JP6834453B2

JP6834453B2 - Manufacturing method of hollow structure

Info

Publication number: JP6834453B2
Application number: JP2016244832A
Authority: JP
Inventors: 金松　俊宏; 俊宏金松; 敦美山邊
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: JP2018094891A

Description

本発明は、中空構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a hollow structure.

先端が開口している突出部が設けられた中空構造体が存在する。この中空構造体は、例えば医療・ヘルスケア分野において、中空部分に機能材料を保持し、突出部の開口部から体内に注入するマイクロニードルや、再生医療に用いる培養器具として、細胞培養の足場材として用いることが出来る。この場合、開口部の寸法や突出部の寸法管理が非常に重要である。 There is a hollow structure provided with a protrusion having an open tip. In the medical / healthcare field, for example, this hollow structure is used as a scaffolding material for cell culture as a microneedle that holds a functional material in a hollow portion and injects it into the body through an opening of a protrusion, or as a culture instrument used for regenerative medicine. Can be used as. In this case, it is very important to control the dimensions of the openings and the dimensions of the protrusions.

突出部の先端に開口部を設けた中空構造体の製造方法は種々あるが、たとえば特許文献１には、３Ｄプリンタを用いて、光硬化性樹脂液体やワイヤ状の樹脂を溶かしながら、インクジェット方式で積層していく方法が一例として開示されている。 There are various methods for manufacturing a hollow structure having an opening at the tip of a protruding portion. For example, in Patent Document 1, a 3D printer is used to melt a photocurable resin liquid or a wire-shaped resin while using an inkjet method. The method of laminating in is disclosed as an example.

しかしながら、特許文献１に開示された技術では微細加工が困難であり、特に突出部の寸法のばらつきが大きくなる。例えば医療・ヘルスケア分野に用いられる中空構造体は、開口部が３０μｍ以下のような微細加工が必要であるため、従来の技術では、寸法安定性を保った製造が困難であった。 However, with the technique disclosed in Patent Document 1, microfabrication is difficult, and in particular, the dimensional variation of the protruding portion becomes large. For example, a hollow structure used in the medical / healthcare field requires microfabrication such that the opening is 30 μm or less, so that it is difficult to manufacture the hollow structure while maintaining dimensional stability by the conventional technique.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、寸法安定性が担保された中空構造体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a hollow structure in which dimensional stability is guaranteed.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、上面から深さ方向に離れるほど径が小さくなる凹部が前記上面に形成されたテンプレートの前記上面を、塑性変形機能を有し、かつ、中空構造体の形成に用いられる樹脂である中空構造体形成材料で被覆する第１の工程と、前記中空構造体形成材料を前記テンプレート側に押圧し、前記中空構造体形成材料の一部を前記凹部に進入させる第２の工程と、一部が前記凹部に進入した状態の前記中空構造体形成材料を押し上げて、前記中空構造体形成材料に中空部を形成する第３の工程と、前記中空部が形成された前記中空構造体形成材料を前記テンプレートから剥離する第４の工程と、を有し、前記第３の工程では、前記凹部のうち前記中空構造体形成材料が進入していない空間は密閉空間であり、前記密閉空間内の気圧を外部の気圧よりも高くして、前記中空構造体形成材料を押し上げる、中空構造体の製造方法である。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the present invention has a plastic deformation function on the upper surface of a template in which a recess whose diameter becomes smaller as the distance from the upper surface increases in the depth direction is formed on the upper surface. The first step of coating with the hollow structure forming material, which is a resin used for forming the hollow structure, and one of the hollow structure forming materials by pressing the hollow structure forming material toward the template side. A second step of allowing the portion to enter the recess, and a third step of pushing up the hollow structure forming material in a state where a part of the portion has entered the recess to form the hollow portion in the hollow structure forming material. , the hollow structure forming material wherein the hollow portion is formed to have a, a fourth step of peeling from the template, wherein in the third step, the hollow structure forming material enters one of the recesses The non-closed space is a closed space, which is a method for manufacturing a hollow structure in which the pressure inside the closed space is made higher than the outside pressure to push up the hollow structure forming material.

本発明によれば、寸法安定性が担保された中空構造体を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a hollow structure in which dimensional stability is guaranteed.

図１は、実施の形態に係る中空構造体の構造を例示する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the structure of the hollow structure according to the embodiment. 図２は、実施の形態に係る中空構造体の突出部を例示する部分拡大断面図である。FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating a protruding portion of the hollow structure according to the embodiment. 図３は、実施の形態に係る中空構造体の製造工程を例示する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing process of the hollow structure according to the embodiment. 図４は、実施の形態に係る中空構造体の製造工程を例示する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a manufacturing process of the hollow structure according to the embodiment. 図５は、加圧時のテンプレートの逆テーパ部近傍の部分拡大断面図である。FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view of the vicinity of the reverse taper portion of the template during pressurization. 図６は、減圧時のテンプレートの逆テーパ部近傍の部分拡大断面図である。FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view of the vicinity of the reverse taper portion of the template when the pressure is reduced. 図７は、第１のテンプレートの模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram of the first template. 図８は、第２のテンプレートの模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram of the second template.

以下、図面を参照しながら、本発明に係る中空構造体の実施の形態を詳細に説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the hollow structure according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each drawing, the same components may be designated by the same reference numerals and duplicate description may be omitted.

（中空構造体の構造）
まず、実施の形態に係る中空構造体１０の構造について説明する。図１は、実施の形態に係る中空構造体１０の構造を例示する図である。本実施の形態では、中空構造体１０の一例として、医療・ヘルスケア分野などで利用されるマイクロニードルアレイを例に挙げて説明する。しかし中空構造体１０の適用例はこれに限定されない。図１（ａ）は本実施の形態の中空構造体１０を斜めから見た斜視図、図１（ｂ）は本実施の形態の中空構造体１０を上方から見た平面図、図１（ｃ）は中空構造体１０を横から見た図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う縦断面図である。 (Structure of hollow structure)
First, the structure of the hollow structure 10 according to the embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating the structure of the hollow structure 10 according to the embodiment. In the present embodiment, as an example of the hollow structure 10, a microneedle array used in the medical / healthcare field and the like will be described as an example. However, the application example of the hollow structure 10 is not limited to this. 1 (a) is a perspective view of the hollow structure 10 of the present embodiment viewed from an angle, and FIG. 1 (b) is a plan view of the hollow structure 10 of the present embodiment seen from above, FIG. 1 (c). ) Is a vertical cross-sectional view of the hollow structure 10 as viewed from the side along the line II of FIG. 1 (a).

図１（ｃ）を参照して中空構造体１０の構造を説明する。図１（ｃ）に示すように、中空構造体１０は、基体１１と、基体１１から突出する突出部１３と、を有する。基体１１には、第１の中空部１２ａが設けられている。突出部１３には、第１の中空部１２ａと外部とに連通する第２の中空部１２ｂが設けられている。この例では、基体１１には、複数の第１の中空部１２ａが設けられ、複数の第１の中空部１２ａごとに突出部１３が設けられている。つまり、基体１１には、複数の第１の中空部１２ａと１対１に対応する複数の突出部１３が設けられている。以下では、説明の便宜上、第１の中空部１２ａと、該第１の中空部１２ａと連続する第２の中空部１２ｂとを合わせて中空部１２と称する場合がある。 The structure of the hollow structure 10 will be described with reference to FIG. 1 (c). As shown in FIG. 1 (c), the hollow structure 10 has a base 11 and a protruding portion 13 protruding from the base 11. The substrate 11 is provided with a first hollow portion 12a. The protruding portion 13 is provided with a second hollow portion 12b that communicates with the first hollow portion 12a and the outside. In this example, the substrate 11 is provided with a plurality of first hollow portions 12a, and each of the plurality of first hollow portions 12a is provided with a protruding portion 13. That is, the substrate 11 is provided with a plurality of first hollow portions 12a and a plurality of projecting portions 13 corresponding to one-to-one. Hereinafter, for convenience of explanation, the first hollow portion 12a and the second hollow portion 12b continuous with the first hollow portion 12a may be collectively referred to as a hollow portion 12.

また図１（ｂ）で参照されるように、突出部１３及び第１の中空部１２ａは、平面視において行列上に配置される。なお、基体１１に設けられた複数の第１の中空部１２ａは、連続する隔壁１５によって仕切られている。つまり隣り合う第１の中空部１２ａは隔壁１５を共有している。 Further, as referred to in FIG. 1 (b), the protruding portion 13 and the first hollow portion 12a are arranged in a matrix in a plan view. The plurality of first hollow portions 12a provided on the substrate 11 are partitioned by continuous partition walls 15. That is, the adjacent first hollow portions 12a share the partition wall 15.

なお、便宜上、基体１１において突出部１３側を上側又は一方の側、その反対側を下側又は他方の側とする。又、各部位の突出部１３側の面を上面又は一方の面、その反対側の面を底面又は他方の面とする。但し、中空構造体１０は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。そして、平面視とは対象物を基体１１の上面１１ａの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を基体１１の上面１１ａの法線方向から視た形状を指すものとする。 For convenience, the protruding portion 13 side of the substrate 11 is the upper side or one side, and the opposite side is the lower side or the other side. Further, the surface of each portion on the protruding portion 13 side is the upper surface or one surface, and the surface on the opposite side is the bottom surface or the other surface. However, the hollow structure 10 can be used upside down, or can be arranged at an arbitrary angle. The plan view refers to viewing the object from the normal direction of the upper surface 11a of the substrate 11, and the planar shape refers to the shape of the object viewed from the normal direction of the upper surface 11a of the substrate 11. ..

以下、中空構造体１０の各構成要素について詳説する。中空構造体１０において、第１の中空部１２ａは基体１１の底面を貫通しておらず、第１の中空部１２ａの下面側は閉鎖されている。第１の中空部１２ａの形状は、例えば、略正四角柱状や略正六角柱状、略正円柱状とすることができる。特に略正六角柱状とした場合は、中空構造体１０は、略正六角柱状の第１の中空部１２aを行列状に配置したハニカム構造とすることもできる。第１の中空部１２aのピッチＰは、例えば、４００μｍ程度とすることができる。このピッチＰは突出部１３のピッチであると考えることもできる。隣接する第１の中空部１２ａ間の隔壁１５の最薄部の厚さｔは、例えば、２０μｍ程度とすることができる。 Hereinafter, each component of the hollow structure 10 will be described in detail. In the hollow structure 10, the first hollow portion 12a does not penetrate the bottom surface of the substrate 11, and the lower surface side of the first hollow portion 12a is closed. The shape of the first hollow portion 12a can be, for example, a substantially regular square column, a substantially regular hexagonal column, or a substantially regular columnar. In particular, when the substantially regular hexagonal columnar shape is used, the hollow structure 10 may have a honeycomb structure in which the first hollow portion 12a of the substantially regular hexagonal columnar shape is arranged in a matrix. The pitch P of the first hollow portion 12a can be, for example, about 400 μm. This pitch P can also be considered to be the pitch of the protrusion 13. The thickness t of the thinnest portion of the partition wall 15 between the adjacent first hollow portions 12a can be, for example, about 20 μm.

