JP2023182142A - 部材連結機構 - Google Patents

Abstract

【課題】連結部材の耐久性と弾性変形部に設けられている突起部の摺動性の両立を図る。【解決手段】部材連結機構は、先端面が開口した円筒形状の部材連結部２０を有し、前記部材連結部の外周面又は内周面に、前記部材連結部の先端側から基端側へ周方向に沿って傾斜した段差部３０を有する第１部材１４と、前記部材連結部に連結される第２部材２２と、前記第２部材の前記第１部材側の端部を保持しながら前記部材連結部の前記段差部と係合する構造を有する連結部材３４と、を備え、前記連結部材には、前記部材連結部の前記段差部と係合するように前記部材連結部の外周面又は内周面に向かって突起した円筒状の突起部が回転可能に設けられており、当該連結部材が前記部材連結部の周方向へ回転したときに前記突起部が回転しながら前記段差部に沿って移動し、それによって前記第１部材と前記第２部材とを近接させる方向に押圧して連結するように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、気密を保って２つの部材を連結する際に用いられる部材連結機構に関するものである。このような部材連結機構は、例えばガスクロマトグラフの試料気化ユニットの開口を封止するようにＯリングを挟み込んでシールキャップを装着する場合等に使用される。

一般的に、ガスクロマトグラフには試料を気化して分析カラムへ送り込むための試料気化ユニットが設けられている。試料気化ユニットは筐体を有し、その筐体の内部に試料気化室となる空間があり、筐体の上部に試料気化室へ試料を注入するための試料注入口が設けられている。試料気化室の下部は分析カラムへ接続されており、試料気化室の上部からキャリアガスが導入されるようになっている。試料気化室は高温に加熱され、試料気化室に注入された液体試料は熱によって気化し、キャリアガスによって分析カラムへ送り込まれる。

筐体内部の試料気化室には石英ガラスなどからなる円筒状のインサートが収容されており、試料注入口から注入された試料はインサートの内側で気化するようになっている。試料がインサートの内側で気化するようになっているため、試料ガスを試料気化室の金属内壁に接触させることなく分析カラムへ導入することができる。

インサートは試料に直接接触するものであるから、試料気化後の残渣等の付着により汚れやすい部品である。そのため、インサートの定期的な交換や洗浄を行なうことができるように、インサートは着脱可能な状態で試料気化室内に収容されている。筐体の上面には試料気化室に通じる開口が設けられており、その開口からインサートを挿入したり取り出したりすることができる。筐体の開口はシールキャップが装着されることによって封止される。

筐体に対するシールキャップの着脱を容易に行なうための機構が提案されている（特許文献１参照。）。提案の機構は、シールキャップを筐体に対して押し付けた状態で固定するための連結部材を使用する。連結部材は、シールキャップを保持する本体と本体に連結された弾性変形部を有し、筐体の外面に設けられた段差と係合させるための突起部が弾性変形部の先端に設けられている。筐体の外面に設けられた段差は傾斜をもち、連結部材の突起部を段差に係合させた状態で突起部が段差に沿って摺動するように連結部材を回転させて弾性変形部を弾性変形させ、連結部材の弾性変形部に弾性力を発生させる。連結部材の本体に保持されたシールキャップは弾性変形部の弾性力によって筐体に対して押し付けられ、それによってインサートとシールキャップとの間に挟み込まれるように設けられたＯリングが押し潰されて筐体の開口における気密が確保される。

国際公開第２０１６／１３２４３９号

上記の連結部材の突起部は、摺動性等を考慮して、弾性変形部の孔にＰＢＩ（ポリベンゾイミダゾール）等の樹脂からなるピンを圧入することによって形成される。しかし、弾性変形部の孔にピンを圧入する際にピンが変形して局所的に強度の弱い箇所が発生し、連結部材の耐久性が低くなる恐れがある。そこで、ピンの素材をステンレス等の金属にすることも考えられる。しかし、ステンレス等の金属材料は、連結部材の使用回数の増加に伴って摩耗することにより突起部の摺動性が低下し、連結部材を回転させるために必要な力が大きくなる等の問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、連結部材に設けられている突起部の耐久性と摺動性の両立を図ることを目的とするものである。

