JP2010538825A - 圧力開放がある化学反応装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、容器開口と容器内部とで定義される容器と、容器に用いられ、容器開口を開放可能に封をするように構成されるセプタと、容器に用いられ、ホルダー空洞で定義づけられる針ホルダーと、針ホルダーに用いられ、少なくとも一部がホルダー空洞内に配置される針とを備え、セプタは、封止の静止状態と穴の開いた状態との間で変形可能であり、セプタに穴が開けられる状態にある時、セプタは、針の端による突き当てで穴を開けることが可能なまでに変形可能である、反応ボトルに関する。
【選択図】図14A
【選択図】図14A
Description
本発明は、安全な圧力開放機構を有し、化学反応が実行され、再び封じられる反応ボトルの使用に関する。
(関連出願の相互参照)
本発明は、2007年9月12日に出願された米国特許出願第11/853915号に関連する。本出願は、2007年9月12日に出願された米国特許出願第11/853915号(圧力開放がある反応ボトル)の一部継続出願である。本出願は、更に、2008年6月27日に出願された米国仮出願第61/076593号の恩恵を主張する。両者の全ての内容が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、2007年9月12日に出願された米国特許出願第11/853915号に関連する。本出願は、2007年9月12日に出願された米国特許出願第11/853915号(圧力開放がある反応ボトル)の一部継続出願である。本出願は、更に、2008年6月27日に出願された米国仮出願第61/076593号の恩恵を主張する。両者の全ての内容が参照により本明細書に組み込まれる。
従来、開放端を有するガラス反応ボトル内で化学反応が実行されている。衝突理論及び活性化エネルギー理論(最小の運動エネルギー)に基づき、経験的に、多くの反応の反応速度は、温度が10℃上昇するごとに、2倍又は3倍になる。それゆえ、化学反応の速度の向上又は開始、及び化学反応の継続に、加熱がしばしば必要になる。開放端を有する反応ボトルに加熱が必要とされる場合、反応ボトルからの反応物、生成物、試薬、及び溶媒の減少を抑制するために、冷却コンデンサーがしばしば用いられる。冷却コンデンサーを用いた場合であっても、反応物の一部は、反応物の揮発により化学反応の前に失われることがあり、所望の化学反応を妨害することにつながる。通常、化学反応の温度の最高限界は、開放容器内の反応物、及び/又は溶媒の沸点である。ある化学反応に沸点より高い温度が要求される場合、又は揮発性の反応物が含まれている場合、又は気体反応に圧力が要求される場合、これらの反応を実行する圧力容器(例えば、ガラス製の圧力ボトル、ガラス製の圧力チューブ、及び/又は密封チューブ)、又は金属製の圧力反応装置が利用される。圧力容器の使用に関連する欠点の一つは、安全性である。監視目的で圧力測定器が装備された圧力容器も存在するが、それらは、通常、自動的な排出機構を備えていない。圧力容器は、圧力容器内の予測できない突然の過剰な圧力により、爆発することが知られている。他の欠点は、化学者を怪我させ得る容器内圧力により、化学反応後に圧力容器を開けることがとても困難である点である。金属製の圧力容器に関連する欠点のうちの一つは、酸性物質を用いた反応を実行できないことである。酸性物質は、化学反応中の反応物、生成物、試薬、又は溶媒(塩化水素のような)である。酸性物質は腐食を引き起こし、次に、予期できない漏洩、及び高温かつ高圧下で怪我を引き起こす原因になり得る。更に、金属製の圧力容器は、金属に敏感な試薬を用いた反応を実行するために使用すべきではない。金属製の圧力容器の更なる欠点は、使用、及び適切にメンテナンスをするための特別なスキルが要求される点である。
したがって、上記の不利な点及び欠点により、化学反応中は反応ボトルの密封をほぼ保っている一方で、過剰な圧力を安全に開放できる反応容器の必要性が存在する。
本発明は、容器開口と容器内部とで定義される容器と、容器に用いられ、容器開口を開放可能に封をするように構成されるセプタと、容器に用いられ、ホルダー空洞で定義づけられる針ホルダーと、針ホルダーに用いられ、少なくとも一部がホルダー空洞内に配置される針とを備え、セプタは、封止の静止状態と穴の開いた状態との間で変形可能であり、セプタに穴が開けられる状態にある時、セプタは、針の端による突き当てで穴を開けることが可能なまでに変形可能である、反応ボトルに関する。
また、本発明は、突き出し部材を含むニードルアダプターと、ニードルアダプターに関連する針と、少なくとも一つのスロットを含み、ニードルアダプターと容器とを関連するように構成される容器アダプターとを備え、突き出し部材は、針が容器の近傍に位置するようにするスロットに関連する、針穴開け装置に関する。
更に、本発明は、容器開口と容器内部とで定義される容器と、容器開口を開放可能に封をするように構成され、容器に関連するセプタと、突き出し部材を含み、ホルダー空洞により定義づけられるニードルアダプターと、ニードルアダプターに関連し、少なくとも一部がホルダー空洞内に配置される針と、少なくとも一つのスロットを含み、ニードルアダプターを容器に関連させるように構成される容器アダプターとを備え、突き出し部材が、針が容器の近傍に位置するようにするスロットに関連し、セプタが、封止の静止状態と穴の開いた状態との間で変形可能であり、セプタが穴が開いた状態にある時、セプタは、針の端による突き当てで穴を開けられることが可能なまでに変形可能である、反応システムに関する。
本発明は、添付した図面を参照するとことにより、当業者によりよく理解される。いくつかの図面において類似する要素は同様な符号を付した。
図1は、本発明の一実施形態に係る反応ボトルの前面の断面図である。
図2は、セプタが変形した図1の反応ボトルの前面の断面図である。
図3は、セプタが静止状態に戻った図1及び図2の反応ボトルの前面の断面図である。
図4は、本発明の他の実施形態に係る反応ボトルの前面の断面図である。
図5は、セプタが変形し、針がセプタを貫通している図4の反応ボトルの前面の断面図である。
図6は、本発明の他の実施形態に係る反応ボトルの前面の断面図である。
図7は、開示された反応ボトルの分解斜視図である。
図8は、セプタキャップを有する開示された反応ボトルの分解斜視図である。
図9は、図8の反応ボトルの概略の前面の断面図である。
図10は、容器が縁を有し、セプタキャップを有する反応ボトルの分解斜視図である。
図11は、図10の反応ボトルの概略の前面の断面図である。
