JP2019013519A - 医療機器用エラストマー成形体、医療機器用エラストマー成形体の製造方法、および医療機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】医療機器用チューブ1は、架橋された架橋フッ素系エラストマーを含有するエラストマー部2と、短軸方向寸法に対する長軸方向寸法の比であるアスペクト比が5以上かつ比表面積が3m2/g以上10m2/g以下であり、エラストマー部2の表層部Ssに偏って分布しており、外周面1aおよび内周面1bに沿う方向に配向された充填材3と、を含む。
【選択図】図2
Description
例えば、特許文献1、2には、耐薬品性に優れるフッ素系エラストマーを主剤にカーボン、アルミナ等の配合剤が添加されることによって、物理的耐性が向上された内視鏡用エラストマー形成体および内視鏡の湾曲部用外皮が提案されている。
例えば、特許文献3には、架橋可能なフッ素系エラストマーの主剤を2種類以上含むことによって消毒・滅菌耐性が向上された内視鏡用エラストマー成形体が提案されている。
特許文献1〜3に記載の技術では、医療機器としての耐性を向上するために、フッ素系エラストマーを主成分とするエラストマー成形体が用いられている。フッ素系エラストマーは、粘着性が強い材料であるため、他の部材と接触して用いられる場合に、すべり性が悪くなりやすい。すべり抵抗が大きくなりすぎると、医療機器の操作が難しくなったり、医療機器の動作不良が生じたりするおそれがあるという問題がある。
成形体表面の粘着性を低減するために、物理的特性を改善する充填材を含有させて成形体を形成することも考えられる。しかし、充填材の量が多くなるほど、エラストマー成形体の柔軟性が低下するため、柔軟性が必要な医療機器の構成部品には使用できないという問題がある。
本発明は、使用時の摺動負荷を低減することができる医療機器を提供することを目的とする。
本発明の医療機器は、使用時の摺動負荷を低減することができる。
本発明の第1の実施形態の医療機器用エラストマー成形体について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態の医療機器用エラストマー成形体の一例を示す模式的な断面図である。図2は、図1におけるA部の部分拡大図である。図3(a)、(b)は、本発明の第1の実施形態の医療機器用エラストマー成形体の充填材の一例を示す模式的な平面図および正面図である。図4は、図2におけるB視図である。
なお、各図面は、模式図のため形状や寸法は誇張されている(以下の図面も同じ)。
本実施形態の医療機器用エラストマー成形体が内視鏡装置に用いられる場合、医療機器用エラストマー成形体は、例えば、湾曲部あるいは挿入部の外皮、管状部材を補強する折れ止め部材、スイッチボタン、スイッチボタンを覆う外皮、Oリング、シール部材などに用いられてもよい。
本実施形態の医療機器用エラストマー成形体の成形の形状は特に制限されない。医療機器用エラストマー成形体の形状は、医療機器用エラストマー成形体が用いられる医療機器の必要に応じて決められる。
例えば、医療機器用エラストマー成形体の形状としては、シート状、棒状、リング状、筒状、箱状、キャップ状、コイル状、袋状、帯状、ブロック状などの例が挙げられる。例えば、医療機器用エラストマー成形体の形状としては、上述した形状のように単純化できない適宜の立体形状が用いられてもよい。
本実施形態の医療機器用エラストマー成形体である医療機器用チューブ1は、円筒状に形成されている。医療機器用チューブ1の外周面1a(成形体表面)および内周面1b(成形体表面)の断面形状は、それぞれ円形である。
医療機器用チューブ1は、医療機器の一部に用いられてもよいし、医療機器用チューブ1自体が医療機器として用いられてもよい。
例えば、医療機器用チューブ1は、内視鏡装置の湾曲部あるいは挿入部の外皮チューブとして用いられてもよい。例えば、医療機器用チューブ1は、医療機器の一部または医療機器として、適宜の液体あるいは気体の流路を形成する用途に用いられてもよい。
エラストマー部2は、医療機器用チューブ1の主要部分を構成している。エラストマー部2は、医療機器用チューブ1の外形に沿って成形されており、外周面1a(内周面1b)の少なくとも一部を構成する表面2a(2b)を備える。
エラストマー部2は、高分子フッ素化合物が架橋された架橋フッ素系エラストマーを含む。エラストマー部2は、液状フッ素系エラストマーが分散されていることがより好ましい。液状フッ素系エラストマーは、エラストマー部2の柔軟性をより高めることができる。
エラストマー部2は、必要に応じて、適宜の添加剤成分を含んでもよい。添加剤成分の例としては、架橋剤、架橋助剤、補強剤、可塑剤、軟化剤、老化防止剤、受酸剤、内部離型剤、加工助剤、滑剤、硬化剤などが挙げられる。エラストマー部2に含まれる添加剤成分は、1種類でもよいし、2種類以上でもよい。
二元共重合体の例としては、例えば、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−プロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−フルオロメチルビニルエーテル共重合体等が挙げられる。
三元共重合体の例としては、例えば、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等が挙げられる。
架橋フッ素ゴムには、結晶性が低いフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体が含まれることがより好ましい。フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体が含まれると、エラストマー部2の柔軟性がより向上する。
液状フッ素系エラストマーの含有量が、10質量部未満であると、エラストマー部2を形成するための成形用材料の流動性が低下しすぎるおそれがある。この結果、後述する充填材3がエラストマー部2の表面近くに移動しにくくなるおそれがある。