本発明に係る部材連結機構は、先端面が開口した円筒形状の部材連結部を有し、前記部材連結部の外周面又は内周面に、前記部材連結部の先端側から基端側へ周方向に沿って傾斜した段差部を有する第１部材と、前記第２部材の前記第１部材側の端部を保持しながら前記部材連結部の前記段差部と係合する構造を有する連結部材と、を備え、前記連結部材には、前記部材連結部の前記段差部と係合するように前記部材連結部の外周面又は内周面に向かって突起した円筒状の突起部が回転可能に設けられており、当該連結部材が前記部材連結部の周方向へ回転したときに前記突起部が回転しながら前記段差部に沿って移動し、それによって前記第１部材と前記第２部材とを近接させる方向に押圧して連結するように構成されているものである。

本発明に係る部材連結機構では、連結部材に設けられた突起部が回転可能であり、連結部材が部材連結部の周方向へ回転したときに突起部が回転しながら段差部に沿って移動するように構成されているので、突起部と段差部との間の摩擦が軽減され、連結部材を回転させる際の突起部と段差部との間の摺動性が確保される。突起部の回転によって突起部と段差部との間の摺動性が確保されるため、樹脂製のピンの圧入によって突起部を形成する必要がなく、突起部の耐久性も確保することができる。

本発明に係る部材連結機構が適用された試料気化ユニットの一実施例を示すシールキャップ装着前の斜視図である。 同実施例のシールキャップ装着後の斜視図である。 同実施例のシールキャップ固定後の斜視図である。 同実施例においてシールキャップを締め込む前の状態を示す断面図である。 同実施例においてシールキャップを締め込んだ時の状態を示す断面図である。 同実施例における部材連結機構の連結部材を示す平面図である。 同実施例の連結部材の底面図である。 同実施例の連結部材の斜視図である。 連結部材に取り付けられているピンの一例を示す図である。 連結部材にピンを取り付けるための留め具の一例を示す図である。 同実施例のキャップ装着部の斜視図である。

本発明に係る部材連結機構が適用されたガスクロマトグラフにおける試料気化ユニットの一実施例について図面を用いて説明する。

図１から図３に示されているように、試料気化ユニット２の筐体１４（第１部材）はこの実施例では角柱形状を有する。なお、筐体１４の形状は角柱形状に限らず、円柱形状その他の形状であってもよい。筐体１４は内部にインサート１６を収容するための空間１４ａ（図４参照。以下、内部空間１４ａと称する。）を備えている。内部空間１４ａは筐体１４の上面から下部の出口部２ａまで通じる円柱形状の穴からなる。筐体１４は熱伝導性の良好な金属材料で構成されている。筐体１４にはヒータ（図示は省略）が内部空間１４ａの周囲を取り囲むようにして埋設されており、ヒータによって内部空間１４ａに収容されたインサート１６が加熱されるようになっている。インサート１６は石英ガラスなどからなる円筒状の部材である。

筐体１４の開口部２８はシールキャップ２２（第２部材）により封止される。シールキャップ２２は、円筒形状のシールキャップ本体部３２とそのシールキャップ本体部３２の最上部に取り付けられた円板形状のセプタムカバー３３からなる。ニードル挿入部２４はセプタムカバー３３に設けられている。

図４Ａに示されているように、シールキャップ本体部３２の最上部にセプタム４０が配置され、そのセプタム４０の上方にニードル挿入部２４がくるように、シールキャップ本体部３２の最上部にセプタムカバー３３が装着されている。セプタム４０は、ニードル挿入部２４から挿入された試料注入用のニードルで貫通可能で、かつニードルを引き抜いた後はその弾力性によってニードルによる貫通孔を閉じるものである。セプタム４０は、例えば天然ゴムやシリコーンゴムなどの弾性材料からなるものである。セプタム４０を貫通したニードルの先端からシールキャップ本体部３２の中央の貫通孔４２を介してインサート１６側へ試料が吐出される。

