WO2017168461A1 - 高摺動性シリンジ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a highly slidable syringe which is not affected by silicone oil and has a very small initial pressure of a piston rod (presser) during injection and a pressing force during pressing.
- the syringe (syringe) before mounting the injection needle is a plastic or glass syringe barrel (cylindrical cylinder), a movable piston rod, a gasket attached to the tip of the piston rod, and a needle mounting portion of the syringe barrel It consists of a top cap attached to.
- vulcanized rubber butyl rubber
- all elastomers including butyl rubber were considered to have no slidability with respect to contact objects.
- silicone grease has been conventionally applied to the gasket surface and the inner peripheral surface of the syringe barrel in order to improve the poor slidability of the conventional rubber gasket with respect to the inner peripheral surface of the syringe barrel. Sliding resistance decreases dramatically when silicone grease is applied.
- the inventor actually manufactured a gasket body having a concave groove using the materials shown in Table 1, fitted various rubber rings into the concave groove, and performed a sliding test described later to measure the sliding resistance of each rubber. did.
- the rubber ring was made 0.2 mm larger than the inner diameter of the syringe barrel, and its length was 2 mm.
- the gasket main body was made not to contact the inner peripheral surface of the syringe barrel so that only the sliding resistance of the rubber ring was detected.
- the butyl rubber did not slide, and the others exhibited a sliding resistance of 20 N or more.
- Table 1 is a table comparing the sliding resistance of various elastomers performed by the inventors. Silicone grease has a dramatic effect on improving the sliding resistance of the rubber gasket against the inner peripheral surface of the syringe barrel, and is 5 to 8 N (see Table 1). However, when silicone grease is applied to the rubber gasket surface or the inner peripheral surface of the syringe barrel as described above, the silicone grease directly contacts the chemical solution in the syringe barrel. As a result, the silicone grease reacts with the active ingredient in the chemical solution (for example, aggregation of active ingredients centered on the silicone oil fine particles), or the fine particle contamination of the chemical solution by the silicon fine particles released from the silicone grease. This has an adverse effect on the human body, which has been regarded as a problem in the past. Further, there is a possibility that soluble components in the rubber are eluted into the chemical solution.
- the active ingredient in the chemical solution for example, aggregation of active ingredients centered on the silicone oil fine particles
- prefilled syringes pre-filled with chemicals which have been increasing in recent years, are stored over a long period of time and used in various environments, so the performance of prefilled syringe gaskets is at a higher level than that for ordinary syringes. Is required.
- the required performance is, for example, (a) Even if the gasket has been in contact with the chemical for a long time, the quality of the chemical does not change and it can be used safely.
- Patent Document 1 as a slidability improvement measure, a thermoplastic or thermosetting elastic elastomer having a Shore A hardness of 30 to 80 (usually 40 to 50 in the case of butyl rubber) It proposes a combination of hard plastic materials (hereinafter simply referred to as hard plastics) such as medical grade polypropylene having excellent chemical properties. That is, a core of various shapes (corresponding to the gasket body) having an outer diameter smaller than the inner diameter of the syringe barrel is made of hard plastic, and a ring-shaped member having “rubber elasticity” for preventing liquid leakage. A gasket with an elastomer elastic sleeve is proposed. As another example, Patent Document 2 discloses a gasket in which silicone oil or polyethylene powder is filled in silicone rubber and vulcanized and formed as a whole with slidable silicone rubber.
- hard plastics such as medical grade polypropylene having excellent chemical properties. That is, a core of various shapes (corresponding to the gasket body) having an outer diameter smaller than
- JP-T 2009-505794 (paragraph number 0012) JP 05-131029 (paragraph number 0008-0015)
- the inventors used a medical grade hard plastic such as PTFE (polytetrafluoroethylene) for the “gasket body” that directly touches the injection solution, and processed the gasket body to “
- the “sliding contact ring” has a structure that does not come into contact with the injection solution, and “sliding silicone rubber” in which silicone grease bleeds under pressure or heating is used for this “sliding contact ring”.
- the first problem of the present invention is that the safety and sealability are high over a long period of time, and the sliding resistance of the gasket to the syringe barrel is small.
- a highly slidable syringe A according to claim 1 is a syringe barrel 1, a gasket 10 that is press-fitted into the syringe barrel 1 and used in a sliding state in the syringe barrel 1, and a piston rod on which the gasket 10 is mounted at the tip.
- the gasket 10 is made of a hard plastic having chemical resistance against the chemical solution 30 filled in the syringe barrel 1, and the gasket main body has a groove 18 formed in the sliding contact surface 11 with the inner peripheral surface 2 of the syringe barrel 1.
- the sliding contact ring 19 is composed of a rubber base material (elastomer) 19c in which the filled silicone oil bleeds under mounting pressure on the syringe barrel 1 and the silicone oil filled in the rubber base material 19c.
- the outer diameter D1 is formed larger than the inner diameter D0 of the syringe barrel 1
- the outer diameter D2 of the liquid contact side sliding contact surface 11a provided between the liquid contact end surface 14 of the gasket body 26 and the groove 18 is formed larger than the inner diameter D0 of the syringe barrel 1
- the rod side of the gasket body 26 is
- the outer diameter D3 of the rod side sliding contact surface 11b provided between the end surface 17a and the concave groove 18 is formed to be equal to or smaller than the inner diameter D0 of the syringe barrel 1.
- the rubber base material 19c of the sliding contact ring 19 is a material in which the filled silicone oil bleeds under mounting pressure, the silicone oil bleeds on the surface of the sliding contact ring 19 over time (for example, 24 hours or more). Come. The bleed is promoted when heated (see FIG. 4).
- FIG. 4 is a silicone rubber which is made of only silicone oil and not added with ultrahigh molecular weight polyethylene powder as will be described later.
- FIG. 3 shows a bleed silicone oil film 19b.
