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CN108744165B - 塑料塞子 - Google Patents

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CN108744165B CN201810667133.2A CN201810667133A CN108744165B CN 108744165 B CN108744165 B CN 108744165B CN 201810667133 A CN201810667133 A CN 201810667133A CN 108744165 B CN108744165 B CN 108744165B
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plunger rod
syringe barrel
peripheral skirt
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M·V·奎因
A·巴拉恩斯基
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Becton Dickinson and Co
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Abstract

一种适于与用在注射器筒管内的柱塞杆相连结的塞子，其包括：具有顶部的主体部分，所述主体部分限定敞开的后侧端部，该后侧端部构造成接纳柱塞杆，主体部分由刚性或半刚性聚合材料制造，及第一周缘裙部，其绕主体部分外圆周延伸且相对于主体部分的外圆周限定间隙，当在注射期间在注射器筒管内部流体压力增大时，流体压力进入间隙以导致所述第一周缘裙部弯曲，使第一周缘裙部向筒管内壁弯曲且被压在内壁上，且在注射期间柱塞杆的滑动作用导致在柱塞杆和沿主体部分内圆周设置的接合部分之间的接合，其迫使主体部分在径向上向内壁扩张。

Description

塑料塞子
分案说明
本发明专利申请是一个分案专利申请。
本分案专利申请的原始申请，是国际申请日为2012年3月28日、国际申请号为PCT/US2012/030894、中国国家申请号为201280023135.9、发明名称为“塑料塞子”的发明专利申请。
对于相关申请的交互参考
本申请要求在2011年3月28日提交的标题为“塑料塞子”的美国临时专利申请No.61/468,304的权益，该临时专利申请通过参考由此全部包括。
技术领域
总体而言，本发明涉及一种供注射器使用的塞子组件，更具体地说，本发明涉及一种由刚性或半刚性塑料材料制造的塞子组件，该刚性或半刚性塑料材料提供主动密封功能。
背景技术
当今的注射器设计可以典型地分类成两件式注射器或三件式注射器。典型的三件式注射器包括管状筒管，该管状筒管具有在一个端部处形成的进入开口、和在相对端部处形成的较小排出开口。细长柱塞的引导端部容纳在筒管的进入开口内，从而能够在筒管内滑动。与柱塞的引导端部相连结的是柔性密封部件或塞子，该柔性密封部件或塞子贴合地抵靠筒管的内表面而密封。针、螺纹部件、或无螺纹部件通常与在筒管上的排出开口相连结。针可以用来穿透表面，而螺纹部件可以用来将注射器与另一个医疗器械相连结，例如与导管相连结。柔性塞子通常由弹性体材料制成，例如由橡胶的或交联的或热塑性弹性体制造。
另一方面，两件式注射器包括“塞子”，该“塞子”呈现刚性密封圆盘的形式，也称作柱塞杆头部。它典型地由与柱塞杆的其余部分相同的刚性塑料制成。在两件式注射器中的密封力来自薄弹性筒管(该筒管绕刚性柱塞杆头部变形)。
在使用期间，将注射器的排出端部初始放置成与流体相接触。例如，在注射器上的针可插入到液体药剂中。随着柱塞在筒管内缩回，发生一种称作吸入的过程：在筒管的端部内形成负压，从而使流体抽吸到筒管中。注射器然后可运动到第二位置，在该处，柱塞在筒管内前进使得流体被推出或挤出筒管的排出端部。
当今的两件式注射器和三件式注射器设计受到各种不足的困扰。例如，包括弹性体的或橡胶的塞子的三件式注射器在塞子与注射器筒管之间具有高的被动接触压力，这种高的被动接触压力在存放寿命期间和当注射器在使用中时存在。这种被动接触压力可以高达近似300psi或更大。相应地，注射器筒管需要比较大的壁厚，以便防止在存放寿命期间发生局部筒管蠕变或隆起。因此，需要这样一种注射器：这种注射器在塞子与筒管之间具有较低的接触压力，从而消除注射器筒管的局部隆起。典型的两件式注射器也包括这样的高的被动接触压力，并且受到类似不足的困扰。因此，需要这样一种注射器：这种注射器使用更少材料而制造，以通过消除由当今的塞子设计引起的隆起效应而实现更薄的筒壁。
另外，由于在当今的弹性的或橡胶的塞子与筒管的内壁之间的高接触力和高摩擦系数，当今的注射器设计必须用液体润滑剂润滑，例如用硅油润滑，以使得为操作注射器所需的摆脱和开始手动力不至于过高。相应地，还需要这样一种塑料塞子：这种塑料塞子可供注射器使用而无需使用硅油或其它润滑剂，或者这种塑料塞子当与润滑剂一道使用时能够使得手动力显著降低。
此外，当今的橡胶塞子典型地由专用的交联橡胶(例如，聚异戊二烯)制造，该专用的交联橡胶需要专用的压缩模制/熟化过程。这样一种过程会显著地增大制造注射器的成本。此外，在压缩模制过程期间也产生显著的废料。例如，在典型的制造过程中，在常规弹性体塞子的制造期间高达橡胶的30％被浪费掉。相应地，需要这样一种塞子：这种塞子能够被高效地制造，由此降低制造注射器的成本，并且减少在注射器的制造期间产生的废料。
