JPH0674990B2 - ロータリーピストン式流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、管路中を流れる流体をロータリピストンを用
いて計量するロータリーピストン式流量計に関する。

［従来の技術］ 従来から、流量の測定は工業諸設備のなかで重要な要素
となっており、その目的、用途に応じて各種の流量計が
実用化されてきた。

流量計の検出方法には、管内を流れる流体の早さを測定
する間接測定と管内を流れる流体の通過量を積算計量す
る直接測定とに大別される。

間接測定には、流体が流れる管路の前後の差圧を取り出
して検出する差圧検出流量計。

管路に垂直に取付けたテーパー管内部にフロートを浮遊
させ、流体に押し上げられるフロートの位置から流量を
測定する面積式流量計。

管路から流れ込む流体を翼車で受けて回転させ、翼車の
回転速度から流量を測定する翼車式流量計。

翼車の代わりに軸流タービンを用いるタービンメーター
等がある。

一方、直接測定には、管路中を流れる流体を一定容積分
に分割して移送し、単位時間当たりの移送回数から流量
を測定する容積式流量計が有り、構造の違いから、ロー
タリーピストン式，ロータリーベーン式，ピストン式、
ルーツ式，ブロディ式，楕円歯車式等が知られている。

これらの容積式流量計は、その使用目的に応じて、流体
の種類，流量，温度，粘度，比重，許容精度，圧力，許
容圧力損失その他の使用条件から選択して用いられてい
る。

近年，自動車が大量生産されるようになると、自動車の
車体や部品の塗装方法においても、人間の手作業から塗
装用の工業用ロボットの導入でラインオートメーション
化されつつあり、これに伴いスプレーガンの吐出精度を
高める必要から、塗料の流れる管路に流量計を設け、測
定した数値をコンピューターで演算し、このデーターか
らコンプレッサーの送出圧力をフィードバック制御して
いる。この様なシステム化された現行塗装ラインにおい
ては、一般的に、接触部分が少なく測定精度の高いロー
タリーピストン式流量計が既に提案されている。しかし
ながら、このロータリーピストン式流量計は、塗料の吐
出量に30％もの変動誤差が発生して塗装膜形成上で不満
があった。これは、ロータリーピストンの回転数を回転
軸を介して直接エンコーダで読み取っているため、ロー
タリーピストンの回転軸の摺動部分に塗料が侵入した摩
擦抵抗によって回転軸の回転ムラが発生し、これがエン
コーダーの読み取り誤差となるからである。そこでこの
ような回転軸の摺動部分で発生する摩擦抵抗を解消する
為の技術が既に知られている。この技術によると、ロー
タリーピストン式流量計の測定室の内部で回転するロー
タリーピストンに磁石を備え、この磁石と電磁結合する
回転体をロータリーピストンの回転軸と結合させること
なく設け、この回転体の回転数をエンコーダで読み込む
ようにしたもので、これによって、機械的な偏心回転軸
や歯車機構が不要になるとしている。

