药物喷射装置及其控制方法

专利名称：药物喷射装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及药物喷射装置及其控制方法，所述药物喷射装置构造为允许使用者携 带和使用，并且可以在用于使使用者吸入药物的吸入器中使用。
背景技术：
已经研发出了利用喷墨系统的喷射原理将药物微滴喷射到气流路径中并使使 用者吸入的吸入器，经由吸嘴吸入的空气流过所述气流路径(参考日本专利申请公开 No. 2004-290593和日本专利申请公开No. 2004-283245)。这种吸入器的优点在于能够精确 喷射具有均勻颗粒尺寸的规定数量的药物。这种药物喷射装置的基本构造包括喷射头和储器，喷射头中布置有例如放热元件 的喷射能量生成元件，储器中储存要供应给所述喷射头的药物。当储器为简单的密闭容器 时，随着药物喷射和储器内的药物量减少，在储器内产生负压并且喷射性能下降。为此，必 须采取用于储器的下列对策。所述对策首先包括的方法是使用储器刚好在喷射开始前与大气连通的结构。在作 为已有技术的喷墨打印机中采用这样的结构。然而，当储器储存了多次吸入的药物量时，不 可能采用使储器与大气连通的结构，因为需要防止在设备已使用之后剩余在储器内的药物 发生浓度变化和变质，从而要求储器具有高阻气性质和可密封性。在不希望药物接触空气 的情况下也是一样。在这种情况下，储器可以是柔性容器，其具有随着喷射而被压扁的结构(日本专 利申请公开No. 2004-290593)。例如，储器可以由已经沉积有铝的聚酯薄膜制成。可选地， 当储器主体为玻璃容器等时，有必要将储器制造成这样的结构，其中，容器一端由橡胶塞封 闭，并且储器容积随喷射而减小。在使用具有这样的高密封性的储器的情况下，储器内外部之间的压差随着药物连 续喷射而增大。即使在储器内的负压以这样的方式增大时，需要相当大的能量使柔性储器 利用由负压引起的作用力变形或者通过使橡胶塞相对于玻璃容器滑动而减小容积。上述说 明针对于玻璃容器的情况。当由于储器中的负压施加给塞子的作用力超过玻璃容器和塞子 之间的最大静摩擦力时，塞子开始移动。如果塞子与玻璃容器更为紧密地匹配以保持高密 封性的话，塞子在负压达到相应高值之前不会移动。另一方面，要说明的是，随着储器内的负压增大，喷射头的喷射性能降低。当药物 从喷嘴直径为3 u m的喷射头喷射时，喷射量在储器的内部压力达到_5kPa左右之前不会减 少，但是当内部压力超过_5kPa时，喷射量逐渐减少，当内部压力达到_20kPa时，吸入器经 喷射头吸入空气并且不能再喷射药物。为此，为了实现稳定喷射，可在喷射期间将储器中的 负压尽可能精确地保持在预定值或以下(在上述情况下为_5kPa)。因此，使用具有高密封性的传统储器的吸入器随着吸入器连续喷射而降低了喷射 性能，并且有时候根据一定情况不能喷射药物。

发明内容
本发明的目的是提供一种药物喷射装置，即使在使用具有高密封性的储器时也可 以提供稳定喷射并且可以喷射适量的药物。存在作为给药装置的所谓胰岛素泵等装置，其具有塞住由玻璃等制成的容器的结 构，日本专利申请公开No. 2002-528676中描述了这种装置。然而，胰岛素泵不同于喷墨式 药物喷射装置，并且在喷射嘴中没有喷射能量生成元件，因此对于胰岛素泵来说没有导致 本发明问题的机会。胰岛素泵通过使用推动塞子的微进给机构来挤出药物。针对这些问题，提供了根据本发明的用于喷射药物的药物喷射装置，其包括药物 喷射部和药物储存部，药物喷射部具有喷射嘴和产生将药物从所述喷射嘴喷射的能量的元 件，药物储存部与所述药物喷射部相连并且在药物储存部内储存药物，其特征在于除了通过所述喷射嘴的路径外所述药物储存部与外界空气隔离，药物储存部包括 可动壁，所述可动壁通过该药物储存部内外之间的压差而移动使得所述药物储存部的容积 能够减小，所述压差是由通过所述喷射嘴喷射药物而导致的，并且所述药物喷射装置包括压力单元，用于给所述可动壁加压以便减小所述压差。另外，根据本发明，提供了用于控制喷射药物的药物喷射装置的方法，所述药物喷 射装置包括药物喷射部和药物储存部，药物喷射部具有喷射嘴和产生将药物从所述喷射嘴 喷射的能量的元件，药物储存部与所述药物喷射部相连，除通过所述喷射嘴的路径外所述 药物储存部与外界空气隔离并且在药物储存部内储存药物，其特征在于，所述方法包括步 骤开始给可动壁加压，所述可动壁通过该药物储存部内外之间的压差而移动使得所 述药物储存部的容积能够减小，所述内外压差是由通过所述喷射嘴喷射药物导致的；和在给所述可动壁加压的状态下驱动所述元件以使该元件喷射药物。根据本发明的药物喷射装置可以在产生于储器内的负压比传统装置低的阶段减 小储器容积，因此可以实现稳定喷射。通过下面结合附图进行的说明，本发明的其它特征和优点将清楚，其中，同样的参 考符号在所有附图中表示相同或类似的部件。


图1显示了根据本发明的药物喷射装置的概念性结构。图2A和图2B是容器和塞子的剖视图，示意性地显示了在使用根据本发明的药物 喷射装置的压力单元的情况(图2B)下和在未使用该压力单元的情况(图2A)下施加给塞 子2b的作用力。图3是显示了用于使用户吸入药物的吸入器的外观的透视图，所述吸入器为根据 本发明的药物喷射装置的一个实例。图4显示了图3所示吸入器中的进口盖18打开的状态。图5是显示了将要彼此相连的喷射头单元1和储器2的状态的透视图。图6是在喷射头单元1与储器2相连的状态下，只显示了从吸入器抽出的喷射头 单元1和储器2的透视图。图7是处于图6所示连接状态下的喷射头单元1和储器2的主剖视图。
