(57)【要約】【課題】従来のようにノズルの外側形状を凹凸反転させた微細な凹部を含む金型を用いることなく、樹脂から作られる使い捨て可能な微細ノズルを簡便かつ歩留まりよく製造し得る方法を提供する。【解決手段】内部に微細孔を有する突起部を備えた微細ノズルの製造方法であって、(a) ゴム硬度が５０以下の弾性体上に樹脂体を配置する工程と、(b) 前記弾性体の裏面側から前記樹脂体の軟化温度より高い温度で加熱しながら、微細針を前記樹脂体を貫通して前記弾性体に穿刺する工程と、(c) 前記微細針を穿刺した状態で加熱を継続し、その後冷却して樹脂体を固化する工程と、(d) 固化した樹脂体を前記微細針および前記弾性体から取り出す工程とを含む微細ノズルの製造方法。【選択図】図１
2013172833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に微細な孔を有する突起部を備えた微細ノズルの製造方法であって、
(a) ゴム硬度が５０以下の弾性体上に樹脂体を配置する工程と、
(b) 前記弾性体の裏面側から前記樹脂体の軟化温度より高い温度で加熱しながら、微細針を前記樹脂体を貫通して前記弾性体に穿刺する工程と、
(c) 冷却して樹脂体を固化する工程と、
(d) 固化した樹脂体を前記微細針および前記弾性体から取り出す工程と
を含む微細ノズルの製造方法。
【請求項２】
前記工程(b)と前記工程(c)の間に、前記微細針を穿刺した状態で加熱を継続する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の微細ノズルの製造方法。
【請求項３】
前記軟化した樹脂体の表面を平坦化する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の微細ノズルの製造方法。
【請求項４】
内部に微細孔を有する突起部を備えた微細ノズルの製造方法であって、
(a) ゴム硬度が５０以下の弾性体上に樹脂製のカップを配置する工程と、
(b) 前記弾性体の裏面側から前記樹脂の軟化温度より高い温度で前記カップ底部を加熱しながら、微細針を前記カップの底部を貫通して前記弾性体に穿刺する工程と、
(c) 冷却して前記カップ底部を固化する工程と、
(d) 底部が固化した前記カップを前記微細針および前記弾性体から取り出す工程と
を含む微細ノズルの製造方法。
【請求項５】
前記工程(b)と前記工程(c)の間に、前記微細針を穿刺した状態で加熱を継続する工程を含むことを特徴とする請求項４記載の微細ノズルの製造方法。
【請求項６】
前記軟化した樹脂体の表面を平坦化する工程をさらに含むことを特徴とする請求項４または５記載の微細ノズルの製造方法。
【請求項７】
前記微細針は、先端角度が３°以上９０°以下であることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の微細ノズルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細ノズルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微小液滴を吐出または吸引する微細なノズルが注目されている。
【０００３】
特許文献１には、微細ノズルの製造方法が記載されている。この方法は、シリコン基板と一体的に形成されたノズル基部と、このノズル基部の先端面を覆う珪素酸化物端面層を有し、ノズル基部がシリコン基板を貫通して壁面に珪素酸化物層を有する微細孔と連通し、かつ内壁面に珪素酸化物内面層を有する微細ノズルの製造方法である。この微細ノズルの製造方法は、シリコン基板の全面に珪素窒化物層を形成し、この珪素窒化物層をパターニングして複数の小開口を持つパターンを形成する工程と、金属薄膜を前記珪素窒化物層のパターンを覆うように形成する工程と、珪素窒化物層上の金属薄膜をパターニングして前記小開口内に位置する微細開口を持つ金属パターンを形成する工程と、前記シリコン基板側の金属薄膜をパターニングして開口中心がシリコン基板を介して前記微細開口の中心とほぼ一致する広幅開口を持つ金属パターンを形成する工程と、前記微細開口をもつ金属パターンをマスクとしてディープエッチングによりシリコン基板に所定深さの微細孔を穿設する工程と、前記広幅開口を持つ金属パターンをマスクとしてディープエッチングによりシリコン基板に前記微細孔の開口部が露出するように広幅凹部を開口して多段形状の凹部を形成する工程と、前記各金属パターンを除去してシリコン基板の微細口内の部位、前記広幅凹部内に露出する部位および前記小開口内に露出する部位を酸化して珪素酸化物層を形成する工程と、広幅凹部が形成されていないシリコン基板面から前記珪素酸化物層をマスクとしてドライエッチングを行ってシリコン基板の一部を除去して所定の長さのノズル基部を形成する工程を含む。
【０００４】
特許文献２には、プラスチック成形品の成形金型が記載されている。この成形金型は、固定側のキャビティ型と移動側のコア型を合わせてコアピンをキャビティ型を貫通させてこのコアピン先端部を上記コア型内に挿入し、キャビティ型とコア型の間、コアピンとキャビティ型の間およびコアピンとコア型の間にそれぞれキャビティを形成し、このキャビティ内に樹脂を注入することによってプラスチック成形品を成形する金型であって、コア型内に挿したコアピン先端部の一部をコア型で支持し、キャビティ型を貫通してコア型内に挿入することが可能なスライド自在のスライド型を有し、コア型で支持するコアピン先端部の一部に対してコアピンの円周方向の均等位置においてコアピン先端部を支持するための突起部を上記スライド型端面に設けた構造を有する。
