JP2016040049A - マグネシウム基合金管及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】長尺で、寸法精度が高く、機械的性質に優れた小径のマグネシウム基合金管及びその製造方法を提供すること。【解決手段】マグネシウム基合金からなる原材料１を、円周上に等角度間隔にマグネシウム基合金の原材料１を供給する複数の貫通孔２１及びこの貫通孔２１の出口側に貫通孔２１に囲まれるように複数の貫通孔２１の中心に位置する円柱形状の突起２２を備えた上型２と、この上型２の複数の貫通孔２１の出口に共通して連通する形状の凹部３１及びこの凹部３１の中心に位置し、上型２の円柱形状の突起２２が管成形隙間を設けて挿入される貫通孔３２を備えた下型３とからなる成形型を用いて、押出成形する。【選択図】図１
Description
本発明は、マグネシウム基合金管及びその製造方法に関し、特に、ステント（狭心症や心筋梗塞等の冠動脈疾患に対する有効的な治療法として、経皮的冠動脈インタベンション（ＰＣＩ：Percutaneous Coronary Intervention）があるが、このＰＣＩにおける冠動脈留置術で使用される、薄肉細管にレーザー加工などを施して作製される網目状金属製チューブをいう。）の製造に好適に用いることができる小径のマグネシウム基合金管及びその製造方法に関するものである。
マグネシウムは、比重が鉄の１／４、アルミニウムの２／３であり、構造用金属の中で最も比重の小さい金属として注目されている。特に、マグネシウム基合金は、他の金属に比べ高い剛性を保ちつつ、軽量化が可能なため、各種分野における構造材料としての用途が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、マグネシウム基合金は、その優れた生体適合性から医療用材料、例えば、ステントとしての用途が開発されている（例えば、特許文献２参照。）。
しかしながら、マグネシウム基合金は、常温でのすべり系の数が少なく、冷間加工性の低さから、広範囲な用途への適用に制約があるのが現状であり、特に、ステントの製造に用いられるような小径のマグネシウム基合金管の場合、引抜き加工では、加工性が低いことから、大きな断面減少率を得るために管状の素材を直列に配置した多数のダイスを通して行うようにする等、特殊な製造工程を経て製造する必要があり、製造にコストがかかることに加え、加工硬化等の影響を受けやすいこともあって、ステントを作製するために必要とされる、長尺で、寸法精度が高く、機械的性質に優れた小径のマグネシウム基合金管を得ることは困難であった。
しかしながら、マグネシウム基合金は、常温でのすべり系の数が少なく、冷間加工性の低さから、広範囲な用途への適用に制約があるのが現状であり、特に、ステントの製造に用いられるような小径のマグネシウム基合金管の場合、引抜き加工では、加工性が低いことから、大きな断面減少率を得るために管状の素材を直列に配置した多数のダイスを通して行うようにする等、特殊な製造工程を経て製造する必要があり、製造にコストがかかることに加え、加工硬化等の影響を受けやすいこともあって、ステントを作製するために必要とされる、長尺で、寸法精度が高く、機械的性質に優れた小径のマグネシウム基合金管を得ることは困難であった。
本発明は、上記従来のマグネシウム基合金製品、特に、小径のマグネシウム基合金の有する問題点に鑑み、長尺で、寸法精度が高く、機械的性質に優れた小径のマグネシウム基合金管及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のマグネシウム基合金管は、外径が１．０〜６．０ｍｍ、内径が０．８〜５．５ｍｍ、全長が５００ｍｍ以上、同軸度が２０μｍ以下、伸びが１０％以上であることを特徴とする。
また、本発明のマグネシウム基合金管の製造方法は、上記マグネシウム基合金管の製造方法であって、マグネシウム基合金の粉体からなる原材料を、円周上に等角度間隔に原材料を供給する複数の貫通孔及び該貫通孔の出口側に貫通孔に囲まれるように複数の貫通孔の中心に位置する円柱形状の突起を備えた上型と、該上型の複数の貫通孔の出口に共通して連通する形状の凹部及び該凹部の中心に位置し、前記上型の円柱形状の突起が管成形隙間を設けて挿入される貫通孔を備えた下型とからなる成形型を用いて、押出成形することを特徴とする。
