CN116020018A - 微型伸缩致动器与自动注射装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种微型伸缩致动器与自动注射装置，其中微型伸缩致动器包括以电力驱动的驱动单元以及推进单元，推进单元为具有多节线性套筒形成的可伸缩结构，多节线性套筒的一端设有推进杆，形成能有效压缩注射筒内部压力的活塞结构。驱动单元采用磁力装置产生推动多节线性套筒进行线性运动的磁力，或是采用微型马达带动多节线性套筒进行线性运动。多节线性套筒可以外套筒设计或以内套筒设计，其中多节套筒之间是以内螺纹方式螺合，并在其中之一节套筒设有卡止部。

Description

微型伸缩致动器与自动注射装置

【技术领域】

本发明是关于一种可伸缩制动器的技术领域，特别是一种微型伸缩致动器，以及采用此微型伸缩致动器的医疗用自动注射装置。

【背景技术】

一般医疗院所使用注射器用于将药剂、疫苗或各种医疗使用的注射液体对病患身体特定部位施打。常见注射器的主要结构包括前端带有细孔的针头、盛装注射液的针筒以及与针筒搭配密合设计的推进活塞结构，经人工按压此推进活塞结构可对针筒内注射液产生液压，推动从针头挤出，有效将注射液注入病患身体的皮下组织。在此结构下，还可以反向将推进活塞拉出，在针筒内形成真空而利用气压差将外部物质自针头吸入针筒中。

进一步的，现有技术还开发出一种自动注射器，在自动注射器的后端装设一种驱动机构，常见为利用棘轮带动连结推进活塞的螺杆进行线性往复位移，取代人工按压上述推进活塞在针筒中形成压力的方式，更能快速与有效的将针筒内注射液送出，然而，现有技术的棘轮结构所需空间过大，会使得整体自动注射器在设计上无法实现微型化的目的。

相关现有技术的自动注射器的范例如图1所示，图1显示有一自动注射器10，主体结构设有一外壳100，外壳100内具备注射筒107与注射出口(如针头或细小中空管)109的注射器，外壳100内在注射器的另一端设有棘轮110，连接内部推进活塞的推进杆103，棘轮110连结螺杆，利用棘轮的设计可以通过螺杆带动推进活塞的推进杆103进行线性往复运动，使得推进活塞在注射筒107，还可防止推进活塞以相反方向运动。

运作时，自动注射器中注射筒107填入注射液，转动棘轮110以一方向旋转，带动螺杆旋转移动，能推动推进杆103以带动推进活塞呈线性朝向注射出口109的方向运动，可以在注射筒107中形成压力将注射液从注射出口109送出。

然而，现有技术采用以棘轮驱动的自动注射器会有驱动机构占用整体装置空间过大的问题，在以手操作的通常应用上会有小型化的需求，因此自动注射器过大会导致不方便操作的问题。

【发明内容】

为了实现自动注射器微型化的目的，本发明提出一种微型伸缩致动器与自动注射装置，微型伸缩致动器主要组件包括以电力驱动的驱动单元，以及推进单元，驱动单元连接此推进单元，推进单元为具有多节线性套筒形成的可伸缩结构，多节线性套筒的一端设有推进杆，形成能有效压缩注射筒内部压力的活塞结构。