【０００５】
特許文献３には、樹脂成型後に後処理にて流路の貫通孔を形成する微細ノズルの製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６９０５５６号公報
【特許文献２】特開２００１−５４９２１号公報
【特許文献３】国際公開第２０１０／０５９６０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の微細ノズルはシリコン製であり、製造に多くの工程を要し、多大なコストがかかる。また、微細ノズルの材料は基本的にシリコンおよびその酸化物であり、ノズルからの微量の異物発生が問題となるような、特に清浄性を求められる用途に適用することは難しい。さらに、微細ノズルはその微細な形状から、ノズル内部の流路の洗浄を行うには多大なコストがかかる。その上、不燃性の材質のため、使い捨てにすることによって、環境に負荷がかかる。
【０００８】
特許文献２の微細ノズルは、ノズルの外側形状を凹凸反転した微細な凹部を含む金型を用いる必要がある。この微細な凹部を含む金型を製造するのは、多大なコストがかかり、特に流路長が長いノズルであるほど、金型製造には多大なコストがかかる。また、実際に作製した金型を用いて樹脂製ノズルを作製する場合には、微細な形状であるため、樹脂のはみ出しによる不良発生や剥離時の破損などにより、収率よく製造することが困難である。
【０００９】
特許文献３の微細ノズルでは、樹脂成型後に後処理にて流路の貫通孔を形成するため、生産性が低く、特に多数の貫通孔を含む製品を製造する場合には不適切である。
【００１０】
本発明は、従来のようにノズルの外側形状を凹凸反転させた微細な凹部を含む金型を用いることなく、樹脂で作られた使い捨て可能な微細ノズルを簡便かつ安価に製造し得る方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１態様によると、内部に微細孔を有する突起部を備えた微細ノズルの製造方法であって、
(a) ゴム硬度が５０以下の弾性体上に樹脂体を配置する工程と、
(b) 前記弾性体の裏面側から前記樹脂体の軟化温度より高い温度で加熱しながら、微細針を前記樹脂体を貫通して前記弾性体に穿刺する工程と、
(c) 前記微細針を穿刺した状態で加熱を継続し、その後冷却して樹脂体を固化する工程と、
(d) 固化した樹脂体を前記微細針および前記弾性体から取り出す工程と
を含む微細ノズルの製造方法が提供される。
【００１２】
本発明の第２態様によると、内部に微細孔を有する突起部を備えた微細ノズルの製造方法であって、
(a) ゴム硬度が５０以下の弾性体上に樹脂製のカップを配置する工程と、
(b) 前記弾性体の裏面側から前記樹脂の軟化温度より高い温度で前記カップ底部を加熱しながら、微細針を前記カップの底部を貫通して前記弾性体に穿刺する工程と、
(c) 前記微細針を穿刺した状態で加熱を継続し、その後冷却して前記カップ底部を固化する工程と、
(d) 底部が固化した前記カップを前記微細針および前記弾性体から取り出す工程と
を含む微細ノズルの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来のようにノズルの外側形状を凹凸反転させた微細な凹部を含む金型を用いることなく、樹脂で作られた使い捨て可能な微細ノズルを簡便かつ安価に製造し得る方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態に係る微細ノズルの製造工程を示す概略断面図である。
【図２】第１実施形態に係る微細ノズルの製造工程を示す概略断面図である。
【図３】第１実施形態に係る微細ノズルの製造時における別の剥離工程を示す概略断面図である。
【図４】第１実施形態に係る微細ノズルの他の製造工程を示す概略断面図である。
【図５】第１実施形態に係る微細ノズルのさらに他の製造工程を示す概略断面図である。
【図６】第１実施形態に係る微細ノズルの別の製造工程を示す概略断面図である。
【図７】第２実施形態に係る微細ノズルの製造工程を示す概略断面図である。
【図８】第２実施形態に係る微細ノズルの製造工程を示す概略断面図である。
【図９】第２実施形態で製造された微細ノズルの使用態様を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施形態に係る微細ノズルの製造方法を図面を参照して説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る微細ノズルの製造方法を図１の（ａ），（ｂ），図２の（ｃ）、（ｄ）を参照して説明する。
【００１７】
まず、図１の（ａ）に示すように矩形板状の非弾性体１表面に同形状の弾性体２を設置する。弾性体２上に被処理物である樹脂体３を配置する。このような積層体を加熱体、例えばホットプレート４上に設置する。また、上下動が可能な微細針５を樹脂体３の上方に配置させる。
【００１８】
非弾性体１は、任意の材料から形成され、例えばシリコン、金属、セラミック、樹脂から形成できる。非弾性体１の表面は、平坦性が高いものが好ましい。非弾性体１は、ホットプレート４からの熱を非弾性体２を通して樹脂体に伝達し、その樹脂体３を加熱する場合、非弾性体１の材料は熱伝導性が高い、例えば金属から形成することが好ましい。
【００１９】
