JP2010069480A - 吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】規定された流体圧力を吐出装置に発生させる吐出装置を提供する。
【解決手段】液体薬剤用の吐出装置であって、薬剤を貯蔵するための容器と、薬剤を送るための加圧装置１０と、薬剤を周囲に供給するための少なくとも１つの吐出開口部８０とを有する吐出装置であって、加圧装置１０が圧力室１６を有し、圧力室１６の内容物を、並進移動可能なピストン１４によって加圧することができる吐出装置に関する。ピストンに動作可能に連結された圧電アクチュエータ、あるいはアクチュエータコイル３０およびアクチュエータコア３２を有するコイルアクチュエータ装置３０であって、アクチュエータコイルを通電することによってアクチュエータコイル３０に対して力を加えることができ、アクチュエータコイル３０またはアクチュエータコア３２がピストンに対して固定されるコイルアクチュエータ装置３０を有する圧電アクチュエータ装置が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体薬剤用の吐出装置であって、薬剤を貯蔵するための容器と、薬剤を送るための加圧装置と、薬剤を周囲に供給するための少なくとも１つの吐出開口部とを有する吐出装置であって、加圧装置が圧力室を有し、その圧力室の内容物を、並進移動可能なピストンによって加圧することができる吐出装置に関する。

多数の異なるこのような吐出装置は、従来技術から知られており、本発明について、医療のために患者の体内にまたは体の上に適用される物質を意味すると理解される薬剤を供給するために使用される。吐出装置に基づいて、液滴、噴流、霧等の形態で吐出を行うことができる。

このような吐出装置では、容器は、薬剤を吐出する前に薬剤を貯蔵するために使用される。吐出について、薬剤を吐出開口部に送るために、容器から圧力室に既に供給された薬剤の薬剤部分が加圧される。

従来技術から公知の大部分の吐出装置において好ましくはポンプ装置として構成された加圧装置の作動は、手動で、すなわち、使用者が必要なエネルギーをシステムに導入する加圧によって行われる。このことは、高齢者にとって困難な動作、さらには、間違った操作の可能性を含む多数の欠点をもたらす。

したがって、本発明の課題は、従来技術の欠点が低減または回避されるように、このような吐出装置をさらに発展させることである。

本発明によれば、このことは、圧電アクチュエータ装置またはコイルアクチュエータ装置を有するこのような吐出装置によって達成される。圧電アクチュエータ装置は、ピストンに動作可能に連結される圧電アクチュエータを有するか、またはコイルアクチュエータ装置はアクチュエータコイルおよびアクチュエータコアを有し、前記コイルアクチュエータ装置により、前記アクチュエータコイルを通電することでアクチュエータコイルを介して力を加えることができ、アクチュエータコイルまたはアクチュエータコアはピストンに対して固定して構成される。

本発明によれば、ピストンは、吐出装置のケーシングに対して並進移動可能な部分を意味すると理解され、前記ケーシングの位置は圧力室容積を決定する。さらに、本発明によれば、ピストンはベローズポンプのポンプベローズの移動可能な前部であり得る。

圧電アクチュエータ装置を有する実施形態では、圧電アクチュエータは、通電によって少なくとも１つの寸法の圧電アクチュエータの伸びを変化させ、吐出装置のケーシングに対して固定された表面の片面に支持され、これに対して、反対側は、圧電アクチュエータの長さが伸びることによって移動可能であり、移動可能な前記反対側がピストンの移動を生じさせるように直接的または間接的にピストンに接続される。可動側の比較的大きな移動を生じさせるために、圧電アクチュエータは圧電スタックとして構成されることが好ましい。実現可能な大きな力と力の正確な付与とにより、圧電アクチュエータは、ピストンへの力の付加に特に適切であり、明確に規定された圧力を圧力室内に発生させることを可能にする。