- the thin bleed silicone oil film 19b is interposed between the sliding contact ring 19 and the inner peripheral surface 2 of the syringe barrel 1, so that the slidability of the sliding contact ring 19 with respect to the inner peripheral surface 2 of the syringe barrel 1 is bleed.
- the improvement is significantly improved.
- the outer diameter D3 of the rod side sliding contact surface 11b is formed to be equal to or smaller than the inner diameter D0 of the syringe barrel 1, so that when the bleed amount of silicone oil is large, the rod side sliding surface It escapes to the piston rod 5 side through a slight gap between the contact surface 11b and the inner peripheral surface 2 of the syringe barrel 1 and is reliably prevented from being exposed to the chemical solution 30 side.
- a second aspect of the present invention is characterized in that, in the highly slidable syringe A of the first aspect, the rubber base material (elastomer) 19c of the sliding contact ring 19 is silicone rubber.
- Claim 3 is the highly slidable syringe A of claim 1 or 2
- the sliding contact ring 19 is characterized in that the sliding contact ring 19 is fitted so as to come into contact with the liquid contact side sliding portion 16 provided between the liquid contact side end surface 14 of the gasket body 26 and the groove 18.
- the wetted side sliding portion 16 is backed up by the sliding contact ring 19 when the gasket 10 is advanced during injection, so that the sliding resistance of the wetted side sliding portion 16 with respect to the inner peripheral surface 2 of the syringe barrel 1 is reduced.
- the wetted sliding portion 16 can be made as thin as possible.
- the rubber base material (elastomer) 19c is further filled with ultrahigh molecular weight polyethylene fine powder.
- the hardness of the rubber base material (elastomer) 19c can be optimized for the sliding contact ring 19, and compared with the case of not filling the ultrahigh molecular weight polyethylene fine powder, The filling amount can be remarkably increased (FIG. 5).
- Claim 5 is the highly slidable syringe A according to any one of claims 1 to 4,
- the hard plastic constituting the body portion 26 (or also referred to as the gasket body 26) of the gasket 10 shown in FIG. 1 is a fluororesin having a Shore D hardness of 40 or more, such as PTFE (polytetrafluoroethylene), PFA (tetrafluoroethylene).
- Ethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer Ethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer
- FEP copolymer of ethylene tetrafluoride and propylene hexafluoride
- PCTFE polychlorotrifluoroethylene
- PVDF polyvinylidene fluoride
- PP Polypropylene
- ultra-high molecular weight polyethylene COP (cycloolefin polymer), COC (ethylene norbornene copolymer), or any other hard material that does not react with the chemical solution 30 (chemical-resistant hard plastic) It is characterized by. Any of these is a material excellent in chemical resistance and suitable as a material constituting the gasket body 26.
- Claim 6 is the highly slidable syringe A according to any one of claims 1 to 5,
- the sliding contact width T of the liquid contact side sliding contact surface 11a is 0.1 mm or more and 0.6 mm or less. If the sliding width T of the liquid contact side sliding surface 11a is within the above range, when the gasket body 26 is press-fitted into the syringe barrel 1, the liquid contact side sliding portion 16 is easily bent and the inner circumference of the syringe barrel 1 is reached. The surface 2 is kept in contact with the sealing property. When the thickness is less than 0.1 mm, the strength of the liquid contact side sliding contact portion 16 is insufficient and the sealing performance is impaired.
- the glass syringe barrel 1 can be used for the said gasket 10 as well as the plastic syringe barrel 1 with high dimensional accuracy. In this case, since the thickness of the liquid contact side slidable contact portion 16 is thin, it is preferable that there is a backup of the slidable contact ring 19.
- Claim 7 is the highly slidable syringe A according to claim 6,
- the syringe barrel 1 is made of glass or plastic (for example, COP, PP, COC, etc.).
- a hard plastic that does not react with the chemical solution 30 such as PTFE is used for the gasket body 26, and a sliding ring 19 that bleeds the filled silicone oil in a portion that does not touch the chemical solution 30 is used.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of the prefilled syringe A of the present invention taken out from a package.
- a normal disposable syringe is not prefilled with a chemical solution 30, a gasket 10 with a piston rod 5 is press-fitted into the syringe barrel 1, and a top cap 8 is attached to the tip. It is packed.
- the prefilled syringe A will be described as a representative example.
- the prefilled syringe A taken out from the package is composed of a gasket 10, a syringe barrel 1 filled with a chemical solution 30, a piston rod 5 attached to the gasket 10, and a top cap 8. Yes.
- the syringe barrel 1 is a cylindrical container, and a mounting portion 1b on which a syringe needle (not shown) is mounted protrudes from the tip of the barrel main body 1a, and a hook portion 1c is formed at the rear end.
- the material of the syringe barrel 1 is glass, hard resin (for example, cycloolefin resin “hereinafter referred to as COP”), polypropylene (hereinafter referred to as PP), and ethylene norbornene copolymer (hereinafter referred to as COC). ) Etc. are used.
- the seal width T (to be described later) of the gasket body 26 is 0.1 to 0.6 mm (preferably 0.1 to 0.3 mm), the gasket body 26 is well attached to the inner peripheral surface 2 of the syringe barrel. It is also possible to use a glass syringe barrel 1 having an inner diameter dimension accuracy inferior to 1.
- the piston rod 5 is a rod-shaped member provided with a male screw portion 5a at the front end and a finger contact portion 5b at the rear end.
- a male screw that is screwed into the female screw hole 15 of the gasket main body 26 described above is formed on the outer peripheral surface of the male screw portion 5 a of the piston rod 5.
- the material of the piston rod 5 is made of resin such as cyclic polyolefin, polycarbonate, and polypropylene.
- the top cap 8 is attached to the needle mounting portion 1b of the syringe barrel 1 so that the chemical solution 30 filled in the syringe barrel 1 does not leak, and the chemical solution 30 is not contaminated by various germs floating in the air. It is the sealing member for doing.
- the top cap 8 is composed of a truncated cone-shaped cap body 8a and a fitting protrusion 8c extending in the opening direction from the top surface of the cap body 8a and having a recess 8b into which the needle mounting portion 1b is fitted. ing.
