JPH0148968B2 - - Google Patents

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
モノフロー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つては、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
つ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
テータ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ツクアツプ等で検出して
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、このような従来の容量式流量計
にあつては、ステータ内で偏心回転するロータの
軸受け構造が、ユニバーサ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
転自在に設け、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
つたため、ユニバーサルジヨイントにあつては軸
方向の寸法が長くなつ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
あつては、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
や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
つた。

また、電磁ピツクアツ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ツクアツ
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
問題があつた。

（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
磁ピツクアツプ構造を備えた容積式流量計を提供
することを目的とし、次のように構成したもので
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
ミツ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ツク軸受けに
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ツ
クアツ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、電磁ピツクアツ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
性材料であつてもよい。

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を内穿したステ
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とによつ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の雌ねじ４とロータ５との間に仕切られた空
隙Ｃ１，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Ｃ１，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１０
ａ，１０ｂのそれぞれにロータ５の支持軸部７
ａ，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ツ
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，９ｂ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１２
ａ，１２ｂをセラミツク軸受１３ａ，１３ｂに回
転自在に軸承させ、セラミツク軸受１３ａ，１３
ｂはケーシング１ａ，１ｂ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ツ
クアツプ機構を説明する。

この磁気ピツクアツプ機構は、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ツト部材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に棒状のマグネツト部材
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９
ｂ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
を形成してマグネツト部材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ツト部材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
ピツクアツ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極ピツクアツプ機構に
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、マグネツト部材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、マグネツト部材１５の通過による磁界の
作用で電圧パルスを誘起するピツクアツプコイル
１６が配置されピツクアツプコイル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１
７に与えられ、表示器１７は、例えばピツクアツ
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
が予め定まつていることから、検出したパルス
を、例えば0.1当り１パルスといつた任意の単
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に送つて、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Ｃ１，Ｃ２に入つ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を回転中心とし
て自転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，９
ｂ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は流体圧力によりスラス
ト方向の力を受けるが、ロータ５の支持軸部７ｂ
はセラミツクボール１１ｂ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の偏心回転によつてステ
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ツ
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
側に設けたピツクアツプコイル１６に相対した部
分をマグネツト部材１５が通過する毎にピツクア
ツプコイル１６に対する磁界の作用によつてコイ
ルに起電力を生じ、例えば偏心カム軸９ｂの１回
転でピツクアツプコイル１６は１つの電圧パルス
を発生する。このピツクアツプコイル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、セラミツク
ボール１１ａ，１１ｂによるスラスト軸受部とセ
ラミツク軸受１３ａ，１３ｂによる偏心カム軸９
ａ，９ｂの軸受部とを備え、いずれの軸摺接部分
も金属とセラミツクの摺接であることから摺動抵
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にマグネツト部材１５を埋設固定す
ることで電磁ピツクアツ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ツクアツプ機構を別途設
ける必要がなく、更に偏心カム軸９ｂ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
周に複数のマグネツト部材１５を設けることがで
き、１回転当りにピツクアツプコイル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ツ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ツ
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ツ
クアツ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、またセラミツクボールやセラミツク軸受を使
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ツク
アツプ機構として、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気ロータを
構成し、磁気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ツ
クアツプ機構を極めて簡単に構成することができ
る。更に、磁気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
心線回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、これによつ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，１ｂ：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，９
ｂ：偏心カム軸、１０ａ，１０ｂ：軸穴、１１
ａ，１１ｂ：セラミツクボール、１２ａ，１２
ｂ：軸部、１３ａ，１３ｂ：セラミツク軸受、１
４ａ，１４ｂ：軸受支持部、１５：マグネツト部
材、１６：ピツクアツプコイル、１７：表示器、
１８：流量表示部、２０：溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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ツクボールを軸
   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
   ラミツ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ツクアツプコイルを配置した
   ことを特徴とする容積式流量計。