JP2010511171A - 流体接続用針インターフェース - Google Patents

Abstract

本発明は、サンプル流体を処理するための実験器具とサンプル室部を備えた消耗品構成部とのインターフェースをとるために特に適用可能な結合システムに関する。結合システムは、予め形成されたチャネル１２ａを備えた弾性５封止構成部１２を有する消耗品構成部に一体化された雌型インターフェースモジュール１０を有する。さらに、器具に一体化されブッシュ２２の第１の部分２２ａに固定された中空の針２３を有する雄型インターフェースモジュール２０を有し、針２３の柔軟性のある自由端は、針の横方向移動を制限するブッシュの第２の部分２２ｂにより部分的に囲まれている。封止１０構成部１２におけるチャネルの直径は、針２３の直径ｄよりも小さいのが好ましく、これにより、気密接続及び自己洗浄効果を奏する。

Description

本発明は、２つの構成要素の間、特に器具と消耗品との流体接続を確立するための雌型インターフェースモジュール及び適合可能な雄型インターフェースモジュールに関する。さらに、本発明は、消費品構成部及びこのようなインターフェースモジュールを有する器具に関する。

２つの異なる構成要素の間の流体接続を確立することのできるインターフェースモジュールは、特に、流体サンプルを処理しなければならないときに実験室環境において用いられる。米国特許出願に係る文献のＵＳ５３３９７０１は、この点につきサンプラユニットとガスクロマトグラフとの間の針インターフェースを開示しており、これら器具のうちの一方は、中隔により被覆された穴を有する一方、他方の器具は、先細形状の中空針を有するものとしている。この針は、器具と器具との間の流体接続を確立するときに当該中隔に穴を開ける。

この背景技術に基づいて、本発明の目的は、実験室環境に特に適した代替えの針インターフェースであって、複数のサンプルキャリアが最小限の取り扱いの手間で器具に結合可能なものとすることが望ましいとされるものを提供することである。

この目的は、請求項１による雌型インターフェース、請求項５による雄型インターフェースモジュール、請求項９による結合システム、請求項１０による消耗品構成部及び請求項１１による器具によって達成される。好適な実施例は、従属請求項に開示される。

本発明による雌型インターフェースモジュールは、針の受け付けをなし、封止構成部の外側から内側へと針が押し込まれることのできるところの予め形成されたチャネルにより弾性封止構成部を有する。この予め形成されたチャネルは、原理的に断面を有しうるが、大抵は円形断面が好ましい。当該予め形成されたチャネルの断面は、受け入れるべき針の断面に厳密に対応するものとしてもよいが、好ましくは、当該チャネルの断面は、関連の針のものよりも小さいものとするのが良い（円形断面の直径は、例えば円筒状針の直径よりも小さいものとすることができる）。当該チャネルは、この場合、当該針が押し込まれると広げられ、これにより当該チャネル内に針の気密封止を形成する。予め形成されたチャネルの断面の直径は、針を含んでいないときにはゼロにもなりうる。すなわち、当該チャネルは、封止構成部の材料を通じて、このような材料を除去することなく単純な削除部分又は刺し傷とすることができる。

説明される雌型インターフェースは、当該針が予め形成されたチャネルに従うことができかつ当該材料を通じてそれ自身の通路を切り込む必要がないので、封止構成部を通じて針を押し込まなければならない力が低下する、という利点を有する。これによりユーザの取り扱いを容易にし、針の安定性条件を緩和する。さらに、針は、丸みの帯びた先端を有することができ、もってユーザの怪我のリスクを低減することになる。

雌型インターフェースモジュールの好適実施例において、封止構成部は、当該チャネルの軸方向よりもそのチャネルの半径方向において高い整合性を有する。したがって、封止構成部は、予め形成されたチャネルにおいて針の横方向の動きに比較的容易に追従することができるとともに、軸方向には動かない。したがって、針がチャネルを通じて押し込まれると、封止構成部は、軸方向における圧力を漏らさずにその位置を維持し、これにより、当該針の前進を支援することになる。

本発明の他の展開例によれば、雌型インターフェースモジュールの封止構成部は、スリーブを有し、このスリーブの一端（すなわちその近く）に当該予め形成されたチャネルが配されるようにしている。このスリーブの内径は、針の自由な通過を許容するよう針の外径よりも大きいのが好ましい。当該スリーブは、封止構成部の内側にオプションとして突出するようにしてもよい。当該封止構成部の内側に超過圧力下にある気体又は液体があると、これは、当該スリーブを取り囲みチャネルにおいて針に抗してそれを押すことになる。したがって、当該スリーブは、セルフシールの効果を有する。

