TW201628747A - 製造針頭的方法及設備 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種用於製造針頭的方法以及採用該方法製成的針頭。本發明還關於一種適用於採用該方法製造針頭的設備。該方法關於由空心的管節段(1)製造具有傾斜的插入端部的針頭，該插入端部具有前部的插入部分及後部的開口部分，其中前部的插入部分具有傾斜的面，該傾斜的面從進入尖端向後延伸並且具有內部的側稜邊，並且其中，後部的開口部分具有傾斜的面，該傾斜的面從前部部分的傾斜的面向後延伸並且具有內部的側稜邊以及倒圓的兩個後稜邊(10、12)，其中，藉由電化學剝蝕(ECM)在存在電解質的情況下對兩個後稜邊(10、12)進行倒圓。

Description

製造針頭的方法及設備
本發明關於一種用於製造針頭的方法以及採用該方法製成的針頭。本發明還關於一種適用於採用該方法製造針頭的設備。
針頭通常具有尖銳的刺尖以及外部的切邊，但是也可沒有構造尖銳的尖端以及沒有外部的切邊，例如硬膜針頭(Epiduralkanülen)就是這種情況。針孔的後端部通常也稱為跟端部或孔眼，其通常是橢圓形。因為孔眼的內部側稜邊及後部的橢圓形的稜邊是尖銳的，所以特別是刺穿皮膚或其他材料的醫學針頭依然具有將衝壓的粒子從皮膚或其他材料中分離出來的趨勢。
在先前技術中有多種技術，例如玻璃珠及細砂噴射以及特別是針頭磨削是已知，藉助這些技術能夠減少衝壓傾向。
DE-OS2600299公開了一種針頭以及用於製造針頭的方法及設備。藉由使用普通的斜磨削從管區段中獲得針頭並且針頭在針孔(進入稜邊)的後部區域中具有倒圓的內稜邊，其中該倒圓部藉由使用具有磨蝕特性的刷子來完成。對此，設備包括能旋轉的具有複數個帶有磨蝕介質的刷毛的刷子或提供磨蝕材料的刷子以及用於可鬆開地將複 數個針頭固定在支承板上的夾板作為容納面。刷毛依次加工複數個針頭的開口，以使在針孔的後部區域中的內側稜邊及其後稜邊(孔眼)變圓並且變鈍。因此僅在進入稜邊的區域中對針孔磨刷。然而這種態樣的缺點是，不能使針頭在設備中旋轉，以除了斜磨削以外還能夠在針孔的前部區段中藉由所謂的小平面磨削(Facettenschliffe)在兩側橫向地磨削。所述方法的另一個明顯缺點是由機械加工步驟藉由使用磨盤及刷子進行。對此針頭在具有磨料的內部被弄髒並且還藉由與磨盤或者刷子的刷毛直接接觸而受到機械負荷，由此需要額外的加工步驟。
在公開文獻DE-OS3230735A1中描述了一種用於藉由部分地切割針管來製造針頭的方法，其中藉由電腐蝕方法進行切割。對該方法所提出的設備能夠自動地切割複數個針管，其中捆綁式提供的針管在電腐蝕切割的期間相對於其縱軸線不能轉動，因為之後需要提供針尖的步驟藉由普通的磨削方法進行，所以這裡也有前述機械加工的缺陷。
專利文獻DE10327067B4同樣描述了一種用於同時製造複數個針頭的方法，針頭彼此並排地並且相互間隔地保持在夾持設備上。依次地或同時地藉由磨削及/或腐蝕進行針頭的磨削。建議藉由細砂噴射或玻璃珠噴射來對磨削去毛刺，其中出現的針頭髒污必須在接下來的步驟中複雜地去除。在該文獻中對針孔(跟端部、孔眼)的後端部的加工(倒圓)未進行描述。
在專利文獻DE102011112021B4中描述了一種使用新 型的針頭磨削來製造很少沖製的針頭。其中給出，藉由使用提及的導致特殊的尖端幾何結構的切割技術解決了沖製問題，所以沒有描述對針孔的後端部的分開或結合加工來使其變圓或去毛刺。
以此為基礎，本發明的目的是提供一種方法及設備，藉助其可簡單地製造特別是具有針孔的倒圓的後端部的針頭。藉由提供相應製造的針頭實現了該目的的其他方面。
在本發明的範圍中，針頭通過分離空心管的節段以及藉由使用多數情況下分別在節段的端部處呈多級的磨削或切割技術來提供，其中可以傳統的方法藉助切削加工的方法，例如分離磨削或鋸開的方法或藉由電腐蝕(火花侵蝕、刻模腐蝕(Senkerodieren，die-sinking EDM)、線腐蝕；在此也稱為EDM)進行分離。
