专利名称：金属管状体及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种金属管状体及其制造方法。更具体地说，本发明涉及一种其壁厚沿着其轴向轴线变化的金属管状体及其制造方法，该金属管状体可以用于例如针、注射针、连接件和TV的液晶电子枪等用途。
但是通过这种方法生产出的管状体具有留在表面上的印痕，这些印痕是在磨削中形成的，并且所得到的管状体是有缺陷的。另外，表面磨削在管状体具有小直径时难以进行。表面磨削还需要额外的步骤，并且导致制造过程复杂，从而不适用于大规模生产。
尽管存在这样的状况，但是对于小直径金属管状体存在实际需求。例如，需要使用注射针来进行常规注射的病人如同需要定期胰岛素注射的糖尿病病人一样一直期望一种其中在针插入时的疼痛已经降低到最小的针。
但是，直径极度减小的注射针存在药物溶液从中流动不充分的问题，从而使得药物溶液的注射困难。因此，注射针的直径只能降低到有限的程度。
具有可变直径的管状体例如那些具有锥形侧面形状或阶梯形侧面形状的那些管状体过去是通过卷起一块金属板并且使所卷起的金属板进行反复拉伸来制造的。但是由这种方法制造出的管状体尽管直径存在差异但是沿着其整个长度具有恒定的壁厚。因此，这种管状体的壁厚是由最小直径的部分所确定的，并且所制造出的管状体不可避免地存在强度不够的问题，因为具有更大直径的部分具有太小的壁厚。
为了实现上述目的，本发明提供一种金属管状体，其中该管状体的至少一部分壁厚沿着其纵向轴线变化，并且其中所述管状体其最小内径最大为2mm，并且最大壁厚最大为0.5mm。
本发明还提供一种用于制造一种金属管状体的方法，其中所述管状体的至少一部分壁厚沿着其纵向轴线变化，该方法包括以下步骤用金属板如此冲切出成该管状体的展开形状的板坯料，从而金属板和板坯料仍然保持部分连接，所述金属板其至少一部分壁厚沿着所完成的管状体的纵向轴线的方向变化；将所述板坯料压制成管状形状；并且切割由该金属板得到的压制板坯料，从而生产出管状体。
本发明还提供一种用于制造一种金属管状体的方法，其中所述管状体的壁厚沿着其纵向轴线变化，该方法包括以下步骤用金属板如此冲切出成该管状体的展开形状的板坯料，从而金属板和板坯料仍然保持部分连接；将所述板坯料压制成管状形状，从而所压制出的成管状的板坯料其厚度沿着纵向轴线的方向变化；并且在金属板和板坯料保持连接的部分处将它们切开，从而生产出管状体。
在根据本发明的用于制造金属管状体的方法中，已经被压制成管状的板坯料可以沿着其接缝进行焊接。
本发明还提供一种通过本发明的方法制造出的金属管状体。
优选实施方案的详细说明接下来，将通过参照附图对用于制造金属管状体的方法以及由本发明的这种方法所生产出的金属管状体进行说明。
本发明的金属管状体其一个特征在于，其壁厚沿着其纵向轴线是变化的。“变化的壁厚”包括其中管状体的远端和近端具有不同的壁厚并且该管状体的壁厚连续变化即沿着其纵向轴线逐渐增加或减小的情况，以及其中管状体包括部分管状体壁厚与其它部分壁厚不同的情况。
当管状体的壁厚沿着其长度连续变化时，壁厚沿着管状体的纵向轴线的变化可以沿着其整个长度是恒定的，从而该管状体具有锥形侧面形状；或者是不恒定的，从而该管状体具有以指数或对数形式弯曲的侧面形状。
通常部分管状体壁厚与其它部分壁厚不同的管状体是包括两个或多个具有不同壁厚的部分的管状体，其中壁厚在两个相邻部分之间的边界处不连续变化，例如一种只包括一个其壁厚不同于(即厚于或薄于)管状体的其它部分的部分的管状体，以及一种阶梯形的管状体，它包括两个或多个直径不同的部分，每个部分具有不同的壁厚。
