JPWO2017149583A1

JPWO2017149583A1 - 部材連結機構及び部材連結方法

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Publication number: JPWO2017149583A1
Application number: JP2018502860A
Authority: JP
Inventors: 優輝小森
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2018-11-01
Anticipated expiration: 2036-02-29
Also published as: JP6614331B2; WO2017149583A1; CN108700559A; CN108700559B; US20190040990A1; US10883645B2

Abstract

部材連結機構は、先端面が開口した部材連結部を有する第１部材と、第１部材の部材連結部に連結される第２部材と、部材連結部の先端面の開口を封止するように第１部材と第２部材との間に挟み込まれた弾性封止部材と、第１部材と第２部材とを連結させる連結部材と、を備えている。連結部材は、第２部材の第１部材側の端部を保持する連結部材本体、及び連結部本体に設けられた弾性変形部を有し、弾性変形部の弾性力により第１部材と第２部材とを近接させる方向に押圧して連結する連結部材と、を備えている。連結部材の弾性変形部は、部材連結部の段差部と係合するように部材連結部の外周面又は内周面に向かって突起した突起部を有する。弾性変形部は、さらに、当該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を段差部に沿って摺動させるように弾性変形し、突起部が部材連結部の基端部から所定距離の位置へきたときに、弾性封止部材を必要量だけ変形させる弾性力を発生させる。突起部と段差部の摺動面のうち一方が高い硬度を有する高硬度材料で構成され、他方が高硬度材料よりも硬度が低くかつ高硬度材料に対して高い摺動性を有する樹脂で構成されている。

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及び気密を保って２つの部材を連結する部材連結方法に関するものである。このような部材連結機構及び部材連結方法は、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。試料気化ユニットの一例について説明すると、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（特許文献１参照。）。

一般的に、筐体の上面には試料気化室に通じる開口部が設けられており、その開口部はＯリングを挟み込んだ状態でシールキャップが装着されることにより封止されるようになっている。試料注入用のニードルを突き刺して試料を注入するための試料注入口はシールキャップに設けられている。シールキャップ内部には試料注入用のニードルが引き抜かれた後の試料注入口を再び閉じるためのセプタムが設けられている。

特開２００９−９２６７２号公報ＵＳ２００７／００９００７９Ａ１

筐体にシールキャップを取り付けるための構造としては、筐体側に設けられたネジとシールキャップ側に設けられたネジを螺合させてシールキャップを回して締め込む構造が一般的である。しかし、かかる構造では、シールキャップを着脱する際に、シールキャップをスパナなどの工具を使って回す必要があるが、試料注入口の周辺にはキャリアガス導入用の配管等があるため工具を回しにくく、容易な作業ではない。

試料気化ユニットの本体にシールキャップを装着する場合など、ある部材に別の部材を気密性を保って装着するような用途では、それらの部材間に挟み込まれたＯリングをある程度変形させるように、一定以上の強さでそれらの部材を締め付ける必要がある。しかし、上記のようにシールキャップを回してネジを締め込む方式では、Ｏリングを必要量だけ変形させるためにどれだけシールキャップを回す必要があるかが分かりにくく、シールキャップの締め込みが弱くなって試料気化室の気密が十分に保持されなかったり、シールキャップの締め込みが強すぎてＯリングを必要以上に変形させてしまい、Ｏリングが弾性変形しなくなって破損してしまったりすることがあった。

部材を容易に連結するための機構の一つとしてバヨネット式連結具がある（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に示されているようなバヨネット式の連結具では、２つの部材を連結させた状態で固定することはできる。しかし、ガスクロマトグラフにおける試料気化室内の気密性を維持するために用いられるＯリングを必要量だけ変形させるためには、少なくとも３０Ｎ程度の締め付け力が必要となるが、従来のバヨネット式の連結具はそのような用途を想定しておらず、従来のバヨネット式の連結具を用いても、Ｏリングを必要量だけ変形させるために必要な締め付け力は得られない。

