流体驱替和加压装置及其组装的制作方法

相关申请(优先权要求)

本申请要求于2015年2月16日提交的美国临时申请no.62/116,803的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。

本发明大体涉及流体驱替和加压装置以及组装该装置的方法。

更具体地，本发明有效地涉及对美国专利no.6,796,959；6,938,319；8,191,457和8,499,681中公开的装置和组装方法所进行的改进，这些专利的全部内容通过引用并入本文。

背景技术：

这些专利中公开的装置利用承载构件(例如参见‘959和‘319专利中的部件号110)，该承载构件沿注射器外壳的孔的纵向轴线纵向插入，然后旋转以与注射器外壳接合并且锁定以防进一步移动。虽然这些专利中公开的装置就其预期目的而言是可靠的，但是由于这些装置构造成在可以安装柱塞螺纹接合和释放机构(即，‘959和‘319专利中的螺母构件80和连杆构件102、104)之前，承载构件必须纵向安装然后必须旋转以相对于注射器外壳将承载构件锁定就位(例如参见在‘959和‘319专利中的部件号42)，因此这些装置均不能很好地适用于自动化的组装方法。安装承载构件的组装步骤需要沿着注射器外壳的纵向轴线纵向引入承载构件，随后转动大约90度或四分之一圈以将承载构件安置并锁定就位。该安装过程例如在‘959专利的第10栏第3-9行进行了描述。该组装方法防止在承载构件安置并锁定在注射器外壳中之后将柱塞螺纹接合和释放机构(即，‘959和‘319专利中的螺母构件80和连杆构件102、104)安装到承载构件中，从而减慢了装置组装过程。

在某些医疗领域中，对由如下所述的一次性注射器的需求日益增加，该注射器由塑料树脂聚合物制成用于在超高压下输送较大体积的流体。一些新的矫形应用(诸如膨胀的可填充矫形钉和骨接合剂通过较小的插管输送等)可能需要高达2,700p.s.i的压力。这些极端压力需要使用者提供很大的柱塞输入扭矩。在一些情况下，所需的输入扭矩可以是在先前的较低压力应用中所经受的力的两倍，这因此需要被使用的装置包括符合要求的手柄以允许使用者在加压期间舒适地抓持并控制该装置。

与低压应用相比，超高压应用对设计(诸如在先前确定的专利中所公开的设计等)提出了额外的挑战。例如，重载螺母构件(例如参见‘959和‘319专利中的部件号80)对承载构件(即，‘959和‘319专利中的部件号110)的极高的摩擦接合与螺母构件在释放时的旋转运动相结合有可能使四分之一圈旋转反转(即，相对于注射器外壳(即，‘959和‘319专利中的部件号42))，该四分之一圈旋转用于安置并锁定承载构件。这些解锁力通过承载件的保持机构(即，‘959和‘319专利中的部件号172)直接传递到外壳中，从而使外壳扭曲。为了防止在解锁期间被摩擦引起的旋转所压制，该保持机构也必须变得更大和更坚固。利用现有技术装置(诸如在先前确定的专利中所公开的装置等)获得超高压所需的使用者输入扭矩还可以使装置外壳结构响应于在加压期间施加的扭转载荷而扭曲。因此，这些现有技术装置不仅必须具有承受与其耐压能力相关的非常高的纵向柱塞载荷的附加结构，而且它们还必须具有抵抗旋转柱塞前进和螺母构件释放的扭转反作用的附加结构。此外，从螺母构件直接传递给承载构件的该高纵向载荷借助于对称的一对卡口式耳状物(即，‘959和‘319专利中的部件号172)从承载构件分布到注射器外壳，该卡口式耳状物由于其本质(即，由于其构造)每一者均不能使外壳接合承载构件的外径的四分之一以上。因此，这些耳状物的接合表面面积受到限制，并且极限压力下的操作显示出超过形成外壳和承载构件的聚合物的压缩强度。

