(57)【要約】【課題】  本発明は、回転部材に電気エネルギを要する部材を設ける必要がなく、したがって構造が簡単で電気系統の接触不良が生じるおそれはまずなく、安定性の高い正確なレベル計測を行なうことができる装置を提供することを課題とする。【解決手段】  上記課題を解決するために、本発明に係るレベル計測装置の代表的な構成は、ワイヤドラム１に接続された第一歯車４と、検出軸10に接続された第二歯車５と、第一歯車４と第二歯車５とを接続する遊星歯車７と、遊星歯車７を自転可能に軸支し且つ検出軸10と同軸にて公転させるキャリア６と、キャリア６に取り付けられたマグネット８と、マグネット８の軌道の近傍に配置されその離接を検知する磁電変換器12と、キャリア６にワイヤの巻き取り方向の付勢力を与える弾性体９とを備える構成とした。【選択図】    図１
2006250670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に液面感得体たるディスプレーサを備えるワイヤが巻き付けられたワイヤドラムと、該ワイヤドラムと同軸上で相対的に回転可能な検出軸とを備え、レベルの変化に伴って生じる前記ワイヤドラム側の回転変位と前記検出軸側の回転変位のずれに応じて前記検出軸を回転させ、前記ワイヤドラムの回転量と前記検出軸の回転量が同じになるように制御し、前記検出軸の回転量からレベルを検出するレベル計測装置において、
前記ワイヤドラムに接続された第一歯車と、前記検出軸に接続された第二歯車と、前記第一歯車と前記第二歯車とを接続する遊星歯車と、前記遊星歯車を自転可能に軸支し且つ前記検出軸と同軸にて公転させるキャリアと、前記キャリアに取り付けられたマグネットと、前記マグネットの軌道の近傍に配置されその離接を検知する磁電変換器と、前記キャリアに前記ワイヤの巻き取り方向の付勢力を与える弾性体とを備え、
前記ワイヤドラム側の回転変位と前記検出軸側の回転変位のずれを前記磁電変換器の出力に基づいて検知し、該出力が所定の値になるように前記検出軸を回転させることにより、前記ワイヤドラムの回転量と前記検出軸の回転量がほぼ等しくなるように制御することを特徴とするレベル計測装置。
【請求項２】
前記第一歯車と第二歯車の一方は前記遊星歯車の内側に配置された太陽歯車であり、他方は前記遊星歯車の外側に配置された内歯車であることを特徴とする請求項１記載のレベル計測装置。
【請求項３】
前記磁電変換器を複数備え、前記マグネットの軌道の近傍に、前記複数の磁電変換器を配列したことを特徴とする請求項１記載のレベル計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液面または液境界面のレベルを検出測定するレベル計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体のレベル（液面高さや液境界面高さ）を液面感得体により計測するレベル計測装置は、ワイヤドラムに巻回された測長ワイヤの先端に液面感得体を備え、液面感得体に作用する液体からの浮力が一定となるようにレベル変化に応じてワイヤドラムを回転させて液面感得体を上下せしめ、ワイヤドラムの回転量からレベルを検出測定する構成となっている。
【０００３】
上述したレベル計測装置には、ワイヤドラムにマグネットカップリングを介して結合される検出軸を備え、マグネットカップリングの外輪マグネットと内輪マグネットとのずれを磁電変換器により検出し、上記ずれに応じて検出軸を回転させるとともに計測値を得るようにした構成のものがある（特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、上述した従来の装置では磁電変換器をマグネットカップリングの外輪マグネットと内輪マグネット間に設けなければならない。これら外輪マグネットも内輪マグネットもともに回転部材であるので、磁電変換器を外輪、内輪のいずれに取り付けるにしても磁電変換器への電力供給用および出力導出用の導線を、スリップ・リングを介して外部に導出しなければならない。
【０００５】
スリップ・リングは使用の経過に伴う接点部分の磨耗や、その他の不具合に基づく接触不良が生じるおそれがあり、この接触不良は装置の動作不良の原因となって装置の信頼性を損なうことがある。
