相关申请交叉引用
本申请要求2017年9月21日提交的、发明名称为“针插入斜齿轮开关”的美国临时专利申请62/561,386，以及2018年2月15日提交的、发明名称为“旋转针插入开关”的美国临时专利申请62/631,079，其内容通过引用并入本文。
本发明大体涉及一种用于注射器的注射针插入机构。
背景技术：
传统的可穿戴注射器可以在使用前将注射针锁定在回缩状态，其中针尖包含在注射器内。这样的注射器也可以将注射针驱动入注射位置，其中针头在使用过程中穿透受体(使用者或患者)的皮肤表面。注射针的驱动通常由包括针插入弹簧的驱动机构实现。
这种传统装置的一个缺点在于，将注射针锁定在回缩位置的注射针部件的几何结构经常暴露在针插入弹簧的全部力下，从而阻止弹簧将注射针驱动至注射针的注射位置。由于锁紧机构部件在储存过程中的塑性蠕变等原因，这种设计会对注射器造成损害。此外，由于锁紧机构部件之间的力和摩擦相对较大，它们之间有相互粘结的风险。
因此，最好能制造一种注射器，其设计中锁定机构组件在设备存储期间不受驱动机构的全部力，从而最大限度地降低蠕变和粘结的风险。
技术实现要素：
简而言之，本发明的一个方面涉及注射器。所述注射器包括所述注射器壳体，所述注射器壳体具有限定所述皮肤接触面的所述基壳部分和附接于所述基壳部分的机架。注射针由所述机架支撑，并且与所述机架相对于所述基壳部分能够从回缩位置移动至注射位置，其中在所述回缩位置至少所述注射针的尖端容纳在所述基壳部分中，其中在所述注射位置至少所述注射针的尖端从所述基壳部分伸出。至少一个旋转偏压组件稳定在能量存储状态中，并且能够释放至能量释放状态。所述至少一个旋转偏压组件包括凸轮。对应于所述至少一个旋转偏压组件的所述至少一个凸轮从动件将所述至少一个旋转偏压组件与所述注射针相连，并且被配置为将处于所述能量释放状态的所述至少一个旋转偏压组件的旋转变换为所述机架和所述注射针相对于所述基壳部分，从所述回缩位置转换为所述注射位置。启动开关，与所述机架连接并且能够从非启动位置旋转至启动位置，在非启动位置启动开关将所述至少一个旋转偏压组件稳定于所述能量存储状态，，在所述启动位置所述启动开关释放所述至少一个旋转偏压组件进入所述能量释放状态。启动按钮，可移动地安装至所述注射器壳体，并且能够从非启动位置转换至启动位置。所述启动按钮从所述非启动位置转换至所述启动位置，使所述启动开关从所述启动开关的非启动位置旋转至启动位置。
本发明的另一个方面涉及一种入射器，包括具有限定皮肤接触面的基壳部分的注射器壳体。注射针，由所述注射器壳体支撑，所述注射针能够相对于所述基壳部分从回缩位置移动至注射位置，其中在回缩位置至少所述注射针的尖端容纳在所述基壳部分中，在注射位置至少所述注射针的尖端从所述基壳部分伸出。至少一个旋转偏压组件稳定在能量存储状态并且能够释放至能量释放状态。所述至少一个旋转偏压组件包括凸轮。至少一个凸轮从动件对应于所述至少一个旋转偏压组件，所述至少一个凸轮从动件使所述至少一个旋转偏压组件与所述注射针相连，并且被配置为将处于所述能量释放状态的所述至少一个旋转偏压组件的旋转变换为所述注射针相对于所述基壳部分，从所述回缩位置转化为所述注射位置。启动开关，能够从非启动位置旋转至启动位置，在非启动位置启动开关将所述至少一个旋转偏压组件稳定在所述能量存储状态，，在启动位置启动开关释放所述至少一个偏压组件进入所述能量释放状态。启动按钮，可移动地安装至所述注射器壳体，所述启动按钮能够从非启动位置转换至启动位置其中所述启动按钮从所述非启动位置转换至所述启动位置，使所述启动开关从所述启动开关的非启动位置旋转至启动位置。
附图说明
将结合附图以更好地理解本公开的以下详细描述。然而，应当理解，本发明不限于所示的精确安装方式和仪器，在附图中:
