JP3708876B2 - ２つの注入速度レベルを有する無針注射器 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、人間医学又は獣医学において治療のために使用される液体活性成分の皮内、皮下又は筋肉内への注射に使用される無針注射器の分野に関する。
【０００２】
無針注射器は、定義上は非侵襲性である。活性成分をそれが作用する場所に与える目的において、針が皮膚を貫通しない。無針注射器については、オリフィス又は注入管から生じる液体活性成分の噴流が、皮膚を貫通し、所要の注射の種類に応じて深く又は浅く浸透することが必要である。そのためには、噴流は高速でなければならない。噴流が低速すぎる場合は、液体は皮膚を貫通せずに皮膚表面に拡散し、治療効果が得られないので液体が無駄になる。
【０００３】
しかし、液体が皮膚を貫通して所要の深さに一度到達したら、注入され続ける液体活性成分の皮膚内での通路及び拡散を確保するために、噴流速度を下げることが可能である。
【０００４】
従って活性成分の良好な生体有用性を確保するためには、噴流速度は、注入開始時は高速で、次に開始時より低速となって、連続する液体の通路を確保することが望ましい。これら２つの速度段階は、液体の場合は、高い注入圧力及び次のそれより低い注入圧力に対応する。
【０００５】
米国特許２７０４５４３号は、この問題を扱っており、その解決のために、液体の放出を可能にする変形可能な閉鎖装置上で作動する２つの同心円ピストンから形成される突き刺し手段（thrust means）を提唱している。先ず小さい断面の内部ピストンが、変形可能な閉鎖装置上で単独で作動して高圧の噴流を生じさせ、次に２つの同心円ピストンが、同時に配置されて注入圧力を下げる。なぜなら、２つのピストンに作用する突き刺し力が、１つのピストンに作用する場合と同じ力である一方で、突き刺しの有効断面積が増加するからである。この力は、圧縮されたばねの解放により発生する。
【０００６】
米国特許３３３５７２２号は、１つのピストンから形成される突き刺し手段にて作動するガス発生装置を有する無針注射器について説明している。そのピストンの端部は、活性成分のある方向に向かう。このピストンは、リザーバーに収容された液体を完全に放出できる変形可能な閉鎖装置上で作動する。注入圧力の変更は、ピストンの有効断面積を一定に保ちながら、生成されたガスの流量を制御してピストンの上流側の自由空間を増加させることによってのみ行われる。
【０００７】
これらの特許にて提唱されている注射器は、２つの圧力段階を制御することができず、特に初期の圧力段階の継続時における調節が非常に難しい。さらにこれらの注射器は、活性成分を完全に放出するために、複雑な幾何学形状の変形可能な閉鎖装置を使用する。
【０００８】
さらに、これらの注射器は、数回使用できるように設計されており、活性成分を再充填してモーターを再起動するためのいくつかの補助的装置を有する。
【０００９】
本発明の目的は、予め定めたレベル及び継続時間を有する、２つの段階の注入速度及び圧力を達成できる単純な注射器を提供することである。これらの注射器は、使用後に廃棄可能である。
【００１０】
本発明は、リザーバーに収容された液体活性成分を注入する無針注射器であって、リザーバーは、少なくとも１つの注入管を有する注入器と、ガス発生装置の作用を受ける突き刺し手段との間に配置され、突き刺し手段は、活性成分の方向に向かう端部を有し、リザーバーの断面積と等しい断面積を有する吐出ヘッドを構成する無針注射器に関する。本発明に係る無針注射器は、活性成分の方向に向かう吐出ヘッドが一部分として形成され、ガス発生装置の方向に向かう突き刺し手段の反対側の端部が、吐出ヘッドの断面積よりも大きい断面積を有するドライブヘッドを具備し、ドライブヘッドのドライブシリンダー内におけるドライブヘッドのドライブ行程は、活性成分のリザーバーの高さよりも短いことを特徴とする。
【００１１】
