KR101244198B1 - 주사 장치 - Google Patents

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데이빗 존스톤
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시락 게엠베하 인터내셔날
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Abstract

하우징(12; 112. 212)은 주사기를 수용하며, 주사기를 그 바늘(18; 118, 218)이 하우징으로부터 연장하는 연장 위치로부터 그렇지 않은 수축 위치로 편의시키기 위한 복귀 스프링(26; 126, 226)을 포함한다. 구동 스프링(30; 130, 230)은 제 1 구동 부재(32; 132, 232) 상에서 작용하며, 제 2 구동 부재(34; 134, 234)는 주사기 상에서 작용하여 주사기를 그 수축 위치로부터 그 연장 위치로 전진시키고, 그 내용물을 바늘을 통해 배출한다. 제 1 구동 부재는 제 1 구동 부재가 구동 스프링에 의해 작동되고, 제 2 구동 부재가 주사기(14; 114, 214)에 의해 보유되어 있을 때 제 2 구동 부재에 대해 이동할 수 있다. 저장부(48; 148, 248)는 제 1 구동 부재와 제 2 구동 부재 사이에 형성되며, 저장부의 체적은 구동 스프링에 의해 작동될 때 제 1 구동 부재가 제 2 구동 부재에 대해 이동함에 따라 감소하는 경향을 갖는다. 저장부는 고점성 유체를 수용하며, 통기구(44; 144, 244)을 가지고, 이 통기구를 통해 저장부의 체적에 따라 유체가 배출한다.
Figure R1020067027624
연장 위치, 수축 위치, 복귀 스프링, 구동 스프링, 주사기, 저장부

Description

주사 장치{INJECTION DEVICE}
본 발명은 주사기를 수용하고, 이를 연장시키며, 그 내용물을 배출하고, 그후 자동적으로 이를 수축시키는 유형의 주사 장치에 관한 것이다. 이 포괄적 설명의 장치는 WO95/35126 및 EP-A-0 516 473호에 개시되어 있으며, 주사기의 내용물이 배출되었다고 추정되면, 구동 스프링의 영향으로부터 주사기를 해제시켜 주사기가 복귀 스프링에 의해 수축되게 하는 소정 형태의 해제(releases) 메커니즘과 구동 스프링을 사용하는 경향이 있다.
그러나, 이들과 같은 장치에서 주사기 내용물의 완전한 배출 및 구동 스프링으로부터의 주사기의 신뢰성있는 해제 양자 모두를 보증하는 것을 곤란하게 하는 문제점이 발생한다. 장치의 다양한 구성요소의 공차의 누적으로 인해, 그 효과를 보증하기 위해, 해제 메커니즘의 작동에 특정 안전 여유가 포함되어야만 한다. 안전 여유에 대한 부족한 추정의 결과는 주사기 내용물이 배출된 이후에도 해제 메커니즘이 동작하는데 실패하는 것이며, 이는 특히, 자체 투약형 약물을 위한 자동적으로 수축되는 장치에서 만족스럽지 못하다. 다른 한편, 안전 여유의 과도한 추정은 주사기가 수축된 이후 주사기 내용물 중 일부가 방출되는 것을 의미하며, 이는 일차적으로, 부족한 투여량을 초래하고, 두 번째로, "젖은 상태" 주사(wet injection)라 지칭되는 상태를 초래한다. 젖은 상태 주사는 특히, 자체 투약형 약물에 관련하여, 비위약한 사람에게(squeamish) 바람직하지 못하다.
영국 특허 출원 제0210123호, 제0229384호 및 제0325596호는 이 문제점을 해결하기 위해 설계된 일련의 주사 장치를 개시한다. 각각은 주사기가 완전히 배출되는 것을 보증하기 위한 시도로, 해제 메커니즘이 작동된 이후, 특정 시간 기간 동안 주사기의 해제를 지연시키는 간단한 기교를 사용한다. 영국 특허 출원 제0325596호에 예시된 장치는 주사기 내용물의 완전한 배출을 보증하는데 특히 효과적인 유체 댐핑형 지연 메커니즘을 사용하지만, 그 자체의 문제점을 갖는다. 먼저, 유체 댐핑 지연 메커니즘의 사용은 유체 밀봉 저장부의 생성을 필요로 한다. 따라서, 유체 저장부를 형성하는 이들 구성요소의 제조 공차가 정밀하여야만 하거나, 그 작업이 수행되기 이전에, 밀봉부가 유체 누설을 방지하기 위해 사용되어야만 한다. 두 번째로, 장치가 작동될 때에도, 그 저장부의 유체 누설은 바람직하지 못하며, 그 이유는 이것이 시뮬레이팅된 젖은 상태 주사를 발생시키거나, 주사기 내용물이 장치 내부로 누설되는 흔적을 유발할 수 있기 때문이다. 어느 쪽도 자체 약물 투약 사용자에게 정신적 편안함을 제공하지 못한다. 또한, 정밀한 공차 또는 밀봉부가 필요하며, 이는 제조 비용을 증가시킨다. 일회용으로 설계된 주사 장치에 대하여, 많이 사용될수록, 비용이 증가된다.
본 발명의 주사 장치는 이제 설명되는 바와 같이, 유체 댐핑 지연 메커니즘을 사용하지만, 상술된 단점 중 어떠한 것도 갖지 않는다.
본 발명의 제 1 양태에 따른 주사 장치는
배출 노즐을 구비한 주사기를 수용하도록 구성된 하우징으로서, 배출 노즐이 하우징으로부터 연장하는 연장 위치로부터 배출 노즐이 하우징내에 수용되는 수축 위치로 주사기를 편의시키는 수단을 포함하는, 상기 하우징,
액추에이터,
액추에이터에 의해 작동되며, 순차적으로 주사기 상에서 작용하여 배출 노즐을 통해 그 내용물을 배출하기 위한 구동부,
구동부가 공칭 결합해제 위치로 전진되었을 때 작동되어 장치의 제 1 구성요소가 제 2 구성요소에 대해 이동할 수 있게 하는 결합해제 메커니즘,
상기 제 1 구성요소가 제 2 구성요소에 대하여 공칭 해제 위치에 도달되었을 때 작동되어 주사기를 액추에이터의 작용으로부터 해제시키고, 편의 수단이 주사기를 그 수축 위치로 복귀시키게 하는 해제 메커니즘, 및
주사기가 해제되기 이전에 주사기의 잔여 내용물이 배출될 수 있게 하도록 결합해제 메커니즘의 작동 후에 주사기의 해제가 지연되도록, 제 2 구성요소에 대한 상기 제 1 구성요소의 이동을 감쇄시키는 고점성 유체를 포함한다.
결합해제 메커니즘의 작동과 해제 메커니즘의 작동 사이의 지연은 임의의 누적 공차를 보상하기 위해 사용된다. 비록, 주사기의 내용물이 완전히 배출되기 이전에 결합해제 메커니즘의 트리거링이 발생하도록 설계되지만, 지연은 구성요소의 의도된 공차내의 모든 변동에 대하여, 그 내용물이 완전히 배출된 이후까지 주사기의 해제가 이루어지지 않도록 선택된다. 따라서, 비현실적으로 정밀한 공차를 맞출 필요 없이, 그 후퇴 이전에 주사기 내용물을 배출하는 것을 보증할 수 있게 된다.
본 명세서에서 "고점성 유체"는 25℃에서 3000 센티포아즈(centiPoise) 이상의 동적 점성을 갖는 유체를 의미한다. 본 발명에 적합한 뉴턴 유체 및 비뉴턴 유체 양자 모두의 동적 점성을 결정하기 위한 방법은 본 기술 분야에 공지되어 있다. 1600s-1에서 ISO 3219:1993은 이런 방법이다. 뉴턴 및 비뉴턴 유체 양자 모두에 적용할 수 있는 양호한 방법이 본 출원의 부록에 설명되어 있다. 이 방법은 테스트하의 유체와 테스트 장치에 의해 결정되는 전단율에서 동적 점성을 위한 평균값을 유도하며, 재현가능하다.
25℃에서, 6000 센티포아즈 이상, 보다 양호하게는 12000 센티포아즈 이상의 동적 점성을 갖는 유체를 사용하여 보다 큰 개선이 얻어질 수 있다. 양호한 유체는 25℃에서, 약 12500 센티포아즈의 동적 점도를 가지는 DOW CORNING 111 실리콘 콤파운드 밸브 윤활제 및 밀봉제이다.
