JPH03296624A - 流量計またはポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 投先分災 本発明は、等流量の流体が流入した場合に、脈流が殆ん
どなく流出し、且つ騒音の少ない非円形歯車を用いた流
量計またはポンプに関する。

災米投先 非円形歯車式容積流量計は、特許第１８９４６４号で登
録されて以来、オーバル歯車式流量計として容積流量計
の主流をなしている。周知の如く、非円形歯車式容積流
量計は第６図にしめすごとく、流入口１、流出口２を一
体的に構成した外筒３内に穿設された計量室６に回転中
心０□、０２を定点として、この各々の定点から回転角
θ１．θ２の関数として与えられるｒ□ｊ　ｒ２の距離
においてころがり接触をする条件である ｒ工＋ｒ２＝一定　　　　　　　　　・・・・・・（１
）ｒ１ｄθ１＝ｒ２ｄθ２　　　　　　　　　””・・
（２）を満足するピッチ曲線 （但しａを相似係数、ｂを偏平度とする）であられされ
る非円形歯車の回転子４，５を回転自在に支承する構成
となっている。

上記非円形歯車式流量計は、流速一定の液体が流入口１
から送通された場合は回転子４，５に各々作用する流入
圧Ｐ１、流出圧Ｐ２の圧力差に基づくトルク差により、
回転子４，５は面積速度一定の運動をして流出口２より
流出するが、一方５流体が圧縮性の場合、極限としてみ
ると流体のない慣性体として回転エネルギー一定な自由
運動をする。

盗　　　　（７）ａｌＬ叙 叙上の非円形歯車式流量計では、被測流体が液体のとき
回転子４，５は面積速度一定の回転運動をする。面積速
度一定の回転運動においては１回転子の回転角速度は大
きく変化する。この角速度の変化率は非円形歯車の偏平
率によって異なるが、通常の流量計においては１０数％
に及ぶ。回転子の運動エネルギーは軸まわりの慣性モー
メントと角速度の２乗に比例するから、回転子の回転に
伴うトルク変動も大きく、このトルク変動は、回転子４
，５において互いに噛合する歯形の曲げ応力の変化を与
える。その結果歯形には、過大な変動幅の繰り返し曲げ
応力が作用するので、歯車の設計において、この点を充
分検討しておく必要があった。しかし、応力変動は歯形
の摩耗を促進させ、振動騒音の原因となり、環境衛生上
好ましいものではなかった。また、回転角度速度の変化
は、流量が一定条件では回転子の１回転当りに多数の流
量信号を発信する場合、発信ムラが生じ不都合である等
の問題があった。この問題は、２組の流量計を各々非円
形歯車回転子の位相を各々９０°ズラして並設し回転を
平均化して出力することにより解決されるが、各々噛合
する非円形歯車においては前記の歯形の問題をもってい
るので、この面の解決にはならず、また、一体的に構成
する場合、製作上にも困難を伴うものがあった。

一方、被測流体が密度の小さい圧縮性流体であったり、
非圧縮性であっても、回転子の回転エネルギーに対して
、流体の慣性が小さいときは流入する流量が、一定でも
流出する流体は脈動を伴なうという問題点があった。

！」１１法ｍ 本発明は、叙上の問題点に鑑みなされたもので、その目
的とするものは、被測流体の物性によらず流出側の流量
には脈動が無視でき１回転出力も略々流量に比例したも
のが得られ、且つ、噛合する回転子歯形に及ぼす応力も
略々一定し安定した噛合が得られ長寿命で信頼性のある
流量計またはポンプを提供することを目的とするもので
、その要旨は、各々の計量室内において、該計量室と微
小隙間をもって回転可能に軸承される同形等大な２個の
２葉形歯車と１個の３葉形歯車とを工業形歯車の軸が２
葉形歯車の軸を結ぶ直線内に配置するように３葉形歯車
を２葉形歯間に介装し、各々の歯車を該歯車の回転運動
が交互に同期するように噛合し、前記２葉形歯車を軸承
する計量室に流入する各々の流入路、および計量室から
流出する各々の流出路を連通した流量計またはポンプに
ある。

塞ＪＩＬ 第１図は、本発明の流量計またはポンプの構成をしめす
説明図で１図において、４２は軸Ｏ２まわりに回転可能
に軸承され１回転角θ２を関数とするピッチ曲線ｒ２を
有し、長径がｒＡである２葉形歯車、４３は２葉形歯車
４２と同形等大の２葉形歯車で、歯車４２の回転軸０２
およびピッチ曲線ｒ２と区別するため各々Ｏ，，ｒ、　
（θ、）でしめす。４１は２葉形歯車４２，４３の軸０
□、０３を結ぶ線内に軸○□を有し、２葉形歯車４２．
４３のピッチ曲線と転がり接触する３葉形歯車である。

