JP7464465B2 - 微細中空突起具 - Google Patents

Description

本発明は、微細中空突起具に関する。

特許文献１には、内部に空間の形成された微細中空突起部が基底部材から突出する微細中空突起具において、微細中空突起部の頂点を通る何れかの縦断面を視て、頂点側の頂点側部位における肉厚が、頂点側部位よりも基底部材側の下方側部位における肉厚よりも薄く形成された微細中空突起具が開示されている。

特開２０１７－１７６６５２号公報

特許文献１に記載の技術では、微細中空突起部の頂点側の頂点側部位における肉厚が、頂点側部位よりも基底部材側の下方側部位における肉厚よりも薄く形成されているため、皮膚への穿刺時に先端がつぶれて、穿刺性が低下することがある。
したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得る微細中空突起具を提供することにある。

本発明は、内部空間を有する微細な中空突起部が基底部から突出しており、該中空突起部の頂点側から対象物に穿刺される微細中空突起具であって、前記中空突起部は、前記中空突起部の頂点を通る何れかの縦断面を視て、該中空突起部の突出方向と直交する幅方向に位置する外面同士の間隔を外径、前記幅方向に位置する内面同士の間隔を内径、前記内径が０より大きい領域における前記外径と前記内径の差の半分の値を肉厚と定義した場合に、前記内径が、前記頂点側から前記基底部に向かって連続的又は非連続的に増加しており、前記頂点側から前記基底部側に向かって、前記肉厚が増加から減少に転じる上部厚み転換部と、前記肉厚が減少から増加に転じる下部厚み転換部とを有し、該下部厚み転換部が、前記上部厚み転換部よりも前記基底部側に位置する、微細中空突起具を提供するものである。

本発明によれば、皮膚への穿刺時の先端つぶれが抑制され、穿刺性が向上した微細中空突起具を提供することができる。

図１は、本発明の微細中空突起具の一例であるマイクロニードルアレイの模式斜視図である。 図２（ａ）は１つの中空突起部の概略構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＡ－Ａ線切断端面図である。 図３は、微細中空突起具の先端径の測定方法を示す説明図である。 図４（ａ）は本実施形態に係る微細中空突起具の中空突起部の縦切断端面図、図４（ｂ）は外径と内径の突出方向における各高さでの外径及び内径の計測値をプロットした図、図４（ｃ）は突出方向における各高さでの肉厚の計測値をプロットした図である。 図５は、図１に示す微細中空突起具を製造する製造装置の一構成例を示す図である。 図６は、製造装置が備える凸型部の先端角度の測定方法を示す説明図である。 図７は、図５に示す製造装置を用いて微細中空突起具を製造する製造工程を説明する図である。 図８（ａ）～（ｅ）は、異なる超音波振幅で形成した中空突起部の縦切断端面図である。 図９（ａ）は図８に示した各中空突起部の外径を計測した値をプロットした図、図９（ｂ）は図８に示した各中空突起部の内径を計測した値をプロットした図、図９（ｃ）は図８に示した各中空突起部の肉厚を計測した値をプロットした図である。 中空突起部の穿刺性荷重評価試験の評価結果示す図である。 図１１（ａ）は、貫通孔を有する中空突起部を示す斜視図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ－Ｂ線断面端面図である。 図１２は、図１１に示す貫通孔を有する中空突起部を備えた微細中空突起具を製造する製造装置の全体構成を示す図である。 図１３は、貫通孔を有する複数の中空突起部の構成と、これら中空突起部による穿刺評価実験の評価を示す図である。 図１４は、中空突起部の肉厚と先端からの距離と先端つぶれの関係を示す図である。

以下、本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。
図１は、微細中空突起具１としての一例であるマイクロニードルアレイ１（Ｍ）の斜視図を示す。本実施形態のマイクロニードルアレイ１（Ｍ）は、シート状の基底部２と複数の微細な中空突起部３とを有している。複数の中空突起部３は、基底部２から突出して形成されている。中空突起部３の数、中空突起部３の配置には、特に制限はないが、本実施形態のマイクロニードルアレイ１（Ｍ）は、好適には、シート状の基底部２の上面となる他面側２Ｕに、９個の略円錐台状の中空突起部３をアレイ（行列）状に有している。他面側２Ｕは、基底部２の下面を一面側２Ｄとしたとき、該一面側と反対側の面である。アレイ（行列）状に配された９個の中空突起部３は、後述する基材シート２Ａを搬送する方向（基材シート２Ａの長手方向）であるＹ方向に３行、搬送する方向と直交する方向及び搬送される基材シート２Ａの幅方向であるＸ方向に３列に配されている。本実施形態において、シート状の基底部２は熱可塑性樹脂を含んだ部材で構成されている。マイクロニードルアレイ１（Ｍ）の中空突起部３は非常に小さなものであるが、説明の便宜上、中空突起部３を非常に大きく描いている。
図２（ａ）は、マイクロニードルアレイ１（Ｍ）の有する複数の中空突起部３の内の１個の中空突起部３の概略構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＡ－Ａ線断面端面図である。図２（ａ），（ｂ）に示す中空突起部３は、基底部２から突出方向Ｈに向かって突出し、中空突起部３の頂点Ｐ側から対象物に穿刺されるものである。ここで、中空突起部３に穿刺される対象物とは、例えば皮膚が挙げられる。
中空突起部３は、基底部２の他面側２Ｕ上に立設している。中空突起部３は、図２（ｂ）に示すように、その内部に空間３ｓ（以下「内部空間３ｓ」という）が形成されている。具体的には、内部空間３ｓは基底部２を貫通して、中空突起部３の内部にまで至るように形成されている。

微細中空突起具１は、中空突起部３の突出高さＨ１（図２（ｂ）参照）が、マイクロニードルとして使用する場合には、その先端を最も浅いところでは皮膚の角層まで、深くは真皮まで刺入するため、好ましくは０．０１ｍｍ以上、更に好ましくは０．０２ｍｍ以上であり、そして、好ましくは１０ｍｍ以下であり、更に好ましくは５ｍｍ以下であり、具体的には、好ましくは０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、更に好ましくは０．０２ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

突出高さＨ１は、中空突起部３が突出している基底部２の他面側２Ｕと平行であって、突出方向Ｈに対して直交し、中空突起部３の頂点Ｐを通る仮想線Ｐ１と他面側２Ｕとの間の距離である。他面側２Ｕが平坦面ではなく、波打つような凹凸面である場合、頂点Ｐを通る仮想線Ｐ１と、他面側２Ｕの凸部分の頂部を結び仮想線Ｐ１と平行な仮想線との間の距離を突出高さＨ１とすればよい。突出高さＨ１は、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）もしくはマイクロスコープを用いて所定倍率拡大した状態で、頂点Ｐを通る仮想線Ｐ１を引き、仮想線Ｐ１から他面側２Ｕまでの間の距離を計測することで知ることができる。

本実施形態において、中空突起部３は、略筒状であって、頂点Ｐを通る何れかの縦断面を視て、中空突起部３の突出方向Ｈと直交する幅方向Ｘ１に位置する外面３２，３２同士の間隔を外径ｒ１とし、幅方向Ｘ１に位置する内面３１，３１同士の間隔を内径ｒ２としている。本実施形態では、内径が０より大きい領域における外径ｒ１と内径ｒ２の差の半分の値を肉厚Ｔ１と定義する。図２（ｂ）に示すように、観察する縦断面において、中空突起部３の断面形状が、頂点Ｐを通る垂線Ｇに対して左右対称である場合、中空突起部３の突出方向Ｈの各位置において、外面３２と垂線Ｇとの間の距離から内面３１と垂線Ｇとの間の距離を減じた値を、外径ｒ１と内径ｒ２の差の半分の値と同視して、肉厚Ｔ１の値とすることもできる。例えば、本実施形では、肉厚Ｔ１は、例えば査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）もしくはマイクロスコープを用いて所定倍率拡大した状態で、頂点Ｐを通る垂線Ｇから片側の内面３１までの距離と片側の外面３２までの距離を同一の高さでそれぞれ計測し、それぞれの計測値を２倍して得られる外径ｒ１と内径ｒ２の差の半分の値を計算することで計測することができる。
基底部２は、他面側２Ｕから下面となる一面側２Ｄまでの厚みＴ２が、好ましくは０．０１ｍｍ以上、更に好ましくは０．０２ｍｍ以上であり、そして、好ましくは１．０ｍｍ以下であり、更に好ましくは０．７ｍｍ以下であり、具体的には、好ましくは０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、更に好ましくは０．０２ｍｍ以上０．７ｍｍ以下である。厚みＴ２は基材シート２Ａの厚さである。

