JPH05277177A

JPH05277177A - 球状成形体の製造方法

Info

Publication number: JPH05277177A
Application number: JP4105407A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Shimizu; 洋一清水; Akira Fukutome; 明福留
Original assignee: Nippon Zeon Co Ltd
Current assignee: Zeon Corp
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1992-03-31
Publication date: 1993-10-26

Abstract

(57)【要約】【構成】ボール成形に先立って、液状成形材料28をベル
ジャー51中に、ボールを浮遊させるための液体35の配合
液43、47を吸引瓶52中に置き、減圧としこれら液28、4
3、47中の含有ガス成分を除去しておく。【効果】成形体表面の、上記ガス成分に起因する凹凸発
生が防止され、滑らかな表面のボールが成形される。従
って、このボールは、補助人工心臓用逆止弁の可動弁体
として、血栓発生のおそれがなく、頗る好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は球状成形体の製造方法に
関し、例えば人工心臓用の人工弁に用いるボール状可動
弁体の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】近年、開心手術やその他の手術の際に、体
外において補助的かつ一時的に心臓の機能を代替するた
めの人工心臓の開発が進められている。

【０００３】例えば、サック型と称される血液ポンプ装
置としての人工心臓は、図７〜図８に示すように、主と
して耐圧性（例えばポリカーボネート或いはポリウレタ
ン製）のハウジングアウターケース１と、このハウジン
グアウターケース内に気密に収納される偏平袋状のサッ
ク型の血液チャンバー２とからなる。

【０００４】この血液チャンバー２の上部には、血液チ
ャンバーに連通して血液導入管３と血液排出管４とが上
向きにかつ略平行に形成されている。血液チャンバー部
の上部周囲には、ハウジングの一部をなすフランジ部５
を設けてあり、このフランジ部によって血液チャンバー
はハウジングアウターケース１内に気密に収納される。

【０００５】また、血液導入管３と血液排出管４との各
内部には、血液17の逆流を防止する人工の逆止弁28が装
着してあり、これにより、血液導入管３から血液チャン
バー２内に導入された血液17は、血液排出管４より拍出
されるようになっている。

【０００６】血液の拍出は、ハウジングアウターケース
１の底部に設けられたポート８を通じて流体、例えば圧
縮空気及び減圧空気の導入、排出を交互に行い、血液チ
ャンバー外圧の変化に伴って血液チャンバーが膨張、収
縮を繰り返すことによってなされるものである。

【０００７】吻合（ふんごう）術によって生体の心臓に
結合された各カニューレ12と血液チャンバー２側の各血
液導管３及び４とは、各コネクタ13の両端部から夫々差
込んで取付けられる。

【０００８】こうした血液ポンプ装置において、上記人
工弁28としてボール型人工弁が使用されている（特公昭
54−42759 号公報参照）。特に、ボール型のものは可動
弁がボールからなっているので、ディスク型人工弁に比
べて耐久性がよく、血栓生成も少ないという利点があ
る。

【０００９】ボール型人工弁の利点をまとめると、次の
通りである。 (1) ．製造が簡単で、部品点数が少ない。成形用の型も
簡単で安価である。

【００１０】(2) ．順流時はボール28とコネクタ本体20
との間に生じる通路26を経て血液17が流れるが、この際
ボール28自体は弁座21ａに天接触で接しているだけであ
るので、特に逆流時には即座にボール28が弁座21ｂ側へ
移動して逆流が防止される。従って、応答特性が良好で
ある。なお、図中の23は弁座21ａ−21ａ間の溝状流路、
22、24は円形流路である。

【００１１】(3) ．全体がプラスチック及びゴムで構成
されているにも拘らず、耐久性が比較的良好である。

【００１２】上記のようなボール28は通常、シリコーン
等のゴムで成形されるが、その真球度は可動弁として極
めて重要であり、精度不十分であると特に逆流時に弁座
との間に隙間が生じ易くなり、十分に逆流を防止するこ
とができない。このため、ボールを注形及び射出成形等
の成形後に、表面を研磨することが必要であるが、一般
にゴムを精密に研磨すること自体が非常に困難である。

【００１３】そこで、本出願人は、特願昭62−268707号
において上記したボール状可動弁体の如き球状成形体を
高真球度で容易に製造できる方法（以下、先願発明と称
する。）を提案した。

【００１４】この先願発明の一実施例を図９によって説
明すると、ボール状可動弁体を成形するための成形材料
溶液（或いは末硬化のボール自体）とほぼ比重が同じで
ある液体25を対流を生じないように定温に保持しなが
ら、上方からマイクロシリンジ等の注射器の注射針27か
ら、ボール成形材料溶液28を所定量静かに注入する。