図12は、セプタキャップを有さず、容器開口の近くに位置する縁を有する容器を備える反応ボトルの分解斜視図である。
図12の反応ボトルの概略の前面の断面図である。
図14Aは、化学反応装置の断面図である。
図14Bは、開示された化学反応装置の反応中の断面図である。
図14Cは、一実施形態に係る容器アダプターの立体的な図である。
図15は、一実施形態に係る化学反応装置の図である。
図16は、他の実施形態に係る化学反応装置の図である。
図17は、他の実施形態に係る化学反応装置の図である。
図18は、他の実施形態に係る化学反応装置の前面の断面図である。
図19Aは、他の実施形態に係る化学反応装置の図である。
図19Bは、他の実施形態に係る化学反応装置の反応中の図である。
図1は、開示された反応ボトル10の前面の断面図を示す。反応ボトルは、容器14を備える。反応物18は、容器14の内部に示す。容器14は、容器先端26を有する。ボトルキャップ22は、容器先端26に取り付けられる。ボトルキャップ22は、通常、円筒形状を有するネジ付き内部表面30を備えることができる。反応ボトル10の先端の外側表面は、ネジ付き表面34を有することができ、反応ボトル10の先端の外側表面も、通常、円筒形状である。ボトルキャップ22はそれゆえ、ネジ付き内部表面30をネジ付き表面34に嵌め合わせることにより、容器に取り外し可能に取り付けることができる。ボトルキャップ22及び容器14に隣接した位置に、セプタ38がある。セプタはボトルキャップ22又は容器14に取り付けられていないので各々の反応後に容易に交換でき、必要に応じ、汚染回避をすることもできる。セプタ38は、毎反応後に交換可能である。ボトルキャップ22が容器14に取り付けられると、セプタ38は、ボトルキャップ22内部のキャップ空洞42から容器内部15を分離する。セプタ38は、様々な材料から形成することができ、例えば、PTFE表面を有するシリコンのセプタ(モデルNo.LG−4342、Wilmad−LabGlass製、1002 ハーディングハイウェイ、ブエナ、NJ08310−0688);PTFE/Red Rubberセプタ、PTFE/シリコン/PTFEセプタ、プレスリット(Pre−Slit)PTFE/シリコンセプタ、プレスリットPTFE/Red Rubberセプタ、PTFEセプタ、PTFE/シリコンセプタ、ポリエチレンセプタ、ポリプロピレンセプタ、Viton(登録商標)セプタ、HEADSPACE20MMセプタ、Natural PTFE/Whiteシリコンセプタ、Ivory PTFE/Red Rubberセプタ、Gray PTFE/Black Butyl Moldedセプタ(National Scientific Company製、サーモフィッシャーサイエンティフィックの一部、197カーディフバレーロード、ロックウッド、TN37854);PTFE/Red Rubber PTFE/Grey Butyl PTFE/シリコン PTFE/シリコン、PTFE/シリコン、PTFE/シリコン、PTFE/Moulded Butyl、PTFE/シリコン(SMI−LabHut Ltd.製、グラナリ、ステディングスビジネスセンター、マゼルモア、グロスターシャー州、GL2 8EY、イギリス);LabPure(登録商標)Vialセプタ(Saint−Gobain Performance Plastics製、11シチョードライブ、ポエステンキル、NY12140)だが、これらに限らない。ボトルキャップ22のキャップ先端46に取り付けられるのは、針ホルダー50である。針ホルダーに取り付けられるのは、芯なし中空(non−coring hollow)針54であり、キャップ空洞42内に位置するように構成される。針ホルダー50は、針導管58に流体連結されている状態である。針導管58はまた、芯なし中空針54とキャップ空洞42とに流体連結されている。任意の緊急開放導管62をボトルキャップ22に取り付けることもでき、キャップ空洞42に流体連結させることができる。任意のタンク66を針導管58に流体連結させることもできる。任意の緊急開放導管62が存在する場合、タンク66も、この開放導管に流体連結させることができる。図1において、セプタ38は、静止状態を示している。すなわち、セプタ38は、容器内部15の圧力により、いまだ変形していない。他の実施の形態においてキャップ先端46は、ボトルキャップ22の他の部分に対し移動できる。1つ以上のバネ148が、キャップ先端の底面、及び1つ以上の延長部材152に対し圧縮状態にある。この他の実施の形態において、ユーザーは針ホルダー50をセプタ38に向けて手動で押すことができ、それにより、容器14内のいかなる圧力をも開放できる。この圧力の開放は、開示された発明の安全性に関する利益である。圧縮状態にあるバネ148は、ユーザーが芯なし中空針54を押した後、芯なし中空針54をセプタ38から離れる方向に押し上げる傾向がある。
図2は、図1で開示された反応ボトル10の前面の断面図を示す。しかしながら、この図においては、容器14の圧力は高まった状態である。圧力は、反応物18内で発生した化学反応によって高まるか、及び/又はマイクロ波の放射若しくは他の熱源により加熱された容器14の内部により高まる。仮に圧力が容器14の内部で十分高まれば、セプタ38はキャップ空洞42の中へ変形する。セプタは、反応ボトル内の圧力が150〜300psiの間であるときに変形するように構成することができる。もちろん、セプタは、提案された化学反応に応じ、他の圧力で変形するように構成することもできる。また、セプタを薄くすればするほど、変形はより増加し、より低い圧力に保つことができる。セプタ38が変形することにより、セプタ38は芯なし中空針54に突き当たる。一旦、針がセプタ38の内部表面70に穴を開けると、芯なし中空針54の内側は、容器14に流体連結する。容器内部15の圧力は、セプタ38が芯なし中空針54により圧力によって穴を開けられるようになるときに、第1の閾値に到達する。内部表面70に芯なし中空針54が穴を開ける程度までセプタ70が変形するのに要する圧力の総計は、セプタの厚さ「t」とセプタ38のために選択された特定の材料とに依存する。図2において、穴が開けられた状態のセプタ38を示している。
