JP5401061B2 - 針状体製造方法、および研削刃 - Google Patents
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Description
しかしながら、機械加工等を用いて原版を作製した場合、その加工面は大きな表面粗さを持つ。そのため、このような原版をもとに転写成形を行った場合、枠型と成形品が張り付く現象が発生するという問題がある。特に、強度面で比較的脆弱となる針状体先端部の領域では、枠型からの剥離時に先端部が欠損する現象が発生するという問題も生じる。
以下、本発明の研削刃について、具体的に説明を行う。
このため、従来の研削刃を用いて研削加工を行っても、傾斜面を備えた構造体を形成できないことから、錐形状の針状体を形成することは出来ない。
傾斜面を備えた研削刃を用いることにより、加工対象に傾斜面を形成することが出来ることから、錐形状の針状体を形成することが出来る。
また、本発明の研削刃は、傾斜面に段差段面を備えることから、特に、図4に示すような、多段の針状体を好適に形成することが出来る。多段の針状体形状は、転写成形時の欠損が発生しやすい針状体先端の近傍のみ接触面積を低減させた構造であるから、転写時に複製版と成形品とが張り付くことによって生じる先端欠損を低減させることが可能であり、転写加工成形を行うときの針状体原版として、好適である。
段差段面の前後で傾斜面の傾斜角度が異なることにより、形成される針状体の各段の傾斜角度を各段ごとに異ならせることが出来る。これにより、例えば、針状体の先端部形状の傾斜角度を狭め、針状体の根元形状の傾斜角度を広げた、針状体を形成することが出来る。このような針状体は、先端が鋭利なことから穿刺が容易であり、根元が広がっていることから穿刺するときの応力を拡散することが出来る。
また、当然のことながら、所望する針状体形状によっては、本発明の研削刃の一形態は、斜面A12と斜面B13との斜面の傾斜角度が同等程度であっても良い。
以下、本発明の針状体製造方法について、具体的に説明を行う。
このとき、基材としては、材質は特に制限されず、加工適正や、材料の入手容易性などから材質を選択してよい。例えば、具体的には、アルミナ、窒化アルミニウム、マシナブルセラミックスなどのセラミックス、また、シリコンやガラスなどの硬脆性材料、アクリルやポリアセタールなどの有機材料、を用いても良い。
このとき、溝Aは直線状に形成するのに限定されず、曲線状に形成してもよい。曲線状に溝Aを設けた場合、底面が曲線で閉じられた多角形の形状である針状体を製造することが可能となる。
また、研削刃の回転数や研削速度などの研削条件は特に制限されず、研削刃11および基材1の材質を考慮したうえで、所望する形状の加工性に優れた条件に最適化することが望ましい。
図2(d)に示すように、溝A21の隣に、研削刃11によって溝A´22を加工する。このとき、研削刃11は、溝A21に対して、一部に重なりを持つようにして溝を加工することが望ましい。これにより、研削加工されてできる凸部の先端部が平坦となることがなく、鋭利にすることが出来、穿刺性に優れた針状体を製造することが可能となる。
このとき、形成する凸部2の数により、製造されるアレイ状に配列された針状体の列数が決定する。
図3に示す通り、凸部2の断面形状は、研削刃11の先端に形成された傾斜面(斜面A12および斜面B13および段差面14)の傾きに一致する側壁形状を有し、側壁面と底面が交わる部分は、図2研削刃11の先端に形成された角取り面8に対応した裾を持った形状14となる。
また、針状体は用いられる研削面の形状によって様々な側面形状を形成することが可能となる。図3では、二段の段差形状を持つ針状体の例を示したが、もちろんこれに限定されるわけではない。あらかじめ研削刃の形状を多段構造に加工することで、針状体もそれに準じた多段構造を形成することができる。
加えて、この研削面の斜面間はエッジが存在しない滑らかな形状によって繋がっていても良い。この場合、底面から頂点にかけて曲線的な形状変化を持った針状体を形成することができ、これも用いる研削刃の形状によって適宜選択することが可能である。
例えば、交差溝Bおよび交差溝と平行な交差溝B’を設ける工程を一回行い、2方向の研削加工をそれぞれ60°ずらして実施する場合、底面がひし形である四角錐形状が得られる。このとき、ひし形の頂角は、対向する頂点が60°および120°に成る。
また、交差溝および交差溝と平行な交差溝’を設ける工程を二回行い、3方向に研削加工を行えば、底面が六角錐形状の針状体が得られる。
本発明の針状体製造方法は、更に、形成された針状体を原版として転写加工成形を行っても良い。
以下、転写加工成形について図5を用いながら具体的に、説明を行う。
図5(c)では、複製版33に成形材34を充填する。成形材は特に制限されないが、穿刺部となる複製針状体においては生体適合性材料である医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン、キチン、キトサン、糖質、ポリカーボネート等を用いることが好ましい。生体適合性材料を用いれば、針状体が折れて体内に取り残された場合も、無害であるという効果を有する。このときの成形材34の充填方法についての制限は無いが、生産性の観点から、インプリント法、ホットエンボス法、射出成形法、押し出し成形法およびキャスティング法を好適に用いることが出来る。