雌型インターフェースモジュールは、さらにオプションとして、封止構成部の外側に漏斗状案内部を有することができる。この案内部は、針の先端を取り込み、これを当該予め形成されたチャネルの比較的小さい入口への案内をなすのための大きな直径の入口を提供する。したがって、この案内部は、接続処理を簡単にし、針の面倒な装着を回避するのに役立つ。

本発明はさらに、中空針及びブッシュを有する雄型インターフェースモジュールであって、
・前記針の第１の部分は、前記ブッシュの第１の部分にしっかりと埋め込まれ、
・前記針は、軸方向において前記ブッシュの第２の部分により部分的に囲まれ半径方向において柔軟性のある自由端を有する（当該軸及び半径方向は、定義上、針の軸に対して定められる）、
インターフェースモジュールに関するものであり、さらに針とブッシュの第２の部分との間に中間スペースがある。

このインターフェースモジュールの１つの利点は、ブッシュに針が堅く実装されその自由端が（部分的に）当該ブッシュにより保護されることである。さらに、針の半径方向又は横方向の整合性は、針が、孔を通じて、例えば上述した種類の雌型インターフェースモジュールにおける当該予め形成されたチャネルを通じて押し込まれなければならない場合に有利である。この場合、針は、当該孔と厳密に位置合わせされておらず一種のセルフアライメントである場合には曲がることができる。さらに、針の横方向の整合性は、怪我のリスクを減らす。

上述した雄型インターフェースモジュールの好適な構成において、針の半径方向の動きは、ブッシュの第２の部分により針の弾性変形の範囲にまで限定される。このことは、針の自由端を部分的に取り囲むブッシュの第２の部分が、針の半径方向の動きのための停止部として機能することを意味している。したがって、塑性変形となりうる過剰な曲折から針を回避させる。必要な効果は、針及びブッシュの適切な寸法により達成可能である。したがって、例えば、針の自由端の長さＬは、針の（外側の）直径ｄの少なくとも２０倍大きいことが好ましい。すなわち、Ｌ≧２０・ｄである。したがって、針の比較的長い部分は、ブッシュの第１の部分から自由に突出し、これにより、横方向において高い整合性をもたらすことになる。但し、横方向の整合性は、柔軟性のあるブッシュを用いること及び／又は柔軟な形でブッシュを支持することによっても代替的又は付加的に達成可能である。

針の自由端の先端は、丸みを帯び、すなわち鋭利なエッジ又は先端でないのが好ましい。このような丸みを帯びた先端は、ユーザの怪我のリスクを減らし、例えばキャップによりその未使用状態における針の特定の保護を廃れさせる。

本発明の他の展開例によれば、雄型インターフェースモジュールは、針の内部との流体連結状態にあり（定義上）管が接続可能な管コネクタを有する。この管コネクタは、例えば、針を支えるブッシュに直接固定され、又は一体化されることが可能である。

本発明はさらに、上述した種類の各モジュール、すなわち、予め形成されたチャネルを有する弾性封止構成部を備えた雌型インターフェースモジュールと、横方向に柔軟性のある自由端を有するブッシュに配される中空針を有する雄型インターフェースモジュールとを有する結合システムに関する。さらに、雌型インターフェースモジュールにおける予め形成されたチャネルの（内）径は、雄型インターフェースモジュールにおける針の外径よりも小さいものとなるので、当該予め形成されたチャネルの中に導入されるときに針の密封を保証し、さらに針の外部の自己洗浄をなすことになる。なお、チャネル及び／又は針が円形の断面を有しない場合、それらの「直径」は、例えば、当該断面の周囲における２つのポイントの間の最大距離及び／又は当該断面と同じ面積を有する円の直径として適宜に規定されなければならない。

本発明はさらに、サンプル流体を供給することのできるサンプル室部と、上述した種類の雌型インターフェースモジュールとを有する消耗品構成部に関する。この消耗品構成部は、例えば、生物学的な流体（血液、唾液など）の検査のための検査法において用いられることが可能である。そのインターフェースモジュールの特定の構成のために、針を用いることによってこのような消耗品構成部に容易にアクセス可能となる。

本発明はさらに、外部サンプル室部におけるサンプルを処理するための器具であって、上述した種類の雄型インターフェースモジュールを有するものに関する。この器具は、上述した消耗品構成部との組み合わせで有利に用いられることが可能である。何故なら、雌型インターフェースモジュールにおける予め形成されたチャネルと雄型インターフェースモジュールの中空針の横方向の柔軟性とにより、これら２つの構成部の間の容易な結合が可能となる。