中空突起部３の先端径は、その直径が、好ましくは０．００１ｍｍ以上、更に好ましくは０．００５ｍｍ以上であり、そして、好ましくは０．５ｍｍ以下であり、更に好ましくは０．３ｍｍ以下であり、具体的には、好ましくは０．００１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、更に好ましくは０．００５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。微細中空突起具１の中空突起部３の先端径は、以下のようにして測定する。

中空突起部３の先端部を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）もしくはマイクロスコープを用いて所定倍率拡大した状態で、例えば、図３に示すＳＥＭ画像のように観察する。次に、図３に示すように、両側辺１ａ，１ｂの内の一側辺１ａにおける直線部分に沿って仮想直線ＩＬａを延ばし、他側辺１ｂにおける直線部分に沿って仮想直線ＩＬｂを延ばす。そして、先端側にて、一側辺１ａが仮想直線ＩＬａから離れる箇所を第１先端点１ａ１として求め、他側辺１ｂが仮想直線ＩＬｂから離れる箇所を第２先端点１ｂ１として求める。このようにして求めた第１先端点１ａ１と第２先端点１ｂ１とを結ぶ直線の長さＬを、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又はマイクロスコープを用いて測定し、測定した該直線の長さを、中空突起部３の先端径とする。

本実施形態では、微細中空突起具１が複数の中空突起部３を備えているので、中空突起部３の先端径としたが、微細中空突起具１が１つの中空突起部３と基底部２から構成されている場合、中空突起部３の先端径は、微細中空突起具１の先端径ともいえる。
図４（ａ）は、本実施形態に係る中空突起部３の縦断面、図４（ｂ）は外径ｒ１と内径ｒ２の突出方向Ｈにおける各高さでの外径ｒ１及び内径ｒ２の計測値をプロットした図、図４（ｃ）は突出方向Ｈにおける各高さでの肉厚Ｔ１の計測値をプロットした図である。図４（ｂ）、図４（ｃ）において、縦軸は頂点Ｐから基底部２の他面側２Ｕに向かう距離（突出方向Ｈに沿う距離）を示し、横軸は幅方向Ｘ１への寸法を示す。
本実施形態に係る微細中空突起具１は、図４（ｂ）に示すように、中空突起部３の内径ｒ２が頂点Ｐ側から基底部２に向かって連続的に増加している。微細中空突起具１は、頂点Ｐ側から基底部２側に向かって、肉厚が増加から減少に転じる上部厚み転換部Ｆ１と、肉厚が減少から増加に転じる下部厚み転換部Ｆ２とを有している。より具体的には、上部厚み転換部Ｆ１は下部厚み転換部Ｆ２よりも頂点Ｐ側に位置し、下部厚み転換部Ｆ２は上部厚み転換部Ｆ１よりも基底部２側に位置している。上部厚み転換部Ｆ１は、皮膚への穿刺時における中空突起部３の剛性確保をする機能を有する。

中空突起部３の内面又は外面に極めて微小な凹凸が存在する場合、その凹凸に起因する肉厚の微小な変化まで計測すると、中空突起部３の突出方向Ｈの位置と肉厚Ｔ１との関係を示す関係曲線中に多数の凹凸が生じることになる。上部厚み転換部Ｆ１及び下部厚み転換部Ｆ２は、そのような微小な凹凸を無視して、関係曲線の概略形状から、その存在及び存在位置を判定する。例えば、中空突起部３の突出突さＨ１が１ｍｍの場合に、その１００分の１の１０μｍに満たないような肉厚の変動部が部分的に存在しても、その肉厚の変動部は、上部厚み転換部Ｆ１又は下部厚み転換部Ｆ２としない。
図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、上部厚み転換部Ｆ１及び下部厚み転換部Ｆを示す関係曲線は、例えば、中空突起部３の突出突さＨ１を２０乃至２５等分する間隔で、外径ｒ１、内径ｒ２及び肉厚Ｔ１をプロットして求めることが好ましい。

本実施形態では、突出方向Ｈの突出高さＨ１を二等分して、中空突起部３の縦断面を、頂点Ｐが位置する第１領域Ｅ１及び前記基底部２が位置する第２領域Ｅ２に区分したときに、第１領域Ｅ１に上部厚み転換部Ｆ１が位置し、第２領域Ｅ２に下部厚み転換部Ｆ２が位置している。
また、本実施形態に係る中空突起部３は、頂点Ｐと基底部２の他面側２Ｕ（上面側）との間を２等分する位置よりも基底部２側、すなわち、第２領域Ｅ２に、下部厚み転換部Ｆ２から徐々に大きくなる肉厚部Ｆ３が形成されている。肉厚部Ｆ３は、下部厚み転換部Ｆ２よりも肉厚とされている。中空突起部３は、肉厚がＦ２＜Ｆ１となるように形成されている。中空突起部３は、内径ｒ２が第１領域Ｅ１から第２領域Ｅ２に向かって線形的に増加するように形成されている。中空突起部３の内径ｒ２は、線形的に増加するものに限定されるものではなく、非連続的に増加する形態であってもよい。内径ｒ２が非連続的に増加する形態としては、頂点Ｐ側から基底部２側に向かって内径ｒ２の変化をみたときに、内径ｒ２が増加する部分と増加する部分との間に内径ｒ２が一定の部分が一又は複数有する場合、内径ｒ２が多段階で増加している場合等が挙げられる。

本実施形態の微細中空突起具１によれば、中空突起部３の基底部２よりも頂点Ｐ側に上部厚み転換部Ｆ１が位置し、頂点Ｐよりも基底部２側に下部厚み転換部Ｆ２が位置しているので、中空突起部３を頂点Ｐ側から対象物に穿刺する際に頂点Ｐが位置する先端側がつぶれることを抑制できる。また、頂点Ｐよりも基底部２側に下部厚み転換部Ｆ２が位置しているので、皮膚への穿刺が進んだ場合でも穿刺動作の抵抗が軽減され、穿刺性が向上する。
また、中空突起部３は、基底部２側に位置する第２領域Ｅ２に、下部厚み転換部Ｆ２から徐々に大きくなる肉厚部Ｆ３を備えているので、中空突起部３の根本となる基底部２側での剛性が向上し、穿刺時における中空突起部のブレが抑えられ、穿刺動作の抵抗が軽減され、穿刺性が向上する。

