专利名称：预充式注射器用垫片的模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及预充式注 射器用垫片的模具和使用该模具制造的预充式注射器用垫片。
背景技术：
近来，作为已经充有药物的注射器的预充式注射器，由于其良好的使用者友好性并考虑到防止发生医疗事故如药物混淆，所以其使用日益广泛(专利文献I)。预充式注射器的与注射针连接的前端部分由喷嘴帽密封。注射前，从前端部分除去喷嘴帽并连接注射针。然后，通过将柱塞杆推向前端部分而滑动垫片，使得将药物推出。对于这种预充式注射器，广泛使用硅酮润滑剂。然而，由于硅酮润滑剂导致生物医药等失活，因此它们不能用于旨在用于生物医药等的那些预充式注射器。因此，近来，为了保证药物的稳定性，已广泛使用层压有氟树脂膜的垫片。由于垫片的气密性和液体密封性对药物的质量和稳定性有影响，所以要求垫片具有高水平的这些重要的性质。然而，在与玻璃或树脂注射器一同使用时，与常规的未层压有氟树脂膜的垫片相比，层压有氟树脂膜的垫片表现出较差的气密性和液体密封性，这会造成问题。特别是，通过使用常规模具来将聚四氟乙烯切片膜层压模制而制造的垫片在蒸汽灭菌后泄漏液体。即使在将这种垫片设计为具有提供更宽的密封宽度的环状突起以提高其密封性能的情况下，气密性和液体密封性也未得以改善。此外，在增加环状肋直径以提高压缩率的方法中，可能会出现一些问题，如垫片难以设置在注射器中、以及在垫片的环状密封部分周围的堆叠膜上皱褶。还有一个问题是活塞滑动的阻力高。因此，这种方法不能提供有效的解决方案。专利文件I JP 2005-185747A
发明内容
本发明的一个目的是提供一种预充式注射器用垫片和用于形成该垫片的模具，该垫片克服了上述问题并具有优异的气密性和液体密封性。本发明涉及一种层压有非活性膜的预充式注射器用垫片的模具，其中，至少所述模具的形成所述垫片的环状突起的密封滑动表面的表面被镜面磨削为具有小于O. 03 μ m的算术平均粗糙度Ra。关于预充式注射器用垫片的模具，镜面磨削优选是使用氧化铝或金刚石制成的研磨剂的镜面抛光。预充式注射器用垫片的模具优选由不锈钢模具材料或镀层厚度不超过15μπι的镀覆不锈钢模具材料制成。关于预充式注射器用垫片的模具，非活性膜优选为通过切片、充气吹胀或挤出形成的聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物或超高分子量聚乙烯的厚度为20至200 μ m的膜。本发明还涉及层压有非活性膜的预充式注射器用垫片，该垫片通过使用所述模具在155°C至200°C模制来制造。在本发明的用于层压有非活性膜的预充式注射器用垫片的模具中，至少模具的形成所述垫片的环状突起的密封滑动表面的表面被镜面磨削为具有小于O. 03 μ m的算术平均粗糙度(Ra)。使用这种模具能够制造包括有层压于其上并调节为具有小的表面粗糙度的非活性膜的模制产品。因此，本发明提供了具有优异的气密性和液体密封性的垫片。
图1A、1B、1C为示意性示出垫片的制造方法的横截面图和所获得的垫片的整体图。
具体实施方式
