JP6041689B2 - ガス注入用ジョイント及びガス分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリンジに充填されたガスを、ガス分析装置等の注入対象内へ注入するために用いられるガス注入用ジョイント、及びこのガス注入用ジョイントを備えるガス分析装置に関する。

従来、ガスを採取し、このガスをガスクロマトグラフ等のガス分析装置を用いて分析するために、シリンジにガスを採取し、このシリンジからガス分析装置へガスを注入することが、おこなわれている。

シリンジからガス分析装置へガスを注入するためには、ガス分析装置の試料ガスの導入口に、ゴム製の栓を設け、シリンジに注射針を取り付けてから、この注射針を栓に突き刺し、この状態で、注射針を介してシリンジから試料ガスをガス分析装置内へ注入することが、おこなわれている。この場合、栓から注射針を引き抜いても、栓における注射針が通った孔は、栓自身の弾性によって塞がれるため、ガス分析装置内への外気の侵入が、遮断される。

しかし、このような従来技術では、注射針を用意する必要があるため、注射針を管理するための手間、並びにシリンジへの注射針の着脱のための手間を要してしまう。更に、注射針には折れなどの破損が生じやすく、また、注射針が原因で作業者等が負傷するおそれもあるため、注射針の取り扱いには注意を要する。このように、従来、シリンジからガス分析装置等の注入対象内へガスを注入する作業は、注射針を必要とするため、煩雑であった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、注射針を要することなく、シリンジからガス分析装置などの注入対象内へガスが容易に注入されることを可能としうるガス注入用ジョイントを提供することを、課題とする。

本発明の第１の態様に係るガス注入用ジョイントは、シリンジに充填されたガスを、注入対象内へ注入するために用いられるガス注入用ジョイントであって、
本体と、栓体と、弾性体とを備え、
前記本体には、前記シリンジの先端部と嵌合するように構成された嵌合孔、前記嵌合孔に連通する配置空間、及び前記配置空間に連通するガス注入路が、形成され、
前記栓体は、前記配置空間内に、前記栓体が前記嵌合孔を閉塞する閉塞位置と、前記閉塞位置よりも前記嵌合孔から離れた位置であって前記栓体が前記嵌合孔を閉塞しない開放位置との間で、移動可能に配置され、
前記弾性体は、前記栓体に、前記閉塞位置へ向けて付勢力をかけるように構成されていることを特徴とする。

このガス注入用ジョイントにおける嵌合孔と、シリンジの先端部とが嵌合すると、栓体がシリンジの先端部によって押圧されて、付勢力に抗して、閉塞位置から開放位置まで移動する。これにより、シリンジから流出するガスが、配置空間を通じてガス注入路へ注入されうるようになる。

本発明の第２の態様では、第１の態様において、前記栓体における、前記嵌合孔に臨む面に、溝が形成されている。

この場合、シリンジから流出するガスが、溝を通じて抵抗なくガス注入用ジョイント内へ流入することができる。

本発明の第３の態様では、第１又は第２の態様において、前記栓体が、前記開放位置で傾斜した姿勢で配置されるように構成されている。

この場合、栓体が開放位置にあるときに、嵌合孔に嵌合するシリンジの先端部の端面と栓体との間に隙間が形成されやすくなり、この隙間を通じて、シリンジから流出するガスが、抵抗なくガス注入用ジョイントへ流入することができる。

本発明の第４の態様では、第１乃至第３のいずれか一の態様において、前記本体に、前記ガス注入路から分岐するキャリアガス注入路及び混合ガス導出路が形成されている。

この場合、キャリアガス注入路にキャリアガスが注入されと、ガス注入用ジョイント内で、シリンジから注入されたガスとキャリアガスとが混合されて混合ガスが生成し、この混合ガスが、混合ガス導出路へ供給される。この混合ガスが、ガス分析に利用されうる。

本発明の第５の態様に係るガス分析装置は、試料ガス中の成分の分析を行うために用いられるガス分析装置であって、このガス分析装置内への試料ガスの注入口に、第１乃至第４のいずれか一の態様に係るガス注入用ジョイントが設けられている。

本発明の第６の態様に係るガス分析装置は、第５の態様において、ガスクロマトグラフとして構成されている。

本発明に係るガス注入用ジョイント１が用いられると、注射針を要することなく、シリンジ８からガス分析装置１３などの注入対象内へ、ガスが容易に注入される。

本発明の一実施形態に係るガス注入用ジョイントを示す断面図である。 前記実施形態に係るガス注入用ジョイントの動作を示す断面図である。 前記実施形態における栓体を示す平面図である。 前記実施形態に係るガス注入用ジョイントの、一変形例を示す断面図である。 前記実施形態に係るガス注入用ジョイントを備えるガスクロマトグラフを示す概略構成図である。