また、第１の中空部１２ａごとに設けられる突出部１３は中空形状であり、突出部１３には第２の中空部１２ｂが設けられている。突出部１３は上下方向に貫通しており、突出部１３の上側の開口である第２の開口部１４ｂは、外側と連通しており、解放されている。突出部１３の下側の開口である第１の開口部１４ａは、第１の中空部１２ａと連通している。つまり、第２の中空部１２ｂにおいて、第１の中空部１２ａと連通する開口が第１の開口部１４ａであり、外部と連通する開口が第２の開口部１４ｂである。第１の中空部１２ａと第２の中空部１２ｂの間に物理的な障壁は存在しない。しかし本実施の形態では、便宜上、第１の中空部１２ａと第２の中空部１２ｂの境界は、基体１１の上面であると定義する。なお、以後は基体１１の上面を表面部１１ａと定義する。 Further, the protruding portion 13 provided for each of the first hollow portions 12a has a hollow shape, and the protruding portion 13 is provided with a second hollow portion 12b. The protrusion 13 penetrates in the vertical direction, and the second opening 14b, which is the upper opening of the protrusion 13, communicates with the outside and is open. The first opening 14a, which is the lower opening of the protrusion 13, communicates with the first hollow portion 12a. That is, in the second hollow portion 12b, the opening communicating with the first hollow portion 12a is the first opening 14a, and the opening communicating with the outside is the second opening 14b. There is no physical barrier between the first hollow portion 12a and the second hollow portion 12b. However, in the present embodiment, for convenience, the boundary between the first hollow portion 12a and the second hollow portion 12b is defined as the upper surface of the substrate 11. Hereinafter, the upper surface of the substrate 11 is defined as the surface portion 11a.

第２の中空部１２ｂの形状は、例えば、突出部１３の先端に向けて先細りしており、略円すい状や略四角すい状とすることができる。本実施の形態では、突出部１３は先細り形状となっているため、第２の開口部１４ｂの面積は、第１の開口部１４ａの面積よりも小さい。範囲としては、第２の開口部１４ｂの径φ２は、第１の開口部１４ａの径φ１の５分の１以下であることが好ましい。さらに具体的に言えば、第２の開口部１４ｂの径φ２は３０μｍ以下である。例えばφ２を１０μｍ程度とすることができる。第１の開口部１４ａの直径φ１は１５０μｍ程度とすることができる。また第１の開口部１４ａ及び第２の開口部１４ｂの平面形状は略楕円や略正円、略多角形など、様々な形状をとりえる。 The shape of the second hollow portion 12b is, for example, tapered toward the tip of the protruding portion 13, and can be substantially conical or substantially square cone. In the present embodiment, since the protruding portion 13 has a tapered shape, the area of the second opening 14b is smaller than the area of the first opening 14a. As for the range, the diameter φ2 of the second opening 14b is preferably one-fifth or less of the diameter φ1 of the first opening 14a. More specifically, the diameter φ2 of the second opening 14b is 30 μm or less. For example, φ2 can be set to about 10 μm. The diameter φ1 of the first opening 14a can be about 150 μm. Further, the planar shapes of the first opening 14a and the second opening 14b can take various shapes such as a substantially ellipse, a substantially perfect circle, and a substantially polygon.

表面部１１ａから突出部１３の先端までの高さＨ₁は、例えば、１５０μｍ程度とすることができる。基体１１の高さ（底面から上面部１１ａまでの高さ）Ｈ₂は、例えば、６５０μｍ程度とすることができる。なお、ここで示した各形状と各数値は、あくまで一例である。これらの形状は図２を参照して後述するように、様々な形状をとりえる。また各数値は用途に応じて適宜決定することができる。以降の数値例についても同様である。 _{The height H 1} from the surface portion 11a to the tip of the protruding portion 13 can be, for example, about 150 μm. The height (height from the bottom surface to the top surface portion 11a) H ₂ of the substrate 11 can be, for example, about 650 μm. It should be noted that each shape and each numerical value shown here are merely examples. These shapes can take various shapes as described later with reference to FIG. In addition, each numerical value can be appropriately determined according to the application. The same applies to the following numerical examples.

図２は、実施の形態に係る中空構造体の突出部１３を例示する部分拡大断面図である。図２に示すように、突出部１３は、様々な形状を採り得る。 FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating the protruding portion 13 of the hollow structure according to the embodiment. As shown in FIG. 2, the protrusion 13 can take various shapes.

例えば、図２（ａ）に示すように、突出部１３は、柱状形状の柱状部１３ｓとテーパ形状のテーパ部１３ｔとを含む構成とすることができる。図２（ａ）の例では、表面部１１ａと突出部１３のテーパ形状が連続し、突出部１３の先端に向かって、テーパ形状から柱状形状へと連続している。柱状部１３ｓは、基体の表面部１１ａに対して突出部１３の外側の面である外側面１３ｏが略垂直となる部分である。テーパ部１３ｔは、基体１１の表面部１１ａに対して、突出部１３の内側の面である内側面１３ｉまたは外側面１３ｏが、突出部１３の先端に向かって指数関数的に先細りとなる部分である。 For example, as shown in FIG. 2A, the protruding portion 13 can be configured to include a columnar columnar portion 13s and a tapered tapered portion 13t. In the example of FIG. 2A, the tapered shape of the surface portion 11a and the protruding portion 13 is continuous, and the tapered shape is continuous from the tapered shape toward the tip of the protruding portion 13. The columnar portion 13s is a portion in which the outer surface 13o, which is the outer surface of the protruding portion 13, is substantially perpendicular to the surface portion 11a of the substrate. The tapered portion 13t is a portion where the inner surface 13i or the outer surface 13o, which is the inner surface of the protruding portion 13, is exponentially tapered toward the tip of the protruding portion 13 with respect to the surface portion 11a of the substrate 11. is there.

なお柱状部１３ｓの壁面の厚さ（内側面１３ｉと外側面１３ｏとの距離）は、１μｍ以下程度と極薄く形成されている。よって、内側面１３ｉと外側面１３ｏは柱状部１３ｓにおいて略並行であり、基体１１の表面部１１ａに対して略直角である。すなわち、柱状部１３ｓは上下方向の位置によらず、第２の中空部の中空形状の直径は一定と言える。一方で、テーパ部１３ｔは上方に行くほど中空形状の直径が小さくなる。 The thickness of the wall surface of the columnar portion 13s (distance between the inner side surface 13i and the outer surface 13o) is formed to be extremely thin, about 1 μm or less. Therefore, the inner surface 13i and the outer surface 13o are substantially parallel to the columnar portion 13s, and are substantially perpendicular to the surface portion 11a of the substrate 11. That is, it can be said that the diameter of the hollow shape of the second hollow portion of the columnar portion 13s is constant regardless of the position in the vertical direction. On the other hand, the diameter of the hollow shape of the tapered portion 13t becomes smaller as it goes upward.

以上に突出部１３が柱状部１３ｓとテーパ部１３ｔとを含む構成を説明した。また図２（ｂ）のように、突出部１３はテーパ部１３ｔのみから構成される形態であってもよい。 The configuration in which the protruding portion 13 includes the columnar portion 13s and the tapered portion 13t has been described above. Further, as shown in FIG. 2B, the protruding portion 13 may have a form composed of only the tapered portion 13t.

突出部１３を、柱状部１３ｓを含む構成とすることにより、成形加工のばらつきを吸収して第２の開口部１４ｂの直径φ_２の寸法安定性を向上できる。すなわち、第２の開口部１４ｂの直径φ_２の寸法ばらつきを小さくできる。又、後述の製造方法で詳説するが、加工条件を変えることにより、同一のテンプレートで第２の開口部１４ｂの直径φ_２を変えずに突出部１３の長さのみを変えることができる。 By forming the protruding portion 13 to include the columnar portion 13s, it is possible to absorb variations in the molding process and improve the dimensional stability of _{the diameter φ2 of the second opening 14b.} That is, the dimensional variation of the diameter φ2 of the _second opening 14b can be reduced. Further, as will be described in detail in the manufacturing method described later, by changing the processing conditions, only the length of the protruding portion 13 can be changed without changing _{the diameter φ2 of the second opening 14b in the same template.}

突出部１３を、テーパ部１３ｔを含む構成とすることにより、内部応力が拡散しやすくなり、突出部１３の強度を向上できる。 By configuring the protruding portion 13 to include the tapered portion 13t, internal stress can be easily diffused, and the strength of the protruding portion 13 can be improved.

また突出部１３を、テーパ部１３ｔのみから構成する場合は、突出部１３の先端に向かうに連れて、第２の開口部１４ｂの面積は小さくなる。よって突出部１３の長さ（上面部１１ａから突出部１３先端までの高さ）を調整することで、第２の開口部１４ｂの直径φ_２を可変に設定できる。つまり、用途に応じて突出部１３の長さを調整することで、第２の開口部１４ｂの直径φ_２を所望の値に設定することができる。また同じテンプレートを用いても、加工条件を第２の開口部１４ｂの直径φ_２の寸法を制御することができる。その結果、テンプレートの種類を増やすことなく、製造コストを低減できる。なお、第１の開口部１４ａの直径φ_１が可変であることについては、後述のテンプレートの形状で詳しく説明する。 Further, when the protruding portion 13 is composed of only the tapered portion 13t, the area of the second opening 14b becomes smaller toward the tip of the protruding portion 13. _{Therefore, the diameter φ2 of the second} opening 14b can be variably set by adjusting the length of the protruding portion 13 (the height from the upper surface portion 11a to the tip of the protruding portion 13). _{That is, the diameter φ2 of the second} opening 14b can be set to a desired value by adjusting the length of the protruding portion 13 according to the application. Further, even if the same template is used, the processing conditions can be controlled by controlling the size _{of the diameter φ2 of the second opening 14b.} As a result, the manufacturing cost can be reduced without increasing the types of templates. _{The fact that the diameter φ 1 of} the first opening 14a is variable will be described in detail in the shape of the template described later.