弾性体２は、ゴム硬度が５０以下である。ここで、弾性体のゴム硬度はＪＩＳ  Ｋ６２５３（２００６）の国際ゴム硬さで定義される。弾性体２のゴム硬度が５０を超えると、後述する微細針の穿刺時に微細針が弾性体２に十分な深さで差し込まれず、所期形状を持つ微細ノズルを製造することが困難になる。より好ましい弾性体２のゴム硬度は、１０〜５０である。このようなゴム硬度を有する弾性体２は、例えば天然ゴム、アクリルゴム、二トリルゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリイソブチレン等から形成することができる。なお、弾性体２は樹脂体３の軟化温度よりも高い耐熱温度を有することが好ましい。弾性体２の耐熱温度が樹脂体３の軟化温度以下であると、微細ノズルを製造することが困難になる。
【００２０】
弾性体２は、後述する微細針の穿刺時における穿刺深さより厚い、例えば１〜１０ｍｍにすることが好ましい。
【００２１】
樹脂体３は、フィルム、シート、板を挙げることができる。樹脂体３は、溶融状態または溶媒で溶解して粘度が高い状態で弾性体２上に配置してもよい。
【００２２】
樹脂体３は、任意の樹脂から形成できる。樹脂は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリカプロラクトン、ポリエチレングリコール、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリブチレンサンクシネート、ナイロン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレンサクシネート、トリメチレンカーボネート、ポリヒドロキシブチレート、セルロース、キトサン、でんぷんから選択することができる。また、樹脂は、複数種の樹脂の混合物であっても、ポリ乳酸グリコール酸共重合体のよう共重合体であってもよい。特に、樹脂は熱可塑性樹脂であることが好ましい。微細ノズルの用途によっては、樹脂は生体適合性材料であってもよい。
【００２３】
微細針５は、先端が微細な錘形状に加工された針形状の金属またはセラミックから形成できる。微細針５は、穿刺時に折れることのない高強度の材料、例えば超硬合金であることが望ましい。超硬合金は、例えばタングステン、タンタルまたチタンなどの炭化物粉末を鉄、コバルト、ニッケルなどの鉄属金属と焼結したもの、合金相に硬い炭化物を分散させたもの等を挙げることができる。
【００２４】
微細針５は、先端の径が１〜１０００μｍであることが好ましい。先端の径を１μｍ未満にすると、微細針および製造する微細ノズルの強度が低下するおそれがある。他方、先端の径が１０００μｍを超えると、微細ノズルを製造することが困難となる。
【００２５】
微細針５の先端角度は、５°〜９０°であることが好ましい。先端角度を５°未満にすると、微細針および製造する微細ノズルの強度が低下するおそれがある。他方、先端角度が９０°を超えると、微細ノズルを製造することが困難となる。より好ましい微細針５の先端角度は、５°〜２０°である。
【００２６】
次いで、図１の（ｂ）に示すようにホットプレート４を加熱して弾性体２上に配置した樹脂体３をその樹脂の軟化温度以上に加熱し、軟化ないし溶融する。ホットプレート４による加熱を継続（続行）しながら、上方の微細針５を軟化ないし溶融した樹脂体３に向けて穿刺する。このとき、微細針５は軟化ないし溶融した樹脂体３を貫通して弾性体２に差込まれ、穿刺穴６が開口される。つづいて、微細針５を穿刺したまま、ホットプレート４による加熱を所望時間継続する。その後、ホットプレート４による加熱を停止し、微細針５を穿刺したまま、例えば空冷または水冷により冷却して樹脂を固化する。
【００２７】
第１実施形態に係る微細ノズルの製造において、微細針５による穿刺時に樹脂体３を軟化温度以上に加熱すること、および樹脂体３および弾性体２に穿刺したまま加熱を継続することは重要な要素である。すなわち、これらの工程において軟化ないし溶融した樹脂体３から十分な量の樹脂が弾性体２の穿刺穴６と微細針５の間に導入されて、その後の冷却により樹脂体３と一体化して突出した微細ノズル７が形成される。また、微細針５先端の角度を鋭角にして前述した図１の（ｂ）に示す工程で微細針５先端を穿刺穴６の底部に位置させ、弾性体２の穿刺穴６と微細針５の間に溶融した樹脂を導入する際、微細針先端に溶融した樹脂が廻り込まないようにすることにより微細ノズルに貫通孔を形成する。その後、図２の（ｃ）に示すように固化した微細ノズル７を有する樹脂体３を微細針５と一緒に弾性体２から剥離し、微細針５を樹脂体３から抜き取る。これにより樹脂体３から突出し、貫通孔８を有する微細ノズル７が得られる（図２の（ｄ）図示）。
【００２８】
穿刺時の微細針５から弾性体２への荷重は、０．０１〜１ｋｇｆにすることが好ましい。
【００２９】
微細針５先端部の弾性体２への差込み深さ（穿刺深さ）は０．５ｍｍ〜５ｍｍにすることが好ましい。穿刺深さが前記範囲を外れると、微細ノズルを製造することが困難になる。
【００３０】
微細針５の穿刺に要する時間は、１秒以内にすることが好ましい。
【００３１】
穿刺したままの加熱継続は、加熱温度、樹脂の種類にもよるが、５秒〜３分間行うことが好ましい。
【００３２】
なお、微細ノズルの製造後において微細ノズルと反対側の樹脂体３表面を平坦化するために、微細針の穿刺前に軟化ないし溶融した樹脂体表面にプレスを施してもよい。
【００３３】
樹脂が光硬化性樹脂の場合には、光照射により樹脂を硬化してもよい。樹脂が水、アルコールなどの溶剤中に溶解させた場合には、加熱や真空引きで溶媒を揮発させて固化してもよい。
【００３４】
