TWI629075B

TWI629075B - 流體輸送裝置

Info

Publication number: TWI629075B
Application number: TW106102174A
Authority: TW
Inventors: 呂政憲; 郭子睿; 蘇崑賢; 許君豪
Original assignee: 達爾生技股份有限公司
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2018-07-11
Also published as: TW201827089A

Abstract

本發明提供一種流體輸送裝置，包括一流體推送模組以及一流體流通模組。流體推送模組包括一致動件、一撥動件、一第一傳動單元、一第二傳動單元以及一螺桿。致動件用以控制磁場的強度及頻率；撥動件與致動件對應設置且位於磁場範圍內，撥動件感應磁場的變化而作往復運動。第一傳動單元與撥動件對應設置，受撥動件作往復運動的帶動作轉動運動。第二傳動單元與第一傳動單元平行設置，受第一傳動單元作轉動運動，以嚙合傳動作轉動運動。螺桿穿設於第二傳動單元，螺桿的一端設有一推液件。流體流通模組包括一儲液腔室以及一輸液件。

Description

流體輸送裝置

本發明係關於一種流體輸送裝置，特別係關於一種精確且微量控制輸出的流體輸送裝置。

現今流體輸送裝置被廣泛運用，於居家自行注射應用領域，例如糖尿病患者須每日定時施打胰島素，或是血友病患者須定期施打凝血因子，或是其他慢性病藥劑或是其他營養成分施打等等，皆需要藉由微小容積的流體輸送裝置。

然而，為了配合各種藥劑濃度與劑量的需求，如何提供一種更為精確且微量控制輸出的流體輸送裝置，已成為本領域重要的課題之一。

有鑑於上述課題，本發明提供一種流體輸送裝置，包括一流體推送模組以及一流體流通模組。流體推送模組包括一致動件、一撥動件、一第一傳動單元、一第二傳動單元以及一螺桿。致動件用以控制磁場的強度及頻率。撥動件與致動件對應設置且位於磁場範圍內，撥動件感應磁場的變化而作往復運動。第一傳動單元與撥動件對應設置，受撥動件作往復運動的帶動作轉動運動。第二傳動單元與第一傳動單元平行設置，受第一傳動單元作轉動運動，以嚙合傳動作轉動運動。螺桿穿設於第二傳動單元，螺桿的一端設有一推液件。流體流通模組包括一儲液腔室以及一輸液件。儲液腔室用以儲存一流體，推液件滑設於儲液腔室的一端部，且沿儲液腔室的軸向運動，將流體推送出儲液腔室。輸液件連接於儲液腔室，以輸出流體。

