JPWO2019188932A1 - 経皮吸収シート製造用のモールド、針状凸部を有する経皮吸収シートの製造装置及び方法 - Google Patents

経皮吸収シート製造用のモールド、針状凸部を有する経皮吸収シートの製造装置及び方法 Download PDF

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Abstract

画像から検出することができる経皮吸収シート製造用のモールド、そのモールドを使用した針状凸部を有する経皮吸収シートの製造装置及び方法を提供する。複数の針状凹部が配置された経皮吸収シート製造用のモールドであって、HSL(Hue Saturation Lightness)色空間における輝度を256段階で表現した輝度値が30以上かつ200以下の範囲の灰色である経皮吸収シート製造用のモールドによって上記課題を解決する。

Description

本発明は、経皮吸収シート製造用のモールド、針状凸部を有する経皮吸収シートの製造装置及び方法に係り、特に、薬剤液吐出ノズルからモールドの針状凹部に薬剤液を吐出して針状凸部を有する経皮吸収シートを製造する装置及び方法、その製造に用いるモールドに関する。
近年、痛みを伴わずにインシュリン(Insulin)及びワクチン(Vaccines)及びhGH(human Growth Hormone)等の薬剤を皮膚内に投与可能な新規剤型として、マイクロニードルアレイ(Micro-Needle Array)が知られている。マイクロニードルアレイは、薬剤を含み、生分解性のあるマイクロニードル(微細針、又は微小針ともいう)をアレイ状に配列したものである。このマイクロニードルアレイを皮膚に貼付することにより、各マイクロニードルが皮膚に突き刺さり、これらマイクロニードルが皮膚内で吸収され、各マイクロニードル中に含まれた薬剤を皮膚内に投与することができる。マイクロニードルアレイは経皮吸収シートとも呼ばれる。
経皮吸収シートの微細な突起状パターンを有する成形品を作製するため、微細な突起状パターンを有する原版から樹脂製の反転形状のモールドを形成し、このモールドから成形品を作製することが行われている。このような微細なパターンを有する成形品の生産性を向上させることが求められており、種々の提案がなされている。
特に、薬剤液を充填する工程では、充填量が薬剤投与量に関わるため、極めて微量な薬剤液を、モールド毎に精度よく一定量で、確実に充填する必要がある。
特許文献1には、液滴吐出装置のノズルに対してXYZステージに載置される型(モールドに相当)を移動させ、型の各凹部にノズルから吐出される液滴を直接着弾させて、各凹部に液滴を充填する技術が記載されている。この技術によれば、薬剤液の充填量を精度良く調整することができる。
特開2016−112169号公報
特許文献1に記載の技術のように、ノズルから吐出される液滴をモールドの凹部に着弾させるには、ノズルの位置とモールドの位置とを精度よく位置決めすることが重要である。このためには、モールドを撮影した画像からモールドを検出することが必要となるが、特許文献1には位置決めの詳細については開示されていない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、画像から検出することができる経皮吸収シート製造用のモールド、そのモールドを使用した針状凸部を有する経皮吸収シートの製造装置及び方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために経皮吸収シート製造用のモールドの一の態様は、複数の針状凹部が配置された経皮吸収シート製造用のモールドであって、HSL(Hue Saturation Lightness)色空間における輝度を256段階で表現した輝度値が30以上かつ200以下の範囲の灰色である経皮吸収シート製造用のモールドである。
本態様によれば、モールドを撮影した画像からモールドを検出することができる。
輝度値が75以上の範囲の灰色であることが好ましい。これにより、モールドを撮影した画像からモールドを検出することができる。
輝度値が150以下の範囲の灰色であることが好ましい。これにより、モールドを撮影した画像からモールドを検出することができる。
HSL色空間における彩度を256段階で表現した彩度値が0以上25以下の範囲の灰色であることが好ましい。これにより、モールドを撮影した画像からモールドを検出することができる。
透明の樹脂と、白色の着色剤と、黒色の着色剤と、を含むことが好ましい。これにより、透明の樹脂を用いて灰色の輝度値のモールドを作成することができる。
白色の着色剤と黒色の着色剤との質量比が3:1〜10:1であることが好ましい。これにより、モールドの灰色の輝度値を適切に作成することができる。
白色の着色剤と黒色の着色剤との質量比が7:1であることが好ましい。これにより、モールドの灰色の輝度値を適切に作成することができる。
白色の着色剤及び黒色の着色剤の含有量が5質量%以下であることが好ましい。これにより、モールドを適切に作成することができる。
樹脂は、シリコーン樹脂であることが好ましい。これにより、モールドを適切に作成することができる。
上記目的を達成するために針状凸部を有する経皮吸収シートの製造方法の一の態様は、経皮吸収シート製造用のモールドを撮影した画像から経皮吸収シート製造用のモールドを検出する画像検出工程と、画像検出工程の検出結果に基づいて薬剤液吐出ノズル及び経皮吸収シート製造用のモールドとの少なくとも一方を機械的に位置決めする位置決め工程と、薬剤液吐出ノズルから経皮吸収シート製造用のモールドの針状凹部に向けて薬剤液を吐出する吐出工程と、を含む針状凸部を有する経皮吸収シートの製造方法である。
本態様によれば、モールドを撮影した画像からモールドを検出することができるので、適切に位置決めすることができ、針状凹部に薬剤液を適切に供給することができる。