- the top cap 8 is formed of an elastomer in which a chemical resistant film (PTFE or PFA) is laminated on the inner peripheral surface.
- the elastomer includes any of “vulcanized rubber”, “thermosetting elastomer”, and “thermoplastic elastomer”.
- PTFE polytetrafluoroethylene
- PFA tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer
- FEP tetrafluoroethylene and hexafluoroethylene
- Copolymer of propylene PCTFE (polychlorotrifluoroethylene), PVDF (polyvinylidene fluoride), PP (polypropylene), ultra high molecular weight polyethylene, COP (cycloolefin polymer), COC (ethylene norbornene)
- a hard material that does not react with the chemical liquid 30 chemical resistant hard plastic.
- the hard plastic used in the present invention preferably has a Shore A hardness of 70 or more (or a Shore D hardness of 40 to 100 and a Rockwell M hardness of 40 to 70).
- the PTFE used in the present invention may be pure PTFE.
- PFA polytetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer
- tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer which is a crystallization inhibitor of PTFE.
- PFA polytetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer
- tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer which is a crystallization inhibitor of PTFE.
- the above pure PTFE or a modified PTFE, and also a block (round bar material) formed into a closed cell by a hot isostatic pressing method called so-called HIP treatment are used.
- the PTFE primary sintered block is obtained by compression-molding pure PTFE powder or modified PTFE powder and sintering it. In this sintering, the contact portions of the powders are in close contact with each other, but extremely fine gaps are formed in the non-contact portions as a whole, and these continuously pass a minute fluid.
- this PTFE primary sintered block is hot isostatically pressed, the PTFE primary sintered block is compressed, and the ultrafine gaps existing between the grains of PTFE are reliably closed to form closed cells. It is more effective if hot isostatic pressing is performed under reduced pressure.
- a main body portion 26 of the gasket 10 has a columnar shape, and a female screw hole 15 for mounting the piston rod 5 is screwed to the rear end face.
- the outer peripheral surface of the front end side of the main body portion 26 is a slidable contact surface 11 that is in slidable contact with the inner peripheral surface 2 of the syringe barrel 1, and a portion 17 from the slidable contact surface 11 to the piston rod mounting surface 17a that is the rear end surface is It is formed in a tapered shape whose diameter gradually decreases. This portion is referred to as a tapered portion 17.
- the material of the main body portion 26 is as described above.
- a shallow groove 18 is formed in the middle portion of the sliding contact surface 11 of the main body portion 26 over the entire circumference.
- narrow sliding contact surfaces 11 a and 11 b exist on both sides of the groove 18, and liquid tightness is imparted to the liquid contact sliding contact surface 11 a adjacent to the liquid contact surface 14 with the chemical solution 30.
- the outer diameter D2 of the liquid contact side slidable contact surface 11a is formed to be slightly larger than the inner diameter D0 of the syringe barrel 1, and the portion having the liquid contact side slidable contact surface 11a (the liquid contact side sliding portion 16) is a predetermined portion.
- the syringe barrel 1 is press-fitted with a press-fitting allowance. If it is in the said dimension range, the glass syringe barrel 1 can be used for the said gasket 10 as well as the plastic syringe barrel 1.
- the outer diameter D3 of the rod side sliding contact surface 11b is equal to or slightly equal to the inner diameter D0 of the syringe barrel 1. It is formed thin, and this part slides with a very small sliding resistance.
- a slidable contact ring 19 that slidably contacts the inner peripheral surface 2 of the syringe barrel 1 is fitted in the concave groove 18.
- the shape of the groove bottom of the concave groove 18 is straight or swelled in an arc shape on the opening side of the concave groove 18 in the cross section when the main body portion 26 is cut in the axial direction, or conversely concave. Formed.
- the outer peripheral shape of the sliding contact ring 19 fitted in the concave groove 18 follows the groove bottom of the concave groove 18.
- the rubber base material constituting the slidable ring 19 may be any material that allows the filled silicone oil to bleed at least under pressure.
- the filled silicone oil bleeds is (a) a phenomenon in which the filled silicone oil oozes out on the surface of the rubber base material 19c at least under pressure for 24 hours. (B) Bleed is promoted by heating. Since the subject of the present invention is a syringe, the rubber base material 19c constituting the sliding contact ring 19 is preferably already approved as a medical member, for example, “silicone rubber” imparted with slidability. .
- Silicone rubber which is a rubber base material, is a thermosetting resin, and liquid or grease-like “organopolysiloxane” as a raw material incorporates methyl, vinyl, phenyl, and trifluoropropyl groups in the molecule. Each material can be used when a special property is required. There are two types of the “silicone rubber”. In the present invention, any of them can be used, but here, as an example, a liquid or grease-like “organopolysiloxane” having a vinyl group incorporated therein is used, and a necessary filler and a peroxide curing agent are added thereto.
- Examples thereof include peroxide-crosslinked silicone rubber that is kneaded and cured to a target molecular weight to form a rubber.
- a clay-like polysiloxane incorporating a vinyl group in the molecule and a clay-like polysiloxane incorporating a reactive hydrogen at the molecular terminal are reacted with a platinum, rhodium or tin organic compound as a catalyst.
- Heat-cured addition reaction type silicone rubber can be mentioned.
- the silicone rubber exhibiting slidability is obtained by adding a peroxide (or a curing catalyst to the above two types of clay-like polysiloxanes) to a liquid or grease-like organosiloxane that is a raw material, for example. It is formed by adding a certain amount of silicone oil and kneading with a kneader. Further, in order to adjust the hardness of the kneaded material, an appropriate amount (for example, 25%) of fine silica powder is added as necessary. If necessary, for example, a predetermined amount of ultrahigh molecular weight polyethylene fine powder is added.
- the polyethylene resin that forms the fine particles of the fine powder is a superpolymer.
- some have an average molecular weight of 7 million to 3 million or more.
