JP6270275B2 - 医療用注射器に適用されるガスケットおよび医療用シリンジ - Google Patents

Description

この発明は、医療用注射器に適用されるガスケットおよび医療用シリンジに関する。

医療用途に用いられる注射器は、通常、シリンジバレルと、シリンジバレル内を往復移動し得るプランジャと、プランジャの先端に取り付けられるガスケットとを含んでいる。
注射器に使用されるガスケットに求められる特性として、気密性および低摺動性が挙げられる。気密性とは、薬液が外部へ漏れることなく使用でき、外部からの異物の進入を防ぐことができることを示す。低摺動性とは、注射器使用時に、使用者が片手で無理なくプランジャでガスケットを移動させることができることを示す。

従来の注射器は、シリンジバレル内にシリコーンオイルを塗布することで、低摺動性を確保するとともに、気密性の確保も図っていたが、薬液によってはシリコーンが悪影響を及ぼすことがあるため、シリンジバレルにシリコーンを塗布しない構成が望まれている。
このような観点から、医療用注射器においては、ゴム製ガスケットの表面を摺動性の良いフィルム、たとえばフッ素樹脂フィルムでラミネートしたラミネートガスケットと呼ばれる製品が使用されることが多くなっている。

特許第２８９２６１７号公報 国際公開ＷＯ２００８／０７８４６７号公報

ところで、ラミネートガスケットをシリンジバレルに挿入すると、ガスケットの最大径の部分（ピーク部分）は、シリンジバレル内面からの反力を受けて収縮し、その部分のフッ素樹脂フィルムに皺や弛みが生じることがある。皺や弛みが生じると、ガスケットのピーク部分とシリンジバレル内面とに隙間が発生し、ガスケットの気密性が低下して、液漏れや異物の混入を誘発する虞れがある。

先行技術文献のうち、特許文献１では、ガスケット先端部の周囲断面の曲率半径Ｒを０．１ｍｍ以下にすることで気密性を上げ、かつ、ガスケットの接液部と反対側の周囲径を小さくすることで、摺動性を向上させている。
ところが、ガスケット先端部の周囲断面の曲率半径Ｒを小さくし過ぎると、ラミネートフィルムが成形時に破れる可能性が高まる。また、ガスケットを製造する様々な工程中で、ガスケットが傾く危険性も高まる。

逆に、特許文献２では、ガスケット先端部の周囲断面の曲率半径Ｒを０．７ｍｍ以上とすることで、ガスケットが傾いた際にも気密性を確保できるようにされている。ところが、先端部の周囲断面の曲率半径Ｒを大きくすると、摺動性は改善されるものの、気密性が低下するという欠点がある。
この発明は、このような背景のもとになされたもので、ガスケットに求められる気密性および低摺動性の両方を満足し得る新規な構成のガスケットを提供することを主たる目的とする。

また、この発明は、そのようなガスケットを用いた医療用シリンジを提供することを他の目的とする。

請求項１記載の発明は、接液部およびシリンジバレル内面と接する摺動部を有するゴム製本体と、このゴム製本体の表面に積層されたラミネートフィルムとを有する医療用注射器に適用されるガスケットであって、前記摺動部には、接液部である先端側から後方へ向かって、環状に突設された第１凸部、環状に凹設された谷部および環状に突設された第２凸部が少なくとも形成されており、前記第１凸部の前記先端側の縁部の曲率半径が、１．２ｍｍ〜０．７５ｍｍであり、シリンジバレル内に装着された状態において、前記第１凸部には、先端側ピークと、後端側ピークというガスケットの最大径部分である２つのピークが生じるものであり、前記第１凸部の前記先端側に現れる先端側ピークのＦＥＭで解析された面圧Ｐ１ｆ（Ｍｐａ）および周方向に直交方向の幅Ｄ１ｆ（ｍｍ）の積α（Ｍｐａ・ｍｍ）が、０．４≦α≦１．０に設計され、前記第２凸部のＦＥＭで解析された面圧Ｐ２（Ｍｐａ）および周方向に直交方向の幅Ｄ２（ｍｍ）の積β（Ｍｐａ・ｍｍ）は、０．２≦β≦０．６に設計されていることを特徴とする、ガスケットである。

