医用刀.pdf

本发明提供一种医用刀，其容易制造、具有耐腐蚀性、硬度充分且锋利性良好、具有韧性而不会产生缺口。该医用刀为如下形成的医用刀：以 60％以上的压下率对由奥氏体类不锈钢的硬线材构成的被加工件(10)进行冲压，形成刮勺状的前端部分(10b)，通过加工硬化使该前端部分(10b)的硬度在Hv 550以上。之后，通过切削加工等，将刮勺状前端部分(10b)切削，形成刀主体(10c)和切削刃(10d)。

1.  一种医用刀，其特征在于，以60％以上的压下率对具有奥氏体类不锈钢的纤维组织的线材进行冷冲压，使前端部分为扁平，在该前端部分设置刀的切削刃，形成晶粒截面形状为在该前端部分的刃宽度方向长、在厚度方向短的纤维组织，并且，使得相对于所述冷冲压加工前的线的长度方向截面的纤维组织的密度，与所述前端部分的扁平的面成直角的长度方向截面的纤维组织的密度较密，且，与所述前端部分的扁平的面平行的长度方向截面的纤维组织的密度较疏，而且，通过加工硬化，使得该前端部分的硬度为Hv 550以上。

2.  根据权利要求1所述的医用刀，其特征在于，所述刀的切削刃形成在偏离所述前端部分的厚度方向的中心线的位置。

3.  根据权利要求1所述的医用刀，其特征在于，对奥氏体类不锈钢钢线多次反复进行固熔化热处理之后拉丝的处理，从而使所述线材具有奥氏体组织为50％以下、马氏体组织为50％以上的组成。

4.  根据权利要求3所述的医用刀，其特征在于，所述奥氏体类不锈钢的碳含量为0.08％～0.15％。

医用刀
技术领域
本发明涉及医用刀，特别涉及眼科用刀、脑外科用刀或血管用刀等在显微外科(microsurgery)中使用的医用刀。
背景技术
以往，医用刀采用如下方式制造。首先，作为材料采用碳钢、马氏体(martensite)类不锈钢或析出硬化型不锈钢等的直径为6mm～10mm的线材。采用碳钢或马氏体类不锈钢时，对其反复进行线加工，得到直径为1mm左右的线。采用不锈钢时，在拉丝(wire drawing)和拉丝之间进行固熔化热处理。将该线切割成合适的长度，进行退火处理之后，利用冲压加工形成为扁平状，通过研磨加工形成刀刃，经淬火处理成为制品。采用析出硬化型不锈钢时，反复拉丝和固熔化热处理，拉丝至1mm左右之后，切割成预定的长度，不进行退火处理就进行冲压加工和研磨加工，不进行淬火处理，而进行析出硬化处理。
该制造方法是在加工前对线进行退火，所以容易加工，但在淬火处理或析出硬化处理中，存在易引起裂缝、韧性不足造成的折断或缺口等问题。并且，由于材料的特性，还容易生锈，在耐腐蚀性方面存在问题。
针对这些问题，在日本特公平1-11084号公报中提出了如下的方法：以80％以上的减面率(reduction ratio)对奥氏体(austenite)类不锈钢钢线材进行拉丝，形成钢线，在之后的加工时，始终保持在约500℃以下对该钢线实施预定的加工，制造完成品。若大于500℃，则因加工硬化增加的硬度下降，所以在500℃以下进行加工。虽然不能对奥氏体类不锈钢进行淬火，但替代淬火，利用在拉丝时受到的加工硬化。由于使用奥氏体类不锈钢，所以能够提高耐腐蚀性。并且，由于不能进行淬火，所以相反也不会发生烧裂、缺口的问题。
并且，在日本特开昭59-87988号公报中提出了使用复合不锈钢的制造方法，该复合不锈钢是在高碳、高铬的马氏体类不锈钢的表面上生成脱碳层，并在其上接合奥氏体类不锈钢来形成的。在马氏体类不锈钢上形成刀刃，通过进行淬火确保锋利性，同时利用奥氏体类不锈钢作为韧性丰富的材料来防止烧裂、缺口。