- Such ultra high molecular particles have no water permeability and do not adhere to most of them.
- the molecular weight of ultra high molecular weight polyethylene is too high, it does not melt even at high temperatures, and retains its spherical shape even when molded at high pressure.
- the surface of the spherical ultra-high molecular polyethylene is relatively smooth, but some irregularities are also observed.
- the range of the particle size of the spherical ultra-polymer fine particles contained in the fine powder is 10 to 300 ⁇ m (Table 2). More preferably, it is 20 to 50 ⁇ m.
- Silica fine powder is powder made from cinnabar, and most of it is composed of silicon (SiO 2 ). It is added to the rubber base material in order to adjust the hardness.
- Silicone oils are generally colorless and transparent liquids, have excellent heat resistance, cold resistance, and water resistance, and have little viscosity change over a wide temperature range. In addition, it also has releasability, water repellency, antifoaming properties, lubricity and the like. As the application of the present invention, a higher viscosity is preferable, and a viscosity, which is an index of molecular weight, is in the range of 1,000 to 1,000,000 cP, and more preferably about 50,000 to 200,000 cP causes bleeding. Preferred above. There is compatibility between the silicone oil kneaded as described above and the rubber base material 19c, and when filled in an appropriate amount, the silicone oil is uniformly dispersed in the rubber base material 19c. At least 24 hours) and oozes thinly on the surface of the rubber base 19c.
- a compression mold capable of forming the sliding contact ring 19 is heated to, for example, 150 to 160 ° C., and the above-mentioned molding material (silica powder, silicone oil, and an ultra-high Filling and kneading the silicone rubber added with molecular PE powder and heating and pressurizing, thermal crosslinking occurs in 1 to 10 minutes, and the desired sliding contact ring 19 is obtained.
- the above-mentioned molding material silicon powder, silicone oil, and an ultra-high Filling and kneading the silicone rubber added with molecular PE powder and heating and pressurizing, thermal crosslinking occurs in 1 to 10 minutes, and the desired sliding contact ring 19 is obtained.
- the outer diameter D1 of the slidable contact ring 19 is slightly larger than the outer diameter D2 of the liquid contact side slidable contact surface 11a portion of the liquid contact side sliding portion 16 of the main body portion 26, and adheres to the inner peripheral surface 2 of the syringe barrel 1 with liquid tightness. Shape.
- the width of the slidable contact ring 19 is slightly smaller than the width of the recessed groove 18 to be fitted, and a gap S is provided between them.
- the main body portion 26 is applied with the chemical-resistant hard plastic as described above with respect to the chemical solution 30 filled in the syringe barrel 1 as described above.
- a case where PTFE is used will be described as an example.
- the method of making the shape includes cutting with a lathe and injection molding, but PTFE is only cutting.
- PTFE polytetrafluoroethylene
- the width of the wetted side sliding contact surface 11a of the wetted side sliding portion 16 of the gasket main body 26 (which is referred to as the sliding contact width T), which plays an important role for water tightness, is 0.1-0. It was cut out with a width of 6 mm (more preferably, 0.1 to 0.3 mm).
- the sliding contact ring 19 is compressed by the syringe barrel 1 to fill the slight gap S described above, and comes into contact with the thin liquid contact side sliding portion 16 so that it is backed. Backup from one side.
- the thin liquid contact side sliding portion 16 of about 0.1 mm can surely prevent the injection solution 30 from leaking during injection.
- medical solution 30 is filled in the closed space of the syringe barrel 1 and the gasket 10, and the prefilled syringe A as shown in FIG. 1 is comprised.
- the gasket 10 is press-fitted into the syringe barrel 1, it is compressed by the syringe barrel 1 and the internal pressure increases. As time passes, the silicone oil bleeds and a thin silicone oil film 19 b is formed on the surface of the sliding contact ring 19. There is no leakage to the side.
- the total sliding resistance of the prefilled syringe A of the present invention is the sum of the sliding resistance of the sliding contact ring 18 and the sliding resistance of the gasket body 26.
- the sliding resistance of the sliding contact ring 18 is about 4 to 5 N due to the presence of the bleed / silicone oil film 19b, and the sliding contact width T of the wetted sliding surface 11a of the gasket body 26 and the wetted side with respect to the syringe barrel 1
- the press-fitting allowance (half the diameter difference) of the sliding portion 16 can be suppressed to about 4 to 6N.
- the top cap 8 is removed, and the prefilled syringe A can be used simply by mounting a predetermined needle on the needle mounting portion 1b of the syringe barrel 1.
- the piston rod 5 moves very smoothly, including the initial movement, whether manually or using a machine.
- the gasket 10 has excellent water repellency and water impermeability including the sliding contact ring 19, so that the sliding contact ring 11 a has excellent creepage due to the non-creep property of the slidable contact ring 11 a even at room temperature. Keep the mobility. At the same time, not only leakage but also permeation of water vapor does not occur in the sliding contact surface 11a with the inside of the gasket 10 and the inner peripheral surface 2. In consideration of use in various environments, the above performance was satisfied during use even after an accelerated test (stored in an atmosphere of 5 ° C. and 40 ° C. for 6 months).
- the above-described disposable syringe which is not filled with the chemical solution 30 with respect to the prefilled syringe A shown above, is the above-described disposable syringe, but in this case as well, the gasket 10 is press-fitted into the syringe barrel 1, so that the sliding contact ring 19 is used in use. Bleeding of silicone oil due to compression is seen on the surface of the piston rod, and the movement of the piston rod 5 is extremely smooth at around 4 to 6N.
- the prefilled syringe A may be left at a high temperature until it is used, but this bleed promotes the bleed and the piston rod 5 moves more smoothly.
- silicone oil is added in an amount exceeding 15% by weight, molding becomes difficult. Below 5% by weight, the sliding resistance exceeds the target 7N.
- the usable range of the syringe immediately after assembly is 5 to 15% by weight, and when bleed is promoted, it is 2.5 to 15% by weight, preferably 5 to 15% by weight.
