微細針の射出成形方法
【課題】 本発明の射出成形方法によれば、樹脂バリが形成されず、微細針を離型しやすく、その複雑な外形形状を忠実に再現することができる。
【解決手段】 本発明の射出成形方法によれば、少なくとも１つの突起部を有する微細針の射出成形方法が提供され、この射出成形方法は、微細針を構成する樹脂材料の温度をガラス転移温度以上、融点以下に維持するステップと、１００ＭＰａ以上の射出圧で樹脂材料を気密封止された鋳型に射出するステップとを有することを特徴とする。
【解決手段】 本発明の射出成形方法によれば、少なくとも１つの突起部を有する微細針の射出成形方法が提供され、この射出成形方法は、微細針を構成する樹脂材料の温度をガラス転移温度以上、融点以下に維持するステップと、１００ＭＰａ以上の射出圧で樹脂材料を気密封止された鋳型に射出するステップとを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの突起部を有する微細針を射出成形する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今のマイクロマシン技術のめざましい発展により、特許文献１に記載されているように、マイクロマシン技術を用いてシリコン基板上に任意の形状を有する微細針の鋳型を形成することができるようになった。そして、こうした鋳型に任意の樹脂材料を充填することにより、任意の形状および寸法を有する微細針を製造することが可能となった。
【０００３】
しかし一般的な熱可塑性樹脂材料（ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエステル（ＰＥ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）など）を用いた従来式の成形プロセスによれば、数μｍオーダの樹脂バリが発生することは不可避であって、本明細書の文脈における微細針の太さが１０２μｍオーダでることを考えれば、微細針を製造するために従来式の成形プロセスを採用することはできない。すなわち、通常サイズの製品で許容される樹脂バリが微細針においては致命的欠陥となり得る。
【０００４】
また微細針は、突起部などの複雑な外形形状を有し、その外形形状に固有の効果が期待されるのであるから、樹脂材料を鋳型の先端まで十分に（隅々まで）充填して、微細針の外形形状が完全に再現されなければ、微細針としての本来の効果を発揮し得ない。
【０００５】
さらに、微細針を鋳型から離型する際、体積力に比べて表面力の影響が大きくなるため、微細針と鋳型との間で表面固着力の影響を受けて、微細針を鋳型から離型することが困難となる。
【０００６】
これらの問題点を解決するためには、微細針の強度（曲げ強度、引っ張り強度）が離型時の固着力以上である必要があり、すなわち微細針を太く、または短くする必要があるが、微細針の寸法に対する要請とは相反することとなってしまう。したがって、寸法を変更することなく、強度が改善された微細針を開発・提供することに対する要求は高い。
【０００７】
これに対し、ステンレスやセラミックス製に匹敵するほどの初期強度を有する生分解性ポリマ製の円柱状の骨治療用具、および押出成形によるその製造方法が特許文献２に提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２７５３２７号公報
【特許文献２】特開平５−１６８６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２に記載の押出成形によれば、成形物の外形形状はダイス２の出力断面により決定され、ダイス２の出力断面が、例えば円断面であれば、成形物は円柱状に成形される。すなわち、特許文献２に記載の製造方法によれば、突起部を有するような任意の複雑な外形形状を有する微細針を成形することはできない。
【００１０】
そこで本発明の１つの態様は、このような問題を解決しようとするためになされたもので、少なくとも１つの突起部を有する微細針の射出成形方法を提供し、とりわけ樹脂バリが形成されることなく、離型しやすく、その複雑な外形形状を厳密に再現できる射出成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る１つの態様によれば、少なくとも１つの突起部を有する微細針の射出成形方法が提供され、この射出成形方法は、微細針を構成する樹脂材料の温度をガラス転移温度以上、融点以下に維持するステップと、１００ＭＰａ以上の射出圧で樹脂材料を気密封止された鋳型に射出するステップとを有することを特徴とする。
【００１２】
また、射出ステップは、１ｋＰａ以下の真空雰囲気中で行われることが好ましい。
【００１３】
さらに、樹脂材料は、生分解性材料であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る１つの態様による微細針の射出成形方法によれば、樹脂バリが形成されず、微細針を離型しやすく、その複雑な外形形状を忠実に再現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１〜図５を参照しながら、本発明に係る微細針の射出成形方法について以下説明する。
