JPS5853290B2 - 計量器用ピストンおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は計量器用ピストンとその製造方法に関するもの
で、前記ピストンはガラス、セラミックまたは金属から
なる円筒状中核と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴ
ＰＥ）からなる被覆層から構成される。

貯液槽から所定量の液体を計量するため、いわゆる計量
器が多年用いられている。

このような計量器は貯液槽上に置くことができ、実質的
にガラスシリンダ、この中を移動できるピストン、吸込
弁、排出弁および排出管から構成される。

吸引方向におけるピストンのシリンダに対する相対運動
によって計量液体が貯液槽からシリンダ内へ吸引され、
ついでシリンダ内における反対方向、つまり圧縮方向に
おけるピストンの相対運動によって吸引計量された液量
がシリンダから排出管を経て受器へ取り出される。

したがって前記のような計量器は、実質的ｌこはピスト
ン運動の計量ポンプである。

この種の計量器は、もっばら化学的、工業的および医学
的研究室に設備されている。

計量すべき液体はたいていの場合、濃厚溶液、化学的腐
食性試薬、たとえば鉱酸または水酸化アルカリ金属の濃
溶液である。

このような計量器では計量液体が強度の腐食性である以
外ｆこ、それがしばしば高濃度であるため、計量シリン
ダ内Ｅこかさぶた状のものを作る傾向のあることが主な
問題の一つである。

したがって、計量すべき媒質と接触する計量器のすべて
の部分の材料としては、実質的ｌこガラス、酸化凝結セ
ラミックおよびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＢ
）のみが選ばれた。

実際、これらの計量器にはすべてガラス製のシリンダが
多年用いられてきた。

しかし、多くの計量すべき媒質、特に水酸化アルカリ金
属の濃溶液ｌこ対しては、ガラス製計量シリンダ中にガ
ラスまたはセラミック製の計量ピストンが使用できない
ことは古くから周知である。

計量しようとする媒質が、たとえば２５％の苛性ソーダ
溶液である場合ｌこ、最小の仕上公差のガラス製計量ピ
ストンを計量シリンダ内へ精密にすり合せて挿入すると
、短時間後ｉこピストンがシリンダ中で固着してしまう
。

大きな公差のガラス計量ピストンを計量シリンダ中に挿
入すれば前記シリンダ内の固着は長期【こわたって避け
られるが、このため吸引精度によって計量精度が失なわ
れることになる。

そこで、油脂あるいはシリコーン油を使用するとしても
計量媒体が腐食性であるため、これはできない。

これまで計量ピストンの滑面のために実際上選ばれた唯
一の材料はＰＴＦＥであった。

ＰＴＦＥからなる中実ピストンの使用は、しかし、ガラ
スＥこ比較して高い熱膨張係数のためｌこ差し控えられ
ている。

計量装置はたとえば殺菌容器中で直接約１２０℃で乾燥
し、滅菌できなければならない。

これらの難点を避けるために用いられる先行技術として
、たとえばセラミック植着こＰＴＦＥを被覆して計量ピ
ストンを作る、ドイツ特許公開公報第２３４３６８７が
公知である。

この被覆は塗膜、収縮フィルムの被着あるいは他の方法
で行うことができる。

ＰＴＦＢの熱膨張係数が大きいため、この被覆層はたと
えば０．１〜０．５ ＩｔｌｌＬの範囲の薄層に作られ
る。

このような層を噴射、塗布、浸漬ｌこよって作る場合に
は、ガラス表面またはセラミック表面ｌこＰＴＦＥ−フ
ィルムを十分に固着させるため接着剤が使用される。

このようｌこしてＰＴＦＥで被覆された計量ピストンは
、しかし一連の高腐食性液体、特Ｅこ苛性ソーダ水溶液
Ｅこ対しては不安定である。

このことは、ＰＴＦＥの薄層は完全無孔に作れないため
である。

このような計量ピストンを苛性ソーダ溶液の計量Ｅこ用
いると、苛性ソーダ溶液はこの孔を通って接着剤を分解
させる。

このため短時間後ｌこはもうＰＴＦＢ被覆がはがれて破
れるようになる。

厚い孔のないＰＴＦＥ−被覆、あるいは中実ＰＴＦＢ−
ピストンは、熱膨張が大きく、ＰＴＦＥ−ピストンの寸
法精度が十分でないため使用できない。

ＰＴＦＥはたとえば計量器の計量ムトン用に必要な精度
で研磨仕上げができなければならない。

ＰＴＦＢからなる収縮フィルムは非常に高価であるため
、実際には使用されていない。

しかもこのフィルムに必要な機械的耐久性をもたせるｉ
こは、一般に接着剤を使用しなければならない。

しかしこの場合には前述の欠点が再びあられれる。

もし接着剤を使用しないでセラミックピストン上ｔこ収
縮フィルムを付着させると、このようなピストンは約１
１０〜１５０℃の温度範囲の通常の乾燥器内では任意ｌ
こ乾燥できないことがしばしばある。

