JP6646985B2 - 微細突起具の製造方法 - Google Patents
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Landscapes
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Description
尚、突起部3は、本実施形態においては、円錐台状であるが、円錐台状の形状以外に、円柱状、角柱状、角錐台状等であってもよい。
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。
具体的に、複合材2の厚みT2は、好ましくは0.025mm以上、更に好ましくは0.04mm以上であり、そして、好ましくは6mm以下であり、更に好ましくは4.5mm以下であり、具体的には、好ましくは0.025mm以上6mm以下であり、更に好ましくは0.04mm以上4.5mm以下である。
また、複合材2を構成する保護層22sの厚みT3は、好ましくは0.02mm以上、更に好ましくは0.03mm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4mm以下であり、具体的には、好ましくは0.02mm以上5mm以下であり、更に好ましくは0.03mm以上4mm以下である。
以下、第1実施態様の製造方法を具体的に説明する。尚、以下の説明では、帯状の複合材2Aを搬送する方向(複合材2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複合材2Aの横方向をX方向、搬送される複合材2Aの厚み方向をZ方向として説明する。
尚、前記「複合材を構成する樹脂材21のガラス転移温度(Tg)」は、複合材2を構成する樹脂材21の構成樹脂のTgを意味し、該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Tgが互いに異なる場合、前記加熱手段による複合材2を構成する樹脂材21の加熱温度は、少なくともそれら複数のTgのうち最も低いTg以上であることが好ましく、それら複数のTgのうち最も高いTg以上であることがさらに好ましい。
また、前記「複合材2を構成する樹脂材21の軟化温度」についてもTgと同様であり、即ち、複合材2を構成する樹脂材21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複合材2を構成する樹脂材21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、複合材2を構成する樹脂材21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複合材2を構成する樹脂材21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。
前記「複合材2を構成する樹脂材21のTg」は以下の方法によって測定され、前記「複合材2を構成する樹脂材21の軟化温度」は、JIS K-7196「熱可塑性プラスチックフィルム及びシートの熱機械分析による軟化温度試験方法」に従って測定される。
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。測定対象の複合材2を構成する樹脂材21から試験片10mgを採取し、その試験片を所定条件で加熱する。具体的には試験片について、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。
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)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)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、第1実施態様の突起部前駆体形成工程においては、後述する突起伸長工程と同様に、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及び後述する突起伸長工程においては、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。
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。
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。
複合材2の準備
樹脂材21としては、ポリ乳酸(PLA)で形成された厚み0.3mmの帯状のシートを用意した。また、保護材22としては、ポリエチレンで形成された厚み1.3mmの帯状のシートを用意した。そして、樹脂材21の一面上に保護材22を積層し、ホットメルト接着剤により固定して複合材2を作製した。このように作製した複合材2を用いて図6に示す手順に従って、微細中空突起具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、製造装置100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、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、樹脂材21に刺す凸型部11の刺入高さが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の微細中空突起具を製造した。
複合材2の替わりに、ポリ乳酸(PLA)で形成された厚み0.3mmの帯状のシート(実施例1で用いた樹脂材21)を用いる以外は、実施例1と同様の製造条件で、参考例1の微細中空突起具を製造した。
複合材2の替わりに、ポリ乳酸(PLA)で形成された厚み0.3mmの帯状のシート(実施例1で用いた樹脂材21)を用い、突起伸長部10Bにおける、樹脂材21に刺す凸型部11の刺入高さを0.2mmとする以外は、実施例1と同様の製造条件で、比較例1の微細中空突起具を製造した。
実施例1、参考例1〜参考例2の微細中空突起具について、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。また、実施例1、参考例1及び比較例1の微細中空突起具について、突起部3の突出高さH1、及び微細突起具の貫通の有無を測定した。それらの結果を下記表1に示す。更に、実施例1、参考例1及び比較例1の微細中空突起具の写真も併せて示す。
2 複合材
2h 底側貫通孔
21 樹脂材
21s 樹脂層
22 保護材
22s 保護層
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
13 押さえ部材
130 貫通孔
20 冷却部
201 冷風送風装置
202 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
60 凸ローラ
61 凸部
100 製造装置
Claims (7)
- 所定温度で軟化可能な熱可塑性樹脂を含む樹脂材で形成された樹脂層の一面上にシート状の保護材で形成された保護層を積層固定した複合材と、該複合材における該樹脂層の他面から一面側に向かって該保護層を貫通して隆起する突起部とを備える微細突起具の製造方法であって、
前記樹脂材の他面から、加熱手段を備える凸型部を当接させて、前記熱可塑性樹脂が軟化可能な温度条件で、該樹脂材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樹脂材に刺してゆき、該樹脂材の一面から突出する前記突起部を形成する突起部形成工程と、
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貫通孔を有する微細突起具を形成するリリース工程と、を備えており、
前記保護材として、前記樹脂材の前記熱可塑性樹脂が軟化可能な温度条件で該樹脂材よりも軟化しないものを用い、
前記突起部形成工程においては、前記突起部で前記保護材を貫き、該突起部を前記複合材の表面から突出させる、微細突起具の製造方法。 - 前記突起部形成工程においては、前記複合材における前記樹脂材の他面から、前記凸型部を当接させて、該樹脂材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樹脂材に刺してゆき、該凸型部を該樹脂材の一面から突出させると共に、該凸型部を内部に刺した前記突起部を用いて該複合材における前記保護材を破壊して貫通させ、該突起部を前記複合材の表面から突出させる、請求項1に記載の微細突起具の製造方法。
- 前記突起部形成工程は、先ず前記樹脂材に前記突起部を形成する第1突起部形成ステップと、該第1突起部形成ステップの後ステップに、前記凸型部を内部に刺した前記突起部を用いて、前記保護材を破壊して貫通させた後、該保護材と該樹脂材とを積層固定し、該突起部を前記複合材の表面から突出させる第2突起部形成ステップとを有している、請求項1に記載の微細突起具の製造方法。
- 前記突起部に対応する位置に予め開孔部を有する前記保護材と、前記樹脂材とが予め積層固定された前記複合材を用い、
前記突起部形成工程においては、前記複合材における前記樹脂材の他面から、前記凸型部を当接させて、該樹脂材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樹脂材に刺してゆき、該凸型部を該樹脂材の一面から突出させると共に、該凸型部を内部に刺した前記突起部を、該複合材における前記保護材の前記開孔部を通して前記複合材の表面から突出させる、請求項1に記載の微細突起具の製造方法。 - 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1〜4の何れか1項に記載の微細突起具の製造方法。
- 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1〜4の何れか1項に記載の微細突起具の製造方法。
- 前記突起部形成工程が、複数個の凸型を有する前記凸型部を用いて行い、前記突起部を複数個アレイ状に形成する、請求項1〜6の何れか1項に記載の微細突起具の製造方法。
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