本発明のこれらの態様及びその他の態様は、以下に説明される実施例に基づいて明らかとなる。これら実施例は、添付図面の補助により例示により説明される。

本発明による結合システムであって雌型インターフェースモジュールを備えた消耗品構成部と雄型インターフェースモジュールを備えた器具とを有するシステムの断面を示す図。

本発明による結合システムを、実験室環境における特定の用途に関して説明するが、原則として、例えば工業生産装置における数多くの他の用途にも用いることができる。図に示される結合システムは、雌型インターフェースモジュール１０及び雄型インターフェース２０を有する。雌型インターフェースモジュール１０は、消耗品構成部１１に一体化され、これは、その特定の構成が本発明に無関係であるので図には部分的にしか描かれていない。同様に、雄型インターフェースモジュール２０は、フレーム２１だけしか図に示されていない器具に一体化される。

消耗品構成部は、普通は、１つのテストを行うために用いられる使い捨て製品であるが、当該器具には、当該テストを行うよう全ての必要な機器が設けられる。テスト中、消耗品に供給された流体は、普通は、混合され、加熱され、冷却されかつ移送されることが必要となる。当該消耗品の一方の部分から他方の部分へのこうした流体の移送は、例えば圧搾空気によって実現可能である。器具により発生された圧力を消耗品へかけるため、当該消耗品及び器具は、空気界面を具備していなければならない。さらに、当該流体の移送は、当該器具により圧力増大を測定することによって有効とすることができる。したがって、良好なバリデーションのために、上述した空気界面は気密したものとする必要がある。器具と消耗品構成部との間の既知の気密界面において、閉じた膜又は隔壁に突き刺すために針が用いられる。この方法の１つの不利な点は、針が鋭利でなければならず、これにより、怪我のリスクを形成することから保護される必要がある。他の不利な点は、膜又は隔壁が横方向の動きに対して比較的に堅く、それに穴を開けるのに必要な力に耐えなければならない点である。

図に示される結合システムは、上述した問題を回避する改善された気密インターフェースを提供するものである。このシステムの雄型インターフェースモジュール２０は、針２３の第１の短い部分（ここでは針の下側端部）がブッシュの第１の部分２２ａに固定されるとともに針２３の長い残りの「自由端」が横方向に自在に動くように、ブッシュ２２に配される中空針２３を有する。この自由端は、ブッシュ２２の第２の部分２２ｂにより部分的に（好ましくはその軸方向Ｌの延在部の５０％以上）取り囲まれている。この第２の部分２２ｂの内径Ｄは、環状隙間が針の周りに形成されるよう、針の外径ｄよりも大きい。針２３の端部は、ブッシュ２２から自由に突出する。

ブッシュ２２における針２３の固定ポイントは、可能な限り針２３の自由端から遠く離れている。針２３の「自由端」の長さＬは、針２３の外径ｄの３０倍よりも大きい図示の例である。これにより、針２３が横方向において柔軟性があることを確実にする。さらに、ブッシュ２２の第２の部分２２ｂの内径Ｄは、針の非可逆的弾性変形となる直前に針の横方向の動きを停止するように選ばれる。部分２２ｂの上端において、針は、両側へ距離（Ｄ／２−ｄ／２）を超えて動くことができない。

針２３の外側は、滑らかな表面を有するのが好ましいが、針２３の先端は丸みを帯び、そのエッジのバリが取られ、雌型インターフェースモジュールへの針２３の円滑な侵入を確実にし怪我のリスクを最小化するようにしている。

針２３は、例えば、ブッシュ２２と針２３との間の接続を気密にし、針２３をブッシュ２２の中に固定するようブッシュ２２の第１の部分２２ａの中へ貼り付けられ又は押し込まれる。さらに、ブッシュ２２には、針２３の内部と流体の交換のために管（図示せず）を接続することを可能にする管インターフェース２４が設けられる。ブッシュの代表的な材料は、ステンレス鋼又はプラスチックである。

この結合システムの第２の部分は、消耗品における雌型インターフェースモジュール１０である。このモジュール１０は、例えばゴム又は同様の弾性材料から形成されることの可能な、気密界面を形成するよう針２３の周りに嵌合する開いた予め形成されたチャネル１２ａを有する封止構成部１２を有する。封止構成部１２におけるチャネル１２ａの直径は、針２３の外径ｄよりも（装置設置時に）小さく、例えば、直径ｄの０％から９９％の間の値を有するようにしてもよく、最も好ましいのは５０％から９９％とすることである。したがって、封止構成部１２は、針２３が挿入された場合に伸張し気密界面を形成しなければならなくなる。封止構成部１２の横方向の柔軟性は、その気密機能を緩和することなく針２３の側方の動きに追従することができることを確保する。但し、そのチャネルの軸方向において、封止構成部１２は、封止構成部１２を通じて押すことに代えて針２３が押すことを回避するような或る程度の剛性を具備する。

封止構成部１２は、オプションとして、消耗品の内部の中に上向きに突出しかつその上側端部において当該予め形成されたチャネル１２ａを担持するスリーブ１２ｂを有する。このスリーブ１２ｂは、消耗品の内部に過剰圧力がかかったときに付加的な気密性を確保する。