고점성 유체가 정의상 유동에 높은 저항을 가지기 때문에, 특정 제약을 피할 수 있다. 먼저, 더 이상 완전히 유체 밀봉된 저장부를 생성할 필요가 없으며, 그 이유는 발생하는 조건하에서 흐르지 않기 때문에 저장부 경계에서의 불완전성이 배출 경로를 제공하지 않기 때문이다. 따라서, 유체 저장부를 형성하는 이들 구성요소의 제조 공차가 정밀할 필요가 없고, 밀봉부가 사용될 필요가 없다. 두 번째로, 시뮬레이팅된 젖은 상태 주사 및 주사기 내용물이 장치내로 누설된 흔적이 더 이상 문제가 되지 않으며, 그 이유는 고점성 유체가 이들 오류를 발생시키기에 충분한 정도로 흐르지 않기 때문이다.
구성요소 수를 감소시키고, 주사 장치가 소형으로 남아 있는 것을 보증하기 위해, 장치의 제 1 및 제 2 구성요소는 구동부의 제 1 구동 부재및 제 2 구동 부재이며, 제 1 구동 부재는 액추에이터에 의해 작동되고, 제 2 구동 부재는 주사기 상에 작용하여 주사기를 그 수축 위치로부터 그 연장 위치로 전진시키며, 주사기의 내용물을 배출 노즐을 통해 배출시키고, 제 1 구동 부재가 액추에이터에 의해 작동되고 제 2 구동 부재가 주사기에 의해 보유되어 있을 때, 제 1 구동 부재는 제 2 구동 부재에 대해 이동할 수 있다. 인지할 수 있는 바와 같이, 고점성 유체에 의해 감쇠되는 제 1 구동 부재및 제 2 구동 부재의 상대 이동은 액추에이터에 의해 구동된다. 액추에이터를 이 방식으로 사용하는 것은 구성요소 수를 낮게 유지한다.
고점성 유체를 위한 저장부는 제 1 구동 부재에 의해 부분적으로 형성되고, 제 2 구동 부재에 의해 부분적으로 형성되며, 저장부의 체적은 액추에이터에 의한 작동시 제 1 구동 부재가 제 2 구동 부재에 대해 이동함에 따라 감소하는 경향을 가지며, 저장부는 고점성 유체를 수용하고, 저장부의 체적이 감소함에 따라 이 유체가 관통하여 배출하는 통기구를 구비한다. 이 가능성은 고점성 유체를 사용한 유체 댐핑 메커니즘의 가장 단순하고 가장 소형의 실현을 제공한다.
본 발명의 제 2 양태에 따른 주사 장치는
배출 노즐을 구비한 주사기를 수용하도록 구성된 하우징으로서, 배출 노즐이 하우징으로부터 연장하는 연장 위치로부터 배출 노즐이 하우징내에 수용되어 있는 수축 위치로 주사기를 편의시키는 수단을 포함하는, 상기 하우징,
액추에이터,
제 1 구동 부재및 제 2 구동 부재로서, 제 1 구동 부재는 액추에이터에 의해 작동되고, 제 2 구동 부재는 주사기 상에 작용하여 주사기를 그 수축 위치로부터 그 연장 위치로 전진시키며, 주사기의 내용물을 배출 노즐을 통해 배출시키고, 제 1 구동 부재가 액추에이터에 의해 작동되고 제 2 구동 부재가 주사기에 의해 보유되어 있을 때, 제 1 구동 부재는 제 2 구동 부재에 대해 이동할 수 있는, 상기 제 1 및 제 2 구동 부재,
제 1 구동 부재에 의해 부분적으로 형성되고, 제 2 구동 부재에 의해 부분적으로 형성되는 저장부로서, 저장부의 체적은 액추에이터에 의한 작동시 제 1 구동 부재가 제 2 구동 부재에 대해 이동함에 따라 감소하는 경향을 가지며, 저장부는 고점성 유체를 수용하고, 저장부의 체적이 감소함에 따라 이 유체가 관통하여 배출되는 통기구를 구비하는, 상기 저장부,
상기 제 1 구성요소가 공칭 해제 위치로 전진되었을 때 작동되고 주사기를 액추에이터의 작용으로부터 해제시키도록 구성되며, 편의 수단이 주사기를 그 수축 위치로 복귀시키게 하는 해제 메커니즘을 포함한다.
본 발명의 이 양태에서, 고점성 유체가 두 구동 부재의 상대 이동을 댐핑하는 경우, 두 구동 부재의 결합해제는 결합해제 메커니즘에 의해 달성될 필요가 없다는 사실을 고려한다. 파열성 커플링을 포함하거나, 두 구성요소들 사이의 정적 마찰에 의해 제공되는 것 이외에 어떠한 커플링도 포함하지 않는 두 구성요소를 사용하는 것을 포함하는 다른 가능성이 존재한다. 그럼에도 불구하고, 구동 부재의 결합해제 메커니즘과 해제 메커니즘의 작동 사이의 지연이 존재하며, 상술된 바와 같이 활용된다.
따라서, 주사 장치는 제 1 구동 부재와 제 2 구동 부재가 공칭 해제 위치보다 덜 전진된 공칭 결합해제 위치로 전진하였을 때까지 제 1 구동 부재가 제 2 구동 부재에 대해 이동하는 것을 방지하는 커플링을 부가로 포함할 수 있다. 커플링은 구동 부재들이 상기 공칭 결합해제 위치로 전진 되었을 때 작동되는 결합해제 메커니즘을 포함할 수 있으며, 그러는 것이 바람직하다.
커플링 및 결합해제 메커니즘의 두 가지 형태가 구체적으로 제안되었지만, 다른 가능성이 존재한다는 것을 인지하여야 한다. 그 제 1 형태에서, 커플링은 제 1 구동 부재 및 제 2 구동 부재 상에 작용하는 제 3 구동 부재이다. 이 경우, 결합해제(decoupling) 메커니즘은 제 3 구동 부재를 제 2 구동 부재로부터 결합해제하도록 구성되어, 일단 상기 공칭 결합해제 위치에 도달되고 나면 제 3 구동 부재가 더 이상 제 2 구동 부재만을 작용하지 않게 함으로써, 제 1 구동 부재가 제 2 구동 부재에 대해 이동할 수 있게 하며, 해제(release) 메커니즘은 제 3 구동 부재를 제 1 구동 부재로부터 결합해제하도록 구성되어, 일단 상기 공칭 해제 위치에 도달되고 나면 제 3 구동 부재가 더 이상 제 1 구동 부재에 작용하지 않게 함으로써, 주사기를 액추에이터의 작용으로부터 해제시키도록 한다.
그 제 2 형태에서, 커플링은 제 1 구동 부재가 제 2 구동 부재 상에 작용할 수 있게 하는 제 1 구동 부재 및 제 2 구동 부재의 협력 특징부를 포함한다. 이 경우, 결합해제(decoupling) 메커니즘은 제 1 구동 부재를 제 2 구동 부재로부터 결합해제하도록 구성되어, 일단 상기 공칭 결합해제 위치에 도달되고 나면 제 1 구동 부재가 더 이상 제 2 구동 부재 상에 작용하지 않게 함으로써, 제 1 구동 부재가 제 2 구동 부재에 대해 이동할 수 있게 하고, 해제(release) 메커니즘은 제 1 구동 부재를 액추에이터로부터 결합해제하도록 구성되어, 일단 상기 공칭 해제 위치에 도달되고 나면 액추에이터가 더 이상 제 1 구동 부재에 작용하지 않게 함으로써, 주사기를 액추에이터의 작용으로부터 해제시키도록 한다.
일반적으로, 사출 성형에 의한 구성요소 부품의 제조의 단순화를 위해, 하나의 구동 부재는 스템을 포함하고, 다른 구동 부재는 일 단부에서 스템을 수용하도록 개방되어 있는 보어를 포함하며, 따라서 보어 및 스템은 유체 저장부를 형성한다.
