(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する面積式流量計を製造するための方法であって、
透光性特性を有する溶融したフルオロポリマプラスチックから複数の流量計コンポーネントを射出成形する段階であって、これら流量計コンポーネントの少なくとも二つが対になる管状端部を有し、前記複数の流量計コンポーネントの一つがサイトチューブである段階と、
前記少なくとも二つの流量計コンポーネントの対になる管状端部を、この管状端部から離間されていて管状端部と直接接触しないヒータで加熱する段階と、
前記少なくとも二つの流量計コンポーネントの対になる前記管状端部を、該管状端部が部分的に溶融している間に、互いに接合する段階と、
前記管状部分がほぼ非溶融状態になるまで、接合された管状端部を保持して、少なくとも二つの流量計コンポーネントを一体化された流量計に接合する段階と、
を有する方法。
【請求項２】
前記射出成形する段階に続いて、前記少なくとも二つの流量計コンポーネントを高温でベーキングする段階を有する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記管状端部を加熱する段階が、約800°Fから約1200°Fの範囲の温度を有する熱源で行われる請求項１記載の方法。
【請求項４】
成形された複数のフルオロポリマコンポーネントから構成された面積式流量計であって、
流体の流れを可能にするための第１の導管を有し、少なくとも一つの管状端部を有する透光性の第１のフルオロポリマフィッティングと、
流体の流れを可能にするためのチューブ導管を有し、少なくとも一つの管状端部を有する透光性のフルオロポリマサイトチューブと、
流体の流れを可能にするための第２の導管を有し、少なくとも一つの管状端部を有する透光性の第２のフルオロポリマフィッティングと、
を有し、前記サイトチューブが該サイトチューブ内部の流体の流れに感度を有するフロートアセンブリを有し、前記透光性のフルオロポリマサイトチューブの少なくとも一つの管状端部が、少なくとも一つの透光性のフルオロポリマフィッティングの少なくとも一つの管状端部と溶接接合部によって接合されて、第１の導管と、チューブ導管と、第２の導管とから、流量計の本体導管を形成し、前記溶接接合部は前記透光性のフルオロポリマサイトチューブと前記の少なくとも一つの管状端部との間にヒータを対向配置することによって形成される面積式流量計。
【請求項５】
前記透光性のフルオロポリマサイトチューブが、該透光性のフルオロポリマサイトチューブ内部のほぼ中央に中間チャネルを有していて、チューブ導管がこの中間チャネルの中で細くなっている請求項４記載の面積式流量計。
【請求項６】
前記フロートアセンブリが、
前記透光性のフルオロポリマサイトチューブ内部の流体の流れに感度を有する細長いフロートと、
前記チューブ導管の一端に配置されたストップと、
を有し、前記細長いフロートが中間チャネルの断面幅よりも断面が大きいフランジを有し、前記ストップが、フランジに当接するとフロートの長手方向の動きを制限する請求項５記載の面積式流量計。
【請求項７】
前記フロートアセンブリが、球形フロートと、長手方向に整合したガイドロッドとを有し、このガイドロッドがチューブ導管内部に取り外し可能な状態で固定されており、球形フロートが、チューブ導管内の流体の流れに応じてガイドロッドに沿って長手方向に可動である請求項４記載の面積式流量計。
【請求項８】
前記流体の流れと、第１及び第２の導管の少なくとも一方の内外への軸方向の動きとを計量するためのバルブデバイスが設けられ、このバルブデバイスが、
このバルブデバイスの軸方向の動きを可能にするバルブハンドルと、
前記少なくとも一つの導管の一部を貫いて延びていて、チューブ導管からこの少なくとも一つの導管の中への流体の流れを制御するバルブ部材と、
を有する請求項４記載の面積式流量計。
【請求項９】
前記バルブ部材がさらにネジ部を有していて、前記少なくとも一つの導管へネジで係合して、前記少なくとも一つの導管の内外へのバルブデバイスの軸方向の動きを可能にしている請求項８記載の面積式流量計。
【請求項１０】
前記透光性のフルオロポリマサイトチューブが、流量計の中を流れる容積流量を表す印を有する請求項４記載の面積式流量計。
【請求項１１】
前記透光性の第１のフルオロポリマフィッティグと、透光性のフルオロポリマサイトチューブと、透光性の第２のフルオロポリマフィッティングとの少なくとも一つが、成形されたペルフルオロアルコキシ樹脂から構成されている請求項４記載の面積式流量計。
【請求項１２】
前記透光性の第１のフルオロポリマフィッティグと、透光性のフルオロポリマサイトチューブと、透光性の第２のフルオロポリマフィッティングとの各々が、成形されたペルフルオロアルコキシ樹脂から構成されている請求項４記載の面積式流量計。
【請求項１３】
流体の流れを計測するための一体化された面積式流量計であって、
透光性の管状のフルオロポリマサイトチューブと、
少なくとも一つの管状端部を有する透光性のフルオロポリマの第１のフィッティングと、
少なくとも一つの管状端部を有する透光性のフルオロポリマの第２のフィッティングと、
を有し、前記フルオロポリマサイトチューブはその中で延びるチューブ導管を形成し、また前記フルオロポリマサイトチューブは、流体の流れに応じて前記チューブ導管の内部で移動可能なフロートデバイスを有し、
前記フロートデバイスが前記透光性の管状のフルオロポリマサイトチューブの中を流れる流量を目視可能に表示し、前記透光性の第１のフィッティングが流体を前記管状のフルオロポリマサイトチューブの中へ導き、前記透光性の第２のフィッティングが前記管状のフルオロポリマサイトチューブから流体を受容し、前記透光性のフルオロポリマフィッティングの管状端部の少なくとも一つが、該フルオロポリマフィッティングの管状端部の少なくとも一つと前記透光性の管状のフルオロポリマサイトチューブとの間にヒータを対向配置することによって形成される少なくとも一つの管状溶接部によって管状のフルオロポリマサイトチューブへ取り付けられている面積式流量計。
【請求項１４】
前記少なくとも一つの管状溶接部が、第１の管状溶接部と、第２の管状溶接部とを有し、前記透光性のフルオロポリマの第１のフィッティングの管状端部が前記第１の管状溶接部によって前記透光性の管状のフルオロポリマサイトチューブの端部へ接合されており、前記透光性のフルオロポリマの第２のフィッティングの管状端部が第２の管状溶接部によって管状のフルオロポリマサイトチューブの他方の端部へ接合されていて、一体化された透光性のフルオロポリマサイトチューブを形成している請求項１３記載の面積式流量計。
【請求項１５】
前記チューブ導管が、チューブ導管の中心の近くに中間チャネルを含み、それは該中間チャネル以外のチューブ導管の直径よりも小さい直径である請求項１３記載の面積式流量計。
【請求項１６】
前記フロートデバイスが、前記透光性の管状のフルオロポリマサイトチューブ内部におけるフロートの長手方向の動きを制限するためのフランジを有する細長いフロートであり、前記透光性の管状のフルオロポリマサイトチューブの中をほとんど流体が流れないときには前記フランジが中間チャネルへ着座している請求項１５記載の面積式流量計。