請求項２記載の発明は、前記ラミネートフィルムは、ＰＴＦＥで形成されていることを特徴とする、請求項１記載のガスケットである。

請求項３記載の発明は、医療用シリンジであって、筒状をしたシリンジバレルと、前記シリンジバレルに組み合わされ、シリンジバレル内を移動し得るプランジャと、前記プランジャの先端に装着された請求項１または２に記載のガスケットとを含むことを特徴とする、医療用シリンジである。

この発明の創作過程において、ガスケットに求められる気密性および低摺動性は、ガスケットがシリンジバレルを押す面圧が関係することが見い出された。すなわち、シリンジバレル内にガスケットが挿入された状態でのＦＥＭ(有限要素法)解析を行うことで、気密性および低摺動性は、ガスケットがシリンジバレルを押す面圧が影響することがわかった。

また、気密性は、ガスケット先端側の凸部（第１凸部）の面圧が大きく影響することがわかった。特に、第１凸部の先端寄りに現れるピークの面圧（Ｐ１ｆ）とその幅（軸方向の幅：Ｄ１ｆ）の積が気密性にとって非常に重要なファクターであることがわかった。
そして、面圧と幅の積が小さ過ぎると、気密性が悪化し、その積を大きくし過ぎると、摺動性が悪化することが確認された。

さらに、摺動部には、先端側から後方へ向かって、第１凸部に加えて環状の第２凸部が備えられていることが、摺動および打栓をスムーズに行う上で好ましいことも確認された。
第２凸部に関しても、その面圧（Ｐ２）とその軸方向の幅（Ｄ２）との積が大き過ぎると摺動性が悪化し、逆に小さ過ぎると、ガスケットが斜めに傾いたり、外気が入り込み易い等の不具合が発生し易くなることが確認された。

さらに、第１凸部の形状は、ＦＥＭ解析による面圧形状がダブルピークになることが望ましいことがわかった。かかる形状とすることにより、ガスケットの気密性が向上することに加え、作業時にガスケットが斜めに傾いても、気密性が確保できることがわかった。

この発明によれば、ガスケットの気密性が向上するので、プレフィルド注射器に用いることにより、薬液の保管安定性が向上する。
また、ガスケットの摺動性を低下させないので、注射器使用者の負担を軽くすることができる。
さらに、ガスケットの製造工程において、ＦＥＭ解析によって、ガスケットの気密性および摺動性を推測することが可能になり、より安全なガスケットの設計を短期間に行うことが可能となる。

図１は、この発明の一実施形態に係る医療用シリンジを分解状態で示す図である。 図２は、この発明の一実施形態に係るラミネートガスケットの半分を断面で示す図である。 図３は、ＦＥＭ解析の位置を示す図である。 図４は、気密性試験および摺動性試験を説明する図である。

以下には、図面を参照して、この発明の一実施形態について具体的に説明をする。
図１は、この発明の一実施形態に係る医療用シリンジ、いわゆるプレフィルドシリンジと呼ばれるシリンジを分解状態で示す図である。図１において、シリンジバレル１１およびガスケット１３は、半分が断面で示されている。
図１を参照して、プレフィルドシリンジ１０は、円筒形状のシリンジバレル１１と、シリンジバレル１１と組み合わされ、シリンジバレル１１内を往復移動し得るプランジャ１２と、プランジャ１２の先端に装着されるガスケット１３とを含んでいる。ガスケット１３は、弾性材（ゴムまたはエラストマ等）で構成された本体１４と、本体１４の表面に積層されたラミネートフィルム１５とを含むいわゆるラミネートガスケットである。ガスケット１３にはシリンジバレル１１の内周面１６と気密的・液密的に接する摺動部としての２つの円周面部、すなわち第１凸部１７Ａおよび第２凸部１７Ｂが備えられている。