在本发明的层压有非活性膜的预充式注射器用垫片的模具中，至少模具的形成所述垫片的环状突起的密封滑动表面的表面被镜面磨削为具有小于O. 03 μ m的算术平均粗糙度(Ra)。在本申请中，算术平均粗糙度(Ra)由O. 08mm的截止值(cutoff value)确定。在层压有非活性膜的垫片或喷嘴帽的制造中，即使将算术表面粗糙度Ra不超过O. 05 μ m(这是常规建议的)的PTFE膜在低于PTFE的熔点330°C的温度(如170°C )下层压模制，模具表面上的细小的不规则痕迹也可被转印到堆叠膜的表面上，这可对产品的密封性能造成不利影响并导致液体泄漏而造成问题。这里，由于切削而在模具上形成细小痕迹的可能的原因如下。在模具切削工艺中，由于设备与工具和模具之间的振动、并根据切削工具刃的锐度、模具材料的性质和切削条件，在加工产品的部分表面区域形成表面粗糙，如圆形的工具痕迹或橘皮表面，这导致表面粗糙度劣化，因此丧失光滑性。一般地，抛光/打磨工艺在切削工艺之后进行。尽管如此，在常规模具的表面上仍残留微小的不规则工具痕迹。在使用这种模具形成层压橡胶部件的情况下，即使层压的膜是光滑的，如Ra不超过O. 05 μ m,其粗糙表面也对所得到的橡胶产品的密封性能产生不利影响。相反，即使层压的切片膜的Ra在O. 05 μ m以上，因为模具已被镜面磨削以调节模具表面的Ra，所以本发明能够制造具有优异的密封性能的层压垫片。以下，借助实施方案详细描述本发明，但本发明并仅不限于这些实施方案。图IA至IC为示意性示出使用本发明的预充式注射器用垫片的模具I来制造层压垫片的方法的横截面图和所获得的垫片的整体图。模具I由阴模构件(下部构件)11和阳模构件(上部构件)12构成，并且阳模构件12提供为相对于阴模构件11可沿图I的上下方向移动。阴模构件11和阳模构件12可通过与这些构件分别相连的加热器(未示出)来加热。加热器的热源的例子包括电加热器、蒸汽和油。由阴模构件11和阳模构件12构成的模具I的材料没有特别限制，并且可以是常规的模具材料。其优选的例子包括碳素钢和沉淀不锈钢。模具I可以通过切削法制造，例如包括使用硬质合金工具、涂覆硬质合金工具、CBN烧结工具等进行切削过程以及随后的抛光和镜面抛光过程的方法。阴模构件11中设置有从周边向内延伸的凹部111。凹部111形成为与所需的垫片形状对应。
阴模构件11的凹部111中设置有环状突起形成部113，其形成为与所需垫片的环状突起的形状对应。在各环状突起形成部113中，模具的形成对应的环状突起的密封滑动表面的表面(滑动表面形成部)被镜面磨削为具有小于O. 03 μ m的算术平均粗糙度Ra，该算术平均粗糙度Ra以O. 08 mm的截止值确定。凹部111可以例如通过包括用于使用硬质合金成形工具形成垫片的腔部的切削工艺和用于形成环状突起的底切工艺的方法形成。另一种方法是放电加工。如果切削工艺通过高速切削方法进行，则其中上述硬质合金工具、涂覆硬质合金工具、cBN烧结工具等的切削刃以高于常用方法的速度(例如，高于IOOOOOrpm)旋转，由此可以减小由切削刃产生的刻痕的深度，使得在切削工艺后进行的镜面抛光所需的工时减少。或者，可以使用电铸。电铸是包括对通常的切削工艺中视为底切部因而不能用肉眼看到的部分进行抛光的方法。就工作效率而言，电铸是优异的，这是因为抛光是在腔部模块(cavity block)的母模的制造期间进行的，即,抛光是在其对应于制造的垫片的密封部·分的暴露的突起上进行的，所以可以容易地观察抛光状态。首先，由黄铜、铝合金等制造对应于产品的模具模块的母模。此时对母模进行抛光。然后，对母模施加硬铬镀层并进一步向其中添加镍钴合金。然后，对母模周围的添加部分进行切削以限定模块的外部尺寸。通过熔化除去母模，使得准备腔部模块。用于环状突起形成部113的镜面抛光而不使用研磨剂的抛光方法的例子包括使用高输出的超声波抛光机的抛光、用于选择性地熔化模具表面微细突出的表面粗糙的电解抛光、以及其中使用加工溶液将表面粗糙熔融以使表面光滑的化学抛光。