图8是与本发明第一实施例相关的药物喷射装置的示意性剖视图。由图9A和图9B组成的图9是显示了使用根据实施例1的吸入器的实例的流程图。图10显示了在实施例1中在喷射药物时施加于可动橡胶塞34上的压力随时间变 化的一个实例，。图11显示了当储器已经在图10所示状态下加压时，储器内压力变化的曲线图。图12是根据本发明第二实施例的药物喷射装置的示意性剖视图。图13是根据本发明第三实施例的药物喷射装置的示意性剖视图。图14是根据本发明第四实施例的药物喷射装置的示意性剖视图。图15是根据本发明第五实施例的药物喷射装置的示意性剖视图。图16是根据本发明第六实施例的药物喷射装置的示意性剖视图。图17是根据本发明第七实施例的药物喷射装置的示意性剖视图。图18是根据本发明第七实施例的药物喷射装置的示意性剖视图。图19是药物喷射装置的透视图，该药物喷射装置的状态是，已经去掉装置内部的 保护盖，从而可以看到根据实施例7的读取单元。
具体实施例方式现在将参考附图对本发明的优选实施例进行详细描述。然而，通常来讲，相同的部件标有相同的参考数字，并且描述从略。图1的视图显示了根据本发明的药物喷射装置的概念性结构。药物喷射部1包括 用于喷射药物的喷射嘴(喷嘴)la和产生用于将药物从喷射嘴la喷射的能量的元件lb。 用于产生喷射能量的元件lb给来自药物供应口 4的药物施加喷射能量。从而，药物从喷射 嘴la喷射。用于储存待喷射药物的药物储存部2与药物喷射部1相连，并且除了通过喷射嘴 la的路径之外药物储存部2与外界空气隔断。因此，当药物从喷射嘴la喷射并且储存在药 物储存部2中的药物量减少时，在药物储存部2的内部和外部之间形成压差。药物储存部 2中具有可动壁5，并且可动壁5因压差而移动使得药物储存部2的容积减小。这里，药物喷射部(喷射头)1具有用于产生喷射能量的任意元件。例如用于给药 物施加热能的热电换能器，或用于给药物施加机械能的机电换能器。换句话说，喷射药物的 方法可以例如是通过热电换能器给药物施加热能并且使热电换能器喷射药物的方法(热 力喷射型)，以及通过使用给药物施加机械能的机电换能器(例如，压电元件)的振动压力 喷射药物的方法(压电喷射型)。可以根据药物类型等来选择喷射方法。当使用热力喷射型时，就单个喷射头而言，就可增大喷射嘴的孔径尺寸，增大用于 喷射的热脉冲的热量，增大作为热电换能器的微加热器的尺寸精度，及增大可重复性。因 此，热力喷射型可以实现液滴尺寸的窄分布。热力喷射型方法还可使喷射头的制造成本低， 并且完全能够应用于需要频繁更换喷射头的小型装置上。因此，当药物喷射装置要求便携 性和便利性时，可采用尤其是热力喷射型的喷射原理。现在将概述药物储存部(储器)2，稍后将参考示例性实施例对特殊结构进行描 述。储器可以使用这样的结构，其中，采用两端敞开的玻璃容器作为主体，并且其中一端利 用例如橡皮塞子的构件封闭。另一端连接到喷射头1。当塞子由于上述压差朝向玻璃容器内部滑动和移动时，储器的容积减小。可选地，储器可以为柔性容器。(压力单元)在喷射药物时，作为本发明特征的压力单元3给可动壁5施压。现在将参考药物储 存部2包括玻璃容器2a和作为可动壁的塞子2b的情况对压力单元3进行描述。具体地， 压力单元3以预定压力给塞子2b施压。图2A和2B是容器和塞子的剖视图，示意性地显示 了在使用根据本发明的药物喷射装置的压力单元的情况(图2B)下和在未使用该压力单元 的情况(图2A)下将要施加给塞子2b的作用力。假设f0定义为容器2a和塞子2b之间作 用的最大静摩擦力，f0'定义为容器2a和塞子2b之间作用的动摩擦力，fl定义为因药物 已喷射而产生在容器2a中的负压施加给塞子2b的作用力。当药物喷射装置不具有压力单 元3(图2A)时，在喷射已开始之后塞子不立即移动，并且在fl超过f0时塞子开始朝向容 器内部移动。当塞子移动时，fl减小，并且塞子继续移动直到fl与动摩擦力f0'平衡。当 在这之后药物喷射装置还继续喷射药物时，塞子在fl与f0'平衡的状态下继续移动。当在 喷射已完成之后塞子停止移动时，与等于f0'的作用力相对应的负压仍然保持积聚在容器 内部。另一方面，假设在从刚要开始喷射之前的时刻到喷射完成时的时刻的整个期间内 压力单元3持续给塞子施加作用力f2。在这种情况下，塞子在n超过(f0-f2)时开始移 动，并且在fl等于(f0' -f2)的状态下移动。此外，在喷射已完成之后，在容器内部只积聚 有与等于(f0' -f2)的作用力相对应的负压。因此，通过用压力单元3预先施加固定作用力f2，施加给容器内部的负压可以在 从喷射开始时刻到喷射完成时刻的整个期间减小。换句话说，当药物通过喷射嘴喷射而导致药物储存部内外之间的压差超过预定值 时，药物储存部的容积减小，但是如果压力单元3给药物储存部加压的话，所述预定值可以 减小。本发明中使用的药物不仅包括显示出药理学和生理学作用的药用化合物药品，而 且还包括除了药用化合物以外的气味或调味、染料和颜料成分。药物还可以包括任意添加 剂。(压力单元施加的作用力)理论上，如果给塞子施加等于动摩擦力f0'的作用力的话，在塞子已经开始移动 之后，塞子将在储器的内压力为0(零)的状态下继续移动。然而，当根据喷墨系统的原理 喷射药物时，储器中最好具有一定程度的负压。具体地，负压为大约-0. 5kPa到-4. 5kPa。 因此，可以控制加压作用力，以便能在这种程度的负压下稳定地喷射药物。另外，由压力单元3施加给塞子的作用力不能高于动摩擦力f0'。这是因为当大 于f0'的作用力施加给塞子时，该作用力最终会在塞子已经开始移动之后过度地推动塞 子，并且会使药物从喷射嘴泄漏。由压力单元施加给塞子2b的压力值在喷射期间不必总是恒定。压力单元可以只 是给塞子加压使得储器内的负压能够保持在约-0. 5kPa到-4. 5kPa。为了做到这一点，可设 置用于测量由压力单元3施加给塞子2b的压力的传感器，并且根据由传感器测量的值控制 压力单元。对于由传感器测量的值和对压力单元的控制之间的关系而言，考虑例如将加压