一方、流量計の回転数を読み取る手段としては、エンコ
ーダーを用いた各種流量計が一般的であるが、このエン
コーダーは流量計の流体経路に脈流が発生して、瞬間的
に流体が逆流現象を起こしたとしても、これを感知して
読み取りデーターの誤差補正ができない為、エンコーダ
の代わりに、スリットを形成した円盤を、発光素子と受
光素子の間で回転させ、この円盤上を通過した光の回数
を電気的パルス信号に変換して回転数を読み取るように
した技術も既に提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記従来技術では、発光素子は外部から電圧
を加えられると発光する発光ダイオード（LED）を使用
しており、また、受光素子は光を感知すると発電するフ
ォトトランジスター等を使用しているため、これらの発
光素子に電圧を供給したり、或いは受光素子が発電した
電圧を増幅したりする電気的な制御回路がかならず必要
となる。従って、この方式の流量計は、本体に電気的な
制御回路を備えることが絶対の要件となるため、流量計
本体をコンパクトにすることができず、その設置や取扱
が極めて面倒であるといった問題があった。また、電気
的な制御回路が、ロータリーピストンに設けた磁石の電
磁力の影響を受けて電気信号が歪んだり、或いは流量計
の流体経路を流れる有機溶剤によって制御回路の電子パ
ーツや信号経路が腐蝕して測定誤差が出たり、最悪の場
合故障してしまうことがあるといった問題もあった。そ
こで、本発明はこのような問題点を解決するために成さ
れたもので、装置本体が極めてコンパクトで尚且つ電気
的誤差や磁力線による悪影響、或いは有機溶剤による腐
蝕等のトラブルを解消したロータリーピストン式流量計
の提供を目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために成された本発明は、流体の流
入口1aと、流体の排出口1bと、ロータリーピストン２
と、当該ロタリーピストン２の運動子2aの上面中心部に
設けた永久磁石３と、上記ロータリーピストン２の上面
を遮閉する隔壁４と、該隔壁４の上部に設けられ、上記
永久磁石３からの磁束密度の変化によって誘導吸引され
る永久磁石6aを設けたローター６と、当該ローター６の
外周回転面に複数形成したスリット6bと、当該スリット
6bに光を投射する光投射手段７と、上記スリット6bを介
して受光する光センサ８とから成るロータリーピストン
式流量計において、上記光投射手段７には、レーザービ
ーム発光器20と、当該レーザービーム発光器20から供給
された光エネルギーを伝達する光ファイバー９と、当該
光ファイバー９から伝達された光エネルギーを外部に照
射する光アクチュエータ７とを備えると共に、上記光セ
ンサには、受光した光信号を伝達する光ファイバー９
と、当該光ファイバー９から伝達された光信号を電気信
号に変換して出力する光信号処理回路30と、当該光信号
処理回路30から出力された電気信号を演算処理する電子
制御回路17とを備えたことを特徴とするロータリーピス
トン式流量計を要旨としている。

［作用］ 本発明のロータリーピストン式流量計によれば、まず、
レーザービーム発光器20に電源を投入すると、レーザー
ビーム発光器20は、光ファイバー９を介して光エネルギ
ーを光アクチュエータ７に供給する。すると、光アクチ
ュエータ７はローター６に光エネルギを照射する。そこ
で、ロータリーピストン２の流体流通経路に被測定流体
を流入させると、運動子2aは流体エネルギーによって回
転することになるが、この際、運動子2aの回転によって
永久磁石３も回動する。これにより、ロータリーピスト
ン２の隔壁４の上部のローター６の永久磁石6aが運動子
2aの永久磁石３に吸引されてローター６自体が運動子2a
の回転と同期して回転を開始する。すると、このロータ
ー６には、外周回転面にスリット6bが複数形成されてい
るため、ローター６に照射されている光エネルギーは、
スリット6bで断続的なパルス光となって光センサ８に受
光される。光センサ８は受光した光のパルス信号を、光
ファイバー９を介してそのままの状態で光信号処理回路
30に出力する。光信号処理回路30では伝送された光パル
ス信号をここで初めて電気信号に変換して電子制御回路
17に出力する。この作用により、電子制御回路17ではロ
ータリーピストン式流量計の流体流量が瞬時に計測され
ることになる。

［実施例］ 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本実施例のロータリーピストン式流量計の一部
破断斜視図、第２図はローターの平面図、第３図は光フ
ァイバー計測部のシステムブロック図、第４図は本実施
例のロータリーピストン式流量計を適用した塗装装置の
システムブロック図である。

本実施例のロータリーピストン式流量計１は、第１図に
示す如く、流体の流入口1a、流体の排出口1b、流体が流
入するロータリーピストン２、ロータリーピストン２内
部に流入する流体の一部を計量排出するピストン部2a、
ピストン部2aの上面内周方向に配設された複数の潤滑口
2b、ピストン部2aの中心部分に嵌合されたマグネット３
（Ｎ極又はＳ極）、ロータリーピストン２上面を遮閉す
る隔壁４、隔壁４を介して、ロータリーピストン２と接
続された光ファイバー計測部５が形成されている。

