CN113412131A

CN113412131A - 无针注射装置

Info

Publication number: CN113412131A
Application number: CN202080013160.3A
Authority: CN
Inventors: 弗拉维·吉兰特; L·普拉纳尔-梁
Original assignee: LOreal SA
Current assignee: LOreal SA
Priority date: 2019-02-07
Filing date: 2020-02-06
Publication date: 2021-09-17
Also published as: WO2020161271A1; FR3092495B1; EP3921000A1; FR3092495A1; US20220080126A1

Abstract

无针注射装置(1)，包括活塞(13)，该活塞(13)由至少一个用电流馈电的电磁致动器(20)移动，该致动器包括与移动元件(22)磁性地相互作用以便在注射期间在该移动元件上施加力的固定结构(21)，至少来自移动元件(22)和固定结构(21)中的一者通过设计而具有在移动元件的移动方向上变化的磁特性，从而在移动元件相对于固定结构移动期间在该移动元件上产生预定强度的力。

Description

无针注射装置

技术领域

本发明涉及用于将物质注射到人体内或动物体内的注射装置、更具体地涉及无针注射装置。

背景技术

无针注射装置的功能是通过在储存器中移动的活塞在极高的压力下产生穿透皮肤的流体或粉末的射流。由活塞施加的力的分布可以分解为第一个短持续时间阶段(其中力的强度必须很高以便射流达到允许它刺穿皮肤的速度)和第二较长阶段(具有将所期望的量注射到预期深度的较低强度)。当产品是填充剂时，注射的产品的量通常为20至100微升，注射深度是真皮和表皮之间的交界处。

已经提出通过由弹簧、压缩气体、引爆元件或压电致动器驱动的活塞来产生压力。

这些已知装置的一个缺点是难以掌握压力随着时间的进展，从而难以掌握注射参数。

因此已经开发出电磁注射装置，其使得可以更精确地控制随着时间施加在活塞上的压力。

在申请US 2007/0191758中描述了这种装置的示例。电磁致动器包括具有线圈的移动元件和具有永磁性的固定结构，固定结构与移动元件相互作用。线圈由微处理器控制电路主动馈电。

申请US 2017/0143906公开了一种注射器，其中移动元件的移动一方面由弹簧施加的力引起，另一方面由电磁致动器施加的力引起。

发明内容

本发明的目的是改进无针注射装置，从而尤其是在没有复杂控制电路的情况下获得所寻求的力分布或提高注***度。

本发明的概述

本发明的目的是满足该目的，并且根据本发明的第一方面，本发明的主题是一种无针注射装置，其包括由至少一个用电流馈电的电磁致动器移动的活塞，该致动器包括与移动元件磁性地相互作用以便在注射期间在该移动元件上施加力的固定结构，至少来自移动元件和固定结构中的一者通过设计而具有在移动元件的移动方向上变化的磁特性，从而在移动元件相对于固定结构移动期间在移动元件上产生预定强度的力。

“通过设计而具有”意味着致动器被制造为独立于馈电至其的电流的强度的主动控制而产生所寻求的力的分布。

因此，本发明使得可以避免使用复杂且昂贵的微控制器控制电路。向致动器馈电可以保持相对简单(例如从多个强度或电压水平中选择)，而不需要根据移动元件的位置来主动控制。

然而，当存在这种控制电路时，本发明具有允许甚至更精确地控制力分布的优点，例如通过使得可以通过致动器的设计来提供一些所寻求的力变化来实现。因此，可以减少与主动控制相关的力变化的范围，从而使得控制电路更容易制造，尤其是使用功率更小且价格更低的组件来制造。

优选地，移动元件沿轴线移动。移动元件的直线移动是优选的，但是本发明还可以使用移动装置的不同移动、尤其是通过旋转的移动。

至少来自移动元件和固定结构中的一者优选地尤其是在移动元件的移动方向上以非均匀的方式被盘绕和/或被馈电。

例如，至少来自固定结构和移动元件中的一者至少包括第一绕组和被设置为第一绕组的延伸部的第二绕组，第一绕组和第二绕组的区别在于至少来自每单位长度的匝数和通过它们的电流的强度中的一者。