【００１５】ここで、液体25としては、ポリビニルアル
コール、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロー
ス、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ソーダ等の
保護コロイド又は界面活性剤、更には無機塩（例えばポ
リリン酸ソーダ）を添加してなるものを使用してよい。

【００１６】また、液体25は成形材料溶液28の加熱重合
の促進の点で全体を30〜80℃に保持するのが望ましく、
対流を起こすことがなければ高温であってよい。

【００１７】また、上記の注入される溶液28は、二液性
の室温硬化型のモノマー、例えばシリコーン溶液を使用
してよいが、他のポリウレタン、エポキシ樹脂用のモノ
マー溶液（但し、溶媒は水以外とする。）を使用するこ
ともできる。

【００１８】また、上記液体25の最上部には予め液体よ
りも比重の小さい液体層29を存在（浮遊）させておき、
かつ液体25の最下部には予め液体25よりも比重の大きい
液体層31を存在（沈積）させておく。

【００１９】液体層29としては、水溶性で沸点が60〜70
℃以上のものがよく、例えばイソプロピルアルコール、
ブチルアルコール等のアルコール類が好適であるが、他
にも比重の小さいものであれば使用可能である。また、
液体層31としては、水溶性の液体、例えばグリセリン等
が使用可能である。但し、両液体29、31ともに上記の成
形材料28を溶解しないものであることが望ましい。

【００２０】上記のようにして注射針27から注入された
溶液28は、液体25中で浮遊するが、加熱重合（硬化）す
る過程で液体25とほぼ同比重となるためにあらゆる方向
から均等な圧力を受け、いわば無重力の如き状態で球形
となり、このまま硬化せしめられる。この結果、図９の
一点鎖線28で示すように所定径で真球度の高いボール28
が成形される。

【００２１】但し、この成形の過程で、液体25中へ注入
された直後の溶液28はモノマーであるために液体25より
比重が小さめ（１より小）であり、図９に示すように浮
上してしまう。

【００２２】しかし、最上部に液体層29が存在するため
に、浮上した液28は図示した位置でそれ以上の浮上が阻
止され、最表面（即ち、大気に触れる位置）に移動する
ことはない。仮に、液体層29が存在しないときには、一
点鎖線で示すように最表面へ浮上し、大気圧によって液
滴自体が容易に破裂してしまう。従って、液体層29の存
在で、液28が最表面へ出ることがなく、真球性を保持し
ながら重合が進行する。

【００２３】この重合が進むにつれてボールの比重は徐
々に増大し、ついには液体25と全く同じ比重となり、上
述したようにあらゆる方向から均等な圧力を受けて静止
しながら硬化してゆく。

【００２４】このようにして成形されたボールは、成形
が簡単で真球性が良好であるが、表面粗さが粗くなるこ
とが屡あり、これが血栓発生の原因となる。

【００２５】本発明者は、検討を重ねた結果、ボールの
表面粗さが粗くなるのは、ボール成形材料溶液28及び液
体35に含有されるガス成分（主として空気）が温度上昇
によってこれら液から排出されてボール表面に気泡とし
て付着することに起因していることを見出した。

【００２６】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
ものであって、真球性が良好でかつ容易に成形できる上
に、安定して成形体表面の凹凸を微小にする、球状成形
体の製造方法を提供することを目的としている。

【００２７】

【発明の構成】即ち、本発明は、液状成形材料を所定の
液体中に注入し、浮遊させながら硬化させて球状成形体
を製造するに際し、前記成形材料及び前記液体から、こ
れら成形材料及び液体に溶けているガス成分を予め除去
しておく、球状成形体の製造方法に係る。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００２９】図１及び図２は、本発明の実施例を示すも
のである。この例によれば、ボールを成形するために、
成形材料溶液28を注入する液体35に、鉛直方向（即ち、
液体35の高さ又は深さ方向）に連続的な密度勾配を形成
している。

【００３０】この密度勾配は、図１に示すように、直線
的な密度変化として液体35自体に形成されるものであ
る。従って、例えば溶液28の比重が1.0325であって比重
計によって0.002 までしか計測できないために比重計で
測定できない誤差（即ち、0.0001のオーダーで溶液28の
比重に計測誤差）か存在していても、溶液28の注入位置
のすぐ上部及び下部での液体35の密度（比重）は溶液28
の密度（比重）と必ず一致するはずである。