筐体１４の上面の開口部２８の縁は上方へ円環状に突起してキャップ装着部２０（部材連結部）をなしている。シールキャップ２２は連結部材３４によってキャップ装着部２０に固定される。キャップ装着部２０の外周面の対称な２ヶ所に段差部３０が設けられている。段差部３０はキャップ装着部２０の先端側から基端側へキャップ装着部２０の周方向に沿って傾斜している。この段差部３０はキャップ装着部２０の基端側を向いた側面を有する。シールキャップ２２を筐体１４に装着する際は、シールキャップ２２に装着された連結部材３４のピン３６を段差部３０の側面に係合させる。連結部材３４をキャップ装着部２０の軸方向に対して垂直な平面（回転平面）内において回転させると、ピン３６が段差部３０の側面に沿って移動し、キャップ装着部２０の軸方向に変位する。

図５Ａから図５Ｃに示されているように、連結部材３４は、中央に穴が設けられたリング状の連結部材本体３４ａと、連結部材本体３４ａの一方の面側に２つの弾性変形部３４ｂを備えている。連結部材３４の弾性変形部３４ｂが設けられていない側を表面側、弾性変形部３４ｂが設けられている側を裏面側とすると、連結部材３４はその裏面側が筐体１４側を向くように、シールキャップ本体部３２に装着される。

連結部材３４の弾性変形部３４ｂは連結部材本体３４ａの周縁に沿って弧を描くように連結部材本体３４ａと一定の間隔をもって設けられている。弾性変形部３４ｂの基端は連結部材本体３４ａと一体をなしているが先端は自由端となっている。すなわち、弾性変形部３４ｂは片持ちバネをなしている。２つの弾性変形部３４ｂは同一形状を有する。連結部材本体３４ａにはこの連結部材３４を保持して回転させるためのレバー３８が設けられている。

それぞれの弾性変形部３４の先端にピン３６が回転可能に取り付けられている。ピン３６は、図６に示されているように、弾性変形部３４の先端の孔の内径よりも大きい外径ｄ１を有する円筒状の第１円筒部３６ａと、第１円頭部３６ａと連結され弾性変形部３４の先端の孔の内径よりも小さい外径ｄ２を有する円筒状の第２円筒部３６ｂと、を有する。第２円筒部３６ｂの第１円筒部３６ａとは反対側の端部に溝３６ｃが設けられている。ピン３６は、弾性変形部３４の先端に設けられた孔に嵌め込まれた状態で留め具３７によって固定されている。

図５Ｃに示されているように、ピン３６は、第１円筒部３６ａが弾性変形部３４の内側へ突起して突起部をなすように第２円筒部３６ｂが弾性変形部３４の孔に内側から挿通されて弾性変形部３４を貫通している。弾性変形部３４の外側には第２円筒部３６ｂの第１円筒部３６ａとは反対側の端部が突出して溝３６ｃが露出し、その溝３６ｃに留め具３７が取り付けられることでピン３６が弾性変形部３４の孔から抜けないようになっている。ピン３６の第１円筒部３６ａは、弾性変形部３４から内側に向かって突起した突起部を形成している。

ピン３６の素材は特に限定されないが、ステンレス鋼などの高硬度金属材料を使用することができる。このような高硬度金属材料を使用すれば、ピン３６に高負荷がかかったときにピン３６が折れるといったことが防止され、連結部材３４の高い耐久性が得られる。さらに好ましい実施形態では、高硬度金属材料からなるピン３６の少なくとも第１円筒部３６ａに、二硫化モリブデンコーティングなど、摩擦係数を低減するための表面処理が施されている。これにより、連結部材３４の耐久性とピン３６（突起部）の摺動性との両立を図ることができる。

留め具３７としては、図７に示されているようなＥリングを使用することができる。

この実施例では、連結部材３４の連結部材本体３４ａと弾性変形部３４ｂが金属ブロックからの削り出しやＭＩＭ（金属粉末射出成形法）などの製法によって一体的に形成されている。なお、連結部材本体３４ａと弾性変形部３４ｂは別部品として形成された後に連結されていてもよい。その場合、連結部材本体３４ａと弾性変形部３４ｂの素材は同一である必要はない。

連結部材本体３４ａは、シールキャップ本体部３２に対してその外周面の周方向に移動可能に係合する。すなわち、連結部材本体３４ａは第２部材であるシールキャップ本体部３２の筐体１４側の端部と係合する第２係合部を構成している。

