JP2019041872A - 内視鏡用接着剤、硬化物、内視鏡および内視鏡の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1には、内視鏡またはカテーテルの可撓管を構成する管本体を被う編組の編み目に充填されて、管本体と編組との接着にエポキシ系接着剤を用いることが記載されている。この接着剤可撓管は、許容湾曲度が大きく、管本体単独ならば扁平に潰れて折れてしまうほどの湾曲度まで曲げても、元の断面形状を略維持することができるとされる。特許文献2には、エポキシ系樹脂化合物と、カプセル化されたチオール硬化剤とを含む接着剤の製造方法が記載されている。この接着剤は、ポットライフが長いとされる。
また、内視鏡用接着剤は、内視鏡を構成する微少部材に塗布ないし注入される。この作業(工程)には、一定の時間を要する。そのため、内視鏡用接着剤は、一定程度の時間、上記作業を可能にするように流動性を保つ必要がある。すなわち、十分なポットライフが要求される。つまり、内視鏡用接着剤には、所望のポットライフを有しながら、塗布ないし注入作業後、低温で迅速に硬化する性質が求められる。
<1>
主剤と硬化剤とを有する2液型の内視鏡用接着剤であって、
上記主剤が、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂およびフェノールノボラック型エポキシ樹脂のうちの少なくとも1種のエポキシ樹脂(A)を含み、
上記硬化剤が、ポリチオール化合物(B)と硬化を促進する化合物(C)とを含み、上記ポリチオール化合物(B)が、下記一般式(1)で表される部分構造を少なくとも2つ、または、下記一般式(2)で表される部分構造を少なくとも2つ有する化合物である、内視鏡用接着剤。
一般式(2)中、R6〜R10のうちの1つはスルファニル基を示し、他は各々独立して水素原子、炭素数1〜10のアルキル基または炭素数6〜14のアリール基を示し、nは0〜2の整数を示す。nが2のとき、2つのR6および2つのR10はそれぞれ互いに同じでもよく、異なってもよい。*はポリチオール化合物(B)中における結合部を示す。
上記ポリチオール化合物(B)が、下記一般式(3)で表される部分構造を少なくとも2つ有するポリチオール化合物である、<1>に記載の内視鏡用接着剤。
上記一般式(3)において、R11および/またはR12が炭素数1〜10のアルキル基を示す、<2>に記載の内視鏡用接着剤。
<4>
上記ポリチオール化合物(B)が、1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタン、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチラート)、1,3,5−トリス(3−メルカプトブチルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトブチラート)、エチレングリコールビス(3−メルカプトプロピオナート)、テトラエチレングリコールビス(3−メルカプトプロピオナート)、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオナート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオナート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−メルカプトプロピオナート)およびトリス[(3−メルカプトプロピオニルオキシ)エチル]イソシアヌレートのうちの少なくとも1種である、<1>または<2>に記載の内視鏡用接着剤。
上記ポリチオール化合物(B)が、1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタン、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチラート)、1,3,5−トリス(3−メルカプトブチルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンおよびトリメチロールプロパントリス(3−メルカプトブチラート)のうちの少なくとも1種である、<1>〜<4>のいずれか1つに記載の内視鏡用接着剤。
<6>
上記エポキシ樹脂(A)100質量部に対して、上記ポリチオール化合物(B)を10〜120質量部、上記硬化を促進する化合物(C)を0.1〜10質量部混合して用いる、<1>〜<5>いずれか1つに記載の内視鏡用接着剤。
<1>〜<6>のいずれか1つに記載の内視鏡用接着剤を硬化させてなる硬化物。
<8>
<7>に記載の硬化物により、樹脂部材、金属部材および/またはガラス部材が固定された内視鏡。
<9>
<1>〜<6>のいずれか1つに記載の内視鏡用接着剤を用いて、樹脂部材、金属部材および/またはガラス部材を固定することを含む、内視鏡の製造方法。
本発明の内視鏡用接着剤は、主剤と硬化剤とを別々に含む(主剤を含む製剤と硬化剤を含む製剤とで構成される)2液型の接着剤である。