技术实现要素：

本发明的实施例的目的是提供易于组装的流体驱替和加压装置。

本发明的实施例的另一个目的是提供具有如下构造的流体驱替和加压装置，该流体驱替和加压装置很好地适用于在自动化过程中进行组装。

本发明的实施例的另一个目的是提供如下的流体驱替和加压装置，该流体驱替和加压装置允许在相当紧凑的结构内构造相对便宜的、高载荷的、超高压装置。

简而言之，本发明的实施例提供了流体驱替和加压装置，该流体驱替和加压装置包括外壳和承载构件，该承载构件大致布置在外壳内并且能够从外壳中移除。柱塞延伸通过承载构件，并且柱塞接合结构由承载构件保持。柱塞接合结构能够选择性地与柱塞接合并脱离接合。外壳和承载构件构造成使得承载构件能够横向地安装在外壳中，而非沿着外壳的纵向轴线安装。优选地，承载构件和柱塞接合结构两者形成子组件，并且该子组件在被组装之后能够横向地安装在外壳中。通过使承载构件作为包括柱塞接合结构的子组件而被横向地安装，该装置易于组装并且该装置很好地适用于自动组装过程。

附图说明

通过参照下文结合附图的描述，可以最好地理解本发明的结构和操作的组织和方式及其进一步的目的和优点，其中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1是根据本发明的第一实施例的流体驱替和加压装置，特别是较大体积的、超高压的膨胀装置的俯视图；

图2是图1所示的流体驱替和加压装置的分解立体图；

图3是图1和图2所示的流体驱替和加压装置的承载子组件的分解立体图；

图4和图5是沿着图1的线a-a截取的图1-图2所示的流体驱替和加压装置的剖视图，该剖视图示出了该装置处于两个不同的状态；

图5是非常类似于图4的视图，但是示出了装置处于未锁定位置；

图6是根据本发明的第二实施例的流体驱替和加压装置，特别是超高压矫形接合剂输送装置的一部分的侧视图。

图7是图6所示的那部分的分解立体图；

图8是图6和图7所示的流体驱替和加压装置的承载子组件的分解立体图；和

图9和图10是沿着图6的线b-b截取的图6-图7所示的流体驱替和加压装置的剖视图，该剖视图示出了装置处于两种不同的状态。

具体实施方式

虽然本发明可以具有不同形式的实施例，但是考虑到本公开应被视为本发明原理的示例，而非旨在将本发明限制为所示的发明内容，因此在附图中示出并将在本文中详细描述特定实施例。

图1和图6示出了根据本发明的实施例的流体驱替和加压装置。具体而言，图1示出了较大体积、超高压的膨胀装置(即，膨胀机)10，并且图6示出了超高压矫形接合剂输送装置100。落入本发明的范围内的其它实施例也是完全可行的，但是为了示例性目的示出了这两个特定实施例。

如下面将更全面地描述的，两个实施例都易于组装，适用于自动组装过程并且允许在相当紧凑的结构内构造相对便宜的、高载荷的、超高压的装置。首先，将详细描述图1所示的装置10，然后描述图6所示的装置100(基本强调区别)。

图1所示的装置10是高体积、超高压的膨胀装置(即，膨胀机)。装置10包括大致圆柱形的注射器外壳主体12，该注射器外壳主体提供其中具有流体驱替室16的筒体14。优选地，外壳12是透明的，从而有助于在流体吸取或分配期间观察流体驱替室16中的流体。外壳优选由塑料形成并且可以由聚碳酸酯或另一种类型的树脂模制而成。外壳在其上优选具有体积标记18，使得使用者可以易于确定容纳在流体驱替室16中的流体的体积。如图2所示，优选在外壳12的侧面设置手柄部20。

