NO309555B1 - Anordning for forflytning av væske - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår forbedringer ved stempler for forflytting av en væske inne i et sylindrisk kammer, særlig i injeksjonspatroner. Mer bestemt angår oppfinnelsen en forbedret form av stempler som skal anvendes i injeksjonspatroner, som gir en forbedret nøyaktighet i målingen og doseringen av preparater fra nevnte patroner.

Stempler som anvendes i injeksjonspatroner er vanligvis laget av gummi eller et liknende plastisk materiale som har fjærende egenskaper. Ved fremstillingen av slike stempler er en eller begge av deres endeflater laget plane og i en rett vinkel på lengdeaksen av stemplet. De plane endeflater er også ofte forsynt med flere mindre fremspring for å hindre overflatene i å sitte fast i hverandre ved fremstillingen og håndteringen av stemplene.

Når et slikt stempel innsettes i sylinderen av en injeksjonspatron blir den deformert og innsnørt. Det er fordi den innvendige diameter av sylinderen må være mindre enn den utvendige diameter av stemplet for å sikre en god tetning mellom stemplet og den innvendige vegg av sylinderen. Når stemplet derfor er deformert elastisk vil dets tidligere plane endeflater nå innta en konkav form hvor senteret av endeflaten ligger dypere enn omkretspartiene av nevnte flate.

Den ikke plane form av endeflaten av stemplet vil bevirke en redusering i målenøyaktigheten når stemplet forflyttes en bestemt strekning for å måle ut en bestemt mengde av et væskepreparat.

Graden av konkavitet er vanligvis i størrelsesorden på omkring 0,1 mm. Forflyttingen av stemplet ved utmålingen av en dose av væske er ofte omkring 1 mm. Derfor vil det være klart at konkaviteten av stemplet kan forårsake en målefeil på opp til 10 %. En feil i denne størrelsesorden er vanligvis ikke akseptabel.

Et problem forverres ved injeksjonspatroner av dobbeltkammertypen. Som det vil være kjent omfatter disse patroner et frontkammer som vanligvis inneholder den faste komponent av preparatet som skal injiseres, og et bakre kammer som vanligvis inneholder væskekomponenten av preparatet. De to kammere er adskilt av et bevegelig frontstempel, og den bakre ende av det bakre kammer er forseglet av et bevegelig bakre stempel. Når de to komponenter skal blandes, beveges det bakre stempel fremover, og trykket generert av denne bevegelse overføres gjennom den i det vesentlige inkom-pressible væske til frontstemplet, som i sin tur beveges fremover. Denne bevegelse fremover av frontstemplet åpner en bypassforbindelse, slik at væsken i det bakre kammer kan strømme over inn i frontkammeret ved bevegelsen av det bakre stempel, og blande seg med den faste komponent for å danne det ønskede injiserbare preparat. Når hele væskekomponenten har blitt drevet over inn i frontkammeret, vil frontflaten av det bakre stempel støte mot den bakre overflate av frontstemplet, og de to stempler vil nå virke sammen som ett enkelt stempel ved utmålingen av det injiserbare preparat dannet i frontkammeret.

Når de to endeflater av de to stempler møtes vil de imidlertid ikke støte mot hverandre fullstendig, da de ikke er plane. På grunn av deformasjonen vil de konkave overflater først bare støte mot hverandre langs deres omkretspartier, og dette bevirker en fjæreffekt som gjør bevegelsen av de to sammensatte stempler unøyaktig. Da frontstemplet ikke kan forflyttes i forhold til sylinderen uten friksjon, og da hvilefriksjonen er større enn friksjonen under bevegelse, vil overføringen av målebevegelsen, som kan være omkring 1 mm, ikke være kontinuerlig. Dette betyr at posisjoneringen av frontstemplet ikke vil være nøyaktig, hvilket gjør målingen unøyaktig.

Dette er særlig tydelig med stempler som har en liten masse, som forflyttes med en lav hastighet mot en betydelig friksjonsmotstand. Bevegelsen av stempelstangen vil derfor ikke bli overført til frontflaten av frontstemplet uten avvik.

Den ovenfor nevnte fjærvirkning vil også bevirke at den radielle klemkraft som utøves på sylinderveggen av stemplene vil øke når stemplene deformeres ytterligere under overføringen av aksialkraften fira stempelstangen. Derfor øker friksjonskraften når stemplene skal forflyttes. Dette gjør det ytterligere vanskelig å oppnå den nødvendige nøyaktighet ved måling av det injiserbare preparat.