常规两件式注射器也受到各种不足的困扰。更具体地说，常规两件式注射器典型地包括刚性柱塞杆密封边缘。这样的边缘产生非常高的接触力，这些接触力增大使柱塞运动必需的手动力。另外，沿密封边缘的这些高接触力使筒管壁显著地变形，这使两件式注射器与注射器泵不相容，因为筒管隆起会与泵缓冲机构干涉。相应地，需要这样一种注射器：这种注射器在塞子与筒管之间具有更低的接触压力，从而消除注射器筒管的局部隆起。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种刚性塑料塞子，这种刚性塑料塞子相对于基于橡胶的常规注射器塞子而言能够使用更薄的注射器筒管壁。该目的由于下述原因被实现：相对于常规橡胶塞子，当注射器不在使用中时，在刚性塑料塞子与由类似材料制造的注射器筒管之间的接触压力要低得多。这使得筒管蠕变或局部隆起问题能被消除。另外，由在本发明的注射器中的更低接触压力提供的更薄筒管壁也允许使用更少的材料、和产生更少的废物，由此提供“更为绿色”的注射器。
此外，通过向发明的刚性塑料塞子赋予主动密封功能而实现更低的接触压力，从而当在注射器内部的流体压力由于注射而增大时，由于三个相分立的压力致动动作，在塞子与筒管之间的密封压力也增大。这些动作中的第一个动作是弯曲顶部动作，在该弯曲顶部动作中，塞子的柔性顶部向内弯曲，并且在径向方向上侧向扩张。下个动作是弯曲裙部动作，在该弯曲裙部动作中，周缘裙部(该周缘裙部绕塞子的主体部分延伸)向注射器筒管的壁弯曲。最后，提供滑动动作，在该滑动动作中，在柱塞杆与槽口(该槽口形成在塞子的主体部分的内部部分中)之间的接合迫使主体部分在径向方向上向注射器筒管的内壁扩张。另外，本发明想到，或者个别地、或者组合地，将这三个相分立的压力致动动作中的任一个动作结合到到塞子中。
本发明的另一个目的是提供一种塑料塞子，这种塑料塞子可供注射器使用而不用硅油或其它润滑剂，或者这种塑料塞子当与润滑剂一道使用时使得手动力显著降低。本发明的塑料塞子由于相对于常规橡胶塞子的显著更低摩擦系数和接触面积/压力，能够实现这些特征。本发明的另一个目的是提供一种塑料塞子，这种塑料塞子由用于其它注射模制注射器零件的相同或类似树脂制造。这使得与材料后勤和供给相关的成本能被降低。另外，相对于常规弹性体而言，本发明的塑料塞子使用按重量显著更少的材料制造。更少材料使用能够转换成更低成本和更少废物产生。
具体公开的塞子设计由刚性塑料材料制造，同时也提供主动密封功能。塞子适于与柱塞杆连结，该柱塞杆用在注射器筒管内。
根据本发明的一个方面，适于与用在注射器筒管内的柱塞杆相连结的塞子包括主体部分，该主体部分限定敞开的后侧端部，该敞开的后侧端部构造成用以接纳柱塞杆。主体部分由刚性或半刚性聚合材料制造，该刚性或半刚性聚合材料具有在约0.01GPa至约5GPa的范围中的弹性模量。当在注射期间在注射器筒管内部流体压力增大时，发生如下动作中的至少一个动作：a)主体部分的柔性顶部在径向方向上向注射器筒管的内壁扩张；b)第一周缘裙部(该第一周缘裙部绕主体部分的外圆周延伸)靠压注射器筒管的内壁；以及c)在柱塞杆与沿主体部分的内圆周设置的接合部分之间的接合，迫使主体部分在径向方向上向注射器筒管的内壁扩张。塞子还可以包括第二周缘裙部，该第二周缘裙部绕主体部分的外圆周、向着主体的敞开的后侧端部延伸，从而第二周缘裙部在轴向方向上将稳定性赋予塞子。当在吸入期间在注射器筒管内部流体压力减小时，第二周缘裙部靠压注射器筒管的内壁，由此在塞子与注射器筒管的内壁之间提供密封压力。
刚性或半刚性聚合材料可以优选地具有在约0.6GPa至约2GPa的范围中的弹性模量。刚性或半刚性聚合材料可以从包括如下选项的组中选择：聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、含氟聚合物、离子交联聚合物、聚丙烯酸酯、或它们的任意组合。
柔性顶部可以具有约0.1mm至约3mm的厚度，并且优选地具有约0.3mm至约1.2mm的厚度。第一周缘裙部可以具有约0.05mm至约3mm的厚度，并且优选地具有约0.2mm至约0.5mm的厚度。第一周缘裙部的长度可以是约1mm至约10mm。第二周缘裙部可以具有约0.05mm至约3mm的厚度，并且优选地具有约0.2mm至约0.5mm的厚度。第二周缘裙部的长度可以是约1mm至约10mm。
接合部分可以构造成槽口，并且柱塞杆的顶部部分可以包括锥形环，该锥形环接合主体的槽口，从而在注射和吸入期间，在柱塞杆与槽口之间的接合都迫使主体部分在径向方向上向注射器筒管的内壁扩张。槽口可以包括向上成角度部分和向下成角度部分。从在向上成角度部分与向下成角度部分之间延伸的竖向线测量，向上成角度部分可以具有约10°至约80°的角度；并且优选地，从在向上成角度部分与向下成角度部分之间延伸的竖向线测量，向上成角度部分具有约25°至约55°的角度。从在向上成角度部分与向下成角度部分之间延伸的竖向线测量，向下成角度部分可以具有约10°至约80°的角度；并且优选地，从在向上成角度部分与向下成角度部分之间延伸的竖向线测量，向下成角度部分具有约25°至约55°的角度。可选择地，接合部分可以包括突出部分，并且柱塞杆的顶部部分可以包括绕其外圆周形成的槽口，该槽口接合主体的突出部分，从而在注射和吸入期间，在柱塞杆与突出部分之间的接合都迫使主体部分在径向方向上向注射器筒管的内壁扩张。
主体部分可以包括封闭的前侧端部，该封闭的前侧端部具有锥形形状，该锥形形状具有末端。末端可以包括延伸部分，该延伸部分构造成用以配合在注射器筒管的末端内部。
本发明的这些和其它特性、以及相关结构元素和零件组合的操作方法和功能及制造的经济性，在参照附图考虑如下描述和附属权利要求书时将更为显明，这些附图的全部形成本说明书的一部分，其中，相应的附图标记在各个图中指代对应的部分。然而，要清楚地理解，附图仅用于说明和描述的目的，并且不打算作为本发明的界限的限定。如在说明书和权利要求书中使用的那样，“a”、“an”、及“the”的单数形式包括复数对象，除非上下文清楚地指示相反。
附图说明
图1是按照本发明的一个实施例的柱塞杆、塞子、及注射器筒管的分解立体图；
图2是根据本发明的第一实施例的塞子的立体图；