液状フッ素系エラストマーの含有量が、50質量部を超えると、医療機器用チューブ1において、液状フッ素系エラストマーが表面にブリードしやすくなるおそれがある。液状フッ素系エラストマーが表面にブリードしやすくなると、エラストマー部2の表面2a、2bの粘着性が増大してしまうおそれがある。
ケトンパーオキサイド類の例としては、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジメチルケトンパーオキサイド等が挙げられる。
ジアシルパーオキサイド類の例としては、ジベンゾイルパーオキサイド、ベンゾイルm-メチルベンゾイルパーオキサイド等が挙げられる。
ジアルキルパーオキサイド類の例としては、2,5−ジメチル−2,5−ビス(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ビス(tert−ブチルパーオキシ)3−ヘキシン等が挙げられる。
パーオキシケタール類の例としては、1,1−ビス(tert−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン等が挙げられる。
パーオキシエステル類の例としては、2,5−ジメチル−2,5−ビス(ベンゾイルパーオキシ)3−ヘキシン、tert−ヘキシルパーオキシベンゾエート等が挙げられる。
パーカーボネート類の例としては、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ビス(4−tert−ブチルシクロヘキシル)パーオキシカーボネート等が挙げられる。
上述された架橋剤のうちでは、2,5−ジメチル−2,5−ビス(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサンがエラストマー部2に含まれることが特に好ましい。この場合、医療機器用チューブ1の成形に、より適した架橋速度が得られる。このため、医療機器用チューブ1の成形に置いて、ショート、焼け不良の発生が抑制される。
架橋剤の含有量が、1.5質量部未満であると、未架橋部を生じさせるおそれがある。この結果、エラストマー部2が未架橋部から破断するおそれがある。
架橋剤の含有量が、5質量部を超えると、未反応物が残存するそれがある。この結果、ブリード等の外観不良が生じるおそれがある。
アリル系化合物の例としては、トリアリルイソシアヌレート、トリメタリルイソシアヌレート、トリアリルシアヌレート等が挙げられる。
アクリル系化合物の例としては、トリメチロールプロパントリメタクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、トリシクロデカンジメタノールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。
上述された架橋助剤のうちでは、トリアリルイソシアヌレートがエラストマー部2に含まれることがより好ましい。
この場合、トリアリルイソシアヌレートの三官能アリル基によって架橋効率が向上するため、エラストマー部2の引き裂き強度がさらに向上する。さらに、エラストマー部2のトリアリルイソシアヌレートのトリアジン環が導入されることにより、エラストマー部2の耐熱性、耐加水分解性、耐候性が向上する。
架橋助剤が含有されると、架橋効率が高まるため、エラストマー部2の機械的特性がさらに向上する。
架橋剤の含有量が、10質量部を超えると、架橋反応に使用されない架橋助剤によるブリードが生じるおそれがある。この結果、医療機器用チューブ1の外観不良が発生するおそれがある。
エラストマー部2に添加される補強剤は、1種類でもよいし、複数種類でもよい。
上述された補強剤のうちでは、サーマルブラックが含まれることがより好ましい。この場合、エラストマー部2の引張強度がさらに向上する。
補強剤が含有されると、エラストマー部2の機械的特性がさらに向上する。
補強剤の含有量が、50質量部を超えると、エラストマー部2の柔軟性が低下するおそれがある。
ここで、エラストマー部2の表層部Ssは、以下のように定義される。エラストマー部2の表面2a(2b)からエラストマー部2の層厚方向の中心である層厚中心面Cまでの距離をhcと表す。このとき、エラストマー部2の表層部Ssは、エラストマー部2の外周面1a(内周面1b)から距離がhs(=0.01・hc)の範囲として定義される。以下では、エラストマー部2において表層部Ssと重なる範囲を除く領域は、エラストマー部2の中心部Scと称する。
例えば、医療機器用チューブ1においては、充填材3は、中心部Scに0%以上40%未満分布し、表層部Ssに60%以上100%以下分布してもよい。医療機器用チューブ1においては、充填材3は、中心部Scに0%以上25%未満分布し、表層部Ssに75%以上100%以下分布することがより好ましい。
充填材3は、表層部Ssの全体において、外周面1a(内周面1b)に沿う方向に配向されていることがより好ましい。
医療機器用エラストマー成形体が、塊状に形成される場合には、表層部および中心部の境界は、上記の距離hcに代えて、エラストマー部の表面とエラストマー部の中心との距離を基準として、上記と同様に求められる距離hsによって規定される。
本実施形態では、充填材3は、短軸方向寸法に対する長軸方向寸法の比であるアスペクト比が5以上かつ比表面積が3m2/g以上10m2/g以下を満足する形状を有する。アスペクト比のより好ましい範囲は10以上である。なお、アスペクト比は、100以下であってもよく、50以下であることがより好ましい。
このような形状の例としては、平板状、湾曲板状、棒状、針状などの形状が挙げられる。
長径L1は、充填材3の外形が最大に見える方向に延びる軸線A3に沿う方向から見たときの、最大外形寸法で定義される。長径L1は、充填材3における最大外形寸法である。長径L1は、充填材3において上述のアスペクト比を規定する長軸方向寸法になっている。軸線A3に直交し、長径L1が測定される方向に延びる軸線A1は、充填材3の立体形状としての長軸方向を表す軸線になっている。
