JP6126658B2 - 微細中空突起物の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の製造方法は、貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法である。図1には、第1実施態様の微細中空突起物1の製造方法で製造される一実施形態の微細中空突起物1としてのマイクロニードルアレイ1Mの斜視図が示されている。本実施形態のマイクロニードルアレイ1Mは、シート状の基底部2と複数の突起部3とを有している。突起部3の数、突起部3の配置及び突起部3の形状には、特に制限はないが、本実施形態のマイクロニードルアレイ1Mは、好適には、シート状の基底部2の上面に、9個の円錐台状の突起部3をアレイ(行列)状に有している。アレイ(行列)状に配された9個の突起部3は、後述する基材シート2Aを搬送する方向(基材シート2Aの縦方向)であるY方向に3行、搬送する方向と直交する方向及び搬送される基材シート2Aの横方向であるX方向に3列に配されている。尚、図2は、マイクロニードルアレイ1Mの有するアレイ(行列)状の突起部3の内の1個の突起部3に着目したマイクロニードルアレイ1Mの斜視図であり、図3は、図2に示すIII−III線断面図である。
各突起部3は、その平均厚みT1が、好ましくは0.005mm以上、更に好ましくは0.01mm以上であり、そして、好ましくは1.0mm以下であり、更に好ましくは0.5mm以下であり、具体的には、好ましくは0.005mm以上1.0mm以下であり、更に好ましくは0.01mm以上0.5mm以下である。
基底部2は、その厚みT2が、好ましくは0.01mm以上、更に好ましくは0.02mm以上であり、そして、好ましくは1.0mm以下であり、更に好ましくは0.7mm以下であり、具体的には、好ましくは0.01mm以上1.0mm以下であり、更に好ましくは0.02mm以上0.7mm以下である。
以下の説明では、基材シート2Aを搬送する方向(基材シート2Aの縦方向)をY方向、搬送する方向と直交する方向及び搬送される基材シート2Aの横方向をX方向、搬送される基材シート2Aの厚み方向をZ方向として説明する。
凸型部11の凸型110は、その根本径D2(図5参照)が、好ましくは0.1mm以上、更に好ましくは0.2mm以上であり、そして、好ましくは5mm以下であり、更に好ましくは3mm以下であり、具体的には、好ましくは0.1mm以上5mm以下であり、更に好ましくは0.2mm以上3mm以下である。
凸型部11の凸型110は、十分な強度が得られ易くなる観点から、その先端角度α(図5参照)が、好ましくは1度以上、更に好ましくは5度以上である。そして、先端角度αは、適度な角度を有する突起部3を得る観点から、好ましくは60度以下であり、更に好ましくは45度以下であり、具体的には、好ましくは1度以上60度以下であり、更に好ましくは5度以上45度以下である。凸型部11の凸型110の先端角度αは、以下のようにして測定する。
凸型部11の凸型110の先端部を、走査型電子顕微鏡(SEM)もしくはマイクロスコープを用いて所定倍率に拡大した状態で観察する。次に、図5に示すように、両側辺11a,11bの内の一側辺11aにおける直線部分に沿って仮想直線ILaを延ばし、他側辺11bにおける直線部分に沿って仮想直線ILbを延ばす。そして、先端側にて、一側辺11aが仮想直線ILaから離れる箇所を第1先端点11a1として求め、他側辺11bが仮想直線ILbから離れる箇所を第2先端点11b1として求める。このようにして求めた第1先端点11a1と第2先端点11b1とを結ぶ直線の長さD1を、走査型電子顕微鏡(SEM)又はマイクロスコープを用いて測定し、測定した該直線の長さを、凸型110の先端径とする。
凸型部11の凸型110の先端部を、走査型電子顕微鏡(SEM)もしくはマイクロスコープを用いて所定倍率に拡大した状態で観察する。次に、図5に示すように、両側辺11a,11bの内の一側辺11aにおける直線部分に沿って仮想直線ILaを延ばし、他側辺11bにおける直線部分に沿って仮想直線ILbを延ばす。そして、仮想直線ILaと仮想直線ILbとのなす角を、走査型電子顕微鏡(SEM)又はマイクロスコープを用いて測定し、測定した該なす角を、凸型部11の凸型110の先端角度αとする。
また、凸型部11の超音波振動装置による超音波振動に関し、その振幅は、貫通孔3hを有する突起部前駆体3bの形成の観点から、好ましくは1μm以上、更に好ましくは5μm以上であり、そして、好ましくは60μm以下であり、更に好ましくは50μm以下であり、具体的には、好ましくは1μm以上60μm以下であり、更に好ましくは5μm以上50μm以下である。第1実施形態のように超音波振動装置を用いる場合には、突起部前駆体形成工程においては、凸型部11の超音波振動の周波数及び振幅を上述した範囲で調整すればよい。