시뮬레이팅된 젖은 상태 주사 또는 주사기 내용물이 장치내에서 누설되는 흔적의 가능성을 추가로 감소시키기 위해, 통기구는 배출된 유체가 내부에 수집되는 하나의 구동 부재에 의해 형성되는 수집 챔버와 연통할 수 있다. 이 경우, 제조의 단순화를 위해, 하나의 구동 부재는 스템을 포함하고 통기구와 수집 챔버를 형성하며, 다른 구동 부재는 일 단부에서 스템을 수용하도록 개방되어 있고 다른 단부에서 폐쇄되어 있는 블라인드 보어를 포함하며, 따라서 보어 및 스템이 유체 저장부를 형성하는 것이 바람직하다. 역시, 사출 성형에 의한 제조의 보다 큰 단순화를 위해, 수집 챔버는 상기 하나의 요소내의 보어에 의해 형성되고, 이 보어는 일 단부에서 개방되며, 다른 단부에서 통기구를 제외하고는 폐쇄된다.
도 1은 제 1 실시예의 개략 예시도.
도 2는 제 2 실시예의 개략 예시도.
도 3은 제 3 실시예의 유사한 도면.
도 4는 댐퍼를 도시한 도면
도 5 내지 도 8은 시험 장치를 개략적으로 도시한 도면
이제, 본 발명을 첨부 도면을 참조로 예시에 의해 설명한다.
도 1은 하우징(12)이 피하 주사기(14)를 수용하고 있는 주사 장치(10)를 도시한다. 피하 주사기(14)는 종래의 유형으로 이루어지며, 일 단부가 피하 바늘(18)에서 종결하고, 다른 단부가 플랜지(20)에서 종결하는 주사기 본체(16)와, 주사기 본체(16)내의 투약 대상 약물(24)을 수용하는 고무 마개(22)를 포함한다. 일반적으로 고무 마개(22)에 연결되고, 주사기(14)의 내용물을 배출하기 위해 사용되는 종래의 플런저는 수동으로 제거되고, 후술되는 바와 같은 구동 부재로 대체되어 있다. 예시된 주사기가 피하 유형으로 이루어져 있지만, 이는 반드시 그럴 필요는 없다. 경피 또는 투사 경피 및 진피하 주사기도 본 발명의 주사 장치로 사용될 수 있다. 일반적으로, 주사기는 배출 노즐을 포함하며, 이는 피하 주사기에서 바늘(18)이다. 예시된 바와 같이, 하우징은 피하 주사기(14)를 피하 바늘(18)이 하우징(12)내의 출구 개구(28)로부터 연장하는 연장 위치로부터 배출 피하 바늘(18)이 하우징(12)내에 수용되는 수축 위치로 피하 주사기(14)를 편의시킨다.
하우징의 다른 단부에는 액추에이터가 존재하며, 이는 여기서, 압축 구동 스프링(30)의 형태를 취하고 있다. 압축 구동 스프링(30)으로부터의 구동은 다중 구성요소 구동부를 경유하여 피하 주사기(14)에 전달되어, 주사기를 그 수축 위치로부터 그 연장 위치로 전진시키고, 그 내용물을 피하 바늘(18)을 통해 배출한다. 구동부는 고무 마개(22) 상에서 작용함으로써 이 임무를 달성한다. 고무 마개(22)와 주사기 본체(16) 사이의 정적 마찰은 복귀 스프링(26)이 저면까지 수축되거나, 주사기 본체(16)가 그 운동을 저지하는 소정의 다른 장애물(미도시)과 조우할 때까지 고무 마개(22)와 주사기 본체(16)가 함께 전진하는 것을 먼저 보증한다.
압축 구동 스프링(30)과 피하 주사기(14) 사이의 다중 구성요소 구동부는 세 개의 주 구성요소로 이루어진다. 제 1 구동 부재(32) 및 제 2 구동 부재(34)는 각각 제 3 구동 부재(36)에 의해 작동되며, 제 3 구동 부재의 내부 견부(38)는 압축 구동 스프링(30)에 의해 작동된다. 따라서, 압축 구동 스프링(30)은 제 3 구동 부재(36)를 이동시키며, 이는 순차적으로, 제 1 구동 부재 및 제 2 구동 부재(32, 34)가 직렬로 이동하게 한다. 제 3 구동 부재(36)는 추가로 후술될 각각의 볼 래치들(52, 54)에 의해, 제 1 구동 부재 및 제 2 구동 부재(32, 34)에 결합된다.
제 1 구동 부재(32)는 중공 스템(40)을 포함하며, 그 내부 캐비티는 중공 스템(40)의 단부를 통해 수집 챔버로부터 연장하는 통기구(44)와 연통하는 수집 챔버(42)를 형성한다. 제 2 구동 부재(34)는 일 단부에서 중공 스템(40)을 수용하도록 개방되어 있고 다른 단부가 폐쇄되어 있는 블라인드 보어를 포함한다. 도시된 바와 같이, 블라인드 보어(46) 및 중공 스템(40)은 유체 저장부(48)를 형성하고, 그 내부에는 고 점성 유체가 수용되어 있다.
트리거(50)는 피하 바늘(18)을 위한 출구 개구(28)로부터 떨어진 하우징(12)의 단부에 제공된다. 작동시, 트리거는 하우징(12)으로부터 제 3 구동 부재(36)를 분리시켜, 이것이 압축 구동 스프링(30)의 영향하에서 하우징(12)에 대하여 이동할 수 있게 한다. 장치의 작동은 하기와 같다.
먼저, 압축 구동 스프링(30)은 제 3 구동 부재(36)를 이동시키며, 제 3 구동 부재(36)는 볼 래치(52, 54)를 통해 작용함으로써, 제 1 구동 부재 및 제 2 구동 부재(32, 34)를 이동시킨다. 제 2 구동 부재(34)는 고무 마개(22)를 이동시키고, 이는 투약 대상 약물(24)을 통해 작용하는 유체정역학적 힘 및 정적 마찰에 의해, 복귀 스프링(26)의 작용에 대항하여 주사기 본체(16)를 이동시킨다. 복귀 스프링(26)은 압축하고, 피하 바늘(18)은 하우징(12)의 출구 개구(28)로부터 출현한다. 이는 복귀 스프링(26)이 저면까지 수축되거나, 주사기 본체(16)가 그 이동을 저지하는 소정의 다른 장애물(미도시)과 조우할 때까지 지속된다. 고무 마개(22)와 주사기 본체(16) 사이의 정적 마찰 및 투약 대상 약물(24)을 통해 작용하는 유체정역학적 힘은 압축 구동 스프링(30)에 의해 발생되는 전체 구동력에 저항하기에 충분하지 않으며, 이 시점에서, 고무 마개(22)는 주사기 본체(16)내에서 이동하여, 투약 대상 약물(24)이 배출되기 시작한다. 그러나, 고무 마개(22)와 주사기 본체 사이의 동적 마찰과 투약 대상 약물(24)을 통해 작용하는 유체정역학적 및 유체동역학적 힘은 복귀 스프링(26)을 그 압축 상태로 유지하기에 충분하며, 그래서 피하 바늘(18)이 연장된 상태로 유지된다.
고무 마개(22)가 주사기 본체(16)내에서 그 이동의 종점에 도달하기 이전에, 주사기의 내용물이 완전히 배출되기 이전에, 제 3 구동 부재(36)를 제 2 구동 부재(34)와 연결하는 볼 래치(54)는 하우징(12)의 내경이 확장되는 하우징(12)의 영역(56)에 도달한다. 볼 래치(54)내의 볼은 제 2 구동 부재(34)상의 경사면의 도움으로, 도시된 위치로부터 그들이 더 이상 제 3 구동 부재(36)를 제 2 구동 부재(34)에 연결하지 않는 위치로 측방향 외향으로 이동하며, 이렇게 되자마자, 이들은 하우징(12)의 내면에 의해 정상상태로 유지된다. 이 상황이 이루어지고 나면, 제 3 구동 부재(36)는 더 이상 제 2 구동 부재(34) 상에서 작용하지 않으며, 제 1 구동 부재 및 제 3 구동 부재(32, 36)가 제 2 구동 부재(34)에 대하여 이동할 수 있게 한다.