前述した剥離工程では樹脂体を微細針と一緒に弾性体から剥離したが、例えば図３に示すように弾性体２に微細ノズル７を形成した樹脂体３から微細針５を先に抜き取り、その後、樹脂体３を弾性体２から剥離してもよい。このような方法によれば、図３に示す微細針を抜き取った微細ノズル７を有する樹脂体３を弾性体２と一緒に保管および輸送を行い、使用直前に樹脂体３を弾性体２から剥離することによって、外圧等により損傷し易い微細ノズル７を弾性体２で保護することができる。
【００３５】
さらに、微細ノズルは例えば先端部の厚さが５０μｍの未貫通孔とすることもできる。この未貫通孔を、使用直前に微細ノズルの先端部を切断することにより貫通孔にしてもよい。
【００３６】
以上説明した第１実施形態によれば、微細針５を樹脂体３を貫通して弾性体２に穿刺すること、穿刺時に樹脂体３を軟化温度以上に加熱すること、微細針５を樹脂体３および弾性体２に穿刺したまま加熱を継続すること、さらに微細針５を穿刺したまま軟化ないし溶融した樹脂体３を冷却することによって、従来のようにノズルの外側形状を凹凸反転させた微細な凹部を含む金型を用いる場合に比べて、加工が非常に容易で、かつ樹脂のはみ出しによるバリの発生が大幅に抑制でき、樹脂で作られた使い捨て可能で、樹脂体から突出された貫通孔８を有する微細ノズル７を簡便かつ安価に製造できる。
【００３７】
なお、第１実施形態において、微細針５を樹脂体３を貫通して弾性体２に穿刺した後に、微細針５を樹脂体３および弾性体に穿刺したまま加熱を継続する工程は、任意工程とすることができる。ただし、用いる樹脂体の樹脂によっては、微細針５を樹脂体３および弾性体に穿刺したまま加熱を継続する工程を設けないと、安定的に貫通孔を有する微細ノズルを形成できない場合がある。樹脂材料の種類を問わずに微細ノズルを安定的に形成する観点から、微細針５を樹脂体３を貫通して弾性体２に穿刺した後に、微細針５を樹脂体３および弾性体に穿刺したまま加熱を継続する工程を設けることが好ましい。
【００３８】
次に、第１実施形態に係る微細ノズルの別の方法を図４を参照して説明する。
【００３９】
まず、図４の（ａ）に示すように、矩形板状の非弾性体１表面に同形状の弾性体２を設置する。弾性体２上に被処理物である樹脂体３を配置する。このような積層体を加熱体、例えばホットプレート４上に設置する。また、上下動が可能な微細針５を樹脂体３の上方に配置させる。このとき、微細針５は樹脂体３側（穿刺側）に平坦面を備える固定治具１１に一体的に固定される。
【００４０】
次いで、図４の（ｂ）に示すようにホットプレート４を加熱して弾性体２上に配置した樹脂体３をその樹脂の軟化温度以上に加熱し、軟化ないし溶融する。ホットプレート４による加熱を継続（続行）しながら、上方の微細針５を軟化ないし溶融した樹脂体３に向けて穿刺する。このとき、微細針５は軟化ないし溶融した樹脂体３を貫通して弾性体２に差込まれ、穿刺穴６が開口される。また、樹脂体３の表面は固定治具１１の底面に接触させる。つづいて、微細針５を穿刺したまま、ホットプレート４による加熱を所望時間継続する。その後、ホットプレート４による加熱を停止し、微細針５を穿刺したまま、例えば空冷または水冷により冷却して樹脂を固化する。
【００４１】
図４の（ａ），（ｂ）に示した実施形態では、微細針５は樹脂体３側（穿刺側）に平坦面を備える固定治具１１に固定される。固定治具１１に固定した微細針５を用いることにより、穿刺後に樹脂体３と固定治具１１の平坦面を接触させることにより、微細ノズル形成側と反対側の樹脂体３表面を平坦化することができるという効果を奏する。また、固定治具１１は微細針５の穿刺時に穿刺深さを規制する役目をなすため、穿刺針の深さを容易に制御することができる。なお、固定治具１１は金属材料、セラミック材料を用いることができ、微細針の径に対応した貫通穴を備える板を使用することができる。
【００４２】
次に、第１実施形態に係る微細ノズルのさらに別の方法を図５を参照して説明する。
【００４３】
まず、図５の（ａ）に示すように微細針５が穿刺される弾性体２の箇所に貫通する空隙１３を開口し、さらにこの空隙１３に対応する非弾性体１の箇所に浅い溝１４を穿設する。つづいて、矩形板状の非弾性体１表面（溝１４の形成面）に非弾性体１より小さい矩形板状の弾性体２をその空隙１３が非弾性体１の溝１４に合致するように設置する。弾性体２上に被処理物である樹脂体３を配置する。このような積層体を加熱体、例えばホットプレート４上に設置する。また、上下動が可能な微細針５を樹脂体３の上方に配置させる。
【００４４】
空隙１３および溝１４は、機械加工、エッチング、レーザー加工など任意の加工法によってそれぞれ弾性体２および非弾性体１に形成することが可能である。空隙１３の径は、１０μｍ以上１ｍｍ以下、より好ましくは５０μｍ以上２００μｍ以下、にすることが好ましい。溝１４は、円錐もしくは多角錘の形状を有する。非弾性体１の溝１４内面は製造後の微細ノズルの離型性を向上するために、離型処理を施してもよい。
【００４５】
次いで、図５の（ｂ）に示すようにホットプレート４を加熱して弾性体２上に配置した樹脂体３をその樹脂の軟化温度以上に加熱し、軟化ないし溶融する。ホットプレート４による加熱を継続（続行）しながら、上方の微細針５を所望の荷重で軟化ないし溶融した樹脂体３に向けて穿刺する。このとき、微細針５は軟化ないし溶融した樹脂体３を貫通し、さらに弾性体２の空隙１３を通して非弾性体１に予め穿設された溝１４に差込まれ、溝１４を含む穿刺穴１２が開口される。微細針５を穿刺したまま、ホットプレート４による加熱を所望時間継続する。ひきつづき、ホットプレート４による加熱を停止し、微細針５を穿刺したまま、例えば空冷または水冷により冷却して軟化ないし溶融した樹脂を固化し、樹脂体３と一体化して突出した微細ノズルが形成される。その後、図示しないが、固化した微細ノズルを有する樹脂体を微細針と一緒に非弾性体および弾性体から剥離した後、微細針を樹脂体から抜き取るか、または微細針を樹脂体から抜き取った後、固化した微細ノズルを有する樹脂体を非弾性体および弾性体から剥離する。これにより樹脂体から突出し、貫通孔を有する微細ノズルが得られる。