图1A、1B和1C为根据本发明一些实施方案的管状体的前视图、侧视图和后视图，其中壁厚沿着其纵向轴线连续变化。在图1A、1B和1C中，管状体1具有远端11和近端12，并且该管状体1沿着轴线6延伸。图1A的管状体1是一种横断面为圆形的笔直中空管，它在远端11和近端12处具有相等的外径。但是，远端11的内径小于近端12的内径，并且壁厚沿着轴线6从远端11向近端12逐渐减小。图1B的管状体1是横断面为圆形的锥形中空管，其远端11的外径小于近端12的外径。但是远端11和近端12的内径相等，并且壁厚沿着轴线6从远端11向近端12逐渐增加。图1C的管状体1是一种横断面为圆形的锥形中空管，其远端11的外径和内径分别小于近端12的外径和内径，并且壁厚沿着轴线6从远端11向近端12逐渐减小。
图2A、2B和2C为具有其一部分管状体壁厚与管状体的其它部分不同的管状体的典型实施方案的前视图、侧视图和后视图。在图2A、2B和2C中，管状体1具有远端11和近端12，并且管状体1沿着轴线6延伸。图2A的管状体是中空管，其中在横断面为圆形的笔直管的中央部分处设有直径更小的孔部分13，并且该孔部分13具有比该管状体的其它部分更厚的壁。图2B的管状体1是横断面为圆形的具有阶梯形状的中空管，它包括内径和外径较小的远端部分51、内径和外径较大的近端部分52以及位于所述远端部分51和近端部分52之间的过渡部分15。壁厚沿着轴线6朝着管状体的中间位置即从近端12朝着过渡部分15增加，然后朝着近端12减小。图2C的管状体1是一种横断面为圆形的中空管，它包括内径和外径较小的远端部分51、内径和外径较大的近端部分52以及位于它们之间的中间部分141和142。中间部分141和142的内径相互不同，并且与远端部分51和近端部分52的内径不同。该内径在不同内径的部分之间(在远端部分51和中间部分141之间，在中间部分141和中间部分142之间，以及在中间部分142和近端部分52之间)以不连续的方式变化，同时内径在每个部分中(在远端部分51、中间部分141、中间部分142和近端部分52中)都是恒定的。另一方面，外径从远端11向近端12逐渐增加，并且在远端部分51和中间部分141之间、在中间部分141和中间部分142之间并且在中间部分142和近端部分52之间分别设有过渡部分151、152和153。远端部分51、近端部分52和中间部分141、142的壁厚相互不同，并且壁厚在过渡部分151、152和153中朝着近端52增加。
接下来，将对其壁厚沿着其纵向轴线变化的这种金属管状体的应用进行说明。在图1A中所示的其壁厚朝着远端增加的管状体适用于用作注射针，该针在其远端处具有形状特定的边缘，因为这种管状体具有更大的磨削和抛光区域，因此对于所形成的边缘的形状具有更大的设计自由度。另外，当如图1A中所示的形成有在轴线6的方向中沿着针的远端部分11的外表面延伸的凹槽的管状体1用作如在JP2002-58747A和JP2001-259028A所披露的包括金属内针和塑料外针的双结构留置针的针时，由于血液将通过凹槽在针插入到静脉中时上升，所以能够在视觉上确定针插入到静脉中。在图1B和1C中所示的管状体1具有其外径较小的远端11，并且由于在针穿刺时降低了阻力所以缓解了在注射中疼痛。图1C的管状体1的壁厚朝着远端11增加，并且管状体1的内径朝着远端11逐渐减小，从而形成锥形内表面。因此，当管状体1用作注射针时，流经管状体1的药液受到限制，并且该药液可以以缓慢的速度逐渐地分配，从而不会立刻分配大剂量。图2A的管状体1可以用作控制流速的孔。在图2B和2C的阶梯形状的管状体1不存在强度不够的问题，因为尽管包括两个或多个直径不同的部分，但是与沿着其整个长度具有恒定壁厚的普通管状体相比每个部分具有不同的壁厚。
