JPS6077788A - 切断器具とその製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、単結晶材料からなる切断器具、詳しくは、
すぐれた鋭利性、耐摩耗性、最小のプレートドラグ特性
をイ１する切断器具と、その′ＩＪ造方法に関するもの
である。

（従来の技術） この発明の対象どするものは、切断器具、１．１にきわ
めて鋭利な外科用の小力、ミクロトーム、かみそり刃、
ナイフその他のカッターであって、これら［よ、鋭利さ
、耐久性が重要視される。

現在の金属工学により作られる最良のブレードは、刃先
（エツジ）の曲率２Ｆ径が約５００′Ａングストｎ−ム
（５００八）となっている。　ダイヤモンドブレードは
、刃先（エツジ）の曲率半径が約４００Ａングストロー
ム（ＩｌｏｏＡ）となっている。　ご（最近では、ルビ
ール−トが、刃先（エツジ）の曲・参パ１′−径を約３
５０Ａングストローム（３５ＯＡ）として作られている
。　これらのブレードのＪべては、ラッピング手段によ
り作られている。

米国特晶′［第２．０７（１，２８１；　２，８３８，
０４９；２，８９８，９０６；３．６３６，９５５；３
，８４４，２７２；３，９４５．１１７号には、切断刃
まｌこは穴あＩＪ器具などの外科手術用の器具が記載し
てあり、ｊｉｒｌ　Ｉ’？’耗ヤ１、鋭利性、ブレート
ドラグの５：１がりローｌ医などに大きな問題となるこ
とが記載しである５、　ぞして、これらの記載において
は、ブレートドラグとは、切断処置にお【プるブレード
の動きに対づる抵抗力として定義されている。　手術の
間におｔ−ＪるＩｔ織の１０傷の岳は、直接には、執刀
者が使用するブレード（外科用小力）の切れ味ブレート
ドラグの一因となる他の要素、ざらには組織１Ω傷回復
時間、切開する範囲により定まる。

さらに、ラジアル角膜切開術の場合、角膜周辺をラジア
ルカッ１〜するが、これには、切開面が平滑にされ、反
射と散乱の俗が少なくなるようにづることが必要となる
。　これまでの小力ならびに切断器具は、ブレートドラ
グまたは切れ味の鈍さの理由にＪ：つて切開面の状態が
悪く、手術後の思考は、強い光線が散乱光として受【Ｊ
るという状態になる。　したがって、このような手術後
の問題を除くには、きわめて鋭利な手術用の切開刀が絶
対に必要である。

ミクロ１〜−ムについてみると、これは、担体中に埋め
込まれた組織のスライスを得るためのものであり、電子
顕微鏡の検鏡用サンプルは、できるかぎり薄くしなけれ
ばならない。　電子顕微鏡でも、通常の顕微鏡でも、切
断して得るサンプルの損傷を最低にする必要があるが、
これは、前記のようにブレートドラグまたは切れ味の如
何による。

勿論、損傷のない最高の薄さのサンプルは、サンプル切
断に用いるブレードの鋭利性による。

金属製の小力ならびに切断器具は、使用中、たどえば、
−同の手術の間で切れ味が鈍くなる。

プリクー１〜／、〔外科手術のとき、鋭利性を］ンスタ
ン１〜に保つことは、外利手杯ｉの成功に結びつくもの
ｔ’あり、切れ味が良−ノれば良いほどペターであ酸化
アルミニ：Ｉラム、ルビー、シファイアは、どしに似た
物質であり、ドープ金属酸化物の開縮体にａ３い′Ｃの
み変化１ｊる。　これらの物質は、すべて同じ結晶構造
であり、物理的挙り１においても同様の’４１　（！Ｉ
を承り１．　この発明においては、これらの物質を酸化
）／ルミ−７ウムとして述べる。

こねまでにも酸化アルミニュウムのブレードは、外利用
器只として用いられている。　たとえば、リフノフイア
また【よルど−のブレードは、ラッごラグ技術により作
られており、金属製のものより１ぐれていたが、ｆ’ｌ
ｌｌ　ＸＩ！の手術には最適のものには４丁っていない
。　また、ラッピングによると、機械研磨ににリブレー
ドエツジが削られ、ベベルとエツジの部分に１０傷が残
り、ｊや耗と破損の因となる。

半導体産業においＣは、酸化アルミニュウムと用いられ
ているが、この技術は、単結晶ブレードには、用いられ
ていない。　化学研磨のエツチングは、多くの分野に利
用されているｈ（，７１１結晶相わ１から切断器具を作
ることには、用いられていイｒ米田特ｒ［第４，１２４
，６９８号には、ダイスを用いる”　Ｅ　Ｆ　Ｇ　”ブ
１］セスにより作られた単結晶リボンに鋭利なエツジが
形成されることが開示されている。　このエツジの形成
ｔま、溶融五酸化バナジウムまた（よタンクルニオブ酸
カリウムの溶液にリボン状の未加工品（以下、ブランク
という）を入れ、リボンの面が垂直方向どなるようにし
ている。

この１４許においては、エツジの均一性の度合は、リボ
ンを溶液中に層流を形成するように動かすことに、」；
り定まるどし、この層流（，１、リボンの形状、使用さ
れるるつぼ、溶液の粘度を含む多くのプ１］セス変数に
よる。　また、この特許では、一定方向に１０回動かず
ど、リボンの片面のみが溶解づると記載され、さらに所
望のエツジを得るには、溶液中でリボンを（１復運動さ
Ｕることが好ましいとしＣいる。。

前記特許て゛【、１、リボンは、結晶学的Ｃ−軸が幾＋
ｌｒ＋学的１？さ方向＋ｈｌ＋と平行のものがよく、こ
のようｔｃリボンは、該特許の１）法により処理すると
、最高の鋭利性を示すとしている。　そして、Ｃ−軸は
、ブレードの面にあるらので、この発明によるＣ−ＩＩ
ＩＩＩＩＩ）＜ブレードの面に組直で、ブレードを溶液
中で動かす必要がない点と対照的なものとなっている、
。

