JP4666340B2 - センサ膜板 - Google Patents

Description

本発明は、搬送膜板における破断を動作時または停止状態において検出することを可能にするサンドイッチ状の相互重畳関係に配置される複数の膜板層からなるセンサ膜板に関する。

ポンプの容積を封鎖する可撓性膜が迅速に往復移動して流体、たとえば液体または気体を入口弁を介して引き込むとともに、次の動作サイクルにおいて、これを出口弁を介して排出する膜ポンプは、従来技術において周知である。このような膜ポンプは、産業的加工処理技術工程において薬品の計量に頻繁に用いられている。これらの膜板は、強烈な薬品、たとえば酸に対して不活性でなければならない。したがって、搬送膜板は、一般にテフロン（登録商標）下で入手可能なプラスチック材料であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）により製作される。ＰＴＦＥは、特に薄い膜層を形成するように加工されると、高度に可撓性となる特性を有する。しかしながら、このようなプラスチック膜は、特に応力を受ける位置において時間とともに破断する。ポンプにおいて搬送膜板として用いられる膜板の場合は、このような位置は、特に膜板の締付部分に隣接する部分と動作時に特定の屈曲作用を受ける部分とにおいて生じる。搬送膜板が破断をこうむると、搬送される流体は、膜板の駆動機構の部分に流入し、その結果として、たとえばその溶蝕または腐食作用により、ポンプ機構に永久的な損傷を与えうる。

したがって、搬送膜板の破断および断裂ができる限り早期に検出されて、膜板が該膜板を完全に貫通する破断を有してしまう前に交換されうるようにすることが望ましい。

いわゆるセンサ膜板は、搬送膜板における破断の早期発見用として周知であり、搬送膜板が裂け始めると、電気的な警告信号を発する。

欧州特許第０ ７１５ ６９０ Ｂ１号において、膜板の表面積をできる限り大きく覆う環状電線がＰＴＦＥ層内に鋳ぐるまれる搬送膜板が開示されている。膜板が断裂または破断すると、環状の電線もまた断裂し、電気接点が遮断される。この接点の遮断は、適切な電子評価システムによって検出され、警急信号が発せられる。この構成は、電線が非常に薄くなるように設計されなければならないことから、搬送膜板のＰＴＦＥ材料にはまだいかなる断裂も生じていないのに、電線は膜板の屈曲時に伴われる機械的負荷によりすでに断裂していることがあるという欠点を有することがわかった。

米国特許第４，５６９，６３４号およびＷＯ９５／２７１９４において、膜板が実際の搬送膜板の下に導電性膜板層を有するか、または導電性膜板層が搬送膜板を介して延在する搬送膜板が開示されている。この導電性膜板層は、抵抗測定装置の一方の端子に接続される。前記抵抗測定装置の第２の端子は、ポンプ容積の本体またはその内部に配置される電極に接続される。ここで、搬送膜板内に断裂または破断が生じると、液体が前記本体と膜板内の導電性膜板層との間における接点を閉じ、警告信号が発せられる。これらのセンサ膜板は、ポンプ容積の本体が導電性材料からならなければならないか、または導電性電極がポンプ容積内に配置されなければならないという欠点を有することがわかった。このため、こうした膜板を有するポンプの使用分野は、ポンプ容積を化学的に不活性なプラスチック材料により完全に覆うことはできないことから、金属を侵食しない液体に制限される。

これに対して、欧州特許第０ ７３２ ５０１ Ｂ１号に、また他の非導電層によって互いに絶縁される２個の導電層を膜板内に有するセンサ膜板が開示されている。この構成において、３個の全ての層は、導電層に関しては炭素と混合されるゴムからなる。ここで、ゴム層の上に配置される搬送膜板が破断すると、ポンプ送りされる液体または気体が第１の導電層と接触する。次に、さらにまたこの第１の導電層およびその下に配置される絶縁ゴム層も破断すると、液体は２個の導電層を短絡し、警告信号が発せられる。このセンサ膜板の構成の重大な欠点は、搬送膜板の破断は、搬送膜板の下のゴムにより構成される導電性および絶縁性膜板層も貫通して破壊された時点でのみ検出されることである。したがって、膜板の破断は、破損という点において非常に著しく進んだ時点でのみ指示される。非常に強烈な液体が関係する場合は、まさに、その液体はその時点ですでにポンプの駆動装置内に侵入している可能性がある。

