JPH067860B2

JPH067860B2 - 注入ポンプにおける注射器のプランジャーロッドの駆動機構

Info

Publication number: JPH067860B2
Application number: JP60504992A
Authority: JP
Inventors: ツウリン，フレミング
Original assignee: Novo Nordisk AS
Current assignee: Novo Nordisk AS
Priority date: 1984-11-01
Filing date: 1985-10-31
Publication date: 1994-02-02
Anticipated expiration: 2009-02-02
Also published as: WO1986002562A1; ES549067A0; JPS62501266A; AU583867B2; ATE34920T1; DK519884D0; AU5090985A; DK159526B; ES8700399A1; DE3563169D1; IL76884A; EP0204727B1; DK159526C; EP0204727A1; DK519884A; IL76884A0

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、ロッドの軸方向の動きのための駆動機構に
関し、特に注入ポンプに装着された注射器のためのプラ
ンジャーロッドに関する。例えば、英国特許２０７７５
９９号公報には、注射器を収納する自動注入ポンプが開
示されている。このポンプは、ギヤを駆動するモータの
ための制御回路とその電源を備えている。回転軸が注射
器のプランジャーロッドに対し直角をなし、かつ軸方向
に歯が形成された駆動ホィールを上記ギヤが駆動する。
この公知の装置では、プランジャーロッドが駆動ホィー
ルに押し付けられているので、駆動ホィールの歯が樹脂
製のプランジャーロッドの材料内に圧入する。

上記の公知の装置では、ギヤが精密に製造されている場
合でも、１回の注入時間が数時間におよぶときには、１
回の注入量に５％の公差がある。しかしながら、ある医
薬、例えば、インシュリンの場合、１回の注入時間が１
時間におよぶ場合でも、注入量が極めて正確に計測され
ていることが望ましい。病人は自分で注入ポンプを搬送
するため、ポンプはできる限りコンパクトである方が好
ましい。このために、駆動ホィールの径は５ｍｍとさ
れ、駆動ホィールに形成された３０の歯のうち平均４個
の歯が、常時プランジャーロッドと係合する。さらに、
駆動ホィールは、所定のインシュリンを注入するため
に、モータが回転する回転量の１／２００回転される。
しかし、駆動ホィールの歯の断面の公差を大きくする必
要があることのみならずプランジャーロッドの材料が樹
脂であることのために、駆動ホィールが、プランジャー
ロッドの端から端まで係合する間に駆動ホィールの歯底
に堆積する不純物によって、、プランジャーロッドが不
均一に変形する虞れがあるので、ポンプが所望の精度を
得ることは困難である。さらに、駆動ホィールの有効ピ
ッチ径が、その公差又は歯底に堆積する不純物により変
化させられる。

この発明の目的は、従来技術に係るポンプの精度を改良
し、機構の変速機が大きな公差を必要としない、上述し
たタイプの駆動機構を提供することである。

この発明の目的は、請求の範囲第１項の特徴部に述べら
れたウォーム機構を用いることにより達成される。なぜ
なら、ウォーム機構を用いることにより、ウォームホィ
ールの少なくとも１つの歯がプランジャーロッドロッド
の材料を均一に冷間塑性変形してプランジャーロッドに
係合されるという点で、ウォームホィールを使用しない
従来の機構にない驚くべき効果がある。

第１に、比較的短い注入時間の精度が改善される。なぜ
なら、ウォームの歯によりプランジャーロッドに形成さ
れたトラックが、トラックとウォームとの係合部分で一
定断面を有するからであり、プランジャーロッドの反発
力が小さいことによって、ウォームホィールの歯がプラ
ンジャーロッドに係合するからである。第２に変速機が
ピッチ径に依存せず、ウォームの歯のピッチに依存する
ため、長時間の精度が改善される。最後に、ウォーム機
構は自己清掃し、大きい変速機はそのギヤの歯が小さい
公差で製造されることおよび樹脂での製造も可能である
ことを許容する。