また、同様に、本発明のマグネシウム基合金管の製造方法は、上記マグネシウム基合金管の製造方法であって、マグネシウム基合金の鋳造材からなる原材料を、円周上に等角度間隔に原材料を供給する複数の貫通孔及び該貫通孔の出口側に貫通孔に囲まれるように複数の貫通孔の中心に位置する円柱形状の突起を備えた上型と、該上型の複数の貫通孔の出口に共通して連通する形状の凹部及び該凹部の中心に位置し、前記上型の円柱形状の突起が管成形隙間を設けて挿入される貫通孔を備えた下型とからなる成形型を用いて、押出成形することを特徴とする。
また、同様に、本発明のマグネシウム基合金管の製造方法は、上記マグネシウム基合金管の製造方法であって、マグネシウム基合金の押出成形材からなる原材料を、円周上に等角度間隔に原材料を供給する複数の貫通孔及び該貫通孔の出口側に貫通孔に囲まれるように複数の貫通孔の中心に位置する円柱形状の突起を備えた上型と、該上型の複数の貫通孔の出口に共通して連通する形状の凹部及び該凹部の中心に位置し、前記上型の円柱形状の突起が管成形隙間を設けて挿入される貫通孔を備えた下型とからなる成形型を用いて、押出成形することを特徴とするマグネシウム基合金管の製造方法。
本発明のマグネシウム基合金管及びその製造方法によれば、ステントを作製するのに適した、長尺で、寸法精度が高く、機械的性質に優れた小径のマグネシウム基合金管及びその製造方法を提供することができる。
以下、本発明のマグネシウム基合金管及びその製造方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１〜図３に、マグネシウム基合金管の製造方法を実施する製造装置の一例を示す。
この製造装置は、円周上に等角度間隔にマグネシウム基合金の原材料１を供給する複数（本実施例においては、４個。）の貫通孔２１及びこの貫通孔２１の出口側に貫通孔２１に囲まれるように複数の貫通孔２１の中心に位置する円柱形状の突起２２を備えた上型２と、上型２の複数の貫通孔２１の出口に共通して連通する形状（本実施例においては、十字形状。）の凹部３１及びこの凹部３１の中心に位置し、上型２の円柱形状の突起２２が管成形隙間を設けて挿入される貫通孔３２を備えた下型３とからなる成形型を、プレス機５のホルダ５２に設置し、このホルダ５２の上型２の上方の筒状空間５２ａに装入したマグネシウム基合金の原材料１を、プレス機５のパンチ５１によって加圧するようにし、これによって、小径のマグネシウム基合金管を押出成形することができるようにしている。
この製造装置は、円周上に等角度間隔にマグネシウム基合金の原材料１を供給する複数（本実施例においては、４個。）の貫通孔２１及びこの貫通孔２１の出口側に貫通孔２１に囲まれるように複数の貫通孔２１の中心に位置する円柱形状の突起２２を備えた上型２と、上型２の複数の貫通孔２１の出口に共通して連通する形状（本実施例においては、十字形状。）の凹部３１及びこの凹部３１の中心に位置し、上型２の円柱形状の突起２２が管成形隙間を設けて挿入される貫通孔３２を備えた下型３とからなる成形型を、プレス機５のホルダ５２に設置し、このホルダ５２の上型２の上方の筒状空間５２ａに装入したマグネシウム基合金の原材料１を、プレス機５のパンチ５１によって加圧するようにし、これによって、小径のマグネシウム基合金管を押出成形することができるようにしている。
この場合において、下型３の貫通孔３２は、突起２２が挿入される上部が、所定の管成形隙間が形成される絞り部３２ａに形成し、下部は、絞り部３２ａより大口径の押出成形されたマグネシウム基合金管の導出部３２ｂに形成するようにしている。
また、成形型を構成する上型２と下型３とは、上型２及び下型３にそれぞれ形成した小径の穴２３、３３に、共通のピン４を挿入することにより、相対的に回転しないようにしている。
また、成形型を構成する上型２と下型３とは、上型２及び下型３にそれぞれ形成した小径の穴２３、３３に、共通のピン４を挿入することにより、相対的に回転しないようにしている。
マグネシウム基合金の原材料１には、最終製品（用途）に応じて、従来公知の各種マグネシウム基合金を用いることができるが、強度等の機械的性質や鍛造性（押出成形性）に優れた、ＡＺ系（Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎの合金）やＷＥ系（Ｍｇ−Ｙ−希土類元素の合金）のマグネシウム基合金を好適に用いることができる。