活塞22能够在流体驱替室16内(即在外壳中)以可滑动的方式移位。如图2所示，诸如方形环之类的密封构件24设置在活塞22上。可以使用润滑剂将密封构件24放置在活塞22上。密封构件24构造用于压力保持并且防止流体经过流体驱替室16中的活塞22而泄漏。如图1和图2所示，外壳12构造成连接到流体输送软管26，并且软管26(其相对端)可以连接到诸如luer连接器之类的连接器28，该连接器28可与球囊导管结构(未示出)、流体供给蓄存器(未示出)或取决于应用的一些其它结构连接。优选地，外壳12构造成与压力计组件30相接合，使得流体压力是可显示的。

如图2所示，优选活塞22安装在柱塞34的无螺纹的导鼻端32。柱塞34优选在与无螺纹的导鼻端32相对的端部38处具有手柄36。手柄36和导鼻端32之间为螺纹40，使得柱塞34可以被视为螺纹螺杆柱塞。导鼻端32可以构造成在活塞22的中心轴颈腔42内自由旋转或者锁定以防止自由旋转。具体地，活塞22优选利用卡合作用、卡入联接方式安装在柱塞34的导鼻端32上，当螺纹螺杆柱塞缩回(即使用手柄36)以将流体吸取到流体驱替室16中时，该方式防止导鼻端32易于从活塞22的中心轴颈腔42中撤回或退出。优选地，活塞22和柱塞34之间的联接机构构造成提供键合接合，该接合防止两个部分互相独立旋转，同时仍允许两个部件以足够松散的方式进行锁定联接，使得每个部分可以在结构内建立自己的对准，即，活塞22与孔对准，并且柱塞34与孔和半螺母58对准。或者，柱塞34可以锁定到活塞22，使得两者一起旋转。这将允许使用者通过其柱塞34(即，通过手柄36)来抓持装置10，并且不使装置10相对于柱塞的取向旋转出定位位置。

外壳12优选例如在其顶表面48上具有用于接收承载子组件50的承载接收部46，其中，承载子组件50能够沿着横向于外壳12的纵向轴线52的方向相对于外壳12安装。承载子组件50相对于外壳12的安装方向在图2中用箭头54来表示。

承载子组件50的优选部件可以在图3中最好的看出，该图提供了承载子组件50的分解图。如图3所示，承载子组件50优选包括承载构件56、诸如螺母构件或特别为半螺母58之类的柱塞接合构件、和致动杠杆连杆构件60。致动杠杆连杆构件60经由第一枢轴销62联接到半螺母58并且经由第二枢轴销64联接到承载构件56。所有的部件可以由塑料形成，但是第二枢轴销64可替代地由金属形成。

优选地，致动杠杆连杆60具有控制表面66，该控制表面66构造成由装置10的使用者接合。致动杠杆连杆60还优选提供用于接收第一枢轴销62的承载部68和用于接收第二枢轴销64的支承部70。优选地，半螺母58提供支承部72、螺纹段74和开口77，该支承部72用于接收第一枢轴销62，该螺纹段74位于半螺母的内表面76上用于与柱塞34上的螺纹40选择性接合，一旦装置10被完全组装，柱塞34通过该开口77延伸。致动杠杆连杆构件60经由第一枢轴销62联接到半螺母58。具体而言，第一枢轴销62延伸通过致动杠杆连杆60中的接收部68，并且在其每个端部附近由半螺母58的支承部72来保持。

优选地，承载构件56具有相间隔的壁78，该壁78限定用于接收半螺母58和致动杠杆连杆构件60(即，在半螺母58和致动杠杆连杆构件60利用第一枢轴销62联接在一起之后)的凹部(pocket)80。承载构件56还包括用于接收第二枢轴销64的接收部82、限定柱塞通道的开口84以及手柄部或表面86、87。半螺母58和致动杠杆连杆构件60(在利用第一枢轴销62联接在一起之后)经由第二枢轴销64联接到承载构件56。具体而言，第二枢轴销64延伸通过致动杠杆连杆构件60中的支承部70，并且在其每个端部处由承载构件56的接收部82来保持。