本実施形態では、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、中空突起部３は、突出方向Ｈにおける頂点Ｐ近傍に、頂点Ｐ側から基底部２側に向かって、外径ｒ１が急激に増加する外径急増部３２ａを有し、該外径急増部３２ａより下方の、突出方向Ｈの中央部付近に、頂点Ｐ側から基底部２側に向かって、外径ｒ１が増加しないか又は増加の程度が外径急増部３２ａよりも小さい外径低変化部３２ｂを有している。また、突出方向Ｈにおける外径低変化部３２ｂよりも基底部２側に、頂点Ｐ側から基底部２側に向かって、外径ｒ１が再び急激に増加する下部外径急増部３２ｃを有している。外径急増部３２ａと外径低変化部３２ｂとの境界は、第１領域Ｅ１に存することが好ましく、外径低変化部３２ｂと下部外径急増部３２ｃとの境界は、第２領域Ｅ２に存することが好ましい。また図４（ｂ）に示すように、突出方向Ｈの位置と外径ｒ１との関係を示す関係曲線は、突出方向Ｈの位置と内径ｒ２との関係を示す略直線状の関係線から離れる方向に凸の湾曲部を、第１領域Ｅ１に有することが好ましく、突出方向Ｈの位置と内径ｒ２との関係を示す略直線状の関係線に近づく方向に凸の湾曲部を、第２領域Ｅ２に有することが好ましい。
本実施形態においては、主として外径ｒ１を変化させることで、頂点Ｐ側から基底部２に向かっての肉厚Ｔ１の変化を制御している。外径ｒ１に、内径ｒ２に比して大きな変化を与えて肉厚Ｔ１を制御することは、例えば、後述する製造方法において、凸型部１１で同一形状の中空突起部３が安定して形成されるようにする観点等から好ましい。

また本実施形態に係る微細中空突起具１では、下部厚み転換部Ｆ２が肉厚の最小部となっている一方、下部厚み転換部Ｆ２より頂点Ｐ側に、下部厚み転換部Ｆ２より頂点Ｐ側における肉厚の最大部となる上部厚み転換部Ｆ１が存在している。このように、本発明によれば、中空突起部の突出方向Ｈにおける基底部２寄りの部位、好ましくは第２領域Ｅ２に、肉厚最小部を有し、突出方向Ｈにおける肉厚最小部より頂点Ｐ側、好ましくは第１領域Ｅ１に、肉厚が、肉厚最小部より大きい部分を有する中空突起部を備えた微細中空突起具も提供される。

本実施形態に係る微細中空突起具１では、図４（ｃ）に示すように、縦断面において、第２領域Ｅ２における中空突起部３の下部厚み転換部Ｆ２の肉厚に対する第１領域Ｅ１における上部厚み転換部Ｆ１の肉厚の比の値を３．０以上としている。中空突起部３の下部厚み転換部Ｆ２の肉厚に対する第１領域Ｅ１における上部厚み転換部Ｆ１の肉厚の比を、以下、「上部厚み転換部Ｆ１：下部厚み転換部Ｆ２の比」と記す。つまり、中空突起部３は、上部厚み転換部Ｆ１が下部厚み転換部Ｆ２よりも３倍以上の肉厚となるように形成されている。
上部厚み転換部Ｆ１：下部厚み転換部Ｆ２の比の値は、３．０以上、好ましくは６以上、より好ましくは９以上であり、１００以下、好ましくは５０以下、より好ましくは２０以下であり、具体的には、３．０以上１００以下、好ましくは６以上５０以下、より好ましくは９以上２０以下である。
本実施形態の微細中空突起具１によれば、第２領域Ｅ２における下部厚み転換部Ｆ２の肉厚に対する第１領域Ｅ１における上部厚み転換部Ｆ１の肉厚の比の値が３．０以上であると、後述する試験結果から明らかなように、中空突起部３の先端側のつぶれを抑制しつつも穿刺性が向上する。
中空突起部３は、可塑性樹脂を含んだ部材から構成されているので、熱加工によって容易に形成することができる。

次に、マイクロニードルアレイ１（Ｍ）として形成した微細中空突起具１の製造装置の一例について説明する。

図５には微細中空突起具１の製造装置１００の全体構成が示されている。製造装置１００は、基材シート２Ａに中空突起部３を形成する突起部形成部１０、冷却部２０、凸型部１１を抜き出すリリース部３０を備えている。以下の説明では、基材シート２Ａを搬送する方向（基材シート２Ａの長手方向）をＹ方向、搬送する方向と直交する方向及び搬送される基材シート２Ａの幅方向をＸ方向、搬送される基材シート２Ａの厚み方向をＴ方向として説明する。なお、本明細書において凸型部１１とは、基材シート２Ａに刺さる部分である凸型１１０を備えた部材のことである。凸型１１０は、本実施形態では、円盤状の土台部１１１の上に配された構造となっている。ただし、これに限られず凸型１１０のみからなる凸型部１１であっても良いし、複数の凸型１１０を台状支持体の上に配した凸型部１１であっても良い。

製造装置１００は、熱可塑性樹脂を含んで形成された基材シート２Ａの原反ロールから帯状の基材シート２Ａを繰り出し、Ｙ方向に搬送する。そして、基材シート２Ａが所定位置まで送られたところで、基材シート２Ａの搬送を止める。このように、実施形態においては、帯状の基材シート２Ａの搬送を間欠的に行うようになっている。基材シート２Ａの搬送は、原反ロールからの搬送に限らず、例えば予め所定の大きさに切断された基材シート２Ａをロボット等により、間欠的に所定位置に供給する形態であっても良い。

熱可塑性樹脂としては、ポリ脂肪酸エステル、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート類、ポリ塩化ビニル、ナイロン樹脂、アクリル樹脂等又はこれらの組み合わせが挙げられ、生分解性の観点から、ポリ脂肪酸エステルが好ましく用いられる。ポリ脂肪酸エステルとしては、具体的に、ポリ乳酸、ポリグリコール酸又はこれらの組み合わせ等が挙げられる。尚、基材シート２Ａは、熱可塑性樹脂以外に、ヒアルロン酸、コラーゲン、でんぷん、セルロース等を含んだ混合物で形成されていても良い。基材シート２Ａの厚みは、製造する微細中空突起具１の有する基底部２の厚みＴ２と同等である。

凸型部１１の先端側の形状は、製造する微細中空突起具１の有する中空突起部３の外形形状に対応した形状となっていればよい。凸型部１１の凸型１１０は、図５に示すよう、その高さＨ２が、製造される微細中空突起具１（中空突起部３）の突出高さＨ１と同じか或いは若干高く形成されており、好ましくは０．０１ｍｍ以上、更に好ましくは０．０２ｍｍ以上であり、そして、好ましくは３０ｍｍ以下であり、更に好ましくは２０ｍｍ以下であり、具体的には、好ましくは０．０１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、更に好ましくは０．０２ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。
凸型部１１の凸型１１０は、図６に示すよう、その先端径Ｄ１が、好ましくは０．００１ｍｍ以上、更に好ましくは０．００５ｍｍ以上であり、そして、好ましくは１ｍｍ以下であり、更に好ましくは０．５ｍｍ以下であり、具体的には、好ましくは０．００１ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、更に好ましくは０．００５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。凸型部１１の凸型１１０の先端径Ｄ１は、以下のようにして測定する。

凸型部１１の凸型１１０の先端径の測定は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）もしくはマイクロスコープを用いて所定倍率拡大した状態で観察する。次に、図６に示すように、両側辺１１ａ，１１ｂの内の一側辺１１ａにおける直線部分に沿って仮想直線ＩＬｃを延ばし、他側辺１１ｂにおける直線部分に沿って仮想直線ＩＬｄを延ばす。そして、先端側にて、一側辺１１ａが仮想直線ＩＬｃから離れる箇所を第１先端点１１ａ１として求め、他側辺１１ｂが仮想直線ＩＬｄから離れる箇所を第２先端点１１ｂ１として求める。このようにして求めた第１先端点１１ａ１と第２先端点１１ｂ１とを結ぶ直線の長さＤ１を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又はマイクロスコープを用いて測定し、測定した該直線の長さを、凸型１１０の先端径とする。

