JP2008075659A - 新規な圧電型変換器アセンブリ及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電型変換器であって、ガス駆動ポンプの排気ポート監視用の非侵入形手段を提供するものである。
【解決手段】圧電型変換器アセンブリが、ガス駆動ポンプからの出力ガスを監視するために利用されていて、圧電型変換器アセンブリは、ポンプ駆動される材料の入力あるいは出力流れと一体のものではなくて、ガス駆動式ポンプの排気ガスを検出するために使用されるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は圧電型変換器アセンブリを開示し特許請求の範囲とするものであって、圧電型変換器アセンブリが、ダイヤフラム・ポンプあるいはベローズ型ポンプからの出力ガスを監視するために利用されていて、そのポンプは、作動流体として空気、窒素又は二酸化炭素を使用しており、変換器は、ポンプ駆動される材料の入力あるいは出力流れと一体のものではなくて、ガス駆動式ポンプの排気ガスを検出するために使用されるものであり、従ってガスポンプを制御することができる。本発明の目的のために、“ガスポンプ”の意味は、ダイヤフラム形あるいはベローズ形のパルス化されたガス出力ポンプである。

本発明において開示されている変換器は、ガス駆動ポンプによりポンプ駆動された材料の入力流れの、ガスポンプによりポンプ駆動された材料の出力流れの及び／又はガス駆動ポンプによりポンプ駆動された材料の入力あるいは出力流れの圧力の監視に現在使用されている変換器と取り替ることを意図しているものである。そのような変換器は、例えばホール効果変換器、光放出ダイオード変換器又は光学式変換器等である。

ここに開示する本発明を理解するにあたり、材料がガス駆動ポンプによりポンプ駆動されている状況において、少なくとも二つの流れがあることを覚えておかねばならない。第一の流れは、ポンプを駆動するために使用されているガスであり、第二の流れは、ポンプにより駆動されている、水、無毒流体、水溶性酸、水溶性アルカリ及び他の有毒物質と、ポンプに対する他の腐蝕性材料とである。

本発明において、“流れ”はガス駆動ポンプにより駆動されている材料流れに関するものであり、ガス流れが他の記述で表示されない限り、ガス駆動ポンプを駆動するために使用されているガスのことではない。

本発明の背景
測定し、監視しそして観測するために圧電型変換器を使用することは新技術ではない。現在、製造者は、ガスポンプを監視するために、又はガスポンプが使用されている製造プロセスにおいて生じる事象を測定するために、磁気ホール効果変換器、光学式変換器、光放出ダイオード変換器等を使用していて、それらのガスポンプは今日ではほとんど空気作動ポンプである。

圧電型変換器が使用される圧力検出の用途は：
圧力そのものの測定；加速度計の使用を介しての衝撃力の測定；音声のレコーディングあるいは検出用マイクロフォン；音波及び／又は超音波の発生；及び列状の変換器にわたって通過してゆく自動車又は列車の検出である。

ガス駆動ポンプ産業界は、重要な用途において、運転しているポンプからの電子的なフィードバックを長年にわたって使用してきた。フィードバックは多くの方法で実施されてきた。従来形のガス駆動ポンプにおいて、一般に少なくとも一つの部品は、往復運動している。ある製造者は、これらのポンプに電子的に移動するシャトルバルブを取りつけた。そのような移動は、近接変換器で検出されているポンプの往復動部分により、あるいは、エレクトロニック・アイを通過している、ポンプの往復動部品の色彩コントラスト部分により、電子信号をシャトルバルブに送ることにより行なわれてきた。この移動がシャトルバルブを移動している。

他の製造業者は、機械式圧力スイッチ及びソリッドステート圧力スイッチの両者を使用してきた。それらのスイッチは、シャトルバルブの切換を所望するときに、ポンプ内部のバルブから送風ガスを受け入れている。機械式あるいはソリットステートの圧力スイッチは、送風ガスを電子信号に変換し、電子信号は続いてシャトルバルブを作動するためにシャトルバルブへ送られる。さらに、シャトルバルブに送られた信号は、製造者により、電子信号を提供するために、ポンプを監視する他の装置へ接続することができる。これらの装置は、これに限定するわけではないが以下のもの：とりわけポンプを監視する工具に埋め込まれた、サイクル計数変換器、タコメータ、反転モータ、アンダーランモニタ及びパーソナルコンピュータ装置を含んでいる。

いずれの場合においても、そのような現在の装置はポンプ内部に侵入的に変換器を配置する必要がある。このことは、ポンプ内部に取りつけられた部品が汚染をもたらし、又は部品が、ポンプにより駆動されるアルカリ、酸あるいは他の腐蝕性薬品により影響をうけることになる状態がもたらされている。そのような部品は、例えば流量計、質量変換器及び外車形変換器であって、それらはすべてポンプにより駆動される材料の流れに直接接触して配置されている。食品の場合、そのような部品は、食品が微量の金属及び他の材料により汚染される状態をもたらしている。ポンプ内部にこのような部品を配置することは、ポンプにより駆動される材料の流れにおいて、部品がプラグとして作用又はプラグを又は部分プラグをもたらす状況を招いていて、さらにこれらの部品の交換及び補修の困難さを招いている。

