JP4797718B2 - 異種材料を一体化した栓 - Google Patents
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Description
本発明は、異種材料を一体化した栓に関する
従来、医療用吸着器は製造段階での汚染に備え、製造の最終工程で滅菌された後、無菌状態で封印され、使用者に提供されるものである。近年、用いられる滅菌方法としては、オートクレーブによる高圧蒸気滅菌が一般的である。
医療用吸着器とは、薬剤の投与などでは十分な改善が達成できない種々の難治性疾患の治療法である体外循環治療に使用される医療用具である。体外循環治療とは、患者の血液等を体外に導き、血液等の中に存在し疾患と密接に関連する物質や細胞を除去してその濃度を低下させたり、何らかの治療に寄与する影響を与えたりした後、再び患者に戻す方法である。
医療用吸着器は、栓を取り付けて密閉したまま高圧蒸気滅菌が実施される。この際、高温にさらされるため、内容物が体積膨張することにより容器が変形し、破損する可能性がある。従って、この体積膨張による変形を緩和する必要があった。そこで、高圧蒸気滅菌に際しては、緩和材の１つとして柔軟性のあるチューブを、密閉用の栓にオス−メス形状の嵌合で医療用吸着器に取り付けていた。しかし、密閉用の栓は取り外し操作性を考慮し、チューブ材料と異なる高硬度の材料が使用されていた。
しかし、オス−メス形状での嵌合は、多くの部材を必要とする上に、接続に関する作業も煩雑になるなどの欠点があり、改良が求められていた。
そこで、材質の異なる栓とチューブを接着剤で接着することが考えられたが、接着作業の工数増加や接着不良、医療用具に使用した時の人体への悪影響が考えられた。
特許文献１には、異種材料の融着方法として、特定の温度で流動性や粘度を同等にすることにより、融着が可能となったと記載されているが、流動性や粘度を同等にするだけで、異種材料同士を融着できるという点で問題があった。
特許文献２は、熱可塑性プラスチックと熱可塑性エラストマーを融着で一体成形した容器用の蓋を成形し、熱可塑性エラストマーで成形された部分で、容器に取り付けた時のシール性を保持する構造を採っているが、容器の膨張を緩和するという点で問題があった。
特許第２９２１６３６号公報
特開２００１−２４５９５８
本発明の課題は、異種材料を一体化した栓に関し、接合部分の接合強度が優れた栓を提供することにある。特に、高圧蒸気滅菌等で内容物の体積膨張が生じる医療用吸着器等において、容器の変形を緩和し、人体に悪影響を及ぼさず、更に煩雑な作業を無くすことを目的として、材質の異なる部材が一体化された栓を提供することにある。
本発明は、熱可塑性樹脂から成る第１の部材と熱可塑性エラストマーから成る第２の部材を界面で接合し、一体化した栓であって、前記の熱可塑性樹脂から成る第１の部材がポリプロピレン部材から成る持ち手部であり、前記の熱可塑性エラストマーから成る第２の部材がチューブ部であり、前記持ち手部を射出成形した後に前記チューブ部を射出成形する、或いは前記チューブ部を射出成形した後に持ち手部を射出成形することを特徴とする栓に関する。
また本発明は、熱可塑性エラストマーから成る第２の部材がスチレンポリマーとエチレンポリマーとブチレンポリマーとのブロックコポリマーから成る栓に関する。
なお、本発明においてチューブ部とは、栓の一部であって、高圧蒸気滅菌時の容器内の内容物の体積膨張を緩和するために設けられる熱可塑性エラストマーから成るチューブ状の部材をいう。また持ち手部とは、チューブ状部材に一体化され、容器に取り付けるために操作する部分をいう。
また本発明は、持ち手部を射出成形した後にチューブ部を射出成形し、高温で溶融されたチューブ部材で持ち手部の接合部界面を溶融して接合する、或いは チューブ部を射出成形した後に持ち手部を射出成形し、高温で溶融された持ち手部材でチューブ部の接合部界面を溶融して接合する栓に関する。
また本発明は、持ち手部をポリプロピレンで射出成形した後にチューブ部を熱可塑性エラストマーで射出成形する、或いはチューブ部を熱可塑性エラストマーで射出成形した後に持ち手部をポリプロピレンで射出成形し、一体化することを特徴とする栓の製造方法に関する。
