JP5138029B2 - コーティングされた針電極を製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、コーティングされた針電極を製造するための方法に関する。コーティングされた針電極は、典型的には、生体組織における電位を感知するため又は電気エネルギーをこうした組織に伝えるために用いられる。針電極は、多数の異なる形態の治療及び／又は診断法において用いられる。２つの限定されない例は、組織切除及び筋電計測法である。

コーティングされた針電極は、一般に、研削により一端が鋭利にされた細長い導電性金属シャンクを含む。針電極は、典型的には、さらに、前述の針電極を外部電子装置に接続するための接続手段が他端に取り付けられている。電極の金属シャンクは、通常、電気的絶縁材料に覆われ、鋭利な先端部近くの小さい金属領域のみが組織と電気接触することになり、したがって、「コーティングされた針電極」という名称になる。

針電極は、一般に、まず、金属ワイヤ又はチューブを望ましい長さに切断することにより製造される。針シャンクは、次いで、一端の近くにしっかりと保持され、自由シャンク全体は、噴霧又は浸漬により絶縁材料でコーティングされ、この後、コーティングの硬化及び／又は焼結が続く。針シャンクがコーティングされた後で、コーティングされた先端部が鋭利に研削され、これにより、絶縁材料が同時に電極先端部から除去される。最後に、接続手段が、針シャンクのコーティングされていない鈍端に電気的に取り付けられる。

この一般に用いられる針電極製造方法には、幾つかの欠点がある。
１）針の鋭利な先端部を研削する際の精度が、シャンク上のコーティングの同心精度に影響される。
２）コーティングは、研削中でも、シャンクを保持する顎部により損傷を受けることがある。
３）コーティングされた針のシャンクから鋭利にされた導電性先端部への遷移は、研削の同心精度によりもたらされ、先端部の周辺部の周りの導電表面積のばらつきをもたらす。
４）導電表面積は、先端部の周辺部の周りでかなり異なるため、針に傾斜面を設けて、鋭利な先端部を形成するのは適切ではない。

したがって、本発明の第１の態様は、針電極の鋭利な先端部を研削するときの精度が改善される、コーティングされた針電極を製造する改善された方法を提供する。
本発明の第２の態様は、コーティングされた針電極を製造する改善された方法を提供することであり、これにより、絶縁部分と、導電性先端部近くの非絶縁部分との間の境界線の正確さを改善することができる。
本発明の第３の態様は、コーティングされた針電極を製造する改善された方法を提供することであり、これはさらに、針電極を、高精度及び低費用で、針電極のシャンクに沿った複数のリング形状の導電性領域を有するように製造することを可能にする。

上述の態様は、コーティングされていない鋭利にされた針の先端部を保持し、コーティングされていない鋭利にされた針をコーティング材料の浴に浸漬し、鋭利にされた針をコーティング材料の浴から引き出す（ｗｉｔｈｄｒａｗ）ステップを含む、導入段落に述べられた方法を提供することにより、部分的に解決される。このように、針が鋭利にされた後で針をコーティングすることが可能になる。したがって、鋭利化の精度を向上させることが可能である。さらに、コーティングは鋭利化プロセスの後で塗布されるため、鋭利化プロセスが、コーティングに損傷を与えることはない。したがって、鋭利化プロセスは、より効果的なクランプ留め技術を用いることができる。この方法はまた、異なる種類の鋭利化を用いることも可能にし、例えば、注射針におけるように、先端部の傾斜した鋭利化も用いることができる。ができる。

この方法の一実施形態においては、鋭利にされた針をコーティング材料の浴から引き出すステップは、コーティング厚が引き出し速度により決定されるように制御することができる。このように、コーティングを非常に容易に調節することができる。
この方法の別の実施形態においては、コーティングされていない鋭利にされた針の先端部を保持するステップは、磁石により提供することができる。

この方法は、コーティングされていない鋭利にされた針が浸漬されているコーティング流体のコンテナを含む装置に適用することができる。装置の好ましい実施形態においては、装置は、コーティング流体の浴に対して垂直方向に上下に移動し、かつ、鋭利にされた端部を上向きにした状態で懸架された針を保持するための手段を含む、懸架ヘッドを含むことができる。コーティング流体の浴のレベルに対する懸架ヘッドの移動を制御することにより、針上のコーティングを正確に制御することができる。特に、針の先端部から針上のコーティングまでの距離を正確に制御することができる。

