ОДНОРАЗОВЫЙ ИНЪЕКТОР С ВЫСОКОЙ ИНЪЕКЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТЬЮ
DISPOSABLE INJECTOR WITH HIGH INJECTION RELIABILITY

Изобретение относится к одноразовому инъектору с корпусом, который включает, по меньшей мере, один стержень, работающий на сжатие, с блоком цилиндр-поршень, с плунжером, управляющим поршнем, со спусковым устройством и с предварительно напряженным, заблокированным с помощью стержня, работающего на сжатие, и приводимым в действие с помощью спускового устройства пружинным аккумулятором энергии, причем стержень, работающий на сжатие, с помощью пружинного аккумулятора энергии и плунжера, управляющего поршнем, может перемещаться со скольжением вдоль, по меньшей мере, спускового элемента спускового устройства и вытеснять, и причем блок цилиндр-поршень может приводиться в действие с помощью пружинного аккумулятора энергии.
Из опубликованного патента Германии DE 102007034871 известен подобного рода одноразовый инъектор. Если это устройство устанавливается на место инъекции со слишком небольшим прижимом, возникает опасность, что раствор для инъекций отклонится в боковом направлении от оси струи инъекции. Это приводит к так называемой «мокрой инъекции».
Европейский патент ЕР 1336419 А1 раскрывает струйный инъектор, включающий корпус, камеру с жидкостью, поршень, источник, создающий силу, активирующий элемент для активации источника, создающего силу, и защиту для иглы, которая расположена на дистальном конце корпуса для закрытия иглы.
Из патента США US 2002/0099329 А1 известен приводимый в действие газом безыгольный инъектор, причем с помощью осевого перемещения колпачка, канюля вдавливается в газовый патрон.
Из патента Германии DE 102005062206 В3 известен одноразовый инъектор с корпусом, в котором расположен, по меньшей мере, один механический пружинный аккумулятор энергии, по меньшей мере, один, по крайней(меньшей) мере, периодически заполняемый активным веществом, блок цилиндр-поршень, по меньшей мере, один плунжер, управляющий поршнем, и, по меньшей мере, одно спусковое устройство. При этом пружинный аккумулятор энергии включает предварительно напряженный пружинный элемент, который удерживается в предварительно напряженном положении тяговым средством, окружающим его, по меньшей мере, местами. Далее спусковое устройство включает режущий инструмент, который для высвобождения энергии пружинного аккумулятора энергии перерезает(рассекает) или ослабляет тяговое средство, по меньшей мере, в одном месте, причем ослабление вызывает мгновенный разрыв тягового средства.
Поэтому в основе изобретения лежит задача создания одноразового инъектора, при применении которого обеспечивается нужное минимальное усилие прижима.
Эта задача решается с помощью признаков основного пункта формулы изобретения. Для этого при нагружении предварительно напряженным пружинным аккумулятором энергии сопряжение обращенных друг к другу внутренней стенки пускового элемента и поверхности прилегания стержня, работающего на сжатие, имеет, по меньшей мере, более высокий коэффициент трения скольжения, чем сопряжение обращенных друг к другу сопряженной поверхности плунжера, управляющего поршнем, и опорной поверхности стержня, работающего на сжатие.
Другие детали изобретения следуют из зависимых пунктов и приведенного ниже описания схематически изображенных примеров осуществления.
Фигура 1: Одноразовый инъектор с двумя деформированными в блокирующем положении стержнями, работающими на сжатие;
Фигура 2: Одноразовый инъектор при приведении в действие;
Фигура 3: Одноразовый инъектор после приведения в действие;
Фигура 4: Деталь из фигуры 1;
Фигура 5: Разрез по фигуре 4;
Фигура 6: Вид сверху развертки поверхности прилегания;
Фигура 7: Вариант к фигуре 5;
Фигура 8: Вид развертки внутренней стенки;
Фигура 9: Вариант к фигуре 8.
Фигуры 1-3 показывают одноразовый инъектор в трех различных состояниях приведения в действие. На фигуре 1 изображен инъектор перед заполнением и приведением в действие. Фигура 2 показывает инъектор при приведении в действие и фигура 3 после приведения в действие.
Представленный на фигурах 1-3 одноразовый инъектор состоит из корпуса 10, блока 100 цилиндр-поршень, плунжера 60, управляющего поршнем, и винтовой нажимной пружины 50 в качестве пружинного аккумулятора энергии. К тому же на корпусе 10 расположены спусковое устройство 80 со спусковым элементом 82 и предохранительный элемент 90. Блок 100 цилиндр-поршень в изображении на фигуре 1 спереди закрыт с помощью закрывающего колпачка 120 в комбинации с заглушкой 128.
