CN1313777A - 无针注射器 - Google Patents

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G·R·吉宾斯
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Abstract

一种以压缩气体为动力的致动器。该致动器包括一个在汽缸(1)中工作的活塞(3)。通过暴露汽缸壁上的一个或多个小孔(14、20),使压缩气体在沿着汽缸壁已扫壁面的预定位置上逸出,从而可以使活塞(3)的行程减小。备选的是,活塞(401)可以和一个中间具有通气孔(406)的杆(402)相连,为了调整活塞(401)的行程,杆(402)对活塞(401)的相对位置是可改变的。

Description

无针注射器
本发明涉及无针注射器。
在国际专利发布No.Wo95/03844中，公开了一种无针注射器。该注射器通过由活塞泵产生的高压药物射流来投放液态的药物并使其透入病人的皮肤。驱动该泵工作的能量可以来自一个螺旋弹簧、烟火药、液压、或压缩气体。
可买到使用多种不同能量形式的注射器，并且能量可以是由使用者来提供的，例如可以手动地压缩一个弹簧并将其锁住以暂时储存能量，直至需要时对注射器进行“击发”。也可选购到例如用一个预压弹簧或烟火药预先存有能量的注射器。
某些注射器是设计为一次使用后即予抛弃的，而另有一些则具有可重复装载的能量储存装置及一次性使用的药剂筒，并且存在许多种组合以适应各种具体应用及市场的需要。在本专利公开中，“致动器”一词是指能量储存及释放机构，不管其是否与药剂筒结合在一起。在所有的情况下，必须在活塞行程的终点处配置足够的力来以所要求的压力投放全部药剂：如果是使用弹簧，这便称为“预加载”。
有时需要根据病人的年龄、体重及与待治疗的疾病有关的因素来投放不同体积的药剂，而某些一次性使用的注射器、诸如Parsons的US-A-4913699中公开的注射器，由于使用者必须首先用一种配合使用的药剂转移器件将药剂从散装的储药瓶中转移到注射器的药剂筒中，因而注射器具有投放不同体积药剂的能力。于是，使用者能够改变充填体积，也就是投药体积。然而这些注射器虽然表面上简单，却要求使用复杂而难以消毒的转移器件，这几乎不可能做到常规的药剂无菌转移。此外，就本发明人所知，先前技术中还没有一种一次性使用的注射器具有一个致动器机构，该机构的用途为改变能量的释放来适应投药量。
还有一种如MediJect Corporation出售的更复杂的可重复使用的注射器，其中的致动器是可调的以改变能量的释放，但这些注射器也都存在与Parson注射器相同的大部分基本问题。
在WO-95/03844中有一个优选实施例，该实施例是一个具有投放体积调整功能的螺旋弹簧动力注射器，但是即使仅对先前技术作了如此一点改进也使得注射器的制造与操作有些复杂化。该申请中的其它实施例描述了一些气体弹簧动力注射器。(一个气体弹簧包括一个汽缸及活塞，该活塞以压缩气体来推动，并被一个锁定机构暂时地约束住)。气体弹簧比螺旋弹簧有几个优点：特别是，可以具有更高的能量储存密度，以及在活塞行程的终点处可以简单地通过汽缸壁上的一个孔将残存气体释放掉。后面这一点对保证注射器使用后的安全处理是重要的。而对于螺旋弹簧动力注射器，这就需要由一个复杂的机构在活塞行程终点处自动地将储存在弹簧中的残存能量卸载。
虽然无针注射器在减轻针头给病人造成的痛苦和恐惧感以及减少交叉感染方面有很大的潜力，但与常规的注射器相比价格较高，特别是要求投放可变剂量的注射器其价格更贵，这已经影响了其广泛的使用。
本发明提供了一个用于气体动力无针注射器的致动器。该致动器包括：一个可以行进一段路程以导致注射器投放出一种物质的驱动元件；用来在驱动元件上形成气体压力以使其行进一个行程的装置；用来在驱动元件业已走完其整个行程后排放气体压力的装置；以及用来调整气体压力排放装置的有效位置从而调整驱动装置行程的装置。