具体的には、図４Ａに示されているように、シールキャップ本体部３２の外周面には、周方向に設けられた円環状の凹部である水平溝３２ａが設けられている。水平溝３２ａにはＣ型止め輪４４が嵌め込まれている。Ｃ型止め輪４４は一部に切欠きを有するＣ字型の金属部材であり、シールキャップ本体部３２の水平溝３２ａが設けられている部分の外径と同程度の大きさの内径と、シールキャップ本体部３２の水平溝３２ａが設けられていない部分の外径よりも大きい外径を有するものである。連結部材３６の連結部材本体３４ａの中央の穴の内径はシールキャップ本体部３２の水平溝３２ａが設けられていない部分の外径よりも大きく、Ｃ型止め輪４４の外径よりも小さくなっている。連結部材本体３４ａの下方にＣ型止め輪４４がくるようにシールキャップ本体部３２が連結部材本体３４ａの中央の穴に嵌め込まれている。なお、水平溝３２ａ及びＣ型止め輪４４に代えて、シールキャップ本体部３２の外周面から周方向へ突起する鍔部がシールキャップ３２と一体として設けられていてもよい。

図８に示されているように、段差部３０は、キャップ装着部２０の上端面外側に設けられたピン３６を嵌め込む凹部３０ａと、キャップ装着部２０の基端側を向く互いに連続した側面３０ｂ及び３０ｃを備えている。キャップ装着部２０へのシールキャップ２２の固定は、連結部材３４の弾性変形部３４ｂの先端のピン３６が凹部３０ａに嵌め込まれるようにシールキャップ２２をキャップ装着部２０に被せ（図２の状態）、ピン３６が回転しながら段差部３０の側面３０ｂ及び３０ｃに沿って移動するように連結部材３４を一方向（図６Ａにおいて時計回りの方向）へ回転させることにより行なう（図３の状態）。ピン３６が回転可能であるため、ピン３６と段差部３０の側面３０ｂ，３０ｃとの間の摩擦力が低減され、段差部３０に対するピン３６の良好な摺動性が得られる。仮にピン３６が弾性変形部３４ｂの孔に圧入されて回転不可能である場合、連結部材３４の回転に伴ってピン３６が段差部３０の側面３０ｂ及び３０ｃ上を摺動し、ピン３６が摩耗して摺動性や耐久性が低下することになる。

段差部３０の側面３０ｂ及び３０ｃは、凹部３０ａに嵌め込まれたピン３６がキャップ装着部２０の外周面に沿って時計回りへ移動するにしたがってキャップ装着部２０の基端側へ変位するように、連結部材３４の回転平面に対して傾斜している。側面３０ｂと３０ｃの傾斜角度は異なっており、側面３０ｃの傾斜角度は側面３０ｂの傾斜角度よりも緩やかである。

図４Ａに示されているように、筐体１４の内部空間１４ａの開口部側に、インサート１６の外周面と内部空間１４ａの内側壁面との間の隙間を封止するＯリング４６（弾性封止部材）が配置される。Ｏリング４６は、例えばフッ素ゴムなどからなるものである。筐体１４の内側側壁の開口部２８の近傍に、下方へいくにしたがってその内径が小さくなるように傾斜した円環状の台座２８ａが設けられており、Ｏリング４６がその台座２８ａによって支持される。シールキャップ本体部３２は、下面側にインサート１６の上端を収容する凹部を有するとともに、その下端部が開口部２８内に収容され、Ｏリング４６を台座２８ａとの間で挟み込むようになっている。シールキャップ本体部３２の円環状の下端面は、台座２８ａとは逆に下方へいくにしたがってその内径が大きくなるように傾斜している。

連結部材３４のピン３６を段差部３０の凹部３０ａに合わせるようにしてシールキャップ２２をキャップ装着部２０に被せると、シールキャップ本体部３２の下端がＯリング４６と当接する。この状態で、ピン３６が段差部３０の側面３０ｂ及び３０ｃに沿って移動するように連結部材３４を回転させると、図４Ｂに示されているように、ピン３６がキャップ装着部２０の基端側へ変位し、連結部材本体３４ａがＣ型止め輪４４を下方へ押圧する。これにより、シールキャップ本体部３２が下方へ押圧される。連結部材３４は、連結部材本体３４ａがＣ型止め輪４４と係合することによって、シールキャップ本体部３２とは独立して回転しながらシールキャップ本体部３２を下方へ押圧するものであるため、シールキャップ２２を回転させることなく連結部材３４のみを回転させることができる。