そこで、本発明は、小型かつ簡易な構成で、限られたスペースにおいても必要な締め付け力をもって２つの部材を連結することができる部材連結機構を提供す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、前記部材連結部に連結される第２部材と、前記部材連結部の前記先端面の開口を封止するように前記第１部材と前記第２部材との間に挟み込まれた弾性封止部材と、前記第２部材の前記第１部材側の端部を保持する連結部材本体、及び前記連結部本体に設けられた弾性変形部を有し、前記弾性変形部の弾性力により前記第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連結部材と、を備えている。前記連結部材の前記弾性変形部は、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突起部を有し、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を前記段差部に沿って摺動させるように弾性変形し、前記突起部が前記部材連結部の基端部から所定距離の位置へきたときに、前記弾性封止部材を必要量だけ変形させる弾性力を発生させるものである。前記突起部と前記段差部の摺動面のうち一方が高い硬度を有する高硬度材料で構成され、他方が前記高硬度材料よりも硬度が低くかつ前記高硬度材料に対して高い摺動性を有する樹脂で構成されている。

ここで、高硬度材料とは、以下に挙げられるようなスーパーエンジニアリングプラスチック等の樹脂よりも高い硬度を有する金属などの材料をいう。

突起部はスーパーエンジニアリングプラスチックからなるものであってもよい。ここでのスーパーエンジニアリングプラスチックとは、摺動性及び耐摩耗性に優れた材質であって、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等が挙げられる。かかるスーパーエンジニアリングプラスチックを突起部の材料として用いることで、突起部の摺動性及び耐摩耗性が向上し、３０Ｎ程度の力で段差部の側面を２０００回程度摺動させても摩耗粉が生じなくなる。さらに、スーパーエンジニアリングプラスチックは摩擦抵抗が低いため、突起部が金属である場合に比べて連結部材を回す際の操作性も向上する。さらに、かかるスーパーエンジニアリングプラスチックは耐熱性にも優れているため、例えばガスクロマトグラフの試料気化ユニットにおけるキャップの着脱機構に適用することができる。

また、突起部の表面又は段差部の摺動面に摩擦係数を低減する樹脂コーティングが施されたものであってもよい。そのようなコーティングとしては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）コーティング、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）コーティング等が挙げられる。

前記突起部は、前記弾性変形部に設けられた孔に圧入されたピンであることが好ましい。そうすれば、構成が簡単であり、ピンが摩耗したときにピンを交換することができる。

本発明に係る部材連結機構の好ましい実施態様として、前記連結部材本体は、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部材であり、前記弾性変形部は、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、前記第１部材の前記端面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ものが挙げられる。

弾性変形部は角バネにより構成されていることが好ましい。角バネとは、断面形状が四角形である板バネをいう。かかる角バネは他のバネよりもバネ定数が大きくなり、小さい変形量で大きな弾性力を得ることができる。これにより、連結部材をさらに小型にすることができる。

連結部材の大きさとしては、前記弾性変形部が弾性変形していない状態において、前記連結部材の前記第２部材側端部から前記第１部材側の端部までの、前記部材連結部の先端面に垂直な方向における長さが２０ｍｍ以下であることが好ましい。そうすれば、ガスクロマトグラフの試料気化室等、スペースの限られた部分に設けることができる。

前記弾性変形部のバネ定数は３０Ｎ/ｍｍ以上、１００Ｎ/ｍｍ以下であることが好ましい。バネ定数は３０Ｎ/ｍｍ以上にすれば、弾性変形部を小型にしてその最大変形量を２ｍｍ以下にしても、第１部材と第２部材との間に挟み込まれた弾性封止部材を必要量だけ変形させるために必要な締め付け力を得ることができ、かつ弾性封止部材を必要以上に変形させて破損することを防止することができる。

本発明に係る部材連結方法は、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部材に、前記第１部材とは別の第２部材を連結する方法である。この方法は、第２部材の第１部材側の端部を保持する連結部材本体、及び連結部本体に設けられた弾性変形部を有し、弾性変形部に部材連結部の段差部と係合し当該連結部材の回転に伴って段差部に沿って摺動するように、部材連結部の外周面又は内周面に向かって突起した突起部が設けられた連結部材を用いる。突起部と段差部の摺動面のうち一方を高い硬度を有する高硬度材料で構成するとともに、他方を高硬度材料よりも硬度が低くかつ高硬度材料に対して高い摺動性を有する樹脂で構成しておく。
そして、以下のステップにより、第１部材と第２部材を連結する。
部材連結部の前記先端面の開口を封止するように第１部材と第２部材との間に弾性封止部材を挟み込むステップ、
連結部材本体で前記第２部材を保持するステップ、
突起部を第１部材の段差部に係合させるステップと、及び
連結部材を一定方向へ回転させることにより、突起部を段差部に沿って部材連結部の基端部から所定距離の位置まで摺動させて弾性変形部を変形させ、弾性変形部に弾性封止部材を必要量だけ変形させる弾性力を発生させるステップ。

