CN102355917A - 药物输送装置的触发机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于药物输送装置的触发机构，所述药物输送装置包括至少一个储能元件、致动元件和一系列触发元件。所述触发元件通过渐增的预压力被预压并且联接到至少一个储能元件，使得当触发元件对致动元件施加足够的致动力(Fa，U)时，使得储存在至少一个储能装置中的能量的增大部分被级联释放。触发元件中的至少一个配备有与至少两个触发元件直接联接的卡锁元件，使得该卡锁元件将这些触发元件中的至少一个在施加致动力(Fa，U)之前限制在其预压缩状态。

Description

药物输送装置的触发机构

技术领域

本发明涉及用于药物输送装置的触发机构，所述药物输送装置包括至少一个储能元件，并且涉及具有这样的触发机构的药物输送装置。

背景技术

在本领域中，已知各种能够易于由患者本人操作的药物输送装置，比如吸入器或者注射装置。一般地，这样的装置具有用以致动药物分配的触发机构。

例如，在以机械方式提供动力的吸入器中，存在设计做为呼吸致动式机构的触发机构，比如干粉吸入器(DPI)、水性微滴吸入器(ADI)和/或计量吸入器(MDI)。

US 2004 020486 A1公开了用于从能够被压缩以输送药物剂量的金属罐中药物输送的吸入器。该吸入器包括用于保持金属罐的壳体。所述壳体具有用于吸入由金属罐输送的剂量的管口。另外，吸入器包括呼吸致动的致动机构，用于响应于口状物处的吸入而压缩保持在壳体中的金属罐。该致动机构包括布置成将金属罐锁定在压缩状态的锁定机构。该锁定机构具有叶片，所述叶片采用转板形式，并且响应于口状物处的吸入而在口状物处的吸入水平落在预定阈值以下时释放金属罐。需要使用者深呼吸以确保适当的药物吸入，而使得重置金属罐的延迟足够长。

US 6405727 B1公开了一种给药装置，所述给药装置包括：用于分配剂量材料的分配装置；用于与分配装置接合的第一偏压装置；和剂量激活机构。剂量激活机构包括：能够由空气流移动的可偏转构件：和至少两个可动元件组，所述组通过级联效应将组中的第一元件的运动传输到最后元件，从而可偏转构件的运动被传输到组中的第一元件，并且第二偏压装置与所述至少两个可动元件中的一个连通。由于运动在所述可动元件之间传输，存储在第二偏压装置中的能量被释放，以提高与可动元件的运动关联的力。

US 2007 118094 A1公开了用于将流体剂量通过皮内方式、皮下方式或者肌内方式药物输送到动物或者人类的无针头注射装置。该装置包括具有相反端部的内壳体。注射器被布置在内壳体的一端中。注射器包括用于输送保持在注射器内的流体剂量的喷嘴。柱塞以可移动的方式布置在注射器内。弹簧动力锤以可移动的方式布置在内壳体中。所述锤与柱塞协作，以驱动药物剂量离开喷嘴。用于为锤提供动力的注射输送弹簧在内壳体的另一端和弹簧动力锤之间定位并被压缩。外壳体以可滑动的方式支撑内壳体。表层压力弹簧安装在内壳体与外壳体之间，所述表层压力弹簧对注射器的喷嘴偏压而抵接动物或者人体。触发机构布置在外壳体中，触发机构与弹簧动力锤协作，以释放注射输送弹簧，其中注射输送弹簧的大小和所述锤的长度标示输送的剂量和所述剂量是以皮内方式、皮下方式或者肌内方式被输送到动物或者人体。

发明内容

本发明的目的在于提供改进的用于药物输送装置的触发机构，特别地用以致动药物分配，并且涉及改进的药物输送装置。

该目的通过根据权利要求1所述的触发机构并且通过根据权利要求12所述的药物输送装置来实现。

在从属权利要求中给出了本发明的优选实施方式。

根据本发明，提供了用于药物输送装置的触发机构，所述触发机构包括至少一个储能元件、致动元件和级联的一组触发元件。所述触发元件通过渐增的预压力被预压并且联接到所述至少一个储能元件，使得所述触发元件在对所述致动元件施加足够的致动力(Fa，U)时，使得储存在所述至少一个储能装置中的能量的增大部分被级联释放。由此，所述触发元件中的至少一个配备有与至少两个触发元件直接联接的卡锁元件，使得所述卡锁元件将所述触发元件中的至少一个在致动力被施加之前限制在其预压缩状态。