米国４’Ｊ　７ｊｒ第３．８９．’ｌ、　３３７号では
、カッティングエツジに甲結晶α−酸化アルミニコウｌ
＼を用いた剃刀ブレードが記載されている。　この特許
は単結晶α−酸化アルミニ］ウムを？ｉＩｆ　Ｉ￥Ｗま
たはエツチングして形成されたものであるが、ブレード
の断面ツメ切断゛［ツジと＜ｆるように結晶成長するも
のであり、この発明がｌｉｔ案するようなコニツ１〜ｌ
ｌ！ルのＣ−１１ｑｌｔにＶ１７行＜家切ｌ１ｊ−ツジ
を作る単結晶α−酸化アルミニ］ウムの処理については
、全く言及していでｔま、広範囲の結晶学的配向にわた
、つてピッ１−フリーの研磨表面を得ることができない
。　これは、操作の困難性、温度プロセスの制限、エツ
チング材料の物理的性質などの理由による。　特定の１
ツヂング剤（Ｉｇ蝕液）を選定することは、化学研磨な
らびにビット（くほみ〉の発生防止にとり、きわめて１
Ｆ要なことであり、広範囲の結晶学的配向にわたり研磨
して切断器具を形成するよう１．７　二ｒッチラグ剤（
腐蝕液）を選ぶことが望ましい。

米国特許第３，８９４，３３７号においては、ブレード
形成のエツチング剤として、硫酸およびりん酸のコンビ
ネーションを利用Ｊる点について、全く触れていないこ
とは、きわめて注目すべき点である。

この発明においては、これらの酸をある条件のもとに使
用することが、きわめて重要であるからである。

１９７１年１０月のジャーナル・Ａブ・エレクトロケミ
カル・ソサエティ、１１８巻１０号には、サフｉｌイア
とＭｇΔ１スピネル（ＮＯＡＩ　２０４）を各種１１１
１’１して用いることが記載されている。　これらの誘
電体のウェハース【４１、機械研磨のみに有効である。

機械ｊｌｌ　Ｉｆ’：におＬＪる損傷のため、多くの液
相おＪ：び気相処理が使用に先立って施され、表面は、
無選択のＪツブラグまたは化学研磨される。　このよう
な処理において【、１、溶融ボウ砂、加熱りん酸、ＦＦ
Ｔ融五酸化バプジウｌ＼、溶融鉛フッ化物、加熱された
蒸気状のｌ１Ｘｉ黄フツ化物、加熱された蒸気状のフッ
化炭化水素、高涜ＩのＬＩ　ＣＬ−１−１２おＪ：びト
１２焼２ｊよしなどが含Ｊ、れる。　しかしながら、こ
れらの処理では、渦足りる結果が１！′？られていない
。

）８副；塩にＪ、る処理は、きわめて面倒なもので、選
択的であり、配位依存１１＋が高い。　気相エツチング
剤は、完全な配位依存性で・あり、時として、低い除去
レー１−を示１゜　加熱り／ｖ酸は、不溶解性残杏があ
り、さらに脱水、重合Ｊるため、その化学的挙動どして
、継続して絶えず温度に応じて変化する。　ｌ−１３Ｐ
Ｏ４ｔｒｉ、配向が選択的で、しばしば密集したくぼみ
となる。　水素中での焼なよしは、菖しく低い除去レー
トであり、後処理の液相研磨でも研摩傷をなくづことが
でさ４１い。　しかしながら、硫酸どりｌυ酸との併用
は、］］ツチング剤として好結果が得られる。

この発明は、前記米国特許第３，９６４，９４２号の改
良でもあり、この特許には、硫酸とりん酸との混合物を
用いてサファイアを研磨づることが記載しであるが、こ
のリファイアは、切断器具の形成には適していない結晶
学的配向のものである。　Ｊ、た、前記特許は、ｌ７Ｊ
ｌ１７ｉ器具の−１−ツジ形成に関し全く触れておらず
、表面に傷が４ｉい酸化アルミニコウムまたはマグネジ
コウム・アルミニ：１ウム・スピネルの結晶ウエファー
スの形成を目的とするしのである１、 また、米国特許第４．０５２，２５１号などには、硫（
１？６フツ化物に」：リサフ１イアをエツブラグするこ
とが記載されている。　ざらに、米国４ｉ’ｉ　ＫＱ第
３，８０８、０６５Ｑには、溶融ホウ砂によるサファイ
アとスピネルの研磨方法が記載されているが、溶融ホウ
砂をエツチング剤として用いることには、ＦＰ々の問題
があるとしている。　また化ケ：研磨として、米国１コ
Ｉ訂第３．８７８．００５号には、レラミックの研磨ど
して、鉛ｔ）酸化物と脱水ホウ酸を１１００から１２０
０℃の高温で使用り−ることか記載されている。

酸化アルミ−Ｉラムのエツチング剤としては、パリーフ
■−ス・プリバレージョン・オブ・レラミ・ンク・）ｆ
　Ｖ（、ｆイド・クリスタル：丁ノーク・ダメージ・ア
ンド・マイクロハードネス″（著者ミカエル・エフ・Ｔ
−マン、１９７４年９月ジ１７−ナル・Ａブ・Ｔレクｌ
〜ロクミカル・ツナ下ティ発行の頁１２４０〜１２４２
）に、ｌ１ＸＩ　Ｍとりノυ酸との混合物の使用が記載
されている１、　この記）ホの主張点は、表面配向の関
数としての各結晶に対づる表面近くの傷の深度測定と研
磨による表面調整技術のタイプについてである。　また
、多数のエツチング剤については、ソ連＄１　’γ゛ア
カデミイ結晶学会発行のエイ・イー・スミルノフ著“コ
ランダムの熱化学的溶解″ど題号る￥述（ジν−ナル・
オブ・マテリアル・サイエンス１９８１年１６巻頁１０
７１〜１０８０）に記載されＣいるが、硫酸とりん酸と
の混合物をエツチング剤に使用することについては、全
く触れていない、、’　ＲＣＡレビコウ１９７３年１年
月２月３４巻リファイアとスピネルとの化学研磨パ（ピ
ー・エイブ・ロビンソンとアール・オー・ワンス著）に
は、（１００）配向したエビタギシせル・シリコンを作
るため、サファイアとスピネル基質からなる配向物を研
磨するのに溶融ホウ砂を用いることが記載しである。

