(57)【要約】      （修正有）【課題】多位置切換弁の接続配管取付構造に於いて、加工、取付が容易な弾性機能を有する配管取付構造を提供する。【解決手段】細長い管部材２１と、弾性フェルール装置２４と、弾性フェルール装置２４の周りに配置された支持リング３０とを有する管接合部が開示されている。弾性フェルール装置２４は、管部材２１を受け入れるサイズのカップ状受入凹部３６を備える。管接合部は、さらに、外面と、反対側の内面と、貫通する管受入通路３５とを有するキャップ部材３１を備える。キャップ部材３１が弁装置に取り付けられると、支持リング３０および弾性フェルール装置２４は、カップ状凹部３６によって圧縮され、管口２２と弁装置の連通口４５との間に流体密シールを形成する。【選択図】図５
2014066359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの流体連通口を規定するディスク面を有するマイクロ流体弁装置のための管接合アセンブリであって、
管装置であって、
遠位端に管口を有する細長い管部材と、
近位端、遠位端、および、貫通穴を備えた本体部材を有する弾性フェルール装置とを備え、前記穴は、前記管部材の前記遠位端を圧入滑りばめできるような形状および寸法を有する管装置と、
外面、反対側の内面、および、前記外面から前記内面まで伸びる管受入通路を有するキャップ部材であって、前記管受入通路は、前記管部材の横断面の寸法を軸方向に滑りばめできる形状および寸法を有し、前記キャップ部材は、さらに、前記内面から前記外面に向かって伸びるカップ状受入凹部を規定し、前記カップ状受入凹部は、少なくとも前記本体部材の遠位端が前記キャップ部材の前記内面を越えて遠位方向に伸びるように、少なくとも前記フェルール本体部材の前記近位端を軸方向に受け入れることができる形状および寸法を有するキャップ部材と
を備え、
前記管口を前記ディスク面の前記流体連通口に整列させるように前記キャップ部材が前記弁装置に取り付けられると、前記弾性フェルール装置は、前記キャップ部材によって圧縮されて、前記管口と前記流体連通口との間に流体密シールを形成する
管接合アセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載の管接合アセンブリであって、
前記管装置は、さらに、圧入で前記フェルール本体部材の一部の周りに配置された剛性の支持リングを備える管接合アセンブリ。
【請求項３】
請求項２に記載の管接合アセンブリであって、
前記カップ状受入凹部は、前記フェルール本体部材および前記支持リングの少なくとも一方を当接して着座させ圧縮するように形成された遠位向きの接触ショルダによって部分的に規定され、
外面、反対側の内面、および、前記外面から前記内面まで伸びる管受入通路を有する前記キャップ部材において、前記管受入通路は、前記管部材の横断面の寸法を軸方向に滑りばめできる形状および寸法を有し、前記キャップ部材は、さらに、前記内面から前記外面に向かって伸びるカップ状受入凹部を規定し、前記カップ状受入凹部は、少なくとも前記本体部材の遠位端が前記キャップ部材の前記内面を越えて遠位方向に伸びるように、少なくとも前記フェルール本体部材の前記近位端と前記支持リングとを軸方向に受け入れることができる形状および寸法を有する管接合アセンブリ。
【請求項４】
請求項３に記載の管接合アセンブリであって、
前記フェルール本体部材は、第１の直径を有する圧縮部分と、第２の直径を有するクリンプ部分とを有し、前記第２の直径は、リング接触ショルダが間に形成されるように前記第１の直径よりも小さく、前記クリンプ部分は、前記キャップ部材が前記弁装置に取り付けられた時に、前記支持リングの遠位端が前記リング接触ショルダに当接して前記フェルール圧縮部分の圧縮変形を引き起こすように前記支持リングを滑りばめするために形成される管接合アセンブリ。
【請求項５】
請求項４に記載の管接合アセンブリであって、
前記支持リングの近位端部が、前記キャップ部材の前記接触ショルダに当たって着座する管接合アセンブリ。
【請求項６】
請求項２に記載の管接合アセンブリであって、
前記弾性フェルール装置の前記本体部材は、約５００ｐｓｉないし約２０，０００ｐｓｉの範囲の弾性率を有する管接合アセンブリ。
【請求項７】
請求項２に記載の管接合アセンブリであって、
前記キャップ部材は、前記外面から前記内面まで伸びる花弁状スロットを規定し、前記花弁状スロットは、一方の側にフェルール通路を有し、その反対側の前記管受入通路までテーパ状になっており、前記フェルール通路は、前記フェルール装置を軸方向に滑りばめできる形状および寸法を有する管接合アセンブリ。
【請求項８】
軸を中心に放射状に離間された複数の流体連通口を有するディスク面を備えたマイクロ流体弁装置のための管接合アセンブリであって、
複数の管アセンブリであって、各々が、
遠位端に管口を有する細長い管部材と、
近位端、遠位端、および、貫通穴を備えた本体部材を有する弾性フェルール装置であって、前記穴は、前記管部材の前記遠位端を滑りばめできるよう形状および寸法を有する弾性フェルール装置とを備える複数の管アセンブリと、
それぞれの前記フェルール本体部材の一部の周りに配置された剛性の支持リング装置とを備える複数の管アセンブリと、
外面と、反対側の内面と、前記外面から前記内面まで伸びる複数の管受入通路とを有する剛性のキャップ部材であって、前記複数の管受入通路は、各管受入通路が、前記複数の流体連通口の内の対応する１つと整列されるように離間され、各管受入通路は、それぞれの管部材を軸方向に滑りばめできるような形状および寸法を有し、前記キャップ部材は、さらに、管受入通路にそれぞれ対応して前記内面から近位方向に伸びる複数のフェルール受入凹部を規定し、各フェルール受入凹部は、少なくとも前記フェルール本体部材の前記近位端と前記支持リングとを軸方向に受け入れることができる形状および寸法を有するキャップ部材と