さらに、軸線A1は、軸線A3に沿う方向から見た平面視外形の長軸方向を規定する軸線にもなっている。
短径L2は、軸線A3に沿う方向から見たときの、最小外形寸法で定義される。軸線A3に直交し、短径L2が測定される方向に延びる軸線A2は、平面視外形の短軸方向を表す軸線になっている。
板厚L3は、軸線A3に沿う方向において測った充填材3の最大外形寸法である。板厚L3は、充填材3において上述のアスペクト比を規定する短軸方向寸法になっている。
図3(a)、(b)に示す充填材3のアスペクト比は、L1/L3で定義される。
充填材3における長径L1と短径L2の比は、長径L1と板厚L3とによるアスペクト比が上述の範囲になれば、特に限定されない。例えば、長径L1と短径L2とは互いに等しくてもよい。
図3(b)には、充填材3の板厚が一定の場合の例が示されている。しかし、充填材3の板厚は場所によって連続的または段階的に変化していてもよい。例えば、充填材3の板厚は、平面視における充填材3の中心部で最も大きく、平面視における周縁部に向かうにつれて減少するように変化していてもよい。
充填材3が、板状粒子の場合、「外周面1a(内周面1b)に沿う方向に配向されている」とは、軸線A3が外周面1a(内周面1b)の法線方向に向いている(法線に略平行である)ことを意味する。本実施形態では、外周面1a(内周面1b)の法線方向は、医療機器用チューブ1の径方向と、外周面1aと内周面1bとの間の層状部の層厚方向と、に一致している。
このため、図4に模式的に示すように、充填材3は、医療機器用チューブ1の径方向に見ると、充填材3は、平面視の外形と略同様に見える向きに配置されている。
表面2aに露出する充填材3は、充填材3の平面視の最大外形の範囲が露出されることも可能である。ただし、充填材3の表面形状または配向の程度によっては、充填材3の露出範囲は、平面視の最大外形よりも狭い範囲になってもよい。
図4は模式図のため、各充填材3の平面視の外形および平面視の外形の大きさが等しい場合の例が描かれている。ただし、充填材3は、上述のアスペクト比および比表面積の範囲で取り得る種々の形状および大きさの粒子が混在していていてもよい。
さらに、図4では、充填材3の平面視の長軸方向が、医療機器用チューブ1の軸方向(図示左右方向)に揃っているように描かれている。しかし、充填材3の平面視の長軸方向は、医療機器用チューブ1の軸方向と交差する方向になっていてもよい。
ただし、柔軟性が損なわれなければ、充填材3同士がエラストマー部2の一部を間に挟むことなく積層していてもよい。
充填材3の材質の例としては、例えば、アルミナ、マイカ、珪藻土、タルク、クレー、ベーマイト等が挙げられる。
上述された材質のうちでは、アルミナが用いられることがより好ましい。アルミナは、頑強な結晶構造を有するため、医療機器用チューブ1の孔あき耐性が特に良好になる。
充填材3の含有量が、0.2質量部未満であると、外周面1aおよび内周面1bの近傍の充填材3の分布量が少なくなりすぎるため、表面2a、2bにおける充填材3の露出量が少なくなりすぎるおそれがある。この結果、外周面1aおよび内周面1bのすべり性が低下するおそれがある。
充填材3の含有量が、1質量部を超えると、医療機器用チューブ1の剛性が過大となるおそれがある。この結果、医療機器用チューブ1の柔軟性が低下するおそれがある。
図5は、本発明の第1の実施形態の医療機器用エラストマー成形体の製造方法に用いる成形型の一例を示す模式図である。図6、7は、本発明の第1の実施形態の医療機器用エラストマー成形体の製造方法の工程説明図である。
混練工程には、未架橋のフッ素系エラストマーと、充填材3と、を含むエラストマー成形用材料を混練して、成形用混練物を形成することが含まれる。
未架橋のフッ素系ラストマーには、少なくとも、上述の架橋フッ素系エラストマーが形成するための原料成分含まれる。エラストマー部2に上述の液状フッ素系エラストマーを含有させる場合には、成形用混練物における未架橋のフッ素系エラストマーには、液状フッ素系エラストマーも含まれる。
エラストマー成形用材料には、必要に応じて、上述された添加剤成分が含まれてもよい。
混練装置としては、例えば、オープンロール、ニーダー、バンバリーミキサー等の混練機が用いられてもよい。
エラストマー成形用材料が混練装置によって混練されると、成形用混練物が形成される。成形用混練部においては、エラストマー成形用材料の各成分がほぼ均一に分散している。
成形工程は、成形混練物を上述の流速で成形空間に注入できる適宜の成形方法によって行われる。成形方法としては、例えば、トラスファー成形、射出成形などが用いられる。このような成形方法を実施するには、それぞれ、医療機器用チューブ1の形状を形成するための成形型を装備したトランスファー成形機、射出成形機などが用いられる。
以下では、一例として、トランスファー成形が行われる場合の例で説明する。
成形装置50は、成形型53および加圧部54を備える。図示は省略するが、成形装置50は、加圧部54の動作を含む装置動作を制御する制御部を備える。
上型51Aは、成形用混練物60を配置する穴部であるポット部51aを備える。
中型51Bは、成形品の外形を形成する成形面51cを有し、上型51Aとともにキャビティを構成する。本実施形態では、成形面51cは、医療機器用チューブ1の外周面1aの形状を転写するための円柱状の穴部によって構成されている。
図5に示す例では、図示の断面内の3箇所において医療機器用チューブ1がそれぞれ成形される多数個取りの成形型53が示されている。
ポット部51aと、キャビティと、の間には、成形用混練物60を後述する成形空間内に移送するゲート51bが設けられている。
ゲート51bは、ポット部51aからキャビティに向かって縮径することで、ゲート51b内を移送される成形用混練物60が加速されるようになっている。