ウォームホィールとプランジャーロッドとの摩擦は、プ
ランジャーロッドの進行のためのエネルギの消費よりも
比較的大きく、特に、電源により駆動される機構の場合
には、摩擦を減らすことが好ましい。これは、ウォーム
ホィールの軸方向の長さを減らすことにより達成され
る。プランジャーロッド材料の変位は精度に著しく影響
する。ウォームホィールの回転が変化されるからであ
る。この発明はこの変化を抑える働きをする。請求の範
囲第１項の特徴部は、従来技術より非常に精度が良いと
いう特徴がある。

請求の範囲第２項によれば、係合の開始に変化のないこ
とは、相互に角度的に捩じられることにより達成され
る。横方向の荷重を均衡するために、請求の範囲第３項
では、プランジャーロッドからウォームホィールの間に
配置されている。

請求の範囲第４項では、係合の開始時に変化がないとい
う別の特徴があり、計測の精度が不連続である係合の開
始に影響されない。

ウォームホィールを１又は２個の円錐状に形成すること
により、係合の開始の不連続が抑えられる。請求の範囲
第５項に述べられた１つの円錐形態により、係合の開始
ときに利点があり、請求の範囲第６項に述べられた２つ
の円錐形態により、係合の終了ときに変化がない。

係合の開始部と終了部の不連続は、請求の範囲第７項に
規定される特徴により減少される。これには、２以上の
ウォームホィールが必要とされる。

請求の範囲第８項は、特に注射器のために、その製造が
コスト安くなされる実施態様を示す。特に注射器の点
で、次の利点がある。プランジャーロッドがロックされ
る反発力は、ウォームの軸方向に平行である力に変形さ
れるか又は、請求の範囲第９項の特徴部により反発力は
減少される。

第１図及び第２図は、公知の自動注入ポンプを示す。

第３図は、従来技術の説明図である。

第４図及び第５図は、この発明の好ましい実施例の断面
図を示す。

第６図は、第４図および第５図の機構の底面図である。

第７図ないし第９図は、この発明の駆動機構の他の実施
例の説明図である。

第１図に示された公知の機構は、注射器の外筒３を収納
するキャビティ２を有するハウジング１を備えている。
さらに、ハウジング１は樹脂により形成されたプランジ
ャー４およびプランジャーロッド５を備えている。符号
６は、延出された位置で外筒３およびプランジャーロッ
ド５を装置に収納するスライダであり、さらに、スライ
ダ６は、第２図から明らかなように、挿入可能である。
スライダ６は、ギヤを介して、ハウジング１のモータに
より駆動される駆動ローラ７に向かって下方にプランジ
ャーロッド５を付勢するように配設されている。ハウジ
ング１はモータを制御する電気手段を有するので、スイ
ッチ８が作動されているとき所定の注入時間が正確に計
測される。装置は、病人、例えば糖尿病患者により搬送
されるように構成され、注射器は樹脂管を介して患者に
挿入された針に接続されている。装置は可能な限りコン
パクトであり、計測が可能な限り正確に行われることが
好ましい。

実際問題として、駆動歯車７はその直径が略５ｍｍであ
り（第３図参照）、インシュリン１国際単位を体内に注
入するために、駆動歯車７は全回転の１／２００回転さ
せられる。駆動歯車７の歯は、プランジャーロッド５と
係合する部分が少ないので１国際単位のインシュリンを
全回転量の１／２００すなわち５％で正確に注入するこ
とは困難である。不正確さの原因は、幾つかあるが、そ
の１つとして、駆動歯車７の各歯が、プランジャーロッ
ド５に圧入し、材料の冷間塑性変形を行う点にある。こ
の冷間塑性変形は、プランジャーロッド５の全長におよ
ぶ。噛み合い比は、ピッチ径に依存しており、噛み合い
比は、プランジャーロッド５と噛み合う駆動歯車７の歯
の深さにより変えられ、歯の底部の不純物は、精度に影
響する。これらの全ての欠点は、この発明の機構により
解決され、この発明の好ましい実施例を第４図ないし第
６図に示す。