また本発明は、持ち手部をポリプロピレンで射出成形した後にチューブ部を熱可塑性エラストマーで射出成形し、高温で溶融されたチューブ部材で持ち手部の接合部界面を溶融して接合する、或いは チューブ部を熱可塑性エラストマーで射出成形した後に持ち手部をポリプロピレンで射出成形し、高温で溶融された持ち手部材でチューブ部の接合部界面を溶融して接合する栓の製造方法に関する。
また本発明は、射出成形によって一体化する際の温度条件が、熱可塑性エラストマーの溶融温度１８０℃以上２６０℃以下、金型温度１０℃以上９０℃以下のどちらも満たす温度条件範囲の中で、熱可塑性エラストマーの溶融温度１８０℃以上２２０℃以下、金型温度１０℃以上２０℃以下をどちらも満たす温度条件範囲を除く温度条件である栓の製造方法に関する。
また本発明は、射出成形によって一体化する際の温度条件が、熱可塑性エラストマーの溶融温度１９０℃以上２５５℃以下、金型温度１５℃以上８０℃以下のどちらも満たす温度条件範囲の中で、熱可塑性エラストマーの溶融温度１９０℃以上２２０℃以下、金型温度１５℃以上２０℃以下をどちらも満たす温度条件範囲を除く温度条件である栓の製造方法に関する。
また本発明は、射出成形によって一体化する際の温度条件が、熱可塑性エラストマーの溶融温度２００℃以上２５０℃以下、金型温度２０℃以上７０℃以下のどちらも満たす温度条件範囲の中で、熱可塑性エラストマーの溶融温度２００℃以上２２０℃以下、金型温度２０℃をどちらも満たす温度条件範囲を除く温度条件である栓の製造方法に関する。
本発明によれば、医療用吸着器を高圧蒸気滅菌した場合に、持ち手部に一体化されたチューブは、内容物の体積膨張の緩和材の１つとして機能し、容器の変形を抑制することができる。また、接合部分の接合強度が優れるとともに、接合部分に接着剤を使用しないため人体への悪影響がないので、医療用吸着器に好適に用いることが出来る。
更に、持ち手部とチューブ部が一体成形された栓であるため、カラムに使用した場合、従来の煩雑な作業を無くし、部材点数が削減され、製品の見栄えを向上させることが可能となる。
以下に本発明に係る栓の最良の形態を説明する。図１は本発明の一体成形品の例であり、持ち手部１とチューブ部２がそれぞれの接合界面３で一体化されることを特徴とする栓である。この場合、持ち手部１は第１の部材となり、チューブ部２は第２の部材となる。本発明品は、持ち手部１とチューブ部２をその接合界面３で融着して、一体化しているため、オス−メス型の嵌合及び接着剤による接着を必要としない。
本発明において第１の部材に使用する熱可塑性樹脂とは、加熱によって軟化して流動性、即ち可塑性を示す材料である。例えば、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレン、アクリロニトリルとブタジエンとスチレンとのコポリマー（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリルとスチレンとのコポリマー（ＡＳ樹脂）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド６、ポリアミド１２、ポリアミド６６、これらの複合材料等の各種熱可塑性樹脂が知られており、これらの公知の熱可塑性樹脂は本発明においていずれも使用できる。
本発明において第２の部材に使用する熱可塑性エラストマーとは、常温ではゴムと同様な弾性を有するが、加熱によって軟化して流動性、即ち可塑性を示す材料である。例えば、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、エステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ウレタン系エラストマー、が知られており、これらの公知の熱可塑性エラストマーは本発明においていずれも使用できる。
栓の材料として用いられる熱可塑性樹脂は多数あるが、ポリプロピレン樹脂は、よく用いられる樹脂の１つである。ポリプロピレン樹脂は、プロピレンモノマーを主体とし、その他共重合性のオレフィンを少量共重合成分として含有しても良い重合体であって、各種繊維、各種成形物用の原料として広く使用されているものである。