図5に示すような成形型53が閉じられた状態では、中型51Bにおける成形面51cと、成形面51cによる穴部にそれぞれ挿入されたコアピン52の成形面52cと、の間に、医療機器用チューブ1の外形に対応する円筒状の成形空間F1、F2、F3が形成されている。
加圧部54は、成形空間F1、F2、F3内を流れる成形用混練物60の流速を30mm/min以上150mm/min以下にするための加圧が可能である。
加圧部54の動作は、流速センサ55が検出する流速に基づいて、図示略の制御部によって制御される。
成形装置50の制御部は、加圧部54をポット部51aに向かって移動させる。成形用混練物60は、加圧部54からの加圧力により、ゲート51bを通して成形空間F1、F2、F3内に移送される。
成形空間F1、F2、F3は、医療機器用チューブ1に対応して、図示縦方向に延びる円筒状の空間であるため、ゲート51bから流入する成形用混練物60は、各成形空間F1、F2、F3の長手方向に沿って、押し込まれる。
このとき、図示略の制御部によって、加圧部54の加圧力が制御されることにより、成形空間F1、F2、F3内を流れる成形用混練物60の流速は、30mm/min以上150mm/min以下の範囲から予め選ばれた流速になる。
この後、成形用混練物60に含まれる架橋フッ素系エラストマーの原料を架橋させるため、成形型53の温度が架橋用温度に上げられる。これにより、架橋可能な未架橋のフッ素系エラストマーの架橋が進行し、架橋フッ素系エラストマーが形成される。
目標とする架橋が終了したら、成形品が脱型される。この後、成形品は、必要に応じて、2次架橋を行うためにさらに加熱されたり、適宜寸法に切断されたりする。
このようにして医療機器用チューブ1が製造される。
図6には、成形空間F1の入口部に到達した成形用混練物60の様子が模式的に示されている。以下では、まず、成形用混練物60に架橋フッ素系エラストマーの原料である未架橋フッ素系エラストマー2Aと、液状フッ素系エラストマー2Bとが含まれる場合の例で説明する。
液状フッ素系エラストマー2Bは、常温で液体状であるため、成形用混練物60全体としての柔軟性および粘度を低減する作用がある。さらに、液状フッ素系エラストマー2Bは、混練によって充填材3とも混じり合う。具体的には、液状フッ素系エラストマー2Bは、成形用混練物60中の充填材3と付着したり、充填材3を包含した状態で液状フッ素系エラストマー2B内に分散したりする。これにより、液状フッ素系エラストマー2Bが充填材3と未架橋フッ素系エラストマー2Aとの間に介在する。このため、液状フッ素系エラストマー2Bは、成形用混練物60内における充填材3の移動性を向上する作用を有する。
以下では、成形用混練物60中において、液状フッ素系エラストマー2Bが付着したり、液状フッ素系エラストマー2Bに分散された充填材3を、「液状フッ素系エラストマー2Bを伴う充填材3」と称する。
このため、成形空間F1においては、流動性の高い成分が中間面Mに沿って先行して流れていく。これに対して、流動性が低い成分は、成形面51c、52cの近傍に滞留する。このため、成形空間F1における流路断面においては、成形品の表層部に流動性が低い成分が分布しやすくなる。
例えば、成形用混練物60において、液状フッ素系エラストマー2Bは最も流動性が高い成分であるため、中間面Mの近くに集まって先行して流れていきやすい。先行する液状フッ素系エラストマー2Bが流れた流路は、後行する他の成分も流れやすくなっている。
流動性の低い未架橋フッ素系エラストマー2Aは、成形面51c、52cの近傍に密着し成形面51c、52cの形状に成形されていく。
充填材3は、球形などに比べてアスペクト比が高くなっているため、単体としては流動性が低い成分である。ただし、液状フッ素系エラストマー2Bを伴う充填材3は、流動性が向上するため、ある程度は、液状フッ素系エラストマー2Bとともに移動する。
しかし、液状フッ素系エラストマー2Bを伴う充填材3が流速の低い領域に移動すると、充填材3はより流動性の高い液状フッ素系エラストマー2Bから取り残されてしまう。取り残された充填材3は、粘性の大きい未架橋フッ素系エラストマー2Aの緩慢な流れによって、より成形面51c(52c)に近づく方向に押圧される。さらに同様な流れによって、より抵抗が少なくなる姿勢に配向される。具体的には、充填材3は、成形面51c、52cに沿うように配向される。
このようして、図2に示すような表層部Ssに充填材3が偏って分布する構造が形成される。
このような状態において、架橋が行われると、充填材3の配置が固定化されるため、成形用混練物60の内部構造と同様な構成を有する医療機器用チューブ1が製造される。
さらに表層部Ssにおける充填材3は、外周面1a(内周面1b)に沿って配向しているため、多数の充填材3によって、内部のエラストマー部2が略層状に覆われる。このため、内部からのブリードが抑制される。さらに、外部からの外力に対して、充填材3が抵抗するため、医療機器用チューブ1の機械的耐性が向上される。具体的には、医療機器用チューブ1の強度、孔あき強度、引き裂き強度、硬度などが向上される。
医療機器用チューブ1において、表層部Ssよりも広い領域を占める中心部Scには、柔軟性の高い液状フッ素系エラストマー2Bが多く分散しており、かつ柔軟性を低下させる要因となる充填材3の分布量が少ないため、医療機器用チューブ1の柔軟性が保たれる。
次に、本実施形態の変形例の医療機器用エラストマー成形体について説明する。
図8は、本発明の第1の実施形態の変形例の医療機器用エラストマー成形体の充填材の一例を示す模式的な斜視図である。
図3に示すように、本変形例の医療機器用チューブ21は、上記第1の実施形態の医療機器用チューブ1の充填材3に代えて、充填材23を備える。
以下、上記第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
充填材23は、棒状であっても、上記第1の実施形態における充填材3と同様に、短軸方向寸法に対する長軸方向寸法の比であるアスペクト比が5以上かつ比表面積が3m2/g以上10m2/g以下を満足している。
