JP7156423B2 - フローセルユニット - Google Patents

Description

本発明は、例えば蛍光検出器のような光学的測定を行なう検出器用のフローセルユニットに関するものである。

液体クロマトグラフ用の検出器の１つとして蛍光検出器が知られている。蛍光検出器はフローセルの内部において液を流通させ、そのフローセルに対して励起光を照射し、励起光によって励起された試料成分からの蛍光を光検出器で検出するものである（特許文献１参照。）。

フローセルは、一般に、石英などの光透過性材料によって構成された直方体形状の部材である。フローセルの１つの外面には、フローセル内部の空間に液を流入させるための入口穴とフローセル内部の空間から液を流出させるための出口穴が設けられている。これらの入口穴と出口穴のそれぞれに、配管がジョイント部材を介して間接的に接続されるように構成されたフローセルユニットがある。

そのようなフローセルユニットは、フローセルの入口穴及び出口穴が設けられている面に対し、配管が接続されたジョイント部材を押し付けるように構成されており、ジョイント部材を介してフローセルの入口穴及び出口穴と配管との間を連通させる。フローセルとジョイント部材との間には樹脂製のガスケットが挟み込まれ、フローセル側へ押し込まれるジョイント部材からの応力によってガスケットを塑性変形させ、それによってフローセルとジョイント部材との間のシール性を確保している。

特開２０１１－０４３３３２号公報

上記のフローセルユニットでは、フローセルユニットを組み上げた際にはジョイント部材とフローセルとの間が連通していたにも拘わらず、時間が経過したときにジョイント部材とフローセルとの間が連通しなくなっているという現象が起こり得ることがわかった。

そこで、本発明は、フローセルに対してジョイント部材を介して間接的に配管接続を行なう構造を有するフローセルユニットにおいて、配管とフローセルとの間の連通が確実に維持されるようにすることを目的とするものである。

本発明者は、フローセルとジョイント部材との間に挟み込まれているガスケットがジョイント部材からの応力によって変形し、ガスケットに設けられている貫通穴（以下、入口連通穴、出口連通穴という。）の位置が外側方向（互いに離れる方向）へ変位することがあるという知見を得た。ガスケットの入口連通穴と出口連通穴の位置が変位すると、フローセルの入口穴と出口穴がガスケットによって塞がれてしまい、ジョイント部材に接続した配管とフローセル内の空間との間が連通しなくなる。

そして、本発明者は、ガスケットの入口連通穴が出口連通穴の位置が外側方向へのみ変位してしまう理由は、入口連通穴と出口連通穴の間に、応力によって押し潰されたガスケットの樹脂の逃げ場がないからであるということに気付いた。本発明はこのような知見に基づいてなされたものである。

本発明に係るフローセルユニットは、少なくともフローセル、ジョイント部材及びガスケットを備えている。
フローセルは、光透過性の材料で構成され、内部に液を流通させるための空間を有するとともに、前記空間の一端側に通じて前記空間内に液を流入させるための入口穴及び前記空間の他端側に通じて前記空間内から液を流出させるための出口穴が設けられた接続面を有する。
ジョイント部材は、前記フローセルの前記接続面と対向するフローセル対向面を有するとともに、前記フローセルの前記空間に液を供給するための入口配管を接続させる入口配管接続部、及び前記空間から流出した液を流すための出口配管を接続させる出口配管接続部を有し、前記フローセルの前記入口穴と前記入口配管接続部との間を連通させるための入口流路、及び前記フローセルの前記出口穴と前記出口配管接続部との間を連通させるための出口流路が内部に設けられ、前記入口流路の端部と前記出口流路の端部のそれぞれが前記フローセル対向面における前記入口穴と前記出口穴のそれぞれに対向する位置に設けられている。
ガスケットは、前記フローセルの前記接続面と前記ジョイント部材の前記フローセル対向面との間に挟み込まれる平板状の部材である。ガスケットは、前記入口穴と前記入口流路との間を連通させるための入口連通穴、及び前記出口穴と前記出口流路との間を連通させるための出口連通穴を主平面に有するとともに、前記主平面における前記入口連通穴と前記出口連通穴との間に該ガスケットの変形を吸収するための変形吸収構造が設けられている。