３１は外筒で３葉形歯車４１の頂部と僅かに隙を有し、
該３葉形歯車４１を回転可能に軸承する計量室６１、お
よび２葉形歯車４２．４３の頂部と僅かに隙を有して該
２葉形歯車４２．４３を回転可能に軸承する各々計量室
６２．６３を穿設している。尚、２葉形歯車４２．４３
と３葉形歯車４１とは常に接しているので計量室６１，
６２゜６３は連通している。Ａ工、ＡＸおよびＢ１．Ｂ
、は各々計量室６１と計量室６２および６３との接点を
しめし、２１，２１０および２２，２２０は各々計量室
６２．６３に被測流体を流入流出する流入路および流出
路である。尚、流入路２１゜２１０は図示しない連通路
による圧力Ｐ□の被測流体源に連通しており、流出路２
２，２２０も同様に図示しない連通路により連通され圧
力Ｐ２の被測流体が流出する。いま、被測流体が矢標の
如く各々流量Ｑ工１ｊ’Ｑ１２で計量室６２．６３に流
入した場合、流路２１側では、圧力Ｐ工は２莱形歯車４
２は軸０２に関して等しいトルクとして作用し、回転ト
ルクの平衡を保っているが、３莱形歯車４１に関しては
計量室６１のへ〇側に右廻りの矢標ω、向きの回転トル
クが作用する。２莱形歯車４２は３莱形歯車４１とは噛
合っているので２莱形歯車４２は左廻りの矢標ω、向き
に回転駆動される。他方、２莱形歯車４３との間では３
莱形歯車４１のＢ□側での回転トルクは発生せず、３莱
形歯車４１の左方半面に左廻りの矢標ω、の回転トルク
が発生する。従って、該２葉形歯車４３と噛合う３莱形
歯車４１には同一方向の右廻りω１向きの回転トルクが
伝達される。叙上における２莱形歯車４２．４３と３莱
形歯車４１との転がり接触の条件は である。但し、Ｒ，、Ｒ，は３莱形歯車４１の各々２葉
形歯車４２および４３との接点におけるピッチ曲線であ
る。

第２図は、叙上の第１図の回転トルクを受けて３０°回
転した場合の各々の歯車の回転位置をしめすもので、流
入する流体は流量Ｑ□１．Ｑ□２で各々の歯車４１．４
２．４３を各々の角速度ω、。

ω２．ω３で矢標方向に回転し乍ら計量室６１゜６２．
６３内を斜線で図示したように充たして２莱形歯車４２
．４３と計量室６２．６３とで閉曲面を形成する位相差
９０°の面積Ｓ２．　Ｓ、およびＳ、と位相差３０”で
３莱形歯車４１と計量室６１とで形成する面積Ｓ、とが
各々加算されて流出路２２，２２０から各々流量Ｑｚｚ
＋（Ｌｌとして流出する。

第３図は、縦軸に総流出量Ｑを無次元化して表わし、横
軸に３莱形歯車４１の回転角θ□をとった場合の流入量
Ｑ工ｘｓＱｚｚと流出量Ｑ２□、Ｑ２□の関係を示し、
第４図に３莱形歯車４１の回転角θ□に対する平均流量
Ｑに対する流出量の変動値を無次元化した６をとったも
ので、流量変動が０．５％程度になっていて従来の非円
形歯車式流量計の１０数％よりも格段に改善されている
。

第５図は、３莱形歯車４１の角度θ□に対しての各々の
歯車４１，４２，４３の回転速度ω８．ω２．ω３を平
均角速度ωにより無次元化して表わしたものであるが、
角度θ１に対して２莱形歯車４２．４３と３莱形歯車４
１との角速度の変化割合ω／ωとの相対差は小さくなる
。各々の歯車の運動エネルギーは慣性モーメントと角速
度の２乗とに比例するので、偏平率ｂ＝０．３の場合、
２莱形歯車４２．４３と３莱形歯車４１との慣性モーメ
ントの比率を例えば３莱形歯車４１の肉抜き加工して調
節し０．３９とした場合各々の歯車の運動エネルギーは
平衡して振動が極小になり、脈動率が±０．１％以下に
なることが確かめられた。以上は偏平率ｂ＝０．３の場
合であるが。

他の値の場合でも同様に振動が極小となる慣性モーメン
ト比が得られる。

以上は容積流量計として流量信号を３莱形歯車４１の回
転信号から検知することを述べたが、逆に３莱形歯車４
１を等速回転することによりポンプを構成することがで
き１図示のω１方向に回転することにより、流入路２１
，２１０に連通した流体源から流出路２２，２２０に向
けて等流速で脈動のないポンプが得られる。

羞−一果 叙上の如く、従来の非円形歯車を対として噛合した方式
のものにおいては、不等速回転に基づく脈動流の発生お
よび振動騒音が問題となっており、且つ歯形強度が要求
されたが１本発明の流量計またはポンプによれば非圧縮
性流体に対して、従来は、脈動率がｌＯ数％あったのに
対して０．１％程度に軽減されて、流量に略々比例して
等速回転する歯車回転が得られるので歯形の受ける曲げ
応力の変動分も小さく長期間安定した噛合の歯車装置が
得られ、高精度で信頼性のある低騒音の流量計またはポ
ンプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の流量計またはポンプの原理を説明す
る構成図、第２図は、第１図とともに動作を説明する図
、第３．４．５図は、本発明の詳細な説明するための図
、第６図は、従来例を示す図である。 １．２１，２１０・・・流入路、２，２２，２２０・・
・流出路、４，５，４２．４３・・・２葉形歯車、４１
・・・３葉形歯車、３，３１・・・外筒、６，６１，６
２゜６３・・・計量室。 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、各々の計量室内において、該計量室と微小隙間をも
   って回転可能に軸承される同形等大な２個の２葉形歯車
   と１個の３葉形歯車とを三葉形歯車の軸が２葉形歯車の
   軸を結ぶ直線内に配置するように３葉形歯車を２葉形歯
   間に介装し、各々の歯車を該歯車の回転運動が交互に同
   期するように噛合し、前記２葉形歯車を軸承する計量室
   に流入する各々の流入路、および計量室から流出する各
   々の流出路を連通したことを特徴とする流量計またはポ
   ンプ。 ２、２葉形歯車と３葉形歯車との軸まわりの慣性モーメ
   ント比を各々の歯車の回転エネルギーを最小とする比と
   したことを特徴とする請求項１記載の流量計またはポン
   プ。