冷風を吹き付けて冷却する冷却時間は、成型性と加工時間の両立性の観点から、好ましくは0.01秒以上、更に好ましくは0.5秒以上であり、そして、好ましくは60秒以下であり、更に好ましくは30秒以下であり、具体的には、好ましくは0.01秒以上60秒以下であり、更に好ましくは0.5秒以上30秒以下である。
関しては、ボックスモーション式の凸型部11を用いて、突起部前駆体形成工程から突起伸長工程にかけて、刺入速度を連続的に遅くしている。このように、突起部前駆体形成工程にて凸型部11から基材シート2Aに与える熱量と、突起伸長工程にて凸型部11から基材シート2Aに与える熱量とが、突起部前駆体形成工程から突起伸長工程にかけて、連続的に変化している。その為、マイクロニードルアレイ1Mの備える突起部3の高さ及び突起部3の貫通孔3hの大きさの精度を更にコントロールし易い。
上記第1実施態様に用いる第1実施形態の製造装置100においては、凸型部11の加熱手段(不図示)は、超音波振動装置であるが、第2実施態様に用いる第2実施形態の製造装置100では、これに代えて加熱ヒーター装置を用いている。
また、前記「基材シートの軟化温度」についてもガラス転移温度(Tg)と同様であり、即ち、基材シートの構成樹脂が複数種存在する場合においてそれら複数種の軟化温度が互いに異なる場合、前記加熱手段による基材シートの加熱温度は、少なくともそれら複数の軟化温度のうち最も低い軟化温度以上であることが好ましく、それら複数の軟化温度のうち最も高い軟化温度以上であることがさらに好ましい。
また、基材シートが融点の異なる2種以上の樹脂を含んで構成されている場合、前記加熱手段による基材シートの加熱温度は、それら複数の融点のうち最も低い融点未満であることが好ましい。
DSC測定機械を使用して熱量の測定を行い、ガラス転移温度を求める。具体的に、測定器はPerkin Elmer社製の示差走査熱量測定装置(Diamond DSC)を使用する。基材シートから試験片10mgを採取する。測定条件は20℃を5分間等温した後に、20℃から320℃まで、5℃/分の速度で昇温させ、横軸温度、縦軸熱量のDSC曲線を得る。そして、このDSC曲線からガラス転移温度Tgを求める。
<1>
貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法であって、
突起部を形成する突起部形成工程として、熱可塑性樹脂を含んで形成された基材シートの一面から、加熱手段を備える凸型部を当接させて、該基材シートにおける該当接部分を熱により軟化させながら該凸型部を該基材シートに刺してゆき、該基材シートの他面から突出させると共に該基材シートの他面側先端に貫通する貫通孔を有する中空の突起部前駆体を形成する突起部前駆体形成工程と、前記突起部前駆体の内部に前記凸型部を刺し込んだ状態で、前記基材シートにおける前記当接部分を熱により軟化させながら該凸型部を該基材シートに更に刺してゆき、該基材シートの他面から更に突出する突起部を形成する突起伸長工程とを含み、
前記突起部の内部に前記凸型部を刺した状態で該突起部を冷却する冷却工程と、
前記冷却工程の後に、前記突起部の内部から前記凸型部を抜いて前記貫通孔を有する微細中空突起物を形成するリリース工程と、を備えている、貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<2>
前記突起伸長工程にて前記凸型部から前記基材シートに与える熱量が、前記突起部前駆体形成工程にて前記凸型部から前記基材シートに与える熱量よりも大きい、<1>に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<3>
前記突起部前駆体形成工程にて前記凸型部から前記基材シートに与える単位刺入高さ当たりの熱量と、前記突起伸長工程にて前記凸型部から前記基材シートに与える単位刺入高さ当たりの熱量とは、前記突起部前駆体形成工程から前記突起伸長工程にかけて、連続的に変化する、<1>又は<2>に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<4>
前記突起部形成工程において、前記凸型部の備える前記加熱手段の条件、前記凸型部の前記基材シートへの刺入高さ、前記基材シートの前記当接部分の軟化時間、前記凸型部の前記基材シートへの刺入速度、及び前記凸型部の形状の少なくとも1つを制御して、前記貫通孔を有する微細中空突起物の形状をコントロールする、<1>〜<3>の何れか1つに記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<5>
前記突起部形成工程において、前記凸型部の前記基材シートへの刺入速度を制御して前記貫通孔を有する微細中空突起物の形状をコントロールする、<4>に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<6>
