JP7392339B2 - 流体流通管接続具 - Google Patents

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Description

本発明は、流体が流通する第1管と第2管とを接続する流体流通管接続具に関する。
特開平4-99483号公報には、動物細胞の培養方法が開示されている。動物細胞は、培養槽に貯留された培養液の中で培養される。培養液の液面には、空気が通気されている。培養液の一部は、定期的に抜き出されて培養された細胞が回収され、減少した培養液が補充される。当該公報では、培養液の液面に空気が通気されているが、空気は培養液中に送り込まれてもよい。
特開平4-99483号公報
上述したように、培養槽に対して新しい培養液や空気などを供給する場合、培養液が貯留された培養槽の貯留部に設置された第1の流体流通管と、貯留部の外部に設置された第2の流体流通管とがしばしば接続される。この際、例えば、第1の流体流通管及び第2の流体流通管にそれぞれ弾性チューブが接続され、それぞれの弾性チューブ同士が接続される。この接続が不十分であると液漏れや空気漏れが発生する可能性があり、また、そのような漏れが無いように溶着などによってそれぞれの弾性チューブを強固に接続すると液体や空気が流れにくくなる可能性がある。
上記背景に鑑みて、流体が流通する2つの管を適切に接続することができる接続具の実現が望まれる。
1つの態様として、上記に鑑みた、流体が流通する第1管と第2管とを接続する流体流通管接続具は、一方側の端部である第1端部に前記第1管が圧入される弾性チューブを前記第1端部の側で保持する第1保持部と、前記弾性チューブの他方側の端部である第2端部において前記弾性チューブを保持すると共に前記第2管に接続される第2保持部と、湾曲して延伸する前記弾性チューブの延在方向に沿って前記第1保持部と前記第2保持部とを接続すると共に前記弾性チューブを支持する接続部と、を備える。
この構成によれば、流体流通管接続具は、湾曲して延伸する弾性チューブの両端(第1端部及び第2端部)を第1保持部及び第2保持部によりそれぞれ保持しつつ、接続部によって弾性チューブを支持する。また、弾性チューブは、第1端部の側において第1管に接続され、第2端部において第2保持部を介して第2管に接続される。即ち、第1管と第2管とは、共通の弾性チューブを用いて接続されるので、液漏れや気体漏れを生じにくい。また、湾曲する弾性チューブは、第1保持部と第2保持部とを接続する接続部によって支持されるため、屈曲などの変形も生じにくく、そのような変形によって液体や気体の流れが妨げられにくい。このように、本構成によれば、流体が流通する2つの管を適切に接続することができる流体流通管接続具を実現することができる。
ここで、前記第1保持部は、筒状に形成された第1筒状部を備え、前記第1筒状部の内壁が前記弾性チューブの外周部に接触して前記弾性チューブを保持すると好適である。尚、筒状とは、断面が円形状のもの(円筒状)に限らず、断面が楕円形状や多角形状のものも含む。
この構成によれば、第1筒状部の内壁と弾性チューブの外周部とが接触することにより、第1保持部において適切に弾性チューブを保持することができる。
また、前記第1保持部が前記第1筒状部を備える場合、さらに、前記第1筒状部は、前記弾性チューブの延在方向に沿って前記第1筒状部の全体に亘って延在するスリットを有すると好適である。
スリットによって第1筒状部の内壁間の距離が可変となる。これにより、第1筒状部に弾性チューブを取付ける際の作業性が向上できると共に、弾性チューブを保持する強さも向上できる。また、第1筒状部において保持される弾性チューブの第1端部には第1管が圧入されるため、弾性チューブは外周側に膨張する可能性が高い。そのように、弾性チューブが膨張してもスリットによって第1筒状部の内壁間の距離を変化させることができるので、第1管が圧入された弾性チューブを第1保持部において適切に保持することができる。
また、前記第2保持部は、筒状に形成された第2筒状部を備え、前記第2筒状部の内壁が前記弾性チューブの外周に接触して前記弾性チューブを保持すると好適である。尚、筒状とは、断面が円形状のもの(円筒状)に限らず、断面が楕円形状や多角形状のものも含む。