6作用力控制到预定范围之内，使得如上所述，储器中的负压在整个喷射期间保持在预定范 围内。可选地，可以控制压力单元以便根据传感器的值始终给塞子2b施加恒定压力。当希望使塞子2b的移动速度在喷射期间保持恒定时，有必要始终给塞子2b施加 恒定压力。根据本发明的压力单元可以在刚要喷射药物之前给可动壁加压，并且在装置不使 用时(在保存期间)不必操作。不过，药物喷射装置可以具有控制器，用于在给可动壁加压 的状态和不给可动壁加压的状态之间切换。(药物喷射装置)图3的透视图显示了用于供使用者吸入药物的吸入器的外观，所述吸入器为根据 本发明的药物喷射装置的一个实例。主体的外部组件包括壳体17和进口盖18。按钮40使 进口盖的锁松开。用来使进口盖18在使用期间不打开的钩部件19(图4)构造为搁置在捕 钩轴上，所述捕钩轴与由弹簧推动的解锁按钮40相配合。进口盖18构造为通过推动释放 按钮40的操作而打开，当进口盖18打开时，所述释放按钮使钩脱离并且使未显示的弹簧施 加使进口盖18沿打开进口盖18的方向运动的作用力。进口盖18设置有显示单元15，用于 显示剂量、日期、错误信息等。进口盖18还设置有菜单切换按钮11、向上按钮12、向下按钮 13和确定按钮14，它们是使使用者能够设定菜单的设定按钮。图4显示了图3所示吸入器的状态，其中，进口盖18打开。当进口盖18打开时，可 以看见分别作为药物喷射部和药物储存部的喷射头单元1和储器2，所述药物喷射部可以 附接到装置主体上并且从其上拆下。喷射头单元1朝向气流路径6喷射药物。使用者可以 通过从吸入口(吸嘴)20进行呼吸而吸入喷射到气流路径中的药物。在本实施例中，吸入 口(吸嘴)20和气流路径6是一体的。吸入口 20在每次已经用来吸入之后丢弃，或者在吸 入后经冲洗之后重新使用。在储器2中的药物数量小于一次吸入应当给予的药物数量时， 喷射头单元1和储器2进行更换。例如，可提供用于计算主体中的喷射量的功能，利用该能 够来计算喷射量、计算剩余量和通知更换时间，并且催促使用者更换喷射单元和储器，或者 可选择地，使装置停止喷射药物，直到完成更换为止。在喷射头单元1和储器2已经装配之后，通过使储器2移动到喷射头单元1 一侧 并利用连接杆10而使它们相连。然后，形成药物流动路径，储器中的药物通过所述药物流 动路径流入喷射头单元1。进口盖18具有锁孔31，用于在其内设置连接杆。因此，当进口 盖18闭合时，连接杆10的旋钮32接合在连接杆的锁孔31中。这样，只要进口盖18不打 开，喷射头单元1和储器2之间的连接就不能解除。当使用者将装置放入包之类中并且在 储器2已经与喷射头单元1相连之后携带所述装置时，锁孔31防止储器2与喷射头单元1 脱离。(喷射头单元和储器)现在将参考图5到图7描述在根据本发明的药物喷射装置中使用的喷射头单元1 和储器2的特殊结构的一个实例。图5的透视图显示了将要彼此相连的喷射头单元1和储器2的状态。图6的透视 图显示了在喷射头单元1和储器2彼此相连的状态下从吸入器抽出的喷射头单元1和储器 2的仅仅一部分。图7是处于图6所示连接状态下的喷射头单元1和储器2的主剖视图。喷射头单元1包括如下所述的部件。具体地，设置有多个喷射嘴的喷射头8附接到壳体39上并由壳体39支撑，空心针(药物液体的流动路径)38布置在壳体的内部，药物 从储器经由所述空心针供应到喷射头8。喷射头8具有加热器，该加热器是设置在喷射嘴附 近的产生喷射能量的元件，并且该喷射头8通过使用受热药物起泡时所产生的能量将药物 通过喷射嘴喷射。喷射头单元1还具有电气连接面9a和电接线部件9，通过电气连接面9a 给加热器提供电能，电接线部件9支撑电气连接面9a。电能从保持在吸入器主体中的二次 电池的可充电电池(未显示)通过电气连接面9a进行供给。储器2包括如下所述的部件。具体地，包括用于储存药物的玻璃容器33，玻璃容器 33的一端由固定橡胶塞36封闭，所述橡胶塞通过由铝制成的填缝接头配件37固定。玻璃 容器33的另一端具有插入容器内部的可动橡胶塞34，其使药物与外界空气隔离。当喷射头 单元1与储器2相连时，除了穿过喷射头8的喷射嘴的路径之外，玻璃容器内部与外界空气 隔离。由于这样的结构，储器保持了其密封性，并将药物变质和浓度变化限制到最小程度。喷射头单元1和储器2可以由不同构件构成，但也可以由一个构件构成整体式部 件。在这种情况下，喷射头单元1和储器2可以容易地附接到吸入器主体上和从其上拆下。 当储器由玻璃制成时，覆盖储器的壳体是有用的，以用于防止储器在受撞击时破裂。(实施例1)图8显示了与本发明第一实施例相关的药物喷射装置的示意性剖视图。在本实施 例中，产生压缩空气的空气压缩机21用作压力单元。压缩机主要分为涡轮式和容积式。涡轮式主要在压力较低并且需要大量空气时使 用。另一方面，容积式在需要高压时使用。本实施例中使用的压缩机是空气泵，它是容积式 的一种并且采用隔膜驱动系统，所述隔膜驱动系统通过利用电机扭矩使隔膜上下运动来产 生压缩空气。隔膜驱动系统的空气泵比较小，因此适用于始终被携带的吸入器。压缩机21与作为可动壁的橡胶塞34相连，并且产生要施加于橡胶塞34上的压 力。换句话说，压缩机21中产生的压缩空气流过空气管24，流过由压缩空气接头26保持的 供气管27，并且给可动橡胶塞34加压。调节器22位于橡胶塞34和空气压缩机21之间，并 且起到阀机构的作用，用于调节供应给橡胶塞34的空气流量。此外，调节器22中包含有压 力传感器23，从而可以测量要施加在可动橡胶塞34上的压力。