JP4688993B2

JP4688993B2 - 体積基準器

Info

Publication number: JP4688993B2
Application number: JP2000004908A
Authority: JP
Inventors: 芳和小川
Original assignee: Ricoh Elemex Corp
Current assignee: Ricoh Elemex Corp
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2020-01-13
Also published as: JP2001194214A

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、積算体積計の器差等を検査する場合に用いるような、一定量の流体を送り出す体積基準器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、水道メータ等の積算体積計においてその精度を検査するために、一定量の流体（水道メータで言えば水）を当該積算体積計に送り、その送り量と積算体積計が示す値とを比較することによって積算体積計が正常な精度を有しているか否かを判定する積算体積計自動検査装置（又は積算体積計自動検査方法）が広く行われている。この検査において、体積基準器からの送り量が正確な値を有していることが前提とされ、その送り量は一般的な円筒形のピストンであれば、ピストンの移動量とピストンの断面積によって算出できる。
【０００３】
このような体積基準器において、一方の内部室から他方の内部室に摺動部を通過して流体が漏洩している場合（例えば、摺動部における磨耗等に起因する漏洩）には、漏洩量が誤差となるため実際の吐出量は想定される吐出量とは異なった量となる。従って、上述したような積算体積計の検査において内部に漏洩が生じている場合には、積算体積計の正確な検査が難しいため体積基準器の交換が必要となるが、このようなピストン内部における漏洩の検知が容易に行うことができる体積基準器が求められていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の解決すべき課題は、定量の流体を正確に吐出することができる体積基準器であって、吐出量が設定値と異なる場合には、その異常を容易に検知できる体積基準器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記のような課題を解決するために本発明の体積基準器は、
中空形状とされ、その中空部に流体が吸入されるシリンダと、
そのシリンダ内において摺動可能に備えられるピストンと、
該ピストンに接続されて前記ピストンを移動させるピストンロッドと、
前記シリンダの内部において形成されて、前記ピストンによって分断されるとともにそのピストンの移動によって内部容積をそれぞれ変化させる２つのシリンダ内部室とを備え、前記シリンダは円筒状に形成されて前記ピストンと摺動可能に嵌合し、前記ピストンの移動によって前記シリンダ内部室に備えられる流体を一定量吐出する体積基準器であって、
前記ピストンの外周面に開口し、その外周面から前記ピストンの中心側に向う第１の液通路と、
第１の液通路に連通するとともに、前記ピストンロッドの長手方向に沿って延び、前記シリンダの外部に導かれる第２の液通路と、を備え、
２つのシリンダ内部室における一方の内部室から他方の内部室に、前記ピストンとシリンダ内壁との摺動部の隙間を通過して漏洩した流体を前記第1及び第２の液通路を通じて前記シリンダの外部へ排出することにより、ピストンのシール不良を検出可能として、
前記ピストンには、前記シリンダの内壁とを密封するとともに前記２つのシリンダ内部室からの流体の漏洩をそれぞれ防止する少なくとも２つのシール部材が前記ピストンの外周に沿って環状に備えられ、
前記ピストンの外壁における前記二つのシール部材の間には、前記漏洩流体を誘導する誘導溝が前記ピストンの周方向に形成され、前記誘導溝は、シリンダ内壁方向に向かって拡がるテーパ状に側部が形成され、前記テーパの狭まる側に備えられる前記誘導溝の底部において前記第１の液通路が連通していることを特徴とする。