【００４６】
このように弾性体２に空隙１３を設けることによって、微細針５による穿刺動作を空隙１３で円滑化できるため、より好適な微細ノズルの製造が可能になる。
【００４７】
次に、第１実施形態に係る微細ノズルのさらに別の方法を図６を参照して説明する。
【００４８】
図６は、樹脂体から突出した複数の微細ノズルからなる微細ノズルアレイを示す。このようなアレイにおいて、１）複数の微細ノズルがそれぞれ樹脂体表面に対して垂直に配列される形態、２）複数の微細ノズルのうち、幾つかの微細ノズルが樹脂体表面に対して垂直に配列され、残りの微細ノズルが樹脂体表面に対して傾斜して配列される形態、３）複数の微細ノズルがそれぞれ樹脂体表面に対して傾斜して配列される形態、が挙げられる。図６は、前記２）の形態の微細ノズルアレイの製造方法を示す。
【００４９】
まず、図６の（ａ）に示すように矩形板状の非弾性体１表面に同形状の弾性体２を設置する。弾性体２上に被処理物である樹脂体３を配置する。このような積層体を加熱体、例えばホットプレート４上に設置する。つづいて、ホットプレート４を加熱して弾性体２上に配置した樹脂体３をその樹脂の軟化温度以上に加熱し、軟化ないし溶融する。ホットプレート４による加熱を継続（続行）しながら、上方から複数（例えば３つ）の微細針５ａ，５ｂ，５ｃを所望の荷重で軟化ないし溶融した樹脂体３に向けて穿刺する。すなわち、微細針５ａを樹脂体３表面に対して左方向に傾斜して穿刺し、微細針５ｂを樹脂体３表面に対して垂直方向に穿刺し、微細針５ｃを樹脂体３表面に対して右方向に傾斜して穿刺する。このとき、各微細針５ａ〜５ｃは軟化ないし溶融した樹脂体３を貫通して弾性体２に差込まれ、穿刺穴６ａ〜６ｃがそれぞれ開口される。さらに、微細針５ａ〜５ｃを穿刺したまま、ホットプレート４による加熱を所望時間継続する。ひきつづき、ホットプレート４による加熱を停止し、微細針５ａ〜５ｃを穿刺したまま、例えば空冷または水冷により冷却して軟化ないし溶融した樹脂を固化し、樹脂体３と一体化して突出した微細ノズル７ａ〜７ｃが形成される。
【００５０】
次いで、図６の（ｂ）に示すように微細針５ａ〜５ｃが穿刺され、固化した微細ノズル７ａ〜７ｃを有する樹脂体３を弾性体２と一緒に非弾性体１から剥離する。その後、微細針５ａ〜５ｃを樹脂体３から抜き取り、樹脂体３を弾性体２から剥離する。これにより図６の（ｃ）に示すように樹脂体３から左方向に傾斜して突出した貫通孔８ａを有する微細ノズル７ａ、樹脂体３から垂直方向に突出した貫通孔８ｂを有する微細ノズル７ｂ、および樹脂体３から右方向に傾斜して突出した貫通孔８ｃを有する微細ノズル７ｃ、が得られる。
【００５１】
得られた微細ノズルアレイにおいて、方向が異なる各微細ノズル７ａ〜７ｃの先端部を切断して貫通孔８ａ〜８ｃを貫通孔にすることによって、各微細ノズル７ａ〜７ｃから液体を広い範囲で吐出することが可能になる。
【００５２】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る微細ノズルの製造方法を図７の（ａ），（ｂ），図８の（ｃ）を参照して説明する。
【００５３】
まず、図７の（ａ）に示すように矩形板状の非弾性体２１表面に同形状の弾性体２２を設置する。弾性体２２上に被処理物である樹脂製カップ２３をその底部２３ａが弾性体２２表面全体に接触するように配置する。このような積層体を加熱体、例えばホットプレート２４上に設置する。また、上下動が可能な微細針２５をカップ２３の上方に配置させる。
【００５４】
非弾性体２１、弾性体２２および微細針２５の材質、微細針の形状は、前記第１実施形態で説明したのと同様である。
【００５５】
樹脂製カップ２３は、任意の樹脂成型方法によって製造することができる。樹脂製カップ２３は、例えばブロー成型、中空成形、押出成型、射出成型、インジェクション成型、真空成型、圧空成型、プレス成型などの任意の製法によって製造することができる。これらの樹脂成型方法は連続してもよい。また、樹脂製カップ２３を連続して製造するプロセスにおいて、その冷却工程の前に微細ノズルの製造プロセスを組込んでもよい。
【００５６】
樹脂製カップ２３は、任意の樹脂から形成できる。樹脂は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリカプロラクトン、ポリエチレングリコール、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、ナイロン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレンサクシネート、トリメチレンカーボネート、ポリヒドロキシブチレート、セルロース、キトサン、でんぷんから選択することができる。また、樹脂は、複数種の樹脂の混合物であっても、ポリ乳酸グリコール酸共重合体といった共重合体であってもよい。特に、樹脂は熱可塑性樹脂であることが好ましい。微細ノズルの用途によっては、樹脂は生体適合性材料であってもよい。
【００５７】
樹脂製カップ２３は、その底部２３ａの厚さを製造する微細ノズルの用途等によって設定することができる。通常、底部２３ａは０．３〜５ｍｍの厚さを有することが好ましい。
【００５８】