电解抛光的合适的例子包括文献“Aluminum handbook(招手册)”(第6版，由日本铝业协会出版，2001年)第164-165页中描述的各种方法、美国专利2708655中所描述的方法和文献“Practical Surface Technology (实用表面技术)”第33卷第3期(1986年)第32-38页中描述的方法。化学抛光的合适的例子包括文献“铝手册”(第6版，由日本铝业协会出版，2001年)第164-165页中描述的各种方法。化学抛光的其他合适的例子包括磷酸-硝酸法、Alupol I 法和 Alupol V 法、Alcoa R5 法、H3PO4-CH3COOH-Cu 法和 H3P04-HN03-CH3C00H 法。或者，涉及使用研磨剂的抛光方法的例子包括手工抛光和机械抛光，合适的抛光方法根据模具的特定材料和淬火状态来选择。在这些方法中，镜面抛光在干式或湿式打磨之后进行。用于去除由于使用工具刃切削而造成的工具痕迹的镜面抛光或超镜面抛光可以通过使用旋转擦光轮或研磨石或手工对工件抛光来进行。作为抛光工具，可以使用软木以及由毛毡、合成纤维或丙烯腈纤维等制成的抛光轮，并且对这些抛光轮施加研磨剂颗粒。在镜面抛光工艺中，抛光工具按顺序从硬质变为软质，并从较粗糊料变为较细糊料。用于对模具进行抛光和镜面磨削的研磨剂的例子包括金刚石、氧化铝、碳化硅、立方氮化硼、碳化硼、氧化锆、氧化锰或胶体二氧化硅等的研磨剂颗粒。氧化铝的例子包括刚玉研磨剂如白刚玉、棕刚玉、氧化铝-氧化锆、单晶刚玉和烧结氧化铝。研磨剂颗粒的优选例子包括粒度#600至#15000(更优选不小于#8000)的那些，这些颗粒可以以微细颗粒或糊料形式使用。具体地，通过以下步骤进行抛光使用植物油制造含有由金刚石、氧化铝、碳化娃等制成的研磨剂的研磨剂颗粒糊料；并将这些研磨剂颗粒施加至软木(如柳木或轻木(balsa))或抛光轮，这些研磨剂按顺序从较粗颗粒变为较细颗粒。可以使用另一替代方法，其中，以与在普通工具刃加工中相同的方式将金刚石打磨工具压靠已进行切削工艺的模具的表面，由此，使突出的表面粗糙变光滑而不产生切屑以降低表面粗糙度，使得直径的尺寸变化抑制到不超过O. 01毫米。可以对模具进行镀覆以提高其模制时的耐污性并减少清洗模具的次数。镀层厚度优选不超过15 μ m，更优选不超过10 μ m。厚度超过15 μ m可造成环状突起直径、谷部直径和螺纹直径的尺寸精度问题。由于滑动表面形成部被镜面磨削，所以模具的该部分具有算术平均粗糙度Ra小于O. 03 μ m的光滑表面，该算术平均粗糙度Ra以O. 08mm的截止值确定。Ra优选不超过
O.02 μ m,更优选不超过O. 015 μ m。在本发明中，至少滑动表面形成部被镜面磨削以调节Ra 不超过特定的值，并且也可以调节凹部111中其他表面部分的Ra。此外，也可以对模具的整个表面进行镜面磨削以调节Ra。优选的是，滑动表面形成部的整个侧面被镜面磨削。这是因为在模制后将产品从模具中脱模时，由于该产品被强行通过腔部的谷部脱掉，而谷部的直径较窄，所以环状突起的表面可能受损。在本发明中，算术平均粗糙度(Ra)是根据JIS B0601-2001测量的。另一方面，阳模构件12的底表面具有用于形成垫片的装配孔的凸部114。虽然图中没有示出，但该凸部是有螺纹的以允许装配柱塞杆。在模制加工中，在模制垫片之前对模具I进行预热。预热温度优选155°C至200°C。然后，将非活性膜115置于阴模构件11的上表面上，非活性膜115上堆叠有由垫片主体材料制造的混合板116 (未硫化的橡胶板)。