在與配對(duì)物配合時(shí)減少流體體積的連接器的制造方法
【專利說(shuō)明】在與配對(duì)物配合時(shí)減少流體體積的連接器
[0001]發(fā)明背景
本公開大體上涉及一種與配對(duì)物配合時(shí)減少流體體積的連接器。
[0002]在麻醉或強(qiáng)化監(jiān)護(hù)中，病人的狀況時(shí)常通過(guò)例如分析病人呼出的空氣的二氧化碳含量而進(jìn)行監(jiān)測(cè)。出于這個(gè)原因，可將小部分呼吸氣體傳送至氣體分析器。樣本沿著取樣管運(yùn)送，取樣管時(shí)常在一端連接至呼吸管轉(zhuǎn)接器，并且另一端連接至氣體分析器。這種取樣管通常是一次性的，并且必須具有某種可靠且緊密但簡(jiǎn)單且廉價(jià)的連接器。呼吸系統(tǒng)中幾乎所有氣動(dòng)的連接器都具有漸縮的錐形接觸表面。這種連接器是簡(jiǎn)單的，易于連接且制造起來(lái)廉價(jià)，并且它們還提供氣密且可靠的連接。諸如眾所周知的被稱為L(zhǎng)uer-Lok ?的配合(美國(guó)新澤西州Franklin Lakes的Becton，Dickinson and Company的注冊(cè)商標(biāo))的連接已經(jīng)普遍用于氣體取樣，但也可使用其它具有不同尺寸的相似的連接器。連接器的漸縮部分通常是具有筆直的截面?zhèn)鹊腻F形，因?yàn)槠淅么蟮慕佑|面積給出可靠且緊密的連接。漸縮部分原則上還可具有彎曲的截面?zhèn)?，或者一個(gè)漸縮連接器結(jié)合適當(dāng)設(shè)計(jì)的半剛性的配對(duì)物。負(fù)責(zé)緊密性的接觸表面始終在連接器的漸縮部分上。其它可能性將是圓柱形的連接器，其具有軸向或徑向墊圈，但它們更為復(fù)雜且昂貴，并因此不適合作為一次性構(gòu)件。這種連接器通常用于例如壓縮氣體管線或更持久性質(zhì)的氣體管線中。
[0003]用于氣體取樣的廣泛使用的連接器在不久的將來(lái)將被禁用于氣體測(cè)量應(yīng)用。新的標(biāo)準(zhǔn)化連接器將被引入氣體應(yīng)用。那種連接器由IS080396限定。其在原理上類似于用于氣體取樣的廣泛使用的連接器，但只是更大些。增加的尺寸具有其缺陷。增加的尺寸對(duì)于測(cè)量的上升時(shí)間和測(cè)量精度具有負(fù)面影響。增加的尺寸增加了連接內(nèi)部的死空間。死空間增加了取樣氣體的混合并因此增加了測(cè)量的上升時(shí)間，并更難以使用低的樣本流量以及監(jiān)視高的呼吸率。
[0004]諸如死空間的額外的流體體積在漸縮連接中是特別固有的，其通常用于病人呼吸回路中。在圖1中顯示了具有醫(yī)療氣體分析器11的這種呼吸回路。病人I利用插管3、Y形件4、吸氣支管5和呼氣支管6連接至呼吸器2。在呼吸回路中，通常包括用于流體取樣的氣路轉(zhuǎn)接器7。這個(gè)呼吸回路中的所有呼吸管連接器通常是錐形漸縮的，但額外的體積特別對(duì)于新生兒使用是很重要的。關(guān)于新生兒換氣的額外體積問(wèn)題的原因在于管尺寸是為成人或兒科使用而設(shè)計(jì)的。呼吸回路中的額外的體積意味著新生兒的肺中的氣體交換會(huì)因?yàn)槲鼩夂秃魵獾臍怏w混合而削弱。流體取樣管線8同樣利用轉(zhuǎn)接器末端9中和輸入10處的漸縮連接配合而連接至氣體分析器11。這些連接器通常是相同的，并且可能是錐形漸縮的，類似于市場(chǎng)上眾所周知的流體連接或者如進(jìn)一步所述的漸縮。