前記突起部前駆体形成工程にて前記凸型部の備える前記加熱手段の条件と前記突起伸長工程にて前記凸型部の備える前記加熱手段の条件とが同じであり、前記突起伸長工程にて前記凸型部を前記基材シートに更に刺してゆく刺入速度が、前記突起部前駆体形成工程にて前記凸型部を前記基材シートに刺してゆく刺入速度よりも遅い、<1>〜<5>の何れか1つに記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<7>
前記突起部前駆体形成工程にて前記凸型部を前記基材シートに刺してゆく刺入速度と前記突起伸長工程にて前記凸型部を前記基材シートに更に刺してゆく刺入速度とが同じであり、前記突起伸長工程にて前記凸型部の備える前記加熱手段の条件で前記基材シートに付与する熱量が、前記突起部前駆体形成工程にて前記凸型部の備える前記加熱手段の条件で前記基材シートに付与する熱量に比べて大きい、<1>〜<5>の何れか1つに記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<8>
前記凸型部の備える前記加熱手段が超音波振動装置であり、該超音波振動装置により該凸型部を超音波振動させ、前記当接部分に摩擦による熱を発生させて該当接部分を軟化させる、<1>〜<7>の何れか1つに記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<9>
前記超音波振動の周波数が10kHz以上50kHz以下であり、更に好ましくは15kHz以上40kHz以下である<8>記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<10>
前記超音波振動の振幅が1μm以上60μm以下であり、更に好ましくは5μm以上50μm以下である<8>又は<9>記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<11>
前記凸型部の備える前記加熱手段がヒーターであり、ヒーター装置により該凸型部を加熱し、前記当接部分を軟化させる、前記<1>〜<7>の何れか1項に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<12>
前記突起部前駆体形成工程及び前記突起伸長工程が、複数個の凸型を有する前記凸型部を用いて行い、前記貫通孔を有する微細中空突起物を複数個アレイ状に形成する、<1>〜<11>の何れか1つに記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<13>
前記突起部形成工程は、前記凸型部を前記基材シートに刺してゆく際に該基材シートを支持する支持部材を用いて行い、前記支持部材は、前記基材シートの他面側に配されており、前記基材シートにおける前記支持部材で支持されていない部分の一面から前記凸型部を当接させて前記突起部を形成する<1>〜<12>の何れか1つに記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<14>
前記支持部材として、前記凸型部における凸型を挿入可能な開口部を有する開口プレートを用いる、前記<13>記載の微細中空突起物の製造方法。
<15>
前記開口プレートが、複数の前記開口を備えている、前記<14>に記載の微細中空突起物の製造方法。
<16>
前記開口プレートの1つの前記開口部に対して1つの前記凸型が挿入される、前記<14>又は<15>に記載の微細中空突起物の製造方法。
<17>
前記開口プレートの前記開口部に複数の前記凸型が挿入される、前記<13>〜<15>の何れか1に記載の微細中空突起物の製造方法。
<18>
前記基材シートとして、帯状の基材シートを用い、該帯状の基材シートの前記他面に前記微細中空突起物を連続的に形成する<1>〜<17>の何れか1に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<19>
前記凸型部の加熱による前記基材シートの加熱温度は、該基材シートのガラス転移温度以上溶融温度未満である<1>〜<18>の何れか1に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<20>
前記凸型部の加熱による前記基材シートの加熱温度は、該基材シート軟化温度以上溶融温度未満である<1>〜<18>の何れか1に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<21>
前記加熱温度は、30℃以上300℃以下である<19>又は<20>に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<22>
前記突起部形成工程において、加熱手段は前記凸型部の加熱手段以外に設けない、<1>〜<21>の何れか1つに記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<23>