針尖的設計在此稱為尖端磨削並且通常具有三個連續進行的磨削，即為單磨削(Einfachschliff)，其在所有針頭中存在並且藉助其分離的管節段的鈍的端部進行第一次斜切；以及根據製成針頭的之後的應用領域根據期望進行左邊及右邊的小平面磨削或後磨削來製造外部的進入稜邊或切邊，其中兩個小平面磨削根據對此所使用的技術也可同時進行。在本發明的範圍中，單磨削及兩側的小平面磨削一樣可藉助切削加工方法，例如特別是藉由使用磨盤或分離盤藉助電腐蝕(EDM)(elektrochemisches Abtragen)，例如特別是線或刻模腐蝕、藉由電化學剝蝕(在此也稱為 ECM)或藉由使用上述技術的結合來提供。
不管從前述列舉中具體選擇哪種技術來製造針尖，根據本發明的主要思想在於藉助ECM電化學地加工(倒圓、弄圓)針孔的後端部(其也稱為針孔的跟端部或孔眼)，這產生兩種變型態樣，下面還將對其詳述。
縮寫ECM在此表示電化學的金屬加工(electrochemical machining)。ECM如電拋光(electrochemical polishing)一樣屬於電化學剝蝕方法的組別，但是兩種方法在主要方面彼此是不同的。在電拋光的過程中主要使用酸的電解質(例如硫酸及磷酸的混合物)，而在ECM的過程中主要使用中性的電解質(鹽溶液，例如硝酸鈉)。電極與工作件的距離在ECM過程中非常小，通常在0.05至1mm的區域中，而在電拋光的過程中明顯大於1mm。此外，在ECM的過程中電流密度通常明顯大於在電拋光過程中的電流密度(A/cm2對比mA/cm2)。最終該差異是由於兩種方法不同的目的而引起的。電拋光用於平面的光滑，ECM用於局部剝蝕。
如前所述，在使用分離盤或磨盤來製造單磨削及/或兩側的小平面磨削的情況下出現毛邊，其接下來必須以傳統的方式以機械方法例如藉由玻璃珠或細砂噴射來去除。額外地，必須對孔眼進行倒圓並且在針頭處及/或其中的雜質必須藉由磨削及噴射去除。為了使磨削的面平滑並且去除餘留的毛邊，可替代地或接下來為針頭進行電拋光(在此也稱為EP)。
可替代地，單磨削及/或側面的小平面磨削在本發明的範圍中可藉由使用EDM，例如特別是藉由線腐蝕或刻模腐蝕實現，而接下來根據本發明藉助ECM以電化學的方式加工孔眼。在該可替代的步驟的範圍中雖然沒有出現接下來例如藉由噴射再次去除的毛邊並且也沒有由於機械的磨削工作或分離工作而出現針頭的雜質或堵塞物，因此除了噴射也可取消普通的電拋光；但是EDM技術是非常慢的方法並且適合的設備相對比較貴，所以該技術僅有限地適合用於低成本地批量生產針頭，但是同樣包括在本發明中。
相比於作為無接觸的用於機械磨削的替換態樣的EDM技術(特別是線腐蝕及刻模腐蝕)，在使用同樣是無接觸的ECM製程的情況下在相對短的時間中平滑地剝蝕掉相對大量的材料，其中藉由擴大電極面積及電流可在有限的範圍中自由地調整剝蝕量，而材料剝蝕在EDM技術中藉助電火花僅逐點地進行。但是因為在使用EDM的情況下材料始終在位於線及工作件之間的距離最小的位置被剝蝕，可有效地使粗糙位置平滑並且製造非常精確的輪廓，這特別是在製造尖銳的稜邊及尖端時是有利的。相反地，在使用電化學剝蝕(ECM)的情況下，原則上在電場線最密集的位置進行材料剝蝕，這特別是在針尖的稜邊的區域中是這種情況，由此可以期望的方式對其特定的區域倒圓。
因此，根據一個較佳的實施方式建議，對粗糙的、費時的單磨削材料剝蝕使用電化學剝蝕(ECM)並且根據期 望藉助小平面磨削使用EDM實現最終成型，其中在藉助ECM製造單磨削的過程中也同時地對作為針孔的後端部的孔眼進行倒圓。在根據本發明的較佳為由ECM及EDM(以該順序或反序)結合的情況下，可使用簡化的設備並且取消費時的對複數個待加工的管節段的轉換，因為待加工的工作件僅需一次被夾緊到工作件載體(其是根據本發明的設備的組成部分並且可作為兼容的系統構件引入到這樣的設備的不同的加工工位或模組中)。