例えば、図8に示すように、充填材23は、代表寸法として、長さL11、長径L12、短径L13(ただし、L11>L12≧L13)が特定される棒状部材からなる。
長さL11は、充填材23の中心軸線O(長軸)に沿う最大の長さである。長さL11は、充填材3の最大外形寸法であり、上述のアスペクト比を規定する長軸方向寸法である。図8は模式図のため、中心軸線Oは直線として描かれている。ただし、中心軸線Oは、湾曲していてもよい。
長径L12は、中心軸線Oの直交する断面(以下、軸直角断面という)における最大外形寸法で定義される。
短径L13は、軸直角断面における最小外形寸法のうち、中心軸線Oに沿う長手方向における最大値で定義される。短径L13は、上述のアスペクト比を規定する短軸方向寸法である。
図8には、一例として、充填材23の軸直角断面が円形の場合(L12=L13)の例が図示されている。しかし、充填材23の軸直角断面は、円形には限定されない。充填材23の軸直角断面は、例えば、楕円形、凸多角形、凹多角形、種々の凹凸形状および湾曲形状が組み合わされた不定形などであってもよい。
さらに充填材23の軸直角断面の外径は、長手方向に漸次または段階的に変化していてもよい。例えば、充填材23は、軸直角断面の外径が一方また両方の端部に向かうにつれて縮径する針状の外形を有していてもよい。
このため、充填材23は、上記第1の実施形態と同様の製造方法によって、中心軸線Oが医療機器用チューブ1の長手方向および外周面1a(内周面1b)に沿う方向に配向される。さらに、上記第1の実施形態における充填材3と同様に、表層部Ssに偏って分布する。
本発明の第2の実施形態の医療機器について説明する。
図9は、本発明の第2の実施形態の医療機器の一例を示す模式的な斜視図である。
挿入部11は、患者の体内に挿入するため、可撓性を有する管状に形成されている。挿入部11は、挿入方向の先端側から順に、先端部14、湾曲部15、および可撓管部16が設けられている。特に図示しないが、挿入部11の内部には、処置具を通す処置具チャンネルが長手方向に沿って設けられていてもよい。
先端部14の先端には、撮像窓、照明窓が形成されている。挿入部11が処置具チャンネルを備える場合には、先端部14の先端に処置具チャンネルの開口が設けられている。
湾曲部15は、例えば、円環状の複数の節輪が回動可能に連結され、内部に複数のアングルワイヤーが挿通されている。
湾曲部15の内部には、例えば、先端部14の撮像素子に接続された電気配線、照明窓まで延ばされたライトガイドなどの部材が収容されている。これらの電気配線やライトガイドなどの部材は、後述する可撓管部16の内部に挿通され、後述する操作部12まで延びている。
外皮チューブ15aは、上記第1の実施形態の医療機器用チューブ1と同様の構成が用いられる。
可撓管部16は、例えば、金属あるいは樹脂製の帯状部材が螺旋状に巻かれた蛇管と、軟性の外皮樹脂とを備える。外皮樹脂は蛇管の外周部を管状に被覆している。
このような構成により、可撓管部16は、略円形の断面を保持した状態で、適宜方向に曲がることができる。
可撓管部16における外皮樹脂の材料は特に限定されない。例えば、可撓管部16における外皮樹脂としては、上記第1の実施形態の医療機器用チューブ1と同様の構成が用いられてもよい。
例えば、操作スイッチ12aは、スイッチボタンで構成される。
操作スイッチ12aにおいて操作部12から露出するボタン本体またはボタン本体を被覆する外皮の材料は特に限定されない。操作スイッチ12aのボタン本体またはボタン本体を被覆する外皮としては、それぞれの形状に形成された上記第1の実施形態の医療機器用エラストマー成形体が用いられてもよい。
例えば、外皮チューブ15aは、湾曲部15が湾曲される場合に、柔軟性を保ちつつ表面における摺動性が高いため、湾曲負荷を低減できる。例えば、外皮チューブ15aの内周面と、内周面に接する蛇管などの内部部材との摺動性が良好となるため、摺動負荷が低減される。例えば、外皮チューブ15aの外周面と、湾曲部15の外部に配置される他の医療機器などとの摺動性が良好となるため、摺動負荷が低減される。
例えば、フッ素系エラストマー以外のエラストマーの例としては、EPDM(エチレンプロピレンジエンゴム)、EPT(エチレンプロピレンゴム)、シリコンエラストマーなどが挙げられる。
例えば、成形時の成形用混練物60の流速は、60mm/min以上120mm/min以下であってもよい。
下記[表2]には、実施例1〜4、および比較例1〜6における成形用混練物のムーニー粘度と、後述する評価用サンプルにおける充填材の分布および配向性の評価結果と、が示されている。
上記[表1]に示すように、実施例1の医療機器用チューブ1の組成は、
架橋フッ素系エラストマー 100質量部
液状フッ素系エラストマー 20質量部
架橋剤 2質量部
着色剤 0.2質量部
充填材3 0.5質量部
からなる。
架橋フッ素系エラストマーとして、二元共重合体であるヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体を主成分とする架橋フッ素ゴムが用いられた。具体的には、架橋フッ素系エラストマーとして、ダイエル(登録商標)G−801(商品名;ダイキン工業(株)製)が用いられた。G−801のフッ素濃度、ムーニー粘度ML1−10(100℃)は、それぞれ66%、66Mである。
液状フッ素系エラストマーとして、二元共重合体であるヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体を主成分とする液状フッ素ゴムが用いられた。具体的には、液状フッ素系エラストマーとして、ダイエル(登録商標)G−101(商品名;ダイキン工業(株)製)、G−101の比重、粘度は、それぞれ、1.76、3300Pである。
