WO2019049315A1

WO2019049315A1 - 注入器

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Publication number: WO2019049315A1
Application number: PCT/JP2017/032481
Authority: WO
Inventors: 弘充伊賀; 山本　裕三
Original assignee: 株式会社ダイセル
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2019-03-14
Also published as: JP7012728B2; JPWO2019049315A1

Abstract

注入器本体と、シリンジ部と、第１ピストン部と、点火装置と、封止部材と、を備える注入器において、第１ピストン部は、射出エネルギーを受ける所定端面を有し、封止部材は、点火装置により生成させる燃焼生成物を、該封止部材により区分された該点火装置側の第１空間内に封止し、さらに、固定端部と、所定端面と接触する接触部とを有している。内壁に対する固定端部の固定力は、貫通孔での第１ピストン部の摺動力より大きくされる。そして、点火装置での火薬燃焼前の状態では、接触部は、固定端部に対して点火装置側の始動位置に位置し、点火装置での火薬燃焼により、所定端面と接触して第１ピストン部の摺動とともに、固定端部に対してシリンジ部側の射出位置に移動する。この結果、火薬燃焼により生成される燃焼生成物の目的物質への作用を回避するとともに、射出のためのエネルギーを好適に目的物質に伝えることができる。

Description

注入器

　本発明は、目的物質を対象物の対象領域に注入する注入器に関する。

　注射針の有無にかかわらず、注射器では、注射液に対して加圧を行うことで、注射液の射出が実現されるが、例えば、注射針を介することなく注射を行う無針注射器では、その加圧源として火薬が使用される場合がある（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に示される無針注射器では、雷管と火工装薬が備えられ、撃鉄が雷管を刺し、雷管が発火することで、その熱エネルギーが火工装薬に伝えられる。そして、そこで火工装薬が燃焼し注射液への加圧が行われることになる。このような火工装薬としては、ニトロセルロースをベースにした単一の火薬が使用される。

　また、火薬の燃焼エネルギーは、注射器とは異なる分野においても、加圧のための動力源として利用されている。例えば特許文献２には、火薬の燃焼エネルギーを用いて、膜を介してコントロールメンバを駆動し、流路における媒体の流れを遮断するためのアクチュエータに関する技術が開示されている。当該技術では、コントロールメンバとハウジングによって挟まれた弾性変形可能な膜が、火薬の燃焼圧力を受けて変形するとともに、膜に取り付けられたシリンダ部が変位することで、該コントロールメンバが駆動されるものである。

特表２００４－５３２０４９号公報米国特許第６３９７５９５号明細書

　火薬の燃焼エネルギーを加圧のための動力源として使用する場合、その燃焼により生成される燃焼ガスや燃焼残渣等の燃焼生成物の影響を考慮する必要がある。例えば、注射器において注射液の加圧源として火薬を使用する場合、燃焼生成物が加圧対象である注射液等の目的物質に混入することは衛生上、好ましくない。

　一方で、従来技術のように弾性変形可能な膜で、火薬の燃焼が行われる空間と、加圧の対象物が配置される空間とを区別するとともに、火薬の燃焼エネルギーを膜の変形を介して加圧対象物に伝える場合、燃焼時に膜が急激に弾性変形されることになる。そして、加圧により加圧対象物を必要とする距離だけ変位させるために、その変形においては膜が当該必要距離に応じた変形量を確保する必要がある。そのため、従来技術では、火薬の燃焼によって膜がコントロールメンバに向かって大きく弾性変形する必要があり、場合によって膜の破損や開裂が懸念される。膜が破損等してしまうと、燃焼生成物を燃焼が行われる側の空間に封止しておくことは困難となる。また、膜が介在することで、コントロールメンバへの燃焼エネルギーの十分な伝達が阻害される可能性もある。

　そこで、本発明は、上記した問題に鑑み、火薬燃焼により目的物質を射出する注入器において、火薬燃焼により生成される燃焼生成物の目的物質への作用を抑制するとともに、射出のためのエネルギーを好適に目的物質に伝えることを目的とする。

　上記課題を解決するために、本発明は、注入器本体内の空間を点火装置側と第１ピストン部側とに区分する封止部材が、点火装置により生成される燃焼生成物を、該点火装置側の空間内に封止する構成を採用した。このような構成により、燃焼生成物が目的物質に混入することを防止できる。また、前記封止部材の固定力を摺動力よりも大きくするとともに、前記封止部材における、第１ピストン部との接触部が、点火装置での燃焼により、該封止部材の固定端部に対して点火装置側の始動位置からシリンジ部側の射出位置に移動する構成を採用した。このような構成により、第１ピストン部の移動量を好適に確保しながら、封止部材の破れが発生し難くなる。

　具体的には、本発明は、目的物質を対象領域に注入する注入器であって、軸方向に形成された貫通孔を有する注入器本体と、前記貫通孔内を摺動可能に配置された第１ピストン部と、前記注入器本体の先端側に配置されるシリンジ部であって、前記目的物質を収容可能な収容室と、前記第１ピストン部の摺動に伴い該収容室内の該目的物質を加圧するプランジャと、該プランジャにより加圧された該収容室内の該目的物質が流れる流路を含み、該流路の先端に形成された射出口から該目的物質を射出するノズル部と、を有するシリンジ部と、火薬を燃焼させる点火装置であって、該点火装置での火薬燃焼により前記目的物質を前記ノズル部から射出するための射出エネルギーを前記第１ピストン部に付与する点火装置と、前記注入器本体内の空間を、前記点火装置が配置される第１空間と、前記第１ピストン部が配置される第２空間とに区分し、該点火装置により生成される燃焼生成物を該第１空間内に封止する封止部材と、を備える。また、前記第１ピストン部は、前記プランジャに接触するプランジャ側端部と、前記射出エネルギーを受ける所定端面を有する所定端部と、を有し、そして、前記封止部材は、前記注入器本体内の空間を画定する内壁に固定される固定端部と、前記点火装置での火薬燃焼時に前記所定端部の前記所定端面と接触する接触部と、を有し、前記内壁に対する前記固定端部の固定力は、前記貫通孔での前記第１ピストン部の摺動力より大きくなるように構成される。更に、前記点火装置での火薬燃焼前の状態では、前記接触部は、前記固定端部に対して前記点火装置側の始動位置に位置し、前記点火装置での火薬燃焼により、前記接触部は、前記所定端面と接触し前記第１ピストン部の摺動とともに、前記固定端部に対して前記シリンジ部側の射出位置に移動するように構成される。