このドライブ行程に沿って、突き刺し手段に作用する力は、ドライブヘッドの大きな断面積に加わる圧力の結果として生じる。液体に伝えられるこの圧力は大きく、故に注入速度は高い。この移動の後、ドライブヘッドは作動を中止し、その結果突き刺し手段にかかる力は、より小さい断面積、すなわちリザーバーに加わる圧力の結果として生じる。次に、液体の注入速度と同様に、液体の圧力が下がる。
【００１２】
本発明においては、液体活性成分は、本質的には多少の粘性を有する液体、すなわち混合液体又はゲルとして知られる。活性成分は、注入のために適当な溶剤で溶解される固体であってもよい。活性成分は、適当な液体とともに多少の濃度の懸濁液を形成する粉末形状の固体であってもよい。固体の活性成分の粒度は、導管の形状とともに、閉塞を避けるようになっていなければならない。
【００１３】
ドライブヘッドの有効なドライブ行程は、活性成分のリザーバーの高さよりも小さい。この有効なドライブ行程は、リザーバーの高さの０．６倍より短いことが有利であり、好ましくはリザーバーの高さの０．２倍より短い。
【００１４】
ドライブヘッド及び吐出ヘッドは、上に配置された２つのピストンにそれぞれ有利に関連付けられる。一方の上流側のピストンを上方ピストンと呼び、もう一方の液体リザーバーを向いた下流側ピストンを下方ピストンと呼ぶ。これらのピストンは、適当な円筒状チャンバー（ドライブヘッドに対してはドライブチャンバー、吐出ヘッドに対してはリザーバー）内での移動を可能にするジョイント又はリップのような密封装置を有する。
【００１５】
ドライブヘッド及び吐出ヘッドの断面積比は、１．１以上であることが有利である。この比は、好ましくは１．２〜８の間であり、２〜６の間が有利である。
【００１６】
リザーバーの高さに関連してドライブ行程を選定することと、ドライブヘッド及び吐出ヘッドの断面積比を選定することとにより、液体活性成分の注入圧力及びその結果としての注入条件（特に注入速度）のレベル及び継続時間の制御が可能になる。
【００１７】
本発明に係る注射器の第１の実施形態においては、ドライブヘッドは、吐出ヘッドを有する下方ピストンと一体の上流ロッドに対する環状の上方ピストンの係合によって形成される。この係合は、円筒又は円錐の摺動式係合であり、密封式である。ガス圧力は、大きな表面上に加えられ、その結果かなりの圧力となる。液体に伝えられた圧力は大きく、かつ注入速度は高い。
【００１８】
この実施形態においては、ドライブヘッドのドライブ行程を制限する装置は、ドライブシリンダーの下流側の底部のアバットメントである。このアバットメントは、環状の上方ピストンを拘束する。ガスは、下方ピストンの上流ロッドに作用して押圧する。この配置において、環状ピストン及び上流ロッドの間の密封性は、上流ロッドの配置によって無効となり、ガス圧力は、リザーバーの断面積と等しい断面積に加わって、その結果として圧力は前よりも低くなり、液体に伝えられる圧力は、速度と同様に低下する。
【００１９】
注射器の第２の実施形態においては、ドライブヘッドは剛性の上方ピストンの上流側の面であり、吐出ヘッドは剛性の下方ピストンの下流側の面である。より正確には、断面積の大きい上方ピストンの上流側の面がドライブヘッドとなる。リザーバーの断面積以下の断面積である下方ピストンの下流側の面が吐出ヘッドとなる。
【００２０】
この実施形態の第１の変形例においては、２つのピストンは距離Ｄだけ分離される。これらのピストンの１つに一体的に形成された突起物が、この距離Ｄの定量を可能にする。上方ピストンは、この距離Ｄだけ移動した後に下方ピストンと接触し、そこに衝撃作用が生じる。本発明の内容を満足するためには、この距離Ｄは、ドライブヘッドのドライブ行程よりも短くなくてはならない。
【００２１】
第２の変形例においては、２つのピストンは接触する。これは、実際には距離Ｄがゼロの場合である。
【００２２】