【０００６】
このように、前記ピストンとシリンダ内壁との摺動部の隙間を通過して漏洩した流体を前記第１及び第２の液通路を通じて前記シリンダの外部へ排出することにより、ピストンのシール不良を検出可能とすることで、シリンダ外部にて漏洩流体の確認ができ、シリンダ内部の異常を察知できる。流体の漏洩が検知された場合には、吐出量は想定値（即ち、ピストンの移動量等によって算出される量）と相違することが判明することとなるため体積基準器の適切な交換時期を知ることができる。逆にいえば、漏洩流体が確認されない体積基準器は精度高く流体を送り出すことができ、ひいては高精度な積算体積器の提供に寄与する。
【０００７】
さらに、前記摺動部に漏洩流体の導出口を備えるとともに、ピストンに形成される液通路を設け、該液通路として形成される管路によって２つのシリンダ内部室における一方の内部室から他方の内部室側に前記摺動部の隙間を通過して漏れ出した漏洩流体を、シリンダ外部に導出してもよい。このように、シリンダ内壁との摺動部に導出口を有する液通路を形成することで、摺動部を通過して漏洩する流体を導出口にて導出することができ、さらに液通路が外部に接続されていることで漏洩流体をシリンダ外部に誘導できるとともに漏洩があったか否かをシリンダ外部にて確認できることとなる（従って、シリンダ外部にて漏洩流体が確認された場合には正確な吐出が行われなかったということが判明する）。
【０００８】
ピストンロッドに、液通路の排出口を形成し、該排出口に漏洩流体が排出されたことを検知する排出流体検知手段を設けるようにしてもよい。このように、液通路に形成される排出口に排出流体検知手段を備えることで流体が排出されたことを容易に検知でき、吐出の異常を知ることができる。さらに、排出流体検知手段は漏洩流体の排出量を測定する排出量測定手段を備えるようにすることができ、このようにすると、排出された流体量が測定できることとなり、その排出量を吐出量の異常の指標とすることができる。例えば、排出量が一定量以上を示した場合には、吐出量が異常であると判断するようにしてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例を参照しつつ説明する。図１には本発明の一例である体積基準器５について示している。体積基準器には円筒状に形成されるシリンダ１８と、そのシリンダ１８の内部に摺動可能に嵌合するピストン１６が備えられている。ピストン１６にはピストンロッド２０が固定又は一体的に形成され、ピストンロッド２０の移動を受けて、ピストン１６はシリンダ１８内部において摺動する。さらに、中空状に形成されるシリンダ１８の内部室は、ピストン１６によって２つの内部室（第１のシリンダ内部室３０及び第２のシリンダ内部室３２）に分断され、各内部室にはそれぞれ流体通過孔３４、３６が形成されて領域内の流体を導出入可能としている。ピストン１６の移動によって内部体積を減少させる側のシリンダ内部室においては流体通過孔から内部流体が流出されるとともに、内部体積を増大させる側の内部室には流体通過孔を通じて外部流体が流入する（所謂、復動シリンダとして構成される）。このように形成された２つのシリンダ内部室において、一方の内部室から他方の内部室側に（例えば内部室３０から内部室３２に）、ピストン１６とシリンダ１８との摺動部の隙間を通過して流体が漏れ出したことを検知する漏洩流体検知手段として漏洩流体を外部に排出する液通路が備えられることとなる。以下、その漏洩流体検知手段について説明する。
【００１０】
図２にはピストン１６とシリンダ１８との摺動部を拡大した図について示している。円柱状に形成されるピストン１６には、その周方向に形成される誘導溝１７が備えられ、その誘導溝１７の両側にはピストン１６とシリンダ１８との摺動部を密封するシール部材としての摺動リングとＯリングがそれぞれ溝に嵌り込んだ状態に備えられ密封部材として機能している。さらに、第１のシリンダ内部室３０側に位置し、第１のシリンダ内部室３０（図１）における流体の圧力を受けてその内部室からの流体の漏洩を防止する第１のシール部材としてのＯリング１２ａと、第２のシリンダ内部室３２側に位置し、第２のシリンダ内部室３２における流体の圧力を受けてその内部室からの流体の漏洩を防止する第２のシリンダ内部室３２側に位置する第２のシール部材としてのＯリング１２ｂが備えられている。各Ｏリング１２ａ，１２ｂの横に備えられる摺動リング１４ａ，１４ｂは、シリンダ内部室からのＯリングへ生じる圧力を軽減させる機能を有している。これらシール部材によってそれぞれのシリンダ内部室から摺動部及び他の内部室への流体の漏れが防止され、体積基準器からの定量流体の吐出を可能にしている。