凸型部１１の凸型１１０は、その根本径Ｄ２が、好ましくは０．１ｍｍ以上、更に好ましくは０．２ｍｍ以上であり、そして、好ましくは５ｍｍ以下であり、更に好ましくは３ｍｍ以下であり、具体的には、好ましくは０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、更に好ましくは０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下である。凸型部１１の凸型１１０は、十分な強度が得られ易くなる観点から、その先端角度αが、好ましくは１度以上、更に好ましくは５度以上である。そして、先端角度αは、適度な角度を有する突起部３を得る観点から、好ましくは６０度以下であり、更に好ましくは４５度以下であり、具体的には、好ましくは１度以上６０度以下であり、更に好ましくは５度以上４５度以下である。凸型部１１の先端角度αは、以下のようにして測定する。

凸型部１１の凸型１１０の先端部を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）もしくはマイクロスコープを用いて所定倍率拡大した状態で、例えば、図６に示すＳＥＭ画像のように観察する。次に、両側辺１１ａ，１１ｂの内の一側辺１１ａにおける直線部分に沿って仮想直線ＩＬｃを延ばし、他側辺１１ｂにおける直線部分に沿って仮想直線ＩＬｄを延ばす。そして、仮想直線ＩＬｃと仮想直線ＩＬｄとのなす角を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又はマイクロスコープを用いて測定し、測定した該なす角を、凸型部１１の凸型１１０の先端角度αとする。

図５に示すように、製造装置１００は、基材シート２Ａの他面側２Ｕ（上面側）と一面側２Ｄ（下面側）とに第１の開口プレート１２Ｕと第２の開口プレート１３Ｄとがそれぞれ配されている。これら開口プレートは撓み抑制部材として機能する。製造装置１００は、第１の開口プレート１２Ｕで構成される支持部材１２と第２の開口プレート１３Ｄで構成される第２支持部材１３とで、基材シート２Ａを挟んだ状態で突起部形成工程を行うようになっている。
基材シート２Ａを支持する支持部材１２は、凸型部１１を一面側２Ｄから刺し込んだ際に基材シート２Ａが撓みにくくする役目をしている。したがって、支持部材１２は、基材シート２Ａにおける凸型部１１が刺し込まれる領域以外の領域、言い換えれば、基材シート２Ａにおける突起部３の形成される領域以外の領域を支持するように配置されている。このように配置される支持部材１２として、実施形態の製造装置１００では、凸型部１１における凸型１１０を挿通可能な開口部１２ａを複数有する第１の開口プレート１２Ｕを用いている。第１の開口プレート１２Ｕは、搬送方向（Ｙ方向）に平行に延在する板状部材から形成されている。第１の開口プレート１２Ｕでは、開口部１２ａ以外の領域で基材シート２Ａを支持している。

第１の開口プレート１２Ｕは、１個の開口部１２ａに対して凸型部１１における凸型１１０が複数個挿通できるように、凸型１１０の断面積よりも大きな開口面積で形成されていてもよいが、本実施形態の製造装置１００では、１個の開口部１２ａに対して１個の凸型１１０が挿通されるように形成されている。

第１の開口プレート１２Ｕは、基材シート２Ａに当接する方向と離間する方向であるＴ方向（厚み方向）に移動可能となっている。本実施形態の製造装置１００では、第１の開口プレート１２Ｕは、電動アクチュエータ（図示せず）によって、Ｔ方向（厚み方向）に移動可能となっている。第１の開口プレート１２Ｕの動作は、製造装置１００に備えられた、制御手段３００により制御されるようになっている。

製造装置１００は、凸型部１１にエネルギーを付与する手段を備えている。凸型部１１にエネルギーを付与する手段は加熱手段であり、例えば、超音波振動装置２００で構成されている。超音波振動装置は、超音波発振器と、超音波発振器から送信される超音波信号によって所定の超音波振幅、発振周波数で振動する超音波ホーンとを備えている。凸型部１１は、土台部１１１がこの超音波ホーンに装着されている。凸型部１１は、超音波ホーンが振動することで一体となって振動し、基材シート２Ａと当接した際に基材シート２Ａに超音波振動を与えることによって、摩擦熱を発生させる。

本実施形態においては、中空突起部３を形成する突起形成工程と、中空突起部３の内部に凸型部１１を刺した状態で中空突起部３を冷却する冷却工程と、冷却工程の後に、中空突起部３の内部から凸型部１１を抜いて微細中空突起具１を形成するリリース工程とを備えている。
図５に示すように、製造装置１００は、基材シート２Ａの原反ロールから帯状の基材シート２Ａを繰り出し、Ｙ方向に搬送する。そしてＹ方向に搬送されている帯状の基材シート２Ａを所定位置で停止させた後、基材シート２Ａの一面側２Ｄから凸型部１１を当接させて、基材シート２Ａにおける当接部分を、凸型部１１を振動させることで熱により軟化させながら、凸型部１１を基材シート２Ａに刺してゆき基材シート２Ａの他面側２Ｕから突出する中空突起部３を形成する。

制御手段３００は、電動アクチュエータのストローク量と、超音波振動装置２００の超音波振幅を制御するようになっている。ストローク量は、凸型部１１の刺入高さであり、本実施形態では座標値Ｚとなる。
制御手段３００は、突起形成工程において、予め設定した凸型部１１の刺入高さとなる座標値Ｚに応じて単位刺入高さあたりの基材シート２Ａに加わる熱量を変化させることで、中空突起部３の形状を制御するようになっている。具体的には、座標値Ｚに応じて超音波振幅を調整することで、基材シート２Ａに加わる熱量を変化させている。つまり、基材シート２Ａへの刺入中に超音波振幅を可変させることで熱量を変化させて、中空突起部３〔微細中空突起具１〕の形状を制御している。
このように、制御手段３００は、突起形成工程において、凸型部１１にエネルギーを付与する手段となる超音波振動装置２００を、予め設定した条件に基づき制御し、凸型部１１の刺入高さに応じて基材シート２Ａに加わる熱量を変化させることで、中空突起部３〔微細中空突起具１〕の形状を制御している。制御手段３００は、基材シート２Ａへの刺入中に超音波振幅を変更せずに一定のままとして、中空突起部３〔微細中空突起具１〕の形状を制御する機能も備えている。

制御手段３００は、予め設定した凸型部１１の刺入高さである座標値Ｚに対する加熱条件を定常又は非線形的に変化させることで、中空突起部３の形状をより高精度に制御することが可能とされている。本実施形態では、加熱条件のパラメータとして、超音波振動装置２００による凸型部１１に対する超音波振幅を用いている。つまり、発振周波数は固定として超音波振幅を変更するようにしている。加熱条件のパラメータとしては、超音波振幅ではなく、発振周波数を用いてもよい。

図５，図７を用いて凸型部１１と超音波振幅との関係を製造工程に沿って説明する。
図７は、微細中空突起具１の製造工程と、基材シート２Ａに加わる熱量を変化させるタイミングと変化量の関係を説明する図である。図７において、Ｚａは凸型部１１が基材シート２Ａの一面側２Ｄから離間した最下位置を占めた時の電動アクチュエータから送信される座標値であり、Ｚ０は基材シート２Ａの一面側２Ｄの位置を示す。Ｚｂは加熱が開始される座標値を示し、Ｚｃは凸型部１１が最大上昇位置を占めた時の座標値を示す。
本実施形態においては、原反ロールから繰り出されてＹ方向に搬送されている帯状の基材シート２Ａを所定位置で停止させた後、第１の開口プレート１２Ｕと第２の開口プレート１３Ｄを昇降させ、基材シート２Ａを第１の開口プレート１２Ｕと第２の開口プレート１３Ｄとで挟んだ状態で突起部形成工程を行うようになっている。この段階においては、凸型部１１は、図７（ａ）に示すように、基材シート２Ａの一面側２Ｄ（下面側）から離間した位置を占めている。
そして、制御手段３００によって電動アクチュエータが駆動されて凸型部１１を基材シート２Ａに向かってに上昇移動させると、座標値Ｚ（刺入高さ）に応じた加熱制御が実行される。本実施形態では、座標値Ｚｂとなると、図７（ｂ）に示すように、超音波振動装置２００を作動して凸型部１１を振動させる。この時の超音波振幅はＡ１である。