プランジャ１２は、たとえば横断面が十文字状の樹脂製板片で構成され、その先端にはガスケット１３が取り付けられるヘッド部１８が備えられている。ヘッド部１８は、プランジャ１１と一体に形成された樹脂製で、雄ねじ形状に加工されている。
ガスケット１３は、短軸の略円柱形状で、その先端面は、たとえば軸中心部が突出する鈍角の山形形状をしている。そして後端面から軸方向に彫り込まれた雌ねじ形状の嵌合凹部２１が形成されている。プランジャ１２のヘッド部１８が、ガスケット１３の嵌合凹部２１にねじ込まれることにより、プランジャ１２の先端にガスケット１３が装着される。

図２は、図１に示すガスケット１３だけを拡大して描いた図で、ガスケット１３の半分が断面で示されている。
図２を参照して、この実施形態に係るガスケット１３の構成について、より詳細に説明をする。
ガスケット１３は、本体１４と、本体１４の表面に積層されたラミネートフィルム１５とを含む。本体１４は、弾性材であるゴム（架橋ゴム）で構成されている。

本体１４の表面に積層するラミネートフィルム１５は、架橋ゴム（本体１４）からの成分の移行を阻止でき、かつ、ゴムよりも摺動性の優れるもの、すなわちゴムより摩擦係数の小さいフィルムであれば、その種類は特に限定されない。
一例として、以下に、本体１４とラミネートフィルム１５の成分を例示する。
＜ゴムについて＞
本体１４の原料となるゴムには、ブチル系ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、天然ゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム等のニトリル系ゴム、水素化ニトリル系ゴム、ノルボルネンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、アクリルゴム、エチレン・アクリレートゴム、フッ素ゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、多硫化ゴム、フォスファンゼンゴムまたは１，２−ポリブタジエン等が使用される。

これらは１種類を単独で使用しても良いし、２種類以上を組み合わせて用いてよい。
本体１４に使用されるゴムは、上記に限定されないが、ブチル系ゴムまたは／およびエチレン−プロピレン−ジエンゴム（以下、ＥＰＤＭゴムという）が好ましい。
ブチル系ゴムは耐気体透過性および耐水蒸気透過性に優れることから好ましい。
ブチル系ゴムとしては公知の化合物を用いてよいが、例えばイソブチレン−イソプレン共重合ゴム、ハロゲン化イソブチレン−イソプレン共重合ゴム（以下、「ハロゲン化ブチルゴム」という）、またはその変性物が挙げられる。変性物としては、イソブチレンとｐ−メチルスチレンの共重合体の臭素化物等が挙げられる。なかでも、架橋の容易さからハロゲン化ブチルゴムがより好ましく、塩素化ブチルゴムまたは臭素化ブチルゴムが更に好ましい。

また、ＥＰＤＭゴムは加工性に優れているため好ましい。ＥＰＤＭゴムにはゴム成分のみからなる非油展タイプのＥＰＤＭゴムとゴム成分とともに伸展油を含む油展タイプのＥＰＤＭゴムとが存在するが、本発明ではいずれのタイプのものも使用可能である。ＥＰＤＭゴムにおけるジエンモノマーの例としては、ジシクロペンタジエン、メチレンノルボルネン、エチリデンノルボルネン、１，４−ヘキサジエンまたはシクロオクタジエンなどが挙げられる。

さらに、ハロゲン化ブチルゴムとＥＰＤＭゴムの組み合わせは相性が良く、耐気体透過性および耐水蒸気透過性に優れるとともに加工性も優れることからより好ましい。
この実施形態では、本体１４はシリンジ用のガスケットという医療用ゴム製品であり、ゴムの主成分として気体透過性の低いブチルゴムが好ましい。架橋剤としては、清浄性の観点から、トリアジン誘導体架橋の使用が好ましい。