本発明に係る射出成形方法で成形された微細針１は、概略、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、ホルダ部２とニードル部３を有する。ニードル部３は、これに限定されないが、例えば、ピラミッド状の外形形状（ギザギザ形状）を有する１つまたはそれ以上の突起部を有する。この微細針１は任意の適当な支持装置（図示せず）を用いて、ホルダ部２を支持した上で、ニードル部３を患者の皮膚などに突き刺すことにより、患者の血液を採取する。なお、この微細針１は、任意の樹脂材料で形成することができるが、好適には、生適合性材料またポリ乳酸などの生分解性材料で構成される。
【００１６】
また、本発明に係る射出成形方法で用いられる微細針１の鋳型４は、図２に示すように、エッチングプロセスを用いてシリコン基板５上に形成されたキャビティ（凹部）６を有している。このキャビティ６は、微細針１のニードル部３のギザギザ形状と相補関係にある複雑な形状を有しており、微細針１のニードル部３およびこれに対応するシリコン基板５上のキャビティ６を図３および図４に示す。
【００１７】
ここで図５を参照しながら、本発明に係る実施形態による微細針の射出成形機について以下説明する。
本発明の射出成形機１０は、概略、キャビティ６を含む鋳型４と、鋳型４を収容するための収容部１１を有する下型（下金型）１２と、キャビティ６内に樹脂材料を搬送・注入するためのランナ部１３および射出口１５を有する上型（上金型）１４と、ランナ部１３内の樹脂材料を加圧するプランジャ１６とを備える。また射出成形機１０は、下型１２を支持するための下型取り付けガイド板１８と、上型１４および下型１２の温度を調整・制御するための上型温調板２０および下型温調板２２と、上側および下側断熱板２４，２６を介して上型温調板２０および下型温調板２２を支持する上型板２８および下型板３０とを有する。上型温調板２０および下型温調板２２は、上型１４および下型１２を加熱するための電気抵抗式ヒータと、冷却するための水冷（または空冷）冷却器と、ヒータおよび冷却器を自動的に制御するコンピュータ（図示せず）とを有する。なお、上型温調板２０、上側断熱板２４および上型板２８には、プランジャ１６の上方に開口部が設けられている。
【００１８】
さらに、射出成形機１０は、図示しない第１および第２の油圧機構を有し、第１の油圧機構は、上型板２８と下型板３０を垂直方向に型締力Ｆで型締めし、第２の油圧機構は、ランナ部１３内の樹脂材料が射出圧Ｐまで加圧されるように、上型温調板２０、上側断熱板２４および上型板２８の開口部を介して、プランジャ１６を下方へ押圧する。
【００１９】
この射出成形機１０は、図５の破線で概略的に図示したように、真空容器３２内に配設され、１ｋＰａ以下、好適には数１００Ｐａ、さらに好適には数１０Ｐａ）の真空状態を実現することができる。
【００２０】
次に、本発明の射出成形機１０による動作について説明する。ただし、理解しやすくするために、本発明の微細針１がポリ乳酸で構成される場合について説明するが、微細針１を構成する樹脂材料により本発明は限定されるものではない。
【００２１】
まず、鋳型４を下型１２の収容部１１に収容し、図示しない固定手段で固定する。択一的には、鋳型４を収容部１１と同一形状を有するように加工することにより、鋳型４を収容部１１内に固定してもよい。
【００２２】
そして、下型１２に上型１４を重ね合わせ、第１の油圧機構を用いて型締圧力Ｆ（例えば、１．５６ｋＮ）で上型１４および下型１２を型締めする。このとき、鋳型４と上型１４の間のキャビティ６が実質的に気密封止され、上型１４の射出口１５は、鋳型４のキャビティ６に対向している。
【００２３】
さらに、上型温調板２０および下型温調板２２を用いて、上型１４および下型１２の温度を樹脂材料（ポリ乳酸）の溶融温度ＴＦ（約１７２℃）より小さく、ガラス転移温度Ｔｇ（約７０℃）より高い温度（例えば、約１６０℃）に設定し、成形プロセス中、一定となるように制御する。
【００２４】
ここで、ポリ乳酸ペレット３４（以下、単に「ペレット」という。）を上型１４のランナ部１３に搬送して、高温の上型１４で加熱することにより、ペレット３４（樹脂材料）を低流動性および高粘性を有するような固体状態に維持する。
【００２５】
最後に、加熱された低流動性ペレット３４を極めて高い射出圧Ｐ（約１００ＭＰａ〜約７００ＭＰａ、好適には３９０Ｍｐａ）でキャビティ６内に射出して、成形物としての微細針１を得る。
【００２６】
このように、ペレット３４は溶融温度ＴＦより低い温度で維持されているので、射出された成形物の密度を増大させることにより、材料の強度（ヤング率）を向上させるとともに、離型時に加わる力に十分耐え得る頑健な微細針１を成形することができる。その結果、信頼性が高く、歩留まりの高い微細針１の射出成形方法を実現することができる。