进一步的，微型伸缩致动器还包括供应驱动单元电力的电源单元，并可通过控制单元而电性连接并控制驱动单元。

优选的，驱动单元包括一磁力装置，电性连接微型伸缩致动器的电源单元，经通电后实现一电磁铁，产生推动多节线性套筒进行线性运动的磁力。

进一步的，多节线性套筒一端设有磁性组件，磁性组件与磁力装置产生的磁力相互作用后，可用以驱动多节线性套筒呈线性运动。

优选的，驱动单元可包括一微型马达，微型马达电性连接电源单元，用以带动多节线性套筒进行线性运动。

进一步的，多节线性套筒中的各套筒表面具有螺纹，各套筒经相互套接后，以微型马达驱动多节线性套筒呈线性运动。

根据自动注射装置的实施方案，自动注射装置包括上述的微型伸缩致动器，以及由微型伸缩致动器推动的注射器。

其中注射器的注射筒结构为一中空柱形结构，以让微型伸缩致动器的推进杆进入，并且推进杆形成的活塞结构的一端与注射筒内壁密合。

而多节线性套筒可以外套筒设计或以内套筒设计，其中多节线性套筒的各套筒之间是以内螺纹方式螺合，并在其中之一套筒设有卡止部，可避免多节套筒脱落。

本发明的微型伸缩致动器是采用多节线性套筒所构成的推进单元，应用于自动注射装置可以达到现在对于注射装置的小型化需求，以利使用者方便操作。

本发明所采用的具体技术，将通过以下的实施例及附呈图式作进一步的说明。

【附图说明】

图1是现有技术的自动注射器的结构示意图。

图2是本发明的微型伸缩致动器的自动注射装置的实施例示意图。

图3是本发明的微型伸缩致动器的自动注射装置的电路与结构单元的实施例示意图。

图4是本发明以磁力装置为驱动源的微型伸缩致动器的实施例示意图。

图5是本发明的以微型马达为驱动源的微型伸缩致动器的实施例示意图。

主要组件符号说明：

10       自动注射器

103      推进杆

100      外壳

107      注射筒

109      注射出口

110      棘轮

20       自动注射装置

200      外壳

203      推进杆

205      注射出口

207      注射筒

210      微型伸缩致动器

30       微型伸缩致动器

301      电源单元

303      控制接口

305      控制单元

307      驱动单元

309      推进单元

311      注射器

40       自动注射装置

400      外壳

411      线圈

420      微型伸缩致动器

430      推进杆

440      注射筒

450      注射出口

50       自动注射装置

500      外壳

510      驱动单元

511      微型马达

520      微型伸缩致动器

521      螺纹

530      推进杆

540      注射筒

550      注射出口

【具体实施方式】

由于各种态样与实施例仅为例示性且非限制性，故在阅读本说明书后，具有通常知识者在不偏离本发明的范畴下，亦可能有其他态样与实施例。根据下述的详细说明与申请专利范围，将可使该等实施例的特征及优点更加彰显。

在本文中，是使用「一」或「一个」来描述本文所述的组件和组件。此举只是为了方便说明，并且对本发明的范畴提供一般性的意义。因此，除非很明显的另指他意，否则此种描述应理解为包括一个或至少一个，且单数也同时包括多个。

在本文中，用语「第一」或「第二」等类似序数词主要是用以区分或指涉相同或类似的组件或结构，且不必然隐含此等组件或结构在空间或时间上的顺序。应了解的是，在某些情形或组态下，序数词可以交换使用而不影响本发明的实施。

在本文中，用语「包括」、「具有」或其他任何类似用语意欲涵盖非排他性的包括物。举例而言，含有多个要件的组件或结构不仅限于本文所列出的此等要件而已，而是可以包括未明确列出但却是该组件或结构通常固有的其他要件。

本发明提出一种微型伸缩致动器与自动注射装置，其中主要技术特征之一是其中驱动其中注射器运作的微型驱动源，根据实施例，微型驱动源可以是马达或者是磁力装置等可实现微型化的解决方案，以马达驱动注射器的运作或是以磁力装置驱动注射器的运作都需要使注射器中的推进杆进行往复线性位移。

采用微型伸缩致动器的自动注射装置的设计概念可参考图2所示的实施例示意图。

图2中显示自动注射装置20包括了包覆其中机构与驱动组件的外壳200，外壳200内主要结构设有一注射器，注射器主要由注射筒207与注射出口205组成。注射筒207结构为中空柱形结构，中空柱形结构的截面可以是圆形、方形或多边形，其中的中空结构可以让推进杆203进入，推进杆203可为能有效压缩内部压力的活塞结构，注射筒207一端延伸形成注射出口205，杆形的活塞结构的一端可以设有与注射筒207内壁密合的结构，例如常见注射器中的橡胶活塞，能于注射筒207内形成压力以使其中物质(气体或流体)自注射出口205输出。

特别的是，自动注射装置20设有微型伸缩致动器210，微型伸缩致动器210主要实施方式是以电力驱动的致动器，可以是微型马达所驱动的致动器，或是以线圈或相关电路通过电力形成磁力的致动器。

本发明的微型伸缩致动器210的结构特征是具有伸缩结构，可以参考图4与图5所示的实施例示意图，利用马达或磁力装置等微型驱动源推动上述推进杆203，能依照需求设定驱动模式，例如是以快速、中速或慢速等模式推动推进杆203，使注射筒207内产生压力，将其中物质推送至注射出口205输出。

