РАЗДАТОЧНОЕ УСТРОЙСТВО С ПРУЖИННЫМ ПРИВОДОМ Российский патент 2001 года по МПК A61M5/30 

Изобретение относится к раздаточному устройству, в котором используется пружина (например, металлическая или в виде сжатого газа), действующая на раздаточный элемент, выдающий, например, дозу жидкости, порошка или пилюль в виде шариков.

Раздаточные устройства с пружинным приводом имеют широкое применение. В частности, в медицине применяются автоматические инъекторы для введения лечебных средств в ткани. Обычно такое устройство устанавливается на коже пациента, после чего вводится в действие спусковая кнопка, освобождающая предварительно взведенную пружину, которая обеспечивает введение иглы для подкожных инъекций через эпидерму с последующим введением лечебного средства внутрь тканей. В момент освобождения пружины корпус инъектора противодействует массе перемещаемого поршня в направлении, обратном направлению инъекции, т.е. происходит отдача корпуса. Это приводит к потере энергии, хотя в случае применения простых инъекторов рука пользователя препятствует отдаче, поэтому большая часть силы пружины используется для перемещения иглы и лечебного средства.

Более сложные устройства предназначены для приложения к коже заданного усилия, что позволяет до введения в действие устройства обеспечить оптимальные условия его установки. Примерами таких устройств являются безыгольные инъекторы, описанные в заявке PCT/GB94/01608 (W0095/03844) настоящего заявителя. В этих инъекторах удобно прикладывать силу через гильзу или кольцо, действующие через пружину, т.е. пользователь держит рукой гильзу или кольцо и прижимает выпускное отверстие инъектора к коже. Когда гильза перемещается на заданную величину, соответствующую требуемому значению силы контакта с кожей, срабатывает спусковой механизм, который обеспечивает инъекцию. В момент спуска корпус инъектора, свободно "плавающий" внутри рабочей гильзы, совершает отдачу от места инъекции, противодействуя пружине рабочей гильзы. Это приводит к потере энергии, хотя в идеальном случае вся энергия пружины должна быть направлена на введение лечебного средства в ткани, а не на движение корпуса инъектора в обратном направлении.

Для прижатия инъектора к коже пациента через рабочую гильзу может быть использована более сильная пружина, при этом уменьшение отдачи достигается благодаря связи корпуса инъектора через пружину и гильзу с массой руки пользователя. Однако это приводит к недопустимо высокому давлению на кожу и/или спусковой механизм. Между тем для выполнения подкожной инъекции безыгольный инъектор должен быть прижат к коже с относительно малой силой, иначе подкожные ткани окажутся слишком сжатыми и инъекцию выполнить не удастся.

Другими устройствами, в которых для выдачи мерных доз жидкости или порошка может использоваться энергия взведенной пружины, являются дозирующие ингаляторы, приводимые в действие дыханием, автоматические бактерицидные раздаточные устройства и пистолеты-распылители. Во всех случаях, когда пользователь не держит рукой элемент устройства, на который действует силовая пружина, возможна потеря энергии. Многие из таких устройств предназначены для одноразового применения или должны быть отдельными, т.е. малых размеров и веса, и важно, чтобы хранимая энергия использовалась эффективно.

В соответствии с изобретением предусмотрено устройство для раздачи вещества (или какого-либо продукта), содержащее подвижный раздаточный элемент, осуществляющий выдачу указанного вещества под действием силы пружины, обеспечивающей запас энергии, и демпфирующее средство, имеющее вязкую демпфирующую среду, для поглощения отдачи устройства во время выдачи им этого вещества.

В предпочтительном варианте изобретение относится к безыгольному инъектору. Мы получили значительно лучшие рабочие характеристики безыгольного инъектора благодаря тому, что сила, с которой корпус инъектора прижимается к коже, передается на корпус через рабочую гильзу, соединенную с ним посредством консистентной смазки высокой вязкости. Эта смазка является достаточно мягкой, чтобы не препятствовать относительно медленному перемещению гильзы, в результате которого приводится в действие спусковой механизм, однако в момент спуска высоковязкая консистентная смазка предотвращает быструю отдачу корпуса инъектора относительно рабочей гильзы. Конечно, инъектор на мгновение оказывается связанным с рабочей гильзой, при этом совместно они стремятся совершить отдачу, но поскольку в момент спуска рука пользователя прочно удерживает гильзу, отдача ослабляется и большая часть энергии силовой пружины используется для осуществления инъекции.

Дополнительным преимуществом изобретения является значительное снижение риска случайного срабатывания, поскольку демпфирующая смазка препятствует спуску пружины, возможному в результате внезапного приложения силы (в случае падения инъектора, неловкого обращения с ним или слишком быстрого прикладывания к коже).

