CN102499787A

CN102499787A - 一种用于动物注射的分体式无针注射系统

Info

Publication number: CN102499787A
Application number: CN2011103675359A
Authority: CN
Inventors: 陈凯
Original assignee: 陈凯
Current assignee: HUZHOU ZHONGAN AGRICULTURAL INTELLIGENT TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-11-18
Also published as: CN102499787B

Abstract

本发明公开一种用于动物注射的分体式无针注射系统，属于医疗器材中皮下无针给药系统的技术领域，包括注射装置、动力驱动装置、药物储存装置，药物储存装置通过软管与动力驱动装置的安瓿连接，注射装置由动力驱动装置驱动；其中，动力驱动装置包括带有减速器的电机，电机输出轴上连接有滚珠丝杆副，与滚珠丝杆副相配合的直线导轨机构，弹簧机构通过滚珠锁合机构、偶合器与安瓿的活塞杆连接，安瓿的出液口通过软件与注射装置连接。由于采用分体式设计，动力驱动装置和药物储存装置可以置放于背包或腰带中，因而手持式的注射装置体积及重量可以大幅度减少，便于大批量快速注射。

Description

一种用于动物注射的分体式无针注射系统

技术领域

本发明公开一种用于动物注射的分体式无针注射系统，属于医疗器材中皮下无针给药系统的技术领域。

背景技术

液体无针注射技术通过动力推动药物产生高速射流直接进入到皮下组织。国际标准组织（ISO）于2006年颁布了针对临床使用的无针注射装置标准（ISO21649:2006）。一个标准的无针注射器通常由两部分组成：用来吸入药物、盛装药物和弹射药物的注射筒（安瓿），以及触发时能产生推力的推射装置。推射装置包括动力装置、触发装置。动力通常由压缩的气体或弹簧产生。按照单个安瓿可进行注射的次数划分，无针注射器可分为可一次性使用的无针注射器和多次使用的喷射注射器。

无针注射用于动物疫苗注射，可以带来一系列的优势：增加生物安全性：消除针刺带来的感染，大幅降低动物瘟疫的发生；增加注射效率：因为喷射注射，提高了疫苗的吸收率；增加肉品安全性：有针注射会有针头折断在动物体内的隐患，影响肉品食用安全，喷射注射完全消除了此类隐患；增加注射速度：喷射注射在瞬间完成，大大减少了规模注射的时间；增加操作人员安全性：由注射过程中针刺形成的威胁及针头处理带来的感染隐患被彻底消除；增加环境保护：针头及其他耗材处理的成本大大降低；减少动物的创伤性：因为喷射注射在瞬间完成，对皮肤的创伤比有针注射要小很多，动物无惊怕反应等。由于动物注射对注射系统的卫生要求没有象人体注射那么严格，而且动物的免疫注射常常集中批量进行，这就要求用于动物注射的无针注射系统可以多次使用，最好能自动吸药、连续注射。

申请人前置专利“一种用于动物连续注射的无针注射系统”（专利号：ZL200620140489.3）描述了一种手持式的、由电机及弹簧驱动、可以实现连续注射的无针注射系统。开始注射时，带减速器的电机转动，通过丝杠配合压缩主弹簧，同时将药库的药液吸入腔室。在压缩弹簧到最终位置时，通过一个滚珠锁合装置将推杆锁住。锁住推杆后，电机反转，带动偶合筒反向前行，使推射器处于待注射状态。注射时，控制信号使电机继续反转，推动偶合筒前行，并将推杆从锁合装置解锁，推杆在主弹簧的作用下快速前行，撞击活塞，并将液体从安瓿的喷口处喷射出去。该专利描述的无针注射系统虽然能实现快速连续注射，但是存在着以下问题：（1）操作不便。由于该设计的动力及驱动机构、注射机构和药物储存机构都集中在一个手持式的装置上，导致该手持装置体积较大、重量较重，注射时操作不便，不适合大批量快速注射。（2）注射压力较低，不适合大型养殖动物和大剂量注射。该设计采用普通的三角形或矩形丝杠传动对金属弹簧（通常是矩形的模具弹簧）进行压缩。由于金属弹簧随刚度系数的增加其最大压缩距离会急剧减少，而压缩距离减少会减少最大注射剂量，再加上普通丝杠传递效率较差，因此该专利设计不适合需要较大的注射剂量或注射压力的大规模无针注射。