ジャーナル・オブ・アメリカン・セラミック・ツナ下テ
ィ１９６３年４月発行の゛酸化アルミニコウｌ＼甲結晶
の化学ｔｉＪｌ磨とエツチング剤術″（ダブリコ・ジＴ
イ・アルフォード、ディ・Ｔル・スヂーブンス著）には
、ルどイとザフ７Ｉイアにお（）る（０，０，０，４１
面と（２，０，２，１）に近い面間とを交に：　′！す
るテイスロケーション線を明らかにづるエツチング剤法
が記載しである。　ここでは、ｒツヂラグされる表面が
機械研磨とフレーム研磨にＪ：り準備されている。　そ
して、硫酸なしにり／υ酸が単独で用いられると、広範
囲のわたる切断器具の製；告に必要な化学研磨の広い結
晶学的範囲が得られないとしている。　さらに、す／ｕ
ｌ’ｆｆｌ単独であると、粁１１”Ｉ変化Ｊることも明
らかにされている。

要するに、これまでには、硫酸とりｌυ酸とを含・１ｊ
［ツブラグ剤【、１、゛１′導体製）告の基祠の化学的
クリーニングとポリッシング、１：たけセラミックの転
位密ａの記録とｍｌ＋定に使用されていたものである。

前記した二つの１Ｓ■γ１で【よ、モノクリスタル材Ｐ
Ｉを切！！］′ｉ器具の′！Ａ’、責に用いているが、
エツジ形成には、ラッピングか、−］ントロールに難が
ある化学研磨＜　１．Ｘｌ　醸とりん酸どの（Ｊｌ用は
、含まれてい４ｆい）か【こ、にるムのであり、さらに
使用したＴツヂラグ剤に対して最；（の結晶ヴ・的配位
が一員して堅持されるＪ、うな態様でエツチング剤を用
いていない点でこの発明と異なる。

（発明の要約） 前記じ１．：従来の技１（・ｉど対照的に、この発明は
、甲結晶祠利と、（尚＾（）どり／υ酸との混合物から
なる１ツブング剤とを用いるものであり、硫酸とりん酸
どの混合物を−［ツヂラグ剤とした理由は、広範囲の結
晶″γ・的配向に対し、化学的研磨材として作用するか
らである。　さらに、ブレードのブランク（ブレードの
未加工片）は独特の配向であり、刃端縁（エツジ）を形
成覆る面は、プレー１−の幾何学的形状を肩１持するた
め、結晶学的に全く同一な平面をしている３、　また、
ざらに手要なことどしては、刃端縁（エツジ）のＬツヂ
ラグレ−１〜に対するベベルのエツチングレート（食刻
比）を最大にづ−るど、刃端縁の鋭利性を最高にづるこ
とができることが判明した。　さらに、結晶学的オリＴ
ン−７−ション（配向、配位、ＺＪ向）が刃端縁の鋭利
↑１をＲ八にするＪ：うに、または特殊な点配列を１ｒ
ｉる１Ｊ、うに選ばれる。　さらにＪ、た、切断器（」
は、所定のベベルをもつブランクから作られるので、材
わ（ブランク）と結晶学的オリエンテーシ］ン（配向、
配位、方向）とにエツチング剤をマツチングざＵること
は、ベベルを１に”％　ＩＩＩＩＩ′ｌづるｌこめ所定
のベベル方向にマツチングさけることを含む。　ベベル
の化２″Ｊｓ　＋ｌＩ＋　＋ｇならびにエツチング剤の
選択による鋭利１！Ｉは、Ｊ：り強い、Ｊこり耐久性の
ある、より平滑な、Ｊ：りまっすぐイ【、Ｊ、リドラグ
のないブレードを作るものである。　従来のものに比し
て、きわめて１−ぐれた特性のブレードは、酸化アルミ
ニ］つｊいブレード面の（ｏ、ｏ、ｏｉ）面、硫酸とり
／ｖＮＯ混合物ｌｅｔ　＋う１．にるエツチング剤、（
１゜＋、２，０）と（１，０，＋、Ｏ）の面を含む多様
イ【エツジ面とｈ日う（３１られる６のである。

前記した、Ｊ、うに、従来のラッピング技術では、−「
ツジの曲率゛１り径が最高３５０オンダスト【コームの
ブレードしか１１？られ４ｆいが、この発明のブレード
は、１ツジの曲串？１′径が１００オングストロームま
た（ま、これ以下のものが得られる。　また、従来方法
によるブレードのＺ［ツジプロフィールは、きわめてラ
フィｊ・ものである。　これに対し、エツヂラグ処理の
プレー１−は、ラッピングおよび機械研１８τ［稈に伴
う表面近くの傷が全くないことで、きわめて強いしので
ある、。

後記づるように、単結晶酸化アルミニ７ウムがら切…ｉ
器１１を（’Ｉるに、１夕いＣ１中結晶酸化アルミニ］
つｌ＼のブランク（ブレードの素材）Ｇ、１、使用材わ
１に対して−Ｅ　（Ｒの回転対称軸であることを示す軸
をイｊしでいる１、　この特殊な１１１１０．Ｌ、（０
，Ｏ，Ｏ，１Ｈｆｉｉに対し、垂直である。　−例では
あるが、酸化アルミニコウムに対し、これらの結晶学的
面ば、１ランクの配向により、エツジ形成のブレードの
表面が作る角度の一等分線に平行である。

