JP2010530327A - ウェブ上への超音波射出成形 - Google Patents

Abstract

型の半片（１８、２０）の間に位置するキャリアウェブ（３４）上の射出成形部品。超音波エネルギーを型空洞に加えることによって、ポリマー溶融物の型への流入を補助する。成形作業後、型の半片を分離させ、別の成形手順のための次の位置に、キャリアウェブを前進させるか又は割り出す。成形装置は、第１の型部材（１８）（静的であることができる）に向かう方向に、及び第１の型部材から離れる方向に移動できる可動式型面（２０）であって、第１の型部材の中に型空洞が置かれている可動式型面（２０）と、第１の型部材と前記可動式型面との間のキャリアウェブを移動及び／又は割り出すための手段（２４、２５、２６、３０、３２）と、成形型空洞の中にポリマー溶融物を射出する手段（１６）と、超音波エネルギーを前記型空洞に供給する超音波システム（４２）と、を含む。キャリアウェブは、コーティング、乾燥、点検、硬化、組み立て又はパッケージングのような、その後のプロセス工程に成形部品を運ぶことができる。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許仮出願第６０／９４５２１７号及び同第６０／９４５２２４号の優先権を主張し、これら特許のいずれも、２００７年６月２０日に申請されたものであり、その内容の全体が参考として本明細書に組み込まれる。

（発明の分野）
本開示は、超音波補助成形法、及びその関連装置に関する。

成形物品は周知であり、一般的に利用されている。繊細な構造体を上に有する成形物品は、成形した後、加工及びハンドリングするのが困難である場合がある。小さくて繊細な構造体を射出成形するのは、典型的には、溶融物質を型空洞の中に射出し、型内に入れたままその溶融物質に追加の熱を加え、溶融物質が型内の小さい空洞の中に流入するように追加の時間を取ることによって実現される。

マイクロニードルを成形する方法は、国際公開第２００５／０８２５９６号に開示されており、超音波エネルギーの利用を含んでよい方法は、国際公開第２００６／０６２９７４号に開示されている。可撓性材料の連続ウェブの上に部品を成形する方法は、米国特許第４，９２１，６７１号に教示されており、プラスチック環を薄いプラスチックのシート上に射出する間に、接合される上方ダイ部品と下方ダイ部品との間の該シート上に容器キャップを作製する方法が米国特許第２，９６５，９３２号に開示されている。電磁誘導を利用して型を予熱することは既知である。

本開示は、キャリアウェブの上に部品を射出成形する方法を提供する。開示されている方法のいくつかの実施形態は、キャリアウェブに超音波振動を加え、それはキャリアウェブを型の半片間で割り出しすることを含む。本開示は、成形部品を加工した後、ハンドリングする方法も提供する。更には、本開示は、ウェブ上のデバイス成形配列体及び成形デバイスを作製する装置を提供する。

本発明の方法は、
第１の型部材と、型を閉じるために第１の型部材に向かう方向に及び第１の型部材から離れる方向に移動できる可動式型部材とを有する射出成形装置であって、第１の型部材又は可動式型部材の少なくとも１つの中に型空洞があり、その型空洞が、少なくとも２：１のアスペクト比によって特徴付けられる複数の微細構造機構を有する射出成形装置を準備する工程と、
型空洞が閉じている間に、型空洞の中にポリマー溶融物を射出する工程と、
超音波ホーンによって超音波振動を型空洞に加える工程と、
Ａ．型が閉じているときに、キャリアウェブが第１の型部材と可動式型部材との間に位置すると共に、ウェブの一部が型空洞に面し、ウェブの一部が、閉じた型の外側に位置するように、キャリアウェブを配置するプロセスパラメーターと、
Ｂ．電磁誘導加熱手段によって型空洞を加熱するプロセスパラメーターと、
Ｃ．電気抵抗加熱によって型空洞を加熱するプロセスパラメーターと、
から選択した少なくとも一組のプロセスパラメーターを適用する工程、を含む。

電磁誘導（ＥＭＩ）加熱を用いて、射出型空洞内の微細構造化ツールの迅速な局部加熱を施すことができる。ＥＭＩを用いて、ＥＭＩなしで作製される物品に比べて、型内の応力と、作製される成形物品の複屈折とを大幅に減少させる形で、比較的短い成形サイクル時間（例えば１０秒未満）で型パターンを優良に複製する５マイクロメートル未満の機構を有する部品を成形できる。

「微細構造体」とは、それよりも大きい物品上の微細な機構又は構造体（１μｍ〜１ｍｍの寸法（例えば、長さ、幅、又は高さ）を少なくとも１つ有するもの）を意味する。このような機構は、例えば、空洞、溝又は突出部（例えば、ポリマーのディスク（以下ではランドと称する）上のマイクロニードル配列体内のマイクロニードル）であってもよい。

マイクロニードルは、物品の基部又はランド（例えば、マイクロニードル配列体のディスク又は円形基部）から出ている小さい先細形状の微細構造体である。マイクロニードルは、基部から先端まで延びると共に先細になっており、角錐、円錐、又はとりわけ米国特許出願公開第２００３／００４５８３７号及び国際公開第２００７／０７５６１４号に開示されているような形等を有することがある。マイクロニードルは、皮膚の角質層を貫通して、治療薬の経皮的送達又は皮膚を通じた流体のサンプリングを容易にすることができる。マイクロニードルの高さは、基部から先端において、通常は１０００μｍ未満であり、典型的には、２０〜５００μｍ又は２５〜２５０μｍの範囲であり、アスペクト比は、２：１〜６：１の範囲であってもよい。

「アスペクト比」とは、機構（マイクロニードルのような微細構造機構等）の高さ又は長さの、その機構の最大幅部分（マイクロニードル配列体の基部として機能するランドとマイクロニードルが交差するマイクロニードルの基部等）の幅又は直径に対する比率を意味する。多角形又は矩形の基部を有する角錐形のマイクロニードルの場合、アスペクト比を求めるのに用いる最大基部寸法は、基部を横断して対向し合う角部を結ぶ対角線となる。

「配列体」とは、表面上に２つ以上の物品又は機構が相互に近接し合って配列されたものを意味し、特定の幾何学的秩序に沿っていても沿っていなくてもよい。

「充填率」は、ポリマー溶融物を詰めることのできる、１つの微細構造機構の深さである。例えば、マイクロニードル空洞が深さ２５０μｍであり、ポリマーをその空洞の１２５μｍの深さまで詰められる場合には、充填率は５０％となる。

本発明の方法で用いる装置は、
第１の型部材と、
第１の型部材に向かう方向に及び第１の型部材から離れる方向に移動できる可動式型部材と、
第１の型部材内にあると共に可動式型部材に面する型空洞と、
第１の型部材及び可動式型部材が閉じた位置にあるとき、ウェブの一部が型空洞に面すると共に、第１の型部材及び可動式型部材によって取り囲まれる区域の外側にウェブの一部が位置するように、ウェブを第１の型部材と可動式型面との間で移動させるためのウェブハンドリング手段と、
溶融物を型空洞の中に射出する手段と、
型空洞内の溶融物に超音波振動を送るための超音波システムと、
を含む射出成形装置を含み、
該装置は、
Ａ．可動式型部材が第１の型部材に向かって移動して型を閉じるたびに、キャリアウェブを、その長さ沿いの異なる位置に割り出すウェブ割り出し手段と、
Ｂ．型空洞内の型インサート、及び／又は型空洞を取り囲む金属を加熱できる電磁誘導ヒーターと、
Ｃ．電気抵抗加熱手段と、から選択した少なくとも１つの構成要素を更に含む。

