JPH0323536Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本考案は、非円形歯車式流量計に関し、特に、
非円形歯車の回転を光学的に計測する手段を備え
ているものの改良に関する。 〔従来の技術〕 一般に、非円形歯車式流量計は、ギヤハウジン
グ内に噛合された一対の非円形歯車の少なくとも
一方の端面に反射面部が回転軸に同心円的に配設
されているとともに、ケースに発光素子と受光素
子とが設けられており、流体の流れによつて回転
される非円形歯車の回転数を、反射面部で反射さ
れる発光素子の光を受光素子において検出するこ
とによつて測定し、もつて、その回転数に比例す
る流量を計測するように構成されている。 従来のこの種の非円形歯車式流量計として、非
円形歯車上に複数の反射面部と非反射面部とが周
方向に交互に配されてホトエツチング加工により
形成されており、かつ、前記受光素子における検
出パルス信号の周波数が流量に比例するように、
前記反射面部が配置されているものがある（特開
昭60−177222号公報参照）。 〔考案が解決しようとする問題点〕 このような非円形歯車式流量計においては、次
のような問題点がある。 (1) 検出パルス信号の周波数が流量に比例するよ
うに、反射面部が配置されているため、流量計
の計測にはパルス信号の立ち上がり部または立
ち下がり部のうちいずれか一方のみしか使用す
ることができない。 (2) 前記(1)により、分解能率を高めるためには、
反射面部の数の増加および反射面部自体の幅を
きわめて狭く設定する必要があるため、反射面
部と非反射面部との作成がきわめて困難にな
り、作成方法が制限される。 本考案の目的は、生産性が良好で、高い流量計
測精度を得ることができる非円形歯車式流量計を
提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本考案係る非円形歯車式流量計は、作動室２に
装着されて互いに噛合されている一対の非円形歯
車７，７の少なくとも一方に反射面部と非反射面
部とが複数組、非円形歯車７と同心円上において
周方向に交互に配設されているとともに、作動室
２の外部に発光素子１９および受光素子２０が前
記反射面部および非反射面部に臨むように設けら
れており、非円形歯車７の回転に伴う受光素子２
０のパルス信号を検出することによつて流量を測
定するように構成されている非円形歯車式流量計
において、 前記反射面部A₁〜A_oおよび非反射面部B₁〜B_o
が被検出板２２により一体成形されているととも
に、 反射面部A₁〜A_oおよび非反射面部B₁〜B_oのそ
れぞれは、その周幅が一定流量吐出する非円形歯
車の回転角に略一致するように構成されており、 他方、前記反射面部A₁〜A_oおよび非反射面部
B₁〜B_oにより形成されるパルス信号の立ち上が
り部および立ち下がり部を検出するとともに、こ
の立ち上がり部および立ち下がり部の両方に対応
して前記測定信号を得るように構成されている検
出手段を備えていることを特徴とする非円形歯車
式流量計。 （作用） 非円形歯車が一定流量を吐出する回転角だけ回
転した時に１パルス信号が反射面部および非反射
面部のそれぞれにより発生されるため、１パルス
当たりの流量は常に一定になる。したがつて、吐
出流量は１パルス当たりの流量と測定されたパル
ス数との積になり、パルスの数を測定することに
より、流量を正確に計測することができる。そし
て、検出手段が反射面部および非反射面部により
形成されるパルス信号の立ち上がり部および立ち
下がり部を検出するとともに、この立ち上がり部
および立ち下がり部の両方に対応して測定信号を
得るように構成されているため、２倍の分解能が
得られる。 〔実施例〕 第１図は本考案の一実施例である非円形歯車式
流量計を示す第２図−線に沿う平面断面図、
第２図はその縦断面図、第３図は反射面部および
非反射面部の周幅の設定方法の一実施例を説明す
