技術 ガラス管の製造法及びその使用

0001

本出願は、２０１４年８月１４日付けで提出された独国特許出願番号１０２０１４１１１６４６．１“ガラス管の製造法及びその使用”の優先権を主張するものであって、その開示内容全体を参照によって組み込んだものとする。

0002

本発明は、いわゆるダンナー法によるガラス管の製造に関し、とりわけ、高い均一性及び耐化学薬品性を有するホウケイ酸ガラスから成り、特に医薬品用途用の物質を保管するための容器、例えばアンプル、バイアル又はシリンジ本体を製造するための用途用のガラス管の製造に関する。本発明の更なる観点は、前述の用途用のホウケイ酸ガラスのガラス組成物の使用に関する。

0003

高い均一性及び寸法安定性を有するガラス管、特に医薬品用途用の物質を保管するための容器、例えばアンプル、バイアル又はシリンジ本体を製造するためのガラス管の製造には、いわゆるダンナー法がコストの理由からよく用いられ、この方法の場合、溶融トラフから出てくる溶融ガラスが、回転する円筒形の管体（いわゆるダンナーブローパイプ、これ以降、ダンナーマンドレルとする）の外側表面上に流れ、そこで溶融ガラスの中空体が形成される。溶融ガラスは、成形用部材として作用するこの筒状体によって、所定の方向で前端部に引かれ、そこで溶融ガラスは、自由な成形加工に移る。ガラス管の内側プロファイルは、前端部付近の筒状体の外側輪郭によって実質的に規定される。

0004

医薬品用途用の物質を保管する容器用のガラス管を製造するために、高い耐化学薬品性及び低いイオン放出性によって特に特徴付けられるホウケイ酸ガラスが一般に用いられる。かかる用途用のホウケイ酸ガラスの組成の例が、米国特許ＵＳ４，３８６，１６４及びＵＳ３，０５４，６８６に開示されている。

0005

しかしながら、成形用ボディとして作用する筒状体が、Ａｌ2Ｏ3含有材料、例えば、典型的にはシャモット、ムライト又はシリマナイトから成る場合、ガラス管の内側表面の特性は、医薬品用途には不利に変質させられる。とりわけ、ガラス管の内側表面からのアルカリ金属イオンの放出が高められ、なぜなら、化学元素が筒状体の材料からガラス管の内側表面内に拡散するからである。

0006

成形用ボディとして作用する筒状体が、他の慣用の材料、例えばケイ酸ジルコニウムから成る場合、成形プロセス中に筒状体の領域で失透傾向が強まり、その結果、ガラス管及びその後に当該ガラス管から製造された医薬品包装容器の品質の不所望な低下が生じる。

0007

ガラス内へのイオンの放出及び失透傾向を低減させるために、先行技術においては、成形用ボディに層又は被覆を設けることが提案されている。

0008

例えば、ＤＥ１０１４１５８６Ｃ１は、ガラス管を引くいわゆるベロ法を開示しており、この方法において用いられる、固定されて取り付けられている管引き用ニードルが、好ましくは貴金属から成る耐熱材料から成るシェルにより被覆されている。

0009

ベロ法における失透傾向を低減させるために、ＤＥ１０２００４０２４７６７Ｂ４は、管引き用ニードルの前端部に備えられたテーパー部の任意の点での熱放射の放出係数が、管引き用ニードルの他の領域中でより大きいことを開示している。管引き用ニードルの前端部での材料として、とりわけ卑金属、特には適切な高温耐熱鋼が用いられ、これは、とりわけ一般のプロセス条件下で酸化物層を形成することができ、この領域中での熱放射の放出係数に好ましい影響を及ぼす。

0010

先行技術からは、ダンナー法において用いられ、かつ成形用筒体（いわゆるダンナーマンドレル）として作用する筒状体に白金被覆を備えることも知られている。かかるダンナーマンドレルの例が、ＵＳ２００７／００８７１９４Ａ１に開示されており、かつ、これが白金又は白金族金属（ＰＧＭ）の被覆に基づき、セラミック材料の慣用のダンナーマンドレルと比べて、化学的負荷及び物理的負荷に対するダンナーマンドレルの改善された耐性ひいてはずっと高い製造温度を可能にする。

