JP2010167389A

JP2010167389A - 細線の被膜作成方法及びこれを使用する細線の被膜作成装置

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Publication number: JP2010167389A
Application number: JP2009014310A
Authority: JP
Inventors: Takahito Kunitake; 孝人國武; Hiroshi Kawanami; 洋河南
Original assignee: University of Miyazaki NUC
Current assignee: University of Miyazaki NUC
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2029-01-26
Also published as: JP5337994B2

Abstract

【課題】線径が６．５〜２００μｍの細線の被膜作成方法及びこれに使用する被膜作成装置を提供する。
【解決手段】細線材の周囲の塗布位置と塗布速度を決定して塗布手段によって塗布するステップからなり、該塗布手段の塗布部を前記線材の周方向一端側に接触させて長手方向に移動させ、さらに該線材の他の周方向から前記塗布手段の塗布部を接触させて長手方向に移動させることによって、前記線材の周囲に被膜を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、線材の周囲を被覆する方法及びこれを使用する細線の被膜作成装置であって、とくに線径が６．５〜２００μｍの細線の被膜作成に関するものである。

従来より、脳機能解明のために自由行動中の動物における単一神経活動の記録が行なわれている。その際に使用される金属微小電極としては数十〜１００μｍ程度の金属線を塗料で絶縁して、ハサミなどで切断した断面が用いられていた。

このため金属線の断面は、変形したり、絶縁材料がハサミのせん断によって金属断面部に延出して付着し、微小電極として十分活用できないものであった。これに対して本発明者らは、細い金属線をエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂溶液中に溝付けして引き上げ、加熱する方法を試みたが、金属線の周囲に形成された被膜には多数のピンホールが生じ、また金属線の長手方向で被膜量にムラが生じ数珠球状の樹脂塊が形成されるという問題が発生した。

そこで、超極細線に絶縁ワニスを塗布する絶縁ワニス塗布方法及びその装置が提案されている（特許文献１参照。）。また、細線の被膜に関しては、金属線を樹脂塗布槽に送出し、塗布槽内のドラムと接触させることで被膜を作成する方法が提案されている（特許文献２参照。）。

特開平８−２９８０３５号公報特公平７−５０７２１号公報

しかしながら上記の特許文献１の技術は、コーターロールとワニス絞りフェルトを使用して毛管現象を利用して極細線に絶縁ワニスを塗布するものであり、極細線とコーターロールとを接触させずに絶縁ワニスを塗布するため、摩擦抵抗がなくなり線振れによる事故を防ぐものであるが、被膜を厚くするために極細線上に複数回絶縁ワニスを塗布するには、ロール状に巻かれた極細線を複数回取付け、取り外す作業が必要となり、多大の手間が掛かるものであった。また、特許文献２は１０μｍから５０μｍの細線を被覆する技術であるが、この技術では長さ数十ｃｍの金属線の端部以外で意図的に被覆させない部分を作成することは困難である。またこの技術で形成された被膜の機械強度は十分でなく、例えば単一神経活動記録電極として使用するために先端から金属を電解により溶かし出し被膜による円筒状空洞を作成した場合は、その被膜による壁が崩壊してしまい、脳実質刺入時の強度を確保することができない。

上記の問題点に鑑み本発明者らは、鋭意研究の結果、金属等の細線（例えば４０μｍ未満）に対し、線材の周に対し異なる方向から樹脂を複数回塗布することで、細線の周囲に被膜を形成する技術を確立し、この被膜作成を可能とする細線の被膜作成装置とこれを使用する細線の被膜作成方法を提供するにいたった。

このため本発明の細線の被膜作成方法は、前記線材の周囲の塗布位置と塗布速度を決定して塗布手段によって被膜材を塗布するステップからなり、該塗布手段の塗布部を前記線材の周方向一端側に接触させて長手方向に移動させ、さらに該線材の他の周方向から前記塗布手段の塗布部を接触させて長手方向に移動させることによって前記線材の周囲に被膜を形成することを第１の特徴とする。

また、前記被膜材を、線材の周囲の塗布位置と塗布速度を決定して塗布手段によって塗布するステップにおいて、該被膜材の粘度を計測する計測手段をさらに含み、該計測手段によって計測された粘度に基づき、制御手段によって塗布手段の塗布速度を決定することを第２の特徴とする。