通过基于压力传感器23的压力值来控制调节器22中的阀机构，药物喷射装置可 以调节要施加在可动橡胶塞上的压力。预先在安装于控制基板25上的CPU中设定将要施加 在可动橡胶塞34上的压力，并且控制器使调节器工作以使得压力传感器23的测量值与设 定值匹配。具体地，控制器使调节器工作，在压力传感器23的测量值低于设定值时通过打 开阀而给橡胶塞加压，在测量值超过设定值时通过关闭阀而不再给橡胶塞加压。即使在药 物已经喷射并且可动橡胶塞34已经开始移动之后，具有这样的机构的药物喷射装置也能 够以恒定压力值给可动橡胶塞34加压。将要施加在橡胶塞34上的压力可以设定在固定数 值范围内。控制器可以在测量值偏离所述范围时对阀进行控制。调节器22中包含D/A(数 字-模拟)转换部件。调节器22可以是低压电动气动调节器，它可以将压力调节至大约0 到50kPa的正压范围内。由于具有调节器22，即使在产生于压缩机21中的压缩空气的压力值具有不规则 脉动时，药物喷射装置也可以稳定要被施加在可动橡胶塞34上的压力，从而可以更自由地 选择压缩机。
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下面将结合图9所示流程图对使用根据本实施例吸入器的方法实例进行描述。首先，吸入器设定为这样的状态，其中，能够通过使用者旋转位于吸入器主体上的 电力开关的操作开始使用吸入器(S001)。在开始状态之后，吸入器检查喷射头单元1是否 插入其中(S002)。当喷射头单元1未插入其中时，吸入器显示警报以通知使用者没有喷射 头单元1(S015)，关闭电源(S023)，并且结束其作用(S024)。当喷射头单元1例如为喷射药物的热力喷射型时，可以通过测量作为喷射能量生 成元件的加热器的欧姆值来检测是否有喷射头单元1。当存在喷射头单元1时，检测储器2的药物剩余量(S003)。用储器中的初始容量 减去喷射药物的总量获得药物剩余量。吸入器用设置在控制基板上的RAM或ROM储存药物 剩余量，并且当剩余量小于一次吸入所必需的数量时，显示报警(S016)，关闭电源(S023)， 并且结束其作用(S024)。当储器内剩余有足够数量时，吸入器检测电池(未显示)残余量(S004)。当残余 量不足时，吸入器显示信息来催促更换电池或给其充电(S017)，关闭电源(S023)，并且结 束其作用(S024)。当吸入器确定电池残余量足够至少一次吸入动作时，使用者接通电源 (S005)，并且设定初始条件(S006)。在初始化完成之后，在步骤S007中输入药物剂量。有时候，使用者需要自己输入 剂量。通常地，医生开出的处方数据中的剂量自动设定在吸入器中，但是在使用者吸入药物 时，考虑到热量摄入和热量消耗，使用者可以改变例如胰岛素的剂量。随后，将对吸入器开始给可动壁加压的步骤进行描述。在已经确定药物剂量之后， 压缩机21产生压缩空气以给可动橡胶塞34后面的封闭空间加压(S008)。这里，作用于玻 璃容器33和可动橡胶塞34之间的最大静摩擦力和动摩擦力由玻璃容器的材料性质及其尺 寸以及可动橡胶塞的材料性质及其尺寸来唯一确定。因此，使用者可以预先设定加压值，使 得在喷射之后橡胶塞移动时，平衡状态下的储器内部压力可以为期望值。设定值存储在控 制基板25内的CPU中。吸入器控制调节器22和压力传感器23，使得设定压力可以施加于 橡胶塞(S009、S010和S011)，并且等待吸入开始(S012)。当使用者开始吸入时，在气流路径6中产生负压，使得吸入器可以通过布置在控 制基板25上的压力传感器16来感测吸入的开始。当已经感测到预定负压(S013)时，吸入 器进行喷射(S014)。这样，吸入器在给可动壁加压的状态下喷射药物。这里，吸入器可以 使S008所示开始加压的时刻与压力传感器16感测到吸入的时刻同步。这样，吸入器可以 使压力单元的驱动作用最小化。在吸入器喷射药物时，压力测量的操作中断喷射(S018)，并且吸入器确定加压值 是否处于预定压力范围内(S020)。当加压值低于预定范围时，吸入器打开调节阀以将压缩 空气送入供气管(S021)。该中断操作(S018)在喷射期间周期性且反复地进行。可选地，吸 入器可以监视压力值，并且当压力值低于预定范围时，吸入器可以打开调节阀吹送压缩空 气，直到压力值达到预定范围。在喷射药物达设定时间之后，吸入器结束喷射操作(S019)。 当已经结束喷射操作时，吸入器将药物剩余量储存在控制基板25上的闪存ROM中，关闭电 源(S023)，并且结束其作用(S024)。图10显示了在本实施例中压力随时间变化的一个实例，所述压力在喷射药物时 施加于可动橡胶塞34上。图11的曲线图显示了当储器已经在图10所示状态下加压时储器内压力变化。利用测量内部压力的压力传感器测量储器内的压力，所述压力传感器连接在 空心针(药物液体的流路)的中间，所述空心针将玻璃容器33与图8中的喷射头8相连。 在图10和图11中，喷射在时间轴(横坐标)的零点时刻开始。所述附图通过实验获得，通 过使吸入器以15ia/SeC的流量喷射两秒钟的纯水进行该实验，所述吸入器具有这样的结 构，其中，储器为玻璃容器，其容积为2ml，内径为<|>6.8，并且该储器中插入有可动橡胶塞， 所述可动橡胶塞的直径为屮7.2，长度为6mm，肖氏A硬度为50度。当使用如上所述的玻璃容器和橡胶塞时，最大静摩擦负荷为大约60g，静摩擦负荷 为大约40g。当这些值转换为施加于橡胶塞上的压力(由容器内外压差产生的压力和由压 力单元产生的压力之和)时，这些值分别相当于大约16kPa和大约llkPa。为此，在从刚要开 始喷射之前时刻起的整个喷射时间段内，给可动橡胶塞施加lOkPa的压力。