経皮吸収シート製造用のモールドを吸引して針状凹部に薬剤液を充填させる吸引工程を含むことが好ましい。これにより、針状凹部に薬剤液を適切に充填させることができる。
経皮吸収シート製造用のモールドは搬送治具に載置され、搬送治具には吸引工程において経皮吸収シート製造用のモールドを吸引するための吸着孔が設けられていることが好ましい。これにより、モールドを適切にハンドリングすることができ、かつ針状凹部に薬剤液を適切に充填させることができる。
針状凹部に充填された薬剤液を乾燥させる乾燥工程を備えることが好ましい。これにより、経皮吸収シートを適切に製造することができる。
上記目的を達成するために針状凸部を有する経皮吸収シートの製造装置の一の態様は、経皮吸収シート製造用のモールドを撮影するカメラと、撮影した画像から経皮吸収シート製造用のモールドを検出する画像検出部と、経皮吸収シート製造用のモールドの針状凹部に向けて薬剤液を吐出する薬剤液吐出ノズルと、画像検出部の検出結果に基づいて薬剤液吐出ノズル及び経皮吸収シート製造用のモールドとの少なくとも一方を機械的に位置決めする位置決め部と、を含む針状凸部を有する経皮吸収シートの製造装置である。
本態様によれば、モールドを撮影した画像からモールドを検出することができるので、適切に位置決めすることができ、針状凹部に薬剤液を適切に供給することができる。
本発明によれば、モールドを撮影した画像からモールドを検出することができる。これにより、モールドの針状凹部に薬剤液を適切に供給することができる。
経皮吸収シートの一例を示す斜視図である。 モールドの一例を示す斜視図である。 図2の3−3断面の一部拡大図である。 射出成形によるモールドの作製方法を示す工程図である。 射出成形によるモールドの作製方法を示す工程図である。 射出成形によるモールドの作製方法を示す工程図である。 射出成形によるモールドの作製方法を示す工程図である。 射出成形によるモールドの作製方法を示す工程図である。 射出成形によるモールドの作製方法を示す工程図である。 射出成形によるモールドの作製方法を示す工程図である。 射出成形によるモールドの作製方法を示す工程図である。 射出成形によるモールドの作製方法を示す工程図である。 モールドを搭載した搬送治具の斜視図である。 経皮吸収シートの製造方法の各工程を示すフローチャートである。 薬剤液充填工程で使用する薬剤液充填装置の概略構成図である。 薬剤液充填装置の電気的構成を示すブロック図である。 薬剤液充填工程に含まれる各工程を示すフローチャートである。 各サンプルの撮影画像、撮影画像の輝度のヒストグラム、及び画像認識の可否を示す図である。 各サンプルの撮影画像、撮影画像の輝度のヒストグラム、及び画像認識の可否を示す図である。 8ビットグレースケールの見本の一例である。 モールドの灰色の評価の結果を示す図である。
以下、添付図面にしたがって本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施形態により説明される。本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行うことができ、本実施形態以外の他の実施形態を利用することができる。したがって、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。
ここで、図中、同一の記号で示される部分は、同様の機能を有する同様の要素である。また、本明細書中で、数値範囲を“ 〜 ”を用いて表す場合は、“ 〜 ”で示される上限、下限の数値も数値範囲に含むものとする。
<経皮吸収シートの構成>
まず、本実施形態の経皮吸収シートの製造方法により製造される経皮吸収シートの一例について説明する。
図1は、経皮吸収シート100の一例を示す斜視図である。経皮吸収シート100は、表面100A及び裏面100Bを有し、シート状のシート部102及び凸状パターン110から構成される。
シート状とは、面積の広い2つの対向する表面100A及び裏面100Bに対して厚みの薄い、全体として平たい形状を意味し、表面100A及び裏面100Bが完全に平坦である必要はない。また、図1に示すシート部102は平面視で円形であるが、矩形、多角形、楕円形等でもよい。
凸状パターン110は、複数の針状凸部112を有している。針状凸部112は、表面100Aに設けられている。針状凸部112は、ニードル部114と、ニードル部114とシート部102とを接続する錐台部116と、から構成される。
経皮吸収シート100の表面100Aには、複数個の錐台部116が形成される。錐台部116は、2つの底面を有し、錐体面で囲まれた立体構造を有している。錐台部116の2つの底面のうち面積の広い底面(下底面)がシート部102と接続される。錐台部116の2つの底面のうち面積の狭い底面(上底面)がニードル部114と接続される。つまり、錐台部116の2つの底面のうち、シート部102と離れる方向にある底面の面積が小さくなっている。
ニードル部114は、面積の広い底面と、底面から離れた先端が最も狭い面積となる形状を有している。ニードル部114の面積の広い底面が、錐台部116の上底面と接続されているので、ニードル部114は錐台部116と離れる方向に先細り形状となる。したがって、ニードル部114と錐台部116とで構成される針状凸部112は、全体としてシート部102から先端に向けて先細り形状を有している。シート部102の上には4〜2500本の複数の針状凸部112が設けられる。但し、この本数に限定されない。
図1において、錐台部116は円錐台の形状を有し、ニードル部114は円錐の形状を有している。ニードル部114の皮膚への挿入の程度に応じて、ニードル部114の先端の形状を、0.01μm以上50μm以下の曲率半径の曲面、又は平坦面等に適宜変更することができる。
<モールドの構成>
図2は、経皮吸収シート100を製造するためのモールド120(経皮吸収シート製造用のモールド)の一例を示す斜視図である。また、図3は、図2の3−3断面の一部拡大図である。モールド120は、表面120A及び裏面120Bを有し、平坦部122及び凹状パターン130から構成されている。