ＩＪＪ　ｌ１７ｉ器具形成のブランクは、少なくとム−
っのベベル面を有し、多くの場合は、二つのベベルｍ１
を有し、これらは、互いに対向し、刃端縁と称づるエツ
ジにＪ３いて相接リ−る３、　ブランクのどきには、こ
のエツジは、゛ノラットであり、ｔツヂラグプロセスの
間に丸くなり、その後に丸いエツジにＷ接りる而とされ
、「ツジに対し同じ角度どなる。

この発明においては、切断器りの鋭利１１は、′うえら
れにエツチング剤にｉ＋　してベベルエツチング割合ｉ
１　：ｒ−ツジＴツヂラグ割合の比率が最大になるよう
に配向をｒｊｔ択しなが１うベベルどエツジをもつ！１
１結晶拐Ｙ１のブランクを使用することで最高どなる。

　この関係は、これｊ：での技術にＪ：り解明されてｄ
３らず、切Ｉｔｌｉ器具のエツジを１００７１ングスト
ロームまたは以下Ｌ５することができる。

酸化アルミニュウム、リファイア、ルビーは、同じ結晶
４１１１造と類似の組成を右しており、これらへ−ブレ
ードＭ　Ｙａに用いるどさの二［ブランク剤としては、
Ｔｕｉ　ＩＩ’；とり／υ酸の混合物を「ブランク剤ど
するごどがよい。　この）１２合物は、゛１コ導体の製
造に用いられＩこことがあるが、これは、基板の傷をな
く１ノための１〕のであり、例えば、酸化アルミニコウ
ムなどのブレード面に＜　０．０，０．１）面が平行な
結晶体からベベルが対称的になっているブランクを用い
てきわめて鋭利なエツジを形成するエツチング剤どして
の話用は、この発明の知見にもとずくｂのである。

また、酸化アルミニコウム、サファイア、ルビ〜を用い
るこの発明にｄ３いては、０１１記のエツチング剤は、
ブランクの表面のみをエツチングするのみならず、ベベ
ル面を化学的に研磨して、これＪ：でにはｔｌい、より
平滑で、まっ寸ぐなエツジどすることができ、外科手術
のとぎには、ブレートドラグが減り、Ｉｎ織に損傷を与
えず、手早く最小の切間範囲での切開′￥術をおこなう
ことができる。

また、この発明によれば、対向づ”るベベルのエツチン
グは、対称結晶により同じ割合で行なわれる。　この間
−レー１−による１−ブランクは、成形されたブランク
のベベルの最初の幾何学的形状を維持させる。

また、前記した切断器具のベベルとエツジそれぞれに対
づるエツチングの割合は、温石依存の６のであり、温度
１１節によって前記割合の比率を最大にすることができ
、これにより１ツジの鋭利ｉｌ＋を最高にすることがで
きる。　さらに、ラッピング加工によるブレードの場合
、加工時におけるエツジの破損を防ぐＩこめベベル角を
比較的太にしであるが、単結晶ブレードの場合は、ベベ
ル間の角度は、きわめて小さく、エツチングによる］ツ
ジの曲宇゛１′−径を小さくＪるようになっている。

前記したエツチングの条件とブランクの結晶学的面のイ
ニシアル・オリ１−ン戸−シ］ンは、エツジが単一のベ
ベルのものど、一対のベベルのものどの両者に等しく適
用される。

また、酸化アルミニコウムの場合、ブレード面が（０，
０，０，１）で、エツジ面が（１，１，２，０）であり
、「ツｆ−ラグ剤が硫酸とりｌυ酸の混合物であるどき
、１１Ａ初に形成されｉＱ　Ｊｆエツジ小力のスパイン
（背柱）どの間に第二の１−ツジが形成され、尖鋭さが
増進されることが１ｒす明している。　この結果は、ブ
レードのスパインが１δ初からベベルされていなくてｂ
介ろ１−りる３、：１、た、エツジ面が＜１．０，１．
０）であり、Ｔブランク剤が硫酸とりん酸の混合物であ
るどさ、二つの二１ツジが形成されても、きわめて３；
１い切机味の通゛１：入の形状の小力が形成されること
が判明している。　このように、エツジ面についでのき
びしい制限が（Φ々あってもエツジの鋭利さを最高の−
ｂのどンすると同時にブレードの外面的形態を所望どお
りにりることは、酸化アルミニコラｌ＼の場合、ブレー
ド面が（ｏ、ｏ、ｏ、Ｂであることが判明している１、
　１１１結晶の酸化アルミニコウムにおいては、該４，
１斜の結晶学的軸が二倍の回転対称ｉ！＋１１であり、
対称ベベルをもつブレードのブレード「１ｊ）ごｌ・１
シはぼ垂直であることが重要である。　ベベルが甲　の
ブレードにおいては、前記二倍の回転対ｌｌｉ軸に対し
垂直な−・対の結晶学的面は、形成されるエツジに近接
の表面により形成される角］αを三等分する面と平行で
なければならない。　このように１．［ツジ面のエツチ
ングレートに対するベベルエツチングレートのレシオを
最大にすることにより、切断器具の鋭利性を最高にする
ことができる。

前記条件が合致し、定常状態が達成されると、Ｔツチラ
グ液に浸り°時間は、エツジの鋭利性を出すのに、重要
なことではなくなる。　定常状ｆｌｉｊが’＋１＝成さ
れれば、ブレードのブランクをエツチング液に浸づ一時
間は、クリティカルなものではなくなる。

（発明の説明） Ｔツブラグ技術にＪ、る：［ツジの形成には、使用され
る素材が数値的に均質で、少なくともエツジの厚さは、
均一・であることが必要である。　さらに、］−ツヂン
ラグ術により最高の鋭利さのエツジとＪ−るためには、
エツチングによる表面の除去割合に関し、′１１方性の
素材を選択ηる必要がある。