0011

本出願人のＤＥ１００２７６９９Ａ１は、ジルコニア及び酸化リチウムを含み、かつ、かなり高い量のＫ2Ｏを含有する、高い耐化学薬品性のホウケイ酸ガラスを開示している。このホウケイ酸ガラスは、ＳｉＯ2 ７１．５〜７４．５、Ｂ2Ｏ3 ８．０〜１１．０、Ａｌ2Ｏ3 ５．０〜７．０、Ｌｉ2Ｏ ０．１〜＜０．５、Ｎａ2Ｏ ５．０〜６．５、Ｋ2Ｏ １．８〜３．０、ＭｇＯ ０．０〜１．０、ＣａＯ ０．０〜２．０、ＭｇＯ＋ＣａＯ ０．０〜２．０、 ＺｒＯ2 ０．５〜２．０、ＣｅＯ2 ０．０〜１．０、Ｆ ０．０〜０．３の組成（質量％記載、酸化物ベース）及び任意に慣用の清澄剤を通常の量で有する。それに、ガラスはＡｌ2Ｏ3を少なくとも５．０質量％、かつ７．０質量％以下、好ましくは最大でも６．５質量％の量で含み、それによってガラスは比較的結晶化安定性であるべきことが開示されている

0012

しかしながら、本発明者による入念な調査により、特にある一定のホウケイ酸ガラスを用いたガラス管の製造において、これらを白金被覆が備えられているダンナーマンドレル上で引いた場合に、不所望にも強い失透傾向が現れることが明らかになった。とりわけ、白金又は白金族金属の被覆が、あらゆる種類のガラスの許容できる低さの失透速度を常にもたらすというわけではなく、そして上で記載したような白金又は白金族金属（ＰＧＭ）の被覆を有する改善されたダンナーマンドレルによって、一般に用いられるガラス組成物から、とりわけホウケイ酸ガラスの慣用の組成物から、ガラス管を十分な品質をともなって引くことは往々にしてできないことがわかった。

0013

米国特許ＵＳ４，３８６，１６４
ＵＳ３，０５４，６８６
ＤＥ１０１４１５８６Ｃ１
ＤＥ１０２００４０２４７６７Ｂ４
ＵＳ２００７／００８７１９４Ａ１
ＤＥ１００２７６９９Ａ１

0014

本発明の概要
本発明の課題は、ガラス管、とりわけ医薬品用途用のガラス管を製造するための改善されたダンナー法を提供することであり、この方法によって、ガラス管をホウケイ酸ガラスから、高い寸法精度及び高い耐化学薬品性をともなって低い失透傾向で製造することができる。本発明の更なる観点によれば、かかる製造法におけるガラス組成物の改善された使用を提供するものとする。

0015

これらの課題は、請求項１記載のガラス管の製造法によって、並びに請求項１１及び１４のそれぞれに記載の使用によって解決される。更なる好ましい実施形態は、従属請求項の主題である。

0016

本発明によれば、溶融ガラスを、回転する円筒形の成形体(shapingbody)の外側表面上に施与して、その表面上に溶融ガラスの中空体を形成すること；及びガラス管の形成のために、溶融ガラスの中空体を成形体に沿って所定の方向で前端部に向けて引き抜く(withdrawing)ことを有する、ガラス管の製造法が提供され、ここで、成形体は、溶融ガラスと接触する領域（部分）で白金又は白金合金により被覆されている。本発明によれば、溶融ガラスは、以下の組成を質量パーセント（質量％）で有する：ＳｉＯ2 ７１．０〜７７．０；Ｂ2Ｏ3 ９．０〜１２．０；Ｎａ2Ｏ ５．５〜８．０；Ｋ2Ｏ ０．０〜２．０；Ａｌ2Ｏ3 ６．５〜８．０；ＣａＯ ０．０〜１．５；ＢａＯ ０．０〜２．０；Ｌｉ2Ｏ ０．０〜０．５；ＺｒＯ2 ０．０〜５．０。

