JP6660548B2 - 医療用注射器、注射器に適用されるガスケットおよびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、医療用注射器に関し、特に、医療用注射器に適用されるガスケットおよびその製造方法に関する。

医療用途に用いられる注射器として、予め薬液が充填された注射器（プレフィルド注射器）がある。プレフィルド注射器は、薬液を移し変える手間が必要ないことから簡便に使用できることや、また薬液を移し変える時点での医療過誤を防止できることから近年使用が増えている。
このプレフィルド注射器においては、従来の注射器（使用直前にバイアル等他の容器から薬液を吸い上げて使用するもの）と異なり、長期間薬液と接触する容器としての性能が必要とされる。

注射器に使用されるガスケットとしては、一般に架橋ゴムが使用される。架橋ゴムには一般に架橋用の様々な成分が添加されており、このような成分もしくはその熱分解物は、薬液と接触することで薬液中へと移行することが知られている。一部の薬液に対してこれらの移行物は、薬液の効果、安定性に悪影響を与えることも知られている。
また、注射器を使用するときに、ガスケットが滑らかに摺動することが求められる。一般に架橋ゴムから成るガスケットは摺動性が悪く、使用に耐えない。このため、バレルもしくはガスケットの表面にシリコーンオイルを塗布することが一般に行われている。しかし一部の薬液に対してシリコーンオイルは、薬液の効果、安定性に悪影響を与えることが知られている。

このような観点から、ゴム製ガスケットの表面を摺動性の良い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知られている。その目的として、ゴム製ガスケットの表面をフィルムで覆うことにより架橋ゴムの成分が薬液へ移行することを防ぐこと、および、摺動性の良いフィルムでラミネートすることでシリコーンオイルなしでも摺動性を確保することにある。

このような目的で使用されるフィルムとしては、摺動性の良い超高分子量ポリエチレンやフッ素系樹脂が使用される。このうち、フッ素系樹脂は摺動性が良く、かつ化学的に安定であるため好適であり、フッ素系樹脂のなかでもポリテトラフルオロエチレン(PTFE)は摺動性、安定性ともにきわめて良好であり特に好ましい。

特開２００５−１８５７４７号公報

しかしながら、上記の目的で使用されるフィルムはゴム弾性を有しておらず、内部の架橋ゴムのゴム弾性を阻害してしまう。ガスケットのゴム弾性は薬液の確実な封止に必須であり、ゴム弾性が十分でない場合、シリンジから薬液が漏れてしまうという欠点がある。また、シリンジに挿入された時の摺動性についてもさらなる改善が必要である。
この課題に対して、発明者らは検討を加えた結果、ラミネートするフィルムの厚みの制御やフィルムの表面改質などの改善の検討を進めている。

ゴム製品の製造工程においては、所望の製品形状を空隙とした金型内においてゴムを加硫成型し、形状を付与した後、金型より取り出す方法が一般的に用いられている。このような製造方法においては、製品を金型より取り出す際に、金型と製品が擦れることにより微細な傷が発生してしまう。ガスケットの製造工程において、製品の取り出し方向は、周方向に対して垂直方向である。この方向の傷は、薬液の確実な封止を著しく悪化させるため好ましくない。

また、ラミネートガスケットの成型においては、表面に流動性の悪いフィルム層が積層されており、金型の空隙への充填性が悪い。このため金型の空隙に、製品の形状が追従できず、例えば微細な溝構造などを完全に成型することは困難を伴う。
発明者らは、フィルムでラミネートされたガスケット形状を成型後に、成型品の周面に微細な溝構造を形成することによりこれらの課題を解決できると考え、本発明に至った。

この発明に係る医療用注射器に適用されるラミネートガスケットは、請求項１〜３に記載の内容である。また、この発明に係るラミネートガスケットの製造方法は、請求項４に記載の内容である。さらに、この発明に係る医療用注射器は、請求項５に記載の内容である。
具体的には、次の通りである。