これら２つの変形例については、ドライブヘッドのドライブ行程を制限する装置は、ドライブシリンダーの延長部分を形成する拡大チャンバーである。この拡大チャンバーは、直径の増加又は１組の側方の溝による、ドライブシリンダーの拡大によって形成される。１組の側方の溝により、ガスがドライブヘッド及びその密封装置の回りを通ることが可能になり、それにより上方ピストンは圧力による力をもはや受けず、ガスは、リザーバーの断面積と等しい剛性の下方ピストンの断面に作用する。
【００２３】
これらの変形例においては、ドライブヘッドを有する剛性の上方ピストンが拡大チャンバー内にあるときは、その拡大チャンバーは、移動を中止し、その移動端部において、ガス通路を有する表面に当接し、それによりガスが下方ピストンに作用する。
【００２４】
本発明に係る第３の実施形態においては、突き刺し手段は１段ピストンであり、大きい断面積のドライブヘッドはその１段ピストンの上流側の面を有し、より小さい断面積の吐出ヘッドはその１段ピストンの下流側の面を有する。これは、特に上述の２つのピストンが一体的である場合である。
【００２５】
この実施形態においては、ドライブヘッドのドライブ行程を制限する装置は、ドライブシリンダーの延長部分を形成する拡大チャンバーである。この拡大チャンバーは、前記と同様の方法で構成され、例えば直径の増加又は１組の長手方向及び側方の溝によるドライブシリンダーの拡大によって形成される。１組の長手方向及び側方の溝により、ガスがドライブヘッドの回りを通ることが可能になり、それによりガスは、吐出ヘッドの断面積と等しい断面に作用する。この実施形態においては、拡大チャンバーは、リザーバーに収容された全ての液体を注入するために、ピストンが注入器の上流側の面に当接するまで移動するために十分な長さでなければならない。
【００２６】
本発明においては、突き刺し手段は、その異なる実施形態において、ガス発生装置からのガスによって移動させられる。これらのガスは、化学反応、又は逆流する圧縮ガスの急激な解放により発生させることができる。
【００２７】
しかしながら、ガス発生装置は、火花を使うような発生装置であることが好ましい。この種の発生装置は、その出力、コンパクト性及び信頼性にとって好ましく、予め充填された注射器の場合は、活性成分の保存時間によってのみ制限される考えられる限りの貯蔵寿命を可能にする。
【００２８】
本発明は、提起された課題、すなわち２つの注入速度及び継続時間のレベルを容易に予め定めるという課題を解決する。
【００２９】
本発明は、装置内部の２つの部分（本体を具備する製薬部分並びに下流側注入器及び上流側ピストンを備えるリザーバー）について別個の長所を有する。この部分組立品は、特に殺菌法及び無菌法に関する製薬産業環境下で製造可能である。この部分組立品は、注射器の残りの部分と一体的に作製され、それらの要素は、製薬産業に関連付けられた条件より制約の少ない条件下の他の場所に、ともに配置される。
【００３０】
本発明の異なる特定の実施形態を示す図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明に従う使用前の無針注射器の第１の実施形態の長手方向の部分断面を概略的に示す図である。注射器は直立状態で図示されており、下流側にある注入器は下方を向いている。
【００３２】
上から開始して、この注射器は、より詳細に後述するガス発生装置７を有する。このガス発生装置は、その本体７１によって注射器のリザーバー２に固定される。ドライブヘッド６の構成要素である環状のピストン１６は、円筒の摺動式係合によって第２ピストンの上流端部すなわち上流ロッド５の上に取付けられる。第２ピストンの反対側の下流端部は吐出ヘッド４であり、環状ピストンは、適当な寸法のショルダーによって吐出ピストン上に支持される。２つのピストンは、少なくとも１つのＯリング又は他の等価な手段によって密封式に係合する。環状ピストン１６は、吐出ヘッドを有するピストンに関して、大きい断面積を有する。これらのピストンは、それらのピストンが有する変位チャンバー（すなわちドライブシリンダー１０及びリザーバー２）に関して、これらのピストンを密封するためのＯリング又は等価な手段を有する。