主剤は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂及びフェノールノボラック型エポキシ樹脂のうちの少なくとも1種のエポキシ樹脂(A)を含む。硬化剤は硬化成分(エポキシ樹脂に作用して硬化させる成分ないしこの硬化を促進させる成分)として、ポリチオール化合物(B)と硬化を促進する化合物(C)とを含む。
また、本発明の内視鏡用接着剤は、内視鏡を構成する、樹脂部材(この樹脂部材はゴム部材を含む。)、金属部材および/またはガラス部材を固定するために用いられる。この「固定」は、樹脂部材、金属部材および/またはガラス部材を、内視鏡を構成する支持部材等と接着することにより行われる。なお、支持部材は内視鏡の管壁等又は管壁等に固定された非可動部材であってもよく、チューブのように内視鏡内における相対的な位置が移動しうる部材であってもよい。また、本発明において「固定」との用語は、内視鏡を構成する上記部材と、この部材が組み込まれる支持部材との間の空間を接着剤硬化物で埋めること、すなわち封止することを含む意味に用いる。
以下、「内視鏡用接着剤」を単に「接着剤」と称することもある。また、上記接着剤硬化物により部材と部材との間に形成された固定部ないし封止部を接着部と称することもある。
硬化剤がポリチオール化合物(B)および硬化を促進する化合物(C)を硬化成分として併用することにより、硬化の開始反応がマイルドとなり接着剤のポットライフを確保することできると考えられる。また、硬化を促進する化合物(C)が触媒的にはたらき硬化の成長反応速度を高めることが、接着剤が低温で迅速に硬化する一因と考えられる。また、ポリチオール化合物(B)を用いることで、硬化物の吸水性が低下し、過酢酸水溶液等の薬液の硬化物への染み込みを抑制し硬化物への過酢酸の接触機会を低減することが、薬液による酸化劣化等に対する耐性を向上させていると推定される。
本発明に用いられるエポキシ樹脂(A)は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂及び/又はフェノールノボラック型エポキシ樹脂を含む。各エポキシ樹脂は、単独で用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。
本発明に用いられるチオール化合物(B)は、下記一般式(1)で表される部分構造を少なくとも2つ、または、下記一般式(2)で表される部分構造を少なくとも2つ有する化合物である。本発明に用いられるチオール化合物(B)が、下記一般式(1)で表される部分構造を3〜10つ(好ましくは3〜6つ)、または、下記一般式(2)で表される部分構造を3〜10つ(好ましくは3〜6つ)有する構造は、硬化物の架橋密度が高まり、耐薬品性がより向上する観点から好ましい。一方、本発明に用いられるチオール化合物(B)は、下記一般式(1)で表される部分構造を2つ、または、下記一般式(2)で表される部分構造を2つ有する構造は、比較的柔軟な硬化物が得られるため耐衝撃性を発揮する観点で好ましい。
一般式(2)中、R6〜R10のうちの1つはスルファニル基を示し、他は各々独立して水素原子、炭素数1〜10のアルキル基または炭素数6〜14のアリール基を示し、nは0〜2の整数を示す。nが2のとき、2つのR6は互いに同じでも異なってもよく、2つのR10は互いに同じでも異なってもよい。*はポリチオール化合物(B)中における結合部を示す。
nは0または1が好ましい。
R11およびR12で示される炭素数1〜10のアルキル基は、一般式(1)におけるR1として採り得る上記アルキル基と同義であり、好ましい範囲も同じである。
多官能アルコールの具体例として、アルキレングリコール(アルキレン基の炭素数は2〜10が好ましく、アルキレン基は直鎖でもよく、枝分かれしていてもよい。)、ジエチレングリコール、グリセリン、ジプロピレングリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等が挙げられる。
本発明に用いられる硬化を促進する化合物(C)は、反応活性開始温度が−20〜23℃の低温にあり、エポキシ樹脂(A)の硬化を促進する。
本発明の硬化物は、本発明の接着剤を硬化することにより生じる硬化物である。すなわち、本発明の硬化物は、内視鏡の接着部を構成する部材として用いられる。本発明の接着剤の主剤と硬化剤とを混合した後、例えば、−20〜150℃で10分〜72時間加熱して硬化することにより、本発明の硬化物を得ることができる。上記の主剤と硬化剤との混合は常法で行うことができる。この混合は気泡を除去しながら行うことが好ましく、そのため通常は減圧下で行われる。上記硬化温度が高いと、内視鏡がその製造工程において幾度も高温に曝されることとなるため、硬化温度はできるだけ低くすることが好ましい。この観点から、上記硬化温度は100℃以下が好ましく、80℃以下がより好ましい。また、硬化反応を十分に行わせるために、硬化温度は0℃以上が好ましく、10℃以上がより好ましい。
本発明の内視鏡は、本発明の硬化物を介した、樹脂部材、金属部材またはガラス部材と被固定部材との接着部を有する。