本発明に係る部材連結機構では、連結部材の弾性変形部に突起部が設けられており、その突起部が第１部材の部材連結部の外周面又は内周面に設けられた段差部と係合し、連結部材の連結部材本体が第２部材の第１部材側の端部と係合するように構成されているので、連結部材における突起部と連結部材本体との間の間隔が非常に短く、連結部材を小型にすることができる。これにより、ガスクロマトグラフの試料気化室等、スペースの限られた部分に連結部材を設けることができる。さらに、連結部材を回転させて突起部を段差部に沿って摺動させ、突起部が前記部材連結部の基端部から所定距離の位置へきたときに、弾性変形部に弾性封止部材を必要量だけ変形させる弾性力が発生するようになっているので、作業者が連結部材を回転させるだけで、弾性変形部の弾性力によって第１部材の開口を確実に封止しながら第１部材と第２部材とを連結させることができ、第１部材の開口の封止しながら第１部材と第２部材とを連結させるという作業を容易に行なうことができる。

ここで、弾性封止部材の代表例であるＯリングを変形させて開口を封止するためには、第１部材と第２部材とを３０Ｎ以上の力で押し付ける必要があり、弾性変形部にはそれだけの弾性力が発生する。したがって、連結部材を回転させる際、弾性変形部の突起部は強い力で段差部の斜面に押し付けられながら段差部の側面を摺動することとなる。段差部と突起部がともに金属で構成されていた場合は、１００〜２００回程度の摺動で摩耗粉が発生し、段差部の側面に摩耗による凹凸が発生し、連結部材を回す際の操作感が悪化する場合や、突起部が摩耗して連結部材の交換が必要となる場合がある。

これに対し、本発明においては、突起部と段差部の摺動面のうち一方が高い硬度を有する高硬度材料で構成され、他方が高硬度材料よりも硬度が低くかつ高硬度材料に対して高い摺動性を有する樹脂で構成されている。互いに摺動する部材のうち一方の部材が高い高硬度材料で構成され、他方の部材がそれよりも低い硬度の材料で構成されていた場合は、硬度の低い他方の部材側が摩耗することとなるが、硬度の低い他方の部材側にその高硬度材料に対して高い摺動性をもつ樹脂を用いることで、互いの部材の摩耗を防止することができる。

なお、既述のように、２つの部材を連結して固定するバヨネット式の連結具においても、突起部を溝や段差に係合させて摺動させるような構造が考えられるが、かかるバヨネット式の連結具は、Ｏリングを必要な量だけ変形させるような強い力で締め付けるものでないため、摺動による摩耗は発生しにくい。したがって、バヨネット式連結具のような従来の連結具では摺動面の摩耗を考慮する必要はない。

本発明に係る部材連結方法においても、上記の部材連結機構と同様に、作業者が連結部材を回転させるだけで、弾性変形部の弾性力によって第１部材の開口を確実に封止しながら第１部材と第２部材とを連結させることができ、第１部材の開口の封止しながら第１部材と第２部材とを連結させるという作業を容易に行なうことができる。そして、突起部と段差部のうち一方の摺動面が高い硬度を有する高硬度材料で構成され、他方の摺動面が高硬度材料よりも硬度が低くかつ高硬度材料に対して高い摺動性を有する樹脂で構成されているので、突起部と段差部の双方の摩耗を抑制することができる。

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。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によりキャップ装着部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の側面に沿って摺動し、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。弾性変形部３４の先端に内側に向かって突起した突起部をなすピン３６が設けられている。この実施例においてピン３６は、弾性変形部３４の先端に設けられた貫通孔に圧入されることで弾性変形部３４に固定されている。２つの弾性変形部３４ｂは同一形状を有し、それぞれの先端のピン３６が互いに対向する位置に配置されている。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（作用部）が設けられている。