【００３３】
これより、本実施例においては火花を使用するガス発生装置７の主な構成要素について説明する。ガス発生装置７は、本体７１内において、ドライブヘッド６を有するピストンの上方に、ストライカー７４による衝撃を受ける起爆装置７３によって燃焼を開始する点火装入物７２を有する。このストライカーは、断面ではなくその側面が図示されている。起爆装置７３は、起爆装置ホルダーに収容される。初期の位置においては、ストライカー７４は、ボール７７のような少なくとも１つのボールを介して、本体７１にねじで組付けられるストライカーガイド７５に保持される。ボール７７は、ストライカーの溝に部分的に係合する。パーカッション装置は、内部ばね７６及び溝７９を備える推進器７８を有する。
【００３４】
推進器７８は、ストライカーガイド７５の外側を摺動し、側方の溝内を動くスタッドによって保持される。この場合における推進器７８は、トリガー部材である。
【００３５】
点火装入物７２の燃焼を開始するために、本発明の範囲を逸脱することなく、上述のストライカー装置以外の起動装置を使用することも無論可能である。詳述せず、また網羅的ではないが、一例として電気バッテリーを備える起動装置又は圧電式起動装置が挙げられる。
【００３６】
適切であれば、火花を使用するガス発生装置は、急開弁により閉鎖される圧縮ガスリザーバーにより形成されるガス発生装置に置換可能である。トリガー部材はその急開弁を開き、リザーバーの圧縮ガスが膨張して突き刺し手段に作用する。
【００３７】
図１において、治療すべき対象の皮膚（図示されていない）に注入器が当接されたときに、注射器の準備が整う。作業者は親指で推進器７８を押し、推進器７８は下方へ移動してばね７６を圧縮する。推進器は、溝７９がストライカー７４の溝の高さに達するまで移動し、ストライカー７４を保持するボール７７のようなボールが溝７９内に入り、ストライカーが解放されて起爆装置７３に激しく衝突し、起爆装置７３の起動により点火装入物７２が点火する。起爆装置ホルダー８０に当接するストライカーはシールを形成するため、燃焼ガスは推進器７８に向けて上昇しない。
【００３８】
操作の第１段階の間に、発生装置７からのガスは、環状ピストン１６の大きな上流側の面に作用し、ピストン１６の中央開口部は、吐出ヘッド４を有するピストンのロッド５の上流端部によって密封式に閉鎖される。２つのピストンは、行程Ｃ₁に沿って協働して移動し、その結果かなりの力が突き刺し手段にかかり、吐出ヘッド４を介して液体に伝えられる圧力が大きくなる。圧力における相乗効果は、断面積比に関する一次近似である。液体活性成分は、注入器３の導管から高速で放出され、治療すべき対象の皮膚を効果的に貫通してその中に浸透する。ドライブシリンダー１０内におけるドライブヘッド６のドライブ行程Ｃ₁は、リザーバーの高さＨ₁より短い。
【００３９】
その後、２つのピストンの移動中に、ドライブシリンダー１０により形成されるチャンバーの基礎９に大きい断面積の環状ピストンが当接し、環状ピストンがこの底部９上に維持される。ガスは、他方のピストンの上流端部５に作用し、他方のピストンは、シールの密封性がなくなるまで下方への力を受けて移動し続ける。一方、吐出ヘッド４を有するピストンの有効断面積は、リザーバー２の断面積と等しく、第１段階における有効断面積より小さい。注入圧力は、液体の噴出速度と同様に低くなる。
【００４０】
２つのピストンの分離における過渡的な状態を最小限に低減するためには、一方では、上流部分５の断面積が吐出ヘッドの断面積とほぼ同じであることが好ましく、もう一方では、環状ピストンができるだけ大きい開口部を有し、同時に上流部分上においてショルダー及び環状ピストンの適当な当接がなされることが好ましい。この図においては、より明確にするために、寸法差が強調されている。
