JPS628778A - ダイヤモンドナイフ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔利用分野〕 本発明は外科手術や超ミクロトーム用に用いる生体の切
開及び試料切断を目的としたダイヤモンドナイフに関す
るものであり、極めて経済的かつ高品質のダイヤモンド
ナイフを提供するものである。

〔従来の技術〕

ダイヤモンドは最高の硬度を有し、また加工により鋭利
な刃先を形成させうろことから手術用ナイフとして利用
されている。しかしながら従来のダイヤモンドナイフは
高価格であるため、その用途が限定され、いまだに広く
普及するところにはいたっていない。

従来のダイヤモンドナイフが高価である最大の理由とし
ては次の２点が挙げられる。

（１）素材となる不純物の少ない高品質のダイヤモンド
原石そのものが希少で高価であること。

（２）ダイヤモンド部分にこれを保持するためのつかみ
代を要し、このつかみ代がダイヤモンドの全長の大半を
占めるため、切刃の幅に対し第２図に示すように２〜５
倍程度の全長を必要とすること。

以上の条件を満たすようなダイヤモンド原石はかなり大
型で、かつ全体にわたって不純物の少ない高品質のもの
が要求されるため、きわめて高価格なものとなってしま
う、この問題点を解決するためには、前記のつかみ代を
最小限にすることが考えられる。

従来のダイヤモンドナイフがそのダイヤモンド部分の大
半をつかみ代として利用せざるを得なかった理由はその
保持方法による。すなわち従来の保持方法はダイヤモン
ド素材を粉末合金により焼結、溶融金属中に鋳込む、圧
入する、樹脂による接着等が一般的であるが、これらの
方法はダイヤモンドをその保持部分が機械的に締めつけ
ているだけで、言いかえればダイヤモンド部分と保持部
分との摩擦力によって保持が成り立っている場合と、い
わゆる接着力により保持が成り立っている場合とがある
。したがって刃先加工上実際の使用に耐えるだけの十分
な保持強度を得るためには大きなつかみ代を必要として
いた。

本発明は従来技術の問題点を解決し、安価なダイヤモン
ドナイフを供給するものである。

〔発明の開示〕

本発明によるダイヤモンドナイフの代表的な構造を第１
図に示す、この図においてダイヤモンド部分ｌはその先
端部で切刃を形成し、保持部分２と中間金属層３を介し
て強固に接合されている。

ダイヤモンド部分１と中間金属層３の接合界面付近の構
造を、さらに拡大すると第３図のようになり、中間金属
層３の内部特にダイヤモンド部分との界面には炭化物４
が存在する。この炭化物４はＳｌあるいはＩＩ／　ａ　
＋　Ｖ　ａ　＋　ＶＥ　ａ族の遷移金属とダイヤモンド
の反応により炭化物が生成され、ダイヤモンド部分１と
中間金属層３を強固に接合する役割を持つ。このような
接合は中間金属層３にあらかじめＩＶａ、Ｖａ、■ａ族
の遷移金属もしくはＳｉを含有させておき、ダイヤモン
ドを接触させた状態で１０００〜１３００℃に加熱する
ことで容易に作成可能である。

また中間金属層にあらかじめ含有させておく該炭化物生
成元素の含有率は０．５〜３０重量％であることが望ま
しい。

なぜならば０．５重量％以下の含有率ではダイヤモンド
と該炭化物生成元素の反応は十分に起こらず必要な接合
強度は得られない。逆に含有率が３０重量％を越えた場
合、接合は可能であるもの＼ダイヤモンドと中間金属層
の反応が速く進み過ぎ、必要以上に多くのダイヤモンド
が炭化物に変わってしまう。またこのようにして生成し
た炭化物層は総じてその厚みが厚くなり過ぎることが多
く、ダイヤモンドと炭化物との熱膨張率の違いから生じ
る熱応力により炭化物層またはダイヤモンドの内部に亀
裂が発生したり、あるいはダイヤモンドと炭化物層との
接合界面より剥離し易くなるとし）う問題点が起こる。

上記のように該炭化物生成元素の含有率が適正であれば
、該熱応力はそれほど大きくはならず、また中間金属層
が応力を緩和するため上記の問題は生じない。

また該金属中間層は保持部分２に接合されるが、この接
合には通常の接合法、例えばろう付、溶接等を利用する
ことができる。場合によっては保持部分２を大きくし、
これを機械的に保持してもよい、保持部分２の材料はナ
イフの各用途に応じたものを選ぶことができるが、その
強度、耐食性、接合の容易さ等の条件から金属または金
属の炭化物、窒化物を主成分とする無機材料を使用する
ことが好ましい。