　本発明に係る注入器では、点火装置での火薬燃焼で生じた射出エネルギーにより、封止部材が有する接触部が始動位置から射出位置に移動し、その移動の過程において第１ピストン部の所定端面と接触し、該第１ピストン部が貫通孔内を摺動することになる。そして、第１ピストン部の摺動によりシリンジ部の収容室に収容されている目的物質に対してプランジャを介して圧力が加えられることで、該目的物質が射出口より注入器外部へ射出される。なお、封止部材における接触部の移動が火薬の燃焼に起因するものであれば、射出エネルギーを接触部を介して第１ピストン部に直接的に作用させる構成や、射出エネルギーを一旦別の気体、液体、固体等に伝播させてから、該接触部を介して第１ピストン部に間接的に作用させる構成等、適宜採用できる。

　また、目的物質は、対象領域の内部で効能が期待される成分を含むものであり、射出エネルギーによる射出が可能であれば、目的物質の注入器内の収容状態や、液体やゲル状等の流体、粉体、粒状の固体等の目的物質の具体的な物理的形態は問われない。そして、目的物質には、対象物である生体の対象領域に送り込むべき成分が含まれ、該成分は目的物質の内部に溶解した状態で存在してもよく、又は該成分が溶解せずに単に混合された状態であってもよい。一例を挙げれば、送りこむべき成分として、抗体増強のためのワクチン、美容のためのタンパク質、毛髪再生用の培養細胞等があり、これらが射出可能となるように、液体、ゲル状等の流体に含まれることで目的物質が形成される。また注入器も、針を介して目的物質を対象領域に供給するタイプであってもよいし、針を介さずに供給するタイプであってもよい。

　ここで、本発明に係る注入器において、火薬を燃焼させる点火装置とは、点火装置に収容される点火薬が点火装置の実行によって着火され、該点火薬の燃焼生成物が生成されるものであってもよいし、該点火薬の着火により公知のガス発生剤（例えば、シングルベース無煙火薬）が更に燃焼し、該点火薬及び該ガス発生剤の燃焼生成物が生成されるものであってもよく、本発明の注入器では、その具体的な点火装置の構成を限定するものではない。

　このような点火装置において火薬が燃焼すると、その燃焼生成物が注入器本体内の空間に拡散し、一般には圧力や熱等を介して第１ピストン部に射出エネルギーを伝えることになり、当該エネルギーが上記の通り目的物質の射出のための動力源となる。ここで、本発明に係る注入器には封止部が備えられるため、上記燃焼生成物は第１空間内に封止され、第２空間には入り込まない。そのため、燃焼生成物による目的物質への好ましくない作用を抑制することができる。そして、その封止効果を得るためには火薬の燃焼に対して封止部材がある程度の耐性を有する必要があり、一方で、封止部材が備えられることで、射出エネルギーの第１ピストン部への伝達が阻害されるのは好ましくない。したがって、封止部材は、燃焼生成物の好適な封止と、第１ピストン部への射出エネルギーの好適な伝達を両立する必要がある。

　そこで、封止部材においては、固定端部の固定力が、貫通孔における第１ピストン部の摺動力より大きく設定される。これにより第1空間での封止効果に影響を及ぼす封止部材を注入器本体の内壁に好適に固定し続けることができるため、注入器の組立の際に第１ピストン部を貫通孔で摺動させて、封止部材への接触状態、すなわち第１ピストン部の所定端面を封止部材の接触部に接触させた状態を安定して形成することができる。このような第１ピストン部と封止部材の安定した接触状態は、第１ピストン部への射出エネルギーの好適な伝達のために重要な要素である。

　更に、封止部材は、接触部が、注入器本体内の空間の内壁に固定される固定端部に対して、点火装置側の始動位置からシリンジ部側の射出位置に、前記第１ピストン部の所定端面に接触して移動するように構成される。このような構成により、火薬燃焼後には封止部材は固定端部に対して接触部が裏返るよう変形することになり、第１ピストン部の摺動が推進されていくことになる。そのため、従来技術のように火薬燃焼時に封止部材が一方向のみに大きく延伸された状態となることがなくなり、該封止部材が破損し難くなる。さらに、上記裏返る変形構造を採用すると、第１ピストン部の摺動に当たって、接触部の移動範囲が、固定端部に対して点火装置側の始動位置から、シリンジ部側の射出位置までとなり、目的物質の射出のための第１ピストン部の摺動距離に対応した接触部の移動量を確保しながらも、封止部材が大きな変形をする必要がなく、以て封止部材により射出エネルギーの伝達が阻害され難くなる。これは、燃焼生成物の好適な封止と、第１ピストン部への射出エネルギーの好適な伝達の両立に資するものである。

　また、上記の注入器において、前記シリンジ部は、前記注入器本体に対して取り付け可能に構成され、前記シリンジ部が前記注入器本体に取り付けられたときに、前記第１ピストン部が前記プランジャに接触する接触状態が形成されてもよい。そして、その場合、前記内壁に対する前記固定端部の固定力は、更に、前記プランジャによって前記収容室に収容されている前記目的物質を前記ノズル部側に押し出すための力よりも大きく設定されてもよい。このように構成されることで、シリンジ部の取り付けに際して封止部材がプランジャから力を受けた場合であっても封止部材の破損を好適に回避でき、以て、第１ピストン部への射出エネルギーの好適な伝達を実現できる。

　また、上記の注入器においては、前記シリンジ部が前記注入器本体に取り付けられる前において、前記第１ピストン部が前記プランジャ側端部側から前記貫通孔内に押し込み可能に構成されてもよい。このような構成により、点火装置による火薬燃焼の前に、第１ピストン部と封止部材の接触状態を好適に形成することができる。なお、第１ピストン部の押し込みは、プランジャ側端部からだけではなく第１ピストン部を変位可能な他の手段により行っても構わない。

　また、本発明に係る注入器において、前記封止部材は、弾性部材で形成されてもよい。これにより、封止部材は、点火器での火薬燃焼時に伸長することで、より好適に、燃焼生成物の封止と、第１ピストン部への射出エネルギーの伝達の両立が図られる。