但是，在日本特公平1-11084号公报中记载的方法适合于缝合针，但形成刀时，不能得到用于获得该刀所需的锋利性的充分硬度。并且，在日本特开昭59-87988号公报中记载的使用复合不锈钢的方法适合于普通家庭用刀具等、大刀具的制造，但很难用于医用刀这样的小型刀的制造。尤其非常难以用在显微外科用刀的制造。
发明内容
本发明是从上述事实出发考虑的，其目的在于，提供一种医用刀，其容易制造，具有耐腐蚀性，硬度充分，锋利性也良好，并具有韧性，不会产生缺口。
为了达到上述目的，本发明以60％以上的压下率对具有奥氏体类不锈钢的纤维组织的线进行冷冲压，使前端部分扁平，在该前端部分上设置刀的切削刃，形成晶粒截面形状为在该前端部分的刃宽度方向长、在厚度方向短的纤维组织，并且，使得相对于所述冷冲压加工前的线的长度方向截面上的纤维组织的密度，与所述前端部分的扁平面成直角的长度方向截面的纤维组织的密度较密，且，与所述前端部分的扁平的面平行的长度方向截面的纤维组织的密度较疏，而且，通过加工硬化，使得该前端部分的硬度在Hv 550以上。
此处所说的医用刀中，除了在通常的外科手术中使用的刀之外，还包括眼科用刀、脑外科用刀、血管用刀等显微外科用刀。
切削刃的位置优选位于避开材料中心部的位置。并且，作为奥氏体类不锈钢的硬线的一例，优选被规定为弹簧用不锈钢钢线(JIS G4314)的B种、尤其是拉伸强度接近上限或超过上限的硬线。并且，作为其它例，可以使用对奥氏体类不锈钢钢线进行多次拉丝而使晶粒成为细长的纤维组织的线。并且，多次的拉丝是指在固熔化热处理→拉丝→固熔化热处理→拉丝→固熔化热处理…这样的情况下，优选在各拉丝前进行固熔化热处理。作为奥氏体类不锈钢，优选碳含量为0.08％～0.15％的奥氏体类不锈钢。
将奥氏体类不锈钢的硬线切割成预定长度的被加工件，通过冲压加工将被加工件的前端部分压扁平。通过将此时的压下率设定为60％以上，经加工硬化，维氏硬度达到Hv 550以上。使用砂轮等对该材料进行研磨加工，形成切削刃，从而能够得到医用刀。
另外，以60％以上的压下率对成为纤维组织的线进行冷冲压时，形成扁平的面，所以能够形成刀刃部为扁平的刀，例如，能够形成适合于在眼科手术中用于切开角膜或强膜的刀。作为组织，纵向被下压，沿横向延伸，所以形成截面形状为沿刀的刃宽方向长、厚度方向短的晶粒。观察晶粒的大小，其结果，厚度方向为0μm～2μm左右，刃宽方向为30μm～40μm左右。并且，对纤维组织的密度进行调查的结果，与进行冷冲压后成扁平的面成直角的长度方向截面的纤维组织的密度为冲压加工前的长度方向截面的纤维组织的密度的2倍以上，与扁平的面平行的长度方向截面的纤维组织的密度为冲压加工前的长度方向截面的纤维组织的密度的0.5倍以下。
并且，刀主体的形成是用砂轮等对形成为刮勺状的部位进行研磨来形成切削刃，该刮勺状的部位是通过冷冲压将被加工件的前端部分挤压来形成的，但也可以用冲压切割加工等将形成为刮勺状的前端部分切割成刀主体形状之后，进行研磨来形成切削刃。进行冲压切割加工的情况下，通过冲压切割再次接受加工硬化，可以进一步提高硬度。而且，若用砂轮等研磨之后，实施电解研磨或化学研磨等处理，则能够形成更锋利的切削刃。