发明内容

针对上述的申请人前置专利注射缺陷，本发明提供了一种分体式的、以气弹簧为动力、采用滚珠丝杠作为传动的无针注射系统。该系统由于采用分体式设计，动力驱动装置和药物储存装置可以置放于背包或腰带中，因而手持式的注射装置体积及重量可以大幅度减少，便于大批量快速注射。另外由于气弹簧在较高压力（1000N-2000N）仍有较大的压缩距离，滚珠丝杠的传递效率较普通的丝杠螺母传动要高很多，因此本专利设计可以实现大剂量及大注射压力注射，适合大型养殖动物的规模注射。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种用于动物注射的分体式无针注射系统，包括注射装置、动力驱动装置、药物储存装置，药物储存装置通过软管与动力驱动装置的安瓿连接，注射装置由动力驱动装置驱动；其中，动力驱动装置包括带有减速器的电机，电机输出轴上连接有滚珠丝杆副，与滚珠丝杆副相配合的直线导轨机构，弹簧机构通过滚珠锁合机构、偶合器与安瓿的活塞杆连接，安瓿的出液口通过软管与注射装置连接。

作为上述方案的进一步设置，所述滚珠锁合机构包括滚珠锁合器和开设有环形槽的推杆。

所述偶合器包括安装在推杆后端且相互连接的法兰、行程槽框，活塞杆带挡块的一端配合置于行程槽框内。

所述药物储存装置通过软管与安瓿的进药单向阀连接。

所述电机为直流电机或步进电机，且电机由直流电源控制。

所述直线导轨机构包括安装在两个导向支承座上的导向轴，导向轴上安装有导向套。

所述滚珠丝杆副包括安装在滚珠丝杆上的滚珠螺母。

所述注射装置包括手持枪式壳体，壳体上带有控制按钮，壳体管状前端内有一圆柱状筒体，筒体的一端有一进液接头，接头内为一带通孔的圆锥体用来接套软管，外面有与筒体外沿螺纹配合的套盖，套盖旋紧后将软管压紧；筒体的前端内壁径向内凹，凸台部分嵌有一密封圈，密封圈被注射套顶住；注射套的后端嵌在筒体内凹体内，前端凸出，中间开有一微孔作为喷孔；注射套内有一内嵌弹簧和阀芯；弹簧座在注射套内顶住阀芯；阀芯是一前端为圆锥体后端为圆柱体的阀体，圆柱体的圆周上均匀分布2个以上沿轴向的槽，圆柱体的截面为梅花状，圆锥体与密封圈的内圈配合。

所述弹簧机构为气弹簧，包括压力缸、活塞杆二、活塞、密封导向套。

本发明一种用于动物注射的分体式无针注射系统，由于采用分体式设计，动力驱动装置和药物储存装置可以置放于背包或腰带中，因而手持式的注射装置体积及重量可以大幅度减少，可以实现大剂量及大注射压力注射，适合大型养殖动物的规模注射。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的推杆处于释放状态时的滚珠锁合机构、偶合器的

结构示意图；

图3为本发明的推杆处于锁紧状态时的滚珠锁合机构、偶合器的

结构示意图；

图4为弹簧机构的结构示意图；

图5为注射装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种用于动物注射的分体式无针注射系统，包括注射装置1、动力驱动装置2、药物储存装置3，药物储存装置3通过软管与动力驱动装置2的安瓿4连接，注射装置1由动力驱动装置2驱动；其中，动力驱动装置2包括带有减速器5的电机6，电机输出轴上连接有滚珠丝杆副，与滚珠丝杆副相配合的直线导轨机构，弹簧机构7通过滚珠锁合机构、偶合器与安瓿4的活塞杆8连接，安瓿4的出液口通过软管与注射装置1连接。

