JP4193982B2 - 発熱体積層材および発熱体積層材を用いた部品 - Google Patents

Description

本発明は、熱伝導性および導電性に優れた伝導板と、所要の熱エネルギーを発生させうる発熱板とを少なくとも１枚ずつ積層してなる発熱体積層材、および発熱体積層材を用いてなる部品に関する。

近年、生体などに対する薬剤の供給方法として、飲み薬（経口投薬）あるいは注射などを用いない非侵襲性のＤＤＳ（ドラッグ・デリバリ・システム）の開発が進められてきている。例えば、糖尿病疾患などにおいては、毎日インシュリン注射をしなければない患者も多く、少なからず痛い思いをしており、精神的肉体的負荷は決して軽くない。このような背景の中で経皮吸収による非侵襲性の供給方法が提案されてきている。なお特許文献１には、過剰な熱や圧力を加えることなく金属板同士を接合する方法が開示されており、また特許文献２には、高分子フィルムに金属薄膜を形成した後、あるいは金属薄膜を形成するとともに金属箔を積層する方法が開示されている。

本出願に関する先行技術文献情報として次のものがある。
特開平１−２２４１８４号公報 特開２００２−１１３８１１号公報

本発明は、熱伝導性および導電性に優れた伝導板と、所要の熱エネルギーを発生させる発熱板とを少なくとも１枚ずつ積層してなる発熱体積層材、および薬剤の経皮吸収などに適用できる発熱体積層材を用いてなる部品を提供することを課題とする。

前記課題に対する第１の解決手段として本発明の発熱体積層材は、比抵抗として、２０℃で１〜２０μΩ・ｃｍの伝導板と、比抵抗として、２０℃で２１〜３００μΩ・ｃｍであり、かつ銅−マンガン系合金、ニッケル−リン系合金、ニッケル−ホウ素−リン系合金あるいは鉄−炭素系合金からなる発熱板とを少なくとも１枚ずつ積層してなる発熱体積層材であって、発熱体積層材の少なくとも１つの接合面が、圧接によって接合してなる構成とした。あるいは、比抵抗として、２０℃で１〜２０μΩ・ｃｍの伝導板と、比抵抗として、２０℃で２１〜３００μΩ・ｃｍであり、かつ銅−マンガン系合金、ニッケル−リン系合金、ニッケル−ホウ素−リン系合金あるいは鉄−炭素系合金からなる発熱板とを少なくとも１枚ずつ積層してなる発熱体積層材であって、発熱体積層材の少なくとも１つの接合面が、伝導板および発熱板の接合されるそれぞれの面を活性化処理した後、活性化処理面同士が対向するように該伝導板と該発熱板を当接して重ね合わせて積層接合してなる構成とした。また好ましくは、前記発熱体積層材が伝導板−発熱板からなる２層構造である構成とした。あるいは前記伝導板が銅板からなる構成とした。

前記課題に対する第２の解決手段として本発明の部品は、請求項１または２記載の発熱体積層材を用いてなる構成とした。好ましくは前記部品が支持板−伝導板−発熱板からなる３層構造である構成とした。あるいは前記部品の少なくとも一個所に、発熱部を形成してなる構成とした。さらに好ましくは前記部品が、薬剤の経皮吸収または経粘膜吸収用途に適用される構成とした。

このような発熱体積層材や部品は、経皮吸収用途に好適に用いることができ、以下の用途などが存在する。第１の用途として、発熱部により薬剤や皮膚、粘膜を暖めることにより薬剤の経皮、経粘膜吸収効率が最適となるように適温に維持するために用いることができる。第２の用途として、イオン導入法における電極の役割を果たすことができる。さらに第３の用途として、経皮吸収に対するバリヤとしての角質層の少なくとも一部の除去を図るため発熱部により焼損させてピーリング処理をしやすくすることができる。特に発熱部をステンレス合金で形成している場合には、皮膚に直接に接触しても問題がない。なおこのステンレス合金が、ニッケルなどの人体に有害とされる元素を低減したものは医療用に好適である。また本発明の発熱体積層材や部品の一部に、発熱部での温度制御やイオン導入法における電極としての電圧・電流制御のための回路を形成し、制御ＩＣや制御部品などを搭載することにより、持続的で適切な投薬効果を得ることも可能である。