この従来技術に対して、本発明の目的は、前記問題を解決するセンサ膜板を提供することにある。

この目的は、サンドイッチ状の相互重畳関係に配置されるとともに、搬送膜板と該膜板の下に配置される第１の導電性膜板層と該膜板層の下に配置される第２の導電性膜板層とを含む複数の膜板層を有しており、前記第１および第２の導電性膜板層は、互いに分離されるとともに、電気絶縁性膜板層によって電気的に絶縁され、前記第２の導電性膜板層は、電気絶縁性膜板層内の開口部と前記第１の導電性膜板層内の開口部とに嵌通せしめられる部分を有し、前記電気絶縁膜板層は、前記第１の導電性膜板層内の開口部に嵌通せしめられる部分を有する本発明にしたがったセンサ膜板によって達成される。

本発明の目的が本発明にしたがって達成される方法は、液体が搬送膜板を通過して第１の導電性膜板層の平面まで前進し終えるやいなや搬送膜板内の破断が検出されるため、特に有利である。開口部に嵌通せしめられる第２の膜板層の材料もまた、この平面、すなわち第１の導電性膜板層の上まで延在する。しかしながら、正常な状態、すなわち無傷の状態において、第１および第２の導電性膜板層の材料は、これもまた第１の導電性膜板層内の開口部に嵌通せしめられる絶縁性膜板層の材料により、互いに電気的に絶縁される。測定可能な導電接続が第１の導電性膜板層と第２の導電性膜板層との間において液体により引き起こされるのは、液体が侵入し、液体による濡れが貫通開口部の部分において起こったときのみである。対照的に、信号が発せられるためには、搬送膜板の下に配置される膜板層が破断する必要はない。

本発明のひとつの好適な実施例は、搬送膜板が可撓性の化学的に不活性なプラスチック材料、好ましくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）により製作されるものである。このような構成は、膜板が搬送されるほとんどの薬品により侵食されることはないという利点を有する。

導電性および電気絶縁性膜板層は、ゴム、好ましくはプラスチック繊維により強化されたＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン三量体）により製作されることが望ましい。このようなゴムは、高い可撓性と耐圧性とを有するとともに、非常に高い負荷に耐えることができるという利点を有する。このことは、まさに膜ポンプにおいて膜板に対して生じる屈曲動作に関して当てはまる。前記ゴムは適切な量の炭素粒子と混合されると導電性となり、その場合には、前記ゴムの好ましい特性は、完全に維持されるか、または少なくとも適当な程度まで維持される。

第１の導電性膜板層と絶縁性膜板層とを貫通する第２の導電層の部分は、膜板の往復移動において屈曲する膜板部分に隣接して配置されると有利であることが実証された。これらの部分は、特に、膜板の締付部分のまわりの部分と膜板のコア部を取り巻く部分とに配置される。これらの部分は、特に膜板の往復移動において重い負荷を受ける。したがって、破断および断裂は、搬送膜板において最初にこれらの位置で発生するため、これらの位置において液体は最初に搬送膜板の下の膜板層に到達すると予想される。開口部がこの部分に配置されると、警急信号は、液体が通過すると直ちに発せられる。

本発明のひとつの好適な実施例は、膜板が実質的に円板の形状をなすものである。よって、対称性により、屈曲動作による負荷は、膜板の周縁部全体にわたって均一に分散される。膜板層は、実質的に同じ直径を有することが有利である。このことは、たとえば搬送膜板の断裂時に、液体が真下にある膜板層を通過してポンプ駆動装置の部分内に侵入することがないことを保証する。

本発明の特に好適な実施例は、第１の導電性膜板層を貫通する開口部が円形、楕円形または矩形の形状をなすものであり、これに関しては、円形の開口部が安定性という理由から特に好ましい。また他の好適な実施例において、少なくともいくつかの開口部は、膜板の中心点のまわりにおいて腎臓形に配置される開口部である。この設計構成により、搬送膜板において破断を検出しうる多くの可能な接点橋絡が膜板の周縁部上において構成されうる。膜板が円板の形状をなすため、開口部は、膜板の中心点のまわりにおいて対称に配置されることが有利である。加えて、１個の開口部は、膜板の中心点に配置されることが有利かもしれない。このようにすると、屈曲により特に負荷を受ける搬送膜板の全ての部分を断裂および破断に関して監視することができる。

この点に関して、本発明のひとつの望ましい実施例は、好ましくは４〜２０個の開口部が膜板の中心点のまわりにおいて同心円上に対称に配置されるものである。一般的な直径の搬送膜板においては、これより、十分な面積が第１および第２の導電性膜板層間における可能な接点橋絡によって網羅される。このようにすると、特に激しく屈曲する膜板の締付部分付近の部分は、特に十分に、かつ周縁部全体の長さにわたって監視されうる。

