JP3025326B2 - 容積式流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は容積式流量計に係り、特
に互いに噛合する一対の歯付回転子が円滑に回転するよ
う構成した容積式流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６及び図７に容積式流量計の構成を示
す。

【０００３】両図中、容積式流量計１はケーシング２の
計量室３内に一対の歯付回転子（以下単に回転子とい
う）４，５を設けてなる。ケーシング２は計量室３より
上流側に位置する流入路６と、計量室３より下流側に位
置する流出路７とを有する。

【０００４】この流入路６及び流出路７は夫々上下流側
より計量室３に開口しており、計量室３を介して連通し
ている。

【０００５】回転子４，５は楕円歯車で互いに噛合して
おり、回転軸８，９に支承されている。流入路６より被
測流体が計量室３内に供給されると、流体の圧力により
一対の回転子４，５が回転軸８，９を中心として回転す
る。さらに、流体は回転子４，５の回転とともに回転子
４，５と計量室３の内壁１０との間の空間１１内に導入
され、空間１１の容積分の流体が流出路７へ排出され
る。

【０００６】一方の回転子４の回転軸８側の端面には回
転検出用の磁石４ａ，４ｂが埋設されている。又、計量
室３を閉蓋する蓋１２には磁石４ａ，４ｂの磁力を検出
するピックアップ（磁気抵抗素子）１３が取り付けられ
ている。

【０００７】従って、流量計測時ピックアップ１３はケ
ーシング２内を流れる被測流体の流量に応じた回転子４
の回転を電磁的に検出し、その検出信号を信号処理回路
（図示せず）に出力する。

【０００８】上記構成とされた容積式流量計１において
は、できるだけ長径に比べて短径が短くなる偏平形状の
回転子を採用し、一回転当たりの吐出量を増やすことが
考えられている。

【０００９】一般に楕円歯車のピッチ曲線は（１）式の
極方程式で表される。

【００１０】 Ｒ＝ａ／（１±ｂｃｏｓ２θ） ……（１） 但し、Ｒ：動径（回転子中心からピッチ曲線までの距
離） θ：偏角 ａ：回転子のプロフィルを決める正の定数 ｂ：回転子のプロフィルを決める０＜ｂ＜１の定数 （１）式を極座標系で描くと図８の如くなる。従って、
楕円歯車の長短径比ｑは（２）式となる。

【００１１】 ｑ＝（１−ｂ）／（１＋ｂ） ……（２） （２）式よりｂが０に近ずくほど円に近ずき、ｂが１に
近ずくほど偏平になることがわかる。

【００１２】しかし、極端に楕円歯車を偏平にしすぎる
と、軸８，９が貫通するためのスペ−スさえなくなって
しまう等の理由により、実用的なｂ定数の値の上限はお
よそ０．３程度である。そして、一般に歯の形状はイン
ボリュート曲線で形成されており、ｂ定数が０．２５〜
０．３程度の回転子４，５では各歯の工具圧力角α_C を
標準的な１４．５度又は２０度としていた。

【００１３】図８に示す如く、楕円歯車の短軸（ｘ軸）
を基線とした角度がθのとき、中心Ｏ₁ からピッチ曲線
（１点鎖線で示す）Ｃ上のかみ合い位置Ａ点までの長さ
をＲとすると、Ｏ₁ ＡはＡ点におけるピッチ曲線Ｃの接
線Ｂに対する法線Ｄと角度φだけ傾いている。

【００１４】この角度φはピッチ曲線圧力角で、θを用
いて次式のように表せる。 φ＝ｔａｎ^-1｛２ｂｓｉｎ／（１＋ｂｃｏｓ２θ）｝ ……（３） （３）式よりｂ定数が０．２５又は０．３のときのピッ
チ線圧力角φは図９に示すような計算結果となる。

【００１５】尚、かみ合い圧力角α_A ，α_B は、 α_A ＝α_C −φ ……（４） α_B ＝α_C ＋φ ……（５） となる。（但し、α_C ：工具圧力角）

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】図１０及び図１１は従
来の容積式流量計で使用されている楕円歯車状の回転子
４，５のかみ合い状態を示す図である。

【００１７】両図中、各回転子４，５の互いに噛合する
部分を拡大して示してあり、図１０は回転子４，５が図
６に示す位置からおよそ７度回動したときのかみ合い状
態を示し、図１１は回転子４，５が図６に示す位置から
およそ４５度回動したときのかみ合い状態を示してい
る。