既にＥＭＩ加熱を実現させるほど型空洞の十分に近い位置にＥＭＩヒーターがない場合に、そのような位置にＥＭＩヒーターを配置できる位置決め手段を用いることができる。型空洞を効果的に加熱できるほど十分近くにＥＭＩヒーターを配置できる限り、その他の形状を用いることができる。例えば、ＥＭＩヒーターは、第１の型部材内において、型空洞に近い位置に置くことができる。このケースでは、上記のような位置決め手段は不要となる。

型に関しては、「機構」という用語は、マイクロニードル又はレンズのように、成形される物品の形を少なくとも部分的に定めることのできる型空洞内の三次元の空洞、へこみ、又はくぼみを意味する。

型の非常に小さい機構への充填は、型温を調整するための伝熱手段の利用を制御する動的な型温循環の助けを借りる。動的な型温循環では、まず、射出されるポリマーの軟化温度を上回る温度（例えば、ポリカーボネートの場合には１４９℃超）まで型を加熱する。高い型温は、ポリマーの溶融粘度を低く保って、型機構に充填しやすくし、粘弾性の皮張りを最小限に抑えるのを助ける。成形部品の形成後、軟化点未満まで型を冷却し、溶融ポリマーの凝固を助ける。型温循環の方法は、国際公開第２００５／０８２５９６号及び米国特許第５，３７６，３１７号に記載されている。

動的な型温循環の有効性は、型の加熱速度及び冷却速度によって制限される。熱伝導の高い材料（例えばベリリウム−銅合金）を用いて、伝熱を向上させることができるが、伝熱速度は、油のような、用いられる伝熱手段の特性によって制限される。

「サイクル時間」という用語は、第１の型部材と可動式型部材との間にキャリアウェブを有する状態で、射出成形装置を閉じてから、キャリアウェブを割り出し、１つ又は複数の成形物品を型空洞区域から離れる方向に動かし、次の成形サイクルのためにキャリアウェブの一部を配置するまでの時間を意味する。各成形サイクル中、サイクル時間は、成形空洞（インサート内のいずれのマイクロ空洞も含む）を溶融ポリマーで実質的に満たしてから、ポリマーの軟化点未満までポリマーを冷却可能にするほど十分でなければならない。

本発明の方法では、型機構への充填も、成形サイクルの一部として、型部品の超音波及び／又はＥＭＩ加熱を利用することによって補助する。ポリマー溶融物を型空洞に充填した後、ポリマーのガラス転移温度を下回る温度まで型を冷却して、空洞から成形物品を押し出し可能にする。本発明のプロセスにおけるプロセスパラメーターの組み合わせによって、従来技術を実行するときに実用的である成形サイクル時間よりも短い成形サイクル時間が可能になる。本発明のプロセス及び装置は、良好な忠実度（すなわち、非常に小さい型機構の良好な複製性能）、及び２０秒以下の成形サイクル時間を有する射出成形微細構造化物品（５μｍ未満の寸法を有する機構を有するもの）を可能にする。

キャリアウェブ上の型部品密度を最大化するために、本発明のプロセスは、キャリアウェブ上で千鳥配列に成形空洞が配置されるように設計することができる。この概念は後で説明するが、キャリアウェブに付着された成形物品配列体であって、成形物品間の最も近い中心間距離又は縁部間距離が、射出成形装置の型空洞間の中心間距離又は縁部間距離よりも近い成形物品配列体をもたらすことができる。

本開示の原理による成形システムの概略的側面図である。 閉じた位置にある型空洞の概略的切欠図であり、キャリアウェブの第１の側面の上に成形された物品を示す。 型空洞の概略的横断面図であり、キャリアウェブの第１の側面と第２の側面の上に成形された機構を示す。 第１の型側部と第２の型側部の概略的斜視図である。 キャリアメディア上の複数の物品の上面図である。 図２の型空洞から引き抜いた部品の側面図である。 図４の型側部の概略的横断面図である。 部分的に巻き取られたキャリアウェブであって、その上に複数の成形物品を有するキャリアウェブを示す。 更に加工されている、キャリアウェブ上の部品を示す。 キャリアウェブ上のマイクロニードル配列体の上面図である。 マイクロニードル配列体のマイクロニードルを示す詳細図である。 図１０のマイクロニードル配列体の横断面図である。 図１１のマイクロニードル配列体の代替実施形態の横断面図である。 図５のキャリアメディア上の成形物品の配列を得るための射出成形装置ノズルの配列の概略図である。 型空洞の正面図であり、分割線、排出口及びオーバーフローを示す。 図１４の型空洞の部分断面図である。

図１を参照してみると、本開示の実施形態による射出成形システム１０の概略図が示されている。図示されている実施形態では、システム１０は、溶融される材料（例えば、プラスチック又はプラスチックに包まれた金属ペレット）を受容するためのホッパー１２と、システムに動力を供給するためのモーター１４と、材料を溶融して送り込むための加熱チャンバ１６と、第１の型部材１８と、超音波ホーン４２が中に設置された第２の型部材２０と、を含む。図示されている実施形態では、第１の型部材１８は静的なものであり（ただし移動可能である場合もある）、第２の型部材２０は、第１の型部材１８に向かう方向に、及び第１の型部材１８から離れる方向に移動する。

成形システム１０は、ウェブ割り出しシステム２２を更に含む。図示されている実施形態では、ウェブ割り出しシステムは、フィードロール２４と、取り込みロール２６と、引っ張りロール３２と、フィードロール２４と取り込みロール２６との間の多数のガイロドーラー２５及び３０と、を含む。割り出しシステム２２は、第１の型半片（第１の部材）１８と、第２の型側部又は可動式型部材２０との間でウェブ３４を動かすように設計されている。ウェブ３４は、本明細書では、フィルム又はキャリアウェブと同義的に称される。キャリアウェブに関する位置又は移動を説明する際、ウェブがその長さに沿って移動する方向の位置又は移動を「下りウェブ」と呼び、その反対方向（ウェブがほどかれる方に向かう方向）の位置又は移動を「上りウェブ」と呼ぶ。

典型的な射出成形システムは、ウェブ割り出しシステムを含まないが、「マイクロニードル配列体の製造（Manufacturing Microneedle Arrays）」という表題の国際公開第２００７／０７５８０６号に、ウェブが型を通り抜けるシステムが記載されていることに留意すべきであり、この特許は、参考としてその全体が本明細書に組み込まれる。型部材１８と型部材２０との間にキャリアウェブ３４を割り出すようにウェブ割り出しシステムを設計することは、当該技術分野の技量の範囲内である。ウェブ割り出しシステムは、米国特許第４，８４８，６３０号及び同第５，４７０，３００号によって例示されているように、当該技術分野において既知である。