本発明の一実施形態に係るガス注入用ジョイント１を、図１及び図２に示す。このガス注入用ジョイント１は、シリンジ８に充填されたガスを、注入対象内へ注入するために用いられる。ガス注入用ジョイント１は、本体２と、栓体３と、弾性体４とを備える。

本体２には、シリンジ８の先端部９と嵌合するように構成された嵌合孔５、嵌合孔５に連通する配置空間６、及び配置空間６に連通するガス注入路７が、形成されている。

栓体３は、配置空間６内に、栓体３が嵌合孔５を閉塞する閉塞位置と、この閉塞位置よりも嵌合孔５から離れた位置であって栓体３が嵌合孔５を閉塞しない開放位置との間で、移動可能に配置されている。

弾性体４は、栓体３に、閉塞位置へ向けて付勢力をかけるように構成されている。

このガス注入用ジョイント１は、嵌合孔５とシリンジ８の先端部９とが嵌合すると、栓体３が先端部９によって押圧されて、付勢力に抗して、閉塞位置から開放位置まで移動するように構成されている。

本実施形態に係るガス注入用ジョイント１の構成を、更に詳しく説明する。

本実施形態では、本体２には、嵌合孔５、配置空間６、及びガス注入路７に加えて、凹所１４、凸部１５、キャリアガス注入路１１及び混合ガス導出路１２が、形成されている。

嵌合孔５は、その始端が本体２の外面で開口するように形成されている。この嵌合孔５は、シリンジ８の先端部９と嵌合するように構成されている。この嵌合孔５は、本体２の外部と本体２内の配置空間６とを連通している。嵌合孔５の内面には、シーリング材１６として、Ｏリングが取り付けられている。このシーリング材１６によって、嵌合孔５にシリンジ８の先端部９が嵌合している状態でのガス注入用ジョイント１内と外気との間の気密が、確保される。

配置空間６は、上記の通り、嵌合孔５に連通している。この配置空間６内に、栓体３が配置される。栓体３は、下記に詳述するように、配置空間６内に、閉塞位置と開放位置との間で、一軸方向に移動可能に構成されている。尚、以下の説明において、栓体３における、嵌合孔５側の面を上面、上面とは反対側の面を下面、上面と下面との間の面を外周面という、また、配置空間６の内面における、栓体３の上面と対向する面を上底面、栓体３の下面と対向する面を下底面、栓体３の外周面と対向して配置空間６内を取り巻く面を内周面という。

嵌合孔５の終端は、配置空間６の内面の上底面で開口している。栓体３は、配置空間６内に、嵌合孔５の開口に近づく方向と、この開口から離れる方向に、一軸方向に移動可能に配置される。栓体３の上面が配置空間６の内面の上底面に接している状態では、栓体３の上面によって嵌合孔５の開口が閉塞される（図１参照）。本実施形態では、図１に示されるような、嵌合孔５が閉塞されている状態での栓体３の配置位置が、閉塞位置である。

栓体３の下面が配置空間６の内面の下底面に接している状態では、嵌合孔５の開口が開放され、嵌合孔５と配置空間６とが連通する（図２参照）。本実施形態では、図２に示されるような、嵌合孔５が閉塞されていない状態での栓体３の配置位置が、開放位置である。

これにより、栓体３は、配置空間６内で、閉塞位置と開放位置との間で、一軸方向に移動可能に構成されている。

本実施形態では、栓体３の上面及び下面、並びに配置空間６の内面の上底面及び下底面は、円形状に形成され、且つ、栓体３の上面及び下面の径は、配置空間６の内面の上底面及び下底面の径よりも小さい。これにより、栓体３の外周面と配置空間６の内周面との間には、隙間があいている。

配置空間６の内面の上底面には、シーリング材１７として、Ｏリングが取り付けられている。このシーリング材１７が、嵌合孔５の開口を囲んでいる。このため、栓体３が閉塞位置にあるときに、栓体３の上面がシーリング材１７と接することで、配置空間６内と嵌合孔５との間の気密が、確保される。

凹所１４は、本体２内に、配置空間６の下底面で開口するように形成されている。この凹所１４内に、弾性体４が配置されている。弾性体４は、栓体３に閉塞位置へ向かう（すなわち、嵌合孔５の終端の開口へ向かう）付勢力をかけるように構成される。本実施形態では、弾性体４として、コイルバネが用いられている。このコイルバネの一端が凹所１４の底面上に配置され、その他端が栓体３の下面上に配置されることで、コイルバネから栓体３へ、閉塞位置へ向かう付勢力がかけられる。