前述の問題のために、ポンプ装置が全然監視されていない状況においては、製造プロセスにおいて構成部品の故障が発生し、高価につく停止時間と洗浄と無数の他の問題とがもたらされる。これらの状況において、これらの製造プロセスを監視することによりポンプを監視している時だけが、故障を知ることのできる時である。最終的にこれらの問題はポンプの完全停止をもたらし、時に人的損傷及び装置の破損をもたらすことである。

従って、前述のすべて問題ない非侵入的な変換器により、ガス駆動ポンプの監視及び／又は制御手段を提供することは価値のあることである。

発明
ここで開示され、特許請求の範囲となっているものは、圧電型変換器であって、その圧電型変換器は、前述の問題を排除するために、ガス駆動ポンプの排気ポート監視用の非侵入形手段を提供するものである。

ここで開示され、特許請求の範囲となっている方法は、ガス駆動ポンプの監視用手段を提供するために、デジタル出力式エレクトロニクスと共に前述の変換器を使用するものであって、そのほとんどのデジタル出力式エレクトロニクスの形態は現在従来技術として公知なものである。そのような方法は、ポンプ内に挿入することを必要とする変換器に付随する問題なしに、ポンプの性能及びポンプの制御性を強化するものである。本発明の変換器は、ガスディフューザの部品として取りつけることができて、あるいはポンプが爆発生物質を駆動する場合のように比較的遠距離にでさえ、離なれて変換器を配置することができる。

本発明の変換器アセンブリ及び本発明の方法は、従来技術における変換器及び方法により得ることのできる多くの長所を提供することが可能であって、それらの長所とは：ガスポンプのすべての部品をガスポンプの外部へ、とくに金属部品をポンプのダイヤフラム及び／又はベローズから外部に配置することができること；変換器の破損なしに高濃度酸性材料あるいはアルカリ性材料を駆動できること；変換器を用いて空気流れに即応答して、ガスポンプを迅速に起動及び停止できること；正確な監視と流量制御と分配とへの適用が可能であること；ガスポンプのプライミングの検証及びいずれの操作における再起動の検証、又は操作手順の検証が可能であること；古い装置あるいは現在の装置を迅速にかつ容易に改善できること；ガスポンプが正しく作動していることを検証できること；一定流量を監視可能な能力があること；標準からの一定のズレに対してポンプを停止できること；ガロン、クォート、リットル、オンス、又はより多量若しくはより少量のような流体の分配を正確に制御することができ、そしてより効率的でより信頼性のあるガスポンプデザインをもたらすことが可能であることである。

一つの実施態様として開示され、特許請求の範囲となっているものは、挿入形変換器リテーナアセンブリと、収納形変換器リテーナアセンブリとを具備する圧電型変換器アセンブリであって：
前記挿入形変換器リテーナアセンブリが、外表面と、前面及び背面と、を有しているハウジングを具備していて、前記背面は中心ハブを有しており、前記中心ハブは、貫通する中心開口部を有し、さらに前記挿入形変換器リテーナアセンブリへ一体に接続していて、前記外表面は、係合手段とテーパ付き前方外円周端面とを有していて；
前記挿入形変換器リテーナアセンブリが、前記前面に第一円形開口部を有していて、前記第一円形開口部は内部に配置された円形の圧電型変換器を有しており；前記圧電型変換器は下面と上面とを有している。
第二開口部は、挿入形変換器リテーナアセンブリの前記前面にあり、前記第一円形開口部より深くて、さらに前記第一円形開口部の直径より小さな直径であって；前記中心ハブにおける前記中心開口部は、前記中心ハブにおける前記挿入形変換器リテーナアセンブリを貫通する連続チャンネルを提供するために、前記挿入形変換器リテーナアセンブリのハウジングを貫通し、前記第二開口部へ開口しており；
前記収納形変換器リテーナアセンブリがハウジングを具備していて、前記収納形変換器リテーナアセンブリのハウジングは前面と背面とを有しており、前記背面はそこに一体的に取りつけられた中心ハブを有しており、前記収納形変換器リテーナアセンブリの中心ハブは、背面と前面とを有し、かつ前記収納形変換器リテーナアセンブリのハウジングの直径より小さな直径であって、前記収納形変換器リテーナアセンブリの前記前面はそこに配置された開口部を有していて、前記収納形変換器リテーナアセンブリの開口部は内面と底部とを有しており；前記内面は、前記挿入形変換器リテーナアセンブリの係合手段に相補的な係合手段を有していて、前記収納形変換器リテーナアセンブリの開口部は、テーパ付き円周端面を前記底部に有している。
皿形くぼみは、前記収納形変換器リテーナアセンブリの開口部の底部の下方にあって、前記皿形くぼみが底部を有しており、前記皿形くぼみの上部表面積は、前記圧電型変換器の上部表面積に比例していて、前記表面積の関係は０〜１：１の範囲における比率である。
チャンネル開口部は、前記皿形くぼみの底部から前記収納形変換器リテーナアセンブリのハブの中心を貫通していて、前記収納形変換器リテーナアセンブリのハブの内面は、前記収納形変換器リテーナアセンブリをポンプに取りつけるための取りつけ手段を有している。この場合、前記ポンプはガスポンプであって、ベローズ型空気ポンプ又はダイヤフラム型空気ポンプのどちらかである。

