JPH08507449A - 注射カートリッジ用ピストンの改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 円筒形の室、好ましくは、複室式の注射カートリッジにおける円筒形の室内で液体を排出するのに用いるようになっているピストン（１１）が凸面形状とした少なくとも１つの端面（１２）を有し、この端面（１２）が、ピストンを注射カートリッジの胴部内に配置したときにほぼ平坦となる。好ましくは、カートリッジ内の両ピストンがこのような形状、すなわち、互いに向かい合った平坦な面を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 注射カートリッジ用ピストンの改良 本発明は、円筒形の室、特に注射カートリッジの円筒形室内の液体を排出する ためのピストンの改良に関する。一層詳しくは、本発明は、注射カートリッジで 用いるようになっており、カートリッジからの薬液の計量、投与の精度を改善す る改良ピストン形状に関する。 注射カートリッジで用いるようになっているピストンは、通常、ゴムあるいは 弾性を有する類似のプラスチック材料で作ってある。このようなピストンの製作 に際して、ピストンの１つまたは両方の端面はその長手軸線に対して直角な平坦 面とする。また、平坦な端面には多数の小さい突起を設け、ピストンの製作、取 り扱いで端面が互いにくっつくのを防ぐように多くの場合なっている。 このようなピストンを注射カートリッジの胴部に挿入したとき、変形、圧縮さ れることになる。これは、胴部の内径をピストンの外径よりも小さくして、ピス トンと胴部の内壁面との間に良好なシールを確保しなければならないからである 。ピストンがこうして弾性変形したとき、最初平坦であった端面は凹面形状とな り、端面の中心がその周縁部よりも深いところに位置することになる。 ピストンの端面のこのような非平坦形状は、ピストンを或る程度の距離変位さ せて所定量の薬液を計量するときにその精度を低下させる原因となる。 凹面の深さは、通常、約０．１mmの程度である。薬液の計量でのピストンの変 位は約１mmであることが多い。したがって、ピストンの凹面が１０パーセントま での計量エラーの原因となる。この大きさのエラーは通常許容できない。 この問題は複室式の注射カートリッジではさらに悪化する。周知のように、こ のようなカートリッジは、注射しようとしている薬剤の固体成分が通常入れてあ る前室と、薬剤の液体成分が通常入れてある後室とからなる。これら２つの室は 可動前方ピストンによって隔離されており、後室の後端は可動後方ピストンによ ってシールされている。２種の成分を混合しようとするとき、後方ピストンを前 方へ移動させ、この移動で生じる圧力がほぼ非圧縮性の液体を介して前方ピスト ンに伝わり、この前方ピストンが前方へ移動する。この前方ピストンの前進でバ イパス連絡路が開き、後室の液体が後方ピストンの動きによって前室内へ流入し 、固体成分と混じり合い、所望の注射薬液を形成する。液体成分のすべてが前室 に追い出されてしまうと、後方ピストンの前面が前方ピストンの後面と衝合し、 前室内で形成された注射薬液を計量しながら２つのピストンが一体のピストンと して一緒に作用することになる。 しかしながら、２つのピストンの２つの端面が係合したとき、平坦ではないか ら、互いに完全に衝合することはない。変形によって生じた凹面は、まず、周縁 部でのみ互いに衝合し、これがばね効果を生じさせ、２つの組み合ったピストン の動きを不正確にする。前方ピストンが摩擦なしには胴部に相対的に変位するこ とはできず、また、静摩擦が動摩擦よりも大きいので、計量運動（約１mmであっ てよい）の伝達が非連続となる。このことは、前方ピストンの位置決めが不正確 となり、計量が不正確となることを意味する。 これは、特に、かなりの摩擦抵抗に抗して低速で変位させる小質量のピストン では顕著である。ピストンロッドの運動がずれなしに前方ピストンの前面に伝え られることがない。 上記のばね効果は、ピストンロッドからの軸線方向力の伝達時にピスト ンがさらに変形させられたときに、ピストンによって胴部壁面に加えられる半径 方向締め付け力を増大させることにもなる。したがって、ピストンが変位しよう とするときには摩擦力が増大する。これにより、注射薬液の計量の際に必要な精 度を得ることがさらに難しくなる。 本発明によれば、上述した問題はかなり解決することができる。本発明によれ ば、弾性材料のピストンを複室式の注射カートリッジで用いる際に、前方ピスト ンと後方ピストンをカートリッジ胴部に配置し、前記ピストンの端面のうち少な くとも一方を非圧縮状態で凸面形状とし、前記ピストンをカートリッジの前記胴 部に置いたときに、ピストンの前記端面がほぼ平坦となる。 本発明の好ましい実施例では、カートリッジの前後両方のピストンが凸面形状 の端面を少なくとも１つ有し、カートリッジで互いに衝合することになっている ２つの端面がほぼ平坦となる。 以下の説明および添付図面によって本発明をさらに説明する。図面において、 第１図は従来のピストンを注射カートリッジの胴部に入れる前の状態で示す。第 ２図は前記胴部内に配置した後の同じピストンを示す。