图1为根据本发明实施例的注射器的侧视图，其中注射器的注射针处于回缩位置；
图2为图1的注射器的后端俯视侧面立体图，其中其盖壳部分被拆除，以示出注射器的内部部件；
图3为图1所示注射器的机架、启动开关、启动按钮和旋转驱动组件的前视图；
图4为图1的注射器的剖视图，沿图2的剖面线4-4绘制；
图5为图1的注射器机架、启动开关、启动按钮、旋转驱动组件的前端俯视侧面立体图；
图6为图1的注射器的侧视图，其中注射针处于注射位置；
图7为图6的注射器的剖视图，沿图6的剖面线7-7绘制；
图8为图1的注射器的放大的局部剖视图，沿图2的剖面线4-4绘制；和
图9为图1另一个实施例的放大的局部剖视图，沿图2的剖面线4-4绘制。
具体实施方式
以下描述仅为方便而使用某些术语，不作限制。“下”、“底部”、“上”和“上部”等词用于指明了在附图中的参考方向。根据本发明，词语“向内”、“向外”、“向上”和“向下”分别是指朝向和远离注射器的几何中心及其指定部分的方向。除非在此特别说明，术语“一”、“一个”和“所述”不限于一个元件，而应理解为“至少一个”。本术语包括上述词语及其衍生词和类似含义的词语。
还应当理解，当指代本发明的部件的尺寸或特性时，术语“大约”、“大概”、“通常”、“基本上”及类似术语，表示所述的尺寸/特性不是严格的边界或参数，也不排除功能上相似的微小变化。至少，这些包括数值参数的此类引用应该包括使用本领域公知的数学和工业原理(例如，四舍五入(rounding)、测量或其他系统误差、制造公差等)的变化，而不会改变最小有效数字。
详细地参考附图，其中相同的数字始终表示相同的元件，根据本申请示例性实施例所示出的注射器，在图1-9中都用10表示。在所示实施例中，注射器10采用可穿戴注射器(贴片注射器)的形式，例如但不限于可穿戴药物注射器，但本公开不限于此。注射器10通常包括注射器壳体12，该注射器壳体12具有基壳部分(basehousingportion)14和盖壳部分(coverhousingportion)16(图1)，盖壳部分16位于基壳部分14上，并且相对于基壳部分14可移动地(例如枢转)附接至基壳部分14。基壳部分14包括表面18，该表面18被配置为接触使用者的皮肤表面(未示出)，例如，患者的皮肤表面，表面18在其中具有开口18a(图4)。在图示的实施例中，皮肤接触面18限定了注射器壳体12的底面，但本发明不限于此。在一些实施例中，注射器10可包括可枢转地附接至基壳部分14上的安全锁(safetylatch)20(图1)，其在第一位置和第二位置之间可移动。在第一位置(图6、7)，安全锁20大致与注射器10的皮肤接触表面18齐平地延伸，但本公开不限于此。在第二位置(图1,2)，安全锁20自皮肤接触表面18被旋开，即，向下枢转。
机架22(chassis)由例如聚合物或金属材料、其组合或类似材料形成，安装在注射器壳体12内，即，在盖壳部分16和基壳部分14之间，并可移动地附接至基壳部分14。在图示的实施例中，机架22枢转地附接至基壳部分14接近机架22的后端以及基壳部分14，但本公开不限于此。注射针24由机架22支撑在注射器壳体12内。在图示的实施例中，机架22限定配置的药筒槽22a，即，形状和大小，以接收与注射器上一起使用的药筒26。可选地，药筒槽22a支撑着药筒26。
在公开号为wo2017/062931、发明名称为“弯曲流体路径加至预充液储液器”的pct专利申请中描述了药筒26的一个不受限制的例子，其全部内容再次引用至此处。如图5中最佳所示,注射针24从药筒26的前端延伸，并且相对于药筒26的纵轴弯曲大约90°，但本公开不限于此。或者，注射针24可以间接或直接地固定在机架22上，并在将药筒26插入药筒槽22a时可与药筒26流体连接。注射针24可与机架22一起从回缩位置(在图4中最佳示出)相对于基壳部分14移动至注射位置(图6、7)，其中在回缩位置至少注射针24的尖端容纳在基壳部分14中，在注射位置至少注射针24的尖端通过表面18的开口18a从基壳部分14伸出进入使用者的皮肤(未示出)。基壳部分