電磁誘導ヒーター１５は、第１の型部材１８とウェブ３４との間に示されている。ＥＭＩヒーターは既知であり、このヒーターは、電磁誘導コイルを収容する誘導コイルハウジング１９を有する。誘導ヒーター１５は、アーム１７に取り付けられており、アーム１７は、誘導ヒーターを上げ下げすると共に、第１の型部材１８の近くに誘導ヒーターを配置するアクチュエータ（図示せず）に取り付けられている。本発明の成形プロセスの１つの実施形態では、型空洞及びインサートの表面の迅速な局部加熱をもたらすように、ＥＭＩヒーターは、型空洞にごく接近して（例えば、型プレート３７（図２参照）の表面と誘導コイルハウジング１９との間隙が＞０〜２ｍｍで）配置されている。電磁誘導加熱は、（上記の）動的な型温循環と併せて利用する。微細又はナノ機構によって物品を射出成形する際には、ポリマー溶融物が露出される表面の温度は、成形物品の品質に影響を及ぼすことがあり、動的な型温循環と組み合わせたＥＭＩ加熱は、各成形サイクルにおいてその表面温度を迅速に上昇させる手段として用いる。

ＥＭＩ加熱装置は、米国カンザス州ウィチタ（Wichita）のＭＳＩオートメーション社（MSI Automation, Inc.）のような企業から市販されている。典型的なＥＭＩヒーターは、１〜５ＫＷの電力を有することになり、表面加熱のために２５〜４５０ＫＨｚの範囲の出力周波数をもたらす。本発明を開発する際には、直径約２．５４ｃｍ、水冷式、セラミック製ハウジングに囲まれた銅製誘導コイル（直径約３．１８ｃｍ、長さ４．４５ｃｍ）、電力１５００Ｗ、実使用電力７００〜１２５０Ｗ（１〜１０に及ぶ電力設定に左右される）、１２０ボルト、１３アンペア及び２５〜５０ｋＨｚの出力周波数という特徴を有するＥＭＩ装置を用いた。誘導加熱時間の合理的な範囲は、本明細書に記載されているシステムにおいては、６〜１２秒である。本発明を開発する際に用いた装置内の円形型空洞３３（図２参照）の直径は、約１２．７ｍｍであった。用いたＥＭＩ装置は、必要以上に直径が大きかった。理想的には、上記よりも小さいＥＭＩヒーターであって、型空洞又は型空洞の断面と概ね適合する表面を有するヒーターを用いることになる。

最大電力容量の約５０％の誘導電力設定で、１５００ＷのＥＭＩヒーターを用いたところ、マイクロニードル用の型インサートは、１２１°〜１７７℃の温度に達したが、この温度は、ポリカーボネートからマイクロニードルを成形するのに有用である。ＥＭＩ加熱は、型空洞又はインサートの表面に集中するため、型空洞への充填後、急速な放熱（例えば、取り囲んでいる金属の塊、及び熱伝導流体への放熱）が起こる場合がある。一般に、電磁誘導コイルハウジングと型プレート面との間隙が約１．５〜２ｍｍの範囲であることによって、概ね類似の温度プロファイル（すなわち、インサート温度−誘導コイル電力設定曲線）を得られ、一方、１０１６μｍというこれよりも狭い間隙では、その結果生じる、型インサートの温度上昇は、比較誘導活性化時間（３〜８秒）において、より高かった。

図２及び３を参照すると、型空洞の実施形態の横断面図が、より詳細に図示及び説明されている。図２は、キャリアウェブ３４の第１の側面４８の上のみに成形物品４６が置かれている実施形態を示している。図３は、キャリアウェブ３４の第１の側面４８及び第２の側面４４の双方の上に成形機構５０、５２が置かれている実施形態を示している。

成形物品を作製するための射出成形プロセスで用いられるポリマーは、型空洞及びインサートの所望のパターンを正確に複製する機能、成形ポリマーの強度性及び強靭性、並びに成形ポリマーの目的用途との互換性のような特性に基づいて選択した様々なポリマーを含んでもよい。例えば、使用時に屈曲又は破断を阻止する比較的剛く強靭なマイクロニードルを形成できるポリマー若しくはポリマーブレンド、又は化合物を選択してもよい。いくつかの有用なポリマー材料は、３００℃及び重さ１．２ｋｇでＡＳＴＭ Ｄ１２３８によって測定した場合において、５ｇ／１０分、１０ｇ／１０分、又は２０ｇ／１０分を超えるメルトフローインデックスと、１００％を超える引張破断伸び（ＡＴＭ試験 Ｄ６３８（２．０インチ／分）によって測定）と、２．７Ｎｍ／ｃｍ（５フィート−ポンド／インチ）衝撃強度（ＡＳＴＭ Ｄ２５６、「ノッチ付きアイゾット」、２３℃によって測定）とを有する。いくつかの有用なポリマーは、硫化ポリフェニル、ポリカーボネート（例えば、マサチューセッツ州ピッツフィールド（Pittsfield）のＳａｂｉｃイノベーティブプラスチックス（Sabic Innovative Plastics）製のレキサン（Lexan）ＨＰＳ１Ｒという樹脂）、ポリプロピレン、アセタール、アクリル、ポリエーテルイミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート及びこのようなポリマーのブレンドである。

ポリマー溶融物を空洞の中に充填及び詰め込んでいる最中の型空洞の金属表面の温度は、用いるポリマーに左右される。温度は、型の微細構造空洞内へのポリマーの流動を向上させる低い溶融粘度をもたらすほど十分に高いが、ポリマーを劣化させるほどは高くないのが望ましい。ポリカーボネートを成形する際の典型的な型温は、充填及び詰め込み中では、６０℃〜２００℃、又は１２０℃〜１７５℃の範囲であり、型から成形部品を押し出ししている最中には、６５℃〜１２０℃の範囲である。温度は、型空洞の近くでの電気抵抗加熱のような伝熱手段、及び／又は、型空洞にごく近接した（例えば、１つ又は複数のチューブ内の）伝熱流体（例えば、６０°〜１５０℃の温度範囲の油、又は２７°〜６０℃の温度範囲の水）によって制御することができる。電気抵抗加熱の１つの形態は、金属製型インサート（例えば図２のインサート３８）との電気接続を作り出すこと、及びインサート自体を抵抗ヒーターとして用いることを含む。このような構成では、抵抗ヒーターに電力、例えば約４０〜１５０アンペア及び約０．５〜４ボルトの電力を供給するように、高電流、低電圧の変圧器を用いることができる。型空洞は、放射エネルギー、例えば赤外線エネルギー若しくはレーザー、又はヒートガンからの熱気流のようなその他の既知の手段によっても加熱してもよい。

図２を特に参照すると、キャリアウェブ３４が、第１の型部材１８と可動式型部材２０との間に示されている。図示されている実施形態のキャリアウェブ３４は、ポリカーボネートフィルムで構築されているが、多くのその他の材料（例えば、金属箔、多孔質又は非多孔質ポリマー、織布、不織布、又は編布の合成物等）でウェブ３４を構築できることは理解されたい。このプロセスにおけるキャリアウェブに関しては、「合成物」という用語は、金属及びポリマーの双方でできているウェブ、又は、金属とポリマーフィルム、布とポリマー、若しくは紙とポリマーとのラミネートのように、１つを超える原材料を含むウェブを意味する。キャリアウェブ用に適したポリマーの例は、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリイミド、及びポリエステルである。キャリアウェブの厚みは、５〜１２５０μｍの範囲、又は２５〜５００μｍであってもよく、好ましくは２５０μｍ未満である。

