JPS623885B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 極座標に於て動径の長さρ_１をａ、ｂおよびｃ
を長さに関する数とし、ｄを零から１までの正
数、ｘを自変数とするとき次式 ρ_１＝ａ＋cos2x｛ｃｄ^２｜ｓｉｎ^２２ｘ｜／（１−ｄ
^２ｃｏｓ^２２ｘ）^２−ｂ｝ およびμをａ、ｂ、ｃおよびｄで定まる数とす
るときρ_１の方向角θ_１を次式 θ_１＝１／μ∫ｄｘ／ρ_１ より画かれる曲線およびこれと係合する他の曲線
を極座標において動径の長さρ_２を次式 ρ_２＝ａ−cos2x｛ｃｄ^２｜ｓｉｎ^２２ｘ｜／（１−ｄ
^２ｃｏｓ^２２ｘ）^２−ｂ｝ および動径の方向角θ_２を次式 θ_２＝１／μ∫ｄｘ／ρ_２ より求めて画かれる曲線および類似曲線をピツチ
線とした一対の非円型歯車回転子（以下回転子と
称す）を筐体内に収装してなる所謂非円型歯車流
量計は、被計測流体によつて回転子が回わり計量
機能を示すが、特願昭48−57821号（特公昭53−
40469号公報）等に記載される吐出率（回転子に
よる吐出量の計器室内容積に対する比）が大なる
回転子の形状は、感度流量が従来の吐出率の低い
同種計器より著しく低い値を示すにも拘らず器差
変化が流量によつて起るため精密な指示機能に欠
ける問題がある。

第１図は市販される従来の楕円歯車式流量計お
よび特願昭48−57821号（特公昭53−40469号公
報）に記載される回転子の流量計の回転子の回転
速度と器差との関係を示す試験より得た器差曲線
である。曲線は特願昭48−57821号（特公昭53
−40469号公報）の流量計、曲線は従来製品の
器差−速度曲線である。前者の吐出率大なる回
転子の感度流量は後者に比し格段に低い流量を示
すが、然し低流量域すなわち低速回転において理
論吐出量（図に於て器差0.0％の横線を示す）に
対し高いプラス値を示した。

容積式流量計の特長は低流量域と高流量域にお
ける器差変化が小さいことにあるが、前記歯型の
大きい吐出率の大きな回転子が大きな器差変化を
示す原因を調べた結果、低流量すなわち回転子の
低速回転の際両回転子間の噛合部で流体が閉じ込
まれ流入口側に逆流現象を起すためであること発
見した。第２図で逆流現象を説明すると、ピツチ
線１および２の歯車３および４はそれぞれ軸０
_１，０_２を中心として矢印方向に流体圧により回
転するごとく筐体５内に組合わされ、回転子１の
短径６（０_１１_１）と長径７（０_１１_２）および
回転子２の短径８（０_２２_１）と長径９（０_２２
_２）は互に係合しながら回転する。しかして図に
示すごとく低速回転の場合は回転子３は回転子４
によつて回され回転子３の長径歯々面１０，１１
は噛合歯面１２および１３が回転子４の短径８と
長径９との長さで示される回転トルクの差によつ
て図に於て左回転のトルクによつて接し回転の伝
達が行われ、回転子４の短径歯々面１４，１５に
よつて区画され両回転子の歯の接触部１６，１７
で閉塞され、かつトルクの差によつて接触しない
噛合部１８に間隙を生じた空隙１９内に流体が回
転に伴なつて歯面１２，１３の噛合部１６が離れ
ると同時に流入口側に逆流する。すなわち空隙１
９が容積減少しかつ歯面１４で歯面１０を図に於
て左方に押すためのポンプ作用によつて流入口側
に押し戻されるためである。特願昭48−57821号
（特公昭53−40469号公報）に記載される長径部歯
型は大型であるため相手の短径部との間で閉じ込
み量が大きく吐出量の約２％になるため逆流作用
によつて器差が低速部分でプラス値となり、しか
も大きい値を示す。前述の閉ぢ込み量は更に両回
転子の回転に伴い容積が縮小し、水のような非圧
縮性の流体の場合は噛合面に過大な面圧が加えら
れる。従つて歯面に背隙様の空隙を設けた形状に
於ても運転時間の経過と共にすりきずによる変形
が起こり瞬間的なこの様な閉ぢ込み圧が加わるた
め回転子の噛合面、軸孔の硬度の高い金属鍍金、
セラミツクコーチング加工等による摺動面も改善
保護も必要である。低速回転時には回転子は主と
して流体圧によるトルクが作用し、第３図に示す
様に回転子には矢印の圧力が加わり、回転子３に
軸０_１に対し長径歯面１０に長軸７をアーム０_１
２０とするトルクが加わるが回転子４には長径９
と短径８との差による大きなトルクを回転子４は
矢印方向の回転力を受けるから、回転子３は４に
よつて回わされる。次に第４図に示す両回転子が
平行位置まで回転した場合、両ピツチ線１と２と
の接点２４と各軸を結ぶ半径２５と２６は相等し
く両回転子の回転トルクは互に等しくなり噛合面
圧は零となる。すなわち低速の場合（低流量）に
は第５図に示す歯車４の各歯には太線で示す歯面
に両回転子の回転トルクによる面圧が加わる。こ
れは回転子４が矢印方向に回転し相対する回転子
３の歯型と太線で示す歯型が接することを表わし
ており、また両回転子の軸が平行位置すなわちピ
ツチ線の中間点２４を境界とするイ−ロの範囲で
は正の回転トルクが働き回転子３を回転させ乍ら
回わり、ロ−ハでは逆に回転子３で回転させら
れ、以下同様に繰り返えされる。