突出部１３は中空形状かつ微細な針形状で、製造時及び使用時に破損しやすい。そこで突出部１３の土台となる、基体１１の表面部１１ａから突出部１３へと連続する部分の壁面を厚くすることで、破損を防ぐことができる。そこでテーパ部１３ｔの壁面の厚みは、突出部１３の先端から基体１１の表面部１１ａに連れて肉厚となることが好ましい。 The protruding portion 13 has a hollow shape and a fine needle shape, and is easily damaged during manufacturing and use. Therefore, damage can be prevented by thickening the wall surface of the portion continuous from the surface portion 11a of the substrate 11 to the protruding portion 13, which is the base of the protruding portion 13. Therefore, it is preferable that the thickness of the wall surface of the tapered portion 13t becomes thicker from the tip of the protruding portion 13 toward the surface portion 11a of the substrate 11.

次に、本実施の形態に係る中空構造体１０の形成材料について示す。 Next, the material for forming the hollow structure 10 according to the present embodiment will be shown.

中空構造体１０は、中空構造体形状への変形過程では流動性と延性（薄膜化で破損しない性質）を持ち、又、形成後は固化する、塑性変形機能を有する材料から形成される。塑性変形機能の一例として刺激硬化性がある。刺激は、たとえば、光（紫外線、赤外線など）、熱、電気、などである。本実施の形態では、中空構造体形成材料の一例として、紫外線照射により硬化する紫外線硬化性樹脂を用いて説明する。 The hollow structure 10 is formed of a material having a plastic deformation function, which has fluidity and ductility (property not to be damaged by thinning) in the process of deforming into a hollow structure shape, and solidifies after formation. As an example of the plastic deformation function, there is stimulus curability. The stimulus is, for example, light (ultraviolet rays, infrared rays, etc.), heat, electricity, and the like. In the present embodiment, as an example of the hollow structure forming material, an ultraviolet curable resin that is cured by ultraviolet irradiation will be described.

中空構造体形成材料は、本実施の形態に限定されず、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いてもよい。また中空構造体形成材料は樹脂に限定されず、塑性変形機能を有する金属を用いてもよい。 The hollow structure forming material is not limited to this embodiment, and a thermosetting resin or a thermoplastic resin may be used. Further, the hollow structure forming material is not limited to resin, and a metal having a plastic deformation function may be used.

次に、本実施形態の中空構造体１０の適用例を示すが、実施用途はこの一例に限定されるものではない。 Next, an application example of the hollow structure 10 of the present embodiment will be shown, but the application is not limited to this example.

複数の第１の中空部１２ａおよび突出部１３が配列された中空構造体１０は、例えば、図１（ａ）のようなパッチ形状のマイクロニードルアレイとして用いることができる。具体的には、突出部１３に設けられた第２の開口部１４から中空部１２に薬液等の機能材料を注入し、皮膚等に突出部１３の第２の開口部１４ｂを押し当てる。そして、パッチの底部（基体１１の突出部１３と反対側の底面）から突出部１３の方向に指等で押圧することにより、薬液等の機能材料を体内に注入することができる。パッチはテープ等で皮膚に貼り付けても良い。 The hollow structure 10 in which the plurality of first hollow portions 12a and the protruding portions 13 are arranged can be used, for example, as a patch-shaped microneedle array as shown in FIG. 1A. Specifically, a functional material such as a chemical solution is injected into the hollow portion 12 from the second opening 14 provided in the protruding portion 13, and the second opening 14b of the protruding portion 13 is pressed against the skin or the like. Then, a functional material such as a chemical solution can be injected into the body by pressing with a finger or the like from the bottom of the patch (the bottom surface of the substrate 11 opposite to the protruding portion 13) in the direction of the protruding portion 13. The patch may be attached to the skin with tape or the like.

中空構造体１０は突出部１３が設けられたことで、肌に直接触れやすくなり、毛等の障害物の影響を抑制することができる。又、中空構造体１０は、例えば、突出部１３の高さＨ₁が１５０μｍ程度であり、突出部１３がテーパ状に先細りとなり、かつ、突出部１３の壁の厚さも突出部１３の先端側ほど薄くなっている。そのため、楔効果が得られ、注射針と同様の効果を示し、表皮に容易に刺すことができる。 Since the hollow structure 10 is provided with the protruding portion 13, it becomes easy to come into direct contact with the skin, and the influence of obstacles such as hair can be suppressed. Further, in the hollow structure 10, for example, the height H ₁ of the protruding portion 13 is about 150 μm, the protruding portion 13 is tapered in a tapered shape, and the wall thickness of the protruding portion 13 is also on the tip side of the protruding portion 13. It's getting thinner. Therefore, a wedge effect is obtained, the effect is similar to that of an injection needle, and the skin can be easily pierced.

なお、中空構造体１０をマイクロニードルアレイ以外に使用する場合であって、例えば、可騰性を有する固体に刺す場合には、対象物を切り裂いて第２の開口部１４ｂが埋まることなく対象物に進入できる。 When the hollow structure 10 is used for other than the microneedle array, for example, when it is pierced into a solid having a rising property, the object is not cut and the second opening 14b is not filled. Can enter.

本実施の形態では、第２の開口部１４ｂは、第１の開口部１４ａの面を並行にして設けているが、これに限定されない。後述する製造方法で中空構造体１０を形成した後に、突出部１３の先端を斜めに切ることで、第１の開口部１４ａの面と、第２の開口部１４ｂの面とを傾斜させて、突出部１３を対象物に刺しやすい形状とすることができる。 In the present embodiment, the second opening 14b is provided with the surfaces of the first opening 14a in parallel, but the present invention is not limited to this. After forming the hollow structure 10 by the manufacturing method described later, the surface of the first opening 14a and the surface of the second opening 14b are inclined by cutting the tip of the protrusion 13 diagonally. The protruding portion 13 can be shaped so as to easily pierce the object.

また製造方法で後述するが、中空構造体１０において、隣接する第１の中空部１２ａや、第１の中空部１２ａと突出部１３は一体化して形成されている。つまり、中空構造体１０は、各第１の中空部１２ａや各突出部１３を別に形成して接着等した構造ではない。この構造により、中空構造体１０全体としての強度が大きくなると共に、中空部１２内に液体等を入れた場合に液体等の漏れが生じ難くなる。 Further, as will be described later in the manufacturing method, in the hollow structure 10, the adjacent first hollow portion 12a and the first hollow portion 12a and the protruding portion 13 are integrally formed. That is, the hollow structure 10 is not a structure in which each first hollow portion 12a and each protruding portion 13 are separately formed and adhered to each other. With this structure, the strength of the hollow structure 10 as a whole is increased, and when a liquid or the like is put into the hollow portion 12, the liquid or the like is less likely to leak.

突出部１３の高さＨ₁が１５０μｍ程度の中空構造体であれば、隔壁１５の厚さｔは１０μｍから２０μｍ程度と薄いため、底部を押圧した際は第１の中空部１２ａを変形させることが可能である。このことで、中空部１２から外部へ液体を効率的に排出させることができる上に、液体等の漏れも防ぐことができる。加えて、中空構造体１０の底面や側面にテープ等で保護層を設けることで、液体を保持する中空構造体１０の強度を増し、押圧時の破損を防ぐことができる。 _{If the height H 1} of the protruding portion 13 is a hollow structure of about 150 μm, the thickness t of the partition wall 15 is as thin as about 10 μm to 20 μm. Therefore, when the bottom portion is pressed, the first hollow portion 12a is deformed. Is possible. As a result, the liquid can be efficiently discharged from the hollow portion 12 to the outside, and leakage of the liquid or the like can be prevented. In addition, by providing a protective layer on the bottom surface and side surfaces of the hollow structure 10 with tape or the like, the strength of the hollow structure 10 that holds the liquid can be increased, and damage during pressing can be prevented.

なお、各中空部１２には同一種の液体を注入する必要はなく、種類の異なる液体を注入してもよい。 It is not necessary to inject the same type of liquid into each hollow portion 12, and different types of liquid may be injected.

（中空構造体の製造方法）
次に、実施の形態に係る中空構造体１０の製造方法について説明する。図３、図４は、実施の形態に係る中空構造体１０の製造工程を例示する図である。なお、本製造工程で使用する型のことを、明細書中でテンプレートと呼ぶこともある。図５は製造工程の中で加圧時のテンプレート３８０の逆テーパ部近傍の部分拡大をした断面図である。図５(a)が加圧前、図５（b）が加圧後を表す。図６は製造工程の中で減圧時のテンプレートの逆テーパ部近傍の部分拡大をした断面図である。図６(a)が減圧前、図６（b）が減圧後を表す。 (Manufacturing method of hollow structure)
Next, a method of manufacturing the hollow structure 10 according to the embodiment will be described. 3 and 4 are views illustrating the manufacturing process of the hollow structure 10 according to the embodiment. The mold used in this manufacturing process may be referred to as a template in the specification. FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view of the template 380 in the vicinity of the reverse taper portion during pressurization during the manufacturing process. FIG. 5 (a) shows before pressurization, and FIG. 5 (b) shows after pressurization. FIG. 6 is a cross-sectional view of a partially enlarged portion near the reverse taper portion of the template when the pressure is reduced during the manufacturing process. FIG. 6 (a) shows before depressurization, and FIG. 6 (b) shows after depressurization.

本実施の形態に係る中空構造体１０の製造方法は、上面から深さ方向に離れるほど径が小さくなる凹部３９０を有する型（テンプレート３８０）の上面に、塑性変形機能を有する中空構造体形成材料３４２を設ける第１の工程と、中空構造体形成材料３４２をテンプレート３８０側に押圧し、中空構造体形成材料３４２を凹部３９０の少なくとも一部に進入させる第２の工程と、一部が凹部３９０に進入した状態の中空構造体形成材料３４２を気体（ガス）の圧力によって押し上げて、中空構造体形成材料３４２に中空部１２を形成する第３の工程と、中空部１２が形成された中空構造体形成材料３４２をテンプレート３８０からはがす第４の工程と、を有する。以下で詳説する。 The method for manufacturing the hollow structure 10 according to the present embodiment is a hollow structure forming material having a plastic deformation function on the upper surface of a mold (template 380) having a recess 390 whose diameter becomes smaller as the distance from the upper surface increases in the depth direction. The first step of providing the 342, the second step of pressing the hollow structure forming material 342 toward the template 380 side and allowing the hollow structure forming material 342 to enter at least a part of the recess 390, and a part of the recess 390. The third step of forming the hollow portion 12 in the hollow structure forming material 342 by pushing up the hollow structure forming material 342 in the state of entering the hollow structure forming material 342 by the pressure of the gas, and the hollow structure in which the hollow portion 12 is formed. It has a fourth step of peeling the body forming material 342 from the template 380. It will be explained in detail below.