他の実施態様において、圧電型変換器には、圧電型変換器の上部をおおって配置された、一般にディスク形状のエラストマ製保護カバーがあって、詳細は後述する。

他の実施態様において、第二開口部の底部に配置された電子構造体があって、詳細は後述する。

他の実施態様において、第二開口部に配置された圧縮性材料があって、詳細は後述する。

他の実施態様において、圧電型変換器をカバーする少なくとも一つのスティフナディスクが提供されていて、詳細は後述する。

他の実施態様において、ガスポンプと、作動可能にガスポンプに取りつけられた圧電型変換器と、ガスポンプを監視し制御するための制御装置とを具備する装置が説明されている。

発明の詳細な説明
図１及び２において、本発明の圧電型変換器アセンブリ１の側面図が示めされている。圧電型変換器１は、二つのセグメントである収納形変換器リテーナアセンブリ１１と、挿入形変換器リテーナアセンブリ２とから構成されていて、前記挿入形変換器リテーナアセンブリ２はハウジング３から構成されており、ハウジング３は外表面４と前面５と背面６とを有している。背面６が中心にハブ７を有していて、中心ハブ７は、ハブの背面９を貫通している中心開口部８を有しており、（図１及び４に示めす）圧電型変換器１０からのリード線３１、あるいは図１１に示めす電子式構造体１５を収納するようになっている。電子式構造体１５については後述する。圧電型変換器１０は上面３５と下面３６とを有している。

圧電型変換器１０は、一般に直径が約６．３５mm（約０．２５in）〜約６３．５mm（約２．５in）の範囲であって、より好ましくは約５０．８mm（約２in）未満のサイズであって、最も好ましくは約１９．０５mm（約３／４in）〜約２８．５７５mm（約１ １／８in）の範囲である。圧電型変換器１０の好適な厚さは、約０．００８mm〜０．２０mmの範囲であり、最も好適な範囲は、約０．０１mm〜０．０５mm、本発明に対して特に好適な範囲は、約０．０１mm〜約０．０３mmである。本発明において使用する圧電型変換器１０は、市場で入手可能であり、一般にステンレス鋼、セラミック、黄銅及び高分子フィルムから作られていて、好適な圧電型変換器１０はステンレス鋼及び高分子フィルムから作られており、全体性能として特に好適なものはステンレス鋼から作られている。薄い二層形変換器が、すべてに最も融通のきく構造である。それらは、単一シート（二層で作られている）のように使用することができて、曲げることができ、あるいは広げて使用することができる。一方の層が膨脹され他方の層が収縮される場合、二層形変換器は湾曲面となる。これらの変換器はベンダ（benders）、バイモフル（bimorphs）あるいはたわみ素子（flentural elements）と呼ばれている。“ベンダ”は他の圧電型変換器に比較して大きなたわみを実現できる。

図２は、図１における圧電型変換器アセンブリ１の線Ａ−Ａで切断した断面図であり、リード線と圧電型変換器１０は省略してあるが、それらは圧電型変換器アセンブリ１の内部を示めす図４に図示されている。挿入形変換器リテーナアセンブリ２は挿入可能なものとして記載されている。というのは挿入形変換器リテーナアセンブリ２は、収納形変換器リテーナアセンブリ１１の開口部２１に挿入可能であるからである。

挿入形変換器リテーナアセンブリ２はねじ山のセットとして図示されている係合手段１２から構成されているけれど、挿入形変換器リテーナアセンブリ２と収納形変換器リテーナアセンブリ１１との係合は、二つのセグメントを使用時にしっかりと一体に連結できて、検査時、交換時又は補修時に分離できるいずれの手段により行なわれてもよい。例えば、二つのセグメントを一体に保持するけれど、二つのセグメントを手で容易に分離することが可能な、粘着ゲル又は接着剤が挿入形変換器リテーナアセンブリ２の外面に塗布されてもよくて、あるいは二つのセグメントはボルト、ピン又はねじにより一体化されてもよい。二つのセグメントを係合する方法と手段とは、二つのセグメントが運転時に一体化されていて、簡単な方法で分離できるかぎり、クリティカルなものではない。

図３において、挿入形変換器リテーナアセンブリ２の前面５に配置された第一円形開口部１３が、挿入形変換器リテーナアセンブリ２の内部に図示されている。第二開口部１６が、挿入形変換器リテーナアセンブリ２の中央、第一円形開口部１３の真下にある。第二開口部１６は、挿入形変換器リテーナアセンブリ２の中に圧電型変換器１０支持用の受け台１４を提供するために、第一円形開口部１３の直径より小さな直径となっている。第二開口部１６は、第一円形開口部１３より深くなっていて、所望する場合圧縮性材料を収納するようになっており、かつ所望する場合、圧電型変換器１０の作動に必要とされるいずれの電子式構造体用のハウジングをも提供するようになっている。