【０００６】
【特許文献１】特公平５−３１９２８、第１−３頁、図１−図４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、回転部材に電気エネルギを要する部材を設ける必要がなく、したがって構造が簡単で電気系統の接触不良が生じるおそれはまずなく、安定性の高い正確なレベル計測を行なうことができる装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係るレベル計測装置の代表的な構成は、先端に液面感得体たるディスプレーサを備えるワイヤが巻き付けられたワイヤドラムと、該ワイヤドラムと同軸上で相対的に回転可能な検出軸とを備え、レベルの変化に伴って生じる前記ワイヤドラム側の回転変位と前記検出軸側の回転変位のずれに応じて前記検出軸を回転させ、前記ワイヤドラムの回転量と前記検出軸の回転量が同じになるように制御し、前記検出軸の回転量からレベルを検出するレベル計測装置において、前記ワイヤドラムに接続された第一歯車と、前記検出軸に接続された第二歯車と、前記第一歯車と前記第二歯車とを接続する遊星歯車と、前記遊星歯車を自転可能に軸支し且つ前記検出軸と同軸にて公転させるキャリアと、前記キャリアに取り付けられたマグネットと、前記マグネットの軌道の近傍に配置されその離接を検知する磁電変換器と、前記キャリアに前記ワイヤの巻き取り方向の付勢力を与える弾性体とを備え、前記ワイヤドラム側の回転変位と前記検出軸側の回転変位のずれを前記磁電変換器の出力に基づいて検知し、該出力が所定の値になるように前記検出軸を回転させることにより、前記ワイヤドラムの回転量と前記検出軸の回転量がほぼ等しくなるように制御することを特徴とする。
【０００９】
また、前記第一歯車と第二歯車の一方は前記遊星歯車の内側に配置された太陽歯車であり、他方は前記遊星歯車の外側に配置された内歯車であることを特徴とする。
【００１０】
また、前記キャリアの回動範囲を制限する規制部材を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、前記磁電変換器を複数備え、前記マグネットの軌道の近傍に、前記複数の磁電変換器を配列したことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係るレベル計測装置の実施例について、図を用いて説明する。図１は本実施例に係るレベル計測装置を説明する図、図２は他の実施例を説明する図である。
【００１３】
まず、図１を用いてレベル計測装置の全体構成について説明する。ワイヤドラム１は、先端に液面感得体たるディスプレーサ２を備えるワイヤ３が巻き付けられている。ワイヤドラム１には、ワイヤ３を均等に巻き取るための溝１ａを、密なる螺旋状に切り込み加工されている。ワイヤ３は途中で溝１ａを外れて垂直に垂れている。
【００１４】
ディスプレーサ２が規定喫水にあるとき、ディスプレーサ２の見かけ重量Ｆは、ディスプレーサ２の重量をＷ、ディスプレーサ２が液体から受ける浮力をＢとすると、Ｆ＝Ｗ−Ｂ  となる。本装置は、液位の上昇、下降によりディスプレーサ２の喫水が変化すると浮力が変化することから、その見かけ重量Ｆの変化をワイヤ３の張力、ワイヤドラム１の回転トルクを介して検知し、喫水が一定になるようにワイヤドラム１をワイヤ３の巻き取り、繰り出し方向へ回転制御することにより、その回転量を機械的に若しくは電気的に積算して液位を計測するものである。
【００１５】
図１に示すように、本実施例においては、ワイヤドラムの軸１ｂには第一冠型歯車４（第一歯車）が備えられており、モータ11に接続された検出軸10には第二冠型歯車５が備えられている。軸１ｂと検出軸10は同軸上にあり、第一冠型歯車４と第二冠型歯車５の歯面は対向して配置されている。なお、図示していないが、検出軸10は適切な減速機構を介してモータ11に接続されている。
【００１６】
第一冠型歯車４と第二冠型歯車５の間には三叉のキャリア６が配置されており、キャリア６には３つの遊星歯車７が取り付けられている。遊星歯車７はキャリア６に自転可能に軸支され、かつキャリア６が検出軸10に回転自在に軸支されていることにより、遊星歯車７は検出軸10を中心に公転可能になっている。図において説明の便宜上、第一冠型歯車４、遊星歯車７、第二冠型歯車５は分離して示しているが、これらは互いに噛合して遊星歯車機構を構成している。