この発明は、プランジャーロッドの駆動機構に関し、こ
の駆動機構は、第４図ないし第６図に示されている。一
方、第４図ないし第６図は、第１図ないし第２図に示さ
れた装置の一部を示す図である。第４図において、符号
４および符号１０は、第１図に示されるタイプのハウジ
ングの平面および底面を示す。第４図はハウジングの断
面図であり、プランジャー１４と外筒１３とともに装置
に載置されているプランジャーロッド１１を示す。ロー
ラ１２はウォームホィール１５，１６（第５図）との間
でプランジャーロッド１１を下方に押し下げるように働
く。このウォームホィール１５，１６は、樹脂材料で作
られた軟質のプランジャーロッドと係合するように構成
されたすくなくとも１つの歯１７，１８を夫々備えてい
る。ウォームホィール１５，１６は夫々通常のギヤによ
り反対方向に回転させられる軸１９，２０に取り付けら
れている。さらに、この軸１９はギヤ２２により駆動さ
れるはすばギヤ２１を備えており、ギヤ２２は、軸２０
を駆動する別のウォームホィール２４を支持する軸２３
に順次取付けられている。第５図の矢印から明らかなよ
うに、ウォームホィール１５，１６は、反対方向に駆動
され、これによりプランジャーロッド１１が回転力を受
けるのが妨げられる。軸２３は、ギヤ２８、およびモー
タにより駆動される変速機２６を介して駆動される。

第５図から明らかなように、押付けローラ１２はスライ
ド２７に軸受されている（第４図から明白ではない
が）。スライダ２７は、第１図のスライダ６と同じ目的
のために働くので、プランジャーロッド１１はウォーム
ホィール１５，１６の間に載置されている。したがっ
て、ウォームホィール１５，１６の歯１７，１８は、プ
ランジャーロッド１１を冷間塑性形させてプランジャー
ロッッド１１と係合し、プランジャーロッド１１は、軸
２３が回転するとき、回転を伴わずに軸方向に押し出さ
れる。第６図は、第５図に示す機構の底面図であり、第
５図に示した駆動ギヤからプランジャーロッド１１に至
る係合関係を明白に示す。ウォームの伝達力を大きくす
るため、ギヤ２８とモータ２６との間の伝達機構のギヤ
（図示略）は樹脂で形成されている。

さらに、第６図は、軸１９，２０のための一対の圧力軸
受の実施例を示す。軸１９は軸２０に軸受され、図面で
は、軸１９は、固定された鋼球２９に軸受されている。
注射針が強い抵抗に出会うか、プランジャー１４が外筒
底面に達すると、強い反発力が軸１９，２０に平行に発
生され、反発力が第６図の実施例では、軸２０の圧力軸
受により発見される。圧力軸受は鋼球３１のためのリム
３０を備え、鋼球３１は、ねじ３３により付勢力が調整
されるスプリング３２によりリム３０に押付けられてい
る。リム３０とねじ３３とが夫々電気的に接続されてお
り、ねじ３３により調整された付勢力を越える力が軸２
０を右方向に動かすように加えられると、電気的な接続
が解除される。従って、病人のための警報が非常に簡単
な方向で設けられ、機構の複雑さがない。

この発明の効果は上述しているので、ここでは、実施例
について付加的に述べる。第１に、減速比が正確に規定
され、減速比はウォームホィール１５の歯のピッチに依
存し、歯のプランジャーロッド１１への圧入の深さに依
存しない。圧入の始めと終わりの問題が上述した通りで
ある。上述した実施例では、圧入の開始部においては動
きが減速され、角度がずらされている。即ち、１８０°
の角度を隔てて歯３４，３５の圧入が開始される。好ま
しくは、歯の形状は、円錐状であり、その頂点は注射器
の外筒の方向を向いており、傾斜角度は微小である。微
小に拡径されたピッチ径、及び角度的にずらされた２つ
の圧入開始部の組み合わせには、特に利点がある。圧入
の終了部にも同じことがいえるが、実際問題としては、
それほどの正確性は不要である。

いくつかの他の実施例を第７図ないし第９図に基づいて
以下に説明する。第７図は、プランジャーロッド３９を
駆動するように構成された３つのウォームホィール３
６，３７，３８を備える実施例を示す。プランジャーロ
ッド３９は、硬質の物質で形成され、そのスリーブ４０
の外周が常温で冷間塑性変形可能な物質から形成されて
いる。もちろん、第７図に示された実施例は、上述した
スライダに接続することは適切ではないが、プランジャ
ーロッドがウォームホィール３６〜３８に対して軸方向
導入される機構には有益である。３個のウォームホィー
ルが備えられたとき、約１２０°の角度で周方向配置さ
れることによって、ウォームホィールの圧入の開始がス
ムーズになされる。