图3是沿线3-3取得的图2的塞子的横截面侧视图；
图4A是图2的塞子的横截面侧视图，该塞子与柱塞杆相连结，并且定位在注射器筒管内；
图4B是图2的塞子的一个可选择实施例的横截面侧视图，该塞子具有在塞子与柱塞杆之间的可选择接合机构；
图5是图1的柱塞杆的侧视图；
图6A是图1的柱塞杆的立体图；
图6B是图6A的柱塞杆的可选择实施例；
图7是按照本发明的图2的塞子的柔性顶部的示意图；
图8是根据本发明的第二实施例的塞子的立体图；
图9是沿线9-9取得的图8的塞子的横截面侧视图；
图10是图8的塞子的横截面侧视图，该塞子与柱塞杆相连结，并且定位在注射器筒管内；
图11是根据本发明的第三实施例的塞子的立体图；
图12是沿线12-12取得的图11的塞子的横截面侧视图；
图13是图11的塞子的横截面侧视图，该塞子与柱塞杆相连结，并且定位在注射器筒管内；
图14是供图11的塞子使用的柱塞杆的侧视图；
图15是图14的柱塞杆的立体图；
图16是根据本发明的第四实施例的塞子的立体图；
图17是沿线17-17取得的图16的塞子的横截面侧视图；
图18是图16的塞子的横截面侧视图，该塞子与柱塞杆相连结，并且定位在注射器筒管内；
图19是供图16的塞子使用的柱塞杆的侧视图；
图20是图19的柱塞杆的立体图；
图21是根据本发明的第五实施例的塞子的立体图；
图22是沿线22-22取得的图21的塞子的横截面侧视图；
图23是图21的塞子的横截面侧视图，该塞子与柱塞杆相连结，并且定位在注射器筒管内；
图24是供图21的塞子使用的柱塞杆的侧视图；
图25是图24的柱塞杆的立体图；
图26是根据本发明的第六实施例的塞子的立体图；
图27是沿线27-27取得的图26的塞子的横截面侧视图；
图28是图26的塞子的横截面侧视图，该塞子与柱塞杆相连结，并且定位在注射器筒管内；
图29是供图26的塞子使用的柱塞杆的侧视图；
图30是图29的柱塞杆的立体图；
图31是图21的塞子的横截面侧视图，该塞子定位在注射器筒管的端部处；而
图32是图31的一部分，为了高倍显示目的而放大。
具体实施方式
为了下面描述的目的，术语“上部”、“下部”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“横向”、“纵向”、及其衍生词，将涉及如它附图中定向的那样的发明。然而，要理解，除其中特意规定成相反之外，本发明可以呈现各种可选择变化。也要理解，在附图中表明的、和在如下说明书中描述的具体装置，只不过是本发明的例示性实施例。因此，与这里公开的实施例相关的具体尺寸和其它物理特性并非是限制性的。
参照图1，用附图标记10总体地指代的注射器包括塞子12和柱塞杆14。塞子12和柱塞杆14适于用在注射器筒管16内。注射器筒管16包括远侧或前侧端部18和敞开的近侧或后侧端部22，该远侧或前侧端部18包括出口开口和/或用于与分立的医疗器械(如导管)相连结的机构，该机构按luer 20的形式表示，该敞开的近侧或后侧端部22用来接纳塞子12和柱塞杆14组件。然而，尽管在图1中示出了luer型连结的使用，但这并非用以解释成是对本发明的限制，因为已经想到用于注射器10的任何适当类型的连结。另外，在要求低恒定流量的某些注射器泵用途中，注射器类型的内径应该具有约1.30mm的最大值。这种小内径的目的是增大在低流量注入治疗期间的压力。在注射器内部的增大压力迫使下面描述的柔性顶部在径向方向上向注射器筒管的内壁扩张，并且形成密封。对于相等和恒定流量，小1.30mm注射器末端内径要求或产生比标准注射器末端内径更高的压力。尽管附图在这里描绘了分立式的塞子和柱塞组件，但想到的是，塞子特征可以与柱塞杆14一体地形成。
参照图2和3，塞子12的第一实施例包括主体部分24，该主体部分24限定敞开的后侧端部26和封闭的前侧端部28，该敞开的后侧端部26构造成用以接纳柱塞杆14，该封闭的前侧端部28形成柔性顶部。柔性顶部具有约0.1mm至约3mm的厚度，并且优选地具有约0.3mm至约1.2mm的厚度。主体部分24的封闭的前侧端部28包括第一倾斜部分30和第二倾斜部分32，该第一倾斜部分30和第二倾斜部分32都是单一锥形表面的部分，该单一锥形表面向末端34延伸，由此使得封闭的前侧端部28具有大致锥形外观。然而，柔性顶部的这种形状并非用以限制本发明，因为顶部可以是扁平的。这样一种顶部不会提供弯曲顶部动作，在该弯曲顶部动作中，塞子的柔性顶部向内弯曲，并且在径向方向上侧向扩张。然而，已经想到具有扁平顶部的塞子，该塞子包括弯曲裙部动作、和滑动动作，在该弯曲裙部动作中，周缘裙部(该周缘裙部绕塞子的主体部分延伸)向注射器筒管的壁弯曲，提供该滑动动作，在该滑动动作中，在柱塞杆与槽口(该槽口形成在柱塞的主体部分的内部部分中)之间的接合，迫使主体部分在径向方向上向注射器筒管的内壁扩张。
设有第一周缘裙部36，该第一周缘裙部36绕主体部分24的外圆周、向着封闭的前侧端部28延伸。第一周缘裙部36的主要目的是提供在塞子本体与注射器筒管16的内壁38之间的“主动密封”，如下文将更详细论述的那样。第一周缘裙部36具有从约0.05mm至约3mm的厚度，并且优选地具有约0.2mm至约0.5mm的厚度。第一周缘裙部36的长度可以是约1mm至约10mm。另外，第一周缘裙部36包括末端，该末端与注射器筒管16的内径相接触。末端可以具有任何各种局部形状，例如但不限于圆形、角形、锯齿形、等等。
第一周缘裙部36可能在注射的结束处形成未用药剂或其它流体的“死空间”。为了使这个“死空间”最小化，可以将突起(未示出)添加到注射器筒管16的筒管顶部的内部，该突起具有与“死空间”相对应的形状。突起的尺寸设定成用以与在第一周缘裙部36的内边缘与主体部分24之间形成的间隙相对应。另外，突起可以设有一个中断或更多个中断。