【００１７】
さらに、キャリア６には半径方向に延長されたアーム６ａが設けられており、その先端にはマグネット８が備えられ、弾性体としてのバネ９が接続されている。バネ９は本実施例においてつるまきコイルばねであり、ディスプレーサ２の見かけ重量Ｆによって所定量変形して釣り合った位置にある。キャリア６はこのバネ９の伸縮の範囲で、回動可能である。
【００１８】
マグネット８はキャリア６の回動に伴って、円弧の軌道を描いて回動する。このマグネット８の軌道の近傍には、その離接を検知するホール素子などの磁電変換器12が配置されている。マグネット８は、回動方向両側にそれぞれＳ極とＮ極を備えており、磁電変換器12はＳ／Ｎ両極について動作するものを用いている。
【００１９】
ここで液位静止状態を考えると、ワイヤドラム１の半径をＲｄ、検出軸10の中心からアーム６ａとバネ９の接続部までの距離（半径）をＲｐ、バネ９によって与えられる付勢力をＴとすると、  Ｆ×Ｒｄ＝Ｔ×Ｒｐ  となる。従って付勢力Ｔは、  Ｔ＝Ｆ×Ｒｄ／Ｒｐ  を満たすものとなる。この付勢力Ｔに見合ったバネの伸び（伸び＝付勢力Ｔ／バネ定数）によって決まる位置が、キャリア６の回転位置である。
【００２０】
液位が下降した場合、喫水が浅くなるために浮力が減少し、見かけ重量Ｆが増加する。これによりワイヤ３の張力、ワイヤドラム１のトルクを介して、キャリア６はバネ９の弾性力に抗して更に引き伸ばす方向に回転する。なお、このときモータ11が停止しているために第二冠型歯車５は固定されており、キャリア６は第一冠型歯車４の回転に対して１／２に減速されて回転する。
【００２１】
するとマグネット８と磁電変換器12との相対位置が変化し、磁電変換器12の出力が変化する。このセンサー出力の変化を受けて、モータ制御回路13は、ワイヤドラム１がワイヤ３を繰り出す方向へモータ11を駆動させる。なお、このときキャリア６は、摩擦を考慮しなければ、釣り合いの位置から移動しない。従って第一冠型歯車４と第二冠型歯車５は等倍の減速比にて、逆方向に回転が伝達される。
【００２２】
ワイヤ３の繰り出しによって、ディスプレーサ２の喫水が上がってくると、釣り合いによりマグネット８が磁電変換器12と対向する位置に戻ってくる。そして磁電変換器12とマグネット８とが対向したことを磁電変換器12の出力によって検知すると、磁電変換器12はディスプレーサ２が規定喫水となったとして、モータ11の駆動を停止する。当然ではあるが、このときのバネ９の伸び状態、つまり、マグネット８と磁電変換器12の相対位置関係は、液位静止の状態と同一である。
【００２３】
液位が上昇した場合、喫水が深くなるために浮力が増加し、見かけ重量Ｆが減少する。これによりワイヤ３の張力、ワイヤドラム１のトルクを介して、キャリア６はバネ９の弾性力により、バネ９が縮む方向に回転する。するとマグネット８と磁電変換器12との相対位置が変化し、磁電変換器12の出力が変化する。なお、マグネット８が回動方向両側にそれぞれＳ極とＮ極を備えていることから、バネ９が伸びる方向に回動したか、縮む方向に回動したかを、区別して検知することができる。
【００２４】
このセンサー出力の変化を受けて、モータ制御回路13は、ワイヤドラム１がワイヤ３を巻き取る方向へモータを駆動させる。ワイヤ３の巻き取りによって、ディスプレーサ２の喫水が下がってくると、見かけ重量Ｆが増加するために、マグネット８が磁電変換器12と対向する位置に戻ってくる。そして磁電変換器12とマグネット８とが対向したことを磁電変換器12の出力によって検知すると、磁電変換器12はディスプレーサ２が規定喫水となったとして、モータ11の駆動を停止する。当然ではあるが、このときのバネ９の伸び状態、つまり、マグネット８と磁電変換器12の相対位置関係は、液位静止の状態と同一である。
【００２５】
液位の指示機構については、特に図示しないが、例えば第二冠型歯車５に連動する機械式カウンターを適宜な減速機構などを介して接続すれば、現場での液位支持が可能である。また、このカウンターをディジタル式の変位伝送器に置き換えたり、モータ11にステッピングモータを用いてそのステップ数をカウントすることにより、液位の遠隔伝送が可能である。