第３図は２つのピストン が端面で互いに衝合している注射カートリッジの胴部を示す。第４図は本発明に よるピストンを注射カートリッジの胴部に挿入する前の状態で示す。第５図は同 じピストンを前記胴部に挿入した後の状態で示す。第６図は本発明による２つの ピストンが端面で互いに衝合している注射カートリッジの胴部を示す。これらの 図において、同様の構成要素には同じ参照符号を付けてある。 第１図は注射カートリッジの胴部に挿入する前の従来技術のピストンの側面図 である。ピストン１は平坦な前端面２と後端面３とを有する。後端面は、平坦で も、凸面でも、凹面でもよいし、ピストンロッドを取り付け る手段（図示せず）を備えていてもよい。より良いシール効果および摩擦低下を 得るために、ピストンは、通常は、円周方向の隆起４、５、６を備える。さらに 、ピストンの平坦な前端面は小突起７を備え、ピストンの製作、取り扱い時に平 坦な面が互いにくっつくのを防ぐようにしてもよい。 第２図は注射カートリッジの胴部８に挿入した従来のピストンの断面図である 。胴部８の内径がピストン１の直径よりも小さいので、ピストンは胴部内で変形 し、当初平坦であった前端面２が凹面に変形することになる。明確に説明するた めに、端面２の凹面形状は誇張して示してある。 第３図は注射カートリッジの胴部に後方ピストンとして挿入した従来のピスト ン１の断面図である。ピストン１は、バイパス連絡路（図示せず）を通して前室 １０内へ液体相を追い出しながらピストンロッド９によって前方に動かされてい る。すべての液体が前室１０に追い出されたとき、後方ピストン１は前方ピスト ン１′と衝合することになる。この前方ピストン１′は後方ピストン１と同じ形 状であってもよく、当初平坦な後面２′、前面３′および円周方向隆起４′、５ ′、６′を有する。この前方ピストン１′が注射カートリッジの胴部８に挿入さ れたとき、その後面２′は当初平坦な形状から凹面形状に変形する。これは理解 を助けるために誇張して示してある。 ここで、後方ピストン１の前面２が前方ピストン１′の後面２′に衝合すると 、２つの面がまず周縁部に沿ってのみ互いに接触することになることは了解され たい。２つの面をそれらの全面積にわたって互いに衝合させるには、より高い力 が必要である。ピストン材料の弾性により、カップスプリングで加えられると同 様に、ばね効果が生じる。そのため、ピストンロッド９による前進運動は前方ピ ストン１′に正確に伝わらず、前室１０での液体の計量が不正確となる。前方ピ ストンの計量移動量は非常に少な いと考えられるので（約１mm台またはそれよりもっと少ない）、この移動の不正 確さはかなりの計量エラーを招くことになる。このようなエラーは計量した注射 薬を受け入れる患者にとって厳しい結果をもたらす可能性がある。 第４図は本発明によるピストンの側面図である。ピストン１１はやや凹面とな っている前面１２を有する。説明を明確にすべく、この凹面形状は誇張して示し てある。他のあらゆる点で、このピストン１１は第１図に示すピストン１と同じ であり、平坦、凹面、凸面のいずれでもよい後面１３と、円周方向の隆起１４、 １５、１６とを有する。しかしながら、ピストンの製作、取り扱い時に凸面が相 互にくっつきにくいので、前面１２に突起は不要である。 第５図は注射カートリッジの胴部１８に挿入した本発明によるピストンの部分 断面図である。胴部１８の内径がピストン１１の直径よりも小さいので、ピスト ンは胴部に挿入後に変形することになる。この変形により、当初の凸状の前面１ ２が第５図に示すように平坦な形状となる。 第６図は第３図の構成に類似した構成の部分断面図であるが、本発明によるピ ストンを２つ利用している。後方ピストン１１は注射カートリッジの胴部１８内 で前方に動かされており、液体成分のすべてをバイパス連絡路（図示せず）を通 して前室２０へ追い出している。後方ピストン１１の前面１２が今や前方ピスト ン１１′の後面１２′に衝合しており、本発明により前記２つの面が平坦となっ ているので、これらの面はその全面積にわたって互いに接触することになり、な んらばね効果が生じないことは明らかであろう。したがって、ピストンロッド１ ９の前進移動が２つのピストン１１、１１′を介して前方ピストン１１′の同じ 前進移動に正確に伝えられ、非常に小さい移動についても前室２０内の混合薬液 の計量が正確 になる。 本発明の好ましい実施例では、ピストンの後面は著しく凸状であるか、多少と も尖ってさえおり、ピストンのやや凸状の前面とははっきりと異なる。２つの面 の著しい差異のために、ピストンを注射カートリッジの胴部に挿入したときに機 械的な取り扱い機器によってピストンを正しい向きにすることが容易となる。同 時に、先に述べたように、ピストンの前面にはなんら突起が不要である。これら の突起は計量エラーに関係するのであるが、ピストンの平坦な面が相互にくっつ くのを防ぐのに必要であると考えられていた。前面が胴部の外ではもはや平坦で はないので、ピストンがくっつくという危険性はかなり少なくなり、突起を省略 できる。 