を備え、
前記キャップ部材が前記弁装置に取り付けられると、各支持リングおよび対応する各弾性フェルール装置は、それぞれ、キャップ部材によって圧縮されて、対応する各管口と、対応する各流体連通口との間に流体密シールを形成する
管接合アセンブリ。
【請求項９】
請求項８に記載の管接合アセンブリであって、
前記フェルール受入凹部の各々は、カップ状であり、前記フェルール本体部材および前記支持リングの少なくとも一方に当接して着座させ圧縮するように形成された遠位向きの接触ショルダによって部分的に規定される管接合アセンブリ。
【請求項１０】
請求項９に記載の管接合アセンブリであって、
前記フェルール本体部材の各々は、第１の直径を有する圧縮部分と、第２の直径を有するクリンプ部分とを有し、前記第２の直径は、リング接触ショルダが間に形成されるように前記第１の直径よりも小さく、前記クリンプ部分は、前記キャップ部材が前記弁装置に取り付けられた時に、対応する前記支持リングの遠位端が前記リング接触ショルダに当接して、対応する前記フェルール圧縮部分の圧縮変形を引き起こすように、対応する前記支持リングを滑りばめするために形成される管接合アセンブリ。
【請求項１１】
請求項４に記載の管接合アセンブリであって、
対応する各支持リングの近位端部が、前記キャップ部材の対応する接触ショルダに当たって着座する管接合アセンブリ。
【請求項１２】
請求項１０に記載の管接合アセンブリであって、
前記キャップ部材は、前記外面から前記内面まで伸びてそれぞれの管受入通路に対応する複数の花弁状スロットを規定し、各花弁状スロットは、一方の側にフェルール通路を有し、その反対側の前記管受入通路まで狭くなってゆく形状を有し、前記フェルール通路は、対応する前記フェルール装置を軸方向に滑りばめできる形状および寸法を有する管接合アセンブリ。
【請求項１３】
マイクロ流体弁装置であって、
近位開口部を有するハウジングと、
前記近位開口部に配置され、２以上の流体連通口を規定する近位接触面を有する流体分配ユニットと、
管接合アセンブリと、を備え、前記管接合アセンブリは、
２以上の管アセンブリであって、各々が、
遠位端に管口を有する細長い管部材と、
近位端、遠位端、および、貫通穴を備えた本体部材を有する弾性フェルール装置とを備え、前記穴は、対応する前記管部材の前記遠位端を圧入滑りばめできるような形状および寸法を有する管装置と、
それぞれの前記フェルール本体部材の一部の周りに配置された剛性の支持リング装置とを備える２以上の管アセンブリと、
外面、反対側の内面、および、前記外面から前記内面まで伸びる２以上の管受入通路を有するキャップ部材であって、前記管受入通路の各々は、対応する管部材の横断面の寸法を軸方向に滑りばめできる形状および寸法を有し、前記キャップ部材は、さらに、前記内面から前記外面に向かって伸びると共にそれぞれの管受入通路に対応する２以上のカップ状受入凹部を規定し、前記カップ状受入凹部の各々は、少なくとも前記本体部材の対応する遠位端が前記キャップ部材の前記内面を越えて遠位方向に伸びるように、少なくとも前記フェルール本体部材の対応する近位端と前記支持リングとを軸方向に受け入れることができる形状および寸法を有するキャップ部材と
を備え、
前記管口を前記ディスク面のそれぞれ対応する前記流体連通口に整列させるように前記キャップ部材が前記ハウジングに取り付けられると、それぞれの支持リングおよびそれぞれの弾性フェルール装置は、前記キャップ部材によって圧縮されて、対応する前記管口と、対応する前記流体連通口との間に流体密シールを形成する
マイクロ流体弁装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のマイクロ流体弁装置であって、
前記キャップ部材は、前記外面から前記内面まで伸びてそれぞれの管受入通路に対応する２以上の花弁状スロットを規定し、各花弁状スロットは、一方の側にフェルール通路を有し、その反対側の前記管受入通路までテーパ状になっており、前記フェルール通路の各々は、対応する前記フェルール装置を軸方向に滑りばめできる形状および寸法を有するマイクロ流体弁装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載のマイクロ流体弁装置であって、
前記カップ状受入凹部の各々は、それぞれの前記フェルール本体部材およびそれぞれの前記支持リングに当接して着座させ圧縮するように形成された遠位向きの接触ショルダによって部分的に規定されているマイクロ流体弁装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のマイクロ流体弁装置であって、
前記フェルール本体部材の各々は、第１の直径を有する圧縮部分と、第２の直径を有するクリンプ部分とを有し、前記第２の直径は、リング接触ショルダが間に形成されるように前記第１の直径よりも小さく、前記クリンプ部分は、前記キャップ部材が前記弁装置に取り付けられた時に、対応する前記支持リングの遠位端がそれぞれの前記リング接触ショルダに当接して、対応する前記フェルール圧縮部分の圧縮変形を引き起こすように、対応する前記支持リングを滑りばめするために形成されるマイクロ流体弁装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載のマイクロ流体弁装置であって、
