在與配對物配合時減少流體體積的連接器的制造方法
【專利說明】在與配對物配合時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物配合時減少流體體積的連接器。
[0002]在麻醉或強化監(jiān)護中，病人的狀況時常通過例如分析病人呼出的空氣的二氧化碳含量而進行監(jiān)測。出于這個原因，可將小部分呼吸氣體傳送至氣體分析器。樣本沿著取樣管運送，取樣管時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單且廉價的連接器。呼吸系統(tǒng)中幾乎所有氣動的連接器都具有漸縮的錐形接觸表面。這種連接器是簡單的，易于連接且制造起來廉價，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Luer-Lok ?的配合(美國新澤西州Franklin Lakes的Becton，Dickinson and Company的注冊商標)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，因為其利用大的接觸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)龋蛘咭粋€漸縮連接器結(jié)合適當設(shè)計的半剛性的配對物。負責(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將被禁用于氣體測量應(yīng)用。新的標準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。增加的尺寸對于測量的上升時間和測量精度具有負面影響。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量的上升時間，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題的原因在于管尺寸是為成人或兒科使用而設(shè)計的。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因為吸氣和呼氣的氣體混合而削弱。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，類似于市場上眾所周知的流體連接或者如進一步所述的漸縮。
[0005]設(shè)計為用于實時測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。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，因為那樣的話可能發(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]對于差不多穩(wěn)定性的氣體成分，額外的體積對于測量可能沒有任何較大的影響，但是對于氣體成分方面的快速變化，情形是不同的，尤其當利用快速氣體分析器時。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量，其作為以毫秒為單位的時間的函數(shù)從大約零快速地升高至最大相對值I。這可為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的漸縮連接對氣體分析器11所測量的從病人吐出的二氧化碳的響應(yīng)時間的貢獻的曲線圖，其從零升高至大約5%的量。上升時間被限定為在最大測量值的10%至90%之間的時間，最大測量值在這種情況下為I。從中可看出，曲線非常緩慢地達到其終值，留下之前氣體的軌跡，例如部分吸入的無二氧化碳的氣體。這種軌跡時常在信號具有達到其90%值之前已經(jīng)開始，其結(jié)果是在上升時間值方面相當大的增加。相同的情形適用于從最大值I至零的下降時間。當假定只有大約1ms時，曲線A的上升時間大約為40ms。如果氣體分析器11的氣動系統(tǒng)另外經(jīng)過優(yōu)化，那么這種尾跡可能減少精度，甚至超出規(guī)定。取樣管線中若干個相似的連接當然將進一步惡化情形。不必說，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自漸縮連接的貢獻，而非病人的最終呼吸曲線，二氧化碳描記圖。大約10ms的短的呼氣時間段僅僅用于舉例說明的目的。
[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管，并形成緊密的壓配合。這種連接器配合是針對液相色譜法或氣相色譜法中所遭遇的條件特別設(shè)計的，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。對于這個問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，這種移動的或可壓縮的特征將難以實現(xiàn)，并且將增加一次性附件的費用。
[0009]因為生產(chǎn)量可能是每年數(shù)百萬，所以連接器通常利用注塑模制來制成。因為大的體積，模具時常具有多個腔室以增加生產(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)過程復(fù)雜化，使得過程更難以控制。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、注入壓力、保持壓力以及其它已知的過程參數(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，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程參數(shù)補償。
[0010]需要連接器部件的尺寸精度產(chǎn)生無泄漏的密封，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。因此注塑模制部件的表面厚度必須足夠小，以避免當熔化的材料在注入之后在模具內(nèi)部冷卻下來時收縮，但必須足夠大，以確保良好的填充置信度。小的收縮問題可利用過程參數(shù)進行調(diào)整。當模腔數(shù)量增加且尤其當部件幾何形狀不是最佳時，調(diào)整變得更難以完成。部件的壁厚必須優(yōu)選在整個部件周圍是均勻的，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，但沒有遠到低于漸縮表面。對于氣體取樣，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。這個額外的體積當然增加了連接的額外體積，但可以很容易地通過減少直徑來消除，諸如圖3中所示，或者通過使取樣管線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。因為連接器不能容許被軸向接觸，所以關(guān)于長度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行計算。這個長度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。特別因為其內(nèi)徑D3(內(nèi)徑D3幾乎是取樣管線8的直徑Dl的四倍)，額外的體積將對氣體分析器11的響應(yīng)時間具有影響。這樣的原因是部分氣體流填充這個體積，其然后用作從正在流動的時間之前的一段時間的用于氣體成分的儲器。內(nèi)