Ved hjelp av den foreliggende oppfinnelse blir problemene nevnt ovenfor i stor grad eliminert. Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en anordning for forflytting av en væske, omfattende et sylindrisk kammer og minst ett stempel av et elastisk materiale anordnet i kammeret, hvor stempelet har a) en omkretsdel, og b) minst én endeflate, kjennetegnet ved at endeflaten er deformasjonskorrigert, idet i) endeflaten har konveks form i en tilstand med usammentrukket stempeldiameter, og ii) graden av endeflatens konveksitet i den usammentrukkede tilstand er tilpasset til å gi en i det vesentlige plan endeflateform i en sammentrukket tilstand til en mindre stempeldiameter inne i kammeret.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er et andre stempel som har minst én deformasjonskorrigert endeflate, anordnet inne i kammeret i den sammentrukkede tilstand, idet de deformasjonskorrigerte endeflater av stemplene vender mot hverandre og er i det vesentlige plane.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et stempel fra den kjente teknikk før det er anbrakt i sylinderen av en injeksjonspatron, fig. 2 viser det samme stempel etter at det er anordnet i sylinderen, fig. 3 viser sylinderen av en injeksjonspatron hvor to stempler støter mot hverandre med sine endeflater, fig. 4 viser et stempel ifølge oppfinnelsen før det innsettes i sylinderen av en injeksjonspatron, fig. 5 viser samme stempel etter at det er innsatt i sylinderen, fig. 6 viser sylinderen av en injeksjonspatron hvor to stempler ifølge oppfinnelsen støter mot hverandre med sine endeflater.

På tegningene har like gjenstander de samme henvisningstall. Fig. 1 viser et stempel fra den kjente teknikk sett fra siden før det innsettes i sylinderen av en injeksjonspatron. Stempelet 1 har en frontrettet overflate 2 som er plan, og en bakovervendt overflate 3 som kan være plan, konveks eller konkav og kan være forsynt med anord-ninger (ikke vist) for feste til en stempelstang. For å oppnå en bedre tetmngsvirkning og en øket friksjon er stempelet vanligvis forsynt med omkretsrygger 4, 5 og 6. Videre kan den fremre plane overflate av stempelet være forsynt med små fremspring 7 for å hindre de plane overflater fra å sette seg fast i hverandre ved fremstillingen og håndteringen av stemplene. Fig. 2 er et snittriss av et stempel fra den kjente teknikk som har blitt innsatt i sylinderen 8 av injeksjonspatronen. Da den innvendige diameter av sylinderen 8 er mindre enn diameteren av stempelet 1 vil stempelet bli deformert inne i sylinderen slik at den opprinnelige plane frontflate 2 vil bli deformert til en konkav form. Av klarhetsgrunner er konkaviteten av overflaten 2 vist overdrevet på tegningene. Fig. 3 er et snittriss av et stempel 1 fra den kjente teknikk som er innsatt som et bakre stempel inn i sylinderen av injeksjonspatronen. Stempelet 1 har blitt beveget fremover ved hjelp av stempelstangen 9 mens væskefasen drives over inn i frontkammeret 10 gjennom en bypassforbindelse (ikke vist). Når all væsken har blitt drevet over inn i det fremre kammer 10 vil det bakre stempel 1 støte mot et fremre stempel 1'. Dette fremre stempel 1' kan ha den samme form som det bakre stempel 1, med en opprinnelige plan bakre overflate 2', en frontflate 3', og omkretsrygger 4', 5' og 6'. Når dette fremre stempel 1' er innsatt i sylinderen 8 av injeksjonspatronen, har dets bakre overflate 2' blitt deformert fra dets tidligere plane konfigurasjon til en konkav konfigurasjon, som vist overdrevet på tegningene av klarhetsgrunner.