- silicone oil having a viscosity of 1,000 to 1,000,000 cP of polydimethylsiloxane oil having various polymerization degrees (hereinafter referred to as silicone oil, the viscosity of which is expressed as cP as an index of polymerization degree) were added.
- the relationship between the amount added and sliding resistance was measured.
- the ultrahigh molecular weight polyethylene powder has a high affinity with silicone oil, and the addition amount of the silicone oil can be increased, and the hardness of the sliding contact ring can be increased by adding the ultrahigh molecular weight polyethylene powder. Silicone oil could be added up to 5-40% by weight.
- the amount of silicone oil added was 5 to 40% by weight, and the sliding resistance was less than the target of 7 N at all viscosities. If it is less than 5% by weight, the target 7N is exceeded. In addition, it was difficult to mold at an addition amount exceeding 40% by weight. In the case of silicone oil having a viscosity of 1,000 cP, it cannot be molded if it exceeds 40% by weight. In this case, the optimum amount of silicone oil added is around 20% by weight.
- FIG. 6 shows the change in sliding resistance with time in the case of 20% by weight in FIG. Measurement conditions: Sliding at 100 mm / min. The silicone oil bleed with time and the slidability improved. Further, in this experiment, if stored at 40 ° C., bleeding is promoted and sliding resistance is further reduced. About 80 days, the same slidability is exhibited.
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Abstract
Description
ガスケットには、注射液が漏れないようにするため従来から加硫ゴム(ブチルゴム)が使用されている。
しかしながら、ブチルゴムを始め全てのエラストマは接触対象物に対して摺動性を持たないと考えられていた。
そこで、上記従来のゴム製ガスケットのシリンジバレルの内周面に対する摺動性の悪さを改善するために、従来からガスケット表面やシリンジバレルの内周面にシリコーングリスが塗布されていた。
シリコーングリスを塗布すると摺動抵抗は劇的に下がる。
ゴムリングはシリンジバレルの内径より0.2mm大きく製作され、その長さは2mmとした。ガスケット本体はシリンジバレルの内周面に接触しないようにしてゴムリングの摺動抵抗だけが検出されるようにした。
その結果、表1に示すように、ブチルゴムは摺動せず、他は20N以上の摺動抵抗を示した。
このような大きな摺動抵抗では注射をする時に、医者や看護師が手で注射器のピストンロッドを押す場合、スムーズにピストンロッドを押すことが出来ない。
この場合は最大でも8N以下が要求され、小さい程好ましいとされている。
また、注射装置に注射器を装着し、注射装置で注射器のピストンロッドを機械押しする場合でも20N以上の摺動抵抗ではピストンロッドがスムーズに移動しない。
注射装置により機械押しの場合でも15N以下の摺動抵抗が要求される。
シリコーングリスはシリンジバレルの内周面に対するゴム製ガスケットの摺動抵抗の改善に劇的な効果があり、5~8Nとなる(表1参照)。
しかしながら、上記のようにシリコーングリスをゴム製ガスケット表面やシリンジバレルの内周面に塗布すると、シリコーングリスがシリンジバレル内の薬液に直接接触する。その結果、当該シリコーングリスが薬液中の有効成分と反応してしまうことによる変質(例えば、シリコーンオイルの微粒子を核とする有効成分の凝集)や、シリコーングリスから離脱したシリコン微粒子による薬液の微粒子汚染およびこれによる人体への悪影響があり、これが従来から問題視されていた。
又、ゴム中の可溶性成分が薬液中に溶出する虞もあった。
要求される性能は、例えば、(a) ガスケットが薬液と長期にわたって接触していたとしても薬液の品質に変化がなく、安全に使用できる事、(b) 高浸透性薬液に対しても密封性(薬液がガスケットとシリンジの間から漏れ出ない非液漏れ性やガスケットを通って薬液の水分が外部に透過しない水蒸気非透過性)が確保できること、(c) 通常の注射器におけるのと同等の摺動性(手で注射器のピストンロッドを押す場合は8N以下で小さい程好ましい、注射装置で機械押しの場合は15N以下の摺動抵抗)を有することなどである。
また、プレフィルドシリンジは、長期にわたって保管されるが、ガスケットが一つの位置に保持されたままになるとガスケットがシリンジバレルの内壁に付着してその位置に固着され、注射する時の初動圧力の増大につながる傾向もあり、使いずらいという問題も指摘されている。
