在与配对物配合时减少流体体积的连接器的制造方法
【专利说明】在与配对物配合时减少流体体积的连接器
[0001]发明背景
本公开大体上涉及一种与配对物配合时减少流体体积的连接器。
[0002]在麻醉或强化监护中，病人的状况时常通过例如分析病人呼出的空气的二氧化碳含量而进行监测。出于这个原因，可将小部分呼吸气体传送至气体分析器。样本沿着取样管运送，取样管时常在一端连接至呼吸管转接器，并且另一端连接至气体分析器。这种取样管通常是一次性的，并且必须具有某种可靠且紧密但简单且廉价的连接器。呼吸系统中几乎所有气动的连接器都具有渐缩的锥形接触表面。这种连接器是简单的，易于连接且制造起来廉价，并且它们还提供气密且可靠的连接。诸如众所周知的被称为Luer-Lok ?的配合(美国新泽西州Franklin Lakes的Becton，Dickinson and Company的注册商标)的连接已经普遍用于气体取样，但也可使用其它具有不同尺寸的相似的连接器。连接器的渐缩部分通常是具有笔直的截面侧的锥形，因为其利用大的接触面积给出可靠且紧密的连接。渐缩部分原则上还可具有弯曲的截面侧，或者一个渐缩连接器结合适当设计的半刚性的配对物。负责紧密性的接触表面始终在连接器的渐缩部分上。其它可能性将是圆柱形的连接器，其具有轴向或径向垫圈，但它们更为复杂且昂贵，并因此不适合作为一次性构件。这种连接器通常用于例如压缩气体管线或更持久性质的气体管线中。
[0003]用于气体取样的广泛使用的连接器在不久的将来将被禁用于气体测量应用。新的标准化连接器将被引入气体应用。那种连接器由IS080396限定。其在原理上类似于用于气体取样的广泛使用的连接器，但只是更大些。增加的尺寸具有其缺陷。增加的尺寸对于测量的上升时间和测量精度具有负面影响。增加的尺寸增加了连接内部的死空间。死空间增加了取样气体的混合并因此增加了测量的上升时间，并更难以使用低的样本流量以及监视高的呼吸率。
[0004]诸如死空间的额外的流体体积在渐缩连接中是特别固有的，其通常用于病人呼吸回路中。在图1中显示了具有医疗气体分析器11的这种呼吸回路。病人I利用插管3、Y形件4、吸气支管5和呼气支管6连接至呼吸器2。在呼吸回路中，通常包括用于流体取样的气路转接器7。这个呼吸回路中的所有呼吸管连接器通常是锥形渐缩的，但额外的体积特别对于新生儿使用是很重要的。关于新生儿换气的额外体积问题的原因在于管尺寸是为成人或儿科使用而设计的。呼吸回路中的额外的体积意味着新生儿的肺中的气体交换会因为吸气和呼气的气体混合而削弱。流体取样管线8同样利用转接器末端9中和输入10处的渐缩连接配合而连接至气体分析器11。这些连接器通常是相同的，并且可能是锥形渐缩的，类似于市场上众所周知的流体连接或者如进一步所述的渐缩。
[0005]设计为用于实时测量呼吸气体的气体分析器必须足够快速以分辨气体含量中的变化。这对于二氧化碳尤其如此，其从吸气阶段中的接近于零变化至呼吸循环的呼气阶段中的大约5%。这样使整个气体取样系统流线化是非常重要的。具有减慢响应的系统的许多部分可能很容易达到不可接受的气体分析器性能。例如二氧化碳的增加的上升时间的原因通常是额外的流体体积、气体管线中的死空间，在此处气体流动减慢。渐缩锥形连接器易于受到这种死空间的影响，尤其是如果内部尺寸显著大于孔或取样管线本身的那些时。锥形连接器的内在结构使得死空间始终被引入，并且数量严重依赖于锥形尺寸的公差。连接器必须容许轴向或纵向游隙，从而避免轴向接触的情形，因为那样的话可能发生空气泄漏。因此，公差始终在连接中限定了轴向额外的流体体积，以确保锥形表面处的紧密性。
[0006]对于差不多稳定性的气体成分，额外的体积对于测量可能没有任何较大的影响，但是对于气体成分方面的快速变化，情形是不同的，尤其当利用快速气体分析器时。这在图4的曲线图中显示。虚线A代表典型的气体浓度值的测量，其作为以毫秒为单位的时间的函数从大约零快速地升高至最大相对值I。这可为根据现有技术的渐缩连接对气体分析器11所测量的从病人吐出的二氧化碳的响应时间的贡献的曲线图，其从零升高至大约5%的量。上升时间被限定为在最大测量值的10%至90%之间的时间，最大测量值在这种情况下为I。从中可看出，曲线非常缓慢地达到其终值，留下之前气体的轨迹，例如部分吸入的无二氧化碳的气体。这种轨迹时常在信号具有达到其90%值之前已经开始，其结果是在上升时间值方面相当大的增加。相同的情形适用于从最大值I至零的下降时间。当假定只有大约1ms时，曲线A的上升时间大约为40ms。如果气体分析器11的气动系统另外经过优化，那么这种尾迹可能减少精度，甚至超出规定。取样管线中若干个相似的连接当然将进一步恶化情形。不必说，如果渐缩连接具有比上面所给更大的尺寸的话，那么相同的情形甚至更为显著。注意曲线只显示了来自渐缩连接的贡献，而非病人的最终呼吸曲线，二氧化碳描记图。大约10ms的短的呼气时间段仅仅用于举例说明的目的。