所存储能量的增大部分的级联释放具有如下优点，即能够大量的能量能够通过较小的致动力被释放。这对于待由极小量的触发能量致动的药物输送装置是特别有用的，药物输送装置例如对于由吸入的空气流所移动的转板致动的吸入器、或者由手指按压的按钮致动的装置、或者通过压靠患者身体致动的自动注射器。

通过级联的一组触发元件实现的存储能量的增大部分的级联释放由此有利地解决了存储能量通常阻碍触发器的运动的问题，典型地为摩擦的形式。该阻力因此限制了触发器能够释放的存储能量的量。使用触发元件组，组中的一个触发元件能够使用存储能量的一部分触发组中的后续触发元件，由此成功地增大了存储能量中能够由触发元件释放的能量。

为触发元件配置直接与组中的触发元件联接的卡锁元件，与间接联接例如通过中间联接元件的间接联接相比，简化了级联的触发机构，并且减小了制造成本和触发机构的大小。而且，由于部件数目减小的原因，能够降低触发机构失效的可能性，这在触发机构用在急救药物的药物输送装置中时是特别希望的，同样也是因为部件数目得以减小并且简化了触发元件之间的联接。

在优选实施方式中，触发元件中的至少一个是枢转杆。

枢转杆特别适用作触发元件，因为枢转杆易于彼此联接且便宜且简单。

当使用枢转杆作为触发元件时，优选地至少一个卡锁元件是突出部，特别地被设计为环状部，并且布置在枢转杆的枢轴处。

在枢转杆的枢轴处布置的突出部特别适用于触发元件的级联，因为该突出部能够限制另一个触发元件的移动，并且当枢转杆移动时使该触发元件从枢转杆脱离接合，由此以简单且有效的方式支撑级联效应。

另外，在优选的实施方式中，全部枢转杆的枢轴优选地位于同一平面中。

这使得通过枢转杆的链接而实现了触发机构的特别简单且有效的构造。

在另一个优选实施方式中，至少一个卡锁元件是在触发元件的表面中的凹槽。

触发元件的表面中的凹槽是通过级联效应以简单且有效的方式联接两个触发元件的另一个适当的装置，该方式使一个触发元件接合在相邻触发元件的凹槽中和使其脱离接合。

优选地，至少一个储能元件是弹簧。

弹簧特别地适合用作用于触发机构的储能元件，在于它们是能够有效地存储能量并且能够易于复位且连接到触发元件的简单且低价的部件。

而且，优选地触发元件以一对一的方式对应于储能元件并且每个触发元件联接到相应的储能元件。

以此，每个触发元件精确地联接到一个储能元件。这使得特别地易于实现所存储能量的增大部分的级联释放，因为组中的每个触发元件能够控制其“自身”的储能元件并且在级联效应中触发存储在储能元件中的能量的释放。