本発明の目的とするダイヤモンドナイフは外科手術用の
メスや、生体の顕微鏡観察用薄片試料を切り取るための
ミクロトームの刃に最適である。

特に外科手術用のメスにおいては細長いダイヤモンドの
ブレードを必要とする。このため天然ダイヤモンド原石
の中から細長い物を選別して用いている。しかし高品質
でこのような特殊な形状の原石を多量にそろえることは
難しい。

発明者等は超高圧、高温下で大型の単結晶ダイヤモンド
を人工合成することに成功しており、高品質で欠陥の少
ないこの合成ダイヤモンド単結晶は、本発明のダイヤモ
ンドナイフに好適である。

特に合成ダイヤモンド単結晶は六面体、六−八面体、八
面体の形状を持つもので天然に存する如き細長い原石を
合成することは困難であるが、本発明により合成単結晶
を有効に利用することが可能となる。

第５図ａ、ｂは本発明による外科手術用ダイヤモンドナ
イフの１例である。ダイヤモンド単結晶と支持部分の接
合面積を増大せしめるために、第５図ａではダイヤモン
ド部分と支持部分の当接面双方に凹凸を設け、第５図す
では接合面を長軸方向の断面より傾けである。これによ
り中間金属層による接合強度が増大する。

本発明の中間金属層はＡｇロウ、Ａｕロウ、Ｎｉロウ等
に周期律表第ｆＶ　ａ　＋　Ｖ　ａ　ｒ　ＮＴ　ａ族金
属もしくはＳｉを含むものであるが、特に耐食性やダイ
ヤモンドと支持部分とのロウ付げによって生じる熱応力
緩和の観点からはＡｕを主成分としＺｎ＋Ｍｎ＋Ｃｕ、
Ｓｉ、ＡＺ等を含有するＡｕロウが好ましい。

ダイヤモンドと接合する支持部分の材料としては、各種
の金属材料や無機材料が用いられるが、熱膨張係数がダ
イヤモンドに近い物が好ましい。

ダイヤモンドの２０℃〜８００℃における平均線膨張係
数は３．１４　ｘ　１０−’　／　℃である。中間金属
層の組成や厚みにより、接合部分の熱応力はかなり緩和
することが可能であるが、実際上は線膨張係数が１０　
Ｘ　１０−’　／　’Ｃ以下、好ましくは７ｘｌＯ−”
／℃以下の材料で支持部分を構成する。適した材料とし
てはＷ、Ｍｏ又はこれ等を主成分とする焼結合金、＾ｔ
ｗｏ　ｓ＋Ｚｒｏ　Ｉ＋−５ｉｓＮ　ａ、　Ｓｉ　Ｃ等
のセラミック、　ＷＣ。

Ｔｉｃ、ＴａＣ等を主成分とする超硬合金等が適してい
る。特にＷ、ＭｏやＷ、ＭＯを主成分とする焼結合金は
加工が容易であり、機械的なりランプやネジによりナイ
フ把手に固定したり、又ロウ付げにより固定することも
できる。

本発明によれば従来のダイヤモンドナイフにおけるダイ
ヤモンド単結晶部分の大半を占めていたつかみ代を最小
限にすることができるため、使用するダイヤモンド原石
の大きさを半分近くまで減少することができ、その価格
を著しく低減させることができる。またその用途によっ
ては該つかみ代を第４図のようになくしてしまうことも
でき、このような使用方法ではダイヤモンド単結晶部分
の大きさを従来の半分以下にすることも可能になる。さ
らに本発明を応用すれば第５図に示すように刃先部分の
みをダイヤモンド単結晶で構成し、それ以外の部分を′
金属等で置き換えた形状のものを作成することも可能で
、使用するダイヤモンド単結晶の大きさを著しく低減で
きる。

実施例１ 第４図に示す構造の超ミクロトーム用ダイヤモンドナイ
フを試作した。保持部分２にはＳ　Ｕ　Ｓ　３０４を使
用し、ダイヤモンド単結晶部分１には０．５カラツトの
原石より切り出した素材を用いた。中間金属層３には９
５Ａｕ　−５Ｔｉ合金を用い、これをダイヤモンド単結
晶部分と接触させ１）００℃で界面を反応させ、中間金
属層３と保持部分２の接合はＡｇロウによるロウ付けで
行った。刃先加工及び実際の使用を通してダイヤモンド
単結晶部分がはずれることもなく、同形状の従来のダイ
ヤモンドナイフと比較して、使用したダイヤモンド単結
晶の大きさは約４０％であった。

