SE525095C2 - Fönster för IR-gasanalysator samt förfarande för framställning av sådant fönster - Google Patents

Description

75 20 25 30 525 095 Liknande adaptrar är kända exempelvis genonl de amerikanska patentskrifterna 5,6l6,923; 6,095,986; 6,2l6,692; och 6,258,040.

Ett speciellt problem som 'uppmärksammats i den ovannämnda typen av adaptrar är de fuktavsättningar som kan uppkomma på insidan av adapterns väggar. Dessa fuktavsättningar beror på att andningsgaserna innehåller en hel del fukt, och att denna fukt på grund av temperaturskillnaden mellan andningsgasen inuti adaptern och den avsevärt kallare omgivande luften på adapterns utsida erhålls kondensation av fukten inuti adap- tern, vilken fukt då avsättes i form av vattendroppar bland annat på fönstren i adaptern.

Det som. har befunnits vara en problemkälla i de hittills kända adaptrarna av det ovannämnda slaget är fönstren genom vilka IR-strålarna ska passera. De krav som allmänt bör stäl- las på fönstren i adaptrar av det ovannämnda slaget är: - Ska släppa igenom IR-strålar i det önskade våglängdsom- rådet eliminera eventuella kondensationsproblem - Ska säkert från gaserna i andningskretsen - Ska inte deformeras på grund av mekanisk åverkan eller på grund av tryckförändringar i andningskretsen - Ska motverka ansamling av vätska på ytan - Ska kunna monteras gastätt i adaptern - Ska ha låg tillverkningskostnad - Ska vara enkelt och billigt att montera dem i adaptern P:\Pairanur\DOCS\DOCWORK\SluliBrelâggande,inl.doc, 2004-0 l -09 10 15 20 25 30 525 095 f Bland de olika lösningar som finns beträffande utformning- en av fönstren har framför allt följande problem uppmärk- sammats: - Traditionella fönster av glas är dyrbara, och kräver ofta uppvärmning för att undvika fuktavsättningar.

Uppvärmningen ger då den ytterligare nackdelen att den drar effekt, och gör dessutom att det tar tid in- nan givaren kan börja användas. Gör också att man får sammansättningar av olika material, vilket försvårar återvinning av de använda adaptrarna.

- Eblier som har tillräcklig mekanisk hàllfasthet har vanligen dålig transmissionsförmåga i höga våglängd- områden. Folier har visat sig svåra att få plana, och kräver därför någon form av spännanordning, vilket i sin tur gör detaljen känslig för vridning. För att folierna ska komma i nivå med innerväggen, för att förhindra fickor som kan samla vätska runt fönstret, krävs vanligen ytterligare fästelement. Dessa ytter- ligare fästelement kräver ofta limning för att fast- sättningen ska bli säker och tät.

- Flera olika ingående delar och monteringsmoment gör produkten dyr i. framställning. Olika material leder också till àtervinningsproblem, som nämnts ovan. Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkom- ma ett nytt fönster för gasanalysatorer av ovannämnt slag, med vilket de här ovan beskrivna problemen och nackdelarna med hittills kända fönster av detta slag undanröjs.

Ovannämnda ändamål med uppfinningen uppnås med ett fönster av det ovannämnda slaget, vilket är utformat i ett stycke av ett plastmaterial, och uppvisar en rund grundform med en runt om gående kant och en i förhållande till kanten försänkt central PrWwanoflßOCSßOCwOkKßlutlöreliggmdejnldoc, 2004-0 l -09 10 15 20 25 30 525 095 del utgörande det fönster genom vilket IR-strålarna ska kunna passera.

Enligt en föredragen utföringsform är fönstrets centrala del utformad något välvd i riktning bort från den runt om gående kanten.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform av uppfinning- en är fönstret bildat av ett plastmaterial av samma slag som det som använts för den adapter i vilken fönstret ska monte- IaS.

Enligt ännu en föredragen utföringsform av uppfinningen är fönstret utformat för att kunna fastsättas i adaptern medelst limning, ultraljudssvetsning eller värmesvetsning.