架橋剤として、有機過酸化物である2,5−ジメチル−2,5−ビス(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサンが用いられた。具体的には、架橋剤として、パーヘキサ(登録商標)25B(商品名;日本油脂(株)製)が用いられた。
着色剤として、チャンネルブラックが用いられた。具体的には、三菱カーボンブラックHCF#2350(商品名;三菱化学(株)製)が用いられた。HCF#2350の粒子径は、それぞれ、15nmである。
充填材として、平板状のアルミナが用いられた。具体的には、充填材として、セラシュール(登録商標)BMM(商品名;河合石灰工業(株)製)が用いられた。セラシュール(登録商標)BMMのアスペクト比、平均粒子径は、それぞれ、10、0.8μm〜1μmである。BMMの比表面積は、3.4m2/gであり、3m2/g以上10m2/g以下を満足していた。
混練工程においては、上述の架橋フッ素ゴム原料、液状フッ素ゴム原料、架橋剤、着色剤、および充填材が、オープンロールで混練された。これにより、成形用材料のコンパウンド(成形用混練物60)が製造された。[表2]に示すように、実施例1のコンパウンドのムーニー粘度ML1−10(100℃)は、34Mであった。
成形工程においては、トランスファー成形機によって、コンパウンドが成形空間に充填された。このとき、コンパウンドの流速は120mm/minとされた。
1次架橋は、成形型を170℃に加熱して10分間行われた。この後、成形品が成形型から取り出された。取り出された成形品は、オーブンの中で、200℃4時間の2次架橋処理が行われた。このようにして、医療機器用チューブ1の評価用サンプルが製造された。
同様にして、後述する評価試験の試験片形状に合わせた成形体も製造された。
実施例2の評価用サンプルは、液状フッ素系エラストマーの含有量が15質量部とされ、充填材の含有量が1質量部とされた以外は、実施例1と同様に製造された。ただし、[表2]に示すように、実施例2のコンパウンドのムーニー粘度ML1−10(100℃)は、39Mであった。
実施例3の評価用サンプルは、液状フッ素系エラストマーの含有量が30質量部とされ、充填材が平板状のクレーに変更された以外は、実施例1と同様に製造された。ただし、[表2]に示すように、実施例3のコンパウンドのムーニー粘度ML1−10(100℃)は、32Mであった。
平板状のクレーとして、STフィラー ST−501(商品名;白石カルシウム(株)製)が用いられた。ST−501のアスペクト比、平均粒子径は、それぞれ、5〜50、7.0μmである。ST−150の比表面積は、7.1m2/gであり、3m2/g以上10m2/g以下を満足していた。
実施例4の評価用サンプルは、液状フッ素系エラストマーの含有量が45質量部とされ、充填材が平板状のマイカに変更され以外は、実施例1と同様に製造された。ただし、[表2]に示すように、実施例4のコンパウンドのムーニー粘度ML1−10(100℃)は、31Mであった。
平板状のマイカとして、ミクロマイカ MK−200(片倉コープアグリ(株)製)が用いられた。MK−200のアスペクト比、平均粒子径は、それぞれ、10〜100、5.8μm〜8.2μmである。MK−200の比表面積は、6.2m2/gであり、3m2/g以上10m2/g以下を満足していた。
比較例1の評価用サンプルは、充填材が針状のアルミナに変更された以外は、実施例1と同様に製造された。ただし、[表2]に示すように、比較例1のコンパウンドのムーニー粘度ML1−10(100℃)は、33Mであった。
針状のアルミナとして、セラシュール(登録商標)BMI(商品名;河合石灰工業(株)製)が用いられた。セラシュール(登録商標)BMIのアスペクト比、平均粒子径は、それぞれ、40、6μmである。BMIの比表面積は、30m2/gであった。
比較例2の評価用サンプルは、充填材が球状のシリカに変更された以外は、実施例1と同様に製造された。ただし、[表2]に示すように、比較例2のコンパウンドのムーニー粘度ML1−10(100℃)は、31Mであった。
球状のシリカとして、ミニシール#5(商品名;U.S.シリカ社製)が用いられた。ミニシール#5の平均粒子径は、1.6μmである。ミニシール#5は球状であるため、アスペクト比は1である。ミニシール#5の比表面積は、1.7m2/gであった。
比較例3の評価用サンプルは、充填材の含有量が0.1質量部に変更された以外は、実施例1と同様に製造された。ただし、[表2]に示すように、比較例3のコンパウンドのムーニー粘度ML1−10(100℃)は、27Mであった。
比較例4の評価用サンプルは、充填材の含有量が8質量部に変更された以外は、実施例1と同様に製造された。ただし、[表2]に示すように、比較例4のコンパウンドのムーニー粘度ML1−10(100℃)は、45Mであった。
比較例5の評価用サンプルは、液状フッ素系エラストマーの含有量が5質量部とされた以外は、実施例1と同様に製造された。ただし、[表2]に示すように、比較例5のコンパウンドのムーニー粘度ML1−10(100℃)は、47Mであった。
比較例6の評価用サンプルは、液状フッ素系エラストマーの含有量が60質量部とされた以外は、実施例1と同様に製造された。ただし、[表2]に示すように、比較例6のコンパウンドのムーニー粘度ML1−10(100℃)は、20Mであった。
[表1]に示すように、実施例1〜4、比較例1〜6の医療機器用エラストマー成形体の評価のため、摩擦係数測定、100%モジュラス測定、孔あき強度評価、硬度測定が行われた。
さらに、上記[表2]、下記[表3]に示すように、評価用サンプルにおける充填材の分布および配向性が評価された。
試験速度は100(mm/min)、試験荷重は200gとされた。
動摩擦係数が低いほどすべり性に優れると言える。動摩擦係数が0.8未満の場合、すべり性が非常に良いと評価された。動摩擦係数が0.8以上1.0未満の場合、すべり性が良いと評価された。動摩擦係数が1.0以上の場合、すべり性が良くないと評価された。
試験速度は500mm/minに設定され、試験片が100%伸びたときの応力が測定された。