換言すれば、エツチングによる表面の除去割合は、Ｔ−
ｙブンダ液に浸り素側の表面によるものである。

切１４Ｉｉ器具のエツジとするには、耐摩耗性にすぐれ
た左側を使用りることが好ましく、この素材の一つとし
て、単結晶の＾９化アルミニコウム（八１２０３）が選
択され、下記の理由ににって、ぎわめて１；２利４ｒ丁
ツジを形成する。　この材料は、原子スケールにおいで
、化学的に均質であり、高度の精品学的完全（／Ｉ、Ｆ
ｌなわら、結晶欠陥密疫の低さを示す。　また、ｊ１１
結晶として、本質的に異方性である。　ぞして、その硬
度ど耐摩耗性は、ダイア（ンドにつぐらのである。　ま
た、同じようなりイズの１１結晶どじでは、ダイアモン
ドよりもずっと安い。

１コ１定のヌ−１１１の基質に鋭利なエツジを形成する
エラチングリ−るＩこめのエツチング剤の選択は、簡単
な乙のではｈい１．　シト−プなポイン１〜をもつ鋭利
なエツジとりる／ｊめに、エツチング技術を使うには、
種々の配慮が要求される。　まず、この点の規ンｉＩに
ついて検同する。

以下）ホベる表明は、第１図に示した二つの対称ベベル
により形成されるエツジの成形に関するしのである。　
図示のブランク１ｏは、ベベル面１４．１Ｇを備え、フ
ラゾ１〜な端縁部２ｏが最初の１９２面を形成している
６、　中間面Ｉは、図示のとおりφによって示されてい
る。　ベベル角は、角度θで示されている１、　ブレー
ド而は、ブランクの面２１どして示されている。

このＪ：うなエツジの構造【ま、通常の剃刀刃や小力に
用いられているものである。　単一ベベルにより形成さ
れるエツジのよう／Ｚ対称になっているエツジの成形の
規準を設定するには、アナログ理論を用いることができ
る。　エツジを鋭利にＪる工程において、エツジ面は、
ゼまくされ、エツジにおｔづるブｌノードの曲率半径が
考慮される。　カーブしたエツジ領域にｄ３いては、エ
ツジ面は、ブレードに対するタ面ジエン１〜而（正接面
）２２どして定義され、二つのベベル面２４．２６に対
し、等しい角度α、α−になっている。

第２図に示すように、パラメータｒは、一方のベベルか
ら他方のベベルへ転移するどさのエツジの９ｉ：而の曲
’ｔ’　１’径としで定義される。　そして、曲率？１
′径が小さくなればなるほど、エツジは、より鋭利な１
）のどなる。

この説明に当っては、エツチング剤ど化学研磨について
明らかにする。　エツチング剤は、液体；したは、ガス
状媒体であり、対象物の表面を部分的に除去づ”る１、
エツチング剤による化学＋ｉｕ磨により、ス・１象物の
表面は、同時に平滑になる。　化学研磨３１．た【、１
王ツアングによるエツチングのレートは、原子（１４造
に関係イＴく、インターフェース表面に重直な祠Ｉ１．
　、Ｔ−ッヂラグインターフエースの速瓜どしＣ定義さ
れる１゜ 鋭利で、ス１ヘレイトのエツジを成形するエツチング剤
をｊハ択りるに（１′３いて、エツチングシステムが、
つさ゛のような待１４を備えていることが好ましい、、
　少＜ｊ＜どし、ある結晶学的配向に対しては、エツブ
−ラグ剤は、化学研磨どして作用し、転位、双晶、伯ｆ
ｆｌねの乱れなどの結晶格子欠陥を先ＩυじＣ攻撃する
ものではない。　エツチング剤は、あケ結晶学的配向く
方向）をもつ肉眼的にフラットな表面をエツチングする
際、平面性を紹持するバしい傾向をもつべきである。　
エツチング剤は、例えば、表面領域の化学的性質を変え
るなどの変化を表面または表面特性に与えてはならない
ものである。　また、エツチング剤は、表面に残香を残
してはならない。　エツチングの割合は、結晶学的方向
について異方性でなりればならない。

最高のブレード鋭利性と、低いブレートドラグ、ざらに
は化学的に研磨されたベベル面をめるには、−例ではあ
るが、濃縮１−１２Ｓｏ　４と８５％濃縮１−Ｉ３ＰＯ
４の１：１溶液が酸化アルミニコラ１１に対づる最初の
エツチング溶液として選択される。１これは、該溶液が
、前記した特性をイｊするからである１、　これら酸の
比率は、種々変えることができ、どの揚台でもほぼ同じ
結果が得られる。

第１図にお【プるブランク１０は、最初にグラインドお
よび／また（まラッピングなどの通帛の方〃、で刃先の
原形が形成される。　この工程においては、材料の結晶
学的配向く方向）は、注意深く一］ン１〜ロールされな
ければならない。　シレープで、ストレイ１〜な−「ツ
ジとりるため、ざらに原形と相似の形状の最Ｐ、Ｔカシ
を得るために【ま、エツジを形成Ｃするベベル面がエッ
グーラグ剤にＪ：り化学研磨され、１７らに／ｒつてい
ることが必要である。

このＴ稈にｊ、って、エツジを形成する側面がスムーズ
となり、スト１ノートなエツジを形成する。

１ニツジを（１１１成づるベベルに対する丁ツチングレ
ート（ま、同一・とされ、これにＪ：り刃先は、原形の
形１人をイ呆゛つ。　これは、エツチングされるべべＪ
し面が結晶学的に簀しいからである。　ベベル面に対Ｊ
るＪツヂラグレーｌ”　Ｖ　ｓは、エツジ面のエラチン
グレー１〜■［に関する下記の不等式を満足させるｂの
ｒあり、ベベル角度Ｏｔま、第１図に示すとおりのもの
である。

このＪ５うな不等式が成立しないときは、エツチングの
際、Ｔツブラグ面は拡大し、エツジの曲キ１′径が人と
１．Ｔ−）て、ｒｌいエツジと４！る。　前記不等式が 成立−りるど、ベベル面ど１９９面との同時エツチング
において、ベベル面のエラチングレーｉ〜は、十分に早
くなり、エツチング面のサイズを縮小１−る。