　更に、前記封止部材は、前記点火装置での火薬燃焼前の状態において前記第１ピストン部の摺動方向に沿った前記所定端部の側面部を覆い、前記固定端部と前記接触部との間に形成される中間部を、有してもよく、その場合、前記点火装置での火薬燃焼による前記第１ピストン部の摺動に伴い、前記中間部が該摺動方向に伸長しながら、前記接触部が前記始動位置から前記射出位置に移動するように構成される。このように構成される注入器では、封止部材の中間部が第１ピストン部の摺動方向に伸長しながら、接触部が移動し、該第１ピストン部が推進されるので、該第１ピストン部には該伸長に対応した摺動量が与えられることになる。このような作用により、火薬燃焼による射出エネルギーが、第１ピストン部を推進させるために好適に利用されることになり、目的物質を加圧する該第１ピストン部の摺動量を好適に確保することが可能となる。また、第１ピストン部の摺動方向に伸長する中間部が弾性部材により形成されることにより、該中間部は柔軟に伸長することが可能となり、その結果、封止部材が破損し難くなる。

　なお、上記注入器において、前記所定端部における前記第１ピストン部の外径は、前記貫通孔の内径よりも小さくてもよい。その場合、前記点火装置での火薬燃焼による前記第１ピストン部の摺動に伴い、前記中間部は、前記貫通孔の内壁面に沿って、前記摺動方向に伸長する。このような構成によれば、所定端部近傍では第１ピストン部は、貫通孔に対して径方向に隙間を有することになる。そして、火薬の燃焼により接触部が移動する際には、中間部は当該隙間を利用して伸長できるので、該中間部の伸長が円滑に行いやすくなる。その結果、目的物質を加圧する第１ピストン部の摺動量を好適に確保することが可能となるとともに、封止部材の破損を回避できる。

　また、上述までの注入器において、前記貫通孔内に更に摺動可能に、且つ前記第１空間側に配置された第２ピストン部であって、前記封止部材の前記接触部を前記第１ピストン部の前記所定端面とともに挟んで配置された第２ピストン部を、更に備えてもよい。その場合、前記第２ピストン部は、前記点火装置と対向し前記射出エネルギーが入力される点火装置側端部と、該射出エネルギーを前記接触部を介して前記第１ピストン部の前記所定端面に伝える第１ピストン部側端部と、を有する。

　このように構成される注入器では、第２ピストン部の点火装置側端部によって点火装置からの射出エネルギーを受けるとともに、もう一方の端部である第１ピストン部側端部によって、第１ピストン部と第２ピストン部に挟まれた封止部材の接触部を介して該第１ピストン部の所定端面に射出エネルギーを伝える。そのため、封止部材は、点火装置からの射出エネルギーを直接受けるのではなく、第２ピストン部材を介して受けることになる。この結果、火薬燃焼時において、接触部は高温高圧の燃焼生成物に直接晒されることがなくなり、以て、接触部を含む封止部材が破損するのをより確実に回避することができる。また、接触部が第１ピストン部と第２ピストン部で挟まれているため、封止部材を上記のように裏返すための力を該封止部材に適切に掛けることができ、以て、円滑な第１ピストン部の摺動が期待できる。

　本発明によれば、火薬燃焼により目的物質を射出する注入器において、火薬燃焼により生成される燃焼生成物の目的物質への作用を抑制するとともに、射出のためのエネルギーを好適に目的物質に伝えることが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る注入器の概略構成を示す図である。図１に示す注入器のピストンの詳細を示す図である。図１に示す注入器に装着されるイニシエータ（点火装置）の概略構成を示す図である。図１に示す注入器の組立の流れを示す第１の図である。図１に示す注入器の組立の流れを示す第２の図である。図１に示す注入器において、イニシエータでの火薬燃焼前の状態と燃焼後の状態を比較して示す図である。本発明の第２実施形態に係る注入器の概略構成を示す図である。

　以下に、図面を参照して本発明の実施形態に係る注入器として、針のない無針注入器１（以下、単に「注入器１」という）を例に挙げて説明する。なお、以下の実施形態の構成は例示であり、本発明はこれらの実施の形態の構成に限定されるものではない。

＜第１実施形態＞
　図１（ａ）は注入器１の断面図であり、図１（ｂ）は注入器１を、注入液を射出するノズル部９側から見た図である。なお、本願の以降の記載においては、注入器１によって対象物の対象領域に射出される目的物質を「注入液」と総称する。しかし、これには射出される物質の内容や形態を限定する意図は無い。目的物質では、皮膚構造体に届けるべき成分が溶解していても溶解していなくてもよく、また目的物質も、加圧することでノズル部９から皮膚構造体に対して射出され得るものであれば、その具体的な形態は不問であり、液体、ゲル状、粉末状等様々な形態が採用できる。

　ここで、注入器１は、第１ハウジング３と第２ハウジング４とで構成される注入器本体２を有しており、注入器本体２の先端側（第２ハウジング４の、第１ハウジング３と接続している端部とは反対側の端部側）に、シリンジ部５が配置されている。第１ハウジング３と第２ハウジング４はネジで固定されて一体となる。ここで、第１ハウジング３の内部には、その軸方向に延在する内部空間である燃焼室３１が形成されており、また、第２ハウジング４の内部には、同じようにその軸方向に延在する内部空間である貫通孔３７が形成されている。燃焼室３１と貫通孔３７は、後述する封止部材８で区分されているものの、注入器本体２の内部において連続して配置される内部空間である。

　更に、図２に示すように、第２ハウジング４の注入器先端側（シリンジ部５が配置される側）に、シリンジ部５が取り付けられる取付空間４ｃが形成されている。また取付空間４ｃを形成する側壁４ｄの内壁面には、シリンジ部５と螺合し取り付けるためのねじ山が形成され、シリンジ部５は、取付空間４ｃの底面４ｂに突き当たるまで当該ねじ山により第２ハウジング４に対して螺合される。