例如，两个绕组由具有不同直径的导线制成。因此，用具有更大直径的线材制成的绕组可以被馈送更强强度的电流，从而产生更强的磁场。

两个绕组可以串联或并联地被馈电。

可以具有多于两个绕组，例如三个绕组，每单位长度的匝数从一个绕组到另一绕组而增加，或者线材的截面从一个绕组到另一绕组而增大。这些绕组可以并联地被馈电。例如，在移动元件的移动方向上，例如从每单位长度的最大匝数开始，每单位长度的匝数存在至少10％、优选大于20％、更优选大于30％、或者50％或更大的变化。在移动元件的移动方向上，例如从最大截面开始，还可以使线材的截面具有至少10％、优选大于20％、更优选大于30％、或者50％或更大的变化。

在替选方案中，至少来自移动元件和固定结构中的一者包括在移动元件的向前运动期间被选择性地馈电的至少两个绕组。这可以允许在移动元件的向前运动期间产生可变强度的力。

至少来自移动元件和固定结构中的一者可以具有在移动元件的向前运动方向上变化的永磁性。例如，至少来自移动元件和固定结构中的一者包括一系列永磁体，其磁性在移动元件的移动方向上变化。

例如，使用具有变化的磁通密度的磁体。例如，可以使用由具有不同磁通密度的不同材料制成的磁体。例如，从包括这些磁体的固定结构或移动元件的一端到另一端，磁通密度从大于12000高斯到小于10000高斯而变化。例如，在移动元件的移动方向上，由于使用不同的永磁体，例如从最高密度开始，磁通密度具有大于10％、优选大于20％、更优选大于30％、或者50％或更大的变化。此外，可以在磁体之间***饱和程度较大或较小的磁性材料，以便在移动方向上改变磁特性。

至少来自移动元件和固定结构中的一者可以包括具有在移动元件的移动方向上变化的横截面的磁芯。例如，在移动元件的移动方向上，从例如最大截面开始，存在变化至少10％、优选大于20％、更优选大于30％、或者50％或更大的截面。该截面变化例如由于在移动元件内存在凹部而获得。

固定结构和移动元件之间的气隙可以在移动元件的移动方向上变化。例如，在移动元件的移动方向上，从例如气隙最大的位置开始，存在变化至少10％、优选大于20％、更优选大于30％、或者50％或更大的气隙。

还可以制造具有为磁通通过而设置的截面的局部收缩的移动元件或固定结构，从而通过磁通获得饱和以及由于移动元件相对于固定结构的一定移动而使移动元件与固定结构之间的磁性相互作用力减小。

移动元件可以布置成以非零速度撞击活塞。这使得可以积累在碰撞期间至少部分地传递到活塞的动能，并因此积累可以用于刺穿皮肤的高强度的压力。优选地，由固定结构施加在移动元件上以推动它的力在碰撞时刻是最大的。

优选地，电磁致动器被布置成在移动元件碰撞活塞之后施加足够长时间的力，以防止和/或限制移动元件在活塞上的回弹。本发明还使得可以更容易地产生合适的力分布，同时具有足够强度的力来刺穿皮肤。

优选地，用于注射的移动元件的移动仅由于向电磁致动器馈电而发生。然而，当移动元件的移动由附加的机械手段(例如弹簧或压缩气体)辅助时，也不脱离本发明的范围。

优选地，仅固定结构被馈电。在这种情况下，移动元件例如由一个或多个永磁体制成。这可以增加注射装置的机械可靠性。这也可以增加移动元件的惯性和在与活塞碰撞之前积累的动能形式的能量的量。在替选方案中，移动元件被馈电，或者固定结构和移动元件两者都被馈电。

如上所述，致动器有利地被馈电而不根据移动元件在其移动期间的位置来控制强度。如果需要，可以根据例如要注射的产品的性质和/或要注射的量来提供多个供电电压水平。从电子角度来看，这使得可以简化注射装置。然而，当以更复杂的方式对致动器进行电气控制时，如果需要，根据移动来控制馈电强度也不脱离本发明的范围。在这种情况下，控制考虑了由于通过设计获得的磁特性的变化而引起的所施加的力的改变。

