JPS6199818A - 容積式流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野） 本発明は、２条螺旋ねじを内穿したステータの中に単条
ねじ形状をもつロータを回転自在に装着し、流体の通過
によるロータの偏心回転から通過流量を測定するように
した所謂モノフローとして知られた容積式流量計に関す
る。

（従来技術） 従来、高粘度流体の流量測定に利用される所謂モノフロ
一式の流量計としては、例えば特開昭５７−８８３２３
号のものが知られている。

この容積式流量計にあっては、２条螺旋の雌ねじを内穿
し、たステータの中に単条のねじ形状をもったロータを
内接状態で回転自在に組み込んだ基本構造をもち、ステ
ータとロータとの間に形成される空隙に加圧流体を押し
込むことでロータがステークに内接しながら偏心回転す
るので、このロータの偏心回転を電磁ピックアップ等で
検出して通過流量を測定するようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このＪ：うな従来の容積式流量計にあっ
ては、ステータ内で偏心回転するロータの軸受ｔノ構造
が、ユニバーザルジヨイントを使用した軸受構造、また
はロータ回転軸にサンギアを回転自在に設【プ、このサ
ンギアをステータ側（固定側）のリングギア（内歯歯車
）に噛み合わせることで自転しながら公転運動を起こす
ロータの偏心回転を案内する遊星歯車を利用した軸受構
造であったため、ユニバーザルジヨイントにあっては軸
方向の寸法が長くなって軸受部が大型化すると共にロー
タの偏心回転を等速回転として伝達することができず、
また遊星歯車を利用した軸受構造にあっては、ステータ
側の歯車加工が繁雑でロータ回転によるギアの噛合い騒
音も大きく、更に、砂ヤ金属粉等の異物が混入した流体
を測定する場合には、ギアの噛合い部分の異物が噛み込
むことでギアの損耗を起し耐久性に欠けるという問題が
あった。

また、電磁ピックアップによるロータの偏心回転を検出
する機構としては、ロータの一端をステータ端部の外側
に延在し、この延在した部分に永久磁石を設け、ケーシ
ング内に設けたピックアップコイルにロータ回転による
磁界を作用させることでパルス電圧を誘起させ、この電
圧パルスの計数で通過流量を測定しているが、ロータに
直接永久磁石を設置して流体の中で磁石部分を偏心回転
することからロータの１回転で１回しか回転パルスを得
ることができないため分解能が低いという問題があった
。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、流路の中に置かれても耐久性に優れ且つ構造的に
も小型で堅牢なロータ軸受構造と、この軸受構造を利用
してロータの偏心回転を磁気的に検出する高分解能を簡
単に実現できる電磁ピックアップ構造を備えた容積式流
量計を提供することを目的どし、次のように構成しＩＣ
ものである。

即ち、２条螺旋ねじが内穿されたステータの内部に単条
ねじ形状を有するロータを内接して回転自在に組み込み
、ステータとロータの間の空隙内を通過する流体による
ロータの偏心回転を検出して通過流量を測定する容積式
流量計に於いて、ロータ軸心線の両側に支持軸部を一体
に形成し、この支持軸部をステータ軸心線を回転中心と
した偏心カム軸の側面軸穴にスラスト回転を受けるセラ
ミックボールを軸部先端に介して回転自在に装着し、更
に、偏心カム軸のステータ中心軸部をケーシング側の流
路内に固定したセラミック軸受けに回転自在に軸承し、
更に一方の偏心カム軸を非磁性材料で形成すると共にそ
の外周に１または複数の磁石部材を設けて磁気ロータを
形成し、この磁気ロータの外周に相対したケーシング部
位にピックアップコイルを設置するようにしたものであ
る。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示した断面図である。

まず構成を説明すると、１ａ、１ｂは２分割構造のケー
シングであり、ケーシング１ａ、１ｂの内、電磁ピック
アップ機構が設けられるケーシング１ｂについては必ず
アルミニウム等の非磁性材料を使用する。勿論、ケーシ
ング１ａも同じ非磁性材料であってもよい。