塞子12也包括第二周缘裙部40，该第二周缘裙部40绕主体部分24的外圆周、向着敞开的后侧端部26延伸。第二周缘裙部40的主要目的是，在轴向方向上将稳定性赋予塞子12，并且防止塞子12的倾斜。另外，当流体压力在吸入期间在注射器筒管16内部减小时，第二周缘裙部40靠压注射器筒管16的内壁38，由此在塞子12与注射器筒管16的内壁38之间提供密封压力。第二周缘裙部40具有从约0.05mm至约3mm的厚度，并且优选地具有约0.2mm至约0.5mm的厚度。第二周缘裙部40的长度可以是约1mm至约10mm。
如图3所示，塞子12的主体部分24基本上是空心的，并且设计成用以接纳柱塞杆14的连结部分42。主体部分24具有约2mm至约20mm的从第二周缘裙部40的底部到第一周缘裙部36的顶部所测量的高度，并且优选地具有约3mm至约8mm的高度。设有槽口44，该槽口44绕主体部分24的内圆周延伸。槽口44包括向上成角度部分46和向下成角度部分48，由此使槽口44具有锥形横截面形状。从竖向线测量，向上成角度部分46具有约10°至约80°的角度，并且优选地具有约25°至约55°的角度。从竖向线测量，向下成角度部分48具有约10°至约80°的角度，并且优选地具有约25°至约55°的角度。然而，槽口44的形状并非用以解释成是对本发明的限制，因为在槽口44与柱塞杆14的连结部分42之间的其它界面，例如直线或弯曲界面，可以用来提供相同的功能。另外，参照图4B，槽口64可以设置在柱塞杆14的端部处，并且塞子12可以包括突出部分66，该突出部分66接合槽口64，由此提供与槽口44相同的功能。尽管槽口64的形状在图中示出为具有大体锥形横截面，但这种形状并非用以解释成是对本发明的限制，因为可以利用任何适当形状。
槽口44构造成用以与柱塞杆14的连结部分42相接合，从而在注射期间，向上成角度部分46接合连结部分42，由此在径向方向上(即，向筒管壁)推压主体部分24，从而在主体部分24与内壁38之间形成较牢固密封。在吸入期间，向下成角度部分48接合连结部分42，由此在径向方向上(即，向筒管壁)推压主体部分24，从而在主体部分24与内壁38之间形成较牢固密封。
塞子12优选地由“刚性”或“半刚性”聚合材料制造，该“刚性”或“半刚性”聚合材料具有在约0.01至约5GPa的范围中的弹性模量，并且优选地具有在约0.6至约2GPa的范围中的弹性模量。材料的所需的Shore D硬度是在约D30与约D80之间。塞子材料可以包括但不限于聚烯烃(例如，PE、PP、及它们的共聚物)、聚酰胺(例如，尼龙)、聚酯(例如，PET)、聚苯乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、含氟聚合物、离子交联聚合物、聚丙烯酸酯、或任何其它类似材料。况且，关于按照本发明的塞子，也可以使用具有在约0.01与约5GPa之间的弹性模量的任何生物衍生的、生物降解的、及再循环的聚合物。由于塞子12由“刚性”或“半刚性”聚合材料制造，所以提供相对于常规橡胶塞子显著更低的摩擦系数和接触面积/压力。相应地，塞子12可供注射器10使用，而不用硅油或其它润滑剂。另外，注射器筒管16可以由与塞子12相同的材料或相似的材料制成。
参照图5和6A，柱塞杆14可以包括注射器柱塞本体50，该注射器柱塞本体50具有沿纵向轴线X延伸的前侧端部52和后侧端部54。连结部分42与注射器柱塞本体50的前侧端部52相联接。连结部分42包括锥形环56，该锥形环56设计成用以接合塞子12的槽口44。可选择地，代替锥形环56，可以提供一对分立肋57(见图6B)。分立肋57可以按十字形布置，如图6B所示，从而肋的端部在沿槽口44的四个分立的点处接合该槽口。然而，这种构造并非用以解释成是对本发明的限制，因为可以利用任何适当数量的分立肋，或者也可以使用中断的锥形环。另外，代替绕主塞子本体的内圆周延伸的连续槽口，也可以利用多个分立槽口，这些分立槽口与分立肋的数量相对应。
柱塞杆14的前侧端部52也可以包括延伸部分58，该延伸部分58构造成，在注射期间仅当或如果最大压力达到最大设计压力时，才接触封闭的前侧端部28的柔性顶部的下表面60，由此如果注射器10在极端情况下过压，则限制柔性顶部在径向方向上的扩张，以防止柔性顶部塌溃(collapsing)。注射器柱塞本体50也可以包括保持环62，该保持环62定位成与塞子12的主体部分24的敞开的后侧端部26相邻。保持环62用以防止柱塞杆14从注射器筒管16除去。参照图4A，当通过敞开的后侧端部26将柱塞杆14插入到塞子12中时，锥形环56接合槽口44，从而柱塞杆14被锁定就位，并且防止与塞子12分离。
柱塞杆14可以由与塞子12相同的材料制造。另外，柱塞杆14和塞子12可以一体地制造，以提供两件式注射器或分离地提供三件式注射器。
继续参照图4A，刚性塑料塞子12包括主动密封功能，从而当在注射器10内部的流体压力由于注射而增大时，如由虚线箭头所示的那样，由于三个相分立的压力致动动作，在塞子12与注射器筒管16之间的密封压力也增大。这些动作中的第一个动作是弯曲顶部动作，在该弯曲顶部动作中，塞子12的封闭的前侧端部30的柔性顶部向内弯曲，并且在如由箭头A1所表示的径向方向上侧向扩张。这个动作在图7中进一步示意表明。如可在图7中看到的那样，在注射器筒管16内的压力由于注射而增大之前，塞子12的封闭的前侧端部30的柔性顶部表示成实线。一旦开始注射，在筒管内的压力增大使塞子12的封闭的前侧端部30的柔性顶部向内弯曲，并且在径向方向上侧向扩张，如由虚线所示。延伸部分58限制这种弯曲，从而柔性顶部在注射期间不会倒转。
第二动作可认为是弯曲裙部动作，在该弯曲裙部动作中，第一周缘裙部36(该第一周缘裙部36绕塞子12的主体部分24延伸)向注射器筒管16的内壁38弯曲，如由箭头A2所示的那样。