圧電アクチュエータ装置が変換器によってピストンに動作可能に連結され、変換器が、圧電アクチュエータを経路長Ｌ１だけ変形させることにより、ピストンを経路長Ｌ１よりも長い経路長Ｌ２だけ移動させるように構成されると特に有利である。このようにして、変換器は、力の対応する減少に伴い、圧電アクチュエータの比較的制限された変形経路を長くするように構成される。このことは、大きなピストンストロークを達成することを可能にする。変換器は、例えば、固定して取り付けられたレバーによって変換を行う機械的に作用する歯車として構成することができる。さらに、圧電アクチュエータにより、大きなピストン面を有する補助ピストンが直接移動され、この補助ピストンが補助流体を移動させ、次に、この補助流体が、比較的小さなピストン面を有する第２の補助ピストンを移動させるために使用されるように、油圧変換器を使用することが可能である。圧力室を画成する主ピストンは、上記第２の補助ピストンに直接連結することができる。

コイルアクチュエータ装置を有する構造の場合、通電コイルが磁界を形成し、この磁界において、磁力によりアクチュエータコアに力が加えられるという事実が利用される。この効果を向上させるために、アクチュエータコアは永久磁石として構成されることが好ましい。アクチュエータコアに作用する力は、アクチュエータコイルに流れる電流の強度に依存する。

ピストンを移動させるかまたはそれに力を与えるために、説明した力を直接用いることができる。このため、アクチュエータコイルをポンプケーシングに対して固定して設けることと、アクチュエータコアをピストンに対して固定することが可能である。アクチュエータコアを移動させおよびそれに力を加えることにより、ピストンの対応する移動またはピストンへの力の付加が生じる。この構造は、固定された構成要素のためにのみ力の付与が行われればよいので特に簡単である。

また代わりに、アクチュエータコアをポンプケーシングに対して固定することと、アクチュエータコイルをピストンに設けることが可能である。ラウドスピーカにほぼ対応するこの第２の構造は、比較的軽量のアクチュエータコイルがアクチュエータコアに対して移動され、その結果、エネルギーの要求が低くなるという利点を提供する。

本発明の別の発展形態では、ポンプケーシングに対するピストンの偏位を検出することを可能にする測定装置が提供される。

最も簡単な例では、ピストンの移動が生じているかどうかを測定装置が単に検出するように、その測定装置を構成することができる。また、ピストン位置を正確に検出するように、上記測定装置を構成することもできる。特に、測定装置は、動作状態になる前にまたは動作を行う前に、ピストンが圧電アクチュエータまたはアクチュエータコイルの通電に反応したときに移動したかどうかをチェックすることを可能にする。より複雑な構造では、測定装置は、例えば摩擦力またはばね力等の別の力がピストンにどの程度作用しているかを検出することもできる。特定の吐出装置の特性のこのような分析は、動作時に、正確に規定された圧力を圧力室内に発生させることを可能にし、このことは、意図された用途に応じて多くの利点を提供する。

測定装置が、測定コイルに対する測定コアの位置を決定するように構成された測定コイルを有する吐出装置が特に有利である。永久磁石の測定コイルの移動がコイルの電圧の誘導を生じさせるという事実が利用される。測定コイルに対する測定コアの速度が高くなると、それだけ上記電圧も高くなる。したがって、この結果、測定コアが移動しているかどうかを検出し、さらには、移動速度がどの程度であるかを検出することが可能である。コアが移動していることを単に検出することは、ピストンが第１の終端位置と第２の終端位置との間で移動され、移動時間が検出され、この移動時間が摩擦力の大きさと共に増加することによって、ピストンとポンプシリンダとの間に作用する摩擦力を決定することを可能にする。

吐出開口部を介して薬剤を吐出するために、圧力室内に発生された圧力を直接用いることができる。このため、圧力室と吐出開口部との間に直接接続部が設けられ、好ましくは、吐出弁が設けられ、特定の最小圧力に達したときにのみ開放する。また代わりに、ポンプ装置によって供給された薬剤を最初に他の室に送ることも可能であり、この他の室から、薬剤が特定の吐出機構によって吐出される。