要注意的是，图1和2显示出本发明的金属管状体的典型实施方案，并且本发明的金属管状体的形状并不限于在这些附图中所示的那些形状。例如，该管状体还可以具有在图1和2中所示的圆形之外的四边形、六边形或其它多边形以及椭圆形的横断面。对于侧面形状而言，如图1和2中所示一样，该管状体可以是笔直的管状体或者是锥形、阶梯形或其它非笔直的管状体。管状体的侧面形状和沿着轴向方向的厚度变化之间的关系也没有特别限制。更具体地说，壁厚可以沿着轴线6的方向逐渐的增加或减小，同时管状体具有如在图1A中所示的管状体的情况中一样的笔直管状体的侧面形状。如在图1B中所示的管状体的情况中一样，壁厚也可以与外径沿着轴线6的方向的逐渐增加或减小相对应地逐渐增加或减小。如在图1C中所示的管状体的情况中一样，壁厚还可以与外径沿着轴线6的方向的逐渐增加或减小反向对应地逐渐增加或减小。
在本发明中，管状体其外径通常最大为8mm，并且优选最大为5mm。当管状体用作注射针时，其外径可以最大为2mm，优选最大为1mm，更优选最大为0.4mm。当外径处于这个范围内时，用作注射针的管状体将在其插入到皮肤中时具有减小的阻力，并且与注射相关的疼痛将减小。
在本发明中，管状体其最小内径通常最大为2mm，优选最大为1mm，并且更优选最大为0.5mm。在这里所使用的词组“最小内径”表示如在图1B中所示的管状体的情况中一样在当管状体在其整个长度上具有恒定的内径时的情况中的内径以及如在图1A、1C和2A-2C中所示的管状体的情况中一样当管状体具有两个或多个内径时的最小内径。
应该注意的是，当管状体具有两个或多个内径时，这两个或多个内径的最大内径应该最大为5mm、优选最大为1.5mm，并且更优选最大为0.8mm。
当该管状体具有处于这个范围内的内径时，该管状体在其外径处于上述规定范围内时将具有足够的强度。
在本发明管状体的两个或多个不同壁厚中，最大壁厚最大为0.5mm，优选最大为0.4mm，更优选最大为0.3mm，并且最优选最大为0.2mm。
在本发明管状体的两个或多个不同壁厚中，最小壁厚最大为0.4mm，优选最大为0.3mm，更优选最大为0.2mm，并且最优选最大为0.02-0.1mm。
当管状体具有如上所述的壁厚时，该壁厚与如上所述的内径和外径处于良好平衡中，并且药液或其它液体可以不受阻碍地平滑地流过管腔同时该管状体可以保持足够的强度。
最小壁厚与最大壁厚的比值优选为1∶10-9∶10，优选为1∶4-9∶10，更优选为1∶2-9∶10。
在如在注射针的情况中一样在管状体用在其中液体流过其管腔的用途中的情况下，当最小壁厚与最大壁厚的比值处于这个范围时，流过管状体的药液或其它液体将不会受到过大阻力，并且这种情况在管状体的功能方面相当适合。
在本发明中，管状体的内表面优选其由JIS-B-0601-1994所限定的表面粗糙度的最大高度差(Rf)优选最大为3μm，更优选最大为2μm，最优选最大为1μm。当管状体内表面其Rf在上述范围内时，该管状体的整个内表面将是平滑的且没有大的划痕，并且该管状体将相当适用于作为医疗器械。当管状体是通过本发明的方法如将在下面所述一样通过压力加工生产出时，管状体内表面的最大高度差Rf将处于上面规定范围内，因为不需要磨削管状体的内表面以便生产出具有变化的壁厚的管状体。
该管状体可以由任意合适的金属制成。例如，它可以由钢材料例如不锈钢、有色金属结构材料(例如铝、铜或钛)、耐热材料(例如镍、钴或钼)、低熔点金属材料(例如铅或锡)、贵金属材料(例如金、银或铂)以及它们的合金制成。
该管状体其长度没有限制。但是当该管状体用作注射针时，该管状体毫无疑问是薄壁的，因此该管状体的长度应该选择成与该管状体所需要的强度相配。例如，当用作注射针时，其直径与25-35的注射针规格相对应的管状体应该具有至少为200的维氏硬度。