根據一個較佳的實施方式，適合該實施方式的設備包括可極化的兩個(用於ECM/EDM；EDM/ECM)工具電極；用於接觸並且使待加工的針頭或管節段(工作件)極化的媒介或裝置(Mittel)；以及用於進行ECM及可能的EDM所需的液體(電解溶液；電介質)或至少為功能性元件或模組，藉助其可為預定的生效位置供給液體。如果不(僅僅)使用EDM，則該設備可替代地或額外地包括適合的用於磨削的媒介或裝置。在可替代的、本發明同樣包含的、使用ECM但是沒有EDM的方法中，適合的設備較佳為僅包括ECM兼容的工具電極以及僅有電解溶液及/或用於輸送電解溶液的媒介或裝置。如果有意地完全地或有限地保護針尖的特定的區域以防止ECM作用到針頭的材料上，這特別是在連續地使用EDM及ECM或使用ECM時交替地藉由例如傳統磨削產生的單磨削及/或小平面磨削或在對全部磨削(單磨削及根據期望的小平面磨削)使用ECM時可能是這種情況，該設備還包括適合的媒介或裝置，藉 助該媒介或裝置可對無需或僅需微弱地藉由ECM加工的區域進行遮蔽、遮光或保護，使得該區域可沒有或僅以微弱的，例如變稀釋的形式接觸對於藉助ECM加工所使用的電解液。
根據具體的實施方式，在一種技術或兩種技術(ECM、EDM)結合的情況下也可替代地在兩個容器中提供液體。可替代地或額外地也可以其他的方式在工作件及工具之間的加工間隙中提供一種液體或兩種液體，如下面還將詳細描述的那樣。
對於根據本發明的較佳的、在藉助ECM對孔眼倒圓的同時製造單磨削及接下來藉助藉由EDM兩側小平面磨削及/或磨削製造最終成型針尖的情況下完全不用擔心影響最終成型及針尖的特性，因為藉助ECM的加工在之前已經完成並因此不會在尖端區域出現不期望的倒圓或毛邊。在這種情況下，在沒有進一步措施的情況下，給定的管節段的待加工的端部可被電解質環流及/或穿流。
對於根據本發明的可替代的提出的用於藉由機械磨削/分離及/或EDM製造單磨削及兩個小平面磨削的情況以及之後接下來藉助ECM加工孔眼的情況對此提供，藉由ECM局部地限定材料剝蝕，即為有選擇地在孔眼的區域中進行，因為所期望的前面製造的尖端特性(幾何結構)及尖銳度以及還有稜邊可能受到影響。這對之前所述的使用EDM製造所有磨削的實施方式及對於由EDM及機械的磨削/分離結合來製造針尖的情況都適用，因為之後分別進行 電化學加工。
在電化學剝蝕(ECM)的方法中，工作件(針頭)極化為陽極(正)並且工具電極極化為陰極(負)。原則上，工具陰極的形狀藉由工作件的形狀預先給定，所以ECM通常也稱為鏡像方法，其中在工具處由於製程沒有出現磨損。在工具及工作件(針頭)之間必須根據電的參數及電解質的流動行為調解間隙(加工間隙)，其中間隙寬度在0.05及1mm之間。在加工間隙中的負載運輸由電解溶液、例如氯化鈉(NaCl)或較佳為硝酸鈉(NaNO3)的水溶液來承擔。藉由在使用ECM時出現的電子流，藉由溶解針頭的金屬離子來進行所期望的材料剝蝕。溶解的金屬離子然後在陽極(針頭)處與裂解的電解質的部分進行反應，而電解質餘留物在陰極(工具電極)處與水反應，由此作為最終產物出現所不期望的沉積物，例如金屬氫氧化物。
如前所述，電化學剝蝕(ECM)在根據本發明製造針頭的範圍中特別用於對依然藉由單磨削所產生的、橢圓形的、在針孔的後部區域中的孔眼在內側進行倒圓。但是因為最小的針頭具有大約0.25mm的外直徑，所以此時非常難或者不可能的是，根據上述的一般教導製造作為工具陰極的電極，其足夠小使得該電極僅在孔眼的內部中展現其電化學活性並且可準確地定位在期望的作用位置處。如果電極比前部的傾斜的針孔的後部區段中的倒圓區域更大或更寬，那麽在孔眼外部出現不期望的材料剝蝕及沉積。
因此，根據本發明對於該方法的實施方式(其中藉助 ECM沒有造成單磨削及形成的孔眼的倒圓)規定，針頭或其被遮光(待遮蔽)的區域例如之前藉由磨削/分離及/或腐蝕產生的針尖在其可能繼續的加工過程中藉助ECM從外部藉由例如去離子的水(DIW)這樣的不可傳導的液體、藉由具有足夠低的傳導性的液體或藉由水流到其上並且在針頭的內徑中提供電解質流，因此適合的設備具有用於將電解質較佳為可從無需加工的管節段端部引入到其內徑中的媒介或裝置或元件，例如壓力腔。因此，僅在電解質的濃度足夠高的位置發生剝蝕。較佳地，該剝蝕發生在孔眼的內側處。