在这种情况下，阳模构件(芯部)可置于阴模构件(腔部)下，然后可在阳模构件(芯部)上放置其上堆叠有所述膜的未硫化的橡胶板。对非活性膜115的树脂材料没有特别限制，但优选烯烃树脂和/或选自四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)和聚四氟氯乙烯(PCTFE)中的至少一种氟树月旨，这是因为它们提供良好的化学耐受性。然而，医疗容器通过蒸汽、环氧乙烷气体或伽玛射线辐射灭菌，但PTFE耐伽玛射线辐射性较低。因此,特别优选具有很高的耐伽玛射线辐射性的 ETFEdj^i ETFE 和 PCTFE。本申请中，“ETFE”是指乙烯和四氟乙烯以30/70至70/30的摩尔比形成的共聚物，“改性ETFT”是指这些组分和用于改性的其他组分(一种或多种)形成的共聚物。其他组分的例子包括氟烯烃和烃烯烃。其具体例子包括α-烯烃，如丙烯、丁烯；氟烯烃，如六氟丙烯、偏二氟乙烯、全氟丁基乙烯和三氟氯乙烯；乙烯基醚，如乙基乙烯基醚、全氟甲基乙烯基醚和全氟丙基乙烯基醚；以及氟代丙烯酸酯。这些组分以2至10摩尔％的比例用作共聚单体以对ETFE进行改性。改性ETFE的合适的例子包括具有赋予粘附性的官能团的ETFE。这种官能团的例子包括羧基、羧酸酐基、环氧基、羟基、异氰酸酯基、酯基、酰胺基、醛基、氨基、氰基、碳-碳双键、磺酸基和醚基。这种改性ETFE的商品例子包括来自旭硝子株式会社的FluonΑΗ-2000 和 AFLEX。烯烃树脂的例子包括聚乙烯树脂，如聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-非共轭二烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-乙烯基醇共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物和氯化聚乙烯；聚丙烯树月旨，如聚丙烯、丙烯-乙烯无规共聚物、丙烯-乙烯嵌段共聚物和氯化聚丙烯；聚丁烯 ’聚异丁烯；聚甲基戊烯；以及环烯烃的共聚物。其中，优选聚乙烯(尤其是超高分子量聚乙烯(UHMWPE))。烯烃树脂可以含有氟。非活性膜115的厚度可基于所需垫片的形状和大小而适当地确定，优选为50至200 μ m。由于模具的表面粗糙度小于O. 03 μ m，所以即使非活性膜115为算术平均粗糙度Ra为O. 01至O. 03 μ m的充气吹胀膜、流延膜或挤出膜、或算术平均粗糙度Ra为O. 10 μ m的切片膜，所得的层压垫片也具有优异的液体密封性和气密性。对非活性膜的Ra的下限没有特别限制。优选对非活性膜115进行用于提高对橡胶等的粘附性的处理。用于提高对橡胶等 的粘附性的处理的例子包括化学处理、用于使膜表面粗糙化的处理以及它们的组合，其具体例子包括钠处理、辉光放电处理、在大气压力或真空下的等离子体处理(放电处理)、准分子激光处理(放电处理)、以及离子束处理。用于形成垫片主体(垫片芯部)的混合板116由弹性材料制成。对用于垫片主体的弹性材料没有特别限制，其例子包括各种橡胶材料，如天然橡胶、丁基橡胶、异戊橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、硅橡胶、氯醇橡胶、乙丙橡胶和丁腈橡胶；以及各种热塑性弹性体，如聚氨酯弹性体、聚酯弹性体、聚酰胺弹性体、烯烃弹性体和苯乙烯弹性体。可以单独使用这些弹性材料中的任一种，或可以将两种或更多种这些弹性材料共混。其中，优选通过硫化而具有弹性的材料。在使用这种将进行硫化的材料的情况下，可以任选地添加橡胶工业中已知的添加剂，如硫化剂(如硫)和硫化促进剂。