前記凸型部が刺し入れられた前記基材シートの部分及びその近傍の領域のみに該基材シートの軟化温度以上の温度が加えられ、前記基材シートのそれ以外の領域には成り行きの昇温のみが付与され得るようにする、<1>〜<22>の何れか1に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<24>
前記凸型部の高さが、製造される微細中空突起物の高さと同じか或いは若干高く形成されている、<1>〜<23>の何れか1つに記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<25>
前記凸型部の高さは、0.01mm以上30mm以下であり、更に好ましくは0.02mm以上20mm以下である、<1>〜<24>の何れか1つに記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<26>
前記凸型部は、その先端径が、0.001mm以上1mm以下であり、更に好ましくは0.005mm以上0.5mm以下である、<1>〜<25>の何れか1つに記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<27>
前記凸型部は、その根本径が0.1mm以上5mm以下であり、更に好ましくは0.2mm以上3mm以下である、<1>〜<26>の何れか1つに記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<28>
前記凸型部は、その先端角度が、1度以上60度以下であり、更に好ましくは5度以上45度以下である、<1>〜<27>の何れか1つに記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<29>
前記冷却工程では、突起物の内部に凸型部を刺した状態で、冷風送風装置による冷却を施す、<1>〜<28>の何れか1つに記載の微細中空突起物の製造方法。
<30>
前記冷風の温度は−50℃以上26℃以下であり、好ましくは−40℃以上10℃以下である、<29>に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<31>
前記冷風を吹き付けて冷却する冷却時間は0秒以上60秒以下であり、更に好ましくは0.5秒以上30秒以下である、<29>又は<30>記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<32>
前記冷却工程では、冷風送風装置による冷却を行わず、自然冷却を行う、前記<1>〜<31>の何れか1つに記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<33>
前記突起部がマイクロニードルである、<1>〜<32>の何れか1つに記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
<34>
前記微細中空突起物が、複数の前記突起部が基材シート上に配列しているマイクロニードルアレイである、<33>記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
凸型部11としては、その材質がステンレス鋼であるSUS304で形成されたものを用意した。凸型部11は、1個の円錐状の凸型110を有していた。凸型110は、その高さ(テーパー部の高さ)H2が2.5mmであり、その先端径D1が15μmであり、その根本径D2が0.5mmであり、その先端角度が11度であった。
基材シート2Aとしては、ポリ乳酸(PLA;Tg55.8℃)で形成された厚み0.3mmの帯状のシートを用意した。
図6に示す手順に従って、微細中空突起物1としてのマイクロニードルアレイ1Mを製造した。具体的には、凸型部11の加熱手段が超音波振動装置であった。製造条件としては、表1に示すように、突起部前駆体形成部10Aにおいても突起伸長部10Bにおいても、超音波振動の周波数が20kHzで共通であり、超音波振動の振幅が40μmで共通であった。また、突起部前駆体形成部10Aにおいて、刺入高さが0.1mmであり、刺入速度が30mm/秒であった。一方、突起伸長部10Bにおいて、刺入高さが1.0mmであり、刺入速度が5mm/秒であった。このように、突起伸長部10Bにおける刺入速度の方が突起部前駆体形成部10Aにおける刺入速度よりも遅くした。また、軟化時間は0.5秒であり、冷却時間は1秒であった。以上の製造条件で、実施例1の微細中空突起物を製造した。なお、刺入時の基材シートの温度は85℃であり、基材シートは軟化していた。
突起部前駆体形成部10Aにおいて、刺入速度を5mm/秒とする以外は、実施例1と同様の製造条件で、比較例1の微細中空突起物を製造した。
実施例1、比較例1の微細中空突起物について、貫通孔を有しているか否かを、マイクロスコープを用いて観察した。微細中空突起物が貫通孔を有している場合、上述した方法に従って微細中空突起物の先端径Lを測定した。それらの結果を下記表1に示す。また、製造された実施例1、比較例1〜2の微細中空突起物の写真も併せて示す。