図3は、図1及び図2で開示された反応ボトル10の前面の断面図を示す。この図では、芯なし中空針54に突き当たるセプタ38の穴開け動作により容器14内の圧力が開放されており、加圧された流体が容器から芯なし中空針54を通して針導管58内と、大気中若しくは任意のタンク66に流出する。容器14内の圧力が開放されているので、セプタ38は元の形状に戻っており、もはや芯なし中空針54に突き当たることはない。セプタ38は、例えば、PTFE表面を有するシリコン材料から形成することができるが、これに限られない。当該材料、又は他の材料はセプタ38の穿刺穴(芯なし中空針54からの)を再び封じることができる。当該材料は、複数回、再封じすることができる。セプタ38は、静止状態に復帰する。セプタ38が静止状態に復帰すると、容器内部15の圧力は、第2の閾値に到達する。セプタ38は、多くの回数、通常は少なくとも5回、最大30回以上、芯なし中空針54の大きさに応じて再封じができるように設計されている。
図4は、開示された反応ボトルの他の実施の形態を示す。この実施の形態においては、ボトル80は、ボトルキャップ22と、容器14とを備える。ボトルキャップ22は、通常、円筒形状を有するネジ付き内部表面30を備えることができる。ボトル10の先端の外側表面も通常、円筒形状であり、ネジ付き表面34を有することができる。ボトルキャップ22はそれゆえ、ネジ付き内部表面30をネジ付き表面34に嵌め合わせることにより、容器に取り外し可能に取り付けることができる。ボトルキャップ22と容器14との間の位置に、セプタ38がある。ボトルキャップ22が容器14に取り付けられると、セプタ38は、ボトルキャップ22内部のキャップ空洞42から容器14の内部を分離する。ボトルキャップは、キャップ空洞42内に位置する少なくとも一つの直線的に移動可能な部材84(本実施の形態では、二つの直線的に移動可能な部材84を示す)を備える。直線的に移動可能な部材84の上面92に連通しているのは、回動部材(pivoting member)88である。回動部材88は、ピボット部材(pivot member)96の周囲で回動するように構成される。ピボット部材は、ボトルキャップ22の先端100に固定される。ピボットは、圧力が開放された後、部材84を元の位置に戻すバネ機構を有する(本図においてバネ機構は図示しない)。芯なし中空針54は、針ホルダー50に取り付けられる。本実施の形態では、針ホルダー50及び芯なし中空針54は、ボトルキャップに対し、直線的に移動可能であり、矢印108の方向に上昇することができ、矢印108の反対方向に下降することができる。針ホルダーには少なくとも一つの延長部材104(本実施の形態では、二つ以上の延長部材104が、針ホルダー50に取り付けられている)が固定されている。回動部材88は、延長部材104と連動するように構成される。図5は、容器14内に圧力が発生した反応ボトルを示す。圧力によりセプタ38は変形し、容器14から遠ざかる方向であり、かつ、キャップ空洞42内に移動する。セプタ38がキャップ空洞42内に移動するので、セプタ38が直線的に移動可能な部材84に突き当たり、直線的に移動可能な部材84が矢印108の方向に上昇することになる。直線的に移動可能な部材84の上向きの移動は、回動部材88がピボット部材96の周囲で、延長部材104を(矢印108の反対方向へと)回動部材88が押し下げるような回動をする原因となり、それにより、針ホルダー50と芯なし中空針54とがセプタ38の方向及び内部へと移動する。更に、容器14内の圧力の上昇に伴い、芯なし中空針54の方向にセプタ38は移動する。一旦、芯なし中空針54がセプタ38に穴を開けると、図1〜3に関連する動作の説明と同様に、圧力が中空針内と針導管58を通して容器から開放される。本図においては、任意のタンク66若しくはボトルキャップに取り付けられている任意の緊急開放導管62に流体連結している針導管58が、キャップ空洞42と共にボトルキャップに流体連結していることが示されていない。しかしながら、これらの要素は、当業者であれば、他の実施の形態に変形として含めることもできる。
図1と同一の構造を備える他の実施の形態では(図示しない)、ユーザーは、針導管58を通じて針ホルダー50をセプタ38内へ手動で押し下げ、それにより、反応後の容器14内のあらゆる圧力も開放できる。
図6は、開示された反応ボトルの他の実施の形態を示す。本実施の形態では、反応ボトル120は、容器14に着脱可能に取り付けられたボトルキャップ22を備える。取り付け手段は、上記した実施の形態で述べたように、ネジ付き表面同士を嵌め合わせるものであってよい。ボトルキャップ22と容器14との間の位置にセプタ38が設けられる。セプタ38に連結しているのが、伝達部材124である。伝達部材は、例えば、圧力トランスデューサーのような測定トランスデューサー128と連動する。芯なし中空針54は針ホルダー50に取り付けられている。針導管58は、芯なし中空針54の内部に流体連結している。針ホルダー50は、作動部材132と連動する。作動部材132は、アクチュエータ136と連動する。処理システム140は、アクチュエータ136及び測定トランスデューサー128と通信することができる。処理システム140は、例えば、中央処理装置(CPU)、表示装置、記憶装置等を含むコンピュータシステムを含むがこれらに限られない。コンピュータシステムは、例えば、処理装置、コンピュータ、コントローラー、メモリー、記憶装置(storage)、レジスタ、タイミング(timing)、インタラプト、通信インターフェース、及び入力/出力信号インターフェース等、並びに、これらの少なくとも一つを組み合わせたものを含むがこれらに限られない。例えば、コンピュータシステムは、ここに説明されるように、測定トランスデューサー128から信号を制御して受信するための信号の入力/出力を含むことができる。反応ボトル120は、以下の通り動作する。容器14内で圧力が上昇すると、セプタ38は、芯なし中空針54に向けて移動しようとする。セプタ38の上昇する力は、伝達部材124を介し、測定トランスデューサー128に伝わる。測定トランスデューサー128は、伝達部材124によって伝達された力の総量を測定することができ、この情報を処理システム140に伝える。一旦、力が閾値に到達すると、処理システム140は、アクチュエータ136をアクティブにする。アクチュエータが順に、作動部材132を矢印144の方向に予め定められた距離で下げるので、芯なし中空針54がセプタ38に穴を開け、大気若しくは任意のタンク66に過剰な圧力を針導管58を通して開放する。他の実施の形態では、処理システム140は、圧力が閾値を下回ったことを示す情報を測定トランスデューサー128から処理システムが受信するまで、矢印144の反対方向に針を移動させ、そこに芯なし中空針54を保持するように構成することができ、それにより、針をセプタ38から遠ざけ、セプタが再び封じるようにすることができる。更に他の実施の形態では、測定トランスデューサーは、セプタ38の力により移動する伝達部材124の移動の量を測定する移動測定デバイスであってもよい。移動量の数値データは、処理システム140に伝達される。処理システムは、移動量が予め定められた量に達した場合、又は移動量が、例えば、第1の閾値に圧力が到達するような容器内の圧力上昇の量に較正されている場合、アクチュエータ136に針をセプタ38内に移動させ、穴を開けさせることができ、処理システムはアクチュエータに、セプタ38に穴を開けるために針をセプタ内に移動させる。