以下に、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の発熱体積層材２０の一実施形態を示す概略断面図であり、伝導板２６と発熱板２８を積層接合した例を示している。さらに図２は、本発明の部品３０の一実施形態を示す概略断面図であり、支持板２４と伝導板２６と発熱板２８を積層接合した例を示している。なお３層の部品は、支持板２４−伝導板２６−発熱板２８構造のみならず、支持板２４−発熱板２８−伝導板２６構造を採ることも可能であり、さらに本発明の部品では支持板２４の片側にのみならず両側に発熱体積層材が存在する発熱板２８−伝導板２６−支持板２４−伝導板２６−発熱板２８構造や伝導板２６−発熱板２８−支持板２４−伝導板２６−発熱板２８構造などの５層構造などを採ることも可能である。

伝導板２６の材質としては、発熱体積層材を製造可能な素材で導電性の優れたものであれば特にその種類は限定されず、発熱体積層材の用途により適宜選択して用いることができる。例えば、常温で固体である熱伝導性および導電性の優れた金属（例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕなど）や、これらの金属のうち少なくとも１種類を含む導電性の優れた合金（例えば、ＪＩＳに規定の合金など）などが適用できる。導電性は、比抵抗としては、例えば２０℃で１〜２０μΩ・ｃｍの範囲が望ましい。発熱体積層材の用途が経皮吸収用途などであれば、伝導板２６としては、熱伝導性および導電性に優れた金属であるＣｕ、Ａｌなどや、これらの金属のうち少なくとも１種類を含む導電性の優れた合金などを適用することができる。すなわち銅板、アルミニウム板などを伝導板２６として適用することが可能である。銅板としては、Ｃｕの他、ＪＩＳに規定の無酸素銅、タフピッチ銅、リン青銅、黄銅や、銅−ベリリウム系合金（例えば、ベリリウム２重量％、残部が銅の合金など）、銅−銀系合金（例えば、銀３〜５重量％、残部が銅の合金など）など、アルミニウム板としては、Ａｌの他、ＪＩＳに規定の１０００系、３０００系などのアルミニウム合金板を適用することができる。

発熱板２８の材質としては、発熱体積層材を製造可能な素材で所要の熱エネルギーを発生可能なものあれば特にその種類は限定されず、発熱体積層材の用途により適宜選択して用いることができる。例えばジュール熱を利用する場合であれば、常温で固体であり所要の比抵抗を有する金属や合金（例えば、ＪＩＳに規定の合金など）などが適用できる。比抵抗としては、例えば２０℃で２１〜３００μΩ・ｃｍである。好ましくは、２０℃で、２１〜１００μΩ・ｃｍである。発熱体積層材の用途が経皮吸収用途などであれば、発熱部パターンに抵抗部を形成可能な所要の比抵抗を有する抵抗合金を適用することができる。抵抗合金としては、銅−マンガン系合金（例えば、マンガン１２〜１５重量％、ニッケル２〜４重量％、残部が銅の合金など）、銅−ニッケル系合金（例えば、銅５５重量％、ニッケル４５重量％からなる合金など）、ニッケル−クロム系合金（例えば、ニッケル８０重量％、クロム２０重量％からなる合金など）、ニッケル−リン系合金（例えば、リン１〜２０重量％、残部がニッケルの合金など）、ニッケル−ホウ素−リン系合金（例えば、ホウ素２重量％、リン８〜１６重量％、残部がニッケルの合金など）、鉄−クロム系合金（例えば、クロム２０重量％、アルミニウム３重量％、残部が鉄の合金など）、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、ステンレス合金などを適用することができる。なお皮膚に直接接触する場合にはステンレス合金などが好ましい。

また伝導板２６や発熱板２８の厚みは、発熱体積層材を製造可能であれば特に限定はされず、発熱体積層材の用途により適宜選定して用いることができる。例えば、１〜１０００μｍであることが好ましい。伝導板や発熱板が箔などの板材からなる場合には１μｍ未満では伝導板や発熱板としての製造が難しくなり、１０００μｍを超えると発熱体積層材としての製造が難しくなる。より好ましくは、１０〜５００μｍである。なお伝導板や発熱板は、電解箔や圧延箔などの板材であってもよいし、メッキや蒸着などによる膜材を積層したものであってもよい。