まず、第１の工程として図３（ａ）に示す工程では、テンプレート３８０を準備する。テンプレート３８０は、中空構造体１０となる中空構造体形成材料３４２を膨らませ、中空構造体形状を形成するための部材であり、中空構造体１０の表面形状やピッチを決定する。テンプレート３８０は、例えば、ニッケル、シリコン、ステンレス、銅等を用いて形成することができる。 First, as the first step, in the step shown in FIG. 3A, the template 380 is prepared. The template 380 is a member for inflating the hollow structure forming material 342 to be the hollow structure 10 to form the hollow structure shape, and determines the surface shape and pitch of the hollow structure 10. Template 380 can be formed using, for example, nickel, silicon, stainless steel, copper, or the like.

本実施の形態で用いるテンプレート３８０は、ガス透過性を有する高分子物質で構成される。より具体的には、テンプレート３８０は、ゴムの一例であるシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）で構成される。図７に示すように、テンプレート３８０は、上面３８０ａから深さ方向に形成された複数の凹部３９０を備えている。シリコーンゴム（ＰＤＭＳ）のようなガス透過性を有するテンプレート３８０を用いることにより、加圧時にガス加圧力が発生した際にテンプレート３８０内部にガスを溶解させ、減圧時にガス圧力が負圧になった際にテンプレート３８０内部からガスを噴出させることができる。 The template 380 used in the present embodiment is composed of a polymer substance having gas permeability. More specifically, the template 380 is composed of silicone rubber (PDMS), which is an example of rubber. As shown in FIG. 7, the template 380 includes a plurality of recesses 390 formed in the depth direction from the upper surface 380a. By using a gas-permeable template 380 such as silicone rubber (PDMS), the gas was dissolved inside the template 380 when gas pressure was generated during pressurization, and the gas pressure became negative pressure during depressurization. At this time, gas can be ejected from the inside of the template 380.

凹部３９０は、上面３８０ａの近傍に逆テーパ部３９０ｔを形成している。より具体的には、凹部３９０は上面３８０ａ付近の径が大きく、テンプレートの上面３８０ａから底面に向かうに連れて凹部３９０の径が小さくなる逆テーパ形状に形成されている。また、凹部３９０の深さ方向の長さは、所望の中空構造体１０の突出部１３の長さよりも長く設けられたテンプレート３８０を準備する必要がある。 The recess 390 forms an inverted tapered portion 390t in the vicinity of the upper surface 380a. More specifically, the recess 390 is formed in an inverted tapered shape in which the diameter near the upper surface 380a is large and the diameter of the recess 390 decreases from the upper surface 380a of the template toward the bottom surface. Further, it is necessary to prepare a template 380 in which the length of the recess 390 in the depth direction is longer than the length of the protrusion 13 of the desired hollow structure 10.

次に、図３（ｂ）に示す工程では、テンプレート３８０の上面３８０ａを中空構造体形成材料３４２で被覆する。具体的には、保護材３４１と、予め保護材３４１にスピンコート法等により塗布した中空構造体形成材料３４２とからなる中空構造体基材３４０を、中空構造体形成材料３４２をテンプレート３８０側に向けて、テンプレート３８０の上面３８０ａに配置する。 Next, in the step shown in FIG. 3B, the upper surface 380a of the template 380 is covered with the hollow structure forming material 342. Specifically, a hollow structure base material 340 composed of a protective material 341 and a hollow structure forming material 342 previously coated on the protective material 341 by a spin coating method or the like is provided, and the hollow structure forming material 342 is placed on the template 380 side. The template 380 is placed on the upper surface 380a of the template 380.

中空構造体形成材料３４２は、中空構造体形状への変形過程では流動性と延性（薄膜化で破損しない性質）を持ち、又、形成後は固化する材料である。中空構造体形成材料３４２としては、例えば、紫外線照射により硬化する紫外線硬化性樹脂を用いることができる。中空構造体形成材料３４２の厚さは、例えば、５〜２００μｍ程度とすることができる。 The hollow structure forming material 342 is a material that has fluidity and ductility (property not to be damaged by thinning) in the process of being deformed into a hollow structure shape, and is solidified after being formed. As the hollow structure forming material 342, for example, an ultraviolet curable resin that is cured by ultraviolet irradiation can be used. The thickness of the hollow structure forming material 342 can be, for example, about 5 to 200 μm.

中空構造体基材３４０をテンプレート３８０の上面３８０ａに配置後、張り合わせ装置の加圧ローラ３５０により中空構造体基材３４０を矢印Ｂ方向に加圧しながら、加圧ローラ３５０を矢印Ｃ方向に移動させる。これにより、中空構造体基材３４０をテンプレート３８０の上面３８０ａに貼り付けて密着させる。この際、中空構造体基材３４０とテンプレート３８０の上面３８０ａとの間に気泡が入らないようにするため、中空構造体基材３４０の端部からテンプレート３８０の上面３８０ａに貼り付けを開始することが好ましい。加圧ローラ３５０を矢印Ｃ方向に移動させる速度は、例えば、５０ｍｍ／ｓ程度とすることができる。 After arranging the hollow structure base material 340 on the upper surface 380a of the template 380, the pressure roller 350 is moved in the direction of arrow C while pressurizing the hollow structure base material 340 in the direction of arrow B by the pressure roller 350 of the laminating device. .. As a result, the hollow structure base material 340 is attached to the upper surface 380a of the template 380 and brought into close contact with the template 380. At this time, in order to prevent air bubbles from entering between the hollow structure base material 340 and the upper surface 380a of the template 380, attachment to the upper surface 380a of the template 380 is started from the end of the hollow structure base material 340. Is preferable. The speed at which the pressurizing roller 350 is moved in the direction of arrow C can be, for example, about 50 mm / s.

なお、この工程では、テンプレート３８０の凹部３９０に必要以上に中空構造体形成材料３４２が入り込まないように、矢印Ｂ方向に加圧する圧力の制御を行なっている。具体的には、矢印Ｂ方向の圧力は、次工程の押圧装置３６０の圧力よりも小さく設定されており、例えば、２０ｋＰａ程度とすることができる。 In this step, the pressure for pressurizing in the direction of arrow B is controlled so that the hollow structure forming material 342 does not enter the recess 390 of the template 380 more than necessary. Specifically, the pressure in the arrow B direction is set to be smaller than the pressure of the pressing device 360 in the next step, and can be, for example, about 20 kPa.

次に、第２の工程として図３（ｃ）に示す工程では、中空構造体形成材料３４２をテンプレート３８０側に押圧し、中空構造体形成材料３４２の一部を夫々の凹部３９０に進入させると同時に、中空構造体形成材料３４２の内部に含まれるガスをテンプレート３８０の内部に溶解させる。 Next, as a second step, in the step shown in FIG. 3C, the hollow structure forming material 342 is pressed toward the template 380, and a part of the hollow structure forming material 342 is made to enter each recess 390. At the same time, the gas contained inside the hollow structure forming material 342 is dissolved inside the template 380.

凹部３９０と中空構造体形成材料３４２に囲まれた空間は密閉空間であり、密閉空間内の気圧（大気圧）よりもテンプレート３８０の外部の気圧を高くすることで、不均等力が発生し、中空構造体基材３４０はテンプレート３８０へと押圧される。それにともない、凹部３９０に中空構造体形成材料３４２が進入を開始する。なお、中空構造体形成材料３４２は高粘度であるため、流動抵抗が大きく、ある程度進入した時点で、流動速度は非常に遅くなる。 The space surrounded by the recess 390 and the hollow structure forming material 342 is a closed space, and by making the pressure outside the template 380 higher than the pressure inside the closed space (atmospheric pressure), an uneven force is generated. The hollow structure substrate 340 is pressed against the template 380. Along with this, the hollow structure forming material 342 starts to enter the recess 390. Since the hollow structure forming material 342 has a high viscosity, the flow resistance is large, and the flow velocity becomes very slow when the hollow structure forming material 342 enters to some extent.

以下、本実施形態における図３（ｃ）の工程の具体的な内容を説明する。図３（ｃ）に示すように、テンプレート３８０に中空構造体基材３４０を積層した押圧対象物を、押圧装置３６０の容器内に配置する。押圧装置３６０は、中空構造体基材３４０とテンプレート３８０に均一及び所望の圧力を発生させる装置である。押圧装置３６０としては、例えば、所定の容器内に押圧対象物を配置し、容器内に空気を充填し空圧制御する装置を用いることができる。押圧装置３６０において、圧力媒体に空気等のガスを用いることにより、均一な圧力を発生することができる。 Hereinafter, the specific contents of the process of FIG. 3C in the present embodiment will be described. As shown in FIG. 3C, a pressing object in which a hollow structure base material 340 is laminated on a template 380 is placed in a container of a pressing device 360. The pressing device 360 is a device that generates uniform and desired pressure on the hollow structure base material 340 and the template 380. As the pressing device 360, for example, a device in which an object to be pressed is placed in a predetermined container, air is filled in the container, and air pressure is controlled can be used. In the pressing device 360, a uniform pressure can be generated by using a gas such as air as the pressure medium.

押圧対象物を押圧装置３６０の容器内に配置し、押圧装置３６０の空圧制御により押圧対象物を矢印Ｄ方向に押圧する。これにより、中空構造体形成材料３４２をテンプレート３８０に押し付けて変形させる。そして中空構造体形成材料３４２の一部を、テンプレート３８０の上面３８０ａに設けられた複数の凹部３９０に進入させる。 The object to be pressed is placed in the container of the pressing device 360, and the object to be pressed is pressed in the direction of arrow D by the pneumatic control of the pressing device 360. As a result, the hollow structure forming material 342 is pressed against the template 380 to be deformed. Then, a part of the hollow structure forming material 342 is allowed to enter the plurality of recesses 390 provided in the upper surface 380a of the template 380.

この際、矢印Ｄ方向の圧力を制御することで、テンプレート３８０への中空構造体形成材料３４２の凹部３９０への進入量を制御することができる。矢印Ｄ方向の圧力は、前工程の加圧ローラ３５０の圧力よりも大きく設定されており、例えば、６０ｋＰａ程度とすることができる。押圧時間は、例えば、６０秒程度とすることができる。なお、第２の工程の押圧が終了した段階で、図５に示されるように、凹部３９０に進入した中空構造体形成材料３４２で充溢されずに、凹部３９０と進入した中空構造体形成材料３４２の間には中空形状が設けられることが好ましい。より具体的には、凹部３９０が、詳細はテンプレートの形状で後述する。 At this time, by controlling the pressure in the direction of arrow D, it is possible to control the amount of the hollow structure forming material 342 entering the recess 390 into the template 380. The pressure in the direction of arrow D is set to be larger than the pressure of the pressurizing roller 350 in the previous process, and can be, for example, about 60 kPa. The pressing time can be, for example, about 60 seconds. When the pressing in the second step is completed, as shown in FIG. 5, the hollow structure forming material 342 that has entered the recess 390 is not filled with the hollow structure forming material 342 that has entered the recess 390. It is preferable that a hollow shape is provided between them. More specifically, the recess 390 will be described in detail later in the shape of the template.