제 1 구동 부재(32)의 단부와 제 2 구동 부재(34)내의 블라인드 보어(46) 사이에 형성된 유체 저장부(48)내에 고점성 유체가 수용되어 있기 때문에, 제 1 구동 부재가 압축 구동 스프링(30)에 의해 작동될 때, 유체 저장부(48)의 체적은 제 1 구동 부재(32)가 제 2 구동 부재(34)에 대하여 이동함에 따라 감소하는 경향을 가진다. 유체 저장부(48)가 수축함에 따라, 고점성 유체는 통기구(44)를 통해 수집 챔버(42)내로 밀려진다. 따라서, 볼 래치(54)가 해제되고 나면, 구동 스프링에 의해 작용되는 힘 중 일부는 고점성 유체상에 작용하여, 이를 통기구(44)에 의해 형성된 긴축부를 통해 흐르게 하며, 나머지는 유체정역학적으로 유체를 통해, 그리고 제 1 구동 부재 및 제 2 구동 부재(32, 34) 사이의 마찰을 통해, 그리고 제 2 구동 부재(34)를 경유하여 고무 마개(22) 상에서 작용한다. 고점성 유체의 흐름과 관련된 손실은 주사기의 본체 상에서 작용하는 힘을 큰 정도로 감소시키지 않는다. 따라서, 복귀 스프링(26)은 압축된 상태로 남아 유지되며, 피하 바늘은 연장된 상태로 남아 있는다.
12,000 센티스토크(centistokes) 이상의 동적 점성을 소유하는 고점성 유체에서, 통기구(44)는 직경이 0.7mm인 원형 개구로 구성될 수 있다는 것이 판명되었다. 이는 비교적 큰 직경이며, 종래의 사출 성형 기술을 사용하여 쉽게 형성된다. 보다 묽은 유체는 보다 작은 구멍을 필요로 하며, 보다 농후한 유체는 보다 큰 구멍을 필요로 한다. 통기구(44)를 통해 이런 유체를 추진하는 것은 제 1 구동 부재및 제 2 구동 부재(32, 34)의 서로에 대한 이동을 감쇄시키는 효과가 있다. 또한, 이런 유체는 그 자중 하에 수집 챔버(42)의 개구 단부로부터 흐를 수 없는 정도로 흐름을 억제한다. 따라서, 수집 챔버(42)는 통기구(44)로부터 이격된 단부에서 폐쇄될 필요가 없으며, 제 1 구동 부재(32)를 사출성형에 의해 제조하는 것을 용이하게 한다.
그후, 고무 마개(22)는 주사기 본체(16)내에서 그 이동을 완료하고, 더 이상 진행할 수 없다. 이 시점에서, 피하 주사기(14)의 내용물은 완전히 배출되며, 압축 구동 스프링(30)에 의해 작용되는 힘은 고무 마개(22)를 그 말단 위치에 유지하도록 작용하고, 고점성 유체가 통기구를 통해 계속 흐르게 하여, 제 1 구동 부재(32)가 그 이동을 계속하게 한다.
유체 저장부(48)가 비워지기 이전에, 제 3 구동 부재(36)를 제 1 구동 부재(32)와 연결하는 볼 래치(52)는 하우징(12)의 내경이 확장되는 하우징(12)의 영역(56)에 도달한다. 볼 래치(52)내의 볼은 도시된 위치로부터 제 1 구동 부재(32)상의 경사면의 도움으로, 제 3 구동 부재(36)가 제 1 구동 부재(32)에 더 이상 결합하지 않게 되는 위치로 측방향 외향 이동하며, 이렇게 되자마자, 이들은 하우징(12)의 내면에 의해 정상 상태로 유지된다. 이 상황이 이루어지고 나면, 제 3 구동 부재(36)는 더 이상 제 1 구동 부재(32) 상에서 작용하지 않으며, 제 1 구동 부재 및 제 3 구동 부재(32, 36)가 서로에 대하여 이동할 수 있게 한다. 물론 이 시점에서, 피하 주사기(14)는 해제되며, 그 이유는 압축 구동 스프링(30)에 의해 발생되는 힘만이 더 이상 피하 주사기(14)에 전달되지 않고, 피하 주사기 상에서 작용하는 유일한 힘은 복귀 스프링(26)으로부터의 복귀력이기 때문이다. 따라서, 피하 주사기(14)는 이제, 그 수축 위치로 복귀되고, 주사 사이클이 완료된다.
도 2는 하우징(112)이 피하 주사기(114)를 포함하는 주사 장치(110)를 도시한다. 피하 주사기(114)는 종래의 유형으로 이루어지며, 이는 일 단부가 피하 바늘(118)에서 종결하고, 다른 단부가 플랜지(120)에서 종결하는 주사기 본체(116)를 포함한다. 피하 주사기(114)의 내용물을 배출하기 위해 일반적으로 수동으로 사용되는 종래의 플런저는 제거되며, 후술되는 바와 같이, 제 2 구동 부재(134)로 대체되어 있으며, 제 2 구동 부재는 고무 마개(122)에서 종결한다. 고무 마개(122)는 주사기 본체(116) 내부의 투약 대상 약물(124)을 수용한다. 예시된 주사기가 피하주사형으로 이루어져 있지만, 이는 반드시 그러할 필요는 없다. 예시된 바와 같이, 하우징은 피하 바늘이 하우징(112)내의 개구(128)로부터 연장되는 연장 위치로부터, 배출 노즐(118)이 하우징(112)내에 수용되는 수축 위치로 피하 주사기(114)를 편의시키는 복귀 스프링(126)을 포함한다. 복귀 스프링(126)은 슬리브(127)를 경유하여 피하 주사기(114) 상에서 작용한다.
하우징의 다른 단부에는 액추에이터가 존재하며, 이는 여기서, 압축 구동 스프링(130)의 형태를 취한다. 압축 구동 스프링(130)으로부터의 구동은 다중 구성요소 구동부를 경유하여 피하 주사기(114)에 전달되고, 주사기를 그 수축 위치로부터 그 연장 위치로 전진시키고, 그 내용물을 피하 바늘(118)을 통해 배출한다. 구동부는 투약 대상 약물(124)과 피하 주사기(114) 상에서 직접적으로 작용함으로써 이 임무를 달성한다. 투약 대상 약물을 통해 작용하는 유체 정역학적 힘 및 보다 적은 범위로, 고무 마개(122)와 주사기 본체(116) 사이의 정적 마찰은 복귀 스프링(126)이 바닥까지 수축되거나, 주사기 본체(116)가 그 운동을 저지시키는 소정의 다른 장애물을 만날 때까지 이들이 함께 전진하는 것을 먼저 보증한다.
압축 구동 스프링(130)과 피하 주사기(114) 사이의 다중 구성요소 구동부는 3개의 주 구성요소로 구성된다. 구동 슬리브(131)는 압축 구동 스프링(130)으로부터 구동력을 취하고, 이를 제 1 구동 부재(132)상의 가요성 래치 아암(133)에 전달한다. 이는 순차적으로, 가요성 래치 아암(135)을 경유하여 제 2 구동 부재에 구동력을 전달하며, 제 2 구동 부재(134)는 이미 언급한 바와 같다.
제 1 구동 부재(132)는 중공 스템(140)을 포함하고, 그 내부 공동은 중공 스템(140)의 단부를 통해 수집 챔버로부터 연장하는 통기구(144)와 연통한다. 제 2 구동 부재(134)는 블라인드 보어(146)를 포함하며, 이는 일 단부에서, 중공 스템(140)을 수용하도록 개방되어 있고 다른 단부는 폐쇄되어 있다. 도시된 바와 같이, 블라인드 보어(146) 및 중공 스템(140)은 유체 저장부(148)를 형성하며, 그 내부에 고점성 유체가 수용된다.
트리거(미도시)가 하우징(112)의 중앙부에 제공되어 있다. 작동시, 트리거는 구동 슬리브(131)를 하우징(112)으로부터 결합해제하여, 구동 슬리브가 압축 구동 스프링(130)의 영향하에서 하우징(112)에 대하여 이동할 수 있게 한다. 이 장치의 동작은 하기와 같다.