図7は、一実施形態の開示された反応ボトル10のボトルキャップ22の取り付け方法を示す。ボトルキャップ22は、先端ネジ式部材(top threaded member)156を備え、キャップ先端46(並びに針ホルダー50及び芯なし中空針54)は、先端ネジ式部材156内に移動することができる。先端ネジ式部材156は、1セットの雄ネジ160を有する。雄ネジ160は、下部ネジ式部材(lower threaded member)164の第1セットの雌ネジ168に接続するように構成される。先端ネジ式部材156は、下部ネジ式部材164のネジの開口165より大きな直径の縁157を有する。これは、先端ネジ式部材156が下部ネジ式部材164内に極端にねじ込まれることを防止する。第2セットの雌ネジ172は、下部ネジ式部材の底部176近傍に位置する。第2セットの雌ネジ30(本図には図示しないが、図1〜3においては示してある)は、容器14上に位置する1セットの雄ネジ34に接続するように構成される。容器14は、円形の縁184を容器14の先端側に位置するところに有する。セプタ38は、下部ネジ式部材164が容器14に接続するときに、縁184上であり、容器と下部ネジ式部材164との間に置かれる。
図8は、開示された反応ボトル10のボトルキャップ22の取り付け方法の他の実施の形態を示す。この実施形態では、セプタキャップ188を更に備える。他の相違点は、先端ネジ式部材156が縁157を有していない点であり、それゆえ、先端ネジ式部材の直径は、下部ネジ式部材164のネジの開口165の直径と略同一である。他の実施の形態においては、先端ネジ式部材156及び下部ネジ式部材164は、ワンピースとして製造することができる。本実施形態では、ボトルキャップ22の残りの部分及び針の装置を用いずに、単純にセプタキャップ188と容器14のカバーとしてのセプタ38とを使用することができる。これにより、容易な格納、容器からの有毒蒸気の漏出の抑制、及び/又は容器に水分が入ることの防止、並びに反応物が入っている容器14の安全な輸送が可能となる。図9は、図8に示す実施の形態の概略の断面図を示す。
図10は、開示された反応ボトル192の組み立て方法の更に他の実施の形態を示す。本実施の形態では、容器14はネジを有しておらず、円形の縁196を有する。ネジ付きカラー200は、縁196の下の容器14に滑り落ちる。カラーのネジ204は、縁196に隣接するように構成される。カラーのネジ204は、下部ネジ式部材164の内部底面176上に位置する1セットの雌ネジ208に接続するように構成される。下部ネジ式部材164がカラー200の上にねじ込まれるので、キャップの組み立ては、容器の縁196の場所で行われる。この場合も先と同様に、本実施の形態においては、セプタキャップ188が存在する。縁196は、容器14の開口212から一定の距離だけ離れて位置する。図11は、図10に開示した実施形態の概略の断面図を示す。
図12は、開示された反応ボトル192の組み立て方法の更に他の実施の形態を示す。本実施の形態では、容器14はネジを全く有していない。容器14は、容器開口212に隣接する位置に円形の縁196を有する。本実施形態では、分離するセプタムキャップは存在しない。図13は、図12に開示した実施形態の概略の断面図を示す。
開示された反応ボトルの有利な点は、ボトルがマイクロ波加熱装置に用いられることを含む。反応ボトルは、中空針がセプタに穴を開けた時に容器内の圧力上昇を開放する。セプタは、セプタから針が取り除かれた時に再び封じる。反応ボトルは、圧力が降下し始めた時にセプタが元の形に戻り、針から遠ざかる方向に移動し、その時にセプタが再び封じるという、フィードバックループを有する。反応ボトルは、圧力検出トランスデューサー及び処理システムを有することができる。反応ボトルは圧力開放部品を有さない反応ボトルより安全である。開放容器と比べると、開示された封じられた反応容器は、化学反応に以下の有利な点を提供する。すなわち、反応を、溶媒の沸点以上の高温にて長時間かかるのではなく、短時間で完了させることができ、加熱時間を時間単位から分単位に削減することでエネルギーを省力化でき、何時間も水道水を連続的に流すコンデンサー冷却を削除することによりエネルギーを省力化でき、反応時間を削減することを通して効率的に作業することができる。
図14A及び図14Bに関し、化学反応装置501の正面の断面図の典型的な実施形態を、化学反応の実施のために示す。図14Aの実施形態は、圧力の上昇がない化学反応装置を示し、図14Bの実施の形態は、圧力が上昇した同一の化学反応装置を示す。より詳細は以下に説明するが、図14Bは、圧力が上昇し、セプタ507が変形し、中空針509により穴が開けられることで、通常は封止が保たれる反応装置の圧力が開放されることを示す。
図14A及び図14Bの典型的な実施形態において、化学反応装置501は、容器先端550を有する容器502と、容器502の外側表面から突き出る縁部555とを備える。反応物503は、容器502内に格納される。スリーブ504は、密封状態を形成するために容器の縁部555にスライド自在なヒンジで、容器502に取り外し可能に取り付けられる。スリーブ504は、ネジ付きの外部表面を有し、略円筒形状である。スリーブ504のネジ付き外部表面に取り外し可能に取り付けられるのはキャップ505であり、略円筒形状を有し、キャップ穴とネジ付きの内部表面とを有する。
ボトルアダプター506は、キャップ穴を通し、キャップ505を貫いて配置されるように構成される。ボトルアダプター506は、略円筒形状を有し、空洞513及びボトルアダプター穴560を有する。取り外し可能に取り付けられた圧縮バネ514は、ボトルアダプター506の空洞513内に配置される。
図14Cの典型的な実施形態において、スロット570と、ニードルアダプター508を位置決めするロックピン(図14A及び14Bの符号510)を挿入するグルーブ575とを有するボトルアダプター506を立体的な図として示す。他の実施の形態としては(図示しない)、ボトルアダプターは、ニードルアダプター508の位置決めと固定用の複数のスロット、又は調節可能なスロット及びグルーブを有することもできる。