【請求項１７】
前記フロートデバイスが球形フロートと、長手方向に整合したガイドロッドとを有し、このガイドロッドがチューブ導管の内部に取り外し可能な状態で固定されており、球形フロートが、チューブ導管の中を流体が流れるとガイドロッドに沿って長手方向に移動可能である請求項１３記載の面積式流量計。
【請求項１８】
前記流体の流れと、透光性の前記第１及び第２のフルオロポリマフィッティングの少なくとも一方の内外への軸方向の動きとを計量するためのバルブデバイスが設けられ、このバルブデバイスが、
このバルブデバイスの軸方向の動きを容易にするバルブハンドルと、
前記少なくとも一つのフィッティングの一部を調節可動な形で延びていて、チューブ導管からこの少なくとも一つのフィッティングの中への流体の流れを制御するバルブ部材と、
を有する請求項１３記載の面積式流量計。
【請求項１９】
前記透光性の管状のフルオロポリマサイトチューブが、流量計の中を流れる容積流量を表す印を有する請求項１３記載の面積式流量計。
【請求項２０】
前記透光性の第１のフルオロポリマフィッティグと、前記透光性の管状のフルオロポリマサイトチューブと、前記透光性の第２のフルオロポリマフィッティングとの少なくとも一つが、成形されたペルフルオロアルコキシ樹脂から構成されている請求項１３記載の面積式流量計。
【請求項２１】
前記透光性の第１のフルオロポリマフィッティグと、前記透光性の管状のフルオロポリマサイトチューブと、前記透光性の第２のフルオロポリマフィッティングとの各々が、成形されたペルフルオロアルコキシ樹脂から構成されている請求項１３記載の面積式流量計。
【請求項２２】
透光性の一体化された面積式流量計を使用する方法であって、
透光性の一体化された面積式流量計における透光性の第１のフルオロポリマフィッティングへ流体源を連結する段階、
ここで、前記透光性の第１のフルオロポリマフィッティングは透光性のフルオロポリマサイトチューブへ非接触式で熱溶接されて、このフルオロポリマサイトチューブへ連通されている、
透光性の一体化された面積式流量計における透光性の第２のフルオロポリマフィッティングへ、流体受容デバイスを連結する段階、
ここで、前記透光性の第２のフルオロポリマフィッティングは前記透光性のフルオロポリマサイトチューブへ連通されている、
前記流体源から透光性の第１のフルオロポリマフィッティングの中へ流体を導く段階、及び
前記透光性のフルオロポリマサイトチューブ内部におけるフロートデバイスの長手方向の動きを計量することによって、透光性の一体化された面積式流量計の中を流れる流体を計測する段階、
を有する方法。
【請求項２３】
前記フロートデバイスを計量する段階が、
透光性のフルオロポリマサイトチューブの外側から目視できる印に対して細長いフロートデバイスのフランジを観測することによって行われ、前記印が、透光性の一体化された面積式流量計の中を流れる容積流量を表している請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記フロートデバイスを目視で計量する段階が、
透光性のフルオロポリマサイトチューブの外側から目視できる印に対して球形フロートデバイスの一部を観測する段階を有し、前記印が、透光性の一体化された面積式流量計の中を流れる容積流量を表している請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
前記透光性の一体化された面積式流量計の中を流れる流量を、バルブを回転して調節することによって制御する段階を有し、前記バルブが透光性の第２のフルオロポリマフィッティングと連通していて、透光性の第２のフルオロポリマフィッティングを通って透光性のフルオロポリマサイトチューブから流れる流体を選択的に調節するようになっている請求項２２記載の方法。
【請求項２６】
流体の流れを計測するための透光性の一体化された面積式流量計であって、
計測のための流体の流れを可能にするためにチューブ導管を有する透光性のフルオロポリマサイトチューブと、
透光性のフルオロポリマサイトチューブの中を流れる流量を計測して目視で表示するためにチューブ導管の中に設けられたフロート手段と、
前記チューブ導管と連通させるための少なくとも一つの透光性のフルオロポリマフィッティング手段と、
透光性の一体化された流量計の中を流れる流量を制御するために、前記少なくとも一つの透光性のフルオロポリマフィッティング手段と、回転可能な形で軸方向に連通するバルブ手段と、
を有し、前記少なくとも一つの透光性のフルオロポリマフィッティング手段が、前記透光性のフルオロポリマフィッティング手段の少なくとも一つと前記透光性のフルオロポリマサイトチューブとの間にヒータを対向配置することによって形成される溶接接合部によって透光性のフルオロポリマサイトチューブへ接合されている面積式流量計。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願人は、“Injection Molded and Welded Fluoropolymer Flow Meters"という名称の2001年5月25日に出願され、出願番号60/293,672が付与された米国仮特許出願と、”Low Flow Rate Fluoropolymer Flowmeter"という名称の2002年3月15日に出願され出願番号60/364,774が付与された米国仮特許出願の内容及び出願日の利益を請求しており、これらの特許出願は両方ともここで参照によって導入されている。
【技術分野】
【０００２】
この発明は流量計に関する。さらに詳しくは、この発明は様々なコンポーネント及びフロート構造を用いることができるほぼ一体のフルオロポリマ流量計に関する。
【背景技術】
【０００３】
流量計は種々の流体の流量を測定及び制御するために多くの様々な工業において利用されている。流量計は一般に流体の流れの中にされる可動なフロート部材を用いており、その流体の流れの中におけるオリフィスの圧力低下を測定している。これらの流量計は一般に非常に正確な流量測定値を提供する電気回路及びリードアウトを有している。その複雑さのために、コストと同様に信頼性や管理が問題となる。機械的に簡単で非常に信頼性の高い流量計は垂直のチューブを利用していて、そのサイトチューブ自身あるいはその他の連結手段の上にマーキングされた印をモニタリングすることによって容積流量を目視で計測できるようになっている。サイトチューブは、流路へ連結するか、あるいは流路の中へ挿入するために、このサイトチューブの各端部に一対のフィッティングを有している。“フロート”は測定している流体よりも濃くて、サイトチューブを介して目視することができ、流量が増大するにつれてチューブを上昇する。その流量はサイトチューブ中のフロートの位置によって目視できる形で示すことができる。一般的なフロートは一般的にはボールや球形物体、あるいはその他の細長くない部材などの形状であり、サイトチューブ中を自在に動くように、あるいはサイトチューブの中に固定されたガイドロッドに沿ってガイドされるように設計されている。こうした従来のフロート設計は、流量計の中を流れる非常に大きな流量まで、媒体を測定するにあたって十分に機能する。しかし、半導体処理などの、特定の工業においては、処理のときに低流量あるいは超低流量がしばしば必要になる。流量計を流れるこうした小さい流量の測定値は、処理の効率や精密さを確保するために正確に表示される必要がある。