各支持リングの近位端部が、対応する花弁状スロットのそれぞれの接触ショルダに当たって着座するマイクロ流体弁装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載のマイクロ流体弁装置であって、
前記弾性フェルール装置の前記本体部材の各々は、約５００ｐｓｉないし約２０，０００ｐｓｉの範囲の弾性率を有するマイクロ流体弁装置。
【請求項１９】
請求項１３に記載のマイクロ流体弁装置であって、
各支持リングの内径は、前記近位端から前記遠位端に向かって逆テーパ状になった内壁によって規定されているマイクロ流体弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下、２０１２年９月１４日出願の同時係属の米国仮特許出願第６１／７０１，３７１号「ＳＬＯＴＴＥＤ  ＦＬＵＩＤＩＣ  ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ  ＶＡＬＶＥ」の優先権を主張し、その仮特許出願は参照によってその全体が組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般に、弁アセンブリに関し、特に、ＤＮＡシーケンシング、体外診断（ＩＶＤ）、および、分析機器の分野の多位置弁アセンブリに関する。さらに、本発明は、配管をマイクロ流体装置に接続するために用いられる流体コネクタに関する。
【背景技術】
【０００３】
ＨＰＬＣ分析、体外診断（ＩＶＤ）、ＤＮＡシーケンシング装置では、しばしば、回転式せん断弁アセンブリが利用される。これらの弁アセンブリは、比較的長寿命かつ高精度の流体供給によって特徴付けられる。多くの回転式弁アセンブリは、固定子装置上の複数の位置に溝付回転子装置を配置するために用いられるステッパモータによって駆動される。回転子および固定子の端面シール要素は、ＰＥＥＫ、ＰＦＡ、ＭＦＡ、および、ＵＨＭＷＰＥなど、化学的耐性のあるプラスチック材料で製造される。さらに、非常な長寿命および低摩耗性というさらなる利点を持つセラミックの回転子・固定子端面シール材料（アルミナおよびジルコニアなど）を用いて、化学的不活性が達成されてもよい。
【０００４】
せん断弁アセンブリは、過去にはコストの高い機械加工法を用いて製造されていたが、低コストの射出成形またはダイキャスティングによって製造できる。かかる部品は、太陽歯車、遊星歯車、および、リング歯車、ならびに、これらの要素を収容するハウジングを含む。
【０００５】
製造に最もコストのかかる要素の１つは、ねじ切りされた固定子である。そのような固定子は、配管接続用の１／４−２８ＵＮＦおよび６−４０ＵＮＦのねじ山、フェルール接合、および、はめ合い部品に対してシールするために圧縮負荷を受ける平面を含む多くの特徴からなっており、それらの特徴はすべて、部品のコストを大幅に増大させる。精密な特徴（平面度および表面粗さなど）は、研磨およびマシンラッピング、ハンドラッピングなど、二次的な動作によって達成される。他の重要な特徴は、ポートおよび貫通孔を含む。ポートの寸法は、管が取り付けられた時に加圧下で効果的にシールするように、厳しい公差および表面仕上げに維持される。貫通孔は、一般に、直径０．０６０インチから０．００６インチまでの範囲のサイズに規定される。また、弁の設計にとっては、貫通孔のボルト穴を最小化して、接触シール面積を最小化すると共にシステム圧力を最大化することが望ましい。真っ直ぐの貫通孔ではなくて角度のついた貫通孔を規定することによって、より小さいボルト穴が得られる。しばしば、１つの角度だけで孔が機械加工されるのでなく、多くの孔が合成角で機械加工される。ほとんどの固定子は、５ポートないし１１ポートからなっているが、現在では、２５のポートと２５の貫通孔とを備えるものも製造されている。固定子のコストの上昇は、優れた化学的耐性を得るために先進的な高性能ポリマ（ＰＥＥＫおよびＦＥＰなど）が必要であることにも起因しうる。固定子の複雑さおよび組成を考えれば、それが最も高価な構成要素の１つであることが容易に理解できる。
【０００６】
ねじ切りされた固定子に加えて、流体接続を達成するために、多数の処理および技術が利用可能である。マイクロ流体チップ設計の分野では、流体接合に関する共通の課題がある。多くの人々が、チップ上のマイクロサイズの流体輸送路をサンプル供給および流体出力のためにマクロ流体流入口および流出口に物理的に結合する効率的な方法を見つけようとしている。利用されている技術の中に、ＰＭＭＡチップおよびＰＭＭＡ継手の間のアクリル溶剤接着がある。接着のように手作業の多い技術は、通常、時間効率が悪くコストが上がることから、大量生産には適していない。別の技術は、ＰＤＭＳ材料に針を圧入する技術であり、十分な圧縮を維持する必要がある。しかしながら、針は、ＰＤＭＳ材料を損傷して、望ましくない漏れを引き起こしうる。別の選択肢では、ＰＤＭＳに接着された粘着性のリングが必要である。しかしながら、一部のユーザは、未処理のＰＤＭＳへの粘着の悪さと、３０から５０ｐｓｉの作動圧力を報告している。さらに、粘着性のリングであることから、製品は、使い捨ての接続用になり、再利用できない。あるいは、磁気結合が、独特、清浄、かつ安価な方法であり、２つの磁石の間に圧縮シールされて管の周りも密閉するゴムカップを用いる。接着、針挿入、および、結合の多くの他のバリエーションが試され、試験されてきたが、幅広い成功を収めたものはない。
【０００７】