図14A及び図14Bの典型的な実施の形態を再び参照すると、セプタ507は、セプタ内部表面515とセプタ外部表面527とを有する。セプタ外部表面527は、ボトルアダプター506に隣接して位置するので、ボトルアダプター穴560へとセプタ外部表面527は露出する。セプタ内部表面515は、容器の先端に隣接して位置するので、容器内部516へと露出する。セプタ507を取り外せないようにボトルアダプター506若しくは容器502に載せることは不要であるので、反応後、セプタ507の容易な交換が可能となる。
セプタ507は様々な材料から形成することができ、例えば、63236−C12,F1605−1.180+/−5−(Saint−Gobain Performance Plastics製、11シチョードライブ、ポエステンキル、NY12140);PTFE表面を有するシリコンのセプタム(モデルNo.LG−4342、Wilmad−LabGlass製、1002 ハーディングハイウェイ、ブエナ、NJ08310−0688);PTFE/Red Rubberセプタ、PTFE/シリコン/PTFEセプタ、プレスリット(Pre−Slit)PTFE/シリコンセプタ、プレスリットPTFE/Red Rubberセプタ、PTFEセプタ、PTFE/シリコンセプタ、ポリエチレンセプタ、ポリプロピレンセプタ、Viton(登録商標)セプタ、HEADSPACE20MMセプタ、ナチュラル(Natural)PTFE/Whiteシリコンセプタ、Ivory PTFE/Red Rubberセプタ、Gray PTFE/Black Butyl Moldedセプタ(National Scientific Company製、サーモフィッシャーサイエンティフィックの一部、197カーディフバレーロード、ロックウッド、TN37854);PTFE/Red Rubber PTFE/Grey Butyl PTFE/シリコン PTFE/シリコン、PTFE/シリコン、PTFE/シリコン、PTFE/Moulded Butyl、PTFE/シリコン(SMI−LabHut Ltd.製、グラナリ、ステディングスビジネスセンター、マゼルモア、グロスターシャー州、GL2 8EY、イギリス);LabPure(登録商標)Vialセプタ(Saint−Gobain Performance Plastics製、11シチョードライブ、ポエステンキル、NY12140)だが、これらに限らない。セプタ507は、例えば、PTFE表面を有するシリコンバッキングから形成できるが、これに限られない。セプタは、天然高分子、及び合成の弾力性のある高分子から形成することができ、ポリテトラフルオロエチレン、シリコーン、スチレン−ブタジエン、ポリブタジエン、イソプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ポリクロロプレンゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、エチレン−アクリルエラストマー、及びこれらの共重合体、並びにこれらの混合物から形成することができる。この材料及び他の同様の材料は、セプタ507上の開けられた穴を複数回、塞がれるようにすることができる。セプタ507は、通常は少なくとも5回、最大30回以上、中空針の大きさに応じて再封じができるように設計されている。
キャップ505のネジ付き内部表面がスリーブ504のネジ付き外部表面に接続した場合、キャップ505及び容器の縁部分は、ボトルアダプター上へと及ぼす、締め付けのような力を作り出し、容器502にセプタ507を固定する。この固定は、セプタ507と容器内部516との間の封止状態を更に作り出す。
ニードルアダプター508は、ボトルアダプター506の空洞513に取り外し可能に取り付けられる。ボトルアダプター506(図14Cの実施形態に示す)上に位置するスロットに嵌め合うロックピン510は、ニードルアダプター508上に位置する。
ニードルアダプター508は、流体を搬送する針導管590を有する。針導管590は、針導管590の一端にネジ付き内部空洞部分と、中空針509が取り付けられる他端とを有することができる。任意の開放導管511は、針導管590と開放導管511との間で流体連結可能なように、針導管590のネジ付き内部空洞部分に取り外し可能に取り付けることができる。任意のタンク512は、開放導管511とタンク512との間で流体連結可能なように、開放導管511に取り付けることができる。
中空針509は、針導管590と中空針509との間で流体連結可能なように、ニードルアダプター508に取り付けられる。ニードルアダプター508に取り付けられる中空針509は、ボトルアダプター506上に位置するグルーブ575のロック位置580にロックピン510が到達するまで、ニードルアダプター508を押している圧縮バネ514により、セット位置に保持される。
図14Cを再び参照し、ボトルアダプター506についてより詳細に以下に説明する。ボトルアダプター506は、ニードルアダプター508のロックピン510が挿入可能に導かれるスロット570とグルーブ575とを含む。ロックピン510をグルーブ575内に位置させることにより、セプタ507の変形中にニードルアダプター508及び中空針509を固定させ、そして、バネ514がロックピン510をグルーブ575のロック位置580内に付勢する時に、ロックピン510(及びニードルアダプター508)はその場所に固定される。ボトルアダプターの他の実施の形態は、異なるグルーブの位置でロックピン510の位置を決める一連のスロットを含む。ボトルアダプターの他の実施の形態は、複数の異なるグルーブの位置でロックピン510の位置を決めるスロットを含む。
図14Aを再び参照し、典型的な実施形態は、静止状態のセプタ507を更に示しており、セプタ507は、容器502内(その中のいかなる反応によっても)の圧力の上昇によって変形していない。この静止状態において、ユーザは、セプタ507の変形から見ることのできないあらゆる圧力の上昇を開放するために、ボトルアダプター穴560を通し、セプタ507内に手動でニードルアダプター508を押し下げることができる。ユーザーがニードルアダプター508を手動で押し下げた場合、ボトルアダプター穴560を通して中空針509が安全な位置になるように、ニードルアダプター508のロックピン510は、ボトルアダプター506(図14C参照)上のスロットに沿って移動する。その結果、セプタにより形成された封に穴が開けられ、容器502内のあらゆる圧力が開放される。スリーブ504からキャップ505を取り外す前のあらゆる上昇した圧力の制御開放は、特に有益な安全性に関する利益である。ユーザが、あらゆる圧力の開放のためにボトルアダプター穴560を通し、ニードルアダプター508を押し下げた後、圧縮バネ514は、通常、反対方向にニードルアダプター508を押し、スロット570を通し、グルーブ575のロック位置580内にロックピン510を導くことにより、中空針509をセプタ507から離れる方向に導く。この位置の時、中空針509はセプタ508に近接して配置されるので、所望の、相対的に上向きのセプタ507の変形があると、中空針509がセプタ507に穴を開けることができる。