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６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を段差部３０の側面３０ｂ及び３０ｃに沿って摺動させるように連結部材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）。

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に沿って摺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の終点位置まできたときに、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。

連結部材３４は、例えば連結部材本体３４ａの厚みが１ｍｍ程度で外径が３０ｍｍ程度、弾性変形部３４ｂの厚みが１．５ｍｍ程度で外径が３０ｍｍ程度、連結部材本体３４ａと弾性変形部３４ｂとの間の隙間が２ｍｍ程度である。

連結部材３４の材質としては、析出硬化処理や固溶化処理の施されたステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ６３０など）やバネ材としてのステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０１ＣＳＰやＳＵＳ３０４ＣＳＰなど）、合金鋼（例えば、ＳＣＭ４２０、ＳＣＭ４４５、ＳＮＣＭ６３０など）、チタン合金（例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ（６４チタン）など）、銅合金（例えば、ベリリウム銅やリン青銅など）などの１０００ＭＰａ程度の引張強さをもつ材料が適当である。

弾性変形部３４ｂの断面形状は四角形であり、そのバネ定数は３０Ｎ/ｍｍ以上であり、最大変位量が２ｍｍ以下でも１００Ｎ弱程度の弾性力を発生させる。これにより、連結部材３４の全体の厚みが２０ｍｍ以下であるにもかかわらず、Ｏリング４６を必要量だけ変形させるのに必要な締め付け力を得ることができる。

ここで、試料気化ユニット２は内部で試料を気化するものであるから、筐体１４は２００℃以上の高温になる。そのため、筐体１４は耐熱性に優れた金属で構成され、筐体１４と一体として設けられたキャップ装着部２０も同様に金属で構成されている。連結部材３４のピン３６はキャップ装着部２０の段差部３０に接するものであるから、ピン３６には耐熱性が必要である。連結部材３４が、例えば一般的なバヨネット式の連結具のように、２つの部材を単に連結して固定するためだけのものであるとすれば、ピン３６を耐熱性に優れた金属にすればよい。

しかし、この実施例における連結部材３４は、上述のように、弾性変形部３４ｂに発生する３０Ｎ以上の大きな弾性力を利用してＯリング４６を変形させるものであるから、連結部材３４を回してシールキャップ２２を締め込んでいくと、弾性変形部３４ｂの弾性力によってピン３６と段差部３０の側面とが強い力で互いに押し付けられる。したがって、ピン３６を金属とすると、金属面である段差部３０の側面に沿ってピン３６を摺動させるときに金属同士を強い力で摩擦させることとなり、段差部３０の側面に摩耗による凹凸が形成されたり、ピン３６が摩耗してしまったりするという問題がある。

この実施例の連結部材３４に設けられているピン３６は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂などのスーパーエンジニアリングプラスチックからなるものである。かかるスーパーエンジニアリングプラスチックは耐熱性、摺動性及び耐摩耗性に優れ、２００℃以上の高温になる試料気化ユニット２への用途に耐えつつ、ピン３６が段差部３０の側面に沿って摺動する際の摩擦抵抗を低減し、ピン３６及び段差部３０の摩耗を抑制することができる。また、ピン３６を摺動性の優れたスーパーエンジニアリングプラスチックにより構成することで、ピン３６が金属である場合に比べて連結部材３４を回す際の操作性も向上する。

なお、上記の実施例では、段差部３０と係合させる突起部として、弾性変形部３４ｂの穴に圧入されたスーパーエンジニアリングプラスチックからなるピン３６が挙げられているが、段差部３０に係合させることができかつ高硬度材料である金属よりも低い硬度をもち、その金属に対して高い摺動性を有する樹脂表面をもつ突起であれば、上記ピン３６に代えて適用することができる。

ピン３６に代わる突起部の一例として、摺動性及び耐摩耗性に優れたスーパーエンジニアプラスチックなどの樹脂からなるキャップが被せられた金属突起が挙げられる。金属突起は、弾性変形部３４ｂと一体として設けられたものであってもよいし、弾性変形部３４ｂに事後的に取り付けられたものであってもよい。