【０００４】
業界で周知の低流量を計測するように設計された一般的に細長いフロートを有するフロートアセンブリでも十分ではない。特に、図２では、テーパ状の細長いフロート２１７とサイトチューブ２１２のシステムを有する従来の流量計２１０が利用されており、フロート２１７はガイド２１４、２１６の中をガイドされる。このシステムは流体の低流量を計測するためのものである。フロート２１７はテーパ部２１８を有しており、テーパ部２１８はフロート２１７のほぼ中心のレッジ２２２で終わっている。フロートの横方向の動きは底部ガイド２１６及び上部ガイド２１４を用いて制御されている。フロート２１７のテーパはガイド２１６に近い端部からレッジ２２２へと増大している。フロート２１７が流体圧力によってサイトチューブ２１２の中を強制的に上方へ移動させられるとき、レッジ２２２が上部ガイド２１４と係合するまでフロートは上方へ進む。流量が低下すると、フロート２１７は、テーパ状になっているためにテーパ部２１８が停止するまで下方へ戻る。こうしたシステムは、テーパ部２１８がガイド２１６の穴あるいはチャネルの中に入ってフロート２１７が停止するとき望ましくないくさび作用が発生するという、本質的な欠点がある。この本質的な特性は、低流量を測定するときに特に好ましくない。すなわち、テーパ部２１８がガイド２１６内にかなりの程度引っかかってしまい、チューブ２１２内でフロート２１７の強制的な移動を開始するには、もっと高いレベルの流量が必要となる。そうした流量計では低流量が中心であることから、特に、噛み込んだフロート２１７が外れるまでの流量に対して特に信頼性と精度が低下する。実際、このために、流量計２１０の中を流れる超低流量に対しては流量の計測がまったくできなくなる可能性がある。
【０００５】
半導体ウェハーを集積回路へ加工するときには、塩酸、硫酸、フッ化水素酸などの非常に腐食性の強い超純度の流体は極端な温度範囲で利用される。これらの流体は従来の流量計の材料に損傷を与えるだけでなく、製造プロセスにおいてこれらの流体にさらされる作業員に大きな健康上の危険を与える。さらに、これらの超純度の流体と接触する装置及び材料は、流体を汚染したり、不純物を加えたりしてはならない。
【０００６】
従って、半導体の処理では、様々な流量において正確な流量測定が行えて、一方ではそれと同時に、これら腐食性の強い流体が与える可能性のある損傷に耐え、流体を汚染せず、広い温度範囲が許容できる非常に不活性な材料を利用した流量計構造が必要とされている。さらに、こうした流量計の設計は流体の漏れを最小限に抑えなければならない。
【０００７】
従来の流量計は、流量計のコンポーネントを構成するときに非常に不活性な耐腐食性プラスチックを使用することによって、腐食性が非常に強い流体を流量計の中で使用することに関する問題に対処してきた。ペルフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）などのフルオロポリマは、こうした腐食性流体で使用するのに適したプラスチックである。薄壁のＰＦＡが有する透光性(translucent)が、これら流量計のサイトチューブを構成するのに一般的に利用されている。
【０００８】
米国特許第5,672,832号（'832特許）はフルオロポリマが利用されている流量計デバイスの一例である。この特定のデバイスはフルオロポリマのハウジングを有する流量計であり、流体の流量を正確に測定するために圧力センサが設置された二つのキャビティがフローチューブの中に設置されている。この発明での長方形ハウジング及びカバーは透明でないＰＴＦＥから構成されており、カバーはネジでハウジングへ取り付けられており、流体の漏れを最小限に抑えるために両者の間にはガスケットが配置されている。
【０００９】
米国特許第5,078,004号、第5,381,826号及び第5,549,277号は、流量計の限られた部分がＰＦＡ材料から形成されているようなサイトチューブを利用したフルオロポリマ流量計の例である。そうした流量計では、中央に配置されたサイトチューブはＰＦＡから加工することができ、追加のフィッティングコンポーネントはＰＴＦＥやその他の透明でない材料から加工され、サイトチューブの端部へ直接連結されるか、ＰＦＡから成るサイトチューブと直接関係する部材へ直列に連結される。一般的に、これらのコンポーネントの各々は、ネジ部を介して互いに、かつ／あるいはサイトチューブへ取り付けられている。
【００１０】
これら現在利用されているフルオロポリマ流量計は、それが従来のサイトチューブ流量計であろうが、その他の流量計であろうが、主として、使用する材料や、組み付けの方法を中心とした欠点がある。
【００１１】
一般的に、フルオロポリマは、特にＰＴＦＥは射出成形プロセスに向かない。その結果、図１に示されているデバイスなどのように、周知の市販されているサイトチューブフルオロポリマ流量計では、各コンポーネントは所望の形状や公差、必要なネジ連結部を得るために機械加工される。機械加工によって、そのデバイスの製造に対して大きな労働コストが追加され、従って可能な限り避けるべきである。さらに、ネジ部を利用したマルチコンポーネント流量計アセンブリは流体が漏れる可能性がある。コンポーネント間をそれぞれ一体化せずに連結すると、流体の漏れの可能性が高まる。例えば図１においては、流量計２００は少なくとも第１のフィッティング２０２と、テーパ状のサイトチューブ２０６へネジ部２０８でネジで取り付けられる第２のフィッティング２０４を有しており、許容できない漏れを生じる可能性が高まる。また、サイトチューブ２０６は同じように透光性(translucent)のＰＦＡから構成され、フィッティング２０２、２０４はＰＴＦＥなどの材料から構成されている。
【００１２】
理想的には、流量計、特に腐食性の流体を取り扱うのに利用される流量計は、成形された流量計コンポーネント、すなわちフィッティングをサイトチューブへネジで接合するプロセスを用いるような一体化されていない連結部はできる限りその数を少なくする必要がある。従来のプラスチックから構成されたいわゆる一体化された本体の流量計の製造プロセスは、一般的にプラグあるいはキャップを本体部分へ取り付ける段階を有する。これら従来のプラスチックサイトチューブ流量計で周知の取り付け方法としては、接着剤接合や超音波溶接がある。超音波溶接では、第１のプラスチックコンポーネントを、第１のプラスチックコンポーネントと係合した第２のプラスチックコンポーネントに対して振動させる。こうした溶接は管状端部を接合するのに有効ではない。さらに、フルオロポリマの“滑りやすい”特性のために、振動接合の形は現実的ではない。同様に、接着剤はフルオロポリマに対してうまくいかず、半導体の処理では避けなければならない汚染物を混入する可能性が増えるだけである。
【００１３】
