JP2005186623A - 埋込みコンポーネントを有するプラスチック射出成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】 射出成形製造プロセスでガラスまたはセラミックスのような破損しやすい材料を含むさまざまな材料を加工すること。
【解決手段】 本発明は、プラスチック材料(60)と異なる材料で作製されたインサート(16、40、50)を有するプラスチック射出成形品(2)の製造方法と、プラスチックコンポーネントに関する。インサート(16、40、50)は、射出成形型(30)のキャビティー(33)中に導入される。射出成形型(30)のクランピング力は、クランピング機構(34)を用いて、インサート(16、40、50)の材料によりあらかじめ決められた力に設定される。インサート(16、40、50)は、射出成形型(30)の内部で、プラスチック射出成形品(2)のプラスチック材料(60)中に部分的にまたは完全に、シームレスに圧入される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、セラミックス製またはガラス製のコンポーネントを埋め込んでなるプラスチック射出成形品の製造方法に関する。このプラスチック射出成形品は、迅速診断器具のシェル体になりうる。

血糖レベルの決定または他の血液値の決定に使用される器具のような迅速診断器具では、多くの場合、迅速診断器具の器具ハウジング内の試薬領域を加熱することが必要である。ヒトまたは動物の血液で湿潤された試験ストリップは、たとえば、迅速診断器具の評価領域に挿入される。また、最初に試験ストリップを迅速診断器具中に導入し、その後でのみサンプルを試験ストリップに適用することも可能である。試験ストリップは、ヒトまたは動物に由来する血液で湿潤された試験ストリップの領域と反応する物質を含有する。意味のある測定結果を与える測定手順を実施するために、評価手順の間、既定の温度が必要である。

したがって、適切な温度レベルを生成させるために、金属またはセラミックの加熱エレメントが、迅速診断器具のハウジング体の内部に組み込まれる。これらの加熱エレメントは、通常、クリティカルシステム環境内のプラスチックコンポーネント中に埋め込まれる。金属材料製またはセラミックス材料製の加熱エレメントは、一般的には、スプリングまたはクリップエレメントで機械的に固定することにより、またはプラスチック材料中にこの目的のために設けられた凹部に金属製またはセラミックス製の加熱エレメントを接着結合させることにより、埋め込まれる。

プラスチックコンポーネントの内部にセラミックまたは金属の加熱エレメントを機械的に固定することの欠点は、スプリングエレメントまたはクリップエレメントにより加熱エレメントにスプリング力が加えられると、たとえば、セラミックス製の加熱エレメント中に応力が生じてその破損を引き起こす可能性があり、結果として、迅速診断器具などに組み込まれた加熱エレメントが使用不能になることである。さらに、加熱エレメントをハウジングの内部に機械的に装着した場合、製造許容差に起因して継ぎ目を生じることは、多すぎる血液が試験ストリップに適用されたときに血液が継ぎ目を通って器具の内部に進入しそこで評価電子部品の損傷を引き起こす可能性があることを意味しうる。数回の試験ストリップ評価の後で、たとえば、金属製またはセラミックス製の加熱エレメント上に蓄積した乾燥した血漿を除去するために器具の内部の洗浄に用いられる洗浄剤にも、同じことがあてはまる。使用される洗浄剤は、主として金属またはセラミックの加熱エレメントの表面上に蓄積した血漿を溶解除去できるように、多くの場合、非常に侵食性が高い。極度の溶解作用を有することの多い洗浄剤が、金属またはセラミックの加熱エレメントの機械的取付け時に生じる継ぎ目を通って器具の内部に進入した場合、電子部品が洗浄剤により損傷を受ける可能性もある。

迅速診断器具の内部にセラミックまたは金属の加熱エレメントを機械的に固定するという選択肢はさらに、組立てコストが高いという欠点を有し、不正確な組立ての危険性はわずかではない。後の段階でプラスチックコンポーネント中に導入される加熱エレメントが不正確に組み立てられた場合、これにより温度制御誤差を生じる可能性があり、迅速診断器具に挿入された試験ストリップの評価から得られる測定結果がしばしば使用不能になるという影響が現れる可能性がある。