ケーシング１ａ、１ｂの内部にはステータ３が固定的に
組み込まれ、ステータ３は内側に２条螺旋の雌ねじ４を
内穿している。このステータ３の２条螺旋の雌ねじ４内
にはロータ５が回転自在に組み込まれ、ロータ５は単条
螺旋のねじ形状を有する。

このような２条螺旋の雌ねじ４を肉芽したステータ３と
、ステータ３内に設けた単条螺旋ねじ形状を有するロー
タ５とによって本発明の容積式流量計の基本構造が実現
され、図示のようにステータ３のｇｉｌｌねじ４とロー
タ５との間に仕切られた空隙ＣＩ、Ｃ２を形成し、矢印
で示すように左側から加圧流体の供給を受けると、空隙
ＣＩ、Ｃ２で定まる一定容積の流体をステータ３の雌ね
じ４に内接したロータ５の偏心回転で出口側に送り出す
ようになる。

次に、加圧流体の供給で偏心回転されるロータ５の軸受
構造を説明する。

ロータ５の両端にはロータ軸心線６を回転中心とした支
持軸部７ａ、７ｂが一体に形成され、一方、ロータ５の
両側にはステータ軸心線８を回転中心とした偏心カム軸
９ａ　、９ｂが配置され、偏心カム軸９ａ、９ｂの側面
に形成した軸穴１０ａ。

１０ｂのそれぞれにロータ５の支持軸部７ａ、７ｂを回
転自在に嵌め込んでおり、この支持軸部７ａ、７ｂの嵌
込みについては間にセラミックボール１１ａ、’１１ｂ
を介在させ、加圧流体の供給でロータ５に作用するスラ
スト力を受けても偏心カム軸９ａ　、９ｂに対しロータ
５が回転できるようにスラスト軸受構造を実現している
。

偏心カム軸９ａ、９１）はロータ５の偏心回転をステー
タ軸心線８回りの回転に変換する機能をもち、ステータ
軸心線８を回転中心とした軸部１２ａ、１２ｂをセラミ
ック軸受１３ａ、１３ｂＧ：回転自在に軸承させ、セラ
ミック軸受１３ａ、１３ｂはケーシングＩａ、Ｉｂより
流路内に延在した軸受支持部１４ａ、１４ｂに支持固定
されている。

次に、ロータ５の偏心回転を検出する磁気ピックアップ
機構を説明する。

この磁気ピックアップ機構は、ロータ５の右側、即ちケ
ーシング１ｂ内に設けた軸受構造を利用し゛て実現され
、偏心カム軸９ｂがロータ５の偏心回転をステータ軸心
線８回りの回転に変換していることから、この偏心カム
軸９ｂを磁気ロータとして使用する。即ち、偏心カム軸
９ｂをアルミニウム等の非磁性材料を使用して作り、カ
ム外周面の１または複数箇所にマグネット部材１５を埋
め込んで磁極を形成する。

第２図は第１図の実施例において、磁気ロータとして使
用される偏心カム軸９ｂを取り出して示したもので、ロ
ータ５の支持軸部７ｂを軸承する軸穴１０ｂが端面に形
成され、更にカム外周の１箇所に形成された溝２０に棒
状のマグネット部材１５を埋込み固定して磁気ロータを
形成している。

第３図は第１図の実施例で用いる偏心カム軸９ｂを利用
した磁気ロータの他の実施例を示したもので、この実施
例ではカム外周の３箇所に溝２０を形成してマグネット
部材１５を埋込み固定し、３極の磁気ロータを形成して
いる。即ち、カム外周に埋込み固定するマグネット部材
１５の数を増加させることで、ロータ５の偏心１回転に
おけるピックアップコイルの電圧パルス数が決まるため
、磁極数を増すことで電磁ピックアップ機構による回転
検出の分解能を簡単に高めることができる。