0017

本発明者による入念な一連の実験により、酸化アルミニウム及び酸化カリウムが、特に酸化カリウムはゼロ以外の数値の量で同時に存在することで、該当する溶融ガラスを、白金又は白金合金により被覆されているいわゆるダンナーマンドレルによって高品質のガラス管へと引くことができるように失透特性の改善が促進され得ることが明らかになった。したがって、本発明によれば、医薬品一次包装用の使用のために非常に重要であるガラス管の高い寸法精度及び均質性を達成することができる。溶融ガラスの組成物における酸化アルミニウムの量は、上限値を有している必要があり、なぜなら、酸化アルミニウムは、一般的に溶融温度を上昇させるからである。本発明によれば、上記の混合比が、特に好ましいものであることが判明した。

0018

たいていの中性ガラスは、ナトリウムを含有し、かつ熱力学的な観点からクリストバライト（ＳｉＯ2）の安定領域にある。本発明者による一連の実験により、酸化アルミニウムを溶融ガラスに加えた場合、失透を遅らせ、かつ失透温度を低下させることが可能であることが明らかになった。酸化アルミニウムの添加によって、別の結晶相、すなわち曹長石（ソーダ長石）の形成が熱力学的に可能である。結晶相の曹長石は、比較的低い温度で失透し、かつ、それによってクリストバライトの形成を遅らせることができることを確かめた。

0019

さらに、用いられる成形体の比較的長い耐用寿命及び耐久性を、本発明により白金又は白金合金の被覆に基づき達成することができる。

0020

有利には、成形体は、少なくとも溶融ガラスと接触する領域（部分）で白金又は白金合金により被覆されている。基本的に、白金を含有する合金は、白金合金、例えばＰｔ／Ｒｈ合金、Ｐｔ／Ｉｒ合金、Ｐｔ／Ａｕ合金又は適切な白金族金属（ＰＧＭ）と見なしてよい。このように、前述のガラス組成において、内側のガラス表面の一貫して低いイオン放出を本発明により達成することができる。このために、白金又は白金合金は、有利には薄板として準備され、これは回転する円筒形の成形体を被覆又は被着するために使用される。代替案として、白金又は白金合金の適切な溶射被覆を準備してもよい。この場合、円筒形の成形体は、セラミック支持体として又は金属製の支持体として、とりわけ金属製の中空骨格として準備してもよい。

0021

白金又は白金合金の更なる実施形態によれば、必ずしも円筒形の成形体全体をおおっている必要はない。むしろ、非常に高温の溶融ガラスと直接接触する円筒形の成形体の部分のみを被覆又は被着することで十分であり得る。したがって、成形体は、回転する円筒形の成形体の外側表面上に溶融ガラスが流下する部分を出発点として、ある一定の軸方向長さまで白金又は白金合金により被覆されており、かつ成形体の前端部−通常、そこには金属製のヘッドが配置されている−の手前で白金又は白金合金の被覆が中断していることで十分であり得る。例えば、成形体の軸方向長さの約５０％まで、有利には成形体の軸方向長さの約７５％まで、そのつど、回転する円筒形の成形体の外側表面上に溶融ガラスが流下する部分を出発点として、白金又は白金合金により被覆すれば十分であり得る。これは、更なるプロセスパラメーター、とりわけガラスチューブ(glass tubing)の引き抜き速度、ガラスチューブの肉厚、円筒形の成形体の勾配、用いられる溶融ガラスの粘度、円筒形の成形体のその前端部での面取りに依存することになる。

0022

更なる実施形態によれば、組成物は６．７質量％超のＫ2Ｏ及びＡｌ2Ｏ3の量の総和を有する。カリウムを前述のガラス組成物に添加することによって、本発明によれば、失透及び結晶化の傾向をさらに遅らせることができる。すなわち、カリウム及びナトリウムのいずれも、長石、すなわち、正長石（カリ長石）及び曹長石（ソーダ長石）のそれぞれを形成し得る。しかしながら、混和性ギャップが正長石と曹長石との間に存在し、すなわち、ナトリウムイオンとカリウムイオンとの非常に異なる大きさのために混晶又は固溶体の形成は可能ではない。結晶構造がこれを可能にしない。したがって、カリウムを、すでにナトリウム及びアルミニウムを含有する中性の溶融ガラスに添加した場合、本発明によれば、別の結晶の形成、すなわち正長石の形成が可能である。意想外にも、本発明者は、多くの結晶相が可能であればあるほど、それだけ一層、これらの結晶が結晶化する蓋然性は低くなることに気付いた。本発明によれば、前述のガラス組成物は、相図におけるいわゆる三重点又はその近傍にある。三重点で又はその近傍において、３つの結晶相は、結晶化を直接競り合う。したがって、結晶相は互いに干渉し合い、それゆえ本発明によれば結晶化及び失透を最大限に遅らせることができる。