開口部１３及び１６に加えて、開口部あるいはチャンネル８もあって、そのチャンネル８は第二開口部１６から、底部１７を通過し、ハブ７を貫通しハブ７の背面９に至っている。変換器アセンブリに使用されるいずれのリード線も、この開口部１７を通過して、圧電型変換器１０からのあるいは電子式構造体１５からの情報を受け取るために使用されるコンピュータ制御された変換器へ接続されるようになっている。

受け台１４と共に、開口部１３，１６及び８を図３に見ることができる。なお図３は本発明における挿入形変換器リテーナアセンブリ２の正面図である。図３に、ハウジング３と、第１円形開口部１３と、第二開口部１６と、開口部８と、開口部１３及び１６のそれぞれの直径に異なる直径の受け部１４とが図示されている。

ハウジング３の前方外表面１８は面取りされている。収納形変換器リテーナアセンブリ１１が開口部２１の底部１９において相補的に面取りされた表面２０を有していて、その表面２０は挿入形変換器リテーナアセンブリ２の面取りされた前方表面１８と係合するようになっている。この配置は、二つのセグメント、すなわち挿入形変換器リテーナアセンブリ２と収納形変換器リテーナアセンブリ１１とが、一体に接続された場合シールされた内部を提供することを可能にしている。シールされた内部の完全性は、圧電型変換器アセンブリ１を製作するために使用される材料のタイプにある程度依存していて、材料に固有な圧縮性あるいはたわみ性のために、ある材料はこの位置におけるすぐれたシールを提供するが、ある材料はこれらを提供していない。従って、必要とされるシールを提供するために、代わりにあるいは組合わせてこの接合点にガスケットを使用することは、本発明の範囲内であることを意図しているものである。当業者においては、そのようなガスケットが、例えばＯリング、あるいは、円形、長方形若しくは他の断面形状であってもよい、又はフラットであってもよい他のタイプのガスケットから構成されていることは、公知である。

図２に示めされる収納形変換器リテーナアセンブリ１１は、ハウジング２７の前面２８に開口部を有している。

開口部２９において、面取された表面２０が開口部の底部にあって、さらに挿入形変換器リテーナアセンブリ２の係合手段１２に合ったねじ山２２が収納形変換器リテーナアセンブリ１１の開口部の内部にある。さらにハブ２４の中へ向かって底部１９を貫通する中心開口部２３がある。ハブ２４は、収納形変換器リテーナアセンブリ１１の背面２５の中心にあって、六角形の外表面２６を形成していて、圧電型変換器アセンブリ１がガスポンプ（図示されていない）の排気ポートに取りつけることができるようになっていて、ねじつきナットと同時に回転するのに便利になっている。中心開口部２３は、ガスポンプからの排気流れが開口部２９の中へ移動し、圧電型変換器１０にあるいは圧電型変換器１０に載置されたいずれのディスクにも衝撃を与え、ガスポンプからの排気ガス流れを監視するために必要なパルスを提供するようになっている。

開口部２９の底部の中心における皿形くぼみ３０に注意すべきである。皿形くぼみ３０は、皿形くぼみ３０の上部において圧電型変換器１０上部の表面積に比例する表面積を有していて、前記表面積の関係は、０〜１：１の範囲の比率であって、実際に使用する比率は、使用する圧電型変換器１０のタイプと、使用するスティフナディスク３３の数及び／又は厚さと、使用するスティフナディスク３３のタイプと、接着テープの使用と、使用する圧電型変換器１０のサイズとに依存している。以下に詳述する。皿形くぼみ３０はガス膨脹チャンバであって、流入排気ガス流れが、圧電型変換器１０の上面３５、あるいは一枚以上のディスク、あるいは圧電型変換器１０に載置されている接着テープを横切って拡散することを可能にしている。従って、皿形くぼみ上部と圧電型変換器１０上部との間における、適切表面積比率を提供する重要性がある。というのは、もしガスポンプからの排気ガスにより提供されるパルスが正しく伝達されないと圧電型変換器１０の応答特性が損なわれるからである。

本発明における第一実施例は圧電型変換器アセンブリ１であって、図４は図２の断面図における挿入形変換器リテーナアセンブリ２だけを図示している。挿入形変換器リテーナアセンブリ２はディスク状圧電型変換器１０とリード線３１と第二開口部１６と共に図示されている。図４において、圧電型変換器１０は受け台１４に取りつけられていなくて、その上方に図示されている。これはわかりやすく説明するためのものであって、変換器のが完全に組立られる場合、図５に示めすように圧電型変換器１０が第一開口部１３に完全に着座され完全に受け台に支持されるようになっている。圧電型変換器１０が保護される必要がない場合、すなわちこの圧電型変換器１０を有害な物質から保護する必要がない場合、及びガスポンプを駆動するために低圧ガスが利用される場合には、この態様の変換器が使用されてもよい。