【００１１】
このようなシール部材が正常に機能している場合、即ちシール不良が生じていない場合には、吐出量は、吐出側のシリンダ内部室における内部容積の減少量としてピストンの移動量から算出できるが、シール部材の磨耗等の原因によりシール不良が生じている場合には算出される量と、実際の吐出量との誤差が生じ、正確な吐出量の把握が困難となる。従って、シール不良によって摺動部から漏洩が生じている場合にその漏洩を外部にて確認できるように、漏洩流体を外部に排出する流体導出路を以下のように形成することとなる。
【００１２】
図２に示されるようにピストン１６外壁における両側（第１のシリンダ内部室３０側及び第２のシリンダ内部室３２側）のシール部材に挟まれた位置に第１の液通路１０の端部開口が位置し、その開口が誘導溝１７に溜められる漏洩流体の更なる導出口となっている。また、ピストン１６の外壁における二つのシール部材（Ｏリング１２ａ、１２ｂ）の間には、漏洩流体をピストン１６の周方向に誘導する誘導溝１７が形成され、その誘導溝１７は溝断面がシリンダ内壁方向に近接するにつれて拡がるテーパ状に側部が形成され、誘導溝１７の底部には第１の液通路１０の開口が位置する。このようにテーパ状に形成される断面を有するように形成されることで漏洩流体が誘導溝１７内に入りやすくなる。このような誘導溝１７及び開口を備えて漏洩流体の導出部が形成される。なお、誘導溝断面形状はこれに限定されず、四角形状、Ｕ字形状等種々の形状をとることもでき、第１の液通路１０はこれら誘導溝の少なくとも一部に連通するように形成されていればよい。さらに、図１に示されるように、第１の液通路１０はピストン１６の半径方向に管路が形成され、その第１の液通路１０に連通しピストンロッド１６の軸方向に直角に方向を変化させて外部に排出口を有する第２の液通路４０（図１）が備えられることで、漏洩流体の外部への排出が可能になる。このように第１の液通路１０及び第２の液通路４０を有して漏洩流体導出路が形成される。なお、その漏洩流体導出路の管路の方向はこのような方向に限定されるというわけではなく、摺動部に導出口を有し、かつシリンダ外部に排出口を備えていればよい。例えば直角に方向を変化させずコーナー（例えば、第１の液通路１０と第２の液通路４０の連通部のコーナー）において曲線的に方向転換するようにしてもよい。
【００１３】
上記したように、漏洩流体を周方向に誘導する誘導溝１７が形成されることで、漏洩した流体が誘導溝１７内において容易に移動できて導出口に入りやすくなるが、仮にこのような誘導溝１７が形成されておらず、両側のシール部材（Ｏリング１２ａ，１２ｂ）の間においてピストン外壁及びシリンダ内壁が近接（又は接触）している場合において、内部体積を減少する側のシール部材に過大な圧力が生じ、そのシール部材とシリンダ又はピストンとの接触部から流体が漏洩した時には、シール部材間におけるピストンの周方向への漏洩流体の移動が困難となり漏洩流体が導出口となる第１の液通路１０の開口に漏洩流体が入り難くなる。また、漏洩流体量が大きすぎる等の場合、漏洩流体によって他方のシール部材（内部容積を増大させるシリンダ内部室側のシール部材）に更に過大な圧力が生じる場合には、他方の内部室に更に漏洩してしまう可能性がある。上記構成をとると、漏洩流体が内部体積を増大させる側のシリンダ内部室に更に漏洩するといったことが極めて少なくなり、漏洩流体は低圧状態にある誘導溝１７及び流体導出路（第１、第２の液通路１０，４０）を移動して容易に外部に排出されることとなる
【００１４】
