JP6717638B2 - 開孔部を有する微細中空突起具の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の製造方法は、開孔部を有する微細中空突起具の製造方法である。図1には、本実施態様の微細中空突起具1の製造方法で製造される一実施態様の微細中空突起具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。本実施態様のマイクロニードルアレイ1Mは、先端側に開孔部3hを有し内部に開孔部3hに繋がる内部空間の形成された微細中空突起部3が、基底部材2から突出する形態となっている。本実施態様のマイクロニードルアレイ1Mは、シート状の基底部材2と複数の微細中空突起部3とを有している。
微細中空突起部3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、図3(a)に示すように所定倍率拡大した状態で観察する。
次に、図3(a)に示すように、外壁32を形成する両側辺1a,1bの内の一側辺1aにおける直線部分に沿って仮想直線ILaを延ばし、他側辺1bにおける直線部分に沿って仮想直線ILbを延ばす。次に、先端側にて、一側辺1aが仮想直線ILaから離れる箇所を第1先端点1a1として求め、他側辺1bが仮想直線ILbから離れる箇所を第2先端 点1b1として求める。このようにして求めた第1先端点1a1と第2先端点1b1とを結ぶ直線の長さL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、微細中空突起部3の先端径とする。
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の動作、凸型部11の加熱手段(不図示)の作動等の凸型部11の備える加熱手段(不図示)の加熱条件の制御は、本実施態様の製造装置100に備えられた、制御手段(不図示)により制御されている。
本実施態様の製造装置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。
凸型部11の凸型110は、その先端径D1(図5参照)が、好ましくは0.001mm以上、更に好ましくは0.005mm以上であり、そして、好ましくは1mm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0.001mm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。凸型部11の凸型110の先端径D1は、以下のようにして測定する。
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微細中空突起部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ILcを延ばし、他側辺11bにおける直線部分に沿って仮想直線ILdを延ばす。そして、先端側にて、一側辺11aが仮想直線ILc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ILd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ILcを延ばし、他側辺11bにおける直線部分に沿って仮想直線ILdを延ばす。そして、仮想直線ILcと仮想直線ILd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。
開口プレート12Uの動作の制御は、本実施態様の製造装置100に備えられた、制御手段(不図示)により制御されている。
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、基材シート2Aを貫通する開孔部3h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。本実施態様のように超音波振動装置を用いる場合には、開孔部形成工程では、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、成形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。
第2実施形態の製造装置100の凸型部11は、電動アクチュエータ(不図示)により、前後方向に移動可能及び回動可能になっており、凸型部11の動作(電動アクチュエータ)は、第2実施形態の製造装置100に備えられた制御手段(不図示)により制御されている。
なお、第2実施形態の製造方法により製造されるマイクロニードルアレイ1Mの前駆体1Aの微細中空突起部3は、略円形状に形成された基底側開孔部2hの中心2hcからずれた位置に、先端が位置した形状になっている(図7(f)参照)。