　また、注入器本体２の先端側に設けられたシリンジ部５は、注入液ＭＬを収容する収容室３３を内部に有するシリンジ部本体１１と、注入液が流れる流路が形成されたノズル部９と、ノズル部９が設けられたノズルホルダー１０を有している。ノズルホルダー１０は、ガスケット１３を挟んでホルダー用キャップ１２によってシリンジ部本体１１に取り付けられている。また、シリンジ部本体１１が注入器本体２の第２ハウジング４の側壁４ｄのねじ山に螺合されることで、シリンジ部５と第２ハウジング４との取り付けが行われ、その取付状態において第２ハウジング４内の貫通孔３７と、シリンジ部本体１１内の収容室３３とは連続した空間となる。なお、その取付状態では、注入液ＭＬは、プランジャ７によって収容室３３内に液密に収容されており、このプランジャ７が貫通孔３７側に露出した状態となっている。ここで、プランジャ７は、収容室３３内を摺動可能に配置され、さらに、摺動することにより注入液ＭＬを加圧し、ノズル部９からの注入液の射出が行われることになる。また、プランジャ７は、円滑に収容室３３内を摺動できるように、表面にシリコンオイルを薄く塗布したゴム部材により形成される。

　次に、注入器本体２の第２ハウジング４内の貫通孔３７には、金属製のピストン６が配置され、該ピストン６は、貫通孔３７内を摺動可能に保持されている。ここで、ピストン６の詳細を第２ハウジング４との位置関係が把握できるように図２に示す。ピストン６は、貫通孔３７の軸方向に沿って延在する概ね軸状に形成され、燃焼室３１側の端部（以下、「第１端部」という）６ａと、シリンジ部５側の端部、すなわちシリンジ部５に配置されるプランジャ７に接触する端部（以下、「第２端部」という）６ｂとを有し、また、ピストン６が貫通孔３７内を円滑に摺動できるようにピストン６の周囲にＯリング６ｃが配置されている。ここで、第１ハウジング３（図２中では、点線で表示）と第２ハウジング４とが取り付けられて注入器本体２を形成し、後述の点火装置であるイニシエータ２０で火薬燃焼が行われる前の状態（以下、「点火前状態」という）において、第１端部６ａは、第１ハウジング３の燃焼室３１内に嵌まり込んでいる第２ハウジング４の嵌入部４ａの端面から、燃焼室３１側に実質的に飛び出した状態となっている。また、第１端部６ａの直径ｄ１は、貫通孔３７の直径ｄ０よりも小さい。したがって、ピストン６が貫通孔３７内をシリンジ部５側に摺動したときには、第１端部６ａの側面（ピストン６の軸方向に沿った面）と貫通孔３７の内壁面との間に一定の隙間が形成されることになる。

　ここで、図１に示す点火前状態では、注入器本体２の内壁の一部である、第２ハウジング４の嵌入部４ａの端面上に封止部材８が固定され、該封止部材８は、弾性材料で形成され、注入器本体２内の空間を、イニシエータ２０側に位置する燃焼室３１を含む空間（本発明に係る第１空間に相当する）とピストン６側に位置する貫通孔３７を含む空間（本発明に係る第２空間に相当する）とに区分し、それによりイニシエータ２０での火薬燃焼により生成される燃焼生成物が、燃焼室３１内に封止されるようになっている。なお、封止部材８の構造の詳細、及びイニシエータ２０での火薬燃焼による動作については後述する。

　ここで、イニシエータ２０の例について図３に基づいて説明する。イニシエータ２０は電気式の点火装置であり、表面が絶縁カバーで覆われたカップ２１によって、点火薬２２を配置するための空間が該カップ２１内に画定される。そして、その空間に金属ヘッダ２４が配置され、その上面に筒状のチャージホルダ２３が設けられている。該チャージホルダ２３によって点火薬２２が保持される。この点火薬２２の底部には、片方の導電ピン２８と金属ヘッダ２４を電気的に接続したブリッジワイヤ２６が配線されている。なお、二本の導電ピン２８は非電圧印加時には互いが絶縁状態となるように、絶縁体２５を介して金属ヘッダ２４に固定される。さらに、絶縁体２５で支持された二本の導電ピン２８が延出するカップ２１の開放口は、樹脂カラー２７によって導電ピン２８間の絶縁性を良好に維持した状態で保護されている。

　このように構成されるイニシエータ２０においては、外部電源によって二本の導電ピン２８間に電圧印加されるとブリッジワイヤ２６に電流が流れ、それにより点火薬２２が燃焼する。このとき、点火薬２２の燃焼による燃焼生成物はチャージホルダ２３の開口部から噴出されることになる。また、イニシエータ用キャップ１４は、イニシエータ２０の外表面に引っ掛かるように断面が鍔状に形成され、且つ第１ハウジング３に対してネジ固定される。これにより、イニシエータ２０は、イニシエータ用キャップ１４によって第１ハウジング３に対して固定され、以てイニシエータ２０での点火時に生じる圧力で、イニシエータ２０自体が注入器本体２から脱落することを防止できる。

　ここで、注入器１において用いられる点火薬２２として、好ましくは、ジルコニウムと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＺＰＰ）、水素化チタンと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＴＨＰＰ）、チタンと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＴｉＰＰ）、アルミニウムと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＡＰＰ）、アルミニウムと酸化ビスマスを含む火薬（ＡＢＯ）、アルミニウムと酸化モリブデンを含む火薬（ＡＭＯ）、アルミニウムと酸化銅を含む火薬（ＡＣＯ）、アルミニウムと酸化鉄を含む火薬（ＡＦＯ）、もしくはこれらの火薬のうちの複数の組合せからなる火薬が挙げられる。これらの火薬は、点火直後の燃焼時には高温高圧のプラズマを発生させるが、常温となり燃焼性生物が凝縮すると気体成分を含まないために発生圧力が急激に低下する特性を示す。なお、これら以外の火薬を点火薬として用いても構わない。