藉由在孔眼區域的外部的由於逐步混合電解質與作為遮蔽介質所使用的、例如不可傳導的液體所得到的電解質稀釋，在側面的切邊的區域中有利地獲得從具有剝蝕的區域(倒圓的稜邊)到沒有剝蝕的區域(尖銳的稜邊、尖端)的緩及的無階梯的過渡，其中，具有剝蝕的區域可從孔眼的區域延伸直至小平面磨削，但是至少關於針孔的後稜邊(孔眼)以及開口部分的由於單磨削產生稜邊的兩側的直接相鄰的區域。因此藉由在針頭的外面處的液體流動，反應產物被稀釋並且被沖走，因此在針頭處或其中也沒有沉積物。作為對用水來稀釋的替代態樣，為了對無需藉助ECM加工的針尖區域遮蔽或遮光可使用壓縮氣體(例如壓縮空氣)或不可與電解質混合的液體(例如長鏈液體的烷烴，如十二烷)來完全地或部分地排擠電解質。在可替代的較佳的實施方式的範圍中，其中藉助ECM製造小平面磨削，沖洗液體或遮蔽液體流到針頭或工作件，而用 電解質從外部流到或環流針頭或工作件。
原則上還可藉由替代地或額外地暫時使用物理介質，例如由彈性體、矽酮、橡膠等構成的軟墊、柱塞、密封件等對無需加工的區域遮光或遮蔽並且例如可在接下來用ECM處理時保護尖端幾何結構，藉由使(尖銳的)尖端例如引入到軟墊中並且以這種方式不再能與電解質接觸。例如可藉由螺杆或氣動的氣缸這樣將軟墊壓到針頭或工作件的尖端部，即為其尖端以其待保護的區域進入到軟墊中，使得該區域被保護以免與電解質接觸。以相同的方式有目的地藉由工作件載體的位置改變使針頭或工作件朝軟墊運動或者兩個物體(軟墊、針頭)朝彼此靠近地運動。軟墊、柱塞或密封件在此可固定在設備處或設備的包括工作件載體的模組處或與電極牢固地連接。為了不阻礙ECM電極及從針頭中出來的電解質的活化，可有利的是，僅以需要的程度將針頭引入到軟墊中。作為較佳的是，軟墊可構造成平的板或更佳的是構造成滾筒，使得針頭或工作件在連續加工的過程中藉由相應的旋轉滾筒能夠提供軟墊的始終未被刺入的區域。為了避免由於刺入而對軟墊引起的損壞，必要時可使軟墊預先變形，使得針頭或工作件可貼靠在其上，但是沒有刺入軟墊中。
在前面實施方式的基礎上明顯的是，部分地遮蔽或遮光原則上僅需要在針尖已經獲得其最終成型之後使用ECM的情況或實施方式中。因此如果根據本發明最佳地已經藉助ECM製成單磨削以及進而還製成孔眼的倒圓時， 可取消接下來的遮蔽。在特殊情況下，例如在孔眼的區域中過强的剝蝕導致稜邊的不期望的變鋒利時或在採用ECM製造小平面磨削的情況下(參見上述部分)，可同時特別是在ECM過程持續的結束時指示相應的遮蔽或遮光或沖洗。
至於上述沖洗、排擠、遮蔽或遮光，該措施原則上針對管節段的外壁並且電解質被提供在針頭的內部(針頭的內徑中)。根據所期望的待製成針尖的幾何形狀及/或用於製造磨削部使用的技術可關於沖洗、排擠、遮蔽或遮光，也可針對管節段的內部或針孔的區域，特別是在插入部分中的區域，而電解質環流節段或針頭的外側或外部區域。
根據本發明製造的具有藉由ECM倒圓的孔眼的針頭在先前技術中是未知的，因此本發明本身也包括這樣的針頭，其中後稜邊(孔眼)以及孔眼的至少兩側相鄰的區域(藉由單磨削產生的側稜邊)直至可能存在的小平面磨削被鈍化或倒圓。
根據本發明的方法及在此提及的設備因此非常好地適合用於簡單地並且成本有利地製造醫學用的針頭。該方法藉由省略傳統的額外的加工步驟及多次地將針頭夾緊及轉換到不同的設備或作為組成部分或在功能上對應的設備構件的工作件載體中的必要性而變得簡單。
原則上，根據本發明方法還可包括用於去毛邊、尖銳化及/或拋光的電極拋光的其他步驟，其中，還在這種情況下較佳地僅使用相應配置的設備，其除了前述構件或模組 以外，額外地包括具有電極(例如由不鏽鋼構成的陰極)的容器以用於容納酸性電解質(例如H2SO4/H3PO4/H2O的混合物)。
1‧‧‧管節段
2‧‧‧針尖
3‧‧‧單磨削
4‧‧‧左小平面磨削
5‧‧‧右小平面磨削
6‧‧‧工具電極
7‧‧‧電解質
8‧‧‧電場線
9‧‧‧工作件
10‧‧‧後稜邊/端部
11‧‧‧孔眼
12‧‧‧後稜邊/孔眼
13‧‧‧水
14‧‧‧條狀電極
15‧‧‧梳狀電極
16‧‧‧面
17‧‧‧單切邊
18‧‧‧工作件載體
19、20‧‧‧條板
21‧‧‧聚合物
22‧‧‧測量裝置
23‧‧‧緊壓力
24‧‧‧壓力腔
25‧‧‧半殼
26‧‧‧驅動器
27‧‧‧沖洗裝置
圖1示出了已知的由管節段製造針尖的步驟。