0023

更なる実施形態によれば、組成物は１０．０質量％以下のＫ2Ｏ及びＡｌ2Ｏ3の量の総和を有する。この組成により、酸化アルミニウムの量は、許容できる溶融温度となるように制限される。本発明によれば、カリウムが同時に存在することで、上記の通り、失透及び結晶化の傾向が低減させられる。

0024

更なる実施形態によれば、組成物は０．０質量％より高い量でＫ2Ｏを有し、そうして溶融ガラス中である一定のカリウムの量がいずれの場合においても実現され、かつ失透及び結晶化の傾向を効果的に低減させることができる。

0025

更なる実施形態によれば、組成物は少なくとも０．７質量％の量でＫ2Ｏを有し、そうしてガラス組成物の相図における上記の位置が実現される。本発明者による入念な一連の実験により、失透及び結晶化は、プロセス条件下でＫ2Ｏを選択的に添加するだけで、許容できる基準に低減させることができることが明らかになった。有利にはこれは、Ａｌ2Ｏ3の量が６．５質量％から８．０質量％の間の範囲にあり、特にＫ2Ｏ及びＡｌ2Ｏ3の量の総和が６．７質量％超の場合に当てはまる。

0026

更なる実施形態によれば、組成物は０．７質量％から２．０質量％（すなわち、この量は上限値を有する）の間の量でＫ2Ｏを有する。本発明者による入念な一連の実験により、失透及び結晶化は、プロセス条件下でＫ2Ｏをこれらのパラメーター限界値内で選択的に添加するだけで、許容できる基準に低減させることができることが明らかになった。有利にはこれは、Ａｌ2Ｏ3の量が６．５質量％から８．０質量％の間の範囲にあり、特にＫ2Ｏ及びＡｌ2Ｏ3の量の総和が６．７質量％超の場合に当てはまる。

0027

更なる実施形態によれば、組成物は１．０質量％から２．０質量％（すなわち、この量は上限値を有する）の間の量でＫ2Ｏを有する。本発明者による入念な一連の実験により、失透及び結晶化は、プロセス条件下でＫ2Ｏをこれらのパラメーター限界値内で選択的に添加するだけで、許容できる基準に低減させることができることが明らかになった。有利にはこれは、Ａｌ2Ｏ3の量が６．５質量％から８．０質量％の間の範囲にあり、有利にはＫ2Ｏ及びＡｌ2Ｏ3の量の総和が６．７質量％超の場合に当てはまる。

0028

更なる実施形態によれば、組成物は０．７質量％未満の量でＣａＯを有する。本発明者による入念な一連の実験により、カルシウムが失透特性の更なる改善をもたらさないことが明らかになり、なぜなら、カルシウムは、ナトリウムと−これら２つの元素のイオンの大きさが類似していることから−混晶又は固溶体を形成し得るからである。

0029

それゆえ、更なる実施形態によれば、組成物はＣａＯ不含であり、すなわち、ＣａＯの量は、原料の混合比において標準検出精度及び標準公差内では無視できる。

0030

本発明の更なる観点によれば、溶融ガラスは、清澄剤として０．０質量％から０．３質量％の間の量でＦを有し、０．０質量％から０．３質量％の間の量でＣｌ-を有し、かつ／又は０．０質量％から１質量％の間の量でＣｅＯ2を含有する。しかしながら、基本的には、任意の他の適した清澄剤も同様に使用してよい。