非円型歯車回転子の円滑な回転のため両歯車の
背隙は不可欠であるが低速回転の際回転子は加速
減速の繰り返えしと共に回転トルクが交互に逆転
するためこの様な逆流作用を起すのである。

本発明は特に微少流量を計測する小型流量計と
しての精度を高からしめる目的を以てなされたも
のであり、小型回転子の噛合歯の背隙は相対的に
大きい値であるため前記理由によつて計測流体の
入口側への逆流現象が起る結果微小流量の正確な
測定値が得られなかつたが、低速時の回転トルク
で歯間閉じ込み流体の出口側へ送り出し機能を有
する逃げ溝構造の回転子となすことにより、低
速、高速回転の計量機能の差異を除去できる。

第１図の器差曲線の高速回転時に器差は零に
等しい値を示しこれを第６図に依つて説明すると
回転子４の高速回転によつて100〜200rpm付近よ
り慣性モーメントが効果的に作用するため図に於
て長軸短軸を境として回転力方向が交互に逆転す
る。ホ−ヘでは回転子３を回すごとく作用し、ヘ
−トの回転角度の範囲では回転子４によつて回さ
れるごとく作用を受け以下同様に繰返えされなが
ら流体圧により回るのであり、太線で示した歯面
に面圧を受け、該歯面で相手の歯面との接触によ
り流入口側と流出口側と噛合部で遮断され特に長
径歯の歯面１１による遮断作用がないため計測流
体の入口側への逆流が起らず従つて理論値との差
異を生じない。

上記理由によつて低流量と高流量域での器差に
差を生ずるためこのような欠陥を低速回転時に噛
合部で歯間に閉じ込まれる流体をすべて流出口側
に押し出すごとき歯型となすことによつて解決す
ること得た。特願昭47−68811号（特開昭49−
47995号公報）、特願昭49−53414号（特開昭50−
145766号公報に記載される閉じ込みを防ぐ逃げ溝
構造は低速回転時の前記トルク変化による流入口
側への逆流を完全に防ぐ事を得ないため器差曲線
の直線性が得られず、流量による器差の変化を免
れなかつた。

回転子の回転に伴い噛合部に閉ぢ込まれる流体
の流入口側への逆流を完全に防ぐための本発明の
歯型に設ける背隙様の切り欠きは特願昭49−
141673号（特公昭60−27930号公報）の権利を使
用する。

以下実施例により本願の発明を説明する。第７
図は筐体５内に非円型歯車回転子３と逃げ溝加工
の施した回転子４とを収装した実施例である。回
転子４の短径部の歯型の一部を矢印で示す回転方
向と反対側に噛合歯面１４に沿つて背隙状に切削
し切り欠き２７を形成し逃げ溝２８を設ける。長
径部の歯型１１の一部を前記と逆方向すなわち回
転方向側に同様の切り欠き面２９を切削し逃げ溝
３０を設ける。第８図に示すように回転子３より
も回転子４が回転トルクが大きいために噛合う歯
面１０は歯面１４で左方に押され乍ら回転し歯面
１０と切り欠き歯面２７との間で形成される逃げ
溝２８より空間１９内の破計測流体は容積の減少
と共に矢の方向に流出し前記の逆流を起さないか
ら、小流量域の器差増加が生じない。第９図は前
図の逃げ溝加工を施した回転子４の立体説明図で
ある是等の現象を実機テストによつて第１図に示
す器差曲線を得て確認した。器差が回転速度に
よつて変化することなくしかも広い流量範囲の工
業計器となし得ることは精度の高い計量管理を必
要とする化学工業等の要望に応えることを可能と
するものであり、微小流量域の精度±0.2〜±0.1
％の計量を実現し他種計器の追随を許さない高性
能製品の提供を実現することができた。第１０図
は回転子３および４にそれぞれ長径歯の歯面１１
に沿つて背隙状に逃げ溝３０を設けたことにより
流入口側への流体の逆流を防いだ実施例である。
また短径歯々面１４に切り欠き加工を施した組合
せも同様の閉じ込み流体の逆流防止効果があり、
また前記は閉じ込みによつて高速回転時の制動抵
抗を軽減する効果もある。斯様な応用例も特許請
求に含まれた第１１図に示す小歯数非円型歯車の
回転子のピツチ線中間点を境界とする切り欠き部
を矢印方向に対し逆方向に且対象的に設け、歯間
の閉じ込み流体の流入口側への逆流を防いだ応用
も可能である。