圖2A及圖2B示意性地示出電化學剝蝕(ECM)的工作原理及效果。
圖3及圖4所示為管節段被加載電解質或者被電解質穿流的示意圖。
圖5A及圖5B所示為使水流到或用水沖洗針頭尖端並因此避免在針頭尖端處的剝蝕的示意圖。
圖6A至圖6E以對比的方式示出了根據本發明所製造的針尖比傳統製造的針尖的性能更優越的示意圖。
圖7A示出了工作件載體的側視圖。
圖7B示出了在具有壓力腔的垂直布置中具有夾緊的管節段的工作件載體。
圖7C示出具有管節段的壓力腔或部分圖7B中所示的壓力腔的示意圖。
圖8示出了壓力腔、工作件載體、工具電極及沖洗裝置的布置的側視圖。
下面根據圖式詳細說明本發明。在適當的情況下，在此作用相同的元件具有相同的元件符號。
在圖1中示出了已知的用於由管節段1製造針尖2的 步驟。為了製造峰尖磨削，首先進行單磨削3(左側為側視圖、右側為俯視圖)，然後從單磨削的兩側引入左小平面磨削4及右小平面磨削5。為了製造單磨削3，管節段1關於其縱軸線處於零位，而為了製造左小平面磨削4及右小平面磨削5，管節段分別以限定的角度但是以相反的旋轉方向圍繞自身的縱軸線旋轉，其中角度可在與零位呈10°及90°之間並且可根據客戶需要選擇。
在圖2中示意性地示出電化學剝蝕(ECM)的工作原理。在圖2A左邊示出的管節段1作為工作件9極化為陽極，其藉助極化為陰極的工具電極6在存在電解質7(例如NaNO3)的情況下藉由電化學方法剝蝕，由此結果產生經倒圓的後稜邊(端部)10，因為電場線8在稜邊及尖端更密集並且在此處促使對材料剝蝕。
在圖2B中示出了由於ECM在針孔的後面區域中引起的倒圓效果。在圖式的左側部分中以側視圖示出了針頭，其在採用EDM及/或傳統的磨削之後僅具有單磨削或包括兩個小平面磨削的成品峰尖磨削，其中針孔的後面區域具有尖銳的孔眼11，而在採用ECM的情況下獲得經倒圓(abgerundet)的或倒圓(verrundet)的後稜邊(孔眼)12。由右側圖式同樣可看出，針頭的尖端即由單磨削或峰尖磨削獲得的針尖2的凸出的端部構造依然尖銳。
在ECM技術的特定應用中會發生如下情況，不僅在孔眼的區域中，而且在(真正的)尖端的區域中，如果這些區域中存在電解質橋，那麽藉由雜散電解質產生材料剝 蝕。這除了引起所期望的對孔眼的倒圓以外，還導致圍繞孔眼的壁變薄或粗糙化並且可變色。因為針頭的直徑非常小，因此很難僅藉由孔眼精確地定位電極(例如梳狀電極或條狀電極)並且同時確保僅在此處進行剝蝕，使得較佳地對無需加工的區域進行掩蔽、遮光或以其它的方式保護其免受剝蝕。但是，這種用於抑制電流並進而用於保護以免不期望的剝蝕的掩蔽或遮光會導致在未保護的及保護的區域之間的過渡區域中形成不期望的梯度。此外在針頭小的情況下也很難精確地定位遮蔽部或覆蓋部。
藉由例如用水流到其上或沖洗無需加工的，即為待保護的區域，使得該區域不可或僅可很少地接觸電解質，可解決可能出現的問題。
如圖3中所示，無需加工的區域在這種情況下從外部被水13流到其上或沖洗，而針頭例如藉由壓力腔從內部被電解質7加載或穿流。電極，例如條狀電極14定位在孔眼前面，並且在孔眼處從針孔的後面區域中出來的電解質7形成在孔眼及條狀電極14之間的電解質橋。朝尖端的方向上離孔眼越遠，則電解質7藉由水沖洗得明顯更稀釋，由此實現了在具有剝蝕及沒有剝蝕的區域之間的平緩的、無梯度的過渡。因此在孔眼的區域中，電解質7(盡可能地)不被稀釋，因此在此剝蝕最大，這對於孔眼的倒圓是期望的。需要被不同加工的區域的縱向尺寸可藉由調整在電解質流及水流之間的比例來影響，其中，在任何情況下可確保，最大程度地保持插入部分的藉由磨削獲得的尖端幾何 構造。這藉由使該區域不與電解質7接觸或僅與非常稀的電解質接觸而實現，從而在此存在微不足道的剝蝕。代替在這裡所示的條狀電極14，在較大的管直徑的情況下也可替代地使用梳狀電極15，其深入孔眼中。