また、上型１４および下型１６は非常に大きい型締圧力Ｆで互いに押圧され、射出されたペレット３４が高い粘性を有するため、上型１４と鋳型４の間に生じ得る樹脂バリを実質的に抑制または解消することができる。
さらに、射出成形機１０全体を真空状態に維持して、ペレット３４を射出するので、キャビティ６内に存在していた空気によるボイドを回避し、微細針１の適正な外形形状を忠実に再現することができる。
加えて、気密封止された鋳型４（キャビティ６）内に樹脂材料を射出するので、キャビティ６の形状を任意に変えることにより、任意の外形形状を有する微細針１を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）は、本発明に係る射出成形方法で成形された微細針の概略的斜視図で、（ｂ）は（ｂ）はその平面図、そして（ｃ）はその側面図である。
【図２】本発明に係る射出成形方法で用いられる鋳型の断面図である。
【図３】本発明に係る射出成形方法で成形された微細針の微細針のニードル部を示す拡大写真である。
【図４】シリコン基板上の（ニードル部に対応する）キャビティ全体に確実に樹脂材料が充填された様子を示す拡大写真である。
【図５】本発明に係る射出成形機の概略図である。
【符号の説明】
【００２８】
１ 微細針、２ ホルダ部、３ ニードル部、４ 突起部、５ シリコン基板、６ キャビティ（凹部）１０ 射出成形機、１１ 収容部、１２ 下型（下金型）、１３ ランナ部、１４ 上型（上金型）、１５ 射出口、１６ プランジャ、１８ 取り付けガイド板、２０ 上型温調板、２２ 下型温調板、２４ 上側断熱板、２６ 下側断熱板、２８ 上型板、３０ 下型板、３２ 真空容器、３４ ペレット（樹脂材料）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの突起部を有する微細針を射出成形する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今のマイクロマシン技術のめざましい発展により、特許文献１に記載されているように、マイクロマシン技術を用いてシリコン基板上に任意の形状を有する微細針の鋳型を形成することができるようになった。そして、こうした鋳型に任意の樹脂材料を充填することにより、任意の形状および寸法を有する微細針を製造することが可能となった。
【０００３】
しかし一般的な熱可塑性樹脂材料（ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエステル（ＰＥ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）など）を用いた従来式の成形プロセスによれば、数μｍオーダの樹脂バリが発生することは不可避であって、本明細書の文脈における微細針の太さが１０２μｍオーダでることを考えれば、微細針を製造するために従来式の成形プロセスを採用することはできない。すなわち、通常サイズの製品で許容される樹脂バリが微細針においては致命的欠陥となり得る。
【０００４】
また微細針は、突起部などの複雑な外形形状を有し、その外形形状に固有の効果が期待されるのであるから、樹脂材料を鋳型の先端まで十分に（隅々まで）充填して、微細針の外形形状が完全に再現されなければ、微細針としての本来の効果を発揮し得ない。
【０００５】
さらに、微細針を鋳型から離型する際、体積力に比べて表面力の影響が大きくなるため、微細針と鋳型との間で表面固着力の影響を受けて、微細針を鋳型から離型することが困難となる。
【０００６】
これらの問題点を解決するためには、微細針の強度（曲げ強度、引っ張り強度）が離型時の固着力以上である必要があり、すなわち微細針を太く、または短くする必要があるが、微細針の寸法に対する要請とは相反することとなってしまう。したがって、寸法を変更することなく、強度が改善された微細針を開発・提供することに対する要求は高い。
【０００７】
これに対し、ステンレスやセラミックス製に匹敵するほどの初期強度を有する生分解性ポリマ製の円柱状の骨治療用具、および押出成形によるその製造方法が特許文献２に提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２７５３２７号公報
【特許文献２】特開平５−１６８６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２に記載の押出成形によれば、成形物の外形形状はダイス２の出力断面により決定され、ダイス２の出力断面が、例えば円断面であれば、成形物は円柱状に成形される。すなわち、特許文献２に記載の製造方法によれば、突起部を有するような任意の複雑な外形形状を有する微細針を成形することはできない。
【００１０】