먼저, 압축 구동 스프링(130)은 구동 슬리브(131)를 이동시킨다. 구동 슬리브(131)는 제 1 구동 부재(132)를 이동시키고, 제 1 구동 부재(132)는 제 2 구동 부재(134)를 이동시키며, 각 경우에 가요성 래치 아암(133, 135)을 통한 작용에 의해 이루어진다. 제 2 구동 부재(134)는 이동하고, 투약 대상 약물(124)을 통해 작용하는 유체 정역학적 힘 및 정적 마찰에 의해, 주사기 본체(116)를 복귀 스프링(126)의 작용에 대항하여 이동시킨다. 복귀 스프링(126)은 압축하고, 피하 바늘(118)은 하우징(112)의 출구 개구(128)로부터 출현한다. 이는 복귀 스프링(126)이 바닥까지 수축되거나, 또는 주사기 본체(116)가 그 운동을 저지시키는 소정의 다른 장애물을 만날 때까지 계속된다. 제 2 구동 부재(134)와 주사기 본체(116) 사이의 정적 마찰 및 투약 대상 약물(124)을 통해 작용하는 유체정역학적 힘은 압축 구동 스프링(130)에 의해 발생되는 전체 구동력에 저항하기에 충분하지 않으며, 이 시점에서, 제 2 구동 부재(134)는 주사기 본체(116)내에서 이동하기 시작하고, 투약 대상 약물(124)이 배출되기 시작한다. 그러나, 제 2 구동 부재(134)와 주사기 본체(116) 사이의 동적 마찰 및 투약 대상 약물(124)을 통해 작용하는 유체 정역학적 힘은 복귀 스프링(126)을 그 압축 상태로 유지하기에 충분하며, 그래서 피하 바늘(118)이 연장된 상태로 유지된다.
제 2 구동 부재(134)가 주사기 본체(116)의 내부에서 그 이동의 종점에 도달하기 이전에, 그래서 주사기의 내용물이 완전히 배출되기 이전에, 제 1 구동 부재 및 제 2 구동 부재(132, 134)를 연결하는 가요성 래치 아암(135)은 하우징(112)내의 긴축부(137)에 도달한다. 긴축부(137)는 가요성 래치 아암(135)을 도시된 위치로부터, 긴축부(137)상의 경사면에 의한 도움으로, 그들이 더 이상 제 1 구동 부재(132)를 제 2 구동 부재(134)에 결합하지 않게 되는 위치로 내향 이동시킨다. 이 상황이 일어나면, 제 1 구동 부재(132)는 더 이상 제 2 구동 부재(134) 상에서 작용하지 않고, 제 1 구동 부재(132)가 제 2 구동 부재(134)에 대해 이동할 수 있게 한다.
고점성 유체가 제 1 구동 부재(132)의 단부와 제 2 구동 부재의 블라인드 보어(146) 사이에 형성된 유체 저장부(148)내에 수용되어 있기 때문에, 압축 구동 스프링(130)에 의해 제 1 구동 부재가 작동될 때, 유체 저장부(148)의 체적은 제 1 구동 부재(132)가 제 2 구동 부재(134)에 대해 이동함에 따라 감소하는 경향을 갖는다. 유체 저장부(148)가 좁아짐에 따라, 고점성 유체는 통기구(144)를 통해 수집 챔버(142)내로 밀려들어가게 된다. 따라서, 가요성 래치 아암(135)이 해제되고 나면, 압축 구동 스프링(130)에 의해 작용되는 힘은 고점성 유체상에 작용하게 되어, 고점성 유체가 통기구(144)에 의해 형성된 긴축부를 통해 유동하고, 또한 유체를 통해 그리고 제 1 구동 부재 및 제 2 구동 부재들(132, 134) 사이의 마찰을 통해 유체 정역학적으로 작용하고, 따라서 제 2 구동 부재(134)를 경유하여 작용한다. 고점성 유체의 흐름과 연계된 손실은 주사기의 본체상에 작용하는 힘을 큰 범위로 감소시키지 않는다. 따라서, 복귀 스프링(126)은 압축된 상태로 유지되며, 피하 바늘(118)은 연장된 상태로 유지된다.
소정 시간 이후, 제 2 구동 부재(134)는 주사기 본체(116)내에서의 그 이동을 완료하고, 더 이상 추가로 진행할 수 없다. 이 시점에서, 피하 주사기(114)의 내용물은 완전히 배출되며, 압축 구동 스프링(130)에 의해 작용된 힘은 제 2 구동 부재(134)를 그 말단 위치에 유지하도록, 그리고 지속적으로, 통기구(144)을 통해 고점성 유체가 흐르도록 작용하여, 제 1 구동 부재(132)가 그 이동을 계속할 수 있게 한다.
유체 저장부(148)가 비워지기 이전에, 구동 슬리브(131)를 제 1 구동 부재(132)와 연결하는 가요성 래치 아암(133)은 하우징(112)내의 다른 긴축부(139)에 도달한다. 긴축부(139)는 가요성 래치 아암(133)을 도시된 위치로부터 내향으로, 긴축부(139)상의 경사면에 의한 도움으로, 그들이 더 이상 구동 슬리브(131)를 제 1 구동 부재(132)에 연결하지 않게 되는 위치로 이동시킨다. 이 상태가 발생하고 나면, 구동 슬리브(131)는 더 이상 제 1 구동 부재(132) 상에서 작용하지 않으며, 이들이 서로에 대해 이동할 수 있게 한다. 물론, 이 시점에서, 피하 주사기(114)는 해제되며, 그 이유는 압축 구동 스프링(130)에 의해 발생되는 힘이 더 이상 피하 주사기(114)에 전달되지 않으며, 피하 주사기 상에 작용하는 유일한 힘만이 복귀 스프링(126)으로부터의 복귀력이기 때문이다. 따라서, 피하 주사기(114)는 이제, 그 수축 위치로 복귀하고, 주사 사이클이 완료된다.
물론, 단지 캡이 하우징의 단부로부터 제거되고 나면, 이 모든 것이 이루어진다. 알 수 있는 바와 같이, 주사기의 단부는 부트(boot)로 밀봉되어 있다. 캡이 하우징에 설치될 때, 캡의 중앙 보어는 이 단부에서 중공이며, 중공 단부의 립은 그 선단 에지 상에서 경사져있지만, 그 추종 에지상에서는 그렇지 않다. 따라서, 캡이 설치될 때, 립의 선단 에지는 부트 상의 견부 위로 올라간다. 그러나, 캡이 제거될 때, 립의 추종 에지는 견부 위에 올라가 있지 않으며, 이는 부트가 캡이 제거될 때, 피하 주사기로부터 빠진다는 것을 의미한다.
도 3은 하우징(212)이 피하 주사기(214)를 수용하고 있는 다른 주사 장치(210)를 도시한다. 주사기(214)는 역시, 종래의 유형이며, 일 단부가 피하 바늘(218)에서 종결하고, 다른 단부가 플랜지(220)에서 종결하는 주사기 본체(216)와, 주사기 본체(216)내에 투약 대상 약물(224)을 수용하는 고무 마개(222)를 포함한다. 정상 상태에서, 고무 마개(222)에 연결되어 있으면서, 수동으로 피하 주사기(214)의 내용물을 배출하기 위해 사용되는 종래의 플런저가 제거되고, 후술되는 바와 같은 다중 구성요소로 대체되어 있다. 예시된 주사기는 역시 피하형으로 이루어져 있지만, 이는 반드시 그러할 필요는 없다. 예시된 바와 같이, 하우징은 피하 주사기(214)를 피하 바늘(218)이 하우징(212)내의 개구(228)로부터 연장하는 연장 위치로부터 피하 바늘(218)이 하우징(212)내에 수용되어 있는 수축 위치로 피하 주사기(214)를 편의시키는 복귀 스프링(226)을 포함한다. 복귀 스프링(226)은 슬리브(227)를 경유하여 피하 주사기(214) 상에서 작용한다.
하우징의 다른 단부에는 압축 구동 스프링(230)이 있다. 압축 구동 스프링(230)으로부터의 구동은 다중 구성요소 구동부를 경유하여 피하 주사기(214)에 전달되어 이를 그 수축 위치로부터 그 연장 위치로 전진시키며, 그 내용물을 피하 바늘(218)을 통해 배출한다. 구동부는 피하 주사기(214)와 투약 대상 약물(224)상에 직접적으로 작용함으로써, 이 임무를 달성한다. 투약 대상 약물(224)을 통해 작용하는 유체정역학적 힘과, 보다 적은 정도로 고무 마개(222)와 주사기 본체(216) 사이의 정적 마찰은 복귀 스프링(226)이 저면까지 수축되거나, 주사기 본체(216)가 그 운동을 저지하는 소정의 다른 장애물을 만날 때까지 이들이 함께 전진하는 것을 먼저 보증한다.
