JP7282793B2 - ゼロ・デッドボリューム・フィッティングアッセンブリー - Google Patents

Description

本発明は、デッドボリュームがゼロ（ゼロ・デッドボリューム）であることが要求される化学分析機器のために設計されたシステムで使用されるフィッティング（接合具）に関する。

化学分析システムにおいては、フィッティングが漏れに対して高気密状態を提供することが必要である。そのような分析システムにおいては、用いられるフィッティングが、試料成分に対して不活性であり、乱れや混合を誘起しない流路を提供でき、そして、システム全体に対して最小限のデッドボリュームしか与えないものであることが望ましい。

デッドボリュームが生じることの問題に良く注意を払って設計されたフィッティングでは、フィッティングを貫通する管の端部同士が互いに直接衝合し、または、管径に一致したボアを有するものであるため、デッドボリュームあるいは残余ボリュームを残さないようにすることができる。そのように設計されたフィッティングはゼロ・デッドボリューム・フィッティングアッセンブリーと呼ばれる。分析試験装置において、デッドボリュームが生じることは避けるべきである。なぜならば、デッドボリュームがあると、ガスカラムを含む試験機器の効率を低下させてしまうからである。

そのようなゼロ・デッドボリュームフィッティングで最も一般的な物の一つはコンプレッションフィッティングである。ゼロ・デッドボリュームフィッティングは、メス型締め具細部、管、該管上に緩く嵌め込まれるフェルールと、やはり前記管上に嵌め込まれるオス型ナットとで構成される。実際に使用するときは、管が、その管端部がフィッティングのボア内面を通過し、且つ締め具細部の底部に正しく着座するまで入れられることによりフィッティングの所定位置に装着されることになる。次に、フェルールが管に沿って、フィッティングの噛合壁と噛合するまで移動される。そして次に、ナットが、所定の位置となるように、フェルールをフィッティング細部の篏合壁に対して変形するようにねじ込まれる。こうすることにより、フェルールは管に対して圧力を与え、そしてその管をフィッティング細部の底面に対して強く押し当てることになる。

そのようなシステムでの基本的問題点は、その形式に起因すると言え、具体的には部品点数、即ちフィッティング、フェルール、管、ナットの数に固有のものと言える。フィッティングとフェルールは、気密性を提供するためにフェルールがフィッティングに対して変形できるように十分な大きさである必要があるが、そうすると、これら構成要素、部品の境界部には、ある程度の容積が生じざるを得ないことになる。これらシステムのフェルールは気密・密閉性を提供するために変形可能でなければならないが、変形させるのに必要な力が時に過剰になってしまうことがある。そうすると、管をフィッティング内に強く押し込み過ぎて、関連するバルブの動作の妨げになることがある。この問題は、複数の締付体を有するマルチポートバルブで、ポートに関連して一つ又はそれ以上のフィッティング細部に過剰締め付けをした場合に特に上記問題が顕著である。さらに、これらのシステムは、高圧に維持されなければならず、また関連する如何なる他のフィッティングを変形させてはならず、そして、好ましくない混合領域と成り得るような無効な空間を形成してはならない。