优选地，外壳12和承载构件56构造成使得承载构件56卡合在承载接收部46中的适当位置处。例如，如图4和图5所示，承载构件56可以包括可偏转的锁止元件88，该锁止元件88与靠近承载部46设置在外壳12中的相应撞杆元件90相接合，从而将承载构件56固定在外壳12中。

关于例如当致动连杆杠杆的控制表面被按压或被释放时或者当柱塞的手柄被推动、拉动或旋转时半螺母和致动连杆杠杆的结构和功能，在本文中无需非常详细地解释，这是由于这些细节在本文先前确定的专利中进行了充分地解释。

关于图1和图2所示的装置10的组装，首先组装承载子组件50，然后将承载子组件50安装在外壳12中的承载接收部46内。为了组装承载子组件50，首先将致动杠杆连杆构件60插入到半螺母58中，然后将第一枢轴销62插入半螺母58中的任一个支承部72内，插入通过杠杆连杆构件60中的接收部68，并且插入半螺母58中的另一个支承部72内。然后，将该组件插入承载构件56中的凹部80内，使得致动杠杆连杆60的支承部70与承载构件56的壁78中的接收部82对准。然后，第二枢轴销64插入任一个接收部82中，插入通过致动杠杆连杆60中的支承部70，并且插入另一个接收部82中，由此将承载子组件50的所有部分固定成工作对准。

在组装承载子组件50之前或之后，将活塞22(与其上的密封构件24一起)插入外壳的筒体14中(如图2所示插入室16中)，从而使密封构件24与外壳12的筒体14中的内壁44相密封。

无论如何，在将活塞22安装到筒体14中之后并且组装好承载子组件50之后，继而将承载子组件50安装到外壳中的承载接收部46中。该安装在横向于外壳12的纵向轴线52的方向(安装方向在图2中用箭头54来表示)上进行，使得承载构件56上的可偏转的锁止元件88滑过设置在外壳12(参参见图4和5)中的撞杆元件90并且卡合成与该撞杆元件90保持接合，从而将承载构件子组件50固定在外壳12中。

如图4和图5所示，一旦安装了承载子组件50，承载件上的手柄部86与外壳12上的手柄部20有效地配合，从而一起限定手柄92，该手柄92在装置10的操作期间由使用者接合。此外，手柄表面87有效地封闭了承载接收部46的底部，并且在使用者的手中成为用于放置并支撑装置10的手柄表面。如果需要，由承载接收部46的后壁限定的整个表面区域可用于接收来自承载构件56的载荷。

承载构件56构造成使得手柄部86将对承载构件56本身的扭矩反作用隔离开并且防止扭转载荷到达装置外壳12。这些一体的手柄部86(连同表面87)在使用期间用作用于保持装置10并抵抗扭转输入的主抓握特征。此外，与先前确定的专利中公开的装置不同，承载构件56优选不依靠有限表面区域的卡口式耳状物以将其载荷传递到外壳12。替代地，承载构件56将其载荷在更大的接触区域上分布到外壳12，从而防止超过包括承载构件56和外壳12的聚合物的强度。

在将承载子组件50相对于外壳12安装之后，将柱塞34的端部32与活塞22牢固地接合。为此，按压致动连杆杠杆60的控制表面66，该按压使得半螺母58退出致动并移动，从而有效地开辟了通道以使柱塞34的端部32进入活塞22。当按压控制表面66时，为了使柱塞34的端部32与活塞22相接合，柱塞34的端部32插入外壳12的端部94(参见图2)，插入承载构件56的一个接收部84中(参见图3)，沿半螺母58的开口77被推动，插入通过承载构件56的另一个接收部84，并且与筒体14中的活塞22牢固地配合接合。之后，可以释放控制表面66，使得半螺母58枢转为与柱塞34螺纹接合。此刻(假设软管26和测量仪30就位)，装置10准备操作。