配置空間６の内面の下底面には、この下底面の外縁から凹所１４まで達する溝１８が、形成されている。溝１８は、複数個形成されていてもよい。

凸部１５は、凹所１４の内側に、この凹所１４の底面から配置空間６へ向けて突出するように形成されている。この凸部１５の端面と凹所１４の開口との間には、隙間があいている。

ガス注入路７の始端は、凸部１５の端面で開口するように形成されている。これにより、ガス注入路７が凹所１４内と連通している。

キャリアガス注入路１１及び混合ガス導出路１２は、ガス注入路７から分岐するように形成される。すなわち、キャリアガス注入路１１の始端は本体２の外面で開口し、その終端は、本体２内で、ガス注入路７の終端に接続されている。混合ガス導出路１２の始端は、本体２内で、ガス注入路７とキャリアガス注入路１１との接続位置に接続し、その終端は、本体２の外面で開口している。

このように構成されるガス注入用ジョイント１では、栓体３に外部から押圧力が掛けられていない状態では、栓体３は弾性体４からの付勢力によって閉塞位置に配置され、嵌合孔５が栓体３によって閉塞される（図１）。このため、外部から嵌合孔５を通じたガス注入用ジョイント１内へのガスの流入、並びにガス注入用ジョイント１内から嵌合孔５を通じた外部へのガスの流出が、遮断される。

このガス注入用ジョイント１の嵌合孔５に、ガスが充填されているシリンジ８の先端部９が嵌合し、更にこのシリンジ８の先端部９が嵌合孔５の内奥へ向けて押し込められると、栓体３の上面がシリンジ８の先端部９の端面によって押圧される（図２）。これにより、栓体３に、弾性体４による付勢力に抗する押圧力がかけられる。そのため、栓体３は、閉塞位置から開放位置へ移動する。そのため、嵌合孔５が開放され、嵌合孔５と配置空間６内とが、連通する。更に、配置空間６は、栓体３の外周面と配置空間６の内周面との間の隙間、及び配置空間６の下底面の溝１８を介して、凹所１４に連通する。上述のとおり、凹所１４にはガス注入路７が連通している。このため、嵌合孔５がガス注入路７に連通する。但し、嵌合孔５の内面のシーリング材１６がシリンジ８の先端部９の外面に接することで気密が確保され、外部とガス注入用ジョイント１との間のガスの移動は、遮断される。この状態で、シリンジ８内のガスが、その先端部９の端面から導出されると、ガスはシリンジ８の先端部９の端面と栓体３の上面との間から漏れ出て、配置空間６内へ流出する。このガスは、更に、栓体３の外周面と配置空間６の内周面との間の隙間、配置空間６の下底面の溝１０、及び凹所１４を介して、ガス注入路７へ流入する。これにより、ガス注入用ジョイント１内に、ガスが供給される。

続いて、シリンジ８の先端部９が嵌合孔５から引き抜かれると、栓体３に外部から押圧力がかけられなくなり、このため、栓体３が弾性体４からの付勢力によって移動して閉塞位置へ復帰する（図１）。

このように、本実施形態に係るガス注入用ジョイント１では、シリンジ８に注射針が取り付けられていなくても、シリンジ８の先端部９が嵌合孔５に嵌合するだけで、シリンジ８からガス注入用ジョイント１へガスが注入されうる。このため、ガス注入用ジョイント１が用いられると、注射針を要することなく、シリンジ８からガス分析装置１３などの注入対象内へガスが容易に注入される。

本実施形態において、栓体３における嵌合孔５に臨む面、すなわち栓体３の上面に、溝１０が形成されていることが好ましい。例えば、図３に示す例では、栓体３の上面に、複数の溝１０が格子状に形成されている。但し、この面における、栓体３が閉塞位置にある状態でシーリング材１６と接触する外縁部分には、栓体３が閉塞位置にある場合の気密を確保するため、溝１０が形成されないことが好ましい。

このように栓体３に溝１０が形成されている場合、栓体３が開放位置に配置されている状態で、嵌合孔５に嵌合しているシリンジ８の先端部９の端面からガスが流出すると、このガスは溝１０を通じて配置空間６内に流出する。尚、図３には、シリンジ８の先端部９の端面の位置が、破線で示されている。このため、シリンジ８から配置空間６内へガスが抵抗なく流出することで、ガスの体積変化が、生じにくくなる。このため、特にガスの分析のためにガスがガス注入用ジョイント１へ注入される場合には、ガスの体積変化が生じにくくなり、それによって、より正確な分析が可能となる。