储器的内部压 力在开始喷射之前稳定在大约_4kPa，但是在喷射开始之后，内部压力朝向负压方向变化。 给橡胶塞预先施加lOkPa的压力，使得大约在储器内的负压刚要超过_6kPa时，给橡胶塞施 加最大静摩擦负荷。这样，橡胶塞开始移动，并且储器内的负压随着橡胶塞移动而增大。在 随后的喷射期间，压力稳定在-lkPa左右。也可在橡胶塞开始移动的时刻之前施加比橡胶塞开始移动的时刻之后更大的压 力。这样，由于橡胶塞在较早时刻开始移动，吸入器可以进一步防止储器中的负压减少。在 这种情况下，当橡胶塞开始移动之前施加在橡胶塞上的压力超过与动摩擦负荷相对应的压 力时，通过在橡胶塞已经开始移动的时刻减小由压力单元产生的加压力，可以将施加在橡 胶塞上的压力控制到与动摩擦负荷相对应或更低的压力。如果进行这样的操作，吸入器就 可以把橡胶塞开始移动的时刻提前，同时可以避免下列情况，其中，在橡胶塞已经开始移动 之后压力单元给橡胶塞施加过度的压力并且造成药物从喷射嘴泄漏。顺便提一句，在橡胶 塞开始移动之前施加给橡胶塞的压力可以是与最大静摩擦负荷相对应或更低的压力。在这 种情况下，有必要获得橡胶塞34已经开始移动的时刻。可以容易地检测橡胶塞34移动的 开始，这是因为当橡胶塞开始移动时，由测量加压值的压力传感器23输出的压力值突然降 低。(实施例2)图12是在调节器22已经从实施例1中去掉之后，根据第二实施例的药物喷射装 置的示意性剖视图。就本实施例来说，位于可动橡胶塞34后面的封闭空间内的压力，具体地来说是管 24内的压力，可以通过使空气泵21的转速根据压力传感器23的测量值进行变化而以与实 施例1相同的方式进行控制。可以在压力增大时通过提高空气泵21的转速使得压力传感 器的测量值与设定值匹配以及在压力减小时通过降低转速来对压力进行调节。可以根据发 自设置在控制基板25上的CPU的控制信号自动调节。使用吸入器的实例的流程与实施例 1类似，只是用于调节器的调节阀的切换操作被用于空气泵转速的控制操作所取代，从而省 略描述。当与实施例1相比计划减小吸入器的尺寸和重量时，本实施例是有效的。(实施例3)图13是根据第三实施例的药物喷射装置的示意性剖视图，该药物喷射装置采用 用于压力单元的电动气缸41代替空气泵。电动气缸41是这样的装置，其通过内置电动机 的旋转带动滚珠丝杠等旋转并且使连接到滚珠丝杠上的直接作用构件移动，从而改变容纳
10在内部的气缸的容积。由于包含编码器等，该药物喷射装置可以容易地检测位置。由电动气缸41的容积变化产生的压缩空气送至玻璃容器33中位于可动橡胶塞 34后面的空间。通过基于压力传感器23的压力值控制电磁阀42的切换，可以容易地调节 给可动橡胶塞34加压的封闭空间的内部压力。使用者在将储器安装到药物喷射装置中时 使电动气缸41的位置返回起始位置，并且推动电动气缸41以在电动气缸41内产生压缩空 气。药物喷射装置打开电磁阀42，使得压缩空气可以随着喷射给塞子施加固定的作用力， 并且将压缩空气送入位于可动橡胶塞34后面的空间。可使电动气缸41将空气送入所述空 间，以便与电磁阀42的打开动作同步。在本实施例中，即使所述结构不具有电磁阀42，也可以根据压力传感器23的测量 值使电动气缸41直接推动和拉动空气以实现类似的目的。这种结构的优点在于能够减小 尺寸和重量。(实施例4)图14是根据第四实施例的药物喷射装置的示意性剖视图，所述药物喷射装置使 用与储器可动壁形成整体的柔性容器43。即使在使用柔性容器时，容器也需要具有防止药物浓度因蒸发而变化的阻气性质 以及防止药物质量发生变化的化学耐性，与使用玻璃容器和橡胶塞的情况类似。为此，满足 这些条件的容器43可以使用与铝膜叠层的树脂膜或其上有蒸汽沉积铝的聚乙烯膜。药物 喷射装置采用使容器通过空心针与喷射头单元1连通的方法，同时橡胶塞插入结合部。通 过将封闭盒44布置成围绕容器43来形成包围容器43的封闭空间。药物喷射装置具有这 样的结构，其中，压力单元可以通过所述空间给容器43加压。压力单元把产生于空气泵21 中的压缩空气从供气管27通过管24供应给封闭盒44。这样，容器43具有多个层和一厚壁以便确保如上所述的可密封性，并且在刚刚开 始喷射药物之后容器43不会因为内部负压而减小容积(换句话说，不会压扁)。在容器43 开始变形之前当容器43中的负压增加到相当大的量时，增大的负压会类似地导致降低喷 射性能的问题。因此，药物喷射装置使压力单元从外面给容器加压，使得容器可以容易地变 形。这样，在容器内已经产生较小负压的阶段容器开始变形，从而可以保持喷射性能。在图14中，压力单元使用与实施例1类似的空气压缩机，但也可以使用其它装置， 只要该装置实现类似的目的即可。当玻璃容器作为储器使用时，可动橡胶塞需要沿玻璃容器的内周移动，从而容器 需要具有直线形形状。然而，当容器为柔性的时，形状可以任意设定以便与容纳容器的部件 形状匹配。因此，如果形状根据装置内的空间确定的话，整个装置可以小型化。因此，装置 获得了改进的便携性，方便了使用者。(实施例5)图15是根据第五实施例的药物喷射装置的示意性剖视图。本实施例采用了用于 给可动橡胶塞34加压的活塞销53和用于驱动活塞销的电动机45作为压力单元。喷射头单元1和储器2安装在设置于装置主体的壳体17中的筒式保持器29上， 并且喷射头单元1和储器2通过连接杆10 (图4)彼此相连，从而形成药物流向喷射头的流 路，与实施例1相同。活塞销53给可动橡胶塞34加压，活塞销53由线性运动轴承(滚动轴承)54支撑以便稳定地直线移动，并且被引导以便以低摩擦负荷移动。活塞销53与由支撑板50保持 的负荷传感器51相连。支撑板50通过导向轴52固定。