前述したように、本実施の形態では、テンプレート３８０はガス透過性を有する高分子物質で構成されることを特徴とする。より具体的には、テンプレート３８０の材料として、特にガス透過性が高いシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）を用いているため、押圧対象物を押圧するガスがテンプレート３８０の内部に溶解し、高い圧力とならない。よって、中空構造体形成材料３４２は、比較的低圧条件下で凹部３９０の深くまで入り込むことができる。 As described above, in the present embodiment, the template 380 is characterized by being composed of a polymer substance having gas permeability. More specifically, since silicone rubber (PDMS) having particularly high gas permeability is used as the material of the template 380, the gas pressing the object to be pressed dissolves inside the template 380, and the pressure does not become high. Therefore, the hollow structure forming material 342 can penetrate deep into the recess 390 under relatively low pressure conditions.

図３（ｃ）に示される押圧工程は加圧ローラ３５０等の他の加圧手段で行うことも可能だが、押圧装置３６０のような、容器内の押圧対象物に対して均等に圧力をかけることができる装置を用いて押圧する方がより好ましい。理由としては以下の通りである。 The pressing step shown in FIG. 3C can be performed by other pressurizing means such as a pressurizing roller 350, but pressure is evenly applied to an object to be pressed in the container such as the pressing device 360. It is more preferable to press using a device capable of pressing. The reason is as follows.

中空構造体１０の突出部１３は極微細であるため、各凹部３９０へと進入する中空構造体形成材料３４２の量を均一、均等に制御する必要がある。加圧ローラ３５０を使用した場合は、中空構造体基材３４０への押圧時に、上下方向に加えてローラの進行方向にも圧力がかかる。可騰性を有する中空構造体形成材料３４２が中空構造体基材３４０の平面方向へ延性し、テンプレート３８０の凹部３９０へのもぐりこみ量にばらつきが生じ、寸法安定性に乏しい。 Since the protruding portion 13 of the hollow structure 10 is extremely fine, it is necessary to uniformly and evenly control the amount of the hollow structure forming material 342 that enters each recess 390. When the pressure roller 350 is used, pressure is applied not only in the vertical direction but also in the traveling direction of the roller when the hollow structure base material 340 is pressed. The soaring hollow structure forming material 342 is ductile in the plane direction of the hollow structure base material 340, and the amount of digging into the recess 390 of the template 380 varies, resulting in poor dimensional stability.

そこで押圧手段として押圧装置３６０を使用し、中空構造体基材３４０の上側から下側へ、均等な圧力が全面にかかることで、各凹部３９０における中空構造体形成材料３４２が進入する量が横方向に等しくなり、中空構造体１０の寸法安定性を保つことができる。また押圧時間を変化させることで、突出部１３の長さが任意に決定できるため、突出部１３の寸法制御を容易に行うことができる。 Therefore, a pressing device 360 is used as the pressing means, and an even pressure is applied to the entire surface from the upper side to the lower side of the hollow structure base material 340, so that the amount of the hollow structure forming material 342 in each recess 390 enters laterally. It becomes equal in the direction, and the dimensional stability of the hollow structure 10 can be maintained. Further, since the length of the protruding portion 13 can be arbitrarily determined by changing the pressing time, the dimensional control of the protruding portion 13 can be easily performed.

次に、第３の工程として図４（ａ）に示す工程では、一部が凹部３９０に進入した状態の中空構造体形成材料３４２をガスの圧力によって押し上げて、中空構造体形成材料３４２に、第１の中空部１２ａに相当する中空部２２と、第２の中空部１２ｂに相当する中空部２４と、を含む中空部１２を形成する。 Next, as a third step, in the step shown in FIG. 4A, the hollow structure forming material 342 in a state where a part of the hollow structure forming material has entered the recess 390 is pushed up by the pressure of the gas to form the hollow structure forming material 342. A hollow portion 12 including a hollow portion 22 corresponding to the first hollow portion 12a and a hollow portion 24 corresponding to the second hollow portion 12b is formed.

ここでは、凹部３９０のうち中空構造体形成材料３４２が進入していない空間は密閉空間であり、第３の工程では、密閉空間内の気圧を外部の気圧よりも高くして、中空構造体形成材料３４２を押し上げる。テンプレート３８０の外部の気圧が、密閉空間の気圧よりも低くなると、不均等力が発生し、材料は延伸し中空部１２を形成する。 Here, the space of the recesses 390 in which the hollow structure forming material 342 does not enter is a closed space, and in the third step, the air pressure in the closed space is made higher than the external air pressure to form the hollow structure. Push up material 342. When the air pressure outside the template 380 becomes lower than the air pressure in the enclosed space, an uneven force is generated and the material is stretched to form the hollow portion 12.

以下、図４（ａ）に示す工程の具体的な内容を説明する。まずテンプレート３８０上に中空構造体基材３４０を積層した減圧対象物を、減圧装置３７０の容器内に配置する。減圧装置３７０は、各凹部３９０の密閉空間に貯留する空気を抜いて真空を発生させる装置である。図６(ａ)(ｂ)は減圧時の凹部３９０を拡大した様子である。 Hereinafter, the specific contents of the steps shown in FIG. 4A will be described. First, a decompression object in which the hollow structure base material 340 is laminated on the template 380 is placed in the container of the decompression device 370. The decompression device 370 is a device that evacuates the air stored in the closed space of each recess 390 to generate a vacuum. 6 (a) and 6 (b) show an enlarged view of the recess 390 at the time of depressurization.

なお、減圧装置３７０は、紫外線を透過する窓を付帯しているものが好ましい。減圧状態のままで中空構造体形成材料３４２を硬化することができるため、圧力の変動による中空構造体１０の変形を避けることができて、寸法安定性が保ちやすい。 The decompression device 370 is preferably provided with a window that transmits ultraviolet rays. Since the hollow structure forming material 342 can be cured in the reduced pressure state, deformation of the hollow structure 10 due to pressure fluctuation can be avoided, and dimensional stability can be easily maintained.

減圧装置３７０の容器内を減圧することで相対的に圧力差が発生し、夫々の凹部３９０の内側面に中空構造体形成材料３４２を残留させながら、夫々の凹部３９０を介してテンプレート３８０の上面３８０ａを被覆する中空構造体形成材料３４２側にガスが供給される。ガスは、テンプレート３８０の内部に溶解させたガスも含まれる。なお、図４（ａ）の多数の矢印は、ガスの流れを模式的に示したものである。 By depressurizing the inside of the container of the decompression device 370, a relative pressure difference is generated, and while the hollow structure forming material 342 remains on the inner surface of each recess 390, the upper surface of the template 380 is passed through each recess 390. Gas is supplied to the hollow structure forming material 342 side that covers 380a. The gas also includes a gas dissolved inside the template 380. The large number of arrows in FIG. 4A schematically show the gas flow.

ガスは、テンプレート３８０と中空構造体形成材料３４２との間で膨張し、中空構造体形成材料３４２を押し上げようとする。このとき、図６（ａ）に示されるように、中空構造体形成材料３４２は、凹部３９０の一部に進入している。その状態で減圧することで、図６（ｂ）に示すように、テンプレート３８０と中空構造体形成材料３４２との間の密閉空間内のガスは膨張し、一部が凹部３９０に進入した状態の中空構造体形成材料３４２を押し上げていく。このとき、中空構造体形成材料３４２のうちテンプレート３８０と密着している部分には流動が起こらないので、ガスは中空構造体形成材料３４２を押し広げるように膨張していく。 The gas expands between the template 380 and the hollow structure forming material 342 and attempts to push up the hollow structure forming material 342. At this time, as shown in FIG. 6A, the hollow structure forming material 342 has entered a part of the recess 390. By depressurizing in that state, as shown in FIG. 6B, the gas in the closed space between the template 380 and the hollow structure forming material 342 expands, and a part of the gas enters the recess 390. The hollow structure forming material 342 is pushed up. At this time, since no flow occurs in the portion of the hollow structure forming material 342 that is in close contact with the template 380, the gas expands so as to spread the hollow structure forming material 342.

その結果、テンプレート３８０の上面３８０ａを被覆する中空構造体形成材料３４２に夫々の凹部３９０に対応する複数の中空部２２が独立して形成される。これと共に、夫々の凹部３９０に進入させた中空構造体形成材料３４２に中空部２２と、連通する中空部２４を備えた凸部２３（突出部１３に相当）が形成される。 As a result, a plurality of hollow portions 22 corresponding to the respective recesses 390 are independently formed in the hollow structure forming material 342 that covers the upper surface 380a of the template 380. At the same time, a convex portion 23 (corresponding to the protruding portion 13) having a hollow portion 22 and a hollow portion 24 communicating with the hollow portion 22 is formed in the hollow structure forming material 342 that has entered each of the concave portions 390.

図１（ｂ）や図３、図４で参照されるように、テンプレート３８０は隣り合った複数の凹部３９０が隣接して設けられている。よって隣接する突出部１３及び第１の中空部１２ａは同時に形成される。このテンプレート３８０の構造により、減圧時に各第１の中空部１２ａから隔壁１５への圧力が一定となり、複数の第１の中空部１２ａの容積は等しくなる。 As referred to in FIG. 1B, FIGS. 3 and 4, the template 380 is provided with a plurality of adjacent recesses 390 adjacent to each other. Therefore, the adjacent protruding portion 13 and the first hollow portion 12a are formed at the same time. Due to the structure of the template 380, the pressure from each of the first hollow portions 12a to the partition wall 15 becomes constant during depressurization, and the volumes of the plurality of first hollow portions 12a become equal.

減圧装置３７０による減圧力は、例えば、３０ｋＰａ程度とすることができる。減圧時間は、例えば、４０秒程度とすることができる。第１の中空部１２ａ及び突出部１３を形成後、減圧装置３７０の窓を介して、紫外線照射装置から中空体基材３４０に紫外線を照射し、中空構造体形成材料３４２を硬化させる。 The decompression force of the decompression device 370 can be, for example, about 30 kPa. The depressurization time can be, for example, about 40 seconds. After forming the first hollow portion 12a and the protruding portion 13, the hollow body base material 340 is irradiated with ultraviolet rays from the ultraviolet irradiation device through the window of the decompression device 370 to cure the hollow structure forming material 342.