本発明において、“低圧”は０〜約６８．９kPa（約１０psi）の範囲を意味している。“中圧”は約６８．９kPa（約１０psi）〜約１３７．８kPa（約２０psi）で、“高圧”は約１３７．８kPa（約２０psi）〜約６８９kPa（約１００psi）を意味している。本実施態様において、開口部１６には圧電型変換器１０用のいずれの裏当て材料もなくて、あるのは圧電型変換器１０下側に接触するガスだけである。図５は、図２における挿入形変換器リテーナアセンブリ２の断面図を示めしていて、挿入形変換器リテーナアセンブリ２は、第一開口部１３に載置された圧電型変換器１０とリード線３１とを備えている。この態様において、開口部１６には、空気又は窒素又は二酸化炭素のようなガスを除いて、いずれの裏当て材料もない。

図６は、図２における挿入形変換器リテーナアセンブリ２の断面図であって、図５の実施態様が示めしているが、それに加えて保護カバー３２が位置決めされており、その保護カバー３２は、圧電型変換器１０をおおって載置され、かつ圧電型変換器１０を有害な化学物質等から保護している。なおその有害な化学物質は収納形変換器リテーナアセンブリ１１の開口部から流入する排気ガスにより運ばれてくるかも知れないものである。これらの保護カバー３２は、Teflon（Teflonは米国，デラウエア州，ウィルミントン（Wilmington）のDuPont Chemical社の登録商標であって、ポリテラフルオロエチレン（polyterafluoreethlene）で作られた製品である）あるいは同様な材料のような化学的耐性材料で作られている。使用されてもよい材料は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等であって、圧電型変換器アセンブリ１が使用されている環境に依存するものである。保護カバー３２は圧電型変換器１０より大きな直径であって、その理由は次のとおりである。その理由は、保護カバー３２が圧電型変換器１０を完全におおう必要があることであって、また、圧電型変換器アセンブリ１が一体になる場合、保護カバー３２は面取りされた表面１８及び２０により保持されかつシールされることは、本発明における要求事項にもなっている。保護カバー３２が圧電型変換器アセンブリ１に使用される場合、面取りされた表面１８及び２０の境界面においてガスケットの必要性はないことが信じられている。低圧の排気ガスを使用する用途において圧電型変換器１０を保護する必要がある場合に、この態様が使用される。

本発明の重要な概念である、本発明における他の態様が図７に示めされている。図７は図２における挿入形変換器リテーナアセンブリ２の断面図であって、圧電型変換器１０は、受け台１４に載置され、かつ圧電型変換器１０にスティフナディスク３３が載置されている。スティフナディスク３３は圧電型変換器１０の直径に近いか、ほぼ近い直径であり、圧電型変換器１０を排気ガス流れからシールするようになっている。圧電型変換アセンブリ１が組立てられた後は、ディスクが、圧電型変換器１０の中心において移動することを拘束される必要がある。シール機能に加えて、ディスクは、圧電型変換器の平らな構造形状が永久的に曲がらないように、圧電型変換器１０用の“スティフナ”の役割を果していて、さらに、スティフナディスク３３は、排気ガス流れにより作用される作用力に応答して曲がった後での、圧電型変換器１０の復元応答を低減する役割を果している。すなわち、スティフナディスク３３は、圧電型変換器１０を開口部１６の中へ曲げようと作用する力を低減するためにバッファとなっている。本発明の範囲において一枚のディスク３３だけを使用することが意図されていて、そのディスク３３はTeflonのような保護材料で作られていてもよくて、スティフナディスク３３としての役割を果している。

本発明の範囲内において、約０．０１mm（０．００５in）〜約１．２mm（０．０５in）、好ましくは約０．１２７mm（０．０１０in）〜約１．０１６mm（０．０４in）、特に好ましくは約０．２５４mm（０．１０in）〜約０．５０８mm（０．０２in）の範囲の厚さのスティフナディスク３３を使用することが意図されていて、前述の数値はディスク３３を作るのに使用される材料の種類と、圧電型変換器アセンブリ１に使用されるディスク３３の枚数と、圧電型変換器アセンブリ１が接続されるガスポンプの最終用途とに依存するものである。

本発明の範囲内において一枚以上のスティフナディスク３３を使用することも意図されていて、種々の材料を交換可能な構造形状に積み上げたスティフナディスク３３が使用され、圧電型変換器１０の種々の用途に対する運転条件あるいは他の特性に適用できるようになっている。ディスクは、好ましくは高分子材料例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオエチレンのようなポリテトラフルオカーボン等で作られている。これらの材料はＡＳＴＭ Ｄ６３８にもとずいて以下の引張応力値を有している。ポリプレンに対して約８９６．３MPa〜約１７２３．７MPa（１３０，０００〜２５０，０００psi）の範囲であり、ポリエチレンに対して約１７２．４MPa〜約８９６．３MPa（２５，０００〜１３０，０００psi）の範囲であり、フッ化ポリマに対して約２６２．０MPa〜約７５８．４MPa（３８，０００〜約１１０，０００）の範囲である。フッ化ポリマは、材料が固体である限り、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化エチレンプロピレン、パーフルオロアルコクシー、ポリクロロトリフルオロエチレン、エチレンテトラフルオロエチレン及びポリビニリデンフルオライドから選択してもよい。とくに好適なものは、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリテトラフルオロエチレンである。本発明の範囲内において、約３４４．７〜５５１．６MPa（５０，０００〜８０，０００psi）の範囲の引張応力値を有しているシリコンポリマを使用することが意図されている。