设置在支撑板50中的螺纹与丝杠 49啮合，并将丝杠49的旋转运动转换为活塞销53的平移运动。驱动电动机45产生丝杠 49的旋转驱动力。换句话说，压力单元具有这样的结构，其中，驱动电动机的旋转驱动力从 电动机齿轮46通过从动齿轮47传递给固定到丝杠上的丝杠齿轮48。当储器安装时，活塞 销53需要返回原位，从而驱动电动机45可以是可逆电动机。因此，驱动电动机45可以是 直流电动机或者步进电动机。通过在控制基板25上安装用于检测起始位置的开关61和用 于检测行程终点位置的开关62，以及利用机械式微型开关或者非接触式接近开关或者光学 开关来用于负荷传感器检测支撑板50的位置，可以防止故障等情况发生。压力是负荷除以横截面积的商，因此只要横截面积恒定，负荷和压力就成比例关 系。因此，根据该实施例的结构，由活塞销施加给可动橡胶塞34的压力值可以作为负荷传 感器51的测量负荷值。因此，压力单元可以推动活塞销53，从而可以保持预先设定的压力 值(或范围)。使用吸入器的实例的流程与图9基本相似。然而，在初始化步骤S006中，使活塞 销返回原位的操作是必要的。此后，通过使驱动电动机45旋转，压力单元来使活塞销53向 前运动并且与可动橡胶塞34接触。当活塞销53接触可动橡胶塞34时，负荷传感器51的 负荷值开始升高，并且当负荷值达到预先设定的值时，驱动电动机45停止转动以便停止活 塞销53的前进。设定值根据作用于容器和橡胶塞之间的摩擦力以及在喷射期间希望保持 的储器内部压力值进行变化，与先前所述相同。当在喷射之后橡胶塞34开始移动时，施加给负荷传感器51的负荷减小。随后，通 过使驱动电动机45旋转，压力单元使活塞销53向前移动，从而使负荷再次接近设定负荷 值。压力单元可以通过重复所述过程而在喷射期间给橡胶塞34施加恒定压力。(实施例6)图16是根据第六实施例的药物喷射装置的示意性剖视图。本实施例具有的结构 是在作为压力单元的活塞销和电动机之间设置滑动离合器。活塞螺杆73给可动橡胶塞34加压，活塞螺杆73由轴承54支撑从而稳定地直线 移动，并被引导以便以稳定的摩擦负荷移动。活塞螺杆73具有围绕外周部形成的螺纹，并 且与螺杆齿轮79相啮合，螺杆齿轮79具有形成在内周上的齿。螺杆齿轮79与传动齿轮78 啮合。传动齿轮78与滑动离合器77相连，所述滑动离合器将不大于一定程度摩擦扭矩的 运行扭矩从传动齿轮76传递给传动齿轮78。运行扭矩由驱动电动机45产生并且通过电 动机齿轮74和传动齿轮75传递给传动齿轮76。换句话说，活塞螺杆73利用运行扭矩推 动可动橡胶塞34，所述运行扭矩通过驱动电动机45的旋转产生并且设定在滑动离合器77 中。因此，活塞螺杆73可以始终给可动橡胶塞34施加恒定作用力。当药物喷射装置使活塞螺杆73返回时，药物喷射装置使驱动电动机71沿与活塞 螺杆73被推入时相反的方向旋转。然后，运行扭矩通过滑动离合器齿轮78传递给传动齿 轮80、传动齿轮81并随后传递给螺杆齿轮79。因为在螺杆齿轮79和传动齿轮81之间设 置有单向离合器82，因此传递路径只有在驱动电动机反转时才连通。当驱动电动机正转时， 滑动离合器齿轮只接收正转的作用力。固定到活塞螺杆73上的制动片72和导向轴52使活塞螺杆73停止转动。制动片72和导向轴52防止活塞螺杆73因螺杆齿轮79的扭矩而旋转并防止活塞螺杆73停止直线 运动。驱动电动机45可以是扭矩波动很小的直流电动机，以便连续旋转。使用吸入器的实例的流程与图9基本相似，但是在本实施例中，不必利用如之前 实施例中的压力传感器或负荷传感器来周期性或始终感测施加给可动橡胶塞34的压力。 因此，流程简化。具体地，通过在滑动离合器77中预先设定与希望施加给可动橡胶塞34的 压力相对应的扭矩，药物喷射装置可以始终给可动橡胶塞34施加恒定压力。药物喷射装置在开始喷射之前使驱动电动机45旋转以使活塞螺杆73向前移动。 在活塞螺杆73已经开始与可动橡胶塞34接触时，活塞螺杆73继续推动可动橡胶塞34，直 到反作用力达到设定在滑动离合器77中的摩擦扭矩。当反作用力超过设定的摩擦扭矩时， 滑动离合器打滑。因此，储器中的压力不会变为过大的值。当储器中的内部压力在喷射期间下降并且可动橡胶塞移动时，由于设定的摩擦扭 矩施加给可动橡胶塞34，活塞螺杆73向前移动。因此，在喷射期间活塞螺杆73继续推动可 动橡胶塞34移动与因移动导致的压力下降相对应的距离。本实施例具有不需要负荷传感器的非常简单的结构。因此，本实施例的优点在于 药物喷射装置几乎不会引起对医疗器械来说作为重要因素的故障。(实施例7)在第七实施例中，将对药物喷射装置进行描述，该药物喷射装置可以使每次使用 时的喷射药物总量保持总是相同，同时使用目前为止所述本发明实施例中的结构，其中，药 物储存部使用玻璃容器和橡胶塞。就例如通过使用电热换能器作为喷射能量生成元件(热力喷射型)来喷射药物的 装置而言，装置会导致喷嘴堵塞的现象，其中，在药物已经喷射之后留在空气中的药物会粘 在喷射嘴中。为此，当药物在相同的喷射条件(例如喷射频率和喷射操作持续时间)下喷 射时，在一次使用中喷射药物的总量随着喷射次数增加而趋于减小。可在每次开始喷射之 前通过吸出液体等方式来使状态复原，正如喷墨打印机中的情况一样。然而，药物与墨相比 非常昂贵，因此如果可能的话不应当浪费。因此，即使在使用喷嘴已经堵塞并且喷射性能下降的喷射头时，也希望药物喷射 装置能够使每次喷射药物的总量保持恒定。本实施例提供了这样的药物喷射装置。这里，在本说明书中，“喷射操作持续时间”是指在一次使用中，从喷射能量生成元 件已经收到第一个脉冲的时刻到喷射能量生成元件收到最后一个脉冲的时刻之间的时间 段，换句话说，是指提供用于产生喷射能量的脉冲序列的时间段。“喷射频率”相当于每单位 时间发送给喷射能量生成元件以便喷射药物的脉冲信号的数量。此外，“脉冲宽度”是施加 一个脉冲信号时的载流时间段。“驱动电压”是施加给喷射能量生成元件的电压。当用于喷 射头的这些驱动条件不改变时，施加给药物的喷射能量不改变，但是当喷嘴堵塞时，实际喷 射的药物量趋于减少。图17是概念性地显示了根据本实施例的药物喷射装置的结构的示意图。药物储 存部2布置在玻璃容器33中，并且在一端包括使药物与外界空气隔离的可动橡胶塞34。压 力单元3给可动橡胶塞34施加预定压力。这里，根据本实施例的药物喷射装置具有读取单 元90，其可以检测可动橡胶塞34的位置并且读取移动量。