■ッヂラグ工程においては、エツジ面は、化学的に研磨
されることが望ましい。　エツジ面とベベル面とが化学
的に研磨される状況下においては、前記基準に次の基準
がイ］加される。

αをベベル面とエツジ面の両者に同時に平行な結晶学的
方向とし、ベベル面とエツジ面との中間面ｌが第１図に
示すようにαと平行であるとし、エツジ面と中間面■ど
の間の角１ｑをφどし、■。

を面Ｉのエツチング速度とすると、Ｖｌは、つぎのエメ
ｉ１１を満足させなりればならないｏｓ　ｐ ■ ＣＯ５θ この阜ｔｉｊが、ベベル角度θに合致しないときは、こ
の角ｌσは、二「ツチラグの際、エツジ領域において肩
１持され＜７い１．　特に、もつとも前記不等式にｉＹ
反Ｊる中間面Ｉは、−［ツジ近辺において新しいベベル
面を形成してしまう。

前記した丁ツチラグ液にお【プる酸化アルミニュウムの
場合、下記のブレード形状と結晶学的オリエン７−−シ
三）ンが用いられ、前記基準のすべてが満足された。　
通；ニジのブレードと同じく、ベベル角度は、１３°と
され、ブレード面は、（０，０，０，１）面が選ばれた
１、１ニツジ面は、（＋、１，２．０）面が選ばれた。

　このようにして、ベベル面は、（１，１，）、仔）と
＜　１．＋、”２．層）となる。　この発明にＪ、れば
、ブレード面が（０，０，０，１）であると、前記Ｔツ
ヂラグ剤を使用する条例は、寸べて渦たされることが知
見されている。

このＬ　）＜Ｚブレードのエツジ形状とｎａ記定義の結
晶パγ・的配向（方向）にＪ：す、１００オングストロ
ーム（入）以下の曲１？半径が得られる。

前記基壁が合致すれば、エツチング処理によりエツジを
鋭利化することができ、ベベルの幾何学的形状ハ維持さ
れる。　鋭利化とは、エツジ面のサイズがエツチングに
より減少することを意味づ−る。　エツジ面がせばまる
につれ、エツジ領域の平均曲率半径は、減少して一方の
ベベル面から他方のベベル面へと転位する。　両ベベル
面が接近するにつれ、エツジ面は、面として処理できな
くなる。　この領域の曲率半径の減少を考慮に入れなり
ればならない。　特に、エツジの領域においては、表面
エネルギー効果にＪ：つてのエラチングレー１〜の増加
がある。　エツジの曲率半径が減少すればするほど、エ
ツチングの進行が早まる。

これは、ギブス−トンプソン）Ｇｉｂｂｓ−Ｔ’ｈｏ　
ｍ　ｐ　ｓ　ｏ　ｎ　）表面エネル１゛−効果の現れで
ある。

ここで１以前のエツジ面に平行ｔ１エツジ領域に対する
正接面のＴツチングレートをＶＦ−とする、。

１ツジは、定常状態となるまで、細くなり続ける。

この定常状態は、下記式のようにｖＦ−が十分大きくな
る時である。

こによ）イｊ−速痕リミツトにｊヱしＩことぎ、エツジ
【Ｊ、幾何学的に（よ変化せず、定常の画室半径で後退
（減少）づる、。

このリミッ１〜ブ［ＩＬ！スを第３図に示す。　第３図
は、１ツヂングブ［ルスにＪＨづるベベルとエツジ輪郭
３０−３８の杼時変化を示づ。　各輪郭の間の時間増加
は、同じ−Ｃ′ある。　したがって、ベベル怜欝にお【
Ｊる１ｔ’Ｆ　ｔｒｉ変化は、全経過において一定であ
り、ベベル４’２郭間の垂直距離は、一定である。

このよう４ｒ結果は、コンスタントなベベルエツチング
速度ＶＢにＪ、す１１１られる。　前記の鋭利化丁稈に
ｄ３いて、ブレード面は、せまくなるので、二］ンスタ
ン１へなベベルエツチング速度制限によりエツジ「ツヂ
ラグ）！１８度は、木質的に増加することが要求される
。　この丁ツジ１ツチラグ速度が要求される増加は、増
加した二［ツチングレートを生ずる］−ツジ領域の曲串
半径の減少によって調和されることがでさるのみである
。

形成されたエツジは、前記リミッ１〜処理により厚さに
ａ３いて、きわめて均一であり、ざらにエツジの厚さは
、θおよび／またはレジ′ＡＶＢ／ｖ「を選択づること
によりコントロールできる。

ＶｓどＶ［は、一般的に異４ｒつた渇磨依存竹を右し、
湿匪の調節により定常的４「エツジの厚さをコン１−ロ
ールザることができる。

最高の鋭利さを得るＩこめには、前記した結晶学的方向
が選択されて、レシオｖＢ／ＶＥをできるかぎり大きく
づる。　この場合でも他の要件には、合致する。　レジ
７Ｉ’　Ｖ　Ｂ　／　Ｖ　Ｌは、）島１！Ｉ　２８５℃
で２０にｔｅｌば相当する。ベベル角度θが１３″であ
ると、定律的な］−ツジのエツチング速度Ｖ　ＩＥ−は
、ベベルエツチング速度のほぼ１００層から４５倍に増
加する。

形成されたエツジは、極端にストレー１〜で、長さプｊ
向仝艮にお【ノる厚ざにおいて均一である。

これは、エツジの形成が、エツジのエツチングシステム
の熱力学的性質によりコン１−０−ルされるからであり
、他の形成技術のように、機械１段にＪ、るｂのではな
いからである。　前記したプロレス（１、最〃１のエツ
ジのラフに対しては、全く敏感ではない３．　実際、エ
ツチングにより形成された１ツジから小さむデツプが取
れても、その後のエッｆラグにより完全なエツジが形成
される。