在一實施例中，第一傳動單元及第二傳動單元各別包括至少一齒輪、至少一棘輪、至少一齒條或其任意組合。

在一實施例中，撥動件具有至少一撥動部，撥動件於每一次往復運動時，撥動部即撥動第一傳動單元。

在一實施例中，第一傳動單元更包括至少二個第一齒輪，該些第一齒輪彼此共軸設置，撥動部與該些第一齒輪的至少一者的齒槽相互配合。

在一實施例中，第一傳動單元包括一棘輪及至少一個第一齒輪，棘輪與第一齒輪彼此共軸設置，撥動部與棘輪的齒槽相互配合。

在一實施例中，第二傳動單元更包括至少一第二齒輪，第二齒輪內側具有至少一內螺紋，內螺紋與螺桿相互配合，帶動螺桿作運動。

在一實施例中，更包括一第三傳動單元，第三傳動單元平行設置於第一傳動單元與第二傳動單元之間，其中，第三傳動單元包括至少二個第三齒輪，且該些第三齒輪彼此共軸設置。

在一實施例中，更包括一控制模組，控制模組藉由有線傳輸、藍芽或其他無線傳輸方式，控制致動件。

如在一實施例中，控制模組更可藉由手動方式控制致動件。

在一實施例中，流體選擇自包括一液體、一膠體、一氣體、一微型固體或一微生物群體或其任意組合。

在一實施例中，儲液腔室為可更換式結構。

在一實施例中，輸出部為可更換式結構。

在一實施例中，流體流通模組更包括一止逆流結構，用以防止流體逆流至儲液腔室。

在一實施例中，撥動件更具有至少一磁性元件。

在一實施例中，控制單元更包括一緊急安全裝置，用以立即停止電源供應，使流體推送模組停止作動。

承上所述，本發明的流體輸送裝置，是利用撥動件受磁性偏擺運動來撥動第一傳動單元中的齒輪或棘輪，再利用各齒輪間的齒輪比的搭配設計，細化螺桿與推液件於儲液腔室的推進量，藉以達到精確且微量控制的流體輸出的目的。此外，可藉由控制單元調整致動器的磁場強度及頻率，進而控制撥動件的擺動角度、擺動幅度及擺動速度等，再利用各齒輪或棘輪與螺桿的可靠的機械式傳動機制，達到準確且低耗電的功效。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例的一種流體輸送裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

請同時參照圖1A、圖1B，圖1A為本發明一實施例的一種流體輸送裝置的示意圖，圖1B為圖1A的局部組裝示意圖。

本發明提供一種流體輸送裝置D1，包括一流體推送模組1以及一流體流通模組2。流體推送模組1包括一致動件11、一撥動件12、一第一傳動單元13、一第二傳動單元14以及一螺桿15。致動件11藉由電流變化以控制磁場的強度及頻率，致動件11例如為一電磁鐵產生裝置。撥動件12與致動件11對應設置，且撥動件12大致位於磁場範圍內，撥動件12可感應磁場的變化而被驅動作往復擺動運動。

其中，第一傳動單元及第二傳動單元各別包括至少一齒輪、至少一棘輪、至少一齒條或其任意組合，而撥動件12具有至少一撥動部121。

在本實施例中，第一傳動單元13更包括至少二個第一齒輪131、132，該些第一齒輪131、132彼此共軸設置，撥動件12與該些第一齒輪131、132對應設置，且撥動部121與各第一齒輪131、132的齒槽相互配合。

第二傳動單元14與第一傳動單元13平行設置，第二傳動單元14更包括至少一第二齒輪141，且該第二齒輪141內側具有與螺桿15相互配合的至少一內螺紋，使螺桿15穿設於第二傳動單元14，且螺桿15可被第二齒輪141的至少一內螺紋帶動。

流體流通模組2包括一儲液腔室21以及一輸液件22。儲液腔室21用以儲存一流體，儲液腔室21可為任意適合的形狀以配合流體輸送裝置D1結構，本實施例的儲液腔室21大致為長柱型，具有一長軸方向MA。而螺桿15的一端設有一推液件P，推液件P滑設於儲液腔室21的一端部E1，且沿儲液腔室21的長軸方向MA作直線運動，將該流體推送出儲液腔室21，此實施例中推液件P組裝後保持與儲液腔室21壁面密合，故流體不會自推液件P側面流至後方。輸液件22具有一中空導管221及一輸出部222，中空導管221的兩端分別連接於儲液腔室21及輸出部222，流體經輸出部222離開流體輸送裝置D1，輸出部222可以是轉接頭或者針頭，本發明在此不予限制。

此外，儲液腔室21更可因應設計所需，配置不同的形狀，而推液件P可配合儲液腔室21的形狀，沿儲液腔室21的軸向運動。其中，儲液腔室21的軸向是指儲液腔室21的長軸或短軸，且推液件P配合儲液腔室21的形狀及設計，呈現不同的運動軌跡及方式，本發明亦不予限制。

請同時參照圖1A、圖1B及圖2，圖2為圖1A的流體推送模組的運動狀態示意圖，具體而言是以撥動件12具有二撥動部121、122為例，說明本實施例的流體推送模組1的運動狀態。

