JP3736771B2 - 浸食性液体搬送用の流体チューブ、その囲い構造、およびその製造方法 - Google Patents

Description

発明の背景
流体チューブは、管内を搬送される流体の侵食効果に抵抗するために、ＥＴＦＥフルオロポリマーによって内張りされている。チューブ表面はポリマーコーティングに先立って、先ず、炭素鋼またはステンレススチールよりもＥＴＦＥフルオロポリマーに対する親和性の高い金属によってコーティングされるのが好ましい。
エチレンとテトラフルオロエチレンの共重合体（ＥＴＦＥフルオロポリマーの一つ）は、Ｄｕｐｏｎ社からＴＥＦＺＥＬの商品名で販売されており、それ以外の会社から種々の名称で製造販売されている。このポリマーは少なくとも３００°Ｆまで、化学的抵抗と機械的磨耗抵抗が高い。この化学的および機械的衝撃の双方に対する抵抗は、金属を化学的または機械的磨耗から保護することの必要な応用にとって、優れた内張り（ライニング）材料をもたらす。
ＥＴＦＥフルオロポリマーであるＴＥＦＺＥＬは、３０４ステンレススチール、ハステロイ、炭素鋼、その他の金属を含む多数の種類の金属に対して室温で良好な結合強度を示す。この結合は温度が上昇したり水にさらされたりすると弱まる傾向を有する。高温と水にさらされることの双方が組み合わされると、ＥＴＦＥフルオロポリマーの金属に対する結合がより速く崩壊する傾向がある。結合の喪失はＥＴＦＥフルオロポリマーに浸透し、ＥＴＦＥフルオロポリマーと金属壁の間の結合をおかす水によって引き起こされる。
発明の要約
本発明は、流量計チューブを含む多くの種類の管とチューブに有益な、金属に強固に結合するＥＴＦＥフルオロポリマーコーティングを提供することに関する。チューブ類は通常、炭素鋼またはステンレススチールで出来ている。これらのチューブにポリマーを直接適用しても、破壊に十分に耐えて、満足に機能する結合は得られない。Ｄｕｐｏｎ社からＴＥＦＺＥＬの商標名で販売されており、それ以外の種々の会社から製造販売されているＥＴＦＥフルオロポリマー（フッ素樹脂）は、他の金属の薄い層を、基礎のチューブ材料に強く結合させる。このコーティングは耐久性のある、損傷と破壊に耐える層をチューブ内に提供する。特に、流体チューブの内側をコーティングするのに用いられるプロセスは、薄く堆積させたアルミニウムの層をステンレススチールチューブの内面に付加すること、次に、化学的および機械的損傷への抵抗のために、その内面上で、ＥＴＦＥフルオロポリマーを溶融することによって回転しながら鋳込む（モールド）または鋳込むことによって、チューブ内面をコーティングすることを含む。
本発明の一形態では、キャパシター板、また時として、電極と同じ電位を掛けられるシールド板と結合されたキャパシター板は、磁気流量計内で用いられるに適した方法でＥＴＦＥフルオロポリマーの内張り内に支持されており、チューブ内を流れる流体の流量を指示するために回路に連結されている。
非常に広範な温度変化に際してもＥＴＦＥフルオロポリマーを所定位置に保持する表面結合を有することが重要である。例えばＥＴＦＥの膨張係数は、多くの金属の約１０倍であるため、金属とＥＴＦＥフルオロポリマーの結合部分は、ＥＴＦＥが加熱されて所定位置に鋳込まれた後の室温への冷却に際して、および、ＥＴＦＥで内張りされた流量計が、特に水分が存在する、高温環境で用いられた後で冷却される際に応力を受ける。したがって、ＥＴＦＥに浸透した水が加熱に際して内張りとチューブ壁の間に蒸気圧を発生し、これによって内張りを破壊するようなギャップが内張りに形成されることが防止される。アルミニウムのような、ＥＴＦＥフルオロポリマーに親和性を持つ、或いは良く結合する金属をコーティングとして用いることによって、長寿命の結合が形成され、磨耗と化学的侵食を抑制させるというポリマーの本来の特性が流量計に提供される。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に基づいて形成された内部ライニングまたはコーティングを備えた典型的な流量計チューブの側面図である。
図２は、図１の線分２−２に沿って得られた断面図である。
図３は、本発明による流体チューブのライニングプロセス中の第１ステップにおける流体チューブを概略的に示す端面図である。
図４は、流体チューブの端面図およびＥＴＦＥフルオロポリマーのライニングをチューブに適用する最終プロセスの概略図である。
好ましい実施例の態様
図において、番号１０で概括的に示され容量的に連結された磁気流量計チューブは、外側金属管１２で構成されており、この金属管は、好ましくはステンレススチールまたは他の耐食性で構造的に堅固な非磁性金属からなり、適当な端部フランジ１４によって、室温の水から高温の浸食性化学物に至る範囲の流体搬送用の流体チューブに取り付け可能である。この流量計チューブは、適当なキャパシター板１６で作られており、さらに、キャパシター板１６と同じ電圧を掛けられるシールド板３０は、金属管１２およびキャパシター板１６に対して絶縁され、適当な方法でこれらに支持されている。リード線１８は、キャパシター板１６を検知回路に接続するために、また、良く知られているように、シールド板をキャパシター板の電圧と同じ電圧の電圧ポテンシャルにするために設けられている。リード線１８を包囲する導電管３１は、シールド板を回路３３に接続するために用いられる。互いに反対側、或いは流体チューブのボアまたは通路２０を挟んでいるキャパシター板１６、および、シールド板３０は、チューブ２２の内面に結合された絶縁材料製ライナー２６の内部に搭載または埋込まれている（図３）。