　ここで、図１に示す燃焼室３１内には何も配置されていないが、点火薬２２の燃焼によって生じる燃焼生成物によって燃焼しガスを発生させるガス発生剤を、燃焼室３１内に配置するようにしてもよい。仮に燃焼室３１内にガス発生剤を配置させる場合、その一例としては、ニトロセルロース９８質量％、ジフェニルアミン０．８質量％、硫酸カリウム１．２質量％からなるシングルベース無煙火薬が挙げられる。また、エアバッグ用ガス発生器やシートベルトプリテンショナ用ガス発生器に使用されている各種ガス発生剤を用いることも可能である。このようなガス発生剤の併用は、上記点火薬２２のみの場合と異なり、燃焼時に発生した所定のガスは常温においても気体成分を含むため、発生圧力の低下率は小さい。さらに、当該ガス発生剤の燃焼時の燃焼完了時間は、上記点火薬２２と比べて極めて長いが、燃焼室３１内に配置されるときの該ガス発生剤の寸法や大きさ、形状、特に表面形状を調整することで、該ガス発生剤の燃焼完了時間を変化させることが可能である。このようにガス発生剤の量や形状、配置を調整することで、燃焼室３１内での発生圧力を適宜調整できる。

　なお、ノズル部９は、ノズルホルダー１０に複数形成されてもよく、または、一つ形成されてもよい。複数のノズル部が形成される場合には、各ノズルに対して解放された注入液ＭＬが可及的に均等に送り込まれるように、各ノズル部に対応する流路が形成される。さらに、複数のノズル部９が形成される場合には、図１（ｃ）に示すように、注入器１の中心軸の周囲に等間隔で各ノズル部が配置されるのが好ましい。また、ノズル部９の流路径は、貫通孔３７の内径よりも細くなるように構成されている。これにより、射出時の注入液の射出圧力を好適に上昇させることができる。

　ここで、点火前状態における封止部材８の詳細について説明する。図１に示すように、封止部材８は、燃焼室３１側に飛び出して配置されているピストン６の第１端部６ａを覆うように形成されている。具体的には、封止部材８は、第２ハウジング４の嵌入部４ａ上に固定された固定端部３５と、第１端部６ａの端面に接触し当該端面を覆うように位置する接触部３４と、接触部３４と固定端部３５との間に形成され第１端部６ａの側面部を覆うように位置する中間部３６とを有している。したがって、図１に示すように、注入器１の軸方向に沿った断面では、封止部材８はコの字状に形成され、その底面に相当する接触部３４は、固定端部３５に対してイニシエータ２０側（図１に向かって左側）の始動位置に位置することになる。

　また、上記の通り弾性部材で形成されている封止部材８は、第２ハウジング４の嵌入部４ａの端面上に固定され、その固定された封止部材８の端部が固定端部３５となる。この固定端部３５の嵌入部４ａの端面に対する固定力は、貫通孔３７でのピストン６の摺動力より大きくなるように、固定端部３５での固定力が決定されている。当該固定力は、第１空間に相当する燃焼室３１における、燃焼生成物の封止性能が維持される範囲で封止部材８を第２ハウジング４から脱離させる外力に抗するための、固定端部３５と嵌入部４ａとの間の結合力である。当該離脱させる外力の一例としては、ピストン６が封止部材８を押す押圧力等が挙げられる。また、当該摺動力は、ピストン６を貫通孔３７内で摺動させるために、その摺動方向に沿ってピストン６に対して印加する力である。上記の通り、ピストン６にはＯリング６ｃが配置されているため、Ｏリング６ｃを介してピストン６と貫通孔３７との間に生じる摩擦力に抗する力が、概ね当該摺動力となる。なお、Ｏリング以外にも摩擦力を生じさせる要素がある場合には、その要素による摩擦力も考慮して摺動力が認定される。

　ここで、固定端部３５での固定力の設定については、例えば、封止部材８がピストン６から受ける力に対して十分に安定して嵌入部４ａの端面への固定が維持されるように、想定されるピストン６の摺動力に所定の安全率λを乗じた固定力を、固定端部３５で生じさせてもよい。所定の安全率λとしては、例えば１０と設定してもよい。例えば、ピストン６の直径が異なる、下記の表１に示す２つのケースにおいて（ケース１ではφ5.8mm、ケース２ではφ8.8mm）、ピストン６の摺動力の測定実験を３回行い、その平均値を各ケースにおける基準の摺動力とする（ケース１では0.28kgf、ケース２では0.51kgf）。そして、その基準の摺動力に安全率１０倍を乗じて算出される力が、各ケースに対応する固定端部３５での固定力とされ（ケース１では2.8kgf、ケース２では5.1kgf）、その固定力が実現されるように固定端部３５と嵌入部４ａの端面とが固定される。

　次に、図４Ａ及び図４Ｂに基づいて、注入器１の組立方法について説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、注入器１が組み立てられていく流れを、ステップ１～ステップ６の順で示している。
　（ステップ１）
　第２ハウジング４の嵌入部４ａの端面に封止部材８の固定端部３５が接着剤によって固定される。この接着剤による固定力が、上述したようにピストン６の摺動力に所定の安全率λを乗じた値以上となるように、接着剤の種類や接着条件などが調整される。なお、固定端部３５が嵌入部４ａの端面に固定された直後の状態では、ピストン６はまだ第２ハウジング４には挿入されておらず、ピストン６の第１端部６ａと封止部材８の接触部３４とは接触していない。
　（ステップ２）
　次のステップでは、取付空間４ｃ側から第２ハウジング４の貫通孔３７内に、第１端部６ａを頭にしてピストン６を挿入し、コの字形状を有している封止部材８の凹部（中間部３６と接触部３４とで形成された凹部）に第１端部６ａを嵌め込んでいく。なお、中間部３６による当該凹部の直径は、第１端部６ａの直径よりやや大きいため、ピストン６を押し込む際にピストン６に掛かる力は、概ねピストン６と貫通孔３７との間の摩擦力、すなわち摺動力となる。

　（ステップ３）
　そして、ピストン６の押し込みが進むと、第１端部６ａが接触部３４に接触する。このとき、上記の通り封止部材８の固定端部３５での固定力は、ピストン６の摺動力の１０倍に設定されているため接触と同時にピストン６からの反力が急激に大きくなる。そのため、押し込み動作により第１端部６ａと接触部３４との接触状態が形成されたことを的確に且つ速やかに認識することができる。このことは、ピストン６押し込み過ぎることでピストン６から封止部材８に過度な力が掛かり、封止部材８の適切な固定状態（すなわち、燃焼室３１に燃焼生成物を封止し得るのに必要な固定状態）を毀損してしまうことを回避することができる。特に、封止部材８の内部は外部から見えないため、上記接触状態が形成されたときにピストン６を押し込む力を急変させることは、接触部３４と第１端部６ａとの好適な接触状態の確保のために極めて有用である。なお、このように接触部３４と第１端部６ａとの好適な接触状態は、後述するように注入器１による注入液の注入を確実なものとするために、極めて重要な要素である。また、接触部３４と第１端部６ａとが接触した状態となると、ピストン６の第２端部６ｂの端面は、底面４ｂと面一の位置、又は、底面４ｂより貫通孔３７内の位置に保持される。