使用される一枚以上のスティフナディスク３３の枚数とタイプと合計厚さとは、簡単な試験から決定することができる。試験において、スティフナディスク３３は圧電型変換器アセンブリ１の中に配置されていて、特殊なポンプの排気側へ作動可能に取りつけられた圧電型変換器アセンブリ１が試験され、変換器の作動に対する排ガスにより示めされるポンプの作動が記録されている。圧電型変換器１０の保護が必要なくて、中〜高圧の排ガスを使用することが所望される場合に、この態様が使用される。

他の実施態様において、図８が図２における挿入形変換器リテーナアセンブリ２の断面図を示めしていて、それに加えて、第一開口部１３に配置され、受け台１４に支持されている圧電型変換器１０が図示されており、圧電型変換器１０にはスティフナディスク３３が載置されていて、さらに保護カバー３２がスティフナディスク３３をおおっている。この態様は、中〜高圧の排ガスを使用することが必要とされかつ環境的に圧電型変換器１０の保護が必要な場合に好適なものである。

図９は、高圧の排ガスにおいて使用するので多層のスティフナディスク３３を示めしている点をのぞいて、図８の実施態様を示めしている。図９には保護カバー３２も図示されていて、保護カバー３２は、排ガス圧力が高圧であって圧電型変換器１０を保護する必要がある環境において必要なものである。

中〜高圧の用途に対して、圧電型変換器１０は受け台１４に支持することにより提供される以外のサポートが必要かも知れなくて、図２における挿入形変換器リテーナアセンブリ２の断面図を示めす図１０において、第二開口部１６に配置された圧縮性材料３４が図示されている。この圧縮性材料３４は、圧電型変換器１０を開口部１６に曲げる程度に圧縮するけれど、圧電型変換器１０をその状態から破壊し、あるいは受け台１４から開口部１６に押し込む程度迄には圧縮していない。圧縮性材料は、はね返りやたわみで約６８９．５kPa（約１００psi）迄の高圧用途に耐えることを可能にしている。一般に、この材料はエラストマーポリマーあるいはゲル化したシリコンポリマーであるが、フルオロポリマ、ウレタン、エポキシ、アクリル製品、ポリビニールアルコール及びポリビニールアセテートのようなポリマーから選択してもよい。圧電型変換器１０を支持するこの方法は、圧電型変換器１０の破壊を防止し、かつ圧電型変換器アセンブリ１の故障を防いでいる。

図１１に示めす、本発明における他の態様において、図１１は、図１における圧電型変換器アセンブリ１の分解断面図であって、開口部１６に電子式構造体を含むように修正されている。図示するように電子式構造体１５は、圧電型変換器アセンブリ１を使用する用途のための制御ユニット（図示されていない）へ接続されたリード線３７を有している。電子式構造体１５は、開口部１６のどこに配置されてもよくて、例えば、挿入形変換器リテーナアセンブリ２の底部１７に支持されてもよいし、あるいは図１２に示めすように圧縮性材料３４により保持されていてもよい。

本発明において、用語“圧縮性”は、エラストマー性材料、ゲル化材料又は同様の材料を意味していて、その材料は、圧電型変換器１０がガスポンプの排ガスからのパルスにじかに応答して移動することを可能にし、その一方で圧電型変換器１０が永久的に曲がり若しくは破損することを、又は受け台１４により提供されたサポートからはずれることを防止している。圧縮性材料３４は、一般にポンプにおけるガス圧力が約１３７．９kPa（約２０psi）を越え約６８９．５kPa（約１００psi）までの圧力の場合使用される。ガス圧力が約１３７．９kPa（約２０psi）より低い場合、一般に圧縮性材料３４の使用は必要ない。

図１３Ａに示めす本発明の他の態様において、接着テープ４５が圧電型変換器１０に載置されている。接着テープ４５の使用目的の一つは、圧電型変換器１０を受け台１４に固定的に保持し、かつ排ガスのパルスを圧電型変換器１０をおおって均一に分散することに役立せることである。この発明の目的のために、接着テープ４５のタイプはクリティカルなものではなくて、圧電型変換器１０を所定位置に固定し、排ガスのパルスを圧電型変換器１０をおおって均一に効果的に分散するいずれの接着テープ５が使用されてもよい。そのような接着テープの一つは、アクリル接着剤を背面にそなえている約７６．２〜２０３．２μｍ（約３〜８mil）の厚さのTeflonテープである。圧電型変換器１０の上面に均一に支持され接着された接着テープ４５が最もよい結果をもたらしている。圧電型変換器の表面に接着し、圧電型変換器の表面を横切って均一にパルスを伝達する限りにおいて、いずれの接着テープであってもこの用途に対して十分なものである。もし接着テープを使用しないなら、アセンブリには圧電型変換器１０の上面と何であれ圧電型変換器１０に載置された材料との間に小さなギャップが生じる。