Корпус 10 цельный, в форме открытого снизу стакана с лежащим вверху дном 39. Он изготовлен методом литья под давлением, например, из усиленного стекловолокном полиамида. Корпус 10 имеет форму простирающейся трубы и разделен на две функциональные области, с одной стороны верхнюю область 31 оболочки и с другой стороны нижнюю область 41 фиксации.
В области 31 оболочки корпус 10 имеет, например, два расположенные друг напротив друга, имеющие вид окошек проема 33. На нижнем краю отдельного проема 33 в виде упругой работающей на изгиб балки образован соответственно работающий на сжатие стержень 21. Место образования для работающих на сжатие стержней 21 лежит практически над областью фиксации 41. Для образования соответствующего работающего на сжатие стержня 21 в нижней области участка 13 оболочки находится узкий, по меньшей мере, примерно u-образный зазор, который сбоку и сверху окружает отдельный работающий на сжатие стержень 21.
Работающий на сжатие стержень 21 имеет, примерно, на 80% своей длины толщину стенки и кривизну стенки корпуса 10. Эта область, кроме того, имеет функцию упруго работающей на изгиб балки 28. Она имеет серповидное поперечное сечение.
При необходимости часть этой работающей на изгиб балки 28 может быть снабжена также прямоугольным поперечным сечением, чтобы уменьшить возникающие при использовании изгибающие напряжения в краевой области балки, работающей на изгиб.
В инъекторах, в которых плунжер 60, управляющий поршнем, установлен в корпусе 10, по меньшей мере, частично с небольшим зазором и плунжер 60, управляющий поршнем? имеет достаточную прочность на изгиб, вместо двух или нескольких работающих на сжатие стержней 21 может применяться только один работающий на сжатие стержень 21.
Здесь верхний свободный конец отдельного работающего на сжатие стержня 21 образуется выступающим радиально наружу кулачком 22. Последний имеет, по меньшей мере, ориентированную в направлении осевой линии 5 опорную поверхность 23 и обращенную от осевой линии поверхность 24 прилегания.
В нижней области корпуса 10 находятся фиксирующие элементы для крепления блока 100 цилиндр-поршень. Блок 100 цилиндр-поршень в примере осуществления состоит из прозрачного цилиндра 101, заполняемого раствором 1 для инъекций. На фигуре 1 поршень 111 находится в передней части. Над поршнем 111 в корпусе 10 расположен плунжер 60, управляющий поршнем, например, так, что хотя он не касается поршня 111, однако своим нижним концом сбоку устанавливается, например, в верхней области цилиндра 101.
Нижняя половина корпуса 10 окружена имеющим вид втулки спусковым элементом 82. Он, например, выполнен, в основном, цилиндрическим и изготовлен, например, из акрилнитрил-бутадиен-стирол-сополимера (ABS). Спусковой элемент 82 установлен с возможностью продольного перемещения на радиальной наружной поверхности 13 корпуса 10. С обратной стороны он заканчивается краем 85 с острой кромкой, который является частью находящейся с торцовой стороны отскакивающей стороны 84 спускового элемента 82. Ниже края 85 согласно фигуре 1 кулачки 22, образованные на работающих на сжатие стрежнях 21, своими лежащими наружи поверхностями 24 прилегания контактируют с предохранением с внутренней стенкой 59 спускового элемента 82.
Например, вблизи края 85 на спусковом элементе 82 закреплен спусковой колпачок 81, который полностью окружает задний конец корпуса 10. Спусковой колпачок 81 включает идущее по кругу расширение 83, в которое при приведении в действие инъектора попадают кулачки 22, см. фигуру 3. Вместо этого расширения 83 при невращательно-симметричном спусковом элементе 82 для каждого стержня 21, работающего на сжатие, могут иметься также частичные расширения или незакрытые отверстия. Выше расширения 83 спусковой колпачок 81 несминаемым образом прилегает к наружной стенке 13 корпуса 10.
К переднему концу спускового элемента 82 присоединяется закрывающий колпачок 120. Последний охватывает нижнюю часть блока 100 цилиндр-поршень. Закрывающий колпачок 120 имеет на передней торцовой стороне отверстие 127 адаптера с, например, внутренним конусом Люэра, который стерильно закрыт с помощью пробки 128 в форме наружного конуса. Здесь закрывающий колпачок 120 установлен в нижней области корпуса 10.
Расположенный в корпусе 10 плунжер 60, управляющий поршнем, разделен на две области. Нижняя область представлена шибером 76. Его диаметр несколько меньше, чем внутренний диаметр задней области цилиндра 101. Нижняя торцовая поверхность шибера 76 действует прямо на поршень 111.