　（ステップ４）
　そして、接触部３４と第１端部６ａとを接触させた後は、第２ハウジング４を第１ハウジング３に対して螺合する。このとき、第２ハウジング４の嵌入部４ａが、第１ハウジング３の内部に入り込んでいく。この結果、第１ハウジング３の内部において封止部材８によって燃焼室３１が形成される。

　（ステップ５）
　そして、ステップ５では、第２ハウジング４に対してシリンジ部５が螺合される。なお、第２ハウジング４へのシリンジ部５の取り付け前の状態（図４Ｂに示す状態）では、ピストン６の第２端部６ｂが底面４ｂより貫通孔３７の内部寄りの位置に保持されており、一方で、シリンジ部５のプランジャ７の端部（注入液ＭＬに接していない端部）は、シリンジ部本体１１の端面より若干外側に飛び出した状態となっている。これにより、第２ハウジング４に対してシリンジ部５を螺合し取り付けると、第２ハウジング４内に配置されているピストン６の第２端部６ｂにプランジャ７が接触した状態が形成される（ステップ６を参照）。なお、封止部材８の固定端部３５での固定力は、収容室３３に収容されている注入液ＭＬをプランジャ７によって押し出し得る力よりも大きく設定されているため、仮に螺合時にプランジャ７がピストン６により大きく干渉し得る場合でも、結果的に注入液ＭＬが排出されやすくなっており、以て封止部材８に過度な力が掛かり破損してしまうのを回避することができる。

　なお、図４Ａ及び図４Ｂに示す組立方法では、ピストン６を第２ハウジング４内に押し込んで封止部材８の凹部に第１端部６ａを嵌め込み、第１端部６ａと接触部３４とを接触させた後に、第１ハウジング３と第２ハウジング４とを螺合させるが、その態様に代えて以下のように組立を行ってもよい。すなわち、ステップ１で封止部材８を取り付けた状態で、その第２ハウジング４を第１ハウジング３に対して螺合する（ステップ４を参照）。その後、ステップ２のようにピストン６を第２ハウジング４内に挿入し封止部材８の凹部に第１端部６ａを嵌め込み、第１端部６ａを封止部材８の接触部３４に接触させる（ステップ３を参照）。このような組立の流れに従っても、上記の通り、第１端部６ａと接触部３４との接触と同時にピストン６からの反力が急激に大きくなるため、その接触状態が形成されたことを的確に且つ速やかに認識することができる。

　更に、別の態様では、封止部材８を先に第１ハウジング３に取り付け、すなわち、固定端部３５を介して封止部材８を第１ハウジング３に固定し、その後、ピストン６が内部に配置された第２ハウジング４を、第１ハウジング３に対して螺合してもよい。この場合、接触部３４と第１端部６ａの接触状態が形成されるようにピストン６や第２ハウジング４の寸法・形状が調整されるとともに、封止部材８の固定が適切に行われるように、固定端部３５を接合するための嵌め込み溝等の適切な構成が第１ハウジング３の内壁に形成されてもよい。

　ここで、イニシエータ２０の点火薬２２が燃焼したときの封止部材８の動き、及び注入器１における注入液の射出状態について図５に基づいて説明する。図５は、上段に点火前状態の注入器１の構成を示し、下段には点火薬２２の燃焼により注入液の射出が完了した状態（以下、「射出完了状態」という）の注入器１の構成を示している。図５における点火前状態及び射出完了状態の比較においては、封止部材８の固定端部３５の位置を揃えて、注入器１の軸方向に両状態を並べて表示している。そして、両状態に共通する固定端部３５の位置をＸ０と表示し、位置Ｘ０を含む基準線をＬ０と表示している。

　更に、燃焼前状態においては、接触部３４の位置はＸ１で表示され、上記の通り位置Ｘ０に対してイニシエータ２０側の位置となっている。また、このときのプランジャ７の位置はＰ１で表示されている。ここで、点火薬２２が燃焼すると、燃焼室３１内に燃焼生成物が拡散し、燃焼室３１内の圧力が上昇する。これにより、封止部材８にもその圧力が掛かることになるが、特に、ピストン６をシリンジ部５側に押圧する圧力は、封止部材８のうち接触部３４を介してピストン６に掛かる圧力である。したがって、接触部３４が接触するピストン６の第１端部６ａの端面は、イニシエータ２０からの射出エネルギーを受ける端面となる。

　このように接触部３４は、封止部材８のうち、点火薬２２の燃焼によって生成される射出エネルギーをピストン６側に伝達する部位である。その結果、封止部材８は、接触部３４がシリンジ部５側に移動するとともにピストン６が貫通孔３７内を摺動していくことになる。そして、ピストン６が摺動していくと、プランジャ７が注入液ＭＬを押圧し、その結果、注入液ＭＬはノズル部９より対象領域に対して射出されることになる。ここで、注入液ＭＬの射出が完了した射出完了状態では、図５の下段に示すように接触部３４がピストン６の第１端部６ａの端面と接触しているが、プランジャ７がノズル部９が形成されているノズルホルダー１０の内壁面に当接しているため、ピストン６の摺動は制限されている。この状態における接触部３４の位置は射出位置とされＸ２で表示されており、位置Ｘ０に対してシリンジ部５側の位置となっている。なお、プランジャ７の位置がＰ２で表示されている。