機械的固定という選択肢の代わりに、金属材料製またはセラミックス材料製の加熱エレメントを迅速診断器具の内部のハーフシェルの対応する凹部に接着結合させることもできる。迅速診断器具の内部の凹部に金属またはセラミックの加熱エレメントを接着結合させることにより、先に述べた固定するという選択肢で生じる継ぎ目の大部分を回避することができるが、接着剤に混合された溶媒が、器具の内部に挿入された試験ストリップに影響を及ぼす可能性がある。さらに、乾燥した血漿をときどき除去するために加熱エレメントの洗浄に用いられる洗浄剤が、ハウジングの内部の凹部への加熱エレメントの結合に用いられる接着剤を溶解するという状況を回避することはできない。さらに、接着剤はすべて、操作時に、とくに、大きい温度変動を伴う場合に、老化を受ける。このことは、この固定するという選択肢が使用期間にわたり迅速診断器具の信頼性に関するリスクを伴うことを意味する。

さらに、このタイプの固定では、大量生産で、たとえば、迅速診断器具の大量生産などで、この選択肢を用いた場合、組立てコストが高いことが欠点である。ここでもまた、製造プロセスは組立て誤差を免れないので、以上に述べた理由により、得られる評価結果の有意性はかなり損なわれる可能性がある。

プラスチック射出成形品の内部に金属材料製またはセラミックス材料製の加熱エレメントなどのコンポーネントを固定するためのさらなる選択肢は、プラスチック射出成形品の射出成形時にインサートとしてそれを直接圧入することである。この製造方法が抱える問題は、セラミックスまたはガラスのような破損しやすい材料をランダムにプレスすることができないので、セラミックスなどの破損しやすい材料では射出成形型の内部で生じる圧力が問題になるということである。

以上に概説したような先行技術の欠点にかんがみて、本発明の目的は、射出成形製造プロセスでガラスまたはセラミックスのような破損しやすい材料を含むさまざまな材料を加工することである。

本発明によれば、この目的は、特許請求の範囲１および１３の特徴により達成される。

本発明により提案された本方法の利点は、主として、セラミックスまたはガラスのような破損しやすい材料で作製されたインサートをプラスチック射出成形品に封入する射出成形型が、スプリング作動式クランピング機構を備えているので、多コンポーネント射出成形の射出成形プロセス時に一操作で、１種もしくは複数種のプラスチック材料と同時にセラミックスまたはガラスのような破損しやすい材料を加工することができるようになったことである。

したがって、射出成形型に対して、最大プレス力を、破損しやすいコンポーネントに適用することのできる最大力に設定することが可能である。さらには、これにより、異なる力を吸収しうる異なる破損しやすい材料をインサートとしてプラスチックコンポーネント中に埋め込める可能性が開かれる。したがって、いずれの場合においても、最大クランピング力をインサートとして使用される材料に個々に適合化させることができる。

破損しやすいコンポーネントは、場合により、ダンピング層でコーティングすることが可能である。使用されるダンピング層は、たとえば、破損しやすいコンポーネントに、またはセラミックスもしくはガラスのような破損しやすい材料製のインサートに接触(この接触は、対策をとらなければ破損しやすい材料の破壊を引き起こす)する可能性のある射出成形型のスチール部分に、その全表面にわたり適用されるラッカーでありうる。提案されたダンピング層を、プラスチック材料中に埋め込まれるインサートがこのダンピング層に完全に取り囲まれるように、ラッカー層の形態で、適用することが可能である。一方、射出成形型のスチール部分と破損しやすい材料のインサートとの接触が特定の場所でのみダンピングされるように、プラスチック材料中にインサートとして埋め込まれる破損しやすいコンポーネントの周囲にフレームとしてダンピング層を適用することが可能である。

たとえば、分析チップ、とくに、バイオチップを、本発明により提案された射出成形法でプラスチック材料中のインサートとして製造する場合、バイオチップの製造時、ダンピング層が一部分だけに適用され、同様に破損しやすい材料であるガラスの他の領域が未処理のまま残存しうるように、それらをプラスチックフレームにより封入することができる。ガラスの未処理の部分は、より後の段階で、ベース材料としてのガラス支持体と共に、インサートを使用するのに必要な好適な試薬で被覆可能である。

本発明により提案され、セラミックスまたはガラスのような破損しやすい材料製のインサートをプラスチックコンポーネント中に組み込んで製造することが意図された本製造方法は、高いプロセス信頼度により特性づけられる。当該製造プロセスが成形型依存性であるので、すなわち、射出成形型と組み合わされているので、組立てコストは完全に不要となり、不正確な組立てを伴うリスクもなくなる。射出成形されるプラスチック射出成形品中に破損しやすい材料で作製されたインサートを埋め込むための本発明により提案された製造方法を用いれば、迅速診断器具のプラスチックハウジングのプラスチックシェル中への金属材料製またはセラミックス材料製の加熱エレメントのシームレスな埋込みを容易に行うことができる。完全に同一の操作で製造されるプラスチック射出成形品中へのセラミックス材料製または金属材料製の加熱エレメントのシームレスな埋込みによって、インサートは、プラスチック材料中に液密にかつ形状嵌合形態で埋め込まれる。