図３には、ピストン１６の移動とそれに伴う内部流体の漏洩について説明している。図３（ａ）に示されるように、ピストン１６が第２のシリンダ内部室３２（図１参照）側（矢印１５ａ方向）に移動した場合には第２のシリンダ内部室３２内部の圧力が高まり、流体出入口３６（図１）より流体が吐出される。この時、摺動部（例えばＯリング１２ｂとシリンダ内壁との接触部）の密着が不十分である場合（即ちシール不良が生じている場合）や、第２のシリンダ内部室３２の内部圧力が極めて大きい場合には、矢印１３ａにて簡易的に示されるように内部流体が漏洩し、誘導溝１７部分に流体が溜まることとなる。なお、この漏洩流体は誘導溝１７に通じる第１の液通路１０によって誘導されて（矢印１３ｂ方向に移動し）、シリンダ外部に排出されることとなる。
【００１５】
図３（ｂ）に示されるように、ピストン１６が第１のシリンダ内部室３０（図１）側（矢印１５ｂ方向）に移動した場合も同様であり、摺動部（例えばＯリング１２ａとシリンダ内壁との接触部）の密着が不十分（シール不良）である場合等においては、矢印１３ｃにおいて簡易的に示されるように第１のシリンダ内部室３０から内部流体が漏洩し、上述したように漏洩流体が第１の液通路１０によって外部に導出されることとなる。このように、シリンダ内壁との摺動部に導出口となる開口を有する第１の液通路１０を形成することで、摺動部を通過して漏洩する流体を導出口に導出することができ、さらに液通路が外部に連通されていることで漏洩流体をシリンダ外部に誘導できるとともに漏洩があったか否かをシリンダ外部にて確認できることとなる（即ち、シリンダ外部にて漏洩流体が確認された場合には正確な吐出が行われなかったということが判明する）。
【００１６】
なお、ピストンロッド２０に形成される流体導出路の排出口において、漏洩流体が排出されたことを検知する排出流体検知手段を設けるようにしてもよい。排出流体検知手段としては、排出口を目視にて確認するようにしてもよく、漏洩流体の排出量を測定するメスシリンダー等の排出量測定手段を備えるようにしてもよい。漏洩流体の排出を目視にて確認することで、装置構成を簡単にでき、検査も容易に行えることとなる。またメスシリンダー等の排出量測定手段を備えることで、排出された流体量が測定できることとなり、その排出量を吐出量の異常の指標とすることができる。例えば、排出量測定手段によって測定された排出量が一定量以上の値を示した場合には、シリンダからの吐出量が異常であると判断するようにしてもよく、極めて微量であっても排出が検知された場合には吐出量が異常であると判断してもよい。
【００１７】
また、第１、第２の液通路、又は排出口等の漏洩流体の通過する部分、或いは排出された流体を溜める部分）において、流体通過検知手段として流体が通過したことを検知する湿度センサ、流量センサ、流速センサ等（これらを総称して流体通過検知センサとも言う）を備えるようにしてもよい。特に、微小な流体通過を検知するセンサ（例えば、電磁流量計、超音波流速計、相関流速計、ドップラー流速計等）を設けるとセンシング精度が高くなる。漏洩流体の通過する部分においてこのような電磁流量計等を備えることで、微小な流量測定が可能となり、漏洩流体が生じたか否かを自動的に検知可能となる。
【００１８】
図４には、本発明の実施の一態様として、従来において一般的に行われている積算体積計の検査システムの要部について示し、図５には管路構成例について回路図を示している。この検査システムの概要を説明すると、体積基準器５から一定量の流体を吐出し、直列接続（ここで言う直列接続とは、積算体積計２の流出口に別の積算体積計の流入口を接続することにより、一つの管路において全ての積算体積計に流体を通過させる接続方法を言う）される積算体積計２によって構成される検査用流体流路系４５にその一定量の流体を送る。流体の通過によって各積算体積計に備えられる図示しない回転指標が流量に対応した回転数にて回転するため、その回転指標を光センサ等の回転検知手段によってセンシングすることになる。
【００１９】
この回転指標は積算体積計を通過する流体の流量に対応して回転数が設定される八角錐形の回転体であり、この回転指標の斜面に光を照射し、その反射光を受光素子で受け、回転指標の回転に応じて発生する受光素子の出力変動パルスを計数し、その値を基に流量を換算することで通過流量を求め、この通過流量を体積基準器による吐出量と比較して積算体積計の器差検査が行われる。なお、回転指標は回転体ではなく、液晶ディスプレイ等に表示され通過流量に応じて回転数が設定される回転表示部でもよく、この回転表示部をＣＣＤカメラ等の光学センサによってセンシングするとともに画像処理により回転を算出する手法を用いてもよい。なお、このような回転指標を用いた積算体積計を通過する流量の測定方法は一般的に行われる器差検査に用いられ、公知であるので詳細は省略する。