圧電型変換器１０に対する保護が必要な用途の場合、図１３Ｂに示めすように、Teflon等で作られたスティフナディスク３３に接着テープ４５を載置してもよい。

圧電型変換器アセンブリのハウジング部品は、いずれのコネクタと共に内部コンポーネントを支持するのに十分な強度を有するいずれかの固体材料で作られている。そのような材料は、圧電型変換器アセンブリと接続されたポンプとが使用される最終用途、及び材料のコストと取扱い性と耐性と製作性と材料加工性とをベースに選択するべきである。そのような材料は例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレンから選んだポリフッ化ポリマー、フッ化エチレンプロピレン、パーフルオロアルコクシ、ポリクロロトリフルオリエチレン、エチレンテトラフルオロエチレン及びフッ化ポリビニリデンと、シリコンポリマと、ナイロンと、合成樹脂と、アルミニウム及び銅から選んだ金属と、アルミニウム及び銅の合金とから選択してもよい。

本発明における他の実施態様は、ガスポンプ監視方法であって、二つの段階を含んでいる。第一段階はガスポンプを準備する段階であって、ガスポンプは、ガスポンプの排気出口へ作動可能に接続された圧電型変換器アセンブリを有していて、ガスポンプの排気パルスが圧電型変換器アセンブリの圧電型変換器に直接的あるいは間接的に衝撃を与えるようになっている。第二段階は、排気ストローク間の時間遅れを測定する段階であって、単位時間当りのストローク数が測定される。類似の方法において、第三段階が含まれていて、第三段階は、ポンプに通常運転状態をもたらすために、排気ストローク間の時間遅れの測定をベースにして、ポンプへの入力ガス流れを調節することである。

発明者は、圧電型変換器をポンプの排気側へ接続する例を見つけた。しかしながら、ポンプはガスポンプではなく、例示の発明における変換器アセンブリ１は使用されなかった。１９９７年８月１２日付で交付された米国特許第５６５５３５７号に開示されている従来技術における装置は、真空プロセスの進行具合及び／又は真空引きしているパッケージ内が十分な真空度に達した場合の真空ポンプの停止を表示するために信号を使用している。例示の発明における変換器アセンブリ１は、例えばパーソナルコンピュータへデジタル信号を出力するためにガスのパルスを検出している。例示の変換器アセンブリ１からの出力は従来技術と同様に圧力を特定するものではなく時間を特定するものである。さらに時間測定によりすなわち排気ストローク間の時間遅れを測定することにより、単位時間当りのストローク数を決定することができ、さらにこの方法で、ポンプの故障を判断でき、かつもし故障なら、ポンプを調節できるか、あるいはポンプを使用している生産あるいは用途への損傷を回避するために停止することを決定することができる。一般に、排気ストローク間の時間が長くなると、フィルタの詰まりあるいはガスポンプへ供給される圧力の変化等により、流量は減少する。同様に排気ストローク間の時間が減少すると、流量の増加と、ポンプ変換器あるいはポンプへのライン圧力の変化とを示めしている。単位時間当りのストローク数を測定することにより、ポンプの流量従ってポンプの制御を判断することができる。

図１７はガスポンプ３８の概略図であって、ポンプにはガス排気３９が直結されていて、本発明における圧電型変換器アセンブリ１がガスディフューザ４０として構成されている。ガスディフューザ４０は図１５にも図示されていて、図１５はガスディフューザ４０を構成する本発明における圧電型変換器アセンブリ１の側面図であって、ガスポンプ３８からのガス排気用排気ポート４１が示めされている。

図１６は図１５における線Ｃ−Ｃで切断した圧電型変換器アセンブリのガスディフューザ４０の断面図であって、内部における排気ポート４１の構造が示めされている。ガスポンプ３８からの排気が、皿形くぼみ３０へ流入し、拡散し、スティフナディスク３３及び／又は保護カバー３２、及び／又は接着テープ４５を直接的あるいは間接的に通過し、圧電型変換器１０に衝突することを可能にし、さらに続いて、挿入形変換器リテーナアセンブリ２を貫通して排出されることなく収納形変換器リテーナアセンブリ１１から流出することを可能にする限りにおいて、排気ポート４１の配置はクリティカルなものではない。この方法において、ガスディフューザ４０は排気ガスを排気することができ、その一方で圧電型変換器１０の完全性を維持している。ガスポンプ３６からのガスを排気するこの方法は、圧電型変換器アセンブリ１の作動に厳しいインパクトを与えるものではない。図１７はポンプ３８へのガス入口４２をも示めしている。

本発明における圧電型変換器アセンブリ１は、図１８に示めすように間接的にポンプへ作動可能に連結することもできて、概略的なポンプ３８と、ガス入口ポート４２と、ポンプガス排気ライン３９と、ポンプガス排気ライン３９用ガスディフューザ４３とが図示されている。ポンプガス排気ライン３９へ接続された圧電型変換器アセンブリ１の配置も図示されていて、圧電型変換器アセンブリ１を介してのガスポンプの排気はない。