【００２６】
上記説明した如く、遊星歯車を用いたことにより、モータ側を固定してもドラム側が回動可能であり、かつモータ側を回転させれば（キャリア６が回転しないために）ワイヤドラム１も追従して回転する。すなわち、ワイヤドラム１はディスプレーサ２の重量（見かけ重量）によって回動可能であると共に、モータ11の駆動によって回転させることが可能である。
【００２７】
本発明によれば、ワイヤドラムとともに回転する部材と、検出軸とともに回転する部材のいずれにおいても、回転を検知、検出するための部材に対して電力を供給したり、信号を出力したりするための導線等のエレメントが一切不要となり、したがって構造が簡単であり、上記エレメントにおける接触不良等の故障のおそれをなくすことができ、信頼性の高いレベル計測装置を提供することができる。
【００２８】
なお、上記実施例においては、説明の都合上、ワイヤドラム１側の第一冠型歯車４と検出軸10側の第二冠型歯車５の動きが等しく見える方がわかりやすいため、遊星歯車機構に冠形歯車を使用した図としてある。しかし実際の製作にあたっては、図２に示すように、平歯車によって遊星歯車機構を構成したほうが、工作、精度出し共に容易である。
【００２９】
図２は、本発明に係るレベル計測装置の他の実施例を説明する図である。図２において、ワイヤドラム１に接続された第一歯車14は、キャリア16に支持された３つの遊星歯車17の内側に配置された太陽歯車である。検出軸10に接続された第二歯車15は、遊星歯車17の外側に配置された内歯車である。遊星歯車17の半径Ｒに対し第一歯車14の半径が２Ｒである（歯数が倍である）とすれば、第一歯車14の回転量は第二歯車15の回転量の２倍となる。
【００３０】
上記構成とすることにより、製作が容易となるほか、ワイヤドラム１の回転に対してモータ11のステッピングモータのステップ数を多く取ることができ、制御精度の向上、トルクの向上もしくはモータの小型化を図ることができる。
【００３１】
また、上記実施例においては、１つのマグネット８と、１つの磁電変換器12とによって装置を構成するよう説明した。しかし、複数の磁電変換器12をマグネット８の軌道の近傍に配列し、マグネット８の回動方向に直交する方向にＳ極とＮ極を配置することでもよい。これにより、検知範囲を広くしたり、回動の方向を検知したりすることができる。
【００３２】
また、駆動軸10を回転駆動させる際に、キャリア６は本来であれば釣り合いの位置から移動しないが、遊星歯車７の軸の摩擦抵抗により回転力が生じる場合がある。このとき、バネ９に過剰な負荷がかかると損傷を招くおそれがあるため、キャリア６の回動範囲を制限する規制部材（例えば、ケーシングに設けられた突起）を備えることも好適である。
【００３３】
また、上記実施例は遊星歯車の数を３つに限定するものではなく、１つまたはそれ以上の数であればよい。またワイヤドラム１と第一冠型歯車４、第二冠型歯車５とモータ11などは、直接接続するのみならず、適宜減速機構やリンク機構、ベルト伝達機構などを介して接続することでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、液面または液境界面のレベルを検出測定するレベル計測装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例に係るレベル計測装置を説明する図である。
【図２】他の実施例を説明する図である。
【符号の説明】
【００３６】
Ｆ    …見かけ重量
１    …ワイヤドラム
１ａ  …溝
１ｂ  …軸
２    …ディスプレーサ
３    …ワイヤ
４    …第一冠型歯車
５    …第二冠型歯車
６    …キャリア
６ａ  …アーム
７    …遊星歯車
８    …マグネット
９    …バネ
10    …検出軸
11    …モータ
12    …磁電変換器
13    …モータ制御回路
14    …第一歯車
15    …第二歯車
16    …キャリア
17    …遊星歯車
【図１】
2006250670.tif 000003
【図２】
2006250670.tif 000004