0031

本発明の更なる観点は、溶融ガラスを、回転する円筒形の成形体の外側表面上に施与して、その表面上に溶融ガラスの中空体を形成し、溶融ガラスの中空体を、ガラス管の形成のために、成形体に沿って所定の方向で前端部に向けて引き抜くダンナー法によりガラス管を製造するための上記の組成のガラスの使用に関し、ここで、成形体は、溶融ガラスと接触する領域で白金又は白金合金により被覆されている。

0032

本発明の更なる観点によれば、上記の通り、本発明による方法によって製造されたガラス管は、医薬品用途用の物質を保管するための容器、とりわけアンプル、バイアル又はシリンジ本体を製造するために用いられる。

0033

本発明によるガラス管は、製造プロセスを通じて一貫している特に好ましい加水分解安定性を有する。

0034

これ以降、本発明を、添付の図面及び実施例に応じて説明していく。

0035

ダンナー法に従ってガラス管を製造するための本発明による方法の概略を示す図
本発明によるガラス組成物及び比較例の失透速度の測定値を示す図

0036

図１は、十分な厚みのシリカガラス被覆により被覆されている、中実体(solid body)として設計された円筒形の石英ガラス体１０を有するか又は円筒形のボディ（非図示）を有する、本発明により構成されたダンナーマンドレルを示す。このボディ１０は、白金又は白金合金の被覆１１により被されており、特に白金又は白金合金の薄板により覆われており、そうしてこれは公知のダンナー法によりガラス管を引くための成形体として作用し得る。このボディ１０は、任意の他の適したセラミック材料又は金属支持体から成っていてもよく、当該金属は、特に金属製の中空骨格として形成されていてよい。ボディ１０は、軸方向の内部穿孔３を有するシャフト２に支持されており、かつガラス管の製造のために一定の回転速度で回転させられる。必要に応じて、空気又はガスを内部穿孔３を介して、ボディ１０の前端部に形成されている引き抜き用バルブ(drawing bulb)２６（溶融ガラスのホース）内に吹き込んでよい。

0037

図１によれば、適切に調整されており、かつ以下でより詳しく述べる組成を有する粘性の溶融ガラス２５が、管状の溶融ガラス体２８を成形するための、ゆっくりと回転する管状のダンナーマンドレルの表面上に流れる（溶融ガラス２８は、ダンナーマンドレルからゆっくりと引き抜かれる）。図１によれば、ダンナーマンドレルの前端部は、円錐形に先細になっている。

0038

図１には示されていないが、ボディの後端部及び前端部は、引き抜き方向に見て、分離した金属ボディとして形成されていてよく、その間に実際のボディ１０が締め付けられているか又は挟持されている。この場合、引き抜き方向に見て前方の金属ボディは、図１に略記されているように、引き抜き方向で面取りされていてよい。

0039

プロセス条件に依存して、ボディ１０は、必ずしもその軸方向長さ全体にわたって白金又は白金合金により被されている必要はない。むしろ、非常に高温の溶融ガラスと直接接触している円筒形の成形体１０の部分のみが被覆又は被着されているだけで十分であり得る。したがって、成形体１０は、回転する成形体１０の外側表面上に溶融ガラス２５が流下する部分を出発点として、ある一定の軸方向長さまで白金又は白金合金により被覆されており、かつ、引き抜き方向に見て、成形体１０の前端部の手前で白金又は白金合金の被覆が中断していることで十分であり得る。例えば、成形体１０の軸方向長さの約５０％まで、より好ましくは成形体１０の軸方向長さの約７５％まで、そのつど、回転する円筒形の成形体１０の外側表面上に溶融ガラス２５が流下する部分を出発点として、白金又は白金合金により被覆すれば十分であり得る。これは、更なるプロセスパラメーター、とりわけガラスチューブの引き抜き速度、ガラスチューブの肉厚、円筒形の成形体１０の勾配、用いられる溶融ガラスの粘度、円筒形の成形体１０のその前端部での面取りに依存することになる。本発明によれば、被覆は、非常に高温の溶融ガラスが、成形体１０の材料、典型的にはセラミック材料と反応することを妨げる。