請求項１記載の発明は、弾性体で構成された本体と、この本体の表面に積層されたラミネートフィルムとを含む医療用注射器に適用されるガスケットであって、前記ガスケットは、シリンジの内周面に接する円周面部を有し、当該円周部に配置されたラミネートフィルムには、当該フィルム表面に、ラミネートフィルムの表面から窪んだ円周方向に延びる溝が形成されており、前記溝の幅方向の両外縁部には、溝の長さ方向に、ラミネートフィルム表面から外側へ膨張した膨張部が形成されており、前記膨張部は、その高さｈが２μｍ以上３０μｍ以下で、かつ、その幅ｗが２μｍ以上４０μｍ以下であ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、前記円周面部に配置されたラミネートフィルムの厚みをＤ［μｍ］とした場合に、この溝の深さが０．８Ｄ［μｍ］以上であることを特徴とする、請求項１に記載のガスケットである。

請求項３記載の発明は、前記溝の深さがＤ[μｍ]以上であることを特徴とする、請求項２に記載のガスケットである。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスケットの製造方法であって、前記溝および膨張部は、レーザー加工によって作られることを特徴とする、ガスケットの製造方法である。

請求項５記載の発明は、医療用注射器であって、筒状をしたシリンジと、前記シリンジに組み合わされ、シリンジ内を往復移動しうるプランジャと、前記プランジャの先端に装着された請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスケットと、を含むことを特徴とする、医療用注射器である。

この発明の構成によれば、ガスケット表面の周方向に微細な溝構造を設けることで、溝周辺部は注射筒内での圧縮応力が高まり内部の薬液の確実な封止を行うことができる。
また、ガスケット成型後に、微細な溝構造を周方向に形成することにより、ガスケット成型時に発生してしまった周方向に垂直な傷を埋めることができる。
さらに、溝深さをフィルム厚みに対して一定比率以上にすることによって、ガスケットをシリンジに挿入した時の摺動性もより改善することができる。

よって、この発明によれば、封止性および摺動性に優れた医療用注射器のラミネートガスケットを得ることができる。特に、プレフィルド注射器に好適なラミネートガスケットを得ることができる。

図１は、この発明の一実施形態に係る医療用注射器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、図２のＡ部分の拡大断面図である。

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注射器、いわゆるプレフィルド注射器と呼ばれる注射器を分解状態で示す図である。図１において、シリンジ１１およびガスケット１３は、半分が断面で表わされている。
図１を参照して、プレフィルド注射器１０は、円筒形状のシリンジ１１と、シリンジ１１と組み合わされ、シリンジ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１１の内周面１６と気密的・液密的に接する円周面部１７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、その先端部にはガスケット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１２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、弾性材で構成されていればよく、その素材に関しては特に限定されるものではない。たとえば、熱硬化型ゴムや、熱可塑性エラストマで構成することができる。このうち、耐熱性に優れることから、熱硬化性ゴムや、熱可塑性エラストマのうち架橋点を有する動的架橋型熱可塑性エラストマがより好ましい。これらのポリマー成分も特に限定されるものではなく、強いて言えば、成型性に優れるエチレン−プロピレン−ジエンゴムやブタジエンゴムが好ましい。また、耐ガス透過性に優れるブチルゴム、塩素化ブチルゴム、臭素化ブチルゴムも好ましい。

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、医療用途に実績のある超高分子量ポリエチレンやフッ素系樹脂のフィルムを挙げることができる。このうち、フッ素系樹脂は摺動性に優れ、かつ、表面の化学的な安定性に優れているので好ましい。フッ素系樹脂としては、フッ素を含む樹脂であれば公知のものを使用すればよく、例として、ＰＴＦＥ、変性ＰＴＦＥ、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、パーフルオロアルキルエーテル（ＰＦＡ）などが挙げられる。ＰＴＦＥや変性ＰＴＦＥは、摺動性および化学的な安定性共に優れており好ましい。ＥＴＦＥは、γ線滅菌への耐性が良く好ましい。本体１４との接着性の観点からは、これらの樹脂の混合物、もしくは積層からなるフィルムを用いることもできる。

この実施形態に係るラミネートガスケット１３の特徴は、シリンジ１１の内周面１６に気密的、液密的に接する円周面部１７を備えており、その円周面部１７には、周方向に延びる溝２２が成型されていることである。周方向は、概略水平（軸方向に直交する水平面に沿った方向）であればよく、水平面に対して±１０°以内が望ましい。
溝２２は、円周面部１７を周回する円環状溝とされており、この実施形態では、１本の溝２２が設けられた例が示されている。