ＤＮＡシーケンシング、体外診断（ＩＶＤ）、および、分析機器の分野における取り付けの全部ではないがほとんどが、雄ねじ部材と、単一フェルールまたはフェルールアセンブリとを用いて、流体シールを形成する。かかる構成要素は、フェルールを保持するための穴を備えた雌ねじ部品内に係合する必要がある。
【０００８】
したがって、従来の固定子を用いることなく流体接続部に接合できるコスト効率のよい弁アセンブリを製造して、ねじ切りまたは困難な接着を排除することが望ましい。本発明は、マイクロ流体チップ用途のための流体接続部として利用されるが、主な目標は、回転子内の流体路が、ディスク面を回転子の流路に対してシールするために圧縮力が印加されたディスクシールを通して液体を複数の位置に方向付ける設計である。以下では、マクロ流体環境とマイクロ流体ディスクシールとの間にシールされた接続を提供すると同時に、ディスクシールと回転子との間に圧縮シール圧力を印加する方法が説明されている。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、ディスク面と、ディスク面で終了する少なくとも１つの流体連通口とを備えるマイクロ流体弁装置のための管接合アセンブリを提供する。接合アセンブリは、遠位端に管口を有する細長い管部材と、弾性フェルール装置とを備える。フェルール装置は、近位端と、遠位端と、貫通して伸びる穴とを有する本体部材を備える。穴は、管部材の遠位端を中に圧入して滑りばめできる形状および寸法を有する。接合アセンブリは、さらに、外面と、反対側の内面と、外面から内面まで伸びる管受入通路とを有するキャップ部材を備える。管受入通路は、管部材の横断面の寸法を軸方向に滑りばめできる形状および寸法を有する。キャップ部材は、さらに、内面から外面に向かって伸びるカップ状受入凹部を規定する。カップ状受入凹部は、少なくとも本体部材の遠位端がキャップ部材の内面を越えて遠位方向に伸びるように、少なくともフェルール本体部材の近位端を軸方向に受け入れることができる形状および寸法を有する。管口をディスク面の流体連通口に整列させるようにキャップ部材が弁装置に取り付けられると、弾性フェルール装置はキャップ部材によって圧縮されて、管口と流体連通口との間に流体密シールを形成する。
【００１０】
具体的な一実施形態において、キャップ部材は、その外面から内面まで伸びる花弁状スロットを規定する。花弁状スロットは、一方の側にフェルール通路を有し、その反対側の管受入通路に向かってテーパ状になっている。フェルール通路は、フェルール装置を軸方向に滑りばめできる形状および寸法を有する。
【００１１】
本発明のスロット付きキャップおよび弾性フェルールの態様の大きい利点は、流体密接合のためにねじ切りが必要ないことである。換言すると、スロット付きキャップに挿入するフェルール継手の雄ねじも、スロット付きキャップ自体の雌ねじも必要ない。かかるねじ切りがないことにより、生産コストが削減される。さらに、スロット付きキャップのカップ状シート凹部にフェルール接合管アセンブリを整列させることにより、管部材の管口と、固定子のディスク面の連通口との間で、より簡単に流体の連続性が実現される。
【００１２】
別の具体的な実施形態において、管装置は、さらに、圧入でフェルール本体部材の一部の周りに配置された剛性の支持リングを備える。
【００１３】
さらに別の構成において、カップ状受入凹部は、遠位向きの接触ショルダによって部分的に規定される。このショルダは、フェルール本体部材および支持リングの少なくとも一方に当接して着座させ圧縮するように形成される。
【００１４】
さらに別の実施形態において、フェルール本体部材は、第１の直径を有する圧縮部分と、第２の直径を有するクリンプ部分とを備える。クリンプ部分の第２の直径は、リング接触ショルダが間に形成されるように圧縮部分の第１の直径よりも小さい。クリンプ部分は、キャップ部材が弁装置に取り付けられた時に、支持リングの遠位端がリング接触ショルダに当接してフェルール圧縮部分の圧縮変形を引き起こすように支持リングを滑りばめするために形成される。
【００１５】
本発明の別の態様において、軸を中心に放射状に離間された複数の流体連通口を有するディスク面を備えたマイクロ流体弁装置のための管接合アセンブリが提供されている。管接合アセンブリは、複数の管アセンブリと、剛性のキャップ部材とを備える。各管アセンブリは、遠位端に管口を有する細長い管部材と、弾性フェルール装置と、剛性の支持リングとを備える。フェルール装置は、近位端と、遠位端と、貫通して伸びる穴とを有する本体部材を備える。各穴は、管部材の遠位端を中に滑りばめできる形状および寸法を有する。剛性の支持リングは、それぞれのフェルール本体部材の一部の周りに配置されている。接合アセンブリは、さらに、外面と、反対側の内面と、外面から内面まで伸びる複数の管受入通路とを有する剛性のキャップ部材を備える。これらの受入通路は、各管受入通路が、ディスク面に配置された複数の流体連通口の内の対応する１つと整列されるように離間されている。さらに、各管受入通路は、それぞれの管部材を軸方向に滑りばめできる形状および寸法を有する。キャップ部材は、さらに、管受入通路にそれぞれ対応して内面から近位方向に伸びる（ただし、貫通はしていない）複数のフェルール受入凹部を規定している。各フェルール受入凹部は、少なくともフェルール本体部材の近位端と支持リングとを軸方向に受け入れることができる形状および寸法を有する。キャップ部材が弁装置に取り付けられると、各支持リングおよび対応する各弾性フェルール装置は、それぞれ、キャップ部材によって圧縮され、対応する各管口と、対応する各流体連通口との間に流体密シールを形成する。
【００１６】