減圧装置３７０による減圧力や減圧時間を変えることにより、第１の中空部１２ａの大きさを制御できる。例えば、減圧装置３７０による減圧力を小さくしたり、減圧時間を短くしたりすると小さな第１の中空部１２ａが形成される。減圧装置３７０による減圧力は、例えば、３０ｋＰａ程度とすることができる。減圧時間は、例えば、６０秒程度とすることができる。 The size of the first hollow portion 12a can be controlled by changing the decompression force and the decompression time of the decompression device 370. For example, when the decompression force by the decompression device 370 is reduced or the decompression time is shortened, a small first hollow portion 12a is formed. The decompression force of the decompression device 370 can be, for example, about 30 kPa. The depressurization time can be, for example, about 60 seconds.

次に、第４の工程として図４（ｂ）に示す工程では、テンプレート３８０の上面３８０ａから、中空構造体形状を形成した中空構造体基材３４０を剥離する。例えば、ピンセット状の剥離治具を用いて中空構造体基材３４０を挟み、矢印Ｅ方向に引き上げることで、テンプレート３８０の上面３８０ａから剥離できる。なお、テンプレート３８０を拡大した図７からわかるとおり、テンプレート３８０の凹部３９０には、テンプレート３８０の上面３８０ａの近傍に逆テーパ部３９０ｔが形成されて間口が大きくなっているため、離型抵抗が小さくなり、中空構造体形状が崩れることなく、中空構造体基材３４０を容易に離型（剥離）できる。 Next, as a fourth step, in the step shown in FIG. 4B, the hollow structure base material 340 having the hollow structure shape is peeled off from the upper surface 380a of the template 380. For example, by sandwiching the hollow structure base material 340 using a tweezers-shaped peeling jig and pulling it up in the direction of arrow E, it can be peeled off from the upper surface 380a of the template 380. As can be seen from FIG. 7 in which the template 380 is enlarged, the recess 390 of the template 380 has a reverse taper portion 390t formed in the vicinity of the upper surface 380a of the template 380 to increase the frontage, so that the mold release resistance is small. Therefore, the hollow structure base material 340 can be easily released (peeled) without losing the shape of the hollow structure.

これにより、図１に示す中空構造体１０が完成する。なお、図３〜図６では、中空構造体形成材料３４２が、図１とは上下反転した状態で描かれている。 As a result, the hollow structure 10 shown in FIG. 1 is completed. In addition, in FIGS. 3 to 6, the hollow structure forming material 342 is drawn in a state of being upside down from FIG.

また、本実施の形態では、テンプレート３８０にシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）等のガス透過性の高い高分子物質の材料を使用している。そのため、第１に、低圧での押圧が可能となり、高圧力の押圧装置３６０が不要である。第２に、低圧の押圧で凹部３９０と中空構造体形成材料３４２の空間のガスを除去することができるため、両者の密着（転写）性を向上できる。第３に、低圧での押圧が可能となり、テンプレート３８０を変形させたり、破壊させたりすることを抑制できる。 Further, in the present embodiment, a material of a polymer substance having high gas permeability such as silicone rubber (PDMS) is used for the template 380. Therefore, firstly, it is possible to press at a low pressure, and a high pressure pressing device 360 is unnecessary. Secondly, since the gas in the space between the recess 390 and the hollow structure forming material 342 can be removed by pressing at a low pressure, the adhesion (transfer) property between the two can be improved. Thirdly, pressing at a low pressure is possible, and it is possible to suppress deformation or destruction of the template 380.

ここで、突出部１３の形状の制御について説明する。 Here, control of the shape of the protrusion 13 will be described.

減圧時に形成される突出部１３及び第２の中空部１４bの形状は、テンプレート３８０の形状や、前工程である押圧装置３６０の押圧条件により制御することができる。加圧時に凹部３９０に進入する中空構造体形成材料３４２をもぐりこみ量と称する。押圧装置３６０の押圧力が小さい場合は、もぐりこみ量が少なく、押圧装置３６０の押圧力をあげ、温度を上げるほど、もぐりこみ量が大きくなる。 The shapes of the protruding portion 13 and the second hollow portion 14b formed at the time of depressurization can be controlled by the shape of the template 380 and the pressing conditions of the pressing device 360 which is the previous step. The hollow structure forming material 342 that enters the recess 390 at the time of pressurization is referred to as the amount of penetration. When the pressing force of the pressing device 360 is small, the amount of digging is small, and as the pressing force of the pressing device 360 is increased and the temperature is raised, the amount of digging increases.

又、押圧力を大きくすると、突出部１３の高さＨ_１は大きくなり、第２の開口部１４の直径φ_２は小さくなる。但し、押圧力を大きくしても、突出部１３の柱状部１３ｓの中空形状の径は殆ど変化しない。例えば図７に示されるテンプレート３８０は、上面３８０ａから深さ方向に形成された複数の凹部３９０を備えている。また凹部３９０は、深さ方向に向けて逆テーパ形状をとる逆テーパ部３９０ｔと、ストレート部３９０ｓからなる。なお、テンプレート３８０の逆テーパ部３９０ｔの形状を変えれば、当然、突出部１３の形状も変化する。 Further, when the pressing force is increased, the height H ₁ of the protruding portion 13 is increased, and the diameter φ ₂ of the second opening 14 is decreased. However, even if the pressing force is increased, the diameter of the hollow shape of the columnar portion 13s of the protruding portion 13 hardly changes. For example, the template 380 shown in FIG. 7 includes a plurality of recesses 390 formed in the depth direction from the upper surface 380a. The recess 390 is composed of a reverse taper portion 390t having a reverse taper shape in the depth direction and a straight portion 390s. If the shape of the reverse taper portion 390t of the template 380 is changed, the shape of the protruding portion 13 naturally changes.

このように、テンプレート３８０の逆テーパ部３９０ｔの形状を調整することにより、突出部１３の形状を制御できる。又、図３（ｃ）の加圧時の押圧装置３６０の押圧条件や、温度を調整することにより、逆テーパ部３９０ｔの形状は一定であっても、突出部１３の高さＨ_１及び開口部１４の直径φを制御できる。又、押圧装置３６０の押圧条件を調整することにより、突出部１３の柱状部１３ｓの直径を一定とした状態で、突出部１３の高さＨ_１を大きくすることができる。 By adjusting the shape of the reverse taper portion 390t of the template 380 in this way, the shape of the protruding portion 13 can be controlled. Moreover, and pressing conditions of the pressing device 360 of the pressurization FIG. 3 (c), the by adjusting the temperature, the shape of the reverse tapered portion 390t is also a constant, the height H ₁ and the opening of the protrusion 13 The diameter φ of the portion 14 can be controlled. Further, by adjusting the pressing condition of the pressing device 360, in a state where the diameter of the columnar portion 13s was fixed protrusions 13, it is possible to increase the height H ₁ of the protrusion 13.

なお、テンプレート３８０の形状は、ガス透過性の有無によっても変えることが出来る。詳しくはテンプレート３８０の形状で後述する。 The shape of the template 380 can also be changed depending on the presence or absence of gas permeability. Details will be described later in the shape of template 380.

また、加圧および減圧を行い、内部空間とテンプレート３８０の外部との圧力差を生じさせて、不均等力により突出部１３を形成している。図５（ｂ）、図６（ｂ）の黒色矢印は、材料の流動を示すが、テンプレート３８０の壁面へと押しつけるようにして凹部３９０に進入する。よって凹部３９０と材料の粘着性が弱く、減圧時にテンプレート３８０から材料が途中ではがれ、突出部１３の寸法がばらつくことを防ぐことができる。また剥離時も、突出部１３の寸法を変えることなく寸法安定性を保った中空構造体を形成することが可能となる。 Further, pressurization and depressurization are performed to generate a pressure difference between the internal space and the outside of the template 380, and the protruding portion 13 is formed by an uneven force. The black arrows in FIGS. 5 (b) and 6 (b) indicate the flow of the material, but enter the recess 390 by pressing against the wall surface of the template 380. Therefore, the adhesiveness between the recess 390 and the material is weak, and it is possible to prevent the material from peeling off from the template 380 in the middle when the pressure is reduced and the dimensions of the protruding portion 13 from fluctuating. Further, even at the time of peeling, it is possible to form a hollow structure that maintains dimensional stability without changing the dimensions of the protruding portion 13.

以上の中空構造体の製造方法をもとに、加圧時の条件（圧力、温度）をパラメータとして、突出部１３の寸法を計測した。この例では、テンプレート３８０の材料にシリコンゴム（ＰＤＭＳ）を使用し、テンプレート３８０として図７の形状のテンプレート３８０を使用して中空構造体１０を製造した。なお加圧は１５秒とし、減圧は５３ｋＰａで１５秒〜５０秒である。なおテンプレート３８０の形状は、後で詳説する。

Based on the above method for manufacturing the hollow structure, the dimensions of the protruding portion 13 were measured with the conditions (pressure, temperature) at the time of pressurization as parameters. In this example, silicon rubber (PDMS) was used as the material of the template 380, and the hollow structure 10 was manufactured using the template 380 having the shape shown in FIG. 7 as the template 380. The pressurization is 15 seconds, and the depressurization is 53 kPa for 15 to 50 seconds. The shape of the template 380 will be described in detail later.

実施例Ａとして、第２の工程時に圧力が１６０ｋＰａ、温度が８０度として押圧条件を設定し、中空構造体を作成した場合、第２の開口部１４ｂは２４μｍ、突出物１３の高さは６９μｍとなった。 As Example A, when the pressure is 160 kPa and the temperature is 80 degrees in the second step and the pressing conditions are set to create a hollow structure, the second opening 14b is 24 μm and the height of the protrusion 13 is 69 μm. It became.

実施例Ｂとして、第２の工程時に圧力が２００ｋＰａ、温度が２４度として押圧条件を設定し、中空構造体を作成した場合、第２の開口部１４ｂは２７μｍ、突出物１３の高さは８８μｍとなった。 As Example B, when the pressing conditions are set such that the pressure is 200 kPa and the temperature is 24 degrees in the second step to create a hollow structure, the second opening 14b is 27 μm and the height of the protrusion 13 is 88 μm. It became.

実施例Ｃとして、第２の工程時に圧力が２００ｋＰａ、温度が８０度として押圧条件を設定し、中空構造体を作成した場合、第２の開口部１４ｂは１５μｍ、突出物１３の高さは１０４μｍとなった。 As Example C, when the pressure is 200 kPa and the temperature is 80 degrees in the second step and the pressing conditions are set to create a hollow structure, the second opening 14b is 15 μm and the height of the protrusion 13 is 104 μm. It became.