＜ラミネートフィルム１５について＞
ラミネートフィルム１５は、不活性フィルムであればよく、特に限定されないが、良好な耐薬品性が得られるという点から、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、変性ポリテトラフルオロエチレン（変性ＰＴＦＥ；４Ｆモノマーと微量のパーフルオロアルコキシドとの共重合体）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ））、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（ＰＦＡ）、ポリクロロテトラフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）からなる群より選択される少なくとも１種のフッ素樹脂、及び／又はオレフィン系樹脂が好ましい。

＜ラミネートガスケット１３の成型工程について＞
この実施形態のラミネートガスケット１３は、密封式混練機、オープンロール混練機などを用いて、所定配合比で配合材料を混練した混練物を、カレンダーまたはシート成型機で未加硫ゴムシートを作製し、次に、一定重量、サイズの未加硫ゴムシートと不活性フィルムを重ねて金型に置き、真空プレスで成型することにより、積層ガスケットの成型シートを得ることができる。

成型条件は特に限定されず、適宜設定すればよいが、成型温度は、好ましくは１５５〜２００℃、より好ましくは１６５〜１８０℃であり、成型時間は、好ましくは１〜２０分間、より好ましくは３〜１５分間、さらに好ましくは５〜１０分間である。使用する金型は、摺動面形成部の鏡面仕上げにより、該当部のカットオフ値０．０８ｍｍで測定した算術平均粗さＲａが０．０３μｍ以下の平滑な金型表面が形成されていることが好ましい。このような金型を使用することによって、積層成型されたゴム部材は、元のフィルムの表面粗さより小さい成型品を得ることができる。Ｒａは、好ましくは０．０２μｍ以下、より好ましくは０．０１５μｍ以下である。

この後、ガスケットの成型品から不要部分を、切断・除去した後、洗浄、滅菌、乾燥および外観検査を行ってガスケットの一次完成品を得る。
この実施形態に係るガスケット１３の特徴は、シリンジバレル１１の内周面１６に気密的、液密的に接する摺動部として第１凸部１７Ａおよび第２凸部１７Ｂを備えていることであり、かつ、第１凸部１７Ａは、ＦＥＭで解析された面圧Ｐ１ｆおよび幅Ｄ１ｆの積αが、０．４≦α≦１．０となるように設計されていることである。

より具体的に説明すると、第１凸部１７Ａには、先端側ピークと後端側ピークとの２つのピークが生じるようにされ、その先端側ピークの面圧Ｐｌｆと幅Ｄ１ｆとの積が、０．４≦α≦１．０に設計されている。
さらに、第１凸部１７Ａの先端側縁部の曲率半径Ｒは、１．２ｍｍ以下とされている。
このように設計することにより、この実施形態に係るガスケット１３を、気密性および低摺動性を満たす製品とすることができる。

図２に示す形状、すなわち外周面に、シリンジバレル１１の内周面１６と接する摺動部として第１凸部１７Ａおよび第２凸部１７Ｂが備えられている形状のガスケットにおいて、ＦＥＭ（Finite Element Method（有限要素法））の解析を行った。解析は、静的陰解法を用い、解析ソフトには、ｍａｒｃ＆ｍｅｎｔａｔを使用した。
解析対象のガスケットは、本体１４を硬度６０のゴムで作成し、ラミネートフィルム１５はＰＴＦＥ（引っ張り弾性率が４８５Ｍｐａ、ポアソン比が０．４６）を使用した。

解析位置は、図３に示す位置とし、その位置において、シリンジバレル１１内に装着されたガスケット１３の第１凸部１７Ａの先端側ピークにおける面圧Ｐ１ｆと、そのピークの幅Ｄ１ｆとの積を計算した。
また、第２凸部１７ＢにおけるＦＥＭ解析された面圧Ｐ２とその幅Ｄ２との積についても計算した。