混合板116通过以下制造使用捏合机(如密炼机或开放式辊轧机)将预定比例的材料混合，并通过压延机或板材成型机使产生的混合物形成为未硫化的橡胶板。随后，将具有预定重量和尺寸的未硫化的橡胶板堆叠在非活性膜上，然后放在模具上，并通过真空加压模制形成为层压垫片用模压板。对模制条件没有特别限制，可以适当确定。模制温度优选155°C至200°C，更优选165°C至180°C，并且模制时间优选I至20分钟，更优选3至15分钟，进一步优选5至10分钟。然后，切出并去除用于垫片的模制产品的不必要的部分，洗涤所产生的产品、灭菌、干燥、并通过外观检验检查。通过这种方法，得到完整的垫片产品。如上所述制造的层压有非活性膜的预充式注射器用垫片具有基本上圆柱状的主体，垫片的圆柱侧面和接触液体部分(头部)覆盖有非活性膜115。朝向注射器筒的内周边凸出的环状凸部(环状突起)形成在圆柱侧面上并沿纵向方向彼此间隔开预定的距离。当滑动垫片时，凸部(环状密封部)压靠注射器的内壁并与其紧密接触。对环状突起的数量没有特别限制。接触液体部分是接触注射器中的药物但不接触注射器内壁的部分。此外，垫片具有其中装配柱塞杆的螺纹部。实施例以下通过实施例来对本发明进行具体说明，但本发明并不仅限于这些实施例。
下面列出实施例中所使用的氟树脂膜。均聚PTFE (聚四氟乙烯)切片膜得自日本华尔卡工业株式会社的VALFL0N改性PTFE (四氟乙烯-全氟烃氧化物单体共聚)切片膜得自日本华尔卡工业株式会社的New VALFL0N均聚PTFE (聚四氟乙烯)流延膜得自GSI Creos公司的流延膜ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)挤出膜得自旭硝子株式会社的AFLEX改性ETFE (ETFE与另一单体的共聚物)挤出膜得自旭硝子株式会社的AFLEX(表面粗糙度测量)
如下所述测量膜的表面粗糙度。测量方法基于JIS B0601-2001测量仪器得自KEYENCE公司的激光显微镜VK-9710，镜头倍率为50倍从各膜中切出约5厘米见方的样品，并对样品的与通过硫化粘附到橡胶上的处理表面相反的表面进行测量，以评价各膜的表面粗糙度。表I示出了实施例和对比例中使用非活性膜的细节。[表 I]
种类均聚PTFE 改性PTFE 均聚PlFE 改性ETFE
膜制造方法切h切片流延挤出
厚度(μιη)100100100100
激光激光激光激光
仪器
显微镜显微镜显微镜显微镜
测量-----
样品数η8888
条件-----
截止值(mm) 0.250.250.080.08
评价长度(mm) 0.250.250.25O 2S
表面粗糙度 Ra(pm) 0.08-0.14 0.09-0.12 0.02-0.03 0.01-0.02(实施例和对比例)设计模具以允许垫片的与密封部对应的两个环状突起具有基于12. 45毫米的注射器内径(筒直径)为3.0%的压缩比。将含有氯化丁基橡胶(JIS-A硬度58)的未硫化的橡胶板堆叠在100 μ m厚的非活性膜上并置于模具上。通过在175°C下真空加压10分钟而进行的硫化将它们彼此粘合。通过这种方法，形成层压有非活性膜的垫片作为模压板。将可固化的有机硅通过喷涂施加到各模压板的除了作为层压表面的滑动表面和接触液体表面之外的一个表面(螺纹侧)。在改性ETFE膜的情况下，整个表面喷涂可固化的有机硅。切除毛刺(切除部分1. O毫米)，进行清洗、灭菌和干燥。通过这种方法，完成了层压垫片。