【００４１】
過渡的状態の低減はまた、環状ピストン１６及び吐出ピストンの上流ロッドの間の円錐面による係合によっても達成される。適切であれば、環状ピストン１６及び吐出ピストンの上流ロッド５の間の圧縮空気を排気するために、下流部分９及び本体７１を通って形成されるベント孔が、過渡的状態の低減に貢献する。
【００４２】
図２は、注入終了時における注射器の下流側の一部の部分断面図である。環状ピストン１６は、そのドライブチャンバーの底部９に当接する。吐出ヘッドを有する他方のピストンは、注入器３の上流側の内表面に当接するまで移動する。
【００４３】
本発明の第２の実施形態は、図３及び図４に示される。図３及び図４は、注射器の下流側の一部の初期状態及び最終状態をそれぞれ示す。ドライブ手段は、図１において一例として説明された種類のものであり、同じく参照符号７で示される。
【００４４】
図３は、この実施形態の初期の配置を示す。大きい断面積のドライブヘッド２６を有するピストンは、剛性のピストンであり、ドライブチャンバー２０内を摺動する。ドライブヘッドを有するピストンの下流側の面は、液体リザーバーを閉鎖する吐出ヘッド２４を有するピストンの上流側の面から距離Ｄだけ離れた突起物２５を有する。ガス発生装置が起動されると、ガスはドライブヘッド２６を大きな力（大きな表面領域に作用する圧力）で押圧する。距離Ｄだけ進められたドライブピストン２６は、吐出ピストン２４に衝突して、ドライブピストン２６が拡大チャンバー２９内で係合しなくなるまで、吐出ピストン２４にこの大きな圧力を伝える。ドライブシリンダー２０内におけるドライブヘッド２６のドライブ行程Ｃ₂は、リザーバーの高さＨ₂より短い。この拡大チャンバーは、この実施例においては、ドライブ断面２０の直径より大きい直径を有するチャンバーであり、ガスは大きい断面積のドライブヘッド２６の回りを循環可能である。その結果、ピストン２６及び２４にかかる力は、吐出ヘッド２４を有するピストンの断面積に等しい面積の表面に加わるガス圧力に相当する。この力はより低く、また液体圧力もより低い。吐出ピストン２４は、全ての液体がリザーバーから放出されるまで移動を続ける。ドライブピストン２６は表面２８上で拘束されてガスの通路を提供するため、ガスは吐出ピストンに作用する。例えば表面２８は、チャンバー２９の下流側の一部における１組のリブである。
【００４５】
図４は、装置の最終状態を示す。ドライブヘッド２６は拡大チャンバー２９内で係合しなくなり、表面２８上で拘束されてガスの通路を提供する。吐出ピストン２４は、注入器２３の上流側の面に当接するまで移動を続ける。
【００４６】
最後に、本発明の第３の実施形態が図５に示される。図５は、１つのピストンが初期位置にある注射器の下流側の部分を示す。
【００４７】
この実施形態においては、突き刺し手段は１段ピストンである。その大きな断面積の端部すなわちドライブヘッド３６は、ガス発生装置７の方向に向かい、その小さな断面積の端部すなわち吐出ヘッド３４は、活性成分に接する。ドライブヘッド３６の端部は、大きい断面積のドライブシリンダー３０内を行程Ｃ₃に沿って移動し、その結果ドライブシリンダー３０が有する有効な力はかなりの大きさとなり、液体に伝えられる圧力が大きくなる。このドライブ行程Ｃ₃は、リザーバーの高さＨ₃より短い。次にこの端部３６は、ドライブシリンダー３０の断面積より大きい断面積の拡大チャンバー３９内で係合しなくなる。前述のように、この大きい方の断面積は、ドライブシリンダー３０の直径より大きい直径を有するチャンバー３９によって実現される。ガスが端部３６の回りを循環可能であるときは、その結果としての圧力は、リザーバー及び吐出ヘッド３４の断面積と等しい断面積の断面に作用する。液体に伝えられる圧力は低くなる。拡大チャンバーの長さＣ′３は、吐出ヘッド３４が注入器３３の上流側の面に当接するまでピストンが移動を続けるような長さである。