さらに、気密性試験として、図４（Ａ）（Ｂ）に示す試験をした。
図４（Ａ）に示すように、シリンジバレル１１に純水Ｗを満たしガスケット１３で封栓し、放置する試験を行った。
テスト液には、上述のように純水を使用し、シリンジバレル１１はＣＯＰ社製の１００ｍＬサイズを使用した。放置温度は４０℃で、１週間放置した。

ガスケット１３の先端側(図では上側)の第１凸部１７Ａを超えて、第１凸部１７Ａと第２凸部１７Ｂとの間の凹部までテスト液が浸入したか否かを観察した。観察の結果は、
〇：液無
△：小さな液滴（１ｍｍ以下）
×：大きな液滴（１ｍｍを超える）
である。

また、図４（Ｂ）に示すように、摺動性試験を行った。
試験機：オートグラフ（島津製作所製）
試験温度：室温
試験速度５ｍｍ／ｓ
とした。

評価方法は、加圧時の荷重を計測することにより行った。
〇：最大荷重４０Ｎ以下
×：最大荷重４０Ｎを超える
とした。
以上の結果をまとめたものが、下記の表１である。

表１により、第１凸部１７Ａの先端側に現れる第１ピークの面圧Ｐ１ｆおよび幅Ｄ１ｆの積αが、
０．４≦α≦１．０
であることが、気密性および摺動性の良いガスケットであることが理解できる。
上記範囲外の場合、すなわち第１凸部１７Ａのピーク部の面圧および幅の積が１．０を超える場合は、比較例２の結果から、摺動性が損なわれることが判明した。

また、第１凸部１７Ａ先端の曲率半径Ｒは、１．２ｍｍ以下のもの、すなわち第１凸部１７Ａ先端が、いわゆるＣ面形状等の曲率半径Ｒが大きなものは、気密性の点で好ましくないという結果になった（比較例１を参照）。
この発明は、以上説明した実施形態や実施例の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

１０ プレフィルドシリンジ
１１ シリンジバレル
１２ プランジャ
１３ ガスケット
１４ 本体
１５ ラミネートフィルム
１６ シリンジバレルの内周面
１７Ａ 第１凸部
１７Ｂ 第２凸部

Claims (3)

1. 接液部およびシリンジバレル内面と接する摺動部を有するゴム製本体と、このゴム製本
   体の表面に積層されたラミネートフィルムとを有する医療用注射器に適用されるガスケッ
   トであって、
   前記摺動部には、接液部である先端側から後方へ向かって、環状に突設された第１凸部
   、環状に凹設された谷部および環状に突設された第２凸部が少なくとも形成されており、
   前記第１凸部の前記先端側の縁部の曲率半径が、１．２ｍｍ〜０．７５ｍｍであり、
   シリンジバレル内に装着された状態において、前記第１凸部には、先端側ピークと、後端側ピークというガスケットの最大径部分である２つのピークが生じるものであり、
   前記第１凸部の前記先端側に現れる先端側ピークのＦＥＭで解析された面圧Ｐ１ｆ（Ｍｐａ）および周方向に直交方向の幅Ｄ１ｆ（ｍｍ）の積α（Ｍｐａ・ｍｍ）が、
   ０．４≦α≦１．０
   に設計され、
   前記第２凸部のＦＥＭで解析された面圧Ｐ２（Ｍｐａ）および周方向に直交方向の幅Ｄ２（ｍｍ）の積β（Ｍｐａ・ｍｍ）は、
   ０．２≦β≦０．６
   に設計されていることを特徴とする、ガスケット。
2. 前記ラミネートフィルムは、ＰＴＦＥで形成されていることを特徴とする、請求項１記
   載のガスケット。
3. 医療用シリンジであって、
   筒状をしたシリンジバレルと、
   前記シリンジバレルに組み合わされ、シリンジバレル内を移動し得るプランジャと、
   前記プランジャの先端に装着された請求項１または２に記載のガスケットと
   を含むことを特徴とする、医療用シリンジ。

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