本発明のさらに別の態様では、近位開口部を規定するハウジングと、近位開口部に規定された流体分配ユニットとを有するマイクロ流体弁装置が提供されている。流体分配ユニットは、２以上の流体連通口を規定する近位接触面を備える。弁装置は、さらに、２以上の管アセンブリを備えた管接合アセンブリを備える。各管アセンブリは、遠位端に管口を有する細長い管部材と、本体部材を備えた弾性フェルール装置とを備える。弾性フェルールの近位端から遠位端まで穴が伸びており、その穴は、それぞれの管部材の遠位端を中に圧入して滑りばめできる形状および寸法を有する。それぞれのフェルール本体部材の一部の周りに配置された各装置に、剛性の支持リングが提供されている。本発明のこの態様によると、弁装置は、さらに、外面と、反対側の内面と、外面から内面まで伸びる２以上の管受入通路とを有するキャップ部材を備える。管受入通路は、それぞれの管部材の横断面の寸法を軸方向に滑りばめできる形状および寸法を有する。キャップ部材は、さらに、内面から外面に向かって伸び、それぞれの管受入通路に対応する２以上のカップ状受入凹部を規定する。カップ状受入凹部は、少なくとも本体部材のそれぞれの遠位端がキャップ部材の内面を越えて遠位方向に伸びるように、少なくともフェルール本体部材のそれぞれの近位端と支持リングとを軸方向に受け入れることができる形状および寸法を有する。キャップ部材がハウジングに取り付けられると、それぞれの管口が、ディスク面のそれぞれの流体連通口に整列される。各支持リングおよび対応する各弾性フェルール装置は、それぞれ、キャップ部材によって圧縮され、対応する各管口と、対応する流体連通口との間に流体密シールを形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明のアセンブリは、添付の図面を参照すると、発明を実施する最良の形態に関する以下の記載、および、添付の特許請求の範囲から、より容易に明らかになる他の目的および利点を有する。
【００１８】
【図１】本発明に従って構成され、マイクロ流体弁アセンブリに取り付けられた管接合アセンブリを示す上面斜視図。
【００１９】
【図２】図１の管接合アセンブリを示す拡大底面斜視図。
【００２０】
【図３】図１の管接合アセンブリを示す拡大側断面図。
【００２１】
【図４】図１の管接合アセンブリおよびマイクロ流体弁アセンブリを示す部分拡大側断面図。
【００２２】
【図５】図４の管接合アセンブリおよびマイクロ流体弁アセンブリを示す部分拡大側断面図。
【００２３】
【図６】スロット付きキャップ部材を含む別の管接合アセンブリおよびマイクロ流体弁アセンブリを示す上面斜視図。
【００２４】
【図７】図６の別の管接合アセンブリを示す拡大上面斜視図。
【００２５】
【図８】図６の別の管接合アセンブリのスロット付きキャップ部材に管装置を挿入する前の様子を示す拡大上面斜視図。
【００２６】
【図９】管装置が固定される途中の図８のスロット付きキャップ部材を示す底面斜視図。
【００２７】
【図１０】管装置が完全に着座された図８のスロット付きキャップ部材を示す底面斜視図。
【００２８】
【図１１】図６の管接合アセンブリのスロット付きキャップ部材への管装置の取り付けを示す部分拡大上面斜視図。
【００２９】
【図１２】図６の管接合アセンブリのスロット付きキャップ部材を示す部分拡大底面斜視図。
【００３０】
【図１３】本発明の管装置の遠位部分を示す拡大分解上面斜視図。
【００３１】
【図１４】図１３の管装置の遠位部分を示す部分分解上面斜視図。
【００３２】
【図１５】図１３の管装置の遠位部分を示す分解底面斜視図。
【００３３】
【図１６】本発明の管接合アセンブリのための支持リングを示す拡大側断面図。
【００３４】
【図１７】別の実施形態の管接合アセンブリを示す部分拡大側断面図。
【００３５】
【図１８】図１７の別の実施形態の管接合アセンブリおよびマイクロ流体弁アセンブリを示す部分拡大側断面図。
【００３６】
【図１９】別の実施形態の管接合アセンブリを示す部分拡大側断面図。
【００３７】
【図２０】図１９の別の実施形態の管接合アセンブリおよびマイクロ流体弁アセンブリを示す部分拡大側断面図。
【００３８】
【図２１】さらに別の実施形態の管接合アセンブリを示す部分拡大側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明は、いくつかの具体的な実施形態を参照しつつ記載されるが、その記載は本発明の例示であり、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。当業者は、添付の特許請求の範囲によって規定された本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、好ましい実施形態に対して本発明への様々な変形を行うことができる。理解しやすいように、同じ構成要素には、様々な図面で同じ符号を付けていることに注意されたい。
【００４０】
ここで、図１〜４および図１３〜１５によると、マイクロ流体弁装置２９のための管接合アセンブリ２０が提供されており、装置２９への比較的迅速な流体密の取り付けを可能にする。接合アセンブリ２０は、遠位端に配置された管口２２を規定する細長い管部材２１を有する管装置２３を備える。近位端２６、遠位端２７、および、貫通して伸びる穴２８を備えた本体部材２５を有する弾性フェルール２４が提供されている。穴２８は、管部材２１の遠位端を中に圧入して滑りばめできる形状および寸法を有する。本発明によると、管装置２３は、フェルールの本体部材２５の一部の周りに配置された剛性の支持リング３０を備える。キャップ部材３１が、管接合アセンブリ２０と協働して、アセンブリ２０をマイクロ流体弁装置２９に流体密に取り付ける。キャップ部材３１は、外面３２と、反対側の内面３３と、外面から内面に伸びる管受入通路３５とを備える。管受入通路３５は、管部材の横断面の寸法を軸方向に滑りばめできる形状および寸法を有する。キャップ部材３１は、さらに、管受入通路と連通して内面３３から外面３２に向かって伸びるカップ状受入凹部３６を規定する。カップ状受入凹部３６は、少なくとも本体部材２５の遠位端がキャップ部材３１の内面３３を越えて遠位方向に伸びるように、少なくともフェルール本体部材２５の近位端および支持リング３０を軸方向に受け入れることができる形状および寸法を有する。