このようにして、好ましくは圧力室に接続された吐出室が設けられ、前記吐出室は複数の吐出開口部によって周囲に接続され、ここで、吐出室は、振動アクチュエータにより振動状態を生じさせることができる壁部によって画成される。

このような構造により、実際の吐出工程が振動壁部によって行われ、このことは、吐出室の高周波数で脈動する容積を生じさせる。この容積の変化により、圧力室内に存在する薬剤は微小な液滴の霧の形態で吐出開口部から通過する。ポンプ装置によって発生された圧力は、薬剤を吐出室に供給するためにのみ用いられる。特にこのような構造では、本発明による圧電アクチュエータ装置または本発明によるコイルアクチュエータ装置の使用が有利であるが、その理由は、前記装置が、正確に付与された制限圧力を提供することを可能にし、この制限圧力が、吐出開口部を介した吐出を行うことなく、ポンプ装置によって発生された圧力のみにより、吐出室の薬剤供給を保証するような大きさにされているからである。

ポンプ装置を制御するための別の発展形態によれば、圧電アクチュエータ装置またはコイルアクチュエータ装置によって、ピストンへの力の付加を制御する制御ユニットが提供される。圧電アクチュエータ装置の場合、制御ユニットが、明確に規定された電圧を利用可能にすることによって、制御が行われる。コイルアクチュエータ装置では、制御ユニットは、明確に規定された電流強度を提供する。電圧強度または電流強度は、ピストンに加えられる力に直接影響を与える。このことは、ピストン面を含む間、明確に規定された圧力を圧力室内に発生させることを可能にする。ピストンとポンプシリンダ壁との間の摩擦力等の他の変化要因に関係なく、明確に規定されたこの圧力を達成することができるので、測定装置によって予め決定された値、例えば、ピストンを一方の終端位置から他方の終端位置に移動させるために圧力室が依然として空であるときに必要とされる時間を組み込むことができる。このため、ピストンの移動中に測定装置によって決定された値を判定することにより、ピストンに作用する摩擦力および／またはばね力を検出するように、制御ユニットがさらに構成されることが好ましい。

さらに、吐出装置を動作状態にしたときに、ピストンの移動の測定によって、ポンプ装置と吐出開口部との間の流路内に空気が依然として密閉されているかどうかを決定するように、制御ユニットを構成することができる。その上、他の多数の目的のために、例えば、吐出工程の数をカウントするか、または先の吐出工程の後に一定時間が経過しなかった場合に吐出工程を停止するために、制御ユニットを使用することができる。

本発明の別の態様および特徴は、請求項、および図面に示しておりかつ以下に説明する本発明の３つの好ましい実施形態の以下の説明から理解することができる。

コイルアクチュエータ装置と圧力依存型の吐出弁開口部とを有する本発明による吐出装置の第１の実施形態の図である。 コイルアクチュエータ装置とアトマイザーとを有する本発明による吐出装置の第２の実施形態の図である。 圧電アクチュエータ装置と圧力依存型の吐出弁開口部とを有する本発明による吐出装置の第３の実施形態の図である。

図１は、導管４０によって吐出弁７０に接続されたポンプ装置１０を有する本発明による吐出装置の第１の実施形態を示している。図１は、公知の従来技術の構成要素とほぼ一致する別の吐出装置の構成要素を示していない。したがって、吐出装置を囲む媒体容器を有するケーシングは図示されていない。さらに、吐出装置は、例えばキースイッチによって動作可能であり、かつ吐出工程を制御するために設けられる図示していない制御ユニットを有する。