优选地，致动元件配置有卡锁元件，所述卡锁元件直接将致动元件与一个触发元件联接。

以此，级联效应的致动能够易于通过使致动元件有效地成为触发元件组的一部分而实现。

另外，在优选的实施方式中，存储的能量的级联释放将施加到致动元件上的致动力放大成能够通过一个触发元件施加的力。

对于致动力的放大在药物输送装置中是特别有利的，其中用于药物输送的力超过能够施加到致动元件上的致动力。

根据本发明，还提供了配置有根据这些实施方式中任一个的触发机构的药物输送装置，其中所述触发机构是用以致动和释放存储在药物输送装置中的药物剂量的输送的释放机构。

这样的药物输送装置的优选实施方式是吸入器，特别地是其致动元件是可由气体流或者流体流移动的枢转致动转板的吸入器。

这样的药物输送装置的另一个优选实施方式是自动注射器。

该触发机构特别地适用作通过吸入器和自动注射器药物输送的释放机构，因为这些装置典型地通过比药物输送所需要的力小的致动力致动。

在药物输送装置的优选实施方式中，至少一个触发元件是活塞，压力借助于活塞被施加到药物。

使用活塞作为触发元件在待由药物输送装置输送的药物是流体或者气体时是特别有利的，因为这样的药物可以通过施加到药物的压力而被最佳地输送。

附图说明

根据下面对于优选实施方式和附图的详细说明，本发明的这些和其它的目的、特征、方面和优点将变得清楚，在图中：

图1A至图1D示意性地示出了用于吸入器以致动药物剂量的输送的触发机构的第一实施方式，

图2A和图2B示意性地示出了用于吸入器以致动药物剂量的输送的触发机构的第二实施方式，

图3A至图3D示意性地示出了用于吸入器以致动药物剂量的输送的触发机构的第三实施方式。

具体实施方式

图1A至图1D示出了根据本发明的触发机构的第一实施方式。该触发机构用在吸入器1中，以致动存储在吸入器1中的药物剂量的输送，例如干粉吸入器、水性微滴吸入器或者计量吸入器。示出了用于药物输送的致动处理的连续步骤，以说明触发机构的操作。

该触发机构包括致动转板11、第一杆12、第二杆13、第一弹簧14和第二弹簧15。

致动转板11位于呼吸通道10中，使用者通过呼吸通道10吸入。致动转板11和杆12、13在它们各自端部的一端绕枢轴111、121、131枢转。致动转板11配置有位于其枢轴处的第一环状部112。第一杆12配置有位于其枢轴处的第二环状部122。环状部112、122绕各自的枢轴111、121的中心延伸约三分之一圆，并且从各自的枢轴111、121的表面延伸。

致动转板11的枢轴111与第一杆12的枢轴121分开与第一杆12的长度对应的距离L1。杆12的枢轴121和杆13的枢轴131分开与第二杆13的长度对应的距离L2。枢轴111、121和131位于同一平面中。因此，当致动转板11和杆12、13转动到该平面，并且同样地如图1A所示地从它们各自的枢轴111、121、131定向时，第一杆12延伸到致动转板11的枢轴111，并且第二杆13延伸到第一杆12的枢轴121。另外，在该位置，第一环状部112限制第一杆12向上转动，同时第二环状部122限制第二杆13向下转动。

第一杆12在致动转板11的枢轴111附近联接到第一弹簧14，并且距离第一杆12的枢轴121距离X1。第二杆13在第一杆12的枢轴121附近联接到第二弹簧15，并且距离第二杆13的枢轴131距离X2。由此，第一弹簧14位于第一杆12下方，同时第二弹簧15位于第二杆13上方。第二弹簧15的刚度超过第一弹簧14的刚度。

图1A示出了触发机构的初始状态，其中致动转板11和杆12、13位于同一平面中，如上所述。在该状态中，两个弹簧14、15被压缩，第二弹簧15比第一弹簧14存储更多的能量。当没有力作用于致动转板11时，环状部112、112分别限制致动转板11和杆12、13的转动。杆12、13由此分别被弹簧14、15预压缩，第二杆13的预压缩超过第一杆12的预压缩。

图1B示出了当使用者刚开始吸入时的触发机构。该吸入产生了空气流B和压降P，足以使致动转板11向下转动。下面将给出对该机构的详细定量讨论。

图1C示出了当致动转板11已经充分转动从而第一环状部112释放第一杆12时的触发机构。因此，第一弹簧14伸展并且使第一杆12向上转动。该机构也将在下面详细讨论。

图1D示出了当第一杆12已经充分转动从而第二环状部122释放第二杆13时的触发机构。因此，第二弹簧15伸展并且使第二杆13向下转动。

在图1A至图1D所示的致动处理期间，由压降P施加在致动转板11上的致动力Fa释放存储在第一弹簧14中的能量，这又用以释放存储在第二弹簧15中的能量。由此，致动力Fa能够显著地放大弹簧14、15所施加的力。这将在对于如上定性地说明的触发机构的如下定量分析中示出。

以A表示致动转板11的面积，由压降P作用于致动转板11的致动力Fa为Fa＝P·A。致动力Fa对于致动转板11施加致动转矩Ta＝P·A·Z，其中Z是致动转板11的枢轴111与致动力Fa的有效作用点之间的距离。