キャリアウェブを用いることによって、スプルー及び／又はランナー（射出成形でよく使われるが、高価なポリマーの無駄が多い）の使用を最小限に抑えるか又は排除することができる。キャリアウェブは、型からイジェクトした後、成形部品をハンドリングするためのコールドランナーの必要性を排除する。可動式型部材と第１の型部材との間のキャリアウェブは、断熱材としても機能することができ、型空洞からの伝熱を阻止して、ポリマー溶融物を、より長時間、より低い粘度に保つ効果を有する熱を逃がさないようにするのを助ける。

図示されている実施形態では、第１の型部材１８は、ホットマニホールドノズル３５に接合された射出ゲート３６を含み、溶融材料を型空洞３３の中に直接誘導する。ゲート３６は、円形である空洞３３の中央にあるが、射出ゲートの位置は、他の位置にすることもでき、１つのゲート（又は複数のゲート）の位置付けは、当該技術分野の技量の範囲内である。図示されている実施形態では、型空洞３３は型プレート３７の中にあり、型プレート３７は、第１の部材１８に取り付けられている。ホットマニホールドノズル３５は、ノズルの出口を開けるピンの収縮力によって機能し、ポリマー溶融物を型空洞の中に放出する。インサート３８は、空洞に面する表面４０を含み、この表面は、その中にマイクロ空洞３９（例えば、マイクロニードルを形成するのに用いられる空洞）を含む。インサートは型空洞の内側にあるが、空洞の一部と見なされる。射出成形マイクロニードル（又は、微細構造を有するその他の物品）を作製するために用いられる型インサート（スタンパーと呼ばれることもある）は、マイクロニードル配列体のネガ型の形で電気鋳造されたニッケルツールを含むことができる（国際公開第２００５／０８２５９６号の６〜９ページ参照）。インサート３８を有する型形状によって、１つの異なる形用の又は異なる細部を有する型インサート３８を交換することによって、同じ型空洞３３を用いて、数多くの異なる物品４６を成形するのが可能になる。

本発明のプロセスでは、可動式型部材２０を動かしてキャリアウェブ３４と接触させ、射出成形機によって供給される十分な力で型をクランプすることによって、型空洞３３を閉じる。続いて、ポリマー溶融物を型空洞の中に射出し、部分的に圧力を用いて、型空洞に溶融物を充填してもよい。ポリマー溶融物の型空洞への射出の一部は、型空洞内の圧力が特定の圧力（「充填圧力」）に達することに基づいてもよい。充填圧力（例えば、３．５〜４１４メガパスカル（ＭＰａ）、又は３４．５〜１３８ＭＰａの範囲）を有限時間（「ホールド時間」という）の間、加える。型マイクロ空洞への均一な充填を実現するために、１０３ＭＰａを超える圧力を用いてもよい。充填圧力を取り除き、通常ポリマーの軟化温度以下である取り出し温度まで、型空洞内の材料を冷却する。続いて、型部材を分離して、成形物品を型空洞から取り出す。

本発明として有用なプロセスパラメーターは、６０〜３６０ｍｍ／秒の射出速度、３．５〜２０７ＭＰａ、好ましくは１０３〜１３８ＭＰａの充填圧力、０．５〜１０秒のホールド時間、４９°〜１５０℃、好ましくは１２１℃未満の射出時型温度（ポリカーボネートの場合）、４９°〜１３８℃、好ましくは１２１℃未満のイジェクト時型温度（ポリカーボネートの場合）である。

図示されている実施形態では、射出成形装置の可動式型部材２０は、溶融材料が型空洞の内部にある間に、溶融材料に補助エネルギーを加えるメカニズムを含む。図示されている実施形態では、このメカニズムは超音波ホーン４２であり、このホーンは、超音波振動エネルギーを生成するように設計されている。本発明を開発するのに用いた超音波ホーンは中実であったが、中空であってもよい。ホーン用の構築材料は当該技術分野の技量の範囲内であるが、典型的には、チタン、アルミニウム、又は鋼である。本発明を開発するのに用いた超音波ホーンはチタン製であった。

図示されている形態では、キャリアウェブ３４は、ホーン４２に押し付けられており、ホーン４２は、ウェブ３４の第２の側面４４に超音波振動を送る。この超音波振動は、ウェブ３４を通じて、型空洞内の溶融材料に伝わる。射出成形プロセスにおける速度−圧力の切換え中（射出成形機が、成形空洞にポリマー溶融物を充填する段階から、空洞内に圧力をもたらす段階に切換える期間）に、超音波振動を用いてよい。

エネルギーの周波数は、５，０００〜６０，０００Ｈｚ、場合により１０，０００〜６０，０００Ｈｚ、より典型的には２０，０００Ｈｚ〜６０，０００Ｈｚ、又は２０，０００〜４０，０００Ｈｚの範囲にすることができる。２０，０００Ｈｚの周波数においては、ホーン４２の尖頭間振幅は、典型的には１２７μｍ未満であり、５１μｍ未満にすることもできる。振幅は、ホーンの形と励起入力の関数である。７．５〜１５μｍの範囲の振幅が有用であることが分かっている。超音波エネルギーは一般に、所望の周波数の電気エネルギーを供給する電源（例えば５００〜５０００ワットの範囲）を用いることによって供給する。電気エネルギーをコンバータ又はトランスデューサに送り、コンバータ又はトランスデューサが、そのエネルギーを振動に変え、その振動を増幅又は増大させて、ホーンを介して伝導させることができる。

溶融材料に付与されるエネルギーによって、その材料は型空洞内で更に流動する。ホーンは、ポリマー溶融物にエネルギーを伝達して、ポリマー溶融物が、型インサートのマイクロ空洞の中に更に容易に流入するようにする。空洞の中央に射出ゲート３６を置くことは、その他のゲート位置（例えば空洞の外辺部）に比べて、超音波振動を加える際に要するワット数又はエネルギーを低下させるという利点を有する。これは、１つの電力供給装置（例えば５０００Ｗ）によって供給される超音波エネルギーを、より多くの型空洞が利用できる可能性をもたらす。

成形物品のキャリアウェブへの取り付けは、超音波振動の振幅に左右される。例えば、ポリカーボネートフィルムとポリカーボネート溶融材料を用いるとき、２．５〜７．５μｍの尖頭間振幅は、成形物品とキャリアウェブとの間に弱い結合をもたらす一方で、５０％未満の充填率ももたらす。７．５〜１５μｍの振幅は、成形物品とキャリアウェブとの間に良好な結合強度をもたらすと共に、充填率も向上させる（例えば＞７５％）。１５μｍ超の振幅は、優れた結合強度と、高い充填率（例えば＞８５％）をもたらす。キャリアウェブ３４上の成形物品４６が形成された後、その成形物品を支持しているウェブ３４の部分を型の中から外へ割り出し、ウェブ３４の新しい部分を、型空洞に面する位置に割り出す。

図３を特に参照すると、キャリアウェブ３４の第１の側面４８及び第２の側面４４の双方の上に、成形機構５０、５２が図示されている。図示されている実施形態は、第１の型部材１８の上に射出ゲート５６を、可動式型部材２０の上に射出ゲート５４を含み、可動式側部２０の上にはホーン５８が含まれている。数多くの代替的なゲート及びホーン形状が可能であることを理解されたい。図示されている実施形態では、成形機構５０は、ドーム状の断面形を有し、成形機構５２は、矩形の断面形を有する。更には、機構５０、５２は相互に対向し合っており、協働して有用なデバイス（例えば光学レンズ）を形成する。代替実施形態では、キャリアウェブ３４のいずれの側面上の機構５０、５２は、形及び／又は材料の面で、同じにすることも別にすることもできることを理解されたい。代替実施形態では、機構５０、５２は、キャリアウェブ３４上で、相互に対向し合う必要はないことも理解されたい。