【００３１】この結果、溶液28の密度と液体35の密度勾
配さえ決めておけば、注入された溶液28は必要以上に浮
いたり、沈んだりすることはなく、液体35と釣合いのと
れた位置で浮遊しながら硬化し、全周囲から均等な力を
受け、衝撃のない状態で成形されることになる。このこ
とは、溶液28の注入後の硬化過程でも進行し、その比重
が初期では小さくても注入位置よりすぐ上で釣合い、ま
た硬化反応の進行中に比重が増大してもすぐ下で釣合う
ことになるのである。

【００３２】こうして、注入された溶液28は必要以上に
浮沈を生じることなしに、図９の如き変形を生じること
なく、真球に成形されることになる。これは、ボールの
表面が凹凸やつぎめがなく、滑らかな面に形成され、ロ
ット間に形状差もなくなることから、医療用のボール弁
として極めて有利となる。

【００３３】上記において、液体35の密度勾配は種々選
択可能であるが、例えば液体35の単位高さ（１cm）当り
１×10^-3〜１×10^-4の密度差があるのが望ましい。特
に、成形材料溶液はその重合（硬化）前後で密度が１×
10^-2のオーダーで変化するものが多いことから、その中
間過程では10^-3オーダーでの密度変化が生じ、これに対
応して上記の密度差（勾配）は望ましいものである。上
記した密度勾配を決めると、溶液の種類やボール或いは
成形時の温度等が変わっても実質的に同じ条件で成形さ
れるので、常に安定した真球度のボールを成形できる。

【００３４】なお、液体35は、単一系のポリマー又は溶
液であってよく、ポリビニルアルコール、カルボキシメ
チルセルロース、メチルセルロース、ポリビニルピロリ
ドン、ポリアクリル酸ソーダ等の保護コロイド又は界面
活性剤、更には無機塩（例えばポリリン酸ソーダ）を添
加してなるものを使用してよい。

【００３５】また、液体35は成形材料溶液28の加熱重合
の促進の点で全体を30〜80℃に保持するのが望ましく、
対流を起こすことがなければ高温であってよい。

【００３６】また、上記の注入される溶液28は、二液性
の室温硬化型のモノマー、例えばシリコーン溶液を使用
してよいが、他のポリウレタン、塩化ビニル樹脂、エポ
キシ樹脂用のモノマー溶液（但し、溶媒は水以外とす
る。）、コラーゲン、ゼラチン、寒天を使用することも
できる。要は、液体35と溶液28とが混じることがなけれ
ば、どのような組合せでも可能である。

【００３７】次に、上記液体35に密度勾配を形成する方
法を図２について説明する。まず、容器34に対し、導管
40を通してポンプ41によって、容器42内の液体43を容器
34の底部から連続的に供給する。容器42には、導管44を
通してポンプ45によって容器46内の液体47を連続的に供
給する。

【００３８】液体43は、予め、例えばポリビニルアルコ
ール水溶液に塩化カルシウム等の比重調整剤を添加する
ことによって比較的大きな密度（比重）に調整されてお
り、また液体47の方は比較的小さな密度（比重）に調整
されている。液体43は、液体47の供給によって徐々に連
続的に密度が小さくなり、容器42の底部でスターラー48
で十分に攪拌された後容器34へと供給されることにな
る。

【００３９】従って、ポンプ41と45の能力のバランス
（即ち、両液体43、47の混合割合）をとることによっ
て、容器34へはその底部から徐々に（例えば 300cc／mi
n のレートで）密度が徐々に小さくなるようにポリビニ
ルアルコール水溶液を供給することができる。この場
合、その水溶液は高粘度であるため、ゆっくりと供給す
ることによって、上下で混じり合わないように連続的に
密度変化した状態で積層されてゆくことになる。この密
度勾配は、ポンプ41と45とのバランスで任意にコントロ
ールできる。

【００４０】密度勾配は、図１に実線で示したように形
成する以外にも、同図中に一点又は二点鎖線で示すよう
に液体35の上部及び下部で曲線的に変化させてもよい。

【００４１】この例で注目すべきことは、図１のボール
成形溶液28並びに図２の液体43及び液体47に、ボール成
形前に予め脱気処理を施していることである。

【００４２】即ち、図３に示すように、ベルジャー51内
に、容器50に収容された溶液28を置き、ベルジャー頭部
に設けられた排気管51ａを通してベルジャー51内の空気
を排出する。溶液28は、例えば市販のシリコーンゾルで
ある。