ガスケットの変形を吸収するための「変形吸収構造」とは、ジョイント部材からの応力によって押し潰されたガスケットの樹脂の逃げ場が確保される構造を意味する。その一例は貫通穴である。

本発明のフローセルユニットでは、ガスケットの入口連通穴と出口連通穴との間に、ガスケットの変形を吸収するための変形吸収構造が設けられているので、ジョイント部材からの応力によってガスケットが塑性変形したときに、その変形が入口連通穴と出口連通穴との間の変形吸収構造によって吸収され、入口連通穴と出口連通穴が外側方向へのみ変位することが抑制される。これにより、ガスケットがジョイント部材から応力を受けて押し潰されても、入口連通穴と出口連通穴による外側方向への変位量が小さくなり、配管とフローセルとの間の連通が維持される。

フローセルユニットの一実施例を示す断面図である。 ジョイント部材側から見たガスケットの平面図である。 変形吸収構造が設けられていないガスケットの変形方向を説明するためのガスケットの平面図である。

本発明に係るフローセルユニットの一実施例について、図１及び図２を用いて説明する。

図１に示されているように、フローセルユニット１はハウジング２を有し、ハウジング２の内部空間３にフローセル４、ガスケット１２及びジョイント部材２０が収容されて構成されている。ハウジング２の材質は、例えばＡ５０５２等のアルミ合金やＳＵＳ３１６等のステンレスである。

フローセル４は、例えば石英などの光透過性の材質からなる直方体形状の部材である。フローセル４の内部には、液を流通させるための空間６が設けられている。フローセル４の１つの外面には、内部空間６の一端側に通じる入口穴８と他端側に通じる出口穴１０が設けられている。フローセル４の外面のうち入口穴８と出口穴１０が設けられている面４ａを「接続面４ａ」と称する。

ハウジング２の内部空間３の断面形状はフローセル４の接続面４ａと略同一の矩形形状である。フローセル４は、接続面４ａとは反対側の面４ｂがハウジング２の内部空間３の最奥面３ａと当接するようにハウジング２の内部空間に嵌め込まれるようにして収容されている。

ガスケット１２はフローセル４とジョイント部材２０との間に挟み込まれている。ガスケット１２は、主平面の形状及び寸法が接続面４ａと略同一である平板状の樹脂部材である。ガスケット１２の材質は、例えばカーボン粒子を含有するＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）である。ガスケット１２の主平面におけるフローセル４の入口穴８及び出口穴１０の対応する位置にそれぞれ入口連通穴１４と出口連通穴１６が設けられている。

ジョイント部材２０は、例えばＳＵＳ３１６Ｌからなる略直方体形状の部材である。ジョイント部材２０は入口配管２６と出口配管２８をフローセル４の入口穴８と出口穴１０のそれぞれと間接的に連通させるためのものである。ジョイント部材２０の内部には、入口流路２２と出口流路２４が設けられている。ジョイント部材２０のフローセル４側の面２０ａ（フローセル対向面）における入口連通穴１４及び出口連通穴１６に対応する位置に、入口流路２２と出口流路２４の一端側の端部がそれぞれ配置されている。入口流路２２と出口流路２４の他端側の端部にそれぞれ、入口流路２６と出口流路２８を接続するための配管接続部（入口配管接続部と出口配管接続部）が設けられている。

ジョイント部材２０のフローセル対向面２０ａの形状及び寸法はフローセル４の接続面４ａやガスケット１２の主平面と略同一である。すなわち、フローセル４、ガスケット１２及びジョイント部材２０はハウジング２の内部空間３に嵌め込まれるようにして収容されており、それによってフローセル４、ガスケット１２及びジョイント部材２０が互いに位置決めされている。

ハウジング２には、内部空間３に収容されたフローセル４に対して励起光を照射するための窓部３０が設けられている。図では現れていないが、ハウジング２には、励起光によって励起されたフローセル４内の試料からの蛍光を励起光３０の照射方向に対して直交する方向（図において紙面に対して垂直な方向）から取り出すための窓部も設けられている。

