JP2004232077A

JP2004232077A - 金属製極細管製造方法

Info

Publication number: JP2004232077A
Application number: JP2003060650A
Authority: JP
Inventors: Eiji Nakamachi; 英治仲町; Kazuyoshi Tsuchitani; 和義槌谷; Masaaki Kawami; 正明川見; Hajime Tahira; 肇田平; Akikimi Ochi; 昭公越智
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】スパッタリング堆積法を用いて外径５００μｍ、肉厚５μｍ以上の金属製極細管を作製することができる三次元微細創製法を提供する。
【解決手段】イオン化されたアルゴン等の希ガス粒子が、チタン等の適度な機械的性質と耐食性に優れたターゲット材４に衝突し、ターゲット粒子３が表面からスパッタされる。基板５（コア材）は、基板ホルダー１に固定されたＤＣモータコントロールによって制御されたモータ２により１〜５ｒｐｍで回転している。ターゲット材料４と熱膨張係数が近いコア材５にターゲット材料４が堆積し、熱処理後、コア材５を腐食で極細管形状を得る。コア材５の外径変化、形状変化により、極細管内径と中空形状を制御可能とし、堆積したターゲット材料４による極細管などの三次元形状創製を特徴とする。
また、希少金属を基板（コア材）に成膜する前に、耐食性と管摩擦係数の優れた材料を成膜することで、管内の摩擦の軽減、濡れ性の向上、耐食性の優れた極細管創製を特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療分野、生物研究分野等での血液のような体液の採取および分析用針、あるいは薬液注射針等の製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非常に硬い、いわゆる難加工材を従来の機械加工で中空化するには、現在、外径５００μｍ以下、肉厚５μｍ以上にすることは困難である。しかし、引き抜きなどの塑性加工を用いた難加工材の加工は、外径５００μｍ程度のチタン等の極細管の作製が可能であることは報告されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
研削などの機械加工や引き抜き加工などの塑性加工は、サイズを大から小にトップダウンする加工法である。機械加工は、極細管を作製する場合、鋭利な刃物でサイズの大きな管を削りだす加工法である。しかしながら、希少金属に関して歩留まりが悪い。また塑性加工は、ダイスと呼ばれる侵入径が大きく出口径が小さくなっている工具に径の大きな管を通し引き抜くことで、サイズダウンを行っている。非常に硬い材料、すなわち難加工材は、引き抜き限界がある。また細管加工時の、表面あるいは内面が酸化され脆化が生じる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
極細管の創製方法には、スパッタリング堆積法を用いた。スパッタリング堆積法は、真空中に導入されたアルゴン等の希ガスがイオン化され、イオン化された粒子がターゲットに衝突し、ターゲットよりはじき飛ばされた粒子が基板（コア材）に到達して成膜される方法である。スパッタリング堆積法を用いた極細管の作製用の基板（コア材）には、スパッタ中やスパッタ後の熱収縮の影響に伴う亀裂を回避するために、ターゲット材と熱膨張係数が近く、耐食性の優れた直径１０から数十μｍの極細線材料を用いる。コア材をＤＣモータコントロールによって制御されたモータにより１〜５ｒｐｍで回転させ、ターゲット材料を成膜する。コア材にターゲット材料を成膜後は、水素脆化を回避するために真空中やアルゴン雰囲気中（１０^−５Ｐａが望ましい）で熱処理をする。熱処理後は、腐食性の媒体の酸等、例えば硝酸で、コア材をエッチングし、外径５００μｍ以下、肉厚５μ以上の極細管を得ることが可能である。
【０００５】
【発明の実施例】
【供試材料】
ターゲット材料は、難加工・希少金属である工業用純チタンである。またチタンの成膜用基板（コア材）には、表１に示したチタンと熱膨張係数の近い外径２５と５０μｍの純銅線を用いた。