雌型インターフェースモジュール１０はさらに、封止構成部１２の外側に配され、すなわち当該器具に面した案内部１３を有する。案内部１３は、針２３が封止構成部１２に予め位置合わせすることができ封止構成部１２に対して針２３の横方向の動きを制限する停止部として作用することができるように（例えば、漏斗状に）整形される。

針２３及びブッシュ２２は、器具のフレーム２１により共通に担持される。

新しいインターフェースが器具と消耗品との間に形成されるとき、針２３は、封止構成部１２を通じて押し込まれる。封止構成部１２が針２３の周りにその気密の嵌め合いを有するや否や、埃の粒子を押し出すことにより当該インターフェースのクリーナとして機能する。

説明した結合システムは、様々な形態に改変可能であり、例えば次の如くである。

・針２３は、付加的に又は代替的に、ブッシュ２２が柔軟性のあるものとすることによって横方向に柔軟性を持たせることができる。

・空気接続を形成するためにブッシュ２２を用いることに代えて、上記フレームによっても空気接続を形成することができる。そして針２３を当該フレームに直接挿入し、これにより少ない部品で済ませることができる。

・封止構成部１２の形状は、必要に応じて図示のものとは異なるようにすることができる。したがって、例えばＯリングが封止構成部として機能しうる。

本結合システムは、例えば実験器具又は生産設備において気密接続を形成する必要のある全ての器具／製品において有利に用いられることができる。これは次の利点を奏する。

・柔軟性のある針２３及び柔軟性のある封止構成部１２のために、結合システムは、器具と消耗品との間の動き、例えば熱膨張により生じる動きに対処することができる。

・横方向に柔軟な針２３のために、結合された構成部は、比較的低い力を互いに奏し合う。

・針２３の封止構成部１２を通じた挿入の後、針２３の軸方向における結合された部分の間に何ら力がかからない。

・このインターフェースは、針２３に付着しうる埃の粒子が、新しいインターフェースが形成される度に針２３から自動的に押し出されるので、自己洗浄する。

・封止構成部１２の形状は、過剰な圧力がかかるときに付加的な気密性を確保する。

・針２３は、封止構成部１２を通じて挿入されるので、針２３の長さを正確なものとする必要がない。

最後に、本願において、「有する」なる文言は他の要素又はステップを排除せず、単数表現は複数を排除せず、また、単一のプロセッサその他のユニットは複数の手段の機能を満たしうるものであることを注記する。本発明は、ありとあらゆる新規な特徴的事項及び特徴的事項のありとあらゆる組み合わせに存するものである。さらに、請求項における参照符号は、それらの範囲を限定するものと解釈してはならない。

Claims (11)

1. 針の受け付けをなす雌型インターフェースモジュールであって、予め形成されたチャネルを備えた弾性の封止構成部を有し、このチャネルを通じて前記針が前記封止構成部の外側から内側に押し込まれることができる、インターフェースモジュール。
2. 請求項１に記載のインターフェースモジュールであって、前記封止構成部は、前記チャネルの半径方向において軸方向におけるよりも高い整合性を有する、インターフェースモジュール。
3. 請求項１に記載のインターフェースモジュールであって、前記予め形成されたチャネルは、スリーブの端部に配される、インターフェースモジュール。
4. 請求項１に記載のインターフェースモジュールであって、前記封止構成部の外側において漏斗状案内部を有する、インターフェースモジュール。
5. 中空針及びブッシュを有する雄型インターフェースモジュールであって、
   ・前記針の第１の部分は、前記ブッシュの第１の部分にしっかりと埋め込まれ、
   ・前記針は、前記ブッシュの第２の部分により中間スペースで部分的に囲まれ半径方向において柔軟性のある自由端を有する、
   インターフェースモジュール。
6. 請求項５に記載のインターフェースモジュールであって、前記針の半径方向の動きは、前記ブッシュの前記第２の部分により、前記針の弾性変形の範囲にまで制限される、インターフェースモジュール。
7. 請求項５に記載のインターフェースモジュールであって、前記針の自由端の先端は、丸みを帯びている、インターフェースモジュール。
8. 請求項５に記載のインターフェースモジュールであって、前記針の内部と流体連結している管コネクタを有するインターフェースモジュール。
9. 請求項１に記載の雌型インターフェースモジュールと請求項５に記載の雄型インターフェースモジュールとを有する結合システムであって、前記雌型インターフェースモジュールにおけるチャネルの直径は、前記雄型インターフェースモジュールにおける前記針の外径よりも小さい、システム。
10. サンプル流体を供給することのできるサンプル室部と請求項１に記載の雌型インターフェースモジュールとを有する消耗品構成部。
11. 外部サンプル室部においてサンプルを処理するための器具であって、請求項５に記載の雄型インターフェースモジュールを有する器具。

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