JP2010017275A - 金型中子製造方法および金型中子 - Google Patents

Abstract

【課題】採液流路を有するプラスチック製の穿刺用針の成形に用いるための金型中子を精度よく簡易に製造する。
【解決手段】基板１上にフォトレジストを塗布する。フォトレジストに対して、デバイス本体に対応する部位を形成するための第１レチクルを用いて露光する第１露光工程と、採液流路に対応する部位を形成するための第２レチクルを用いて露光する第２露光工程とを別個に行う。フォトレジストを現像することにより、デバイス本体および採液流路に対応する部位が形成されたレジスト凸型４を形成する。レジスト凸型４の凸形状を反転させて凹型を形成し、凹型の凹形状を反転させて転写型を形成する。転写型の凸形状を反転させて金型中子を製造する。これにより、フォトレジストの塗布および現像をそれぞれ１工程で行える。
【選択図】図２

Description

本発明は、採液流路を有するプラスチック製の医療用デバイス（例えば、穿刺用針）の成形に用いるための金型中子およびその製造方法に関するものである。

この種の穿刺用針としては、従来、金属製のものが多用されている（例えば、特許文献１参照）。ところが、金属製の穿刺用針だと、針の形状に制約が生じるため、穿刺時の痛みを十分には軽減できないばかりか、大量消費されるため、その廃棄方法が社会問題になっている。

そこで、こうした問題に対処すべく、プラスチック製の穿刺用針が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７−３８０２１号公報 特開２００２−１７２１６９号公報

しかしながら、穿刺時の痛みを軽減するには、単に穿刺部の直径を細くするのみならず、微細で複雑な形状（蚊の口吻に似せた形状）に仕上げる必要がある。こうした微細で複雑な形状をプラスチック成形するための金型中子は、従来の機械加工では製造することができないという不都合があった。

このような不都合を解消するため、フォトリソグラフィによって金型中子を製造することが考えられるが、これでは、次のような３つの課題があった。

第１に、穿刺用針の針本体および採液流路を精度よく形成しようとすると、金型中子の製造工程が煩雑になる。すなわち、まず、針本体および採液流路の位置を示すアライメントマークをガラス基板に作成するため、フォトレジストの塗布・露光・現像を行う。次いで、採液流路に対応する部位をガラス基板に形成するため、フォトレジストの塗布・露光・現像を行う。さらに、針本体に対応する部位をガラス基板に形成するため、フォトレジストの塗布・露光・現像を行う。このように、同じ工程（フォトレジストの塗布・露光・現像）を３回も繰り返して行うため、金型中子の製造工程が煩雑になる。

第２に、上述したとおり、金型中子の製造工程が煩雑になるため、金型中子に形状欠陥が生じやすくなる。

第３に、採液流路の形状が複雑になると、フォトレジストを現像するときに、採液流路に対応する部位の近傍に現像残りが発生するため、採液流路を精度よく形成することが困難となる。

本発明は、このような事情に鑑み、微細で複雑な形状の金型中子をフォトリソグラフィによって精度よく簡易に製造することが可能な金型中子製造方法および金型中子を提供することを目的とする。

本発明に係る第１の金型中子製造方法は、デバイス本体（２１）に採液流路（２５）が形成されたプラスチック製の医療用デバイス（２０）の成形に用いるための金型中子（７）の製造方法であって、基板（１）上にフォトレジスト（２）を塗布するレジスト塗布工程と、前記レジスト塗布工程で塗布された前記フォトレジストに対して、前記デバイス本体に対応する部位を形成するための第１レチクルを用いて露光する第１露光工程と、前記採液流路に対応する部位を形成するための第２レチクルを用いて露光する第２露光工程とを別個に行うレジスト露光工程と、前記レジスト露光工程で露光された前記フォトレジストを現像することにより、前記デバイス本体および前記採液流路に対応する部位が形成されたレジスト凸型（４）を形成する凸型形成工程と、前記凸型形成工程で形成された前記レジスト凸型の凸形状を反転させて凹型（８）を形成する凹型形成工程と、前記凹型形成工程で形成された前記凹型の凹形状を反転させて転写型（５）を形成する転写型形成工程と、前記転写型形成工程で形成された前記転写型の凸形状を反転させて前記金型中子を製造する中子製造工程とを含む金型中子製造方法としたことを特徴とする。

本発明に係る金型中子（７）は、上記金型中子製造方法によって製造された金型中子としたことを特徴とする。

なお、ここでは、本発明をわかりやすく説明するため、実施の形態を表す図面の符号に対応づけて説明したが、本発明が実施の形態に限定されるものでないことは言及するまでもない。