本发明的另一主题是一种注射到人角蛋白纤维中的方法，其中使用如上所述的根据本发明的注射装置将组合物注射到所述纤维中。

附图说明

图1示意性地且部分地示出根据实施本发明的示例的注射装置，

图2示出在移动元件的移动期间施加在该移动元件上的力的进展，

图3示出致动器的替选实施方式，

图4是类似于图3的、致动器的替选实施方式的视图，

图5是类似于图3的、致动器的替选实施方式的视图，以及

图6是类似于图3的、致动器的替选实施方式的视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的注射装置1，包括含有待注射的产品P的储存器11、注射喷嘴12、活塞13和用于作用在活塞13上的电磁致动器20。产品P例如用于美容目的(基于透明质酸或胶原蛋白)，但也可以用于医疗目的(例如疫苗)。储存器11例如是设有活塞13的预填充胶囊，并且是一次性的。喷嘴的直径范围例如为50至300微米。

致动器包括固定结构21和可以沿轴线X移动的移动元件22，在所讨论的示例中，轴线X与在注射期间发出产品P的射流的方向是一致的。

移动元件22在撞击活塞13之前从初始位置移动一定距离。然后移动元件22伴随活塞13的移动来输送所期望的量的产品。

图2示出施加在移动元件22上的力。施加的在负横坐标上的力对应于碰撞前移动元件的加速度。优选地，如图所示，力在碰撞时刻是最大的。然后它非常迅速地减小直至横坐标x1，然后保持基本恒定直至横坐标x2。

致动器制造成使得施加在移动元件上的力仅在其相对较大的移动之后下降到零，同时在碰撞后力具有相当快的减小。这使得可以防止在碰撞后的过长时间段内施加高强度的力，在碰撞后的过长时间段内施加高强度的力可能不利于适当控制注射、尤其是注射深度。

为了获得根据x的力的这种进展分布，可以将至少来自固定结构和移动元件中的一者制成具有沿轴线X的非均匀磁特性。

例如，如图1所示，固定结构21可以根据x以非均匀方式被盘绕。

例如，固定结构可以包括沿轴线X的一个接一个的至少两个绕组，例如三个绕组30a、30b和30c。这些绕组产生各自不同的磁场，因此移动元件上产生的洛伦兹力以相应的方式根据x进展。

例如，这些绕组30a至30c的区别在于每单位长度的匝数。例如，绕组30a的匝数较多，绕组30c的匝数较少，从而当移动元件沿活塞13的方向移动时，施加在移动元件22上的力减小。

还可以制造具有如下至少两个绕组的固定结构，这些绕组由不同截面的线材制成，但是例如每单位长度具有相同的匝数。向绕组并联地馈电以及使用不同截面的线材来制造它们的事实导致由具有更大截面的线材形成的绕组中具有更高的电流，因此具有更大的磁场。例如，可以向绕组30a、30b和30c并联地馈电，并由具有每单位长度的匝数相同的各自直径减小的线材来制造它们。

还可以操纵移动元件22的磁特性的非均匀性质以获得类似的结果，或者操纵移动元件和固定结构两者的磁特性的非均匀性质。

举例来说，图3示意性地且部分地示出替选的致动器20，其中移动元件22由一系列永磁体40₁、…40_n(n>1)制成，这些永磁体被选择为具有沿轴线X变化的磁通密度。

例如，通过例如选择磁体的材料，最靠近活塞13的磁体40_n比最远离活塞13的磁体40₁具有更强的磁通密度。

与具有非均匀磁特性的移动元件结合，固定结构可以具有沿轴线X的均匀特性，或者替选地具有非均匀特性，固定结构21是例如参考图1所描述的。

还可以通过制造具有磁性材料(例如软铁或铁氧体)芯的移动元件22(具有沿轴线X的可变截面)来获得非均匀的磁特性。例如，移动元件22被制成具有凹部50，该凹部开口到距活塞13最远的移动元件22的端部上，该凹部具有沿活塞13的方向减小的截面。