Den ovannämnda lösningen på utformningen av fönstret ger ett fönster med en speciell utformning som vore lämplig för form- sprutning. Det har dock tidigare inte varit möjligt att form- spruta ett sådant fönster med en tillräckligt tunn, ca 80- 90um, och jämn godstjocklek i den del av fönstret där huvud- delen av IR-strålarna ska passera. Traditionella formsprut- ningsmetoder leder lätt till bristande utflytning i den tunna sektionen, vilket har begränsat den minimala tjockleken till ca 250-300um. Andra framställningsmetoder, såsom t.ex. form- prägling, kan nedbringa tjockleken till ca 150-200um. För att tillfredställande tjocklek i kunna ge transmissionsegenskaper måste fönstrets den tunna sektionen dock vara högst 90um. Det är därför ett ytterligare ändamål med uppfinningen att åstadkomma ett förfarande för framställning av ett sådant fönster.

P:\Pah'an0r\DOC S\DOCWORK\S1uüördigglndc.inl.d0c, 2004-0 1-09 70 15 20 25 30 525 095 Detta ytterligare ändamål med uppfinningen uppnås med ett förfarande vid framställning av ett sådant fönster, där fönstret bildas genom formsprutning' av en termoplast i en form där insprutningen av plastmaterialet i formen sker cent- ralt i det blivande fönstrets mitt.

Enligt en föredragen utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen inblandas ytspänningsmodifierande ämnen i plast- materialet före formsprutningen.

Enligt ännu en föredragen utformning av förfarandet enligt uppfinningen sker formsprutningen i ett förvärmt formverktyg.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare i form av ett par icke begränsande utföringsexempel åskådliggjorda på de bifogade ritningsfigurerna, där Fig. 1 visar IR- absorptionsspektrat för olika gaser som mäts med en gasanaly- sator, närmare bestämt i Fig. la IR-absorptionsspektrat för C02 och N¿O, i Fig. lb IR-absorptionsspektrat för anestesiga- ser, och Fig. lc IR-absorptionsspektrat för enskilda aneste- sigaser i våglängdsområdet 8-9,5um, Fig. 2 visar en princip- bild av en patient som andas via en gasanalysator, Fig. 3a visar en. perspektivvy av en adapter för en gasanalysator, Fig. 3b visar en adapter enligt Fig. 3a i ett perspektiviskt längdsnitt, Fig. 3c visar en adapter enligt Fig. Ba i ett perspektiviskt längdsnitt med vattendroppar (imma) på insidan 4a visar schematiskt strålgången vid. en av adaptern, Fig. vattendroppe med större kontaktvinkel, Fig. 4b visar motsva- rande strålgång vid en vattendroppe med något mindre kontakt- vinkel, Fig. 5a visar ett längdsnitt av en adapter för en gasanalysator med fönster enligt uppfinningen, Fig. 5b visar nämligen en del av längdsnittet i Fig. 5a i större skala, delarna av en ndttsektion hos adaptern med fönstren enligt PI\Pal1'an0r\DOCS\DOCWORK\SluI.fórcläggundejnLdoc, 2004-0 l-09 10 75 20 25 30 525 095 uppfinningen, Fig. 6 visar ett tvärsnitt genom ett fönster enligt uppfinningen, visande fönstret i avsevärt förstorad skala, Fig. 7 visar en del av ett formsprutningsmunstycke och ett fönster, båda i tvärsnitt, vid framställning av fönstret, och Fig. 8 visar schematiskt förloppet vid formsprutningen av fönstret i enlighet med förfarandet enligt uppfinningen.

I Fig. l visas således absorptionsspektrat för infrarött ljus vid analys av andningsgaser med hjälp av IR-gasanalysator.

Som framgår av Fig. la ligger C02 och N¿O i området 4-4,5um, vilket är det område där de hittills använda fönstren uppvi- sar god transmittans. De hittills använda fönstren har där- emot dålig transmittans i området 8-lOum, som såsom framgår av Fig. lb är det område där de bästa absorptionstopparna för lc visar närmare absorptionsspekt- anestesigaser finns. Fig. rat för de vanligaste anestesigaserna, där det tydligt fram- går att dessas absorptionsspektra huvudsakligen återfinns i området 8-9,5um. Det har därför varit ett ändamål med före- liggande uppfinning att åstadkomma ett fönster som medger god transmittans även vid dessa våglängder på det infraröda lju- set.