接着，请参考图3所示采用微型伸缩致动器的自动注射装置的电路与结构单元的实施例示意图。

其中的主要组件为一微型伸缩致动器30，通过微型伸缩致动器30驱动注射器311运作，注射器311如图2所描述主要由注射筒与注射出口组成的注射器，其他细节可以参考现有技术常见的针筒装置。

根据实施例，微型伸缩致动器30中的主要结构与电路组件包括有一控制单元305，控制单元305主要由一微控制器(microcontroller)与相关周边电路组成，控制单元305电性连接微型伸缩致动器30中的其他电路组件，用以控制微型伸缩致动器30的运作。在自动注射装置的外壳上设有提供使用者操作控制的控制接口303，控制接口303电性连接控制单元305，可提供输入按键或触控屏幕让用户控制电源开关、设定驱动模式以及监控装置的运作。

在微型伸缩致动器30中，控制单元305电性连接提供电源(如电池、室电)的电源单元301以及驱动单元307，驱动单元307的实施例可以参考图4与图5显示的实施方式，驱动单元307的结构特征将接触推进单元309，推进单元309在注射器311如图2显示的推进杆203，在注射筒内成为有效压缩内部压力的活塞结构。

当用户通过控制接口303设定驱动模式，根据驱动模式，控制单元305控制输出至驱动单元307的电力，以驱动推进单元309进行线性往复运动，能在注射器的注射筒内形成与外部不同压力的压力差，藉此推送注射筒内物质输出，或是自外部吸引物质至注射筒内。

根据实施例，微型伸缩致动器30的实施方式主要可以是以电力驱动的驱动单元307，第一实施例可参考图4所示以磁力装置为驱动源的微型伸缩致动器的实施例示意图。

在图4显示的自动注射装置40中，主要结构包括有微型伸缩致动器420以及由注射筒440与注射出口450形成的注射器。自动注射装置40的外壳400包覆微型伸缩致动器420与注射器，外壳400的衍生结构还可以包括容置注射器的空间，并设有可以卡合注射器结构的对应结构，让注射器可以稳定的装设在自动注射装置40中。

此实施例显示的微型伸缩致动器420的主要结构为一以内套筒设计的多节线性套筒，多节套筒形成的一可伸缩结构，多节线性套筒的一端设有推进杆430，成为注射器中的活塞结构，或是接触注射器本身的活塞结构，以推动输出注射筒内物质。

根据图示的微型伸缩致动器420的实施例，其中驱动单元410设有一线圈411，线圈411可为电线绕线形成的单一线圈或是线圈组，还可以是以特定感应生磁的电路形成的磁力装置。根据实施例，驱动单元410电性连接微型伸缩致动器420中的电源单元(如图3显示的301)，经通电后形成一电磁铁，多节线性套筒一端设有一磁性组件(例如磁铁)，磁性组件与磁力装置产生的磁力相互作用后，驱动多节线性套筒呈线性运动。

根据一实施方案，根据多节线性套筒上的磁性组件具有固定的磁力特性，可以通过控制流经在驱动单元410线圈411的电流方向决定电磁铁的磁力方向，也就是通过电源单元的电力控制形成单一方向运动的磁力，可以控制与多节线性套筒上的磁性组件相互为引力或是排斥力，藉此带动多节线性套筒进行线性运动。

在此一提的是，图4显示的微型伸缩致动器420的主要驱动方式是通过内套筒设计的多节线性套筒，另还可以采用外套筒设计的多节线性套筒。

第二实施例是以微型马达做为驱动源，可参考图5所示以微型马达为驱动源的微型伸缩致动器的实施例示意图。

图中显示为自动注射装置50，外壳500包覆了其中结构与电路组件，主要有微型伸缩致动器520以及主要由注射筒540与注射出口550组成的注射器。根据本实施方式，微型伸缩致动器520的驱动方式以具有多节线性套筒的结构设计，此实施例显示为采用外套筒设计的多节线性套筒，多个套筒的表面设有螺纹521，且各个套筒通过螺纹521相互套接，并受到其中微型马达511所驱动。另外，同样的可以设计为内套筒设计。

根据实施例，多节线性套筒的一端为推进杆530，可以特定方式连接注射器。此例中，通过推进杆530，在注射筒540内形成能有效压缩内部压力的活塞结构，另外的实施方式是推进杆530以特定方式连接注射器中的活塞结构，同样的可以通过驱动单元510驱动多节线性套筒以带动活塞结构呈线性运动。