これに代わるものとして、開口部は、膜板の中心点のまわりにおいて同心円の形状に配置されうる。このことは、最大負荷部分において搬送膜板の封止完全性を周縁部全体の長さにわたって監視することを可能にする。

本発明のある好適な実施例は、搬送膜板が膜板の中心点のまわりにおいて同心的に配置される１個以上の畝状封止部を有するものである。この場合は、これらの封止部は、膜板の締付部分の部分に配置されて、前記部分において搬送膜板とポンプ容量の境界をなすハウジングとの間において効果的な封止部を形成するようになる。搬送膜板は、さらに封止されなくてもよいため、追加の封止手段を用いることなしに容易に交換されうる。

本発明の特に有利な実施例は、膜板が、第２の導電性膜板層の下において膜板の中心点に対して対称に配置されるプラスチック材料または金属またはこれらを組み合わせたものの膜板コア部を有するものである。このコア部は、個々の膜板層と膜板駆動機構との間において機械的接続部を形成する。

第２の導電性膜板層の下、すなわち該導電性膜板層と膜板コア部との間にさらに他の絶縁性膜板層が配置されることが望ましいと思われる。この絶縁性膜板層は、第２の導電性膜板層と膜板コア部との間において電気的絶縁をもたらす。この絶縁性膜板層は、さらにまた、膜板コア部に確実に固定的に接続されて、コア部の動きが膜板に直接伝達するようにすることができる。

本発明に関して、膜板の個々の層が、たとえば加硫または接着により、互いに非分離的に接続されることが有利であることが実証された。このようにすると、往復移動は、最適な態様で全ての層および特に搬送膜板に伝達される。

本発明の特に好適な実施例は、２個の導電性膜板層が抵抗、電流または電圧測定装置の２個の端子に接続されるものである。このようにすると、ポンプ送りされる液体による２個の導電性膜板層間の絶縁の橋絡が、抵抗における変化に基づいて容易に検出されうるとともに、おそらくは警急信号が発せられうる。

前記の導電性膜板層は、好ましくは、導電性のために炭素粒子が添加されたゴムにより製作される。しかし、これらの混合物の導電性は、金属導電体の導電性には匹敵しないだけではなしに、数桁低い。したがって、接触が第１および第２の導電性膜板層間において起こったときに測定される抵抗は、一般に、メガオームの範囲内である。導電性膜板層は、ポンプ送りされる液体と対向関係にある側から金属性接続ピンによって電気接続されることが望ましい。この点に関しては、第１の導電性膜板層に接触する前記ピンが第２の導電性膜板層と電気絶縁性膜板層とに嵌通せしめられ、第２の導電性膜板層の部分において該第２の導電性膜板層に対して絶縁性膜板層の材料またはさらに他の絶縁材料により絶縁されることが保証されるように注意しなければならない。このような構成は、接続ピンに膜板を適切な電子測定装置に接続する簡単なプラグ接続部を取り付けることができるため、膜板の容易な交換を可能にする。

前記センサ膜板は、膜ポンプに用いられることが有利である。

本発明のさらに他の特徴と利点と実施例とは、添付図と関連図面とから明らかになろう。

図１において、本発明にしたがったセンサ膜板の好適な実施例の構造図がわかりやすく示されている。搬送膜板１は、センサ膜板の最上層を形成する。図示されている実施例において、この搬送膜板は、ＰＴＦＥからなる。膜板の外側部分に、搬送膜板１から突出する２個の畝状封止部８があることがはっきりとわかる。これらの２個の畝状封止部８は、膜板の締付部分９と呼ばれる部分に配置される。この部分は、膜ポンプの、締付保持のために設けられる締付保持手段において圧力下で締め付けられる。この場合は、畝状封止部８は、膜板をその保持手段に対して封止して、いかなる液体も作業チャンバから脱出しえないようにする。第１の導電性膜板層２は、搬送膜板１の下に配置される。この膜板層２は、安定性を高めるためにプラスチック繊維により強化されるとともに、ゴム膜板が導電性を有するような量の炭素粒子を付加的に含有するゴムからなる。この第１の導電性膜板層２は、１個の部品として製造される連続体をなす。このことは、図２の分解図において、特にわかりやすく示されている。同図には、本発明にしたがった組立前のセンサ膜板の個々の層が示されている。

第１の導電性膜板層２は、開口部６を有する。第１の導電性膜板層２の下において、これもまたプラスチック繊維を有するゴムにより製作される絶縁性膜板層３が配置される。この膜板層は、絶縁性膜板層３により形成される平面を超えて上方に延在するとともに、第１の導電性膜板層２内の開口部６に嵌通せしめられる部分１２を有する。