【００１８】図１０では回転子４の中心Ｏ₁ と回転子５
の中心Ｏ₂ とを結ぶ直線に対するピッチ曲線圧力角φは
およそ５度であり、かみ合い圧力角はおよそα_A ＝１５
度，α_B ＝２５度である。

【００１９】さらに、回転子４，５が４５度の位置まで
回転すると、図１１においてピッチ曲線圧力角φはおよ
そ３０度であり、このときのかみ合い圧力角はおよそα
_A ＝−１０度，α_B ＝５０度である。

【００２０】上記回転子４，５の回転角θ₁ に対するか
み合い圧力角α_A ，α_B の変化は図１２に示すようにな
る。

【００２１】従って、インボリュート歯形を有する楕円
歯車では、ｂ定数を０．２５〜０．３とした場合、工具
圧力角α_C を１４．５度又は２０度にすると図１２に示
す如くかみ合い圧力角が負になるかみ合い位置が発生し
回転子４，５が円滑に回転できなくなる。

【００２２】又、上式（４）（５）からわかるように工
具圧力角α_C がピッチ曲線圧力角φより小さいかみ合い
圧力角が負になり、回転子４，５の回転が円滑でなくな
る。

【００２３】従って、回転子４，５は偏平になるほど１
回転当たりの吐出量は大きくなるが、流量に応じて回転
子４，５が回転するとき、かみ合い圧力角α_A ，α_B は
回転中心に対しピッチ曲線圧力角φだけ傾いているの
で、ピッチ曲線に沿って歯付けされた基準歯形の圧力角
（インボリュート系歯形なので工具圧力角に等しい）に
ピッチ曲線の圧力角φが加わる。

【００２４】そのため、回転子４，５をあまり偏平にし
てかみ合い圧力角α_A ，α_B が大きすぎると、歯の強度
ばかりでなく回転運動にも悪影響を及ぼし、計測精度の
低下を招いていた。

【００２５】そこで、本発明は上記課題を解決した容積
式流量計を提供することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ケーシング内
に一対の歯付回転子を互いに噛合するように回転自在に
設けてなる容積式流量計において、前記回転子の歯は工
具圧力角がピッチ曲線圧力角の最大値以上となるように
形成されてなる。

【００２７】

【作用】歯付回転子の歯の工具圧力角をピッチ曲線圧力
角の最大値以上とすることにより、回転子の歯が円滑に
噛合しながら流量に比例した回転数で回転する。

【００２８】

【実施例】図１及び図２に本発明になる容積式流量計の
一実施例を示す。

【００２９】尚、容積式流量計の構成は既に図６，図７
を用いて説明してあるため、同一部分には同一符号を付
してその説明を省略する。

【００３０】図１において、計量室３に設けられた一対
の回転子１４，１５は楕円歯車状に形成されており、回
転子１４，１５の外周に形成された歯１６は図２に拡大
して示す形状となっている。

【００３１】この歯１６は、工具圧力角α_C が前述した
ピッチ曲線圧力角φ以上の角度となるように形成されて
いる。

【００３２】即ち、図９に示す如く、ピッチ曲線圧力角
φはｂ定数が０．３の場合、最大値が３２度であり、ｂ
定数が０．２５の場合、最大値が２７度である。

【００３３】前述した（４）（５）式よりかみ合い圧力
角α_A ，α_B が負にならないようにするには、歯１６の
工具圧力角α_C がピッチ曲線圧力角φ以上の大きさに設
定されていれば良いことが分かる。

【００３４】従って、ｂ定数が０．３であるとき歯１６
は工具圧力角α_C を３２度以上の角度で形成する。この
ようにすると、図３に示す如く、回転子１４，１５がお
よそθ₁ ＝７度回動したとき、かみ合い圧力角α_A はお
よそ２０度，α_B はおよそ３８度となる。

【００３５】又、図４に示す如く、回転子１４，１５が
θ₁ ＝４５度回動したとき、かみ合い圧力角α_A はおよ
そ２度、α_B はおよそ６３度となる。

【００３６】従って、インボリュート歯形を有する楕円
歯車では、ｂ定数が０．３の場合工具圧力角α_C をピッ
チ曲線圧力角φの最大値３２度以上とすることによりか
み合い圧力角α_A ，α_B が常に正となり回転子１４，１
５が円滑に回転する。