【００２０】
そして、積算体積計によって吐出された一定量の流体は検査用流体流路系４５を通過し、その通過を受けて回転するそれぞれの回転指標を回転検知手段としてのセンサ４１で個々に検知し、さらに、積算体積計ごと個々に通過流量を算出し、送出流量と相違がないか比較することとなる。このとき、積算体積計が基準範囲外の値（例えば考慮すべき誤差範囲を大幅に逸脱するような場合）を示していれば当該積算体積計は異常値を示す不良品として除去することとなる。
【００２１】
本発明のような特徴を有する体積基準器５を、上記したような一般的に行われている積算体積計検査システムに組み込むことで、内部漏洩が生じている体積基準器を使用するようなことがなくなり、精度の高い体積基準器のみを使用することができることとなる。従って、積算体積計に正確な量の流体を送ることができ、検査の精度が極めて高くなることとなる。また、体積基準器としての品質を維持しているか否かを容易に判定することができるとともに適切な交換時期を知ることができ、ひいては高品質な積算体積計の提供に寄与することとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の体積基準器の一例を示す断面図。
【図２】図１の要部を拡大して示す断面図。
【図３】漏洩流体の流れを説明する説明図。
【図４】本発明の体積基準器の一使用例を示す説明図。
【図５】管路及び装置構成を簡易的に説明する説明図。
【符号の説明】
２積算体積計
５体積基準器
１０第１の液通路
１２Ｏリング（シール部材）
１４摺動リング
１６ピストン
１８シリンダ
２０ピストンロッド
３０第１のシリンダ内部室
３２第２のシリンダ内部室
３４流体出入口
３６流体出入口
４０第２の液通路

Claims

中空形状とされ、その中空部に流体が吸入されるシリンダと、
そのシリンダ内において摺動可能に備えられるピストンと、
該ピストンに接続されて前記ピストンを移動させるピストンロッドと、
前記シリンダの内部において形成されて、前記ピストンによって分断されるとともにそのピストンの移動によって内部容積をそれぞれ変化させる２つのシリンダ内部室とを備え、前記シリンダは円筒状に形成されて前記ピストンと摺動可能に嵌合し、前記ピストンの移動によって前記シリンダ内部室に備えられる流体を一定量吐出する体積基準器であって、
前記ピストンの外周面に開口し、その外周面から前記ピストンの中心側に向う第１の液通路と、
第１の液通路に連通するとともに、前記ピストンロッドの長手方向に沿って延び、前記シリンダの外部に導かれる第２の液通路と、を備え、
前記２つのシリンダ内部室における一方の内部室から他方の内部室に、前記ピストンとシリンダ内壁との摺動部の隙間を通過して漏洩した流体を前記第1及び第２の液通路を通じて前記シリンダの外部へ排出することにより、ピストンのシール不良を検出可能として、
前記ピストンには、前記シリンダの内壁とを密封するとともに前記２つのシリンダ内部室からの流体の漏洩をそれぞれ防止する少なくとも２つのシール部材が前記ピストンの外周に沿って環状に備えられ、
前記ピストンの外壁における前記二つのシール部材の間には、前記漏洩流体を誘導する誘導溝が前記ピストンの周方向に形成され、前記誘導溝は、シリンダ内壁方向に向かって拡がるテーパ状に側部が形成され、前記テーパの狭まる側に備えられる前記誘導溝の底部において前記第１の液通路が連通していることを特徴とする体積基準器。
前記ピストンロッドの前記シリンダ外部には、前記第２の液通路の排出口が形成され、該排出口には前記漏洩流体が排出されたことを検知する排出流体検知手段が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の体積基準器。
前記排出流体検知手段は前記漏洩流体の排出量を測定する排出量測定手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の体積基準器。