Fig. 2 visar den allmänna principen för hur analysen av and- ningsgaser till/från en patient sker. Patienten l andas via en slang 2 som är ansluten till en adapter 3. Till adaptern 3 som sköter mätningen av är anslutet respiratorslangar 4, luft/andningsgas till/från patienten l. På adaptern 3 är påsatt ett mäthuvud 5, exempelvis av det slag som beskrivits i den ovannämnda PCT/SE02/01946, vilket mäthuvud 5 innehåller elektronik för utsändande av infrarött ljus och analys av det mottagna infraröda ljuset och är anslutet till en signalkabel att leda resultaten till en 6 för registrerings- /visningsanordning, exempelvis en PC. Adaptern 3 är försedd P:\Patranor\DOCS\DOCWORK\Slu!íörelâgglnde.iIIl.d0c, 2004-0 I -09 10 75 20 25 30 525 095 med de fönster som är föremålet för föreliggande uppfinning, och genom vilka det infraröda ljuset i mäthuvudet 5 passerar.

Adaptern 3 har såsom framgår av Fig. 3a två ändar 3' och 3" med anslutningar för patientslang 2 resp. respiratorslang 4.

Adaptern har vidare ett mittparti 7, på vilket mäthuvudet 5 kan påsättas, och i vilket fönstren 8 enligt uppfinningen är anordnade. Genom adaptern sträcker sig en genomgående kanal 9, som leder andningsgaserna från patientslang 2 till respi- och vice versa. ratorslang 4, I mittpartiet 7 är två fönster 8 anordnade mitt för varandra, så att IR-strålar som av mät- huvudet 5 sänds genom det ena fönstret 8 passerar genom den genomgående kanalen 9 som innehåller andningsgaserna, och ut genom det andra fönstret 8 på andra sidan av mittpartiet 7.

Fig. 3b illustrerar det ideala förhållandet när ingen utfäll- ning av vattendroppar förekommer inuti kanalen 9, medan Fig. 3c illustrerar förhållandet när utfällning av vattendroppar 10 skett inuti kanalen 9, och då även avsatts på insidan av fönstret 8.

Med hjälp av Fig. 4 förklaras de problem som vattendroppar förorsakar när de förekommer på insidan av fönstret 8. Om en större vattendroppe 10 bildas på insidan av fönstret 8 såsom visas i Fig. 4a, såsom. kan vara fallet när inga åtgärder vidtagits för att förhindra/reducera uppbyggnaden av vatten- droppar på insidan av fönstret, erhålls en relativt stor kontaktvinkel d mellan fönstret 8 och vattendroppen 10, vil- ket i sin tur leder till att en infallande stråles infalls- vinkel mot vattendroppens yta blir relativt stor, och hela strålen reflekteras. På detta sätt förhindras då den infrarö- da ljusstrålen att passera genom den genomgående kanalen i adaptern, och någon mätning kan inte ske. Om däremot åtgärder vidtagits för att förhindra/reducera uppbyggnaden av vatten- P:\Pat1'anor\DOCS\DOCWORK\Slutlörelñggundc.inl.d0c, 2004-01-09 70 15 20 25 30 525 095 droppar på insidan av fönstret, såsom i Fig. 4b, erhålls en relativt liten kontaktvinkel d mellan fönstret 8 och vatten- droppen 10, vilket i sin tur leder till att en infallande stråles infallsvinkel mot vattendroppens yta också blir rela- tivt liten, och strålen kan med liten brytning passera vat- tendroppens 10 yta och vidare genom den genomgående kanalen med den gas som ska analyseras, och vidare ut genom fönstret på motstående sida av kanalen, och en mätning och analys av gasen kan ske.