本願は、ゼロ・デッドボリュームフィッティングと共に用いられる高圧キャピラリーチューブコネクターシステムであって、該高圧キャピラリーチューブコネクターシステムは、本体とプライマリーシールと不活性管と支持体とを具備するものである。ここで、ゼロ・デッドボリュームフィッティングは、ゼロ・デッドボリュームフィッティング細部パイロット底部の所で終端し、ゼロ・デッドボリュームフィッティング細部パイロット長を有するゼロ・デッドボリュームフィッティング細部パイロット、及び、ゼロ・デッドボリュームフィッティング細部フェルール着座部を有する。ゼロ・デッドボリュームフィッティングに噛合するように構成された本体は、用いられる管径に合った大きさで本体全体を貫通する本体チューブボアと、本体第１端部の所に本体内部ボア（本体内側座繰り状ボア）とを有する。該本体内部ボアは、その内径がちょうどプライマリーシールを受け入れることができる大きさで、その本体内側座繰り状ボアの深さは、管が無い状態でもプライマリーシールを支持するに十分なものとなっている。プライマリーシールは、チューブの挿通が可能な全体を通したプライマリーシールボアと、本体内側ボアの第１端面に接触するようになったプライマリーシール第１駆動面と、径が本体内側ボアにちょうど嵌る大きさで、長さがその本体内側ボアよりも飛び出す長さのプライマリーシール第１部分を有する。プライマリーシールはさらに、その径が本体第１端部外径と同等かそれよりも小さいプラマリーシール第２外径を有するプラマリーシール第２部分を有する。プライマリーシールは、プライマリーシール第２部分に肩部を持つことになる。このような構造のプライマリーシールは本体内側ボア内に加圧装着される。管（チューブ）を包囲し、フェルール第１端部とフェルール第２端面とを有するフェルールは、フェルール第１端部の近傍を接触点として前記ゼロ・デッドボリュームフィッティング細部フェルール着座部に接触するような大きさのフェルールウェッジ形状円錐部分を有する。支持体は本体と噛合するようになっており、これにより、フェルール第２端面に対して大小調節可能な力を加えることができ、同時に、フェルール第１端部の接触を維持したまま、ゼロ・デッドボリュームフィッティングに対する位置を維持することができる。支持体は、内側にねじ面を有するゼロ・デッドボリュームフィッティング細部と共に用いられる外側にねじ面を有するナットであっても構わない。

本明細書の一部を構成する図面に基き以下説明される実施形態を参照することにより、本発明の上記の特徴、利点及び目的、さらには以下において明らかにされる他の特徴、利点及び目的の理解が可能となろう。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な好ましい実施形態を示しているに過ぎないこと、そして本発明範囲を限定するものではなく、他の同等に有効な実施形態としても本発明を構成可能なことは言うまでもない。

図１はフィッティング細部に締め付けられる前のアッセンブリーの縦断面図である。 図２はゼロ・デッドボリューム・フィッティングアッセンブリーの端部の縦断面図である。 図３はプライマリーシールの縦断面図である。

ゼロ・デッドボリューム・フィッティングアッセンブリー、即ちシステム１００の詳細を図１を参照しながら以下説明する。ゼロ・デッドボリューム・フィッティングアッセンブリー１００は、デッドボリュームをゼロ迄減少させることが可能なフィッティングを提供する。図１には、ゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体１１２内に、管（チューブ）１０８が締め込まれる前の、ゼロ・デッドボリューム・フィッティングアッセンブリー１００の縦断面図が示される。ゼロ・デッドボリューム・フィッティングアッセンブリー１００は、本体１０１、フェルール１０４、支持体１０６及びプライマリーシール１１０から成る。

支持体１０６の形状は、回転させることができれば、六角形、ローレット（刻み付）、その他何れの形状でも構わない。本体１０１は、同様に、それを回転させることができる限り、六角形、ローレット（刻み付）、その他何れの形状でも構わない本体ヘッド部１０２を有する。

管（チューブ）１０８は石英ガラス又は他の材料で形成される。ゼロ・デッドボリュームフィッティングアッセンブリー１００は、従来技術で良く知られている通り、ゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体１１２内に配設される。ゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体１１２は、ゼロ・デッドボリュームフィッティング細部１１４を有し、さらに、フィッティングアッセンブリー１００と本体１０１の先端部を受け入れるような大きさのゼロ・デッドボリュームフィッティングパイロット１１６とを有する。ゼロ・デッドボリュームフィッティングパイロット１１６は、ゼロ・デッドボリュームフィッティングパイロット底部１１８の所で終端する。ゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体１１２はまたその中に、メスねじ等のゼロ・デッドボリュームフィッティング保持部１２２を具える。

