JP2010204064A - 液体メーター用基準体積管 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダとピストンとの間において発生するスティックスリップと呼ばれるビビリの発生を解消して、ピストンの外周壁に配置される封止材の耐久性を向上させ、液体メーターの検定精度を向上させることにある。
【解決手段】シリンダとピストンとが、ピストンの外周壁に配置される２以上のＵ形リングによって封止され、且つ、該２以上のＵ形ングの間に、Ｕ形リングとは異なる材質からなるリング形状のピストン支持部材を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体メーターの精度を検定するために用いる、液体メーター用体積基準管に関し、より詳細には、シリンダとピストンとの間において、高い耐摩耗性の封止構造を有する液体メーター用体積基準管に関する。

液体メーター用体積基準管は、主として水道メーターの流量精度の検定に用いられる標準器である。体積基準管による水道メーターの検定は、基準体積管と水道メーターとを直列に接続しておき、試験水が水道メーターを通過する際に示す流量値と基準体積管による流量値とを比較することにより行われる。

この体積基準管は、長期間繰返し使用されても測定される流量値に変化を生じないことが求められる。また、試験水の流量の大小によらず、正確な流量値に保たれることが求められる。一般に、体積基準管はシリンダ内に吸込まれた試験水がピストンにより押出される構造を有しており、シリンダ内周壁とピストン外周壁とを液密に摺動させる。ところが、この摺動を繰返すと、シリンダ内周壁とピストン外周壁との封止部材が劣化、損傷して、封止が不十分となり、測定値に狂いを生じる。よって、シリンダ内周壁とピストン外周壁との封止構造が、長期間の使用によっても劣化、損傷しにくい構造である体積基準管が求められている。

特許文献１には、周壁に流入側穴及び流出側穴を有する計量シリンダと、前記計量シリンダ内を液密に摺動して前記流入側穴を開閉する弁体ピストンと、前記計量シリンダ内を液密に摺動する計量ピストンと、前記弁体ピストン及び前記計量ピストンのそれぞれの軸方向外周に所定の間隔をおいて装着した一対のＵ形リングとを有するスモールボリュームプルーバについて記載されている。この弁体ピストンにはＵ形リングが用いられており、適度な弾性を有するため、ピストンを液密に摺動させるのに好都合である。しかし、このＵ形リングは過度の負荷を受けると変形や損傷を生じやすい。

図３は、Ｕ形リングが用いられる従来の封止構造の一例を示す断面図である。
図３中、１０１はシリンダで、１０５はピストンである。ピストン１０５の外周壁は、Ｕ形リング１０７によって、シリンダ１０１の内周壁とピストン１０５との間隙が封止されている。ピストン１０５は、不図示の動力源によって矢印Ａ又はＢの方向に移動され、その結果、シリンダ内の水が精度良く外部に供給される。

図４は、Ｕ形リングが用いられる従来の封止構造においてピストンが移動される状態の一例を示す断面図である。
ピストン２０５の外周面とシリンダ２０１の内周面との平行が乱れると、Ｕ字型リング２０７が局所的に過大な負荷を受け、Ｕ字型リング２０７の劣化、損傷の原因となり、摺動部における液体の封止力が低下する。

ピストン２０５の外周面とシリンダ２０１の内周面との平行が乱れる場合としては、ピストンの自重による場合や、シリンダとＵ形リングとの間において発生するスティックスリップと呼ばれるビビリが増幅される場合等がある。このビビリはＵ形リングが強く圧縮されている場合に多く見られる。摺動部における液体の封止力が低下すると、試験水の流量が狂い、液体メーターの検定精度が低下する。よって、長期間の使用によっても劣化、損傷を生じない封止構造を備える液体メーター用基準体積管が求められている。

特開平１１―０６４０７５

本発明の目的は、シリンダとピストンとの間において発生するスティックスリップと呼ばれるビビリの発生を解消して、ピストン外周壁に配置される封止材の耐久性を向上させ、液体メーターの検定精度を向上させることにある。

本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、ピストン外周壁に配置される複数の封止材の間に、ピストンの支持部材を配置することで上記課題を解決することが出来ることを見出し、本発明を完成するに至った。

上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。
〔１〕一端が閉塞された円筒状のシリンダと、前記シリンダの一端側に形成された液体吸込口及び液体吐出口と、前記シリンダの他端側からシリンダ内に液密に摺動自在に挿入される円筒状ピストンと、ピストンを移動させる手段と、ピストンの移動を検出する手段とを有する液体メーター用基準体積管であって、
前記ピストンは、その外周壁に２以上のＵ形リングが嵌め込まれると共に、前記２以上のＵ形リング間に、Ｕ形リングとは異なる材質からなるリング状の支持部材が嵌め込まれていることを特徴とする液体メーター用基準体積管。
〔２〕Ｕ形リングがポリテトラフルオロエチレンを材料とする〔１〕記載の液体メーター用基準体積管。
〔３〕支持部材がポリアセタールを材料とする〔１〕記載の液体メーター用基準体積管。