平坦部122は、経皮吸収シート100のシート部102に対応する平坦な形状を有している。凹状パターン130は、複数の針状凹部132から構成される。針状凹部132は、経皮吸収シート100の針状凸部112に対応する形状を有しており、ニードル部114に対応する先端凹部134と、錐台部116に対応するカップ部136とから構成される。
先端凹部134は、モールド120の深さ方向に先細り形状を有している。先端凹部134は、径を150μm〜500μm、高さを150μm〜2000μmとすることができる。また、カップ部136は、モールド120の深さ方向に狭くなる形状を有している。カップ部136は、径を500μm〜1000μm、高さを100μm〜500μmとすることができる。
なお、針状凹部132の形状はこの例に限定されない。先端凹部134とカップ部136との間に、円柱、四角柱、多角柱等の深さ方向に幅が一定の中間凹部を設けたロケット型としてもよい。また、先細り形状の先端に、裏面120Bに到達してモールド120を貫通する貫通孔を形成してもよい。針状凹部132の配列、ピッチ、数等は、経皮吸収シート100に必要な針状凸部112の配列、ピッチ、数等によって決定すればよい。
<モールドの作製方法>
射出成形によるモールドの作製方法について、図4から図12の工程図を参照して説明する。
図4に示されるように、第1型72と第2型74とを含む型70が準備される。第1型72と第2型74を型締めすることにより、型70の内部にキャビティ76が形成される。キャビティ76とは、樹脂が充填される空間を意味する。
また、図5に示されるように、電鋳金型50が準備される。電鋳金型50の第1面52には、作製したいモールドの反転形状である凸状パターン54が形成されている。凸状パターン54とは、複数の針状凸部56がアレイ状に配列された状態である。針状凸部56は作製したいモールドの形状に応じて作製される。
第1型72に電鋳金型50が固定されるので、電鋳金型50を固定する側は平坦面78で構成される。第1型72は、電鋳金型50を固定する装置として、平坦面78に吸着板80を備えている。第1型72は、その内部に吸着板80と気体連通する吸引管82を備えている。吸引管82は不図示の真空ポンプと接続されている。真空ポンプを駆動することにより、吸着板80の表面から空気を吸引することができる。吸着板80は、例えば、多孔質部材で構成される。多孔質部材として、例えば、金属焼結体、樹脂、及びセラミック等を挙げることができる。
第2型74のキャビティ76の側に窪み84が形成されている。本実施形態では、第1型72の平坦面78と、後述する第2型74の窪み84(図8参照)とによりキャビティ76が形成される。第1型72と第2型74とを上記の構成することにより、後述するように、モールドの離型が容易となる。
第2型74にはキャビティ76に連通するゲート86が形成されている。ゲート86が型70のキャビティ76への樹脂の注入口になる。ゲート86は、型70に樹脂を供給する射出成形機88と連通される。
図5に示されるように、第1型72と第2型74とが型開され、凸状パターン54を有する電鋳金型50が第1型72に載置される。吸引管82を介して真空ポンプにより空気を吸引することにより、電鋳金型50の第2面58が吸着板80に真空吸着される。
本実施形態では、真空吸着により電鋳金型50を第1型72に固定する場合を例示したが、これに限定されない。例えば、吸着板80に代えて、磁石を第1型72に設けることにより、磁力を利用して電鋳金型50を第1型72に固定することもできる。したがって、電鋳金型50を第1型72に真空吸着、及び磁力の少なくとも一方により固定することが好ましい。
図6に示されるように、キャビティ76を形成するため、第1型72と第2型74とが型締めされる。型締めする際、第1型72と第2型74とにより電鋳金型50が挟圧される。
図7に示されるように、樹脂Rが射出成形機88からゲート86を介してキャビティ76に供給される。樹脂Rは電鋳金型50の凸状パターン54の間を通過しながら、キャビティ76内に充填される。樹脂Rとしては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化樹脂を用いることが好ましく、特に、シリコーン樹脂を用いることが好ましい。樹脂Rが型70のキャビティ76に充填されると、次いで、樹脂Rが加熱され、樹脂Rが硬化される。
シリコーン樹脂の中に、1液熱硬化シリコーン材料、2液混合硬化シリコーン材料、UV硬化シリコーン材料等がある。医療用のシリコーン樹脂は、大半が2液混合硬化シリコーン材料である。本実施形態では、2液を混合した後、透明なシリコーン材料の質量に対して5質量%以下のカラー材料(着色剤)を混ぜたものを樹脂Rとした。着色剤の詳細については後述する。
図8に示されるように、電鋳金型50から硬化された樹脂Rを離型するため、型締めされていた第1型72と第2型74とが型開きされる。型開きでは、第1型72と第2型74とが相対的に離間するように移動される。図8に示されるように、第2型74は、キャビティ76を形成するための窪み84を有している。硬化された樹脂Rは、離型前の複数の凹状パターン130が形成されたモールド124である。
図9に示されるように、第1型72は、第2型74とは分離され、電鋳金型50からモールド124を離型するためのステージへと移動される。本実施形態では、窪み84を有する第2型74がモールド124から分離されるので、モールド124は、第1型72に固定された電鋳金型50と接触する面を除き、露出されることになる。したがって、電鋳金型50からモールド124を離型する際、モールド124の露出面を利用して容易に離型することが可能である。
図10に示されるように、モールド124の周縁部を電鋳金型50から最初に離間させる。モールド124の周縁部は、モールド124を平面視した際の対向する2辺を少なくとも含んでいれば良く、また、4辺の全てを含んでいても良い。周縁部とは、モールド124の外周から凹状パターン130までの領域を意味する。