本発明の内視鏡(電子内視鏡)の一例を説明する。電子内視鏡には内視鏡用可撓管が組み込まれており(以下、内視鏡用可撓管を単に「可撓管」と称することもある)、医療用機器として広く用いられる。図1に示した例において、電子内視鏡2は、体腔内に挿入される挿入部3と、挿入部3の基端部分に連設された本体操作部5と、プロセッサ装置や光源装置に接続されるユニバーサルコード6とを備えている。挿入部3は、本体操作部5に連設される可撓管3aと、そこに連設されるアングル部3bと、その先端に連設され、主に金属(例えば、ステンレス)部材で構成された先端部3cとから構成される。この先端部3cには、体腔内撮影用の撮像装置(図示せず)が内蔵されている。挿入部3の大半の長さを占める可撓管3aは、そのほぼ全長にわたって可撓性を有し、特に体腔等の内部に挿入される部位はより可撓性に富む構造となっている。
図1において、本体操作部5から、先端部3cの先端面には、挿入部3の軸線方向に貫通するチャンネル(図示せず)が複数形成されている。
14aが先端側(先端部3c側)であり、14bが基端側(本体操作部5側)である。
可撓管基材14は、最内側に金属帯片11aを螺旋状に巻回することにより形成される螺旋管11に、金属線を編組してなる筒状網体12を被覆してなる。その両端には口金13がそれぞれ嵌合されている。この樹脂層15は接着剤硬化物層17を介して可撓管基材14と接着されている。接着剤硬化物層(接着部)17は図示の便宜のために均一な厚みのある層として図示したが、必ずしもその形態でなくてもよく、不定形に樹脂層15と可撓管基材14との間に介在されていてもよい。むしろ厚みがほとんどなく、樹脂層15と可撓管基材14とが実質的に接した形で接着されていてもよい。
樹脂層15の外面には、耐薬品性のある例えばフッ素等を含有したコート層16をコーティングしている。なお、接着剤硬化物層17、樹脂層15及びコート層16は、層構造を明確に図示するため、可撓管基材14の径に比して厚く描いている。
本発明の内視鏡の製造方法は、本発明の接着剤を用いて、樹脂部材、金属部材および/またはガラス部材を固定することを含む限り特に制限はなく、樹脂部材、金属部材および/またはガラス部材の固定以外の工程については、通常の製造工程を採用して本発明の内視鏡を製造することができる。例えば、本発明の内視鏡の製造方法は、本発明の接着剤の主剤と硬化剤とを減圧下で混合した後、本発明の接着剤を適用か所に注入ないし塗布し、−20〜150℃(好ましくは0〜100℃、より好ましくは10〜80℃)で10分〜72時間(好ましくは30分〜48時間、より好ましくは1〜24時間)加熱する工程を含むことが好ましい。
本発明の接着剤は、内視鏡の挿入部を構成する、樹脂部材、金属部材および/またはガラス部材を、内視鏡を構成する別の部材に固定するために用いられる。すなわち、この固定は、樹脂部材、金属部材および/またはガラス部材を支持部材(樹脂部材、ガラス部材および金属部材等が挙げられる)に接着することにより行われる。本発明の接着剤は、好ましくは、樹脂部材の金属部材への固定、金属部材の樹脂部材への固定、金属部材の他の金属部材への固定、金属部材へのガラス部材の固定、樹脂部材へのガラス部材の固定等に用いられる。
以下、本発明の接着剤の使用形態について具体例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されない。
また、図2における接着剤硬化物層17を形成するために用いることもできる。また、図2における樹脂層15とコート層16の接着に用いることもできる。
また、本発明の接着剤は、先端部3cとアングル部3bとの接着および/または挿入部部3と本体操作部5との接着に用いることができる。具体的には、先端部3cとアングル部3bとを本発明の接着剤を用いて接着する。先端部3cの接着部近傍とアングル部3bの接着部近傍と接着部を糸で巻き締め接着を補強する。上記と同様、その糸を被覆するように接着剤を塗布し、硬化させる。挿入部3と本体操作部5との接着についても同様である。
また、内視鏡の挿入部内に挿通される各種チューブの、先端部3cおよび/または本体操作部5への固定に使用することが好ましい。
また、本発明の接着剤は、先端部3cに内蔵される撮像装置の組立て、部品の接着、固体撮像素子40の封止等の、金属部材および/又はガラス部材の固定に用いることができる。撮像装置は、レンズL1〜L5およびプリズム38等の複数個の光学部品からなる光学系と、この光学系によって結像された光学画像を撮像信号に光電変換するCCD(Charge Coupled Device)等の固体撮像素子40とを有する。本発明の接着剤は、ガラス等の材料からなるレンズL1〜L5およびプリズム38等の光学部品どうしの接着、並びに、レンズL1〜L5および/またはプリズム38と樹脂または金属からなる基板39との接着等に用いることができ、この接着により、ガラス部材を固定することができ、また金属部材を固定することができる。
また、本発明の接着剤は、固体撮像素子40と基板39の接着固定、封止に用いることができる。この接着により、固体撮像素子、基板等を構成する金属部材を固定することができる。