结合图2、图3所示，滚珠锁合机构包括滚珠锁合器和开设有环形槽的推杆9。

偶合器包括安装在推杆9后端且相互连接的法兰10、行程槽框11，安瓿4的活塞杆8带挡块12的一端配合置于行程槽框11内。

药物储存装置3通过软管与安瓿4的进药单向阀连接。

电机6为直流电机或步进电机，且电机6由直流电源控制。

直线导轨机构包括安装在两个导向支承座13上的导向轴14，导向轴14上安装有导向套15。

滚珠丝杆副包括安装在滚珠丝杆16上的滚珠螺母17。

结合图4，弹簧机构7为气弹簧，包括压力缸18、活塞杆二19、活塞20、密封导向套21。

结合图5，注射装置1包括手持枪式壳体22，壳体22上带有控制按钮23，壳体22管状前端内有一圆柱状筒体24，筒体24的一端有一进液接头，接头内为一带通孔的圆锥体25用来接套软管，外面有与筒体24外沿螺纹配合的套盖26，套盖26旋紧后将软管压紧；筒体24的前端内壁径向内凹，凸台部分嵌有一密封圈27（O型圈），密封圈27被注射套28顶住；注射套28的后端嵌在筒体24内凹体内，前端凸出，中间开有一微孔作为喷孔29；注射套28内有一内嵌弹簧二30和阀芯31；弹簧二30在注射套28内顶住阀芯31；阀芯31是一前端为圆锥体311后端为圆柱体312的阀体，圆柱体312的圆周上均匀分布2个以上沿轴向的槽，圆柱体312的截面为梅花状，前端圆锥体311与密封圈27的内圈配合。

滚珠锁合机构在前置专利“一种用于动物连续注射的无针注射系统”（专利号：ZL200620140489.3）及“无针注射系统的活塞杆锁合装置”（专利号. ZL200920196183.3)中均有描述。图2中，在推杆9向弹簧机构7方向行进同时压缩压力缸18，当推杆9环形槽的左侧面32经过滚珠33时，推杆9与滚珠锁合装置偶合部分的锥面与滚珠33接触，滚珠锁合装置的活动圈34受装置内弹簧35的作用，将滚珠33压入到推杆偶合部分的环形槽中，从而将推杆9锁住，同时活动圈34通过螺钉36带动套筒37向触发片38方向运动。图3中，推杆9锁住后，连接板39通过带动连接杆40带动触发片38推动套筒37向法兰10方向运动，套筒37带动活动圈34向右运动，同时推杆9的环形槽的左锥面41将滚珠33推入活动圈34与内圈42的间隙内，这样滚珠33失去对推杆9锥面锁紧作用，推杆9在弹簧机构7的作用下快速向连接板39的方向运动，从而带动法兰10与行程槽框11向前运动，在法兰10的左端面的推动下，活塞杆8将液体从安瓿4的喷口处喷射出去。

现具体描述本发明各部件的情况：

1、直流电源与控制电路

由于动力及驱动装置通常需要被放置于操作者的背包或腰袋中进行移动操作，因此本设计采用高能量密度的直流电源（如锂电池组）。控制电路除了接受注射装置的击发信号外，还需要对推杆9及活塞杆8的行进位置进行判别，以确定整个系统处于：（1）如图2中，注射完成，弹簧机构7及推杆9处于释放状态；（2）如图3中，弹簧机构7压缩到一定程度、活动圈34被弹簧35推动，将滚珠33推入推杆9的环形槽中，并带动套筒37向着触发片38方向被推出，推杆9被滚珠33锁止，系统处于待注射状态；（3）触发片38推动套筒37向法兰10方向移动，套筒37带动活动圈34退回，推杆9的环形槽推动滚珠33进入活动圈34的间隙内，推杆9的锁止状态解除，注射启动；（4）注射刚完成、弹簧机构7及推杆9处于释放状态。状态（1）、（2）、（3）由设置在特点位置的光电开关信号进行判别，不处于状态（1）、（2）、（3）的情况为状态（4）。详细描述见工作原理部分。另外控制电路还具有计数、故障报警等功能。

2、直流电机及滚珠丝杠副

带减速器5的直流电机通过一个固定轴承与滚珠丝杠16连接。直流电机与固定轴承固定在底板上。滚珠丝杠16的另一端也为固定轴承并且固定在底板上。与滚珠丝杠16配合的滚珠螺母17可以自由活动，通过螺栓连接到一个连接板上。该连接板将滚珠螺母17、导向套15与偶合器连接一起并且联动。