一个特别优选的实施例是这样的致动器，该致动器如上所述地使用一个气体弹簧，但其行程可以以很小的增量容易地进行调整。这是通过这样的手段来达到的：沿着汽缸设有一系列阀门，开启其中一个特定的阀门便可使用以驱动活塞的压缩气体迅速通过该阀门而逸出，从而使活塞停下来。虽然活塞具有一定的动量，但无针注射器是一个衰减系统，阻尼及摩擦力会将任何过调量降到可以忽略的程度。
在一个第一实施例中，一个一端封闭的汽缸中装有一个活塞，活塞与汽缸内表面之间是密封的并可滑动的。压缩气体包容在汽缸的封闭端和活塞之间，并将活塞推向汽缸的开启端。活塞受一个锁闩的制约而暂时不能运动，此锁闩可通过一个协同工作的滑动触发套筒来操作。从活塞的密封部分到汽缸开口端之间的一段汽缸壁上纵向地排列有一系列小孔，这些孔被一个可沿汽缸外表面滑动的套筒覆盖并密封住。当该套筒作纵向移动时这些孔可逐渐地暴露出来，所以，当触发锁闩将活塞释放开时，活塞便在汽缸内朝开启端行进直至活塞的密封部分通过一个已暴露出的小孔，于是压缩气体便迅速通过此孔逸出，活塞便迅速停止。该滑动套筒上设有一个爪或掣子以便使用者在击发致动器之前准确地对套筒进行预置。
在第二实施例中，本发明提供了一个致动器。该致动器如同上面所述包括一个活塞及汽缸，但其滑动套筒可沿汽缸的外表面作螺旋运动。在该实施例中穿透汽缸壁的诸多小孔的中心线也是沿着螺旋线布位的，因此有可能进行更小增量的调整。
在其它的实施例中，活塞与一个通气元件相连，该通气元件最好是一根形成有通气孔的杆。为了调整活塞的行程，这根杆对活塞的相对位置是可变的。
在所有这些实施例中都要求给调整装置的位置作出标志，以便使用者对剂量进行预置。
缩短活塞行程的结果为减少从药剂筒投放出的药剂体积，这是因为药剂筒内的活塞行程同样缩短了。因此，注射终了时便有某些药剂残存在筒中。对于大多数药剂来说这一问题并不重要，并且在任何情况下，药瓶中装有的药剂量通常总是超过所需剂量的。
虽然气体弹簧是优选的，但也有可能选用一个装有气体或可汽化液体的容器来产生气体压力，以便在致动器工作时将气体压力作用到驱动元件上。
现在参照下列附图来叙述本发明优选实施例的细节：
图1所示为一个用于无针注射器的致动器的第一实施例的纵剖面。该致动器以气体作为动力，并使用一个纵向滑动套筒来调整活塞的行程。(为了对注射器及其工作情况进行充分的叙述，这里引入国际专利发布No.WO97/37705以作参考)。
图2及3为第一实施例所用滑动套筒与掣爪协同工作的详图。
图4为带有剂量指示符号的第一实施例的局部外观图。
图5为第二实施例的纵剖面局部图。该实施例具有调节剂量用的旋转装置。图中所示为击发前状态。
图6为图5所示致动器击发后的状态。
图7所示为作为第二实施例组成部分的一个汽缸。该汽缸上带有与调节旋钮相啮合的螺旋螺纹。
图8所示为第二实施例的透视图。图中特别地展示出调节旋钮及剂量标志。
图9至11展示了一个第三实施例。其中图9及10所示为调整到两个不同剂量的致动器在击发前的情况，而图11为其击发后的情况。
图12所示为第四实施例击发后的情况。
由图1可见，致动器包括包括一个汽缸1。该汽缸一端封闭另一端为一个由凸缘2所确定的开口。活塞3可滑动地密配在汽缸1内，并且带有一个与汽缸1的内壁面滑动接触的密封件4。由图3可见致动器可以具有一个带有螺纹6的连接件5，其用途为与带有相配螺纹的药剂筒30相连接。药剂筒内装有一个可以滑动的活塞31并具有一个出口限流孔32。在活塞31及限流孔32之间的药剂筒空间内充满了将被注射器投放出的物质33，亦即液态的药剂。药剂筒的下端为构件34所密封。临使用前可在易折断连接处35将构件34折断。
在汽缸1的凸缘2上压接一个或多个突出部7以将它卡住。在汽缸的封闭端及密封件4之间充满了压缩气体或压缩气体与可汽化液体的混合物以提供更多的压缩气体。压缩气体推动活塞3朝箭头W方向运动。活塞3暂时地受到锁闩9的约束，锁闩9又支撑在连接件5的支撑面10上。锁闩9与活塞3上的凸轮面11相触。因此在活塞上作用一个W方向的力便会在锁闩9上产生一个Z方向的侧向推力，其效果是试图将锁闩9从活塞3上脱开，从而击发致动器。但这一行动受到一个操作套筒12的内壁的阻挡。在操作套筒12的壁上开有一个窗口13，当操作套筒12相对于汽缸1及连接件5的组合件作W方向的运动时，窗口13便与锁闩9重合，这就允许锁闩9从活塞3上脱开。此工作原理在已引入作为参考的国际专利发布No.WO97/37705中有更充分的叙述。当然也可以采用其它的为特殊用途而设计的触发机构。在锁闩脱开后，活塞3便撞击活塞31，使得后者通过限流孔32投放出一个剂量的药物33。