図１８に示めす間接的構造配置は、圧電型変換器アセンブリ１をポンプ３８に直結することが所望されない場合に利用できる。この方法において、ポンプガス排気ラインから圧電型変換器アセンブリ１に接続しているガスライン４４は、長くすることができて、従って圧電型変換器１０は、ポンプ３８を、ポンプ３８が付属品となっている生産現場とから長い距離だけ離間することができる。

図１は、本発明における一つの実施態様の圧電型変換器アセンブリの側面図である。 図２は、図１における線Ａ−Ａで切断した本発明における圧電型変換器の分解断面図であって、圧電型変換器の内部部品は、図を明瞭にするために省略してある。 図３は、本発明における挿入形変換器リテーナアセンブリの正面図であって、種々の開口部を示めしている。 図４は、図１における線Ｂ−Ｂで切断した本発明の挿入形変換器リテーナアセンブリの断面図であって、挿入形変換器リテーナアセンブリにおける開口部上方に吊られている圧電型変換器を示めしている。 図５は、図１における線Ｂ−Ｂで切断した本発明の挿入形変換器リテーナアセンブリの断面図であって、第一開口部に位置決めされ、かつ肩に支持されている圧電型変換器を示めしている。 図６は、図１における線Ｂ−Ｂで切断した本発明の挿入形変換器リテーナアセンブリの断面図であって、第一開口部に位置決めされ、かつ保護カバーによりカバーされた圧電型変換器を示めしている。 図７は、図１における線Ｂ−Ｂで切断した本発明の挿入形変換器リテーナアセンブリの断面図であって、圧電型変換器に載置されたスティフナディスクを示めしている。 図８は、図１における線Ｂ−Ｂで切断した本発明の挿入形変換器リテーナアセンブリの断面図であって、圧電型変換器に載置されたスティフナディスクと、スティフナディスクに載置された保護カバーとを示めしている。 図９は、図１における線Ｂ−Ｂで切断した本発明の挿入形変換器リテーナアセンブリの断面図であって、圧電型変換器に載置された第一スティフナディスクと、第一スティフナディスクに載置された第二スティフナディスクと、第二スティフナディスクに載置された保護カバーとを示めしている。 図１０は、図１における線Ｂ−Ｂで切断した本発明の挿入形変換器リテーナアセンブリの断面図であって、圧電型変換器をおおう保護カバーと、第二開口部に配置された圧縮可能な材料を示めしている。 図１１は、図１における線Ａ−Ａで切断した圧電型変換器アセンブリの分解図であって、圧電型変換器が載置されている電気的構造体を示めしており、圧電型変換器にはスティフナディスクが載置されていて、スティフナディスクには保護ディスクが載置されている。 図１２は、図１における線Ｂ−Ｂで切断した本発明の挿入形変換器リテーナアセンブリの断面図であって、第二開口部に配設された圧縮性材料に埋め込まれている電気的構造体を示めしている。 図１３Ａは、図１における線Ｂ−Ｂで切断した本発明の挿入形変換器リテーナアセンブリの断面図であって、圧電型変換器をカバーするために接着テープ層を使用していることを示めしている。 図１３Ｂは、本発明における挿入形変換器リテーナアセンブリの断面図であって、図１３Ａにスティフナディスク３３を追加したものであり、スティフナディスク３３は接着テープ層の表面から分解されているものとして図示されている。 図１４は、本発明における圧電型変換器を用いて測定した、ガスポンプの排気工程間の時間遅れを示めすグラフである。 図１５は、圧電型変換器アセンブリガスディフューザの側面図である。 図１６は、図１５における圧電型変換器アセンブリガスディフューザの断面図であって、ガス排気ポートの内部詳細を示めしている。 図１７は、ガスポンプと、図１５における圧電型変換器アセンブリガスディフューザとを組合わせた概略図であって、圧電型変換器アセンブリガスディフューザは、ガスポンプの排気ガス流れに直結されている。 図１８は、ガスポンプと、図１５における圧電型変換器アセンブリガスディフューザとを組合わせた概略図であって、圧電型変換器アセンブリガスディフューザは、ガスポンプの排気ガス流れに間接的に接続されている。

符号の説明

１ 圧電型変換器アセンブリ
２ 挿入型変換器アセンブリ
３ ハウジング
１０ 圧電型変換器
１１ 収納型変換器アセンブリ

Claims (3)

1. ガスポンプ監視方法が：
   段階Ｉ．ガスポンプを準備する段階であって、ガスポンプは、ガスポンプの排気出口へ作動可能に接続された圧電型変換器アセンブリを有していて、ガスポンプの排気パルスが圧電型変換器アセンブリの圧電型変換器に直接的あるいは間接的に衝撃を与えるようになっているガスポンプを準備する段階と；
   段階II．単位時間当りのストローク数が測定されるように、排気ストローク間の時間遅れを測定する段階と；
   を含んでいるガスポンプ監視方法。
2. ガスポンプの入力ガス流れが前記段階IIで得られた測定値に関連して調節される、段階IIIをさらに含んでいる、請求項１に記載のガスポンプ監視方法。
3. 前記ガスポンプ監視方法がデジタル出力エレクトロニクスにより制御されている、請求項１に記載のガスポンプ監視方法。

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