Den rent tekniska förklaringen till bildandet av droppar på insidan av fönstret av plast är skillnaden i ytspänning mel- Traditionella polyolefiner är lan plastytan och vattnet. mycket hydrofoba, vilket leder till att droppar som bildas får en stor kontaktvinkel. Genom tillsats av ett ytspännings- modifierande medel kan skillnaden i ytspänning mellan plast- ytan och vattnet elimineras, vilket då leder till att kon- taktvinkeln går mot noll, och vattnet sprids ut som en jämn film över plastytan. För att ett ytspänningsmodifierande ämne ska fungera måste det förekomma på ytan av polymeren och vara åtminstone något lösligt i vatten. De ytspänningsmodifierande medel som används har denna egenskap, och fungerar' så att ytspänningsmodifierande medel som finns inuti polymeren mi- grerar mot plastytan när det ytspänningsmodifierande medlet på själva ytan minskar genom att det upplöses av vattnet på ytan, och på så sätt erhålls en automatisk påfyllning av det ytspänningsmodifierande medlet så att en huvudsakligen kon- stant andel ytspänningsmodifierande medel finns till hands på plastytan. Typiska koncentrationer av sådant ytspänningsmodi- fierande medel är l-3%.

Fig. 5a visar ett längdsnitt genom en adapter 3 med fönster 8 enligt uppfinningen insatta i två motstående väggar i adap- P:\Pa(':anor\DOCS\DOCWORK\S1uflZ&rclåggande.inLdoc, 2004-01-09 70 15 20 25 30 525 095 i terns mittparti 7, Fig. 5b visar en del av adapterns mittpar- ti 7, närmare bestämt delen med fönstren 8 där de är insatta i mittpartiets 7 väggar, och i Fig. 6 visas ett fönster 8 i större skala.

Fönstret 8 enligt uppfinningen är utformat i ett stycke av ett plastmaterial, och uppvisar en rund grundform för såväl enklare tillverkning som enklare montering. Fönstret har en runt om gående kant 8" och en i förhållande till denna för- sänkt central del 8' som utgör den del av fönstret som ska kunna genomlysas. Den centrala delen 8' har företrädesvis en tjocklek av ca 80-90um, för att ge en god transmission i hela det eftersträvade våglängdsområdet av 4-lüum. Den runt om är lämpligen flera gånger tjockare än den dels för att ge stabilitet gående kanten 8" centrala delen 8', t.ex. ca 1 mm, till fönstret, och dels för att underlätta hantering i sam- band med montering av fönstret 8 i en adapter 3. Den centrala delen 8' är lämpligen också utformad så att den buktar något bort från den runt om gående kanten 8", för att härigenom underlätta avrinning av fukt som samlas på fönstret. Från den tjockare runt om gående kanten 8" uppvisar fönstret lämpli- gen en gradvis övergång mot den tunnare centrala delen 8'. ett och det blir också Härigenom erhålls starkt fönster, lättare att formspruta.

Som framgår av Fig. 5b är fönstret 8 monterat i väggen på adapterns 3 mittparti 7, vilket för monteringen av fönstret 8 vid tillverkningen utformats så att det uppvisar en avsats- försedd öppning i vilken fönstret 8 enkelt kan monteras.

Fönstret 8, och öppningen i väggen, är lämpligen dimensione- rade så att fönstrets centrala del 8' kommer att ligga huvud- hos mittpartiet, så inte bil- sakligen jäms med den inre väggytan 7' att det mellan fönstret 8 och den inre väggytan 7' P:\Patran0r\DOCS\DOCWORK\SlutiBreläggunde.inl.doc, 2004-01-09 70 15 20 25 30 525 095 10 das nâgra fickor i vilka vätska kan ansamlas, eller ge upphov till turbulenta strömningar i den genomgående kanalen 9. Om utformat så att fönstrets centrala del 8' dessutom är välvt, den buktar något in i kanalen, dvs. något ut över den inre väggytans 7' yta, underlättas också avrinning' av' eventuell fuktighet från fönstret.