为了使机架22相对于基壳部分14移动，注射器10包括至少一个稳定在能量存储状态并且能够释放至能量释放状态的旋转偏压组件28。正如本领域普通技术人员所能理解的，旋转偏压组件28的能量存储状态是偏压组件28至少存储一些势能的状态。旋转偏压组件28的能量释放状态是偏压组件28从所存储的能量状态释放至少部分先前存储的势能的状态。在图示的实施例中，注射器10包括两个旋转偏压组件28(在机架22的每一侧各有一个)，但本公开不限于此为了简洁起见，以下描述将针对一个旋转偏压组件28，但基本上同样适用于注射器10的每个旋转偏压组件28。
旋转偏压组件28包括驱动轮30，该驱动轮30具有齿状内部棘轮表面30a以及与齿状棘轮表面30a接合的棘爪30b(图4)，棘爪30b具有从其延伸的轴30c。扭力弹簧32缠绕在轴30c上，从而与棘爪30b可旋转连接，进而与驱动轮30连接。正如本领域普通技术人员所理解的，棘爪30b和齿状棘轮表面30a被配置为实现驱动轮30的在单个旋转方向旋转(例如,如图4、8所示，为顺时针方向)，并防止驱动轮30向相反的旋转方向旋转。同样需要理解的是，驱动轮30的旋转力(图8:扭矩t1)至少部分是扭力弹簧32的弹簧力(扭力系数)的乘积。在旋转偏压组件28的储能状态下，扭力弹簧32被缠绕(至少部分被缠绕)并且相对于其缠绕状态防止展开(unwinding)(下文将进一步详细解释)。扭力弹簧32被配置为在能量释放状态下展开(相对于能量存储状态)。正如那些本领域具有普通技术人员应该理解的那样，旋转偏压组件28可以可替代地采用或包括其他能够储存和释放能量的构件。非限制实施例包括被配置为执行本文所述的扭力弹簧32和/或整个旋转偏压组件28的功能的其他弹簧(如盘簧或片簧)、松紧带等。
旋转偏压组件28还包括凸轮34(如图3、4)。对应于每个凸轮34的至少一个凸轮从动件36，将至少一个旋转偏压组件28与注射针24连接在一起(如下文将进一步详细描述的)。因此，在图示的实施例中，注射器10包括两个凸轮从动件36，但是本公开并仅限于此。与旋转偏压组件28类似，为了简单起见，以下描述将针对一个凸轮从动件36，但基本上同样适用于注射器10的每个凸轮从动件36。
凸轮34与凸轮从动件36的连接被配置为将旋转偏压组件28的旋转运动转换/转变为机架22和注射针24相对于基壳部分14，从回缩位置转换为注射位置。在图示的实施例中，凸轮34采用从驱动轮30上突出的销的形式(将在下文中进一步详细说明)，但本公开不限于此。应当理解，连杆机构凸轮34可以采用连杆机构中的替代部件的形式，连杆机构被配置为执行本文的销34的功能。在图示的实施例中，凸轮从动件36采用水平和线性的槽的形式，槽形成于机架22面向驱动轮30的一侧，但本公开不仅限于此。作为非限制性示例，槽36可以选择延伸至不同的方向，而不是水平和/或可能是非线性的，例如，弯曲或相对于彼此成角度的多个部分。销34从驱动轮30伸出并与槽36接合。
将至少一个旋转偏压组件28释放到能量释放状态，使包括销34的驱动轮30旋转销。然而，销34的直径和槽36的高度相应地被配置为基本上只允许销34在槽36内和沿槽36水平滑动。因此，销34与槽36的接合/连接将驱动轮30的旋转分解为两个独立但相关联的运动。即销34与槽36的接合/连接将驱动轮30的旋转分解为水平分力h(图8)和单独的垂直分力v(图8)，水平分力h沿槽36滑动销34(在图8中向右)，相反地，垂直分力v将机架22和注射针24(在图8的方向上向下)相对于基壳部分14从回缩位置移动至注射位置，垂直分力v即针的插入力。尽管是分开的力量/运动，销34的滑动以及机架22的转换仍然相关。也就是说，防止销34沿槽36水平滑动也会防止驱动轮30的旋转，进而也会防止机架22和注射针24从回缩位置转换为注射位置。