この構成によれば、第2筒状部の内壁と弾性チューブの外周部とが接触することにより、第2保持部において適切に弾性チューブを保持することができる。
また、第2保持部が前記第2筒状部を備える場合、前記第2筒状部の外壁が前記第2管の内壁に接触すると好適である。
この構成によれば、弾性チューブが保持された第2筒状部の外壁と第2管の内壁とが接触することにより、第1端部において第1管が圧入された弾性チューブと、第2管とを第2保持部において適切に接続することができる。即ち、第1管と第2管とを弾性チューブを介して適切に接続することができる。
また、第2保持部が前記第2筒状部を備える場合、前記第2筒状部は、先端に向かうに従って外壁間の距離が小さくなるテーパー状に形成されていると好適である。
この構成によれば、第2筒状部を第2管の端部から挿入することによって、第2筒状部の外壁を第2管の内壁に対して圧接させることができる。また、第2筒状部の肉厚が先端に向かってほぼ同一、或いは外壁間の距離が小さくなる割合よりも小さい割合で薄くなる場合には、先端に向かうに従って内壁間の距離も小さくなる。従って、第2筒状部の内壁と弾性チューブの外周部とが接触する圧力を高めて第2保持部において弾性チューブをより強固に保持することができる。
また、前記接続部は、中心角が180°以下の弧状の溝状部を備え、前記溝状部は、前記弾性チューブに内側から接触して前記弾性チューブを内側から支持すると好適である。
この構成によれば、溝状部が弾性チューブに接触して弾性チューブを支持するので、弾性チューブが変形しにくい状態で適切に弾性チューブを支持することができる。
また、前記接続部が前記溝状部を備える場合、前記接続部は、前記第1保持部と前記第2保持部との間に、前記溝状部の対向する一対の側壁からそれぞれ突出して前記溝状部の底部とは反対側から前記弾性チューブを係止する係止部を備えると好適である。
この構成によれば、弾性チューブの復元力で弾性チューブが溝状部から浮き上がることを係止部によって抑制して、適切に弾性チューブを溝状部で支持することができる。
また、流体流通管接続具は、高分子化合物により形成されていると好適である。
高分子化合物は、例えば金属やセラミックスに比べて軽量であり、金属と同程度に衝撃にも強い。また、高分子化合物は、金属に対して化学反応性に乏しく、薬品等に対して腐食しにくく、電気や熱を伝えにくい。また、高分子化合物は、成型材料に用いられ、加工も容易である。流体流通管接続具が、高分子化合物によって形成されると、軽量で耐衝撃性も高く、薬品等に対する耐腐食性も高い流体流通管接続具を実現できる。
また、流体流通管接続具が高分子化合物により形成されている場合、前記高分子化合物は、熱可塑性樹脂を含むと好適である。
熱可塑性樹脂は、熱を加えることによって溶融させることが可能であり、例えば樹脂成型によって、流体流通管接続具を生産することができる。
また、流体流通管接続具が高分子化合物により形成されている場合、流体流通管接続具は、前記高分子化合物を成型材料として射出成型により形成されていると好適である。
射出成型は、高品質で量産性の高い成型品を生産することができる成型方法である。従って、本構成によれば、高品質で量産性の高い流体流通管接続具を生産することができる。
また、前記第1管は、生物を培養する培養液の液面に交差して前記培養液中に挿入されて前記培養液に供給流体を供給する液中供給管であり、前記第2管は、前記液中供給管に前記供給流体を供給する外部供給管であると好適である。
バイオテクノロジー分野における基礎実験やスクリーニングにおいては、小規模な装置において細胞等の培養が行われることが一般的である。近年、小規模な装置であっても、気質の追加や培養液の抜き取りなどが可能な培養容器も開発されており、単純な試験管やフラスコを用いた培養装置に比べて培養容器自体の構造が複雑化している。そのような小型且つ複雑な培養容器において、例えば弾性チューブなどの細い軟質チューブを狭い空間で用いる場合、チューブの両端を固定するだけでは、接続が不安定であり、チューブが途中で屈曲して液体や気体の流通を妨げる可能性がある。しかし、本構成によれば、湾曲する弾性チューブが、第1保持部と第2保持部とを接続する接続部によって支持されるため、屈曲などの変形も生じにくく、そのような変形によって液体や気体の流れが妨げられにくい。従って、流体流通管接続具は、液中供給管と外部供給管とを適切に接続することができる。