実施例Ｄとして、第２の工程時に圧力が４００ｋＰａ、温度が８０度として押圧条件を設定し、中空構造体を作成した場合、第２の開口部１４ｂは９μｍ、突出物１３の高さは１８０μｍとなった。 As Example D, when the pressure is 400 kPa and the temperature is 80 degrees in the second step and the pressing conditions are set to create a hollow structure, the second opening 14b is 9 μm and the height of the protrusion 13 is 180 μm. It became.

実施例Ｆとして、第２の工程時に圧力が１６０ｋＰａ、温度が２４度として押圧条件を設定し、中空構造体を作成した場合、第２の開口部１４ｂは４８μｍ、突出物１３の高さは４３μｍとなった。 As Example F, when the pressing conditions are set such that the pressure is 160 kPa and the temperature is 24 degrees in the second step to create a hollow structure, the second opening 14b is 48 μm and the height of the protrusion 13 is 43 μm. It became.

マイクロニードルは、突出部１３の高さが６０μｍ以上あるものが通常使われている。よってテンプレート３８０にＰＤＭＳを使用して製造する場合、適切な温度は２４度〜８０度である。また適切な圧力の範囲は１６０ｋＰａから４００ｋＰａである。温度を２４度とした場合は、押圧を少なくとも２００ｋＰａで行い、押圧圧力を１６０ｋＰａとした場合は少なくとも８０度の温度とすることで、６０μｍ以上の突出物１３を形成することができる。 As the microneedles, those having a protrusion 13 having a height of 60 μm or more are usually used. Therefore, when the template 380 is manufactured using PDMS, the appropriate temperature is 24 to 80 degrees. The appropriate pressure range is 160 kPa to 400 kPa. When the temperature is 24 degrees, the pressing is performed at at least 200 kPa, and when the pressing pressure is 160 kPa, the temperature is at least 80 degrees, whereby the projecting object 13 of 60 μm or more can be formed.

突出部１３の寸法は、押圧条件の温度、時間、圧力を調整することで適宜決定することができる。一例として、材料の粘度を低下させるために高温状態にし、材料が流動しやすい状態で、加圧時の圧力を増大することで、凹部３９０への中空構造体形成材料３４２のもぐりこみ量が増え、長い突出部１３を形成することが出来る。また中空構造体１０の第１の中空部１２ａの容積は、中空構造体形成材料３４２の厚さを適宜変えることでも、容易に調整することができる。 The dimensions of the protruding portion 13 can be appropriately determined by adjusting the temperature, time, and pressure of the pressing conditions. As an example, by raising the temperature to a high temperature state in order to reduce the viscosity of the material and increasing the pressure at the time of pressurization in a state where the material easily flows, the amount of the hollow structure forming material 342 sunk into the recess 390 increases. A long protrusion 13 can be formed. Further, the volume of the first hollow portion 12a of the hollow structure 10 can be easily adjusted by appropriately changing the thickness of the hollow structure forming material 342.

また、これらの最適値は中空構造体形成材料３４２が持つ粘度・性質によっても異なる。粘度が低い形成材料で長い突出部１３を有する中空構造体１０を形成する際は、より高圧・高温下で加圧する。粘度が高い形成材料の場合は、より低圧・低温化で加圧する。 Further, these optimum values also differ depending on the viscosity and properties of the hollow structure forming material 342. When forming a hollow structure 10 having a long protrusion 13 with a forming material having a low viscosity, pressure is applied at a higher pressure and a higher temperature. In the case of a forming material with high viscosity, pressurize at a lower pressure and lower temperature.

寸法安定性を計測するために、第２の開口部１４ｂが５μｍの中空構造体１０を３４０００個作成した。各中空構造体１０に対し３方向からの写真をとり、突出部１３の高さ、および第２の開口部１４ｂの誤差が５〜１０μｍの範囲に収まるものを成功としてカウントした結果、不良の中空構造体１０は２８９で、不良率は０．９％であった。 In order to measure the dimensional stability, 34,000 hollow structures 10 having a second opening 14b of 5 μm were prepared. Photographs were taken from three directions for each hollow structure 10, and those in which the height of the protrusion 13 and the error of the second opening 14b were within the range of 5 to 10 μm were counted as successes. The structure 10 was 289, and the defect rate was 0.9%.

[テンプレートの形状]
以下に、テンプレート３８０の形状を詳説する。テンプレート３８０の構造を変えることで、様々な形状の中空構造体１０を製造可能である。例えばテンプレート３８０として、図７に示す形状のテンプレート３８０を使用することもできるし、図８に示す形状のテンプレート４８０を使用することもできる。 [Template shape]
The shape of the template 380 will be described in detail below. By changing the structure of the template 380, the hollow structure 10 having various shapes can be manufactured. For example, as the template 380, the template 380 having the shape shown in FIG. 7 can be used, or the template 480 having the shape shown in FIG. 8 can be used.

図７に示す形状のテンプレート３８０（第１のテンプレート）について説明する。図７の例では、凹部３９０は、上面３８０ａから深さ方向に離れるほど径が小さくなる逆テーパ形状が設けられている。より具体的には、凹部３９０の上面からテンプレート３８０内部に入り込んでいる内壁は弧形状となっている。弧の半径は２．５μｍ程度である。 The template 380 (first template) having the shape shown in FIG. 7 will be described. In the example of FIG. 7, the concave portion 390 is provided with a reverse taper shape in which the diameter decreases as the distance from the upper surface 380a increases in the depth direction. More specifically, the inner wall that penetrates into the template 380 from the upper surface of the recess 390 has an arc shape. The radius of the arc is about 2.5 μm.

凹部３９０の内壁は、逆テーパ形状とストレート形状の内壁を有していても良いし、逆テーパ形状だけで構成されていてもいい。所望の中空構造体１０の形状や突出部１３の長さにあわせたテンプレート３８０を使用することができる。 The inner wall of the recess 390 may have an inner wall having a reverse taper shape and a straight shape, or may be composed of only the reverse taper shape. A template 380 can be used that matches the desired shape of the hollow structure 10 and the length of the protrusion 13.

本実施の形態では、凹部３９０の第２の開口部１４ｂの直径φ２にあたる部分を１５０μｍ、隣り合う凹部３９０間のピッチを４００μｍ、テンプレート３８０の厚みを３ｍｍ、凹部３９０の弧の半径は２．５μｍとした。また、第２の工程で中空構造体基材３４０をテンプレート３８０に押し付ける際に、もぐりこみ量が多く、凹部３９０内の密閉空間を中空構造体形成材料３４２で充填しないように、凹部３９０はテンプレートの上面３８０ａから深さ方向に十分深くまで設けることが好ましい。 In the present embodiment, the portion of the second opening 14b of the recess 390 corresponding to the diameter φ2 is 150 μm, the pitch between adjacent recesses 390 is 400 μm, the thickness of the template 380 is 3 mm, and the radius of the arc of the recess 390 is 2.5 μm. And said. Further, when the hollow structure base material 340 is pressed against the template 380 in the second step, the recess 390 is formed of the template so that the closed space in the recess 390 is not filled with the hollow structure forming material 342 due to a large amount of digging. It is preferable to provide the upper surface 380a deep enough in the depth direction.

次に図８に示す形状のテンプレート４８０（第２のテンプレート）について説明する。図８の例では、テンプレート４８０は金属材料で構成される。このように、ガス透過性の低い金属材料（ニッケル、クロム、ステンレス、胴など）で構成した場合は、減圧時にテンプレート４８０の内部の空気を膨張させるため、図８に示されるように、テンプレート４８０の凹部４９０に、あらかじめ空気を貯留できる空間を別途設けることが好ましい。この空気（ガス）が貯留する空間を、ガス貯留空間と称し、以下説明する。 Next, the template 480 (second template) having the shape shown in FIG. 8 will be described. In the example of FIG. 8, the template 480 is made of a metallic material. As described above, when the metal material having low gas permeability (nickel, chrome, stainless steel, body, etc.) is used, the air inside the template 480 is expanded when the pressure is reduced, so that the template 480 is expanded as shown in FIG. It is preferable to separately provide a space in which air can be stored in the recess 490 of the above. The space in which this air (gas) is stored is referred to as a gas storage space, and will be described below.

中空形状のガス貯留空間は、凹部４９０の下側に、凹部４９０に連通する形で設ける。以下では便宜上、ガス貯留空間を、基板１１の上面１１ａから連続し、かつ外部と連通している凹部４９０と、凹部４９０に連通する貯留部４１０にわけて詳説するが、両者の間に物理的な障壁はない。 The hollow gas storage space is provided below the recess 490 so as to communicate with the recess 490. Hereinafter, for convenience, the gas storage space will be described in detail by dividing it into a recess 490 that is continuous from the upper surface 11a of the substrate 11 and communicates with the outside, and a storage portion 410 that communicates with the recess 490. There are no barriers.

凹部４９０において中空構造体形成材料３４２で被覆される側とは反対側に、凹部４９０よりも容積が大きく、かつ空気が貯留する貯留部４１０が設けられている。そして、製造方法の中で第３の工程では、凹部４９０のうち中空構造体形成材料３４２が進入していない空間と、該空間に連続する貯留部４１０と、からなる密閉空間の気圧を外部の気圧よりも高くして、中空構造体形成材料３９２を押し上げる。 On the side of the recess 490 opposite to the side covered with the hollow structure forming material 342, a storage section 410 having a volume larger than that of the recess 490 and storing air is provided. Then, in the third step of the manufacturing method, the air pressure in the closed space composed of the space in the recess 490 in which the hollow structure forming material 342 does not enter, the storage portion 410 continuous with the space, and the air pressure of the closed space are externalized. The hollow structure forming material 392 is pushed up above the atmospheric pressure.

図８を参照するように、貯留部４１０の径は凹部４９０の水平方向の径よりも大きいことが好ましい。より具体的には、貯留部４１０の体積は、所望の中空構造体１０の中空部１２の体積と同等か、それより大きいことが好ましい。その理由を以下に示す。 As shown in FIG. 8, the diameter of the storage portion 410 is preferably larger than the horizontal diameter of the recess 490. More specifically, it is preferable that the volume of the storage portion 410 is equal to or larger than the volume of the hollow portion 12 of the desired hollow structure 10. The reason is shown below.