マグネシウム基合金の原材料１の形態としては、粉体や鋳造材（プレス機５のホルダ５２の筒状空間５２ａに適合した円柱形状や円筒形状のもの。）を好適に用いることができるが、製造装置に上記の上型２及び下型３からなる成形型を使用する関係上、押出成形したマグネシウム基合金管の周方向に均一な組織を得ることができ、欠陥が発生しにくい粉体をより好適に用いることができる（図３及び図５のマグネシウム基合金管の断面を示す写真参照。）。
この製造装置による小径のマグネシウム基合金管を押出成形は、冷間で行うこともできるが、例えば、３００℃〜５００℃程度の温度条件の下で行うことが好ましく、さらに、押出成形したマグネシウム基合金管を、必要に応じて、熱処理（加熱後、徐冷）することができる。
この製造装置を用いて製造される小径のマグネシウム基合金管は、外径が１．０〜６．０ｍｍ、内径が０．８〜５．５ｍｍ、肉厚が０．１〜１．０ｍｍ、全長が５００ｍｍ以上、好ましくは、１０００ｍｍ以上、同軸度が２０μｍ以下、伸びが１０％以上であり、これにより、ステント等の医療用部材を作製するのに適した、長尺で、寸法精度が高く、機械的性質に優れた小径のマグネシウム基合金管を得ることができる。
以下、この製造装置を用いて製造された小径のマグネシウム基合金管の具体例を表１及び図４〜図６（写真）に、その特性値（成形時のもの及び熱（Ｔ５）処理（加熱後、徐冷）したものの引張強度：ＴＳ、降伏強度：ＹＰ、降伏比：ＹＰ／ＴＳ及び伸び：ＥＬ）を表２に、その引張条件（環境温度２５℃、歪速度０．０２５ｍｉｎ−１）における応力-歪曲線（stress strain curve）を図７に、その組織写真（成形時のもの及び熱処理（加熱後、徐冷）したもの）を図８に、それぞれ示す。
ここで、マグネシウム基合金管の全長は、５００ｍｍであるが、原材料１を追加供給することによって、必要に応じて、２０００ｍｍ以上の長さのものを製造することができる。
また、同軸度は、キーエンス社製のデジタルマイクロスコープVHX-2000を使用し、マグネシウム基合金管の任意の断面の外径円（外周面）と内径円（内周面）の中心間距離を測定した。
ここで、マグネシウム基合金管の全長は、５００ｍｍであるが、原材料１を追加供給することによって、必要に応じて、２０００ｍｍ以上の長さのものを製造することができる。
また、同軸度は、キーエンス社製のデジタルマイクロスコープVHX-2000を使用し、マグネシウム基合金管の任意の断面の外径円（外周面）と内径円（内周面）の中心間距離を測定した。
ところで、上記製造装置による小径のマグネシウム基合金管を押出成形は、減面率が高いことから、成形型（上型２及び下型３）にかかる負荷が大きく、成形型が、変形、座屈、破壊等しやすいという問題がある。
これに対処するために、必要に応じて、パンチ５１及び／又はホルダ５２（成形型（上型２及び下型３））に超音波発振機を配設し（図示省略。）、成形時に超音波振動を付加することによって、成形型（上型２及び下型３）等の製造装置と原材料１や押出成形されたマグネシウム基合金管との間の摩擦抵抗を低減するようにしている。
図９に示す、成形時に超音波振動を付加した場合と付加しない場合の成形荷重の変動のグラフからも明らかなように、成形時に超音波振動を付加することによって、付加しない場合と比較して、６．７％の成形荷重低減効果が得られることを確認した。
これに対処するために、必要に応じて、パンチ５１及び／又はホルダ５２（成形型（上型２及び下型３））に超音波発振機を配設し（図示省略。）、成形時に超音波振動を付加することによって、成形型（上型２及び下型３）等の製造装置と原材料１や押出成形されたマグネシウム基合金管との間の摩擦抵抗を低減するようにしている。
図９に示す、成形時に超音波振動を付加した場合と付加しない場合の成形荷重の変動のグラフからも明らかなように、成形時に超音波振動を付加することによって、付加しない場合と比較して、６．７％の成形荷重低減効果が得られることを確認した。
ところで、マグネシウム基合金の原材料１の形態としては、上記の粉体や鋳造材のほか、押出成形材（プレス機５のホルダ５２の筒状空間５２ａに適合した円柱形状のもの。）を用いることもできる。