１ツチング液からブレードを取り出し、室温で冷ＪＪＩ
ＣＪる操（’Ｉには、拍手ざが必要どなる。　酸化アル
ミニコウムは、熱的ショックに弱いので、ブレードのｆ
＋に熱により機械的に弱く、損耗の檄しいＪツジが作ら
れるおイれがある。

第４図に１、切開用の小力４０を示すものであり、図示
のもの（３１、ポイント４２が未完成の状態になってい
る。　図示のＪ：うに、ポイン１〜４２は、ブレード面
に対し＋７ｉ直なポイント面を有し、スパイン（背４・
１）面に対し角度βをなしている。　このような形状４
．Ｌ、ブレードを機械仕上により形成した最初のＬ）の
にＪ：り見られるものである。　酸化アルミニｊつｌ＼
、結晶学的方向、ベベル面、エツジ面、ポイント面、メ
パイン面４１′とは、図示のとおり（゛ある。。

−［ツヂングレートＶ、がエツジエラチングレー１〜Ｖ
Ｅならびにスパインエツヂラグレ〜トＶｓに比較し大き
すぎると、前記ポイン１〜の近くの領域のカッディング
エツジを鈍くさせる。図示しｌこ形状において、つぎの
条件が満足されるとエツジは鈍くならない。

結晶学的方向が、エツブングー結晶システムにおいて、
ベベル面に対するエツヂラグレ−１−Ｖ　、３が最大Ｊ
、ｌごは最大近くとなるように選択されると、定常値■
［は、きわめて大ぎり４了り、鈍くなるのが防止される
。　エツジの〒い動きにＪ：リボインｌ−面は、索早く
クローズシンされる。

この状態は、酸化アルミニコウムにより実行される。　
一つの実施例において、エツジ面は、（＋、１，２，０
）面のものが選ばれ、ベベル面（１，１゜２．１２）お
よび（１，１，２ｉ２）が甲いエツヂング面＜　ｌｌ’
？　Ｖ’Ｊの６のでは＜ｒい）としで、０１′ｆ記のよ
うな鈍い状（虎が前ＩＪられた。　第５図は、ブレード
面、ηイＪ−わｔ）／（面５３０が（０，０，０，１）
の結晶面をｂつエツチング前のブランク１０を示す。　
表面５０は、図示の、」、うにベベル面５２を右する。

　第６図と第６Δ図１．Ｊ、Ｉツジ面が（１，１，２，
０）である酸化アルミニー１ウムにＪ、るポインＩ〜の
形状を示す。

第６図か１）明らかイ「Ｊ、うに、Ｔツチラグ工程によ
りブレード６４のスパイン（ジ２の側面がベベル面Ｃ３
０どして形成される。　このベベルは、結晶的対称によ
り、対称である。　このエツチング［−ドに３１、す、
ブレードポイント６６には、二重の］−ツブ１１１１　
ｊｊ！ｉが形成されろ１、　ベベルにより）１３成され
人二工・ンシＧ８は、ポインｌ〜までに達する。　スパ
イン０２の側１１１１にお（）るベベル６０は、スパイ
ン６２にでって近接したポイン１−からエツジ７０を形
成りる。　この形状は、ブレードポイン１〜の部づ）を
強Ｉ１１′３寸ろ効果１３ある。　また、ブレードの突
さ刺づ能力をＩ′：！ｌめる。。

１代）晶のｚｒ、−ンーｆラグ礼晶［ｌＪ、（２４０℃
）においては、スパインベベルは、化学研［六されない
。　しかしイｆがら、より高い温度では、該ベベルは、
化学（σＩ磨きれる兆候がある。

巽なった結晶学的方向のｂのでの小力の製）Δの可能１
１１をデストした。　第７図に示１Ｊこうに、ブレード
面は、（０，０，０，１）のものが前記と１１ｉ様に選
ばれた。　エツジ面としては、（１，０，１，０＞、ベ
ベル角度１３°、ポイント角Ｉす３０’　ど【）た、。

ブレード８０は、図示のように、ベベル８２、ポイント
８４、スパインベベル８６を右づる。　かくして、この
結晶配向にＪ、す、ηばらしい小力を形成できた。　し
かしながら、Ｔツヂラグ挙動にある相違がみられた、１
　ベベル面は、化学研磨されたが、ごくわずかの［ツチ
ラグピットがベベル面を分りる転位リーイ１〜にみられ
た。　このピッＩ・は、前記の配向では、なかったもの
で、店しく変化したポイン１〜の形状を第７図に承り。

　−［ツチラグに、］、るスパイン側面のベベルｔよ、
第７図に示１−どおりで、ポイン１へエツチングのシ旧
）ｋにより、スパイン【、１、ポイン］・の領域に−Ｔ
エツジ形成づ−る。

１ツｆングＷ−ｉ度２６０″Ｇにおいて、スパインベベ
ルは、化学ｒｔｌｌ磨されず、ポイン１〜の領域には、
微１０２的にまっｃＪぐなＬツブ（、（、形成されなか
った。

この」、うイカ−欠Ｊ急にも拘らず、切聞丁術における
デスＩ〜てｔ、１、前記二つのブレード形状のものに大
差はなく、はぼ同じ結果が得られた。

第８図ｉＪ、外＋’ｌ　Ｊ：　１ζは切開用のブレード
（小力）を作る一つの方法を示づ゛。　オリエンテーシ
］ンステップ９０に（１夕いては、ブランク基拐が第８
図右側に承りように、結晶方向性をもった単結晶素倒か
ら切断され、ベベルを形成すべぎ該基材の側面をス゛ｊ
ツブ９２にａ３いて機械研磨し、このように形成された
ベベル面をステップ９４にａ３いて、ラッピングし、つ
いてステップ９６において、魚粉９ε３にイっでブラン
クを基材から切離し、切断端面を郭械ｔｉｌｌ　Ｉｆ冒
こＪ、すＩσ＋ｒｙ、して、表面近くの傷を研磨し、ｆ
？３初のポイントを形成する。　ついで、ブランクは、
スフツブ９８にｉ１３いて、高温で焼な４１、し−＼れ
、！（而近くの１カを減らし、最終ステップ１００とし
てエツチングされ、鋭利なブレード（小力〉どする。