１つの代替実施形態では、キャリアウェブは、溶融物がウェブの一方の側面から他方の側面に流動できるようにするミシン目又は１つ以上のスリット若しくは穴を含むことができる。キャリアウェブは、型の排出を可能にするのに十分な表面溝又は表面性状を有してもよい。ポリマー溶融物を、ゲートから、キャリアウェブを通じてウェブの反対の側面上の空洞の中に射出するのに十分な射出圧力を用いてもよい。このような実施形態によれば、型機構はウェブの１つの側面上にある射出ゲートによって、ウェブの両方の側面上に成形機構を形成することができる。代替実施形態では、ゲート５６、５４が、多くの他の方向（例えば、上、下及び側面）から、溶融材料を型空洞の中に送り込むことができることも理解されたい。

いくつかのレンズは、一方の側面上に低アスペクト比の機構を、他方の側面上に比較的高アスペクト比の機構を含む。第１の型部材と可動式型部材との間のキャリアウェブでは、コイニングストロークによって、可動式型部材に面するウェブの側面上に、レンズの低アスペクト比側をエンボス加工してもよい。ウェブの反対の側面上では、ポリマー溶融物を型空洞の中に射出して、同じコイニングストロークが、圧縮下で、浅い又は低アスペクト比のレンズ部品と、レンズの高アスペクト比側を同時に形成してもよい。レンズの一部としてキャリアウェブを用いることによって、キャリアウェブに取り付けられた次の製造作業部にレンズを運ぶことができる。これは、ハンドリングと、傷のようなレンズの損傷を軽減し、組み立てを容易にする。圧縮又はコイリニングストロークによって、薄いレンズの成形が可能になる。成形サイクル中に用いられる超音波振動は、細部の鮮鋭度を上昇させ、成形物品内の応力を低下させ、より薄いレンズの成形を可能にすることができる。

図４を参照すると、第１の型部材１８及び可動式型部材２０が斜視図で示されている。図示されている実施形態は、キャリアウェブの上に複数の別個の成形物品を同時に成形できることを示している。射出型内には、４個、８個、又は更には３２個以上の空洞が存在でき、１回の成形サイクルで可能な限り多くの物品を成形するのは有益である。図示されている実施形態では、型側部１８、２０は、キャリアウェブ３４の上に８つの別個の物品を同時に成形するように設計されている。いくつかの実施形態では、物品は全く同じにすることができ、一方、別の実施形態では、物品は異なるものにすることができる。図示されている実施形態は、超音波ホーン６０、６１の面が複数の成形機構を取り囲むことができることを更に示している。図示されている実施形態では、２つの円形面状の超音波ホーンが、可動式型部材２０の上に置かれている。代替実施形態では、超音波ホーンは、片方又は両方の型側部の上に置くことができることを理解されたい。

図５及び１３を参照すると、キャリアウェブ３４がその上に、複数の成形物品Ｘ_１及びＸ_２を有する状態で示されている。キャリアウェブ３４は、物品Ｘ_１及びＸ_２を別々に、実際にピックアンドプレースすることなく、これらの物品を１つのグループとしてハンドリング可能にする支持構造体として機能する。キャリアウェブ３４は、Ｘ_１及びＸ_２が相互に対して配向された状態に保つ機能も果たす。いくつかの実施形態では、物品Ｘ_１と物品Ｘ_２が型から一度取り出されたら、これらの物品の間にあるランナーを用いて、物品の配向を保つ。図示されている実施形態では、物品Ｘ_１と物品Ｘ_２との間の最短距離又は横方向距離は、型部材上の隣接し合う型空洞間の対角線距離の約２分の１である。これは、物品Ｘ_１及びＸ_２を２つの別個の工程で成形することによって実現される。例えば、物品Ｘ_１を第１の成形サイクルでウェブキャリア３４の上に成形でき、続いて、物品Ｘ_１を上に有するウェブキャリアを、型を通じて、物品Ｘ_２をウェブキャリア３４の上に成形するための新しい位置に割り出す。図５では、矢印Ａは、キャリアウェブの移動方向を示しており、アウトラインＢは、第１の型部材１８の大まかな外辺を示しており、Ｓは、キャリアウェブが、物品Ｘ_１用の成形サイクルから、物品Ｘ_２用の成形サイクル向けの次の位置に割り出される距離である。

図１３では、３５ａは、マニホールドノズル３５と類似する、図５に示されているような成形物品の次の隣接する列で、ポリマー溶融物を型空洞の中に射出するマニホールドノズルの位置を表している。図１３に示されている空洞又はオフセット４１のようなクリアランス空洞は、型プレート及び第１の型部材の中に設計して、成形物品を接近して配置するか又は入れ子にすると共に、ウェブキャリアを更に効率的に利用することを可能にできる。ウェブキャリア３４上の数多くのその他のタイプの配列も可能であることを理解されたい。可動式型部材２０に面するキャリアウェブの側面上の成形機構を収容するためのオフセットを有する可動式型部材２０を設計することによって、キャリアウェブの両側にある上に成形する際、同じ原理を用いることができる。

図５に示されている、同時に成形される部品Ｘ_２の交互の位置又はオフセット位置によって、各型空洞を支援するための必要な構成要素（ゲート、マニホールドノズル、及び、水又は油が貫流するチューブのような伝熱手段等）のためのスペースを得られる。本発明の開発の際に経た経験によって、キャリアウェブ上の成形物品間の最小間隔は、５ｍｍほどの狭さにできることが示されている。

図６を参照すると、第１の型部材１８から取り外されている型物品６２の側面図が示されている。図示されている実施形態では、第１の型部材１８から離れる方向で、ウェブに張力を加えて、成形物品６２を型空洞の外側に引っ張っている。成形物品６２を型空洞から解放しやすくするために、張力と併せて超音波振動を用いてもよいことを理解されたい。キャリアウェブは、押し出しピン、リフター又はストリッパープレートのような機械的押し出し手段を用いなくても、ウェブ内の張力のみによって、型から成形物品を取り外せるようにもするが、代替実施形態では、超音波振動及びキャリアウェブ３４内の張力と併せて、又はそれらの代わりに、ピン又はリフターを用いて、成形物品６２を型側部１８から取り外してもよい。更なる実施形態では、超音波振動及びキャリアウェブ３４内の張力と併せて、又はそれらの代わりに、空気圧又は真空状態による力を用いて、成形物品６２を第１の型部材１８から取り外してもよい。

図７を参照すると、図４の型側部の横断面図が示されている。第１の型側部１８は、型空洞７１に向けられたホットマニホールド滴下部６４、型空洞７２に向けられたホットマニホールド滴下部６６、型空洞７３に向けられたホットマニホールド滴下部６８、型空洞７４に向けられたホットマニホールド滴下部７０を有する静的側部である。第２の型側部２０は、第１の型側部１８に向かう方向、及び第１の型側部１８から離れる方向に移動するように設計されている。図示されている実施形態では、可動式型部材２０は、溶融物に超音波振動を送るための超音波システムを含む。この超音波システムは、ブースター７６に接合されたホーン６０と、ブースター７８に接合されたホーン６１とを含み、ブースター７６はコンバータ８０に、ブースター７８はコンバータ８１に接合されている。超音波ホーン６０及び６１は、軸方向に配向されている（超音波振動は、入力励起と同じ軸方向であり、すなわち、ホーンの軸に沿って振動する）。これらのホーンは、成形空洞に面する側面上に、隆起パッド５９（例えば、型空洞よりも直径が長く、ホーンの円形表面よりも上に約２５０μｍ突起したパッド）を有し、これらのホーンは、型空洞を取り囲む円と概ね揃っていると共に、この円よりも直径が長い。ホーンは、節フランジ又はリング７５をクランプすることによって、可動式部材２０内に取り付けられており、ホーンと、可動式部材の取り囲み部品との間のクリアランスを残してある。