从药物喷射装置已经开始喷射之后到橡胶塞34开始移动之前期间内的喷射药物 总量取决于早期储器内的负压和最大静摩擦负荷，因此是预先知道的。另外，在橡胶塞34 已经开始移动并且由压力单元施加给橡胶塞34的压力已经达到与动摩擦负荷平衡的状态 之后，只要施加给橡胶塞34的压力恒定，橡胶塞34的移动量就与喷射药物的量(具体地来 说是储器内减少的药物量)成线性关系。因此，橡胶塞34的移动量以一对一关系对应于喷 射药物量。随后，通过利用读取单元90读取移动量，可以确定从喷射已经开始的时刻到橡胶 塞34的移动量被读取时刻期间的喷射药物总量。应当给予的药物量是根据处方等预先设 定在药物喷射装置中。因此，当从读取单元90获得的读取结果已经达到应当给予的药物量 时，药物喷射装置通过控制器25停止喷射能量生成元件lb的驱动。这样，即使在喷嘴中已 发生堵塞时，药物喷射装置也可以每次喷射恒定数量的药物，与喷射头的喷射性能无关，并 且可以解决每次使用药物喷射装置时吸入量改变的问题。另外，即使在药物容器的内部压 力低于_5kPa并且进入喷射量减少的范围时，药物喷射装置也可以使喷射量恒定。图18是根据本实施例的药物喷射装置的示意性剖视图。图19A和19B是药物喷 射装置状态的透视图，其中，已经去掉装置内部的保护盖，从而可以看到根据本实施例的读 取单元。所述装置具有与实施例5(图15)相同的基本结构，并且采用了用于给可动橡胶塞 34加压的活塞销53和用于驱动活塞销的电动机45作为压力单元。活塞销53给可动橡胶塞34加压，活塞销53由线性运动轴承(滚动轴承)54支撑 从而稳定地直线移动，并且被引导以便以低摩擦负荷移动。活塞销53与由支撑板50保持 的负荷传感器51相连。支撑板50通过导向轴52固定。设置在支撑板50中的螺纹与丝杠 49啮合，并将丝杠的旋转运动转换为活塞销53的平移运动。驱动电动机45产生丝杠49的 旋转驱动力。如先前所描述的那样，由于负荷传感器51的作用，活塞销53可以以任意压力 给可动橡胶塞34加压，并且还可以在喷射期间以恒定压力给橡胶塞34加压。即使在药物喷射装置具有无负荷传感器的结构时，活塞销53也可以调节加压作 用力。该方法使用直流电动机作为驱动电动机。这样，通过使用通常已知的特性(即，驱动 电动机的生成扭矩与驱动电流成比例关系)，直流电动机可以改变施加给橡胶塞的加压值。 通过用电动机的驱动电流减去恒定无负荷状态(其中，压力负荷不施加给橡胶塞)下的驱 动电流，来确定由施加给橡胶塞的压力产生的驱动电流。换句话说，通过改变恒定电流驱动 方法中的驱动电流，可以改变施加给橡胶塞的加压作用力。读取单元90包括标记有刻度的线性标尺91和固定到支撑板50上的光电传感器 92。当橡胶塞34移动和活塞销53移动时，光电传感器92与支撑板50 —起沿推力方向移 动。光电传感器92可以是透射式光断路器或者反射式光反射器。在任意一种类型中，在一 种情况下包括作为光发射元件的发光二极管和作为光接收元件的光电晶体管。就透射式的 情况而言，光发射元件布置成面向光接收元件，并且具有印有刻度的透明主体的线性标尺 91可以布置在光发射元件和光接收元件之间。就反射式的情况而言，光发射元件和光接收 元件朝向线性标尺平面上的相同点，同时在从相同平面侧观察时光发射元件和光接收元件 具有一定角度，因此光发射元件和光接收元件需要布置成使位于它们和线性标尺平面之间 的间隙可以具有这样的距离，使得光发射元件的光轴与光接收元件的光轴匹配。反射式还
14容易受到干扰光的影响，因此布置在适合光电传感器的空间内。通过读取印在线性标尺91上的刻度，光电传感器92的光发射面和光接收面可以 读取活塞销53的移动量。活塞销53与可动橡胶塞34相连，使得活塞销53的移动量就是 橡胶塞34的移动量。这里，当考虑本实施例的技术想法时，本发明中包括检测某物移动量 (以一对一的关系对应于橡胶塞的移动量)的方法，因为该方法间接检测橡胶塞的移动量。 通过使用在旋转轴上布置旋转编码器的系统而实现了类似的目的，这是一种根据电动机45 的旋转量(代替活塞销53的移动量)来获得移动量的方法。当然，可以采用直接测量橡胶 塞34的移动量的方法。使用吸入器的实例的流程与图9基本相似。然而，在本实施例中，在橡胶塞34刚 刚移动了预先设定距离时结束喷射，但是在图9中喷射是在经过设定喷射时间段时结束 (S019)。因此，当喷射性能已降低时，药物喷射装置必须继续喷射例如较长的时间段以便每 次喷射相同数量的药物。随后，使用者很可能在药物喷射装置已经结束了在处方等中规定 的要给予的预先设定量药物的喷射之前结束吸入。(实施例8)为此，第八实施例中的药物喷射装置使实施例7所示药物喷射装置中的喷射头的 驱动条件改变，以便能够在喷射头8的喷射性能低于预设阈值之前完成预定量药物的喷射。在测量喷射头8的喷射性能时使用的指标包括下列两个参数。第一个参数是从喷 射已经开始的时刻到橡胶塞34开始移动的时刻之间的时间段。在确定了玻璃容器33和橡 胶塞34的材料时，最大静摩擦力是预先知道的。因此，当已经利用未用过的喷射头8在一 定的驱动条件下开始喷射时，喷射已经开始之后到橡胶塞开始移动之前的时间段被预先确 定。该时间段设为T1。然而，如果在橡胶塞34开始移动之前花费的实际时间段T为T1两倍(这意味着 喷射头的喷射性能为未用过状态下的50% )的话，当已经在相同驱动条件下喷射药物时药 物喷射装置花费2倍的时间段。因此，当T = xXTl(其中，x是不小于1的任意数值)时， 换句话说，当T长于预定时间段时，药物喷射装置改变驱动条件以使得每单位小时的喷射