并且，刀的切削刃也可以形成于偏离刮勺状的部位的厚度方向的中心的位置，所述刮勺状的部位是通过冷冲压将被加工件的前端部分挤压来形成的。这是因为，厚度方向的中心的硬度较低，厚度方向的中心杂质较多。在所述电解研磨或化学研磨中，由于杂质较多的部分先被集中蚀刻，所以若在厚度方向的中心形成切削刃，则切削刃缺口，形成凹凸状。
本发明的医用刀是奥氏体类不锈钢制的，所以防腐蚀性优异，难以生锈，硬度也在Hv 550以上，因此，能够发挥如下效果：具有充分的硬度，即使制成医用刀，也能够锋利性良好地容易制造。并且，作为显微外科用刀，也能够容易制作由1mm径左右的细线得到的非常小的刀。
附图说明
图1A是切割圆棒状的不锈钢线，通过冲压加工将前端扩展成扁平状的被加工件的俯视图。
图1B是图1A的被加工件的右端面图。
图1C是图1A的被加工件的仰视图。
图1D是图1C的被加工件的D-D剖视图。
图2A是图1A所示的被加工件的A-A截面的金属组织照片。
图2B是图1A的被加工件的B-B截面的金属组织照片。
图2C是图1A的被加工件的C-C截面的金属组织照片。
图2D是图1A的被加工件的D-D截面的金属组织照片。
图3A是形成有切削刃的被加工件的俯视图。
图3B是图3A的被加工件的右端面图。
图3C是图3A的被加工件的E-E剖视图。
图3D是从被加工件的前端部分切出刀主体的状态的放大图。
图4是冲压加工所产生的压下率与加工硬化所产生的硬度变化之间的关系的图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。
本发明的医用刀的材料使用奥氏体类不锈钢SUS 302(碳含量：0.15％以下)。也可以使用前述的弹簧用不锈钢SUS 302的B种、碳含量少的SUS 304。SUS 304的碳含量在0.08％以下，但碳含量对加工硬化的影响大，所以考虑将SUS 304作为下限，考虑碳含量为约0.08％～0.15％。
对SUS 302的6mmφ～10mmφ的线材进行固熔化热处理之后，拉丝至5mmφ～8mmφ(减面率为约60％)。再次对其进行固熔化热处理之后，拉丝至2mmφ～3mmφ(减面率为约60％)。进一步对其进行固熔化热处理之后，拉丝至约1mmφ(减面率为约70％)。
利用冷加工来拉丝奥氏体类不锈钢线材时，生成碳化物，所以若以固熔化热处理用于将其固熔化，则将内部应力除去，形成可拉丝的柔软状态，恢复延伸性。通常，加热保持在1010℃～1150℃之后，进行速冷。
并且，将加工前的直径设为D1，加工后的直径设为D2时，用下述公式定义减面率：
减面率(％)＝(D₁²-D₂²)/D₁²×100％。
因上述拉丝引起的金属组织的变化如下。最初的6mmφ～10mmφ的线材的金属组织为奥氏体组织，通过反复拉丝，奥氏体组织减少，马氏体组织增加。而且，达到最终的1mmφ左右时，形成为奥氏体组织在50％以下、马氏体组织在50％以上的纤维状的细长晶体。随着马氏体组织增加，拉伸强度上升，在纤维状组织的状态中，能够将拉伸强度提高到约2400N/mm²。
将这样制作的不锈钢线切割成预定的长度，通过冲压加工，将前端压成扁平状。
图1A～图1D是示出将圆棒状的不锈钢线切割，利用冲压加工将前端扩展成扁平的状态的图，图1A是其俯视图，图1B是其右端面图，图1C是其仰视图，而且图1D是图1C的被加工件的D-D剖视图。如这些图所示，被加工件10通过冲压加工形成为在圆棒状的基部10a上连接刮勺状前端部分10b的形状。