図1は円盤状の研削刃先端の部分断面図である。図1(a)に示す通り、研磨加工前の研削刃12の断面形状は、研削刃側壁面4と研削刃先端面5が90°の角を成して交わり、頂点6を形成している。
この研削刃12を、ダイヤモンド砥石を用いて加工し、研削刃11を得た。
研削刃11は、図1(b)に示す通り、斜面A12および斜面B13および段面14を有し、且つ傾斜面7と研削刃先端面5が交わって成す頂点部分は概角取り面8を有する形状に加工された。
本実施例では、厚みが1mmの研削刃を用い、研削刃先端面5が幅180μmとなり、研削刃側壁面4と傾斜面7との成す角度が160°となるように、研削刃の先端を研磨加工した。このとき、段面14の幅は10μmとなるように加工した。また、斜面Aの角度15と斜面Bの角度16は同一の角度となるようにした。
まず図2(a)に示す通り、一辺が30mmの正方形で、厚さ3mmのセラミックス基材を準備し、続いて図2(b)に示す通り、研削刃を回転させながらセラミックス基材の表面を深さ300μmとなるように研削加工し、長さ30mmの溝を形成した。
溝Aの側壁面の傾きは、研削刃の先端に形成された傾斜面の傾きに対応し、本実施例ではセラミックス基材の表面と溝Aの側壁面との成す角度は110°となった。同様に、溝Aの側壁面と底面が交わる部分は、研削刃の先端に形成された角取り面に対応した裾を持った形状となった。
図2(d)に示すように、溝Aの隣に、溝Aと同一の条件で研削刃によって溝を加工した。このとき、溝Aに対して、平行に研削した。これにより、図2(e)に示す通り、深さ300μmで長さ3mmの溝A´が、溝Aに隣接して形成された。溝Aと溝A´の間には、先端形状が先鋭な凸部が形成された。
まず、メッキ法によって、針状体の表面にニッケル膜を600μm形成した。次に前記ニッケル膜を針状体から剥離し、複製版を作製した。次に、上記複製版に対し、インプリント法を用いて複製針状体の作製を行った。充填する複製針状体材料として、生体適合性材料であるポリカーボネートを用いた。以上の工程により、生体適合性樹脂であるポリカーボネートで構成された先鋭な複製針状体を製造することが出来た。
前記広範な分野としては、例えば、半導体デバイス、光学素子、配線回路、データストレージメディア(ハードディスク、光学メディアなど)、医療用部材(分析検査用チップ、マイクロニードルなど)、化粧品用途マイクローニードル、バイオデバイス(バイオセンサ、細胞培養基板など)、精密検査機器用部材(検査プローブ、試料保持部材など)、ディスプレイパネル、パネル部材、エネルギーデバイス(太陽電池、燃料電池など)、マイクロ流路、マイクロリアクタ、MEMSデバイスなどが挙げられる。
2…凸部
3…凸部が表面に形成された基材
4…研削刃側壁面
5…研削刃先端面
6…研削刃先端部の直行頂点
7…傾斜面
8…部分的円弧形状
10…従来の研削刃先端部断面
11…先端を加工した研削刃先端部断面
12…斜面A
13…斜面B
14…段差段面
15…斜面Aの角度
16…斜面Bの角度
21…溝A
22…溝A´
23…針状体の支持基板、
24…針状体、
25…アレイ状に配列された針状体
30…原版金型
31…複製材料
33…複製版
34…成形材
35…針状体
Claims (4)
- 研削加工を用いて基板に第1の方向に沿って互いに平行な複数の第1の線状溝を形成する工程と、
研削加工を用いて基板に第1の方向と交差する第2の方向に沿って互いに平行な複数の第2の線状溝を形成する工程と、を備え、
前記研削加工に用いる研削刃の断面形状は、先端面と側面との間に傾斜面が形成された形状であり、前記傾斜面に段差段面を有する研削刃であり、かつ、
前記切削刃の傾斜面の段差断面に準じた段差形状を側面に備える針状体を形成すること
を特徴とする針状体製造方法。 - 請求項1に記載の針状体製造方法を用いて製造された針状体を原版とした複製版を形成し、該複製版を用いて転写加工成形を行うこと
を特徴とした針状体製造方法。 - 微細加工に用いる研削刃であって、
研削刃の断面形状は、先端面と側面との間に傾斜面が形成された形状であり、
前記傾斜面に段差段面を有する断面形状であること
を特徴とする研削刃。 - 請求項3に記載の研削刃であって、
前記段差段面の前後で、傾斜面の傾斜角度が異なること
を特徴とする研削刃。
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JP2020062078A (ja) * | 2018-10-15 | 2020-04-23 | 富士フイルム株式会社 | 針状突起を有する原版の製造方法、及びマイクロニードルアレイの製造方法 |
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