第１の部材を構成する樹脂として、ポリプロピレン樹脂を選択した場合、第２の部材を構成する樹脂として、ポリプロピレン樹脂と相溶性のある樹脂を含む熱可塑性エラストマーを用いることができる。このような相溶性のある樹脂としては、スチレンポリマーとエチレンポリマーとブチレンポリマーとのブロックコポリマー、スチレンポリマーとブタジエンポリマーとのブロックコポリマー、スチレンポリマーとエチレンポリマーとのブロックコポリマー、スチレンポリマーとエチレンポリマーとプロピレンポリマーのブロックコポリマー等があげられる。より好ましくは、第２の部材を成形する熱可塑性エラストマーが、第１の部材に含まれる材料と同じ材料を含む材料であれば、より強固な接合が可能となる。
本発明品の一体成形方法は、一次金型で持ち手部１またはチューブ部２を射出成形した後、この一次金型成形品を二次金型に挿入し、他方を射出成形する。この際、射出する二次金型成形品の樹脂の熱で一次金型成形品の接合部表面３を溶融し、相溶することにより、持ち手部１とチューブ部２の一体化を実現する。
より好ましくは、初めに、一次金型で持ち手部１を熱可塑性樹脂で射出成形した後、一次金型で成形した持ち手部１を二次金型に挿入し、チューブ部２の材料である熱可塑性エラストマーを高温で溶融して二次金型に射出する。この際、熱可塑性エラストマーの熱で持ち手部１の接合部表面３を溶融することにより、一体化を実現する。
本発明の成形は、樹脂の相溶によって一体化が実現されるため、特に、二次金型成形品の樹脂を射出する時の樹脂温度及び金型温度が大きく影響する。例えば、二次金型成形品を射出成形する時の樹脂温度が非常に低い場合は、一次金型成形品の接合部界面を十分に溶かすことができないため、融着して一体化することが困難となる。或いは、金型温度が非常に低い場合は、二次金型成形品の樹脂が金型に流し込まれる際、二次金型成形品の樹脂が金型で急冷されるため、二次金型成形品の樹脂が一次金型成形品の接合部に到達する時には、二次金型成形品の樹脂が一次金型成形品の接合部界面を溶かすのに十分な熱を保持しておらず、一体化することが困難となる。また、樹脂温度が非常に高い場合は、樹脂の分解温度に達するため、十分な強度を保持させることができなくなる。そのような成形上の制約がある中で、射出成形によって一体化する際の温度条件は、樹脂温度１８０℃以上２６０℃以下、金型温度１０℃以上９０℃以下をどちらも満足する温度条件範囲の中で、樹脂温度１８０℃以上２２０℃以下、金型温度１０℃以上２０℃以下をどちらも満たす温度条件範囲を除く温度条件であることが良く、より好ましくは、樹脂温度１９０℃以上２５５℃以下、金型温度１５℃以上８０℃以下をどちらも満足する温度条件範囲の中で、樹脂温度１９０℃以上２２０℃以下、金型温度１５℃以上２０℃以下をどちらも満たす温度条件範囲を除く温度条件であることが良く、更に好ましくは、樹脂温度２００℃以上２５０℃以下、金型温度２０℃以上７０℃以下をどちらも満足する温度条件範囲の中で、樹脂温度２００℃以上２２０℃以下、金型温度２０℃をどちらも満たす温度条件範囲を除く温度条件であることが良い。詳細な成形条件については、実施例に記載する。
持ち手部・チューブ部一体型の栓の成形実施例を説明する。
（実施例１）
持ち手部・チューブ部一体型の栓は、初めに、一次型で持ち手部を汎用ポリプロピレンを使用して射出成形する。次に、一次型で成形した持ち手部を二次型に挿入し、チューブ部の材料であるスチレン系エラストマーを高温で溶融して金型に射出する。この時、溶融したスチレン系エラストマーで、持ち手部の接合部表面を溶融して一体成形する。一体成形時の成形条件は、樹脂温度220℃、金型温度70℃、射出速度38mm／sec、保圧20MPa、冷却時間30secとした。この成形品について、接合部の引張試験、剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
持ち手部・チューブ部一体型の栓は、初めに、一次型で持ち手部を汎用ポリプロピレンを使用して射出成形する。次に、一次型で成形した持ち手部を二次型に挿入し、チューブ部の材料であるスチレン系エラストマーを高温で溶融して金型に射出する。この時、溶融したスチレン系エラストマーで、持ち手部の接合部表面を溶融して一体成形する。一体成形時の成形条件は、樹脂温度220℃、金型温度70℃、射出速度38mm／sec、保圧20MPa、冷却時間30secとした。この成形品について、接合部の引張試験、剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