プライマリーシール１１０は、液体又は気体状の試料を高圧の下、その試料を汚染させることなく搬送するものであり、不活性材料で構成される。プライマリーシール１１０はまた、ゼロ・デッドボリュームフィッティング細部内の平面部１１８に対して圧接・圧縮されることにより、そこに気密状態を提供できるような不活性材料の中から選択される。衝合平面１１８はスチールで構成される。プライマリーシール１１０は、柔軟性不活性材料であるＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）、ＥＴＦＥ(エチレンテトラフルオロエチレン樹脂)、ＦＥＰ（フッ素化エチレンプロピレン樹脂）、ＰＦＡ(テトラフルオロエチレン樹脂)、ナイロンまたはその他の材料で形成しても良い。

ゼロ・デッドボリューム・フィッティングアッセンブリー１００の組付けは以下のように行われる。先ず、本体１０１がゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体１１２内に配置される。次に、フィッティングアッセンブリー１００は、フィッティング細部１１４に、六角締付器具を用いて、プライマリーシール１１０の圧縮により該プライマリーシール１１０がゼロ・デッドボリュームフィッティング細部のパイロット部底部１１８に対して平らに着座するようにねじ込まれる。次に、管（チューブ）１０８が、フェルール１０４を、更に本体の管ボア１３０を通して本体１０１を、その管１０８の第１端（先端）１２４がゼロ・デッドボリュームフィッティング細部のパイロットの底部１１８に到達するまで貫通して、支持体１０６の内部に配設される。上記から分かる通り、締め込み後は、プライマリーシール１１０は、フェルール１０４が管１０８をゼロ・デッドボリュームフィッティング細部１１４のパイロット１１６の底部１１８に向かって必要以上過剰に駆動することを防止する。フェルール１０４は管１０８を取り囲み且つその周面を移動可能に取り付けられ、そして、本体１０１内に配置される。こうすることにより、フェルール１０４は、本体１０１の内部に設けられるフェルール着座部１２０に対して乗っかるような位置関係に、換言すれば着座することになる。次に、支持体１０６が、ゼロ・デッドボリュームフィッティングの支持部１３２の所で、本体１０６と噛み合わされる。支持体１０６の本体１０１に対する噛合が進むにつれて、フェルール１０４をフェルール着座部１２０に対して駆動し、それに応じて、フェルール１０４の先端部（ノーズ）は管１０８の外周面を把持（グリップ）することになる。このポイント（時点）でフェルール１０４が管１０８を固定することになり、管１０８の圧縮程度が決まり、そしてゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体１１２に対して加わる力が制限される。本体１０１はその先端部の所に、本体第１端面１２６を有する。プライマリーシール１１０の構造及びそれがあることにより、フェルール１０４が管１０８を過剰に駆動することの防止、そして管１０８が石英シリカで形成されている場合には、その管１０８を破壊しないことに好都合である。

図２には、ゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体１１２及び本体１０１の端部縦断面が示されている。図１及び図２を参照しながら説明を続ける。本体１０１の第１端部には、プライマリーシール１１０を丁度受け入れる大きさの内径２０４を有する本体内側座繰り状ボア２０２を有する。本体第１端部外径２０５と本体内側座繰り状ボア２０２との差は、プライマリーシール１１０の大きさに合致し、且つ管１０８が存在しないとき、プライマリーシール１１０を保持するのに十分な深さ２０８を有する本体壁部２０６を提供する。本体１０１がゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体１１２と完全に噛合し終えると、本体１０１は、プライマリーシール１１０をゼロ・デッドボリュームフィッティング細部のパイロット底面１１８に圧縮するように作用する。