在本實施例中，第一傳動單元13具有三個第一齒輪131、132、133，其中撥動件12與第一齒輪131、132對應設置，而各撥動部121、122分別與對應的各第一齒輪132、131的齒槽相互配合。當撥動件12受致動件11的磁場的強度及頻率變化感應作動，以一樞孔O為中心作一順時針擺動一角度θ ₁時，撥動部121即撥動第一傳動單元13的一第一齒輪132的輪齒，使該第一齒輪132轉動一齒。且因該些第一齒輪131、132、133彼此共軸設置，使第一齒輪131、133轉動角度與第一齒輪132轉動角度相同。

第二傳動單元14與第一傳動單元13平行設置，而第二傳動單元14更包括至少一第二齒輪141，本實施例中第一齒輪133與第二齒輪141彼此嚙合傳動，因此當第一齒輪133轉動時，即帶動第二齒輪141作反向轉動。

第二齒輪141內側具有至少一內螺紋，此內螺紋與螺桿15外側相互配合，而螺桿15的一端設有一推液件P，推液件P滑設於儲液腔室21的一端部。當第二齒輪141被第一齒輪133嚙合傳動而作轉動運動時，即帶動螺桿15作直線運動，而推液件P沿儲液腔室21的長軸方向MA作直線運動且位移量SP ₁，將內部流體推送出儲液腔室21。

同樣地，當撥動件12受另一磁場變化作用，以樞孔O為中心作一逆時針擺動一角度θ ₂時，撥動部122即撥動第一傳動單元13的另一第一齒輪131的輪齒，使該第一齒輪131轉動一齒。且因該些第一齒輪131、132、133彼此共軸設置，使第一齒輪132、133轉動角度與第一齒輪131轉動角度相同，而第二傳動單元14的第二齒輪141則因受第一齒輪133嚙合傳動而作反向轉動。且當第二齒輪141作轉動運動時，即帶動螺桿15作直線運動，而推液件P沿儲液腔室21的長軸方向MA作直線運動且位移量SP ₂，將內部流體推送出儲液腔室21。

在本發明中，撥動件12具有至少一撥動部，本實施例有二個撥動部121、122，撥動件12於每一次往復擺動時，各該撥動部122或121即輪流各撥動第一傳動單元13的對應的第一輪齒131或132，使第一傳動單元13轉動的齒數與該些撥動部121往復擺動的次數相同。因此，在相同的感磁驅動條件下往復擺動角度理應相同，以及當各撥動部121、122形狀相同時，推液件P於儲液腔室21內的位移量SP ₁、SP ₂則亦應相同。反之，當撥動件12的各撥動部121、122形狀若為不相同時，推液件P於儲液腔室21內的位移量SP ₁、SP ₂則不相同。當然，亦可因推液件P位移量的需求，將撥動件12設計為僅具有一撥動部，亦可僅對應一第一齒輪，本發明不予限制。

請繼續參照圖3A及圖3B，圖3A為本發明另一實施例的一種流體輸送裝置的示意圖，圖3B為圖3A的流體推送模組的運動狀態示意圖。本實施例的流體輸送裝置D2以撥動件12僅具有一撥動部121為例，說明流體推送模組1的運動狀態。當撥動件12受磁場變化作用，以一樞孔O為中心作一順時針擺動一角度θ ₁時，撥動部121即撥動第一傳動單元13的一第一齒輪132的輪齒，使第一齒輪132轉動一齒，並帶動第一齒輪131、133轉動相同的角度。而第二傳動單元14的第二齒輪141則因第一齒輪133嚙合傳動而作反向轉動，並帶動螺桿15與推液件P沿儲液腔室21的長軸方向MA作直線運動且位移量SP ₁。

而當撥動件12受另一磁場變化作用，以樞孔O為中心作一逆時針擺動一角度θ ₂時，撥動件12與第一齒輪131並無接觸，因此流體推送模組1不產生任何運動，亦即推液件P沿儲液腔室21的長軸方向MA不產生位移，不會推送流體。