そして、前記線材は、金属、プラスチック、セラミックのいずれかであり、線径が６．５〜２００μｍの細線であることを第３の特徴とする。尚、本発明の被膜作成法においては線径６．５〜１００μｍの線材の塗布に有効に使用でき、また線径６．５〜４０μｍにおいてさらに有効に使用できる。線径６．５〜１００μｍの線材は単一神経活動記録電極に用いることができ、特に線径６．５〜４０μｍの線材は神経活動の詳細な記録に好適である。

そして、前記被膜材は、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂のいずれかの熱硬化性樹脂であり、また前記塗布手段の塗布部は刷毛、ブラシもしくはローラーであることを第４の特徴とする。

さらに、前記塗布手段によって被膜材を塗布した細線を搬送するステップと、該搬送された細線の被膜材を熱硬化させるステップをさらに含むことを第５の特徴とする。

しかも、前記熱硬化した被膜材にさらに被膜材を塗布するステップと、該被膜材をさらに熱硬化させるステップを複数回繰り返すことを第６の特徴とする。この際熱硬化した被膜材に対して塗布部を接触させる位置を先に接触させた位置に対して所定の角度をつけることが望ましく、またこの繰り返し塗布するステップにおいて、被膜材は同一の被膜材に限定されない。

また、本発明の細線の被膜作成装置は、線径が６．５〜２００μｍの線材の周囲に、制御手段によって前記線材の周囲の塗布位置と塗布速度を決定して塗布する塗布手段と、該線材を熱硬化する熱硬化手段とからなり、該塗布手段の塗布部である刷毛、ブラシもしくはローラーを前記線材の周方向一端側に接触させて長手方向に移動させ、さらに該線材の他の周方向から前記刷毛、ブラシもしくはローラーを接触させて長手方向に移動させて被膜を形成し、熱硬化手段によって熱硬化させることによって、前記線材の周囲に被膜を形成することを特徴とする。

本発明に係る細線の被膜作成方法及び装置によれば、線材の周囲に被膜を形成する熱硬化性樹脂の粘度を測定し、それに基づいた制御によって、刷毛、ブラシもしくはローラーを使用し線材の周方向一端側に接触させて長手方向に移動させながら熱硬化性樹脂を塗布し、さらに線材の周方向の他端側に接触させて長手方向に移動させながら塗布するため、線径が６．５〜２００μｍの細径の線材であっても被膜を形成させることができる。

この被膜作成方法にあっては、対象となる線材の被膜形成位置を任意に設定することができるという優れた効果を有する。この効果により、線材の長手方向における端部のみならず中央部でも被膜の無い部分を作成することができ、例えばこの部分で電気的接点を構成することが可能となる。

また、線材の塗布箇所において、塗布及び熱硬化の工程の繰り返し回数を部分的に変えることにより、線材の長手方向、周方向ともに被膜の膜厚を制御することも可能となる。なお、線材の周方向の膜厚を均一の厚さに塗布することによって、被膜の機械強度が確保され、例えば単一神経活動記録電極において先端から金属を電解により溶かし出し被膜による円筒状空洞を作成した場合でも、脳実質刺入時その形状を維持することが可能となる。

また、被膜する樹脂は熱硬化性樹脂であり、熱硬化手段によって熱硬化されるため、被膜の機械強度が高い線材の作成ができるという効果を有する。

本発明の被膜作成手段を示す工程図である。本発明の被膜作成装置の一実施例を示す概要説明図である。

以下、本発明の細線の被膜作成方法を図面に基づいて説明する。図１は本発明の被膜作成手段を示す工程図である。

図に示すように、本発明の細線の被膜作成方法は、線材の一端側に錘を取付けて垂下させ、他端を保持するステップＳ１と、粘度を計測された被膜材を制御手段によって前記線材の周囲の塗布位置と塗布速度を決定して塗布手段の塗布部によって塗布するステップＳ２と、ステップＳ２によって塗布された線材を搬送手段によって搬送して加熱装置によって加熱するステップＳ３からなり、このステップＳ２及びステップＳ３は作成する被膜の厚みによって複数回繰り返される。以下、各ステップについて説明する。