連結部材３４の弾性変形部３４ｂは、ピン３６の位置を、連結部材本体３４ａとは相対的にキャップ装着部２０の軸方向へ変位させるように弾性変形するものであり、その変位量に応じた復元力を生じるバネ性を有する。連結部材３４が回転してピン３６が段差部３０の側面３０ｃの終点位置まで移動したときに、弾性変形部３４ｂの弾性力によってシールキャップ本体部３２を開口部２８内へ押し込む方向に押圧し、それによって内部空間１４ａの内側壁面とインサート１６の外周面との間の隙間へのガスの進入を完全に防止できる程度にＯリング４６を変形させる。連結部材３４の弾性変形部３４ｂは、ピン３６がキャップ装着部２０の基端から所定距離にある位置として設定された側面３０ｃの終点位置に到達したときに、Ｏリング４６を必要量だけ変形させるのに必要な弾性力を発生させるように設計されている。

以上において説明した実施例は、本発明に係る部材連結機構の実施形態の一例を示したに過ぎない。本発明に係る部材連結機構の実施形態は以下のとおりである。

本発明に係る部材連結機構の一実施形態では、先端面が開口した円筒形状の部材連結部（２０）を有し、前記部材連結部（２０）の外周面又は内周面に、前記部材連結部（２０）の先端側から基端側へ周方向に沿って傾斜した段差部（３０）を有する第１部材（１４）と、前記部材連結部（２０）に連結される第２部材（２２）と、前記第２部材（２２）の前記第１部材（１４）側の端部を保持しながら前記部材連結部（２０）の前記段差部（３０）と係合する構造を有する連結部材（３４）と、を備え、前記連結部材（３４）には、前記部材連結部（２０）の前記段差部（３０）と係合するように前記部材連結部（２０）の外周面又は内周面に向かって突起した円筒状の突起部（３６ａ）が回転可能に設けられており、当該連結部材（３４）が前記部材連結部（２０）の周方向へ回転したときに前記突起部（３６ａ）が回転しながら前記段差部（３０）に沿って移動し、それによって前記第１部材（１４）と前記第２部材（２２）とを近接させる方向に押圧して連結するように構成されている。

上記一実施形態の第１態様では、前記突起部（３６ａ）は、前記連結部材（３４）に設けられた孔に挿し込まれたピン（３６）の一部である。

上記第１態様において、前記ピン（３６）はステンレス鋼製であってもよい。そうすれば、突起部が高い耐久性を有するようになり、連結部材の耐久性が向上する。

上記の場合、前記ピン（３６）のうち少なくとも前記突起部をなす前記一部は摩擦係数を低減する表面処理が施されていてもよい。そうすれば、突起部の摺動性がさらに向上する。

また、上記第１態様において、前記ピン（３６）は、前記連結部材（３４）の前記孔の内径よりも大きい外径を有する第１円筒部（３６ａ）、及び、前記第１円筒部（３６ａ）と連結され前記連結部材（３４）の前記孔の内径よりも小さい外径を有する第２円筒部（３６ｂ）を有するものとすることができ、その場合には、前記第１円筒部（３６ａ）が前記突起部をなすように前記第２円筒部（３４ｂ）が前記連結部材（３４）の前記孔に挿し込まれている。

上記の場合、前記ピン（３６）の前記第２円筒部（３６ｂ）は前記連結部材の前記孔を貫通して前記第１円筒部（３６ａ）とは反対側の端部が前記孔から突出し、前記孔から突出した前記端部の外周面に溝（３６ｃ）が設けられており、前記第２円筒部（３６ｂ）が前記孔から抜けることを防止するための留め具（３７）が前記溝と係合することによって前記ピン（３６）に取り付けられていてもよい。