絶縁性膜板層３の下に、第２の導電性膜板層４が配置される。この導電性膜板層は、膜板層４により形成される平面から突出するとともに、絶縁性膜板層３内の開口部５に嵌通せしめられて第１の導電性膜板層２の開口部６内に係合する部分７を有する。この場合は、これらの部分は、これもまた第１の導電性膜板層２の開口部６内に係合する絶縁性膜板層３の部分１２により取り巻かれて、以って第１の導電性膜板層２から電気的に絶縁される。

図２から、前記実施例は、第１の導電性膜板２の開口部６に絶縁性膜板層３の部分１２（開口部５）を介して係合する第２の導電性膜板４の部分７を合計１９個有することがわかる。これらの部分５，６，７は、次のように分布する。膜板の中心部において、第１の同心円状の６個の貫通部分５，６，７と１２個の貫通部分５，６，７を有するまた他の同心円とにより取り巻かれる中央貫通部分５，６，７がある。この構成は、膜板の表面積を特に最も激しく屈曲する部分において可能な接点橋絡により最適に網羅することを可能にする。

図３に、図１および２の膜板のまた他の実施例が、いくらか異なる個数および配置の嵌通開口部を有して示されている。その他の点では、構造は同じであるため、同じ部分は同じ参照符号により示されている。

図２から特にはっきりとわかるように、第２の導電性膜板層４の下に、絶縁性膜板層３と同じゴム材料により製作されるまた他の絶縁性膜板層１１が配置される。

膜板の個々の層は、加硫または接着により互いに接続されて、機械的に１個の単体を形成するようになっている。

膜板層１１の下には、金属またはプラスチック材料の膜板コア部１０が配置される。このコア部は、実質的に、下側端部において、駆動装置の接続棒が嵌挿される受入手段１５を有する円筒棒からなる。膜板コア部１０は、駆動装置の並進運動を膜板コア部１０より上に位置するセンサ膜板の層に伝達する。動作を膜板層に効果的に伝達するために、最下側絶縁性膜板層１１は、確実に固定的な関係で膜板コア部１０のヘッド部１６に係合するようになっている。このようにすると、膜板コア部１０の並進運動は、コア部１０の上に配置される膜板層（１、２、３、４、１１）に対して吐出しおよび吸込みのいずれの方向にも伝達される。これもまた図３から特にはっきりとわかる。

導電性膜板層２、４の電気的接触は、最下側絶縁性膜板層１１に嵌通せしめられて対応する導電性膜板層に係合する金属ピン１３および１４によって達成される。この点に関しては、第１の導電性膜板層２と接触するピン１３が絶縁性膜板層３の材料を手段とするか、またはまた他の材料によって、第２の導電性膜板層４に対して絶縁されることが保証されるように注意しなければならない。

本発明のこの実施例において、ピン１３および１４は、抵抗測定装置の２個の端子に接続される。２個の導電性膜板２、４間における電気抵抗が測定される。搬送膜板１が無傷である場合、すなわち自身を貫通して延在するいかなる破断または断裂も有さない場合は、搬送膜板１の下にある膜板層の表面は、液体によって濡らされておらず、第１および第２の導電層（２、４）間における抵抗は極めて高い。損傷状態において、すなわち貫通断裂または破断が搬送膜板１内に生じた場合は、搬送される液体が搬送膜板１を通過するとともに、搬送膜板１の下にある膜板層の表面を濡らして、第１および第２の導電性膜板層２および２の間における電気抵抗が低下し、すなわち５０ＭΩ以下の範囲内にくるようになる。このような電気抵抗の低下は、抵抗測定装置により検出され得、その値が所定の閾値未満に低下すると、警報が発せられる。

センサ膜板は、封止完全性の欠如を示す警報が発せられた後または所定の時間間隔の後に直ちに交換されうる。その機械的および電気的接続構成により、膜板の交換は、極めて簡単であり、かつ半熟練補佐役によっても行なわれうる。膜板の縁部は、保持のために設けられる保持手段において締め付けられるとともに、設けられている畝状封止部８により、締付作業後に自動的に封止される。膜板コア部１０と駆動装置、たとえば偏心駆動装置または電気機械駆動装置を有するモータの連結棒との接続は、コア部１０の下側部分において接続部１５によって達成される。ピン１３および１４への電気接続は、標準化されたプラグ要素によって達成される。

本発明にしたがったセンサ膜板の三次元切取図である。 本発明にしたがったセンサ膜板の分解図である。 本発明にしたがったセンサ膜板のまた他の実施例の断面図である。

Claims (19)