本発明について図面を参照しながら以下で詳細に説明する。

図1の斜視図は、ハウジング体がプラスチック射出成形品である迅速診断器具である。

図1に示される迅速診断器具1は、プラスチック材料製のハウジング体2を備える。ハウジング体2の前面6に配設されているのは、下側限界が挿入開口4の上に位置するカバーエレメント3である。挿入開口4は、試験ストリップをハウジング体2の内部に挿入するための座面として作用する挿入舌部5を備える。迅速診断器具1のハウジング体2の後面は、参照番号7により示されている。迅速診断器具1は、ハウジング体2に挿入されかつヒトまたは動物に由来する血液で湿潤された試験ストリップを評価するために使用される。試験ストリップは、たとえば、血糖測定を可能にすべく、適用量の血液と反応する化学物質を有する。試験ストリップ上で測定が行えるように、ハウジング体2は、加熱エレメントと、挿入開口4に挿入される試験ストリップに対する電気接点エレメントと、さらには評価電子部品と、光学ディスプレイと、を収容している。

図2の斜視図は、迅速診断器具1のハウジング体2の前面6を示している。ハウジング体2の前面6に形成されているのは、図2に示されるように、長円形および丸形の外観をもちうるハウジング開口10である。ハウジング開口10の下面は、挿入舌部5により限定される。挿入舌部5の両側には、隆起した挿入レール11が存在する。挿入開口4に導入された試験ストリップ(図2には示されていない)は、これらのレールの間に通してハウジング体2の内部13に押し込むことができる。挿入開口4に導入された試験ストリップは、一方では2つの挿入レール11により、他方では挿入舌部5の上面14により、案内される。

図3は、迅速診断器具などのハウジング体の内部のシステムクリティカル領域を示している。

ハウジング体2の内部の参照番号15により規定されるクリティカルシステム領域内で、インサート16は、たとえば、ハウジングの下部シェルとして射出成形されたプラスチックコンポーネント中に組み込まれている。迅速診断器具1の場合、プラスチック材料中に埋め込まれたインサート16は、セラミックスのような破損しやすい材料で、または金属で、作製することのできる加熱エレメントである。試験ストリップが押し込まれたとき、加熱エレメントとしてデザインされたインサート16は、ハウジング体2の内部において、挿入された試験ストリップ上の試薬領域が迅速診断器具による意味のある測定を可能にする温度になるような温度を生成する。

図3の斜視図では、インサート16は、ハウジング体2の下部シェルにシームレス埋込み物17と一緒に組み込まれている。試験ストリップ(図3には示されない)は、加熱エレメントとしてデザインされたインサート16の上面を覆い、電気接点19を介して接触することができる。インサート16の長手方向側20は、測定ストリップの測定縁に平行に延在し、一方、インサート16のより短い横方向側21は、ハウジング体2の内部への挿入の方向に垂直に延在する。

ハウジング体2に挿入されたときにインサート16を覆う試験ストリップは、加熱エレメントとしてデザインされたセラミックインサート16により加熱され、意味のある測定結果を得るのに必要な温度に設定される。これは、試験ストリップ中に提供される試薬に依存する。

図4は、キャビティー中でプラスチック材料と破損しやすい材料とを同時に射出成形することのできる射出成形型の概略図である。

図4の概略図は、第1の成形型部分31と第2の成形型部分32とを備える射出成形型30を示している。第1の成形型部分31は、第2の成形型部分32に対して両矢印の方向に変位させることができる。すなわち、開けたり閉めたりすることができる。第1の成形型部分31および第2の成形型部分32は、キャビティー33を規定する。第1の成形型部分31および第2の成形型部分32を閉状態にして、それらをクランピング機構により閉めることができる。調整可能な接触圧力機構34により設定しうる接触圧力は、インサート16の作製に用いられる破損しやすい材料が耐えることのできる力に依存する。

第1の成形型部分31および第2の成形型部分32は、ヒンジを介して互いに連結されている。第1の成形型部分31中または第2の成形型部分32中に、成形型部分31および32により形成されたキャビティー33中にプラスチック材料を流入させるスプルーチャネル36を配設することが可能である。インサート16は、プレススタンプ34aにより取り込まれて配置される。成形型部分31、32が閉じられるとき、インサート16は、第1の成形型部分31に対してフラットにプレスされ、これにより所定の位置に保持される。キャビティー33中にインサート16を導入してそれを封入することにより、インサート16を埋込むための凹部が生成される。