【００４３】図２の液体43、47については、図４に示す
ように、吸引瓶52内に液体43又は液体47を収容し、ゴム
管53を介して側管52ａから吸引瓶52内の空気を排出す
る。

【００４４】ベルジャー51内、吸引瓶52内の雰囲気は室
温で0.01mmHg以下の高真空とし、処理時間は、溶液28に
ついては30分〜２時間（この例では１時間）、液体43、
47については15分〜１時間（この例では30分間）とす
る。

【００４５】溶液28及び液体43、47に前記の脱気処理を
施してこれらに溶けていた空気その他のガス成分を除去
する。次いで図２に示した方法で、図１の液体35に連続
的に密度勾配を形成する。その具体的な条件は次の通り
である。

【００４６】次の条件範囲で実施した。密度範囲： 1.020〜1.080 温度範囲： 20〜40℃ ポンプスピード：10〜500ml ／min ポンプスピード比率Ａ／Ｂ＝４／１〜１／４溶液組成：水−ポリビニルアルコール溶液比重調整液：塩化カルシウム、塩化ナトリウム、塩化カ
リウム、ショ糖水溶液

【００４７】具体的には、次の条件を採用した。作成密度： 1.020〜1.060 （ 1.020〜1.040 と 1.0
40〜1.060 の２種類の勾配を形成）温度：40℃ ポンプスピード：41（Ａ）＝30ml／min 、45（Ｂ）＝15
ml／min 溶液組成：４％ポリビニルアルコール水溶液比重調整：ショ糖（但し、比重は初期で、密度の場合
は溶液43＝1.040 、溶液47＝1.020 とし、密度の場合
は溶液43＝1.060 、溶液47＝1.040 とした。）

【００４８】実際に密度勾配が形成されているかどうか
を確認するため、種々の位置での溶液サンプルを採取
し、比重を測定した。結果を図５に示した。

【００４９】以上のようにして成形されたボールの 100
個は、総べて真球性の良好なものであった。

【００５０】これらのボールについて、表面粗さの検査
を行った。表面粗さの検査は次のようにして行う。

【００５１】先ず、ルーペを使用して肉眼にて表面に凹
凸が観察されたボールを不合格とする。次に、ルーペに
よる検査を通ったボールについて、走査型電子顕微鏡を
使用して表面凹凸の有無を観察する。この方法で深さ
0.1μｍ迄の凹凸が認識できる。走査型電子顕微鏡を使
用して凹凸が認められなかったボールを合格とし、同凹
凸が認められたボールを不合格とする。

【００５２】走査型電子顕微鏡による検査に供したボー
ルの個数は、１ロットについて抜取られた30個である。
その結果、この30個のボール全部が合格品となった。ル
ーペを使用しての検査で不合格となったボールが皆無で
あったことは言う迄もない。

【００５３】比較のため、図３、図４の脱気処理を施さ
ず、その他は前記実施例におけると同様にして成形され
たボールについて、前記と同様の検査を行ったところ、
ルーペによる検査で総てのボールが不合格となった。

【００５４】因に、学会にての報告によれば、補助人工
心臓用逆止弁のボールとして、数μｍ以上の表面凹凸が
あるものは、血栓が発生するとされている。

【００５５】合格となった実施例のボールと、不合格に
なった比較例のボールとを、山羊を使用しての生体実験
（右心のみ、１頭について２個）に供したところ、実施
例のボールは１ケ月の実験によって血栓発生は殆ど認め
られなかった。これに対し、実験に供した３個の比較例
のボールでは、１週間を経過した時点で取出したとこ
ろ、いずれも10〜100 μｍの表面凹凸が在り、血栓が付
着していた。

【００５６】以上のように、この例の方法によって成形
されたボールは、真球性が良好で、補助人工心臓用逆止
弁の可動弁体として好適である上に、表面が滑らかで血
栓発生のおそれがないという、頗る優れた性質を示す。

【００５７】図６の例は、ボールの成形をコネクタ内で
直接行う場合を示す。即ち、コネクタ本体20を垂直に
し、最底部にキャップ36を被してから、上述したと同様
の密度勾配の液体35を入れ、図示の状態となす。

【００５８】この状態で、図１で述べたと同様にして溶
液28を注入すると、注入後に溶液28と液体35との密度が
釣合うから、液体25中で高真球度のボール28を容易に成
形することができる。

【００５９】また、ボールを組込む前に弁本体20を作製
しているので、その内面に予め抗血栓剤等を塗布した
り、或いは加工できるので、内面を平滑化し、血栓の生
じ難い人工弁を提供できる。