また、ピン３６に代わる突起部の他の例として、金属との間の摩擦係数を低減する樹脂コーティングが施された金属突起が挙げられる。この場合も、金属突起は、弾性変形部３４ｂと一体として設けられたものであってもよいし、弾性変形部３４ｂに事後的に取り付けられたものであってもよい。金属との間の摩擦係数を低減する樹脂コーティングとしては、ＰＴＦＥコーティング、ＰＥＥＫコーティング等が挙げられる。
また、ピン３６が金属であり、段差部３０の側面に、金属よりも硬度が低く、金属に対して高い摺動性を有する、ＰＴＦＥコーティング、ＰＥＥＫコーティング等の樹脂コーティングが施されていても、段差部３０とピン３６の摺動面の摩耗を抑制することができる。

以上において説明した実施例では、連結部材３４が２枚の円板部材（連結部材本体３４ａと２つの弾性変形部３４ｂ）からなる構成のため、外気と接触する表面積が大きく、放熱フィンの役割を果たす。これにより、シールキャップ２２の冷却が速やかに行われる。

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（突起部）
３８レバー（作用部）
４０セプタム
４２貫通孔
４４Ｃ型止め輪
４６Ｏリング

Claims

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、
前記部材連結部の前記先端面の開口を封止するように前記第１部材と前記第２部材との間に挟み込まれた弾性封止部材と、
前記第２部材の前記第１部材側の端部を保持する連結部材本体、及び前記連結部本体に設けられた弾性変形部を有し、前記弾性変形部の弾性力により前記第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連結部材と、を備え、
前記連結部材の前記弾性変形部は、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突起部を有し、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を前記段差部に沿って摺動させるように弾性変形し、前記突起部が前記部材連結部の基端部から所定距離の位置へきたときに、前記弾性封止部材を必要量だけ変形させる弾性力を発生させるものであり、前記突起部と前記段差部の摺動面のうち一方が高い硬度を有する高硬度材料で構成され、他方が前記高硬度材料よりも硬度が低くかつ前記高硬度材料に対して高い摺動性を有する樹脂で構成されている部材連結機構。
前記突起部はスーパーエンジニアリングプラスチックからなる請求項１に記載の部材連結機構。
前記突起部の表面又は前記段差部の摺動面に前記高硬度材料との間の摩擦係数を低減する樹脂コーティングが施されている請求項１に記載の部材連結機構。
前記突起部は、前記弾性変形部に設けられた孔に圧入されたピンである請求項１に記載の部材連結機構。
前記連結部材本体は、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部材であり、
前記弾性変形部は、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、前記第１部材の前記端面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４のいずれか一項に記載の部材連結機構。
前記弾性変形部が弾性変形していない状態において、前記連結部材の前記第２部材側端部から前記第１部材側の端部までの、前記部材連結部の先端面に垂直な方向における長さは２０ｍｍ以下である請求項１に記載の部材連結機構。
前記弾性変形部のバネ定数は３０Ｎ/ｍｍ以上、１００Ｎ/ｍｍ以下である請求項１に記載の部材連結機構。
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部材に、前記第１部材とは別の第２部材を連結する方法であって、
前記第２部材の前記第１部材側の端部を保持する連結部材本体、及び前記連結部本体に設けられた弾性変形部を有し、前記弾性変形部に前記部材連結部の前記段差部と係合し当該連結部材の回転に伴って前記段差部に沿って摺動するように、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突起部が設けられた連結部材を用い、
前記突起部と前記段差部の摺動面のうち一方を高い硬度を有する高硬度材料で構成するとともに、他方を前記高硬度材料よりも硬度が低くかつ前記高硬度材料に対して高い摺動性を有する樹脂で構成し、
前記部材連結部の前記先端面の開口を封止するように前記第１部材と前記第２部材との間に弾性封止部材を挟み込むステップと、
前記連結部材本体で前記第２部材を保持するステップと、
前記突起部を前記第１部材の前記段差部に係合させるステップと、
前記連結部材を一定方向へ回転させることにより、前記突起部を前記段差部に沿って前記部材連結部の基端部から所定距離の位置まで摺動させて前記弾性変形部を変形させ、前記弾性変形部に前記弾性封止部材を必要量だけ変形させる弾性力を発生させるステップと、を備えた部材連結方法。