支持板２４の材質としては、発熱体積層材を用いた部品を製造可能な素材で絶縁性や熱伝導性の優れたものであれば特にその種類は限定されず、発熱体積層材を用いた部品の用途により適宜選択して用いることができる。例えば、プラスチックなどの有機高分子物質やプラスチックに粉末や繊維などを混ぜた混合体を適用することができ、経皮吸収用途などに適用する場合には、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ナイロンなどの芳香族ポリアミドなどや液晶ポリマー（ＬＣＰ、Liquid Crystal Polymer）などを用いることができる。プラスチックとしては、例えば、アクリル樹脂、アミノ樹脂（メラミン樹脂、ユリア樹脂、ベンゾグアナミン樹脂など）、アリル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、液晶ポリマー、ＥＥＡ樹脂（Ethylene Ethylacrylate 樹脂）、ＡＡＳ樹脂（Acrylonitrile Acrylate Styrene 樹脂）、ＡＢＳ樹脂（Acrylonitrile Butadiene Styrene樹脂）、ＡＣＳ樹脂（Acrylnitrile Chlorinated polyethylene Styrene 樹脂）、ＡＳ樹脂（Acrylonitrile Styrene 樹脂）、アイオノマー樹脂、エチレンポリテトラフルオロエチレン共重合体、エポキシ樹脂、珪素樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、弗化エチレンプロピレン、弗素樹脂、ポリアセタール、ポリアリレート、ポリアミド（６ナイロン、１１ナイロン、１２ナイロン、６６ナイロン、６１０ナイロン、６１２ナイロンなど）、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルホン、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリシクロヘキンジメルテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリトリメチレンナフタレートなど）、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレンなど）、ポリカーボネート、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリサルホン、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリブタジエン、ポリブテン、ポリメチルペンテンなどを用いてもよい。

支持板２４の厚みは、発熱体積層材を用いた部品の用途により適宜選定することができる。例えば、１〜１０００μｍである。１μｍ未満の場合には支持板としての製造が難しくなり、１０００μｍを超えると重くなりすぎる。例えば支持板の用途が経皮吸収用途などであれば、３〜３００μｍの範囲のものが好ましい。３μｍ未満の場合には機械的強度が乏しく、３００μｍを超えると可撓性が乏しくなる。好ましくは、１０〜１５０μｍである。より好ましくは、２０〜７５μｍである。また支持板と発熱体積層材との接合は接着剤などを用いることもできるし、熱融着によって積層することも可能であり、発熱積層材にラミネートしてもよい。

発熱体積層材は、伝導板や発熱板を複数枚積層したものであって、熱間圧延や高圧延率での冷間圧延などにより接合が可能であり、さらに冷間圧延や焼鈍処理などを施して所要の板厚を得ることができる。その他にも、所定の板厚の伝導板や発熱板に活性化処理を施して積層接合する方法があり、以下にその活性化接合法について説明する。なお以下の活性化接合法を用いた場合、残留応力を抑えることが可能なため焼鈍処理を省略することも可能であり、接合部に不都合な合金層の形成を抑止することができるので、機械加工やエッチング加工において加工性能を落とすことなく精度の高い加工が可能となる。

図１に示す発熱体積層材２０の活性化接合法による製造方法について説明する。図４に示すように、真空槽５２内において、巻き戻しリール６２に設置された発熱板２８の伝導板２６との接合予定面側が、活性化処理装置７０で活性化処理される。同様にして巻き戻しリール６４に設置された伝導板２６の発熱板２８との接合予定面側が、活性化処理装置８０で活性化処理される。この活性化処理によって表面に付着したゴミや汚れなどの異物や酸化物や窒化物などの不要な化合物を除去することができる。

活性化処理は、以下のようにして実施する。すなわち、真空槽５２内に装填された伝導板２６、発熱板２８をそれぞれアース接地された一方の電極Ａと接触させ、絶縁支持された他の電極Ｂとの間に、１０〜１×１０^−３Ｐａの極低圧不活性ガス雰囲気中で、１〜５０ＭＨｚの交流を印加してグロー放電を行わせ、グロー放電によって生じたプラズマ中に露出される電極Ａと接触した伝導板２６、発熱板２８のそれぞれの面積が、実効的に電極Ｂの面積の１／３以下となるようにスパッタエッチング処理する。不活性ガスとしては、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトンなどやこれらを含む混合体を適用することができる。好ましくはアルゴンである。なお不活性ガス圧力が１×１０^−３Ｐａ未満では安定したグロー放電が行いにくく高速エッチングが困難であり、１０Ｐａを超えると活性化処理効率が低下する。印加する交流は、１ＭＨｚ未満では安定したグロー放電を維持するのが難しく連続エッチングが困難であり、５０ＭＨｚを超えると発振し易く電力の供給系が複雑となり好ましくない。また、効率よくエッチングするためには電極Ａと接触した伝導板２６、発熱板２８のそれぞれの面積を電極Ｂの面積より小さくする必要があり、実効的に１／３以下とすることにより充分な効率でエッチング可能となる。