【０００６】
【イオンスパッタ加工装置】
本発明を実施する装置は、直径７０ｍｍの範囲を均一に加工できるＲＦマグネトロンスパッタ装置であり、加工室の真空度は、２．０［Ｐａ］である。図１に示すように、真空チャンバ内ターゲット直上には、本発明の極細極細管のコア材となる極細線材料が、毎分数回転できるモータが設置してある。
【０００７】
【成膜時間と膜厚】
チタンのスパッタリング成膜圧力を２Ｐａとし、その場合のチタンの成膜時間と膜厚の関係を図２に示す。チタンの膜厚は、図中の６（３００Ｗ）、７（２５０Ｗ）、８（２００Ｗ）、そして９（２５０Ｗ）のいずれの入射電力に対しても成膜時間の増加に伴い線形に増加する。成膜時間を制御することで、極細管の肉厚を自由自在に制御可能である。本実施例では、チタンのスパッタリング成膜条件を、３００Ｗ、２Ｐａを用い、４時間の成膜で約１５μｍのチタンの膜厚を得た。
【０００８】
【作製された極細管の電子顕微鏡写真】
図３は、７００℃で１分間熱処理後、硝酸でエッチング処理を施したチタン製極細管の外径、内径を表したＳＥＭ画像を示している。図中の１０は外径６０μｍ、１１は内径２５μｍである。また図４は、比較のためゲージ２０の市販の注射針と、図３に示したチタン製極細管のＳＥＭ画像を示している。
【０００９】
【発明の効果】
従来の注射針は外径が５００μｍ以上あり、刺された時、患者の痛みは個人差はあるものの、あまり好ましいものではない。とくに糖尿病患者のようにインシュリンを毎日打つような場合には、皮膚の硬化を抑制し、痛みを軽減することは患者にとって極めて望ましいことである。本発明によって得られた工業用純チタン製極細管、外径６０μｍ、内径２５μｍは、蚊の口の形状と同等な径を有する。チタンは高い生体適合性と皮膚を貫通し得る剛性を持ち合わせ、無痛針としての用途が考えられる。レーザを用いて極細管の先端を加工することで、穿刺力を軽減させることが可能である。図５は、ステンレス製の極細管を用い、２０Ａ、０．８Ｗ、１０００Ｈｚの条件下で加工を行ったＳＥＭ画像を示している。図中の１４は、チタン製極細管、１５はレーザの加工痕を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用いた極細管の製作の概略を示す説明図である。
【図２】Ａｒ圧力２Ｐａ、入射電力３００Ｗ、で堆積した場合のスパッタチング時間とチタン膜厚の関係を示すグラフである。
【図３】Ａｒ圧力２Ｐａ、入射電力３００Ｗ、チタンを４時間、１５μｍ堆積後、熱処理、エッチング処理の後得られた内径２５μｍ、外径６０μｍを持つチタン製極細管の電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明で作製したチタン製極細管と市販のステンレス注射針の比較を示す電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明で作製したチタン製極細管を２０Ａ、０．８Ｗ、１０００Ｈｚの条件下でフェムト秒レーザを用いた先端の加工を示す電子顕微鏡写真である。
【表１】基板材料（コア材）とターゲット材料の熱膨張係数を示す表である。

Claims

加工変質層を含む表面酸化層の発生防止可能な真空中において、適度な機械的性質と耐食性に優れた金属（チタン、タンタル、ニオブ、ニッケル、クロム等）およびそれらの合金（ステンレス鋼などの耐食性の良好な合金を含む）をターゲット材料とし、外径または一辺が５００μｍ以下の線状の基材表面上にスパッタリング堆積法を用いてターゲット材膜を成膜後，基材のみを腐食液により溶解することを特徴とする外径又は一辺が５００μｍ以下で肉厚が５μｍ以上の管材を製造する方法。なお、基材はターゲット材料より耐食性が劣り、かつ熱膨張係数がターゲット材料のそれと近い材料を選ぶ必要がある。
請求項１に記載のターゲット材料を基材に成膜する以前に、耐食性と摩擦係数に優れた材料（たとえば、ＭＣＰ（２−ｍｅｔｈａｃｒｙｌｏｙｌｏｘｙｅｔｈｙｌｐｈｏｓｐｈｏｒｙｌｃｈｏｌｉｎｅ））をスパッタリング堆積法により成膜し、外径または一辺５００μｍ以下で肉厚５μｍ以上の管材を製造する方法。