图2A～图2D是通过上述冲压加工得到的被加工件10的金属组织的照片。图2A是图1的被加工件的A-A截面的金属组织，是用电子显微镜拍摄圆棒部分的长度方向截面的照片。图2b是图1的被加工件的B-B截面的金属组织，是用电子显微镜拍摄在刮勺状部分的长度方向沿与平面成直角的方向切割的截面的照片。图2C是图1所示的被加工件的C-C截面的金属组织，是用电子显微镜拍摄在刮勺状部分的长度方向沿与平面平行的方向切割的截面的照片。并且，图2D是图1的被加工件的D-D截面的金属组织，是用电子显微镜拍摄刮勺状部分的横截面的照片。
在拍摄这种金属组织的照片时，将观察面蚀刻，作为蚀刻方法，有用王水蚀刻的方法，和用电解腐蚀的方法。实施例中，由于用电解腐蚀时晶粒的显现较好，所以在图2A～2D中，均是在各截面切割，进行电解腐蚀处理后，用显微镜进行观察。照片的黑色部分是杂质。该实施例中，由于使用了质量非常好的不锈钢，所以没有明显显现晶粒的晶粒界面。
图2A示出通过上述拉丝使晶粒的形状形成为细长的纤维状组织。该部分具有预定的硬度(Hv 450左右)。并且，杂质在厚度方向的中心部增多。由图2B可知，通过上述冷冲压加工，纤维组织比图2A的组织密集。由于压下率在60％以上，所以组织的密度(与晶粒的长度方向正交的方向的单位长度中含有的晶粒数量)为2倍以上。在该部位中，加工硬化进展，硬度上升到Hv 550以上。图2C是因上述冲压加工，纤维组织被下压，显示出横向扩展的样子。此处，组织的密度为图2A的0.5倍以下。在图2D中显示出，晶粒沿刮勺状部的宽度方向扩展，并且沿刮勺状部的厚度方向下压。
压下率(％)由下述公式定义。
[(d-t)/d]×100％
d：被加工件10的冲压前的直径
t：冲压后的前端部分10b的厚度
之后，被加工件10被发送到研磨机，修正前端部分的形状，同时形成切削刃。
图3A～图3D示出形成有切削刃的被加工件的状态，图3A是其俯视图，图3B是其右端面图，图3C是图3A的E-E剖视图，而且，图3D是从被加工件的前端部分10b切出刀主体10c的状态的放大图。
利用旋转砂轮等研磨前端部分10b，切出形状整齐的刀主体10c，在周围形成切削刃10d。该实施例中，研磨刀主体10c的整个面，使形状整齐，但也可以不研磨部分面而使其保持为前端部分10b的面。研磨时，一边用研磨油等进行冷却一边进行研磨，防止温度上升导致硬度下降。
如图3D所示，优选在偏离前端部分10b的厚度方向的中心线a附近的位置形成切削刃10d。厚度方向的中心硬度较低，具有杂质容易在厚度方向的中心聚集的倾向。这是因为，若在厚度方向的中心形成切削刃10d，则以电解研磨或化学研磨来进行加工处理的情况下，杂质容易被蚀刻，所以刀刃产生缺口，不能显现出希望的锋利性。
这样形成的刀安装在未图示的柄上，用作医用刀。
图4是示出冲压加工所产生的压下率和加工硬化所产生的硬度变化之间的关系的图。此处，作为被加工件10，使用了在上述实施例中记载的1mmφ的SUS 302的线。图4的纵轴表示维氏硬度(Hv)，横轴表示压下率(％)。对于各压下率，将对分别6个被加工件进行冲压加工，测定硬度，用柱状图示出其平均值。位于各柱上的线表示6个测定值的最大值和最小值。如图4所示，伴随压下率的上升，硬度也直线上升。而且，若压下率达到60％，则硬度的最低值也在Hv 550以上，平均值达到Hv600。另外，靠所使用的冲压机的能力不能进行压下率大于75％的冲压加工。
表1是将压下率设定为各种值来制作医用刀，总结了医生在眼科手术中使用的结果的图。
表1