次いで、図７の（ｂ）に示すようにホットプレート２４を加熱して弾性体２２上に配置した樹脂製カップ２３の底部２３ａをその樹脂の軟化温度以上に加熱し、軟化ないし溶融する。ホットプレート２４による加熱を継続（続行）しながら、上方の微細針２５を所望の荷重で軟化ないし溶融した底部２３ａに向けて穿刺する。このとき、微細針２５は軟化ないし溶融した底部２３ａを貫通して弾性体１２に差込まれ、穿刺穴２６が開口される。つづいて、微細針２５を穿刺したまま、ホットプレート２４による加熱を所望時間継続する。その後、ホットプレート２４による加熱を停止し、微細針２５を穿刺したまま、例えば空冷または水冷により冷却して軟化ないし溶融した底部２３ａを固化する。
【００５９】
第２実施形態に係る微細ノズルの製造において、微細針２５による穿刺時に樹脂製カップ２３の底部２３ａを軟化温度以上に加熱すること、樹脂製カップ２３の底部２３ａおよび弾性体２２に穿刺したまま加熱を継続することは重要な要素である。すなわち、これらの工程において樹脂製カップ２３の軟化ないし溶融した底部２３ａから十分な量の樹脂が弾性体２２の穿刺穴２６と微細針２５の間に導入されて、その後の冷却により樹脂製カップ２３の底部２３ａと一体化して突出した微細ノズル２７が形成される。また、微細針２５先端の角度を鋭角にして前述した図７の（ｂ）に示す工程で微細針２５先端を穿刺穴２６の底部に位置させ、弾性体２２の穿刺穴２６と微細針２５の間に溶融した樹脂を導入する際、微細針２５先端に溶融した樹脂が廻り込まないようにすることにより微細ノズルに貫通孔を形成する。その後、固化した微細ノズル２７を有する底部２３ａを微細針２５と一緒に弾性体２から剥離し、微細針２５を樹脂製カップ２３の底部２３ａから抜き取る。これにより図８の（ｃ）に示すように樹脂製カップ２３の底部２３ａから突出し、貫通孔２８を有する微細ノズル２７が得られる。
【００６０】
穿刺時の微細針２５から弾性体２２への荷重は、０．０１〜１ｋｇｆにすることが好ましい。
【００６１】
微細針２５先端部の弾性体２への差込み深さ（穿刺深さ）は０．５ｍｍ〜５ｍｍにすることが好ましい。穿刺深さが前記範囲を外れると、微細ノズルを製造することが困難になる。
【００６２】
微細針２５の穿刺に要する時間は、１秒以内にすることが好ましい。
【００６３】
穿刺したままの加熱継続は、加熱温度、樹脂の種類にもよるが、５秒〜３分間行うことが好ましい。
【００６４】
なお、微細ノズルの製造後において微細ノズルと反対側の樹脂製カップ２３の底部２３ａ表面を平坦化するために、微細針の穿刺前に軟化ないし溶融した底部２３ａ表面にプレスを施してもよい。
【００６５】
樹脂が光硬化性樹脂の場合には、光照射により樹脂を固化してもよい。
【００６６】
前述した剥離工程では、樹脂製カップ２３の底部２３ａを微細針と一緒に弾性体から剥離したが、例えば弾性体に微細ノズルを形成した樹脂製カップの底部から微細針を先に抜き取り、その後、樹脂製カップの底部を弾性体から剥離してもよい。このような方法によれば、微細針を抜き取った微細ノズルが底部に形成された樹脂製カップを弾性体と一緒に保管および輸送を行い、使用直前に樹脂製カップの底部を弾性体から剥離することによって、衝撃等により損傷し易い微細ノズルを弾性体で保護することができる。
【００６７】
微細ノズルは、例えば先端部の厚さが５０μｍの未貫通孔を有してもよい。この未貫通孔は、使用直前に微細ノズルの先端部を切断することにより貫通孔にしてもよい。
【００６８】
以上説明した第２実施形態によれば、微細針２５を樹脂製カップ２３の底部２３ａを貫通して弾性体２２に穿刺すること、穿刺時に樹脂製カップ２３の底部２３ａを軟化温度以上に加熱すること、微細針２５を樹脂製カップ２３の底部２３ａおよび弾性体２２に穿刺したまま加熱を継続すること、さらに微細針５を穿刺したまま樹脂製カップ２３の軟化ないし溶融した底部２３ａを冷却することによって、従来のようにノズルの外側形状を凹凸反転させた微細な凹部を含む金型を用いる場合に比べて、加工が非常に容易で、かつ樹脂はみ出しによるバリの発生が大幅に抑制でき、樹脂から作られる使い捨て可能で、樹脂製カップ２３の底部２３ａから突出された貫通孔２８を有する微細ノズル２７を簡便かつ安価に製造できる。
【００６９】
得られた図８の（ｃ）に示す微細ノズル付カップは、カップ２３の中空部と微細ノズル２７の貫通孔２８が連通した構造を有することによって、カップ２３の中空部内に液体を保持し、微細ノズル２７から液体を流出したり、または微細ノズル２７から液体を吸入してカップ２３の中空部内に液体を保持したり、することができる。
【００７０】
また、図９に示すようにカップ２３の中空部内にピストン２９を配置し、ピストン２９を進入、後退することにより、カップ２３の中空部内の液体３０を例えば液滴３１として流出したり、吸引したりすることが可能になる。このような液体の流出・吸引機構は、ピストン２９の他にポンプを用いることができる。
【００７１】
なお、第２実施形態において、前記第１実施形態で説明した図４のように固定治具に取付けられた微細針を用いたり、図５に示すように空隙を開口した弾性体を用いたり、または図６に示すように複数の微細針を用いて樹脂製カップの底部に突出した微細ノズルを製造してもよい。
【００７２】
また、第２実施形態は、第１実施形態と同様に、微細針５を樹脂体３を貫通して弾性体２に穿刺した後に、微細針５を樹脂体３および弾性体に穿刺したまま加熱を継続する工程は、任意工程とすることができる。しかし、樹脂材料の種類を問わずに微細ノズルを安定的に形成する観点から、微細針５を樹脂体３を貫通して弾性体２に穿刺した後に、微細針５を樹脂体３および弾性体に穿刺したまま加熱を継続する工程を設けることが好ましい。
【実施例】