ＰＦＡはＰＴＦＥよりもかなり高価であるけれども（おそらく10〜15倍高価）、ＰＴＦＥよりも大きな利点があると考えられる。すなわち、ＰＦＡはより清浄であり、ＰＴＦＥよりも汚染することが少ない。さらに、ＰＴＦＥと違って、ＰＦＡは射出成形でき、類似の材料と均一に接合できる。
【００１４】
別々のＰＴＦＥなどのフルオロポリマコンポーネントを溶接によって均一に接合することは本質的に不可能である。それに比べると、ＰＦＡコンポーネントは、本願の権利者でもあるFluoroware, Inc.に付与された米国特許第4,929,293号に開示されているように非接触加熱を利用して一体に溶接することができる。これらの溶接方法は、この発明以前にはフルオロポリマ流量計の製造に関して利用されることはなかった。
【００１５】
上述した従来の技術はどれも、半導体処理産業における特有の精度、純度、及び低流量という必要性を適切に解決するには十分でない。従来の技術は、ＰＦＡが耐腐食性において提供する利点を、漏れの防止や製造及び組み付けのコストに関する一体化コンポーネント構造が提供する利点とむすびつけるという要求に取り組んでいない。
【発明の概要】
【００１６】
この発明による面積式流量計の実施の形態は、従来の流量計に本質的に存する問題を実質的に解決する。これらの要求は、ＰＦＡなどの材料から形成された耐腐食性の流量計を導入することによって取り組まれており、一つの実施の形態においては一体化されたコンポーネント構造を利用することによって信頼性及び有効性を向上させる一方で製造コストを低減することができる。また、小さい流量の正確かつ有効な読み及び表示を可能にする機能的コンポーネント設計。
【００１７】
一つの実施の形態においては、サイトチューブ流量計は互いに溶接された複数のフルオロポリマコンポーネントから形成されていて、一体化された流量計本体を形成している。コンポーネントは、二つの端部を有するＰＦＡの直立サイトチューブと、その中を延びる流路と、サイトチューブの各端部のに独特の方法で溶接された二つのフィッティング部分と、流路の中を流れる流体の流量レベルに応じて流路内部の様々な位置へ移動が可能になっているフルオロポリマのフロートデバイスとを有している。フロートデバイスは従来の設計でよく、また低流量を測定するような流量計の実施形態に対しては細長いフロートを利用することができる。フロートや、特にその指定された部分はサイトチューブを介して目視することができて、その位置、従って流量計の中を流れる流体の流量の目視表示を提供している。さらに、他の実施の形態では、一体化された本体構造を持たない従来の流量計において独特のサイトチューブや細長いフロートの実現を含んでいる。
【００１８】
少なくとも一つのフィッティングは流体の流量を制御するためにバルブアセンブリを有している。この発明はまた、ＰＦＡコンポーネントを射出成形しＰＦＡコンポーネントを溶接して、一体化された流量計本体を形成する段階を有する流量計の製造方法を含んでいる。この方法の一つの実施の形態においては、コンポーネントは、溶接しようとするＰＦＡ部分を非接触ヒータを使用して溶融させて、次にそれらのＰＦＡ部分を互いに接触させてＰＦＡが冷えて硬化するまで保持することによって溶接している。ジグの上でＰＦＡ流量計コンポーネントの少なくとも一つを焼き付ける段階を有する硬化段階を追加してもよい。
【００１９】
この発明の特徴及び利点は、流量計本体全体が一体化された構造から成っていることである。サイトチューブとサイトチューブ端部連結部分との間のネジ連結がなくされている。これによって、漏れの流路が最小限に抑えられ、作業員への危険が減り、製造コストが低減する。
【００２０】
この発明の別の特徴及び利点は、流量計のコンポーネント部分の加工がかなり、あるいはまったくなくなっていることである。これによって、労働及び製造のコスト、そして流量計の最終コストが低減する。
【００２１】
この発明のさらに別の特徴及び利点は、本体の全体が、より清浄なＰＦＡから製造されており、計量プロセスの汚染が少ないことである。これは半導体処理分野においては重要である。
【００２２】
この発明のさらに別の特徴及び利点は、本体全体がかなりの程度透光性なことである。透光性の特性によって、バルブ部材やフロートなどのコンポーネントの位置が目視しやすくなり、流量計の任意の部分の中に存在する汚染物質が見やすくなる。
【００２３】
この発明のさらに別の特徴及び利点は、半導体ウェハー処理において利用される薬品に不活性であり化学的な耐久性を有する射出成形された流量計であることである。
【００２４】
この発明のさらに別の特徴及び特徴は、細長いフロート設計と、サイトチューブ内部における導管の形状及び構造が組み合わさることによって、流量計の中を流れる低流量及び超低流量に対して計測精度が向上することである。
【００２５】
この発明のさらに別の特徴及び利点は、この発明によるサイトチューブ及び細長いフロート設計が、本体が一体化されていない従来の流量計において実施することができて、低流量及び超低流量の測定が改善されることである。
【００２６】
この発明のさらに別の特徴及び利点は、多数のコンポーネントあるいは部材を互いに溶接して一体化された本体の流量計を形成することによって、流量計の主要な三つの溶接可能なコンポーネントの構造を調節及び修正する可能性及び効率が向上することである。修正を必要なコンポーネント部分のみに効率よく集中することによって、流量計全体に対する成型や製造プロセスが不必要に妨げられたり変更されたりしない。例えば、設計及び機能の変更は、望むならば、サイトチューブ及びフロートアセンブリに限ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図３はこの発明による一体の面積式流量計１２の一つの実施の形態を示している。この流量計は、射出成形されたフルオロポリマのプラスチックコンポーネント、一般的にはＰＦＡコンポーネントあるいは透光性(translucent)を有するフルオロポリマ、を溶接で組み付けたものであり得、ここでは三つのメインボディコンポーネントの少なくとも二つが集約化可能な溶接プロセスによって接合される。この発明による流量計においてはその他のフルオロポリマプラスチックもコンポーネント及び部品として使用することが考えられる。例えば、ＰＴＦＥやＥＴＦＥ及びその他のプラスチックも考えられるが、それらに限定されるわけではない。好ましいフルオロポリマの透光性(translucent)は、ここで詳しく説明するように、その透光性によってサイトチューブ内部のフロートデバイスが計測できるようにその透光性の程度を変えることができる。
【００２８】
図３〜図１０を参照すると、概略として流量計１０は三つのメインボディコンポーネントのうちの少なくとも二つを接合して一体化された流量計本体１２とすることによって構成されている。一体化ということは、三つのメインボディコンポーネントのうちの二つを溶接接合（ここで詳しく説明する）によって第３のコンポーネントへ接合して、コンポーネントの二つが一つの部材として最初に成形することを意味し得る。例えば、成形された一つの部材が第２のフィッティング１８とサイトチューブ１６から成っていて、第１のフィッティング１４があとから、サイトチューブ１６の端部と溶接されるか、他の方法で接合される。