その後これら活性化処理された伝導板２６、発熱板２８を積層接合する。積層接合は、伝導板２６、発熱板２８のそれぞれ活性化処理された面が対向するようにして両者を当接して重ね合わせ圧接ユニット６０で冷間圧接を施すことによって達成される。この際の積層接合は低温度で可能であり、伝導板２６、発熱板２８ならびに接合部に組織変化や合金層の形成などといった悪影響を軽減または排除することが可能である。Ｔを伝導板、発熱板の温度（℃）とするとき、０℃＜Ｔ≦３００℃で良好な圧接状態が得られる。０℃以下では特別な冷却装置が必要となり、３００℃を超えると組織変化などの悪影響が生じてくるため好ましくない。また圧延率Ｒ（％）は、０．０１％≦Ｒ≦３０％であることが好ましい。０．０１％未満では充分な接合強度が得られず、３０％を超えると変形や残留応力が大きくなり加工精度上好ましくない。より好ましくは、０．１％≦Ｒ≦３％である。

このように積層接合することにより、所要の層厚みを有する発熱体積層材２０を形成することができ、巻き取りロール６６に巻き取られる。さらに必要により所定の大きさに切り出して、図１に示す発熱体積層材２０を製造することができる。またこのようにして製造された発熱体積層材２０に、必要により接合部合金層が問題とならない範囲で残留応力の除去または低減などのために熱処理を施してもよい。なお伝導板−発熱板接合の他にも伝導板−伝導板接合や発熱板−発熱板接合も可能である。

なお発熱体積層材の製造にはバッチ処理を用いることができる。すなわち真空槽内に予め所定の大きさに切り出された伝導板や発熱板の板材を複数枚装填して活性化処理装置に搬送して垂直または水平など適切な位置に処理すべき面を対向または並置した状態などで設置または把持して固定して活性化処理を行い、さらに伝導板や発熱板の板材を保持する装置が圧接装置を兼ねる場合には活性化処理後に設置または把持したまま圧接し、伝導板や発熱板の板材を保持する装置が圧接装置を兼ねない場合にはプレス装置などの圧接装置に搬送して圧接を行うことにより達成される。なお活性化処理は、伝導板や発熱板の板材を絶縁支持された一方の電極Ａとし、アース接地された他の電極Ｂとの間で行うことが好ましい。

また３層以上の構造の発熱体積層材は、上記説明において伝導板２６および／または発熱板２８の代わりに２層以上の構造の発熱体積層材を用いることにより製造することができる。なお伝導板−発熱板−伝導板構造の他にも、発熱板−伝導板−発熱板構造など用途により適宜製造可能である。さらに伝導板２６や発熱板２８の代わりに複数層の発熱体積層材を用いることにより、より多層の発熱体積層材を製造可能である。また伝導板２６や発熱板２８の板材の代わりにメッキや蒸着などによる膜を板材に積層した積層材を用いることでも製造することができる。さらに発熱体積層材にメッキや蒸着などによる膜を積層してもよい。例えば、半田メッキなどである。

本発明の部品は、伝導板と発熱板を複数枚積層してなる発熱体積層材を用いてなるものであり、発熱体積層材に支持板などを積層したもの、発熱体積層材にエッチング加工などの加工を施したもの、さらにこれに樹脂などで被覆あるいは固定したものや、発熱体積層材を接着剤などを用いて高分子や金属、合金などからなる基材に積層したもの、さらにエッチング加工などの加工を施したものなどである。例えば、図２に示すような積層した部品などや、図３に示すようなエッチング加工を施した部品などである。

図３に示すようなエッチング加工を施した部品は、例えば図１に示すような伝導板２６−発熱板２８の２層構造の発熱体積層材２０を、熱融着などにより支持板２４に積層し、発熱体積層材部分にエッチング加工などを施すことによって製造することができる。また先に発熱体積層材２０にエッチング加工を施して支持板２４を積層してもよい。このときエッチング加工により、発熱体積層材に発熱板のみのパターンと、伝導板のみのパターンと、伝導板と発熱板の積層パターンの３種のパターンを発熱体積層材や部品の用途により適宜形成することができる。これらのパターンを適宜組み合わせることにより、導電性配線部とジュール熱による発熱部を形成することができる。また発熱部は、抵抗部としても利用することができるため抵抗部品個数を削減しうる電気回路を形成することが可能である。