るための拡大部分平面図、第４図は等流量説明
図、第５図は等角度説明図、第６図はパルス波形
図、第７図は変形例のパルス波形図である。 本実施例において、非円形歯車式流量計は、ス
テンレス鋼またはアルミ材を用いて平面形状が略
正方形の直方体に形成されているギヤハウジング
１を備えており、ギヤハウジング１には作動室２
がギヤハウジングの一端面（以下、上面とする。）
において開口されるとともに、平面形状の２組の
大小口径の半円形を十字形に配してなる柱形状の
空所に形成されている。ギヤハウジング１には入
口通路３および出口通路４が互いに180度方向
（以下、前後方向とする。）にそれぞれ配されて、
作動室２の両小径室にそれぞれ連通するように配
設されており、ギヤハウジング１の前面および後
面にはインレツトパイプ５およびアウトレツトハ
イプ６が入口通路３および出口通路４にそれぞれ
接続するように突設されている。 作動室２には非円形歯車７が一対、互いに噛合
されて配設されており、両歯車７はギヤハウジン
グ１に互いに平行に立設された各支軸８に回転自
在に支承されている。非円形歯車７はカーボンま
たは樹脂（例えばポリフエニレンサルフアイド樹
脂）等を用いて成形されている。一方の非円形歯
車７の上面には円形穴９が支軸８と同心的に配さ
れて一定深さ没設されており、円形穴９の内周面
には位置決め凹部９ａが一対、非円形歯車７の長
軸に対応する位置にそれぞれ配されて没設されて
いる。円形穴９内には後記する反射板２２が嵌め
込まれており、反射板２２はその外周の所定位置
にそれぞれ配されて突設された位置決め凸部２２
ａを穴側の凹部９ａ嵌入されることにより、非円
形歯車７に対して所定の関係を確保されている。 ギヤハウジング１の上面には円形環状溝１０が
作動室２の開口を取り囲むように配されて没設さ
れており、この溝１０には円形のＯリング１１が
収容されている。ギヤハウジング１にはアルミニ
ユームを用いてギヤハウジングと略同一の平面形
状に形成されているケース１２が、Ｏリング１１
を挟んで重ね合わされており、ギヤハウジング１
とケース１２とはその四隅に配されたボルト１３
により一体的に締結されている。 ケース１２の底壁には凹所１４が反射板の周辺
部に対向する位置に配されて下向きに没設されて
おり、凹所１４内には小円形の板状に形成された
透明部材１５が嵌め込まれるとともに、接着剤１
６を用いて固着されている。ケース１２の底壁に
は一対の透孔１７，１８が透明部材１５に対向す
る位置に配されて、両者の延長線が反射板２２の
表面で略交差するようにそれぞれ傾斜されて開設
されている。一方の透孔１７の上部には発光素子
１９が反射板２２の一部を投光するように配され
て挿入されており、他方の透孔１８の上部には受
光素子２０が反射板からの反射光を受光するよう
に配されて挿入されている。そして、発光素子１
９および受光素子２０は入出力装置２１に接続さ
れており、ケース１２内には計測に必要な電子部
品ないしは電子機器（図示せず）が組み込まれて
いる。この検出手段としての入出力装置２１は、
パルス信号の立ち上がり部および立ち下がり部を
検出するとともに、この立ち上がり部および立ち
下がり部の両方に対応して測定信号を得るように
構成されている。 本実施例において、被検出板としての前記反射
板２２は黒地である非円形歯車７よりも高い反射
率を持つ材料、例えば、アルミニユーム、ニツケ
ル、錫、ステンレス、樹脂等を用いて、ホトエツ
チング、打ち抜きプレス加工やモールド加工等の
ような適当な手段により、第１図に示されている
ような大略羽根車形状に一体成形されている。こ
の羽根車形状の反射板２２は非円形歯車７の穴９
に支軸８と軸心合わせされるとともに、その外周
上に突設された位置決め凸部２２ａを穴９の凹部
９ａに嵌入されることにより所定の姿勢で嵌着さ
れている。非円形歯車７への取付状態において、
反射板２２はその外周辺部に略扇形状にそれぞれ