[0005]設(shè)計(jì)為用于實(shí)時(shí)測(cè)量呼吸氣體的氣體分析器必須足夠快速以分辨氣體含量中的變化。這對(duì)于二氧化碳尤其如此，其從吸氣階段中的接近于零變化至呼吸循環(huán)的呼氣階段中的大約5%。這樣使整個(gè)氣體取樣系統(tǒng)流線化是非常重要的。具有減慢響應(yīng)的系統(tǒng)的許多部分可能很容易達(dá)到不可接受的氣體分析器性能。例如二氧化碳的增加的上升時(shí)間的原因通常是額外的流體體積、氣體管線中的死空間，在此處氣體流動(dòng)減慢。漸縮錐形連接器易于受到這種死空間的影響，尤其是如果內(nèi)部尺寸顯著大于孔或取樣管線本身的那些時(shí)。錐形連接器的內(nèi)在結(jié)構(gòu)使得死空間始終被引入，并且數(shù)量嚴(yán)重依賴于錐形尺寸的公差。連接器必須容許軸向或縱向游隙，從而避免軸向接觸的情形，因?yàn)槟菢拥脑捒赡馨l(fā)生空氣泄漏。因此，公差始終在連接中限定了軸向額外的流體體積，以確保錐形表面處的緊密性。
[0006]對(duì)于差不多穩(wěn)定性的氣體成分，額外的體積對(duì)于測(cè)量可能沒有任何較大的影響，但是對(duì)于氣體成分方面的快速變化，情形是不同的，尤其當(dāng)利用快速氣體分析器時(shí)。這在圖4的曲線圖中顯示。虛線A代表典型的氣體濃度值的測(cè)量，其作為以毫秒為單位的時(shí)間的函數(shù)從大約零快速地升高至最大相對(duì)值I。這可為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的漸縮連接對(duì)氣體分析器11所測(cè)量的從病人吐出的二氧化碳的響應(yīng)時(shí)間的貢獻(xiàn)的曲線圖，其從零升高至大約5%的量。上升時(shí)間被限定為在最大測(cè)量值的10%至90%之間的時(shí)間，最大測(cè)量值在這種情況下為I。從中可看出，曲線非常緩慢地達(dá)到其終值，留下之前氣體的軌跡，例如部分吸入的無(wú)二氧化碳的氣體。這種軌跡時(shí)常在信號(hào)具有達(dá)到其90%值之前已經(jīng)開始，其結(jié)果是在上升時(shí)間值方面相當(dāng)大的增加。相同的情形適用于從最大值I至零的下降時(shí)間。當(dāng)假定只有大約1ms時(shí)，曲線A的上升時(shí)間大約為40ms。如果氣體分析器11的氣動(dòng)系統(tǒng)另外經(jīng)過(guò)優(yōu)化，那么這種尾跡可能減少精度，甚至超出規(guī)定。取樣管線中若干個(gè)相似的連接當(dāng)然將進(jìn)一步惡化情形。不必說(shuō)，如果漸縮連接具有比上面所給更大的尺寸的話，那么相同的情形甚至更為顯著。注意曲線只顯示了來(lái)自漸縮連接的貢獻(xiàn)，而非病人的最終呼吸曲線，二氧化碳描記圖。大約10ms的短的呼氣時(shí)間段僅僅用于舉例說(shuō)明的目的。
[0007]最小的死空間在氣相色譜法或液相色譜法中也是重要的。利用毛細(xì)管形成連接的努力是眾所周知的。母連接部分是略微漸縮的，從而容納圓柱形的毛細(xì)管，并形成緊密的壓配合。這種連接器配合是針對(duì)液相色譜法或氣相色譜法中所遭遇的條件特別設(shè)計(jì)的，并且不意在用于類似氣體分析器中重復(fù)形成的可靠連接。堅(jiān)固性不可避免地增加死空間到連接孔。
[0008]在新生兒應(yīng)用中，主換氣回路的額外的流體體積必須盡可能地小。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題存在不同的解決方案。這些連接也是錐形漸縮的，即使這些尺寸比用于氣體取樣系統(tǒng)的尺寸大得多。在一種解決方案中，存在填充死空間的滑動(dòng)的內(nèi)部通道，并且在另一解決方案中使用可壓縮的部件消除額外的流體體積。然而，尤其對(duì)于小的一次性的連接器，例如用于氣體分析器的取樣管線中的那些連接器，這種移動(dòng)的或可壓縮的特征將難以實(shí)現(xiàn)，并且將增加一次性附件的費(fèi)用。