（ステップＳ１）
線材は、金属、プラスチック、セラミックのいずれかであり、線径が６．５〜２００μｍの細線を用いる。この線材の一端側に錘を取付けて、他端を保持して吊り下げる。この際線径が２０μｍ未満の線材は吊り下げる際に捩れが生じる虞があり、使用する錘の重量と保持具の形状は最適なものが選択される。

そして、この線材は吊り下げた状態で最終のステップまで保持され、必要に応じて搬送手段によって移動される。

吊り下げられた線材の周囲を被覆する被膜材として、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂のいずれかの熱硬化性樹脂が使用される。必要により、この熱硬化性樹脂は適した溶剤で希釈して使用する。

尚、上記の熱硬化性樹脂溶液の溶剤の揮発を防止するために容器は密閉された状態が望ましい。

上記の熱硬化性樹脂溶液中に、塗布手段の塗布部を投入する。この塗布部としては刷毛、ブラシもしくはローラーが選択され、上記の線材の材質及び線径によって最適なものが使用される。次に熱硬化性樹脂溶液を付着させた塗布部を、上記の吊り下げた線材の周方向一端側に接触させる。そしてこの塗布部を線材の表面に接触させたまま鉛直下方向に一定速度で移動させる。この際塗布部を接触させる線材表面の位置、鉛直下方向への移動速度、さらに移動終点位置は予め制御手段によって決定されており、塗布部の移動速度に応じた被膜の厚みが形成される。

そして、上記線材の周方向一端側に接触して被膜を形成した塗布部を、一旦線材の表面から離して、この線材の周方向の他端側に移動させ、先に塗布部を接触させた線材の周方向一端側に対向する他端側に接触させる。さらにこの塗布部を線材の表面に接触させたまま鉛直下方向に一定速度で移動させ、上記した移動終点位置で塗布部の接触を解除する。

この構成によって、線材の周囲の任意の位置から任意の長さの被膜を形成することができる。しかも、被膜材を塗布する速度が制御手段によって制御されており、使用される熱硬化性樹脂溶液の粘度に対応した塗布部の移動速度で塗布するため、常に一定の厚みの被膜を形成することができる。

（サブステップＳＳ１）
ステップＳ１での塗布速度の決定に当たっては、被膜材の攪拌回転数（または周波数）及び攪拌溶液中の磁気スターラーバーの攪拌モータに対する追従性に基づいて被膜材の粘度が計測され、この粘度値に基づき最適な塗布速度が決定される。

この際、攪拌中の磁気スターラーバーの回転を回転センサーによりモニタし、攪拌周波数に磁気スターラーバーが追従できなくなる時の攪拌回転数を粘度の指標として用いることもできる。

（ステップＳ２）
ステップＳ１で被膜を形成した線材を、吊り下げた状態のまま搬送手段によって熱硬化手段であるヒーターに投入して、線材に形成した被膜の熱硬化性樹脂を熱硬化させる。この際ヒーターによる熱硬化条件は、線材の材質と被膜の材質によって最適な時間と温度が選択される。

ステップＳ２によって、線材の周囲には一定の厚みの被膜が形成されるが、さらに厚みを必要とする被膜を形成する場合には、上記のステップＳ１及びステップＳ２を複数回繰り返すことによって、希望する厚みの被膜を形成することができる。尚、線材の周囲に被膜を形成する際に、塗布部を接触させる位置を先に接触させた位置に対して任意の角度変更することによって、さらに被膜の厚みを均一にすることができる。

以下に、本発明の細線の被膜作成方法に使用する被膜作成装置について説明する。図２は本発明の被膜作成装置の一実施例を示す概要説明図である。

図２に示すように、本発明の細線の被膜作成装置１は、線材２を取付けて垂下する保持装置４と、この線材２の周囲に被膜を形成する塗布装置５と、塗膜材を攪拌する攪拌装置１０と、線材２を搬送する搬送装置（図示せず）と、被膜材を熱硬化する熱硬化装置１１とから構成され、制御手段であるコントローラ１２によってそれぞれ制御されている。