本実施形態においては、当接部分ＴＰから離間した待機状態から図７（ｂ）示す上昇工程において電動アクチュエータによって凸型部１１を当接部分ＴＰに向かって上昇させつつ、超音波振動装置２００により凸型部１１を加熱し、当接部分ＴＰに熱を発生させて当接部分ＴＰを軟化させる。そして、図７（ｃ）に示すように、基材シート２Ａの一面側２Ｄ（下面側）から他面側２Ｕ（上面側）に向かって凸型部１１を上昇させて基材シート２Ａに刺してゆく。
基材シート２Ａに突き刺さった状態で凸型部１１が上昇を続けると、図７（ｄ）に示すように制御手段３００によって超音波振幅がＡ１からＡ１よりも振幅の大きいＡ２へと変更されて当接部分ＴＰ（基材シート２Ａ）に与える熱量が多くなり、基材シート２Ａの他面側２Ｕ（上面側）から突出する中空突起部３が所定の形状を形成する。
このように、凸型部１１の座標値Ｚ（刺入高さ）が変動すると、それに応じて超音波ホーンの振幅を変更して基材シート２Ａに加わる熱量を変化させることで、突起形成工程において、予め設定した凸型部１１の刺入高さとなる凸型部１１の座標値Ｚに応じて単位刺入高さあたりの微細中空突起具１の形状を高精度に制御することができる。このため、凸型部１１の形状を変更することなく、所望の形状の中空突起部３を備えた微細中空突起具１を形成することが可能である。

凸型部１１による基材シート２Ａの加熱温度は、中空突起部３を効率的に形成する観点から、使用される基材シート２Ａのガラス転移温度以上溶融温度未満であることが好ましく、特に軟化温度以上溶融温度未満であることが好ましい。本実施形態の場合、この温度範囲になるように、発振周波数や超音波振幅を調整することで加熱温度を調整すればよい。
本実施形態では、凸型部１１の座標値Ｚ（刺入高さ）が変動すると、それに応じて超音波ホーンの振幅が切替前の振幅に対して大きくなるように切替えたが、希望する中空突起部３の形状によっては、凸型部１１の座標値Ｚ（刺入高さ）が変動すると、切替前の振幅よりも小さくなるように切替制御してもよい。また、凸型部１１の座標値Ｚ（刺入高さ）が変動しても、座標値Ｚｂにおいて与える超音波振幅を変更せず、任意の値を維持して凸型部１１を振動させて中空突起部３を形成するようにしてもよい。また、中空突起部３は、これら凸型部１１の超音波振幅を変更するのでなく、凸型部１１の形状や刺入速度、軟化時間を変更しても、その形状を変更することができる。

凸型部１１を基材シート２Ａに刺してゆく刺入速度は、遅過ぎると樹脂を過剰に加熱軟化させ、速過ぎると加熱軟化不足となるので、中空突起部３を効率的に形成する観点から、好ましくは０．１ｍｍ／秒以上、更に好ましくは１ｍｍ／秒以上であり、そして、好ましくは１０００ｍｍ／秒以下であり、更に好ましくは８００ｍｍ／秒以下であり、具体的には、好ましくは０．１ｍｍ／秒以上１０００ｍｍ／秒以下であり、更に好ましくは１ｍｍ／秒以上８００ｍｍ／秒以下である。加熱状態の凸型部１１の上昇を停止させ、中空突起部３の内部に凸型部１１を刺した状態のまま次工程（冷却工程）までの時間である軟化時間は、長過ぎると過剰加熱となるが、加熱不足を補う観点から、好ましくは０秒より大きく、更に好ましくは０．１秒以上であり、そして、好ましくは１０秒以下であり、更に好ましくは５秒以下であり、具体的には、好ましくは０秒より大きく１０秒以下であり、更に好ましくは０．１秒以上５秒以下である。

前述した凸型部１１が最大上昇位置にある時の高さを最大刺入高さと定義する。最大刺入高さは、スライダー２０３や電動アクチュエータ２０４等の部材により機械的に制限される上限位置の高さを指すものではない。最大刺入高さは突起部形成工程で凸型部１１が最も深く刺し込まれて基材シート２Ａの他面側２Ｕから凸型部１１が出てきた状態（図９（ｄ））における、基材シート２Ａの一面側２Ｄから垂直方向に測定した凸型部１１の頂点までの距離のことである。例えば突出高さＨ１＝１ｍｍの中空突起部３を製造する場合において、基材シート２Ａの厚みＴ２が０．４ｍｍの場合、最大刺入高さは１．４ｍｍとなり、高さ０．６ｍｍの中空突起部３を製造する場合において、基材シート２Ａの厚みＴ２が０．４ｍｍとすると、最大刺入高さは１．０ｍｍとなる。

本実施形態で説明した製造装置１００においては、図５に示すように、第１の開口プレート１２Ｕと第２の開口プレート１３Ｄとで基材シート２Ａを挟んだ状態で冷却部２０において複数の中空突起部３が冷却される。本実施形態では、図７（ｅ）が冷却工程を示し、この状態において超音波振幅は０とされている。超音波振幅を０とするタイミングは、凸型部１１が最大上昇位置Ｚｃを占めて所定時間経過した後、制御手段３００によって制御され、基材シート２Ａに対する加熱制御が停止される。冷却工程では、中空突起部３の内部に凸型部１１を刺した状態で冷却する。

本実施形態で説明した加熱手段は、超音波振動装置２００であるので、振動がなくなると冷却するのが早く、冷却部２０に冷却装置を必ず備える必要はない。このように超音波振動装置２００を加熱手段として用いると、装置の簡便化とともに、高速での微細中空突起具１の製造が容易となるので好ましい。また、基材シート２Ａの凸型部１１と当接していない部分では、より熱が伝わりにくく、また、超音波振動付与のオフによって冷却が効率的に行われるので、成形部分以外の変形が生じにくいという長所がある。
無論、冷却工程において冷却装置による冷却を否定するものではなく、より早期に冷却させたい場合には、送風ファンなどの公知の冷却装置を冷却部２０に設置して複数の中空突起部３を冷却してもよい。

次に、製造装置１００においては、図５に示すように、リリース部３０においてリリース工程が行われる。リリース工程においては、図７（ｆ）に示すように、電動アクチュエータを駆動して凸型部１１を基材シート２Ａの一面側２Ｄ（下面側）から離間する方向に向かって下降させ、中空突起部３の内部に凸型部１１を刺した状態から凸型部１１を抜いて、複数の微細な中空突起部３が基底部２から突出した前駆体１Ｂを形成する。そして、前駆体１Ｂを所定の長さに切断することによって、微細中空突起具１が製造される。

ところで、従来から凸型部１１を用いて中空突起部３を形成し、最終的に微細中空突起具１を製造することが行われている。凸型部１１を所望の形状に形成することができれば、所望の形状の中空突起部３や微細中空突起具１を得ることは可能であるが、複雑な形状に凸型部１１を加工することは難しく、形状によっては形成することができない。また、加工できた場合でも、微細中空突起具１を形成する際には、形成したい微細中空突起具１の形状毎に凸型部１１を交換しなければならない。