注射器10还包括启动开关38，其由例如聚合物或金属材料、其组合或类似物构成，可旋转地连接至机架22并且可旋转的从非启动的位置(如图4所示)，旋转至启动位置(如图7所示)，在非启动位置至少一个旋转偏压组件28稳定于能量存储状态，在启动位置至少一个旋转偏压组件28释放至能量释放状态。在图示的实施例中，启动开关38枢转地连接至机架22接近于机架22的前端，但本公开不限于此。在图示的实施例中，启动开关38采用大体u形构件的形式，该构件具有第一臂40、相对的第二臂42和在第一臂40和第二臂42之间延伸的中间部分44，第一臂40带有终端自由端40a第二臂42带有终端自由端(未示出)。
第一臂40沿机架22的一侧延伸，且在其非启动位置，朝向槽36延伸；第二臂42沿机架22的对侧延伸，且在其非启动位置，朝向另一个槽36延伸；中间部分44在第一臂40和第二臂42之间延伸，围绕机架22的前端弯曲。然而，应该理解，中间部分44不限于弯曲的部分。第一和第二臂40、42中的至少一个(两者都在图示的实施例中)可枢转地与机架22连接，例如，通过限定启动开关38的枢点的销连接件41(参见图8)。为了简洁起见，以下描述将分别针对其中的第一臂40和其终端40a，但基本上同样适用于启动开关38的第二臂42和第二臂42相对应的终端。
第一臂40和第二臂42中的至少一个终端与处于启动开关的非启动位置的销34邻接，防止销34沿槽36在驱动轮30的转动方向上的水平滑动，从而防止驱动轮30的旋转。如图4所示，第一臂40的终端40a邻接机架22一侧的销34。因此，终端40a与销34的接合使旋转偏压组件28保持在其能量存储状态。启动开关38从非启动位置旋转至启动位置时，使终端40a与销34(图7)脱离，从而允许销34沿槽36滑动，进而释放旋转偏压组件28到能量释放状态(即，扭转弹簧32展开的形式(相对于能量存储状态))，依次旋转驱动轮30。机架可包括唇缘36a，其从至少一个槽36的基端向外侧延伸，位于第一臂40和第二臂42中至少一个的下方，阻止启动开关38从非启动位置向远离启动位置的方向意外旋转。
销34与槽36的接合/链接的一个优点是,将旋转偏压组件28的旋转分解为水平分力和垂直分力，使启动开关38只暴露于水平分力h而无需暴露于垂直分力v(针插入力)，为了维持旋转偏压组件28保持在能量存储状态。即启动开关38的终端40a必须只吸收并对抗销34施加的水平分力h，该分力由扭力弹簧32t1的旋转力分解而来(通过驱动轮30)，沿槽36滑动。垂直分力/针插入力v被机架22(通过销34对槽36施加的力)吸收并反向作用。因此，例如，在注射器10长期存储直至使用期间，其中机架22和注射针24被要求锁定在回缩位置，激活开关38将机架22和注射针24保持在回缩位置，激活开关38所受的力小于旋转偏压组件28的充分作用的旋转力t1。
更有利的是，销34可以定位在驱动轮30左右(在制造过程中)，以最小化水平分力h相对于旋转偏压组件28旋转力t1的垂直分力v的大小。例如，销34可以定位在驱动轮30左右，以具有相对于从驱动轮30旋转中心的水平线垂直距离x1更大的从驱动轮30旋转中心的垂直距离y1，使得水平分力h相对于垂直分力v较小(见图8:距离x1相对于距离y1)。因此,启动开关38上的合力h也小于针插入力v，其最大限度地减小了启动开关38损害的风险，例如，由于启动开关38聚合物的蠕变或销34粘连至启动开关38终端40。在一个实施例中，启动开关38可以由刚度大于形成销34的材料构成，以进一步降低启动开关38蠕变的风险。因此，启动开关38在储存过程中未施加过大的力也可能很容易被启动。