最后，提供滑动动作，在该滑动动作中，在柱塞杆14的锥形环56与塞子12的主体部分24的槽口44之间的接合，迫使主体部分24在径向方向上向注射器筒管16的内壁38扩张，如由箭头A3所示的那样。更具体地说，在槽口44的向上成角度部分46与锥形环56的上边缘之间的接合在注射期间在径向方向上(即，向内壁38)被强化，由此有助于在塞子12与注射器筒管16之间产生更牢固的密封。另外，在槽口44的向下成角度部分48与锥形环56的下边缘之间的接合，保证在吸入期间在径向方向上(即，向内壁38)推压塞子12，由此有助于在塞子12与注射器筒管16之间产生更牢固的密封。
这些主动密封功能使得在塞子12与注射器筒管16的内壁38之间能够产生低的接触压力，由此消除当注射器筒管16的壁很薄时的筒管蠕变和局部隆起问题。在组装时在塞子12与注射器筒管16的内壁38之间的界面为约0.01mm/每直径与2mm/每直径之间，并且优选地在约0.3mm/每直径与0.8mm/每直径之间。
参照图8-10，表明按照本发明的塞子的第二实施例，该塞子整体指示为附图标记112。塞子112包括主体部分124，该主体部分124限定敞开的后侧端部126和封闭的前侧端部128，该敞开的后侧端部126构造成用以接纳柱塞杆14，该封闭的前侧端部128形成柔性顶部。主体部分124的封闭的前侧端部128包括第一倾斜部分130和第二倾斜部分132，该第一倾斜部分130和第二倾斜部分132都是同一锥形表面的部分，该锥形表面向末端134延伸。末端134包括延伸部分135，该延伸部分135构造成用以配合在注射器筒管16的末端内部，以使在注射器筒管16中的空间(在已经完成注射之后未使用药剂保持在该空间处)被最小化。延伸部分135也可以在注射器10的组装期间用来帮助将塞子112适当地定向在注射器筒管16内。
设有第一周缘裙部136，该第一周缘裙部136绕主体部分124的外圆周、向着封闭的前侧端部128延伸。第一周缘裙部136的主要目的是提供在塞子本体与注射器筒管16的内壁38之间的“主动密封”，如以上论述的那样。塞子112也包括第二周缘裙部140，该第二周缘裙部140绕主体部分124的外圆周、向着敞开的后侧端部126延伸。第二周缘裙部140的主要目的是，在轴向方向上将稳定性赋予塞子112，并且防止塞子112的倾斜。另外，当流体压力在吸入期间在注射器筒管116内部减小时，第二周缘裙部140靠压注射器筒管16的内壁38，由此在塞子112与注射器筒管16的内壁38之间提供密封压力。
如图9所示，塞子112的主体部分124基本上是空心的，并且设计成用以接纳柱塞杆14的连结部分42。设有槽口144，该槽口144绕主体部分124的内圆周延伸。槽口144包括向上成角度部分146和向下成角度部分148，由此使槽口144具有锥形横截面形状。然而，槽口144的形状并非用以解释成是对本发明的限制，因为在槽口144与柱塞杆14的连结部分42之间的其它界面，例如直线或弯曲界面，可以用来提供相同的功能。
槽口144构造成用以与柱塞杆14的连结部分42相接合，从而在注射期间，向上成角度部分146接合连结部分42，由此在径向方向上(即，向筒管壁)推压主体部分124，从而在主体部分124与内壁38之间形成较牢固密封。在吸入期间，向下成角度部分148接合连结部分42，由此在径向方向上(即，向筒管壁)推压主体部分124，从而在主体部分124与内壁38之间形成较牢固密封。
与塞子112的第二实施例一道使用的柱塞杆14与在图5和6中表明的和以上论述的柱塞杆14相同。另外，塞子112也包括主动密封功能，从而当在注射器10内部的流体压力由于注射而增大时，在塞子112与注射器筒管16之间的密封压力，由于以上参照图4A论述的三个相分立的压力致动动作也增大。
参照图11-13，表明按照本发明的塞子的第三实施例，该塞子整体指示为附图标记212。塞子212包括主体部分224，该主体部分224限定敞开的后侧端部226和封闭的前侧端部228，该敞开的后侧端部226构造成用以接纳柱塞杆214的可选择实施例(见图14和15)，该封闭的前侧端部228形成柔性顶部。主体部分224的封闭的前侧端部228包括第一倾斜部分230和第二倾斜部分232，该第一倾斜部分230和第二倾斜部分232都是同一锥形表面的部分，该锥形表面向末端234延伸。末端234包括延伸部分235，该延伸部分235构造成用以配合在注射器筒管16的末端内部，以使在注射器筒管16中的空间(在已经完成注射之后未使用药剂保持在该空间处)被最小化。延伸部分135也可以在注射器10的组装期间用来帮助将塞子212适当地定向在注射器筒管16内。
设有第一周缘裙部236，该第一周缘裙部236绕主体部分224的外圆周、向着封闭的前侧端部228延伸。第一周缘裙部236的主要目的是提供在塞子本体与注射器筒管16的内壁38之间的“主动密封”，如下文将更详细论述的那样。塞子212也包括第二周缘裙部240，该第二周缘裙部240绕主体部分224的外圆周、向着敞开的后侧端部226延伸。第二周缘裙部240的主要目的是，在轴向方向上将稳定性赋予塞子212，并且防止塞子212的倾斜。另外，当流体压力在吸入期间在注射器筒管16内部减小时，第二周缘裙部240靠压注射器筒管16的内壁38，由此在塞子212与注射器筒管16的内壁38之间提供密封压力。
如图12所示，塞子212的主体部分224基本上是空心的，并且设计成用以接纳柱塞杆214的连结部分242。设有槽口244，该槽口244绕主体部分224的内圆周延伸。槽口244包括向上成角度部分246。
槽口244构造成用以与柱塞杆的连结部分242相接合，从而在注射期间，向上成角度部分246接合连结部分242，由此在径向方向上(即，向筒管壁)推压主体部分224，从而在主体部分224与内壁38之间形成较牢固密封。
也提供延伸部266，该延伸部266从末端234向敞开的后侧端部226延伸。延伸部266具有大体圆柱形的空心本体部分268，该空心本体部分268在其底部部分处具有开口270，该开口270面向塞子212的敞开的后侧端部226。开口270具有比本体部分268的直径小的直径，由此形成与开口270相邻的承载表面272。