如图5所示，尤其是当移动元件22被盘绕时，还可以例如通过沿轴线X堆叠具有各自不同的磁通密度的永磁体60a、60b和60c来制造具有沿轴线X变化的磁特性的固定结构21。

如图6所示，可以加入到其他可能性的另一可能性是根据横坐标x来操纵移动元件22和固定结构21之间的气隙的宽度。为了获得这种气隙变化，例如可以提供沿轴线X变化的固定结构21的内部截面。替选地或附加地，移动元件22的外部截面沿轴线X变化。

在图6的示例中，固定结构21的内部截面随着距活塞13的距离而减小，从而当移动元件21朝向活塞移动时气隙增大。

在替选方案中，移动元件22设有电触头，当移动元件沿轴线X移动时，该电触头选择性地为绕组馈电。例如，移动元件22设有具有摩擦元件的电触头，该电触头在移动元件22的移动行程开始时为固定结构21的所有线圈馈电，然后在沿活塞13的方向一定移动后仅为固定结构21的某些线圈馈电，这导致由固定结构21施加在移动元件22上的洛伦兹力减小。然而，由于电触头磨损，优选地制造固定结构和没有这种具有摩擦元件的电触头的移动元件。

注射装置可以包括用于活塞和/或用于移动元件的复位弹簧(未示出)。

在未示出的示例中，因为移动元件被布置为撞击活塞，所以活塞没有刚性地连接到移动元件。在未示出的替选方案中，活塞刚性地连接到移动元件。

Claims

1.一种无针注射装置(1)，包括活塞(13)，所述活塞(13)由至少一个用电流馈电的电磁致动器(20)移动，所述致动器包括与移动元件(22)磁性地相互作用以便在注射期间在所述移动元件上施加力的固定结构(21)，至少来自所述移动元件(22)和所述固定结构(21)中的一者通过设计而具有在所述移动元件的移动方向上变化的磁特性，从而在所述移动元件相对于所述固定结构移动期间在所述移动元件上产生预定强度的力。

2.根据权利要求1所述的装置，所述移动元件(22)沿轴线(X)移动。

3.根据权利要求1所述的装置，至少来自所述移动元件(22)和所述固定结构(21)中的一者在所述移动元件的移动方向上以非均匀方式被盘绕和/或被馈电。

4.根据权利要求3所述的装置，至少来自所述固定结构(21)和所述移动元件(22)中的一者至少包括第一绕组和第二绕组，所述第二绕组被设置为所述第一绕组的延伸部，所述第一绕组和所述第二绕组的区别在于至少来自每单位长度的匝数和通过它们的电流的强度中的一者。

5.根据权利要求4所述的装置，所述两个绕组由具有不同直径的导线制成。

6.根据权利要求4或5所述的装置，所述两个绕组串联或并联地被馈电。

7.根据权利要求3所述的装置，至少来自所述移动元件和所述固定结构中的一者包括在所述移动元件的向前运动期间选择性地被馈电的至少两个绕组。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，至少来自所述移动元件和所述固定结构中的一者具有在所述移动元件的向前运动方向上变化的永磁性。

9.根据权利要求8所述的装置，至少来自所述移动元件和所述固定结构中的一者包括一系列永磁体(40₁，…40_n)，所述一系列永磁体的磁性在所述移动元件的移动方向上变化、尤其是具有变化的磁通密度。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，至少来自所述移动元件和所述固定结构中的一者包括横截面在所述移动元件的移动方向上变化的磁芯。

11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，所述固定结构和所述移动元件之间的气隙在所述移动元件的移动方向上变化。

12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，所述移动元件(22)被布置成以非零速度撞击所述活塞(13)。

13.根据权利要求12所述的装置，所述电磁致动器被布置成在所述移动元件和所述活塞的碰撞之后施加足够长时间的力以防止和/或限制所述移动元件在所述活塞上的回弹。

14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，用于注射的所述移动元件的移动仅由于向所述电磁致动器(20)馈电而发生。

15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，仅所述固定结构(21)被馈电。

16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，所述致动器(20)被馈电而不根据所述移动元件在其移动期间的位置来控制强度。