Det kan ses at når frontflaten 2 av det bakre stempel 1 støter mot den bakre overflate 2' av frontstempelet 1', vil de to overflater først bare kontakte hverandre langs deres omkretspartier. For å få de to overflater til å støte mot hverandre over hele deres flater er det nødvendig med en større kraft. På grunn av elastisiteten av stempelmaterialet skapes en fjærvirkning slik som utøves av en tallerkenfjær. På grunn av dette vil en bevegelse fremover av stempelstangen 9 ikke bli nøyaktig overført til det fremre stempel 1', og målingen av en væske i frontkammeret 10 vil derfor være unøyaktig. Da måle-bevegelsene av det fremre stempel kan være meget små, i størrelsesorden på omkring 1 mm eller til og med mindre, følger det at unøyaktigheter ved nevnte bevegelser kan føre til betydelig målefeil. Slike feil kan ha alvorlige konsekvenser for pasienten som mottar den målte injeksjon. Fig. 4 viser et stempel ifølge den foreliggende oppfinnelse sett fra siden. Stempelet 11 har en frontflate 12 som er laget litt konveks. Av klarhetsgrunner er denne konveksitet overdrevet på tegningen. I alle andre henseende er stempelet 11 lik stempelet 1 vist på fig. 1, og har en bakre overflate 13 som kan være plan, konkav eller konveks, og omkretsrygger 14,15 og 16. Imidlertid vil det ikke være nødvendig med noen fremspring på frontflatene 12, da de konvekse overflater ikke lett vil sette seg fast i hverandre ved fremstillingen og håndteringen av stemplene. Fig. 5 er et snittriss av et stempel ifølge oppfinnelsen som er innsatt i sylinderen 18 av en injeksjonspatron. Da den innvendige diameter av sylinderen 18 er mindre enn diameteren av stempelet 11, vil stempelet bli deformert etter å ha blitt anbrakt i sylinderen, og denne deformasjon vil gjøre at den opprinnelig konvekse frontflate 12 inntar en plan konfigurasjon, som vist på fig. 5. Fig. 6 er et snittriss av et arrangement lik det på fig. 3, men hvor det anvendes to stempler i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. Det bakre stempel 11 har blitt beveget fremover i sylinderen 18 av injeksjonspatronen, og forflytter all væskekomponenten gjennom en bypassanordning (ikke vist) over inn i det fremre kammer 20. Frontflaten 12 av det bakre stempel 11 støter nå mot den bakre overflate 12' av frontstempelet 11', og det kan ses at fordi de to overflater er plane i samsvar med oppfinnelsen vil de berøre hverandre over hele deres overflater, og det vil ikke oppstå noen fjærvirkning. Derfor vil en bevegelse fremover av stempelstangen 19 bli nøyaktig overført gjennom de to stempler 11 og 11' til den samme bevegelse fremover av det fremre stempel 11', og utmålingen av det blandede preparat i det fremre kammer 20 vil være nøyaktig selv for meget små bevegelser.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er den bakre overflate av stemplene tydelig konveks eller til og med mer eller mindre spiss, slik at den tydelig skil-ler seg fra den litt konvekse frontflate av stemplene. På grunn av den tydelige differanse mellom de to overflater vil det være lett å orientere stemplene riktig ved hjelp av mekanisk håndteringsutstyr når de blir innsatt i sylinderen av en injeksjonspatron. Sam-tidig vil det ikke være nødvendig med noen fremspring på frontflaten av stemplene, som angitt i det foregående. Disse fremspring bidrar til målefeilen, men er funnet å være nødvendig for å hindre at stemplene blir sittende fast i hverandre med sine plane flater. Da frontflatene (ikke lenger) er plane når de er på utsiden av sylinderen, vil det være mye mindre risiko for at stemplene setter seg fast i hverandre, og fremspringene kan derfor unnværes.

Injeksjonspatronen som sådan er av konvensjonell form og omfatter slike trekk som en bypassanordning, f.eks. en kanal i veggen av sylinderen, og et lukke ved frontenden av patronen, som kan gjennomstikkes av en hul nål. Av klarhetsgrunner, og da slike trekk er velkjente for fagfolk på området, er disse trekk ikke vist på tegningene.

Når injeksjonspatronen skal anvendes for utmåling og tildeling av det blandede preparat i det fremre kammer, blir den vanligvis anbrakt i en holderinnretning som kan omfatte en måle- og doseringsanordning. Mange slike innretninger er velkjente for fagfolk på området, og patroner omfattende stempelet eller stemplene fra den foreliggende oppfinnelse kan anvendes i dem uten at det må gjøres noen tilpasning av deres funksjon. Dette er en ytterligere fordel ved den foreliggende oppfinnelse.

Stemplene som anvendes i anordningen ifølge oppfinnelsen kan fremstilles av konvensjonelle materialer som er kjent for anvendelse for stempler i injeksjonspatroner, og det er ikke nødvendig med noen spesielle materialer. Derfor kan en fagmann på området velge et passende elastisk gummimateriale eller plastmateriale blant de som er kjent for dette formål.

Graden av konveksitet som skal gis til overflaten eller overflatene av stemplene ifølge oppfinnelsen kan bestemmes på mange måter, som vil være innlysende for fagfolk på området. Den mest nærliggende metode er under eksperimentering. Det er lett å fremstille flere stempler som har forskjellig grad av konveksitet av endeflatene og deretter teste stemplene ved å sette dem inn i et rør som har den samme innvendige diameter som sylinderen av injeksjonspatronen. Teststempelet hvis endeflate blir plant inne i røret blir så valgt.