关于装置10在其组装之后的操作，使用者与控制表面66和柱塞34的手柄36两者的交互(均关于柱塞34的大幅移动和微幅移动)在先前确定的专利中进行了详细地公开，并且无需在此进行更详细地重复。也就是说，一般而言，致动杠杆连杆60构造成使得致动杠杆连杆60将半螺母58偏置成与柱塞34的螺纹40螺纹接合(参见图4)。此时，柱塞34的手柄36可以旋转，以通过与半螺母58上的螺纹段74的螺接作用而引起柱塞34(及其上的活塞22)微幅移动。按压致动杠杆连杆60的控制表面66使得半螺母58与柱塞34上的螺纹40脱离接合(参见图5)，从而通过推动或拉动手柄36允许柱塞34(及其上的活塞22)大幅移动36。

尽管图1所示的装置10与图6所示的装置100的不同之处在于，图1和图2所示的装置10是高体积、超高压的膨胀装置(即膨胀机)，而图6和图7所示的装置100是矫形接合剂输送装置，但是两个装置均包括承载子组件，该承载子组件沿着横向于外壳的纵向轴线的方向安装(在组装之后)在外壳中。

现在将描述图6所示的装置100。图7提供了该装置100的分解图。如图7所示，与(先前描述的)图1和图2所示的装置非常类似地，图6和图7所示的装置100包括活塞22、密封构件24和柱塞34。柱塞34在其上具有螺纹40，在一端38处具有手柄36，并且在相对端具有用于与活塞22相接合的导鼻端32。

图6和图7所示的装置100的外壳112与图1和图2所示的装置的外壳12的些许不同之处在于，外壳112构造成从外壳112的底部113而非顶部接收承载子组件150。无论如何，承载子组件150构造成被组装，然后相对于外壳112在横向于外壳112的纵向轴线152的方向(图7中用箭头154来表示)上被卡合在外壳112的承载接收部146中的适当位置处。外壳112包括筒体114和靠近其端部的出口端口119。

优选地，外壳112和承载构件150构造成使得承载构件150卡合在承载接收部146中的适当位置处。为此，如图7、图8和图9所示，外壳112可以包括撞杆元件190，该撞杆元件190构造成与承载构件156上的锁止元件188相接合。现在将描述承载子组件150。

图6和图7所示的装置100的承载子组件150的优选部件可以在图8中最好地看出，该图8提供了承载子组件150的分解图。如图8所示，与图3所示的承载子组件50非常类似地，承载子组件150优选包括承载构件156、诸如螺母构件或特别为半螺母158之类的柱塞接合构件、和致动杠杆连杆构件160。致动杠杆连杆构件160经由第一枢轴销162联接到半螺母158并且经由第二枢轴销164联接到承载构件156。所有部件可以由塑料形成，但是第二枢轴销可替代地由金属形成。

优选地，致动杠杆连杆构件160包括控制表面166、第一枢轴销162延伸通过的接收部168和第二枢轴销164延伸通过的支承部170。优选地，螺母构件158包括柱塞34延伸通过的开口176、用于保持第一枢轴销162的支承部172、和螺纹段174。承载构件156设置手柄部187，并且优选包括柱塞34延伸通过的接收部184(即每端一个)和用于保持第二枢轴销164的接收部182。优选地，如图9和图10中最好地示出，承载构件156还包括锁止元件188，该锁止元件188与外壳112内的撞杆元件190相接合，从而有效地将承载子组件150锁定到位。

关于例如当致动连杆杠杆160的控制表面166被按压或被释放时或者当柱塞34的手柄36被推动、拉动或旋转时，半螺母158和致动连杆杠杆160的结构和功能，无需在本文中进行非常详细地解释，这是由于这些细节在先前确定的专利中进行了充分地解释。

关于图6和图7所示的装置100的组装，首先组装承载子组件150，然后将承载子组件150安装在外壳112中的承载接收部146内。为了组装承载子组件150，首先，将致动杠杆连杆构件160插入半螺母158中，然后将第一枢轴销162插入半螺母158中的任一个支承部172中，插入通过杠杆连杆构件160中的接收部168，并且插入半螺母158中的另一个支承部172内。然后，将该组件与承载构件156接合，使致动杠杆连杆160的支承部170与承载构件156中的接收部182对准。第二枢轴销164继而插入任一个接收部182中，插入通过致动杠杆连杆160中的支承部170，并且插入承载构件156中的另一个接收部182内，从而将承载子组件150的所有部分固定成工作对准。