本発明のさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する実施形態についての以下の記載から明確となる。
接続具が用いられる培養槽の一例を示す断面図 弾性チューブが支持された接続具の一例を示す拡大断面図 接続具と弾性チューブとの関係の一例を示す分解斜視図
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明に係る接続具10(流体流通管接続具)を用いた培養槽30の一例を示している。培養槽30には、生物を培養する培養液20が貯留されており、培養液20の液中には培養液20の液面に交差して液中供給管としての第1管1が挿入されている。培養槽30には、外部供給管としての第2管2が一体的に形成されている。第1管1は、培養液20に供給流体Aを供給する流体流通管であり、第2管2は、第1管1に供給流体Aを供給する流体流通管である。第1管1と第2管2とは、弾性チューブ3(例えばシリコンチューブ)によって接続されている。弾性チューブ3は、第2管2から第1管1へ供給流体Aを流通させる流体流通管である。本実施形態では、供給流体Aは空気である。しかし、供給流体Aは空気のような気体に限らず、例えば培養液の中核となる培地などの液体であってもよい。接続具10は、弾性チューブ3を支持固定して、弾性チューブ3を介して第1管1と第2管2とを接続している。
図2は、弾性チューブ3が支持された接続具10の拡大断面図であり、図3は、接続具10と弾性チューブ3との関係を示す分解斜視図である。接続具10は、第1保持部11と、第2保持部12と、接続部13と、平板部14とを備えている。第1保持部11は、弾性チューブ3の一方側の端部である第1端部31の側で弾性チューブ3を保持する。第2保持部12は、弾性チューブ3の他方側の端部である第2端部32において弾性チューブ3を保持する。接続部13は、湾曲して延伸する弾性チューブ3の延在方向に沿って第1保持部11と第2保持部12とを接続すると共に弾性チューブ3を支持する。平板部14は、弾性チューブ3の延在方向とは無関係に第1保持部11と第2保持部12とを短絡すると共に、弾性チューブ3の延在方向に沿った接続部13に接して接続具10の強度を保持している。
弾性チューブ3の第1端部31には、第1管1が圧入されている。つまり、第1管1の外周部1bと弾性チューブ3の内周部3aとは密着している。第1管1は、例えばシリコン製で軟質の弾性チューブ3よりも硬い例えばテフロン(登録商標)製、ガラス製、アクリル製の管である。第1管1は培養液20の液中に挿入されるため、培養液20との間で化学変化を起こさず、また、耐腐食性にも優れた素材が用いられている。培養槽30及び培養槽30に一体的に形成された第2管2も、培養液20との間で化学変化を起こさず、また、耐腐食性にも優れたガラス製、アクリル製である。第2管2には、第2端部32において弾性チューブ3を保持した第2保持部12が接続される。即ち、接続具10によって保持された弾性チューブ3を用いて、第1管1と第2管2とが接続される。尚、ここでは、培養液20に気体を供給するために第1管1が培養液20の液中に挿入される形態を例示しているが、例えば培養液20に液体を供給するような場合などでは、第1管1の端部が培養液20の液面よりも上方に位置して、液体が滴下される形態であってもよい。
接続具10は、湾曲して延伸する弾性チューブ3の両端(第1端部31及び第2端部32)を第1保持部11及び第2保持部12によりそれぞれ保持しつつ、接続部13によって弾性チューブ3を内側から支持する。また、弾性チューブ3は、第1端部31の側において第1管1に接続され、第2端部32において第2保持部12を介して第2管2に接続される。湾曲する弾性チューブ3は、第1保持部11と第2保持部12とを接続する接続部13によって支持されるため、屈曲などの変形も生じにくく、そのような変形によって液体や気体の流れ(本実施形態では空気の流れ)が妨げられにくい。