図示した形状は、形状の一例であることを理解されたい。代替形状は、異なる内部構成要素、又は同様の構成要素の異なるレイアウト、又は異なる超音波振動方向を含むことができる。ホーンは、例えば放射状の形で配向してもよい。図の超音波ホーンは、可動式型部材と同じ側部上に示されているが、第１の型部材と同じ側部上、又は別の位置に、１つ又は複数のホーンを置くこともできる。ただし、型空洞内のポリマー溶融物の中に超音波振動を送るのに有効な位置で、ホーンが配置及び配向される場合に限る。

図８及び９を参照すると、成形物品をハンドリング及び加工する方法が示されている。具体的には、図８は、キャリアウェブ３４をそれ自体に巻き取ることによって、成形物品をパッキングする方法を示している。図示されている実施形態では、スペーサー８２を用いて、ウェブキャリア３４との接触に起因することのある損傷から成形物品を保護する。図示されている実施形態では、スペーサー８２自体をキャリアウェブの上に成形することができる。代替形状では、キャリアウェブは、スペーサー８２をもたらす成形プロセス内で熱成形してもよい。キャリアウェブ３４との接触によって成形物品の損傷が起こる可能性が低くなるように、成形物品を設計してもよいため、代替実施形態はスペーサーを含まなくてもよいことを理解されたい。キャリアウェブ３４は、パッキング及び出荷のためにそれ自体に巻き取る必要はないことも理解されたい。代替実施形態では、パッキング、出荷、加工及びハンドリング目的で、キャリアウェブ３４を切断して断片化し、順に重ねることができる。別の代替実施形態では、パッキング、出荷、加工及びハンドリング目的で、キャリアウェブ３４をそれ自体に折り畳むことができる。

図９は、成形プロセスの後の加工工程における、成形物品８４をその上に有するキャリアウェブ３４を示している。図示されている実施形態では、キャリアメディア３４は、成形物品６２の上の成形機構８４が形成される構造体をもたらす。コーティング又は乾燥プロセス内で成形機構８４をハンドリングするための手段も提供する。例えば、コーティング液８８のタンクの上に配置されたローラー８６に成形物品を通すことによって、成形物品をコーティングすることができる。成形物品は、ローラー９０に通すことによって乾燥させることができ、ローラー９０は、キャリアウェブ３４を誘導して乾燥装置９２を通過させる。成形物品は、キャリアメディア上にある状態で、点検又は滅菌することもできる。

図１０及び１１を参照すると、成形物品が更に詳細に図示及び説明されている。図示されている実施形態は、上面９６及び下面９８を有するシート９４を含む。成形物品１００は、シート９４の上面９６に溶合された状態で示されている。図示されている実施形態では、シート９４は、物品１００に溶融された可撓性ポリマーシート（例えばポリカーボネート）である（例えば、シートと物品は、超音波によってまとめて溶接することができる）。１つの物品１００が示されているが、シート９４上に、このような物品１００を複数、隔置できることを理解されたい。図示されている実施形態では、成形物品１００は、その上に微細構造体の配列体を含む。具体的には、成形物品１００は、その上にマイクロニードルの配列体を含む。図示されている実施形態では、ニードルの高さＨは約２５〜５０００マイクロメートルであり、尖頭間距離Ｗ（ピッチとも呼ばれる）は約２５〜５０００マイクロメートルである。

マイクロニードルが隆起する起点となる基部として機能する物品の下方部分はランドと呼ばれ、距離Ｌはランドの厚みである。ランドの厚みは、型インサート（マイクロニードルを画定する微細構造体を有する）と型空洞の深さとの間の寸法的な関係によって決まる。本発明のプロセスは、非常に薄いランド（例えば、Ｌが約２５０μｍ以下のランド）を有する物品の製造を可能にする。本方法で作製することのできる厚み約５０μｍのランドは、皮膚に対する良好な適合性を有するマイクロニードルの配列体を可能にすることができる。微細構造体を上に含まない物品を含む数多くのその他の物品も可能であることを理解されたい。

図１２を参照すると、図１０及び１１の物品の代替実施形態が示されている。図示されている実施形態では、成形デバイス１０２は、シート１０４と溶合されていない。図示されている実施形態では、成形デバイス１０２とシート１０４は、異なる材料で構築されており、噛み合う形で接合されている。例えば、成形デバイス１０２は、ポリマー又は金属構成体を含むことができ、シート１０４は、紙構成体又は金属構成体（例えば金属箔）を含んでもよい。デバイス１０２とシート１０４が噛み合うように、デバイス１０２はシート１０４の上に溶融されている。デバイス１０２は、代替実施形態では、相互に噛み合うことができる（例えば、インモールドアセンブリが可能である）。図示されている実施形態では、シートは、アンダーカット機構を含むが、代替形状も可能である（例えば、紙などのシートは、成形デバイス１０２がその周囲に成形される突出部を含むことができ、あるいは、シートの表面は多孔質であってもよい）ことを理解されたい。いくつかの実施形態では、デバイス１０２はシート１０４から分離しやすいのが望ましく、別の実施形態では、デバイスはシート１０４から分離しにくいのが望ましい。幾何学的形状は、デバイスとシート１０４との間の接合の所望のタイプに応じて様々にすることができる。図示されている実施形態では、シート自体が裏側にエンボス加工されている。このようなエンボス加工は、成形プロセス中に、型側部１８、２０を一緒にプレス加工するときに、実施することができる。いくつかの実施形態では、デバイス１０２を目視により認識する簡単な方法を提供するために、エンボス加工を用いる。１つの代替実施形態では、キャリアウェブは、エンボス加工の代わりに、その上に熱成形された形を含む。

図１４及び１５は、空洞内の全ての小型機構を満たす確率を高めるために、オーバーフロー排出口を有する物品を成形するのに用いることのできる型空洞（国際公開第２００７／０７５８０６号の１１ページ参照）を示している。オーバーフロー排出口を使用すると、空洞の中に射出されるポリマー溶融物の量が、空洞を満たすのに必要な量よりも多い。過剰なポリマーは、排出手段を通じて流出でき、例えば、型オーバーフローゲート１１０を越えてオーバーフローチャネル１１１の中に流入し、オーバーフローチャネル１１１から一次排出口１１３、第２の排出口リング１１５、及び排出口１１６を通じて排出され、その結果、型の外に出る。これらのアイテムの寸法は、当該技術分野の技量の範囲内であるが、深さの例は、オーバーフローゲートが３８１μｍ、オーバーフローチャネルが７６２μｍ、一次排出口が１２７μｍ、第２の排出口リング及び排出口が７６２μｍである。