溝１０の寸法は、ガスの流通が確保される程度に適宜設定される。例えば、溝１０の幅が０．１〜０．２ｍｍの範囲、その深さが０．１〜０．２ｍｍ範囲に、形成される。

本実施形態において、栓体３が、開放位置において傾斜した姿勢で配置されるように構成されてもよい。例えば、図４に示す本実施形態の一変形例では、配置空間６の下底面に段差が形成されており、これにより、開放位置において、栓体３が、傾斜した姿勢で配置される。尚、図４には、図１及び図２に示される要素と共通する要素に、図１及び図２の場合と同じ符号を付している。本変形例では、栓体３が開放位置に配置されている状態では、嵌合孔５に嵌合しているシリンジ８の先端部９の端面と、栓体３の上面との間に、隙間が生じる。このため、シリンジ８の先端部９の端面から流出するガスは、隙間を通じて抵抗なく配置空間６内に流出する。このため、本変形例においても、特にガスの分析のためにガスがガス注入用ジョイント１へ注入される場合には、より正確な分析が可能となる。

このガス注入用ジョイント１は、例えば試料ガス中の成分の同定又は定量を行うために用いられるガス分析装置１３に組み込まれる。この場合、例えばガス分析装置１３内への試料ガスの注入口に、ガス注入用ジョイント１が設けられる。ガス分析装置１３の例として、ガスクロマトグラフが、挙げられる。

図５に、本実施形態に係るガス注入用ジョイント１を備え、ガスクロマトグラフとして構成されているガス分析装置１３の概略構成の一例を示す。

ガス分析装置１３には、キャリアガスが充填されたガスボンベ２４が着脱自在に接続される。ガス分析装置１３は、ガスボンベ２４から供給されたキャリアガスが流通するように構成されているガス流路１９を備える。このガス流路１９には、その上流側から、流量調整弁２０、流量計２１、本実施形態に係るガス注入用ジョイント１、分離カラム２２、検出器２３が、順次設けられている。ガス注入用ジョイント１は、ガス流路１９への試料ガスの注入口に設けられる。このガス注入用ジョイント１のキャリアガス注入路１１が、ガス流路１９の上流側に接続され、ガス注入用ジョイント１の混合ガス導出路１２が、ガス流路１９の下流側に接続される。ガス分析装置１３には、このガス分析装置１３の動作制御、ガス分析装置１３における検出結果の解析等を行うように構成されたコントローラ２５と、コントローラ２５における動作設定、検出結果、この検出結果の解析結果等を表示するように構成されたディスプレイ２６とが、接続されている。

流量調整弁２０は、キャリアガスの流量を、コントローラ２５によって設定された量に調整するように構成される。流量計２１は、キャリアガスの流量を測定するように構成されており、キャリアガスの流量を確認するために用いられる。検出器２３としては、熱伝導度検出器（ＴＣＤ）、水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）、半導体ガスセンサ等の、従来ガスクロマトグラフィーに採用されている公知の検出器が使用されうる。尚、検出器２３として半導体ガスセンサが用いられる場合には、キャリアガスとして空気が用いられてもよい。この場合、ガスボンベ２４が用いられずに、エアーポンプ等が用いられることで、空気がキャリアガスとしてガス分析装置１３内へ供給されてもよい。

作業者がガス分析装置１３を用いて試料ガスの分析をおこなう場合、作業者は、まずガス分析装置１３を操作してガス流路１９内へキャリアガスを供給する。ガス流路１９内では、キャリアガスは、ガス注入用ジョイント１のキャリアガス注入路１１に流入し、続いて混合ガス導出路１２を通じてガス注入用ジョイント１から導出される。

この状態で、作業者は、ガス注入用ジョイント１を通じてガスクロマトグラフ内へ試料ガスを導入する。そのために、まず作業者は、試料ガスが充填されたシリンジ８の先端部９を、ガス注入用ジョイント１の嵌合孔５に嵌合させる（図１）。更に、作業者は、シリンジ８の先端部９を、嵌合孔５内へ押し込む。これにより、栓体３が閉塞位置から開放位置へ移動する。すなわち、シリンジ８からガス注入用ジョイント１内へ試料ガスを注入可能な状態となる。続いて作業者は、シリンジ８を操作してシリンジ８の先端部９の端面から試料ガスを流出させる。この試料ガスは、上述のとおり、ガス注入路７へ流入する。試料ガスはガス注入路７から更に混合ガス導出路１２へ流入する。これにより、試料ガスとキャリアガスとが混合され、試料ガスとキャリアガスとを含有する混合ガスが、混合ガス導出路１２を通じて、ガス注入用ジョイント１から導出される。