形成されている８枚の羽根部と切欠部とにより、
８つの反射面部A₁〜A₈と非円形歯車７の表面を
露出させてなる８つの非反射面部B₁〜B₈とをそ
れぞれ実質的に構成せしめている。したがつて、
反射面部と非反射面部とは支軸８を中心として環
状に配されるとともに、周方向に交互に整列され
ている。 そして、反射率の差により、交互に配列された
反射面部および非反射面部は受光素子の出力信号
において、立ち上がり部と立ち下がり部とが交互
に繰り返す第４図に示されているようなパルス信
号波を発生させるが、本実施例においては、反射
面部A₁〜A₈および非反射面部B₁〜B₈における吐
出流量がそれぞれ等しくなるように、反射面部
A₁〜A₈および非反射面部B₁〜B₈はそれぞれの周
方向の幅（以下、周幅という。）が設定されてい
る。 ここで、反射面部A₁〜A₈および非反射面部B₁
〜B₈の周幅の設定方法の一実施例を第３図およ
び第４図について説明する。 まず、非円形歯車７の回転角θと、当該回転角
θによつて、吐出される流量Ｑとの関係を求める
と、第４図に示されているような特性曲線Ｇが得
られる。これを式で示すと、次の通りになる。 式中、ａは長軸半径、ｂは短軸半径、ｈは歯
幅、θ₀は第１非円形歯車の回転角度、θ₁は第１非
円形歯車がθ₀回転した時の第２非円形歯車の回転
角度、θ₂はＡ−Ａ軸と第１非円形歯車の長軸との
なす角度、但し、θ₂＝｜π／２−θ₀｜とする。 ε＝（ａ−ｂ）／ｂ …(1) γ₂＝ａ／（１＋εsin²θ₀） …(2) γ₁＝ａ＋ｂ−γ₂ …(3) θ₁＝sin^-1√（−₁）₁ …(4) 吐出量Ｑを次式(5)とする。 Ｑ＝ｆ（θ⁰）（０＜θ₀≦π／２） …(5) ｇ（θ₀）（π／２＜θ₀≦π） 第１非円形歯車の回転角度の関数は次式(6)およ
び(7)になる。 ｆ（θ₀）＝ ｈ×１／４

【［a²−１／２（ａ＋ｂ） √］π＋a²（θ₁−θ₂） ＋ab（ａ−ｂ）［sin2θ₂／ ｛（ａ＋ｂ）−（ａ−ｂ）cos2θ₂｝ −sin2θ₁／｛（ａ＋ｂ）−（ａ−ｂ） ×cos2θ₁｝］ ＋（ａ＋ｂ）√｛tan^-1（√×tanθ₂）−
tan^-1（√×tnθ₁）｝】 …(6) ｇ（θ₀）＝ ｆ（π／２）＋ｆ（｜π／２−θ₂｜） …(7) これで非円形歯車が０からπまで回転する時の
吐出口量が求まり、この２倍が非円形歯車１回転
の吐出量（行程容積）となる。第４図において、
縦軸には吐出流量Ｑが、横軸には回転角θがそれ
ぞれとられており、縦軸の片側にはパルス幅Ｗお
よび繰り返し周期Ｔが等しいパルス波Ｐが示され
ている。 第４図に示されているように、パルス波Ｐのパ
ルス幅Ｗに対応応して流量Ｑを等分割し、各分割
線と特性曲線Ｇとの各交点から垂線を横軸θに下
ろして、各交点に対応する回転角値をそれぞれ求
める。これら回転角値が反射面部と非反射面部と
の分境位置になり、その差が反射面部および非反
射面部の周幅Ｗになる。 例えば、第３図に示されているように、非円形
歯車７の長軸７ａを回転角θ＝０とし、長軸７ａ
上の反射面部を第１反射面部A₁、第１反射面部
A₁の回転後側の非反射面部を第１非反射面部B₁、
以降回転方向に順次、第２反射面部A₂、第２非
反射面部B₂…とした場合、第１反射面部A₁は周
幅a₁、第１非反射面部B₁は周幅b₁、以降、A₂＝
a₂、B₂＝b₁…An＝an、Bn＝bnになる。 次に作用を説明する。 作動流体としての被流量測定液体がインレツト
パイプ５から入口通路３を経て作動室２へ導入さ
れると、液体は作動室２で仕事をした後、出口通
路４を通つてアウトレツトパイプ６から導出され
て行く。液体が作動室２を通過するとき、互いに
噛合して作動室２を仕切つている一対の非円形歯
車７はその流れにより、第１図に破線矢印で示さ
れている方向に回転される。 一方、発光素子１９からの発光は透明部材１５
を透過して非円形歯車７の端面に照射し反射す
る。反射光は透明部材１５を透過して受光素子２
０に受光される。このとき、反射面部と非反射面