保持装置４は、線材２の一端側に錘３を取付けて吊り下げて保持できる構造であればよく、とくに径の細い線材の場合には捩れなどを生じないように、筒状の保持部を有する保持装置が望ましい。また、保持装置４は後述するコントローラ１２の制御によって塗布装置５と熱硬化装置１１に搬送される。

塗布装置５は、塗布部であるブラシ６を線材２に対して垂直方向となるように取付けられており、このブラシ６は上下方向に移動可能とされる。またこのブラシ６の移動位置及び移動速度はコントローラ１２によって制御される。

攪拌装置５は、塗膜材である熱硬化性樹脂と専用の溶剤を混合させた熱硬化性樹脂溶液８を投入したガラス製の容器７と、熱硬化性樹脂溶液８内に入れた磁気スターラーバー９と、この磁気スターラーバー９を回転させて熱硬化性樹脂溶液８を攪拌させる専用モーター（図示せず）から構成されており、コントローラ１２によって予め設定された回転数で専用モータを回転させて、磁気スターラーバー９を回転させると、熱硬化性樹脂溶液８の粘度変化によって磁気スターラーバー９の回転数に誤差が生じる。この誤差を回転センサー（図示せず）によって熱硬化性樹脂溶液８の粘度が計測される。

熱硬化装置１１は、塗布装置４によって被膜材を塗布された線材２を、上部の孔部１３から挿通して、コントローラ１２により温度と時間が制御され、被膜材である熱硬化性樹脂を硬化させる。尚、熱硬化装置１１の上部には孔部１３の開閉を行なうシャッター部（図示せず）が設けられ、線材２を保持する。

コントローラ１２は、上記した線材２の搬送制御、塗布装置５のブラシ６の移動制御、攪拌装置１０の攪拌により計測した粘度値からブラシ６の移動速度制御、熱硬化装置１１による加熱制御を夫々行い、被膜作成装置１による被膜厚みを一定に制御すると共に、要望される被膜厚みを確保する。

以下に、本発明の細線の被膜作成方法を実施例に従ってさらに詳細に説明するが、本発明は、この実施例に限定されるものではない。

（線材の準備）
まず、直径４０μｍのタングステンワイヤーを準備し、１５ｃｍにカットした。次にこのタングステンワイヤーの一端側に、鉛板を適宜のサイズに切断して巻きつけ、注射針の先端側から挿通して他端側をルアーロックプラグによって固定した。

（被膜材の準備）
ガラス製のビーカーに、エポキシ樹脂溶液を投入し、所定の希釈条件で希釈した後、磁気スターラーバーを回転させて攪拌した。磁気スターラーバーの回転を回転センサにてモニタし、必要に応じて粘度の調整を行った。

（被膜の作成）
準備したタングステンワイヤーのキャップ側をロボットアームによって保持させて、錘を下方にして吊り下げた。次に攪拌を行なったエポキシ樹脂溶液の入ったガラス製のビーカー内に、上下移動自在なブラシを浸して適量のエポキシ樹脂を含ませ、駆動装置によって上方向に移動させる。そして、ロボットアームの回動によってタングステンワイヤーをブラシ表面位置まで移動させてタングステンワイヤーの周方向一側面側に接触させる。この状態からブラシを錘のある下方向へ一定速度で移動させた。尚、ブラシをタングステンワイヤーに接触させる位置、ブラシの移動速度及びブラシをタングステンワイヤーから離脱させる位置はコントローラによって予め決定されている。とくに移動速度は熱硬化性樹脂溶液の粘度測定値によって決定されており、これらの制御情報に基づいてロボットアームとブラシの駆動が行なわれる。

タングステンワイヤーの周方向一側面側にエポキシ樹脂の被膜を形成した後、ロボットアームを再度回動させてタングステンワイヤーを搬送して、タングステンワイヤーの他の周方向にブラシを接触させた。そして、上記と同様にブラシを下方向に移動させてエポキシ樹脂の被膜を形成した。