압축 구동 스프링(230)과 피하 주사기(214) 사이의 다중 구성요소 구동부는 역시, 세 개의 주 구성요소로 구성된다. 구동 슬리브(231)는 압축 구동 스프링(230)으로부터 구동력을 취하고, 이를 제 1 구동 부재(232)상의 가요성 래치 아암(233)에 전달한다. 이들 요소는 상세도 "A"에 도시되어 있다. 순차적으로, 제 1 구동 부재(232)는 가요성 래치 아암(235)을 경유하여 제 2 구동 부재(234)에 구동력을 전달한다. 이들 요소는 상세도 "B"에 도시되어 있다. 이전과 같이, 제 1 구동 부재(232)는 중공 스템(240)을 포함하고, 그 내부 공동은 수집 챔버(242)를 형성한다. 제 2 구동 부재(234)는 블라인드 보어(246)를 포함하며, 이는 일 단부에서 중공 스템(240)을 수용하도록 개방되어 있고 다른 단부에서는 폐쇄되어 있다. 도시된 바와 같이, 블라인드 보어(246) 및 중공 스템(240)은 유체 저장부(248)를 형성하며, 그 내부에는 고점성 유체가 수용된다.
트리거(미도시)가 하우징(212)의 중앙부에 제공된다. 작동시, 트리거는 구동 슬리브(231)를 하우징(212)으로부터 분리하여, 압축 구동 스프링(230)의 영향하에, 이것이 하우징(212)에 대하여 이동할 수 있게 한다. 이때, 장치의 동작은 이하와 같다.
먼저, 압축 구동 스프링(230)이 구동 슬리브(231)를 이동시키고, 구동 슬리브(231)는 제 1 구동 부재(232)를 이동시키며, 제 1 구동 부재(232)는 제 2 구동 부재(234)를 이동시키고, 각 경우에 이는 가요성 래치 아암(233, 235)을 통한 작용에 의해 이루어진다. 제 2 구동 부재(234)가 이동하고, 투약 대상 약물(224)을 통해 작용하는 유체정역학적 힘 및 정적 마찰에 의해 주사기 본체(216)를 복귀 스프링(226)의 작용에 대항하여 이동시킨다. 복귀 스프링(226)은 압축하고, 피하 바늘(218)은 하우징(212)의 개구(228)로부터 출현한다. 이는 복귀 스프링(226)이 바닥까지 수축되거나, 주사기 본체(216)가 그 운동을 저지하는 소정의 다른 장애물을 만날 때까지 계속된다. 고무 마개(222)와 주사기 본체(216) 사이의 정적 마찰 및 투약 대상 약물(224)을 통해 작용하는 유체정역학적 힘은 압축 구동 스프링(230)에 의해 발생된 전체 구동력에 저항하기에 충분하지 못하며, 이 시점에서 제 2 구동 부재(234)는 주사기 본체(216)내에서 이동하기 시작하고, 투약 대상 약물(224)이 배출되기 시작한다. 그러나, 고무 마개(222)와 주사기 본체(216) 사이의 동적 마찰 및 투약 대상 약물(224)을 통해 작용하는 유체정역학적 힘은 복귀 스프링(226)을 그 압축된 상태로 유지하기에 충분하며, 그래서 피하 바늘(218)은 연장된 상태로 유지된다.
제 2 구동 부재(234)가 주사기 본체(216)내에서 그 이동의 단부에 도달하기 이전에, 그래서 주사기의 내용물이 완전히 배출되기 이전에, 제 1 구동 부재 및 제 2 구동 부재(232, 234)를 연결하는 가요성 래치 아암(235)은 긴축부(237)에 도달한다. 긴축부(237)는 모든 다른 구성요소에 대한 이동이 먼저 자유롭지만 제 2 구동 부재(234)상의 부가적인 가요성 아암(247)과 주사기 플랜지(220) 사이에 속박되어 있는 구성요소(262)에 의해 형성된다. 이들 부가적인 가요성 아암(247)은 제 1 구동 부재(232)상의 가요성 래치 아암(235)위에 올라가고, 그에 의해 구동이 제 2 구동 부재(234)에 전달된다. 도 3은 부가적인 가요성 아암(247)이 구성요소(262)내의 긴축부(237)와 바로 접촉하기 시작한 위치에 있는 주사 장치(210)를 예시한다.
긴축부(237)는 양자의 경사면의 도움으로 부가적인 가요성 아암(247)을 내향 이동시키며, 부가적인 가요성 아암(247)은 순차적으로 가요성 래치 아암(235)을 이동시키고, 이에 의해 구동력을 제 1 구동 부재(232)로부터 제 2 구동 부재(234)에 전달하며 도시된 위치로부터 그들이 더 이상 제 1 구동 부재 및 제 2 구동 부재를 함께 결합되지 않는 위치로 내향 이동시킨다. 이 상태가 이루어지고 나면, 제 1 구동 부재(232)는 더 이상 제 2 구동 부재(234) 상에서 작용하지 않으며, 제 1 구동 부재(232)는 제 2 구동 부재(234)에 대하여 이동할 수 있게 된다.
고점성 유체는 제 1 구동 부재(232)의 단부와 제 2 구동 부재(234)의 블라인드 보어(246) 사이에 형성된 유체 저장부(248)내에 수용되어 있기 때문에, 제 1 구동 부재가 압축 구동 스프링(230)에 의해 작동될 때, 유체 저장부(248)의 체적은 제 1 구동 부재(232)가 제 2 구동 부재(234)에 대해 이동함에 따라 감소되는 경향을 갖는다. 유체 저장부(248)가 수축됨에 따라, 고점성 유체는 수집 챔버(242)내로 밀려들어간다. 따라서, 가요성 래치 아암(235)이 해제되고 나면, 압축 구동 스프링(230)에 의해 작용되는 힘은 고점성 유체상에 작용하고, 고점성 유체가 수집 챔버(242)내로 흐르게 하며, 또한 유체를 통해 그리고 제 1 구동 부재 및 제 2 구동 부재들(232, 234) 사이의 마찰을 통해 유체정역학적으로 작용하고, 따라서 제 2 구동 부재(234)를 경유하여 작용한다. 고점성 유체의 흐름과 연계된 손실은 주사기 본체상에 작용하는 힘을 큰 정도로 감쇄시키지 않는다. 따라서, 복귀 스프링(226)은 압축된 상태로 유지되고, 피하 바늘은 연장된 상태로 유지된다.
소정 시간 이후, 제 2 구동 부재(234)는 주사기 본체(216)내에서의 그 이동을 완료하고, 더 이상 이동하지 않는다. 이 시점에서, 피하 주사기(214)의 내용물은 완전히 배출되며, 압축 구동 스프링(230)에 의해 작용되는 힘은 제 2 구동 부재(234)를 그 말단 위치에서 유지하도록 작용하고, 고점성 유체가 수집 챔버(242)내로 계속 흐를 수 있게 하며, 제 1 구동 부재(232)가 그 운동을 계속할 수 있게 한다.
정상 상태에서, 제 2 구동 부재(234)의 후방상의 플랜지(270)는 가요성 래치 아암(233)이 구동 슬리브(231)와 결합한 상태로 유지한다. 그러나, 고점성 유체의 유체 저장부(248)가 비워지기 이전에, 구동 슬리브(231)를 제 1 구동 부재(232)와 연결하는 가요성 래치 아암(233)은 제 2 구동 부재(234)에 대하여 충분히 멀리 전향 이동하고, 이는 플랜지(270)가 가요성 래치 아암(233)내의 리베이트(rebate; 272)와 정합하게 하며, 여기서 이는 가요성 래치 아암(233)이 구동 슬리브(231)와 결합 상태로 유지되게 하는 작용을 중단한다. 이제, 구동 슬리브(231)는 가요성 래치 아암(233)을 도시된 위치로부터 가요성 래치 아암(233)상의 경사 레칭면(274)의 도움으로, 그들이 구동 슬리브(231)를 제 1 구동 부재(232)에 더 이상 결합시키지 않는 위치로 내향 이동시킨다. 이 상태가 이루어지고 나면, 구동 슬리브(231)는 더 이상 제 1 구동 부재(232) 상에서 작용하지 않으며, 이들이 서로에 대하여 이동할 수 있게 한다. 물론, 이 시점에서 압축 구동 스프링(230)에 의해 발생되는 힘이 더 이상 피하 주사기(214)에 전달되지 않으며 주사기 상에 작용하는 유일한 힘은 복귀 스프링(226)으로부터의 복귀력이기 때문에, 피하 주사기(214)는 해제된다. 따라서, 피하 주사기(214)는 이제, 그 수축 위치로 복귀하며, 주사 사이클이 완료된다.