この光ファイバー計測部５の内部には、隔壁４の中心部
に形成された軸受部4aと上部パネル5aの支持穴5bとの間
にロータシャフト5cが回転自在に嵌合されている。

このロータシャフト5cにはローター６が軸着されてい
る。このローター６の下面には、マグネット３に誘導吸
引されるマグネット6a（Ｓ極又はＮ極）が、マグネット
３の位置と対応させて取り付けられると共にローター６
の回転面には、第２図に示す如く複数のスリット6bが形
成されている。又、光ファイバー計測部５のサイドパネ
ル5dには、光投射手段としての光アクチュエータ７と光
センサ８が埋設されていて、光アクチュエータ７の先端
部7aと光センサ８の先端部8aとは、ローター６の外周回
転面の上下に僅か間隙を介して並設されている。

更に、第３図に示す如く、光アクチュエータ７には、光
ファイバー９を介してレーザービーム発光器20が接続さ
れると共に光センサ８には、光ファイバー９を介して、
光信号を電気信号に変換する光信号処理回路30が接続さ
れ、当該光信号処理回路30は電子制御回路17に接続され
ている。尚、光ファイバーとは、一端から入射した光が
内部を介してもう一端へ伝達可能なガラス繊維で、円形
断面を持ち、屈折率が高いコア（中心部）と屈折率の低
いクラッドとから形成された周知のものを言い、本実施
例では、コア材にSiO₂,クラッド材にシリコン樹脂を用
いた石英ガラス系のポリマクラッドファイバーを用いて
いる。

次に、本実施例のロータリーピストン式流量計１の作用
について説明する。

まず、流体が流入口1aからロータリーピストン２内部に
流入すると、ピストン部2aは、流体の圧力により排出口
1b側に押しやられ排出口1bを過ぎて再び流入口1aに戻っ
て来る。

この時、流体は、その流れをピストン部2aで一旦遮断さ
れる。

ロータリーピストン２内部に充填された一定量の被計量
物は、ピストン部2aの上流から流入する流体の圧力でピ
ストン部2aによって押し出されて排出口から流出され
る。

この様にピストン部2aの回転数とロータリーピストン２
内部から排出される吐出量を求めれば単位時間当りの流
量を測定することが可能になる。

本実施例では、ピストン部2aの中心部にマグネット３
（以下Ｎ極とする）が嵌合されていて、ピストン2aがロ
ータリーピストン２の内壁を転がりながら一周すると、
マグネット３は、ロータリーピストン２の中心部を仮想
軸としてロータリーピストン２の内径部を円周方向には
軌跡を描く様に回動する。

このマグネット３の回動で、ローター６の下面に取り付
られているマグネット6a（以下Ｓ極）はマグネット３か
ら誘導吸引され、ローター６は、ピストン部2aの回動と
同期して回転する。

ここで、光アクチュエータ７は、レーザービーム発光器
20からの光を、ローター６の回転面にプルーブ光（参照
光）として照射すると、プルーフ光は、ロータ６の回転
に同期して、第２図に示した複数のスリットを介した断
続的な光信号となってローター６を通過する。

光センサ８は、ローター６を通過した光信号を検出する
と、光信号の状態で、光ファイバー９を介して光信号処
理回路30に伝送する。

光信号処理回路30は入力された光信号を電気信号に変換
して電子制御回路17に出力する。

以上の作用から、光ファイバー計測部５は、流体によっ
て回動するロータリーピストン２内のピストン部2aの回
動数を、ローター６のスリット6bを通過する光信号から
検出することができる。更にローター６に形成したスリ
ット6bは、ロータリーピストン２の回転誤差を補正する
位置に形成することができるので、計測誤差を最小にす
ることができる。

ここで、本実施例のロータリーピストン式流量計を適用
した塗装装置について、その構成と動作を説明する。

第４図に示す如く、本塗装装置は塗料を蓄積する塗料タ
ンク10、塗料タンク10内の塗料を加圧して流路に送出す
るポンプ11、流路に送出された塗料から異物を除去する
フィルター12、流路に流れる塗料の流れを滑らかにする
脈動防止装置13、流路の塗料の吐出量を調節する流量調
節バルブ14、流量調節バルブ14を駆動するアクチェータ
ー14a、本実施例のロータリーピストン式流量計１、塗
料を噴き出す自動スプレーガン16、ロータリーピストン
式流量計１からの信号に基づき流量調節バルブ14の吐出
量を調節する電子制御回路17、及び電子制御回路17に各
種のデータを入力する操作パネル18から構成されてい
る。