En annen måte for å bestemme den ønskede konveksitet er ved beregninger. Ved slike beregninger startes det fra stempelet i dets stilling i sylinderen og med en plan frontplate. Med kjennskap til slike parametre som dimensjonene og formen av stempelet og sylinderen, og de elastiske egenskaper av materialet som anvendes for stempelet, kan man regne tilbake for å finne den ønskede konveksitet for stempelet før det ble innsatt i sylinderen. Det er dataprogram tilgjengelig for dette som anvender den såkalte finite element method (FEM) (elementmetoden).

Det er viktig at den innvendige diameter av sylinderen av injeksjonspatronen fremstilles med en meget høy presisjon og nøyaktighet. Små avvik i den innvendige diameter har en inngående innflytelse på formen av frontflaten av stempelet når det er innsatt i sylinderen, og følgelig også på målenøyaktgheten.

Bortsett fra den konvekse form av en eller begge endeflatene, er formen av stemplene ifølge oppfinnelsen den samme som for konvensjonelle stempler for bruk i injeksjonspatroner. Dette gir den fordel at formene som anvendes for fremstilling av stemplene bare må modifiseres litt. Også prosessen for fremstilling av stemplene vil være i det vesentlige uforandret fra de konvensjonelle prosesser. Da de konvekse overflater av stemplene ikke vil ha den samme tendens som de konvensjonelle plane overflater til å sette seg fast i hverandre under fremstillingen og håndteringen av stemplene vil det ikke være noe behov for å forsyne overflatene med små fremspring.

Dersom det skulle være nødvendig kan stemplene ifølge oppfinnelsen være forsynt med et passende feste for en stempelstang. Dette feste kan være av enhver konvensjonell type.

Ved hjelp av den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt stempel for bruk i injeksjonspatroner som har flere fordeler sammenliknet med konvensjonelle stempler for den samme bruk. Da kontaktflaten er plan når det fremre og bakre stempel støter mot hverandre i en injeksjonspatron, er "fjærvirkriingen" eliminert. Dette fører til en forbedret nøyaktighet i målingen av preparatet som skal tildeles. Videre reduseres den nødvendige kraft for å forflytte de to stempler sammen, som fører til mindre strenge krav til en antifriksjonsbehandling av innerveggen av patronen eller overflaten av stempelet, såsom silikonbelegg.

I den foregående beskrivelse er oppfinnelsen beskrevet og eksemplifisert med spesiell henvisning til tegningene. Det vil imidlertid være klart at andre utførelses-forrher og varianter av oppfinnelsen er mulig uten å gå utenfor rammen for de etterfølg-ende krav. Selv om fordelene med oppfinnelsen er særlig innlysende ved måling av væskedoser fra en injeksjonspatron med dobbeltkammer, bringer oppfinnelsen også fordeler ved anvendelse med enkle injeksjonssprøyter og enkeltkammerpatroner. Generelt kan oppfinnelsen anvendes alltid når en væske skal presisjonsmåles til doser med forflytning av et stempel inne i et sylindrisk eller rørformet kammer.

Claims (7)

1. Anordning for forflytting av en væske, omfattende et sylindrisk kammer (18) og minst ett stempel (11) av et elastisk materiale anordnet i kammeret (18), hvor stempelet (11) har a) en omkretsdel, og b) minst én endeflate (12), karakterisrt ved at endeflaten (12) er deformasjonskorrigert, idet i) endeflaten (12) har konveks form i en tilstand med usammentrukket stempeldiameter, og ii) graden av endeflatens konveksitet i den usammentrukkede tilstand er tilpasset til å gi en i det vesentlige plan endefiateform i en sammentrukket tilstand til en mindre stempeldiameter inne i kammeret (18).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisrt ved at kammeret (18) har et utløp, og endeflaten (12) av det deformasjonskorrigerte stempel vender mot utløpet.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisrt ved at et andre stempel (IT) som har minst én deformasjonskorrigert endeflate (12'), er anordnet inne i kammeret (18) i den sammentrukkede tilstand, idet de deformasjonskorrigerte endeflater (12, 12') av stemplene vender mot hverandre og er i det vesentlige plane.

4. Anordning ifølge krav 3, karakterisrt ved at kammeret (18) omfatter et utløp, og minst stempelet nær-mest utløpet har en andre deformasjonskorrigert endeflate som vender mot utløpet.

5. Anordning ifølgekrav 3 eller 4, karakterisrt ved at kammeret omfatter en bypass-anordning for overføring av væske forbi ett av stemplene.

6. Anordning ifølge krav 1, karakterisrt ved at det fjærende materiale er valgt fra fjærende gummi og fjærende plast.

7. Anordning ifølge ett av kravene 1-6, karakterisrt ved at det fjærende materiale er elastisk.