使用得到的垫片制造预充式注射器(标称容量5毫升，注射器内径12. 45毫米)并通过以下试验对其进行评价。(表面粗糙度测量)如下所述测量模具和层压橡胶部件(模制产品)的表面粗糙度。测量方法基于JIS B0601-2001测量仪器得自KEYENCE公司的激光显微镜VK-9710，镜头倍率为50倍通过使用激光显微镜对其对应于环状突起和谷部的部分进行测量，评价模具和层压橡胶部件的表面粗糙度。由于切削和抛光工艺均沿模具的周向进行，所以切削痕迹将在周向上形成。因此，沿垂直于周向的方向测量表面粗糙度。在对模具的用于形成环状突起(密封部)和谷部的部分的表面粗糙度的激光测量中，通过电火花线切割(wire electricdischarge)切割腔部模块，然后对其测量，不论垫片尺寸如何。在接触式测量的情况下，如果垫片的待测环状突起的直径不小于13毫米，则可以直接测量腔部模块，如果直径小于13毫米，腔部模块可以在通过电火花线切割后测量。(压力试验)将注射器筒中的水充分擦除，向该筒中引入水(其为靛蓝着色的)至标称容量的3/4和1/2相对应的分度线。各筒均被水平固定，使得不允许水从喷嘴洒出，施加343kPa(3. 5Kgf)的压力至喷嘴10秒。对各注射器评价水滴是否从固定部分渗漏。评价结果显示为“存在渗漏的注射器数/试验注射器数”。(抽吸试验)将水引入至注射器筒中至标称容量的1/4相对应的分度线，并将各筒的喷嘴密 封。通过确定当将柱塞拉回至标称容量相对应的分度线时气泡是否连续从固定部分产生，来对各注射器进行评价。评价结果显示为“其中气泡连续产生的注射器数/试验注射器数”。(垫片/蒸汽灭菌后的渗漏)将充有5毫升水的预充式注射器在125°C灭菌30分钟。冷却后，通过由肉眼确定是否发生向垫片的环状突起之间的谷部(凹部)的渗漏，来对各注射器进行评价。评价结果显示为“其中发生向谷部(凹部)的渗漏的注射器数/试验注射器数”。表2示出了评价结果。所使用的非活性膜的细节也示于表2。对各模具的整个表面进行了镜面磨削，并且这些Ra为对应于环状突起和谷部的那些。
权利要求
1.一种用于层压有非活性膜的预充式注射器用垫片的模具， 其中至少所述模具的形成所述垫片的环状突起的密封滑动表面的表面被镜面磨削为具有小于O. 03 μ m的算术平均粗糙度Ra。
2.根据权利要求I所述的预充式注射器用垫片的模具， 其中所述镜面磨削是使用由氧化铝或金刚石制成的研磨剂的镜面抛光。
3.根据权利要求I所述的预充式注射器用垫片的模具， 其中所述模具由不锈钢模具材料或镀层厚度不超过15 μ m的镀覆不锈钢模具材料制成。
4.根据权利要求I所述的预充式注射器用垫片的模具， 其中所述非活性膜为通过切片、充气吹胀或挤出形成的聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物或超高分子量聚乙烯的厚度为20至200 μ m的膜。
5.一种层压有非活性膜的预充式注射器用垫片，该垫片通过使用根据权利要求I所述的模具在155°C至200°C下模制来制造。
全文摘要
本发明旨在提供一种具有优异的气密性和液体密封性的预充式注射器用垫片和用于形成该垫片的模具。本发明涉及一种用于层压有非活性膜的预充式注射器用垫片的模具，其中至少所述模具的形成所述垫片的环状突起的密封滑动表面的表面被镜面磨削为具有小于0.03μm的算术平均粗糙度Ra。
文档编号A61M5/31GK102962914SQ20121017991
公开日2013年3月13日 申请日期2012年6月1日 优先权日2011年8月31日
发明者前田勝志, 田代纯司, 中野宏昭, 八尾英治 申请人:住友橡胶工业株式会社