そこで本発明の１つの態様は、このような問題を解決しようとするためになされたもので、少なくとも１つの突起部を有する微細針の射出成形方法を提供し、とりわけ樹脂バリが形成されることなく、離型しやすく、その複雑な外形形状を厳密に再現できる射出成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る１つの態様によれば、少なくとも１つの突起部を有する微細針の射出成形方法が提供され、この射出成形方法は、微細針を構成する樹脂材料の温度をガラス転移温度以上、融点以下に維持するステップと、１００ＭＰａ以上の射出圧で樹脂材料を気密封止された鋳型に射出するステップとを有することを特徴とする。
【００１２】
また、射出ステップは、１ｋＰａ以下の真空雰囲気中で行われることが好ましい。
【００１３】
さらに、樹脂材料は、生分解性材料であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る１つの態様による微細針の射出成形方法によれば、樹脂バリが形成されず、微細針を離型しやすく、その複雑な外形形状を忠実に再現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１〜図５を参照しながら、本発明に係る微細針の射出成形方法について以下説明する。
本発明に係る射出成形方法で成形された微細針１は、概略、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、ホルダ部２とニードル部３を有する。ニードル部３は、これに限定されないが、例えば、ピラミッド状の外形形状（ギザギザ形状）を有する１つまたはそれ以上の突起部を有する。この微細針１は任意の適当な支持装置（図示せず）を用いて、ホルダ部２を支持した上で、ニードル部３を患者の皮膚などに突き刺すことにより、患者の血液を採取する。なお、この微細針１は、任意の樹脂材料で形成することができるが、好適には、生適合性材料またポリ乳酸などの生分解性材料で構成される。
【００１６】
また、本発明に係る射出成形方法で用いられる微細針１の鋳型４は、図２に示すように、エッチングプロセスを用いてシリコン基板５上に形成されたキャビティ（凹部）６を有している。このキャビティ６は、微細針１のニードル部３のギザギザ形状と相補関係にある複雑な形状を有しており、微細針１のニードル部３およびこれに対応するシリコン基板５上のキャビティ６を図３および図４に示す。
【００１７】
ここで図５を参照しながら、本発明に係る実施形態による微細針の射出成形機について以下説明する。
本発明の射出成形機１０は、概略、キャビティ６を含む鋳型４と、鋳型４を収容するための収容部１１を有する下型（下金型）１２と、キャビティ６内に樹脂材料を搬送・注入するためのランナ部１３および射出口１５を有する上型（上金型）１４と、ランナ部１３内の樹脂材料を加圧するプランジャ１６とを備える。また射出成形機１０は、下型１２を支持するための下型取り付けガイド板１８と、上型１４および下型１２の温度を調整・制御するための上型温調板２０および下型温調板２２と、上側および下側断熱板２４，２６を介して上型温調板２０および下型温調板２２を支持する上型板２８および下型板３０とを有する。上型温調板２０および下型温調板２２は、上型１４および下型１２を加熱するための電気抵抗式ヒータと、冷却するための水冷（または空冷）冷却器と、ヒータおよび冷却器を自動的に制御するコンピュータ（図示せず）とを有する。なお、上型温調板２０、上側断熱板２４および上型板２８には、プランジャ１６の上方に開口部が設けられている。
【００１８】
さらに、射出成形機１０は、図示しない第１および第２の油圧機構を有し、第１の油圧機構は、上型板２８と下型板３０を垂直方向に型締力Ｆで型締めし、第２の油圧機構は、ランナ部１３内の樹脂材料が射出圧Ｐまで加圧されるように、上型温調板２０、上側断熱板２４および上型板２８の開口部を介して、プランジャ１６を下方へ押圧する。
【００１９】
この射出成形機１０は、図５の破線で概略的に図示したように、真空容器３２内に配設され、１ｋＰａ以下、好適には数１００Ｐａ、さらに好適には数１０Ｐａ）の真空状態を実現することができる。
【００２０】
次に、本発明の射出成形機１０による動作について説明する。ただし、理解しやすくするために、本発明の微細針１がポリ乳酸で構成される場合について説明するが、微細針１を構成する樹脂材料により本発明は限定されるものではない。
【００２１】
まず、鋳型４を下型１２の収容部１１に収容し、図示しない固定手段で固定する。択一的には、鋳型４を収容部１１と同一形状を有するように加工することにより、鋳型４を収容部１１内に固定してもよい。
【００２２】
そして、下型１２に上型１４を重ね合わせ、第１の油圧機構を用いて型締圧力Ｆ（例えば、１．５６ｋＮ）で上型１４および下型１２を型締めする。このとき、鋳型４と上型１４の間のキャビティ６が実質的に気密封止され、上型１４の射出口１５は、鋳型４のキャビティ６に対向している。
【００２３】
さらに、上型温調板２０および下型温調板２２を用いて、上型１４および下型１２の温度を樹脂材料（ポリ乳酸）の溶融温度ＴＦ（約１７２℃）より小さく、ガラス転移温度Ｔｇ（約７０℃）より高い温度（例えば、約１６０℃）に設定し、成形プロセス中、一定となるように制御する。
【００２４】