Верхняя область плунжера 60, управляющего поршнем, поршневой диск 73 представлен плоским, по меньшей мере, частично цилиндрическим диском, наружный диаметр которого на несколько десятых миллиметра меньше внутреннего диаметра корпуса 10 в области 31 оболочки. Нижняя торцовая сторона имеет расположенную вокруг шибера (76) поверхность 75 сопряжения.
Она имеет форму боковой поверхности усеченного конуса, угол при вершине которого составляет около от 100 до 140°. В представленном примере осуществления поверхность 75 сопряжения имеет угол при вершине 140°. Воображаемая вершина боковой поверхности усеченного конуса лежит на осевой линии 5 в области шибера 76. Поверхность сопряжения 75 может быть также сферически изогнута.
Шибер 76, разумеется, может быть выполнен также в виде обособленного, отделенного от плунжерного диска 73 конструктивного элемента. К тому же он тогда установлен на внутренней стенке корпуса 10.
Между плунжерным диском 73 и лежащим сверху дном 39 корпуса 10 находится установленная с предварительным напряжением винтовая нажимная пружина 50. Винтовая нажимная пружина 50 опирается на лежащее сверху дно 39 корпуса 10 при промежуточном включении распорной втулки 19. Сила натяжения винтовой нажимной пружины 50 через плунжерный диск 73 передается стержням 21, работающим на сжатие. Вследствие наклона поверхности 75 сопряжения стержни 21, работающие на сжатие, наподобие работы клинового механизма вытесняются радиально наружу. Спусковая втулка 82 прочно удерживает эту радиально направленную силу.
Плунжер 60, управляющий поршнем, имеет выше плунжерного диска 73 направляющую цапфу 62. Последняя направляет винтовую нажимную пружину 50 или проводится сквозь нее. Ниже плунжерного диска 73 находится по центру в продолжении направляющей цапфы 62 шибер 76, который при приведении в действие одноразового инъектора действует на поршень 111. Шибер 76 имеет выгнутую вперед, имеющую форму боковой поверхности конуса, торцовую поверхность 77, см. в том числе фигуру 2. Этой торцовой поверхностью (77) он при приведении в действие контактирует с ответной торцовой поверхностью поршня 111, см. фигуру 3. Оба конуса имеют, по меньшей мере, приближенно одинаковый угол при вершине конуса.
Перед заполнением и использованием одноразового инъектора осуществляется предварительное напряжение пружинного аккумулятора 50 энергии, см. фигуру 1.
2
Оба нагруженные давлением стержня 21, работающие на сжатие, удерживают плунжер 60, управляющий поршнем, на его плунжерном диске 73 в его предварительно напряженном состоянии. Для этого стержни 21, работающие на сжатие, своими опорными поверхностями 23 опираются на плунжерный диск 73. Величина соответствующей контактной поверхности между опорной поверхностью 23 и соответствующим местом на плунжерном диске 73 лежит в диапазоне от 2 до 20 мм. Как опорная поверхность 23, так и обращенная к ней поверхность 75 сопряжения, с которой она образует сопряжение, имеют, например, среднее арифметическое отклонение профиля (микронеровностей шероховатой поверхности от средней линии), которое меньше десяти микрометров. Например, среднее арифметическое отклонение профиля составляет шесть микрометров.
Благодаря силе упругости при изгибе стержней 21, работающих на сжатие, и плунжерного диска 73 действуют на опорные стержни 21, по меньшей мере, приближенно радиально наружу к спусковому элементу 82. Там они через кулачки 22 прилегают к спусковому элементу 82. Кулачки 22 при этом, например, могут находиться также на расстоянии от 5 до 20 мм ниже соответствующего свободного верхнего конца стержня 21, работающего на сжатие.
Согласно фигурам 1 и 4 плунжерный диск 73 напряженного одноразового инъектора через свою поверхность 75 сопряжения опирается на опорную поверхность 23. Опорная поверхность 23, которая здесь выполняет функцию клиновой поверхности, имеет форму боковой поверхности усеченного конуса с углом при вершине конуса 140.
При необходимости стержни 21, работающие на сжатие, или сопряженная поверхность 75 имеют, по меньшей мере, в области контакта керамическую облицовку. Сопряженная поверхность 75 может быть усилена с помощью, например, наклеенной, имеющей форму боковой поверхности усеченного конуса, подкладной шайбы.