如已經所述的那樣，作為用於製造針尖的第一步驟單磨削的材料剝蝕以及切割長度是最大的，因此，ECM技術在此相對於EDM技術是較佳的。為了實現快速而均勻的剝蝕，根據在圖4中所示，管節段1應在待剝蝕的區域中充分地被盡可能未被稀釋的電解質7流到其上，由此管節段1的內部(內徑)被加載電解質7或者被電解質7穿流。可替代地或額外地，可使用工具電極6，其可被電解質7穿流並且具有孔，穿過該孔可將電解質7輸送給工作件9。而且在使用ECM製造單磨削同時對孔眼倒圓的情況下必需的是管節段在特定的區域中被例如水沖洗，以避免例如圍繞孔眼的不期望的或過强的剝蝕。為了藉由水沖洗來根據需要降低對電解質的稀釋，可有利的是，僅部分地活化水沖洗，例如在ECM過程結束時。如在圖4中所示，在工具電極6及管節段1或工作件9之間的間隙在電化學剝蝕的過程中藉由補充工具電極6最大程度地保持恆定。因為藉助ECM原則上稜邊被倒圓(參見圖2)，所以同時為了製造單磨削對孔眼進行倒圓。然後，較佳為藉助電腐蝕(EDM)製造小平面磨削。
如前所述，峰尖磨削的所有磨削(單磨削、小平面磨削)可藉助ECM製造。對此根據前述的ECM單磨削可進 行用於製造小平面磨削的另一個或另兩個ECM步驟。然而，因為電化學剝蝕原則上使稜邊及尖端倒圓，所以所有的稜邊，例如還特別是藉由單磨削產生的尖端只要與電解質接觸就是圓的。為了獲得具有尖銳的稜邊的“尖銳”尖端，在該實施例的範圍中也可期待的是相應地用水沖洗，例如可參考圖5進行，藉由使水13流到或用水沖洗尖端並因此避免在尖端處的剝蝕。如果管節段以一定的橫向距離彼此夾緊在設備的工作件載體中，能夠同時在一個步驟中在兩側產生小平面，其中工具電極6的空間構造相應於所期望的尖端幾何結構，如圖5A所示。可替代地或額外地，為了沖洗、掩蔽或遮光可藉助電拋光(EP)使得在插入部分中的尖端及稜邊具有所期望的銳度。可替代的用於在已經完成單磨削之後同時產生兩個小平面磨削的處理方法在圖5B中示出。根據該實施方式，例如用水從內部沖洗針頭，而用電解質從外部環流針頭。一旦在針頭的內徑中引導的水流從針孔中朝尖端溢出，則該水流在尖端的方向上以及從外向內始終大量地與電解質混合，由此，其濃度在對於形成小平面磨削所期望的區域中最强，這藉由使用彎曲的電極而有利地得以促進。因此，在液體射流中的純水的區域在孔眼處與管內徑一樣寬並且朝尖端逐漸以及均勻地減小。藉由在水流及電解質流之間的適合比例可使電解質沿著針頭的插入部分實現提高的濃度，由此有助於製造所期望的尖端幾何結構。
在圖6中以對比的方式示出了根據本發明的針尖比傳 統製造的針尖更優越的性能。圖6A是傳統製造的具有明顯存在的餘留毛邊的針尖的圖示，而在根據圖6B的圖示中額外地示出了傳統的標準針頭的針孔的後面的及明顯向內彎曲的區域的仍然橢圓形(尖銳的)的成型部(尖銳的孔眼11)。而根據圖6C的圖示示出了根據本發明藉助ECM倒圓的孔眼12的區域。如還從6D及圖6E中看出的那樣，在兩個版本中相同地構造具有尖端及尖銳稜邊(尖端幾何結構)的相應前面的插入部分。但是，在後面的開口部分中的區別更明顯。以傳統方式(EDM及/或磨削)所產生的開口部分構造成平的面16並且具有尖銳的內稜邊及尖銳的後稜邊(孔眼)(參見圖6D)，藉助ECM加工的開口部分具有倒圓的或鈍的後稜邊(倒圓的孔眼)及倒圓的或鈍的內稜邊，這些稜邊是與孔眼直接相鄰的區域或者甚至是如所示出的那樣，直至小平面。因此標準針頭的整個開口部分的內稜邊都是仍然尖銳稜邊的，而在根據本發明的針尖中，根據在圖6E中的圖示單切邊17同樣被倒圓，其中，開口部分的至少部分平的構造與根據本發明的教導不衝突，只要至少後面的稜邊(孔眼)被倒圓，而對此沒有採用在提及的區域中留下劃痕或磨削痕迹等的機械工具，例如刷子。
在圖7A中以側視圖示出了用於夾持、必要時轉動並且接觸管節段1的以及用於在設備的各個過程工位或過程模組之間運輸工作件的工作件載體18。管節段1夾緊在條板19及條板20之間，其中條板中的其中一個(在此稱為 可移動的條板20)較佳地朝相反的方向可垂直於工作件移動，由此，在零位中相對於其縱軸線被夾緊的工作件在產生單磨削之後為了製造兩個小平面磨削可向左或向右轉動。為了補償管節段1的公差並且提高在可移動的條板20及工作件之間的摩擦，較佳地對其用聚合物21塗層。藉助氣動的或電動的致動器(未示出)使條板20移動並且藉由測量裝置22監控。