以F1表示第一弹簧14作用在第一杆12上的弹簧力，作用于枢轴111处的反作用为Y1为Y1＝(X₁/L₁)·F1。在图1A中所示的触发机构的初始状态中，致动转板11的转动受第一环状部112与第一杆12的相应端部之间的静摩擦约束。该静摩擦为Y1＝μ·(X₁/L₁)·F1，其中μ表示摩擦系数。以R₁表示第一环状部112距离枢轴111的中心的半径，由此致动转板11的转动受第一约束转矩T1＝R₁·μ·(X₁/L₁)·F1的约束。

为使触发机构根据图1B操作，即为使转动转板11转动，致动转矩Ta必须大于该第一约束转矩T1，即T1＜Ta，并且由此R₁·μ·(X₁/L₁)·F1＜Z·P·A。因此，第一弹簧12的能够受到触发机构约束且仍通过致动转板11释放的力F1被限制为：

F1＜Z·P·A·(L₁/X₁)/(R₁·μ)            [1]

并且由第一弹簧14提供的对于致动力Fa的最大放大倍率被限制为：

F1/Fa＜Z·(L₁/X₁)/(R₁·μ)               [2]

代入典型值A＝100mm²、Z＝5mm、P＝1kPa、L₁＝40mm、X₁＝20mm、R₁＝1mm和μ＝0.5，结果为：

F1＜2N                                   [3]

和

F1/Fa＜20                        [4]

类似的考虑也适用于第一杆12通过第二环状部122与第二杆13的联接。

以F2表示由第二弹簧15作用在第二杆13上的弹簧力，作用在枢轴121处的反作用力Y2是Y2＝(X₂/L₂)·F2。第二杆12的转动受第二环状部122与第二杆13的相应的端部之间的静摩擦的约束。该静摩擦是μ·Y2＝μ·(X₂/L₂)·F2。以R₂表示第二环状部122距离枢轴121的中心的半径，由此第一杆12的转动受第二约束转矩T2＝R₂·μ·(X₂/L₂)·F2的约束。

为使触发机构根据图1C操作，即为使第一杆12转动，由于第一弹簧14作用于第一杆12上的转矩X₁·F1必须大于第二约束转矩T2，即R₂·μ·(X₂/L₂)·F2＜X₁·F1。

因此，附加的力的放大倍率F2/F1被约束为：

F2/F1＜X1·(L₂/X₂)/(R₂·μ)      [5]

代入如上的相同典型值X₁＝X₂＝20mm，L₁＝L₂＝40mm，R₁＝R₂＝1mm和μ＝0.5，结果为：

F2/F1＜80                        [6]

和

F2＜160N                         [7]

由此F2能够高达约160N。这是显著的力，从弹簧14、15释放的能量确实能够用以通过吸入器1药物输送。另外的级联的触发机构和弹簧能够被添加以进一步增强力的放大倍率。

另外，在触发机构的使用中，还可使得各杆12、13能够被连接到吸入机构的单独的部分。例如，第一杆12能够触发剂量容器的打开，第二杆13能够触发药物输送。通过对第一杆12或第二杆13增加阻尼，还可以在致动转板11的初始呼吸致动与第二杆13的释放之间引入时间延迟。这能够用以响应于呼吸致动而引入“阶段式”响应。

在杆12、13已经释放之后，使用者将必须在触发机构能够被再次使用之前，复位两个杆12、13。该复位动作能够在使用者对吸入器1进行一些其它的动作时同时进行，例如打开吸入器以移除空的剂量容器、或者加载新的剂量容器，或者在使用之前吸入器1进行的初始动作。触发机构能够放大力的极限在于：使用者在复位触发机构时能够对系统回馈多大的能量。

图1A至图1D中所示的实施方式具有的优点在于弹簧14、15必须在相反方向上复位。该缺点通过图2A和图2B中所示的触发机构的替代实施方式克服。在该实施方式中，触发机构同样用在吸入器1中。

该实施方式与第一实施方式相比的不同之处在于杆12、13布置成使得它们在图2A中所示的触发机构的初始状态中一个堆叠在另一个之上。另外，第一杆12以两者具有同一枢轴111的方式固定于致动转板11，使得它们仅能同步转动。弹簧14、15位于杆12、13的同一侧，第二杆13配置有与第一实施方式的环状部112、122的类型相同的第三环状部133。第一杆12现在从其枢轴111向第二杆13的枢轴131延伸。枢轴111同样配置有第一环状部112(在图2A和图2B中不可见)，第二杆13在其初始位置中延伸。