即ち、シリンジバレルの内径よりも小さな外径を有する様々な形状のコア(ガスケット本体に相当する)を硬質プラスチックで作成し、これに液漏れ防止のために「ゴム弾性」を具備するリング状のエラストマ製弾性スリーブを嵌め込んだガスケットを提案している。
また、別の例として、特許文献2には、シリコーンゴムにシリコーンオイルやポリエチレン粉末を充填し、これを加硫成形して全体を摺動性シリコーンゴムで形成したガスケットも開示されている。
換言すれば、摺動性を劇的に改善するシリコーングリスを用いずに高い「摺動性」を示すエラストマが現時点で周知ではなかったため、実用的な摺動性を得るには、シリンジの内周面に必ずシリコーングリスの塗布が不可欠であるとされていた。
従って、特許文献1に記載の注射器では実際には注射液とシリコーングリスとの接触は不可避である。
一方、特許文献2のように全体を摺動性シリコーンゴムで形成したガスケットが開示されているが、この場合、僅かであったとしても添加されたシリコーンオイルがガスケットの表面に滲み出して充填された注射液に接し、これを汚染してしまうことは避けられない。
そして、仮に、引用文献1の弾性スリーブに引用文献2の摺動性シリコーンゴムを適用したと仮定した場合でも、引用文献1のコアの接液側鍔部(接液側摺動部に相当する)は弾性スリーブ(摺接リングに相当する)の外径より細くてシリンジバレルの内周面との間に隙間があるため、弾性スリーブをシリンジバレルに圧入してもシリンジバレルの内周面とコアの接液側鍔部との間には隙間が依然として発生しており、充填薬液がそこに入り込んで弾性スリーブに接し、弾性スリーブの表面にブリード(滲みだし)したシリコーンオイルに接触して充填薬液が汚染される恐れがある。
本発明の第1の課題は、長期にわたって安全性や密封性が高く、しかもガスケットのシリンジバレルに対する摺動抵抗が小さい、例えば、手で注射器のピストンロッドを押す場合(注射器の容量:1~5ミリリットル)は少なくとも始動時も含めて7N以下の摺動抵抗を示す画期的な高摺動性シリンジを得ることである。
ガスケット10は、シリンジバレル1に充填される薬液30に対して耐薬液性を有する硬質プラスチック製で、シリンジバレル1の内周面2との摺接面11に凹溝18が形成されたガスケット本体26と、前記凹溝18に嵌め込まれた摺接リング19とで構成され、
摺接リング19は、充填されたシリコーンオイルがシリンジバレル1への実装加圧下でブリードするゴム基材(エラストマ)19cと、前記ゴム基材19cに充填された前記シリコーンオイルとで構成され、且つ、その外径D1はシリンジバレル1の内径D0より大きく形成され、
ガスケット本体26の接液側端面14と凹溝18との間に設けられた接液側摺接面11aの外径D2は、シリンジバレル1の内径D0より大きく形成され、ガスケット本体26のロッド側端面17aと凹溝18との間に設けられたロッド側摺接面11bの外径D3は、シリンジバレル1の内径D0と等しいか、又は、より小さく形成されていることを特徴とする。
このようなガスケット10をピストンロッド5に装着してシリンジバレル1に圧入すると、摺接リング19はシリンジバレル1の内周面2に圧縮されて内圧が高まりシリコーンオイルのブリードが生じる。プレフィルドシリンジAのように薬液30を充填した状態で高温状態(例えば、25~30℃)に放置した場合、ブリードの促進がなされる。図3にブリードしたシリコーンオイル膜を19bで示す。
摺接リング19とシリンジバレル1の内周面2との間に薄いブリード・シリコーンオイル膜19bが介在することで、シリンジバレル1の内周面2に対する摺接リング19の摺動性がブリードしたシリコーンオイル膜19bが存在しない場合に比べて格段に向上する。
一方、前記摺接リング19に対して接液側に位置するガスケット本体26の接液側摺接面11aの外径D2は、シリンジバレル1の内径D0より大きく形成されているので、接液側摺接面11aはシリンジバレル1の内周面2に強く押圧されて密封性を保つ。これにより、ブリードして来たシリコーンオイルは接液側摺接面11aに堰き止められて薬液30側に露出することはない。
これに対して、ロッド側摺接面11bの外径D3は、シリンジバレル1の内径D0と等しく、又は、より小さく形成されているので、シリコーンオイルのブリード量が多い場合には、ロッド側摺接面11bとシリンジバレル1の内周面2の僅かな隙間を通ってピストンロッド5側に逃げ、薬液30側に露出することを確実に防止する。
摺接リング19は、ガスケット本体26の接液側端面14と凹溝18との間に設けられた接液側摺動部16に接触するように嵌め込まれていることを特徴とする。
この充填量を調整することにより、ゴム基材(エラストマ)19cの硬度を摺接リング19に最適のものとすることが出来るし、超高分子ポリエチレン微粉末を充填しない場合に比べてシリコーンオイルの充填量を格段に増やすことが出来る(図5)。
図1に示すガスケット10の本体部分26(或いは、ガスケット本体26とも称する)を構成する硬質プラスチックは全体がショアD硬度40以上のフッ素樹脂、例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、FEP(四ふっ化エチレンと六ふっ化プロピレンの共重合体)、PCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)、PVDF(ポリビリニデンフルオライド)、或いは、PP(ポリプロピレン)、超高分子ポリエチレン、COP(シクロオレフィンポリマ)、COC(エチレンノルボルネン共重合体)など、薬液30に反応しない硬質の材料(耐薬液性の硬質プラスチック)のいずれか1つであることを特徴とする。
これらはいずれも耐薬品性に優れた素材でガスケット本体26を構成する素材としては好適である。
接液側摺接面11aの摺接幅Tは、0.1mm以上、0.6mm以下であることを特徴とする。
接液側摺接面11aの摺接幅Tが上記範囲内にあれば、ガスケット本体26をシリンジバレル1に圧入した場合、接液側摺動部16が容易に撓んでシリンジバレル1の内周面2に密封性を保って接触することになる。0.1mmより薄い場合、接液側摺接部16の強度が不足し、密封性が損なわれ、0.6mmを越えると強度が過大となって接液側摺接部16の撓みが損なわれ、同様に密封性や摺動性が損なわれる。
上記寸法範囲内であれば、上記ガスケット10を寸法精度の高いプラスチック製シリンジバレル1は勿論、ガラス製シリンジバレル1を用いることが出来る。この場合、接液側摺接部16の厚みが薄いので、摺接リング19のバックアップの存在があれば好ましい。