キャリアウェブ上で超音波と射出成形を組み合わせる本発明のプロセスは、既知のプロセスよりも短い成形サイクル時間で行うことができる。動的な型温循環のみを用いてマイクロニードルを作製する射出成形プロセスで典型的なサイクル時間は、６０〜８０秒である。データは、成形空洞に充填するのを補助するために、成形物品と超音波振動との間でランナーを用いてマイクロニードルを作製する射出成形プロセスのサイクル時間が、１４．０秒であったことを示している。データは、マイクロニードルを作製すると共に、ランナーなしでキャリアウェブを用いる本発明のプロセスのサイクル時間が１２．０秒であったことを示しており、これは著しい改善である。

本発明のプロセス及び装置の有用性としては、以下のものが挙げられる。

１．キャリアウェブの割り出しによって、ウェブの単位面積当たりで、割り出しのない場合よりも多い数の比較的小さい成形物品を配置するプロセスが実現可能になる（すなわち、ウェブ上の成形部品密度が高くなる）。このウェブ区域の利用度の上昇によって、プロセスを、より経済的にすることができ、又は、プリント基板ウェブのような高価なウェブ材料を利用できる可能性をより高くできる。

２．上記のような成形サイクル時間の短縮。

３．射出成形によって、従来作製できる物品よりも薄いランド部分を有するマイクロニードル配列体のような物品を、非常に短い成形サイクルで成形できる。より薄いマイクロニードル配列体は、低質量のマイクロニードルが所望される、特定のタイプの器具を用いる予防接種（innoculation）又は注射用途で、利点を有する場合がある。

４．成形装置が閉じている間、超音波ホーンは自由に振動しなければならず、ホーンを振動可能にするために、ホーンの周囲（ホーンと、ホーンが取り付けられているか設置されている取り囲み部分との間）に特定のクリアランス（例えば、２５〜５０μｍの範囲）が存在する。図２〜４、及び図７に示されているように、可動式型部材の中に、１つ又は複数のホーンを置くと、可動式型部材と第１の型部材との間のキャリアウェブは、型空洞を密閉するが、ホーンを振動可能にするガスケットとして機能することができる。キャリアウェブは、溶融ポリマーが、ホーン周囲のクリアランススペースの中に漏れないようにすると共に、鋳張りを発生させるのを防ぐことができる。射出成形の条件下で超音波ホーンが振動するための、超音波ホーン周囲の十分なクリアランスと、ポリマー溶融物又はキャリアウェブがクリアランスの中に流入するほど大きなスペースを回避することとの間に平衡関係がある。当業者は、本明細書内の情報を与えられれば、この平衡関係を割り出すことができ、本明細書に記載の寸法は、この平衡関係をもたらすのに適している。

５．短いサイクル時間での充填率が、既知の方法よりも向上している。

６．均一率（配列体全体にわたる微細構造機構が充填される程度）が、既知の方法よりも向上している。例えば、１つの成形空洞内で非常に多数のマイクロニードルを成形する際、型空洞ゲート（ポリマー溶融物が空洞に入る位置）から最も遠いマイクロニードルは一般に、最も作製しにくい。すなわち、ポリマー溶融物が到達及び充填されにくい。本発明の方法は、これらのマイクロニードルの充填を可能にする。

７．マイクロニードル又はその他の物品をウェブ上に射出成形すると、下流での加工が容易になる。通常の射出成形プロセスでは、成形装置から押し出された成形部品を容器の中に落とし、後の工程のために、その容器から成形部品を（例えばロボットによって）拾い上げてもよい。本発明の方法では、成形マイクロニードル配列体をキャリアウェブ上で、マイクロニードルのコーティング等の次の工程に運んでもよい。キャリアウェブ上の成形物品の配列は、下流での工程を設計する際に有益である。

成形プロセスを改善するために、キャリアウェブ上への射出成形を、超音波の利用とうまく組み合わせることを確実に行うことは、これまでは確かではなかった。キャリアウェブが、射出成形圧力、温度変化及び超音波エネルギーの衝撃というプロセス条件に耐えられないだろうという懸念が多少存在していた。本発明の方法及び装置は、この懸念を払拭した。

以下の実施例は、実例のためのものであり、本発明を限定するものとして解釈すべきでは決してない。

８空洞のセンターゲート式ホットランナー型を用いて、約３のアスペクト比と、２７５μｍのピッチ（Ｗ）と、５μｍの半径を有する先端とを有する、高さ２５０μｍのマイクロニードルを、直径約１．４ｃｍの円形ランド又はディスク上に成形するための１２８８個のマイクロ空洞を有するインサートを含む円形型空洞に２９３℃の溶融ポリカーボネート樹脂を送った。射出成形型の第１の部材と可動式部材との間に、外付けの１５００ＷのＥＭＩヒーターを配置するために空気圧式リニアアクチュエータを用いて、ＥＭＩ加熱と共に、及びＥＭＩ加熱なしで、実験を行った。誘導コイルハウジングの末端部と型プレート面の平面との間の１ｍｍの間隙を用いて、３〜８秒の範囲の時間、電磁誘導を加えた。ホットマニホールドシステムを用いて、ホットランナーを介してポリマー溶融物を型空洞に送り込んだ。第１の型部材と可動式型部材との間で、ポリカーネート製キャリアウェブを割り出した。

電磁誘導ヒーター用のリニアアクチュエータの垂直動作は、加圧空気（６８９ｋＰａ）で動作する二方向ソレノイドバルブによって推進させると共に、１００トンの射出成形機のロボット境界面を用いて作動させた。実験の工程は以下のとおりであった。

１．ＥＭＩヒーターを、成形空洞に対して正確に配置して、ＥＭＩヒーターを作動させた。

２．ＥＭＩヒーターを、第１の型部材と可動式型部材との間のスペースの外側の元の位置に戻した。

３．第１の型部材に向かう方向に可動式部材を動かして、可動式部材と第１の部材との間のキャリアウェブと共に型を閉じることによって、型を閉じて、ポリマー溶融物を型空洞の中に射出した。

４．軸方向に配向された２０ＫＨｚの円筒形ホーンによって、超音波エネルギーを加えた。

５．可動式型部材を動かして、第１の型部材から戻し、キャリアウェブの張力によって、成形物品を型空洞から分離させてから、次のプラスチックの射出に備えて、キャリアウェブを割り出した。

ＥＭＩによって加熱された空洞内で作製された射出成形物品の忠実度を以下の表に示す。報告されている各プロセス条件に対して１０個のレプリカを作製した。

本発明のプロセスでＥＭＩを用いると、ポリマー溶融物と型空洞表面との間の温度差が低下するため（既知の技法との比較による）、得られる成形物品は、従来のプロセスで成形された部品と同一程度に、収縮を見せないと考えられる。ＥＭＩなしで作製した物品は、４５°の交差偏光子の下で見ると、干渉縞を見せて、異方性を示した一方で、上記のようにＥＭＩを用いて作製したマイクロニードル配列体は、偏光下で、はっきりと異なるパターンを見せて、異方性の低下を示した。ＥＭＩの利用によって、収縮による型内の応力が軽減される。

上に記した明細、実施例、及びデータによって、本発明の製造及び使用の完全な説明を提供する。本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、本発明の追加的な実施形態を数多く作製することができる。例えば、積み重ねた型形状を用いて、本発明を実行することができる。

Claims (24)