引張試験は、引張速度200mm/min、チャック間距離20mmに設定して実施した。
剥離試験は、持ち手部・チューブ部の接合部の直近を鉗子で挟み、その時の軸方向の剥離長さを測定した。判定基準としては、2mm以上の剥離を接合不良と判断した。
（実施例２）
また、樹脂温度200℃、金型温度70℃に変更する以外は、実施例１と同様に一体成形し、実施例１と同様に、接合部の引張試験と剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
また、樹脂温度200℃、金型温度70℃に変更する以外は、実施例１と同様に一体成形し、実施例１と同様に、接合部の引張試験と剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
（実施例３）
また、樹脂温度220℃、金型温度40℃に変更する以外は、実施例１と同様に一体成形し、実施例１と同様に、接合部の引張試験と剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
また、樹脂温度220℃、金型温度40℃に変更する以外は、実施例１と同様に一体成形し、実施例１と同様に、接合部の引張試験と剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
（実施例４）
また、樹脂温度250℃、金型温度20℃に変更する以外は、実施例１と同様に一体成形し、実施例１と同様に、接合部の引張試験と剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
また、樹脂温度250℃、金型温度20℃に変更する以外は、実施例１と同様に一体成形し、実施例１と同様に、接合部の引張試験と剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
（実施例５）
また、樹脂温度250℃、金型温度70℃に変更する以外は、実施例１と同様に一体成形し、実施例１と同様に、接合部の引張試験と剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
また、樹脂温度250℃、金型温度70℃に変更する以外は、実施例１と同様に一体成形し、実施例１と同様に、接合部の引張試験と剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
（比較例１）
比較のため、樹脂温度180℃、金型温度20℃に変更する以外は、実施例１と同様に一体成形し、実施例１と同様に、接合部の引張試験と剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
比較のため、樹脂温度180℃、金型温度20℃に変更する以外は、実施例１と同様に一体成形し、実施例１と同様に、接合部の引張試験と剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
（比較例２）
比較のため、樹脂温度180℃、金型温度70℃に変更する以外は、実施例１と同様に一体成形し、実施例１と同様に、接合部の引張試験と剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
比較のため、樹脂温度180℃、金型温度70℃に変更する以外は、実施例１と同様に一体成形し、実施例１と同様に、接合部の引張試験と剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
（比較例３）
比較のため、樹脂温度200℃、金型温度20℃に変更する以外は、実施例１と同様に一体成形し、実施例１と同様に、接合部の引張試験と剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