ここで、ポリ乳酸ペレット３４（以下、単に「ペレット」という。）を上型１４のランナ部１３に搬送して、高温の上型１４で加熱することにより、ペレット３４（樹脂材料）を低流動性および高粘性を有するような固体状態に維持する。
【００２５】
最後に、加熱された低流動性ペレット３４を極めて高い射出圧Ｐ（約１００ＭＰａ〜約７００ＭＰａ、好適には３９０Ｍｐａ）でキャビティ６内に射出して、成形物としての微細針１を得る。
【００２６】
このように、ペレット３４は溶融温度ＴＦより低い温度で維持されているので、射出された成形物の密度を増大させることにより、材料の強度（ヤング率）を向上させるとともに、離型時に加わる力に十分耐え得る頑健な微細針１を成形することができる。その結果、信頼性が高く、歩留まりの高い微細針１の射出成形方法を実現することができる。
また、上型１４および下型１６は非常に大きい型締圧力Ｆで互いに押圧され、射出されたペレット３４が高い粘性を有するため、上型１４と鋳型４の間に生じ得る樹脂バリを実質的に抑制または解消することができる。
さらに、射出成形機１０全体を真空状態に維持して、ペレット３４を射出するので、キャビティ６内に存在していた空気によるボイドを回避し、微細針１の適正な外形形状を忠実に再現することができる。
加えて、気密封止された鋳型４（キャビティ６）内に樹脂材料を射出するので、キャビティ６の形状を任意に変えることにより、任意の外形形状を有する微細針１を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）は、本発明に係る射出成形方法で成形された微細針の概略的斜視図で、（ｂ）は（ｂ）はその平面図、そして（ｃ）はその側面図である。
【図２】本発明に係る射出成形方法で用いられる鋳型の断面図である。
【図３】本発明に係る射出成形方法で成形された微細針の微細針のニードル部を示す拡大写真である。
【図４】シリコン基板上の（ニードル部に対応する）キャビティ全体に確実に樹脂材料が充填された様子を示す拡大写真である。
【図５】本発明に係る射出成形機の概略図である。
【符号の説明】
【００２８】
１ 微細針、２ ホルダ部、３ ニードル部、４ 突起部、５ シリコン基板、６ キャビティ（凹部）１０ 射出成形機、１１ 収容部、１２ 下型（下金型）、１３ ランナ部、１４ 上型（上金型）、１５ 射出口、１６ プランジャ、１８ 取り付けガイド板、２０ 上型温調板、２２ 下型温調板、２４ 上側断熱板、２６ 下側断熱板、２８ 上型板、３０ 下型板、３２ 真空容器、３４ ペレット（樹脂材料）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの突起部を有する微細針の射出成形方法であって、
微細針を構成する樹脂材料の温度をガラス転移温度以上、融点以下に維持するステップと、
１００ＭＰａ以上の射出圧で樹脂材料を気密封止された鋳型に射出するステップとを有することを特徴とする射出成形方法。
【請求項２】
射出ステップは、１ｋＰａ以下の真空雰囲気中で行われることを特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
【請求項３】
樹脂材料は、生分解性材料であることを特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
【請求項１】
少なくとも１つの突起部を有する微細針の射出成形方法であって、
微細針を構成する樹脂材料の温度をガラス転移温度以上、融点以下に維持するステップと、
１００ＭＰａ以上の射出圧で樹脂材料を気密封止された鋳型に射出するステップとを有することを特徴とする射出成形方法。
【請求項２】
射出ステップは、１ｋＰａ以下の真空雰囲気中で行われることを特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
【請求項３】
樹脂材料は、生分解性材料であることを特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
【図１】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−３３４９９１（Ｐ２００６−３３４９９１Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６４３３４（Ｐ２００５−１６４３３４）
【出願日】平成１７年６月３日（２００５．６．３）
【出願人】（３９９０３００６０）学校法人 関西大学 (208)
【出願人】（５０３４６７０８９）株式会社ライトニックス (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月３日（２００５．６．３）
【出願人】（３９９０３００６０）学校法人 関西大学 (208)
【出願人】（５０３４６７０８９）株式会社ライトニックス (10)
【Ｆターム（参考）】
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