【００３７】又、ｂ定数が０．２５であるとき歯１６は
工具圧力角α_C を２７度以上の角度で形成する。この場
合も図５に示す如く、回転子１４，１５がおよそθ₁ ＝
７度回動したとき、かみ合い圧力角α_A はおよそ３３
度，α_B はおよそ２６度となる。

【００３８】又、回転子１４，１５がθ₁ ＝４５度回動
したとき、かみ合い圧力角α_A はおよそ５３度，α_B は
およそ３度となる。

【００３９】従って、ｂ定数が０．２５の場合工具圧力
角α_C をピッチ曲線圧力角φの最大値２７度以上とする
ことによりかみ合い圧力角α_A ，α_B が常に正となり回
転子１４，１５が円滑に回転する。

【００４０】従って、楕円歯車のｂ定数を０．３となる
ように回転子１４，１５を偏平にしても回転子１４，１
５は流量に比例した回転数で安定的に回転し、計測精度
を保つことができる。

【００４１】即ち、回転子１４，１５をより偏平形状に
しても歯のかみ合いが円滑となり、計測精度を保つとと
もに回転子１４，１５の１回転当たりの吐出量を増やす
ことができ、その結果ケーシング２を大型化することな
く計測容量を増大することができる。

【００４２】又、回転子１４，１５を偏平形状とするこ
とにより回転子１４，１５の回転数が少なくて済み、回
転子１４，１５を支承する回転軸８、９の負担を軽減し
て計測寿命を延ばすことも可能となる。

【００４３】尚、歯１６の工具圧力角α_C をピッチ曲線
圧力角φの最大値以上に形成しても、あまり工具圧力角
α_C を大きくしてしまうと歯と歯との伝達効率が低下
し、かみ合い長さも短くなってしまうので実用上の上限
値はおよそ３５度である。

【００４４】又、歯１６の工具圧力角α_C をピッチ曲線
圧力角φの最大値以上とすることにより、図１に示すよ
うに回転子１４，１５をさらに偏平形状にして回転子１
４，１５の１回転当たりの吐出量を増やすこともでき
る。

【００４５】尚、上記実施例では楕円歯車状の回転子に
ついて説明したが、楕円歯車以外の非円形の回転子にも
適用できるのは勿論である。

【００４６】

【発明の効果】上述の如く、本発明になる容積式流量計
は、歯付回転子の歯の工具圧力角α_C がピッチ曲線圧力
角φの最大値以上となるようにしたため、回転子の長径
部分と短径部分との長短径比が小さく、即ち回転子をよ
り偏平形状にしても歯のかみ合いが円滑となり、計測精
度を保つとともに回転子１回転当たりの吐出量を増やす
ことができ、計測容量を増大することができる。又、回
転子を偏平形状とすることにより回転子の回転数が少な
くて済み、回転子を支承する回転軸の負担を軽減して計
測寿命を延ばすことも可能となる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる容積式流量計の一実施例の横断面
図である。

【図２】楕円歯車の歯を拡大して示す拡大図である。

【図３】回転子が図１の位置からおよそ７度回動したと
きの回転子のかみ合い状態を示す図である。

【図４】回転子が図１の位置からおよそ４５度回動した
ときの回転子のかみ合い状態を示す図である。

【図５】回転子の回転角度に対するかみ合い圧力角
α_A ，α_B の変化を示す線図である。

【図６】従来の容積式流量計の構成を示す横断面図であ
る。

【図７】容積式流量計の縦断面図である。

【図８】ピッチ曲線圧力角φを説明するための図であ
る。

【図９】回転子の回転角度に対するピッチ曲線圧力角φ
の変化を示す線図である。

【図１０】回転子が図７の位置からおよそ７度回動した
ときの回転子のかみ合い状態を示す図である。

【図１１】回転子が図７の位置からおよそ４５度回動し
たときの回転子のかみ合い状態を示す図である。

【図１２】従来の回転子の回転角度に対するかみ合い圧
力角α_A ，α_B の変化を示す線図である。

【符号の説明】 １ 容積式流量計 ２ ケーシング ３ 計量室 ４ａ，４ｂ 磁石 ８，９ 回転軸 １０ 内壁 １１ 空間 １４，１５ 回転子 １６ 歯

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング内に一対の歯付回転子を互い
   に噛合するように回転自在に設けてなる容積式流量計に
   おいて、前記回転子の歯は工具圧力角がピッチ曲線圧力
   角の最大値以上となるように形成されていることを特徴
   とする容積式流量計。