図11に示されるように、モールド124の周縁部を徐々に電鋳金型50から離間させる。モールド124がシリコーン樹脂により作製される場合、モールド124は弾性力を有するので、モールド124の周縁部を徐々に離間させると、モールド124が伸ばされた状態(弾性変形)となる。モールド124の周縁部をさらに電鋳金型50から離間させると、弾性変形していたモールド124は元の形状に戻ろうとするため、モールド124は縮む。モールド124の縮む力を利用することにより、モールド124が電鋳金型50から離型される。モールド124が縮もうとする力を離型する力として利用することにより、モールド124と電鋳金型50の凸状パターン54との間に無理な力が加わらないので、離型不良を抑制することが可能となる。
図12に示されるように、最終的には、モールド124と電鋳金型50の凸状パターン54とは完全に離型され、凹状パターン130を有するモールド124が作製される。モールド124は、図2に示したモールド120が複数繋がった状態である。
電鋳金型50からモールド124を繰り返して作製する場合、凸状パターン54が徐々に傷むことから、1000回から10000回程度使用すると、新たな電鋳金型50に交換する必要がある。本実施形態では、不図示の真空ポンプの駆動を停止し、吸着板80の吸着力を低減することにより、電鋳金型50を短時間に交換することができる。
モールド124の周縁部を電鋳金型50から離間させる方法として、凹状パターン130の形成される面と反対の露出面であって、モールド124の周縁部を吸引手段で吸引し、周縁部を吸引しながら吸引手段を電鋳金型50から離間させる方法を挙げることができる。
このように作製したモールド124(モールド120)は、気体透過性が優れていることが望ましい。
<経皮吸収シートの製造方法>
図13は、モールド120を搭載した搬送治具150の斜視図である。経皮吸収シートの製造において、モールド120は搬送治具150に搭載されてハンドリングされる。搬送治具150は、ポリプロピレン等のプラスチックで構成される。搬送治具150は、モールド120の表面120Aを鉛直方向であるZ方向の上方に向けて、モールド120のシート部102を水平面であるXY平面と平行にした状態でモールド120を支持する。
図14は、経皮吸収シート100の製造方法の各工程を示すフローチャートである。経皮吸収シート100の製造方法は、モールド120の針状凹部132に薬剤液を充填する薬剤液充填工程(ステップS1)、充填した薬剤液を乾燥させる薬剤液乾燥工程(ステップS2)、針状凹部132に基材液を充填する基材液充填工程(ステップS3)、充填した基材液を乾燥させる基材液乾燥工程(ステップS4)、形成された経皮吸収シート100をモールド120から離型する離型工程(ステップS5)を含む。
〔薬剤液充填工程(ステップS1)〕
薬剤液充填工程は、薬剤液吐出ヘッド34のノズル36(図15参照)から薬剤液の液滴をモールド120の針状凹部132に向けて吐出し、吸引ポンプ22(図15参照)によってモールド120を吸引する。薬剤液充填工程の詳細については後述する。
〔薬剤液乾燥工程(ステップS2)〕
薬剤液乾燥工程では、例えば、針状凹部132に充填された薬剤液に風を吹き付けることにより乾燥させる。モールド120の周囲環境を減圧してもよい。
〔基材液充填工程(ステップS3)〕
基材液充填工程では、針状凹部132に基材液を充填する。基材液は、薬剤非含有のポリマー溶液であり、ポリマー溶液を形成する水溶性の高分子物質としてはコンドロイチン硫酸、ヒドロキシエチルデンプン、デキストラン等の水溶性ポリマー物質を用いることが好ましい。
基材液を針状凹部132に充填する方法としては、例えばスピンコーターを用いた塗布を挙げることができる。
〔基材液乾燥工程(ステップS4)〕
基材液乾燥工程では、薬剤液乾燥工程と同様に、針状凹部132に充填された基材液に風を吹き付けることにより乾燥させる。
〔離型工程(ステップS5)〕
離型工程では、薬剤液及び基材液が乾燥することで形成されたシート(経皮吸収シート100)をモールド120から離型する。
<薬剤液充填装置>
図15は、薬剤液充填工程で使用する薬剤液充填装置1(経皮吸収シートの製造装置の一例)の概略構成図である。薬剤液充填装置1は、XYZステージ10、吸着板20、吸引ポンプ22、アライメント用カメラ30、及び薬剤液吐出ヘッド34等を備えている。
XYZステージ10(位置決め部の一例)は、XY平面に平行な載置面10Aを有している。XYZステージ10は、不図示のモータにより、XY平面に平行な2方向であって、X方向及びX方向に直交するY方向を移動自在に設けられている。また、XYZステージ10は、Z方向、及びZ方向に平行な方向を軸とした回転方向であるRθZ方向についても移動可能に設けられている。
XYZステージ10の載置面10Aには、吸着板20が固定されている。吸着板20は、XY平面に平行な載置面20Aを有している。また、載置面20Aには、不図示の複数の吸着孔が設けられている。吸着板20は、多孔質部材で構成してもよい。
吸着板20は、吸引管24を介して吸引ポンプ22が接続されている。吸引ポンプ22を駆動することにより、吸着板20の載置面20Aの不図示の複数の吸着孔から空気を吸引することができる。
吸着板20の載置面20Aには、搬送治具150が載置される。搬送治具150には、載置面150Aにモールド120が搭載される。これにより、モールド120は、XYZステージ10のX方向、Y方向、Z方向、及びRθZ方向の移動に伴って各方向に移動する。
また搬送治具150の載置面150Aには、複数の吸着孔152が貫通している。吸引ポンプ22を駆動することにより、吸着板20の載置面20Aの不図示の複数の吸着孔、及び搬送治具150の複数の吸着孔152を介して、モールド120の裏面120Bを吸引する。