ジョイント部材２０の背面２０ｂ（フローセル対向面２０ａとは反対側の面）にスペーサ３２の先端面が接している。スペーサ３２の基端面は調節ネジ３４の先端面と接している。調節ネジ３４はハウジング２に設けられた貫通穴の内周面に設けられたネジと螺合しており、回転によってスペーサ３２の軸方向（図において上下方向）へ移動するようになっている。調節ネジ３４はスペーサ３２の基端面をフローセル４側（図において上側）へ押圧する。これにより、ジョイント部材２０がスペーサ３２によってフローセル４側へ押圧され、ジョイント部材２０のフローセル対向面２０ａがガスケット１２に押し付けられる。調節ネジ３４の背面３６（図において下側の面）にはドライバによって回転させるための溝が設けられている。

この実施例では、ガスケット１２によるシール性を向上させるために、ジョイント部材２０のフローセル対向面２０ａの中央部に凹部が設けられており、入口流路２２及び出口流路２４が設けられている部分が強調的にガスケット１２に押し付けられるようになっている。なお、本発明はこれに限定されず、ジョイント部材２０のフローセル対向面２０ａが平坦な平面であってもよい。

フローセル４とジョイント部材２０との間に挟み込まれたガスケット１２は、ジョイント部材２０から受ける応力によって変形し、フローセル４の入口穴８とジョイント部材２０の入口流路２２との間、及びフローセル４の出口穴１０とジョイント部材２０の出口流路２４との間を、それぞれ液密を保った状態で連通させる。

ガスケット１２の主平面における入口連通穴１４と出口連通穴１６との間には、図２に示されているように、変形吸収構造としての貫通穴１８が設けられている。貫通穴１８は、ガスケット１２がジョイント部材２０からの応力によって押し潰された樹脂（ガスケット１２の素材）の逃げ場を確保するためのものである。貫通穴１８が設けられていることにより、ジョイント部材２０からの応力を受けて変形した樹脂は、ジョイント部材２０が押し付けられている部分の内側と外側の両方へ逃げるため、入口連通穴１４及び出口連通穴１６の変位が抑制される。

貫通穴１８のような変形吸収構造が設けられていない場合、図３に示されているように、入口連通穴１４’と出口連通穴１６’の間に、ジョイント部材２０からの応力によって押し潰された樹脂の逃げ場がないため、それらの樹脂はすべてガスケット１２’の外側方向へ移動することになる。そのような樹脂の移動に伴い、入口連通穴１４’と出口連通穴１６’も互いに離れる方向へ変位し、その変位量が大きい場合にはフローセル４とジョイント部材２０との間の連通を阻害する。

本発明者は、貫通穴１８が設けられているガスケット１２とそのような変形吸収構造が設けられていないガスケット１２’を用いて、ジョイント部材２０による押圧による変形量を検証した。この検証で用いたガスケット１２、１２’はそれぞれ、材質がカーボン粒子を含有するＰＴＦＥであり、外径寸法は、縦幅が約５ｍｍ、横幅が約６．５ｍｍ、厚みが約０．５ｍｍである。ガスケット１２では、中央部に縦幅が約３ｍｍ、横幅が約２．５ｍｍの貫通穴１８が設けられている。

上記の検証の結果、変形吸収構造が何ら設けられていないガスケット１２’では、入口連通穴１４’と出口連通穴１６’の間の距離が、ジョイント部材２０による押圧前は４４０９μｍであったのに対し、ジョイント部材２０による押圧後には４４８５μｍとなっていた。すなわち、ジョイント部材２０が押し付けられてガスケット１２’が変形したことにより、入口連通穴１４’と出口連通穴１６’の間の距離が７６μｍも変化した。

これに対し、変形吸収構造である貫通穴１８が設けられているガスケット１２では、入口連通穴１４と出口連通穴１６の間の距離が、ジョイント部材２０による押圧前は４４４２μｍであったものが、ジョイント部材２０による押圧後に４４４４μｍとなった。すなわち、ジョイント部材２０が押し付けられてガスケット１２が変形しても、入口連通穴１４と出口連通穴１６の間の距離が２μｍしか変化しなかった。

以上のことから、ガスケット１２の主平面における入口連通穴１２と出口連通穴１４との間に貫通穴１８のような変形吸収構造を設けることで、ジョイント部材２０からの応力によるガスケット１２の変形後も、入口連通穴１２と出口連通穴１４の変位を小さく抑えることができることがわかる。