1. サンドイッチ状の相互重畳関係に配置されるとともに、搬送膜板または隔離膜板（１）と該膜板の下に配置される第１の導電性膜板層（２）と該膜板層の下に配置される電気絶縁性膜板層（３）と該膜板層の下に配置される第２の導電性膜板層（４）とを含む複数の膜板層からなるセンサ膜板において、前記第１および第２の導電性膜板層（２、４）は、互いに分離されるとともに、前記電気絶縁性膜板層（３）によって電気的に絶縁され、前記第２の導電性膜板層（４）は、前記電気絶縁性膜板層（３）内の開口部（５）と前記第１の導電性膜板層（２）内の開口部（６）とに嵌通せしめられる部分（７）を有し、前記電気絶縁膜板層（３）は、前記第１の導電性膜板層内の前記開口部（６）に嵌通せしめられる、前記開口部（５）が形成された部分（１２）を有することを特徴とするセンサ膜板。
2. 前記搬送膜板（１）は、可撓性の化学的に不活性なプラスチック材料、好ましくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）により製作されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ膜板。
3. 前記導電性（２、４）および電気絶縁性（３）の膜板層は、ゴム、好ましくはプラスチック繊維により強化されたＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン三量体）により製作されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ膜板。
4. 前記導電性膜板層（２、４）のゴムは、前記膜板層が導電性を有するような量の炭素粒子の添加物を含むことを特徴とする請求項１〜３の１項に記載のセンサ膜板。
5. 前記開口部（５、６）は、膜板の往復移動において屈曲する膜板部分に隣接して配置されることを特徴とする請求項１〜４の１項に記載のセンサ膜板。
6. 前記膜板は実質的に円板の形状をなすことを特徴とする請求項１〜５の１項に記載のセンサ膜板。
7. 前記膜板層（１、２、３、４、１１）は、実質的に同じ直径を有することを特徴とする請求項１〜６の１項に記載のセンサ膜板。
8. 前記第１の導電性膜板層（２）を貫通する開口部（６）は、円形、弓形、腎臓形、矩形または楕円形をなすことを特徴とする請求項１〜７の１項に記載のセンサ膜板。
9. 前記開口部（５、６）は、前記膜板の中心点のまわりにおいて対称に配置されることを特徴とする請求項１〜８の１項に記載のセンサ膜板。
10. １個の開口部（５、６）は、前記膜板の中心点に配置されることを特徴とする請求項１〜９の１項に記載のセンサ膜板。
11. 好ましくは４〜２０個の開口部（５、６）が前記膜板の中心点のまわりにおいて対称に配置されることを特徴とする請求項１〜１０の１項に記載のセンサ膜板。
12. 前記第１の導電性膜板層（２）を貫通する開口部（６）は、前記膜板の中心点のまわりにおいて同心円を形成することを特徴とする請求項１〜１１の１項に記載のセンサ膜板。
13. 前記搬送膜板（１）は、前記膜板の中心点のまわりにおいて同心的に延在するとともに前記膜板の締付部分（９）に配置される１個以上の畝状封止部（８）を有することを特徴とする請求項１〜１２の１項に記載のセンサ膜板。
14. 前記膜板は、プラスチック材料または金属またはこれらを組み合わせたものからなるとともに前記第２の導電性膜板層（４）の下において前記膜板の中心点に対して対称に配置される膜板コア部（１０）を有することを特徴とする請求項１〜１３の１項に記載のセンサ膜板。
15. 前記第２の導電性膜板層（４）と前記膜板コア部（１０）との間において、前記膜板コア部（１０）に確実に固定的に接続されるゴムのまた他の非導電性または絶縁性膜板層（１１）を有することを特徴とする請求項１〜１４の１項に記載のセンサ膜板。
16. 前記膜板の層（１、２、３、４、１１）は、好ましくは接着または加硫により、互いに固定的に接続されることを特徴とする請求項１〜１５の１項に記載のセンサ膜板。
17. 前記導電性膜板層（２、４）は、抵抗、電流または電圧測定装置の２個の端子に接続されることを特徴とする請求項１〜１６の１項に記載のセンサ膜板。
18. 前記導電性膜板層（２、４）は、金属性接続ピン（１３、１４）によって電気接続され、前記第１の導電性膜板層（２）を電気接続する前記ピン（１３）は、前記第２の導電性膜板層（４）と前記絶縁性膜板層（３）とに嵌通せしめられるとともに、前記絶縁性膜板層（３）の材料またはまた他の絶縁材料によって前記第２の導電性膜板層（４）に対して絶縁されることを特徴とする請求項１〜１７の１項に記載のセンサ膜板。
19. 請求項１〜１８の１項に記載のセンサ膜板を有する膜ポンプ。

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