一実施形態においては、装置はさらに、針をガイドするためのガイドプレートを含むことができる。ガイドプレートは、さらに、コーティング流体のコンテナ内のコーティング流体表面の下方に配置することができる。このように、針を浴から引き出す際に、ガイドプレートが針上のコーティングを損傷することはない。
装置は、さらに、針を保持するための手段とコーティング流体の浴の表面との間の距離を測定するための手段を含むことができる。このように、流体のレベルが時間とともに変化しても、コーティングを制御するのが容易である。

別の実施形態においては、懸架ヘッドは、操作中に針を支持する懸架ガイド要素を含むことができる。このことは、針が流体浴に挿入される前に、針を支持することを可能にする。
懸架ヘッドは、さらに、装置の残りの部分から取り外し可能にすることもできる。このように、多数の懸架ヘッドを用いて、処理速度を最適化することができる。例えば、１つの懸架ヘッドを機械内に取り付けて浸漬プロセスに関与させることができ、別の懸架ヘッドには針を搭載することができ、第３の懸架ヘッドは、針上のコーティング流体を硬化させる／焼結させるためにオーブン内に配置することができる。どのような数の懸架ヘッドを共に用いてもよい。

本明細書において用いられる「含む／含んでいる」という用語は、述べられた特徴、整数、ステップ、又は構成要素の存在を示すものであるが、１つ又はそれ以上の他の特徴、整数、ステップ、構成要素、又はこれらの群の存在又は追加を除外するものではないことを強調すべきである。例えば、請求項１は、「針電極」という句を用いる。しかし、請求項は、１つ、２つ、３つ又はあらゆる他の数の針電極を含むように理解されるべきである。

製造方法のコーティングステップを実行するための装置の概略図を示す。 搭載プロセスの異なる時点における懸架ヘッド及び搭載固定具の概略断面図である。 搭載プロセスの異なる時点における懸架ヘッド及び搭載固定具の概略断面図である。 搭載プロセスの異なる時点における懸架ヘッド及び搭載固定具の概略断面図である。 コーティングされる前の、浸漬コーティング装置内に懸架された針を示す概略断面図である。 針がコーティング流体の浴に入る直前の、浸漬コーティング装置内に懸架された針の概略断面図である。 針がコーティング流体の浴から引き出される直前の、浸漬コーティング装置内に懸架された針の概略断面図である。 シャンクに沿った複数の絶縁電極のリング領域をもつ針電極の１つの実施形態を概略的に示す。

以下において、本発明は、図面に示す実施形態に関してより詳細に説明される。図示される実施形態は、例示目的のために用いられるに過ぎず、本発明の範囲を制限するものとして用いられるべきではないことを強調すべきである。

図１は、本発明によるコーティングされた針電極を製造するための方法に用いられる装置の１つの実施形態を示す。図は、実施形態を概略的に示すものであり、その詳細の多くは図示されていない。当業者であれば、示されていない詳細を容易に満たすことができるはずである。

装置１においては、懸架ヘッド２は、垂直方向ガイド４上に摺動可能に取り付けられた摺動サドル部材３に取り外し可能に固定されており、摺動サドル部材は直線状に上下に移動することが可能である。摺動サドル部材３の移動は、線形の打込みねじ５により制御される。サーボモータドライブ６は、移動の方向及び速度を制御する。垂直方向ガイド４のフレームは、水平方向フレーム部材７上に取り付けられる。

コーティング流体９で満たされたコンテナ８は、ねじ付きシャフト１１及びねじ付きブシュ１２により水平方向フレーム部材７に結合されたプレート１０により支持される。ねじ付きシャフト及びねじ付きブシュにより、コンテナ８の垂直方向位置を調整することができる。このことを用いて、コンテナ内の流体レベルの変化を補償することができる。

針ガイドプレート１３が、コーティング流体９内に沈められる。針ガイドプレートは、必要に応じて上下に移動させることができる調整プレート１４を介して、垂直方向ガイド４に取り付けられる。さらに、必要に応じて、これを固定することもできる。針ガイドプレート１３は、針ガイドプレート１３の上面から突出する停止部１５を有する。使用中、針ガイドプレート１３は、針ガイドプレートの上面１６がコーティング流体９の表面１７のすぐ下に配置され、停止部１５の上面がコーティング流体９の表面１７のすぐ上にあるように位置決めされる。本実施形態においては、針ガイドプレートは円形の形状であり、上側でテーパされている貫通孔（ｔｈｒｏｕｇｈ ｇｏｉｎｇ ｈｏｌｅ）１８の円形アレイを含む。