【００７３】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００７４】
なお、本実施例において使用した樹脂体の軟化点は、あらかじめ熱機械分析装置（ＥＸＳＴＡＲ６０００  ＴＭＡ／ＳＳ６１００  エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社）を用いて測定している。このとき、測定資料としてはホットプレス法により作製した幅４ｍｍ、長さ２５ｍｍ、厚み３０〜５０ｍｍのフィルム状試料を用いた。プローブとしては引張りプローブを用い、引っ張り荷重は５０ｍＮとした。
【００７５】
（実施例１）
旋盤加工によって超硬ピン（微細針）を用意した。超硬ピンは最太部の直径が１ｍｍ、先端の直径が２０μｍ、先端の角度が１０°である。
【００７６】
まず、厚さ２ｍｍで、ＪＩＳ  Ｋ６２５３（２００６）規格の国際ゴム硬さであるゴム硬度が３０のシリコーンゴムシート上に樹脂体として直径１５ｍｍ、厚さ１ｍｍのポリカーボネート製シートを配置した。シリコーンゴムシートをホットプレート上に載置し、２６０℃の温度で１０分加熱し、ポリカーボネート製シート（軟化点１７０℃）を軟化ないし溶融した。このとき、ポリカーボネート製シートの表面の温度はおよそ２５０℃（軟化点以上）であった。
【００７７】
次いで、ホットプレートによる１０分間の加熱直後に前記超硬ピンを軟化ないし溶融したポリカーボネート製シートに垂直方向から荷重０．０１ｋｇｆを加えて穿刺した。このとき、超硬ピンは軟化ないし溶融したポリカーボネート製シートを貫通し、シリコーンゴムシートに約１ｍｍの深さで穿刺した。超硬ピンを穿刺したままホットプレートによる加熱を１分間継続した。その後、ホットプレートによる加熱を停止し、ポリカーボネート製シートを超硬ピンを穿刺したまま空冷した。冷却後、ポリカーボネート製シートをシリコーンゴムシートから剥離し、さらに超硬ピンを抜き取った。
【００７８】
その結果、ポリカーボネート製シートから突出した微細ノズルを得た。この微細ノズルは、先端の角度８０°、先端の直径３０μｍ、開口部の直径２５μｍ、高さ４８５μｍであった。
【００７９】
（比較例１）
シリコーンゴムシートとして、厚さ２ｍｍで、ＪＩＳ  Ｋ６２５３（２００６）規格の国際ゴム硬さであるゴム硬度が６０のものを用いた以外、実施例１と同様な方法により微細ノズルの製造を試みた。
【００８０】
しかしながら、シリコーンゴムシートはゴム硬度が６０と硬いため、超硬ピンを軟化ないし溶融したポリカーボネート製シートを貫通し、シリコーンゴムシートに穿刺する際、超硬ピンのシリコーンゴムシート内への穿刺深度は５μｍに留まった。その結果、シリコーンゴムシート内に軟化ないし溶融したポリカーボネートが流入せず、ポリカーボネート製シートから突出した微細ノズルを作製することができなかった。
【００８１】
（比較例２）
シリコーンゴムシート上に配置された直径１５ｍｍ、厚さ１ｍｍのポリカーボネート製シート（軟化点１７０℃）をホットプレートにより１７０℃の温度で１０分加熱し、ポリカーボネート製シート表面の温度を１６０℃（軟化点以下）とした以外、実施例１と同様な方法により微細ノズルの製造を試みた。
【００８２】
しかしながら、ポリカーボネート製シートが十分に軟化していないため、超硬ピンをポリカーボネート製シートに垂直方向から荷重０．０１ｋｇｆを加えて穿刺する際、超硬ピンをポリカーボネート製シートを貫通してシリコーンゴムシートに穿刺することができなかった。
【００８３】
（実施例２）
軟化ないし溶融したポリカーボネート製シート（軟化点１７０℃）に超硬ピンを貫通し、シリコーンゴムシートに穿刺した後、超硬ピンを穿刺したまま加熱を継続することなく、超硬ピンの穿刺直後に空冷にて冷却した以外、実施例１と同様な方法により微細ノズルの製造を試みた。
【００８４】
しかしながら、ポリカーボネート製シートをシリコーンゴムシートから剥離し、さらに超硬ピンを抜き取ったところ、超硬ピンを穿刺したまま加熱を継続する処理を施さないために、ポリカーボネート製シートから突出した所期形状の微細ノズルを安定的に作製することができなかった。具体的には、作製した１０個の微細ノズルのうち、６個は所期形状の微細ノズルとすることができた。ただし、残りの４個はノズルの高さが不十分であり、所期形状の微細ノズルとすることができなかった。
【００８５】
（実施例３）
まず、厚さ２ｍｍで、ＪＩＳ  Ｋ６２５３（２００６）規格のゴム硬度が３０のシリコーンゴムシート上に直径１５ｍｍ、厚さ１ｍｍのポリカーボネート製シート（軟化点１７０℃）を配置した。シリコーンゴムシートをホットプレート上に載置し、２８０℃の温度で１０分加熱し、ポリカーボネート製シートを軟化ないし溶融した。このとき、ポリカーボネート製シートの表面の温度は２７０℃（軟化点以上）であった。
【００８６】
次いで、ホットプレートによる１０分間の加熱直後に実施例１と同様な超硬ピンを軟化ないし溶融したポリカーボネート製シートに垂直方向から荷重０．０１ｋｇｆを加えて穿刺した。このとき、超硬ピンは軟化ないし溶融したポリカーボネート製シートを貫通し、シリコーンゴムシートに穿刺した。超硬ピンを穿刺したままホットプレートによる加熱を１分間継続した。その後、ホットプレートによる加熱を停止し、ポリカーボネート製シートを超硬ピンを穿刺したまま空冷した。冷却後、ポリカーボネート製シートをシリコーンゴムシートから剥離し、さらに超硬ピンを抜き取った。
【００８７】
その結果、ポリカーボネート製シートから突出した微細ノズルを得た。この微細ノズルは、先端の角度８０°、先端の直径７６８μｍ、開口部の直径７５０μｍ、高さ５０μｍであった。