参照图14和15，柱塞杆214可以包括注射器柱塞本体250，该注射器柱塞本体250具有沿纵向轴线X延伸的前侧端部252和后侧端部254。连结部分242与注射器柱塞本体250的前侧端部252相联接。连结部分242包括锥形环256和延伸部分58，该锥形环256设计成用以接合塞子212的槽口244，该延伸部分258构造成用以在注射期间接触封闭的前侧端部228的柔性顶部的下表面260，由此限制柔性顶部在径向方向上的扩张。连结部分242也包括杆263，该杆263具有锥形头部264，该锥形头部264从注射器柱塞本体250的前侧端部252延伸，并且构造成用以接合塞子212的延伸部266，如下文论述的那样。
注射器柱塞本体250也可以包括保持环262，该保持环262定位成与塞子212的主体部分224的敞开的后侧端部226相邻。保持环262用以防止柱塞杆214从注射器筒管16除去。参照图13，当通过敞开的后侧端部226将柱塞杆214插入到塞子212中时，锥形环256接合槽口244，并且杆263插入到延伸部266的开口270中，从而柱塞杆214被锁定就位，并且防止与塞子212分离。
继续参照图13，刚性塑料塞子212包括主动密封功能，从而当在注射器10内部的流体压力由于注射而增大时，在塞子212与注射器筒管16之间的密封压力，由于以上参照第一和第二实施例描述的三个相分立的压力致动动作也增大。在吸入期间，杆263的锥形头部264接触延伸部266的承载表面272，使主体部分224的柔性顶部在径向方向上向注射器筒管216的内壁38扩张，作为负压力的结果，将柔性顶部向上拉。这样一种构造适用于较大注射器尺寸(10ml-60ml)，其中，较大顶部面积暴露于负压力。
参照图16-18，表明塞子的第四实施例，该塞子整体指示为附图标记312。塞子312包括主体部分324，该主体部分324限定敞开的后侧端部326和封闭的前侧端部328，该敞开的后侧端部326构造成用以接纳柱塞杆314的可选择实施例(见图19和20)，该封闭的前侧端部328形成柔性顶部。主体部分324的封闭的前侧端部328包括第一倾斜部分330和第二倾斜部分332，该第一倾斜部分330和第二倾斜部分332都是同一锥形表面的部分，该锥形表面向末端334延伸。末端334包括延伸部分335，该延伸部分335构造成用以配合在注射器筒管16的末端内部，以使在注射器筒管16中的空间(在已经完成注射之后未使用药剂保持在该空间处)被最小化。延伸部分335也可以在注射器10的组装期间用来帮助将塞子312适当地定向在注射器筒管16内。
设有第一周缘裙部336，该第一周缘裙部336绕主体部分324的外圆周、向着封闭的前侧端部328延伸。第一周缘裙部336的主要目的是提供在塞子本体与注射器筒管16的内壁38之间的“主动密封”，如下文将更详细论述的那样。塞子312也包括第二周缘裙部340，该第二周缘裙部340绕主体部分324的外圆周、向着敞开的后侧端部326延伸。第二周缘裙部340的主要目的是，在轴向方向上将稳定性赋予塞子312，并且防止塞子312的倾斜。另外，当流体压力在吸入期间在注射器筒管16内部减小时，第二周缘裙部340靠压注射器筒管16的内壁38，由此在塞子312与注射器筒管16的内壁38之间提供密封压力。
如图17所示，塞子312的主体部分324基本上是空心的，并且设计成用以接纳柱塞杆314的连结部分342。设有槽口344，该槽口344绕主体部分324的内圆周延伸。槽口344包括向上成角度部分346。沿主体部分324的柔性顶部的边缘可以设有凹槽345，以调谐柔性顶部和/或主体部分324的刚度，以便实现所需的弯曲响应。
槽口344构造成用以与柱塞杆的连结部分342相接合，从而在注射期间，向上成角度部分346接合连结部分342，由此在径向方向上(即，向筒管壁)推压主体部分324，从而在主体部分324与内壁38之间形成较牢固密封。
也提供延伸部366，该延伸部366从末端334向敞开的后侧端部326延伸。延伸部366具有大体圆柱形的空心本体部分368，该空心本体部分368具有从其外径延伸并且围绕其外径的承载表面372。
参照图19和20，柱塞杆314包括注射器柱塞本体350，该注射器柱塞本体350具有沿纵向轴线X延伸的前侧端部352和后侧端部354。连结部分342与注射器柱塞本体350的前侧端部352相联接。连结部分342包括锥形环356和圆柱形本体361，该锥形环356设计成用以接合塞子312的槽口344，该圆柱形本体361具有开口363，该开口363从注射器柱塞本体350的前侧端部352延伸，并且构造成用以接合塞子312的延伸部366，如下文论述的那样。开口363具有比本体361的直径小的直径，由此形成与开口363相邻的承载表面364。
注射器柱塞本体350也可以包括保持环362，该保持环362定位成与塞子312的主体部分324的敞开的后侧端部326相邻。保持环362用以防止柱塞杆314从注射器筒管16除去。参照图18，当通过敞开的后侧端部326将柱塞杆314插入到塞子312中时，锥形环356接合槽口344，并且延伸部366插入到圆柱形本体361的开口363中，从而柱塞杆314被锁定就位，并且防止与塞子312分离。
继续参照图18，刚性塑料塞子312包括主动密封功能，从而当在注射器10内部的流体压力由于注射而增大时，在塞子312与注射器筒管16之间的密封压力，由于以上参照第一至第三实施例详细描述的三个相分立的压力致动动作也增大。在吸入期间，圆柱形本体361的承载表面364接触延伸部366的承载表面372，使主体部分324的柔性顶部在径向方向上向注射器筒管316的内壁38扩张，作为负压力的结果，将柔性顶部向上拉。这样一种构造适用于较大注射器尺寸(10ml-60ml)，其中，较大顶部面积暴露于负压力。