本発明はＥＴＦＥフルオロポリマー（フッ素樹脂）の内張り２６を含む。この内張り２６は既に示したようにキャパシター板１６およびシールド板３０を埋込みまたは包囲している。
内張り層２６を形成しているＥＴＦＥフルオロポリマー材料が金属チューブ１２の内面２２に強固で長寿命に結合するようにするために、ステンレススチールのチューブ１２の内面は、ＥＴＦＥフルオロポリマーと良く結合する基体面を形成する薄い膜または層２８を含むように処理されている。ここに示されているように、結合材料の層はアルミニウムの薄い層である。
結合材料層２８は、図３のステップ４０に示されるように、ステンレススチールチューブ１２に非常に薄い層を高度に安定した結合状態で形成するために、例えば熔射４２のような公知の技術によって形成されている。アルミニウムの薄い層をチューブの内面２２に設けるための他の技術には、真空めっき、スパッタリング、蒸着、４４に示された爆発ワイヤコーティングなどが含まれる。プロセスは、ＥＴＦＥフルオロポリマーを受け入れるための表面を持つ、薄い、良く結合される金属層２８を保証するように選択される。爆発ワイヤコーティング４４は公知の、そして、この取り付けに良く適した技術である。後続のＥＴＦＥフルオロポリマー層２６の結合のために酸化アルミニウムの薄膜が露出されるように、アルミニウム結合材料層は酸化される。
キャパシター板１６とシールド板３０は、チューブ内に載置され、図４に示されるように、ＥＴＦＥフルオロポリマーは、金属チューブ１２の内側上の層にモールドされてＥＴＦＥフルオロポリマー層２６を形成している。回転鋳造はＥＴＦＥフルオロポリマーの層を金属や他の材料に結合させるための、公知の技術である。ＥＴＦＥがチューブ内の所定位置にモールドされるなら、例えば、スピン鋳造などと言った他の鋳造プロセスを用いても良く、或いは、ＥＴＦＥをスリーブ状に鋳込んでチューブ内に滑り込ませても良い。オプションのステップとして、チューブと材料は、ＥＴＦＥ樹脂とアルミニウム結合層の間の結合を活性化させるために充分に高い温度まで加熱される。ＥＴＦＥは結合のために融点まで若しくはその極近くまで加熱する必要があり、熱の良導体であるチューブは所望の温度まで加熱される。もしもＥＴＦＥのプレモールド品を用いるなら、内部圧力が加熱された材料をアルミニウムの結合層の方に押し付ける。このプロセスの後、チューブは他の全ての流体チューブと同様に処理され、所望の位置に配置され、使用される。
前述したＥＴＦＥフルオロポリマーは、５８０°Ｆから５９０°Ｆの範囲で行われる回転による鋳造プロセス温度から冷却される際にＥＴＦＥフルオロポリマーから金属への結合に応力が加えられるように、殆どの金属よりも実質的に大きな膨張係数を持っている。室温までの冷却は大きな量の応力を結合に対して引き起こし、この応力はＥＴＦＥフルオロポリマー層を金属チューブ１２の表面２２から引っ張る。しかし、薄い結合材料層とＥＴＦＥフルオロポリマーの間に形成された結合のために、結合は破壊されない。キャパシター板１６とシールド板３０は、所定位置に残り、ポリマー内張り２６と金属チューブ１２の間には水も他の材料も入り込めない。
もしも実際に内張り２６が金属チューブ１２から緩めば、較正因子が許容できない内径変化からシフトする。このシフトは流量計の出力を不正確にする。回転鋳造の最中に内張り２６内に埋め込まれたキャパシター板１６とシールド板３０は、もしも内張り２６が金属から分離したなら、内張り２６と共に動き、最早、所定位置に強固に保持されないであろう。これは、圧力脈動時の電極の動きに起因する信号ノイズを引き起こし、これが不正確さを引き起こす。
キャパシター板１６とシールド板３０は、ステンレススチール、ハステロイ、または他の金属で形成することが可能であるが、ＥＴＦＥフルオロポリマーの前記板への接着を改善するためには、これらの板はアルミニウムでコーティングされた材料、またはアルミニウムおよびアルミニウム合金であるのが好ましい。これは、ＥＴＦＥフルオロポリマーと前記板の間の結合の損失によって信号ノイズが発生するのを防止する。
再び、結合金属または結合材料の薄い層のデポジットは、熔射、真空めっき、蒸着、スパッタリングなどの公知の技術、および爆発ワイヤコーティングなどの他の公知技術によって実施され、これらの方法は、金属チューブの内面にコーティングを提供し、加えて、キャパシターとシールド板に良く結合した金属を提供し、結果的にＥＴＦＥフルオロポリマーに良く結合する。
結合コーティングのために用いられる材料は好ましくは、ＥＴＦＥフルオロポリマーに対して良好な結合特性を示すアルミニウムである。
ポリマー層２６は一般に、小さいチューブ（１／２から１インチ径）用の約１／１６インチから、１／４インチ大のチューブ（２０から３６インチ径）であり、非常に薄い絶縁コーティングであるのみならず、むしろ、化学侵食および機械的侵食に耐えるために使用されるコーティングである。
中実のアルミニウムチューブは使用可能であるが、化学的な抵抗が低いことと、その低い電気抵抗に起因する渦電流による磁場との干渉のために好適ではない。他のアルミニウムをデポジットする形態は使用可能である。この技術は、流体に接触する電極を備えた従来型の磁気流量計、バルブ、種々の流体を搬送するための裏打ちされた管またはチューブ類、裏打ちされたタンクに、また、全ての種類の流量計に適用可能である。支持構造に結合された結合材料の層に接合されたＥＴＦＥフルオロポリマーのコーティングは、チューブまたはタンクを安価で化学的抵抗のより低い金属で形成することを許す。
本発明について好適実施形態を参考に記載してきたが、当業者であれば、発明の本質と範囲を逸脱することなく、形態および詳細に対する修正が可能であることが判るであろう。