Materialet i fönstret 8 är lämpligen en polyolefin, som är lätt att formspruta, t.ex. en polyeten, företrädesvis en HD- polyeten. Även själva adaptern 3 kan vara av en formsprutad polyolefin, vilket då skulle göra att hela adaptern, inklusi- vilket underlät- ve fönstret, vore av ett likartat material, tar återvinning av rnaterialet, och därför får ses som ett miljömässigt bra materialval.

För att underlätta avrinning av 'vatten från fönstret 23 är detta ett ytspänningsmodifierande lämpligen behandlat med ämne, som gör att inga stora vattendroppar, såsom en sådan som. visas i Fig. 4a, kan byggas upp på fönstrets insida.

Lämpligen kan ett ytspänningsmodifierande ämne vara inklude- rat i det material som fönstret tillverkats av, för att inte kräva någon ytterligare behandling av fönstret efter dess tillverkning.

Fönstret 8 kan med den ovan beskrivna utformningen lätt fast- sättas i adaptern, exempelvis genom limning eller hellre genom ultraljud- eller värmesvetsning. här Ett fönster enligt uppfinningen framställs som nämnts ovan lämpligen genom formsprutning. En traditionell form- sprutning av en sådan produkt, med ingöt i ena änden av for- men, skulle lätt leda till bristande utflytning i den del som eftersom avståndet ska utgöra fönstrets centrala del 8', P:\Patranor\DOCS\DOCWORK\Slutßreläggnnde.inldoc, 2004-0 I -09 10 15 20 25 30 525 095 ll mellan de två formhalvorna skulle vara mycket litet, då den färdiga produkten där enbart har en tjocklek i storleksord- ningen 80-90um. Detta skulle då leda till stora kassationer genom att man erhåller produkter där hål eller ojämnheter kan förekomma i den centrala delen av fönstret.

Föreliggande uppfinning har därför också avsett ett särskilt förfarande för tillverkning av ett fönster enligt uppfinning- en. Enligt detta förfarande formsprutas fönstret av en termo- sker plast, i en forni där insprutningen av' plastmaterialet centralt i centrum av formen, dvs. i mitten av det blivande fönstret. Fig. 7 visar detta schematiskt, där det visas ett fönster 8 enligt uppfinningen och en del av det formsprut- ningsmunstycke ll som används för injektionen av termoplasten i formsprutningsformen. Själva formsprutningsformen. är dock utelämnad, eftersom den i sig inte har någon större betydelse för uppfinningen. Fig. 8 visar schematiskt hur den insprutade termoplasten strömmar centralt in, såsom antyds av pilen 12, mot centrum av botten av det blivande fönstret 8. Som antyds av pilarna 13 strömmar sedan plasten radiellt utåt, för att bilda den centrala delen 8' av fönstret 8, och sedan efter pilarna 14 vidare utåt mot den runt om gående kanten 8". I formsprutningsformen är vidare, från den del som bildar den runt om gående kanten 8" anordnat avluftningskanaler, antyd- da vid hänvisningssiffran 15, genom vilka luft kan evakueras från formrummet.

För att inte den insprutade termoplasten ska stelna i den del av formen som ska bilda den centrala delen 8' av fönstret, är formverktygen lämpligen förvärmda, så att plasten har lättare att strömma ut och fylla ut även den del av formen som ska bilda den runt om gående kanten. Förvärmningen regleras lämp- ligen så att temperaturen under sprutprocessen är högst i P:\PaXranor\DOCS\DOCWORK\Siu$Srcläggande.inl.doc, 2004-01-09 10 15 20 25 30 S25 095 12 formrummets centrala del, för att gradvis avtaga mot den yttre delen.

Med hjälp av de radiellt riktade avluftningskanalerna 15 kan luftvolymen innesluten i formrummet evakueras såsom antyds av pilarna 16.