エポキシ樹脂(A−1)(ビスフェノールAジグリシジルエーテル(三菱化学社製「jER825」(商品名)、エポキシ当量170)100質量部を主剤とし、この主剤に硬化成分としてチオール化合物(B−1)(ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチラート)(昭和電工社製、商品名「カレンズMT PE1」)60質量部と化合物(C−1)(2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール(ナカライテスク社製、商品名「ルベアックDMP−30」))2質量部とを混合し、「泡とり練太郎 ARV−310(商品名、シンキー社製)」により、室温下、1.0Paに減圧した状態で、2000rpmで撹拌しながら、3分間脱泡し、内視鏡用接着剤の主剤と硬化剤の混合物を調製した。
上記混合物を、ミニテストプレス(東洋精機社製)により、80℃で12時間硬化させ、縦60mm×横60mm×厚さ2mmのシート状硬化物を得た。
下記表1に記載の組成に変えたこと以外は、実施例1の内視鏡用接着剤と同様にして、実施例2〜21および比較例1〜3の内視鏡用接着剤の主剤と硬化剤の混合物を調製した。
上記調製した混合物を用いて、実施例1のシート状硬化物と同様にして、実施例2〜21および比較例1〜3のシート状硬化物を作製した。
上記で調製した混合物について、示差走査熱量計(DSC)により、0℃と23℃における発熱ピーク(極大)の確認を行い、以下の評価基準に従って低温での硬化性を評価した。結果を表1に示す。A〜Cが本試験の合格である。
−評価基準−
A:4時間以内に発熱ピークを確認した。
B:4時間を超え8時間以内に発熱ピークを確認した。
C:8時間を超え12時間以内に発熱ピークを確認した。
D:12時間以内に発熱ピークが確認されなかった。
[発熱ピークが観察されるまでの時間が短い程、より迅速に硬化することを示す。]
上記で調製した混合物について、示差走査熱量計(DSC)を用いて、23℃における発熱開始時間を求めた。結果を表1に示す。
上記で作製したシート状硬化物を23℃の水中に24時間浸漬した。浸漬後、シート状硬化物を60℃のオーブンに12時間入れることにより乾燥させた。以下の式から吸水率を求めた。
上記で作製したシート状硬化物を、45℃の過酢酸水溶液(富士フイルム社製、商品名:エスサイド)に浸漬させた。40時間毎に新しい過酢酸水溶液に交換しながら、合計で160時間浸漬させた。
浸漬前後のシート状硬化物についてそれぞれ引張試験(JIS K6251(2010)の方法に準拠、ダンベル状試験片)を行い、下記式により各破断伸度を算出した。
−評価基準−
E(Excellent):60%以上
G(Good):30%以上60%未満
P(Poor):30%未満
(B−1)ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチラート)(昭和電工社製、商品名「カレンズMT PE1」)
(B−2)1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタン(昭和電工社製、商品名「カレンズMT BD1」)
(B−3)1,3,5−トリス(3−メルカプトブチリルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン(昭和電工社製、商品名「カレンズMT NR1」)
(B−4)トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトブチラート)(昭和電工社製、商品名「TPMB」)
(B−5)エチレングリコールビス(3−メルカプトプロピオナート)(和光純薬工業社製試薬)
(B−6)テトラエチレングリコールビス(3−メルカプトプロピオナート)(堺化学工業社製、商品名「EGMP−4」)
(B−7)トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオナート)(堺化学工業社製、商品名「TMTP」)
(B−8)ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオナート)(堺化学工業社製、商品名「PEMP」)
(B−9)ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−メルカプトプロピオナート)(堺化学工業社製、商品名「DPMP」)
(B−10)トリス[(3−メルカプトプロピオニルオキシ)エチル]イソシアヌレート(堺化学工業社製、商品名「TEMPIC」)
(C−1)2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール(ナカライテスク社製、商品名「ルベアックDMP−30」)
(C−2)2−エチル−4−メチルイミダゾール(東京化成工業製試薬)
(C−3)テトラフェニルホスホニウムブロマイド(北興化学工業社製、商品名「TPP−PB」)
(D−1)ポリアミドアミン(DIC社製、商品名「ラッカマイドEA−330」)