因此，若當撥動件12具有二個撥動部121、122時，撥動件12於每一次往復擺動完成時，該些撥動部121、122即輪流撥動第一傳動單元13的總共二個輪齒，使第一傳動單元13整體轉動二齒，進而帶動第二傳動單元14，螺桿15及推液件P作二次相對運動，其整體位移量為SP ₁+SP ₂。而當撥動件12僅具有一撥動部121時，撥動件12於每一次往復擺動完成時，撥動部121僅撥動第一傳動單元13的一輪齒，使第一傳動單元13轉動一齒，使其整體位移量為SP ₁。因此，使用者可藉由撥動件12的撥動部121數量及/或形狀的設計，控制撥動件12於每一次往復擺動完成時，流體被推送出儲液腔室21的流量，亦即位移量乘上儲液腔室21截面積。

在本實施例中，流體輸送裝置D1、D2更包括一控制單元3，控制單元3可藉由接收或交換有線傳輸、藍芽或其他無線傳輸方式，及利用軟體程式控制致動件11的磁場的強度及頻率變化。而撥動件12更具有至少一磁性元件(圖式未示)，使撥動件12感應該磁場的變化而作往復擺動運動。

而控制單元3更可藉由至少一實體按鍵31或至少一實體旋鈕等元件的手動操作方式，以控制該致動件11的磁場的強度及頻率變化。其中磁場的強度變化可控制撥動件12的擺動角度θ，而磁場發生的頻率變化可控制撥動件12往復擺動的速度。因此，藉由控制磁場的強度及頻率變化可有效且精準控制撥動件12的往復擺動運動，再藉由第一傳動單元13，第二傳動單元14以及螺桿15與推液件P的可靠的機械式傳動機制，可進而控制流體推送出儲液腔室21的流量及流速，其中擺動角度可控制流量，而擺動頻率可控制流速，使流體從儲液腔室21輸出之流速小於0.5 μL/hr，等於0.05U/hr，亦等於每日1.2U/d，其中U為胰島素施打劑量單位。

請繼續參照圖4，圖4為本發明另一實施例的一種流體輸送裝置D3的示意圖。如圖4所示，本實施例可因應機身薄型化的需求，使流體輸送裝置D3更包括一第三傳動單元16，第三傳動單元16平行設置於第一傳動單元13與第二傳動單元14之間，其中，第三傳動單元16包括至少二個第三齒輪161、162，且該些第三齒輪161、162彼此共軸設置。藉由總計三組齒輪組傳動，可使流體輸送裝置D3機身厚度大幅縮減，以達到整體機身薄型化功效。另一方面，藉由多組傳動單元的齒輪傳動，更可使轉動角度具有訊號放大的效果，進而增加流體輸出液量的精度。

請同時參照圖5A至圖5C，圖5A為本發明另一實施例的一種流體輸送裝置的示意圖，圖5B至圖5C為圖5A的流體推送模組的運動狀態示意圖，具體而言是以第一傳動單元13包括一棘輪134與撥動件12配合為例，說明本實施例的流體推送模組1的運動狀態。

在本實施例中，流體輸送裝置D4的第一傳動單元13包括一棘輪134及至少一個第一齒輪135，棘輪134與第一齒輪135彼此共軸設置，而撥動部123與棘輪134的至少一者的齒槽相互配合。當撥動件12受致動件11的磁場的強度及頻率變化感應作動，以一固定擺動幅度d作週期性的直線往復運動時，撥動部123即撥動第一傳動單元13的棘輪134的輪齒，使該棘輪134朝單一方向作轉動運動。撥動件12於每次直線往復運動時，撥動部123僅朝單一方向撥動一次棘輪134的輪齒，使棘輪134朝單一方向轉動一角度θ ₃。且因棘輪134與第一齒輪135彼此共軸設置，使棘輪134轉動角度與第一齒輪135轉動角度相同。

第二傳動單元14與第一傳動單元13平行設置，而第二傳動單元14更包括至少一個第二齒輪142，本實施例中第一齒輪135與第二齒輪142彼此嚙合傳動，因此當第一齒輪135轉動時，即帶動第二齒輪142作反向轉動。