第８図は、ウォームホィール４１の回転軸がプランジャ
ーロッド４２と鋭角をなすように形成された実施例の図
である。歯４３のピッチは大きなピッチをとり、ウォー
ムホィールの回転軸がプランジャーロッド４２の歯溝を
形成する歯と鋭角で回転されるとき、歯溝はプランジャ
ーロッドに対し直角に位置するので、プランジャーロッ
ド４２の駆動力はピストンが働く方向と略平行である。
符号４４はプランジャーロッド４２に形成された歯溝を
示す。ウォーム４１がプランジャーロッド４２と協働す
るところを越えてウォームホィール４１が延出すると
き、断続的に圧入が開始され終了される。そして、これ
は、ウォームの外形の実線により示され、この線は、プ
ランジャーロッド４２と協働する歯の延出の程度を示
す。

第９図は、この発明のウォーム機構の他の実施例を示
す。ウォームホィール４５は断面樽型であり、歯の径は
中央部が最も大きく、端部に向って減少している。ピス
トンロッドは符号４６で示され、ウォームホィール４５
が回転すると、圧入によってプランジャーロッドに連続
的に溝４７が形成される。

第８図および第９図に示された変形例は第４図ないし第
７図に示される実施例と協働され、所望の精度及び製造
コストを選択することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プランジャーロッドに係合するように構成
された歯車手段を備え、この歯車手段の歯の圧入によっ
てプランジャーロッドに凹部が形成される、注射器のた
めの、プランジャーロッドの軸線方向運動の駆動機構に
おいて、歯車手段が、少なくとも１つのウォームホィール（１
５，１６，３６−３８，４１，４５）からなり、作動
中、歯車手段の回転に対して、ほぼ均一形状の樹脂製の
プランジャーロッド（１１，３９，４２，４６）と歯車
手段の係合が、ウォームの歯の圧入による樹脂材料の冷
間塑性変形によりなされるようにしたことを特徴とす
る、プランジャーロッドの軸線方向運動の駆動機構。
【請求項２】複数個のウォームホィールは、各々の歯先
が相互に一定の角度で互いに遷移するように構成された
請求の範囲第１項に記載の駆動機構。
【請求項３】ローラ（１２）がプランジャーロッドをウ
ォームホィールに押し付けるように構成され、２個のウ
ォームホィールが、ウォームの周方向に略１２０°の間
隔で配置された請求の範囲第１項または第２項に記載の
駆動機構。
【請求項４】ウォームホィールの回転軸が、ウォームの
歯のピッチと対応するプランジャーロッド（４２）と鋭
角をなすように構成され、また、ウォームの歯（４３）
が、前記ロッド（４２）の材料内に圧入する領域（４
４）を越えて軸線方向に一定距離だけ延長するように構
成された請求の範囲第１項−第３項のいずれか１に記載
の駆動機構。
【請求項５】ウォームホィールの幅方向中央部ほどウォ
ームホィールのピッチ径が大きく構成された請求の範囲
第１項−第４項のいずれか１に記載の駆動機構。
【請求項６】ウォームホィールの幅方向外側部ほどウォ
ームホィールのピッチ径が小さく構成された請求の範囲
第１項−第５項のいずれか１に記載の駆動機構。
【請求項７】ウォームホィールの歯の開始部と終了部
が、角度的にずらされている請求の範囲第２項−第６項
のいずれか１に記載の駆動機構。
【請求項８】２つのウォームホィールの駆動軸がプラン
ジャーロッドと平行に構成され、また、前記２つのウォ
ームホィールが、それぞれ関連する２つの歯車によって
互いに反対方向に駆動され、前記２つの歯車は、１つの
共通の別のウォーム歯車（２２−２４）によって駆動さ
れる請求の範囲第３項、または第５項−第７項のいづれ
か１に記載の駆動機構。
【請求項９】ウォームが、軸方向の圧力検出器を有する
圧力軸受に軸受された請求の範囲第１項−第８項のいづ
れか１に記載の駆動機構。