【００４１】
簡単に言うと、図１および図４に最もよく示されているように、マイクロ流体弁装置２９は、具体的な一実施形態において、回転子装置３７および固定子装置３８を備えたロータ型バルブであり、そこに管接合アセンブリ２０が流体接続されている。回転子装置３７および固定子装置３８は、回転子駆動アセンブリ４１に結合されたアクチュエータアセンブリ４０内に支持されている。アクチュエータアセンブリ４０は、固定子装置３８が配置される開口部４２を規定するハウジング４１を備える。管接合アセンブリ２０が協調的に取り付けられたハウジング開口部４２内で、固定子装置３８の比較的平坦な背面のディスク面４３が露出されている。したがって、本発明によると、キャップ部材３１が、アクチュエータアセンブリのハウジング４１に取り付けられると、管装置２３の管口２２は、固定子装置の近位のディスク面４３に規定された対応する流体連通口４５と整列して流体接続される。
【００４２】
同時に、弾性フェルール装置２４は、一方の側の近位固定子ディスク面４３と、他方の側の剛性支持リング３０との間に圧縮される。そして、各支持リング３０は、本発明によると、対応するカップ状凹部に向かってさらに圧縮され、管口２２と流体連通口４５との間に流体密シールを形成する。したがって、対応する複数の点が、流入および流出の両方の流れをマクロ流体環境に導くために形成される。
【００４３】
したがって、フェルール継手の雄ねじ形状および／またはキャップ部材自体の雌ねじ形状を必要とする従来の流体シール接合を排除する取り付け迅速な管接合アセンブリがマイクロ流体弁装置に提供される。かかるねじ形状がなければ、生産コストが削減されるだけでなく、それぞれの管装置２３のそれぞれの管口２２と、固定子ディスク面４３の対応する流体連通口４５との間で簡単かつ同時に流体の連続性が達成される。
【００４４】
さらに、図６〜図１１に示した具体的な実施形態において、管接合アセンブリとキャップ部材３１との間のさらに迅速な流体接続を実現するために、キャップ部材は、さらに、１または複数の花弁状スロット４６を規定する。各スロットは、それぞれの管受入通路３５に対応し、それぞれ流体連通している。さらに、それぞれの花弁状スロット４６は、一方の側に、より大きい直径のフェルール通路部４７を備え、反対側のより小さい直径の管受入通路３５までテーパ状になっている（少なくともキャップ部材の外面側において）。
【００４５】
図８および図９に最もよく示されているように、各弾性フェルール装置２４は、最初に、キャップ部材の近位ディスク面４３の側から、より大きい直径のフェルール通路部４７と軸方向に整列され、次いで、フェルール通路部４７に通される。したがって、フェルール通路部４７は、弾性フェルール装置２４の横断面の寸法を滑りばめできる大きさおよび寸法を有する。弾性フェルール装置２４および対応する支持リング３０がキャップ部材の内面３３を越えて遠位に配置されると、それぞれの管部材２１を、テーパ状のチャネル４８に通して、それぞれのより小さい直径の管受入通路３５内に滑らせて係合させる。したがって、管受入通路３５は、管部材２１を中に滑りばめまたは圧入できるが、弾性フェルール装置２４を軸方向に引き抜けないようなサイズおよび寸法を有する。
【００４６】
具体的な一実施形態において、管受入通路３５は、より具体的には、横方向の摩擦嵌合、または、圧入、スナップばめを可能にするようなサイズおよび寸法を有する（図９および図１１）。ただし、花弁状スロット４６の各テーパ状通路４８および管受入通路３５は、より大きい直径の弾性フェルール（５）が軸方向に抜けるのを防ぐことによって管接合アセンブリ２０が外れるのを防ぐために十分なサイズ、寸法、および、公差を有する。
【００４７】
ここで、図９、図１０、および、図１２によると、管部材２１が管受入通路３５に圧入または受け入れられると、弾性フェルール装置２４の近位部分５０および／または対応する支持リング３０が、カップ状受入凹部３６内に近接して受け入れられうる。キャップ部材の下側内面３３に形成されたこのカップ状シート３６は、剛性支持リング３０と弾性フェルール装置の近位部分５０とを軸方向に部分的に受け入れると同時に、圧縮力下で構造的な支持を提供するのに十分なサイズを有する。
【００４８】
各カップ状受入凹部３６を規定する内壁は、好ましくは、弾性フェルール装置２４の近位部分の外面を反映した形状である（ただし、やや大きい）。例えば、各受入凹部３６は、図１２に示すように、内側の円筒壁５１および遠位向きの圧縮ショルダ５２によって規定されている。したがって、弾性フェルール装置２４の近位部分と、対応する支持リング３０とが、軸方向に引かれて、受入凹部３６内に着座されると、フェルールの近位端が圧縮ショルダ５２に当接するために軸方向の支持が提供され、フェルール装置の側壁および対応する支持リングと円筒壁５１との係合によって横方向の支持が提供される。
【００４９】