在图2A中所示的触发机构的初始状态中，通过第三环状部133与第一杆12的相应端部之间的摩擦，第三环状部133约束致动转板11和第一杆12的转动，通过第一环状部112与第二杆13的相应端部之间的摩擦，第一环状部112约束第二杆13的转动。

当使用者通过吸入而对致动转板施加足够的致动力Fa时，杆12、13被释放并且均向上转动，如图2B所示。

为复位触发机构，两个杆12、13被向下推动以再接合环状部112、133。

图3A至图3D示出了根据本发明的触发机构的第三实施方式。该触发机构用于自动注射器2中，以通过位于盒24底部处的自动注射器2的分配元件243致动存储在盒24中的药物242剂量的药物输送。盒24通过塞子241密封。

该触发机构包括手动操作的致动杆21、中间杆22、柱塞23、第一弹簧26和第二弹簧25。

致动杆21在其一端绕枢轴211转动，并且在其相反端配置有触发按钮。在枢轴211的中心与触发按钮的中心之间的距离表示为X₅。致动杆21配置有位于枢轴211处并且具有与第一实施方式和第二实施方式的环状部112、122、133相同类型的第一环状部212。

中间杆22成钩形，其中在致动杆21的枢轴211处具有弯曲部。中间杆22的第一端朝向柱塞23，第二端包括枢轴，中间杆22绕该枢轴转动。中间杆22连接到第一弹簧26，且相对其枢轴的距离为X₃。中间杆22的弯曲部与枢轴之间的距离表示为X₄。

柱塞23的一端朝向盒24的塞子241，而另一端连接到第二弹簧25。柱塞23的表面配置有凹槽，中间杆22的第一端能够接合于该凹槽。

现在首先参考图3A至图3D定性地说明触发机构的操作，然后进行定量分析。

图3A示出了触发机构的初始状态。两个弹簧25、26均被压缩。中间杆22的第一端接合在柱塞23的凹槽中，并且防止柱塞23朝向塞子241移动。中间杆22的弯曲部连接到约束中间杆22转动的第一环状部212。

图3B示出了当使用者充分地按压致动杆21的触发按钮时，使得致动杆21绕其枢轴211转动时的触发机构。随着致动杆21转动，第一环状部212最终与中间杆22脱离接合并且释放中间杆22。

图3C示出了中间杆22已经释放之后的触发机构。第一弹簧26伸展并且使中间杆22转动。中间杆22的第一端从柱塞23的表面中的凹槽脱离接合，而释放柱塞23。柱塞23现在在第四弹簧25的作用下自由向塞子241移动。

图3D示出了柱塞23被释放之后的触发机构。柱塞23已经移动到塞子241并向盒24的底部按压塞子241。由此，塞子对于盒24内的药品加压，通过分配元件243强制药物输送。

为定量地讨论触发机构，在触发机构的初始状态中，作用在于中间杆22上的第三弹簧26的弹簧力和作用在柱塞23上的第四弹簧25的弹簧力分别表示为F3和F4。

假设中间杆22的厚度与其长度相比可以忽略，在触发机构的初始状态中，由第一弹簧26在中间杆22和第二环状部212之间提供的反作用力近似是F3·(X₃/X₄)。由中间杆22与第四环状部212之间的摩擦产生的第三约束转矩T3因此近似为T3＝R₃·μ·F3·(X₃/X₄)，其中R3是第一环状部212距离枢轴211的中心的半径。

使用者必须向触发按钮提供足够的致动力U，以克服该阻力。根据U得出的致动转矩是U·X₅。

致动杆21在该转矩超过第三约束转矩T3时开始转动，即在U·X₅＞R₃·μ·F3·(X₃/X₄)开始转动。因此，为使致动杆21转动，第三弹簧26的力F3限制为：

F3＜(X₄·X₅/X₃)·U/(R₃·μ)           [8]

为释放柱塞23，由第一弹簧26在中间杆22的弯曲部处提供的力F3·(X₃/X₄)必须克服柱塞23与中间杆22之间的摩擦μF4。因此，如果F3·(X₃/X₄)＞μ·F4，则柱塞23被释放。由此，为操作触发机构，第二弹簧25的力F4限制为：