実を施例２ 第５図ａに示す構造の外科手術用ダイヤモンドナイフ素
材を試作した。これは従来１ケのダイヤモンド単結晶の
みで構成されていた形状（全長６１幅１）１）１＋厚さ
０．５ｍｍ）の一部分を金属保持部２に置き換えたもの
である。保持部２にはタングステン粉末焼結合金を用い
、ダイヤモンド単結晶部１は最大辺長３■の素材を約０
．４カラツトの原石から切り出して用いた。この両者の
接合面は接合面積を増すためレーザーにより波状に加工
した。

中間金属Ｎ３にはＡｕ　−５丁ａを使用し、ダイヤモン
ド単結晶部１の波状加工面と接触させて、真空炉内で１
２００℃まで加熱反応させた後、中間金属Ｎ３を保持部
分２の接合面と同形状に加工し、この両者をＡｕ　　１
０Ｚｎロウ材を用いて約８５０℃でロウ付けした。これ
を刃先加工し、実際の使用テストを行ったが強度的に何
ら問題はなかった。接合部の剪断強度は測定の結果２１
Ｋｇ／ｍｓ”を示した。

従′来の外科手術用ダイヤモンドナイフでは２〜３カラ
ツトの原石から全長６ｍｌ１）の素材を切り出して使用
していたことから計算すると、本試作品に要した素材費
用は従来品の約２５％であった。

実施例３ 第５図すに示す構造の外科手術用ダイヤモンドナイフ素
材を試作した。ダイヤモンド単結晶部ｌ及び保持部２を
斜めに切断した形状にし、保持部２の材料にはＳ　ｉ　
３　Ｎ　ａとＴｉＣの複合焼結体を選んだ、その他の条
件は実施例２と同様とした。接合部分の剪断強度は２３
Ｋｇ／ｍｍ”であった。また本試作品に要した素材費用
は従来品の約２０％であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるダイヤモンドナイフの構造を示し
た断面図であり、３は中間金属層を示す。 第２図は従来の代表的なダイヤモンドナイフの構造を示
した断面図であり、ｌはダイヤモンド単結晶部分、２は
保持部分を示す。 第３図は、第２図のうちダイヤモンド単結晶部分１と中
間金属［３との界面付近を示した図であり、４は炭化物
を示す。 第４図及び第５図ａｂは、それぞれ本発明の実施態様を
示したものである。 第４図は断面図、第５図ａｂは上面図及び側面図を示す
。 第２図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）切刃を構成するダイヤモンド単結晶部分と、これ
   を支持するダイヤモンド以外の無機材料よりなる支持部
   分から構成され、かゝるダイヤモンド単結晶部分と支持
   部分との接合が中間金属層によってなされ、かつかゝる
   中間金属層がダイヤモンド単結晶部分と周期律表IVａ、
   Ｖａ、VIａ族の遷移金属もしくはＳｉの炭化物層を介し
   て接合していることを特徴とするダイヤモンドナイフ。
2. （２）特許請求の範囲第（１）項において中間金属層が
   周期律表IVａ、Ｖａ、VIａ族の遷移金属もしくはＳｉの
   うち少なくとも１種類以上含む合金であり、かつかゝる
   中間金属層に含まれる周期律表IVａ、Ｖａ、VIａ族の遷
   移金属もしくはＳｉの含有率が０．５〜３０重量％の範
   囲であることを特徴とするダイヤモンドナイフ。
3. （３）中間金属層によって接合されたダイヤモンド単結
   晶部分とダイヤモンド以外の支持部分の断面形状が、接
   合面近傍において実質的に同一形状をなすことを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項、または第（２）項記載
   のダイヤモンドナイフ。
4. （４）中間金属層によって接合されたダイヤモンド単結
   晶部分とダイヤモンド以外の無機材料よりなる支持部分
   の当接面の一方、もしくは双方が凹凸を有することを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項、または第（２）項
   、または第（３）項記載のダイヤモンドナイフ。
5. （５）中間金属層によって接合されたダイヤモンド単結
   晶部分とダイヤモンド以外の無機材料よりなる支持部分
   の当接面が接合された部材全体の長軸方向に対する直角
   断面に対して傾いており、該直角断面より大きな接合面
   積を有することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   、または第（２）項、または第（３）項、または第（４
   ）項記載のダイヤモンドナイフ。
6. （６）ダイヤモンド単結晶が超高圧、高温下で合成され
   た合成ダイヤモンド単結晶であることを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項、または第（２）項、または第（
   ３）項、または第（４）項、または第（５）項記載のダ
   イヤモンドナイフ。
7. （７）中間金属層が金を主成分とし、周期律表IVａ、Ｖ
   ａ、VIａ族金属もしくはＳｉを０．５〜３０重量％含有
   することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項、また
   は第（２）項、または第（３）項、または第（４）項、
   または第（５）項、または第（６）項記載のダイヤモン
   ドナイフ。