比較のため、樹脂温度200℃、金型温度20℃に変更する以外は、実施例１と同様に一体成形し、実施例１と同様に、接合部の引張試験と剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
（比較例４）
比較のため、樹脂温度220℃、金型温度20℃に変更する以外は、実施例１と同様に一体成形し、実施例１と同様に、接合部の引張試験と剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
比較のため、樹脂温度220℃、金型温度20℃に変更する以外は、実施例１と同様に一体成形し、実施例１と同様に、接合部の引張試験と剥離試験を行った。結果は、以下の表１に示す。
１ 持ち手部（第１の部材）
２ チューブ部（第２の部材）
３ 持ち手部とチューブ部の接合部
４ カラム
５ 持ち手部とチューブ部が一体化されていない栓
５ａ 持ち手部
５ｂ 継手
５ｃ チューブ部
６ 持ち手部とチューブ部が一体化された栓
６ａ 持ち手部
６ｂ チューブ部
２ チューブ部（第２の部材）
３ 持ち手部とチューブ部の接合部
４ カラム
５ 持ち手部とチューブ部が一体化されていない栓
５ａ 持ち手部
５ｂ 継手
５ｃ チューブ部
６ 持ち手部とチューブ部が一体化された栓
６ａ 持ち手部
６ｂ チューブ部
Claims (8)
- 熱可塑性樹脂から成る第１の部材と熱可塑性エラストマーから成る第２の部材を界面で接合し、一体化した栓であって、
前記の熱可塑性樹脂から成る第１の部材がポリプロピレン部材から成る持ち手部であり、前記の熱可塑性エラストマーから成る第２の部材がチューブ部であり、
前記持ち手部を射出成形した後に前記チューブ部を射出成形する、或いは前記チューブ部を射出成形した後に持ち手部を射出成形することを特徴とする栓。 - 熱可塑性エラストマーから成る第２の部材がスチレンポリマーとエチレンポリマーとブチレンポリマーとのブロックコポリマーから成る請求項１記載の栓。
- 持ち手部を射出成形した後にチューブ部を射出成形し、高温で溶融されたチューブ部材で持ち手部の接合部界面を溶融して接合する、或いは チューブ部を射出成形した後に持ち手部を射出成形し、高温で溶融された持ち手部材でチューブ部の接合部界面を溶融して接合する請求項１乃至２のいずれかに記載の栓。
- 持ち手部をポリプロピレンで射出成形した後にチューブ部を熱可塑性エラストマーで射出成形する、或いはチューブ部を熱可塑性エラストマーで射出成形した後に持ち手部をポリプロピレンで射出成形し、一体化することを特徴とする栓の製造方法。
- 持ち手部をポリプロピレンで射出成形した後にチューブ部を熱可塑性エラストマーで射出成形し、高温で溶融されたチューブ部材で持ち手部の接合部界面を溶融して接合する、或いは チューブ部を熱可塑性エラストマーで射出成形した後に持ち手部をポリプロピレンで射出成形し、高温で溶融された持ち手部材でチューブ部の接合部界面を溶融して一体化することを特徴とする請求項４記載の栓の製造方法。
- 射出成形によって一体化する際の温度条件が、熱可塑性エラストマーの溶融温度１８０℃以上２６０℃以下、金型温度１０℃以上９０℃以下のどちらも満たす温度条件範囲の中で、熱可塑性エラストマーの溶融温度１８０℃以上２２０℃以下、金型温度１０℃以上２０℃以下をどちらも満たす温度条件範囲を除く温度条件である請求項４乃至５のいずれかに記載の栓の製造方法。
- 射出成形によって一体化する際の温度条件が、熱可塑性エラストマーの溶融温度１９０℃以上２５５℃以下、金型温度１５℃以上８０℃以下のどちらも満たす温度条件範囲の中で、熱可塑性エラストマーの溶融温度１９０℃以上２２０℃以下、金型温度１５℃以上２０℃以下をどちらも満たす温度条件範囲を除く温度条件である請求項４乃至５のいずれかに記載の栓の製造方法。
- 射出成形によって一体化する際の温度条件が、熱可塑性エラストマーの溶融温度２００℃以上２５０℃以下、金型温度２０℃以上７０℃以下のどちらも満たす温度条件範囲の中で、熱可塑性エラストマーの溶融温度２００℃以上２２０℃以下、金型温度２０℃をどちらも満たす温度条件範囲を除く温度条件である請求項４乃至５のいずれかに記載の栓の製造方法。
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