図5に示される図は、ガラス40で作製されたインサート16を示している。ガラス体40として作製されたインサート16は、プラスチックフレーム42によりその周囲表面が取り囲まれている。その長手方向側に、プラスチックフレーム42は、ガラス体40の上面および底面のかなりの部分が露出表面41として残るように突出部43を有する。ガラス体40の周囲にプラスチックフレーム42を配置することは、より後の段階で、バイオチップを使用するのに必要な好適な試薬で上面を覆ったりコーティングしたりすることのできるバイオチップの製造に、とくに好都合である。ガラス体40を取り囲むプラスチックフレーム42により、第1および第2の成形型部分31、32のスチール部分は、ガラス体40を取り囲むプラスチックフレーム42の外側とだけ接触するので、成形型部分31、32のスチール部分と破損しやすいガラス体40との接触を回避することが可能である。

図6は、ラッカー層の形態で上面51にダンピング層53が全表面にわたり適用されているセラミック体50の形態のインサート16を示している。図6に示される図では、セラミック体50の底面52は未処理である。図6に示されるダンピング層としてラッカー層53を備えた全表面コーティングのほかに、その上面51およびその底面52の両面に関して、セラミック体50のいくつかの領域だけを、ラッカー層の形態のダンピング層でコーティングすることも可能である。

図7に示される図は、たとえばセラミックス材料または金属材料で作製することのできるインサートがプラスチック材料60中にシームレスに埋め込まれていることを示している。図7に示されるインサート16、50は、迅速診断器具(図3の詳細図と比較されたい)のハウジング体2中に加熱エレメントとしてシームレスに埋め込むことが可能であり、かつシステムクリティカル領域15内に配設することが可能である。システムクリティカル領域15とは、迅速診断器具1の内部に挿入された試験ストリップからの過剰の血液が存在する可能性があるか、または迅速診断器具1のハウジングの内部を洗浄するためにときどき使用される侵食性洗浄剤が存在する可能性がある、迅速診断器具1内の領域として理解されるものとする。

プラスチック材料60で作製されたハウジング体2の一体化コンポーネントとして本発明に従ってインサート16をデザインすることにより、インサート16、50とプラスチック材料60との継ぎ目(これは、インサート16、50を所定の位置に結合させたり機械的に固定したりした場合に生じる)は、本発明により提案された解決策により回避される。本発明により提案された解決策のおかげで達成される特有な利点は、インサート16、50の上面がプラスチック材料60の上面と一様な平面を形成するため、挿入開口4で迅速診断器具1のハウジング体2の内部に試験ストリップをより容易に挿入できるようになる点である。

破損しやすい材料で作製されたインサートを同一の操作で埋め込んでプラスチックコンポーネントを製造するための本発明により提案された製造方法では、高いプロセス信頼度によりとくに特性づけられる簡単な成形型依存性製造プロセスを提供することができる。先行技術で公知の組立てプロセスでみられる不正確な組立ては、排除することができる。侵食性洗浄媒体によりおよび血漿の堆積物により汚染される可能性のあるシステムクリティカル領域15内で、試験ストリップの挿入領域中へのセラミックス材料(すなわち、破損しやすい材料)製のインサートのシームレスな埋込みが可能であり、これはプラスチック材料60中へのシームレスな埋込みにより特性づけられる。本発明により提案された本方法によれば液体の滲出を可能にする継ぎ目を確実になくすことができるという事実のおかげで、セラミックインサート16、50の真下に位置する電子部品は、これらの媒体から効果的に保護される。先行技術の場合のようにより後の段階でかなりのコストをかけて迅速診断器具に加熱エレメントを取り付けることは、もはや必要でない。破損しやすい材料(たとえば、金属またはセラミック)製のインサート16、50のシームレスな埋込み17はまた、有利には、ハウジング体2のプラスチック材料60と、破損しやすい材料で作製されたインサート16、50と、の間の液密なかつ形状嵌合した接合を可能にする。このインサートは、その長手方向側20に沿っておよびその横方向側21に沿って(図3に示された図を参照されたい)、ハウジングの内部に挿入される試験ストリップを案内するための2つの案内レール間でプラスチック材料60中にシームレスに埋め込まれる。

迅速診断測定器具の斜視図を示している。 迅速診断器具の露出されたハウジング開口を示している。 セラミックスなどの破損しやすい材料で作製された一体化加熱エレメントを備えた図1の斜視図に係る迅速診断測定器具のハウジング体の細部を示している。 可変クランピング力を有する射出成形型の概略図を示している。 プラスチック材料製のフレームに取り囲まれたガラス体を示している。 ダンピング層としての役割を果たすラッカーコーティングを上面に設けてなるセラミック体を示している。 プラスチック材料中にシームレスに埋め込まれたセラミックス材料製インサートを示している。