接下来，将对制造本发明的金属管状体的方法进行说明。图3-5示意性地显示出根据本发明的方法制造金属管状体的典型过程。在图3-5中所生产出的管状体是具有如在图1B中所示的圆形横断面的锥形管。该管状体其远端11的外径小于近端12的外径，并且远端11和近端12的内径相等，同时壁厚沿着轴线6从远端11向近端12逐渐增加。要注意的是，图3-5一起显示出本发明的方法的压制步骤。
由于用来制造该管状体的板坯料除了将该板坯料连接在金属板2上的部分之外其形状基本上与完成的管状体相对应，所以通过使用在图5中由标号1所示的压制管状体所用的术语来在以下说明书中表示各个部分，并且与管状体1的远端11相对应的侧面被称为远端层，并且与近端12相对应的侧面被称为近端侧。但是要注意的是，由这些附图所示的过程只是用来帮助理解本发明的方法，并且本发明决不只限于这个说明。
在本发明的方法中，首先由厚度大约为0.5mm的金属板冲切出具有成品管状体的展开形状的板坯料，其厚度沿着成品管状体的纵向轴线的方向是变化的，最大为0.5mm。图3A显示出在本方法的开始时的金属板。如在图3A中所示一样，金属板2的厚度从与成品管状体的远端(在压制之后该管状体的远端)对应的远端侧21向与成品管状体的近端(在压制之后该管状体的近端)相对应的近端侧22即沿着金属板2的短侧增加。其厚度沿着成品管状体的纵向轴线变化的这种金属板可以预先生产成具有与成品管状体所要求的壁厚的厚度的金属板。但是，其厚度沿着成品管状体的纵向轴线变化的金属板可以是通过压制具有恒定厚度的金属板而获得的金属板。例如，在图3A中所示的金属板的情况中，可以对恒定厚度的金属板进行如此压制成形，从而通过连续地改变沿着成品管状体的纵向轴线即沿着金属板的短侧的方向的压制力大小以使与成品管状体的远端对应的金属板侧受到比与成品管状体的近端相对应的金属板侧更大程度的压制，由此获得如在图3A中所示的其厚度沿着管状成品管状体的纵向轴线变化的金属板。
图3B显示出已经从金属板2中冲切出的成管状体的展开形状的板料3。如在图3B中所示一样，当从金属板2中冲切出成管状体的展开形状的板坯料3时，该板坯料没有完全从金属板2中冲切下来，并且该板坯料3留有部分与金属板2连接。所冲切出的板坯料3的形状可以根据具有至少两个内径的管状体的最终形状来选择。在图3B中，板坯料3通过分别位于在板坯料3的远端31和近端32处的切割线的中间处的连接部分41和42部分保持与金属板2部分连接，并且已经冲切出的板坯料3具有梯形形状，其在远端31处的侧边比在近端32的侧边短。由于板坯料3是从在图3A中所示的金属板2冲切出的，所以该板坯料3的厚度沿着成品管状体的纵向轴线从与成品管状体的远端对应的远端侧31向成品管状体的近端对应的近端侧32即沿着板坯料3的纵向轴线增加。
要注意的是，在从金属板2冲切出板坯料3中所采用的方法并不限于机械冲切，并且板坯料3可以通过使用激光等从金属板2中热冲切出。
接着，通过使用一对模具5如在图4B中所示一样从上方和下面对该板坯料3进行压制。在图4A中，通过结合使用凸起的上模以及凹形的下模50，从而将板坯料3压制成绕着在连接板坯料3和金属板2的连接部分41和42之间延伸的轴线的弯曲形状。
在图4A中所示的实施方案中，形状为梯形的板坯料3被压制成锥形管，因此该板坯料3的远端31优选相对于金属薄板4的平面向上移动，从而管状体8的中心轴线将在压制成形期间与金属板2的平面平行地延伸。
图4B显示出在进一步压制成形之后的板坯料3。在图4B中，板坯料3进一步完全成U形。可以通过用在图4B中所示的模具5继续进行压制或者通过用其它形状的模具进行压制来实现将板坯料3压制成这个后面的形状。然后使用凹形上模5以在图5中所示的方式将已经被压制成U形的板坯料3压制成管状形状。如对于本领域普通技术人员而言是显而易见的一样，压制成形可以使用不同形状的模具在许多附加的阶段中进行直到该板坯料已经被压制成在图5中所示的管状形状。另外，可以通过除了模具5之外再使用芯棒使已经被压制成在图4B中所示的U形的板坯料3的上端进一步弯曲成管状形状。