ポンプ装置１０は、ピストン１４と共に圧力室１６を画成するポンプシリンダ１２を有する。ピストンは、ポンプシリンダに液密に係合する周縁ピストンリップ１４ａを有する。ピストン１４の移動により、圧力室１６の容積を変化させることと、前記室１６内の液体を加圧することが可能である。吸気導管１８と、接続導管４０によって吐出弁７０に接続された吐出導管２０とが圧力室１６に通じる。吸気導管１８および吐出導管２０はピストン１４の移動方向２に対して移動され、その結果、方向２ａへのピストンの移動中、最初に、図示していない媒体容器に通じる吸気導管１８が圧力室から分離される。

ピストン１４の左側には、アクチュエータコイル３０と、それによって囲まれたアクチュエータコア３２とを備えるコイルアクチュエータ装置が接続される。アクチュエータコア３２はプラグ接続によってピストン１４に確実に接続されるので、アクチュエータコアはピストン１４と共に常に移動する。さらに、アクチュエータコア３２は、アクチュエータコイル３０に平行に延びる測定コイル３４によって囲まれる。

圧力室１６内における圧力の発生は以下のように行われる。

図示していない制御ユニットは電流をアクチュエータコイル３０に導入し、このアクチュエータコイル３０はアクチュエータコア３２の近傍に磁界を発生させる。前記磁界の強度はアクチュエータコイル３０の電流強度に依存する。磁界により、少なくとも帯状に永久磁石で構成されるアクチュエータコア３２には、方向２ａまたは２ｂの力が与えられる。さらに、方向２ａへの力の付加により、ピストン１４が方向２ａにおいて圧力室１６に向かって移動させられる。ピストン１４のピストンリップ１４ａが吸気導管１８を通過すると、前記力は、容積が減少された圧力室１６内に圧力を発生させる。さらに、前記圧力は吐出弁７０の弁体７２に作用し、このようにして、この弁体７２を方向４ｂに移動させ、結果として、弁体７２によって予め閉鎖された吐出開口部８０を開放する。吐出工程は吐出開口部８０の前記開放によって行われる。

ピストン１４への力の付加が終了すると、吐出工程が終了する。このことは、アクチュエータコイル３０の通電を中止することによって行うことができる。代わりに、吐出弁７０の追加のコイル装置７により、流体圧力に抗して弁体７２を再び図１の閉鎖位置に押圧し、これにより、吐出工程を終了することが可能である。

吐出工程の終了時、逆極性の電流がアクチュエータコイル３０に供給され、その結果、方向２ｂにおいてアクチュエータコア３２およびピストン１４に力が加えられる。このときに、吐出弁７０は再び閉鎖されるので、圧力室１６の結果として得られた拡大は負圧を生じさせ、この負圧は、ピストンリップ１４が吸気導管１８を通過したときに媒体容器から媒体を吸引する。

アクチュエータコイル３０の説明した制御により、十分に規定された力をピストン１４に加えることが可能であり、その結果、十分に規定された圧力による圧力の発生が行われる。所望の圧力値を維持することに関連して圧力室１６内に発生させるべき圧力について、特に高い要求が行われた場合、ピストン１４とシリンダ壁１２との間に摩擦力が発生し、加圧中に、前記力がピストン１４の移動方向に抗して作用することを考慮しなければならない。前記摩擦力のレベルを決定するために、圧力室１６の最初の充填の前に、測定コイル３４による測定が行われる。アクチュエータコイル３０の明確に規定された電流強度によって、ピストン１４はその第１の終端位置からその第２の終端位置に移動され、同時に、測定コイル３４は、この工程がどのくらいの時間行われたかを検出する。摩擦力が大きくなると、それだけ移動時間間隔が長くなる。

次に、検出されたこの時間間隔は、圧力室１６内の媒体の加圧中にアクチュエータコイル３０の電流強度を変化させることによって摩擦力を補償するために、および圧力室１６内に所望の圧力比を発生させるために用いることができる。