本発明は内部洩れの少い容積式流量計に於て感
度流量が少く、吐出率の高い非円型歯車式流量計
の器差特性を改善し精緻な流量計測を目的とする
工業計器を提供するための発明であり、実施例に
限定されることなく低速回転時の回転子が流体に
よつて受けるトルクにより閉じ込み流体を流出口
側にのみ押し出す機構の歯車回転子等、本発明の
原理を用うる限り斯様な応用を包含することは勿
論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来製品と本発明に係る流量計の器差
曲線の比較説明のためのグラフ。第２図は従来製
品の流量計の閉じ込み流体の逆流現象の説明図、
第３図及び第４図は回転子の回転位置によるトル
クの関係説明図、第５図は低速回転時の回転子の
歯に受ける歯合圧を示す説明図、第６図は高速回
転時に回転子が受ける回転による歯面々圧の説明
図、第７図は本発明の実施例の説明図、第８図は
本発明の実施例の逃げ溝による逆流防止効果の細
部説明図、第９図は実施例の回転子の立体説明
図、第１０図は他の実施例の説明図および第１１
図は本発明に係るピツチ線の中間点を境界として
各歯面に低速時のトルクによつて生ずる閉じ込み
流体の逆流を防止する逃げ溝を設けた実施例の説
明図である。 １……ピツチ線、２……従動回転子のピツチ
線、３……非円型歯車回転子、４……従動回転
子、５……匡体、６……回転子の短径、７……回
転子の長径、８……従動回転子の短径、９……従
動回転子の長径、１０，１１……長径部の歯の歯
面、１４，１５……短径部の歯の歯面、１６，１
７，１８……回転子の噛合接点、１９……長径歯
による閉じ込み、２４……ピツチ線の中間点、２
４，２５……両回転子の平行位置における半径、
２７，２９，３１，３３……切り欠き加工歯面、
２８，３０，３２，３４……逃げ溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 極座標に於て動径の長さρ_１をａ、ｂおよび
   ｃを長さに関する数とし、ｄを零から１までの正
   数、ｘを自変数とするとき次式 ρ_１＝ａ＋cos2x｛ｃｄ_２｜ｓｉｎ^２２ｘ｜／（１−ｄ
   ^２ｃｏｓ^２２ｘ）^２−ｂ｝ およびμをａ、ｂ、ｃおよびｄで定まる数とす
   るときρ_１の方向角θ_１を次式 θ_１＝１／μ∫ｄｘ／ρ_１ より画かれる曲線およびこれと係合する他の曲線
   を極座標において動径の長さρ_２を次式 ρ_２＝ａ−cos2x｛ｃｄ^２｜ｓｉｎ^２２ｘ｜／（１−ｄ
   ^２ｃｏｓ^２２ｘ）^２−ｂ｝ および動径の方向角θ_２を次式 θ_２＝１／μ∫ｄｘ／ρ_２ より求めて画かれる曲線および類似曲線をピツチ
   線とした一対の非円型歯車回転子（以下回転子と
   称す）を筐体内に収装してなる流量計において、
   回転子の一方又は双方のピツチ線に於ける長径と
   短径とのピツチ線中間点を境界とする長径部の歯
   型に回転方向に対し、反対面に背隙様の切り欠き
   又は逃げ溝を設け又は前記ピツチ線中間点を境界
   とする短径部の歯型に回転方向面に背隙様の切り
   欠き又は逃げ溝を設け回転子の低速回転時の噛合
   歯間に閉塞された被計測流体の流入口側への逆流
   を防ぐことを特徴とする非円型歯車式流量計。