プライマリーシール１１０の縦断面を示した図３を参照しながら説明する。プライマリーシール１１０は、平面等のプライマリーシール第１駆動面３０１を有し、該駆動面３０１は本体内側座繰り状ボア２０２の座繰りボア面２０１（図１参照）に合致する面を提供する。プライマリーシール１１０は、図２に示される本体内側座繰り状ボア２０２の長さを超え延びるも、その中に納まる大きさのプライマリーシール第１部分３０２を有する。プライマリーシール１１０のプライマリーシール第１外径３０６は、プライマリーシール１１０を本体１０１内に圧入できるように、図２に示される本体内側座繰り状ボアの内径２０４に非常に近いものとなっている。プライマリーシール第１部分３０２のプライマリーシール第１部分の長さ３０２は、図２に示される本体内側座繰り状ボアの深さ２０８よりも長い。プライマリーシール１１０はプライマリーシールの第２外径３０８を有するプライマリーシール第２部分３０４を具える。第２外径３０８は、図２に示される本体第１端部の外径２０５よりも僅かに大きいか又は小さいことが好ましい。プライマリーシール１１０の第２外径３０８とプライマリーシールの第１外径３０６に差があることにより、プライマリーシール１１０にプライマリーシール肩部３１４ができる。プライマリーシール１１０の第１駆動面３０１が本体の内側座繰り状ボア２０２（図２参照）の第１座繰りボア面２０１に衝合するように、プライマリーシール１１０が本体１０１内に配設された時には、プライマリーシール肩部３１４は本体第１端部面１２６とは接触していない状態で残る。プライマリーシール１１０はその中に、管１０８との間に隙間を与える大きさで、全体を貫通するプライマリーシールボア３１０を具える。本体１０１がゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体１１２と完全に噛合し終え、それによりゼロ・デッドボリュームフィッティング細部のパイロット底面１１８に対する圧縮作業が完了した時点では、プラマリーシール１１０は、その第２部分３０４が本体１０１に接することなく、菅１０８の周囲に押しつぶされ、これによりプライマリーシール第２面３１６が、ゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体１１２のゼロ・デッドボリュームフィッティング細部のパイロット底面１１８に対する完全な気密状態を提供することになる。

図１－図３を参照して説明した通り、本願発明により、ゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体１１２及び管１０８と一緒に用いられる高圧キャピラリーチューブコネクターシステム１００が提供される。システム１００は、本体１０１、プライマリーシール１１０、フェルール１０４及び支持体１０６を有する。他方、ゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体１１２はゼロ・デッドボリュームフィッティング細部１１４を具え、該細部１１４は、底部１１８で終端し、長さ１４４のゼロ・デッドボリュームフィッティング細部パイロット１１６と、平な底面１１８とを有する。ゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体１１２と噛合するようになっている本体１０１は、全体を通して管１０８の大きさに合わせた本体チューブボア１３０と、本体第１端部の所に、本体内側座繰り状ボア２０２とを有する。本体内側座繰り状ボア２０２は、プライマリーシール１１０を受け入れる大きさのボア開口径２０４と、管１０８が無い時にプライマリーシール１１０を保持するに十分な深さとを有する。プライマリーシール１１０は、全長を通して管１０８が容易に通る大きさのプライマリーシールボア３１０と、本体内側の座繰り状ボア面２０１に接触するようになったプライマリーシール第１駆動面３０１及びプライマリーシール第１部分３０２とを具える。プライマリーシール第１部分３０２は、本体内側座繰り状ボア２０２に合致し、本体内側ボア１３０からは飛び出る大きさになっている。具体的には、プライマリーシール第１部分３０２のプライマリーシール第１外径３０６は本体内側座繰り状ボア開口径２０４に等しいかこれよりも大きく、またその長さ３１２は本体内側座繰り状ボア深さ２０８よりは長くなっている。さらに、プライマリーシール１１０はプライマリーシール第２部分３０４を有する。プライマリーシール第２部分３０４は、本体第１端部外径２０５と同等又はそれよりも小さいプライマリーシール第２外径３０８と、肩部３１４を有し、本体内側座繰り状ボア２０２に対して圧入される。管１０８を包囲し、フェルール第１端部１３４とフェルール第２端面１３６とを具えるフェルール１０４は、フェルール着座部１２０に、フェルール第１端部１３４の近傍にあたる接触点１４６の所で接触するような大きさのフェルールウェッジ形状円推部分１３８を有する。支持体１０６は、第２端面１３６に対して力を加減可能又は解除可能に加えると共に、接触点１４６の所にフェルール第１端１３４を維持したままゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体１１２に対する位置を維持するために、本体１０１と噛合するようになっている。支持体１０６は、内側ねじ面１４２を持つ本体１０１と共に用いられる外側ねじ面１４０を有するナットであっても構わない。