図3に示すように、第1保持部11は、筒状に形成された第1筒状部5を備え、第2保持部12は、筒状に形成された第2筒状部6を備えている。本実施形態では、第1筒状部5及び第2筒状部6が、円筒状に形成されている形態を例示している。しかし、筒状とは、断面が円形状のもの(円筒状)に限らず、断面が楕円形状や多角形状のものも含む。弾性チューブ3は、第1筒状部5の内壁5aに弾性チューブ3の外周部3bが接触して弾保持されている。これにより、第1保持部11において適切に弾性チューブ3を保持することができる。また、弾性チューブ3は、第2筒状部6の内壁6aに弾性チューブ3の外周部3bが接触して保持されている。これにより、第2保持部12において適切に弾性チューブ3を保持することができる。
また、図3に示すように、第1筒状部5は、弾性チューブ3の延在方向に沿って第1筒状部5の全体に亘って延在するスリット7を有している。このスリット7によって第1筒状部5の内径(内壁5a間の距離)が可変となる。例えば、第1筒状部5に弾性チューブ3を保持させる際に、第1筒状部5を広げ、弾性チューブ3を通した後に、元に戻すことによって、第1筒状部5に弾性チューブ3を取付ける際の作業性が向上できる。特に、弾性チューブ3の第1端部31に第1管1が挿入された状態で第1筒状部5に弾性チューブ3を保持させる場合、弾性チューブ3の径が大きくなっている可能性がある。このような場合にも、第1筒状部5を広げることで作業性を向上させることができる。或いは、弾性チューブ3を第1保持部11に保持させた後に、第1管1を弾性チューブ3に圧入する場合も、圧入時に第1筒状部5が広がるため、作業性を向上させることができる。
また、図1及び図2に示すように、第2保持部12は、第2筒状部6の外壁6bが第2管2の内壁2aに接触する状態で第2管2に接続されている。弾性チューブ3が保持された第2筒状部6の外壁6bと第2管2の内壁2aとが接触することにより、第1端部31において第1管1が圧入された弾性チューブ3と、第2管2とを第2保持部12において適切に接続することができる。
また、図1~図3に示すように、第2筒状部6は、先端に向かうに従って外径(外壁6bの間の距離)が小さくなるテーパー状に形成されている。従って、第2筒状部6を第2管2の端部から挿入することによって、第2筒状部6の外壁6bを第2管2の内壁2aに対して圧接させることができる。これにより、第2保持部12を第2管2に適切に接続することができる。
上述したように、弾性チューブ3には、第1端部31において第1管1が圧入されており、弾性チューブ3と第1管1とは中間組立品として一体化されている。また、弾性チューブ3は第1保持部11及び第2保持部12において接続具10に保持されると共に、接続部13において接続具10に支持されているから、接続具10と弾性チューブ3と第1管1とは中間組立品として一体化されている。従って、この中間組立品のテーパー状に形成された第2筒状部6を第2管2に圧入させることによって、簡単且つ適切に中間組立品と第2管2とが接続され、その結果、簡単且つ適切に第1管1と第2管2とが接続される。
尚、本実施形態では、図1及び図2に示すように、第2筒状部6の内径(内壁6aの間の距離)が一定である形態を例示している。つまり、第2筒状部の肉厚が先端に向かうに従って薄くなることによって、第2筒状部6の外径が先端に向かうに従って小さくなるように形成されている形態を例示している。しかし、図示は省略するが、第2筒状部の肉厚は、先端に向かってほぼ同一、或いは外壁間の距離が小さくなる割合よりも小さい割合で薄くなってもよい。この場合、第2筒状部6の外径が先端に向かうに従って小さくなると共に、内径も第2筒状部6の外径が先端に向かうに従って小さくなる。これにより、第2筒状部6の内壁6aと弾性チューブ3の外周部3bとが接触する圧力を高めて第2保持部12において弾性チューブ3をより強固に保持することができる。
図3に示すように、接続部13は、中心角が180°以下の弧状の溝状部4を備えている。図2に示すように、溝状部4は、弾性チューブ3に内側から接触して弾性チューブ3を内側から支持している。このように、溝状部4が弾性チューブ3に接触して弾性チューブ3を支持するので、弾性チューブ3に屈曲等の変形が生じにくい状態で適切に弾性チューブ3を支持することができる。また、溝状部4は、中心角が180°以下の弧状であるから、後述するように接続具10が樹脂成形される場合、成形型から成型品を抜きにくくなるアンダーカット形状とはならない(図3における矢印が抜き方向Y)。従って、安価な設備により接続具10を生産することが容易となる。