本発明によれば、微細で複雑な形状の金型中子をフォトリソグラフィによって製造する際に、フォトレジストの塗布および現像をそれぞれ１工程で行うことができるため、金型中子の製造工程が簡易になる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］

図１乃至図７は、本発明の実施の形態１に係る図である。

この実施の形態１に係るプラスチック製の穿刺用針（医療用デバイス）２０は、図６に示すように、扇形平板状の針本体（デバイス本体）２１を有しており、針本体２１の先端部には、台形断面棒状の穿刺部２２が形成されている。また、針本体２１には、図６および図７に示すように、穿刺部２２の先端に尖頭形状部２４が形成されているとともに、穿刺部２２の左右の傾斜側面にそれぞれ凹凸表面部２３、２３が形成されている。さらに、針本体２１の表面には血液収容部２６が凹設されている。また、針本体２１の穿刺部２２の表面には、２本の採液流路２５、２５が互いに平行に形成されており、採液流路２５、２５の一端は尖頭形状部２４に達しているとともに、採液流路２５、２５の他端は血液収容部２６に連通している。

以上のような構成を有する穿刺用針２０を射出成形する際には、それに先立ち、フォトリソグラフィにより、下記の手順で金型中子を製造する。

まず、レジスト塗布工程で、図１に示すように、ガラス基板（基板）１上にポジ型のフォトレジスト２を所定の厚さＴ１（例えば、Ｔ１＝１２０μｍ）だけ塗布する。このとき、フォトレジスト２の厚さＴ１は、穿刺用針２０の針本体２１の高さに一致させる。フォトレジスト２の塗布回数は、特に限定されるわけではなく、例えば３回塗布でも構わない。

こうしてガラス基板１上にフォトレジスト２が塗布されたところで、レジスト露光工程に移行し、露光装置（例えば、株式会社ニコン製のｇ線ステッパーNSR-G8型）により、フォトレジスト２に対して、第１露光工程を所定の露光時間（例えば、２０秒）だけ行った後、第２露光工程を所定の露光時間（例えば、４秒）だけ行う。ここで、第１露光工程は、穿刺用針２０の針本体２１に対応する部位を形成するため、第１レチクルとしてグレースケールマスク（図示せず）を用いて露光する工程である。また、第２露光工程は、穿刺用針２０の２本の採液流路２５、２５に対応する部位を形成するため、第２レチクルとしてバイナリーマスク（図示せず）を用いて露光する工程である。

こうしてフォトレジスト２に対して第１露光工程および第２露光工程が行われたところで、凸型形成工程に移行し、有機系現像液を用いて所定の現像時間（例えば、２０分間）だけフォトレジスト２を現像する。すると、ガラス基板１上に、図２に示すように、穿刺用針２０の針本体２１および採液流路２５、２５に対応する部位が形成されたレジスト凸型４が形成される。

こうしてガラス基板１上にレジスト凸型４が形成されたところで、凹型形成工程に移行し、このレジスト凸型４の凸形状を反転させて、図３に示すように、第１白板ガラス１３上に凹型８を形成する。

それには、図３（ａ）に示すように、レジスト凸型４が形成されたガラス基板１上に液状の第１紫外線硬化型樹脂１１を滴下し、その上に第１白板ガラス１３を載置して等分布荷重をかけることにより、第１紫外線硬化型樹脂１１を均一に伸ばす。この状態で、水銀ランプ（図示せず）を用いて第１紫外線硬化型樹脂１１に紫外線を照射して、第１紫外線硬化型樹脂１１を硬化させる。その後、レジスト剥離液を用いて、図３（ｂ）に示すように、ガラス基板１から第１白板ガラス１３を剥離する。すると、第１白板ガラス１３上に第１紫外線硬化型樹脂１１製の凹型８が形成される。

こうして第１白板ガラス１３上に凹型８が形成されたところで、転写型形成工程に移行し、この凹型８の凹形状を反転させて、図４に示すように、転写型５を形成する。

それには、図４（ａ）に示すように、凹型８を上下反転させた後、この凹型８上に液状の第２紫外線硬化型樹脂１２を滴下し、その上に第２白板ガラス１４を載置して等分布荷重をかけることにより、第２紫外線硬化型樹脂１２を均一に伸ばす。この状態で、水銀ランプ（図示せず）を用いて第２紫外線硬化型樹脂１２に紫外線を照射して、第２紫外線硬化型樹脂１２を硬化させる。その後、図４（ｂ）に示すように、第１白板ガラス１３から第２白板ガラス１４を剥離する。すると、第２白板ガラス１４上に第２紫外線硬化型樹脂１２製の転写型５が形成される。