【図面の簡単な説明】 第１図は、ベベル面を示す二重ベベルのブランクの斜視
図、 第２図は、二重ベベルのブランクのエツジの曲率とエツ
ジ面を承り説明図、 第３図は、工ツブラグブ「ＩＬ！スにおりるエツジの幾
何パγ・形状の変化を示す説明図、第４図は、二重エツ
ジをもつブレードブランクの側面図、 第５図は、結晶方向をもつエツチング前のブレードの斜
視図、 第６図（ま、１７９面の結晶方向が（１，１，２，０）
であるエツチング後のブレードの斜視図、第６Δ図は、
第６図のブレードの一部を示刀斜ン３２図、 第７図は、エツジ面の結晶方向が（１，０，１，（１）
であるエツチング後のブレードの斜視図４第８図は、単
結晶２：（拐から小力を作る工程を示す工程図である。 １０・・・・・ブランク １４．１Ｇ・・・・・・ベベル面 ２０・・・・・、、２；縁面 Ｉ・・・・中間面 ０・・・・・ベベル角 ２１・・・・・・ブランクの面 ２２・・・・タンジ］ン１〜面（正接面）２Ａ、２６・
・・・・・二つのベベル面α、α′・・・・・・二つの
ベベル面の角Ｉα「゛・・・・・・パラメータ 図面のｌ’ｊ”；Ｌ’（内容に変更なし）ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、３　ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、７ ＦＩＧ、　８ 手続補正書（方劫 昭和５９年９　月２８日 特許庁長官殿 （特許庁審査官　殿） ２　発明の名称 切断器具とその製造方法 ３　補正をする者 事件との関係　出願人 氏名（名称）　ドナルド・ダブリュ　ヘンダーソン４代
理人 住所　束石・都港区南青１１１−丁［１１番］号５　補
止命令の１１伺（自発） （発送口）昭和　年　月　日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）少なくとも一つのへベルが腐蝕液により化学的に
   ｒｔｌｌ磨されてなる酸化アルミニュウムのブランクか
   らなることを特徴どする切断器具。 （２〉酸化アルミニュウムのブランクを硫酸おＪζびり
   ん酸の混合物にＪ、リエツチングしたものから得たこと
   を特徴とする切断器具。 （３）相対向する一対のベベルが均等にエツチングされ
   ていることを特徴とする切断器具。 （４）ベベルと、結晶１．の（０００１）面と平行なブ
   レード面を備え、このブレード面は、前記ベベルと前記
   ブレードの反対面による角度を１分するように１１６成
   されたブランクから／Ｊるサファイアのブレードをもつ
   小力。 （５）前記ブレードの反対面は、ベベルである特許請求
   の範囲第４項記載の小力。 （Ｇ）前記ブレードは前記ｌナファイアの（１，１，２
   、Ｏ）面に対し平行なエツジ面をもつ特許請求の範囲第
   ４項記載の小力。 （７）前記ブレードは前記サファイアの（１，０，１，
   ０）面に対し平行なエツジ面をもつ特許請求の範囲第４
   項記載の小力。 （８）ブランクの゛（０００１）面が端縁の角度を二等
   分する二等分線と平行している配向の単結晶の酸化アル
   ミニコウムのブランクを素材とし、このブランクをエツ
   チングづることを特徴とする単結晶材料から切断器具を
   製造する方法。 〈９）酸化アルミニュウムのブランクを硫酸およびりん
   酸の混合物によりエツチングしたちのから得たことを特
   徴とする特許請求の範囲第８項記載の単結晶材料から切
   断器具を製造する方法。 （１０）エツジ面が（１，１，２，０）面の一つと平行
   であることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の単
   結晶材わ１から切断器具を製造する方法。 （１１）エツジ面が（１，０、〒、０）面の一つと平行
   であることを特徴とする特ｒｊＦ請求の範囲第８（１２
   ）ベベルど切断刃とを有し、この切断刃はＬツブラグさ
   れている切断器具の配向がエツジ面の１ツブ−ラグレー
   トに対するベベルエラチングレー１〜のレジＡが最大ど
   イｆるように選択されて、前記切断器具の鋭利さを最高
   とする方法。 （１３）単結晶４４　ｒｌのブランクの端縁をエツチン
   グしてベベル面を形成し、これにＪ、り切断刃を形成し
   ｌこＬ７Ｊ…ｉ器具の鋭利さを、エツチングの温度の調
   節によりコン（・ロールづる方法。 （１４）ベベルど切断刃どを有し、この切断刃はエツチ
   ングされている切断器具の配向と腐蝕液とがエツジ面の
   エツチングレートに対するベベルエツチングレートのレ
   ジ’：Ａ’　ｌ）＜９大となるようにｊコニ択されて、
   前記切ＦＩ７ｉ器具の鋭利さを最高とする方法。 （１５）ベベルど切断刃とを右し、この切断刃はエツチ
   ングされている切断器具の配向が］−ツジ面の「ツチン
   グレ−１−に対するベベルエラチングレー１−のレジＡ
   が最大とｈるＪ：うに選択され、さらにｊ呂蝕液として
   硫酸どり／ｖ酸との混合物を選択して、＋Ｔｉ記切断器
   具の鋭利さを最高とする方法。 〈１Ｇ）単結晶ｖＵわ１のブランクの］−ツジを結晶学
   的に同一の面と平行な面を形成づるにうにし、前記ブラ
   ンクをエツチングしてエツジを形成する切Ｉｇｉ器具の
   ！ＦＪ　ｌ：ｕ方法。 （１７）前記単結晶材料は、酸化アルミニコウムである
   特許請求の範囲第１６項記載の切断器具の製造方法。