0040

下記の表には、本発明による実施形態及び比較例のガラス組成、並びに転移温度及び溶融温度を記している。さらに、本発明者によって白金表面について測定した失透速度を示している。失透速度は、白金被覆により被覆されているダンナーマンドレル上でガラス管を引いた代表値である。下に載せた表及び追加の例の結晶化挙動を測定するために、ホウケイ酸ガラスの結晶化挙動を、ＡＳＴＭＣ８２９−８１によって測定した。より厳密に言えば、結晶化挙動は、この方法によって目視観察する。白金ホルダーに設けられたガラスサンプルを、特定の一定温度勾配を維持する炉内で加熱処理する。処理後、ガラス中の結晶成長を顕微鏡によって観察し、かつ結晶成長の液相線温度及び温度依存性を測定する。２種類のサンプルホルダーを用いる。一方は、細かく篩い分けされたテストガラスの粒子で満たされているトラフ式の白金容器であり、他方は、多数の孔が一列になって穿孔されている白金トレイである。比較的大きい篩い分けされたテストガラスの粒子は、プレートの孔１個につき１つある。これらの観察に基づき、本発明者によって失透速度が測定された。

0041

本発明による実施形態

0042

例１、２及び４によるガラス組成については、許容できる低さの失透速度を検出することができた。これらのガラスは、白金被覆が備わったダンナーマンドレルを用いてガラス管へと引くことができ、なぜなら、結晶成長が過度になりすぎることがないからである。

0043

0044

比較例Ｖ１及びＶ２によるガラス組成については、許容できない高さの失透速度が検出された。これらのガラスは、白金被覆が備わったダンナーマンドレルを用いてガラス管へと引くことができず、なぜなら、結晶成長が過度になりすぎるからである。

0045

追加の例
図２は、本発明によるガラス組成物及び比較例の失透速度の測定値を、それぞれＫ2Ｏの量を関数として示すグラフである。ここで、水平線は、ホウケイ酸ガラスより成るガラス管の引き抜き（とりわけ、溶融ガラスの標準温度、溶融ガラスの標準流速、ガラス管の標準引き抜き速度、ダンナーマンドレル及び製造されるべきガラス管の標準直径及びガラス管の肉厚）の標準プロセス条件下での許容できる失透速度の上限値を示す。

0046

慣用のホウケイ酸ガラス（例えば本出願人のＤＥ１００２７６９９Ａ１に開示されたホウケイ酸ガラス）及び０．５質量％のＫ2Ｏの量の測定値は、プロセス条件下での過度に高い失透速度を指し示すものである。約０．７質量％より高いＫ2Ｏの量では、許容できる低さの失透速度を測定することができた。２．０質量％より高いＫ2Ｏの量では、プロセス条件下で過度に高い失透速度も検出された。この測定は、Ｋ2Ｏの量が、好ましくは上限値と下限値の両方を有しているべきであることを示している。とりわけ、ガラス組成物は、好ましくは０．７質量％から２．０質量％の間の範囲の量で、より好ましくは１．０質量％から２．０質量％の間の範囲の量でＫ2Ｏを有する。

0047

図２に示される許容できる失透速度の上限値は、異なるプロセス条件、殊にガラス管の引き抜きの異なる速度では異なる可能性があること、しかし、上記の失透速度の挙動は−Ｋ2Ｏの量の下限値及び／又は上限値がわずかにシフトすることはおそらくあり得るにせよ−かかる異なるプロセス条件に相応して当てはまることに留意されたい。これは、溶融ガラスの組成、とりわけＡｌ2Ｏ3の量の下限値及び／又は上限値の他のパラメーター範囲にも言える。

0048

本発明によるガラス組成物でもって、良好な耐加水分解性を有するガラス管を製造することが可能であり、そうして当該ガラス管は、基本的には医薬品用途用の一次包装の製造に適している。本発明による方法によって製造されたガラス管は、際立った光学特性及び高均質性によっても特徴付けられる。

0049

上記記載を検討することで当業者であればすぐにわかるように、当然のことながら、本発明の方法は、連続的及び不連続的なガラス管の製造のいずれにも適している。

0050

２ガラス管、 ３ 軸方向の内部穿孔、 １０成形体、 １１白金の被覆、 ２５溶融ガラス、 ２６ 引き抜き用バルブ、 ２７ ガラス管、 ２８ 溶融ガラスの層