図２による吐出装置は図１の吐出装置にほぼ対応する。ポンプ装置１１０については相違が生じないので、図１の実施形態に関する上記のものが再び適用される。図１の実施形態とは異なり、吐出弁が存在せず、その代わりに、ライン１４０によって圧力室１１６に接続されたアトマイザー１７０に置き換えられる。前記アトマイザーは、穿孔プレート１７４によって前記アトマイザーの上部に終端されたケーシング１７２を備え、前記穿孔プレート１７４および前記ケーシング１２は共に吐出室１７６を囲む。穿孔プレート１７４から離れたケーシング１７２の側面において、圧電振動装置１７８が振動壁部１７２ａに設けられ、高周波数の振動により、振動壁部１７２ａに振動を発生させることができる。振動壁部１７２ａのこれらの振動は、吐出室１７６の高周波数量の変化を生じさせ、この変化により、室１７６内に密閉された媒体が穿孔プレート１７４の吐出開口部１８０を介して押圧され、霧状に漏れる。

図２の図面は縮尺通りではない。アトマイザー１７０はポンプ装置１１０よりもかなり大きな縮尺で示されている。したがって、実際には、圧力室１１６の容積は吐出室１７６の容積よりもはるかに大きいので、長時間の吐出工程により、媒体を圧力室１１６内に送ることが可能になる。

動作中、非常に制限された過圧のみが圧力室１１６内に発生されるように、図示していない制御ユニットによって図２の吐出装置が制御される。制限されたこの過圧は、振動壁１７２ａの振動に関係なく吐出開口部１８０を介して媒体の吐出を行うポンプ装置１１０によって発生される圧力なしに、吐出室１７６が常時充填状態のままであることを保証する。

図３の実施形態では、コイルアクチュエータ装置によってピストン２１４に力が加えられず、その代わりに、この力の付加が圧電アクチュエータ装置２３０によって行われることを除いて、図１の実施形態の構造が保持されている。前記圧電アクチュエータ装置２３０は圧電スタック２３２を備え、この圧電スタック２３２は、電圧が印加されたときに方向２０６において前記圧電スタックの伸びを増加させる。前記方向２０６はピストン２１４の移動方向２０２に対して直角をなす。圧電スタック２３２からピストン２１４に力を伝達するために、変換器２３６が設けられ、２つのくさび要素２３６ａ、２３６ｂを備える。くさび要素２３６ｂは圧電スタック２３２の移動可能な端部２３２ａに設けられる。他のくさび要素２３６ａは、圧力室２１６から離れたピストン２１４の側面に係合される。くさび面は移動方向２０２に対して約１５φの角度をなし、その結果、圧電スタック２３２の移動可能な端部２３２ａの移動がピストン２１４のはるかに大きな移動を生じさせる。結果として、圧電スタック２３２の比較的短い移動は、はるかに大きなピストンストロークを生じさせることができる。

したがって、図示した構造は、圧力室２１６内で加圧を行うために、圧電スタック２３２によって発生される力を用いることを可能にする。変換器２３６は方向２０２ａにおいてピストン２１４に力を加えることのみを可能にするように構成されるので、リターンスプリング２３８がさらに設けられ、圧電スタック２３２によって発生された力が終端したときに、その力はピストン２１４をその開始位置に押し戻す。

２ 移動方向
２ａ 方向
２ｂ 方向
４ｂ 方向
１０ ポンプ装置
１２ ポンプシリンダ
１２ シリンダ壁
１４ ピストン
１４ａ 周縁ピストンリップ
１６ 圧力室
１８ 吸気導管
２０ 吐出導管
３０ アクチュエータコイル
３２ アクチュエータコア
３４ 測定コイル
４０ 接続導管
７０ 吐出弁
７２ 弁体
８０ 吐出開口部
１１０ ポンプ装置
１１６ 圧力室
１４０ ライン
１７０ アトマイザー
１７２ ケーシング
１７２ａ 振動壁部
１７４ 穿孔プレート
１７６ 吐出室
１７８ 圧電振動装置
１８０ 吐出開口部
２０２ 移動方向
２０２ａ 方向
２０６ 方向
２１４ ピストン
２３０ 圧電アクチュエータ装置
２３２ 圧電スタック
２３２ａ 移動可能な端部
２３６ 変換器
２３６ａ くさび要素
２３６ｂ くさび要素
２３８ リターンスプリング

