結果、従来の黄銅パイプに比べ、製造原価を略半分にすることができた。
【００２６】
【実施例６】
１μｍ以下の薄いニッケルをめっきした直径２３μｍのタングステン線７本を最大直径で２０％の圧縮をかけながら撚り合わせ、最大外径６４μｍの撚線集合体を得た。この集合体の外側に形成される螺旋状窪み部および外表面に銀ペーストを充填および塗布し、その後、１０５０度の非酸化雰囲気中で連続的に加熱を行ない、ろう付けを行った。その結果、外径７０μｍ、引張強さ２２００Ｎ／ｍｍ２の金属中空体を得た。得られた金属中空体を用いて超微量血液採取用無痛針を制作し、血液の通過実験を実施したところ、従来のステンレス製の採血針に比べ、血栓の発生が半分以下に低下した。
【００２７】
【発明の効果】
上記説明した本発明の構成により、従来の方法では製造ができなかった、直径が１ｍｍ以下の金属中空体を精度良く、安価に製造することができる。本発明によれば、特に塑性加工が困難な高融点金属などでも細径の中空体を製造することが出来、該金属中空体は、放電加工用電極、流体通過用流路として好ましく用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の態様を示す金属中空体の断面図
【図２】本発明の別の実施態様を示す金属中空体の断面図
【図３】本発明のさらに別の実施態様を示す金属中空体の断面図
【符号の説明】
１  第１の金属からなるワイヤー
２  第２の金属からなる溶着材もしくは硬化性物質
３  第３の金属からなる被覆層
４  第４の金属からなる被覆融着層
【図１】
0003759058.tif 000002
【図２】
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【図３】
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