この押出成形材は、図１０に示す、押出開口を有する押出用金型６１及び押出ツール６４を備えた押出装置６を用いて製造することができる。
押出用金型６１は、ダイス部６１ａと、本体部６１ｂとを有する。
マグネシウム基粉末加熱工程（図１０（ａ））では、容器６２内に入れられているマグネシウム基粉末６３を所定の温度に加熱する。マグネシウム基粉末の好ましい加熱温度は、絶対温度で表したマグネシウム基粉末の融点をＴｍとしたとき、０．６Ｔｍ〜０．９Ｔｍの範囲内にある。
マグネシウム基粉末投入工程（図１０（ｂ））では、容器６２内の加熱したマグネシウム基粉末６３を押出用金型６１内に粉末状態のままで投入する。マグネシウム基粉末６３の最初の投入時には、ダイス部６１ａの押出開口を閉塞するプラグ６７が配置されている。このプラグ６７は、マグネシウム基粉末６３が成形された押出成形材６５と共に押出用金型６１から押し出される。ここで、押出用金型６１は、好ましくは、３００℃以上の温度に加熱されている。
一次押出工程（図１０（ｃ））では、押出ツール６４を押し下げて、押出用金型６１内のマグネシウム基粉末６３を押出加工する。押出加工の好ましい押出比は、３０以上である。一次押出加工終了時には、押出成形材６５は、押出用金型６１の押出開口から外部に押し出されることによって棒状をしており、押出用金型６１内にはマグネシウム基粉末圧縮体としてディスカード部６６が残る。一次押出加工をしている間、好ましくは、別の場所で容器６２内の追加のマグネシウム基粉末６３を所定の温度に加熱しておく。
追加マグネシウム基粉末投入工程（図１０（ｄ））では、押出ツール６４を上方に移動させ、容器６２内の追加のマグネシウム基粉末６３を押出用金型６１内に粉末状態のままで投入する。投入された追加のマグネシウム基粉末６３は、押出用金型６１内に残っていたディスカード部６６上に堆積する。
二次押出工程（図１０（ｅ））では、押出ツール６４を押し下げて、押出用金型６１内のディスカード部６６及び追加のマグネシウム基粉末６３を、例えば、押出比３０以上で押出加工する。二次押出加工終了時には、押出用金型６１内にはマグネシウム基粉末圧縮体としてディスカード部６６が残る。二次押出加工をしている間、好ましくは、別の場所で容器６２内の追加のマグネシウム基粉末６３を所定の温度に加熱しておく。
上記追加マグネシウム基粉末投入工程（図１０（ｄ））と二次押出工程（図１０（ｅ））とを繰り返して行えば、非常に長い押出材を得ることができる。
このようにして得た押出成形材６５を、プレス機５のホルダ５２の筒状空間５２ａに適合した長さに切断して、原材料１として使用することができる。
この押出成形材は、図１０に示す、押出開口を有する押出用金型６１及び押出ツール６４を備えた押出装置６を用いて製造することができる。
押出用金型６１は、ダイス部６１ａと、本体部６１ｂとを有する。
マグネシウム基粉末加熱工程（図１０（ａ））では、容器６２内に入れられているマグネシウム基粉末６３を所定の温度に加熱する。マグネシウム基粉末の好ましい加熱温度は、絶対温度で表したマグネシウム基粉末の融点をＴｍとしたとき、０．６Ｔｍ〜０．９Ｔｍの範囲内にある。
マグネシウム基粉末投入工程（図１０（ｂ））では、容器６２内の加熱したマグネシウム基粉末６３を押出用金型６１内に粉末状態のままで投入する。マグネシウム基粉末６３の最初の投入時には、ダイス部６１ａの押出開口を閉塞するプラグ６７が配置されている。このプラグ６７は、マグネシウム基粉末６３が成形された押出成形材６５と共に押出用金型６１から押し出される。ここで、押出用金型６１は、好ましくは、３００℃以上の温度に加熱されている。
一次押出工程（図１０（ｃ））では、押出ツール６４を押し下げて、押出用金型６１内のマグネシウム基粉末６３を押出加工する。押出加工の好ましい押出比は、３０以上である。一次押出加工終了時には、押出成形材６５は、押出用金型６１の押出開口から外部に押し出されることによって棒状をしており、押出用金型６１内にはマグネシウム基粉末圧縮体としてディスカード部６６が残る。一次押出加工をしている間、好ましくは、別の場所で容器６２内の追加のマグネシウム基粉末６３を所定の温度に加熱しておく。
追加マグネシウム基粉末投入工程（図１０（ｄ））では、押出ツール６４を上方に移動させ、容器６２内の追加のマグネシウム基粉末６３を押出用金型６１内に粉末状態のままで投入する。投入された追加のマグネシウム基粉末６３は、押出用金型６１内に残っていたディスカード部６６上に堆積する。