Det är för formsprutningen av precisionsdetaljer som fönstren enligt uppfinningen viktigt att formrummets och ingötets temperatur under formsprutningsförloppet kan regleras mycket noggrant. För låg temperatur ger ofullständig fyllnad i den tunna centrala sektionen, medan för hög temperatur kan leda till att plasten bränner. Vid praktiska försök har en form- rumstemperatur av ca 80°C, och en ingötstemperatur av ca 120°C visat sig lämpliga. Då framställdes ett fönster med en diame- ter av 10 mm och 80um tjocklek i mittsektionen, under använd- ning av ett ingöt med diametern 0,25 mm. De tre radiellt riktade avluftningskanalerna hade en bredd av 0,6 mm, en tjocklek av l5um och en längd av 1,6 mm.

För att åstadkomma ett effektivt sätt för framställning av en produkt sonl bör innefatta ytspänningsmodifierande medel på sin yta föreslås också med föreliggande uppfinning att blanda in ett sådant i plastgranulatet före formsprutningen av fönstret, och formspruta fönstret med det så i plastgranula- tet inblandade ytspänningsmodifierande ämnet.

Som nmterial för forsprutningen av fönstret enligt uppfin- ningen har föredragits polyolefiner, företrädesvis en HD- polyeten. Ett lämpligt ytspänningsmodifierande ämne som be- funnits fungera vid inblandning i plastgranulatet och form- sprutning enligt förfarandet enligt uppfinningen är t.ex. sorbitolestrar eller glycerolmonooleater.

P'\Patrunor\DOCS\DOCWORK\Slutßreläg§a.ndc.inl.doc, 200401-09 525 095 13 Det är givet att även andra material än de som nämnts i före- liggande beskrivning kan användas, förutsatt att de uppvisar liknande egenskaper och kan ge motsvarande resulterande slut- produkt.

P:\Patranor\DOCS\DOCWORK\Slutlörcläggunde.inl.doc, 2004-0 1-09

Claims (10)

70 75 20 25 30 525 095 14 Patentkrav

1. Fönster för användning i en adapter (3) för en IR- gasanalysator för analys av andningsgaser där andningsgaserna strömmar genom en genomgående kanal (9) i adaptern (3) med fönster (8) anordnade på ömse sidor av kanalen (9) så att en IR-stråle kan sändas genom fönstren (8) och kanalen (9) med andningsgaserna, k ä n n e t e c k n a t av att fönstret (8) är utformat i ett stycke av ett plastmaterial, och uppvisar (8") och en i (8') en rund grundform med en runt om gående kant förhållande till kanten (8") försänkt central del utgö- rande det fönster genom vilket IR-strålarna ska kunna passe- Ia.

2. Fönster enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att plastmaterialet är en polyolefin, företrädesvis en HD- polyeten.

3. Fönster enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att plastmaterialet innefattar ett ytspänningsmodifierande ämne.

4. Fönster enligt något av de föregående kraven, k ä n n e - t e c k n a t av att det är bildat genom formsprutning.

5. Fönster enligt något av de föregående kraven, k ä n n e - t e c k n a t av att fönstrets centrala del (8') är utformad välvd i riktning bort från den runt om gående kanten (8").

6. Fönster enligt något av de föregående kraven, k ä n n e - t e c k n a t av att det är fastsatt genom limning i en urtagning i en vägg omslutande den genomgående kanalen (9) i adaptern (3). P:\Palïanor\DOCS\DOCWORK\Slutföreläggundc.inLdoc, 2004-0 l-09 10 75 525 095 15

7. Fönster enligt något av kraven l-5, k ä n n e t e c k - n a t av att det är fastsatt genom ultraljud- eller värme- svetsning i en urtagning i en vägg omslutande den genomgående kanalen (9) i adaptern (3).

8. Förfarande för framställning av ett fönster enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a t av att fönstret (8) bildas genom. formsprutning av' en termoplast i en fornz där insprutningen av plastmaterialet i formen sker centralt i det blivande fönstrets mitt.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att ytspänningsmodifierande ämnen inblandas i termoplastmateria- let före formsprutningen.

10. Förfarande enligt krav 8 eller 9, k ä n n e t e c k - n a t av att formsprutningen sker i ett förvärmt formverk- tyg. P'\Patranor\DOCS\DOCWORK\Sluifdreläggande.inl.doc, 2004-0 l-09