2 基底部
2h 基底側貫通孔
3 突起部
3h 貫通孔
3b 突起部前駆体
10 突起部形成部
10A 突起部前駆体形成部
10B 突起伸長部
11 凸型部
110 凸型
12 支持部材
12A 開口プレート
20 冷却部
21 冷風送風装置
22 送風口
30 リリース部
40 裁断部
41 カッター部
42 アンビル部
50 リピッチ部
51 ローラ
52 搬送ベルト
53 サクションボックス
100 製造装置
Claims (9)
- 貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法であって、
突起部を形成する突起部形成工程として、熱可塑性樹脂を含んで形成された基材シートの一面から、加熱手段を備える凸型部を当接させて、該基材シートにおける該当接部分を熱により軟化させながら該凸型部を該基材シートに刺してゆき、該基材シートの他面から突出させると共に該基材シートの他面側先端に貫通する貫通孔を有する中空の突起部前駆体を形成する突起部前駆体形成工程と、該突起部前駆体の内部に前記凸型部を刺し込んだ状態で、前記基材シートにおける前記当接部分を熱により軟化させながら該凸型部を該基材シートに更に刺してゆき、該基材シートの他面から更に突出する突起部を形成する突起伸長工程とを含み、
前記突起部の内部に前記凸型部を刺した状態で該突起部を冷却する冷却工程と、
前記冷却工程の後に、前記突起部の内部から前記凸型部を抜いて前記貫通孔を有する微細中空突起物を形成するリリース工程と、を備えている、貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。 - 前記突起伸長工程にて前記凸型部から前記基材シートに与える熱量が、前記突起部前駆体形成工程にて前記凸型部から前記基材シートに与える熱量よりも大きい、請求項1に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
- 前記突起部前駆体形成工程にて前記凸型部から前記基材シートに与える単位刺入高さ当たりの熱量と、前記突起伸長工程にて前記凸型部から前記基材シートに与える単位刺入高さ当たりの熱量とは、前記突起部前駆体形成工程から前記突起伸長工程にかけて、連続的に変化する、請求項1又は2に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
- 前記突起部形成工程において、前記凸型部の備える前記加熱手段の条件、前記凸型部の前記基材シートへの刺入高さ、前記基材シートの前記当接部分の軟化時間、前記凸型部の前記基材シートへの刺入速度、及び前記凸型部の形状の少なくとも1つを制御して、前記貫通孔を有する微細中空突起物の形状をコントロールする、請求項1〜3の何れか1項に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
- 前記突起部前駆体形成工程にて前記凸型部の備える前記加熱手段の条件と前記突起伸長工程にて前記凸型部の備える前記加熱手段の条件とが同じであり、前記突起伸長工程にて前記凸型部を前記基材シートに更に刺してゆく刺入速度が、前記突起部前駆体形成工程にて前記凸型部を前記基材シートに刺してゆく刺入速度よりも遅い、請求項4に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
- 前記突起部前駆体形成工程にて前記凸型部を前記基材シートに刺してゆく刺入速度と前記突起伸長工程にて前記凸型部を前記基材シートに更に刺してゆく刺入速度とが同じであり、前記突起伸長工程にて前記凸型部の備える前記加熱手段の条件で前記基材シートに付与する熱量が、前記突起部前駆体形成工程にて前記凸型部の備える前記加熱手段の条件で前記基材シートに付与する熱量に比べて大きい、請求項4に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
- 前記凸型部の備える前記加熱手段が超音波振動装置であり、該超音波振動装置により該凸型部を超音波振動させ、前記当接部分に摩擦による熱を発生させて該当接部分を軟化させる、請求項1〜6の何れか1項に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
- 前記凸型部の備える前記加熱手段がヒーターであり、ヒーター装置により該凸型部を加熱し、前記当接部分を軟化させる、請求項1〜6の何れか1項に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
- 前記突起部前駆体形成工程及び前記突起伸長工程が、複数個の凸型を有する前記凸型部を用いて行い、前記貫通孔を有する微細中空突起物を複数個アレイ状に形成する、請求項1〜8の何れか1項に記載の貫通孔を有する微細中空突起物の製造方法。
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