また、図3に示すように、接続部13は、第1保持部11と第2保持部12との間に、溝状部4の対向する一対の側壁40からそれぞれ突出して溝状部4の底部44とは反対側から弾性チューブ3を係止する係止部8を備えている。具体的には、溝状部4は、底部44とは反対側が開放されており、対向した第1側壁部41及び第2側壁部42を有している。第1側壁部41からは底部44とは反対側に向けて第1係止部81が突出し、第2側壁部42からは底部44とは反対側に向けて第2係止部82が突出している。第1係止部81と第2係止部82とは互いに離間しており、一対の係止部対を形成している。両係止部(81,32)が離間しているので、第1係止部81と第2係止部82との隙間を通して外側から弾性チューブ3を接続部13に支持させて、容易に接続具10に弾性チューブ3を装着することができる。係止部8によって、弾性チューブ3の復元力で弾性チューブ3が溝状部4から浮き上がることを抑制して、適切に弾性チューブ3を溝状部4で支持することができる。
溝状部4は、弾性チューブ3の外周部3bに接触して弾性チューブ3を支持するために、半円筒形状に形成されており、側壁40も曲面となっている。第1係止部81及び第2係止部82は、側壁40と同じ曲率で側壁40から延伸している。溝状部4は、支持する弾性チューブ3の延在方向に直交する方向での断面が半円(中心角が180°以下)となるように形成されている。つまり、側壁40は、上述したアンダーカット形状とはならないように形成されている。しかし、側壁40から底部44とは反対側に突出する係止部8は、アンダーカット形状となっている。但し、図3に例示するように、係止部8は、側壁40の全体ではなく、一部から突出している。従って、ポリプロピレンなどの柔軟性のある樹脂材料(後述する高分子化合物)により接続具10が形成される場合には、弾性力によって一時的に係止部8を変形させながら接続具10を成形型から抜くことができる。つまり、アンダーカット形状を有する接続具10であっても射出成型によって形成することができる。
尚、本実施形態では、溝状部4の側壁40からそれぞれ突出した一対の係止部8(係止部対)が1ケ所に設けられている形態を例示しているが、そのような係止部対は第1保持部11と第2保持部12との間の複数箇所に設けられていてもよい。また、本実施形態では、係止部8が、溝状部4の側壁40からそれぞれ突出して対となって形成されている形態を例示しているが、係止部8は、側壁40をつなぐように連続的に形成されていてもよい。
接続具10は、高分子化合物を成型材料として射出成型により形成されている。射出成型は、高品質で量産性の高い成型品を生産することができる成型方法である。従って、射出成型により、高品質で量産性の高い接続具10を生産することができる。上述したように、接続具10は、図3に示す型からの抜き方向Yに対して、係止部8を除いてアンダーカット形状とならないように形成されている。従って、接続具10は、安価で構成可能な成形型を用いて適切に射出成型により形成することができる。係止部8は、アンダーカット形状となっているが、上述したように、柔軟性のある高分子化合物の樹脂材料を用いることによって、一時的に係止部8を変形させながら接続具10を成形型から抜くことができる。
ここで、高分子化合物とは、ポリプロピレン、ポリエチレン、四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PIFE)、ポリアセタール(POM)、ポリフッ化ビニリデン樹脂(PVDF)などの熱可塑性樹脂であると好適である。熱可塑性樹脂は、熱を加えることによって溶融させることが可能であり、例えば樹脂成型によって、流体流通管接続具を生産することができる。当然ながら、高分子化合物は、熱可塑性樹脂ではなく、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、などの熱硬化性樹脂であってもよい。また、高分子化合物は、フッ素ゴム、シリコーンゴム等のゴム成分であってもよい。