　このように注入器１では、点火薬２２の燃焼の過程において、封止部材８の接触部３４は、燃焼前状態の始動位置Ｘ１から射出完了状態の射出位置Ｘ２へと移動することになる。この接触部３４の移動による移動距離（Ｘ２－Ｘ１）は、注入液ＭＬの射出のためのプランジャ７の移動距離（Ｐ２－Ｐ１）に相当する。そして、この移動に伴って、封止部材８は裏返るように変形することになる。すなわち、注入液ＭＬを射出するために必要なピストン６やプランジャ７の移動距離は、封止部材８の当該裏返る変形によって確保されることになる。このように封止部材８が裏返る変形を行う場合、封止部材８自体は大きく弾性変形する必要はなく、固定端部３５を除く中間部３６や接触部３４の変位が主体となる。仮に、点火薬２２の燃焼で生じた射出エネルギーによって接触部３４がシリンジ部５側に大きく変位した結果、中間部３６が伸長する場合であっても、中間部３６は、先ず、図５の上段に示す状態からシリンジ部５側に移動し、その後接触部３４の変位にともなって伸長していくことになる。そのため、中間部３６そのものの弾性変形量を小さく抑えることが可能となり、注入液ＭＬの射出のためのプランジャ７の移動距離を十分に確保しながらも封止部材８の破損を抑制することができる。これにより、燃焼生成物が注入液に混入することを、封止部材８によって十分に抑制し続けることが可能となる。

　また、上記の通り、ピストン６の第１端部６ａの直径ｄ１は、貫通孔３７の内径ｄ０よりも小さく構成されている。そのため、上述の封止部材８の裏返る変形が行われる際に、中間部３６が第１端部６ａと貫通孔３７との間の隙間に入り込み、貫通孔３７の内壁面に沿ってその裏返る変形及び伸長を円滑に行うことが可能となる。なお、接触部３４は、射出位置にあるときにピストン６の第１端部６ａの端面に必ずしも接触している必要はなく、注入液ＭＬの射出のためにピストン６を摺動させる限りにおいては、接触部３４は射出位置に至ったときに当該端面とは非接触状態となっていても構わない。

＜第２実施形態＞
　図６は本発明の第２実施形態を示す。上記第１実施形態は、イニシエータ２０による射出エネルギーを封止部材８を介してピストン６に作用させる構成であり、該封止部材８は燃焼ガスに直接曝されることになる。一方本実施形態では、射出エネルギーを一旦ピストン６０に伝播させてから、封止部材８を介してピストン６に間接的に作用させる構成であり、該封止部材８が燃焼生成物に直接暴露されるのを抑制することができる。なお、本実施形態では、注入器本体２は、第１ハウジング３Ａと第２ハウジング４によって形成され、また、上記第１実施形態と実質的に同一の構成については、同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。

　第１ハウジング３Ａ内には燃焼室３１が形成されており、燃焼室３１にはイニシエータ２０による燃焼生成物が拡散するように構成されている。ここで、燃焼室３１に金属製のピストン６０が更に配置され、燃焼室３１内を摺動可能に保持されている。ピストン６０は、一方の端部がイニシエータ２０と対向し、且つ、他方の端部が、封止部材８の接触部３４をピストン６の第１端部６ａと挟むように配置されている。したがって、イニシエータ２０の作動によって点火薬２２が燃焼すると、射出エネルギーがピストン６０におけるイニシエータ２０と対向する端部に入力され、その後、封止部材８の接触部３４を介してピストン６に伝達されていく。そのため、点火薬２２の燃焼により、ピストン６０とともにピストン６が摺動していくことになる。このときも、封止部材８は、上記の第１の実施形態と同じように裏返る変形を行うことになる。特に、本実施形態では、接触部３４がピストン６とピストン６０とに挟まれた状態となるため、封止部材８の変形が特定の方向に制限されることになり、以て上記裏返る変形が円滑に行われやすくなる。また、本実施形態では、射出エネルギーを一旦ピストン６０に入力させているため、封止部材８が燃焼生成物に直接暴露されるのを抑制することができ、その結果、封止部材８に掛かる熱ストレスを軽減でき、その破損をより確実に抑制することが可能となる。

＜実施例１＞
　上記第１の実施形態に係る注入器１において、イニシエータ２０での火薬燃焼の際の、封止部材８による封止が達成されるか否かを確認する確認実験を行った。封止部材８の材料は、ゴム材料としてＮＢＲ（ニトリルゴム）を採用するとともに、ゴム材料の硬度及び作動時の注入器１の温度条件をそれぞれ変化させた場合の、封止部材８における破損等を目視により確認した。

　具体的には、ゴム材料の硬度は、５０度、７０度の２種類である。また、注入器１の温度条件は、高温（５０度）、常温（２０度）、低温（０度）の３種類である。更に、火薬燃焼時の燃焼室３１内の圧力は、ピーク値で３０ＭＰａであり、封止部材８の厚さは１ｍｍである。各硬度及び温度条件において、イニシエータ２０の火薬燃焼を３回ずつ行い、封止部材８に破損等が認められた回数を確認した結果、全ての条件において破損は認められなかった。

＜実施例２＞
　上記第２の実施形態に係る注入器１において、イニシエータ２０での火薬燃焼の際の、封止部材８による封止が達成されるか否かを確認する確認実験を行った。封止部材８の材料は、ゴム材料としてクロロプレンとＮＢＲをそれぞれ採用するとともに、各ゴム材料において、作動時の注入器１の温度条件をそれぞれ変化させた場合の、封止部材８における破損等を目視により確認した。

　具体的には、ゴム材料にクロロプレンを採用した場合のその硬度は６５度であり、ＮＢＲを採用した場合のその硬度は７０度である。また、注入器１の温度条件は、高温（５０度）、常温（２０度）、低温（０度）の３種類である。更に、火薬燃焼時の燃焼室３１内の圧力は、ピーク値で３０ＭＰａであり、封止部材８の厚さは１ｍｍである。各ゴム材料及び温度条件において、イニシエータ２０の火薬燃焼を３回ずつ行い、封止部材８に破損等が認められた回数を確認した結果、全ての条件において破損は認められなかった。

　以上より、何れの実施形態においても、封止部材８を形成するゴム材料としてＮＢＲを好適に採用することが可能であることが理解できる。また、第２の実施形態においては、当該ゴム材料として更にクロロプレンの採用も可能である。なお、上記実施例の結果は、あくまでも一例であり、ゴム材料の硬度を調整したり、注入器１の温度条件を限定したりすることで、第１の実施形態においても、クロロプレンを当該ゴム材料として採用することも可能と考えられる。