F4＜F3·(X₃/X₄)/μ                 [9]

代入典型值X₅＝25mm，X₃＝15mm，X₄＝30mm，μ＝0.5，R₃＝2.5mm和U＝1N，得到：

F4＜40N                            [10]

与致动力U＝1N相比，给出了高达40倍的力放大倍率。该放大倍率能够通过中间杆22的不同布置和/或使用另外的中间杆和弹簧和/或使用中间杆22与柱塞23之间的“滚动”联接替代通过柱塞23的表面中的凹槽的联接而被进一步增强。

附图标记翻译：1吸入器；10呼吸通道；11致动转板；12、13、22杆；14、15、25、26弹簧；111、121、131、211枢轴；112、122、133、212环状部；2自动注射器；21致动杆；22中间杆；23柱塞；24盒；241塞子；242药物；243分配元件；X₁、X₂、X₃、X₄、X₅、L₁、L₂、Z距离；B空气流；P压降；Fa、U致动力；F1、F2、F3、F4弹簧力；Y1、Y2反作用力；Ta致动转矩；T1、T2、T3约束转矩；R1、R2、R3半径；μ摩擦系数。

Claims (17)

1.用于药物输送装置的触发机构，所述触发机构包括至少一个储能元件、致动元件和级联的一组触发元件，所述一组触发元件被渐增的预压力所预压并且联接到所述至少一个储能元件，使得所述触发元件在对所述致动元件施加足够的致动力(Fa，U)时，使得储存在所述至少一个储能装置中的能量的增大部分被级联释放，

其特征在于，所述触发元件中的至少一个配备有直接联接至少两个触发元件的卡锁元件。

2.根据权利要求1所述的触发机构，其特征在于，

使得所述卡锁元件将所述触发元件中的至少一个在致动力(Fa，U)被施加之前限制在其预压缩状态。

3.根据权利要求1或2所述的触发机构，其特征在于，

所述触发元件中的至少一个是枢转杆(12、13、22)。

4.根据权利要求3所述的触发机构，其特征在于，

所述至少一个卡锁元件是位于枢转杆(12、13、22)的枢轴(111、121、131)处的突起部。

5.根据权利要求4所述的触发机构，其特征在于，

所述突起部设计为环状部分(112、122、133、212)。

6.根据权利要求3、4或5中任一项所述的触发机构，其特征在于，

全部枢转杆(12、13、22)的枢轴(111、121、131)位于同一平面中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的触发机构，其特征在于，

至少一个卡锁元件是在触发元件的表面中的凹槽。

8.根据前述权利要求中任一项所述的触发机构，其特征在于，

至少一个储能元件是弹簧(14、15、25、26)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的触发机构，其特征在于，

所述触发机构以一对一的方式与储能元件对应，并且每个触发元件联接到所述对应的储能元件。

10.根据前述权利要求中任一项所述的触发机构，其特征在于，

所述致动元件配置有卡锁元件，所述卡锁元件将所述致动元件与所述触发元件中的一个直接联接。

11.根据前述权利要求中任一项所述的触发机构，其特征在于，

储存的能量的增大部分的级联释放将致动力(Fa，U)放大为能够通过所述触发元件中的一个施加的力。

12.配置有根据前述权利要求中任一项所述的触发机构的药物输送装置，其特征在于，

所述触发机构是释放机构，用以致动和释放存储在所述药物输送装置中的药物(242)剂量的药物输送。

13.根据权利要求12所述的药物输送装置，其特征在于，

所述药物输送装置是吸入器(1)。

14.根据权利要求13所述的药物输送装置，其特征在于，所述致动元件是能够在气体流或流体流作用下移动的枢转致动转板(11)。

15.根据权利要求12所述的药物输送装置，其特征在于，

所述药物输送装置是自动注射器(2)。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的药物输送装置，其特征在于，

所述触发元件中的至少一个是活塞(23)，压力能够借助于所述活塞(23)施加于药物(242)。

17.根据权利要求12、13、15或16所述的药物输送装置，其特征在于，

所述致动元件是手动操作的致动杆(21)。

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