部とでは反射率に大きな差があるため、受光素子
２０の出力に基づいて非円形歯車７の回転角度を
測定することができる。そして、非円形歯車７の
回転角度はこれを回転させている液体の流量に比
例するため、回転角度を測定することにより流量
が実質的に計測されることになる。 ところで、非円形歯車式流量計においては被計
測流体を送り出すのが非円形歯車であるため、非
円形歯車の回転角θと吐出流量Ｑとの関係は正比
例直線にはならず、曲線になる。したがつて、反
射面部と非反射面部とが一定の幅で周方向に交互
に配設されている場合には、第５図に示されてい
るように一定幅の反射面部および非反射面部から
得られるパルス波P′は、パルス幅W′₁，W′₂…が
１パルス毎に相違することになる。これは、１パ
ルス当たりの流量が各パルス毎に相違することを
意味し、流量の計測に誤差を生むことになる。 これに対して、本実施例においては、反射面部
および非反射面部における周幅a₁〜a₈およびb₁〜
b₈が作るパルス幅W₁〜Wnのそれぞれと、非円形
歯車７が反射面部A₁〜A₈および非反射面部B₁〜
B₈のそれぞれの周幅（角度）だけ回転した時に
吐出される流量のそれぞれとが、等しくなるよう
に設定されているため、非円形歯車の回転角θ−
吐出流量Ｑ特性が曲線になることによる計測誤差
の発生は回避される。 すなわち、本実施例においては、非円形歯車７
が一定流量（本実施例においては、非円形歯車１
回転当たりの吐出流量の1/16の流量に相当する。）
を吐出する角度だけ回転した時に、１パルス信号
が反射面部A₁〜A₈または非反射面部B₁〜B₈によ
り発生されるように構成されているため、１パル
ス当たりの流量は常に一定であり、測定したパル
ス数と１パルス当たりの流量の積により流量が正
確に計測されることになる。 しかも、本実施例においては反射面部A₁〜A₈
の周幅だけでなく、非反射面部B₁〜B₈の周幅b₁
〜b₈も１パルス当たりが一定流量となるように構
成されているため、第６図に示されているよう
に、隣り合うパルスの相互のデユーテイ比が略50
％になり、パルスの立ち上がり部と立ち下がり部
とを検出することにより、２倍のパルス列を得る
ことができ、計測精度を一層向上させることがで
きる。 かつまた、反射板２２において反射面部A₁〜
A₈を形成する羽根の部分が非反射面部B₁〜B₈を
形成する切欠部によつて十分に離されることにな
るため、反射板２２を打ち抜きプレス加工等によ
り一体成形することにより、反射面部および非反
射面部を十分高精度に作成することができる。し
かも、反射板２２は一枚板であるため、反射面の
反射率が安定し、検出光の検出精度が向上する。 なお、本考案は前記実施例に限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲において、
種々変更可能であることはいうまでもない。 例えば、反射板は一方の非円形歯車のみに配設
するに限らず、両方の非円形歯車にそれぞれ配設
してもよく、この場合、逆流を検出し得るように
構成することができる。すなわち、第７図に示さ
れているように、第１非円形歯車により得られた
パルス波P₁の状態がＬで、第２非円形歯車によ
り得られたパルス波P₂の信号レベルがＨからＬ
へ移行するのを検出した場合を正転であると規定
し、また、第１パルス波P₁の状態がＬで、第２
パルス波P₂の状態がＬからＨへ移行するのを検
出した場合を逆転であると規定しておけば、逆流
を検出することができる。 反射板における反射面部および非反射面部の数
は各８個に限らず、所望の計測精度に応じて適宜
増減調整することができる。 反射板は非円形歯車にその凹部に嵌着して取り
付けるに限らず、非円形歯車の成形時にインサー
ト成形するようにしてもよい。 被検出板は反射面部を羽根車形状に突設されて
いる反射板により構成するに限らず、非反射面部
を羽根車形状に突設して構成してもよい。 〔考案の効果〕 (1) 非円形歯車が一定流量を吐出する回転角だけ