Claims (7)

1. 液体薬剤用の吐出装置であって、
   −前記薬剤を貯蔵するための容器と、
   −前記薬剤を送るための加圧装置（１０；１１０；２１０）と、
   −前記薬剤を周囲に供給するための少なくとも１つの吐出開口部（８０；１８０；２８０）と、
   を有する吐出装置であって、
   −前記加圧装置（１０；１１０；２１０）が圧力室（１６；１１６；２１６）を有し、該圧力室の内容物を、並進移動可能なピストン（１４；１１４；２１４）によって加圧することができる吐出装置において、
   −ピストン（２１４）に動作可能に連結された圧電アクチュエータ（２３２）を有する圧電アクチュエータ装置（２３２、２３６）あるいは、
   −アクチュエータコイル（３０；１３０）とアクチュエータコア（３２；１３２）とを有するコイルアクチュエータ装置（３０、３２；１３０、１３２）であって、前記アクチュエータコイルを通電することによって前記アクチュエータコイル（３０；１３０）に対して力を加えることができ、前記アクチュエータコイル（３０；１３０）またはアクチュエータコア（３２；１３２）が前記ピストンに対して固定されるコイルアクチュエータ装置（３０、３２；１３０、１３２）を特徴とする吐出装置。
2. 前記圧電アクチュエータ装置（２３２、２３６）が変換器（２３６）によってピストン（２１４）に動作可能に連結され、前記変換器（２３６）が、圧電アクチュエータ（２３２）を経路長Ｌ１だけ変形させることにより、ピストン（２１４）を経路長Ｌ２だけ移動させるように構成され、Ｌ２がＬ１よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の吐出装置。
3. 前記アクチュエータコイル（３０；１３０）がポンプケーシング（１２；１１２）に対して固定され、前記アクチュエータコア（３２；１３２）がピストン（１４；１１４）に対して固定されるか、または前記アクチュエータコアが前記ポンプケーシングに対して固定され、前記アクチュエータコイルが前記ピストンに固定して設けられることを特徴とする請求項１に記載の吐出装置。
4. 測定装置（３２、３４；１３２、１３４）が設けられ、該測定装置によって、ポンプケーシング（１２；１１２）に対するピストン（１４；１１４）の偏位を検出することができることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の吐出装置。
5. 前記測定装置（３２、３４；１３２、１３４）が、測定コイル（３４；１３２）に対する測定コア（３２；１３２）の位置を検出するように構成された測定コイル（３４；１３４）を有することを特徴とする請求項４に記載の吐出装置。
6. 前記圧力室（１１６）に接続された吐出室（１７６）であって、該吐出室（１７６）が、複数の吐出開口部（１８０）によって前記周囲に接続され、前記吐出室（１７６）が、振動アクチュエータ（１７８）により振動状態を生じさせることができる壁部（１７２ａ）によって画成される吐出室（１７６）を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の吐出装置。
7. 前記圧電アクチュエータ装置（２３２、２３６）またはコイルアクチュエータ装置（３０、３２；１３０、１３２）によって、ピストン（１４；１１４；２１４）への力の付加を制御する制御装置であって、好ましくは、該制御装置が、さらに、
   −前記ピストン（１４；１１４；２１４）の移動中に前記測定装置（３２、３４；１３２、１３４）によって決定された値の判定により、前記ピストン（１４；１１４；２１４）に作用する摩擦力および／またはばね力を検出するようにおよび／または、
   −前記吐出装置を動作状態にしたときに、ピストン（１４；１１４；２１４）の移動の測定によって、前記ポンプ装置（１０；１１０）と前記吐出開口部（８０；１８０）との間の流路内に空気が依然として密閉されているかどうかを決定するように構成される制御装置を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の吐出装置。

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