尚、電子制御装置17は、CPU17a,RAM17b,ROM17c,入出力
ポート（I/Oポート）17d,及びこれらを接続するバスラ
イン17eから構成されている周知のマイクロコンピュー
タである。

以上の様な構成から成る塗装装置は、操作パネル18を操
作して電源を投入すると、電子制御回路17はポンプ11に
駆動信号を出力する。

ポンプ11は駆動を開始して、塗料タンク10内の塗料を一
定の圧力に加圧して流路に送出する。

流路に送出された塗料は、フィルター12、脈動防止装置
13を通過して流量調節バルブ14の上流側まで供給され
る。次に、操作パネル18から電子制御回路17に任意の吐
出量データを入力すると、電子制御回路17はアクチェー
ター14aに駆動信号を出力して流量調節バルブ14の吐出
開度を吐出量データーに相当する値に設定する。

これにより、流量調節バルブ14は、上流側の塗料を設定
された吐出量で下流側の流路を送出することになり、流
路の塗料はロータリーピストン式流量計１を介して自動
スプレーガン16から噴出される。この時、ロータリーピ
ストン式流量計１は、計測した流量をパルス信号に変換
して電子制御回路17に常時出力する。電子制御回路17で
は、操作パネル18から入力された吐出量データーとロー
タリーピストン式流量計１で計測された吐出量とを比較
判断して誤差が求められる。ここで誤差が発生すると、
電子制御回路17は、誤差を修正する様に流量調節バルブ
14に駆動信号を出力してフィードバック制御を実行す
る。

以下、電子制御回路17で行われる吐出量制御処理につい
て第５図のフローチャートに基づいて説明する。

電子制御回路17の電源が投入されると、この処理は開始
されてステップ100に移行する。ステップ100では、制御
パネル18からの吐出量変更信号が有るか否か判断し、有
ると判定されるとステップ110に移行し、一方、ステッ
プ100で吐出量変更信号が無いと判定されるとステップ1
20に移行する。ステップ110に移行すると、操作パネル1
8から入力された吐出量設定値ＡはRAM17bに一旦格納さ
れると共に、吐出量設定値Ａに基づいて流量調節バルブ
14のバルブ開度を設定してステップ120に移行する。ス
テップ120では、ロータリーピストン式流量計１からの
流量信号ａを読み込みステップ130に移行する。ステッ
プ130では、ロータリーピストン式流量計１で測定され
た流量信号ａと流量制御バルブ14に設定した吐出量設定
値Ａとがほぼ一致するか否か判断し、一致すると判定す
るとこの処理は最初に戻る。一方、一致しないと判定す
るとステップ110に戻り、流量調節バルブ14のバルブ開
度を再度設定する。

以上の処理を繰り返すことにより、自動スプレーガン16
から噴出される塗料の噴出量は、一度設定された値で常
に一定となる。

以上説明したように、本実施例のロータリーピストン式
流量計１は、計量部に光ファイバー計測部５を用いたこ
とで、計測対象物（ローター６）に外乱を与えず、正確
な測定が可能になる。

他、狭空間での計測が可能になるのでき、流量計全体を
コンパクトにすることができる。

更に、ロータリーピストン２にとって不可避な回転ムラ
による計測誤差を、ローター６に形成するスリット6bの
位置で補正することが可能になり、計測誤差の少ない流
量計が実現する。