第二齒輪142內側具有至少一內螺紋，此內螺紋與螺桿15外側相互配合，而螺桿15的一端設有一推液件P，推液件P滑設於儲液腔室21的一端部。當第二齒輪142被第一齒輪135嚙合傳動而作轉動運動時，即帶動螺桿15作直線運動，而使推液件P沿儲液腔室21的長軸方向MA作直線運動且位移量SP ₃，將內部流體推送出儲液腔室21。

在本實施例中，撥動件12具有至少一磁性元件m，流體輸送裝置D4更可因應不同磁場設計需求，將磁性元件m設置於撥動件12的一端部或二端部，且具至少一致動件11相對設置於撥動件12的至少一端部，使每一磁性元件m具有一配合的致動件11，使撥動件12位於磁場範圍內並產生感磁運動。致動件11藉由電流變化控制磁場的強度及頻率，以控制撥動件12作直線往復運動的擺動幅度及擺動頻率。其中，磁場的強度可控制撥動件12作直線往復運動的擺動幅度，而磁場變化的頻率可控制撥動件12作直線往復運動的擺動速度。

更進一步說明，當致動件11產生的磁場強度越大時，撥動件12受感磁作直線往復運動的擺動幅度d則越大，而撥動部123撥動第一傳動單元13的棘輪134的輪齒，使該棘輪134轉動角度θ ₃也隨之越大，進而使推液件P的位移量SP ₃隨之越大。反之，當致動件11產生的磁場強度越小時，撥動件12受感磁作直線往復運動的擺動幅度d則越小，而撥動部123撥動棘輪134的輪齒，使棘輪134轉動角度θ ₃也隨之越小，進而使推液件P的位移量SP ₃隨之越小。同樣地，致動件11產生磁場變化的頻率，可控制撥動件12作直線往復運動的擺動速度的快慢，進而影響第一傳動單元13、第二傳動單元14以及螺桿15與推液件P的運動速度，達到控制流體推送出儲液腔室21的流量及流速的目的。

值得說明的是，本發明揭露的流體輸送裝置亦可因應不同領域之運用，使儲液腔室21可儲存不同的流體，例如一液體、一膠體、一氣體、一微型固體或一微生物群體或其任意組合等，且儲液腔室21與輸出部222為可更換式結構，使流體輸送裝置可被運用於許多領域，例如慢性病患者經常會使用居家注射藥劑或是其他營養成分，或是運用在顯微注射技術，如實驗用斑馬魚的顯微注射，或是人工生殖用的精蟲顯微注射儀器，甚至是醫美門診使用的產品注射等等，皆可藉由本發明的流體輸送裝置來達到其目的。

更可因應安全上的需求，使流體流通模組2更可包括一止逆流結構(圖式未示)，用以防止流體輸出後再逆流至儲液腔室21，避免儲液腔室21內部的流體受到汙染，或者儲液腔室21受到不當壓力而損壞。或者如圖4所示，控制單元3更可包括一緊急安全裝置32，用以立即停止電源供應，使流體推送模組1停止作動。

綜上所述，本發明的流體輸送裝置，是藉由控制單元調整致動器的磁場強度及頻率，進而控制撥動件的擺動角度，擺動幅度及擺動速度，再利用各齒輪組間的齒輪比的設計，細化螺桿與推液件於儲液腔室的推進量，藉以達到低耗電，精確且微量控制的流體輸出的目的。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧流體推送模組
11‧‧‧致動件
12‧‧‧撥動件
121、122、123‧‧‧撥動部
13‧‧‧第一傳動單元
131、132、133、135‧‧‧第一齒輪
134‧‧‧棘輪
14‧‧‧第二傳動單元
141、142‧‧‧第二齒輪
15‧‧‧螺桿
16‧‧‧第三傳動單元
161、162‧‧‧第三齒輪
2‧‧‧流體流通模組
21‧‧‧儲液腔室
22‧‧‧輸液件
221‧‧‧中空導管
222‧‧‧輸出部
3‧‧‧控制單元
31‧‧‧按鍵
32‧‧‧緊急安全裝置
D1、D2、D3、D4‧‧‧流體輸送裝置
O‧‧‧樞孔
P‧‧‧推液件
m‧‧‧磁性元件
MA‧‧‧長軸方向
SP₁、SP₂、SP₃‧‧‧位移量
θ、θ₁、θ₂、θ₃‧‧‧角度