テンプレート４８０に貼付された中空構造体形成材料３４２を減圧することで、密閉空間である貯留部４１０内の空気が膨張する。そこで、貯留部４１０内の空気が凹部４９０を介し、中空構造体形成材料３４２の下部から上部へ押し上がるようにして移動することにより中空構造体形成材料３４２に中空部１２が形成される。 By depressurizing the hollow structure forming material 342 attached to the template 480, the air in the storage portion 410, which is a closed space, expands. Therefore, the hollow portion 12 is formed in the hollow structure forming material 342 by moving the air in the storage portion 410 so as to be pushed up from the lower part to the upper part of the hollow structure forming material 342 through the recess 490.

しかし、テンプレート４８０がガス透過性の低い材料で形成された場合は、加圧や減圧をした際にテンプレート４８０の外側からガス貯留空間へ空気を透過させることが難しい。よって、中空部１２は、ガス貯留空間内の空気のみにより形成されることとなるため、貯留部４１０の体積が所望の中空構造体１０の中空部１２の体積よりも小さい場合は、減圧時間や圧力を調整しても、中空構造体１０に貯留部４１０以上に容積が大きい中空部１２を設けることは難しい。 However, when the template 480 is made of a material having low gas permeability, it is difficult to allow air to permeate from the outside of the template 480 into the gas storage space when pressurization or depressurization is performed. Therefore, since the hollow portion 12 is formed only by the air in the gas storage space, if the volume of the storage portion 410 is smaller than the volume of the hollow portion 12 of the desired hollow structure 10, the decompression time or Even if the pressure is adjusted, it is difficult to provide the hollow structure 10 with a hollow portion 12 having a larger volume than the storage portion 410.

なお、図７に例示したテンプレート３８０のように、ガス透過性の高い材料で形成されたテンプレート３８０の場合は、加圧や減圧をした際にテンプレート３８０の外側と内部空間の間で、ガスを透過することができる。そこで所望の中空部１２の体積よりもガス貯留空間の体積が小さくても良い。また別途貯留部４１０を設けずに、凹部３９０の形成材料が充填していない部分をガス貯留空間として機能させることができる。 In the case of the template 380 formed of a material having high gas permeability as in the template 380 illustrated in FIG. 7, gas is transferred between the outside and the internal space of the template 380 when the pressure is increased or decreased. It can be transparent. Therefore, the volume of the gas storage space may be smaller than the volume of the desired hollow portion 12. Further, the portion of the recess 390 that is not filled with the forming material can function as a gas storage space without separately providing the storage portion 410.

図８に示された例では、凹部４９０は上下方向に貫通している。貫通している場合は、製造方法の第２、第３の工程（加圧・減圧）時には、テンプレート４８０の下面に保護材となるシート４２０を敷くなどして、貫通孔の下面を塞ぎ、テンプレート４８０の内部にガス貯留空間となる密閉空間を形成する。シート４２０は、減圧・加圧時に変形しないように、可騰性が低い材質であるとなお良い。図８では、下面に敷くシートは３０μｍと３ｍｍとした。なお凹部４９０が貫通しておらず、貯留部４１０がテンプレート４８０の底面を有していても良い。 In the example shown in FIG. 8, the recess 490 penetrates in the vertical direction. If it penetrates, during the second and third steps (pressurization / depressurization) of the manufacturing method, the lower surface of the through hole is closed by laying a sheet 420 as a protective material on the lower surface of the template 480 to close the template. A closed space serving as a gas storage space is formed inside the 480. It is even better that the sheet 420 is made of a material having a low soaring property so as not to be deformed during depressurization and pressurization. In FIG. 8, the sheets laid on the lower surface are 30 μm and 3 mm. The recess 490 may not penetrate and the storage portion 410 may have the bottom surface of the template 480.

貯留部４１０を別途設けたテンプレート４８０の数値の一例としては、凹部４９０の水平方向の径は５μｍ、深さ方向の長さは１５μｍ、貯留部４１０の水平方向の径は凹部の径よりも大きい２０μｍ、深さ方向の長さは３０μｍである。貯留部４１０の体積は、凹部４９０の体積よりも大きい。凹部４９０の水平方向の径は、所望の中空構造体１０の突出部１３及び第２の開口部１４ｂの径φ２と等しくなる。 As an example of the numerical value of the template 480 in which the storage portion 410 is separately provided, the horizontal diameter of the recess 490 is 5 μm, the length in the depth direction is 15 μm, and the horizontal diameter of the storage portion 410 is larger than the diameter of the recess. The length is 20 μm and the length in the depth direction is 30 μm. The volume of the storage portion 410 is larger than the volume of the recess 490. The horizontal diameter of the recess 490 is equal to the diameter φ2 of the protrusion 13 and the second opening 14b of the desired hollow structure 10.

なお上記で説明した製造方法は、テンプレート４８０でも同様にして中空構造体１０を形成することが可能である。 In the manufacturing method described above, the hollow structure 10 can be formed in the same manner with the template 480.

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments and the like have been described in detail above, the embodiments are not limited to the above-described embodiments and the like, and various embodiments and the like described above are used without departing from the scope of the claims. Modifications and substitutions can be added.

以上に説明したように、本実施形態では、上面３８０ａから深さ方向に離れるほど径が小さくなる凹部３９０を有するテンプレート３８０を用いて中空構造体１０を製造する。より具体的には、中空構造体形成材料３４２をテンプレート３８０の凹部３９０の少なくとも一部に進入させ、一部が凹部３９０に進入した状態の中空構造体形成材料３４２をガスの圧力によって押し上げて中空部２２を形成し、中空部２２が形成された中空構造体形成材料３４２をテンプレート３８０から剥離するという工程を経て中空構造体１０が製造される。本実施形態では、テンプレート３８０の凹部３９０は、上面３８０ａから深さ方向に離れるにつれて、ゆるやかにカーブしていく形状を有している（逆テーパ形状を有している）ので、凹部３９０に進入した中空構造体形成材料３４２を剥離する際の離型抵抗が小さくなる。これにより、剥離時における突出部１３の変形や破損を抑制できるため、寸法安定性を確保できる。 As described above, in the present embodiment, the hollow structure 10 is manufactured by using the template 380 having the recess 390 whose diameter becomes smaller as the distance from the upper surface 380a increases in the depth direction. More specifically, the hollow structure forming material 342 is made to enter at least a part of the recess 390 of the template 380, and the hollow structure forming material 342 in a state where a part of the hollow structure forming material 342 is made to enter the recess 390 is pushed up by the pressure of the gas to be hollow. The hollow structure 10 is manufactured through a step of forming the portion 22 and peeling the hollow structure forming material 342 from which the hollow portion 22 is formed from the template 380. In the present embodiment, the recess 390 of the template 380 has a shape that gently curves (has an inverted taper shape) as it moves away from the upper surface 380a in the depth direction, and therefore enters the recess 390. The mold release resistance at the time of peeling the hollow structure forming material 342 is reduced. As a result, deformation and breakage of the protruding portion 13 at the time of peeling can be suppressed, so that dimensional stability can be ensured.

又、上記の実施の形態では、中空構造体１０をマイクロニードルに使用する例を示したが、中空構造体１０を他の分野で使用してもよい。中空構造体１０は、例えば、細胞の足場材、化粧品の化粧パッチ、エネルギー分野（電池のフィルタ、セル、セパレータ等）、環境分野（ガスフィルタ、排ガス浄化装置等）、光学分野（マイクロレンズの遮光等）等の様々な分野に適用可能である。 Further, in the above embodiment, the example in which the hollow structure 10 is used for the microneedle is shown, but the hollow structure 10 may be used in other fields. The hollow structure 10 includes, for example, a cell scaffolding material, a cosmetic patch, an energy field (battery filter, cell, separator, etc.), an environmental field (gas filter, exhaust gas purifier, etc.), and an optical field (light shielding of a microlens). Etc.), etc., and can be applied to various fields.

１０中空構造体
１１基体
１１ａ基体の上面
１２中空部
１２ａ第１の中空部
１２ｂ第２の中空部
１３突出部
１３ｓ柱状部
１３ｔテーパ部
１３ｉ内側面
１３ｏ外側面
１４ａ第１の開口部
１４ｂ第２の開口部
１５隔壁
３４０中空構造体基材
３４１保護材
３４２中空構造体形成材料
３５０加圧ローラ
３６０押圧装置
３７０減圧装置
３８０、４８０テンプレート
３８０ａテンプレートの上面
３９０、４９０凹部
３９０ｓストレート部
３９０ｔ逆テーパ部
４１０貯留部
４２０シート 10 Hollow structure 11 Base 11a Top surface of base 12 Hollow part 12a First hollow part 12b Second hollow part 13 Protruding part 13s Columnar part 13t Tapered part 13i Inner side surface 13o Outer side surface 14a First opening 14b Second Opening 15 Partition 340 Hollow structure base material 341 Protective material 342 Hollow structure forming material 350 Pressurizing roller 360 Pressing device 370 Depressurizing device 380, 480 Template 380a Template upper surface 390, 490 Recessed 390s Straight part 390t Reverse taper part 410 Storage Part 420 sheet

特開２０１５−１５０７２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-15072

Claims

A first step of providing a hollow structure forming material, which is a resin having a plastic deformation function, on the upper surface of a mold having a recess whose diameter decreases as the distance from the upper surface increases in the depth direction.
A second step of pressing the hollow structure forming material toward the mold side and allowing the hollow structure forming material to enter at least a part of the recess.
A third step of forming a hollow portion in the hollow structure forming material by pushing up the hollow structure forming material in a state where a part of the hollow structure forming material has entered the recess by the pressure of a gas.
A fourth step of peeling the hollow structure forming material from which the hollow portion is formed from the mold, and
Have a,
In the third step, the space in the recesses where the hollow structure forming material does not enter is a closed space, and the air pressure in the closed space is made higher than the external air pressure to form the hollow structure. Push up the material,
A method for manufacturing a hollow structure.

A plurality of the recesses are formed on the upper surface of the mold.
The method for manufacturing a hollow structure according to claim 1.

The mold is characterized by being composed of a polymeric substance.
The method for producing a hollow structure according to claim 1 or 2.

The mold is made of silicone rubber.
The method for manufacturing a hollow structure according to claim 3.

A storage portion having a volume larger than that of the recess and storing air is further provided on the side of the recess opposite to the side covered with the hollow structure forming material.
The closed space is a space in which the hollow structure forming material of the recess is not entered, and the reservoir portion continuous in the space, Ru Tona,
The method for producing a hollow structure according to claim 1 or 2.

The mold is characterized in that it is made of metal.
The method for manufacturing a hollow structure according to claim 5.

The mold is characterized by being composed of any of nickel, chromium, stainless steel and copper.
The method for manufacturing a hollow structure according to claim 6.