如上所述，由金属板2压制形成其壁厚沿着其纵向轴线变化的管状体1。在图5中，管状体1其形状与1B的管状体相对应，也就是说成具有圆形横断面的锥形管的形状，其厚度从远端11向近端12沿着管状体的纵向轴线方向逐渐增加，其中所述远端11和近端12具有相同的内径并且远端11的外径小于近端12的外径。
但是，应该注意的是，在本方法中唯一需要的是，已经被压制成管状的板坯料在已经完成压制成形时具有沿着纵向轴线变化的壁厚。
因此，本发明的方法并不局限于使用已经预先形成为具有沿着纵向轴线变化的成品管状体的厚度的金属板，而且还允许对已经从厚度恒定的金属板中冲切出的形状为成品管状体的展开形状的板坯料进行如此压制，从而该板坯料具有沿着纵向轴线变化的成品管的厚度。用于改变厚度的板坯料的这种压制可以与将板坯料压制成管状的步骤同时或分开进行。具体地说，可以通过与其中厚度恒定的金属板被压制成厚度变化的金属板的上述过程类似的过程来将厚度恒定的板坯料压制成厚度变化的板坯料，然后将如此生产出的厚度变化的板坯料压制成管状。或者，将厚度恒定的板坯料压制成其厚度沿着成品管的纵向轴线变化的板坯料的步骤可以在一个整体步骤中与将该板坯料压制成管状的步骤同时进行。
在液体将流经由压制成形制造出的管状体的管腔的情况中，例如当该管状体用作注射针时，该管状体的接缝必须采用液体密封的方式连接。这种液体密封连接可以单独通过如上所述的压制成形的步骤在该步骤以足够高的精确度进行时来实现。但是，可以采用其它方法来实现压制而成的管状体的接缝的液体密封连接。例如，可以通过采用粘合剂来连接该接缝。但是，优选沿着其接缝焊接该管状体，因为该管状体由金属制成，并且考虑到其尺寸较薄为1mm或者其外径较小。焊接过程优选是涉及包括基材在内的接头的熔接的过程。优选的实施方案包括激光焊接技术例如二氧化碳激光焊接、YAG激光焊接和准分子激光焊接。其中，二氧化碳激光焊接和YAG激光焊接尤其优选，因为它们被广泛使用、廉价并且适用于微型加工。
可以将成管状形状的压制而成的板坯料与金属板切开，由此获得本发明的管状体。当沿着其接缝焊接该管状体以便进行液密密封时，可以通过在焊接之后将管状板坯料从金属板中切下来而获得管状体。
这样制造出的管状体可以根据该管状体的所期望用途而进行进一步处理。例如，如果该管状体将用作注射针的话，则以与管状体的纵向轴线成预定角度切割管状体的远端，并且对所得到的倾斜表面抛光以形成针边缘。
通过类似于在图3-5中所示的过程用不锈钢(SUS304)板生产出具有如在图1A中所示的圆形横断面的中空管。所采用的不锈钢板在与成品管的远端相对应的一侧上其厚度为0.1mm，而在与成品管的近端相对应的一侧上其厚度为0.05mm，并且该厚度沿着与成品管的纵向轴线相对应的方向从与远端相对应的一侧向与成品管近端相对应的一侧逐渐减小。所生产出的管状体为笔直的管，它在远端11和近端12处具有相等的外径。但是，远端11的内径小于近端12的内径，并且壁厚沿着轴线6从远端11向近端12逐渐减小。所得到的中空管1其尺寸如下远端部分外径1mm；内径0.8mm；壁厚0.05mm近端部分外径1mm；内径0.9mm；壁厚0.05mm长度20mmRf0.8μm<实施例2>
通过类似于在图3-5中所示的过程用不锈钢(SUS304)板生产出具有如在图1B中所示的圆形横断面的中空管。所采用的不锈钢板在与成品管的远端相对应的一侧上其厚度为0.05mm，而在与成品管的近端相对应的一侧上其厚度为0.1mm，并且该厚度沿着与成品管的纵向轴线相对应的方向从与远端相对应的一侧向与成品管近端相对应的一侧逐渐增加。所生产出的管状体为锥形管，其远端11的外径小于和近端12处的外径。但是，远端11和近端12的内径相等，并且壁厚沿着轴线6从远端11向近端12逐渐增加。所得到的中空管1其尺寸如下