【００２９】
三つのメインボディコンポーネントは、第１のフィッティング１４と、サイトチューブ１６と、第２のフィッティング１８である。これから詳しく説明するように、各コンポーネントを、一体化された流量計本体１２を適切に形成するように位置的に接合すると、本体導管２０が形成され、これは第１のフィッティング１４から始まって、その中を通り、サイトチューブ１６の中へ続いていて、第２のフィッティング１８を通り、その端部から外へ出る流路を提供している。
【００３０】
第１のフィッティング１４は概略的に流入端部２２と流出端部２４とを有している。一つの実施の形態においては、これらの端部２２、２４はほぼ互いに直角の関係にある。第１のフィッティング導管２６が、ある径を有する内側の穴を第１のフィッティング１４内部に形成していて、流入端部２２から流出端部２４まで第１のフィッティング１４の長手軸に沿って全体に延びている。第１のフィッティング導管２６は第１のフィッティング１４の各端部２２、２４に第１のフィッティング開口部２８を形成している。第１のフィッティング１４については、流量計のサイトチューブやその他のコンポーネントへ連結するために当業者に周知のフィッティングやコネクタ、及びその他のデバイスが考えられる。
【００３１】
図３〜図４に示されているように、一つの実施の形態においては、サイトチューブ１６は第１のフィッティング端部３０と第２のフィッティング端部３２とを有するほぼ円筒形チューブから成っている。サイトチューブ１６はその中を貫くチューブ導管３４を有しており、第１のフィッティング導管２６及び第２のフィッティング導管５２の内径よりもほぼ大きなある径を有する内側の穴が形成されている。チューブ導管３４はサイトチューブ１６の長手軸をサイトチューブ１６の全体にわたって延びており、端部３０、３２の各々にはサイトチューブ開口部４２が形成されている。チューブ導管３４の直径はチューブ導管３４に沿って徐々にテーパ状になっている。第２のフィッティング端部３２における直径は第１のフィッティング端部３０における直径よりも大きいことが好ましい。ここでの実施の形態ではほぼ円筒形状であって、目視で計測できるようになっているけれども、この発明による実施の形態では一体化された流量計という特性から逸脱することなく、チューブ１６に対して他の形状や構造も考えられる。
【００３２】
図５〜図６に示されているように、サイトチューブ１６の外面には流量の印４４を設けることができる。この流量の印４４は成形された、あるいはエッチングされたマークからほぼ成っていて、目視計測に使用される特定の容積流量情報を示している。
【００３３】
別の実施の形態においては、図７〜図９に示されているように、サイトチューブ１６はほぼ砂時計形状のチューブから成り、第１のフィッティング端部３０と、第２のフィッティング端部３２とを有している。サイトチューブ１６はその中を貫くチューブ導管３４を有しており、第１のフィッティング１４と第２のフィッティング１８との間を流体流通を許容している。導管３４は三つの流体チャネルあるいは導管、すなわち、流入導管３６と、流出導管３８と、中間の狭くなったチャネル４０とにほぼ分割されている。砂時計形状のサイトチューブ１６と内側のチューブ導管３４の中心に近い部分は流入導管３６と流出導管３８との間の区切りを形成しており、中間の狭くなったチャネル４０を形成している。中間の狭くなったチャネル４０は導管３６、３８の間の連通チャネルとして機能し、導管３６、３８よりも小さい直径及び断面寸法を有している。流入導管３６の直径は徐々にテーパ状になっており、第１のフィッティング端部３０に近い導管３６の部分における直径は中間チャネル４０に近いところの直径よりも大きくなっている。流出導管３８の直径はその長さに沿ってほぼ一定であり、第２のフィッティング１８へ連結可能でそこへ連通する端部３２、３８においてのみ若干直径が大きくテーパ状になっている。同様に、中間チャネル４０の直径あるいは断面もほぼその長さに沿って一定であるが、変化させてもよい。チューブ導管３４はサイトチューブ１６の長手軸をサイトチューブ１６の全長にわたって導管３６、３８、４０を貫いて延びていて、連続した流路が確立されており、端部３６、３８にサイトチューブ開口部４２が形成されている。
【００３４】
図１０に最もよく示されているように、砂時計形状のサイトチューブ１６の外面も流量の印４４を有している。この流量の印４４はほぼ成形された、あるいはエッチングされたマークから成っていて、目視計測に使用するための特定の容積流量情報を示している。
【００３５】
各実施の形態について、第２のフィッティング１８はほぼＴ字形状のフィッティングの形をしており、流入端部４６と、流出端部４８と、バルブ端部５０とを有している。流入端部４６は流出端部４８及びバルブ端部５０とほぼ直角であり、流出端部４８及びバルブ端部５０は共通の平面を共有している。この共有される平面は流入端部４６の平面と交差していて、流入端部４６の長手軸は、遠方の端部４８、５０の間の中心近くに位置している。第２のフィッティング１８はこの第２のフィッティング１８の長手軸にわたって延びる第２のフィッティング導管５２を有しており、ある径の内側の穴が形成されている。第２のフィッティング導管５２は、流入端部４６と、流出端部４８と、バルブ端部５０との距離全体にわたって延びていて、第２のフィッティング導管５２は流入端部４６で始まっており、ここで説明した平面交差の方へ延びていてそこで開口し、流出端部４８とバルブ端部５０の間の距離全体にわたって延びている第２のフィッティング導管５２の部分との、一つの連続した共有のチャネルになっている。第１のフィッティング１４については、サイトチューブや流量計のその他のコンポーネントへ連結するための当業者に周知のフィッティング、コネクタ、及びその他のデバイスが考えられる。図４〜図５に示されている流量計のようなある実施の形態においては、サイトチューブやフロートアセンブリの構造にかかわらず、流量計１０はバルブ装置なしに構成することができる。
【００３６】
バルブ装置を有する実施の形態においては、バルブ端部５０における第２のフィッティング導管５２がバルブ部材開口部５４を形成している。バルブ部材開口部５４はバルブ端部５０から流出端部４８の方へ内側にある距離だけ内ネジが設けられている。このネジは、ネジ付きバルブアセンブリ５６を受容するように設計されている。こうしたバルブ装置は図３及び図６〜図９に最もよく示されている。
【００３７】
バルブアセンブリ５６はバルブシャフト５８と、バルブ上部６０を有している。バルブシャフト５８は第１の端部６２と、バルブ部材６４とを有しており、ネジ部６６を設けることができる。バルブ上部６０はバルブ上部６０に設けられたバルブ穴６８を介して第１の端部６２へ取り付けられており、バルブ穴６８はバルブ上部６０の全長とは等しくないある長手距離にわたって延びている。外ネジを有する実施の形態においては、ネジ部６６は第２のフィッティング１８に設けられた内ネジと螺合可能であり、アセンブリ５６、なかでも特にバルブ部材６４は開口部５４に対して内外に移動調節が可能である。このような開口部に対してバルブ部材６４を内外へ移動させるための当業者に周知の他の手段も考えられる。