3、直线导轨

直线导轨通过两个导向轴支承座13固定在底板上，在导向轴14上移动的导向套15通过螺栓连接到一个连接板上，与滚珠螺母17、偶合器连接一起并且联动。直线导轨的作用是保持滚珠螺母17与偶合器的受力平衡，使之在固定行程范围内成直线运动。

4、弹簧组件

压缩的弹簧作为动力源驱动推杆9和活塞杆8。用于动物无针注射的压力范围在200N到2000N之间，可用一般的模具弹簧或气弹簧，其中气弹簧为优先设计。气弹簧由压力缸18、活塞杆二19、活塞20、密封导向套21、填充物，缸内控制元件与缸外控制元件和接头等部分构成。原理是在密闭的压力缸18内充入惰性气体或者油气混合物，使腔体内的压力高于大气压的几倍或者几十倍，利用活塞杆二19的横截面积小于活塞20的横截面积从而产生的压力差来实现活塞杆二19的运动。本设计选用自由式气弹簧，不带自锁，并且可以取出更换，以适应不同的压力要求。

5、偶合器

偶合器将气弹簧驱动的推杆9与安瓿4内的活动活塞杆8连接。活塞杆8的杆体穿过偶合器前面行程槽框11的圆孔，活塞杆8后端的挡块12（螺帽部分）不能穿过圆孔，被行程槽框11挡住。这样在偶合器往后运动时，由于安瓿腔体内液体的粘性力，活塞杆8后端的挡块12将紧贴偶合器前面的行程槽框11，与推杆9形成一定的间隙（冲撞间隙）。该推杆9与活塞杆8的间隙在注射击发前一直保持，直到注射击发后推杆9向前运动，靠住活塞杆8的挡块12后带动活塞杆8前行。偶合器冲撞间隙的设计有利于增大注射时的压力，同时也降低了推杆9与活塞杆8的中心线的准直度要求。

6、安瓿与活塞组合

安瓿4包括一个壳体，一个连接药库的单向阀，及前端连接软管到注射装置1的连接头。药库接头单向阀在前置专利“一种用于动物连续注射的无针注射系统”（专利号：ZL200620140489.3）中有描述。（药库接头包括一个连接壳体与药库的、两端开口的连接头，连接头与壳体凸出的接头部分通过螺纹连接，连接头的另一端为一外沿突起的法兰，可以由软管连接到药库。阀芯部分可以在连接头内部活动。阀芯的前端为一锥体，与连接头带有锥体的内壁配合；阀芯锥体后面为圆柱体，圆柱壁上有周向槽，槽内嵌有密封圈；在圆柱体与连接头内壁之间套有一弹簧。壳体接头为一个带内螺纹的圆孔，底部有通孔与壳体内的腔室连接。阀芯后部的圆柱套入壳体接头的通孔中，弹簧的一端坐在壳体接头圆孔的底部，另一端抵住阀芯的圆柱台面。这样吸药时壳体腔室内的活塞后退，阀芯在液体压力作用下压缩弹簧，并向壳体方向回缩，使液体通过阀芯与连接头之间的间隙，沿壳体接头底部的通孔流入腔室。注射时腔室内的活塞前行，弹簧在弹力作用下抵住阀芯，使阀芯前端的锥体与密封圈与连接头的锥面紧密配合，这样液体不能回流到药库中，起到单向阀的作用。）活塞杆在安瓿4的壳体内运动，活塞杆的前端有沿圆周向有一个或多个凹槽，凹槽内嵌有O型密封圈，密封圈与壳体内壁配合起密封作用。

7、注射装置1

注射装置1注射时，筒体2内部的液体靠压力顶开弹簧二30，液体沿阀芯31周边的槽流入注射套28前端的通孔，再通过喷孔29形成高压射流。不注射时阀芯31靠弹簧二30的压力顶住密封圈27，封闭液体。