このように、開孔部形成工程で用いる凸型部11の基材シート2Aに対する刺込角度θ1と、突起部形成工程で用いる凸型部11の基材シート2Aに対する刺込角度θ2とを異ならせる、つまり、開孔部形成工程と突起部形成工程とで、凸型部11の基材シート2Aに対する刺込角度を相対的に異ならせることが可能となれば、開孔部3hの形状又は凸型部11の形状の自由度が向上すると共に、加工性を向上させることができる。
また、開孔部形成工程で用いられる開孔用凸型部11´は、図8(a)に示すような円錐状に限らず、角錐状、円柱状及び角柱状等であってもよい。
更に、開孔部形成工程で用いる開孔用凸型部11´は、図8(a)に示すような縦断面視して左右対称な円錐状であったが、縦断面視して左右非対称な形状であってもよい。
開孔部形成工程に用いる開孔用凸型部が、非相似形、角錐状、円柱状及び角柱状や縦断面視して左右非対称な形状の場合においても、超音波振動装置により開孔用凸型部11´の超音波振動を発現させて当接部分TPを摩擦による熱で軟化させることで、基材シート2Aを貫通する開孔部3hを形成することができる。
また、上述した第2実施形態の製造方法では、開孔部形成工程及び突起部形成工程に用いる共通の凸型部11を回動させることで、突起部形成工程に用いる凸型部11の刺込角度θ2を、開孔部形成工程に用いた凸型部11の刺込角度θ1と異ならせる態様であったが、例えば、開孔部形成工程に用いられる開孔用凸型部11´の刺込角度θ1と異なる刺込角度θ2に形成された別の凸型部11を、突起部形成工程に用いる構成としてもよい。
このように、開孔部形成工程で用いる開孔用凸型部と、突起部形成工程で用いる凸型部とが別の凸型部11であれば、開孔部形成工程及び突起部形成工程で用いる凸型部の形状の自由度が向上すると共に、加工性を向上させることができる。
非接触式の熱加工手段を用いることで、長期間使用しても、摩耗等による精度の低下がないため、開孔部3hを有するマイクロニードルアレイ1Mの形状を精度良く効率的に製造することができる。また、非接触式の熱加工手段を用いることで、開孔部3hの形状の自由度を向上させることができる。
このように、先端からずれた位置に複数の開孔部3hを有する微細中空突起部3を用いることで、剤を注入する際の微細中空突起部3の内部の液圧を低くすることが可能になり、開孔部閉塞のリスクを低減し、注液性を向上させることができる。なお、開孔部3hは、微細中空突起部3の先端部から、微細中空突起部3の高さH1の2%以上根本方向にずれた位置に配置することが好ましく、5%以上ずれていることが更に好ましく、10%以上ずれていることが特に好ましい。また、開孔部3hの位置は、微細中空突起部3の根本部から、微細中空突起部3の高さH1の2%以上先端部方向にずれた位置に配置することが好ましく、5%以上ずれていることが更に好ましく、10%以上ずれていることが特に好ましい。
即ち、上述した実施態様及び第2実施形態のマイクロニードルアレイ1Mの製造方法は、開孔部形成工程で用いる凸型部の加工条件と、突起部形成工程で用いる凸型部の加工条件との違いとして、開孔部形成工程にて凸型部11の備える加熱手段の条件と、突起部形成工程にて凸型部11の備える加熱手段の条件とが同じであり、突起部形成工程にて凸型部11を基材シート2Aに刺してゆく速度が、開孔部形成工程にて凸型部11を基材シート2Aに刺してゆく速度よりも遅くしている。
しかし、マイクロニードルアレイ1Mの製造方法においては、開孔部形成工程にて凸型部11を基材シート2Aに刺してゆく速度と突起部形成工程にて凸型部11を基材シート2Aに刺してゆく速度とが同じであり、突起部形成工程にて凸型部11の備える加熱手段の条件で基材シート2Aに付与する熱量が、開孔部形成工程にて凸型部11の備える加熱手段の条件で基材シート2Aに付与する熱量に比べて大きい製造方法であってもよい。具体的には、前記(条件a)を満たしていないが、突起部形成工程で用いる凸型部11の超音波振動の周波数又は振幅の方が、開孔部形成工程で用いる凸型部11の超音波振動の周波数又は振幅よりも大きく、前記(条件b)又は前記(条件c)を満たし、結果として、突起部形成工程で用いる凸型部11から基材シート2Aに与える熱量が、開孔部形成工程で用いる凸型部11から基材シート2Aに与える熱量よりも大きくなっていてもよい。
上述の凸型部11の加熱手段を加熱ヒーター装置とする実施態様の製造方法においては、突起部形成工程で用いる凸型部11のヒーター温度と、開孔部形成工程で用いる凸型部11のヒーター温度とを同じ温度にした場合、前記(条件d)を満たしていないが、突起部形成工程における凸型部11の刺入速度の方を開孔部形成工程における凸型部11の刺入速度よりも遅くすることで、前記(条件a)を満たし、結果として、突起部形成工程にて凸型部11から基材シート2Aに与える熱量が、開孔部形成工程にて凸型部11から基材シート2Aに与える熱量よりも大きくなっている。また、前記(条件a)を満たしていないが、突起部形成工程で用いる凸型部11のヒーター温度の方が、開孔部形成工程で用いる凸型部11のヒーター温度よりも高く、前記(条件d)を満たし、結果として、突起部形成工程にて凸型部11から基材シート2Aに与える熱量が、開孔部形成工程にて凸型部11から基材シート2Aに与える熱量よりも大きくなっていてもよい。更に、前記(条件a)、前記(条件b)、前記(条件c)、及び前記(条件d)の全ての条件を満たしていてもよい。