(D−2)トリエチレンテトラミン(東京化成工業製試薬)
これに対して、実施例1〜21は全ての項目が合格レベルであった。
3 挿入部
3a 可撓管
3b アングル部
3c 先端部
5 本体操作部
6 ユニバーサルコード
11 螺旋管
11a 金属帯片
12 筒状網体
13 口金
14 可撓管基材
14a 先端側
14b 基端側
15 樹脂層
16 コート層
17 接着剤硬化物層
31 照明窓
32 観察窓
33 鉗子口
34 ノズル
35 先端部本体
36 先端キャップ
37 レンズホルダ
38 プリズム
39 基板
40 固体撮像素子
41 接着剤硬化物
42 接着剤硬化物
43 観察ユニット
A 空気層
L1〜L5 レンズ
Claims (9)
- 主剤と硬化剤とを有する2液型の内視鏡用接着剤であって、
前記主剤が、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂およびフェノールノボラック型エポキシ樹脂のうちの少なくとも1種のエポキシ樹脂(A)を含み、
前記硬化剤が、ポリチオール化合物(B)と硬化を促進する化合物(C)とを含み、前記ポリチオール化合物(B)が、下記一般式(1)で表される部分構造を少なくとも2つ、または、下記一般式(2)で表される部分構造を少なくとも2つ有する化合物である、内視鏡用接着剤。
一般式(1)中、R1〜R5のうちの1つはスルファニル基を示し、他は各々独立して水素原子、炭素数1〜10のアルキル基または炭素数6〜14のアリール基を示し、mは0〜2の整数を示す。mが2のとき、2つのR1および2つのR5はそれぞれ互いに同じでもよく、異なってもよい。*はポリチオール化合物(B)中における結合部を示す。
一般式(2)中、R6〜R10のうちの1つはスルファニル基を示し、他は各々独立して水素原子、炭素数1〜10のアルキル基または炭素数6〜14のアリール基を示し、nは0〜2の整数を示す。nが2のとき、2つのR6および2つのR10はそれぞれ互いに同じでもよく、異なってもよい。*はポリチオール化合物(B)中における結合部を示す。 - 前記一般式(3)において、R11および/またはR12が炭素数1〜10のアルキル基を示す、請求項2に記載の内視鏡用接着剤。
- 前記ポリチオール化合物(B)が、1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタン、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチラート)、1,3,5−トリス(3−メルカプトブチルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトブチラート)、エチレングリコールビス(3−メルカプトプロピオナート)、テトラエチレングリコールビス(3−メルカプトプロピオナート)、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオナート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオナート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−メルカプトプロピオナート)およびトリス[(3−メルカプトプロピオニルオキシ)エチル]イソシアヌレートのうちの少なくとも1種である、請求項1または2に記載の内視鏡用接着剤。
- 前記ポリチオール化合物(B)が、1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタン、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチラート)、1,3,5−トリス(3−メルカプトブチルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンおよびトリメチロールプロパントリス(3−メルカプトブチラート)のうちの少なくとも1種である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の内視鏡用接着剤。
- 前記エポキシ樹脂(A)100質量部に対して、前記ポリチオール化合物(B)を10〜120質量部、前記硬化を促進する化合物(C)を0.1〜10質量部混合して用いる、請求項1〜5いずれか1項に記載の内視鏡用接着剤。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の内視鏡用接着剤を硬化させてなる硬化物。
- 請求項7に記載の硬化物により、樹脂部材、金属部材および/またはガラス部材が固定された内視鏡。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の内視鏡用接着剤を用いて、樹脂部材、金属部材および/またはガラス部材を固定することを含む、内視鏡の製造方法。
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