注射カートリッジそのものは普通のデザインのものであり、バイパス構造、た とえば胴部の壁面に形成した溝とか、中空針を穿剌することのできるカートリッ ジの前端にある封止体などの構成要素を包含する。説明を簡単にするために、当 業者には周知であるこれらの構成要素は図には示していない。 この注射カートリッジを前室にある混合薬液の計量、投与に用いようとする場 合、通常は、注射カートリッジをホルダ装置（計量／投与装置を包含するかも知 れない）内に置く。このような装置の多くは当業者には周知のものであり、本発 明のピストンを包含するカートリッジはその機能を変更することなく上記のホル ダ装置で用いることができる。このことは本発明のさらなる利点である。 本発明のピストンは、注射カートリッジのピストンに普通に用いられる従来の 材料で作ることができ、なんら特別な材料は必要ない。したがって、当業者であ れば、この目的について知られている材料から適当な弾性ゴムまたはプラスチッ ク材料を選ぶことができる。 本発明のピストンの面に与えるべき凸面の程度は当業者には明らかな種々の方 法で決定できる。最も手近の方法は実験による方法である。端面が種々の凸面の 程度を有する多数のピストンを製作し、それらを注射カートリッジの胴部と同じ 内径を有するチューブに挿入することによってピストンを次いでテストすること は容易である。チューブ内で端面が平坦になるテスト・ピストンを選べばよい。 所望の凸面形状を決定する別の方法は計算による方法である。この計算では、 まず円筒形胴部内に置いた、平坦な前面を有するピストンから出発する。ピスト ンおよび胴部の寸法、形状ならびにピストンに用いる材料の弾性のようなパラメ ータについての知識から逆算し、胴部に挿入する前のピストンの所望の凸面を見 つけることができる。いわゆる有限要素法（ＦＥＭ）を用いる、これに利用でき るコンピュータプログラムがある。 注射カートリッジの胴部の内径部を高い精度で製作することは重要である。内 径の小さなずれは、ピストンを胴部に挿入したときにその前面の形状に、したが って、計量精度に重大な影響を与える。 端面の１つまたは両端面の凸形状を除いて、本発明のピストンの形状は注射カ ートリッジで用いられている従来のピストンと同じである。これはピストンの製 作に用いる成形用型をほんの少し改造するだけでよいという利点を与える。また 、ピストンの製造法は従来の方法と本質的に変わらない。ピストンの凸面がピス トンの製造中あるいは取り扱い時に従来の平坦な面のように互いにくっつくとい う傾向を全く有しないので、これらの端面に突起を設けることもなんら必要ない 。 必要に応じて、本発明のピストンはピストンロッドのための適当なアタッチメ ントを備える。このアタッチメントは普通のいかなるタイプのものでもよい。 本発明によれば、注射カートリッジに用いるためのピストンは同じ用途のため の従来のピストンと比較して多くの利点を有する。前後のピストンが注射カート リッジ内で互いに衝合したときに接触面が平坦なので、「ばね効果」は排除され る。これは投与しようとする薬液の計量時の精度を改善することになる。さらに 、２つのピストンを一緒に変位させるに必要な力を小さくすることができ、これ はカートリッジの内壁面あるいはピストンの表面の摩擦防止処置、たとえばシリ コーン処理の厳しい要件を緩和することになる。 本発明を特に図面を参照しながら例示、説明してきた。しかしながら、本発明 の他の実施例および変形例が添付の請求の範囲から逸脱することなく可能である ことは言うまでもない。したがって、本発明の利点は複室式注射カートリッジか ら液体薬剤を計量する際に最も明らかであるが、単純な注射器や単室式カートリ ッジで用いても利点をもたらす。一般的に言って、本発明は円筒形あるいは管状 の室内でピストンを変位させることによって液体の投与量を正確に計量しようと する場合にはいつでも適用可能である。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．円筒形の室内の液体を排出するのに用いる弾性材料のピストンであって、少 なくとも１つの端面が非圧縮状態で凸面状であり、ピストンを前記円筒形の室内 に配置したときに前記端面がほぼ平坦になることを特徴とするピストン。 ２．前方ピストン、後方ピストンを胴部内に配置した複室式の注射カートリッジ で用いるためのピストンにおいて、注射カートリッジ内の前後の両ピストンが少 なくとも１つの凸状の端面を持つような形状となっており、前記カートリッジ胴 部内にピストンを配置した後に互いに向かい合った前記ピストンのこれらの端面 がほぼ平坦となることを特徴とする、請求項１記載のピストン。 ３．ゴムで作られていることを特徴とする、請求項１または２に記載のピストン 。 ４．胴部内に配置した前方ピストンと後方ピストンを包含する複室式の注射器ま たは注射カートリッジであって、前記ピストンのうち少なくとも一方が請求項１ 〜３のいずれかに記載の形状となっていることを特徴とする注射器または注射カ ートリッジ。 ５．両ピストンが請求項１〜３のいずれかに記載の形状となっており、前記胴部 内に配置した２つのピストンが互いに向かい合ったほぼ平坦な面を有することを 特徴とする、請求項４に記載の注射器または注射カートリッジ。