由图2可见，汽缸1上设有一系列穿透缸壁的通气孔14，其位置为沿着纵向排列成行(这些孔的位置图1中也有所表示，但必须理解为这些孔是打在汽缸1上的，而不是根据图1也可能理解成为是打在活塞3上的)。在汽缸1的外面设有一个阀门套筒15，该套筒可以沿着汽缸1的外表面滑动，并且与上述通气孔接触而对其形成适当的密封。在阀门套筒15的下端设有一个棘爪17，还有一个棘条16由连接件5上的突起件7将其与汽缸1压在一起，棘爪17与棘条16互相啮合。于是，当阀门套筒15相对于由汽缸1和连接件5组成的组合件作S向逐渐滑动时，便可使在汽缸1壁上的未被遮盖的通气孔的数目逐渐增多，但反之却不一定正确。当然，如果不需要进行单向调节，那么棘爪16和棘条17的齿形可改变为仅起掣爪作用。
可以用在汽缸1壁上的最上一个孔14a来向汽缸内充填压缩气体。首先使活塞处于汽缸1中这样的位置上，即密封件4刚好仅低于孔14a(按图面上的方向取向)，然后通过孔14a将压缩气体导入到密封件4及汽缸1封闭端之间的空间内。再将活塞3进一步推入汽缸1中，直至锁闩9可以落入活塞3的槽18中。再用适当的工具使棘爪脱开啮合，然后将阀门套筒15推到图1所示的位置，即所有的孔14除了孔14b之外全部被密封住。
此后，如果使用者对操作套筒12施力来操作致动器，在活塞行程的终点上密封件4通过孔14b，残余的压缩气体8便通过孔14b而逸出。然而，如果已经将套筒预先调节到某个中间位置上，那么当密封件4通过最顶上一个未遮盖孔时，气体8便会通过该孔逸出，活塞3便会停止。图4为致动器局部的外观图，图中显示阀门套筒15上可能设有一个操作纽19，这个操作纽19也可作为剂量指示器，其抵靠在操作套筒12外侧的标记上。
图5至8所示为一个构造相似的致动器，但该致动器具有一个用来改变行程的旋转装置。在该实施例中，为了能得到较小增量的行程调节，各孔20排列成螺旋状(但也可如第一实施例那样排列成直线状)。阀门套筒15的末端是一个旋钮22，并且套筒15的里面有一个阴螺纹，该阴螺纹与汽缸1上的阳螺纹21相配工作。螺纹21可以是一个独立的零件，其被锻造或压接在汽缸1上。阀门套筒15的旋转运动转变成直线运动，并且逐渐地使各孔20暴露出来。当致动器工作时，活塞3的行程终止於最上面那个已暴露孔20，压缩气体由此孔逸出。
现在参照图9至11来描述本发明的第三实施例。首先来看图9，冲头401依靠螺纹403连接在空心的调节杆402上，冲头及调节杆都装到汽缸409内。汽缸409内装有诸如氮气那样的压缩气体414或压缩气体与可汽化液体的混合物，并以冲头密封件410和紧密贴附在汽缸409上的杆密封件405来阻止压缩气体泄漏。冲头401、密封件410及杆402在汽缸409的筒内是可以自由地纵向滑动的，因此压缩气体将沿着箭头A的方向推动冲头401前进。冲头的运动暂时地受到一个锁闩(图中未表示)阻挡，该锁闩与冲头410上的一个槽413相啮合并可由一个适用的触发释放机构(图中未表示)来操作。
杆402是空心的并且有一个塞子404可密封地装在里面，以防止压缩气体414经由螺纹403再通过空心杆402而泄漏。空心调节杆402的壁上有一个孔406，而调节杆402的孔在开口416处通向大气。由汽缸409及冲头402组成的组合件装在套筒415里面。在套筒415的末端设有一个可自由旋转的调节旋钮407，该旋钮由掣爪412将其保持在这个位置上。在杆402的部分长度上形成有一个键408，此键可以在旋钮407上的一个与其相配的键槽中自由滑动。因此，当旋钮407转动时杆402便随之转动并且随即拧入冲头401或从中拧出。由于触发锁闩或其它锁定装置的阻挡，甚或密封件410在汽缸409内壁上的摩擦力也足以阻挡住冲头随着杆402转动。
由图10即可见到调节旋钮407转动所引起的效果：杆402进一步拧入冲头401中，孔406更靠近密封件405。根据刻度线411与调节旋钮407端面的相对位置可以指示出冲头的行程。