상술한 주사 장치에서, 그리고 본 발명에 따른 임의의 주사 장치에서, 고점성 유체는 적절한 특성을 가지는 임의의 유체일 수 있다. 실리콘 오일 및 실리콘 그리스는 20℃에서, 12500 센티스토크 이상의 운동학적 점성을 갖도록 선택될 수 있는 유체의 예들이다. 또한, 양자는 양호한 윤활제이며, 특히, 실리콘 그리스는 흐름에 저항하기에 충분하며 수집 챔버의 개방 단부로부터 비의도적으로 배출되지 않는다. 또한, 제 2 구동 부재내의 저장부는 제 1 구동 부재의 스템이 적소에 추진되기 이전에 간단히 충전된다. 유체의 체적은 정확하게 제어될 필요가 없으며, 그 이유는 잉여 유체가 수집 챔버내로 축출되기 때문이다. 그후, 유체는 통기구를 충전하고, 폐색을 초래할 수 있는 먼지 또는 기타 오물의 진입을 방지한다.
비록, 고점성 유체를 사용한 양호한 댐핑 메커니즘을 설명하였지만, 물론 고점성 유체를 사용하는 다른 댐핑 메커니즘이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 고점성 유체는 구동 액추에이터로부터의 구동력을 주사기에 전달하는 요소 이외의 장치의 구성요소의 이동을 감쇄시키기 위해 사용될 수 있다. 고점성 유체의 사용과 연계된 장점 중 다수는 댐핑 메커니즘의 다른 세부사항에 독립적이다.
고점성 유체의 동적 점성의 기능적 상한은 효과적인 댐퍼로서 작용하기 위해 이에 요구되는 바에 의거하여 설정된다. 상술한 실시예를 포함하는 본 발명의 실시예에서, 150,000 센티포아즈를 초과하는 동적 점성은 효과적이지 않다. 60,000 센티포아즈를 초과하는 동적 점성을 갖는 유체도 제한된 활용성을 갖는 것으로 나타난다.
부록-동적 점성의 측정
1. 서론
액체 충전식 댐퍼가 이 장치에 사용하기 위해 제안되었다. 댐퍼는 유체로 충전된 작은 보어와, 중앙에 작은 구멍을 갖는 중공 피스톤으로 구성된다. 힘이 인가될 때, 유체는 구멍을 통해 피스톤의 중앙내로 밀려들어간다.
본 문서는 도 5 내지 도 8에 도시하는 유체의 동적 점성을 결정하는 시험 방법을 설명한다.
2. 댐퍼의 설명
도 4는 댐퍼를 도시한 도면이다
도 4에서, 참조부호 300은 유체, 203는 시일, 304는 블리드 홀, 306은 피스톤을 나타낸다.
3. 블리드 홀을 통한 흐름의 이론적 처리
3.1 유도
이하의 분석은 본 경우에는 피스톤내의 블리드 홀인 선대칭 파이프내의 유체의 층상 유동에 적용된다.
원통형 요소상의 힘을 풀면 이하와 같다 :
Figure 112010034136013-pct00021
유체가 뉴턴 유체이며 중앙선으로부터의 기준 흐름이라 가정하면 이하와 같다.
Figure 112006097664990-pct00002
식(i) 및 (ii)로부터 아래의 식이 주어진다.
Figure 112006097664990-pct00003
적분하면 이하와 같다.
Figure 112006097664990-pct00004
경계 조건은 이하와 같다.
r = R에서, u=0
r=0에서 u=max
Figure 112010034136013-pct00022
환형 요소를 고찰하면 이하와 같다 :
Figure 112010034136013-pct00023
r=0와 r=R 사이에서 적분하면 이하와 같다.
Figure 112010034136013-pct00024
댐퍼의 경우에 대하여, 피스톤의 마찰, 피스톤의 질량을 무시하고, 피스톤과 보어 사이의 완전한 밀봉을 가정하면 이하와 같다.
Figure 112010034136013-pct00025
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4. 장치 및 방법
시험 장치는 도 5 내지 도 8에 개략적으로 예시된 바와 같은, 두개의 강성, 회전 대칭형, 동축체로 이루어진다. 하나는 4.45 내지 4.55mm 범위의 내경을 갖는 원통형 보어를 포함한다. 이 직경을 d2라 한다. 또한, 이는 동축, 원형 블리드 홀을 포함하며, 이 블리드 홀은 0.65 내지 0.75mm의 범위의 직경을 갖는다. 이 직경을 d1 이라 한다. 블리드 홀의 길이는 1.95 내지 2.05mm의 범위이다. 이 길이를 L이라 한다. 블리드 홀은 또한 직경 d2 로 이루어진 수집 챔버로 이어진다.
제 2 동축체는 테스트 과정 동안 본체의 원통형 표면들 사이의 유체의 현저한 손실이 없는 다른 본체의 보어와 충분히 양호한 밀봉을 형성하는 중공 원통형 피스톤을 구비한다. 본체의 원통형 표면들 사이의 동적 마찰을 극복하기 위해 필요한 임의의 힘은 경계면을 윤활하기에 충분한 테스트 유체의 양의 존재하에 측정될 수 있다.
블리드 홀이 일시적으로 막혀진 상태에서, 제 1 동축체가 반전되고, 시험 대상 유체의 샘플이 적어도 6mm의 깊이로 원통형 보어내에 도입된다. 제 2 동축체가 그후 제 1 동축체내에 삽입된다. 그후, 장치가 세워지고, 블리드 구멍이 열려진다. 제 2 동축체는 정지상태로 유지되고, 제 1 동축체는 유체가 블리드 홀로부터 나올때까지 하강되며, 여기서 유체는 수집된다. 이 스테이지에서 적어도 5mm의 잔 여 이동이 존재하여야 한다.
제 1 동축체를 이동시키기 위해, 하향력이 인가된다. 이 힘의 크기는 인가된 힘인 유체의 표면상에 작용하는 순수한 힘이 제 1 동축체의 중량과 동축체들의 원통형 표면들 사이의 동적 마찰을 극복하기 위해 필요한 힘 보다 작도록 이루어지며, 이는 9.95 내지 10.05N의 범위이다. 이 순수 힘을 F라 한다.
위치 트랜스듀서가 제 2 동축체 및 데이터 로거(logger)에 부착되며, 그에 의해, 피스톤 대 시간의 플롯이 얻어진다. 제 2 동축체가 인가된 힘에 응답하여 적어도 1.5mm 이동되고 나면, 이 동축체가 2.0mm을 더 이동시키기 위해 필요한 시간이 피스톤 대 시간 플롯으로부터 측정된다. 이 2mm 간격 이후, 이동 중 적어도 1.5mm가 남아 있어야 한다. 측정된 시간은 1.0mm를 위한 평균 시간을 산출하기 위해 2로 나누어진다. 이 시간을 t1 이라 한다.
상술한 분석에 따라서, νpiston이 SI 단위로 측정된다.
Figure 112006097664990-pct00011
또는, 달리 표현하여
Figure 112006097664990-pct00012
따라서, 동적 점성이 결정된다.
시험 절차는 유체의 다른 샘플로 추가로 4회 반복되며, 얻어진 5개 결과의 평균을 유체의 동적 점성으로서 취한다.
이 절차는 뉴턴 및 비뉴턴 유체 양자 모두에 적용가능하다. 특히, 뉴턴 거동으로부터 현저히 벗어나는 유체의 경우에, 장치의 다양한 치수 및 인가되는 힘이 앞서 주어진 범위의 중앙점에 정확하여야 한다.