参照图21-23，表明塞子的第五实施例，该塞子整体指示为附图标记412。塞子412包括主体部分424，该主体部分424限定敞开的后侧端部426和封闭的前侧端部428，该敞开的后侧端部426构造成用以接纳柱塞杆414(见图24和25)，该封闭的前侧端部428形成柔性顶部。主体部分424的封闭的前侧端部428包括第一倾斜部分430和第二倾斜部分432，该第一倾斜部分430和第二倾斜部分432都是同一锥形表面的部分，该锥形表面向末端434延伸，由此使得封闭的前侧端部428具有大致锥形外观。
设有第一周缘裙部436，该第一周缘裙部436绕主体部分424的外圆周、向着封闭的前侧端部428延伸。第一周缘裙部436的主要目的是提供在塞子本体与注射器筒管16的内壁38之间的“主动密封”，如以上论述的那样。塞子412也包括第二周缘裙部440，该第二周缘裙部440绕主体部分424的外圆周、向着敞开的后侧端部426延伸。第二周缘裙部440的主要目的是，在轴向方向上将稳定性赋予塞子412，并且防止塞子412的倾斜。另外，当流体压力在吸入期间在注射器筒管416内部减小时，第二周缘裙部440靠压注射器筒管16的内壁38，由此在塞子412与注射器筒管16的内壁38之间提供密封压力。
如图23所示，塞子412的主体部分424基本上是空心的，并且设计成用以接纳柱塞杆414的连结部分442。凸缘444向塞子412的中心并且绕主体部分424的内圆周延伸。凸缘444包括向上成角度部分446和向下成角度部分448。
凸缘444构造成用以与柱塞杆414的连结部分442相接合，从而在抽吸期间，向下成角度部分448接合连结部分442，由此在径向方向上(即，向筒管壁)推压主体部分424，从而在主体部分424与内壁38之间形成较牢固密封。
参照图24和25，柱塞杆414可以包括注射器柱塞本体450，该注射器柱塞本体450具有沿纵向轴线X延伸的前侧端部452和后侧端部454。连结部分442与注射器柱塞本体450的前侧端部452相联接。连结部分442包括第一环456和延伸部分458，该第一环456设计成用以接合塞子412的凸缘444，该延伸部分458构造成，在注射期间接触封闭的前侧端部428的柔性顶部的下表面460，由此限制柔性顶部在径向方向上的扩张。连结部分442也包括第二环461，该第二环461设置在前侧端部452处。第二环461构造成用以在注射期间使得第二环461的上表面接合柔性顶部的下表面460，由此在径向方向上(即，向筒管壁)推压主体部分424，从而在主体部分424与内壁38之间形成较牢固密封。
注射器柱塞本体450也可以包括保持环462，该保持环462定位成与塞子412的主体部分424的敞开的后侧端部426相邻。保持环462用以防止柱塞杆414从注射器筒管16除去。参照图23，当通过敞开的后侧端部426将柱塞杆414插入到塞子412中时，第一环456接合凸缘444，从而柱塞杆414被锁定就位，并且防止与塞子412分离。
参照图26-28，表明塞子的第六实施例，该塞子整体指示为附图标记512。塞子512包括主体部分524，该主体部分524限定敞开的后侧端部526和封闭的前侧端部528，该敞开的后侧端部526构造成用以接纳柱塞杆514(见图29和30)，该封闭的前侧端部528形成柔性顶部。主体部分524的封闭的前侧端部528包括第一倾斜部分530和第二倾斜部分532，该第一倾斜部分530和第二倾斜部分532都是同一锥形表面的部分，该锥形表面向末端534延伸，由此使得封闭的前侧端部528具有大致锥形外观。
设有第一周缘裙部536，该第一周缘裙部536绕主体部分524的外圆周、向着封闭的前侧端部528延伸。第一周缘裙部536的主要目的是提供在塞子本体与注射器筒管16的内壁38之间的“主动密封”，如以上论述的那样。塞子512也包括第二周缘裙部540，该第二周缘裙部540绕主体部分524的外圆周、向着敞开的后侧端部526延伸。第二周缘裙部540的主要目的是，在轴向方向上将稳定性赋予塞子512，并且防止塞子512的倾斜。另外，当流体压力在吸入期间在注射器筒管16内部减小时，第二周缘裙部540靠压注射器筒管16的内壁38，由此在塞子512与注射器筒管16的内壁38之间提供密封压力。
如图27所示，塞子512的主体部分524基本上是空心的，并且设计成用以接纳柱塞杆514的连结部分542。凸缘544向塞子512的中心并且绕主体部分524的内圆周延伸。凸缘544包括向上成角度部分546和向下成角度部分548。
凸缘544构造成用以与柱塞杆514的连结部分542相接合，从而在抽吸期间，向下成角度部分548接合连结部分542，由此在径向方向上(即，向筒管壁)推压主体部分524，从而在主体部分524与内壁38之间形成较牢固密封。
参照图29和30，柱塞杆514可以包括注射器柱塞本体550，该注射器柱塞本体550具有沿纵向轴线X延伸的前侧端部552和后侧端部554。连结部分542与注射器柱塞本体550的前侧端部552相联接。连结部分542包括圆盘556，该圆盘556设计成用以接合塞子512的凸缘544。圆盘556也包括锥形表面561，该锥形表面561设置在前侧端部552处。锥形表面561构造成，在注射期间，它接合柔性顶部的下表面560，由此在径向方向上(即，向筒管壁)推压主体部分524，从而在主体部分524与内壁38之间形成较牢固密封。
注射器柱塞本体550也可以包括保持环562，该保持环562定位成与塞子512的主体部分524的敞开的后侧端部526相邻。保持环562用以防止柱塞杆514从注射器筒管16除去。参照图28，当通过敞开的后侧端部526将柱塞杆514插入到塞子512中时，圆盘556接合凸缘544，从而柱塞杆514被锁定就位，并且防止与塞子512分离。