【００３８】
バルブ部材６４部分は、バルブアセンブ５６の直線的な相対移動を伴って、開口部５４の適合領域へ挿入したり出したりできるようなバルブニードル突起部７０あるいは延長部を設けることができる。バルブニードル７０は所望のシーリング性能や、製造上の要件あるいは制限に応じて、テーパ状にもできるし、テーパ状でなくてもよい。
【００３９】
一般的に、バルブアセンブリを利用した流量計１０においては、バルブ上部６０は図３及び図７〜図９に最もよく示されているようにスナッピング手段を介してバルブシャフト５８へ取り付けられている。このスナッピング手段はバルブシャフト５８と、バルブシャフト溝７２と、バルブ上部６０と、バルブ上部溝７４とを有している。バルブシャフト溝７２はシャフト５８のバルブニードル７０端部から離れたところに位置し、バルブニードル７０端部と反対側の端部から内側へある距離のところで始まっており、シャフトの外周全体に延びており、バルブシャフト溝７２の凹部はシャフト５８の中へある距離だけ引っ込んでいる。バルブ上部溝７４はバルブ穴６８の端部に位置していて、バルブシャフト５８のバルブシャフト溝７２を受容するように設計されており、バルブシャフト５８とバルブ上部６０が回転を制限するように相互に噛み合っている。
【００４０】
別の実施の形態ではバルブ上部６０をバルブシャフト５８へ取り付けるのに別の手段を設けることができる。これら別の実施の形態はスクリュやボルトなどのファスナを使用することができる。バルブ上部とバルブシャフト部を互いに一体成形することも、可能な実施形態である。前述したように、さらに別の実施の形態ではバルブアセンブリをまったく用いなくてもよい。
【００４１】
この発明の流量計では周知のあるいは新規の様々なフロートアセンブリを使用することができる。例えば、この発明の精神及び範囲から逸脱することなく、球形フロートあるいは細長いフロートと、それと対応するアセンブリを使用することができる。
【００４２】
図３〜図６に示されているように、球形フロート７８を利用した流量計の実施の形態に対しては、サイトチューブ１６の内側にフロートアセンブリ７６が収容されている。こうしたフロートアセンブリ７６は球形フロート７８と、ガイドロッド７９と、支持穴８１とを有している。球形フロート７８はさらにフロート穴８３を有している。フロート穴８３はフロート７８のほぼ中心と交差しており、ガイドロッド７９を挿入するための受容チャネルを形成している。フロート穴８３の直径はガイドロッド７９の外径よりも大きな寸法を有している。ガイドロッド７９は第１及び第２の端部を有するほぼ小径円柱ロッドである。ガイドロッド７９の外径はチューブ導管３４の直径よりもかなり小さい。ガイドロッド７９はサイトチューブ１６のチューブ導管３４の距離全体にわたって延びており、フロート穴８３を完全に貫いている。ガイドロッド７９は、ガイドロッド７９の第１及び第２の端部が支持穴８１の中へ入り内部に支持されると、その最終的に組み付けられた位置にしっかりと保持され。支持穴８１は第１のフィッティング導管２６及び第２のフィッティング導管５２の内部領域内に配置可能である。保持穴８１の内径はガイドロッド７９の外径よりも大きな寸法を有しており、ガイドロッド７９を保持穴８１へ選択的に挿入したり取り出したりすることができる。
【００４３】
細長いフロート８０を利用した流量計の実施の形態に対しては、主として図７〜図１０を参照すると、フロートアセンブリ７６は流量計１０を完全に組み付けたとき、サイトチューブ１６内にある。フロートアセンブリ７６は概略として、細長いフロート８０と、少なくとも一つのフロートガイドストップ８４とを有している。フロート８０は円形の断面を有していることが好ましいが、三角形や矩形、楕円形、それらの変形など、その他の多くの形状も可能である。細長いフロート８０はフロート８０のある長さにわたってテーパ状になっていることが好ましい。一般的にフロート８０は、一体化されたフロートフランジ８２へ達するまでフロート８０の直径あるいは断面が徐々に増大するようにテーパ状になっている。フランジは穴やノッチ、あるいは類似の特徴などを有しており、フランジ８２の一部を流体が流れてフロート８０の動きの感度を制御できるようになっている。フランジ８２はほぼ円筒状であるが、その他の形状も同様に可能である。一つの実施の形態においては、図８〜図１０に示されているようにフランジ８２はフロート８０の端部に設けられている。別の実施の形態においては、フランジ８２はフロート８０の中心部分近くに配置されているが、図７に示されているようにフロート８０の長さに沿った任意の場所に配置することができる。最も幅の広い、あるいは大きい部分におけるフロート８０の外径あるいは断面は、導管３６、３８のそれよりもほぼ小さいが、チャネル４０の幅あるいは断面よりも最低限小さい。
【００４４】
フロートガイダ８４は少なくとも一つのガイド８６及び／あるいは少なくとも一つのガイドストップ８８の形をとることができる。ガイド８６は矩形、楕円形、円形、球形、あるいはその他の多くの形が可能である。ガイド８６には図１０に示されているように流体の流れを可能にする複数の穴を設けることができる。ガイドストップ８８はＴ字形の断面であることが好ましく、また図９の断面図において最もよく示されているように流体の流れを可能にするために複数のガイドストップ穴９２を設けることができる。Ｔ字形はガイドストップ突起部９４を延ばすことによってほぼ形成される。ストップ突起部９４は様々な長さが可能である。図９は比較的長い突起部９４を実現した実施の形態を示している。ガイドストップに対する取り付けの必要性や場所、及びその他の多くの要因が長さに影響する。受容穴９６が一般に設けられており、この穴はそれが受容するように設計されたフロート８０の部分の直径よりも大きい寸法を有している。受容穴９６はストップ突起部９４の長手軸にわたってほぼ延びており、ガイドストップ８８を完全に貫いている。ストップ突起部９４の直径は一般にフランジ８２の直径あるいは断面よりも小さく、フランジ８２がストップ突起部９４の近端部へ接触あるいは当接することによって、流出導管３８内部におけるフロート８０の上方への動きを制限している。
【００４５】
図８〜図９に最もよく示されているように、一つの実施の形態においては、サイトチューブ１６の内側に複数のフロートガイダ８４が存在する。特に、ガイド穴９０を有する二つのガイド８６が流入導管３６の内側に固定されており、突起部９４を有する、あるいは有しない単一のガイドストップ８８が流出導管３８内に固定されている。ガイド／ストップ８６、８８の両方とも、対応する導管３６、３８の端部に固定でき、あるいは端部３０、３２の内側のある距離に固定できる。それとは違って、一つのガイド８６だけを設けて、フロート８０を受容し、またあたかも二つのガイドが設けられているのと同じように横方向の動きを制限することができるような形状及び位置に少なくとも一つの穴を設けることもできる。そうした実施の形態では、フランジ８２はフロート８０の一方の端部近くに配置することが好ましく、フロート８０の前記端部は遠い方の端部よりも断面あるいは直径が大きい。テーパ状の端部におけるフロート８０の最も直径が大きい断面はチャネル４０の直径よりもなおいくらか小さく、チャネル４０を通る自在な動きが可能になっている。フランジの直径あるいは断面はフロート８０の基部のそれよりも大きく、ストップ８８に対する、また特に突起部９４に対する上方への動きを制限している。