アライメント用カメラ30は、撮影レンズ32の他、不図示の撮像素子、アナログデジタル変換部、及び画像処理回路を備えている。
撮影レンズ32は、ズームレンズ及びフォーカスレンズ等を備えたレンズ群であり、被写体からの入射光を撮像素子に入射させる。
撮像素子は、不図示の撮像面に多数の受光素子が2次元配列されたCCD(Charge Coupled Device)型の撮像素子又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の撮像素子である。撮像素子は、撮影レンズ32の入射光の光路の後段に配置される。
撮影レンズ32は、入射光を撮像素子の撮像面に結像させる。撮像素子は、受光量に応じたアナログの撮影信号を出力する。この撮影信号は、アナログデジタル変換部においてデジタル信号に変換された後、画像処理回路によって画像信号に生成される。
アライメント用カメラ30は、XYZステージ10のZ方向の上方に配置されており、撮影レンズ32はZ方向の下方に向けられている。これにより、アライメント用カメラ30は、XYZステージ10に載置されたモールド120を撮影することができる。
薬剤液吐出ヘッド34は、XYZステージ10のZ方向の上方であって、アライメント用カメラ30からX方向の距離d、Y方向の距離dからなるXY平面における距離dだけ離れた位置に配置されている。薬剤液吐出ヘッド34は、薬剤液の液滴を第1方向に吐出するノズル36(薬剤液吐出ノズルの一例)を備えている。ここでは、ノズル36はZ方向下方に向けられており、第1方向はZ方向の下方向である。図15に示す薬剤液吐出ヘッド34は、1つのノズル36を備えているが、複数のノズル36を備えていてもよい。
薬剤液吐出ヘッド34は、例えばソレノイド型インクジェットヘッド、又はピエゾ型インクジェットヘッド等のインクジェットヘッドを用いることができる。ノズル36から吐出する1つの液滴量は、1〜150nL程度である。
ノズル36から吐出される薬剤液は、Z方向下方に飛翔し、対象物(ここではモールド120)に着弾する。したがって、ノズル36のXY平面の位置と薬剤液の着弾するXY平面の位置とは等しい。
薬剤液は、薬剤として薬剤原液、糖類、添加剤等を含んでいる。また、薬剤液は、溶媒として水、又はエタノール等を含んでいる。
図16は、薬剤液充填装置1の電気的構成を示すブロック図である。薬剤液充填装置1は、撮影制御部40、移動制御部42、画像検出部44、吐出制御部46、及び吸引制御部48等を備えている。
撮影制御部40は、アライメント用カメラ30に画像を撮影させる。
移動制御部42は、XYZステージ10に載置されたモールド120と薬剤液吐出ヘッド34との相対移動を制御する。ここでは、XYZステージ10を駆動することで、モールド120を移動させているが、薬剤液吐出ヘッド34を移動させてもよいし、モールド120と薬剤液吐出ヘッド34との両方を移動させてもよい。
画像検出部44は、アライメント用カメラ30によって撮影したモールド120の画像に基づいて、モールド120の位置を検出する。本実施形態では、モールド120の画像から針状凹部132を認識し、針状凹部132の位置を検出する。
吐出制御部46は、薬剤液吐出ヘッド34を制御し、ノズル36から薬剤液を吐出するタイミング、及び吐出する薬剤液の液滴量を制御する。
吸引制御部48は、吸引ポンプ22による吸引の有無を制御する。
<薬剤液充填工程>
図17は、薬剤液充填工程に含まれる各工程を示すフローチャートである。薬剤液充填工程は、画像検出工程(ステップS11)、移動工程(ステップS12)、薬剤液吐出工程(ステップS13)、判定工程(ステップS14)、吸引工程(ステップS15)を含んでいる。
〔画像検出工程(ステップS11)〕
最初に、吸着板20の載置面20Aに、モールド120が搭載された搬送治具150を載置する。
移動制御部42は、XYZステージ10を制御し、アライメント用カメラ30の撮影画像の画角内にモールド120を移動させる。撮影制御部40は、アライメント用カメラ30を制御し、モールド120の画像を撮影させる。画像検出部44は、アライメント用カメラ30によって撮影されたモールド120の画像を解析し、各針状凹部132の位置を検出する。
例えば、XYZステージ10によりモールド120の針状凹部132をアライメント用カメラ30の撮影画像の画角内の中心に移動させ、その際のXYZステージ10のXY平面座標(X,Y)を算出する。これを全ての針状凹部132について行うことで、全ての針状凹部132の位置を検出することができる。
なお、アライメント用カメラ30によって撮影されたモールド120の画像は、平坦部122は輝度が相対的に明るく、針状凹部132は輝度が相対的に暗い。このコントラストを用いることで、針状凹部132をアライメント用カメラ30の撮影画像の画角内の中心に移動させることができる。
全ての針状凹部132についてアライメント用カメラ30の撮影画像の画角内の中心に移動させるのではなく、3〜5個の針状凹部132のXY平面座標(X,Y)のみを検出し、この座標からモールド120のXY平面内の向き(回転)、及びモールド120のXY平面内の伸縮を解析することで、その他の針状凹部132の位置を検出してもよい。
また、モールド120に複数のアライメント用マークを設け、アライメント用マークを読み取ることで針状凹部132のXY平面座標(X,Y)を検出してもよい。
さらに、針状凹部132、又はアライメント用マークとアライメント用カメラ30との距離を計測し、モールド120のZ方向の位置(高さ)を調整してもよい。ノズル36とモールド120との距離が0.5mm〜5mm、好ましくは1mm〜2mmとなるように調整することが好ましい。
〔移動工程(ステップS12)〕
移動制御部42は、画像検出部44の検出結果に基づいて、XYZステージ10を制御してモールド120をX方向及びY方向に移動させて機械的に位置決めし、薬剤液吐出ヘッド34のノズル36のXY平面の位置と針状凹部132のXY平面の位置とを一致させる。即ち、ノズル36の薬剤液の吐出方向と平行な方向(Z方向)からの平面視において、ノズル36の位置と針状凹部132の位置とを一致させる。