参照图31和32，注射器筒管16可以在其流体分配端部附近包括区域100，该区域100具有内径D1，该内径D1大于注射器筒管16的剩余区域的内径D2。这个区域构造成用以当第一周缘裙部436定位成与其相邻时(例如在存储期间)接纳第一周缘裙部436。在存储期间，聚合物蠕变现象(即，永久变形/松弛)由于在塞子412与筒管16之间的初始干涉和接触应力，发生在第一周缘裙部436的外径上。通过提供这个区域100，可保证，第一周缘裙部436将蠕变/调整到区域100中，该区域100具有比筒管16的其余部分的直径D2大的直径D1，由此当使用注射器10时，保证在筒管16的内壁38与塞子412之间的紧密接触。区域100可以具有约0.01mm至约0.4mm的深度，并且优选地具有约0.1mm至约0.3mm的深度。
尽管相对于第五实施例论述了本发明的这种特征，但上述实施例的任一个可以包括注射器筒管16，该注射器筒管16具有这样的区域100。此外，如果不提供区域100，则可以通过小心地设计塞子材料以在注射器的存放寿命期间或在其消毒期间仅经历受控量的蠕变(即，受控蠕变)，而使得相同的塞子设计能够工作。另外，塞子412还可以包括槽口462，该槽口462定位在末端434下面的柔性顶部的下表面460中，以调谐柔性顶部和/或主体部分424的刚度，以便实现所需的弯曲响应。
尽管已经详细描述了本发明的具体实施例，但本领域的技术人员将会认识到，鉴于本公开的整体讲授，可以开发对于这些细节的各种修改和选择例。相应地，公开的具体布置意味着，对于本发明的范围只是例示性的而不是限制性的，该范围要给予所附的权利要求书和其任一和全部等效物的完全宽度。

Claims (20)

1.一种适于与用在注射器筒管内的柱塞杆相连结的塞子，所述塞子包括：
具有顶部的主体部分，所述主体部分限定敞开的后侧端部，该敞开的后侧端部构造成用以接纳所述柱塞杆，所述主体部分由刚性或半刚性聚合材料制造；以及
第一周缘裙部，所述第一周缘裙部绕所述主体部分的外圆周延伸并且相对于所述主体部分的外圆周限定间隙，
其中，当在注射期间在所述注射器筒管内部流体压力增大时，增大的流体压力进入所述间隙以导致所述第一周缘裙部弯曲，以使得所述第一周缘裙部向所述注射器筒管的内壁弯曲并且被靠压在所述注射器筒管的内壁上，并且在注射期间所述柱塞杆的滑动作用导致在所述柱塞杆和沿所述主体部分的内圆周设置的接合部分之间的接合，该接合迫使所述主体部分在径向方向上向所述注射器筒管的内壁扩张，所述接合部分包括槽口，所述槽口包括向上成角度部分和向下成角度部分。
2.根据权利要求1所述的塞子，其中，所述刚性或半刚性聚合材料具有在0.01GPa至5GPa的范围中的弹性模量。
3.根据权利要求1所述的塞子，其中，所述刚性或半刚性聚合材料从包括如下选项的组中选择：聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、含氟聚合物、离子交联聚合物、聚丙烯酸酯、或它们的任意组合。
4.根据权利要求1所述的塞子，其中，所述第一周缘裙部具有0.05mm至3mm的厚度和1mm至10mm的长度。
5.根据权利要求4所述的塞子，其中，所述第一周缘裙部具有0.2mm至0.5mm的厚度。
6.根据权利要求1所述的塞子，还包括：
第二周缘裙部，绕所述主体部分的外圆周、向着主体的敞开的后侧端部延伸，从而所述第二周缘裙部在轴向方向上将稳定性赋予所述塞子，
其中，当在吸入期间在所述注射器筒管内部流体压力减小时，所述第二周缘裙部靠压所述注射器筒管的内壁，由此在所述塞子与所述注射器筒管的内壁之间提供密封压力。
7.根据权利要求6所述的塞子，其中，所述第二周缘裙部具有0.05mm至3mm的厚度和1mm至10mm的长度。
8.根据权利要求7所述的塞子，其中，所述第二周缘裙部具有0.2mm至0.5mm的厚度。
9.根据权利要求1所述的塞子，其中，所述柱塞杆的顶部部分包括锥形环，该锥形环接合所述主体的槽口，从而在注射和吸入期间，在所述柱塞杆与所述槽口之间的接合都迫使所述主体部分在径向方向上向所述注射器筒管的内壁扩张。
10.根据权利要求1所述的塞子，其中，从在所述向上成角度部分与所述向下成角度部分之间延伸的竖向线测量，所述向上成角度部分具有10°至80°的角度。
11.根据权利要求10所述的塞子，其中，从在所述向上成角度部分与所述向下成角度部分之间延伸的竖向线测量，所述向上成角度部分具有25°至55°的角度。
12.根据权利要求1所述的塞子，其中，从在所述向上成角度部分与所述向下成角度部分之间延伸的竖向线测量，所述向下成角度部分具有10°至80°的角度。
13.根据权利要求12所述的塞子，其中，从在所述向上成角度部分与所述向下成角度部分之间延伸的竖向线测量，所述向下成角度部分具有25°至55°的角度。
14.根据权利要求1所述的塞子，其中，所述接合部分包括突出部分。
15.根据权利要求14所述的塞子，其中，所述柱塞杆的顶部部分包括绕其外圆周形成的槽口，所述柱塞杆的顶部部分包括的绕其外圆周形成的所述槽口接合主体的突出部分，从而在注射和吸入期间，在所述柱塞杆与所述突出部分之间的接合都迫使所述主体部分在所述径向方向上向所述注射器筒管的内壁扩张。
16.根据权利要求1所述的塞子，其中，所述塞子的主体部分的顶部是扁平的。
17.根据权利要求1所述的塞子，其中，所述塞子的主体部分的顶部具有锥形形状，并且其中，所述塞子的敞开的后侧端部构造成用以接纳所述柱塞杆以使得在顶部和柱塞杆之间限定空间。
18.根据权利要求17所述的塞子，其中，所述顶部由柔性材料形成，使得当在注射期间在所述注射器筒管内部流体压力增大时，增大的流体压力导致柔性顶部向内弯曲进入在柔性顶部和柱塞杆之间限定的所述空间中并且在径向方向上向所述注射器筒管的内壁扩张。
19.根据权利要求18所述的塞子，其中，所述柔性顶部具有在0.01GPa至5GPa的范围中的弹性模量。
20.根据权利要求1所述的塞子，其中，所述主体部分的顶部具有封闭的前侧端部，该封闭的前侧端部具有锥形形状，该锥形形状具有末端，所述末端包括延伸部分，该延伸部分构造成用以配合在所述注射器筒管的末端内部。
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