100%モジュラスが低いほど柔軟性に優れると言える。100%モジュラスが2.8MPa以下の場合、柔軟性が非常に良いと評価された。100%モジュラスが2.8MPaを超え4.0MPa以下の場合、柔軟性が良いと評価された。100%モジュラスが4.0MPaを超えた場合、柔軟性が良くないと評価された。
孔あき強度評価では、エア漏れを生じない限界のピンの落下高さが指標とされた。落下高さが高いほど孔あき強度に優れると言える。落下高さが100mm以上の場合、孔あき強度は非常に良いと評価された。落下高さが80mm以上100mm未満の場合、孔あき強度は良いと評価された。落下高さが80mm未満の場合、孔あき強度は良くないと評価された。
硬度が低いほど柔軟性に優れると言える。硬度が70ショアA未満の場合、硬度が良いと評価された。硬度が70ショアA以上の場合、硬度が良くないと評価された。
充填材の主成分元素は、アルミナの場合はAl、シリカおよびケイ酸塩鉱物であるクレー、マイカの場合はSiとされた。
配向度測定は、実施例1、比較例1に関して行われた。参考のため、球状アルミナ単体の配向度も測定された。球状アルミナ単体の測定は以下のように行われた。球状アルミナ粒子がメノウ乳鉢に載せられ、エタノールの滴下後、乳棒で軽く擦られることで粒径が整えられた。粒径が整えられた球状アルミナ粒子はスライドガラスに載せられた状態で上記と同様のX線回折法によって配向度が測定された。
[表1]に示すように、実施例1、2、3、4における摩擦係数は、それぞれ、0.72、0.76、0.82、0.85であった。このため、実施例1、2は非常に良い、実施例3、4は良いと評価された。
これに対して、比較例1〜6における摩擦係数は、1.2〜1.5の範囲に分布しているため、いずれも良くないと評価された。
実施例1〜4における100%モジュラスは、3.0MPa〜4.0MPaの範囲に分布しているためいずれも良いと評価された。
これに対して、比較例1は良い、比較例3、6は非常に良い、比較例2,4、5は良くないと評価された。
実施例1、2、3、4における孔あき強度は、それぞれ、100mm、110mm、80mm、80mmであった。このため、実施例1、2は非常に良い、実施例3、4は良いと評価された。
これに対して、比較例1、2、6は良くない、比較例3、5は良い、比較例4は非常に良いと評価された。
硬度は、実施例1〜4、比較例1〜3、5、6は、いずれも70ショアA未満であったため、良いと評価された。比較例4は70ショアAであったため、良くないと評価された。
総合評価においては、実施例1〜4が良い(○)、比較例1〜6が良くない(×)と評価された。
このように、充填材が表面により多く分布したことによって、実施例1の摩擦係数がより低くなり、孔あき強度が向上したと考えられる。
下記[表4]に各実施例の医療機器用エラストマー成形体の組成に示す。
[表4]に主要組成を示すように、実施例5の評価用サンプルは、架橋フッ素系エラストマーとして三元共重合体が用いられたことと、2質量部の架橋助剤が添加されたことと、を除くと、実施例1と同様に製造された。このため、実施例5には、実施例1と同様の充填材3が同量含有されている。簡素化のため、[表4]では、液状フッ素系エラストマー、架橋剤、着色剤の記載は省略されている。
三元共重合体としては、フッ化ビニリデン(VdF)−ヘキサフルオロプロピレン(HFP)−テトラフルオロエチレン(TFE)共重合体が用いられた。具体的には、ダイエル(登録商標)G−902(商品名;ダイキン工業(株)製)が用いられた。G−902のフッ素濃度、ムーニー粘度ML1−10(100℃)は、それぞれ、70.5%、66Mである。
架橋助剤として、トリアリルイソシアヌレート(taic)が用いられた、具体的には、taicとして、TAIC(登録商標)(商品名;日本化成(株)製)が用いられた。TAIC(登録商標)の分子量、比重(20℃)、粘度(30℃)は、それぞれ、249、1.16、80mPa・s〜110mPa・sである。
実施例6の評価用サンプルは、架橋フッ素系エラストマーとして実施例1と同じ二元共重合体が用いられたことと、架橋助剤の含有量が4質量部に変更された以外は、実施例5と同様に製造された。
実施例7の評価用サンプルは、架橋助剤の種類と含有量が変更された以外は、実施例5と同様に製造された。実施例7では、架橋助剤として、4質量部のトリアリルシアヌレート(TAC)(化薬アクゾ(株)製)が用いられた。TACの分子量、比重(30℃)、粘度(30℃)は、それぞれ、249、1.12、12.6mPa・sである。
実施例8の評価用サンプルは、架橋助剤が含有されないこと以外は、実施例5と同様に製造された。
実施例9の評価用サンプルは、架橋助剤の含有量が5質量部に変更され、10質量部の補強剤が添加された以外は、実施例5と同様に製造された。実施例9では、補強剤として、球状のシリカが用いられた。具体的には、補強剤として上述のミニシール#5が用いられた。
実施例10の評価用サンプルは、10質量部の補強剤がさらに添加された以外は、実施例5と同様に製造された。実施例10では、補強剤として、サーマルブラックが用いられた。具体的には、補強剤として、サーマックス(登録商標)N990(商品名;Cancarb社製)が用いられた。N990の粒子径は、250nm〜350nmである。
実施例11の評価用サンプルは、架橋助剤の含有量が6質量部に、補強剤の含有量が8質量部に変更された以外は、実施例10と同様に製造された。
実施例12の評価用サンプルは、架橋助剤の含有量が8質量部に、補強剤の含有量が15質量部に変更された以外は、実施例9と同様に製造された。
実施例13の評価用サンプルは、架橋助剤の含有量が2質量部に、補強剤の含有量が8質量部に変更された以外は、実施例9と同様に製造された。
実施例14の評価用サンプルは、架橋助剤の含有量が20質量部に変更され、補強剤の含有量が3質量部に変更された以外は、実施例10と同様に製造された。