（被膜の熱硬化）
被膜を形成したタングステンワイヤーをロボットアームの回動によって、さらに熱硬化装置の上部に移動し、タングステンワイヤーを熱硬化装置の上部孔部から投入して、シャッターによってタングステンワイヤーを保持した状態で予め設定された１００℃、３０分間の加熱、さらに１８０℃、３０分間の加熱によって熱硬化を行なった。

被膜を作成したタングステンワイヤーは、直径４０μｍの金属線の周囲にエポキシ樹脂が均一に被膜を形成していることが確認できた。尚、上記した被膜作成の際に１０回繰り返して塗布を行なった結果、樹脂膜厚は１２μｍとなった。

（被膜の評価）
上記線材に対して、中心ワイヤーであるタングステンワイヤーに最大で１００Ｖが印可できる定電流装置を使用し、表面に被覆した熱硬化製樹脂部分からの漏れ電流を計測可能なテスターを使用して被膜の評価を行なった。

上記の装置を使用して、上記被覆したタングステンワイヤー上で動作させると、エポキシ樹脂の被膜を形成した箇所において漏れ電流は検出されず、ピンホールの無い絶縁被膜が形成されていることが確認された。

以上、本発明による細線の被膜作成方法及びこれを使用する細線の被膜作成装置によれば、線材を垂下させ下方向に所定の力で牽引して保持し、この線材の周囲に被膜を形成する熱硬化性樹脂の粘度に調節して、刷毛、ブラシもしくはローラーによって熱硬化性樹脂を線材の周方向一端側に接触させて上方から下方へ移動させながら塗布し、さらに線材の周方向の他端側に接触させて上方から下方へ移動させながら塗布するため、線径が６．５〜１００μｍの細径の線材であっても常に一定の厚みの被膜をピンホールなどの欠陥を生じることなく形成できる。

１被膜作成装置
２線材
３錘
４保持装置
５塗布装置
６ブラシ
７容器
８熱硬化性樹脂溶液
９磁気スターラーバー
１０攪拌装置
１１熱硬化装置
１２コントローラ
１３孔部

Claims

線材の周囲を被覆する被膜作成方法であって、前記線材の周囲の塗布位置と塗布速度を決定して塗布手段によって塗布するステップとからなり、該塗布手段の塗布部を前記線材の周方向一端側に接触させて長手方向に移動させ、さらに該線材の他の方向から前記塗布手段の塗布部を接触させて長手方向に移動させることによって前記線材の周囲に被膜を形成することを特徴とする細線の被膜作成方法。
前記線材の周囲の塗布位置と塗布速度を決定して塗布手段によって塗布するステップにおいて、該被膜材の粘度を計測する計測手段をさらに含み、該計測手段によって計測された粘度に基づき、制御手段によって塗布手段の塗布速度を決定することを特徴とする請求項１に記載の細線の被膜作成方法。
前記線材は、金属、プラスチック、セラミックのいずれかであり、線径が６．５〜２００μｍの細線であることを特徴とする請求項１又は２記載の細線の被膜作成方法。
前記被膜材は、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂のいずれかの熱硬化性樹脂であり、また前記塗布手段の塗布部は刷毛、ブラシもしくはローラーであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の細線の被膜作成方法。
前記熱硬化した被膜材にさらに被膜材を塗布するステップと、該被膜材をさらに熱硬化させるステップを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１、２又は４いずれかに記載の細線の被膜作成方法。
前記熱硬化した被膜材にさらに被膜材を塗布するステップと、該被膜材をさらに熱硬化させるステップを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１、２、４又は５いずれかに記載の細線の被膜作成方法。
請求項１乃至４に記載の細線の被膜作成方法に使用する細線の被膜作成装置であって、線径が６．５〜２００μｍの線材の周囲に、制御手段によって前記線材の周囲の塗布位置と塗布速度を決定して塗布する塗布手段と、該線材を熱硬化する熱硬化手段とからなり、該塗布手段の塗布部である刷毛、ブラシもしくはローラーを前記線材の周方向一端側に接触させて長手方向に移動させ、さらに該線材の他の周方向から前記刷毛、ブラシもしくはローラーを接触させて長手方向に移動させて被膜を形成し、熱硬化手段によって熱硬化させることによって、前記線材の周囲に被膜を形成することを特徴とする細線の被膜作成装置。