在组装承载子组件150之前或之后，将活塞22(连同其上的密封构件24)插入外壳112的筒体114中，从而使密封构件24与外壳112的筒体114中的内壁相密封。

无论如何，在将活塞22安装到筒体114中之后并且组装好承载子组件150之后，继而将承载子组件150安装到外壳112中的承载接合部146内。该安装在横向于外壳112的纵向轴线152的方向(安装方向在图7中用箭头154来表示)上进行，使得可偏转的锁止元件188滑过设置在外壳112内的撞杆元件190并且卡合成与该撞杆元件190保持接合(参见图9和图10)，从而将承载子组件150固定在外壳112中。

在将承载子组件150相对于外壳112安装之后，将柱塞34的端部32与活塞22相接合。为此，按压致动连杆杠杆160的控制表面166，该按压使得半螺母158退出致动和移动，从而有效地开辟了通道以使柱塞34的端部32进入活塞22。当按压控制表面166时，为了将活塞34的端部32与活塞22相接合，柱塞34的端部32插入外壳112的端部194中，插入承载构件156中的一个接收部184中，推动通过半螺母158(即，插入开口177中)，插入通过承载件中的另一个接收部184，并且与筒体114中的活塞22牢固地配合接合。之后，可以释放控制表面166，使得半螺母158枢转为与柱塞34螺纹接合。此刻(假定输送线与出口端口119相接合)，装置准备操作。

关于装置100在组装之后的操作，当一只手通过手柄187抓持该装置时，使用者的另一只手可以与控制表面166和柱塞34的手柄36两者交互(均关于柱塞34的大幅移动和微幅移动)，在先前确定的专利中详细地进行了公开，并且无需在本文中进行更详细地重复。也就是说，一般而言，致动杠杆连杆160构造成使得致动杠杆连杆160将半螺母158偏置成与柱塞34的螺纹40螺纹相接合(参见图9)。此时，柱塞34的手柄36可以转动以引起柱塞34(及其上的活塞22)微幅移动。按压致动杠杆连杆160的控制表面166使得半螺母158与柱塞34上的螺纹40脱离接合(参见图10)，从而通过推动或拉动手柄36允许柱塞34(及其上的活塞22)大幅移动。

两个装置(即，图1至图2所示的膨胀机和图6-图7所示的矫形接合剂输送装置)均设置为，完全组装的承载子组件沿横向于外壳的纵向轴线的方向安装在外壳内。这易于手动组装并且大大有助于自动化组装过程。本文公开的横向卡合式承载方法允许在相当紧凑的结构内构造相对便宜的、高载荷的、超高压的装置，同时为使用者的交互提供了必要的手柄表面。

本文公开的承载子组件的横向卡合解决了在高容量和超高压的聚合物膨胀和输送装置设计中所遇到的若干问题。通过横向于外壳的纵向轴线将子组件直接插入外壳中，来安装任一承载子组件，从而简化了自动组装制造并降低了成本。一体手柄和抓握特征使使用者易于控制和操作该装置，并且允许承载构件在其自身内消除扭转操作载荷，以防扭转载荷到达装置主体。将每个装置的承载构件保持就位的卡合保持特征无需设计成在使用期间抵抗扭转载荷。承载子组件提供较大的表面区域，以在加压期间将纵向、分离柱塞的载荷直接分布和传递到装置主体的接收结构。使较大的表面区域将承载件的载荷分布在外壳上的做法允许使用强度较低的专用聚合物，并且在一些情况下，成本较低的聚合物材料在极高性能的高压注射器应用的主体中使用。

虽然示出并描述了本发明的特定实施例，但是可以想到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以设计出各种修改。