高分子化合物は、例えば金属やセラミックスに比べて軽量であり、金属と同程度に衝撃にも強い。また、高分子化合物は、金属に対して化学反応性に乏しく、薬品等に対して腐食しにくく、電気や熱を伝えにくい。また、高分子化合物は、成型材料に用いられ、加工も容易である。従って、熱可塑性、熱硬化性の何れであっても、高分子化合物により、軽量で耐衝撃性も高く、薬品等に対する耐腐食性も高い接続具10を形成することができる。尚、上記においては、射出成型によって接続具10が形成される形態を例示したが、高分子化合物が、フッ素ゴム、シリコーンゴム等のゴム成分である場合には、射出成型に限らず、コンプレッション成型により接続具10が形成されてもよい。
1 :第1管
1b :外周部
2 :第2管
2a :内壁
3 :弾性チューブ
3b :外周部
4 :溝状部
5 :第1筒状部
5a :内壁
6 :第2筒状部
6a :内壁
6b :外壁
7 :スリット
8 :係止部
10 :接続具
11 :第1保持部
12 :第2保持部
13 :接続部
20 :培養液
31 :第1端部
32 :第2端部
40 :側壁
41 :第1側壁部(側壁)
42 :第2側壁部(側壁)
44 :底部
81 :第1係止部(係止部)
82 :第2係止部(係止部)
A :供給流体

Claims (12)

  1. 培養槽に貯留された培養液に供給流体を供給する第1管と、前記培養槽に一体的に形成されて前記培養槽の外部から前記供給流体が供給される第2管と、を接続して前記第2管から前記第1管へ前記供給流体を流通させる1本の弾性チューブを支持固定して、前記弾性チューブを介して前記供給流体が流通する前記第1管と前記第2管とを接続する流体流通管接続具であって、
    前記弾性チューブの一方側の端部である第1端部を保持する第1保持部と、
    前記弾性チューブの他方側の端部である第2端部を保持する第2保持部と、
    湾曲して延伸する前記弾性チューブの延在方向に沿って前記第1保持部と前記第2保持部とを接続すると共に前記弾性チューブを支持する接続部と、を備え、
    前記弾性チューブが、前記第1端部と前記第2端部とが互いに平行状となるようにU字型に湾曲した状態で前記接続部に支持され、
    前記第1端部において前記弾性チューブに圧入された前記第1管が、前記第1端部と共に前記第1保持部に保持され、
    前記弾性チューブ及び前記第1管が保持された状態で、前記第2保持部が前記第2管に接続可能に構成されている流体流通管接続具。
  2. 前記第1保持部は、筒状に形成された第1筒状部を備え、前記第1筒状部の内壁が前記弾性チューブの外周部に接触して前記弾性チューブを保持する請求項1に記載の流体流通管接続具。
  3. 前記第1筒状部は、前記弾性チューブの延在方向に沿って前記第1筒状部の全体に亘って延在するスリットを有する請求項2に記載の流体流通管接続具。
  4. 前記第2保持部は、筒状に形成された第2筒状部を備え、前記第2筒状部の内壁が前記弾性チューブの外周部に接触して前記弾性チューブを保持する請求項1から3の何れか一項に記載の流体流通管接続具。
  5. 前記第2筒状部の外壁が前記第2管の内壁に接触する請求項4に記載の流体流通管接続具。
  6. 前記第2筒状部は、先端に向かうに従って外壁間の距離が小さくなるテーパー状に形成されている、請求項4又は5に記載の流体流通管接続具。
  7. 前記接続部は、中心角が180°以下の弧状の溝状部を備え、前記溝状部は、前記弾性チューブに内側から接触して前記弾性チューブを内側から支持する、請求項1から6の何れか一項に記載の流体流通管接続具。
  8. 前記接続部は、前記第1保持部と前記第2保持部との間に、前記溝状部の対向する一対の側壁からそれぞれ突出して前記溝状部の底部とは反対側から前記弾性チューブを係止する係止部を備える請求項7に記載の流体流通管接続具。
  9. 高分子化合物により形成されている請求項1から8の何れか一項に記載の流体流通管接続具。
  10. 前記高分子化合物は、熱可塑性樹脂を含む請求項9に記載の流体流通管接続具。
  11. 前記高分子化合物を成型材料として射出成型により形成されている請求項9又は10に記載の流体流通管接続具。
  12. 前記第1管は、生物を培養する前記培養液の液面に交差して前記培養液中に挿入されて前記培養液に前記供給流体を供給する液中供給管であり、前記第2管は、前記液中供給管に前記供給流体を供給する外部供給管である請求項1から11の何れか一項に記載の流体流通管接続具。
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