基材シート２Ａの軟化温度より高い温度で加熱しながら凸型部１１を基材シート２Ａに貫通させて微細中空突起具１を形成しようとした場合、形成したい微細中空突起具１の突出高さＨ１によっては、基材シート２Ａへ与える単位高さあたりの熱量の調整が難しい。例えば突出高さＨ１が１ｍｍ程度の場合、熱量が大きいと熱の伝わりが早く突起形状が崩れてしまう。また、熱量が低すぎると基材シート２Ａを十分に軟化することができず、中空突起部３を十分に形成することができない。この結果、希望の形状の微細中空突起具１の形成が困難となる。つまり、凸型部１１の形状を変えずに微細中空突起具１（中空突起部３）の形状を変更しようとした場合、凸型部１１の刺入高さ〔座標値Ｚ〕に応じて与える熱量を制御する必要がある。しかし、凸型部１１の熱に対する感度〔温度変化特性〕、基材シート２Ａの材質などを考慮して制御しなければ熱量制御によって希望の形状の微細中空突起具１を形成することは困難である。さらに、熱量制御は行わず、凸型部１１の刺入速度を単独で変化させて形状を変更しようとした場合、微細中空突起具１の突出高さＨ１によっては、刺入速度の変化が形状の形成に影響を与えないこともある。

このため、凸型部１１にエネルギーを付与する超音波振動装置２００が予め設定した条件に基づき制御され、凸型部１１の刺入高さ（座標値Ｚ）に応じて基材シート２Ａに加わる熱量を変化させることで、微細中空突起具１の形状を高精度に制御することができるので好ましい。
凸型部１１にエネルギーを付与する手段として超音波振動装置２００を用いる場合、熱量変化の応答性がよく、より所望の形状の微細中空突起具１が形成可能である。

突起形成工程における基材シート２Ａに加わる熱量の変化が、超音波振動装置２００による凸型部１１の刺入高さ（座標値Ｚ）に対する超音波振幅を加熱条件のパラメータとする場合、温度変化に対する応答性がよく、微細中空突起具１（中空突起部３）の形状をより高精度に制御することができるので好ましい。基材シート２Ａに加わる熱量を連続的に変化させる場合、微細中空突起具１を製造する際の連続的な温度変化による加工が可能となり、微細中空突起具１の形状をより高精度に制御することができるので好ましい。
加熱条件のパラメータとして超音波振動装置２００による凸型部１１の刺入高さ（座標値Ｚ）に対する超音波振幅を用いるのではなく、凸型部１１が基材シート２Ａに向かって移動する際の刺入速度をパラメータとして用いてもよい。

当接直後における過度な基材シート２Ａの軟化による突起先端部の肉薄化を抑えられ、微細中空突起具１の形状をより高精度に制御する観点から、突起形成工程において、凸型部１１と基材シート２Ａとの当接直後における熱量を突起形成直後における熱量よりも小さく設定するのが好ましい。
本実施形態において、当接直後とは、図７において凸型部１１がＺ０の位置を占めた状態であり、突起形成直後とは、図７において凸型部１１がＺｃの位置を占めた状態である。

図８は、製造装置１００を用いて異なる超音波振幅で形成した複数の中空突起部３の縦切断端面図である。図８（ａ）は超音波振幅３０％で形成した中空突起部３３０、図８（ｂ）は超音波振幅４５％で形成した中空突起部３４５、図８（ｃ）は超音波振幅７０％で形成した中空突起部３７０、図８（ｄ）は超音波振幅９０％で形成した中空突起部３９０、図８（ｅ）は超音波振幅３０％から９０％に切替えて形成した中空突起部３を示す。図８（ｅ）に示す中空突起部３は、本実施形態に係る中空突起部である。図８に示す各中空突起部は、超音波振幅以外の条件となる基材シート２Ａの厚さ、凸型部の形状、刺入速度、刺入高さ、発振周波数、軟化時間はすべて同一としている。図８（ｅ）に示す中空突起部３は、図７に示すタイミングで、超音波振幅をＡ１及びＡ２に切り替えることによって得ることができる。

図９（ａ）～図９（ｃ）は、図８に示した中空突起部の内径と外径と肉厚を計測した値をプロットした図である。図９（ａ）は各中空突起部の外径の変化を示し、図９（ｂ）は各中空突起部の内径の変化を示し、図９（ｃ）は各中空突起部の肉厚の変化を示す。図９（ａ）～図９（ｃ）において、縦軸は頂点Ｐから基底部２の他面側２Ｕに向かう距離（突出方向Ｈに沿う距離）の値を示し、横軸は幅方向Ｘ１への寸法を示す。
超音波振幅３０％で形成した中空突起部３３０の上部厚み転換部Ｆ１：下部厚み転換部Ｆ２の比の値は１．８２であった。
超音波振幅４５％で形成した中空突起部３４５の上部厚み転換部Ｆ１：下部厚み転換部Ｆ２の比の値は２．４４であった。
超音波振幅７０％で形成した中空突起部３７０の上部厚み転換部Ｆ１：下部厚み転換部Ｆ２の比の値は１．７８であった。
超音波振幅９０％で形成した中空突起部３９０の上部厚み転換部Ｆ１：下部厚み転換部Ｆ２の比の値は２．２７であった。
本実施形態における中空突起部３の上部厚み転換部Ｆ１：下部厚み転換部Ｆ２の比の値は９．７８であった。

図８に示した複数の中空突起部の内、超音波振幅３０％で製造した中空突起部３３０、超音波振幅９０％で製造した中空突起部３９０及び本実施形態に係る中空突起部３を用いて、穿刺性荷重評価試験を行った。
穿刺性荷重評価試験は、歪計測機器である周知のロードセルに、突出高さを１０００μｍ（１ｍｍ）とした中空突起部３，３３０，３９０をそれぞれセットし、試験用の皮膚モデルに対して垂直に中空突起部３，３３０，３９０を穿刺したときの荷重変化を計測するものである。この時の評価結果を図１０に示す。
図１０において、縦軸は穿刺時の荷重〔Ｎ〕を示し、横軸は穿刺深さ〔ｍｍ〕を示す。各中空突起部は、穿刺深さ０．６ｍｍ程度までは、ほぼ同様の荷重変位を示す。穿刺深さ０．６ｍｍまでは穿刺深さが増すにつれて荷重が徐々に上昇している。これは各中空突起部が皮膚モデルを押圧しているためである。
本実施形態に係る中空突起部３の場合、穿刺深さが０．６ｍｍを過ぎると荷重が一気に低下する。これは、中空突起部３が皮膚モデルの表面を貫通したためである。また、荷重が一気に低下した後は０．８ｍｍ程度までは荷重変化が横ばいに推移している。これは、穿刺深さは増しているが荷重の増加が少なく、先端つぶれが抑制されて穿刺時における抵抗が低くなったことと推察される。荷重の横ばいが終わると、荷重が一気に荷重が増大している。これは穿刺が深くなるにつれて抵抗が増したためであると推察される。

このような中空突起部３による荷重変位の結果から、中空突起部３は頂点Ｐが位置する先端側に上部厚み転換部Ｆ１が位置して中空突起部３の先端側の肉厚増大に伴い耐久性が高くなり、かつ、上部厚み転換部Ｆ１から下部厚み転換部Ｆ２に向かって肉厚が徐々に薄くなるが外径ｒ１の変化は少なく、直線状態のため抵抗が低くなる。すなわち、中空突起部３の先端肉厚化とそれ以降の外観形状により、皮膚表面の貫通に必要な穿刺荷重の低減及び貫通後の荷重が一定であるため、先端つぶれの抑制と穿刺し易さである穿刺性が向上したと推察できる。

これに対し、超音波振幅９０％の中空突起部３９０の場合、穿刺深さ０．８ｍｍ程度までは荷重が増大し、その後、一旦荷重が低下した後、荷重が一気に荷重が増大している。これは、０．８ｍｍ程度までは中空突起部３９０が中空突起部３９０の先端側がつぶれて抵抗となり、皮膚モデルの表面を貫通できず、０．８ｍｍを超えたあたりで皮膚モデルの表面を貫通したためである。
また、超音波振幅３０％の中空突起部３３０の荷重変化は、本実施形態の中空突起部３と同じような変化であるが、荷重が一気に低下した後の荷重変化の横ばい期間が中空突起部３に比べて短くなっている。これは中空突起部３３０の外径ｒ１の変化が大きく、穿刺時の抵抗が中空突起部３に比べて大きいためであると推察される。