しかし、溝２２の本数としては、１本以上であればよく、ガスケット１３の軸方向に所定の間隔を開けて複数本設けてもよく、特に上限を設ける必要はない。また、周方向に延びる円環状の溝とはせず、途中で途切れた部分があってもよいが、円周面部１７の少なくとも全周において、いずれか１本の溝が存在している形態であればよい。
溝２２は、円周面部１７の周方向にわたってその始点と終点が一致する円環状溝であることが好ましい。その理由は、円周面部１７の周方向全体にわたって薬液封止性の面で均一な効果が得られるためである。なお、ガスケット１３の円周面部１７を展開して考えた場合、概略直線状の溝２２となることが好ましい。

図３は、図２の円周面部１７における１本の溝２２の拡大部分断面図である。すなわち、図２のＡ部分の拡大断面図である。図３を参照して説明すると、溝２２は、ラミネートフィルム１５の表面から窪んだ溝となっている。
ガスケット円周面部１７に配置されたラミネートフィルム１５の厚みＤ［μｍ］は、特に制限はないが、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。厚みが厚すぎると、ガスケット１３をシリンジ１１に挿入した際の変形追随性が悪くなり、薬液の密封性が悪くなる。厚みが薄くなりすぎると成型時にラミネートフィルム１５の破れなどが起きやすくなる。

成型する溝２２の深さｄとしては、０．８Ｄ［μｍ］以上が好ましく、Ｄ［μｍ］以上がより好ましい。深さの上限は特に制限はないが、ガスケット１３の形状安定性の観点から１ｍｍ以下にするのが好ましい。
成型する溝２２の幅Ｗとしては、成型する溝２２の深さｄとラミネートフィルム１５および本体１４を構成するゴムの物性により適宜選択すればよいが、好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下である。溝２２の幅Ｗが広すぎる場合、シリンジ１１の内部に挿入したときに、圧縮されたゴム（本体１４）の弾性により溝２２の底部が押し出され、構造を維持できず、シリンジ１１の内面に押し当てられるため好ましくない。一方、溝２２の幅Ｗが１μｍ以下の場合、加工精度から均一な成型ができず所望の効果を得られないため好ましくない。

成型する溝２２の断面形状としては、特に規定を設けない。生産性の面から、単純な凹形状、若しくは丸みをおびた凹形状が好ましい。
溝２２の外縁部２３には、ラミネートフィルム１５の元の厚みＤよりも若干厚くなる膨張部２４が形成されるのが通常である。
たとえば溝２２を作るために、切削刃を用いてラミネートフィルム１５の表面を切削する場合、応力により一部の素材（ラミネートフィルム１５の表面部の素材）が溝２２の外縁部２３に圧縮されるいわゆるかえりによって、膨張部２４が生じる。また、溝２２をレーザー光により加工する場合、レーザー光によりラミネートフィルム１５の表面が蒸発もしくは分解され、その素材の一部が溝２２の外縁部２３に再蓄積されて膨張部２４が形成されることがある。

金型を用いてラミネートガスケット１３を成型し、成型したラミネートガスケット１３を金型から取り出す際に、ラミネートガスケット１３が金型と擦れることにより表面に微細な傷が発生することがある。取り出したラミネートガスケット１３に溝２２を形成するので、膨張部２４が微細な傷を埋めるという観点から、膨張部２４が溝２２の外縁部２３に存在することは、むしろ好ましいことと言える。

膨張部２４の形状に関しては特に制限はないが、高さｈについては好ましくは、２μｍ以上３０μm以下、より好ましくは４μｍ以上２５μｍ以下、より好ましくは６μm以上２３μｍ以下である。膨張部２４の幅ｗについては、２μｍ以上４０μｍ以下、より好ましくは４μｍ以上３５μm以下、さらに好ましくは６μｍ以上３０μｍ以下である。
次に、この実施形態に係るガスケット１３の製造方法について説明をする。

この実施形態に係るガスケット１３は、以下の製造工程により製造される。
(1) ガスケット成型金型を準備する工程、
(2) 金型内にて、表面にラミネートフィルムが積層されたガスケットを成型する工程、
(3) 金型からラミネートガスケットを取り出した後、ラミネートフィルムの表面にのみ、円周面部の周方向に延びる溝を成型する工程、
という工程により製造される。