1. 第１の型部材と、型を閉じるために前記第１の型部材に向かう方向に及び前記第１の型部材から離れる方向に移動できる少なくとも１つの可動式型部材とを有する射出成形装置であって、前記第１の型部材又は前記可動式型部材の少なくとも１つの中に型空洞があり、少なくとも２：１のアスペクト比によって特徴付けられる複数の微細構造機構を有する射出成形装置を準備する工程と、
   前記型空洞が閉じている間に、前記型空洞の中にポリマー溶融物を射出する工程と、
   超音波ホーンによって超音波振動を前記型空洞に加える工程と、
   Ａ．前記型が閉じているときに、キャリアウェブが前記第１の型部材と前記可動式型部材との間に位置すると共に、前記ウェブの一部が前記型空洞に面し、前記ウェブの一部が、閉じた前記型の外側に位置するように、前記キャリアウェブを配置するプロセスパラメーターと、
   Ｂ．電磁誘導加熱手段によって前記型空洞を加熱するプロセスパラメーターと、
   Ｃ．電気抵抗加熱によって前記型空洞を加熱するプロセスパラメーターと、
   から選択した少なくとも一組のプロセスパラメーターを適用する工程と、
   を含む射出成形方法。
2. 前記プロセスパラメーターＡ及びＢの両方を用いる、請求項１に記載の方法。
3. １回の成形サイクルにおいて、前記キャリアウェブの第１の部分が、前記型空洞に面するように配置されており、前記第１の部分の上りウェブにある、前記キャリアウェブの第２の部分が、前記型空洞に面しておらず、前記方法が、次の成形サイクルに備えて、前記第１の部分が前記型空洞の下りウェブにあり、前記第２の部分が前記型空洞に面している次の位置に、前記キャリアウェブを割り出すことを更に含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記型空洞の第１の側部から前記溶融物を前記型空洞の中に射出し、前記型空洞の第２の側部から超音波振動を加える、請求項１に記載の方法。
5. 前記型空洞に面するキャリアメディアに前記超音波振動を加える、請求項４に記載の方法。
6. エジェクターピン、リフター、又はストリッパープレートのような機械的なエジェクター手段を用いることなく、前記キャリアウェブによって、前記型空洞から成形物品を取り外す工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記型空洞が、マイクロニードルを成形するよう設計されている、請求項１に記載の方法。
8. 前記型の前記第１の側部が複数の型空洞を含む、請求項４に記載の方法。
9. 溶融物を前記型空洞に射出する前記工程が、マニホールドから複数の型空洞の中に溶融物を射出することを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記キャリアメディアが、ポリマーフィルム、金属箔、織布又は不織布、紙、及び、金属とポリマー、布とポリマー、又は紙とポリマーとの合成ウェブから選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記キャリアメディアが、成形される物品と噛み合うアンダーカット又は突出部のような機構を有する、請求項１に記載の方法。
12. 前記キャリアウェブが、射出成形中に通気をもたらすのに効果的な穴、穿孔、スリット、溝、及び／又は表面性状を有する、請求項１に記載の方法。
13. 前記射出ゲートが、前記型空洞の１つの側部の中央にある、請求項１に記載の方法。
14. 射出されるポリマー溶融物の量が、前記型空洞を満たすのに必要な量よりも多く、過剰なポリマーが、排出手段を通じて前記空洞の外に流れる、請求項１に記載の方法。
15. 第１の型部材と、型を閉じるために前記第１の型部材に向かう方向に及び前記第１の型部材から離れる方向に移動できる可動式型部材とを有する射出成形装置であって、前記第１の型部材及び前記可動式型部材の両方の中に型空洞がある射出成形装置を準備する工程と、
    前記型が閉じているときに、キャリアウェブが前記第１の型部材と前記可動式型部材との間に位置すると共に、前記ウェブの一部が前記型空洞に面し、前記ウェブの一部が、閉じた前記型の外側に位置するように、前記キャリアウェブを配置する工程と、
    前記型が閉じている間に、前記キャリアウェブの両側にある型空洞の中にポリマー溶融物を射出する工程と、
    超音波ホーンによって超音波振動を少なくとも１つの型空洞に加える工程と、
    を含む射出成形方法。
16. 双方の型空洞内に型機構があり、前記２つの型空洞のうちの１つが、他方の型空洞の機構よりもアスペクト比の低い機構を有する、請求項１５に記載の方法。
17. 前記２つの型空洞の前記機構が、得られる成形物品内に１つ又は複数のレンズを形成するように、前記機構が対向し合っている、請求項１６に記載の方法。
18. 第１の型部材と、
    前記第１の型部材に向かう方向に及び前記第１の型部材から離れる方向に移動できる可動式型部材と、
    前記第１の型部材内にあると共に、前記可動式型部材に面する型空洞と、
    前記第１の型部材及び前記可動式型部材が閉じた位置にあるとき、前記キャリアウェブの一部が前記型空洞に面すると共に、前記第１の型部材及び前記可動式型部材によって取り囲まれる区域の外側に、前記キャリアウェブの一部が位置するように、前記キャリアウェブを前記第１の型部材と前記可動式型との間で移動させるためのウェブハンドリング手段と、
    溶融物を前記型空洞の中に射出する手段と、
    前記型空洞内の前記溶融物に超音波振動を送るための超音波システムと、
    を含む射出成形装置であって、
    Ａ．前記可動式型部材が前記第１の型部材に向かう方向に移動して前記型を閉じるたびに、前記キャリアウェブを、その長さ沿いの異なる位置に割り出すウェブ割り出し手段と、
    Ｂ．前記型空洞内の型インサート、及び／又は前記型空洞を取り囲む金属を加熱できる電磁誘導ヒーターと、
    Ｃ．電気抵抗加熱手段と、
    から選択した少なくとも１つの構成要素を更に含む、射出成形装置。
19. 前記超音波システムが、共振ホーンと、超音波コンバータと、ブースターとを含む、請求項１８に記載の装置。
20. 前記型空洞内に金属製インサートを更に含み、前記インサートを電気抵抗ヒーターとして用いる、請求項１８に記載の装置。
21. 前記第１の型及び前記可動式型が閉じた位置にあるとき、前記キャリアウェブ上に既に成形された物品が、前記第１の型部材及び前記可動式型部材の外辺部内にある間に、前記物品を傷つけずに、前記第１の型部材が射出成形を実施可能にするオフセット又はへこみを有する、請求項１８に記載の装置。
22. 前記第１の型及び前記可動式型が閉じた位置にあるとき、前記可動式部材に面する前記キャリアウェブの側部上に既に成形された物品が、前記第１の型部材及び前記可動式型部材の外辺部内にある間に、前記物品を傷つけずに、前記可動式型部材が更に、前記キャリアウェブの前記側部上で射出成形を実施可能にするオフセット又はへこみを有する、請求項２１に記載の装置。
23. 少なくとも２つの型空洞を有する射出成形装置内で作製される物品であって、キャリアウェブと、前記キャリアウェブに付着された成形物品の配列体との組み合わせを含み、前記物品が、少なくとも２：１のアスペクト比を有する複数の微細構造機構によって特徴付けられ、前記配列体において、前記成形物品間における最も近い中心間距離又は縁部間距離が、前記型空洞間の中心間距離又は縁部間距離よりも短い物品。
24. ポリマー材料で作製されたマイクロニードル配列体であって、２０〜１０００マイクロメートルの高さと、厚さ２５０マイクロメートル以下のランド上における２：１を超えるアスペクト比とを有する複数のマイクロニードルを含むマイクロニードル配列体。

Images