従って、本実施例の様に、当該ロータリーピストン式流
量計を自動車等の塗装装置に用いれば、吐出量の変動を
最小に抑え、塗装体における塗装膜の一定膜厚管理が容
易になり、高性能の塗装装置が可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のロータリーピストン式流
量計は流体の流入口1aと、流体の排出口1bと、ロータリ
ーピストン２と、ロタリーピストン２の運動子2aの上面
中心部に設けた永久磁石３と、ロータリーピストン２の
上面を遮閉する隔壁４と、隔壁４の上部に設けられ、永
久磁石３からの磁束密度の変化によって誘導吸引される
永久磁石6aを設けたローター６と、ローター６の外周回
転面に複数形成したスリット6bと、スリット6bに光を投
射する光投射手段７と、スリット6bを介して受光する光
センサ８とから成るロータリーピストン式流量計の上記
光投射手段７には、レーザービーム発光器20と、レーザ
ービーム発光器20から供給された光エネルギーを伝達す
る光ファイバー９と、光ファイバー９を伝達された光エ
ネルギーを外部に照射する光アクチュエータ７とを備え
ると共に、光センサには、受光した光信号を伝達する光
ファイバー９と、光ファイバー９から伝達された光信号
を電気信号に変換して出力する光信号処理回路30と、光
信号処理回路30から出力された電気信号を演算処理する
電子制御回路17とを備えたことで、本発明のロータリー
ピストン式流量計は、本体に電気的回路や制御回路を内
蔵する必要がなくなり、流量計自体をコンパクト且軽量
にできるだけでなく、検出流体の有機溶剤による電気回
路の誤動作や腐蝕等で故障を誘発するトラブルが皆無と
なった。また、流量計の検出媒体にレーザービーム光も
用いているため、電磁誘導の影響を全く受けず、ノイズ
による検出データーの誤差がほぼゼロとなり、極めて信
頼性の高いデーターを得られる。更に、レーザービーム
光は利用できる周波数範囲が非常に広く、大量の情報を
取り扱うことができるだけでなく集光すると局部的にエ
ネルギーを集中させることが可能になり。これにより、
検出流体の種類・装置の規模・装置の設置条件に合わせ
て、柔軟で応用性の高い装置の運用が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の実施例を表したロータリーピス
トン式流量計の一部破断斜視図、第１図（ｂ）は実施例
の部品構成を表した一部破断斜視図、第２図は実施例の
ローターの平面図、第３図は実施例の光ファイバー計測
部のシステムブロック図、第４図は実施例のロータリー
ピストン式流量計を適用した塗装装置のシステムブロッ
ク図、第５図は塗装装置において電子制御回路が実行す
る吐出量制御処理を表すフローチャートである。 1a……流入口、1b……排出口 ２……ロータリーピストン 2a……ピストン部、2b……潤滑口 ３……マグネット、４……隔壁 4a……軸受部 ５……光ファイバー計測部 5a……上部パネル、5b……支持穴 5c……ロータシャフト 5d……サイドパネル、６……ローター 6a……マグネット、6b……スリット ７……光アクチュエータ ８……光センサ、９……光ファイバー 17……電子制御回路 20……レーザービーム発光器 30……光信号処理回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体の流入口1aと、流体の排出口1bと、ロ
   ータリーピストン２と、当該ロタリーピストン２の運動
   子2aの上面中心部に設けた永久磁石３と、上記ロータリ
   ーピストン２の上面を遮閉する隔壁４と、該隔壁４の上
   部に設けられ、上記永久磁石３からの磁束密度の変化に
   よって誘導吸引される永久磁石6aを設けたローター６
   と、当該ローター６の外周回転面に複数形成したスリッ
   ト6bと、当該スリット6bに光を投射する光投射手段７
   と、上記スリット6bを介して受光する光センサ８とから
   成るロータリーピストン式流量計において、 上記光投射手段７には、レーザービーム発光器20と、当
   該レーザービーム発光器20から供給された光エネルギー
   を伝達する光ファイバー９と、当該光ファイバー９から
   伝達された光エネルギーを外部に照射する光アクチュエ
   ータ７とを備えると共に、上記光センサには、受光した
   光信号を伝達する光ファイバー９と、当該光ファイバー
   ９から伝達された光信号を電気信号に変換して出力する
   光信号処理回路30と、当該光信号処理回路30から出力さ
   れた電気信号を演算処理する電子制御回路17とを備えた
   ことを特徴とするロータリーピストン式流量計。