針懸架ガイドプレート１９が、ガイドシャフト２０により、懸架ヘッド２に摺動可能に結合される。シャフト２０は、溝２２内で摺動するピン２１により純粋な軸方向の移動に制限されるので、針懸架ガイドプレート１９は回転することができない。ピン２１は、懸架ヘッドに固定される。針ガイドプレート１３と同様に、針懸架ガイドプレート１９は円形の形状であり、貫通孔２３又はガイド孔の円形アレイを含む。

磁石２４の円形アレイが懸架ヘッド２に埋め込まれる。装置の配置のために、磁石は、針懸架ガイドプレート１９の貫通孔及び針ガイドプレート１３の貫通孔１８と位置合わせされた状態に保持される。

懸架部材２の移動中、サドル部材３からコーティング流体９の表面までの距離を連続的に測定するために、レーザベースの距離測定モジュール２５が、サドル部材３に取り付けられる。磁石の下面とサドル部材との間の距離は一定であるため、レーザビーム距離測定モジュールは、磁石２４の底面とコーティング流体９の表面１７との間の距離を正確に測定することができる。レーザ測定モジュールは、距離を計算することができる制御モジュールに電気的に接続される。

使用中、コーティングされる針２６は、磁石から、その鋭利にされた端部において吊り下げられる。針の先端部は磁石の底面と接触状態にあり、コントローラは、レーザベースの距離測定モジュール２５により、コーティング流体に対する磁石の底面の正確な位置を知っているため、コントローラは、さらに、針の先端部からコーティング流体の表面までの正確な距離も知っている。

図２は、装置から取り外されたときの懸架部材２と、針２７を搭載するための搭載固定具３０の断面図を示す。図２から見ることができるように、懸架針ガイドプレート１９は、その最上位置に移動されている。この位置においては、懸架ヘッドに埋め込まれた磁石は、懸架針ガイドプレート１９の貫通孔２３を貫通して出るように配置される。本実施形態においては、懸架針ガイドプレートの深さは、実質的に磁石の自由端と同じ深さを有する。

搭載固定具３０は、非磁性材料から製造された円形の本体３１を含む。円形本体は、細長い凹部３２のアレイを有する。細長い凹部の深さは、コーティングされる針２７の長さとほぼ等しい。凹部は、針の容易な挿入のために、開放端においてテーパされている。ガイド表面３３及び索引キー３４は、懸架アセンブリの懸架針ガイドプレート１９の周りに嵌まる寸法にされる。

搭載固定具は、針を、鋭利にされた端部を上にした状態で搭載固定具の中に容易に挿入できるようにする。すべての針が搭載固定具の中に搭載されると、搭載固定具は、懸架ヘッドの懸架針ガイドプレートと係合する位置に移動される。このことは、図３に示される。この位置においては、磁石は、針と位置合わせされ、したがって、鋭利にされた針の先端部は磁石の上にクリップされる。

磁石が針と係合すると、搭載固定具を懸架ヘッドから引き出すことができる。搭載固定具が引き出されるのと同時に、懸架針ガイドプレート１９もまた下方に移動される。このことは、針が懸架ヘッドの長手方向軸と実質的に位置合わせされた状態で保持されるという効果を有する。したがって、ガイドプレート１９により、針が揺れ動くこと、磁石から落ちること又はシステム内に存在する磁力のために互いにクリップ留めされることが防止される。ガイドプレートシャフト１９の移動がピン２１により停止され、搭載固定具３０が除去されたときには、針２６は針の先端部により磁石から懸架されたままになり、鋭利にされていない端部の近くで、懸架針ガイドプレート１９の貫通孔２３の壁に押し当てて支持される。このことは図４に示される。

図５は、上述のように針が懸架された懸架ヘッドを示すが、懸架ヘッドが浸漬コーティング装置１に再結合された後のものである。

図６は、針がちょうど流体表面より下方に入り、流体に浸された針ガイドプレート１３の貫通孔１８のテーパ状端部と係合した位置に下方に移動された懸架ヘッドを示す。図６に示す位置においては、懸架針ガイドプレート１９は、針ガイドプレート１３上の停止部１５の上面と接触していることに留意すべきである。停止部１５の上面はコーティング流体９の表面より上方に配置されるため、懸架針ニードルガイドプレート１９は、コーティング流体と接触するのが防止される。