Поверхность 24 прилегания кулачков 22 является частью конуса, чей максимальный диаметр, например, на 3-4 мм больше наружного диаметра корпуса 10. Поверхность 24 прилегания при напряженном одноразовом инъекторе касается внутренней стенки (59) имеющего вид втулки спускового элемента 82. Область контакта в увеличенном виде изображена на фигуре 4. Соответственно этому поверхность 24 прилегания благодаря изгибу отдельного стержня 21, работающего на сжатие, прежде всего в его нижней области прижимается к внутренней стенке 59 спускового элемента 82. Поверхность 24 прилегания может быть структурированной или иметь шероховатость. Например, она на виде сверху развертки поверхности 24 прилегания может иметь расположенные в поперечном направлении бороздки, см. фигуру 6, или ромбический рисунок, см. фигуру 7. Эти рисунки, например, расположены равномерно. Среднее арифметическое отклонение профиля поверхности 24 прилегания, например, больше десяти микрометров.
В изображении на фигуре 7 увеличивается ширина поверхности 24 прилегания отдельного стержня 21, работающего на сжатие, снизу вверх. Вместе с этим давление прижима поверхности 24 прилегания к внутренней стенке 59 в нижней области выше, чем в верхней. Для усиления этого эффекта поверхность 24 прилегания может иметь в поперечном направлении меньший радиус, чем внутренняя стенка 59, см. фигуру 5. Поэтому ширина контактной поверхности может быть меньше, чем ширина отдельного стержня 21, работающего на сжатие.
Чтобы появилась возможность использования одноразового инъектора, сначала должен быть заполнен блок 100 цилиндр-поршень. Для этого из отверстия 127 адаптера удаляется пробка 128 и, например, нагнетается или засасывается раствор 1 для инъекций. При этом поршень 111 отжимается назад или оттягивается.
Для снятия с предохранителя инъектора стягивается предохранительный элемент 90, например отрывная бандероль 94, так что ликвидируется клеевое соединение между закрывающим колпачком 120 и спусковым элементом 82. Закрывающий колпачок 120 снимается. Одноразовый инъектор устанавливается на место проведения инъекции. Пружинный аккумулятор 50 энергии напряжен, стержни 21 поддерживают дальше сопряженную поверхность 75 плунжерного диска 73.
Теперь спусковой элемент 82 может перемещаться в направлении блока 100 цилиндр-поршень, см. фигуру 2. Изображенное на фигуре 2 состояние не является статичным, поэтому оно обозначается ниже как условное состояние.
При приведении в действие одноразового инъектора спусковой элемент 82 скользит по наружной стенке 13 корпуса 10 линейно вниз в направлении (6) движения, в котором осуществляется приведение в действие, т.е. в направлении места осуществления инъекции. Поверхности 24 прилегания стержней 21, работающих на сжатие, сдвигаются за край 85. Стержни 21, работающие на сжатие, упруго изгибаются наружу в их собственное исходное положение и отскакивают под действием усилия пружинного элемента 50 радиально наружу в расширение 83.
Расширение 83 в отношении корпуса 10 размещено и выбрано по размерам таким образом, что оно в процессе приведения в действие может принимать подающиеся назад, вытесненные наружу стержни 21, работающие на сжатие, с их кулачками 22. Внутренний контур расширения 83 является, например, каналом под отскакивающую сторону 84, которую здесь изображает плоскость, нормальная к осевой линии 5 инъектора. Как только кулачки 22 будут вытеснены в расширение, плунжер 60, управляющий поршнем, беспрепятственно ускорит движение вниз, см. фигуру 3. Поршень 111 прижмется вниз. Цилиндр 100 опорожняется.
Внутренняя стенка 59 спускового элемента 82 является областью, вдоль которой поверхность 24 прилегания, к примеру, шероховатая или структурированная. Величины шероховатости соответствуют, например, величинам шероховатости поверхности 24 прилегания. В структуре рисунок может быть выполнен таким образом, как он изображен на фигурах 6 или 7.
Но плотность структуры и/или шероховатость внутренней стенки 59 может также увеличиваться в процессе относительного движения поверхности 24 прилегания к внутренней стенке 59 спускового элемента 82. На фигуре 8, например, в сильно увеличенном виде изображен рисунок структуры, примыкающий к краю 85 с острой кромкой с параллельными друг другу бороздками, расстояние между которыми увеличивается снизу вверх. Фигура 9 показывает рисунок чешуи, чешуйки на котором могут быть выполнены позитивно и/или негативно. Расстояние между чешуйками уменьшается в направлении относительного движения - снизу вверх. Нижняя область контактной поверхности внутренней стенки 59, к которой прилегает поверхность 24 прилегания перед приведением в действие, например свободна от структуры.