収縮付着したフィルムは疲労し、熱膨張して、ピストン
が使用できなくなる。

本発明は、これら先行技術に直面して、最初に述べたよ
うなガラスシリンダをもつ計量器用ピストンを提供する
ことを課題とするものであって、このようなピストンは
すべての腐食性媒質ｉこ用いることができ、ガラス、セ
ラミックを分解せず、耐久性があって特（こ濃厚な水酸
化アルカリ金属溶液の計量Ｉこも長期間使用ができ、機
械的ｌこ強く、しかもコスト的に安く作れるものを指す
のである。

この課題は本発明により特許請求の範囲１Ｅこあげた特
徴をもつ計量ピストンによって解決される。

計量ピストンの被覆層として用いられる、ガラス繊維で
強化されたポリテトラフルオロエチレン（ＧＦＰＴＦＥ
）は、ガラス繊維を充てんしないＰＴＦＥよりもガラス
繊維光てん度に応じて釣鉤〜５０％低い熱膨張係数を示
す。

したがって、約１０〜１００ｍｍの範囲の通常のピスト
ン直径では、被覆層の厚さを直接１〜３朋に設定できる
。

この厚さの層では、ガラスまたはセラミック製ピストン
の中核表面と、ピストン被覆層内面との間ｌこ何らの接
着媒介をも必要としない。

したがって原理的には、計量ピストンの被覆層を任意の
方法でこのような厚さｌこさえすれば、絶対に通過孔の
ない、耐久性で完全に安定した被覆をピストン核上につ
くることができるはずである。

しかし強化されないＰＴＦＥに比較して実質的に熱膨張
係数が小さいＧＦＰＴＦＥだけでは、ＰＴＦＥで被覆さ
れた絶対的に安定な計量ピストンを作るのに不十分であ
る。

これを成功Ｉこ導びくための重要な要素は、ＧＦＰＴＦ
Ｅが非強化ＰＴＦＥとは反対に意外にも同一精度でガラ
スのようｌこ研磨仕上げができるという事実である。

このためＧＦＰＴＦＥ−被覆層をまずガラスまたはセラ
ミック中核上に十分過剰（こ着けることによって得られ
たピストンを残余の加工段階を終えた後に、ガラスピス
トンに通常用いられる方法で精密（こ研磨できる道が開
かれた。

ＧＥＰＴＦＥを材料として使用す’４合は、中核に設け
る被覆層をより厚くできるため、被覆層作成用に、予め
作ったＧＦＰＴＦＥ−成形材料が使用できる。

この材料はたとえば熱収縮によって中核上Ｅこ着けられ
る。

このような半製品のコストは従来技術で提供されたＰＴ
ＦＥ収縮チューブフィルムのコストの７０〜８０％以下
である。

ＧＦＰＴＦＨのガラス繊維含有量は、通常１０重量％よ
りも少なくはなく、６０重量％よりも多くない範囲ｌこ
すべきであって、ガラス繊維含有量が１０重量％以下の
場合は熱膨張係数が大きすぎてピストン中核上への付着
が悪くなり、また被覆層を研磨仕上げしようとする場合
には精度よく研磨不上げを行うことができなくなる。

また、ＧＥＰＴＦＥ中のガラス繊維含有量が６０重量％
を越える場合は、特に苛性ソーダ水溶液と共Ｉこピスト
ン（こ使用すると、ガラスシリンダ中にガラスピストン
を使用したときに見られるのと同様な表面変化作用と固
結が起る。

本発明の他の構成（こよれば、計量ピストンの被覆は、
２０〜３０重量％、特には約２５重量％のガラス繊維で
強化されたＧＦＰＴＦＥからなるものが好ましい。

本発明は計量ピストンを作るため、中核にＰＴＦＥを成
層する従来の仕方から離れ、その代りにピストン中核と
強化または充てんされた比較的強いＰＴＦＥチューブか
らなる丈夫な結合体を設けるという基本思想Ｉこもとづ
くものである。

その際、この強化ＰＴＦＥチューブは半製品として中核
に関係なく予め作られており、熱収縮Ｅこよって、中核
に結合し結合体となる。

この目的に適合する強化ＰＴＦＥは （１）非強化ＰＴＦＥのようＥこ化学的に不活性で安定
であること、 （２）非強化ＰＴＦＥよりも明らかＩこ線熱膨張係数が
小さいことが絶対必要条件であり、さらｌこは（３）非
強化ＰＴＦＥとは反対に、ガラスと同様な精度で研磨で
きることが好ましい要件とされる。

本発明によるガラス繊維で強化されたＰＴＦＥはこの３
つの性質を完全ｌこ具備している。

しかし、比較できる性質は他の若干の充てん材、または
添加材、たとえばガラス粉、炭素繊維、黒鉛繊維、炭素
粉、黒鉛粉、または他の２，３の繊条または粉末状の高
純度無機酸化物あるいは炭化物などでも得られる。