进一步的，根据图示的实施例，微型伸缩致动器520的驱动单元510包括微型马达511，作为带动多节线性套筒杆以线性运动的驱动源，微型马达511电性连接微型伸缩致动器520中的电源单元(如图3显示的301)，根据控制单元(如图3显示的305)控制微型马达511的驱动模式，藉此控制多节线性套筒以带动注射筒中活塞结构的运动。

根据上述实施例所描述的微型伸缩致动器中采用的多节线性套筒实作的推进装置，例如是一种通过多节式套筒的线性伸缩设计，使得微型伸缩致动器在缩回套筒的时候，能有一部分的套筒是内缩于微型伸缩致动器本体内，藉以最大幅度的增加套筒的推进长度。进一步的，在结构上，多节线性套筒中的多节套筒之间是以内螺纹方式螺合，并其中之一的套筒还设有卡止部，例如在靠近微型伸缩致动器本体的一节，可避免另一节的套筒在伸出到最长距离时候不会与之脱离。

综上所述，根据上述微型伸缩致动器与自动注射装置的实施例，为了达成微型伸缩致动器微型化的目的，其中采用微机电系统(micro electro mechanical systems，MEMS)的工业技术实现微型伸缩致动器的驱动单元，如上述实施例所描述的磁力装置或是微型马达，通过微型化的微型伸缩致动器驱动自动注射装置中注射器中的活塞结构，以直线往复位移，例如，可以用于将注射筒中药剂输出，本发明有效改进了现有技术以棘轮驱动的自动注射装置所造成的占用体积过大且机构组成复杂的问题。

以上实施方式本质上仅为辅助说明，且并不欲用以限制申请目标的实施例或多个实施例的应用或用途。此外，尽管已在前述实施方式中提出至少一例示性实施例，但应了解本发明仍可存在大量的变化。同样应了解的是，本文所述的实施例并不欲用以通过任何方式限制所请求的申请目标的范围、用途或组态。相反的，前述实施方式将可提供本领域具有通常知识者一种简便的指引以实施所述的一或多种实施例。再者，可对组件的功能与排列进行各种变化而不脱离权利要求所界定的范畴，且权利要求包括已知的均等物及在本专利申请案提出申请时的所有可预见均等物。

Claims (10)

1.一种微型伸缩致动器，其特征在于，所述微型伸缩致动器包含：

以电力驱动的一驱动单元；以及

一推进单元，连接所述驱动单元，所述推进单元为具有多节线性套筒形成的一可伸缩结构，所述多节线性套筒的一端设有一推进杆，形成能有效压缩一注射筒内部压力的活塞结构。

2.根据权利要求1所述的微型伸缩致动器，其特征在于，其中还包括供应所述驱动单元电力的一电源单元，所述电源单元通过一控制单元而电性连接所述驱动单元。

3.根据权利要求2所述的微型伸缩致动器，其特征在于，其中所述驱动单元还包括一磁力装置，电性连接所述电源单元，经通电后实现一电磁铁，产生推动所述多节线性套筒进行线性运动的磁力。

4.根据权利要求3所述的微型伸缩致动器，其特征在于，其中所述多节线性套筒一端设有一磁性组件，所述磁性组件与所述磁力装置产生的磁力相互作用后，驱动所述多节线性套筒呈线性运动。

5.根据权利要求2所述的微型伸缩致动器，其特征在于，其中所述驱动单元包括一微型马达，电性连接所述电源单元，用以带动所述多节线性套筒进行线性运动。

6.根据权利要求5所述的微型伸缩致动器，其特征在于，其中所述多节线性套筒中的各套筒表面具有螺纹，所述各套筒经相互套接后，以所述微型马达驱动所述多节线性套筒呈线性运动。

7.一种自动注射装置，其特征在于，所述自动注射装置包含：

如权利要求1所述的微型伸缩致动器；以及

由所述微型伸缩致动器推动的一注射器。

8.根据权利要求7所述的自动注射装置，其特征在于，其中所述注射器的注射筒结构为一中空柱形结构，以让所述微型伸缩致动器的推进杆进入，并且所述推进杆形成的活塞结构的一端与所述注射筒内壁密合。

9.根据权利要求8所述的自动注射装置，其特征在于，其中所述多节线性套筒以一外套筒设计或以一内套筒设计，其中所述多节线性套筒的各套筒之间是以内螺纹方式螺合，并在其中之一所述套筒设有一卡止部。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的自动注射装置，其特征在于，其中所述微型伸缩致动器的驱动单元通过一磁力装置或一微型马达驱动所述多节线性套筒呈线性运动。

Images