В предпочтительном варианте осуществления изобретения при работе с безыгольным инъектором, имеющим цилиндрический корпус, выпускное отверстие прижимают к коже пациента и нажимают на плотно посаженную на корпус концентричную гильзу, которая при перемещении относительно корпуса освобождает ударник, выталкиваемый пружиной и обеспечивающий выполнение инъекции. В стенке корпуса инъектора выполнена продольная канавка, содержащая консистентную смазку высокой вязкости, а на рабочей гильзе имеется взаимодействующая с канавкой шпонка, входящая в нее с образованием плотной скользящей посадки. Легкое нажатие на гильзу вызывает ее плавное демпфированное движение вдоль корпуса инъектора, а быстрое движение встречает сопротивление, создаваемое смазкой высокой вязкости, которая замедляет движение шпонки в канавке. Когда инъектор "выстреливает", реакция со стороны корпуса должна бы быть быстрой. Однако вследствие действия смазки, через которую корпус связан с рабочей гильзой, он может переместиться лишь на очень малое расстояние относительно гильзы. Масса гильзы препятствует движению, а поскольку она крепко удерживается пользователем, масса руки пользователя складывается с массой гильзы, таким образом еще более замедляя движение отдачи.

Фиг. 1 показывает продольное сечение первого варианта безыгольного инъектора согласно изобретению, при этом положение элементов инъектора соответствует средней фазе инъекции.,
Фиг. 2 показывает в увеличенном масштабе часть инъектора, изображенного на фиг. 1, с канавкой и шпонкой, взаимодействующими между собой, и со спусковым механизмом перед его срабатыванием.

Фиг. 3 показывает продольное сечение второго варианта выполнения безыгольного инъектора перед пользованием им.

Фиг. 3а показывает в увеличенном масштабе задвижку, использованную в инъекторе согласно фиг. 3.

На фиг. 1 показан первый вариант выполнения инъектора в положении, соответствующем средней фазе инъекции. Инъектор содержит внутренний корпус 1, который плотно вставлен в рабочую гильзу 2, но может свободно скользить в продольном направлении относительно нее. Гильза 2 имеет предохранительный фиксатор 20, выполненный за одно целое с гильзой и способный поворачиваться относительно конца гильзы благодаря наличию участка 21, играющего роль шарнира. На фиг. 1 и 2 фиксатор показан в открытом положении. Инъектор имеет патрон 3 для лечебного средства, который прочно прикреплен к корпусу 1 и в котором установлен с обеспечением уплотнения скользящий поршень 4, находящийся в контакте с лечебным средством 5. Как видно на фиг. 1, поршень имеет цилиндрическую часть, цилиндрическую часть большего диаметра, плотно прилегающую к стенке патрона, и часть в форме усеченного конуса. Патрон 3 имеет выпускное отверстие 6.

В соответствии с фиг. 2, изображающей в увеличенном масштабе спусковой механизм инъектора непосредственно перед срабатыванием, корпус 1 инъектора содержит винтовую пружину 10 сжатия, которая стремится переместить ударник 11 в направлении стрелки W, однако движению ударника 11 препятствует задвижка 8, которая сцепляется с канавкой 12, выполненной на ударнике 11. Давление ударника 11 на задвижку 8 воспринимается торцом 13 корпуса 1, а реакция пружины 10 воспринимается внутренней торцевой поверхностью 14 корпуса 1. Корпус 1 имеет канавку 15, а рабочая гильза 2 - шпонку 16, входящую в канавку с образованием плотной скользящей посадки. Канавка 15 содержит вязкую консистентную смазку, демпфирующую относительное движение шпонки 16 в канавке 14, при этом относительное движение гильзы 2 и корпуса 1 будет также демпфироваться.

Согласно фиг. 1 и 2, на которых предохранительный фиксатор 20 показан уже в открытом положении, при работе с инъектором берут в руку рабочую гильзу 2, устанавливают отверстие 6 на коже пациента и нажимают на гильзу в направлении стрелки W. При этом гильза 2 перемещается относительно корпуса 1, освобождая задвижку 8 из канавки 12 ударника 11 посредством наклонной поверхности 9. Пружина сообщает ударнику 11 движение в направлении стрелки W с большим ускорением, в результате чего он ударяет по поршню 4 в патроне 3, обеспечивая выпуск инъектируемого вещества известным образом.