ガラス転移温度(Tg)の測定方法は、以下の方法によって測定され、軟化温度の測定方法は、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」に従って行う。
尚、前記「基材シート2Aのガラス転移温度(Tg)」は、基材シート2Aの構成樹脂のガラス転移温度(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ガラス転移温度(Tg)が互いに異なる場合、前記加熱手段による基材シート2Aの加熱温度は、少なくともそれら複数のガラス転移温度(Tg)のうち最も低いガラス転移温度(Tg)以上であることが好ましく、それら複数のガラス転移温度(Tg)のうち最も高いガラス転移温度(Tg)以上であることがさらに好ましい。
また、前記「基材シート2A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2A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2A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2A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2A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測定器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。
2 基底部材
2A 基材シート
2D 一面
2U 他面
3 微細中空突起部
3h 開孔部
3hc 中心
10 突起部形成部
11、11´ 凸型部
110、110´ 凸型
13 レーザー照射装置
TP 当接部分
θ1、θ2 刺込角度
Claims (4)
- 開孔部を有する基材シートの一面側から、加熱手段を備える凸型部を、その先端が該開孔部の中心からずれた位置となるようにして前記基材シートに当接させて、該基材シートにおける該凸型部との当接部分を熱により軟化させながら、該基材シートの他面側に向かって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側から突出する微細中空突起部を形成する突起部形成工程と、
前記微細中空突起部の内部に前記凸型部を刺した状態で該微細中空突起部を冷却する冷却工程と、
前記冷却工程の後工程に、前記微細中空突起部の内部から前記凸型部を抜いて内部が中空の前記微細中空突起部を形成するリリース工程とを備え、
前記突起部形成工程を行う前に、前記開孔部が形成される前の非開孔基材シートの一面から、加熱手段を備える開孔用凸型部を当接させて、該非開孔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開孔用凸型部を該非開孔基材シートに刺してゆき、該非開孔基材シートを貫通する前記開孔部を形成する開孔部形成工程を備え、
前記開孔用凸型部として前記突起部形成工程で用いる前記凸型部を用い、
突起部形成工程において前記凸型部から前記基材シートに与える熱量を、前記開孔部形成工程において前記開孔用凸型部から前記基材シートに与える熱量よりも大きくする、開孔部を有する微細中空突起具の製造方法。 - 前記開孔部形成工程で用いる前記開孔用凸型部の加工条件と、前記突起部形成工程で用いる前記凸型部の加工条件とが異なる請求項1に記載の開孔部を有する微細中空突起具の製造方法。
- 前記開孔部形成工程で用いる前記開孔用凸型部の前記基材シートに対する刺込角度と、前記突起部形成工程で用いる前記凸型部の前記基材シートに対する刺込角度とが異なる請求項2に記載の開孔部を有する微細中空突起具の製造方法。
- 前記基材シートが前記開孔部を複数備え、
前記突起部形成工程においては、各前記開孔部の中心からずれた位置に凸型部を当接させて、該基材シートの他面側に向かって該凸型部を該基材シートに刺してゆき、先端からずれた位置に複数の前記開孔部を有する前記微細中空突起部を形成する請求項1〜3の何れか1項に記載の開孔部を有する微細中空突起具の製造方法。
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