【００６０】ボールの真球性については、図１の液体35
に前記のような連続的密度勾配を形成するほか、階段的
な不連続の密度勾配を形成して同様の効果を奏すること
ができる。

【００６１】即ち、上記した液体35として、その高さ方
向において密度を多段階（３段階以上）に変化させたも
のを使用する。例えば、図２に示したポンプ系を断続的
に運転させることにより、多種類の密度の溶液をその密
度の高い順に重層し、同一溶液層の中に多段階の密度勾
配を形成させる。

【００６２】一般的な条件は次の通りとした。密度範囲： 0.8 〜1.4 温度範囲： 20〜40℃ 密度の段階数：４〜21（密度変化では３〜20段階）溶液組成：水−ポリビニルアルコール密度調製：塩化カルシウム、塩化カリウム、塩化ナト
リウム

【００６３】具体的には、次の条件を採用した。作成密度： 1.038 −1.039 −1.040 −1.041 −1.042
−1.043 −1.044 −1.046 −1.048 −1.052 −1.060 11段階の密度差温度： 30℃ 溶液組成：２％ポリビニルアルコール水溶液比重調整：塩化カリウム

【００６４】比重測定の結果は、図５中に併記してあ
る。

【００６５】この例にあっては、成形されたボールは、
真球性が良好で補助人工心臓用逆止弁の可動弁体として
使用できるものが、80個中87.5％であった。このような
高歩留は、多段階の密度変化により、成形体が浮沈する
間に早期に比重が釣合うからであると考えられる。

【００６６】この例にあっても、ボール成形に先立っ
て、図１のボール成形用溶液28及び図２の液体43、47に
は、前記の例におけると同様に、図３、図４で説明した
脱気処理が施してある。そして、ボールの表面粗さにつ
いては、前記と同様の検査の結果、総てが合格であっ
た。

【００６７】なお、前記の多段階密度勾配において、そ
の密度変化の段階数は３段階以上とする必要がある。２
段階の変化では、図９のものと差はない。密度変化は３
段階以上、20段階以下がよく、更に好ましくは５段階以
上、18段階以下がよい。あまり段階数が多いと各密度の
液体相を形成し難くなる。

【００６８】以上、本発明を例示したが、上述の実施例
は本発明の技術的思想に基づいて更に変形が可能であ
る。

【００６９】例えば、上述の液体層35の材質や比重、装
入方法等は種々変化させてよいし、液体28についても同
様に比重、注入方法等を変更してよい。

【００７０】液体35の密度勾配も上述の直線的な変化だ
けでなく、曲線上に変化させたり、或いは直線と直線、
直線と曲線、曲線と曲線等、種々の組合わせが可能であ
る。更に、図９の例に本発明を適用することも可能であ
る。

【００７１】

【発明の作用効果】本発明は、液状成形材料や成形時に
これを浮遊させるための液体から、これら液状成形材料
や液体に溶けているガス成分を予め除去しておくので、
これらのガス成分が成形中に排出されて気泡として球状
成形体に付着することが防止される。

【００７２】従って、気泡付着に起因する成形体表面の
凹凸発生が防止され、得られる球状成形体は表面が滑ら
かなものとなる。

【００７３】その結果、この球状成形体を例えば補助人
工心臓用逆止弁の可動弁体等の医療機器部品として使用
するときは、表面凹凸に起因する血栓発生が防止され、
医療行為が安全に遂行される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるボール成形方法を示す断面図及び
密度勾配である。

【図２】同方法において密度勾配を形成する方法を示す
断面図である。

【図３】同方法において液状成形材料に脱気処理を施す
方法を示す断面図である。

【図４】同方法においてボールを浮遊させる液体に脱気
処理を施す方法を示す断面図である。

【図５】具体的な密度勾配を示すグラフである。

【図６】本発明による他のボール成形方法を示す断面図
である。

【図７】従来の血液ポンプ装置の断面図である。

【図８】図７におけるVIIIＡ−VIIIＡ線断面図とVIIIＢ
−VIIIＢ線断面図である。

【図９】従来法によるボール成形時の断面図及び密度勾
配である。

【符号の説明】

20 コネクタ（弁本体） 25 液体 27 注射針 28 ボール又は成形材料 35 （密度勾配のある）液体 43、47 密度調製された液体 51 ベルジャー 52 吸引瓶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液状成形材料を所定の液体中に注入し、
浮遊させながら硬化させて球状成形体を製造するに際
し、前記成形材料及び前記液体から、これら成形材料及
び液体に溶けているガス成分を予め除去しておく、球状
成形体の製造方法。