シリンジバレル1は、ガラス又はプラスチック(例えば、COP、PP、COC等)で構成されていることを特徴とする。
以下、プレフィルドシリンジAを代表例として説明する。
図1に示すように、梱包から取り出したプレフィルドシリンジAは、ガスケット10と、薬液30が充填されたシリンジバレル1と、ガスケット10に装着されるピストンロッド5と、トップキャップ8とで構成されている。
本発明で使用される硬質プラスチックはショアA硬さで70以上(或いは、ショアD硬さで40~100、ロックウェルM硬さで40~70)のものが好適である。
本発明に使用されるPTFEは、上記純PTFE又はPTFEの変性体更には所謂HIP処理と言われる熱間等方圧加圧法による独立気泡化したブロック(丸棒材)も使用される。
PTFE1次焼結ブロックは、純PTFE粉又はPTFEの変性体の粉を圧縮成形し、これを焼結したものである。この焼結では、粉同士の接触部分は密着しているが、全体として非接触部分には極く微細な隙間が形成されており、これらが連続して微小な流体を通過させる。
このPTFE1次焼結ブロックを熱間等方圧加圧すれば、PTFE1次焼結ブロックは圧縮されてPTFEの粒間に存在する超微細間隙が確実に閉塞され、独立気泡化する。減圧下で熱間等方圧加圧を行えばより効果的である。
換言すれば、凹溝18の両側に狭い摺接面11a、11bが存在することになり、薬液30との接液面14に隣接する接液側摺接面11aに液密性が付与される。
即ち、接液側摺接面11a部分の外径D2はシリンジバレル1の内径D0より若干大きく形成され、この接液側摺接面11aを有する部分(接液側摺動部16)が所定の圧入代をもってシリンジバレル1に圧入される。
上記寸法範囲内であれば、上記ガスケット10をプラスチック製シリンジバレル1は勿論、ガラス製シリンジバレル1を用いることが出来る。
前記凹溝18にはシリンジバレル1の内周面2に摺接する摺接リング19が嵌め込まれている。凹溝18の溝底の形状は、本体部分26を軸方向に切断した時の断面において、ストレート、又は、凹溝18の開口側に円弧状に膨れている、或いは、逆に凹んでいるように形成される。凹溝18に嵌め込まれた摺接リング19の外周形状は凹溝18の溝底に倣う。
「充填したシリコーンオイルがブリードする」とは、(a)少なくとも加圧下で24時間の放置で充填されたシリコーンオイルがゴム基材19cの表面に滲み出す現象である。(b)加温を行えばブリードは促進される。
本発明の対象はシリンジなので、摺接リング19を構成するゴム基材19cは、医療用部材として既に認可されているものが好ましく、例えば、摺動性が付与された「シリコーンゴム」が挙げられる。
他の例としては、分子内にビニル基を組み込んだ粘土状のポリシロキサンと、分子端末に反応性水素を組み込んだ粘土状のポリシロキサンを、白金又はロジウム或いは錫の有機化合物を触媒として反応により加熱硬化させた付加反応型シリコーンゴムが挙げられる。
更に混練物の硬さを調整するために必要に応じて、適量の(例えば25%の)シリカ微粉末が添加される。更に必要があれば、例えば、所定量の超高分子ポリエチレン微粉末が添加される。
このような超高分子粒子は、透水性がなくしかも殆どののものと接着しない。
そして超高分子ポリエチレンはその分子量があまりにも高いために高温でも溶融せず、高圧で成形してもその球状形態を保持している。
球状の超高分子ポリエチレンの表面は比較的滑らかであるが、若干の凹凸も認められる。
微粉末に含まれる球状の超高分子微粒子の粒径の範囲は10~300μmである(表2)。更に好ましくは20~50μmである。
グレードによって異なるが、平均粒径が25μmのものや30μm或いはそれ以外のものが使用される。
粒度分布の幅が広い場合、粒径の大きいものの間に粒径の小さいものが入り込んで大きい粒径のものの間の隙間を埋め、細密充填を実現する。
そして、細密充填となると、微小粒子は透水性を持たないので、仮に、透水性を有するシリコーンゴム基材やシリコーンオイルを使用したとしても本発明の医療用摺動性シリコーンゴム全体としては非常に低い透水性を示すことになる。
前述のように練り込まれたシリコーンオイルとゴム基材19cとの間には相溶性があり、適量充填すればシリコーンオイルはゴム基材19cに均一に分散し、少なくとも加圧下で時間の経過(少なくとも24時間)と共にブリードし、ゴム基材19cの表面に薄く滲み出す。
なお、摺接リング19の幅は嵌め込まれる凹溝18の幅より若干小さく、両者間の間に隙間Sが設けられ、ガスケット10がシリンジバレル1に圧入された時に、圧縮された摺接リング19がガスケット本体26の長手方向に伸びて接液側摺接面11aの背面に接触して接液側摺接面11aを背後からバックアップできるように設定されている。
加工材料はPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を切削加工して図2に示すガスケット本体26を得た。
水密性に対して重要な働きをなす、ガスケット本体26の接液側摺動部16の接液側摺接面11aの幅(これを摺接幅Tとする)を、0.1~0.6mm(より好ましくは、0.1~0.3mm)の幅で削り出した。(勿論、PTFE以外の材料では、同じ形状のものを射出成形でも製作可能である。)
そして、このガスケット本体26の凹溝18に前述の摺接リング19を嵌め込み、ガスケット10とする。シリンジバレル1への圧入前は、凹溝18の嵌め込み幅は摺接リング19の幅より大きく、摺接リング19の前後に僅かな隙間Sが生じる(図2)。
そして、シリンジバレル1とガスケット10の閉じられた空間内に薬液30を充填し、図1に示すようなプレフィルドシリンジAを構成する。
ガスケット10がシリンジバレル1に圧入されるとシリンジバレル1に圧縮されて内圧が高まり、時間の経過と共にシリコーンオイルがブリードし、摺接リング19の表面に薄いシリコーンオイル膜19bを形成するが接液側に漏れることはない。
摺接リング18の摺動抵抗はブリード・シリコーンオイル膜19bの存在により、4~5N前後であり、ガスケット本体26の接液側摺動面11aの摺接幅Tとシリンジバレル1に対する接液側摺動部16の圧入代(直径差の半分)を調節することで、この部分の摺動抵抗は4~6N程度に抑えることが出来る。
使用にあたってピストンロッド5の動きは手動でも機械を使用した場合でも、初動も含めて極めてスムーズである。