上記一実施形態の第２態様では、前記連結部材は、前記第２部材（２２）の前記第１部材（１４）側の端部の周囲を囲うリング状の連結部材本体と、基端が前記連結部材本体（３４ａ）と連結され、先端が前記連結部材本体（３４ａ）の周方向に沿って前記連結部材本体（３４ａ）と平行に伸びるように、前記連結部材本体（３４ａ）とは間隔をもって前記連結部材本体（３４ａ）よりも前記第１部材（１４）側に設けられた弾性変形部と、を備え、前記弾性変形部は前記連結部材（３４）の回転方向に対して垂直な方向へ弾性変形する円弧状の片持ちバネであり、前記突起部（３６ａ）は、前記弾性変形部（３４ｂ）の先端部から前記部材連結部（２０）の外周面に向かって突起している。

２ 試料気化ユニット
２ａ 試料気化ユニット出口部
１４ 筐体（第１部材）
１４ａ 筐体の内部空間
１６ インサート
２０ キャップ装着部（部材連結部）
２２ シールキャップ（第２部材）
２４ ニードル挿入部
２６ キャリアガス供給用の配管
２８ 開口部
３０ 段差部
３０ａ 凹部
３０ｂ，３０ｃ 段差部の側面
３２ シールキャップ本体部
３２ａ 水平溝
３３ セプタムカバー
３４ 連結部材
３４ａ 連結部材本体
３４ｂ 弾性変形部
３６ ピン
３６ａ 第１円筒部
３６ｂ 第２円筒部
３６ｃ 溝
３７ 留め具
３８ レバー（作用部）
４０ セプタム
４２ 貫通孔
４４ Ｃ型止め輪
４６ Ｏリング

Claims (7)

1. 先端面が開口した円筒形状の部材連結部を有し、前記部材連結部の外周面又は内周面に、前記部材連結部の先端側から基端側へ周方向に沿って傾斜した段差部を有する第１部材と、
   前記部材連結部に連結される第２部材と、
   前記第２部材の前記第１部材側の端部を保持しながら前記部材連結部の前記段差部と係合する構造を有する連結部材と、を備え、
   前記連結部材には、前記部材連結部の前記段差部と係合するように前記部材連結部の外周面又は内周面に向かって突起した円筒状の突起部が回転可能に設けられており、当該連結部材が前記部材連結部の周方向へ回転したときに前記突起部が回転しながら前記段差部に沿って移動し、それによって前記第１部材と前記第２部材とを近接させる方向に押圧して連結するように構成されている、部材連結機構。
2. 前記突起部は、前記連結部材に設けられた孔に挿し込まれたピンの一部である、請求項１に記載の部材連結機構。
3. 前記ピンはステンレス鋼製である、請求項２に記載の部材連結機構。
4. 前記ピンのうち少なくとも前記突起部をなす部分の外周面に摩擦係数を低減する表面処理が施されている、請求項３に記載の部材連結機構。
5. 前記ピンは、前記連結部材の前記孔の内径よりも大きい外径を有する第１円筒部、及び、前記第１円筒部と連結され前記連結部材の前記孔の内径よりも小さい外径を有する第２円筒部を有し、前記第１円筒部が前記突起部をなすように前記第２円筒部が前記連結部材の前記孔に挿し込まれている、請求項２に記載の部材連結機構。
6. 前記ピンの前記第２円筒部は前記連結部材の前記孔を貫通して前記第１円筒部とは反対側の端部が前記孔から突出し、前記孔から突出した前記端部の外周面に溝が設けられており、前記第２円筒部が前記孔から抜けることを防止するための留め具が前記溝と係合することによって前記ピンに取り付けられている、請求項５に記載の部材連結機構。
7. 前記連結部材は、
   前記第２部材の前記第１部材側の端部の周囲を囲うリング状の連結部材本体と、
   基端が前記連結部材本体と連結され、先端が前記連結部材本体の周方向に沿って前記連結部材本体と平行に伸びるように、前記連結部材本体とは間隔をもって前記連結部材本体よりも前記第１部材側に設けられた弾性変形部と、
   を備えており、
   前記弾性変形部は、前記連結部材の回転方向に対して垂直な方向へ弾性変形する円弧状の片持ちバネであり、
   前記突起部は、前記弾性変形部の先端部から前記部材連結部の外周面に向かって突起している、請求項１から６に記載の部材連結機構。

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