远端部分外径0.7mm；内径0.6mm；壁厚0.05mm近端部分外径0.8mm；内径0.6mm；壁厚0.1mm长度20mmRf1.1μm<实施例3>
通过类似于在图3-5中所示的过程用不锈钢(SUS304)板生产出具有如在图1C中所示的圆形横断面的中空管。所采用的不锈钢板在与成品管的远端相对应的一侧上其厚度为0.07mm，而在与成品管的近端相对应的一侧上其厚度为0.05mm，并且该厚度沿着与成品管的纵向轴线相对应的方向从与远端相对应的一侧向与成品管近端相对应的一侧逐渐减小。所生产出的管状体为锥形管，其远端11的外径和内径分别小于近端12的内径和外径，并且壁厚沿着轴线6从远端11向近端12逐渐减小。所得到的中空管1其尺寸如下远端部分外径0.3mm；内径0.16mm；壁厚0.07mm近端部分外径0.7mm；内径0.6mm；壁厚0.05mm长度20mmRf1.7μm本发明的优点本发明的管状体其壁厚沿着其纵向轴线是变化的，并且当通过将远端形成为具有比近端更小的外径和壁厚而将该管状体用作注射针时，与针插入相关的疼痛可以减小，而且尽管直径减小也不会妨碍药液流动穿过该管状体。当远端形成为具有比近端更大的壁厚时，该管状体可以很容易在其远端形成有特定形状的边缘，或者形成有在纵向方向上沿着针的远端部分的外表面延伸的凹槽，从而使得能够在视觉上确认通向静脉的通道。形成其壁厚大于近端的远端还防止了立刻分配出大量药液，并且使得药液能够以低速缓慢释放。当所制成的管状体包括有多个部分且如在具有阶梯形侧面形状的管状体情况中一样每个部分具有不同直径时，每个部分可以形成为具有不同的壁厚，从而所得到的管状体不会存在由拉伸制成的壁厚恒定的管状体所存在的强度不够的问题。
本发明的方法能够生产出小直径管状体，该管状体具有沿着其纵向轴线变化的壁厚以及光滑的表面，而且不会在管状体表面上产生缺陷例如磨削印痕，这在其中管状体是通过磨削内表面或外表面来制成的传统方法中是不可避免的。该方法还可以用在管状体的大规模生产中，因为在其生产中不需要任何磨削内表面或外表面的额外步骤。
权利要求
1.一种金属管状体，其中该管状体的至少一部分壁厚沿着其纵向轴线变化，并且其中所述管状体其最小内径最大为2mm并且最大壁厚最大为0.5mm。
2.一种用于制造金属管状体的方法，其中该管状体的至少一部分壁厚沿着其纵向轴线是变化的，该方法包括以下步骤从一金属板冲切出具有所述管状体的展开形状的板坯料，以使得金属板和板坯料仍然保持部分连接，所述金属板其至少一部分壁厚沿着所完成的管状体的纵向轴线的方向变化；将所述板坯料压制成管状形状；并且从该金属板中将经压制成形的板坯料切下来，从而生产出该管状体。
3.一种用于制造一种金属管状体的方法，其中所述管状体的至少一部分壁厚沿着其纵向轴线变化，该方法包括以下步骤从一金属板冲切出具有所述管状体的展开形状的板坯料，以使得金属板和板坯料仍然保持部分连接；将所述板坯料压制成管状形状，以使得所压制出的成管状的板坯料其至少一部分厚度沿着纵向轴线的方向变化；并且在金属板和板坯料保持连接的部分处将它们切开，从而生产出该管状体。
4.如权利要求2或3所述的用于制造金属管状体的方法，还包括以下步骤，在将板坯料压制成形为管状之后，沿着其接缝对该管状板坯料进行焊接。
5.一种通过如权利要求2-4中任一项所述的方法制成的金属管状体。
全文摘要
本发明提供一种壁厚变化的金属管状体。该管状体其最小内径最大为2mm，并且最大壁厚最大为0.5mm，并且该壁厚沿着其纵轴方向变化。
文档编号B21C37/18GK1456400SQ0310669
公开日2003年11月19日 申请日期2003年2月28日 优先权日2002年5月7日
发明者大谷内哲也, 岡野雅行 申请人:泰尔茂株式会社, 岡野工业株式会社