こうして第２白板ガラス１４上に転写型５が形成されたところで、中子製造工程に移行し、この転写型５の凸形状を反転させて、図５に示すように、ニッケル電鋳で金型中子７を製造する。それには、第２白板ガラス１４上の転写型５に対して、電鋳の電極となるニッケル膜をスパッタにより成膜した後、図５（ａ）に示すように、転写型５をニッケル電鋳浴に浸漬して所定の厚さＴ２（例えば、Ｔ２＝２ｍｍ程度）のニッケル電鋳塊９を製造する。その後、図５（ｂ）に示すように、転写型５からニッケル電鋳塊９を分離し、このニッケル電鋳塊９を金型（モールドベース）に組み込めるようにするため、ニッケル電鋳塊９の外周および裏面に所定の加工を施す。すると、金型中子７が完成する。

ここで、金型中子７の製造作業が終了する。こうして製造された金型中子７を金型に組み込むことにより、所定の立体形状をもつキャビティが形成される。

以上のように、この実施の形態１では、金型中子７をフォトリソグラフィによって製造する際に、フォトレジスト２の塗布および現像をそれぞれ１工程で行うことができる。そのため、金型中子７の製造工程が簡易になる。

また、金型中子７の製造工程が簡易になるため、金型中子７に形状欠陥が生じにくくなる。

さらに、採液流路２５、２５の形状が複雑になっても、フォトレジスト２を現像するときに、採液流路２５、２５に対応する部位の近傍に現像残りが発生しないため、採液流路２５、２５を精度よく形成することが容易となる。

しかも、一般に、ポジ型のフォトレジスト２は非露光部位（露光されていない部位）も現像で多少は溶解する性質があるところ、この実施の形態１では、現像が１回で済むため、フォトレジスト２の非露光部位の溶解を最小限にとどめて、レジスト凸型４、ひいては金型中子７を高精度に形成することが可能となる。
［発明の実施の形態２］

図８は、本発明の実施の形態２に係る図である。

この実施の形態２では、上述した実施の形態１とほぼ同様な手順で金型中子７を製造する。ただし、レジスト露光工程において、フォトレジスト２に対して、第１露光工程および第２露光工程を行った後、第３レチクルとしてバイナリーマスク（図示せず）を用いて露光する第３露光工程を所定の露光時間（例えば、２４秒）だけ行うことにより、図８に示すように、凸型形成工程において、レジスト凸型４の先端（穿刺用針２０の尖頭形状部２４の先端に対応する部位）の周縁部を垂直に形成して立ち上がり面４ａを形成する。このとき、レジスト凸型４の立ち上がり面４ａの面積は、穿刺用針２０による穿刺時の痛みが増大しない程度の大きさとする。

こうすることにより、レジスト凸型４と同様に、金型中子７もその先端が垂直に形成されるため、金型中子７を用いて穿刺用針２０を射出成形する際に、成型品となる穿刺用針２０の尖頭形状部２４の先端にバリが発生する事態を未然に防止することができる。
［発明のその他の実施の形態］

なお、上述した実施の形態１では、レジスト露光工程において、フォトレジスト２に対して、第１露光工程を行った後、第２露光工程を行う場合について説明したが、露光順序を逆転して、第２露光工程を行った後、第１露光工程を行うようにしても構わない。

また、上述した実施の形態２では、レジスト露光工程において、フォトレジスト２に対して、第１露光工程および第２露光工程を行った後、第３露光工程を行う場合について説明したが、これら第１露光工程、第２露光工程、第３露光工程の順序は問わない。例えば、第１露光工程、第３露光工程、第２露光工程の順序で行ってもよい。また、第３露光工程、第２露光工程、第１露光工程の順序で行うこともできる。

さらに、上述した実施の形態２では、レジスト露光工程において、フォトレジスト２に対して第１露光工程、第２露光工程および第３露光工程を行った後、凸型形成工程において、フォトレジスト２を１回だけ現像する場合について説明した。しかし、フォトレジスト２に対して、第１露光工程および第２露光工程を行い、現像を行った後、レジスト凸型４の実際の仕上がり具合を視認した上で、必要に応じて、第３露光工程を行い、再び現像を行うようにしても構わない。

また、上述した実施の形態２では、穿刺用針２０の尖頭形状部２４の先端にバリが発生しないように、レジスト凸型４の該当部位の周縁部を垂直に形成する場合について説明したが、穿刺用針２０の他の部位（例えば、穿刺部２２の左右の傾斜側面など）にバリが発生しないように、レジスト凸型４の該当部位の周縁部を垂直に形成するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１、２では、射出成形用の金型中子７について説明したが、射出成形以外のプラスチック成形（例えば、押し出し成形、ブロー成形、圧縮成形、真空成形など）に用いられる金型中子７に本発明を同様に適用することも可能である。