再び第１図を参照するに、マグネット部材１５の埋込み
固定により磁気ロータを形成した偏心カム軸９ｂの外周
面に相対したケーシング１ｂの内部には、マグネット部
材１５の通過による磁界の作用で電圧パルスを誘起する
ピックアップコイル１６が配置され、ピックアップコイ
ル１６の電圧パルスはケーシング１ｂの上部に設置した
表示器１７に与えられ、表示器１７は、例えばピックア
ップコイル１６の検出パルスを計数するカウンタ回路と
それを流量単位になおす積算回路を内蔵しており、ロー
タ５の偏心１回転で通過する流体流量が予め定まってい
ることから、検出したパルスを、例えば０．１Ｌ当り１
パルスといった任意の単位パルスに換算することができ
る。このパルスを流量表示部１８に送って、通過流量を
換算された任意の単位で積算表示し、また外部へパルス
出力として発信するようにしている。また、タイマ回路
を付加することにより、瞬時流量表示も可能である。

次に、上記の実施例の作用を説明する。

まず、矢印に示すように左側より加圧流体が供給される
と、加圧流体は入口側におけるステータ３の雌ねじ４と
ロータ５との隙間に入り込み、流体力を受けたロータ５
はステータ３の雌ねじ４に内接しながら偏心回転を起こ
し、この偏心回転により空隙ＣＩ、Ｃ２に入った流体が
出口側に移送され、流体の通過流量に応じたロータ５の
偏心回転が行なわれる。このロータ５の偏心回転におい
て、ロータ５はステータ３内の雌ねじ４に内接している
ことから、ロータ軸心線６を回転中心どして自転をしな
がら逆方向に公転運動を起こし、ロータ５の公転運動の
みが両側の偏心カム軸９ａ。

９ｂに伝達され、偏心カム軸９ａ　、９ｂがロータ５の
偏心回転に応じステータ軸心線８回りに回転する。この
とき、ロータ５は流体圧力ににリスラスト方向の力を受
けるが、ロータ５の支持軸部７ｂはセラミックボール１
１ｂを介して軸穴１０ｂに嵌め込まれているため、スラ
スト力を受けてもロータ５の自転で滑りを起こすことな
く、正確なロータ５の偏心回転を可能にしている。

このように、ロータ５の偏心回転によってステータ軸心
線８回りに偏心カム軸９ｂが回転されると、偏心カム軸
９ｂは、例えば第２図、第３図に示したようにカム外周
に１または複数のマグネット部材１５を埋設した磁気ロ
ータであることから、偏心カム軸９ｂの回転によりケー
シング１ｂ側に設けたピックアップコイル１６に相対し
た部分をマグネット部材１５が通過する毎にピックアッ
プコイル１６に対する磁界の作用によってコイルに起電
力を生じ、例えば偏心カム軸９ｂの１回転でピックアッ
プコイル１６は１つの電圧パルスを発生する。このピッ
クアップコイル１６からの電圧パルスは表示器１７に内
蔵したカウンタ回路及び換算回路で計数換算され、流量
表示部１８に通過流量を換算された任意の単位で積算表
示し、また外部発信する。

次にロータ５の軸受構造を見ると、セラミックボール’
１１８．１１ｂによるスラスト軸受部とセラミック軸受
１３ａ、１３ｂによる偏心カム軸９ａ、９ｂの軸受部と
を備え、いずれの軸摺接部分も金属とセラミックの摺接
であることがら摺動抵抗が小さく、また従来のユニバー
サルジヨイントや遊星歯車を利用した軸受けに比べ構造
が簡単で且つ極めてコンパクトな軸受構造として実現さ
れている。