與可移動的條板20相對的接觸條板19由可傳導的材料製成或具有至少一個可傳導的塗層，並且除了夾持及必要時轉動管節段1以外用於接觸管節段1或工作件以進行電化學剝蝕(ECM)及可能的電腐蝕(EDM)。為了確保可靠地接觸並且轉動管節段1或工作件，必須以限定的壓緊力23均勻地將條板19及條板20擠壓在一起，例如可藉助彈簧或氣動式進行。為了在設備的各個加工工位中足夠精確地定位工作件載體18，工作件載體18具有至少一個定位元件(未示出)，例如以銷或杆的形式。在設備的相應工位或加工模組中有與定位元件兼容的容納設備，例如零電位設備或稜鏡。工作件載體18在設備的工位或模組中的布置在此可根據其特性是水平到垂直的。因此可能的是，管節段1或工作件在不同的加工工位或模組(例如ECM；EDM；EP)加工，而無需在工位之間對其進行轉換。
圖7B在具有壓力腔24的垂直布置中示出了具有夾緊的管節段的工作件載體，藉助壓力腔電解質7可被引入到管節段的內徑中以及可能用水13對在工具電極6上方的管 節段的無需加工的外部區域進行沖洗、遮蔽或遮光，該電極可能也加載介質流。在根據本發明的使用ECM來製造單磨削並同時對所產生的孔眼倒圓的情況下，管節段較佳為從內部並且藉由電極從外部被電解質穿流或流到其上，而在孔眼上方的管節段可在期望的情況下被水流到其上或沖洗，其中水對此較佳地層狀地在工作件處沿著工作件流動。以這種方式可確保裝有管節段或工作件的工作件載體無需浸入到介質中。
在圖7C中示出具有管節段1的這種壓力腔或根據圖7B的壓力腔24的一部分。壓力腔由兩個半殼25構成，其具有在密封面處的彈性體密封部，其中，半殼25打開(左側)以更換工作件載體並且在加工時關閉(右側)。壓力腔24較佳是每個ECM過程工位的其中一個的組成部分，但是也可作為模組提供，其與工作件載體一起在設備的不同工位或模組之間被運輸並且可通過此處存在的、兼容的容納媒介或裝置供以期望的液體。
在圖8中以側視圖示出了壓力腔24、工作件載體18、工具電極6及沖洗裝置27的布置。在這裡所示的應用範圍中，電解質藉由壓力腔24從內部穿流管節段1或工作件9，而藉由在孔眼上方的沖洗裝置27用水從外部沖洗，其中水應層狀地環繞沖洗針對剝蝕及沉積受保護的區域。但是必要時需注意，電解質在其作用位置沒有或至少沒有過於强烈地由於水沖洗而被稀釋。因此，沖洗的範圍取決於對待加工及可能需要保護區域的具體要求並且可選擇地例 如限定在針孔的特定區域或使用在整個針尖上。在工作件載體18的下面示出了用於使在工作件載體18內部的管節段1轉動的驅動器26。
為了電腐蝕(EDM)可使用傳統的線加工機或刻模腐蝕機，其中，也可為設備的組成部分或設備在其功能上配置相應的模組。
較佳地，為了可選擇地水平或垂直地容納工作件載體使機械或模組配置夾緊設備，以及可選地，為了從內部沖洗管節段或工作件使機械或模組配置前述壓力腔。
1‧‧‧管節段
2‧‧‧針尖
3‧‧‧單磨削
4‧‧‧左小平面磨削
5‧‧‧右小平面磨削

Claims (8)

  1. 一種製造針頭的方法，前述針頭由空心的管節段(1)在使用用於提供傾斜的插入端部的單磨削(3)的情況下製造，該插入端部具有前部的插入部分及後部的開口部分，其中前述前部的插入部分具有傾斜的面，該傾斜的面從進入尖端向後延伸並且具有內部的側稜邊，並且其中前述後部的開口部分具有傾斜的面，該傾斜的面從前部的插入部分的傾斜的面向後延伸並且具有內部的側稜邊以及經倒圓的兩個後稜邊(10、12)，其中藉由電化學剝蝕(ECM)在存在電解質(7)的情況下進行前述單磨削(3)並且對前述兩個後稜邊(10、12)進行倒圓。
  2. 如請求項1所記載的製造針頭的方法，其中前述電解質(7)在電化學剝蝕期間引導通過前述管節段(1)。
  3. 如請求項1或2所記載的製造針頭的方法，其中前述插入端部的進入尖端藉由側面的左小平面磨削(4)及右小平面磨削(5)獲得尖銳的尖端幾何結構，其中前述左小平面磨削(4)及前述右小平面磨削(5)藉由磨削及/或電腐蝕產生。