【００８８】
（実施例４）
まず、厚さ２ｍｍで、ＪＩＳ  Ｋ６２５３（２００６）規格のゴム硬度が３０のシリコーンゴムシート上に直径１５ｍｍ、厚さ１ｍｍのポリカーボネート製シート（軟化点１７０℃）を配置した。シリコーンゴムシートをホットプレート上に載置し、２６０℃の温度で１０分加熱し、ポリカーボネート製シートを軟化ないし溶融した。
【００８９】
ホットプレートによる加熱を継続しながら、軟化ないし溶融したポリカーボネート製シート上に直径４０ｍｍ、長さ５０ｍｍのＳＵＳ製円柱にて押圧してポリカーボネート製シート表面を平坦化した。ひきつづき、ホットプレートで２６０℃、３分加熱した後、実施例１と同様な超硬ピンを溶融したポリカーボネート製シートに垂直方向から荷重０．０１ｋｇｆを加えて穿刺した。このとき、超硬ピンは溶融したポリカーボネート製シートを貫通し、シリコーンゴムシートに約１ｍｍの深さで穿刺した。超硬ピンを穿刺したままホットプレートによる加熱を１分間継続した。その後、ホットプレートによる加熱を停止し、ポリカーボネート製シートに超硬ピンを穿刺したまま空冷した。冷却後、ポリカーボネート製シートをシリコーンゴムシートから剥離し、さらに超硬ピンを抜き取った。
【００９０】
その結果、ポリカーボネート製シートから突出した微細ノズルを得た。この微細ノズルは、先端の角度８０°、先端の直径３０μｍ、開口部の直径２０μｍ、高さ４８０μｍであった。また、微細ノズル形成面と反対側のポリカーボネート製シート表面は平坦性が保たれた。
【００９１】
（実施例５）
まず、厚さ２ｍｍで、ＪＩＳ  Ｋ６２５３（２００６）規格のゴム硬度が３０のシリコーンゴムシート上に直径１５ｍｍ、厚さ１ｍｍのポリ乳酸・グリコール酸共重合体製シート（軟化点５０℃）を配置した。シリコーンゴムシートをホットプレート上に載置し、２４０℃の温度で１０分加熱し、ポリ乳酸・グリコール酸共重合体製シートを軟化ないし溶融した。このとき、ポリ乳酸・グリコール酸共重合体製シートの表面の温度は２３０℃（軟化点以上）であった。
【００９２】
次いで、ホットプレートによる１０分間の加熱直後に実施例１と同様な超硬ピンを軟化ないし溶融したポリ乳酸・グリコール酸共重合体製シートに垂直方向から荷重０．０１ｋｇｆを加えて穿刺した。このとき、超硬ピンは軟化ないし溶融したポリ乳酸・グリコール酸共重合体製シートを貫通し、約１ｍｍの深さでシリコーンゴムシートに穿刺した。超硬ピンを軟化ないし溶融した製シートを貫通し、シリコーンゴムシートに穿刺した後、超硬ピンを穿刺したまま加熱を継続することなく、超硬ピンの穿刺直後に空冷にて冷却した。
【００９３】
冷却後、ポリ乳酸・グリコール酸共重合体製シートをシリコーンゴムシートから剥離し、さらに超硬ピンを抜き取った。
【００９４】
その結果、ポリ乳酸・グリコール酸共重合体製シートから突出した微細ノズルを得た。この微細ノズルは、先端の角度８０°、先端の直径７６８μｍ、開口部の直径７５０μｍ、高さ５０μｍであった。
【００９５】
（実施例６）
まず、厚さ２ｍｍで、ＪＩＳ  Ｋ６２５３（２００６）規格の国際ゴム硬さであるゴム硬度が３０のシリコーンゴムシート上に、直径２０ｍｍ、高さ５０ｍｍ、厚さ１ｍｍのポリプロピレン製カップ（軟化点１２０℃）をその底部がシリコーンゴムシートに接触するように配置した。シリコーンゴムシートをホットプレート上に載置し、２３０℃の温度で２分加熱した。カップの底部が軟化した状態で、ホットプレートによる加熱を継続しながら、カップの軟化ないし溶融した底部に直径４０ｍｍ、長さ５０ｍｍのＳＵＳ製円柱にて押圧してカップの底部表面を平坦化した。
【００９６】
次いで、ホットプレートで２３０℃、１分加熱した後、実施例１と同様な超硬ピンをポリプロピレン製カップの溶融した底部に垂直方向から荷重０．０１ｋｇｆを加えて穿刺した。このとき、超硬ピンは溶融したカップの底部を貫通し、約１ｍｍの深さでシリコーンゴムシートに穿刺した。超硬ピンを穿刺したままホットプレートによる加熱を１分間継続した。その後、ホットプレートによる加熱を停止し、カップの底部に超硬ピンを穿刺したまま空冷した。冷却後、カップの底部をシリコーンゴムシートから剥離し、さらに超硬ピンを抜き取った。
【００９７】
その結果、ポリプロピレン製カップの底部から外側に突出した微細ノズルを得た。この微細ノズルは、先端の角度２０°、先端の直径３５μｍ、開口部の直径２０μｍ、高さ１２００μｍであった。
【００９８】
得られた微細ノズル付カップに水を充填した。先端に直径２０ｍｍ長さ１０ｍｍのゴム製押出部を固定した棒を用意し、この棒の押出部をカップの開口から挿入した。その結果、微細ノズルの先端から水を吐出できた。
【００９９】
以上説明した本発明によれば、医療器具、食品、化粧品、印刷、検査、分析などの有用な微細ノズルの製造方法を提供できる。特に、得られた微細ノズルは経皮薬剤透過のために、皮膚へ穿刺する用途として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１００】
１，２１…非弾性体、２，２２…弾性体、３…樹脂体、４、２４…ホットプレート、５，５ａ〜５ｃ，２５…微細針、７，７ａ〜７ｃ、２７…微細ノズル、２３…樹脂製カップ、３２ａ…底部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013172833.tif 000009
【図８】
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【図９】
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