符号の説明

１ 迅速診断器具
２ ハウジング体
３ カバー
４ 挿入開口
５ 挿入舌部
６ 前面
７ 後面
１０ ハウジング開口
１１ 試験ストリップ用の挿入レール
１２ ハウジングの下部シェル
１３ ハウジングの内部
１４ 挿入舌部の上面
１５ クリティカルシステム領域
１６ インサート
１７ シームレス埋込み物
１８ 試験ストリップガイド
１９ 電気接点
２０ インサートの長手方向側
２１ インサートの横方向側
３０ 射出成形型
３１ 第1の成形型部分
３２ 第2の成形型部分
３３ キャビティー
３４ 接触圧力機構
３４ａ プレススタンプ
３６ スプルーチャネル
４０ ガラス製インサート
４１ 露出表面
４２ プラスチック材料製の縁取り部
４３ 突出部
５０ セラミックス製インサート
５１ 上面
５２ 底面
５３ ダンピング層(ラッカー)
６０ プラスチック材料

Claims (17)

1. プラスチック材料(60)と異なる材料で作製されたインサート(16、40、50)を有するプラスチック射出成形品(2)の製造方法であって、以下の方法ステップ：
   (a) 射出成形型(30、31、32)のキャビティー(33)中に該インサート(16、40、50)を導入配置するステップ、
   (b) クランピング機構(34)を用いて該射出成形型(30、31、32)のクランピング力を該インサート(16、40、50)の材料によりあらかじめ決められた最大力に設定するステップ、
   (c) 該射出成形型(30、31、32)の内部で、該プラスチック射出成形品(2)のプラスチック材料(60)により該インサート(16、40、50)の部分的なまたは完全なシームレス封入を行うステップ、
   を含む、上記方法。
2. 破損しやすい材料で作製された前記インサート(16、40、50)が、ダンピング層(53)の適用により前処理されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記インサート(16、40、50)の、前記射出成形型(30)の一方の成形型部分(31、32)の方向を向いた少なくとも一方の側(51、52)に、前記ダンピング層(53)を設けることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記インサート(16、40、50)にその全表面にわたりダンピング層(53)を設けることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
5. 前記インサート(16、40、50)のいくつかの領域だけにダンピング層(53)を設けることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
6. 前記ダンピング層(53)がラッカー層として適用されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
7. 前記ダンピング層(53)がフィルムの形態でまたはラッカーの形態で適用されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
8. 前記射出成形型(30、31、32)のキャビティー(33)内の前記インサート(16、40、50)が、プラスチック材料(60)製の縁取り部(42)によりシームレスに封入されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
9. 前記インサート(16、40、50)の縁取り部(42)が、前記ハウジング体(2)中に前記インサート(16、40、50)を埋め込むための凹部の境界を形成することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記ダンピング層(53)が前記インサート(16、40、50)を完全に取り囲むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
11. セラミック材料製のコンポーネントがインサート(16、40、50)として使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
12. ガラス製のコンポーネントがインサート(40)として使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
13. 試験ストリップを評価するための迅速診断器具であって、ハウジング体(2)を備え、該ハウジング体の少なくとも一部分が請求項１〜１２の１項以上に従って作製されており、加熱エレメントとして作用するインサート(16)が、プラスチック材料(60)で作製された該ハウジング体(2)の内部のシステムクリティカル領域(15)中にシームレスに埋め込まれている(17)ことを特徴とする、前記迅速診断器具。
14. 加熱エレメントとして機能する前記インサート(16)が、前記ハウジング体(2)の少なくとも一部分の組み込みコンポーネントであることを特徴とする、請求項１３に記載の迅速診断器具。
15. 加熱エレメントとして機能する前記インサート(16)が、前記ハウジング体(2)の一部分に形状嵌合した形態で受容されていることを特徴とする、請求項１３に記載の迅速診断器具。
16. 前記インサート(16)が、セラミックス材料または金属材料で作製されていることを特徴とする、請求項１３に記載の迅速診断器具。
17. 請求項１〜１２の１項以上に従って製造された分析チップであって、ガラス製のインサート(40)がプラスチック材料(60)製の縁取り部(42)中に圧入されており、かつ該インサート(40)の残りの未処理の露出表面(41)が試薬で被覆可能である、上記分析チップ。

Images