[0009]因?yàn)樯a(chǎn)量可能是每年數(shù)百萬(wàn)，所以連接器通常利用注塑模制來(lái)制成。因?yàn)榇蟮捏w積，模具時(shí)常具有多個(gè)腔室以增加生產(chǎn)能力。較多的腔室通常還意味著較低的部件成本。另一方面，較多的腔室還使生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜化，使得過(guò)程更難以控制。在例如上述錐形連接器的情況下，重要的特征包括例如密封面的尺寸精度、閉鎖特征的尺寸精度、焊接線路控制和凹痕控制。存在許多變量，其是歸因于好的結(jié)果或壞的結(jié)果的因素。這些參數(shù)包括例如材料性質(zhì)、模具結(jié)構(gòu)、注入點(diǎn)、注入壓力、保持壓力以及其它已知的過(guò)程參數(shù)。所有參數(shù)都可用于單腔室模具和多腔室模具中的過(guò)程控制。部件幾何形狀和結(jié)構(gòu)在多腔室模具中變得更加重要。換句話說(shuō)，壞的部件結(jié)構(gòu)在單腔室模具中比在多腔室模具中可能更容易利用過(guò)程參數(shù)補(bǔ)償。
[0010]需要連接器部件的尺寸精度產(chǎn)生無(wú)泄漏的密封，以防止超出規(guī)格要求，并且最大限度地減小錐形連接的末端必須存在的死空間。
[0011]為了保留密封的完整性，密封面必須沒有任何顯著的凹痕、大的焊接線或短的焊點(diǎn)。因此注塑模制部件的表面厚度必須足夠小，以避免當(dāng)熔化的材料在注入之后在模具內(nèi)部冷卻下來(lái)時(shí)收縮，但必須足夠大，以確保良好的填充置信度。小的收縮問(wèn)題可利用過(guò)程參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)模腔數(shù)量增加且尤其當(dāng)部件幾何形狀不是最佳時(shí)，調(diào)整變得更難以完成。部件的壁厚必須優(yōu)選在整個(gè)部件周圍是均勻的，或者朝著填充方向逐漸地收縮。因此大體積的特征不是所需的。
[0012]在圖2中描繪了現(xiàn)有技術(shù)的流體連接。其包括母連接器12和公連接器14，母連接器具有錐形漸縮的內(nèi)表面13，并且公連接器14具有對(duì)應(yīng)的錐形漸縮的外表面15。另外，存在螺紋附件16以固定該連接。連接配合的至少一個(gè)末端通常附接至具有內(nèi)徑Dl的取樣管線8。取樣管線插入連接器的內(nèi)部，但沒有遠(yuǎn)到低于漸縮表面。對(duì)于氣體取樣，取樣管線8的內(nèi)徑Dl通常大約為1mm。在公連接器內(nèi)部，在錐形漸縮表面15的下面，直徑時(shí)常被加寬至大約D2=
2.5mm，這明顯是出于制造原因。加寬區(qū)域位于漸縮表面15的下面，并且朝著連接器末梢打開。這個(gè)額外的體積當(dāng)然增加了連接的額外體積，但可以很容易地通過(guò)減少直徑來(lái)消除，諸如圖3中所示，或者通過(guò)使取樣管線8延伸更靠近連接器末梢，其將導(dǎo)致取樣管線末梢未支撐在內(nèi)徑D2中的大的死空間的內(nèi)部。
[0013]根據(jù)眾所周知的連接器的規(guī)格，如圖2中所示，母連接器在其底端的內(nèi)徑D3大約為3.8mm。因?yàn)檫B接器不能容許被軸向接觸，所以關(guān)于長(zhǎng)度LI的間隙和公差可利用6%或大約3.4度的漸縮部分的給定公差進(jìn)行計(jì)算。這個(gè)長(zhǎng)度LI可在最小1.0mm和大約2.8_之間變化。其還限定了額外的體積17，諸如連接內(nèi)部的額外空間。特別因?yàn)槠鋬?nèi)徑D3(內(nèi)徑D3幾乎是取樣管線8的直徑Dl的四倍)，額外的體積將對(duì)氣體分析器11的響應(yīng)時(shí)間具有影響。這樣的原因是部分氣體流填充這個(gè)體積，其然后用作從正在流動(dòng)的時(shí)間之前的一段時(shí)間的用于氣體成分的儲(chǔ)器。內(nèi)