圖1A為本發明一實施例的一種流體輸送裝置的示意圖。圖1B為圖1A的局部組裝示意圖。圖2為圖1A的流體推送模組的運動狀態示意圖。圖3A為本發明另一實施例的一種流體輸送裝置的示意圖。圖3B為圖3A的流體推送模組的運動狀態示意圖。圖4為本發明另一實施例的一種流體輸送裝置的示意圖。圖5A為本發明另一實施例的一種流體輸送裝置的示意圖。圖5B至圖5C為圖5A的流體推送模組的運動狀態示意圖。

Claims

一種流體輸送裝置，包括：一流體推送模組，包括：一致動件，用以控制磁場的強度及頻率；一撥動件，與該致動件對應設置且位於該磁場範圍內，該撥動件感應該磁場的變化而作往復運動；一第一傳動單元，與該撥動件對應設置，受該撥動件作往復運動的帶動作轉動運動；一第二傳動單元，與該第一傳動單元平行設置，受該第一傳動單元作轉動運動，以嚙合傳動作轉動運動；及一螺桿，穿設於該第二傳動單元，該螺桿的一端設有一推液件；以及一流體流通模組，包括：一儲液腔室，用以儲存一流體，該推液件滑設於該儲液腔室的一端部，且沿該儲液腔室的軸向運動，將該流體推送出該儲液腔室；及一輸液件，連接於該儲液腔室，以輸出該流體。
如申請專利範圍第1項所述之流體輸送裝置，其中該第一傳動單元及該第二傳動單元各別包括至少一齒輪、至少一棘輪、至少一齒條或其任意組合。
如申請專利範圍第1項所述之流體輸送裝置，其中該撥動件具有至少一撥動部，該撥動件於每一次往復運動時，該撥動部即撥動該第一傳動單元。
如申請專利範圍第3項所述之流體輸送裝置，其中該第一傳動單元包括至少二個第一齒輪，該些第一齒輪彼此共軸設置，該撥動部與該些第一齒輪的至少一者的齒槽相互配合。
如申請專利範圍第3項所述之流體輸送裝置，其中該第一傳動單元包括一棘輪及至少一個第一齒輪，該棘輪與該第一齒輪彼此共軸設置，該撥動部與該棘輪的齒槽相互配合。
如申請專利範圍第1項所述之流體輸送裝置，其中該第二傳動單元包括至少一第二齒輪，該第二齒輪內側具有至少一內螺紋，該內螺紋與該螺桿相互配合，帶動該螺桿作運動。
如申請專利範圍第1項所述之流體輸送裝置，更包括一第三傳動單元，該第三傳動單元平行設置於該第一傳動單元與該第二傳動單元之間，其中，該第三傳動單元包括至少二個第三齒輪，且該些第三齒輪彼此共軸設置。
如申請專利範圍第1項所述之流體輸送裝置，更包括一控制模組，該控制模組藉由有線傳輸、藍芽或其他無線傳輸方式，控制該致動件。
如申請專利範圍第8項所述之流體輸送裝置，其中該控制模組更可藉由手動方式控制該致動件。
如申請專利範圍第1項所述之流體輸送裝置，其中該流體選擇自包括一液體、一膠體、一氣體、一微型固體、一微生物群體或其任意組合。
如申請專利範圍第1項所述之流體輸送裝置，其中該儲液腔室為一可更換式結構。
如申請專利範圍第1項所述之流體輸送裝置，其中該輸出部為一可更換式結構。
如申請專利範圍第1項所述之流體輸送裝置，其中該流體流通模組更包括一止逆流結構，用以防止該流體逆流至該儲液腔室。
如申請專利範圍第1項所述之流體輸送裝置，其中該撥動件更具有至少一磁性元件。
如申請專利範圍第8項所述之流體輸送裝置，其中該控制模組更包括一緊急安全裝置，用以立即停止電源供應，使該流體推送模組停止作動。