金型内にて、表面にラミネートフィルムが積層されたガスケットを成型する工程では、ラミネートフィルムの内表面に加硫前のゴムを重ね合わせて金型内に入れ、加硫成型する。
たとえば、架橋材が混合された加硫前のゴムのシート等にラミネートフィルム１５が重ね合わされ、成型金型により加硫成型されて、所定の形状のガスケットに加工される。

この場合において、ラミネートフィルム１５のゴムが重ね合わされる内表面は、予め粗面化処理されていることが好ましい。フィルム１５の内表面を粗面化処理することにより、接着材等を使用することなく、加硫成型によってフィルム１５とゴムとを強固に固着できるからである。この固着は、加硫されたゴムが粗面化したフィルム１５の内表面に入り込んだアンカー効果によるものである。

ラミネートフィルム１５の内表面の改質は、たとえばイオンビームを照射することにより、内表面近傍の内部の分子構造を破壊して、粗面化を行う方法を採用することができる（たとえば、特許第４９０８６１７号公報参照）。
別の製造方法としては、ラミネートフィルム１５の内表面を粗面化せず、ラミネートフィルムの内表面に接着層を塗布し、その上に加硫前のゴム材を重ね、それを金型に入れてガスケットを成型するようにしてもよい。

ガスケットを金型で成型した後、溝を成型することにより、封止性に優れたガスケットを製造することができる。
なぜなら、ガスケットの成型と同時に溝を成型する製造方法、すなわち、金型に予め溝構造を作り、その溝構造をガスケットの表面に転写する製造工程では、成型されたガスケットを金型から取り外す際（脱型時）に、微細な傷などの損傷を受けるおそれがある。

そこで、ガスケットの成型後に溝を成型することで、ガスケットの脱型時に微細な傷が生じても、その後の溝の成型工程において、生じた微細な傷をある程度修復可能になる。また、ガスケット成型後に溝を成型することにより、成型された溝が所望の効果を発揮する好ましい溝となる。
ガスケットの成型後に溝を成型する方法としては、以下の方法を採用することができる。

すなわち、
(1) 外的な応力を与えて、本体と、本体の表面に積層されたラミネートフィルムとから
なるガスケットに、塑性変形を加える方法、または
(2) ガスケットの表層を切削することで溝を成型する方法、
を採用することが考えられる。

このうち、後者の切削による溝の成型が、塑性変形による溝の成型に比べて、成型が容易であり、成型部以外への応力の影響が少ないことから好ましい。
切削は、刃物による切削でもよいし、レーザー光の照射による切削であってもよく、特に限定されない。このうち、レーザー光の照射による切削は、微細な溝構造の成型が容易であり、成型部周辺への応力などの影響が少ないことから、好ましい切削方法である。

レーザー光の照射による切削の場合、用いるレーザー光の種類、出力などは公知の技術を用いればよい。レーザー光の種類としては、フィルム素材や溝の深さなどにより適宜選択すればよい。赤外線を利用するレーザー光による加工が、産業上取り扱いが容易であり好ましい。レーザー光の照射時間に関しては、成型条件により適宜選択を行えばよいが、特に、短いパルスでの照射が、成型部周辺への熱の影響が少なくなるために好ましい。

２種類のラミネートフィルムを使用し、それらラミネートフィルムと未加硫ゴムとを用い、ガスケット形状を加硫成型した。そしてそのガスケット形状に対し、円周面部に周方向に延びる円環状の溝を成型したもの（実施例１〜５、比較例２〜４および溝を成型しなかったもの（比較例１）を得た。
ラミネートフィルムは、次の２種類を使用した。
［使用したラミネートフィルム］
(1) ＰＴＦＥフィルム（日本バルカー株式会社製 バルフロン（登録商標））
(2) 変性ＰＴＦＥフィルム（日本バルカー株式会社製 バルフロンＥｘ１（登録商標））
各ラミネートフィルムの内表面（未加硫ゴムシートが重ね合わされる面）には、予めイオンビームを照射し、表面の粗面化を行った。
［使用した本体材料］
未加硫ゴムシート ハロゲン化ブチルゴム
架橋材 ２−ジ−ｎ−ブチルアミノ−４，６−ジメルカプト−ｓ−トリアジン 三協化成株式会社製、ジスネットＤＢ（登録商標）
［製造条件］
加硫温度１８０℃、加硫時間８分、処理圧力２０ＭＰａ
［製品形状］
図２に示すガスケット１３の形状を得て、その円周面部１７の径はφ６．６０ｍｍに成型した。