懸架ヘッド２が下方に移動し続けると、針の下端は、針ガイドプレート１３のガイド孔１８の狭い端部を通って下方に摺動し、これにより、図６に示すように、針シャンクは、懸架針ガイドプレート１９の貫通孔２３の壁から強制的に遠ざけられる。

図７に示す位置においては、針シャンク２６は、ここで、磁石の下面から流体表面までの距離により求められた正確な深さまでコーティング流体の中に沈められる。この距離は、レーザ距離測定ユニット２５により連続的に測定される。したがって、制御ユニットはサーボユニットを制御することができ、流体の深さが時間とともに変化したとしても、この距離を正確に制御することができる。

懸架針ガイドプレート１９のガイド孔２３は、磁石の自由端が通過することを可能にするので、浸漬の深さは、鋭利にされた先端部まで針のシャンクの全長を含むことができる。さらに、必要に応じて、シャンク上の他のいずれの正確な位置を選択することもできる。選択された浸漬深さに到達すると、制御ユニットは、サーボモータドライブ２４を逆にし、針を所定の速度で引き出す。針を流体の表面から引き出す速度は、流体のコーティング特性と共に、コーティング厚を決定する。

針は、流体表面より下方で針ガイドプレート１３のガイド孔１８と接触するにすぎないことに注目すべきである。したがって、ガイド孔は、流体から引き出されるときに、針上のコーティング層の完全性に影響を与えることはない。さらに、針ガイドプレート１３のガイド孔は、針シャンクが懸架針ガイドプレート１９のガイド孔２３と接触しないようにするため、コーティングされた表面は、針の端部が針ガイドプレート１３のガイド孔１８によって解放されるまで、懸架針ガイドプレート１９のガイド孔２３により損傷を受けることはない。針が針ガイドプレート１３のガイド孔によって解放されると、針シャンクの端部は、再び、懸架針ガイドプレート１９のガイド孔２３の壁と接触する。しかし、この接触によりコーティング表面に生じる損傷は、針シャンクの端部の領域内にあり、これはさらに、電気的接続が行われる領域である。したがって、いずれにしてもこの領域におけるコーティングを除去することが必要であり、したがって、この損傷は少しも重要ではない。

コーティング手順の最後で、コーティングされた針をもつ懸架ヘッドアセンブリ２がサドル部材３から取り外され、コーティングの硬化又は焼結のために、オーブンに移動される。

コーティングが硬化すると、外部電子装置に接続するための電気接続手段（図示せず）が、針の鈍端に取り付けられる。

本発明による別の実施形態においては、電気絶縁材料及び導電性材料の複数の層を含む針電極が提供される。このように、針のシャフトに沿って１つより多い導電性電極表面を有する針電極を作成することができる。この方法は、以下のステップを含む。
１．鋭利にされた針シャンクを、上述のコーティング方法の助けにより、鋭利な先端部から正確な第１の距離まで、電気絶縁材料でコーティングする。
２．第１の絶縁コーティングの上に、針シャンクを、上述のコーティング方法の助けにより、鋭利な先端部から、第１の距離より長い正確な第２の距離まで、導電性材料でコーティングする。
３．導電性コーティングの上に、針シャンクを、上述のコーティング方法の助けにより、鋭利な先端部から、第１及び第２の距離より長い正確な第３の距離まで、電気絶縁材料をコーティングする。
４．シャンクの鈍端近くの導電性コーティング層の各々の表面を露出させる。
５．電気接続手段を、シャンクの鈍端近くの露出した導電性コーティング層の各々に取り付ける。
この方法は、ワイヤ又はチューブを正確な長さに切断することにより開始し、その後で、一端の先端部を鋭利にし、針を形成することができる。
この方法は、さらに、互いから隔離された所望の数の導電性電極リング表面が針のシャフトに沿って作成されるまで、ステップ２及びステップ３を繰り返すことができる。

コーティングは、異なる方法により接続手段を接続するために、針シャンクの鈍端から除去することができ、２つの例は研削及び削り取ること（ｓｃｒａｐｉｎｇ）である。

図８は、シャフトに沿って２つの電極表面領域４１、４３をもつ針電極４０を示す、第１の電極表面領域４１は、針の鋭利な金属先端部である。第２の電極表面領域４３は、リング形状の導電性材料層である。第１の電極表面領域と第２の電極表面領域との間には、第１の絶縁材料層のリング形状部分４２がある。第２の電極表面領域４３の下には、第２の絶縁材料層４４がある。