上記明細書において用いられている用語及び表現は説明のために用いた用語であり、これらの用語及び表現によって本発明を限定しようとする意図はなく、また本願において示し、あるいは説明した特徴の均等物を排除することを意図したものではない。

Claims (2)

1. 底部（１１８）の所で終端し、長さ（１４４）を有するゼロ・デッドボリュームフィッティング細部パイロット（１１６）を有するゼロ・デッドボリュームフィッティング細部（１１４）を備えるゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体（１１２）と共に用いられる高圧キャピラリーチューブコネクターシステム（１００）であって、該高圧キャピラリーチューブコネクターシステム（１００）は、
   不活性材料からなる管（１０８）の太さに合った径の全体を貫通した本体チューブボア（１３０）と、本体第１端面（１２６）を有する本体第１端部の所から始まり、本体座繰り状ボア面（２０１）の所で終端する所定の深さ（２０８）と所定の内径（２０４）を有する円筒状の本体内側座繰り状ボア（２０２）と、内部に設けられるフェルール着座部１２０とを有し、前記ゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体（１１２）に噛合する本体（１０１）と；
   前記本体内側座繰り状ボア（２０２）に圧入されることにより前記管（１０８）が存在しなくても前記本体内側座繰り状ボア（２０２）内に保持されるプライマリーシール（１１０）であって、前記管（１０８）の挿通が可能な全体を通したプライマリーシールボア（３１０）と、前記本体座繰り状ボア面（２０１）に接触するようになったプライマリーシール第１駆動面（３０１）と、前記本体内側座繰り状ボア（２０２）に嵌合し且つその長さ（３１２）が前記本体内側座繰り状ボア（２０２）の深さ（２０８）よりも長いために前記本体内側座繰り状ボア（２０２）から飛び出す大きさのプライマリーシール第１部分（３０２）と、前記本体内側座繰り状ボア（２０２）の内径（２０４）と同等かそれよりも大きいプライマリーシール第１外径（３０６）と、前記本体第１端部の外径と同等かそれよりも小さいプライマリーシール第２外径（３０８）を有するとともに、平面状プライマリーシール第２面（３１６）の所で前記底部（１１８）に対して平らに着座する大きさの円筒状のプライマリーシール第２部分（３０４）と、前記プライマリーシール第２部分（３０４）の所のプライマリーシール肩部（３１４）とを有するプライマリーシール（１１０）と；
   前記管（１０８）を包囲するものであって、フェルール第１端部（１３４）と、該フェルール第１端部（１３４）の近傍を接触点（１４６）として前記フェルール着座部（１２０）に接触するような大きさのフェルールウェッジ形状円錐部分（１３８）と、フェルール第２端面（１３６）とを有するフェルール（１０４）と；
   前記本体（１０１）に噛合されることにより前記フェルール第２端面（１３６）に対して力を調節可能に加えることができ、前記フェルール第１端部（１３４）を前記接触点に維持したまま、前記ゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体（１１２）に対する位置を維持する支持体（１０６）と；
   を具備することを特徴とする高圧キャピラリーチューブコネクターシステム（１００）。
2. 請求項１に記載の高圧キャピラリーコネクターシステム（１００）において、前記支持体（１０６）は外側ねじ面（１４０）を有するナットであり、前記本体（１０１）は内側ねじ面及び外側ねじ面を有し、前記ゼロ・デッドボリュームフィッティング又はバルブ本体（１１２）は内側ねじ面を有することを特徴とする高圧キャピラリーチューブコネクターシステム（１００）。

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