本発明の液体メーター用基準体積管のピストンは、その外周壁に配置される支持部材によっても支持される。そのため、ピストン外周壁に配置されるＵ形リングに過度の負荷がかからず、Ｕ形リングの劣化、損傷を防ぐことが出来る。また、Ｕ形リングに過度の負荷がかからないため、ピストンの摺動は滑らかであり、ビビリの発生が無い。従って、本発明による液体メーター用基準体積管は耐久性が高く、長期間にわたって正確な流量を測定できる。

本発明による液体メーター用基準体積管の一例を示す断面図である。 本発明による液体メーター用基準体積管のピストン−シリンダ封止部の一例を示す断面図である。 Ｕ形リングが用いられる従来の封止構造の一例を示す断面図である。 Ｕ形リングが用いられる従来の封止構造においてピストンが移動される状態の一例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明による液体メーター用基準体積管の一例を示す断面図である。
１はサーボモーターで、その回転トルクはカップリング３を介してボールネジ７に伝導される。ボールネジ７はボールネジの両サイドにあるボールネジ用サポートユニット５とウエアリング１０によって支持されて回転する。ボールネジ７にはボールナット１１が螺合されており、ボールネジの回転によりボールナット１１は矢印Ａ又はＢの方向に移動する。ボールナット１１にはハウジングケース９が取付けられており、ハウジングケース９には中空ピストンロッド２１の一端が取付けられている。ボールナット１１とハウジングケース９は一体になっているため、ボールナット１１が矢印Ａ又はＢの方向に移動するとハウジングケース９も矢印Ａ又はＢの方向に移動する。中空ピストンロッド２１はシリンダカバー１９に装着されるウエアリングケース１７に支持されて、シリンダ２５内に貫入されている。ハウジングケース９とリニアスケール１３と中空ピストンロッド２１は一体になっているため、ハウジングケース９が矢印Ａ又はＢの方向に移動するとリニアスケール１３と中空ピストンロッド２１も矢印Ａ又はＢの方向に移動する。なお、試験水の流速と流量は、リニアスケール１３の移動速度と移動量によって求められる。シリンダ２５内において、中空ピストンロッド２１の先端側には、ピストン２３がＯリング３３を介して液密に取付けられている。中空ピストンロッド２１とピストン２３は一体になっているため、中空ピストンロッド２１が矢印Ａ又はＢの方向に移動すると、ピストン２３も矢印Ａ又はＢの方向に移動する。ピストン２３の外周はシリンダ２５の内周よりも小さく形成されており、ピストン２３の外周とシリンダ２５の内周との間隙は０．２〜０．３ｍｍであることが好ましい。ピストン２３の外周面にはその周方向に沿って２つのＯリング嵌入溝３０ａ、３０ｂが平行に形成され、この溝３０ａ、３０ｂにそれぞれＵ字型リング２９がシリンダ内壁と摺動自在に嵌入されている。また、前記２つのＵ形リングの間には、支持部材嵌入溝３２が形成され、リング形状の支持部材３１が取付けられている。この支持部材は、軸方向に平行な断面が矩形のＯリング状のものである。そのため、ピストン２３の外周とシリンダ２５の内周とは液密に摺動する。シリンダ２５のサーボモーター側端部には、Ｏリング３５を介して、シリンダカバー１９が取付けられている。シリンダカバー１９には通気孔４５が設けられている。シリンダカバー１９にはウエアリングケース１７が取付けられている。シリンダ２５の他方の端部には、Ｏリング３５を介して、シリンダカバー２７が取付けられてシリンダの端部を閉塞している。シリンダカバー２７には吸水口３７と吐出口４１が設けられている。吸水口３７、吐出口４１には逆止弁３９、４３が設けられている。吸入口３７は逆止弁３９により、シリンダ２３内に水を吸入させる場合にのみ開口する。吐出口４１は逆止弁４３により、シリンダ２３内の水を吐出させる場合にのみ開口する。

図１中、中空ピストンロッド２１はウエアリングケース１７によって支持されているが、ピストン２３が矢印Ａ方向に移動する際にはピストン２３の自重により、ピストン２３の外周面とシリンダ２５の内周面との平行が乱れやすい。また、ピストン２３の移動時において、Ｕ字型リングとシリンダ２５内周面との間でビビリが発生すると、ピストン２３の外周面とシリンダ２５の内周面との平行が乱れやすい。ピストン２３の外周面とシリンダ２５の内周面との平行が乱れると、Ｕ字型リングが局所的に過大な負荷を受け、Ｕ字型リングの劣化を早める。