フェルール装置２４の対応する近位部分５０を部分的に受け入れることにより、フェルール装置をキャップ部材に対して着座、固定、および、整列させる機能、ならびに、さらに、管部材２１の遠位端およびフェルール装置２４の遠位端を軸方向に配置する機能の２つの機能が提供される。したがって、キャップ部材３１が、対応する整列されたボルト５３などによってハウジング４１または弁アクチュエータに固定されると同時に、各弾性フェルール装置２４が、ディスク面４３の対応する流体連通口４５に対して周囲に流体密シールされる。
【００５０】
これらの花弁状スロット４６の１つの重要な利点は、管接合アセンブリ２０の管部材２１を簡単に取り外して交換できるようにすることである。例えば、管を挟んでフェルール側の反対側で、マクロ流体装置（例えば、ポンプ、リザーバ、排出装置）に接続するために、より大きい継手（例えば、１／４−２８）を設置することができる。かかるマクロ流体継手は、大きすぎて、スロット付きキャップ部材のより小さい直径の管受入通路を通らない可能性が高い。しかしながら、弾性フェルールと、スロット付きキャップの花弁形状とのサイズは、弾性フェルールが、花弁形状内に係合して、スロット付きキャップ部材のカップ状シートにはまり込むことを可能にするよう特に設計されている。したがって、管の一方の端部では、適切なアダプタを用いることで、顧客が選択した任意のサイズの継手を用いることが可能であり、他方の端部は、上述の弾性フェルール装置２４を含む。
【００５１】
図１３〜図１５に最もよく示され、上述したように、管装置２３は、集合的に、弾性フェルール装置２４と、剛性の支持リング３０と、細長い管部材とを備える。剛性のフェルール装置を弾性フェルール装置に置き換えることにより、３つの目的が達成される。第１に、弾性フェルール装置２４は、花弁状スロット４６のフェルール通路部４７を軸方向に通るようなサイズおよび寸法を有しており、簡単な挿入および取り外しを可能にする。第２に、弾性フェルール装置２４は、フェルール遠位端２７が固定子装置３８の近位ディスク面４３に向かって圧迫された時に、支持リング３０と共に、流体密圧力シールを提供する。
【００５２】
最後に、弾性フェルール装置が圧縮されると圧縮状態の本体部材２５によって、逆向きのばね力が生み出される。ボルトまたはネジ５３を用いてスロット付きキャップ部材をハウジング４１またはアクチュエータに組み立ておよび取り付けする際に、複数の弾性フェルール装置をまとめて圧縮することにより、流体密シールの形成に必要な圧縮力が生み出される。弾性フェルール装置は、元々の高さの約１０％〜約７０％の範囲で圧縮されてよい。約５００ｐｓｉ〜約２０，０００ｐｓｉの範囲の弾性率を有する弾性材料（例えば、サントプレーン、ポリエチレン、または、フルオロ弾性化合物など）を仮定すると、約０．１００インチ〜約０．１８０インチの範囲の直径と、約０．０２インチ〜約０．０８インチの範囲の高さとを有する単一の弾性フェルール装置だけで、数ポンド〜約１００ｌｂｆの範囲の圧縮ばね付勢力を達成できる。
【００５３】
上述のように、弁アクチュエータ本体は、主に、弁またはアクチュエータのハウジング４１、ならびに、互いに隣接した回転子装置および固定子ディスクからなる。多くの従来の用途では、回転子装置および固定子装置の材料がポリマまたはセラミックである場合に流体密シールを形成するのに、回転子面５４および固定子面５９の間、すなわち、固定子／回転子の接触面に少なくとも約３０ｌｂｆの範囲の圧縮力があれば十分である。
【００５４】
複数の流体接続が必要な場合、圧縮力の一様な印加を実現するために、弾性フェルール装置２４の分布のバランスをとる必要があることを理解されたい。かかる非一様な圧力プロファイルにより、回転子／固定子の接触面にわたる荷重に偏りが生じうるため、回転子面および固定子面の間に漏れが生じうる。したがって、弾性フェルール装置２４の分布は、ディスク面４３の周囲に、かつ、弁アクチュエータアセンブリ４０の回転軸を中心に、対称であることが好ましい。
【００５５】
例えば、図４および図６に戻ると、完成したマイクロ流体弁装置２９は、実質的に均一な圧力勾配を固定子装置３８の近位ディスク面４３に印加して、回転子装置３７の回転子面５４に対して接触するよう固定子面５９を付勢するように、キャップ部材３１の周りに対称に分布された複数の管接合アセンブリ２０を備える（例えば、図６では、１０ポジションセレクタマイクロ流体弁のために、合計１１の接合アセンブリ２０が必要である）。こうして、回転子／固定子の接触面に、一様な漏れ止めシールが形成される。
【００５６】
同時に、各弾性フェルール装置２４の遠位端は、弾性フェルール装置が支持リング３０とディスク面４３との間で圧縮された時に歪められた長さまたは距離の関数である圧縮力によって、固定子装置３８の近位ディスク面４３における対応する連通路４５の周囲をシールする。したがって、或る程度までの付勢ばね力は、弾性材料、すなわち、その高さの総圧縮に依存する。上述のように、圧縮力またはクランプ力は、スロット付きハウジングを通ってアクチュエータハウジングの雌ねじ穴に固定された最低限の２つの４−４０ＵＮＣねじまたはボルト５３によって印加される。もちろん、キャップ部材３１をハウジング４１に取り付けるための任意の従来の技術が用いられてもよいことを理解されたい。
【００５７】
ここで、図１６の剛性の支持リング３０を参照すると、このリングは、ステンレス鋼などの金属材料で構成されることが好ましい。もちろん、アルミニウムまたは高強度プラスチックなど、他の剛性材料が利用されてもよいことを理解されたい。
【００５８】