[0007]最小的死空间在气相色谱法或液相色谱法中也是重要的。利用毛细管形成连接的努力是众所周知的。母连接部分是略微渐缩的，从而容纳圆柱形的毛细管，并形成紧密的压配合。这种连接器配合是针对液相色谱法或气相色谱法中所遭遇的条件特别设计的，并且不意在用于类似气体分析器中重复形成的可靠连接。坚固性不可避免地增加死空间到连接孔。
[0008]在新生儿应用中，主换气回路的额外的流体体积必须尽可能地小。对于这个问题存在不同的解决方案。这些连接也是锥形渐缩的，即使这些尺寸比用于气体取样系统的尺寸大得多。在一种解决方案中，存在填充死空间的滑动的内部通道，并且在另一解决方案中使用可压缩的部件消除额外的流体体积。然而，尤其对于小的一次性的连接器，例如用于气体分析器的取样管线中的那些连接器，这种移动的或可压缩的特征将难以实现，并且将增加一次性附件的费用。
[0009]因为生产量可能是每年数百万，所以连接器通常利用注塑模制来制成。因为大的体积，模具时常具有多个腔室以增加生产能力。较多的腔室通常还意味着较低的部件成本。另一方面，较多的腔室还使生产过程复杂化，使得过程更难以控制。在例如上述锥形连接器的情况下，重要的特征包括例如密封面的尺寸精度、闭锁特征的尺寸精度、焊接线路控制和凹痕控制。存在许多变量，其是归因于好的结果或坏的结果的因素。这些参数包括例如材料性质、模具结构、注入点、注入压力、保持压力以及其它已知的过程参数。所有参数都可用于单腔室模具和多腔室模具中的过程控制。部件几何形状和结构在多腔室模具中变得更加重要。换句话说，坏的部件结构在单腔室模具中比在多腔室模具中可能更容易利用过程参数补偿。
[0010]需要连接器部件的尺寸精度产生无泄漏的密封，以防止超出规格要求，并且最大限度地减小锥形连接的末端必须存在的死空间。
[0011]为了保留密封的完整性，密封面必须没有任何显著的凹痕、大的焊接线或短的焊点。因此注塑模制部件的表面厚度必须足够小，以避免当熔化的材料在注入之后在模具内部冷却下来时收缩，但必须足够大，以确保良好的填充置信度。小的收缩问题可利用过程参数进行调整。当模腔数量增加且尤其当部件几何形状不是最佳时，调整变得更难以完成。部件的壁厚必须优选在整个部件周围是均匀的，或者朝着填充方向逐渐地收缩。因此大体积的特征不是所需的。
[0012]在图2中描绘了现有技术的流体连接。其包括母连接器12和公连接器14，母连接器具有锥形渐缩的内表面13，并且公连接器14具有对应的锥形渐缩的外表面15。另外，存在螺纹附件16以固定该连接。连接配合的至少一个末端通常附接至具有内径Dl的取样管线8。取样管线插入连接器的内部，但没有远到低于渐缩表面。对于气体取样，取样管线8的内径Dl通常大约为1mm。在公连接器内部，在锥形渐缩表面15的下面，直径时常被加宽至大约D2=
2.5mm，这明显是出于制造原因。加宽区域位于渐缩表面15的下面，并且朝着连接器末梢打开。这个额外的体积当然增加了连接的额外体积，但可以很容易地通过减少直径来消除，诸如图3中所示，或者通过使取样管线8延伸更靠近连接器末梢，其将导致取样管线末梢未支撑在内径D2中的大的死空间的内部。
[0013]根据众所周知的连接器的规格，如图2中所示，母连接器在其底端的内径D3大约为3.8mm。因为连接器不能容许被轴向接触，所以关于长度LI的间隙和公差可利用6%或大约3.4度的渐缩部分的给定公差进行计算。这个长度LI可在最小1.0mm和大约2.8_之间变化。其还限定了额外的体积17，诸如连接内部的额外空间。特别因为其内径D3(内径D3几乎是取样管线8的直径Dl的四倍)，额外的体积将对气体分析器11的响应时间具有影响。这样的原因是部分气体流填充这个体积，其然后用作从正在流动的时间之前的一段时间的用于气体成分的储器。内