  4. 一種製造針頭的方法，前述針頭由空心的管節段(1)在使用用於提供傾斜的插入端部的單磨削(3)的情況下製造，該插入端部具有前部的插入部分及後部的開口部分，其中前述前部的插入部分具有傾斜的 面，該傾斜的面從進入尖端向後延伸並且具有內部的側稜邊，並且其中前述後部的開口部分具有傾斜的面，該傾斜的面從前部的插入部分的傾斜的面向後延伸並且具有內部的側稜邊以及經倒圓的兩個後稜邊(10、12)，並且其中前述插入端部的進入尖端藉由側面的左小平面磨削(4)及右小平面磨削(5)獲得尖銳的尖端幾何結構，其中在藉由電化學剝蝕(ECM)在存在電解質(7)的情況下對前述兩個後稜邊(10、12)進行倒圓之前，採用磨削及/或電腐蝕進行前述單磨削(3)以及側面的左小平面磨削(4)及右小平面磨削(5)，其中，對前述插入端部的對應尖銳的尖端幾何結構並且應該沒有受到電化學剝蝕的區域遮光或遮蔽以保護該區域以免與前述電解質(7)接觸。
  5. 如請求項4所記載的製造針頭的方法，其中前述遮光或遮蔽有選擇地進行，藉由使液體流到或沖洗該區域，液體選自由去離子的水、水及不可與前述電解質(7)混合的液體構成的組別中及/或藉由在前述區域中由壓縮氣體流到該區域來排擠前述電解質(7)。
  6. 一種製造針頭的設備，前述針頭由空心的管節段(1)在使用用於提供傾斜的插入端部的單磨削(3)的情況下製造，該插入端部具有前部的插入部分及後部的開口部分，其中前述前部的插入部分具有傾斜的 面，該傾斜的面從進入尖端向後延伸並且具有內部的側稜邊，並且其中前述後部的開口部分具有傾斜的面，該傾斜的面從前部的插入部分的傾斜的面向後延伸並且具有內部的側稜邊以及經倒圓的兩個後稜邊(10、12)，其中藉由電化學剝蝕(ECM)在存在電解質(7)的情況下進行前述單磨削(3)並且對前述兩個後稜邊(10、12)進行倒圓，並且其中前述插入端部的進入尖端藉由側面的左小平面磨削(4)及右小平面磨削(5)獲得尖銳的尖端幾何結構，其中前述設備包括下面的構件或模組作為組成部分或為功能配置的單元：(a)藉由電化學剝蝕用於製造前述管節段(1)的單磨削(3)並且用於對前述開口部分的前述兩個後稜邊(10、12)倒圓的工具電極(6)；(b)藉由電腐蝕及/或用於磨削的媒介或裝置用於製造前述管節段(1)的側面的左小平面磨削(4)及右小平面磨削(5)的工具電極(6)；(c)用於容納並且用於夾緊複數個待加工的管節段(1)的工作件載體(18)；及(d)用於提供對於電化學剝蝕及可能必要的電腐蝕所需的液體(電解質；電介質)的容器或用於可將各自的液體輸送給有針對的作用位置的媒介或裝置。
  7. 一種製造針頭的設備，前述針頭由空心的管節段(1) 在使用用於提供傾斜的插入端部的單磨削(3)的情況下製造，該插入端部具有前部的插入部分及後部的開口部分，其中前述前部的插入部分具有傾斜的面，該傾斜的面從進入尖端向後延伸並且具有內部的側稜邊，並且其中前述後部的開口部分具有傾斜的面，該傾斜的面從前部的插入部分的傾斜的面向後延伸並且具有內部的側稜邊以及經倒圓的兩個後稜邊(10、12)，其中藉由電化學剝蝕(ECM)在存在電解質(7)的情況下對前述兩個後稜邊(10、12)進行倒圓，並且其中前述插入端部的進入尖端藉由側面的左小平面磨削(4)及右小平面磨削(5)獲得尖銳的尖端幾何結構，其中前述設備包括下面的構件或模組作為組成部分或為功能配置的單元：(a)藉由電腐蝕及/或用於磨削的媒介或裝置用於製造前述管節段(1)的前述單磨削(3)及側面的左小平面磨削(4)及右小平面磨削(5)的工具電極(6)；(b)用於藉由電化學剝蝕對前述開口部分的前述兩個後稜邊(10、12)倒圓的工具電極(6)；(c)用於對前述插入端部的對應尖銳的尖端幾何結構並且應該沒有受到電化學剝蝕的區域遮光或遮蔽的媒介或裝置；(d)用於容納並且用於夾緊複數個待加工的管節段(1)的工作件載體(18)；及 (e)用於提供對於電化學剝蝕及可能必要的電腐蝕所需的液體(電解質；電介質)的容器或用於可將各自的液體輸送給有針對的作用位置的媒介或裝置。
  8. 如請求項7所記載的製造針頭的設備，其中前述用於遮光或遮蔽的媒介是來自由去離子的水、水及不可與前述電解質(7)混合的液體構成的組別或壓縮氣體。
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