【００４６】
複数のガイド８６が設けられている場合には、それらは互いにある距離で離間されて固定され、ガイドチャネル９８が形成される。このチャネル内を動くフロート８０の部分は十分に小さく、従って噛み込みを生じることなく自在に動くことができ、それと同時に流出導管３６内側におけるフロート８０の横方向の動きを制限している。
【００４７】
図７に最もよく示されている別の実施の形態においては、単一のガイドストップ８８が用いられており、流出導管３８内に固定されている。フロート８０の動きは導管３８内の領域に著しく制限されており、従って導管３６内側の横方向の動きについては心配がなく、ガイド８６は不要かもしれない。従って、フランジ８２はフロート８０に沿って両端部からある距離だけ離れたところに配置されている。そうした実施の形態においては、フランジ８２はフロート８０の中心部分の近くに設けられていることが好ましい。フロート８０の下部では、それがフランジ８２から離れるにつれてテーパは小さくなる一方で、フランジ８２の反対側の端部すなわち上方領域に近いところではフロート８０の断面はほぼ一定である。最も直径が大きいところでもフランジ８２下方のテーパ端部は、チャネル４０の直径よりもなお小さい。この実施の形態におけるフロート８０のテーパ状でない端部は、一般にガイドストップ８８の受容穴９６よりも寸法が小さく、ガイドストップ突起部９４にフランジ８２が接触して停止するまで穴への出入りが可能である。
【００４８】
ここで説明した細長いフロート８０は一体化された流量計について説明したが、詳述した細長いフロートや、サイトチューブ部品及び構造は、従来の流量計でも利用できる。
【００４９】
図１１〜図１３に示されている方法を参照すると、この発明による一体の流量計の一つの実施の形態を製造する方法は以下の段階を有する。すなわち、まず、流量計１０の製造に使用される指定のＰＦＡあるいはこれと同様な少なくとも透光性のフルオロポリマから成るコンポーネントを、リトラクタブルなインサート１０２を有するモールド１００で射出成形する。この射出成形プロセスによって、薄いＰＦＡの管状コンポーネントを製造、成形することで、特にサイトチューブ１６に関して重要であるコンポーネントの透光性に関して所望の結果を実現することができる。三つの本体コンポーネント１４、１６、１８の各々はここで説明したように別々に成形して溶接するか、あるいはこれらのコンポーネントの少なくとも二つを単一のコンポーネントとして成形して最後のコンポーネントと溶接することができる。
【００５０】
射出成形プロセスのあとに、指定された各ＰＦＡコンポーネントを約300°Fから500°Fの温度範囲でオーブン１０３の中でベーキングして、ＰＦＡコンポーネントを最終的な一体化された流量計１０に接合するためのそれらの最終的なサイズ及び構造に形成する。ＰＦＡコンポーネントはベーキングプロセスのときにかなり収縮する。この射出成形とベーキングは、種々のジグやその他の製造プロセス及びツールを用いて大きく調節することが可能である。前述したように、種々のコンポーネント構造や組み合わせが実現可能である。さらに、コンポーネント１４、１６、１８の形状及びサイズは、残りのコンポーネントに触れずに、変更したり設計しなおしたりすることができる。これによって、製造コストを下げるための集中的再構造化が可能になる。例えば、製造者がサイトチューブ１６の構造のみを変更したいときには、そうした変更をフィッティング１４、１８の構造を変えずに行うことができる。
【００５１】
図１３を参照すると、コンポーネントを適切に射出成形し、ベーキングすると、一体化されたフルオロポリマ流量計１０へとコンポーネントを最終的に接合することが可能である。一般的に、三つのメイン本体コンポーネント１４、１６、１８のうちの少なくとも二つをヒータＨを用いて互いに非接触で溶接して、溶接接合部１０４を形成することができる。例えば、サイトチューブ１６の第１のフィッティング端部３０を第１のフィッティング１４の流出端部２４へ非接触溶接して、溶接接合部１００を形成することができる。さらに、サイトチューブ１６の第２のフィッティング端部３２を第２のフィッティング１８の流入端部４６へ非接触溶接することができる。こうした非接触溶接の詳細についてはここで参照によって導入する米国特許第4,929,293号に開示されている。また、当業者に周知のその他の汚染防止方法やフルオロポリマコンポーネントの接合方法を同じように用いることもできる。
【００５２】
主として図１３〜図１４を参照すると、一つの球形フロート７８の実施の形態のための非接触の溶接及び製造プロセスが示されている。第２のフィッティング１８を、予め接合された第１のフィッティング１４及びサイトチューブ１６のアセンブリへ接合あるいは溶接するまえに、球形フロート７８の実施の形態のためのフロートアセンブリ７６を校正する。球形フロート７８は第１のフィッティング１４とサイトチューブ１６の接合部に配置されており、フロート７８は第１のフィッティング導管２６に一体化された保持穴８１に保持されている。校正用ガイドロッド１１２がフロートを介して第１のフィッティング１４のガイドロッド穴８１の中へ設置されて、上方へ延びる。校正用フィッティング１１４がサイトチューブ１６の上部開口部と係合する。校正用ガイドロッド１１２はフィッティング１１４によって受容される。校正用フィッティング１１４はサイトチューブ１６へ一時的にシール状態で取り付けられ、校正プロセスが終了すると取り外される。
【００５３】
一般には水から成る流体が第１のフィッティング１４の流入端部２２の中へ入れられ、第１のフィッティング導管２６を介してサイトチューブ１６のチューブ導管３４の中へ流し込まれ、そこでフロート７８をガイドロッド１１２の上方へ、加えた流量に応じたある距離だけ押し上げる。校正用サーキュレータ１０６によって提供される実際の流量と一致する所望の流量読み値が得られるまで、球形フロート７８を、異なるサイズや形状あるいは重量を有する他のものと置き換える。
【００５４】
校正読み値が理想値になったら、校正用フィクスチャ１１４及びガイドロッド１１２を取り外して、ガイドロッド７９を校正用ガイドロッド１１２のかわりに穴８１を介して挿入し、ボス１１０を加熱して圧迫することによって穴８１をシールする。
【００５５】
主として図１３及び図１５を参照すると、細長いフロート８０の実施の形態についての非接触の溶接及び製造方法が示されている。一般に、既に接合されている第１のフィッティング１４及びサイトチューブ１６のアセンブリへ第２のフィッティング１８を接合するまえに、アセンブリ７６を校正する。
【００５６】