図１１（ａ）は、貫通孔３ｈを有する中空突起部３Ａを備えた微細中空突起具１Ａを示す斜視図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ－Ｂ線断面端面図である。図１２は微細中空突起具１Ａを製造する製造装置の一形態を示す。
微細中空突起具１Ａは、先に説明した微細中空突起具１の中空突起部３に貫通孔３ｈを形成した中空突起部３Ａを備えている。微細中空突起具１Ａは、その外面３２に、中空突起部３Ａ内の内部空間３ｓと連通する貫通孔３ｈを有している。この貫通孔３ｈは、中空突起部３Ａの厚みのある領域に配されている。貫通孔３ｈが配されている厚みのある領域とは、前述した第１領域Ｅ１である。微細中空突起具１Ａの内径ｒ２は、中空突起部の第１領域Ｅ１から第２領域Ｅ２に向かって線形的に増加している。

図１２に示す製造装置１００Ａは、図５で説明した製造装置１００に開孔形成部４０を備えたものである。開孔形成部４０は、基材シート２Ａの他面側２Ｕ（上面側）に非接触式の開孔手段４を備えている。非接触式の開孔手段４としては、レーザー光を照射するレーザー光照射装置、ホットエアーを発射するホットエアー発射装置、赤外線を照射するハロゲンランプ照射装置等、熱源を用いた加工装置が挙げられる。製造装置１００Ａには、微細加工に必要な集光性や高精度なエネルギー制御が可能である観点から、非接触式の開孔手段４として、レーザー光照射装置が用いられている。

レーザー光照射装置（非接触式の開孔手段４）は、図１２に示すように、レーザー光４Ｌを自在に走査するガルバノスキャナである照射ヘッド４１を具備する。照射ヘッド４１は、基材シート２Ａの他面側２Ｕ（上面側）に該他面側２ＵからＴ方向（厚み方向）の上方に一定の間隔を空けて配置されている。
このように基材シート２Ａの他面側２Ｕに配された照射ヘッド４１からレーザー光４Ｌを、非貫通の中空突起部３Ａに照射すると、中空突起部３Ａに外面３２に中空突起部３Ａの内面３１まで貫通する貫通孔３ｈを形成することができる。また、中空突起部３Ａの任意の位置に貫通孔３ｈを形成し易いため、溶液等を供給したい皮膚表面に対する位置を任意に制御し易い。

照射ヘッド４１は、図１２に示すように、照射されたレーザー光４Ｌを集光するレンズ４３、並びに集光したレーザー光４Ｌを自在に走査する２枚のミラー４２及び保護レンズ４４を具備する。保護レンズ４４は具備しなくてもよいが、光学系への塵やほこりの進入を防止する観点から具備する方が好ましい。ミラー４２は、モータ軸（図示せず）に取り付けられている。ミラー４２は、レーザー光４Ｌが基材シート２Ａ上の中空突起部３に当たる照射点を、Ｙ方向に移動させる機構とＸ方向に移動させる機構とを備え、レーザー光４Ｌを自在に走査できるようになっている。レンズ４３は、光軸方向に移動可能となっており、レーザー光４Ｌを集光して、中空突起部３に当たるレーザー光４Ｌの照射点のスポット径を一定にする機構、該レーザー光４Ｌの照射点を基材シート２ＡのＴ方向（厚み方向）に移動させる機構等を備えている。ミラー４２及びレンズ４３を有する照射ヘッド４１は、レーザー光４Ｌの照射点をＸ方向、Ｙ方向及びＴ方向からなる３次元に調整できるようになっている。その為、複数（図示の形態では９個）の中空突起部３それぞれの照射したい位置を３次元に座標化することで、レーザー光４Ｌを各中空突起部３の照射したい位置に所定のスポット径で照射することができる。レーザー光４Ｌとしては、貫通孔３ｈを形成する中空突起部３に吸収され得るものを用いることが好ましい。中空突起部３を形成する基材シート２Ａが、熱可塑性樹脂を主体とするフィルム等のシートである場合、レーザー光４Ｌとしては、ＣＯ_２レーザー、エキシマレーザー、アルゴンレーザー、ＹＡＧレーザー、ＬＤレーザー（半導体レーザー）、ＹＶＯ_４レーザー、ファイバーレーザー等を用いることが好ましい。

このように、２次加工となる開孔工程において貫通孔３ｈを形成する場合、貫通孔３ｈが形成される開孔位置に合わせて、微細中空突起具１の形状を制御するのが好ましい。

本実施形態によれば、中空突起部３Ａに、外面３２から内面３１まで貫通する貫通孔３ｈを形成したので、中空突起部３Ａの内部空間内に溶液を封入した状態で皮膚に穿刺した際に貫通孔３ｈから溶液を吐出することができる。
この貫通孔３ｈが、中空突起部３Ａの厚みのある領域、具体的には第１領域Ｅ１に配されているので、貫通孔３ｈが形成されても中空突起部３Ａの先端側での剛性を確保でき、中空突起部３Ａのつぶれを抑制して穿刺性を向上することができる。
中空突起部３Ａの内径ｒ２は、中空突起部３Ａの第１領域Ｅ１から第２領域Ｅ２に向かって線形的に増加しているので、先端肉厚にもかかわらず、溶液が流れる液流路となる内部空間の断面積が先端にかけて小さくなっていくため、流速が増し、溶液が吐出しやすくなる。

図１３は、製造装置１００Ａにより形成した貫通孔３ｈを有する複数の中空突起部を示す。ここでは、本実施形態に係る中空突起部３Ａの他に、中空突起部３Ｂを形成した。各中空突起部は、突出高さを１０００μｍとした。
中空突起部３Ａは、超音波振幅３０％から９０％に切り替えて先端肉厚に形成したものである。従来方法の欄に記載の中空突起部３Ｂは、超音波振幅４５％で形成したものである。

このような２つの中空突起部を用いて穿刺評価実験を行った。
実験は、豚の耳介皮膚を土台となるヒト前腕内側部に隙間なく張り付けて一体化して穿刺対象として準備し、図１３に示す２つの中空突起部に荷重５００ｇを与えて手動で豚の耳介皮膚に穿刺した。この時の穿刺成功率、突出高さ減少率〔％〕を評価項目とし、その評価結果を図１３にまとめた。

穿刺成功率は、中空突起部３Ａ、３Ｂを皮膚モデルに対して穿刺した回数に対する、穿刺が成功した回数から求めた。穿刺後に注入された溶液が皮膚に留まっている状態を成功と判断し、該溶液が留まっている回数が多いほど成功率が高いと判断した。本実施形態において、穿刺成功率は〇、×、△で表記した。〇は成功率が９０％以上、×は成功率が１０％以下、△はそれ以外を示す。
突出高さ減少率〔％〕は、穿刺前の突出高さ（１０００μｍ）と、穿刺後に皮下モデルから抜き取って計測した穿刺後の突出高さの差分値を、穿刺前の突出高さで割った値の平均値から求めた。これら２つの評価項目の内、穿刺成功率は刺さりやすさである穿刺性の判断材料とし、突出高さ減少率〔％〕は、つぶれにくさの判断材料とした。

〔評価〕
穿刺成功率を観てみると、中空突起部３Ｂの穿刺成功率（△）に対し、本実施形態に係る中空突起部３Ａの場合、高い確率で刺さって溶液が皮膚内に注入され、高い成功率であった。
突出高さ減少率〔％〕を観てみると、中空突起部３Ｂは３．３〔％〕であり、中空突起部３Ａは０．３％であった。これは、中空突起部３Ａの場合、先端側の肉厚が厚く、先端がつぶれにくくなり、突出高さ減少率〔％〕が低いと推察される。これに対し、中空突起部３Ｂの場合、先端つぶれが中空突起部３Ａに対して大きく突出高さ減少率〔％〕が高くなったと推察される。