由图11可见，锁闩已从冲头401上的触发槽413上脱开，允许压缩气体414沿着箭头A的方向推动冲头及杆组件。当孔406的位置超过密封件405而进入汽缸409的里面时，压缩气体便通过空心调节杆的孔逸出，经过开口端416而到大气中。此时，由于失去了压缩气体的推动力，冲头几乎瞬时地停止运动，这取决于压缩气体通过孔406及空心杆402内孔的流率。于是，通过调整孔406对密封件405的相对位置，便可以改变冲头及空心杆组件的行程。
图12所示为本发明的第四实施例。图中该实施例处于与图11所示的第三实施例相当的工作位置。第四实施例与第三实施例相似，只是以一个实心杆402a代替了前面所述的空心杆，并且以一个旁路沟槽或小平面416a来代替孔406。当杆402a处于图示位置时，压缩气体414便经由旁路沟槽416a通过通气孔417而逸出到大气中。
以上诸多例子表明：一个简单的气体动力致动器只要添加很少几个部件便能实现行程调整并在动作终了时能安全地将残余压缩气体泄放掉。

Claims (16)

1．一个用于气体动力无针注射器的致动器，该致动器包括：一个可以行进一段行程以导致注射器投放出一种物质的驱动元件；用来在驱动元件上形成气体压力以使其行进一个行程的装置；用来在驱动元件业已走完其整个行程后排放气体压力的装置；以及用来调整气体压力排放装置的有效位置从而调整驱动元件行程的装置。
2．如权利要求1的致动器，其特征在于，排放装置包括许多排气孔，这些排气孔排列在沿着行程的不同距离上，而调整装置包括一个元件，该元件的用途为确定哪个排气孔是有效的排气装置。
3．如权利要求2的致动器，其特征在于，调整装置的所述元件是一个可运动的套筒，该套筒的用途为有选择地密封或露出给定的各个排气孔。
4．如权利要求3的致动器，其特征在于，排气孔沿着平行于驱动部件运动的方向排列成一直线。
5．如权利要求3的致动器，其特征在于，排气孔沿着一条螺旋线排列。
6．如权利要求3至5中任何一项的致动器，其特征在于，套筒的许多可能位置是由一个掣爪系统来确定的。
7．如权利要求3至5中任何一项的致动器，其特征在于，套筒的许多可能位置是由一个棘条系统来确定的，因此，套筒使用时只能朝一个方向运动。
8．如权利要求3至5中任何一项的致动器，其特征在于，调整装置包括一个与套筒相连的可转动的旋钮，并且该调整装置还包括一个螺纹系统，该螺纹系统的用途为将旋钮的旋转运动转变为套筒的直线运动。
9．如权利要求1的致动器，其特征在于，排放装置包括一个可随驱动元件运动的排放元件；并且调整装置包括一个相对于驱动元件调整排放元件的纵向位置的装置。
10．如权利要求9的致动器，其特征在于，排放装置是一个空心杆，该空心杆具有一个壁，有一个排气孔延伸透过该壁，该空心杆可调整到这样的纵向位置上，即在驱动元件的行程终了时气体压力便经由该排气孔及空心杆的内部而排放掉。
11．如权利要求9的致动器，其特征在于，排放装置是一个形成有一个旁路的杆，该杆可调整到这样的纵向位置上，即在驱动元件的行程终了时气体压力便经由该旁路而排放掉。
12．如权利要求9至11中任何一项的致动器，其特征在于，排放元件通过一个螺纹与驱动元件相连接，并且调整装置包括一个使排放元件相对于驱动元件转动从而调整排放元件相对于驱动元件的纵向位置的装置。
13．如权利要求12的致动器，其特征在于，所述排放元件可相对于所述旋转装置而纵向滑动，由此，在驱动元件动作时允许驱动元件相对于旋转装置沿纵向运动。
14．如以上任何一条权利要求的致动器，其特征在于，产生气体压力的装置是一个汽缸，在该汽缸中装有一个在其行程过程中运动的驱动元件，该致动器还设有一个锁闩，以供在致动器工作之前阻止所述驱动元件运动。
15．如权利要求1至13中任何一项的致动器，其特征在于，用来产生气体压力的装置是一个气体或可汽化液体的容器，该装置配置成在致动器工作期间对驱动元件施加气体压力。
16．如以上任何一项权利要求的致动器，其特征在于，驱动元件配置成在其行进了部分行程后冲击一个投放活塞，以及随后使该投放活塞将所述物质从注射器中投放出去，并且驱动元件也同时完成其整个行程。
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