なお、この実施例では、ガスケット１２の変形吸収構造の一例として貫通穴１８を示しているが、変形吸収構造はこれに限定されない。例えば貫通穴１８の領域のみ、ガスケットの厚みを極端に薄くした構造(例えば厚さ０．１mm)を変形吸収構造として採用してもよい。

１ フローセルユニット
２ ハウジング
３ ハウジングの内部空間
３ａ 内部空間の最奥面
４ フローセル
４ａ 接続面
４ｂ 接続面と反対側の面
６ フローセル内部空間
８ 入口穴
１０ 出口穴
１２ ガスケット
１４ 入口連通穴
１６ 出口連通穴
１８ 貫通穴（変形吸収構造）
２０ ジョイント部材
２０ａ フローセル対向面
２０ｂ ジョイント部材の背面
２２ 入口流路
２４ 出口流路
２６ 入口配管
２８ 出口配管
３０ 窓部
３２ スペーサ
３４ 調節ネジ
３６ 調節ネジ背面

Claims (4)

1. 光透過性の材料で構成され、内部に液を流通させるための空間を有するとともに、前記空間の一端側に通じて前記空間内に液を流入させるための入口穴及び前記空間の他端側に通じて前記空間内から液を流出させるための出口穴が設けられた接続面を有するフローセルと、
   前記フローセルの前記接続面と対向するフローセル対向面を有するとともに、前記フローセルの前記空間に液を供給するための入口配管を接続させる入口配管接続部、及び前記空間から流出した液を流すための出口配管を接続させる出口配管接続部を有し、前記フローセルの前記入口穴と前記入口配管接続部との間を連通させるための入口流路、及び前記フローセルの前記出口穴と前記出口配管接続部との間を連通させるための出口流路が内部に設けられ、前記入口流路の端部と前記出口流路の端部のそれぞれが前記フローセル対向面における前記入口穴と前記出口穴のそれぞれに対向する位置に設けられているジョイント部材と、
   前記フローセルの前記接続面と前記ジョイント部材の前記フローセル対向面との間に挟み込まれた平板状のガスケットであって、前記入口穴と前記入口流路との間を連通させるための入口連通穴、及び前記出口穴と前記出口流路との間を連通させるための出口連通穴を主平面に有するとともに、前記主平面における前記入口連通穴と前記出口連通穴との間に該ガスケットの変形を吸収するための変形吸収構造が設けられているガスケットと、を備え、
   前記変形吸収構造は、前記入口連通穴の中心と前記出口連通穴の中心とを結ぶ直線上に位置しており、
   前記ジョイント部材からの応力に対して、前記変形吸収構造が、前記入口連通穴および前記出口連通穴の変位を抑制することで、前記フローセルの前記入口穴と前記ジョイント部材の前記入口流路との間の連通を維持し、前記フローセルの前記出口穴と前記ジョイント部材の前記出口流路との間の連通を維持し、
   前記ジョイント部材のフローセル対向面は中央部に、前記ガスケットと接触しない凹部が設けられ、前記入口流路及び前記出口流路が設けられている部分が前記ガスケットに押し付けられるように構成され、
   前記変形吸収構造により、前記ジョイント部材からの応力を受けて変形した前記ガスケットの材料は、前記ジョイント部材が押し付けられている部分の内側と外側の両方へ逃げることで、前記入口連通穴及び前記出口連通穴の外方向への変位が抑制されている、フローセルユニット。
2. 前記ガスケットは矩形状を有し、
   前記矩形状の中央の領域に前記変形吸収構造が配置されており、
   前記入口連通穴が前記矩形状の第１の短辺側に配置されており、かつ、前記出口連通穴が前記第１の短辺側に対向する前記矩形状の第２の短辺側に配置されている、請求項１に記載のフローセルユニット。
3. 前記変形吸収構造は貫通穴である請求項１または２に記載のフローセルユニット。
4. 前記入口連通穴と前記出口連通穴との間の距離の前記ジョイント部材からの応力による変位が２μｍである、請求項１～３のいずれかに記載のフローセルユニット。

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