図１４は、中空突起部の肉厚と頂点Ｐからの距離と先端つぶれの関係を示す図である。図１４において、縦軸は肉厚〔μｍ〕を示し、横軸は突出方向Ｈにおける中空突起部３の頂点Ｐから基底部２の他面側２Ｕに向かう距離を示す。図１４において、点線で囲った領域Ｊは、一般に中空突起部の先端つぶれが発生する領域を示す。技術的には、この領域の厚さを肉厚に形成することで先端がつぶれにくくなる。本実施形態に係る中空突起部３Ａは、先端側を肉厚に形成しているので、つぶれが発生する領域Ｊにおいて、従来構成の中空突起部３Ｂよりも肉厚に形成されている。このことからも中空突起部３Ａの形状は、先端がつぶれにくい形状であるといえる。このように先端がつぶれにくくなると、特に貫通孔３ｈが形成されている場合、つぶれによって貫通孔３ｈの開孔面積が狭められることが少なく、内部空間内の溶液を確実に吐出することにつながる。

実施の形態に記載の溶液とは、皮膚に注入する剤である。剤としては、本発明の微細中空突起具を用いて皮膚に注入可能なものであれば特に制限されず、例えば皮膚の状態を改善するための有効成分を含む液剤、感染症の予防に用いるワクチンを含む薬剤が挙げられる。
また微細中空突起具の穿刺対象である皮膚は、典型的にはヒトの皮膚であるが、犬や猫等のペットの皮膚、牛、豚、ヤギ等の家畜の皮膚であっても良い。また哺乳類以外の動物の皮膚、例えば蛇やカエル、蚕等の皮膚であっても良い。

上述した実施形態に関し、本発明はさらに以下の微細中空突起具を開示する。
＜１＞
内部空間を有する微細な中空突起部が基底部から突出しており、該中空突起部の頂点側から対象物に穿刺される微細中空突起具であって、
前記中空突起部は、前記中空突起部の頂点を通る何れかの縦断面を視て、該中空突起部の突出方向と直交する幅方向に位置する外面同士の間隔を外径、前記幅方向に位置する内面同士の間隔を内径、前記内径が０より大きい領域における前記外径と前記内径の差の半分の値を肉厚と定義した場合に、
前記内径が、前記頂点側から前記基底部に向かって連続的又は非連続的に増加しており、
前記頂点側から前記基底部側に向かって、前記肉厚が増加から減少に転じる上部厚み転換部と、前記肉厚が減少から増加に転じる下部厚み転換部とを有し、該下部厚み転換部が、前記上部厚み転換部よりも前記基底部側に位置する、微細中空突起具。

＜２＞
前記中空突起部は、前記頂点が位置する先端側に前記上部厚み転換部が位置して該中空突起部の先端側の肉厚が増大し、かつ前記上部厚み転換部から前記下部厚み転換部に向かって肉厚が徐々に薄くなり、外径の変化は少なく、直線状態である、前記＜１＞に記載の微細中空突起具。
＜３＞
前記上部厚み転換部の肉厚と前記下部厚み転換部の肉厚の比の値は、３．０以上、好ましくは６以上、より好ましくは９以上であり、１００以下、好ましくは５０以下、より好ましくは２０以下であり、具体的には、３．０以上１００以下、好ましくは６以上５０以下、より好ましくは９以上２０以下である、前記＜１＞に記載の微細中空突起具。
＜４＞
前記突出方向において、前記中空突起部の突出高さを二等分して、前記縦断面を、前記頂点が位置する第１領域及び前記基底部が位置する第２領域に区分したときに、第１領域に前記上部厚み転換部が位置し、第２領域に前記下部厚み転換部が位置している、前記＜１＞に記載の微細中空突起具。
＜５＞
前記縦断面において、第２領域における前記下部厚み転換部の肉厚に対する第１領域における前記上部厚み転換部の肉厚の比の値が３．０以上である、前記＜３＞に記載の微細中空突起具。

＜６＞
前記中空突起部は、熱可塑性樹脂を含んだ部材から構成されている、前記＜１＞ないし前記＜５＞の何れか１に記載の微細中空突起具。
＜７＞
前記中空突起部は、前記基底部から一つまたは複数個が突出して形成されたものである、前記＜１＞ないし前記＜６＞の何れか１に記載の微細中空突起具。
＜８＞
前記頂点が位置する先端側又は前記外面に、前記内部空間と連通する貫通孔を有している前記＜１＞ないし前記＜７＞の何れか１に記載の微細中空突起具。
＜９＞
前記貫通孔は、前記中空突起部の厚みのある領域に配されている、前記＜８＞に記載の微細中空突起具。
＜１０＞
前記貫通孔が配されている厚みのある領域は、第１領域である、前記＜９＞に記載の微細中空突起具。
＜１１＞
前記内径は、前記中空突起部の第１領域から第２領域に向かって線形的に増加している、前記＜４＞ないし前記＜１０＞の何れか１記載の微細中空突起具。

１，１Ａ 微細中空突起具
２ 基底部
３，３Ａ 微細な中空突起部
３ｈ 貫通孔
３ｓ 空間
３１ 内面
３２ 外面
Ｅ１ 第１領域
Ｅ２ 第２領域
Ｆ１ 上部厚み転換部
Ｆ２ 下部厚み転換部
Ｈ 突出方向
Ｈ１ 突出高さ
Ｐ 中空突起部の頂点
ｒ１ 外径
ｒ２ 内径
Ｔ１ 肉厚
Ｘ１ 幅方向

Claims (8)

1. 内部空間を有する微細な中空突起部が基底部から突出しており、該中空突起部の頂点側から対象物に穿刺される微細中空突起具であって、
   前記中空突起部は、前記中空突起部の頂点を通る何れかの縦断面を視て、該中空突起部の突出方向と直交する幅方向に位置する外面同士の間隔を外径、前記幅方向に位置する内面同士の間隔を内径、前記内径が０より大きい領域における前記外径と前記内径の差の半分の値を肉厚と定義した場合に、
   前記内径が、前記頂点側から前記基底部に向かって連続的又は非連続的に増加しており、
   前記頂点側から前記基底部側に向かって、前記肉厚が増加から減少に転じる上部厚み転換部と、前記肉厚が減少から増加に転じる下部厚み転換部とを有し、
   前記中空突起部の突出高さを二等分して、前記縦断面を、前記頂点が位置する第１領域及び前記基底部が位置する第２領域に区分したときに、該第１領域に前記上部厚み転換部が位置し、該第２領域に前記下部厚み転換部が位置している、微細中空突起具。
2. 前記縦断面において、前記下部厚み転換部の前記肉厚に対する前記上部厚み転換部の前記肉厚の比の値が３．０以上である、請求項１に記載の微細中空突起具。
3. 前記中空突起部は、前記下部厚み転換部よりも前記基底部側に、前記肉厚が、該下部厚み転換部側から前記基底部側に向かって徐々に増大し、該肉厚が、前記上部厚み転換部における前記肉厚よりも大きくなる肉厚部を有する、請求項１又は２に記載の微細中空突起具。
4. 前記中空突起部は、熱可塑性樹脂を含んだ部材から構成されている、請求項１ないし３の何れか一項に記載の微細中空突起具。
5. 前記中空突起部は、前記基底部から一つまたは複数個が突出して形成されたものである、請求項１ないし４の何れか一項に記載の微細中空突起具。
6. 前記頂点が位置する先端側又は前記外面に、前記内部空間と連通する貫通孔を有している、請求項１ないし５の何れか一項に記載の微細中空突起具。
7. 前記貫通孔は、前記第１領域に配されている、請求項６に記載の微細中空突起具。
8. 前記内径は、前記第１領域から前記第２領域に向かって線形的に増加している、請求項１ないし７の何れか一項に記載の微細中空突起具。

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