また、ケーシング１ｂ側の軸受構造における偏心カム軸
９ｂにマグネット部材１５を埋設固定することで電磁ピ
ックアップ機構の磁気ロータを兼ねさせており、軸受構
造と磁気ロータとが一体化されていることで電磁ピック
アップ機構を別途設ける必要がなく、更に偏心カム軸９
ｂでなる磁気ロータはステータ軸心線８回りにロータ５
の偏心回転（公転）に応じた動きをすることから、従来
のように永久磁石をロータ５の一端に設けて偏心回転さ
せて”いた場合に比べ、流体力の影響が少なく、更に偏
心カム軸９ｂでなる磁極ロータはステータ軸心線８回り
に円運動することから、その外周に複数のマグネット部
材１５を設けることができ、１回転当りにピックアップ
コイル１６で発生する電圧パルスの数を簡単に増やせる
ため、測定流量の分解能を大幅に向上することができる
。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、２条螺旋の雌
ねじが向背されたステータの内部に単条ねじ形状を有す
るロータを内接状態で回転自在に組み込み、ステータと
ロータとの間の空隙内を通過する流体によるロータの偏
心回転を検出して通過流量を測定する容積式流量計にお
いて、ロータ軸心線の両側に支持軸部を一体に形成し、
この支持軸部をステータ軸心線を回転中心とした偏心カ
ム軸の側面軸穴にセラミックボールを軸部先端に介して
回転自在に装着し、また偏心カム軸のステータ中心軸部
をケーシング側に固定したセラミック軸受に回転自在に
軸承した軸受構造を設け、この軸受構造において、一方
の偏心カム軸を非磁性材料で形成すると共に、その外周
に１または複数の磁石部材を嵌着して磁気ロータを形成
し、磁気ロータの外周に相対したケーシングの内部にピ
ックアップコイルを配置するようにしたため、ステータ
内で流体力を受けて偏心回転するロータの軸受構造が小
型化され、僅かな設置スペースで済み、またセラミック
ボールやセラミック軸受を使用していることから軸受構
造を流体内に設置しても腐食や摩耗等がないため、優れ
た耐久性を有する。

一方、ロータの偏心回転を検出する電磁ピックアップ機
構として、軸受構造における偏心カム軸の外周に磁石部
材を埋め込むことで磁極ロータを構成し、磁極ロータが
ロータ軸受構造に一体化されていることでロータの偏心
回転を検出するピックアップ機構を極めて簡単に構成す
ることができる。更に、磁極ロータを構成する軸受構造
の偏心カム軸は、ロータの偏心回転に応じてステータ軸
心線口りに円運動をすることから、外周に複数の磁石部
材を埋め込むだけで磁極の数を増やすことができ、これ
によってロータ偏心回転の検出精度、即ち通過流量の測
定精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した断面図、第２．３図
は第１図の実施例で用いる磁極ロータを取り出して示し
た説明図である。 １ａ、ｉｂ：ケーシング ２：フランジ部 ３：ステータ ４：雌ねじ ５：ロータ ７ａ　、　７ｂ　：支持軸部 ８：ステータ軸心線 ９ａ　、　９ｂ　：偏心カム軸 １０ａ　、１０ｂ　：軸穴 １１ａ、１１ｂ　：セラミックボール １２ａ、１２ｂ：軸部 １３ａ　、　１３ｂ　：ｔラミッ’ｙ軸受１４ａ、１４
ｂ：軸受支持部 １５：マグネット部材 １６：ピックアップコイル １７：表示器 １８：流量表示部 ２０：溝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２条螺旋の雌ねじが内穿されたステータの内部に単条ネ
   ジのロータを内接して回転自在に組み込み、ステータと
   ロータとの間の空隙内を通過する流体によるロータの偏
   心回転を検出して通過流量を測定する容積式流量計に於
   いて、 前記ロータ軸心線の両端に支持軸部を一体に形成し、該
   支持軸部をステータ軸心線を回転中心とした偏心カムの
   側面軸穴にセラミックボールを軸部先端に介して回転自
   在に装着し、該偏心カム軸のステータ中心軸部をケーシ
   ング側に固定したセラミック軸受けに回転自在に軸承し
   、更に前記一方の偏心カム軸を非磁性材料で形成すると
   共にその外周に１または複数の磁石部材を嵌着して磁気
   ロータを形成し、該磁気ロータの外周に相対したケーシ
   ング部位にピックアップコイルを配置したことを特徴と
   する容積式流量計。