启动按钮46可移动地安装在注射器壳体12上，并且(由使用者)可从非启动位置(图1-4、8)转换为启动位置(图7)。如图7所示,启动按钮46从非启动位置至启动位置的转换使该按钮与具有启动开关46结合，并且将启动开关38(围绕枢点41)从非启动位置旋转至启动位置，从而使触发注射针插入。在图示的实施例中，如图4、7和8所示，启动按钮46包括与启动开关38的中间部分44垂直对齐的唇缘46a(即，最前面的部分)，通过将启动开关46从非启动位置转换到启动位置，使唇缘46a与启动开关38的前端接合，影响启动开关38绕其枢点41的旋转。如图所示，启动按钮46可以在垂直方向上转换，但是，本领域普通技术人员能够理解启动按钮46的转换方向可能是任何方向，足以使启动开关38接合和旋转。
再次转向启动开关38，如图8所示，第一臂40包括第一段(segment)40b和邻接的第二段40c，该第二段与第一段40b串联(同样适用于第二臂42)。第一段40b从中间部分44延伸至销连接件41，第二段40c从销连接件41延伸至终端自由端40a。如图4、7和8所示，第二段40c可能在销连接件41处与第一段40b成角度。
有利的是，启动开关38的几何形状、启动按钮46的几何形状、启动按钮46和启动开关38之间的接口、启动开关38和旋转偏压组件28之间的接口和/或启动开关38的材料和旋转偏压组件28的组件可被配置为当使用者按下启动按钮46以启动注射针插入时，可获得所需的启动感觉。也就是说，这些特征的配置可以调整启动按钮46上的推动力(转换力(translationalforce)t)，使启动开关38从非启动位置旋转到启动位置，从而启动注射针的插入。
例如(见图8)，如前所述，扭力弹簧32应用在销34上的扭矩t1可以分解为施加于第一臂40的终端40a上的水平分力h和施加于机架22上的垂直分力v。水平分力h的大小等于力矩t1除以垂直距离y1，并且垂直分力v的大小等于力矩t1除以水平垂直距离x1。水平分力h围绕其枢点41在启动开关38上施加阈值转矩t2,将启动开关38保持在非启动的位置，其必须克服反扭矩t3使启动开关38旋转到启动位置。阈值扭矩t2部分等于分力h的大小乘以垂直距离y2。反扭矩t3等于启动开关38上的启动按钮46施加的转换力t的大小乘以垂直水平距离x2。
正如本领域普通技术人员所理解的，因此，启动开关38的几何形状影响使用者在启动按钮46上将启动按钮46从非启动位置转变到启动位置所需的力v2，触发注射针插入，即，将启动开关38从非启动位置旋转到启动位置，进而将旋转偏压组件28释放到其能量释放状态，以驱动机架22和注射针24从其回缩位置进入其注射位置。例如，第二段40c相对于第一臂40的第一段40b的角度会影响销34与枢点41之间的垂直距离y2，进而影响水平分力h产生的合成阈值扭矩t2。减少的阈值扭矩t2减少了所需的反扭矩t3，反过来，减少了使用者在启动按钮46上触发注射针插入所需的转换力t。同理，启动开关38的启动按钮46的枢点41与接触点之间的距离(长度x2)影响所需的反扭矩t3。因此，唇缘46a与启动开关38的中间部分44的接合，即，启动开关38的最前部分，使长度x2最大化，以减少使用者所需的转换力t，以实现所需的反扭矩t3，启动注射针插入。正如本领域的普通技术人员所理解的那样，上述计算在图示的实施例中加倍，以说明在启动开关38上输入的两个旋转偏压组件28的旋转力t1。