Claims (11)

1. 金属製の外側ハウジングと、中間面結合層を提供するために結合用金属の薄いコーティングを有するハウジング内面と、前記金属製の外側ハウジングの内張りを提供するために前記コーティングの露出面に結合されたＥＴＦＥフルオロポリマーの内張りとからなる浸食性材料搬送用の流体チューブの囲い構造。
2. 結合用金属がアルミニウムの薄いコーティングからなる請求項１に記載の流体チューブの囲い構造。
3. ハウジングは液体を中で流して搬送するチューブであり、必要なキャパシター板とシールドを内張り内に埋め込んだ状態で含み、前記キャパシター板はハウジングの径方向反対側にあって、チューブ内の流れを測定する回路と接続するための端子を有する請求項１に記載の流体チューブの囲い構造。
4. ＥＴＦＥフルオロポリマー材料は内張り層内に少なくとも１／６インチの厚さで形成されている請求項３に記載の流体チューブの囲い構造。
5. 結合用材料の薄いコーティングは、酸化された外面を有する熔射によるアルミニウム層からなり、この酸化外面にＥＴＦＥフルオロポリマーが接着される請求項１に記載の流体チューブの囲い構造。
6. 金属製チューブと、アルミニウムで構成された別の結合用金属のコーティングを有するチューブ内面と、コーティングの露出面に結合され、所望の厚さに構築されたＥＴＦＥフルオロポリマーの内張りとからなる浸食性液体搬送用の流体チューブ。
7. 流体チューブは内張りに埋め込まれ結合された一対のキャパシター板を含む請求項６に記載の流体チューブ。
8. 流体チューブは、キャパシター板と金属チューブの内面の間の一対のシールド板と、シールド板をキャパシター板と実質的に同じ電圧に保つためにシールド板に接続された電圧源を含む請求項７に記載の流体チューブ。
9. キャパシター板とシールド板はアルミニウムで作られている請求項８に記載の流体チューブ。
10. 内部にポリマーの内張りを備えたチューブを形成する方法であって、適切な寸法と一つの内面とを有するチューブを選択するステップと、
    チューブの内面に結合用金属の層を設けるステップと、および、
    結合用金属の上に所望の深さのポリマー材料の層を形成するステップとからなる浸食性液体搬送用の流体チューブの製造方法。
11. 前記ポリマー材料が、チューブの内面に結合用金属を設けた後で、チューブの内面上に回転によってモールドされたＥＴＦＥフルオロポリマーをからなる請求項１０に記載の流体チューブの製造方法。

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