上記に提示された説明は、本発明による方法を実行するのに適した装置の１つの実施形態を述べている。しかし、当業者であれば、この方法は、他の機械及び／又は装置によっても実行できることを理解するであろう。したがって、本発明の範囲は、図示され、本説明に述べられる実施形態にのみ限定されるべきではない。

例えば、上述の実施形態は、懸架ヘッドと、円形の形状であり、磁石／ガイド孔の円形アレイを有するガイドプレートとを示した。しかし、懸架ヘッドの形状及びアレイの形状は、多数の異なる形態をとることができる。例えば、矩形の懸架ヘッドと、磁石／ガイド孔の矩形アレイをもつ矩形のガイドプレートを考えることができる。

別の例は、本実施形態は、懸架ヘッドに結合された針を保持するために、磁石を用いるというものである。しかし、当業者であれば、本発明の範囲を変更することなく、浸漬装置において、鋭利な針先端部の正確な取り付けのために、磁石以外の手段を用いることもできることが分かるであろう。一例は、接着性ゲル材料の薄層である。別の例は、高摩擦特性のために合成された自己閉鎖性エラストマー材料層である。述べられた実施形態における針を保持する磁力は、これらの２つの例においては、それぞれ接着力及び摩擦力に置き換えられる。

さらに多数の他のステップをこの方法に加えることができることを理解すべきである。例えば、コーティング流体の使用に応じて、第１のコーティングプロセスの後で、針電極を潤滑剤コーティングでコーティングするのを有益とすることができる。

上記の説明は、単純かつ概略的な方法で例示的な実施形態を示したものである。内部の電子的及び機械的詳細は、当業者であれば、これらの詳細に精通しており、この説明を不要に複雑にするに過ぎないため、示されていない。例えば、制御システムの当業者であれば、この明細書に基づいて制御システムを設計できるので、制御システムは詳細に述べられていない。さらに、懸架ヘッドとサドルとの間、サドルとガイド手段との間等の結合の機械的詳細はすべて、機械システムを設計する当業者であれば提供することができる詳細である。

１：装置
２：懸架ヘッド
３：摺動サドル部材
４：垂直方向ガイド
５：打込みねじ
６：サーボモータドライブ
７：水平方向フレーム部材７
８：コンテナ
９：コーティング流体
１０：プレート
１１：ねじ付きシャフト
１２：ねじ付きブシュ
１３：針ガイドプレート
１４：調整プレート
１５：停止部
１９：針懸架ガイドプレート
２０：ガイドシャフト
２１：ピン
２２：溝
２４：磁石

Claims (8)

1. コーティングされた針電極を製造するための方法であって、
   コーティングされていない鋭利にされた針の先端部をマグネットにより保持するステップを含み、
   前記磁石と前記針との間の接触は、該針の前記鋭利にされた先端部の端部に制限されており、
   前記コーティングされていない鋭利にされた針をコーティング材料の浴に浸漬し、
   前記鋭利にされた針を前記コーティング材料の浴から引き出す、
   ステップを含むことを特徴とする方法。
2. 前記鋭利にされた針を前記コーティング材料の浴から引き出す前記ステップは、コーティング厚が前記引き出し速度により決定されるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の方法を実行するための装置であって、前記コーティングされていない鋭利にされた針が浸漬されているコーティング流体のコンテナを含むことを特徴とする装置。
4. 前記装置は、前記コーティング流体の浴に対して垂直方向に上下に移動し、かつ、鋭利にされた端部を上向きにした状態で懸架された針を保持するための磁性手段を含む懸架ヘッドを含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記装置は、前記針をガイドするためのガイドプレートをさらに含み、前記ガイドプレートは、前記コーティング流体のコンテナ内の該コーティング流体の表面の下に配置されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記装置は、前記針を保持するための前記手段と前記コーティング流体の浴の表面との間の距離を測定するための手段を含むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の装置。
7. 前記懸架ヘッドは、操作中に前記針を支持する懸架ガイド要素をさらに含むことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記懸架ヘッドは前記装置の残りの部分から取り外し可能であることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の装置。

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