図14Bを再び参照し、典型的な実施形態は、セプタの変形及び穴が開けられた状態のセプタ507を更に示す。図示した通り、容器502内の圧力は、ボトルアダプター穴を通し、ボトルアダプター506の空洞513内にセプタ507を変形(及び/又は伸長)させるほど上昇している。セプタ507が変形すると、中空針509に突き当たる。一旦、中空針509がセプタ507のセプタ内部表面515に穴を開けると、中空針509の内部は、容器内部516と流体連結する。容器内部516の圧力は、圧力が中空針509によりセプタ507に穴が開けられる原因になるとき、第1の閾値に到達する。セプタ507に穴が開けられると、中空針509を通り、加圧された気体が容器から排出され、針導管590を通って流れる。針導管590から、加圧された気体は、開放導管511を通って流れ、タンク512又は大気中に排出される。圧力が開放されるので、図14Aに示したように、セプタ507はその元の形状に戻る。セプタ507が静止状態に復帰した場合、若しくは中空針509によりセプタ507にもはや穴が開けられない状態に復帰した場合、容器内部516の圧力は、第2の閾値に到達する。
穴が開けられる直前におけるセプタ507の形状は、セプタ507の厚さ、セプタ507のために選択された特定の材料、及びボトルアダプター穴の大きさ等のいくつかの要因に依存している。
化学反応装置501のいくつかの要素は、第1の閾値に到達する前に要する圧力の量を変化させる、及び/又は予め定めるように構成することができる。例えば、セプタ507に曝されるボトルアダプター穴の大きさは、容器内部516の圧力が1〜500psiの間の時に変形するように調整することができる。通常、セプタ507に曝されるボトルアダプター穴の大きさが小さいほど、ボトルアダプターを通し、空洞513内にセプタ507を伸長及び変形させることに要する圧力の総量は大きくなる。他の変化させることができる要素は、ニードルアダプター508のロックピン510及びボトルアダプター506上のグルーブ575のロック位置580であり、中空針509がセプタ507により近づく方向に移動させるか、より離れる方向に移動させることができる。中空針509をセプタ507に近づけるほど、中空針509により穴が開けられる前に、伸長及び/又は変形するセプタ507に要する圧力の総量は小さくなる。他の変化させることができる要素は、セプタ507の厚さ及び/又は弾性である。セプタ507が薄いほど、通常、同一材料から形成されるより厚いセプタ507に比べ、より低い圧力下で伸長及び/又は変形する。例えば、反応ボトル内の圧力が150〜500psiの間の時に変形させるように、セプタを構成することができる。もちろん、提案された化学反応及び化学反応装置の構成に応じ、他の圧力で変形させるようにセプタを構成することもできる。
他の実施の形態において(図示しない)、ボトルアダプターは、複数のスロットと複数のグルーブとを含むことができ、複数のスロット内の異なる位置にロックピン510を固定できる。各スロット及びグルーブは、異なる高さにおいてロックピンがニードルアダプター508から突き出るように設定でき、これにより、化学反応装置内で許容される異なる許容最大圧力レベルに相当するように較正することができる。あるいは、化学反応装置に複数のボトルアダプターを用いることができ、各ボトルアダプターは、ロックピンを異なる高さに固定するスロットとグルーブとを有する。ボトルアダプターの交換は、ユーザーに、セプタに対して異なる高さに中空針を設定することを可能にする。各ボトルアダプターは、異なる高さにおいてロックピンがニードルアダプター508から突き出るように設定でき、これにより、化学反応装置内の許容最大圧力レベルに相当するように較正できる。
更に他の実施の形態において(図示しない)、ニードルアダプター508を、ボトルアダプター506の空洞513内に取り外し可能にネジで締めることができるように、ニードルアダプター508がネジ付き外部表面を含むことができ、ボトルアダプター506がネジ付き内部表面(あるいは反対に)を含むことができる。この実施の形態では、中空針509を、セプタ507からある定められた距離に位置させることができ、最大許容圧力量に相当するように較正することができる。そのような実施の形態では、ユーザーは、ボトルアダプター穴を通し、中空針509を移動させ、セプタによって形成されている封に穴を開け、容器502内のあらゆる圧力を開放するために、ボトルアダプター506内にニードルアダプター508を手動でねじ込むこともできる。
図15の典型的な実施の形態を参照すると、圧力計測器519が圧力上昇を測定することができる化学反応装置501が示される。キャップアダプター518にはスリーブ504とキャップ505とが付加され、スリーブ504とキャップ505とを嵌め合わせる構成であり、圧力計測器519に容器内部516の圧力上昇を計測させることができる。キャップ、ボトルアダプター、セプタ、ニードルアダプター、開放導管、タンク、及び中空針の接続は、通常、図14A乃至Cで開示したものと同一である。図15の典型的な実施の形態に示したものとの相違点は、キャップ505のネジ付き内部表面がキャップアダプター518のネジ付き外部表面に接続し、セプタ507がボトルアダプター506とキャップアダプター518との間に位置している点である。
キャップアダプター518は、容器内部に流体連結している中空コア及びポート520を備える。スリーブ504にキャップアダプター518が接続されるとき、キャップアダプター518と容器502との間の密封を形成するため、Oリング517が設けられる。ポート520は、容器内部516、キャップアダプターの中空コア、及びポート520に含まれる圧力の測定を可能にする圧力測定器519が適合されるように構成される。他の実施の形態において(図示しない)、ポート520は、例えば、反応の前、途中、若しくは後に気体を添加することが必要な時の反応容器内への経路の使用に適合させることもできる。他の典型的な実施の形態において(図示しない)、ポート520は、セプタ507に穴を開けたり、化学反応装置501を分解することなしに圧力を開放することができるように、取り外し可能に密封することもできる。他の典型的な実施の形態において(図示しない)、ポート520は、セプタ507に穴を開けたり、化学反応装置501を分解することなしに圧力を開放することができるように、圧力開放バルブを備えた圧力測定器519を適合させるように構成することもできる。