8、药物储存装置3（药库）

药库可以用一般较大的带有刻度的针筒存放在动力驱动装置的背包或腰带中。针筒中原先针头的接头部分由软管连到安瓿4吸药的单向阀处。其他输液袋等也可做药物储存装置。

本发明的工作原理如下：

从刚注射完动作开始，电机6转动，电机6带动滚珠丝杠副上的滚珠螺母17往电机6方向运动，滚珠螺母17通过连接板拉动偶合器带动推杆9往后拉（即向气弹簧方向），同时压缩气弹簧，偶合器同时拉动活塞杆8往后，这样就将药库的药液通过单向阀吸入安瓿4腔室。在推杆9往后行进同时压缩弹簧35到特定位置时，推杆9与滚珠锁合装置偶合部分的锥面与滚珠33接触，滚珠锁合装置的活动圈34受装置内弹簧35的作用，将滚珠33压入到推杆9偶合部分的环形槽中，从而将推杆9锁住，同时，套筒37因通过螺钉36与活动圈34的联动而被弹出。此时注射器处于激发准备状态。

推杆9行进到一定位置，使弹簧35达到一定的压缩量。活塞杆8与活塞头采取螺纹连接的方式，这样有利用更换不同容积的安瓿以达到调节剂量的目的，另一方面活塞杆8与推杆9脱开有利于增加推杆9撞击活塞的冲击力，增强喷射性能，有利于注射。

注射时，控制信号使电机6反转，使得连接板带动触发片38向右运动，触发片38通过套筒37与螺钉36的联动推动活动圈34向右运动，在气弹簧的压力作用下，推杆9的环形槽的左锥面将滚珠33压入到活动圈34与内圈42内的间隙，这样滚珠33失去对推杆9锥面锁紧作用，推杆9在气弹簧的压力作用下快速前行，法兰10在推杆9的带动下撞击活塞杆8，将液体从安瓿4的喷口处喷射出去。活塞的行进距离由活塞注射头的挡圈确定。

上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于动物注射的分体式无针注射系统，其特征在于：包括注射装置、动力驱动装置、药物储存装置，药物储存装置通过软管与动力驱动装置的安瓿连接，注射装置由动力驱动装置驱动；其中，动力驱动装置包括带有减速器的电机，电机输出轴上连接有滚珠丝杆副，与滚珠丝杆副相配合的直线导轨机构，弹簧机构通过滚珠锁合机构、偶合器与安瓿的活塞杆连接，安瓿的出液口通过软管与注射装置连接。

2.如权利要求1所述的一种用于动物注射的分体式无针注射系统，其特征在于：所述滚珠锁合机构包括滚珠锁合器和开设有环形槽的推杆。

3.如权利要求2所述的一种用于动物注射的分体式无针注射系统，其特征在于：所述偶合器包括安装在推杆后端且相互连接的法兰、行程槽框，活塞杆带挡块的一端配合置于行程槽框内。

4.如权利要求1所述的一种用于动物注射的分体式无针注射系统，其特征在于：所述药物储存装置通过软管与安瓿的进药单向阀连接。

5.如权利要求1所述的一种用于动物注射的分体式无针注射系统，其特征在于：所述电机为直流电机或步进电机，且电机由直流电源控制。

6.如权利要求1所述的一种用于动物注射的分体式无针注射系统，其特征在于：所述直线导轨机构包括安装在两个导向支承座上的导向轴，导向轴上安装有导向套。

7.如权利要求1所述的一种用于动物注射的分体式无针注射系统，其特征在于：所述滚珠丝杆副包括安装在滚珠丝杆上的滚珠螺母。

8.如权利要求1所述的一种用于动物注射的分体式无针注射系统，其特征在于：所述注射装置包括手持枪式壳体，壳体上带有控制按钮，壳体管状前端内有一圆柱状筒体，筒体的一端有一进液接头，接头内为一带通孔的圆锥体用来接套软管，外面有与筒体外沿螺纹配合的套盖，套盖旋紧后将软管压紧；筒体的前端内壁径向内凹，凸台部分嵌有一密封圈，密封圈被注射套顶住；注射套的后端嵌在筒体内凹体内，前端凸出，中间开有一微孔作为喷孔；注射套内有一内嵌弹簧和阀芯；弹簧座在注射套内顶住阀芯；阀芯是一前端为圆锥体后端为圆柱体的阀体，圆柱体的圆周上均匀分布2个以上沿轴向的槽，圆柱体的截面为梅花状，圆锥体与密封圈的内圈配合。

9.如权利要求1所述的一种用于动物注射的分体式无针注射系统，其特征在于：所述弹簧机构为气弹簧，包括压力缸、活塞杆二、活塞、密封导向套。