Перед приведением в действие и при приведении в действие инъектора винтовая пружина 50 через плунжерный диск 73 выжимает кулачки 22 наружу. Благодаря низкому коэффициенту трения скольжения, который получается из-за большой контактной поверхности и низкой шероховатости поверхности и низкой шероховатости сопряженной поверхности 75 и опорной поверхности 23, этот клиновой механизм имеет высокий коэффициент полезного действия.
Чтобы привести в действие одноразовый инъектор после установки на место инъекции, пользователь должен сначала, среди прочего, преодолеть трение сцепления, вызванное прижимной силой, между поверхностью 24 прилегания и внутренней стенкой 59. Это трение сцепления тем выше, чем меньше контактная поверхность сопряжения и чем больше шероховатость поверхности.
Чем выше сила трения сцепления, тем сильнее прижимается пользователем инъектор к месту инъекции. В статичном состоянии, при этом, обеспечивается более высокая величина шероховатости сопряжения поверхности (24) прилегания и внутренней стенки 59 то, чтобы пользователь после установки далее прижимал одноразовое устройство к месту инъекции с минимальной силой.
Как только пользователь при приведении в действие преодолеет силу трения сцепления, внутренняя стенка 59 спускового элемента 82 начинает скользить вдоль поверхностей 24 прилегания. Коэффициент трения скольжения сопряжения этих обеих поверхностей 24, 59 зависит от используемых материалов, шероховатости поверхности и/или структуры поверхностей и прижима поверхностей. Коэффициент трения скольжения этого сопряжения больше коэффициента трения скольжения сопряжения, образованного поверхностью 75 сопряжения и опорной поверхностью 23. Если, например, поверхность 24 прилегания и внутренняя стенка 59 выполнена со структурой согласно фигуре 6, например, для перемещения спускового элемента 82 нужно практически постоянное высокое усилие подачи. Следовательно, инъектор прижимается пользователем к месту инъекции с силой, которая равна или больше силы прижима, требуемой для надежной инъекции.
Пользователь должен прилагать эту силу так долго, пока сторона 25 заднего захвата не достигнет края 85/ По причине небольшого трения скольжения сопряжения, образованного поверхностью 75 сопряжения и опорной поверхностью 23, и небольшого угла клина кулачки 22 резко вытесняются в расширения 83.
При приведении в действие одноразового инъектора, внутренняя стенка 59 которого имеет, например, структуру согласно фигуре 8, усилие, необходимое для приведения в действие, возрастает во время перемещения спускового элемента 82. Таким образом, пользователь вынужден прижимать с все возрастающей силой одноразовый инъектор к месту инъекции. Этим обеспечивается, что при высвобождении энергии пружины одноразовый инъектор так сильно прижимается к месту инъекции, что предотвращается «мокрая инъекция».
Требуемое усилие подачи спускового элемента 82 для преодоления трения сцепления может быть меньше, чем требуемое усилие подачи для преодоления трения скольжения. Для этого внутренняя стенка 59 может быть выполнена, например, как это изображено на фигуре 9. Область внутренней стенки 59, к которой прилегает поверхность 24 прилегания перед приведением в действие, имеет здесь, например, меньшую шероховатость поверхности. Как только поверхность 24 прилегания пройдет эту область, возрастет шероховатость и с ней коэффициент трения скольжения. Например, пользователь может быть вынужден применять постоянное или линейно возрастающее усилие для приведения в действие. По меньшей мере, усилие подачи, которое должно прилагаться перед отскакиванием кулачков 22, больше или равно минимальной силе прижима, которая необходима для надежной инъекции.
При необходимости материал плунжера 60, управляющего поршнем, стержней 21, работающих на сжатие, и спускового элемента 82 может быть идентичным.
В изображенных на фигурах вариантах отдельная контактная зона между стержнем 21, работающим на сжатие и плунжерным диском 73 выполнена в виде поверхностей 23 и 75, которые несминаемым образом контактируют друг с другом. В особом исполнении на каждой поверхности 23 отдельных стержней 21, работающих на сжатие, может устанавливаться валик, который при приведении в действие инъектора перекатывается по поверхности 75 плунжерного диска, т.е. с небольшим трением.
Вместо линейного движения скольжения спускового элемента 82 на корпусе 10 может быть предусмотрено также винтовое движение. В этом случае спусковой элемент 82 и корпус 10 взаимодействуют друг с другом посредством, например ползуна и кулисы. При необходимости приведение в действие может осуществляться также с помощью чистого поворотного движения между корпусом 10 и спусковым элементом 82. Поворотной осью здесь была бы осевая линия (5).
Разумеется, также возможно, комбинировать друг с другом различные приведенные формы осуществления.