キャップ505とキャップアダプター518との間の接続は、キャップ505に、ボトルアダプター506の上への締め付けのような力を働かせることができ、次に、キャップアダプター518の空洞コアをセプタ507が覆って密封する。これにより、汚染の可能性を最小限にしつつ、反応後のセプタ507の容易な交換が可能になる。
図16は、図15のキャップアダプター518がスリーブのないキャップアダプター525に置き換わり、容器502がネジ付き内部表面を含む化学反応装置501の典型的な実施の形態を示す。キャップ、ボトルアダプター、セプタ、ニードルアダプター、開放導管、タンク、及び中空針の接続は、実質的に図14で開示したものと同一である。図16の典型的な実施の形態に示したものとの相違点は、キャップ505のネジ付き内部表面がスリーブのないキャップアダプター525のネジ付き外部表面に接続し、セプタ507をボトルアダプター穴に露出させるため、セプタ507がボトルアダプター506とスリーブのないキャップアダプター525との間に位置している点である。スリーブのないキャップアダプター525は、上部ネジ付き外部表面、下部ネジ付き外部表面、ポート521、及び容器内部516に流体連結する中空コアを有する。Oリング517が、スリーブのないキャップアダプター525の下部ネジ付き外部表面の外周に配置され、スリーブのないキャップアダプター525が容器502のネジ付き内部表面に接続される時、スリーブのないキャップアダプター525と容器502との間で密封状態を形成する。ポート521は、圧力開放バルブの有無にかかわらず、容器内部516、スリーブのないキャップアダプター525の中空コア、及びポート521の圧力の測定を可能にする圧力測定器519を適合させるように構成することができる。他の典型的な実施の形態では、ポート521は、例えば、反応の前、途中、若しくは後に気体を添加することが必要な時の反応容器内への経路の使用に適合させることもできる。他の典型的な実施の形態において、ポート521は、セプタ507に穴を開けたり、化学反応装置501を分解することなしに圧力を開放することができるように、取り外し可能に密封することもできる。
スリーブのないキャップアダプター525の上部ネジ付き外部表面は、キャップ505のネジ付きの内部に接続される。キャップ505とスリーブのないキャップアダプター525との間の接続は、ボトルアダプター及びセプタ507上への締め付けのような力を働かせることができ、スリーブのないキャップアダプター525の空洞コアをセプタ507が覆って密封する。これにより、汚染の可能性を最小限にしつつ、反応後のセプタ507の容易な交換が可能になる。
図17は、冷却器522が付加され、スリーブ504とキャップ505とが接続されるように構成された化学反応装置501の典型的な実施形態を示す。キャップ、ボトルアダプター、セプタ、ニードルアダプター、開放導管、タンク、及び中空針の接続は、実質的に図15で開示したものと同一である。図15の典型的な実施の形態に示したものとの相違点は、キャップ505のネジ付き内部表面が冷却器522のネジ付き外部表面に接続し、セプタ507をボトルアダプター穴に露出させるため、セプタ507がボトルアダプター6と冷却器522との間に位置している点である。冷却器522は、容器内部516に流体連結する中空コアを備える。冷却器522は、蒸気と冷却器内部との間で熱交換し、冷却器外部と大気との間で熱交換することにより、中空コア内の蒸気を冷却する。熱交換は、増加中の内部の圧力を減少させることができる。冷却器522がスリーブ504に接続された時、冷却器522と容器502との間で密封状態を形成するようにOリング517が構成される。キャップ505と冷却器522との接続は、キャップ505に、ボトルアダプター上への締めつけるような力を働かせることができ、次に、セプタ507上に力を及ぼし、セプタ507と冷却器522の中空コア及び容器内部516との間で密封状態を形成する。これにより、汚染の可能性を最小限にしつつ、反応後のセプタ507の容易な交換が可能になる。
図18は、化学反応装置501が並列合成形式で用いられる典型的な実施の形態を示す。接続は、図14Aに示したスリーブ504とキャップ505とを除き、通常、図14Aと同一であり、並列合成形式は、スリーブプレート523、キャッププレート524、及びスリーブプレート523間のロックシステム525を備える。ロックシステム525は、ラッチ、クランプ、ネジ等の装置を含むことができる。キャッププレート524及びスリーブプレート523は、複数の容器及びボトルアダプターを支持し、並列合成形式では、各化学反応装置用に一つのタンクを用いることができる。並列合成形式の他の実施の形態(図示しない)は、冷却器、圧力測定器、加熱ユニット、開放バルブ、及び他の実施の形態で説明した他の構成を含むことができる。並列合成形式の有利な点は、同様の条件下で同時に複数の反応を実施することができることである。
図19A及びBは、図14A及びBのボトルアダプター506が、ニードルアダプター508を保持するアーム599に置き換えられた化学反応装置501の典型的な実施の形態を示す。アーム599は、手動で、及び/又はプログラムにより制御でき、中空針509を、セプタ507からある定められた距離に位置させることができ、最大許容圧力量に相当するように較正することができる。ニードルアダプター、開放導管、タンク、及び中空針の接続は、図14A及び14Bに開示したものと実質的に同一である。図19Aの典型的な実施の形態に示したものとの相違点は、キャップ505のネジ付き内部表面がスリーブ504のネジ付き外部表面に接続し、セプタ507をキャップ穴595に露出させるため、セプタ507がキャップ505と容器502との間に位置している点である。
化学反応装置501のキャップ505は、第1の閾値に到達する前に要求される圧力の量を変化させる、及び/又は予め定めるように構成することができる。例えば、セプタ507に曝されるキャップ穴595の大きさは、容器内部516の圧力が1〜500psiの間の時に変形するように調整することができる。通常、セプタ507に曝されるキャップ穴595の大きさが小さいほど、キャップ穴595を通し、セプタ507を伸長及び変形させることに要する圧力の総量は大きくなる。