Claims (13)

  1. 배출 노즐을 구비한 주사기를 수용하도록 구성된 하우징으로서, 상기 배출 노즐이 상기 하우징으로부터 연장하는 연장 위치로부터 상기 배출 노즐이 상기 하우징내에 수용되는 수축 위치로 상기 주사기를 편의시키는 수단을 포함하는, 상기 하우징,
    액추에이터,
    상기 액추에이터에 의해 작동되며, 순차적으로 상기 주사기 상에서 작용하여 상기 배출 노즐을 통해 그 내용물을 배출하기 위한 구동부,
    상기 구동부가 공칭 결합해제 위치로 전진되었을 때 작동되어 장치의 제 1 구성요소가 제 2 구성요소에 작용하는 것으로부터 결합해제되고, 장치의 제 1 구성요소가 제 2 구성요소에 대해 이동할 수 있는, 결합해제(decoupling) 메커니즘,
    상기 제 1 구성요소가 상기 제 2 구성요소에 대하여 공칭 해제 위치에 도달하였을 때 작동되어 상기 주사기를 상기 액추에이터의 작용으로부터 해제시키고, 편의 수단이 상기 주사기를 그 수축 위치로 복귀시키게 하는 해제(release) 메커니즘, 및
    상기 주사기가 해제되기 이전에 상기 주사기의 잔여 내용물이 배출될 수 있게 하도록 상기 결합해제 메커니즘의 작동 후에 상기 주사기의 해제가 지연되도록, 상기 제 2 구성요소에 대한 상기 제 1 구성요소의 이동을 감쇄시키는 고점성 유체를 포함하는 주사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 장치의 상기 제 1 및 제 2 구성요소는 상기 구동부의 제 1 및 제 2 구동 부재이며, 상기 제 1 구동 부재는 상기 액추에이터에 의해 작동되고, 상기 제 2 구동 부재는 상기 주사기 상에 작용하여 상기 주사기를 그 수축 위치로부터 그 연장 위치로 전진시키며, 상기 주사기의 내용물을 상기 배출 노즐을 통해 배출시키고, 상기 제 1 구동 부재가 상기 액추에이터에 의해 작동되고 상기 제 2 구동 부재가 상기 주사기에 의해 보유되어 있을 때, 상기 제 1 구동 부재는 상기 제 2 구동 부재에 대해 이동할 수 있는 주사 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 구동 부재에 의해 부분적으로 형성되고, 상기 제 2 구동 부재에 의해 부분적으로 형성되는 저장부를 더 포함하고, 상기 저장부의 체적은 상기 액추에이터에 의한 작동시 상기 제 1 구동 부재가 상기 제 2 구동 부재에 대해 이동함에 따라 감소하는 경향을 가지며, 상기 저장부는 고점성 유체를 수용하고, 상기 저장부의 체적이 감소함에 따라 이 유체가 관통하여 배출되는 통기구를 구비하는 주사 장치.
  4. 배출 노즐을 구비한 주사기를 수용하도록 구성된 하우징으로서, 상기 배출 노즐이 하우징으로부터 연장하는 연장 위치로부터 배출 노즐이 하우징내에 수용되어 있는 수축 위치로 주사기를 편의시키는 수단을 포함하는, 상기 하우징,
    액추에이터,
    제 1 및 제 2 구동 부재로서, 상기 제 1 구동 부재는 상기 액추에이터에 의해 작동되고, 상기 제 2 구동 부재는 상기 주사기 상에 작용하여 상기 주사기를 그 수축 위치로부터 그 연장 위치로 전진시키며, 상기 주사기의 내용물을 상기 배출 노즐을 통해 배출시키고, 상기 제 1 구동 부재가 상기 액추에이터에 의해 작동되고 상기 제 2 구동 부재가 상기 주사기에 의해 보유되어 있을 때, 상기 제 1 구동 부재는 상기 제 2 구동 부재에 대해 이동할 수 있는, 상기 제 1 및 제 2 구동 부재,
    상기 제 1 구동 부재에 의해 부분적으로 형성되고, 상기 제 2 구동 부재에 의해 부분적으로 형성되는 저장부로서, 상기 저장부의 체적은 상기 액추에이터에 의한 작동시 상기 제 1 구동 부재가 상기 제 2 구동 부재에 대해 이동함에 따라 감소하는 경향을 가지며, 상기 저장부는 고점성 유체를 수용하고, 상기 저장부의 체적이 감소함에 따라 이 유체가 관통하여 배출되는 통기구를 구비하는, 상기 저장부,
    상기 제 1 구동 부재가 공칭 해제 위치로 전진되었을 때에 작동되고 상기 주사기를 상기 액추에이터의 작용으로부터 해제시키도록 구성되며, 편의 수단이 상기 주사기를 그 수축 위치로 복귀시키는 해제 메커니즘, 및
    상기 제 1 구동 부재와 상기 제 2 구동 부재가 상기 공칭 해제 위치보다 덜 전진된 공칭 결합해제 위치로 전진하였을 때까지 상기 제 1 구동 부재가 상기 제 2 구동 부재에 대해 이동하는 것을 방지하는 커플링을 포함하는 주사 장치.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 커플링은 상기 구동 부재들이 상기 공칭 결합해제 위치로 전진되었을 때 작동되는 결합해제 메커니즘을 포함하는 주사 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 커플링은 상기 제 1 구동 부재 및 제 2 구동 부재 상에 작용하는 제 3 구동 부재이고,
    상기 결합해제(decoupling) 메커니즘은 상기 제 3 구동 부재를 상기 제 2 구동 부재로부터 결합해제하도록 구성되어, 일단 상기 공칭 결합해제 위치에 도달되고 나면 상기 제 3 구동 부재가 더 이상 상기 제 2 구동 부재만을 작용하지 않게 함으로써, 상기 제 1 구동 부재가 상기 제 2 구동 부재에 대해 이동할 수 있게 하며,
    상기 해제(release) 메커니즘은 상기 제 3 구동 부재를 상기 제 1 구동 부재로부터 결합해제하도록 구성되어, 일단 상기 공칭 해제 위치에 도달되고 나면 상기 제 3 구동 부재가 더 이상 상기 제 1 구동 부재에 작용하지 않게 함으로써, 상기 주사기를 액추에이터의 작용으로부터 해제시키도록 하는 주사 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 커플링은 상기 제 1 구동 부재가 상기 제 2 구동 부재 상에 작용할 수 있게 하는 상기 제 1 구동 부재 및 제 2 구동 부재의 협력 특징부를 포함하고,
    상기 결합해제(decoupling) 메커니즘은 상기 제 1 구동 부재를 상기 제 2 구동 부재로부터 결합해제하도록 구성되어, 일단 상기 공칭 결합해제 위치에 도달되고 나면 상기 제 1 구동 부재가 더 이상 상기 제 2 구동 부재 상에서 작용하지 않게 함으로써, 상기 제 1 구동 부재가 상기 제 2 구동 부재에 대해 이동할 수 있게 하며,
    상기 해제(release) 메커니즘은 상기 제 1 구동 부재를 액추에이터로부터 결합해제하도록 구성되어, 일단 상기 공칭 해제 위치에 도달되고 나면 상기 액추에이터가 더 이상 상기 제 1 구동 부재에 작용하지 않게 함으로써, 상기 주사기를 상기 액추에이터의 작용으로부터 해제시키도록 하는 주사 장치.
  9. 제 3 항, 제 4 항 및 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통기구는 배출된 유체가 내부에 수집되는 하나의 구동 부재에 의해 형성된 수집 챔버와 연통하는 주사 장치.
  10. 제 3 항, 제 4 항 및 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 구동 부재는 스템을 포함하고, 다른 구동 부재는 일 단부에서 스템을 수용하도록 개방되어 있는 보어를 포함하며, 따라서 상기 보어 및 스템은 유체 저장부를 형성하는 주사 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 하나의 구동 부재는 스템을 포함하고 상기 통기구 및 수집 챔버를 형성하며, 다른 구동 부재는 일 단부에서 상기 스템을 수용하도록 개방되어 있고 다른 단부에서 폐쇄되어 있는 블라인드 보어를 포함하며, 따라서 상기 보어 및 스템은 유체 저장부를 형성하는 주사 장치.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 수집 챔버는 상기 하나의 요소내의 보어에 의해 형성되며, 이 보어는 일 단부에서 개방되고 다른 단부에서는 통기구를 제외하고는 폐쇄되어 있는 주사 장치.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 하나의 구동 부재는 제 1 구동 부재인 주사 장치.
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