启动按钮38的第一臂40的终端40a相对于销34的相对滑动的静摩擦力f也可能是影响启动按钮46自非启动位置转变至启动位置用以触发注射针插入的所需的转换力t的因素。正如本领域的普通技术人员所理解的那样，如图8所示，摩擦力f是在启动开关38相对于销34的运动方向上，销34和终端40a之间的接触的切向力。摩擦力f的大小等于静摩擦系数乘以作用于终端40a力n。力n等于终端40a上的销34的水平分力h除以夹角的余弦值θ，该夹角在水平分力h和力n之间。
摩擦力f施加在启动开关38枢点41上的转矩t4，等于摩擦力f乘以垂直的力臂(leverarm)l。除了扭矩t2外，使用者还需要克服扭矩t4，将启动按钮46从非启动位置转变到启动位置，触发注射针插入。力臂l实质上是第一臂40a的第二段40c的长度。摩擦力f的大小既受静摩擦系数的影响，也受终端40a的端面相对于水平分力h的角度的影响，即,影响角θ。因此，例如，可选择形成销34和启动开关38的材料，或两者之间的表面光洁度，来增加或减少摩擦力f，以增加或减少使用者所需要施加的转换力t。同样，也可选择终端40a的端面角度来增加或减少摩擦力f，以增加或减少使用者所需施加的转换力t。第二段40c的长度也可用于增加或减少使用者所需施加的转换力t。正如本领域的普通技术人员所理解的那样，上述计算在图示实施例中加倍，以考虑施加在启动开关38的第一和第二臂40、42上的摩擦力f。
因此，有利的是，触发注射针插入所需的转换力t可以由旋转偏压组件的旋转力t1和摩擦力f控制。此外，启动开关38的几何形状也会影响转换力t。例如，第一段40b的长度与第二段40c的长度之比，以及枢点41的位置会影响转换力t。更有利的是，调整旋转偏压组件28的旋转力t1与摩擦力f之间的比例，也可以控制启动按钮46从非启动位置到启动位置转变过程中转换力t的变化。
作为一个非限制性的例子，转换力t可以随着启动按钮46的压下而逐渐减小。作为另一个非限制性的例子，当启动按钮46被按下时，转换力t可能被调整为急剧下降。力的逐渐变化可能会给使用者启动按钮46进展正常的感觉。或者，随着启动按钮46的转变而急剧减小的较大的初始力t，可能有利于避免使用者按一半然后停止，即，一旦按钮开始转变，它将不会在中间停止。由于扭力弹簧32和销34相对于驱动轮30的中心枢点的旋转位置的改变，旋转力t1可能会逐渐改变，而摩擦力f，即，静摩擦和动摩擦之间的差，可能会表现出急剧的变化。因此，旋转力t1相对于摩擦力f的比值可以调节转换力t在启动按钮46的整个过程中的变化。
控制终端40a的角度也可能影响转换力t。例如，如图8所示，终端40a的端面可以朝向基壳部分14，即，随着启动开关38在非启动位置与启动位置之间的旋转方向，从而减小摩擦力f，更容易将启动开关38从销34上释放出来。如图8所示，终端40a的端面的底角逐渐倾斜，如弯曲。因此，在从销34释放启动开关38的过程中，转换力t可能会逐渐减小。作为另一个非限制的例子，如图9所示，终端40a的端面可交替地朝向机架22，即，启动开关38在非启动位置至启动位置之间的旋转的反方向。因此，终端40a的端面阻止启动开关48的初始旋转至启动开关48的启动位置。例如，终端40a的端面必须将销34往后推，即，在水平分力h的反方向，为了启动启动开关38转动。同时，摩擦力f增大。例如，终端40a的斜面可能将销34向上推到槽36上，增加摩擦。如图9所示，终端40a端面的底角为锐角。因此，当从销34释放启动开关38时，转换力t可能会突然降低。因此，启动按钮46最初可能需要较大的转换力t，然后突然以较小的转换力t转变，直到到达其启动位置。
本领域技术人员应理解，可以在不脱离本发明的广泛发明构思的情况下对上述实施例进行改变。。因此，应当理解本发明不限于所公开的特定实施例，而是旨在涵盖在所附技术方案所阐述的本发明的精神和范围内的修改。。