混合ガスは、分離カラム２２に導入され、それにより、混合ガス中の成分が分離される。続いて、分離カラム２２から導出された混合ガス中の成分が検出器２３にて検出される。それにより得られた情報がコントローラ２５に入力されて解析されることで、クロマトグラムが得られる。またこの検出結果がディスプレイ２６に表示される。

以上のようにして構成されるガス分析装置１３は、例えば呼気中の成分分析のために用いられる。

例えば、ガス分析装置１３が、試料ガスである呼気中の揮発性硫黄化合物を分析することで口臭の有無及び程度を判定するための口臭測定器として構成される。この場合、混合ガスは、分離カラム２２に導入され、それにより、混合ガス中の成分から、例えば揮発性硫黄化合物である硫化水素、メチルメルカプタン、及びジメチルサルファイドが、分離される。続いて、分離カラム２２から導出された揮発性硫黄化合物が、検出器２３にて検出される。それにより得られた情報がコントローラ２５に入力されて解析されることで、クロマトグラムが得られる。またこの検出結果がディスプレイ２６に表示される。ディスプレイ２６には、クロマトグラムのほか、例えばクロマトグラムに基づいてコントローラ２５によって導出された揮発性硫黄化合物の濃度、この揮発性硫黄化合物の濃度に基づいてコントローラ２５によって導出された口臭の有無及び程度等の判定結果が、表示される。

ガス分析装置１３は、例えば糖尿病治療にあたっての呼気中のアセトン量の定量、肝臓疾病に起因する呼気中のアンモニアやイソプレン量の定量などといった、呼気中の成分の分析による疾病の発見や治療効果の確認にも、利用されうる。

ガス分析装置１３によって呼気の分析がおこなわれる場合、例えば被験者の呼気が、まず容器、袋等に貯留され、続いてこれらの容器、袋等内のガスが、シリンジ８によって採取され、このシリンジ８に充填された呼気が、ガス注入用ジョイント１を介してガス分析装置１３内に注入される。

また、被験者の呼気が、この被験者の口腔などから直接シリンジ８によって採取され、このシリンジ８に充填された呼気が、ガス注入用ジョイント１を介してガス分析装置１３内に注入されてもよい。この場合、本実施形態によれば、シリンジ８に注射針を取り付ける必要がないため、呼気の採取後、速やかに呼気がガス分析装置１３に注入されうる。このため、呼気分析のための操作が非常に簡便になる。

１ ガス注入用ジョイント
２ 本体
３ 栓体
４ 弾性体
５ 嵌合孔
６ 配置空間
７ ガス注入路
８ シリンジ
９ 先端部
１０ 溝
１１ キャリアガス注入路
１２ 混合ガス導出路
１３ ガス分析装置

Claims (6)

1. シリンジに充填されたガスを、注入対象内へ注入するために用いられるガス注入用ジョイントであって、
   本体と、栓体と、弾性体とを備え、
   前記本体には、前記シリンジの先端部と嵌合するように構成された嵌合孔、前記嵌合孔に連通する配置空間、及び前記配置空間に連通するガス注入路が、形成され、
   前記栓体は、前記配置空間内に、前記栓体が前記嵌合孔を閉塞する閉塞位置と、前記閉塞位置よりも前記嵌合孔から離れた位置であって前記栓体が前記嵌合孔を閉塞しない開放位置との間で、移動可能に配置され、前記栓体における、前記嵌合孔に臨む面に、溝が形成され、
   前記弾性体は、前記栓体に、前記閉塞位置へ向けて付勢力をかけるように構成されていることを特徴とするガス注入用ジョイント。
2. 前記栓体が、前記開放位置で傾斜した姿勢で配置されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス注入用ジョイント。
3. 前記本体に、前記ガス注入路から分岐するキャリアガス注入路及び混合ガス導出路が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス注入用ジョイント。
4. 試料ガス中の成分の分析を行うために用いられるガス分析装置であって、このガス分析装置内への試料ガスの注入口に、請求項１から３のいずれか一項に記載のガス注入用ジョイントが設けられていることを特徴とするガス分析装置。
5. ガスクロマトグラフとして構成されていることを特徴とする請求項４に記載のガス分析装置。
6. 口臭測定器として構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のガス分析装置。

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