В момент освобождения пружина 10 толкает ударник 11 в направлении стрелки W, как описано выше, однако пружина создает также реакцию на корпус 1, действуя на его поверхность 14, поэтому корпус 1 стремится двигаться в направлении, противоположном стрелке W. Имеются две фазы реакции: первая фаза - в момент освобождения пружины, когда сила реакции, действующая на корпус 1, противодействует массе ударника 11, а вторая фаза - когда сила реакции противодействует суммарной массе патрона 3 и корпуса 1. Однако эта вторая реакция создается внутри замкнутой системы прочно соединенных между собой патрона 3 и корпуса 1, и поэтому потери будут малы, в то время как первая реакция представляет собой потерянную энергию и, кроме того, стремится вызвать "отскок" корпуса с патроном от места инъекции, тем самым прерывая гидравлический контакт с кожей, что приводит к утечке лечебного средства. Эта первая реакция значительно снижена демпфирующей консистентной смазкой в канавке 15.

Описанный вариант может иметь различные модификации. Например, демпфирующая высоковязкая смазка может удерживаться в канавке, расположенной по окружности корпуса 1, установленного в рабочей гильзе 2 посредством плотной скользящей посадки (см., например, фиг. 3). Во всех случаях нетрудно изменять вязкость или ходовой зазор для получения желаемых демпфирующих характеристик. Применяя различные способные к расширению вещества или загустители можно дополнительно изменять характеристики демпфирования.

Использование демпфирующей консистентной смазки для создания определенных условий при спуске пружины обуславливает чувствительность к скорости изменения усилия, т.е. если оператор прикладывает очень сильное давление для спуска инъектора, то по крайней мере часть этого избыточного усилия в момент инъекции будет приложена к коже пациента. Однако практически диапазон сил, прикладываемых пользователями, находится в разумных пределах, поэтому получаются хорошо согласующиеся результаты.

На фиг. 3 показан вариант, сходный во многих отношениях с вариантом на фиг. 1 и 2, причем элементы на фиг. 3, соответствующиe элементам на фиг. 1 и 2, обозначены теми же цифровыми позициями, но увеличенными на 100.

В варианте на фиг. 3 механическая пружина, используемая в варианте на фиг. 1 и 2, заменена сжатым газом. В связи с этим инъектор снабжен цилиндром 130, закрытым на верхнем конце и содержащим газ, обычно воздух, находящийся под давлением, как правило, в диапазоне от 5,5 МПа (800 фунтов/дюйм²) до 20,7 МПа (3000 фунтов/дюйм²). Верхний конец ударника 111 имеет часть 131 в виде усеченного конуса и выступ 132, между которыми расположено уплотнительное кольцо 133. Когда с инъектором не работают, ударник 11 удерживается в положении, показанном на фиг. 3, задвижкой 108, входящей в канавку ударника, верхняя поверхность 109 которой выполнена наклонной. На фиг. 3a задвижка 108 показана в большем масштабе. В этом положении задвижка не может двигаться влево, поскольку упирается во внутреннюю стенку гильзы 102.

Нижний конец цилиндра 130 имеет обращенный наружу выступ 130a, позволяющий удерживать цилиндр за счет своего контакта с расположенным выше и обращенным наружу выступом 140a на верхнем конце муфты 140. Гильза 102 имеет верхнюю часть 102a, внутри которой расположен цилиндр, и нижнюю часть 102b. Нижняя часть 102b гильзы соединена с муфтой 140 резьбой 141, выполненной на внутренней поверхности стенки нижней части 102b гильзы и наружной поверхности стенки муфты 140.

Отверстие 106 закрыто упругим уплотнением 134, установленным в держателе 135. Держатель связан с нижней частью 102b гильзы хрупким соединением 136.

Во избежание случайного срабатывания инъектора предусмотрена отрывная лента 137, образующая нижнюю часть верхней части 102a гильзы. Нижний край отрывной ленты 137 упирается в кольцо 142, связанное с наружной поверхностью муфты 140 или (не показано) выполненное за одно целое с муфтой. Кольцо служит для предотвращения движения верхней части 102a гильзы вниз относительно муфты 140 до тех пор, пока отрывная лента 137 находится на месте. Поэтому кольцо 142 может быть выполнено не по всей окружности муфты, а в виде одного или нескольких отдельных элементов.

На внутренней стенке гильзы 102, там, где она примыкает к цилиндру 130, имеется кольцевое пространство 138, заполненное демпфирующей консистентной смазкой (показана схематично в виде последовательности черных полосок), которая находится в тесном контакте с гильзой и цилиндром. Следует заметить, что хотя в качестве места для размещения смазки удобно иметь некоторое кольцевое пространство, оно не является обязательным, поскольку смазка может быть просто нанесена частично или по всей площади на наружную поверхность цилиндра 130 и/или внутреннюю поверхность гильзы 102.