ステップS11で算出した針状凹部132の座標(X,Y)に、アライメント用カメラ30と薬剤液吐出ヘッド34のノズル36とのX方向の距離d、及びY方向の距離dを加算した座標(X+d,Y+d)が、ノズル36の座標である。移動制御部42は、この座標にXYZステージ10を移動させる。
〔薬剤液吐出工程(ステップS13)〕
吐出制御部46は、薬剤液吐出ヘッド34を制御し、ノズル36から薬剤液を吐出させる。吐出された薬剤液は、針状凹部132に着弾する。ここでは、1つの針状凹部132に対してノズル36から1滴の薬剤液を吐出して、針状凹部132に着弾させる。なお、1つの針状凹部132に対して複数滴の薬剤液を着弾させてもよい。
なお、針状凹部132内に着弾した薬剤液は、針状凹部132を閉塞、即ち針状凹部132の円周面の全体に渡って接触している必要がある。着弾した薬剤液が針状凹部132を閉塞していない場合には、後述する吸引工程において着弾した薬剤液を先端凹部134の先細り形状の先端に充填することができない。したがって、移動工程においてノズル36の位置と針状凹部132の位置とを一致させる際には、精密な位置合わせが要求される。
〔判定工程(ステップS14)〕
吐出制御部46は、モールド120の全ての針状凹部132に薬剤液を吐出して着弾させたか否かを判定する。
薬剤液を着弾させていない針状凹部132があると判断した場合は、ステップS12に戻り、同様の処理を行う。即ち、薬剤液を吐出していない針状凹部132のXY平面の位置とノズル36のXY平面の位置とを一致させ(ステップS12)、ノズル36から薬剤液を吐出して針状凹部132に着弾させる(ステップS13)。
全ての針状凹部132に薬剤液を着弾させたと判断した場合は、ステップS15に移行する。
〔吸引工程(ステップS15)〕
吸引制御部48は、吸引ポンプ22を駆動し、モールド120の裏面120Bを吸引する。この吸引により、針状凹部132に着弾した薬剤液は、先端凹部134の先細り形状の先端にまで充填される。
以上により、薬剤液充填工程が終了する。なお、薬剤液吐出工程と吸引工程とは、同時に行ってもよい。即ち、吸引ポンプ22により吸引を行いながらノズル36から薬剤液を吐出してもよい。
ここでは、距離d、距離dを既知の値として扱ったが、未知の場合は以下のようにして求めることができる。
針状凹部132の設けられていないダミーのモールドを搬送治具150に搭載し、吸着板20の載置面20Aに載置する。このダミーのモールドに対してノズル36から薬剤液を吐出し、ダミーのモールドに着弾させる。
次に、着弾した薬剤液がアライメント用カメラ30の撮影画像の画角の中心に来るように、XYZステージ10をX方向及びY方向に移動させる。ここでのXYZステージ10のX方向移動量が距離d、Y方向移動量が距離dとなる。
<モールドの色>
モールド120が透明であると、搬送治具150の吸着孔152がモールド120の上面に透過し、アライメント用カメラ30によって撮影したモールド120の画像に吸着孔152が写り込む。この吸着孔152の写り込みは、画像検出部44が画像から針状凹部132の位置を認識する際に障害となり、位置検出の精度が低下する。吸着孔152が写り込みを防止するために、モールド120は不透明であることが望ましい。不透明なモールド120を使用することで、画像内の針状凹部132の認識を適切に行うことができる。
<実施例>
搬送治具150に搭載したモールドの針状凹部の画像認識の可否判定を評価した。本実施形態では、不透明化したモールド120を製造するために、キャビティ76に供給する樹脂Rに着色剤を予め混合した。
モールドの主たる材料として、シリコーン材料(ダウ・コーニング社製SILASTIC MDX4−4210)を使用した。
また、各色の着色剤として、以下のものを使用した。
白:NuSil社製 MED−4900−1
黒:NuSil社製 MED−4900−2
赤:NuSil社製 MED−4900−4
黄:NuSil社製 MED−4900−5
青:NuSil社製 MED−4900−8
モールドの材料は、主剤:硬化剤:着色剤を10:1:Xの質量比で混合し、図7に示す樹脂Rとした。なお、着色剤の含有量は5質量%以下であり、詳細には0.4質量%〜3.6質量%とした。
画像認識の可否判定は、キーエンス社製画像寸法測定機IM−6015を使用して以下の手順で行った。
(1)モールドに形成された複数の針状凹部のうち、予め指定した5カ所の針状凹部についてエッジ抽出を行うことで、それぞれ円として画像検出し、円として画像検出された針状凹部の中心座標をそれぞれ算出する。
(2)(1)において、指定した5カ所の針状凹部の全てを円として画像検出できた場合を画像検出可とし、それ以外を画像検出不可とする。
(3)モールドの向きを変化(撮像光学系の光軸に平行な軸を中心にモールドを回転)させ、10通りのモールドの向きについて、画像検出の可否を確認する。
光学設定として、テレセン透過光は使用せず、反射光を使用した。反射光量は100%一定にして検出(積算)した。
サンプルAは、着色剤不使用の透明のモールドとした。サンプルBは、白の着色剤を使用した。サンプルCは、赤の着色剤を使用した。サンプルDは、黄の着色剤を使用した。サンプルEは、青の着色剤を使用した。サンプルFは、黒の着色剤を使用した。
画像認識の可否判定の判定基準は、10通りのモールドの向きに対して画像検出が10回とも可の場合を「最良」、画像検出可が8回以上の場合を「良」、画像検出可が6回以上の場合を「可」、画像検出が5回以下の場合を「不可」とした。
図18に、サンプルA〜サンプルFの針状凹部の撮影画像、モールド全体の撮影画像、針状凹部の撮影画像の輝度のヒストグラム、及び画像認識の可否を示す。