＜その他の実施例＞
　本発明に係る注入器１によれば、上述した注入液を皮膚構造体に注入する場合以外にも、例えば、ヒトに対する再生医療の分野において、対象となる細胞や足場組織・スキャフォールドに培養細胞、幹細胞等を播種することが可能となる。例えば、特開２００８－２０６４７７号公報に示すように、移植される部位及び再細胞化の目的に応じて当業者が適宜決定し得る細胞、例えば、内皮細胞、内皮前駆細胞、骨髄細胞、前骨芽細胞、軟骨細胞、繊維芽細胞、皮膚細胞、筋肉細胞、肝臓細胞、腎臓細胞、腸管細胞、幹細胞、その他再生医療の分野で考慮されるあらゆる細胞を、注入器１により注入することが可能である。より具体的には、上記播種すべき細胞を含む液（細胞懸濁液）を、収容室３３に収容し、それに対して加圧することで、移植される部位に所定の細胞を注入、移植する。

　さらには、特表２００７－５２５１９２号公報に記載されているような、細胞や足場組織・スキャフォールド等へのＤＮＡ等の送達にも、本発明に係る注入器１を使用することができる。この場合、針を用いて送達する場合と比較して、本発明に係る注入器１を使用した方が、細胞や足場組織・スキャフォールド等自体への影響を抑制できるためより好ましいと言える。

　さらには、各種遺伝子、癌抑制細胞、脂質エンベロープ等を直接目的とする組織に送達させたり、病原体に対する免疫を高めるために抗原遺伝子を投与したりする場合にも、本発明に係る注入器１は好適に使用される。その他、各種疾病治療の分野（特表２００８－５０８８８１号公報、特表２０１０－５０３６１６号公報等に記載の分野）、免疫医療分野（特表２００５－５２３６７９号公報等に記載の分野）等にも、当該注入器１は使用することができ、その使用可能な分野は意図的には限定されない。

１・・・・注入器
２・・・・注入器本体
５・・・・シリンジ部
６・・・・ピストン
７・・・・プランジャ
８・・・・封止部材
９・・・・ノズル部
１０・・・・ノズルホルダー
１１・・・・充填ケース
２０・・・・イニシエータ
２２・・・・点火薬
３１・・・・燃焼室
３３・・・・収容室
３４・・・・接触部
３５・・・・固定端部
３６・・・・中間部
３７・・・・貫通孔
６０・・・・ピストン

Claims

　目的物質を対象領域に注入する注入器であって、
　軸方向に形成された貫通孔を有する注入器本体と、
　前記貫通孔内を摺動可能に配置された第１ピストン部と、
　前記注入器本体の先端側に配置されるシリンジ部であって、前記目的物質を収容可能な収容室と、前記第１ピストン部の摺動に伴い該収容室内の該目的物質を加圧するプランジャと、該プランジャにより加圧された該収容室内の該目的物質が流れる流路を含み、該流路の先端に形成された射出口から該目的物質を射出するノズル部と、を有するシリンジ部と、
　火薬を燃焼させる点火装置であって、該点火装置での火薬燃焼により前記目的物質を前記ノズル部から射出するための射出エネルギーを前記第１ピストン部に付与する点火装置と、
　前記注入器本体内の空間を、前記点火装置が配置される第１空間と、前記第１ピストン部が配置される第２空間とに区分し、該点火装置により生成される燃焼生成物を該第１空間内に封止する封止部材と、
　を備え、
　前記第１ピストン部は、前記プランジャに接触するプランジャ側端部と、前記射出エネルギーを受ける所定端面を有する所定端部と、を有し、
　前記封止部材は、
　前記注入器本体内の空間を画定する内壁に固定される固定端部と、
　前記点火装置での火薬燃焼時に前記所定端部の前記所定端面と接触する接触部と、
　を有し、
　前記内壁に対する前記固定端部の固定力は、前記貫通孔での前記第１ピストン部の摺動力より大きく、
　前記点火装置での火薬燃焼前の状態では、前記接触部は、前記固定端部に対して前記点火装置側の始動位置に位置し、
　前記点火装置での火薬燃焼により、前記接触部は、前記所定端面と接触し前記第１ピストン部の摺動とともに、前記固定端部に対して前記シリンジ部側の射出位置に移動するように構成される、
　注入器。
　前記シリンジ部は、前記注入器本体に対して取り付け可能に構成され、
　前記シリンジ部が前記注入器本体に取り付けられたときに、前記第１ピストン部が前記プランジャに接触する接触状態が形成され、
　前記内壁に対する前記固定端部の固定力は、更に、前記シリンジ部の取り付け時に前記プランジャによって前記収容室に収容されている前記目的物質を前記ノズル部側に押し出す力よりも大きく設定される、
　請求項１に記載の注入器。
　前記シリンジ部が前記注入器本体に取り付けられる前において、前記第１ピストン部が前記プランジャ側端部側から前記貫通孔内に押し込み可能に構成される、
　請求項１又は請求項２に記載の注入器。
　前記封止部材は、弾性部材で形成される、
　請求項１から請求項３の何れか１項に記載の注入器。
　前記封止部材は、前記点火装置での火薬燃焼前の状態において前記第１ピストン部の摺動方向に沿った前記所定端部の側面部を覆い、前記固定端部と前記接触部との間に形成される中間部を、更に有し、
　前記点火装置での火薬燃焼による前記第１ピストン部の摺動に伴い、前記中間部が該摺動方向に伸長しながら、前記接触部が前記始動位置から前記射出位置に移動する、
　請求項４に記載の注入器。
　前記所定端部における前記第１ピストン部の外径は、前記貫通孔の内径よりも小さく、　前記点火装置での火薬燃焼による前記第１ピストン部の摺動に伴い、前記中間部は、前記貫通孔の内壁面に沿って、前記摺動方向に伸長する、
　請求項５に記載の注入器。
　前記貫通孔内に更に摺動可能に、且つ前記第１空間側に配置された第２ピストン部であって、前記封止部材の前記接触部を前記第１ピストン部の前記所定端面とともに挟んで配置された第２ピストン部を、更に備え、
　前記第２ピストン部は、前記点火装置と対向し前記射出エネルギーが入力される点火装置側端部と、該射出エネルギーを前記接触部を介して前記第１ピストン部の前記所定端面に伝える第１ピストン部側端部と、を有する、
　請求項１から請求項６の何れか１項に記載の注入器。