量增大。第二个参数是橡胶塞34的移动速度V。该参数可通过线性标尺80和光电传感器 81容易地测量。那么，假设在已经使用了未用过的喷射头的情况下，橡胶塞34的移动速度 为V1。iV = xXV1(其中，x是不小于1的任意数值)时，换句话说，当V小于预定速度 时，药物喷射装置改变驱动条件以使得每单位小时的喷射量增大。每单位小时的喷射量可 以通过下列方法增大。首先，可以通过提高喷射频率来增加喷射量。可选地，可以通过增大 脉冲宽度或驱动电压来增加喷射量。还可以通过改变用于喷射的驱动条件中的单个参数或 者通过一起改变多个参数来增减每单位小时的喷射量。可以选择适用于使用者吸入方法的 修正方法。喷射结束由橡胶塞34的移动量确定，与实施例7类似。根据本发明的药物喷射装置可以用于除了药物吸入以外的多种应用领域。药物喷 射装置还可用作喷射雾状调味剂等的装置以及例如尼古丁的奢侈品吸入器。这样，根据本 发明的药物喷射装置可以应用于需要可靠和卫生喷射的各种应用。
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本发明不局限于上述实施例，在本发明的精神和范围内可以进行各种改变和变 型。为了告知公众本发明的范围，撰写了下列权利要求。本申请要求提交于2007年11月16日的日本专利申请No. 2007-298173的优先权， 该申请通过引用而全文并入本文。
权利要求
一种用于喷射药物的药物喷射装置，该药物喷射装置包括药物喷射部和药物储存部，该药物喷射部具有喷射嘴和产生将药物从所述喷射嘴喷射的能量的元件，该药物储存部与所述药物喷射部相连并且在该药物储存部中储存药物，其中除了通过所述喷射嘴的路径之外，所述药物储存部与外界空气隔离，所述药物喷射装置具有可动壁，所述可动壁通过该药物储存部内外之间的压差而移动使得所述药物储存部的容积能够减小，所述压差是由通过所述喷射嘴喷射药物导致的，并且所述药物喷射装置具有压力单元，用于给所述可动壁加压以便减小所述压差。
2.如权利要求1所述的药物喷射装置，该药物喷射装置包括所述压力单元的控制器， 用于在给所述可动壁加压的状态和不给所述可动壁加压的状态之间切换。
3.如权利要求1所述的药物喷射装置，该药物喷射装置包括 传感器，用于测量由所述压力单元施加给所述可动壁的压力，和 控制器，用于根据由所述传感器测量的值来控制所述压力单元。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的药物喷射装置，其中， 所述压力单元包括空气压缩机或电动气缸，该空气压缩机或电动气缸与所述可动壁相连并且产生施加给 所述可动壁的压力，和阀，用于在所述可动壁和所述空气压缩机或电动气缸之间调节供应给所述可动壁的空气流量。
5.如权利要求1-3中任意一项所述的药物喷射装置，其中，所述压力单元包括 用于给所述可动壁加压的活塞销，用于使所述活塞销移动的电动机，和安装在所述活塞销和所述电动机之间的滑动离合器。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的药物喷射装置，其中，所述药物喷射装置具有读取单元，用于读取与喷射药物量相对应的所述可动壁的移动 量，并且当由所述读取单元获得的读取结果达到与要给予的药物量相对应的数值时，所述药物 喷射装置停止所述药物喷射部的驱动。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的药物喷射装置，其中，用于控制所述药物喷射部 的驱动的控制器使该药物喷射部改变驱动条件，以便在喷射已经开始的时刻到可动壁开始 移动的时刻之间的时间段长于预定时间段时或者当所述可动壁的移动速度小于预定速度 时增大每单位小时的喷射量。
8.一种用于控制药物喷射装置的方法，所述药物喷射装置包括药物喷射部和药物储存 部，该药物喷射部具有喷射嘴和产生将药物从所述喷射嘴喷射的能量的元件，该药物储存 部与所述药物喷射部相连，除了通过所述喷射嘴的路径之外所述药物储存部与外界空气隔 离，并且在该药物储存部内储存药物，其中，所述方法包括开始给可动壁加压，所述可动壁通过该药物储存部内外之间的压差而移动使得能够减 小所述药物储存部的容积，所述压差由通过所述喷射嘴喷射药物所导致；和 在给所述可动壁加压的状态下驱动所述元件以使该元件喷射药物。
全文摘要
本发明提供了一种药物喷射装置，即使在使用具有高密封性的储器时也可以提供稳定喷射并且可以喷射适量的药物。药物喷射部1包括喷射嘴1a和产生用于喷射药物的能量的元件1b，药物喷射部1与药物储存部2相连。除了通过喷射嘴1a的路径外，药物储存部2与外界空气隔离，使得当药物从喷射嘴1a喷射时，在药物储存部2的内外之间形成压差。在喷射药物时作为本发明特征的压力单元3给可动壁5加压，所述可动壁因所述压差而移动使得药物储存部2的容积减小。
文档编号A61M11/00GK101854971SQ200880115600
公开日2010年10月6日 申请日期2008年11月4日 优先权日2007年11月16日
发明者今井满 申请人:佳能株式会社