図18に示すように、サンプルAは、搬送治具150の複数の吸着孔152の影響により、針状凹部の画像認識の評価は「不可」であった。また、サンプルBは、針状凹部の画像認識の評価は「可」であるが、反射光量が多く、モールド全体の画像が閾値を超えている。
サンプルC、D、Eは、画像認識の評価は「可」であった。サンプルFは、針状凹部が写っておらず、画像認識の評価は「不可」であった。
このように、単色の着色剤を混合しただけでは、画像認識に最適なモールドを作製することが難しいことがわかった。
サンプルG〜サンプルKは、白の着色剤と黒の着色剤とを使用した灰色のモールドとした。サンプルG、サンプルH、サンプルI、サンプルJ、サンプルKは、それぞれ白の着色剤と黒の着色剤との質量比を3:1、4:1、5:1、7:1、10:1とした。
図19に、サンプルG〜サンプルKの針状凹部の撮影画像、モールド全体の撮影画像、針状凹部の撮影画像の輝度のヒストグラム、及び画像認識の可否を示す。図19に示すように、モールド全体の撮影画像は、サンプルG、サンプルH、サンプルI、サンプルJ、サンプルKの順に輝度が高く写っていることがわかる。
サンプルGは、針状凹部の画像認識の評価は「可」であった。針状凹部132に対応する輝度Lは、先端凹部134及びカップ部136からの複数の異なる位置からの反射により、3つの輝度の集合として観察される。また、ベース部(図2の平坦部122に相当)に対応する輝度Lは、輝度Lよりも明るい側に現れる。サンプルGのヒストグラムは、針状凹部に対応する輝度Lとベース部に対応する輝度Lとがそれぞれ一定の出現頻度を有しており、針状凹部とベース部の区別が可能であることがわかる。
また、サンプルH及びサンプルIは、画像認識の評価は「良」であった。ヒストグラムに示すように、針状凹部に対応する輝度Lとベース部に対応する輝度Lとの差がサンプルGよりも大きく、針状凹部とベース部の区別が容易であることがわかる。
サンプルJは、画像認識の評価が「最良」であった。ヒストグラムに示すように、針状凹部に対応する輝度Lとベース部に対応する輝度Lとの差がサンプルH及びサンプルIよりも大きく、針状凹部とベース部の区別がさらに容易であることがわかる。
また、サンプルKは、画像認識の評価は「良」であった。ヒストグラムに示すように、針状凹部に対応する輝度Lとベース部に対応する輝度Lとの差はサンプルJと同様であるが、ともに出現頻度が低いため、針状凹部とベース部の区別はサンプルJに劣る。
以上のように、透明の樹脂に白の着色剤と黒の着色剤とを混合することで、画像認識に適したモールドを作製することができた。ここで、白色の着色剤と黒色の着色剤との質量比が3:1〜10:1であることが好ましく、白色の着色剤と黒色の着色剤との質量比が7:1であることが最も画像認識に適していることがわかった。
<灰色の定義>
上記のモールドの灰色を定義する。
まず、8ビットグレースケール(256階調)を示す見本を作成する。図20は、8ビットグレースケールの見本の一例である。図20において、各マスに記載された数値は、HSL(Hue Saturation Lightness)表色系(色空間)における最低輝度(0)から最高輝度(256)までの輝度を256段階で表現した輝度値を示しており、各マスをその輝度値の階調で塗りつぶしている。図20では、最低彩度(0)から最高彩度(256)までの彩度を256段階で表現した彩度値が0の場合の見本を示している。
即ち、図20に示す各輝度値を8ビットのHSL表色系で表現すると、(色相,彩度,輝度)=(X,0,0〜255)と表すことができる。このように、色相は0〜255の任意の値Xを用いることができる。
ここでは、彩度値が0〜25の範囲(低彩度側の10%の範囲)であり、かつ輝度値Lが25〜230の範囲(低輝度側10%及び高輝度側10%を除く範囲)を灰色と定義する。
図19に示したサンプルG〜サンプルK、及び白の着色剤と黒の着色剤との質量比が2:1であり、画像認識の評価が「可」であったサンプルLについて、図20に示した8ビットグレースケールで示される見本と比較し、各サンプルの灰色がどの輝度値の灰色に相当するかを評価した。評価人数は5人である。図21にその結果を示す。
図21に示すように、5人の評価値(輝度値)は、サンプルGが70〜120、サンプルHが75〜140、サンプルIが80〜165、サンプルJが75〜150、サンプルKが135〜200、サンプルLが30〜70であった。
この結果から、画像認識の評価が「可」以上の範囲は、輝度値が30〜200の範囲の灰色であり、画像認識の評価が「良」以上の範囲は、輝度値が75〜200の範囲の灰色であり、画像認識の評価が「最良」の範囲は、輝度値が75〜150以下の範囲の灰色であることがわかった。
また、彩度値が1〜25の範囲において、図20と同様の見本を作成して、同様の評価を行った。即ち、(H,S,L)=(X,1〜25,0〜255)の見本について、同様の評価を行った。
その結果、図21に示す評価結果と有意差はなかった。
以上により、HSL表色系における輝度を256段階で表現した輝度値が30以上かつ200以下の範囲の灰色のモールドを用いることで、画像認識を適切に行うことができることがわかった。また、輝度値が75以上かつ200以下の範囲の灰色のモールドであることがより好ましく、輝度値が75以上かつ150以下の範囲の灰色のモールドであることがさらに好ましいことがわかった。この場合、HSL表色系における彩度を256段階で表現した彩度値が0以上25以下の範囲の灰色であることが好ましい。なお、これらの灰色においてHSL表色系における色相は任意の値を用いることができる。
本実施例では、2液混合したシリコーン材料に対して着色剤の含有量を0.4質量%〜3.6質量%としたが、この範囲において画像認識精度は影響がないことが確認できた。
また、本実施例ではモールドの主たる材料として、ダウ・コーニング社製SILASTIC MDX4−4210を使用したが、ダウ・コーニング社製NuSil社製MED−6019等の他のシリコーン材料を使用することもできる。ダウ・コーニング社製SILASTIC MDX4−4210は、主剤:硬化剤=10:1で混合して硬化させるシリコーン材料であるが、NuSil社製MED−6019は、A剤:B剤=1:1で混合して硬化させるシリコーン材料である。