図２は本発明による液体メーター用基準体積管のピストン−シリンダ封止部断面の模式図である。
図２中、２３はピストンであり、その外周壁には、Ｕ字型リング２９や支持部材３１を嵌装するための嵌合溝３０ａ、３０ｂ、３２が形成されている。Ｕ字型リング２９は表面を樹脂で被覆した金属弾性体で形成されており、シリンダ２５とピストン２３とを液密に摺動できる。

支持部材３１はピストン２３を支持する。支持部材３１はピストン２３の外周面に装着されており、ピストン２３の外周面とシリンダ２５の内周面とが完全に平行である場合には、シリンダ２５の内周壁と接しない。ピストン２３の外周面とシリンダ２５の内周面との平行が僅かに乱れると支持部材３１はシリンダ内周壁に接し、ピストン２３を支持する。その結果、ピストン２３の外周面とシリンダ２５の内周面との平行の乱れを極めて小さくすることが出来る。よって、Ｕ形リング２９が受ける負荷は小さく、耐久性が高い。また、Ｕ形リング２９とシリンダ２５の内周壁とのビビリの発生を小さくする。

本発明による液体メーター用基準体積管は、以下のように動作させて使用する。まず、吸水口３７から試験水を吸込ませるために、サーボモーター１を回転させてピストン２３を矢印Ｂ方向に移動させる（ピストンの後退）。ピストン２３を完全に後退させるとシリンダ２５内に試験水が吸入される。このとき、ハウジングケースに設けられたリニアスケール１３はリニアスケール原点１５を示す。シリンダ内の試験水は逆止弁３９により吸水口３７からは流出しない。次に、サーボモーター１の回転方向を逆転させてピストン２３を矢印Ａ方向に移動させる（ピストンの前進）。ピストン２３を前進させると吐出口４１から試験水が吐出される。吐出口４１の先には、校正される液体メーター（不図示）が直列に接続されている。このとき、リニアスケール１３の移動量を公知のフィードバック制御でサーボモーターに返して、移動速度と移動量、即ち試験水の流速と流量が制御される。

上記実施形態においては、Ｕ形リング２９はオムニシール（米国 Ｆｕｒｏｎ社の登録商標、ポリテトラフルオロエチレン）を用いたが、試験液の種類や試験条件に合わせて選定することが出来る。Ｕ形リングは２つ以上設けられていることが必要である。また、Ｕ形リングはその開口部を外側（接液側、図２参照）に向けて配することが好ましい。

上記実施形態においては、支持部材３１の材質はポリアセタールを用いたが、試験液の種類や試験条件に合わせて選定することが出来る。また、支持部材３１はピストン２３の大きさに応じて複数設けることも可能である。支持部材３１はその役割上、Ｕ形リングの間に配置することが必要である。また、本発明は支持部材３１もピストン２３を支持するため、Ｕ形リング２９とは異なる素材であることが必要である。

上記実施形態においてはピストン２３を移動させる手段としてボールネジ７を用いたが、滑らかに、且つ、定量的に動かすことが出来ればどの様な方法であっても良い。例えば、油圧や空気圧による方法であっても良い。

１００ 液体メーター用基準体積管
１ サーボモーター
３ カップリング
５ ボールネジ用サポートユニット
７ ボールネジ
９ ハウジングケース
１０ ウエアリング
１１ ボールナット
１３ リニアスケール
１５ リニアスケール原点
１７ ウエアリングケース
１９ シリンダカバー
２１ 中空ピストンロッド
２３ ピストン
２５ ピストンシリンダ
２７ シリンダカバー
２９ Ｕ形リング
３０ａ、３０ｂ Ｏリング嵌合溝
３１ 支持部材
３２ 支持部材嵌合溝
３３、３５ Ｏリング
３７ 吸水口
３９、４３ 逆止弁
４１ 吐出口
４５ 通気口

１０１ シリンダ
１０５ ピストン
１０７ Ｕ形リング
１０９ａ、１０９ｂ Ｏリング嵌合溝

２０１ シリンダ
２０５ ピストン
２０７ Ｕ形リング
２０９ａ、２０９ｂ Ｏリング嵌合溝

Claims (3)

1. 一端が閉塞された円筒状のシリンダと、前記シリンダの一端側に形成された液体吸込口及び液体吐出口と、前記シリンダの他端側からシリンダ内に液密に摺動自在に挿入される円筒状ピストンと、ピストンを移動させる手段と、ピストンの移動を検出する手段とを有する液体メーター用基準体積管であって、
   前記ピストンは、その外周壁に２以上のＵ形リングが嵌め込まれると共に、前記２以上のＵ形リング間に、Ｕ形リングとは異なる材質からなるリング状の支持部材が嵌め込まれていることを特徴とする液体メーター用基準体積管。
2. Ｕ形リングがポリテトラフルオロエチレンを材料とする請求項１記載の液体メーター用基準体積管。
3. 支持部材がポリアセタールを材料とする請求項１記載の液体メーター用基準体積管。

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