また、同様に、ガスケット10は摺接リング19も含めたその優れた撥水性及び非透水性により常温は勿論、冷蔵保管を経たとしても摺接リング11aの非クリープ性により長期間にわたって良好な摺動性を保つ。
これと同時にガスケット10の内部及び内周面2との摺接面11aにおいて、漏液は勿論、その水蒸気の透過も生じない。
なお、種々な環境での使用も考慮して、加速試験(5℃及び40℃の雰囲気内に6か月保管)を経ても使用時には上記性能を満足した。
なお、特にプレフィルドシリンジAは使用されるまで高温で放置される場合があるが、この放置によって前記ブリードは促進され、ピストンロッド5の移動は更にスムーズになる。
シリコーンオイル添加による摺動性評価(図4)
高摺動性シリンジの摺動性能は、以下の実験によって評価した。(単位はmm)
シリンジ形状(1ミリリットル用)
内径:6.35、ガスケットの移動長:35
ガスケット(本体部分)の形状
接液側摺動部の外径:6.47、凹溝の形状:溝幅1.6 直径5.2
接液側摺動面のシール幅:0.3
材質:ポリテトラフルオロエチレン
摺接リングの形状 厚さ:1.55、外径:6.20、内径:4.5
同材質:ポリジメチルシロキサンにシリカ粉を25重量%を添加して混練したもの(シリコーンオイル添加なし)を基材1(比較例)とし、これに対して粘度1,000cP、粘度100,000cP及び粘度1,000,000cPのシリコーンオイルをそれぞれ5、10、15重量%を添加したもの(実施例1~3)を用意し、ガスケットをシリンジバレルに圧入した直後のものと40℃で24時間保持したものとの平均摺動抵抗値の変化を測定した。(ここでは比較例及び実施例1~3には、超高分子ポリエチレン粉末の添加はない。)
測定結果はシリコーンオイル5重量%~15重量%の摺接リング使用のガスケットを用いた、組み立て直後のシリンジは、全て7N(単位ニュートン)以下の平均摺動抵抗を示した。そして、40℃で24時間保持することによってシリコーンオイルのブリードが促進され、より小さな平均摺動抵抗を示した。
図4に於いて、超高分子ポリエチレン粉末を添加していないので、シリコーンオイルの含有量は最大15重量%に制限される。15重量%を越えてシリコーンオイルを添加すると成形が困難となる。5重量%を下回ると、摺動抵抗は目標の7Nを越えるようになる。組み立て直後のシリンジの使用可能範囲は5~15重量%、ブリードを促進させた場合は、2.5~15重量%、好ましくは5~15重量%である。
(図5)の評価では、ガスケット本体、摺接リングは図4と同一形状のものを使用した。この検討には、ポリジメチルシロキサン13.13g、充填材としてシリカ粉末4.37g、超高分子ポリエチレン粉末(20~200μm)23.35g、を混合した基材(以下、基材2という。)に対して各種重合度のポリジメチルシロキサンオイル(以下、シリコーンオイルという。重合度の指数としてcPでその粘度を表す。)の粘度1,000~1,000,000cPの各種シリコーンオイルを添加し、その添加量と摺動抵抗の関係を測定した。
超高分子ポリエチレン粉末は、シリコーンオイルとの親和性が高く、シリコーンオイルの添加量を増やすことが出来ると共に超高分子ポリエチレン粉末の添加によって摺接リングの硬度を高くすることが出来た。シリコーンオイルは5~40重量%まで添加することが出来た。
この場合、シリコーンオイルの添加量が5~40重量%で、全ての粘度で摺動抵抗は目標の7Nを下回った。5重量%未満では目標の7Nを越える。なお、40重量%を超える添加量では成形が困難であった。
なお、粘度が1,000cPのシリコーンオイルでは、40重量%を超えると成形できない。
この場合のシリコーンオイルの最適添加量は20重量%前後である。
図6は、図5の20重量%の場合の摺動抵抗の経時変化を測定したものである。
測定条件:100mm/分で摺動させた。
時間の経過と共にシリコーンオイルがブリードし、摺動性が向上した。また、本実験では40℃で保管すればブリードが促進され、摺動抵抗が更に低下する。80日程度では両者同程度の摺動性を示す。
Claims (7)
- シリンジバレルと、シリンジバレルに圧入され、シリンジバレル内を摺動状態で用いられるガスケットと、前記ガスケットが先端に装着されるピストンロッドとで構成された高摺動性シリンジにおいて、
ガスケットは、シリンジバレルに充填される薬液に対して耐薬液性を有する硬質プラスチック製で、シリンジバレルの内周面との摺接面に凹溝が形成されたガスケット本体と、前記凹溝に嵌め込まれた摺接リングとで構成され、
摺接リングは、充填されたシリコーンオイルがシリンジバレルへの実装加圧下でブリードするゴム基材と、前記ゴム基材に充填された前記シリコーンオイルとで構成され、且つ、その外径はシリンジバレルの内径より大きく形成され、
ガスケット本体の接液側端面と凹溝との間に設けられた接液側摺接面の外径は、シリンジバレルの内径より大きく形成され、ガスケット本体のロッド側端面と凹溝との間に設けられたロッド側摺接面の外径は、シリンジバレルの内径と等しいか、又は、より小さく形成されていることを特徴とする高摺動性シリンジ - 摺接リングのゴム基材は、シリコーンゴムであることを特徴とする請求項1に記載の高摺動性シリンジ。
- 摺接リングは、ガスケット本体の接液側端面と凹溝との間に設けられた接液側摺動部に接触するように嵌め込まれていることを特徴とする請求項1又は2の高摺動性シリンジ。
- ゴム基材に超高分子ポリエチレン微粉末が更に充填されていることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の高摺動性シリンジ。
- ガスケット本体を構成する硬質プラスチックは、ショアD硬度40以上のフッ素樹脂、又は、ポリプロピレン、超高分子ポリエチレン、シクロオレフィンポリマ、エチレンノルボルネン共重合体のいずれか1つであることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の高摺動性シリンジ。
- 接液側摺接面の摺接幅は、0.1mm以上、0.6mm以下であることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の高摺動性シリンジ。
- シリンジバレルは、ガラス又はシクロオレフィンポリマ、エチレンノルボルネン共重合体、ポリプロピレンのいずれか1つで構成されていることを特徴とする請求項6に記載の高摺動性シリンジ。
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