また、透明のシリコーン材料に着色剤を混ぜる順番は特に重要ではない。
A剤に白色の着色剤を混ぜ、B剤に黒色の着色剤を混ぜ、最終的に白色の着色剤を含むA剤と黒色の着色剤を含むB剤とを混合してもよい。A剤に黒色の着色剤を混ぜ、B剤に白色の着色剤を混ぜてもよい。また、白色の着色剤と黒色の着色剤とを適切に混ぜて灰色剤(灰色の着色剤)としたカラー材料を材料メーカーが製造してモールド製造者に供給し、モールド製造者がA剤、B剤、及び灰色剤を混ぜてもよい。
<その他>
本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に記載の範囲には限定されない。各実施形態における構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態間で適宜組み合わせることができる。
1 薬剤液充填装置
10 XYZステージ
10A 載置面
20 吸着板
20A 載置面
22 吸引ポンプ
24 吸引管
30 アライメント用カメラ
32 撮影レンズ
34 薬剤液吐出ヘッド
36 ノズル
40 撮影制御部
42 移動制御部
44 画像検出部
46 吐出制御部
48 吸引制御部
50 電鋳金型
52 第1面
54 凸状パターン
56 針状凸部
58 第2面
70 型
72 第1型
74 第2型
76 キャビティ
78 平坦面
80 吸着板
82 吸引管
84 窪み
86 ゲート
88 射出成形機
100 経皮吸収シート
100A 表面
100B 裏面
102 シート部
110 凸状パターン
112 針状凸部
114 ニードル部
116 錐台部
120 モールド
120A 表面
120B 裏面
122 平坦部
124 モールド
130 凹状パターン
132 針状凹部
134 先端凹部
136 カップ部
150 搬送治具
150A 載置面
152 吸着孔
S1〜S5 経皮吸収シートの製造方法の各工程
S11〜S15 薬剤液充填工程に含まれる各工程
また、本実施例ではモールドの主たる材料として、ダウ・コーニング社製SILASTIC MDX4−4210を使用したが、NuSil社製MED−6019等の他のシリコーン材料を使用することもできる。ダウ・コーニング社製SILASTIC MDX4−4210は、主剤:硬化剤=10:1で混合して硬化させるシリコーン材料であるが、NuSil社製MED−6019は、A剤:B剤=1:1で混合して硬化させるシリコーン材料である

Claims (14)

  1. 複数の針状凹部が配置された経皮吸収シート製造用のモールドであって、HSL(Hue Saturation Lightness)色空間における輝度を256段階で表現した輝度値が30以上かつ200以下の範囲の灰色である経皮吸収シート製造用のモールド。
  2. 前記輝度値が75以上の範囲の灰色である請求項1に記載の経皮吸収シート製造用のモールド。
  3. 前記輝度値が150以下の範囲の灰色である請求項2に記載の経皮吸収シート製造用のモールド。
  4. HSL色空間における彩度を256段階で表現した彩度値が0以上25以下の範囲の灰色である請求項1から3のいずれか1項に記載の経皮吸収シート製造用のモールド。
  5. 透明の樹脂と、白色の着色剤と、黒色の着色剤と、を含む請求項1から4のいずれか1項に記載の経皮吸収シート製造用のモールド。
  6. 前記白色の着色剤と前記黒色の着色剤との質量比が3:1〜10:1である請求項5に記載の経皮吸収シート製造用のモールド。
  7. 前記白色の着色剤と前記黒色の着色剤との質量比が7:1である請求項6に記載の経皮吸収シート製造用のモールド。
  8. 前記白色の着色剤及び黒色の着色剤の含有量が5質量%以下である請求項5から7のいずれか1項に記載の経皮吸収シート製造用のモールド。
  9. 前記樹脂は、シリコーン樹脂である請求項5から8のいずれか1項に記載の経皮吸収シート製造用のモールド。
  10. 請求項1から9のいずれか1項に記載の経皮吸収シート製造用のモールドを撮影した画像から前記経皮吸収シート製造用のモールドを検出する画像検出工程と、
    前記画像検出工程の検出結果に基づいて薬剤液吐出ノズル及び前記経皮吸収シート製造用のモールドとの少なくとも一方を機械的に位置決めする位置決め工程と、
    前記薬剤液吐出ノズルから前記経皮吸収シート製造用のモールドの針状凹部に向けて薬剤液を吐出する吐出工程と、
    を含む針状凸部を有する経皮吸収シートの製造方法。
  11. 前記経皮吸収シート製造用のモールドを吸引して前記針状凹部に前記薬剤液を充填させる吸引工程を含む請求項10に記載の針状凸部を有する経皮吸収シートの製造方法。
  12. 前記経皮吸収シート製造用のモールドは搬送治具に載置され、
    前記搬送治具には前記吸引工程において前記経皮吸収シート製造用のモールドを吸引するための吸着孔が設けられている請求項11に記載の針状凸部を有する経皮吸収シートの製造方法。
  13. 前記針状凹部に充填された薬剤液を乾燥させる乾燥工程を備える請求項10から12のいずれか1項に記載の針状凸部を有する経皮吸収シートの製造方法。
  14. 請求項1から9のいずれか1項に記載の経皮吸収シート製造用のモールドを撮影するカメラと、
    前記撮影した画像から前記経皮吸収シート製造用のモールドを検出する画像検出部と、
    前記経皮吸収シート製造用のモールドの針状凹部に向けて薬剤液を吐出する薬剤液吐出ノズルと、
    前記画像検出部の検出結果に基づいて薬剤液吐出ノズル及び前記経皮吸収シート製造用のモールドとの少なくとも一方を機械的に位置決めする位置決め部と、
    を含む針状凸部を有する経皮吸収シートの製造装置。
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