このような発熱体積層材や部品は、経皮吸収用途に好適に用いることができる。経皮吸収用途としては以下の用途などが存在する。まず第１の用途として、発熱部により薬剤や皮膚、粘膜を暖めることにより薬剤の経皮、経粘膜吸収効率が最適となるように適温に維持するために用いることができる。次に第２の用途として、イオン導入法における電極の役割を果たすことができる。さらに第３の用途として、経皮吸収に対するバリヤとしての角質層の少なくとも一部の除去を図るため発熱部により焼損させてピーリング処理をしやすくすることができる。特に発熱部をステンレス合金で形成している場合には、皮膚に直接に接触しても問題がない。なおこのステンレス合金が、ニッケルなどの人体に有害とされる元素を低減したものは医療用に好適である。また本発明の発熱体積層材や部品の一部に、発熱部での温度制御やイオン導入法における電極としての電圧・電流制御のための回路を形成し、制御ＩＣや制御部品などを搭載することにより、持続的で適切な投薬効果を得ることも可能である。

以下に、実施例を図面に基づいて説明する。伝導板２６として厚み５０μｍの銅箔を用い、発熱板２８として厚み１０μｍのステンレス合金箔を用いた。銅箔、ステンレス合金箔を発熱体積層材製造装置５０にセットし、真空槽５２内の活性化処理ユニット７０および８０でスパッタエッチング法によりそれぞれ活性化処理した。次に圧接ユニット６０を用いて、これら活性化処理された銅箔、ステンレス合金箔を、活性化処理面同士を重ね合わせて圧接して積層接合し、発熱体積層材２０を製造した。さらにこの発熱体積層材２０にエッチング加工を施して、高分子フィルムの支持板２４を積層して部品を製造した。

以上説明したように、本発明の発熱体積層材は伝導板と発熱板とを少なくとも１枚ずつ積層してなるものであり、本発明の部品は発熱体積層材を用いてなるものである。このため経皮吸収用途などへの適用も好適である。

本発明の発熱体積層材の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の部品の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の部品の他の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の発熱体積層材の製造に用いる装置の一実施形態を示す概略断面図である。

符号の説明

２０ 発熱体積層材
２４ 支持板
２６ 伝導板
２８ 発熱板
５０ 発熱体積層材製造装置
５２ 真空槽
６０ 圧接ユニット
６２ 巻き戻しリール
６４ 巻き戻しリール
６６ 巻き取りロール
７０ 活性化処理装置
７２ 電極ロール
７４ 電極
８０ 活性化処理装置
８２ 電極ロール
８４ 電極
Ａ 電極Ａ
Ｂ 電極Ｂ

Claims (8)

1. 比抵抗として、２０℃で１〜２０μΩ・ｃｍの伝導板と、比抵抗として、２０℃で２１〜３００μΩ・ｃｍであり、かつ銅−マンガン系合金、ニッケル−リン系合金、ニッケル−ホウ素−リン系合金あるいは鉄−炭素系合金からなる発熱板とを少なくとも１枚ずつ積層してなる発熱体積層材であって、発熱体積層材の少なくとも１つの接合面が、圧接によって接合してなることを特徴とする発熱体積層材。
2. 比抵抗として、２０℃で１〜２０μΩ・ｃｍの伝導板と、比抵抗として、２０℃で２１〜３００μΩ・ｃｍであり、かつ銅−マンガン系合金、ニッケル−リン系合金、ニッケル−ホウ素−リン系合金あるいは鉄−炭素系合金からなる発熱板とを少なくとも１枚ずつ積層してなる発熱体積層材であって、発熱体積層材の少なくとも１つの接合面が、伝導板および発熱板の接合されるそれぞれの面を活性化処理した後、活性化処理面同士が対向するように該伝導板と該発熱板を当接して重ね合わせて積層接合してなることを特徴とする発熱体積層材。
3. 前記発熱体積層材が、伝導板−発熱板からなる２層構造であることを特徴とする請求項１または２に記載の発熱体積層材。
4. 前記伝導板が銅板からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発熱体積層材。
5. 請求項１または２記載の発熱体積層材を用いてなることを特徴とする部品。
6. 前記部品が、支持板−伝導板−発熱板からなる３層構造であることを特徴とする請求項５に記載の発熱体積層材。
7. 前記部品の少なくとも一個所に、発熱部を形成してなることを特徴とする請求項５または６に記載の部品。
8. 前記部品が、薬剤の経皮吸収または経粘膜吸収用途に適用されることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の部品。

Images