回転した時に１パルス信号が反射面部および非
反射面部のそれぞれにより発生されるように、
被検出板の反射面部および非反射面部の周幅の
それぞれを設定することにより、１パルス当た
りの流量を常に一定化することができるため、
測定パルス数と１パルス当たりの流量の積によ
り流量を正確に計測することができる。そし
て、反射面部および非反射面部の数が同じ従来
のものに比べて分解能を２倍にすることができ
る。 (2) 被検出部において交互に配されている反射面
部および非反射面部の周幅を１パルス当たりの
流量が一定になるようにそれぞれ構成すること
により、反射面部または非反射面部を形成する
被検出板の羽根相互を離間させることができる
ため、被検出板をホトエツチング、打ち抜きプ
レス加工やモールド加工等により一体成形する
ことができる。 (3) 被検出板において交互に配されている反射面
部および非反射面部の周幅を１パルス当たりの
流量が一定になるようにそれぞれ構成すること
により、隣り合うパルス相互のデユーテイ比が
略50％になるため、パルスの立ち上がり部と立
ち下がり部とを利用することにより、２倍のパ
ルス列を得ることができ、計測精度を一層向上
させることができる。 (4) 分解能を高めるために、作動面部の数を著し
く増して周幅をきわめて狭く設定する必要がな
いので、きわめて容易に測定精度の高い非円形
歯車式流量計を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例である非円形歯車式
流量計を示す第２図−線に沿う平面断面図、
第２図はその縦断面図、第３図は反射面部および
非反射面部の周幅の設定方法の一実施例を説明す
るための拡大部分平面図、第４図は等流量説明
図、第５図は等角度説明図、第６図はパルス波形
図、第７図は変形例のパルス波形図である。 １……ギヤハウジング、２……作動室、３……
入口通路、４……出口通路、５……インレツトパ
イプ、６……アウトレツトパイプ、７……非円形
歯車、８……支軸、９……円形穴、９ａ……位置
決め凹部、１０……環状溝、１１……Ｏリング、
１２……ケース、１３……ボルト、１４……凹
所、１５……透明部材、１６……接着剤、１７，
１８……透孔、１９……発光素子、２０……受光
素子、２１……入出力装置、２２……反射板、２
２ａ……位置決め凸部、A₁〜A₈……反射面部、
a₁〜a₈……周方向幅、B₁〜B₈……非反射面部、
b₁〜b₈……周方向幅、θ……非円形歯車の回転
角、Ｑ……非円形歯車の吐出流量、Ｗ……パルス
幅。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 作動室２に装着されて互いに噛合されている一
   対の非円形歯車７，７の少なくとも一方に反射面
   部と非反射面部とが複数組、非円形歯車７と同心
   円上において周方向に交互に配設されているとと
   もに、作動室２の外部に発光素子１９および受光
   素子２０が前記反射面部および非反射面部に臨む
   ように設けられており、非円形歯車７の回転に伴
   う受光素子のパルス信号を検出することによつて
   流量を測定するように構成されている非円形歯車
   式流量計において、 前記反射面部A₁〜A_oおよび非反射面部B₁〜B_o
   が被検出板２２により一体成形されているととも
   に、 反射面部A₁〜A_oおよび非反射面部B₁〜B_oのそ
   れぞれは、その周幅が一定流量吐出する非円形歯
   車の回転角に略一致するように構成されており、 他方、前記反射面部A₁〜A_oおよび非反射面部
   B₁〜B_oにより形成されるパルス信号の立ち上が
   り部および立ち下がり部を検出するとともに、こ
   の立ち上がり部および立ち下がり部の両方に対応
   して前記測定信号を得るように構成されている検
   出手段を備えていることを特徴とする非円形歯車
   式流量計。