また、上述した実施の形態１、２では、２本の採液流路２５、２５を有する穿刺用針２０について説明したが、採液流路２５の本数は、１本以上であれば何本でも構わない。

また、上述した実施の形態１、２では、穿刺用針２０について説明したが、穿刺用針２０以外の医療用デバイスを製造する際に本発明を同様に適用することも可能である。

また、上述した実施の形態１、２では、基板としてガラス基板１を用いる場合について説明したが、ガラス基板１以外の基板（例えば、シリコン基板などの平面精度の良好な基板）を代用することもできる。

本発明は、血糖値測定に用いられるプラスチック製の穿刺用針を射出成形する際に適用することができる。

本発明の実施の形態１に係る金型中子製造方法のレジスト塗布工程を示す断面図である。 同実施の形態１に係る金型中子製造方法の凸型形成工程を示す図であって、（ａ）はレジスト凸型の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図である。 同実施の形態１に係る金型中子製造方法の凹型形成工程を示す断面図であって、（ａ）はレジスト凸型に紫外線硬化型樹脂が滴下されて加圧された状態図、（ｂ）は凹型が形成された状態図である。 同実施の形態１に係る金型中子製造方法の転写型形成工程を示す断面図であって、（ａ）は凹型上に第２紫外線硬化型樹脂が滴下されて加圧された状態図、（ｂ）は転写型が形成された状態図である。 同実施の形態１に係る金型中子製造方法の中子製造工程を示す断面図であって、（ａ）は転写型がニッケル電鋳浴に浸漬された状態図、（ｂ）は転写型からニッケル電鋳塊が分離された状態図である。 穿刺用針の斜視図である。 図６に示す穿刺用針の先端近傍を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る金型中子製造方法の凸型形成工程を示す図であって、（ａ）はレジスト凸型の平面図、（ｂ）はレジスト凸型の正面図である。

符号の説明

１……ガラス基板（基板）
２……フォトレジスト
４……レジスト凸型
４ａ……立ち上がり面
５……転写型
７……金型中子
８……凹型
９……ニッケル電鋳塊
１１……第１紫外線硬化型樹脂
１２……第２紫外線硬化型樹脂
１３……第１白板ガラス
１４……第２白板ガラス
２０……穿刺用針（医療用デバイス）
２１……針本体（デバイス本体）
２２……穿刺部
２３……凹凸表面部
２４……尖頭形状部
２５……採液流路
２６……血液収容部
Ｔ１……フォトレジストの厚さ
Ｔ２……ニッケル電鋳塊の厚さ

Claims (7)

1. デバイス本体に採液流路が形成されたプラスチック製の医療用デバイスの成形に用いるための金型中子の製造方法であって、
   基板上にフォトレジストを塗布するレジスト塗布工程と、
   前記レジスト塗布工程で塗布された前記フォトレジストに対して、前記デバイス本体に対応する部位を形成するための第１レチクルを用いて露光する第１露光工程と、前記採液流路に対応する部位を形成するための第２レチクルを用いて露光する第２露光工程とを別個に行うレジスト露光工程と、
   前記レジスト露光工程で露光された前記フォトレジストを現像することにより、前記デバイス本体および前記採液流路に対応する部位が形成されたレジスト凸型を形成する凸型形成工程と、
   前記凸型形成工程で形成された前記レジスト凸型の凸形状を反転させて凹型を形成する凹型形成工程と、
   前記凹型形成工程で形成された前記凹型の凹形状を反転させて転写型を形成する転写型形成工程と、
   前記転写型形成工程で形成された前記転写型の凸形状を反転させて前記金型中子を製造する中子製造工程と
   を含むことを特徴とする金型中子製造方法。
2. 前記レジスト露光工程の第１露光工程においてグレースケールマスクを第１レチクルとして用いることにより、前記凸型形成工程において前記フォトレジストの前記デバイス本体の斜面に対応する部位を形成することを特徴とする請求項１に記載の金型中子製造方法。
3. 前記レジスト露光工程において、前記フォトレジストに対して、第３レチクルとしてバイナリーマスクを用いて露光する第３露光工程を行うことにより、前記凸型形成工程において、前記フォトレジストの前記デバイス本体に対応する部位の周縁部を形成することを特徴とする請求項２に記載の金型中子製造方法。
4. 前記凸型の材料は、紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の金型中子製造方法。
5. 前記凹型の材料は、紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の金型中子製造方法。
6. 前記中子製造工程において、
   前記金型中子をニッケル電鋳で製造することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の金型中子製造方法。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の金型中子製造方法によって製造されたことを特徴とする金型中子。

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