他の実施の形態においては(図示しない)、ニードルアダプター508、開放導管511、及びタンク512は、アーム599に組み込まれる。他の実施の形態においては(図示しない)、キャップ505及びスリーブ504は、クリンパー(crimper)キャップに交換される。
「第1の」、「第2の」、及び「第3の」等の用語は、同一及び/又は類似の機能を実行する要素を修飾するために本明細書では用いられる。明示しない限り、これらの修飾は、修飾された要素が、空間的であるか、連続的であるか、あるいは階層的な順序であるかを示唆しない。
複数の実施の形態を参照して開示したが、様々な変更ができ、開示の範囲から逸脱せずに構成を均等物に置換できることが、当業者には理解されるものである。更に、多くの変更が、特定の状況又は材料を開示の教示に適合させ、必須の範囲から逸脱せずにすることができる。したがって、この開示のために意図された最良の形態として開示された特定の実施形態に、開示は限定されないことを意図するが、開示は、添付した特許請求の範囲内の全ての実施の形態を含む。
Claims (25)
- 容器開口と容器内部とで定義される容器と、
前記容器に関連し、前記容器開口を開放可能に封をするように構成されるセプタと、
前記容器に関連し、ホルダー空洞で定義づけられる針ホルダーと、
前記針ホルダーに関連し、少なくとも一部が前記ホルダー空洞内に配置される針と
を備え、
前記セプタは、封止の静止状態と穴の開いた状態との間で変形可能であり、前記セプタが前記穴の開いた状態にある時、前記セプタは、前記針の端による突き当てで穴を開けることが可能なまでに変形可能である、反応ボトル。 - 前記針が、中空針である請求項1に記載の反応ボトル。
- 前記ホルダー空洞が、前記セプタが前記穴の開いた状態の時、前記容器内部と流体連結する請求項1に記載の反応ボトル。
- 前記セプタが、前記容器内部での所望の量の圧力の上昇に応じ、前記穴の開いた状態に変形するように構成される請求項1に記載の反応ボトル。
- 前記セプタが、前記穴の開いた状態中の所望の量の圧力の開放に続き前記静止状態に戻るように構成され、前記セプタが、前記中空針の突き当てによるあらゆる穴を再び封じるように構成される請求項4に記載の反応ボトル。
- 前記中空針に流体連結する針導管を更に備える請求項2に記載の反応ボトル。
- キャップ先端とキャップ空洞とを有し、前記容器に取り外し可能に取り付けられるボトルキャップを更に備える請求項1に記載の反応ボトル。
- 前記セプタが、弾力性のある高分子からなる請求項1に記載の反応ボトル。
- 前記弾力性のある高分子が、ポリテトラフルオロエチレン、シリコーン、スチレン−ブタジエン、ポリブタジエン、イソプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリクロロプレンゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、エチレン−アクリルエラストマー、及び共重合体、並びにこれらの混合物からなる群から選択される高分子である請求項8に記載の反応ボトル。
- 突き出し部材を含むニードルアダプターと、
前記ニードルアダプターに関連する針と、
少なくとも一つのスロットを含み、前記ニードルアダプターと容器とを関連するように構成される容器アダプターと
を備え、
前記突き出し部材は、前記針が前記容器の近傍に位置するようにする前記スロットに関連する針穴開け装置。 - 前記スロットが、少なくとも一つのロック位置を含み、
前記突き出し部材が、前記スロットに挿入され、前記ロック位置内に配置されることにより、前記容器に対し、ロックされた位置を保つ請求項9に記載の針穴開け装置。 - 容器開口と容器内部とで定義される容器と、
前記容器開口を開放可能に封をするように構成され、前記容器に関連するセプタと、
突き出し部材を含み、ホルダー空洞により定義づけられるニードルアダプターと、
前記ニードルアダプターに関連し、少なくとも一部が前記ホルダー空洞内に配置される針と、
少なくとも一つのスロットを含み、前記ニードルアダプターを前記容器に関連させるように構成される容器アダプターと
を備え、
前記突き出し部材が、前記針が前記容器の近傍に位置するようにする前記スロットに関連し、
前記セプタが、封止の静止状態と穴の開いた状態との間で変形可能であり、前記セプタが前記穴が開いた状態にある時、前記セプタは、前記針の端による突き当てで穴を開けられることが可能なまでに変形可能である、反応システム。 - 前記針が、中空針である請求項12に記載の反応システム。
- 前記中空針により定義される前記ホルダー空洞が、前記セプタが前記穴の開いた状態の時、前記容器内部と流体連結する請求項13に記載の反応システム。
- 前記セプタが、前記容器内部での所望の量の圧力の上昇に応じ、前記穴の開いた状態に変形するように構成される請求項12に記載の反応システム。
- 前記セプタが、前記穴の開いた状態中の所望の量の圧力の開放に続き前記静止状態に戻るように構成され、前記セプタが、前記針の突き当てによるあらゆる穴を再び封じるように構成される請求項12に記載の反応システム。
- 前記ニードルアダプター及び前記容器アダプターが、分離する構造を有し、
前記突き出し部材が、前記容器アダプターの前記スロットに挿入される請求項12に記載の反応システム。 - 前記スロットが、少なくとも一つのロック位置を含み、
前記突き出し部材が、前記スロットに挿入され、
前記突き出し部材が、前記スロットに挿入され、前記ロック位置内に配置されることにより、前記容器に対し、ロックされた位置を保つ請求項12に記載の反応システム。 - 前記スロットが、前記容器の一つ以上の近傍に前記針を配置するための一つ以上のロック位置を含む請求項18に記載の反応システム。
- 前記容器アダプターが、前記容器の一つ以上の近傍に前記針を配置するための一つ以上のスロットを有する請求項12に記載の反応システム。
- 前記ニードルアダプターが、導管を更に含み、
前記導管が、前記中空針と流体連結する請求項13に記載の反応システム。 - 前記ニードルアダプターと前記容器アダプターとの間に、前記突き出し部材を前記ロック位置内に付勢するバネが挿入される請求項18に記載の反応システム。
- 前記セプタが、1回以上、再び封じることができる請求項12に記載の反応システム。
- 前記容器に関連する圧力測定器を更に備える請求項12に記載の反応システム。
- 前記容器に関連する冷却器を更に備える請求項12に記載の反応システム。
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