Для приведения в действие инъектора согласно фиг. 3 пользователь отламывает держатель 135, в котором установлено уплотнение, в месте хрупкого соединения 136, открывая отверстие 106. Затем пользователь удаляет отрывную ленту 137 и, взяв рукой верхнюю часть гильзы 102, прижимает отверстие 106 к объекту инъекции (например, к собственной коже). В результате верхняя часть 102a гильзы перемещается вниз относительно ее нижней части 102b, при этом отверстие 139 оказывается напротив задвижки 108, которая теперь имеет возможность двигаться вбок через это отверстие благодаря давлению находящегося в цилиндре 130 газа, действующего на задвижку через наклонную поверхность 109, образованную в ударнике 111. Таким образом, происходит срабатывание инъектора. На случай, когда задвижка не сдвигается при действии на нее наклонной поверхности 109, в качестве резервного средства внутри верхней части 102a гильзы предусмотрена вспомогательная наклонная поверхность 109a. Как и в варианте на фиг. 1 и 2, результирующая отдача демпфируется демпфирующей консистентной смазкой.

Далее приведены лишь в качестве примера типовые параметры для инъектора согласно фиг. 3:
Диаметральный зазор между наружным диаметром содержащего газ цилиндра и внутренним диаметром скользящей гильзы - 0,05 мм
Площадь сдвига (т. е. поперечного сечения смазки) приблизительно - 375 мм²
Вязкость смазки - 2,2 кП
Количество движения ударника при ударе - 0,06 кг/м/с
Масса верхней части 102a гильзы - 1,3 г
Масса ударника - 2,5 г
Ударный промежуток между ударником и поршнем - 4 мм
Давление газа - 6,2 МПа
Внутренний диаметр газового цилиндра - 5,0 мм
Хотя выше было описано применение консистентной смазки в качестве предпочтительной демпфирующей среды, аналогичные результаты могут быть получены также при использовании воздушных или масляных демпфирующих устройств, обычно выполненных в виде комбинации цилиндра и поршня, т.е. буферов, в которых текучая среда перетекает через узкое отверстие, препятствуя движению. В других устройствах вязкостного демпфирования используются лопасть или множество лопастей, вращающихся в демпфирующей среде, например воздухе. Такие устройства могут быть использованы, если они подходят для конкретной конструкции.

Изобретение предназначено для использования в медицине, для раздачи дозы жидкости, порошка или иного продукта. Устройство содержит первую часть, которую держит пользователь, и вторую часть, имеющую выпускное отверстие для жидкости, инъектируемой в организм и раздаточный элемент, движущийся под действием силы пружины, обеспечивающей запас энергии. Для демпфирования отдачи во время действия раздаточного элемента предусмотрено демпфирующее устройство, использующее вязкую демпфиpующую среду, например консистентную смазку. Первая и вторая части установлены подвижно друг относительно друга. Технический результат - улучшение рабочих характеристик и значительное снижение риска случайного срабатывания. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Безыгольный инъектор, содержащий первую часть, которую держит пользователь, вторую часть, имеющую выпускное отверстие для жидкости, инъектируемой в организм, и раздаточный элемент, установленный с возможностью перемещения для выталкивания жидкости через выпускное отверстие под действием силы пружины, обеспечивающей запас энергии, отличающийся тем, что первая и вторая части установлены подвижно друг относительно друга, а инъектор содержит демпфирующее средство, имеющее вязкую демпфирующую среду для демпфирования движения первой части относительно второй. 2. Безыгольный инъектор по п.1, отличающийся тем, что он содержит патрон, внутри которого находится жидкость и свободный поршень, контактирующий с жидкостью, при этом раздаточный элемент выполнен в виде ударного элемента, на который действует пружина и который временно удерживается задвижкой, и установлен с возможностью перемещения в первом направлении под действием силы пружины для удара по свободному поршню с последующим его перемещением в первом направлении для выталкивания дозы жидкости через выпускное отверстие. 3. Безыгольный инъектор по п.2, отличающийся тем, что задвижка установлена с возможностью ее освобождения в результате перемещения первой части относительно второй части в указанном первом направлении. 4. Безыгольный инъектор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что демпфирующее средство содержит канавку, которая выполнена в одной из указанных частей, и в которой находится вязкая демпфирующая среда, и элемент, выполненный на другой из этих частей, для перемещения, при пользовании устройством, в вязкой демпфирующей среде с обеспечением демпфирования. 5. Безыгольный инъектор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что вязкой демпфирующей средой является консистентная смазка. 6. Безыгольный инъектор по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что вязкой демпфирующей средой является масло. 7. Безыгольный инъектор по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что вязкой демпфирующей средой является воздух. 8. Безыгольный инъектор по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что демпфирующее средство включает цилиндр и поршень, образующие буфер. 9. Безыгольный инъектор по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что демпфирующее средство содержит устройство, имеющее, по меньшей мере, одну лопасть, вращающуюся в вязкой демфирующей среде. 10. Безыгольный инъектор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что пружина является механической пружиной. 11. Безыгольный инъектор по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что в качестве пружины используется сжатый газ.