二次押出工程（図１０（ｅ））では、押出ツール６４を押し下げて、押出用金型６１内のディスカード部６６及び追加のマグネシウム基粉末６３を、例えば、押出比３０以上で押出加工する。二次押出加工終了時には、押出用金型６１内にはマグネシウム基粉末圧縮体としてディスカード部６６が残る。二次押出加工をしている間、好ましくは、別の場所で容器６２内の追加のマグネシウム基粉末６３を所定の温度に加熱しておく。
上記追加マグネシウム基粉末投入工程（図１０（ｄ））と二次押出工程（図１０（ｅ））とを繰り返して行えば、非常に長い押出材を得ることができる。
このようにして得た押出成形材６５を、プレス機５のホルダ５２の筒状空間５２ａに適合した長さに切断して、原材料１として使用することができる。
このようにして得た押出成形材６５を、マグネシウム基合金の原材料１に用いて製造された小径のマグネシウム基合金管は、２度の押出成形を経ることによって、加工硬化による組織の微細化及び高強度化され、機械的性質が一層優れたものとなり、併せて、マグネシウム基合金の固溶による腐食核減少及び析出の抑制によって耐食性に優れたものとなる。
以上、本発明のマグネシウム基合金管及びその製造方法について、その実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
本発明のマグネシウム基合金管及びその製造方法は、長尺で、寸法精度が高く、機械的性質に優れた小径のマグネシウム基合金管を提供するものであることから、マグネシウム基合金の優れた生体適合性を利用したステント、尿管、胆管等の体内管状組織への代替部材等の医療用部材の製造に好適に用いることができる小径のマグネシウム基合金管及びその製造方法に好適に用いることができるほか、各種分野における構造材料としての用途にも用いることができる。
１ 原材料
２ 上型
２１ 貫通孔
２２ 突起
３ 下型
３１ 凹部
３２ 貫通孔
４ ピン
５ プレス機
５１ パンチ
５２ ホルダ
６ 押出装置
２ 上型
２１ 貫通孔
２２ 突起
３ 下型
３１ 凹部
３２ 貫通孔
４ ピン
５ プレス機
５１ パンチ
５２ ホルダ
６ 押出装置
Claims (4)
- マグネシウム基合金管であって、外径が１．０〜６．０ｍｍ、内径が０．８〜５．５ｍｍ、全長が５００ｍｍ以上、同軸度が２０μｍ以下、伸びが１０％以上であることを特徴とするマグネシウム基合金管。
- 請求項１記載のマグネシウム基合金管の製造方法であって、マグネシウム基合金の粉体からなる原材料を、円周上に等角度間隔に原材料を供給する複数の貫通孔及び該貫通孔の出口側に貫通孔に囲まれるように複数の貫通孔の中心に位置する円柱形状の突起を備えた上型と、該上型の複数の貫通孔の出口に共通して連通する形状の凹部及び該凹部の中心に位置し、前記上型の円柱形状の突起が管成形隙間を設けて挿入される貫通孔を備えた下型とからなる成形型を用いて、押出成形することを特徴とするマグネシウム基合金管の製造方法。
- 請求項１記載のマグネシウム基合金管の製造方法であって、マグネシウム基合金の鋳造材からなる原材料を、円周上に等角度間隔に原材料を供給する複数の貫通孔及び該貫通孔の出口側に貫通孔に囲まれるように複数の貫通孔の中心に位置する円柱形状の突起を備えた上型と、該上型の複数の貫通孔の出口に共通して連通する形状の凹部及び該凹部の中心に位置し、前記上型の円柱形状の突起が管成形隙間を設けて挿入される貫通孔を備えた下型とからなる成形型を用いて、押出成形することを特徴とするマグネシウム基合金管の製造方法。
- 請求項１記載のマグネシウム基合金管の製造方法であって、マグネシウム基合金の押出成形材からなる原材料を、円周上に等角度間隔に原材料を供給する複数の貫通孔及び該貫通孔の出口側に貫通孔に囲まれるように複数の貫通孔の中心に位置する円柱形状の突起を備えた上型と、該上型の複数の貫通孔の出口に共通して連通する形状の凹部及び該凹部の中心に位置し、前記上型の円柱形状の突起が管成形隙間を設けて挿入される貫通孔を備えた下型とからなる成形型を用いて、押出成形することを特徴とするマグネシウム基合金管の製造方法。
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