圧縮下で、支持リング３０は、キャップ部材３１から弾性フェルール装置２４に圧縮力を軸方向に伝える。より具体的には、図５および図１６に最もよく示されているように、支持リング３０の近位端５５が、各カップ状受入凹部３６を部分的に規定するキャップ部材の遠位向きの圧縮ショルダ５２にそれぞれ接触する。こうして、圧縮力は、支持リング３０を介して軸方向に伝えられ、各弾性フェルール装置に形成された近位向きのリング接触ショルダ５７に当接する支持リング３０の遠位端５６に至る。
【００５９】
各剛性支持リング３０の１つの主な機能は、圧縮力をキャップ部材から対応する弾性フェルール装置に伝達することであるが、別の主な機能は、対応する管部材に沿った弾性フェルール装置の軸方向の位置が維持されるように、弾性フェルール装置に十分なクリンプ力を提供することである。したがって、管接合アセンブリをキャップ部材に取り付ける間と、キャップ部材をアクチュエータアセンブリに圧縮取り付けする間との両方に、それぞれのフェルール装置２４の軸方向の位置が相対的に維持される。
【００６０】
したがって、支持リングは、弾性フェルール装置のクリンプ部分５８の周りに放射状に広がるよう構成されており、微小ではあるが十分なクリンプ力を提供する。クリンプを促すために、支持リング３０の内側クリンプ壁６０は、支持リング３０の近位端５５からやや広い遠位端５６に向かって逆テーパ状になっている。図１６は、支持リング３０の縦軸に対して内側クリンプ壁６０のテーパの傾斜を最もよく示している。
【００６１】
弾性フェルール装置２４の残りの遠位圧縮部分６７は、キャップ部材がハウジング４１に取り付けられた際に支持リング３０の遠位端５６と固定子装置３８の近位ディスク面４３との間で圧縮された時に、ばね力を提供する。弾性フェルール装置２４および取り付けられた支持リング３０の両方をキャップ部材３１のそれぞれのカップ状受入凹部３６に受入可能に収容するために、支持リングの外径は、フェルール装置の圧縮部分すなわち遠位部分６７の外径と比較的同じサイズを有する。遠位圧縮部分６７の外径は、図１３および図１５に最もよく示されているように、クリンプ部分５８の外径よりも大きい。もちろん、この外径の違いが、リング状の接触ショルダ５７を規定している。
【００６２】
ここで、図１７および図１８によると、別の実施形態が示されており、その実施形態では、弾性フェルール装置が、剛性支持リング３０よりも軸方向の近位に配置されたリングまたはドーナツ状の弾性インサート装置６９に置き換えられている。この実施形態では、弾性インサート装置６９は、もちろん、シールを実現するばね力を提供するものであり、受入凹部３６の遠位向きの圧縮ショルダ５２と、支持リング３０の近位端５５との間で圧縮される。固定子装置の近位ディスク面４３に対するシールのために、従来の標準的な平底のＰＥＥＫフェルール装置６８が提供されている。したがって、上述のように、リング状弾性インサート装置６９は、この実施形態において、平底のＰＥＥＫフェルール装置２４’を固定子の近位ディスク面４３に向かって付勢するばね力を印加すると共に、固定子面５９を回転子面５４に向かってシールするのに十分な圧縮力を直列で集合的に生み出す。
【００６３】
さらに別の実施形態では、図１９および図２０に最もよく示されているように、図１７および図１８の実施形態と同様の標準的な平底のＰＥＥＫフェルール装置６８および支持リングと、近位ディスク面４３との間に、一体成形の弾性ガスケット７０が配置され挟まれている。この薄いガスケット７０は、固定子装置のディスク面４３によって規定された流体連通口４５のパターンに対応して適切に配置された開口部７１を備える。
【００６４】
キャップ部材３１がハウジング４１に取り付けられると、標準的な平底のＰＥＥＫフェルール装置は、支持リング３０を介してディスク面４３に向かってガスケットを圧縮する。それと同時に、弾性ガスケット７０は、管装置２３の管口２２と近位ディスク面４３の対応する流体連通口４５との間に流体密シールを形成し、さらに、固定子面５９を回転子面５４にシールするのに必要なばね力を集合的に生成する。ガスケットの材料は、弾性フェルールの材料と同様であり、サントプレーン、ポリエチレン、または、フルオロ弾性化合物から製造されてよい。
【００６５】
図２１は、円錐状の固定子装置３８’を含むさらに別の実施形態を示す。より高い動作圧を必要とする弁のために、円錐状の固定子装置３８’は、傾斜した楕円形の連通口７２を固定子面５９’に備える。この構成では、ボルト穴（約０．４６０インチ）は、弾性フェルール装置２４が着座する位置の大直径から、回転子／固定子の接触面の固定子面５９’における小直径まで小さくなっている。
【００６６】
この構成では、円錐形の固定子装置３８’のボルト穴の直径を小さくすることにより、固定子面５９’および回転子面５４の両方の回転子／固定子接触面の接触面積が低減される。こうして、所与の圧力で流体密シールを形成するために必要な圧縮力は、接触面積に比例するため減少する。
【００６７】
本発明はサイズに関して限定されないため、様々な管のＯＤ（外径）および／またはＩＤ（内径）が選択可能であることを理解されたい。現在、例えば、異なるＩＤおよび１／１６の一定のＯＤを有する多くの様々なＰＥＥＫ管が存在する。弾性フェルール装置の設計は、より大きいまたは小さいＯＤの管に対応するような寸法に調整されてもよい。スロット付きキャップ部材も同様に、様々なサイズの弾性フェルールおよび様々な数のスロットに対応するようなサイズおよび寸法に調整されてよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【外国語明細書】
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