一般には水から成る流体が第１のフィッティング１４の流入端部２２の中へ入れられ、第１のフィッティング１４を介してサイトチューブ１６の中へ流し込まれ、そこでフロート８０をボディ導管２０の上方へ押し上げる。校正用サーキュレータ１０６によって提供される実際の流量と一致する所望の流量読み値が得られるまで、フロート７８を、異なるサイズや形状あるいは重量を有する他のものと置き換える。そうした精密な校正を行うと、様々な低流量及び超低流量を容易に計測することができる。校正読み値が理想値になったら、校正用フィクスチャを取り外す。さらに、穴１０８は一般にボス１１０を加熱して圧迫することによってシールされる。
【００５７】
校正が完了したら、どのフロートアセンブリの実施の形態でも、次の段階は、サイトチューブ１６の第２のフィッティング端部３２を第２のフィッティング１８の流入端部４８へ非接触で溶接することによって、第２のフィッティング１８とサイトチューブ１６を接合する段階から成っている。しかし、ここで述べたように、非接触溶接は三つのメインボディコンポーネント１４、１６、１８のうちの二つのみを取り付けあるいは接合するために用いられる。組み付けと校正のプロセスが完了すると本体導管２０を備えた最終の流量計ボディ１２アッセンブリとなり、本体導管は第１のフィッティング１４の流入端部２２から始まってサイトチューブ１６を通り、そして第２のフィッティング１８の流出端部４８開口部を通ってそこから外へ出る連続した流路から成る。
【００５８】
ほぼ細長いフロート８０を有する流量計１０を動作させるとき、流体は第１のフィッティング１４の流入端部２２の中へ導入される。流体が導管２６を通って導管３４の中へ流れるとき、重力バイアスを有するフロート８０へ重力に抗する圧力が加わる。流体の上下方向の力によって結果的にフロート８０は第２のフィッティング１８の近くへ上方に移動する。フランジを有する好ましい細長いフロートの実施の形態においては、フランジ８２は、チャネル４０の上部と導管３８の下部が接合する領域へ当接する初期着座あるいはレスト位置から始まる。この初期着座位置においては、フランジ８２はチャネル４０を介する連通をほぼ閉じており、流体が導管３６から導管３８の中へ流入するのを適度に制限している。従来の流量計フロート設計においては、フロートの重力バイアスに抗するにはかなり大きな上下方向の流体力が必要である。しかし、この発明においては、フロート８０を移動させるのに必要な流体の流れは著しく低減している。これは、フランジ８２がチャネル４０に対して初期には閉じた位置にあり、狭くなったチャネル４０によって広がりが狭くなっているためである。フロート８２とチャネル４０の最も近い壁との間にはほとんど空間がないために、フランジ８２の背後には比較的容易に流体力が形成される。この流体が流れるスペースが減少していることと、フランジ８２によって形成された堰き止め部の背後へ流体が行かないことが組み合わさって、低流量の流量計測が可能な非常に感度のよい構造が形成される。低流量あるいは超低流量にもかかわらず、フランジ８２及びチャネル４０の背後では流体圧力が容易に形成される。
【００５９】
チャネル４０内部でフランジ８２に対して低流量が形成されるにつれて、フロート８０がそれに応じて移動する。チャネル４０が比較的狭いことと、導管３６に比べて導管３８のサイズが小さいこととのために、チャネル４０の開口部に対するその初期着座位置を越えてフランジ８２がある距離だけ上方へ移動したあとでも本体導管２０内部の一貫した低流量あるいは超低流量にもかかわらずフロート８０へは流体圧力が加わり続ける。流体の上下方向力がフロート８０の重力バイアスの力に等しくなると、上下方向の動きは安定する。そうでなければ、上方へのフロート８０の動きは、フランジ８２がガイドストップ８８あるいは突起部９４に当接するまで続く。レスト位置にあるフランジ８２と突起部９４との間の距離は、導管３８の長さを変えたり、突起部９４の長さを調節したり、ガイドストップ８８の固定位置を調節したり、類似の方法及び構造によって調節することができる。流体の流量は、サイトチューブ１６上にマーキングされた、あるいはエッチングされた印４４に対するフロート８０の部分を計測することによって測定することができる。流量は印４４にフランジ８２が整合することによって測定できることが好ましい。得られた流量読み値に基づいて、必要な流量の調節を行うことができる。
【００６０】
ほぼ球形のフロート７８を用いた流量計１０を動作させているとき、流体は第１のフィッティング１４の流入端部２２の中へ導かれる。流体が本体導管２０を介してチューブ導管３４の中へ流入するにつれて、それは重力バイアスを有するフロート７８に重力に抗する圧力を加える。その結果、流体の上下方向力はフロート７８をガイドロッド７９に沿って移動させて、フロート７８を第２のフィッティング１８に近づける。流体の上下方向力がフロート７８の重力バイアスのそれに等しくなると、上下運動は安定する。この安定期において流量の印４４に従って流量を読むことができる。得られた流量の読み値に基づいて、必要な流量の調節を行うことができる。
【００６１】
以上、この発明を好ましい実施の形態によって説明してきたが、発明の精神及び範囲から逸脱することなく、その他の改造及び修正を行うことができることは明らかである。ここで用いた用語や表現は説明のためのものであり、発明を限定するものではない。均等物を排除するものではなく、この発明の精神及び範囲を逸脱することなく、ここでの記述は、任意の、そしてすべての均等物を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】従来の流量計を示す図である。
【図２】従来の流量計において用いられている従来のフロートアセンブリの断面図である。
【図３】この発明による一体化されたフルオロポリマ流量計についての一つの実施の形態の断面図である。
【図４】この発明によるバルブレスの一体化されたフルオロポリマ流量計についての一つの実施の形態の断面図である。
【図５】この発明によるバルブレスの一体化されたフルオロポリマ流量計についての一つの実施の形態の側面図である。
【図６】この発明による一体化されたフルオロポリマ流量計についての一つの実施の形態の分解図である。
【図７】この発明による一体化されたフルオロポリマ流量計についての一つの実施の形態の断面図である。
【図８】この発明による一体化されたフルオロポリマ流量計についての一つの実施の形態の断面図である。
【図９】この発明による一体化されたフルオロポリマ流量計についての一つの実施の形態の断面図である。
【図１０】この発明による一体化されたフルオロポリマ流量計についての一つの実施の形態の分解図である。
【図１１】フルオロポリマ流量計のコンポーネントを射出成形するためのモールドを示す図である。
【図１２】射出成形されたフルオロポリマコンポーネントをベーキングするところを示す図である。
【図１３】フルオロポリマコンポーネントを非接触溶接するための装置を示している。
【図１４】流量校正用ジグの斜視図である。
【図１５】流量校正用ジグの斜視図である。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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