[表5]に示すように、実施例1、5〜14の医療機器用エラストマー成形体の評価のため、上述した摩擦係数測定、100%モジュラス測定、孔あき強度評価、および硬度測定に加えて、引張強度測定、引き裂き強度測定、および外観評価が行われた。
引張強度は高いほど機械的耐性に優れると言える。引張強度が20MPa以上の場合、引張強度が非常に良いと評価された。引張強度が13MPa以上20MPa未満の場合、引張強度が良いと評価された。引張強度が13MPa未満の場合、引張強度が良くないと評価された。
試験速度は500(mm/min)とされ、最大強度が測定された。
引き裂き強度は高いほど機械的耐性に優れると言える。引き裂き強度が25kN/m以上の場合、引き裂き強度が非常に良いと評価された。引き裂き強度が20kN/m以上25kN/m未満の場合、引き裂き強度が良いと評価された。引き裂き強度が20kN/m未満の場合、引き裂き強度が良くないと評価された。
[表5]に示すように、実施例1、5〜13は、評価方法1におけるすべての評価において、「良い」または「非常に良い」と評価されたため、総合評価はいずれも「良い」であった。
実施例14は、外観評価が「良くない」であったため、総合評価は「可」であった。これは、架橋助剤が10質量部を超えて含有されたことにより、架橋助剤によって色ムラが発生したためである。しかし、実施例14は、引張強度、引き裂き強度、100%モジュラス、孔あき強度、および硬度において「非常に良い」と評価されたため、外観を要しないが機械的耐性を要する用途、例えば、Oリングなどには非常に好適である。
「非常に良い」の評価が最も多かったのは実施例10であった。
特に、主剤に三元共重合体が用いられた実施例5および実施例7〜13は、主剤に二元共重合体が用いられた実施例1および実施例6よりも100%モジュラスが低くなっていた。このため、主剤に三元共重合体を含む場合、柔軟性により優れることが分かる。
架橋助剤にtaicが使用される場合、TACを使用している実施例7や、架橋助剤を使用していない実施例8よりも引き裂き強度にさらに優れることが分かる。
特に、サーマルブラックが50重量部未満の範囲で含まれる実施例10、11は他の実施例の成形体に比べて引張強度にさらに優れていた。
また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
1a 外周面(成形体表面)
1b 内周面(成形体表面)
2 エラストマー部
2a、2b 表面
2A 架橋フッ素系エラストマー
2B 液状フッ素系エラストマー
3、23 充填材
10 内視鏡(医療機器)
11 挿入部
12 操作部
12a 操作スイッチ
15 湾曲部
15a 外皮チューブ(医療機器用エラストマー成形体)
16 可撓管部
21 医療機器用チューブ
50 成形装置
51c、52c 成形面
53 成形型
55 流速センサ
60 成形用混練物
F1、F2、F3 成形空間
Sc 中心部
Ss 表層部
Claims (12)
- 架橋された架橋フッ素系エラストマーを含有するエラストマー部と、
短軸方向寸法に対する長軸方向寸法の比であるアスペクト比が5以上かつ比表面積が3m2/g以上10m2/g以下であり、前記エラストマー部の表層部に偏って分布しており、成形体表面に沿う方向に配向された充填材と、
を含む、医療機器用エラストマー成形体。 - 前記充填材は、アルミナを含む、
請求項1に記載の医療機器用エラストマー成形体。 - 前記充填材は、
前記架橋フッ素系エラストマー100質量部に対して、0.2質量部以上1質量部以下含有されている、
請求項2に記載の医療機器用エラストマー成形体。 - 前記架橋フッ素系エラストマーは、
フッ化ビニリデンを単量体として含む三元共重合体を含む、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の医療機器用エラストマー成形体。 - 前記エラストマー部は、前記架橋フッ素系エラストマーと架橋していない液状フッ素系エラストマーをさらに含む、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の医療機器用エラストマー成形体。 - 前記液状フッ素系エラストマーは、
前記架橋フッ素系エラストマー100質量部に対して、10質量部以上50質量部以下含有されている、
請求項5に記載の医療機器用エラストマー成形体。 - 前記架橋フッ素系エラストマー100質量部に対して、0質量部を超え10質量部以下の架橋助剤をさらに含む、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の医療機器用エラストマー成形体。 - 前記架橋助剤は、トリアリルイソシアヌレートを含む、
請求項7に記載の医療機器用エラストマー成形体。 - 前記架橋フッ素系エラストマー100質量部に対して、0質量部を超え50質量部以下の補強剤をさらに含む、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の医療機器用エラストマー成形体。 - 前記補強剤は、サーマルブラックを含む、
請求項9に記載の医療機器用エラストマー成形体。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載の医療機器用エラストマー成形体を備える、
医療機器。 - 未架橋のフッ素系エラストマーと、短軸方向寸法に対する長軸方向寸法の比であるアスペクト比が5以上かつ比表面積が3m2/g以上10m2/g以下である充填材と、を含む成形用材料を混練して、ムーニー粘度ML1−10(100℃)が30M以上40M以下である成形用混練物を形成することと、
前記成形用混練物を成形型の成形空間に30mm/min以上150mm/min以下の流速で注入することによって、前記成形用混練物を成形することと、
を含む、医療機器用エラストマー成形体の製造方法。
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