本発明のこれらの修正、変更は、技術的に均等として、
本発明の範囲内にあることはいうまでもない。

化学的安定性と、同時にガラスの研磨性に匹敵するきわ
めて良好な材料の研磨可能性ｌこついて、ＧＦＰＴＦＥ
が計量ピストン被覆の製造に最もすぐれた材料として選
ばれた。

ピストンの直径が大きい場合には特に ＧＦＰＴＦＢ−被覆は前面が開かれたチューブとして作
るのが好ましい、そうすれば、計量ピストンの仕事面上
のＧＦＰＴＦＥ−被覆層の前面で囲まれるガラス中核ま
たはセラミック中核の前面が自由になる。

特ｌこ大きなピストン直径（約３０〜１００ｍπ）の場
合には、これによって計量ピストンの限界寸法の熱安定
性が向上される。

中核と被覆の間の界面ｌこ沿う、計量液体の腐食性分子
成分の浸透は、被覆が接着剤を使用せずに直接中核ｆこ
着いているため、何ら障害とならないし、界面（こおい
て材料の変化も起らない。

場合ｌこよって、被覆を半径方向（こつき抜けてこの界
面中へ拡散する邪魔な分子があっても、被覆層が約１朋
の厚さの場合は絶対に貫通する孔がないから心配はない
。

ピストン製造のために、ＧＦＰＴＦ’Ｅの半製品、特に
その内径が中核の外径よりも一般に約１〜８％好ましく
は約２〜３％小さく、かつ計量ピストンの仕上り品の設
定直径よりも、その外径がやや太きい、たとえば２〜２
０％、好ましくは約５〜１５％大きいパイプ状のものか
ら出発するのがよい。

この半製品は熱収縮によって接着剤を必要としないで、
中核上に被覆できる。

この収縮付着は純粋の熱収縮であって、従来技術で周知
の収縮フィルムの収縮が熱的に開放される組織復帰によ
って作用されるのとは明らかに相違している。

ＧＦＰＴＦＥ−フィルムをガラス中核またはセラミック
中核に収縮付着させるためにＧＦＰＴＦＥ−チューブを
所望の被覆長さに切断し、ついで一様に加熱し、特には
約１９０℃と２５０℃の間の温度（こ加熱する。

この温度でＧＦＰＴＦＥ−チューブは周囲温度（１５〜
３０℃）の中核上Ｅこ付着される。

冷却後のＧＦＰＴＦＥ−被覆層は必要１こ応じてガラス
ピストンと同じように精度よく研磨される。

このようにして得られたピストンは機械的に頑丈であり
、また精度よく研磨された表面はそれ自体きわめて安定
しており、長時間ｆこわたり、計量しようとするあらゆ
る媒体Ｅこ使用でき、使用材料を腐食しない。

特にこのピストンは水酸化アルカリ金属溶液の計量用に
長期間使用しても、何の支障もなく、ガラスシリンダー
Ｉこ入れることができる。

この計量課題は、公知の計量装置では従来解決できなか
ったものである。

本発明の実施例を図面Ｅこ示す。

図面は中核１と被覆層２からなる計量ピストンを示すも
のである。

図に示すシリンダ状のピストンの下部前面は計量シリン
ダー内の衝程容量を決めるピストンの仕事面である。

ＧＦＰＴＦＥ−被覆層２はピストンの仕事側も開いたチ
ューブである。

したがって平らな仕事面は中核１の自由な前面３とこれ
を中心に囲むＧＦＰＴＦＥ−被覆層２の前面によって作
られる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示す計量ピストンの説明図である
。 １・・・・・・中核、２・・・・・・被覆層、３・・・
・・・中核前面、４・・・・・・ＧＦＰＴＦＥ−被覆層
前面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被覆層が１０〜６０重量％のガラス繊維または他の
   不活性充てん材で強化されたポリテトラフルオロエチレ
   ンからなることを特徴とする、ガラス、セラミックまた
   は金属製の円筒状中核とポリテトラフルオロエチレン被
   覆層からなる、ガラスシリンダと共に用いる計量器用ピ
   ストン。 ２ 被覆層が、２０〜３０重量％のガラス繊維で強化さ
   れたポリテトラフルオロエチレンからなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ｆこ記載のピストン。 ３ 被覆層が少なくともピストンの仕事側前面で開かれ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項に記載のピストン。 ４ 被覆層が予め作られた丈夫な強化ポリテトラフルオ
   ロエチレンチューブからなり、接着剤なしＩこ中核上に
   熱収縮されたものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項、第２項または第３項１こ記載のピストン。 ５ 必要な被覆層の長さに切断された、その内径が中核
   の直径よりも約２〜３％小さく、１０〜６０重量％のガ
   ラス繊維または他の不活性充てん材で強化されたポリテ
   トラフルオロエチレンチューブを約２００℃に一様に加
   熱し、周囲温度にある中核上【こ接着剤を使用せずＩこ
   被覆させることを特徴とする、ガラス、セラミックまた
   は金属製の円筒状中核と強化ポリテトラフルオロエチレ
   ン被覆層からなる、ガラスシリンダと共に用いる計量器
   用ピストンの製造方法。