【００４８】
図６は、圧力センサーを具備する図１に示される種類の注射器について、ガス発生装置側の圧力変化（曲線１）及びリザーバー側の液体圧力変化（曲線２）を時間の関数として示したものである。ガス発生装置は、火花を使用する種類のものであり、ニトロセルロースを基剤とする粉末状の装入物を有する。ドライブヘッド及び吐出ヘッドの断面積比は３．１である。
【００４９】
ピストンによりドライブヘッドに伝達される圧力の影響を受ける注入の開始時においては、液体の注入圧力はガス圧力のほぼ３倍となる。ある流量状態から他の流量状態への移行は非常に迅速であり、本装置においてその移行を詳細な方法で実行する必要はない。第２の流量状態については、液体圧力は、摩擦がなければガス圧力に従う。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態に従う注射器全体の長手方向断面図である。
【図２】 図１に関して、作動後のピストンの配置を部分的に示す図である。
【図３】 本発明に係る２つの別個の剛性のピストンを有する注射器について、ピストンが初期位置にあるときの部分図である。
【図４】 本発明に係る２つの別個の剛性のピストンを有する注射器について、ピストンが最終位置にあるときの部分図である。
【図５】 初期位置にある１段ピストンを有する実施形態の部分図である。
【図６】 ガス発生装置のチャンバー内圧力曲線及び液体圧力曲線を例示する図である。

Claims (8)

1. 少なくとも１つの注入管を有する注入器（２３、３３）とガス発生装置（７）の作用を受ける突き刺し手段との間に配置されるリザーバー（２２、３２）に収容された液体活性成分を注入する無針注射器（２１、３１）であって、前記突き刺し手段は、前記活性成分の方向に向かうとともに前記リザーバーの断面積と等しい断面積を有する一部材の吐出ヘッド（２４、３４）を構成する第１端部と、前記ガス発生装置（７）の方向に向かうとともに前記吐出ヘッドの断面積よりも大きい断面積を有するドライブヘッド（２６、３６）を構成する第２端部と、を具備する無針注射器において、前記ドライブヘッド（２６、３６）は、前記ドライブヘッドのドライブシリンダー（２０、３０）内におけるドライブ行程（Ｃ _２、Ｃ_３）に沿って動作し、前記ドライブ行程は、液体活性成分の前記リザーバー（２２、３２）の高さ（Ｈ _２、Ｈ_３）よりも短く、かつ前記ドライブ行程（Ｃ _２ 、Ｃ _３ ）は、前記ドライブシリンダー（２０、３０）に連続して形成されるとともに該ドライブシリンダーより径が大きい拡大チャンバー（２９、３９）によって限定されることを特徴とする無針注射器。
2. 前記ドライブヘッド（２６）は剛性の上方ピストンの上流側の面であり、前記吐出ヘッド（２４）は剛性の下方ピストンの下流側の面であることを特徴とする請求項１に記載の無針注射器。
3. 前記上方ピストン及び前記下方ピストンが互いにある距離（Ｄ）だけ分離されることを特徴とする請求項２に記載の無針注射器。
4. 前記上方ピストン及び前記下方ピストンが互いに接触することを特徴とする請求項２に記載の無針注射器。
5. 前記ドライブヘッド（２６）を有する前記剛性の上方ピストンが、ガス通路を有する表面（２８）に当接することを特徴とする請求項２に記載の無針注射器。
6. 前記突き刺し手段は１段ピストンであり、該１段ピストンの上流側の面は前記ドライブヘッド（３６）であり、該１段ピストンの下流側の面は前記吐出ヘッド（３４）であることを特徴とする請求項１に記載の無針注射器。
7. 前記拡大チャンバー（３９）の長さは、前記吐出ヘッド（３４）と前記注入器の上流側の面とが当接できるような長さであることを特徴とする請求項６に記載の無針注射器。
8. 前記ガス発生装置（７）が、火花を使う発生装置であることを特徴とする請求項１に記載の無針注射器。

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