［溝の成型］
溝の成型は、製品形状を得た後に実施した。溝の成型は、以下のレーザー光による加工を採用した。
装置：株式会社キーエンス製 ３−Ａｘｉｓ ＣＯ２ Ｌａｓｅｒ Ｍａｒｋｅｒ ＭＬ−Ｚ９５５０Ｔ
波長９３００ｎｍのレーザー光を照射し、加工を行った。

［試験方法］
・溝の寸法測定
溝の成型後の製品をレーザーマイクロ顕微鏡（株式会社キーエンス製 ＶＫ−Ｘ１００）を用いて、倍率５０倍の対物レンズを用いて表面形状の測定を行った。溝の最大深さ、および、幅部分を画面より選択し数値を得た。製品上の４箇所を測定し、その算術平均を表わした。
・薬液の封止性
成型後の製品をシリンジに挿入後、試験液を充填し、反対側をキャップした。４０℃にて１週間静置後、ビデオマイクロスコープ（ライカマイクロシステムズ株式会社製 ＤＶＭ５０００）にて対物レンズ５０倍で観察し、液漏れの有無を測定した。２０個の製品を観察し、試験液がガスケットの最大径部分（円周面部１７）を超えたものは、液漏れと判定し、その個数を記載した。２以下を良好とした。試験液は水に色素（メチレンブルー シグマアルドリッチジャパン合同会社製）０．２ｇ／リットル、および界面活性剤（ポリソルベート８０ 日油株式会社製）１．０ｇ／リットル加えたものを使用し、シリンジはシクオロフィン樹脂製（内径φ６．３５ｍｍ）を使用した。
・摺動性
加工後の製品をバレルに挿入し、プランジャーで１００ｍｍ／ｍｉｎの速度で押し込む際に要する力を精密万能試験機（AG-X 100kN、株式会社島津製作所製）を用いて計測した。摺動距離１０ｍｍから１５ｍｍでの摺動に要する力の平均値を摺動抵抗として記録した。

［試験結果］
ガスケットの成型後に溝の成型を実施しなかった比較例１に較べて、実施例１〜５は何れも液漏れ本数、摺動抵抗ともに顕著に減少しており好ましい結果となった。また、比較例２〜４と実施例１〜５を比較しても、摺動抵抗が低下しており、より好ましい結果となっている。

１０ プレフィルド注射器
１１ シリンジ
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
１７ 内周面部
２２ 溝
２４ 膨張部

Claims (5)

1. 弾性体で構成された本体と、この本体の表面に積層されたラミネートフィルムとを含む医療用注射器に適用されるガスケットであって、
   前記ガスケットは、シリンジの内周面に接する円周面部を有し、
   当該円周部に配置されたラミネートフィルムには、当該フィルム表面に、ラミネートフィルムの表面から窪んだ円周方向に延びる溝が形成されており、
   前記溝の幅方向の両外縁部には、溝の長さ方向に、ラミネートフィルム表面から外側へ膨張した膨張部が形成されており、
   前記膨張部は、その高さｈが２μｍ以上３０μｍ以下で、かつ、その幅ｗが２μｍ以上４０μｍ以下であることを特徴とする、ガスケット。
2. 前記円周面部に配置されたラミネートフィルムの厚みをＤ［μｍ］とした場合に、この溝の深さが０．８Ｄ［μｍ］以上であることを特徴とする、請求項１に記載のガスケット。
3. 前記溝の深さがＤ[μｍ]以上であることを特徴とする、請求項２に記載のガスケット。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスケットの製造方法であって、前記溝および膨張部は、レーザー加工によって作られることを特徴とする、ガスケットの製造方法。
5. 医療用注射器であって、
   筒状をしたシリンジと、
   前記シリンジに組み合わされ、シリンジ内を往復移動しうるプランジャと、
   前記プランジャの先端に装着された請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスケットと、
   を含むことを特徴とする、医療用注射器。

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